JP6708858B2 - Synchronous motors and motor assemblies - Google Patents
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Description
本発明は、シンクロナスモーターおよびこのシンクロナスモーターを備えたモーターアッセンブリに関する。 The present invention relates to a synchronous motor and a motor assembly equipped with this synchronous motor.
シンクロナスモーターとは、1本の回転軸のまわりに回転する回転運動が可能なローターに界磁を設け、この界磁をローターの外部から印加される変動磁場に追従させることで、ローターの回転を実現させるモーターのことをいう。このシンクロナスモーターに関しては、従前より種々の技術が開発されている(例えば下記の特許文献1を参照)。 A synchronous motor is a rotor that rotates around a single rotation axis by providing a field on the rotor that can rotate and making the field follow a fluctuating magnetic field applied from the outside of the rotor. It means a motor that realizes. Various techniques have been developed for this synchronous motor (for example, see Patent Document 1 below).
一般に、シンクロナスモーターは、始動時において停止しているローターを自ら回転させ始めることが難しいというデメリットを有している。このデメリットは、例えばシンクロナスモーターを備えたモーターアッセンブリに、シンクロナスモーターとは異なる方式のモーターを始動用モーターとして組み込むことで解消することができる。しかしながら、この場合は始動用モーターを駆動させるための電気エネルギーが追加で必要となるというデメリットが新たに生じる。 Generally, a synchronous motor has a demerit that it is difficult to start rotating a stopped rotor by itself at the time of starting. This demerit can be solved by incorporating a motor of a system different from the synchronous motor as a starting motor into a motor assembly including the synchronous motor, for example. However, in this case, there is a new demerit that additional electric energy is required to drive the starting motor.
本発明は、シンクロナスモーターにおいて、停止しているローターを動きやすくすることで、シンクロナスモーターの始動時に必要な電気エネルギーの低減をはかることを可能とするものである。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention makes it possible to reduce the electric energy required at the time of starting the synchronous motor by making it easier to move the rotor that is stopped in the synchronous motor.
本発明は、1本の回転軸のまわりに回転する回転運動が可能なローターと、回転軸の周りを取り巻いて配されるステーターと、ローターに設けられた状態で磁場を生じさせる第1の界磁と、ステーターにおいて回転軸の周りを取り巻いた状態に設けられて、第1の界磁とは別個に磁場を生じさせる第2の界磁と、ローターを回転させる角運動量を第1の界磁に与える変動磁場を発生させる励磁体と、を備え、第1の界磁が発生させる磁場、および、第2の界磁が発生させる磁場のうち、一方が回転軸の周方向に沿う方向の磁力線を有し、他方が回転軸に向かう動径方向に沿う方向の磁力線を有しているシンクロナスモーターを包含する。 The present invention relates to a rotor that can rotate about one rotating shaft and that can rotate, a stator that surrounds the rotating shaft, and a first field that generates a magnetic field when the rotor is provided. A magnetic field, a second field provided around the rotating shaft in the stator and generating a magnetic field separately from the first field, and an angular momentum for rotating the rotor. And a magnetic field generated by the first field and a magnetic field generated by the second field, one of which is a magnetic field line in a direction along the circumferential direction of the rotation axis. And the other has a magnetic force line in a direction along the radial direction toward the rotation axis.
上記シンクロナスモーターでは、ローターが静止している場合において、第1の界磁は、磁気的に見て不安定なつり合い状態となる。このとき、励磁体が発生させる磁場が変動されると、この変動は上記つり合い状態を崩す摂動となり、ローターを回転させる角運動量を第1の界磁に与えるトリガーとなる。これにより、シンクロナスモーターにおいて停止しているローターを動きやすくして、シンクロナスモーターの始動時に必要な電気エネルギーの低減をはかることが可能となる。 In the above synchronous motor, when the rotor is stationary, the first field is in a magnetically unstable equilibrium state. At this time, when the magnetic field generated by the exciter fluctuates, this fluctuation becomes a perturbation that breaks the above-mentioned balanced state, and serves as a trigger that gives angular momentum for rotating the rotor to the first field. This makes it easier to move the rotor that is stopped in the synchronous motor and reduces the electric energy required when starting the synchronous motor.
また、上記シンクロナスモーターでは、ローターが回転している場合において、第1の界磁および第2の界磁の各磁場がステーターとローターとを互いに遠ざける向きの成分を有する力を発生させる。これにより、シンクロナスモーターにおいて回転しているローターのひっかかりを減らして、シンクロナスモーターの駆動に必要な電気エネルギーの低減をはかることが可能となる。 Further, in the above synchronous motor, when the rotor is rotating, each magnetic field of the first field and the second field generates a force having a component in a direction to move the stator and the rotor away from each other. As a result, it is possible to reduce the catch of the rotor rotating in the synchronous motor and reduce the electric energy required to drive the synchronous motor.
1つの好ましい実施態様では、ステーターは、ローターの周りを取り巻いて配され、第1の界磁は、ローターにおいて回転軸の周りを取り巻くように配された複数の磁石を有する第1のアッセンブリであり、第2の界磁は、ステーターにおいてローターの周りを取り巻くように配された複数の磁石を有する第2のアッセンブリであり、励磁体は、ステーターにおいて第2のアッセンブリの磁石の間に配される複数の電磁石を有する第3のアッセンブリであり、第1のアッセンブリは、回転軸の周方向に沿う方向の磁力線を有する磁場を発生させ、第2のアッセンブリは、上記動径方向に沿う方向の磁力線を有する磁場を発生させる。 In one preferred embodiment, the stator is arranged around the rotor and the first field is a first assembly having a plurality of magnets arranged around the axis of rotation in the rotor. , The second field is a second assembly having a plurality of magnets arranged around the rotor in the stator, and the exciter is arranged in the stator between the magnets of the second assembly. A third assembly having a plurality of electromagnets, wherein the first assembly generates a magnetic field having magnetic lines of force in a direction along the circumferential direction of the rotating shaft, and the second assembly generates magnetic fields in the direction of radial direction. Generate a magnetic field having
この場合、ローターがステーターの周りを取り巻いて配される態様のシンクロナスモーターと比して、電磁石に電気エネルギーを供給する電気配線をシンプルにすることができる。 In this case, compared with the synchronous motor in which the rotor is arranged around the stator, the electric wiring for supplying the electric energy to the electromagnet can be simplified.
上記実施態様では、第1のアッセンブリにおける磁石の数は、第2のアッセンブリにおける磁石の数に等しいものが好ましい。 In the above embodiment, the number of magnets in the first assembly is preferably equal to the number of magnets in the second assembly.
この場合、第1のアッセンブリにおける磁石と第2のアッセンブリにおける磁石とを1対1で対応付けることができるため、上記摂動を与えるために各電磁石にて発生される変動磁場のパターンを単純にすることができる。 In this case, the magnets in the first assembly and the magnets in the second assembly can be associated with each other on a one-to-one basis, and therefore the pattern of the varying magnetic field generated by each electromagnet to give the above perturbation can be simplified. You can
あるいは、上記実施態様では、第1のアッセンブリにおける磁石の数は、第2のアッセンブリにおける磁石の数よりも少なく、かつ、第2のアッセンブリにおける磁石の数に対して互いに素となっているものが好ましい。 Alternatively, in the above-described embodiment, the number of magnets in the first assembly is smaller than the number of magnets in the second assembly, and is relatively prime to the number of magnets in the second assembly. preferable.
この場合、第1のアッセンブリの各磁石が安定したつり合い状態となる可能性を低減させてローターを動きやすくし、シンクロナスモーターの始動時に必要な電気エネルギーの低減をはかることが可能となる。 In this case, it is possible to reduce the possibility that the respective magnets of the first assembly will be in a stable balanced state, facilitate the movement of the rotor, and reduce the electric energy required when starting the synchronous motor.
より好ましくは、第1のアッセンブリにおける磁石の数は、第2のアッセンブリにおける磁石の数よりも1だけ少なくなる。 More preferably, the number of magnets in the first assembly is one less than the number of magnets in the second assembly.
この場合、上記した効果を確保しながら、ローターを回転させる角運動量が与えられる第1のアッセンブリの磁石の数を可能な限り多くして、シンクロナスモーターの出力を大きな値に保つことができる。 In this case, it is possible to keep the output of the synchronous motor at a large value by increasing the number of magnets of the first assembly to which the angular momentum for rotating the rotor is given as much as possible while ensuring the above-mentioned effect.
また、上記実施態様では、第2のアッセンブリにおける各磁石は、S極またはN極のうちの少なくとも一方の磁極が平面状に構成され、かつ、この平面状に構成された磁極がローター側を向くように配されているものが好ましい。 Further, in the above-described embodiment, in each magnet in the second assembly, at least one magnetic pole of the S pole or the N pole is configured in a plane shape, and the magnetic pole configured in the plane shape faces the rotor side. Those arranged as described above are preferable.
この場合、電磁石と第1のアッセンブリの磁石との距離が比較的近くなるときには、この磁石と第2のアッセンブリの磁石の磁極からの距離が比較的遠くなる。これにより、第1のアッセンブリの磁石が電磁石の磁場に引き寄せられるときに、この引き寄せに対して第2のアッセンブリの磁石の磁場がおよぼす影響を少なくすることができる。 In this case, when the distance between the electromagnet and the magnet of the first assembly becomes relatively short, the distance between this magnet and the magnet of the magnet of the second assembly becomes relatively long. Thus, when the magnet of the first assembly is attracted to the magnetic field of the electromagnet, the influence of the magnetic field of the magnet of the second assembly on this attraction can be reduced.
より好ましくは、第2のアッセンブリにおける各磁石において、ローター側の磁極が、S極またはN極のうちのいずれか一方に統一されている。 More preferably, in each magnet in the second assembly, the magnetic pole on the rotor side is unified to either the S pole or the N pole.
この場合、第2のアッセンブリにおける各磁石から出る磁力線がこれらの磁石の間に集中して、第1のアッセンブリの各磁石を磁気的に見て不安定なつり合い状態にする作用が弱まることを回避することができる。 In this case, it is possible to prevent the magnetic force lines emitted from the magnets in the second assembly from being concentrated between these magnets and weakening the action of making the magnets in the first assembly magnetically unstable. can do.
また、上記実施態様では、第1のアッセンブリにおける各磁石は、回転軸の周方向で見た磁極の向きが統一された状態に配されているものが好ましい。 Further, in the above-described embodiment, it is preferable that the magnets in the first assembly are arranged such that the directions of the magnetic poles viewed in the circumferential direction of the rotating shaft are unified.
この場合、ローターを取り巻く第1のアッセンブリの磁場から磁力線のくびれをなくして、このくびれと電磁石の磁場とが干渉してローターの回転運動が弱められるおそれを減らすことができる。 In this case, it is possible to eliminate the constriction of the lines of magnetic force from the magnetic field of the first assembly surrounding the rotor, and reduce the risk that the constriction interferes with the magnetic field of the electromagnet and the rotational movement of the rotor is weakened.
別の実施態様では、本発明は、上述したシンクロナスモーターのいずれかを複数備えたモーターアッセンブリを包含する。 In another embodiment, the invention includes a motor assembly including a plurality of any of the synchronous motors described above.
より詳細には、複数のシンクロナスモーターは、1本のシャフトを回転軸として共有する第1のモーターおよび第2のモーターを含み、第1のモーターにおける第1のアッセンブリの各磁石、および、第2のモーターにおける第1のアッセンブリの各磁石は、シャフトの周方向で見た位置ずれの量である第1の量が変化しないように固定され、第1のモーターにおける第2のアッセンブリの各磁石、および、第2のモーターにおける第2のアッセンブリの各磁石は、シャフトの周方向で見た位置ずれの量である第2の量が変化しないように固定され、第2の量が、第1の量とは異なる量となるように設定されている。 More specifically, the plurality of synchronous motors includes a first motor and a second motor that share one shaft as a rotation axis, each magnet of the first assembly in the first motor, and the first motor. The magnets of the first assembly of the second motor are fixed so that the first amount, which is the amount of positional deviation seen in the circumferential direction of the shaft, does not change, and the magnets of the second assembly of the first motor are fixed. , And each magnet of the second assembly of the second motor is fixed so that the second amount, which is the amount of positional deviation seen in the circumferential direction of the shaft, does not change, and the second amount is the first amount. The amount is set to be different from the amount of.
上記モーターアッセンブリでは、第1のモーターにおける第2のアッセンブリから見た第1のアッセンブリの回転位相と、第2のモーターにおける第2のアッセンブリから見た第1のアッセンブリの回転位相との間に位相のずれを設定することができる。この位相のずれは、第1のモーターにおける第1のアッセンブリの各磁石および第2のモーターにおける第1のアッセンブリの各磁石のうち、一方が安定したつり合い状態となる場合に他方がつり合い状態とならないようにできるものである。したがって、第1のモーターにおける第1のアッセンブリおよび第2のモーターにおける第1のアッセンブリの両方が安定したつり合い状態となることを回避して、各ローターとシャフトとを回転させやすくすることができる。 In the above motor assembly, a phase exists between the rotation phase of the first assembly seen from the second assembly of the first motor and the rotation phase of the first assembly seen from the second assembly of the second motor. The deviation can be set. This phase shift is such that when one of the magnets of the first assembly of the first motor and each of the magnets of the first assembly of the second motor is in a stable balanced state, the other is not in a balanced state. Is something that can be done. Therefore, it is possible to prevent both the first assembly of the first motor and the first assembly of the second motor from being in a stable balanced state, and it is possible to easily rotate each rotor and the shaft.
本発明のシンクロナスモーターおよびモーターアッセンブリは、停止しているローターを動きやすくして、始動時に必要な電気エネルギーの低減をはかることができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The synchronous motor and the motor assembly of the present invention make it possible to move the stopped rotor easily and reduce the electric energy required at the time of starting.
以下に、本発明を実施するための形態について、図面を用いて説明する。 Modes for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
〈第1の実施態様〉
始めに、第1の実施態様であるシンクロナスモーター10の構成について、図1および図2を用いて説明する。このシンクロナスモーター10は、図1に示すように、電源装置20から電気エネルギーの供給を受けることで、シャフト10Bを回転させるものである。ここで、電源装置20は、交流電流および直流電流のいずれをも出力することが可能なものであり、かつ、出力する電流の波形を、例えば正弦波、三角波、矩形波、パルス波を含む任意の波形に設定することができるものである。
<First embodiment>
First, the configuration of the
シンクロナスモーター10は、図2に示すように、シャフト10Bと、このシャフト10Bを回転させるローター11と、このローター11の周りを取り巻いて配されるハウジング13とを備える。ローター11は、シャフト10Bに対してスプラインはめあいで一体化されることで、このシャフト10Bの軸線を回転軸10Aとしてこの回転軸10Aのまわりに回転する回転運動が可能とされる。ハウジング13は、その外表面が円柱状に形成されて、内部にローター11を収納した状態でシャフト10Bを軸支する。
As shown in FIG. 2, the
ハウジング13は、金属製の円筒の内側面から、この円筒の内部側(図2では回転軸10Aに向かう側)に向けて、異なる形状の突極13Aおよび突極13Bを5本ずつ突出させた構成を有する。
In the
5本の突極13Aは、それぞれがハウジング13の円筒における高さ方向(図2では紙面に垂直な方向)に延びる直方体形状の内周リブであり、ハウジング13の円筒の内側面において互いの間隔が等間隔となるように配される。これらの突極13Aは、ハウジング13の円筒の内部側(図2では回転軸10Aに向かう側)に向けて突出され、突出される各先端面が、回転軸10Aを中心軸とした正五角柱の各側面をなすような平面とされている。
The five
5本の突極13Bは、それぞれがハウジング13の円筒における高さ方向(図2では紙面に垂直な方向)に延びる板状の内周リブであり、5本の突極13A間に設定される各隙間に1本ずつ配される。これらの突極13Aは、ハウジング13の円筒の内部側(図2では回転軸10Aに向かう側)に向けて、突極13Aの突出量よりも長く突出され、かつ、突出される各先端面が、回転軸10Aを中心軸とした円筒面をなすようにえぐれた面とされている。
Each of the five
ローター11は、シャフト10Bに対してスプラインはめあいされる金属製の円筒の外側面に、この円筒の高さ方向(図2では紙面に垂直な方向)に延びる5本のあり溝11Aを、互いの間隔が等間隔となるように切ったものである。これらのあり溝11Aには、5つの磁石12A(具体的には例えばネオジム磁石)が1つずつ取り付けられている。これらの磁石12Aは、それぞれがあり溝11Aに対応したありさんの形状をなすことで、あり溝11Aの全長にわたってこのあり溝11Aから分離されないように嵌め合わされる。ここで、あり溝(dovetail groove)とは壁部分に傾斜がつけられることで開口部分の幅が底部分の幅よりも狭くされた構成の溝のことをいい、ありさん(sliding dovetail)とはあり溝に対してこのあり溝が延びる方向から滑り込ませて嵌め合わすことが可能な板状の部位のことをいう。
The
これにより、5つの磁石12Aは、ローター11において回転軸10Aの周りを取り巻くように配されたアッセンブリ(以下、「第1のアッセンブリ12」とも称する。)をなす。なお、5つの磁石12Aの各先端面は、ハウジング13およびこのハウジング13に設けられた各構成と接触されないように、回転軸10Aを中心軸とした円筒面をなすように丸められた面とされている。
As a result, the five
ここで、第1のアッセンブリ12の各磁石12Aは、それぞれ、回転軸10Aの周方向で見た一方側(図2では反時計回り側)の面がN極12Bとされ、他方側(図2では時計回り側)の面がS極12Cとされる。これにより、第1のアッセンブリ12は、回転軸10Aの周方向に沿う方向の磁力線12Eを有する磁場12Dを発生させる界磁としての機能を発揮する。言いかえると、第1のアッセンブリ12は、本発明における「第1の界磁」としての機能を発揮する。また、第1のアッセンブリ12における各磁石12Aは、回転軸10Aの周方向で見た磁極の向きが統一された状態に配されることになる。
Here, in each
また、5本の突極13Aの各先端面には、それぞれ、直方体の平板状に形成された5つの磁石14A(具体的には例えばネオジム磁石)が1つずつ取り付けられている。これらの磁石14Aは、その平板の板厚方向に磁化された単極の磁石であり、平板の一方側の板面にあらわれるS極14Cが突極13Aの先端面をくまなく覆い、平板の一方側の板面にあらわれるN極14Bがローター11側を向くように取り付けられる。
In addition, five
また、5本の突極13Bの各先端部には、それぞれ、この先端部に巻き付けられるソレノイドコイルからなる電磁石15Aが取り付けられている。これらの電磁石15Aは、電源装置20(図1参照)が出力する電流を受けて、この電流の波形に対応した変動磁場または定常磁場を発生させるようになっている。ここで、各電磁石15Aが発生させる磁場は、第1のアッセンブリ12の磁石12Aを磁力により引き寄せあるいは退けることが可能な強さとすることができるものである。
Further, an
上記構成により、ハウジング13は、ローター11および回転軸10Aの周りを取り巻いて、ステーターとしての機能を発揮する。また、5つの磁石14Aは、ステーターとして機能されるハウジング13においてローター11の周りを取り巻くように配されたアッセンブリ(以下、「第2のアッセンブリ14」とも称する。)をなす。また、第2のアッセンブリ14は、回転軸10Aに向かう動径方向に沿う方向の磁力線14Eを有する磁場14Dを発生させる界磁としての機能を発揮する。言いかえると、第2のアッセンブリ14は、本発明における「第2の界磁」としての機能を発揮する。
With the above configuration, the
また、5本の突極13Bに取り付けられる5つの電磁石15Aは、ステーターとして機能されるハウジング13において第2のアッセンブリ14の磁石14Aの間に1つずつ配されてアッセンブリ(以下、「第3のアッセンブリ15」とも称する。)をなす。また、第3のアッセンブリ15は、電源装置20(図1参照)が出力する電流を受けて、ローター11を回転させる角運動量を第1のアッセンブリ12に与える変動磁場を発生させる励磁体としての機能を発揮する。
Further, the five
上述した各構成によれば、第1のアッセンブリ12が発生させる磁場12D、および、第2のアッセンブリ14が発生させる磁場14Dのうち、一方が回転軸10Aの周方向に沿う方向の磁力線12Eを有し、他方が回転軸10Aに向かう動径方向に沿う方向の磁力線14Eを有する。このため、ローター11が静止している場合において、第1のアッセンブリ12の各磁石12Aは、磁気的に見て不安定なつり合い状態となる。このとき、電磁石15Aが発生させる磁場が変動されると、この変動は上記つり合い状態を崩す摂動となり、ローター11を回転させる角運動量を第1のアッセンブリ12の磁石12Aに与えるトリガーとなる。これにより、シンクロナスモーター10において停止しているローター11を動きやすくして、シンクロナスモーター10の始動時に必要な電気エネルギーの低減をはかることが可能となる。
According to each configuration described above, one of the magnetic field 12D generated by the
また、上述した各構成によれば、ローター11が回転している場合において、第1のアッセンブリ12および第2のアッセンブリ14の各磁場12D、14Dがハウジング13とローター11とを互いに遠ざける向きの成分を有する力を発生させる。これにより、シンクロナスモーター10において回転しているローター11のひっかかりを減らして、シンクロナスモーター10の駆動に必要な電気エネルギーの低減をはかることが可能となる。
Further, according to the above-described configurations, when the
また、第3のアッセンブリ15の電磁石15Aが設けられてステーターとして機能されるハウジング13が、回転運動されるローター11の周りを取り巻いて配されるため、ローターがステーターの周りを取り巻いて配される態様のシンクロナスモーター(図示せず)と比して、電磁石15Aに電気エネルギーを供給する電気配線をシンプルにすることができる。ただし、本発明は、ローターがステーターの周りを取り巻いて配される態様のシンクロナスモーターを包含する。
Further, since the
また、第1のアッセンブリ12における磁石12Aの数(5)が、第2のアッセンブリ14における磁石14Aの数(5)に等しく、これらの磁石12Aと磁石14Aとを1対1で対応付けることができるため、上記摂動を与えるために各電磁石15Aにて発生される変動磁場のパターンを単純にすることができる。
Further, the number (5) of the
また、第2のアッセンブリ14における各磁石14Aは、平面状に構成された磁極をローター11側に向けた状態に配され、かつ、これらの磁石14Aの間には電磁石15Aが配される。このため、電磁石15Aと第1のアッセンブリ12の磁石12Aとの距離が比較的近くなるときには、この磁石12Aと第2のアッセンブリ14の磁石14Aの磁極からの距離が比較的遠くなる。これにより、第1のアッセンブリ12の磁石12Aが電磁石15Aの磁場に引き寄せられるときに、この引き寄せに対して第2のアッセンブリ14の磁石14Aの磁場14Dがおよぼす影響を少なくすることができる。
Further, each
また、第2のアッセンブリ14における各磁石14Aにおいて、ローター11側の磁極がN極14Bに統一されるため、各磁石14Aから出る磁力線14Eが磁石14Aの間に集中して、第1のアッセンブリ12の各磁石12Aを磁気的に見て不安定なつり合い状態にする作用が弱まることを回避することができる。なお、第2のアッセンブリにおける各磁石において、ローター側の磁極がS極に統一される態様のシンクロナスモーター(図示せず)も同様の効能を有し、本発明はこのような態様のシンクロナスモーターを包含する。
Further, in each
また、シンクロナスモーター10において、第1のアッセンブリ12における各磁石12Aは、回転軸10Aの周方向で見た磁極の向きが統一された状態に配される。このため、ローター11を取り巻く第1のアッセンブリ12の磁場12Dから磁力線のくびれをなくして、このくびれと電磁石15Aの磁場とが干渉してローター11の回転運動が弱められるおそれを減らすことができる。
Further, in the
〈第2の実施態様〉
続いて、第2の実施態様であるシンクロナスモーター30の構成について、図3および図4を用いて説明する。このシンクロナスモーター30は、第1の実施態様であるシンクロナスモーター10を変形した実施態様である。したがって、上記シンクロナスモーター10の説明にて用いた各構成と共通する構成については、シンクロナスモーター10の説明にて用いた各構成に付した符号に「20」を加算した符号を付して対応させ、その詳細な説明を省略する。
<Second Embodiment>
Subsequently, the configuration of the
シンクロナスモーター30は、図3に示すように、回転させるシャフト30Bの太さがシャフト10B(図1参照)よりも太いという点を除いて、第1の実施態様であるシンクロナスモーター10(図1参照)と同様の外観を呈する。
As shown in FIG. 3, the
また、シンクロナスモーター30は、図4に示すように、シャフト10Bに対してスプラインはめあいされる構成のローター11(図2参照)の代わりに、4本溝のジェネバ歯車をシャフト30Bに冶金的接合法で一体化させた構成のローター31を備える。このローター31の4本の溝31Aには、それぞれ平板状に形成された4枚の磁石32Aが1枚ずつ取り付けられている。これらの磁石32Aは、回転軸30Aの周方向で見た一方側(図4では反時計回り側)の面がN極32Bとされ、他方側(図4では時計回り側)の面がS極32Cとされる。
Further, as shown in FIG. 4, the
これにより、第1のアッセンブリ32は、回転軸30Aの周方向に沿う方向の磁力線32Eを有する磁場32Dを発生させる界磁としての機能を発揮する。言いかえると、第1のアッセンブリ32は、本発明における「第1の界磁」としての機能を発揮する。また、第1のアッセンブリ32における各磁石32Aは、回転軸30Aの周方向で見た磁極の向きが統一された状態に配されることになる。
As a result, the
上述した各構成によれば、第1のアッセンブリ32における磁石32Aの数(4)が、第2のアッセンブリ34における磁石34Aの数(5)よりも少なく、かつ、この数(5)に対して互いに素となる。このため、第1のアッセンブリ32の各磁石32Aが安定したつり合い状態となる可能性を低減させてローター31を動きやすくし、シンクロナスモーター30の始動時に必要な電気エネルギーの低減をはかることが可能となる。
According to each of the above-described configurations, the number (4) of the
ここで、第1のアッセンブリ32における磁石32Aの数(4)は、第2のアッセンブリ34における磁石34Aの数(5)に対して1だけ少ないという関係が成立する数でもある。このため、上記したシンクロナスモーター30の効果を確保しながら、ローター31を回転させる角運動量が与えられる第1のアッセンブリ32の磁石32Aの数を可能な限り多くして、シンクロナスモーター30の出力を大きな値に保つことができる。
Here, the number (4) of the
続いて、第3の実施態様であるモーターアッセンブリ100の構成について、図5ないし図7を用いて説明する。このモーターアッセンブリ100は、第1の実施態様であるシンクロナスモーター10の変形例である第1のモーター110および第2のモーター120を備える。したがって、第1のモーター110の構成のうち、上記シンクロナスモーター10の説明にて用いた各構成と共通する構成については、シンクロナスモーター10の説明にて用いた各構成に付した符号に「100」を加算した符号を付して対応させ、その詳細な説明を省略する。また、第2のモーター120の構成のうち、上記シンクロナスモーター10の説明にて用いた各構成と共通する構成については、シンクロナスモーター10の説明にて用いた各構成に付した符号に「110」を加算した符号を付して対応させ、その詳細な説明を省略する。
Subsequently, the configuration of the
第1のモーター110および第2のモーター120は、図5に示すように、回転軸100Aをなす対象物であるシャフト101を共有する。このシャフト101は、その全長にわたって直線状に延びる1本のスプライン101Aが切られたスプラインシャフトである。
As shown in FIG. 5, the
シャフト101には、図6および図7に示すように、第1のモーター110のローター111と、第2のモーター120のローター121とがそれぞれスプラインはめあいで一体化される。これにより、第1のモーター110における第1のアッセンブリ112の各磁石112A、および、第2のモーター120における第1のアッセンブリ122の各磁石122Aは、シャフト101の周方向で見た位置ずれの量である第1の量が変化しないように固定される。
As shown in FIGS. 6 and 7, the
また、第1のモーター110および第2のモーター120は、図5に示すように、電気エネルギーの供給源として機能する電源装置102を共有する。この電源装置102は、第1のモーター110および第2のモーター120のそれぞれに対して、交流電流および直流電流のいずれをも出力することが可能なものであり、かつ、出力する電流の波形を、例えば正弦波、三角波、矩形波、パルス波を含む任意の波形に設定することができるものである。
Further, the
ここで、電源装置102の上面には、シャフト101の軸線が延びる方向(図5では左右方向)と並行に延びるありさん102Aが設けられる。また、第1のモーター110のハウジング113および第2のモーター120のハウジング123は、図6および図7に示すように、これらのハウジング113、123の円筒の外側面に、この円筒における高さ方向(図6および図7では紙面に垂直な方向)に延びるあり溝113C、123Cを1本ずつ備える。
Here, on the upper surface of the
これらのあり溝113C、123Cは、電源装置102のありさん102Aに対応する形状およびサイズに形成されて、第1のモーター110のハウジング113および第2のモーター120のハウジング123を、ありさん102Aが延びる方向(図5では左右方向)にスライド可能に係合させることを実現させる。これにより、第1のモーター110における第2のアッセンブリ114の各磁石114A、および、第2のモーター120における第2のアッセンブリ124の各磁石124Aは、シャフト101の周方向で見た位置ずれの量である第2の量が変化しないように固定される。この第2の量(図6および図7では36°)は、上記第1の量(図6および図7では0°)とは異なる量となるように設定される。
These dovetail grooves 113C and 123C are formed in a shape and a size corresponding to the
上述した各構成によれば、第1のモーター110における第2のアッセンブリ114から見た第1のアッセンブリ112の回転位相と、第2のモーター120における第2のアッセンブリ124から見た第1のアッセンブリ122の回転位相との間に位相のずれを設定することができる。この位相のずれは、第1のモーター110における第1のアッセンブリ112の各磁石112Aおよび第2のモーター120における第1のアッセンブリ122の各磁石122Aのうち、一方が安定したつり合い状態となる場合に他方がつり合い状態とならないようにできるものである。したがって、第1のモーター110における第1のアッセンブリ112および第2のモーター120における第1のアッセンブリ122の両方が安定したつり合い状態となることを回避して、各ローター111、121とシャフト101とを回転させやすくすることができる。
According to each configuration described above, the rotation phase of the
また、第1のモーター110のローター111と第2のモーター120のローター121とは、シャフト101にスプラインはめあいされることでこのシャフト101に沿ってスライド可能となる。また、第1のモーター110のハウジング113と第2のモーター120のハウジング123とは、シャフト101と平行なありさん102Aに沿ってスライド可能となる。これにより、モーターアッセンブリ100における第1のモーター110および第2のモーター120の位置を、これらの第1のモーター110および第2のモーター120をシャフト101およびありさん102Aに沿う方向にスライドさせて変更する(図5参照)ことが可能となる。
Further, the
以上、本発明を実施するための形態について、上述した第1ないし第3の実施態様によって説明した。しかしながら、当業者であれば、本発明の目的を逸脱することなく種々の代用、手直し、変更が可能であることは明らかである。すなわち、本発明を実施するための形態は、本明細書に添付した請求の範囲の精神および目的を逸脱しない全ての代用、手直し、変更を含みうるものである。例えば、本発明を実施するための形態として、以下のような各種の形態を実施することができる。 In the above, the form for carrying out the present invention was explained by the above-mentioned 1st thru/or the 3rd embodiment. However, it will be apparent to those skilled in the art that various substitutions, modifications, and changes can be made without departing from the object of the present invention. That is, the modes for carrying out the invention may include all substitutions, modifications, and changes without departing from the spirit and purpose of the claims attached to the present specification. For example, the following various modes can be carried out as a mode for carrying out the present invention.
(1)ローターがステーターの周りを取り囲んでハウジングの少なくとも一部を構成し、かつ、ローターがステーターの中心軸を回転軸として回転する形態のシンクロナスモーター。この形態のシンクロナスモーターは、例えば小さなホビー商品を回転させながら展示する回転展示台に適用することができる。 (1) A synchronous motor in which the rotor surrounds the stator to form at least a part of the housing, and the rotor rotates about the central axis of the stator as a rotation axis. The synchronous motor of this form can be applied to, for example, a rotating display stand that displays small hobby products while rotating them.
(2)回転軸に向かう動径方向に沿う方向の磁力線を有する磁場を発生させる第2のアッセンブリの各磁石をローターに設けて第1の界磁とし、回転軸の周方向に沿う方向の磁力線を有する磁場を発生させる第1のアッセンブリの各磁石をステーターに設けて第2の界磁とした形態のシンクロナスモーター。 (2) The magnetic field lines in the direction along the circumferential direction of the rotary shaft are provided by providing the rotor with the respective magnets of the second assembly that generate the magnetic field having the lines of magnetic force in the radial direction toward the rotary shaft to form the first field. A synchronous motor having a configuration in which each magnet of the first assembly for generating a magnetic field having the above is provided in a stator to form a second field.
(3)金属製の円筒の内側面から複数の突極を突出させた構成のステーターの代わりに、磁場を発生させる各アッセンブリを埋め込まれた状態に備えたステーターを有する形態のシンクロナスモーター。 (3) A synchronous motor in a form having a stator provided in a state where each assembly for generating a magnetic field is embedded, instead of the stator having a structure in which a plurality of salient poles are projected from the inner surface of a metal cylinder.
(4)第3のアッセンブリをなす各電磁石を、ローター、あるいは、ローターおよびステーターのいずれでもない取り付け部品に設けた形態のシンクロナスモーター。 (4) A synchronous motor in which the electromagnets forming the third assembly are provided on a rotor or a mounting component that is neither the rotor nor the stator.
(5)第1のアッセンブリをなす各磁石の数、第2のアッセンブリをなす各磁石の数、および、第3のアッセンブリをなす各電磁石の数を、それぞれ、任意に設定された数に変更した形態のシンクロナスモーター。 (5) The number of magnets forming the first assembly, the number of magnets forming the second assembly, and the number of electromagnets forming the third assembly were changed to arbitrarily set numbers. Form synchronous motor.
(6)上述した第3の実施態様であるモーターアッセンブリ100において、第1のモーター110および第2のモーター120とは別のモーターを追加した形態のモーターアッセンブリ。この形態においては、追加されるモーターは、第1のモーターおよび第2のモーターとシャフトを共有するものであっても、このシャフトとは別のシャフトを回転させるものであってもよい。
(6) A motor assembly in which a motor different from the
10 シンクロナスモーター
10A 回転軸
10B シャフト
11 ローター
11A あり溝
12 第1のアッセンブリ(第1の界磁)
12A 磁石
12B N極
12C S極
12D 磁場
12E 磁力線
13 ハウジング(ステーター)
13A 突極
13B 突極
14 第2のアッセンブリ(第2の界磁)
14A 磁石
14B N極
14C S極
14D 磁場
14E 磁力線
15 第3のアッセンブリ(励磁体)
15A 電磁石
20 電源装置
30 シンクロナスモーター
30A 回転軸
30B シャフト
31 ローター
31A 溝
32 第1のアッセンブリ(第1の界磁)
32A 磁石
32B N極
32C S極
32D 磁場
32E 磁力線
33 ハウジング(ステーター)
33A 突極
33B 突極
34 第2のアッセンブリ(第2の界磁)
34A 磁石
34B N極
34C S極
34D 磁場
34E 磁力線
35 第3のアッセンブリ(励磁体)
35A 電磁石
40 電源装置
100 モーターアッセンブリ
100A 回転軸
101 シャフト
101A スプライン
102 電源装置
102A ありさん
110 第1のモーター(シンクロナスモーター)
111 ローター
111A あり溝
112 第1のアッセンブリ(第1の界磁)
112A 磁石
112B N極
112C S極
112D 磁場
112E 磁力線
113 ハウジング(ステーター)
113A 突極
113B 突極
113C あり溝
114 第2のアッセンブリ(第2の界磁)
114A 磁石
114B N極
114C S極
114D 磁場
114E 磁力線
115 第3のアッセンブリ(励磁体)
115A 電磁石
120 第2のモーター(シンクロナスモーター)
121 ローター
121A あり溝
122 第1のアッセンブリ(第1の界磁)
122A 磁石
122B N極
122C S極
122D 磁場
122E 磁力線
123 ハウジング(ステーター)
123A 突極
123B 突極
123C あり溝
124 第2のアッセンブリ(第2の界磁)
124A 磁石
124B N極
124C S極
124D 磁場
124E 磁力線
125 第3のアッセンブリ(励磁体)
125A 電磁石
10
13A
33A
111
113A
121
123A
125A electromagnet
Claims (10)
前記回転軸の周りを取り巻いて配されるステーターと、
前記ローターに設けられた状態で磁場を生じさせる第1の界磁と、
前記ステーターにおいて前記回転軸の周りを取り巻いた状態に設けられて、前記第1の界磁とは別個に磁場を生じさせる第2の界磁と、
前記ローターを回転させる角運動量を前記第1の界磁に与える変動磁場を発生させる励磁体と、
を備え、
前記第1の界磁は、前記ローターにおいて前記回転軸の周りを取り巻くように配された複数の磁石を有する第1のアッセンブリであり、
前記第1の界磁である前記第1のアッセンブリは、その各磁石内に、前記回転軸に向かう動径方向に直交する方向の磁力線があることで、前記回転軸の周方向に沿う方向の磁力線を有する磁場を発生させ、
前記第2の界磁は、前記動径方向に沿う方向の磁力線を有する磁場を発生させる、
シンクロナスモーター。 A rotor that can rotate about one rotation axis,
A stator arranged around the rotation axis,
A first field magnet for generating a magnetic field in the state provided on the rotor;
A second field provided around the rotation axis in the stator to generate a magnetic field separately from the first field;
An exciter that generates a varying magnetic field that imparts to the first field an angular momentum that rotates the rotor;
Equipped with
The first field is a first assembly having a plurality of magnets arranged so as to surround the rotation axis in the rotor,
The first assembly, which is the first field magnet, has a magnetic field line in a direction orthogonal to the radial direction toward the rotating shaft in each magnet , so that the direction of the direction along the circumferential direction of the rotating shaft is increased . to generate a magnetic field that have the magnetic field lines,
The second field is Ru generates a magnetic field that have the direction of the magnetic lines of force along before kidou radially,
Synchronous motor.
前記ローターは、複数の溝が切られた構成を有し、かつ、これらの溝に前記第1のアッセンブリをなす各磁石が取り付けられることで、これらの磁石における、前記回転軸の周方向で見た一方側の面をN極、他方側の面をS極とする、 The rotor has a structure in which a plurality of grooves are cut, and the magnets forming the first assembly are attached to the grooves, so that the magnets can be viewed in the circumferential direction of the rotating shaft. The surface on one side is the N pole, and the surface on the other side is the S pole.
シンクロナスモーター。Synchronous motor.
前記ステーターは、前記ローターの周りを取り巻いて配され、
前記第2の界磁は、前記ステーターにおいて前記ローターの周りを取り巻くように配された複数の磁石を有する第2のアッセンブリであり、
前記励磁体は、前記ステーターにおいて前記第2のアッセンブリの磁石の間に配される複数の電磁石を有する第3のアッセンブリであり、
前記第2のアッセンブリは、前記動径方向に沿う方向の磁力線を有する磁場を発生させる、
シンクロナスモーター。 The synchronous motor according to claim 1 or 2 , wherein
The stator is arranged around the rotor ,
Before Stories second field is a second assembly having a plurality of magnets disposed so as to surround the circumference of the rotor in the stator,
The exciter is a third assembly having a plurality of electromagnets arranged between magnets of the second assembly in the stator ,
Before Stories second assembly, it generates a magnetic field having a direction of magnetic field lines along the radial direction,
Synchronous motor.
前記第1のアッセンブリにおける磁石の数は、前記第2のアッセンブリにおける磁石の数に等しい、
シンクロナスモーター。 The synchronous motor according to claim 3 ,
The number of magnets in the first assembly is equal to the number of magnets in the second assembly,
Synchronous motor.
前記第1のアッセンブリにおける磁石の数は、前記第2のアッセンブリにおける磁石の数よりも少なく、かつ、前記第2のアッセンブリにおける磁石の数に対して互いに素となっている、
シンクロナスモーター。 The synchronous motor according to claim 3 ,
The number of magnets in the first assembly is less than the number of magnets in the second assembly and is relatively prime to the number of magnets in the second assembly;
Synchronous motor.
前記第1のアッセンブリにおける磁石の数は、前記第2のアッセンブリにおける磁石の数よりも1だけ少ない、
シンクロナスモーター。 The synchronous motor according to claim 5 , wherein
The number of magnets in the first assembly is one less than the number of magnets in the second assembly,
Synchronous motor.
前記第2のアッセンブリにおける各磁石は、S極またはN極のうちの少なくとも一方の磁極が平面状に構成され、かつ、この平面状に構成された磁極が前記ローター側を向くように配されている、
シンクロナスモーター。 A synchronous motor as claimed in any one of claims 3 to 6,
In each magnet in the second assembly, at least one magnetic pole of the S pole or the N pole is formed in a plane shape, and the magnetic pole formed in the plane shape is arranged so as to face the rotor side. Is
Synchronous motor.
前記第2のアッセンブリにおける各磁石において、前記ローター側の磁極が、S極またはN極のうちのいずれか一方に統一されている、
シンクロナスモーター。 The synchronous motor according to claim 7 , wherein
In each of the magnets in the second assembly, the magnetic pole on the rotor side is unified to either the S pole or the N pole,
Synchronous motor.
前記第1のアッセンブリにおける各磁石は、前記回転軸の周方向で見た磁極の向きが統一された状態に配されている、
シンクロナスモーター。 A synchronous motor according to any one of claims 1 to claim 8,
The magnets in the first assembly are arranged such that the directions of the magnetic poles as viewed in the circumferential direction of the rotating shaft are unified.
Synchronous motor.
複数の前記シンクロナスモーターは、1本のシャフトを前記回転軸として共有する第1のモーターおよび第2のモーターを含み、
前記第1のモーターにおける前記第1のアッセンブリの各磁石、および、前記第2のモーターにおける前記第1のアッセンブリの各磁石は、前記シャフトの周方向で見た位置ずれの量である第1の量が変化しないように固定され、
前記第1のモーターにおける前記第2のアッセンブリの各磁石、および、前記第2のモーターにおける前記第2のアッセンブリの各磁石は、前記シャフトの周方向で見た位置ずれの量である第2の量が変化しないように固定され、
前記第2の量が、前記第1の量とは異なる量となるように設定されている、
モーターアッセンブリ。
A motor assembly including a plurality of synchronous motor as claimed in any one of claims 3 to 9,
The plurality of synchronous motors include a first motor and a second motor that share one shaft as the rotation axis,
The magnets of the first assembly in the first motor and the magnets of the first assembly in the second motor have a first amount of positional deviation as viewed in the circumferential direction of the shaft. Fixed so that the quantity does not change,
The magnets of the second assembly of the first motor and the magnets of the second assembly of the second motor have a second amount of positional deviation as viewed in the circumferential direction of the shaft. Fixed so that the quantity does not change,
The second amount is set to be different from the first amount,
Motor assembly.
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