JP3417843B2 - 永久磁石アキシャルギャップ形電動機の界磁制御方法及びその装置 - Google Patents

永久磁石アキシャルギャップ形電動機の界磁制御方法及びその装置

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JP3417843B2 JP13523598A JP13523598A JP3417843B2 JP 3417843 B2 JP3417843 B2 JP 3417843B2 JP 13523598 A JP13523598 A JP 13523598A JP 13523598 A JP13523598 A JP 13523598A JP 3417843 B2 JP3417843 B2 JP 3417843B2
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孝一 松岡
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、永久磁石アキシャ
ルギャップ形電動機の界磁制御方法及びその装置に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】従来、永久磁石形電動機では、高速域ま
で回転させるために、ステータのコイルにより、界磁の
逆方向に磁界をかける弱め界磁が一般に行われている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな弱め界磁は、永久磁石に逆磁場をかけることになる
ため、永久減磁をする恐れがある。
【0004】そのため、界磁を弱められる範囲は少な
い。また、ロータの磁界とステータの回転磁界の位相制
御によって、弱め界磁を行うため、制御が複雑になる。
【0005】本発明は、上記問題点を除去し、永久磁石
アキシャルギャップ形電動機において、広い運転範囲を
設定することができ、回転制御が簡単で、しかも高速回
転時の効率の向上を図ることができる永久磁石アキシャ
ルギャップ形電動機の界磁制御方法及びその装置を提供
することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔1〕永久磁石アキシャルギャップ形電動機の界磁制御
方法において、電機子コイルが配置されるステータと界
磁用永久磁石が配置されるロータ間に、回転可能で、か
つ軸方向に移動可能な界磁制御機構を配置し、この界磁
制御機構は、バ ックヨークの径方向に形成されるととも
に軸状部材の軸方向に傾斜するガイド溝と、前記ロータ
の前記バックヨーク側の対向面の径方向に配置されるリ
ニアレールとの間に係合される重り部材とを配置し、前
記ガイド溝の傾斜を弱め界磁制御領域に対応させ、前記
ロータの回転数に応じて自動的に前記界磁用永久磁石を
前記電機子コイルから遠ざけて界磁制御を行うようにし
たものである。
【0007】〔〕永久磁石アキシャルギャップ形電動
機の界磁制御装置において、電機子コイルが配置される
ベース部材に突設される軸状部材を有するステータと、
このステータのベースに対向する側に界磁用永久磁石を
配置し、その背面側にバックヨークを有するとともに、
前記軸状部材を中心に回転可能で、かつ前記軸状部材の
軸方向に移動可能に支持される界磁制御機構と、この界
磁制御機構のバックヨークに対向するように配置され、
前記軸状部材を中心に回転可能なロータ本体と、前記バ
ックヨークの径方向に形成されるとともに前記軸状部材
の軸方向に傾斜するガイド溝と、前記ロータ本体の前記
バックヨーク側の対向面の径方向に配置されるリニアレ
ールとの間に係合される重り部材とを具備するようにし
たものである。
【0008】〔〕上記〔〕記載の永久磁石アキシャ
ルギャップ形電動機の界磁制御装置において、前記ガイ
ド溝は、弱め界磁制御領域に対応する傾斜部を形成する
ようにしたものである。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。
【0010】図1は本発明の実施例を示す永久磁石アキ
シャルギャップ形電動機のトルク一定回転時の断面図、
図2はその永久磁石アキシャルギャップ形電動機の出力
一定回転時の断面図、図3は図2のA−A線矢視図、図
4は図2のB−B線矢視図、図5は図2のC−C線矢視
図、図6は図2のD−D線矢視図、図7は図6のE−E
線矢視図である。
【0011】これらの図において、1はステータであ
り、このステータ1は、ベース部材2と、このベース部
材2から突設されるロータ10を支持する軸部材3と、
図3に示すように、ベース部材2の表面に配置される複
数個の電機子鉄心5に巻かれた電機子コイル4を備えて
いる。
【0012】また、ロータ10は軸受け15によって軸
部材3に支持され、軸部材3を中心にして回転するとと
もに、軸部材3の軸方向に配置される界磁制御機構11
と、軸受け20によって軸部材3によって回転自在に支
持されるロータ本体16とを有している。
【0013】その界磁制御機構11は、ステータ1のベ
ース部材2に対向する面に、図4に示すように、複数の
界磁用永久磁石12を配置するとともに、その界磁用永
久磁石12の背面にはバックヨーク13が配置されてい
る。そのバックヨーク13には軸方向に傾斜したガイド
溝14が、図5に示すように、ここでは、放射状に4条
形成されている。
【0014】一方、そのバックヨーク13に対向するよ
うに、ロータ本体16が配置され、そのロータ本体16
には、図6に示すように、ガイド溝14に対応するよう
に、放射状に4条のリニアレール18が配置されてい
る。また、リニアレール18の外端部にはストッパー1
9が配置されている。
【0015】更に、バックヨークのガイド溝14とロー
タ本体16のリニアレール18間には径方向に遠心力で
移動可能な重り部材17が連係するように配置されてい
る。すなわち、この重り部材17は、図7に示すよう
に、リニアレール18に両側の係合子17Aが係合する
とともに、バックヨーク13の表面部材13Aと基部部
材13B間に形成されるガイド溝14に重り部材17に
組み込まれたベアリング17Bが当接するように構成さ
れている。
【0016】ここで、ガイド溝14は、詳細は後述する
が、本発明のギャップ制御領域において、弱め界磁制御
が行われるように傾斜移行点14A及び傾斜形成部14
Bを設定できるように構成されている。なお、ガイド溝
14は、始点から直ぐに傾斜させるように形成するよう
にしてもよい。その場合は、始点では、重り部材17が
外方に移動しようとするが、電機子コイル4と界磁用永
久磁石12間の電磁吸引力により重り部材17の外方へ
の移動が拘束され、弱め界磁制御を行う回転数(本発明
のギャップ制御領域)、つまり基底回転数に至ると、電
機子コイル4と界磁用永久磁石12間の電磁吸引力に打
ち勝って、重り部材17がガイド溝14の始点からから
傾斜形成部14Bをガイドされながら外方に移動して、
界磁用永久磁石12は電機子側より離されることにな
り、弱め界磁制御が行われる。
【0017】図8は永久磁石アキシャルキャップ形電動
機のトルク特性図であり、この図において、横軸は回転
数、縦軸はトルクを示しており、aは従来の弱め界磁制
御による特性、bは本発明の弱め界磁制御による特性、
cは基底回転数、dは弱め界磁制御領域、eはなにも制
御しないモータ自体の特性を示している。
【0018】このように、本発明の弱め界磁制御による
と、ギャップ制御領域において、広い運転範囲を設定す
ることができ、回転制御を極めて簡単に行うことができ
ることが分かる。
【0019】以下、本発明の永久磁石アキシャルギャッ
プ形電動機の作用について説明する。
【0020】図1、図2及び図8から明らかなように、
まず、永久磁石アキシャルギャップ形電動機の起動時に
は大きな起動トルクが必要であるため、図1に示すよう
に、ステータ1の電機子コイル4と界磁制御機構11の
界磁用永久磁石12との間隔は狭く、強い磁界を生じる
ようになっている。
【0021】次いで、ロータ10の回転が基底回転数c
に達すると、重り部材17は遠心力で径方向の外側へ、
バックヨーク13のガイド溝14とロータ本体16のリ
ニアレール18にガイドされて移動し、ガイド溝14の
傾斜移行点14A、つまり、ギャップ制御領域に入る
と、ガイド溝14に係合する重り部材17によって、図
2に示すように、ステータ1の電機子コイル4と界磁制
御機構11の界磁用永久磁石12との間隔は次第に広げ
られるため、界磁は弱められる。すなわち、図8に示す
ように、基底回転数cより高い回転数になると、ガイド
溝14の傾斜形成部14Bに従って、界磁は弱められる
ことになり、従来の弱め界磁の特性aに比較して、広い
範囲に亘って確実な界磁制御を行うことができる。
【0022】なお、ガイド溝14の傾斜移行点14Aと
傾斜形成部14Bは、その永久磁石アキシャルギャップ
形電動機のトルク特性に対応させて任意の設計が可能で
ある。
【0023】本発明によれば、上記したように構成した
ので、弱め界磁制御をギャップ制御領域に対応させ、し
かも、その特性が良好になるように、回転数に対応させ
て、確実に設定することができる。
【0024】すなわち、永久磁石アキシャルギャップ形
電動機において広い運転範囲を設定することができ、高
速回転時の効率を向上させることができるとともに、回
転制御を極めて簡単に行うことができる。
【0025】また、従来の永久磁石に逆磁場をかける弱
め界磁の場合は、電動機の高速回転時に電源端子間の短
絡が生じると、ブレーキ力が働き、制御系が乱される
が、本発明の場合は、電動機の高速回転時にステータ側
とロータ側のギャップが大きいので、そのような場合の
制御系の乱れを軽減することができる。
【0026】更に、従来の永久磁石に逆磁場をかける弱
め界磁の場合は、弱め界磁をフェールすると、バッテリ
ーや、インバータなどの電気装置の破損を生じるが、上
記したように、本発明の場合は、電動機の高速回転時に
ステータ側とロータ側のギャップが大きいので、そのよ
うな場合の電気装置の破損を防止することができる。
【0027】なお、上記した実施例では、構造を簡素化
するために、ステータには電機子コイルを、ロータには
界磁用永久磁石を配置するようにしたが、これを逆に構
成するようにしてもよいことは言うまでもない。
【0028】また、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【0029】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、以下のような効果を奏することができる。
【0030】(A)永久磁石アキシャルギャップ形電動
機において広い運転範囲を設定することができ、高速回
転時の効率を向上させることができるとともに、回転制
御が極めて簡単に行うことができる。
【0031】(B)従来の永久磁石に逆磁場をかける弱
め界磁の場合は、電動機の高速回転時に電源端子間の短
絡が生じると、ブレーキ力が働き、制御系が乱される
が、本発明の場合は、電動機の高速回転時にステータ側
とロータ側のギャップが大きいので、そのような場合の
制御系の乱れを軽減することができる。
【0032】更に、従来の永久磁石に逆磁場をかける弱
め界磁の場合は、弱め界磁をフェールすると、バッテリ
ーやインバータなどの電気装置の破損を生じるが、上記
したように、本発明の場合は、電動機の高速回転時にス
テータ側とロータ側のギャップが大きいので、そのよう
な場合の電気装置の破損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す永久磁石アキシャルギャ
ップ形電動機のトルク一定回転時の断面図である。
【図2】本発明の実施例を示す永久磁石アキシャルギャ
ップ形電動機の出力一定回転時の断面図である。
【図3】図2のA−A線矢視図である。
【図4】図2のB−B線矢視図である。
【図5】図2のC−C線矢視図である。
【図6】図2のD−D線矢視図である。
【図7】図6のE−E線矢視図である。
【図8】永久磁石アキシャルギャップ形電動機のトルク
特性図である。
【符号の説明】
1 ステータ 2 ベース部材 3 軸部材 4 電機子コイル 5 電機子鉄心 10 ロータ 11 界磁制御機構 12 界磁用永久磁石 13 バックヨーク 13A バックヨークの表面部材 13B バックヨークの基部部材 14 ガイド溝 14A 傾斜移行点 14B 傾斜形成部 15,20 軸受け 16 ロータ本体 17 重り部材 17A 係合子 17B ベアリング 18 リニアレール 19 ストッパー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02K 21/24 H02K 7/12

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 永久磁石アキシャルギャップ形電動機の
    界磁制御方法において、 (a)電機子コイルが配置されるステータと界磁用永久
    磁石が配置されるロータ間に、回転可能で、かつ軸方向
    に移動可能な界磁制御機構を配置し、該界磁制御機構
    は、バックヨークの径方向に形成されるとともに軸状部
    材の軸方向に傾斜するガイド溝と、前記ロータの前記バ
    ックヨーク側の対向面の径方向に配置されるリニアレー
    ルとの間に係合される重り部材とを配置し、前記ガイド
    溝の傾斜を弱め界磁制御領域に対応させ、 (b)前記ロータの回転数に応じて自動的に前記界磁用
    永久磁石を前記電機子コイルから遠ざけて界磁制御を行
    うことを特徴とする永久磁石アキシャルギャップ形電動
    機の界磁制御方法。
  2. 【請求項2】 永久磁石アキシャルギャップ形電動機の
    界磁制御装置において、 (a)電機子コイルが配置されるベース部材に突設され
    る軸状部材を有するステータと、 (b)該ステータのベースに対向する側に界磁用永久磁
    石を配置し、その背面側にバックヨークを有するととも
    に、前記軸状部材を中心に回転可能で、かつ前記軸状部
    材の軸方向に移動可能に支持される界磁制御機構と、 (c)該界磁制御機構のバックヨークに対向するように
    配置され、前記軸状部材を中心に回転可能なロータ本体
    と、 (d)前記バックヨークの径方向に形成されるとともに
    前記軸状部材の軸方向に傾斜するガイド溝と、前記ロー
    タ本体の前記バックヨーク側の対向面の径方向に配置さ
    れるリニアレールとの間に係合される重り部材とを具備
    することを特徴とする永久磁石アキシャルギャップ形電
    動機の界磁制御装置。
  3. 【請求項3】 請求項記載の永久磁石アキシャルギャ
    ップ形電動機の界磁制御装置において、前記ガイド溝
    は、弱め界磁制御領域に対応する傾斜部を形成すること
    を特徴とする永久磁石アキシャルギャップ形電動機の界
    磁制御装置。
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JP2009148146A (ja) * 2007-11-22 2009-07-02 Seiko Epson Corp 電動装置
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