JPH0456543B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は永久磁石を回転子とする十数ワツト以
下の小型の同期電動機に関するものである。

従来例の構成とその問題点 永久磁石回転子型同期電動機では、永久磁石回
転子にかご形導体を組み込み誘導電動機として始
動させるものが一般的であるが、ごく小容量のも
のに、構造を極力簡単にするため、固定子は突極
で集中巻の２極とし、回転子を円筒形磁石単体で
構成したものがある。しかし、この種の永久磁石
回転子型同期電動機は、交番トルクしか持たず、
始動が困難であるため、構造が簡単であるという
本来のメリツトを失なわずに、始動を改善する方
法として第１図に示すようなものが考えられた。
第１図において１は軸２と直角方向に２極に着磁
された円筒形磁石回転子、３は固定子、４は電機
子巻線であり、回転子１に対し固定子３の磁極部
５ａ，５ｂは、エアギヤツプ６を不均一にするよ
う構成されている。

この構成においては、第２図に示すように、始
動の瞬間には固定子の磁極部５ａ，５ｂが回転子
１に反発力を及ぼす。回転子１上の任意の対向す
る４点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに働らく反発力F_a，F_b，
F_c，F_dを円周方向成分F_a1，F_b1，F_c1，F_d1と軸心
方向成分F_a2，F_b2，F_c2，F_d2に分けると、点Ａと
点Ｄに働らく反発力は回転子１を時計方向に回転
させる偶力F_a1，F_d1を生じ、点Ｂと点Ｃに働らく
反発力は回転子１を反時計方向に回転させる偶力
F_b1とF_c1を生じる。

もし、ギヤツプ６が均一ならば、２対の偶力
F_a1＋F_d1とF_b1＋F_c1は大きさが同じであり、振動
が起きにくいが、図に示すように点Ａと点Ｄに、
対向する固定子の磁極部を遠ざけてエアギヤツプ
６を大きくしておくと、２対の偶力のバランスが
くずれ振動が起き始動しやすくなる。

従つて、この方法は始動の向上に役立つが、始
動を良好にしようとするほど、エアギヤツプ６は
平均として大きくなるため、同期脱出トルクが低
下し、また逆起電力も低下して電機子巻線の温度
上昇が大きくなる等、電動機としての他の特性を
悪化させるという問題があり小容量機といえども
実用に供する範囲は限られている。

発明の目的 本発明は、従来のこのような問題を解消し、電
動機としての他の特性をそこなうことなく、しか
も構造が簡単であるという本来のメリツトも失な
わずに始動の改善をはかつた永久磁石回転子型同
期電動機を提供するものである。

発明の構成 同期電動機が自己始動しないのは、始動トルク
を持たないためであるが、特にこの種の永久磁石
回転子型同期電動機について言えば、固定子磁界
が回転磁界でないことの他に、固定子が２極の突
極構造であることがさらに自己始動を困難にして
いる。

固定子が２極の突極構造であるため、回転子の
回転角に対するパーミアンス変化は機械角で180゜
ごとに大きな谷部を持ち、その大きなパーミアン
ス変化に伴つて回転子には磁気吸引が働く。しか
し、この磁気吸引力のために、電源電圧が低下し
たり負荷による慣性モーメントが大きいと、回転
子固定子の磁極部に吸着されて固定子交番磁界に
同期し得ず180゜以内の機械角で反復振動を繰り返
す状態となる。

そうなる限界は前記したパーミアンス変化の波
形、従つて磁気吸引力の波形を変えることによつ
て変化させることができ、前記したパーミアンス
変化の波形は固定子の形状、磁極片の形状、極弧
長、また回転子磁石の形状などで決まる。

本発明の永久磁石回転子型同期電動機は、静止
時に固定子の各磁極部の両端にそれぞれ略対向す
るように、回転子の外周上に、極めて小さい幅を
有する溝を軸方向に設けたことにより、前記のパ
パーミアンス変化の波形の山部を平担にすること
で回転子の突極固定子に対する磁気吸引力を低下
させて吸着されにくく最低始動電圧を引き下げる
ように始動の改善をはかつたものである。

実施例の説明 以下、添付図面に基づいて本発明の一実施例に
ついて説明する。第３図において、７は溝８を外
周上に有する円筒状の２極の回転子で、永久磁石
よりなる。９は磁極部１０ａ，１０ｂを有する固
定子、１１は固定子９を励磁する電機子巻線であ
る。

前記した溝８の位置は、固定子９の磁極端１２
_ａ１、１２_a2、又、１２_b1と１２_b2とでそれぞれ構
成する極弧角と関係があり、極弧角が90゜前後の
場合、溝８は回転子７のＮ−Ｓ磁軸から45゜前後
の位置に設ける。

第４図は回転子７を単体で軸１３を中心に回転
させたときのＮ極を起点として描いた回転角θと
表面磁束密度Ｂの分布を示す。点線は溝８のない
磁石のもので、正弦波形を示し、実線は溝８のあ
る回転子７のもので、溝８は回転子７の表面磁束
密度Ｂを溝８の部分で局所的に急峻に落ち込ませ
るものである。なお、溝８の両側の表面磁束密度
Ｂは溝８の部分の磁束の分布がその両側に乱れる
ために増大する。

第５図は回転子７の回転角θに対して回転子の
起磁力から見たエアギヤツプと固定子９からなる
磁気回路のパーミアンスＰが変化する様子を示
し、第６図は電機子巻線１１に通電せずに回転子
７を外力により駆動する場合に必要なトルクＴを
回転子７の回転角θに対して表わしている。

ａ，ｂ，ｃ，ｄは第３図のａ，ｂ，ｃ，ｄに対
応し、回転子７の磁極が固定子上のいずれの方向
を向いているかを示し、実線の曲線は第３図の回
転子７の特性、破線の曲線は溝８のない完全な円
筒状の回転子の特性を表わしている。

次に第５図の特性について説明する。回転子７
が回転することによつて固定子９を通る回転子７
の磁束の増減が生ずるが、この磁束の増減は固定
子９の磁極端１２_a1，１２_a2，１２_b1，１２_a2と
ここに対向する回転子７の間で磁束が出入りする
ことにより起こるものである。第３図で回転子７
が時計回転方向に移動してい場合であれば、固定
子９の磁極端１２_a1，１２_b2部では回転子７の磁
束が出ていき、１２_a2，１２_b1部に新しく磁束が
入つてくる。回転子７の回転角θが0°のとき固定
子の磁極端１２_a1，１２_a2，１２_b1，１２_b2に溝
８が対向しており第４図に示したようにこの部分
の回転子７の磁束密度は低いために回転子７がこ
の近傍を移動しても固定子９を通る回転子７の磁
束の増減量は溝８のない円筒形の磁石の場合に対
して小さくなる。磁気回路のパーミアンスはこの
磁束量に比例するから、第５図において実線で示
した溝８を有する回転子７のパーミアンスは破線
で示した円筒形磁石のものよりａ部、ｃ部で回転
角θに対しての増減量を小さくなる。すなわち、
ａ部、ｃ部波形は平坦になる。なお、回転子７の
回転角θが0°近傍さらさらに移動していき溝８が
固定子９の磁極部１０ａ，１０ｂから出入りする
ときには第４図の波形が溝８の所で急峻に変化し
ていることに対応して８溝を有する回転子７のパ
ーミアンスの変化は円筒形磁石のものよりも大き
くなる。これが、第５図の波形の傾斜部の傾きが
破線のものより実線の方が急になつていることに
対応している。

次に第６図の特性について説明する。磁気吸引
力はパーミアンスの変化率に比例することから回
転子７を外力により駆動する場合に必要なトルク
Ｔは第５図の曲線を微分することにより得られ
る。したがつて、第５図の曲線でａ，ｃ部におい
て破線より実線で示されるものの方が平坦である
ことからトルクＴはａ，ｃ部において実線で示さ
れるものの方が小さくなる。したがつて、円筒形
磁石に溝８と設けることにより回転子７が停止位
置であるａ，ｃ方向にあるときに回転子７を固定
子９から引き離すためのトルクを減少できるもの
である。

次に電機子巻線１１に通電して始動する場合の
作用、効果について説明する。電機子巻線１１に
通電すると固定子９の磁極部１０ａ，１０ｂ間に
交番磁界を生じ、固定子磁束は磁極部１０ａ，１
０ｂの最も間隔の狭くなる磁極端１２_a1−１２_b1
および１２_a2−１２_b2に集中する。これは、回転
子７が永久磁石で構成されており、永久磁石の透
磁率は空気と同程度であることによる。最初回転
子７はａ−ｃ方向にあつて溝８は通電した場合に
磁束の集中する磁極端１２_a1，１２_a2，１２_b1，
１２_b2に対向している。通電すると回転子７は溝
８の端部が固定子９の磁極端１２_a1，１２_a2，１
２_b1，１２_b2から反発吸引されてどちらかに移動
しようとする。そこで回転子７の固定子磁極部１
０ａ，１０ｂに対する組立時のセンターずれ、回
転子の着磁むら、固定子磁束のアンバランス等の
一般に不回避の不釣合が元になつて始動のきつか
けとなるわずかな回転振動が起きる。すると回転
子７の磁極方向が固定子９の交番磁界と角度を成
すので回転子７が固定子９の交番磁界から受けて
いる反発力に偶力成分が生じ回転振動が増大し突
極の固定子９のつくるパーミアンスの谷を通り越
え始動することができる。ここで、先に説明した
ように回転子７が自身の磁束によつて突極固定子
９に吸着されているのを引き離すために要するト
ルクは溝によつて弱められているため電機子巻線
１１に印加される電圧が低下し電機子起磁力によ
る加磁力が減少しても回転子７が固定子９に吸着
されにくく最底始動電圧を低減できるものであ
る。

以上は、固定子９の極弧角が約90゜である場合
を説明したが、それ以外の角度であつても固定子
９と回転子７の磁極が対向する位置で固定子９の
端部に対向するよう回転子７上に溝８を設けれ
ば、始動改善の効果を持ち、また溝は４ケ所すべ
てに設けなくともその本数に対応した効果を有す
る。また固定子９及び回転子７の極数は２極に限
らず、多極の場合も同様の効果を有する。

発明の効果 以上の説明のように本発明の永久磁石回転子型
同期電動機は回転子に溝を設けていない同様の電
動機に対して、回転子が突極の固定子に吸着する
のを引き離すのに必要なトルクが回転子の停止位
置近傍で低い。したがつて回転子の停止している
位置は溝を設けたことによつて不安定になりより
少ない加振力で始動のきつかけとなる回転振動を
起こすことができるため、より低い電圧で始動す
ることができるものである。しかも溝の寸法は回
転子の全体からみて小さくてよいため、回転子側
の磁束量はわずかに低下するだけであり、電動機
としての諸特性に与える影響もわずかですむ。ま
た形状的にも簡単であり、回転子の成形時に容易
に溝を形成できるものであるから、原価上の制約
をうけることなく、始動性能を向上した永久磁石
回転子型同期電動機を提供し得る。また回転子の
溝に着磁ヨーク部に配置した治具の位置決め突部
を対応させれば、回転子の配向方向に正しく着磁
できるため磁石のもつ最大の磁束を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の永久磁石回転子型同期電動機を
示す断面図、第２図は同要部拡大断面図、第３図
は本発明の一実施例を示す永久磁石回転子型同期
電動機を示す断面図、第４図〜第６図はそれぞれ
本発明の回転子に設けた溝の効果を説明する特性
図である。 ７……回転子、８……溝、９……固定子、１０
ａ，１０ｂ……磁極部、１２_a1，１２_a2，１２_b1，
１２_b2……磁極端。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 磁極部を有する固定子と、この固定子を励磁
   する駆動コイルと、前記磁極部間に回転自在に軸
   支された永久磁石よりなる回転子とを有し、静止
   時に前記固定子の各磁極部の両端にそれぞれ略対
   向するように、前記回転子の外周上に、極めて小
   さい幅を有する溝を軸方向に設けた永久磁石回転
   子型同期電動機。