JPH037046A - 電気的に整流される直流モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、積層された固定子コアおよび固定子巻線から
構成される固定子、積層されたコアの孔内で回転するよ
うに配置された永久磁石回転子、固定子電流を制御する
電気回路を有する電気的に整流されるＤＣモータに関す
る。

［従来技術］ このようなりＣモータは知られている（ＥＰ−８１−０
１２５５０２）。ＡＣ動力を備えた誘導モータに関する
電気的に整流されるＤＣモータの利点は一般的に認めら
れており、このようなりＣモータは実際有効であると判
明しているが、これらはなお幾つかの不利点を有する。

付勢な状態において負荷されていないトルクが回転子に
働くような適用に対して使用される、電気的に整流され
るＤＣモータが停止位置から確実に始動することを保証
するために、固定子および回転子の積層薄板は特定の形
状を有し、それによってエアギャップは円周の方向にお
いて相対的に大きくなり均質ではなくなる。結果として
、従来技術のＤＣモータは相対的に貧弱な効率を有する
。加えてこれらの従来技術の電気的に整流されるＤＣモ
ータは外部回転子モータであるので、永久磁石の容積が
比較的大きい。これは製造中に付加量を要求するような
不均衡の発生を増加させる。さらに回転子の慣性のため
、この従来技術のＤＣモータは相対的に長い始動時間を
有し、そのため電圧源および制御回路は相対的に長い時
間にわたって増大した電流で負荷される。さらに設計の
理由により駆動される端部と反対側のみにしか据え付け
られないため、従来技術のＤＣモータは幾つかの適用に
対する使用を妨げコストのかかる補助構造を要求する。

［発明の解決すべき課題］ それ故に本発明によって解決されるべき技術的課題は、
製造するに際してより容易で廉価であり且つより高度な
電気効率を有するように、上記の種類の電気的に整流さ
れるＤＣモータを改善することである。

［課題解決のための手段］ 本発明によると、この技術的課題の解決方法は固定子が
回転子を挿入するための孔が円筒型であり平滑な内部の
表面を有し、この孔の外部で、積層固定子コアが少なく
とも２個の直径的に反対の地点でくびれを有し、回転子
は回転子シャフトおよび回転子シャフトに回転しないよ
うに据え付けられその表面に永久磁石を有している磁化
可能な材質の円筒型の回転子体から構成されてているこ
とを特徴とする。

本発明による電気的に整流されるＤＣモータは、固定子
と回転子の間に均質なエアギャップを有した内部回転子
モータである。この特性を通して、磁気誘導の最適条件
は回転子の駆動力に変換される。

新しいＤＣモータは、ＡＣ誘導モータの製造において製
造され且つ非常に大量に用いられる部品を使用して低い
コストで製造され得る。

［実施例］ 第１図に見られるように積層された回転子コアは、例え
ばそれらを−緒に圧縮結合することによってその間にあ
りつぎのようなジヨイント３が形成されるような磁極積
層体１およびヨーク積層体２から構成される。ヨーク積
層体２は例えばコイル形状に巻かれた固定子巻線４を支
持する。磁極積層体１は回転子６のための孔５を設けら
れている。回転子６は回転子シャフト７、回転子シャフ
ドアに回転しないように据え付けられた磁化可能な材質
の回転子体８１回転子体８の表面に配置された２極永久
磁石９から構成される。固定子は埋設磁極モータの完全
な固定子である。これは、埋設磁極の場合には埋設磁極
を形成し短絡する巻回が配置されるような溝およびスロ
ット１０によって認められる。本発明によるモータにお
いて溝およびスロット１０は機能しない。しかし埋設磁
極モータに漏洩ブリッジを形成するくびれ１１は機能す
る。

本発明によるモータにおいて、くびれＩＩを通過するＡ
−Ａ’線は２個の固定子磁極の間の境界線を意味するモ
ータの中性軸である。固定子巻線４に適用された電圧の
極性によって、磁極積層体は中性軸の一方の側でＮ極と
して動作し他方でＳ極として動作する。

中性軸Ａ−Ａ’に近接して回転子の回転方向（回転子内
の矢印で示されている）に反対の角度ａによって中性軸
から間隔を置かれた回転子位置センサ１２が配置されて
いる。また回転子位置センサは反対の対角線上の位置に
も配置され、そのような場合は異なる制御組織が電気整
流回路に対して選択されねばならない。

第１図に記載されているように非常に大量に製造された
埋設磁極モータの固定子は、本発明による電気的に整流
されるＤＣモータの製造に対しても変化されずに使用で
きる。もし固定子積層体の製造の際に特別な打抜き用の
型が使用されると、積層体内の溝およびスロット１０は
省略することができる。いかなる場合においても、本発
明によるモータは電気的に整流されるＤＣモータの低い
製造価格に関する要求を満たす。

第１図に示された固定子の実施例において、分割コイル
巻枠がヨーク積層体上に配置された後で固定子巻線４は
ヨーク積層体２上に巻かれねばならない。

もし第２図に記載されているように磁極積層体１とヨー
ク積層体２の間のジヨイント３があるならば（第２図は
もう１つの実施例における第１図の２の部分の詳細を示
している）、１体の部品のコイル巻枠が固定子巻線に対
して使用され得る。

このコイル巻枠は巻線を設けられ、それからヨーク積層
体２上を滑らせて取付けられる。

第３図は、本発明による完成した電気的に整流されるＤ
Ｃモータを示している。積層体の固定子コア１３は、コ
イル巻枠１４上に巻かれた固定子巻線を支持する。回転
子６のシャフト７は積層体の固定子コア１３に装着され
たベアリング１５において回転する。

第３図に見られるように、回転子６は積層体の固定子コ
ア１３の両端を越えて伸びている。固定子の一端では、
回転子位置センサ１２が回転子６の突出した端部に近接
して配置されている。それは回路板１６上に形成された
整流回路と接続されている。

後者はコイル巻枠１４に装着されている。

第４図は、本発明によるモータの固定子と回転子の間の
磁気抵抗の変動を示している。もし永久磁石回転子の磁
極の変化（Ｎ極とＳ極の間の変化）が中性軸Ａ−Ａ’の
範囲で生じるならば、固定子と回転子の間の磁気抵抗は
最大になる。磁気抵抗の最小値はＢ−Ｂ’綿線上生じる
。第１図に見られるようにこの線はＡ−Ａ’　と直交し
ている。゛モータの消勢後、もし回転子が負荷トルクな
しで停止位置へ惰性で進むことができるならば、それは
磁極の変化がＢ−Ｂ’と一直線であるような位置で停止
するであろうし、これはそこから明確に再び出発するよ
うな回転子の安定した停止位置である。

回転子の孔の円周に沿って一定ではない固定子と回転子
の間の磁気抵抗は、その特性が第５図に示されている同
様に一定でなく、固定子巻線によって生成されたトルク
を部分的に支持しおよび部分的に妨げる磁気抵抗トルク
１７を生じる。第５図にはモータトルクの特性が実線１
８によって記載されている。

固定子巻線４の付勢によって、くびれ１１はこの巻線に
よって生成された磁束に対して短絡回路を形成する。し
かしくびれ１１における磁極積層体１の断面積は磁極積
層体１の残りの部分のそれと比べて非常に小さいので、
磁極積層体１のこの一部分は既に小さな巻線電流の存在
で磁気的飽和状態になり、換言すればこのモータの一部
分に関する電流成分は残りのモータ電流と違って一定値
のままである。この電流成分は定格電流の約５乃至１０
％であると仮定できる。ｎノ定によればこれらの損失に
もかかわらず、本発明による電気的に整流されるＤＣモ
ータの効率は同じ固定子から作られた埋設磁極モータの
それの２倍以上の高さである。

第５図記載のモータトルク特性１８は、回転子位置セン
サ１２が中性軸Ａ−Ａ’に位置するような場合に適用さ
れる。しかしこの位置は最適のモータ効率を生じない。

その理由は、モータの幾何学的構造による固定子巻線の
比較的に高いインダクタンスにある。電流が固定子巻線
を通って流れ、電流の流れが遮断される時、巻線インダ
クタンス内に貯蔵された磁気エネルギーは電流の流れを
保持しようとする傾向を持つ。電気的に整流されるＤＣ
モータに対して使用される整流回路は一般的に、貯蔵媒
体、通常はコンデンサに電流が流入することによって磁
気エネルギーを消滅させるような特定のスイッチング素
子いわゆるフリーホイールダイオードを含む。しかし、
これはこの段階において電流が反対方向或いは磁気的に
連結した第２相巻線に流れることができないことを意味
する。

結果として、モータの効果的な即時の整流はモータの回
転方向にある中性帯Ａ−Ａ’から移される。

しかしこれは結果として効率の低下を生じさせる。

この効果を補うため、定格速度における効果的な即時の
整流がモータの中性軸Ａ−Ａ’と一致するように回転子
位置センサ１２のスイッチングの瞬間が変えられる。こ
れは、モータの回転方向と反対方向の角度ａだけ回転子
位置センサ１２を変位することによって遂行される。角
度ａの大きさはモータ巻線の電気時定数に依存する。そ
れはおそらく１０度と２０度の間である。

本発明による電気的に整流されるＤＣモータに対しては
、通常の回路が使用可能である。もしモータが２極式制
御で操作されることになるならば、１個の巻線のみが固
定子巻線として必要になる。

もしモータが１極式制御で操作されることになるならば
、２個の分離した相の巻線が固定子巻線として必要にな
る。

第６図および第７図には、本発明による電気的に整流さ
れるＤＣモータのさらに別の実施例が記載されている。

第１図の実施例に示された固定子が非対称的な固定子で
あるが、第６図は対称的な固定子を有する２極式モータ
を示している。それはほぼ正方形であり、回転子の孔の
ある磁極積層体２０を有するフレーム型ヨーク積層体１
９が配列されている。固定子巻線２１は回転子の孔とヨ
ーク積層体１９の間の磁極積層体上に配置されている。

この実施例は固定子巻線２１を磁極およびヨーク積層体
から隔離して製造することを可能にしている。

第７図に示された実施例は第６図記載の実施例を４極に
した場合の例である。この実施例において磁極積層体２
２は十字型を形成している。そこには４個の固定子巻線
２３があり、回転子２４は４極の回転子である。第７図
記載のモータの４極の実施例は２本の中性軸を有する（
Ａ−Ａ”、Ａ’Ａ”’）。

第６図および第７図の積層体の形状においてはくびれ１
１のみが示され、一方で第１図記載の溝およびスロット
１０が省略されている。しかしもしＡＣモータの生産か
らの積層体が固定子のために使用されるならば、後者は
存在するだろう。

第６図および第７図に示された実施例において、ヨーク
積層体Ｉ９はほぼ正方形の形をしている。しかしそれは
また円形でもよい（円形モータ）。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるＤＣモータの構造を概略的に示す
。 第２図は第１図記載のＤＣモータの異なった設計の詳細
を示す。 第３図は本発明によるＤＣモータの側面図である。 第４図は本発明によるＤＣモータの固定子と回転子の間
の磁気抵抗を、回転子の孔の円周に沿って示した特性図
である。 第５図は本発明によるＤＣモータの回転子トルクの変化
を、回転子位置と共に示した特性図である。 第６図は本発明によるＤＣモータのための固定子のもう
一つの実施例を示す。 第７図は本発明によるＤＣモータのための固定子のさら
に別の実施例を示す。 １・・・磁極積層体、２・・・ヨーク積層体、３・・・
ジヨイント、４・・・固定子巻線、５・・・孔、６・・
・回転子、７・・・回転子シャフト、８・・・回転子体
、９・・・２極永久磁石、１０・・・溝およびスロット
、１１・・・くびれ、１２・・・回転子位置センサ。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）積層体の固定子コアおよび固定子巻線から構成さ
   れる固定子と、積層体の固定子のコアの孔内で回転する
   ように配置された永久磁石回転子と、回転子位置センサ
   と、固定子電流を制御する電気回路とを有する電気的に
   整流されるＤＣモータにおいて、 回転子の挿入される固定子の孔が円筒型であり平滑な内
   面を有し、固定子の孔の外部において積層体の固定子コ
   アが少なくとも２つの直径的に反対の地点でくびれを有
   し、回転子は回転子シャフト７および回転子シャフト７
   に回転しないように取付けられた磁化可能な材質からな
   りその表面に永久磁石を有している円筒型の回転子体８
   から構成されていることを特徴とする電気的に整流され
   るＤＣモータ。
2. （２）永久磁石回転子６の長さが固定子の孔の長さより
   長く、回転子６が前記孔５の両端を越えて同じ長さに伸
   びるように前記孔中に配置されることを特徴とする請求
   項１記載のＤＣモータ。
3. （３）回転子の回転方向と反対方向に小さな角度ａだけ
   ずれて、回転子位置センサがくびれの１つから一定の間
   隔を置いて位置していることを特徴とする請求項１また
   は２記載のＤＣモータ。
4. （４）積層体固定子コアが対称的に配列された固定子の
   孔を有するほぼ方形の磁極積層体および固定子巻線を支
   持するほぼＣの形をしたヨーク積層体から構成され、前
   記の磁極積層体および前記のヨーク積層体が一緒に圧縮
   結合されていることを特徴とする請求項１乃至３のいず
   れか１項記載のＤＣモータ。
5. （５）積層体の固定子コアが対称的に配列された回転子
   を挿入するための孔をその中心部に有するほぼＣの形を
   した磁極積層体および固定子巻線を支持するほぼ棒状の
   ヨーク積層体から構成され、前記の磁極積層体および前
   記のヨーク積層体が一緒に圧縮結合されていることを特
   徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のＤＣモー
   タ。
6. （６）積層体固定子コアは、磁極積層体が中心部に回転
   子の挿入のための孔を有し、この孔とヨーク積層体の間
   で固定子巻線を支持しており、その向かいあった２個の
   中心部の間に配列されているフレーム型ヨーク積層体１
   ９から構成されることを特徴とする請求項１乃至３のい
   ずれか１項記載のＤＣモータ。
7. （７）積層体固定子コアが、中心に回転子の挿入のため
   の孔のある十字型の磁極積層体および十字のアーム上に
   ある固定子巻線が側面の中心部の間に配列されているフ
   レーム型ヨーク積層体１９から構成されることを特徴と
   する請求項１乃至３のいずれか１項記載のＤＣモータ。