JPS6337590B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は小型オレンジ絞りジユーサー等の家庭
用機器の駆動源として用いる出力数ワツトから数
十ワツトの永久磁石回転子型の同期電動機に関す
るものである。

従来例の構成と問題点 永久磁石回転子型の同期電動機では、永久磁石
回転子型にかご形導体を組み込み誘導電動機とし
て始動回転させるのが一般的であるが、小容量の
ものに、構造を極力簡単にするため、固定子は突
極で集中巻の２極とし回転子を円筒形磁石単体で
構成したものがある。しかしこの種の永久磁石回
転子型の同期電動機は、始動回転が困難である
点、及び負荷変動により回転角速度の変動、即ち
乱調現象を生じ電動機に異常振動をもたらし、又
電源電圧の低下によつても同様の乱調現象を生
じ、容易に同期回転を逸脱し、ただちに回転を停
止してしまう点等で、電源電圧変動，負荷変動を
生ずる機器への利用を阻み、実用に供し得る永久
磁石回転子型の同期電動機の開発を妨げていた。

この種の永久磁石回転子型の同期電動機は、交
番トルクしか持たず始動回転が困難であるため、
構造が簡単であるという本来のメリツトを失なわ
ずに、始動回転を改善する方法として、第１図に
示すようなものが考えられた。１は軸２と直角方
向に２極に着磁された円筒形磁石回転子、３は固
定子鉄心、４は電機子巻線であり、円筒形の回転
子１に対し固定子３の磁極部５ａ，５ｂは、エア
ギヤツプ６を不均一にするよう構成されている。
第２図は磁極部５ａ，５ｂ付近の拡大図で、始動
回転の瞬間に固定子の磁極部５ａ，５ｂが回転子
１に反発力を及ぼしている場合である。第２図に
示す様な回転子１上の任意の対向する４点Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄに働らく反発力F_a，F_b，F_c，F_dを円
周方向成分F_a1，F_b1，F_c1，F_d1と軸心方向成分
F_a2，F_b2，F_c2，F_d2に分けると、点Ａと点Ｄに働
く反発力は、回転子１を時計方向に回転させる偶
力F_a1，F_d1を生じ、点Ｂと点Ｃに働く反発力は、
回転子１を反時計方向に回転させる偶力F_b1とF_c1
を生じている。もし、ギヤツプ６が均一ならば２
対の（F_a1＋F_d1）と（F_b1＋F_c1）の偶力は大きさ
が同じであり、振動が起きにくいが、図に示す様
に点Ａと点Ｄに対向する固定子磁極を遠ざけてエ
アギヤツプ６を大きくしておくと、２対の偶力の
バランスがくずれ振動が起き始動回転し易くな
る。従つて、この方法は始動回転の向上に役立つ
が、始動回転を良好にしようとする程エアギヤツ
プ６は平均として大きくなるため、同期脱出トル
クが低下し、また逆起電力も低下して電機子巻線
４の温度上昇が増す等、電動機としての特性を悪
化させるという問題があり、実用に供する範囲は
限られている。

発明の目的 本発明は、従来のこの様な問題を解消し、電動
機としての他の特性をそこなうことなく、しかも
構造が簡単であるという本来のメリツトも失なわ
ず、この種の電動機の欠点である始動回転及び実
用範囲での乱調現象を解消し得、小型オレンジ絞
りジユーサー等の機器の駆動源として使用できる
永久磁石回転子型の同期電動機を提供するもので
ある。

発明の構成 同期電動機が自己始動回転しないのは始動トル
クを持たないためであるが、特にこの種の永久磁
石回転子型の同期電動機について言えば、固定子
磁界が回転磁界でないことの他に、固定子が２極
の突極構造であることがさらに自己始動回転を困
難にしている。

固定子が２極の突極構造であるため、回転子磁
石の回転角に対するパーミアンス変化は機械角で
180゜ごとに大きな谷部を持ち、その大きなパーミ
アンス変化に伴つて回転子磁石には磁気吸引力が
働らくが、この磁気吸引力のために、電源電圧が
低下したり、負荷による慣性モーメント、又、回
転子自体の慣性モーメントが大きいと、磁石回転
子は固定子磁極に吸着されて固定子交番磁界に同
期し得ず機械角180゜以内で反復振動を繰り返えす
状態となる。従つてこの種の永久磁石回転子型の
同期電動機は始動回転のきつかけとなる反復振動
を得る手段のみで始動回転させようとするため、
同期脱出トルクの低下等の電動機として特性を損
ね、トルクの低下は負荷変動に耐えられず実用に
供する範囲は限られてしまう。

従つて本発明の永久磁石回転子型の同期電動機
は、磁極部を有する固定子と、この固定子を励磁
する電機子巻線と、前記磁極部間に回転自在に軸
支され、永久磁石極を有した回転子とを有し、前
記回転子又は回転子に一体化した軸部に、フライ
ホイールを配備し、且つこのフライホイールは回
転子又は軸に固着されたゴム等から成る粘性摩擦
部材を介して遊嵌保持させて構成し、このフライ
ホイールと粘性摩擦部材との構成により、起動時
及び回転中の角速度変動による振動エネルギーを
吸収し振動を減衰せしめて、始動性を高め、回転
中の負荷変動、又電源電圧変動に対応する機器の
駆動源として使用できるものである。

実施例の説明 この種の永久磁石回転子型の同期電動機は始動
回転を行わせるきつかけとなる回転子の振動を発
生させる手段として、前記従来例や、固定子形
状、磁極片の形状、極弧長、また回転子磁石の形
状、磁束分布などがあるため、本発明はこれら任
意の振動発生手段と併用できるものであり、限定
しない。

第３図、第４図において第１図と同一部分は同
一符号を付している。７ａ，７ｂ及び８は永久磁
石極を有した回転子１に一体化された軸２を回転
自在に軸支する軸受体であり、固定子３に固定さ
れる。なお、前記回転子１には軸２と直角方向、
即ち回転子１の径方向に２極或は多極着磁されて
いるものである。図示のように、第３図は軸受体
７ａの外方に、又第４図は軸受体７ｂの内方に、
座金形状をなすフライホイール９ａ，９ｂを配置
している。フライホイール９ｂは回転子１に近接
しており、非磁性体で構成し、吸引力の作用を受
けない様にする事が望ましい。１０ａ，１０ｂは
ゴム等から成る粘性摩擦部材であり、第３図では
スペーサ１１を介して軸２に固定されており、第
４図では回転子１端部に固定されている。前記フ
ライホイール９ａ，９ｂは粘性摩擦部材１０ａ，
１０ｂに対し径方向及び軸方向共遊嵌保持される
ものである。なおフライホイール９ａ，９ｂをゴ
ム等の粘性摩擦部材で形成し、或は粘性摩擦部材
で被覆し、このフライホイール９ａ，９ｂを遊嵌
保持させる粘性摩擦部材１０ａ，１０ｂを樹脂或
は金属等の非粘性摩擦部材で構成してもよい。

第５図は交流電源によつて発生する一方の固定
子磁極の交番磁界を示し、イは回転子１がこの交
番磁界に同期して同期回転をしている状態を示
し、ロは回転子１が前記交番磁界に同期回転し得
ず、反復振動を繰り返えしている状態を示す。第
６図に示すように回転子１は角度θの範囲で反復
振動を繰り返えすのみで同期回転に移れない。

なおこの場合、回転子１はＮ・Ｓの２極を着磁
したものである。

第５図，第６図から駆動前には回転子１のＮ極
は磁極部５ａの略中央付近で停止している。次に
電機子巻線４に圧電を印加すると、固定子磁束が
発生し磁極部５ａがＮ極のとき反発力によつて、
回転子１はＡ位置からパーミアンスの設定によ
り、ＢまたはＣ方向に動きはじめます。さらに回
転子１は交番磁界により第６図で回転振動角θを
増大してゆき、回転子１のＮ極がＡ位置から時計
回り、或は反時計回りにＺ―Ｚ軸位置に達しなけ
れば、第５図のイの様な同期回転状態は得られな
い。即ち始動回転し得ない事になる。

従つて始動回転を得るためには、強い反発力と
回転子の慣性モーメントの減少が必要となる。又
60Hz電源より50Hz電源での始動回転が容易とな
る。

ここで、強い反発力は回転子１の磁束を増すこ
と、エアギヤツプ６を極力小さくすること等が要
求され設計的に設定されてしまう。しかるに、回
転子１の磁束を増すことは、その体積を増すこ
と、とりわけ直径をも増大することに連らなり、
この結果、回転子１の慣性モーメントを増加させ
ることとなり、始動回転を一段と困難にせしめ数
ワツトから数十ワツト出力の永久磁石回転子型の
同期電動機の実用化を阻んでいる。

一方反発力を左右する大きな要因として電機子
コイルによる固定子磁束がある。この固定子磁束
は周知のようにコイルの巻回数と電流値で左右さ
れ、ここで大きな要因として電源電圧の変動によ
る電流値の変化がある。即ち電圧が低下すると比
例して電流低下、即ち固定子磁束の低下が起り反
発力が低下し始動回転を不能にさせる。

第７図は２極平行着磁した回転子１の外周の磁
束分布（この場合正弦波形を示す）を第６図のＺ
―Ｚ軸にサーチコイルを配置して測定した結果を
示すものであるが、イは時間ｔに対し磁束変化が
正弦波形を示し、回転子１が同期回転している状
態を示す。ロは電圧を低下させてゆき回転子１が
異常振動を起している状態を示す。即ち回転子１
の回転角速度が同期角速度より速い部分，遅い部
分即ち角速度の変化を生じた結果、回転子１は異
常振動をしている。このとき電動機に負荷を与え
ると直ちに回転が阻止される。電源電圧を上げて
ゆく場合も第６図の回転子１の反復振動角度幅θ
は増大し180゜附近で前記回転子１の異常振動領域
を通過する。従つて、この領域での回転子１の異
常振動を解消する作用として、フライホイール９
ａ，９ｂと粘性摩擦部材１０ａ，１０ｂとでその
効果を発揮させる。即ち、回転子１に対し粘性摩
擦部材１０ａ，１０ｂを介して遊嵌しているフラ
イホイール９ａ，９ｂは、前記回転子１の異常振
動、即ち角速度の変化に対し、その慣性によつて
粘性摩擦部材１０ａ，１０ｂとの摩擦を介して制
止作用を働かせる。従つて始動の際も、回転子１
の振動を制止する作用が働らき第６図で、回転子
１のＮ極がＢ位置にあるとき、制止作用が働らく
と反復振動が抑制されて、Ｂ位置からＡ位置に戻
る時点で磁極部５ａがＮ極からＳ極に変わり、ｚ
―ｚ軸までの残り機械角は90゜より減少し反発力
で始動回転に移行できる。すなわち、第６図に示
すような反復振動する回転子１にフライホイール
９ａ，９ｂを粘性摩擦部材１０ａ，１０ｂを介し
て取付けた場合、フライホイール９ａ，９ｂは常
に回転子１の速度変動に対する制動力を及ぼして
いる。この場合、単に回転子１にフライホイール
９ａ，９ｂを直結した場合においても、回転子１
の速度変動に対する制動力を及ぼすが、単に直結
した場合は、角加速度に比例する制動トルクとな
り、その結果、始動の瞬時に最も大きな制動力を
及ぼすため、回転子１は静止状態、またはごく小
さい振幅での振動状態で安定するものである。し
かるに本発明のように、フライホイール９ａ，９
ｂを粘性摩擦部材１０ａ，１０ｂを介して回転子
１に取付けた場合には、粘性摩擦が角速度に比例
するため、始動の瞬時、あるいは回転子が停止し
かかつたときには、制動トルクは働かずに回転子
１の速度変動をおえるため、回転子１に作用する
力は、回転子１を同期速度で定速回転させる方向
に働らく。これにより、始動性を向上させること
ができるとともに、軽負荷時や電圧低下時に起き
る乱調に伴う回転子１の速度変動に対しても、こ
れを吸収することができ、その結果、安定した同
期回転に移行させることができるものである。な
お回転子１が同期回転中には、フライホイール９
ａ，９ｂは回転子１と同速で回転する。

発明の効果 この様に本発明の永久磁石回転子型の同期電動
機はその始動回転性を大きく向上させ、第８図に
示すように、フライホイールの慣性モーメントＩ
の付加により、異常振動発生電圧を急激に低くで
きる。このため運転中の電圧変動、負荷変動に対
し実用上充分な永久磁石回転子型の同期電動機を
提供し得る。また始動性の改善から回転子の大型
化を可能にし、出力の増大も計れ、フライホイー
ルによる同期回転中の慣性モーメントは負荷変動
に対する実質的トルク増に相当し寄与するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の永久磁石回転子型の同期電動機
の始動手段の一例を示す断面図、第２図は同要部
拡大断面図、第３図及び第４図はそれぞれ本発明
の実施例を第１図のＹ―Ｙ線によつて示した断面
図、第５図イ，ロは一方の固定子交番磁界と回転
子が同期回転する状態と、反復振動を繰返えす状
態との説明図、第６図は第５図ロの状態の説明用
断面図、第７図は回転子の回転中における回転子
外周磁束変化と時間の関係を示す図で、イは回転
子が同期回転時、ロは異常振動状態を示す。第８
図はフライホイールの慣性モーメントと異常振動
発生電圧との関係図である。 １……回転子、２……軸、３……固定子、４…
…電機子巻線、５ａ，５ｂ……磁極部、９ａ，９
ｂ……フライホイール、１０ａ，１０ｂ……粘性
摩擦部材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 磁極部を有する固定子と、この固定子を励磁
   する電機子巻線と、前記磁極部間に回転自在に軸
   支され、永久磁石極を有した回転子とを有し、前
   記回転子又は回転子に一体化した軸にフライホイ
   ールを配備し、且つこのフライホイールは回転子
   又は軸に固着されたゴム等から成る粘性摩擦部材
   を介して遊嵌保持させて構成した永久磁石回転子
   型の同期電動機。 ２ フライホイールをゴム等の粘性摩擦部材で形
   成するか、粘性摩擦部材で被覆し、このフライホ
   イールを遊嵌保持させる部材を樹脂或は金属等の
   非粘性摩擦部材とした特許請求の範囲第１項記載
   の永久磁石回転子型の同期電動機。