JP2006352953A - Motor and its control method, compressor, blower, air conditioner and vehicle-mounted air conditioner - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電動機の構造、及び当該構造を利用した電動機の制御技術に関する。当該電動機や制御技術は圧縮機や送風機に適用できる。 The present invention relates to a structure of an electric motor, and a motor control technique using the structure. The electric motor and control technology can be applied to a compressor and a blower.
小型・高効率な電動機を実現するにあたっては、永久磁石を用いた永久磁石励磁電動機が望ましい。また、最近の環境負荷低減の社会的要望もあり、一定回転時において高効率であるのみならず、高回転での運転においても高効率な電動機や駆動装置が望まれている。 In realizing a small and highly efficient motor, a permanent magnet excitation motor using a permanent magnet is desirable. In addition, there is a recent social demand for reducing the environmental load, and there is a demand for a motor and a drive device that are not only highly efficient at a constant rotation but also highly efficient in operation at a high rotation.
しかしながら、誘導電動機と異なり、永久磁石励磁電動機は回転速度に比例した逆誘起電圧が生じるために、駆動電圧の制限内において原理的に、低回転時にはトルク不足、高回転時には回転数不足が生じる。そこで一般には、電動機を使用する頻度の高い回転数を目標としてコイルの巻き線数を選定し、駆動装置全体としての一定期間内での総合効率が良い巻き線仕様の電動機を搭載する。 However, unlike an induction motor, a permanent magnet excitation motor generates a counter-inductive voltage proportional to the rotational speed. Therefore, in principle, the torque is insufficient at a low rotation and the rotation speed is insufficient at a high rotation within the limitation of the drive voltage. Therefore, in general, the number of windings of the coil is selected with the target of the rotational frequency at which the motor is frequently used, and a motor with a winding specification having a good overall efficiency within a certain period of time as the entire driving device is mounted.
このような原理的制約の中にありながら、小型・高効率を維持しつつ運転範囲を拡大させる技術が提案されている。例えば特許文献1には、回転子の上下端に電磁石を配置し、低速回転時には永久磁石を増磁させる方向(以下「強め界磁」と言う)に電磁石を励磁させることでトルクを増大させ、高速回転時には逆誘起電圧を減少させるために永久磁石を減磁させる方向(以下「弱め界磁」と言う)に電磁石を励磁する技術が開示されている。 A technique for expanding the operating range while maintaining a small size and high efficiency has been proposed in spite of such a fundamental constraint. For example, in Patent Document 1, electromagnets are arranged at the upper and lower ends of the rotor, and the torque is increased by exciting the electromagnet in a direction in which the permanent magnet is magnetized during low-speed rotation (hereinafter referred to as “strong field”). A technique is disclosed in which an electromagnet is excited in a direction in which a permanent magnet is demagnetized (hereinafter referred to as “weak field”) in order to reduce a reverse induced voltage during high-speed rotation.
特許文献2には、高速回転領域での弱め界磁制御は行わず、低速回転領域での強め界磁のみで運転範囲を拡大する技術が開示されている。 Patent Document 2 discloses a technique that does not perform field-weakening control in a high-speed rotation region, but expands the operating range with only a strong field in a low-speed rotation region.
特許文献3には、回転子が径外側ロータと径内側ロータとに分割されており、回転方向での相対位置を機械的に変化させることで、通電せずに弱め界磁制御を実現可能とする技術が開示されている。 In Patent Document 3, a rotor is divided into a radially outer rotor and a radially inner rotor, and field weakening control can be realized without energization by mechanically changing the relative position in the rotational direction. Is disclosed.
特許文献4では、上記相対位置を変化させる機構を、これにクラッチ機構を採用することによって簡素化した電動機が開示されている。
特許文献5では、方向性電磁鋼板の圧延方向による透磁率異方性を有して磁気抵抗を調整するプラグを用い、弱め界磁電流を流すことなく、かつ連続的に弱め界磁を微調整する技術が開示されている。 In Patent Document 5, a plug that has magnetic permeability anisotropy in the rolling direction of a grain-oriented electrical steel sheet and adjusts the magnetic resistance is used, and a field weakening current is not passed and a field weakening is continuously finely adjusted. Techniques to do this are disclosed.
しかしながら特許文献1に開示された電動機では、運転範囲を拡大することは可能であるものの、強め界磁や弱め界磁に使用する電磁石へ通電する電流によって銅損が上昇するため、運転効率が低下する。 However, in the electric motor disclosed in Patent Document 1, although it is possible to expand the operating range, the copper loss increases due to the current supplied to the electromagnet used for the strong field and the weak field, so that the operating efficiency decreases. To do.
特許文献2の開示例では、永久磁石の漏れ磁束を制御できれば効果が望めるものの、その制御は具体的な技術が開示されていない。制御可能であったとしても補助ステータコイルに通電する電流による銅損が発生するため、第2永久磁石を用いずにその体積分を第1永久磁石として使用した通常の永久磁石励磁電動機に比べると、低速時の運転効率は低下する。 In the disclosed example of Patent Document 2, although an effect can be expected if the leakage magnetic flux of the permanent magnet can be controlled, no specific technique is disclosed for the control. Even if it is controllable, copper loss occurs due to the current flowing to the auxiliary stator coil. Therefore, compared with a normal permanent magnet excitation motor that uses the volume as the first permanent magnet without using the second permanent magnet. The driving efficiency at low speed is reduced.
特許文献3では、その実施の形態の1例を示す(特許文献3の)図2から判るように、部分円弧状溝が磁化困難領域を形成しているため磁気抵抗が増大する。これは永久磁石の鎖交磁束を減少させるので、弱め界磁を行わない領域での運転効率は、通常の永久磁石埋め込み型電動機に比較して低下する。また変形された態様を示す図4、5から明らかなように、この変形では先に言及した図2の溝部はないものの、磁極数8に対して半分の4極の突極からなる径内側ロータを用いている。突極数4に限らず、原理的に円周(360度)に対して半分(180度)しか磁路を形成できない。よってこの変形においてすら、弱め界磁を行わない領域での運転効率は、通常の永久磁石埋め込み型電動機に比較して低下する。 In Patent Document 3, as can be seen from FIG. 2 (of Patent Document 3) showing an example of the embodiment, the partial arc-shaped groove forms a hard-to-magnetize region, so that the magnetic resistance increases. This reduces the interlinkage magnetic flux of the permanent magnet, so that the operating efficiency in a region where no field weakening is performed is reduced as compared with a normal permanent magnet embedded motor. As is apparent from FIGS. 4 and 5 showing the modified embodiment, this modification does not have the groove portion of FIG. 2 mentioned earlier, but the inner rotor having four salient poles, which is half of the number of magnetic poles. Is used. The number of salient poles is not limited to 4, and a magnetic path can be formed only in half (180 degrees) with respect to the circumference (360 degrees) in principle. Therefore, even in this deformation, the operation efficiency in the region where the field weakening is not performed is lowered as compared with a normal permanent magnet embedded motor.
更に、他の変形された態様として当該文献に図6、7の開示がある。これらから明らかなように、径内側ロータに埋込磁石ロータが用いられている。この態様であれば先記態様とは異なり、弱め界磁制御を行わない領域での永久磁石の鎖交磁束は低下することはない。しかしながら永久磁石の使用量、乃至は厚みがおおよそ2倍になっている。よって、弱め界磁を行わない領域での運転効率は、同等の厚みの永久磁石を使用した場合の通常の永久磁石埋め込み型電動機に比較して低下する。更に、その点を除いても、弱め界磁制御時に永久磁石が直接面対抗するために、お互いが強い減磁界にさらされるために、非可逆減磁の恐れがある。 Furthermore, as another modified embodiment, there is a disclosure of FIGS. As is apparent from these, an embedded magnet rotor is used for the inner rotor. If it is this aspect, unlike the above-mentioned aspect, the linkage flux of the permanent magnet in the area | region which does not perform field-weakening control will not fall. However, the usage amount or thickness of the permanent magnet is approximately doubled. Therefore, the operation efficiency in a region where no field weakening is performed is reduced as compared with a normal permanent magnet embedded electric motor when a permanent magnet having an equivalent thickness is used. Furthermore, even if this point is excluded, since the permanent magnets directly face each other during field weakening control, they are exposed to a strong demagnetizing field, and there is a risk of irreversible demagnetization.
特許文献4に記載された電動機でも、特許文献3の図4、5で示された電動機形状を採用するために、同様の課題が生じる。
Even in the electric motor described in
特許文献5では、その図3にもあるように、透磁率の異方性の幅が磁界強度に依存するという問題がある。磁界強度が1[Oe]≒79.6[A/m]での透磁率比は0.0025:0.018程度で7倍弱と見て取れる。しかし磁界強度が3[Oe]≒238.8[A/m]での透磁率比は0.005:0.007程度で1.4倍であり、10[Oe]≒796[A/m]での透磁率比は0.002:0.0018程度で1.1倍程度となる。 In Patent Document 5, as shown in FIG. 3, there is a problem that the width of anisotropy of magnetic permeability depends on the magnetic field strength. When the magnetic field strength is 1 [Oe] ≈79.6 [A / m], the magnetic permeability ratio is about 0.0025: 0.018, which can be seen as slightly less than 7 times. However, when the magnetic field strength is 3 [Oe] ≈238.8 [A / m], the permeability ratio is about 0.005: 0.007, which is 1.4 times, and 10 [Oe] ≈796 [A / m]. The permeability ratio at about 0.002: 0.0018 is about 1.1 times.
特許文献5のステータ本体7の材料については言及がないが、小型化のために高性能な無方向性電磁鋼板を使用したとしても、先ほどの磁界強度H=1、3、10[Oe]での磁束密度はそれぞれB=0.7、1.3、1.48[T]程度である。即ち、体格の大きな電動機設計でステータが0.7[T]程度の動作点で使用されるならば、磁気抵抗調整プラグによる弱め界磁は可能である。 Although the material of the stator body 7 of Patent Document 5 is not mentioned, even if a high-performance non-oriented electrical steel sheet is used for miniaturization, the magnetic field strength H = 1, 3, 10 [Oe] is the same as the previous one. Are about B = 0.7, 1.3, and 1.48 [T], respectively. That is, if the stator is used at an operating point of about 0.7 [T] in a large sized motor design, field weakening by the magnetoresistive adjustment plug is possible.
しかしながら、電動機の小型化やコストダウンを指向する場合、ステータの磁束密度に余裕を持たせることは望ましくない。磁束密度を少なく見積もって仮にこれが1.3[T]であるとしても、透磁率比は1.4倍程度しか得られない。永久磁石の起磁力に対する磁気抵抗への寄与は、まず永久磁石自身が大きく、次いでエアギャップであり、ステータヨークの磁気抵抗の割合は少ない。更にヨーク部の磁路長の方が磁気抵抗調整プラグよりも長いので、磁気抵抗調整プラグの磁気異方性への寄与度は更に低下する。よって、磁束密度を高く設計する場合では、ステータにおいて弱め界磁を調整する幅が少ない。 However, when aiming to reduce the size and cost of an electric motor, it is not desirable to provide a margin for the magnetic flux density of the stator. Even if the magnetic flux density is estimated to be small and this is 1.3 [T], the permeability ratio can be obtained only about 1.4 times. The contribution to the magnetoresistance of the permanent magnet magnetomotive force is first the permanent magnet itself, then the air gap, and the ratio of the magnetoresistance of the stator yoke is small. Furthermore, since the magnetic path length of the yoke portion is longer than that of the magnetoresistive adjustment plug, the contribution of the magnetoresistive adjustment plug to the magnetic anisotropy is further reduced. Therefore, when the magnetic flux density is designed to be high, the width for adjusting the field weakening in the stator is small.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、電動機の小型・高効率化を指向しつつ、駆動電源電圧範囲内での運転範囲を拡大することを目的とし、あるいは更に電動機の振動を低減することをも目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and aims to expand the operating range within the drive power supply voltage range while further aiming to reduce the size and increase the efficiency of the motor, or to further reduce the vibration of the motor. The purpose is to do.
この発明にかかる電動機の第1の態様は、外周面(100a)と内周面(100b)とを含む略円筒形状を呈し、界磁用磁石(31〜34)を有する回転子(100)と、電機子巻線(203)が巻回された歯部(201,202)を有し、前記内周面側に設けられた内周側固定子(200)と、電機子巻線(303)が巻回された歯部(301,302)を有し、前記外周面側に設けられた外周側固定子(300)とを備える。そして前記内周側固定子の前記歯部の周方向の中心と、前記外周側固定子の前記歯部の周方向の中心との相対的な位置関係が可変である。 A first aspect of the electric motor according to the present invention is a rotor (100) having a substantially cylindrical shape including an outer peripheral surface (100a) and an inner peripheral surface (100b), and having field magnets (31 to 34). The armature winding (203) has teeth (201, 202) wound around the inner peripheral side stator (200) provided on the inner peripheral surface side, and the armature winding (303). Is provided with an outer peripheral side stator (300) provided on the outer peripheral surface side. The relative positional relationship between the circumferential center of the tooth portion of the inner circumferential stator and the circumferential center of the tooth portion of the outer stator is variable.
この発明にかかる電動機の第2の態様は、電動機の第1の態様であって、前記内周側固定子(200)の前記電機子巻線(203)と、前記外周側固定子(300)の前記電機子巻線(303)とは、各相毎に直列に接続される。 A second aspect of the electric motor according to the present invention is the first aspect of the electric motor, wherein the armature winding (203) of the inner peripheral side stator (200) and the outer peripheral side stator (300) are provided. The armature winding (303) is connected in series for each phase.
この発明にかかる電動機の第3の態様は、電動機の第1の態様又は第2の態様であって、前記界磁用磁石(31〜34)は前記外周面(100a)と内周面(100b)との間に位置する。 A third aspect of the electric motor according to the present invention is the first aspect or the second aspect of the electric motor, wherein the field magnets (31 to 34) are formed of the outer peripheral surface (100a) and the inner peripheral surface (100b). ).
この発明にかかる電動機の第4の態様は、電動機の第1乃至第3の態様のいずれかであって、前記回転子(100)と、前記内周側固定子(200)及び前記外周側固定子(300)とは、前記円筒形状の軸方向に沿って相対的な位置関係が可変である。 A fourth aspect of the electric motor according to the present invention is any one of the first to third aspects of the electric motor, and includes the rotor (100), the inner peripheral side stator (200), and the outer peripheral side fixed. The relative position of the child (300) is variable along the axial direction of the cylindrical shape.
この発明にかかる電動機の第5の態様は、電動機の第1乃至第4の態様のいずれかであって、前記回転子(100)と、前記内周側固定子(200)及び前記外周側固定子(300)とは、前記円筒形状の軸方向に垂直な方向に沿って相対的に偏芯して固定される。 A fifth aspect of the electric motor according to the present invention is any one of the first to fourth aspects of the electric motor, and includes the rotor (100), the inner peripheral side stator (200), and the outer peripheral side fixed. The child (300) is relatively eccentrically fixed along a direction perpendicular to the cylindrical axial direction.
この発明にかかる電動機の第6の態様は、電動機の第1乃至第4の態様のいずれかであって、前記回転子(100)と、前記内周側固定子(200)及び前記外周側固定子(300)とは、前記円筒形状の軸方向に垂直な方向に沿って相対的な位置関係が可変である。 A sixth aspect of the electric motor according to the present invention is any one of the first to fourth aspects of the electric motor, wherein the rotor (100), the inner peripheral side stator (200), and the outer peripheral side fixed The relative position of the child (300) is variable along a direction perpendicular to the axial direction of the cylindrical shape.
この発明にかかる電動機は、圧縮機、送風機に適用でき、当該圧縮機や送風機は空気調和機に適用できる。 The electric motor according to the present invention can be applied to a compressor and a blower, and the compressor and the blower can be applied to an air conditioner.
また、本発明にかかる電動機は、巻回数に依存せずに回転数の微調整を行うことができるので、例えば42V以下等の、低電圧で動作する車載用空調機の圧縮機に適している。 In addition, the electric motor according to the present invention can finely adjust the rotational speed without depending on the number of windings, and is therefore suitable for a compressor of an in-vehicle air conditioner that operates at a low voltage such as 42 V or less. .
この発明にかかる電動機の制御方法の第1の態様は、電動機の第1の態様乃至第4の態様の動作を制御する方法であって、少なくとも前記内周側固定子(200)及び前記外周側固定子(300)の一方について、前記電機子巻線に流される電機子電流の位相が進角に設定される。 A first aspect of the motor control method according to the present invention is a method for controlling the operation of the first to fourth aspects of the motor, and includes at least the inner peripheral side stator (200) and the outer peripheral side. For one of the stators (300), the phase of the armature current flowing through the armature winding is set to an advance angle.
この発明にかかる電動機の制御方法の第2の態様は、電動機の第4の態様の動作を制御する方法であって、前記回転子(100)と、前記内周側固定子(200)及び前記外周側固定子(300)との、前記円筒形状の軸方向に沿った相対的な位置関係を設定する。 A second aspect of the motor control method according to the present invention is a method for controlling the operation of the fourth aspect of the motor, wherein the rotor (100), the inner peripheral side stator (200), and the motor The relative positional relationship with the outer circumferential side stator (300) along the axial direction of the cylindrical shape is set.
この発明にかかる電動機の制御方法の第3の態様は、電動機の第6の態様の動作を制御する方法であって、前記回転子(100)と、前記内周側固定子(200)及び前記外周側固定子(300)との、前記円筒形状の軸方向に垂直な方向に沿った相対的な位置関係を設定する。 A third aspect of the motor control method according to the present invention is a method for controlling the operation of the sixth aspect of the motor, wherein the rotor (100), the inner peripheral side stator (200), and the motor A relative positional relationship with the outer circumferential side stator (300) is set along a direction perpendicular to the axial direction of the cylindrical shape.
この発明にかかる電動機の第1の態様においては、界磁用磁石から内周側固定子の歯部に与えられる界磁と、界磁用磁石から外周側固定子の歯部に与えられる界磁との間の位相差が可変となる。よって内周側固定子や外周側固定子の電機子巻線に供給される電機子電流を制御することなく、弱め界磁を等価的に実現することができる。従って弱め磁束電流による銅損の上昇や、負のd軸電流による界磁用磁石の減磁も発生しない。しかも内周側固定子と外周側固定子との相対的な位置関係は、界磁用磁石のd軸に対する電機子電流の位相とは独立に設定できるので、トルクも別個に制御することができる。 In the first aspect of the electric motor according to the present invention, the field applied from the field magnet to the teeth of the inner stator and the field applied from the field magnet to the teeth of the outer stator The phase difference between and becomes variable. Therefore, the field weakening can be equivalently realized without controlling the armature current supplied to the armature windings of the inner and outer stators. Therefore, an increase in copper loss due to the weak magnetic flux current and a demagnetization of the field magnet due to the negative d-axis current do not occur. In addition, since the relative positional relationship between the inner and outer stators can be set independently of the phase of the armature current with respect to the d-axis of the field magnet, the torque can also be controlled separately. .
この発明にかかる電動機の第2の態様においては、誘起電圧が不均衡となっても環状電流が流れず、損失を低減できる。 In the second aspect of the electric motor according to the present invention, even if the induced voltage becomes unbalanced, the annular current does not flow, and the loss can be reduced.
この発明にかかる電動機の第3の態様においては、マグネットトルクのみならず、リラクタンストルクをも利用することができる。 In the third aspect of the electric motor according to the present invention, not only magnet torque but also reluctance torque can be used.
この発明にかかる電動機の第4の態様及びこの発明にかかる電動機の制御方法の第2の態様においては、回転子と、内周側固定子及び外周側固定子とが対向する面積が減少するので、機械的な弱め界磁制御をより得ることができる。しかも両者の間で軸方向の吸引力が生じるため、軸方向への振動を抑制することもできる。 In the fourth aspect of the electric motor according to the present invention and the second aspect of the electric motor control method according to the present invention, the area where the rotor, the inner peripheral side stator and the outer peripheral side stator face each other decreases. More mechanical field weakening control can be obtained. Moreover, since an axial suction force is generated between the two, vibration in the axial direction can also be suppressed.
この発明にかかる電動機の第5の態様においては、回転子と、内周側固定子及び外周側固定子との間に、軸方向と直角方向に、ある程度安定した並進力が生じるので、軸方向と直角方向への振動を抑制できる。 In the fifth aspect of the electric motor according to the present invention, a translation force that is stabilized to some extent is generated between the rotor, the inner peripheral side stator, and the outer peripheral side stator in a direction perpendicular to the axial direction. And can suppress vibration in the direction perpendicular to.
この発明にかかる電動機の第6の態様及びこの発明にかかる電動機の制御方法の第3の態様においては、電機子巻線に誘起する誘起電圧や電流波形の不均衡を計測することで偏芯量を調整することができる。 In the sixth aspect of the electric motor according to the present invention and the third aspect of the electric motor control method according to the present invention, the amount of eccentricity is measured by measuring the imbalance in the induced voltage and current waveform induced in the armature winding. Can be adjusted.
この発明にかかる電動機の制御方法の第1の態様においては、内周側固定子と外周側固定子との相対的な位置関係と独立して、通常の弱め界磁と同様の制御が行われるので、高速回転領域での運転効率が向上できる。 In the first aspect of the motor control method according to the present invention, the same control as that of a normal field weakening is performed independently of the relative positional relationship between the inner peripheral side stator and the outer peripheral side stator. Therefore, the operation efficiency in the high speed rotation region can be improved.
第1の実施の形態.
図1は本発明の第1の実施の形態にかかる電動機の構成を例示し、回転軸方向に対して垂直な断面図である。回転子100は外周面100a及び内周面100bを備え、内周面100b側には内周側固定子200が、外周面100a側には外周側固定子300が、それぞれ設けられている。回転子100の内外に固定子を設けることにより、巻線スロットの全断面積を増大させることができる。
First embodiment.
FIG. 1 illustrates a configuration of an electric motor according to a first embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view perpendicular to the rotation axis direction. The
図2は回転子100の構成を例示し、回転軸方向に対して垂直な断面図である。外周面100a及び内周面1はいずれも環状を呈する。ここでは両者は同心円を呈しているが、必ずしも真円である必要はなく、設計上の変更は適宜に可能である。例えば誘起電圧の高調波を軽減する目的で、部分的に偏芯し、偏肉形状を採っていてもよい。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the
回転子100はその周方向に並んだ界磁用磁石31〜34が設けられている。界磁用磁石31〜34は、外周面100a側と内周面100b側とにそれぞれ異なる磁極面を交互に呈している。即ちここでは回転子100として極対数が2である永久磁石回転子が採用された場合が例示されている。
The
ここでは回転子100として、いわゆる埋込磁石型の回転子が例示されており、換言すれば界磁用磁石31〜34は外周面100aと内周面100bとの間に位置している。このような埋込磁石型の回転子では、マグネットトルクのみならず、リラクタンストルクをも利用することができる。
Here, a so-called embedded magnet type rotor is illustrated as the
界磁用磁石31〜34から得られる磁束が内周側固定子200や外周側固定子300に対して、界磁として有効に与えられるためには、当該磁束が回転子100の内部で短絡しないことが望ましい。かかる目的のため、界磁用磁石31の両端には空隙21,22が、界磁用磁石32の両端には空隙23,24が、界磁用磁石33の両端には空隙25,26が、界磁用磁石34の両端には空隙27,28が、それぞれ設けられている。空隙21〜28には非磁性体が充填されることは、回転子100の機械的強度を向上する観点で望ましい。
In order for the magnetic flux obtained from the
空隙21〜28は回転子100を、d軸磁束のみならずq軸磁束も通る第1部分11〜14と、主としてq軸磁束が通り第2部分15〜18に区分する。第1部分11〜14にはそれぞれ界磁用磁石31〜34が回転子100のコアと共に存在し、第2部分15〜18には回転子100のコアが存在する。ここで便宜上、第1部分11〜14のうち、界磁用磁石31〜34よりも外周面100a側にあるコアを外周コア11a〜14a、内周面100b側にあるコアを内周コア11b〜14bと称する。
The
図1に戻り、界磁用磁石31,33がS極の磁極面を、界磁用磁石32,34がN極の磁極面を、それぞれ外周側固定子300に向けて呈している場合が例示されている。外周側固定子300は径方向に延在する歯部301を有しており、その先端(回転子100側)は周方向に広がって幅広部302を形成している。同様に、内周側固定子200は径方向に延在する歯部201を有しており、その先端(回転子100側)は周方向に広がって幅広部202を形成している。歯部201,301にはそれぞれ電機子巻線203,303が巻回される。
Returning to FIG. 1, the case where the
回転子100と外周側固定子300とは主としてその歯部301を介して磁束が流入出し、回転子100と内周側固定子200とは主としてその歯部201を介して、磁束が流入出する。図1では界磁用磁石31〜34による磁束Ψa,Ψbを矢印を用いて例示している。
The magnetic flux flows in and out of the
図3は回転子100にd軸磁束φcが流れる様子を概念的に示す図であり、図4は回転子100にq軸磁束φa,φbが流れる様子を概念的に示す図であり、いずれも図2の断面図に対応している。
FIG. 3 is a diagram conceptually showing how the d-axis magnetic flux φc flows through the
d軸磁束φcは界磁用磁石31,33と、界磁用磁石32,34との間を流れる。よってd軸磁束φcはほぼ第1部分11〜14のみを流れることになる。
The d-axis magnetic flux φc flows between the
q軸磁束φaは第1部分11〜14、より具体的には外周コア11a,12a,13a,14aを流れる。しかし更にq軸磁束φbが第2部分15〜18をも流れる。よって第2部分15〜18の周方向の幅W(図2参照)を拡げることは、q軸インダクタンスLqを増大させてリラクタンストルクを大きくする観点からは望ましい。
The q-axis magnetic flux φa flows through the
内周側固定子200は電機子巻線203が巻回される電機子であり、これは回転子としない方が望ましい。もし回転子100の内側の電機子を回転子とすると、機械的な整流子が必要となる他、外側の電機子である外周側固定子300と相対的に回転することになる。この相対的な回転はいずれかの電機子の、回転子100の界磁に対する相対回転数を減少させ、電動機の効率の低下を招来してしまう。またこの相対的な回転はq軸磁束φbの経路を乱し、リラクタンストルクの変動を増大させ、その利用が困難となる。
The inner
図5は回転子100、内周側固定子200、外周側固定子300の間を拡大して部分的に示す断面図である。図5において歯部201U,301Uはそれぞれ内周側固定子200、外周側固定子300の歯部201,301であって、U相電流が流される電機子巻線203,303が巻回される。図5では回転子100、内周側固定子200、外周側固定子300の中心がいずれも中心Qに一致する場合が例示されている。但し後述するように、このような中心の一致は必ずしも必要ではない。
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view partially showing the space between the
本発明において、内周側固定子200の歯部201Uの周方向の中心と、外周側固定子の歯部301Uの周方向の中心との相対的な位置関係は可変であり、図5では角度αだけずれている場合が例示されている。より具体的には、外周側固定子300の歯部301Uの中心の周方向の位置を基準として、内周側固定子200の歯部201Uの中心は反時計回りを正の方向として角度αだけずれており、この角度αは正負も含めてその値が可変に設定される。
In the present invention, the relative positional relationship between the circumferential center of the
このような可変の角度αの設定は、電動機の使用前に、もしくは使用中において、機械的に行うことができる。例えば電動機の使用前にマニュアルで位置ずれを起こさせてもよいし、使用中にはサーボモータ等のアクチュエータで位置ずれを起こさせてもよい。 Such a variable angle α can be set mechanically before or during use of the electric motor. For example, the displacement may be caused manually before using the electric motor, or the displacement may be caused by an actuator such as a servo motor during use.
なお、角度θは回転子100の外周側固定子300を基準とした回転子100の回転角であって、N極を呈する界磁用磁石32(あるいは界磁用磁石34)の中心が、外周側固定子300の歯部301Uの中心から正の方向にずれる角度である。
Note that the angle θ is the rotation angle of the
図1に戻り、磁束Ψaは磁石32の外周側の磁極面(N極)から発生する磁束を、磁束Ψbは磁石33の外周側の磁極面(S極)から発生する磁束を、それぞれ示している。図1や図5に示されるような角度αの位置ずれが生じているので、磁束Ψaが磁石32の内周側の磁極面へ戻るに際しては、外周側固定子300のヨークまで歯部301を経由して電機子巻線303に鎖交するものの、内周側固定子200の歯部201においては、電機子巻線203に鎖交することなく、その幅広部202を経由する経路が存在する。同様にして、磁束Ψbが磁石33の内周側の磁極面へ戻るに際して、内周側固定子200の歯部201を経由して電機子巻線203に鎖交するものの、外周側固定子300の歯部301においては、電機子巻線303に鎖交することなく、その幅広部302を経由する経路が存在する。
Returning to FIG. 1, the magnetic flux Ψa indicates the magnetic flux generated from the magnetic pole surface (N pole) on the outer peripheral side of the
これらの経路は実質的には磁石32,33からそれぞれ内周側固定子200及び外周側固定子300へ与えられる界磁を弱めることとなる。つまり上述の位置ずれは、実質的な弱め界磁制御である弱め磁束制御を機械的に実現している。このようにして、弱め磁束電流を流すことなく弱め磁束制御が実現でき、高出力領域での効率向上が達成できる。図1では機械角として30度、電気角として60度に相当する位置ずれが示されている。
These paths substantially weaken the field applied from the
この実施の形態によれば、弱め磁束電流による銅損の上昇や、負のd軸電流による界磁用磁石の不可逆減磁も発生しない。しかも内周側固定子200と外周側固定子300との相対的な位置関係は、界磁用磁石31〜34のd軸に対する、電機子電流の位相とは独立に設定できる。従って、銅損を小さくしつつトルクも別個に制御することができ、駆動電源電圧の範囲内で弱め界磁が採用される、高速回転領域での運転効率を向上させ、高回転化による運転範囲の拡大に資する。
According to this embodiment, there is no increase in copper loss due to the weak magnetic flux current, or irreversible demagnetization of the field magnet due to the negative d-axis current. In addition, the relative positional relationship between the inner
なお、外周側固定子300及び内周側固定子200のどちらで電機子電流の位相角を進めるかについては、回転角θを回転子100の回転方向と同一方向に採るか、反対方向に採るかで切り替えることができる。
As to which of the outer
特に回転子100として埋込磁石型回転子を採用すれば、界磁用磁石31〜34を回転子100に保持する手法も簡便であるので、コスト低減にも資する。更にリラクタンストルクをも利用できるので、電機子電流の位相を進角側に設定してもトルクが高く、高速回転領域での運転範囲を拡大し易い。
In particular, if an embedded magnet type rotor is employed as the
また回転子100に対して内周側固定子200と外周側固定子300の双方を設けることにより、巻線スロットの全断面積を増大させ、低速回転領域でのトルクや効率も向上させることができる。
Further, by providing both the inner
このように、内外の電機子の相互の位置関係を調整することで弱め磁束制御を行うことは、特に電動機を小型化する場合に好適である。上述のように、特許文献5には方向性電磁鋼板の圧延方向による透磁率異方性を利用し、固定子に調整用のプラグを埋め込んでいる。しかしこれは固定子自体の磁束密度を損なってしまうため、電動機の小型化の観点からは望ましくない。 As described above, it is preferable to perform the flux weakening control by adjusting the mutual positional relationship between the inner and outer armatures, particularly when the motor is downsized. As described above, Patent Document 5 uses the magnetic permeability anisotropy in the rolling direction of the grain-oriented electrical steel sheet to embed an adjustment plug in the stator. However, this impairs the magnetic flux density of the stator itself.
なお、弱め磁束制御の際には歯部の幅広部202,302の磁束密度が上昇するので、幅広部202,302での鉄損は上昇する。しかし幅広部202,302以外の歯部202,302を通過する磁束密度は減少するので、より長い磁路における鉄損を低減できるため、電動機の総鉄損は低減する。
In addition, since the magnetic flux density of the wide part 202,302 of a tooth part raises in the case of weakening magnetic flux control, the iron loss in the wide part 202,302 rises. However, since the magnetic flux density passing through the
また本実施の形態にかかる電動機では、同一の電流を用いても回転数を微調整することが容易であるので、電動機が低圧で動作する使用である場合に好適である。低圧で動作する電動機では巻線の巻回数が小さくなるため、巻回数を変更して微調整を行うことは容易ではない。巻回数の変更は離散的な数値の制御であるからである。 In addition, the electric motor according to the present embodiment is suitable for the case where the electric motor is used to operate at a low pressure because it is easy to finely adjust the rotational speed even when the same current is used. In an electric motor that operates at a low pressure, the number of winding turns is small, so it is not easy to make fine adjustments by changing the number of windings. This is because the change in the number of windings is a discrete numerical control.
図6は回転子100、内周側固定子200、外周側固定子300を備えた電動機の断面図であり、回転中心を含む断面を概念的に示している。回転子100は端板102を介して回転軸103に連結されており、回転軸103は軸受け104,105によって支持されている。内周側固定子200、外周側固定子300はそれぞれ支持部204,304によって支持されている。また内周側固定子200、外周側固定子300には、それぞれ電機子巻線203,303が巻回されている。図1は、図6中の位置I−Iにおいて、支持部204,304及び電機子巻線203,303を省略した断面図に相当する。
FIG. 6 is a cross-sectional view of an electric motor including the
図7及び図8は電機子巻線203,303(図1参照)が接続される態様を例示する回路図である。図7及び図8に示されたコイル203U,203V,203Wは、それぞれ電機子巻線203のU相、V相、W相のコイルであり、コイル303U,303V,303Wは、それぞれ電機子巻線303のU相、V相、W相のコイルである。
7 and 8 are circuit diagrams illustrating an aspect in which the
図7及び図8は、各相において電機子巻線203,303がそれぞれ直列及び並列に接続されている場合を示した。本実施の形態ではこのような直列結線及び並列結線のいずれの態様をも採用できる。
7 and 8 show a case where the
図7及び図8は、スター結線を採用し、各相において電機子巻線203,303がそれぞれ直列及び並列に接続されている場合を示した。本実施の形態ではこのような直列結線及び並列結線のいずれの態様をも採用できる。もちろん、図9及び図10のように、デルタ結線を採用し、各相において電機子巻線203,303がそれぞれ直列及び並列に接続してもよい。但し、デルタ結線を採用すると誘起電圧の不均衡による環状電流は銅損を大きくするので、スター結線を採用して電機子巻き線203,303は各相毎に直列に接続されていることが望ましい。
7 and 8 show a case where the star connection is adopted and the
図7乃至図10のいずれの結線方法を用いても、一つのインバータにて上述の電動機を駆動することができるので、電機子巻線203,303に対してそれぞれ個別に電機子電流を流す場合には二つのインバータが必要であることに鑑みれば、コストは少なくて済む。
Even if any of the connection methods shown in FIGS. 7 to 10 is used, the above-described electric motor can be driven by a single inverter. Therefore, when armature currents are individually supplied to the
また内周側固定子200、外周側固定子300の回転子100のd軸に対する同時刻での位置関係が異なる。よって一つのインバータからは電機子電流が各相毎で共通した一つの位相ずれで出力されるにも拘わらず、電動機に対しては内周側固定子200と外周側固定子300とで電流位相をほぼ任意に異ならせて、回転磁界を供給することができる。つまり弱め界磁制御とトルク制御をほぼ個別に制御し易い。
Moreover, the positional relationship at the same time with respect to the d-axis of the
本実施の形態にかかる電動機では、例えば42V以下等の、低電圧で動作する車載用の空調機の圧縮機にも適している。適用機種などによって必要とされる冷房能力が異なる場合において、42V等の低電圧で動作する電動機では巻線の巻回数が極めて小さくなる。そして巻回数は離散的な値でしか変更できないので、これを変更することで最高回転数や最大トルクなどを調整することは困難である。 The electric motor according to the present embodiment is also suitable for a compressor of an in-vehicle air conditioner that operates at a low voltage such as 42 V or less. When the required cooling capacity varies depending on the application model, the number of turns of the winding is extremely small in an electric motor that operates at a low voltage such as 42V. Since the number of windings can be changed only by a discrete value, it is difficult to adjust the maximum rotational speed, the maximum torque, etc. by changing this.
他方、本実施の形態にかかる電動機では、運転条件と内外の固定子のずれを示す角度αとの関係を調整することにより、最高回転数や最大トルクを調整することが容易である。従って角度αの制御のみを異ならせるだけで他機種に対応することができる。 On the other hand, in the electric motor according to the present embodiment, it is easy to adjust the maximum rotational speed and the maximum torque by adjusting the relationship between the operating condition and the angle α indicating the deviation between the inner and outer stators. Therefore, it is possible to cope with other models by changing only the control of the angle α.
もちろん、通常の空調機の圧縮機や送風機に、本発明にかかる電動機を搭載し、圧縮や送風の効率を向上させることができる。よって当該圧縮機や送風機の少なくともいずれか一方を備えた空気調和機は、空調効率を高めることができる。 Of course, the electric motor according to the present invention can be mounted on the compressor or blower of a normal air conditioner to improve the efficiency of compression or blowing. Therefore, the air conditioner provided with at least one of the compressor and the blower can increase the air conditioning efficiency.
住宅の断熱性の向上と、低環境負荷への対応という社会的要求もあり、低負荷領域での運転時間が増大している。他方、急速に冷房を立ち上げるための能力を確保すべく、最高回転数を大きくする要求もある。このように低負荷時に効率が高く、最高回転数が大きいという要求に対して、本発明にかかる電動機やその制御方法は好適である。 There are also social demands for improving the heat insulation of houses and responding to low environmental loads, and operating hours in low load areas are increasing. On the other hand, there is also a demand to increase the maximum number of revolutions in order to ensure the ability to start up cooling rapidly. Thus, the electric motor and its control method according to the present invention are suitable for the requirement that the efficiency is high at a low load and the maximum rotation speed is large.
さて、内外の電機子の相互の位置関係を調整することで、弱め磁束制御を行えることを磁束や電圧のフェーザからみて説明する。回転子100から内周側固定子200、外周側固定子300に与えられる界磁となる磁束をそれぞれφi,φoとする。また内周側固定子200についての回転子100のd軸方向をdi軸、外周側固定子300についての回転子100のd軸方向をdo軸とする。
Now, the fact that the flux-weakening control can be performed by adjusting the mutual positional relationship between the inner and outer armatures will be described from the viewpoint of the phasor of the magnetic flux and voltage. The magnetic fluxes serving as fields applied from the
図11は内周側固定子200の、外周側固定子300に対するずれ角度αが0度である場合の磁束φi,φoのフェーザを示す図である。角度αが0度であるので、di軸とdo軸とは一致する。よって電動機全体としてみたときの界磁となる磁束φaの大きさは、磁束φi,φoのそれぞれの大きさの和となる。
FIG. 11 is a diagram showing the phasors of the magnetic fluxes φi and φo when the deviation angle α of the inner
他方、図12はずれ角度αが正となる場合の磁束φi,φoのフェーザを示す図である。この場合、do軸はdi軸に対して角度P・α(Pは回転子100の極対数)でずれるため、磁束φaの大きさは、磁束φi,φoのそれぞれの大きさの和よりも小さくなる。よって電動機全体としてみたときの界磁が弱められることとなる。 On the other hand, FIG. 12 is a diagram showing the phasors of the magnetic fluxes φi and φo when the deviation angle α is positive. In this case, since the do axis is shifted from the di axis by an angle P · α (P is the number of pole pairs of the rotor 100), the magnitude of the magnetic flux φa is smaller than the sum of the magnitudes of the magnetic fluxes φi and φo. Become. Therefore, the field when viewed as the whole electric motor is weakened.
より詳細には、内周側固定子200、外周側固定子300のいずれの電動機においても電機子電流が流れるので、磁束φi,φoのみならず、電機子電流とd軸インダクタンス及びq軸インダクタンスを考慮した仮想的な磁束を電動機全体としてみた界磁の磁束として捉えることとなる。
More specifically, since the armature current flows in any of the motors of the inner
図13及び図14は、いずれも電機子電流を考慮した場合の磁束のフェーザを示す図であり、それぞれ角度αが0,正の場合を示している。それぞれの図において二本の破線はベクトルの平行移動を示している。電動機全体としてみた仮想的な磁束Φaは、図14に示される方が、図13に示される方よりも短い。 FIGS. 13 and 14 are diagrams showing phasors of magnetic flux when the armature current is taken into account, and show cases where the angle α is 0 and positive, respectively. In each figure, two broken lines indicate vector translation. The virtual magnetic flux Φa viewed from the whole electric motor is shorter in the direction shown in FIG. 14 than in the direction shown in FIG. 13.
なお、内周側固定子200と回転子100とで得られるインダクタンスのうち、di軸成分をd軸インダクタンスLdi、これと位相が直交する成分をq軸インダクタンスLqiとした。同様に、外周側固定子300と回転子100とで得られるインダクタンスのうち、do軸成分をd軸インダクタンスLdo、これと位相が直交する成分をq軸インダクタンスLqoとした。また内周側固定子200の電機子電流のうちdi軸成分を電流Idi、これと位相が直交する成分を電流Iqiとし、外周側固定子300の電機子電流のうちdo軸成分を電流Ido、これと位相が直交する成分を電流Iqoとした。
Of the inductances obtained by the inner
但し内周側固定子200と外周側固定子300との間でも回転子100を介して磁束が流れるため、d軸インダクタンスLdi、q軸インダクタンスLqiの算出については外周側固定子300の影響による相互インダクタンスを考慮し、d軸インダクタンスLdo、q軸インダクタンスLqoの算出については内周側固定子200の影響による相互インダクタンスを考慮することが望ましい。
However, since the magnetic flux flows between the inner
このように電機子電流を考慮した場合であっても、仮想的な磁束Φaは角度αのずれによって小さくできることが判る。仮想的な磁束Φaは、電動機に発生する電圧を回転子の回転角θの時間微分ωと、極対数Pとで除した値であるので、これを小さくすることにより、電動機はこれに与えられる駆動電源の電圧による制限の下で、高速に運転することができる。 Thus, even when the armature current is taken into consideration, it can be seen that the virtual magnetic flux Φa can be reduced by the shift of the angle α. Since the virtual magnetic flux Φa is a value obtained by dividing the voltage generated in the motor by the time differential ω of the rotation angle θ of the rotor and the pole pair number P, the motor is given to this by reducing it. High speed operation can be performed under the restriction of the voltage of the drive power supply.
更に、内外の電機子の位置をずらせながらも、電機子電流の位相βをずらせることによって弱め界磁を別途にえることも可能である。例えば、内周側固定子200に流れる電機子電流の電流位相βiを10度とし、外周側固定子300に流れる電機子電流の電流位相βoを70度とし、それぞれにおいて進相を呈する電機子電流で弱め界磁を行いたい場合には、角度αと極対数Pの積Pαを60度に選定すればよい。このようにすれば、一つの電流供給回路から得られる電流を内周側固定子200と外周側固定子300に流す電機子電流として共通に採用しつつも、両者において個別の電流位相で通常の弱め界磁を行うことができる。
Furthermore, it is also possible to obtain a field weakening separately by shifting the phase β of the armature current while shifting the position of the inner and outer armatures. For example, the current phase βi of the armature current flowing through the inner
以上、本発明の効果である弱め界磁制御を行う際の、内外固定子の機械的位置制御と電機子電流の位相βとの関係について説明した。以下では、駆動電源の電圧の上限に余裕がある場合における最大トルク制御、ないしは最大効率制御について補足する。 The relationship between the mechanical position control of the inner and outer stators and the armature current phase β when performing field-weakening control, which is an effect of the present invention, has been described above. The following supplements the maximum torque control or the maximum efficiency control when there is a margin in the upper limit of the voltage of the drive power supply.
外周側固定子300と回転子100との間、内周側固定子200と回転子100との間の各々において、最大発生トルク、または最大効率を実現する電流位相(以下、いずれの場合についても「最適電流位相」として表記する)が存在する。
A current phase that realizes the maximum generated torque or maximum efficiency between the outer
外周側固定子300の電機子電流についての最適電流位相と、内周側固定子200の電機子電流についての最適電流位相とが、ほぼ等しい場合が考えられる。顕著な磁気飽和がなく、それぞれの電機子巻線へ入力するアンペアターンが等しい場合である。これは例えば、電機子巻線の巻数が外周側固定子300と、内周側固定子200とで同一であって、これらの電機子巻線が相互毎に直列に接続されている場合に実現できる。
It is conceivable that the optimal current phase for the armature current of the outer
他方、それぞれの電機子へ入力するアンペアターンが異なれば、マグネットトルクとリラクタンストルクとの発生比率が外周側固定子300と、内周側固定子200とで異なるため、二つの最適電流位相は異なる。
On the other hand, if the ampere turns input to the respective armatures are different, the generation ratio of the magnet torque and the reluctance torque is different between the outer
内周側固定子200についての最適電流位相から、外周側固定子300についての最適電流位相を差し引いた値をδとし、外周側固定子300を基準とした内周側固定子200の位置ずれを示す角度αをδ/P(Pは上述の極対数)に選定する。そして二つの最適電流位相をそれぞれの固定子毎に採用した運転を行えば、高いトルク領域、または高い効率が必要とされる負荷領域(例えば長時間に亘って運転される定格負荷領域)にも対処できる。
The value obtained by subtracting the optimum current phase for the
また上記二つの最適電流位相が等しければδ,αともに零となり、歯部201,301の周方向についての中心は一致させ、同じ最適電流位相で運転すればよい。
If the two optimum current phases are equal, both δ and α are zero, the centers of the
上述した最大効率運転よりも、高速回転での運転が優先的に求められる運転領域では、|α|>|δ/P|とする。効率よりも運転範囲の拡大を優先させ、一方の固定子が回転子100の界磁を弱めるように運転する、既述の弱め界磁制御を行えばよい。
In the operation region in which operation at high speed is preferentially required over the above-described maximum efficiency operation, | α |> | δ / P |. The above-described field weakening control may be performed in which the expansion of the operation range is given priority over the efficiency, and one stator is operated so as to weaken the field of the
この場合、いずれかの固定子の電流位相βは最適電流位相とはならないので、最大効率運転時と比較して運転効率は低下する。しかし機械的な弱め界磁制御運転は、通常のような弱め界磁電流のみの弱め界磁制御と比較すると、効率が同等な運転で比較すれば運転範囲(回転数ないしは発生トルク)の拡大化という観点で優れている。他方、出力が同等な運転で比較すれば、弱め界磁電流を低くできるので、運転効率の観点で優れているといえる。 In this case, since the current phase β of any stator does not become the optimum current phase, the operation efficiency is lowered as compared with the maximum efficiency operation. However, mechanical field-weakening control operation is superior in terms of expanding the operating range (number of revolutions or generated torque) when compared with normal field-weakening field control with only field-weakening current. ing. On the other hand, if the operation is compared in an equivalent output, it can be said that the field-weakening current can be lowered, which is excellent in terms of operation efficiency.
第2の実施の形態.
図15は本発明の第2の実施の形態にかかる電動機の構成を示す断面図であり、回転中心を含む断面を概念的に示している。第1の実施の形態において図6を用いて説明された構成とは、回転子100と、内周側固定子200及び外周側固定子300とが、回転子100の円筒形状の軸方向に沿って相対的な位置関係が可変である点で特徴的に異なっている。図15では回転子100及び端板102、回転軸103が軸受け104から軸受け105へと向かう方向に変移していることが図示されている。
Second embodiment.
FIG. 15: is sectional drawing which shows the structure of the electric motor concerning the 2nd Embodiment of this invention, and has shown notionally the cross section containing a rotation center. The configuration described with reference to FIG. 6 in the first embodiment is that the
かかる構成を有する電動機では、回転子100と、内周側固定子200及び外周側固定子300とが対向する面積が減少する。これにより機械的な弱め界磁制御をより一層得ることができる。しかも両者の間で軸方向の吸引力が生じるため、軸方向への振動を抑制することもできる。
In the electric motor having such a configuration, an area where the
かかる振動の抑制は、例えば当該電動機を用いて空調機用の冷媒圧縮機の回転軸方向への振動を抑制する。他方、DVD(Digital Versatile Disk)等、回転して読み書き(あるいはその一方)される記録媒体を回転駆動する場合にも有用である。後者に適用される場合には、DVDの上下方向の振動を低減することにより、読み取り(あるいは書き込み)エラーを削減することが可能である。 The suppression of the vibration suppresses the vibration in the rotation axis direction of the refrigerant compressor for the air conditioner, for example, using the electric motor. On the other hand, it is also useful when a recording medium such as a DVD (Digital Versatile Disk) that is rotated and read / written (or one of them) is rotated. When applied to the latter, it is possible to reduce read (or write) errors by reducing the vertical vibration of the DVD.
軸方向の吸引力を発生させるために回転軸方向の相対位置を過度にずらすと、界磁の磁束量が低下して運転効率の低下を招く可能性があるため、そのずらす位置の選定には慎重を要する。しかしながら、負荷状態などの運転状態に応じて可変とする制御を行うことも可能であり、総合的な運転効率の向上と低振動化が可能となる。 If the relative position in the rotation axis direction is excessively shifted in order to generate the axial attractive force, the magnetic flux of the field may be reduced and the operation efficiency may be reduced. Take care. However, it is also possible to perform control that is variable according to the operation state such as the load state, and it is possible to improve the overall operation efficiency and reduce the vibration.
第3実施の形態.
図16は本発明の第3の実施の形態にかかる電動機の構成を示す断面図であり、回転中心に垂直な断面を概念的に示している。第1の実施の形態において図1を用いて説明された構成とは、回転子100と、内周側固定子200及び外周側固定子300とが、回転子100の軸方向と垂直な方向に沿って相対的な位置関係が可変である点で特徴的に異なっている。図16では回転子100の中心Q2と、内周側固定子200及び外周側固定子300とに共通する中心Q1とが示されている。かかる相対的な位置は偏芯して固定されてもよいし、可変であってもよい。
Third embodiment.
FIG. 16: is sectional drawing which shows the structure of the electric motor concerning the 3rd Embodiment of this invention, and has shown notionally the cross section perpendicular | vertical to a rotation center. The configuration described with reference to FIG. 1 in the first embodiment is that the
偏芯して固定される場合には、回転子100と、内周側固定子200及び外周側固定子300との間に、軸方向と直角方向に、ある程度安定した並進力が生じるので、軸方向と直角方向への振動を抑制できる。例えば当該電動機を用いて冷媒圧縮機の回転軸方向と直角方向への振動を抑制する。DVDを駆動する場合にもディスク平面方向の振動を低減でき、読み取り(あるいは書き込み)エラーを削減することが可能である。
In the case of being fixed eccentrically, a translation force that is stable to some extent is generated between the
電動機の回転軸103の軸受け104,105に焼結含油軸受け等を用いた場合、回転軸103の外径と軸受け104,105内径の間に存在する油による楔効果にて潤滑する。軸受け104,105の内径に対する安定した偏芯量の確保は軸受け104,105の磨耗を低減するのに非常に重要であり、軸受け104,105の寿命は汎用電動機の寿命決定要因の筆頭である。よって上記の振動抑制は、電動機の、引いては当該電動機を採用する製品の寿命を長くする観点からも有用である。
When a sintered oil-impregnated bearing or the like is used for the
また、相対的な位置関係が可変である場合には、電機子巻線に誘起する誘起電圧や電流波形の不均衡を計測することで偏芯量を調整することができる。一般に電動機において回転子と固定子の中心を整合させるいわゆる「芯出し」を行う際、実際の工業生産においては機械的な精度を高めておいて組み立てる方法が一般的であり、本当に芯出しが目標通り行えている保証はない。そこで、例えば回転軸103の軸受け104、105の外径を楕円としておいて、軸受け104,105が回転することで回転子100と内周側固定子200及び外周側固定子300との間での、回転軸方向に対して直角な方向の相対位置を変化させることが好適となる。即ち、電動機を組み立てた後に、電機子巻線203,303に誘起する誘起電圧や電流波形の不均衡を計測することで偏芯量を調整し、芯出しを行うことが可能となる。そして軸受けの形態104,105や負荷変動の種類によっては、芯出しを行うことで振動を低減できる。
When the relative positional relationship is variable, the eccentricity can be adjusted by measuring an imbalance in the induced voltage or current waveform induced in the armature winding. In general, when performing so-called “centering” in which the center of the rotor and stator is aligned in an electric motor, it is common to assemble with increased mechanical accuracy in actual industrial production. There is no guarantee that it can be done. Therefore, for example, the outer diameters of the
100 回転子
200 内周側固定子
201,301 歯部
203,303 電機子巻線
300 外周側固定子
DESCRIPTION OF
Claims (13)
電機子巻線(203)が巻回された歯部(201,202)を有し、前記内周面側に設けられた内周側固定子(200)と、
電機子巻線(303)が巻回された歯部(301,302)を有し、前記外周面側に設けられた外周側固定子(300)と
を備え、
前記内周側固定子の前記歯部の周方向の中心と、前記外周側固定子の前記歯部の周方向の中心との相対的な位置関係が可変である電動機。 A rotor (100) having a substantially cylindrical shape including an outer peripheral surface (100a) and an inner peripheral surface (100b) and having field magnets (31 to 34);
An inner peripheral side stator (200) provided on the inner peripheral surface side, having tooth portions (201, 202) around which an armature winding (203) is wound;
An armature winding (303) having teeth (301, 302) wound thereon, and an outer peripheral side stator (300) provided on the outer peripheral surface side;
An electric motor in which a relative positional relationship between a circumferential center of the tooth portion of the inner circumferential side stator and a circumferential center of the tooth portion of the outer circumferential side stator is variable.
少なくとも前記内周側固定子(200)及び前記外周側固定子(300)の一方について、前記電機子巻線に流される電機子電流の位相が進角に設定される、電動機の制御方法。 A method for controlling the operation of the electric motor according to any one of claims 1 to 6,
The motor control method, wherein at least one of the inner peripheral side stator (200) and the outer peripheral side stator (300) is set to advance the phase of the armature current flowing through the armature winding.
前記回転子(100)と、前記内周側固定子(200)及び前記外周側固定子(300)との、前記円筒形状の軸方向に沿った相対的な位置関係を設定する、電動機の制御方法。 A method for controlling the operation of the electric motor according to claim 4, comprising:
Control of an electric motor that sets a relative positional relationship between the rotor (100), the inner peripheral side stator (200), and the outer peripheral side stator (300) along the axial direction of the cylindrical shape. Method.
前記回転子(100)と、前記内周側固定子(200)及び前記外周側固定子(300)との、前記円筒形状の軸方向に垂直な方向に沿った相対的な位置関係を設定する、電動機の制御方法。
A method for controlling the operation of the electric motor according to claim 6, comprising:
A relative positional relationship between the rotor (100), the inner peripheral side stator (200), and the outer peripheral side stator (300) along a direction perpendicular to the axial direction of the cylindrical shape is set. , Control method of electric motor.
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