JPS60229657A

JPS60229657A - 同期電動機

Info

Publication number: JPS60229657A
Application number: JP8594284A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Suzuki; 康夫鈴木
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1984-04-26
Filing date: 1984-04-26
Publication date: 1985-11-15

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】〔技術分野〕この発明は同期電動機に関するものである。

〔背景技術〕

くま取りコイルや一対のコイルにより自起動するものと
比べて、単一のコイルで自起動を実現できる同期電動機
の従来例の動作原理を第１図および第２図により説明す
る。すなわち、１は回転子、２はコイル、３．４はヨー
ク５，５′に設けられた固定子磁極歯であり、回転子１
は周面の周方向に多数の磁極が交互に異なる極性で等間
隔に着磁されている（Ｎ、Ｓで表示）。またヨーク５，
５′は相嵌合することによりコイル２のコイル枠２ａを
抱持し、その固定子磁極歯３，４がコイル２の内周で軸
方向の両側から交互に行き違いとなるように延出してい
る。これらの固定子磁極歯３．４の内側に回転子ｌが配
設されてその磁極面（Ｎ。

Ｓ）が所定のギヤノブ（たとえば約０．３ｍ）で固定子
磁極歯３．４に径方向に対向する。

固定子磁極歯３，４と回転子１の磁極（Ｎ、Ｓ）の関係
を展開状態で第２図に示す。まず、回転子ｌの磁極Ｎ、
Ｓの中心間間隔を電気角でα＋β／２とする。ここでα
〈１８０°、１８０°　〈β。

α＋β−３６０°である。固定子磁極歯３．４はその幅
が相互に異なり、しかも細＠磁極歯３は一回転方向に偏
位して第２図＋８）のように細幅磁極歯３とその偏位量
の大幅磁極歯４との間隔をαとし、偏位方向と反対側の
大幅磁極歯４との間隔をβとなるようにしている。

このような構成において、無励磁状態では回転子１は磁
極Ｎが大幅磁極歯４に対して第２図（ａ）の関係で安定
するか磁極Ｓが第２図中）の関係で安定する。これらは
いずれも回転子１の磁極Ｎ、Ｓの幅中心Ｘが大幅磁極歯
４の幅中心Ｙよりもさらに細幅磁極歯３の偏位方向Ｐと
同方向に偏位した状態で安定している。この理由は、無
励磁状態では固定子磁極歯３，４に対して回転子１の磁
極Ｎ。

Ｓにより第２図ｔａｇ、　（ｂｌのいずれも吸引力が働
き、その周方向の吸引力成分は大幅磁極歯４よりも細幅
磁極歯３の方が、径方向対向面よりも周方向対向部分が
大となるため大きくなることによる。そのため細幅磁極
歯３の幅中心Ｚにこれに対向する磁極ＮまたはＳの幅中
心Ｘが一致するように接近してつり合うこととなる結果
、大幅磁極歯４の幅中心Ｙに対してこれに対向する磁極
Ｓ、またはＮの幅中心Ｚが偏位方向Ｐに偏位する。

つぎに励磁コイル２に交流が印加されると、ヨーク５，
５′および磁極歯３．４間のギャップを通じて磁路が形
成されるため、磁極歯３．４に対向磁極が現われる。交
流の半サイクルにおいて大幅磁極歯４がＮ極になったと
すると、細幅磁極歯３はＳ極となり、第２図ｆａ）に示
す状態となり、磁極歯３，４はそれぞれ回転子１の磁極
Ｎ、Ｓと同磁極となるため反発する。この場合、磁極Ｎ
の幅中心Ｘが大幅磁極歯４の幅中心Ｙから偏位方向Ｐに
偏位しているため太幅磁極歯４が細幅磁極歯３側の回転
子１の磁極Ｓと大きな吸引作用を生し、この吸引力と前
記反発力により回転子１を偏位方向Ｐに回転させる。こ
のときの安定位置は、励磁状態では表面積の大きい大幅
磁極歯４の方が磁気的相互作用が大きくなるため、大幅
磁極歯４の幅中心Ｙに回転子１の磁極Ｓの幅中心Ｘを接
近させようとして第２図［Ｃ１の状態、すなわち無励磁
状態（第２図（８））よりもやや細幅磁極歯３側に接近
してつり合う。交流の半サイクルが終了した電位０の状
態では無励磁となるため前記励磁状態の安定位置から前
記無励磁状態の安定位置へ移動する（したがって偏位方
向Ｐと同方向にわずか回転する）。続く残りの半サイク
ルについても同様に同じ動作で偏位方向Ｐに回転し、第
２図ｆｄ＋の励磁状態の安定位置に移動し、その半サイ
クルの終了点で第２図ｆａ＋と同じ位置の無励磁安定状
態となる。

このようにして、自起動回転が半サイクル毎に行われ、
交流１サイクル当り、電気角α十β−３６０′分偏位方
向Ｐに回転することとなる。

なお、無励磁状態（第２図（ａ））で、交流が印加され
たときの半サイクルにおける大幅磁極歯４の極性がＳ極
になったとき（第２図（ｂｌで磁極歯４がＮ極になった
ときも同様）、相互に吸引力となるため回転方向（Ｐ）
と逆方向に励磁状態の安定位置へ回転するが、つぎの半
サイクルでは先に説明した第２図（８１の励起状態とな
るため以降回転方向（Ｐ）に自起動回転する。

以上のような動作をする磁極歯３．４の幅の最適値は磁
極歯３の幅が磁極歯４の幅の約１／２〜１／３であり、
また磁極歯３の偏位量は１３０゛くα〈１５０°　（し
たがって２１０　’　＜β〈２３０°）すなわち磁極Ｎ
、Ｓ間ピッチの間隔隔てた位置から３０°〜５０°であ
る。

ところが、この同期電動機は、回転子に多数の磁極が着
磁されるため、たとえば回転子直径が３０諷１以下で６
０極以上の多極化など小形かつ多極化が製造上困難にな
るという欠点があった。

（発明の目的〕したがって、この発明の目的は、小形かつ多極化が容易
にできる同期電動機を提供することである。

〔発明の開示〕

この発明は、動作原理は前記と同じであるが、回転子を
軸方向に並ぶ一対の回転体で構成しその各周面に所定数
かつ所定間隔で磁極歯を形成し、その一方の回転体の磁
極歯の磁極山間に他方の回転体の磁極歯を位置するよう
にずらせ、一対の回転体の間に磁気抵抗部を設け、固定
配置された磁石装置により一対の回転体の磁極歯を異極
性に有極化するとともに、前記一対の回転体の磁極歯お
よび固定子磁極歯のいずれか一方を周方向に等幅かつ等
間隔とし、他方を周方向に交互に異幅としかつその細幅
側を一周方向に所定量偏位した構成としている。一対の
回転体の各磁極歯に異磁極が現われるためその軸方向の
投影状態では実質上第１図および第２図と同構成となり
、そのため回転体の外径は半分の磁極数をもつ回転子の
外径と同じ程度に小形化できることになる。また磁石が
回転子にないためさらに回転子径を小さくでき、小形か
つ多極化とともに回転慣性を小さくでき、高速回転が可
能になる。また回転体の磁極歯を磁性体として磁石で有
極化する構成としたため、一対の回転体の磁極歯の幅を
相互に異らせかつその細幅側を一周方向に偏位させるこ
とができ、しかも前記動作原理による自起動性は回転体
磁極歯と固定子磁極歯との間の磁気的相互作用によるも
のであるから前記構成でも自起動を得ることができる。

この発明の一実施例を第３図ないし第９図に示す。すな
わち、６はケース、７は固定子、８は回転子である。ケ
ース６は円筒状で両端に軸受板９゜９′が嵌着され、そ
の中心に軸受１ｏを設けている。回転子８は軸１１の中
央部に一対の回転体１２゜１３が磁気抵抗の大きい材質
を用いた磁気抵抗板１４を介して並設されている。各回
転体１２．１３は鋼板等の磁性薄板を歯車形にプレス加
工して軸方向に積層することにより周面に所定数たとえ
ば５０個の磁極歯１５．１５’を等幅間隔に形成したも
ので、回転体１２．１３の相互の磁極歯１５゜１５′は
第５図および第８図のように、磁極歯１５．１５′の半
ピツチ（１ピツチは隣り合う周方向の磁極歯１５の中心
間距離）分ずれて配設される。

この一対の回転体１２．１３の両側に磁石装置１６゜１
６′の細径の回転子ヨーク１７．１７’が設けられ、さ
らに回転子ヨーク１７．１７’の外側に磁束収集体１８
．１８’が設けられる。この磁束収集体１８．１８’も
うず電流損の低減のため円板形の磁性薄板を積層して形
成している。

磁石袋Ｗ１６．１６’はさらにケース６の内周に導磁率
のよい固定子コーク１９が保持され、固定子ヨーク１９
の両端の内側で前記磁束収集体１８゜１８′の径方向に
対向してリング形、２個の半円弧形、複数個の矩形体形
等の任意形状をもった永久磁石２０．２０’が設けられ
る。この永久磁石２０．２０’の磁極は磁束収集体１８
．１８’と固定子ヨーク１９に対向する側すなわち径方
向に形成されるが、互いに異磁極となるように配設して
いる（Ｎ、Ｓで表示）。

固定子７は固定子ヨーク１９の中央部の内側に設けられ
るもので、固定子７はコイル枠２１に励磁コイル２２が
巻装され、コイル枠２１の外周を包むようにヨーク２３
が設けられ、コイル枠２１の内側で軸方向の両側部から
対向方向に互いに行き違いとなるように磁極歯片２４．
２５を延出し、各磁極歯片２４，２５が回転体１２．１
３の軸方向にまたがるように配設されかつ周方向に交互
に並べられる。各磁極歯片２４，２５は所定数の固定子
磁極歯２６．２７を形成しているが、このような磁極歯
片２４．２５はヨーク２３から一体延出して折曲により
形成するか、ヨーク２３の両側部に孔を設けて別途用意
した磁極片をその孔に挿着するようにしてもよい。

固定子磁極歯２６．２７と回転子８例の磁極歯１５．１
５’の関係は第８図のようにしている。

第８図は回転体１２．１３を側面からみたもので、磁極
歯２６．２７は相互に半ピツチずれているため、投影状
態では両回転体１２．１３により周方向に連続的に磁極
歯１５．１５’が現われるが、わかりやす（するため実
線で回転体１２を示し、破線の部分で回転体１３の磁極
歯１５′を示す。

また固定子側の磁極歯片２４の各磁極歯２６は回転体１
２の磁極歯１５と等間隔に設けられて相対向し、また磁
極歯片２５の磁極歯２７は回転体１３の磁極歯１５と等
間隔に対向するが、前記磁極歯２６よりも細幅でしかも
回転子７の一周方向に所定量偏位している。この磁極歯
２６．２７の幅の大きさの関係および偏位置は第１図お
よび第２図の場合と同様である。したがって第９図の展
開状態で、各磁極歯片２４，２５の磁極歯２６．２７を
相互に交互に並べた場合を想定すると（想像線で示す）
、磁極歯１５間（ｌピッチ）がα＋βとして、細幅磁極
歯２７′とその偏位側の大幅磁極歯２６との間隔は電気
角α、偏位側と反対側の大幅磁極歯２６との電気角βと
なり、磁極歯１５．１５’が永久磁石のように着磁され
ていない点を除けば想像線で示す磁極歯２６’、２７’
が間引きされただけで実質的に第２図ｔａ＋と同構成に
なる。

この同期電動機の無励磁状態では、磁石２０のＮ極、磁
束収集体１８１回転子ヨーク１７．回転体１２．回転体
１２の磁極歯１５．ギャップＧ。

固定子７の磁極歯２６．２７．　ヨーク２３．固定子ヨ
ーク１９．磁石２０のＳ極の経路で磁束が流れる。この
場合磁気抵抗板１４があるため、回転体１３には流れ込
まない。また磁石２０′のＳ極。

磁束収集体１８′１回転子ヨーク１７′９回転体１３、
回転体１３の磁極歯１５′、ギャップＧ。

固定子７の磁極歯２６．２７．　ヨーク２３．固定子ヨ
ーク１９．磁石２０′のＮ極の経路で磁束が流れる。こ
のため、各回転体１２．１３の周面の磁極歯１５．１５
’には第８図および第９図のように回転体１２の磁極歯
１５にＳ極９回転体１３の磁極歯１５′にＮ極が現われ
、磁極歯１５．１５’が着磁されたのと同じになり、１
００極分の磁極歯が構成されたことになる。したがって
、無励磁での安定位置は第２図ｆａｔ、　（ｂｌの場合
と同様、大幅磁極歯２６に対向する磁極歯１５または１
５′の幅中心Ｘが幅中心Ｙよりも偏位方向Ｐに所定量偏
位したものとなる。さらに励磁コイル２２に交流を印加
すると、半サイクル毎に磁極歯２６．２７に相対向する
磁極Ｎ、Ｓが交互に表われるため、前記動作原理に従っ
て半サイクル毎に回転子８が半ピンチ回転することとな
る。こうして、交流が５ＱＨｚで１２０極の場合１／６
　ｒ　ｐｍの超低速を得ることができ、たとえば自動記
録計のチャー　ト送りや電動タイプライタ−等の駆動源
に使用でき、また入力周波数を可変することで回転数を
制御することができ、ステップ動作もできることとなる
。

このように構成したため、この実施例は、磁極歯１５．
１５’を磁性体で形成し、Ｎ極磁極歯１５′とＳ極磁極
歯１５を軸方向に並べ、かつ磁石２０゜２０′を回転子
８側に設けないことにより、たとえば回転子直径が３０
１で１２０極など回転子８の径を小形にできしかも多極
化が製造上容易になるとともに、回転子慣性が小さくな
り、起動周波数範囲を広くとれる。また、固定子７例の
磁極歯２６．２７も間引き構成とするとさらに固定子７
例の構造が簡単になり製造容易になる。さらに回転子構
造が単純、堅労かつ安価になる。またステップ動作でき
るので用途が広がる。

変形例として、磁極歯２６．２７は各磁極歯１５゜１５
′に対応して形成される構成でもよい。回転子８よりも
径が大きくなるため製造が比較的容易だからである。一
方磁極歯２６．２７は少なくとも１個ずつ設けられれば
よい。自起動回転力は磁極歯幅の相違による磁気的相互
作用の回転方向成分の大きさの差と細幅側磁極歯の一方
向の偏位により達成されるからである。その他科磁極歯
２６゜２７は磁極歯１５．１５’のピッチの整数倍ごと
に設ける態様が考えられる。また磁極歯２６．２７の個
数が多い場合は磁極歯相互はほぼ等しい数だけ設けられ
ればよいが少ない場合は等しくする必要がある。無励磁
状態の偏位は磁極歯２６．２７の相互の回転方向吸引力
成分の大きさの差異によるからである。さらに磁極歯２
６．２７は磁極歯１５のピンチの整数倍の幅たとえば前
記実施例の磁極歯片２４．２５自体を磁極歯とし磁極歯
２６゜２７を除いたものでもよい。無励磁の回転方向吸
引力成分および励磁時の回転方向の磁気力は磁極歯２６
．２７の両側縁とその両側縁に対向する磁極歯１５．１
５’の周方向に対向する部分との間で主に生じるからで
ある。さらに磁石２０．２０’は磁束収集体１８．１８
’に径方向に対向しているが軸方向に対向してもよい。

さらに前記とは逆に磁極歯１５．１５’側を異幅かつ偏
位させたり、磁極歯２６．２７側に設定磁極数形成し、
磁極歯１５．１５’側を間引き構成する等の態様でも自
起動性が得られる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の同期電動機によれば、小形か
つ多極化が可能になるとともに回転慣性を著しく低減で
き速度制御範囲を拡大でき、ステンプモータとしても有
益である。という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の分解斜視図、第２図はその無励磁およ
び励磁における動作説明図、第３図はこの発明の一実施
例の断面図、第４図は回転子の一部破断斜視図、第５図
はその部分拡大斜視図、第６図は回転子および固定子の
一部破断分解斜視図、第７図は磁極歯片の斜視図、第８
図は磁極歯の位置関係を示す説明図、第９図はその展開
状態の説明図である。７・・・固定子、８・・・回転子、１１・・・軸、１２
．１３・・・回転体、１４・・・磁気抵抗板（磁気抵抗
部）　、１５゜１５’・・・磁極歯、１６．１６’・・
・磁石装置、２２・・・励磁コイル、２４．２５・・・
磁極歯片、２６・・・大幅固定子磁極歯、２７・・・細
幅固定子磁極歯、Ｐ・・・偏位方向（回転方向）、Ｘ、
Ｙ、Ｚ・・・幅中心、Ｎ。Ｓ・・・磁極５′ 第１図　（ｄ）第２図第４図Ｉｔ　ｌｊ４第７図

Claims

【特許請求の範囲】

周囲に所定数の磁極歯を所定間隔に形成した一対の回転
体を磁気抵抗部を介して軸に並設するとともにその一方
の回転体の磁極歯の磁極歯間に他方の回転体の磁極歯が
位置するように周方向にずらせた回転子と、前記回転体
の外周に配置される励磁コイルをもつとともにその励磁
コイルの内周で前記軸と平行な方向の両側から相対向す
る固定子磁極歯を互いに行き違いとなるように前記一対
の回転体に軸方向にまたがって延出した固定子と、前記
一対の回転体の各外側面中央部と前記固定子磁極歯との
間に固定配置されて前記回転体の磁極歯を互いに異磁極
に有極化する一対の磁石装置とを備え、前記一対の回転
体の磁極歯および前記相対向する固定子磁極歯のいずれ
か一方を周方向に等幅かつ等間隔にし、他方を周方向に
交互に異幅にするとともにその細幅側を一周方向に所定
量偏位した同期電動機。