JPH04331448A - 同期電動機 - Google Patents

同期電動機

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JPH04331448A
JPH04331448A JP3125507A JP12550791A JPH04331448A JP H04331448 A JPH04331448 A JP H04331448A JP 3125507 A JP3125507 A JP 3125507A JP 12550791 A JP12550791 A JP 12550791A JP H04331448 A JPH04331448 A JP H04331448A
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stator
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rotating magnetic
permanent magnet
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Toshihiko Satake
佐竹利彦
Yukio Onoki
大野木幸男
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Satake Engineering Co Ltd
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    • H02K21/46—Motors having additional short-circuited winding for starting as an asynchronous motor
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02P1/16—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters
    • H02P1/46—Arrangements for starting electric motors or dynamo-electric converters for starting dynamo-electric motors or dynamo-electric converters for starting an individual synchronous motor
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  • Power Engineering (AREA)
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  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、誘導電動機の作用で起
動して永久磁石で同期運転に引き込む永久磁石型同期電
動機に関する。
【０００２】
【従来の技術】本発明に係る従来技術として、ブラシレ
ス構造の同期電動機がある。これは、回転子を１組の誘
導電動機のかご形導体と、１組の永久磁石の回転子とに
より構成し、起動時には固定子の回転磁界と誘導電動機
のかご形導体との電磁誘導作用により起動し、誘導電動
機の非同期速度から同期速度に近づいた時、つまりすべ
りが零に近づいた時、固定子の回転磁界と永久磁石の磁
極とが吸引し合って同期速度に至るものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前記従来技術の同期電
動機は、固定子の回転磁界と電磁誘導作用のある一組の
誘導電動機のかご形導体と、固定子の回転磁界と吸引し
合う一組の永久磁石の回転子とにより構成し、起動時は
固定子の回転磁界と誘導電動機のかご形導体との電磁誘
導作用により起動するために、非同期速度における前記
永久磁石と固定子の回転磁界との吸引・反撥が同時に作
用する起動障害に十分打ち勝つだけの電磁誘導作用を有
するかご形導体を必要とする。したがって、誘導電動機
のかご形導体は永久磁石の回転子による起動障害を無視
でき得るだけの十分な大きさに構成する必要があり、こ
のため永久磁石のブラシレス同期電動機はその出力に比
較して大型になっていた。
【０００４】一方、本来必要とされる同期トルクは、誘
導電動機による起動時のトルクを永久磁石に十分打ち勝
つだけの大きさにするため、逆に永久磁石は小形になり
同期トルクに比較して同期電動機は大形になっていた。 つまり目標とする同期トルクに必要な永久磁石回転子を
基に、その永久磁石が非同期時に作用して発生する起動
障害に十分打ち勝つよう誘導電動機のかご形導体を設計
するためである。
【０００５】以上の永久磁石型のブラシレス同期電動機
は小型の特にＷＯＷ（ワウ）を嫌う録音録画機やその再
生機に使用されるが、前述の理由によりこれらの機器の
小型化への限界となり、同出力で小型の同期電動機の開
発が望まれている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、同期電動機に
おいて、固定子の回転磁界との電磁誘導作用により非同
期速度で回転する第１の回転子部分と、回転磁界との吸
引により同期速度で回転する永久磁石で形成した２個の
第２の回転子部分とを、同一回転軸上に装設した回転子
と、前記同一回転軸上に設けた１個の第２の回転子部分
に対峙して設けた第１の固定子と、第１の回転子部分と
１個の第２の回転子部分に亘って対峙して設けた第２の
固定子と、該２個の固定子のうち第１の固定子がこれに
対峙する回転子の周囲に生じる回転磁界と、第２の固定
子がこれに対峙する回転子の周囲に生じる回転磁界との
間に、相対位置において電気的位相に位相差０°と位相
差１８０°とを生じさせる電圧移相装置とにより構成す
ると共に、起動時は前記位相差０°または位相差　１８
０°の回転磁界にして、前記第１の固定子の回転磁界と
該第１の固定子に対峙する第２の回転子部分の永久磁石
とを吸引または反撥し合うように且つ前記第２の固定子
の回転磁界と該第２の固定子に対峙する第２の回転子部
分の永久磁石とを反撥または吸引し合うようにして前記
吸引と反撥とで相殺するよう前記永久磁石で形成した２
個の第２の回転子部分を配設し、前記位相差を　１８０
°変化させて非同期速度から同期速度に引き入れること
により前記課題を解決するための手段とした。
【０００７】更に前記永久磁石で形成した２組の第２の
回転子部分の同一回転軸上への配設は、回転子の同一位
置でそれぞれの永久磁石の磁極の中心位置を一致させる
ことでより容易に配設可能となる。
【０００８】また、前記電圧移相装置を２個の固定子の
うち一方の固定子の固定子巻線の端子を逆極性に切り換
えるスイッチで構成することも有効な手段となる。
【０００９】ところで、固定子を励磁する電源は商用周
波数の交流電源かまたはインバータを利用した可変周波
数電源を用いることあるいは単相交流電源かまたは多相
交流電源を用いることも有効な手段となる。
【００１０】
【作　　用】本発明の同期電動機の作用を説明する。ま
ず固定子の回転磁界との電磁誘導作用により非同期速度
で回転する第１の回転子部分、たとえば誘導電動機のか
ご形回転子と、固定子の回転磁界との吸引により同期速
度で回転する永久磁石で形成した２個の第２の回転子部
分、つまり永久磁石の回転子とを同一回転軸上に装設し
た回転子と、前記同一回転軸上に設けた１個の第２の回
転子部分に対峙して設けた第１の固定子と、第１の回転
子部分と１個の第２の回転子部分に亘って対峙して設け
た第２の固定子と、電圧移相装置とにより構成し、起動
時に、第１の固定子の回転磁界と該固定子に対峙する永
久磁石の回転子部分を吸引し合うように、且つ第２の固
定子の回転磁界と該固定子に対峙する永久磁石の回転子
部分を反撥し合うように、２個の第２の回転子部分（永
久磁石）を配設したので、本発明の同期電動機の起動は
第１の回転子部分、たとえば誘導電動機のかご形導体と
固定子の回転磁界との電磁誘導作用により誘導電動機と
して起動することになる。これは永久磁石を、２個の固
定子の回転磁界に対し、一方を吸引するように、他方を
反撥するように同一回転軸上に配設してあるので、永久
磁石の起動時の障害は打ち消されて非同期時の障害にな
りえない。
【００１１】さらに具体的により詳説すると、たとえば
起動時に電圧移相装置によって第１の固定子がこれに対
峙する回転子の周囲に生じる回転磁界と第２の固定子が
これに対峙する回転子の周囲に生じる回転磁界との間に
、２個の固定子の相対位置において電気的位相に位相差
　１８０°を生じさせた場合、同一回転軸上に設けた２
個の第２の回転子部分、つまり２個の永久磁石の磁極を
次のように配設した。
【００１２】まず一方の永久磁石のＮ極と他方の永久磁
石のＮ極とを同一位置に配置し、さらに一方の永久磁石
のＳ極と他方の永久磁石のＳ極とを同一位置に配置させ
、電圧移相装置により２個の固定子の相対位置における
電気的位相に　１８０°の位相差を生じさせて起動する
と、第２の固定子の回転磁界は第１の回転子部分に作用
して電磁誘導により回転を始め、一方、２個の第２の回
転子部分の永久磁石は同一位置で同磁極であり、２個の
固定子は位相差　１８０°で、これは相対位置で磁極は
異磁極となるから、第１の固定子と一方の永久磁石とは
同磁極で反撥、第２の固定子と他方の永久磁石とは異磁
極で吸引となり同一回転軸上において永久磁石の作用は
相殺される。したがって起動時には第２の回転子部分と
なる永久磁石の影響を受けることなく起動障害なくスム
ーズな誘導電動機での起動となる。
【００１３】また逆の例として、起動時に電圧移相装置
によって２個の固定子の相対位置において、電気的位相
に位相差　０°とする場合には回転子において２個の永
久磁石の磁極を、一方の永久磁石のＮ極と他方の永久磁
石のＳ極とを同一位置に配置し、さらに一方の永久磁石
のＳ極と他方の永久磁石のＮ極とを同一位置に配置する
ことで前記と同じく起動時に永久磁石の影響を受けずス
ムーズな誘導電動機での起動となる。
【００１４】次に同期速度に引き入れる場合の作用を説
明する。誘導電動機で起動して回転子のすべりＳがＳ＝
　０に近づいた時、つまりＳ＝　０．０５　付近で前記
電圧移相装置によって電気的位相を変化させる。より具
体的には位相差を　１８０°変化させると位相差は　１
８０°から　０°または　０°から　１８０°に変化す
ることになる。次に前述の２個の永久磁石を同一位置で
同磁極となるよう配設していた場合、２個の固定子の位
相差を　１８０°から　０°に変化させて相対位置で固
定子の回転磁界の磁極を同磁極とするから、一方他方と
も対峙する固定子と永久磁石とは吸引となり同期速度に
至る。また前述の２個の永久磁石を同一位置で異磁極と
なるよう配設していた場合、２個の固定子の位相差を　
０°から　１８０°に変化させて相対位置で固定子の磁
極は異磁極であるから、一方他方とも対峙する固定子と
永久磁石とは吸引となり同期速度に至る。ところで同期
速度に引き入れるため電圧移相装置によって位相差を　
１８０°変化させた瞬間、永久磁石の磁極と、固定子の
回転磁界の磁極とがそれぞれ同磁極に位置していた場合
、それらは同磁極のため反撥し合うが、２個の固定子の
磁界が回転磁界の由に反撥の次の瞬間には永久磁石の磁
極と異なる異磁極の回転磁界と吸引し合って同期速度に
至る。
【００１５】この時第１の回転子部分と第１の固定子の
電磁誘導作用は、次のようになる。同期速度に近づいた
時、すべりＳが小さくなるので電磁誘導作用は減少し、
同期速度に至ってはすべりＳはＳ＝０であるから第１の
回転子部分の作用はなくなり、同期運転に影響はない。
【００１６】
【実施例】本発明の好適な実施例を図１と図２により示
す。まず図１において本発明の同期電動機の側断面図を
、図２に回転子の軸方向の中心からかご形回転子側を見
た一部を破断した回転子の側断面図を示す。
【００１７】鋼板を積層した回転子コア２に回転子導体
３と前記回転子コア２の両側に短絡環４とを装設して形
成した第１の回転子部分となるかご形回転子５と、永久
磁石で形成した第２の回転子部分となる永久磁石回転子
６，７とを回転軸８に設けてある。このかご形回転子５
と永久磁石回転子６とに亘って対峙して巻線９を装設し
た固定子１０と、永久磁石回転子７に対峙して巻線１１
を装設した固定子１２とを機枠１３，１４それぞれに固
設してある。また回転軸８は機枠１３，１４に嵌挿した
軸受１７，１７により回転自在に軸支されている。また
機枠１３，１４はボルト１８により固着される。
【００１８】なお、冷却用ファンを設けること、短絡環
４に冷却作用をもたせること、機枠１３，１４の形状、
機枠１３，１４と固定子１０，１２およびかご形回転子
５と永久磁石回転子６，７の任意個所に冷却用通風路を
設けることなど任意に選択可能である。さらに、永久磁
石回転子６，７の形状についても本実施例に限定される
ことはない。また第１の回転子部分をかご形導体で説明
したが、巻線形導体を使用することもある。
【００１９】次に電圧移相装置１５について図３により
説明する。固定子１０，１２に巻装した巻線９，１１を
三相電源Ｒ，Ｓ，Ｔに並列に接続すると共に固定子１２
はスイッチ１６からなる電圧移相装置１５を介して接続
してある。ここで本実施例においては巻線９，１１を並
列に接続した例を示しているが直列に接続することもあ
る。さて電圧移相装置１５は固定子１０，１２の作る回
転磁界の電気的位相差を位相差　０°と位相差　１８０
°に切換えるものであり、本実施例では固定子１２の巻
線１１の接続端子をスイッチ１６により逆極性に切り換
え可能にしてあり、図３においてスイッチ１６がＡ側に
あるとき位相差　０°、スイッチがＢ側にあるとき位相
差　１８０°となるように構成してある。この電圧移相
装置１５は起動時にスイッチ１６をＡ側、つまり位相差
　０°に、同期運転時にスイッチ１６をＢ側、つまり位
相差　１８０°に切り換えるものとする。
【００２０】前記電圧移相装置１５の起動時に　０°、
同期運転時に位相差　１８０°を受けて前述の第２の回
転子部分の永久磁石回転子６，７について更に説明する
。起動時に位相差　０°であるから２個の固定子の同一
位置における磁極は常に同極となる。したがって、起動
時に一方の固定子１０の回転磁界と該固定子１０に対峙
する永久磁石回転子６とが吸引し合うように且つ固定子
１２の回転磁界と該固定子１２に対峙する永久磁石回転
子７とが反撥し合うようにするために、永久磁石回転子
の回転子の同一位置における磁極を永久磁石回転子６の
Ｎ極と永久磁石回転子７のＳ極とが相対するように同一
回転子軸８に永久磁石回転子６，７を配設してある。つ
まり図４に示すように永久磁石回転子６，７と固定子１
０，１２の同一位置における磁極は、たとえば２個の固
定子１０，１２の瞬時の磁極をＳ極、Ｓ極とした場合、
永久磁石回転子６，７はＮ極とＳ極になり一方は吸引で
あり他方は反撥となって、起動時には同一回転軸８上で
相殺されることになる。
【００２１】以上の構成における作用を説明する。説明
は起動から同期運転に至る順序で行う。まず起動時には
、電圧移相装置１５のスイッチ１６をＡ側にして電源Ｒ
、Ｓ、Ｔを投入する。固定子１０，１２にはそれぞれ電
気的位相差　０°の回転磁界を発生する。そしてこの回
転磁界とかご形回転子５との電磁誘導作用により回転軸
８は回転を始める。この時、永久磁石回転子６，７は回
転子の同一位置における磁極が異なるので、前述の通り
回転磁界と永久磁石とは、一方で吸引、他方で反撥とい
う同一回転軸上での作用の相殺により、従来の起動時の
永久磁石と回転磁界による起動障害は発生しない。した
がって従来の技術にあるような永久磁石回転子による起
動障害を考慮した大型のかご形回転子とする必要はなく
なった。
【００２２】次に固定子１０とかご形回転子５との電磁
誘導作用による回転軸８の回転速度が上昇して、すべり
ＳがＳ＝０．０５に近づいた時に同期運転に引き入れる
。これは次にようにして行う。
【００２３】先ず電圧移相装置１５によって固定子１０
，１２の回転磁界の電気的位相差　１８０°を生じるよ
うにする。つまり電圧移相装置１５のスイッチ１６をＢ
側に切り換えると、図５に示すように、固定子１０，１
２の回転磁界の位相差が　１８０°となっているので、
２個の固定子１０，１２の同一位置における瞬時の磁極
は常に異極、つまりＳ極とＮ極になっている。したがっ
て、永久磁石回転子６，７のそれぞれの磁極Ｎ極とＳ極
は前記の回転磁界と吸引し合って永久磁石回転子６，７
は同期速度に至る。またかご形回転子５は永久磁石回転
子６，７の同期により回転磁界との電極誘導作用は無く
なり同期速度への影響は全くなくなる。
【００２４】ところで前記同期引き入れの瞬間の回転磁
界と永久磁石回転子の磁極との位置関係が図５のように
双方が吸引する位置にあれば最良であるが、たとえば図
６のように、同期引き入れの瞬間、固定子１０，１２と
永久磁石回転子６，７の磁極が同極で近づいていた場合
は、永久磁石回転子６のＳ極と固定子１０のＳ極とが反
撥し、同様に永久磁石回転子７のＮ極と固定子１２のＮ
極とが反撥し、永久磁石回転子６，７の位置が瞬間に図
５の位置に引き入れられすべてのＮ，Ｓ極が吸引する状
態で安定して同期速度に至る。
【００２５】以上のようにかご形回転子と永久磁石回転
子の２個とを同一回転軸に設けた回転子と、それに対峙
した２個の固定子及び、２個の固定子の電気的位相差を
　０°と　１８０°に切り換える簡単なスイッチによる
構成で、起動時には同期トルクを発生する永久磁石回転
子による起動障害を相殺により無視できるから、永久磁
石回転子の影響を無視し起動トルクだけを考慮したかご
形回転子の設計を行うことができ従来技術のように大型
になることはない。逆に起動時に起動障害を与えない永
久磁石回転子は、起動時を無視した必要な同期トルクに
応じた永久磁石回転子の設計を行うことができ同期トル
クを大きくとることができる。
【００２６】ところで本発明の同期電動機はその起動を
誘導電動機で行うので、一般的に誘導電動機で使用され
る電源を利用できる。つまり商用周波数の交流電源やイ
ンバータを利用した可変周波数電源を利用できる。また
単相、多相においても利用可能である。
【００２７】以上の実施例の説明は電圧移相装置１５に
よって２個の固定子の回転磁界の電気的位相に位相差　
０°と　１８０°とを設け、位相差　０°で起動して位
相差　１８０°で同期に引き入れる旨説明したが、逆に
位相差１８０　°で起動して位相差　０°で同期に引き
入れることも可能である。この場合、永久磁石回転子６
，７の同一位置における磁極を、永久磁石回転子６のＮ
極と永久磁石回転子７のＮ極とが相対するように同一回
転軸８に配設すればよく、その場合にも本実施例と同様
の性能を有するものとなる。
【００２８】ところで前記電圧移相装置１５を本実施例
ではスイッチ１６により構成したが、一方の固定子に対
し、他方の固定子を回動させる、回動固定子に構成する
ことも可能である。
【００２９】
【発明の効果】以上の構成から本発明の同期電動機は、
起動時は従来の誘導電動機と同様のトルク特性で行い、
すべりＳがたとえばＳ＝０．０５付近から同期速度に移
行して同期電動機のトルク特性で運転するものである。 この同期電動機は、起動機やブラシを必要としないから
その構造、構成が簡単となるだけでなく、従来の誘導電
動機と同様のトルク特性で起動できるので重負荷がかか
ったままで起動と同期運転が可能となる。
【００３０】更に起動時には同期トルクを発生する永久
磁石回転子による起動障害を相殺により無視できるから
永久磁石回転子の影響を無視した起動トルクだけを考慮
したかご形回転子の設計を行えばよく、逆に起動時に起
動障害を与えない永久磁石回転子は起動時を無視して同
期トルクに応じた永久磁石回転子の設計を行うことがで
き、総じて小型で同期トルクの大きい同期電動機とする
ことが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の同期電動機の側断面図を示した図であ
る。
【図２】同期電動機の回転子の構造を回転子の軸方向の
中心から見た一部を破断した回転子の側面図である。
【図３】同期電動機の固定子巻線の接続と電圧移相装置
とを簡単に表した結線図である。
【図４】同期電動機の起動時における固定子と永久磁石
回転子の磁極の状態を示す図である。
【図５】同期電動機が同期トルクを発生するときの磁極
の状態を示す図である。
【図６】同期電動機を同期に引き入れる過程を示す図で
ある。
【符号の説明】
１　　同期電動機 ２　　回転子コア ３　　回転子導体 ４　　短絡環 ５　　かご形回転子 ６　　永久磁石回転子 ７　　永久磁石回転子 ８　　回転軸 ９　　固定子巻線 １０　　固定子 １１　　固定子巻線 １２　　固定子 １３　　機枠 １４　　機枠 １５　　電圧移相装置 １６　　スイッチ １７　　軸受 １８　　ボルト

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　同期電動機において、固定子の回転磁
    界との電磁誘導作用により非同期速度で回転する第１の
    回転子部分と、回転磁界との吸引により同期速度で回転
    する永久磁石で形成した２個の第２の回転子部分とを、
    同一回転軸上に装設した回転子と、前記同一回転軸上に
    設けた１個の第２の回転子部分に対峙して設けた第１の
    固定子と、第１の回転子部分と１個の第２の回転子部分
    とに亘って対峙して設けた第２の固定子と、該２個の固
    定子のうち第１の固定子がこれに対峙する回転子の周囲
    に生じる回転磁界と、第２の固定子がこれに対峙する回
    転子の周囲に生じる回転磁界との間に、相対位置におい
    て電気的位相に位相差０°と位相差　１８０°とを生じ
    させる電圧移相装置とにより構成すると共に、起動時は
    前記位相差０°または位相差　１８０°の回転磁界にし
    て、前記第１の固定子の回転磁界と該第１の固定子に対
    峙する第２の回転子部分の永久磁石とを吸引または反撥
    し合うように且つ前記第２の固定子の回転磁界と該第２
    の固定子に対峙する第２の回転子部分の永久磁石とを反
    撥または吸引し合うようにして前記吸引と反撥とで相殺
    するよう前記永久磁石で形成した２個の第２の回転子部
    分を配設し、任意速度において前記位相差を　１８０°
    変化させて非同期速度から同期速度に引き入れることを
    特徴とする同期電動機。
  2. 【請求項２】　　同期電動機において、固定子の回転磁
    界との電磁誘導作用により非同期速度で回転する第１の
    回転子部分と、回転磁界との吸引により同期速度で回転
    する永久磁石で形成した２個の第２の回転子部分とを、
    同一回転軸上に装設した回転子と、前記同一回転軸上に
    設けた１個の第２の回転子部分に対峙して設けた第１の
    固定子と、第１の回転子部分と１個の第２の回転子部分
    に亘って対峙して設けた第２の固定子と、該２個の固定
    子のうち第１の固定子がこれに対峙する回転子の周囲に
    生じる回転磁界と、第２の固定子がこれに対峙する回転
    子の周囲に生じる回転磁界との間に、相対位置において
    電気的位相に位相差０°と位相差　１８０°とを生じさ
    せる電圧移相装置とにより構成すると共に、前記永久磁
    石で形成した２個の第２の回転子部分は回転子の同一位
    置で２個の永久磁石の磁極の中心位置を一致させたこと
    を特徴とする同期電動機。
  3. 【請求項３】　　請求項１または２記載の同期電動機で
    あって、前記電圧移相装置は一方の固定子巻線の端子を
    逆極性に切換えるスイッチで構成したことを特徴とする
    同期電動機。
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