JPH0435982B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、固定子内側に固定されたコイルと、
該コイルの両側に、該コイルを貫通する高透磁率
の鉄心と剛性結合された軟鉄磁極を有する回転子
とを備えており、該磁極リングが固定子の永久磁
極と対向位置にある同期電動機に関するものであ
る。

この形式の同期電動機ないしはステツプ・モー
タは、すでに、たとえばDE―OS29 12 688（第１
４図）またはIBM技術明細報告（Vol.9、No.７、
1966年12月）により公知である。これらのモータ
の回転子は、比較的軽量のパーツから成つてお
り、その結果、それに作用する駆動モーメントの
割には慣性モーメントが小さい。このため比較的
高出力をもちながら、在来サイズの電動機も可能
である。しかしながら、高い駆動モーメントが、
回転子の小さい慣性モーメントと組合わされる
と、回転子の回転が、モータ始動時はもとより、
正常回転時にさえ、不安定になる。

それゆえ、本発明の目的とするところは、材料
やスペースの消費を最低限に抑え、しかもあらゆ
る作動条件下で信頼性および安定性のある回転が
可能な、上述のような同期電動機を提供すること
にある。

本発明の同期電動機では、振動抑止及び短絡デ
イスクの両方の作用を兼ねている金属デイスクが
磁束の位相のズレを生じ、かつ回転子上に一定の
摩擦が生じるように、軸方向にずらされた二つの
磁極リングの間で鉄心の少なくとも一方の端部の
ところにルーズに取付けられており、 電動機の中心に関して前記金属デイスクの外側
の面に隣接する磁極アームが、電動機の中心に関
して前記金属デイスクの内側の面に隣接する磁極
アームに対して、前記金属デイスクにより生ぜし
められる前記磁束の位相のズレに対応する角度だ
け、周方向にずれて位置している。

このデイスクの機能の一つは、回転子の不安定
な回転を生ぜしめる振動を効果的に減衰させる一
方で、回転子の始動が著しくは阻害されないよう
に、回転子の振動を抑止することにある。このデ
イスクの第２の機能は、軟鉄磁極の少なくとも一
方にある磁束を移動させ、即ち磁束の位相のズレ
を生起せしめ、それにより始動条件を改善するこ
とである。２つの磁極リングの間にデイスクを配
置することにより、材料およびスペースが節約さ
れる一方、安定的な回転条件を得るための最上の
効果が得られるように思われる。このデイスクが
鉄製の場合は、磁束の伝達にも役立つ。

このデイスクは、軸方向に回転子の中心へ向け
られた磁極シユーを有する軟鉄磁極リングの間に
配置するのが有利である。これらの軟鉄磁極リン
グの半径方向フランジは、どちらの場合にも、リ
ング間のスペースがデイスクの配置に利用される
ように、軸方向にずらして回転子の鉄心に配置し
なければならない。こうすることにより、モータ
を長くすることは不要となる。

振動抑止用兼短絡用デイスクの同じような配置
は、回転子の両端部のところにも行なうことがで
きる。しかし、この配置は、回転子の一方の端部
にのみ行ない、他方の端部には、軸方向で反対方
向を向いた磁極シユーを有する軟鉄磁極リングが
配置され、さらに、外側磁極リングの外側へ向け
られた磁極シユーの区域に、回転子の回転方向を
決定するロツキング機構を配置するのが有利であ
る。こうすることにより、最適なスペース利用と
同時に、最適な磁束案内も可能になる。

始動特性は、回転子がシヤフトに回転取付けさ
れ、弾性的な継ぎ手が、より具体的に言えばコイ
ルばねが、回転子とシヤフトとの間に配置されれ
ば、一層改善されよう。このばねは、回転子の中
空の心をなしている孔内、それも回転子と、この
孔を通る回転子シヤフトとの間に配置するのが有
利である。

特に簡単で有利な配置は、円筒形のコイルばね
を、その両端部のところで対応するブツシユに固
定し、その座着部の一方を回転子中空心の孔内
に、他方を回転子のシヤフトに固定することによ
り可能となる。このコイルばねの適切な配置によ
つて、このばねにより伝達される駆動モーメント
が、ばねの両端部の固定個所に作用し、ばねを収
縮させ、このばねにより、スリップの生じること
のない結合が依然として保証される。コイルばね
を保持するブツシユの一つは、回転子の中空心の
ための軸受けブツシユとして役立てられるが、こ
のような軸受けブツシユは２つ備えるのが有利で
ある。

次に本発明の実施例を添付図面について説明す
る。

図示の電動機は、２つの軸受け支承フランジ１
と２とを有しており、これらフランジ１，２内
で、電動機シヤフト３は軸受け４により支承され
ている。両フランジ１，２には、その内側のとこ
ろに、環状のみぞ５が形成されている。固定子の
パーツ６，７，８は、これらのみぞ５内に係合し
ている。これらのパーツとは、軟鉄の外側ハウジ
ング６であり、環状の永久磁石７、たとえば、合
成材料により固着されたバリウム・フエライト製
の永久磁石であり、この永久磁石の内側に軸方向
に延び、永久磁石に接している軟鉄製固定子磁極
８である。固定子磁極８の両端部は、環状みぞ５
の内縁に密接している結果、固定子磁極は、回転
子に対して正確に半径方向の位置に支承され、固
定されている。第２図に示されている通り、環状
永久磁石７は、半径方向に磁化され、したがつて
北極と南極とが交互に軟鉄磁極８に現われる。

軟鉄の回転子ハブ１０は、回転子シヤフト３の
軸受けブツシユ９，９ａにより回転支承される。
この回転子ハブ１０には、その頂部に縦方向の貫
通スリツト１０′が形成されており、このスリツ
ト１０′により、バブ１０内でのうず電流の発生
を防止することができる。回転磁極の２つのリン
グ１１，１２ないし１３，１４は、ハブ１０の各
端部のところに固定されている。これらのリング
１１，１２ないし１３，１４は、軟鉄の打抜きパ
ーツである。磁極リング１１，１２は、その磁極
アームの径方向外縁にある磁極シユーを反対の方
へ向けて背合わせに配置され、これに対し、磁極
リング１３，１４は、その磁極アームの径方向外
縁にある磁極シユーを回転子の中心へ向け、スペ
ーサ・リング１５により所定の間隔をおいて配置
される。スペーサ・リング１５は軟鉄製であり、
（スリツト１０′を有する）ハブ１０の場合と異な
りスリツトが形成されていないので、短絡リング
の役割を果たす。第１図と第２図から明らかな通
り、回転子の磁極１１〜１４は、固定子の磁極８
より、軸方向長さが短いので、回転子磁極の表面
は、固定子磁極のそれよりも、かなり小さく、し
たがつてまた永久磁石７内の磁束区域よりも、か
なり小さい。この磁束は、それゆえ、固定子の軟
鉄磁極８により回転子磁極１１〜１４の区域に集
中せしめられる。これによつて、あたかも回転子
の磁極が、磁化された環状永久磁石７に直接に対
向しているかのように、エア・ギヤツプ内にかな
り高い磁気誘導が生ぜしめられる。既述のよう
に、固定子の磁極８は、安定的に維持され、かつ
また、比較的狭い公差を守ることが可能な軸受け
支承フランジ１，２の環状みぞ５内に正確に同心
的に維持される。固定子の磁極と回転子の磁極と
の間のエア・ギヤツプは、したがつて在来の．５
mmの値から３mmまたは．４mmに減少されよう。

磁極１３と１４との間の区域内には、スペー
サ・リング１５上をルーズに回転するしんちゆう
製または銅製の振動抑止デイスク１６が備えられ
ている。デイスク１６は、星形ばね１７によつ
て、内側磁極リング１３に押し当てられている。
この結果、一定の摩擦が、振動抑止デイスク１６
と磁極リング１３との間の接触面に生ぜしめられ
る。

回転子のコイル１９を有するスプール１８は、
回転子磁極リング１１と１３との間に位置してい
る。スプール１８は、固定子の中央に固定されて
いる。スプール１８の延長部２０からは、接続ワ
イヤ２１が導出される。磁極リング１１，１３
は、スプール１８にかぶさるように電動機中心に
向つて引張られ、これによつて接続ワイヤ２１の
導出部のための十分なスペースが確保される。

コイルばね２２は、回転子ハブ１０と回転子シ
ヤフト３との間の中空スペースに配置され、これ
ら両部分の間の弾性的な継ぎ手の役割を果たして
いる。

１点鎖線で示した自由スペース２３は、軸受け
支承フランジ２と磁極リング１２との間に、回転
子の回転方向を決定する適宜なロツキング装置を
配置するためのスペースである。磁極リング１
３、スペーサ・リング１５、振動抑止デイスク１
６は、短絡リングの役割を果たすものであり、し
たがつて、回転子磁極１４内の磁束の移相、即ち
磁束の位相のズレ生ぜしめる。磁束の位相ずれが
生じる点について、詳説する。固定子のコイル１
９が交流で励磁されると、コイル１９は交番磁束
を発生し、この磁束は軟鉄でできたハブ１０を軸
方向に通る。この磁束は、また、磁極アーム付き
磁極リング１１−１４を通る。ハブ１０を軸方向
に通り磁極リング１４を通る磁束の一部は、例え
ば真鍮又は銅などの金属、すなわち例えば非磁性
導電製材料でできたデイスク１６を通る。この金
属デイスク１６を通る磁束が変化すると、このデ
イスク１６中に、短絡電流（すなわち誘導電流）
が誘導される。実際上、このデイスク１６のイン
ダクタンスＬは高く、抵抗Ｒは低いので、このデ
イスク１６中に誘導される電流の位相は、磁束の
位相に対して90度近くズレている。この位相がズ
レた短絡電流が生ずることによつて（この短絡電
流に伴つて生じる磁束の影響で）、ハブ１０の左
側端部（第１図）及び磁極リングを通る磁束の位
相にズレが生じる。もちろん、この全体の磁束の
位相ズレは90度よりも小さい。しかしながら、コ
イル１９及び短絡デイスク１６の影響は重ね合わ
せで生じる。電流により生起される磁束は、（電
流の大きさ）×（巻数）であるので、それぞれの電
流に比例して生じるから合成磁束も同様となる。
したがつて、磁極リング１４を通る磁束の位相ズ
レが生じることになる。これらの磁極リングのア
ーム１４は、磁極リングのアーム１３に対して、
例えば30度（コイル１９に流される電流に対する
合成磁束の移相値）に対応する角度だけ周方向に
ずれて配置されている。このことにより、電動機
の始動が安定化され、他方ロツキング機構によ
り、誤つた方向での始動が防止される。

本発明による電動機の基本動作は、上に言及さ
れた場合を除いては、公知の種類の同期電動機の
それと変りはない。この理由から、以下では、本
発明の電動機の特殊な諸条件と、それらに相応す
る帰結のみを述べることとする。リング形状の固
定子を製作する場合は、少なくとも１枚または１
条の加工可能な永久磁石材料から出発して、それ
を円筒形または円筒セグメント形に形造るのが有
利である。固定子の磁極８は、曲げる前か曲げた
後に取付けられ、以後の組立てが可能なように、
磁化された材料に十分に接着される。固定子の磁
極８を正確に方向づけするために、加工可能の磁
気材料は、固定子の磁極８のためのストツパーな
いしは方向づけ用カムを形成すべく、適宜の個所
で曲げられる。

スプール１８を固定子に組付け、ないし懸垂す
る場合は、特殊な問題が生じる。既述のように、
回転子に対する固定子磁極８の半径方向位置は、
磁極８が当て付けられている環状みぞ内側肩５′
によつて、正確に定められている。この理由か
ら、温度の影響で、かなり著しく膨張するスプー
ル１８が、固定子磁極８に押し付けられるように
なつたり、磁極８が外方へ押しやられるようなこ
とは防止されねばならない。この目的のために、
固定子のスプール１８は、固定子内では等しい遊
び（図示せず）を与えられており、固定子に対し
ては、半径方向の延長部、たとえば、固定子の切
欠きに係合する４つの延長部を介してのみ定位さ
れている。接続ワイヤの導出部用の延長部２０
は、これらの延長部のうちの１つとすることがで
きる。スプールは、また、スペーサによつて軸方
向で中央位置に配置することができ、これらのス
ペーサは、軸方向で固定子磁極８の間に延び、軸
受け支承フランジ１，２に接するようにすること
ができよう。

最初に述べた通り、本発明は、回転子に作用す
るトルクと回転子の慣性モーメントとの間の著し
く有利な比を実現することを目的とする。その場
合に生じるのは、電動機が、とりわけ、高効率の
場合には、不安定になる危険であり、このためパ
ルス・モータの場合には典型的な振り子振動が生
じる。振動抑止デイスク１６は、この危険防止の
ために備えられている。このデイスク１６と回転
子との間の摩擦モーメントは、次のようにして定
めるべきであろう。すなわち、該振り子振動が生
じた場合、回転子の振動を抑止する摩擦損失が生
じるように定め、それによつて許容できない不安
定さを防止されるようにするのである。電動機の
正常回転のさいにも、振動抑止デイスクは、やは
り、いくらかの振動抑止効果を有するようにする
ことができ、したがつて、主振動数の２倍で行な
われる回転子回転数の振動の間、回転子と振動抑
止デイスクとの間には、一定のスリツプが生ぜし
められる。摩擦モーメントは、ピーク駆動モーメ
ントの、たとえば１〜５％の値をもつであろう。

上述の振り子振動は、ある決まつた条件下で
は、電動機の始動を生ぜしめない作用をもつ。こ
の危険は、ロツキング用のつめを次のようにする
ことによつて防止されよう。すなわち、つめの反
発振動数が、主振動数、ないしは上述の振り子振
動または回転子の回転振動数と合致しないように
定めるのである。これらの状況のもとでは、ロツ
キング用のつめが、可能な各ロツキング位置で必
しも完全に作用することはなく、したがつて、回
転子が恒常的な振り子振動から脱して、確実に始
動することが可能になる。

電動機の信頼のおける始動は、さらに、回転子
と回転子シヤフトとの間に配置されたばね２２に
よつても保証される。電動機は、外部の荷重条
件、ないしは、シヤフト３と結合された外部シス
テムの慣性モーメントとは無関係に、始動し、あ
る荷重を加速することができる。このことは、段
階的に次のように行なわれることになろう。すな
わち、まず電動機が始動し、ばね２２により伝達
されたトルクが駆動モーメントより大きくなる
と、電動機は停止し、次いでまた電動機が始動
し、回転する。

第３図に示された実施例は、第１図のそれとは
主に次の点で異なつている。すなわち、軟鉄磁極
８が、環状永久磁石７の内側に配置されている点
である。永久磁石７は２つのリング７ａと７ｂと
に分割されている。これらのリング７ａ，７ｂ
は、また、一方では、みぞ５の内側肩５′により
支持され、他方ではスプール１８の外側リングに
より支持されている。できるだけ永久磁石７ａ，
７ｂの磁束を活用するためには、磁極リング１１
〜１４の磁極は、第１図、第２図の実施例の場合
よりは、いくぶん長くされるだろう。軟鉄磁極８
が欠けているため、この実施例の電動機の製作は
簡単化され、経費も低減されようが、それだけの
出力損ないしは比出力損も生じる。

このほか、本発明の種々の変化形式が可能であ
る。上述の諸解決策は、特に高い出力と効率をも
つた小型同期電動機に向いているだけではなく、
作動条件が、より臨界的でない、比較的小型の電
動機にも利用することができよう。その場合に
は、一定の補助手段、たとえば回転子とシヤフト
３との間に配置されたばね、または類似の弾性継
ぎ手は用いないことになろう。また、固定子の２
つの隣接磁極８の間のスプール１８接続部を半径
方向で外方へ出す代りに、軸受け支承フランジを
貫通させて外へ出すようにすることも可能であ
る。この場合には、円筒形の湾曲外側ハウジング
６の代りに、薄い軟鉄シートの多重ワインデイン
グを磁気回路閉鎖部材として用いることもできよ
う。

第４図の実施例では、他の図の実施例と同じ参
照番号により該当部分が示され、それ以外の部分
はカツトされてある。この実施例では、異なる形
式の軸受け９と９ａは用いられていず、心１０
は、シヤフト３により、２つの等形式の軸受けブ
ツシユ９ｂを介して支持されている。ブツシユ９
ｂは、それぞれテーパ付延長部９ｃを有してい
る。軸受けの一方の、電動機中心へ向いた延長部
９ｃは、コイルばね２４の一方の端部を保持して
おり、このばね２４の他端は、シヤフト３に固着
しているブツシユ２５に結合されている。このよ
うに構成することにより、単一のコイルばねの利
用が可能となり、ばねの組付けが容易となる。伝
達されるトルクは、ばねの両端のところで、ばね
に収縮作用を生ぜしめ、これにより、スリツプの
ない、信頼性のあるトルク伝達が可能になる。他
方の軸受けブツシユ９ｂの、外方を向いた延長部
９ｃは、回転方向を決定するロツキング機構（図
示せず）の部材を組付けるのに用いられる。

以上の如く本発明の同期電動機では、特に、軸
方向にずらした二つの磁極リングの間にルーズに
取り付けられた金属デイスクが、振動抑止作用を
果たすので、回転子の不安定な回転を生ぜしめる
ような振動を効果的に減衰させ得る。また、軸方
向にずらした二つの磁極リングの間に取り付けら
れた前記金属デイスクが短絡デイスクの役割を果
たす、すなわち同期電動機のコイルに流れる交流
電流に伴う磁束変化に起因して金属デイスクに時
間的に変動する誘導電流が誘起されるので、該誘
導電流により時間的に変動する磁束が生起され
る。この誘導磁束の位相は磁極リングの元の磁束
の位相とは90度近くずれているので元の磁束と重
ね合わされることにより全体としての合成磁束の
位相をずらすことになる。本発明の同期電動機で
は、電動機の中心に対して前記金属デイスクの外
面に隣接する前記磁極アームが、電動機の中心に
対して前記金属デイスクの内面に隣接する前記磁
極アームに対して、前記金属デイスクにより生じ
る前記磁束の位相のズレに対応する角度で、周方
向にずらされているので、一方向に回転すべきモ
ーターの始動が安定して行われ得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、第２図の−線に沿つた軸方向断
面図、第２図は、第１図の実施例を右側から見た
側面図（軸受け支承フランジは除去してある）、
第３図、第４図は、それぞれ実施例の軸方向部分
断面図である。 図において、１，２……軸受け支承フランジ、
３……電動機シヤフト、４……軸受け５……環状
みぞ、６，７，８……固定子、９，９ａ……軸受
けブツシユ、１１，１２，１３，１４……回転子
磁極リング、１５……スペーサ・リング、１６…
…振動抑止デイスク、１７……星形ばね、２２…
…コイルばね。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内部にコイル１９が固定されている固定子と
   回転子とを有する同期電動機であつて、 回転子が、軟鉄製の第一の磁極リング１１，１
   ２であつて径方向外方に伸長する複数の磁極アー
   ムを備えたもの１１，１２を一側に、相互に軸方
   向にズレている軟鉄製の第二及び第三の磁極リン
   グ１３，１４であつて径方向外方に伸長し更に軸
   方向に伸長している複数の磁極アームを備えたも
   の１３，１４を他側に有しており、 第一の磁極リング１１，１２と第二及び第三の
   磁極リング１３，１４とは、コイル１９を貫通し
   ている高透磁率の鉄心１０であつてその中をコイ
   ル１９の磁束が横切るもの１０の相互に逆側の端
   部に固定され、固定子の永久磁石７の磁極に対面
   しており、 金属デイスク１６が、前記磁束の位相のズレを
   生じさせるべく、軸方向にズレた第二及び第三の
   磁極リング１３，１４の一方の磁極リング１３に
   対して所定の摩擦を有するように、バネ１７によ
   つて該一方の磁極リング１３に押し付けられ、第
   二及び第三の磁極リング１３，１４の磁極アーム
   の間で前記鉄心１０の一方の端部のところにおい
   て回転子に取り付けられており、 第二及び第三の磁極リング１３，１４のうち電
   動機の中心に関して金属デイスク１６の外側の面
   に隣接して位置する方の磁極リング１４の磁極ア
   ームが、第二及び第三の磁極リング１３，１４の
   うち電動機の中心に関して金属デイスク１６の内
   側の面に隣接して位置する方の磁極リング１３の
   磁極アームに対して、金属デイスク１６によつて
   生起せしめられる磁束の位相ズレに対応する角度
   だけ周方向にズレて配置されている同期電動機。 ２ 第二及び第三の磁極リング１３，１４は、そ
   の軸方向に伸長する磁極シユー部分が、軸方向に
   関して回転子の中心の方に向くように鉄心１０上
   に配置されている特許請求の範囲第１項に記載の
   同期電動機。 ３ 第二及び第三の磁極リング１３，１４が配置
   されている側の端部とは逆側の鉄心１０の端部に
   配置された第一の磁極リング１１，１２は、軸方
   向に伸長する磁極シユー部分が軸方向の反対の向
   きに向いた二つの軟鉄磁極リング１１，１２から
   なり、回転子の一方向回転のための始動機構が、
   前記第一の磁極リング１１，１２を構成する二つ
   の軟鉄磁極リング１１，１２のうち軸方向外側の
   磁極リング１２の磁極シユーの内側の空間２３に
   配置されている特許請求の範囲第２項に記載の同
   期電動機。 ４ 同期電動機がパルス電動機からなり、前記回
   転子上で回転する前記金属デイスク１６の質量と
   摩擦によるモーメントとは、パルス電動機自体の
   振り子振動が減衰され回転子の運動が安定化され
   るように定められている特許請求の範囲第１項か
   ら第３項までのいずれか一つの項に記載の同期電
   動機。 ５ 前記回転子のすべての軟鉄磁極リング１１，
   １２，１３，１４が同一形状である特許請求の範
   囲第１項から第４項までのいずれか一つの項に記
   載の同期電動機。 ６ 前記鉄心１０が電動機のシヤフト３に回転可
   能に装着された中空鉄心１０からなり、コイルバ
   ネの如き弾性継手２２が該中空鉄心１０とシヤフ
   ト３との間で該中空鉄心１０の孔内に配置されて
   いる特許請求の範囲第１項から第５項までのいず
   れか一つの項に記載の同期電動機。 ７ 前記弾性継手は、前記中空鉄心１０に固定さ
   れたブツシユ９ｂに一端が配置され前記シヤフト
   ３に固定されたブツシユ２５に他端が配置された
   円筒形のコイルバネ２４からなる特許請求の範囲
   第６項に記載の同期電動機。 ８ 二つの同一の軸受ブツシユ９ｂが前記中空鉄
   心１０内に固定されており、各軸受ブツシユが電
   動機のシヤフト３の軸受として機能するように縮
   径された突起部を有しており、前記円筒形のコイ
   ルバネ２４の一つの端部が一つの軸受ブツシユの
   突起部に取り付けられている特許請求の範囲第７
   項に記載の同期電動機。