JPH10304634A - 永久磁石式同期機 - Google Patents
永久磁石式同期機Info
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- JPH10304634A JPH10304634A JP9134213A JP13421397A JPH10304634A JP H10304634 A JPH10304634 A JP H10304634A JP 9134213 A JP9134213 A JP 9134213A JP 13421397 A JP13421397 A JP 13421397A JP H10304634 A JPH10304634 A JP H10304634A
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- permanent magnet
- poles
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- synchronous machine
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K3/00—Details of windings
- H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
- H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K1/00—Details of the magnetic circuit
- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
- H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
- H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
- H02K1/2786—Outer rotors
- H02K1/2787—Outer rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
- H02K1/2789—Outer rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
- H02K1/2791—Surface mounted magnets; Inset magnets
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
- H02K2201/06—Magnetic cores, or permanent magnets characterised by their skew
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
- Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】コギングトルクが小さく回転がスムーズで、そ
のため、小入力で大出力、すなわち運転効率の高い同期
機を提供すること。 【解決手段】同期機の界磁構造体７は回転軸２の周り
に、そして電機子構造体４の突極４ａ〜４ｉの半径方向
外端に近接して、全体としてリング状に配置された複数
個の永久磁石部分７ａ〜７ｈの夫々の内周面が交互にＮ
極とＳ極になるように着磁され、かつ夫々の隣接境界線
は回転軸方向に対して所定の角度で傾斜しており、該リ
ング状の界磁の内周面を周方向に展開した展開図におい
て、当内周面に対向する電機子の外周面を周方向に展開
し、それを前記展開図に投影したとき、複数個の隣接境
界線のうちの一つの隣接境界線が丁度複数個の突極の周
方向間隔のある一つの間隔の投影のところに来たときに
該隣接境界線が該周方向間隔を挟んで隣接する両突極の
先端の投影長方形の互いに対角線方向に対向する二頂点
を通過するよう構成した。
のため、小入力で大出力、すなわち運転効率の高い同期
機を提供すること。 【解決手段】同期機の界磁構造体７は回転軸２の周り
に、そして電機子構造体４の突極４ａ〜４ｉの半径方向
外端に近接して、全体としてリング状に配置された複数
個の永久磁石部分７ａ〜７ｈの夫々の内周面が交互にＮ
極とＳ極になるように着磁され、かつ夫々の隣接境界線
は回転軸方向に対して所定の角度で傾斜しており、該リ
ング状の界磁の内周面を周方向に展開した展開図におい
て、当内周面に対向する電機子の外周面を周方向に展開
し、それを前記展開図に投影したとき、複数個の隣接境
界線のうちの一つの隣接境界線が丁度複数個の突極の周
方向間隔のある一つの間隔の投影のところに来たときに
該隣接境界線が該周方向間隔を挟んで隣接する両突極の
先端の投影長方形の互いに対角線方向に対向する二頂点
を通過するよう構成した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、電機子と界磁と
を含む同期機に関し、特に永久磁石で構成された界磁
と、巻線された電機子とを相対的に回転させることによ
り、電力を取り出し、または回転トルクを発生させるよ
うに構成した永久磁石式同期機に関する。
を含む同期機に関し、特に永久磁石で構成された界磁
と、巻線された電機子とを相対的に回転させることによ
り、電力を取り出し、または回転トルクを発生させるよ
うに構成した永久磁石式同期機に関する。
【０００２】
【従来の技術】同期機、すなわち同期発電機あるいは同
期電動機は、電機子回転型と界磁回転型との二つに大き
く分けられ、界磁に永久磁石を使用した永久磁石式同期
機は界磁回転型が多い。いずれの場合でも、界磁の磁極
数と電機子の突極数とは、（ｎ−１）とｎというような
整数比で構成されていることが多い。また、リング状の
界磁を構成する複数個の永久磁石は、半径方向内側から
外側に向かってＮ極・Ｓ極に、あるいはＳ極・Ｎ極に着
磁され、またこのリング状の界磁を半径方向内側から見
たとき周方向にＮ極とＳ極とが交互に配列されている。
例えば特開昭６３−２９４２４３号公報（米国特許４、
７７４、４２８に対応）には、そのような三相永久磁石
回転電気機械が開示されている。
期電動機は、電機子回転型と界磁回転型との二つに大き
く分けられ、界磁に永久磁石を使用した永久磁石式同期
機は界磁回転型が多い。いずれの場合でも、界磁の磁極
数と電機子の突極数とは、（ｎ−１）とｎというような
整数比で構成されていることが多い。また、リング状の
界磁を構成する複数個の永久磁石は、半径方向内側から
外側に向かってＮ極・Ｓ極に、あるいはＳ極・Ｎ極に着
磁され、またこのリング状の界磁を半径方向内側から見
たとき周方向にＮ極とＳ極とが交互に配列されている。
例えば特開昭６３−２９４２４３号公報（米国特許４、
７７４、４２８に対応）には、そのような三相永久磁石
回転電気機械が開示されている。
【０００３】しかしこのような従来の永久磁石式同期機
においては、界磁のリング状永久磁石構造は、各永久磁
石部分が半径方向内側から外側に向けてＮ極とＳ極、あ
るいはＳ極とＮ極に着磁されているため、電機子の突極
が永久磁石のある極と正対した時には最も強い吸引力を
生じ、磁極の谷間では急激にその吸引力が減じ、電機子
の回転に強いコギングを生じてしまう。そのため発電機
としては強い回転トルクを必要とするとともに出力が小
さくかつ変動も大きく、また電動機としては回転がスム
ーズに行われず出力トルクも小さいという欠点があっ
た。
においては、界磁のリング状永久磁石構造は、各永久磁
石部分が半径方向内側から外側に向けてＮ極とＳ極、あ
るいはＳ極とＮ極に着磁されているため、電機子の突極
が永久磁石のある極と正対した時には最も強い吸引力を
生じ、磁極の谷間では急激にその吸引力が減じ、電機子
の回転に強いコギングを生じてしまう。そのため発電機
としては強い回転トルクを必要とするとともに出力が小
さくかつ変動も大きく、また電動機としては回転がスム
ーズに行われず出力トルクも小さいという欠点があっ
た。
【０００４】このようなコギングの問題を改善するため
に、特開昭５９−４４９５７号明細書には磁界を構成す
る磁極にスキューを付けることが提案されている。
に、特開昭５９−４４９５７号明細書には磁界を構成す
る磁極にスキューを付けることが提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし本発明者の研究
によれば、磁界を構成する磁極にどのようにスキューを
つけるかが問題で、その付け方によってコギングの程度
が大きく変動し、また出力に大きく影響することが分か
ってきた。従ってこの発明の目的は、従来の発電機や電
動機における上述の課題、すなわちコギングトルクが大
きくて回転がスムーズでなく、そのため機械入力に比し
発電効率が低いという従来の欠点を解消し、小入力で大
出力、すなわち運転効率の高い同期発電機や同期電動機
等の同期機を提供することである。
によれば、磁界を構成する磁極にどのようにスキューを
つけるかが問題で、その付け方によってコギングの程度
が大きく変動し、また出力に大きく影響することが分か
ってきた。従ってこの発明の目的は、従来の発電機や電
動機における上述の課題、すなわちコギングトルクが大
きくて回転がスムーズでなく、そのため機械入力に比し
発電効率が低いという従来の欠点を解消し、小入力で大
出力、すなわち運転効率の高い同期発電機や同期電動機
等の同期機を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、回
転軸について相対的に回転可能に配置された電機子と界
磁とを含む同期機であって、前記電機子は前記回転軸の
周りに所定の周方向間隔をおいて配置されたｎ個（ｎは
整数）の突極と、これら突極にそれぞれ巻回されて電機
子巻線を構成するよう互いに接続されたコイルとを有
し、前記界磁は、前記電機子構造体の突極の半径方向外
端に近接して全体としてリング状に前記回転軸の周りに
配置された（ｎ−１）個の永久磁石部分で構成され、該
永久磁石部分はそれぞれが半径方向に着磁されそれぞれ
の内周面が交互にＮ極、Ｓ極になるように配列されると
ともに、該複数個の永久磁石部分の隣接境界線がそれぞ
れ前記回転軸と平行な方向に対して所定の角度をもって
傾斜しており、それによって、該リング状の界磁の内周
面を周方向に展開した展開図において、該リング状の界
磁の内周面に対向する前記電機子の外周面を周方向に展
開し、それを前記展開図に投影したとき、前記複数個の
隣接境界線のうちのある一つの隣接境界線が丁度前記複
数個の突極の周方向間隔のある一つの間隔の投影のとこ
ろに来たときに該隣接境界線が該周方向間隔を挟んで隣
接する両突極の先端の投影長方形の互いに対角線方向に
対向する二頂点を通過するよう構成したことを特徴とす
る同期機によって達成される。
転軸について相対的に回転可能に配置された電機子と界
磁とを含む同期機であって、前記電機子は前記回転軸の
周りに所定の周方向間隔をおいて配置されたｎ個（ｎは
整数）の突極と、これら突極にそれぞれ巻回されて電機
子巻線を構成するよう互いに接続されたコイルとを有
し、前記界磁は、前記電機子構造体の突極の半径方向外
端に近接して全体としてリング状に前記回転軸の周りに
配置された（ｎ−１）個の永久磁石部分で構成され、該
永久磁石部分はそれぞれが半径方向に着磁されそれぞれ
の内周面が交互にＮ極、Ｓ極になるように配列されると
ともに、該複数個の永久磁石部分の隣接境界線がそれぞ
れ前記回転軸と平行な方向に対して所定の角度をもって
傾斜しており、それによって、該リング状の界磁の内周
面を周方向に展開した展開図において、該リング状の界
磁の内周面に対向する前記電機子の外周面を周方向に展
開し、それを前記展開図に投影したとき、前記複数個の
隣接境界線のうちのある一つの隣接境界線が丁度前記複
数個の突極の周方向間隔のある一つの間隔の投影のとこ
ろに来たときに該隣接境界線が該周方向間隔を挟んで隣
接する両突極の先端の投影長方形の互いに対角線方向に
対向する二頂点を通過するよう構成したことを特徴とす
る同期機によって達成される。
【０００７】上記同期機において、好ましくは、上記ｎ
の値は９とする。上記同期機において、好ましくは、上
記所定の角度は約１０度とする。
の値は９とする。上記同期機において、好ましくは、上
記所定の角度は約１０度とする。
【０００８】このように構成された同期機にあっては、
電機子構造体の突極はｎ個で界磁構造体の永久磁石部分
の数は（ｎ−１）となっているので、永久磁石の磁極と
電機子構造体の突極とが正対するのは、常に一対のみで
あって他が同時に正対することはなく、コギングトルク
を減少させることができる。さらに、本発明では、界磁
の永久磁石部分はそれぞれが半径方向に着磁されそれぞ
れの内周面が交互にＮ極、Ｓ極になるように配列される
とともに、該複数個の永久磁石部分の隣接境界線がそれ
ぞれ前記回転軸と平行な方向に対して所定の角度をもっ
て傾斜しており、それによって、該リング状の界磁の内
周面を周方向に展開した展開図において、該リング状の
界磁の内周面に対向する前記電機子の外周面を周方向に
展開し、それを前記展開図に投影したとき、前記複数個
の隣接境界線のうちのある一つの隣接境界線が丁度前記
複数個の突極の周方向間隔のある一つの間隔の投影のと
ころに来たときに該隣接境界線が該周方向間隔を挟んで
隣接する両突極の先端の投影長方形の互いに対角線方向
に対向する二頂点を通過するよう構成しているので、電
機子の突極が永久磁石の磁極と正対する前後のクロスオ
ーバーしている角度の範囲では永久磁石の磁極と電機子
構造体の突極の間に生じる実質吸引力は大きく変化する
ことはなく、これによってもコギングトルクの減少に寄
与している。従って、コギングロスが最小な同期機を提
供することができ、機械的エネルギーのロス、電気的エ
ネルギーのロスが少なく、小さな入力で大出力を供給す
る同期機を提供することができる。
電機子構造体の突極はｎ個で界磁構造体の永久磁石部分
の数は（ｎ−１）となっているので、永久磁石の磁極と
電機子構造体の突極とが正対するのは、常に一対のみで
あって他が同時に正対することはなく、コギングトルク
を減少させることができる。さらに、本発明では、界磁
の永久磁石部分はそれぞれが半径方向に着磁されそれぞ
れの内周面が交互にＮ極、Ｓ極になるように配列される
とともに、該複数個の永久磁石部分の隣接境界線がそれ
ぞれ前記回転軸と平行な方向に対して所定の角度をもっ
て傾斜しており、それによって、該リング状の界磁の内
周面を周方向に展開した展開図において、該リング状の
界磁の内周面に対向する前記電機子の外周面を周方向に
展開し、それを前記展開図に投影したとき、前記複数個
の隣接境界線のうちのある一つの隣接境界線が丁度前記
複数個の突極の周方向間隔のある一つの間隔の投影のと
ころに来たときに該隣接境界線が該周方向間隔を挟んで
隣接する両突極の先端の投影長方形の互いに対角線方向
に対向する二頂点を通過するよう構成しているので、電
機子の突極が永久磁石の磁極と正対する前後のクロスオ
ーバーしている角度の範囲では永久磁石の磁極と電機子
構造体の突極の間に生じる実質吸引力は大きく変化する
ことはなく、これによってもコギングトルクの減少に寄
与している。従って、コギングロスが最小な同期機を提
供することができ、機械的エネルギーのロス、電気的エ
ネルギーのロスが少なく、小さな入力で大出力を供給す
る同期機を提供することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づいて本発明
の一実施形態を詳細に説明する。図１は本発明の一実施
形態に基づく回転磁界型永久磁石式同期発電機を示す縦
断側面図、図２は、図１における同期発電機の電機子コ
アと界磁のリング状永久磁石配列との位置関係を示す正
面図、図３（ａ）は図１および図２に示す電機子コアに
対して巻回された３相巻線の状態を説明するための図、
図３（ｂ）は各突極に巻回されたコイルの巻方向を各相
毎に示すための模式図である。また、図４は界磁を説明
するための図であって、図４（ａ）はそのリング状永久
磁石配列の正面図、図４（ｂ）は図４（ａ）に示すリン
グ状永久磁石配列の内周面の一部を周方向に展開して示
す内周面部分展開図、図４（ｃ）はリング状永久磁石配
列の内周面部分の展開図において、リング状永久磁石配
列の該部分に対応する図２における電機子コアの突極の
外周面を周方向に展開して投影させた投影展開図であ
る。
の一実施形態を詳細に説明する。図１は本発明の一実施
形態に基づく回転磁界型永久磁石式同期発電機を示す縦
断側面図、図２は、図１における同期発電機の電機子コ
アと界磁のリング状永久磁石配列との位置関係を示す正
面図、図３（ａ）は図１および図２に示す電機子コアに
対して巻回された３相巻線の状態を説明するための図、
図３（ｂ）は各突極に巻回されたコイルの巻方向を各相
毎に示すための模式図である。また、図４は界磁を説明
するための図であって、図４（ａ）はそのリング状永久
磁石配列の正面図、図４（ｂ）は図４（ａ）に示すリン
グ状永久磁石配列の内周面の一部を周方向に展開して示
す内周面部分展開図、図４（ｃ）はリング状永久磁石配
列の内周面部分の展開図において、リング状永久磁石配
列の該部分に対応する図２における電機子コアの突極の
外周面を周方向に展開して投影させた投影展開図であ
る。
【００１０】図１において、中空の固定枠体１には、回
転軸２がベアリング３、３を介して回転可能に軸承され
ている。この固定枠体１には、第２図に示すようにｎ個
（本実施形態では９個）の突極４ａ、４ｂ、・・・４ｉ
が形成された電機子コア４が固定されている。電機子コ
ア４の突極４ａ、４ｂ、・・・４ｉには電機子巻線５が
巻回されている。
転軸２がベアリング３、３を介して回転可能に軸承され
ている。この固定枠体１には、第２図に示すようにｎ個
（本実施形態では９個）の突極４ａ、４ｂ、・・・４ｉ
が形成された電機子コア４が固定されている。電機子コ
ア４の突極４ａ、４ｂ、・・・４ｉには電機子巻線５が
巻回されている。
【００１１】電機子巻線５は、Ａ相のコイル５ａ、Ｂ相
のコイル５ｂそしてＣ相のコイル５ｃの３つのコイルで
構成されている。Ａ相のコイル５ａは、図３（ａ）、図
３（ｂ）に示すように、その始端は突極４ａに巻回さ
れ、この突極４ａに巻回された後、突極４ｂに巻回さ
れ、そして突極４ｃに巻回されたのち終端として取り出
される。巻方向は図示する通りである。同様にＢ相のコ
イル５ｂも突極４ｄにその始端が巻回され、突極４ｅか
ら突極４ｆに巻回されたのち終端が取り出される。巻方
向は図示する通りである。Ｃ相のコイル５ｃもその始端
が突極４ｇに巻回され、突極４ｈから突極４ｉに巻回さ
れたのち終端が取り出される。巻方向は図示する通りで
ある。すなわち、各相は３巻線で１つの相が形成されて
いる。これら３つのコイル５ａ、５ｂ、５ｃは、各終端
が共通に結線されてＹ結線とされる（図５）。
のコイル５ｂそしてＣ相のコイル５ｃの３つのコイルで
構成されている。Ａ相のコイル５ａは、図３（ａ）、図
３（ｂ）に示すように、その始端は突極４ａに巻回さ
れ、この突極４ａに巻回された後、突極４ｂに巻回さ
れ、そして突極４ｃに巻回されたのち終端として取り出
される。巻方向は図示する通りである。同様にＢ相のコ
イル５ｂも突極４ｄにその始端が巻回され、突極４ｅか
ら突極４ｆに巻回されたのち終端が取り出される。巻方
向は図示する通りである。Ｃ相のコイル５ｃもその始端
が突極４ｇに巻回され、突極４ｈから突極４ｉに巻回さ
れたのち終端が取り出される。巻方向は図示する通りで
ある。すなわち、各相は３巻線で１つの相が形成されて
いる。これら３つのコイル５ａ、５ｂ、５ｃは、各終端
が共通に結線されてＹ結線とされる（図５）。
【００１２】回転軸２には、ヨーク６が取り付けられて
おり、ヨーク６の内周面には、界磁を形成するためのリ
ング状の永久磁石７が、その内周面が電機子コア４の突
極４ａ〜４ｉの外周端面に近接対向するように取り付け
られている。この永久磁石７は図２に示すように、電機
子の突極数であるｎ（本実施形態では９）より１だけ少
ない数ｎ−１（本実施形態では、９−１＝８）個の弧状
永久磁石部分７ａ、７ｂ、・・・７ｈで構成されるよう
着磁されている。より具体的に言えば、図４（ａ）によ
り詳細に示すように、各弧状永久磁石部分７ａ、７ｂ、
・・・７ｈは、例えば、永久磁石部分７ａは内周面が南
極（以下Ｓ極という）、外周面が北極（以下Ｎ極とい
う）になるよう半径方向に着磁され、次の永久磁石部分
７ｂは永久磁石部分７ａとは反対に内周面がＮ極、外周
面がＳ極になるよう半径方向に着磁され、また次の永久
磁石部分７ｃは永久磁石部分７ｂとは反対に内周面がＳ
極、外周面がＮ極になるように半径方向に着磁され、以
下これと同様に永久磁石部分７ｄ〜７ｈが半径方向に着
磁される。すなわち永久磁石７は、その内周面に、Ｎ
極、Ｓ極が周方向に交番配列するように着磁されてい
る。このように永久磁石７の内周面の極数は、電機子コ
ア４の突極の極数ｎ（本実施例では９）個より１だけ少
ないｎ−１（本実施例では８）個に構成されているの
で、永久磁石部分７ａ、７ｂ、・・・７ｈの極と電機子
コア４の突極４ａ、４ｂ、・・・４ｉとが正対するの
は、常に一対のみであり、他が同時に正対することはな
い。
おり、ヨーク６の内周面には、界磁を形成するためのリ
ング状の永久磁石７が、その内周面が電機子コア４の突
極４ａ〜４ｉの外周端面に近接対向するように取り付け
られている。この永久磁石７は図２に示すように、電機
子の突極数であるｎ（本実施形態では９）より１だけ少
ない数ｎ−１（本実施形態では、９−１＝８）個の弧状
永久磁石部分７ａ、７ｂ、・・・７ｈで構成されるよう
着磁されている。より具体的に言えば、図４（ａ）によ
り詳細に示すように、各弧状永久磁石部分７ａ、７ｂ、
・・・７ｈは、例えば、永久磁石部分７ａは内周面が南
極（以下Ｓ極という）、外周面が北極（以下Ｎ極とい
う）になるよう半径方向に着磁され、次の永久磁石部分
７ｂは永久磁石部分７ａとは反対に内周面がＮ極、外周
面がＳ極になるよう半径方向に着磁され、また次の永久
磁石部分７ｃは永久磁石部分７ｂとは反対に内周面がＳ
極、外周面がＮ極になるように半径方向に着磁され、以
下これと同様に永久磁石部分７ｄ〜７ｈが半径方向に着
磁される。すなわち永久磁石７は、その内周面に、Ｎ
極、Ｓ極が周方向に交番配列するように着磁されてい
る。このように永久磁石７の内周面の極数は、電機子コ
ア４の突極の極数ｎ（本実施例では９）個より１だけ少
ないｎ−１（本実施例では８）個に構成されているの
で、永久磁石部分７ａ、７ｂ、・・・７ｈの極と電機子
コア４の突極４ａ、４ｂ、・・・４ｉとが正対するの
は、常に一対のみであり、他が同時に正対することはな
い。
【００１３】図４（ｂ）は図４（ａ）に示すリング状永
久磁石界磁の内周面の一部を周方向に展開して示す内周
面部分展開図である。また図４（ｃ）は図４（ｂ）にお
けるリング状永久磁石の内周面部分展開図の一部におい
て、リング状永久磁石のこの部分に対応する図２におけ
る電機子コアの突極を周方向に展開してその先端部分を
展開図に投影させた投影展開図である。すなわち図４
（ｃ）は、リング状永久磁石配列の内周面部分展開図の
上に、図２における突極４ａの先端部分とその両隣の突
極４ｉおよび４ｂの先端部分を半径方向に投影させたと
ころを点線で示しているが、突極４ａの先端部分はその
投影である長方形の全体を点線で示し、両隣の突極４ｉ
および４ｂの先端部分はその投影である長方形を部分的
に同じく点線で示している。すなわち、各永久磁石部分
７ａ、７ｂ、・・・７ｈは、図４（ｂ）に示すように互
いに隣接する永久磁石部分の内周面における各境界線
（ａ−ａ’、ｃ−ｃ’、ｅ−ｅ’……）が回転軸２の軸
線に平行な方向（図４（ａ）におけるＡ−Ａ線）に対し
て所定の傾斜角θをもって傾斜するようにスキューさせ
ている。発明者の実験によれば、電機子の突極が９個の
時は約１０度の傾斜角をもって傾斜させると、コギング
減少に最も効果的であることが分かった。さらにまた、
発明者の種々な実験によって、この境界線は、図４
（ｃ）に示すように、例えばある一つの境界線ｏ−ｏ’
が丁度隣接突極の周方向間隔のある一つの間隔（図４
（ｃ）では４ｉと４ａとの間）に来たとき（すなわち、
図２に対応）、この隣接境界線がこの周方向間隔を挟ん
で隣接する両突極（４ｉと４ａ）の先端の投影である両
長方形の互いに対角線方向に対向する二頂点を通過する
ように構成したときに最も効果的に作用することが分か
った。
久磁石界磁の内周面の一部を周方向に展開して示す内周
面部分展開図である。また図４（ｃ）は図４（ｂ）にお
けるリング状永久磁石の内周面部分展開図の一部におい
て、リング状永久磁石のこの部分に対応する図２におけ
る電機子コアの突極を周方向に展開してその先端部分を
展開図に投影させた投影展開図である。すなわち図４
（ｃ）は、リング状永久磁石配列の内周面部分展開図の
上に、図２における突極４ａの先端部分とその両隣の突
極４ｉおよび４ｂの先端部分を半径方向に投影させたと
ころを点線で示しているが、突極４ａの先端部分はその
投影である長方形の全体を点線で示し、両隣の突極４ｉ
および４ｂの先端部分はその投影である長方形を部分的
に同じく点線で示している。すなわち、各永久磁石部分
７ａ、７ｂ、・・・７ｈは、図４（ｂ）に示すように互
いに隣接する永久磁石部分の内周面における各境界線
（ａ−ａ’、ｃ−ｃ’、ｅ−ｅ’……）が回転軸２の軸
線に平行な方向（図４（ａ）におけるＡ−Ａ線）に対し
て所定の傾斜角θをもって傾斜するようにスキューさせ
ている。発明者の実験によれば、電機子の突極が９個の
時は約１０度の傾斜角をもって傾斜させると、コギング
減少に最も効果的であることが分かった。さらにまた、
発明者の種々な実験によって、この境界線は、図４
（ｃ）に示すように、例えばある一つの境界線ｏ−ｏ’
が丁度隣接突極の周方向間隔のある一つの間隔（図４
（ｃ）では４ｉと４ａとの間）に来たとき（すなわち、
図２に対応）、この隣接境界線がこの周方向間隔を挟ん
で隣接する両突極（４ｉと４ａ）の先端の投影である両
長方形の互いに対角線方向に対向する二頂点を通過する
ように構成したときに最も効果的に作用することが分か
った。
【００１４】このように構成すれば、突極と永久磁石の
磁極とが正対している前後のクロスオーバーしている角
度の範囲では、両者の間に生じる実質吸引力は大きく変
化することはない。すなわち、図２に示すように、例え
ば、電機子コア４の突極４ａと正対していた永久磁石部
分７ａのＳ極が、永久磁石７の回転によってその突極４
ａと離れ始めると、両者間の吸引力は次第に弱まってい
くが、次に位置する突極４ｂと永久磁石部分７ｂのＮ極
との間の反発力が徐々に増加するので、突極４ａと永久
磁石部分７ａのＳ極との間の吸引力の減少は実質的に相
殺されることになる。従って、界磁を構成する永久磁石
７の磁極と電機子コア４の突極との間の吸引力の急激な
変化によって生じるコギングトルク変動は軽減される。
これは、互いに隣接する永久磁石部分の各境界線を回転
軸２の軸線に平行な方向に対して所定の角度をもって傾
斜させるとともに、突極の先端形状との関係を上記のよ
うになるように構成したことによる効果である。
磁極とが正対している前後のクロスオーバーしている角
度の範囲では、両者の間に生じる実質吸引力は大きく変
化することはない。すなわち、図２に示すように、例え
ば、電機子コア４の突極４ａと正対していた永久磁石部
分７ａのＳ極が、永久磁石７の回転によってその突極４
ａと離れ始めると、両者間の吸引力は次第に弱まってい
くが、次に位置する突極４ｂと永久磁石部分７ｂのＮ極
との間の反発力が徐々に増加するので、突極４ａと永久
磁石部分７ａのＳ極との間の吸引力の減少は実質的に相
殺されることになる。従って、界磁を構成する永久磁石
７の磁極と電機子コア４の突極との間の吸引力の急激な
変化によって生じるコギングトルク変動は軽減される。
これは、互いに隣接する永久磁石部分の各境界線を回転
軸２の軸線に平行な方向に対して所定の角度をもって傾
斜させるとともに、突極の先端形状との関係を上記のよ
うになるように構成したことによる効果である。
【００１５】図５は本発明による回転磁界型永久磁石式
直流発電機の結線図である。３相のコイル５ａ、５ｂ、
５ｃの各終端を共通に接続し、各始端をそれぞれ直列接
続された２つのダイオードＤ１ａとＤ１ｂ、Ｄ２ａとＤ
２ｂ、そしてＤ３ａとＤ３ｂの各接続点に接続する。ダ
イオードＤ１ａ、Ｄ２ａ、Ｄ３ａの各陰極を共通に接続
するとともに、Ｄ１ｂ、Ｄ２ｂ、Ｄ３ｂの各陽極をそれ
ぞれ共通に接続すると、これら共通接続点間には直流電
圧が発電されるので、この共通接続点間に負荷Ｒを接続
する。
直流発電機の結線図である。３相のコイル５ａ、５ｂ、
５ｃの各終端を共通に接続し、各始端をそれぞれ直列接
続された２つのダイオードＤ１ａとＤ１ｂ、Ｄ２ａとＤ
２ｂ、そしてＤ３ａとＤ３ｂの各接続点に接続する。ダ
イオードＤ１ａ、Ｄ２ａ、Ｄ３ａの各陰極を共通に接続
するとともに、Ｄ１ｂ、Ｄ２ｂ、Ｄ３ｂの各陽極をそれ
ぞれ共通に接続すると、これら共通接続点間には直流電
圧が発電されるので、この共通接続点間に負荷Ｒを接続
する。
【００１６】
【発明の効果】本発明による回転磁界型永久磁石式直流
発電機においては、上述のように界磁を構成する永久磁
石７の弧状永久磁石７ａ、７ｂ、・・・７ｈの円周方向
端縁を、回転軸の方向に対して傾斜させたため、電機子
４の突極４ａ、４ｂ・・・４ｉに生じる磁束密度の変化
は、電機子４の突極が界磁の磁極と正対する前後におい
て抑制され、電機子コイル５に発生する電流はフラット
に近い状態となり、直流出力中に含まれるリップル電圧
を減少させることができる。
発電機においては、上述のように界磁を構成する永久磁
石７の弧状永久磁石７ａ、７ｂ、・・・７ｈの円周方向
端縁を、回転軸の方向に対して傾斜させたため、電機子
４の突極４ａ、４ｂ・・・４ｉに生じる磁束密度の変化
は、電機子４の突極が界磁の磁極と正対する前後におい
て抑制され、電機子コイル５に発生する電流はフラット
に近い状態となり、直流出力中に含まれるリップル電圧
を減少させることができる。
【００１７】なお、上述した実施例においては、界磁を
構成する永久磁石７を回転させているが、内側の電機子
コイル５を回転させるようにしてもよい。その場合に
は、電力の取出しは、従来のブラシ手段を用いて行えば
よい。また、永久磁石を使用しているので励磁電流ロス
はなく、整流素子としてロスの少ないＳＩＴ等を使用す
れば、ロスは更に少なくすることができる。一方、電機
子コア４を切る磁束密度は、極大部分が拡がりかつ平坦
化されるので、台形波形に近くなり、ダイオードを介し
て直流に変えた場合変換効率がよい。更に、上述実施例
は発電機について説明したが、発電機と電動機とは機構
が同一であり、電動機についても本発明が適用できるこ
とは勿論である。以上、好適な実施例を参照してこの発
明を説明したが、これらの記載は理解のためであり、こ
の発明は請求の範囲から逸脱しない限り種々の変形が可
能である。
構成する永久磁石７を回転させているが、内側の電機子
コイル５を回転させるようにしてもよい。その場合に
は、電力の取出しは、従来のブラシ手段を用いて行えば
よい。また、永久磁石を使用しているので励磁電流ロス
はなく、整流素子としてロスの少ないＳＩＴ等を使用す
れば、ロスは更に少なくすることができる。一方、電機
子コア４を切る磁束密度は、極大部分が拡がりかつ平坦
化されるので、台形波形に近くなり、ダイオードを介し
て直流に変えた場合変換効率がよい。更に、上述実施例
は発電機について説明したが、発電機と電動機とは機構
が同一であり、電動機についても本発明が適用できるこ
とは勿論である。以上、好適な実施例を参照してこの発
明を説明したが、これらの記載は理解のためであり、こ
の発明は請求の範囲から逸脱しない限り種々の変形が可
能である。
【図１】本発明の一実施形態に基づく回転磁界型永久磁
石式同期発電機を示す縦断側面図である。
石式同期発電機を示す縦断側面図である。
【図２】図１における同期発電機の電機子コアと界磁構
造体のリング状永久磁石構造との位置関係を示す正面図
である。
造体のリング状永久磁石構造との位置関係を示す正面図
である。
【図３】図１および図２に示す電機子コアに対して巻回
された３相巻線の状態を説明するための図であって、図
３（ａ）は電機子コアに巻回された各相のコイルの巻回
状態を示す正面図、図３（ｂ）は各突極に巻回されたコ
イルの巻方向を各相毎に示すための模式図である。
された３相巻線の状態を説明するための図であって、図
３（ａ）は電機子コアに巻回された各相のコイルの巻回
状態を示す正面図、図３（ｂ）は各突極に巻回されたコ
イルの巻方向を各相毎に示すための模式図である。
【図４】界磁構造体を説明するための図であって、図４
（ａ）はそのリング状永久磁石構造の正面図、図４
（ｂ）は図４（ａ）に示すリング状永久磁石構造の内周
面の一部を周方向に展開して示す内周面部分展開図、図
４（ｃ）は図４（ｂ）に類似するリング状永久磁石構造
の内周面部分展開図において、リング状永久磁石構造の
該部分に対応する図２における電機子コアの突極を周方
向に展開して投影させた投影展開図である。
（ａ）はそのリング状永久磁石構造の正面図、図４
（ｂ）は図４（ａ）に示すリング状永久磁石構造の内周
面の一部を周方向に展開して示す内周面部分展開図、図
４（ｃ）は図４（ｂ）に類似するリング状永久磁石構造
の内周面部分展開図において、リング状永久磁石構造の
該部分に対応する図２における電機子コアの突極を周方
向に展開して投影させた投影展開図である。
【図５】本発明による回転磁界型永久磁石式直流発電機
の結線図である。
の結線図である。
【符号の説明】 １ 固定枠体 ２ 回転軸 ３ ベアリング ４ 電機子コア ４ａ〜４ｉ 電機子突極 ５ 電機子巻線 ５ａ Ａ相のコイル ５ｂ Ｂ相のコイル ５ｃ Ｃ相のコイル ６ ヨーク ７ リング状永久磁石
Claims (3)
- 【請求項１】回転軸について相対的に回転可能に配置さ
れた電機子と界磁とを含む同期機であって、前記電機子
は前記回転軸の周りに所定の周方向間隔をおいて配置さ
れたｎ個（ｎは整数）の突極と、これら突極にそれぞれ
巻回されて電機子巻線を構成するよう互いに接続された
コイルとを有し、前記界磁は、前記電機子構造体の突極
の半径方向外端に近接して全体としてリング状に前記回
転軸の周りに配置された（ｎ−１）個の永久磁石部分で
構成され、該永久磁石部分はそれぞれが半径方向に着磁
されそれぞれの内周面が交互にＮ極、Ｓ極になるように
配列されるとともに、該複数個の永久磁石部分の隣接境
界線がそれぞれ前記回転軸と平行な方向に対して所定の
角度をもって傾斜しており、それによって、該リング状
の界磁の内周面を周方向に展開した展開図において、該
リング状の界磁の内周面に対向する前記電機子の外周面
を周方向に展開し、それを前記展開図に投影したとき、
前記複数個の隣接境界線のうちのある一つの隣接境界線
が丁度前記複数個の突極の周方向間隔のある一つの間隔
の投影のところに来たときに該隣接境界線が該周方向間
隔を挟んで隣接する両突極の先端の投影長方形の互いに
対角線方向に対向する二頂点を通過するよう構成したこ
とを特徴とする同期機。 - 【請求項２】前記正の整数ｎは９であることを特徴とす
る、請求項１記載の同期機。 - 【請求項３】前記所定の角度は約１０度であることを特
徴とする、請求項２記載の同期機。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9134213A JP2967340B2 (ja) | 1997-04-18 | 1997-04-18 | 永久磁石式同期機 |
| US09/061,339 US5942873A (en) | 1997-04-18 | 1998-04-17 | Permanent magnet type synchronous machine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9134213A JP2967340B2 (ja) | 1997-04-18 | 1997-04-18 | 永久磁石式同期機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10304634A true JPH10304634A (ja) | 1998-11-13 |
| JP2967340B2 JP2967340B2 (ja) | 1999-10-25 |
Family
ID=15123077
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9134213A Expired - Fee Related JP2967340B2 (ja) | 1997-04-18 | 1997-04-18 | 永久磁石式同期機 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5942873A (ja) |
| JP (1) | JP2967340B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6529107B2 (en) | 1999-12-16 | 2003-03-04 | Hitachi Metals Ltd. | Speaker comprising ring magnet |
| JP2011512118A (ja) * | 2008-02-07 | 2011-04-14 | マグネティック アプリケーションズ インコーポレイテッド | 小型高出力オルタネータ |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1078765C (zh) * | 1999-05-04 | 2002-01-30 | 李宜和 | 改良结构的辅助动力电动机 |
| JP4722309B2 (ja) * | 2000-12-27 | 2011-07-13 | 三菱電機株式会社 | 回転電機及びこの回転電機を用いた滑車駆動装置 |
| JP2003153473A (ja) * | 2001-11-08 | 2003-05-23 | Moric Co Ltd | エンジンのスタータ |
| JP4089527B2 (ja) * | 2003-06-27 | 2008-05-28 | 三菱電機株式会社 | 永久磁石式回転電機 |
| US6867525B2 (en) * | 2003-07-24 | 2005-03-15 | A.O. Smith Corporation | Brushless permanent magnet machine with axial modules of rotor magnetization skew and method of producing the same |
| US7247964B2 (en) * | 2003-07-24 | 2007-07-24 | A.O. Smith Corporation | Electrical machine with magnetized rotor |
| EP1861911A1 (de) * | 2005-03-16 | 2007-12-05 | Bosch Rexroth AG | Elektrische drehfeldmaschine |
| JP2007318985A (ja) * | 2006-04-26 | 2007-12-06 | Victor Co Of Japan Ltd | マグネットの着磁方法，モータ及びモータの製造方法 |
| TWM348740U (en) * | 2008-08-29 | 2009-01-11 | Wei-Ting Lin | Driving structure for electric vehicle |
| FR2936665B1 (fr) * | 2008-10-01 | 2010-10-08 | Valeo Equip Electr Moteur | Stator de machine electrique tournante |
| DE102011110752A1 (de) * | 2010-08-20 | 2012-03-15 | Johnson Electric S.A. | Bürstenloser Motor |
| JP6095267B2 (ja) * | 2012-02-24 | 2017-03-15 | 株式会社クリーンクラフト | 三相永久磁石式同期モータ |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3950663A (en) * | 1974-05-23 | 1976-04-13 | Mead John A | Inline motor iron and windings |
| US4933584A (en) * | 1988-12-22 | 1990-06-12 | General Electric Company | Electronically commutated motor having skewed magnetics |
| SE466080B (sv) * | 1990-04-24 | 1991-12-09 | Elmo Ab | Synkronmaskin |
| US5266859A (en) * | 1991-10-09 | 1993-11-30 | General Electric Company | Skewing of pole laminations of a switched reluctance machine to reduce acoustic noise |
| JPH07503598A (ja) * | 1992-01-29 | 1995-04-13 | ストリドスベルグ イノベイション アクチボラゲット | ブラシ無しｄｃモータ／発電機 |
-
1997
- 1997-04-18 JP JP9134213A patent/JP2967340B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-04-17 US US09/061,339 patent/US5942873A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6529107B2 (en) | 1999-12-16 | 2003-03-04 | Hitachi Metals Ltd. | Speaker comprising ring magnet |
| JP2011512118A (ja) * | 2008-02-07 | 2011-04-14 | マグネティック アプリケーションズ インコーポレイテッド | 小型高出力オルタネータ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2967340B2 (ja) | 1999-10-25 |
| US5942873A (en) | 1999-08-24 |
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