JP5399067B2 - 電動機 - Google Patents
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Description
本発明は電動機(電気式モータ、electric motor)に関する。
同期モータは、誘導モータおよびDCモータを凌ぐ本質的な利点を有する。同期モータにおいて、回転子のスピードは、同期モータに電力を供給するシステムの周波数に正確に比例する。したがって、同期モータはさらに、リーデング・パワー・ファクター(leading power factor) において、(一定の供給周波数に関して)一定のスピードで動作すると言う事実によって特徴づけられ、低い始動電流を持つ。そのようなモータの効率は一般的に、他の形式の電気式モータの効率よりも高い。
スリップ・リングとブラシとがブラシレス同期モータにおいては削除されているが、ACブラシレス励磁機の構成は依然として、付加的な価格、スペースおよび複雑さを意味している。
本発明の観点によれば、下記を有する電動機(電気モータ、electric motor)が提供される。
当該電動機は、1または複数の固定子巻線を形成するように配設された固定子巻線を有する固定子と、前記固定子内に配設される、凸極形状の回転子とを有する回転子装置と、制御手段とを有する。
前記回転子装置において、
前記回転子が空隙によって前記固定子から分離されており、
前記回転子は、前記回転子装置が当該回転子と前記固定子との間の空隙を通るより高いまたはより低いリラクタンスのパスを規定するような形状に形成され且つ構成されており、かつ、前記回転子はさらに当該回転子の凸極形状部分の周りに界磁巻線をさらに有し、
前記界磁巻線が少なくとも1つの極ペアを形成するように構成されており、前記界磁巻線は選択的に動作する電気的なスイッチに終端しており、
当該スイッチは、当該スイッチに印加された逆バイアス電圧が前記界磁巻線をオープン回路にするように前記界磁巻線に印加される電流の連続性を決定する。
前記制御手段は、誘導を介して、付勢された固定子巻線に、前記スイッチに印加された逆バイアス電圧を印加するように、低いリラクタンスのパスを介して前記界磁巻線に結合されている前記固定子巻線に電圧を印加することにより前記界磁巻線の磁化を調整するように構成されており、この逆バイアス電圧が前記界磁巻線内の電流の流れを妨げるが、前記固定子巻線に印加された電圧が前記回転子内の磁束密度を高め、
それから当該制御手段は、一旦、前記回転子内の所定の磁束密度に到達すると前記印加電圧を除去し、それにより、当該除去された前記印加電圧が前記スイッチに印加される順バイアス電圧に対して逆電圧を誘導して前記界磁巻線内を電流が流れることを可能にし、当該電流は前記回転子内の磁束密度の分布が崩壊されることを防止し、
前記制御手段はさらに、前記界磁巻線を付勢の対象ではない他の固定子巻線に電圧を印加することにより当該電動機内のトルクの発生を調整するように構成されており、所定のタイミングにおいて、ある固定子巻線が前記界磁巻線を磁化するのに利用可能であるが、他の単数の固定子巻線および/または複数の固定子巻線はトルクの発生に応答し、その結果、前記回転子の回転中において、全ての固定子巻線がトルクを発生し、前記回転子の界磁巻線の磁化を調整する機能を交互に行う。
このことは、もはや、たとえば、現存する誘導モータにおける場合と同様な、磁化電流を連続的に供給し、かつ、トルク電流を連続的に供給する固定子巻線を必要としない。
さて、本発明は、添付した図面に関連づけた、制限のない例示によって、記述される。
同様に、電機子位相12.2に印加される電流はd軸の方向において磁界を生成するであろう。q軸におけるより大きなリラクタンスに依存して、d軸方向における磁界はq軸における磁界よりかなりの程度大きな値であろう。
電機子巻線12.2が界磁巻線17と直交しているとき、相互に直交しているそれぞれの巻線の中心軸に依存する、変圧器の作用(動作)は存在しない。
電機子位相12.2の中心軸が回転子によってd軸と整列されているとき、完全な1サイクル回転において、回転子14に2つの位置が存在する。
di=dt×(v/L)…(2)
ただし、
vは、ボルト表記(V)の印加電圧であり、
Lは、ヘンリー(H)表記の一次インダクタンスであり、
diは、アンペア表記(A)の電流の変化であり、
dtは、秒表記(s)の時間の変化である。
回転子14に磁気的な「チャージ(charge) 」を付与するため、直接軸dの回転子14が、電機子位相12.1または12.2の中心軸を通過して、中心軸に瞬間的に整列するときはいつでも、制御手段または電力駆動型電子回路(図示せず)は、正しい極性の電圧を特定の電機子位相12.1または12.2に短時間(briefly)印加する。
しかしながら、フライバック変圧器においては、エネルギーが一次巻線から抵抗性負荷に接続されている固定の二次巻線に連続的に移送されるが、この電動機10においては、フライバック原理は、回転子を回転させることに関連している(in a relative)磁束密度を維持するために用いられている。
磁界内の導体を運び、かつ、磁界と直交する、電流に基づいて生成されるトルクは、ローレンツの力の式によって与えられる。
ただし、
Fは、ニュートン(N)で表記する力であり、
l(エル)は、メートル(M)で表記する導体の長さであり、
iは、アンペア(A)で表記する導体を流れる電流であり、
Bは、テスラ(T)で表記する磁束密度である。
ただし、
rは、回転子の半径であり、
Tは、ニュートン・メートル(N・m)で表記するトルクであり、
Fは、ニュートン(N)で表記する力である。
固定子コア(鉄心)13を方位角的に(azimuthally)通過する磁束ライン19は、電機子位相12.2の導体を横切らないので、これらの導体は全く力を受けない。しかしながら、電機子位相12.1の導体は、固定子15から空隙を横切る回転子14まで横切る磁束ライン19に直交し、この磁束ライン19内に直接置かれているから、その導体は式(4)に基づくトルクを経験する。
fraction of the time) である。回転子14の適切な位置の検出と電機子位相電流のフィードバックによって、マイクロプロセッサで制御される電力トランジスタは、位相の間に要求されるタイミングと電流の制御を遂行することができる。
Claims (11)
- 電動機であって、当該電動機は、
1または複数の固定子位相を形成するように配設された固定子巻線を有する固定子と、 前記固定子内に配設される、凸極形状の回転子とを有する回転子装置と、
制御手段と
を有し、
前記回転子装置において、
前記回転子が空隙によって前記固定子から分離されており、
前記回転子は、前記回転子装置が当該回転子と前記固定子との間の空隙を通るより高いまたはより低いリラクタンスのパスを規定するような形状に形成され且つ構成されており、かつ、前記回転子はさらに当該回転子の凸極形状部分の周りに界磁巻線をさらに有し、
前記界磁巻線が少なくとも1つの極ペアを形成するように構成されており、前記界磁巻線は選択的に動作する電気的なスイッチに終端しており、
当該スイッチは、当該スイッチに印加された逆バイアス電圧が前記界磁巻線をオープン回路にするように前記界磁巻線に印加される電流の連続性を決定し、
前記制御手段は、誘導を介して、付勢された固定子巻線に、前記スイッチに印加された逆バイアス電圧を印加するように、低いリラクタンスのパスを介して前記界磁巻線に結合されている前記固定子巻線に電圧を印加することにより前記界磁巻線の磁化を調整するように構成されており、この逆バイアス電圧が前記界磁巻線内の電流の流れを妨げるが、前記固定子巻線に印加された電圧が前記回転子内の磁束密度を高め、
それから当該制御手段は、一旦、前記回転子内の所定の磁束密度に到達すると前記印加電圧を除去し、それにより、当該除去された前記印加電圧が前記スイッチに印加される順バイアス電圧に対して逆電圧を誘導して前記界磁巻線内を電流が流れることを可能にし、当該電流は前記回転子内の磁束密度の分布が崩壊されることを防止し、
前記制御手段はさらに、前記界磁巻線を付勢の対象ではない他の固定子巻線に電圧を印加することにより当該電動機内のトルクの発生を調整するように構成されており、所定のタイミングにおいて、ある固定子巻線が前記界磁巻線を磁化するのに利用可能であるが、他の単数の固定子巻線および/または複数の固定子巻線はトルクの発生に応答し、その結果、前記回転子の回転中において、全ての固定子巻線がトルクを発生し、前記回転子の界磁巻線の磁化を調整する機能を交互に行う、
電動機。 - 前記選択的に動作するスイッチが、フリーホィール動作を行うダイオードを含む、
請求項1に記載の電動機。 - 前記選択的に動作するスイッチが、半導体・電子デバイスを含む、
請求項1に記載の電動機。 - 前記制御手段が、マイクロプロセッサを含む、
請求項1〜3のいずれかに記載の電動機。 - 前記制御手段が、前記固定子巻線に電圧を印加することを制御するための電子式スイッチを含む、
請求項1〜4のいずれかに記載の電動機。 - 前記制御手段が、正確な瞬間において、前記固定子巻線への電圧の印加を制御するように、前記固定子巻線と相対的に運動する前記回転子の位置を検出するセンサを含む、
請求項1〜5のいずれかに記載の電動機。 - 前記制御手段が、前記固定子巻線の電流と電圧特性から前記回転子の位置を決定するように構成されている、
請求項1〜5のいずれかに記載の電動機。 - 前記制御手段が、当該電動機の前記回転子の回転スピードに応じて前記回転子内の磁束密度を調整する、
請求項1〜7のいずれかに記載の電動機。 - 前記制御手段が、発電機として当該電動機を制御するように構成されている、
請求項1〜8のいずれかに記載の電動機。 - 前記固定子巻線が、前記界磁巻線を磁化させる、
請求項1〜9のいずれかに記載の電動機。 - 前記固定子巻線が、当該電動機内のトルクの発生に寄与する、
請求項1〜10のいずれかに記載の電動機。
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