JPH0617374U - 回転電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】界磁マグネットの磁極数と電機子鉄心の突極数
とを１０：１２にした回転電機において、フル着磁状態
でも歪率の小さい誘起電圧波形を得てトルクリップルを
小さくすることができ、強い着磁を行うことを可能にし
て優れた特性を得る。 【構成】第１の突極４ａに正方向に巻回した第１の巻線
５ａと、第１の突極４ａとこの両側に隣接する第２、第
３の突極４ｂ，４ｃにわたって第１の巻線５ａとは逆方
向に巻回した第２の巻線５ｂと、第１の突極４ａから機
械角で１８０°／ｎ離れた位置に配設した第４の突極４
ｄに第１の巻線５ｃとは逆方向に巻回した第３の巻線５
ｃとを備え、第１、第２、第３の巻線５ａ，５ｂ，５ｃ
を直列接続して形成した巻線群により各相の巻線を形成
した。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、回転電機に関するもので、特に、周対向スロット型においてトルク 定数を高く維持しながらトルクリップルを低減することができる回転電機に関す る。

【０００２】

【従来の技術】

周対向スロット型回転電機では、ロータの回転位置によって磁気抵抗が不均一 なためにコギングを生じ、回転が不円滑になるという難点があり、コギングを低 減するための技術が各種提案されている。８−９構造、あるいは１０−９構造と 称して、マグネット磁極数が８でスロット数が９、あるいはマグネット磁極数が １０でスロット数が９の電動機はその例である。さらに、特開昭６２−１１０４ ６８号公報に記載されているように、１０−１２構造をとることによってコギン グ低減を図ったものもある。

【０００３】 図７は、従来の１０−１２構造の回転電機の例を示す。図７において、リング 状の電機子鉄心３３はリングの中心に向かって１２個の突極、従って、各突極間 に１２個のスロットを等間隔に有する。上記各突極よりも内周側にはリング状の 界磁マグネット３２を有するロータが配置されており、界磁マグネット３２の外 周面と上記各突極の内周面が一定の間隙をおいて対向している。

【０００４】 上記各突極にはＵ，Ｖ，Ｗの３相の巻線が施されるが、図７にはＵ相の巻線の みを示しており、Ｕ相の巻初めを「ＵＳ」で表し、Ｕ相の巻終りを「ＵＥ」で表 している。線材３５を一つの突極３４ａに正方向に巻回して巻線３５ａとしたあ と突極３４ａに隣接する突極３４ｂに逆方向に巻回して巻線３５ｂとし、さらに 続けて突極３４ａから機械角で１８０°離れた位置に配置された突極３４ｃに逆 方向に巻回して巻線３５ｃとしたあと突極３４ｃに隣接する突極３４ｄに正方向 に巻回して巻線３５ｄとしてＵ相の巻線を形成する。同様の巻線方法によってＶ 相とＷ相の巻線を形成する。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

上記のような構成の回転電機によれば、界磁マグネット３２の着磁状態により 、巻線に発生する誘起電圧の波形が大きく変化する。トルクリップルを小さくし て回転を円滑にするには、正弦波状の誘起電圧波形を得る必要があるが、理想と する正弦波状の誘起電圧波形を得るには、着磁を加減して調整しなければならず 、その結果、特性の悪化、モータの場合はトルク定数の低下を招くという問題が ある。図４は、上記１０−１２構造のモータで図７に示す集中巻線を行った場合 のトルク定数と誘起電圧波形の歪率の着磁強度に対する変化を示す。着磁強度が 弱くなるに従って正弦波着磁となり、着磁強度が強くなるに従って矩形波着磁と なる。着磁強度が強くなるに従ってトルク定数も大きくなるが、一方、誘起電圧 波形の歪率も大きくなる。また、誘起電圧波形の歪率の絶対値が全体に大きくな っている。これから明らかなとおり、トルクリップルが大きいことがわかる。

【０００６】 本考案は、このような従来技術の問題点を解消するためになされたもので、フ ル着磁状態でも歪率の小さい誘起電圧波形を得ることができてトルクリップルを 小さくすることができ、もって、従来よりも強い着磁を行うことを可能にして優 れた特性を得ることができるようにした回転電機を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

本考案は、上記目的を達成するために、１０ｎ（ｎは正の整数）極に着磁され た界磁マグネットと、界磁マグネットに対向して設けられ１２ｎ個の突極を有す る電機子鉄心と、突極に巻回された３相の巻線とを備えた回転電機において、第 １の突極に第１の巻線を正方向に巻回し、第１の突極とこの両側に隣接する第２ 、第３の突極にわたって第１の巻線とは逆方向に第２の巻線を巻回し、第１の突 極から機械角で１８０°／ｎ離れた位置に配設された第４の突極に第１の巻線と は逆方向に第３の巻線を巻回し、第１、第２、第３の巻線が直列接続されて形成 された巻線群により各相の巻線を形成した。第１、第２、第３の巻線の巻回数の 比率は２：１：１としてもよい。

【０００８】

【作用】

各相の巻線を正弦波通電により励磁すると、誘起電圧波形の歪率が小さくなる 。着磁をフル着磁にしてトルク定数を大きくしても、誘起電圧波形の歪率が急激 に大きくなることはなく、優れた特性が得られる。

【０００９】

【実施例】

以下、図面を参照しながら本考案にかかる回転電機の実施例について説明する 。ここではモータの例として説明する。 図１において、リング状の電機子鉄心１は内周側に中心方向に向いた１２個の 突極を有し、従って、各突極間に１２個のスロットを有する。電機子鉄心３の上 記各突極の内周側にはリング状の界磁マグネット２を有するロータが配置されて おり、界磁マグネット２の外周面と上記各突極の内周面が一定の間隙をおいて対 向している。界磁マグネット２は周方向に１０極に着磁されている。上記各突極 は周方向に等間隔に配置され、各突極にはあとで説明するような方法によって巻 線が施されている。

【００１０】 図１に示す実施例は、１０極に着磁された界磁マグネット２と、１２個の突極 とを有する、いわゆる１０−１２構造になっている。このような１０−１２構造 のモータにおいて、各突極に巻回される巻線は３相構成になっているが、ここで は、Ｕ相の巻線方法について重点的に説明する。図１、図２において、第１の突 極４ａには線材５がスロットいっぱいに巻回されて第１の巻線５ａが形成される 。このときの巻線方向を正方向とする。続いて、第１の突極４ａと、この両側に 隣接する第２、第３の突極４ｂ，４ｃにわたって第１の巻線５ａとは逆方向に第 ２の巻線５ｂをスロットを半分だけ埋めるように巻回す。第２の巻線５ｂは第１ の突極４ａの位置では、第１の巻線５ａの上を通過するだけである。続いて、第 １の突極４ａから機械角で１８０°離れた位置に配設された第４の突極４ｄに第 １の巻線５ａとは逆方向に、かつ、スロットを半分だけ埋めるように第３の巻線 ５ｃを巻回す。

【００１１】 このようにして、第１、第２、第３の巻線５ａ，５ｂ，５ｃが直列接続されて 巻線群が構成され、この巻線群によってＵ相の巻線が形成されている。上記のよ うに、第１の巻線５ａはスロットいっぱいに巻回され、第２、第３の巻線５ｂ， ５ｃはスロット半分に巻回されるため、第１、第２、第３の巻線５ａ，５ｂ，５ ｃの巻回数の比率は２：１：１になっている。Ｖ相、Ｗ相の巻線もＵ相と同様に 巻回される。図１においてＵＳ，ＵＥはそれぞれＵ相の巻初めと巻終りを、ＶＳ ，ＶＥはそれぞれＶ相の巻初めと巻終りを、ＷＳ，ＷＥはそれぞれＷ相の巻初め と巻終りを示している。図１に示すように、Ｖ相、Ｗ相の巻線はＵ相の巻線に対 して機械角で±１２０°ずれた位置に巻回されている。

【００１２】 各相巻線に通電し、ロータの回転位置に応じて各相巻線への電流を制御するこ とにより、ロータを連続的に回転駆動することができる。ロータを回転した時に 各相巻線に発生する誘起電圧と、各相巻線に通電した時に発生するトルクとの関 係は次のとおりである。 １相の誘起電圧Ｅφ（θ）と電流Ｉφ（θ）を、 Ｅφ（θ）＝Ｅ・ｓｉｎ（θ）・ω Ｉφ（θ）＝Ｉ・ｓｉｎ（θ） とした場合、モータのトルクＴ（θ）・ωは次のとおりとなる。 Ｔ（θ）・ω＝Ｅφ（θ）・Ｉφ（θ） ＋Ｅφ（θ−２π／３）・Ｉφ（θ−２π／３） ＋Ｅφ（θ＋２π／３）・Ｉφ（θ＋２π／３） ＝Ｅ・Ｉ｛ｓｉｎ²（θ）＋ｓｉｎ²（θ−２π／３） ＋ｓｉｎ²（θ＋２π／３） ＝１．５・Ｅ・Ｉ 以上のように、各相に通電する電流波形が正弦波の場合、誘起電圧が正弦波で あればモータトルクにはリップルがなくなる。しかし、誘起電圧が正弦波でなく 、高調波をもつ場合はトルクにリップルを発生する。よって、トルクリップルを なくすためには、電圧波形を歪のない正弦波とする事が必要となる。

【００１３】 そこで、図１、図２に示す実施例について、着磁強度に対するトルク定数と誘 起電圧波形の歪率の変化のデータをとって示したのが図３である。図３では、図 ４の従来例のデータと比較するために縦横の目盛は同じにしてある。着磁強度が 最も弱いのは正弦波着磁であり、着磁強度が最も大きいフル着磁状態は矩形波着 磁である。図３と図４を比較すると、トルク定数に関しては本考案の実施例の場 合も従来例の場合もほぼ同等である。一方、誘起電圧波形の歪率に関しては、着 磁の強弱に対する傾向は本考案の実施例の場合も従来例の場合も同じ傾向を示す が、本考案の実施例の方が誘起電圧波形の歪率の絶対値が著しく小さくなってお り、特に、フル着磁して矩形波着磁とした場合も誘起電圧波形の歪率はそれほど 大きくなっていない。これから明らかなとおり、本考案の実施例によれば、誘起 電圧波形の歪率が小さく、よって、トルクリップルの小さい回転の円滑なモータ を得ることができるとともに、界磁マグネットをフル着磁して大きなトルク定数 を得た場合もトルクリップルが小さいため、従来のモータに比べて優れた特性の モータを得ることができる。

【００１４】 本考案にかかる回転電機は、界磁マグネットの磁極数と電機子鉄心の突極数と の比が１０対１２になっておればよく、これらをｎ倍（ｎは正の整数）したもの でもよい。従って、図５に示すように、ｎを２として界磁マグネットの磁極数を ２０、電機子鉄心の突極数を２４としたもの、あるいは図６に示すように、ｎを ３として界磁マグネットの磁極数を３０、電機子鉄心の突極数を３６としたもの でもよい。この場合、第１の突極から機械角で１８０°／ｎ離れた位置に配設さ れている突極を第４の突極とし、これに第３の巻線を巻回す。以下、図５、図６ の実施例を具体的に説明する。

【００１５】 図５において、界磁マグネット１２の磁極数は２０、電機子鉄心１３の突極数 は２４である。各相の巻線はそれぞれ２個の巻線群からなる。１個の巻線群の巻 初めをＵ１Ｓ、巻終りをＵ１Ｅで示し、他の１個の巻線群の巻初めをＵ２Ｓ、巻 終りをＵ２Ｅで示す。１個の巻線群の巻線方法について説明すると、まず、第１ の突極１４ａに線材をスロットいっぱいに巻回して第１の巻線１５ａを形成する 。このときの巻線方向を正方向とする。続いて、第１の突極１４ａと、この両側 に隣接する第２、第３の突極１４ｂ，１４ｃにわたって第１の巻線１５ａとは逆 方向に第２の巻線１５ｂをスロットを半分だけ埋めるように巻回す。第２の巻線 １５ｂは第１の突極１４ａの位置では、第１の巻線１５ａの上を通過するだけで ある。続いて、第１の突極１４ａから機械角で１８０°／ｎ離れた位置、すなわ ちこの実施例ではｎ＝２であるから９０°離れた位置に配設された第４の突極１ ４ｄに第１の巻線１５ａとは逆方向に、かつ、スロットを半分だけ埋めるように 第３の巻線１５ｃを巻回す。１個の巻線群を構成する第１、第２、第３の巻線１ ５ａ，１５ｂ，１５ｃは直列に接続する。他の１個の巻線群は上記の巻線群に対 して機械角で１８０°離れた位置に配設されている。巻線方法は上記巻線群と同 様である。符号１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１４ｈはそれぞれ第１、第２、第３、 第４の突極を示し、符号１５ｅ，１５ｆ，１５ｇはそれぞれ第１、第２、第３の 巻線を示す。

【００１６】 図５にはＵ相の巻線しか示されていないが、Ｖ相、Ｗ相の巻線もＵ相の各巻線 に対して±６０°離れた位置においてＵ相の巻線と同様に巻回される。図５に示 す実施例も、界磁マグネット１２の磁極数と電機子鉄心１３の突極数の比率は図 １、図２に示す実施例と同じであり、図１、図２に示す実施例と同じ効果を奏す る。

【００１７】 図６に示す実施例は、界磁マグネット２２の磁極数は３０、電機子鉄心２３の 突極数は３６であり、各相の巻線はそれぞれ３個の巻線群からなる。第１の巻線 群の巻初めをＵ１Ｓ、巻終りをＵ１Ｅで示し、第２の巻線群の巻初めをＵ２Ｓ、 巻終りをＵ２Ｅで示し、第３の巻線群の巻初めをＵ３Ｓ、巻終りをＵ３Ｅで示す 。符号２４ａ，２４ｅ，２４ｉはそれぞれ第１の突極を、２４ｂ，２４ｆ，２４ ｊはそれぞれ第２の突極を、２４ｃ，２４ｇ，２４ｋはそれぞれ第３の突極を、 ２４ｄ，２４ｈ，２４ｌはそれぞれ第４の突極を示す。第１の巻線群は、第１の 突極２４ａに巻回した第１の巻線２５ａと、第１、第２、第３の突極２４ａ，２ ４ｂ，２４ｃにわたって巻回した第２の巻線２５ｂと、第１の突極２４ａから機 械角で１８０°／ｎ離れた位置、すなわちｎ＝３であるから６０°離れた位置に 配設された第４の突極２４ｄに第３の巻線２５ｃを巻回す。これら第１、第２、 第３の巻線２５ａ，２５ｂ，２５ｃの巻回し方向および巻回数の比率は前記実施 例と同じである。符号２５ｅ，２５ｆ，２５ｇは第２の巻線群を構成している。 符号２５ｉ，２５ｊ，２５ｋは第３の巻線群を構成している。各巻線群を構成す る各巻線は直列に接続する。第１、第２、第３の巻線群は相互に機械角で１２０ °離れた位置に配設されている。

【００１８】 図６にはＵ相の巻線しか示されていないが、Ｖ相、Ｗ相の巻線もＵ相の各巻線 に対して±４０°離れた位置においてＵ相の巻線と同様に巻回される。図６に示 す実施例も、界磁マグネット２２の磁極数と電機子鉄心２３の突極数の比率は図 １、図２に示す実施例と同じであり、図１、図２に示す実施例と同じ効果を奏す る。

【００１９】 界磁マグネットの磁極数と電機子鉄心の突極数との比を１０：１２にした場合 の巻線方法としては、図８ないし図１０に示すように、これまで説明してきた方 法とは別の方法が考えられる。何れも界磁マグネットの磁極数が１０、電機子鉄 心の突極数が１２となっている。また、何れもＵ相の巻線しか示されていないが 、Ｖ相、Ｗ相についても同じように巻線されるものである。図８に示す例は、隣 接する第１、第２の突極４５ｂ，４５ｃにわたって巻線したあと隣接する第２、 第３の突極４５ｃ，４５ｄにわたって巻線をし、続いて、第１、第２の突極４５ ｂ，４５ｃに対して機械角で１８０°離れた位置の第４、第５の突極４５ｆ，４ ５ｇにわたって巻線をしたあと、隣接する第５、第６の突極４５ｇ，４５ｈにわ たって巻線をしたものである。

【００２０】 図９に示す例は、隣接する第１、第２、第３の突極４５ａ，４５ｂ，４５ｃに わたって巻線したあと隣接する第２、第３、第４の突極４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ にわたって巻線をし、続いて、第１、第２、第３の突極４５ａ，４５ｂ，４５ｃ に対して機械角で１８０°離れた位置の第５、第６、第７の突極４５ｅ，４５ｆ ，４５ｇにわたって巻線をしたあと、隣接する第６、第７、第８の突極４５ｆ， ４５ｇ，４５ｈにわたって巻線をしたものである。

【００２１】 図１０に示す例は、第２の突極４５ｃに巻線したあと、この第２の突極４５ｃ とその両側の第１、第３の突極４５ｂ，４５ｄにわたって巻線をし、続いて、第 ２の突極４５ｃに対して機械角で１８０°離れた位置の第５の突極４５ｇに巻線 したあと、この第５の突極４５ｇとその両側の第４、第６の突極４５ｆ，４５ｈ にわたって巻線をしたものである。

【００２２】 以上説明した図８ないし図１０の例によれば、誘起電圧波形の歪率が大きくな るという難点がある。図１１は、１０：１２構造の従来例と、本考案の実施例と 、図８ないし図１０に示す設計例におけるトルク定数および誘起電圧波形の歪率 を比較して示したもので、横軸に示したＡは図７に示す従来例、Ｂは図１、図２ に示す本考案の実施例、Ｃは図８に示す設計例、Ｄは図９に示す設計例、Ｅは図 １０に示す設計例を示す。図１１から明らかなように、本考案の実施例Ｂでは図 ７の従来例よりもトルク定数は僅かに小さいものの誘起電圧波形の歪率は顕著に 小さくなっており、トルクリップルが大幅に改善されている。一方、図８ないし 図１０に示す設計例Ｃ，Ｄ，Ｅについては、トルク定数が低く、誘起電圧波形の 歪率が極端に大きくなっていて、良好な特性は得られないことがわかる。

【００２３】 図１に示す実施例は、ロータが電機子鉄心および巻線の内側にあるインナーロ ータ型になっていたが、本考案はアウターロータ型にも適用可能である。

【００２４】

【考案の効果】

以上の説明から明らかなように、本考案にかかる回転電機によれば、界磁マグ ネットの磁極数と電機子鉄心の突極数との比率が１０：１２の回転電機において 、第１の突極に正方向に巻回された第１の巻線と、第１の突極とこの両側に隣接 する第２、第３の突極にわたって第１の巻線とは逆方向に巻回された第２の巻線 と、第１の突極から機械角で１８０°／ｎ離れた位置に配設された第４の突極に 第１の巻線とは逆方向に巻回された第３の巻線とを備え、第１、第２、第３の巻 線を直列接続して形成した巻線群により各相の巻線を形成したことにより、誘起 電圧波形の歪率が小さく、よって、トルクリップルの小さい回転の円滑な回転電 機を得ることができるとともに、モータの場合は、界磁マグネットをフル着磁し て大きなトルク定数を得た場合もトルクリップルが小さいため、従来のモータに 比べて優れた特性のモータを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案にかかる回転電機の実施例を示す平面
図。

【図２】同上実施例の展開図。

【図３】同上実施例のトルク定数と誘起電圧波形の歪率
の変化を示す線図。

【図４】図７に示す従来の回転電機のトルク定数と誘起
電圧波形の歪率の変化を示す線図。

【図５】本考案にかかる回転電機の別の実施例を示す展
開図。

【図６】本考案にかかる回転電機のさらに別の実施例を
示す展開図。

【図７】従来の回転電機の例を示す平面図。

【図８】本考案に類似の設計例を示す平面図。

【図９】本考案に類似の別の設計例を示す平面図。

【図１０】本考案に類似のさらに別の設計例を示す平面
図。

【図１１】従来の回転電機の例と本考案の実施例と図８
ないし図１０の設計例におけるトルク定数と誘起電圧波
形の歪率とを比較して示す線図。

【符号の説明】

２，１２ 界磁マグネット ３，１３ 電機子鉄心 ４，１４ 突極 ５ａ，１５ａ，１５ｅ，２５ａ，２５ｅ，２５ｉ 第１
の巻線 ５ｂ，１５ｂ，１５ｆ，２５ｂ，２５ｆ，２５ｊ 第２
の巻線 ５ｃ，１５ｃ，１５ｇ，２５ｃ，２５ｇ，２５ｋ 第３
の巻線

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 １０ｎ（ｎは正の整数）極に着磁された
   界磁マグネットと、この界磁マグネットに対向して設け
   られ１２ｎ個の突極を有する電機子鉄心と、上記突極に
   巻回された３相の巻線とを備えた回転電機において、 第１の突極に正方向に巻回された第１の巻線と、 上記第１の突極とこの両側に隣接する第２、第３の突極
   にわたって第１の巻線とは逆方向に巻回された第２の巻
   線と、 第１の突極から機械角で１８０°／ｎ離れた位置に配設
   された第４の突極に第１の巻線とは逆方向に巻回された
   第３の巻線とを備え、 上記第１、第２、第３の巻線が直列接続されて形成され
   た巻線群により各相の巻線が形成されてなる回転電機。
2. 【請求項２】 第１、第２、第３の巻線の巻回数の比率
   は、２：１：１である請求項１記載の回転電機。