JP2002354728A - リラクタンスモータ - Google Patents
リラクタンスモータInfo
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- Synchronous Machinery (AREA)
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Abstract
の構造上ロータ強度が低く、特にビルトインモータとし
て使用される場合ロータ中心に大きな貫通穴を必要とす
る場合があり、これが高速回転で使用される場合には、
ロータ強度の確保とモータ特性の確保の両立が困難であ
った。 【解決手段】 ロータの磁極の中央部の磁路を幅広の磁
路とし、この中央部の磁路に永久磁石4を配置し、この
永久磁石4の磁束がロータの内径側の磁路53を磁気飽
和させるような配置構成とし、ロータの内径側の磁路幅
は磁気飽和させるため強度上必要最小限の幅とし、か
つ、ロータの内側に配置される部材1は磁気飽和を実現
するために磁気抵抗の大きな部材、例えばステンレス鋼
のような非磁性体とする。
Description
シンクロナスリラクタンスモータに関する。
は従来のシンクロナスリラクタンスモータの断面図の一
例である。27はステータコアであって、珪素鋼板等の
電磁鋼板が軸方向(紙面と垂直な方向)に積層される。
28は3相交流巻き線が分布巻きされるスロットであ
る。20はロータの軸である。21はロータの磁路の一
部であり、ロータの磁極のほぼ中央部に位置している。
22はロータの磁路であって、それぞれが帯状のほぼ磁
気的に分割された分割磁路である。23は前記分割磁路
22の間に位置する空隙あるいは磁気抵抗の大きな樹脂
等の物質で構成される磁気遮蔽部ある。24は前記分割
磁路22を支えるつなぎ部であり、モータとしての作用
としては不要でありむしろ漏れ磁束等が発生するため有
害な部分である。従って、必要な強度に応じて設ける
が、できるだけ細く、個数も少なくした方がモータ特性
としては有利である。ロータ外周部の外周つなぎ部25
もロータ強度を得る目的で構成されている。このシンク
ロナスリラクタンスモータは、図示したd軸方向のイン
ダクタンスLdが大きく、q軸方向のインダクタンスL
qが小さいことを利用して、ステータ27に通電される
3相交流電流を制御することにより回転トルクを得てい
る。
術的課題として、q軸電流が流れたときに発生するq軸
方向の漏れ磁束があり、この漏れ磁束がモータの力率低
下を招き、トルクが低減する。前記漏れ磁束の現象を解
消する目的、あるいは、積極的に漏れ磁束とは逆方向の
磁束を発生させ力率の向上、トルクの向上を実現する目
的で、永久磁石26を付加することもできる。
ンスモータでは、ロータ強度がそれほど大きくとれない
ため、例えば、5000回転/分以上の10000回転
/分、20000回転/分というような高速回転の場合
には、ロータ各部にかかる遠心力が強大となり、使用に
耐えられなくなってしまうことがある。
で、ビルトインモータとして主軸に直接組み込んで使用
されるような場合には、工作機械の都合上、ビルトイン
モータのロータ内径側に大きな貫通穴が必要となること
があり、この場合にはロータ内のスペースの確保と上記
遠心力に対する耐久性との両立が課題となる。すなわ
ち、モータ性能とロータ強度との両立が難しくなる。
す。37はモータの機能用としてではなく他の用途に使
用する貫通穴である。41はパイプ状のモータ軸であ
り、通常は鋼材が使用される。30はロータの磁路の一
部であり、ロータの磁極のほぼ中央部に位置している。
31,32はロータの磁路であって、それぞれが帯状の
磁気的に分割された分割磁路である。29は前記分割磁
路31、32の間に位置する空隙あるいは磁気抵抗の大
きな樹脂等の物質で構成される磁気遮蔽部である。34
は前記分割磁路31,32を支えるつなぎ部であり、漏
れ磁束等が発生するためモータの性能向上の観点からは
むしろ有害な部分である。33はq軸電流による漏れ磁
束とは逆方向の磁束を発生させる永久磁石である。この
図9の例では貫通穴37を確保することはできるが、ロ
ータ強度の問題は解決できていない。
図例を図10に示す。36はロータの磁路の一部である
ロータ磁極中央部の磁路を幅広に構成している。そし
て、その他の帯状の分割磁路も遠心力により各部が複雑
に変形して局部的な応力集中が発生することを避けるた
め分割磁路を集約して、幅広の分割磁路38としてい
る。39は前記分割磁路38を支えるつなぎ部である。
40はq軸電流による漏れ磁束とは逆方向の磁束を発生
させる永久磁石である。このような構成のモータに励磁
電流であるd軸電流idとq軸電流iqを通電した場合
のロータ内の磁束は、例えば、MF6,MF7のように
なる。ここで、永久磁石40の部分はq軸電流iqによ
るq軸方向漏れ磁束を遮断する作用をしているものとす
る。MF6はq軸電流iqの起磁力により中央磁路36
の片側に偏り、図示した35の部分の磁束密度が小さく
なり、力率が低下してしまうという問題がある。
にかかるリラクタンスモータは、巻き線を配設する複数
のスロットが円周上に配置される多相のステータとリラ
クタンス力を発生することが可能なロータとを備えるリ
ラクタンスモータにおいて、その磁束がロータの内径側
の磁路を飽和するようにロータ磁極のほぼ中央部に配置
された永久磁石と、ロータの内径側にロータに隣接して
設けられた非磁性あるいは磁気抵抗の大きな部材とを備
える。ここで、ロータの内径側の磁路幅は、磁気飽和さ
せるために遠心力に必要な強度の細さとし、かつ、ロー
タの内側に配置される部材は、前記磁気飽和を実現する
ために磁気抵抗の大きな部材(例えばステンレス鋼のよ
うな非磁性体)とするのが好適である。
中央部の磁路を幅広の磁路としてロータをより強固な構
造とすることができるので、従来のシンクロナスリラク
タンスモータに比較して、高速回転時の強大な遠心力に
対してもより耐久性の高い構造のロータを実現すること
ができる。なお、さらにその他のロータの部分について
適切なつなぎ部を設けることにより、一層強固な構造と
なる。
央部の磁路の内径側を磁気飽和することで、中央部の磁
路を磁気的に回転方向に分割した効果が得られる。この
ため、ロータ表面の磁束の分布に対するq軸電流iqの
起磁力による悪影響が抑制され、力率の向上、トルクの
向上が実現される。さらに永久磁石の量を増加させるこ
とで、q軸電流iqの起磁力の方向とは反対の方向の磁
束を増加させ、力率の改善を図ることもできる。
たロータ磁極において、該永久磁石に対しロータの周方
向に隣接する磁路は、ロータ外周側からロータ内周側に
向けて拡がっているのが好適であり、また、ロータ磁極
間に帯状の磁路を有するのが好適である。
ロナスリラクタンスモータの4極のロータ断面図を図1
に示す。37は貫通穴である。例えば、モータが工作機
械の主軸などでビルトインモータとして用いられる場合
には、切削加工の切削水を通したり、切削工具のクラン
プ、アンクランプ装置などが実装され、このために大き
な貫通穴が必要となる。1は磁気抵抗の大きな部材また
は非磁性体(例えばステンレス鋼)であり、ロータを支
えるパイプ状のロータ軸受である。なお、特に貫通穴を
必要としない場合には、ロータの内径側の部材が非磁性
体であれば良いから、1と37とが一体のステンレス鋼
のロータ軸であっても良い。
央部の磁路であって、それぞれ幅広に構成したものであ
る。4は永久磁石であり、ロータの磁極において、その
周方向の中央部に配置される。永久磁石4の磁極は、図
示するd軸方向に交叉する方向(例えばd軸方向に直交
する方向)に指向しており、これは、d軸のスロットの
方向にq軸電流iqを流した場合の起磁力の方向と反対
の方向となっている。従って、この永久磁石4が、q軸
電流iqによる磁力を相殺している、すなわちq軸電流
iqによるロータの磁束分布への悪影響を補償している
と言うこともできる。
心力により各部が複雑に変形して局部的な応力集中が発
生することを避けるため、分割磁路3を集約し、図8に
示す従来例の分割磁路22に比較して幅広となるように
している。5は永久磁石である。永久磁石5の磁極の方
向は、d軸のスロットの方向にq軸電流iqを流した場
合の起磁力の方向と反対方向としている。6は前記分割
磁路3を支えるつなぎ部である。このつなぎ部6は、モ
ータの作用としては不要でありむしろ漏れ磁束等が発生
するため有害な部分である。従って、必要な強度に応じ
て設けるが、できるだけ細く、個数も少なくした方がモ
ータ特性としては有利である。このモータの制御におい
て、q軸電流iqの正負の極性は、その起磁力の方向が
永久磁石5の磁極の極性と反対になるように制御するの
で、常に一定の正負極性である。反対方向のトルクを発
生させる場合は、d軸電流idの正負極性を反対の正負
極性とする。
だけが作用した場合の磁束MF1を付記している。磁束
MF1は、永久磁石4と非磁性のロータ軸1とで挟まれ
た50の部分に集中して、50の部分は磁気飽和に近い
状態になっている。従って、この状態でq軸電流iqが
通電されても、ロータ磁極の中央部の磁路52の方から
51の方へはほとんど磁束が通過せず、あたかも、磁路
51と磁路52とが磁気的に分離されているかのように
磁気的に作用する。この結果、図10を参照して説明し
た、上記q軸電流iqによる磁束MF6の偏りの問題が
解消され、力率の改善、トルクの向上が実現されること
になる。この時ロータ軸1は非磁性体であって、磁束が
通過しにくい状態でなければならない。
久磁石5の作用も含めて記載した磁束の分布図である。
分割磁路3へも永久磁石4,5が作り出す磁束MF2が
供給される。
とq軸電流iqとを通電した場合の磁束分布例を図3に
示す。d軸電流idによりMF3,MF4,MF5,M
F6が誘起され、永久磁石4の起磁力とバランスして、
図1に比較して磁束の分布状態が異なっているが、53
の部分に着目すれば、磁束密度があまり変化しないよう
にモータ設計を行うことができる。ここで、説明の簡略
化のため、永久磁石5の部分はq軸電流iqによるq軸
方向漏れ磁束を遮断する作用をしているものとする。
束分布を比較すると、54の部分はMF1,MF4,M
F5が合流し、大きな磁束密度となっている。図5にこ
の部分を拡大して図示しているが、L2の寸法は多くの
磁束が通過できるように、L1に比較して広くするのが
望ましい。L3の寸法は、遠心力に対する基本的なロー
タ強度を決めることになるので、モータの最高回転数に
応じた(ほぼ比例して大きくなる)寸法が必要である。
一方、L3が小さいほど永久磁石でこの部分を磁気飽和
させやすいので、ロータの必要強度が得られる範囲でで
きるだけL3の寸法が小さい方が磁石4の大きさを小さ
くできて経済的である。
束MF3,MF4,MF5,MF6の方向が反対向きに
なり、55の部分の磁束密度が高くなり、54の部分の
磁束密度が低くなる。
せ、q軸電流iqの起磁力の方向とは反対の方向の磁束
を増加させ、力率の改善、発生トルクの向上を図ること
もできる。ただし、永久磁石4,5の量が多すぎると、
界磁弱め制御が難しくなるので、用途に応じた適切な磁
石量の設計が必要である。図6に永久磁石56の配置を
変形した例を示す。この例では、ロータ磁極の中央部の
ロータ内径側に設けられた永久磁石56とそのロータ外
径側の空隙とによって、この部分の磁路が磁気的に分割
されている。また永久磁石56の磁極はロータ内径側か
ら外径側に向けて指向し、永久磁石56より内径側の磁
路が磁気的に飽和している。すなわち磁束MF7,MF
8により、永久磁石56とロータ軸1の間の57,58
の部分の磁路の磁束密度が高くなり、図5の構造と類似
の効果を得ることができる。但しこの方法は、力率の改
善、発生トルクの向上を図ることができるが、q軸電流
iqの起磁力の方向とは反対の方向の磁束を増加させる
効果はない。永久磁石4,5を追加することは可能であ
り、さらに力率の改善、発生トルクの向上を図ることも
できる。
た例を示す。この例では、ロータ磁極の中央部のロータ
内径側に周方向に並べて設けられた複数(図7では二
つ)の永久磁石(59,60)と、そのロータ外径側の
空隙とによって、この部分の磁路が磁気的に分割されて
いる。一つの永久磁石59の磁極はロータ内径側から外
径側に向けて指向し、また他の永久磁石60の磁極はロ
ータ外径側から内径側に向けて指向している。これによ
り図7に示すような磁束が形成され、永久磁石(59,
60)より内径側の磁路が磁気的に飽和している。さら
に永久磁石59,60の量を増加させ、q軸電流iqの
起磁力の方向とは反対の方向の磁束を増加させ、力率の
改善、発生トルクの向上を図ることもできる。この例で
は、永久磁石59,60を回転方向に長く配置できるの
で、特にロータの径方向寸法が制約される場合には有効
である。
タ磁極の中央部の磁路が61,62,63の3個に分割
され配置され、永久磁石が10,11と2カ所に配置さ
れている。分割磁路8,9も2カ所に分けられ、配置さ
れている。12は永久磁石である。13は前記分割磁路
8,9を支えるつなぎ部である。
部分のように遠心力に耐えられる強固な部分は、趣旨を
変えない範囲で配置を変形することもでき、このような
変形を施したものについても本発明に含まれる。また、
ロータの他の強化策として、ロータ外周にFRPを巻き
強化する、ロータを軸方向から補強する、あるいはロー
タの積層された電磁鋼板の間にステンレス板を挟み込み
接着剤等で一体化する等の種々の強化策などを併用する
ことも可能である。
明したが、モータの相数、極数、スロット数等を変えた
変形、応用、組み合わせなどが可能である。特に説明は
しなかったが、トルクリップルの低減手法であるロータ
もしくはステータのスキュー、ロータの各磁極を回転方
向に相対的にそれぞれシフトする手法、ステータスロッ
トの各3相交流巻き線の分布を工夫する手法などを本発
明のモータに適用することも可能である。
への変形、応用も可能であり、それらも本発明に含むも
のである。
ンクロナスリラクタンスモータによれば、ロータの強度
を高くすることが可能となり、より大きな遠心力の生じ
るより高速回転での運転が可能となる。特に、ロータ中
心に大きな貫通穴を必要とするビルトインモータにおい
てはその効果が顕著である。また、力率の改善、発生ト
ルクの向上を図ることができる。
で、界磁弱め性能と力率の改善と、発生トルクの向上と
を、用途に応じて両立させることができる。
タのロータの一例を示す断面図である。
タのロータの一例を示す断面図である。
タのロータの一例を示す断面図である。
タのロータの一例を示す断面図である。
タのロータの一例を示す部分拡大図である。
タのロータの一例を示す部分拡大図である。
タのロータの一例を示す部分拡大図である。
のロータを示す断面図である。
のロータを示す断面図である。
タのロータを示す断面図である。
6,59,60 永久磁石、5,12 (磁極間に設け
られる)永久磁石、6,13 つなぎ部、8,9分割磁
路、37 貫通穴、51,52 磁路。
Claims (3)
- 【請求項1】 巻き線を配設する複数のスロットが円周
上に配置される多相のステータとリラクタンス力を発生
することが可能なロータとを備えるリラクタンスモータ
において、 その磁束がロータの内径側の磁路を飽和するようにロー
タ磁極のほぼ中央部に配置された永久磁石と、 ロータの内径側にロータに隣接して設けられた非磁性あ
るいは磁気抵抗の大きな部材と、 を備えることを特徴とするリラクタンスモータ。 - 【請求項2】 前記永久磁石の配置されたロータ磁極に
おいて、該永久磁石に対しロータの周方向に隣接する磁
路は、ロータ外周側からロータ内周側に向けて拡がって
いることを特徴とする請求項1に記載のリラクタンスモ
ータ。 - 【請求項3】 ロータ磁極間に帯状の磁路を有すること
を特徴とする請求項1または2に記載のリラクタンスモ
ータ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001159430A JP2002354728A (ja) | 2001-05-28 | 2001-05-28 | リラクタンスモータ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001159430A JP2002354728A (ja) | 2001-05-28 | 2001-05-28 | リラクタンスモータ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002354728A true JP2002354728A (ja) | 2002-12-06 |
Family
ID=19003013
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001159430A Pending JP2002354728A (ja) | 2001-05-28 | 2001-05-28 | リラクタンスモータ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2002354728A (ja) |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051220 |
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