JP2004032834A - Permanent magnet synchronous generator with small torque at starting - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、永久磁石式同期発電機を起動する場合、一般的に一定以上の大きな回転トルクを必要とするが、その様なトルクを必要としない、起動時のトルクが小さい永久磁石式同期発電機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
電機子と界磁極の相対運動によって誘導起電力を生じさせて発電する同期発電機において、一般的には電機子を固定子とし、界磁極を回転子とした回転界磁形のものが多く採用されている。この様な回転界磁形の同期発電機の中には、界磁極として永久磁石を使用した永久磁石式同期発電機がある。この永久磁石式同期発電機は、一般的にエンジン発電機に代表される、横軸の回転界磁形構造で、低速度かつ小容量のものが多い。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、低速度で小容量の永久磁石式同期発電機であっても、起動時には、相互に引き合って安定している夫々の電機子と永久磁石の引き合う力を超える大きな回転トルクを必要とするのが通常である。この様な起動時の大きな回転トルクは、一度回転が始まり、回転が安定してしまえば、その後は必要とされない。
【0004】
また電機子の電機子鉄心は、けい素鋼板で出来ており、回転子である電機子の極が界磁極である永久磁石の極に近接して磁化する際、電機子鉄心においてコイルを巻いた部分以外の部分も磁化される。このことが回転トルクを大きくする一因ともなっている(いわゆる「鉄損」を言う)。
【0005】
よって、起動時の大きな回転トルクを減少させることができれば、また上記鉄損の原因ともなる電機子鉄心の体積を小さく出来れば、永久磁石式同期発電機が起動時に必要とするエネルギーの大きな省力化が出来、永久磁石式同期発電機の用途の拡大となる。
【0006】
この発明は、これらの点に鑑みて為されたもので、永久磁石式同期発電機において、夫々の電機子を三分割して夫々の極をずらして形成した三相のローターを設け、またこれに加えて電機子鉄心の体積を少なくして、起動時に必要とされる回転トルクを減少させた、起動時のトルクが小さい同期発電機を提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、永久磁石式同期発電機において、磁性体から成るドラムの内側で複数の電機子をシャフトに等間隔で放射状に設けてローターを形成し、上記ドラムの内周壁に上記電機子の数量の整数倍の数量の永久磁石を円周方向に異極で交互に設け、上記ローターの各電機子をシャフトの軸方向に三分割して第一ローター,第二ローター,第三ローターの三相とし、各ローターの各電機子の極を回転方向に一定距離ずつずらして設けた起動時のトルクが小さい永久磁石式同期発電機とした。
【0008】
請求項2の発明は、上記各ローターの電機子の数量を8とし、上記永久磁石の数量を24とした上記請求項1に記載の起動時のトルクが小さい永久磁石式同期発電機とした。
【0009】
請求項3の発明は、上記電機子をシャフトに放射状に設けてローターを形成するのに、上記シャフトに自体の中心孔を貫通させた非磁性体から成る円板を設け、この円板の円周面に放射状に、コイルを巻いた電機子鉄心を設けて、電機子鉄心の体積を小さくした上記請求項1又は2の何れかに記載された起動時のトルクが小さい永久磁石式同期発電機とした。
【0010】
【実施の形態】
以下この発明の実施の形態例を図に基づいて説明する。
この実施の形態例の永久磁石式同期発電機(以下、単に「同期発電機」という)は、図1に示すように、鉄製のドラム1の内側の中心軸位置に設けたシャフト2の外周に、電機子4を設けてローターを形成している。
【0011】
ローターは、非磁性体から成る一定厚の円板状の取付金具3をその中心を上記シャフト2で貫通して設け、この取付金具3の円周面に各電機子4を設けて形成している。電機子4は、放射状に等間隔で8個、取り付けピン5により取付金具3に取付けられている。電機子4は、電機子鉄心と電機子巻線から成り、電機子鉄心は、極薄のけい素鋼板を積層したものの外周に電機子巻線のコイルを巻いて形成される。
【0012】
そして各電機子4をシャフト2の軸方向に、図1及び図2に示すように、夫々三分割し、さらに夫々の各電機子4の極を回転方向に5度ずつずらして第一ローターA、第二ローターB、第三ローターCを設けている。これらの第一ローターA、第二ローターB、第三ローターCは、同じシャフト2に固定されており、一体となって回転する。
【0013】
第一ローターA、第二ローターB、第三ローターCが回転し、図1に示すように、第一ローターAの電機子4aがドラム1内周壁のセグメント磁石6と向き合い、最も引き合う位置にある時、第二ローターBの電機子4bは、上記セグメント磁石6とは回転方向に5度ずれた位置にあり、第三ローターCの電機子4cは、上記セグメント磁石6とは回転方向に10度ずれた位置にある。この時第二ローターBの電機子4bは、セグメント磁石6と引き合う状態にあり、第三ローターCの電機子4cは、セグメント磁石6と隣接するセグメント磁石6aと引き合う状態にあり、電機子4bとセグメント磁石6の位置関係と、電機子4cとセグメント磁石6aの位置関係は、同じ関係にある。
【0014】
この様にセグメント磁石6に対して、三分割して夫々の電機子の極の位置が回転方向にずれた第一ローターA、第二ローターB、第三ローターCの各電機子4a,4b,4cにより、分散されたかたちで引き合う力が発生し、電機子4bがセグメント磁石6と引き合う力と、電機子4cがセグメント磁石6aと引き合う力とが相殺され、電機子4aがセグメント磁石6と引き合う力が残り、各ローターA、B、Cとセグメント磁石6とが引き合う力は、ローターを分割しないものと比べて1/3となり、各ローターA、B、Cは、回転し易い状態になる。その結果、起動時の各ローターA、B、Cを回転させる回転トルクを軽減し、かつ補うこととなる。
【0015】
ドラム1の内周壁面には、界磁極として長細形状のセグメント磁石6を、円周方向に24個、ドラム1の側面に沿ってその磁力により貼り付けて設けている。また互いに隣接するセグメント磁石6,6aなどは、ドラム1の中心に向いた面がS極、N極と交互に異極になるように配している。セグメント磁石6,6aなどの磁力線は、図3に示すように隣接する異極のセグメント磁石に向かって、ドラム1の内側方向に伸びている(図3では矢印で示す。)。
【0016】
ここで電機子4の数を8とし、界磁極の数を24としたのは、比較的小型の発電機において、誘導起電力の発生を促進するために、回転のためのバランスや効率などを考えた場合の最適な数値である。また界磁極は異極で交互に配置することから、その数は偶数となっており、さらに設けられる電機子の数量の整数倍の数値となっている。
【0017】
次にこの実施の形態例の同期発電機を使用した例を図4に基づいて説明する。この同期発電機においては、シャフト2に軸支された第一ローターA、第二ローターB、第三ローターCに加えて、界磁極としてのセグメント磁石6を取り付けたドラム1も回転する。ただし各ローターA、B、Cとドラム1は相互に逆回転する構成となっている。
【0018】
この同期発電機は、図4に示すように、ドラム1を軸支するシャフトは、内外の二重構造に成っており、外シャフト2aは、ドラム1の一方の側面1aと円周面1bと一体に設けられており、ドラム1の他方の側面1cは、取外し自在な蓋体と成っている。そして内シャフト2の外周に設けた円板状の取付金具3の円周面に放射状に各電機子4を設けて第一ローターA、第二ローターB、第三ローターCを形成している。内シャフト2は、その一方の端部をドラム1内の一方の側面1aに設けられた外シャフト2aの内部に穿った中心孔で支持されており、内シャフト2の他方の端部はドラム1の他方の側面1cの中央の軸受部1dにおいて軸支されている。
【0019】
ドラム1の内周壁面には、上記の通り、界磁極として長細形状のセグメント磁石6を、円周方向に24個、ドラム1の側面に沿ってその磁力により等間隔で貼り付けて設けている。
【0020】
そして別設の動力(図示省略)により、内シャフト2が時計方向の回転をしたならば、外シャフト2aは反時計方向の回転をするようになっている。これにより内シャフト2に設けられた第一ローターA、第二ローターB、第三ローターCの放射状の各電機子4も時計方向の回転をし、外シャフト2aの内周壁面に設けたセグメント磁石6は反時計方向の回転をする。これにより電機子4又は界磁極(セグメント磁石6)のどちらか一方しか回転しない発電機に比べ、二倍の回転数が得られることになる。
【0021】
第一ローターA、第二ローターB、第三ローターCが回転し、図1に示すように、第一ローターAの電機子4aがドラム1内周壁のセグメント磁石6と向き合い、最も引き合う位置にある時、第二ローターBの電機子4bは、上記セグメント磁石6とは回転方向に5度ずれた位置にあり、第三ローターCの電機子4cは、上記セグメント磁石6とは回転方向に10度ずれた位置にある。この時第二ローターBの電機子4bは、セグメント磁石6と引き合う状態にあり、第三ローターCの電機子4cは、セグメント磁石6と隣接するセグメント磁石6aと引き合う状態にあり、電機子4bとセグメント磁石6の位置関係と、電機子4cとセグメント磁石6aの位置関係は、同じ関係にある。
【0022】
この様にセグメント磁石6に対して、三分割して夫々の電機子の極の位置が回転方向にずれた第一ローターA、第二ローターB、第三ローターCの各電機子4a,4b,4cにより、分散されたかたちで引き合う力が発生し、電機子4bがセグメント磁石6と引き合う力と、電機子4cがセグメント磁石6aと引き合う力とが相殺され、電機子4aがセグメント磁石6と引き合う力が残り、各ローターA、B、Cとセグメント磁石6とが引き合う力は、ローターを分割しないものと比べて1/3となり、各ローターA、B、Cは、回転し易い状態になる。その結果、起動時の各ローターA、B、Cを回転させる回転トルクを軽減し、かつ補うこととなる。
【0023】
上記の実施例の形態例では、各ローターA、B、Cの各電機子の極を回転方向に5度ずつずらして設けているが、回転方向にずらす幅は、これに限定するものではない。また各ローターA、B、Cの各取付金具3に設ける電機子4の数量を8とし、セグメント磁石6の数量を24としたが、電機子4やセグメント磁石6の数量は、これらの数量に限定するものではない。さらに電機子4及び界磁極の双方が回転する構成としたが、これらの構成は、この発明の必須要件ではない。また非磁性体の取付金具3としては、具体的に例示しているものではないが、アルミニウムや真鍮などでよく、またこれらに限定するものではない。
【0024】
磁性体のドラム1として、鉄製のものを使用しているが、ドラム1は、磁性体ならば鉄製に限定するものではなく、さらに永久磁石としてセグメント磁石6を使用しているが、永久磁石としては、セグメント磁石6に限定するものではなく、またドラム1が磁性体のため各セグメント磁石6から出る磁力線が多くなっている。
【0025】
【発明の効果】
請求項1乃至請求項3の各発明によれば、磁性体から成るドラムの内側で複数の電機子をシャフトに等間隔で放射状に設けてローターを形成し、上記ローターの電機子をシャフトの軸方向に三分割して第一ローター,第二ローター,第三ローターの三相とし、各ローターの各電機子の極を回転方向に一定距離ずつずらした位置に設けたので、ドラムに設けられた一の永久磁石に対して、三分割されて位置がずれた極の電機子と引き合うこととなる。その結果、分散されたかたちで引き合う力が発生することにより、回転し易い状態となり、起動時の各電機子を回転させる回転トルクを軽減し、補うこととなる。これにより従来の永久磁石式同期発電機のように起動時に大きな回転トルクは、不要と成り、もっと手軽に使用できるので、永久磁石式同期発電機の用途の拡大に大きく貢献するものである。
【0026】
また請求項2の発明によれば、上記各ローターの電機子の数量を8とし、上記永久磁石の数量を24としたので、上記の効果に加えて、小型の発電機の場合、発電機の回転のバランスが良い効率的で回転し易いものとなり、回転トルクの軽減により貢献する。さらに請求項3の発明によれば、上記の効果に加えて、電機子をシャフトに放射状に設けるのに、非磁性体から成る円板の円周面に設けて従来のものより電機子鉄心の体積を小さくし、起動時の鉄損を減少させることが出来るので、さらに起動時の回転トルクの減少が出来るものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態例における同期発電機の側面の断面説明図である。
【図2】この発明の実施の形態例におけるローターの電機子を三分割し、さらに回転方向に電機子の極を5度ずつずらして形成した第一ローター、第二ローター、第三ローターの説明図である。
【図3】この発明の実施の形態例において、ドラムの内周壁に隣接して設けたセグメント磁石の磁力線の流れを示す説明図である。
【図4】この発明の実施の形態例における使用例としての同期発電機の正面の一部断面図である。
【符号の説明】
A 第一ローター B 第二ローター
C 第三ローター
1 ドラム 2 シャフト
3 取付金具 4 電機子
4a 第一ローターの電機子 4b 第二ローターの電機子
4c 第三ローターの電機子 6 セグメント磁石[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
According to the present invention, a permanent magnet type synchronous generator which generally requires a large rotation torque at a certain level or more when starting a permanent magnet type synchronous generator does not require such a torque and has a small starting torque. It is about the machine.
[0002]
[Prior art]
Synchronous generators that generate electric power by generating induced electromotive force by the relative motion between an armature and a field pole generally use a rotating field type with a stator as the armature and a rotor as the field pole. Have been. Among such a rotating field type synchronous generator, there is a permanent magnet type synchronous generator using a permanent magnet as a field pole. The permanent magnet type synchronous generator generally has a horizontal-axis rotating field type structure, typically represented by an engine generator, and has a low speed and a small capacity.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, even a low-speed, small-capacity permanent magnet synchronous generator requires a large rotational torque at startup, exceeding the attractive force of each armature and permanent magnet that are attracted and stable to each other. Is normal. Such a large rotation torque at the time of startup is not required thereafter once the rotation starts and the rotation is stabilized.
[0004]
Also, the armature core of the armature is made of silicon steel, and when the pole of the armature, which is the rotor, is magnetized close to the pole of the permanent magnet, which is the field pole, a coil is wound around the armature core. Parts other than the part are also magnetized. This also contributes to an increase in the rotational torque (so-called “iron loss”).
[0005]
Therefore, if a large rotating torque at the time of starting can be reduced, and if the volume of the armature core which causes the above-mentioned iron loss can be reduced, the permanent magnet type synchronous generator can greatly save energy required at the time of starting. And the use of the permanent magnet synchronous generator is expanded.
[0006]
The present invention has been made in view of these points, and in a permanent magnet type synchronous generator, a three-phase rotor formed by dividing each armature into three and shifting the respective poles is provided. Another object of the present invention is to provide a synchronous generator having a small torque at the time of starting, in which the volume of the armature core is reduced to reduce the rotational torque required at the time of starting.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, in the permanent magnet synchronous generator, a plurality of armatures are radially provided on a shaft at equal intervals inside a drum made of a magnetic material to form a rotor, and the motor is provided on an inner peripheral wall of the drum. Permanent magnets of an integral multiple of the number of the rotors are alternately provided in the circumferential direction with different poles, and each armature of the rotor is divided into three in the axial direction of the shaft, and the first, second, and third rotors are divided. And a permanent magnet synchronous generator having a small torque at the time of starting, in which the poles of each armature of each rotor are shifted by a fixed distance in the rotation direction.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, there is provided the permanent magnet synchronous generator according to the first aspect, wherein the number of the armatures of each of the rotors is eight and the number of the permanent magnets is twenty-four.
[0009]
According to a third aspect of the present invention, in order to form a rotor by radially providing the armature on a shaft, a disk made of a non-magnetic material having a center hole penetrating the shaft is provided on the shaft. 3. The permanent magnet synchronous generator according to
[0010]
Embodiment
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, a permanent magnet type synchronous generator (hereinafter simply referred to as a “synchronous generator”) according to this embodiment is provided on an outer periphery of a
[0011]
The rotor is formed by providing a disk-
[0012]
Each of the
[0013]
The first rotor A, the second rotor B, and the third rotor C rotate, and the
[0014]
In this manner, the
[0015]
On the inner peripheral wall surface of the
[0016]
Here, the number of the
[0017]
Next, an example using the synchronous generator of this embodiment will be described with reference to FIG. In this synchronous generator, in addition to the first rotor A, the second rotor B, and the third rotor C supported by the
[0018]
In this synchronous generator, as shown in FIG. 4, a shaft for supporting the
[0019]
As described above, 24 elongated
[0020]
If the
[0021]
The first rotor A, the second rotor B, and the third rotor C rotate, and the
[0022]
In this manner, the
[0023]
In the embodiment of the above embodiment, the poles of the armatures of the rotors A, B, and C are provided so as to be shifted by 5 degrees in the rotation direction, but the width of the rotation in the rotation direction is not limited to this. . In addition, the number of
[0024]
The
[0025]
【The invention's effect】
According to the first to third aspects of the present invention, a plurality of armatures are radially provided on the shaft at equal intervals inside the drum made of a magnetic material to form a rotor, and the rotor armature is connected to the shaft of the shaft. The rotor is divided into three phases to form three phases, the first rotor, the second rotor, and the third rotor, and the poles of each armature of each rotor are provided at positions shifted by a fixed distance in the rotation direction. For one permanent magnet, it is attracted to the armature of the pole which is divided into three and shifted in position. As a result, the attracting force is generated in a dispersed manner, so that the armature is easily rotated, and the rotating torque for rotating each armature at the time of starting is reduced and compensated. This eliminates the need for a large rotating torque at startup as in the case of the conventional permanent magnet type synchronous generator, and can be used more easily, greatly contributing to the expansion of applications of the permanent magnet type synchronous generator.
[0026]
According to the second aspect of the present invention, the number of armatures of each rotor is set to 8 and the number of permanent magnets is set to 24. In addition to the above effects, in the case of a small generator, The balance of rotation is good, efficient and easy to rotate, which contributes to reduction of rotation torque. According to the third aspect of the present invention, in addition to the above-described effects, the armature is radially provided on the shaft. Since the volume can be reduced and the iron loss at startup can be reduced, the rotational torque at startup can be further reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory side sectional view of a synchronous generator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a first rotor, a second rotor, and a third rotor in which an armature of a rotor is divided into three parts and poles of the armature are shifted by 5 degrees in a rotation direction in the embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a flow of lines of magnetic force of a segment magnet provided adjacent to an inner peripheral wall of a drum in the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a partial cross-sectional front view of a synchronous generator as an example of use in the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List A First rotor B Second rotor
Claims (3)
磁性体から成るドラムの内側で複数の電機子をシャフトに等間隔で放射状に設けてローターを形成し、上記ドラムの内周壁に上記電機子の数量の整数倍の数量の永久磁石を円周方向に異極で交互に設け、上記ローターの各電機子をシャフトの軸方向に三分割して第一ローター,第二ローター,第三ローターの三相とし、各ローターの各電機子の極を回転方向に一定距離ずつずらして設けたことを特徴とする、起動時のトルクが小さい永久磁石式同期発電機。In a permanent magnet type synchronous generator,
A plurality of armatures are radially provided at equal intervals on a shaft inside a drum made of a magnetic material to form a rotor, and permanent magnets of an integral multiple of the number of the armatures are provided on an inner peripheral wall of the drum in a circumferential direction. The armature of the rotor is divided into three in the axial direction of the shaft to form three phases of a first rotor, a second rotor, and a third rotor, and the poles of each armature of each rotor are rotated. A permanent magnet type synchronous generator having a small torque at the time of starting, which is provided by being shifted by a predetermined distance in a direction.
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CN104525605A (en) * | 2014-12-04 | 2015-04-22 | 汪超 | Die for making automobile alternator claw-pole |
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