JPH07250458A - リラクタンス型電動機 - Google Patents
リラクタンス型電動機Info
- Publication number
- JPH07250458A JPH07250458A JP6066400A JP6640094A JPH07250458A JP H07250458 A JPH07250458 A JP H07250458A JP 6066400 A JP6066400 A JP 6066400A JP 6640094 A JP6640094 A JP 6640094A JP H07250458 A JPH07250458 A JP H07250458A
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- JP
- Japan
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- stator
- rotor
- electric motor
- reluctance type
- type electric
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Abstract
(57)【要約】
【目的】リラクタンス型電動機において脱調を抑え、ト
ルクリップルを低減させる。 【構成】インダクタンス変化が回転方向に正弦波状にな
るような形に突極を持つ形状をした複数枚の磁性材板を
回転軸方向に積層した中空円筒構造の回転子１０を備え
る。前記回転子１０の外周面側に外部固定子４を配設
し、内周面側に内部固定子５を配設する。
ルクリップルを低減させる。 【構成】インダクタンス変化が回転方向に正弦波状にな
るような形に突極を持つ形状をした複数枚の磁性材板を
回転軸方向に積層した中空円筒構造の回転子１０を備え
る。前記回転子１０の外周面側に外部固定子４を配設
し、内周面側に内部固定子５を配設する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は工作機械の送り軸など位
置決めに使用するサーボ用途の同期電動機に関するもの
であり、特にリラクタンス型電動機に関するものであ
る。
置決めに使用するサーボ用途の同期電動機に関するもの
であり、特にリラクタンス型電動機に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】図６は従来知られているリラクタンス型
電動機の固定子と回転子の構造を示す横断面図である。
複数枚の磁性材板を積層した構造である固定子６２の内
周面には放射状に複数個のスリットが設けられており、
固定子６２の内部に回転子６１が挿入されている。回転
子６１の外周面には放射状に複数個（図では６個）の突
極が設けられており、回転子６１の回転中心には軸６３
が貫装されている。軸６３の両端は軸受等により回転可
能に支持されている。そして、軸端に具備される検出器
等（図示せず）からの信号をもとにして、回転子６１が
固定子６２に対し相対的に回転する構造になっている
電動機の固定子と回転子の構造を示す横断面図である。
複数枚の磁性材板を積層した構造である固定子６２の内
周面には放射状に複数個のスリットが設けられており、
固定子６２の内部に回転子６１が挿入されている。回転
子６１の外周面には放射状に複数個（図では６個）の突
極が設けられており、回転子６１の回転中心には軸６３
が貫装されている。軸６３の両端は軸受等により回転可
能に支持されている。そして、軸端に具備される検出器
等（図示せず）からの信号をもとにして、回転子６１が
固定子６２に対し相対的に回転する構造になっている
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のリラク
タンス型電動機においては負荷が増大するにつれ回転子
の磁極軸が固定子の回転磁極軸から逆回転方向に角度δ
だけずれてリラクタンストルクを発生する。この角度δ
は内部相差角（または負荷角）と称され、突極構造を持
つリラクタンス型電動機の場合、δ＞π／４になるとト
ルクは減少してしまい、回転子が同期速度を保てなくな
って停止してしまう脱調と呼ばれる現象が起きる。よっ
て過負荷の場合は脱調が起き易く制御不能になる場合が
あるという問題点がある。また、リラクタンス型電動機
の回転子は突極構造を持つ為、回転子の突極とスロット
をもった固定子との相対位置により、間隙に蓄えられる
磁気エネルギーが大きく変動する、即ちギャップパーミ
アンスの大きな脈動がある為、トルクリップルが大きく
サーボ用途の電動機には向かないという欠点がある。本
発明は上述した事情から成されたものであり、本発明の
目的は脱調を防止し、トルクリップルを低減することが
できるリラクタンス型電動機を提供することにある。
タンス型電動機においては負荷が増大するにつれ回転子
の磁極軸が固定子の回転磁極軸から逆回転方向に角度δ
だけずれてリラクタンストルクを発生する。この角度δ
は内部相差角（または負荷角）と称され、突極構造を持
つリラクタンス型電動機の場合、δ＞π／４になるとト
ルクは減少してしまい、回転子が同期速度を保てなくな
って停止してしまう脱調と呼ばれる現象が起きる。よっ
て過負荷の場合は脱調が起き易く制御不能になる場合が
あるという問題点がある。また、リラクタンス型電動機
の回転子は突極構造を持つ為、回転子の突極とスロット
をもった固定子との相対位置により、間隙に蓄えられる
磁気エネルギーが大きく変動する、即ちギャップパーミ
アンスの大きな脈動がある為、トルクリップルが大きく
サーボ用途の電動機には向かないという欠点がある。本
発明は上述した事情から成されたものであり、本発明の
目的は脱調を防止し、トルクリップルを低減することが
できるリラクタンス型電動機を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明はリラクタンス型
電動機に関するものであり、本発明の上記目的は、イン
ダクタンス変化が回転方向に正弦波状になるような形に
突極を持つ形状をした複数枚の磁性材板を回転軸方向に
積層した中空円筒構造の回転子を具備することで達成さ
れる。また、前記回転子の外周面側に配設された第一の
固定子と前記回転子の内周面側に配設された第二の固定
子とを具備することによって達成される。さらに、前記
第一の固定子または第二の固定子の一方の固定子には界
磁電流指令と電機子電流指令を演算する演算手段が備え
られ、他方の固定子には前に回転子の検出位置および検
出速度を参照し、前記演算手段からの出力を元にして電
流位相制御を行なう制御手段が備えられ、前記演算手段
からの出力により前記一方の固定子の巻線に送る電流を
制御し、前記制御手段からの出力により、前記他方の固
定子の巻線に送る電流を制御することによって達成され
る。
電動機に関するものであり、本発明の上記目的は、イン
ダクタンス変化が回転方向に正弦波状になるような形に
突極を持つ形状をした複数枚の磁性材板を回転軸方向に
積層した中空円筒構造の回転子を具備することで達成さ
れる。また、前記回転子の外周面側に配設された第一の
固定子と前記回転子の内周面側に配設された第二の固定
子とを具備することによって達成される。さらに、前記
第一の固定子または第二の固定子の一方の固定子には界
磁電流指令と電機子電流指令を演算する演算手段が備え
られ、他方の固定子には前に回転子の検出位置および検
出速度を参照し、前記演算手段からの出力を元にして電
流位相制御を行なう制御手段が備えられ、前記演算手段
からの出力により前記一方の固定子の巻線に送る電流を
制御し、前記制御手段からの出力により、前記他方の固
定子の巻線に送る電流を制御することによって達成され
る。
【０００５】
【作用】本発明にあっては、固定子は、回転軸に対して
内周面と外周面それぞれに正弦波状にインダクタンスが
変化する円筒状回転子をはさむように、外部固定子と内
部固定子の二系統に分けられている。一方の固定子の電
動機巻線には他方の固定子の電流指令を回転子位置・速
度を元にメモリ内の電流指令マップに従って位相操作し
た電流指令が出力されるので、脱調を防ぐことができ、
なおかつ回転子の特殊な構造と併せて出力トルク波形の
リップルを低減して安定した制御が行なえる。さらに、
固定子を二系統に分けたことで巻線径を太くして大電流
が流せるようになり、また巻線数をそれぞれに分割する
ことができるため、発熱を抑えて回転の効率を向上させ
ることができる。
内周面と外周面それぞれに正弦波状にインダクタンスが
変化する円筒状回転子をはさむように、外部固定子と内
部固定子の二系統に分けられている。一方の固定子の電
動機巻線には他方の固定子の電流指令を回転子位置・速
度を元にメモリ内の電流指令マップに従って位相操作し
た電流指令が出力されるので、脱調を防ぐことができ、
なおかつ回転子の特殊な構造と併せて出力トルク波形の
リップルを低減して安定した制御が行なえる。さらに、
固定子を二系統に分けたことで巻線径を太くして大電流
が流せるようになり、また巻線数をそれぞれに分割する
ことができるため、発熱を抑えて回転の効率を向上させ
ることができる。
【０００６】
【実施例】図１は、本発明のリラクタンス型電動機の一
例を図６に対応させて示す横断面構造図である。インダ
クタンス変化が固定子巻線から見て回転方向に正弦波状
になるような形に突極を持つ形状をした複数枚の磁性材
板を回転軸方向に積層した構造である。磁極構成体１
は、磁極構成体１を固定・保護するのと同時に回転時の
風損を防ぐ役割を担う樹脂２により円筒状に回転子１０
として成型されている。図６に示す固定子６３と同様の
外部固定子４の内部に回転子１０が間隙をあけて挿入さ
れ、回転子１０の内部に複数枚の磁性材板を積層した構
造である内部固定子５が間隙をあけて挿入されている。
内部固定子５の外周面には放射状に複数個のスロットが
設けられており、内部固定子５の中心には軸６が間隙を
あけて挿入されている。磁極構成体１は各固定子４、５
からの電流制御により磁極を構成する部分になる。この
磁極構成体１には軸体３が貫通できる穴が設けられてお
り、軸体３は磁極構成体１を構成する磁性材板を集束さ
せるのと同時に回転子１０構成体を図２に示す円盤１１
に固定する役割を持つ。
例を図６に対応させて示す横断面構造図である。インダ
クタンス変化が固定子巻線から見て回転方向に正弦波状
になるような形に突極を持つ形状をした複数枚の磁性材
板を回転軸方向に積層した構造である。磁極構成体１
は、磁極構成体１を固定・保護するのと同時に回転時の
風損を防ぐ役割を担う樹脂２により円筒状に回転子１０
として成型されている。図６に示す固定子６３と同様の
外部固定子４の内部に回転子１０が間隙をあけて挿入さ
れ、回転子１０の内部に複数枚の磁性材板を積層した構
造である内部固定子５が間隙をあけて挿入されている。
内部固定子５の外周面には放射状に複数個のスロットが
設けられており、内部固定子５の中心には軸６が間隙を
あけて挿入されている。磁極構成体１は各固定子４、５
からの電流制御により磁極を構成する部分になる。この
磁極構成体１には軸体３が貫通できる穴が設けられてお
り、軸体３は磁極構成体１を構成する磁性材板を集束さ
せるのと同時に回転子１０構成体を図２に示す円盤１１
に固定する役割を持つ。
【０００７】図２は本発明のリラクタンス型電動機の部
分縦断面構造図であり切断モデル的に表現してある。軸
６はフランジ２０および２１に軸受７により回転可能に
支持されている。回転子１０（磁極構成体１と樹脂２）
は円盤８、１１に軸体３により固定されており、円盤１
１は軸６に固定されているので、回転子１０は軸６と共
に回転可能である。なお、円盤８、１１はバランサーウ
エイトを兼ねている。外部固定子４と内部固定子５のス
ロットにはそれぞれ巻線２３と２４が収められる。図３
は回転子の詳細を示す斜視図である。特に図１、２では
図示していないが保護用の非磁性体から成る円筒材３
１、３２を回転子１０の内周面および外周面に設けても
よく、それらにより回転子１０の強度を増すことができ
る。
分縦断面構造図であり切断モデル的に表現してある。軸
６はフランジ２０および２１に軸受７により回転可能に
支持されている。回転子１０（磁極構成体１と樹脂２）
は円盤８、１１に軸体３により固定されており、円盤１
１は軸６に固定されているので、回転子１０は軸６と共
に回転可能である。なお、円盤８、１１はバランサーウ
エイトを兼ねている。外部固定子４と内部固定子５のス
ロットにはそれぞれ巻線２３と２４が収められる。図３
は回転子の詳細を示す斜視図である。特に図１、２では
図示していないが保護用の非磁性体から成る円筒材３
１、３２を回転子１０の内周面および外周面に設けても
よく、それらにより回転子１０の強度を増すことができ
る。
【０００８】図４は回転子の回転角度によるインダクタ
ンスの変化を示す図である。波形４１は図６に示す従来
のリラクタンス型電動機の回転子の場合のインダクタン
スの変化を示し、波形４２は本発明によるリラクタンス
型電動機の回転子のインダクタンス変化を示す。回転子
と固定子の相対位置における間隙に蓄えられる磁気エネ
ルギーの変化（もしくはギャップパーミアンスの脈動）
によりトルクリップルが発生するが、従来のリラクタン
ス型電動機の回転子形状では、インダクタンス変化が波
形４１のように急である為、出力トルクに大きなトルク
リップルが出る。よって制御電流に正弦波を使用する場
合、同期速度における相対的な磁気エネルギーの変化を
小さくするため、本発明のリラクタンス型電動機の回転
子では回転方向のインダクタンス変化が波形４２のよう
に緩やかとなるような形状としている。
ンスの変化を示す図である。波形４１は図６に示す従来
のリラクタンス型電動機の回転子の場合のインダクタン
スの変化を示し、波形４２は本発明によるリラクタンス
型電動機の回転子のインダクタンス変化を示す。回転子
と固定子の相対位置における間隙に蓄えられる磁気エネ
ルギーの変化（もしくはギャップパーミアンスの脈動）
によりトルクリップルが発生するが、従来のリラクタン
ス型電動機の回転子形状では、インダクタンス変化が波
形４１のように急である為、出力トルクに大きなトルク
リップルが出る。よって制御電流に正弦波を使用する場
合、同期速度における相対的な磁気エネルギーの変化を
小さくするため、本発明のリラクタンス型電動機の回転
子では回転方向のインダクタンス変化が波形４２のよう
に緩やかとなるような形状としている。
【０００９】図５は本発明のリラクタンス型電動機の制
御装置の一例を示すブロック図である。回転子１０の突
極の位置が検出器７１により検出され、その検出信号Ｄ
Ｓが回転子位置検出回路７２および速度検出回路７３に
入力される。回転子位置検出回路７２から回転子位置検
出信号ＳＰが界磁電流指令部８１および電機子電流指令
部８２に出力され、また速度検出回路７３からは速度検
出信号ＳＶが電機子電流指令部８２と減算器５１に出力
される。減算器５１には速度指令信号ＳＶＣが入力され
て速度検出信号ＳＶが減算され、速度制御器（ＰＩＤ制
御）５２により界磁電流指令部８１にトルク信号として
回転子位置信号ＳＰと共に入力される。界磁電流指令部
８１からはＵ相界磁電流指令信号ＳＩmuとＶ相界磁電流
指令信号ＳＩmv、電機子電流指令部８２からはＵ相電機
子電流指令信号ＳＩauとＶ相界磁電流指令信号ＳＩavが
それぞれ出力され電流指令演算部８３に入力される。そ
こでそれぞれベクトル演算された後、Ｕ相電流指令信号
ＳＩu およびＶ相相電流指令信号ＳＩv が電流制御回路
５３と電流位相制御部５７に出力され、電流制御回路５
３で三相電流変換および電力制御された後、外部巻線２
４に出力される。また電流位相制御部５７には回転子位
置検出信号ＳＰおよび速度検出信号ＳＶが入力されてお
り、各電流指令信号ＳＩu およびＳＩv はメモリ５８内
に記憶された電流指令マップに従い位相制御されＳＩu
’、ＳＩv ’として電流制御回路５４に出力され、三
相電流変換および電力制御された後、内部巻線２３に出
力される。前述のメモリ５８内の電流指令は現在の回転
子突極位置と速度、および外部巻線に指令されるＳＩu
およびＳＩv を参照し、界磁および電機子電流と回転子
突極位置の関係により最大トルクになるようマッピング
されている。
御装置の一例を示すブロック図である。回転子１０の突
極の位置が検出器７１により検出され、その検出信号Ｄ
Ｓが回転子位置検出回路７２および速度検出回路７３に
入力される。回転子位置検出回路７２から回転子位置検
出信号ＳＰが界磁電流指令部８１および電機子電流指令
部８２に出力され、また速度検出回路７３からは速度検
出信号ＳＶが電機子電流指令部８２と減算器５１に出力
される。減算器５１には速度指令信号ＳＶＣが入力され
て速度検出信号ＳＶが減算され、速度制御器（ＰＩＤ制
御）５２により界磁電流指令部８１にトルク信号として
回転子位置信号ＳＰと共に入力される。界磁電流指令部
８１からはＵ相界磁電流指令信号ＳＩmuとＶ相界磁電流
指令信号ＳＩmv、電機子電流指令部８２からはＵ相電機
子電流指令信号ＳＩauとＶ相界磁電流指令信号ＳＩavが
それぞれ出力され電流指令演算部８３に入力される。そ
こでそれぞれベクトル演算された後、Ｕ相電流指令信号
ＳＩu およびＶ相相電流指令信号ＳＩv が電流制御回路
５３と電流位相制御部５７に出力され、電流制御回路５
３で三相電流変換および電力制御された後、外部巻線２
４に出力される。また電流位相制御部５７には回転子位
置検出信号ＳＰおよび速度検出信号ＳＶが入力されてお
り、各電流指令信号ＳＩu およびＳＩv はメモリ５８内
に記憶された電流指令マップに従い位相制御されＳＩu
’、ＳＩv ’として電流制御回路５４に出力され、三
相電流変換および電力制御された後、内部巻線２３に出
力される。前述のメモリ５８内の電流指令は現在の回転
子突極位置と速度、および外部巻線に指令されるＳＩu
およびＳＩv を参照し、界磁および電機子電流と回転子
突極位置の関係により最大トルクになるようマッピング
されている。
【００１０】なお、本発明は前述の第１図から第５図に
示した本発明の実施例に限定されるものではなく、その
主旨を逸脱しない範囲での下記のような変形を行なって
もよい。 （１）本発明のリラクタンス型電動機の回転子形状で外
部固定子と内部固定子の極は同極を示すように配置して
あるが、必ずしも同極を示さなくてもよく、またどちら
か一方の固定子をスキューさせてもよい。 （２）実施例の説明では６極の回転子を用いたが、複数
極型、リニア型でもよい。 （３）外部固定子と内部固定子の歯数の比率は、２：１
に限定するものではなく、１：１、３：１または、３：
２などのｎ：ｍ（ｎ≧ｍであり整数）の構成をとっても
よい。
示した本発明の実施例に限定されるものではなく、その
主旨を逸脱しない範囲での下記のような変形を行なって
もよい。 （１）本発明のリラクタンス型電動機の回転子形状で外
部固定子と内部固定子の極は同極を示すように配置して
あるが、必ずしも同極を示さなくてもよく、またどちら
か一方の固定子をスキューさせてもよい。 （２）実施例の説明では６極の回転子を用いたが、複数
極型、リニア型でもよい。 （３）外部固定子と内部固定子の歯数の比率は、２：１
に限定するものではなく、１：１、３：１または、３：
２などのｎ：ｍ（ｎ≧ｍであり整数）の構成をとっても
よい。
【００１１】
【発明の効果】以上述べてきたように、本発明で示すリ
ラクタンス型電動機によれば、正弦波状にインダクタン
スを示す円筒状回転子の内周面側、外周面側に電機子で
ある固定子を具備したので、出力トルクリップルが低減
され、回転効率を大幅に向上させることができる。ま
た、２系統の固定子のうち一系統の固定子の電動機巻線
に、回転子位置・速度を元にメモリ内の電流指令マップ
に従って位相操作された他の一系統の電流指令を行なう
ようにしたので、脱調を防ぐことができ、より安定した
制御を行なうことができる。
ラクタンス型電動機によれば、正弦波状にインダクタン
スを示す円筒状回転子の内周面側、外周面側に電機子で
ある固定子を具備したので、出力トルクリップルが低減
され、回転効率を大幅に向上させることができる。ま
た、２系統の固定子のうち一系統の固定子の電動機巻線
に、回転子位置・速度を元にメモリ内の電流指令マップ
に従って位相操作された他の一系統の電流指令を行なう
ようにしたので、脱調を防ぐことができ、より安定した
制御を行なうことができる。
【図１】本発明のリラクタンス型電動機の一例を示す横
断面構造図である。
断面構造図である。
【図２】本発明のリラクタンス型電動機の部分縦断面構
造図である。
造図である。
【図３】本発明のリラクタンス型電動機の回転子の詳細
を示す斜視図である。
を示す斜視図である。
【図４】従来と本発明のリラクタンス型電動機の回転子
の回転方向のインダクタンス変化を示す図である。
の回転方向のインダクタンス変化を示す図である。
【図５】本発明のリラクタンス型電動機の制御装置の一
例を示すブロック図である。
例を示すブロック図である。
【図６】従来のリラクタンス型電動機の一例を示す横断
面構造図である。
面構造図である。
１ 磁極構成体 ２ 樹脂 ３ 軸体 ４ 外部固定子 ５ 内部固定子 ６ 軸 ７ 軸受 ８，１１ 円盤 １０ 回転子 ２０，２１ フランジ ２３ 内部巻線 ２４ 外部巻線 ３１，３２ 保護材 ５１ 減算器 ５２ 速度制御器 ５３ 電流制御回路 ５４ 電流制御回路 ５７ 電流位相制御部 ５８ メモリ ６１ 回転子 ６２ 固定子 ６３ 軸 ７０ 位置検出手段 ７１ 検出器 ７２ 回転子位置検出回路 ７３ 速度検出回路 ８０ 電流指令演算手段 ８１ 界磁電流指令部 ８２ 電機子電流指令部 ８３ 電流指令演算部
Claims (4)
- 【請求項１】リラクタンス型電動機において、インダク
タンス変化が回転方向に正弦波状になるような形に突極
を持つ形状をした複数枚の磁性材板を回転軸方向に積層
した中空円筒構造の回転子を備えたことを特徴とするリ
ラクタンス型電動機。 - 【請求項２】前記回転子の外周面側に配設された第一の
固定子と前記回転子の内周面側に配設された第二の固定
子とを備えた請求項１に記載のリラクタンス型電動機。 - 【請求項３】前記第一の固定子の歯数と第二の固定子の
歯数の比がｎ：ｍ（ｎ≧ｍであって、ｎ、ｍは１０以下
の整数）である請求項１に記載のリラクタンス型電動
機。 - 【請求項４】前記第一の固定子または第二の固定子の一
方の固定子には界磁電流指令と電機子電流指令を演算す
る演算手段が備えられ、他方の固定子には前に回転子の
検出位置および検出速度を参照し、前記演算手段からの
出力を元にして電流位相制御を行なう制御手段が備えら
れ、前記演算手段からの出力により前記一方の固定子の
巻線に送る電流を制御し、前記制御手段からの出力によ
り、前記他方の固定子の巻線に送る電流を制御するよう
にした請求項２または３に記載のリラクタンス型電動
機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6066400A JPH07250458A (ja) | 1994-03-11 | 1994-03-11 | リラクタンス型電動機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6066400A JPH07250458A (ja) | 1994-03-11 | 1994-03-11 | リラクタンス型電動機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07250458A true JPH07250458A (ja) | 1995-09-26 |
Family
ID=13314732
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6066400A Pending JPH07250458A (ja) | 1994-03-11 | 1994-03-11 | リラクタンス型電動機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07250458A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006051318A1 (en) * | 2004-11-13 | 2006-05-18 | Cranfield University | Switched reluctance motor |
| US7137352B2 (en) * | 2000-12-28 | 2006-11-21 | Renesas Technology Corp. | Plasma processing system in which wafer is retained by electrostatic chuck |
| WO2010012223A1 (zh) * | 2008-07-31 | 2010-02-04 | Lu Min | 发电电动机及电动汽车、电动轮船 |
| US20110204736A1 (en) * | 2008-09-03 | 2011-08-25 | Renzo Lisi | Electric rotary machine |
| CN104377921A (zh) * | 2014-11-13 | 2015-02-25 | 西安交通大学 | 一种永磁磁阻型双转子电机 |
-
1994
- 1994-03-11 JP JP6066400A patent/JPH07250458A/ja active Pending
Cited By (7)
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