JP2004072827A - 界磁制御モータ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、モータ側のロータ及び界磁制御ロータにマグネットを装着又は非装着とすることにより、磁気回路を直列又は並列とし、材料等を変更する自由度を向上させることを目的とする。
【解決手段】本発明による界磁制御モータは、モータ（１３０）側のロータ（９）に界磁制御ロータ（２０）の界磁用輪状マグネット（１００）を設けてモータ用と兼用して磁気回路を直列状とし、モータ（１３０）側のロータ（９）にロータマグネット（１００Ａ）を設けて界磁制御ロータ（２０）にマグネットを有しない場合は磁気回路を並列として、モータを構成する時の材質等の自由度を向上できる構成である。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、界磁制御モータに関し、特に、輪状ステータの内側に設けた界磁制御ロータにマグネットを装着あるいは非装着状態とすることにより、制御界磁の磁路を並列又は直列とし、界磁制御モータを構成する際のロータ及び界磁制御ロータの部品、材料、形状及びサイズ等の制約に対する自由度を向上させるための新規な改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、用いられていたこの種のモータとしては、図１２に示される構成を挙げることができる。
すなわち、ステータコイル１を有する輪状ステータ２を備えたモータケース３の両端には、前蓋４及び後蓋５が取付ねじ６によって取付けられている。
前記前蓋４及び後蓋５に設けられた各軸受７、８間にはロータ９を有する回転軸１０が回転自在に設けられている。
前記後蓋５の後側には、前記回転軸１０に接続され前記回転軸１０の回転位置等を検出するためのエンコーダ１１が接続して設けられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のモータは、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、ステータコイルに印加する駆動電流を変えることによりモータの回転数を変えることはできるが回転数対トルク曲線特性を自在に変える要求に応えることは不可能であった。
【０００４】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、特に、輪状ステータの内側に設けた界磁制御部によりロータと輪状ステータ間の磁束を制御し、回転数対トルク曲線を制御することができるようにした界磁制御モータを得ると共に、界磁制御ロータにマグネットを装着あるいは非装着とすることにより、制御界磁の磁路を並列又は直列とし、界磁制御モータを構成する際のロータ及び界磁制御ロータの部品、材料、形状及びサイズ等の制約に対する自由度を向上させるようにした界磁制御モータを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明による界磁制御モータは、ステータコイルを有する輪状ステータを備えたモータケースの両端又は前記輪状ステータの両端に設けられた前蓋及び後蓋と、前記前蓋及び後蓋に設けられた軸受に回転自在に設けられた回転軸と、前記回転軸に設けられ複数個のマグネットを有する界磁制御ロータと、前記後蓋に設けられ前記界磁制御ロータの内側に位置して前記界磁制御ロータと重合する界磁制御コイルを有する界磁制御ヨークとを有し、前記界磁制御コイルに印加する電流を制御することにより、前記界磁制御ロータと輪状ステータ及び界磁制御ヨークを経ることにより固定磁界と可変磁界を兼ねた固定／可変磁界磁気回路を形成する構成であり、また、前記マグネットは前記界磁制御ロータの外周位置でかつ前記輪状ステータに対応して配設されている構成であり、また、ステータコイルを有する輪状ステータを備えたモータケースの両端又は前記輪状ステータの両端に設けられた前蓋及び後蓋と、前記前蓋及び後蓋に設けられた軸受に回転自在に設けられ複数個のマグネットを有する界磁固定ロータを備えた回転軸と、前記界磁固定ロータに隣接して前記回転軸に設けられマグネットを有しない界磁制御ロータと、前記後蓋に設けられ前記界磁制御ロータの内側に位置して前記界磁制御ロータと重合する界磁制御コイルを有する界磁制御ヨークとを有し、前記界磁制御コイルに印加する電流を制御することにより、前記界磁固定ロータと輪状ステータ間に形成される固定磁界磁気回路は、前記輪状ステータと界磁制御ロータ及び界磁制御ヨークを介して形成される可変磁界磁気回路に対して独立している構成であり、また、前記界磁制御ロータは、前記回転軸に設けられ非磁性リング板状の第１クローポールロータと、前記第１クローポールロータに設けられ複数の第２クローポールを有する第２クローポールロータと、前記第２クローポールロータに隣接して設けられ複数の第３クローポールを有する第３クローポールロータとから構成され、前記第１クローポールロータは前記界磁固定ロータの端面に当接している構成である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明による界磁制御モータの好適な実施の形態について説明する。尚、従来例と同一又は同等部分には同一符号を付して説明する。
図１において符号１で示されるものはステータコイルであり、このステータコイル１を有する輪状ステータ２を備えたモータケース３の両端には、前蓋４及び後蓋５が取付ねじ６によって取付けられている。
尚、この前蓋４と後蓋５は、図示していないが、モータケース３ではなく、輪状ステータ２をモータケース３のように外部に露出させ、このモータケース３に前蓋４と後蓋５を直接取付けるようにすることもできる。
【０００７】
前記前蓋４及び後蓋５に設けられた各軸受７、８間には回転軸１０が回転自在に設けられている。
前記回転軸１０の外周位置には、図４および図５で示される界磁制御ロータ２０が設けられている。この界磁制御ロータ２０は第２クローポール３１を有する第２クローポールロータ３０と第３クローポール４１を有する第３クローポールロータ４０とから構成され、この第３クローポールロータ４０の軸方向の延長部４０Ａの外周位置にモータ用のロータマグネットを兼ねて形成された複数個のマグネット１００が設けられ、このマグネット１００は前記輪状ステータ２及びステータコイル１に対応して配設されている。
【０００８】
前記界磁制御ロータ２０の後側には、前記後蓋５の内側に設けられその筒部２２ａに界磁制御コイル２１を有する界磁制御ヨーク２２が前記第３クローポールロータ４０の内側に挿入されて配設されている。
【０００９】
次に、動作について述べる。前記各マグネット１００は、ステータコイル１及び輪状ステータ２との磁気作用によって界磁制御ロータ２０と回転軸１０を回転させるモータ用として作用する一方、界磁制御ロータ２０を用いた界磁制御部１２０の界磁制御コイル２１に界磁電流を印加すると、界磁制御コイル２１と界磁制御ロータ２０による電磁石と同じ作用の界磁制御による磁気回路としては、輪状ステータ２側の固定磁界と界磁制御部１２０側の可変磁界の磁束の磁路が直列状となり、固定／可変磁界磁気回路２３Ａが回転軸１０から界磁制御ロータ２０、マグネット１００からステータコイル１（輪状ステータ２）及び界磁制御ロータ２０を介して再び回転軸１０に戻る経路で形成されている。
【００１０】
前述の固定／可変磁界磁気回路２３Ａは、回転軸１０の軸方向からみると、図３で示されるように、矢印で示す磁束の向きのように形成され、第１マーク６０は図２の紙面に直角方向で磁束の向きは手前方向であり、第２マーク６１は図３の紙面に直角方向で、磁束の向きは奥方向である。
従って、この磁束の向きは、周知のランドル型発電用の界磁制御に用いられる制御と同様に、界磁制御コイル２１に印加する電流の向きによって制御でき、その電流の向きによってステータコイル１に対する磁束を増加又はキャンセルさせて減少させる制御によりモータとしての回転状態を自在に制御することができる。
すなわち、前述の界磁制御により、モータの磁束を制御することができ、同時に電圧定数及びトルク定数を制御することが可能で、モータの回転数対トルク曲線を制御することが可能である。
【００１１】
次に、図２で示される他の形態においては、図１と同一部分には同一符号を付しその説明を省略し、異なる部分についてのみ述べる。まず、前述の図１のように界磁制御部１２０及び輪状ステータ２側の磁束の磁路が図１のように互いに直列状となる方式ではなく、図２のように、界磁制御部１２０の各クローポールロータの構造は図６から図１３で示されるように３個の第１〜第３クローポールロータ２５、３０及び４０で構成し、輪状ステータ２側の界磁固定ロータ９Ａの外周に複数個のマグネット１００を設け、界磁制御ロータ２０にはマグネットは何ら設けられていない。
【００１２】
図２における界磁制御ロータ２０は、図６から図１１で示される個別分解図のように構成されている。すなわち、この界磁制御ロータ２０は、回転軸１０に嵌合され非磁性リング板状からなる第１クローポールロータ２５と、この第１クローポールロータ２５の段部２５ａに配設され複数の第２クローポール３１を所定角度毎に有する第２クローポールロータ３０と、この第２クローポールロータ３０に隣接して配設され複数の第３クローポール４１を所定角度毎に有する第３クローポールロータ４０とから構成されている。尚、非磁性材の第１クローポールロータ２５は界磁固定ロータ９Ａの端面に当接し、これにより界磁固定ロータ９Ａと界磁制御ロータ２０が磁気的に分離されている。
【００１３】
前記界磁制御ロータ２０の各第２クローポール３１と各第３クローポール４１は、図１３で示されるように、互いに円周方向に沿って交互となるように配設されている。
前記第３クローポールロータ４０の後端側には、図１２の点線にて示されるようにテーパ状に形成されたテーパ開口５０が形成されている。
【００１４】
前記界磁制御ロータ２０後側の後蓋５には界磁制御ヨーク２２が取付けられ、この界磁制御ヨーク２２の突出した筒部２２ａの外周には前述のように界磁制御コイル２１が設けられている。
この界磁制御コイル２１は、前記テーパ開口５０内に位置すると共に、前記第３クローポールロータ４０、ステータコイル１及び輪状ステータ２に対して径方向において重合して配設されている。
【００１５】
次に動作について述べる。図２の状態で界磁制御コイル２１に界磁電流を印加すると、コイル２１とロータ２０による電磁石と同じ作用の界磁制御による界磁制御磁気回路である可変的に変化する可変磁界磁気回路２３としては、図２の点線で示されるように、回転軸１０から界磁制御ロータ２０を経てステータコイル１（すなわち、輪状ステータ２）から界磁制御ロータ２０を介して再び回転軸１０に戻る経路で磁路が形成される。また、前記ロータ９と輪状ステータ２間の磁気回路の磁路は図２の点線のように固定磁界磁気回路２３Ｂが形成され、各回路２３、２３Ｂは互いに並列で独立して形成されている。
【００１６】
前述の可変磁界磁気回路２３は、回転軸１０の軸方向からみると、図３で示されるように、矢印で示す磁束の向きのように形成され、第１マーク６０は図３の紙面に直角方向で磁束の向きは手前方向であり、第２マーク６１は図３の紙面に直角方向で、磁束の向きは奥方向である。
従って、この磁束の向きは、周知のランドル型発電用の界磁制御に用いられる制御と同様に、界磁制御コイル２１に印加する電流の向きによって制御でき、その電流の向きによってステータコイル１に対する磁束を増加又はキャンセルさせて減少させる制御によりモータとしてのロータ９の回転状態を自在に制御することができる。
すなわち、前述の界磁制御部１２０の界磁制御により、ロータ９と輪状ステータ２間の固定磁界磁気回路２３Ｂの磁束の増減を制御することができ、同時に電圧定数及びトルク定数を制御することが可能で、モータの回転数対トルク曲線を制御することが可能である。
【００１７】
【発明の効果】
本発明による界磁制御モータは、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、モータを構成するロータの隣りに界磁制御ロータ及び界磁制御コイルを配設しているため、界磁制御によりロータと輪状ステータ間の磁束を制御すると共にモータの回転数対トルク曲線の制御を行うことができると共に、図１のように界磁制御部に設けた界磁用輪状マグネットをモータ用にも兼ねて使い磁気回路を直列とする構成と、図２のようにモータ側のみにロータマグネットを使用し界磁制御部側にはマグネットを用いないことにより磁気回路を並列とする構成とを、モータの使用用途に応じてロータ及び界磁制御ロータの部品、材料、形状及びサイズ等を自在に選択する自由度が従来よりも大幅に向上し、設計の自由度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による界磁制御モータを示す断面図である。
【図２】図１の他の形態を示す断面図である。
【図３】図１及び図２の軸方向からみた界磁制御説明図である。
【図４】図１の界磁制御ロータを示す拡大図である。
【図５】図４のＡ−Ａ断面図である。
【図６】図４の要部を示す断面図である。
【図７】図６のＡ−Ａ断面図である。
【図８】図４の要部の構成図である。
【図９】図８の縦断面図である。
【図１０】図４の要部の構成図である。
【図１１】図１０の縦断面図である。
【図１２】従来のモータの断面図である。
【符号の説明】
１　　ステータコイル
２　　輪状ステータ
４　　前蓋
５　　後蓋
７、８　　軸受
９　　ロータ
１０　　回転軸
２０　　界磁制御ロータ
２１　　界磁制御コイル
２２　　界磁制御ヨーク
２３　　可変磁界磁気回路
２３Ａ　　固定／可変磁界磁気回路
２３Ｂ　　固定磁界磁気回路
２５　　第１クローポールロータ
３０　　第２クローポールロータ
３１　　第１クローポール
４０　　第３クローポールロータ
４１　　第３クローポール
１００　　界磁用輪状マグネット
１００Ａ　　ロータマグネット

Claims (4)

1. ステータコイル（１）を有する輪状ステータ（２）を備えたモータケース（３）の両端又は前記輪状ステータ（２）の両端に設けられた前蓋（４）及び後蓋（５）と、前記前蓋（４）及び後蓋（５）に設けられた軸受（７，８）に回転自在に設けられた回転軸（１０）と、前記回転軸（１０）に設けられ複数個のマグネット（１００）を有する界磁制御ロータ（２０）と、前記後蓋（５）に設けられ前記界磁制御ロータ（２０）の内側に位置して前記界磁制御ロータ（２０）と重合する界磁制御コイル（２１）を有する界磁制御ヨーク（２２）とを有し、前記界磁制御コイル（２１）に印加する電流を制御することにより、前記界磁制御ロータ（２０）と輪状ステータ（２）及び界磁制御ヨーク（２２）を経ることにより固定磁界と可変磁界を兼ねた固定／可変磁界磁気回路（２３Ａ）を形成することを特徴とする界磁制御モータ。
2. 前記マグネット（１００）は前記界磁制御ロータ（２０）の外周位置でかつ前記輪状ステータ（２）に対応して配設されていることを特徴とする請求項１記載の界磁制御モータ。
3. ステータコイル（１）を有する輪状ステータ（２）を備えたモータケース（３）の両端又は前記輪状ステータ（２）の両端に設けられた前蓋（４）及び後蓋（５）と、前記前蓋（４）及び後蓋（５）に設けられた軸受（７，８）に回転自在に設けられ複数個のマグネット（１００）を有する界磁固定ロータ（９Ａ）を備えた回転軸（１０）と、前記界磁固定ロータ（９）に隣接して前記回転軸（１０）に設けられマグネットを有しない界磁制御ロータ（２０）と、前記後蓋（５）に設けられ前記界磁制御ロータ（２０）の内側に位置して前記界磁制御ロータ（２０）と重合する界磁制御コイル（２１）を有する界磁制御ヨーク（２２）とを有し、前記界磁制御コイル（２１）に印加する電流を制御することにより、前記界磁固定ロータ（９）と輪状ステータ（２）間に形成される固定磁界磁気回路（２３Ｂ）は、前記輪状ステータ（２）と界磁制御ロータ（２０）及び界磁制御ヨーク（２２）を介して形成される可変磁界磁気回路（２３）に対して独立していることを特徴とする界磁制御モータ。
4. 前記界磁制御ロータ（２０）は、前記回転軸（１０）に設けられ非磁性リング板状の第１クローポールロータ（２５）と、前記第１クローポールロータ（２５）に設けられ複数の第２クローポール（３１）を有する第２クローポールロータ（３０）と、前記第２クローポールロータ（３０）に隣接して設けられ複数の第３クローポール（４１）を有する第３クローポールロータ（４０）とから構成され、前記第１クローポールロータ（２５）は前記界磁固定ロータ（９Ａ）の端面に当接していることを特徴とする請求項３記載の界磁制御モータ。

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