JPS5855746B2 - チヨクリユウカイテンデンキノコテイシ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、容積の殆どを巻線が占める円墳状無鉄心回転
子の外側部に永久磁石からなる強力な界磁磁極を配置し
た直流回転電機の固定子に関するものである。

円墳状無鉄心回転子は、既に本出願人により提案されて
いるように、回転子軸上にスリーブ状の絶縁物を介して
回転子巻線を設けたもので、その容積の殆どが巻線によ
って占められており、従って巻線容積が大きく、インダ
クタンスが極めて小さく、又機械的にも頑強で低慣性の
ものとなる利点がある。

このような円墳状無鉄心回転子に強力な磁界を作用させ
ることにより、高効率、小さい機械的電気的時定数、高
応答性及び耐衝撃的入力の特性が得られるものである。

しかし、円墳状無鉄心回転子（以下円墳状非磁性回転子
と称する）は円墳状の非磁性体であるから、界磁磁極間
はその儒空隙長を構成するので、この長い空隙に強力な
磁界を作用させる為には、異方性ストロンチウムフェラ
イト、バリウムフェライトその他の高保磁力の永久磁石
が適している。

しかし、このような永久磁石を用いて形態出力比と云う
形態上の制約を設けて長い空隙長を有する磁路を構成す
る場合、空隙長と主磁路の漏洩磁気分路との長さの逆比
で漏洩磁気分路に多量の漏洩磁束を発生するので、磁極
に磁束を収束することが困難となる。

即さ殆どが漏洩磁束として消費され、有効磁束が少なく
なるので、具体的磁路の構成には多くの困難な問題が生
じる。

本発明は前述の如き円墳状非磁性回転子を有する直流回
転電機に於いて、永久磁石界磁磁極間に非磁性体からな
る回転子が存在するにも拘らず、強力な磁界を回転子に
作用させることができる固定子を提供することを目的と
するものである。

以下図面を参照して詳細に説明する。

第１図において、純鉄等のヨーク３の内側にストロンチ
ウムフェライト又はバリウムフエライトその他からなる
主磁石１及び１′が設けられ、主磁石１，１′には純鉄
等の磁極片２及び７が、略示した円墳状非磁性回転子４
の外側ｉこ対応するように装着されている。

回転子４に対応する磁極中と紙面垂直の磁路の奥行の積
である磁極面積を８１、同様にして磁極側面傾斜部ＴＵ
線を中心とする平均面積を８２、主磁石端部のＱＲ線を
中心とする面積を８３、主磁石の断面積を５ｒｒｌとす
れば、８１部の磁束はΦ１．８２部の磁束はΦ２．８３
部の磁束はΦ３、主磁石のＳｍにおける総磁束は中□、
主磁石１及び１′とヨーク３間の磁束は夫々Φ４．Φ４
′、主磁石の周囲側表面に沿った漏洩磁束をΦＹで示せ
ば、総磁束の配分は Φ□−（Φ１＋２Φ２千２Φ３）＋２Φ４＋ΦＹ・・・
・・・（１）永久磁石の磁気特性、寸法比、磁路の形状
ｌこよっても異るが、一例をあげれば２Φ４＋ΦＹはΦ
□の５０知こ達し、Φ１ば（２Φ２＋２Φ３）と同数値
を示す、即さ界磁有効磁束Φ１は、総磁束Φ□の２５係
と云う低い数値を示す。

主磁石１，１′の長さを１ｍ、空隙長を１ｇ１空Φ１ 隙部０磁界、ｕ□ Ｓ ＝ Ｈ”・ ００８単位″′ｂ
″・Φ ＝１、主磁石１，１′の磁束密度Ｂ −１、回磁ｎ
Ｓｍ 石の磁気特性からＢｍに対応する磁界をＨｍ、磁極片２
及び２′、ヨーク３の磁気抵抗を無視すれば、Φ１の中
心線ｌこ沿った主磁石１，１′、ヨーク３を通る閉曲線
から、空隙の磁界Ｈ２ば、 で示される。

主磁石の磁気特性を示す第２図において、前記の漏洩磁
束Φ１．Φ２．Φ４によって磁束密度が増大し、動作点
は（１）のように磁石の最大エネルギー積の位置を外れ
た一Ｈ，＝Ｈｍの低い値を示す。

前記の漏洩磁束による有効磁束Φ１１０ｍの減少に加え
て（２）式に於けるＨｍの減少は、空隙長の長い永久磁
石磁路の極めて不利な条件を表わしている。

以上述べた強力な磁界を必要とし、且つ空隙長の長い永
久磁石による界磁磁路の漏洩磁束を、寸法上の技術手法
によって防止しようとすれば、第１図における空隙長１
２と対比して、影響を少くする迄に漏洩磁路１２，１３
，１．の長さを数倍にしたとしても、漏洩磁束は数分の
１に減少するに過ぎない。

このような手法ではヨークの寸法が著しく大型となり、
この種の応用面から要求される形態出力比の条件が極め
て悪くなり、実用性を失う。

第３図は、この発明の第一の実施例の説明図であり、第
１図と共通する部分は同一記号で示されている。

この発明は、空隙長の長い永久磁石を用いた磁路に発生
する多量の漏洩磁束を漏洩磁界と等化する逆磁界を加え
て阻止し、長い空隙部分に界磁磁束を収束して有効磁束
の比率を著しく高めると同時に、磁路の形態を最小限に
縮少し得る特徴を有している。

図において、純鉄等のヨーク３の内側に、角型断面をも
つストロンチウムフェライト又はバリウムフェライトそ
の他の高保磁力を有する永久磁石からなる一対の主磁石
８及び８′を対向的に設け、夫々の主磁石８，８′の対
向面には純鉄等の磁極片２及び２′が装着されており、
一対の磁極片２゜２′間が極めて長い空隙部を形威し、
円墳状非磁性回転子４の外側部ｌこ対向して、２極界磁
を構成している。

一対の主磁石８，８′及び磁極片２，２′の対向面間の
、前記円墳状非磁性回転子４の直径より幅の広い部分、
即さ円墳状非磁性回転子の両側部に生じる多量の漏洩磁
界を、該漏洩磁界に沿って、主磁石８，８′及び磁極片
２，２′の対向面間に、両端に空隙１７，１８を介して
対向的に設けた一対の阻止磁石５及び６の逆磁界によっ
て等化阻止し、極めて長い空隙部■３の円墳状非磁性回
転子４に界磁磁束を収束したものである。

阻止磁石５及び６は、主磁石８，８′と同一の磁気特性
を有する異方性永久磁石が望筐しい。

又、主磁石の側面及び阻止磁石５，６の側面の一部に空
隙１９ｊｌｌＯを介して対向するように阻止磁石７及び
７′が設けられている。

同磁石は阻止磁石５，６と同一の磁気特性が好ましいが
、他の異方性永久磁石を用いることも出来る。

第４図は阻止磁石５及び６の磁気特性を示す。

同図の減磁曲線において、阻止磁石５，６は寸法比、形
状によっても異るが、開放磁路での動作点は４を示し、
主磁石極間に配置すれば、主磁石から減磁力を受は動作
点５，５′に移動する。

第１図の磁路において、空隙８１間の非磁性分路を形成
している漏洩磁束Φ２．Φ３及び主磁石とヨーク間の漏
洩磁束Φ４の大部分を阻止したとすれば、主磁石の漏洩
磁束は著しく減少し、第２図に示される主磁石の減磁曲
線動作点は１から３に移る。

従って阻止磁石は大きい逆磁界を受は第４図における動
作点５′に移動する。

主磁石、阻止磁石共にこの動作点は温度変化による不可
逆領域であるから、第３図の主磁石の断面積Ｓｍ２は第
１図の場合の断面積Ｓｍより縮少し、漏洩磁束を阻止し
た状態で第２図の動作点２に設定される。

従って主磁石による逆磁界は減少し、阻止磁石の動作点
も第４図５に設定される。

第３図の磁極傾斜部の平均中心ＴＵ線即さ、主磁石の長
さ１ｍ１空隙１７、阻止磁石の長さ１５、空隙１７、主
磁石の長さ１ｍを経てヨーク３に至る閉曲線に沿って、
アンペールの周回積分の法則を適用すれば、磁路には鎖
交する電流がないから、ベクトルの回転はなく 、ｒｏ
ｔ Ｈ＝ Ｏであり、この閉曲線の線積分は零となる。

線積分の方向を、磁束密度の方向を正とし、主磁石の磁
界をＨｍ２、空隙１７の磁界をＨ７とする。

磁極片２，２′及びヨーク３の透磁率は１０３以上であ
るから、これを省略すれば、 第２項は第１項と第３項の均衡状態では零であるからＨ
７中０１故に、 Ｈｍ２は前述の第２図減磁曲線におけるＨ２である。

阻止磁石５の動作点を第４図減磁曲線の５に設定するよ
うに断面積を選定し、（４）式の均衡は阻止磁石の長さ
１５によって設定する。

主磁石と阻止磁石の温度係数の差や材質むらにより（４
）式に若干の不均衡を生じても、不均衡による磁界は空
隙２１７に加わるから、逆磁界による影響は小数値で安
定する。

第３図の主磁石端部から阻止磁石５に至るＱＲ線及び主
磁石側面から阻止磁石７、ヨーク３に至る点線ａ、ｂ、
ｃの閉曲線、更に阻止磁石側面からヨークに至る点線ｄ
、ｅ、ｆ、ｈ閉曲線についても、前記同様の解析によっ
て、阻止磁石５の長さ１６及び阻止磁石７の定数を設定
できる。

この発明の第一の実施例によれば、長い空隙長と云う悪
条件下で、界磁磁束Φよと主磁石の総磁束Φｍ２との比
率、即さ有効磁束７０係が得られる。

第５図はこの発明の第二の実施例の説明図であり、第１
図及び第３図と共通する部分は同一記号で小されている
。

この実施例は第一の実施例に示すように、漏洩磁束を阻
止し、長い空隙部分に界磁磁束を収束した構成に、更に
界磁磁極片にサマリウム系その他の極めて高い保磁力を
有する永久磁石からなる強化磁石を設けたもので、長い
空隙長に強化磁石との強力な合成磁界が得られ、経済的
にも極めて有利な高効率の固定子を提供するものである
。

第５図において、９及び９′は磁極片２及び２′に夫々
装置されたサマリウム系等の極めて高い保磁力を有する
永久磁石からなる強化磁石である。

その長さを１８、この磁石の動作点における磁界の強さ
をＨ８とすれば、他の各部の記号及び材質は第３図と共
通である、但し主磁石１，１′の断面積は第３図示のＳ
ｍ２と異なり、第１図示のＳｍと共通である。

例えばサマリウム系永久磁石は極めて高い保持力とエネ
ルギー積を有しているが高価なため、微小磁路には極め
て有効であるが、同磁石を主磁石として長い空隙に強力
な磁界を得ようとすることは、工業製品として経済的に
不利である。

この実施例では空隙長の長い磁路を、異方性ストロンチ
ウムフェライト又はバリウムフェライトその他の永久磁
石により構成し、必然的に生ずる多量の漏洩磁束を阻止
して、界磁磁極間に磁束を収束した状態のもとて磁極の
非磁性回転子との対向面に少量のサマリウム系永久磁石
等の極めて高い保持力を有する永久磁石からなる強化磁
石９゜９′を装着したもので、以下に示すように極めて
強力なベクトル的合或磁界を経済的に得ることが出来る
。

第５図は、第１図の磁路に阻止磁石５，６，７゜７′を
設けて漏洩磁束を阻止した状態のもとて主磁石１，１′
の動作点を第２図減磁曲線の３に位置するようにし、磁
極片に装着されたサマリウム系その他の高保持力を有す
る永久磁石の参画によって、空隙及び主磁石の磁束密度
が増加して動作点は２に設定される。

界磁の中心線ｌこ沿った主磁石１，１′の長さ１ｍ、サ
マリウム系永久磁石からなる強化磁石９，９′の長さ１
８、空隙部長さ１８、サマリウム系その他の極めて高い
保持力を有する永久磁石からなる強化磁石９，９′の長
さ１８、主磁石１，１′の長さ１ｍを経てヨーク３に至
る閉曲線の周回積分は、主磁石の動作点に於ける磁界を
Ｈｍ ３ ”” Ｈ２、空隙部の磁界をＨ２、磁極片２
，２′及びヨーク３の磁気抵抗を無視すれば、 （６）式の示すように、漏洩磁束を阻止することによっ
て得られた主磁石による空隙部の磁界と、少量のサマリ
ウム系永久磁石からなる強化磁石の磁界とのベクトル的
合威磁界が空隙部に集中することによって、長い空隙長
に強力な磁界を経済的に発生させることができる。

この場合の界磁磁束Φ３と主磁石磁束Φｍ３との比、即
ち有効磁束は８４％に達する。

この発明では、巻線容積の比率が極めて大きく低慣性の
円墳状非磁性回転子の外側に強力な磁界を加えることに
よって、極めて応答性能の高い高能率の制御用直流電動
機が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は磁路の説明図、第２図は永久磁石の磁気特性図
、第３図はこの発明の一実施例の説明図、第４図は永久
磁石の磁気特性図、第５図はこの発明の他の実施例の説
明図である。 １．１’：主磁石（永久磁石）、２ 、２’ ：磁極、
３：ヨーク、４：円墳状非磁性回転子、５，６：阻止磁
石、？、７’：阻止磁石、８ 、８’ ：主磁石、９，
９’：磁石。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ヨークの内側に対向的に設けた永久磁石からなる一
   対の主磁石の対向面に磁極片を装着して円墳状非磁性回
   転子の外側部に対向させ、該磁極片間が空隙部を形成す
   る２極界磁を構成し、前記一対の主磁石及び磁極片の対
   向面間に釦ける前記円墳状非磁性回転子の両側部の漏洩
   磁界に沿って、両端に空隙を設けて対向極性に配置し、
   逆磁界によって前記漏洩磁界を等化阻止し、空隙部に界
   磁磁束を収束するようにした一対の阻止磁石を備えたこ
   とを特徴とする直流回転電機の固定子。 ２ 前記２極界磁の一対の磁極片の前記円墳状非磁性回
   転子との対向面に前記主磁石及び阻止磁石より更に高い
   保磁力を有する永久磁石からなる強化磁石を、その磁界
   方向を空隙部の磁界にベクトル的に加算するように配置
   し、合成磁界を得るようにしたことを特徴とする特許 項記載の直流回転電機の固定子。