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JPH07255136A - Disk type combined energy converter - Google Patents

Disk type combined energy converter

Info

Publication number
JPH07255136A
JPH07255136A JP6044403A JP4440394A JPH07255136A JP H07255136 A JPH07255136 A JP H07255136A JP 6044403 A JP6044403 A JP 6044403A JP 4440394 A JP4440394 A JP 4440394A JP H07255136 A JPH07255136 A JP H07255136A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
winding
motor
core
conversion device
energy conversion
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Withdrawn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
JP6044403A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tsutomu Kaido
力 開道
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.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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 Nippon Steel Corp filed Critical Nippon Steel Corp
Priority to JP6044403A priority Critical patent/JPH07255136A/en
Publication of JPH07255136A publication Critical patent/JPH07255136A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64Electric machine technologies in electromobility

Landscapes

  • Brushless Motors (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、モータとトランスの機能を持つ複
合エネルギー変換装置において、コアの設計磁束密度を
高くする。 【構成】 モータや発電機に使用される磁性材料の一部
をトランスのコアとして共有することを特徴とする複合
エネルギー変換装置において、コアが一方向性あるいは
二方向性電磁鋼板を巻いたコアであることを特徴とする
複合エネルギー変換装置。
(57) [Summary] [Object] The present invention increases the design magnetic flux density of a core in a composite energy conversion device having the functions of a motor and a transformer. [Composition] In a composite energy conversion device characterized in that a part of magnetic material used for a motor or a generator is shared as a core of a transformer, the core is a core made of unidirectional or bidirectional electromagnetic steel sheet. A composite energy conversion device characterized by being present.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ディスクタイプ複合エ
ネルギー変換装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a disk type composite energy conversion device.

【0002】[0002]

【従来の技術】最近、ロボットを使用した装置が多くな
り、また装置もコンパクト化の要求が強い。FAやOA
などの機器は、殆ど供給される電力を使用する電圧に変
換して使用するため、トランスが必ず使用され、また機
械運動をするため、モータなどのアクチュエータが多く
使用されている。また、モータは駆動装置としてだけで
なく、直流機のように、制動効果をもたせるため発電装
置として動作して使用されているものもある。省エネの
ために、発電機を搭載している場合もある。
2. Description of the Related Art Recently, the number of devices using robots has increased, and there is a strong demand for downsizing of the devices. FA and OA
In such devices, almost all supplied electric power is used after being converted into a voltage to be used, so a transformer is always used, and actuators such as motors are often used for mechanical movement. Further, the motor is used not only as a drive device, but also as a direct current machine, which is operated and used as a power generation device to have a braking effect. In some cases, a generator is installed to save energy.

【0003】ロボットは、複数個の自由度を持ったもの
が多く、ロボットで動かされる対象は、動かそうとする
物だけでなく、モータなどのアクチュエータも含まれ
る。従って、モータなどの軽量化や小型化が重要となっ
ている。
Many robots have a plurality of degrees of freedom, and objects to be moved by the robot include not only the object to be moved but also actuators such as motors. Therefore, it is important to reduce the weight and size of the motor.

【0004】以上のように、モータなどとトランスは、
共通の場所で使われ、重量や大きさなどで、ロボット等
に使用する場合や装置空間が限られている場合には、問
題となることが多い。
As described above, the motor and the transformer are
It is used in a common place and often causes a problem when it is used for a robot or the like due to its weight or size, or when the device space is limited.

【0005】このような問題を解決するために、特開平
4−255号公報の複合エネルギー変換方法が考案され
た。しかし、装置の高出力化や軽量化、コンパクト化が
さらに要求されている。
In order to solve such a problem, the composite energy conversion method of Japanese Patent Laid-Open No. 4-255 was devised. However, there is a further demand for higher output, lighter weight, and smaller size of the device.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、モータとト
ランスの機能を持つ複合エネルギー変換装置において、
コアの設計磁束密度を高くすることを目的としてなされ
た。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention provides a composite energy conversion device having the functions of a motor and a transformer,
It was made for the purpose of increasing the design magnetic flux density of the core.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の特徴とするとこ
ろは、 (1)モータや発電機に使用される磁性材料の一部をト
ランスのコアとして共有することを特徴とする複合エネ
ルギー変換装置において、コアが方向性軟質磁性材料を
巻回してなることを特徴とするディスクタイプ複合エネ
ルギー変換装置、 (2)巻きコアの巻き軸方向に磁化容易方向を配置した
(1)記載のディスクタイプ複合エネルギー変換装置、 (3)巻きコアの巻き方向に磁化容易方向を配置した
(1)記載のディスクタイプ複合エネルギー変換装置、 (4)方向性軟質磁性材料として一方向性電磁鋼板を用
いた(2)または(3)記載のディスクタイプ複合エネ
ルギー変換装置、 (5)方向性軟質磁性材料として二方向性電磁鋼板を用
いた(2)または(3)記載のディスクタイプ複合エネ
ルギー変換装置、 (6)共有するコアが、下記のうち何れか一種以上で構
成されることを特徴とする(1)〜(5)のいずれか1
項に記載のディスクタイプ複合エネルギー変換装置。 (a)厚さが0.2mm以下の板状磁性材料 (b)直径が0.2mm以下の線状磁性材料 (c)電気抵抗が50μΩcm以上の磁性材料 (d)磁区細分化処理された磁性材料 (7)モータや発電機のステータのコアバック部にトラ
ンスの巻線を設けることを特徴とする(1)〜(6)の
いずれか1項に記載のディスクタイプ複合エネルギー変
換装置、 (8)モータや発電機の巻線の一部または全部をコアバ
ック部に設けることを特徴とする(1)〜(7)のいず
れか1項に記載のディスクタイプ複合エネルギー変換装
置、 (9)トランスの1次巻線を、モータや発電機の巻線の
一部を共有することを特徴とする(1)〜(8)のいず
れか1項に記載のディスクタイプ複合エネルギー変換装
置、 (10)トランスの2次巻線を、モータや発電機の巻線
の一部を共有することを特徴とする(1)〜(9)のい
ずれか1項に記載のディスクタイプ複合エネルギー変換
装置、 (11)トランスとして作用する周波数を、モータや発
電機に使用する最大周波数以上とすることを特徴とする
(1)〜(10)のいずれか1項に記載のディスクタイ
プ複合エネルギー変換装置、 (12)トランスとして作用する磁束変化と、モータや
発電機として作用する磁束変化を合わせたものが、飽和
磁化の90%以下にすることを特徴とする(1)〜(1
1)のいずれか1項に記載のディスクタイプ複合エネル
ギー変換装置にある。
The features of the present invention include: (1) A composite energy conversion device characterized in that a part of a magnetic material used in a motor or a generator is shared as a core of a transformer. 2. A disk type composite energy conversion device, wherein the core is formed by winding a directional soft magnetic material, (2) A disk type composite as described in (1), wherein an easy magnetization direction is arranged in a winding axis direction of the winding core. Energy conversion device, (3) Disk type composite energy conversion device according to (1), in which the easy magnetization direction is arranged in the winding direction of the winding core, (4) Unidirectional electrical steel sheet is used as the directional soft magnetic material (2 ) Or (3), the disk-type composite energy conversion device, (5) the description of (2) or (3) using a bidirectional electrical steel sheet as the directional soft magnetic material. Disc type composite energy conversion device, (6) shared core, either characterized in that it is composed of any one or more of the following (1) to (5) 1
Item 7. A disk type composite energy conversion device according to item. (A) Plate-shaped magnetic material with a thickness of 0.2 mm or less (b) Linear magnetic material with a diameter of 0.2 mm or less (c) Magnetic material with electric resistance of 50 μΩcm or more (d) Magnetic domain-divided magnetism Material (7) The disk-type composite energy conversion device according to any one of (1) to (6), wherein a winding of a transformer is provided in a core back portion of a stator of a motor or a generator. ) A part or all of the windings of the motor or the generator is provided in the core back portion, (1) to (7), the disk type composite energy conversion device according to any one of (1) to (9) the transformer. (1) The disk-type composite energy conversion device according to any one of (1) to (8), characterized in that the primary winding of (1) shares a part of the winding of a motor or a generator. The secondary winding of the transformer is the winding of the motor or generator. (1) A frequency that acts as a transformer is used for a motor or a generator, characterized in that it shares a part of the above (1) to (9). The disk-type composite energy conversion device according to any one of (1) to (10), which has a maximum frequency or higher, (12) changes in magnetic flux acting as a transformer, and acts as a motor or a generator. It is characterized in that the combined magnetic flux change is 90% or less of the saturation magnetization (1) to (1
The disk type composite energy conversion device according to any one of 1).

【0008】以下に、本発明を詳細に説明する。先ず、
モータや発電機(以後、モータ等と記す)は、界磁と電
機子で構成され、電機子巻線に流す電流と界磁より生じ
る磁束との間で行われる電気機械エネルギー変換機で、
電気エネルギーを機械エネルギーまたは機械エネルギー
を電気エネルギーに変換するもので、同期機、誘導機、
直流機器などで、回転機やリニア型などである。磁石を
使用したものでも、磁石を使用しないものでも構わな
い。
The present invention will be described in detail below. First,
A motor or a generator (hereinafter referred to as a motor, etc.) is an electromechanical energy converter that is composed of a field and an armature, and that is performed between the current flowing in the armature winding and the magnetic flux generated by the field.
It converts electrical energy into mechanical energy or mechanical energy into electrical energy. Synchronous machines, induction machines,
DC equipment, such as rotating machines and linear type. It does not matter whether the magnet is used or not.

【0009】本発明でのトランスは、1次巻線と2次巻
線より構成され、電圧や電流の変換に使用されるもの
で、通常は単相であるが、モータなどの構造によって
は、3相等の多相のものも可能である。
The transformer according to the present invention is composed of a primary winding and a secondary winding and is used for voltage and current conversion. Usually, it has a single phase. However, depending on the structure of a motor or the like, A multi-phase one such as three phases is also possible.

【0010】そこで、モータ等に使用される磁性材料の
一部をトランスのコアとして共有させ、モータ等として
駆動させながら、そのモータなどの磁性材料の一部をト
ランスのコアとしてトランスを動作させる。ここで、モ
ータ等は、トランスが動作中、常に駆動していなくても
構わない。また逆に、トランスは、モータ等が動作中、
常に動作してなくても構わない。共有するコアは、一般
には、モータなどに電力を入出力する側の、ステータで
ある固定側であることが好ましい。
Therefore, a part of the magnetic material used for the motor or the like is shared as the core of the transformer, and while being driven as the motor or the like, the part of the magnetic material for the motor or the like is operated as the core of the transformer. Here, the motor or the like need not always be driven while the transformer is operating. On the contrary, in the transformer, when the motor etc. is operating,
It doesn't matter if it's not always working. Generally, the shared core is preferably a fixed side, which is a stator, on the side of inputting / outputting electric power to / from a motor or the like.

【0011】本発明においては、コアは巻きコアである
必要がある。コアは、電機子コアや界磁コアであり、さ
らには界磁ヨークも含まれるものとする。巻きコアは、
コイル状、あるいは短冊状の軟質磁性材料を巻いたもの
であり、巻き数は2巻き以上でも、1巻きでも良く、さ
らには、適用可能であれば1巻き以下で、閉じないもの
でも良い。巻き方向は、実施例1のように、コアを巻い
ていく方向であり、巻かれるコア素材が磁性材料のコイ
ルの場合には、その長さ方向に相当する。
In the present invention, the core needs to be a wound core. The core is an armature core or a field core, and further includes a field yoke. Winding core
The coil-shaped or strip-shaped soft magnetic material is wound, and the number of turns may be two or more, or one, and if applicable, one or less and may not be closed. The winding direction is the direction in which the core is wound as in Example 1, and when the core material to be wound is a coil of magnetic material, it corresponds to the length direction.

【0012】巻き軸方向とは、巻かれるコア素材が磁性
材料のコイルの場合には、材料の幅方向に相当し、巻き
方向とは一般に直角方向となる。コア素材に用いる軟質
磁性材料は、一般に、電磁鋼板あるいは電磁鋼帯であ
り、珪素鋼板やシリコンを殆ど含まない鋼板あるいは鋼
帯、鉄板、また他のコイルや短冊状の軟質磁性材料でも
良く、製造法は問わない。好ましくは、下記の(a)〜
(d)のうち何れか一つ以上の高透磁率、低鉄損磁性材
料であると、モータ等の効率や高周波性能が良くなるの
で好ましい。50μΩcm以上の電気抵抗率の磁性材料
は、ソフトフェライトや4%以上のSiを含む珪素鋼板
等である。 (a)厚さが0.2mm以下の板状磁性材料 (b)直径が0.2mm以下の線状磁性材料 (c)電気抵抗が50μΩcm以上の磁性材料 (d)磁区細分化処理された磁性材料
When the core material to be wound is a coil made of a magnetic material, the winding axis direction corresponds to the width direction of the material, and is generally perpendicular to the winding direction. The soft magnetic material used for the core material is generally an electromagnetic steel plate or electromagnetic steel strip, and may be a silicon steel plate, a steel plate or steel strip containing almost no silicon, an iron plate, or another coil or strip-shaped soft magnetic material. The law doesn't matter. Preferably, the following (a)-
It is preferable that any one or more of (d) has a high magnetic permeability and a low iron loss magnetic material because the efficiency of the motor and the like and the high frequency performance are improved. The magnetic material having an electric resistivity of 50 μΩcm or more is soft ferrite or a silicon steel plate containing 4% or more of Si. (A) Plate-shaped magnetic material with a thickness of 0.2 mm or less (b) Linear magnetic material with a diameter of 0.2 mm or less (c) Magnetic material with electric resistance of 50 μΩcm or more (d) Magnetic domain-divided magnetism material

【0013】厚さ0.2mm以上の板状磁性材料、直径が
0.2mm以上の線状磁性材料、或は電気抵抗率が50μ
Ωcm以下である磁性材料や磁区細分化処理されてない磁
性材料では、高周波で駆動すると材料内に渦電流が生
じ、電力損失である鉄損が増すだけでなく、制御性にも
悪い影響を与える。
A plate-like magnetic material having a thickness of 0.2 mm or more, a linear magnetic material having a diameter of 0.2 mm or more, or an electric resistivity of 50 μm.
With magnetic materials of Ωcm or less or magnetic materials that have not been domain-divided, eddy currents occur in the material when driven at high frequencies, which not only increases iron loss, which is power loss, but also adversely affects controllability. .

【0014】本発明の軟質磁性材料には、方向性を有す
る必要がある。方向性とは、磁化容易軸がある方向に集
積したものであり、少なくとも、磁化容易軸が、ある方
位に対し15度以内の角度に、ランダム分布に対して、
1.5倍以上の集積度を持つものを言い、その方位を方
向性の方位と呼ぶことにする。方向性の内、一方向性
は、コイルや短冊の面内に、この方向性を示す方位が少
なくとも1つあるものを言い、二方向性とは、方向性を
示す方位が2つのものを言う。ここで、ある方向と真反
対の方向は、1つの方向性においては同一のものとす
る。
The soft magnetic material of the present invention needs to have directionality. The directional property means that the easy magnetization axis is integrated in a certain direction, and at least the easy magnetization axis is at an angle within 15 degrees with respect to a certain azimuth, with respect to a random distribution.
A direction having a degree of integration of 1.5 times or more is referred to as a directional direction. Of the directivities, unidirectional means that there is at least one azimuth indicating this directionality in the plane of the coil or strip, and bidirectional means that the azimuth indicating two directionalities. . Here, a direction opposite to a certain direction is the same in one directionality.

【0015】このような磁性材料の磁化容易軸や方向性
は、コアを巻く以前から、その磁化容易軸や方向性が示
されていても良いが、巻き、加工等を行いコアにした
後、焼鈍を施し、最終的に磁化容易軸や方向性が示され
るものでも良い。
The easy axis of magnetization and the directionality of such a magnetic material may be shown before the core is wound, but after the core is wound and processed into a core, It may be annealed to finally show an easy axis of magnetization and directionality.

【0016】本発明においては、回転機に、この巻きコ
アを用いるが、回転機の回転軸は巻きコアの巻き軸方向
にほぼ一致させ、コア内の主な磁束の流れがコア素材の
面内である必要がある。回転軸と巻き軸方向の角度差
は、回転子と固定子のギャップとの関係で決まる。しか
し、加工上の都合で、角度が大きくなる場合には、主な
磁束の流れがコア素材の面内になり得るならば適用可能
である。
In the present invention, this winding core is used in the rotating machine. The rotating shaft of the rotating machine is made to substantially coincide with the winding axis direction of the winding core, and the main magnetic flux flow in the core is in the plane of the core material. Must be The angular difference between the rotation axis and the winding axis direction is determined by the relationship between the rotor and the stator gap. However, for the convenience of processing, when the angle becomes large, it is applicable if the main magnetic flux flow can be in the plane of the core material.

【0017】共有するコアは、どのような加工や製作方
法で作ってもよく、形状も問わない。さらに、耐錆性等
のために、表面処理されたり、他の目的のために加工等
が加えられたものでもよい。
The shared core may be formed by any processing or manufacturing method, and its shape does not matter. Further, it may be surface-treated for rust resistance or the like, or may be processed for other purposes.

【0018】軟質磁性材料の磁化容易軸の方位を、コア
内の磁束流れに沿わせるようにすると良い。即ち、本発
明の場合、磁束は、コアに、巻きコアの巻き軸方向に入
るので、その方向に、軟質磁性材料の磁化容易軸方向性
を用いると良い。即ち、一方向性電磁鋼板や二方向性電
磁鋼板の場合には、その方向性を示す方位を用いると良
い。また、コアのバックヨーク部のように、巻き方向に
磁束が部分があり、その方向に磁化容易軸を揃えると良
い。即ち、一方向性電磁鋼板や二方向性電磁鋼板の場合
には、その方向性を示す方位を、巻き方向に用いると良
い。また、巻き軸方向、巻き方向ともに、軟質磁性材料
の磁化容易軸を用いると、効果が大きいことは言うまで
もない。例えば、二方向性電磁鋼板を用い、巻き軸方
向、巻き方向にそれぞれ2つの方向性の方位を配置する
と良い。巻き軸方向や巻き方向のどちらかの透磁率が特
に高いことが要求される場合には、一方向性電磁鋼板な
どの磁化容易軸(方向性)の方向を、透磁率が特に高い
ことが要求される方向に揃えると良い。
The orientation of the easy magnetization axis of the soft magnetic material is preferably aligned with the magnetic flux flow in the core. That is, in the case of the present invention, since the magnetic flux enters the core in the winding axis direction of the winding core, it is preferable to use the easy axis direction of magnetization of the soft magnetic material in that direction. That is, in the case of a unidirectional electrical steel sheet or a bidirectional electrical steel sheet, it is preferable to use the azimuth indicating the orientation. Further, like the back yoke portion of the core, there is a portion of the magnetic flux in the winding direction, and the axis of easy magnetization may be aligned in that direction. That is, in the case of a unidirectional electrical steel sheet or a bidirectional electrical steel sheet, the azimuth indicating the directional property may be used as the winding direction. Needless to say, the effect is great when the easy magnetization axis of the soft magnetic material is used for both the winding axis direction and the winding direction. For example, it is advisable to use a bidirectional electrical steel sheet and arrange two directional orientations in the winding axis direction and the winding direction. When the magnetic permeability in either the winding axis direction or the winding direction is required to be particularly high, it is required that the magnetic permeability is particularly high in the direction of the easy axis of magnetization (directionality) such as the grain-oriented electrical steel sheet. It is better to align them in the direction indicated.

【0019】この共有するコアは、モータや発電機のス
テータ側で、モータなどの、一般に言われているコアバ
ック部であることが好ましく、モータなどのロータ等の
可動側とステータ等の固定側の間のギャップを含まない
磁路をトランスのコアとすることが好ましい。従って、
これらの部分をコアとして、トランスの1次巻線と2次
巻線を巻くと良い。ここで、コアバックは、実施例の図
1の1に示される部分を示す。
The shared core is preferably a generally-known core back portion of a motor or the like on the stator side of a motor or a generator, and the movable side of a rotor or the like of a motor or the fixed side of a stator or the like. It is preferable to use a magnetic path that does not include the gap between them as the core of the transformer. Therefore,
The primary winding and the secondary winding of the transformer may be wound with these portions as the core. Here, the core back indicates the portion indicated by 1 in FIG. 1 of the embodiment.

【0020】モータや発電機の巻線の一部または全部
を、トランスの1次巻線と2次巻線と同じ部分にするた
めに、コアバック部に設けても良い。そこで、可能なら
ば、トランスの1次巻線を、モータ等の巻線の一部を共
有しても良く、またトランスの2次巻線を、モータ等の
巻線の一部を共有しても良い。例えば、モータなどは多
相の電源で使用される場合が多く、その同相巻線だけを
共有しても、全ての相を共有しても構わない。
A part or all of the windings of the motor or the generator may be provided in the core back part so that the primary winding and the secondary winding of the transformer are the same. Therefore, if possible, the primary winding of the transformer may share a part of the winding of the motor or the like, and the secondary winding of the transformer may share a part of the winding of the motor or the like. Is also good. For example, a motor or the like is often used in a multi-phase power supply, and it is possible to share only the in-phase windings or share all the phases.

【0021】共有する巻線が、トランスの1次巻線とモ
ータの巻線の場合は、トランスの励磁電圧信号とモータ
の駆動信号を回路の加算器で加算し、その信号を電力増
幅器で増幅して、共有する巻線に入力すれば良い。
When the shared winding is the primary winding of the transformer and the winding of the motor, the exciting voltage signal of the transformer and the drive signal of the motor are added by the adder of the circuit, and the signal is amplified by the power amplifier. Then, input it to the shared winding.

【0022】共有する巻線が、トランスの2次巻線と発
電機の巻線の場合は、発電機の多相出力とトランス出力
を、周波数で分離出来る場合は周波数フィルタで分離
し、相数の違いで分離するにはその回路を通して分離し
て、共有巻線から取り出せる。共有する巻線が、トラン
スの2次巻線とモータの巻線の場合は、トランスの動作
周波数とモータの駆動周波数が異なる場合に可能であ
り、モータの入力を、モータの駆動周波数を通過し、ト
ランスの周波数は通過しないフィルタを通して、共有巻
線にを励磁して、モータを駆動し、一方、トランスの2
次出力は、共有する巻線より、モータの駆動周波数を遮
断し、トランスの周波数は通過するフィルタを通して、
2次出力を取り出せる。
When the shared winding is the secondary winding of the transformer and the winding of the generator, the polyphase output of the generator and the transformer output are separated by a frequency filter when the frequency can be separated, and the number of phases In order to separate by the difference of, it can be taken out through the circuit and taken out from the shared winding. When the shared winding is the secondary winding of the transformer and the winding of the motor, it is possible when the operating frequency of the transformer and the drive frequency of the motor are different, and the input of the motor passes through the drive frequency of the motor. , Through the filter that does not pass the frequency of the transformer, excites the common winding to drive the motor, while
The next output cuts off the motor drive frequency from the shared winding, and the transformer frequency passes through the filter,
The secondary output can be taken out.

【0023】共有する巻線が、トランスの1次巻線と発
電機の巻線の場合は、トランスの動作周波数と発電機の
発電周波数が異なる場合に可能であり、トランスの1次
入力を、発電機の駆動周波数を遮断し、トランスの周波
数は通過するフィルタを通して、共有巻線にを励磁し、
一方、発電機の出力は、共有する巻線より、トランスの
動作周波数を遮断し、発電機の発電周波数は通過するフ
ィルタを通して、発電出力を取り出せる。
When the shared winding is the primary winding of the transformer and the winding of the generator, it is possible when the operating frequency of the transformer and the generating frequency of the generator are different, and the primary input of the transformer is The drive frequency of the generator is cut off, the frequency of the transformer passes through a filter, and the common winding is excited.
On the other hand, the output of the generator can be taken out through a filter that cuts off the operating frequency of the transformer from the shared winding and passes the generator frequency of the generator.

【0024】トランス動作とモータなどの動作を分離す
るためには、トランスとして作用する周波数を、モータ
等に使用する最大周波数以上とするとよい。モータ等
は、低周波数での動作も重要であるが、トランスは一般
に一定周波数の場合が多く、小型化のためには高周波数
で動作するので、トランスの周波数をモータなどで使用
される周波数以上にすることは可能である。この場合、
性能や電力効率を考えると、共有するコアに使われる磁
性材料の選択が重要になることは既に述べた。
In order to separate the operation of the transformer from the operation of the motor or the like, it is preferable that the frequency acting as the transformer is equal to or higher than the maximum frequency used for the motor or the like. Although it is important for motors and the like to operate at low frequencies, transformers generally have a constant frequency and operate at high frequencies for downsizing, so the frequency of the transformer should be higher than the frequency used by the motor. It is possible to in this case,
It has already been mentioned that the selection of the magnetic material used for the shared core is important when considering performance and power efficiency.

【0025】トランスが動作する周波数が変動する場合
でも、モータ等の動作に影響しないが、殆ど影響しなけ
れば、モータなどに使用される磁性材料の一部をトラン
スのコアとして共有することも可能である。
Even if the frequency at which the transformer operates fluctuates, it does not affect the operation of the motor or the like, but if it has little effect, it is possible to share part of the magnetic material used for the motor or the like as the core of the transformer. Is.

【0026】トランスとして作用する磁束変化と、モー
タや発電機として作用する磁束変化を合わせたものが、
飽和磁化の95%以下にすることが好ましい。トランス
として作用する磁束変化と、モータや発電機として作用
する磁束変化を合わせたものが、飽和磁化の95%以上
になると、コアに使用される磁性材料の透磁率が著しく
低下し、またトランスとモータなどの動作が影響し合う
ようになり、好ましくない。
A combination of the magnetic flux change acting as a transformer and the magnetic flux change acting as a motor or a generator is
The saturation magnetization is preferably 95% or less. When the magnetic flux change acting as a transformer and the magnetic flux change acting as a motor or a generator are combined to reach 95% or more of the saturation magnetization, the magnetic permeability of the magnetic material used for the core is significantly reduced. This is not preferable because the operations of the motor and the like affect each other.

【0027】[0027]

【実施例】【Example】

(実施例1)ディスクタイプのブラシレスDCモータに
本発明を適用した実施例を示す。図1は、ディスクタイ
プブラシレスモータ用(2極)のコアを示す。1は、二
方向性電磁鋼板を巻いて作られた巻きコアで、矢印2が
巻きコアの巻き方向となる。矢印3は、巻きコアの巻き
軸方向である。二方向性電磁鋼板の磁化容易軸方向即ち
方向性の方位を4、5に示す。この実施例では、巻き方
向2と二方向性電磁鋼板の方向性の方位4が一致してお
り、さらに巻き軸方向3と二方向性電磁鋼板の方向性の
方位5が一致している。このコアの設計磁束密度は1.
9Tにとれ、従来の無方向性電磁鋼板(設計磁束密度
1.5T)に比べ、約20%設計磁束密度を高くでき
る。モータの場合の磁束の流れを6に示し、ほぼ、磁化
容易軸方向に沿い流れる。トランスの場合の磁束の流れ
は6′であり、巻きコアの巻き方向2、即ち磁化容易方
向4に一致して流れる。
(Embodiment 1) An embodiment in which the present invention is applied to a disk type brushless DC motor will be described. FIG. 1 shows a core for a disk type brushless motor (two poles). Reference numeral 1 denotes a winding core made by winding a bidirectional electrical steel sheet, and an arrow 2 indicates the winding direction of the winding core. Arrow 3 indicates the winding axis direction of the winding core. The easy axis direction of the magnetization of the bidirectional electrical steel sheet, that is, the directional direction is shown in 4, 5. In this embodiment, the winding direction 2 and the directional azimuth 4 of the bidirectional electrical steel sheet match, and the winding axis direction 3 and the directional azimuth 5 of the bidirectional electrical steel sheet match. The design magnetic flux density of this core is 1.
It is 9T, and the design magnetic flux density can be increased by about 20% as compared with the conventional non-oriented electrical steel sheet (design magnetic flux density 1.5T). The flow of magnetic flux in the case of a motor is shown in 6, and the magnetic flux flows almost along the easy magnetization axis direction. The flow of magnetic flux in the case of a transformer is 6 ', which flows in the winding direction 2 of the winding core, that is, in the easy magnetization direction 4.

【0028】図2と図3に、このコア10にモータ巻線
11とトランス1次巻線12、2次巻線13を巻いた略
図を示す。図3は、図2のa−a′断面図である。巻線
部7、8、9は、それぞれ、モータ巻線のU相、V相、
W相が巻かれている。トランス巻線の1次巻線12、2
次巻線13は、巻線部7、8、9で同じ磁束の流れにな
るように巻かれている。
2 and 3 are schematic diagrams in which the motor winding 11, the transformer primary winding 12, and the secondary winding 13 are wound around the core 10. FIG. 3 is a sectional view taken along the line aa 'in FIG. The winding portions 7, 8 and 9 are respectively U-phase, V-phase of the motor winding,
W phase is wound. Primary winding of transformer winding 12, 2
The secondary winding 13 is wound in the winding portions 7, 8 and 9 so that the same magnetic flux flows.

【0029】図4に、図2の巻線が施されたコア14を
モータに組み込んだ本発明の実施例を示す。コア14は
ステータになり、ロータ15は永久磁石からなる。16
はコア14の架台である。従来では、コア材は、無方向
性電磁鋼板を用いるが、設計磁束密度を高くできる二方
向性電磁鋼板を用いているので、従来より薄型になり、
モータは高出力になり、トランスの効率も良い。
FIG. 4 shows an embodiment of the present invention in which the winding core 14 of FIG. 2 is incorporated in a motor. The core 14 is a stator and the rotor 15 is a permanent magnet. 16
Is a mount for the core 14. Conventionally, the core material uses a non-oriented electrical steel sheet, but since it uses a bi-directional electrical steel sheet that can increase the design magnetic flux density, it becomes thinner than before,
The motor has a high output and the efficiency of the transformer is good.

【0030】(実施例2)図5は、実施例の巻線部の巻
き方を変え、モータ巻線部17〜19とトランス巻線部
20〜22を分離した実施例である。モータ巻線部1
7、18、19はモータのU相、V相、W相にそれぞれ
相当する。トランス巻線部20、21、22は、トラン
スの1次巻線、2次巻線が同時に巻かれている。
(Embodiment 2) FIG. 5 is an embodiment in which the winding method of the winding portion of the embodiment is changed and the motor winding portions 17 to 19 and the transformer winding portions 20 to 22 are separated. Motor winding part 1
Reference numerals 7, 18, and 19 correspond to the U phase, V phase, and W phase of the motor, respectively. In the transformer winding parts 20, 21, and 22, the primary winding and the secondary winding of the transformer are wound at the same time.

【0031】この実施例では、実施例1と異なり、モー
タ巻線は間隔を置き、モータ巻線の間の部分を使用して
いるので、モータ効率が良く、コンパクト化出来る。
In this embodiment, unlike the first embodiment, the motor windings are spaced from each other and the portion between the motor windings is used, so that the motor efficiency is good and the size can be reduced.

【0032】(実施例3)ディスクタイプの2極誘導モ
ータに本発明を適用した実施例を示す。図6に、ステー
タコア23を示し、図7は、コア23を用いて、本発明
を適用した概略図である。このコアは、一方向性電磁鋼
板をもちいてつくられ、その方向性の方位(磁化容易
軸)が、巻き方向になるようにつくられている。このコ
ア23には、ティース24を有し、このティースにモー
タ巻線27が施されている。コア23のコアバック(バ
ックヨーク)には、トランスの1次と2次の巻線28が
巻かれている。ロータ29は、コア23と同じようにつ
くられたコア30を有している。
(Embodiment 3) An embodiment in which the present invention is applied to a disk type two-pole induction motor will be described. FIG. 6 shows the stator core 23, and FIG. 7 is a schematic diagram in which the present invention is applied using the core 23. This core is made of a unidirectional electrical steel sheet, and its directional orientation (axis of easy magnetization) is in the winding direction. The core 23 has teeth 24, and the motor windings 27 are provided on the teeth 24. The core back (back yoke) of the core 23 is wound with primary and secondary windings 28 of the transformer. The rotor 29 has a core 30 made similar to the core 23.

【0033】従来では、コア材は、無方向性電磁鋼板を
用いるが、設計磁束密度を高くできる方向性電磁鋼板を
用いているので、従来より薄型になり、トランスの効率
も良い。
Conventionally, a non-oriented electrical steel sheet is used as the core material, but since a grain-oriented electrical steel sheet capable of increasing the design magnetic flux density is used, the core material is thinner than the conventional one and the efficiency of the transformer is good.

【0034】[0034]

【発明の効果】従来の回転機では使用される電磁鋼板の
すべての方向を使用するという概念から、使用されなか
った方向性電磁鋼板を、その磁化容易軸方向、即ち方向
性の方位を、装置の磁気回路の磁束の流れに沿うように
用いることで、ディスクタイプの複合エネルギー変換装
置に活用したものであり、同じサイズで、モータの磁束
密度を大きくでき、高出力化につながるものである。
From the concept of using all the directions of the electromagnetic steel sheet used in the conventional rotating machine, the grain-oriented electromagnetic steel sheet which has not been used is replaced by the direction of the easy axis of magnetization, that is, the directional direction. By being used along the flow of magnetic flux of the magnetic circuit, it is utilized in a disk-type composite energy conversion device. With the same size, the magnetic flux density of the motor can be increased, leading to higher output.

【0035】本発明では、従来使用されている無方向性
電磁鋼板を用いた場合より、モータやトランスの設計磁
束密度を20%以上高くでき、出力も40%以上高くで
きるもので、小型化、高出力化の効果はかなり高い。ま
た、コアのバックヨーク部の設計磁束密度を高くできる
ので、ディスクモータの薄手化にも効果がある。
In the present invention, the design magnetic flux density of the motor or transformer can be increased by 20% or more and the output can be increased by 40% or more, as compared with the case of using the conventionally used non-oriented electrical steel sheet. The effect of increasing the output is quite high. Further, since the design magnetic flux density of the back yoke portion of the core can be increased, it is also effective in thinning the disk motor.

【0036】さらに、方向性電磁鋼板の磁化容易方向
は、無方向性電磁鋼板より損失が小さく、効率が、かな
り高くできる。この点も従来のタイプでは達成出来なか
ったもので、省エネルギーの観点からの価値が高い。
Furthermore, the easy magnetization direction of the grain-oriented electrical steel sheet is smaller than that of the non-oriented electrical steel sheet, and the efficiency can be considerably increased. This point was also unachievable with the conventional type, and is highly valuable from the viewpoint of energy saving.

【0037】最近、装置の小型化が非常に重要な要因に
なってきており、さらに性能アップの要求も非常に高
く、この発明は、従来の装置より、高出力化や、薄手化
に非常に大きい役割を果たすもので、技術的な価値の高
いものである。従って、用途として、装置の軽量化やコ
ンパクト化が重要なFA用のロボットや電気自動車など
が考えられ、モータの高出力化、小型化の効果は大き
い。
Recently, the miniaturization of the device has become a very important factor, and the demand for higher performance is also very high. The present invention is very important for higher output and thinner device than the conventional device. It plays a major role and has a high technical value. Therefore, as an application, a robot for FA, an electric vehicle, or the like, in which it is important to reduce the weight and size of the device, can be considered, and the effect of increasing the output and downsizing of the motor is great.

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

【図1】ディスクタイプブラシレスモータ用(2極)の
コア。
FIG. 1 is a core for a disk type brushless motor (2 poles).

【図2】モータコアにモータ巻線とトランス巻線を同時
巻きしたもの。
[FIG. 2] A motor winding and a transformer winding are wound around a motor core at the same time.

【図3】図2のa−a′断面図。FIG. 3 is a sectional view taken along the line aa ′ of FIG.

【図4】ディスクタイプブラシレスモータ。FIG. 4 is a disk type brushless motor.

【図5】モータコアにモータ巻線とトランス巻線を分離
して巻いたものを示す。
FIG. 5 shows a motor winding in which a motor winding and a transformer winding are separately wound.

【図6】ステータコア。FIG. 6 is a stator core.

【図7】ディスクタイプの2極誘導モータを示す。FIG. 7 shows a disk type two-pole induction motor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 二方向性電磁鋼板を巻いて作られた巻きコ
ア 2 巻きコアの巻き方向を示す矢印 3 巻きコアの巻き軸方向を示す矢印 4、5 二方向性電磁鋼板の磁化容易軸方向 6 モータ磁束の流れの方向 6′ トランス磁束の流れの方向 7、8、9 モータ巻線のU相、V相、W相が巻かれ、
さらにトランス巻線が巻かれた巻線部 10 コアの断面 11 モータ巻線 12 トランス巻線の1次巻線 13 2次巻線 14 ステータコア 15 ロータ 16 架台 17、18、19 U相、V相、W相にそれぞれ相当
するモータ巻線部 20、21、22 トランスの1次巻線、2次巻線が
同時に巻かれているトランス巻線部 23 ステータコア 24 ティース 25 コアの磁化容易方向 26 ステータ 27 モータ巻線 28 トランスの1次と2次の巻線 29 ロータ 30 ロータコア 31 コアの磁化容易方向 32 ショート巻線 33 モータ回転軸
1 Winding core made by winding a bidirectional magnetic steel sheet 2 Arrow showing the winding direction of the winding core 3 Arrow showing the winding axis direction of the winding core 4, 5 Easy magnetization axis direction of the bidirectional electromagnetic steel sheet 6 Motor magnetic flux Direction of flow 6'Direction of flow of transformer magnetic flux 7, 8, 9 W phase, V phase, W phase of motor winding are wound,
Further, the winding portion around which the transformer winding is wound 10 Core cross section 11 Motor winding 12 Transformer winding primary winding 13 Secondary winding 14 Stator core 15 Rotor 16 Frame 17, 18, 19 U phase, V phase, Motor winding parts 20, 21, 22 corresponding to the W-phase, respectively, primary winding of transformer, winding part of transformer in which secondary winding is wound at the same time 23 stator core 24 teeth 25 easy magnetization direction of core 26 stator 27 motor Winding 28 Transformer primary and secondary windings 29 Rotor 30 Rotor core 31 Easy magnetization direction of core 32 Short winding 33 Motor rotation shaft

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 モータや発電機に使用される磁性材料の
一部をトランスのコアとして共有することを特徴とする
複合エネルギー変換装置において、コアが方向性軟質磁
性材料を巻回してなることを特徴とするディスクタイプ
複合エネルギー変換装置。
1. A composite energy conversion device, wherein a part of a magnetic material used for a motor or a generator is shared as a core of a transformer, wherein the core is formed by winding a directional soft magnetic material. Characteristic disk type composite energy conversion device.
【請求項2】 巻きコアの巻き軸方向に磁化容易方向を
配置した請求項1記載のディスクタイプ複合エネルギー
変換装置。
2. The disk-type composite energy conversion device according to claim 1, wherein the easy magnetization direction is arranged in the winding axis direction of the winding core.
【請求項3】 巻きコアの巻き方向に磁化容易方向を配
置した請求項1記載のディスクタイプ複合エネルギー変
換装置。
3. The disk type composite energy conversion device according to claim 1, wherein the easy magnetization direction is arranged in the winding direction of the winding core.
【請求項4】 方向性軟質磁性材料として一方向性電磁
鋼板を用いた請求項2または3記載のディスクタイプ複
合エネルギー変換装置。
4. The disk type composite energy conversion device according to claim 2, wherein a unidirectional electrical steel sheet is used as the directional soft magnetic material.
【請求項5】 方向性軟質磁性材料として二方向性電磁
鋼板を用いた請求項2または3記載のディスクタイプ複
合エネルギー変換装置。
5. The disk-type composite energy conversion device according to claim 2, wherein a bidirectional electrical steel sheet is used as the directional soft magnetic material.
【請求項6】 共有するコアが、下記の(a)〜(d)
のうち何れか一種以上で構成されることを特徴とする請
求項1〜5のいずれか1項に記載のディスクタイプ複合
エネルギー変換装置。 (a)厚さが0.2mm以下の板状磁性材料 (b)直径が0.2mm以下の線状磁性材料 (c)電気抵抗が50μΩcm以上の磁性材料 (d)磁区細分化処理された磁性材料
6. The core to be shared is the following (a) to (d):
The disk-type composite energy conversion device according to claim 1, wherein the disk-type composite energy conversion device is configured by any one or more thereof. (A) Plate-shaped magnetic material with a thickness of 0.2 mm or less (b) Linear magnetic material with a diameter of 0.2 mm or less (c) Magnetic material with electric resistance of 50 μΩcm or more (d) Magnetic domain-divided magnetism material
【請求項7】 モータや発電機のステータのコアバック
部にトランスの巻線を設けることを特徴とする請求項1
〜6のいずれか1項に記載のディスクタイプ複合エネル
ギー変換装置。
7. The winding of a transformer is provided in a core back portion of a stator of a motor or a generator.
7. The disk type composite energy conversion device according to any one of 1 to 6.
【請求項8】 モータや発電機の巻線の一部または全部
をコアバック部に設けることを特徴とする請求項1〜7
のいずれか1項に記載のディスクタイプ複合エネルギー
変換装置。
8. The core back part is provided with a part or all of windings of a motor or a generator.
7. The disk type composite energy conversion device according to any one of 1.
【請求項9】 トランスの1次巻線を、モータや発電機
の巻線の一部を共有することを特徴とする請求項1〜8
のいずれか1項に記載のディスクタイプ複合エネルギー
変換装置。
9. The primary winding of the transformer shares a part of the winding of the motor or the generator.
7. The disk type composite energy conversion device according to any one of 1.
【請求項10】 トランスの2次巻線を、モータや発電
機の巻線の一部を共有することを特徴とする請求項1〜
9のいずれか1項に記載のディスクタイプ複合エネルギ
ー変換装置。
10. The secondary winding of the transformer shares a part of the winding of a motor or a generator.
9. The disk type composite energy conversion device according to any one of 9 above.
【請求項11】 トランスとして作用する周波数を、モ
ータや発電機に使用する最大周波数以上とすることを特
徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載のディス
クタイプ複合エネルギー変換装置。
11. The disk-type composite energy conversion device according to claim 1, wherein a frequency acting as a transformer is set to be equal to or higher than a maximum frequency used for a motor or a generator.
【請求項12】 トランスとして作用する磁束変化と、
モータや発電機として作用する磁束変化を合わせたもの
が、飽和磁化の90%以下にすることを特徴とする請求
項1〜11のいずれか1項に記載のディスクタイプ複合
エネルギー変換装置。
12. A magnetic flux change acting as a transformer,
The disk type composite energy conversion device according to any one of claims 1 to 11, wherein a combined magnetic flux change acting as a motor or a generator is 90% or less of saturation magnetization.
JP6044403A 1994-03-15 1994-03-15 Disk type combined energy converter Withdrawn JPH07255136A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009005455A (en) * 2007-06-20 2009-01-08 Emaajii:Kk Induction motor

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