JP2021170880A - Rotary electric machine and rotary electric machine operating method - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、回転電機および回転電機の運転方法に関する。 The present application relates to a rotary electric machine and a method of operating the rotary electric machine.
回転電機を停止させるために用いられるブレーキ構造については、回転する出力軸にカップリングを介して、ブレーキを取り付ける構造が多い。ブレーキ構造は出力軸に取り付けたプレートに、固体ブロックを押し付け、両者の間に発生する摩擦力で静止させる構造が多い(例えば特許文献1参照)。 As for the brake structure used for stopping the rotary electric machine, there are many structures in which the brake is attached to the rotating output shaft via a coupling. In many brake structures, a solid block is pressed against a plate attached to the output shaft, and the brake structure is stopped by the frictional force generated between the two (see, for example, Patent Document 1).
回転電機におけるブレーキの構造として、従来は、上述したような回転軸に取り付けているプレートにブロックを押し付けて停止させる構造であった。 Conventionally, the structure of the brake in the rotary electric machine has been a structure in which a block is pressed against a plate attached to the rotating shaft as described above to stop the brake.
このようなメカニカルな方式のブレーキを持つ回転電機においては、回転電機の回転を停止させるために、例えば、上記プレートと共通の回転軸に取り付けたディスクを上記プレートに押し付けて回転子を停止させる方式を採用していた。このため、プレートとディスクとが互いに摩擦し合って、プレート及びディスクの双方とも、摩耗が進む可能性がある一方で、ブレーキに発生させる摩擦力は、回転電機の回転子の回転力が大きいほど、大きな力が必要になっていた。
このため、ブレーキの構成要素である上記プレートとディスクとの接触面積を大きくとる必要があり、ブレーキが大型化することにつながっていた。また、摩擦力が大きくなる場合、接触による音、あるいは振動が大きくなり、製品の使用環境を限定する必要が出てくる場合があった。
In a rotary electric machine having such a mechanical type brake, in order to stop the rotation of the rotary electric machine, for example, a disc attached to a rotary shaft common to the plate is pressed against the plate to stop the rotor. Was adopted. For this reason, the plate and the disc may rub against each other, and both the plate and the disc may wear, while the frictional force generated in the brake increases as the rotational force of the rotor of the rotary electric machine increases. , A great deal of power was needed.
Therefore, it is necessary to increase the contact area between the plate, which is a component of the brake, and the disc, which leads to an increase in the size of the brake. In addition, when the frictional force becomes large, the sound or vibration due to contact becomes large, and it may be necessary to limit the usage environment of the product.
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、回転電機の回転を停止させるために必要な動力を小さくすることにより、ブレーキ構造を小型軽量化するとともに、ブレーキ寿命を長くした回転電機を提供することを目的とする。 The present application discloses a technique for solving the above-mentioned problems, and by reducing the power required to stop the rotation of the rotary electric machine, the brake structure is made smaller and lighter, and the brake life is reduced. It is an object of the present invention to provide a rotating electric machine having a long length.
本願に開示される回転電機は、
第1の回転軸を有する本体、
前記第1の回転軸の回転に追従して回転する第2の回転軸に取り付けられ、この第2の回転軸の回転を停止させる動力を当該第2の回転軸に負荷するブレーキ機構、
第1の磁性体を持つとともに、前記第2の回転軸に連動して回転する第1の回転子と、前記第1の磁性体の極数より極数の多い第2の磁性体を持ち、前記第1の回転軸に動力を伝達する第2の回転子と、を有する磁気減速機、
を備えたものである。
The rotary electric machine disclosed in the present application is
A body with a first axis of rotation,
A brake mechanism that is attached to a second rotating shaft that rotates following the rotation of the first rotating shaft and that loads the power for stopping the rotation of the second rotating shaft onto the second rotating shaft.
It has a first magnetic material, a first rotor that rotates in conjunction with the second rotation axis, and a second magnetic material having more poles than the number of poles of the first magnetic material. A magnetic speed reducer having a second rotor that transmits power to the first rotating shaft,
It is equipped with.
本願に開示される回転電機によれば、回転電機の回転を停止させるために必要な動力を小さくすることにより、ブレーキ構造を小型軽量化するとともに、ブレーキ寿命を長くした回転電機を提供することができる。 According to the rotary electric machine disclosed in the present application, it is possible to provide a rotary electric machine having a smaller and lighter brake structure and a longer brake life by reducing the power required to stop the rotation of the rotary electric machine. can.
実施の形態1.
実施の形態1に係る回転電機の構成について、以下図を用いて説明する。
図1は、実施の形態1に係る回転電機1を示す斜視図、図2は、回転電機1の回転軸に直交する要部断面図である。本実施の形態では、8極48スロットの永久磁石型の回転電機について説明するが、回転電機の極数およびスロット数は適宜増減可能である。さらに磁極片にマグネットワイヤを巻回する集中巻き方式と、複数個に分離した磁極片にマグネットワイヤを巻回もしくは挿入する分布巻き方式があるが、どちらの方式であるかは問わない。
The configuration of the rotary electric machine according to the first embodiment will be described with reference to the following figures.
FIG. 1 is a perspective view showing the rotary
図1において、回転電機1は固定子2と回転子3と回転軸4で構成されている。図1に示す固定子2では、各ティースが分割された分割コアを用いているが、この分割数は特に規定されない。また、分割コアに限らず一円形状のコアでもよい。さらに、回転子3に関して永久磁石を用いた形状、あるいは誘導機のように銅、あるいはアルミを鋳込んだ状態であるかは問わない
In FIG. 1, the rotary
また、実施の形態1に係る回転電機は、図2に示すように、外径側から固定子2、回転子3、回転軸4の順番に並んでいる。固定子2と回転子3の間には空隙であるエアギャップ5を有する構成となっている。また、固定子2は固定子鉄心20と電機子巻線21を有している。ここで、固定子鉄心20は、円環状に配置、もしくは円環状に形成され、軸方向に積層されている。
Further, as shown in FIG. 2, the rotary electric machines according to the first embodiment are arranged in the order of the
また、本実施の形態では、この固定子鉄心20には電磁鋼板を使用して積層しているが、この使用材料は電磁鋼板に限らない。回転子3は、軸心位置に挿通された回転軸4に固定された回転子鉄心30を有している。この回転子鉄心30は固定子2の内側に配置され、永久磁石6を備えた永久磁石型回転子である。
Further, in the present embodiment, the
なお、本実施の形態では、永久磁石6を回転子鉄心30の中に埋め込んだInterior Permanent Magnet方式を採用しているが、回転子鉄心30の外に永久磁石6を配置するSurface Permanent Magnet方式を使用しても良い。回転軸4は、例えば、焼き嵌め、あるいは圧入等で、回転子鉄心30に固定されている。また、回転電機1は分布巻き、集中巻きのどちらでも良い。
In the present embodiment, the Interior Permanent Magnet method in which the
次に、本実施の形態の回転電機の固定子鉄心20および磁極片の構造について、図3を用いて説明する。
固定子鉄心20は磁極片を有しており、磁極片が連結もしくは積層されて構成されている場合がある(以下、この磁極片の集合したもの磁性体22と呼ぶ)。固定子鉄心20が一体で作られた鉄心(以下、一体化鉄心と呼ぶ)の場合でも、この一体化鉄心は、積層されて製造されている。また、磁性体22は、バックヨーク部23およびティース先端部24を有している(図4(a)参照)。さらに固定子に巻線をしない場合、磁性体にティースを用いず、磁性体の内径側に磁石を配置する構成も考えられる(図4(b)参照)。
Next, the structure of the
The
ここで、固定子鉄心20の組立に関して説明する。固定子鉄心20の組立てにおいては、分割した磁極片間を溶接して円環状に構成する方法、あるいは磁極片の外周にフレーム31を焼嵌め、または圧入して磁極片を固定する方法の2通りがあるが、どちらの方法を採用してもよい。あるいは、磁極片間を溶接して、円環状にした後に、フレームを圧入、もしくは焼嵌めすることも可能である。
Here, the assembly of the
上記以外に、樹脂による一体成型を行う場合には、一体成型する前のコアでカシメによる固定を行うが、場合によっては、コア間の固定を行わないこともある。この理由は、樹脂によりコアの積層方向の固定が可能であるからである。 In addition to the above, when integrally molding with resin, fixing by caulking is performed on the core before integral molding, but in some cases, fixing between cores may not be performed. The reason for this is that the resin can fix the cores in the stacking direction.
また、上述したように鉄心で薄板の電磁鋼板等を積層しているが、薄板間の固定方法は、カシメによる固定、接着剤での固定など、その方法は問わない。また、鉄心を樹脂で一体成型することもありうる。さらに、固定子鉄心20のスロット部に絶縁紙を巻き付けて、電気子巻線との絶縁を確保する場合、絶縁紙によりコアを固定することも可能である。
Further, as described above, thin electromagnetic steel plates or the like are laminated with an iron core, but the fixing method between the thin plates may be any method such as fixing by caulking or fixing with an adhesive. Further, the iron core may be integrally molded with resin. Further, when the insulating paper is wound around the slot portion of the
次に、図5を用いて、一般的な回転電機のブレーキ構造を説明する。回転電機の本体10の回転軸13には、プレート14が取り付けられている。ブレーキユニット11が作動している場合、ディスクブレーキ15に備えつけられているディスク16が、ばね17のばね圧でプレート14に押し付けられ、回転電機のブレーキとしての役割を果たしている。
Next, the brake structure of a general rotary electric machine will be described with reference to FIG. A
回転電機が動作している場合には、ブレーキユニット11のディスクブレーキ15に巻回されているマグネットワイヤに電流が流れている。その際に、発生する磁気吸引力は、ばね荷重よりも大きくなるよう設定されている。そのため、プレート14に接触していたディスク16が磁気吸引力により解放され、回転電機の本体10の回転子が動作する構造となっている。
When the rotary electric machine is operating, a current is flowing through the magnet wire wound around the
以上のように、回転電機の本体10の動作を停止させるために、プレート14にディスク16を押し付けて回転子を停止させる構造としている。そのため、プレート14及びディスク16の双方とも、プレート14とディスク16とが互いに摩擦することにより、摩耗が進む可能性がある一方で、ブレーキユニット11の摩擦力の大きさとしては、回転電機の本体10の回転子の回転力が大きいほど、大きな力が必要になる。
このため、ブレーキユニット11の接触面積を大きくとる必要があり、ブレーキが大型化することにつながる。また、摩擦力が大きくなる場合、接触による音、あるいは振動が大きくなり、製品の使用環境を限定する必要が出てくる場合がある。
As described above, in order to stop the operation of the
Therefore, it is necessary to increase the contact area of the
そこで、製品の使用環境を限定しなくても済むようにした、本実施の形態の磁気減速機におけるブレーキ構造について、図6を用いて以下説明する。回転電機の本体48の回転軸41(以下この回転軸を第1の回転軸とも呼ぶ)にカップリング52を介して磁気減速機50を取り付けている。
Therefore, the brake structure of the magnetic speed reducer according to the present embodiment, which does not have to limit the usage environment of the product, will be described below with reference to FIG. A
次に、図7を用いて、ブレーキユニットを構成する磁気減速機の構造を説明する。磁気減速機50には回転子が配置されており、その外周側に(図6で示した)回転電機の本体48の回転軸41(第1の回転軸)に接続された低速回転子55が、この回転子と同軸で配置されている。この場合においては、この回転子は、低速回転子55(以下、第2の回転子とも呼ぶ)と比較して高速に回転するため、以降、この回転子を、特に、高速回転子54と呼ぶ(以下、この高速回転子を第1の回転子とも呼ぶ)。低速回転子55の外周側には固定子56が同軸で配置されており、固定子56は、低速回転子55、高速回転子54の双方に同軸に配置されていることになる。
Next, the structure of the magnetic speed reducer constituting the brake unit will be described with reference to FIG. 7. A rotor is arranged in the
また、磁気減速機50には、ブレーキユニット49が直結されている。磁気減速機50と同軸の回転子軸にプレート44が取り付けられている。この磁気減速機50の回転子は高速で回転するため、小型の回転子を使用する。つまり、この磁気減速機50には、高速回転子54と固定子56の間に、図6に示した回転電機の本体48に直結する低速回転子55が配置されている。
A
低速回転子55には図8に示すように磁性体57(例えば、電磁鋼板あるいは圧粉鉄心で構成されている。以下、第2の磁性体とも呼ぶ)が配置されている。本構造では、内周に配置されている高速回転子54および固定子56には永久磁石を使用し、磁性を発生させる。永久磁石を使用する目的として、固定子の鉄心にマグネットワイヤを巻回し磁性を発生させる方法もあるが、磁石を使用する場合と比較し、磁気減速機が大きくなる。ブレーキ構造が大きくなると製品自体の重量が大きくなり、製品としての付加価値が得られない。そのため、小型軽量化が可能な磁石を使用する。この高速回転子54に用いられる磁性体59を第1の磁性体とも呼ぶ。なお、磁性体57には軟磁性材料を用いることが適切である。軟磁性体においては、透磁率が大きくヒステリシス特性が小さいという特徴があり、この特徴が利用できるからである。なお、軟磁性材料の代表例として、鉄、Ni合金であるパーマロイ、あるいは電動機の材料に使用される電磁鋼板などが揚げられる。
As shown in FIG. 8, the low-
ここで、減速の原理について、以下、簡単に説明する。減速の程度は、高速回転子54の磁極の数Nh(正数)と低速回転子55の磁極の数Nl(正数)の2つのパラメータで決定され、減速比GはG=2Nl/Nhで決定される。図8に示した磁気減速機74においては、減速比Gは6(Nl=12、Nh=4)となっている。ここで、固定子56の極数は、28個(=2(Nl+Nh/2))である。 なお、Nl>NhとなるようにNlおよびNhが設定される。
Here, the principle of deceleration will be briefly described below. The degree of deceleration is determined by two parameters, the number of magnetic poles of the high-
ここで、上記減速比Gの係数について、以下検討する。
磁気減速機の始動時、あるいは停止時の(回転)トルクTgは、回転子の慣性モーメントJ、回転子の角速度をωとすると、以下の式(1)で表される。
Tg=J×dω/dt・・・(1)
ここで、回転子の質量をM、外径をDとおくと、慣性モーメントJは以下の式(2)で表される。
J≒MD2/8・・・(2)
Here, the coefficient of the reduction ratio G will be examined below.
The (rotational) torque Tg when the magnetic speed reducer is started or stopped is expressed by the following equation (1), where the moment of inertia J of the rotor and the angular velocity of the rotor are ω.
Tg = J × dω / dt ・ ・ ・ (1)
Here, assuming that the mass of the rotor is M and the outer diameter is D, the moment of inertia J is expressed by the following equation (2).
J ≒ MD 2/8 ··· ( 2)
また、磁気カップリングによる高速回転子(第1の回転子)と低速回転子(第2の回転子)間の動力の伝達に損失がないとし、第1の回転子については下付き符号1を付け、第2の回転子については下付き符号2を付けると、式(1)は以下の式(3)のように書き直せる。
Tg=J1×(dω/dt)1=J2×(dω/dt)2・・・(3)
Further, it is assumed that there is no loss in the transmission of power between the high-speed rotor (first rotor) and the low-speed rotor (second rotor) by the magnetic coupling, and the
Tg = J 1 x (dω / dt) 1 = J 2 x (dω / dt) 2 ... (3)
また、ここで、回転電機の始動時、あるいは停止時においては、高速回転子の回転数変化は、低速回転子の回転数変化より大きいと考えられるので、式(3)において、(dω/dt)1>(dω/dt)2となる。これより、J1<J2となるが、これに式(2)を適用して、高速回転子と低速回転子の質量がほぼ等しい(M1≒M2)と仮定すれば、D1<D2が導き出される。すなわち、高速回転子の外径D1は、低速回転子の外径D2より小さくなる。 Further, here, when the rotary electric machine is started or stopped, the change in the rotation speed of the high-speed rotor is considered to be larger than the change in the rotation speed of the low-speed rotor. ) 1 > (dω / dt) 2 . From this, J 1 <J 2 , but if equation (2) is applied to this and it is assumed that the masses of the high-speed rotor and the low-speed rotor are almost equal (M 1 ≈ M 2 ), then D 1 < D 2 is derived. That is, the outer diameter D 1 of the high-speed rotor is smaller than the outer diameter D 2 of the low-speed rotor.
さらに、低速回転子(第2の回転子)を円柱体ではなく、薄肉の円筒体と仮定できる場合を考える。この円筒体の内径をd2とする。すなわち、D2≒d2(薄肉)とする。この場合J2は以下の式(4)で評価される。
J2≒M2(D2 2+d2 2)/8・・・(4)
Further, consider a case where the low-speed rotor (second rotor) can be assumed to be a thin-walled cylinder instead of a cylinder. Let d 2 be the inner diameter of this cylinder. That is, D 2 ≈ d 2 (thin wall). In this case, J 2 is evaluated by the following equation (4).
J 2 ≒ M 2 (D 2 2 + d 2 2 ) / 8 ... (4)
一方、高速回転子(第1の回転子)は円柱体であるので、J1は以下の式(5)で評価される。
J1≒M1D1 2/8・・・(5)
となる。ここでもM1≒M2と仮定し、さらに、上記2種類の回転子間の隙間を小さいと仮定すれば、D1≒d2より、J1/J2は以下の式(6)で評価される。
J1/J2=D1 2/(D2 2+d2 2)≒d2 2/2d2 2=1/2 ・・・(6)
すなわち、J2=2J1が成り立つ(この係数2が上記の減速比Gに反映される)。
On the other hand, since the high-speed rotor (first rotor) is a cylinder, J 1 is evaluated by the following equation (5).
J 1 ≒ M 1 D 1 2 /8 ··· (5)
Will be. Again , assuming that M 1 ≈ M 2 and the gap between the two types of rotors is small, J 1 / J 2 is evaluated by the following equation (6) from D 1 ≈ d 2. Will be done.
J 1 / J 2 = D 1 2 / (D 2 2 + d 2 2 ) ≒ d 2 2 / 2d 2 2 = 1/2 ... (6)
That is, J 2 = 2J 1 holds (this
以上説明したように、回転電機を静止させる磁気式減速機で、高速回転子及び低速回転子に磁性体が用いられており、各磁性体の磁極の数を適宜設定することで減速比を変更することが可能である。 As described above, in the magnetic speed reducer that makes the rotating electric machine stationary, magnetic materials are used for the high-speed rotor and low-speed rotor, and the reduction ratio is changed by appropriately setting the number of magnetic poles of each magnetic material. It is possible to do.
次に、本実施の形態の回転電機の動作について、図7〜図9を用いて以下説明する。図7は、本実施の形態の回転電機の磁気減速機とブレーキユニットの軸方向の断面図である。図8は本実施の形態の回転電機の磁気減速機の軸に直交する断面図である。図9は、この回転電機の動作を説明するためのフローチャート図である。 Next, the operation of the rotary electric machine of the present embodiment will be described below with reference to FIGS. 7 to 9. FIG. 7 is an axial sectional view of the magnetic speed reducer and the brake unit of the rotary electric machine of the present embodiment. FIG. 8 is a cross-sectional view orthogonal to the axis of the magnetic speed reducer of the rotary electric machine of the present embodiment. FIG. 9 is a flowchart for explaining the operation of the rotary electric machine.
まず、駆動時においては、回転電機の本体48に電圧を印可することで回転軸41を回転させる。また、この回転軸41にカップリングを介して接続されている低速回転子55がこの回転軸41(第1の回転軸)の回転により、回転を開始する。さらに、この低速回転子55は、複数の磁極を持つ磁性体57(例えば、電磁鋼板あるいは圧粉鉄心などで構成されている)で構成されており、磁性体57で構成された低速回転子55が回転を開始することにより、磁気減速機50の高速回転子54が電磁気力により回転し始める。なお、磁性体57と固定子56の間には隙間58が設けられている(以上図8参照)。
First, at the time of driving, the rotating
次に、回転電機の停止時においては、図7に記載されているように、低速回転子55が回転電機の本体48の回転軸41(図6参照)に直結されているため、回転電機の本体48にブレーキを動作させると、磁気減速機50の高速回転子54に接続された回転軸42(以下、第2の回転軸とも呼ぶ)上に取り付けられたプレート44にディスク46を押し付けることで、高速回転子54をまず停止させる。この際、高速回転子の回転速度が減速することで、高速回転子に構成されている磁極の変化により発生する電磁気力により、高速回転子の上記の動きに追従するように、低速回転子55が停止する。これにより、低速回転子55にカップリング52を介して接続されている回転電機の本体48の回転軸41を停止させることが可能となり、ブレーキとしての機能を果たす。
なお、この停止時においては、実質的に、回転電機の本体48の回転軸41(第1の回転軸)にその回転方向とは逆向きのトルクを発生させることにより、回転電機を静止させていると言える。
Next, when the rotary electric machine is stopped, as shown in FIG. 7, the low-
At the time of this stop, the rotating electric machine is substantially stopped by generating a torque in the rotating shaft 41 (first rotating shaft) of the
これにより、回転電機の回転軸にブレーキ構造をなす低速回転子が設けられており、低速回転子が回転電機と反対方向に回転させて停止させることで従来までのプレートの摩耗を設計する必要がなく、プレートの摩耗によるメンテナンスが不必要になる。 As a result, a low-speed rotor that forms a braking structure is provided on the rotating shaft of the rotating electric machine, and it is necessary to design the conventional plate wear by rotating the low-speed rotor in the opposite direction to the rotating electric machine and stopping it. No maintenance is required due to plate wear.
図9は、上記の回転電機の動作変化を駆動時と停止時に分けて示した、回転電機の動作を説明するためのフローチャートである。まず、回転電機(以下ではモーターと呼ぶ)の駆動時においては、モーターに電圧が印加される(ステップS1)と、モーターが回転を開始する(ステップS2)。この場合において、モーターの回転子(ローター)が回転を開始すると、磁気減速機を構成する要素のうち、モーターの回転子に直結している低速回転子(低速ローター)がまず回転し(ステップS3)、次いで、この低速ローターに連動して、高速回転子(高速ローター)が回転する(ステップS4)。 FIG. 9 is a flowchart for explaining the operation of the rotary electric machine, which shows the operation change of the rotary electric machine separately at the time of driving and at the time of stopping. First, when a rotating electric machine (hereinafter referred to as a motor) is driven, when a voltage is applied to the motor (step S1), the motor starts rotating (step S2). In this case, when the rotor of the motor starts to rotate, among the elements constituting the magnetic speed reducer, the low-speed rotor (low-speed rotor) directly connected to the rotor of the motor first rotates (step S3). ), Then, the high-speed rotor (high-speed rotor) rotates in conjunction with this low-speed rotor (step S4).
次に、モーターの停止時においては、ブレーキユニットの構成要素であるプレートとディスクとの組み合わせで機能するディスクブレーキが作動する(ステップS5)ことで、このブレーキユニットに直結する、上記高速ローターがまず停止し(ステップS6)、次いで、この高速ローターの回転数変化に連動して上記低速モーターが停止する(ステップS7)。この低速モーターはモーターの回転子に直結しているため、低速モーターが停止することにより、モーターが停止する(ステップS8)。 Next, when the motor is stopped, the disc brake that functions in combination with the plate and the disc, which are the components of the brake unit, operates (step S5), so that the high-speed rotor that is directly connected to the brake unit first operates. It stops (step S6), and then the low-speed motor stops in conjunction with the change in the rotation speed of the high-speed rotor (step S7). Since this low-speed motor is directly connected to the rotor of the motor, the motor stops when the low-speed motor stops (step S8).
回転力の小さい磁気ギアの高速ローター部を停止させることで、低速ローターが停止し、回転電機のローターを停止させる。つまり、回転電機の回転軸にブレーキ構造をなす低速回転子が取り付けられており、その低速回転子は、高速回転子を停止させることで低速回転子が停止し、ひいては、回転電機を停止させることになる。 By stopping the high-speed rotor portion of the magnetic gear having a small rotational force, the low-speed rotor is stopped and the rotor of the rotary electric machine is stopped. In other words, a low-speed rotor that forms a braking structure is attached to the rotating shaft of the rotating electric machine, and the low-speed rotor stops the low-speed rotor by stopping the high-speed rotor, which in turn stops the rotating electric machine. become.
本実施の形態の回転電機は以上の構成としたので、プレート44とディスク46間の摩擦でブレーキを掛ける構造となっていることによる、停止時のプレート44とディスク46間の大きな接触面積の必要性、あるいは、摩擦力を強くするためのばね荷重を増大させる必要性がなくなり、ブレーキ構造が必要とする容積も小さくすることができる。
Since the rotary electric machine of the present embodiment has the above configuration, it is necessary to have a large contact area between the
特に、本実施の形態の回転電機は、磁気減速機を採用したブレーキ構造としたので、回転電機を停止させる場合に、磁気減速機に配置された回転力の小さい(回転トルクを1/Gに減少させた)高速回転子54を停止させればよい。つまり、より小さな回転力で回転電機を停止させることが可能となり、プレート44とディスク46間の接触面積、あるいは、必要なばね荷重を小さくできる。このため、ブレーキユニット49を小型化することが可能となる。また、磁気減速機50の固定子56が永久磁石で構成されるため、固定子に通電することなく回転子を停止させることができる。すなわち、磁気減速機の低速回転子の出力軸を回転電機の回転軸に取り付けることで、従来までのプレートにブロックを押し付ける構造と比較し、回転力が小さい高速モーターに取り付けられたブレーキユニットを小さくすることが可能となり、製品の小型軽量化を図れる。
In particular, since the rotary electric machine of the present embodiment has a brake structure that employs a magnetic speed reducer, the rotational force arranged in the magnetic speed reducer is small (rotational torque is reduced to 1 / G) when the rotary electric machine is stopped. The reduced
実施の形態2.
次に、実施の形態2の回転電機について、図を用いて説明する。図10に、実施の形態2の回転電機とそのブレーキ構造を示す。本ブレーキ構造は、巻上機70の回転子71にブレーキユニット73とともに磁気減速機74を取り付けて、回転電機のブレーキを構成したものである。以下においては、実施の形態1とは異なる部分について主として説明する。
Next, the rotary electric machine of the second embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 10 shows the rotary electric machine of the second embodiment and its brake structure. In this brake structure, a
このロープ巻上機のブレーキ構造は、回転電機の回転子の外側からブレーキを押し付けて停止させる構造となっている。本実施の形態2では、カップリング52を介して、巻上機の回転子71の同軸の回転軸に磁気減速機74を取り付ける構造となっている。
The brake structure of this rope hoisting machine is such that the brake is pressed from the outside of the rotor of the rotary electric machine to stop it. In the second embodiment, the
次に、磁気減速機のブレーキの動作について、図10を用いて説明する。図10において、巻上機70に電圧を印可すると、巻上機70の回転子71が回転し、この回転子71にカップリング72を介して接続されている磁気減速機74の低速回転子75が回転する。実施の形態1で説明した磁気減速機50の減速原理より、高速回転子76が低速回転子75に追従し回転する。ここで、低速回転子75、高速回転子76は、それぞれ、図8に示した磁気減速機50の低速回転子55、高速回転子54に相当する。
Next, the operation of the brake of the magnetic speed reducer will be described with reference to FIG. In FIG. 10, when a voltage is applied to the hoisting
ブレーキの作動原理、およびブレーキ構造は、実施の形態1と同様であるので、ここでは詳細な説明を省略する(実施の形態1の図7、および図8についての説明箇所を参照)。回転子を停止させる際に回転トルクの小さい高速回転子76を停止することで巻上機を停止することが可能であることから、ブレーキユニットを小型化することが可能となる。
Since the operating principle of the brake and the brake structure are the same as those in the first embodiment, detailed description thereof will be omitted here (see the description points of FIGS. 7 and 8 of the first embodiment). Since the hoisting machine can be stopped by stopping the high-
なお、一般に、巻上機のブレーキの構造として、回転子の内径側をばねなどで押し付けてブレーキをかける構造と従来の方式である外周側を押し付ける構造があるが、どちらの方式に対しても、実施の形態2で説明した回転電機のブレーキの作動原理、およびブレーキ構造は適用可能である。 In general, the brake structure of the hoisting machine includes a structure in which the inner diameter side of the rotor is pressed by a spring or the like to apply the brake, and a structure in which the outer peripheral side is pressed, which is a conventional method. , The operating principle of the brake of the rotary electric machine described in the second embodiment, and the brake structure are applicable.
巻上機のブレーキ構造は前述した通り、回転子の外径側から押し付けて回転電機の動きを止める場合と回転子の内径側から押し付ける場合がある。双方のブレーキ構造ともに、ブレーキと回転子との間に発生させた摩擦力で回転子を静止もしくは減速しているが、巻上機のブレーキを製造する際には、摩擦力を可能な限り一定にする必要がある。従って、一般的には、ブレーキの押し当て面の面粗度等の細かい調整のために、精密な部品精度、および組立精度が要求される場合がある。そのため、通常、ブレーキの組立等に多大の時間を要している。 As described above, the brake structure of the hoisting machine may be pressed from the outer diameter side of the rotor to stop the movement of the rotary electric machine, or may be pressed from the inner diameter side of the rotor. In both brake structures, the rotor is stationary or decelerated by the frictional force generated between the brake and the rotor, but when manufacturing the brake for the hoist, the frictional force is as constant as possible. Need to be. Therefore, in general, precise component accuracy and assembly accuracy may be required for fine adjustment of the surface roughness of the brake pressing surface. Therefore, it usually takes a lot of time to assemble the brake.
一方、本実施の形態のブレーキ構造では、巻上機の回転子に取り付けた磁気減速機の高速回転子を停止させることで巻上機の回転子を停止させることができる。従って、ブレーキ力を大きくするためには、ブレーキに使用するプレートとディスクの押し付け力を上げればよく、組立に要する時間を短縮することが可能となる。 On the other hand, in the brake structure of the present embodiment, the rotor of the hoisting machine can be stopped by stopping the high-speed rotor of the magnetic speed reducer attached to the rotor of the hoisting machine. Therefore, in order to increase the braking force, it is sufficient to increase the pressing force between the plate and the disc used for the brake, and the time required for assembly can be shortened.
以上説明したように、従来は、巻上機に用いられるブレーキは接触面の表面粗さが重要であり、表面粗さ、あるいは摩擦力を調整するために、多くの工数を要していたが、本実施の形態のブレーキ構造によれば、磁気式減速機にすることで回転子に取り付けるのみでブレーキを構成することが可能となり、組立工程を削減し、加工費用を削減できる。 As described above, conventionally, the surface roughness of the contact surface is important for the brake used in the hoisting machine, and a lot of man-hours are required to adjust the surface roughness or the frictional force. According to the brake structure of the present embodiment, by using a magnetic speed reducer, it is possible to configure the brake only by attaching it to the rotor, and it is possible to reduce the assembly process and the processing cost.
実施の形態3.
次に、実施の形態3に係る回転電機について図11〜図13を用いて説明する。ここでは、この回転電機について、実施の形態1および2に係る回転電機と異なる部分についてのみ、以下詳しく説明する。
Next, the rotary electric machine according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 11 to 13. Here, the rotary electric machine will be described in detail below only in a portion different from the rotary electric machine according to the first and second embodiments.
実施の形態3に係る回転電機のブレーキ構造を図11、図12に示す。本構造は、回転電機の本体78の回転軸41にアキシャル型磁気減速機80を取り付ける構造である(図11参照)。また、本実施の形態のアキシャル型磁気減速機80においては、図12に示すように、軸方向に固定子83、低速回転子82、高速回転子81を順に組み込む構造となっている。このアキシャル型磁気減速機80においては、低速回転子82が回転電機の回転軸42a(以下、回転軸42と同様に第2の回転軸とも呼ぶ)に同軸で直結している。なお、低速回転子82の回転軸42aへの固定方法は、焼嵌め、あるいは圧入など手段を問わない。また、軸方向の組み込み順は低速回転子82、高速回転子81が逆になってもよい。
The brake structure of the rotary electric machine according to the third embodiment is shown in FIGS. 11 and 12. This structure is a structure in which the axial
ここで、上述の固定子83、低速回転子82、高速回転子81の磁極構造について、図13を用いて説明する。固定子83の磁極構造を図13(a)に、低速回転子82の磁極構造を図13(b)に、高速回転子81の磁極構造を13(c)にそれぞれ示す。この図13に示すように、これら3つの構成要素は、互いに異なる3種類の磁極パターンを持っている。固定子83は、永久磁石6aで構成される磁極を有し、低速回転子82、高速回転子81の磁極は、それぞれ、複数の磁極片で構成される磁性体22a(第2の磁性体とも呼ぶ)、および磁性体22b(第1の磁性体とも呼ぶ)で構成されている。この場合において、高速回転子81の磁極数は、低速回転子82の磁極数以下になるよう設定される。なお、白と黒の磁極パターンは、隣り合う磁極が互いに異なる性質を持つことを示す。
Here, the magnetic pole structures of the
なお、固定子83は回転軸42a(第2の回転軸)と軸受85を介して組み立てている。また固定子83の外周側は、フレーム86と接触させて固定している。この固定子とフレームとの固定方法については、圧入、焼嵌め、あるいは接着剤による方法があり、どの方法も使える。
The
高速回転子の組立は、回転軸42aとフレーム86との間で軸受を介して組み立てられている。この組み立てにおいて、フレームとの間で固定ではなく、軸受を介している理由は、低速回転子82の軸に対して、高速回転子81の回転速度が異なり、固定されているフレーム86とは(当該高速回転子の外周部分で)速度差があるためである。
The high-speed rotor is assembled between the
次に、本実施の形態の回転電機の動作について図11を用いて説明する。図11において、回転電機の本体78の回転軸41が回転した際に、アキシャル型磁気減速機80の低速回転子82が追従して回転する。後述するように、この低速回転子82と、高速回転子81の磁気構造の違いから低速回転子82が回転した際に、高速回転子81がこの低速回転子82の回転に追従して回転し始める。逆に、高速回転子81の回転を停止させることで、低速回転子82がその動きに追従して回転を停止する。これにより、低速回転子82と連結している回転電機の本体78の回転軸41に、カップリング72を介してブレーキが負荷される。
Next, the operation of the rotary electric machine of the present embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 11, when the rotating
次に、高速回転子81にブレーキを付加する方法について以下説明する。この方法は、上述の実施の形態1の回転電機のブレーキ機構と同様、アキシャル型磁気減速機80の高速回転子81に、ディスクブレーキ45の構成要素の1つであるディスク46を押し付けてブレーキ作用により停止させるものである(図12参照)。このブレーキ作用は、ディスクブレーキ45の他の構成要素であるばね47の反発力でディスク46を押し付けることで発生させる。またブレーキを開放し、回転電機の回転子を動作させたい場合には、ディスクに搭載されている電磁コイル87に電圧を印可して上記ばねの反発力を抑えるようにすればよい。
Next, a method of adding a brake to the high-
本実施の形態の回転電機のブレーキ構造は、以上説明したように、アキシャル型磁気減速機80を採用しているため、高速回転子81の回転力が小さくできる。そのため、高速回転子81を停止させるためのディスク46、あるいは、ばね47を小型軽量化することが可能である。
As described above, the brake structure of the rotary electric machine of the present embodiment employs the axial
また、ブレーキユニットとしては、上述のディスクブレーキ45のみ有ればよく、実施の形態1で説明したようなプレートが不要となることもあり、ブレーキユニット全体として、そのサイズを小さくすることが可能となる。また、小さいトルクで高速回転子を停止させることが可能であるから、高速回転子81とディスク46の表面積を小さくし摩擦力を低減できることから、安価な材料で組立が可能となる。
Further, as the brake unit, only the above-mentioned
本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、1つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
Although the present application describes various exemplary embodiments and examples, the various features, embodiments, and functions described in one or more embodiments are applications of a particular embodiment. It is not limited to, but can be applied to embodiments alone or in various combinations.
Therefore, innumerable variations not illustrated are envisioned within the scope of the techniques disclosed herein. For example, it is assumed that at least one component is modified, added or omitted, and further, at least one component is extracted and combined with the components of other embodiments.
1 回転電機、2、83 固定子、3 回転子、4、13、41、42、42a 回転軸、5 エアギャップ、6、6a 永久磁石、10、48、78 回転電機の本体、11、49、73 ブレーキユニット、14、44 プレート、15、45 ディスクブレーキ、16、46 ディスク、17、47 ばね、20 固定子鉄心、21 電機子巻線、22 磁性体、22a、57 磁性体(第2の磁性体)、22b、59 磁性体(第1の磁性体)、23 バックヨーク部、24 ティース先端部、30 回転子鉄心、31 フレーム、50、74 磁気減速機、52、72 カップリング、54、76、81 高速回転子、55、75、82 低速回転子、56 固定子、70 巻上機、71 回転子、74 磁気減速機、80 アキシャル型磁気減速機、81 高速回転子、82 低速回転子、85 軸受、86 フレーム、87 電磁コイル 1 Rotor, 2, 83 Stator, 3 Rotor, 4, 13, 41, 42, 42a Rotor shaft, 5 Air gap, 6, 6a Permanent magnet, 10, 48, 78 Rotor body, 11, 49, 73 Brake unit, 14,44 plate, 15,45 disc brake, 16,46 disc, 17,47 spring, 20 stator core, 21 armor winding, 22 magnetic material, 22a, 57 magnetic material (second magnetism) Body), 22b, 59 Magnetic material (first magnetic material), 23 back yoke part, 24 teeth tip part, 30 rotor core, 31 frame, 50, 74 magnetic speed reducer, 52, 72 coupling, 54, 76 , 81 high speed rotor, 55, 75, 82 low speed rotor, 56 stator, 70 hoist, 71 rotor, 74 magnetic speed reducer, 80 axial magnetic speed reducer, 81 high speed rotor, 82 low speed rotor, 85 bearings, 86 frames, 87 electromagnetic coils
Claims (9)
前記第1の回転軸の回転に追従して回転する第2の回転軸に取り付けられ、この第2の回転軸の回転を停止させる動力を当該第2の回転軸に負荷するブレーキ機構、
第1の磁性体を持つとともに、前記第2の回転軸に連動して回転する第1の回転子と、前記第1の磁性体の極数より極数の多い第2の磁性体を持ち、前記第1の回転軸に動力を伝達する第2の回転子と、を有する磁気減速機、
を備えたことを特徴とする回転電機。 A body with a first axis of rotation,
A brake mechanism that is attached to a second rotating shaft that rotates following the rotation of the first rotating shaft and that loads the power for stopping the rotation of the second rotating shaft onto the second rotating shaft.
It has a first magnetic material, a first rotor that rotates in conjunction with the second rotation axis, and a second magnetic material having more poles than the number of poles of the first magnetic material. A magnetic speed reducer having a second rotor that transmits power to the first rotating shaft,
A rotating electric machine characterized by being equipped with.
前記ブレーキ機構は、ばねの弾性力により互いに接触して、前記第1の回転子の回転を停止させるプレートおよびディスクブレーキを有することを特徴とする請求項1に記載の回転電機。 The magnetic reducer has a stator with a permanent magnet and
The rotary electric machine according to claim 1, wherein the brake mechanism has a plate and a disc brake that come into contact with each other by the elastic force of a spring to stop the rotation of the first rotor.
前記第1の回転軸の回転に追従して回転する第2の回転軸に取り付けられ、前記第2の回転軸の回転を停止させる動力を当該第2の回転軸に負荷するブレーキ機構、
第1の磁性体を持つとともに、前記第2の回転軸に連動して回転する第1の回転子と、
前記第1の磁性体の極数より極数の多い第2の磁性体を持ち、前記第1の回転軸に動力を伝達する第2の回転子と、
を有する磁気減速機、
を備えた回転電機の運転方法であって、
前記第1の回転軸を始動させ、前記第1の回転軸の回転に連動させて前記第2の回転子を回転させることにより、前記第1の回転子を始動させるか、
あるいは、
前記ブレーキ機構により第2の回転軸にブレーキトルクを負荷して前記第1の回転子の回転を停止させ、前記第2の回転子の回転を減速して停止させることにより、前記回転電機を停止させることを特徴とする回転電機の運転方法。 A body with a first axis of rotation,
A brake mechanism that is attached to a second rotating shaft that rotates following the rotation of the first rotating shaft and loads the power for stopping the rotation of the second rotating shaft on the second rotating shaft.
A first rotor having a first magnetic material and rotating in conjunction with the second rotation axis,
A second rotor having a second magnetic material having a larger number of poles than the first magnetic material and transmitting power to the first rotating shaft, and a second rotor.
Magnetic reducer,
It is a method of operating a rotary electric machine equipped with
The first rotor may be started by starting the first rotating shaft and rotating the second rotor in conjunction with the rotation of the first rotating shaft.
or,
The rotating electric machine is stopped by applying a brake torque to the second rotating shaft by the braking mechanism to stop the rotation of the first rotor and decelerating and stopping the rotation of the second rotor. A method of operating a rotary electric machine, which is characterized in that the rotating electric machine is operated.
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