[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP4525830B2 - 同期モータ - Google Patents

同期モータ Download PDF

Info

Publication number
JP4525830B2
JP4525830B2 JP2009056619A JP2009056619A JP4525830B2 JP 4525830 B2 JP4525830 B2 JP 4525830B2 JP 2009056619 A JP2009056619 A JP 2009056619A JP 2009056619 A JP2009056619 A JP 2009056619A JP 4525830 B2 JP4525830 B2 JP 4525830B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
segment
magnetic
rotor
synchronous motor
inter
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
Application number
JP2009056619A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2010035404A (ja
Inventor
草瀬  新
啓次 近藤
武雄 前川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP2009056619A priority Critical patent/JP4525830B2/ja
Priority to US12/458,019 priority patent/US7969057B2/en
Priority to CN2009101639897A priority patent/CN101621235B/zh
Publication of JP2010035404A publication Critical patent/JP2010035404A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4525830B2 publication Critical patent/JP4525830B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/02Details
    • H02K21/04Windings on magnets for additional excitation ; Windings and magnets for additional excitation
    • H02K21/042Windings on magnets for additional excitation ; Windings and magnets for additional excitation with permanent magnets and field winding both rotating
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2201/00Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/12Transversal flux machines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Synchronous Machinery (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Description

本発明は、同期モータの改良に関し、特に界磁コイルと永久磁石と磁気突極構造とをもつロータを有する同期モータに関する。なお、モータを発電機として動作させ得ることは当業者にとって周知事項となっている。
従来、同期機として、電気角π/2ピッチで磁気突極構造をもつロータと、正弦波電流が通電されるステータコイルにより形成されるステータの回転磁界とが同期してリラクタンストルクを発生するシンクロナスリラクタンスモータが、たとえば下記の特許文献1、2などに提案されている。このシンクロナスリラクタンスモータのリラクタンストルクは、回転座標系上にてd軸インダクタンスとq軸インダクタンスとの差ΔLと、ステータ電流のd軸成分(d軸電流)Idと、ステータ電流のq軸成分(q軸電流)Iqとの積にて表される。このため、ロータコアの磁気突極部の周方向中心をd軸とする場合、q軸インダクタンスをたとえば永久磁石磁界により低減する提案もなされている。その他、磁石トルクとリラクタンストルクとを併用する同期モータがたとえば埋め込み磁石型同期モータとして知られている。
特開平11−89193号公報 特開2006−121821号公報
シンクロナスリラクタンスモータのロータコアの磁気突極構造としては、フラックスバリアタイプやセグメントタイプなど種々提案されているが、磁界形成用の電流損失によりモータ効率が低下し、トルクあたりの体格が大きくなるという問題点を有していた。このため、磁気突極比(Lq/Ld)を向上させてリラクタンストルクを増大させることが要望されていた。
また、シンクロナスリラクタンスモータでは、ステータとロータとの間の授受磁束の全部を、交流電流が通電されて比較的ターン数が少ないステータコイルにより形成する必要があるため、磁束形成用の電流による銅損が大きいという問題があった。
このため、たとえばランデル型界磁コイル式同期モータのようにロータ側で上記磁束を形成することもできるが、この場合には、直流電流が通電されてターン数が大きく、トルクの急速変更が容易でないという問題が生じる。この問題は、リラクタンストルクと磁石トルクを併用する埋め込み磁石型同期モータ(IPM)により解決されるが、IPMは、大トルク発生のため高価な磁石を必要とするうえ、磁石磁束が大きいため高速回転時に弱め界磁のための大きな銅損が発生するという問題があった。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、体格当たりのトルクが大きく、かつ、高速回転時の少ない損失でのトルク制御が容易である同期モータを提供することをその目的としている。
上記課題を解決するためになされた請求項1に記載の発明の同期モータは、回転磁界を形成可能な複数の相巻線により構成されたステータコイルが巻装されたステータコアを有するステータと、前記ステータの径方向内側に配置されて回転するロータとを有し、前記ロータは、磁気抵抗が小さい磁気突極部と磁気抵抗が大きい磁気抵抗部とが電気角π/2離れて形成された磁気突極構造を有する軟磁性のロータコアを有する同期モータにおいて、前記ロータコアは、周方向中央部に径方向内側に凹設されて前記磁気抵抗部を構成する凹部と、前記凹部の周方向両側に個別に配置された一対の磁気突極部とを有して軟磁性材料により形成された多数のセグメントにより構成され、前記多数のセグメントは、所定のセグメント間ギャップを隔てて周方向へ電気角π/2ピッチで多数配列してなり、前記ロータは、奇数番目の前記セグメント間ギャップに配置されて周方向両側の前記磁気突極部を時計方向に磁化し、かつ、偶数番目の前記セグメント間ギャップに配置されて周方向両側の前記磁気突極部を反時計方向に磁化する多数のセグメント間磁石と、前記各セグメントの凹部を貫通して周方向に巻装される界磁コイルとを有し、前記界磁コイルは、直流電流の通電により前記各セグメントの前記一対の磁気突極部を逆向きに励磁することを、その特徴としている。
このように構成することにより、大きなトルクを発生することができるとともに、トルク調節が容易で、トルク調節のための電力も減らすことができる。また、発電動作や高速時電動動作におけるステータコイルに生じる好ましくない磁石起電力の影響を電力ロスを抑止しつつ軽減することができる。
請求項2記載の発明は、請求項1記載の同期モータにおいて、前記セグメントは、前記一対の磁気突極部が前記ステータに対面しつつ軸方向に延在するクローポール構造を有する。これにより、ロータ構造の簡素化が可能となり、界磁コイルの線長も短縮することができる。
請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載の同期モータにおいて、周方向に磁化されて前記界磁コイルと逆向きに前記セグメントを磁化するセグメント内磁石を有する。これにより、トルクを増大することができる。
請求項4記載の発明は、請求項1乃至3のいずれか記載の同期モータにおいて、前記ロータコアは、セグメント間磁石を短絡するC字状の軟磁性部材からなり、第2界磁コイルが巻装された磁気短絡部材を有し、前記第2界磁コイルは、前記磁気短絡部材内の前記セグメント間磁石の磁界に対抗する向きに前記磁気短絡部材を励磁する。この構成により、好ましい運転状況ではセグメント間磁石の磁束と前記短絡部材を流れる界磁磁束とが加わり、また好ましくない運転状況ではセグメント間磁石の磁束は前記短絡部材により短絡されるためステータコイルに与える起電力が軽減される。
請求項5記載の発明は、請求項4記載の同期モータにおいて、前記ロータコアは、タンデム型ランデルロータ構造を有する。これにより、セグメント間磁石及びセグメント内磁石の両方を軟磁性部材で磁気短絡し、この軟磁性部材に巻装した界磁コイルによりこれらセグメント間磁石やセグメント内磁石がステータに流す磁束を自由に調節することが可能となる。
請求項6記載の発明は、請求項1乃至5のいずれか記載の同期モータにおいて、前記第1、第2界磁コイルは並列乃至直列に接続されている。これにより、界磁電流の制御回路を簡素化することができる。
請求項7記載の発明は、請求項1乃至6のいずれか記載の同期モータにおいて、前記ステータコアの内周面から径方向に向かって突出する複数のティースの内径側先端の周方向幅は、前記多数のセグメント間磁石のいずれかの周方向幅よりも狭く形成することを特徴とする。これにより、ティース先端を通って、q軸−q軸間ロータ磁路から漏れる磁束を低減することができ、リラクタンストルクを増大させることができる。
請求項8記載の発明は、請求項7記載の同期モータにおいて、隣り合う前記ティースの壁面がほぼ平行状となるスロットを形成し、前記ティースの内径側先端には前記同期モータがトルクを発生している場合に前記ロータのトルク発生方向とは反対側(すなわちティースの先端を流れる磁束が集中する方向)にのみ突出部を設け、前記突出部は、前記ティースとの接合面幅と前記ロータとの対向面幅とをほぼ同一とし、先端面のトルク発生方向とは反対側の厚みを前記接合面幅よりも小さくし、内径側先端における隣り合う前記ティースの相互間距離を前記ロータとの対向面幅の2倍以上となるように形成することを特徴とする。これにより、ティースとの接合面幅と前記ロータとの対向面幅とをほぼ同一としたので、磁気飽和が低減される。また、ロータとエアギャップの距離が一定であるので、磁束量が減少してトルクダウンすることもない。さらに、突出部の先端側にいくほど前記突出部の厚み(すなわち径方向厚さ)が小さくなるので、q軸インダクタンスを低減でき、リラクタンストルクを向上させることができる。そして、隣り合うティースの壁面がほぼ平行状に形成され、内径側先端における隣り合うティースの相互間距離が十分に取られているので、q軸漏れ磁束を低減でき、リラクタンストルクを向上させることができる。
実施例1の同期モータのブロック回路図である。 実施例1の同期モータのロータの基本構造を示す模式径方向側面図である。 実施例1のリラクタンストルク発生状態を示す説明図である。 実施例1の磁石トルク発生状態を示す説明図である。 実施例1の界磁電流トルク発生状態を示す説明図である。 実施例2の同期モータのロータの基本構造を示す模式径方向側面図である。 実施例3の同期モータのロータの基本構造を示す模式径方向側面図である。 図7のロータ外周面の周方向展開図である。 実施例3の変形態様のロータ構造を示す模式部分斜視図である。 実施例4の同期モータのロータの基本構造を示す模式径方向側面図である。 実施例5の同期モータのロータの模式軸方向断面図である。 実施例5の同期モータのロータの周方向模式展開図である。 実施例6の同期モータのロータの模式径方向拡大断面図である。 実施例6の同期モータのロータの模式径方向拡大断面図である。 実施例7の同期モータのロータの模式径方向拡大断面図である。 実施例7の同期モータのロータの模式径方向拡大断面図である。
本発明の好適な実施形態を以下の実施例により具体的に説明する。
(実施例1)
実施例1の同期モータの基本原理を図1を参照して説明する。ただし、図1は、この同期モータの回路を示す基本的なブロック回路図、図2はそのロータ構造を示す模式径方向断面図である。なお、ステータは、3相ステータコイルがスロットに巻装された周知構造を採用するため、図2では図示を省略する。
(構成)
図1において、1はインナーロータタイプの同期モータ、2は三相のインバータ、3は界磁電流制御回路、4は外部からのトルク指令に基づいてインバータ2及び界磁電流制御回路3を制御するマイコン内蔵のコントローラ(制御部)、5は車載のバッテリ、6は平滑コンデンサである。
同期モータ1は、図略のステータコアに巻装されたステータコイル10と、界磁コイル14とを有する。ステータコイル10は、U相コイル1U、V相コイル1V、W相コイル1Wを星形接続して構成されている。界磁コイル14を流れる界磁電流Ifは界磁電流制御回路3により制御され、ステータコイルに流れる各相電流はインバータ2により制御される。なお、インバータ2を3相全波整流器として作動させることにより、同期モータ1を発電動作させてもよいことはもちろんである。
コントローラ4は、図略の回転角センサで検出した図1では記載を省略したロータロータの回転角と外部から入力されるトルク指令に基づいて、インバータ2がステータコイル10に流す3相電流を決定し、この3相電流を通電するための制御信号をインバータ2に出力する。また、コントローラ4は、界磁コイル14に流す界磁電流Ifを決定し、それを界磁電流制御回路3に出力し、界磁電流制御回路3は入力された界磁電流Ifの界磁コイル14に通電する。
図1のモータ回路は通常の界磁コイル型同期電動機と本質的に同じであるため、これ以上の説明は省略する。
(ロータ7)
次に、この同期モータ1のロータ7の基本構造を図2を参照して説明する。
このロータ7は、軟磁性材料により形成されるとともにステータの径方向内側に位置して回転軸8の外周側に周方向所定ピッチで配列された合計10個のセグメント11と、周方向に隣接する各セグメント間隙12に配置されて周方向両側のセグメント11を逆向きに磁化するセグメント間磁石13と、各セグメント11に巻装された界磁コイル14とを有している。
セグメント11は、周方向中央部に径方向内側に凹設されて磁気抵抗部を構成する凹部110と、この凹部110の周方向両側に個別に配置された一対の磁気突極部111とを有して、図2に示すように模式的にC字状の形状を有している。したがって、セグメント11の周方向幅とセグメント間隙12との合計が電気角πとなる。各セグメント11の一対の磁気突極部111、111は略電気角π離れているため、各セグメント11の合計であるロータ7の軟磁性磁気回路は、磁気突極構造をもつ。このため、このロータ7は、シンクロナスリラクタンスモータとしてリラクタンストルクを発生することができる。
奇数番目のセグメント間磁石13と偶数番目のセグメント間磁石13とは周方向逆向きに磁化されており、これにより、奇数番目のセグメント間磁石13と偶数番目のセグメント間磁石13とは逆向きに磁化される。奇数番目のセグメント間磁石13から出てステータを流れた後、偶数番目のセグメント間磁石13に還る磁石磁束通路が形成される。これにより、このロータ7は、磁石式同期モータとして磁石トルクを発生することができる。
界磁コイル14は、セグメント間磁石13を挟んで周方向に隣在する一対の磁気突極部111、111の周囲に巻装される。言い換えれば、界磁コイル14は、各セグメント11の凹部110に順次貫通して配置されている。これにより、このロータ7は、界磁コイル式同期モータとして作用する。
結局、ステータ電流の位相角及び電流量を適切に制御することにより、このモータは、リラクタンストルクと磁石トルクと界磁コイルの電流によるトルク(以下、界磁電流トルクと称する)とを発生する。このことは、当業者であれば容易に理解されることであるため、これ以上の説明は省略する。
各トルクの関係を図3〜図5を参照して説明する。
図3は、リラクタンストルクを説明する模式説明図である。セグメント間磁石13及び界磁コイル14によるトルクは無視する。セグメント間磁石13の周方向中央部をd軸、セグメント11の周方向中央部をq軸とみなす。ステータ電流のd軸成分をd軸電流Id、ステータ電流のq軸成分をq軸電流Iqとする。Ldはd軸インダクタンス、Lqはq軸インダクタンスである。リラクタンストルクTrは、(Ld−Lq)IdIqとなる。この実施形態では、q軸インダクタンス(Lq)は、セグメント11の凹部110が2つとセグメント間隙12とが、q軸−q軸間のロータ磁路に存在するため、小さくなる。更に、q軸電流Iqによるステータ電流磁束Φq(図3に破線で示す)は、それと逆向きに磁化されたセグメント間磁石13の磁石磁束により打ち消されるため、等価的に小さくなる。その結果として、大きなリラクタンストルクを期待することができる。
図4は、セグメント間磁石13による磁石トルクを説明する模式説明図である。リラクタンストルクTr及び界磁コイル14によるトルク(界磁電流トルク)は無視する。セグメント間磁石13による磁石磁束Φmは、図4の左側のセグメント11から入って、セグメント間磁石13を周方向に通過し、図4の右側のセグメント11からステータに出る。磁気飽和等を無視して理想的に考えれば、磁石磁束Φmは、セグメント11の2つの磁気突極部111、111を半分ずつ流れると仮定することができる。これは、磁石磁束Φmが等価的にq−q軸通路を流れると見なすことができる(図4を参照されたい)。その結果、磁石トルクTmは、ΦmIdとなる。
図5は、界磁コイル14に形成される磁束(電流磁束Φiと呼ぶ)によるトルクである電流トルクTiを説明する模式説明図である。電流磁束Φiによる電流トルクTi及び磁石トルクTmは無視する。電流磁束Φiは、図5において、セグメント間磁石13の両側の2つのセグメント11、11の合計4つの磁気突極部111のうち、時計方向端がN極となっているセグメント間磁石13の両側に隣在する中央よりの2つの磁気突極部111からステータに向かう。また、セグメント間磁石13の両側の2つのセグメント11、11の合計4つの磁気突極部111のうち、時計方向端がN極となっているセグメント間磁石13から離れた2つの磁気突極部111においてステータから流れ込む。磁気飽和等を無視して理想的に考えれば、電流磁束Φiは、セグメント間磁石13を挟んでセグメント11の互いに近接する2つの磁気突極部111、111を半分ずつ流れると仮定することができる。これは、電流磁束Φiが等価的にd−d軸通路を流れると見なすことができる(図5を参照されたい)。その結果、電流トルクTiは、ΦiIqとなる。
結局、この同期モータ1の合成トルクは、上記3つのトルクの和である。各トルクを生み出す磁束によりセグメント11が磁気飽和しないようにしたり、又は、高速回転時に磁石磁束Φmによるステータコイルの逆起電力が押さえるための弱め界磁制御を行ったり、高速のトルク調節のためにd軸電流Idとq軸電流Iqとを調節したり、低速のトルク調節のために界磁コイル14に通電する界磁電流Ifを調節できることは明白である。
なお、上記合成トルク発生原理は、リラクタンストルクTrを増大するために、d軸インダクタンスLdを等価的に増大させ、q軸インダクタンスLqを等価的に減少させるものであると見なすことも可能である。
このようにすれば、周方向に隣在する2つのセグメント11、11の合計4つの磁気突極部111A、111B、111C、111Dのうち、磁気突極部111Aは各磁束により強いN極に、磁気突極部111Cは各磁束により強いS極に磁化される。なお、図2において、磁気突極部111B、111Cは、各磁束が打ち消し合う結果として中間的な磁気ポテンシャルをもつため、ここでは簡易的に中間極Oと表示している。
(実施例2)
実施例2の同期モータの基本原理を図6を参照して説明する。ただし、図6は、この同期モータのロータ構造を示す模式径方向断面図である。なお、ステータは、3相ステータコイルがスロットに巻装された周知構造を採用するため、図2では図示を省略する。
(構成)
図6に示すロータ7は、各セグメント11の凹部110にセグメント内磁石15を追加した点をその特徴とする。各セグメント内磁石15は、周方向右側に隣在するセグメント間磁石13と逆向き、かつ、周方向左側に隣在するセグメント間磁石13と同向きに磁化されている。
このようにすれば、セグメント内磁石15は、周方向に隣在する2つのセグメント11、11の合計4つの磁気突極部111A、111B、111C、111Dのうち、N極である磁気突極部111Aの磁化を強化し、S極である磁気突極部111Cの磁化を強化する。このため、実施例1で説明したトルク特にその磁石トルクを強化することができる。
都合の良いことに、このセグメント内磁石15は、軟磁性のセグメント11と磁気的に並列接続される構造となり、通常時にはこのセグメント内磁石15の磁石磁束は、ステータ側へはほとんど流れることがない。その結果、界磁コイル14への通電又はステータ電流の位相角調節によりセグメント11内の磁束調節に応じて、セグメント内磁石15の磁石磁束はステータ側に流れることができる。たとえば、発電機動作時に発電を停止したい場合などにおいて、このセグメント内磁石15の磁石磁束がステータ側に流れて発電が生じることがない。また、高速電動動作においてこのセグメント内磁石15の磁石磁束がステータ側に流れるのを弱め界磁用のd軸電流の増大や界磁コイル14の電流増大無しに実現することができる。そして大トルクが必要な場合にのみ、d軸電流を増大させたり、界磁コイル14の電流増大により、セグメント11内の磁束の流れ方向及び大きさを調節して、セグメント内磁石15の磁石磁束を実質的にステータ側に流すことができる。
(実施例3)
実施例3の同期モータを図7を参照して説明する。ただし、図7は、この同期モータのロータを軸方向に見た模式側面図である。
(構成)
図7に示すロータ7は、図6に示すロータをランデルロータ構造のロータコアを用いて実現した点にその特徴がある。
このランデルロータ7は通常のランデルロータコアと同じく同形の2つの爪極付きハーフコア7A、7Bを軸方向に隣接して回転軸8に嵌着して構成されている。
紙面向こう側に配置される爪極付きハーフコア7Aは、円筒状のボス部71と、ボス部71の軸方向外端から径外方向へ突出した後、軸方向相手側へ向けて延在するL字状の爪極部72とを有する軟磁性部材である。紙面こちら側に配置される爪極付きハーフコア7Bは、円筒状のボス部71と、ボス部71の軸方向外端から径外方向へ突出した後、軸方向相手側へ向けて延在するL字状の爪極部74とを有する軟磁性部材である。爪極付きハーフコア7Aは合計8つの爪極部72すなわち既述した磁気突極部111をもち、爪極付きハーフコア7Bは合計8つの爪極部74すなわち既述した磁気突極部111をもつ。このようにすれば、図1に示すセグメント11を簡単に構成することができる。図7におけるロータ7の外周面の周方向展開図を図8に示す。
(変形態様)
ただ、図7の構成では、図2に示すセグメント間磁石13の両側の2つの爪極(磁気突極部111)がボス部71により磁気的に短絡されてしまう。このため、図9に示すように、セグメント11の磁気突極部111A、111Cはボス部71から磁気的に分離されていることが好適である。この時、ボス部71から分離された磁気突極部111A、111Cの機械支持には、たとえば非磁性体によりボス部71に連結するなど種々の機械的支持方法を採用することができる。
(実施例4)
実施例4の同期モータを図10を参照して説明する。ただし、図10は、この同期モータのロータを軸方向に見た模式側面図である。
(構成)
図10に示すロータ7において、セグメント間磁石13を磁気短絡する第2セグメント18を追加し、更にこの第2セグメント18に第2界磁コイル19を巻装した点をその特徴とする。このようにすれば、この第2界磁コイル19の通電電流により、セグメント間磁石13からステータに流れる磁石磁束を調整することができるとともに、第2界磁コイル19の電流による電流磁束をステータに流すことができる。
たとえば、第2界磁コイル19の通電電流を0とすればセグメント間磁石13の磁石磁束はほとんど第2セグメント18に流れてステータに作用しない。このため、たとえば発電機動作時に発電を停止したい場合などにおいて、このセグメント間磁石13の磁石磁束がステータ側に流れて発電が生じることがない。また、高速電動動作においてこのセグメント間磁石13の磁石磁束がステータ側に流れるのを弱め界磁用のd軸電流の増大や界磁コイル14の電流増大無しに実現することができる。そして大トルクが必要な場合にのみ、第2界磁コイル19の電流増大により、第2セグメント18内の磁束の流れ方向及び大きさを調節して、セグメント間磁石13の磁石磁束を実質的にステータ側に流し、更に必要であれば、第2界磁コイル19の電流磁束も併せてステータ側に流すことができる。
(実施例5)
実施例5の同期モータを図11、図12を参照して説明する。ただし、図11はこの同期モータのロータを軸方向に見た模式側面図、図12はこの同期モータのロータ外周面の周方向模式展開図である。
(構成)
図11、図12に示すロータ7は、図10に示すロータをタンデム式ランデルロータ構造のロータコアを用いて実現した点にその特徴がある。
このタンデム式ランデルロータ7は、同形の2つの爪極付きハーフコア7A、7Bにより第3の爪極付きハーフコア7Cを軸方向に挟んだ状態で回転軸8に嵌着して構成されている。以下、爪極付きハーフコアを単にハーフコアと略称する。ハーフコア7Aは周方向所定ピッチでL字状の爪極をもち、この爪極は磁気突極部111Aを構成している。ハーフコア7Bは周方向所定ピッチでL字状の爪極をもち、この爪極は磁気突極部111Cを構成している。軸方向中間のハーフコア7Cは、ハーフコア7A、7Bのボス部71A、71Bに比べて軸方向に薄いボス部71Cから径方向外側に突出した後、軸方向両側に延在するT字状の爪極をもち、この爪極は、磁気突極部111B、111Dを構成している。このようにすれば、セグメント内磁石15を磁気短絡するセグメント11をハーフコア7A、7Cにより構成することができ、セグメント間磁石13を磁気短絡する第2セグメント18をハーフコア77C、7Bにより構成することができる。更に、セグメント内磁石15の磁気短絡の程度をハーフコア7A、7Cの間にリング状に巻装された界磁コイル14により調節することができ、セグメント間磁石13の磁気短絡の程度をハーフコア7C、7Bの間にリング状に巻装された第2界磁コイル19により調節することができる。
これにより、上述した大きな合成トルクを発生することができる効果と、小トルクの発生状態にて界磁電流やステータコイルの無駄な電流を必要としない効果と、急速なトルク調節と緩慢なトルク調節とを別々に実施できる効果とを実現することができる。
(実施例6)
実施例6の同期モータを図13、図14を参照して説明する。図13および図14は同期モータ1のロータ7にかかる径方向の拡大断面図を示す。なお、実施例6の構成は図14に示し、図13は参考例を示す。
図13および図14において、ステータコア6の内周面には、径方向(すなわち図面下方向であって同期モータ1の中心方向を意味する。以下同じである。)に向かって複数のティース6Aが櫛状に突出して形成されている。各ティース6Aの内径側先端は、図示するように先端幅Tw(周方向幅)の厚みを有する。ロータ7の外周面には、セグメント間磁石13とセグメント内磁石15とが交互に形成されている。セグメント間磁石13は、図示するようにセグメント間磁石幅Mw(周方向幅)を有する。先端幅Twとセグメント間磁石幅Mwとの大小関係は、図13ではTw>Mwとなるように形成され、図14ではTw<Mwとなるように形成されている。
図13に示すように先端幅Twがセグメント間磁石幅Mwよりも大きくなるように形成すると、q軸−q軸間ロータ磁路は矢印Dq1のように通るだけでなく、矢印Dq2で示すようにティース6Aの先端を通る漏れ磁束が生じる。この漏れ磁束は、先端幅Twが大きくなるほど増大してゆく。そのため、q軸インダクタンスLqが増大し、リラクタンストルクTrが減少する要因になっていた。
そこで実施例6では、図14に示すように先端幅Twがセグメント間磁石幅Mwよりも小さくなるように形成する。また、スロット9は隣り合うティース6Aの壁面がほぼ平行状となるように形成する。この構成によれば、q軸磁束のほとんどが矢印Dq1のように通るようになり、破線で図示する矢印Dq2のようにティース6Aの先端を通るq軸漏れ磁束は少なくなる。よって、q軸インダクタンスLqを低減でき、リラクタンストルクTrを向上させることができる。
(実施例7)
実施例7の同期モータを図15、図16を参照して説明する。図15および図16は同期モータ1のロータ7にかかる径方向の拡大断面図を示す。具体的には、ティース6Aの先端に設ける突出部6Bの構成を図15に示し、磁束の流れを図16に示す。
図15において、ロータ7は所定方向(図示する矢印Dr方向)にトルクを発生していると仮定する。実施例6と同様にして、ステータコア6(図示せず)の内周面には、径方向に向かって複数のティース6Aが櫛状に突出して形成されている。各ティース6Aには、内径側先端であって一方側にのみを突出部6Bを設ける。当該一方側は、ロータ7のトルク発生方向とは反対側、すなわちティース6Aの先端を流れる磁束が集中する方向を意味する。突出部6Bは、ティース6Aとの接合面幅Tbとロータ7との対向面幅Tcとをほぼ同一になるように形成する(図15の拡大図を参照)。また、突出部6Bの厚み(すなわち径方向厚さ)をトルク発生方向とは反対側(すなわち先端側、図15では図面右側)にいくほど小さく形成する。言い換えれば、突出部6Bの断面を台形状に形成する。さらに、先端面のトルク発生方向とは反対側端部の厚みTdを接合面幅Tbよりも小さくし、内径側先端における隣り合うティース6Aの相互間距離Teをロータ7との対向面幅Tcの2倍以上(すなわちTe>2Tc)となるように形成する。
突出部6Bの形状について、図16を参照しながら説明する。図16に示すように、ティース6Aの先端面とロータ7との間は、エアギャップGの距離が一定となるように形成する。ロータ7が矢印Dr方向にトルクを発生しているとき、ティース6Aからロータ7に向かって直線的に流れる磁束が少なからずあるものの、多くの磁束は矢印Dmで示すようにトルク発生方向とは反対側に偏って(曲がって)流れる。このため、ティース6Aの先端に備えるT字状の突起部のうち破線で示す部位(図示するように断面が四角形状となる断面四角状部6Cおよび断面が三角形状となる断面三角状部6D)には、磁束がほとんど流れないために不要となる。一方、トルク発生時における磁束の流れを阻害しないようにするには、図15の拡大図で示すようにティース6Aとの接合面幅Tbとロータ7との対向面幅Tcとをほぼ同一になるように形成するのが望ましい。もし接合面幅Tbと対向面幅Tcとをほぼ同一に形成しなければ、断面三角状部6Dから断面四角状部6Cに向かって破線で示す矢印Dxのような流れの漏れ磁束が発生する。したがって、磁束の流れを阻害せず、漏れ磁束の発生を防止するため、突出部6Bは結果的に図15に示す形状で形成する。
上述した構成によれば、ティース6Aとの接合面幅Tbとロータ7との対向面幅Tcとをほぼ同一に形成したので、磁気飽和が低減される。また、ティース6Aの先端面とロータ7とのエアギャップGの距離が一定であるので、磁束量が減少してトルクダウンすることもない。さらに、突出部6Bの厚みをトルク発生方向とは反対側(すなわち先端側)にいくほど小さくしているので、q軸インダクタンスLqを低減でき、リラクタンストルクTrを向上させることができる。そして、隣り合うティース6Aの壁面をほぼ平行状にしてスロット9が形成され、内径側先端における隣り合うティース6Aの相互間距離Teが十分に取られているので、q軸漏れ磁束を低減でき、リラクタンストルクTrを向上させることができる。
1 同期モータ
1U 相コイル
1V 相コイル
1W 相コイル
2 インバータ
3 界磁電流制御回路
4 コントローラ
6 ステータコア(ステータ)
6A ティース
6B 突出部
7 ロータ、タンデム式ランデルロータ(ランデルロータ)
7A ハーフコア
7B ハーフコア
7C ハーフコア
8 回転軸
9 スロット
10 ステータコイル
11 セグメント
12 セグメント間隙
13 セグメント間磁石
14 界磁コイル
15 セグメント内磁石
18 第2セグメント
19 第2界磁コイル
71 ボス部
71A ボス部
71B ボス部
71C ボス部
72 爪極部(爪極)
74 爪極部(爪極)
77C ハーフコア
110 凹部
111 磁気突極部
111A 磁気突極部
111B 磁気突極部
111C 磁気突極部
Mw セグメント間磁石幅
Tb 接合面幅
Tc 対向面幅
Td トルク発生方向とは反対側の厚み
Te 相互間距離
Tw 先端幅

Claims (8)

  1. 回転磁界を形成可能な複数の相巻線により構成されたステータコイルが巻装されたステータコアを有するステータと、前記ステータの径方向内側に配置されて回転するロータとを有し、前記ロータは、磁気抵抗が小さい磁気突極部と磁気抵抗が大きい磁気抵抗部とが電気角π/2離れて形成された磁気突極構造を有する軟磁性のロータコアを有する同期モータにおいて、
    前記ロータコアは、周方向中央部に径方向内側に凹設されて前記磁気抵抗部を構成する凹部と、前記凹部の周方向両側に個別に配置された一対の磁気突極部とを有して軟磁性材料により形成された多数のセグメントにより構成され、
    前記多数のセグメントは、所定のセグメント間ギャップを隔てて周方向へ多数配列してなり、
    前記ロータは、奇数番目の前記セグメント間ギャップに配置されて周方向両側の前記磁気突極部を時計方向に磁化し、かつ、偶数番目の前記セグメント間ギャップに配置されて周方向両側の前記磁気突極部を反時計方向に磁化する多数のセグメント間磁石と、前記各セグメントの凹部を貫通して周方向に巻装される界磁コイルと、
    を有し、
    前記界磁コイルは、直流電流の通電により前記各セグメントの前記一対の磁気突極部を逆向きに励磁することを特徴とする同期モータ。
  2. 前記セグメントは、前記一対の磁気突極部が前記ステータに対面しつつ軸方向に延在するクローポール構造を有する請求項1記載の同期モータ。
  3. 周方向に磁化されて前記界磁コイルと逆向きに前記セグメントを磁化するセグメント内磁石を有する請求項1又は2記載の同期モータ。
  4. 前記ロータコアは、セグメント間磁石を短絡するC字状の軟磁性部材からなり、第2界磁コイルが巻装された磁気短絡部材を有し、
    前記第2界磁コイルは、前記磁気短絡部材内の前記セグメント間磁石の磁束を減らす向きに前記磁気短絡部材を励磁する請求項1乃至3のいずれか記載の同期モータ。
  5. 前記ロータコアは、タンデム型ランデルロータ構造を有する請求項4記載の同期モータ。
  6. 前記第1、第2界磁コイルは並列乃至直列に接続されている請求項1乃至5のいずれか記載の同期モータ。
  7. 前記ステータコアの内周面から径方向に向かって突出する複数のティースの内径側先端の周方向幅は、前記多数のセグメント間磁石のいずれかの周方向幅よりも狭く形成することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか記載の同期モータ。
  8. 隣り合う前記ティースの壁面がほぼ平行状となるスロットを形成し、
    前記ティースの内径側先端には、前記同期モータがトルクを発生している場合に前記ロータのトルク発生方向とは反対側にのみ突出部を設け、
    前記突出部は、前記ティースとの接合面幅と前記ロータとの対向面幅とをほぼ同一とし、先端面のトルク発生方向とは反対側の厚みを前記接合面幅よりも小さくし、内径側先端における隣り合う前記ティースの相互間距離を前記ロータとの対向面幅の2倍以上となるように形成することを特徴とする請求項7記載の同期モータ。
JP2009056619A 2008-06-30 2009-03-10 同期モータ Expired - Fee Related JP4525830B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009056619A JP4525830B2 (ja) 2008-06-30 2009-03-10 同期モータ
US12/458,019 US7969057B2 (en) 2008-06-30 2009-06-29 Synchronous motor with rotor having suitably-arranged field coil, permanent magnets, and salient-pole structure
CN2009101639897A CN101621235B (zh) 2008-06-30 2009-06-30 包括具有适当布置的励磁线圈、永磁体和凸极结构的转子的改进的同步电机

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008170732 2008-06-30
JP2009056619A JP4525830B2 (ja) 2008-06-30 2009-03-10 同期モータ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010035404A JP2010035404A (ja) 2010-02-12
JP4525830B2 true JP4525830B2 (ja) 2010-08-18

Family

ID=41446512

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009056619A Expired - Fee Related JP4525830B2 (ja) 2008-06-30 2009-03-10 同期モータ

Country Status (3)

Country Link
US (1) US7969057B2 (ja)
JP (1) JP4525830B2 (ja)
CN (1) CN101621235B (ja)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201005178D0 (en) * 2010-03-29 2010-05-12 Rolls Royce Plc Electrical machine safety system
JP5575528B2 (ja) * 2010-04-13 2014-08-20 愛三工業株式会社 回転電機
EP2463992B1 (de) * 2010-12-08 2015-07-29 Siemens Aktiengesellschaft Permanentmagneterregter Elektromotor mit Heizeinrichtung und Betriebsverfahren
CN103597712B (zh) * 2011-01-11 2018-09-18 Qm 电力公司 磁隔离相内部永磁铁旋转电机
JP5789145B2 (ja) * 2011-07-13 2015-10-07 オークマ株式会社 同期電動機
DE102012021048A1 (de) 2011-10-31 2013-05-02 Asmo Co., Ltd. Rotor und Motor
DE102012021109B4 (de) * 2011-10-31 2023-04-27 Denso Corporation Rotor und Motor
CN103633759B (zh) 2012-08-20 2017-12-01 阿斯莫有限公司 转子以及电动机
GB201220688D0 (en) * 2012-11-16 2013-01-02 Trw Ltd Improvements relating to electrical power assisted steering systems
CN105896833B (zh) * 2016-06-29 2018-02-27 山东大学 一种基于全波感应励磁的混合励磁三相无刷同步发电机
CN107896020B (zh) * 2017-12-20 2024-04-12 浙江宝龙机电有限公司 一种驱动马达
WO2020201937A1 (en) * 2019-03-29 2020-10-08 The Trustees For The Time Being Of The Kmn Fulfilment Trust An electric power machine with a rotor member comprising magnetite
WO2023113044A1 (ja) * 2021-12-17 2023-06-22 ニデック株式会社 回転電機

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006121821A (ja) * 2004-10-21 2006-05-11 Honda Motor Co Ltd シンクロナスリラクタンスモータおよびシンクロナスリラクタンスモータを搭載した電動ステアリング装置
JP2007006638A (ja) * 2005-06-24 2007-01-11 Mitsubishi Electric Corp 交流回転電機

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4423620A1 (de) * 1994-07-06 1996-01-11 Philips Patentverwaltung Mittels Permanentmagneten erregbarer elektrischer Motor, insbesondere Innenläufer- oder Außenläufermotor
JP3282521B2 (ja) * 1996-07-08 2002-05-13 トヨタ自動車株式会社 リラクタンスモータ
JP3940207B2 (ja) * 1997-08-29 2007-07-04 アイチエレック株式会社 シンクロナスリラクタンスモータ及びその製造方法
JP3785982B2 (ja) * 2001-10-18 2006-06-14 株式会社デンソー 回転電機
US7064466B2 (en) * 2001-11-27 2006-06-20 Denso Corporation Brushless rotary electric machine having tandem rotary cores
US6744165B2 (en) * 2002-10-29 2004-06-01 Visteon Global Technologies, Inc. High power permanent magnet hybrid alternator rotor
JP2004236400A (ja) 2003-01-29 2004-08-19 Mitsuba Corp リラクタンスモータ
JP2005304166A (ja) 2004-04-09 2005-10-27 Toyota Industries Corp 回転電機のステータコア
US7270894B2 (en) 2004-06-22 2007-09-18 General Electric Company Metal compound-metal multilayer electrodes for organic electronic devices
JP5120586B2 (ja) 2005-06-28 2013-01-16 株式会社デンソー 界磁巻線型同期機
JP2007330018A (ja) * 2006-06-07 2007-12-20 Denso Corp タンデム型交流発電機の回転子
JP4477072B2 (ja) * 2008-02-13 2010-06-09 三菱電機株式会社 回転電機

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006121821A (ja) * 2004-10-21 2006-05-11 Honda Motor Co Ltd シンクロナスリラクタンスモータおよびシンクロナスリラクタンスモータを搭載した電動ステアリング装置
JP2007006638A (ja) * 2005-06-24 2007-01-11 Mitsubishi Electric Corp 交流回転電機

Also Published As

Publication number Publication date
US20090322176A1 (en) 2009-12-31
JP2010035404A (ja) 2010-02-12
CN101621235B (zh) 2011-09-07
CN101621235A (zh) 2010-01-06
US7969057B2 (en) 2011-06-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4525830B2 (ja) 同期モータ
JP5605388B2 (ja) 同期モータ
JP5592848B2 (ja) 横方向磁束型回転電機及び車輌
JP4640422B2 (ja) ランデルロータ型モータ
JP4519928B2 (ja) ハイブリッド励磁型同期機
JP4649625B1 (ja) 磁束量可変回転電機システム
JP2010233438A (ja) 磁束量可変軸方向間隙回転電機システム
JP6485102B2 (ja) 回転電機
JP6668844B2 (ja) 回転電機
JP5609844B2 (ja) 電動機
JP2017169281A (ja) 回転電機
JP5842852B2 (ja) 回転電機制御システム及び回転電機の制御方法
JP5751147B2 (ja) モータ装置
JP2008283806A (ja) 埋め込み磁石モータ
JP6083307B2 (ja) 回転機
JP2017041963A (ja) モータ・ジェネレータ
JP2001145209A (ja) 車両用回転電機
Yang et al. A magnetic-differential double-rotor flux-reversal permanent-magnet motor for electric vehicles
JP5223523B2 (ja) シンクロナスモータ
JP6638615B2 (ja) 同期回転電機
JP6593163B2 (ja) 回転電機
JP2014007788A (ja) 回転電機及び回転電機駆動システム
JP2014007787A (ja) 回転電機及び回転電機駆動システム
JP4403252B1 (ja) 磁束量可変回転電機システム
CN110391701B (zh) 旋转电机

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20091126

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20100511

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20100524

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130611

Year of fee payment: 3

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 4525830

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130611

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140611

Year of fee payment: 4

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees