JPS596761A - リプル周波数を上向きにずらした回転電気機械 - Google Patents

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】 この発明は、回転発電機に関するものであり、特に、そ
の出力中のりプルの悪影響を緩和するための技術に関す
るものである。

特に、速度サーボシステムに用いられる直流回転速度計
は、何らのりプルをもたずに速度に比例した平滑な出力
信号を供することが理想的なものとされている。しかし
ながら、あいにく有効なりプル成分は、大抵はスロット
周波数に相応する周波数において供するものである。す
なわち、それは、固定子上の特定の点を通り過ぎる電極
子スロットの移動に相応する周波数にもとづくものであ
る。不安定性およびサーボループにおける他の問題を避
けるため、サーボ増幅器の帯域幅が、システムの正規操
作範囲内におけるリプル周波数を安全に取り除くか、あ
るいは減衰するために制限される。その結果、リプル成
分の周波数は、サーボシステムの周波数レスポンスを制
限する。

同様に直流モータは、モータ出力におけるリプルトルク
の形にあられれるところの出力に１ノプル成分を含んで
いる。もし、モータが、サーボシステムの部分を形成す
る場合、リプルトルクりは、しばしばスピードに影響す
る。だから、リプルトルクは、サーボループの速度フィ
ードバック信号に反映される。一般にリプル）／レフ成
分は、モータトルク出力における不要発振を起こす傾向
があり、望ましくないものとされている。

この発明の目的は、従来の回転電気機械にみられるリプ
ト成分による悪影響をより少なくした形の回転速度計あ
るいはモータを提供することにある。

この発明に従って構成される回転速度計あるいはモータ
におけるずぐれたりプル成分は、周波数の向上に向けら
れ、かつ操作システムの悪影響を少なくする。

増幅帯域の速度サーボシステムにおいては、一般的に、
正規の回転速度計出力を供する卓越したりプル周波数下
において安全に設計される。

その結果、リプル周波数は、増幅帯域を制限し、そして
サーボシステムの周波数レスポンスを制限する。リプル
成分の周波数の向上は、高増幅帯域およびサーボシステ
ムにおける高周波数レスポンスを可能にする。

同様に、モータにおいて、リプルトルクの周波数の向上
が望まれる。一般に、電動モータは、高周波数でのりプ
ルトルクに機械的に応じやすいものである。そして、こ
のリプルトルクは、周波数の増大に関連して悪影響を少
なくする。

サーボシステムにおいて、リプルトルク周波数が増大す
ると、サーボ増幅帯域は、高周波数１′ で生じるサーボループのフィードバック信号ニおける効
果を増大させることができる。

この発明に従った直流モータ、あるいは回転速度語は、
随従磁極と、磁界を形成するブロック磁石固定子組み立
て体を用いて組み立てられているものである。ブロック
磁石は、電機子に関して不均一な空隙をもって対面する
ように平坦に形成される磁極面を備えている。随従磁極
の磁極面は、電機子の回転に関して実質上均一な空隙を
もって対面するような形状をなしている。随従磁極は、
非整数個のスロット距離間をまたぐ。好ましくは、随従
磁石は、電機子における整数個のスロットとＶのスロッ
ト幅とを加えた寸法に相応する電機子のスロット部分を
それぞれまたいでいる。電機子におけるスロットの数は
奇数個である。

驚いたことに、このパラメータの結合においては、正規
のスロット周波数の２倍という顕著なりプル成分を生じ
る。けれどもりプル成分の周波数が向上する理由は、十
分には理解されていない。それは、電機子スロット運動
の速度に依存する割合につれて、随従電極中央の正味効
果の変化により生じる。

以下、この発明に従って構成される回転電気機械の具体
的な実施例にもとづいて詳細に説明する。

第１図は、この発明において構成される回転速度計を示
すものである。この図に示されるように回転速度計は、
回転電機子（１０）および固定子Ｇｌ！０）を備えてい
る。このうち固定子（イ）は、この回転速度計のための
磁界を形成するものである。

一方、回転子（１０）は、第１図および第２図にも示さ
れるように、その構成、すなわち電機子スロワ）　（１
１）の態様を露呈する目的において電機子巻線の多くの
部分が取り除かれた状態で示されている。この回転子（
１０）において電機子鉄心構成体（ロ）は、代表的には
積層スチール等のような磁性体材料によって作られてい
るものである。この電機子鉄心に適用される薄板は、そ
の外周部分に奇数個のスロットが形成されるものであっ
て、一般的な機械加工手段である打抜き加工によって形
成されるものである。特に、第１図に示されている一例
に成る電機子は、３３個のスロットを有している。電機
子巻線は、波巻により構成され、４つの極を形成するも
のである。そして、この電機子巻線は、典型的な構成で
なる整流子（図示せず）に接続されている。

固定子構成体は、２つのブロック磁石Ｑυ、　Ｇ！、１
を備えている。前記固定子に）に配設されるブロック磁
石（２１）、に）は、前記回転電機子Ｑ、ｏ）の背反側
に位置していて、前記回転電機子００）に向かい合った
側にＮ極を形成し、背反方向に向けてＳ極を形成するよ
うになっている。前記ブロック磁石Ｇ！υ、Ｑ功は、２
つの随従磁極片（２呻、（ハ）を形成する目的において
、リング状の磁性体材料（ハ）の内周に対して取り付け
られるものである。このブロックタイプの永久磁石の配
列によって、前記永久磁石（２１）、（ハ）をしてその
各回転電機子対面側にＮ極磁極面を形成し、前記随従磁
極片ｅ→、に）をしてその各回転電機子対面側にＳ極磁
極面を形成する。

前記永久磁石（２１）、Ｇ！功は、どのようなタイプの
ものにおいても適用できる。この前記永久磁石は、シン
プルなブロック形状を成すものであって、複合的な形状
を有していないので、その加工において、形状化が困難
とされている磁、石材料に対しても容易に適用される。

この発明では、前記永久磁石の一例として高エネルギの
すマリラムコバルト磁石が、効果的に適用されるもので
ある。

外周面が実質上円形の回転電機子（１０）に対して、こ
の回転電機子００）の外周面に対面して、表面が平坦な
永久磁石を配置することによって、その間の空隙は、計
画的に不均一になるように形成されている。すなわち、
これは前記永久磁石の磁極面が、前記回転電機子のアー
チ形表面に適合するように形造られていないからである
。その結果、空隙の磁束密度は、前記永久磁石の中心部
分において最も大きくなり、前記永久磁石の両端部方向
に向けて減小するものである。

一方、前記随従磁極片Ｑ・、に）の磁極面は、前記回転
電機子（１０）の外周面に沿った形状にアーチ状に形成
されているので、その間の空隙は、磁極片（ハ）、（ハ
）の全幅にわたって実質上均一に形成されるようになっ
ている。さらに、前記随従磁極片ＱΦ、ｖ）の各磁極面
の幅は、前記回転電機子００）に形成されるスロットに
対して、その整数個のスロット距離と異なるように計画
的に設計さ１図に示されるように、随従磁極片ψ呻の」
二縁が回転電機子（１０）の歯部（１５）の中心に対し
て一線に整合しているのに対し、当該随従磁極片ψ→の
下縁が、回転電機子（ｌＯ）の歯部（１６）および（１
７）の間のスロットに対して一線に整合していることか
ら明らかにされる。上記のような構成から、前記随従磁
極片の磁極面は、５昇のスロットに相当する回転電機子
表面の部分をまたぐ構成になっている。同様に、随従磁
極片（ロ）は、その上縁が前記回転電機子Ｇｏ）の歯部
０８）の中心に対して一線に整合しているのに対して、
その下縁が前記回転電機子（１０）の歯部（１９）のと
なりのスロットに対して一線に整合している。したがっ
て、前記随従磁極片（ハ）についても同様に、５弓のス
ロットに相当する前記回転電機子表面の部分をまたぐよ
うになっている。

通常、直流回転速度計の出力信号は、スロット周波数す
なわち、スロットが固定子の特定の点を通り過ぎる割合
に相当する周波数にもとづく顕著なりプル成分を含んで
いるものである。

この記述に従って構成された回転速度計がテストされる
際、顕著なりプル成分が、驚くことに、スロット周波数
の２倍として生じることが見いだされた。

周波数が意外なほど上向きになる理由は、必ずしも知ら
れていない。しかしながら、事実的には、回転速度計の
作動期間中、随従磁極片中心部が４スロツトピツチ相対
的に変動することがあげられる。これは、第１図および
第２図を比較することによって理解されるように、随従
磁極片がまたいでいる回転電機子のスロットピッチは、
それぞれイスロットピッチだけ互いに置き替えられた位
置状態をとっている。

回転電機子が固定子に対して第１図に示されるような位
置をとることによって、回転電機子の歯部（＋５）、Ｑ
８）は、各々の随従磁極片の上縁に対してセンタリング
された位置をとる。回転電機子の歯部（１６）、　（１
９）は、前記随従磁極片によって完全にカバーされる。

この位置状態において、磁極片と回転電機子の歯部との
間に磁束パターンが形成されるので、随従磁極片の中心
が回転電機子の歯部０５）、α８）を上方に向けて移動
される。

第２図において、回転電機子は、弓スロットピッチだけ
前進した状態が示されている。この場合、回転電機子の
歯部０８）は、ただちに磁極面により完全にカバーされ
るのに対し、回転電機子の歯部（１９）は、前進して、
ただちに磁極片によって半分だけカバーされた状態に移
行する。

一方、回転電機子の歯部０７）は、磁極片によって半分
だけカバーされた状態に移行するのに対して、回転子の
歯部（１５）は、磁極片から完全に離れた状態に移行す
る。この位置状態において、随従磁極の中心は、回転電
機子の歯部αη、０９）を、下方に向けて移動させてし
まう。

以上のように、この発明に成る回転電気機械によれば、
随従磁極の有効中心が回転電機子が回転するのにともな
って上方および下方に相対的に移動させることができる
ものである。正味有効な随従磁極の動きは、回転速度計
の出力信号にあられれる顕著なりプル成分の周波数を上
向きにシフトする結果を生じる。

以」二、この発明については、図面に示すような回転速
度計を一例に挙げて説明したが、直流モータについても
同様に組み立てることができる。モータの場合は、上述
する上方へのシフト代りに、出力電圧に顕著なりプル周
波数を生じるものであって、上方へのシフトは、モータ
出力に現われる顕著なりプルトルク内にあられれる。

以上、この発明では一つの特定の実施例についてのみ詳
細に説明しであるが、この発明の範囲内において可能な
多くの変更および変形を含むものである。この発明は、
添付する特許請求の範囲において特に制限した以外は、
その特定の実施態様に制約されるものではない。

【図面の簡単な説明】 図面は、この発明にかがる回転電気機械の具体的な実施
例を示すものであり、 第１図は、構成を明確にするために電機子巻線の一部を
取り除いてあられしである回転速度計の横断面図、 第２図は、電機子を、第１図の状態がら臀スロットピッ
チだけ前進させた状態を示す回転速度計の横断面図であ
る。 （１０）−・・・・・・・・・・・・・・回転電機子（
Ｉ］）・・・・・・・・曲・・・スロットθ２）・・・
・・・・・・・・・・・・電機子鉄心構成体０４）〜（
１９）・・・・・−・・・・−・・回転電機子の歯部（
２０）・・・・・・・・・・・・・・・固定子Ｑυ、に
）・・・・・・・・・・・・・・・ブロック形永久磁石
Ｑ４・・・・・・・・・・・・・・・固定子磁性体材（
２時、（ハ）・・・・・・・・・・・・・・・随従磁極
片Ｚ乙 手続補正書 特ａ′ｌ庁長官　　　　　殿 １、事件の表示　昭和５８年特許願第１１００１９号２
、発明の名称　　リプル周波数を上向きにずらした回転
電気機械３、補正をする者 事イ′１との関係　　特許出願人 氏名（名称）　　　　コルモーゲン　テクノロシイズ　
コーボレイション４、代理人　　　　〒６０４ ６、補正により増加する発明の数 ７、補正の対象　明ｉ書全文 ８補正の内容 １１１　　明細書の浄書。（内容に変更なし）９添附書
類の目録

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、巻線スロットと、前記巻線スロットに設置される電
   機子巻線と、前記電機子巻線に接続される整流手段とを
   備えている回転子と、前記回転子に関して不均一な空隙
   をもつ少なくとも１つの永久磁石磁極面と、随従磁極に
   よって形成されていて、前記回転子の表面上の整数個の
   スロットピッチをまたぐ少なくとも１つの磁極面、およ
   び前記磁極面に磁束を生せしめる手段とを備えている固
   定子との組合せによって成ることを特徴とする回転電気
   機械。 ２、前記磁束を生せしめるための手段が、少なくとも１
   つの永久磁石から成ることを特徴とする特許請求の範囲
   第（１）項に記載の回転電気機械。 ８、前記永久磁石が、前記回転子に関して前記不均一な
   空隙を形成するように平坦な磁極面をなすブロック形で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第（２）項に記載
   の回転電気機械。 ４、前記磁束を生せしめる手段が、永久磁石、前記回転
   子に関して前記不均一な空隙を形成する表面、および前
   記回転子に関して実質上均一な空隙をもって対面する前
   記磁極面を形成する随従磁極に前記永久磁石を結合する
   磁石物質とから成ることを特徴とする特許請求の範囲第
   （１）項に記載の回転電気機械。 ５、前記実質上均一な空隙をもって対面する磁極面が、
   随従磁極であり、前記随従磁極面が、整数個のスロット
   ピンチに加えて、スロットピッチの１４をまたぐことを
   特徴とする特許請求の範囲第（１）項に記載の回転電気
   機械。 ６、奇数個の巻線スロットと、前記巻線スロットに設置
   される電機子巻線と、前記電機子巻線に接続される整流
   手段とを備え１ている回転子と、 前記回転子に関して不均一な空隙をもって対面する少な
   くとも１つの磁極面と、前記回転子に関して実質上均一
   な空隙をもって対面する少なくとも１つの磁極面と、前
   記磁極面に磁束を生せしめるための手段とを備えている
   固定子との組合せによって成ることを特徴とする回転電
   気機械。 ７、前記磁束を生せしめるための手段が、少なくとも１
   つの永久磁石から成ることを特徴とする特許請求の範囲
   第（６）項に記載の回転電気機械。 ８、前記永久磁石が、前記回転子に関して前記不均一な
   空隙を形成するように平坦な磁極面をなすブロック形で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第（７）項に記載
   の回転電気機械。 ９、前記実質上均一な空隙をもって対面する磁極面が、
   随従磁極によって形成されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第（７）項に記載の回転電気機械。 される電機子巻線と、前記電機子巻線に接続される整流
   手段とを備えている回転子と、少なくとも１つの永久磁
   石磁極面と、随従磁極によって形成されていて、前記回
   転子の表面上の整数個のスロットピッチをまたぐ少なく
   とも１つの磁極面と、前記磁極面に磁束を生せしめるた
   めの手段とを備えている固定子との組合せによって成る
   ことを特徴とする回転発電機電気機械。 １１、前記随従磁極の前記磁極面が、前記回転子に関し
   て実質上均一の空隙をもち、整数個のスロットピッチに
   加えて弓のスロットピッチをまたぐことを特徴とする特
   許請求の範囲第Ｑｏ）項に記載の回転発電機電気機械。