JP4167197B2 - ラインスタートリラクタンス同期電動機 - Google Patents

Description

本発明は、ラインスタートリラクタンス同期電動機（line start reluctance synchronous motor）に係るもので、詳しくは、ステータとケージロータ間にマグネットユニットが回転自在に装着されて、それらのマグネットユニットとケージロータとが同期運転するラインスタートリラクタンス同期電動機に関するものである。

図8は従来の誘導電動機を示した縦断面図で、図9は図8のII-II線断面図である。
図示のように、従来の誘導電動機は、ケーシングの役割をする電動機本体1の内周面に沿って装着されたステータ2と、ステータ2の中央部に回転軸4を中心に回転自在に装着されたかご型のロータ3と、を含んで構成されている。
また、ステータ2は、複数の珪素鋼板シートを積層して構成され、その内周面には複数のコイル巻線用ティース5が突出して形成される。また、これらの各コイル巻線用ティース5の間には複数のスロット部6が所定間隔を有して切削形成され、各コイル巻線用ティース5にはスロット部6を通してコイル7が巻線される。
また、ロータ3も複数の珪素鋼板シートを積層して構成され、これらの積層シートに所定間隔を有してロータバーホール9が穿孔形成され、ロータバーホール9の内部には、アルミニウムのロータバー10がそれぞれ挿入される。また、ロータバー10の上部及び下部の両端にはエンドリング11が連結されている。

以下、このように構成された従来の誘導電動機の動作について説明する。
まず、コイル7に電源が印加されると、コイル7に流れる電流により回転磁界(rotating magnetic field：ロータを回転させる磁界)が発生することによって、ロータバー10に誘導電流が発生する。
このように発生した回転磁界と誘導電流との相互作用によりロータ3に回転トルクが発生し、この回転トルクは回転軸4を通して出力される。

然るに、従来の誘導電動機においては、回転磁界を発生する電流及びロータに発生する誘導電流の全てが外部電源と結線されたコイルを通して供給され、このとき、ステータのコイルから発生する1次損失及びロータのロータバーから発生する２次損失により電流による損失の発生が過大になり、効率が低下するという不都合な点があった。
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、ステータとケージロータとの間にマグネットユニットを回転自在に装着して、このマグネットユニットの極数と同じに、ケージロータにマグネチックバリアーを形成して同期運転することによって、低騷音運転及び高効率運転が可能なラインスタートリラクタンス同期電動機を提供することを目的とする。

このような目的を達成するため、本発明に係るラインスタートリラクタンス同期電動機は、主コイル及びサブコイルが巻線されて、電動機本体の内周面に装着された単相のステータと、このステータとエアーギャップを維持するように、ステータの内周面に沿って回転自在に装着されたマグネットユニットと、このマグネットユニットの内周面に沿って回転可能なように、その中心部に回転軸が、そして周辺部にケージバーがそれぞれ装着され、上記のマグネットユニットと同じ極数を有するマグネチックバリア（magnetic barrier）が形成されたケージロータと、を含んで構成されることを特徴とする。

本発明に係るラインスタートリラクタンス同期電動機においては、ステータとケージロータ間にマグネットユニットが回転自在に装着されて、マグネットユニットの極数と同じに、ケージロータにマグネチックバリアが形成されて同期運転し、これによって、廉価な費用で低騷音運転及び高効率運転が可能であるという効果がある。

以下、本発明の実施の形態に対し、図面に基づいて説明する。
図1は本発明に係るラインスタートリラクタンス同期電動機を示した縦断面図で、図2は図1のIV-IV線断面図で、図3は図2の要部抜粋図である。
図示のように、本発明に係るリラクタンス同期電動機は、主コイル113及びサブコイル114が巻線されて、電動機本体101の内周面に装着された単相のステータ110と、ステータ110の内周面に沿って回転自在に装着されたマグネットユニット120と、マグネットユニット120の内周面に沿って回転するように、中心部に回転軸102が、周辺部にケージバー115がそれぞれ装着され、マグネットユニット120の極数とマグネチックバリア201、202の極数とが同じに形成されたケージロータ130と、を含んで構成されている。

また、ステータ110、マグネットユニット120及びケージロータ130は、常に所定間隔G1、G2を維持して装着される。
また、回転軸102と電動機本体101間には回転軸ベアリング103が装着され、回転軸102が電動機本体101の干渉を受けないようにする。
また、ステータ110は、複数の珪素鋼板シートを積層して構成され、その内周面には複数のコイル巻線用ティース111が形成される。又、これらの各コイル巻線用ティース111間にスロット部112が所定間隔を有して切削形成され、各コイル巻線用ティース111には、スロット部112を通して主コイル113及びサブコイル114が巻線される。
また、ステータ110とケージロータ130間に、回転磁界によって自在に回転可能に装着されたマグネットユニット120は、次のように構成される。

まず、ステータ110とケージロータ130間に円筒状のリングマグネット121が装着され、このリングマグネット121を支持するように、リングマグネット121の一方の端にカップ状の非磁性体のサポータ122が結合され、回転軸102の外周面に回転自在に結合されるように、サポータ122のセンターにベアリング123が圧入される。
また、ケージロータ130は、複数の珪素鋼板シートを積層して構成され、その内側面及び外側円周面には、マグネットユニット120の極数と同じ極数で、複数の内側マグネチックバリア201及び外側マグネチックバリア202が形成される。
また、上記の各外側マグネチックバリア202間には、突出部203が突出して形成される。
また、内側マグネチックバリア201は、回転軸102と突出部203間に円弧状に形成される。
また、内側マグネチックバリア201は、回転軸102を中心に、ケージロータ130の円周方向に行くほど漸次大きくなるように構成される。ケージロータ130の周辺部には、複数のケージバーホール116が所定間隔を有して穿孔形成され、このケージバーホール116の内部には、アルミニウム又は銅からなるケージバー115がダイカスト方法により挿入される。又、ケージバー115の上部及び下部の両方の端にはエンドリング117が連結される。

以下、本発明に係るラインスタートリラクタンス同期電動機の作用について説明する。
まず、コイル113に電源が印加されると、このコイル113に流れる電流によりマグネットユニット120が自由に回転する。
このとき、サポータ122のベアリング123により回転軸102を中心にサポータ122が自由に回転し、このサポータ122にリングマグネット121が結合されているので、マグネットユニット120が自由に回転する。
次いで、マグネットユニット120の回転と共に、強い磁束の回転磁界が再び発生することによって、ケージロータ130が再び回転する。
即ち、ステータ110の回転磁界により低慣性状態のマグネットユニット120が起動、回転すると共に同期化されて回転磁界を発生し、ケージロータ130にトルク発生のための磁束を供給することにより、ケージロータ130が回転する。
このとき、マグネットユニット120の極数とケージロータ130の内側と外側のマグネチックバリア201、202の極数とが同じに形成されるため、ケージロータ130は、スリップなしに、マグネットユニット120と同期速度で運転される。

周知のように、同期速度は120^*F/P(このとき、Fは電源周波数[Hz]、Pは極数)で示され、電源周波数が一定であると、同期速度は極数により決定される。従って、ステータ110の極数とマグネットユニット120の極数とが同じであるため、マグネットユニット120はステータ110に同期し、マグネットユニット120の極数とケージロータ130の内側及び外側マグネチックバリア201、202の極数とが同じに形成されるため、ケージロータ130はマグネットユニット120に同期する。

図4は回転数（ＲＰＭ）及びトルクに対するマグネットユニットとケージロータとの同期運転を説明するグラフで、図示のように、細い実線はケージロータを示し、点線は回転軸の負荷を示し、太い実線はマグネットユニットとケージロータとの同期運転を示したものである。
図４によると、ケージロータ及び回転軸の回転数が同期速度地点aに達すると、負荷に関係なく、a地点の垂直線上で常に回転数が一定に維持され、同期運転することが分る。

図5は運転時間及び回転数（ＲＰＭ）に対するマグネットユニットとケージロータとの同期運転を説明するグラフで、図示のように、細い実線はケージロータを示し、太い実線はマグネットユニットを示したものである。
図5によると、初期時点bまではケージロータとマグネットユニット間の回転数が異なってスリップが発生するが、ある時点c以後には、ケージロータとマグネットユニット間の回転数が同じになることが分る。
即ち、ケージロータとマグネットユニットとが同期速度で回転して同期運転をするため、スリップが発生することなく、従って、２次電流損失が発生せず、低騷音運転及び高効率運転が可能になる。

図6は本発明に係るラインスタートリラクタンス同期電動機のケージロータの他の実施形態を示した縦断面図で、図示のように、ケージロータ330の内側に複数の内側マグネチックバリア301が円弧状に形成される。
また、内側マグネチックバリア301は、マグネットユニット320の極数と同じに形成される。

図7は本発明に係るラインスタートリラクタンス同期電動機のケージロータの更に別の実施形態を示した縦断面図で、図示のように、ケージロータ430の外側円周面に複数の外側マグネチックバリア402が形成される。
また、外側マグネチックバリア402は、所定間隔を有して楔状に形成され、マグネットユニット420の極数と同じに形成される。
また、上記の各外側マグネチックバリア402間には、突出部403が突出して形成される。

本発明に係るラインスタートリラクタンス同期電動機を示した縦断面図である。 図1のIV-IV線断面図である。 図2の要部抜粋図である。 回転数及びトルクに対するマグネットユニットとケージロータとの同期運転を説明するグラフを示す図である。 運転時間及び回転数に対するマグネットユニットとケージロータとの同期運転を説明するグラフを示す図である。 本発明に係るラインスタートリラクタンス同期電動機のケージロータの他の実施形態を示した縦断面図である。 本発明に係るラインスタートリラクタンス同期電動機のケージロータの更に別の実施形態を示した縦断面図である。 従来の誘導電動機を示した縦断面図である。 図8のII-II線断面図である。

符号の説明

101…電動機本体
110…ステータ
113…主コイル
114…サブコイル
115…ケージバー
120…マグネットユニット
130…ケージロータ
201…内側マグネチックバリア
202…外側マグネチックバリア
203…突出部

Claims (7)

1. 主コイル及びサブコイルが巻線されて、電動機本体の内周面に装着された単相のステータと、
   該ステータとエアーギャップを維持するように、前記ステータの内周面に沿って回転自在に装着され、複数の極を有するマグネットユニットと、
   該マグネットユニットの内周面に沿って回転されるように、中心部に回転軸が形成され、外側面に前記マグネットユニットの極数と同じ極数を有するように所定間隔で複数のマグネチックバリアが形成され、前記各マグネチックバリア間には突出部が形成され、前記突出部にはケージバーが装着されたケージロータと、
   を含んで構成されることを特徴とするラインスタートリラクタンス同期電動機。
2. 主コイル及びサブコイルが巻線されて、電動機本体の内周面に装着された単相のステータと、
   該ステータとエアーギャップを維持するように、前記ステータの内周面に沿って回転自在に装着され、複数の極を有するマグネットユニットと、
   該マグネットユニットの内周面に沿って回転するように、中心部に回転軸が形成され、周辺部にケージバーが装着され、内側面に前記マグネットユニットの極数と同じ極数を有するように所定間隔で複数のマグネチックバリアが形成されたケージロータと、
   を含んで構成されることを特徴とするラインスタートリラクタンス同期電動機。
3. 前記マグネチックバリアは、円弧状に形成されることを特徴とする請求項２に記載のラインスタートリラクタンス同期電動機。
4. 前記マグネチックバリアは、前記ケージロータの円周方向に行くほど漸次大きくなることを特徴とする請求項３に記載のラインスタートリラクタンス同期電動機。
5. 主コイル及びサブコイルが巻線されて、電動機本体の内周面に装着された単相のステータと、
   該ステータとエアーギャップを維持するように、前記ステータの内周面に沿って回転自在に装着され、複数の極を有するマグネットユニットと、
   該マグネットユニットの内周面に沿って回転されるように、中心部に回転軸が形成され、外側面に前記マグネットユニットの極数と同じ極数を有するように所定間隔で複数の外側マグネチックバリアが形成され、前記各外側マグネチックバリア間には突出部が形成され、前記突出部にはケージバーが装着され、内側面に前記マグネットユニットの極数と同じ極数を有するように所定間隔で複数の内側マグネチックバリアが形成されたケージロータと、を含んで構成されることを特徴とするラインスタートリラクタンス同期電動機。
6. 前記内側マグネチックバリアは、円弧状に形成されることを特徴とする請求項５に記載のラインスタートリラクタンス同期電動機。
7. 前記内側マグネチックバリアは、前記ケージロータの円周方向に行くほど漸次大きくなることを特徴とする請求項５に記載のラインスタートリラクタンス同期電動機。

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