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JP2002325476A - Motor device - Google Patents

Motor device

Info

Publication number
JP2002325476A
JP2002325476A JP2001127925A JP2001127925A JP2002325476A JP 2002325476 A JP2002325476 A JP 2002325476A JP 2001127925 A JP2001127925 A JP 2001127925A JP 2001127925 A JP2001127925 A JP 2001127925A JP 2002325476 A JP2002325476 A JP 2002325476A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rotor
stator
motor
motor device
phase
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.)
Withdrawn
Application number
JP2001127925A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tsutomu Michioka
力 道岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daihatsu Motor Co Ltd
Original Assignee
Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daihatsu Motor Co Ltd filed Critical Daihatsu Motor Co Ltd
Priority to JP2001127925A priority Critical patent/JP2002325476A/en
Publication of JP2002325476A publication Critical patent/JP2002325476A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406Magnetic bearings
    • F16C32/044Active magnetic bearings
    • F16C32/0474Active magnetic bearings for rotary movement
    • F16C32/0493Active magnetic bearings for rotary movement integrated in an electrodynamic machine, e.g. self-bearing motor
    • F16C32/0497Active magnetic bearings for rotary movement integrated in an electrodynamic machine, e.g. self-bearing motor generating torque and radial force
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2360/00Engines or pumps
    • F16C2360/44Centrifugal pumps
    • F16C2360/45Turbo-molecular pumps

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Windings For Motors And Generators (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a motor device, which has high efficiency, is small in size, is low in manufacturing cost, and can control the shaft position of its rotor. SOLUTION: Stator windings 4A-4I are divided into three sets of stator winding groups, which are respectively star-connected and have respective independent neutrals N1, N2, and N3. By controlling voltages or currents of the neutrals, an unbalance flux distribution in the stator is produced, to generate a force applied in radial directions of a rotor. Since the stator windings 4A-4I have both functions for generating a rotating force and position control and a stator 3 is constructed by a concentrated winding method, using divided cores, the construction can be made simple and the space factor of the winding can be made high, a motor small in size high in efficiency and low in cost, capable of controlling the position of its shaft can be obtained.

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】この発明は、分割ステータコ
アおよびこれに施された集中巻線から成るステータを有
するモータ装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a motor device having a stator including a split stator core and a concentrated winding provided on the split stator core.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、モータにはさらなる小型化、高出
力化が求められている。このような要求に応じ、ロータ
軸受けにおける摩擦による機械損を低減して効率を高め
るために、ギャップ磁束を制御して不均衡状態を作り出
して半径方向の力を発生させロータのシャフト位置を制
御するモータが提案されている。このようなモータで
は、巻線に流す電流の調節によってシャフト位置を制御
することが可能であり、シャフトを機械的に保持するた
めの軸受け機構をなくすことができる。その結果、軸受
けの摩擦による損失をなくして効率を向上させることが
可能となるばかりでなく、潤滑や摩滅の問題がなくなる
ので、例えば高真空下や、超高速での使用に耐えるモー
タを実現することができる。
2. Description of the Related Art In recent years, further miniaturization and higher output have been demanded for motors. In response to such demands, in order to reduce the mechanical loss due to friction in the rotor bearings and increase the efficiency, the gap magnetic flux is controlled to create an imbalance state to generate a radial force and control the rotor shaft position. Motors have been proposed. In such a motor, the position of the shaft can be controlled by adjusting the current flowing through the winding, and a bearing mechanism for mechanically holding the shaft can be eliminated. As a result, it is possible not only to improve the efficiency by eliminating the loss due to the friction of the bearing, but also to eliminate the problem of lubrication and abrasion, thereby realizing a motor that can withstand use under high vacuum or ultra high speed, for example. be able to.

【0003】このようなモータの例として、例えばベア
リングレスモータがある。このベアリングレスモータで
は、ステータ内に回転磁界を発生するための電機子巻線
の他に、ロータのシャフト位置を制御する位置制御用巻
線を設けている。そして、この位置制御用巻線に電流を
流すことによって生じる磁束を、電機子巻線に流れる電
流がつくる磁束に重畳することでステータ内の磁束の不
均衡状態を作り出し、シャフトの半径方向に力を発生さ
せてその位置を制御している(例えば、市川、道岡、千
葉、深尾「ベアリングレスリラクタンスモータの半径方
向力の解析と軸位置制御装置の構成」、電学論D、11
7巻9号、1997(平成9)年、1123〜1130
頁参照)。このため、シャフトを機械的に保持するため
のベアリング機構を設ける必要がなく、軸受け部で発生
する損失をなくすことが可能である。
An example of such a motor is a bearingless motor. In this bearingless motor, a position control winding for controlling the shaft position of the rotor is provided in addition to the armature winding for generating a rotating magnetic field in the stator. Then, a magnetic flux generated by flowing a current through the position control winding is superimposed on a magnetic flux generated by the current flowing through the armature winding to create an imbalanced state of the magnetic flux in the stator, and a force is applied in a radial direction of the shaft. (Eg, Ichikawa, Michioka, Chiba, Fukao, "Analysis of Radial Force of Bearingless Reluctance Motor and Configuration of Axial Position Control Device", Electronology D, 11).
Vol. 7, No. 9, 1997 (Heisei 9), 1123-1130
Page). For this reason, there is no need to provide a bearing mechanism for mechanically holding the shaft, and it is possible to eliminate loss that occurs in the bearing portion.

【0004】また、ロータのシャフト位置を制御するモ
ータ装置の他の例としては、例えば特開平8−8449
1号公報に記載のモータ装置がある。このモータ装置
は、各磁極を形成する電機子巻線が独立していることが
特徴である。そしてこれらの巻線を個別に制御すること
によって、ロータを回転させるとともにそのシャフト位
置を制御するための磁束分布を作り出している。
Another example of a motor device for controlling the shaft position of a rotor is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H8-8449.
There is a motor device described in Japanese Patent Laid-Open Publication No. 1 (1999) -86. This motor device is characterized in that armature windings forming each magnetic pole are independent. By individually controlling these windings, a magnetic flux distribution for rotating the rotor and controlling the position of the shaft is created.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たベアリングレスモータにおいては、位置制御用巻線を
電機子巻線と同一のコアスロットに巻回することによっ
て上記構造を実現している。このため、1つのスロット
に巻回することができる電機子巻線のターン数が制限さ
れるので、同サイズのコアに電機子巻線のみを設けたモ
ータと比較すると、その発生トルクは必然的に小さくな
る。また、電機子巻線と位置制御用巻線の2種類の巻線
を同一スロットに巻回する必要があるので構造が複雑で
あり、製造コストが高くなるという問題がある。
However, in the above-described bearingless motor, the above structure is realized by winding the position control winding around the same core slot as the armature winding. For this reason, the number of turns of the armature winding that can be wound in one slot is limited, and the generated torque is inevitable when compared with a motor having only an armature winding on a core of the same size. Become smaller. Further, since it is necessary to wind two types of windings, an armature winding and a position control winding, in the same slot, there is a problem that the structure is complicated and the manufacturing cost is increased.

【0006】また、特開平8−84491号公報に記載
のモータ装置においては、各磁極を個別に制御する必要
があるため、各巻線の1辺がステータコアのスロット内
に、他の1辺がステータ外に位置するように巻回してい
る。このような構造のモータでは、ステータ外に巻かれ
た巻線がロータの回転力発生に寄与しないため効率が低
く、高出力を得るためにはモータが大型となるという問
題がある。
In the motor device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-84491, since it is necessary to control each magnetic pole individually, one side of each winding is in a slot of a stator core and the other side is a stator. It is wound so that it is located outside. In a motor having such a structure, there is a problem that the winding wound outside the stator does not contribute to the generation of the rotational force of the rotor, so that the efficiency is low and the motor becomes large in order to obtain a high output.

【0007】この発明は上記課題に鑑みなされたもので
あり、高効率かつ小型で製造コストが低く、ロータのシ
ャフト位置を制御可能なモータ装置を提供することを目
的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in consideration of the above problems, and has as its object to provide a motor device capable of controlling a shaft position of a rotor with high efficiency, small size, low manufacturing cost.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、多相交流電源に接続され前記電源の相数の2以上の
整数倍に分割されたコア素体から成るステータコアと、
前記各コア素体の歯部に集中して施された複数のステー
タ巻線と、前記ステータコアの内部に配設されるロータ
とを備えるモータ装置において、上記目的を達成するた
め、前記各ステータ巻線は、互いに異なる相の前記ステ
ータ巻線を星型結線して成るステータ巻線群を複数形成
することを特徴としている。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a stator core comprising a core element connected to a polyphase AC power supply and divided into an integral multiple of two or more phases of the power supply;
In order to achieve the above object, in a motor device including a plurality of stator windings concentrated on tooth portions of each core body and a rotor disposed inside the stator core, each of the stator windings The wire is characterized by forming a plurality of stator winding groups formed by connecting the stator windings of different phases in a star connection.

【0009】このように構成された発明では、ステータ
巻線を星型結線して成る各ステータ巻線群がそれぞれ独
立した中性点を有している。このため、各中性点の電圧
または電流を個別に制御することが可能である。そし
て、この中性点に電圧または電流を加えることによっ
て、このステータ巻線群を構成している各相のステータ
巻線に流れる電流を不均衡とすることができる。その結
果、これらの電流がステータ内につくる磁束の不均衡状
態を作り出し、ロータをその半径方向に変位させる力を
発生することが可能である。このようにして、ロータに
その半径方向の力を作用させることにより、軸受けにか
かる荷重を軽減して機械損を低減することができるとと
もに、軸受けの摩滅に伴う故障を減らして長寿命化が可
能であり、保守作業の頻度およびそのコストを低減する
ことができる。
In the invention configured as described above, each stator winding group formed by connecting the stator windings in a star shape has an independent neutral point. Therefore, it is possible to individually control the voltage or current at each neutral point. Then, by applying a voltage or a current to the neutral point, the current flowing through the stator windings of each phase constituting the stator winding group can be imbalanced. As a result, these currents can create an imbalance in the magnetic flux created in the stator, generating a force that displaces the rotor in its radial direction. In this way, by applying the radial force to the rotor, the load on the bearing can be reduced and mechanical loss can be reduced, and failure due to wear of the bearing can be reduced and the life can be extended. Therefore, the frequency of maintenance work and the cost thereof can be reduced.

【0010】さらに、この発明によれば、各ステータ巻
線は分割されたコア素体それぞれの歯部に集中して巻回
されているので、一般的な分布巻線方式の場合に比べて
ステータコアのスロットに対する電機子巻線の占積率を
高くすることができ、その結果、モータの効率を向上さ
せることができる。また、コア素体およびステータ巻線
の形状を全て同じに形成できるため、製造コストを低く
することができる。
Further, according to the present invention, since each stator winding is concentratedly wound around each tooth portion of the divided core element body, the stator core can be provided in comparison with a general distributed winding system. The space factor of the armature winding with respect to the slot can be increased, and as a result, the efficiency of the motor can be improved. Further, since the shapes of the core body and the stator winding can all be made the same, the manufacturing cost can be reduced.

【0011】また、請求項2に記載の発明は、前記各ス
テータ巻線群それぞれが、前記電源の第1の相に接続さ
れる前記ステータ巻線と、前記第1の相に接続される前
記ステータ巻線とほぼ対向する位置に配設され前記第1
の相以外の各相に接続される前記ステータ巻線とで構成
されていることを特徴としている。
Further, in the invention described in claim 2, each of the stator winding groups is connected to the first phase of the power supply and the stator winding is connected to the first phase. The first coil is disposed at a position substantially opposite to the stator winding.
And the above-mentioned stator windings connected to each phase other than the above phase.

【0012】このように構成された発明では、上記した
中性点の制御によって磁束が強められる部分と弱められ
る部分とがステータ内のほぼ対向する位置に現れる。こ
のため、この磁束の不均衡によって両位置で発生しロー
タに作用する力のベクトルは同方向となり、その合力は
ステータの中心軸を通る半径方向に沿った力となるの
で、ロータ位置の制御を効率よく行うことができる。そ
して、各ステータ巻線群それぞれの中性点の電圧または
電流を個別に制御して異なる2つ以上の半径方向に対し
てこのような力を発生させることで、ロータ位置を任意
に制御することが可能となる。
In the invention having such a configuration, the portion where the magnetic flux is strengthened and the portion where the magnetic flux is weakened by the above-described control of the neutral point appear in the stator at substantially opposite positions. Therefore, the vector of the force generated at both positions due to the imbalance of the magnetic flux and acting on the rotor is in the same direction, and the resultant force is a force along the radial direction passing through the center axis of the stator. It can be performed efficiently. Then, by individually controlling the voltage or current at the neutral point of each stator winding group and generating such a force in two or more different radial directions, the rotor position can be arbitrarily controlled. Becomes possible.

【0013】ここで、モータの形式が、例えば永久磁石
を埋め込んだロータを有する埋め込み磁石型モータであ
る場合、ロータの外周部における着磁パターンはN極と
S極とが交互に現れる形となる。このような場合、例え
ば、ステータのある1つの巻線に電流を流してロータを
引き寄せる力を発生させたい場合、このステータ巻線の
近傍に位置するロータ磁極がN極かS極かによって、流
す電流の極性を変える必要がある。
Here, when the type of the motor is, for example, an embedded magnet type motor having a rotor in which a permanent magnet is embedded, the magnetization pattern on the outer peripheral portion of the rotor is such that N poles and S poles appear alternately. . In such a case, for example, when it is desired to cause a current to flow through one winding of the stator to generate a force to draw the rotor, the current flows depending on whether the rotor magnetic pole located near the stator winding is an N pole or an S pole. It is necessary to change the polarity of the current.

【0014】そこで、請求項3に記載の発明は、上記目
的を達成するため、前記ロータの回転角度を検出するロ
ータ角度検出手段と、前記ロータ角度検出手段によって
検出される回転角度情報に基づきロータ位置制御信号を
生成して前記各ステータ巻線群それぞれの中性点に供給
し前記ロータと前記ステータコアとの幾何学的な対向位
置におけるギャップ磁束を不均衡にする制御手段とをさ
らに備えることを特徴としている。
According to a third aspect of the present invention, to achieve the above object, a rotor angle detecting means for detecting a rotation angle of the rotor, and a rotor based on rotation angle information detected by the rotor angle detecting means. Control means for generating a position control signal and supplying the position control signal to a neutral point of each of the stator winding groups to unbalance a gap magnetic flux at a geometrically opposed position between the rotor and the stator core. Features.

【0015】このように構成された発明では、ステータ
に対するロータの相対的な回転角度を検出することでロ
ータ磁極の方向を把握することができる。そして、ロー
タ磁極の向きに応じたロータ位置制御信号を発生するこ
とによって、常に所望する向きの力を発生させることが
できる。
According to the present invention, the direction of the rotor magnetic pole can be determined by detecting the relative rotation angle of the rotor with respect to the stator. Then, by generating a rotor position control signal corresponding to the direction of the rotor magnetic pole, a force in a desired direction can always be generated.

【0016】また、請求項4に記載の発明は、前記ロー
タの前記ステータコアに対する半径方向への相対位置を
検出する位置検出手段をさらに備え、前記制御手段は、
前記ロータ角度検出手段による前記回転角度情報及び前
記位置検出手段による前記ロータ位置情報に基づき、前
記ロータ位置制御信号を生成することを特徴としてい
る。
Further, the invention according to claim 4 further comprises a position detecting means for detecting a relative position of the rotor with respect to the stator core in a radial direction, wherein the control means comprises:
It is characterized in that the rotor position control signal is generated based on the rotation angle information by the rotor angle detection means and the rotor position information by the position detection means.

【0017】このように構成された発明では、ステータ
コアに対するロータの相対的位置を検出し、その位置情
報に基づいたロータ位置制御信号を発生することによっ
て、ロータをステータコアに対する任意の位置に保持す
ることができる。
According to the present invention, the rotor is held at an arbitrary position with respect to the stator core by detecting a relative position of the rotor with respect to the stator core and generating a rotor position control signal based on the position information. Can be.

【0018】また、請求項5に記載の発明は、前記ステ
ータコア及び前記ロータを収容したモータ本体の振動を
検出する振動検出手段をさらに備え、前記制御手段は、
前記ロータ角度検出手段による前記回転角度情報、前記
位置検出手段による前記ロータ位置情報、及び、前記振
動検出手段による振動情報とに基づき、前記ロータ位置
制御信号を生成することを特徴としている。
Further, the invention according to claim 5 further comprises vibration detecting means for detecting vibration of a motor body containing the stator core and the rotor, and the control means comprises:
The method is characterized in that the rotor position control signal is generated based on the rotation angle information by the rotor angle detecting means, the rotor position information by the position detecting means, and the vibration information by the vibration detecting means.

【0019】このように構成された発明では、モータ本
体が外力を受けて変位または振動した場合、ロータに対
してモータ本体と同じ変位または振動を発生させる力を
与えることによって、モータ本体およびステータに対す
るロータの相対位置を一定に保つことができる。したが
って、耐振動性を高めるために従来広く取っていたステ
ータとロータのギャップ間隔を小さくすることができ、
その結果、モータ効率と耐振動性との両立を図ることが
可能となる。
In the invention configured as described above, when the motor main body is displaced or vibrated by receiving an external force, a force for generating the same displacement or vibration as that of the motor main body is applied to the rotor, so that the motor main body and the stator can be moved. The relative position of the rotor can be kept constant. Therefore, it is possible to reduce the gap between the stator and the rotor, which was conventionally widely used to enhance vibration resistance,
As a result, it is possible to achieve both motor efficiency and vibration resistance.

【0020】また、請求項6に記載の発明は、前記モー
タ本体における前記ロータのシャフトの支持構造が、ベ
アリングレスであることを特徴としている。
The invention according to claim 6 is characterized in that the support structure of the shaft of the rotor in the motor body is bearingless.

【0021】このように構成された発明では、ロータの
シャフトを磁気的に支持することにより非接触でロータ
を保持することができる。その結果、潤滑が困難な高真
空下や超高速回転下での使用に供することが可能とな
る。また、軸受けの摩擦による機械損をなくすことがで
きるので、モータの効率を向上させることができる。
According to the invention configured as described above, the rotor can be held in a non-contact manner by magnetically supporting the rotor shaft. As a result, it can be used under a high vacuum where rotation is difficult and under an ultra-high speed rotation. Further, since mechanical loss due to friction of the bearing can be eliminated, the efficiency of the motor can be improved.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】この発明にかかる一実施形態のモ
ータ装置について、図1ないし図8を参照しつつ説明す
る。図1は、このモータ装置のステータを組み立てた状
態における平面図、図2はこのモータ装置のステータ巻
線の結線図、図3はこの発明の動作原理の説明図、図4
ないし図6は動作説明用の電流波形図、図7は動作説明
図、図8は制御系のブロック図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A motor device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a plan view showing a state where the stator of the motor device is assembled, FIG. 2 is a connection diagram of stator windings of the motor device, FIG. 3 is an explanatory view of the operation principle of the present invention, and FIG.
6 are current waveform diagrams for explaining operation, FIG. 7 is an operation explanatory diagram, and FIG. 8 is a block diagram of a control system.

【0023】図1に示すように、この実施形態では、ス
テータ1は、9分割して形成されたコア素体2から成る
ステータコア3と、各コア素体2の歯部に集中して施さ
れたU、V、W各相の各ステータ巻線4A〜4Iと、こ
れらの各ステータ巻線を互いに接続する配線40とで構
成されている。そして、このステータ1と、後述するロ
ータと、これらを収容したモータハウジングとでモータ
本体が構成されている。このように、この実施形態のモ
ータ本体は、三相交流電源にて駆動されるモータであ
る。
As shown in FIG. 1, in this embodiment, the stator 1 is concentrated on the stator core 3 composed of the core element 2 formed by dividing into nine parts and the teeth of each core element 2. U, V, and W phases, and the stator windings 4 </ b> A to 4 </ b> I, and a wiring 40 connecting these stator windings to each other. The stator 1, a rotor to be described later, and a motor housing accommodating them constitute a motor body. Thus, the motor body of this embodiment is a motor driven by a three-phase AC power supply.

【0024】各ステータ巻線4A〜4Iおよび配線40
は、図2に示すように接続されている。すなわち、U相
につながる巻線4Aは、ステータ1内において巻線4A
とほぼ対向する位置に配置されてそれぞれV相およびW
相につながる巻線4Eおよび巻線4Fとに中性点N1で
接続されている。このように、巻線4A、4Eおよび4
Fは星型結線された第1のステータ巻線群41を構成し
ている。同様に、巻線4D、4H、4Iおよび、巻線4
G、4B、4Cのそれぞれが中性点N2、N3で星型結
線されてそれぞれ第2、第3のステータ巻線群42、4
3を構成している。そして、ステータ1は、ステータコ
ア3にこれら3組のステータ巻線群41、42および4
3が120°の回転対称性を持って配置されて成ってい
る。
Each stator winding 4A-4I and wiring 40
Are connected as shown in FIG. That is, the winding 4A connected to the U-phase is
V-phase and W-phase
The windings 4E and 4F connected to the phase are connected at a neutral point N1. Thus, the windings 4A, 4E and 4
F constitutes a first stator winding group 41 connected in a star shape. Similarly, windings 4D, 4H, 4I and windings 4
G, 4B, and 4C are star-connected at neutral points N2 and N3, respectively, to form second and third stator winding groups 42, 4 respectively.
3. The stator 1 has a stator core 3 and these three sets of stator winding groups 41, 42 and 4.
3 are arranged with a rotational symmetry of 120 °.

【0025】このモータ本体が半径方向に力を発生する
原理について、図3を参照しつつ説明する。図3は、こ
のモータ本体における半径方向の力の発生原理を説明す
る原理図である。この図では、1組のステータ巻線群に
よる力の発生原理を説明するため、各ステータ巻線のう
ち第1のステータ巻線群41に属する巻線4A、4E、
4Fのみを示している。ここでは、このステータ1の内
部に配設されたロータ5が一定の回転数で回転している
状態について検討する。中性点N1に外部から電圧ある
いは電流が与えられていないとき、U相につながる巻線
4A、V相につながる巻線4E、W相につながる巻線4
Fには、それぞれ大きさが同じで位相が互いに120°
ずつ異なる電流ia、ie、if(各電流の方向は、外部
から巻線に向かって流れ込む方向を正としている。以下
同じ)が流れている。また、N1の電位は、常に0であ
る。
The principle that the motor body generates a force in the radial direction will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a principle diagram for explaining the principle of generation of a radial force in the motor body. In this figure, in order to explain the principle of generation of force by one set of stator windings, windings 4A, 4E,
Only 4F is shown. Here, a state in which the rotor 5 disposed inside the stator 1 is rotating at a constant rotation speed will be considered. When no voltage or current is applied to the neutral point N1 from the outside, the winding 4A connected to the U-phase, the winding 4E connected to the V-phase, and the winding 4 connected to the W-phase
F has the same size and the phase is 120 ° from each other
Currents ia, ie, and if different from each other (the direction of each current is positive in the direction flowing from the outside toward the winding; the same applies hereinafter). The potential of N1 is always 0.

【0026】ここで、例えば図3に示すように、ia>
0、ie<0、if<0である瞬間に中性点N1にVn1な
る負電圧を印加した場合を考える。このとき、U相の電
源電圧は正となっており、中性点N1の電位が低下する
ことにより、U相につながる巻線4Aの両端の電位差が
増加するので、iaは増加する。そのため、ギャップ1
0の磁束が増加する。一方、このときV相およびW相の
電源電圧は負となっており、したがって巻線4E、4F
の両端の電位差は減少して、ie、ifは減少し、これに
伴ってギャップ11の磁束も減少する。このように、中
性点N1に負電圧Vn1を与えることによって、ギャップ
10の磁束が増加する一方、ギャップ11の磁束は減少
する。このため、幾何学的に対向位置にあるギャップ1
0およびギャップ11における磁束の不均衡が生じ、ロ
ータ5には図に示す矢印方向の力Fが作用する。反対
に、中性点N1の電位を正とすると、ギャップ磁束の増
減は上記と逆に作用するため、力の方向は図3の矢印と
は反対になる。
Here, for example, as shown in FIG.
Consider a case where a negative voltage Vn1 is applied to the neutral point N1 at the moment when 0, ie <0, and if <0. At this time, the power supply voltage of the U-phase is positive, and the potential at the neutral point N1 decreases, so that the potential difference between both ends of the winding 4A connected to the U-phase increases, so that ia increases. Therefore, gap 1
The magnetic flux of 0 increases. On the other hand, at this time, the V-phase and W-phase power supply voltages are negative, so that the windings 4E, 4F
Is reduced, ie and if decrease, and the magnetic flux in the gap 11 decreases accordingly. Thus, by applying the negative voltage Vn1 to the neutral point N1, the magnetic flux in the gap 10 increases while the magnetic flux in the gap 11 decreases. For this reason, the gap 1 which is geometrically opposed
Imbalance of the magnetic flux at 0 and the gap 11 occurs, and a force F in the direction of the arrow shown in FIG. Conversely, when the potential at the neutral point N1 is positive, the increase and decrease of the gap magnetic flux acts in the opposite manner, and the direction of the force is opposite to the arrow in FIG.

【0027】なお、上記の例では、中性点N1に印加す
る電圧を直流電圧Vn1として説明したが、実際のモータ
装置では各相の電圧および電流の大きさおよび極性が刻
々と変化するため、中性点N1に印加する電圧もこれに
応じて変化させる必要があることは言うまでもない。
In the above example, the voltage applied to the neutral point N1 has been described as the DC voltage Vn1, but in an actual motor device, the magnitude and polarity of the voltage and current of each phase change every moment. It goes without saying that the voltage applied to the neutral point N1 also needs to be changed accordingly.

【0028】また、上記の例では、中性点N1に電圧を
印加することで半径方向の力を発生させているが、中性
点N1に正または負の電流を注入することによっても、
上記した磁束の不均衡を作り出し、半径方向の力を発生
させることが可能である。
In the above example, a radial force is generated by applying a voltage to the neutral point N1, but it is also possible to inject a positive or negative current into the neutral point N1.
It is possible to create the above-mentioned magnetic flux imbalance and generate a radial force.

【0029】このように、第1のステータ巻線群41
は、中性点N1の電圧あるいは電流を制御することによ
って、ロータ5に対し、巻線4Aと、巻線4Eおよび4
Fとの対向軸に沿う方向、すなわち図3に示す矢印方向
あるいはその反対方向の力を作用させることができる。
As described above, the first stator winding group 41
Controls the voltage or current at the neutral point N1 so that the winding 5A and the windings 4E and 4
A force can be applied in the direction along the axis facing F, that is, in the direction of the arrow shown in FIG.

【0030】同様に、第2、第3のステータ巻線群4
2、43も、それぞれの中性点N2、N3の電圧あるい
は電流を制御することによってそれぞれを構成する巻線
の対向軸に沿う方向の力を発生させることができ、これ
らを適宜組み合わせて制御することによって、ロータ5
に対して任意の方向の力を作用させることができる。例
えば、モータ装置が一定の回転数で回転しているとき、
電源から流れ込む各相の端子には図4に示すように、大
きさが等しく、その位相が互いに120°ずつずれた電
流iu、iv、iwが流れている。ここで、中性点N1、
N2およびN3に対して、図5に示すそれぞれin1、i
n2およびin3なる電流を注入した場合を考える。このと
き、各巻線4A〜4Iに流れる電流は、これらの合成と
して図6に示す各波形のようになる。すなわち、巻線4
A、4Bおよび4Iに流れる電流が増加する一方、その
他の巻線に流れる電流が減少する。そのため、図7に示
すギャップ10A、10Bおよび10Iにおいて磁束が
増加する一方、他のギャップでは磁束が減少しており、
その結果、ロータ5には図7に示す矢印方向の力が作用
する。
Similarly, the second and third stator winding groups 4
2 and 43 can also generate a force in the direction along the opposing axis of the windings constituting each by controlling the voltage or current at the neutral points N2 and N3, and control them appropriately. As a result, the rotor 5
To any direction. For example, when the motor device is rotating at a certain speed,
As shown in FIG. 4, currents iu, iv, and iw having the same magnitude and having a phase shifted from each other by 120 ° flow through terminals of each phase flowing from the power supply. Here, the neutral point N1,
For N2 and N3, in1, i shown in FIG.
Consider a case where currents n2 and in3 are injected. At this time, the current flowing through each of the windings 4A to 4I has a waveform as shown in FIG. That is, the winding 4
The current flowing through A, 4B and 4I increases while the current flowing through the other windings decreases. Therefore, while the magnetic flux increases in the gaps 10A, 10B and 10I shown in FIG. 7, the magnetic flux decreases in the other gaps,
As a result, a force in the direction of the arrow shown in FIG.

【0031】このように、各ステータ巻線群41、42
および43に設けた各中性点N1、N2およびN3の電
圧あるいは電流を適宜制御することによって、ロータ5
に対して任意の半径方向、任意の大きさの力を作用させ
てその位置を制御することが可能である。また、ロータ
5の回転数および出力は、U、V、W各相の電源電圧を
必要に応じ調節することで制御可能であり、したがっ
て、この実施形態のモータ装置は、ロータの回転の制御
と、ロータ位置の制御とを互いに独立して行うことがで
きる。
As described above, each stator winding group 41, 42
By properly controlling the voltage or current at each of the neutral points N1, N2 and N3 provided in
It is possible to control the position by applying a force of an arbitrary magnitude in an arbitrary radial direction. In addition, the rotation speed and output of the rotor 5 can be controlled by adjusting the power supply voltages of the U, V, and W phases as necessary. Therefore, the motor device of this embodiment is capable of controlling the rotation of the rotor and controlling the rotation. , And control of the rotor position can be performed independently of each other.

【0032】次に、このモータ装置の制御系について、
制御系のブロック図である図8を参照しつつ説明する。
図8に示すモータ装置は、永久磁石型三相同期モータ本
体20と、それを制御する制御部30とで構成されてい
る。モータ本体20は、図1に示すようなステータ1
と、ステータ1の内部に配設されてその外周部に永久磁
石を埋め込んだ永久磁石型ロータ5と、これらを収容す
るモータハウジング21と、ロータ5に連結されてその
動力を外部に伝えるシャフト22とから成っている。こ
のモータ装置では、回転時に低摩擦でシャフト22を保
持するためのベアリングは設けられていない。すなわ
ち、このモータ本体20は、ベアリングレスモータであ
る。なお、ロータ5には、上記した永久磁石型のほか、
かご型、リラクタンス型等のものを用いることができ
る。
Next, the control system of this motor device will be described.
This will be described with reference to FIG. 8, which is a block diagram of a control system.
The motor device shown in FIG. 8 includes a permanent magnet type three-phase synchronous motor main body 20 and a control unit 30 that controls the main body. The motor body 20 includes a stator 1 as shown in FIG.
And a permanent magnet rotor 5 provided inside the stator 1 and having a permanent magnet embedded in the outer periphery thereof, a motor housing 21 accommodating them, and a shaft 22 connected to the rotor 5 and transmitting its power to the outside. And consists of In this motor device, a bearing for holding the shaft 22 with low friction during rotation is not provided. That is, the motor body 20 is a bearingless motor. The rotor 5 has a permanent magnet type as described above,
A cage type, a reluctance type, or the like can be used.

【0033】また、モータハウジング21には、位置検
出センサ23、24が設けられており、それぞれ図に示
すx方向、y方向におけるシャフト22の位置を検出す
る。位置検出センサとしては、例えば渦電流変位センサ
を用いることができる。
The motor housing 21 is provided with position detecting sensors 23 and 24 for detecting the position of the shaft 22 in the x and y directions shown in the figure. As the position detection sensor, for example, an eddy current displacement sensor can be used.

【0034】さらに、モータ本体20には、ロータ5の
回転角速度を検出する速度センサ25が設けられてい
る。速度センサ25としては、例えば筐体21に設けた
ホール素子と、シャフト22に取り付けた永久磁石との
組み合わせにて実現することができる。そして、シャフ
ト22の回転角度は、速度センサ25によって検出され
た回転角速度の時間積分値として求めることができる。
Further, the motor body 20 is provided with a speed sensor 25 for detecting the rotational angular speed of the rotor 5. The speed sensor 25 can be realized by, for example, a combination of a Hall element provided in the housing 21 and a permanent magnet attached to the shaft 22. Then, the rotation angle of the shaft 22 can be obtained as a time integral value of the rotation angular speed detected by the speed sensor 25.

【0035】一方、制御部30は、モータの回転を制御
する回転制御部31と、ロータ5の位置を制御する位置
制御部34とで構成されている。
On the other hand, the control unit 30 comprises a rotation control unit 31 for controlling the rotation of the motor and a position control unit 34 for controlling the position of the rotor 5.

【0036】回転制御部31は、速度センサ25によっ
て検出された回転角速度情報と予め設定されたあるいは
随時与えられる回転角速度の目標値とを比較して、その
結果に応じた回転制御信号を発生するモータ制御回路3
2と、その回転制御信号に基づいて三相交流電圧を発生
しモータ20を駆動するモータ駆動用インバータ33と
で構成されている。一方、位置制御部34は、位置検出
センサ23、24によって検出されたシャフト位置情報
と予め設定されたあるいは随時与えられるシャフト位置
の目標値とを比較して、その結果に応じた半径方向位置
制御信号を発生する位置制御回路35と、速度センサ2
5によって検出された回転角速度情報および半径方向位
置制御信号に基づいて位置制御信号を発生する回転角度
変調回路36と、その位置制御信号に基づいて三相交流
電圧を発生して各ステータ巻線群の中性点に供給するシ
ャフト位置制御用インバータ37とで構成されている。
The rotation control section 31 compares the rotation angular velocity information detected by the speed sensor 25 with a preset or optionally given target value of the rotation angular velocity, and generates a rotation control signal according to the result. Motor control circuit 3
2 and a motor driving inverter 33 that generates a three-phase AC voltage based on the rotation control signal and drives the motor 20. On the other hand, the position control unit 34 compares the shaft position information detected by the position detection sensors 23 and 24 with a preset or occasionally given target value of the shaft position, and performs radial position control according to the result. A position control circuit 35 for generating a signal and a speed sensor 2
5, a rotation angle modulation circuit 36 for generating a position control signal based on the rotation angular velocity information and the radial position control signal detected by step 5, and a three-phase AC voltage based on the position control signal to generate each stator winding group. And a shaft position control inverter 37 that supplies the neutral point.

【0037】そして、このモータ装置ではバッテリ38
が設けられており、このバッテリ38が、上記各回路お
よびモータに電力を供給している。
In this motor device, the battery 38
The battery 38 supplies power to each of the circuits and the motor.

【0038】なお、図8において、α、β、ωはそれぞ
れセンサ23、24、25で検出された、シャフト22
のx方向位置、シャフト22のy方向位置、シャフト2
2の回転角速度のそれぞれ実測値を表し、α*、β*、ω
*は予め設定されたあるいは随時与えられるこれらの目
標値を表している。
In FIG. 8, α, β, and ω are the values of the shaft 22 detected by the sensors 23, 24, and 25, respectively.
, The position of the shaft 22 in the y direction, the shaft 2
2 represents the actual measured values of the rotational angular velocities, α *, β *, ω
* Indicates these target values which are set in advance or given as needed.

【0039】そして、このモータ装置では、以下のよう
にして、回転制御部31がモータの回転速度を制御して
いる。モータ制御回路32は、速度センサ25によって
検出された回転角速度情報ωと予め設定されたあるいは
随時与えられる回転角速度の目標値ω*とを比較し、そ
の差を小さくして実測値ωを目標値ω*に近づけるため
の三相の回転制御信号iu*、iv*、iw*を出力する。具
体的には、PI制御器にωおよびω*を入力し、その出
力信号を回転座標変換および二相-三相変換することで
上記した三相の回転制御信号iu*、iv*、iw*を得てい
る。そして、モータ駆動用インバータ33は、この回転
制御信号に基づいて、所定の電圧、周波数の三相交流電
圧を発生し、モータ20を回転駆動する。
In this motor device, the rotation control unit 31 controls the rotation speed of the motor as described below. The motor control circuit 32 compares the rotational angular velocity information ω detected by the velocity sensor 25 with a preset or given rotational angular velocity target value ω *, and reduces the difference to obtain the actual measurement value ω. It outputs three-phase rotation control signals iu *, iv *, iw * for approaching ω *. Specifically, ω and ω * are input to the PI controller, and the output signals thereof are subjected to rotational coordinate conversion and two-phase to three-phase conversion, thereby obtaining the three-phase rotation control signals iu *, iv *, iw *. Have gained. Then, the motor driving inverter 33 generates a three-phase AC voltage having a predetermined voltage and frequency based on the rotation control signal, and drives the motor 20 to rotate.

【0040】次に、位置制御部34の動作について説明
する。位置制御回路35は、位置検出センサ23および
24によって検出された、シャフト22のx方向および
y方向の位置情報αおよびβと、予め設定されたあるい
は随時与えられるそれらの目標値α*およびβ*とをそれ
ぞれ比較し、それらの差を小さくしてこれらの実測値を
それぞれの目標値に近づけるための半径方向制御信号i
α*およびiβ*を出力する。具体的には、PID制御器
にα、β、α*およびβ*を入力し、その出力信号を上記
した半径方向制御信号iα*およびiβ*としている。そ
して、回転角度変調回路36が、ロータ5に設けられた
磁極の向きに応じた位置制御信号を発生するために上記
半径方向制御信号iα*およびiβ*を回転座標変換し、
さらに二相-三相変換することで三相の位置制御信号in
1*、in2*、in3*を出力する。こうして発生した位置制
御信号に基づいて、シャフト位置制御用インバータ37
が、所定の波形の電圧を発生し、中性点N1、N2およ
びN3を駆動してシャフト22の位置を制御する。
Next, the operation of the position control unit 34 will be described. The position control circuit 35 detects the position information α and β of the shaft 22 in the x direction and the y direction detected by the position detection sensors 23 and 24, and their target values α * and β * which are set in advance or given as needed. And a radial control signal i for reducing their difference and bringing these measured values closer to their respective target values.
Output α * and iβ *. Specifically, α, β, α *, and β * are input to the PID controller, and the output signals are the above-described radial control signals iα * and iβ *. Then, the rotation angle modulation circuit 36 converts the radial direction control signals iα * and iβ * into rotation coordinates in order to generate a position control signal corresponding to the direction of the magnetic pole provided on the rotor 5,
Further, by performing two-phase to three-phase conversion, the three-phase position control signal in
1 *, in2 *, and in3 * are output. Based on the position control signal thus generated, the shaft position control inverter 37
Generates a voltage having a predetermined waveform and drives the neutral points N1, N2 and N3 to control the position of the shaft 22.

【0041】以上のように、この実施形態のモータ装置
は、シャフト22の回転速度を検出し、その情報に基づ
いてモータ端子に印加する電圧を調節することで、モー
タの回転を制御している。さらに、このモータ装置は、
シャフト22の回転速度と、モータ本体20に対するシ
ャフト22の相対位置を検出し、その情報に基づいて各
ステータ巻線群の中性点N1、N2およびN3に印加す
る電圧を調節することで、ギャップ磁束を強制的に不均
衡にし、ロータ5に対して半径方向の力を作用させてシ
ャフト22の位置を制御している。このように、このモ
ータ装置は、回転速度とシャフト位置とを個別に、かつ
任意に制御することができる。
As described above, the motor device of this embodiment controls the rotation of the motor by detecting the rotation speed of the shaft 22 and adjusting the voltage applied to the motor terminal based on the information. . Furthermore, this motor device
The rotation speed of the shaft 22 and the relative position of the shaft 22 with respect to the motor body 20 are detected, and the voltage applied to the neutral points N1, N2, and N3 of each stator winding group is adjusted based on the information, so that the gap is adjusted. The position of the shaft 22 is controlled by forcibly imbalance the magnetic flux and applying a radial force to the rotor 5. As described above, the motor device can individually and arbitrarily control the rotation speed and the shaft position.

【0042】さらに、この実施形態のモータ装置は、ロ
ータ5およびシャフト22を非接触にて磁気的に保持す
ることによってモータ本体20をベアリングレス構造と
しているので、低損失、長寿命、かつ潤滑が不要といっ
た特徴を有している。このため、高真空や極低温、超高
速回転下での使用が可能であり、具体的には、例えばタ
ーボ分子ポンプ、極低温流体ポンプ、超高速スピンドル
およびエネルギー貯蔵用フライホイールなどの用途に好
適である。
Further, in the motor device of this embodiment, since the motor body 20 has a bearingless structure by magnetically holding the rotor 5 and the shaft 22 in a non-contact manner, low loss, long life and lubrication are achieved. It has the feature that it is unnecessary. Therefore, it can be used under high vacuum, cryogenic temperature, and ultra-high-speed rotation, and specifically, is suitable for applications such as a turbo-molecular pump, a cryogenic fluid pump, an ultra-high-speed spindle, and a flywheel for energy storage. It is.

【0043】また、本発明は上記した実施形態に限定さ
れるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて
上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能であ
る。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes other than those described above can be made without departing from the gist of the present invention.

【0044】例えば、上記の実施形態では、位置検出セ
ンサ23、24として渦電流変位センサを使用している
が、これ以外にも、例えばホール素子を用いた変位セン
サであってもよい。
For example, in the above-described embodiment, eddy current displacement sensors are used as the position detection sensors 23 and 24, but other displacement sensors using, for example, Hall elements may be used.

【0045】また、上記の実施形態では、速度センサ2
5として、筐体21に設けたホール素子と、シャフト2
2に取り付けた永久磁石とを組み合わせているが、これ
以外にも、例えばフォトインタラプタなど光学的な手段
によるものでもよい。
In the above embodiment, the speed sensor 2
5, a Hall element provided in the housing 21 and the shaft 2
2 is combined with the permanent magnet attached thereto, but other than this, an optical means such as a photo interrupter may be used.

【0046】また、上記の実施形態では、3組のステー
タ巻線群41、42、43それぞれの中性点N1、N
2、N3に印加する電圧を制御することでシャフト22
を任意の位置に保持し、ベアリングレス構造としている
が、ベアリングを有するモータに対しても本発明を適用
することが可能である。例えば、横置きにて使用され、
シャフトに対して重力による常に下向きの荷重がかかる
モータなど、軸受けにかかる荷重が一定方向であるモー
タに本発明を適用し、常にこの荷重と反対方向の力を作
用させることができる。こうすることによってベアリン
グにかかる荷重を軽減することができ、摩滅による損耗
や故障を減らすことが可能となる。このような用途にお
いては、上記した半径方向の力は1方向のみに発生させ
る構成としてもよく、したがってこの場合、制御回路の
構成が簡単になる。
In the above embodiment, the neutral points N1, N3 of the three stator winding groups 41, 42, 43 are respectively set.
2. The shaft 22 is controlled by controlling the voltage applied to N3.
Is held at an arbitrary position and has a bearingless structure, but the present invention can be applied to a motor having a bearing. For example, used horizontally
By applying the present invention to a motor in which the load applied to the bearing is in a fixed direction, such as a motor in which a downward load is always applied to the shaft due to gravity, a force in a direction opposite to this load can always be applied. By doing so, the load applied to the bearing can be reduced, and wear and failure due to wear can be reduced. In such an application, the above-described radial force may be generated in only one direction, and in this case, the configuration of the control circuit is simplified.

【0047】また、上記の実施形態のモータ装置は、9
分割されたステータコアを有し、三相電源で駆動される
モータ装置であるが、電源の相数およびステータの極数
はこれに限定されるものではなく、他の電源相数および
ステータ極数を有するモータ装置においても本発明を適
用することができる。
Further, the motor device of the above-described embodiment has a 9
Although the motor device has a divided stator core and is driven by a three-phase power supply, the number of phases of the power supply and the number of poles of the stator are not limited to this, and the number of other power supply phases and the number of stator poles are different. The present invention can be applied to a motor device having the same.

【0048】さらに、制御系を以下のように改変するこ
とによって、耐振動性を向上させたモータ装置を構成す
ることができる。すなわち、モータ筐体21に例えば加
速度センサから成る振動検出センサを設け、このセンサ
によって検知されたモータ本体20の振動情報(加速度
情報)を位置制御回路35に入力する。そして、位置制
御回路35が、シャフト22の振動情報α、βに加え
て、モータ本体20の振動情報(加速度情報)を加味し
た半径方向位置制御信号iα*、iβ*を出力する構成と
すればよい。具体的には、シャフト22がモータ本体2
0に追随して同じ振動をする力を発生させるような制御
信号を、図8に示す半径方向位置制御信号iα*、iβ*
に重畳する。このようにすることで、モータ本体20が
外力を受けて振動を起こしたとしてもロータ5およびシ
ャフト22がこれに追随して変位するため、ロータ5と
ステータ3とのギャップ間隔を常に一定に保つことがで
きる。
Further, by modifying the control system as follows, a motor device with improved vibration resistance can be constructed. That is, a vibration detection sensor including, for example, an acceleration sensor is provided in the motor housing 21, and vibration information (acceleration information) of the motor body 20 detected by the sensor is input to the position control circuit 35. If the position control circuit 35 outputs the radial position control signals iα * and iβ * in consideration of the vibration information (acceleration information) of the motor body 20 in addition to the vibration information α and β of the shaft 22. Good. Specifically, the shaft 22 is
A control signal that generates a force that follows the zero and produces the same vibration is generated by the radial position control signals iα * and iβ * shown in FIG.
Superimposed on By doing so, even if the motor main body 20 receives an external force and vibrates, the rotor 5 and the shaft 22 are displaced following the vibration, so that the gap between the rotor 5 and the stator 3 is always kept constant. be able to.

【0049】したがって、従来、振動によってロータと
ステータとが接触することを防止するために広く取って
いたギャップ間隔を狭くすることができ、その結果、モ
ータ効率を低下させることなく耐振動性を向上させたモ
ータ装置を構成することができる。具体的には、例え
ば、内燃機関とモータを結合したハイブリッド自動車に
本発明を適用すると、耐振動性を確保しながらギャップ
間隔を小さくすることができるので、例えば誘導機型の
モータでは励磁電流を低減して効率を向上させることが
できる。また例えば永久磁石型モータでは磁石の使用量
を抑えて製造コストを低減することができる。また、ギ
ャップ間隔を小さくすることでモータのインダクタンス
を大きく取ることができるため、突極ロータにおけるイ
ンダクタンスの差によって生じるリラクタンストルクを
有効に利用することができ、発生トルクの増加や力率向
上によるモータ効率の向上を図ることができる。
Therefore, it is possible to reduce the gap interval, which was conventionally widened to prevent the rotor and the stator from coming into contact with each other due to vibration, and as a result, to improve the vibration resistance without lowering the motor efficiency. The motor device thus configured can be configured. Specifically, for example, when the present invention is applied to a hybrid vehicle in which an internal combustion engine and a motor are combined, the gap interval can be reduced while ensuring vibration resistance. It is possible to reduce the efficiency and improve the efficiency. Further, for example, in the case of a permanent magnet type motor, the amount of magnets used can be reduced and the manufacturing cost can be reduced. In addition, since the inductance of the motor can be increased by reducing the gap interval, the reluctance torque generated by the difference in inductance in the salient pole rotor can be effectively used, and the motor generated by increasing the generated torque and improving the power factor can be used. Efficiency can be improved.

【0050】[0050]

【発明の効果】以上のように、請求項1に記載の発明に
よれば、ステータ巻線を星型結線して成る各ステータ巻
線群がそれぞれ独立した中性点を有している。そして、
これらに加える電圧または電流を制御することによって
ギャップ磁束の不均衡状態を作り出し、シャフト位置を
制御するための半径方向への力を発生させることができ
る。
As described above, according to the first aspect of the present invention, each stator winding group formed by connecting the stator windings in a star shape has an independent neutral point. And
By controlling the voltage or current applied to them, a gap flux imbalance can be created and a radial force can be generated to control the shaft position.

【0051】そして、シャフトに上記の力を作用させて
軸受けの荷重を軽減することができるので、軸受けの摩
滅に伴う故障の頻度を減らし、保守コストを下げること
ができる。
The load on the bearing can be reduced by applying the above-mentioned force to the shaft, so that the frequency of failures caused by wear of the bearing can be reduced and the maintenance cost can be reduced.

【0052】しかも、分割コアの集中巻線方式でステー
タを構成しているため、巻線の占積率を高めて小型かつ
高効率のモータ装置を供することができるとともに、コ
アおよび巻線を全て同じ形状とすることができるので量
産性に優れ、かつ低コストである。
Further, since the stator is constituted by the concentrated winding method of the divided cores, the space factor of the windings can be increased to provide a small and highly efficient motor device, and all the cores and the windings can be provided. Since they can have the same shape, they are excellent in mass productivity and low in cost.

【0053】また、請求項2に記載の発明によれば、上
記磁束の不均衡が、幾何学的に対向する位置にあるギャ
ップの間で生じるので、両ギャップで発生する力は同じ
方向となり、これらの合力が最大となる。このため、少
ない電力で効率よくロータ位置を制御することができ
る。
According to the second aspect of the present invention, the imbalance of the magnetic flux occurs between the gaps at geometrically opposed positions, so that the forces generated in both gaps are in the same direction, These resultant forces are maximized. Therefore, the rotor position can be efficiently controlled with a small amount of power.

【0054】また、請求項3に記載の発明によれば、ス
テータに対するロータの相対的な回転角度を検出してロ
ータ磁極の方向を把握し、それに基づいてロータ位置制
御信号を発生しているので、ロータの磁極の方向に応じ
て適切な位置制御信号を発生することができ、ロータ位
置の制御を安定して行うことができる。
According to the third aspect of the present invention, the direction of the rotor magnetic pole is detected by detecting the relative rotation angle of the rotor with respect to the stator, and the rotor position control signal is generated based on this. In addition, an appropriate position control signal can be generated according to the direction of the magnetic pole of the rotor, and the control of the rotor position can be performed stably.

【0055】また、請求項4に記載の発明によれば、ス
テータに対するロータの相対位置を検出し、それに基づ
いてロータ位置制御信号を発生しているので、ロータを
ステータに対する任意の位置に保持することが可能とな
る。
According to the fourth aspect of the present invention, since the relative position of the rotor with respect to the stator is detected and the rotor position control signal is generated based on the detected position, the rotor is held at an arbitrary position with respect to the stator. It becomes possible.

【0056】また、請求項5に記載の発明によれば、モ
ータ本体の変位を検知してそれと同じ変位を発生させる
力をロータに与えているので、モータ本体が振動しても
ステータに対するロータの位置を一定に保つことがで
き、モータの耐振動性を高めることができる。さらに、
耐振動性の向上により、ステータとロータとのギャップ
間隔を小さくすることができるので、モータ効率を高
め、小型化、高出力化を図ることができる。
According to the fifth aspect of the present invention, since the displacement of the motor main body is detected and a force for generating the same displacement is applied to the rotor, even if the motor main body vibrates, the rotation of the rotor with respect to the stator is performed. The position can be kept constant, and the vibration resistance of the motor can be increased. further,
By improving the vibration resistance, the gap between the stator and the rotor can be reduced, so that the motor efficiency can be increased, and the size and output can be reduced.

【0057】また、請求項6に記載の発明によれば、上
述した効果を利用してシャフトを非接触で磁気的に支持
し、モータ装置をベアリングレスとしているので、潤滑
や摩滅の問題がなく、高真空下や超高速で使用可能なモ
ータ装置を供することができる。
According to the sixth aspect of the present invention, the shaft is magnetically supported in a non-contact manner utilizing the above-mentioned effects, and the motor device is made bearingless, so that there is no problem of lubrication or wear. And a motor device that can be used under a high vacuum or at an ultra-high speed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態におけるステータの平面図
である。
FIG. 1 is a plan view of a stator according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1におけるステータ巻線の結線を示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing connection of stator windings in FIG. 1;

【図3】半径方向に作用する力の発生原理を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram illustrating a principle of generation of a force acting in a radial direction.

【図4】電源からモータに流れ込む電流の波形を示す図
である。
FIG. 4 is a diagram showing a waveform of a current flowing from a power supply to a motor.

【図5】中性点に注入する電流の波形を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a waveform of a current injected into a neutral point.

【図6】各ステータ巻線に流れる電流の波形を示す図で
ある。
FIG. 6 is a diagram showing a waveform of a current flowing through each stator winding.

【図7】この電流によって発生する磁束の分布を示す図
である。
FIG. 7 is a diagram showing the distribution of magnetic flux generated by this current.

【図8】本発明の一実施形態における制御系のブロック
図である。
FIG. 8 is a block diagram of a control system according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ステータ 2 コア素体 3 ステータコア 4A〜4I ステータ巻線 40 配線 41、42、43 ステータ巻線群 5 ロータ 10、11 ギャップ 20 モータ本体 21 モータハウジング 22 シャフト 23、24 位置検出センサ 25 速度センサ 30 制御部 31 回転制御部 34 位置制御部 N1、N2、N3 中性点 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Stator 2 Core body 3 Stator core 4A-4I Stator winding 40 Wiring 41, 42, 43 Stator winding group 5 Rotor 10, 11 Gap 20 Motor body 21 Motor housing 22 Shaft 23, 24 Position detection sensor 25 Speed sensor 30 Control Part 31 rotation control part 34 position control part N1, N2, N3 neutral point

フロントページの続き Fターム(参考) 5H002 AA09 AB06 AB08 AE06 AE08 5H550 AA16 BB02 CC02 DD03 DD04 DD09 GG01 HB07 LL02 LL34 5H603 AA01 BB01 BB08 BB09 BB12 CA01 CB02 CC11 EE11 5H607 BB01 BB06 BB07 BB14 GG21 HH01 HH03 JJ02 Continued on the front page F term (reference) 5H002 AA09 AB06 AB08 AE06 AE08 5H550 AA16 BB02 CC02 DD03 DD04 DD09 GG01 HB07 LL02 LL34 5H603 AA01 BB01 BB08 BB09 BB12 CA01 CB02 CC11 EE11 5H607 BB01 BB06 BB07 BB06 BB07

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 多相交流電源に接続され前記電源の相数
の2以上の整数倍に分割されたコア素体から成るステー
タコアと、前記各コア素体の歯部に集中して施された複
数のステータ巻線と、前記ステータコアの内部に配設さ
れるロータとを備えるモータ装置において、 前記各ステータ巻線は、互いに異なる相の前記ステータ
巻線を星型結線して成るステータ巻線群を複数形成する
ことを特徴とするモータ装置。
1. A stator core comprising a core element connected to a polyphase AC power supply and divided into an integral multiple of two or more phases of the power supply, and a toothed portion of each of the core elements is provided in a concentrated manner. A motor device comprising: a plurality of stator windings; and a rotor disposed inside the stator core, wherein each of the stator windings is a star winding group formed by star-connecting the stator windings having different phases from each other. The motor device characterized by forming a plurality of.
【請求項2】 前記各ステータ巻線群それぞれは、前記
電源の第1の相に接続される前記ステータ巻線と、前記
第1の相に接続される前記ステータ巻線とほぼ対向する
位置に配設され前記第1の相以外の各相に接続される前
記ステータ巻線とで構成されていることを特徴とする請
求項1に記載のモータ装置。
2. Each of the stator winding groups is located at a position substantially opposed to the stator winding connected to a first phase of the power supply and the stator winding connected to the first phase. 2. The motor device according to claim 1, further comprising: the stator windings arranged and connected to each phase other than the first phase. 3.
【請求項3】 前記ロータの回転角度を検出するロータ
角度検出手段と、 前記ロータ角度検出手段によって検出される回転角度情
報に基づき、ロータ位置制御信号を生成して前記各ステ
ータ巻線群それぞれの中性点に供給し前記ロータと前記
ステータコアとの幾何学的な対向位置におけるギャップ
磁束を不均衡にする制御手段とをさらに備えることを特
徴とする請求項2に記載のモータ装置。
3. A rotor angle detecting means for detecting a rotation angle of the rotor, and a rotor position control signal is generated based on the rotation angle information detected by the rotor angle detecting means to generate each of the stator winding groups. 3. The motor device according to claim 2, further comprising control means for supplying a neutral point to unbalance a gap magnetic flux at a geometrically opposed position between the rotor and the stator core.
【請求項4】 前記ロータの前記ステータコアに対する
半径方向への相対位置を検出する位置検出手段をさらに
備え、 前記制御手段は、前記ロータ角度検出手段による前記回
転角度情報及び前記位置検出手段による前記ロータ位置
情報に基づき、前記ロータ位置制御信号を生成すること
を特徴とする請求項3に記載のモータ装置。
4. The apparatus according to claim 1, further comprising: a position detector for detecting a relative position of the rotor with respect to the stator core in a radial direction, wherein the controller is configured to control the rotation angle information by the rotor angle detector and the rotor by the position detector. The motor device according to claim 3, wherein the rotor position control signal is generated based on position information.
【請求項5】 前記ステータコア及び前記ロータを収容
したモータ本体の振動を検出する振動検出手段をさらに
備え、 前記制御手段は、前記ロータ角度検出手段による前記回
転角度情報、前記位置検出手段による前記ロータ位置情
報、及び、前記振動検出手段による振動情報とに基づ
き、前記ロータ位置制御信号を生成することを特徴とす
る請求項4に記載のモータ装置。
5. The apparatus according to claim 1, further comprising: a vibration detecting unit configured to detect a vibration of a motor body containing the stator core and the rotor, wherein the control unit includes the rotation angle information by the rotor angle detecting unit, and the rotor by the position detecting unit. The motor device according to claim 4, wherein the rotor position control signal is generated based on position information and vibration information obtained by the vibration detection unit.
【請求項6】 前記モータ本体における前記ロータのシ
ャフトの支持構造が、ベアリングレスであることを特徴
とする請求項1ないし5のいずれかに記載のモータ装
置。
6. The motor device according to claim 1, wherein a support structure of the shaft of the rotor in the motor body is bearingless.
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