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JP2008178165A - Bearingless motor - Google Patents

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JP2008178165A
JP2008178165A JP2007006866A JP2007006866A JP2008178165A JP 2008178165 A JP2008178165 A JP 2008178165A JP 2007006866 A JP2007006866 A JP 2007006866A JP 2007006866 A JP2007006866 A JP 2007006866A JP 2008178165 A JP2008178165 A JP 2008178165A
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JP
Japan
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winding
motor
stator
windings
yoke
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Pending
Application number
JP2007006866A
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Japanese (ja)
Inventor
Akira Chiba
明 千葉
Shinshiyo Takemoto
真紹 竹本
Tadashi Fukao
正 深尾
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.)
Tokyo University of Science
Original Assignee
Tokyo University of Science
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Publication date
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  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a bearingless motor shortened in the coil end length of a winding of a rotating machine of a bearingless motor which generates torque and a radial electromagnetic force by a single electromagnetic machine, high in the winding occupation rate of a slot, and improved in magnetomotive force distribution and insulation between a motor winding and a support winding. <P>SOLUTION: A short section concentrated winding is applied to a motor winding M at each tooth 3. The number of coils is four, and the coil is wound a plurality of times. Furthermore, the four coils are connected to one another, and constitute a single-phase winding. Since the support windings SI, SO are formed into toroidal windings, and coil ends of the motor winding M and coil ends of the support windings SI, SO are made not to overlap each other, the coil end length can be shortened. The support windings SI, SO are the fractional-pitch concentrated windings, and a part of the windings is made to wind around the outside of a stator. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明はベアリングレスモータに係わり、特にトルクと半径方向電磁力を1つの電磁機械にて発生するベアリングレスモータの回転機の巻線のコイルエンド長を短縮すると共に、スロットの巻線占有率が高く、起磁力分布及び電動機巻線と支持巻線間の絶縁を改善したベアリングレスモータに関する。   The present invention relates to a bearingless motor. In particular, the coil end length of a winding of a rotating machine of a bearingless motor that generates torque and radial electromagnetic force in one electromagnetic machine is shortened, and the winding occupation ratio of a slot is reduced. The present invention relates to a bearingless motor that is high and has improved magnetomotive force distribution and insulation between the motor winding and the support winding.

ベアリングレスモータは磁気軸受機能とモータの機能を、1つの電磁機械で実現しようとするものである。たとえば、深尾正(2003年電気学会会長、東工大名誉教授)、千葉明(東京理科大学教授)「ベアリングレスモータ」電気学会誌解説 vol.117、No.9、PP.612-615、1997に解説があり、また、単行本A.Chiba, T.Fukao, O.Ichikawa, M.Oshima, M.Takemoto and D.G.Dorrell, "Magnetic Bearings and Bearingless Drives", Elsevier Newnes Press, ISBN0-7506-5727-8, 2005などに記載がある。   The bearingless motor is intended to realize the magnetic bearing function and the motor function with a single electromagnetic machine. For example, Fukao Tadashi (President of the Institute of Electrical Engineers of 2003, Professor Emeritus of Tokyo Institute of Technology), Akira Chiba (Professor of Tokyo University of Science) “Bearingless Motor” There are explanations, and the books A. Chiba, T. Fukao, O. Ichikawa, M. Oshima, M. Takemoto and DGDorrell, "Magnetic Bearings and Bearingless Drives", Elsevier Newnes Press, ISBN0-7506-5727-8, As described in 2005.

すなわち、半径方向x、yの2軸方向の電磁力と、回転するためのトルクを発生するものである。トルクを発生するために、一般の電動機と同様に3相巻線が施され、さらに、半径方向の電磁力を発生するために別の巻線群が必要であり、支持巻線と呼ばれる。一般に支持巻線は2極、4極などの極数になることが多く、コイルエンド長が長くなる傾向にある。とくに、薄型の構成ではコイルエンド長が問題になる。   That is, it generates electromagnetic force in the biaxial directions of the radial directions x and y and torque for rotation. In order to generate torque, a three-phase winding is applied in the same manner as a general electric motor, and another winding group is required to generate a radial electromagnetic force, which is called a support winding. In general, the support winding often has two poles, four poles, etc., and the coil end length tends to be long. In particular, the coil end length becomes a problem in a thin configuration.

たとえば、レビトロニクス社のベアリングレスモータではテンプルモータ構成として、固定子歯を折り曲げる構成とし、コイルエンド長が長くなっても軸方向に伸びる構成としている。   For example, in a Levitronics bearingless motor, the structure of the temple motor is such that the stator teeth are bent, and even if the coil end length increases, the structure extends in the axial direction.

コイルエンド長を短くする方法としては、一般の永久磁石電動機において、固定子歯ごとに短節集中巻線を施す方法がすでに盛んに適用されている状況にある。たとえば、12スロットの固定子であれば、12の歯に短節集中のコイルを施す。12スロットに対応して回転子の極数は8、9,10,14などの極数になる。   As a method for shortening the coil end length, in a general permanent magnet motor, a method of applying a short concentrated winding for each stator tooth has already been actively applied. For example, in the case of a 12-slot stator, a coil with short nodes concentrated on 12 teeth. Corresponding to 12 slots, the number of poles of the rotor is 8, 9, 10, 14, etc.

図3は従来の巻線の構成例である。図3において、固定子10を形成する固定子ヨーク1には歯3が内側に向けて12歯突設されており、モータ巻線M(図中、記号Mで示す)が歯3ごとに短節集中巻で捲回されている。但し、図3中には簡単のため、モータ巻線MはU相のみを表示している。また、回転子5は等間隔に配設された鉄心極7の間に永久磁石9が埋設されており、8極に着磁され、コンシクエントポールPMモータの回転子である。一方、支持巻線S(図中、記号Sで示す)は図中、上下対称に4つのスロット11に対して分布して配置され、それぞれの間はコイルエンドSE(図中、記号SEで示す)を介して分布巻きにて接続される。但し、図3では、簡単のため支持巻線Sは1相分のみについて表示したが、実際には3相分捲回されている。このコイルエンドSEが長いため、スロットの巻線占積率が低く、さらにコイルエンドが3相間で重なるため軸方向の長さが大きい問題がある。   FIG. 3 shows a configuration example of a conventional winding. In FIG. 3, the stator yoke 1 forming the stator 10 has 12 teeth projecting inwardly, and the motor winding M (indicated by symbol M in the figure) is short for each tooth 3. It is wound in a concentrated section. However, in FIG. 3, for simplicity, the motor winding M shows only the U phase. The rotor 5 has a permanent magnet 9 embedded between iron core poles 7 arranged at equal intervals, is magnetized to 8 poles, and is a rotor of a continuous pole PM motor. On the other hand, the support windings S (indicated by symbol S in the figure) are arranged in a vertically symmetrical manner with respect to the four slots 11, and the coil ends SE (indicated by symbol SE in the figure) are arranged between them. ) Via distributed winding. However, in FIG. 3, for the sake of simplicity, the support winding S is shown for only one phase, but is actually wound for three phases. Since the coil end SE is long, there is a problem that the winding space factor of the slot is low, and the coil ends overlap between the three phases, so that the axial length is large.

さらに薄型化に適した手法として、特許文献1においては、固定子ヨークにトロイダル巻きの巻線を巻回し、さらに、固定子歯に短節集中巻線を配置する構造が開示されている。また、固定子の内側と外側に回転子を配置することにより出力を向上できることが記載されている。   As a technique suitable for further reduction in thickness, Patent Document 1 discloses a structure in which a toroidal winding is wound around a stator yoke and a short concentrated winding is disposed on a stator tooth. Further, it is described that the output can be improved by arranging a rotor inside and outside the stator.

また、特許文献2においては、上記の特開と類似した電動機が公開されている。固定子の内側と外側に回転子を配置し、固定子ヨークに巻線を巻回している。
特許文献3では、固定子の歯に集中巻に施された巻線と、固定子ヨークに巻回された巻線を接続する電動機が公開されている。
そのほか特許文献4において固定子ヨークにトロイダル巻線を施し、ヨーク部に切り込みを配置する方法が公開されている。
特許文献5においてはトロイダル巻線方式の単相誘導モータが公開されている。
特開2001−37133号公報 特開平10−271782号公報 特開平8−172759号公報 特開平9−9532号公報 特開2004−222353号公報
Further, in Patent Document 2, an electric motor similar to the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open is disclosed. A rotor is arranged inside and outside the stator, and windings are wound around the stator yoke.
Patent Document 3 discloses an electric motor that connects a winding wound around the stator teeth and a winding wound around the stator yoke.
In addition, Patent Document 4 discloses a method in which a toroidal winding is applied to a stator yoke and a cut is disposed in the yoke portion.
Patent Document 5 discloses a toroidal winding type single-phase induction motor.
JP 2001-37133 A JP-A-10-271784 JP-A-8-172759 Japanese Patent Laid-Open No. 9-9532 JP 2004-222353 A

しかしながら、これらの公開特許出願において対象としているのは、単相、あるいは3相のモータで電動機巻線の構造に工夫を施したものであり、ベアリングレスモータのように支持巻線を有し磁気力により浮上、あるいは制振などを行う構造のものについては開示がない。さらに、ベアリングレスモータにおいては、4相以上の巻線が必要であり、一般的には3相が2組の6相巻線が施される。   However, in these published patent applications, the target is a single-phase or three-phase motor in which the structure of the motor winding is devised. There is no disclosure of structures that float or suppress vibration by force. Furthermore, a bearingless motor requires four or more phases of windings, and generally two sets of six phases are applied to three phases.

また、上述したように、ベアリングレスモータは電動機として動作するための巻線と、磁気支持するための巻線がある。これらの巻線の駆動電圧は必ずしも等しくない。すなわち、電動機は高電圧で駆動されるが、支持巻線は必要な電圧電流が小さい。たとえば、モータ巻線は200V、支持巻線は15Vなどである。すると、これらの巻線は電気的に絶縁されている必要があり、絶縁劣化時においても、ドライバーの破壊を避けるため、高電圧側と低電圧側が短絡しないことが重要である。しかしながら、コイルエンドが3相間で重なる等のため高電圧側と低電圧側の短絡するおそれが高かった。   As described above, the bearingless motor has a winding for operating as an electric motor and a winding for magnetic support. The drive voltages for these windings are not necessarily equal. That is, the electric motor is driven at a high voltage, but the supporting winding requires a small voltage current. For example, the motor winding is 200V and the support winding is 15V. Then, these windings need to be electrically insulated, and it is important that the high voltage side and the low voltage side are not short-circuited in order to prevent the driver from being destroyed even when the insulation is deteriorated. However, there is a high possibility that the high voltage side and the low voltage side are short-circuited because the coil ends overlap between the three phases.

さらに、ベアリングレスモータのなかでも、コンシクエントポール型、ホモポーラ型、ハイブリッド型などでは支持巻線に2極の巻線が必要不可欠である。一般の電動機であれば極数を増加することによってコイルエンド長を短くすることができる。実際、これらのベアリングレスモータのモータ巻線のコイルエンド長は多極化することによってコンパクト化することができる。しかし、これらのベアリングレスモータの支持巻線は2極である必要があるため多極化することはできない。このためコイルエンドの巻回が長い問題点があった。   Further, among the bearingless motors, in the continuous pole type, the homopolar type, the hybrid type, etc., a two-pole winding is indispensable for the supporting winding. In the case of a general electric motor, the coil end length can be shortened by increasing the number of poles. In fact, the coil end length of the motor winding of these bearingless motors can be made compact by increasing the number of poles. However, since the support windings of these bearingless motors need to have two poles, they cannot be multipolarized. For this reason, there was a problem that the winding of the coil end was long.

本発明はこのような従来の課題に鑑みてなされたもので、トルクと半径方向電磁力を1つの電磁機械にて発生するベアリングレスモータの回転機の巻線のコイルエンド長を短縮すると共に、スロットの巻線占有率が高く、起磁力分布及び電動機巻線と支持巻線間の絶縁を改善したベアリングレスモータを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a conventional problem, and while shortening the coil end length of the winding of the rotating machine of the bearingless motor that generates torque and radial electromagnetic force in one electromagnetic machine, An object of the present invention is to provide a bearingless motor having a high slot occupancy ratio and improved magnetomotive force distribution and insulation between a motor winding and a support winding.

このため本発明(請求項1)は、固定子の内側及び/又は外側に配設された複数極のモータ巻線と、該モータ巻線と独立し該モータ巻線と異なる極数に配設された磁気支持巻線を備えるベアリングレスモータであって、前記磁気支持巻線は前記固定子のヨークにトロイダル巻きされたトロイダル支持巻線コイルを有し、該トロイダル支持巻線コイルの内側導線はヨーク内側に形成されたヨーク内側スロットに通され、該トロイダル支持巻線コイルの外側導線はヨークの外側若しくはヨーク外側に形成されたヨーク外側スロットに通されたことを特徴とする。   For this reason, the present invention (Claim 1) is provided with a plurality of motor windings arranged inside and / or outside the stator, and a number of poles independent of the motor windings and different from the motor windings. The magnetic support winding includes a toroidal support winding coil that is toroidally wound on the yoke of the stator, and the inner conductor of the toroidal support winding coil is It is passed through a yoke inner slot formed inside the yoke, and the outer conductor of the toroidal support winding coil is passed through a yoke outer slot formed outside or outside the yoke.

磁気支持巻線をトロイダル巻線とし、モータ巻線のコイルエンドと磁気支持巻線のコイルエンドとが重ならないようにした。コイルエンドは固定子ヨーク部分に厚みが生じることになり、モータ巻線のコイルエンドと分離することができ、コイルエンドの軸長を短くすることができる。コイルエンドが3相間で重なる等のおそれは無くなり、高電圧側の巻線と低電圧側の巻線とに十分な離隔間隔を保てる。このため、これらの巻線は電気的に絶縁され、絶縁劣化時においても、高電圧側と低電圧側が短絡し難くなる。   The magnetic support winding is a toroidal winding so that the coil end of the motor winding and the coil end of the magnetic support winding do not overlap. The coil end has a thickness at the stator yoke portion, can be separated from the coil end of the motor winding, and the axial length of the coil end can be shortened. There is no possibility that the coil ends overlap between the three phases, and a sufficient separation distance can be maintained between the high-voltage side winding and the low-voltage side winding. For this reason, these windings are electrically insulated, and it is difficult for the high voltage side and the low voltage side to be short-circuited even during insulation degradation.

また、本発明(請求項2)は、前記モータ巻線は、前記固定子の内側及び/又は外側に配設され、前記トロイダル支持巻線コイルの内側導線はヨーク内側に形成されたヨーク内側スロットに通され、前記トロイダル支持巻線コイルの外側導線はヨークの外側若しくはヨーク外側に形成されたヨーク外側スロットに通されたことを特徴とする。
更に、本発明(請求項3)は、前記磁気支持巻線は、前記固定子の内側及び/又は外側に向けた歯に短節集中巻きされた調整コイル、及び/又は前記ヨーク内側スロット同士の間若しくは前記ヨーク外側スロット同士の間に分布巻きされた分布巻きコイルが前記トロイダル支持巻線コイルと混在されたことを特徴とする。
Further, according to the present invention (Claim 2), the motor winding is disposed inside and / or outside the stator, and the inner conductor of the toroidal support winding coil is a yoke inner slot formed inside the yoke. The outer conductor of the toroidal support winding coil is passed through a yoke outer slot formed outside or outside the yoke.
Further, according to the present invention (Claim 3), the magnetic support winding includes an adjustment coil that is short-spot concentrated and wound around teeth toward the inside and / or outside of the stator, and / or between the yoke inner slots. Distributed winding coils distributed between the yoke outer slots or between the yoke outer slots are mixed with the toroidal support winding coils.

起磁力分布を向上させるためには、磁気支持巻線に加えて、調整コイルや分布巻きコイルを混在させてもよい。調整コイルは、歯に短節集中巻きされ、分布巻きコイルはヨークの内側や外側に形成されたスロット同士の間を渡るように捲回する。   In order to improve the magnetomotive force distribution, adjustment coils and distributed winding coils may be mixed in addition to the magnetic support winding. The adjusting coil is wound around the teeth in a concentrated manner, and the distributed winding coil is wound so as to cross between slots formed inside and outside the yoke.

更に、本発明(請求項4)は、前記モータ巻線は固定子の内側及び/又は外側に配設された歯に短節集中巻が施されたことを特徴とする。
モータ巻線はコイルピッチが長いよりも短節集中巻線の方がコイルエンドが短くなる。コイルエンドは固定子歯の部分に厚みが生じる。
Further, according to the present invention (Claim 4), the motor winding is characterized in that a short concentrated winding is applied to teeth arranged on the inside and / or outside of the stator.
In the motor winding, the coil end is shorter in the short concentrated winding than the coil pitch is long. The coil end is thick at the stator teeth.

更に、本発明(請求項5)は、前記固定子の内側及び/又は外側にロータを備えて構成した。
固定子の外周に巻線を配置するとともに、固定子外周に歯をもうけ、そこに巻線を配置し、さらに外周にアウターロータ回転子を配置することができる。この構成では固定子の外側に配置された導体の起磁力を半径方向力電磁力発生に有効に利用することができる。アウターロータ回転子と内側に構成された回転子の二つがあれば、いわゆるダブルロータ構造を構成することができる。内側の回転子を省略すれば、単なるアウターロータ構成になる。この場合であっても固定子コイルエンド長は短くなる。
Further, according to the present invention (Claim 5), a rotor is provided inside and / or outside the stator.
The windings can be arranged on the outer circumference of the stator, teeth can be formed on the outer circumference of the stator, the windings can be arranged there, and the outer rotor can be arranged on the outer circumference. In this configuration, the magnetomotive force of the conductor arranged outside the stator can be effectively used for generating radial force electromagnetic force. If there are two of an outer rotor and an inner rotor, a so-called double rotor structure can be formed. If the inner rotor is omitted, a simple outer rotor configuration is obtained. Even in this case, the stator coil end length is shortened.

更に、本発明(請求項6)は、前記磁気支持巻線の極数が2極で構成され、コンシクエントポール型、ホモポーラ型、ハイブリッド型であることを特徴とする。
ベアリングレスモータのなかでも、コンシクエントポール型、ホモポーラ型、ハイブリッド型などでは支持巻線に2極の巻線が必要不可欠である。このためコイルエンドの巻回が長い問題点があった。固定子ヨークにトロイダル巻きとすることによりコンパクト化することができる。
Furthermore, the present invention (Claim 6) is characterized in that the number of poles of the magnetic support winding is two, and is a continuous pole type, a homopolar type, or a hybrid type.
Among the bearingless motors, in the case of a continuous pole type, a homopolar type, a hybrid type, etc., a two-pole winding is indispensable for the supporting winding. For this reason, there was a problem that the winding of the coil end was long. It can be made compact by toroidally winding the stator yoke.

以上説明したように本発明によれば、磁気支持巻線は前記固定子のヨークにトロイダル巻きされたトロイダル支持巻線コイルを有するように構成したので、モータ巻線のコイルエンドと磁気支持巻線のコイルエンドとが重ならない。コイルエンドは固定子ヨーク部分に厚みが生じることになり、モータ巻線のコイルエンドと分離することができ、コイルエンドの軸長を短くすることができる。コイルエンドが3相間で重なる等のおそれは無くなり、高電圧側の巻線と低電圧側の巻線とに十分な離隔間隔を保てる。このため、これらの巻線は電気的に絶縁され、絶縁劣化時においても、高電圧側と低電圧側が短絡し難くなる。   As described above, according to the present invention, the magnetic support winding is configured to have the toroidal support winding coil that is toroidally wound around the yoke of the stator. Does not overlap with the coil end. The coil end has a thickness at the stator yoke portion, can be separated from the coil end of the motor winding, and the axial length of the coil end can be shortened. There is no possibility that the coil ends overlap between the three phases, and a sufficient separation distance can be maintained between the high-voltage side winding and the low-voltage side winding. For this reason, these windings are electrically insulated, and it is difficult for the high voltage side and the low voltage side to be short-circuited even during insulation degradation.

以下、本発明の実施形態について説明する。本発明の第1実施形態では、ベアリングレスモータの巻線構成を工夫することによりコイルエンド長を短くする。ベアリングレスモータのモータ巻線については一般の永久磁石電動機と同様に回転子極数を増加し、固定子歯ごとに短節集中巻線を施せばよい。しかし、支持巻線は以下の二通りが考えられる。誘導機、永久磁石などのp極にp±2極の巻線をほどこす方式とコンシクエントポール、ハイブリッド、ホモポーラなどの2極の巻線を施す方式がある。本発明は両者の方式に共通の巻線巻回技術であり、以下では特にコイルエンド長が大きくなる2極の場合について記載するが、4,6,8など偶数極数で実現可能である。特に、モータ巻線とコイルエンドが重ならないように工夫することによりコイルエンド長を短縮できる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. In the first embodiment of the present invention, the coil end length is shortened by devising the winding configuration of the bearingless motor. As for a motor winding of a bearingless motor, the number of rotor poles may be increased as in a general permanent magnet motor, and a short concentrated winding may be provided for each stator tooth. However, the following two types of support windings are conceivable. There are a system in which a p ± 2 pole winding is applied to a p pole such as an induction machine or a permanent magnet, and a system in which a 2 pole winding such as a consequent pole, hybrid, or homopolar is applied. The present invention is a winding technique common to both methods. In the following description, a case of two poles where the coil end length is particularly large will be described. However, the present invention can be realized with an even number of poles such as 4, 6, and 8. In particular, the coil end length can be shortened by devising so that the motor winding and the coil end do not overlap.

本発明の第1実施形態の構成図を図1に示す。なお、図3と同一要素のものについては同一符号を付して説明は省略する。
図1は従来の手法である図3に対応する本発明の実施形態である。以下、12スロット固定子について実施例を示すが、任意の数のスロットについて実現できる。モータ巻線Mは従来技術と同様に歯3ごとに短節集中巻線が施されている。このコイルは4つあり、複数回巻回されている。さらに、4つのコイルはお互いに接続され、1相の巻線を構成する。記載していない他の2相の対称コイルが巻回され、3相巻線を構成する。もちろん、単相、2相、4相、5相、6相などのモータ巻線であってもよい。
FIG. 1 shows a configuration diagram of the first embodiment of the present invention. Note that the same elements as those in FIG.
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention corresponding to FIG. 3 which is a conventional method. In the following, an embodiment is shown for a 12-slot stator, but it can be realized for any number of slots. The motor winding M is provided with a short concentrated winding for each tooth 3 as in the prior art. There are four coils, which are wound a plurality of times. Further, the four coils are connected to each other to form a one-phase winding. Other two-phase symmetrical coils not shown are wound to form a three-phase winding. Of course, motor windings such as single phase, two phase, four phase, five phase, and six phase may be used.

一方、磁気支持巻線に相当する支持巻線Sは固定子10の外側に導体SOが配置され、内側の導体SIと組になり、固定子ヨーク1を巻回するトロイダル巻線を構成している。図1では3相の一相分を示しており、上4つのスロットと下の4つのスロットで1相を構成している。SIとSOは複数回巻回されている。外側導体SORは、複数回巻回されている様子を一つのスロット11について詳細に記載したものである。全部で8つのコイルが構成されているが、巻回数はすべて等しい必要はなく、巻数を調整して支持力特性が向上するように工夫されている。また、一相のあたりすべての12スロットを利用すればさらに起磁力分布を向上できる。   On the other hand, the support winding S corresponding to the magnetic support winding has a conductor SO arranged on the outer side of the stator 10 and is paired with the inner conductor SI to form a toroidal winding for winding the stator yoke 1. Yes. In FIG. 1, one phase for three phases is shown, and one phase is composed of the upper four slots and the lower four slots. SI and SO are wound several times. The outer conductor SOR is described in detail for one slot 11 as being wound a plurality of times. Although eight coils are configured in total, the number of turns need not be all equal, and the number of turns is adjusted to improve the support force characteristics. Further, if all 12 slots are used per phase, the magnetomotive force distribution can be further improved.

かかる構成において、支持巻線SI、SOをトロイダル巻線とし、モータ巻線Mのコイルエンドと支持巻線SI、SOのコイルエンドとが重ならないようにしたため、コイルエンド長を短く形成できる。支持巻線SI、SOは短節集中巻で巻線の一部が固定子外側を巻回することになる。
このことにより、コイルエンドが3相間で重なる等のおそれは無くなり、高電圧側の巻線と低電圧側の巻線とに十分な離隔間隔を保てる。このため、これらの巻線は電気的に絶縁され、絶縁劣化時においても、高電圧側と低電圧側が短絡し難くなる。
In such a configuration, since the support windings SI and SO are toroidal windings and the coil ends of the motor winding M and the support windings SI and SO are not overlapped, the coil end length can be shortened. The support windings SI and SO are short concentrated windings, and a part of the windings are wound around the outside of the stator.
As a result, there is no possibility that the coil ends overlap between the three phases, and a sufficient separation distance can be maintained between the high-voltage side winding and the low-voltage side winding. For this reason, these windings are electrically insulated, and it is difficult for the high voltage side and the low voltage side to be short-circuited even when the insulation is deteriorated.

また、コンシクエントポール型、ホモポーラ型、ハイブリッド型などで支持巻線に2極の巻線が必要不可欠で多極化できない場合であっても、支持巻線SI、SOをトロイダル巻線としたことで、コイルエンド長を短くコンパクトに形成できる。   In addition, even if two pole windings are indispensable for the support winding in the consequent pole type, homopolar type, hybrid type, etc., the support windings SI, SO are made toroidal windings, The coil end length is short and compact.

なお、起磁力分布を向上し、正弦波状にするためには、支持巻線SI、SOに加えて、図1中に図示するように支持巻線SI、SOによる起磁力(図1では水平方向に生ずる)を調整する方向に作用するように巻線SCを歯3に対し同時に巻回することができる。巻線SCは調整コイルに相当する。
この場合、巻線SCは図1において、水平方向に対し上下対称となるように配設され、具体的には図中左側及び右側の歯3の3カ所ずつに捲回されている。
In order to improve the magnetomotive force distribution and make it sinusoidal, in addition to the support windings SI and SO, as shown in FIG. 1, the magnetomotive force by the support windings SI and SO (in FIG. 1, the horizontal direction) The winding SC can be wound around the tooth 3 simultaneously so as to act in the direction of adjusting Winding SC corresponds to the adjustment coil.
In this case, the windings SC are arranged so as to be vertically symmetrical with respect to the horizontal direction in FIG. 1, and are specifically wound around the left and right teeth 3 in the drawing.

次に、本実施形態の別例について説明する。
図1では、支持巻線SI、SOと共に巻線SCを同時に巻回することで起磁力分布を向上させるとして説明したが、この支持巻線SI、SOの一部を既に図3に示した支持巻線Sとすることにより、あるいは、支持巻線SI、SO及び巻線SCに加えて分布巻きをほどこした支持巻線Sを配設することにより、起磁力分布を改善できる。
Next, another example of this embodiment will be described.
In FIG. 1, it has been described that the magnetomotive force distribution is improved by simultaneously winding the winding SC together with the supporting windings SI and SO. However, a part of the supporting windings SI and SO are already shown in FIG. The magnetomotive force distribution can be improved by using the winding S or by providing the support winding S with distributed winding in addition to the support windings SI and SO and the winding SC.

このように、支持巻線S、支持巻線SI、SO、巻線SCを適切に組みあわせて巻数を決定することにより、小さいコイルエンドで適切な起磁力分布を得ることができる。すなわち、支持巻線Sに示す分布巻き、支持巻線SI、SOに示すヨークのトロイダル巻き、巻線SCに示す歯の短節集中巻のすべてあるいは一部を組みあわせ、極力分布巻線を少なくしてコイルエンドを小さくし、所望の起磁力分布を得る。この際、各巻線が正弦波分布を実現する必要はなく、組み合わせにより、支持力の脈動が小さくなるように工夫する。   Thus, by appropriately combining the support winding S, the support windings SI, SO, and the winding SC and determining the number of turns, an appropriate magnetomotive force distribution can be obtained with a small coil end. That is, the distributed winding shown in the support winding S, the toroidal winding of the yoke shown in the support winding SI, SO, and all or part of the concentrated short-tooth winding of the tooth shown in the winding SC are combined to reduce the number of distributed windings as much as possible. Thus, the coil end is reduced to obtain a desired magnetomotive force distribution. At this time, it is not necessary for each winding to realize a sine wave distribution.

次に、本発明の第2実施形態について説明する。
本発明の第2実施形態は支持巻線SI、SOの内、外側に配置した支持巻線SO部分を有効に利用するため、アウターロータを構成し、ダブルロータを構成したものである。本発明の第2実施形態の構成図を図2に示す。なお、図1と同一要素のものについては同一符号を付して説明は省略する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
The second embodiment of the present invention comprises an outer rotor and a double rotor in order to effectively use the support winding SO portion arranged on the outside of the support windings SI and SO. FIG. 2 shows a configuration diagram of the second embodiment of the present invention. Note that the same elements as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

図2において、固定子20を形成する固定子ヨーク1には歯23が内側の歯3と対称に外側に向けて12歯突設されており、モータ巻線MO(図中、記号MOで示す)が歯23ごとに短節集中巻で捲回されている。但し、図2中には簡単のため、モータ巻線MOはU相のみを表示している。また、アウターロータ25の内側には等間隔に配設された鉄心極27の間に図示しない永久磁石が歯23に向けて埋設されている。さらに、各歯23には図1と同様に図示しない巻線SCが短節集中巻にて捲回されている。   In FIG. 2, the stator yoke 1 forming the stator 20 has 12 teeth projecting outwardly symmetrically with the inner teeth 3 and motor winding MO (indicated by symbol MO in the figure). ) Is wound around each tooth 23 by a short concentrated winding. However, in FIG. 2, for simplicity, the motor winding MO shows only the U phase. In addition, a permanent magnet (not shown) is embedded toward the teeth 23 between the core poles 27 arranged at equal intervals on the inner side of the outer rotor 25. Further, similarly to FIG. 1, a winding SC (not shown) is wound around each tooth 23 by a short concentrated winding.

なお、このように必要に応じて外側のスロット21にもモータ巻線MO、支持巻線SO、巻線SC、さらに、図3で示した支持巻線Sのすべてあるいは一部を組みあわせることにより支持力、トルクを改善、増加できる。
また、図2のようにダブルロータとしないでアウターロータのみとしても良い。この場合は内側の歯、巻線を省略してもよい。
As described above, the outer slot 21 may be combined with the motor winding MO, the support winding SO, the winding SC, and all or a part of the support winding S shown in FIG. Supporting force and torque can be improved and increased.
Further, only the outer rotor may be used instead of the double rotor as shown in FIG. In this case, inner teeth and windings may be omitted.

本発明であるベアリングレスモータの活用例として、マイクロガスタービンなどの発電機、フライホイール電動発電機、ポンプ、ブロワ、コンプレッサの駆動、エアコン、家電製品、コンピュータ用機器の駆動、自動車のターボ発電電動機、バイオリアクタ、半導体製造機器、真空容器内の電動機、特殊ガス中、液体中の電動機に適用可能である。   Examples of application of the bearingless motor of the present invention include generators such as micro gas turbines, flywheel motor generators, pumps, blowers, compressor drives, air conditioners, home appliances, computer equipment drives, automobile turbo generator motors It can be applied to bioreactors, semiconductor manufacturing equipment, electric motors in vacuum containers, electric motors in special gases and liquids.

本発明の第1実施形態の構成図Configuration diagram of the first embodiment of the present invention 本発明の第2実施形態の構成図Configuration diagram of second embodiment of the present invention 従来のベアリングレスモータの巻線の構成例Example of winding structure of a conventional bearingless motor

符号の説明Explanation of symbols

1 固定子ヨーク
3、23 歯
5 回転子
7、27 鉄心極
9 永久磁石
10、20 固定子
11、21 スロット
25 アウターロータ
M、MO モータ巻線
S 支持巻線
SC 巻線
SE コイルエンド
SI 支持巻線(内側導線)
SO 支持巻線(外側導線)
SOR 支持巻線(個別導線)
1 Stator Yoke 3, 23 Teeth 5 Rotor 7, 27 Iron Core 9 Permanent Magnet 10, 20 Stator 11, 21 Slot 25 Outer Rotor M, MO Motor Winding S Support Winding SC Winding SE Coil End SI Supporting Winding Wire (inner conductor)
SO Support winding (outer conductor)
SOR Support winding (individual lead)

Claims (6)

固定子に配設された複数極のモータ巻線と、該モータ巻線と独立し該モータ巻線と異なる極数に配設された磁気支持巻線を備えるベアリングレスモータであって、
前記磁気支持巻線は前記固定子のヨークにトロイダル巻きされたトロイダル支持巻線コイルを有することを特徴とするベアリングレスモータ。
A bearingless motor comprising a multi-pole motor winding disposed on a stator and a magnetic support winding disposed independently of the motor winding and having a different number of poles from the motor winding;
The bearingless motor according to claim 1, wherein the magnetic support winding includes a toroidal support winding coil that is toroidally wound around the yoke of the stator.
前記モータ巻線は、前記固定子の内側及び/又は外側に配設され、
前記トロイダル支持巻線コイルの内側導線はヨーク内側に形成されたヨーク内側スロットに通され、前記トロイダル支持巻線コイルの外側導線はヨークの外側若しくはヨーク外側に形成されたヨーク外側スロットに通されたことを特徴とする請求項1記載のベアリングレスモータ。
The motor windings are arranged on the inside and / or outside of the stator;
The inner conductor of the toroidal support winding coil is passed through a yoke inner slot formed inside the yoke, and the outer conductor of the toroidal support winding coil is passed through a yoke outer slot formed outside or outside the yoke. The bearingless motor according to claim 1.
前記磁気支持巻線は、前記固定子の内側及び/又は外側に向けた歯に短節集中巻きされた調整コイル、及び/又は前記ヨーク内側スロット同士の間若しくは前記ヨーク外側スロット同士の間に分布巻きされた分布巻きコイルが前記トロイダル支持巻線コイルと混在されたことを特徴とする請求項1又は請求項2記載のベアリングレスモータ。 The magnetic supporting winding is distributed between the yoke inner slots or between the yoke outer slots, and / or the adjustment coil wound in a concentrated manner on the inner and / or outer teeth of the stator. The bearingless motor according to claim 1, wherein the distributed winding coil wound is mixed with the toroidal support winding coil. 前記モータ巻線は固定子の内側及び/又は外側に配設された歯に短節集中巻が施されたことを特徴とする請求項1、2又は3記載のベアリングレスモータ。 4. The bearingless motor according to claim 1, wherein the motor winding is provided with a short concentrated winding on teeth arranged on the inside and / or outside of the stator. 前記固定子の内側及び/又は外側にロータを備えたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のベアリングレスモータ。 The bearingless motor according to claim 1, wherein a rotor is provided inside and / or outside the stator. 前記磁気支持巻線の極数が2極で構成され、コンシクエントポール型、ホモポーラ型、ハイブリッド型であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のベアリングレスモータ。 The bearingless motor according to claim 1, wherein the number of poles of the magnetic support winding is two, and is a continuous pole type, a homopolar type, or a hybrid type.
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