JPH02228238A - 磁束集中形磁石を有する同期電動機 - Google Patents
磁束集中形磁石を有する同期電動機Info
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- JPH02228238A JPH02228238A JP2003285A JP328590A JPH02228238A JP H02228238 A JPH02228238 A JP H02228238A JP 2003285 A JP2003285 A JP 2003285A JP 328590 A JP328590 A JP 328590A JP H02228238 A JPH02228238 A JP H02228238A
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- BGPVFRJUHWVFKM-UHFFFAOYSA-N N1=C2C=CC=CC2=[N+]([O-])C1(CC1)CCC21N=C1C=CC=CC1=[N+]2[O-] Chemical compound N1=C2C=CC=CC2=[N+]([O-])C1(CC1)CCC21N=C1C=CC=CC1=[N+]2[O-] BGPVFRJUHWVFKM-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
- H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
- H02K1/2706—Inner rotors
- H02K1/272—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
- H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
- H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
- H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
- H02K1/2766—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect
- H02K1/2773—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect consisting of tangentially magnetized radial magnets
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
- H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
- H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
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- Power Engineering (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
- Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、広い速度範囲内で一定出力で運転するように
構成された同期電動機に係わる。
構成された同期電動機に係わる。
本発明は前記電動機の制御装置にも係わる。
磁石同期電動機の一定出力での運転は、Ｐｒｏｃｅｅｄ
ｉｎｇｓ ｏｒ ｔｈｅ ＩＥＥＥ、ｖｏｌ、７０．ｎ
ｏ、２，１９８２年２月、Ｎｅｗ−Ｙｏｒｋ、ＵＳ、ｐ
ｐ、１１６−１３５ ； Ｂ、に、Ｂｏｓｅ“＾ｄｊｕ
ｓｔａｂｌｅ ５ｐｅｅｄ ＡＣＤｒｉｖｅｓ ａ Ｔ
ｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ５ｔａｔｕｓ Ｒｅｖｉｅｗ″に
記述されている。
ｉｎｇｓ ｏｒ ｔｈｅ ＩＥＥＥ、ｖｏｌ、７０．ｎ
ｏ、２，１９８２年２月、Ｎｅｗ−Ｙｏｒｋ、ＵＳ、ｐ
ｐ、１１６−１３５ ； Ｂ、に、Ｂｏｓｅ“＾ｄｊｕ
ｓｔａｂｌｅ ５ｐｅｅｄ ＡＣＤｒｉｖｅｓ ａ Ｔ
ｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ５ｔａｔｕｓ Ｒｅｖｉｅｗ″に
記述されている。
同期電動機では、一定出力で広範囲の機能を得ようとす
れば、進相（ａｖａｎｃｅ ｄｅ ｐｂａｓｅ）を大き
くしなければならない。
れば、進相（ａｖａｎｃｅ ｄｅ ｐｂａｓｅ）を大き
くしなければならない。
従来の磁石同期電動機で大きな進相（９０°まで）を使
用すると、無負荷運転電動機の場合には電流レベルが当
該製品の熱限界値を越え得るほど過大になる。このよう
な過大な電流は、固定子の磁石を消磁して機械の性能及
び信頼性を消失させる危険が高い。
用すると、無負荷運転電動機の場合には電流レベルが当
該製品の熱限界値を越え得るほど過大になる。このよう
な過大な電流は、固定子の磁石を消磁して機械の性能及
び信頼性を消失させる危険が高い。
この方法はまた、得られる機械的出力に比べて設備容量
（ｐｕｉｓｓａｎｃｅ １ｎｓｔａｌｌｌ！ｅ）が著し
く大きい給電用電子変速機（ｖａｒｉａｔｅｕｒ Ｎｅ
ｃｔｒｏｎｉｑｕｅｄ’ａｌｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ）を
選択しなければならないため、経済面でのバランスも悪
い。
（ｐｕｉｓｓａｎｃｅ １ｎｓｔａｌｌｌ！ｅ）が著し
く大きい給電用電子変速機（ｖａｒｉａｔｅｕｒ Ｎｅ
ｃｔｒｏｎｉｑｕｅｄ’ａｌｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ）を
選択しなければならないため、経済面でのバランスも悪
い。
本発明の目的の１つは、広範囲の速度、−えば所与の基
本速度Ｎ０からその４倍までの範囲の速度で、一定出力
で運転できる同期電動機を提供するとにある。
本速度Ｎ０からその４倍までの範囲の速度で、一定出力
で運転できる同期電動機を提供するとにある。
本発明の別の目的は、前記電動機に接続されて下記の結
果をもたらすような制御装置を提供することにある。
果をもたらすような制御装置を提供することにある。
１）発生し得る総ての状況で電流が制御され、電動機に
よって許容される限界値を超えないようにする。
よって許容される限界値を超えないようにする。
２）回転子の磁石の磁化状態が保持されるようにする、
即ち消磁の危険を回避せしめる。
即ち消磁の危険を回避せしめる。
３）最大速度で運転している時の電動機の鉄損の値を最
小限に抑える。
小限に抑える。
４〉給電用電子変速機の設備容量とシャフト部分に得ら
れる機械的出力との間の比を最適化する。
れる機械的出力との間の比を最適化する。
本発明は、これらの目的を達成すべく、方位角に従う磁
化方向を有する放射状に配置された複数の磁石を内包す
る回転子を含み、電動機のシャフト側で磁石の磁束に与
えられるリラクタンスの値が、電動機のギャップ側で磁
石の磁束に与えられるリラクタンスの値の１０〜２０倍
であることを特徴とする磁束集中形磁石同期電動機を提
供する。
化方向を有する放射状に配置された複数の磁石を内包す
る回転子を含み、電動機のシャフト側で磁石の磁束に与
えられるリラクタンスの値が、電動機のギャップ側で磁
石の磁束に与えられるリラクタンスの値の１０〜２０倍
であることを特徴とする磁束集中形磁石同期電動機を提
供する。
本発明は、回転子の位置を測定するセンサと電流発生機
からなる給電変速機とに接続された前記タイプの同期電
動機が一定出力で運転するように制御する制御装置も提
供する。この制御装置の特徴は、前記変速機が、電動機
の所望の速度に関する情報と、電動機の実際の速度と所
望の速度との間の差に関する情報と、電動機の回転子位
置に関してセンサから送られる情報と、給電変速機から
供給される電流■と電動機の位相端子での電位差Ｕとの
間のずれをゼロにすべく記憶された情報とを受容するプ
ログラムされたマイクロプロセッサによって制御され、
そのため同期電動−変速機を一定出力で運転する場合の
変速機の設備容量が最小限に抑えられることにある。
からなる給電変速機とに接続された前記タイプの同期電
動機が一定出力で運転するように制御する制御装置も提
供する。この制御装置の特徴は、前記変速機が、電動機
の所望の速度に関する情報と、電動機の実際の速度と所
望の速度との間の差に関する情報と、電動機の回転子位
置に関してセンサから送られる情報と、給電変速機から
供給される電流■と電動機の位相端子での電位差Ｕとの
間のずれをゼロにすべく記憶された情報とを受容するプ
ログラムされたマイクロプロセッサによって制御され、
そのため同期電動−変速機を一定出力で運転する場合の
変速機の設備容量が最小限に抑えられることにある。
センサは、レゾルバ、回転変圧器付きレゾルバ、磁気抵
抗センサ及び光センサの中から選択すると有利である。
抗センサ及び光センサの中から選択すると有利である。
また、プログラムは、センサの極性を電動機の極性に適
合させるように作成する。
合させるように作成する。
以下、添付に基づき非限定的実施例を挙げて本発明をよ
り詳細に説明する。
り詳細に説明する。
例えば９０°という大きな進相を使用しなければならな
い磁石同期電動機では、ベクトル図が第１図のようにな
る。符号Ｅは電動機の起電力を表し、Ｕは電動機のコイ
ル端子における電位差を表し、Ｌ及びＲは夫々電動機の
インダクタンス及び抵抗を表す。
い磁石同期電動機では、ベクトル図が第１図のようにな
る。符号Ｅは電動機の起電力を表し、Ｕは電動機のコイ
ル端子における電位差を表し、Ｌ及びＲは夫々電動機の
インダクタンス及び抵抗を表す。
起電力Ｅは電動機に固有の特性の１つである。
電位差Ｕは変速機によって生じ、その値は必要に応じて
変えることができる。
変えることができる。
インダクタンスしは電動機に固有の特性の１つである。
電流Ｉは合成値である。
４以上の機能範囲を得るためには、ベクトルＵの振幅が
ベクトルＥの振幅の１７４に達し得るようにしなければ
ならない、即ち、ベクトルＬωｌの振幅が（大きくなる
ことはないベクトルＲ１の値を無視して）ベクトルＥの
振幅の約３７４に達し得る必要がある。
ベクトルＥの振幅の１７４に達し得るようにしなければ
ならない、即ち、ベクトルＬωｌの振幅が（大きくなる
ことはないベクトルＲ１の値を無視して）ベクトルＥの
振幅の約３７４に達し得る必要がある。
これは、所与の速度で、これらの条件が満たされた場合
に、電流Ｉの値が電動機によって許容される限界値範囲
内に維持されることを意味する。
に、電流Ｉの値が電動機によって許容される限界値範囲
内に維持されることを意味する。
従って、電動機に外部自己インダクタンスを直列接続し
なくても内部自己インダクタンスがこれらの条件を確認
するような電動機構造が得られることになる。
なくても内部自己インダクタンスがこれらの条件を確認
するような電動機構造が得られることになる。
電動機に外部自己インダクタンスを付与することによっ
て自己インダクタンスの値を最小にしなければならない
場合には、電流を所望の値まで低下させるが、この方法
番３″は下記のような２つの大きな欠点がある。
て自己インダクタンスの値を最小にしなければならない
場合には、電流を所望の値まで低下させるが、この方法
番３″は下記のような２つの大きな欠点がある。
ａ）を動機のコイルの電圧が基準値に比べて高くなりす
ぎる。
ぎる。
ｂ）高速運転時に大きな鉄損が生じる。
ベクトルＬω■はベクトルＥの３７４以上の値をとらな
ければならないのであるから、ベクトルＵはベクトルＥ
の前では必然的に小さくなる。このベクトルＵは固定子
のコイル内で電流■と磁石の磁束との作用の結果生じた
磁束を表し、ベクトルＥは固定子内で回転子の磁石だけ
によって生じた（固定子のコイルが通電されていない場
合の）磁束を表す、このように、電流の作用低下で固定
子によって生じる磁束が減少すると、回転子の磁石が減
衰して消磁閾値に近付き得る。
ければならないのであるから、ベクトルＵはベクトルＥ
の前では必然的に小さくなる。このベクトルＵは固定子
のコイル内で電流■と磁石の磁束との作用の結果生じた
磁束を表し、ベクトルＥは固定子内で回転子の磁石だけ
によって生じた（固定子のコイルが通電されていない場
合の）磁束を表す、このように、電流の作用低下で固定
子によって生じる磁束が減少すると、回転子の磁石が減
衰して消磁閾値に近付き得る。
このような状態では、磁石の磁束を流す第２回路が存在
しないと、磁石が消磁限界で機能することになり、従っ
て電動機の性能及び信頼性は不安もとなる。
しないと、磁石が消磁限界で機能することになり、従っ
て電動機の性能及び信頼性は不安もとなる。
前述のごとく運転する本発明の磁石同期電動機は固定子
と回転子とを含み、前記回転子が、進相及び電流Ｉが大
きな値に達するとベクトルＬω■の存在によって磁石の
磁束の大部分が回転子の中央部分に流れ、その結果消磁
の危険が回避されるように構成されている１本発明の電
動機の一実施例を第２図に示す。
と回転子とを含み、前記回転子が、進相及び電流Ｉが大
きな値に達するとベクトルＬω■の存在によって磁石の
磁束の大部分が回転子の中央部分に流れ、その結果消磁
の危険が回避されるように構成されている１本発明の電
動機の一実施例を第２図に示す。
符号１はスロット２を備えた固定子の外枠であり、前記
スロット内にコイル３が配置されている。
スロット内にコイル３が配置されている。
符号４は、磁石５の収容部を規定すべく切断され且つ組
立てられた回転子のプレートを表す、磁石の磁化方向は
方位角方向、即ち電動機の軸線と直角であり且つ磁石を
通る径方向面とほぼ直交する方向である。符号６は機械
のシャフトを表し、符号７は回転子のプレートと前記シ
ャフトとを接続する部材を表す。
立てられた回転子のプレートを表す、磁石の磁化方向は
方位角方向、即ち電動機の軸線と直角であり且つ磁石を
通る径方向面とほぼ直交する方向である。符号６は機械
のシャフトを表し、符号７は回転子のプレートと前記シ
ャフトとを接続する部材を表す。
回転子と固定子との間のギャップは符号１０で示した。
矢印Ｆ１は磁石から放出される磁束を表し、矢印Ｆ２は
コイル３によって発生する磁束を表す、この図から明ら
かなように、本発明の電動機の構造は磁石を消磁する危
険がない、即ち、電動機のシャフト側で、磁石・の磁束
が矢印Ｆ３で示された折返し軌道に従って磁石方向に戻
るようになっている°、゛本出願出願人ギャップ１０側
で磁石に与えられるリラクタンスＲ１の１０〜２０倍の
リラクタンスＲ２を磁石の磁束の折返し軌道に与えると
、機能が最適化されることを発見した。当業者は、前記
条件を満たすための接続部材７の材料の種類及び厚さを
容易に選択できるであろう。
コイル３によって発生する磁束を表す、この図から明ら
かなように、本発明の電動機の構造は磁石を消磁する危
険がない、即ち、電動機のシャフト側で、磁石・の磁束
が矢印Ｆ３で示された折返し軌道に従って磁石方向に戻
るようになっている°、゛本出願出願人ギャップ１０側
で磁石に与えられるリラクタンスＲ１の１０〜２０倍の
リラクタンスＲ２を磁石の磁束の折返し軌道に与えると
、機能が最適化されることを発見した。当業者は、前記
条件を満たすための接続部材７の材料の種類及び厚さを
容易に選択できるであろう。
回転子の定義は、Ｎｍａｘ ：Ｎｏの比が４以上であり
且つ速度が最大の場合に電流■が電動機の所定の限界値
範囲を超えることがないような内部自己インダクタンス
Ｌの値の確認につながる。
且つ速度が最大の場合に電流■が電動機の所定の限界値
範囲を超えることがないような内部自己インダクタンス
Ｌの値の確認につながる。
第３図は本発明の制御装置を示している。
符号Ｍは前述のごとき同期電動機を表す。
この電動機は回転子の位置を検出するセンサＣに接続さ
れている。このセンサはレゾルバタイプであり、好まし
くは回転変圧器を有する（ブラシ無し）、−変形例とし
て、このセンサはオブチカルコーダ又は磁気抵抗センサ
であってもよく、より一般的には十分に正確な位置情報
を与える任意のセンサであり得る。電動機の給電は給電
用電子変速機ｖＰによって実施される。この変速機は、
電動機が必要とする電力（出力）に応じて電流を供給す
る。
れている。このセンサはレゾルバタイプであり、好まし
くは回転変圧器を有する（ブラシ無し）、−変形例とし
て、このセンサはオブチカルコーダ又は磁気抵抗センサ
であってもよく、より一般的には十分に正確な位置情報
を与える任意のセンサであり得る。電動機の給電は給電
用電子変速機ｖＰによって実施される。この変速機は、
電動機が必要とする電力（出力）に応じて電流を供給す
る。
オペレータは、例えば繰作レバーＬ（又は操作キー）を
備えていて所望の速度に応じた信号を発生させる速度制
御袋ＷＣｖを操作する。
備えていて所望の速度に応じた信号を発生させる速度制
御袋ＷＣｖを操作する。
前記信号はアナログデジタル変換器ＣＡＭによってデジ
タル化され、マイクロプロセッサＭＰに送られる。前記
マイクロプロセッサは、アナログデジタル変換器ＣＡＭ
によってデジタル化された電動機回転子位置を示す信号
と、電動機の実際の速度と所望の速度との間の差を示す
信号とをも受容する。
タル化され、マイクロプロセッサＭＰに送られる。前記
マイクロプロセッサは、アナログデジタル変換器ＣＡＭ
によってデジタル化された電動機回転子位置を示す信号
と、電動機の実際の速度と所望の速度との間の差を示す
信号とをも受容する。
このマイクロプロセッサは更に、予めメモリＰＲＯＮに
記憶された情報も有する。これらの情報は、電動機の固
定子の相で給電変速機から送出される電流■と電動機の
相の端子における電位差Ｕとの間のずれがゼロに維持さ
れるように作成されたものである。
記憶された情報も有する。これらの情報は、電動機の固
定子の相で給電変速機から送出される電流■と電動機の
相の端子における電位差Ｕとの間のずれがゼロに維持さ
れるように作成されたものである。
このような構造では、給電変速機内を流れる無効電力を
減少させることができるため、電動機のシャフト部分に
発生する機械的出力に対する変速機のボルドーアンペア
ゲージを最適化することができる。
減少させることができるため、電動機のシャフト部分に
発生する機械的出力に対する変速機のボルドーアンペア
ゲージを最適化することができる。
電位差Ｕは、電動機の起電力Ｅと抵抗Ｒに対する電流Ｉ
の作用と電動機の固定子コイルのインダクタンスしどの
組合わせによって生じる。
の作用と電動機の固定子コイルのインダクタンスしどの
組合わせによって生じる。
尚、マイクロプロセッサのプログラムは、センサの極性
を電動機の極性に適合させるように作成する。
を電動機の極性に適合させるように作成する。
本発明の制御装置を用いた場合の電動機の運転状態を第
４図にグラフで示した。
４図にグラフで示した。
電動機によって吸収される供給電力は所定値Ｎ１に到達
するまでは速度と共に増加する。この場合、トルクは一
定である。
するまでは速度と共に増加する。この場合、トルクは一
定である。
前記速度値を超えると出力は一定になり、トルクが減少
する。
する。
【図面の簡単な説明】
第１図は進相角度９０°の同期電動機の運転状官を示す
ベクトル図、第２図は本発明の磁石同期電動機の軸線方
向断面図、第３図は本発明の制御装置の簡略説明図、第
４図は本発明の制御装置に接続された本発明の電動機が
示す出力−速度及びトルク−速度のグラフである。 １・・・・・・固定子、４・・−・・・回転子、１０・
・・・・・ギャップ、６・・・・・・シャフト。 ＦＩＧ、 ３ ＦＩＧ、４
ベクトル図、第２図は本発明の磁石同期電動機の軸線方
向断面図、第３図は本発明の制御装置の簡略説明図、第
４図は本発明の制御装置に接続された本発明の電動機が
示す出力−速度及びトルク−速度のグラフである。 １・・・・・・固定子、４・・−・・・回転子、１０・
・・・・・ギャップ、６・・・・・・シャフト。 ＦＩＧ、 ３ ＦＩＧ、４
Claims (4)
- （１）方位角に従う磁化方向を有する放射状に配置され
た複数の磁石を内包する回転子を含み、電動機のシャフ
ト側で磁石の磁束に与えられるリラクタンスの値が、電
動機のギャップ側で磁石の磁束に与えられるリラクタン
スの値の１０〜２０倍であることを特徴とする磁束集中
形磁石同期電動機。 - （２）回転子の位置を測定するセンサと電流発生機から
なる給電変速機とに接続された請求項１に記載の同期電
動機を一定出力で運転せしめる制御装置であって、電動
機の所望の速度に関する情報と、電動機の実際の速度と
所望の速度との間の差に関する情報と、電動機の回転子
位置に関してセンサから送られる情報と、給電変速機か
ら供給される電流Ｉと電動機の相の端子における電位差
Ｕとの間のずれをゼロにすべく記憶された情報とを受容
するプログラムされたマイクロプロセッサによつて前記
変速機が制御され、その結果同期電動−変速機を一定出
力で運転する場合の変速機の設備容量が最小限に抑えら
れるようになっていることを特徴とする制御装置。 - （３）センサが、レゾルバ、回転変圧器付きレゾルバ、
磁気抵抗センサ及び光センサの中から選択したものであ
ることを特徴とする請求項２に記載の制御装置。 - （４）プログラムが、センサの極性を電動機の極性に適
合させるように作成されていることを特徴とする請求項
２又は３に記載の制御装置。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8900264A FR2641654B1 (fr) | 1989-01-11 | 1989-01-11 | Commande pour la marche a puissance constante d'un moto-variateur synchrone |
| FR8900264 | 1989-01-11 | ||
| FR898912843A FR2652688B2 (fr) | 1989-01-11 | 1989-10-02 | Commande pour la marche a puissance constante d'un moto-variateur synchrone. |
| FR8912843 | 1989-10-02 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02228238A true JPH02228238A (ja) | 1990-09-11 |
| JPH084378B2 JPH084378B2 (ja) | 1996-01-17 |
Family
ID=26227099
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003285A Expired - Fee Related JPH084378B2 (ja) | 1989-01-11 | 1990-01-10 | 磁束集中形磁石を有する同期電動機 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5047681A (ja) |
| EP (1) | EP0378162A1 (ja) |
| JP (1) | JPH084378B2 (ja) |
| FR (1) | FR2652688B2 (ja) |
Families Citing this family (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4139843C2 (de) * | 1991-12-03 | 1998-12-24 | Albert Mutter | Elektrische Maschine und deren Anwendung zum Fahrzeugbetrieb |
| FR2723272B1 (fr) * | 1994-07-27 | 1996-08-30 | Gec Alsthom Parvex Sa | Moteur synchrone comportant des aimants inseres dans un rotor |
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