JP2005210808A

JP2005210808A - 永久磁石埋め込み型同期機

Info

Publication number: JP2005210808A
Application number: JP2004013472A
Authority: JP
Inventors: Wahei Inoue; 和平井上
Original assignee: Mayekawa Manufacturing Co
Current assignee: Mayekawa Manufacturing Co
Priority date: 2004-01-21
Filing date: 2004-01-21
Publication date: 2005-08-04

Abstract

【課題】永久磁石埋め込み型同期機において、必要に応じてリラクタンスを変化させてその特性を変化させる。
【解決手段】永久磁石埋め込み型同期機は、永久磁石１９が埋め込まれた回転子１５と、回転子の外周面を取り囲むようにして配置された固定子１４とを有しており、回転子の外周面はコーン周面状に規定され、固定子の内周面をコーン周面状に規定されている。回転子と固定子とは空隙（エアギャップ）１６をおいて互いに対向しており、空隙には回転子を密封化するキャン２０が配設されている。回転軸１７を軸方向に移動させて、固定子と回転子との間の空隙の間隔を変化させ回転子から固定子に至る磁路のリラクタンスを変化させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転子（ローター）に永久磁石が埋め込まれた同期機に関するものである。

従来、同期機においては、回転子側に励磁線輪（励磁コイル）が捲装されており、同期機のハウジングには、励磁コイルに電力を供給するための貫通端子が設けられている。そして、この種の同期機においては、励磁電源及び励磁電源制御のための制御機構が必要であるが、同期機に各種特性（例えば、直捲性及び複捲性等）を付与することは困難である。

一方、永久磁石型同期モータ（ＰＭモータ）として、回転子に磁気的な突極性を形成し、これによって、リラクタンストルクを有効利用するものがあり、埋込み永久磁石型同期モータでは、回転子の内部に永久磁石を埋め込んだ構造を有しており、例えば、強磁性コアからなる回転子の外周面の周方向に等間隔に所定個数の永久磁石をそれぞれ取り付け、永久磁石の配列を、固定子側と対向する側の極性がＳ極とＮ極とが交互に配置するようにして、コアの中心軸と永久磁石との間のコア内に、永久磁石に対応させて円弧状の別の永久磁石をそれぞれ埋め込んで、その別の永久磁石の配列を対応する永久磁石の配列と同一になるようにしたものがある（特許文献１参照）。そして、ここでは、誘起電圧波形の改善によりトルク変動を改善するとともに、マグネットトルクの向上を図るようにしている。

特開２００３−６１２８０公報（段落（００１５）〜段落（００２４）、第１図〜第５図）

従来の永久磁石埋め込み型同期機では、リラクタンストルクを利用する際、誘起電圧波形を改善して、トルク変動を防止するようにしているものの、同期機におけるリラクタンスを変化させてその特性を変化させ、同期機の性能を向上させることはできず、単にトルク変動を防止しているだけである。つまり、従来の永久磁石埋め込み型同期機においては、同期機のリラクタンスを変化させることはできないという課題がある。

従って、本発明はかかる従来技術の問題に鑑み、必要に応じてリラクタンスを逐次アナログ的に変化させて、その特性を変化させることのできる永久磁石埋め込み型同期機を提供することを目的とする。

そこで、本発明はかかる課題を解決するために、永久磁石が埋め込まれた回転子と、該回転子の外周面を取り囲むようにして配置された固定子とを有する永久磁石埋め込み型同期機において、前記回転子と前記固定子とは空隙をおいて互いに対向しており、該空隙に配置された前記回転子を密封化するキャンと、前記空隙の間隔を変化させて前記回転子から前記固定子に至る磁路のリラクタンスを逐次アナログ的に変化させるリラクタンス変化手段とを有することを特徴とする。

本発明では、例えば、前記回転子の外周面はコーン周面状に規定され、前記固定子の内周面をコーン周面状に規定して、前記リラクタンス変化手段は前記回転子を軸方向に移動させて前記空隙の間隔を変化させて前記リラクタンスを変化させる。

また、本発明では、前記回転子には回転軸が挿入され、該回転軸を同期機ハウジングに対して回転可能に支持するとともに前記軸方向に移動可能に支持する軸受け部を備えて、前記リラクタンス変化手段は、前記回転軸の一端側に配置され前記回転軸に吸引力又は反発力を与えて前記を回転軸を前記軸方向に移動させるソレノイドを備えている。なお、前記リラクタンス変化手段は、流体圧力に応じて前記回転軸を前記軸方向に移動させるようにしてもよい。また、前記回転軸に連結された負荷によって発生する電流を前記ソレノイドに帰還させるようにして、同期機に直捲性又は複捲性を付与するようにしてもよい。

以上のように、本発明の同期機は、回転子と固定子との間の空隙にキャンを配設して回転子を密封化するとともに、空隙の間隔を変化させて回転子から固定子に至る磁路のリラクタンスを変化させるようにしたので、容易にリラクタンスを変化させることができ、その結果、同期機の特性を容易に変化させることができるという効果がある。

本発明では、回転子の外周面をコーン周面状に規定し、固定子の内周面をコーン周面状に規定したから、単に回転軸を軸方向に移動させるだけで、空隙の間隔が変化し、容易にリラクタンスを変化させることができるという効果がある。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は本発明による永久磁石埋め込みキャンド型同期機（以下単に同期機と呼ぶ）の一例を示す側断面図であり、図２はその正断面図である。図１及び図２を参照して、同期機筐体（以下同期機ハウジングと呼ぶ）１１の内周面には固定子鉄心（コア）１２が装着され、この固定子鉄心１２には固定子線輪１３が捲装されて、固定子１４を構成している。固定子鉄心１２の内周面はコーン周面状のキャンが挿入されており、図１に示すように、その左側から右側に向って径が狭まっている。

固定子鉄心１２の内側にはコーン状の回転子１５が配置され、回転子１５の外周面は、図１に示すようにその左側から右側に向って径が狭まり、固定子鉄心１２の内周面と回転子１５の外周面との間にはエアギャップ（空隙）１６が形成される。回転子１５の中心部には回転軸１７が挿入されており、この回転軸１７はその両端部において軸受け部１８によって同期機ハウジング１１に回転可能に支持されている。回転子１５には軸方向に傾斜して永久磁石１９が埋め込まれており、この永久磁石１９は、図２に示すように、回転軸１７の回りに等間隔に配置され、軸方向に平行にＮ極、Ｓ極が着磁されている。

前述のエアギャップ１６にはコーン状の薄金属製キャン２０が配置され、このキャン２０の一端（図１において左端）はハウジング１１の内面に形成されたフランジ体１１ａに取り付けられ、キャン２０の他端（図１において右端）はハウジング１１に形成されたスリーブ１１ｂに取り付けられて、キャン２０によって回転子１５は大気側と遮断されて、密封状態とされる。なお、上述のスリーブ１１ｂの内周面に軸受け部１８が装着されて、回転軸１７が回転可能に同期機ハウジング１１に支持されることになる。

さらに、同期機ハウジング１１の左側には、同期機ハウジング１１から軸方向に突出した非磁性金属製のスリーブ体２１が装着されており、スリーブ体２１によって回転軸１７が取り囲まれ、さらに、スリーブ体２１によってキャン２０内部の気密性が保持されて、スリーブ体２１の外周面にはソレノイド２２が装着されている。なお、回転軸１７の左側には負荷２３が装着される。

永久磁石１９からの磁束はエアギャップ１６及びキャン２０を介して固定子線輪１３と鎖交し、固定子１４を含めた磁路を形成する。前述の回転軸１７は軸受け部１８に軸方向に移動可能に保持されており、回転軸１７が軸方向に移動すると、それに連れて回転子１５も軸方向に移動する。前述のように、回転子１５の外周面はコーン周面状となっており、固定子鉄心１２の内周面もコーン周面状となっているから、回転子１５が軸方向に移動すると、エアギャップ１６の間隔が変化して、磁路の一部を構成するエアギャップ１６のリラクタンス（磁気抵抗値）が変化することになる。そして、リラクタンスが変化すると、固定子線輪１３と鎖交する磁束数が変化する。

いま、回転軸１７、つまり、上記の同期機に連結された負荷２３が電動機であると、同期機は同期発電機として動作し、固定子線輪１３に誘起する電圧がリラクタンスの変化に応じて変化する。負荷２３を駆動する際には、所定の電圧が同期機、つまり、固定子線輪１３に発生するが、上述のようにエアギャップ１６の間隔が変化すると（つまり、リラクタンスが変化すると）、同期機の電圧が増減する方向に変化して、この結果、力率が変化する。

回転軸１７を軸方向に移動させる際には、ソレノイド２２の電流を制御する。つまり、図示しない電源制御器によってソレノイド２２を励磁すると、回転軸１７が吸引又は反発されて、回転軸１７、つまり、回転子１５が軸方向に移動する。そして、ソレノイド２２の励磁を停止すると、回転軸１７は元の位置に復帰する。このようにして、ソレノイド２２の電流を制御すると、前述のようにして、エアギャップ１６の間隔が変化して、磁路の一部を構成するエアギャップ１６のリラクタンスが変化することになる。

上述の例では、ソレノイド２２の電流を制御して、回転軸１７を軸方向に移動させて、エアギャップ１６の間隔を変化させ、リラクタンスを変化させる例について説明したが、油圧系を備えて、回転軸１７を軸方向に移動させるようにしてもよい。図３を参照すると、同期機ハウジング１１の左端には回転軸１７の一端（左端）を覆うようにして、シリンダー部３１が配設され、このシリンダー部３１の一端（図中左端）は閉塞されている。

シリンダー部３１内にはピストン部３２がシリンダー部３１の軸方向に沿って摺動可能に配置されており、ピストン部３２の一端面（図中右端面）には推力軸受け球３３が取り付けられている。ピストン部３２によってシリンダー部３１内は左側に位置する室と右側に位置する室とに別れ、左側室及び右側室はそれぞれ配管３４ａ及び３４ｂに連結され、配管３４ａ及び３４ｂは油圧装置（図示せず）に連結されている。

いま、配管３４ａから油圧を供給すると、ピストン部３２は図中右側に移動し、推力軸受け球３３によって、回転軸１７が右方向に押されて、回転軸１７は軸方向右側に移動し、これによって、回転子１５が軸方向右側に移動し、前述のようにして、固定子１４と回転子１５とのエアギャップ１６の間隔が変化して、磁路の一部を構成するエアギャップ１６のリラクタンスが変化することになる。

一方、配管３４ｂから油圧を供給すると、ピストン部３２は図中左側に移動し、推力軸受け球３３による回転軸１７の押圧が解除されて、回転軸１７は元の位置に復帰して（回転子１５が元の位置に復帰して）、再びエアギャップ１６の間隔が変化して、磁路の一部を構成するエアギャップ１６のリラクタンスが変化することになる。

上述の例では、油圧を用いて回転軸１７を軸方向に移動させる例について説明したが、油圧の代わりにキャンで封入された圧力流体を用いてピストン部３２をシリンダー部３１内で移動させて、回転軸１７を軸方向に移動させるようにしてもよい。

上述のようにして、本発明では、回転子１５に永久磁石を埋め込んで、回転子に装着される励磁巻線を不要として、回転子１５と固定子１４との間にキャン２０を配置して、キャンド化を行っている。これによって、つまり、キャンド化によって、耐気密性、耐圧性、耐腐食性、及び耐高真空性が達成できる。

さらに、本発明では、固定子線輪に鎖交する磁束が通過する磁路のリラクタンスを変化させて、実質的に固定子線輪に鎖交する磁束を変化させるようにしたから、同期機の電圧、電流、及び力率を簡単に制御することができる。また、上述のようにして、リラクタンスを変化させて、同期機側に電流を帰還するようにすれば、直捲性及び複捲性等の各種特性を同期機に付与することができる。例えば、同期機電流を直接ソレノイド２２に帰還するようにすれば、直捲性又は複捲性を得ることができる。

なお、上述の説明から明らかなように、固定子１４のコーン形状内周面、回転子１５のコーン形状外周面、及び回転軸１７を軸方向に移動させるソレノイド又は油圧系等の手段がリラクタンス変化手段を構成することになる。

回転子と固定子との間の空隙にキャンを配設して回転子を密封化するとともに、空隙の間隔を変化させて回転子から固定子に至る磁路のリラクタンスを変化させるようにしたので、容易にリラクタンスを変化させることができ、同期機限らず、各種電動機及び発電機に適用できる。

本発明による永久磁石埋め込み型同期機の一例を示す側断面図である。本発明による永久磁石埋め込み型同期機の一例を示す正断面図である。本発明による永久磁石埋め込み型同期機の他の例を部分的に示す側断面図である。

符号の説明

１１同期機筐体
１２固定子鉄心
１３固定子線輪
１４固定子
１５回転子
１６エアギャップ
１７回転軸
１８軸受け部
１９永久磁石
２０キャン
２１スリーブ体
２２ソレノイド
２３負荷
３１シリンダー部
３２ピストン部
３３推力軸受け球
３４ａ，３４ｂ配管

Claims

永久磁石が埋め込まれた回転子と、該回転子の外周面を取り囲むようにして配置された固定子とを有する永久磁石埋め込み型同期機において、
前記回転子と前記固定子とは空隙をおいて互いに対向しており、
該空隙に配置された前記回転子を密封化するキャンと、
前記空隙の間隔を変化させて前記回転子から前記固定子に至る磁路のリラクタンスを変化させるリラクタンス変化手段とを有することを特徴とする永久磁石埋め込み型同期機。
前記回転子の外周面はコーン周面状に規定され、前記固定子の内周面をコーン周面状に規定しており、
前記リラクタンス変化手段は、前記回転子を軸方向に移動させて前記空隙の間隔を変化させて前記リラクタンスを変化させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の永久磁石埋め込み型同期機。
前記回転子には回転軸が挿入され、該回転軸を同期機ハウジングに対して回転可能に支持するとともに前記軸方向に移動可能に支持する軸受け部を備え、
前記リラクタンス変化手段は、前記回転軸の一端側に配置され前記回転軸に吸引力又は反発力を与えて前記回転軸を前記軸方向に移動させるソレノイドを備えていることを特徴とする請求項２記載の永久磁石埋め込み型同期機。
前記回転子には回転軸が挿入され、該回転軸を同期機ハウジングに対して回転可能に支持するとともに前記軸方向に移動可能に支持する軸受け部を備え、
前記リラクタンス変化手段は、流体圧力に応じて前記回転軸を前記軸方向に移動させるようにしたことを特徴とする請求項２記載の永久磁石埋め込み型同期機。
前記回転軸に連結された負荷によって発生する電流を前記ソレノイドに帰還させるようにしたことを特徴とする請求項３記載の永久磁石埋め込み型同期機。