JPS5944957A - 導通制御手段を有する電気機械 - 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】 本発明は導通制御手段と無整流子電動機又は無整流子発
電機と金鮭１み合せたものに関するものである。

無整流子電気機’１１１ｆ：は作置が容易であることか
ら広く用いられている。

その−例と４してサーボ制御への応用がある。これに用
いる電動機はトルクリップルつまり出力変動の小さいこ
とが大切な条件となる。

しかし従来開発された無整流子電動イ幾は出力変動が大
部大きかった。

その原因について本発明者等は種々検討した結果、つぎ
のことが分った。

可動子はこれの可動方向に交互［４ｉ性の異なる複数の
磁極を有］−でいるが、これの極対数ぶんの電機子と可
動子との間の磁束密度分布を調べてみると第１図に示す
ようになる。

つまり磁極の境＋６１．イ・１近０．π、２π（電気角
）は磁束密度Ｂが零あるいは磁極中央に比べ非常に、低
い値になっている。電機子巻線がこの磁束゛？（チハＬ
の非常に低い部分を〕１ｈ過する間は当然のことながら
トルクが小さく、その部分を越えるとトルクが大きくな
る。従ってトルクリップルが大きくなるのである。

また無整流子発電機の需要もある。この場合にも上記理
由によってやはり出力が変動する欠点があった。

本発明はこのような点を改善する為に成されたものであ
って−その目的とするところは、出力変動の小さい導通
制御手段を有する電気機械を構成することにある。

本発明の他の目的は安価な導通制御手段を有する電気機
械を構成することにある。

もし電１幾子巻線の有効磁束を切る部分が１−トリ同志
異なる相を形成している部分での、有効磁束を切る部分
の間隔を、磁極の境界に生じる磁屯密度が低い部分の間
隔よりも狭くすると、導通１ｂｌｌ　ａｌ＋手段の切り
換えをどのように行っても、磁極の磁束密度の低いとこ
ろを通過する電機子巻線を入力又は出力端子に接続しな
ければならなくなる。これは出力変動をもたらす。

そこで本発明では電機子巻線の有効磁束を切る部分が隣
り同志異なる相を形成している部分ではこれの有効磁束
を切る部分の間隔を磁極の境界に生じる磁束密度が低い
部分の間隔よりも広くする。

このようにすれば導通制御手段の切り欠えに依シ磁極の
磁束密度の高いところを切る電機子巻線だけ全、電動機
として使用する場合には入力端子に、発電機として使用
する場合には出力端子に夫々１妾続することができる。

実験に依れば磁束密度の低いところとは平均磁束密度の
７０％稈度だ′￥！ま［２いが６ｏ％以下のところと設
定しても、出力変動を相当に小さくできることが分った
。

ＥｅＮにスキューをつければスロットがあることに依る
出力変動も小さくすることができる。

従来提案ばれたスキューを有する回転子１け第２図に示
Ｉ７であるように、回転軸線２に対して１σ角を成す断
面が円弧状で両イ１）１級３が回転軸線２に対して傾い
ている極板と同Ｃ吸の永久磁石４９７〜４ｄを、円筒状
に紺入合せて構成していた。つまり両（ｔｌｌｌ縁３は
スキューと−散し、でいた。このような形状の永久磁石
は高価である。

そこで本発明では回転軸線に対して直角を成す断面が円
弧状あるいけ略円弧状を成す複数の永久磁石を、これの
両側縁を回転軸線に対して平行に、且つ円弧状に配置す
るが、磁極の境界は永久磁石の中を通し、回転軸線に対
して傾けて、つまりスキューをつけて着磁する。

このような永久磁石はなんら特殊な形状を成していない
ので安価に構成することができる。

なおスキューをつけた場合には磁極の磁束密）１：ｙの
低い部分が回転軸線に対して傾いＣいるので、電機子巻
線のうち、入力、又は出力端子に接続しであるものが、
一部磁極の磁束密度の低い部分を切る場合もある。しか
し、それ（ｌ−ｊ電機子巻線の有効磁束を切る部分のほ
んの一部であり、［Ｌつその位置は回転軸の伸びる方向
へ移動するのでこれが原因で出力変動が大きくなること
はなく、む］７ろスロットがあることに依って生じるト
ルクリップルを小さくすることができる。

以下第３図ないし第６図に示す本発明の実施例である４
極３相回転電動機の実施例について説明する。

全体を１で示す電動機は、電機子６と、可動子としての
回転子１を有している。電機子６は電機子鉄心７と電機
子巻線８とで構成しである。電機子鉄心７け円筒状を戊
して訃り、且つ内側に開口する３６ケのスロット８１〜
Ｓ、、（Ｓ、０〜Ｓ１．は図示を省略しである）を等間
隔に有している。

電機子巻線８の一相分Ｕの、夫々１極分の巻線はスロッ
トＳ、　　とｓ、　ｌ　ｓｉａとＳＩ＊１ＳＩＩとＳＩ
Ｐ　Ｉ　Ｓ１ｇとＳ１６に組み込んであり、■相分の夫
々１極分の巻線はＳ、と５１ｇ１　ｓｅａとＳ□　Ｓ□
とＳｏ　Ｓ□とＳ６に組み込んであり、Ｗ相分の夫々１
極分の巻線はＳｏとＳ□　Ｓ□とＳ、。Ｓ、□とＳ８Ｓ
、とＳ□に組み込んである。

スロットＳ＃　＊　ｓ、　ｌ　Ｓ、　ｌ　ＳＩＩ＋　Ｓ
＋ｉ　ｌ　ｓ＋ｙｌ　ｓ、。。

Ｓ□、Ｓ□＋　Ｓ９＋　Ｅ）ｆｆｉｌ及びＳｏ　のよう
に異なる相を形成する巻線が人っているスロットの間に
設けであるスロットに＆；ｊ：？ＩＬ機子巻線は入って
なく、遊びスロットに成っている。この遊びスロットを
ばさんで両側に位置するスロットの間隔は磁極間に形成
される磁束密度の低い部分の幅よりも広くしである。

更に詳しくは磁極の磁束密度の低い部分αが遊びスロッ
トの中央と対向しているときに０よ遊びスロットの両側
に位置しているスロット歯部先端の少くとも一部が磁極
の磁束密度の高い部分と対向するようにスロット間隔を
定めている。

■相Ｖ相Ｗ相電機子巻綜は第３図に示すよ・）にＹに接
続しである。

回転子１は第５図に示ｊ〜たよりに、これの回転方向（
で、交互に極性の異なる極数と同数の磁石４ａ、４ｂ、
ａｃ、ＩＣ１，’ｆｒ：有しティる。

これ等永久磁石４ａ〜４ｄは断面が円弧状または略円弧
状を成している。これ等４つの永久ｆｉｉ１石４ａ〜４
ｄけ回転軸線２の回りに円筒状にＩ”ＩＪ置しである。

この状態で永久磁石４ａ〜４（１の両＋＊Ｉｌｔ縁６は
回転軸線２に対して平行を成している。

しかしながら磁極の境界９ｒｌよ永久磁石４　ａ、〜４
ｄの中を通り回転軸５２に対して傾けて、つまりスキュ
ーをつけである。

この永久磁石材としては回転方向に見た磁気抵抗の大き
いものを使用すると良い。

また着磁は第５図に示す状態に岨み込んでから行うのが
望ましい。

全体を１０で示す導通制御手段は三相ブリッヂに組んだ
スイッチング素子ＳＡ、ＳＢ、ＳＣ，Ｓ八。

ＳＢ、ＳＯで構成してあり、三相電機子巻線８と直流入
力端子１１との曲に接続しである。

これ等のスイッチング素子５Ａ−３Ｏけ第６図に示シタ
順序つまりＳＡ、ＳＣ、ＳＢ　、ＳＡ　、ＳＯ。

Ｓ百の順序で電気角で１２００づつ導通状態にされる。

スイッチング素子５Ａ−８Ｃを上記の順序に導通状態に
する信号は、回転子１の回転位置を検出する位置検出器
１２の出力を受けて分配？５１５に依って作られる。そ
して導通制御手段１ｏの切り欠えに依り磁極の磁束密度
の高いところを切る゛ｆ６：機子巻線を入力端子にｆｆ
Ｊｉｆ、する。

これを更に詳細に説明するならば、回転子１が矢印Ｆ方
向に回転しているとき第４図の状態ではＶ相巻線を電源
から切り離し変ってＷ相を＊源に接続する。なおこのと
きＵａはすでに接続しである。

つまシ第６図の（イ）の時点である。

回転子１が電気角で６０°回転し、回転子１上の特定点
Ｐがスロワ）Ｓ□に対向したらＵ相巻線に変えて■相巻
線を入力端子１１に接続する。つまり第６図の（ロ）の
時点である。

更に回転子１が電気角で６０°回転し、特定点Ｐがスロ
ットＳ、と対向したらＷ組着、線に変えてＵ４・１］巻
線を入力端子１１に接続する。つ７Ｌり第６図の（ハ）
の時点である。

以下このようにして順次入力端子１１に１＆続する電機
子巻線の相を切り使えて行く。

以上の説明から明らかなように入力色１晶子に接続され
る電機子巻線は磁束密度の低いところｄ°切らない。従
ってトルク脈動の小さい電動機を溝数できる。

第７図は本発明の異なる実施例である。この実施例では
スロットは全部で２４設げてあＺｌ。そして各極各相は
２つのコイルで構成してあり、夫々のスロットには２つ
のコイルが入っている。

隣接するスロット内に異なる相を形成する巻線が入る部
分、つまり夫々Ｓ、とＳ、　、　Ｓ、と５ＫＩＳ、とＳ
、、Ｓ、とＳ、、Ｓ、。七５ｌｌｌ　ＳＩ！とＳ１１＋
ＳＩ４七Ｓ、、、Ｓ、、とＳｒｒ＋　　ＳｒｓとＳ、、
、Ｓ、。（！：Ｓ、、、ｓ、、、２ｓ、、。

ＳＮとＳ□の間のスロット間隔は磁極の磁束密度の低い
部分の間隔よりも広く、シかも他の部分のスロットＩＩ
Ｕ間隔よりも大きくなっている。更に詳しくはスロット
間隔の広い部分の夫々の歯部先端の幅βは磁極の磁束密
度の低いところの幅よりも広くしである。他は前に示し
た実ｈｆＭ例と同じである。

この場合にも導通制御手段に依り磁極の磁束密度の高い
部分を切る巻線のみ入力端子に接続するの”でトルり変
動を小さくすることができる。

以上説明したように本発明に依れば可動子に永久磁石を
設けたものに於いで、重機子巻線のイ］効磁束を切る部
分７ノζ隣り同志異なる摺７１ｒ−形成しでいる部分で
は、有効磁束を切る部分の間隔葡、磁極の境界に生じＺ
）磁束密度が低い部分の間隔よりも広くしたので磁極の
磁束密度の高い部分を切る巻線のみを入力又は出力端子
に接続するこ（！：ができる。従って出力鮒動を小さく
することができる。

また磁極にスキュー金つけるにあたつ−Ｃは、特殊な形
状の永久磁石は必要ないので安価に溝数できる。

な訃本発明は以上の実施例に限定されるものでなく、種
々の変更が可能である。

例えば可動子は回転運動を行うものだけでなく、直線運
動を行うものにも実施できる。

また電機子巻線はスロットに埋め込まないで電機子鉄心
の表面に貼りつけたような構造のものにも実施可能であ
る。

また電動機にかぎらず発電機にも実施可能である。

このとき導通制御手段は電機子巻線と出力端子との間に
接続される。

【図面の簡単な説明】

＠１図は本発明で用いる磁極の磁束密度の分布の一例を
示す図、第２図は従来の回転子の一例を示す斜視図、第
３図は本発明電気機械の実施例を示す回路図、第４図は
本発明電気機械の実施例を示す電機子巻線と回転子との
関係を示す概念図の一部、湾５図は本発明で屈いる回転
子の一例を示す斜視図、第６図は本発明で用いる導通制
御手段の導通順序の一例を示す図、第７図は本発明ＴＩ
’ｉ：（幾機械の他の実施例を示す概念図の一部である
。 １け可動子としての回転子、ろは永久磁石の１１１１１
縁、Ａａ〜Ａ（ｌｌ−Ｊ：永久磁石−６は電機子、７Ｃ
［電機子鉄心、８に１？ＩＬ機子巻線、９け磁扼境界、
１０は導通制御手段゛、１１け入力端子、Ｓ、〜Ｓｊ６
はスロット。 第１図 第２図 坏　５　図 渫３　図 に ｚ 弄　６　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　複数相の電機子巻線を有する固定電機子と。 可動方向に交互に極性の異なる複数の磁極を有しており
   、前記電機子と磁気的に結合する可動子と、前記電機子
   巻線と入出力端子との間に位置しており、前記可動子の
   移動に同期１〜で前記電機子巻線の相を順次電気的に切
   り換える導通制御手段とから成るものに於いて、前記電
   機子巻線の有効磁束を切る部分が隣り同志異なる相を形
   成している部分では前記有効磁束を切る部分の間隔を前
   記磁極の境界に生じる磁束密度が低い部分の間隔よりも
   広くしたことを特徴とする導通制御手段を有する電気機
   械。 ２、　　ＡｉＪ記電機子は前記電機子巻線を組み込んだ
   複数個のスロットを有しており、これ等スロット間隔の
   うち隣接するスロット内に、異なる前記相を形成する巻
   線が入る部分は、隣接して同じ相を形成する巻線が入っ
   ている部分よりも広く構成したことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の導通制御手段を有する電気機械。 ろ、　前記電機子は等間隔に・複数個のスロットを有し
   −Ｃ卦り、これ等スロワ１へのうち、巻線を組み込まな
   いスロットｒ、前記？イ世子巻、礫の「（１■記ン’＋
   ロツトに入っている部分が隣り同志１１なる４１１　ｒ
   ｒ＝形成している部分の間に設け／ヒことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の導通制御手段を有する電気
   機械。 ４゜前記電気機械は前記可動子が回転運動することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項ない１−第３項の１つの
   導通制御手段を有する電気機械。 ５、前記電気機械は前記可動子が直線運動することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３項記載の１つ
   の導通制御手段を有する電気機械。 ６、　スロット内に組み込んだ複数ｆ目の電機子巻線を
   有する固定電機子と１回転方向に交互に極性の異なる複
   数の磁極を有して卦りｍＪ記重電機子磁気的に結合する
   可動子と、前記電機子着服と入力又は出力）瑞子との間
   に位置しており、前記可動子の移、ｊｉ／＋［同期して
   ；）「紀電機子巻線のイ°目を１頃次ｊｉｆ　Ｎｕ的に
   切り換える導通側ｆｉ１１Ｆ「段とから成るものに於い
   て、前記可動子は、Ａｉｌ記回動回転軸線して直角を成
   す断面か弧状を成すｈｖ数の永久磁石を、これの両（Ｅ
   ｌ緑を前記回転軸、腺に対して平行に且つ略円筒状に配
   置すると共に、前記磁極の境界は前記永久磁石の中ＹＣ
   ｉ０３１〜、前記回転軸線に対して傾け、更に前記電（
   幾子？凸口のスロット内に入っている部分が隣り同志１
   ７ａなる相を形成１７でいる部分では、前記白゛効磁巾
   イ辷する部分の間隔を前記磁（舅の境界に’Ｉ＝しる１
   １１に密度ｌヨ低い部分の間隔よりも広く溝成しｌ”こ
   ことをＩ待機とする導通制御手段をイアする１１ｉ気槻
   む屯