(57)【要約】【課題】トルク発生用の磁束を永久磁石により形成した新規の磁束変調型の同期回転機の提供を目的とする。【解決手段】ロータとステータとからなる同期回転機であって、ロータはステータ側に向けて凸状に突設した複数の突極部を周廻りに等間隔に有し、ステータは前記突極部と所定のエアーギャップを形成した状態でロータ側に向けて凸状に突設した複数のティースを周廻りに等間隔に有し、前記複数のティースはティース毎に巻回された複数極の多相の電機子巻線と、ティースのコアバック側に永久磁石を配置したことを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータとステータとからなる同期回転機であって、
ロータはステータ側に向けて凸状に突設した複数の突極部を周廻りに等間隔に有し、
ステータは前記突極部と所定のエアーギャップを形成した状態でロータ側に向けて凸状に突設した複数のティースを周廻りに等間隔に有し、
前記複数のティースはティース毎に巻回された複数極の多相の電機子巻線と、
ティースのコアバック側に永久磁石を配置したことを特徴とする永久磁石同期回転機。
【請求項２】
前記永久磁石による界磁の極数ｐｆがティース数と同数であり、電機子巻線の極数ｐａ，前記ロータの突極数ｐｒとすると、
ｐａ＝２×ｐｒ−ｐｆであり、
ｐｆ／ｐａ＝１．５，１．２，１．１２５のいずれかであることを特徴とする請求項１記載の永久磁石同期回転機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外転型又は内転型の磁束変調同期回転機に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明者らは、これまでにステータのティースに電機子巻線と界磁巻線を同心状に集中巻し、複数の突極部を有するロータにより界磁巻線による主磁束を変調させた多極型の磁束変調同期回転機を提案している（特許文献１）。
同公報に開示する技術は、トルク発生用の磁束を作るためにステータのティースに界磁巻線を施したものであり、同じティースにはトルク電流を供給する電機子巻線も有することから、電機子巻線の銅量に制限があった。
また、界磁巻線による損失もあった。
したがって、特許文献１に開示する同期回転機は新規であるものの、更なる改善の余地があったことから本発明に至った。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１７２３６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、トルク発生用の磁束を永久磁石により形成した新規の磁束変調型の同期回転機の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る永久磁石同期回転機は、ロータとステータとからなる同期回転機であって、ロータはステータ側に向けて凸状に突設した複数の突極部を周廻りに等間隔に有し、ステータは前記突極部と所定のエアーギャップを形成した状態でロータ側に向けて凸状に突設した複数のティースを周廻りに等間隔に有し、前記複数のティースはティース毎に巻回された複数極の多相の電機子巻線と、ティースのコアバック側に永久磁石を配置したことを特徴とする。
本発明は、ロータがステータの内側で回転する内転型と、中心側のステータの外周部をロータが回転する外転型のいずれにも適用でき、発電機，電動機等、用途により選定すればよい。
本発明においては、永久磁石による界磁の極数ｐｆがティース数と同数であり、電機子巻線の極数ｐａ，前記ロータの突極数ｐｒとすると、ｐａ＝２×ｐｒ−ｐｆであり、ｐｆ／ｐａ＝１．５，１．２，１．１２５のいずれかであるのが好ましい。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係る同期回転機は、本発明者らが先に提案した特許文献１に開示する同期回転機の特徴を活かしつつ先の界磁巻線の替わりに永久磁石を用い、この永久磁石をティースのコアバック側に配置したので、さらなる高出力で効率の高い同期回転機が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施例１に係る同期回転機の構造例を示す。（ａ）は１／４の部分模式図、（ｂ）は永久磁石の配置を示す。
【図２】実施例２に係る同期回転機の構造例を示す。（ａ）は１／４の部分模式図，（ｂ）は永久磁石の配置を示す。
【図３】実施例３に係る同期回転機の構造例を示す。（ａ）は１／４の部分模式図を示し、（ｂ）は永久磁石の配置を示す。
【図４】比較に用いた同期回転機の永久磁石の配置例を示し、（ａ）は１／４の部分模式図、（ｂ）は永久磁石の配置を示す。
【図５】電動機特性の比較表を示す。
【図６】（ａ）は無負荷時の磁束線を示し、（ｂ）は電機子電流Ｉａ＝１０Ａ，負荷時の磁束線を示す。
【図７】（ａ）は誘導起電力波形を示し、（ｂ）は出力トルク波形を示し、（ｃ）は電機子電流Ｉａ［Ａ］に対する出力トルクの変化を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明に係る同期回転機の構造例を電動機にて以下説明する。
図１（ａ）に実施例１に係るステータ１，ロータ３の前断面図のうち１／４を模式的に示す。
本実施例は、外転型を示し、ステータ１の外周側をロータ２が回転する。
ロータ２は内周側に向けて凸状に突設した突極部２ａを周廻り等間隔に有し、ステータ１は外周側（ロータ側）に向けて凸状に突設したティース１ａを周廻り等間隔に有する。
ティース１ａには、電機子巻線４が分数スロット巻きされている。
ティース１ａのコアバック側には、略Ｖ字状に永久磁石３ａ，３ｂを配置した例になっている。
図１に示した実施例１は、ティース数が１８、即ち永久磁石による界磁の極数ｐｆ＝１８であり、ロータ２の突極部２ａの突極数ｐｒ＝１５の例を示す。
この場合に三相の電機子巻線の極数ｐａは、（２×ｐｒ）−ｐｆ＝１２の例である。
なお、ｐｆ，ｐａ，ｐｒの関係は、これに限定されるものではなく、ｐｆ／ｐａ＝１．５，１．２，１．１２５のいずれかであってよく、その組み合せは特許文献１の図１２に示した表の内容を取り込むことができる。
試作評価に用いたものは図１（ａ）にて、Ｒ＝１００ｍｍ，ａ１＝５０ｍｍ，ａ２＝３８ｍｍ，エアーギャップａ３＝０．６ｍｍである。
ティースは、ａ４＝１２ｍｍ，ａ５＝１５ｍｍ，突設角θ１＝３°である。
また、永久磁石３ａ，３ｂは、図１（ｂ）に示すようにネオジムを用い、Ｌ１＝１３．７５ｍｍ，Ｔ１＝３．５８ｍｍ，配置角度θ２＝２８°である。
このような構造の回転機において、無負荷時の磁束線を図６（ａ）に示し、電機子電流Ｉａ＝１０Ａを流したときの磁束線を図６（ｂ）に示す。
また、図７（ａ）に三相の誘導起電力波形を示し、（ｂ）にＩａ＝１０Ａのときのトルク波形（脈動）を示す。
図７（ｃ）は、電機子電流Ｉａを変化させたときの出力トルク変化を測定したものであり、本発明の永久磁石の替わりに先行技術（特許文献１）に開示されている界磁巻線を用いたものと実施例１に係る出力トルクを比較すると、本実施例１は約１．５倍も高出力となることが明らかになった。
このような構造のロータ及びステータにすると、ティース毎に設けられた永久磁石により１８極の静止磁界が作られる。
この静止磁界は、ロータに設けた突極数１５により変調され、ギャップ中に１２極の回転磁界を発生させる。
三相交流の電機子電流Ｉａを供給すると、前記１２極の回転磁界の間に同期トルクを発生する。
なお、Ｉａによる１２極の回転磁界は、突極数１５により変調されて１８極の静止磁界を作るために、これと永久磁石による静止磁界との間にも同期トルクが発生する。
【０００９】
次に永久磁石の配置方法の影響について調査した。
図２は、実施例２として永久磁石３ｃ，３ｄをティースに略Ｉ字状に配置したものであり、θ３＝３．５°θ４＝６．５°，ａ６＝０．５ｍｍである。
図３は、実施例３としてティースの根元に永久磁石３ｅを円弧状に配置した例で、Ｔ２＝３．５ｍｍ，ａ７＝９．５ｍｍである。
図４は、比較例１としてティースのエアーギャップ側に永久磁石３ｆを配置したものである。
これらの永久磁石の配置方法による特性の比較を図５の表に示す。
この表から比較例１のように永久磁石をエアーギャップ側に配置すると、逆起電力が高くならず、コギングトルクが大きくなった。
これに対して実施例１〜３は、コギングトルクが小さかった。
永久磁石は、ティースのコアバック側に配置するのがよく、さらにはＶ字状又はＩ字状に配置するのが好ましいことも明らかになった。
【符号の説明】
【００１０】
１        ステータ
１ａ      ティース
２        ロータ
２ａ      突極部
３ａ      永久磁石
３ｂ      永久磁石
４        電機子巻線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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