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技術 リラクタンス電動機

出願人 株式会社セコー技研
発明者 伴五紀
出願日 2012年3月8日 (9年2ヶ月経過) 出願番号 2012-070267
公開日 2013年9月19日 (7年8ヶ月経過) 公開番号 2013-188123
状態 拒絶査定
技術分野 電動機の制御一般 同期機
主要キーワード メガサイクル 位置検知素子 極側スイッチング素子 磁化極性 離間角 位置検知信号 逆方向接続 順方向接続
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2013年9月19日)のものです。
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図面 (10)

課題

簡単な構成で小形トルクの大きいリラクタンス電動機を得ること。

解決手段

固定子磁極回転子突極との間で相互に正・逆方向のトルクを発生しない位置に在る磁極の励磁を相互に正又は逆方向のトルクを発生する位置に在る磁極の励磁に付加できるように構成したリラククンス電動機である。

概要

背景

従来、リラクタンス電動機においては固定電機子内周面に配設されたスロット電機子コイルを捲着して形成された磁極回転子外周面に配設された突極との間で相互にトルクを発生する位置にある磁極を励磁し、その漏洩磁束によりトルクを発生するよう構成されていた。

概要

簡単な構成で小形でトルクの大きいリラクタンス電動機を得ること。固定子の磁極と回転子の突極との間で相互に正・逆方向のトルクを発生しない位置に在る磁極の励磁を相互に正又は逆方向のトルクを発生する位置に在る磁極の励磁に付加できるように構成したリラククンス電動機である。

目的

請求項1記載の発明は回転子の突極の回転方向の幅を大きくすると共に固定子の磁極と回転子の突極との間で相互に正・逆方向のトルクを発生しない位置に在る磁極の励磁を相互に正或は逆方向のトルクを発生する位置に在る磁極の励磁に付加できるように構成して相互に正或は逆方向のトルクを発生する位置に在る磁極と突極との間の漏洩磁束を増加させてトルクを増大させることを目的とした

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

円筒状の磁性固定電機子内周面電気角で90度の等しい離間角で配設された4n個(nは2以上の正の整偶数)のスロットと,各々隣接するスロットに捲着して4n個の磁極を形成させる4n個の電機子コイルと,磁性体回転子外周面に電気角で180度以上270度以下の幅で電気角で90度以上180度以下の離間角で配設されたn個の突極と,n個の突極のそれぞれを僅かな空隙を介して固定電機子の内周面と対向して保持する手段と,各々のスロットに対する突極の回転位置を検出して電気角で90度の幅で互いに連続した2n相の位置検知信号が得られる装置と,直径方向に対向する各々の電機子コイルを直列若しくは並列に接続した2n相の励磁コイルと,2n相の励磁コイルに直列接続した半導体スイッチング素子と,2n相の位置検知信号を介して2n相の励磁コイルに直列接続した半導体スイッチング素子を位置検知信号から電気角で180度の輻で導通して励磁コイルに通電する通電制御回路とより構成されたことを特徴とするリラクタンス電動機

技術分野

0001

本発明は工作機械コンプレッサ電動車等の回転軸駆動源として使用されるリラクタンス電動機係り、特にトルクを増大させたリラクタンス電動機に関する。

背景技術

0002

従来、リラクタンス電動機においては固定電機子内周面に配設されたスロット電機子コイルを捲着して形成された磁極回転子外周面に配設された突極との間で相互にトルクを発生する位置にある磁極を励磁し、その漏洩磁束によりトルクを発生するよう構成されていた。

発明が解決しようとする課題

0003

従って、トルクを増加させる目的で磁極と突極の間でトルクを発生する漏洩磁束を増加させるための第1の手段として磁極に捲着する励磁コイルの容量を増加させる場合はリラクタンス電動機が大形になるので励磁コイルの容量を増加させることには限界があった。第2の手段として磁極の内周と突極の外周が対向する空隙を小さくする場合は加工精度を向上させる必要があり、又回転子を保持する軸受のわずかな摩耗により磁極と突極が接触するので空隙を小さくすることには限界があった。請求項1記載の発明は回転子の突極の回転方向の幅を大きくすると共に固定子の磁極と回転子の突極との間で相互に正・逆方向のトルクを発生しない位置に在る磁極の励磁を相互に正或は逆方向のトルクを発生する位置に在る磁極の励磁に付加できるように構成して相互に正或は逆方向のトルクを発生する位置に在る磁極と突極との間の漏洩磁束を増加させてトルクを増大させることを目的としたものである。

課題を解決するための手段

0004

前述した目的を達成するために、円筒状の磁性体固定電機子の内周面に電気角で90度の等しい離間角で配設された4n個(nは2以上の正の整偶数)のスロットと,各々隣接するスロットに捲着して4n個の磁極を形成させる4n個の電機子コイルと,磁性体回転子の外周面に電気角で180度以上270度以下の幅で電気角で90度以上180度以下の離間角で配設されたn個の突極と,n個の突極のそれぞれを僅かな空隙を介して固定電機子の内周面と対向して保持する手段と,各々のスロットに対する突極の回転位置を検出して電気角で90度の幅で互いに連続した2n相の位置検知信号が得られる装置と,直径方向に対向する各々の電機子コイルを直列若しくは並列に接続した2n相の励磁コイルと,2n相の励磁コイルに直列接続した半導体スイッチング素子と,2n相の位置検知信号を介して2n相の励磁コイルに直列接続した半導体スイッチング素子を位置検知信号から電気角で180度の幅で導通して励磁コイルに通電する通電制御回路とより構成されたものである。

発明の効果

0005

以上説明したように本発明に係るリラクタンス電動機は電動機を大きくすることなく、又、加工精度を向上させることもなく容易にトルクを増大させる効果がある。

図面の簡単な説明

0006

本発明のリラクタンス電動機の1実施例の横断面図図1の電動機の固定電機子、回転子、位置検知回転子の展開図本発明の電動機を駆動するための通電制御回路図位置検知素子コイルの位置検知信号から通電信号を得る回路図1の電動機の回転子を図の矢印R方向に回転させるとき図4の回路より得られる位置検知信号曲線及び通電信号曲線のタイムチヤート図図1の電動機の回転子を図の矢印Rと反対方向に回転させるとき図4の回路より得られる位置検知信号曲線及び通電信号曲線のタイムチヤート図図1の電動機の回転子を図の矢印R方向に回転させる場合、第4相の励磁コイルの通電中第1相の励磁コイルに通電開始したときの磁束の説明図図1の電動機の回転子が図の矢印R方向に第1相の中間迄回転したときの磁朿の説明図図1の電動機の回転子が図の矢印R方向に回転し第4相の励磁コイルの通電が断たれ、第1相の励磁コイルの通電中第2相の励磁コイルに通電開始したときの磁束の説明図

0007

以下、本発明の実施例を説明する。図面に示した請求項1のnを2とした場合の本発明の実施例の要点は、円筒状の磁性体固定電機子の内周面に電気角で90度(機械角で45度)の等しい離間角で配設された8個のスロットと,各々隣接するスロットに捲着して8個の磁極を形成させる8個の電機子コイルと,磁性体回転子の外周面に電気角で225度(機械角で112.5度)の幅で電気角で135度(機械角で67.5度)の離間角で配設された2個の突極と,2個の突極のそれぞれを僅かな空隙を介して固定電機子の内周面と対向して保持する手段と,各々のスロットに対する突極の回転位置を検出して電気角で90度(機械角で45度)の幅で互いに連続した4相の位置検知信号が得られる装置と,直径方向に対向する各々の電機子コイルを直列若しくは並列に接続した4相の励磁コイルと,4相の励磁コイルに直列接続した半導体スイッチング素子と,4相の位置検知信号を介して4相の励磁コイルに直列接続した半導体スイッチング素子を位置検知信号から電気角で180度の幅で導通して励磁コイルに通電する通電制御回路とより構成されたものである。

0008

次に図面について本発明の実施例を詳細に説明する。図1図2において、磁性体により円筒状に形成された固定電機子1の内周面には8個のスロット1a,1b,...が電気角で90度(機械角で45度)の等しい離間角Aで配設されている。1番目のスロット1aと2番目のスロット1bに捲着されて磁極4aを形成する電機子コイル2aと5番目のスロット1eと6番目のスロット1fに捲着されて磁極4eを形成する電機子コイル2eは直列に接続され図3の第1相の励磁コイル3aを形成している。

0009

2番目のスロット1bと3番目のスロット1cに捲着されて磁極4bを形成する電機子コイル2bと6番目のスロット1fと7番目のスロ1gに捲着されて磁極4fを形成する電機子コイル2fは直列に接続され図3の第2相の励磁コイル3bを形成している。3番目のスロット1cと4番目のスロット1dに捲着されて磁極4cを形成する電機子コイル2cと7番目のスロット1gと8番目のスロット1hに捲着されて磁極4gを形成する電機子コイル2gは直列に接続され図3の第3相の励磁コイル3cを形成している。

0010

4番目のスロット1dと5番目のスロット1eに捲着されて磁極4dを形成する電機子コイル2dと8番目のスロット1hと1番目のスロット1aに捲着されて磁極4hを形成する電機子コイル2hは直列に接続され図3の第4相の励磁コイル3dを形成している。固定電機子1の内側には空隙を介して磁性体回転子5が設けられている。この回転子5の外周部には固定電機子1の各々隣接するスロット1a,1b,...の離間角A(電気角で90度,機械角で45度)の2.5倍の幅B(電気角で225度,機械角で112.5度)の2個の突極5a,5bが等しい離間角(電気角で135度,機械角で67.5度)で配設されている。固定電機子1の外周は円筒状の枠体7に固定され回転子5の中心は上記枠体7の両端部に設けたブラケット(図示せず)に軸受(図示せず)を介して回動自在に支持された回転軸6に固定されている。各電機子コイルの通電による各磁極の磁化極性は、直径方向に対向する磁極が同極性となるように磁化させるか或は直径方向に対向する磁極が異極性となるように磁化させる。

0011

次に図1図2のリラクタンス電動機の固定電機子1のスロット1a,1b,...と回転子5の突極5a,5bの相対する回転位置を検出する機構について説明する。図2に於いて、回転子5の突極5a,5bの回転位置を標示する位置検知回転子8が回転子5に近接させて回転軸6に固定されている。位置検知回転子8はアルミニュームのような金属導体で作られ、その外周に回転子5の突極5a,5bと同じ電気角225度(機械角で112.5度)の幅の突出部8a,8bが電気角135度(機械角で67.5度)の離間角で設けられている。図1の枠体に固定した図示しないブラケットには図2に示す位置検知素子となる小径偏平なコイル9a,9b,9c,9dが電気角90度の離間角で設置され、コイル面は位置検知回転子の突出部に空隙を介して相対している。

0012

上記のように構成された本発明のリラクタンス電動機の駆動手段について説明する。図3図1図2に示す4相のリラクタンス電動機を駆動するための通電制御回路の宰施の1形態を示すものである。図3において、第1,第2,第3,第4の相の励磁コイル3a,3b,3c,3dの電源正極端子10aに並列に接続された正極側スイッチング素子11a,11b,11c,11dが設けられ、又、電源負極端子10bに並列に接続された負極側スイッチング素子11e,11f,11g,11hが設けられている。

0013

正極側スイッチング素子11a,11b,11c,11dの各々の正極側端子と電源正極端子10aの間にコンデンサ12a,12b,12c,12dと順方向接続ダイオード13a,13b,13c,13dが各々並列に接続されている。又、第1相の励磁コイル3aと第1の負極側スイッチング素子11eの接続点と第1の正極側スッチング素子11aの正極側端子の間にダイオード13fが逆方向に接続され、第2相の励磁コイル3bと第2の負極側スイッチング素子11fの接続点と第2の正極側スイッチング素子11bの正極側端子の間にダイオード13hが逆方向に接続され、第3相の励磁コイル3cと第3の負極側スイッチング素子11gの接続点と第3の正極側スイッチング素子11cの正極側端子の間にダイオード13jが逆方向に接続され、第4相の励磁コイル3dと第4の負極側スイッチング素子11hの接続点と第4の正極側スイッチング素子11dの正極側端子の間にダイオード131が逆方向に接続されている。

0014

又、第1相の励磁コイル3aと第1の正極側スイッチング素子11aの接続点と電源負極端子10bの間にダイオード13eが逆方向接続され、第2相の励磁コイル3bと第2の正極側スイッチング素子11bの接続点と電源負極端子10bの間にダイオード13gが逆方向接続され、第3相の励磁コイル3cと第3の正極側スイッチング素子11cの接続点と電源負極端子10bの間にダイオード13iが逆方向接続され、第4相の励磁コイル3dと第4の正極側スイッチング素子11dの接続点と電源負極端子10bの間にダイオード13kが逆方向接続されている。

0015

次に、位置検知回転子8の突出部8a,8bと相対する位置検知コイル9a,9b,9c,9dより位置検知信号および通電信号を得る手段について説明する。図4において、位置検知コイル9a,9b,9c,9d,抵抗16a,6b,...,はブリッジ回路となり、位置検知コイル9a,9b,9c,9dが突出部8a,8bに相対していないときに平衡するように調整されている。従って、ダイオード13mコンデンサ12eよりなるローパスフィルタの出力は等しく、オペアンプ18aの出力はローレベルとなる。発信回路19は1メガサイクル位の発信が行なわれている。位置検知コイル9aが突出部8a,8bに相対すると渦電流損により、インピーダンスが減少するので、抵抗16aの電圧降下が大きくなり、オペアンプ18aの+端子の入力によりハイレベルの出力が端子17aから得られる。位置検知コイル9a,9b,9c,9dについても同様の出力が端子17a,17b,17c,17dから得られる。

0016

オペアンプ18a,18b,...の端子17a,17b,...からの出力信号は位置検知信号であり、回転子1を図1図2の矢印R方向に回転させるとき図5上段のタイムチヤートとして示される。図5に於いて、曲線20a,20b,...,曲線21a,21b,...,曲線22a,22b,...,曲線23a,23b,...として示され、この4組の位置検知信号の幅は電気角225度でそれぞれ電気角135度離間している。又曲線20a,20b,...,曲線21a,21b,...,曲線22a,22b,...,曲線23a,23b,...,は互いに電気角で90度位相遅れている。図5上段の位置検知信号は図4出力端子17a,17b,...からアンド回路を利用する通電信号回路29へ入力し図5下段の通電信号の曲線24a,24b,...,曲線25a,25b,...,曲線26a,26b,...,曲線27a,27b,...,となって出力端子28a,28b,28c,28dから出力される。

作用

0017

次に、本発明のリラクタンス電動機の作用について説明する。図3及び図5下段、図7に於て、矢印R方向に回転子5を回転させる場合、突極5a,5bの端部5d,5eがスロット1a,1eの中央に在るとき、端子15aに通電信号20aが入力しスイッチング素子11a,11eが導通し第1相の励磁コイル3aが通電励磁され漏洩磁束Fa,Fbによって突極5a,5bが吸引され矢印R方向に回転子5が回転する。このとき、既に端子15dに通電信号27dが入力しているのでスイッチング素子11d,11hの導通により第4相の励磁コイル3dが通電励磁されている。従って、トルクを発生する磁極4aには矢印曲線で示すように磁極4aの電機子コイル2aの励磁による磁束とトルクを発生しない磁極4hの電機子コイル2hの励磁による磁束の半分及びトルクを発生しない磁極4dの電機子コイル2dの励磁による磁束の半分が通り、トルクを発生する磁極4eには矢印曲線で示すように磁極4eの電機子コイル2eの励磁による磁束とトルクを発生しない磁極4dの電機子コイル2dの励磁による磁束の半分及びトルクを発生しない磁極4hの電機子コイル2hの励磁による磁束の半分が通る。そのため、相互に正・逆方向のトルクを発生しない位置に在る磁極4h,4dの電機子コイル2h,2dの励磁による磁束が、相互に正方向のトルクを発生する位置に在る磁極4a,4eの電機子コイル2a,2eの励磁による磁束に付加されるのでトルクを発生する磁極4a,4eを通る磁束は2倍になり漏洩磁束Fa,Fbが増加しトルクが増大する。

0018

回転子5がR方向に回転し図8に示す回転位置を経由して更に回転すると図9に於て、突極5a,5bの端部5d,5eがスロット1b,1fの中央に来ると端子15dの通電信号27dが断たれスイッチング素子11d,11hは不導通となって第4相の励磁コイル3dの通電励磁が断たれて磁極4d,4hを通る磁束は消滅する。この通電が断たれたときインダクタンスによる磁束が消滅する迄の時間電気角90度の幅の磁極4d及び4hが突極5a,5bと相対するように磁極2個の幅の電気角で180度より突極5a,5bの幅を電気角で45度大きくして反トルクを生じない構成にしている。同時に端子15bに通電信号21aが入力しスイッチング素子11b,11fが導通し第2相の励磁コイル3bが通電励磁され漏洩磁束Fa,Fbによって突極5a,5bが吸引され矢印R方向の回転子5の回転が継続される。このとき、第1相の励磁コイル3aの通電励磁は継続されているので、トルクを発生する磁極4bには矢印曲線で示すように磁極4bの電機子コイル2bの励磁による磁束とトルクを発生しない磁極4aの電機子コイル2aの励磁による磁束の半分及びトルクを発生しない磁極4eの電機子コイル2eの励磁による磁束の半分が通り、トルクを発生する磁極4fには矢印曲線で示すように磁極4fの電機子コイル2fの励磁による磁束とトルクを発生しない磁極4eの電機子コイル2eの励磁による磁束の半分及びトルクを発生しない磁極4aの電機子コイル2aの励磁による磁束の半分が通る。そのため、トルクを発生する磁極4b,4fを通る磁束は2倍になり漏洩磁束Fa,Fbが増加しトルクが増大する。ここ迄の通電で回転子5は電気角で90度(機械角で45度)回転するが、この後は各相の励磁コイルに上記と同様の通電を繰り返して矢印R方向の回転が継続されるのでその説明は省略する。

0019

図1図2の矢印R方向の反対方向に回転させるとき位置検知信号は図6の上段のタイムチヤート曲線30a,30b,...,31a,31b,...,32a,32b,...,33a,33b,...,に示す通りであり図4の出力端子17a,17b,...からアンド回路を利用する通電信号回路29へ入力し図6の下段の通電信号曲線34a,34b,...,35a,35b,...,36a,36b,...,37a,37b,...,となって図4の出力端子28a,28b,...から出力される。この通電信号が図3入力端子15a,15b,...に入力し回転子5は矢印Rの反対方向に回転する。詳細な説明は上記矢印R方向回転の場合と類似するので省略する。

0020

1固定電機子
1a,1b,...スロット
2a,2b,...電機子コイル
3a 第1相の励磁コイル
3b 第2相の励磁コイル
3c 第3相の励磁コイル
3d 第4相の励磁コイル
4a,4b...磁極
5回転子
5a,5b突極
5d,5e,5f,5g 突極端部
6回転軸
7枠体
8位置検知回転子
8a,8b 突出部
9a,9b,9c,9d 位置検知コイル
10a,10b電源正、負極端子
11a,11b,11c,11d 正極側スイッチング素子
11e,11f,11g,11h 負極側スイッチング素子
12a,12b,...コンデンサ
13a,13b,...ダイオード
14a,14b,...反転回路
15a,15b,...通電制御回路の入力端子
16a,16b,...抵抗
17a,17b,...位置検知信号回路の出力端子
18a,18b,...オペアンプ
19発信回路
20a,20b,...,21a,21b,...,22a,22b,...,23a,23b,...,回転子を図1図2の矢印R方向に回転させるときの位置検知信号曲線
24a,24b,...,25a,25b,...,26a,26b,...,27a,27b,...,回転子を図1図2の矢印R方向に回転させるときの通電信号曲線28a,28b,...通電信号回路の入力端子
29 通電信号回路
30a,30b,...,31a,31b,...,32a,32b,...,33a,33b,...,回転子を図1図2の矢印R方向の反対に回転させるときの位置検知信号曲線
34a,34b,...,35a,35b,...,36a,36b,...,回転子を図1図2の矢印R方向の反対に回転させるときの通電信号曲線

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