JP6243073B1 - Rotating electric machine - Google Patents
Rotating electric machine Download PDFInfo
- Publication number
- JP6243073B1 JP6243073B1 JP2017094203A JP2017094203A JP6243073B1 JP 6243073 B1 JP6243073 B1 JP 6243073B1 JP 2017094203 A JP2017094203 A JP 2017094203A JP 2017094203 A JP2017094203 A JP 2017094203A JP 6243073 B1 JP6243073 B1 JP 6243073B1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- winding
- stator
- rotor
- windings
- electric motor
- 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
Links
Classifications
-
- 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
- H02K21/16—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures having annular armature cores with salient poles
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
Abstract
【課題】逆起電力の発生を抑えることにより、高電圧を印加しなくても高回転とすることができる回転電機を提供する。【解決手段】電動機10は、N極及びS極を回転半径方向の外側に向けて永久磁石22が回転子本体部21に収容されて回転する回転子20と、回転子20を回転駆動する磁束を励磁する固定子30とを備えている。固定子30は、回転子20が第1巻線31と第2巻線32とによる固定子30の端部(一方の端部31T1,32T1、他方の端部31T2,32T2)に向いたときに、固定子30の端部から固定子30内への磁路Rが、回転子からの主磁束方向F1と交差する方向に形成されている。【選択図】図1Disclosed is a rotating electrical machine capable of rotating at a high speed without applying a high voltage by suppressing generation of a counter electromotive force. An electric motor 10 includes a rotor 20 in which a permanent magnet 22 is housed in a rotor main body 21 and rotates with a north pole and a south pole facing outward in the radial direction of rotation, and a magnetic flux that rotationally drives the rotor 20. And a stator 30 that excites. When the rotor 20 faces the end of the stator 30 (one end 31T1, 32T1, the other end 31T2, 32T2) formed by the first winding 31 and the second winding 32. The magnetic path R from the end of the stator 30 into the stator 30 is formed in a direction intersecting the main magnetic flux direction F1 from the rotor. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、永久磁石による回転子と、巻線による固定子とを有する回転電機に関するものである。 The present invention relates to a rotating electrical machine having a rotor made of permanent magnets and a stator made of windings.
電動機や発電機などの回転電機は、回転子と固定子とを備えている。固定子は、回転子に対して励磁するものであるが、例えば、特許文献1,2に記載の従来の電動機のように、巻線の軸線が回転子に向くように鉄心に巻線が巻かれていたり、特許文献3に記載の従来の電動機のように、C字状の鉄心の一部に巻線が巻かれ、向き合う鉄心の両端部の間に、回転子を配置したりしたものが知られている。 A rotating electrical machine such as an electric motor or a generator includes a rotor and a stator. The stator excites the rotor. For example, like the conventional motors described in Patent Documents 1 and 2, the winding is wound around the iron core so that the axis of the winding faces the rotor. As in the conventional electric motor described in Patent Document 3, a winding is wound around a part of a C-shaped iron core, and a rotor is disposed between both ends of the facing iron core. Are known.
しかし、特許文献1−3に記載の従来の電動機では、固定子の磁極を回転子の磁極が通過するときに、固定子の磁極と回転子の磁極とが一瞬向き合う状態となる。従って、回転子が回転して、固定子の前を通過すると、回転子による大きな磁束の変化が発生するため、回転子が回転する際に、固定子に大きな逆起電力が発生する。従って、従来の電動機では、固定子により回転子が回転するときに、固定子に対して、大きな逆起電力が発生する。従って、逆起電力に逆らって回転子を高回転とするには高電圧が必要となる。 However, in the conventional electric motor described in Patent Documents 1-3, when the magnetic pole of the rotor passes through the magnetic pole of the stator, the magnetic pole of the stator and the magnetic pole of the rotor face each other for a moment. Therefore, when the rotor rotates and passes in front of the stator, a large change in magnetic flux is generated by the rotor, so that a large counter electromotive force is generated in the stator when the rotor rotates. Therefore, in the conventional electric motor, when the rotor is rotated by the stator, a large back electromotive force is generated for the stator. Therefore, a high voltage is required to rotate the rotor at a high speed against the counter electromotive force.
そこで本発明は、逆起電力の発生を抑えることにより、高電圧を印加しなくても高回転とすることができる回転電機を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a rotating electrical machine that can achieve high rotation without applying a high voltage by suppressing generation of counter electromotive force.
本発明の回転電機は、N極又はS極のいずれか一方の磁極を回転半径方向の外側に向けて永久磁石が回転する回転子と、前記回転子を回転駆動する磁束を励磁する固定子とを備え、前記固定子は、前記回転子が前記固定子の端部に向いたときに、前記固定子の端部から前記固定子内への磁路が、前記回転子からの主磁束方向と交差する方向に形成されたことを特徴とする。 A rotating electrical machine according to the present invention includes a rotor in which a permanent magnet rotates with one of the N poles and S poles facing outward in the rotational radius direction, and a stator that excites a magnetic flux that rotationally drives the rotor. The stator has a magnetic path from the end of the stator into the stator when the rotor faces the end of the stator, and the direction of the main magnetic flux from the rotor It is formed in a crossing direction.
本発明の回転電機によれば、回転子が固定子の端部を向いて通過するときに、固定子の端部から固定子内への磁路が、回転子からの主磁束方向と交差する方向となることで、巻線の向きを半径方向に向けた従来の電動機より磁束の変化が小さいので、従来の電動機より逆起電力を小さいものとすることができる。 According to the rotating electrical machine of the present invention, when the rotor passes toward the end of the stator, the magnetic path from the end of the stator into the stator intersects the main magnetic flux direction from the rotor. Since the change in the magnetic flux is smaller than that of the conventional motor in which the direction of the winding is directed in the radial direction, the counter electromotive force can be made smaller than that of the conventional motor.
前記固定子を、前記回転子の回転軸線を中心して、巻線が円周方向に沿った円弧状に形成することができる。固定子の巻線が、回転子の回転軸線を中心して円周方向に沿った円弧状であることにより、固定子の端部から固定子内への磁路を、回転子からの主磁束方向と交差する方向とすることができる。 The stator may be formed in a circular arc shape in which a winding extends in a circumferential direction around the rotation axis of the rotor. The stator winding is arcuate along the circumferential direction around the rotation axis of the rotor, so that the magnetic path from the end of the stator to the stator can be routed in the direction of the main magnetic flux from the rotor. The direction can intersect with
前記固定子が、複数の円弧状の巻線を円環状に配置したものとすることができる。複数の円弧状の巻線により回転子の周囲を円環状に囲うことができる。 The stator may have a plurality of arc-shaped windings arranged in an annular shape. A plurality of arc-shaped windings can surround the rotor in an annular shape.
前記固定子のそれぞれは、巻線と隣接する巻線との隙間が、円周方向にずれた位置に配置されたものとすることができる。回転子が固定子の端部同士の隙間にて減速又は停止しようとしても、他の固定子にて回転駆動を付与することができる。 Each of the stators may be arranged at a position where a gap between a winding and an adjacent winding is shifted in the circumferential direction. Even if the rotor tries to decelerate or stop at the gap between the ends of the stator, rotation drive can be applied by another stator.
前記複数の円弧状の巻線の端部同士の間に、直管状の巻線を設けることができる。複数の巻線の端部同士の間で発生する磁力を、直管状の巻線により補完させることができるので、直管状の巻線により、回転子の回転駆動力を増強することができる。 A straight tubular winding can be provided between ends of the plurality of arcuate windings. Since the magnetic force generated between the ends of the plurality of windings can be complemented by the straight tubular winding, the rotational driving force of the rotor can be enhanced by the straight tubular winding.
前記直管状の巻線と同軸に、発電用巻線が設けられていると、発電用巻線から電力を発生させることができる。 When a power generation winding is provided coaxially with the straight tubular winding, electric power can be generated from the power generation winding.
前記発電用巻線からの電流を調整する回転速度調整部を接続することができる。
発電用巻線は、直管状の巻線と同軸であるため、発電用巻線に発生する磁界が直管状の巻線を助勢するように作用する。従って、回転速度調整部に流れる電流に応じて永久磁石の回転数を調整することができる。
A rotation speed adjusting unit for adjusting a current from the power generating winding can be connected.
Since the power generating winding is coaxial with the straight tubular winding, the magnetic field generated in the power generating winding acts to assist the straight tubular winding. Therefore, the rotation speed of the permanent magnet can be adjusted according to the current flowing through the rotation speed adjustment unit.
前記回転速度調整部は、前記発電用巻線に接続された整流部と、前記整流部からの電流を消費する消費部とを備えたものとすることができる。消費部が整流部によって整流された直流を消費する電流に応じて永久磁石の回転数を調整することができ、消費部で電流を有効活用することができる。 The rotation speed adjustment unit may include a rectification unit connected to the power generation winding and a consumption unit that consumes a current from the rectification unit. The rotational speed of the permanent magnet can be adjusted according to the current that consumes the direct current rectified by the rectifier, and the current can be effectively utilized in the consumer.
前記固定子の巻線の端部同士を同極に励磁する制御回路が設けられていると、巻線の端部の磁界を増強することができる。 If a control circuit for exciting the ends of the stator windings to the same polarity is provided, the magnetic field at the ends of the windings can be enhanced.
前記永久磁石は、球状に形成されたものとすることができる。永久磁石が球状に形成されていることで、回転軸線から固定子側に膨出した凸形状の先端から主磁束が放出される。従って、固定子に向いた永久磁石の半球面の先端から固定子に向かって磁束を集中させて放出させることができる。 The permanent magnet may be formed in a spherical shape. Since the permanent magnet is formed in a spherical shape, the main magnetic flux is emitted from the convex tip that bulges from the rotation axis toward the stator. Therefore, the magnetic flux can be concentrated and emitted from the tip of the hemispherical surface of the permanent magnet facing the stator toward the stator.
本発明の回転電機によれば、巻線の向きを半径方向に向けた従来の電動機より磁束の変化が小さいので、従来の電動機より逆起電力を小さいものとすることができることにより、高電圧を印加しなくても高回転とすることができる。 According to the rotating electric machine of the present invention, since the change in magnetic flux is smaller than that of the conventional motor in which the direction of the winding is directed in the radial direction, the back electromotive force can be made smaller than that of the conventional motor, so that the high voltage Even if it is not applied, high rotation speed can be achieved.
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1に係る回転電機について、電動機を例に、図面に基づいて説明する。
なお、図1及び図2は本実施の形態1に係る電動機を説明するための概略図であり、固定子や出力軸を支持したり、センサ部などを支持したりする筐体は図示していない。
図1及び図2に示す電動機10は、出力軸O1と同軸に形成された回転子20と、回転子20を回転駆動する磁束を励磁する固定子30とを備えている。
(Embodiment 1)
A rotary electric machine according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings, taking an electric motor as an example.
1 and 2 are schematic diagrams for explaining the electric motor according to the first embodiment, and a housing that supports the stator and the output shaft, supports the sensor unit, and the like is not illustrated. Absent.
The electric motor 10 shown in FIG.1 and FIG.2 is provided with the rotor 20 formed coaxially with the output shaft O1, and the stator 30 which excites the magnetic flux which rotationally drives the rotor 20. As shown in FIG.
回転子20は、円柱棒状の回転本体部21と、回転本体部21内部に収容された永久磁石22とを備えている。
永久磁石22は、N極またはS極のいずれか一方の磁極を回転半径方向の外側に向けていればよいが、本実施の形態では、球状に形成され、一方にN極が、反対側の他方にS極が、回転半径方向の外側に向けて回転本体部21に配置されている。
永久磁石22は、磁力が他の磁石より強いネオジム磁石が使用できる。
The rotor 20 includes a cylindrical rod-shaped rotary main body 21 and a permanent magnet 22 accommodated inside the rotary main body 21.
The permanent magnet 22 only needs to have one of the N or S poles facing outward in the rotational radius direction. In the present embodiment, the permanent magnet 22 is formed in a spherical shape, and the N pole is on the opposite side. On the other hand, the south pole is disposed on the rotary body 21 toward the outer side in the rotational radius direction.
As the permanent magnet 22, a neodymium magnet having a stronger magnetic force than other magnets can be used.
固定子30は、回転子20が固定子30の端部(端部31T1,32T1,31T2,32T2)に向いたときに、固定子30の端部から固定子30内への磁路Rが、回転子20からの主磁束方向F1と交差する方向に形成されている。
本実施の形態1では、固定子30は、回転子20の回転軸線L1を中心して、巻線が円周方向に沿った円弧状に形成されている。この固定子30は、一対の半円状の第1巻線31及び第2巻線32から形成されている。
The stator 30 has a magnetic path R from the end of the stator 30 into the stator 30 when the rotor 20 faces the end of the stator 30 (ends 31T1, 32T1, 31T2, 32T2). It is formed in a direction intersecting with the main magnetic flux direction F <b> 1 from the rotor 20.
In the first embodiment, the stator 30 has a winding formed in an arc shape along the circumferential direction around the rotation axis L <b> 1 of the rotor 20. The stator 30 is formed of a pair of semicircular first winding 31 and second winding 32.
第1巻線31及び第2巻線32は、内周側が互いに向き合うように配置されていることで、固定子30を円環状としている。
第1巻線31及び第2巻線32は、図3に示すように、一方の端部31T1,32T1同士が配線により接続されていることで、直列接続されているが、並列接続としてもよい。
第1巻線31及び第2巻線32の巻線は、通電すると、向き合う一方の端部31T1,32T1同士、他方の端部31T2,32T2同士が同極を発生するように配線が巻かれている。
The first winding 31 and the second winding 32 are arranged so that the inner peripheral sides face each other, so that the stator 30 has an annular shape.
As shown in FIG. 3, the first winding 31 and the second winding 32 are connected in series because one end portions 31T1 and 32T1 are connected to each other by wiring, but may be connected in parallel. .
When the windings of the first winding 31 and the second winding 32 are energized, wiring is wound so that one end 31T1, 32T1 facing each other and the other end 31T2, 32T2 generate the same polarity. Yes.
図2に示すように、固定子30には、制御回路40が接続されている。
制御回路40は、センサ部41と、励磁回路部42とを備えている。
センサ部41は、出力軸O1に設けられている。
それぞれのセンサ部41は、一方の端部31T1,32T1をN極とし、他方の端部31T2,32T2をS極とするタイミングを検出したり、反対に、一方の端部31T1,32T1をS極とし、他方の端部31T2,32T2をN極としたりするタイミングを検出したりするために、第1センサ部411と、第2センサ部412とを備えている。
As shown in FIG. 2, a control circuit 40 is connected to the stator 30.
The control circuit 40 includes a sensor unit 41 and an excitation circuit unit 42.
The sensor unit 41 is provided on the output shaft O1.
Each sensor unit 41 detects the timing when one end 31T1, 32T1 is an N pole and the other end 31T2, 32T2 is an S pole, and conversely, one end 31T1, 32T1 is an S pole. In order to detect the timing when the other end portions 31T2 and 32T2 are set to N poles, a first sensor unit 411 and a second sensor unit 412 are provided.
第1センサ部411及び第2センサ部412は、発光ダイオードとフォトダイオードとによる透過型のフォトインタラプタ41aと、回転子20と共に回転して、透過型のフォトインタラプタ41aの発光ダイオードとフォトダイオードとの間を通過する円盤状の遮蔽板41bとを備えている。 The first sensor unit 411 and the second sensor unit 412 rotate together with the transmissive photointerrupter 41a using a light emitting diode and a photodiode, and the rotator 20, so that the light emitting diode and the photodiode of the transmissive photointerrupter 41a And a disk-shaped shielding plate 41b that passes between them.
図3及び図4に示すように、フォトインタラプタ41aは、第1センサ部411及び第2センサ部412に対応させて、それぞれ設けられているが、本実施の形態では、遮蔽板41bは、第1センサ部411及び第2センサ部412に共通させて設けられている。なお、遮蔽板41bは、第1センサ部411及び第2センサ部412にて共通して使用しているが、図4においては、フォトインタラプタ41aに対応させて遮蔽板41bを別々に図示している。 As shown in FIGS. 3 and 4, the photo interrupter 41a is provided corresponding to the first sensor unit 411 and the second sensor unit 412, respectively, but in the present embodiment, the shielding plate 41b The first sensor unit 411 and the second sensor unit 412 are provided in common. The shielding plate 41b is used in common by the first sensor unit 411 and the second sensor unit 412, but in FIG. 4, the shielding plate 41b is illustrated separately corresponding to the photo interrupter 41a. Yes.
遮蔽板41bの周縁の一部には、円周方向に沿って、通電タイミング及び通電時間を規定するための円弧状切欠部41cが形成されている。この円弧状切欠部の位置は、永久磁石22のN極の位置に合わせて90度の範囲に形成されている。
フォトインタラプタ41aは、第1巻線31と第2巻線32とが向き合う一方の端部31T1,32T1の位置を0度の位置、第1巻線31と第2巻線32とが向き合う他方の端部31T2,32T2の位置を90度の位置としたときに、30度と120度の位置に形成されている。
An arcuate cutout 41c for defining energization timing and energization time is formed in a part of the periphery of the shielding plate 41b along the circumferential direction. The position of the arc-shaped notch is formed in a range of 90 degrees in accordance with the position of the N pole of the permanent magnet 22.
In the photo interrupter 41a, the positions of the one end portions 31T1 and 32T1 where the first winding 31 and the second winding 32 face each other are 0 degrees, and the other end where the first winding 31 and the second winding 32 face each other. When the positions of the end portions 31T2 and 32T2 are 90 degrees, they are formed at 30 degrees and 120 degrees.
励磁回路部42は、第1巻線31及び第2巻線32への通電を制御するものである。
図4に示す励磁回路部42は、第1センサ部411部と第2センサ部412とを一組として、第1FET421a,421bから第3FET423a,423bまでのトランジスタにより、第1巻線31及び第2巻線32への通電方向を制御する。
The excitation circuit unit 42 controls energization to the first winding 31 and the second winding 32.
The excitation circuit unit 42 shown in FIG. 4 includes a first sensor unit 411 unit and a second sensor unit 412 as a set, and includes a first winding 31 and a second sensor by transistors from the first FETs 421a and 421b to the third FETs 423a and 423b. The energization direction to the winding 32 is controlled.
第1FET421aと第3FET423aとはn型FETである。第2FET422a,422bは、p型FETである。
第1FET421a,421bは、ゲート端子Gが抵抗R11,R12を介してフォトインタラプタ41aに接続されている。また、第1FET421a,421bは、ソース端子Sが接地されている。
The first FET 421a and the third FET 423a are n-type FETs. The second FETs 422a and 422b are p-type FETs.
The gate terminals G of the first FETs 421a and 421b are connected to the photo interrupter 41a via resistors R11 and R12. Further, the source terminals S of the first FETs 421a and 421b are grounded.
第2FET422a,422bは、ソース端子SがダイオードD11,D12を介して電源に接続されていると共に、コンデンサC11,C12を介して接地されている。また、第2FET422a,422bのゲート端子Gは、抵抗R21,R22を介して第1FET421a,421bのドレイン端子Dに接続されていると共に、抵抗R31,R32を介して第2FET422a,422bのソース端子Sに接続されている。第2FET422a,422bのドレイン端子Dは、ダイオードD21,D22のアノード端子Aに接続されていると共に、第3FET423a,423bのドレイン端子Dに接続されている。 The second FETs 422a and 422b have a source terminal S connected to a power source via diodes D11 and D12 and grounded via capacitors C11 and C12. The gate terminals G of the second FETs 422a and 422b are connected to the drain terminals D of the first FETs 421a and 421b through the resistors R21 and R22, and are connected to the source terminals S of the second FETs 422a and 422b through the resistors R31 and R32. It is connected. The drain terminals D of the second FETs 422a and 422b are connected to the anode terminals A of the diodes D21 and D22 and to the drain terminals D of the third FETs 423a and 423b.
第3FET423a,423bは、ゲート端子Gが抵抗R41,R42を介してフォトインタラプタ41aに接続されている。第3FET423a,423bのソース端子Sは接地されている。
第1巻線31の他方の端部31T2からの配線は、第2FET422aのドレイン端子Dに接続されていると共に、第3FET423aのドレイン端子Dに接続されている。
第2巻線32の他方の端部32T2からの配線は、第2FET422bのドレイン端子Dに接続されていると共に、第3FET423bのドレイン端子Dに接続されている。
The gate terminals G of the third FETs 423a and 423b are connected to the photo interrupter 41a via resistors R41 and R42. The source terminals S of the third FETs 423a and 423b are grounded.
The wiring from the other end 31T2 of the first winding 31 is connected to the drain terminal D of the second FET 422a and to the drain terminal D of the third FET 423a.
The wiring from the other end 32T2 of the second winding 32 is connected to the drain terminal D of the second FET 422b and to the drain terminal D of the third FET 423b.
以上のように構成された本発明の実施の形態1に係る電動機の動作を図面に基づいて説明する。
図1及び図4に示す制御回路40に電源が供給される。
例えば、永久磁石22のN極が、第1センサ部411のフォトインタラプタ41aの方向へ向くと、図3に示す第1センサ部411のフォトインタラプタ41aに遮蔽板41bの円弧状切欠部41cが位置する。
遮蔽板41bの円弧状切欠部41cにより、第1センサ部411のフォトインタラプタ41aの光が透過することで、第1センサ部411のフォトインタラプタ41aのフォトトランジスタが通電する。
The operation of the electric motor according to Embodiment 1 of the present invention configured as described above will be described with reference to the drawings.
Power is supplied to the control circuit 40 shown in FIGS.
For example, when the north pole of the permanent magnet 22 faces the photo interrupter 41a of the first sensor unit 411, the arc-shaped notch 41c of the shielding plate 41b is positioned on the photo interrupter 41a of the first sensor unit 411 shown in FIG. To do.
The light of the photo interrupter 41a of the first sensor unit 411 is transmitted through the arc-shaped cutout 41c of the shielding plate 41b, thereby energizing the photo transistor of the photo interrupter 41a of the first sensor unit 411.
図4に示すように、第1センサ部411のフォトトランジスタが通電することで、フォトインタラプタ41aに、抵抗R11,R41を介して接続された第1FET421aのゲート端子Gと、第3FET423aのゲート端子Gとは、第1FET421aと第3FET423aとがオン状態となる、第1電圧となる。 As shown in FIG. 4, when the phototransistor of the first sensor unit 411 is energized, the gate terminal G of the first FET 421a and the gate terminal G of the third FET 423a connected to the photointerrupter 41a via resistors R11 and R41. Is the first voltage at which the first FET 421a and the third FET 423a are turned on.
また、図3に示すように、第1センサ部411のフォトインタラプタ41aに円弧状切欠部41cが位置するときには、第2センサ部412のフォトインタラプタ41aには円弧状切欠部41cが位置しないので、第2センサ部412のフォトインタラプタ41aは非通電状態にある。
従って、図4に示すように、第2センサ部412のフォトインタラプタ41aに、抵抗R12,R42を介して接続された第1FET421bのゲート端子Gと、第3FET423bのゲート端子Gとは、第1FET421bと第3FET423bがオフ状態となる、第1電圧より低電圧の第2電圧(0V)となる。
Further, as shown in FIG. 3, when the arc-shaped notch 41c is located in the photo interrupter 41a of the first sensor unit 411, the arc-shaped notch 41c is not located in the photo interrupter 41a of the second sensor unit 412. The photo interrupter 41a of the second sensor unit 412 is in a non-energized state.
Therefore, as shown in FIG. 4, the gate terminal G of the first FET 421b and the gate terminal G of the third FET 423b connected to the photo interrupter 41a of the second sensor unit 412 via the resistors R12 and R42 are the first FET 421b and The third FET 423b is turned off and becomes a second voltage (0 V) lower than the first voltage.
第1FET421bがオフ状態であるときには、第1FET421bのドレイン端子Dに抵抗R21を介して接続された第2FET422aのゲート端子Gは、電源Vssに接続された抵抗R31により第2FET422aがオフ状態となる第1電圧となる。 When the first FET 421b is off, the gate terminal G of the second FET 422a connected to the drain terminal D of the first FET 421b via the resistor R21 is the first FET 422a turned off by the resistor R31 connected to the power source Vss. Voltage.
第1FET421aがオン状態であるときには、抵抗R22が第1FET421aのドレイン端子Dに接続されているため、第2FET422bのゲート端子Gは、第2FET422bがオン状態となる、第2電圧になる。 When the first FET 421a is in the on state, the resistor R22 is connected to the drain terminal D of the first FET 421a, so that the gate terminal G of the second FET 422b becomes a second voltage that turns on the second FET 422b.
このようにして、第1FET421a,421b〜第3FET423a,423bのオン状態とオフ状態とが決定されると、電源Vssからの電流が、第2FET422bのソース端子SにダイオードD12を介して流れ込み、第2FET422bのドレイン端子Dから第2巻線32の他方の端部32T1へ流れる。
そして、電流が、第2巻線32から第1巻線31へ流れ、第1巻線31の他方の端部31T1から第3FET423aのドレイン端子Dへ流れ、第3FET423aのドレイン端子Dからソース端子Sへ流れることで、図5(A)に示すように、第1巻線31の一方の端部31T1に、永久磁石22のN極と反発する同極(N極)の磁界が発生し、他方の端部31T2に、永久磁石22のS極と反発する同極(S極)の磁界が発生する。
第1巻線31及び第2巻線32が発生した磁界により、永久磁石22の両極が反発して、回転子20が回転する。
Thus, when the ON state and the OFF state of the first FETs 421a and 421b to the third FETs 423a and 423b are determined, the current from the power source Vss flows into the source terminal S of the second FET 422b via the diode D12, and the second FET 422b From the drain terminal D to the other end 32T1 of the second winding 32.
Then, current flows from the second winding 32 to the first winding 31, flows from the other end 31T1 of the first winding 31 to the drain terminal D of the third FET 423a, and from the drain terminal D of the third FET 423a to the source terminal S. 5A, a magnetic field of the same polarity (N pole) repelling the N pole of the permanent magnet 22 is generated at one end 31T1 of the first winding 31, as shown in FIG. A magnetic field having the same polarity (S pole) as the S pole of the permanent magnet 22 is generated at the end 31T2.
Due to the magnetic field generated by the first winding 31 and the second winding 32, both poles of the permanent magnet 22 repel and the rotor 20 rotates.
一方、図3に示すように、センサ部41のうち、第2センサ部412のフォトインタラプタ41aに遮蔽板41bの円弧状切欠部41cが位置する。
遮蔽板41bの円弧状切欠部41cにより、第2センサ部412のフォトインタラプタ41aの光が透過することで、第2センサ部412のフォトインタラプタ41aのフォトトランジスタが通電する。
On the other hand, as shown in FIG. 3, the arc-shaped notch 41 c of the shielding plate 41 b is located in the photo interrupter 41 a of the second sensor 412 in the sensor 41.
The light of the photo interrupter 41a of the second sensor unit 412 is transmitted by the arc-shaped notch 41c of the shielding plate 41b, so that the phototransistor of the photo interrupter 41a of the second sensor unit 412 is energized.
図4に示すように、第2センサ部412のフォトトランジスタが通電することで、フォトインタラプタ41aに、抵抗R12,R42を介して接続された第1FET421bのゲート端子Gと、第3FET423bのゲート端子Gとは、第1FET421bと第3FET423bとがオン状態となる、第1電圧となる。 As shown in FIG. 4, when the phototransistor of the second sensor unit 412 is energized, the gate terminal G of the first FET 421b and the gate terminal G of the third FET 423b connected to the photointerrupter 41a via resistors R12 and R42. Is the first voltage at which the first FET 421b and the third FET 423b are turned on.
また、第2センサ部412のフォトインタラプタ41aに円弧状切欠部41cが位置するときには、第1センサ部411のフォトインタラプタ41aには円弧状切欠部41cが位置しないので、第1センサ部411のフォトインタラプタ41aは非通電状態にある。従って、第1センサ部411のフォトインタラプタ41aに、抵抗R11,R41を介して接続された第1FET421aのゲート端子Gと、第3FET423aのゲート端子Gとは、第1FET421aと第3FET423aがオフ状態となる、第2電圧となる。 In addition, when the arc-shaped notch 41c is positioned in the photo interrupter 41a of the second sensor unit 412, the arc-shaped notch 41c is not positioned in the photo interrupter 41a of the first sensor unit 411. The interrupter 41a is in a non-energized state. Therefore, the first FET 421a and the third FET 423a are turned off between the gate terminal G of the first FET 421a and the gate terminal G of the third FET 423a connected to the photo interrupter 41a of the first sensor unit 411 via the resistors R11 and R41. The second voltage is obtained.
第1FET421aがオフ状態であるときには、第1FET421aのドレイン端子Dに抵抗R22を介して接続された第2FET422bのゲート端子Gは、電源Vssに接続された抵抗R32により第2FET422bがオフ状態となる第1電圧となる。 When the first FET 421a is in the off state, the gate terminal G of the second FET 422b connected to the drain terminal D of the first FET 421a via the resistor R22 has the first FET 422b turned off by the resistor R32 connected to the power source Vss. Voltage.
第1FET421bがオン状態であるときには、抵抗R21が第1FET421bのドレイン端子Dに接続されているため、第2FET422aのゲート端子Gは、第2FET422aがオン状態となる、第2電圧になる。 When the first FET 421b is in the on state, the resistor R21 is connected to the drain terminal D of the first FET 421b, so that the gate terminal G of the second FET 422a becomes a second voltage that turns on the second FET 422a.
このようにして、第1FET421a,421b〜第3FET423a,423bのオン状態とオフ状態とが決定されると、電源Vssからの電流が、第2FET422aのソース端子SにダイオードD11を介して流れ込み、第2FET422aのドレイン端子Dから第1巻線31の他方の端部31T2へ流れる。
そして、電流が、第1巻線31から第2巻線32へ流れ、第2巻線32の他方の端部32T1から第3FET423aのドレイン端子Dへ流れ、第3FET423aのドレイン端子Dからソース端子Sへ流れることで、図5(B)に示すように、第1巻線31の一方の端部31T1に、永久磁石22のS極と反発する同極(S極)の磁界が発生し、他方の端部31T2に、永久磁石22のN極と反発する同極(N極)の磁界が発生する。
第1巻線31及び第2巻線32が発生した磁界により、永久磁石22の両極が反発して、回転子20が回転する。
Thus, when the ON state and the OFF state of the first FETs 421a and 421b to the third FETs 423a and 423b are determined, the current from the power source Vss flows into the source terminal S of the second FET 422a via the diode D11, and the second FET 422a. From the drain terminal D of the first winding 31 to the other end 31T2.
Then, current flows from the first winding 31 to the second winding 32, from the other end 32T1 of the second winding 32 to the drain terminal D of the third FET 423a, and from the drain terminal D of the third FET 423a to the source terminal S. 5B, a magnetic field of the same polarity (S pole) repelling the S pole of the permanent magnet 22 is generated at one end 31T1 of the first winding 31, as shown in FIG. A magnetic field having the same polarity (N pole) as the N pole of the permanent magnet 22 is generated at the end 31T2.
Due to the magnetic field generated by the first winding 31 and the second winding 32, both poles of the permanent magnet 22 repel and the rotor 20 rotates.
次に、図5(A)及び同図(B)に基づいて、回転子20の回転について詳細に説明する。
図5(A)に示すように、回転子20のN極が、第1巻線31,第2巻線32の一方の端部31T1,32T1から離れるタイミングで、遮蔽板41bの円弧状切欠部41c(図3参照)が、第1センサ部411のフォトインタラプタ41aへ進入する。
これにより、回転子20のN極側に位置する第1巻線31,第2巻線32の一方の端部31T1,32T1が、回転子20のN極に対して、同極(N極)を発生する。
また、回転子20のN極と反対側のS極側に位置する第1巻線31,第2巻線32の他方の端部31T2,32T2が、回転子20のS極に対して、同極(S極)を発生する。
Next, the rotation of the rotor 20 will be described in detail based on FIG. 5 (A) and FIG. 5 (B).
As shown in FIG. 5A, the arc-shaped cutout portion of the shielding plate 41b is formed at a timing when the N pole of the rotor 20 is separated from the one end portions 31T1 and 32T1 of the first winding 31 and the second winding 32. 41c (see FIG. 3) enters the photo interrupter 41a of the first sensor unit 411.
As a result, one end 31T1, 32T1 of the first winding 31 and the second winding 32 positioned on the N pole side of the rotor 20 has the same polarity (N pole) with respect to the N pole of the rotor 20. Is generated.
Further, the other ends 31T2 and 32T2 of the first winding 31 and the second winding 32 located on the S pole opposite to the N pole of the rotor 20 are the same as the S pole of the rotor 20. A pole (S pole) is generated.
N極を発生した第1巻線31,第2巻線32の一方の端部31T1,32T1から、S極を発生した第1巻線31,第2巻線32の他方の端部31T2,32T2へと、第1巻線31,第2巻線32の内側の円弧面に沿って磁力線が向かう。
回転子20のN極側では、一方の端部31T1,32T1からの磁力線に伴って反発し、他方の端部31T2,32T2からの磁力線に伴って吸引されて、回転駆動させられる。また、回転子20のS極側では、他方の端部31T2,32T2への磁力線に伴って反発し、一方の端部31T1,32T1からの磁力線に伴って吸引されて、回転駆動させられる。これにより、回転子20は半周分回転する。
From one end 31T1 and 32T1 of the first winding 31 and the second winding 32 that generate the N pole, the other end 31T2 and 32T2 of the first winding 31 and the second winding 32 that generate the S pole. The magnetic lines of force are directed along the arcuate surfaces inside the first winding 31 and the second winding 32.
On the N-pole side of the rotor 20, it repels along with the magnetic lines of force from one end 31T1, 32T1, and is attracted along with the lines of magnetic force from the other ends 31T2, 32T2, and is driven to rotate. Further, on the S pole side of the rotor 20, it repels along with the magnetic lines of force to the other end portions 31T2 and 32T2, and is attracted along with the magnetic lines of force from the one end portions 31T1 and 32T1, and is driven to rotate. As a result, the rotor 20 rotates by a half turn.
次に、図5(B)に示すように、回転子20のS極が、第1巻線31,第2巻線32の一方の端部31T1,32T1から離れるタイミングで、遮蔽板41bの円弧状切欠部41c(図3参照)が、第2センサ部412のフォトインタラプタ41aへ進入する。これにより、回転子20のS極側に位置する第1巻線31,第2巻線32の一方の端部31T1,32T1が、回転子20のS極に対して、同極(S極)を発生する。
また、回転子20のS極と反対側のN極側に位置する第1巻線31,第2巻線32の他方の端部31T2,32T2が、回転子20のN極に対して、同極(N極)を発生する。
第1巻線31と第2巻線32とが前記のように磁界を発生することで、回転子20は更に、半周分回転する。これを繰り返すことで、回転子20は回転し続けることができる。
Next, as shown in FIG. 5B, at the timing when the south pole of the rotor 20 is separated from the one end 31T1, 32T1 of the first winding 31 and the second winding 32, the circle of the shielding plate 41b. The arc-shaped notch 41c (see FIG. 3) enters the photo interrupter 41a of the second sensor unit 412. As a result, one end 31T1, 32T1 of the first winding 31 and the second winding 32 located on the S pole side of the rotor 20 has the same polarity (S pole) with respect to the S pole of the rotor 20. Is generated.
Further, the other ends 31T2 and 32T2 of the first winding 31 and the second winding 32 located on the N pole side opposite to the S pole of the rotor 20 are the same as the N pole of the rotor 20. A pole (N pole) is generated.
As the first winding 31 and the second winding 32 generate a magnetic field as described above, the rotor 20 further rotates by a half turn. By repeating this, the rotor 20 can continue to rotate.
このように、電動機10では、固定子30が、回転子20の回転軸線L1を中心して、第1巻線31及び第2巻線32が円周方向に沿った円弧状に形成されている。
そのため、固定子30内の磁路は、巻線(第1巻線31,第2巻線32)の円弧状に沿ったものとなるので、回転子20の各磁極が第1巻線31及び第2巻線32の端部を向いて通過するときに、固定子30の端部から固定子30内への磁路が、回転子20からの主磁束方向と交差する方向となる。
従って、回転子20からの主磁束は、第1巻線31及び第2巻線32の筒内に真っ直ぐ入るように横切らない。従って、電動機10は、巻線の向きを半径方向に向けた従来の電動機より磁束の変化が小さいので、従来の電動機より逆起電力を小さいものとすることができる。
As described above, in the electric motor 10, the stator 30 has the first winding 31 and the second winding 32 formed in an arc shape along the circumferential direction with the rotation axis L <b> 1 of the rotor 20 as the center.
Therefore, since the magnetic path in the stator 30 is along the arc shape of the windings (the first winding 31 and the second winding 32), each magnetic pole of the rotor 20 is connected to the first winding 31 and When passing toward the end of the second winding 32, the magnetic path from the end of the stator 30 into the stator 30 is in a direction intersecting with the main magnetic flux direction from the rotor 20.
Accordingly, the main magnetic flux from the rotor 20 does not cross so as to enter straight into the cylinders of the first winding 31 and the second winding 32. Therefore, the motor 10 has a smaller change in magnetic flux than the conventional motor in which the direction of the winding is directed in the radial direction, and therefore, the back electromotive force can be made smaller than that of the conventional motor.
よって、本実施の形態1に係る電動機10は、逆起電力の発生を抑えることにより、高電圧を印加しなくても高回転とすることができる。 Therefore, the electric motor 10 according to the first embodiment can be rotated at a high speed without applying a high voltage by suppressing the generation of the counter electromotive force.
また、回転子20の永久磁石22は、球状に形成されているため、回転軸線L1から固定子30側に膨出した凸形状の先端から主磁束が放出される。従って、固定子30に向いた永久磁石22の球面の先端から固定子30に向かって磁束を集中させて放出させることができる。
固定子30が、複数の円弧状の第1巻線31、第2巻線32を円環状に配置したものであるため、複数の円弧状の巻線により回転子20の周囲を円環状に囲うことができる。
Further, since the permanent magnet 22 of the rotor 20 is formed in a spherical shape, the main magnetic flux is emitted from the convex tip that bulges from the rotation axis L1 to the stator 30 side. Accordingly, the magnetic flux can be concentrated and emitted from the tip of the spherical surface of the permanent magnet 22 facing the stator 30 toward the stator 30.
Since the stator 30 is formed by arranging a plurality of arc-shaped first windings 31 and second windings 32 in an annular shape, the periphery of the rotor 20 is enclosed in an annular shape by the plurality of arc-shaped windings. be able to.
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2に係る回転電機について、電動機を例に、図面に基づいて説明する。なお、図1及び図2と同様に、図6及び図7においても、固定子や出力軸、センサ部などを支持する筐体は図示していない。また、図6及び図7において、図1及び図2と同じ構成のものは、同符号を付して説明を省略する。
(Embodiment 2)
A rotary electric machine according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to the drawings, taking an electric motor as an example. Similar to FIGS. 1 and 2, in FIGS. 6 and 7, the housing that supports the stator, the output shaft, the sensor unit, and the like is not shown. 6 and 7, the same components as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図6(A)及び同図(B)と、図7に示すように、電動機11は、固定子として、複数の固定子30を備えている。
第1巻線31と、この第1巻線31と隣接する第2巻線32との隙間S1が、円周方向にずれた位置となるように、固定子30のそれぞれが配置されている。
本実施の形態2では、一対の固定子30は、回転軸線L1を中心に90度回転した位置に配置されている。
As shown in FIGS. 6A and 6B and FIG. 7, the electric motor 11 includes a plurality of stators 30 as stators.
Each of the stators 30 is disposed such that the gap S1 between the first winding 31 and the second winding 32 adjacent to the first winding 31 is shifted in the circumferential direction.
In the second embodiment, the pair of stators 30 are disposed at positions rotated 90 degrees about the rotation axis L1.
図7に示すように、固定子30が追加されたことにより、追加された固定子30の第1巻線31及び第2巻線32の通電方向を制御する制御回路40が追加されている。
追加された制御回路40は、図8に示すように、追加された固定子30の回転角度に合わせて、センサ部41のフォトインタラプタ41aの位置が90度回転している。
As shown in FIG. 7, by adding the stator 30, a control circuit 40 that controls the energization direction of the first winding 31 and the second winding 32 of the added stator 30 is added.
In the added control circuit 40, as shown in FIG. 8, the position of the photo interrupter 41a of the sensor unit 41 is rotated by 90 degrees in accordance with the rotation angle of the added stator 30.
実施の形態1に係る電動機10では、固定子30が第1巻線31と第2巻線32とにより形成されているため、第1巻線31と第2巻線32との間が、一方の端部31T1,32T1との間と、他方の端部31T2,32T2との間との2箇所できる。
一方の端部31T1,32T1がN極となり、回転子20のN極が反発して、回転したときに、S極を発生する他方の端部31T2,32T2まで回転すると吸引されて、回転子20が減速又は停止してしまうおそれがある。
In the electric motor 10 according to the first embodiment, since the stator 30 is formed by the first winding 31 and the second winding 32, there is one between the first winding 31 and the second winding 32. There are two locations between the end portions 31T1 and 32T1 and between the other end portions 31T2 and 32T2.
When one end 31T1, 32T1 becomes an N pole and the N pole of the rotor 20 repels and rotates, the rotor 20 is sucked when rotating to the other end 31T2, 32T2 that generates the S pole. May slow down or stop.
しかし、本実施の形態2に係る電動機11では、固定子30,30を備えており、固定子30を形成する第1巻線31及び第2巻線32の隙間が、90度ずれた位置に配置されているため、回転子20が固定子30の端部同士の隙間にて減速又は停止しようとしても、他の固定子30にて回転駆動することができる。そのため、回転子20が減速することなく回転を継続させることができる。 However, the electric motor 11 according to the second embodiment includes the stators 30 and 30, and the gap between the first winding 31 and the second winding 32 that form the stator 30 is shifted by 90 degrees. Since the rotor 20 is arranged, even if the rotor 20 attempts to decelerate or stop in the gap between the end portions of the stator 30, it can be driven to rotate by the other stator 30. Therefore, rotation can be continued without the rotor 20 decelerating.
電動機11は、固定子30が、第1巻線31と第2巻線32との2本の巻線により形成されていたため、2組の固定子30を90度ずれた位置に配置していたが、3本の巻線であれば60度ずれた位置、4本の巻線であれば45度ずれた位置とすることができる。 In the electric motor 11, since the stator 30 is formed by two windings of the first winding 31 and the second winding 32, the two sets of stators 30 are arranged at positions shifted by 90 degrees. However, if there are three windings, the position can be shifted by 60 degrees, and if there are four windings, the position can be shifted by 45 degrees.
(実施の形態3)
本発明の実施の形態3に係る回転電機について、電動機を例に、図面に基づいて説明する。なお、図1及び図2と同様に、図9及び図10においても、固定子や出力軸、センサ部などを支持する筐体は図示していない。また、図9及び図10に示すものにおいて、図1及び図2と同じ構成のものは、同符号を付して説明を省略する。
(Embodiment 3)
A rotary electric machine according to Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to the drawings, taking an electric motor as an example. As in FIGS. 1 and 2, in FIGS. 9 and 10, a housing that supports the stator, the output shaft, the sensor unit, and the like is not shown. 9 and 10, the same components as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図9(A)及び同図(B)と、図10に示すように、電動機12は、固定子として、複数の巻線(第1巻線31,第2巻線32)同士の間のそれぞれに、直管状の巻線33,34が設けられている。
図10では図示していないが、一方の直管状の巻線33は、一方の端部31T1,32T1と同極を発生するように、また、他方の直管状の巻線34は、他方の端部31T2,32T2と同極を発生するように、制御回路40により制御される。
As shown in FIG. 9 (A) and FIG. 9 (B) and FIG. 10, the electric motor 12 has a stator and a plurality of windings (the first winding 31 and the second winding 32). Further, straight tubular windings 33 and 34 are provided.
Although not shown in FIG. 10, one straight tubular winding 33 has the same polarity as one end 31T1, 32T1, and the other straight tubular winding 34 has the other end. It is controlled by the control circuit 40 so as to generate the same polarity as the units 31T2 and 32T2.
複数の巻線(第1巻線31,第2巻線32)同士の間に、直管状の巻線33,34が、軸線を向けて、巻線の端部が発生する磁極と同極を発生するように設けられていることにより、第1巻線31及び第2巻線32のそれぞれの端部による磁力を巻線33,34により補完させることができる。
従って、直管状の巻線33,34により、回転子20の回転駆動力を増強することができる。
Between the plurality of windings (the first winding 31 and the second winding 32), the straight tubular windings 33 and 34 have the same polarity as the magnetic pole generated at the end of the winding with the axis line directed. By being provided so as to be generated, the magnetic forces generated by the respective ends of the first winding 31 and the second winding 32 can be supplemented by the windings 33 and 34.
Therefore, the rotational driving force of the rotor 20 can be increased by the straight tubular windings 33 and 34.
(実施の形態4)
本発明の実施の形態4に係る回転電機について、電動機を例に、図面に基づいて説明する。なお、図1と同様に、図11及び図12においても、固定子や出力軸、センサ部などを支持する筐体は図示していない。また、図11及び図12において、図9及び図10と同じ構成のものは、同符号を付して説明を省略する。
(Embodiment 4)
A rotary electric machine according to Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to the drawings, taking an electric motor as an example. As in FIG. 1, in FIGS. 11 and 12, the housing that supports the stator, the output shaft, the sensor unit, and the like is not shown. 11 and 12, the same components as those in FIGS. 9 and 10 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図11及び図12に示すように、電動機13は、直管状の巻線33,34と同軸に、発電用巻線35,36が設けられている。
発電用巻線35,36には、図13に示すように、回転速度調整部50が接続されている。
回転速度調整部50は、整流部51と、消費部52とを備えている。整流部51は、ダイオードブリッジにより構成することができる。
消費部52は、可変抵抗器とすることができるが、可変抵抗器の代わりに電気エネルギーを有効利用する負荷を接続してもよい。例えば、バッテリの充電回路としたり、照明器具としたり、電動機としたりすることができる。消費部52は、短絡状態から開放状態までに抵抗値を設定できるものとすることができる。
As shown in FIGS. 11 and 12, the electric motor 13 is provided with power generation windings 35 and 36 coaxially with the straight tubular windings 33 and 34.
As shown in FIG. 13, a rotation speed adjusting unit 50 is connected to the power generation windings 35 and 36.
The rotation speed adjustment unit 50 includes a rectification unit 51 and a consumption unit 52. The rectifying unit 51 can be configured by a diode bridge.
Although the consumption part 52 can be made into a variable resistor, you may connect the load which uses an electrical energy effectively instead of a variable resistor. For example, a battery charging circuit, a lighting fixture, or an electric motor can be used. The consumption part 52 can set a resistance value from a short circuit state to an open state.
次に、発電用巻線35,36からの電流を調整する回転速度調整部50の動作について詳細に説明する。
図11及び図12に示す巻線33,34に通電することで発電用巻線35,36に起電力を発生させることができる。図13に示す発電用巻線35,36からの電流は整流部51により全波整流され、消費部52に流れる。消費部52では、発電用巻線35,36からの電力を、設定された抵抗値によって消費する。
Next, the operation of the rotation speed adjustment unit 50 that adjusts the current from the power generation windings 35 and 36 will be described in detail.
An electromotive force can be generated in the power generation windings 35 and 36 by energizing the windings 33 and 34 shown in FIGS. The current from the power generation windings 35 and 36 shown in FIG. 13 is full-wave rectified by the rectification unit 51 and flows to the consumption unit 52. The consumption unit 52 consumes the electric power from the power generation windings 35 and 36 according to the set resistance value.
消費部52の消費電流が大きくなると、巻線33,34に同軸に配置された発電用巻線35,36は、巻線33,34による電磁誘導よりも回転子20の永久磁石22による電磁誘導の方が大きくなり、発生した電流は巻線33,34を助勢する磁界を発生する。 When the consumption current of the consumption unit 52 increases, the power generation windings 35 and 36 arranged coaxially with the windings 33 and 34 are more electromagnetically induced by the permanent magnet 22 of the rotor 20 than the electromagnetic induction by the windings 33 and 34. And the generated current generates a magnetic field that assists the windings 33 and 34.
このとき、巻線33,34への入力電圧を一定にして、消費部52が発電用巻線35,36から取り出す出力電流を大きくすると、消費部52への出力電圧は低下するが、回転子20の回転数は消費電流(出力電流)0Aからある電流までは低下するものの、その後、徐々に早くなる。 At this time, if the input voltage to the windings 33 and 34 is kept constant and the output current taken out from the power generation windings 35 and 36 by the consumption unit 52 is increased, the output voltage to the consumption unit 52 decreases, but the rotor The number of rotations of 20 decreases from current consumption (output current) 0A to a certain current, but then gradually becomes faster.
このように、電動機13の回転速度調整部50により消費電流を調整することで、回転数を調整することができるので、電動機13は回転数を制御できる新規の電動機とすることができる。 As described above, since the rotational speed can be adjusted by adjusting the current consumption by the rotational speed adjustment unit 50 of the electric motor 13, the electric motor 13 can be a new electric motor capable of controlling the rotational speed.
なお、消費部52として機能する多機能電子負荷装置は、整流部51を介して接続されていたが、消費部52を短絡状態とするときには整流部51は省略することができる。 In addition, although the multifunctional electronic load apparatus which functions as the consumption part 52 was connected via the rectification | straightening part 51, when making the consumption part 52 into a short circuit state, the rectification | straightening part 51 can be abbreviate | omitted.
なお、本実施の形態1〜4では、図1,図6,図9及び図11に示すように、固定子30を、円弧状の巻線(第1巻線31,第2巻線32)を組み合わせて円環状に形成しているが、固定子の端部から固定子内への磁路が回転子からの主磁束方向と直交する方向となるように、固定子は、第1巻線及び第2巻線を平行に形成したものでもよい。
また、固定子として一対の巻線(第1巻線31,第2巻線32)により形成されていたが、3本以上の巻線により環状に形成されていてもよい。
固定子が3本以上の巻線により環状に形成されている場合には、隣接する巻線の端部が同極を発生するように巻方向及び通電方向を制御する。
In the first to fourth embodiments, as shown in FIGS. 1, 6, 9, and 11, the stator 30 is formed by arcuate windings (first winding 31 and second winding 32). Are formed in an annular shape, but the stator has the first winding so that the magnetic path from the end of the stator into the stator is perpendicular to the direction of the main magnetic flux from the rotor. The second winding may be formed in parallel.
Further, although the stator is formed by a pair of windings (the first winding 31 and the second winding 32), it may be formed in an annular shape by three or more windings.
When the stator is formed in an annular shape by three or more windings, the winding direction and the energization direction are controlled so that the ends of adjacent windings have the same polarity.
固定子を奇数本の巻線により形成した場合には、隣接する巻線の端部が同極となるようにしても、異極同士となる箇所が1箇所できる。しかし、異極同士となる箇所は、磁気回路としては擬似的に繋がった巻線と見なせる。そのため、問題は無いが、巻線同士の間に無駄な隙間ができるため、巻線は偶数本とすることが望ましい。 When the stator is formed by an odd number of windings, even if the ends of adjacent windings have the same polarity, there can be one place where the opposite poles are different from each other. However, the portions that are different from each other can be regarded as pseudo-connected windings as a magnetic circuit. Therefore, although there is no problem, it is desirable to use an even number of windings because a useless gap is formed between the windings.
本実施の形態1〜4では、電動機11〜13として説明したが、発電機として使用することも可能である。
また、本実施の形態1では、回転速度調整部50が整流部51を備えているが、発電用巻線35,36からの電力をそのまま消費できるのであれば、消費部52を、発電用巻線35,36に、直接接続してもよい。
Although Embodiments 1 to 4 have been described as electric motors 11 to 13, they can be used as generators.
In Embodiment 1, the rotation speed adjustment unit 50 includes the rectification unit 51. However, if the power from the power generation windings 35 and 36 can be consumed as it is, the consumption unit 52 is connected to the power generation winding. You may connect directly to the lines 35 and 36.
(実施例1)
実施例1では、本実施の形態3に係る電動機13(図11及び図12参照)を用いて逆起電力を測定した。
巻数は、第1巻線31及び第2巻線32の合計(1周分)で、銅クラッドアルミ線(Φ1.6mm)を680ターンしたものを使用しており、巻線33,34とは、それぞれ銅クラッドアルミ線(Φ1.6mm)を680ターンさせたものを使用した。
また、永久磁石22は、直径約3.6cmの球状のネオジム磁石を使用した。
Example 1
In Example 1, the counter electromotive force was measured using the electric motor 13 (see FIGS. 11 and 12) according to the third embodiment.
The number of turns is the sum of the first winding 31 and the second winding 32 (for one turn), and uses 680 turns of copper clad aluminum wire (Φ1.6 mm). In this case, copper clad aluminum wires (Φ1.6 mm) with 680 turns were used.
The permanent magnet 22 was a spherical neodymium magnet having a diameter of about 3.6 cm.
従来の電動機として測定する場合には、電動機13の固定子30には通電せず、直管状の巻線33,34のみに通電した。
また、本発明の電動機として測定する場合には、直管状の巻線33,34には通電せず、固定子30の第1巻線31及び第2巻線32のみに通電した。
そして、発電用巻線35から発生する起電力を、図13に示す整流部51を介して印加される消費部52の両端の直流電圧を測定した。
電動機13を、従来の電動機として動作させた場合には40Vであったが、本発明の電動機として動作させたときには20Vであった。
このことからも、本実施の形態に係る電動機は、従来の電動機と比較して、逆起電力が小さいことが判る。
When measuring as a conventional electric motor, the stator 30 of the electric motor 13 was not energized, and only the straight tubular windings 33 and 34 were energized.
Moreover, when measuring as the electric motor of this invention, it supplied with electricity only to the 1st coil | winding 31 and the 2nd coil | winding 32 of the stator 30 without supplying with electricity to the winding 33,34 of a straight tube.
And the DC voltage of the both ends of the consumption part 52 to which the electromotive force generated from the coil | winding 35 for electric power generation is applied via the rectification part 51 shown in FIG. 13 was measured.
When the electric motor 13 was operated as a conventional electric motor, it was 40 V, but when the electric motor 13 was operated as the electric motor of the present invention, it was 20 V.
This also shows that the electric motor according to the present embodiment has a smaller counter electromotive force than the conventional electric motor.
(実施例2)
実施例2では、本実施の形態2に係る電動機12(図9及び図10)を用いて回転子20を回転駆動することで、発電機として動作させ、起電力を測定した。
従来の発電機として測定する場合には、電動機12の直管状の巻線33を固定子とし、巻線34を発電用巻線として、巻線34からの出力電圧を測定した。
本発明の発電機として測定する場合には、電動機12の直管状の巻線33を固定子と、第1巻線31及び第2巻線32を発電用巻線として、第1巻線31からの出力電圧を測定した。
なお、回転子20の回転数は、従来の発電機及び本発明の発電機のいずれも7800rpmとした。第1巻線31及び第2巻線32と巻線33,34との巻線数は、実施例1と同じである。
(Example 2)
In Example 2, the rotor 20 was driven to rotate using the electric motor 12 (FIGS. 9 and 10) according to Embodiment 2, and the electromotive force was measured by operating as a generator.
When measuring as a conventional generator, the output voltage from the winding 34 was measured with the straight tubular winding 33 of the motor 12 as a stator and the winding 34 as a power generation winding.
When measuring as the generator of the present invention, from the first winding 31, the straight tubular winding 33 of the motor 12 is the stator, and the first winding 31 and the second winding 32 are the generating windings. The output voltage of was measured.
The rotational speed of the rotor 20 was 7800 rpm for both the conventional generator and the generator of the present invention. The number of windings of the first winding 31 and the second winding 32 and the windings 33 and 34 is the same as in the first embodiment.
電動機12を従来の発電機として動作させたときの巻線34からの出力は、プラス側の波高値が66V、マイナス側の波高値が−64V、実効値が29Vであった。
電動機12を本発明の発電機として動作させたときの第1巻線31からの出力はプラス側の波高値が8.6V、マイナス側の波高値が−8.2V、実効値が5.1Vであった。
When the electric motor 12 was operated as a conventional generator, the output from the winding 34 had a positive peak value of 66V, a negative peak value of -64V, and an effective value of 29V.
When the motor 12 is operated as a generator of the present invention, the output from the first winding 31 has a positive peak value of 8.6 V, a negative peak value of -8.2 V, and an effective value of 5.1 V. Met.
このように、従来の発電機として動作する電動機12では、回転子20と向き合うように配置された巻線33は、回転子20からの主磁束が真っ直ぐ巻線34へ向かうため、大きな起電力が生じる。
しかし、本発明の発電機として動作する電動機12では、回転子20からの主磁束が、第1巻線31及び第2巻線32の筒内に真っ直ぐ入るように横切らないため、従来の発電機として動作する電動機12より、起電力が小さい。
このことからも、本発明の回転電機は、従来のものより逆起電力が小さくなることが判る。
従って、同じ回転数であれば、電動機12は、低い電圧で回転駆動させることができ、同じ電圧であれば、高速に回転させることができる。
Thus, in the electric motor 12 operating as a conventional generator, the winding 33 arranged so as to face the rotor 20 has a large electromotive force because the main magnetic flux from the rotor 20 goes straight to the winding 34. Arise.
However, in the electric motor 12 that operates as the generator of the present invention, the main magnetic flux from the rotor 20 does not cross so as to enter straight into the cylinders of the first winding 31 and the second winding 32. The electromotive force is smaller than that of the electric motor 12 that operates as follows.
This also shows that the rotating electrical machine of the present invention has a smaller counter electromotive force than the conventional one.
Therefore, the electric motor 12 can be driven to rotate at a low voltage at the same rotation speed, and can be rotated at a high speed at the same voltage.
本発明は、複数の回転子により効率よく駆動力を得ることができるため、電動機が用いられる機械であれば好適である。 Since the present invention can efficiently obtain a driving force from a plurality of rotors, any machine using an electric motor is suitable.
10,11,12,13 電動機
20 回転子
21 回転本体部
22 永久磁石
30 固定子
31 第1巻線
31T1,31T2 端部
32 第2巻線
32T1,32T2 端部
33,34 巻線
35,36 発電用巻線
40 制御回路
41 センサ部
411 第1センサ部
412 第2センサ部
41a フォトインタラプタ
41b 遮蔽板
41c 円弧状切欠部
42 励磁回路部
421a,421b 第1FET
422a,422b 第2FET
423a,423b 第3FET
G ゲート端子
S ソース端子
D ドレイン端子
R11,R12,R21,R22,R31,R32,R41,R42 抵抗
C11,C12 コンデンサ
D11,D12,D21,D22 ダイオード
50 回転速度調整部
51 整流部
52 消費部
O1 出力軸
F1 主磁束方向
L1 回転軸線
R 磁路
S1 隙間
10, 11, 12, 13 Electric motor 20 Rotor 21 Rotating body 22 Permanent magnet 30 Stator 31 First winding 31T1, 31T2 End 32 Second winding 32T1, 32T2 End 33, 34 Winding 35, 36 Power generation Winding 40 Control circuit 41 Sensor part 411 First sensor part 412 Second sensor part 41a Photo interrupter 41b Shielding plate 41c Arc-shaped notch part 42 Excitation circuit part 421a, 421b First FET
422a, 422b Second FET
423a, 423b 3rd FET
G Gate terminal S Source terminal D Drain terminal R11, R12, R21, R22, R31, R32, R41, R42 Resistor C11, C12 Capacitor D11, D12, D21, D22 Diode 50 Rotation speed adjustment unit 51 Rectification unit 52 Consumption unit O1 Output Axis F1 Main magnetic flux direction L1 Rotation axis R Magnetic path S1 Clearance
Claims (7)
前記回転子を回転駆動する磁束を励磁する固定子とを備え、
前記固定子は、前記回転子の磁極が前記固定子の端部に向いたときに、前記固定子の端部から前記固定子内への磁路が、前記回転子からの主磁束方向と交差する方向に形成され、
前記固定子は、前記回転子の回転軸線を中心して、円周方向に沿った円弧状に形成された巻線が、円環状に配置され、
前記複数の円弧状の巻線の端部同士の間に、直管状の巻線が設けられた回転電機。 A rotor in which the permanent magnet rotates with either one of the N or S poles facing outward in the rotational radius direction;
A stator for exciting magnetic flux for rotationally driving the rotor,
In the stator, when the magnetic pole of the rotor faces the end of the stator, the magnetic path from the end of the stator into the stator intersects the main magnetic flux direction from the rotor. It formed in a direction,
The stator has a winding formed in an arc shape along a circumferential direction around the rotation axis of the rotor, and is arranged in an annular shape,
A rotating electrical machine in which a straight tubular winding is provided between ends of the plurality of arcuate windings .
前記固定子のそれぞれは、前記固定子を形成する巻線同士の隙間が、円周方向にずれた位置に配置された請求項1記載の回転電機。 A plurality of stators;
Each of the stator, the gap windings with each other to form the stator, the rotary electric machine according to claim 1, wherein arranged at a position shifted in the circumferential direction.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017094203A JP6243073B1 (en) | 2017-05-10 | 2017-05-10 | Rotating electric machine |
| PCT/JP2018/013864 WO2018207496A1 (en) | 2017-05-10 | 2018-03-30 | Rotating electric machine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017094203A JP6243073B1 (en) | 2017-05-10 | 2017-05-10 | Rotating electric machine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP6243073B1 true JP6243073B1 (en) | 2017-12-06 |
Family
ID=60570345
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2017094203A Expired - Fee Related JP6243073B1 (en) | 2017-05-10 | 2017-05-10 | Rotating electric machine |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6243073B1 (en) |
| WO (1) | WO2018207496A1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51118007U (en) * | 1975-03-19 | 1976-09-25 | ||
| JPH02231950A (en) * | 1989-03-01 | 1990-09-13 | Fuji Xerox Co Ltd | Toroidal coil motor |
| US5785296A (en) * | 1992-06-26 | 1998-07-28 | Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs) | Electromechanical actuator for controlling a flow modulator of the vane type pivoting inside pipe |
| JP2000184627A (en) * | 1998-12-10 | 2000-06-30 | Minebea Co Ltd | Toroidal core actuator |
| JP2006074960A (en) * | 2004-09-06 | 2006-03-16 | Niitekku:Kk | Motor with compact structure and activation method of the same |
-
2017
- 2017-05-10 JP JP2017094203A patent/JP6243073B1/en not_active Expired - Fee Related
-
2018
- 2018-03-30 WO PCT/JP2018/013864 patent/WO2018207496A1/en not_active Ceased
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51118007U (en) * | 1975-03-19 | 1976-09-25 | ||
| JPH02231950A (en) * | 1989-03-01 | 1990-09-13 | Fuji Xerox Co Ltd | Toroidal coil motor |
| US5785296A (en) * | 1992-06-26 | 1998-07-28 | Centre National De La Recherche Scientifique (Cnrs) | Electromechanical actuator for controlling a flow modulator of the vane type pivoting inside pipe |
| JP2000184627A (en) * | 1998-12-10 | 2000-06-30 | Minebea Co Ltd | Toroidal core actuator |
| JP2006074960A (en) * | 2004-09-06 | 2006-03-16 | Niitekku:Kk | Motor with compact structure and activation method of the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2018207496A1 (en) | 2018-11-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6668844B2 (en) | Rotating electric machine | |
| JP4082445B2 (en) | Electronically switched two-phase reluctance machine | |
| JP5543185B2 (en) | Switched reluctance motor drive system | |
| KR102051115B1 (en) | Electric motor | |
| JP6569396B2 (en) | Rotating electric machine | |
| JP5543186B2 (en) | Switched reluctance motor drive system | |
| KR20220164175A (en) | Motor including double stators | |
| JP5372115B2 (en) | Rotating electric machine | |
| JP6359747B1 (en) | Rotating electric machine | |
| JP2017200416A (en) | Rotary electric machine | |
| JP5281768B2 (en) | Planetary magnetic pole rotating machine | |
| JP6243073B1 (en) | Rotating electric machine | |
| JP2019187124A (en) | Electric motor | |
| JP2019092330A (en) | Brushless synchronous generator | |
| JP2012125021A (en) | Axial gap rotating machine | |
| JP7179392B1 (en) | Rotating electric machine | |
| JP2014007788A (en) | Rotary electric machine and system for driving rotary electric machine | |
| JP7276934B2 (en) | Electric motor | |
| JP2019216531A (en) | Cylindrical permanent magnet generator | |
| JP2019216530A (en) | Permanent magnet generator | |
| JP2008161038A (en) | Axial gap type motor | |
| JP2020010586A (en) | Wind Power Generation System with Variable Flux Field Synchronous Generator | |
| JP4199218B2 (en) | Electric motor | |
| JP2022156002A (en) | Electric motor | |
| JP2023007536A (en) | Electromotor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170529 |
|
| A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20170529 |
|
| A975 | Report on accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005 Effective date: 20170901 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170912 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170929 |
|
| 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: 20171031 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20171108 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6243073 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| 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 |