WO1984002617A1 - Synchronous motor - Google Patents

Description

明 細 書

' 同 期 電 機

技術分野

本発明は同期電機に関 し、 特に同期電機の界磁極 の形状に関する 。

背景技術

ス テ ー タ に電機子巻線お よ び該巻線を収容する ス ロ ッ ト を有 し、 ロ ー タ に界磁極およ び磁石を有する 同期電機の概略の断面図が第 1 図に示される 。 ス テ ー タ 2 1 は巻線 〔 図示せず ：） を叹容する ためのス ロ ッ ト 2 2 を有する 。 ス ロ ッ ト 2 2 は ス テ ー タ 2 1 の 全周にわた っ て設け られる が第 1 図においては一部 のみ示 し他は省略 してあ る 。 ロ ータ 1 1 は界磁極 12 お よ び磁石 1 3 を具備する 。 磁石 1 3 は例えば フ エ ラ イ ト 等の材料か ら形成される 。 界磁極 1 2 は薄板 を打抜いて作 られる 。 該薄板は積層され穴 1 4 を通 して ボル ト （ 図示せず ） で締付け られ固定される 。 ス テー タ 2 1 の電機子卷線に交流電流が供給される と ロ ー タ 1 1 が回転する 。

前述の よ う な同期電機において、 従来界磁極 1 2 の ス ロ ッ ト 2 2 に対向する 部分の円 周方向の 長さは、 磁石 1 3 の形状、 お よ び薄板打抜に よ っ て制限され る界磁極 1 2 の端部 1 5 の形状等に よ 決定され、 ス ロ ッ ト 2 2 の ヒ。 ツ チに対 し考慮された寸法では かった。 この よ う に製造された同期電機は無負荷回 転時にス 口 ッ ト に起因する ト ル ク リ ッ プルすなわち ス ロットリ ツ プ ルが生じ、 特に無負荷時のス ロッ ト リ ツ プルは同斯電機をサー ボモータ と して用い軽負荷運 転する場合に速度むら と ¾ 有害であ った。 上記ス ロッ ト リ ッ ： 7° ルはス テー タ 21 と ロ ー タ 11 の間の空隙 磁束密度分布を正弦波扰とすればスロット ヒ。ツ チ よ び界磁極 12の円周方向長さに無関係に減少させる こ とができ る こ とは知られているが、 これの実現は非 常に困難であ ！）、 特に同期電機の小形化に対して障 害と ¾ つ て た。 この よ う ¾理由に よ ]? 同期電機に おける無負荷時ス ロ ッ ト リ ッ プルを減少させるため に、 ス ロ ツ ト ヒ。 ツ チと界磁極 1 2 の円周方向の長さ の関係の最適条件を求める こ とが必要と るった。

本発明は前述の必要性を考慮してなされた も ので ¾»る。

発明の開示

本発明の 目 的は毎極毎相ス ロ ッ ト数 ^ を既約分数 で表わ し、 ? = π^η と した時、 界磁極の円周方向長 さ をス ロ ッ ト ビ ツ チの lZn の整数倍とする こ と に よ つ て、 ス ロ ッ ト リ ッ プルを減少 し、 サー ボモータ と して使用 した場合の齄負荷運転時の速度むらを騷減 する こ とのでき る同期電機を提供する こ と にある 。

本発明においては、 電源の相数？ i に適合する電機 子巻線お よ び該電機子巻線を叹容する S 個の ス 口 ッ ト を有する ス テ ータ、 お よ び ロ ー タ の極数 P に等 し い数の界磁極お よ び該界磁極を励磁する磁石を有す る ロ ータ を具備する 同期電機におい て、 毎極毎相ス ロ ッ ト 数 が既約分数 ιη η で表わされる時、 該界 磁極の該 ス テータ のス ロ ッ ト に対向する部分の 円 周 方向の長さ を、 該ス テ ー タ の ス ロ ッ ト の ヒ。 ツ チ の長 さの lZn の整数倍の値か ら選択する こ と を特徴と す る同期電機が提供される 。

図面の簡単な説明

第 1 図は本発明の背景技術を説明する ための同期 電機の概略断面図、

第 2 図は本発明の一実施例 と しての同期電機の概 略断面図、

第 3 図は同期電機における 界磁極と ス ロ ツ 卜 歯の 関係を示す拡大展開図、

第 4 図は同期電機における 界磁極の移動距離 と 界 磁極と ス ロ ッ ト 歯の対向 面積の関係を示す図、

第 5 図は界磁極と ス 口 ：/ ト 齒の相対位置が 1Z2 ヒ。 ッ チずれた場合の第 3 図 と 同様な拡大展開図、

第 6 図は界磁極と ス ロ ッ ト 歯の相対位置が 1Z2 ビ ツ チずれた場合の第 4 図 と 同様な図、

第 7 図は本実施例に よ る _C = 1Z2 の場合の第 3 図 と 同様 ¾ 図、 第 8 図は本実施例に よ る c = 1X2 の場合の第 4 図 と 同様 図、

第 9 図は本実施例に よ る c = lZ2 の場合の第 5 図 と 同様な図、

第 1 0 図は本実施例に よ る c = 1/2 の場合の第 6 図と 同様 図、

第 1 1 図は従来形の同期電機における 2 極分のハ° ー ミ ア ンス の変化を示すグ ラ フ、 お よ び

第 1 2 図は本実施例に よ る同期電機における 2 極 分のハ⁰— ミ ア ンス の変 ί匕を示すグ ラ フ であ る 。

発明を実施するための最良の形態

本発明の一実施例と しての同期電機の概略の断面 図が第 2 図に示される 。 ス テー タ 4 1 のス ロ ッ ト 42 はステータ 4 1 の円 周に沿っ て例えば 3 6 個配置さ れる 。 図においては 6 個のみ示 し他は記載が省略さ れて る 。 ス ロ ッ ト 4 2 の ヒ。 ツ チの長さは L で表わ される 。 π —タ 3 1 の磁石 3 3 は第 1 図の従来形の も の と ほぼ同様であ る 。 す わ ち フ ： ラ イ ト 等の材 質を 用いた も のが用い られ、 研摩等の加工工程に よ

J? 作 られた永久磁石であ っ て図示される よ う な Ν , S の極を有する 。 界磁極 3 2 は強磁性钵の薄板 よ ]? 成 ]3 、 穴 3 4 を通 して ボル ト に よ ]? 締め 付け られ固 定される 。 ロ ー タ 3 1 は 8 個の界磁極 3 2 およ び 8 個の磁石 3 3 を具備する 。 界磁極 3 2 の ス 口- ッ ト 42

O PI ΑΤΙΟ^> に.対向する部分の円周方向の長さは Wで表わされる この同期電機の毎極毎相ス ロ ッ ト数 =^"=5¾¾ = "である 。 こ こ に S はス テ ー タ のス ロ ッ ト 数、 P は ロ ータの極数、 す わち界磁極または磁石の個数、 øは電源の相数である 。 本実施例にお ては三相交 流が適用される 。 従っ て毎極毎相ス ロ ッ ト 数 ^ = _ά を表わす既約分数 πϊ/η は 3Ζ2 、 すなわち m = 3 、 n = 2'と る 。 界磁極 3 2 の長さ Wは L X NZ2 に選ば れる。 こ こに Nは任意の 自然数である 。 すなわち、 Wは 0. 5 L« , 1. 0 L , 1. 5 L , 2. 0 L , 2. 5 L ，

3. 0 L ， 3. 5 L ， 4. 0 L , 4. 5 L の う ちか ら選択さ れる 。 しか し実際には形状か らの制約に よ ]9 2. 0 L 以下と 4. 5 Lは実用的でない。

次に Wが L X N/n に選ばれた場合の無負荷時ス 口 ッ ト リ ッ プルの滅少について説明する 。 無負荷時ス ロ ッ ト リ ツ プルは同期電機の ロ ータ が回転する際の 全周合計の磁気抵抗変化に起因するから、 n の と ]? 得る値について全周にわたった界磁極 3 2 と ス テ ー タ 4 1 のス ロ ッ ト 歯部 4 3 と の間の対向面積の変化 の最小と ¾る 条件を求めればよい。

n は通常の場合 n = 2^k、 C k = 0 , 1 , 2 , 3 ， … ；） で表わされ、 その と ]? 得る値と しては 1 , 2 , または 4 が一般的である。 第 3 図には界磁極 3 2 と ス ロ ッ ト 歯 4 3 の関係を示す拡大図が示される。 図 においては便宜的に、 ス. ロ ッ ト ヒ。 ツ チの長さ を基準 に と 、 すなわ ち 「 1 」 と しス ロ ッ ト 歯の幅 ¾ a 、 ス ロ ッ ト 開 口 幅 ¾ b 、 界磁極の長さ Wを Nw+ c と定 める 。 N_Wは正の整数であ ]? 、 c は 0 ≤ c ≤ l であ ])、 a > b であ る とする 。 空隙の磁気抵抗を問題に して いるので a 〉 b と仮定 して も 特に問題はない。 上記 条件の も と に ロ ー タ を X 方向に動か した時の界磁極 3 2 と ス ロ ッ ト 歯 4 3 の対向面積の変化を n が 1 , 2 ， 4 の場合について第 3 図 い し第 6 図を参照 し て説明する 。 第 4 図には界磁極 3 2 の一極 とス ロ ッ ト 歯 4 3 の対向面積 A の変化が移動距離 X ( ス ロ ッ ト ピ ッ チの長さを基準と する ） について図示される。

(1) n = l すなわ ち ^ = m/l の場合

全阇にわたつた対向面積変化は第 4 図 と 同 じハ°タ ー ン と ¾ る 。 すなわち界磁極 3 2 が _{X l} の距離ま で 移動する 間は対向面積 A は （ A o + であ ]? 、 距離 X I か ら X ₂ の間は徐々 に減少 し、 X 2 におい て と ¾ ]9 、 距離 X 3 力ゝ ら徐々 に増加 し、 距離

「 1 」 にぉぃて （ 0 + に戻る 。 この場合対 向面積変化な しの条件は c = 0 ま たは c = l と なる。

(2) _n = 2 すなわち ^ = の場合

この場合は互に隣接する界磁極において、 ス ロ ッ ト 歯に対する 対向面積の変化特性が異な る も の と な D、 それ らを合計 した も のが全周にわた った対向面 ' ' 積の変化特性と る る 。 すなわ ちある 1 つの界磁極に おける 界磁極と ス ロ ッ ト 歯の間の対向面積の変化特 性が第 4 図の よ う であれば、 該界磁極に対 して 1 つ おき に配置'された界磁極に対する対向面積の変化特 性も これと 同様と な る 。 一方該界磁極に隣接する界 磁極およ び該隣接する 界磁極に対 して 1 つお き に配 設された界磁極はス ロ ッ ト 歯に対して第 5 図の よ う ¾相対位置 と な る 。 こ の結果、 隣接 した界磁極等は 第 6 図に示す よ う な対向面積の変化特性を有する 。 こ の特注は第 4 図の特性ハ。 タ ー ンの原点を 1Z2 ビ ッ チの距離だけ移動 した も の と な る 。 従っ て 全周にわ たっ た対向面積の変化特性は第 4 図のハ。 タ ー ン と 第 6 図のハ。タ ー ンを加え合せたハ。タ ー ン と して求め る こ と がで き る 。 これに よ つ て対向面積が ロ ータ の回 転に よ ]3 変化 し ¾い条件は、 c = 0 , c = 1Z2 ， ま たは c = l と な る 。

第 7 図 ¾い し第 1 0 図には上述の c = lZ2 の場合 の第 3 図 ない し第 6 図に対応する図が示される 。 こ れに よれば、 第 8 図のハ。タ ー ン と 第 1 0 図のハ。 タ ー ン を加算する と 平坦 ¾特性ハ。タ ー ンが得 られる こ と がわ力 る o

(3) _n = 4 すなわ ち ? = m 4 の場合

全周にわた った対向 面積変化は第 4 図のハ。タ ー ン を 1Z4 ヒ。 ッ チずつず ら して得 られる 3 種のハ。 -タ ー ン と 第 4 図のハ。タ ー ンをすベて加算する こ と に よ っ て そのハ。 タ ー ン が求め られる 。 対向面積の変化な しの 条件は、 _c = o ， c = 1X4 , c = 1/2 ， c = 3/ ， または c = l と な る 。

第 1 1 図には従来形の同期電機と本発明の笑施例 に よ る 同期 ¾機における 2 極分のハ。ー ミ ア ン ス の変 化を 1/72回転について計算 し求めたも のであ る 。 2 極分のハ°— ミ ア ン ス の変化を求めた理由は、 ^ =3/2 であ るため 2 極分が全周合計と 等しい特性 タ ー ン であ るか らであ る 。 第 1 1 図は従来形の同期電機で

= 3Z2 、 W = 2. 7 L であ ]? 、 第 1 2 図は実施例の 同期電機であ っ て ^ = 3Z2 、 W = 3. 0 L の場合を示 す。 横軸は角度 0 を表わ し、 縦軸はハ。ー ミ ア ン ス ( 磁気抵抗の逆数 ） の相対値を示す。 これに よ る と 本実施例に よ る同期電機は回耘に よ つ て生ずる界磁 極と ス ロ ッ ト 歯の間の磁気抵抗の変化が従来形の も のに比べて少ない こ と が判る 。 磁気抵抗の変化が少 な いと い う こ とは前述 した よ う に無負荷時ス ロ ッ ト リ ッ プ ルの減少に帰着する 。

以上説明 した よ う に界磁極の長さ Wが I Zn の長さ の整数倍である と 、 界磁極と ス ロ ッ ト 歯の間の対向 面積の回転に伴 う 変化が少 く なる とい う こ と が判

0 ο

Claims

- 請 求 の 範 囲 .

1. 電源の相数 ø に適合する 機子巻線お よ び該 電機子巻線を叹容する s 個の ロ ッ 卜 を有する ス テ ータ 、 お よ び ロ ー タ の極数 P に等 しい数の界磁極お よ び該界磁極を励磁する磁石を有する ロ ー タ、 ¾具 備する 同期電機におい て、 毎極毎相ス ロ ッ ト 数

が既約分数 mXii で表わされる時、 該界磁極の該ス テ ータ のス ロ ッ 卜 に対向する部分の円周方向の長さ を、 該ス テ ー タ の ス ロ ッ 卜 の ピ ッ チの長さ の 1ノ の整数 倍の値か ら選択する こ と を特徵と する同期電機。

2. 電源の相数が 3 であ る時、 ス ロ ッ ト 数を 3 6、 ロ ー タ の極数を 8 、 界磁極のス テ 一 タ の ス ロ ッ 卜 に 対向する部分の円周方向の長さ を該ス テ一タ の ス 口 ッ ト の ビ ツ チの長さの 3 倍と する請求の範囲第 1 項 に記載の同期電機。

謹 1 、