JP2007318860A - Rotating electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転子鉄心に界磁用磁石が設置された回転子を有する回転電機に関する。 The present invention relates to a rotating electrical machine having a rotor in which a field magnet is installed on a rotor core.
従来の、埋め込み磁石構造の回転子を有する回転電機は、一般的に界磁用磁石が回転子に固定されている。このような回転電機の誘起電圧は、界磁磁束と回転子の回転速度に比例するため、回転速度に対する誘起電圧の関係は図8の直線abで示したような特性となる。そのため、仮に電源の電圧が電圧cで制限される電動機を例とすれば、この電動機の最高回転速度は回転速度dで制限される狭い運転域となる。
そこで、界磁磁束を回転子の回転速度に応じて変化させる埋め込み磁石構造の回転子を有する回転電機が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
図13は第1従来技術を示す埋め込み磁石構造の回転子を有する回転電機の分解斜視図であって、(A)は低回転、(B) は高回転の場合である。
図13における回転電機は、図示しない複数の固定子磁極に回転磁界を発生するための巻線を有する固定子と、複数の固定子磁極に対して回転すると共に、回転軸100に固定された界磁用磁石103、104を有する複数の回転子101、102と、該複数の回転子の合成した磁極の位相を第1回転子101の磁極に対して第2回転子102の回転に伴い変化させる機構を備え、該機構は第2回転子102に設けた長溝105と、ガバナ固定板106に設けた長穴108と、先端がガバナ107と弾性部材110で接続され、その弾性力で引き合うように長穴108および長溝105に沿って動く可動側軸109より構成されている。具体的には、第1回転子101に設置された第1界磁用磁石103と、第2回転子102に設置された第2界磁用磁石104は、回転速度の低い時には図13(A)に示されているように同じ極性の磁極が軸方向に揃い、回転速度の高い時には図13(B)に示されているように、該機構を用いて異なる極性の磁極が軸方向に揃う構造となっている。この技術によれば、回転子の回転速度が高い時に界磁用磁石の磁束が相殺することで誘起電圧を下げ、その分高速運転領域を広げることが可能となる。
一方、上述した埋め込み磁石構造の回転子に対して、表面磁石構造の回転子を有し、界磁磁束を回転子の回転速度に応じて変化させる回転電機も提案されている(例えば、特許文献2参照)。
図14は第2従来技術を示す表面磁石構造の回転子を有する回転電機の正面図である。
図14において、回転軸120に取り付けた可動回転子121の回転子鉄心122の表面には界磁用磁石123が固定され、また、
1148446411610_0
に示すように一対の螺旋状の回動用案内溝124が設けられている。溝124は180度対称に配置され、
1148446411610_1
では径方向外側に向かうにつれて反時計方向に曲がっている。溝124にはそれぞれ、ウエイト125が軸方向に挿入されており、ウエイト125が溝の中を自在に滑動乃至回動することができる。このような構成で、ウェイト120とつるまきバネ126を用いて、界磁磁束を回転子の回転速度に応じて変化させる。
Therefore, a rotating electrical machine having a rotor with an embedded magnet structure that changes the field magnetic flux in accordance with the rotational speed of the rotor has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
FIG. 13 is an exploded perspective view of a rotating electrical machine having a rotor with an embedded magnet structure showing the first prior art, where (A) shows a low rotation and (B) shows a high rotation.
The rotating electrical machine in FIG. 13 has a stator having a winding for generating a rotating magnetic field in a plurality of stator magnetic poles (not shown), and a field that rotates with respect to the plurality of stator magnetic poles and is fixed to the rotating
On the other hand, a rotating electrical machine that has a rotor with a surface magnet structure and changes the field magnetic flux in accordance with the rotation speed of the rotor is proposed in addition to the rotor with the embedded magnet structure described above (for example, Patent Documents). 2).
FIG. 14 is a front view of a rotating electric machine having a rotor having a surface magnet structure showing the second prior art.
In FIG. 14, a
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As shown, a pair of
1148446411610_1
Then, it turns counterclockwise as it goes outward in the radial direction. A
ところが、従来技術は以下の問題があった。
第1従来技術の埋め込み磁石構造の回転子を有する回転電機では、図13の分解斜視図では分かりにくいが、界磁磁束を回転子の回転速度に応じて変化させる機構を回転子鉄心の内側に挿入して組み立てた場合、該機構は完全には回転子鉄心の軸方向の長さには収まらず、回転子鉄心から突出して設けられる構成になるため、回転子全体の軸方向長さが増大し、回転電機の小型化に不利であった。また、界磁磁束を回転子の回転速度に応じて変化させる機構を構成する部品数が多いため、回転電機構造を複雑化するだけであった。
第2従来技術の表面磁石構造の回転子を有する回転電機では、回転子の回転速度が高い時に界磁用磁石による磁束が回転子鉄心内で短絡しないため、固定子の巻線に鎖交する磁束を相殺し高速運転領域を広げることは可能になるが、固定子に発生する鉄損の低減が不十分である。そのため回転子の回転速度が高くなるほど鉄損の増加で効率は低下し、また回転電機が高温となり定格出力は低下するという問題があった。
また、第1および第2従来技術では、低回転時において、負荷の大きさに関係なく、大きな界磁磁束となる。そのため、無負荷に近い状態でも損失トルクを伴い、回転子の起動トルクが増大したり、位置決め精度が悪化したりするという問題があった。また、ガバナ機構の耐久性確保、異常振動の抑制、コスト低減に労力を要するという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、回転子の回転速度に関係なく、負荷の大きさに応じて界磁磁束を変化させることができると共に、不要な損失を伴うことのない、小型で簡単な構造の回転子を有する回転電機を提供することを目的とする。
However, the prior art has the following problems.
In the rotary electric machine having the rotor of the embedded magnet structure of the first prior art, it is difficult to understand in the exploded perspective view of FIG. 13, but a mechanism for changing the field magnetic flux according to the rotation speed of the rotor is provided inside the rotor core. When assembled by insertion, the mechanism does not completely fit in the axial length of the rotor core, and is configured to protrude from the rotor core, increasing the axial length of the entire rotor. However, it was disadvantageous for downsizing of the rotating electrical machine. Further, since the number of parts constituting the mechanism for changing the field magnetic flux in accordance with the rotational speed of the rotor is large, the structure of the rotating electrical machine has only been complicated.
In the rotating electric machine having the rotor of the surface magnet structure of the second prior art, the magnetic flux by the field magnet is not short-circuited in the rotor core when the rotational speed of the rotor is high. Although it becomes possible to cancel the magnetic flux and widen the high-speed operation range, the reduction of iron loss generated in the stator is insufficient. For this reason, there is a problem that as the rotational speed of the rotor increases, the efficiency decreases due to an increase in iron loss, and the rotating electrical machine becomes hot and the rated output decreases.
In the first and second prior arts, a large field magnetic flux is obtained regardless of the magnitude of the load at the time of low rotation. For this reason, there is a problem in that the starting torque of the rotor increases or the positioning accuracy deteriorates with loss torque even in a state close to no load. In addition, there is a problem that labor is required for ensuring the durability of the governor mechanism, suppressing abnormal vibration, and reducing costs.
The present invention has been made in view of such problems, and can change the field magnetic flux in accordance with the magnitude of the load regardless of the rotational speed of the rotor and is accompanied by unnecessary loss. It is an object of the present invention to provide a rotating electrical machine having a small and simple rotor with no structure.
上記問題を解決するため、本発明は次のように構成したものである。
請求項1に記載の発明は、固定子鉄心に固定子巻線を巻回してなる固定子と、回転子鉄心に界磁用磁石を有する回転子を有する回転電機において、前記回転子は、回転軸に固定された固定側回転子鉄心と、該固定側回転子鉄心に軸方向に隣接して前記固定側回転子鉄心に対して相対回動可能に装着された回動側回転子鉄心と、よりなる2組の回転子鉄心を備え、前記回転子に作用する電磁トルクに応じて前記回動側回転子鉄心が前記固定側回転子鉄心に対し相対回動することを特徴としている。
請求項2に記載の発明は、請求項1記載の回転電機において、前記固定側回転子鉄心は、前記回動側回転子鉄心との対向面側に形成してなる凹部と、前記凹部に円周方向に沿って圧入固定された複数のピンと、を設けてあり、前記回動側回転子鉄心は、前記固定側回転子鉄心の凹部と嵌合するように設けた段差部と、前記段差部の内径側を複数の凸状に形成してなる凸部と、前記複数の凸部間のガイド溝に挿入されるコイルスプリングと、前記コイルスプリングと前記凸部の間におけるガイド溝に挿入されると共に前記ピンを係止するための孔部を有し、かつ、前記コイルスプリングにより付勢されるスプリングシートと。を備えたことを特徴としている。
また、請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の回転電機において、前記2組の回転子鉄心に設けた界磁用磁石は、回転方向に極性が順次異なった磁極を有することを特徴としている。
また、請求項4に記載の発明は、請求項1または2に記載の回転電機において、前記回動側回転子鉄心は、前記トルクが小さい時には界磁磁束は小さく、前記トルクが大きい時には界磁磁束は大きくなるように、前記固定側回転子鉄心に対し相対回動するものであることを特徴としている。
また、請求項5に記載の発明は、請求項1または2に記載の回転電機において、前記回転子は、前記トルクが小さい時には、前記2組の回転子鉄心の間に働くトルクまたは前記コイルスプリングの付勢力により、前記2組の回転子鉄心の異なる磁極が軸方向に揃うように相対回動し、界磁磁束を減ずるものであることを特徴としている。
また、請求項6に記載の発明は、請求項2に記載の回転電機において、前記コイルスプリングが挿入される前記ガイド溝内にグリースを充填してあり、前記回動側回転子鉄心の段差部の前記固定側回転子鉄心との対向面側に前記グリースの漏れを防止するためのシール部材を設けたことを特徴としている。
また、請求項7に記載の発明は、請求項1または2に記載の回転電機において、前記固定側回転子鉄心の軸方向端部に、前記回転軸の負荷側を軸支持する負荷側軸受の軸方向の位置を固定するつば部を設けたことを特徴としている。
また、請求項8に記載の発明は、請求項1に記載の回転電機において、前記固定子によって作られる回転磁界の磁極は、前記回動側回転子鉄心の磁極の位置に対して、最大のトルクが発生する位置に設けられることを特徴としている。
In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.
The invention according to
According to a second aspect of the present invention, in the rotating electrical machine according to the first aspect, the fixed-side rotor core is formed with a recess formed on a surface facing the rotating-side rotor core, and a circle is formed in the recess. A plurality of pins that are press-fitted and fixed along a circumferential direction, and the rotating-side rotor core is provided with a stepped portion that fits into a recessed portion of the fixed-side rotor core; and the stepped portion A convex portion formed on the inner diameter side of the plurality of convex shapes, a coil spring inserted into a guide groove between the plurality of convex portions, and a guide groove between the coil spring and the convex portion. And a spring seat having a hole for locking the pin and biased by the coil spring. It is characterized by having.
According to a third aspect of the present invention, in the rotating electric machine according to the first or second aspect, the field magnets provided on the two sets of rotor cores have magnetic poles having different polarities sequentially in the rotation direction. It is characterized by that.
According to a fourth aspect of the present invention, in the rotating electrical machine according to the first or second aspect, the rotating-side rotor core has a small field magnetic flux when the torque is small, and a field magnet when the torque is large. The magnetic flux rotates relative to the fixed-side rotor core so as to increase the magnetic flux.
According to a fifth aspect of the present invention, in the rotating electrical machine according to the first or second aspect, when the torque is small, the rotor acts between the two sets of rotor cores or the coil spring. Due to the urging force, the two magnetic poles of the two sets of rotor cores rotate relative to each other so as to be aligned in the axial direction, and the field magnetic flux is reduced.
According to a sixth aspect of the present invention, in the rotating electrical machine according to the second aspect of the present invention, the guide groove into which the coil spring is inserted is filled with grease, and the step portion of the rotating side rotor core is provided. A seal member for preventing leakage of the grease is provided on the surface facing the fixed-side rotor core.
Further, the invention according to
According to an eighth aspect of the present invention, in the rotating electric machine according to the first aspect, the magnetic pole of the rotating magnetic field generated by the stator is the largest relative to the position of the magnetic pole of the rotating side rotor core. It is provided at a position where torque is generated.
請求項1、2に記載の発明によると、回転子は、固定側と回動側の2組の回転子鉄心を有し、回転子に作用する電磁トルクに応じて回動側回転子鉄心が固定側回転子鉄心に対し相対回動するため、負荷の大きさに応じて界磁磁束を変化させ、不要な損失を伴わない回転電機を提供することができる。
また、請求項3に記載の発明によると、回転子鉄心は、各々が回転方向に順次異なった磁極を有するように界磁用磁石を設置するため、小さな相対回動で、固定子の巻線に鎖交する界磁磁束を大きく変化させることができる。
また、請求項4に記載の発明によると、回動側回転子鉄心は、前記トルクが小さい時には界磁磁束は小さく、前記トルクが大きい時には界磁磁束は大きくなるように、固定側回転子鉄心に対し相対回動するため、負荷に応じた適切な界磁磁束を得ることができる。
また、請求項5に記載の発明によると、前記回転子は、前記トルクが小さい時には、2組の回転子鉄心の間に働くトルクまたは設置されたスプリングの付勢力により、2組の回転子鉄心の異なる磁極が軸方向に揃うように相対回動し、界磁磁束が減ずるため、不要な損失を伴わない、簡単な構造の回転子を有する回転電機を提供できる。
また、請求項6に記載の発明によると、コイルスプリングの取付け部であるガイド溝内にグリースを充填し、さらに回動側回転子鉄心の段差部の前記固定側回転子鉄心との対向面側に前記グリースの漏れを防止するためのシール部材を設けるため、グリースが回動側回転子鉄心内部に確保され、ガイド溝内のコイルスプリングとスプリングシート部の耐久性を得られるとともに、グリースのダンパ効果と段差部に設けられたシール部材の摩擦抵抗により、異常振動を抑制できる。
また、請求項7に記載の発明によると、固定側回転子鉄心の内周側に設けたつば部が負荷側軸受の内輪と当接して軸受の押さえとして作用するため、負荷側軸受の軸方向の位置を確実に固定することができる。
また、請求項8に記載の発明によると、回転電機の固定子によって作られる回転磁界の磁極は、回動側回転子鉄心の磁極の位置に対して、最大のトルクが発生する位置に設けられるため、回動側回転子鉄心の回動位置に関係なく、適切な界磁磁束を得ることができる。
According to the first and second aspects of the invention, the rotor has two sets of rotor cores, that is, a fixed side and a rotating side, and the rotating side rotor core is in accordance with electromagnetic torque acting on the rotor. Since the relative rotation with respect to the fixed-side rotor core is performed, the field magnetic flux is changed according to the magnitude of the load, and a rotating electric machine without unnecessary loss can be provided.
According to the third aspect of the present invention, since the rotor core is provided with the field magnets so that each of the rotor cores has sequentially different magnetic poles in the rotation direction, the stator winding can be wound with a small relative rotation. It is possible to greatly change the field magnetic flux linked to the magnetic field.
According to a fourth aspect of the present invention, the rotating-side rotor core has a fixed-side rotor core so that the field magnetic flux is small when the torque is small and the field magnetic flux is large when the torque is large. Therefore, an appropriate field magnetic flux according to the load can be obtained.
According to a fifth aspect of the present invention, when the torque is small, the rotor has two sets of rotor cores by a torque acting between the two sets of rotor cores or an urging force of an installed spring. Therefore, a rotating electrical machine having a rotor with a simple structure and no unnecessary loss can be provided.
According to the sixth aspect of the present invention, grease is filled in the guide groove which is a mounting portion of the coil spring, and the stepped portion of the rotating-side rotor core faces the fixed-side rotor core. The seal member for preventing the leakage of grease is provided on the rotating side rotor core, so that the grease is secured inside the rotor core of the rotating side, the durability of the coil spring and the spring seat in the guide groove is obtained, and the grease damper Abnormal vibration can be suppressed by the effect and the frictional resistance of the seal member provided at the stepped portion.
According to the invention of
According to the invention described in
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の第1実施例を示す電動機の軸方向側断面図、図2は図1に示す電動機の正断面図であって、回転子は回動側回転子鉄心を段差部端面側から見た図に相当するものである。また、図3は図1の回転子を構成する固定側回転子鉄心および回動側回転子鉄心を分解した分解斜視図である。
なお、本実施例は、スピンドルモータ等高頻度の起動、停止を繰返す用途に供する電動機を想定している。また、本電動機は、回転方向が回転軸を負荷側より見て、右回転側のみ駆動するに適した構造となっている。
図1乃至図3において、Rは回転子、Sは固定子、1は固定側回転子鉄心、1aはつば部、1bは凹部、2は回動側回転子鉄心、2aは段差部、2bは凸部、2cはガイド溝、3および4は界磁用磁石、5は回転軸、6はピン、7はスプリングシート、7aは孔部、8はコイルスプリング、9および10はOリング、11は固定子鉄心、12は固定子巻線、20は負荷側軸受、21は反負荷側軸受、22は回路基板、23は回転位置検出部である。
FIG. 1 is an axial sectional view of an electric motor according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a front sectional view of the electric motor shown in FIG. It corresponds to the figure seen from the side. FIG. 3 is an exploded perspective view in which the fixed-side rotor core and the rotating-side rotor core constituting the rotor of FIG. 1 are disassembled.
In addition, a present Example assumes the electric motor with which it uses for the use which repeats starting and a stop with high frequency, such as a spindle motor. The electric motor has a structure suitable for driving only the right rotation side when the rotation direction is viewed from the load side of the rotation shaft.
1 to 3, R is a rotor, S is a stator, 1 is a fixed rotor core, 1a is a flange, 1b is a recess, 2 is a rotating rotor core, 2a is a step, and 2b is a step. Convex part, 2c is a guide groove, 3 and 4 are field magnets, 5 is a rotating shaft, 6 is a pin, 7 is a spring seat, 7a is a hole, 8 is a coil spring, 9 and 10 are O-rings, 11 is A stator core, 12 is a stator winding, 20 is a load side bearing, 21 is an anti-load side bearing, 22 is a circuit board, and 23 is a rotational position detector.
本発明の特徴は以下のとおりである。
すなわち、固定子鉄心11に固定子巻線12を巻回してなる固定子Sと、固定子Sと磁気的空隙を介して設けられると共に、回転子鉄心に界磁用磁石3、4を有する回転子Rと、を有する電動機において、回転子Rは、図1に示すとおり、回転軸5に固定された固定側回転子鉄心1と、該固定側回転子鉄心1に軸方向に隣接して固定側回転子鉄心1に対して相対回動可能に装着された回動側回転子鉄心2と、よりなる2組の回転子鉄心を備えている。また、図1および図3に示すとおり、固定側回転子鉄心1は、回転方向に順次異なった8つの磁極を有するように界磁用磁石3を設置すると共に、同様に、回動側回転子鉄心2も、回転方向に極性が順次異なった8つの磁極を有するように界磁用磁石4を設置している。
それから、一方の固定側回転子鉄心1は、図1乃至図3に示すように、回動側回転子鉄心2との対向面側に形成してなる凹部1bと、凹部1bに円周方向に沿って圧入固定された複数のピン6と、を設けている。また、他方の回動側回転子鉄心2は、図1乃至図3に示すように、固定側回転子鉄心1の凹部1bと嵌合するように設けた段差部2aと、前記段差部の内径側を複数の凸状に形成してなる凸部2bと、複数の凸部2b間のガイド溝2cに挿入されるコイルスプリング8と、コイルスプリング8と凸部2bの間におけるガイド溝2cに挿入されると共にピン6を係止するための孔部7aを有し、かつ、コイルスプリング8により付勢されるスプリングシート7と。を備えており、回転子Rに作用する電磁トルクに応じて回動側回転子鉄心2が固定側回転子鉄心1に対し相対回動し、負荷の大きさに応じて界磁磁束が変化する構造となっている。
つまり、回動側回転子鉄心2は、トルクが小さい時には界磁磁束は小さく、トルクが大きい時には界磁磁束は大きくなるように、固定側回転子鉄心1に対し相対回動するものである。
さらに、コイルスプリング8が挿入されるガイド溝2c内にはグリースを充填してあり、回動側回転子鉄心2の段差部2aの固定側回転子鉄心1との対向面側にグリースを保持し、グリースの漏れを防止するためのシール部材となるOリング9、10を設けている。
また、固定側回転子鉄心1の軸方向端部に、回転軸5の負荷側を軸支持する負荷側軸受20の軸方向の位置を固定するつば部1aを設けている。
The features of the present invention are as follows.
That is, a stator S formed by winding a stator winding 12 around a
Then, as shown in FIGS. 1 to 3, one fixed-
That is, the rotation-
Further, the
In addition, a flange portion 1 a that fixes the axial position of the load-
図4は第1実施例の回転子の界磁磁束が変化する原理を示した説明図であって、(a)は低トトルク時、(b)はトルク増大時、(c)は高トルク時の場合である。
図4に示すように、界磁用磁石3を有する固定側回転子鉄心2と、界磁用磁石4を有する回動側回転子鉄心4とを備えた回転子において、低トルク時、回転子は2組の回転子鉄心の間に働くトルクまたはコイルスプリングの付勢力により、2組の回転子鉄心の異なる磁極が軸方向におおよそ揃うように相対回動するため、界磁磁束は小さい。トルク増大時には、前記スプリングの付勢力に反する方向及び回転子の回転方向に回動し、界磁磁束を強める。また、高トルク時には、2組の回転子鉄心の同じ磁極が軸方向に揃い界磁磁束は大きい状態となる。
FIG. 4 is an explanatory view showing the principle of changing the field magnetic flux of the rotor of the first embodiment, where (a) is at low torque, (b) is at torque increase, and (c) is at high torque. This is the case.
As shown in FIG. 4, in a rotor having a fixed-
図5は第1実施例による回転磁界の磁極位置の説明図である。
図5において、θeは、図4の低トルク時において示した、固定側の界磁用磁石3と回動側の界磁用磁石4の相対回動角度である。θeを適正に設けることで、本電動機の無負荷最大回転数を調整するとともに、起動を容易にする。固定子によって作られる回転磁界の磁極は、回動側回転子鉄心2の磁極の位置に対して、適切な位置に設けられるように電動機への負荷電流を流す。
図5に示すφは、回動側回転子鉄心2の磁極中心に対する、回動側回転子鉄心2を駆動するに最適な回転磁界の磁極中心の相対角度を示す。
回転磁界の磁極を、回動側回転子鉄心2の磁極の位置に対して、適切な位置に設ける方法として、図1に示した回転位置検出部23に示すように、回転軸上にエンコーダ等を設ける場合、例えば、回転磁界の磁極位置は、事前に調査した電動機の負荷電流に応じた回動側の磁極位置に対して、最大トルクが発生する位置に調整する。または、回路基板22上の22aに示す位置に回転位置検出部を設け、直接回動側の磁極位置を検出し、その位置に対し、回転磁界の磁極位置を適切に調整しても良い。
FIG. 5 is an explanatory diagram of the magnetic pole position of the rotating magnetic field according to the first embodiment.
In FIG. 5, θe is a relative rotation angle between the fixed-
5 indicates the relative angle of the magnetic pole center of the rotating magnetic field that is optimal for driving the
As a method of providing the magnetic field of the rotating magnetic field at an appropriate position with respect to the position of the magnetic pole of the rotating-
図6は第1実施例による電動機の加速特性の説明図である。
図6に示すように、本発明の電動機の加速特性Fは、充分な加速と高回転を両立できる。従来の界磁磁束を変化しない電動機の加速特性Gは、加速は良いが電圧飽和により高回転まで駆動できない。
高回転に調整した同電動機の加速特性Hは、所望の高回転は得られても、加速が悪くなる。
FIG. 6 is an explanatory diagram of acceleration characteristics of the electric motor according to the first embodiment.
As shown in FIG. 6, the acceleration characteristic F of the electric motor of the present invention can achieve both sufficient acceleration and high rotation. The acceleration characteristic G of a conventional motor that does not change the field magnetic flux is good for acceleration, but cannot be driven to high rotation due to voltage saturation.
The acceleration characteristic H of the electric motor adjusted to a high rotation speed is deteriorated even if a desired high rotation speed is obtained.
図7は本第1実施例による電動機のトルク定数の相対回動角度特性である。
図7は、トルク定数の最大値に対する比を相対回動角度θeの電気角に対し示したものであるが、図に示すように、相対回動角度の増大に伴いトルク定数は増大する。
FIG. 7 shows the relative rotation angle characteristic of the torque constant of the electric motor according to the first embodiment.
FIG. 7 shows the ratio of the torque constant to the maximum value with respect to the electrical angle of the relative rotation angle θe. As shown in the figure, the torque constant increases as the relative rotation angle increases.
したがって、本発明の第1実施例は、回転子が固定側と回動側の2組の回転子鉄心を有し、回転子に作用する電磁トルクに応じて回動側回転子鉄心が固定側回転子鉄心に対し相対回動するため、負荷の大きさに応じて界磁磁束を変化させ、不要な損失を伴わない回転電機を提供することができる。
また、回転子鉄心は、各々が回転方向に順次異なった磁極を有するように界磁用磁石を設置するため、小さな相対回動で、固定子の巻線に鎖交する界磁磁束を大きく変化させることができる。
また、コイルスプリングの取付け部であるガイド溝内にグリースを充填し、さらに回動側回転子鉄心の段差部の固定側回転子鉄心との対向面側にグリースの漏れを防止するためのシール部材を設けるため、グリースが回動側回転子鉄心内部に確保され、ガイド溝内のコイルスプリングとスプリングシートの耐久性を得られるとともに、グリースのダンパ効果と段差部に設けられたシール部材の摩擦抵抗により、異常振動を抑制できる。
また、固定側回転子鉄心の内周側に設けたつば部が負荷側軸受の内輪と当接して軸受の押さえとして作用するため、負荷側軸受の軸方向の位置を確実に固定することができる。
Therefore, in the first embodiment of the present invention, the rotor has two sets of rotor cores, the fixed side and the rotating side, and the rotating side rotor core is fixed on the fixed side according to the electromagnetic torque acting on the rotor. Since it rotates relative to the rotor core, the field magnetic flux is changed according to the magnitude of the load, and a rotating electric machine without unnecessary loss can be provided.
In addition, since the rotor cores are provided with field magnets so that each of them has different magnetic poles in the direction of rotation, the field magnetic flux linked to the stator windings changes greatly with a small relative rotation. Can be made.
Further, a seal member for filling the guide groove, which is a mounting portion of the coil spring, with grease, and preventing leakage of grease on the surface of the stepped portion of the rotating side rotor core facing the fixed side rotor core. Therefore, the grease is secured inside the rotor core of the rotating side, the durability of the coil spring and spring seat in the guide groove can be obtained, the damper effect of grease and the frictional resistance of the seal member provided in the stepped portion Thus, abnormal vibration can be suppressed.
Further, since the flange portion provided on the inner peripheral side of the fixed-side rotor core contacts the inner ring of the load-side bearing and acts as a bearing press, the axial position of the load-side bearing can be reliably fixed. .
図9は、本発明の第2実施例を示す電動機の回転子の正断面図である。
本発明の第2実施例が第1実施例と異なる点は、固定側回転子鉄心に固定された2つのピン16と回動側回転子鉄心のガイド溝に挿入されたスプリングシート17に対し、回動側回転子鉄心13を双方向駆動とした点であり、無負荷時、2組の回転子鉄心の異なる磁極が軸方向に完全に揃う構造とする。
第1実施例と同様に、回動側の界磁用磁石14に対し、回転磁界の磁極を適切に調整するため、磁極は図に示すように、右回転側に駆動する場合は正駆動時回転磁界の磁極25の位置とし、左回転側に駆動する場合は逆回転時回転磁界の磁極の位置26とする。
FIG. 9 is a front sectional view of a rotor of an electric motor showing a second embodiment of the present invention.
The second embodiment of the present invention differs from the first embodiment in that the two
As in the first embodiment, in order to appropriately adjust the magnetic field of the rotating magnetic field with respect to the
図10は、本発明の第3の実施例を示す電動機の回転子であって、(a)は正断面図、(b)は側断面図である。
本発明の第3実施例が第1実施例と異なる点は、表面磁石構造の電動機に替えて、埋め込み磁石構造の電動機とした点であり、特に高回転時の鉄損低減に留意した実施例である。
具体的には、回転子は、界磁用磁石34を内部に挿入する回転子鉄心31、32と、回転子鉄心31、32を支持する保持部材35、36とに分けて構成したものであり、界磁用磁石34は2組の回転子鉄心31、32にV字に挿入され、回転子鉄心表面に磁極を作り出している。
本実施例は、永久磁石電動機でありながら高起動トルクと高回転を両立できるものであり、一般に、掃除機やエアタオル等の家電用電動機、またはインパクトドライバやグラインダー等の工具用電動機などの、高起動トルクと高回転を両立する用途に有用である。
FIG. 10 shows a rotor of an electric motor according to a third embodiment of the present invention, in which (a) is a front sectional view and (b) is a side sectional view.
The third embodiment of the present invention is different from the first embodiment in that a motor with an embedded magnet structure is used instead of a motor with a surface magnet structure, and in particular, an embodiment that pays attention to reduction of iron loss at high rotation. It is.
Specifically, the rotor is configured by dividing the
Although this embodiment is a permanent magnet motor, it can achieve both a high starting torque and a high rotation. Generally, a high motor such as a motor for home appliances such as a vacuum cleaner and an air towel, or a motor for tools such as an impact driver and a grinder is used. It is useful for applications that achieve both starting torque and high rotation.
図11は、第3実施例の回転子の界磁磁束が変化する原理説明図である。
図に示すように、界磁磁束を変化する仕組みは実施例1と同じであり、図11の(a)に示すように駆動トルクの増大に伴い、回動側回転子鉄心42が固定側回転子鉄心41と同じ磁極が揃うように回動する。図11の(b)の2組の回転子鉄心の異なる磁極が軸方向に揃う状態では、界磁用磁石の磁束が回転子鉄心内で短絡し、回転子外部への界磁磁束を極端に減ずる。そのため、鉄損を著しく低減することができる。
FIG. 11 is an explanatory diagram of the principle that the field magnetic flux of the rotor of the third embodiment changes.
As shown in the figure, the mechanism for changing the field magnetic flux is the same as that of the first embodiment. As shown in FIG. 11A, the rotation-
図12は第3実施例の電動機の加速特性の説明図である。
図に示すように、本発明の電動機の加速特性Fは、充分な加速と高回転を両立できる。従来の界磁磁束を変化しない電動機の加速特性Gは、加速は良いが誘起電圧飽和により高回転まで駆動できない。同サイズの従来の整流子付き電動機の加速特性Hは、所望の高回転は得られても、起動トルクで劣るため加速が悪くなる。
FIG. 12 is an explanatory diagram of acceleration characteristics of the electric motor according to the third embodiment.
As shown in the figure, the acceleration characteristic F of the electric motor of the present invention can achieve both sufficient acceleration and high rotation. The acceleration characteristic G of a conventional motor that does not change the field magnetic flux is good in acceleration but cannot be driven to a high speed due to induced voltage saturation. The acceleration characteristic H of a conventional electric motor with a commutator of the same size is inferior in starting torque even if a desired high rotation is obtained, and therefore acceleration is worse.
本発明を産業用回転電機に利用することによって、回転子の回転速度に関係なく、負荷の大きさに応じて界磁磁束を変化させ、不要な損失を伴わない、簡単な構造の回転子を有する回転電機を提供することができるようになり、作業性が向上する。 By using the present invention for an industrial rotating electrical machine, a magnetic flux can be changed according to the magnitude of the load regardless of the rotational speed of the rotor, and a rotor having a simple structure without unnecessary loss. It becomes possible to provide a rotating electric machine having the above, and workability is improved.
R 回転子、
S 固定子、
1 固定側回転子鉄心、
1a つば部、
1b 凹部、
2 回動側回転子鉄心、
2a 段差部、
2b 凸部、
2c ガイド溝、
3、4 界磁用磁石、
5 回転軸、
6 ピン、
7 スプリングシート、
7a 孔部、
8 コイルスプリング、
9、10 Oリング、
11 固定子鉄心、
12 固定子巻線、
20 負荷側軸受
21 反負荷側軸受
22 回路基板
23 回転位置検出部
24 回転磁界の磁極
25 正駆動時回転磁界の磁極
26 逆駆動時回転磁界の磁極
31 固定側回転子鉄心
32 回動側回転子鉄心
34 回動側界磁用磁石
35 固定側保持部材
36 回動側保持部材
41 固定側回転子鉄心
42 回動側回転子鉄心
R rotor,
S stator,
1 Fixed rotor core,
1a collar part,
1b recess,
2 Rotating side rotor core,
2a steps,
2b convex part,
2c guide groove,
3, 4 field magnets,
5 rotation axis,
6 pins,
7 Spring seat,
7a hole,
8 Coil spring
9, 10 O-ring,
11 Stator core,
12 Stator winding,
20 Load-
Claims (8)
前記回転子は、回転軸に固定された固定側回転子鉄心と、該固定側回転子鉄心に軸方向に隣接して前記固定側回転子鉄心に対して相対回動可能に装着された回動側回転子鉄心と、よりなる2組の回転子鉄心を備え、
前記回転子に作用する電磁トルクに応じて前記回動側回転子鉄心が前記固定側回転子鉄心に対し相対回動することを特徴とする回転電機。 In a rotating electrical machine having a stator formed by winding a stator winding around a stator core, and a rotor provided with a field magnet on the rotor core,
The rotor includes a fixed-side rotor core fixed to a rotation shaft, and a rotation mounted adjacent to the fixed-side rotor core in the axial direction so as to be rotatable relative to the fixed-side rotor core. A side rotor core and two pairs of rotor cores are provided.
A rotating electrical machine characterized in that the rotating-side rotor core rotates relative to the fixed-side rotor core in accordance with electromagnetic torque acting on the rotor.
前記回動側回転子鉄心は、前記固定側回転子鉄心の凹部と嵌合するように設けた段差部と、前記段差部の内径側を複数の凸状に形成してなる凸部と、前記複数の凸部間のガイド溝に挿入されるコイルスプリングと、前記コイルスプリングと前記凸部の間におけるガイド溝に挿入されると共に前記ピンを係止するための孔部を有し、かつ、前記コイルスプリングにより付勢されるスプリングシートと。を備えたことを特徴とする請求項1記際の回転電機。 The fixed-side rotor core is provided with a recess formed on the surface facing the rotating-side rotor core, and a plurality of pins press-fitted and fixed along the circumferential direction in the recess.
The rotating-side rotor core includes a stepped portion provided so as to be fitted to a recessed portion of the fixed-side rotor core, a convex portion formed by forming the inner diameter side of the stepped portion into a plurality of convex shapes, A coil spring inserted into a guide groove between a plurality of convex portions, a hole inserted into the guide groove between the coil spring and the convex portion and for locking the pin, and A spring seat biased by a coil spring; The rotating electrical machine according to claim 1, comprising:
前記回動側回転子鉄心の段差部の前記固定側回転子鉄心との対向面側に前記グリースの漏れを防止するためのシール部材を設けたことを特徴とする請求項2に記載の回転電機。 Grease is filled in the guide groove into which the coil spring is inserted,
3. The rotating electrical machine according to claim 2, wherein a sealing member for preventing leakage of the grease is provided on a surface of the stepped portion of the rotating side rotor core facing the fixed side rotor core. .
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