JPS5839258A - 同期電動機 - 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、固定子内側に固定されたコイルと、該コイル
の両側に、該コイルを貫通ず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める同Ｍ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ッピング・モータは
、すでに、たとえばｒ）＋ａ　−ｏ　ｓ　　２９１２　
　／）８８（第１４図）またはＩ　１３財技術明細報告
（ＶＯｌ、９．１６７　、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＠量のパ
ーツから成っており、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。

本発明による電動機では、金属製ディスクが、該回転子
に、それも、少なくとも、該鉄心の一方の端部のところ
にルーズに取付けられておシ、さらに、該ディスクが、
周方向にずらされた２つの軟鉄磁極リングの間に、一定
の摩擦を有するように組付けられており、加えて、該デ
ィスクが、磁束の移動のさいの振動抑止ディスクと短絡
ディスクとの役を兼ねるようにされている。

このディスクの機能の一つは、回転子の不安定な回転を
生せ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。このディスクの第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、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
間にディ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だめの最
上の効果が得られるように思われる。このディスクが鉄
製の場合は、磁束の伝達にも役立つ。

このディスクは、軸方向に回転子の中心へ向けられた磁
極シュ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ィスク
の配置に利用されるように、軸方向に回転子の鉄心に配
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ィ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、
との配置は、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だ磁極シューを有す
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ューの区域に、回転子の回転
方向を決定するロッキング機構を配置するのが有利でお
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、回転子がシャ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
子とシャ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ャフトとの間に配
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
両端部のところでブツシュに固定し、その座看部の一方
全回転子中空心の孔内に、他方を回転子のシャフトに固
定することによυ可能となる。このコイルばねの適切な
配置によって、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」：す、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
シュの一つは、回転子の中空心のための軸受はブツシュ
として役立てられるが、このような軸受はブツシュは２
つ備えるのが有利である。

次に本発明の実施例を添伺図面について説明する。

図示の電動機は、２つの軸受は支承フランジ１と２とを
有しており、これらフランジ１．２内で、電動機シャフ
トは軸受け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
、軟鉄の夕１側ノ・ウジング６であシ、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
ェライト製の永久磁石であシ、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８０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、
したがっ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、回転子シャフト３の軸受はブ
ツシュ９．９ａによυ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
ンｉ・１０が形成されており、このスリット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１３．１
４は、ハブ１０の各端部のととるに固定されている。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、磁極シュ
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、磁極シューを回転子の中心
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、
スリッ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、シたがってまた永久磁石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。これによって、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・ギャップ内にかなり高い磁、気誘導が
生せしめられる。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
が可能な軸受は支承フランジ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・ヤヤツゾは、したがって在来の、５ｍｍ
の値から、３ｍｍ１たけ、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ゅう製または銅製の振
動抑止ディスク１６が備えられている。ディスク１６は
、星形ばね１７によって、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、振動抑止ディ
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を有するスゾール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１
Ｂ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１Ｂにかぶさるように電
動機中心に向って引張られ、これによって接続ワイヤ２
１の導出部のだ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と回転子シャツｌ−
３との間の中空スペースに配置され、これら画部分の間
の弾性的な継ぎ手の役割を果たしている。

１点破線で示した自由スペース２３は、軸受は支承フラ
ンジ２と磁極リング１２との間に、回転子の回転方向を
決定する適宜なロッキング装置を配置するだめのスペー
スである。磁極リング１３、スペーサ・リング１５、振
動抑止リング１６は、短絡リングの役割を果たすもので
あシ、シたがって、回転子磁極１４内の磁束の移相を生
せしめる。

これらの磁極１４は、したがって、磁極１３に対して、
たとえば５００その他の移動磁束の値だけ移１ 動せしめられる。このことにより、電動機の始動が安定
化され、他方ロッキング機構によす、誤った方向での始
動が防止される。

本発明による電動機の基本動作は、上に畔及された場合
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
のためのストッ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、２ 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層５によって、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ったシ、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１Ｂ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、スペーサによっ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８０間に延び、軸受は支承フランジ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、とシわけ、高効率の場合には、不安定になる危険
であり、このためパルセーション・モータの場合には典
型的な振り子振動が生じる。振動抑止ディスク１６は、
この危険防止のために備えられている。このディスク１
６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、それによっ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、振動抑止ディスクは、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、したがって、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ィスクとの間
には、一定のスリッ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υ子振動は、ある決まった条件下では、電動機
の始動を生ぜしめない作用をもつ。この危険ハ、ロッキ
ング用のつめを次のようにすることによって防止されよ
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９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、
ロッキング用のつめが、可能な各ロッキング位置で必し
も完全に作用することはなく、シたがって、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
シャフトとの間に配置されたばね２２によっても保証さ
れる。電動機は、外部の荷重条件、ないしは、シャフト
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５ る。

第６図に示された実施例は、第１図のそれとは主に次の
点で異なっている。すなわち、軟鉄磁極８が、環状永久
磁石Ｉ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、７
ｂ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績も生じる。

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った小型同期電
動機に向いているだけではなく、作動条件が、よシ臨界
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、６ 一定の補助手段、たとえば回転子とシャフト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
は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ィングを
磁気回路閉鎖部制として用いることもできょう。

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ットされで
ある。この実施例では、異なる形式の軸受け９と９ａは
用いられていす、心１０は、シャフト３により、２つの
等形式の軸受はブツシュ９ｂを介して支持されている。

ブツシュ９ｂ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
はね２４の他端は、シャフト３に固着しているブツシュ
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、ばねの両端部のと
ころで、ばねに収縮作用を生ぜしめ、これにより、スリ
ップのない、信頼性のあるトルク伝達が可能になる。他
方の軸受はブツシュ９ｂの、外方を向いた延長部９ｃは
、回転方向を決定するロッキング機構（図示せず）の部
材を組付けるのに用いられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、第２図の１−１線に沿った軸方向断面図、第
２図は、第１図の実施例を右側から見た側面図（軸受は
支承フランジは除去しである）、第６図、第４図は、そ
れぞれの実施例の軸方向部分断面図である。 図において、 １．２・・・軸受は支承フランジ ３・・・・・・・・・電動機シャフト ４・・・・・・・・・軸受け ５・・・・・・・・・環状みぞ ６．７．８・・・固定子 ９．９ａ・・・軸受はブツシュ １１，１２．１３．１４・・・回転子磁極リング１５・
・・・・・スベーザ・リング １６・・・・・・振動抑止ディスク １７・・・・・・星形ばね ２２・・・・・・コイルハネ 代理人浅村　皓 外４名 ９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １１）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
   れた軟鉄磁極リングを有する回転子とを備えておシ、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
   動機において、金属製ディスク（１６）が該回転子に、
   それも該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、該ディスク（１６）が、さらに
   、円周方向にずらされて配置された２つの軟鉄磁極リン
   グの間に一定の摩擦が生じるように取付けられておシ、
   かつまた該ディスクが、磁束の移動のさいの振動抑止デ
   ィスクおよび短絡ディスクの２役を兼ねていることを特
   徴とする同期電動機。 （２）間に該ディスクが取付けられている２つの軟鉄磁
   極リングが、軸方向で回転子の中心に向けられた磁極シ
   ューを有することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の同期電動機。 （３）該鉄心の一方の端部には、軸方向で回転子の中心
   へ向けられた磁極シューを有する軟鉄磁極リングが配置
   され、該ディスクが２つの該磁極リングの間に配置され
   ており、かつまた、該鉄心の他方の端部には、軸方向で
   逆方向を向′いた磁極シューをもつ２つの軟鉄磁極リン
   グが備えられ、該回転子の回転方向を決定するロッキン
   グ機構が、該鉄心の他端部のところに、それも外側磁極
   リングの磁極シュー内部区域に配置されていることを特
   徴とする特許請求の範囲第２項記載の同期電動機。 （４）回転子上の該回転ディスクの質料と該ディスクの
   摩擦モーメントとが、脈動モータの固有振り子振動の抑
   止と回転子の運動安定化を可能にするように定められて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の同期
   電動機。 （５）該回転子のすべての軟鉄磁極リングが等しい構成
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の同
   期電動機。 （６）該ディスクが導磁材料製、より具体的に言えは鉄
   製であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   同期電動機。 （力　該モータのシャフトに回転支承された中空鉄心を
   イイし、コイルはね状の弾性網ぎ手が、該鉄心と該シャ
   フトとの間の該鉄心の孔内へそう人されていることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の同期電動機。 （８）　　円筒形コイルばねが、該中空鉄心に付加され
   たブツシュに、一方の端部を該モータ・シャフトを介し
   て付加されたブツシュに、もう一方の端部を数句けられ
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第７項記載の同
   期電動機。 （９）それぞれテーパ突出部を有している等しい軸受は
   ブツシュが、該中空鉄心内に固定されてお、す、該中空
   鉄心が該軸受はブツシュにより該シャフトに支承され、
   かつまた該コイルばねの一端が該軸受はブツシュの一つ
   の突出部に取付けられていることを特徴とする特許請求
   の範囲第８項記載の同期電動機。