JP2003018815A - 永久磁気式モータの回転速度向上装置 - Google Patents

永久磁気式モータの回転速度向上装置

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JP2003018815A JP2001186624A JP2001186624A JP2003018815A JP 2003018815 A JP2003018815 A JP 2003018815A JP 2001186624 A JP2001186624 A JP 2001186624A JP 2001186624 A JP2001186624 A JP 2001186624A JP 2003018815 A JP2003018815 A JP 2003018815A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 永久磁気式モータに複数セットの、回転子磁
石を感応して且つ固定子コイルの励磁電流に可変導通角
度を生じさせることができる磁気センサを有する装置を
提供する。 【解決手段】 永久磁気式回転子部を有し、筒形磁石が
固定子励磁コイルに対応してアーマチュア反応を生じ、
導磁気して回転する永久磁気式モータと、前記回転子磁
石に対応して複数の磁気感応信号を感応生成し、当該信
号が固定子コイルを回転子磁石の旋回磁極の変換に対応
して各種の励磁電流切り替え角度を生じられ、且つすべ
て前記磁気センサ電気回路基板に位置決めされる複数セ
ットの磁気センサと、複数セットの磁気センサの感応信
号がすべてスイッチ手段の入力端に入力され、スイッチ
手段の出力端は単にそのうちの１セットの磁気センサの
信号の出力だけを許容し、出力された感応信号はモータ
駆動電気回路を介してモータ固定子コイルと回転子磁石
とを励磁させてアーマチュア反応を生じさせて運転させ
る磁気感応信号選択電気回路とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は永久磁石式モータの
回転速度を向上出来る装置に係るものであり、特に永久
磁気式モータに複数セットの、回転子磁石を感応して且
つ固定子コイルの励磁電流に可変導通角度を生じさせる
ことができる磁気センサを有する装置に係るものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】高運転効率の電動機を製造するには、そ
れの運転仕事範囲に従って適当なトルク係数ＫＴ値を合
わせる必要がある。例えば下記の方程式に示すような関
係となる。
【０００３】 Ｅ＝ＫＥ・Ω ＫＥ＝Ｂ・Ｄ・Ｌ・Ｚ／２ Ｔ＝ＫＴ・Ｉａ ＫＴ＝Ｂ・Ｄ・Ｌ・Ｚ／２ Ｅ：逆起電力電圧（ボルト） Ｔ：出力トルク（Ｎ−ｍ） ＫＥ：逆起電力係数 ＫＴ：トルク係数 Ω：アーマチュア回転速度（ｒｅｄ／ｓｅｃ）Ｉａ：アーマチュア電流（Ａ ） Ｂ：隙間磁束密度（Ｇａｕｓｓ）Ｄ：アーマチュア外径（ｃｍ） Ｌ：積み重ね厚さ（ｃｍ） Ｚ：総導体数（巻回数） 前記式のうち、トルク係数ＫＴ値＝逆起電力係数ＫＥ値
であり、また、逆起電力係数ＫＥとアーマチュア回転速
度Ωと反比例を成し、そのため、固定の逆起電力電圧Ｅ
値の場合で且つ定額アーマチュア回転速度Ωが低い場合
では、逆起電力係数ＫＥ値が相対的に高くなり、また、
定額アーマチュア回転速度Ωが高い場合では逆起電力係
数ＫＥ値が相対的に低くなり、そのため、モータが高い
定額アーマチュア回転速度に設計される場合、トルク係
数ＫＴが相対的に低くなり、その結果、モータが低い回
転速度に操作される場合、高いアーマチュア電流Ｉａを
利用するほど、トルクＴ値（Ｔ＝ＫＴ・Ｉａ）を向上出
来るようになる。また、モータが高いトルク係数ＫＴに
設計される場合では、（ＫＴ＝ＫＥ）（Ｅ＝ＫＥ・Ω）
であるので、モータが高い定額運転回転速度に達するこ
とができず、本発明の実施例による場合、モータに高い
トルク係数ＫＴを有しながら予め角度を感応する磁気セ
ンサに切り替えることができるので、モータのアーマチ
ュア反応に弱い磁気制御の効果を生じさせることがあ
り、このため、アーマチュア隙間磁束密度が減少し、前
記の式による場合、ＫＥ＝Ｂ・Ｄ・Ｌ・Ｚ／２且つＥ＝
ＫＥ・Ωになり、アーマチュア隙間磁束密度Ｂ値が減少
する場合逆起電力係数ＫＥが低減されるため、アーマチ
ュア回転速度Ωが必ず向上される。
【０００４】従来のモータのトルク係数ＫＴ値は単一値
であり、モータが普段低いほうの回転速度範囲に仕事す
ると共に、たまたま高いほうの回転速度範囲に操作運転
する場合（例えば軽くて便利な電動車両の場合）、且つ
モータを必要な時に普段の運転しない最高回転速度範囲
に運転させる場合では、ＫＥ＝ＫＴ、（Ｅ＝ＫＥ・
Ω）、（Ｔ＝ＫＴ・Ｉａ）であるため、逆起電力電圧Ｅ
値が変わらない場合、トルク係数ＫＴ値と逆起電力係数
ＫＥ値とが低減されるようにしなければモータの回転速
度が普段のよく使わない最高回転速度の範囲に達させる
ことができない。しかしながら、トルク係数ＫＴ値が小
さくなると共に、モータが低いほうの運転回転速度に仕
事する場合、Ｔ＝ＫＴ・Ｉａであるため、つまり、アー
マチュアＩａ値を向上しなければ相対的にトルクＴ値を
向上出来なくなり、しかしながら、アーマチュア電流Ｉ
ａ値を増大することはモータの運転効率に対し好ましい
ことではなく、下記の式から分かる。
【０００５】 Ｐ＝Ｉ２・Ｒ Ｐ：電動機のコイル消耗工率 Ｉ：アーマチュア電流 Ｒ：コイル抵抗 そのうち、アーマチュア電流Ｉの平方値にコイル抵抗を
掛けるとモータの消耗工率となるので、電流を増大する
方式はモータのトルクを増強出来るが、モータが平方値
のため固定子コイルの消耗工率Ｐ値を多すぎるように増
大し、生成した熱エネルギーがコイルの抵抗に集中さ
れ、金属コイルの物理現象も熱度の上昇によりコイルの
抵抗を相対的に上昇させ、悪性循環の中でモータを高温
度且つ出力効率が劣るようになる現象を生じさせる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来のモータの固定子
部は単一コイルの巻回方式であると共に、その逆起電力
係数ＫＥ値とトルク係数ＫＴ値とが所定値になることに
鑑みて、ＫＴ値とＫＥ値を高いほうの値に設計する場
合、アーマチュア回転速度Ωが相対的で比例的に低減さ
れるようになる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の実施によって、
永久磁気式モータの内部に複数セットの回転子磁石の旋
回磁極変換を感応する磁気センサを装着し、固定子部に
おける少なくとも１セット以上の磁気センサを固定子コ
イルの励磁電流切り替え角度と回転子の旋回磁極非同期
直交切り替え角度を感応できる位置に配置し、非直交切
り替えセンサの感応した信号がモータ駆動制御電気回路
に出力され、駆動制御電気回路がこの信号に基いてモー
タ固定子コイル励磁電流に弱い磁気制御の効果を生じさ
せ、回転子の運転回転速度を加速する。必要な時にモー
タの回転速度の磁気漏れ制御効果の装置となることもで
き、そのため、モータが正常な励磁電流によって角度を
切り替えられるようになり、且つモータが大きいほうの
トルク係数ＫＴ値に設計できるようになり、大きいほう
のＫＴ値のモータが低回転速度の場合では相対的で比例
的にアーマチュア電流Ｉａ値（Ｔ＝ＫＴ・Ｉａ）を減少
出来るので、モータ固定子の消耗工率も減少されるよう
になり（Ｐ＝Ｉ２・Ｒ）且つこの操作によってモータの
仕事温度を低減できると共に、モータの低速運転時の運
転効率を向上出来るようになる。
【０００８】以下に添付図面を参照しながら本発明の好
適な実施の形態を詳細に説明する。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１ないし図４に示すように、本
発明による永久磁気式モータの回転速度向上装置には、
巻回形態の固定子コイル２１１を固定子線槽座２１２に
装着してなる固定子部２１を有し、線槽座２１２にはさ
らに磁気センサ電気回路基板２１４の固定に供する位置
決め装置２１３を有し、且つ回転軸３１１と導磁気ヨー
ク３１２と筒形磁石３１３とを結合して同心円の旋回回
転子３１を構成する永久磁気式回転子部３１を有し、筒
形磁石３１３が固定子励磁コイルに対応してアーマチュ
ア反応を生じ、導磁気して旋回することを特徴とする永
久磁気式モータ１１と、前記回転子磁石３１３に対応し
て複数の磁気感応信号を感応生成し、当該信号が固定子
コイル２１１を回転子磁石の旋回磁極の変換に対応して
各種の励磁電流切り替え角度を生じられ、且つすべて前
記磁気センサ電気回路基板２１４に位置決めされる複数
セットの磁気センサ４１、４１１、４１２と、制御端５
１５コマンドに基いて複数の磁気センサ４１のうちの１
つの感応信号を選択する電気回路５１であって、複数セ
ットの磁気センサ４１の感応信号がすべてスイッチ手段
の入力端５１２に入力され、スイッチ手段の出力端５１
３は単にそのうちの１セットの磁気センサの信号の出力
だけを許容し、出力された感応信号はモータ駆動電気回
路６１を介してモータ固定子コイル２１１と回転子磁石
３１３とを励磁させてアーマチュア反応を生じさせて運
転させることを特徴とする磁気感応信号選択電気回路５
１とを有する。
【００１０】また、前記制御可能なスイッチ手段５１１
としてリレーに接点を有する形態の物品を採用し、スイ
ッチ手段５１１は磁気感応信号選択電気回路５１の切り
替え制御を受けると共に、単に複数セットの磁気センサ
４１のうちの１つの感応信号を出力するようにしてもよ
い。
【００１１】また、前記制御可能なスイッチ手段５１１
として電子半導体に接点を有しない形態の物品を採用
し、スイッチ手段５１１は磁気感応信号選択電気回路５
１の切り替え制御を受けると共に、単に複数セットの磁
気センサ４１のうちの１つの感応信号を出力するように
してもよい。
【００１２】また、前記複数セットの磁気センサ４１の
出力信号の選択はモータの運転の回転速度のレベルを参
考して切り替え制御信号を生じ、当該切り替え制御信号
が磁気感応信号選択電気回路５１の制御端５１５に入力
され、磁気感応信号選択電気回路５１はモータの運転の
回転速度のレベルに従って自動的にスイッチ手段５１１
を切り替えるようにしてもよい。
【００１３】また、前記複数セットの磁気センサ４１の
出力信号の選択は人工的切り替え式の方式によって切り
替え制御信号を磁気感応信号選択電気回路５１の制御端
５１５に入力し、磁気感応信号選択電気回路５１は人工
的切り替えの制御信号に基いてスイッチ手段５１１を切
り替えるようにしてもよい。
【００１４】また、前記固定子部２１としてモータの外
固定子部のことを指すと共に、前記回転子部３１として
前記永久磁気式内回転子部のことを指し、即ち永久磁気
式内回転子モータのことを指す。
【００１５】また、前記固定子部２１としてモータの内
固定子部のことを指すと共に、前記回転子部３１として
永久磁気式外回転子部のことを指し、即ち永久磁気式外
回転子モータのことを指す。
【００１６】また、前記複数セットの磁気センサ４１の
うちの１セットは隣り合う固定子歯部同士の中心角度の
位置θ１、４１１に位置決め装着され、当該位置で回転
子磁石３１３の旋回磁極の変換の感応信号を感応して固
定子コイル２１１の励磁電流切り替え角度と回転子磁石
３１３の旋回磁極とを直交変換させ、両者のアーマチュ
ア反応によって生成する対応流通する隙間磁束密度が最
も高いほうになり、且つ少なくとも１セット以上の磁気
センサ４１位置決め装置は隣り合う固定子歯部同士の非
中心角度の位置θ２、４１２に装着され、当該位置では
回転子磁石旋回磁極変換の感応信号を感応して固定子コ
イル２１１の励磁電流切り替え角度と回転子磁石３１３
の旋回磁極を非直交変換し、両者のアーマチュア反応に
よって対応流通する隙間磁束密度を低減するようにして
もよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の回路の連結状態を示す図
である。
【図２】本発明の実施の形態の回転子部と固定子部と複
数セットの磁気センサの位置角度を示す図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施の形態の内回転
子部と外固定子部と複数セットの磁気センサの位置角度
の組立斜視図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施の形態の外回転
子部と内固定子部と複数セットの磁気センサの位置角度
の組立斜視図である。
【符号の説明】
１０ 永久磁気式モータの回転速度向上装置 １１ 永久磁気式モータ ２１ 固定子部 ２１１ 固定子コイル ２１２ 線槽座 ２１３ 位置決め装置 ２１４ 電気回路基板 ３１ 永久磁気式回転子部 ３１１ 回転軸 ３１２ 導磁気ヨーク ３１３ 筒形磁石 ４１ 磁気センサ ４１１ θ１磁気センサ ４１２ θ２磁気センサ ５１ 磁気感応信号選択電気回路 ５１１ スイッチ手段 ５１２ スイッチ手段入力端 ５１３ スイッチ手段出力端 ５１４ 周波数選択電気回路 ５１５ 磁気感応信号制御端 ６１ モータ駆動制御電気回路

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 巻回形態の固定子コイルを固定子線槽座
    に装着してなる固定子部を有し、線槽座にはさらに磁気
    センサ電気回路基板の固定に供する位置決め装置を有
    し、且つ回転軸と導磁気ヨークと筒形磁石とを結合して
    同心円の旋回回転子を構成する永久磁気式回転子部を有
    し、筒形磁石が固定子励磁コイルに対応してアーマチュ
    ア反応を生じ、導磁気して旋回することを特徴とする永
    久磁気式モータと、 前記回転子磁石に対応して複数の磁気感応信号を感応生
    成し、当該信号が固定子コイルを回転子磁石の旋回磁極
    の変換に対応して各種の励磁電流切り替え角度を生じら
    れ、且つすべて前記磁気センサ電気回路基板に位置決め
    される複数セットの磁気センサと、 制御端コマンドに基いて複数の磁気センサのうちの１つ
    の感応信号を選択する電気回路であって、複数セットの
    磁気センサの感応信号がすべてスイッチ手段の入力端に
    入力され、スイッチ手段の出力端は単にそのうちの１セ
    ットの磁気センサの信号の出力だけを許容し、出力され
    た感応信号はモータ駆動電気回路を介してモータ固定子
    コイルと回転子磁石とを励磁させてアーマチュア反応を
    生じさせて運転させるようにすることを特徴とする磁気
    感応信号選択電気回路とを有することを特徴とする永久
    磁気式モータの回転速度向上装置。
  2. 【請求項２】 前記制御可能なスイッチ手段としてリレ
    ーに接点を有する形態の物品を採用し、スイッチ手段は
    磁気感応信号選択電気回路の切り替え制御を受けると共
    に、単に複数セットの磁気センサのうちの１つの感応信
    号を出力するようにすることを特徴とする請求項１に記
    載の永久磁気式モータの回転速度向上装置。
  3. 【請求項３】 前記制御可能なスイッチ手段として電子
    半導体に接点を有しない形態の物品を採用し、スイッチ
    手段は磁気感応信号選択電気回路の切り替え制御を受け
    ると共に、単に複数セットの磁気センサのうちの１つの
    感応信号を出力するようにすることを特徴とする請求項
    １に記載の永久磁気式モータの回転速度向上装置。
  4. 【請求項４】 前記複数セットの磁気センサの出力信号
    の選択はモータの運転の回転速度のレベルを参考して切
    り替え制御信号を生じ、当該切り替え制御信号が磁気感
    応信号選択電気回路の制御端に入力され、磁気感応信号
    選択電気回路はモータの運転の回転速度のレベルに従っ
    て自動的にスイッチ手段を切り替えるようにすることを
    特徴とする請求項１に記載の永久磁気式モータの回転速
    度向上装置。
  5. 【請求項５】 前記複数セットの磁気センサの出力信号
    の選択は人工的切り替え式の方式によって切り替え制御
    信号を磁気感応信号選択電気回路の制御端に入力し、磁
    気感応信号選択電気回路は人工的切り替えの制御信号に
    基いてスイッチ手段を切り替えるようにすることを特徴
    とする請求項１に記載の永久磁気式モータの回転速度向
    上装置。
  6. 【請求項６】 前記固定子部としてモータの外固定子部
    のことを指すと共に、前記回転子部として前記永久磁気
    式内回転子部のことを指し、即ち永久磁気式内回転子モ
    ータのことを指すことを特徴とする請求項１に記載の永
    久磁気式モータの回転速度向上装置。
  7. 【請求項７】 前記固定子部としてモータの内固定子部
    のことを指すと共に、前記回転子部として永久磁気式外
    回転子部のことを指し、即ち永久磁気式外回転子モータ
    のことを指すことを特徴とする請求項１に記載の永久磁
    気式モータの回転速度向上装置。
  8. 【請求項８】 前記複数セットの磁気センサのうちの１
    セットは隣り合う固定子歯部同士の中心角度の位置に位
    置決め装着され、当該位置で回転子磁石の旋回磁極の変
    換の感応信号を感応して固定子コイルの励磁電流切り替
    え角度と回転子磁石の旋回磁極とを直交変換させ、両者
    のアーマチュア反応によって生成する対応流通する隙間
    磁束密度が最も高いほうになり、且つ少なくとも１セッ
    ト以上の磁気センサ位置決め装置は隣り合う固定子歯部
    同士の非中心角度の位置に装着され、当該位置では回転
    子磁石旋回磁極変換の感応信号を感応して固定子コイル
    の励磁電流切り替え角度と回転子磁石の旋回磁極を非直
    交変換し、両者のアーマチュア反応によって対応流通す
    る隙間磁束密度を低減することを特徴とする請求項１に
    記載の永久磁石式モータの回転速度向上装置。
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