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KR910000879B1 - Polar switch type electric motor - Google Patents

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KR910000879B1
KR910000879B1 KR1019870014976A KR870014976A KR910000879B1 KR 910000879 B1 KR910000879 B1 KR 910000879B1 KR 1019870014976 A KR1019870014976 A KR 1019870014976A KR 870014976 A KR870014976 A KR 870014976A KR 910000879 B1 KR910000879 B1 KR 910000879B1
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KR
South Korea
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pole
rotor
poles
electric motor
low speed
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KR1019870014976A
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Inventor
다까시 하나이
사다요시 히비노
Original Assignee
가부시끼가이샤 도시바
아오이 죠이찌
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Priority claimed from JP62039829A external-priority patent/JPS63206141A/en
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Abstract

내용 없음.No content.

Description

극수절환형 전동기Polar switch type electric motor

제1도-제7도는 본 발명의 일실시예를 나타내며, 제1도는 회전자의 부분단면도.1-7 show one embodiment of the invention, in which FIG. 1 is a partial cross-sectional view of the rotor.

제2도는 전동기의 부분단면도.2 is a partial cross-sectional view of the motor.

제3도는 고속측 권선의 코일배치도.3 is a coil arrangement diagram of the high-speed winding.

제4도는 저속측 권선의 코일배치도.4 is a coil arrangement diagram of a low-speed winding.

제5도는 저속측 권선의 기자력파형도.5 is the magnetic force waveform of the low-speed winding.

제6도는 고속측 권선에 의한 운전시의 속도-토오크 특성도.6 is a speed-torque characteristic diagram in operation by the high-speed winding.

제7도는 저속측 권선에 의한 운전시의 속도-토오크 특성도.7 is a speed-torque characteristic diagram in operation by a low-speed winding.

제8도는 회전자의 변형예를 나타낸 제1도의 상당도.8 is an equivalent view of FIG. 1 showing a variation of the rotor.

제9도는 저속측 권선의 변형예를 나타낸 코일 전개도이다.9 is a coil development diagram showing a modification of the low-speed winding.

본 발명은 저속운전시에 있어서의 토오크 특성의 개선을 도모한 극수절환형 전동기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pole number switching type motor that aims at improving torque characteristics during low speed operation.

종래부터 예를들면 공작기계에서는 이송위치정도의 향상 등을 위하여 목표위치에 가까워졌을 때에 우선 기계속도를 낮추고 그후에 브레이크를 작동시킨다는 제어법을 채용하는 경우가 많고 그러기 위한 구동용 전동기로는 1대 3 이상의 큰 극수비를 갖는 극수절환형 유도전동기가 이용되고 있다.Conventionally, for example, in the case of a machine tool, a control method of lowering the machine speed first and then operating a brake when the target position is approached for the purpose of improving the feeding position accuracy is often adopted. Pole-switched induction motors with large pole-number ratios are used.

그런데 이와같은 극수절환형 유도전동기에 있어서는 저속운전시에 있어서의 토오크 저하가 심하다는 문제점이 있었다. 아래에 그 이유를 기술하겠다.However, in such a pole number switching type induction motor, there is a problem in that the torque decrease during the low speed operation is severe. I'll explain why.

일반적으로 유도전동기의 토오크(T)는 다음식(1)으로 나타내진다.In general, the torque (T) of an induction motor is represented by the following equation (1).

Figure kpo00001
Figure kpo00001

단, m : 고정자 상수, s : 슬립, v : 상전압, ω0: 동기각속도, r1: 1차 저항, r2: 1차 환산 2차 저항, x1: 1차 리키지 리액턴스, x2: 1차 환산 2차 리키지 리액턴스.Where m: stator constant, s: slip, v: phase voltage, ω 0 : synchronous angular velocity, r 1 : primary resistance, r 2 : primary converted secondary resistance, x 1 : primary liquid reactance, x 2 : 1st conversion 2nd liquidity reactance.

위의 식(1)에서 명백한 바와같이 토오크(T)는 저항(r1,r2), 리키지 리액턴스(x1,x2)의 함수가 되고, 그들이 증가할수록 토오크(T)가 낮아진다. 그런데, 극수절환형 유도전동기에 있어서는 저속측에서 극수가 커지므로 다음에 기술하는 바와같이 그들의 전동기 정수가 커져버린다.As is apparent from Equation (1) above, the torque T becomes a function of the resistances r 1 and r 2 and the liquid reactance x 1 and x 2 , and as they increase, the torque T decreases. By the way, since the number of poles increases on the low speed side in the pole switch type induction motor, their motor constants increase as described below.

(1) 극수가 커짐에 따라서 고정자 권선의 권선회수가 증가되므로 그만큼 1차 저항(r1), 1차 리키지 리액턴스(x1)이 커진다.(1) As the number of poles increases, the number of turns of the stator winding increases, so that the primary resistance r 1 and the primary liquid reactance x 1 increase.

(2) 1차 환산 2차 저항(r2) 및 1차 환산 2차 리키지 리액턴스(x2)는 권선회수2×극수에 비례하므로 극수가 클때에는 r2, x2가 극단적으로 커진다.(2) The primary converted secondary resistance (r 2 ) and the primary converted secondary liquid reactance (x 2 ) are proportional to the number of turns 2 × poles, so when the poles are large, r 2 and x 2 become extremely large.

이로인해서 극수변환형 유도전동기에 있어서는 극수가 커지는 저속측에서의 토오크저하거 심해지는 것이다.As a result, in the induction motor of the pole-number conversion type, the torque decreases or worsens at the low speed side where the pole number becomes large.

또 일반적으로 유도전동기의 회전자의 농형도체에는 고속운전시의 소음, 이상 토오크를 억제하기 위하여 스큐(skew)가 주어져 있으나 이것도 저속운전시에 있어서의 토오크저하의 한 원인이 되어 있다. 즉, 2차 저항(r2), 리키지 리액턴스(x1,x2)는 농형도체의 스크류량의 항수이고, 이들은 다음식(2),(3)으로 나타내어진다.In general, skew is provided to the dense conductor of the rotor of an induction motor to suppress noise and abnormal torque during high speed operation, but this also causes a decrease in torque during low speed operation. That is, the secondary resistance (r 2 ) and the liquid reactance (x 1 , x 2 ) are constants of the screw amount of the thick conductor, and these are represented by the following formulas (2) and (3).

Figure kpo00002
Figure kpo00002

Figure kpo00003
Figure kpo00003

여기에서, K는 스큐팩터(skew factor)이고, 갭(gap)자속의 고조파 차수를 r, 전기각으로 나타낸 스큐량을 θ라고 하면, 다음식(4)으로 나타내진다.Here, K is a skew factor, where r is the harmonic order of the gap magnetic flux, and the skew amount expressed by the electric angle is represented by the following equation (4).

Figure kpo00004
Figure kpo00004

그런데, 종래의 이 종류의 전동기에서는 스큐량은 일반적으로 고정자의 1슬롯피치(slot pitch)분이다. 따라서, 극피치가 큰 고속운전시에는 전기각으로 나타낸 스큐량(θ)은 작고, 기본파성분에 관한 스큐의 영향은 거의 무시할 수 있으므로 고조파성분에 관한 스큐의 영향만을 고려하면 된다. 예를들면 슬롯수가 36, 고속극의 극수가 4일때에 갭자속의 슬롯의 영향에 의한 고조파 차수는 17차, 19차로 되고, 그때의 스큐팩터 K는, 17차에 관해서는 0.059, 19차에 관해서는 -0.052로 되어 기본파성분의 스큐팩터 0.995에 비해서 극히 작은 값이 된다. 따라서, 슬롯 고조파에 의한 토오크는 극히 작고, 이상 토오크를 억제하여 운전특성의 향상은 도모할 수 있다.By the way, in this type of conventional motor, the amount of skew is generally one slot pitch of the stator. Therefore, during high speed operation with a large pole pitch, the skew amount? Is represented by the electric angle, and the influence of the skew on the fundamental wave component can be almost ignored. Therefore, only the influence of the skew on the harmonic component is considered. For example, when the number of slots is 36 and the number of poles of the high-speed pole is 4, the harmonic order due to the influence of the slot of the gap magnetic flux is 17th and 19th order, and the skew factor K at that time is 0.059 and 19th order for the 17th order. As regards this, the value is -0.052, which is extremely small compared to the skew factor 0.995 of the fundamental wave component. Therefore, the torque due to the slot harmonics is extremely small, and the abnormal torque can be suppressed to improve the operating characteristics.

그러나, 저속운전시에는 극수가 커서 극피치가 작아지므로 전기각으로 나타낸 스큐량(θ)은 크고, 기본파성분에 관한 스큐의 영향은 무시할 수 없게 된다. 예를들면 32극일 때에 기본파성분에 관한 스큐팩터(K)를 구하면, 0.705라는 작은 값이 되고, 이 결과 2차 저항(r2) 및 리키지 리액턴스(x1,x2)가 커져서 토오크 T가 대폭으로 저하되는 것이다. 특히 슬립(s)가 영(0)에 가까운 운전상태에서는 토오크(T)는 스큐팩터(K)의 자승에 대략 비례하므로 토오크는 스큐가 없는 경우에 비해서 약 1/2로 되어버린다.However, at low speed operation, the pole number is large and the pitch is small, so the amount of skew? Represented by the electric angle is large, and the influence of the skew on the fundamental wave component cannot be ignored. For example, when the skew factor (K) for the fundamental wave component is obtained at 32 poles, the value becomes small as 0.705. As a result, the secondary resistance (r 2 ) and the liquid reactance (x 1 , x 2 ) become large, and the torque T Is greatly reduced. In particular, in the operating state where the slip s is close to zero, the torque T is approximately proportional to the square of the skew factor K, so the torque is about 1/2 compared with the case where there is no skew.

이상 기술한 바와같이 종래의 극수절환형 유도전동기에서는 저속측의 운전시에 있어서의 토오크저하를 피할 수 없다는 문제가 있었다.As described above, the conventional pole number switch type induction motor has a problem that the torque reduction during the operation at the low speed side cannot be avoided.

본 발명의 목적은 고속운전시의 전동기 특성을 손상시킴이 없이 저속운전시의 토오크저하를 방지할 수 있는 극수절환형 전동기를 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a pole switching motor capable of preventing torque reduction during low speed operation without damaging the characteristics of the motor during high speed operation.

본 발명의 제1의 발명에 있어서는 고속용 또는 저속용으로 극수절환이 가능한 전기자 권선이 감긴 고정자와 농형도체를 구비한 회전자를 갖는 극수절환형 전동기의 회전자를 전기자 권선의 저속용 극수의 n배(n는 정의 정수)의 극수가 되는 자기이방성을 갖는 것으로 하였다.In the first invention of the present invention, a rotor of a pole-switched electric motor having a stator wound with an armature winding that can be pole-switched for high speed or a low speed and a rotor having a thick conductor is n of the number of poles for the low speed of the armature winding. It was assumed that it had magnetic anisotropy which became the pole number of double (n is positive integer).

또 본 발명의 제2의 발명에 있어서는 고속용 또는 저속용으로 극수절환이 가능한 전기자 권선이 감긴 고정자와 농형도체를 구비한 회전자를 갖는 극수절환형 전동기의 회전자를 전기자 권선의 저속용 극수의 n배(n는 정의 정수)의 극수가 되는 자기이방성을 갖는 것으로 하고 또한 농형도체에 스큐를 주었다.In the second invention of the present invention, the rotor of the pole-switch type electric motor having a stator wound with an armature winding that can be pole-switched for high speed or low speed and a rotor having a thick conductor is used for the low speed pole of the armature winding. It was assumed that the magnetic anisotropy was n times (n is a positive integer) and the skewed conductors were skewed.

저속용 전기자 권선을 사용하여 운전할 때에는 회전자에 자기이방성이 주어져 있으므로 전기자 권선에 의해서 만들어지는 회전자계와의 사이에서 발생하는 리럭턴스 토오크(Relactance torque)가 주로 작용하고 리럭턴스 모터로서 회전한다. 이 경우에 회전자는 회전자계에 동기되어 큰 토오크를 얻을 수 있다.When operating with a low speed armature winding, the rotor is given magnetic anisotropy, so the reluctance torque generated between the rotor and the rotor generated by the armature winding mainly acts and rotates as a reluctance motor. In this case, the rotor can obtain a large torque in synchronization with the rotor field.

한편 고속용 전기자 권선을 사용하여 운전할 때에 회전자에 주어져 있는 자기이방성의 극수는 고속용 전기자 권선의 극수와의 사이에 유효한 관계가 없으므로 리럭턴스 토오크는 거의 발생되지 않고 유도 토오크만이 유효하게 발생되어 통상의 유도전동기로서 회전된다.On the other hand, since the number of poles of magnetic anisotropy given to the rotor when operating by using the high-speed armature winding has no effective relationship between the number of poles of the high-speed armature winding, the reluctance torque is hardly generated and only the induction torque is effectively generated. It is rotated as a normal induction motor.

더욱이 농형도체에 스큐를 준것에 있어서는 스큐량을 선택함으로써 저속용 전기자 권선을 사용하여 운전할 때에 남아있는 유도토오크를 더욱 저감시킬 수 있으므르 리럭턴스 토오크를 한층 유효하게 활용할 수 있다.Furthermore, when skewing the dense conductors, the amount of skew can be selected to further reduce the induction torque remaining when the low-speed armature winding is used to operate, so that the reluctance torque can be utilized more effectively.

이 경우에 고속용 전기자 권선을 사용하여 운전할 때에는 전기각으로나타낸 스큐량은 작아지므로 유도토오크의 발생에 지장을 주는 일은 없고, 또한 통상 기대할 수 있는 스큐에 의한 이상 토오크의 억제효과를 발휘할 수 있다.In this case, when the high speed armature winding is used for operation, the amount of skew represented by the electric angle becomes small, which does not impede the generation of induction torque, and can suppress the abnormal torque due to the expected skew.

아래에 본 발명의 일실시예를 제1도-제7도를 참조하여 설명하겠다.An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 7.

제2도는 본 실시예의 전체적 구성을 나타낸 부분단면도이고, 제2도에 있어서, 원통상의 모터 프레임(1)의 내측에는 예를들면 36개의 슬롯을 갖는 고정자 철심(2)이 고정되고, 이 고정자 철심(2)에는 전기자 권선(3)이 감겨 끼워져 있다. 또 고정자 철심(2)의 내측에는 모터 프레임(1)에 설비된 베어링(5)를 거쳐서 회전자(4)가 회전이 자유롭게 설비되어 있다. 전기자 권선(3)은 극수를 절환하여 사용할 수 있도록 2중 권선구조로 되고 예를들면 4극의 고속측 권선(3a)와 32극의 저속측 권선(3b)에 의해서 구성되어 있다.FIG. 2 is a partial sectional view showing the overall configuration of the present embodiment. In FIG. 2, the stator iron core 2 having 36 slots is fixed inside the cylindrical motor frame 1, and the stator is fixed. The armature winding 3 is wound around the iron core 2. In addition, the rotor 4 is freely rotated inside the stator iron core 2 via a bearing 5 provided in the motor frame 1. The armature winding 3 has a double winding structure so that the number of poles can be used interchangeably, and is composed of, for example, a high speed winding 3a of four poles and a low speed winding 3b of 32 poles.

우선 고속측 권선(3a)에 대해서 상세히 설명하면 이것은 일반적인 4극중첩 권선에 의해서 구성되어 있고, 구체적인 권선배치를 나타내면 제3도에 나타낸 것과 같다. 즉, U상 권선은 슬롯번호, 1,2,3,10,11,12,19,20,21,28,29,30의 각 슬롯에 납입되고, 번호 1,2,3,19,20,21의 각 슬롯내의 도체와 번호 10,11,12,28,29,30의 각 슬롯내의 도체와는 전류가 흐르는 방향이 역으로 되는 결선이다. 또 V상 권선은 번호 7,8,9,16,17,18,25,26,27,34,35,36의 각 슬롯에 납입되고, 번호 7,8,9,25,26,27의 각 슬롯내의 도체와 번호 16,17,18,34,35,36의 각 슬롯내의 도체와의 역방향의 전류가 흐르는 결선이다.First, the high speed side winding 3a will be described in detail. This is constituted by a general four-pole overlapping winding, and as shown in FIG. That is, the U-phase winding is delivered to each slot of slot numbers 1,2,3,10,11,12,19,20,21,28,29,30, and the numbers 1,2,3,19,20, The conductor in each slot of 21 and the conductor in each slot of Nos. 10, 11, 12, 28, 29, and 30 are reversed in the direction in which current flows. In addition, the V-phase winding is delivered to each slot of No. 7,8,9,16,17,18,25,26,27,34,35,36, and each of No. 7,8,9,25,26,27 This is the connection through which current flows in the reverse direction between the conductor in the slot and the conductor in the slots 16, 17, 18, 34, 35 and 36.

그리고 W상 권선은 번호 13,14,15,22,23,24,31,32,33,4,5,6의 각 슬롯에 납입되고, 번호 13,14,15,31,32,33의 각 슬롯내의 도체와 번호 22,23,24,4,5,6의 각 슬롯내의 도체와는 역방향의 전류가 흐르는 결선이다.And the W-phase winding is inserted into each slot of the number 13,14,15,22,23,24,31,32,33,4,5,6, and the angle of the number 13,14,15,31,32,33 It is a wiring through which current flows in the reverse direction from the conductor in the slot and the conductor in the slots 22, 23, 24, 4, 5 and 6.

또 저속측 권선(3b)은 특공소 57-27654호 공보에 기재된 것과 동일하고, 제4도에 나타낸 것과 같이 각 슬롯에 코일이 배치되어 있다. 즉, U상 권선의 상측 코일은 번호 1,6,8,10,15,17,19,24,26,28,33,35의 각 슬롯에 납입되고 U상 권선의 하측 코일은 번호가 2,7,9,11,16,18,20,25,27,29,34,36의 각 슬롯에 납입되고 상측 코일과 하측 코일에는 역방향의 전류가 흐르게 되어 있다. 또 V상 권선의 상측 코일은 번호가, 2,4,9,11,13,18,20,22,27,29,31,36의 각 슬롯에 납입되고, V상 권선의 하측 코일은 번호가, 1,3,5,10,12,14,19,21,23,28,30,32의 각 슬롯에 납입되고 역시 상측 코일과 하측 코일에는 역방향의 전류가 흐르게 되어 있다. 그리고 W상 권선의 상측 코일은 번호가 3,5,7,12,14,16,21,23,25,30,32,34의 각 슬롯에 납입되고 W상 권선의 하측 코일은 번호가 4,6,8,13,15,17,22,24,26,31,33,35의 각 슬롯에 납입되고 역시 상측 코일과 하측 코일에는 역방향으로 전류가 흐르게 되어 있다.Moreover, the low speed side winding 3b is the same as that described in Unexamined-Japanese-Patent No. 57-27654, and a coil is arrange | positioned in each slot as shown in FIG. That is, the upper coil of the U-phase winding is delivered to each slot of numbers 1,6,8,10,15,17,19,24,26,28,33,35, and the lower coil of the U-phase winding has the number 2, 7,9,11,16,18,20,25,27,29,34,36 are delivered to each slot and reverse current flows through the upper coil and the lower coil. The upper coil of the V-phase winding is numbered 2, 4, 9, 11, 13, 18, 20, 22, 27, 29, 31, 36, respectively, and the lower coil of the V-phase winding is numbered , 1, 3, 5, 10, 12, 14, 19, 21, 23, 28, 30, 32, respectively, and the upper coil and the lower coil, the reverse current flows. The upper coils of the W-phase windings are delivered in slots 3, 5, 7, 12, 14, 16, 21, 23, 25, 30, 32, 34, and the lower coils of the W-phase windings are numbered 4, 6,8,13,15,17,22,24,26,31,33,35 are delivered to each slot, and current flows in the upper coil and the lower coil in the reverse direction.

한편 회전자(4)는 제1도에 나타낸 바와같이 전폐슬롯(4a)내에 주입된 예를 들면 44개의 농형도체(6)를 갖는다. 이 농형도체(6)에는 스큐가 주어져 있고, 그 스큐량은 저속측 권선(3b)이 만드는 갭자속중 고조파성분인 40극 성분의 약 2극분으로 설정되어 있다. 또 제1도에 나타낸 바와같이 회전자(4)의 외주부에는 등각도 간격으로 32개의 돌출극(7)이 형성되어 있다. 이것은 예를들면 회전자(4)를 구성하는 각 철판을 외주에 32개의 돌출편을 갖는 형상으로 뚫어내어 이것을 소정매수 적층함으로서 회전자(4)의 축방향으로 연장되는 형태로 형성된 것이다.On the other hand, the rotor 4 has, for example, 44 concentrated conductors 6 injected into the totally closed slot 4a as shown in FIG. Skew is given to this thick conductor 6, and the amount of skew is set to about 2 poles of the 40-pole component which is a harmonic component among the gap magnetic flux which the low speed side winding 3b produces. As shown in FIG. 1, thirty-two protruding poles 7 are formed on the outer periphery of the rotor 4 at equiangular intervals. This is formed in the form of extending in the axial direction of the rotor 4, for example, by drilling each iron plate constituting the rotor 4 into a shape having 32 protruding pieces on the outer circumference and stacking a predetermined number thereof.

이 돌출극(7)으로 회전자(4)에 자기이방성이 주어져 있다. 이 돌출극(7)의 극수 32는 전기자 권선(3)의 저속측 권선(3b)의 극수 32와 같은 수이다.Magnetic anisotropy is provided to the rotor 4 by this protruding pole 7. The number of poles 32 of the protruding pole 7 is the same as the number of poles 32 of the low speed side winding 3b of the armature winding 3.

다음에 상기 구성의 작용에 관해서 설명하겠다. 고속측 권선(3a)으로 통전하면 4극의 회전자계가 형성되고, 농형도체(6)과의 사이에서 유도토오크가 발생되여 회전자(4)가 회전된다. 이때에 회전자계의 극수는 4인데 대해 회전자(4)의 돌출극(7)의 수는 32이므로 리럭턴스 토오크는 거의 발생되지 않고 유도토오크에 의해서 통상의 것과 같이 양호한 토오크 특성을 갖는 유도전도기로서 회전된다. 또 이 경우에 다수의 돌출극(7)의 존재에 의해서 갭의 퍼미언스에 맥동이 생기므로 이것이 갭자속의 고조파성분을 증가시켜 슬립(slip)이 1에 가까운 속도로 토오크 특성에 영향을 주는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 실제로는 제6도에 나타낸 속도-토오크 특성에 명백한 바와같이 슬립이 1에 가까운 속도영역(도면중 A로 나타낸 영역)에서 근소한 맥동이 인정될 뿐이고, 실용상은 전혀 문제를 일으키지 않는다.Next, the operation of the above configuration will be described. When the high-speed winding 3a is energized, a four-pole rotor field is formed, induction torque is generated between the dense conductors 6, and the rotor 4 is rotated. At this time, since the number of poles of the magnetic field is 4 and the number of the protruding poles 7 of the rotor 4 is 32, the reluctance torque is hardly generated and the induction torque has good torque characteristics as usual by the induction torque. Is rotated. In this case, the presence of a large number of projecting poles 7 causes pulsation in the gap's permeability, which increases the harmonic content of the gap magnetic flux, thereby affecting the torque characteristics at a speed of slip close to one. You can think of it. In practice, however, as shown in the speed-torque characteristic shown in FIG. 6, only a slight pulsation is recognized in the speed region where the slip is close to 1 (the region indicated by A in the figure), and practically no problem occurs.

한편 저속측 권선(3b)에 통전했을 때에는 다음과 같이 동기속도로 리럭턴스 모터로서 회전된다. 저속측 권선(3b)에 의한 기자력 분포는 예를들면 U상 전류가 1, V상 및 W상의 각 전류가 -0.5일 때에는 제5도에 나타낸 바와같이 된다. 동도면에 있어서 N는 실극을 나타내고,

Figure kpo00005
는 실극간에 형성된 허극을 나타내고 계 32극이 형성되어 있다. 이 저속극의 극수 32는 회전자(4)의 돌출극(7)의 극수 32와 동수이므로 동기속도 부근에서 큰 리럭턴스 토오크가 발생되어 결국 회전자(4)는 동기속도로 회전된다. 이로 인해서 32극의 회전자계와 농형도체(6)와의 사이에는 슬립이 생기지 않으므로 기본파(32극)의 회전자계에 의한 유도토오크는 전혀 생기지 않는다. 또 일반적으로는 저속도의 회전자계에서는 갭자속 분포에 큰 고조파성분을 포함하는 경우가 많다.On the other hand, when energizing the low-speed winding 3b, it rotates as a reluctance motor at a synchronous speed as follows. The magnetic force distribution by the low-speed winding 3b becomes as shown in FIG. 5, for example, when each of the U-phase current is 1, the V-phase and the W-phase current are -0.5. In the same figure, N represents a real pole,
Figure kpo00005
Represents a virtual electrode formed between the real electrodes and a 32-pole system is formed. Since the number of poles 32 of the low speed pole is the same as the number of poles 32 of the protruding pole 7 of the rotor 4, a large reluctance torque is generated near the synchronous speed, and the rotor 4 is rotated at the synchronous speed. Thus, no slip occurs between the 32-pole rotor and the dense conductor 6, so that no induced torque is generated by the rotor of the fundamental wave 32 pole. In general, large harmonic components are often included in the gap magnetic flux distribution in a low-speed rotor magnetic field.

본 실시예의 저속측 권선(3b)에서는 이와같은 고조파성분으로서 40극의 성분을 포함하고 있고, 이 성분에 의해서 생기는 유도토오크가 리럭턴스 토오크를 저하시킬 우려가 있다. 그러나 본 실시예에서는 이점에 비추어 농형도체(6)의 40극 성분의 극피치의 약 2배에 상당되는 스큐를 주도록 하였으므로 전기각으로 나타낸 스큐량이 2π로 되어서 스큐팩터가 영(0)이 되므로 40극의 고조파성분에 대해서는 유도토오크가 발생되지 않아 리럭턴스 토오크를 감쇄시킬 우려가 없다. 또 저속 운전시의 속도-토오크 특성을 나타내면 제7도에 나타낸 것과 같아진다. 고속운전시에 저속측 권선(3b)으로 절환하면 그래프의 제4상한에 들어가서 큰 감속토오크를 발생하여 실선으로 나타낸 곡선을 따라가서 최종적으로는 B점에 도달하여 32극의 동기속도로 회전된다. 동도면에서 파선으로 나타낸 것은 32극의 저속측을 유도전동기로서 회전시키는 종래예의 토오크곡선이고, 이것과 비교하면 본 실시예에서는 저속운전시의 종래의 약 3배이상의 토오크가 얻어지는 것이 명백하다.In the low speed side winding 3b of this embodiment, a 40-pole component is included as such a harmonic component, and there exists a possibility that the induction torque produced by this component may reduce reluctance torque. In the present embodiment, however, the skew amount corresponding to the electric angle is approximately 2 times the pole pitch of the 40-pole component of the dense conductor 6, so that the skew amount becomes 2π so that the skew factor becomes zero (0). Induction torque is not generated for the harmonic components of the pole, so there is no fear of reducing the reluctance torque. In addition, the speed-torque characteristics in low speed operation are the same as those shown in FIG. When switching to the low-speed winding 3b during high speed operation, the motor enters the fourth upper limit of the graph, generates a large deceleration torque, follows the curve indicated by the solid line, and finally reaches the point B and rotates at a synchronous speed of 32 poles. The dashed line in the same figure shows the torque curve of the conventional example which rotates the low speed side of 32 poles as an induction motor, and compared with this, it is clear that in this embodiment, about 3 times or more of the conventional torque at low speed operation is obtained.

이상 기술한 바와같이 본 실시예에서는 고속시는 유도전동기로서 운전되고, 저속시에는 리럭턴스 모터로서 운전되므로 종래에 저속운전시에 문제로 되어 있었든 토오크 저하를 방지할 수 있고, 따라서 고속운전시 및 저속운전시 쌍방 모두 양호한 토오크 특성을 얻을 수 있다.As described above, in the present embodiment, the high speed is operated as an induction motor, and the low speed is operated as a reluctance motor, so that the torque reduction, which has been a problem at the time of low speed operation, can be prevented. Both torque and low-speed operation can obtain good torque characteristics.

더욱이 회전자에 돌출극(7)을 설비하여 자기이방성을 준것만으로 되므로 구조가 극히 간단하고, 예를들면 기설의 극수변환 전동기의 회전자를 교환하는 것만으로 상술의 효과를 얻을 수 있는 등 응용범위는 극히 넓다.Furthermore, since the rotor is provided with the projecting pole 7 to give magnetic anisotropy, the structure is extremely simple. For example, the above-mentioned effect can be obtained simply by replacing the rotor of the existing pole-numbered conversion motor. Is extremely wide.

또 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고, 예를들면 다음과 같은 변형이 가능하다.In addition, this invention is not limited to the said Example, For example, the following modifications are possible.

(1) 돌출극의 극수는 반드시 저속측 극수와 같은 수로 하지 않더라도 그것의 2배로 하는 등 돌출극의 극수와 저속측 극수가 배수관계라도 좋다.(1) The number of poles of the protruding pole may be a multiple of the number of poles of the protruding pole and the number of poles of the low speed side may be doubled even if the number of poles of the protruding pole is not necessarily the same as that of the low speed side pole.

(2) 회전자에 자기이방성을 주기 위해서는 반드시 상기 실시예와 같은 돌출극(7)을 형성하지 않더라도 제8도에 나타낸 바와같이 회전자의 슬롯을 소위 개방슬롯으로 함으로써 그 치부(8)에 돌출극성을 갖게하여도 좋다. 그런 경우에 치부(8)의 수는 저속극수와 동수 또는 배수관계에 있어야 함이 필요하게 됨은 물론이다.(2) In order to give the rotor magnetic anisotropy, even if it does not necessarily form the protruding pole 7 as in the above embodiment, as shown in FIG. You may have polarity. In such a case, it is needless to say that the number of teeth 8 must be in the same or drainage relationship with the low speed pole water.

(3) 상기 실시예에서는 돌출극(7)의 폭 칫수는 기단측이나 선단측이 같아지도록 설정하였으나 이에 한정되지 않고, 돌출극(7)을 선단일수록 좁아지는 형상으로 해도 좋다.(3) In the above embodiment, the width dimension of the protruding pole 7 is set so that the proximal end or the proximal side is the same, but the present invention is not limited thereto, and the protruding pole 7 may have a narrower shape as the proximal end.

(4) 상기 실시예에서는 저속측 권선(3b)의 특성상 40극의 고조파성분이 생기므로 그 고조파성분에 의한 유도토오크를 상쇄하도록 농형도체(6)에 40극의 약 2극분의 스큐를 주도록 하였으나 저속시의 고조파성분이 작을 경우에는 그와같은 스큐는 생략할 수 있다. 이 경우에는 고정자 슬롯의 1슬롯 피치분의 스큐를 주면 고속 운전시의 특성이 개선됨은 물론이다.(4) In the above embodiment, since the harmonic component of 40 poles is generated due to the characteristics of the low-speed winding 3b, about 2 poles of about 40 poles are applied to the dense conductor 6 so as to offset the induced torque caused by the harmonic component. If the harmonic content at low speed is small, such skew can be omitted. In this case, the skew of one slot pitch of the stator slot improves the characteristic at high speed.

또는 농형도체(6)에 주어지는 스큐량은 저속측 권선(3b)의 극피치의 우수배 예를들면 2배로 설정해도 좋고, 이것으로 저속운전시의 유도토오크를 억제할 수 있다.Alternatively, the amount of skew given to the dense conductor 6 may be set to, for example, twice the pole pitch of the low-speed winding 3b, for example, to suppress the induction torque during low-speed operation.

(5) 상기 실시예에서는 저속측 극수가 32극일 경우에 관해서 예시하였으나, 이에 한정되지 않고 예를들면 24극이라도 좋고 또 고속측 극수도 4극에 한정되지 않고 2극 또는 6극이라도 마찬가지로 구성시킬 수 있음은 물론이다.(5) In the above embodiment, the case where the low speed side pole number is 32 poles is illustrated. However, the present invention is not limited to this. For example, 24 poles may be used, and the high speed side pole number is not limited to 4 poles. Of course it can.

(6) 또 농형도체의 수는 상기 실시예에 나타낸 44개에 한정되지 않고 예를들면28개 등의 기타의 적의한 개수로 설정할 수 있고, 이 경우에 돌출극의 극수와는 독립적으로 선정할 수 있음은 재론할 필요가 없다.(6) The number of concentrated conductors is not limited to 44 as shown in the above embodiment, but may be set to an appropriate number, for example, 28 and so on. In this case, it is possible to select independently of the number of poles of the protruding poles. There is no need to reconsider.

(7) 또한 저속측 권선(3b)는 예를들면 36개의 슬롯을 갖는 고정자의 경우에 제9도에 나타낸 바와같이 3상 권선을 감아 끼워넣어도 좋고, 제9도에 있어서, 단자 U1-U2, V1-V2, W1-W2간에 차례로 통전하면 고정자(2)의 인접하는 각 치부가 여자되고, 회전자(4)의 돌출극(7)이 예를들면 48개의 경우에 돌출극 피치의 1/3씩 회전자(4)가 회전된다. 이 결과 전동기는 리럭턴스 토오크에 의해서 스탭핑 모터로서 구동되고, 큰 토오크를 얻을 수 있다.(7) In addition, in the case of a stator having 36 slots, the low speed side winding 3b may wind a three-phase winding as shown in FIG. 9, and in FIG. 9, the terminals U 1 -U 2 , V 1 -V 2 , and W 1 -W 2 in turn energize each adjacent tooth of the stator 2 , and the protruding poles 7 of the rotor 4 project, for example, in 48 cases. The rotor 4 is rotated by 1/3 of the pole pitch. As a result, the electric motor is driven as a stepping motor by the reluctance torque, and a large torque can be obtained.

또 이 경우에 회전자(4)의 위치를 검출하여 저속권선(3b)에 순차 통전하게 하면 소위 스위치드 리럭턴스 모터로서 작동시킬 수도 있다.In this case, if the position of the rotor 4 is detected and the low-speed winding 3b is energized sequentially, it can be operated as a so-called switched reluctance motor.

이상 기술한 바와같이 본 발명에 의하면, 회전자에 자기이방성을 주었으므로 극수절환형 전동기는 고속용 권선에 의한 운전시에는 유도토오크에 의해서 회전함에도 불구하고 저속용 권선에 의한 운전시에 리럭턴스 토오크에 의해서 구동되게 된다. 따라서, 고속운전시의 특성을 손상시킴이 없이 저속운전시의 토오크 특성을 개선할 수 있다. 이에 더하여 회전자에 더 스큐를 준것에 있어서는 저속운전시의 잔존 유도토오크를 억제할 수 있으므로 리럭턴스 토오크를 한층 더 유효하게 활용할 수 있다.As described above, according to the present invention, since the rotor is subjected to magnetic anisotropy, the pole-changeable motor has a reluctance torque during operation by a low speed winding even though the rotor is rotated by an induction torque during operation by a high speed winding. Is driven by. Therefore, the torque characteristic at low speed operation can be improved, without impairing the characteristic at high speed operation. In addition, when the rotor is further skewed, the residual induction torque during low speed operation can be suppressed, so that the reluctance torque can be utilized more effectively.

Claims (7)

고속용 또는 저속용으로 극수절환가능한 전기자 권선(3)이 납입된 고정자(2)와, 농형도체(6)를 구비한 회전자(4)를 갖는 극수절환형 전동기에 있어서, 상기 전기자 권선(3)의 저속용 극수의 n배(n는 정의 정수)의 극수로 되는 자기이방성을 갖는 상기 회전자(4)를 설비한 것을 특징으로 하는 극수절환형 전동기.In a pole-switched electric motor having a stator (2) to which an armature winding (3) capable of switching poles for high speed or a low speed and a rotor (4) having a thick conductor (6), the armature winding (3) A pole switching motor comprising the rotor (4) having magnetic anisotropy, the number of poles being n times (n is a positive integer) of the number of poles for low speed. 제1항에 있어서, 상기 회전자(4)는 돌출극(7)을 갖는 것을 특징으로 하는 극수절환형 전동기.2. The pole change type electric motor according to claim 1, wherein the rotor (4) has a protruding pole (7). 제1항에 있어서, 상기 회전자(4)의 상기 농형도체(6)는 개방슬롯에 수용된 것을 특징으로 하는 극수절환형 전동기.The pole switch type electric motor according to claim 1, wherein the thick conductor (6) of the rotor (4) is accommodated in an open slot. 고속용 또는 저속용으로 극수절환가능한 전기자 권선(3)이 납입된 고정자(2)와, 농형도체(6)를 구비한 회전자(4)를 갖는 극수절환형 전동기에 있어서, 상기 전기자 권선(3)의 저속용 극수의 n배(n는 정의 정수)의 극수로 되는 자기이방성을 갖는 상기 회전자(4)가 설비되고, 또 상기 농형도체(6)에 스큐가 주어진 것을 특징으로 하는 극수절환형 전동기.In a pole-switched electric motor having a stator (2) to which an armature winding (3) capable of switching poles for high speed or a low speed and a rotor (4) having a thick conductor (6), the armature winding (3) Pole-switched type, characterized in that the rotor (4) having magnetic anisotropy, which is n times the number of poles for low speed (n is a positive integer), is given skew to the dense conductor (6). Electric motor. 제4항에 있어서, 상기 농형도체(6)에 주어진 스큐량이 상기 전기자 권선(3)의 저속측 권선(3b)에 의해서 형성되는 갭자속의 고조파성분의 1극분의 우수배와 같게 설정된 것을 특징으로 하는 극수절환형 전동기.5. The skew amount given to the dense conductor 6 is set equal to the even multiple of one pole of the harmonic component of the gap magnetic flux formed by the low speed side winding 3b of the armature winding 3. Pole-switched electric motor. 제4항에 있어서, 상기 농형도체(6)에 주어진 스큐량은 상기 전기자 권선(3)의 저속측 권선(3b)의 극피치의 우수배와 같게 설정된 것을 특징으로 하는 극수절환형 전동기.5. The pole-number switch type electric motor according to claim 4, wherein the amount of skew given to the dense conductor (6) is set equal to the even multiple of the pole pitch of the low speed side winding (3b) of the armature winding (3). 제4항에 있어서, 상기 농형도체(6)에 주어진 스큐량이 상기 고정자(2)의 슬롯의 1슬롯 피치분과 같게 설정된 것을 특징으로 하는 극수절환형 전동기.5. The pole-number switch type electric motor according to claim 4, characterized in that the amount of skew given to the thick conductor (6) is set equal to one slot pitch of the slot of the stator (2).
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