JP6483300B1 - Synchronous reluctance motor - Google Patents
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Abstract
【課題】回転磁界の利用率を高めることで、従来よりも高いトルクを得ることが可能なシンクロナスリラクタンスモータを提供する。【解決手段】シンクロナスリラクタンスモータ１は、アキシャルギャップ型であり、出力軸３を中心に、ロータ突極４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄが周方向に等間隔で配設されたロータ４と、ロータ４と向き合うようにしてステータ突極５ａ，５ｂ，５ｃが周方向に等間隔で配設されたステータ５と、ステータ突極５ａ，５ｂ，５ｃを各々周回するように集中巻された巻線６ａ，６ｂ，６ｃを備えており、ロータ突極の数が２ｎ（ｎは２以上の自然数）、ステータ突極の数が６ｎ、且つ、巻線の相数が３であり、三相交流電流を通電する構成である。【選択図】図２To provide a synchronous reluctance motor capable of obtaining a higher torque than before by increasing the utilization of a rotating magnetic field. A synchronous reluctance motor 1 is of an axial gap type, and a rotor 4 having rotor salient poles 4a, 4b, 4c, 4d arranged at equal intervals in the circumferential direction around an output shaft 3, and a rotor The stator salient poles 5a, 5b, and 5c are arranged at equal intervals in the circumferential direction so as to face the stator 4, and the winding 6a that is concentratedly wound so as to go around the stator salient poles 5a, 5b, and 5c. 6b, 6c, the number of rotor salient poles is 2n (n is a natural number of 2 or more), the number of stator salient poles is 6n, the number of winding phases is 3, and a three-phase AC current is generated. It is the structure which supplies with electricity. [Selection] Figure 2
Description
本発明は、シンクロナスリラクタンスモータとその駆動方法に関する。 The present invention relates to a synchronous reluctance motor and a driving method thereof.
シンクロナスリラクタンスモータ（Synchronous Reluctance Synchronous Motor、略称はＳＲＳＭ）は、巻線が巻回されたステータ（固定子）と、強磁性の鉄芯等からなるロータ（回転子）とを備え、交流電源から正弦波電流を各相の前記巻線に各々通電することで生じるリラクタンストルクによって回転する構成である。特に、ロータとステータとの間の隙間がアキシャルギャップとなっている構成（アキシャルギャップ型）は、ロータとステータとの間の隙間がラジアルギャップとなっている構成（ラジアルギャップ型）と比較して空間利用率を高められるため、駆動トルクを２倍程度にできるという特徴がある。 Synchronous Reluctance Synchronous Motor (abbreviated as SRSM) includes a stator (stator) around which windings are wound and a rotor (rotor) made of a ferromagnetic iron core. In this configuration, a sine wave current is rotated by a reluctance torque generated by energizing the windings of each phase. In particular, the configuration in which the gap between the rotor and the stator is an axial gap (axial gap type) is compared with the configuration in which the gap between the rotor and the stator is a radial gap (radial gap type). Since the space utilization factor can be increased, there is a feature that the driving torque can be doubled.
従来のシンクロナスリラクタンスモータは、ステータのスロット数が６、ロータの突極数が４の３相６／４型が知られている。（特許文献１：特開平１１−２０６０８３号公報参照）。ここで、ステータのスロット数はステータの突極数と一致する。 A conventional synchronous reluctance motor is known as a three-phase 6/4 type having six stator slots and four rotor salient poles. (See Patent Document 1: Japanese Patent Laid-Open No. 11-206083). Here, the number of slots of the stator matches the number of salient poles of the stator.
特許文献１に記載の従来のシンクロナスリラクタンスモータは、回転磁界が利用されない領域が出来るため、トルクが低いという問題点がある。 The conventional synchronous reluctance motor described in Patent Document 1 has a problem that the torque is low because an area where a rotating magnetic field is not used is formed.
本発明は、上記事情に鑑みてなされ、従来のシンクロナスリラクタンスモータと比べて、回転磁界の利用率を高めることで、従来よりも高いトルクを得ることが可能なシンクロナスリラクタンスモータとその駆動方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and a synchronous reluctance motor capable of obtaining a higher torque than the conventional one by increasing the utilization rate of a rotating magnetic field as compared with a conventional synchronous reluctance motor and a driving method thereof. The purpose is to provide.
一実施形態として、以下に開示するような解決手段により、前記課題を解決する。 As an embodiment, the above-described problem is solved by a solution as disclosed below.
本発明のシンクロナスリラクタンスモータは、出力軸を中心にロータ突極が周方向に等間隔で配設されたロータと、前記出力軸を中心にステータ突極が周方向に等間隔で配設されたステータと、前記ステータ突極を各々周回するように集中巻された巻線とを備え、前記ロータと前記ステータとは、軸方向に対向配置されており、前記ロータと前記ステータとの間の隙間がアキシャルギャップとなっており、前記ロータ突極の数が２ｎ（ｎは２以上の自然数）、前記ステータ突極の数が６ｎ、且つ、前記巻線の相数が３であり、前記ステータ突極における隣り合う突極は、前記巻線の巻回方向が互いに逆向きとなっており、三相交流電流を通電する構成であり、前記ステータ突極は、軸方向に視て前記ロータ突極に重なってはみ出ない大きさであるとともに、前記ステータ突極の前記ロータ突極との対向面は、前記ロータ突極の前記ステータ突極との対向面に覆われる形状となっており、前記ロータ突極と前記ステータ突極とは平面視で扇形状となっており、前記ステータが２つ配設されており、前記ステータを挟んで軸方向の両側に前記ロータが２つ配設されており、前記ステータにおけるヨークは互いに背中合わせに接合されており、前記ロータと前記ステータとは、いずれも圧粉鉄心の成型体からなることを特徴とする。
前記ロータにおけるヨークと前記ロータにおける前記ロータ突極の径方向の側面との境界部は、軸と交差する方向の断面視にて円弧形状となるように肉盛されていることが好ましい。
The synchronous reluctance motor of the present invention has a rotor in which rotor salient poles are arranged at equal intervals in the circumferential direction around the output shaft, and stator salient poles are arranged at equal intervals in the circumferential direction around the output shaft. A stator and windings wound in a concentrated manner so as to circulate around the stator salient poles, and the rotor and the stator are arranged to face each other in the axial direction, and between the rotor and the stator. The gap is an axial gap, the number of rotor salient poles is 2n (n is a natural number of 2 or more), the number of stator salient poles is 6n, and the number of phases of the winding is 3, Adjacent salient poles in the salient poles have a configuration in which the winding directions of the windings are opposite to each other, and a three-phase alternating current is passed through the stator salient poles, and the stator salient poles are viewed in the axial direction. With a size that does not overlap the pole In addition, the surface of the stator salient pole facing the rotor salient pole is covered with the surface of the rotor salient pole facing the stator salient pole, and the rotor salient pole and the stator salient pole Has a fan shape in plan view, and two stators are arranged, two rotors are arranged on both sides in the axial direction across the stator, and yokes in the stator are back to back The rotor and the stator are both formed of a compacted iron core .
It is preferable that the boundary between the yoke in the rotor and the radial side surface of the rotor salient pole in the rotor is built up so as to have an arc shape in a cross-sectional view in a direction intersecting the axis.
本発明によれば、アキシャルギャップ型とすることで空間利用率が高められるとともに、回転磁界の利用率が高められる構成となり、従来のシンクロナスリラクタンスモータよりも高いトルクを得ることができる。 According to the present invention, by using the axial gap type, the space utilization rate is increased and the utilization rate of the rotating magnetic field is increased, and a higher torque than that of the conventional synchronous reluctance motor can be obtained.
一例として、前記ロータ突極の数が４の場合、前記ステータ突極の数は１２となる。前記ロータ突極の数が６の場合、前記ステータ突極の数は１８となる。前記ロータ突極の数が８の場合、前記ステータ突極の数は２４となる。なお、前記ロータ突極の数と前記ステータ突極の数との比が１：３であれば、上記以外に、前記ロータ突極の数を８以上とすることも可能である。 As an example, when the number of rotor salient poles is 4, the number of stator salient poles is 12. When the number of rotor salient poles is 6, the number of stator salient poles is 18. When the number of rotor salient poles is 8, the number of stator salient poles is 24. If the ratio of the number of rotor salient poles to the number of stator salient poles is 1: 3, in addition to the above, the number of rotor salient poles can be 8 or more.
本発明のシンクロナスリラクタンスモータの駆動方法は、ロータにおけるロータ突極の数が２ｎ（ｎは２以上の自然数）、ステータにおけるステータ突極の数が６ｎ、且つ、巻線の相数が３であり、各前記ステータ突極における隣り合う突極は、前記巻線の巻回方向が互いに逆向きで集中巻され、前記ロータと前記ステータとの間の隙間がアキシャルギャップとなっているシンクロナスリラクタンスモータを駆動するに際し、三相交流電源から正弦波電流を前記巻線に各々通電して前記ステータ突極を励磁し、前記ステータ突極のうち励磁された第１突極と、前記ロータ突極のうち前記第１突極と対向配置された第２突極と、前記ロータ突極のうち前記ロータの所定回転方向の隣側に配設された第３突極と、前記ステータ突極のうち励磁され前記第３突極と対向配置された第４突極と、によって磁気回路を形成することを特徴とする。 In the method of driving a synchronous reluctance motor according to the present invention, the number of rotor salient poles in the rotor is 2n (n is a natural number of 2 or more), the number of stator salient poles in the stator is 6n, and the number of winding phases is 3. The adjacent salient poles in each stator salient pole are synchronously wound in which the winding directions of the windings are concentrated in opposite directions and the gap between the rotor and the stator is an axial gap. When driving the motor, a sine wave current is supplied to each of the windings from a three-phase AC power source to excite the stator salient poles, and the stator salient poles are excited with the first salient poles and the rotor salient poles. A second salient pole disposed opposite to the first salient pole, a third salient pole disposed on the rotor salient pole adjacent to the rotor in a predetermined rotation direction, and the stator salient pole. Excited Serial and third salient poles arranged to face the fourth salient pole, and forming a magnetic circuit by.
本発明によれば、空間利用率を高めたアキシャルギャップ型の三相モータであるシンクロナスリラクタンスモータにおいて、三相交流を各相の巻線に通電して回転磁界の利用率を高められるので、ロータ極数が同一の場合、従来技術のモータよりも大きな電力を投入して、従来よりも高いトルクを得ることができる。 According to the present invention, in the synchronous reluctance motor which is an axial gap type three-phase motor with an increased space utilization factor, the utilization factor of the rotating magnetic field can be increased by energizing the winding of each phase with a three-phase alternating current. When the number of rotor poles is the same, it is possible to obtain a torque higher than that of the prior art by supplying larger electric power than that of the conventional motor.
本発明によれば、空間利用率を高めるとともに、回転磁界の利用率を高めることができ、従来のシンクロナスリラクタンスモータよりも高いトルクを得ることが可能なアキシャルギャップ型のシンクロナスリラクタンスモータが実現できる。 According to the present invention, an axial gap type synchronous reluctance motor capable of increasing the space utilization factor and the utilization factor of the rotating magnetic field and obtaining higher torque than the conventional synchronous reluctance motor is realized. it can.
（第１の実施形態）
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳しく説明する。図１は第１の実施形態のアキシャルギャップ型のシンクロナスリラクタンスモータ１の例を示す概略の斜視図である。本実施形態のシンクロナスリラクタンスモータ１は、出力軸３（シャフト）の中心をＺ方向に通るＰ１−Ｐ１線を中心として、ロータ４とステータ５とが互いに向かい合って配設されている。
(First embodiment)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic perspective view showing an example of an axial gap type synchronous reluctance motor 1 according to the first embodiment. In the synchronous reluctance motor 1 of the present embodiment, a rotor 4 and a stator 5 are arranged facing each other around a P1-P1 line passing through the center of an output shaft 3 (shaft) in the Z direction.
ここで、シンクロナスリラクタンスモータ１の各部の位置関係を説明し易くするため、図中にＸ，Ｙ，Ｚの矢印で向きを示している。シンクロナスリラクタンスモータ１を実際に使用する際には、これらの向きに限定されず、どのような向きで使用しても支障ない。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。 Here, in order to make it easy to explain the positional relationship between the respective parts of the synchronous reluctance motor 1, directions are indicated by arrows of X, Y, and Z in the drawing. When the synchronous reluctance motor 1 is actually used, it is not limited to these directions, and any direction can be used. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof may be omitted.
一例として、ロータ４とステータ５とは、圧粉鉄心の成型体からなる。一例として、出力軸３は、鋼材からなる。ここで、圧粉鉄心は、破砕した鉄基材料を樹脂でコーティングし、それを圧力により成型したものであり、構造上、磁束が作用しても渦電流が発生しない特長がある。 As an example, the rotor 4 and the stator 5 are formed of a compacted iron core. As an example, the output shaft 3 is made of steel. Here, the dust core is obtained by coating a crushed iron base material with a resin and molding it by pressure, and has a feature that an eddy current does not occur even when a magnetic flux acts on the structure.
図２はアキシャルギャップ型のシンクロナスリラクタンスモータ１のII−II線断面図である。図３はＺ方向矢印の側のロータ４を示すIII−III線断面図である。図４はＺ方向矢印と反対側のステータ５を示すIＶ−IＶ線断面図である。この例では、ロータ４は、出力軸３のＰ１−Ｐ１線を中心としてロータ突極４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄが周方向に等間隔で配設されており、また、ステータ５は、出力軸３のＰ１−Ｐ１線を中心としてロータ４と向き合うようにしてステータ突極５ａ，５ｂ，５ｃが周方向に等間隔で配設されている。ロータ突極４ａとロータ突極４ｂとロータ突極４ｃとロータ突極４ｄとは、Ｐ１−Ｐ１線を中心に回転対称となる位置に配設されている。また、ステータ突極５ａとステータ突極５ｂとステータ突極５ｃとは、Ｐ１−Ｐ１線を中心に回転対称となる位置に配設されている。そして、ステータ突極５ａ，５ｂ，５ｃを各々周回するように集中巻された巻線６ａ，６ｂ，６ｃを備えている。 FIG. 2 is a cross-sectional view of the axial gap type synchronous reluctance motor 1 taken along the line II-II. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III showing the rotor 4 on the Z direction arrow side. FIG. 4 is a sectional view taken along the line IV-IV showing the stator 5 on the side opposite to the arrow in the Z direction. In this example, the rotor 4 has rotor salient poles 4a, 4b, 4c, 4d arranged at equal intervals in the circumferential direction around the P1-P1 line of the output shaft 3, and the stator 5 has an output shaft The stator salient poles 5a, 5b, 5c are arranged at equal intervals in the circumferential direction so as to face the rotor 4 around the P1-P1 line 3. The rotor salient pole 4a, the rotor salient pole 4b, the rotor salient pole 4c, and the rotor salient pole 4d are disposed at positions that are rotationally symmetric about the P1-P1 line. Further, the stator salient pole 5a, the stator salient pole 5b, and the stator salient pole 5c are arranged at positions that are rotationally symmetric about the P1-P1 line. And the winding 6a, 6b, 6c concentratedly wound so that the stator salient poles 5a, 5b, 5c may each circulate is provided.
図２に示すように、ロータ４におけるヨーク４１と、ステータ５におけるヨーク５１とは、軸方向に対向配置されている。 As shown in FIG. 2, the yoke 41 in the rotor 4 and the yoke 51 in the stator 5 are arranged to face each other in the axial direction.
図２の例では、ロータ４の外径と、ステータ５の外径とは等しい。または、ロータ４の外径は、ステータ５の外径の０．９７倍以上１．０３倍以内に設定される。 In the example of FIG. 2, the outer diameter of the rotor 4 and the outer diameter of the stator 5 are equal. Alternatively, the outer diameter of the rotor 4 is set to 0.97 times or more and 1.03 times or more of the outer diameter of the stator 5.
図３と図４の例では、ロータ４の極数は４であり、ステータ５の極数は１２であり、巻線相数は３である。ここで、ステータ５のスロット数はステータ５の突極数と一致する。 3 and 4, the number of poles of the rotor 4 is 4, the number of poles of the stator 5 is 12, and the number of winding phases is 3. Here, the number of slots of the stator 5 matches the number of salient poles of the stator 5.
ステータ突極５ａ，５ｂ，５ｃにおける隣り合う突極は、巻線６ａ，６ｂ，６ｃの巻回方向が互いに逆向きとなっている。例えば、ステータ突極５ａにおける巻線６ａの巻回方向と、ステータ突極５ｂにおける巻線６ｂとの巻回方向とは、逆向きとなっている。巻線６ａと巻線６ｃとの巻回方向についても同様であり、また、巻線６ｂと巻線６ｃとの巻回方向についても同様である。そして、各巻線６ａ，６ｂ，６ｃは、同一相は直列接続となっている。 The adjacent salient poles in the stator salient poles 5a, 5b, 5c have the winding directions of the windings 6a, 6b, 6c opposite to each other. For example, the winding direction of the winding 6a in the stator salient pole 5a and the winding direction of the winding 6b in the stator salient pole 5b are opposite to each other. The same applies to the winding direction of the winding 6a and the winding 6c, and the same applies to the winding direction of the winding 6b and the winding 6c. The windings 6a, 6b, and 6c are connected in series in the same phase.
図６に示すように、ロータ４におけるロータ突極４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄと、ステータ５におけるステータ突極５ａ，５ｂ，５ｃとには、軸方向に、所定の隙間Ｇ１が設けられている。この隙間Ｇ１はエアギャップであり、ロータ突極４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの軸方向の厚さの０．２倍以下、且つ、ステータ突極５ａ，５ｂ，５ｃの軸方向の厚さの０．２倍以下に設定される。これにより、十分な突極性を確保できる。 As shown in FIG. 6, a predetermined gap G <b> 1 is provided in the axial direction between the rotor salient poles 4 a, 4 b, 4 c, 4 d in the rotor 4 and the stator salient poles 5 a, 5 b, 5 c in the stator 5. . This gap G1 is an air gap, and is 0.2 times or less the axial thickness of the rotor salient poles 4a, 4b, 4c, 4d, and 0% of the axial thickness of the stator salient poles 5a, 5b, 5c. Set to 2 times or less. Thereby, sufficient saliency can be ensured.
図４に示すように、ステータ突極５ａとステータ突極５ｂとの極間、ステータ突極５ａとステータ突極５ｃとの極間、および、ステータ突極５ｂとステータ突極５ｃとの極間は、ステータ極の径方向の辺が、互いに平行となっており、一定幅となっている。これにより、各巻線６ａ，６ｂ，６ｃの巻線スペースを確保している。 As shown in FIG. 4, between the stator salient pole 5a and the stator salient pole 5b, between the stator salient pole 5a and the stator salient pole 5c, and between the stator salient pole 5b and the stator salient pole 5c. The stator poles have radial sides that are parallel to each other and have a constant width. Thereby, the winding space of each coil | winding 6a, 6b, 6c is ensured.
図２〜図４において、Ｚ方向矢印の反対方向となる平面視にて、または、軸方向に視て、各ステータ突極５ａ，５ｂ，５ｃは、各ロータ突極４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄに重なる大きさであり、且つ、はみ出ない大きさである。つまり、平面視で、各ステータ突極５ａ，５ｂ，５ｃのＺ方向矢印の側の面（各ロータ突極４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄとの対向面）は、各ロータ突極４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄのＺ方向矢印と反対の側の面（各ステータ突極５ａ，５ｂ，５ｃとの対向面）に覆われる形状となっている。各ロータ突極４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄと、各ステータ突極５ａ，５ｂ，５ｃとは、平面視で、扇形状となっている。これにより、磁路を短くして回転磁界を効率よく発生させることができる。 2 to 4, the stator salient poles 5 a, 5 b, 5 c are respectively seen from the rotor salient poles 4 a, 4 b, 4 c, 4 d in a plan view opposite to the Z direction arrow or in the axial direction. It is a size that overlaps with and does not protrude. That is, in a plan view, the surface of each stator salient pole 5a, 5b, 5c on the Z direction arrow side (the surface facing each rotor salient pole 4a, 4b, 4c, 4d) is the rotor salient pole 4a, 4b, 4c and 4d have a shape covered with a surface opposite to the Z direction arrow (a surface facing each stator salient pole 5a, 5b, 5c). Each rotor salient pole 4a, 4b, 4c, 4d and each stator salient pole 5a, 5b, 5c are fan-shaped in plan view. Thereby, a magnetic path can be shortened and a rotating magnetic field can be generated efficiently.
図５Ａは図３のＶ−Ｖ線断面図であり、また、図５Ｂは図３のＶ−Ｖ線断面図の他の例である。ロータ４における各ロータ突極４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの径方向の側面と、ロータ４におけるヨーク４１との境界部４２は肉盛形状となっている。図５Ａの例では、境界部４２は、直角三角形状となるように肉盛されている。また、図５Ｂの例では、境界部４２は、円弧形状となるように肉盛されている。これにより、磁気抵抗を低減して回転磁界を効率よく発生させることができる。 5A is a cross-sectional view taken along the line VV of FIG. 3, and FIG. 5B is another example of the cross-sectional view taken along the line VV of FIG. A boundary portion 42 between the radial side surface of each of the rotor salient poles 4a, 4b, 4c, and 4d in the rotor 4 and the yoke 41 in the rotor 4 has a built-up shape. In the example of FIG. 5A, the boundary portion 42 is built up so as to have a right triangle shape. Moreover, in the example of FIG. 5B, the boundary part 42 is built up so that it may become circular arc shape. Thereby, magnetic resistance can be reduced and a rotating magnetic field can be generated efficiently.
図７は本実施形態のシンクロナスリラクタンスモータ１の各ステータ突極５ａ，５ｂ，５ｃにおける磁界強度を表形式で示す図である。ステータ５の極数は１２であり、便宜上、各ステータ突極５ａ，５ｂ，５ｃに順に対応する符号ｓ０１〜ｓ１２を付与している。各位相は、三相交流電流の周期（周波数）と対応しており、時間の経過に置き換えることができる。三相交流電流の電流値の変化は、磁界強度の変化と一対一で対応しており、ここでは、磁界強度の最大値を１．０として正規化して表している。三相交流電源は、１２０度ずつ位相をずらした正弦波電流が巻線６ａ，６ｂ，６ｃに各々通電される。通電によってステータ突極５ａ，５ｂ，５ｃは励磁される。図７に示すとおり、合成磁界の最大値（１．０若しくは１．０に近い値）は位相（時間）とともに、ステータ突極５ｃ（ｓ１２）→ステータ突極５ｂ（ｓ１１）→ステータ突極５ａ（ｓ１０）→ステータ突極５ｃ（ｓ０９）の位置若しくはその近傍で合成磁界が最大値となる位置に移動する。つまり、三相交流電流の周波数に合わせて合成磁界が回転する。よって、出力軸３が回転する。 FIG. 7 is a diagram showing the magnetic field strength in the stator salient poles 5a, 5b, 5c of the synchronous reluctance motor 1 of the present embodiment in a tabular form. The number of poles of the stator 5 is 12, and for convenience, reference numerals s01 to s12 corresponding to the stator salient poles 5a, 5b, and 5c are given in order. Each phase corresponds to the period (frequency) of the three-phase alternating current, and can be replaced with the passage of time. The change in the current value of the three-phase alternating current has a one-to-one correspondence with the change in the magnetic field strength. Here, the maximum value of the magnetic field strength is normalized as 1.0. In the three-phase AC power supply, sinusoidal currents whose phases are shifted by 120 degrees are energized in the windings 6a, 6b, and 6c, respectively. The stator salient poles 5a, 5b, 5c are excited by energization. As shown in FIG. 7, the maximum value (1.0 or a value close to 1.0) of the combined magnetic field is, together with the phase (time), the stator salient pole 5c (s12) → the stator salient pole 5b (s11) → the stator salient pole 5a. (S10) → Moves to the position where the combined magnetic field reaches the maximum value at or near the position of the stator salient pole 5c (s09). That is, the combined magnetic field rotates in accordance with the frequency of the three-phase alternating current. Therefore, the output shaft 3 rotates.
三相交流電源と巻線６ａ，６ｂ，６ｃとの結線は、既知のデルタ結線、または既知のスター結線が適用できる。 As a connection between the three-phase AC power source and the windings 6a, 6b, and 6c, a known delta connection or a known star connection can be applied.
図６は本実施形態のシンクロナスリラクタンスモータ１におけるロータ４とステータ５との互いの関係を模式的に示す縦断面図である。図６の例では、通電によって、ステータ突極５ａ，５ｂ，５ｃのうち励磁されたステータ突極５ａ（第１突極）と、ロータ突極４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄのうちステータ突極５ａ（第１突極）と対向配置されたロータ突極４ａ（第２突極）と、ロータ突極４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄのうちロータ４の所定回転方向の隣側に配設されたロータ突極４ｂ（第３突極）と、ステータ突極５ａ，５ｂ，５ｃのうち励磁されロータ突極４ｂ（第３突極）と対向配置されたステータ突極５ｂ（第４突極）と、によって磁気回路Ｍ１が形成される。ロータ突極４ｂおよびロータ突極４ｃ、ロータ突極４ｃおよびロータ突極４ａ、についても同様である。 FIG. 6 is a longitudinal sectional view schematically showing the mutual relationship between the rotor 4 and the stator 5 in the synchronous reluctance motor 1 of the present embodiment. In the example of FIG. 6, the stator salient pole 5a (first salient pole) excited among the stator salient poles 5a, 5b, and 5c by energization and the stator salient pole 5a among the rotor salient poles 4a, 4b, 4c, and 4d. The rotor salient pole 4a (second salient pole) arranged opposite to the (first salient pole) and the rotor arranged on the rotor salient pole 4a, 4b, 4c, 4d adjacent to the rotor 4 in the predetermined rotational direction. A salient pole 4b (third salient pole) and a stator salient pole 5b (fourth salient pole) that is excited and arranged opposite to the rotor salient pole 4b (third salient pole) among the stator salient poles 5a, 5b, 5c; Thus, the magnetic circuit M1 is formed. The same applies to the rotor salient pole 4b and the rotor salient pole 4c, and the rotor salient pole 4c and the rotor salient pole 4a.
この構成によれば、アキシャルギャップ型とすることで空間利用率を高めるとともに、回転磁界の利用率を高めることができ、従来のシンクロナスリラクタンスモータよりも高いトルクを得ることが可能な構成となる。 According to this configuration, it is possible to increase the space utilization rate and increase the utilization rate of the rotating magnetic field by adopting the axial gap type, and to obtain a higher torque than that of the conventional synchronous reluctance motor. .
上記の例では、ロータ４の極数を４とし、ステータ５の極数を１２としている。上記以外の例としては、例えば、ロータ４の極数を６とし、ステータ５の極数を１８とする場合がある。また例えば、ロータ４の極数を８とし、ステータ５の極数を２４とする場合がある。なお、ロータ４の極数とステータ５の極数との比が１：３であれば、上記以外の構成とすることも可能である。 In the above example, the number of poles of the rotor 4 is 4, and the number of poles of the stator 5 is 12. As an example other than the above, for example, the number of poles of the rotor 4 may be 6 and the number of poles of the stator 5 may be 18. For example, the number of poles of the rotor 4 may be 8, and the number of poles of the stator 5 may be 24. If the ratio between the number of poles of the rotor 4 and the number of poles of the stator 5 is 1: 3, a configuration other than the above is possible.
図８と図９は、本実施形態のシンクロナスリラクタンスモータ１の他の例を模式的に示す縦断面図である。これらの例は、アウターロータ型となっており、ここでは、ステータ５を挟んで軸方向の両側に、ロータ４が２つ配設されている構成である。２つのロータ４のロータ突極４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは、ステータ５を間にして、互いに向かい合う位置に配設されている。これらの構成について、以下に説明する。 FIGS. 8 and 9 are longitudinal sectional views schematically showing another example of the synchronous reluctance motor 1 of the present embodiment. These examples are of the outer rotor type, and in this example, two rotors 4 are disposed on both sides in the axial direction with the stator 5 interposed therebetween. The rotor salient poles 4a, 4b, 4c, 4d of the two rotors 4 are disposed at positions facing each other with the stator 5 in between. These configurations will be described below.
図８は、出力軸３の中心に対して図６の構成を反転させたものを、図６の構成と合体させた構成となっており、２つのステータ５のヨーク５１を互いに背中合わせに接合したものである。ロータ４とステータ５とは、圧粉鉄心の成型体からなる。通電によって、各ヨーク５１を同じ方向に向かう磁気回路Ｍ１が形成される。この構成によれば、２つのステータ５に対して、別々に電力投入できるので、図６の構成の２倍の出力にすることができる。また、筐体は１つでよいので、図６の構成よりも容積率が高くなる。なお、ステータ５のヨーク５１は一体構造体とする場合がある。また、上記の例はアウターロータ型となっているが、この例に限られず、インナーロータ型とすることも可能である。 FIG. 8 shows a configuration in which the configuration of FIG. 6 is inverted with respect to the center of the output shaft 3 and is combined with the configuration of FIG. 6, and the yokes 51 of the two stators 5 are joined back to back. Is. The rotor 4 and the stator 5 are formed of a compacted iron core. By energization, a magnetic circuit M <b> 1 is formed that faces each yoke 51 in the same direction. According to this configuration, the two stators 5 can be powered separately, so that the output can be double that of the configuration of FIG. Further, since only one housing is required, the volume ratio is higher than that of the configuration of FIG. Note that the yoke 51 of the stator 5 may be an integral structure. Moreover, although the above example is an outer rotor type, it is not limited to this example, and an inner rotor type can also be used.
図９は、図８の構成からヨーク５１を省いて、各ステータ突極５ａ，５ｂ，５ｃを同相となるように組み合わせて一体構造体としたものである。ロータ４は、圧粉鉄心の成型体からなる。ステータ５は、圧粉鉄心の成型体、若しくは無方向性の電磁鋼板からなる。通電によって、各ヨーク４１を互いに逆向きとなる方向に向かう磁気回路Ｍ１が形成される。この構成によれば、ヨーク５１を省いたことで、磁気回路Ｍ１の磁路が大幅に短くなり、回転磁界の利用率を高めることができる。また、巻線６ａ，６ｂ，６ｃの巻回数を減らすことができる。よって、部品コストを大幅に削減できる。この構成では、電力投入は、図６の構成の場合と同じになるので、原理上、トルクは大きくなる反面、出力は変化しない。よって、回転数が比較的小さくて大きなトルクを必要とする洗濯機等のモータ用途に適している。なお、上記の例はアウターロータ型となっているが、この例に限られず、インナーロータ型とすることも可能である。 FIG. 9 is a structure in which the yoke 51 is omitted from the configuration of FIG. 8 and the stator salient poles 5a, 5b, 5c are combined so as to have the same phase. The rotor 4 is formed of a compacted iron core. The stator 5 is made of a compacted iron core or a non-oriented electrical steel sheet. By energization, a magnetic circuit M1 is formed in which the yokes 41 are directed in opposite directions. According to this configuration, by omitting the yoke 51, the magnetic path of the magnetic circuit M1 is significantly shortened, and the utilization factor of the rotating magnetic field can be increased. Further, the number of windings of the windings 6a, 6b, 6c can be reduced. Therefore, the part cost can be greatly reduced. In this configuration, the power input is the same as in the configuration of FIG. 6, and thus the torque increases in principle, but the output does not change. Therefore, it is suitable for a motor application such as a washing machine that requires a relatively small rotational speed and a large torque. In addition, although said example is an outer rotor type | mold, it is not restricted to this example, It can also be set as an inner rotor type | mold.
（第２の実施形態）
第２の実施形態のアキシャルギャップ型のシンクロナスリラクタンスモータ１は、ロータ４の極間に永久磁石７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄが配設されている構成である。図１０と図１１とに示すように、第２の実施形態は、出力軸３を中心にロータ突極４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄが周方向に等間隔で配設されているとともに、出力軸３を中心に永久磁石７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄが周方向に等間隔で配設されている。図１０の例では、ロータ突極４ａ、永久磁石７ｂ、ロータ突極４ｂ、永久磁石７ｃ、ロータ突極４ｃ、永久磁石７ｄ、ロータ突極４ｄ、永久磁石７ａ、の順に周方向に配設されている。ステータ５におけるステータ突極５ａ，５ｂ，５ｃと巻線６ａ，６ｂ，６ｃとの配置構成は、図４と同様である。第２の実施形態では、既に説明した第１の実施形態と相違する点を中心に説明する。
(Second Embodiment)
The axial gap type synchronous reluctance motor 1 of the second embodiment has a configuration in which permanent magnets 7 a, 7 b, 7 c, 7 d are disposed between the poles of the rotor 4. As shown in FIGS. 10 and 11, in the second embodiment, the rotor salient poles 4a, 4b, 4c, and 4d are arranged at equal intervals in the circumferential direction around the output shaft 3, and the output shaft 3, permanent magnets 7a, 7b, 7c, 7d are arranged at equal intervals in the circumferential direction. In the example of FIG. 10, the rotor salient pole 4a, the permanent magnet 7b, the rotor salient pole 4b, the permanent magnet 7c, the rotor salient pole 4c, the permanent magnet 7d, the rotor salient pole 4d, and the permanent magnet 7a are arranged in the circumferential direction in this order. ing. The arrangement configuration of the stator salient poles 5a, 5b, 5c and the windings 6a, 6b, 6c in the stator 5 is the same as in FIG. In the second embodiment, a description will be given focusing on differences from the first embodiment already described.
ロータ４において周方向に隣り合う永久磁石７ａと永久磁石７ｂとは、磁極の方向が互いに逆向きとなっている。永久磁石７ｂと永久磁石７ｃとについても同様に、磁極の方向が互いに逆向きとなっている。永久磁石７ｃと永久磁石７ｄとについても同様に、磁極の方向が互いに逆向きとなっている。永久磁石７ｄと永久磁石７ａとについても同様に、磁極の方向が互いに逆向きとなっている。 In the rotor 4, the permanent magnets 7 a and 7 b that are adjacent in the circumferential direction have magnetic poles in opposite directions. Similarly, the directions of the magnetic poles of the permanent magnet 7b and the permanent magnet 7c are opposite to each other. Similarly, the directions of the magnetic poles of the permanent magnet 7c and the permanent magnet 7d are opposite to each other. Similarly, the directions of the magnetic poles of the permanent magnet 7d and the permanent magnet 7a are opposite to each other.
図１１は図１０のＸＩ−ＸＩ線断面図である。永久磁石７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄは、接着剤による接着固定、ボルト固定、ネジ固定、その他既知の固定方法でヨーク４１に固定される。 11 is a cross-sectional view taken along line XI-XI in FIG. The permanent magnets 7a, 7b, 7c, and 7d are fixed to the yoke 41 by adhesive fixing using an adhesive, bolt fixing, screw fixing, and other known fixing methods.
永久磁石７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄの材質は、希土類磁石、ネオジム磁石、アルニコ磁石、合金磁石、またはフェライト磁石が適用される。一例として、永久磁石７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄをネオジム磁石とした場合、フェライト磁石とした場合に比べて、低速回転でのトルクが大きくなり、また、耐熱性に優れる。一方、高速回転時に発生する逆起電力を抑えるための弱め磁束制御を行う。一例として、永久磁石７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄをフェライト磁石とした場合、ネオジム磁石とした場合に比べて、高速回転時に発生する逆起電力が小さいので、弱め磁束制御等の特殊な制御は特段設けなくてもよい。 As the material of the permanent magnets 7a, 7b, 7c, 7d, rare earth magnets, neodymium magnets, alnico magnets, alloy magnets, or ferrite magnets are applied. As an example, when the permanent magnets 7a, 7b, 7c, and 7d are made of neodymium magnets, the torque at low speed rotation is increased and the heat resistance is excellent as compared with the case where ferrite magnets are used. On the other hand, flux-weakening control is performed to suppress the counter electromotive force generated during high-speed rotation. As an example, when permanent magnets 7a, 7b, 7c, and 7d are made of ferrite magnets, the back electromotive force generated during high-speed rotation is smaller than when neodymium magnets are used. It does not have to be provided.
図１２は第２の実施形態のシンクロナスリラクタンスモータ１を模式的に示す図であり、ロータ４およびステータ５を展開して示す図である。ステータ５の極数は１２であり、便宜上、各ステータ突極５ａ，５ｂ，５ｃに順に対応する符号ｓ０１〜ｓ１２を付与している。ここでは、磁界強度を下向き矢印で示す磁力Ｆ１，Ｆ５，Ｆ６，Ｆ７，Ｆ１１，Ｆ１２と、上向き矢印で示す磁力Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ８，Ｆ９，Ｆ１０とで表している。三相交流電源からの正弦波電流が巻線６ａ，６ｂ，６ｃに各々通電されると、通電によってステータ突極５ａ，５ｂ，５ｃは励磁される。 FIG. 12 is a diagram schematically showing the synchronous reluctance motor 1 of the second embodiment, and is a diagram showing the rotor 4 and the stator 5 in an expanded state. The number of poles of the stator 5 is 12, and for convenience, reference numerals s01 to s12 corresponding to the stator salient poles 5a, 5b, and 5c are given in order. Here, the magnetic field strength is represented by magnetic forces F1, F5, F6, F7, F11, and F12 indicated by downward arrows and magnetic forces F2, F3, F4, F8, F9, and F10 indicated by upward arrows. When the sine wave current from the three-phase AC power supply is energized to the windings 6a, 6b, and 6c, the stator salient poles 5a, 5b, and 5c are excited by energization.
ここで、永久磁石７ａは、ステータ突極ｓ０２およびステータ突極ｓ０３と反発し合うとともに、ステータ突極ｓ１１およびステータ突極ｓ１２と吸引し合う。同様に、永久磁石７ｂは、ステータ突極ｓ０５およびステータ突極ｓ０６と反発し合うとともに、ステータ突極ｓ０２およびステータ突極ｓ０３と吸引し合う。同様に、永久磁石７ｃは、ステータ突極ｓ０８およびステータ突極ｓ０９と反発し合うとともに、ステータ突極ｓ０５およびステータ突極ｓ０６と吸引し合う。同様に、永久磁石７ｄは、ステータ突極ｓ１１およびステータ突極ｓ１２と反発し合うとともに、ステータ突極ｓ０８およびステータ突極ｓ０９と吸引し合う。その結果、永久磁石７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄの磁力Ｆ１，Ｆ４，Ｆ７，Ｆ１０は、リラクタンストルクと同じ方向に作用し、シンクロナスリラクタンスモータ１のトルクを強める。したがって、第２の実施形態によれば、第１の実施形態よりも高いトルクを得ることが可能となる。或いは、巻線６ａ，６ｂ，６ｃの巻回数を第１の実施形態よりも減らすことができる。 Here, the permanent magnet 7a repels the stator salient pole s02 and the stator salient pole s03, and attracts the stator salient pole s11 and the stator salient pole s12. Similarly, the permanent magnet 7b repels the stator salient pole s05 and the stator salient pole s06 and attracts the stator salient pole s02 and the stator salient pole s03. Similarly, the permanent magnet 7c repels the stator salient pole s08 and the stator salient pole s09 and attracts the stator salient pole s05 and the stator salient pole s06. Similarly, the permanent magnet 7d repels the stator salient pole s11 and the stator salient pole s12, and attracts the stator salient pole s08 and the stator salient pole s09. As a result, the magnetic forces F1, F4, F7, and F10 of the permanent magnets 7a, 7b, 7c, and 7d act in the same direction as the reluctance torque, and the torque of the synchronous reluctance motor 1 is increased. Therefore, according to the second embodiment, it is possible to obtain a higher torque than in the first embodiment. Alternatively, the number of turns of the windings 6a, 6b, and 6c can be reduced as compared with the first embodiment.
図１０の例では、永久磁石７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄは平面視で、扇形状となっている。これに限定されず、永久磁石７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄは、出力軸３を中心に回転対称形状となっており、且つ、永久磁石７ａおよび永久磁石７ｃの磁極の方向と、永久磁石７ｂおよび永久磁石７ｄの磁極の方向とが互いに逆向きとなっていればよい。 In the example of FIG. 10, the permanent magnets 7a, 7b, 7c, and 7d have a fan shape in plan view. The permanent magnets 7a, 7b, 7c, and 7d are not limited to this, and have a rotationally symmetric shape about the output shaft 3, and the directions of the magnetic poles of the permanent magnet 7a and the permanent magnet 7c, the permanent magnet 7b, and It is only necessary that the directions of the magnetic poles of the permanent magnet 7d are opposite to each other.
図１１の例では、永久磁石７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄと、各ステータ突極５ａ，５ｂ，５ｃとは、側面視で面一となっている。これに限定されず、永久磁石７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄが各ステータ突極５ａ，５ｂ，５ｃよりもＺ方向矢印の側に凹んでいる場合がある。 In the example of FIG. 11, the permanent magnets 7a, 7b, 7c, and 7d and the stator salient poles 5a, 5b, and 5c are flush with each other in a side view. However, the present invention is not limited to this, and the permanent magnets 7a, 7b, 7c, and 7d may be recessed on the Z-direction arrow side from the stator salient poles 5a, 5b, and 5c.
上記の例では、ロータ４の極数が４、ステータ５の極数が１２、ロータ４の極間に各々永久磁石が配設される構成である。上記以外の例としては、例えば、ロータ４の極数が６、ステータ５の極数が１８、ロータ４の極間に各々永久磁石が配設される構成とする場合がある。また例えば、ロータ４の極数が８、ステータ５の極数が２４、ロータ４の極間に各々永久磁石が配設される構成とする場合がある。なお、ロータ４の極数とステータ５の極数との比が１：３であれば、上記以外の構成とすることも可能である。なお、上記の例はアウターロータ型となっているが、この例に限られず、インナーロータ型とすることも可能である。 In the above example, the number of poles of the rotor 4 is 4, the number of poles of the stator 5 is 12, and a permanent magnet is disposed between the poles of the rotor 4. As an example other than the above, for example, the number of poles of the rotor 4 may be 6, the number of poles of the stator 5 may be 18, and a permanent magnet may be disposed between the poles of the rotor 4. For example, the rotor 4 may have 8 poles, the stator 5 may have 24 poles, and permanent magnets may be disposed between the rotor 4 poles. If the ratio between the number of poles of the rotor 4 and the number of poles of the stator 5 is 1: 3, a configuration other than the above is possible. In addition, although said example is an outer rotor type | mold, it is not restricted to this example, It can also be set as an inner rotor type | mold.
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、本発明を逸脱しない範囲において種々変更が可能である。本実施形態のシンクロナスリラクタンスモータは、動力用モータに適しており、また、ステッピングモータとしても活用できる。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications can be made without departing from the present invention. The synchronous reluctance motor of this embodiment is suitable for a power motor and can also be used as a stepping motor.
１ シンクロナスリラクタンスモータ
３ 出力軸
４ ロータ
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ ロータ突極
５ ステータ
５ａ、５ｂ、５ｃ ステータ突極
６ａ、６ｂ、６ｃ 巻線
Ｍ１ 磁気回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Synchronous reluctance motor 3 Output shaft 4 Rotor 4a, 4b, 4c, 4d Rotor salient pole 5 Stator 5a, 5b, 5c Stator salient pole 6a, 6b, 6c Winding M1 Magnetic circuit
Claims (2)
前記ロータと前記ステータとは、軸方向に対向配置されており、
前記ロータと前記ステータとの間の隙間がアキシャルギャップとなっており、
前記ロータ突極の数が２ｎ（ｎは２以上の自然数）、前記ステータ突極の数が６ｎ、且つ、前記巻線の相数が３であり、
前記ステータ突極における隣り合う突極は、前記巻線の巻回方向が互いに逆向きとなっており、三相交流電流を通電する構成であり、
前記ステータ突極は、軸方向に視て前記ロータ突極に重なってはみ出ない大きさであるとともに、前記ステータ突極の前記ロータ突極との対向面は、前記ロータ突極の前記ステータ突極との対向面に覆われる形状となっており、
前記ロータ突極と前記ステータ突極とは平面視で扇形状となっており、
前記ステータが２つ配設されており、前記ステータを挟んで軸方向の両側に前記ロータが２つ配設されており、
前記ステータにおけるヨークは互いに背中合わせに接合されており、
前記ロータと前記ステータとは、いずれも圧粉鉄心の成型体からなること
を特徴とするシンクロナスリラクタンスモータ。 A rotor in which rotor salient poles are arranged at equal intervals in the circumferential direction around the output shaft, a stator in which stator salient poles are arranged at equal intervals in the circumferential direction around the output shaft, and the stator salient poles Each with a winding wound in a concentrated manner to circulate,
The rotor and the stator are arranged opposite to each other in the axial direction,
The gap between the rotor and the stator is an axial gap,
The number of rotor salient poles is 2n (n is a natural number of 2 or more), the number of stator salient poles is 6n, and the number of phases of the winding is 3,
Adjacent salient poles in the stator salient poles are configured such that the winding directions of the windings are opposite to each other, and a three-phase alternating current is applied.
The stator salient pole has a size that does not protrude from the rotor salient pole when viewed in the axial direction, and the surface of the stator salient pole that faces the rotor salient pole is the stator salient pole of the rotor salient pole. It has a shape that is covered by the facing surface,
The rotor salient pole and the stator salient pole are fan-shaped in plan view ,
Two of the stators are arranged, and two of the rotors are arranged on both sides in the axial direction across the stator,
The yokes in the stator are joined back to back,
The rotor and the stator are both formed of a compacted iron core, and a synchronous reluctance motor.
を特徴とする請求項１記載のシンクロナスリラクタンスモータ。 The boundary between the yoke in the rotor and the radial side surface of the rotor salient pole in the rotor is built up so as to have an arc shape in a cross-sectional view in a direction intersecting the axis. Item 5. A synchronous reluctance motor according to item 1.
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