JP2004096808A - シンクロナスリラクタンスモータ - Google Patents
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Abstract
起磁力に実効値の低下を防ぐと共に、ロータ回転時のトルクリップルを低減する。
【解決手段】ステータ側からみたロータの磁気抵抗が前記ロータの回転方向位置により異なるシンクロナスリラクタンスモータにおいて、前記ステータは、複数の歯を有しており、その歯間のスロット部に一相分の巻線のみが巻回する多相交流巻線を有し、前記ロータは、互いの間に時局を形成する複数の磁路組を備え、該磁路組は、複数の細い分割磁路からなり、各磁路組内の分割磁路の位置がロータ円周方向に対して不等間隔となるように配置されているようにした。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステータ側からみたロータの磁気抵抗が前記ロータの回転方向位置により異なるシンクロナスリラクタンスモータに関する。
【0002】
【従来の技術】
シンクロナスモータは、ステータ側からみたロータの磁気抵抗がロータ回転方向位置により異なることを利用してトルクを得るモータシステムである。このシステムは、文献「図解 誘導電動機」(著者:坪島茂彦、発行:東京電機大学出版局、発行日:1979年11月30日第1版1刷)の63〜68ページに示される。図8に、一般的な分布巻全節巻の起磁力分布を示す。この図は3相巻線であり、一相あたり2コイルの場合を示している。この図に示すように、起磁力分布は階段状の分布として表現できる。一般的に、この起磁力とロータの磁気抵抗の変化の作用でトルクが発生するため、この階段状がより滑らかな方がトルクリップルの少ないモータとなる。そこで、一般的には、一相あたりのコイルを増加したり、短節巻と呼ばれる方法を用いることにより、より滑らかな起磁力分布を実現している。
【0003】
しかしながら、これらの方式をとることにより、起磁力の実効値はやや減少することになる。
【0004】
一方、起磁力の実効値の低下を防ぐ巻線方式として、集中巻と呼ばれる方式があるが、この方式では、起磁力分布は分布巻時に比べ、階段が荒くトルクリップルの拡大が懸念される。
【0005】
ロータ側のトルクリップル低減の方法としては、ロータにスキューを加えることもあるが、これも実質的にトルク低下につながる。
【0006】
また、特開平10−14185号公報に開示されるように、ロータのピッチを不平等にするのもひとつの手段ではあるが、これも、等幅時に比べるとトルク実効値の低下は避けられない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明においては、ロータ回転時に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、ステータ巻線方式として集中巻方式を採用して、起磁力に実効値の低下を防ぐと共に、ロータ回転時のトルクリップルを低減することを課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明は、請求項1に記載したように、ステータ側からみたロータの磁気抵抗が前記ロータの回転方向位置により異なるシンクロナスリラクタンスモータにおいて、前記ステータは、複数の歯を有しており、その歯間のスロット部に一相分の巻線のみが巻回する多相交流巻線を有し、前記ロータは、互いの間に時局を形成する複数の磁路組を備え、該磁路組は、複数の細い分割磁路からなり、各磁路組内の分割磁路の位置がロータ円周方向に対して不等間隔となるように配置されているようにした。
【0009】
これによれば、ロータの回転位置により、分割磁路とステータの歯が対向する部分が多い場合と少ない場合があることをロータ全体で解消し、ロータ磁極とステータ間での磁気抵抗の変動を抑え、ロータ回転時のトルクリップルを低減できる。
【0010】
また、請求項2に記載したように、請求項1において、各磁路組は等間隔で配置されているようにした。
【0011】
また、請求項3に記載したように、請求項1において、各分割磁路の中心位置は、等間隔で配置されているようにした。
【0012】
また、請求項4に記載したように、請求項1において、ひとつの磁路組の生成する複数の分割磁路は、その磁路組内の中心部と最外部で幅が狭く、中央部で幅が広いようにした。
【0013】
また、請求項5に記載したように、請求項1において、ひとつの磁路組の生成する複数の分割磁路は、その中心部に対し外側に偏重して配置することを特徴とするようにした。
【0014】
また、請求項6に記載したように、請求項1において、各分割磁路は、ロータ内部で幅の狭い保持により接続されるようにした。
【0015】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の実施形態に係るシンクロナスリラクタンスモータの断面図を示すものであり、併せてコイル接続方法も示している。ここで示したモータは3相8極、24スロット構造である。図2は巻線の回路図である。図3はロータの断面図であり、図4はこのロータの部分拡大図である。
【0016】
ステータ1は24個の歯部2a,2b・・・を有し、各ステータ歯間には24個のスロット3a,3b・・・を備え、このスロットに一相分の巻線4a,4b・・・を備える。各巻線は、一相でみると2つおきのスロットに逆方向に挿入され、その1組で1コイルを形成している。全体で12個のコイルA1,B1,C1,A2,B2,C2,A3,B3,C3,A4,B4,C4を備え、図2に示すように、コイルA1,A2,A3,A4と、コイルB1,B2,B3,B4、及びコイルC1,C2,C3,C4を、それぞれ直列につないでA相,B相,C相の3相の構造を形成している。
【0017】
この構造では、一般の分布巻方式に比べ、隣り合う巻線との重なりは少なく、モータ体格を小型化できるメリットがある。また、各スロットに一相分の巻線しか挿入されないため、絶縁の簡易さも兼ね備えている。
【0018】
ロータ5は、磁性鋼板6及び磁性鋼板6の一部を切り欠いた部分の空隙である分割スリット7a,7b,・・・からなる。この分割スロット7により、ロータ5の磁気抵抗分布の高低差を生じさせてロータ磁極を形成し、ステータによる回転磁界に同期して回転する。
【0019】
ロータ5の磁性鋼板6は磁気的絶縁のための帯状非磁性体部である分割スリット7によって分割された帯状の分割磁路8a,8b・・・を有し、これらの分割磁路8の組9(磁路組)が、ロータ5の回転中心から放射方向に8極配置された構造になっている。
【0020】
また、これらの分割磁路8は、モータの磁気的特性を損なわず、かつ、ロータの機械的強度を確保するために小さなブリッジ構造10a,10b,・・・により、隣り合う分割磁路を結合している。
【0021】
1つの磁路組9を生成する複数の分割磁路8の幅は、それぞれ、その磁路組9内の中心部と最外部で狭く、中央部の幅が広くなっている。すなわち、図4において、最外周の分割磁路8aおよび中心側の分割磁路8dの幅は、中央部の分割磁路8b、8cに対して狭くなっている。また、これらは磁路組9に対しより外側に偏重するように配置されている。ただし、各分割磁路8の中心位置は、磁路組9の中心と同一であり、各磁路組9は等間隔でロータ5内に配置されている。
【0022】
この構造により、1磁路組9が、対向する3つのステータ歯2に対し、徐々に対向していき、トルクリップルの少ない構造となる。
【0023】
この時、ステータ巻線は前述のように集中巻線構造をとっているため、これらのコイルにより励起される起磁力分布は、図5に示すように、大きな階段状となっており、電気角で60度(1/3π)毎の階段状になる。即ち、正弦波波形と比較すると、60度毎に起磁力の過不足が繰り返されることになる。
【0024】
この時、従来技術のように、ロータ5の磁気組6が等幅の分割磁路を有し、その磁気抵抗変化が一定に近いような状態で推移すれば、トルク波形は、図6に示すように、起磁力分布の過不足により、(2n+1)/3π(n:整数)の直前でトルクが不足し、(2n+1)/3πの直後でトルクが過大になる。また、逆に、(2n)/3πの直前でトルクが過大になり、(2n)/3πの直後でトルクが不足する。よって、トルクの過不足、すなわち、トルクリップルが発生してしまう。
【0025】
しかしながら、上記実施態様の構成であれば、(2n+1)/3π、(2n)/3π度付近の磁気抵抗変化を、起磁力分布の過不足を補うように配置されている。
【0026】
また、分割磁路8を連結するブリッジ部9の影響により、分割磁路8とステータ歯部2の間隔が、ブリッジ部9(本実施態様では1mm程度)開いていても、ブリッジ部9を経由し磁束が流れることを考慮に入れた上で、(2n+1)/3πよりもやや内側に分割磁路部8bを設けている。
【0027】
更に、最内側の独立磁路8aは、分割磁路8bと中心との中間付近に配置し、滑らかなトルク出力となるようにしている。
【0028】
更に、複数ある分割磁路の太さ具合は、等幅ではなく極力正弦波分布に近くなるよう、各磁路組内の中心部と最外部で幅が狭く、中央部が広くなるよう,構成している。本実施態様に示す4本の分割磁路の場合には、中心側から順に、1:1.6:1.6:1とするとよい。
【0029】
以上のように構成した本実施態様によれば、図7に示すようにトルク波形の変動が小さくなっており、トルクリップルが小さくなる。
【0030】
【発明の効果】
本発明によれば、ロータ磁極とステータ間での磁気抵抗の変動を滑らかにし、ロータ回転時のトルクリップルを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係るシンクロナスリラクタンスモータの断面図である。
【図2】本発明の実施形態に係る巻線の回路図である。
【図3】本発明の実施形態に係るロータの断面図である。
【図4】本発明の実施形態に係るロータの部分拡大図である。
【図5】コイル電流により起磁力の分布を示す波形図である。
【図6】従来技術のトルク波形図である。
【図7】本発明の一実施例を示すトルク波形図である。
【図8】従来技術の起磁力分布を示す波形図である。
【符号の説明】
1 ステータ
2 ステータ歯
2a,2b・・・ 歯部
3a,3b・・・ スロット
4a,4b・・・ 巻線
5 ロータ
6 磁性鋼板
7,7a,7b,・・・ 分割スリット
8 分割磁路
8a 最外周の分割磁路
8b、8c 中央部の分割磁路
8d 中心側の分割磁路
9 磁路組
10a,10b,・・・ ブリッジ構造
A1,B1,C1,A2,B2,C2,A3,B3,C3,A4,B4,C4 コイル
Claims (6)
- ステータ側からみたロータの磁気抵抗が前記ロータの回転方向位置により異なるシンクロナスリラクタンスモータにおいて、
前記ステータは、複数の歯を有しており、その歯間のスロット部に一相分の巻線のみが巻回する多相交流巻線を有し、
前記ロータは、互いの間に時局を形成する複数の磁路組を備え、該磁路組は、複数の細い分割磁路からなり、各磁路組内の分割磁路の位置がロータ円周方向に対して不等間隔となるように配置されていることを特徴とするシンクロナスリラクタンスモータ。 - 請求項1において、各磁路組は等間隔で配置されていることを特徴とするシンクロナスリラクタンスモータ。
- 請求項1において、各分割磁路の中心位置は、等間隔で配置されていることを特徴とするシンクロナスリラクタンスモータ。
- 請求項1において、ひとつの磁路組の生成する複数の分割磁路は、その磁路組内の中心部と最外部で幅が狭く、中央部で幅が広いことを特徴とするシンクロナスリラクタンスモータ。
- 請求項1において、ひとつの磁路組の生成する複数の分割磁路は、その中心部に対し外側に偏重して配置することを特徴とするシンクロナスリラクタンスモータ。
- 請求項1において、各分割磁路は、ロータ内部で幅の狭い保持により接続されることを特徴とするシンクロナスリラクタンスモータ。
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