JP3462043B2 - 同期モータ - Google Patents
同期モータInfo
- Publication number
- JP3462043B2 JP3462043B2 JP16927697A JP16927697A JP3462043B2 JP 3462043 B2 JP3462043 B2 JP 3462043B2 JP 16927697 A JP16927697 A JP 16927697A JP 16927697 A JP16927697 A JP 16927697A JP 3462043 B2 JP3462043 B2 JP 3462043B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- rotor
- stator core
- synchronous motor
- pole pieces
- magnetic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
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Landscapes
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半径方向に磁極を
形成するロータを、その周囲に配置されたステータのコ
イルに交流電力を供給することによって回転駆動する同
期モータに関する。
形成するロータを、その周囲に配置されたステータのコ
イルに交流電力を供給することによって回転駆動する同
期モータに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、キャンドポンプ等で使用されるA
C同期モータは、例えば図6に示すように、半径方向に
2極着磁されたロータ101の周囲にステータコア10
2が配置され、そのロータ101側に延びる磁極片10
2a,102bの先端とロータ101との間のギャップ
が磁極片102a,102bの中心線に対して非対称と
なるように形成することにより、ロータ101の磁極を
磁極片102a,102bに対して回転させて始動角θ
0を得るようにしている。
C同期モータは、例えば図6に示すように、半径方向に
2極着磁されたロータ101の周囲にステータコア10
2が配置され、そのロータ101側に延びる磁極片10
2a,102bの先端とロータ101との間のギャップ
が磁極片102a,102bの中心線に対して非対称と
なるように形成することにより、ロータ101の磁極を
磁極片102a,102bに対して回転させて始動角θ
0を得るようにしている。
【0003】始動時には、交流電源103によってコイ
ル104に電流を流すと、ステータコア102を通じて
磁極片102a,102bの間に磁束φが形成されるた
め、ロータ101は、図中反時計方向に回転し、以後、
交流電源103の出力位相に同期して回転を持続する。
ル104に電流を流すと、ステータコア102を通じて
磁極片102a,102bの間に磁束φが形成されるた
め、ロータ101は、図中反時計方向に回転し、以後、
交流電源103の出力位相に同期して回転を持続する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このような同期モータ
で始動特性を向上させようとする場合には、始動時に磁
束を磁極片102a,102bの先端に集中させてロー
タ101に充分な始動トルクを付与することが肝要であ
る。しかし、そのために磁極片102a,102bのロ
ータ101との対向面積を小さくすると、ギャップ面の
磁気抵抗が増大するため、定格運転時の電流が大きくな
りすぎるという問題がある。これを図示したのが図7で
ある。図のように、始動特性は磁極片の先端部面積を小
さくして磁束を集中させた方が良好であり、定格電流は
磁極片の先端部面積を大きくしてロータに対して磁束を
分散させた方が小さくなる。従って、従来はこのような
2つの特性が二律背反性を有するため、始動特性や定格
電流値をある程度犠牲にして設計パラメータを設定しな
ければならなかった。特に、50/60Hz共用の同期
モータを設計する場合、定格電流を50Hzで最適値に
すると、60Hzでの定格電流が上がりすぎ、60Hz
での定格電流を最適値にすると、50Hzで充分な始動
特性が得られないという問題がある。
で始動特性を向上させようとする場合には、始動時に磁
束を磁極片102a,102bの先端に集中させてロー
タ101に充分な始動トルクを付与することが肝要であ
る。しかし、そのために磁極片102a,102bのロ
ータ101との対向面積を小さくすると、ギャップ面の
磁気抵抗が増大するため、定格運転時の電流が大きくな
りすぎるという問題がある。これを図示したのが図7で
ある。図のように、始動特性は磁極片の先端部面積を小
さくして磁束を集中させた方が良好であり、定格電流は
磁極片の先端部面積を大きくしてロータに対して磁束を
分散させた方が小さくなる。従って、従来はこのような
2つの特性が二律背反性を有するため、始動特性や定格
電流値をある程度犠牲にして設計パラメータを設定しな
ければならなかった。特に、50/60Hz共用の同期
モータを設計する場合、定格電流を50Hzで最適値に
すると、60Hzでの定格電流が上がりすぎ、60Hz
での定格電流を最適値にすると、50Hzで充分な始動
特性が得られないという問題がある。
【0005】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、始動特性を向上させると共に、定格電流も低減す
ることが可能な同期モータを提供することを目的とす
る。
ので、始動特性を向上させると共に、定格電流も低減す
ることが可能な同期モータを提供することを目的とす
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明に係る同期モータ
は、半径方向に磁極を形成するロータと、このロータの
周囲に配置されたステータコア及びこのステータコアに
巻回されたコイルからなるステータとを有し、前記コイ
ルに交流電力を供給することによって前記ロータを始動
させ前記交流電力に同期させて回転駆動する同期モータ
において、例えば図3,図4に示すように、前記ステー
タコアが、前記ロータに向かって延びる磁極片と、この
磁極片の前記ロータに対向する先端部の片方の側面から
前記ロータの周方向に延びる先端延長部とを有し、前記
磁極片の先端部と前記先端延長部との間に断面積を他の
部分よりも減少させた狭隘部を設けてなり、前記磁極片
の先端部と前記ロータとのギャップよりも、前記先端延
長部と前記ロータとのギャップの方が小さくなるように
形成されていることを特徴とする。
は、半径方向に磁極を形成するロータと、このロータの
周囲に配置されたステータコア及びこのステータコアに
巻回されたコイルからなるステータとを有し、前記コイ
ルに交流電力を供給することによって前記ロータを始動
させ前記交流電力に同期させて回転駆動する同期モータ
において、例えば図3,図4に示すように、前記ステー
タコアが、前記ロータに向かって延びる磁極片と、この
磁極片の前記ロータに対向する先端部の片方の側面から
前記ロータの周方向に延びる先端延長部とを有し、前記
磁極片の先端部と前記先端延長部との間に断面積を他の
部分よりも減少させた狭隘部を設けてなり、前記磁極片
の先端部と前記ロータとのギャップよりも、前記先端延
長部と前記ロータとのギャップの方が小さくなるように
形成されていることを特徴とする。
【0007】本発明によれば、始動時のように電流値が
高くなる場合には、ステータコアの狭隘部が磁気飽和を
起こすため、磁極片の中央部からロータの周方向にずれ
た位置に配置された先端延長部に達する磁束よりも、ス
テータコアの磁極片先端の中央部の磁束が支配的とな
り、磁極片先端の中央部の磁束密度が高くなって始動特
性が良好になる。また、始動が完了して定格電流に下が
った場合には、ステータコアの狭隘部での磁気飽和は発
生せず、磁極片先端の中央部から先端延長部まで均一に
磁束が広がるので、主磁束量が多くなり、つまり通過磁
気抵抗が低下して、定格電流をより低下させるように機
能する。従って、この発明によれば、始動特性が良好
で、定格電流も低減可能な同期モータを提供することが
できる。
高くなる場合には、ステータコアの狭隘部が磁気飽和を
起こすため、磁極片の中央部からロータの周方向にずれ
た位置に配置された先端延長部に達する磁束よりも、ス
テータコアの磁極片先端の中央部の磁束が支配的とな
り、磁極片先端の中央部の磁束密度が高くなって始動特
性が良好になる。また、始動が完了して定格電流に下が
った場合には、ステータコアの狭隘部での磁気飽和は発
生せず、磁極片先端の中央部から先端延長部まで均一に
磁束が広がるので、主磁束量が多くなり、つまり通過磁
気抵抗が低下して、定格電流をより低下させるように機
能する。従って、この発明によれば、始動特性が良好
で、定格電流も低減可能な同期モータを提供することが
できる。
【0008】また、前記ステータコアが、前記磁極片の
先端部と前記ロータとのギャップよりも、前記先端延長
部と前記ロータとのギャップの方が小さくなるように形
成されているので、ロータの各磁極が先端延長部により
強く吸引され、始動角を大きくとることができ、更に始
動特性が向上する。
先端部と前記ロータとのギャップよりも、前記先端延長
部と前記ロータとのギャップの方が小さくなるように形
成されているので、ロータの各磁極が先端延長部により
強く吸引され、始動角を大きくとることができ、更に始
動特性が向上する。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して本発
明の好ましい実施の形態について説明する。図1及び図
2は、本発明の一実施例に係るAC同期モータをキャン
ドポンプに適用した実施例を示す図で、図1は図2のA
−A線における矢視断面図、図2は図1のB−B線にお
ける一部を省略した矢視断面図である。円筒状のモータ
ケース1と、このモータケース1の開口部を塞ぐ非磁性
体の仕切壁2と、この仕切壁2のモータケース1と反対
側に添設された前面カバー3とは、ネジ4によって結合
されている。仕切壁2の中央部は、モータケース1側に
突出する小円筒部5を形成するように陥没しており、モ
ータケース1と小円筒部5との間の環状空間に同期モー
タのステータ6が、また小円筒部5の内側の空間にロー
タ7がそれぞれ収容されている。
明の好ましい実施の形態について説明する。図1及び図
2は、本発明の一実施例に係るAC同期モータをキャン
ドポンプに適用した実施例を示す図で、図1は図2のA
−A線における矢視断面図、図2は図1のB−B線にお
ける一部を省略した矢視断面図である。円筒状のモータ
ケース1と、このモータケース1の開口部を塞ぐ非磁性
体の仕切壁2と、この仕切壁2のモータケース1と反対
側に添設された前面カバー3とは、ネジ4によって結合
されている。仕切壁2の中央部は、モータケース1側に
突出する小円筒部5を形成するように陥没しており、モ
ータケース1と小円筒部5との間の環状空間に同期モー
タのステータ6が、また小円筒部5の内側の空間にロー
タ7がそれぞれ収容されている。
【0010】ロータ7の前面カバー3に臨む側の端部に
は、インペラ8が回転方向にガタツキを持たせた状態で
緩く結合されている。仕切壁2と前面カバー3との間に
は、オーリング9によって液密に保たれたポンプ室10
が形成されている。前面カバー3には、インペラ8の回
転によって移送流体をポンプ室10に導入するための流
体導入口11と、ポンプ室10に導入された移送流体を
所定の圧力及び流量で排出するための流体排出口12と
が設けられている。
は、インペラ8が回転方向にガタツキを持たせた状態で
緩く結合されている。仕切壁2と前面カバー3との間に
は、オーリング9によって液密に保たれたポンプ室10
が形成されている。前面カバー3には、インペラ8の回
転によって移送流体をポンプ室10に導入するための流
体導入口11と、ポンプ室10に導入された移送流体を
所定の圧力及び流量で排出するための流体排出口12と
が設けられている。
【0011】ロータ7は、回転軸21と、この回転軸2
1を覆う軸カバー22と、この軸カバー22の外周に嵌
合された円筒状の磁石23と、この磁石23の外周面を
覆う磁石カバー24とにより構成されている。回転軸2
1の両端は、仕切壁2の小円筒部5の底部と、前面カバ
ー3の流体導入口11からポンプ室10側に延びる突起
25とにそれぞれ装着された軸受26,27に回転自在
に保持されている。磁石(永久磁石)23は、図2に示
すように、径方向に2極着磁されている。
1を覆う軸カバー22と、この軸カバー22の外周に嵌
合された円筒状の磁石23と、この磁石23の外周面を
覆う磁石カバー24とにより構成されている。回転軸2
1の両端は、仕切壁2の小円筒部5の底部と、前面カバ
ー3の流体導入口11からポンプ室10側に延びる突起
25とにそれぞれ装着された軸受26,27に回転自在
に保持されている。磁石(永久磁石)23は、図2に示
すように、径方向に2極着磁されている。
【0012】ステータ6は、ステータコア31と、この
ステータコア31にインシュレータ32を介して巻回さ
れたコイル33とにより構成されている。ステータコア
31は、図2に示すように、モータケース1の内周面に
沿った環状部34と、この環状部34からロータ7の磁
石23に向かって延びる一対の磁極片35a,35b
と、これら磁極片35a,35bの先端部36a,36
bから磁石23の周方向に沿って図中時計回りに延びる
先端延長部37a,37bと、磁極片35a,35bの
先端部36a,36bと先端延長部37a,37bとの
結合部に形成された狭隘部38a,38bとによって構
成されている。
ステータコア31にインシュレータ32を介して巻回さ
れたコイル33とにより構成されている。ステータコア
31は、図2に示すように、モータケース1の内周面に
沿った環状部34と、この環状部34からロータ7の磁
石23に向かって延びる一対の磁極片35a,35b
と、これら磁極片35a,35bの先端部36a,36
bから磁石23の周方向に沿って図中時計回りに延びる
先端延長部37a,37bと、磁極片35a,35bの
先端部36a,36bと先端延長部37a,37bとの
結合部に形成された狭隘部38a,38bとによって構
成されている。
【0013】モータケース1のコイル33が存在しない
余剰スペースには、サーマルプロテクタ41やリード線
ホルダ42等が配置されている。モータケース1の後端
部に設けられたリリーフストレイン43を介してモータ
ケース1の内部に導入された電源コード44の先端リー
ド45は、リード線ホルダ42に結合され、これを介し
てコイル33に必要な電力が供給されるようになってい
る。
余剰スペースには、サーマルプロテクタ41やリード線
ホルダ42等が配置されている。モータケース1の後端
部に設けられたリリーフストレイン43を介してモータ
ケース1の内部に導入された電源コード44の先端リー
ド45は、リード線ホルダ42に結合され、これを介し
てコイル33に必要な電力が供給されるようになってい
る。
【0014】次に、このように構成されたキャンドポン
プの要部の詳細と、その動作とを説明する。図3は、ス
テータコア31の設計パラメータの一例を示す図であ
る。磁極片35の中心軸Lと先端延長部37の先端との
なす角度をθとすると、例えば中心軸Lに対して±θ/
3の範囲を磁極片35の先端部36とし、先端延長部3
7の先端から反時計回りにθ/2だけ遡った位置までを
先端延長部37とする。そして、先端延長部37の幅を
tとすると、両者の間の部分をt/2とすることによ
り、狭隘部38を形成する。また、先端部36の半径を
Ra、先端延長部37の半径をRbとすると、Ra>R
b、Ra−Rb=0.2〜0.4mm程度に設定する。
プの要部の詳細と、その動作とを説明する。図3は、ス
テータコア31の設計パラメータの一例を示す図であ
る。磁極片35の中心軸Lと先端延長部37の先端との
なす角度をθとすると、例えば中心軸Lに対して±θ/
3の範囲を磁極片35の先端部36とし、先端延長部3
7の先端から反時計回りにθ/2だけ遡った位置までを
先端延長部37とする。そして、先端延長部37の幅を
tとすると、両者の間の部分をt/2とすることによ
り、狭隘部38を形成する。また、先端部36の半径を
Ra、先端延長部37の半径をRbとすると、Ra>R
b、Ra−Rb=0.2〜0.4mm程度に設定する。
【0015】このように設定すると、同期モータが静止
している状態では、ロータ7の磁石23の各磁極が先端
延長部37に強く引きつけられて、図2のように、磁極
片35a,35bの位置から角度θ0だけ回転して静止
する。この角度θ0は、ほぼ(3/4)θであるから、
θを大きく設定することにより、始動角θ0を従来より
も大きく設定することができる。
している状態では、ロータ7の磁石23の各磁極が先端
延長部37に強く引きつけられて、図2のように、磁極
片35a,35bの位置から角度θ0だけ回転して静止
する。この角度θ0は、ほぼ(3/4)θであるから、
θを大きく設定することにより、始動角θ0を従来より
も大きく設定することができる。
【0016】モータ始動時には、コイル33に大きな始
動電流が流れるので、図4(a)に示すように、この始
動電流でステータコア31内の磁束密度は高くなる。こ
のため、狭隘部38で磁気飽和を起こし、先端延長部3
7に到達する磁束φに比べ先端部36に集中する磁束φ
が支配的となり、ロータ7は、角度θ0を狭める方向に
勢い良く駆動される。
動電流が流れるので、図4(a)に示すように、この始
動電流でステータコア31内の磁束密度は高くなる。こ
のため、狭隘部38で磁気飽和を起こし、先端延長部3
7に到達する磁束φに比べ先端部36に集中する磁束φ
が支配的となり、ロータ7は、角度θ0を狭める方向に
勢い良く駆動される。
【0017】ポンプ室10に流体が満たされていると、
インペラ8には流体抵抗が加わっているので、大きな始
動トルクを必要とするが、ロータ7とインペラ8とは回
転方向にガタツキを持たせているので、ロータ7はこの
ガタツキ分だけ回転する。即ち、図5に図1のC−C線
における矢視断面図を示すように、軸カバー22の外周
面には突起51が形成され、インペラ8の緩合部52の
内周面にも突起53が形成されている。これらの突起5
1,53が、ロータ7の回転によって衝突する。ロータ
7は一旦反対方向に戻されるが、磁気吸引力によって再
度正回転方向に回転し、この動作を繰り返す。このよう
なガタツキ部でのロータ7の回転方向の振動現象によっ
てインペラ8が正回転方向に回転を始め、やがてコイル
33に供給する交流電源の周波数と同期した回転数でロ
ータ7と一体になってインペラ8が回転する。
インペラ8には流体抵抗が加わっているので、大きな始
動トルクを必要とするが、ロータ7とインペラ8とは回
転方向にガタツキを持たせているので、ロータ7はこの
ガタツキ分だけ回転する。即ち、図5に図1のC−C線
における矢視断面図を示すように、軸カバー22の外周
面には突起51が形成され、インペラ8の緩合部52の
内周面にも突起53が形成されている。これらの突起5
1,53が、ロータ7の回転によって衝突する。ロータ
7は一旦反対方向に戻されるが、磁気吸引力によって再
度正回転方向に回転し、この動作を繰り返す。このよう
なガタツキ部でのロータ7の回転方向の振動現象によっ
てインペラ8が正回転方向に回転を始め、やがてコイル
33に供給する交流電源の周波数と同期した回転数でロ
ータ7と一体になってインペラ8が回転する。
【0018】インペラ8が回転してコイル33に流れる
電流値が定格電流まで低下すると、図4(b)に示すよ
うに、ステータコア31内の磁束密度も低下するので、
狭隘部38では磁気飽和は発生せず、磁極片35の先端
部36から先端延長部37までほぼ均一に磁束φが広が
り、これによって更に定格電流を下げるように作用す
る。
電流値が定格電流まで低下すると、図4(b)に示すよ
うに、ステータコア31内の磁束密度も低下するので、
狭隘部38では磁気飽和は発生せず、磁極片35の先端
部36から先端延長部37までほぼ均一に磁束φが広が
り、これによって更に定格電流を下げるように作用す
る。
【0019】従って、この実施例のAC同期モータによ
れば、始動特性が良好になり、且つ定格電流も低下させ
ることが可能になる。
れば、始動特性が良好になり、且つ定格電流も低下させ
ることが可能になる。
【0020】なお、以上の実施例では、磁極片35a,
35bの先端部36a,36bに対してそれぞれロータ
7の周方向の一方の側にのみ先端延長部37a,37b
を設けたが、周方向の両側に先端延長部を設け、そのう
ちの一方のロータとのギャップを他方のロータとのギャ
ップよりも小さく設定しておくことにより、所定の始動
角θ0を得るようにしてもよい。また、上記実施例で
は、2極機を例にとって説明したが、2極以上の多極機
にも本発明を適用可能であることは言うまでもない。
35bの先端部36a,36bに対してそれぞれロータ
7の周方向の一方の側にのみ先端延長部37a,37b
を設けたが、周方向の両側に先端延長部を設け、そのう
ちの一方のロータとのギャップを他方のロータとのギャ
ップよりも小さく設定しておくことにより、所定の始動
角θ0を得るようにしてもよい。また、上記実施例で
は、2極機を例にとって説明したが、2極以上の多極機
にも本発明を適用可能であることは言うまでもない。
【0021】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、始
動時のように電流値が高くなる場合にはステータコアの
狭隘部が磁気飽和を起こすことにより磁極片の先端部の
磁束密度が高くなって始動特性が良好になり、定格運転
時は、ステータコアの狭隘部での磁気飽和は発生せずに
磁極片の先端部から先端延長部まで均一に磁束が広がる
ので、定格電流を低下させることができるという効果を
奏する。
動時のように電流値が高くなる場合にはステータコアの
狭隘部が磁気飽和を起こすことにより磁極片の先端部の
磁束密度が高くなって始動特性が良好になり、定格運転
時は、ステータコアの狭隘部での磁気飽和は発生せずに
磁極片の先端部から先端延長部まで均一に磁束が広がる
ので、定格電流を低下させることができるという効果を
奏する。
【図1】 本発明の一実施例に係る同期モータをキャン
ドポンプに適用した実施例を示す断面図である。
ドポンプに適用した実施例を示す断面図である。
【図2】 図1のB−B線における概略的な矢視断面図
である。
である。
【図3】 同ポンプにおけるステータコアの詳細を説明
するための図である。
するための図である。
【図4】 同ポンプの始動時及び定格運転時の作用を説
明するための図である。
明するための図である。
【図5】 図1のC−C線における概略的な矢視断面図
である。
である。
【図6】 従来の同期モータを説明するための図であ
る。
る。
【図7】 同期モータの始動特性と定格電流値との関係
を説明するための図である。
を説明するための図である。
1…モータケース、2…仕切壁、3…前面カバー、6,
102…ステータ、7,63,101…ロータ、8…イ
ンペラ、10…ポンプ室、11…流体導入口、12…流
体排出口、21…回転軸、23…磁石、31…ステータ
コア、33,104…コイル、35a,35b,102
a,102b…磁極片、36a,36b…先端部、37
a,37b…先端延長部、38a,38b…狭隘部。
102…ステータ、7,63,101…ロータ、8…イ
ンペラ、10…ポンプ室、11…流体導入口、12…流
体排出口、21…回転軸、23…磁石、31…ステータ
コア、33,104…コイル、35a,35b,102
a,102b…磁極片、36a,36b…先端部、37
a,37b…先端延長部、38a,38b…狭隘部。
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フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平8−140325(JP,A)
特開 平5−344667(JP,A)
実開 昭61−114976(JP,U)
実開 昭57−90344(JP,U)
特公 昭39−10013(JP,B1)
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
H02K 1/08
F04D 13/06
H02K 1/14
H02K 21/16
Claims (3)
- 【請求項1】 半径方向に磁極を形成するロータと、 このロータの周囲に配置されたステータコア及びこのス
テータコアに巻回されたコイルからなるステータとを有
し、前記コイルに交流電力を供給することによって前記
ロータを始動させ前記交流電力に同期させて回転駆動す
る同期モータにおいて、 前記ステータコアは、前記ロータに向かって延びる磁極
片と、この磁極片の前記ロータに対向する先端部の片方
の側面から前記ロータの周方向に延びる先端延長部とを
有し、前記磁極片の先端部と前記先端延長部との間に断
面積を他の部分よりも減少させた狭隘部を設けてなり、
前記磁極片の先端部と前記ロータとのギャップよりも、
前記先端延長部と前記ロータとのギャップの方が小さく
なるように形成されていることを特徴とする同期モー
タ。 - 【請求項2】 前記ステータコアは、前記狭隘部がモー
タの始動時には磁気飽和を起こし、定格運転時には磁気
飽和しない断面積に設定されていることを特徴とする請
求項1記載の同期モータ。 - 【請求項3】 前記ステータコアは複数の磁極片を有
し、これら磁極片にそれぞれ前記コイルが巻回され、前
記磁極片及びコイルが前記ロータの回転中心に対して対
称的な構造となっていることを特徴とする請求項1又は
2記載の同期モータ。
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JP16927697A JP3462043B2 (ja) | 1997-06-25 | 1997-06-25 | 同期モータ |
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Family Applications (1)
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JP16927697A Expired - Fee Related JP3462043B2 (ja) | 1997-06-25 | 1997-06-25 | 同期モータ |
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