JP3372068B2 - 回転電機 - Google Patents

回転電機

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JP3372068B2 JP29904792A JP29904792A JP3372068B2 JP 3372068 B2 JP3372068 B2 JP 3372068B2 JP 29904792 A JP29904792 A JP 29904792A JP 29904792 A JP29904792 A JP 29904792A JP 3372068 B2 JP3372068 B2 JP 3372068B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電機子鉄心に突極部を
形成して、この突極部に電機子巻線を巻回することによ
り電機子を構成した、電動機や発電機などの回転電機に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】電機子鉄心に突極部を形成し、この突極
部に電機子巻線を巻装することにより構成した電機子を
使用した回転電機では、このような構造としない回転電
機と比較すると、電機子巻線に多くの界磁磁束を鎖交さ
せることができるので、小形で軽量,高出力を得ること
が可能である。
【0003】このような一般的な構造の回転電機につい
て図6を参照しながら説明する。図中11は中空円筒状
に形成された永久磁石よりなる界磁部である。この界磁
部は、等間隔に8極着磁されている。この界磁部11の
内周側には、電機子を構成する電機子鉄心12が配置さ
れており、この電機子鉄心12には、6個の突極部12
aが上記界磁部11の内周面と所定の空隙を存するよう
に対向して形成されている。そして、隣接する突極部1
2aの間には、電機子巻線14u,14v,14wを巻
装するための溝部13が形成されている。従って、溝部
13を利用することにより、6個の突極部12aにはそ
れぞれ電機子コイル14u,14v及び14wが巻回さ
れる。これら6個の電機子コイル14u,14v,14
wの内、例えば対向する突極部12aに巻装されている
電機子コイル14uと電機子コイル14uは接続されて
おり、回転電機のU相を構成している。同様に、対向し
て巻回されている電機子コイル14v,14v、及び電
機子コイル14w,14wは、それぞれが接続されて回
転電機としてV相及びW相を構成している。
【0004】しかし、電機子鉄心12に突極部12aを
形成すると、この電機子鉄心12が磁気的に不均一な構
造となってしまうため、永久磁石などを用いて構成する
界磁部11との相互作用により、調波成分のコギング力
を発生するという欠点があった。
【0005】この点を解決するためのものとして、突極
部の界磁部と対向する部位に補助溝を形成した構造の回
転電機がある(特公昭58−042707号公報)。図7にこの
補助溝を形成した回転電機を示す。図中21は2極に等
間隔着磁された円環状の永久磁石よりなる界磁部であ
り、この界磁部21の内周には、3個の突極部22aを
有する電機子22が配置されており、隣接する突極部2
2aの間には巻線用の溝23が形成されている。そして
この溝23を利用して、3個の突極部22aにはそれぞ
れ電機子コイル24u,24v,24wが巻装されてい
る。
【0006】この3個の突極部22aの界磁部21と対
向する部位には、それぞれ2つの補助溝25a及び25
bが形成されている。この補助溝25a及び25bと巻
線用の溝23とは、電機子鉄心22の中心位置Yを中心
点として、円周方向に等しい角度で配置されている。
【0007】電機子鉄心22をこのような形状とするこ
とにより、コギング力の原因となる溝の数が増えるの
で、調波成分の次数が高くなりコギング力を減少させる
ことができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記したよう
な構成の従来の回転電機では、界磁部を構成する永久磁
石の着磁状態がある特定の着磁状態の場合でのみ有効で
あり、着磁状態にズレのある永久磁石を適用した場合な
どでは、コギング力が変化してしまい、安定した回転を
得ることが困難であるというような問題点を有してい
る。
【0009】一般に、永久磁石にバラツキなく等間隔に
着磁することは困難である。それは、永久磁石の着磁に
際しては、着磁ヨークのバラツキや、着磁ヨークと永久
磁石とのギャップのバラツキなどが必ず生じてしまい、
これらの要因によって正確に等間隔着磁を行うことが困
難であるからである。従って、磁束波形が矩形波と三角
波との間で常に変化するので、これによってコギング力
に大きなバラツキを生じてしまうからである。
【0010】また、突極部に複数の補助溝を設けるとい
う複雑な形状をなしているので、電機子鉄心を製造する
際の金型が複雑になり、しかも金型の寿命も短くなって
しまう。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記したよう
な技術的課題を解決するためになされたものであり、複
数個の磁極を有する中空円筒状の界磁部と、この界磁部
の内周面と対向する位置にn個(nは2以上の偶数)の
突極部及びこの突極部間に形成された巻線用の溝部を有
する電機子鉄心の前記突極部に複数相の電機子巻線が巻
装された電機子を配置し、前記界磁部と前記電機子のい
ずれか一方を他方に対して回転するようにした回転電機
において、前記突極部は、前記界磁部と対向する部分を
回転中心で開角T(=360度/n)を有する幅T1と
した第1の突極部と、前記界磁部と対向する部分を回転
中心で開角t(<T)を有する幅t1とした第2の突極
部とが交互に設けられてなり、前記第1の突極部の前記
界磁部と対向する部位に前記第2の突極部の開角tと等
しい開角tを有する幅T2の凹部を形成したことを特徴
とする回転電機を提供するものである。
【0012】また、前記凹部の円周方向の中心位置は、
前記第2の突極部の円周方向の中心位置に対して、回転
中心で円周方向に(360度/n)ずれた位置に形成さ
れていることを特徴とする回転電機を提供するものであ
る。
【0013】
【作用】本発明の回転電機は上記したような構成によ
り、界磁部の着磁状態にバラツキがあったとしても、コ
ギング力がほぼ一定の低トルクとすることが可能とな
る。また、電機子鉄心の形状もより簡単な形状とするこ
とができる。
【0014】
【実施例】以下、本発明の一実施例について図1乃至図
4を参照しながら説明する。図1は本実施例の回転電機
の平面図であり、図2は図1の一部拡大図,図3は本実
施例の作用説明図,図4は本実施例のコギング力を示す
図である。
【0015】図1中1は、等間隔に8極着磁された中空
円筒状の永久磁石からなる界磁部である。この界磁部1
の内周部には、電機子鉄心2が配置されている。この電
機子鉄心2には、放射状に等間隔で6つの突極部が形成
されている。
【0016】この突極部には2種類の形状があり、図2
を参照しながら説明すると、第1の突極部2aは、界磁
部1の内周面と対向する部位の幅T1が、界磁部1及び
電機子鉄心2の回転中心Xを中心点とする60度の開角
Tを有している。ここで、開角の設定方法は、T=36
0度/n(nは突極部の数)より設定する。また、第2
の突極部2bは、第1の突極部2aの開角Tより小さい
45度の開角tを有する幅t1で形成されている。そし
て、これら第1の突極部2aと第2の突極部2bは、そ
れぞれの円周方向の中心位置が、60度(360度/
n)ずれるように等間隔で配置されている。従って、こ
れら第1の突極部2aと第2の突極部2bとの間には開
角が7.5度を有する溝部3が形成され、この溝部3を
巻線を行うための溝部としている。
【0017】上記第1の突極部2aの界磁部1と対向す
る部位には、第2の突極部2bの開角tとほぼ等しい開
角tを有する幅T2の凹部5が、界磁部1の内周面に沿
って図面垂直方向に形成されている。この凹部5の円周
方向の中心位置は第1の突極部2aの中心位置と一致し
ており、即ち第2の突極部2bの中心位置と60度ずれ
た位置に形成されている。第1の突極部2aに形成され
た凹部5の溝深さhは、発生トルクとの相対関係から適
宜設定することが望ましい。このとき注意しなければな
らないのが、溝深さhをを大きくして溝を深くすると、
コギング力に対しては有効であっても、界磁部1との間
の有効磁束が減少してしまうので発生トルクは減少して
しまい、逆に溝深さhを小さくして溝を浅くすると、発
生トルクは増大するがコギング力に対する効果は小さく
なってしまう、と言うことである。
【0018】第1の突極部2a及び第2の突極部2bの
それぞれには、電機子巻線が巻装されており、対向する
位置に形成されている第1の突極部2aと第2の突極部
2bが、同一の相をなすように一本の巻線を用いて巻装
されている。つまり、対向する位置に形成されている、
3組の第1の突極部2aと第2の突極部2bには、それ
ぞれ一本の巻線よりなる電機子巻線4u,4v,4wが
巻装されており、それぞれがU相,V相,W相をなして
三相構造としている。従って、例えば本実施例の回転電
機が電動機であった場合、U相,V相,W相を形成する
電機子巻線4u,4v,4wに順次通電することによ
り、界磁部1が回転駆動を行うという構成である。
【0019】以下、本実施例の動作及び作用に付いて図
3及び図4を参照しながら説明する。図3は、本実施例
の回転電機が、電機子鉄心2側が固定されて界磁部1側
が回転を行う電動機の場合の作用説明図である。これ
は、円周上に配置されている界磁部1及び電機子鉄心2
を開いて直線状にモデル化したものである。そして、最
初3−1の状態にあった電機子鉄心が、3−2,3−
3,3−4,………と、図において右方向に移動してい
る。まず、3−1の場合は、N極とS極の境界線Aにお
いて図中矢印のように左方向にコギング力が働いてお
り、境界線Eにおいては矢印のように右方向にコギング
力が働いているので、それぞれが相殺しあって実際に働
くコギング力を低減している。3−2の場合は、境界線
Dで働く右方向のコギング力と、境界線Hで働く左方向
のコギング力がそれぞれ相殺しあっている。3−3の場
合はコギング力の働く境界線はない。3−4の場合は、
境界線Eで働く左方向のコギング力と、境界線A´で働
く右方向のコギング力が相殺しあっている。以下、同様
に3−5,3−6,…………3−12に至るまで、図中
矢印で示すように左方向のコギング力と右方向のコギン
グ力が相殺しあっている。従って、どの状態においても
実際に働くコギング力は、図4に示すようにほとんどな
くなってしまい、図5に示す従来のコギング力と比較し
ても明らかに低減していることが分かる。3−13の状
態は3−1の状態から1極分回転を行った状態であり、
即ち3−1の状態のN極をS極,S極をN極に置換えた
状態と同じあり、以下再び3−2から3−12のような
状態を繰り返すこととなる。
【0020】従って、本発明の回転電機のような構造で
あると、回転駆動時に発生するコギング力を極力低減す
ることができるようになり、安定した回転を得ることが
可能となる。
【0021】
【発明の効果】上記したように、本発明の回転電機は2
種類の突極部を交互に設けた電機子鉄心としており、大
きい突極部の界磁部と対向する部位に、小さい突極部の
幅とほぼ等しい開角を有する幅の凹部を設けることによ
り、回転の際に発生するコギング力を相反する方向に発
生させて、それぞれのコギング力によりお互いが相殺し
あうようにしているので、回転駆動に実際に働くコギン
グ力を著しく低減させて安定した回転を得られるので、
信頼性及び精度の高い回転電機を得ることが可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明実施例の回転電機の断面図
【図2】本発明実施例の電機子鉄心の構成説明図
【図3】本発明実施例の作用説明図
【図4】本発明実施例のコギング力の変化曲線図
【図5】従来技術のコギング力の変化曲線図
【図6】従来技術の回転電機の断面図
【図7】従来技術の回転電機の断面図
【符号の説明】
1 永久磁石(界磁部) 2 電機子鉄心 2a 第1の突極部 2b 第2の突極部 3 溝部 4u,4v,4w 電機子巻線 5 凹部
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−116031(JP,A) 特開 昭61−4448(JP,A) 特開 平7−298596(JP,A) 実開 昭60−48374(JP,U) 実開 平4−61471(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02K 1/14

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数個の磁極を有する中空円筒状の界磁部
    と、この界磁部の内周面と対向する位置にn個(nは2
    以上の偶数)の突極部及びこの突極部間に形成された巻
    線用の溝部を有する電機子鉄心の前記突極部に複数相の
    電機子巻線が巻装された電機子を配置し、前記界磁部と
    前記電機子のいずれか一方を他方に対して回転するよう
    にした回転電機において、前記突極部は、前記界磁部と
    対向する部分を回転中心で開角T(=360度/n)を
    有する幅T1とした第1の突極部と、前記界磁部と対向
    する部分を回転中心で開角t(<T)を有する幅t1と
    した第2の突極部とが交互に設けられてなり、前記第1
    の突極部の前記界磁部と対向する部位に前記第2の突極
    部の開角tと等しい開角tを有する幅T2の凹部を形成
    したことを特徴とする回転電機。
  2. 【請求項2】前記凹部の円周方向の中心位置は前記第2
    の突極部の円周方向の中心位置に対して、回転中心で円
    周方向に(360度/n)ずれた位置に形成されている
    ことを特徴とする請求項1記載の回転電機。
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