JP4082182B2 - Rotating electric machine - Google Patents

Rotating electric machine Download PDF

Info

Publication number
JP4082182B2
JP4082182B2 JP2002328270A JP2002328270A JP4082182B2 JP 4082182 B2 JP4082182 B2 JP 4082182B2 JP 2002328270 A JP2002328270 A JP 2002328270A JP 2002328270 A JP2002328270 A JP 2002328270A JP 4082182 B2 JP4082182 B2 JP 4082182B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
stator core
stator
rotor
moving part
rotational speed
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2002328270A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2004166369A (en
Inventor
雄太郎 金子
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP2002328270A priority Critical patent/JP4082182B2/en
Publication of JP2004166369A publication Critical patent/JP2004166369A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4082182B2 publication Critical patent/JP4082182B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動機、発電機又はその両方として機能する回転電機に関する。特に、ロータに永久磁石を有する回転電機に関係する。
【0002】
【従来の技術】
ロータに永久磁石を埋め込んだ電動機は、損失が少なく効率が良い、出力が大きい等の理由により数多く使用されている。この電動機は、ロータからの磁束が一定のため、高速回転時には誘起電圧が過大となり、それを弱め界磁電流を流す事で運転している。しかし、弱め界磁電流を流す事で、高速回転時の効率は悪化する。そこで、特開平7−107718号公報では、ステータ継鉄部の一部を軸方向に移動させることで、高速回転時の磁束を低下させ、誘起電力を抑えている。高速回転時に誘起電圧を抑えることで、コイルに流す電流を少なくすることが可能となり、従って効率を良くすることが可能である。
【0003】
【特許文献1】
特開平7−107718号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ステータ継鉄部を軸方向に移動させることで、残されたステータコアに磁束が集中し、大きな鉄損が生じてしまう。また、効果をあげようとすると、非常に大きな移動距離が必要となる。
【0005】
本発明は、より簡便に高速回転時に誘起電圧を抑えることができる電動機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】
ステータコアとステータコアのそれぞれのティースに巻かれるコイルとを有する略円筒状のステータと、前記ステータに対して回転可能に支持され且つ複数の永久磁石を有するロータとを備えた回転電機において、前記ステータコアは、その一部に前記ステータの略半径方向に沿って前記コイルに対して相対移動可能な移動部と、該移動部を前記ロータの回転数に基づき略半径方向に沿って移動させる移動機構を備える。前記移動部は、前記ロータの回転数がゼロの場合、前記移動部の少なくとも一部が前記コイルの内部に位置すると共に前記ロータの回転速度の増加により前記ステータの外側に移動する。
【0007】
【作用・効果】
ステータコアの一部を移動部として、半径方向に移動させることにより、ステータに対する鎖交磁束を変化させることが可能となり、ステータのコイルへの誘起電圧の調整も可能となる。例えば、トルクが必要な時(低回転時)には、ロータに近づける方向に移動させ、高回転時の効率を上げたい時には回転子から遠ざける方向に移動させることで、電動機の特性を大幅に向上することが可能である。
【0008】
また、前記移動部のコイル内での移動により、コイル内にエアギャップが生じるため、小さな移動量で鎖交磁束の調整ができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、実施形態は電動機100に対して説明されるが、発電機に対しても同様に適用可能である。
【0010】
図1は、本発明の第一実施形態に係る電動機100の軸方向の断面側面図を示す。図1を参照すると電動機100は、回転軸1と、回転軸1の周りに配置され且つ回転軸1に固定されるロータ3、ロータ3の周りに配置されるステータ5、ステータ5を収容するケース7を備えている。ロータ3とステータ5は、それぞれ軸方向に延びる略円筒形状をしており、さらにロータ3とステータ5の間にはエアギャップに相当する隙間が存在し互いに接触することはない。ロータ3は円筒形状の外周面20を、ステータ5は円筒形状の外周面40を備える。ステータ5のステータコア6には、複数のコイル19から成る巻線11が施され、巻線11に流れる交流電流により発生する回転磁場が永久磁石9に力を及ぼし、ロータ3は回転軸1とともに回転する。
【0011】
ケース7は、ステータ5に接する円筒板7aと円筒板7aの軸方向両端の開口をふさぐ側板7b、7cからなる。ただし、円筒板7aは、ステータコア移動部6bが移動時に通る開口を有する。回転軸1の両端は、ベアリング16を介してケース7の側板7b、7cに支持され、ステータ5及びケース7に対して回転可能である。ケース7の一方の側板の外側表面には、回転軸1の回転速度(単位時間あたりの回転数)を検出する回転センサ12(回転速度検出手段)が取り付けられている。
【0012】
ステータコア6は、ケース7及びコイル19に対して固定されているステータコア固定部6aと、ステータコア固定部6aに対して、半径方向に移動可能な一つ以上のステータコア移動部6bから構成されている。電動機100は、ステータコア移動部6bに半径方向の力を加えてステータコア移動部6bを半径方向に移動させるためのステータコア移動機構10を備えている。ここで、半径方向は、略円筒状のロータ3又は略円筒状のステータ5の半径に沿った方向と定義される。なお、回転軸1の中心軸8は略円筒状のロータ3又は略円筒状のステータ5の中心軸に一致している。
【0013】
本実施形態において、ステータコア固定部6aは一体構造のものであるが、円周方向に複数の分割コアに分割される分割構造のものでもかまわない。なお、分割構造の場合、各分割コアはティースを有し、分割コア毎にコイルが巻かれる。
【0014】
図2は、本発明の第一実施形態に係るロータの軸方向に垂直な断面を示しており、図1のII-II線に沿った断面である。ロータ3の外周面20付近には、複数の板状の永久磁石9が、長手方向を回転軸1に略平行にして、回転軸1の中心軸8から略同距離に埋め込まれている。ここで、永久磁石9の形状は、板状形状に限定されるものでなく、V字形状等様々な形状をとりうる。隣接する磁極が互いに相違するように、永久磁石9はロータ3の円周方向に所定間隔(例えば45°)毎に配置されている。ここで、円周方向とは、中心軸8を軸とする円筒の円周に沿った方向である。
【0015】
ステータコア6は、ティース部6cに巻かれたコイル19に対して固定されているステータコア固定部6aと、ステータコア固定部6a及びステータ5のコイル19に対して移動可能なステータコア移動部6bから構成されている。ここで、ティース部は、半径方向に突き出したステータコア6の部位をいう。ステータコア移動部6bは略直方体の形状を有する。なお、ステータコア固定部6aとステータコア移動部6bともに、軸方向に積層された電磁鋼板(例えばけい素鋼板)で構成されている。ステータコアを積層された電磁鋼板により構成することで、材料費用を押さえることができる。
【0016】
ステータコア固定部6aはステータコア移動部6bを案内する摺動溝17を有しており、摺動溝17はステータコア移動部6bに適合する略直方体の形状を有している。なお、摺動溝17は、ステータコア固定部6aを貫通しておらず、底面31を有している。また、摺動溝17は、ステータコア6のティース部6cに巻かれたコイル19内を通過するよう配置されている。ステータコア移動部6bはティース部6cに巻かれたコイル19内を移動することにより、コイル19に対する鎖交磁束を大きく増減させる。ロータ3の回転速度がゼロ付近では、ステータコア移動部6bの少なくとも一部は前記コイル19の内部にあり、ステータコア移動部6bは、ロータ3の回転速度の増加にしたがってステータ5の外側(ロータ3と反対側)へ半径方向に沿って移動する。また、ステータコア固定部6aはステータコア移動部6bが通過する開口をステータ外周面40上で有する。
【0017】
本実施形態では、ステータコア移動部6bは、各ティース部6cに対して一つずつ設けられ、ステータコア6の各ティース部6c内を通過する。しかし、一部のティース部6cにのみステータコア移動部6bを設ける構成にしても良い。ティース部6cの数は12個であり、合計12個のステータコア移動部6bが、ステータコア6に設けられている。また、各ティース部6cのまわりでコイル19が巻かれており、従って巻線11は12個のコイル19を含んでいる。コイル19がステータコア6と接触しないように、各コイル19とステータコア固定部6aとの間には樹脂などにより形成された絶縁体の枠18が配置されている。各コイル19は絶縁体の枠18に接する形で絶縁体の枠18に巻き付けられている。このように、ステータコアを移動部と固定部に分けることで、電動機100をより簡易に製造することができ、電動機のコストを押さえられる。
【0018】
ステータコア移動部6bは、回転軸1に平行に延びる略直方体の形状を有しており、長手方向が軸方向に一致している。ステータコア移動部6bの回転軸方向に垂直な断面形状は、略長方形であり、この長方形の長軸15は半径方向にある。ステータコア移動部6bは、ロータ3に面する正面71及び正面71と半径方向反対側の端にある背面73を有している。ステータコア移動部6bは、ティース部6cのロータ3に対峙する先端面14近傍から略半径方向に延びる摺動溝17に沿って、略半径方向に摺動する。ステータ外周面40上にある摺動溝17の開口をステータコア移動部6bが通過して移動する。コイル19に対する鎖交磁束を低下させ誘起電力を抑える必要がないようなロータ3の低回転時において、ステータコア移動部6bは基準位置付近にあり、ロータ3の回転速度がゼロの場合、ステータコア移動部6bの正面71は摺動溝17の底面31に当接している。
【0019】
一方、ロータ3の高速回転時に、巻線11に対する鎖交磁束を低下させ誘起電力を抑えるために、ステータコア移動部6bは、ステータコア移動機構10により、摺動溝17の開口を通して半径方向に沿ってステータの外側に引き出される。つまり、ステータコア移動部6bは、ロータ3の回転速度の増加に従って、中心軸8に向かう向きとは逆向きに半径方向に沿って移動する。
【0020】
図3及び図1を参照して、ステータコア移動部6bを半径方向に移動させるためのステータコア移動機構10を詳細に説明する。
【0021】
ステータコア移動機構10は、ステータコア移動部6bを移動させる駆動力を供給する駆動力源としての駆動用モータ21と、駆動用モータ21の回転軸24に取り付けられる駆動歯車22と、駆動歯車22と歯合し且つ内側に歯を有する環状の内歯車23と、環状の内歯車23と歯合する複数の長軸歯車25と、各長軸歯車25と歯合するピニオン27と、各ピニオン27と歯合するラック28と、ラック28に結合し固定され且つステータコア移動部6bに埋め込まれ固定されている支柱29と、から構成されている。長軸歯車25、ピニオン27、ラック28の数はいずれもステータコア移動部6bと同数(本実施形態では12個)となる。長軸歯車25とピニオン27は、図示しない固定部材に回転可能に軸支されており、駆動用モータ21も図示しない固定部材に固定されている。駆動用モータ21としては、回転角度を正確に決定できるステッピングモータが好適である。駆動用モータ21を複数個設けても良い。
【0022】
一方、複数の駆動用モータ21を、各駆動用モータ21の駆動歯車22が各ラック28に直接係合するよう設置すれば、各ステータコア移動部6bの位置が各駆動用モータ21により個別に制御できる。この場合、内歯車23、長軸歯車25、ピニオン27は省略することができる。また、駆動用モータ21を一部のステータコア移動部6bに対してのみ設置して、この一部のステータコア移動部6bだけを移動可能とすることもできる。
【0023】
駆動用モータ21は駆動歯車22を介して環状の内歯車23を回転させ、環状の内歯車23の回転により複数の長軸歯車25が同時に回転する。環状の内歯車23は、駆動用モータ21の回転を複数の長軸歯車25に伝達するよう機能している。駆動歯車22、内歯車23、長軸歯車25は、いずれも同方向に回転する。長軸歯車25の回転はこれに係合するピニオン27を長軸歯車25とは逆方向に回転させ、さらにラック28がピニオン27の回転を直線運動に変換する。ラック28の直線方向の運動に伴いステータコア移動部6bも直線方向に運動する。この場合、ラック28の直線方向の運動はステータ及びロータの半径方向の運動である。なお、歯数を複数の長軸歯車25の間で異ならせることで、各ステータコア移動部6bの移動距離を違わせることもできる。
【0024】
図4(a)−(c)は、ステータコア移動部6bが半径方向へ移動する様子を示したものである。
【0025】
図4(a)を参照すると、ロータ3の回転数がゼロの場合、ステータコア移動部6bが最も内周側の位置にあり、ステータコア移動部6bの正面71は摺動溝17の底面31に当接している。なお、本明細書では、この最も内周側の位置を簡単に基準位置と呼ぶことにする。この時に、駆動用モータ21の回転軸24は、ステータコア移動部6bの基準位置に対応する第一の回転位置にある。
【0026】
図4(b)を参照すると、電動機100の鎖交磁束を減少させる必要のある場合において、駆動用モータ21の回転によりステータコア移動部6bは、基準位置から半径方向外側に移動している。ここで、ステータコア移動部6bの基準位置からの移動量を半径方向における変位Xとして定義する。ステータコア移動部6bの変位Xは、第一の回転位置を基準にした駆動用モータ21の回転軸24の回転角θに比例する。変位Xが最大変位Xmaxになるまで、ステータコア移動部6bは半径方向外側に移動する。
【0027】
図4(c)を参照すると、変位Xが最大変位Xmaxになると、ステータコア移動部6bは、ステータに対して最も外周側の位置(最大変位位置)にある。この時、駆動用モータ21の回転軸24は、ステータコア移動部6bの最大変位位置に対応する第二の回転位置にある。例えば、ステータコア移動部6bの最大変位Xmaxは鎖交磁束を減少させる程度に応じて設定され、この場合、最大変位Xmaxはロータ3の最高回転数などに依存する。
【0028】
次に、図5を参照して、電動機100の制御装置について説明する。
【0029】
電動機100の制御装置は、電動機50に電流を供給するインバータ45と、該電流を検出する電流センサ47と、インバータ45から電動機50に加わる電圧を検出する電圧センサ49と、前述の回転センサ12と、インバータ45及びステータコア移動機構10に設けられた駆動用モータ21を制御するコントローラ60から構成される。本実施形態の場合、インバータ45は交流電流を三相三線式で電動機に供給し、電流センサ47は線電流を、電圧センサ49は線間電圧をそれぞれ検出する。本実施形態の場合、巻線11は12個のコイル19から構成されている。
【0030】
コントローラ60は、互いにバスを介して結合されている中央演算装置 (CPU)、読み出し専用メモリ (ROM) 、ランダムアクセスメモリ (RAM) 及び入出力インタフェース (I/O インタフェース) をもつマイクロコンピュータから構成されている。回転センサ12、電流センサ47、電圧センサ49からの信号は入出力インタフェースを介してコントローラ60に入力されている。
【0031】
コントローラ60は、インバータ45が供給すべき三相交流の電流を設定し、この電流に相当する電流指令値をインバータ45に出力する。インバータ45は、電流指令値に基づいて電流を電動機100に供給する。さらに、コントローラ60は、ステータコア移動部6bの目標の変位Xに基づいて、駆動用モータ21の回転軸24の回転角θを決定し、この回転角θに相当する指令信号を駆動用モータ21に出力する。駆動用モータ21がステッピングモータである場合には、コントローラ60は回転角θに比例する数のパルスを駆動用モータ21に送出する。なお、インバータ45と駆動用モータ21は、コントローラ60と電気的に結合してコントローラ60の指令を受信するインターフェースを具備している。
【0032】
コントローラ60は、回転センサ12で検出されるロータ3の回転速度、電流センサ47で検出される電流値、電圧センサ49で検出される電圧値の少なくとも一つに従ってステータコア移動部6bの目標の変位Xを決定し、この目標の変位Xに相当する目標の回転角θを設定する。
【0033】
一般的に、ロータ3の回転速度の増加はインバータ45から与えられる電流、電圧の増加をもたらすので、コントローラ60は、回転速度の指標として電流値や電圧値を用いることができる。このため、回転速度を検出せずとも、電流値又は電圧値を検出しこれに応じて回転角θを設定することにより、高回転領域での誘起電圧を削減することもできる。つまり、電流センサ47とコントローラ60との組合せ、又は、電圧センサ49とコントローラ60との組合せを、ロータの回転速度を検出する回転速度検出手段として用いることができる。
【0034】
図6のフローチャートを参照して、コントローラ60が実行するステータコア移動部の位置制御のための制御ルーチンについて説明する。コントローラ60は、電動機の運転中に所定時間毎に制御ルーチンを繰り返し実行する。
【0035】
ステップS1において、ロータの回転速度、電動機に供給される電流、または電動機に供給される電圧の一つが読込まれる。
【0036】
ステップS2において、マップが参照される。回転速度が検出される場合、ステータコア移動部6bの変位Xと回転速度の関係を示す図7(a)のマップが参照され、電流が検出される場合、変位Xと電流の関係を示す図7(b)のマップが参照され、電圧が検出される場合、変位Xと電圧の関係を示す図7(c)のマップが参照される。これらのマップにおいて、変位Xは、回転速度、電流又は電圧の増加により増加する。つまり、変位Xと回転速度、電流または電圧の関係は、鎖交磁束の減少により高回転領域でのステータの巻線11に発生する誘起電圧が小さくなる関係に設定されている。図7(a)のマップ、図7(b)のマップ、及び図7(c)のマップは、マイクロコンピュータのメモリに格納されている。なお、これらのマップは例示的に示したものであり、電動機の特性により様々な変更がなしうる。例えば、回転速度、電流または電圧が、それぞれの閾値以下になるような低回転領域において、目標の変位Xをゼロのまま維持するようにし、閾値以上でのみ目標の変位Xを増加するようにしてもよい。
【0037】
なお、図7(a)−(c)のマップは、ステータコア移動部6bの目標の変位Xを決定するものであるが、変位Xと回転角θは比例関係にあるので、目標の回転角θと回転速度、電流又は電圧の関係を規定するマップを用いて、直接的に目標の回転角θを設定するようにしてもよい。
【0038】
ステップS3において、読込まれた回転速度、電流又は電圧に応じて、上述のマップを利用して、変位Xの目標値が計算される。なお、回転角θを決定するマップを備える場合、ここで、回転角θの目標値が直接マップから決定されてもよい。
【0039】
ステップS4において、変位Xの目標値から駆動用モータ21の回転軸24の目標の回転角θが計算される。
【0040】
ステップS5において、駆動用モータ21が回転角θの目標値を実現するよう制御される。こうして、ステータコア移動部6bが、目標の変位Xだけ移動する。
【0041】
図8を参照して、上記の実施形態による電動機100の効率に対する効果を説明する。ステータコア移動部6bがロータ3の回転速度によらず常に最も内周側の位置にある場合(通常の電動機の場合)、すなわち変位Xがゼロの場合に、図8(a)に示すように、ハッチングで示された95パーセント以上の高効率の領域は、高トルク低回転側にある。一方、ステータコア移動部6bが最も外周側の位置にある場合、すなわち変位Xが最大値Xmaxの場合に、図8(b)に示すように、95パーセント以上の高効率の領域は、変位Xがゼロの場合に比べて高回転側に位置している。
【0042】
このように、ステータコア移動部6bをステータ外周側に移動させる場合、ロータ3の高回転領域での効率が上昇する。これは、ステータコア移動部6bが移動することで、コイル19に鎖交する磁束量が変化するために起こる。
【0043】
次に、ステータコア移動部6bについての第二実施形態について説明する。ステータコア移動部6b以外の構成は、第一実施形態と同じであり説明を省略する。
【0044】
図9を参照すると、第一実施形態と違って、ステータコア移動部6bは、軸方向に垂直なステータの円周方向に電磁鋼板を積層することにより構成される。この場合、軸方向に電磁鋼板を積層するよりも電磁鋼板の積層数が減り、コストが削減される。また、鉄損の一部であるうず電流損が発生しにくくなるため、効率も向上する。
【0045】
次に、図10を参照して、ステータコア移動部6b及び摺動溝17についての第三実施形態について説明する。ステータコア移動部6b及び摺動溝17以外の構成は、第一実施形態と同じであり説明を省略する。
【0046】
第一実施形態では、ステータコア移動部6bは略直方体の形状をしており、ステータコア移動部6bの両方の側面75は、正面71に略直角である。しかし、第三の実施形態において、ステータコア移動部6bの側面75と正面71との間の角度は、90度より大きい鈍角であり、ステータコア移動部6bはテーパ−状になっている。従って、図のように、軸方向に垂直なステータコア移動部6bの断面形状は、半径方向外側に進むにつれて両側面間の幅が大きくなるような略台形の形状になる。さらに、ステータコア移動部6bの摺動溝17は、変位Xがゼロの場合ステータコア移動部6bに嵌合する形状をしており、同様に半径方向外側に進むにつれて両側面間の幅が大きくなるような略台形の形状になる。従って、ステータコア移動部6bの変位Xがゼロの場合、ステータコア移動部6bは摺動溝17の内周に密着させることができ、これによりステータコア固定部6aとステータコア移動部6bとの間の磁気抵抗を減少させ、電動機の特性を向上することが可能である。
【0047】
なお、後述のようにステータコア固定部6aを圧粉コアで形成すれば、ステータコア移動部6bの形状をこの他にも様々に設定可能である。例えば、ステータコア移動部6bの側面75と正面71との間の角度は略直角に維持したまま、上記と同様に、ステータコア移動部6bの軸方向の端面77と円周方向の側面75との間の角度を90度より大きい角度にすることもできる。
【0048】
次に、ステータコア移動部6bの摺動溝17についての参考例について説明する。摺動溝17以外の構成は、第一実施形態と同じであり説明を省略する。
【0049】
図11を参照すると、第一実施形態と違って、摺動溝17は、ステータコア固定部6aを貫通して、底面31を有していない。従って、摺動溝17は、ティース部6cの先端面14とステータ外周面40で開口を有する。この摺動溝17の構造は、ステータコア固定部6aが第一実施形態のように電磁鋼板を積層して形成される場合には、電磁鋼板が分断されるので好ましくない。このため、ステータコア固定部6aは、図12に示す形状をもって、鉄合金粉末やフェライト粉末等の強磁性体粉末と絶縁性粘結剤との混合物を圧縮焼成又は圧縮成形して作製する圧粉コアで構成されている。こうして、点線で示される摺動溝17はステータコア固定部6aを貫通することが可能となり、ステータコア移動部6bをよりロータ3側に近づけることができ、低速回転時のトルクはよくなる。さらに、ステータコア固定部6aを圧粉コアで構成することで、ステータコア固定部及び移動部の形状に関して自由度が高まる。
【0050】
次に、ステータコア移動部6bについての参考例について説明する。
【0051】
第一実施形態では、ステータコア6は、ステータコア固定部6aとステータコア移動部6bとに分けられ、ステータコア移動部6bがステータコア固定部6aに対して移動して、コイル19への鎖交磁束の調整が行われた。しかし、本実施形態において、図13のように、ステータコア6は、ステータコア固定部を有さず、ステータコア移動部のみから構成される。ステータコア6は、それぞれが一つのティ−ス部51aを含む同形の分割コア51に分けられており、各分割コア51がステータコア移動部に相当する。複数の分割コア51が、全体で円筒状になるように連結され一体化され、ステータコア6を形成している。それぞれの分割コア51が、ステータコア移動機構10により半径方向に移動される。
【0052】
図14を参照すると、絶縁体の枠18は、分割コア51の略直方体状のティース部51aに適合する直方体形状の摺動溝55(点線で示されている)を有する。各コイル19は絶縁体の枠18に密着する形で巻き付けられている。分割コア51のティース部51aは、摺動溝55内つまりコイル19内で半径方向に摺動する。このように、ステータコア6全体を移動可能な部材で構成することにより、同じ移動量であっても、第一実施形態に比べ、電動機の特性を大幅に向上することが可能である。
【0053】
上記の各実施形態において、ステータコア移動機構10は、複数のステータコア移動部6bをすべて移動する構成であるが、必要に応じて一部のステータコア移動部6bを移動させる構成にしてもよい。ステータ巻線について規定していないが、ステータ巻線は集中巻でも分布巻でもよい。また、ステータ5は12極であり、ロータ3の極数は8極であるが、他の極数のステータやロータにも本発明は適用可能である。ステータコア移動部6bを移動させる駆動力を供給する駆動力源として駆動用モータ21を用いたが、本発明はこれに限定されず、油圧ポンプ等の他の駆動力源を用いてステータコア移動部6bを移動させることもできる。さらに、交流、直流を問わず、電動機、発電機、またはその両方として動作する回転電機に対して本発明は適用できる。
【0054】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の第一実施形態に係る電動機の軸方向の断面側面図である。
【図2】第一実施形態に係る電動機の軸方向に垂直な断面図であり、図1のII−II線に沿った断面を示す図である。
【図3】第一実施形態に係る電動機のステータコア移動機構を示す斜視図である。
【図4】ステータコア移動部が半径方向へ移動する様子を示す電動機の軸方向に垂直な概略部分断面図である。(a)は、ステータコア移動部が最も内周側にある場合(X=0)、(b)は、ステータコア移動部が、最も内周側から変位Xだけ半径方向外側に移動した場合、(c)は、ステータコア移動部が最も外周側にある場合(X=Xmax)、を示す。ロータの回転速度の増加に伴って、ステータコア移動部の変位Xが増加する。
【図5】電動機の制御装置を示す概略図である。
【図6】ステータコア移動部の位置制御のための制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図7】(a)ステータコア移動部の変位Xとロータの回転速度の関係を示すマップである。(b)ステータコア移動部の変位Xと電動機の電流の関係を示すマップである。(c)ステータコア移動部の変位Xと電動機の電圧の関係を示すマップである。
【図8】(a)ステータコア移動部がロータの回転速度によらず常に最も内周側の位置にある場合、すなわち変位Xがゼロの場合に、95パーセント以上の効率の領域を回転数−トルク平面上に示す電動機の効率マップである。(b)は、ステータコア移動部がロータの回転速度によらず常に最も外周側の位置にある場合、すなわち変位Xが最大値Xmaxの場合に、95パーセント以上の効率の領域を回転数−トルク平面上に示す電動機の効率マップである。95パーセント以上の効率の領域は、ハッチングされた領域で示されている。
【図9】第二実施形態に係る電動機の軸方向に垂直な概略部分断面図である。(a)は、ステータコア移動部が最も内周側にある場合(X=0)、(b)は、ステータコア移動部が、最も内周側から変位Xだけ半径方向外側に移動した場合、(c)は、ステータコア移動部が最も外周側にある場合(X=Xmax)、を示す。
【図10】第三実施形態に係る電動機の軸方向に垂直な概略部分断面図である。(a)は、ステータコア移動部が最も内周側にある場合(X=0)、(b)は、ステータコア移動部が、最も内周側から変位Xだけ半径方向外側に移動した場合、(c)は、ステータコア移動部が最も外周側にある場合(X=Xmax)、を示す。
【図11】参考例に係る電動機の軸方向に垂直な概略部分断面図である。(a)は、ステータコア移動部が最も内周側にある場合(X=0)、(b)は、ステータコア移動部が、最も内周側から変位Xだけ半径方向外側に移動した場合、(c)は、ステータコア移動部が最も外周側にある場合(X=Xmax)、を示す。
【図12】参考例に係るステータコア固定部の形状を示す斜視図である。
【図13】参考例に係る電動機の軸方向に垂直な概略部分断面図である。(a)は、ステータコア移動部が最も内周側にある場合(X=0)、(b)は、ステータコア移動部が、最も内周側から変位Xだけ半径方向外側に移動した場合、(c)は、ステータコア移動部が最も外周側にある場合(X=Xmax)、を示す。
【図14】参考例に係る電動機の絶縁体の枠を示す斜視図である。
【符号の説明】
1 回転軸
3 ロータ
5 ステータ
6 ステータコア
6aステータコア固定部
6bステータコア移動部
8 中心軸
9 ロータの永久磁石
10ステータコア移動機構
12回転センサ
17摺動溝
18絶縁体枠
19コイル
21駆動用モータ
23内歯車
23ピニオン
24モータ回転軸
40ステータ外周面
45インバータ
47電流センサ
49電圧センサ
50電動機
60コントローラ
71正面
73背面
75側面
77端面
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a rotating electrical machine that functions as an electric motor, a generator, or both. In particular, it relates to a rotating electrical machine having a permanent magnet in the rotor.
[0002]
[Prior art]
Many electric motors in which a permanent magnet is embedded in a rotor are used for reasons such as low loss, high efficiency, and high output. Since this electric motor has a constant magnetic flux from the rotor, the induced voltage becomes excessive during high-speed rotation, and is operated by weakening it and allowing a field current to flow. However, the efficiency at the time of high-speed rotation deteriorates by passing a field weakening current. Therefore, in Japanese Patent Laid-Open No. 7-107718, a part of the stator yoke portion is moved in the axial direction to reduce the magnetic flux during high-speed rotation and suppress the induced power. By suppressing the induced voltage during high-speed rotation, it is possible to reduce the current flowing through the coil, thus improving the efficiency.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-7-107718
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, by moving the stator yoke portion in the axial direction, the magnetic flux concentrates on the remaining stator core, resulting in a large iron loss. In addition, in order to increase the effect, a very large moving distance is required.
[0005]
An object of this invention is to provide the electric motor which can suppress an induced voltage at the time of high speed rotation more simply.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In a rotating electrical machine comprising a stator core and a substantially cylindrical stator having coils wound around respective teeth of the stator core, and a rotor having a plurality of permanent magnets supported rotatably with respect to the stator, the stator core comprises: A moving part that is movable relative to the coil along a substantially radial direction of the stator, and a moving mechanism that moves the moving part along the substantially radial direction based on the number of rotations of the rotor. . When the rotational speed of the rotor is zero, at least a part of the moving part is located inside the coil and the moving part moves to the outside of the stator due to an increase in the rotational speed of the rotor.
[0007]
[Action / Effect]
By moving a part of the stator core in the radial direction using the moving part as a moving part, it is possible to change the flux linkage with respect to the stator and to adjust the induced voltage to the coil of the stator. For example, when torque is required (low rotation), move it closer to the rotor, and move it away from the rotor to improve efficiency at high rotations, greatly improving the motor characteristics. Is possible.
[0008]
Further, since the air gap is generated in the coil due to the movement of the moving part in the coil, the linkage flux can be adjusted with a small amount of movement.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, although embodiment is demonstrated with respect to the electric motor 100, it is applicable similarly with respect to a generator.
[0010]
FIG. 1 is a sectional side view in the axial direction of an electric motor 100 according to a first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, an electric motor 100 includes a rotating shaft 1, a rotor 3 that is arranged around the rotating shaft 1 and fixed to the rotating shaft 1, a stator 5 that is arranged around the rotor 3, and a case that houses the stator 5. 7 is provided. The rotor 3 and the stator 5 each have a substantially cylindrical shape extending in the axial direction, and a gap corresponding to an air gap exists between the rotor 3 and the stator 5 so that they do not contact each other. The rotor 3 includes a cylindrical outer peripheral surface 20, and the stator 5 includes a cylindrical outer peripheral surface 40. The stator core 6 of the stator 5 is provided with a winding 11 composed of a plurality of coils 19. A rotating magnetic field generated by an alternating current flowing through the winding 11 exerts a force on the permanent magnet 9, and the rotor 3 rotates together with the rotating shaft 1. To do.
[0011]
The case 7 includes a cylindrical plate 7a that contacts the stator 5 and side plates 7b and 7c that block openings at both axial ends of the cylindrical plate 7a. However, the cylindrical plate 7a has an opening through which the stator core moving portion 6b moves. Both ends of the rotating shaft 1 are supported by side plates 7 b and 7 c of the case 7 via bearings 16 and can rotate with respect to the stator 5 and the case 7. On the outer surface of one side plate of the case 7, a rotation sensor 12 (rotation speed detecting means) for detecting the rotation speed (the number of rotations per unit time) of the rotary shaft 1 is attached.
[0012]
The stator core 6 includes a stator core fixing portion 6a fixed to the case 7 and the coil 19, and one or more stator core moving portions 6b that can move in the radial direction with respect to the stator core fixing portion 6a. The electric motor 100 includes a stator core moving mechanism 10 for applying a radial force to the stator core moving part 6b to move the stator core moving part 6b in the radial direction. Here, the radial direction is defined as a direction along the radius of the substantially cylindrical rotor 3 or the substantially cylindrical stator 5. The central axis 8 of the rotating shaft 1 coincides with the central axis of the substantially cylindrical rotor 3 or the substantially cylindrical stator 5.
[0013]
In the present embodiment, the stator core fixing portion 6a has an integral structure, but may have a divided structure that is divided into a plurality of divided cores in the circumferential direction. In the case of a split structure, each split core has a tooth, and a coil is wound around each split core.
[0014]
FIG. 2 shows a cross section perpendicular to the axial direction of the rotor according to the first embodiment of the present invention, which is a cross section taken along the line II-II in FIG. In the vicinity of the outer peripheral surface 20 of the rotor 3, a plurality of plate-like permanent magnets 9 are embedded at substantially the same distance from the central axis 8 of the rotating shaft 1 with the longitudinal direction being substantially parallel to the rotating shaft 1. Here, the shape of the permanent magnet 9 is not limited to a plate shape, and may take various shapes such as a V shape. The permanent magnets 9 are arranged at predetermined intervals (for example, 45 °) in the circumferential direction of the rotor 3 so that adjacent magnetic poles are different from each other. Here, the circumferential direction is a direction along the circumference of a cylinder having the central axis 8 as an axis.
[0015]
The stator core 6 includes a stator core fixing portion 6a fixed to a coil 19 wound around a tooth portion 6c, and a stator core moving portion 6b movable relative to the stator core fixing portion 6a and the coil 19 of the stator 5. Yes. Here, the teeth portion refers to a portion of the stator core 6 protruding in the radial direction. The stator core moving part 6b has a substantially rectangular parallelepiped shape. In addition, both the stator core fixing | fixed part 6a and the stator core moving part 6b are comprised with the electromagnetic steel plate (for example, silicon steel plate) laminated | stacked on the axial direction. By configuring the stator core with laminated magnetic steel sheets, material costs can be reduced.
[0016]
The stator core fixing portion 6a has a sliding groove 17 that guides the stator core moving portion 6b. The sliding groove 17 has a substantially rectangular parallelepiped shape that fits the stator core moving portion 6b. The sliding groove 17 does not penetrate the stator core fixing portion 6a and has a bottom surface 31. The sliding groove 17 is disposed so as to pass through the coil 19 wound around the tooth portion 6 c of the stator core 6. The stator core moving part 6b greatly increases or decreases the flux linkage with respect to the coil 19 by moving in the coil 19 wound around the tooth part 6c. When the rotational speed of the rotor 3 is close to zero, at least a part of the stator core moving part 6b is inside the coil 19, and the stator core moving part 6b moves outside the stator 5 (with the rotor 3 and the rotor 3 as the rotational speed of the rotor 3 increases). Move along the radial direction to the opposite side. The stator core fixing portion 6a has an opening on the stator outer peripheral surface 40 through which the stator core moving portion 6b passes.
[0017]
In the present embodiment, one stator core moving portion 6 b is provided for each tooth portion 6 c and passes through each tooth portion 6 c of the stator core 6. However, the stator core moving part 6b may be provided only in a part of the tooth parts 6c. The number of teeth portions 6 c is twelve, and a total of twelve stator core moving portions 6 b are provided in the stator core 6. A coil 19 is wound around each tooth portion 6 c, and thus the winding 11 includes twelve coils 19. An insulator frame 18 formed of resin or the like is disposed between each coil 19 and the stator core fixing portion 6a so that the coils 19 do not come into contact with the stator core 6. Each coil 19 is wound around the insulator frame 18 in contact with the insulator frame 18. Thus, by dividing the stator core into the moving part and the fixed part, the electric motor 100 can be manufactured more easily, and the cost of the electric motor can be reduced.
[0018]
The stator core moving part 6b has a substantially rectangular parallelepiped shape extending in parallel with the rotary shaft 1, and the longitudinal direction thereof coincides with the axial direction. The cross-sectional shape perpendicular to the rotation axis direction of the stator core moving portion 6b is substantially rectangular, and the long axis 15 of this rectangle is in the radial direction. The stator core moving part 6b has a front surface 71 facing the rotor 3 and a back surface 73 at the end opposite to the front surface 71 in the radial direction. The stator core moving portion 6b slides in a substantially radial direction along a sliding groove 17 extending in a substantially radial direction from the vicinity of the tip surface 14 facing the rotor 3 of the tooth portion 6c. The stator core moving portion 6b moves through the opening of the sliding groove 17 on the stator outer circumferential surface 40. When the rotor 3 is rotating at a low speed so as to reduce the interlinkage magnetic flux with respect to the coil 19 and suppress the induced power, the stator core moving part 6b is in the vicinity of the reference position, and when the rotational speed of the rotor 3 is zero, the stator core moving part The front surface 71 of 6 b is in contact with the bottom surface 31 of the sliding groove 17.
[0019]
On the other hand, when the rotor 3 rotates at high speed, the stator core moving portion 6b is moved along the radial direction through the opening of the sliding groove 17 by the stator core moving mechanism 10 in order to reduce the interlinkage magnetic flux with respect to the winding 11 and suppress the induced power. It is pulled out of the stator. That is, the stator core moving part 6b moves along the radial direction in the direction opposite to the direction toward the central axis 8 as the rotational speed of the rotor 3 increases.
[0020]
The stator core moving mechanism 10 for moving the stator core moving portion 6b in the radial direction will be described in detail with reference to FIGS.
[0021]
The stator core moving mechanism 10 includes a driving motor 21 as a driving force source for supplying a driving force for moving the stator core moving portion 6b, a driving gear 22 attached to the rotating shaft 24 of the driving motor 21, a driving gear 22 and teeth. A ring-shaped internal gear 23 having teeth on the inside, a plurality of long-axis gears 25 meshed with the ring-shaped internal gear 23, a pinion 27 meshed with each long-axis gear 25, and each pinion 27 and teeth A rack 28 to be combined, and a support column 29 which is coupled and fixed to the rack 28 and embedded and fixed in the stator core moving portion 6b. The number of the long shaft gears 25, the pinions 27, and the racks 28 is the same as that of the stator core moving part 6b (12 in this embodiment). The long shaft gear 25 and the pinion 27 are rotatably supported by a fixing member (not shown), and the driving motor 21 is also fixed to a fixing member (not shown). As the drive motor 21, a stepping motor capable of accurately determining the rotation angle is suitable. A plurality of drive motors 21 may be provided.
[0022]
On the other hand, if a plurality of drive motors 21 are installed so that the drive gear 22 of each drive motor 21 is directly engaged with each rack 28, the position of each stator core moving portion 6 b is individually controlled by each drive motor 21. it can. In this case, the internal gear 23, the long shaft gear 25, and the pinion 27 can be omitted. Alternatively, the drive motor 21 may be installed only with respect to a part of the stator core moving part 6b so that only this part of the stator core moving part 6b can be moved.
[0023]
The drive motor 21 rotates the annular internal gear 23 via the drive gear 22, and the plurality of long shaft gears 25 are simultaneously rotated by the rotation of the annular internal gear 23. The annular internal gear 23 functions to transmit the rotation of the driving motor 21 to the plurality of long shaft gears 25. The drive gear 22, the internal gear 23, and the long shaft gear 25 all rotate in the same direction. The rotation of the long shaft gear 25 rotates the pinion 27 engaged therewith in a direction opposite to that of the long shaft gear 25, and the rack 28 converts the rotation of the pinion 27 into a linear motion. As the rack 28 moves in the linear direction, the stator core moving portion 6b also moves in the linear direction. In this case, the linear movement of the rack 28 is the radial movement of the stator and the rotor. In addition, the movement distance of each stator core moving part 6b can also be varied by varying the number of teeth among the plurality of long shaft gears 25.
[0024]
4A to 4C show how the stator core moving part 6b moves in the radial direction.
[0025]
Referring to FIG. 4A, when the rotational speed of the rotor 3 is zero, the stator core moving portion 6b is at the innermost position, and the front surface 71 of the stator core moving portion 6b is in contact with the bottom surface 31 of the sliding groove 17. Touching. In the present specification, this innermost position is simply referred to as a reference position. At this time, the rotating shaft 24 of the driving motor 21 is at the first rotating position corresponding to the reference position of the stator core moving portion 6b.
[0026]
Referring to FIG. 4B, when it is necessary to reduce the flux linkage of the electric motor 100, the stator core moving portion 6b is moved radially outward from the reference position by the rotation of the driving motor 21. Here, the amount of movement of the stator core moving part 6b from the reference position is defined as the displacement X in the radial direction. The displacement X of the stator core moving part 6b is proportional to the rotation angle θ of the rotation shaft 24 of the drive motor 21 with respect to the first rotation position. Until the displacement X reaches the maximum displacement Xmax, the stator core moving part 6b moves radially outward.
[0027]
Referring to FIG. 4 (c), when the displacement X becomes the maximum displacement Xmax, the stator core moving portion 6b is located at the outermost position (maximum displacement position) with respect to the stator. At this time, the rotation shaft 24 of the drive motor 21 is at the second rotation position corresponding to the maximum displacement position of the stator core moving portion 6b. For example, the maximum displacement Xmax of the stator core moving part 6b is set according to the degree to which the flux linkage is reduced. In this case, the maximum displacement Xmax depends on the maximum rotational speed of the rotor 3 and the like.
[0028]
Next, with reference to FIG. 5, the control device of the electric motor 100 will be described.
[0029]
The control device of the electric motor 100 includes an inverter 45 that supplies a current to the electric motor 50, a current sensor 47 that detects the current, a voltage sensor 49 that detects a voltage applied to the electric motor 50 from the inverter 45, and the rotation sensor 12 described above. The controller 45 controls the drive motor 21 provided in the inverter 45 and the stator core moving mechanism 10. In the present embodiment, the inverter 45 supplies an alternating current to the electric motor in a three-phase three-wire system, the current sensor 47 detects a line current, and the voltage sensor 49 detects a line voltage. In the case of this embodiment, the winding 11 is composed of 12 coils 19.
[0030]
The controller 60 is composed of a microcomputer having a central processing unit (CPU), a read only memory (ROM), a random access memory (RAM), and an input / output interface (I / O interface) which are coupled to each other via a bus. ing. Signals from the rotation sensor 12, the current sensor 47, and the voltage sensor 49 are input to the controller 60 via an input / output interface.
[0031]
The controller 60 sets a three-phase alternating current to be supplied from the inverter 45 and outputs a current command value corresponding to this current to the inverter 45. The inverter 45 supplies current to the electric motor 100 based on the current command value. Further, the controller 60 determines the rotation angle θ of the rotation shaft 24 of the drive motor 21 based on the target displacement X of the stator core moving part 6b, and sends a command signal corresponding to the rotation angle θ to the drive motor 21. Output. When the drive motor 21 is a stepping motor, the controller 60 sends a number of pulses proportional to the rotation angle θ to the drive motor 21. The inverter 45 and the drive motor 21 are electrically coupled to the controller 60 and have an interface for receiving commands from the controller 60.
[0032]
The controller 60 detects the target displacement X of the stator core moving portion 6b according to at least one of the rotational speed of the rotor 3 detected by the rotation sensor 12, the current value detected by the current sensor 47, and the voltage value detected by the voltage sensor 49. And a target rotation angle θ corresponding to the target displacement X is set.
[0033]
Generally, an increase in the rotational speed of the rotor 3 causes an increase in current and voltage supplied from the inverter 45, and therefore the controller 60 can use a current value or a voltage value as an index of the rotational speed. For this reason, it is possible to reduce the induced voltage in the high rotation region by detecting the current value or the voltage value and setting the rotation angle θ according to the current value or the voltage value without detecting the rotation speed. That is, a combination of the current sensor 47 and the controller 60, or a combination of the voltage sensor 49 and the controller 60 can be used as a rotation speed detection unit that detects the rotation speed of the rotor.
[0034]
A control routine for position control of the stator core moving unit executed by the controller 60 will be described with reference to the flowchart of FIG. The controller 60 repeatedly executes a control routine every predetermined time during operation of the electric motor.
[0035]
In step S1, one of the rotational speed of the rotor, the current supplied to the electric motor, or the voltage supplied to the electric motor is read.
[0036]
In step S2, the map is referred to. When the rotational speed is detected, the map of FIG. 7A showing the relationship between the displacement X of the stator core moving portion 6b and the rotational speed is referred to, and when the current is detected, the relationship between the displacement X and the current is shown in FIG. When the map of (b) is referred and a voltage is detected, the map of FIG.7 (c) which shows the relationship between the displacement X and a voltage is referred. In these maps, the displacement X increases with increasing rotational speed, current or voltage. In other words, the relationship between the displacement X and the rotation speed, current or voltage is set such that the induced voltage generated in the stator winding 11 in the high rotation region decreases due to the reduction of the linkage flux. The map of FIG. 7A, the map of FIG. 7B, and the map of FIG. 7C are stored in the memory of the microcomputer. These maps are shown as examples, and various changes can be made depending on the characteristics of the motor. For example, the target displacement X is maintained at zero in a low rotation region where the rotation speed, current, or voltage is less than the respective threshold values, and the target displacement X is increased only above the threshold values. Also good.
[0037]
7A to 7C determine the target displacement X of the stator core moving portion 6b. Since the displacement X and the rotation angle θ are in a proportional relationship, the target rotation angle θ is determined. The target rotation angle θ may be set directly using a map that defines the relationship between the rotation speed, current, or voltage.
[0038]
In step S3, the target value of the displacement X is calculated using the above-mentioned map according to the read rotation speed, current or voltage. When a map for determining the rotation angle θ is provided, the target value of the rotation angle θ may be directly determined from the map.
[0039]
In step S4, the target rotation angle θ of the rotary shaft 24 of the drive motor 21 is calculated from the target value of the displacement X.
[0040]
In step S5, the drive motor 21 is controlled to achieve the target value of the rotation angle θ. Thus, the stator core moving part 6b moves by the target displacement X.
[0041]
With reference to FIG. 8, the effect with respect to the efficiency of the electric motor 100 by said embodiment is demonstrated. As shown in FIG. 8A, when the stator core moving part 6b is always at the innermost position (regular motor) regardless of the rotational speed of the rotor 3, that is, when the displacement X is zero. The region of high efficiency of 95% or more indicated by hatching is on the high torque low rotation side. On the other hand, when the stator core moving part 6b is at the outermost peripheral position, that is, when the displacement X is the maximum value Xmax, as shown in FIG. It is located on the high rotation side compared to zero.
[0042]
Thus, when moving the stator core moving part 6b to the stator outer peripheral side, the efficiency in the high rotation area | region of the rotor 3 rises. This occurs because the amount of magnetic flux linked to the coil 19 changes as the stator core moving part 6b moves.
[0043]
Next, a second embodiment of the stator core moving part 6b will be described. The configuration other than the stator core moving portion 6b is the same as that of the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
[0044]
Referring to FIG. 9, unlike the first embodiment, the stator core moving part 6b is configured by laminating electromagnetic steel plates in the circumferential direction of the stator perpendicular to the axial direction. In this case, the number of laminated electromagnetic steel sheets is reduced as compared with the case where the electromagnetic steel sheets are laminated in the axial direction, thereby reducing the cost. Moreover, since the eddy current loss which is a part of iron loss becomes difficult to generate | occur | produce, efficiency also improves.
[0045]
Next, with reference to FIG. 10, 3rd embodiment about the stator core moving part 6b and the sliding groove | channel 17 is described. The configuration other than the stator core moving part 6b and the sliding groove 17 is the same as that of the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
[0046]
In the first embodiment, the stator core moving part 6b has a substantially rectangular parallelepiped shape, and both side faces 75 of the stator core moving part 6b are substantially perpendicular to the front face 71. However, in the third embodiment, the angle between the side surface 75 and the front surface 71 of the stator core moving part 6b is an obtuse angle larger than 90 degrees, and the stator core moving part 6b is tapered. Therefore, as shown in the drawing, the cross-sectional shape of the stator core moving portion 6b perpendicular to the axial direction is a substantially trapezoidal shape in which the width between both side surfaces increases as it goes outward in the radial direction. Further, the sliding groove 17 of the stator core moving part 6b has a shape that fits into the stator core moving part 6b when the displacement X is zero, and the width between both side surfaces increases in the same manner as it goes radially outward. It becomes a substantially trapezoidal shape. Therefore, when the displacement X of the stator core moving part 6b is zero, the stator core moving part 6b can be brought into close contact with the inner periphery of the sliding groove 17, thereby the magnetic resistance between the stator core fixing part 6a and the stator core moving part 6b. It is possible to improve the characteristics of the electric motor.
[0047]
In addition, if the stator core fixing | fixed part 6a is formed with a dust core as mentioned later, the shape of the stator core moving part 6b can be set variously. For example, the angle between the side surface 75 of the stator core moving portion 6b and the front surface 71 is maintained at a substantially right angle, and between the axial end surface 77 and the circumferential side surface 75 of the stator core moving portion 6b as described above. The angle can be larger than 90 degrees.
[0048]
Next, the sliding groove 17 of the stator core moving part 6b Reference example Will be described. Since the configuration other than the sliding groove 17 is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.
[0049]
Referring to FIG. 11, unlike the first embodiment, the sliding groove 17 does not have the bottom surface 31 through the stator core fixing portion 6a. Therefore, the sliding groove 17 has an opening at the tip surface 14 of the tooth portion 6 c and the stator outer peripheral surface 40. The structure of the sliding groove 17 is not preferable when the stator core fixing portion 6a is formed by laminating electromagnetic steel plates as in the first embodiment because the electromagnetic steel plates are divided. For this reason, the stator core fixing part 6a has the shape shown in FIG. 12, and is a powder core produced by compression firing or compression molding a mixture of a ferromagnetic powder such as iron alloy powder or ferrite powder and an insulating binder. It consists of Thus, the sliding groove 17 indicated by the dotted line can penetrate the stator core fixing portion 6a, the stator core moving portion 6b can be brought closer to the rotor 3 side, and the torque during low-speed rotation is improved. Furthermore, by configuring the stator core fixing portion 6a with a dust core, the degree of freedom regarding the shapes of the stator core fixing portion and the moving portion is increased.
[0050]
Next, the stator core moving part 6b Reference example Will be described.
[0051]
In the first embodiment, the stator core 6 is divided into a stator core fixing portion 6a and a stator core moving portion 6b, and the stator core moving portion 6b moves with respect to the stator core fixing portion 6a to adjust the interlinkage magnetic flux to the coil 19. It was conducted. However, in the present embodiment, as shown in FIG. 13, the stator core 6 does not have a stator core fixing part and is configured only from a stator core moving part. The stator core 6 is divided into the same split cores 51 each including one tooth portion 51a, and each split core 51 corresponds to a stator core moving portion. A plurality of split cores 51 are connected and integrated so as to form a cylindrical shape as a whole, thereby forming a stator core 6. Each split core 51 is moved in the radial direction by the stator core moving mechanism 10.
[0052]
Referring to FIG. 14, the insulator frame 18 has a rectangular parallelepiped sliding groove 55 (shown by a dotted line) that fits into the substantially rectangular parallelepiped tooth portion 51 a of the split core 51. Each coil 19 is wound in close contact with an insulator frame 18. The teeth 51a of the split core 51 slides in the radial direction in the sliding groove 55, that is, in the coil 19. As described above, by configuring the entire stator core 6 with a movable member, it is possible to significantly improve the characteristics of the electric motor as compared with the first embodiment even if the movement amount is the same.
[0053]
In each of the above embodiments, the stator core moving mechanism 10 is configured to move all of the plurality of stator core moving parts 6b, but may be configured to move some of the stator core moving parts 6b as necessary. Although the stator winding is not defined, the stator winding may be concentrated winding or distributed winding. The stator 5 has 12 poles and the rotor 3 has 8 poles, but the present invention can be applied to stators and rotors having other poles. The driving motor 21 is used as a driving force source for supplying a driving force for moving the stator core moving unit 6b. However, the present invention is not limited to this, and the stator core moving unit 6b using another driving force source such as a hydraulic pump. Can also be moved. Furthermore, the present invention can be applied to a rotating electrical machine that operates as an electric motor, a generator, or both, regardless of whether it is AC or DC.
[0054]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is obvious that various modifications can be made within the scope of the technical idea.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional side view in an axial direction of an electric motor according to a first embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view perpendicular to the axial direction of the electric motor according to the first embodiment, showing a cross section taken along line II-II in FIG. 1;
FIG. 3 is a perspective view showing a stator core moving mechanism of the electric motor according to the first embodiment.
FIG. 4 is a schematic partial cross-sectional view perpendicular to the axial direction of the electric motor, showing how the stator core moving portion moves in the radial direction. (A) is when the stator core moving part is on the innermost side (X = 0), (b) is when the stator core moving part is moved radially outward by the displacement X from the innermost side (c) ) Shows the case where the stator core moving part is on the outermost peripheral side (X = Xmax). As the rotational speed of the rotor increases, the displacement X of the stator core moving part increases.
FIG. 5 is a schematic view showing a control device for an electric motor.
FIG. 6 is a flowchart showing a control routine for position control of a stator core moving unit.
FIG. 7A is a map showing the relationship between the displacement X of the stator core moving part and the rotational speed of the rotor. (B) It is a map which shows the relationship between the displacement X of a stator core moving part, and the electric current of an electric motor. (C) It is a map which shows the relationship between the displacement X of a stator core moving part, and the voltage of an electric motor.
FIG. 8 (a) When the stator core moving part is always at the innermost position regardless of the rotational speed of the rotor, that is, when the displacement X is zero, the region of efficiency of 95% or more is set to the rotational speed-torque. It is an efficiency map of the electric motor shown on a plane. (B) shows a region with an efficiency of 95% or more when the stator core moving part is always at the outermost position regardless of the rotational speed of the rotor, that is, when the displacement X is the maximum value Xmax. It is an efficiency map of the electric motor shown above. Areas of efficiency greater than 95 percent are indicated by hatched areas.
FIG. 9 is a schematic partial cross-sectional view perpendicular to the axial direction of the electric motor according to the second embodiment. (A) is when the stator core moving part is on the innermost side (X = 0), (b) is when the stator core moving part is moved radially outward by the displacement X from the innermost side (c) ) Shows the case where the stator core moving part is on the outermost peripheral side (X = Xmax).
FIG. 10 is a schematic partial sectional view perpendicular to the axial direction of an electric motor according to a third embodiment. (A) is when the stator core moving part is on the innermost side (X = 0), (b) is when the stator core moving part is moved radially outward by the displacement X from the innermost side (c) ) Shows the case where the stator core moving part is on the outermost peripheral side (X = Xmax).
FIG. 11 Reference example It is a general | schematic fragmentary sectional view perpendicular | vertical to the axial direction of the electric motor which concerns on. (A) is when the stator core moving part is on the innermost side (X = 0), (b) is when the stator core moving part is moved radially outward by the displacement X from the innermost side (c) ) Shows the case where the stator core moving part is on the outermost peripheral side (X = Xmax).
FIG. Reference example It is a perspective view which shows the shape of the stator core fixing | fixed part which concerns on this.
FIG. 13 Reference example It is a general | schematic fragmentary sectional view perpendicular | vertical to the axial direction of the electric motor which concerns on. (A) is when the stator core moving part is on the innermost side (X = 0), (b) is when the stator core moving part is moved radially outward by the displacement X from the innermost side (c) ) Shows the case where the stator core moving part is on the outermost peripheral side (X = Xmax).
FIG. 14 Reference example It is a perspective view which shows the frame of the insulator of the electric motor which concerns on.
[Explanation of symbols]
1 Rotating shaft
3 Rotor
5 Stator
6 Stator core
6a stator core fixing part
6b stator core moving part
8 Central axis
9 Rotor permanent magnet
10 stator core moving mechanism
12 rotation sensor
17 sliding groove
18 insulator frame
19 coils
21 drive motor
23 internal gear
23 pinion
24 motor rotation shaft
40 Stator outer peripheral surface
45 inverter
47 current sensor
49 voltage sensor
50 electric motor
60 controllers
71 front
73 back
75 sides
77 end face

Claims (8)

複数のステータコアと該複数のステータコアのそれぞれに巻かれるコイルとを有する略円筒状のステータと、
前記ステータに対して回転可能に支持され且つ複数の永久磁石を有するロータとを備えた回転電機において、
前記ステータコアは、その一部に前記ステータの略半径方向に沿って前記コイルに対して相対移動可能な移動部と、前記移動部と前記コイルに対して相対移動しない固定部とを備え、前記固定部は、前記移動部が移動するために案内する摺動溝を有し、前記摺動溝は、前記固定部を貫通しておらず底面をロータ側に有し、
前記回転電機は、該移動部を前記ロータの回転数に基づき略半径方向に沿って移動させる移動機構とを備え、
前記移動部は、前記ロータの回転数がゼロの場合、前記移動部の少なくとも一部が前記コイルの内部に位置すると共に、前記ロータの回転速度の増加により前記ステータの外側に移動することを特徴とする回転電機。
A substantially cylindrical stator having a plurality of stator cores and a coil wound around each of the plurality of stator cores;
In a rotating electrical machine comprising a rotor rotatably supported with respect to the stator and having a plurality of permanent magnets,
The stator core includes a moving part that is movable relative to the coil along a substantially radial direction of the stator, and a fixed part that does not move relative to the coil. The part has a sliding groove that guides the moving part to move, and the sliding groove does not penetrate the fixed part and has a bottom surface on the rotor side,
The rotating electrical machine includes a moving mechanism that moves the moving unit along a substantially radial direction based on the rotational speed of the rotor,
When the rotational speed of the rotor is zero, at least a part of the moving part is located inside the coil, and the moving part moves to the outside of the stator due to an increase in the rotational speed of the rotor. Rotating electric machine.
前記ステータコアは、積層された電磁鋼板から形成されることを特徴とする請求項1に記載の回転電機。  The rotating electrical machine according to claim 1, wherein the stator core is formed of laminated electromagnetic steel sheets. 前記移動部は、ステータの円周方向に積層された電磁鋼板から形成されることを特徴とする請求項1に記載の電動機。  The electric motor according to claim 1, wherein the moving part is formed of electromagnetic steel plates stacked in a circumferential direction of the stator. 前記移動部は、ロータに対面する正面とステータの円周方向に互いに対峙する二つの側面を備え、正面と側面との間の角度が鈍角であることを特徴とする請求項1に記載の電動機。  2. The electric motor according to claim 1, wherein the moving unit includes a front surface facing the rotor and two side surfaces facing each other in a circumferential direction of the stator, and an angle between the front surface and the side surface is an obtuse angle. . 前記固定部は、圧粉コアにより構成されたことを特徴とする請求項1に記載の電動機。  The electric motor according to claim 1, wherein the fixing portion is configured by a dust core. 前記移動機構は、前記移動部を移動させる駆動力を供給する駆動力源と、  The moving mechanism includes a driving force source that supplies a driving force for moving the moving unit;
前記ロータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、Rotation speed detection means for detecting the rotation speed of the rotor;
該駆動力源と電気的に結合する制御手段とを有することを特徴とする請求項1から5に記載の回転電機。The rotating electrical machine according to claim 1, further comprising a control unit electrically coupled to the driving force source.
前記回転速度検出手段は、前記回転電機の電圧を検出すると共に前記電圧を出力する電圧センサを備え、前記ロータの回転速度を推定することを特徴とする請求項6に記載の回転電機。  The rotating electrical machine according to claim 6, wherein the rotational speed detecting unit includes a voltage sensor that detects a voltage of the rotating electrical machine and outputs the voltage, and estimates the rotational speed of the rotor. 前記回転速度検出手段は、前記回転電機の電流を検出すると共に前記電流を出力する電流センサを備え、前記ロータの回転速度を推定することを特徴とする請求項6に記載の回転電機。  The rotating electrical machine according to claim 6, wherein the rotational speed detection unit includes a current sensor that detects a current of the rotating electrical machine and outputs the current, and estimates the rotational speed of the rotor.
JP2002328270A 2002-11-12 2002-11-12 Rotating electric machine Expired - Fee Related JP4082182B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002328270A JP4082182B2 (en) 2002-11-12 2002-11-12 Rotating electric machine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002328270A JP4082182B2 (en) 2002-11-12 2002-11-12 Rotating electric machine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004166369A JP2004166369A (en) 2004-06-10
JP4082182B2 true JP4082182B2 (en) 2008-04-30

Family

ID=32806613

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002328270A Expired - Fee Related JP4082182B2 (en) 2002-11-12 2002-11-12 Rotating electric machine

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4082182B2 (en)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100499322C (en) 2003-07-18 2009-06-10 雅马哈发动机株式会社 Rotary motor and electric vehicle having the same
TWI283103B (en) 2004-02-06 2007-06-21 Yamaha Motor Co Ltd Rotating electric machine and electrically driven vehicle
JP2006191782A (en) 2004-12-09 2006-07-20 Yamaha Motor Co Ltd Rotating-electric machine
JP2006211848A (en) * 2005-01-28 2006-08-10 Eishindo:Kk Electric motor
JP5205593B2 (en) * 2006-08-14 2013-06-05 日産自動車株式会社 Rotating electric machine
EP2081276A1 (en) * 2008-01-21 2009-07-22 Marco Cipriani Electro-magnetical device with reversible generator-motor operation
JP2013066251A (en) * 2010-02-03 2013-04-11 Yaskawa Electric Corp Rotary electric machine
JP2012039757A (en) * 2010-08-06 2012-02-23 Tokai Rika Co Ltd Motor
JP5714548B2 (en) * 2011-12-22 2015-05-07 ヤマハ発動機株式会社 Rotating electrical machine
KR20160147343A (en) 2015-06-15 2016-12-23 현대자동차주식회사 A motor structure for variable counter electromotive force
US10218232B2 (en) * 2016-11-17 2019-02-26 General Electric Company High speed electric machine
CN112994344A (en) * 2021-02-04 2021-06-18 广州橙行智动汽车科技有限公司 Motor, method for changing input current of motor, readable medium and automobile

Also Published As

Publication number Publication date
JP2004166369A (en) 2004-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8946966B2 (en) Electric rotating machine
KR101355257B1 (en) Axial motor
US9172278B2 (en) Permanent magnet type rotary electric machine and electric power steering apparatus using the same
WO2010044426A1 (en) Rotating electric machine and electric automobile
JP4082182B2 (en) Rotating electric machine
US6239530B1 (en) Subsynchronous reluctance electrical machine
CN100554886C (en) Resolver
JP4369384B2 (en) Rotating electric machine
EP2696485B1 (en) Electric rotating machine
US10361598B2 (en) Rotating electrical machine and elevator
GB2484162A (en) Dynamo-electric machine with rotor magnet adjustable shunt
WO2007048211A2 (en) Permanent magnet rotor
US20120319526A1 (en) Electric machine
JP5147928B2 (en) Rotating electric machines and electric vehicles
JP5325074B2 (en) Rotating electric machine and its stator
JP2001275326A (en) Motor
JP2006230125A (en) Rotary electric machine
TWI474579B (en) Electric rotating machine
JP5114135B2 (en) Axial gap type motor
JP2007259525A (en) Permanent magnet synchronous motor/generator
JP6986337B2 (en) Variable magnetic flux motor
JP3797488B2 (en) Multi-pole rotating electric machine
JP6727474B1 (en) Direct drive motor
KR100643903B1 (en) Rotor structure of synchronous reluctance motor
JP4238298B1 (en) Magnetic flux shunt control rotating electrical machine system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050928

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20070523

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070619

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070815

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20080122

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20080204

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110222

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120222

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120222

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130222

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130222

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140222

Year of fee payment: 6

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees