JP5446293B2 - 可変特性電動機 - Google Patents
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この可変特性電動機は、高速回転時に顕著となる誘起電圧を低減させるため、高速回転時に磁路を磁性材プレートにより短絡させて上記の界磁磁束を低減させるようになし、これにより、高回転時の誘起電圧を抑制し得るようにしたものである。
これにより上記従来のレイアウトに関する不利を解消し得るようになすことを目的とする。
電機子鉄心およびこれに巻き付けた電機子巻線より成る電機子と、界磁鉄心に極性の異なる永久磁石を交互に設けて成る界磁子とで構成され、これら電機子および界磁子間に閉路状に形成された界磁磁束により駆動される電動機において、
前記電機子および界磁子との共働により少なくとも2個の閉路状補助磁束を発生する補助磁石を設け、
これら補助磁束のうち、一の補助磁束が磁気飽和を緩和すると共に他の補助磁束が前記界磁磁束に対し順方向のものとなるような第1状態と、前記一の補助磁束が磁気飽和し易くすると共に前記他の補助磁束が前記界磁磁束に対し逆方向のものとなるような第2状態との間で、前記補助磁石を状態変化させるよう構成し、
前記界磁子上の永久磁石で構成される主磁石を二列1組とし、前記補助磁石を前記主磁石列間に配置して、前記第1状態または第2状態を得るよう構成したことを特徴とするものである。
高速駆動から低速駆動への移行で誘起電圧の抑制が不要となって、そのための特性変更用に、二列1組の主磁石列間に配置した補助磁石を第2状態から第1状態へ状態変化させるとき、
前記他の補助磁束が界磁磁束に対し逆方向から順方向へと切り替わることで、界磁磁束を補助磁束分だけ増大させることとなり、
かかる界磁磁束の増大で電動機の出力を増大させ得て、電動機がレイアウト的に不利になることがなく、前記した従来の電動機が抱えていた問題を解消することができる。
<第1実施例の構成>
図1は、リニアモータまたは回転電機として構成可能な本発明の第1実施例になる可変特性電動機の斜視図で、図2,3はそれぞれ、図1の可変特性電動機の低回転時における状態および高回転時における状態を示す。
図1に示すように、本実施例の可変特性電動機を固定の電機子1および可動の界磁子2で構成する。
界磁子2は、二列1組の永久磁石列5,6を具え、これら永久磁石列5,6をそれぞれ図2(a)および図3(a)に示すごとく、N極の主磁石5a,6aとS極の主磁石5b,6bとの交互配列により構成する。
この交互配列に際しては、N極の主磁石5aとS極の主磁石6bとが相互に向かい合い、S極の主磁石5b とN極の主磁石6aとが相互に向かい合うよう配列する。
図2(b)および図3(b)に示すごとく、主磁石5a,5bの交互配列になる永久磁石列5は、コ字状電機子鉄心3の一方の脚部列に所定のエアギャップを持たせて対向配置し、界磁鉄心7に取着する。
また同じく図2(b)および図3(b)に示すように、主磁石6a,6bの交互配列になる永久磁石列6は、コ字状電機子鉄心3の他方の脚部列に所定のエアギャップを持たせて対向配置し、界磁鉄心8に取着する。
補助磁石列11は、図2(a)および図3(a)に示すごとく、N極の永久磁石11aとS極の永久磁石11bとの交互配列により構成する。
補助磁石列12も、同じく図2(a)および図3(a)に示すごとく、N極の永久磁石12aとS極の永久磁石12bとの交互配列により構成する。
この鉄心ロッド13は、補助磁石列11,12を伴い永久磁石列5,6間の隙間内で、永久磁石列5,6に対し相対的にストローク可能とし、
図2(a)に示す低回転用の第1位置(第1状態)と、図3(a)に示す高回転用の第2位置(第2状態)との間で位置切り替え(状態変化)されるものとする。
図3(a)に示す高回転用の第2位置(第2状態)では、N極の補助磁石11a,12aがS極の主磁石5b,6bに対向すると共に、S極の補助磁石11b,12bがN極の主磁石5a,6aに対向するものとする。
上記した第1実施例になる可変特性電動機の作用を以下に説明する。
本実施例においては、電機子1の巻線3への通電により、電機子1および界磁子2間に図2(b)、図3(b)および図4,5に示すごとく閉路状の界磁磁束αが発生し、これにより界磁子2が駆動される。
他方で低回転時は誘起電圧が大きくならないことから、この誘起電圧を低減させる必要がなくて、磁気抵抗の小さな特性で電動機を動作させるのが良い。
これにより補助磁石列11,12は、電機子1および界磁子2との共働により、図2(b)および図4に示すごとく2個の閉路状補助磁束β1,β2を発生する。
以上により低回転時は、磁気抵抗が小さく、効率の良い大きな出力で電動機を動作させることができ、電動機がレイアウト的に不利になることがなく、前記した従来の電動機が抱えていた問題を解消することができる。
これにより補助磁石列11,12は、電機子1および界磁子2との共働により、図3(b)および図5に示すごとく2個の閉路状補助磁束β3,β4を発生する。
以上により高回転時は、磁気抵抗の大きな低出力特性で電動機を動作させることとなり、当該高回転時に大きくなる誘起電圧を抑制して、電動機の効率が低下するのを回避することができる。
ここで、上記した可変特性電動機における界磁子2の変形例について、図6を参照しつつ以下に詳述するに、
界磁子鉄心7,8に対する主磁石列5,6の配置は、主磁石列5,6を界磁子鉄心7,8から露出することのないよう界磁子鉄心7,8内に埋め込む型式の埋め込み配置とし、
鉄心ロッド13に対する補助磁石列11,12の配置は、補助磁石列11,12が鉄心ロッド13から露出するよう鉄心ロッド13に対し取着する表面配置とする。
図7において、A1は、主磁石列5,6を同図の直下に図示するごとく界磁子鉄心7,8に表面配置し、補助磁石列11,12を設けなかった(低回転時と高回転時とで特性を可変にしなかった)場合における界磁磁束の大きさΨを示す。
鉄心ロッド13に対する補助磁石列11,12の配置は、補助磁石列11,12が鉄心ロッド13から露出するよう鉄心ロッド13に対し取着する表面配置とするのがよい。
図8は、本発明の第2実施例を示し、本実施例では補助磁石11,12の一部を、界磁子2の鉄心により鍔状の梁で係止する。
かかる補助磁石11,12の一部係止によれば、補助磁石11,12が飛散するのを防止することができる。
図9は、本発明の第3実施例になる可変特性電動機を示し、本実施例はこの可変特性電動機を可変特性回転電機として構成したものである。
このため、電機子1を円筒状のステータとして構成し、界磁子2を円形のロータとして構成し、円形ロータ(界磁子)2を円筒ステータ(電機子)1内に同心に配置して、この円筒ステータ(電機子)1内に回転自在に支持する。
なおこの場合、主磁石列5,6による磁路は回転軸線に直角な面内に形成される。
図10および図11は、本発明の第4実施例になる可変特性電動機を示し、本実施例もこの可変特性電動機を可変特性回転電機として構成したものである。
ただし電機子1は、電機子鉄心3を図11に明示するごとく円周方向に配列し、これら電機子鉄心3に電機子巻線4を巻き付けた、円筒状ステータとして構成する。
かかる円形ロータ(界磁子)2を図10に示すとおり、円筒ステータ(電機子)1内に同心に配置して、この円筒ステータ(電機子)1内に回転自在に支持する。
なおこの場合、主磁石列5,6による磁路は回転軸線を含む面内に形成される。
図12は、本発明の第5実施例になる可変特性電動機を示し、本実施例においては、基本的に図10,11の第4実施例と同様な構成とするが、
界磁子2の主磁石列5,6を成す永久磁石5a,5b間、および6a,6b間に(図12では、永久磁石6a,6bのみが見えている)、磁路を遮断する隙間21を設定する。
なおこの隙間21に、非磁性部材を設けてもよい。
図13は、本発明の第6実施例になる可変特性電動機を示し、本実施例においては、基本的に図12の第5実施例と同様な構成とするが、
主磁石列5,6間に補助磁石列11,12を円周方向相対変位可能に介在させ、この補助磁石列11,12の位置を低回転時と高回転時とで切り替えることで、前記した実施例と同様な作用効果が得られるようにする。
図14は、本発明の第7実施例になる可変特性電動機を示し、本実施例においては、基本的に図1〜3の第1実施例と同様に構成するが、
界磁子2の主磁石列5,6間に設ける補助磁石列を、第1実施例のように永久磁石列11,12で構成する代わりに、電磁石31で構成する。
従って、電磁石31を変位させる必要がなく、これを主磁石列5,6に一体化させることができて、構成の簡易化を図ることができる。
かかる空心電磁石31によれば、図15(a)の低回転時と同図(b)の高回転時とで電磁石31に流れる電流の方向を逆転させることにより得られる上記の特性変更作用を一層確実なものとなし得る。
2 界磁子
3 電機子鉄心
4 電機子巻線
5,6 主磁石列
5a,6a N極永久磁石
5b,6b S極永久磁石
7,8 界磁鉄心
11,12 補助磁石列
11a,12a N極永久磁石
11b,12b S極永久磁石
13 鉄心ロッド
21 空隙
31 電磁石
32 空洞
Claims (3)
- 電機子鉄心およびこれに巻き付けた電機子巻線より成る電機子と、界磁鉄心に極性の異なる永久磁石を交互に設けて成る界磁子とで構成され、これら電機子および界磁子間に閉路状に形成された界磁磁束により駆動される電動機において、
前記電機子および界磁子との共働により少なくとも2個の閉路状補助磁束を発生する補助磁石を設け、
これら補助磁束のうち、一の補助磁束が磁気飽和を緩和すると共に他の補助磁束が前記界磁磁束に対し順方向のものとなるような第1状態と、前記一の補助磁束が磁気飽和し易くすると共に前記他の補助磁束が前記界磁磁束に対し逆方向のものとなるような第2状態との間で、前記補助磁石を状態変化させるよう構成し、
前記界磁子上の永久磁石で構成される主磁石を二列1組とし、前記補助磁石を前記主磁石列間に配置して、前記第1状態または第2状態を得るよう構成したことを特徴とする可変特性電動機。 - 請求項1に記載の可変特性電動機において、
前記補助磁石を二列1組とし、これら補助磁石列を一体的に前記主磁石列間で変位させて、前記第1状態または第2状態を得るよう構成したことを特徴とする可変特性電動機。 - 請求項2に記載の可変特性電動機において、
前記主磁石は、前記界磁子鉄心に埋め込み配置し、前記補助磁石は表面配置したものであることを特徴とする可変特性電動機。
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