JP2003319583A

JP2003319583A - Synchronous motor

Info

Publication number: JP2003319583A
Application number: JP2002114747A
Authority: JP
Inventors: Yukio Tsutsui; 筒井　　幸雄
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2002-04-17
Filing date: 2002-04-17
Publication date: 2003-11-07

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a synchronous motor which has good controllability and in which the power factor and a peak torque are raised. <P>SOLUTION: The synchronous motor comprises: a stator 3 having an armature coil 32 wound in the slot of a substantially cylindrical shape stator core 31 made of a magnetic material; and a rotor 2 disposed oppositely to the stator 3 via an air gap and constituting a plurality of poles made of the magnetic material. In this motor, the rotor 2 has a permanent magnet rotor section 22 disposed oppositely to the position of the same length in the axial length of the core 31 and having a plurality of permanent magnets 22b fixed onto the surface of the outer periphery of a rotor core 22a, and a reluctance rotor section 21 disposed at a position opposed to the coil end 32a of the core 31 of the coil 32 and having a plurality of salient poles 21b becoming a shape having a magnetic saliency. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ＦＡあるいはＯＡ
等の分野において用いられ、特に高いピークトルクを必
要とされるサーボモータとして好適な同期モータに関す
る。TECHNICAL FIELD The present invention relates to FA or OA.
The present invention relates to a synchronous motor that is suitable for use as a servomotor that is used in fields such as the above and requires a particularly high peak torque.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来、ＦＡあるいはＯＡ等の分野におい
て用いられるサーボモー夕として好適な同期モータは、
例えば、図４〜図７のようになっている。2. Description of the Related Art Conventionally, a synchronous motor suitable as a servo motor used in the field of FA or OA is
For example, it is as shown in FIGS.

【０００３】（第１の従来技術）図４は第１の従来技術
を示す表面磁石形同期モータであって、（ａ）はモー夕
部の側面図、（ｂ）はモータ部の平面図である。なお、
図では、４極２４スロットの例を示したものである。図
において、８はモータ、９はロータ、１０はロータ９と
磁気的空隙を介して対向配置されたステータである。こ
のうち、ロータ９は回転軸９２に俄合された磁性体から
なるロータコア９１ａの外周表面に複数の永久磁石９１
ｂを固定して構成されており、当該永久磁石９１ｂの軸
方向長さは、磁性体からなる略円筒形状のステータコア
１０１と同程度の軸方向長さを有する。また、ステー夕
１０は永久磁石９１ｂと磁気的空隙を介して配置される
と共に、ステータコア１０１の内周側に設けられたスロ
ット１０１ａ内に電機子コイル１０２を巻装されてい
る。このような構成において、永久磁石９１ｂによる界
磁磁束と、電機子コイル１０２に多相交流を通電するこ
とで発生する回転磁界との相互作用によりトルク（磁石
トルク）を生成し、ロー夕９を駆動する。ここで、ロー
タ９の回転位置に応じた位相の電流ｉを電機子コイル１
０２に通電する場合のモータ８のトルクＴ_Mは、ステー
タおよびロータのコアの磁気飽和を無視すると、Ｔ_M＝Ｋ_m×Φ_m×ｉ（Ｋ_m：比例定数、φ_m：界磁磁束）式（１）で表される。すなわち、トルクＴ_Mは電機子の電流ｉに
比例しており、このことがトルクの制御を容易にしてい
る。加えて、永久磁石の透磁率は空気のそれとほぼ等し
く、ステータ１０とロータコア９１ａ間の磁気的空隙の
距離が長いことと等価なため、電機子コイル１０２のイ
ンダクタンスＬが小さい。すなわち、下式で表されるモ
ータ８の電気的時定数τ_eが小さく、応答性が高い。 τ_e＝Ｌ／Ｒ（Ｒ：電機子の電気抵抗）式（２）これらの特徴から、この構造はＡＣサーボモータとして
広く用いられている。(First Prior Art) FIG. 4 is a surface magnet type synchronous motor showing a first conventional art, in which (a) is a side view of a motor section and (b) is a plan view of a motor section. is there. In addition,
In the figure, an example of 4 poles and 24 slots is shown. In the figure, 8 is a motor, 9 is a rotor, and 10 is a stator which is arranged to face the rotor 9 with a magnetic gap therebetween. Among them, the rotor 9 has a plurality of permanent magnets 91 on the outer peripheral surface of a rotor core 91a made of a magnetic material and fitted to the rotating shaft 92.
b is fixed, and the axial length of the permanent magnet 91b is about the same as the axial length of the substantially cylindrical stator core 101 made of a magnetic material. The stay 10 is arranged with a permanent magnet 91b via a magnetic gap, and an armature coil 102 is wound in a slot 101a provided on the inner peripheral side of the stator core 101. In such a configuration, a torque (magnet torque) is generated by the interaction between the field magnetic flux generated by the permanent magnet 91b and the rotating magnetic field generated by energizing the armature coil 102 with a multi-phase alternating current, so that the rotor 9 is driven. To drive. Here, the current i having a phase corresponding to the rotational position of the rotor 9 is applied to the armature coil 1
The torque T _M of the motor 8 when energizing No. 02 is: T _M = K _m × Φ _m × i (K _m : proportional constant, φ _m : field magnetic flux), ignoring the magnetic saturation of the stator and rotor cores. It is expressed by equation (1). That is, the torque T _M is proportional to the armature current i, which facilitates torque control. In addition, the magnetic permeability of the permanent magnet is almost equal to that of air, which is equivalent to the long distance of the magnetic air gap between the stator 10 and the rotor core 91a, so that the inductance L of the armature coil 102 is small. That is, the electric time constant τ _{e of the} motor 8 represented by the following formula is small and the response is high. τ _e = L / R (R: electric resistance of armature) Formula (2) From these characteristics, this structure is widely used as an AC servomotor.

【０００４】（第２の従来技術）一方、ロータの外周に
固定界磁（永久磁石）を設けた構造（第１の従来技術）
に対して、磁性体コアのみからなるロータに磁気的な突
極性を持たせたりラクタンス同期モータのロータ構造
（第２の従来技術）も提案されている。図５は第２の従
来技術を示すリラクタンス形同期モータであって、
（ａ）は凸極形ロータの正断面図、（ｂ）はマルチスリ
ット形ロータの正断面図、（ｃ）はアキシャルラミネー
ト形ロータの正断面図である。なお、１１ｄ、１２ｄ、
１３ｄで示す経路は磁束の通り易い方向（ｄ軸と呼ぶ）
を示し、１１ｅ、１２ｅ、１３ｅは磁束の通り難い方向
（ｑ軸と呼ぶ）を示している。このうち、図５（ａ）の
ものは、ロー夕１１におけるロータコアの１１ａ外周表
面に凸極１１ｂを設けることにより磁気的突極性を持た
せたもの、同図（ｂ）のものは円筒状のロータコア１２
ａの内部に複数のスリット穴１２ｂを設けて磁気的突極
性を持たせたものである。また、同図（ｃ）のように、
磁性板を円弧状に折り曲げたロータコア１３ｂを、ロー
タベース１３ａからロータ１３の半径方向に向かって積
層した構造もある。このように、ロータの位置によって
インダクタンスが異なり、磁気的突極性を有する同期モ
ータは、ロータの突極性と、ステータの電機子コイル
（図示せず）に多相交流を通電することで発生する回転
磁界との相互作用によりトルク（リラクタンストルク）
を生成し、ロータを駆動するようになっている。ここ
で、ロータの回転位置に応じた位相の電流ｉを電機子に
通電する場合の本モータのトルクＴ_R（リラクタンスト
ルク）は、ステータおよびロータのコアの磁気飽和を無
視すると、次式で表される。Ｔ_R＝Ｋ_R×ＡＬ×ｉ²≒Ｋ_R（Ｌｄ−Ｌｑ）×ｉ² 式（３）ここで、Ｋ_Rは比例定数、ＡＬはロー夕回転に伴う電機
子インダクタンスの変化量、Ｌｄ、Ｌｑは各々ｄ軸、ｑ
軸方向の電機子インダクタンスを示している。すなわ
ち、トルクＴは電機子電流ｉの２乗に比例する。加え
て、ロータ回転に伴う電機子インダクタンスの変化量Ａ
Ｌを大きくするため、一般にステータとロータコア間の
距離は小さい。このため、電機子のインダクタンスＬは
図４の構造に比べて高くなる。一方で、図４の構造に比
べて高価な永久磁石を必要としないため、コスト低滅が
可能といった特徴を有する。また、図５（ａ）のロー夕
１１は、コアの外周部に極数分の凸部を持つ単純形状の
ため、加工が容易である。一方、同図（ｂ）のロータ１
２は、加工は複雑であるが、外周が円形であるため、高
速回転時も風損を低く抑えることが可能である。(Second Prior Art) On the other hand, a structure in which a fixed field (permanent magnet) is provided on the outer periphery of the rotor (first prior art)
On the other hand, there has been proposed a rotor structure (second prior art) of a reluctance synchronous motor in which a rotor including only a magnetic core has magnetic salient polarity. FIG. 5 shows a reluctance type synchronous motor showing a second conventional technique,
(A) is a front sectional view of a salient pole rotor, (b) is a front sectional view of a multi-slit rotor, and (c) is a front sectional view of an axial laminate rotor. In addition, 11d, 12d,
The path indicated by 13d is the direction in which the magnetic flux easily passes (called the d-axis).
11e, 12e, and 13e indicate directions in which magnetic flux is difficult to pass (called q-axis). Among them, the one shown in FIG. 5 (a) has a magnetic salient pole by providing a salient pole 11b on the outer peripheral surface of the rotor core 11a in the rotor 11, and the one shown in FIG. 5 (b) has a cylindrical shape. Rotor core 12
A plurality of slit holes 12b are provided inside a to have magnetic salient polarity. Moreover, as shown in FIG.
There is also a structure in which a rotor core 13b formed by bending a magnetic plate in an arc shape is laminated from the rotor base 13a in the radial direction of the rotor 13. As described above, the synchronous motor having the magnetic saliency, which has different inductance depending on the position of the rotor, has the saliency of the rotor and the rotation generated by energizing the armature coil (not shown) of the stator with the multi-phase alternating current. Torque due to interaction with magnetic field (reluctance torque)
To drive the rotor. Here, the torque T _R (reluctance torque) of the present motor when a current i having a phase corresponding to the rotational position of the rotor is applied to the armature is given by the following equation, ignoring magnetic saturation of the stator and the core of the rotor. To be done. _{_{T R = K R × AL ×}} i 2 ≒ K R (Ld-Lq) × i 2 Equation (3) where, K _R is a proportional constant, AL is the change amount of the armature inductance with low evening rotation, Ld, Lq is d axis, q
The armature inductance in the axial direction is shown. That is, the torque T is proportional to the square of the armature current i. In addition, the amount of change A in the armature inductance due to rotor rotation
Since L is increased, the distance between the stator and the rotor core is generally small. Therefore, the inductance L of the armature is higher than that of the structure shown in FIG. On the other hand, as compared with the structure of FIG. 4, an expensive permanent magnet is not required, so that the cost can be reduced. In addition, the rotor 11 shown in FIG. 5A is easy to process because it has a simple shape having the number of poles on the outer periphery of the core. On the other hand, the rotor 1 shown in FIG.
In No. 2, the processing is complicated, but since the outer circumference is circular, it is possible to suppress the wind loss even at high speed rotation.

【０００５】（第３の従来技術）その他、前述の図４お
よび図５のロー夕構造を組み合わせたモータとして、図
６のような同期モータが提案されている。図６は第３の
従来技術を示す埋込磁石形同期モータの正断面図であ
る。このような同期モータは、ロータコア１４１ａに埋
込まれた永久磁石１４１ｂが固定界磁として作用し、ま
た永久磁石１４１ｂの外側のロータコア部（ポール部１
４１ｃ）がリラクタンスロー夕部として機能する。通常
この構造では、永久磁石１４１ｂで発生する磁束がロー
タコア１４１ａ内で短絡することを防止するため、抜き
穴１４１ｄを永久磁石１４１ｂの近傍に配置してある。
この構造に類似したものとして、図６におけるロータコ
ア形状に替えて、図５（ｃ）のロータを採用したものも
提案されている（不図示）。(Third Prior Art) In addition, a synchronous motor as shown in FIG. 6 has been proposed as a motor in which the rotor structure shown in FIGS. 4 and 5 is combined. FIG. 6 is a front sectional view of an embedded magnet type synchronous motor showing a third conventional technique. In such a synchronous motor, the permanent magnet 141b embedded in the rotor core 141a acts as a fixed field, and the rotor core portion (pole portion 1) outside the permanent magnet 141b.
41c) functions as a reluctant throw. Normally, in this structure, in order to prevent the magnetic flux generated in the permanent magnet 141b from being short-circuited in the rotor core 141a, the hole 141d is arranged in the vicinity of the permanent magnet 141b.
As a structure similar to this structure, a structure in which the rotor shown in FIG. 5C is adopted instead of the rotor core shape shown in FIG. 6 is also proposed (not shown).

【０００６】（第４の従来技術）また、前述の図４およ
び図５（ｃ）に示した同期モータのロータ構造を回転軸
の同軸上に組み合わせものとしては、図７のようになっ
ている。図７は、第４の従来技術を示す同期モータの側
断面図である。この場合もロータ１５１がーつのステー
夕１５２ａに対向するよう配置され、磁石トルクとリラ
クタンストルクの合成により駆動されるものである。こ
の例では、永久磁石ロータ部９とリラクタンスロータ部
１３が回転軸１５３の同軸上に固定されており、各々の
回転軸方向長さの比を変えることにより、磁石トルクと
リラクタンストルクの比も変化する。(Fourth Prior Art) FIG. 7 shows a combination of the rotor structure of the synchronous motor shown in FIGS. 4 and 5 (c) described above coaxially with the rotary shaft. . FIG. 7 is a side sectional view of a synchronous motor showing a fourth conventional technique. Also in this case, the rotor 151 is arranged so as to face one of the stays 152a, and is driven by combining the magnet torque and the reluctance torque. In this example, the permanent magnet rotor unit 9 and the reluctance rotor unit 13 are fixed coaxially with the rotating shaft 153, and the ratio of the magnet torque and the reluctance torque is also changed by changing the ratio of the lengths in the rotating shaft direction. To do.

【０００７】以上、第３および第４の従来技術の何れの
場合も、ステータのコアとほぼ同程度の軸方向長さを有
するロータと、ステータコアとを対向させて配置し、磁
石トルクとリラクタンストルクの合成力によりロータを
駆動する。ここで、ロータの回転位置に応じた位相の電
流ｉを電機子に通電する場合の本モータのトルクＴは、
ステータおよびータのコアの磁気飽和を無視すると、先
のＴ_MとＴ_Rの和として次式で表される。Ｔ＝Ｔ_M＋Ｔ_R＝Ｋ_m×φ_m×ｉ＋Ｋ_R×ΔＬ×ｉ² ≒Ｋ_m×φ_m×ｉ＋Ｋ_R×（Ｌｄ−Ｌｑ）×ｉ² 式（４）電機子インダクタンスは、一般に図６の構造と同様に高
い。As described above, in any of the third and fourth conventional techniques, the rotor having the axial length substantially equal to that of the stator core and the stator core are arranged to face each other, and the magnet torque and the reluctance torque are arranged. The rotor is driven by the combined force of. Here, the torque T of the present motor when a current i having a phase corresponding to the rotational position of the rotor is applied to the armature is
Ignoring the magnetic saturation of the stator and rotor cores, the sum of T _M and T _R is given by the following equation. T = T _M + T _R = K _m × φ _m × i + K _R × ΔL × i ² ≈K _m × φ _m × i + K _R × (Ld−Lq) × i ² Formula (4) Generally, the armature inductance is as shown in FIG. As expensive as the structure of.

【０００８】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来技術で
は以下の問題があった。（１）図８は第１の従来技術の同期モータにおける電機
子電流とモータが発生するトルクとの関係を示した図で
ある。第１の従来技術は、定格を超えたピークトルクを
出そうとした場合、主としてステータコア１０１の磁気
飽和の影響でトルクの直線性が失われてしまうため、仮
に点線で示した直線Ｓからのトルクの最大落ち分を１０
％と規定した場合、ピークトルクは定格トルク比で４〜
５倍程度しか出せないということになる。それから、式
（１）に示すように該同期モータの磁石トルクＴ_Mは電
機子電流の増加に伴って増大するが、図８から明らかな
ように、磁石トルクＴ_Mはコアの磁気飽和が顕著となる
付近から増大傾向が頭打ちとなり、図中実線で示される
ような傾向を示す。図中の直線Ｓは、磁石トルクＴ_Mの
線における微小電機子電流の時の傾きを延長した線であ
り、点線で示した直線Ｓを１００％とした場合に磁石ト
ルクＴ_Mが９０％となる点が最大トルクとなる。（２）また、第２の従来技術に示したリラクタンスモー
タのロータ構造では、式（３）からも明らかなとおり、
電機子電流に対するトルクが直線性を有さず、トルク制
御が困難である。また、式（２）から、電機子インダク
タンスの大小で決定される電気的時定数が高く応答性が
低いため、制御の観点からみるとサーボモータに適さな
い。更に電機子インダクタンスが高いことが早い段階で
磁気飽和を誘発しピークトルクが低下する、そのため、
モータ力率が低下する。（３）また、第３および第４の従来技術に示したモー夕
構造でも、一般に力率の点を除いて、式（４）から明ら
かなとおり、第２の従来技術と同様の問題があり、サー
ボモー夕として通さなかった。本発明は、上記課題を解
決するためになされたものであり、制御性が良く、モー
タ力率およびピークトルクを高くすることが可能な同期
モータを提供することを目的とする。However, the prior art has the following problems. (1) FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the armature current and the torque generated by the motor in the first conventional synchronous motor. In the first conventional technique, when an attempt is made to produce a peak torque exceeding the rating, the linearity of the torque is lost mainly due to the magnetic saturation of the stator core 101, and therefore the torque from the straight line S indicated by the dotted line is assumed. Maximum drop of 10
When specified as%, the peak torque is 4 ~ in rated torque ratio.
This means that you can only get about 5 times. Then, as shown in equation (1), the magnet torque T _M of the synchronous motor increases with an increase in the armature current, but as is clear from FIG. 8, the magnet torque T _M has a remarkable magnetic saturation of the core. The increasing tendency peaks from around, and the tendency is shown by the solid line in the figure. A straight line S in the figure is a line obtained by extending the inclination of the line of the magnet torque T _M at the time of the minute armature current, and assuming that the straight line S shown by the dotted line is 100%, the magnet torque T _M is 90%. Is the maximum torque. (2) Further, in the rotor structure of the reluctance motor shown in the second prior art, as is clear from the equation (3),
The torque with respect to the armature current has no linearity, and torque control is difficult. Further, from the equation (2), the electric time constant determined by the magnitude of the armature inductance is high and the response is low, so that it is not suitable for a servo motor from the viewpoint of control. Furthermore, the high armature inductance induces magnetic saturation at an early stage and reduces the peak torque.
Motor power factor decreases. (3) Further, the moduar structures shown in the third and fourth conventional techniques also have the same problems as those of the second conventional technique, as is apparent from the equation (4), except for the power factor. , Servo mode was not passed. The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a synchronous motor having good controllability and capable of increasing the motor power factor and the peak torque.

【０００９】[0009]

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するた
め、請求項１の本発明は、磁性体からなる略円筒形状の
ステータコアのスロットに電機子コイルを巻装したステ
ータと、前記ステータと磁気的空隙を介して対向配置さ
れると共に磁性体からなる複数個の磁極を構成するロー
タとを備え、前記ロータの回転位置に応じた多相交流を
前記電機子コイルに通電することにより前記ロータを回
転駆動するようにした同期モータにおいて、前記ロータ
は、前記ステータコアの軸方向長さと同じ長さの位置に
対向配置されると共に、コア表面に複数個の永久磁石を
固定してなる永久磁石ロータ部と、前記電機子コイルの
コイル端部と対向する位置に配置されると共に、軟磁性
体からなり、且つ、磁気的突極性を有する形状を持つリ
ラクタンスロータ部とより構成されたものである。請求
項２の本発明は、請求項１に記載の同期モータにおい
て、前記リラクタンスロー夕部が有する前記磁気的突極
性とコイル磁界が作る回転磁界との相互作用によって発
生するリラクタンストルクを、前記永久磁石と前記回転
磁界の相互作用で発生する磁石トルクの１／１０以下と
したものである。請求項３の本発明は、請求項１または
２に記載の同期モー夕において、前記リラクタンスロー
タ部は、ロータ表面に磁気的突極性を有する複数の凸極
を設けたものである。請求項４の本発明は、請求項１ま
たは２に記載の同期モー夕において、前記リラクタンス
ロータ部は、ロータ内部に磁気的突極性を有する複数の
スリット状の非磁性部位を設けたものである。In order to solve the above problems, the present invention according to claim 1 provides a stator in which an armature coil is wound around a slot of a substantially cylindrical stator core made of a magnetic material, and the stator and the magnetic field. A plurality of magnetic poles made of a magnetic material and arranged to face each other with a magnetic gap therebetween, and the multiphase alternating current corresponding to the rotational position of the rotor is energized to the armature coil, thereby rotating the rotor. In a synchronous motor that is rotationally driven, the rotor is arranged facing each other at a position having the same length as the axial length of the stator core, and a permanent magnet rotor unit having a plurality of permanent magnets fixed to the core surface. And a reluctance rotor portion which is arranged at a position facing the coil end portion of the armature coil, is made of a soft magnetic material, and has a shape having magnetic saliency. Those that are more configurations. According to a second aspect of the present invention, in the synchronous motor according to the first aspect, the reluctance torque generated by the interaction between the magnetic salient pole of the reluctance rotor and the rotating magnetic field generated by the coil magnetic field is applied to the permanent magnet. It is set to 1/10 or less of the magnet torque generated by the interaction between the magnet and the rotating magnetic field. According to a third aspect of the present invention, in the synchronous mode according to the first or second aspect, the reluctance rotor portion is provided with a plurality of salient poles having magnetic saliency on a rotor surface. According to a fourth aspect of the present invention, in the synchronous mode according to the first or second aspect, the reluctance rotor portion is provided with a plurality of slit-shaped nonmagnetic portions having magnetic saliency inside the rotor. .

【００１０】[0010]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図に基づ
いて説明する。図１は本発明の第１の実施例を示す同期
モータであって、（ａ）はその側断面図、（ｂ）はリラ
クタンスロータ部の正断面図、（ｃ）は永久磁石ロータ
部の正断面図である。1はモータ、２はロータ、２１は
リラクタンスロータ部、２１ａはロータコア、２１ｂは
凸極、２２は永久磁石ロータ部、２２ａはロータコア、
２２ｂは永久磁石、２３は回転軸、３はステータ、３１
はステータコア、３２は電機子コイル、３２ａはコイル
端である。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 is a side sectional view of a synchronous motor showing a first embodiment of the present invention, FIG. 1 (b) is a front sectional view of a reluctance rotor portion, and FIG. 1 (c) is a front view of a permanent magnet rotor portion. FIG. 1 is a motor, 2 is a rotor, 21 is a reluctance rotor part, 21a is a rotor core, 21b is a convex pole, 22 is a permanent magnet rotor part, 22a is a rotor core,
22b is a permanent magnet, 23 is a rotating shaft, 3 is a stator, 31
Is a stator core, 32 is an armature coil, and 32a is a coil end.

【００１１】本発明の特徴は以下のとおりである。ロー
タ２は、ステータコア３１の軸方向長さと同じ長さの位
置に対向配置されると共に、ロータコア２２ａ外周の表
面に複数個の永久磁石２２ｂを固定してなる永久磁石ロ
ータ部２２と、電機子コイル３２のステータコア３１か
ら突出した部分、いわゆるコイル端３２ａと対向する位
置に配置されると共に、軟磁性体からなり、且つ、磁気
的突極性を有する形状となる複数の凸極２１ｂを持つリ
ラクタンスロータ部２１とより構成された点である。こ
こで、リラクタンスロー夕部２１と永久磁石ロータ部２
２の固定については、２つのロータ間で軸方向に磁束が
漏れることによるトルク低下や磁気的干渉といった悪影
響を防止するため、軸方向に隙間を介して回転軸２３に
固定するようにしている。The features of the present invention are as follows. The rotor 2 is arranged to face each other at a position having the same axial length as the stator core 31, and a permanent magnet rotor portion 22 in which a plurality of permanent magnets 22b are fixed to the outer peripheral surface of the rotor core 22a and an armature coil. A reluctance rotor portion having a plurality of salient poles 21b formed of a soft magnetic material and having a magnetic saliency and arranged at a position facing a so-called coil end 32a protruding from the stator core 31. 21 and the point. Here, the reluctance throw portion 21 and the permanent magnet rotor portion 2
Regarding No. 2 fixing, in order to prevent adverse effects such as torque reduction and magnetic interference due to leakage of magnetic flux in the axial direction between the two rotors, the two rotors are fixed to the rotating shaft 23 with a gap in the axial direction.

【００１２】このような構成において、電機子コイル３
２に多相交流を通電することで発生する回転磁界との相
互作用により両ロータ部で発生するトルクが合成され、
回転軸２３に伝達される。In such a structure, the armature coil 3
The torque generated in both rotor parts is combined by the interaction with the rotating magnetic field generated by applying a multi-phase alternating current to 2
It is transmitted to the rotary shaft 23.

【００１３】したがって、第1の実施例は、ステータコ
ア３１に対向する部分を永久磁石ロータ部２２で構成す
るので、従来と同様の制御性と応答性を持った同期モー
タを得ることができると共に、元来余剰空間であるコイ
ル端部３２ａにリラクタンスロータ部２１を配置する構
成とすることで、ピークトルク発生時の磁石トルクの減
退をリラクタンストルクで補うことが可能となる。ま
た、リラクタンスロータ部２１は、ロータ表面に磁気的
突極性を有する複数の凸極を設けたので、リラクタンス
ロータ部２１を単純形状とすることで、容易に製作が可
能となる。Therefore, in the first embodiment, since the portion facing the stator core 31 is composed of the permanent magnet rotor portion 22, it is possible to obtain a synchronous motor having the same controllability and responsiveness as the conventional one. By arranging the reluctance rotor portion 21 in the coil end portion 32a which is originally a surplus space, it becomes possible to compensate for the decrease in the magnet torque when the peak torque is generated by the reluctance torque. Further, since the reluctance rotor portion 21 is provided with a plurality of salient poles having magnetic saliency on the rotor surface, the reluctance rotor portion 21 can be easily manufactured by using the simple shape.

【００１４】次に本発明の第２の実施例について説明す
る。図２は本発明の第２の実施例を示す同期モータであ
って、（ａ）はその側断面図、（ｂ）はリラクタンスロ
ータ部の正断面図、（ｃ）は永久磁石ロータ部の正断面
図である。図において、４はモータ、５はロータ、５１
はリラクタンスロータ部、５１ａはロータコア、５１ｂ
はスリット穴、５２は永久磁石ロータ部、５２ａはロー
タコア、５２ｂは永久磁石、５３は回転軸、６はステー
タ、６１はステータコア、６２は電機子コイル、６２ａ
はコイル端である。第２の実施例が第１の実施例と異な
る点は、第１の実施例の凸極を有するリラクタンスロー
タ部の構成に替えて、ロータ５内部に磁気的突極性を有
する複数のスリット状の非磁性部位（スリット穴５１
ｂ）を設けたリラクタンスロータ部５１（マルチスリッ
ト形ロータ）を構成した点である。この例でも、第1の実
施例と同じく、両ロー夕部で発生するトルクが合成さ
れ、回転軸５３に伝達される。このため、ロー夕５の軸
方向長さはステータコア６１よりも長く、コイル端６２
ａを含むステータ６の長さにほぼ相当する。Next, a second embodiment of the present invention will be described. 2A and 2B show a synchronous motor according to a second embodiment of the present invention, in which FIG. 2A is a side sectional view thereof, FIG. 2B is a front sectional view of a reluctance rotor portion, and FIG. FIG. In the figure, 4 is a motor, 5 is a rotor, 51
Is a reluctance rotor part, 51a is a rotor core, 51b
Is a slit hole, 52 is a permanent magnet rotor portion, 52a is a rotor core, 52b is a permanent magnet, 53 is a rotating shaft, 6 is a stator, 61 is a stator core, 62 is an armature coil, and 62a is
Is the coil end. The second embodiment differs from the first embodiment in that instead of the reluctance rotor portion having the salient poles of the first embodiment, the rotor 5 has a plurality of slit-shaped magnetically salient poles. Non-magnetic part (slit hole 51
This is the point that the reluctance rotor portion 51 (multi-slit rotor) provided with b) is configured. In this example as well, as in the first embodiment, the torques generated in both rotors are combined and transmitted to the rotary shaft 53. Therefore, the axial length of the rotor 5 is longer than that of the stator core 61, and the coil end 62 is
It substantially corresponds to the length of the stator 6 including a.

【００１５】したがって、第２の実施例はステータコア
６１に対向する部分を永久磁石ロータ部５２で構成する
ので、従来と同様の制御性と応答性を持った同期モータ
を得ることができると共に、元来余剰空間であるコイル
端部６２ａにリラクタンスロータ部５１を配置する構成
とすることで、ピークトルク発生時の磁石トルクの減退
をリラクタンストルクで補うことが可能となる。また、
リラクタンスロータ部５１は、ロータ内部に磁気的突極
性を有する複数のスリット状の非磁性部位を設けたの
で、リラクタンスロータ部５１の外周を円形とすること
で、高速回転時の風損を抑えることができる。Therefore, in the second embodiment, since the portion facing the stator core 61 is constituted by the permanent magnet rotor portion 52, it is possible to obtain a synchronous motor having the same controllability and responsiveness as the conventional one, and at the same time, By arranging the reluctance rotor portion 51 in the coil end portion 62a, which is a surplus space, it becomes possible to supplement the decrease in the magnet torque when the peak torque is generated with the reluctance torque. Also,
Since the reluctance rotor unit 51 has a plurality of slit-shaped non-magnetic portions having magnetic saliency inside the rotor, the outer circumference of the reluctance rotor unit 51 is circular to suppress wind loss during high-speed rotation. You can

【００１６】以上述べた第１の実施例および第２の実施
例におけるモータのトルクは式（４）で表すことが出来
るが、ステータ３および６と永久磁石ロータ部２２およ
び５２との対向部分で考えれば、図４の従来例と同様、
非飽和時は発生するトルク（磁石トルク）が式（１）の
ように直線性を有する。また、ステータ３および６とロ
ータコア２２ａおよび５２ａ間の磁気的空隙の距離が等
価的に長いため、インダクタンスＬが小さい。一方、リ
ラクタンスロータ部２１および５１は、図５の従来例と
同様にインダクタンスＬが高くなる傾向にあるが、本実
施例ではステータコア３１および６１の存在しないコイ
ル端３２ａおよび６２ａと対向するようになっているた
め、インダクタンスＬは実質的に小さい。また、この部
分で発生するトルク（リラクタンストルク）は、式
（３）のように本質的には直線性を有さないが、磁気飽
和による磁石トルクの頭打ち傾向を補化するように作用
させることにより、全体的にはトルクの直線性が向上す
る。ここで、図３はモータのトルク特性を説明するため
の図である。図中、永久磁石ロー夕部２２および５２に
発生する磁石トルクＴ_M、リラクタンスロータ部２１お
よび５１に発生するリラクタンストルクの電機子電流に
対する変化曲線Ｔ_R、磁石トルクＴ_Mにおける微小電機予
電流の時の傾きを延長した直線Ｓの関係を図示してい
る。同図のように、電機子電流に伴うトルクの変化傾向
が、直線Ｓに対して磁石トルクＴ_M、リラクタンストル
クＴ_R各々で双対する関係となっている。このため、あ
る電機子電流におけるリラクタンストルクＴ_Rが、同電
流における、直線Ｓに対する磁石トルクＴ_Mの落ち込み
分に相当するようにすることで、合成したトルクＴは直
線Ｓに近づく。従って、直線Ｓからのトルクの最大落ち
分を１０％と規定した場合、この１０％低下が発生する
トルク値、すなわちピークトルクは、磁石トルクＴ_Mの
みの場合に比べて大幅に向上する。この目的のために
は、磁石トルクＴ_Mに対するリラクタンストルクＴ_Rの比
が１／１０となるように、リラクタンスロータ部の軸方
向長さ、或いはコイル端に向けた外形を決定することが
望ましい。このように第１の実施例および第２の実施例
は、リラクタンストルクＴ_Rの割合を限定することによ
り、インダクタンスＬの増大を最小限に抑えることがで
きる。更に、何れの実施例も本来余剰空間であったコイ
ル端の内側の空間を利用するので、モータの長寸化を防
止することができる。The torque of the motor in the above-described first and second embodiments can be expressed by the equation (4). However, in the portion where the stators 3 and 6 and the permanent magnet rotor portions 22 and 52 face each other. Considering it, like the conventional example of FIG.
The torque (magnet torque) generated at the time of non-saturation has linearity as shown in the equation (1). Further, since the distance of the magnetic gap between the stators 3 and 6 and the rotor cores 22a and 52a is equivalently long, the inductance L is small. On the other hand, the reluctance rotor portions 21 and 51 tend to have a high inductance L as in the conventional example of FIG. 5, but in the present embodiment, they are opposed to the coil ends 32a and 62a where the stator cores 31 and 61 do not exist. Therefore, the inductance L is substantially small. Further, the torque (reluctance torque) generated in this portion has essentially no linearity as in the equation (3), but it should be acted so as to compensate for the peaking tendency of the magnet torque due to magnetic saturation. Thereby, the linearity of the torque is improved as a whole. Here, FIG. 3 is a diagram for explaining the torque characteristics of the motor. In the figure, the magnet torque T _M generated in the permanent magnet row evening section 22 and 52, the reluctance rotor part 21 and the change curve T _R for the armature current of the reluctance torque generated in 51, the micro electric予電flow in the magnet torque T _M The relationship of the straight line S which extended the inclination of time is shown in figure. As shown in the figure, the change tendency of the torque with the armature current has a dual relationship with respect to the straight line S at the magnet torque T _M and the reluctance torque T _R. Therefore, the combined torque T approaches the straight line S by making the reluctance torque T _{R at} a certain armature current correspond to the drop of the magnet torque T _M with respect to the straight line S at the same current. Therefore, when the maximum amount of torque drop from the straight line S is defined as 10%, the torque value at which this 10% decrease occurs, that is, the peak torque, is significantly improved compared with the case of only the magnet torque T _M. For this purpose, it is desirable to determine the axial length of the reluctance rotor portion or the outer shape toward the coil end so that the ratio of the reluctance torque T _R to the magnet torque T _M becomes 1/10. As described above, in the first and second embodiments, the increase of the inductance L can be minimized by limiting the ratio of the reluctance torque T _R. Further, in each of the embodiments, the space inside the coil end, which was originally a surplus space, is used, so that it is possible to prevent the motor from becoming longer.

【００１７】なお、第１および第２の実施例におけるリ
ラクタンスロー夕部と永久磁石ロータ部の固定について
は、２つのロータ間で軸方向に磁束が漏れることによ
る、トルク低下や磁気的干渉といった悪影響を防止する
ため、軸方向に隙間を介して回転軸に固定する方法を例
示した。一般にロータは回転軸に対して焼きバメ、圧入
などの方策により固定されるが、必要であれば回転軸に
段差を設けたり、あるいは両ロータ間に非磁性のスベー
サを入れる等（何れも図示せず）で、軸方向の隙間を維
持する方策を採用しても構わない。また、リラクタンス
ロー夕と永久磁石ロータとは、回転軸上において磁極が
揃うように配置しても良いが、ロータの回転方向が限定
される場合、或いは大トルクを必要とする方向が決まっ
ている場合は、所定の電機子電流において磁石トルクお
よびリラクタンストルクが最大となるよう、回転軸を中
心として０＜θ＜４５度（θ：両ロータの磁極のずれ
角、電気角で表記）の範囲でずらして固定すると良い。
さらに、本実施例では４極２４スロットの同期モータを
例にしたが、これ以外にもー般的に同期モータとして成
立する極数・スロット数の組み合わせを採用することが
できることは言うまでもない。またさらに、本実施例で
は外側ステー夕・内側ロータ（インナーロータ構造）の
例を示したが、外側ロータ・内側ステータ（アウターロ
ータ構造）での実施も可能である。それから、本実施例
のような回転形モータのみならず、ロータをムーバ、半
径方向をギャップ方向、円周方向を推進方向等と読み替
えることにより、回転形モータを切り開いた物として説
明されるところのリニアモータとして構成することも可
能である。Regarding the fixing of the reluctance rotor and the permanent magnet rotor in the first and second embodiments, the magnetic flux leaks axially between the two rotors, which adversely affects torque reduction and magnetic interference. In order to prevent the above, a method of fixing to the rotating shaft via a gap in the axial direction has been exemplified. Generally, the rotor is fixed to the rotating shaft by shrinkage fitting, press fitting, etc., but if necessary, a step is provided on the rotating shaft, or a non-magnetic spacer is inserted between both rotors (both not shown). No.), a measure for maintaining the axial gap may be adopted. Further, the reluctance rotor and the permanent magnet rotor may be arranged so that the magnetic poles are aligned on the rotation axis, but when the rotation direction of the rotor is limited or a direction in which a large torque is required is determined. In this case, in order to maximize the magnet torque and reluctance torque at a given armature current, within the range of 0 <θ <45 degrees (θ: deviation angle between the magnetic poles of both rotors, expressed in electrical angle) about the rotation axis. It is good to shift and fix.
Further, in the present embodiment, the synchronous motor having 4 poles and 24 slots is taken as an example, but it goes without saying that a combination of the number of poles and the number of slots which is generally established as a synchronous motor can be adopted. Further, in the present embodiment, the example of the outer stay / inner rotor (inner rotor structure) is shown, but the outer rotor / inner stator (outer rotor structure) may be used. Then, not only the rotary motor as in this embodiment, but also the rotor is a mover, the radial direction is the gap direction, and the circumferential direction is the propulsion direction. It can also be configured as a linear motor.

【００１８】[0018]

【発明の効果】以上述べたように、本発明はステータコ
アに対向する部分を永久磁石ロータ部で構成するので、
従来と同様の制御性と応答性を持った同期モータを得る
ことができると共に、元来余剰空間であるコイル端部に
リラクタンスロータ部を配置する構成とすることで、ピ
ークトルク発生時の磁石トルクの減退をリラクタンスト
ルクで補うことが可能となる。また、リラクタンスロー
夕部が有する磁気的突極性とコイル磁界が作る回転磁界
との相互作用によって発生するリラクタンストルクが、
永久磁石と回転磁界の相互作用で発生する磁石トルクの
１／１０以下とする構成にしたので、電機子インダクタ
ンスの増大が抑えられ、力率の低下や応答性の低下を抑
制することが可能となる。また、リラクタンスロータ部
は、ロータ表面に磁気的突極性を有する複数の凸極を設
けたので、リラクタンスロータ部を単純形状とすること
で、容易に製作が可能となる。また、リラクタンスロー
タ部は、ロータ内部に磁気的突極性を有する複数のスリ
ット状の非磁性部位を設けたので、リラクタンスロータ
部の外周を円形とすることで、高速回転時の風損を抑え
ることができる。As described above, according to the present invention, since the portion facing the stator core is formed by the permanent magnet rotor portion,
It is possible to obtain a synchronous motor with the same controllability and responsiveness as the conventional one, and by arranging the reluctance rotor part at the coil end, which is originally an extra space, the magnet torque at the time of peak torque is generated. The reluctance torque can compensate for the decrease in Further, the reluctance torque generated by the interaction between the magnetic saliency of the reluctance rotor and the rotating magnetic field created by the coil magnetic field is
Since it is configured to be 1/10 or less of the magnet torque generated by the interaction between the permanent magnet and the rotating magnetic field, it is possible to suppress an increase in the armature inductance and suppress a decrease in power factor and a decrease in responsiveness. Become. Further, since the reluctance rotor portion is provided with a plurality of salient poles having magnetic saliency on the rotor surface, the reluctance rotor portion can be easily manufactured by using a simple shape. Further, since the reluctance rotor part has a plurality of slit-shaped non-magnetic parts having magnetic saliency inside the rotor, the outer circumference of the reluctance rotor part is made circular to suppress wind loss during high-speed rotation. You can

[Brief description of drawings]

【図１】本発明の第１の実施例を示す同期モータであっ
て、（ａ）はその側断面図、（ｂ）はリラクタンスロー
タ部の正断面図、（ｃ）は永久磁石ロータ部の正断面図
である。FIG. 1 is a sectional view of a synchronous motor according to a first embodiment of the present invention, in which (a) is a side sectional view thereof, (b) is a front sectional view of a reluctance rotor portion, and (c) is a permanent magnet rotor portion. FIG.

【図２】本発明の第２の実施例を示す同期モータであっ
て、（ａ）はその側断面図、（ｂ）はリラクタンスロー
タ部の正断面図、（ｃ）は永久磁石ロータ部の正断面図
である。2A and 2B show a synchronous motor according to a second embodiment of the present invention, in which FIG. 2A is a side sectional view thereof, FIG. 2B is a front sectional view of a reluctance rotor portion, and FIG. FIG.

【図３】本発明のモータのトルク特性を説明するグラフ
である。FIG. 3 is a graph illustrating torque characteristics of the motor of the present invention.

【図４】第１の従来技術を示す表面磁石形同期モータで
あって、（ａ）はモータ部の正断面図、（ｂ）はモータ
部の側面図である。なお、図では、４極２４スロットの
事例を示したものである。FIG. 4 is a surface magnet type synchronous motor showing a first conventional technique, in which (a) is a front sectional view of a motor section and (b) is a side view of the motor section. The figure shows an example of 4 poles and 24 slots.

【図５】第２の従来技術を示すリラクタンス形同期モー
タであって、（ａ）は凸極形ロータの正断面図、（ｂ）
はマルチスリット形ロータの正断面図、（ｃ）はアキシ
ャルラミネート形ロータの正断面図である。FIG. 5 is a reluctance type synchronous motor showing a second conventional technique, wherein (a) is a front sectional view of a salient pole type rotor, and (b).
Is a front cross-sectional view of a multi-slit rotor, and (c) is a front cross-sectional view of an axial laminate rotor.

【図６】第３の従来技術を示す埋込磁石形同期モータの
正断面図である。FIG. 6 is a front sectional view of an embedded magnet type synchronous motor showing a third conventional technique.

【図７】第４の従来技術を示す同期モータの正断面図で
ある。FIG. 7 is a front sectional view of a synchronous motor showing a fourth conventional technique.

【図８】第１の従来技術の同期モータにおける電機子電
流とモータが発生するトルクとの関係を示した図であ
る。FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the armature current and the torque generated by the motor in the first conventional synchronous motor.

[Explanation of symbols]

１、４モータ２、５ロー夕２１、５１リラクタンスロータ部２１ａ、２２ａ、５１ａ、５２ａロータコア２２、５２永久磁石ロータ部２２ｂ、５２ｂ永久磁石５１ｂスリット穴２３、５３回転軸３、６ステータ３１、６１ステータコア３２、６２電機子コイル３２ａ、６２ａコイル端 1, 4 motor 2, 5 low evening 21, 51 Reluctance rotor part 21a, 22a, 51a, 52a rotor core 22, 52 Permanent magnet rotor part 22b, 52b Permanent magnet 51b slit hole 23, 53 rotating shaft 3, 6 stator 31, 61 Stator core 32,62 armature coil 32a, 62a coil ends

Claims

[Claims]

1. A stator in which an armature coil is wound in a slot of a substantially cylindrical stator core made of a magnetic material, and a plurality of magnetic poles made of a magnetic material and arranged to face the stator with a magnetic gap therebetween. In the synchronous motor, which is configured to rotate the rotor by energizing the armature coil with a multi-phase alternating current according to the rotational position of the rotor, the rotor is an axial direction of the stator core. A permanent magnet rotor portion having a plurality of permanent magnets fixed to the core surface, and a permanent magnet rotor portion facing the coil end portion of the armature coil. A synchronous motor comprising a reluctance rotor portion made of a soft magnetic material and having a shape having magnetic saliency.

2. A reluctance torque generated by an interaction between the magnetic saliency of the reluctance rotor and a rotating magnetic field generated by a coil magnetic field is a magnet torque generated by an interaction between the permanent magnet and the rotating magnetic field. 1 / of
It is 10 or less, The synchronous motor of Claim 1 characterized by the above-mentioned.

3. The synchronous motor according to claim 1, wherein the reluctance rotor portion is provided with a plurality of salient poles having magnetic saliency on a rotor surface.

4. The synchronous motor according to claim 1, wherein the reluctance rotor portion is provided with a plurality of slit-shaped nonmagnetic portions having magnetic saliency inside the rotor. .