JP2007288901A - 2軸同期電動機 - Google Patents
2軸同期電動機 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007288901A JP2007288901A JP2006112516A JP2006112516A JP2007288901A JP 2007288901 A JP2007288901 A JP 2007288901A JP 2006112516 A JP2006112516 A JP 2006112516A JP 2006112516 A JP2006112516 A JP 2006112516A JP 2007288901 A JP2007288901 A JP 2007288901A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- armatures
- armature
- rotors
- permanent magnets
- rotor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
Abstract
【課題】永久磁石の磁極数に応じて電機子を適切な位置に配置することを可能とし、確実な同期回転を得ることができる2軸同期電動機を提供する。
【解決手段】本発明の2軸同期電動機は、平行に配置される2本のロータ2a,2bと、ロータ2a,2bの外周面に取り付けられた永久磁石5a,5bと、永久磁石5a,5bの周囲に所定の空隙をもって配置される複数の電機子3とを備える。永久磁石のうち互いに対向する2つが磁気カップリングを形成するように2本のロータ2a,2bが配置される。電機子3は、その先端を結ぶ線が略楕円形状を形成するように配列される。各ロータに配置される永久磁石の磁極数N(N=4以上の偶数)に対し、M(M=(N−2)×3/2)個の電機子が、D(D=360/N×2/3)度ピッチにて各ロータの周囲に配置される。電機子3は、楕円形状の長半径頂点P,Qから均等に配列されている。
【選択図】図2
【解決手段】本発明の2軸同期電動機は、平行に配置される2本のロータ2a,2bと、ロータ2a,2bの外周面に取り付けられた永久磁石5a,5bと、永久磁石5a,5bの周囲に所定の空隙をもって配置される複数の電機子3とを備える。永久磁石のうち互いに対向する2つが磁気カップリングを形成するように2本のロータ2a,2bが配置される。電機子3は、その先端を結ぶ線が略楕円形状を形成するように配列される。各ロータに配置される永久磁石の磁極数N(N=4以上の偶数)に対し、M(M=(N−2)×3/2)個の電機子が、D(D=360/N×2/3)度ピッチにて各ロータの周囲に配置される。電機子3は、楕円形状の長半径頂点P,Qから均等に配列されている。
【選択図】図2
Description
本発明は、平行に配置された2本のロータを同期反転させる2軸同期電動機に関するものである。
従来から、特許文献1に開示されているように2本のロータを平行に配置し、各々のロータの全周に電機子を設けた2軸型電動機が知られている。この2軸型電動機においては、2本のロータはそれぞれ独立に駆動され、電機子の発生する磁界が互いに干渉しないような巻線関係を有している。また、特許文献2および3においては、2軸を同期して反転駆動できる2軸同期電動機が開示されている。この電動機では、永久磁石を周設した2本のロータが接触または近接するように設けられ、2本のロータは、相対向して形成された歯部の無配置部において、各ロータの永久磁石の異磁極面を相対向させた磁気カップリングを構成している。
2つのロータを同期反転させるためには、ロータに固定される永久磁石に対して電機子を適切な位置に配置する必要がある。本発明は、永久磁石の磁極数に応じて電機子を適切な位置に配置することを可能とし、確実な同期回転を得ることができる2軸同期電動機を提供することを目的とする。
上述した目的を達成するために、本発明は、平行に配置される2本のロータと、前記2本のロータの外周面に取り付けられた複数の永久磁石と、前記複数の永久磁石の周囲に所定の空隙をもって配置される複数の電機子とを備え、前記永久磁石のうち互いに対向する2つが磁気カップリングを形成するように前記2本のロータが配置され、前記複数の電機子は、その先端を結ぶ線が略楕円形状を形成するように配列され、各ロータに配置される永久磁石の磁極数N(N=4以上の偶数)に対し、M(M=(N−2)×3/2)個の前記電機子が、D(D=360/N×2/3)度ピッチにて各ロータの周囲に配置され、前記電機子が、前記楕円形状の長半径頂点から均等に配列されていることを特徴とする2軸同期電動機である。
本発明の好ましい態様は、前記電機子は、前記2つのロータの軸心を結ぶ線と直交する中心線に関して対称に配置されることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記電機子に電流を供給する単一の三相電源をさらに備え、前記三相電源は、前記中心線に関して対称位置にある2つの電機子が異磁極を形成するように前記電機子に通電することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記電機子に電流を供給する単一の三相電源をさらに備え、前記三相電源は、前記中心線に関して対称位置にある2つの電機子が異磁極を形成するように前記電機子に通電することを特徴とする。
本発明によれば、ロータに設けられた永久磁石の磁極数に応じて電機子を最適な位置に配置することができる。また、永久磁石の異磁極による磁気カップリング効果を強めるような磁界を電機子に発生させることができるので、より確実な同期回転を得ることができる。特に、本発明によれば、永久磁石の磁極数に応じて電機子の数およびピッチが自動的に求められるので、2軸同期電動機の設計が容易となる。
以下、本発明の実施形態に係る2軸同期電動機について図面を参照して説明する。
図1は本発明の第1の実施形態に係る2軸同期電動機の縦断面図であり、図2は図1に示す2軸同期電動機の横断面図である。本発明の2軸同期電動機は、ルーツ式ブロアやスクリュー式真空ポンプなどの容積式ポンプに好適に使用される。
図1は本発明の第1の実施形態に係る2軸同期電動機の縦断面図であり、図2は図1に示す2軸同期電動機の横断面図である。本発明の2軸同期電動機は、ルーツ式ブロアやスクリュー式真空ポンプなどの容積式ポンプに好適に使用される。
ケーシング1内には、2本の回転軸6a,6bが互いに平行に配置され、それぞれの回転軸6a,6bは軸受7により回転自在に支持されている。なお、図示しないが、回転軸6a,6bにはポンプロータなどが連結される。それぞれの回転軸6a,6bには円筒状のロータ2a,2bが固定されており、ロータ2a,2bの外周面には6極の永久磁石5a,5bがそれぞれ配置されている。これらの永久磁石5a,5bは、S極とN極とが交互に外表面に現れるようにロータ2a,2bの外周面に固定されている。永久磁石5aと永久磁石5bとの間には微小な空隙が設けられており、互いに接触することなく回転軸6a,6bを中心に回転するように配置されている。このような配置により、永久磁石5a,5bのうち互いに向き合う2つの永久磁石が互いに引き合い、異磁極による磁気カップリングが形成される。
永久磁石5aの径方向外側には、6つの電機子3au,3av,3aw,3ax,3ay,3azが配置され、永久磁石5bの径方向外側には、6つの電機子3bu,3bv,3bw,3bx,3by,3bzが配置されている。それぞれの電機子は、鉄心Acと、この鉄心Acに巻き付けられたコイル4とから構成されている。図1に示すように、ロータ2a,2b、永久磁石5a,5b、電機子3au,3av,3aw,3ax,3ay,3az、および電機子3bu,3bv,3bw,3bx,3by,3bzは、いずれもケーシング1およびブラケット8により形成された空間内に収容されている。
電機子3au,3av,3aw,3ax,3ay,3azおよび電機子3bu,3bv,3bw,3bx,3by,3bz(以下、総称するときは電機子3という)は、それぞれ永久磁石5aおよび永久磁石5bを囲むように配置されているが、永久磁石5a,5bの全周に亘って配置されてはいない。すなわち、図2に示すように、永久磁石5aと永久磁石5bとが対向する領域には電機子は配置されていなく、電機子3au,3av,3aw,3ax,3ay,3azおよび電機子3bu,3bv,3bw,3bx,3by,3bzの先端を結ぶ線は略楕円形状を形成する。
図2に示すように、電機子3au,3av,3aw,3ax,3ay,3azと電機子3bu,3bv,3bw,3bx,3by,3bzとは、2つのロータ2a,2bの中心線C−Cに関して対称に配置されている。この中心線C−Cは、ロータ2a,2bの軸心間の中心点を通り、かつこれら2つの軸心を結ぶ線と直交する線として定義される。電機子3au,3av,3aw,3ax,3ay,3azは、楕円形状の長半径頂点Pから均等に配列されており、電機子3bu,3bv,3bw,3bx,3by,3bzは、楕円形状の長半径頂点Qから均等に配列されている。本実施形態では、電機子3のピッチ(隣り合う2つの電機子のロータ中心に関する中心角)は40度である。なお、楕円形状の長半径頂点P,Qは、2本のロータ2a,2bの軸心を結ぶ線の延長線上に位置するのが最も適している。
図3は電機子3au,3av,3aw,3ax,3ay,3azのコイル群4Gaおよび電機子3bu,3bv,3bw,3bx,3by,3bzのコイル群4Gbの結線図である。図3に示すように、コイル群4Gaとコイル群4Gbは並列に結線され、かつ互いに逆相となるように結線されている。また、それぞれのコイル群4Ga,4Gbの三相結線方法はY結線である。なお、図示しないが、コイル群4Gaおよびコイル群4Gbは単一の三相電源に接続されている。
図4(a)〜図4(c)は電機子に通電する様子を示す結線図である。図4(a)は、三相電源(U相、V相、W相)からU相とW相との間に電流Iを流した状態を示す。この状態では、電流Iは電機子3auから電機子3ax,3azを通って電機子3awに向かって流れ、同時に、電機子3buから電機子3bx,3bzを通って電機子3bwに向かって流れる。図4(b)はV相とW相との間に電流Iを流した状態を示す。この状態では、電流Iは電機子3avから電機子3ay,3azを通って電機子3awに向かって流れ、同時に、電機子3bvから電機子3by,3bzを通って電機子3bwに向かって流れる。図4(c)はU相とV相との間に電流Iを流した状態を示す。この状態では、電流Iは電機子3avから電機子3ay,3axを通って電機子3auに向かって流れ、同時に、電機子3bvから電機子3by,3bxを通って電機子3buに向かって流れる。
図5は通電のタイムチャートの例を示す図であり、ロータの機械的角度に対する電機子への通電タイミングを示す。図5に示すように、0度〜20度の間において、U相とW相との間に電流Iが供給され、20度〜40度の間において、V相とW相との間に電流Iが供給される。そして、40度〜60度の間において、U相とV相との間に電流Iが供給される。なお、図5に示すN,Sは、電流の流れにより電機子3に形成される磁極を表している。
図6(a)〜図6(c)は電機子の磁極とロータの磁極との関係を示す図であり、図4(a)〜図4(c)に示す通電状態に対応してロータが矢印方向に回転する様子を示している。図5に示す通電タイミングに従って、U相、V相、W相に電流Iを流すと、電機子3au,3av,3aw,3ax,3ay,3azおよび電機子3bu,3bv,3bw,3bx,3by,3bzには、ロータ2a,2bをそれぞれ反対方向に同期して回転させる移動磁界(回転磁界)が形成される。
すなわち、図6(a)は、U相からW相に通電した場合を示し、図5における0度位置の状態を示す。この状態では、ロータ2aの外側に位置する電機子3au,3axの磁極がN極となり、3aw,3azの磁極がS極になる。同時に、ロータ2bの外側に位置する電機子3bu,3bxの磁極がS極になり、3bw,3bzの磁極がN極になる。このとき、電機子3av,3ayおよび電機子3bv,3byに電流は供給されない。この磁極状態により、ロータ2a,2bは矢印に示す方向にそれぞれ20度位置まで同期反転する。
図6(b)は、V相からW相に通電した場合を示し、図5における20度位置の状態を示す。この状態では、ロータ2aの外側に位置する電機子3av,3ayの磁極がN極となり、3aw,3azの磁極がS極になる。同時に、ロータ2bの外側に位置する電機子3bv,3byの磁極がS極になり、3bw,3bzの磁極がN極になる。このとき、電機子3au,3axおよび電機子3bu,3bxに電流は供給されない。この磁極状態により、ロータ2a,2bは矢印に示す方向にそれぞれ40度位置まで同期反転する。
図6(c)は、V相からU相に通電した場合を示し、図5における40度位置の状態を示す。この状態では、ロータ2aの外側に位置する電機子3av,3ayの磁極がN極となり、3au,3axの磁極がS極になる。同時に、ロータ2bの外側に位置する電機子3bv,3byの磁極がS極になり、3bu,3bxの磁極がN極になる。このとき、電機子3aw,3azおよび電機子3bw,3bzに電流は供給されない。この磁極状態により、ロータ2a,2bは矢印に示す方向にそれぞれ60度位置まで同期反転する。以降、このような磁極状態が繰り返し形成され、これによりロータ2a,2bが連続的に反転する。このように、1つの三相電源から電機子3に電流を流すと、2つのロータ2a,2bの中心線C−Cに関して対称の位置にある電機子同士は互いに異磁極を形成する。
図7は図6(a)に示す通電状態のとき発生する磁力線を示す図である。図7に示すように、ロータ2a,2bの駆動に使用されない、互いに近接する永久磁石同士は微小な空隙を介して互いに引き合い、磁気カップリングを形成する。同時に、中心線C−Cに関して対称位置にある電機子3は異磁極を形成するので、ロータ2a,2bの回転中は永久磁石5a,5bが形成する磁界と干渉することなく、電機子3は磁気カップリング効果をさらに強める磁界を発生させることができる。したがって、強固な同期を確保しつつロータ2a,2bを反転させることができる。
ここで、永久磁石の磁極数と電機子の数との関係について説明する。1つのロータに固定される永久磁石の磁極数(永久磁石の数)をNとすると、その永久磁石の周囲に配置される電機子の数Mは次の式から求められる。
M=(N−2)×3/2・・・(1)
ただし、Nは4以上の偶数、4,6,8…
また、電機子のピッチDは次の式から求めることができる。
D=360/N×2/3・・・(2)
M=(N−2)×3/2・・・(1)
ただし、Nは4以上の偶数、4,6,8…
また、電機子のピッチDは次の式から求めることができる。
D=360/N×2/3・・・(2)
図1および図2に示す第1の実施形態では、ロータ2aの永久磁石5aの磁極数Nは6であり、上記式(1)から配置すべき電機子の数Mは6となる。したがって、永久磁石5aの周囲には6つの電機子3au,3av,3aw,3ax,3ay,3azが配置される。このときこれらの電機子のピッチは上記式(2)から40度となる。ロータ2bの永久磁石5bの周囲に配置される電機子の数およびピッチも同様にして求められる。
第1の実施形態以外にも、上記式(1)および式(2)に従った、さまざまな実施形態が考えられる。図8(a)〜図8(c)、および図9は本発明の第2の実施形態に係る2軸同期電動機を示す図であり、永久磁石の磁極数が4の場合の実施形態を示す。図8(a)〜図8(c)に示すように、ロータ2a,2bには4つの永久磁石5a,5bがそれぞれ固定されている。上記式(1)によれば、永久磁石の磁極数が4の場合、電機子の数は3となる。したがって、永久磁石5a,5bの径方向外側には電機子3au,3av,3awおよび電機子3bu,3bv,3bwがそれぞれ配置されている。また、上記式(2)から、電機子3au,3av,3awおよび電機子3bu,3bv,3bwのピッチは60度となる。本実施形態においても、電機子3au,3av,3awは楕円形の長半径頂点Pから均等に配置され、電機子3bu,3bv,3bwは楕円形の長半径頂点Qから均等に配置されている。
図9は本発明の第2の実施形態における通電のタイムチャートの例を示す図である。図8(a)および図9に示すように、0度〜30度の間では、電機子3auがN極となり、電機子3awがS極となる。同時に、電機子3buがS極となり、電機子3bwがN極となる。このとき、電機子3avおよび電機子3bvには通電されない。この磁極状態により、ロータ2a,2bは矢印に示す方向にそれぞれ30度位置まで同期反転する。
図8(b)および図9に示すように、30度〜60度の間では、電機子3avがN極となり、電機子3awがS極となる。同時に、電機子3bvがS極となり、電機子3bwがN極となる。このとき、電機子3auおよび電機子3buには通電されない。この磁極状態により、ロータ2a,2bは矢印に示す方向にそれぞれ60度位置まで同期反転する。
図8(c)および図9に示すように、60度〜90度の間では、電機子3avがN極となり、電機子3auがS極となる。同時に、電機子3bvがS極となり、電機子3buがN極となる。このとき、電機子3awおよび電機子3bwには通電されない。この磁極状態により、ロータ2a,2bは矢印に示す方向にそれぞれ90度位置まで同期反転する。以降、このような磁極状態が繰り返し形成され、これによりロータ2a,2bが連続的に反転する。
本発明によれば、図6(a)および図8(a)に示すように、無通電状態の電機子3av,3bvが永久磁石の磁極中心にそれぞれ位置し、N極を帯びた電機子3au,3buおよびS極を帯びた電機子3aw,3bwが永久磁石のN極とS極との境界面に概ね位置するようになる。このような永久磁石および電機子の位置関係は、ロータ2a,2bを良好に回転させることができる。さらに、本発明によれば、中心線C−Cに関して対称位置にある電機子は、永久磁石5a,5bの異磁極による磁気カップリング効果を強めるような磁界を発生することができる。
ここで、「電機子が、楕円形状の長半径頂点から均等に配列されている」の意味について説明する。上記式(1)に従えば、ロータに固定される永久磁石の数によって電機子の数が偶数になる場合(例えば、第1の実施形態)と奇数になる場合(例えば、第2の実施形態)とがある。電機子の数が偶数の場合、図2に示すように、頂点Pには電機子は配置されず、隣り合う2つの電機子(図2の例では電機子3aw,3ax)の中間点が頂点Pに一致するように配置される。そして、これら2つの電機子から等間隔に他の電機子(図2の例では電機子3av,3au,3ay,3az)が配列される。電機子の数が奇数の場合、図8(a)に示すように、1つの電機子(図8(a)の例では電機子3av)が頂点Pに配置され、この電機子から等間隔で他の電機子(図8(a)の例では電機子3au,3aw)が配列される。本発明では、いずれの場合も、「電機子が、楕円形状の長半径頂点から均等に配列されている」を意味する。このように電機子が等間隔に配置されていると、ロータの回転制御を効率よく行えるという利点が得られる。
上記第1および第2の実施形態は永久磁石の磁極数が6および4の例を示しているが、永久磁石の磁極数が8以上の場合にも、上記式(1)および式(2)から電機子の数およびピッチを求めることができることはいうまでもない。すなわち、上記式(1)および式(2)を用いれば、上述したような永久磁石と電機子との位置関係が得られ、かつ、磁気カップリング効果を補強するような磁力を電機子に発生させることができる。
1 ケーシング
2a,2b ロータ
3au,3av,3aw,3ax,3ay,3az,3bu,3bv,3bw,3bx,3by,3bz 電機子
4 コイル
5a,5b 永久磁石
6a,6b 回転軸
7 軸受
8 ブラケット
Ac 鉄心(ステータコア)
C−C ロータ中心線
2a,2b ロータ
3au,3av,3aw,3ax,3ay,3az,3bu,3bv,3bw,3bx,3by,3bz 電機子
4 コイル
5a,5b 永久磁石
6a,6b 回転軸
7 軸受
8 ブラケット
Ac 鉄心(ステータコア)
C−C ロータ中心線
Claims (3)
- 平行に配置される2本のロータと、
前記2本のロータの外周面に取り付けられた複数の永久磁石と、
前記複数の永久磁石の周囲に所定の空隙をもって配置される複数の電機子とを備え、
前記永久磁石のうち互いに対向する2つが磁気カップリングを形成するように前記2本のロータが配置され、
前記複数の電機子は、その先端を結ぶ線が略楕円形状を形成するように配列され、
各ロータに配置される永久磁石の磁極数N(N=4以上の偶数)に対し、M(M=(N−2)×3/2)個の前記電機子が、D(D=360/N×2/3)度ピッチにて各ロータの周囲に配置され、
前記電機子が、前記楕円形状の長半径頂点から均等に配列されていることを特徴とする2軸同期電動機。 - 前記電機子は、前記2つのロータの軸心を結ぶ線と直交する中心線に関して対称に配置されることを特徴とする請求項1に記載の2軸同期電動機。
- 前記電機子に電流を供給する単一の三相電源をさらに備え、
前記三相電源は、前記中心線に関して対称位置にある2つの電機子が異磁極を形成するように前記電機子に通電することを特徴とする請求項2に記載の2軸同期電動機。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006112516A JP2007288901A (ja) | 2006-04-14 | 2006-04-14 | 2軸同期電動機 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006112516A JP2007288901A (ja) | 2006-04-14 | 2006-04-14 | 2軸同期電動機 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007288901A true JP2007288901A (ja) | 2007-11-01 |
Family
ID=38760171
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006112516A Pending JP2007288901A (ja) | 2006-04-14 | 2006-04-14 | 2軸同期電動機 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007288901A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103731005A (zh) * | 2014-01-23 | 2014-04-16 | 肖俊东 | 永磁电机及其部件以及永磁电机平台 |
CN110571988A (zh) * | 2019-09-25 | 2019-12-13 | 南京理工大学 | 一种模块组合内嵌式永磁同步电机的设计方法 |
-
2006
- 2006-04-14 JP JP2006112516A patent/JP2007288901A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103731005A (zh) * | 2014-01-23 | 2014-04-16 | 肖俊东 | 永磁电机及其部件以及永磁电机平台 |
CN110571988A (zh) * | 2019-09-25 | 2019-12-13 | 南京理工大学 | 一种模块组合内嵌式永磁同步电机的设计方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2652080B2 (ja) | ハイブリッド形ステッピングモータ | |
CN1881747B (zh) | 永磁电机 | |
JP4723118B2 (ja) | 回転電機及びこの回転電機を用いた滑車駆動装置 | |
JP4474547B2 (ja) | 永久磁石可動電機 | |
JP5816822B2 (ja) | モータおよびそれを搭載した電気機器 | |
JP2006316662A (ja) | 二軸同期反転形ポンプ | |
JPH11225466A (ja) | 多相アウター型pmステッピングモータ | |
US9634530B2 (en) | Interior permanent magnet motor with shifted rotor laminations | |
JP2007159394A (ja) | トルクリップルを低減する回転電気機械 | |
TW201338353A (zh) | 永久磁鐵馬達 | |
JP2007159394A5 (ja) | ||
JP2003134772A (ja) | 永久磁石式回転電機 | |
JP2003134788A (ja) | 永久磁石式回転電機 | |
US20080231140A1 (en) | Electric machine having claw pole stator | |
JP4062269B2 (ja) | 同期型回転電機 | |
JP2007288901A (ja) | 2軸同期電動機 | |
JP2000166135A (ja) | ブラシレスモータ | |
JP2009240127A (ja) | アキシャル型回転機 | |
JP2014207851A (ja) | 回転モータ、パワー装置及びロボットアーム | |
JP2017063594A (ja) | ブラシレスモータ | |
KR200457901Y1 (ko) | 모터 결합용 브라켓트 | |
US20190312476A1 (en) | Motor | |
JP2004289963A (ja) | スロットレスブラシレスモータ | |
JP2006217764A (ja) | アキシャルギャップ型回転電機 | |
KR100797551B1 (ko) | 레이디얼형 모터 |