JPH0783577B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、コギング力を低減した回転電機に関する。

（従来の技術） 電機子が突極構造の回転電機は、電機子が巻線用溝の形
成によって磁気的に不均一な構造のため永久磁石などに
より構成される界磁部との相互作用によってコギング力
を発生し、回転子の円滑な回転が損なわれるという問題
がある。

そこで従来は、界磁の着磁波形を例えば台形状のような
特殊な波形にし、また電機子の突極の界磁と対向する部
位にコギング低減用の突部あるいはダミースロットを設
けていた。

第12図は上記従来の回転電機の一例を示すものであっ
て、符号１は２極に着磁された円環状の永久磁石でなる
界磁、２は電機子であり三つの突極2aとこれらの突極間
に巻線用の溝2bを有する。電機子の各突極2aの界磁１と
対向する部位には、各巻線用の溝2bの位置に対して（36
0゜／界磁極数＝180゜）ずれた部位に上記溝2bと平行な
方向に突部2cが突設され、巻線用の溝2bで生ずるコギン
グ力を上記突部2cによって生ずるコギング力で相殺する
ようになっている。

第13図は従来の回転電機の別の例を示すものであって、
符号５は界磁、６は電機子、6aは電機子の突極、6bは上
記突極間の巻線用の溝である。各突極6aの界磁５と対向
する部位には複数のダミースロット6cが巻線用溝6bと平
行な方向に形成され、巻線用溝6bによって生ずるコギン
グ力を相殺するようになっている。

（発明が解決しようとする問題点） 界磁の着磁波形を特殊形状にした従来の回転電機では、
所定の着磁波形を得るための着磁の管理が難しく、ま
た、ゴギングが増大するため永久磁石を飽和着磁状態で
使えないので、有効磁束が全体として減少するという問
題がある。

電機子の突極に突部又はダミースロットを設けた従来の
回転電機では、突極に設ける突部又はダミースロット
を、巻線用溝によるコギング力を相殺するだけの高さ又
は深さによる必要がある。その結果突極と界磁とのギャ
ップが全体として大きくなり、有効磁束が減少して効率
が低下するという問題があった。また突部又はダミース
ロットの分だけ突極全体を電機子本体側に寄せる必要が
あるため巻線スペースが小さくなり、さらに突部を形成
するため巻線用の治具が複雑な形状になるという問題が
ある。

本発明はかかる従来の問題点を解消するためになされた
もので、着磁波形や電機子の突極の形状に特別な工夫を
施さなくても有効磁束の減少と効率の低下を防止しなが
らコギング力の低減を図ることができると共に、巻線ス
ペースが小さくなることを防止することができる回転電
磁を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、電機子の中心軸線方向の両側のうちの少なく
とも一方に電機子と平行に併設コアを設け、この併設コ
アの突極は、界磁極数をＰとしたとき、界磁と対向する
部位であって上記巻線用の各溝の位置に対して回転方向
へ360゜/Pだけずれた部位若しくは上記巻線用各溝の位
置に対して回転方向へ360゜/P及びその整数倍ずれた部
位に設けられると共に、上記併設コアの突極の回転方向
の最外周部分の寸法と上記電機子の外周部における上記
溝の回転方向の寸法とが略等しいことを特徴とする。

（作用） 巻線用の溝の部分で生ずるコギング力と、上記巻線用の
各溝の位置に対し360゜/P（ただしＰは界磁極数）だけ
ずれた部位若しくは上記巻線用各溝の位置に対して回転
方向へ360゜/P及びその整数倍だけずれた部位に設けら
れた併設コアの突極で生ずるコギング力とは互いに逆向
きとなり、両者のコギング力が相殺される。

（実施例） 以下、図面を参照しながら本発明に係る回転電機の実施
例を説明する。

第１図において、符号11は円周方向に偶数極に着磁され
た円環状の永久磁石でなる界磁、12は回転軸14を中心に
界磁11内で回転することができる電機子である。電機子
12の回転中心軸線方向の両側方には併設コア13、13が設
けられている。電機子12と併設コア13の外周面は界磁11
に対向して配置されている。電機子12には適宜の相殺の
コイル16が巻かれている。

第１図の例における併設コア13は平坦状に形成されると
共に電機子12の回転中心軸線方向の両側に配設されてい
るが、第２図の例における併設コア17は界磁11との対向
部である外周縁部が鉤状に曲げられて界磁11との対向面
積が広げられ、また回転軸線方向の片側にのみ併設コア
17が配置されている。

第３図乃至第５図は第１図の実施例をさらに詳細に示
す。第３図乃至第５図において、２極に着磁された界磁
11に対して３個の突極12a、12b、12cとこれらの突極間
の巻線用の溝15a、15b、15cを有する電機子12の上記突
極と巻線用の溝が対向配置されている。一方、併設コア
13は界磁11と対向する６個の突極13a、13b、13d、13e、
13fを60゜間隔で有し、これらの突極は、界磁極数をＰ
としたとき、各巻線用の溝15a、15b、15cの位置を基準
に回転方向へ360゜/P及びその２倍だけずれた部位に設
けられている。より具体的に説明すれば、電機子の突極
12aと軸方向に重なるようにして併設コアの突極13aが、
巻線用の溝15aと軸方向に重なるようにして併設コアの
突極13bが配設され、以下同様に突極12b、巻線用の溝15
b、突極12c、巻線用の溝15cにそれぞれ軸方向に重なる
ようにして併設コアの突極13c、13d、13e、13fが配設さ
れている。巻線用溝15aの位置を基準として配置された
併設コアの突極は13e、13b、巻線用溝15bを基準として
配置された併設コアの突極は13a、13d、巻線用溝15cを
基準として配置された併設コアの突極は13c、13fであ
る。併設コア13の各突極の回転方向の最外周部の寸法を
l2、電機子12の外周部における寸法をl1とするとl2とl1
は略等しくなっている。併設コア13は第１図に示されて
いるように電機子12を挟み中心軸線方向の両側に配置さ
れている。

第５図に示されているように界磁11に対し電機子及び併
設コアが右側に相対的に移動するものとする。いま、第
５図に示されているように界磁11の一つの中性点Ａから
電機子の突極12aが離れようとし、界磁11の別の中性点
Ｂ、Ｃに対して併設コアの突極13c、13fが入ろうとして
いるものとすると、上記中性点Ａと、中性点Ｂ及びＣで
コギング力が生ずる。中性点Ａで生ずるコギング力と中
性点Ｂ、Ｃで生ずるコギング力は互いに逆向きであり、
コギング力は全体として相殺される。また逆に一つの中
性点に対して電機子の一つの突極が入ろうとするときは
併設コアの二つの突極が二つの中性点から離れようと
し、電機子の一つの突極と併設コアの二つの突極によっ
て生ずるコギング力が相殺されてコギング力が全体とし
て相殺される。

上記実施例によれば、界磁の着磁波形を特殊形状にする
必要はなく、全体として飽和着磁すればよいので、着磁
の管理が容易であると共に充分な磁束を得ることができ
る。また電機子の各突極の界磁との対向面に突部を設け
る必要がなく、またダミースロットを設ける必要もない
から、各突極が全体として電機子本体側に後退すること
はない。よって、有効磁束の減少を防止することができ
るし、巻線スペースが制限されず、効率の低下を防止し
つつコギング力の低減を図ることができる。

併設コアの突極の配置位置は、一般的には巻線用の各溝
の位置に対して回転方向へ360゜/Pだけずれた部位若し
くは巻線用の各溝の位置に対して回転方向へ360゜/P及
びその整数倍だけずれた位置であればよく、一つの巻線
用の溝に対する併設コアの突極数は一つであってもよい
し、上記実施例のように複数であってもよい。

第６図は一つの巻線用の溝に対して併設コアの突極を１
個設ける場合の併設コアの例を示す。第６図において、
併設コア18は三つの突極18a、18b、18cを有する。この
各突極は、電機子の各巻線用の溝の位置に対して回転方
向へ360゜/P＝180゜だけずれた部位に設けられている。
即ち、電機子の構成が第３図の場合と同じとすると、巻
線用溝15aに対応する突極は18c、巻線用溝15bに対応す
る突極は18a、巻線用溝15cに対応する突極は18bであ
る。

第６図の併設コアを用いた場合も、巻線用溝で生ずるコ
ギング力を併設コアの突極で生ずるコギング力で相殺す
ることができる。この実施例では一つの巻線用溝に対す
る併設コアの突極数が少ないので、併設コアは電機子の
中心軸線方向の両側に配置し、あるいは併設コアの厚さ
を厚くする等の対策をとることが望ましい。

第７図、第８図は、４極に着磁された界磁21と、３個の
突極22a、22b、22cとこれら突極間の巻線用の溝25a、25
b、25cを有する電機子22とを具備し、一つの巻線用の溝
に対して併設コアの突極を４個ずつ配置した例を示す。
符号24は回転軸である。併設コア23は30゜間隔で合計12
個の突極を有する。併設コア23の突極は、電機子22の各
巻線用の溝25a、25b、25cの位置に対して回転方向へ360
゜/P及びその整数倍、即ち360゜/4＝90゜と、その２倍
である180゜と、90゜の３倍である270゜と、90゜の４倍
である360゜の各部位に配置されている。具体的には、
巻線用の溝25aを基準として設けられた併設コアの突極
は23aで示される４個の突極であり、巻線用の溝25bを基
準として設けられた併設コアの突極は23bで示される４
個の突極であり、巻線用の溝25cを基準として設けられ
た併設コアの突極は23cで示される４個の突極である。
併設コア23の各突極の回転方向の寸法と各巻線用の溝の
回転方向の寸法は略等しくなっている。

上記実施例では、一つの巻線用の溝に対し併設コアの突
極数が４個で前述の実施例の場合よりも多くなってい
て、一つの巻線用溝によって生ずるコギング力を併設コ
アの４個の突極で生ずるコギング力で相殺するようにな
っているため、中心軸線方向において電機子の片側にの
み併設コアを配置すれば足りる。

第９図、第10図は電機子の各突極間の巻線用の溝内に補
極を設けたものの実施例である。第９図、第10図におい
て、２極に着磁された円環状界磁31に対向して電機子32
の３個の突極32aが配置されており、これらの突極間に
は巻線用の溝35があり、これらの溝35内にはこれらの溝
35を二分するようにして補極32bが配置されている。電
機子32は回転軸34により界磁31に対して回転する。電機
子32の中心軸線方向の少なくとも一方には併設コア33が
設けられている。併設コア33は３個の突極33aを有す
る。即ち、併設コア33の上記突極33aは一つの巻線用の
溝に対して一つずつ設けられ、各巻線用の溝35の位置に
対して回転方向へ360゜/P＝180゜だけずれた部位に設け
られている。そして、一つの巻線用の溝35によって生ず
るコギング力と、上記溝内の補極32bによって生ずるコ
ギング力は互いに逆向きのため、併設コア33の各突極33
aは回転方向の中央部で補極32bの回転方向の寸法に相当
する寸法の溝33bで二分され、巻線用の溝35の部分で生
ずるコギング力と補極32bの溝33bの部分で生ずるコギン
グ力の両者の相殺できるようになっている。各溝33bで
分割された併設コア33の各突極33aの各分割片の回転方
向の寸法l₂は、各補極32bで分割された各巻線用溝35の
各分割部分の回転方向の寸法l₁と略等しくなっている。
この実施例の場合も前述の実施例と同様のコギング低減
効果その他の効果を奏する。

第11図も電機子の各突極間の巻線用の溝内に補極を有す
る場合の併設コアの例を示す。第９図、第10図の例と同
様に２極着磁された界磁31と３極構成の電機子とを有す
るものとすると、第11図の併設コア37は一つの巻線用溝
に対し併設コア37の突極37aが２個ずつ配置される。即
ち、各巻線用溝の位置に対して回転方向へ360゜/P及び
その２倍だけずれた位置に併設コア37の突極37aが配置
される。この例の場合も併設コア37の各突極37aは電機
子の各補極に対応する溝37bで二分されている。併設コ
アの二分された各突極の各分割片の回転方向の寸法は各
補極で二分された各巻線用の溝の各分割部分の回転方向
の寸法と略等しくなっている。この実施例の場合も第９
図、第10図の実施例と同様の作用効果を奏する。

コギング力低減のための併設コアの突極の配置位置は巻
線用の溝と同位相である必要がある。かかる場合、併設
コアの突極の回転方向の最外周部分の寸法と電機子の外
周部における溝の回転方向の寸法とを略等しくすること
により、巻線用溝によって発生するコギングトルクの位
相と併設コアの突極によって発生するコギングトルクの
位相とを揃えることができ、高いコギングトルクの低減
効果を得ることができる。併設コアの突極の回転方向の
最外周部分の寸法と電機子の外周部における溝の回転方
向の寸法とを略等しくするとは厳密に等しくしなくとも
位相がずれない程度に等しければよいことを意味する。
ここで、界磁の磁極数をＰ、電機子の巻線用の溝数を
Ｍ、ＰとＭの最大公約数をＱとしたとき、 Ｐ・M/Q の関係をもって併設コアの突極を配置すればコギング力
を低減することができる。この場合の一つの巻線用溝に
対する併設コアの突極数はP/Qとなる。P/Qを２以上とす
れば併設コアは薄くても大きなコギング低減効果があ
る。また第２図の例における突極17のように、併設コア
の突極を鉤状に曲げてこれを界磁に対向させるようにす
れば界磁との対向面積を広くすることができるので、併
設コアはさらに薄型にすることができる。

本発明は回転型の電動機及び発電機に適用できる。界磁
と電機子はいずれか一方が他方に対して回転すればよ
く、またアウターロータ型でもインナーロータ型でも差
支えない。

（発明の効果） 本発明によれば、電機子側に併設コアを設け、この併設
コアの突極を巻線用の各溝の位置に対して回転方向へ36
0゜/Pだけずれた部位若しくは上記巻線用各溝の位置に
対して回転方向へ360゜/P及びその整数倍だけずれた部
位に設けることによってコギング力の低減を図ったた
め、界磁の着磁波形を特殊形状にする必要がないし、電
機子の界磁との対向面に界磁の方に向かう突出部やダミ
ースロットを設ける必要もないから、有効磁束の減少と
効率の低下を防止しながらコギング力の低減を図ること
ができる。また巻線スペースを広くとることができるた
め、巻線がしやすく、電機子の磁力を大きくすることも
できる。界磁と対向する電機子の表面は突出部がなく平
坦に形成することができるため、巻線治具の形状を単純
化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る回転電機の一実施例を示す一部断
面正面図、第２図は本発明に係る回転電機の別の実施例
を示す一部断面正面図、第３図は第１図の実施例の電機
子の部分を示す平面図、第４図は同上実施例の併設コア
の部分を示す平面図、第５図は同じく界磁と電機子部分
の関係を示す展開図、第６図は本発明に適用可能な併設
コアの別の例を示す平面図、第７図は本発明のさらに別
の実施例を示す電機子部分の平面図、第８図は同上実施
例の併設コアの部分の平面図、第９図は本発明のさらに
別の実施例を示す電機子部分の平面図、第10図は同上実
施例の併設コアの部分の平面図、第11図は本発明に適用
可能な併設コアのさらに別の例を示す平面図、第12図は
従来の回転電機の例を示す平面図、第13図は従来の回転
電機の別の例を示す平面図である。 11、21、31……界磁、12、22、32……電機子、13、17、
18、23、33、37……併設コア、12a、12b、12c、22a、22
b、22c、32a……電機子の突極、15a、15b、15c、25a、2
5b、25c、35……巻線用の溝、13a、13b、13c、18a、18
b、18c、23a、23b、23c、33a、37a……併設コアの突
極。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】偶数極に着磁された界磁と、この界磁に対
   向して配設された突極及び巻線用の溝を有する電機子と
   を備え、上記界磁と電機子のうちの一方を他方に対して
   回転させる回転電機において、上記電機子の中心軸線方
   向の両側のうちの少なくとも一方に電機子と平行に併設
   コアを設け、この併設コアの突極は、界磁極数をＰとし
   たとき、界磁と対向する部位であって上記巻線用の各溝
   の位置に対して回転方向へ360゜/Pだけずれた部位若し
   くは上記巻線用各溝の位置に対して回転方向へ360゜/P
   及びその整数倍ずれた部位に設けられると共に、上記併
   設コアの突極の回転方向の最外周部分の寸法と上記電機
   子の外周部における上記溝の回転方向の寸法とが略等し
   いことを特徴とする回転電機。