JPS58119755A

JPS58119755A - 回転電機

Info

Publication number: JPS58119755A
Application number: JP23361982A
Authority: JP
Inventors: Makoto Goto; 誠後藤; Kazuji Kobayashi; 一二小林; Kenichiro Okumura; 奥村　謙一郎
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1982-12-29
Filing date: 1982-12-29
Publication date: 1983-07-16

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】本発明は、給電することにより回転出力を得ることがで
きる電動機、あるいは外部から回転力を与えるととによ
り電気出力を得ることができる発電機といった回転電機
に関するものである。

一般に、電機子巻線を施すために電機子鉄心に溝を設け
て突極構造にした回転電機は、突極構造でない回転電機
に較べて電機子巻線に多ぐの界磁磁束を鎖交させること
ができるため、小型、軽量で大きな出力が得られる回転
電機となる。しかし、電機子鉄心が突極構造の場合には
、電機子鉄心が電気的に不均一な構造であるために、例
えば永久磁石などにより構成される界磁部との相互作用
によってコギング力を発生するという欠点がある。

このことについて第１図および第２図を参照して３１、
−７説明する。第１図は電機子が突極構造の従来の回転電機
の一例の概略断面図である。

同図において、１は２極に着磁された円環状の永久磁石
で構成された界磁部、２は電機子を構成する電機子鉄心
であり、これは３つの突極部２ａ。

２ｂ、２Ｃを有する。そして、上記突極部２ａ。

２ｂ、２ｃは前記界磁部１の着磁された内面と所要間隙
あけて対向せられ、界磁部１と電機子鉄心２のうち、い
ずれか一方が他方に対して回転自在となっている。なお
、３ａ、ｓｂ、３ｃは巻線用の溝であシ、また、４ａ、
４ｂ、４ｃは突極部２ａ、２ｂ、２ｃにそれぞれ集中巻
きして巻装された３相の電機子巻線である。

ここで、第１図の回転電機を電動機と考えると、電機子
巻線４ａ、４ｂ、４ｃに電流を流すことにより、界磁部
１との間で電磁的な相互作用を発生させて回転トルクを
得ることができる。

また、第１図の回転電機を発電機と考えるならば、回転
子である界磁部１を外部から回転させることにより電機
子巻線４ａ、４ｂ、４ｃに交流信１４開昭５８−１１９
７５５　（２）号を得ることができる。

ところで、コギング力は界磁部と電機子の間の磁場に貯
えられた磁気エネルギーが両者の相対的な回転に応じて
変化することにより生じるものであり、特に、界磁部の
磁気的不均一性（磁極に起因）と電機子鉄心の磁気的不
均一性（溝に起因）の両者に関係して発生し、第１図の
ごとく界磁部１と電機子鉄心２の突極部２ａ、２ｂ、２
ｃの両方に磁気的な周期性がある場合には、一般に、そ
の両者に共通して存在する調波成分（整合成分）のコギ
ング力が生じる。

第２図（８）は、第１図に示した回転電機の界磁部１が
発生する磁界の周期性を、１回転分位相が変化する間だ
け書き表わしたものである。磁気エネルギーは界磁部１
の発生する磁界（または磁束密度）の２乗に関係する量
であるから、界磁部１の有する磁気的な周期・波形（発
生磁界を２乗した波形）をフーリエ級数展開したときの
基本的な調波成分は、一般に、磁極数２を次数とする第
２次調波成分となる。ここで、１回転に１回の正弦波６
ベー＝：゛成分を第１次調波成分とする。すなわち、界磁部１は第
２次調波成分を基本成分として、第４次。

第６次、第８次、・・・・・・などの高調波成分を含ん
でいることになる。

一方、電機子２の突極部２ａ、２ｂ、２ｃが有する。磁
気的不均一性は、突極間の巻線用の溝３ａ。

３　ｂ、、　３　ｃによって生じ、界磁部１の表面の各
点からみた電機子２のパーミアンス（磁気抵抗の逆数）
の場所的な変動によって表わされ、同様にフーリエ級数
展開できる。従って、第１図の電機子２の突極部の磁気
的不均一性の基本的な調波成分は第３次調波成分となる
。

すなわち、第３次調波成分を基本成分として、第６次、
第９次、第１２次、・・・・・・などの高調波成分をも
含んでいることになる。コギング力は、電機子２の突極
部２ａ’；　　２ｂ、２ｃの磁気的不均一性の有する調
波成分と、界磁部１の有する調波成分が整合（一致）す
るときに発生するから、本例においては第６次、電１２
次、第１８次、・・・・・・などの調波成分が主に生じ
ることになる。

６　　　　・第２図（Ｂ）に本例のコギング力を１回転分について示
す。

本発明は、突極構造の電機子を有しながらもコギング力
を著しく減小させた回転電機を提供するものである。以
下に本発明を図示の実施例に基いて説明する。第３図は
本発明の実施例の概略断面図である。同図において、１
は２極に着磁されだ円環状の永久磁石で構成された界磁
部、２は中心点Ａから外側へ放射状へ向かう３つの突極
部２ａ。

２ｂ、２Ｃを一体的に有する電機子鉄心、３ａ。

ｓｂ、ｓｃは上記突極部２ａと２ｂの間、２ｂと２０の
間、２ｃと２ａの間にそれぞれ形成された巻線用の溝、
４ａ、４ｂ、４ｃは上記各突極部２ａ、２ｂ、２ｃに巻
装された電機子巻線である。

以上の構成要素は第１図で説明したものと同様である。

また、突極部２ａ、２ｂ、、２０の外面が界磁部１の着
磁内面と所要間隙あけて対向せられていること、そして
上記界磁部１と電機子鉄心２とは中心点（Ａで示す）を
同じくシ、かつ、いずれか−７ベーシ゛方が他方に対して回転可能にされていることも第１図の
従来例と同様である。この第３図で第１図の従来例と異
なるところは、電機子鉄心２の突極部２ａ、２ｂ、２ｃ
で、界磁部１と対向する部分に補助溝６ａ１．６ａ２．
５ｂ１＋５ｂ２＋６ｃ１＋６ｃ２を設けた点である。な
お、上記各補助溝５ａ１〜６ｃ２は界磁部１−！たけ電
機子の回転軸すなわち、中心点Ａを通る軸心線の長手方
向（図面の紙面に対して垂直な方向）に設けられている
。

この第３図に示す本発明の実施例の電動機または発電機
としての基本的動作は第１図の従来例と同様であるが、
補助溝６ａ１〜６ｃ２の付加により、性能の面で著しい
相違がある。以下に、そのことを第４図を参照して説明
する。第４図は一例として２巻線用の溝３ａの入口付近
での磁束の分布を表わした図である。同図において、界
磁部１φ）ら出た磁束は矢印の線で示すように、大部分
が磁気抵抗の高い溝部を避けて電機子２の突極部２ａ。

２ｂに吸いとられる。その結果、図示の破線Ｈより深く
入り込む磁束は非常に少なくなる。従って、破線Ｈの深
さのものとほぼ同等である。他の溝３ｂ、３０について
も同様である。そこで、第３図に例示するごとく、突極
部２ａ、２ｂ、２ｃに巻線用の溝３ａ、ｓｂ、３ｃと磁
気的にほぼ同等な効果を有する補助溝６ａ１〜６ｃ２を
設けるならば、電機子鉄心２の突極部２ａ、２ｂ、２ｃ
の磁気的不均一性の状態は変化する。この第３図に例示
した本発明の実施例においては、巻線用の溝３ａ。

ｓｂ、ｓｃの間隔を３等分する位置に補助溝６＆１〜’
ｃ２を設けて、３ａ〜３’ｃ、　　５ａ１〜６ｃ２から
なる溝の全体が回転中心すなわち中心点Ａに対して。

等角度間隔（第３図では３６０°／９　＝　４０°間隔
）もしくはほぼ等角度間隔となるように配置されている
。従って、本実施例の突極部２ａ、　　２ｂ、　　２ｃ
の磁気的不均一性の周期・波形の基本的な成分は第９次
調波成分となり、その高調波成分である第１８次、第２
７次、第３６次、・・・・・・などが含まれることにな
る。また、界磁部１の有する調波成分は、第１図の従来
例と同様に、°第２次調波成分を９ページ基本として、その高調波である第４次、第６次。

第８次、・・・・・・などである。従って、コギング力
としては、主に第１８次、第３６次、・・・・・・など
の調波成分が生じる。

第２図（ｑに本実施例のコギング力を１回転分について
示す。この結果を第１國め従来例と比較すると、第６次
、第１２次、第２４次、第３０次。

・・・・・・などの調波成分のコギング力が欠落（また
は減少）し、さらにコギング力の基本的な調波成分の次
数は第１図の従来例では第６次であるのに対して９本実
施例では第１８次と３倍の高次の成分となっている。

一般に、コギング力の各成分の大きさは、界磁部の有す
る該当成分の大きさと電機子の突極部の有する該当成分
の大きさの積に関係し、その積が小さくなればコギング
力の該当成奔の大きさも小さくなる。

また、界磁部お、よび電機子の突極部の有する調波成分
は、通常高次の成分になる程、その大きさは減衰するか
ら、第６武威分（従来例）に比較しｔＯ、−−、ミ、て第１８武威分（本実施例）はかなり小さいのが普通で
ある。従って、本発明のごとく補助溝を所要間隔で設け
ることにより、コギング力に関与し得る界磁部および電
機子の突極部の調波成分の数が少なくなるだけでなく、
コギング力の基本的な調波成分が高次の成分となること
により、コギング力は減少する。

なお、第３図に示した本発明の実施例においては、電機
子鉄心２や電機子巻線４ａ〜４Ｃを含めて成る電機子を
固定子とし、界磁部１を回転子とする場合にのみ限られ
るものではなく、その関係が逆であって良く、得られる
効果には差異はない。

また、外転形に限らず、内転形であっても良い。

また、第３図に示した本発明の実施例は、１つの突極部
に２つの補助溝を設けた場合であるが、本発明は、その
ような構造に限定されるものではなく、それ以上の補助
溝を設けるようにしても良い。

前述のように、補助溝を設けることにより、電機子の突
極部の磁気的不均一性の周期・波形と界１１　ベージ磁部の磁気的な周期・波形との整合成分の基本的な調波
成分の次数を高くするならば、コギング力は減少する。

その方法として第３図に示した本発明の実施例では、巻
線用の溝と磁気的にほぼ同等な補助溝を付加し、補助溝
および巻線用の溝の全体を、電機子突極部の中心に対し
て２等角度間隔もしくは。

はぼ等角度間隔となるように配置することにより、電機
子の突極部の磁気的不均一性の周期・波形の基本的々調
波成分の次数を高くして、界磁部の磁気的な周期・波形
による調波成分との整合成分を簡単に高次の調波成分に
している。その結果、コギング力が大幅に減少した。

一般に、本発明の実施例のように、界磁部として永久磁
石を使用する場合には、その極数をＰとすれば界磁部の
有する基本的な調波成分は第Ｐ武威分となり、界磁部の
磁気的な周期・波形は第Ｐ次、第２Ｐ次、第３Ｐ次、・
・・・・・などの調波成分を含んでいる。

一方、補助溝のない場合の電機子突極部の磁気ｍ次とし
、補助溝を設けることにより、電機子突極部の基本的な
調波成分が第に−ｍ次（ただし、Ｋは２以上の整数）と
なるものとする。このとき、コギング力の基本的な調波
成分の次数は、ＰとＫ・ｍとの最小公倍数となる。これ
をＧとおく。いま、Ｐとｍとの最大公約数をＱとし、Ｐ
／ＱとＫとの最大公約数をＲとすれば、ＰとＫｐｍとの
最大公約数はＱ＠Ｒであるから、次式が成り立つ。

２ｍ　　ＫＧ＝（ス「）・■ 一般に、コギング力の基本的な調波成分の次数が高くな
る程、すなわちＧが大きくなる程、コギング力の大きさ
は減小する。上式において、Ｐｌｍ、Ｑは補助溝の有無
に無関係である。従って、本発明の効果を十分に得るた
めには、Ｋを一定とすれば、Ｒが小さい程良く、特にＲ
＝１の場合が最も良いといえる。すなわち、Ｐ／ＱとＫ
との最大公約数Ｒが少なくともＰ／ＱおよびＫよりも小
さい場合には本発明の効果を得ることができ、さ１３ペ
ージらにＲ＝１の場合（いいかえれば、Ｐ／Ｑ≧２゜Ｋ≧２
で、Ｐ／ＱとＫが１以外の共通因子を持たない場合）に
は本発明の効果は大といえる。本実施例についていえば
、Ｐ＝２．ｍ＝３．Ｑ＝１であり、Ｋ＝３であるから、
Ｒ＝１となる。

前述のＲについての条件のＰ／Ｑ）ＲよりＰ／（Ｑ、Ｒ
）≧２　となり、Ｇ＝に−ｍ−（Ｐ／（Ｑ−Ｒ））≧２
・Ｋｓｍ　　となる。ＧはＰとＫｅｍの最小公倍数であ
り、かつＧ≧２・Ｋｐｍより、ＫｐｍがＰの公倍数（整
数倍）と異なることになる。すなわち、ＲがＰ／Ｑより
も小さいことは、Ｋ　＠ｍがＰの公倍数でないことと同
意味であり、このとき、コギング力の基本次数Ｇが電機
子突極部の有する磁気的不均一性の基本次数に−ｍよシ
も２倍以上の高次になっているから、コギング力は小さ
くなりやすいといえる。

すなわち、本実施例に示すように、巻線用の溝と磁気的
にほぼ同等な効果を有する補助溝を付加し、補助溝およ
び巻線用の溝の全体を電機子突極部の中心に対してほぼ
等角度間隔（等角度間隔も１　４　、−、−・含む）に配置する場合には、補助溝と巻線用の溝の総数
（Ｋｐｍに相当）を永久磁石の極数（Ｐに相当）の公倍
数（整数倍）と異ならせることが必要となる。

また、本実施例に示すように、巻線用の溝が等角度間隔
または、はぼ等角度間隔に配置されている場合には、巻
線用の溝の数がｍに相当する。各突極に同数個［（Ｋ−
１）に相当〕の補助溝を設けて、補助溝と巻線用の溝の
全体が等角度間隔または、はぼ等角度間隔に配置されて
いるものとすれば、溝の総数Ｔは巻線用の溝の数ｍの整
数倍（Ｘ倍）となり、Ｔ−Ｋｅｍとなる。このとき、前
述の結果より界磁部の極数Ｐと巻線用の溝の数ｍの最大
公約数がＱに相当し、ＫとＰ／Ｑの最大公約数ＲをＫや
Ｐ／Ｑよりも小さくするように、Ｋの値（補助溝の個数
）を選定することがコギング力を低減する有効な方法と
いえる。特に、Ｋ〉〉１で、ＫとＰ／Ｑが１以外の共通
因子を持たない場合（Ｒ＝１の場合）に、少ない補助溝
の個数でコギング力が大幅に減少し、その低減効果が大
きい。

１６　ｌ−−ジ本実施例に示すように、Ｐ＝２でｍ　＝　３の場合には
、Ｑ−１であるから、Ｐ／Ｑ＝２となり、Ｋの値が奇数
であ６ばＲ＝１となることがわかる。従って、各突極部
には偶数個の補助溝が設けられている。

また、前述の本発明の実施例においては、電機子突極部
の各突極が中心に対して、はぼ等角度間隔に配置された
構造であるが、突極間の角度間隔に粗密が存在する場合
においても、本発明は実施できることはいうまでもない
。

以上のように、本発明の回転電機はコギング力が小さい
ため、トルク変動の少ない電動機あるいは発電機を得る
ことができる。従って本発明に基づき、特に音響機器用
電子整流型電動機を構成した場合には、振動やトルクむ
らを極少にし得るため、極めて高性能の音響機器を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の回転電機の概略断面図、第２図（＃、　
（Ｅｌｌ、　（Ｑは界磁部の磁束密度とコギング力との
関係を示す図、第３図は本発明の一実施例の概略゛めの
要部拡大断面図である。１・・・・・・界磁部、２・・・・・・電機子鉄心、２
ａ、２ｂ。２Ｃ・・・・・・突極部、３ａ、３ｂ、３ｃ・・・・・
・巻線用の溝、４ａ、　　４ｂ、　　４ｃ・・・・・・
電機子巻線、６ａ１゜５ａ２　＋６ｂ１１６ｂ２．ｓ。１＊６ｃ２・・・・・・補助溝。代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第３
図第４図

Claims

【特許請求の範囲】（１）複数個の磁極を有する界磁部と、複数相の電機子
巻線が巻装された巻線用の溝および突極部を有する電機
子を具備し、前記界磁部と電機子のうち、いずれか一方
を他方に対して回転させるようにし、前記電機子の突極
部の前記界磁部と対向する位置に補助溝を設け、前記補
助溝と巻線用の溝の全体を前記電機子の中心に対して等
角度間隔もしくは、はぼ等間隔となるように配置し、か
つ前（２）巻線用の溝が等角度間隔もしくは、はぼ等角
度間隔にｍ個（ただし、ｍは整数）配置され、各突極部
に（Ｋ−１）個（ただし、Ｋは２以上の整数）の補助溝
が設けられ、永久磁石の極数をＰ（ただし、Ｐは２以上
の整数）とし、Ｐとｍの最大公約数をＱとするとき、Ｋ
とＰ／Ｑの最大公約数をＫおよびＰ／Ｑよりも小さくし
たことを特徴とする特許請求の範囲第０）項記載の回転
電機。（３）ＫとＰ／Ｑの最大公約数が１になるように構成し
たことを特徴とする特許請求の範囲第＠）項記載の回転
電機。