JP2714158B2 - 直流機の固定子 - Google Patents

直流機の固定子

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JP2714158B2
JP2714158B2 JP1180345A JP18034589A JP2714158B2 JP 2714158 B2 JP2714158 B2 JP 2714158B2 JP 1180345 A JP1180345 A JP 1180345A JP 18034589 A JP18034589 A JP 18034589A JP 2714158 B2 JP2714158 B2 JP 2714158B2
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和雄 田原
哲生 江藤
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Hitachi Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は直流機に係り、特に、圧延機などに使用され
る大形直流電動機の整流特性を改善するための固定子の
構造に関する。
〔従来の技術〕
直流機には古くから回転速度の増加に対して無火花帯
位置が減磁側へ移動する無火花帯の移動現象があり、こ
の対策として、回転速度に対して補極分路電流を調整す
る方式や、別電源を用いて補極磁束を調整する方式等が
用いられている。しかし、これらの方式は直流機本体以
外に整流補償装置を付加する必要があるため、高価とな
る。そこで、直流機本体の内部構造をわずかに改造する
だけで対策し得るものとして特開昭62−71463号公報に
示すものが提案されている。
この方式を第5図及び第6図に基づいて説明する。
第5図は直流機の要部展開図である。継鉄1の内周に
は界磁極2と補極3とが設けられている。
界磁極2は界磁鉄心4と磁極片4Aおよび界磁巻線5と
で形成され、固定子内部で回転する電機子6の電機子巻
線7に主磁束を与える役目をし、補極3は補極鉄心8と
補極巻線9とから形成され、電機子巻線7を流れる電流
が反転する整流現象時の整流起電力を発生させるための
補極磁束を与える役目をしている。また、界磁極2と補
極3との間には補極鉄心8の電機子6側の近傍の側面と
磁極片4Aの側面とを短絡する短絡鉄心10(10A,10B)が
設けられている。このような構成の直流機における低速
運転時、および、高速運転時の動作を第6図(イ),
(ロ)に示す。これらの図において、φMP(φMP1
MP2)は主磁束、φIP(φIP1〜φIP3)は補極磁束、φ
IA(φIA1IA2)は整流補償用補極磁束である。同図
(イ)の低速運転時では強め界磁であるため、主磁束φ
MP1が大となり、界磁鉄心4と継鉄1との磁束密度が高
く、磁気的に飽和した状態となるので、短絡鉄心10Bを
通して漏れる漏洩補極磁束はφIP1のみとなり、残りの
φIP2IP3は電機子側6へ入射して整流起電力を発生
するための整流補償用補極磁束φIA1となる。また、同
図(ロ)の高速運転時では弱め界磁であるから主磁束φ
MP2が小となり、界磁鉄心4と継鉄1との磁束密度が低
く、磁気的に飽和していない状態となるので、短絡鉄心
10Bを介して補極磁束φIPが界磁鉄心4へ漏れ易くな
り、補極磁束φIP1IP2が界磁鉄心4への漏洩補極磁
束となり、補極磁束φIP3が電機子6へ入射して整流補
償用補極磁束φIA2となる。このように、電機子6へ入
射する整流補償用補極磁束量が高速運転時に低速運転時
より小さくなるので、無火花帯の移動現象を防止するこ
とができる。
従来装置において、短絡鉄心に発生する磁気吸引力を
第4図(イ),(ロ)で説明する。
第4図(イ)は短絡鉄心10を補極鉄心8の中心線に対
して直交するように設け、かつ、短絡鉄心10と磁極片4A
との間にギヤツプを設け、短絡鉄心10の端面と磁極片4A
の側面とを平行に形成したものである。このような構成
において、短絡鉄心10Bを介して漏洩補極磁束が流通す
ると、短絡鉄心10Bと磁極片4Aとの間に磁気吸引力F0
作用する。この磁気吸引力F0はギヤツプの磁束密度B0
自乗に比例し、かつ、磁束密度B0が相当大きくなるの
で、磁気吸引力F0が非常に大きくなる(磁気吸引力は約
500kgにもなる)。
第4図(ロ)は磁気吸引力F0の方向を示し、磁気吸引
力F0はF1とF2に分解できる。この磁気吸引力F1は短絡鉄
心10Bの取付部Aに対して引張力となり、磁気吸引力F2
は短絡鉄心10Bの取付部Aに対して曲げ力として作用す
る。ここで、正逆回転,力行,回生制動運動を行う、い
わゆる、四象限運動される直流機に短絡鉄心を適用した
場合には、負荷電流の急変、あるいは、界磁電流の変化
が頻繁に起るので、短絡鉄心の取付け部Aには繰り返し
の引張、及び、曲げ応力が加わり、短絡鉄心自体の機械
的強度が問題となる。
短絡鉄心自体の機械的強度を十分確保するためには、
単に短絡鉄心の厚みを増せば良いが、短絡鉄心の厚みを
増すと漏洩補極磁束も増加し、無火花帯移動現象の補償
量を最適に設定できない問題がある。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術は短絡鉄心10の具体的構成については考
慮されておらず、かつ、界磁鉄心4の磁極片4Aの側面と
短絡鉄心10との間にギヤツプを設けた場合、漏洩補極磁
束が短絡鉄心10を通過すると、短絡鉄心4と磁極片4Aと
の間で磁気吸引力が働き、この磁気吸引力がギヤツプ部
の磁束密度の自乗に比例することから、短絡鉄心10を薄
く設定したい場合には短絡鉄心10の機械的強度が問題に
なることを見い出した。
本発明の目的は磁気吸引力に十分耐え得る短絡鉄心構
造を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するため、本発明は短絡鉄心の漏洩補
極磁束の流通断面積を左右対称に、補極鉄心側と界磁鉄
心の磁極片側とで変えた。即ち、左右対称に補極鉄心側
の流通断面積を界磁鉄心の磁極片側の流通断面積より大
きくした。また、短絡鉄心を補極鉄心の中心線と非直交
で、かつ、界磁鉄心の磁極片の側面に対して直交するよ
うに設けたことを特徴とする。さらに、短絡鉄心を補極
鉄心の軸方向に対して少なくとも二分割したことを特徴
とする。
〔作用〕
短絡鉄心の補極鉄心側の断面積を界磁鉄心の磁極片側
の断面積より大きくしているので、短絡鉄心の補極鉄心
側に繰り返し曲げ及び引張応力がかかつても機械的強度
を十分に保つことができ、かつ、必要な短絡鉄心の流通
断面積を界磁鉄心の磁極片側で規定できる。また、短絡
鉄心の補極鉄心の中心線と非直交で、かつ、界磁鉄心の
磁極片の側面に対して直交するように設けた場合は、短
絡鉄心に引張応力のみが加わるようになるので、短絡鉄
心の機械的強度を十分確保できる。さらに、短絡鉄心を
補極鉄心の軸方向に対して、少なくとも二分割して設け
た場合は、必要な漏洩補極磁束量に対する流通断面積を
確保すると共に、短絡鉄心の厚み(電機子の径方向の厚
み)を大きく設定できるので、短絡鉄心の機械的強度を
十分確保することができる。
〔実施例〕
第1図ないし第3図は本発明の一実施例に係る直流機
の要部展開図である。ここで、各符号は従来と同じであ
るので説明を省略する。
第1図(イ)は短絡鉄心10の漏洩補極磁束の流通断面
積を、界磁鉄心4の磁極片4A側から補極鉄心8側に向か
つて徐々に大きくしたものである。このような短絡鉄心
の構造では、漏洩補極磁束を短絡鉄心10の先端側で規定
できるので、無火花帯移動現象の補償量を最適に設定で
きる。また、補極鉄心8側の短絡鉄心10の流通断面積を
大きくしているので、短絡鉄心10の取付部Aに作用する
引張、及び、曲げ応力に対し、機械的強度を十分確保す
ることができる。
第1図(ロ)は短絡鉄心10の漏洩補極磁束の流通断面
積を、界磁鉄心4の磁極片4A側より補極鉄心8側を段階
的に大きくしたものである。このような短絡鉄心の構造
において、漏洩補極磁束を短絡鉄心10の先端側で規定で
きるので、無火花帯移動現象の補償量を最適に設定でき
る。また、補極鉄心8側の短絡鉄心10の流通断面積を大
きく、かつ、短絡鉄心10の流通断面積が小さい部分の周
方向長さを短くしているので、短絡鉄心10の断面積を段
階的に変化させた部分B及び短絡鉄心10の取付部Aに作
用する引張、及び、曲げ応力に対し、機械的強度を十分
確保できる効果がある。
また、第2図は短絡鉄心10を補極鉄心8の中心線と非
直交で、かつ、界磁鉄心4の磁極片4Aの側面に対し直交
するように設けたものである。このような短絡鉄心10の
構成において、短絡鉄心10と磁極片4Aの側面とが直交し
ているので、この短絡鉄心10と磁極片4A間に磁気吸引力
が作用した場合、短絡鉄心10の取付部Aには引張力のみ
が作用することになる。この結果、短絡鉄心10の取付部
Aは、引張応力のみに十分耐え得る構成にすれば良いこ
とから、機械的強度を十分に確保することができる。
さらに、第3図(イ)は短絡鉄心10に非磁性の支持部
材11を溶接等によつて固着し、この支持部材11を取付ボ
ルト12によつて補極鉄心8の側面に固定することによ
り、短絡鉄心10を補極鉄心8の側面に設けるようにした
ものである。第3図(ロ)は電機子6側から補極鉄心8
の下部を見た場合を示し、補極鉄心8への短絡鉄心10
(一例として、短絡鉄心10を補極鉄心8、あるいは、電
機子6の軸方向に対して二分割した場合を示した)の取
付状況を示す。このような短絡鉄心10の構成において、
短絡鉄心10の必要な流通断面積は短絡鉄心10を補極鉄心
8の軸方向に対して分割すると共に補極鉄心8の軸方向
長さlに対して短絡鉄心10の軸方向長さ(l1+l2)を調
整して決定し、機械的強度上から必要な短絡鉄心10の厚
みCを決定することにより、無火花帯移動現象の補償量
を最適に設定できると共に短絡鉄心10の機械的強度を十
分に確保できる効果がある。また、短絡鉄心10を二分割
したことにより、短絡鉄心10の単体重量が減少するの
で、補極3回りの組立性が向上すると共に、短絡鉄心10
に非磁性の支持部材11を溶接する場合、短絡鉄心10の軸
長方向の寸法が長いと溶接により短絡鉄心10自体が湾曲
して機械的寸法精度が出ないのに対し、短絡鉄心10の軸
方向寸法が短いと溶接時の湾曲が小さくなつて機械的寸
法精度が向上することから、生産性が向上する効果もあ
る。
〔発明の効果〕
本発明によれば、短絡鉄心の補極鉄心側の流通断面積
を界磁鉄心の磁極片側の流通断面積より大きくしている
ので、短絡鉄心の機械的強度を十分に確保することがで
き、無火花帯移動現象の補償量を最適に設定できる効果
がある。また、短絡鉄心を補強鉄心の軸方向に対して分
割することにより、短絡鉄心の機械的強度を十分確保
し、無火花帯移動現象の補償量を最適に設定することが
でき、補極回りの生産性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第3図は本発明の一実施例に係る短絡鉄心
を設けた直流機の要部の正面図、第4図は短絡鉄心に作
用する磁気吸引力の説明図、第5図は従来の直流機の要
部の展開図、第6図は第5図に示した直流機の低速運転
時と高速運転時の動作説明図である。 1……継鉄、2……界磁極、3……補極、4……界磁鉄
心、5……界磁巻線、6……電機子、7……電機子巻
線、8……補極鉄心、9……補極巻線、10……短絡鉄
心、11……支持部材、12……取付ボルト。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江藤 哲生 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式 会社日立製作所日立工場内 (72)発明者 鈴木 信孝 茨城県日立市会瀬町2丁目9番1号 日 立設備エンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−4450(JP,A) 特開 昭50−78809(JP,A)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電機子と、該電機子に対向配置された固定
    子とを備え、該固定子は、継鉄の内周側に設けられ、か
    つ、界磁徹鉄心及び界磁巻線からなる複数の界磁極と、
    該界磁極間の前記継鉄の内周側に設けられ、かつ、補極
    鉄心及び補極巻線からなる複数の補極とを有し、前記界
    磁鉄心と前記補極鉄心の間の前記磁界巻線及び前記補極
    巻線より前記電機子側に片寄った位置で、ほぼ周方向に
    延在し、かつ、漏洩補極磁束を流通させる磁気的な短絡
    鉄心を備えてなる直流機において、 前記短絡鉄心の漏洩補極磁束の流通断面積を前記補極鉄
    心に対して左右対称に、かつ、前記界磁鉄心側よりも前
    記補極鉄心側を大きくしたことを特徴とする直流機の固
    定子。
  2. 【請求項2】電機子と、該電機子に対向配置された固定
    子とを備え、該固定子は、継鉄の内周側に設けられ、か
    つ、界磁鉄心及び界磁巻線からなる複数の界磁極と、該
    界磁極間の前記継鉄の内周側に設けられ、かつ、補極鉄
    心及び補極巻線からなる複数の補極とを有し、前記界磁
    鉄心と前記補極鉄心の間の前記磁界巻線及び前記補極巻
    線より前記電機子側に片寄った位置で、ほぼ周方向に延
    在し、かつ、漏洩補極磁束を流通させる磁気的な短絡鉄
    心を備えてなる直流機において、 前記短絡鉄心を前記補極鉄心の中心線と非直交で、か
    つ、前記界磁鉄心の磁極片の側面に対して直交するよう
    に設けたことを特徴とする直流機の固定子。
  3. 【請求項3】電機子と、該電機子に対向配置された固定
    子とを備え、該固定しは、継鉄の内周側に設けられ、か
    つ、界磁鉄心及び界磁巻線からなる複数の界磁極と、該
    界磁極間の前記継鉄の内周側に設けられかつ補極鉄心及
    び補極巻線からなる複数の補極とを有し、前記界磁鉄心
    と前記補極鉄心の間に前記界磁巻線及び前記補極巻線よ
    り前記電機子側に片寄った位置で、ほぼ周方向に延在
    し、かつ、漏洩補極磁束を流通させる磁気的な短絡鉄心
    を備えてなる直流機において、 前記短絡鉄心を前記電機子の軸方向に少なくとも二分割
    したことを特徴とする直流機の固定子。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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