JPH07303357A - 同期電動機 - Google Patents
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- JPH07303357A JPH07303357A JP6093195A JP9319594A JPH07303357A JP H07303357 A JPH07303357 A JP H07303357A JP 6093195 A JP6093195 A JP 6093195A JP 9319594 A JP9319594 A JP 9319594A JP H07303357 A JPH07303357 A JP H07303357A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
- H02K1/24—Rotor cores with salient poles ; Variable reluctance rotors
- H02K1/246—Variable reluctance rotors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Synchronous Machinery (AREA)
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ロータ回転位置により磁気抵抗の差があるこ
とを利用して回転力を発生する同期電動機において、ロ
ータの磁極が向いている方向の電動機電流成分により界
磁磁束が悪影響を受け難い同期電動機を得、高力率、高
効率、高ピークトルクを実現し、さらには、制御性の良
い電動機の実現、電動機の低価格化を実現する。 【構成】 ロータの磁極部材13に磁極方向には磁気抵
抗が小さく磁極の横方向には磁気抵抗の大きな磁極構造
とした。具体例としては、ロータに積層電磁鋼板を使用
し、隣合う磁極へ磁気的に独立した複数の磁路を設け
た。
とを利用して回転力を発生する同期電動機において、ロ
ータの磁極が向いている方向の電動機電流成分により界
磁磁束が悪影響を受け難い同期電動機を得、高力率、高
効率、高ピークトルクを実現し、さらには、制御性の良
い電動機の実現、電動機の低価格化を実現する。 【構成】 ロータの磁極部材13に磁極方向には磁気抵
抗が小さく磁極の横方向には磁気抵抗の大きな磁極構造
とした。具体例としては、ロータに積層電磁鋼板を使用
し、隣合う磁極へ磁気的に独立した複数の磁路を設け
た。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ACサーボモータ特に
リラクタンスモータとして知られる同期電動機のロータ
磁極構造に関する。
リラクタンスモータとして知られる同期電動機のロータ
磁極構造に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の同期電動機及びその制御装置の例
として、ロータの位置を検出せずに周波数制御した三相
交流電圧/電流を同期電動機に印加して制御するもの、
あるいは、図19に示すようなロータ位置、ロータ速度
の検出を行い制御しているものがある。
として、ロータの位置を検出せずに周波数制御した三相
交流電圧/電流を同期電動機に印加して制御するもの、
あるいは、図19に示すようなロータ位置、ロータ速度
の検出を行い制御しているものがある。
【0003】図20は従来の2極の同期電動機の例であ
り、27はステータ、UP,UNは三相交流のU相巻き
線、VP,VNはV相巻き線、WP,WNはW相巻き
線、53は磁極が突極型の磁性体で構成されたロータ、
RPはロータ53の回転角である。
り、27はステータ、UP,UNは三相交流のU相巻き
線、VP,VNはV相巻き線、WP,WNはW相巻き
線、53は磁極が突極型の磁性体で構成されたロータ、
RPはロータ53の回転角である。
【0004】次に図20の電動機を制御する図19の回
路について説明する。
路について説明する。
【0005】同期電動機は突極型のロータ53をもち、
このロータ53に位置検出器54が機械的に結合され、
位置信号DSを出力する。
このロータ53に位置検出器54が機械的に結合され、
位置信号DSを出力する。
【0006】速度指令SIと速度検出回路56によって
検出された速度信号SDとが加算器51で突き合わされ
て速度偏差ESを得、速度制御手段57で比例・積分・
微分等の補償演算を行ってトルク指令Tを得る。
検出された速度信号SDとが加算器51で突き合わされ
て速度偏差ESを得、速度制御手段57で比例・積分・
微分等の補償演算を行ってトルク指令Tを得る。
【0007】界磁電流指令回路59はロータ位置検出回
路55により検出されたロータ位置RPと速度信号SD
を入力とし三相界磁電流指令SFIU,SFIV,SF
IWを出力する。
路55により検出されたロータ位置RPと速度信号SD
を入力とし三相界磁電流指令SFIU,SFIV,SF
IWを出力する。
【0008】今、界磁電流指令の振幅をSFとすると、 SFIU=SF・SIN(RP) SFIV=SF・SIN(RP+120°) SFIW=SF・SIN(RP+240°) となる。
【0009】電機子電流指令回路58はトルク指令Tと
ロータ位置RPとを入力とし三相電機子電流指令SAI
U,SAIV,SAIWを出力する。
ロータ位置RPとを入力とし三相電機子電流指令SAI
U,SAIV,SAIWを出力する。
【0010】今、電機子電流指令の振幅をSAとする
と、 SAIU=SA・COS(RP) SAIV=SA・COS(RP+120°) SAIW=SA・COS(RP+240°) となる。
と、 SAIU=SA・COS(RP) SAIV=SA・COS(RP+120°) SAIW=SA・COS(RP+240°) となる。
【0011】加算器72、73、74はそれぞれ三相界
磁電流指令と三相電機子電流指令とを加算し三相電流指
令SIU,SIV,SIWを電流制御回路60へ出力す
る。電流制御回路60は電力増幅し同期電動機の各三相
巻き線U,V,Wへ駆動電流IU,IV,IWを流す。
磁電流指令と三相電機子電流指令とを加算し三相電流指
令SIU,SIV,SIWを電流制御回路60へ出力す
る。電流制御回路60は電力増幅し同期電動機の各三相
巻き線U,V,Wへ駆動電流IU,IV,IWを流す。
【0012】このような動作を行った時、三相界磁電流
指令の成分は図13の同期電動機において、常にロータ
の磁極方向に界磁磁束を作るように動作し、三相電機子
電流指令の成分はこの磁束に直行し交差するように流れ
る。従ってこの時良く知られたフレミングの法則に従っ
て、F=B・I・Lのベクトル積に比例した力が発生し
電動機回転トルクを得る。
指令の成分は図13の同期電動機において、常にロータ
の磁極方向に界磁磁束を作るように動作し、三相電機子
電流指令の成分はこの磁束に直行し交差するように流れ
る。従ってこの時良く知られたフレミングの法則に従っ
て、F=B・I・Lのベクトル積に比例した力が発生し
電動機回転トルクを得る。
【0013】ここで、Bは界磁磁束密度のベクトル、I
は電機子電流指令の振幅SAに比例した値を持つベクト
ル、Lは同期電動機の三相巻き線の内磁束と交差する有
効な巻き線部の総延長に比例した値である。回転トルク
はこのベクトル積Fの方向と回転方向との余弦を乗じた
値に比例した値となる。
は電機子電流指令の振幅SAに比例した値を持つベクト
ル、Lは同期電動機の三相巻き線の内磁束と交差する有
効な巻き線部の総延長に比例した値である。回転トルク
はこのベクトル積Fの方向と回転方向との余弦を乗じた
値に比例した値となる。
【0014】このような動作により正逆トルクを自在に
得、同期電動機の精密な速度制御を実現している。
得、同期電動機の精密な速度制御を実現している。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】図20に示すロータ磁
極53は磁極の正常動作時の磁束方向に磁気抵抗が小さ
いだけでなく2極の両磁極端部の回転方向磁気抵抗も比
較的小さい構造となっている。
極53は磁極の正常動作時の磁束方向に磁気抵抗が小さ
いだけでなく2極の両磁極端部の回転方向磁気抵抗も比
較的小さい構造となっている。
【0016】従って従来技術の課題として、三相界磁電
流成分によって作られたロータの界磁磁束が電機子電流
成分の電機子反作用により乱され、特に大きな電機子電
流成分が流れる時には単純理論の通りにはトルクが発生
せず、むしろトルクが低減するという課題がある。
流成分によって作られたロータの界磁磁束が電機子電流
成分の電機子反作用により乱され、特に大きな電機子電
流成分が流れる時には単純理論の通りにはトルクが発生
せず、むしろトルクが低減するという課題がある。
【0017】このトルク低減の課題はさらにその内容を
分析すると、電動機電流が大きく電機子反作用が大きい
ときには、電動機電流と界磁磁束とが交差しトルクを発
生する割合が減少するという課題と、界磁磁束のベクト
ル方向が電動機電流ベクトルと回転方向ベクトルとの両
方に直交するベクトル方向から外れていく為その両方向
の余弦に比例して発生トルクが減少するという課題があ
る。
分析すると、電動機電流が大きく電機子反作用が大きい
ときには、電動機電流と界磁磁束とが交差しトルクを発
生する割合が減少するという課題と、界磁磁束のベクト
ル方向が電動機電流ベクトルと回転方向ベクトルとの両
方に直交するベクトル方向から外れていく為その両方向
の余弦に比例して発生トルクが減少するという課題があ
る。
【0018】
【課題を解決するための手段】ロータの構成部材である
磁路を磁極の方向へ向け、磁極のロータ回転方向の磁気
抵抗が大きくなる構造とした。
磁路を磁極の方向へ向け、磁極のロータ回転方向の磁気
抵抗が大きくなる構造とした。
【0019】さらに具体的には、この基本構造を実現す
るため、ロータ構成部材である電磁鋼板をロータのラジ
アル方向に切り欠いた構造としている。
るため、ロータ構成部材である電磁鋼板をロータのラジ
アル方向に切り欠いた構造としている。
【0020】なお、前記切り欠きによりロータ強度が低
くなることを防ぐため、ロータの強度を確保する構造と
している。
くなることを防ぐため、ロータの強度を確保する構造と
している。
【0021】
【作用】同期電動機の電流をロータの回転方向に対し電
気角的に90度の位相差を持つ界磁電流成分とロータの
回転方向の位相に流れる電機子電流成分に分解して考え
た場合、前記のようなロータ磁極構造とする事により、
界磁電流成分によりロータの界磁磁束を従来より忠実に
作る事ができ、また、電機子電流成分による界磁磁束の
乱れが少なくなり、いわゆる電機子反作用の悪影響が少
なくなった。
気角的に90度の位相差を持つ界磁電流成分とロータの
回転方向の位相に流れる電機子電流成分に分解して考え
た場合、前記のようなロータ磁極構造とする事により、
界磁電流成分によりロータの界磁磁束を従来より忠実に
作る事ができ、また、電機子電流成分による界磁磁束の
乱れが少なくなり、いわゆる電機子反作用の悪影響が少
なくなった。
【0022】
【実施例】図1に本発明の実施例である4極の同期電動
機のロータ正面図を示す。
機のロータ正面図を示す。
【0023】1はロータ軸、13は磁極に磁束を発生さ
せたい方向に磁気抵抗が小さくロータの回転方向に磁気
抵抗が大きい部材で構成した磁極片、14も13同様に
磁気方向性の強い部材で構成した磁極間磁路である。
せたい方向に磁気抵抗が小さくロータの回転方向に磁気
抵抗が大きい部材で構成した磁極片、14も13同様に
磁気方向性の強い部材で構成した磁極間磁路である。
【0024】13、14の部材の具体的な内部構造の例
を図2に拡大して示す。棒状の磁性材部61が複数本、
平行に配置してあり、樹脂等の非磁性/非導電材部62
で固め、固定している。
を図2に拡大して示す。棒状の磁性材部61が複数本、
平行に配置してあり、樹脂等の非磁性/非導電材部62
で固め、固定している。
【0025】13、14の部材は例えば方向性珪素鋼板
を磁極の磁路方向に向け積層したものでもある程度の効
果は得られる。
を磁極の磁路方向に向け積層したものでもある程度の効
果は得られる。
【0026】図3に本発明の他の実施例を示す。15、
16は13と同様に磁極に磁束を発生させたい方向に磁
気抵抗が小さくロータの回転方向に磁気抵抗が大きい部
材であり、ロータ外形形状は特に突極形状である必要は
なくロータ回転位置によりステータからみた磁気抵抗の
差があり、かつ、磁極の回転方向磁気抵抗が大きければ
良い。
16は13と同様に磁極に磁束を発生させたい方向に磁
気抵抗が小さくロータの回転方向に磁気抵抗が大きい部
材であり、ロータ外形形状は特に突極形状である必要は
なくロータ回転位置によりステータからみた磁気抵抗の
差があり、かつ、磁極の回転方向磁気抵抗が大きければ
良い。
【0027】また、ロータの外周を凹凸状にして突起を
設け電動機巻き線の漏れリアクタンスを減少させる工夫
もできる。
設け電動機巻き線の漏れリアクタンスを減少させる工夫
もできる。
【0028】また磁極の構成要素の形状は、構成要素の
加工の容易さ、組立の容易さ、強度上の都合等により種
々変形した形状を取り得る。
加工の容易さ、組立の容易さ、強度上の都合等により種
々変形した形状を取り得る。
【0029】例えば図4の磁極片17は、図1の磁極片
13を固定用棒材19で磁極片17、磁極間磁路14の
固定が容易となるように形状を改良したものである。
13を固定用棒材19で磁極片17、磁極間磁路14の
固定が容易となるように形状を改良したものである。
【0030】図5に図4のロータの軸方向断面図例を示
す。この場合磁極片17は積層電磁鋼板であり、6は固
定用円板である。
す。この場合磁極片17は積層電磁鋼板であり、6は固
定用円板である。
【0031】図6は、本発明の他の実施例であり、ロー
タ回転中心線に対し直角な方向のロータ断面図である。
タ回転中心線に対し直角な方向のロータ断面図である。
【0032】電磁鋼板の3の部分を切り欠いて斜線部で
示される磁性部2を残し、ロータ軸の方向に積層してい
る。
示される磁性部2を残し、ロータ軸の方向に積層してい
る。
【0033】図7は、ロータ軸中心に沿った断面図であ
る。
る。
【0034】このロータの電磁鋼板の固定、積層方法は
幾つかの方法がある。
幾つかの方法がある。
【0035】単純な方法としては、単に積層しロータ両
端の固定円板6を介して固定棒4、5で挟み込んで固定
する。
端の固定円板6を介して固定棒4、5で挟み込んで固定
する。
【0036】他の固定、積層方法は、7のように電磁鋼
板を1枚もしくは複数枚積層したものと固定部材8とを
交互に積み重ね、ロータ両端の固定円板6を介して固定
棒4、5で挟み込んで固定する。
板を1枚もしくは複数枚積層したものと固定部材8とを
交互に積み重ね、ロータ両端の固定円板6を介して固定
棒4、5で挟み込んで固定する。
【0037】図6、図7のロータにおいてその構成は、
3の部分が空気もしくは非磁性体材料であり、かつ、ロ
ータ内で隣合う磁極へ通じる磁路2は複数の各磁路が平
行に配置されている。従って磁路2の特性は、磁気的に
ほぼ独立していると見ることができ、磁路2の磁路方向
へは磁気抵抗が小さいが磁路2の回転方向へは大きな磁
気抵抗を示すことになる。
3の部分が空気もしくは非磁性体材料であり、かつ、ロ
ータ内で隣合う磁極へ通じる磁路2は複数の各磁路が平
行に配置されている。従って磁路2の特性は、磁気的に
ほぼ独立していると見ることができ、磁路2の磁路方向
へは磁気抵抗が小さいが磁路2の回転方向へは大きな磁
気抵抗を示すことになる。
【0038】これら複数の磁路2で構成される磁極とし
ては、磁極の回転方向磁気抵抗は非常に大きな値を示す
事になり、磁極の直近のステータ巻き線に流れる電流、
即ち、電動機の電機子電流成分による界磁磁束の乱れを
極小にする特性となっている。
ては、磁極の回転方向磁気抵抗は非常に大きな値を示す
事になり、磁極の直近のステータ巻き線に流れる電流、
即ち、電動機の電機子電流成分による界磁磁束の乱れを
極小にする特性となっている。
【0039】さらに、図6に図示した複数の磁路で構成
される磁極において、これらの複数の磁路の磁路間隔と
ステータのスロット間隔とを非同期とすることによりス
ロットトルクリップルがお互いにキャンセルされる効果
が有りスロットトルクリップルの総計を低減することが
できる。
される磁極において、これらの複数の磁路の磁路間隔と
ステータのスロット間隔とを非同期とすることによりス
ロットトルクリップルがお互いにキャンセルされる効果
が有りスロットトルクリップルの総計を低減することが
できる。
【0040】また、同様のスロットトルクリップル低減
効果は図1に示した複数の磁路の各間隔もしくは各磁路
幅を不均一とする事によっても得る事ができる。
効果は図1に示した複数の磁路の各間隔もしくは各磁路
幅を不均一とする事によっても得る事ができる。
【0041】図8に本発明の他の実施例を示す。
【0042】図8はロータの軸中心線方向から見た正面
図であり、1はロータ軸、9は電磁鋼板、10の部分は
電磁鋼板9の一部を切り欠いた部分で空気もしくは非磁
性体等比透磁率の低い物質で構成されている。
図であり、1はロータ軸、9は電磁鋼板、10の部分は
電磁鋼板9の一部を切り欠いた部分で空気もしくは非磁
性体等比透磁率の低い物質で構成されている。
【0043】構造上の差異は、図6の電磁鋼板に比較し
図8の電磁鋼板は、(1) ロータ外周部が接続、(2) 各磁
極の中間に位置しロータ内を磁気的に接続する部分の各
磁路が接続されていること、(3) ロータ軸に接するロー
タ中心部と電磁鋼板とが隣接していることである。
図8の電磁鋼板は、(1) ロータ外周部が接続、(2) 各磁
極の中間に位置しロータ内を磁気的に接続する部分の各
磁路が接続されていること、(3) ロータ軸に接するロー
タ中心部と電磁鋼板とが隣接していることである。
【0044】図8に示すロータの磁気的特性は、図6に
示したロータと多少の差異はあるもののほぼ同等の特性
を示す。
示したロータと多少の差異はあるもののほぼ同等の特性
を示す。
【0045】隣合う磁極との中間に位置する部分で各磁
路が接続されているが、電動機の制御装置が三相交流電
流をバランス良く流せば各電流の合成起磁力が磁路方向
へは働くがラジアル方向へ働く起磁力成分は小さくな
り、この部分で各磁路が磁気的に接続されていても電動
機の磁気的動作上で図6のロータとの差異は小さいこと
になる。
路が接続されているが、電動機の制御装置が三相交流電
流をバランス良く流せば各電流の合成起磁力が磁路方向
へは働くがラジアル方向へ働く起磁力成分は小さくな
り、この部分で各磁路が磁気的に接続されていても電動
機の磁気的動作上で図6のロータとの差異は小さいこと
になる。
【0046】電磁鋼板中心部近傍すなわちロータの軸1
の近傍についても同様に磁気的に中心部であり、各磁極
に働く起磁力が合成された結果キャンセルされている。
従って、ロータ中心の近傍の磁気特性が磁極表面の磁束
分布に与える影響は小さい。図8のロータ構造から明ら
かなように、(1) ロータ外周部が接続されており、この
結果、目的、特長は、電磁鋼板を金型でプレス切断もし
くはエッチング加工等により形状加工するときバラバラ
ならないようにして組立を容易化すること、ロータ強度
を確保すること、ロータ表面の磁気抵抗が各磁路ごとに
不連続になることに起因するトルクリップルを低減する
こと、ロータの表面を円状として風抵抗および回転音を
低減すること等である。
の近傍についても同様に磁気的に中心部であり、各磁極
に働く起磁力が合成された結果キャンセルされている。
従って、ロータ中心の近傍の磁気特性が磁極表面の磁束
分布に与える影響は小さい。図8のロータ構造から明ら
かなように、(1) ロータ外周部が接続されており、この
結果、目的、特長は、電磁鋼板を金型でプレス切断もし
くはエッチング加工等により形状加工するときバラバラ
ならないようにして組立を容易化すること、ロータ強度
を確保すること、ロータ表面の磁気抵抗が各磁路ごとに
不連続になることに起因するトルクリップルを低減する
こと、ロータの表面を円状として風抵抗および回転音を
低減すること等である。
【0047】また、図8のロータ構造によれば、各磁極
の中間部がロータ内を磁気的に接続しており、この結
果、電磁鋼板を金型でプレス切断もしくはエッチング加
工等により形状加工するときバラバラならないようにし
て組立を容易化すること、ロータ強度を確保することが
できる。
の中間部がロータ内を磁気的に接続しており、この結
果、電磁鋼板を金型でプレス切断もしくはエッチング加
工等により形状加工するときバラバラならないようにし
て組立を容易化すること、ロータ強度を確保することが
できる。
【0048】更に、図8のロータ構造によれば、ロータ
軸に接するロータ中心部と電磁鋼板とを隣接させている
ので、ロータ強度を確保すること、ロータ軸への固定が
焼きばめあるいは圧入等により容易に固定できること等
の利点がある。
軸に接するロータ中心部と電磁鋼板とを隣接させている
ので、ロータ強度を確保すること、ロータ軸への固定が
焼きばめあるいは圧入等により容易に固定できること等
の利点がある。
【0049】図9の本発明実施例は図8の外周側の空隙
部10にも磁極方向に高密度の磁束が存在できるように
方向性のある磁路を設けたものであり、基本的な考え
方、特性は類似している。図9のロータによれば、図8
のロータに対し各磁極の総磁束を大きくできる利点があ
る。
部10にも磁極方向に高密度の磁束が存在できるように
方向性のある磁路を設けたものであり、基本的な考え
方、特性は類似している。図9のロータによれば、図8
のロータに対し各磁極の総磁束を大きくできる利点があ
る。
【0050】図10の本発明の実施例は、図8のロータ
の磁極間のロータ表面磁性体を除去したもので、漏れ磁
束が減少するという効果がある。また、図では示さない
が、この磁極間の部分に非磁性体を配置し風抵抗の減
少、風を切るために発生する回転音を減少させることも
できる。
の磁極間のロータ表面磁性体を除去したもので、漏れ磁
束が減少するという効果がある。また、図では示さない
が、この磁極間の部分に非磁性体を配置し風抵抗の減
少、風を切るために発生する回転音を減少させることも
できる。
【0051】図11の本発明の実施例は図12に示す方
向性電磁鋼板をロータ中心軸に平行に積層したものであ
り、磁極の磁束が回転方向に変動することにより磁極鋼
板内で渦電流が発生し発熱することを防止するため電磁
鋼板に切り欠きを入れている。
向性電磁鋼板をロータ中心軸に平行に積層したものであ
り、磁極の磁束が回転方向に変動することにより磁極鋼
板内で渦電流が発生し発熱することを防止するため電磁
鋼板に切り欠きを入れている。
【0052】電磁鋼板の積層方法は電磁鋼板の1枚ごと
にあるいは複数枚ごとに磁気抵抗の小さい部材20を挟
んだ構造となっている。
にあるいは複数枚ごとに磁気抵抗の小さい部材20を挟
んだ構造となっている。
【0053】磁極の両端の板は図13の26に示すよう
に固定用の板であり、電磁鋼板で作れば磁極の一部とし
ても働く。
に固定用の板であり、電磁鋼板で作れば磁極の一部とし
ても働く。
【0054】23、24は電磁鋼板22、磁気抵抗の小
さい部材20をロータ軸に固定するボルトである。
さい部材20をロータ軸に固定するボルトである。
【0055】次に本発明同期電動機のステータ構造につ
いて説明する。
いて説明する。
【0056】図14は本発明同期電動機の例をロータ回
転軸1と直角な方向に切断した断面図である。ロータは
図9に示したロータである。30は電動機巻き線を挿入
するステータのスロット、31は電磁鋼板が積層された
ステータコア、32はケースである。
転軸1と直角な方向に切断した断面図である。ロータは
図9に示したロータである。30は電動機巻き線を挿入
するステータのスロット、31は電磁鋼板が積層された
ステータコア、32はケースである。
【0057】図15は図14のステータを拡大してスロ
ットの歯の部分を詳細に表現したものである。歯の先の
部分36を5つに分離し、スロットとコアとの磁気抵抗
の差を分散して、磁気抵抗の差の大きさを減少してい
る。さらに、歯の先の部分36の分離間隔とロータ磁極
先端部の空隙部10の間隔とが異なる間隔に選べばさら
に回転位置に依存するスロット先端部とロータ表面との
磁気抵抗の差は軽減しスロットリップル等の電動機の局
部的トルクリップルを軽減する事ができる。理想的には
ステータ表面の空隙部の数及びロータの空隙10の全周
の数は大きい程良く、また両者は素数の関係である方が
より良いことになる。
ットの歯の部分を詳細に表現したものである。歯の先の
部分36を5つに分離し、スロットとコアとの磁気抵抗
の差を分散して、磁気抵抗の差の大きさを減少してい
る。さらに、歯の先の部分36の分離間隔とロータ磁極
先端部の空隙部10の間隔とが異なる間隔に選べばさら
に回転位置に依存するスロット先端部とロータ表面との
磁気抵抗の差は軽減しスロットリップル等の電動機の局
部的トルクリップルを軽減する事ができる。理想的には
ステータ表面の空隙部の数及びロータの空隙10の全周
の数は大きい程良く、また両者は素数の関係である方が
より良いことになる。
【0058】上記説明した磁気抵抗の関係はステータと
ロータとが対向する表面近くの部分のみの磁気抵抗につ
いて述べたのであって、同期電動機全体の磁気回路はも
ちろん前述したように、ロータの磁気抵抗が回転位置に
より大きく異なる構造となっている。
ロータとが対向する表面近くの部分のみの磁気抵抗につ
いて述べたのであって、同期電動機全体の磁気回路はも
ちろん前述したように、ロータの磁気抵抗が回転位置に
より大きく異なる構造となっている。
【0059】図16は本発明同期電動機の他のステータ
例である。
例である。
【0060】34はステータのヨークで磁気回路の一
部、35はステータの歯であり、34と35とは分離可
能な構造となっている。電動機の巻き線はヨーク34を
組み付ける以前に歯35で構成されるスロットへ巻き、
その後ヨーク34と組み合わされる。このような構造は
電動機巻き線が外周から巻く事が可能なため、巻き線の
機械巻き、自動巻きが容易となり電動機製造コストの低
減となる特長がある。ヨーク34と歯35を含む巻き線
部との結合は接着、圧入、各歯とヨークとの凹凸の嵌合
などいくつかの方法がある。隣合う各歯35の先端部は
図15のステータに比較し、一部最先端でつながってい
る構造となっている。このことは、各歯が組立時にバラ
バラに分離しないこと、ステータの強度を維持できるこ
と、歯の先端部の磁気抵抗がより均一になりトルクリッ
プルが軽減できること等の効果を奏する。
部、35はステータの歯であり、34と35とは分離可
能な構造となっている。電動機の巻き線はヨーク34を
組み付ける以前に歯35で構成されるスロットへ巻き、
その後ヨーク34と組み合わされる。このような構造は
電動機巻き線が外周から巻く事が可能なため、巻き線の
機械巻き、自動巻きが容易となり電動機製造コストの低
減となる特長がある。ヨーク34と歯35を含む巻き線
部との結合は接着、圧入、各歯とヨークとの凹凸の嵌合
などいくつかの方法がある。隣合う各歯35の先端部は
図15のステータに比較し、一部最先端でつながってい
る構造となっている。このことは、各歯が組立時にバラ
バラに分離しないこと、ステータの強度を維持できるこ
と、歯の先端部の磁気抵抗がより均一になりトルクリッ
プルが軽減できること等の効果を奏する。
【0061】図17に本発明の他の実施例を示す。
【0062】これは前述した本発明の実施例の図8、図
9、図10に示したロータをさらに簡素化したものであ
る。38は隣接する磁極の半分づつを構成し電磁鋼板で
作られている。40は磁極の中央部に設けられた磁気絶
縁部である。41も40同様には磁極の回転方向両端か
ら見た磁気抵抗を大きくするための磁気絶縁部である。
9、図10に示したロータをさらに簡素化したものであ
る。38は隣接する磁極の半分づつを構成し電磁鋼板で
作られている。40は磁極の中央部に設けられた磁気絶
縁部である。41も40同様には磁極の回転方向両端か
ら見た磁気抵抗を大きくするための磁気絶縁部である。
【0063】42はロータ軸1へ固定するための部材で
ある。
ある。
【0064】積層された電磁鋼板38のロータ軸1への
固定方法は、ロータ軸方向両端から挟んで固定するかあ
るいは磁気絶縁部40、41を樹脂等の磁気絶縁物で充
填し接着固定する等の方法がある。
固定方法は、ロータ軸方向両端から挟んで固定するかあ
るいは磁気絶縁部40、41を樹脂等の磁気絶縁物で充
填し接着固定する等の方法がある。
【0065】図18に本発明のさらに他の実施例を示
す。
す。
【0066】これは本発明の実施例の図17を製造のし
易さを考え変形したものである。図17に比較し、電磁
鋼板38と固定部材42との間を磁気的悪影響の比較的
少ない部分で必要最小限の連結部を設け、一つの部材と
している。連結した電磁鋼板39とロータ軸1との2種
類の部材で構成しているので、図17に比較し簡素な構
造となっている。
易さを考え変形したものである。図17に比較し、電磁
鋼板38と固定部材42との間を磁気的悪影響の比較的
少ない部分で必要最小限の連結部を設け、一つの部材と
している。連結した電磁鋼板39とロータ軸1との2種
類の部材で構成しているので、図17に比較し簡素な構
造となっている。
【0067】43は磁極の中央部に設けられた磁気絶縁
部である。44も43同様には磁極の回転方向両端から
見た磁気抵抗を大きくするための磁気絶縁部である。
部である。44も43同様には磁極の回転方向両端から
見た磁気抵抗を大きくするための磁気絶縁部である。
【0068】45は隣接する磁極間の間に設けられ、磁
極間の磁気絶縁部である。
極間の磁気絶縁部である。
【0069】積層された電磁鋼板39のロータ軸1への
固定方法は、積層された珪素鋼板39をロータ軸1へ焼
きばめあるいは圧入する方法などがある。
固定方法は、積層された珪素鋼板39をロータ軸1へ焼
きばめあるいは圧入する方法などがある。
【0070】次に本発明の同期電動機の運転時動作につ
いて説明する。
いて説明する。
【0071】今ロータ磁極の方向と電動機電流との相対
位相を電気角でRRPとする。
位相を電気角でRRPとする。
【0072】RRP=0度の時、各磁極が向いている場
所へ電動機電流が流れ、各磁極には横方向(ロータ回転
方向)へ起磁力がかかり各磁極の総磁束は零である。従
ってこの時回転トルクは発生しない。RRP=0度の方
向に流れる電流成分を電機子電流成分IAと呼ぶことに
する。
所へ電動機電流が流れ、各磁極には横方向(ロータ回転
方向)へ起磁力がかかり各磁極の総磁束は零である。従
ってこの時回転トルクは発生しない。RRP=0度の方
向に流れる電流成分を電機子電流成分IAと呼ぶことに
する。
【0073】RRP=90度の時、電動機電流は各磁極
に磁束を発生させるように働くが、その磁束に直交する
電流成分は零なので回転トルクは得られない。RRP=
90度の方向に流れる電流成分を界磁電流成分IFと呼
ぶことにする。
に磁束を発生させるように働くが、その磁束に直交する
電流成分は零なので回転トルクは得られない。RRP=
90度の方向に流れる電流成分を界磁電流成分IFと呼
ぶことにする。
【0074】電動機電流はIAとIFとにベクトル分解
して表現することができる。
して表現することができる。
【0075】電動機の発生トルクはフレミングの法則に
よれば、F=B・I・Lであり、磁束密度BはIFに比
例し、ここでの電流IはIAであるから電動機発生トル
クは理想的にはIF・IAに比例することになる。
よれば、F=B・I・Lであり、磁束密度BはIFに比
例し、ここでの電流IはIAであるから電動機発生トル
クは理想的にはIF・IAに比例することになる。
【0076】本発明の電動機によれば、電機子電流成分
IAにより磁極の界磁磁束が乱されにくいので理想に近
い電動機発生トルクを得ることができる。
IAにより磁極の界磁磁束が乱されにくいので理想に近
い電動機発生トルクを得ることができる。
【0077】図19に示すように特に精密なインバータ
制御を行い、電動機各巻き線へ自在に電流を流すことが
できるような精密な制御を行う場合は、自在な界磁制御
及び電機子電流制御が実現し、直流電動機、ブラシレス
サーボモータのような高応答制御、高効率/高力率運転
が実現する。さらには、大きな電機子電流成分を流して
も界磁への影響が少ないので大きなピークトルクを得る
ことも可能となる。
制御を行い、電動機各巻き線へ自在に電流を流すことが
できるような精密な制御を行う場合は、自在な界磁制御
及び電機子電流制御が実現し、直流電動機、ブラシレス
サーボモータのような高応答制御、高効率/高力率運転
が実現する。さらには、大きな電機子電流成分を流して
も界磁への影響が少ないので大きなピークトルクを得る
ことも可能となる。
【0078】ステータについても種々構造のステータ、
電動機巻き線のものについて本発明は適用可能である。
電動機巻き線のものについて本発明は適用可能である。
【0079】モータ構造については極普通の円筒形状ロ
ータについて説明したが、円盤状のロータと円盤状のス
テータとが対向した構造の電動機、テーパ状円筒構造の
ロータとテーパ状ステータとで構成されるモータ等種々
変形が可能である。
ータについて説明したが、円盤状のロータと円盤状のス
テータとが対向した構造の電動機、テーパ状円筒構造の
ロータとテーパ状ステータとで構成されるモータ等種々
変形が可能である。
【0080】トルクリップルロータを減少させるための
ロータもしくはステータのスキュー等の工夫も同時に実
現可能である。
ロータもしくはステータのスキュー等の工夫も同時に実
現可能である。
【0081】電動機の極数については4極電動機につい
て説明したが4極以外についても同様に本発明を適用可
能である。
て説明したが4極以外についても同様に本発明を適用可
能である。
【0082】電動機の相数については3相交流電動機に
ついて説明したが、2、4、5相等の多相の電動機に本
発明を適用可能である。
ついて説明したが、2、4、5相等の多相の電動機に本
発明を適用可能である。
【0083】また、特殊な場合については1相の電動
機、アクチュエータについても本発明を適用可能であ
る。
機、アクチュエータについても本発明を適用可能であ
る。
【0084】
【発明の効果】本発明の電動機では、電機子電流成分に
よる界磁磁束の乱れが少なくなり、いわゆる電機子反作
用の悪影響が少なくなった。この結果、図17に示すよ
うに特に精密なインバータ制御を行い、電動き各巻き線
へ自在に電流を流すことができるような精密な制御を行
う場合には、自在な界磁制御及び電機子電流制御が実現
できるようになる。
よる界磁磁束の乱れが少なくなり、いわゆる電機子反作
用の悪影響が少なくなった。この結果、図17に示すよ
うに特に精密なインバータ制御を行い、電動き各巻き線
へ自在に電流を流すことができるような精密な制御を行
う場合には、自在な界磁制御及び電機子電流制御が実現
できるようになる。
【0085】力率、効率に関しては、界磁制御が自在に
なり、高力率、高効率運転が可能となる。
なり、高力率、高効率運転が可能となる。
【0086】制御性能に関しては、界磁と電機子電流制
御が可能なので簡単な法則で任意の出力トルクを得るこ
とができるようになり、直流電動機、ブラシレスサーボ
モータのような高応答制御が容易に行えるようになる。
御が可能なので簡単な法則で任意の出力トルクを得るこ
とができるようになり、直流電動機、ブラシレスサーボ
モータのような高応答制御が容易に行えるようになる。
【0087】また、大きな電機子電流成分を流しても界
磁への影響が少ないので大きなピークトルクを得ること
も可能となる。
磁への影響が少ないので大きなピークトルクを得ること
も可能となる。
【0088】また本発明によれば、ステータの磁気抵抗
の内スロット形状に起因する磁気抵抗を歯に設けた空隙
によりスロットトルクリップルを低減する事ができる。
の内スロット形状に起因する磁気抵抗を歯に設けた空隙
によりスロットトルクリップルを低減する事ができる。
【0089】電動機のコストに関しては、誘導電動機、
直流電動機、ブラシレスモータのいずれよりも簡単な電
動機構成が実現でき、低価格化できる。
直流電動機、ブラシレスモータのいずれよりも簡単な電
動機構成が実現でき、低価格化できる。
【図1】本発明に係る磁気抵抗の方向性を有するロータ
の正面図である。
の正面図である。
【図2】図1におけるロータの素材を示す斜視図であ
る。
る。
【図3】本発明の他の実施例を示す方向性を有するロー
タの正面図である。
タの正面図である。
【図4】本発明における他の積層されたロータの正面図
である。
である。
【図5】図4のロータの積層状態を示す軸方向の断面図
である。
である。
【図6】本発明に用いられる積層鋼板の一実施例を示す
平面図である。
平面図である。
【図7】図6に示した積層板を積層した軸方向の断面図
である。
である。
【図8】本発明に好適なロータ用積層鋼板の他の実施例
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図9】本発明に好適な他の積層鋼板の平面図である。
【図10】本発明に好適な他の積層鋼板の平面図であ
る。
る。
【図11】鋼板を組み立てたロータの正面図である。
【図12】図11の組立素片を示す斜視図である。
【図13】図11の組立時における止め板の斜視図であ
る。
る。
【図14】本発明が適用される電動機のステータ構造を
示す全体的な断面図である。
示す全体的な断面図である。
【図15】図14のステータ部拡大図である。
【図16】図15と類似する若干異なるステータ部の拡
大図である。
大図である。
【図17】本発明に好適な他の積層鋼板の平面図であ
る。
る。
【図18】本発明に好適な他の積層鋼板の平面図であ
る。
る。
【図19】従来におけるリラクタンスモータの制御回路
図である。
図である。
【図20】従来のリラクタンスモータの原理説明図であ
る。
る。
1 ロータ軸 2 磁性部 3 切欠き部 13 磁極片 14 磁極間磁路 61 磁性材部 62 非磁性材部
Claims (9)
- 【請求項1】 ロータの回転方向位置にステータ側から
みた磁気抵抗が異なる複数のロータ磁極が配置された同
期電動機において、 電動機電流の起磁力により磁極の方向へは容易に磁束を
導くがロータの回転方向へは磁気抵抗の大きな部材で構
成された磁気方向性のある磁極と、 ロータの隣合う磁極間を両磁極を結ぶ方向へは容易に磁
束を導くが両磁極を結ぶ方向と直角な方向へは磁気抵抗
の大きい部材で構成された磁気方向性のある磁極間磁路
と、 を備える事を特徴とする同期電動機。 - 【請求項2】 前記磁気方向性のある磁極あるいは磁気
方向性のある磁極間磁路は棒状の磁性材料と非磁性材料
とを束ねた構造であることを特徴とする特許請求の範囲
1項記載の同期電動機。 - 【請求項3】 ロータの回転方向位置にステータ側から
みた磁気抵抗が異なる複数のロータ磁極が配置された同
期電動機において、 隣合う磁極間に通じているロータ内の磁路が複数有り、
複数の磁路それぞれが磁気的にほぼ絶縁されていること
を特徴とする同期電動機。 - 【請求項4】 ロータ内の複数の前記磁路は、磁性鋼板
の一部を除去しロータの回転中心線に直角な方向に配置
された磁性鋼板が積層された構造であることを特徴とす
る特許請求の範囲3項記載の同期電動機。 - 【請求項5】 積層した磁性鋼板の間に構造を補強する
板が挟んであることを特徴とする特許請求の範囲4項記
載の同期電動機。 - 【請求項6】 一部を除去し積層した磁性鋼板の各磁路
が一部接続されていることを特徴とする特許請求の範囲
5項記載の同期電動機。 - 【請求項7】 ロータ内の複数の前記磁路は、磁性鋼板
の一部を除去しロータの回転中心線に平行な方向に配置
した磁性鋼板が積層された構造であることを特徴とする
特許請求の範囲4項記載の同期電動機。 - 【請求項8】 ロータの外周を凹凸状にして突起を設け
たことを特徴とする特許請求の範囲1、4項記載の同期
電動機。 - 【請求項9】 ロータの回転方向位置にステータ側から
みた磁気抵抗が異なる複数のロータ磁極が配置された同
期電動機において、 ロータが回転するときロータ側からみたステータの磁気
抵抗の変化がより均一になるようにステータの歯の先端
部に一つ以上の空隙部を設けたことを特徴とする同期電
動機。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP09319594A JP3431991B2 (ja) | 1994-05-02 | 1994-05-02 | 同期電動機 |
US08/431,839 US5801478A (en) | 1994-05-02 | 1995-05-01 | Reluctance type synchronous motor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP09319594A JP3431991B2 (ja) | 1994-05-02 | 1994-05-02 | 同期電動機 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07303357A true JPH07303357A (ja) | 1995-11-14 |
JP3431991B2 JP3431991B2 (ja) | 2003-07-28 |
Family
ID=14075806
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP09319594A Expired - Lifetime JP3431991B2 (ja) | 1994-05-02 | 1994-05-02 | 同期電動機 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5801478A (ja) |
JP (1) | JP3431991B2 (ja) |
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