JP7022282B2 - 電動機およびそれを備えた電動機システム - Google Patents
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Description
図1は冷凍回路、例えばヒートポンプで採用される圧縮機(100)の構造を例示する断面図である。圧縮機(100)は圧縮機構(20)、電動機(1)、軸受(14)、ケーシング(15)を備える。圧縮機構(20)は冷媒(図示省略)を圧縮する。圧縮機構(20)には例えばスイング方式が採用され、シャフト(10)によって電動機(1)から伝達される回転によって冷媒を圧縮する。圧縮機構(20)は電動機(1)が駆動する負荷である。
(i)回転速度ωmが速度v1以下であるとき、回転速度ωmが大きいほど振幅|Vs|が大きく(例えば最大トルク/電流制御、最大効率制御);
(ii)回転速度ωmが速度v2(≧v1)よりも大きいときの振幅|Vs|が、速度v1における振幅|Vs|の電圧値Vmax未満であり(電圧低下制御);
(iii)回転速度ωmが速度v1よりも大きく速度v2以下であるときの振幅|Vs|が電圧値Vmaxである(例えば弱め磁束制御)。
(iia)その速度において弱め磁束制御を適用した際に電動機(1)に流れる交流電流Iu,Iv,Iwの位相βよりも大きい位相βの交流電流Iu,Iv,Iwを電動機(1)へ流させる;
(iib)その速度において弱め磁束制御を適用した際に電動機(1)に流れる交流電流Iu,Iv,Iwの電流ベクトルIaの電流振幅iaよりも大きい電流振幅iaの電流ベクトルIaが得られる交流電流Iu,Iv,Iwを電動機(1)へ流させる;
(iic)その速度において弱め磁束制御を適用した際に電動機(1)に流れる交流電流Iu,Iv,Iwのd軸成分(d軸電流idの値id)よりも小さいd軸成分(d軸電流id)の交流電流Iu,Iv,Iwを電動機(1)へ流させる;
(iid)その速度において弱め磁束制御を適用した際に電動機(1)に流れる交流電流Iu,Iv,Iwのq軸成分(q軸電流iqの値iq)よりも小さいq軸成分(q軸電流iq)の交流電流Iu,Iv,Iwを電動機(1)へ流させる;
(iie)その速度において弱め磁束制御を適用した際に電動機(1)に流れる交流電流Iu,Iv,IwのT軸成分(T軸電流iTの値iT)よりも大きいT軸成分(T軸電流iT)の交流電流Iu,Iv,Iwを電動機(1)へ流させる;
(iif)その速度において弱め磁束制御を適用した際に電動機(1)に発生する一次磁束(より正確にはその振幅の値λ0)よりも小さい振幅の一次磁束λ0を電動機(1)に発生させる交流電流Iu,Iv,Iwを電動機(1)へ流させる;
(iig)その速度において弱め磁束制御を適用した際に電動機(1)に発生する一次磁束λ0の負荷角δ0よりも大きい負荷角δ0の一次磁束λ0を電動機(1)に発生させる交流電流Iu,Iv,Iwを電動機(1)に流させる;あるいは
(iih)その速度において弱め磁束制御を適用した際に電動機(1)に発生する瞬時実電力Poよりも大きい瞬時実電力Poを電動機(1)へ出力させる。
(a)電圧値Vmax_ωMAXよりも小さい振幅|Vs|を有する印加電圧VsをPWMインバータ(210b)に出力させて、速度ωMAXで電動機(1)を回転して負荷(例えば圧縮機構(20))を駆動し;
(b)電圧値Vmax_ω3の振幅|Vs|を有する印加電圧VsをPWMインバータ(210b)に出力させて、速度ω3(<ωMAX)で電動機(1)を回転して負荷を駆動する:ここで、
(c)電圧値Vmax_ωMAXは、速度ωMAXで負荷を電動機(1)が駆動するときに振幅|Vs|が採り得る値の最大値であり;
(d)速度ωMAXは、電動機(1)が負荷を駆動するときの回転速度ωmの最大値であり;
(e)電圧値Vmax_ω3は、速度ω3で負荷を電動機(1)が駆動するときに振幅|Vs|が採り得る値の最大値であり;
(f)速度ω3は速度ωMAXよりも小さい(速度ωMAXよりも小さい全ての回転速度ωmにおいて上記条件が成立する必要はない)。
(g)速度ωMAXにおいて、振幅|Vs|の電圧値Vmax_ωMAXに対する比は1より小さく;
(h)速度ωMAXよりも小さいある速度ω3において、振幅|Vs|の電圧値Vmax_ω3に対する比は1に等しい。
(i)当該トルクτを出力するときの基底速度ωb以上の、ある速度ω1において振幅|Vs|の電圧値Vmax_ω1に対する比が第1の比であり;
(j)速度ω1よりも大きいある速度ω2において振幅|Vs|の電圧値Vmax_ω2に対する比が第2の比であり;
(k)第2の比が第1の比よりも小さい(基底速度ωb以上の全ての二つの回転速度ωmにおいて上記条件が成立する必要はない)。
(l)電圧値Vmax_ω1に第1の比を乗じた振幅|Vs|を有する印加電圧VsをPWMインバータ(210b)に出力させて、速度ω1で電動機(1)を回転させ、かつ電動機(1)に当該トルクτを出力させ;
(m)電圧値Vmax_ω2に第2の比を乗じた振幅|Vs|を有する印加電圧VsをPWMインバータ(210b)に出力させて、速度ω2で電動機(1)を回転させ、かつ電動機(1)に当該トルクτを出力させ;
(n)電圧値Vmax_ω1は、速度ω1で当該トルクτを電動機(1)が出力するときに振幅|Vs|が採り得る値の最大値であり;
(o)電圧値Vmax_ω2は、速度ω2で当該トルクτを電動機(1)が出力するときに振幅|Vs|が採り得る値の最大値であり;
(p)速度ω2は速度ω1よりも大きく;
(q)第2の比は第1の比よりも小さい。
(m')速度v6で電動機(1)を回転させる。このときの振幅|Vs|は第2の電圧値に第2の比を乗じた値を有する;
(n')第1の電圧値は、速度v5でトルクτを電動機(1)が出力するときに振幅|Vs|が採り得る値の最大値である;
(o')第2の電圧値は、速度v6でトルクτを電動機(1)が出力するときに振幅|Vs|が採り得る値の最大値である;
(p')速度v6は速度v5よりも大きく;
(q')第2の比は第1の比よりも小さい。
次に、図24~図26を参照して、本実施形態の電動機(1)の構成について説明する。
本実施形態の電動機(1)は、回転子(12)および固定子(11)を備え、上記回転子(12)は、回転子コア(40)と、該回転子コア(40)に挿通および固定されるシャフト(10)と、周方向に並んだ複数の磁極(43)を形成する複数の永久磁石(42)とを有し、上記磁極(43)は、上記回転子(12)の表面における磁場の向きが径方向外向きであるか、径方向内向きであるかによって上記回転子(12)が周方向に分割された領域であり、上記シャフト(10)は、上記回転子コア(40)に対して軸方向の片側のみで回転可能に支持され、上記回転子コア(40)は、各上記磁極(43)をその極中心に対して回転方向側と反回転方向側とに二分割した場合に、上記永久磁石(42)を含む少なくとも1つの上記磁極(43)の上記回転方向側の半部(43a)を磁気飽和しやすくする磁気飽和助長手段(50)を有し、上記磁気飽和助長手段(50)は、上記永久磁石(42)よりも径方向外側に設けられており、上記磁極(43)は、自身の極中心と上記回転子(12)の軸心(O)とを通る直線(L1)に関して、上記回転方向側の半部(43a)の形状と、上記反回転方向側の半部(43b)の形状とが非対称である。したがって、磁気飽和助長手段(50)によって磁極(43)の回転方向側の半部(43a)が磁気飽和しやすくなる。これにより、電動機(1)で生じる不平衡磁気吸引力を低減することができる。
実施形態1の変形例について説明する。本変形例の電動機(1)は、磁気飽和助長手段の構成が上記実施形態1と異なる。以下、上記実施形態1と異なる点について主に説明する。
本変形例の電動機(1)、圧縮機(100)、および電動機システム(MS)によっても、上記実施形態1と同様の効果が得られる。
実施形態2について説明する。本実施形態の電動機(1)は、磁気飽和助長手段の構成が上記実施形態1と異なる。以下、上記実施形態1と異なる点について主に説明する。
本実施形態の電動機(1)、圧縮機(100)、および電動機システム(MS)によっても、上記実施形態1と同様の効果が得られる。
実施形態3について説明する。本実施形態の電動機(1)は、主に磁極(43)の数と構成が上記実施形態1と異なる。以下、上記実施形態1と異なる点について主に説明する。
本実施形態の電動機(1)、圧縮機(100)、および電動機システム(MS)によっても、上記実施形態1と同様の効果が得られる。
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。
10 シャフト
11 固定子
12 回転子
13a,13b バランスウェイト(錘)
20 圧縮機構(負荷)
40 回転子コア
42 永久磁石
43 磁極
43a 回転方向側の半部
43b 反回転方向側の半部
50 磁気飽和助長手段
51 空隙(磁気抵抗部)
52 凹部(磁気抵抗部)
53 磁気飽和容易部
209 制御器(制御部)
210 PWMインバータ(インバータ)
L1 (極中心と軸心を通る)直線
L2 (永久磁石の端部と軸心を通る)直線
O 軸心
Claims (10)
- 回転子(12)および固定子(11)を備えた電動機(1)であって、
上記回転子(12)は、回転子コア(40)と、該回転子コア(40)に挿通および固定されるシャフト(10)と、周方向に並んだ複数の磁極(43)を形成する複数の永久磁石(42)とを有し、
上記磁極(43)は、上記回転子(12)の表面における磁場の向きが径方向外向きであるか、径方向内向きであるかによって上記回転子(12)が周方向に分割された領域であり、
上記シャフト(10)は、上記回転子コア(40)に対して軸方向の片側のみで回転可能に支持され、
上記回転子コア(40)は、各上記磁極(43)をその極中心に対して回転方向側と反回転方向側とに二分割した場合に、上記永久磁石(42)を含む少なくとも1つの上記磁極(43)の上記回転方向側の半部(43a)を磁気飽和しやすくする磁気飽和助長手段(50)を有し、
上記磁気飽和助長手段(50)は、上記永久磁石(42)よりも径方向外側に設けられており、
上記磁極(43)は、自身の極中心と上記回転子(12)の軸心(O)とを通る直線(L1)に関して、上記回転方向側の半部(43a)の形状と、上記反回転方向側の半部(43b)の形状とが非対称である
ことを特徴とする電動機。 - 請求項1において、
上記磁気飽和助長手段(50)は、上記回転子コア(40)の上記永久磁石(42)よりも径方向外側における、上記磁極(43)の上記回転方向側の半部(43a)に設けられた磁気抵抗部(51,52)である
ことを特徴とする電動機。 - 請求項2において、
上記磁気抵抗部(51,52)は、上記磁極(43)の上記永久磁石(42)において上記回転方向側の端部および上記回転子(12)の軸心(O)を通る直線(L2)と、上記磁極(43)の極中心および上記回転子(12)の軸心(O)を通る直線(L1)との間に配置されている
ことを特徴とする電動機。 - 請求項2または3において、
上記磁気抵抗部(51,52)は、上記回転子コア(40)に形成された空隙(51)である
ことを特徴とする電動機。 - 請求項2または3において、
上記磁気抵抗部(51,52)は、上記回転子コア(40)の外周面に形成された凹部(52)である
ことを特徴とする電動機。 - 請求項1において、
上記回転子コア(40)は、上記永久磁石(42)よりも径方向外側における上記磁極(43)の上記回転方向側の半部(43a)の少なくとも一部が、該半部(43a)以外の部分を構成する磁性材料よりも飽和磁束密度が低い磁性材料で構成された磁気飽和容易部(53)になっており、
上記磁気飽和助長手段(50)は、上記磁気飽和容易部(53)により構成されている
ことを特徴とする電動機。 - 請求項1~6のいずれか1項において、
上記回転子(12)は、上記回転子コア(40)の軸方向一端側および軸方向他端側の少なくとも一方に設けられた錘(13a,13c)を有し、
上記錘(13a,13c)の重心は、上記回転子(12)の軸心(O)から偏心している
ことを特徴とする電動機。 - ケーシング(15)と、
上記ケーシング(15)に収容された請求項1~7のいずれか1項に記載の電動機(1)と、
上記ケーシング(15)に収容されかつ上記電動機(1)により駆動される圧縮機構(20)とを備える
ことを特徴とする圧縮機。 - 請求項1~7のいずれか1項に記載の電動機(1)であって、上記シャフト(10)の回転を用いて負荷(20)を駆動する電動機(1)と、
上記電動機(1)に印加される電圧である印加電圧(Vs)を出力するインバータ(210b)と、
上記インバータ(210b)を制御する制御部(209)とを備えた電動機システム(MS)であって、
上記制御部(209)は、
第1の最大値(Vmax_ωMAX)よりも小さい振幅を有する上記印加電圧(Vs)を上記インバータ(210b)に出力させて、第1の速度(ωMAX)で上記電動機(1)を回転して所定の上記負荷(20)を駆動し、
第2の最大値(Vmax_ω3)の振幅を有する上記印加電圧(Vs)を上記インバータ(210b)に出力させて、第2の速度(ω3)で上記電動機(1)を回転して上記所定の上記負荷(20)を駆動し、
上記第1の最大値(Vmax_ωMAX)は、上記第1の速度(ωMAX)で上記所定の上記負荷(20)を上記電動機(1)が駆動するときに上記印加電圧の振幅(|Vs|)が採り得る値の最大値であり、
上記第1の速度(ωMAX)は、上記電動機(1)が上記所定の上記負荷(20)を駆動するときの上記電動機の回転の速度(ωm)の最大値であり、
上記第2の最大値(Vmax_ω3)は、上記第2の速度(ω3)で上記所定の上記負荷(20)を上記電動機(1)が駆動するときに上記印加電圧の振幅(|Vs|)が採り得る値の最大値であり、
上記第2の速度(ω3)は、上記第1の速度(ωMAX)よりも小さい
ことを特徴とする電動機システム。 - 請求項1~7のいずれか1項に記載の電動機(1)であって、上記シャフト(10)の回転を用いて負荷(20)を駆動する電動機(1)と、
上記電動機(1)に印加される電圧である印加電圧(Vs)を出力するインバータ(210b)と、
上記インバータ(210b)を制御する制御部(209)とを備えた電動機システム(MS)であって、
上記電動機(1)が所定のトルクを出力するときの上記電動機(1)の回転の速度(ωm)が、上記電動機(1)が上記所定のトルクを出力するときの上記電動機(1)の基底速度(ωb)以上であるとき、
上記制御部(209)は、
第1の最大値(Vmax_ω1)に第1の比を乗じた振幅を有する上記印加電圧(Vs)を上記インバータ(210b)に出力させて、第1の速度(ω1)で上記電動機(1)を回転させ、かつ該電動機(1)に上記所定のトルクを出力させ、
第2の最大値(Vmax_ω2)に第2の比を乗じた振幅を有する上記印加電圧(Vs)を上記インバータ(210b)に出力させて、第2の速度(ω2)で上記電動機(1)を回転させ、かつ該電動機(1)に上記所定のトルクを出力させ、
上記第1の最大値(Vmax_ω1)は、上記第1の速度(ω1)で上記所定のトルクを上記電動機(1)が出力するときに上記印加電圧の振幅(|Vs|)が採り得る値の最大値であり、
上記第2の最大値(Vmax_ω2)は、上記第2の速度(ω2)で上記所定のトルクを上記電動機(1)が出力するときに上記印加電圧の振幅(|Vs|)が採り得る値の最大値であり、
上記第2の速度(ω2)は、上記第1の速度(ω1)よりも大きく、
上記第2の比は、上記第1の比よりも小さい
ことを特徴とする電動機システム。
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