JPS6120227B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は回転界磁形同期電動機に関するもので
ある。

この種の同期電動機には本出願人による別途単
相用と三相用の同期電動機についてそれぞれの許
用願がある。たとえば前者の特許出願では、永久
磁石を有する回転子と、単相交流によつて回転磁
界を発生する固定電機子とを含み、この固定電機
子は単相交流によつて駆動される少なくとも１個
のコイルを含み、各コイルは、そのコイルを一方
の方向の極性に励磁する向きに電流を流す第１の
整流手段と、そのコイルを他方の方向の極性に励
磁する向きに電流を流す第２の整流手段と、回転
子の回転に応動して単相交流を第１および第２の
整流手段の少なくともいずれか一方に接続する切
換手段とを含み、この切換手段はそれぞれ、対応
するコイルの一方の磁極が回転子の永久磁石の一
方の極性の磁極に対向してから他方の極性の磁極
に対向するまでの一方の回転角の回転の間単相交
流を第１の整流手段に接続し、そのコイルの磁極
が永久磁石の他方の極性の磁極に対向してから一
方の極性の磁極に対向するまでの他方の回転角の
回転の間単相交流を第２の整流手段に接続する回
転界磁形同期電動機が提案されている。一方、後
者の特許出願では、永久磁石を有する回転子と、
三相交流によつて回転磁界を発生する固定電機子
とを含み、この固定電機子は三相交流の各相によ
つてそれぞれ駆動され互いに２π／３の位相差で
配置された３個の単相交流を含み、各コイルは、
そのコイルを一方の方向の極性に励磁する向きに
電流を流す第１の整流手段と、そのコイルを他方
の方向の極性に励磁する向きに電流を流す第２の
整流手段と、その回転子の回転に応動して三相交
流の対応する相を第１および第２の整流手段のい
ずれか一方に接続する切換手段とを含み、この切
換手段はそれぞれ、対応するコイルの一方の磁極
が回転子の永久磁石の一方の極性の磁極に対向し
てから他方の極性の磁極に対向するまでの一方の
回転角の回転の間三相交流の対応する相を第１の
整流手段に接続し、そのコイルの磁極が永久磁石
の他方の極性の磁極に対向してから一方の極性の
磁極に対向するまでの他方の回転角の回転の間三
相交流のもの相を第２の整流手段に接続する回転
界磁形同期電動機が開示されている。

ところで周知のように電動機の電機子はインダ
クタンス成分を含むため、それに流れる電流はそ
れに加わる電圧より実質的に90゜ほど位相が遅れ
ている。したがつて上に述べた２つの同期電動機
は、第１および第２の整流手段を有するため、同
期運転状態においてこのような整流手段を有しな
いものと比較して出力が半減する欠点がある。す
なわち、上述の切換手段は同期運転状態におい
て、電源電圧の一方の半波を第１の整流手段に加
え他方の半波を第２の整流手段に加えるように動
作するが、電流はこれらの電圧の半波よりほぼ90
゜遅相しているため電流波形の各半波の前半分し
か各コイルに供給されない。各半波の他の半分す
なわち後半分は対応する整流手段で阻止されてし
まう。

本発明の目的は、このような欠点を解消し、出
力の低下することのない回転界磁形同期電動機を
提供することにある。

本発明によればこのような目的は、固定電機子
の各コイルにコンデンサを接続した回転界磁形同
期電動機によつて達成される。

本発明の一態様によれば、このコンデンサはコ
イルと直列に接続されている。

本発明の他の態様によれば、このコンデンサは
コイルと並列に接続されている。

次に本発明による回転界磁形同期電動機の実施
例を添付図面を参照して詳細に説明する。

第１図は本発明による回転界磁形同期電動機の
実施例を示す模式図である。この電動機は、コイ
ル１０を有する２極の固定電機子１２と、２極の
永久磁石１４および非磁性体材料１６からなり界
磁を形成する回転子１８と、回転子１８を電機子
１２の両極間で回転可能に軸受（図示せず）に支
持する回転軸２０と、軸２０上に絶縁部材２１に
よつて固定された導体環２２ならびに３本の接触
子２４，２６および２８からなる切換手段３０と
を有する。接触子２４は単相交流電源３２の一方
の相３４に接続され、接触子２６は図示の向きの
ダイオード３６および容量ｃなるコンデンサ１０
０を介してコイル１０の一方の端子３８に接続さ
れ、接触子２８はダイオード３６と反対方向に接
続されたダイオード４０を介してコンデンサ１０
０に接続されている。コイル１０の他方の端子４
２は電源３２の他方の相４４に接続されている。

導体環２２は、完全な円筒形状を形成する部分
２２ａと、図示のように半円筒形状を形成する部
分２２ｂとからなる。部分２２ｂを画成する円筒
の母線２２ｃおよび２２ｄ（同図では見えていな
い）は軸２０に対して180゜対向した位置にあ
り、実質的に両母線の延長線上に永久磁石１４の
両磁極ＳおよびＮがそれぞれ位置するように回転
子１８と導体環２２を軸２０に固定する。たとえ
ばこの電動機の動作状態で図示矢印４６の向きに
回転軸２０を回転させるためには、永久磁石１４
が図示の極性の向きにある時から180゜矢印４６
の方向に回転する間、接触子２４が接触子２６に
導体環２２の部分２２ａおよび２２ｂを介して電
気的に接続されるような軸２０に対する円周上の
位置に導体環２２の部分２２ｂを配置する。

第１図の装置の等価回路は第２図に示すような
LC回路となる。コイル１０はインダクタンスＬ
（一定ではない）を有するもので、もしコンデン
サ１００が回路に挿入されてなく、すなわちその
両端が短絡されているとすると、コイル１０の電
流はその電圧より実質的に90゜遅相するのであろ
う。その様子を第３図の点線２００および２０１
で示す。実線２０２は電圧を示す。つまり、電動
機の同期運転状態では回転子１８の回転角と電源
電圧の正弦波形２０２とが完全に一致し、その正
の半波では接触子２４が接触子２６に接続され90
゜遅れた電流の正の半波の前半分２００だけがダ
イオード３６を流れ、電圧波形２０２の負の半波
では接触子２４が接触子２８に接続された電流の
負の半波の前半分２０１だけがダイオード４０を
流れるであろう。したがつてコンデンサ１００の
両極が短絡されていれば電流は半分しか流れず、
出力はこのような切換手段３０やダイオード３６
および４０のない同期電動機の場合の半分にしか
ならないであろう。しかしコンデンサ１００を図
示のように接続することによつてコイル１０に流
れる電流の位相が進むことになる。この様子を第
３図の一点鎖線２０４および２０５に示す。した
がつてコイル１０には電流半波のほとんどの部分
が流れることになり、電動機１０の出力が向上す
る。

第１図の実施例ではコンデンサ１００が電機子
１２のコイル１０と直列に接続されているが、第
３図に示すようにコイル１０と並列に接続しても
よい。

第１図は２極同期電動機の例を示したが、多極
同期電動機の場合も同様である。第５図に４極電
動機の例を示すが、第１図の装置と同様の要素は
同じ参照符号で示してある。この例ではコンデン
サ１００がコイル１０と並列に接続されている。
この例のような４極の電動機の場合は、電機子１
２と180゜位相のずれた位置に同様の電機子（図
示せず）を配置して、切換手段３０とやはり180
゜位相の異なつた別の切換手段（図示せず）をこ
れに接続してもよい。いずれの場合もコイル１０
に並列または直列にコンデンサ１００を挿入すれ
ばよい。

第６図は本発明による回転界磁形三相同期電動
機の実施例である２極電動機の動作原理を示す模
式図である。同図においてこの電動機は、コイル
１０Ｉ，１０IIおよび１０IIIをそれぞれ有する２
極の固定電機子１２Ｉ，１２IIおよび１２IIIと、
２極の永久磁石１４および非磁性体部材１６から
なり界磁を発生する回転子１８と、回転子１８を
電機子１２Ｉ，１２IIおよび１２IIIの両極間で回
転可能に軸受（図示せず）に支持する回転軸２０
と、軸２０上に絶縁部材２０Ｉ，２０II，および
２０IIIによつてそれぞれ固定された導体環２２
Ｉ，２２IIおよび２２IIIならびに各３本の接触子
２４Ｉ，２６Ｉおよび２８Ｉ，２４II，２６IIお
よび２８II、ならびに２４III，２６IIIおよび２８
IIIからそれぞれらる切換手段３０Ｉ，３０IIなら
びに３０IIIとを有する。ローマ数字Ｉ，II，IIIは
それぞれ三相交流の第Ｉ相、第II相、第III相に対
応し、これらの各相に対応する電機子や切換手段
は図示のように互いに120゜の位相差をもつて配
置されている。たとえば第Ｉ相について説明する
と、接触子２４Ｉは三相交流電源の第Ｉ相３２Ｉ
の端子３４Ｉに接続され、接触子２６Ｉは図示の
向きのダイオード３６Ｉを介してコイル１０Ｉの
一方の端子３８Ｉに接続され、接触子２８Ｉはダ
イオード３６Ｉと反対方向に接続されたダイオー
ド４０Ｉを介してやはり端子３８Ｉに接続されて
いる。コイル１０Ｉの他方の端子４２Ｉは電源３
２Ｉの他方の端子４４Ｉに接続されている。ま
た、コイル１０Ｉには並列に容量Ｃなるコンデン
サ１００Ｉが接続されている。第II相および第III
相についても第Ｉ相に対してそれぞれ120゜およ
び240゜の位相差で配置されている以外は、これ
らと同様に構成されている。

引続き第Ｉ相を例にとると、導体環２２Ｉは、
完全な円筒形状を形成する部分２２aIと、図示の
ように半円筒形状を形成する部分２２bIとからな
る。部分２２bIを画成する円筒の母線２２cIおよ
び２２dI（同図では見えていない）は軸２０に対
して180゜対向した位置にあり、実質的に両母線
の延長線上に永久磁石１４の両磁極ＳおよびＮが
それぞれ位置するように回転子１８と導体環２２
Ｉを軸２０に固定する。たとえばこの電動機の動
作状態で図示の矢印４６の向きに回転軸２０を回
転させるためには、永久磁石１４が図示の極性の
向きにある時から180゜矢印４６の方向に回転す
る間、接触子２４Ｉが接触子２６Ｉに導体環２２
Ｉの部分２２aIおよび２２bIを介して電気的に接
続されるような軸２０に対する円周上の位置に導
体環２２Ｉの部分２２bIを配置する。第II相およ
び第III相の接触手段３０IIおよび３０IIIも同様に
構成されており、第Ｉ相の接触手段３０Ｉに対し
て矢印４６の方向に軸２０のまわりにそれぞれ
120゜および240゜の位相差をもつて配置されてい
る。

このような回転界磁形三相同期電動機において
も、同期運転時各相におけるコイル１０Ｉ，１０
IIまたは１０IIIの電圧および電流波形は第３図に
示す様相を呈し、またその各相の等価回路は第４
図に示す回路と同じである。ただ各相ごとに120
゜の位相のずれがあるにすぎない。したがつてコ
ンデンサ１００Ｉ，１００IIおよび１００IIIがコ
イル１０Ｉ，１０IIおよび１０IIIにそれぞれ並列
に接続されていることで各コイルの電圧に対する
電流の遅れが少なくなり、出力特性が改善される
ことは容易に理解できるであろう。第６図の装置
の場合でも、コンデンサ１００Ｉ，１００IIおよ
び１００IIIをコイル１０Ｉ，１０IIおよび１０III
にそれぞれ直列に接続してもよいことは明らかで
あろう。

本発明の精神と範囲を逸脱することなく本発明
の細部の変更、たとえば極数の変更、回転電機子
形への変更、電機子の配列やコイルの数および巻
き方の変更などは、特許請求の範囲に記載した本
発明の範囲に含まれるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による回転界磁形同期電動機の
一実施例を示す模式図、第２図は第１図に示す装
置の等価回路を示す回路図、第３図は第１図の装
置の動作の理解に役立つ波形を示す図、第４図は
本発明の他の実施例の等価回路を示す回路図、第
５図および第６図は本発明の他の実施例を示す模
式図である。 １０……コイル、１２……電機子、１８……回
転子、３０……切換手段、３６，４０……ダイオ
ード、１００……コンデンサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 永久磁石を有する回転子と、 単相交流によつて回転磁界を発生する固定電機
   子とを含み、 該固定電機子は単相交流によつて駆動される少
   なくとも１個のコイルを含み、該コイルはそれぞ
   れ、 該コイルを一方の方向の極性に励磁する向きに
   電流を流す第１の整流手段と、 該コイルを他方の極性に励磁する向きに電流を
   流す第２の整流手段と、 前記回転子の回転に応動して単相交流を第１お
   よび第２の整流手段の少なくともいずれか一方に
   接続する切換手段とを含み、 該切換手段はそれぞれ、対応するコイルの一方
   の磁極が前記回転子の永久磁石の一方の極性の磁
   極に対向してから他方の極性の磁極に対向するま
   での一方の回転角の回転の間単相交流を第１の整
   流手段に接続し、該コイルの磁極が該永久磁石の
   他方の極性の磁極に対してから一方の極性に対向
   するまでの他方の回転角の回転の間単相交流を第
   ２の整流手段に接続する回転界磁形同期電動機に
   おいて、 該電動機は前記コイルに接続されたコンデンサ
   を含むことを特徴とする回転界磁形同期電動機。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の電動機におい
   て、前記コンデンサは前記コイルと直列に接続さ
   れていることを特徴とする電動機。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の電動機におい
   て、前記コンデンサは前記コイルと並列に接続さ
   れていることを特徴とする電動機。 ４ 永久磁石を有する回転子と、 三相交流によつて回転磁界を発生する固定電機
   子とを含み、 前記固定電機子は三相交流の各相によつてそれ
   ぞれ駆動され互いに２π／３の位相差で配置され
   た３個のコイルを含み、該コイルはそれぞれ、 該コイルを一方の方向の極性に励磁する向きに
   電流を流す第１の整流手段と、 該コイルを他方の極性に励磁する向きに電流を
   流す第２の整流手段と、 前記回転子の回転に応動して三相交流の対応す
   る相を第１および第２の整流手段のいずれか一方
   に接続する切換手段とを含み、 該切換手段はそれぞれ、対応するコイルの一方
   の磁極が前記回転子の永久磁石の一方の極性の磁
   極に対向してから他方の極性の磁極に対向するま
   での一方の回転角の回転の間三相交流の対応する
   相を第１の整流手段に接続し、該コイルの磁極が
   該永久磁石の他方の極性の磁極に対向してから一
   方の極性の磁極に対向するまでの他方の回転角の
   回転の間三相交流の該相を第２の整流手段に接続
   する回転界磁形同期電動機において、 該電動機は前記コイルに接続されたコンデンサ
   を含むことを特徴とする回転界磁形同期電動機。 ５ 特許請求の範囲第４項記載の電動機におい
   て、前記コンデンサは前記コイルと直列に接続さ
   れていることを特徴とする電動機。 ６ 特許請求の範囲第４項記載の電動機におい
   て、前記コンデンサは前記コイルと並列に接続さ
   れていることを特徴とする電動機。