JP3467963B2 - 永久磁石界磁型回転電機 - Google Patents

永久磁石界磁型回転電機

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JP3467963B2 JP09552596A JP9552596A JP3467963B2 JP 3467963 B2 JP3467963 B2 JP 3467963B2 JP 09552596 A JP09552596 A JP 09552596A JP 9552596 A JP9552596 A JP 9552596A JP 3467963 B2 JP3467963 B2 JP 3467963B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、永久磁石界磁型回
転電機に関し、特に補助極付の永久磁石界磁型回転電機
に関する。 【0002】 【従来の技術】特開昭59−34490号公報は、ヨー
クの内周面に周方向一定間隔を隔てて極性交互に配設さ
れる永久磁石からなるとともに各磁極面が電機子に対面
して形成される複数の主磁極をもつ永久磁石界磁型回転
電機において、主磁極の電機子反作用増磁側の側面に隣
接して軟磁性の補助極を配設することを提案している。 【0003】このようにすれば、電機子電流増大時にお
ける交差起磁力(cross magnetizing ampere turns)に
より磁界の歪みが増大して主磁極の一側面(電機子反作
用による増磁側の側面)近傍における磁界が強化されて
も、それによる磁束は補助極を貫流することができ、そ
の結果として高トルクを得ることができる。特開昭50
−65804号公報は、ヨークの内周面に周方向一定間
隔を隔てて極性交互に配設される永久磁石からなるとと
もに各磁極面が電機子に対面して形成される複数の主磁
極をもつ永久磁石界磁型回転電機において、近接する側
の主磁極の磁極面の極性と同極性の一対の磁極面を周方
向両端面に有する永久磁石からなる副磁極を主磁極間の
極間間隙に介設することにより、電機子コイルと鎖交す
ることなく隣接する主磁極間の極間間隙に漏洩する漏れ
磁束を低減することを提案している。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記した
補助極付の永久磁石界磁型回転電機では、補助極は主磁
極の磁界により生じる磁束を部分的に短絡する作用も有
するので、電機子反作用が小さい場合には(電機子電流
が小さい場合には)、主磁極による磁束がこの補助極に
漏れて電機子コイルと鎖交する有効磁束が減少するとい
う不具合があった。また、電機子反作用が大きい場合に
は(電機子電流が大きい場合には)、軟磁性の補助極が
磁気飽和してしまい、有効磁束の増大が抑制されて出力
向上が阻害されるという不具合もあった。 【0005】なお、補助極を小型化すれば、上述した電
機子電流が小さい場合における有効磁束の減少を抑止で
きるが、電機子電流が大きい場合における補助極の磁気
飽和が促進され、補助極を大型化すれば、上述した電機
子電流の増大時の補助極の磁気飽和を抑止できるが、電
機子電流が小さい場合における有効磁束の減少が促進さ
れる。 【0006】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、広い電流範囲にわたって出力増大が可能な永久磁
石界磁型回転電機を提供することをその目的としてい
る。 【0007】 【課題を解決するための手段】請求項1記載の手段によ
れば、上記した補助極付の永久磁石界磁型回転電機にお
いて、近接する主磁極の電機子側の磁極面の極性と同極
性の一対の磁極面を周方向両端面に有する永久磁石から
なる副磁極を、主磁極の電機子反作用減磁側の側面の反
ヨーク側端部と補助極の側面の反ヨーク側端部との間の
極間間隙に介設している。 【0008】したがって、電機子電流が増大してそれに
より補助極内に形成される上記交差磁界が増大し、この
交差磁界による磁束成分(以下、交差磁束成分ともい
う)が補助極にて増大しようとしても、副磁極により補
助極内に形成される磁界が補助極内部においてほぼ上記
交差磁界と反対向きに形成されることになる。その結
果、電機子電流の増大により補助極内に大きな交差磁界
が生じて補助極内が交差磁束成分により磁気飽和するこ
とがこの副磁極の磁界により抑圧される。すなわち、副
磁極は、電機子大電流時における補助極内の磁気飽和を
抑制するという独特の作用をなすことにより、電機子大
電流時における出力向上を実現することができる。 【0009】また、電機子小電流時においても、副磁極
が補助極内に形成する副磁極磁界による磁束成分が補助
極内を流れるので、主磁極が補助極内に形成する磁界に
よる磁束成分が補助極内を流れる割合を減少することが
でき、この結果として、電機子小電流時における有効磁
束の低減を抑圧して、電機子小電流時における出力の向
上を実現することができる。 【0010】更に、従来のように電機子電流の増大によ
り補助極が飽和すると、それにより補助極で吸収できな
くなった交差磁束成分が補助極に隣接する極間間隙を径
方向へ流れざるを得ず、その分、合成磁界は主磁極のみ
による磁界に対して周方向へ一層偏位することになる。
これに対して、本構成では上述したように副磁極を設け
ることにより補助極の磁気飽和を抑制できるので、電機
子電流が増大してもそれにより増大した磁束成分は補助
極に吸収されることになり、その結果、従来のように極
間間隙に磁束成分が流れて合成磁界が周方向へ一層偏位
してしまうという弊害が抑制され、これにより整流火花
を従来より低減してブラシ寿命を向上することができ
る。なお、この効果は試験にて確認済である。 【0011】 【発明の実施の形態】本発明の永久磁石界磁型回転電機
の好適態様を以下の実施例を参照して説明する。 (実施例)この実施例の永久磁石界磁型直流モータの界
磁構造を図1の模式断面図に示す。また、このモータの
軸方向断面の一例を図4に示す。 【0012】1は軟鉄円筒からなるヨークであって、ヨ
ーク1の内周面にはそれぞれ永久磁石からなる6つの主
磁極2が互いに周方向へ一定間隔(60度)隔てて極性
交互に配設されており、各主磁極2の一方の磁極面は所
定のラジアルギャップを介して電機子(ロータ)6に対
面して形成され、各主磁極2の他方の磁極面はヨーク1
の内周面に接して形成されている。 【0013】主磁極2の電機子反作用増磁側の側面(図
1における時計回転方向進行側の側面)21に隣接して
軟鉄からなる補助極3の一側面が固着されており、いわ
ゆる補助極付の永久磁石界磁が形成されている。補助極
3の径外側の端面はヨーク1に固着され、補助極3の径
内側の端面は所定のラジアルギャップを介して電機子
(ロータ)6に対面している。なお、電機子6は、周知
のように電機子鉄心とその外周部に巻装された電機子コ
イルとからなるが詳述は省略する。 【0014】更に本実施例では、主磁極2と補助極3と
の間の極間間隙にそれぞれ部分円筒片形状の永久磁石か
らなる副磁極4が介設されている。副磁極4の時計回転
方向(cw)進行側の端面41は主磁極2の電機子反作
用減磁側の側面(図1における反時計回転方向進行側の
側面)22に隣接されており、副磁極4の反時計回転方
向(ccw)進行側の端面42は補助極3の側面に隣接
されており、副磁極4の径外側の端面はヨーク1に固着
され、副磁極4の径内側の端面は所定のラジアルギャッ
プを介して電機子(ロータ)6に対面している。副磁極
4の一対の端面(周方向端面)41、42はそれぞれ近
接する主磁極2の径内側の端面の極性と同極性となるよ
うに磁化されている。 【0015】なお、本実施例において電機子6は反時計
回転方向へ回転されるものとする。上記構成の界磁の作
用を以下に説明する。まず、電機子電流による電機子反
作用を考えない場合の磁束分布例を図2に示す。主磁極
2の径内側端面に形成されたN極からでた磁束の大部分
は、電機子鉄心6を通過した後、両側の主磁極2の径内
側端面に形成されたS極に入る。主磁極2の径内側端面
に形成されたN極からでた磁束の一部は、電機子鉄心6
を通過した後、補助極3を径方向へ通ってヨーク1に入
る。 【0016】副磁極4のN極が補助極3の側面に隣接す
る場合、副磁極4のN極から出た磁束の大部分は補助極
3を径方向へ通ってヨーク1に入り、副磁極4のN極か
ら出た磁束の一部は補助極3を径方向へ通って電機子6
に入る。当然、副磁極4のS極が補助極3の側面に隣接
する場合、副磁極4を通る磁束の方向は上記と逆にな
る。 【0017】以上の説明からわかることは、副磁極4が
補助極3内に磁束を流すために、主磁極2が補助極3内
に流す漏れ磁束が減り、主磁極2からみて実質的に補助
極3が小型化したと同じ状態となることである。したが
って、電機子電流が小さく電機子反作用が小さい場合に
は、副磁極4による上述した漏れ磁束低減効果によりト
ルク向上が実現する。 【0018】次に、電機子電流(電機子反作用)に基づ
く交差磁界によって形成される磁束(交差磁束成分、電
機子反作用磁束成分)だけを考えた場合の磁束分布例を
図3に示す。この交差磁束成分は、図3からわかるよう
に、補助極3をそれが隣接する主磁極2と同一方向へ磁
化するので、この補助極3の分だけ電機子コイルと鎖交
する有効磁束が増大し、トルクが増大することがわか
る。 【0019】次に、電機子電流が増大して図3の電機子
反作用磁束成分が増大する場合を考える。この電機子反
作用磁束成分が増大すると、補助極3が磁気飽和してそ
れ以上の磁束増加は望めない筈であるが、補助極3の内
部には実際には図2に示すように、電機子反作用磁界
(交差磁界)とほとんど逆方向に副磁極4の磁界が形成
されているので、補助極3の内部磁界はこの副磁極4の
磁界の分だけ減磁され、その分だけ磁気飽和が抑止さ
れ、その分だけ電機子コイルと鎖交する有効磁束が増大
し、トルクが増大することがわかる。 【0020】また、整流性をも改善できたので、この理
由を以下に説明する。補助極3が飽和すると、補助極3
で吸収できなくなった交差磁束成分が補助極3に隣接す
る極間間隙を径方向へ流れざるを得ず、その分、合成磁
界は主磁極2のみによる磁界に対して周方向へ一層偏位
することになる。これに対して、本構成では上述したよ
うに副磁極4を設けることにより補助極3の磁気飽和を
抑制できるので、電機子電流が増大してもそれにより増
大した磁束成分は補助極3に吸収されることになり、そ
の結果、上記した従来のように極間間隙に磁束成分が流
れて合成磁界が周方向へ一層偏位してしまうという弊害
が抑制される。 【0021】以下、試験例について説明する。用いたモ
ータは、車両用スタータとして用いる直流直巻型モータ
であって、定格電圧12V、定格電流150A、4極の
形式を有し、その電機子鉄心の軸長は54mm、半径は
24mm、スロット数21、スロット内導体数42、電
機子コイルの抵抗5ミリオームである。主磁極2はフェ
ライト磁石からなり、その径内側磁極面の半径は24.
5mm、その径外側磁極面の半径は31.5mm、その
周方向占有角度は40度、その軸方向長は69mmとし
た。補助極3は、部分円筒片形状の軟鉄片であって、そ
の周方向占有角度は21.2度とした。副磁極4はフェ
ライト磁石からなり、その径外側磁極面の半径は29m
mとした。主磁極2及び副磁極4は磁気飽和状態まで着
磁した。ブラシの寸法は幅6mm×高さ9mmの断面を
もち、押圧力は1kgとし、整流子片の寸法は外径φ2
8でセグメントの幅は3.7mm、長さは15mmとし
た。 【0022】上記モータを、回転数6300rpm、電
機子電流150Aの状態で運転して整流火花を調べたと
ころ3〜4号火花となった。比較例として、上記モータ
から副磁極4のみを除去したモータについて上記と同じ
運転条件で整流火花を調べたところ7号火花となった。
この結果、整流火花を従来より低減してブラシ寿命を向
上できることが確認できた。 (変形態様)主磁極2の数、副磁極4の数は自由であ
り、また両者を同一の磁石で構成することも構成の簡単
化にとって有益である。 【0023】また補助極3は軟鉄としたが、多少の硬磁
性を有するものでもよい。更に、副磁極4は少なくとも
主磁極2の側面の反ヨーク側端部と補助極3の側面の反
ヨーク側端部との間の極間間隙に介設されるが、主磁極
2の側面と補助極3の側面の間の極間間隙全体に設ける
ことも可能である。
【図面の簡単な説明】 【図1】実施例の永久磁石界磁型モータの模式径方向断
面図である。 【図2】図1のモータの電機子反作用を無視できる状態
における磁束分布を示す図である。 【図3】図1のモータの電機子反作用磁束成分だけの分
布を示す図である。 【図4】図1のモータの模式軸方向断面図である。 【符号の説明】 1はヨーク、2は主磁極、3は補助極、4は副磁極。

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】ヨークの内周面に周方向一定間隔を隔てて
    極性交互に配設される永久磁石からなるとともに各磁極
    面が電機子に対面して形成される複数の主磁極と、 前記主磁極の電機子反作用増磁側の側面に隣接して配設
    される軟磁性の補助極と、 近接する主磁極の電機子側の前記磁極面の極性と同極性
    の一対の磁極面を周方向両端面に有する永久磁石からな
    るとともに前記主磁極の電機子反作用減磁側の側面の反
    ヨーク側端部と前記補助極の側面の反ヨーク側端部との
    間の極間間隙に介設される副磁極と、 を備えることを特徴とする永久磁石界磁型回転電機。
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