JPS6041822Y2 - 同期機 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は速度制御特性の良好な同期機に関する。

一般に永久磁石励磁同期機は円柱状の回転子を用い、励
磁用の永久磁石を回転子軸と平行に設けている。

この為回転子の重量が重く、はずみ車効果ＧＤ２が大き
くなり、例えば可変周波数電源によって可変速運転を行
なう場合に良好な速度制御特性を得られないという問題
があった。

本考案は上記の事情に鑑みなされたもので可変速運転に
適し、速度制御特性の良好な同期機を提供することを目
的とするものである。

以下本考案の一実施例を第１図乃至第４図を参照して説
明する。

第１図は上記実施例の截断側面図で図中１，２は積層鉄
心からなる一対の固定子鉄心、３，４は上記固定子鉄心
１，２の各外側が嵌合して保持される一対の支持板であ
る。

そしてこの一対の支持板３，４は外周に段部を形成し中
空の支持筒５の両端に嵌合して保持されるようにしてい
る。

第２図は、上記一対の固定子鉄心１゜２の一方の正面図
で内側面の半径方向に放射状に所定の断面形状の溝６を
形成し、この溝６内に固定子鉄心１，２に回転磁界を形
成する電機子巻線７を巻回し、収納している。

この電機子巻線７はそれぞれ通常の誘導電動機と同様に
適宜、単相、三相等に結線している。

尚他方の固定子鉄心も上記一方の固定子鉄心と同一構成
とすることは勿論である。

更に上記電機子巻線７によって上記一対の固定子鉄心１
，２に形成される回転磁界の磁極数は同数で、かつ磁極
は互に同一極性で対向し、回転磁界の回転方向は回転軸
の出力端に対して同一方向となるように接続している。

そして８は上記一対の支持板３，４の中心部にベアリン
グ９，１０を介して回転自在に設けられた非磁性体の回
転軸で、この回転軸８の略中央部に回転子１１を貫装し
ている。

この回転子１１は上記一対の固定子鉄心１，２の巻線面
に平行、かつ等距離を保つように配設している。

尚１２は上記回転子１１を上記回転軸８に保持するキー
である。

第３、第４各図は回転子１１を示す正面図および側面図
で非磁性体の円板１３の両側面に複数の直方体の永久磁
石１４ａ、１４ｂを等間隔に配設し、この間に積層鉄心
１５ａ、１５ｂを設け、この積層鉄心１５ａ、１５ｂの
外側に導体板１６ａ、１６ｂを添設しそれぞれボルト１
７によって所定の位置に固定するようにしている。

即ち回転子１１の一側に設けられる永久磁石１４ａ、１
４ｂの数は回転磁界の極数に等しく、又この永久磁石１
４ａ、１４ｂの磁化の方向は第３図図示の如く回転子１
１の円周方向になるようにしている。

この場合上記永久磁石１４ａ、１４ｂは隣合ろて同極性
の磁極が対向することになる。

更に非磁性円板１３の両側に対向する永久磁石１４ａ、
１４ｂは第４図図示の如く非磁性円板１３に対して対称
に配置し、かつ同極性の磁極が互に対向するようにして
いる。

尚第３図に於いて１８は導体板１６ａ、１６ｂに設けら
れたスリットであり、このスリットにより導体板１６ａ
、１６ｂに流れる渦電流の通路を制限して渦電流の形状
を整えるものであり、起動時においては起動トルクを与
える。

また同期機が運転中に電圧変動等により乱調になりそう
な場合には同じような導体板１６ａ、１６ｂに渦電流が
流れ、この渦電流と電機子磁界とにより回転子にはトル
クが作用し、同期機が乱調に陥るのを防止する。

このように、スリットは導体板を流れる渦電流の径路を
制限することにより、起動トルクおよび制動トルクの大
きさを決めるものである、又積層鉄心１５ａ、１５ｂの
軸方向の厚みを永久磁石１４ａ、１４ｂのそれに比して
大きくし、固定子鉄心１，２と積層鉄心１５ａ、１５ｂ
との間の磁気抵抗に比して固定子鉄心１，２と永久磁石
１４ａ、１４ｂとの間の磁気抵抗が大きくなるようにし
ている。

このようにすれば、永久磁石１４ａ、１４ｂのＮ極から
出た磁束は積層鉄心１５ａ＋１５ｂおよび空隙を通過し
て固定子鉄心１，２の一方を通り再び空隙および積層鉄
心１５ａ、１５ｂを通って永久磁石１４ａ、１４ｂのＳ
極へ戻る磁気通路が形成される。

即ち固定子鉄心１，２と積層鉄心１５ａ、１５ｂとの間
の磁気抵抗に比して固定子鉄心１，２と永久磁石１４ａ
、１５ｂとの間の磁気抵抗が大きくなるようにしている
ので必然的に永久磁石１４ａ、１４ｂから出た磁束は積
層鉄心１５ａ、１５ｂを経て固定子鉄心１，２に入り再
び積層鉄心１５ａ、１５ｂを経て永久磁石１４ａ。

１４ｂに戻る磁気回路が形成される。

又各永久磁石１４ａ、１４ｂを第３図に示すように同極
性の磁極が対向するように配置しているので永久磁石か
ら出る磁束は第４図に示すように円周方向に出て、次い
で積層鉄心内で回転軸方向に方向を変えて、固定子鉄心
に入り固定子鉄心から回転軸方向に積層鉄心内に入り、
次いで円周方向に方向を変えて永久磁石に戻る。

従って従来のように永久磁石を回転軸の軸方向と平行な
方向に磁化した場合に比して永久磁石のパーミアンス係
数は大きくとることができる。

従来の回転軸の軸方向と平行な方向に磁化した永久磁石
を放射状に配置した同期機の回転子の永久磁石のパーミ
アンス係数は０．２〜０．５程度となっているものが殆
んどであるが、この実施例のように磁石の磁化方向を回
転軸に対して直角としたものにおいては永久磁石の体積
を従来のものと同じにした場合パーミアンス係数は１．
０〜３．０となり従来の場合の３〜６倍となる。

したがって、磁石の動作点の磁束密度は従来のものに比
し、２０〜３０％増加する。

すなわち、永久磁石のパーミアンス係数は、永久磁石の
断面積をＡＭ（ＣＦ＋り磁石厚さをｄＭＣｃｍ〕とする
磁石のパーミアンス係数は Ｊ工ｄＭ ・・曲（１）の関数で与
えられる。

一般的に使用されるのは薄板状であり、たとえば厚さ０
．７ｃｍ 、幅４．５ｃｍで長さ１２ｃｍとした場合、
その磁石パーミアンスは０．１となる。

同一磁石体積で本願のようにほぼ短形状たとえば厚さ１
．４３ｃｍ 、幅２．２ｃｍ、長さ１２ｃｍとした場合
、その磁石のパーミアンスは０．５５となる。

空隙のパーミアンスと漏れ磁束磁路のパーミアンスの合
計をすなわち外部磁路のパーミアンスを０．９とすると
、前者の磁石を使用した場合の動作点磁束密度Ｂｇ１は
磁石材質をフェライトとしてＢｇ□＝１．８ （ＫＣ；
） 後者の磁石を使用した場合の動作点磁束密度Ｂｇ２は、
磁石材質を同一として ８ｇ２＝２．４ （ＫＧ） となる。

尚磁石のパーミアンス係数は磁石の動作点の磁束密度を
田、動作点磁界をＨｄとするときＢｄ／Ｈｄで表わされ
る。

したがって上記磁気回路に於ける磁束密度を高くとるこ
とができ、同期機の起動時の電機子反作用による永久磁
石の減磁作用の影響も少なくなる。

すなわち、永久磁石の減磁作用は、永久磁石の保磁力の
大きさに左右される。

又、減磁は外部から加わる磁界により磁石内部の磁化の
強さが弱められる事により生じる。

この場合に同一材質の磁石をとった場合に磁石の厚さｄ
Ｍの異なる場合には磁石の厚さｄｓａが大きい方が磁石
の内部の磁化の強さを同じ程度にするには大きな外部磁
界が必要となる。

全電機子電流をＩ〔Ａ〕電機子巻線の有効巻数をｋｗＷ
、有効空隙長ｋｃ１ｇ （ｃｍ）とすると反作用磁界Ｈ
ａ （Ａ／ｍ）はＨａ＝ ＫｋｗＷＩ □。

１ｇ＋ｄＭ×１０″〔Ａ／ｍ〕・・・・・・（２）Ｋ：
比例常数 で与えられる。

従って磁石厚さｄＭが大きくなれば電機子電流による反
作用磁界は小さくなる。

実際には、保磁力Ｈｃ （Ａ／ｍ）とするとＨｃ＝”’
十Ｈａ （Ａ／ｍ：） ”・・（３）Ｍ
Ｐ となった時に、使用磁石は外部に磁束を与えなくなる。

ここでＢｒは残留磁束密度、μは繰返し導磁率である。

式（２）、 （３）から分る様に磁石厚さｄＭを大きく
すれば反作用磁界による減磁は少くなる。

また（１）により磁石厚さｄＭが大きくなればパーミア
ンス係数は大きくなる。

従って永久磁石のパーミアンスが大きくなれば、電機子
反作用による減磁は少くなる。

つぎに、回転子に非磁性円板を用いる理由について述べ
る。

まず、第４図に示されるように本出願は非磁性円板の両
側に、円周方向に磁化した永久磁石１４ａ、１４ｂを固
定している。

ここで、１４ａと１４ｂの両永久磁石は、円周方向には
同極性に磁化されている。

したがって、永久磁石１４ａ、１４ｂのＮ極から出る磁
束は図中積層鉄心中の点線に示される様な経路を経て、
空隙を通り、電機子鉄心に入り、電機子鉄心の中を通っ
て、電機子鉄心を出して、空隙を出て、積層鉄心に入り
、鉄心に示される様な経路でＳ極に帰る。

ここで非磁性円板１３は、磁気的に見ると、空気と同じ
導磁率を有しているので、この部分は空気層と考えてよ
い。

第４図のように両永久磁石のＳ極とＳ極、Ｎ極とＮ極と
を対向させる場合に、両永久磁石間の距離が小さい場合
は、永久磁石の材質の保磁力が小さい時ＮＳが反転して
、各永久磁石から出る磁束の方向は変ってしまい、１４
ａのＮから１４ｂのＳへ向う磁束、１４ｂのＮから１４
ａのＳへ向う磁束、更に積層鉄心１５ａ、１５ｂを迂回
するような漏れ磁束を発生する。

これらの漏れ磁束は、同期機としてトルクを発生するの
には全く貢献しなくなり、永久磁石の体積効率は第４図
の場合よりは遥かに低下してしまう。

非磁性円板１３は、この様な磁極の極性反転を防止する
ために両永久磁石１４ａ、１４ｂの間の距離を機械的に
一定に保つと共に、第４図の回転子構成を可能とするた
めに必要であり、この非磁性円板を用いることにより、
永久磁石は効率よく、同期モータに必要な磁束を発生す
ることができるものである。

以上詳述したように本考案によれば永久磁石自体のパー
ミアンス係数を大きくとることができ同一体積の永久磁
石でもより大きい磁束密度を発生させることが可能であ
り、又、回転子のはずみ車効果を小さくして可変速運転
を円滑に行うことができる。

更に必要に応じて永久磁石の着脱、交換等の作業も容易
に行うことができる同期機を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本考案の一実施例を示す図で第１図
は裁断側面図、２図は固定子鉄心を示す正面図、第３、
第４各図は回転子を示す正面図および側面図である。 １．２・・・・・・固定子鉄心、３，４・・・・・・支
持板、５・・・・・・支持筒、７・・・・・・電機子巻
線、８・・・・・・回転軸、１３・・・・・・円板、１
４ａ、１４ｂ・・・・・・永久磁石、１５ａ、１５ｂ・
・・・・・積層鉄心、１６ａ、１６ｂ・・・・・・導体
板。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 回転軸に設けた非磁性体からなる回転子用の円板と、こ
   の円板の両側面に円板を挾んで同極性の磁極が対向する
   ように磁石の磁化方向を回転軸に対して直角として放射
   状に配設した回転磁界の極数と同数の永久磁石と、この
   永久磁石と永久磁石の間の間隙に配設した磁性体板を成
   形積層した鉄心と、この積層鉄心の電機子鉄心と対向す
   る面に添設した導体板と、上記円板の両側板面に相対面
   して設けられ所定極数の回転磁界を形成する固定子とを
   具備する同期機。