JPS63117647A - 永久磁石界磁式電動機の運転方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、界磁極を永久磁石と補助極とで構成した永久
磁石界磁式電動機に関するものである。

〔従来技術〕

この種の電動機については、特公昭４８−３５７２１号
公報に記載の技術が公知である。

上記公知技術は永久磁石と補助極（軟鉄等で構成される
）とで構成された界磁極を用いた電動機において、電機
子電流に対応して界磁極の磁束量を増加させて直巻特性
を得るため、補助極を電機子反作用の増磁側に配置して
いた。一方、上記公知例においては他の実施例として、
補助極を電機子反作用の減磁側に配置し、を様子電流に
比例して界磁極の磁束量を減少させることも記載してい
る。しかし、補助極を減磁側に配置した構造によって電
機子電流に比例して界磁極の磁束量を増加し、直巻特性
を得る構造については、配慮されていなかった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術において、補助極を電機子反作用の増磁側
に配置した構造では、電機子電流に比例して界磁極の磁
束量が増加するので直巻特性を得ることができる。しか
し、補助極を電機子反作用の減磁側に配置した構造では
、逆に電機子電流に比例して界磁極の磁束量が減少する
ため、大電流域で大きなモータトルクが得られないとい
う問題があった。このため、同一機で正逆回転させる場
合、どちらの回転方向でも直巻特性を得る電磁方式に補
助極を採用することができず、補助極界磁方式は一方向
回転の専用機であった。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を排除し、補
助極を減磁側に配置した構造でも、電機子電流に比例し
て界磁極の磁束量を増加し、大電流域で大きなモータト
ルクを発生させ、しかも直巻特性が得られる永久磁石界
磁式電動機を提供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、補助極を電機子反作用の減磁側に配置した
構造において、ブラシを界磁極の幾何学的中性点から反
回転方向へ、補助極と永久磁石とが周方向で接する位置
から更に磁気中心付近に向って移動した位置とすること
により達成される。

本発明における幾何学的中性点の幾何学的とは、電磁的
性能に拘らず外形輪部に関しての意である。

而して界磁極の幾何学的中性点とは、離間して隣接する
二つの界磁極の中央の点を意味する。

〔作用〕

補助極付永久磁石界磁方式において、補助極を電機子反
作用の減磁側に配置したものの界磁極の磁束分布は、補
助極では電機子反作用の減磁作用を受ける。このため、
磁束分布は負の方向すなわち同一極の永久磁石の正の方
向とは反対の分布となる。しかし１反回転方向に対向離
間している隣の界磁極における補助極の磁束分布は、電
機子反作用の増磁作用により、該界磁極の永久磁石の正
の方向の分布と同一方向の分布となる。

従って、補助極を電機子反作用の減磁側に配置したもの
のブラシの電気的中性軸は、反回転方向へブラシを該界
磁極の補助極と永久磁石が周方向で接する位置からさら
に反回転方向へ幾分移動した位置となる。

このため、ブラシをこの位置に配置することにより、ブ
ラシ間に接続される電機子コイルの電流方向は同一で、
しかもトルク発生に作用する電機子コイルに分布される
界磁極の磁束量は、該界磁極の永久磁石の磁束量と電機
子反作用の増磁作用が得られる隣の界磁極の補助極の磁
束量とを加えたものとなる。従って、電機子電流に比例
して界磁極の磁束量は増加する。このため、大電流域で
大きなモータトルクが得られ、直巻特性を確保すること
かできる。

〔実施例〕

以下１本発明の一実施例を図面に基づき説明する。第１
図は、４極機における補助極付永久磁石界磁式電動機の
径方向断面図で、第２図は同じく軸方向断面図である。

第２図において、シャフト１に整流子２と電機子鉄心３
に巻線４を巻装した電機子からなる回転子が軸受５ａ、
５ｂを介して固定子のエンドブラケット６ａ、６ｂによ
って支持され、上記エンドブラケット６ａ、６ｂは円筒
状継鉄７に固定される。円筒状継鉄７の内周には、（第
２図参照）磁性材料の例えば軟鋼で形成された補助極８
と、該補助極８と円周方向に隣接された永久磁石９とが
配置されている。

上記の補助極８（第２図）は、第１図に示した４個の補
助極８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄを円周方向に等分に配設し
て構成されている。θ１は各補助極（例えば８ａ）の周
辺角を示している。

前記の永久磁石９（第２図）は、第１図に示した４個の
永久磁石極９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄを円周方向に等分に
配設して構成されている。θ２は各永久磁石極（例えば
９ａ）の周辺角である。

第１図の矢印１０は本例の電動機の回転子の回転方向を
示し、１１はブラシである。ブラシ１１は、界磁極の幾
何学的中性点から反回転方向へθＢの角度で配置され、
このθＢは第１図では補助極８と永久磁石９が周方向で
接する位置ｆからさらに磁気中心〇−〇′線の方向に移
動した位置までの角度である。

次に本発明の要部であるブラシの位置と界磁極下の磁束
密度分布状態を説明する。第３図にブラシを界磁極の幾
何学的中性軸と電気的中性点に配置したときの負荷時に
於ける電機子鉄心表面の磁束密度分布を示す。

本第３図の上半部と下半部とは、共に横軸を同方向位置
として共用し、上半部は界磁極の展開図に電流方向を記
入した説明図であり、下半部は磁束密度を示している。

上半部に示した縦の線ｎは、界磁極の幾何学的中性点を
表わしている。ｆは永久磁石極と補助極との境界を示し
ている。

従来技術の如く上記中性点ｎの上にブラシを設けると、
補助極が電機子反作用の減磁作用に働くものでは、一方
の界磁極における補助極８ａ下の磁束密度は、４ａから
４ｇまでのコイルの電流方向が紙面の表から裏へ向う方
向（■方向）のために、発生する電機子反作用が減磁作
用すなわち、永久磁石９ａの着磁方向と反対になり、負
方向の磁束密度分布となる。このため、トルク発生に関
係する電機子コイル４ａから４ｇまでに分布される界磁
極の磁束量は補助１１８ａと永久磁石９ａの磁束量を加
えたものとなるため、第３図下半に破線で示す如く、電
機子電流に比例して次第に小さくなり、直巻特性は得ら
れない。

本実施例においては、中性点ｎよりもθＢだけ偏寄させ
てブラシを設けである。即ち、ブラシを、反回転方向の
補助極８ａと永久磁石９ａが周方向で接する位［ｆより
もさらに磁気中心０−○′線（第１図）に向って移動し
た角度θＢの電気的中性点に配置したことにより、トル
ク発生に寄与する電機子コイルは、第３図の４ｄ、４ａ
、４ｆ。

４ｇ及び隣の他方の界磁極下の４ｈ、４ｉとなり。

これらのコイルの電流方向は１紙面の表から裏へ向う方
向となる。従って、これらのコイル４ｄから４１に分布
する界磁極の１極分の磁束量は、（従来の８ａと９８の
組合せとは異なり）一方の永久磁石９ａと他方の補助極
８ｂの磁束量を加えたものとなる。一方の永久磁石９ａ
の磁束は、電機子反作用の減磁作用のために幾分減少す
るが正の磁束密度分布となる。また、隣の他方の補助極
８ｂの磁束の方向は、４ｄから４１のコイルの電流方向
が紙面の表から裏へ向うθ方向のために、電機子反作用
の増磁作用により大きな磁束量を発生する。しかも、そ
の磁束密度の方向は、永久磁石９ａと同一の正方向の磁
束密度となる。

第４図に、電機子電流（横軸）に対する界磁各部の磁束
量（縦軸）を示す、破線は従来例を表わし、実線は本実
施例を表わしている。

第１図に示した実施例はブラシ１１を偏寄させであるの
で、１極分の界磁極は９ａと８ｂになり、永久磁石９ａ
の磁束量Φには、電機子反作用の減磁作用によりしだい
に減少する。しかし、他方の補助極８ｂの磁束量Φ＾は
電機子反作用の増磁作用を受け、Ｗ１機予電流に比例し
て次第に増加する。

このため、永久磁石９ａのΦＨと補助極８ｂのΦ＾との
磁束量を加えた（電機子コイル４ｄから４１までに分布
する）界磁極の磁束量Φ２は、電機子電流が零のときに
成る有限値を有し、電機子電流に比例して次第に増加す
る。一方、ブラシを幾何学的中性軸に配置した従来のも
のでは、−積分の界磁極が補助極８８と永久磁石９ａに
なるため、第４図に破線で示すように、電機子電流に対
して、補助極８ａの磁束量Φ＾′　電機子反作用の減磁
作用によっては負の値となる。従って、永久磁石９ａの
磁束量ΦＮ′　と補助極８ａの磁束量Φ＾′　とを加え
た電機子コイル４日から４ｇまでに分布する界磁極の磁
束量Φデ′　は電機子電流の増加に伴って減少する。

第５図に、４極機で補助極の周辺角θｌが１８度、永久
磁石の周辺角θ２が５２度の条件で、本発明の界磁方式
をスタータモータに採用し、ブラシを反回転方向の移動
した場合のモータトルクを示す０図において、横軸はブ
ラシを反回転方向へ移動した電気角である。ブラシを３
５度反回転方向へ移動した位置で、最も大きなモータト
ルクが得られ、θＢが零度の、幾何学的中性点のものに
比し、２倍以上のトルクとなる。

前記実施例では４極機で説明しているが、２極。

６極、８極など多極機に採用してもよい、また、永久磁
石の材質は、フェライト磁石や希土類磁石のサマリュウ
ム・コバルト磁石、セリュウム・コバルト、ネオジュウ
ム磁石、鉄・ホウ素、さらに。

フェライト系や希土類系のプラスチック磁石など、特に
限定するものではない、また、第１図の実施例において
、ブラシの移動角θＢは、最もトルクの大きいθＢ１の
角度に位置しているが、第５図に示すようにθＢｚから
θＢｓの範囲でも相当大きいモータトルクが得られる。

即ち、前述の偏寄角θＢを２５＠〜４５°とした場合、
θａ＝Ｏ°の場合に比して実用上有意義なトルク増加効
果が得られる。２５°未満の場合や４５°を越える場合
は効果不充分である。

前述の補助極の断面形状は第１図の台形々状に限定する
ものではなく、第６図に示すように補助極８の８ａ’　
、８ｄ’　をＬ断面形状としてもよい。

さらに、第７図に示すように不等辺四角形状８ａ’　、
８ｄ’に構成してもよく、三角断面形状でも本発明の効
果は変らない。

第８図に示すように、補助極８ａと永久磁石７ａの周方
向に空隙部１２を設けて界磁極を構成すると、磁束密度
の零の区間が拡がるため、良好な整流が得られる。

第１図では、ブラシを移動したものとして記載したが、
ブラシを移動せずに補助極と永久磁石とが固定されてい
る円筒状継鉄７を、回転方向へθＢの角度だけ移動すれ
ば、本発明と同様の効果が得られることは明らかである
。また、本発明は電動機で説明したが１発電機に適用し
ても良い。

〔発明の効果〕

本発明によれば、補助極を減磁側に配置しだ補助極付永
久磁石界磁方式において、ブラシを反回転方向へ大幅に
移動することにより、ブラシ間の電機子コイルに分布さ
れる界磁極の磁束量は一方の永久磁石と他方の電機子反
作用の増磁作用に働く補助極の磁束量との和になり、電
機子電流に比例して界磁極の磁束量が増加する。このた
め、補助極を減磁側に配置した構造でも、始動時に大き
な磁束量が得られるので、電動機に採用した場合大きな
モータトルクが得られる。また、正転時に補助極が増磁
作用となる機械を逆転させる場合に、補助極が減磁側に
きてもブラシ位置を移動するのみで、増磁作用が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を採用した補助極付永久磁石
界磁式電動機の径方向断面図、第２図は前記実施例の軸
方向断面図、第３図は従来例と本発明の一実施例である
第１図の電機子鉄心表面の磁束密度分布を示す図表、第
４図は電機子電流に対する界磁極各部の磁束量を示す図
表、第５図はブラシ移動角に対するモータトルクを示す
図表、第６図、第７図、第８図はそれぞれ本発明の詳細
な説明図である。 ８　、８　ａ　、　８　ｂ　、　８　ｃ　、　８　ｄ−
補助極、９・・・永久磁石、９　ａ　、　９　ｂ　、　
９　ｃ　、　９　ｄ　−永久磁石極、４ａ〜４１・・・
電機子コイル（断面を表わしている）、１１・・・ブラ
シ、θＢ・・・ブラシの偏寄角、ｆ・・・補助極と永久
磁石とが周方向に対向当接する位置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（ａ）電機子鉄心と電機子コイルと整流子とを備え
   た回転子と、（ｂ）継鉄の内周に界磁石を取り付けた固
   定子と、（ｃ）前記整流子に摺触導通されるブラシとを
   備え、かつ、前記の界磁石は永久磁石と、磁性材料製の
   補助極とを並置したものである永久磁石界磁式電動機に
   おいて、前記界磁極の幾何学的中性点に対してブラシの
   位相を相対的に周方向に偏寄させたことを特徴とする永
   久磁石界磁式電動機。 ２、前記の偏寄の方向は、ブラシを界磁石の幾何学的中
   性点よりも反回転方向へ偏らせたものであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の永久磁石界磁式電
   動機。 ３、前記の偏寄の方向は、界磁石の幾何学的中性点をブ
   ラシよりも回転方向へ偏らせたものであることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の永久磁石界磁式電動
   機。 ４、前記のブラシは、補助極と永久磁石とが周方向に対
   向当接している位置から、更に磁気中心に近い位置に配
   設されたものであることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の永久磁石界磁式電動機。 ５、前記の偏寄は、電気角で２５度乃至４５度であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の永久磁石
   界磁式電動機。