JP2009005570A - Structure of electric motor characteristics to reduce power consumption by carrying out maximum utilization of the magnetic lines of force of permanent magnet acting on rotor of permanent magnet electric motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は永久磁石使用のモータを構造的に改良、永久磁石の持つ磁力線を最大限利用する目的に、電磁石形状と配置を考案、底消費電力で、高トルク発生を達成する、モータに関するものである。The present invention relates to a motor that achieves high torque generation with bottom power consumption for the purpose of structurally improving a motor using permanent magnets and maximizing the magnetic field lines of permanent magnets. is there.
従来、永久磁石モータにおいて、 モータに電流を流し磁力線を応用して吸引又は反発力をモータトルクとして、利用していた。
この磁力線は永久磁石のばあい、使用する永久磁石固有の磁力線が存在しその磁力線をできるだけ多く利用すれば、モータ外部から供給する電流は少量でも、トルク変換効果が良いことに着目したものである。
従来電気モータは回転子と固定子で相互あるいは、片方に電流を与え磁力線を作り、磁力の反発 又は吸引効果でトルクを生成電気エネルギーを回転エネルギーに、変換して動力に利用していた。
これらの場合モータの形状は、通常インナーローターか、アウターローターで有り。偏平なフラットモーターも存在するが、インナーローター式でもアウターローター式でも、フラットモータ式でも、ローター部分に生じる磁力線は一部漏洩磁力として、使われないものも多く、モータ形状からして、漏洩磁力を、利用できない構造であった。
漏洩磁力は微力のようであるが、たとえば電池式の時計の場合ランニング時間が長く連続しているものは、微力なエネルギーロスも電池寿命に大きい差がでる。
本考案ではローターの外周部に固定した、永久磁石を4方向より包囲して、通常永久磁石から出ている限定された磁力線を、全包囲の磁力線に影響する構造として、インナーローターとアウターローターとフラットローターをより多くの磁力線を利用できる4方向より方位する構造として問題解決した。Conventionally, in a permanent magnet motor, an attraction or repulsion force is used as a motor torque by applying a current to the motor and applying a line of magnetic force.
In the case of a permanent magnet, this magnetic field line is based on the fact that there is a magnetic field line unique to the permanent magnet to be used, and if the magnetic field line is used as much as possible, even if the current supplied from the outside of the motor is small, the torque conversion effect is good. .
Conventionally, an electric motor uses a rotor and a stator to generate a magnetic field line by applying current to one or the other, generating torque by the repulsion or attraction effect of the magnetic force, converting electric energy into rotational energy and using it for power.
In these cases, the shape of the motor is usually an inner rotor or an outer rotor. There are flat flat motors, but even in the inner rotor type, the outer rotor type, and the flat motor type, the magnetic field generated in the rotor part is partly used as leakage magnetic force, and many of them are not used. The structure was not available.
The leakage magnetic force seems to be a slight force. For example, in the case of a battery-type timepiece, if the running time is long and continuous, a slight difference in energy loss is also caused in the battery life.
In the present invention, a permanent magnet fixed to the outer periphery of the rotor is surrounded from four directions, and the limited magnetic field lines that normally come out of the permanent magnets are affected by the inner and outer rotors. The problem was solved as a structure in which the flat rotor is oriented from four directions where more magnetic lines of force can be used.
従来の永久磁石同期モータの場合、永久磁石の減磁耐力を向上させる必要があるが永久磁石の体積を大きくするか、極数を増加するかの方法がある。そのなかで永久磁石を大きくするとコストアップになる、極数を適切に選択するのがよいがいままでの固定子設計では、永久磁石を包囲する構造でないから、減磁耐力を向上させるに、設計の困難があった。
ローターの永久磁石を包囲する構造は瞬時包囲した、電磁石に電圧と電流の適切制御で問題が解決した。
ローターの永久磁石を片面から電磁石でコントロール出力している場合では、電流を多く消費して、エネルギーロスがあった。
全包囲電磁石方法は電磁石のコイルが分散しているので、熱蓄積も少なく可変する出力に対して、エネルギーの供給を最適コントロールするのは固定子の電流供給をコントロールするのが主であったから、無駄な電力消費も削減できた。In the case of a conventional permanent magnet synchronous motor, it is necessary to improve the demagnetization resistance of the permanent magnet, but there are methods of increasing the volume of the permanent magnet or increasing the number of poles. Among them, increasing the size of the permanent magnet increases the cost. It is better to select the number of poles appropriately. However, the conventional stator design does not surround the permanent magnet, so it is designed to improve the demagnetization resistance. There were difficulties.
The structure surrounding the rotor's permanent magnet was instantaneously surrounded, and the problem was solved by appropriate voltage and current control on the electromagnet.
When the rotor permanent magnet was controlled and output from one side by an electromagnet, a large amount of current was consumed, resulting in energy loss.
In the all-enclosed electromagnet method, since the electromagnet coils are dispersed, the energy supply is optimally controlled for the variable output with little heat accumulation. Wasteful power consumption was also reduced.
従来のモータによると、永久磁石同期モータでは、ローターの永久磁石がつくる磁力線は固定子電磁石の片面からの、作用構造のため漏洩磁力線があり、ローター側の永久磁石がつくる磁力線を最大限利用するには、構造上の改善が必要であった。
微小電力でトルク生成するモータでは漏洩磁力線も最小にして、エネルギーロスを最小にして、電気エネルギーを、トルクエネルギーに変換する、必要があった。According to the conventional motor, in the permanent magnet synchronous motor, the magnetic field generated by the permanent magnet of the rotor has leakage magnetic field lines from one side of the stator electromagnet due to the working structure, and the magnetic field generated by the permanent magnet on the rotor side is utilized to the maximum. Needed structural improvements.
In a motor that generates torque with minute electric power, it is necessary to minimize the leakage magnetic field lines, minimize energy loss, and convert electric energy into torque energy.
本発明は、ローター外周部の永久磁石を4方向より、電磁石固定子で包囲した構造で設計したので、ローターの永久磁石が生成する磁力線のほとんどに、固定子の磁力が、吸引又は反発作用することを、確保した。In the present invention, the permanent magnet on the outer periphery of the rotor is designed to be surrounded by an electromagnet stator from four directions, so that the magnetic force of the stator attracts or repels most of the lines of magnetic force generated by the permanent magnet of the rotor. That was ensured.
永久磁石を使ったローターは、永久磁石固有の磁力線を全方位に生成しているその磁力線総量に限界があり固定子側の磁力線が、多く作用する構造にすると外部の供給電力は少量でも、吸引または反発の効果が大きくなった。A rotor using a permanent magnet generates a magnetic field line unique to the permanent magnet in all directions, and there is a limit to the total amount of the magnetic field line. Or the effect of rebound became large.
モータ性能を上げるため、永久磁石同期モータの ローターに使用する永久磁石は 残留磁束密度の大きい高性能なものを使うが、その場合コギングトルクが大きくなり、問題があったが、これらの制御は外部の電磁石に電流を与えて、滑らかな動きに制御するが、電磁石で永久磁石を包囲した設計だと電気磁力を制御しやすくなった。In order to improve the motor performance, the permanent magnet used for the rotor of the permanent magnet synchronous motor uses a high-performance permanent magnet with a large residual magnetic flux density. The current was applied to the electromagnet to control the movement smoothly, but the design that surrounded the permanent magnet with the electromagnet made it easier to control the electric magnetic force.
永久磁石同期モータの場合、モータの回転が高速になると、いわゆる、弱め磁界運転が良い方法であるが、この場合は固定子電気磁界を制御するので、ローター永久磁石を、全方位 包囲している構造であれば、コントロールが容易である。
これにより、高速域の出力と、トルク増加が容易になった。
すなわち、永久磁石同期モータの高効率運転領域が広くなった。In the case of a permanent magnet synchronous motor, when the motor rotates at high speed, so-called weak magnetic field operation is a good method. In this case, the stator electric field is controlled, so the rotor permanent magnet is surrounded in all directions. The structure is easy to control.
As a result, the output in the high speed range and the torque increase became easy.
That is, the high-efficiency operation area of the permanent magnet synchronous motor has been widened.
以下に、本発明を実施するための最良の形態を実施例によって説明する。Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described by way of examples.
実施例として図1と図2例を図示したが、理論は同一理論に帰する方法である。
図1の1から12までは、固定子の配置正面図である。固定子の電磁コイル15,16、18、19、はモータ側面の一部断面図で、この図に示すように、4方向から、ローターの永久磁石を、包囲した構造とした。コイル入力端子は13,1417、20、に設け、電気制御装置から通電コントロールを行う。
ローター23、と永久磁石22の固定は、永久磁石22を固定金具21でサンドイッチしてローター23に固定した。図1の29はローターに使用する永久磁石29と、その周辺に発生している磁力線28を表すが、ローター23の外周部に湾曲した円筒形状31とモータの中心を回る円軌道30の外部より固定子電磁石32を4方向から円軌道30に沿って配置した。Although FIG. 1 and FIG. 2 are illustrated as examples, the theory is a method attributed to the same theory.
1 to 12 in FIG. 1 are arrangement front views of the stator. The stator
The
モータ取り付けフレーム41にベアリング42を装填、出力軸43よりトルク出力軸からトルクを取り出す構造で、出力軸センターを対称にに、固定子と回転子35,36,39,40、37、38、を配置した一部断面側面図である。コイル入力端子24、25、26、27、はそれぞれ、電気制御装置から通電し、永久磁石同期モータ特有の制御を行う。The
図2についても図1とすべて、同等の設計と電気制御で、電気エネルギーを、モータとしてトルクエネルギーの、効率アップすることができた。As for FIG. 2 as well, it was possible to increase the efficiency of electric energy and torque energy as a motor with the same design and electric control as in FIG.
1 固定子電磁石
2 固定子電磁石
3 固定子電磁石
4 固定子電磁石
5 固定子電磁石
6 固定子電磁石
7 固定子電磁石
8 固定子電磁石
9 固定子電磁石
10 固定子電磁石
11 固定子電磁石
12 固定子電磁石
13 固定子コイル入力端子
14 固定子コイル入力端子
15 固定子コイル
16 固定子コイル
17 固定子コイル入力端子
18 固定子コイル
19 固定子コイル
20 固定子コイル入力端子
21 ローター永久磁石固定金具
22 永久磁石
23 ローターフレーム
24 固定子コイル入力端子
25 固定子コイル入力端子
26 固定子コイル入力端子
27 固定子コイル入力端子
28 湾曲円筒ローター永久磁石磁力線
29 湾曲円筒ローター永久磁石
30 湾曲円筒ローター永久磁石回転軌道センターライン
31 湾曲円筒ローター永久磁石
32 固定子電磁石磁力線集中作用面
33 固定子電磁石コイル
34 固定子電磁石コイル通電端子
35 固定子電磁石コイル
36 固定子電磁石コイル
37 ローター永久磁石固定金具
38 湾曲円筒ローター永久磁石
39 固定子電磁石コイル
40 固定子電磁石コイル
41 モータ固定とりつけフレーム
42 モーク主軸回転ベアリング
43 モータ出力軸
44 固定子電磁石
45 固定子電磁石
46 固定子電磁石
47 ローター永久磁石
48 固定子電磁石
49 ローターフレーム
50 モータ出力軸
51 ローター支持ベアリング
52 ローター支持ベアリング
53 固定子電磁石
54 固定子電磁石
55 ローター永久磁石
56 固定子電磁石
57 固定子電磁石
58 固定子電磁石入力端子
59 固定子電磁石入力端子
60 固定子電磁石入力端子
61 固定子電磁石入力端子
62 固定子電磁石
63 固定子電磁石
64 固定子電磁石
65 モータ取り付けフレーム
66 固定子電磁石入力端子
67 固定子電磁石入力端子
68 固定子電磁石入力端子
69 固定子電磁石入力端子
70 モータ出力軸DESCRIPTION OF
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2007
- 2007-06-22 JP JP2007190203A patent/JP2009005570A/en active Pending
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