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JP2001178036A - 永久磁石式回転電機 - Google Patents

永久磁石式回転電機

Info

Publication number
JP2001178036A
JP2001178036A JP35150399A JP35150399A JP2001178036A JP 2001178036 A JP2001178036 A JP 2001178036A JP 35150399 A JP35150399 A JP 35150399A JP 35150399 A JP35150399 A JP 35150399A JP 2001178036 A JP2001178036 A JP 2001178036A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
permanent magnet
rotor
electric machine
rotating electric
type rotating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP35150399A
Other languages
English (en)
Inventor
Manabu Sasaki
学 佐々木
Haruo Oharagi
春雄 小原木
Koki Yamamoto
弘毅 山本
Miyoshi Takahashi
身佳 高橋
Keiji Noma
啓二 野間
Kazuo Sato
和雄 佐藤
Masaharu Senoo
正治 妹尾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP35150399A priority Critical patent/JP2001178036A/ja
Publication of JP2001178036A publication Critical patent/JP2001178036A/ja
Pending legal-status Critical Current

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  • Synchronous Machinery (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的は、コギングトルクと鉄損を低減
し、充分な主磁束トルクをえることのできる永久磁石式
回転電機を提供することにある。 【解決手段】本発明の特徴とするところは、永久磁石9
の磁極配向は、その焦点を回転子6の軸と永久磁石9の
周方向中央部とを結ぶd軸の略線上に設けるとともに、
永久磁石9の周方向両側端部から周方向中央部に向って
磁極配向の焦点を遠くなように構成したことにある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、回転子鉄心に複数
の永久磁石を備えている永久磁石式回転電機に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】一般に、永久磁石式回転電機はエアコン
などの電気製品に多く採用されている。この種の永久磁
石式回転電機は、永久磁石に様々な磁極配向を設けて回
転電機のコギングトルクの低減と漏れ磁束による鉄損の
低減と特性改善を図っている。
【0003】例えば、特開平7-39090号公報に
は、永久磁石の磁極配向を永久磁石の外側の1点に集中
するようにして、コギングトルクを低減することが記載
されている。また、特開平7-212994号公報に
は、永久磁石の磁極配向が、周方向中央部については平
行磁極配向にし、周方向両側端部を永久磁石の外側の1
点に集中するようにしてコギングトルクを低減すること
が記載されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来技術においては、
磁極配向を調整することによりコギングトルクと鉄損を
低減できるが、磁束を集中させる外側の1点(焦点)の
位置によっては充分な誘起電圧(主磁束トルク)を得ら
れないという問題点を有する。
【0005】このことを具体的に説明する。
【0006】永久磁石の磁束は主磁束トルクを発生させ
る有効磁束とコギングトルクや鉄損を発生させる無効磁
束とに分けられる。従来技術のように磁極配向を設ける
と、誘導起電力波形を正弦波に近づけることにより無効
磁束を低減しコギングトルクや鉄損を低減できる。しか
し、永久磁石の全てもしくは一領域の磁極配向の焦点を
1点に集中させるため、磁束の集中によって局部的な磁
気飽和が起こり、これにより電機子巻線を鎖交する有効
磁束が減少して主磁束トルクが減少し、しいてはモータ
効率が減少する。また、有効磁束を減少させないように
全ての磁極配向をd軸に平行に形成すると、無効磁束に
よりコギングトルクや鉄損が増加しモータ効率が減少す
る。
【0007】本発明は以上の点に鑑みなされたものであ
り、その目的とするところはコギングトルクと鉄損を低
減し、充分な主磁束トルクをえることのできる永久磁石
式回転電機を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴とするとこ
ろは、永久磁石の磁極配向は、その焦点を回転子の軸と
永久磁石の周方向中央部とを結ぶd軸の略線上に設ける
とともに、永久磁石の周方向両側端部から周方向中央部
に向って磁極配向の焦点を遠くなように構成したことに
ある。
【0009】本発明は、永久磁石の磁極配向は、その焦
点を回転子の軸と永久磁石の周方向中央部とを結ぶd軸
の略線上に設けるとともに、永久磁石の周方向両側端部
から周方向中央部に向って磁極配向の焦点を遠くなるよ
うにしている。これにより、周方向両側端部の磁束がそ
の外径側にある固定子鉄心のティース表面近傍を回る無
効磁束となることを抑制してコギングトルクや鉄損を低
減し、かつ磁極配向の焦点を分散させることにより磁束
の集中を緩和して有効磁束を増加させ、モータ効率を向
上することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】図1〜3に本発明の一実施例を示
す。
【0011】図1は本発明の第一の実施例に係る永久磁
石式回転電機の回転子の径方向断面図で、図2は本発明
の第一の実施例に係る永久磁石式回転電機の軸方向断面
図(図1は図2のA−A′断面図である)あり、また図
3は本発明の第一の実施例に係る永久磁石式回転電機の
径方向断面図である。
【0012】図1〜図3において、永久磁石式回転電機
1はフレーム14の内周側に配置した固定子2と回転子
6から構成される。固定子2は固定子鉄心3の複数のス
ロット4内に巻装した固定子巻線5からなる。回転子6
は主として回転子鉄心7に形成した永久磁石挿入孔8中
に永久磁石9を挿入して構成される。
【0013】回転子鉄心7の両側に端板鉄心10(10
aと10bからなり、回転子鉄心7に永久磁石挿入孔8
を設けていないもの)を図示しないリベットで止めた後
にシャフト11を嵌合して回転子6を形成している。
【0014】回転子6はシャフト11の両側に嵌合した
ベアリング12(12aと12b)とエンドブラケット
13(13aと13b)で支持され、エンドブラケット
13をフレーム14で支持することにより、回転子6が
固定子2の内周で所定のギャップ18を介して回転支持
される。
【0015】回転子6の永久磁石9は以下に述べる磁極
配向を有する。すなわち、永久磁石9(4極機で9a、
9b、9c、9dで示している)中の磁極配向15を4
つの磁極配向15a、15b、15c、15d、シャフ
ト11の中心Oと永久磁石9の外周側の周方向中央部S
とを結ぶ線をd軸(直軸)、磁極配向15の焦点をPと
したとき、永久磁石9の周方向両端部側の配向15aの
焦点Pa、15aより中央よりの磁極配向15bの焦点
Pb、15bより中央よりの磁極配向15cの焦点をP
c(磁極配向15dはd軸上にあるので焦点は無限長と
なる)を図1に示すように、永久磁石9の周方向両側端
部から永久磁石9の周方向中央部Sに向かって磁極配向
の焦点を遠くなるように形成している。
【0016】本発明による磁極配向について従来技術と
対比して説明する。
【0017】図4に永久磁石の磁極配向をd軸と平行に
形成した場合の永久磁石式回転電機の磁束流線図を示
す。
【0018】図4において図1〜図3と同一符号のもの
は相当物を示す。図4において、極間に位置するティー
ス3aに漏れ磁束が大量に漏れていることが分かる。極
間に位置するティース3aへの漏れ磁束はコギングトル
クを増加させ、鉄損の増加を招くことになる。
【0019】図5に従来技術として挙げた磁極配向を永
久磁石の外側の1点に集中するようにした永久磁石式回
転電機における磁束流線図を示す。
【0020】図5において図1〜図3と同一符号のもの
は相当物を示す。図5において、永久磁石9bの周方向
端部の磁極配向15eは、永久磁石9a、9b間と軸心
とを結んだq軸(横軸)に対して垂直な方向にあり、さ
らにその焦点はd軸上の点Pに向かうように形成されて
いる。他の磁極配向15f、15gも、その焦点がd軸
上の点Pに向かうように形成されている。
【0021】図5においては、極間に位置するティース
3aには漏れ磁束が通っていないことが分かる。これに
より、コギングトルク及び鉄損を低減することができ
る。すなわち、従来技術においてはコギングトルク及び
鉄損の低減は可能である。
【0022】しかしながら、このような1焦点に向けら
れた磁極配向では、有効磁束が減少する。本発明と従来
技術の有効磁束の比較を定量的に行うために、図5に示
すように周方向端部の磁極配向15eとd軸とのなす角
度を配向角度θと定義して、θをパラメータとしたとき
の本発明と従来技術の誘導起電力(誘起電圧)の比較を
結果を図6に示す。なお、誘導起電力は有効磁束と直接
関係のある量である。
【0023】図6において、配向角度θが0°のとき
は、図4のように磁極配向がd軸と平行に形成された場
合であり、このとき誘導起電力は最大となる。図5にお
いて配向角度θは45°であり、このとき従来技術の1
焦点配向では、平行配向に比べて5%程度誘導起電力が
減少しているが、本発明では1%程度の減少になってい
る。他の配向角度においても本発明では、1焦点配向に
比べて誘導起電力が増加している。本発明により、コギ
ングトルクや鉄損を低減しつつ、誘導起電力を増加させ
てモータ効率を向上することができる。
【0024】図7に本発明の第二の実施例に係る永久磁
石式回転電機の径方向断面図を示す。
【0025】図7において、永久磁石9a、9b、9
c、9dの形状は、回転子6に対して外周側および内周
側とも回転子6の外周に向かって略円弧状の凸形状とし
ている。図7においても、図1と同様にコギングトルク
や鉄損を低減しつつ、誘導起電力を増加させてモータ効
率を向上することができる。
【0026】図8に本発明の第三の実施例に係る永久磁
石式回転電機の径方向断面図を示す。
【0027】図8において、永久磁石9a、9b、9
c、9dの形状は、回転子6に対して内周側が略円弧状
で、外周側がd軸と直交面を持つ逆D形状としている。
図8においても、図1と同様にコギングトルクや鉄損を
低減しつつ、誘導起電力を増加させてモータ効率を向上
することができる。
【0028】図9に本発明の第四の実施例に係る永久磁
石式回転電機の径方向断面図を示す。
【0029】図9において、永久磁石9a、9b、9
c、9dの形状は、回転子6に対して外周側および内周
側とも回転子6の軸心に向かって略円弧状の凸形状とし
ている。図9においても、図1と同様にコギングトルク
や鉄損を低減しつつ、誘導起電力を増加させてモータ効
率を向上することができる。
【0030】図10に本発明の第五の実施例に係る永久
磁石式回転電機の径方向断面図を示す。
【0031】図10においては永久磁石9を9aと9
e、9bと9f、9cと9g、9dと9hと2層構成と
するとともにその形状を、回転子6に対して外周側およ
び内周側とも回転子6の軸心に向かって略円弧状の凸形
状としている。図10においても、図1と同様にコギン
グトルクや鉄損を低減しつつ、誘導起電力を増加させて
モータ効率を向上することができる。
【0032】図11に本発明の第六の実施例に係る永久
磁石式回転電機の径方向断面図を示す。
【0033】図11において、固定子巻線5を固定子鉄
心3の突極に巻装している集中巻型の固定子2を用いて
いる。図11においても、図1と同様にコギングトルク
や鉄損を低減しつつ、誘導起電力を増加させてモータ効
率を向上することができる。
【0034】なお、図11において、TU1、TU2は
U相巻線が巻装されたティース、TV1、TV2はV相
巻線が巻装されたティース、TW1、TW2はW相巻線
が巻装されたティースである。
【0035】
【発明の効果】本発明によれば、磁極に位置するティー
スへの漏れ磁束を低減させることによってコギングトル
クや鉄損を低減しつつ、誘導起電力を増加させてモータ
効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施例に係る永久磁石式回転電
機の回転子の径方向断面図である。
【図2】本発明の第一の実施例に係る永久磁石式回転電
機の軸方向断面図である。
【図3】図2のA−A'断面図である。
【図4】永久磁石の磁極配向がd軸と平行な永久磁石式
回転電機の磁束流線図である。
【図5】従来技術の永久磁石式回転電機の磁束流線図で
ある。
【図6】従来技術と本発明の第一の実施例との配向角度
−誘導起電力特性の比較図である。
【図7】本発明の第二の実施例に係る永久磁石式回転電
機の回転子の径方向断面図である。
【図8】本発明の第三の実施例に係る永久磁石式回転電
機の回転子の径方向断面図である。
【図9】本発明の第四の実施例に係る永久磁石式回転電
機の回転子の径方向断面図である。
【図10】本発明の第五の実施例に係る永久磁石式回転
電機の回転子の径方向断面図である。
【図11】本発明の第六の実施例に係る永久磁石式回転
電機の回転子の径方向断面図である。
【符号の説明】
1…永久磁石式回転電機、2…固定子、3…固定子鉄
心、4…スロット、5…固定子巻線、6…回転子、7…
回転子鉄心、8…永久磁石挿入孔、9a〜9f…永久磁
石、10a、10b…端板鉄心、11…シャフト、12
a、12b…ベアリング、13a、13b…エンドブラ
ケット、14…フレーム、15a〜15g、15a1、
15a2、15b1、15b2、15c1、15c2…磁極配
向、16a〜16c…磁極配向、18…ギャップ、O…
回転の中心、P、Pa〜Pc、…焦点、S…d軸と永久
磁石の外周の交点、TU1、TU2…U相巻線が巻装さ
れたティース、TV1、TV2…V相巻線が巻装された
ティース、TW1、TW2…W相巻線が巻装されたティ
ース。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 弘毅 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 高橋 身佳 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 野間 啓二 千葉県習志野市東習志野七丁目1番1号 株式会社日立製作所産業機器グループ内 (72)発明者 佐藤 和雄 千葉県習志野市東習志野七丁目1番1号 株式会社日立製作所産業機器グループ内 (72)発明者 妹尾 正治 千葉県習志野市東習志野七丁目1番1号 株式会社日立製作所産業機器グループ内 Fターム(参考) 5H619 AA01 BB01 BB06 BB13 PP02 PP08 PP14 5H621 AA02 AA03 BB10 GA01 GA04 GA15 GA16 HH01 JK02 PP10 5H622 AA02 AA03 CA02 CA05 CA13 CB04 CB05 PP03 PP11 PP14 QB02 QB05

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】固定子鉄心に形成された複数のスロット中
    に固定子巻線が巻装された固定子と、回転子鉄心に形成
    された複数の永久磁石挿入孔内に永久磁石を収納された
    回転子とを有する永久磁石式回転電機において、前記永
    久磁石の磁極配向は、その焦点を前記回転子の軸と前記
    永久磁石の周方向中央部とを結ぶd軸の略線上に設ける
    とともに、前記永久磁石の周方向両側端部から周方向中
    央部に向って磁極配向の焦点を遠くなるように構成した
    ことを特徴とする永久磁石式回転電機。
  2. 【請求項2】固定子鉄心の突極に固定子巻線が巻装され
    た固定子と、回転子鉄心に形成された複数の永久磁石挿
    入孔内に永久磁石を収納された回転子とを有する永久磁
    石式回転電機において、前記永久磁石の磁極配向は、そ
    の焦点を前記回転子の軸と前記永久磁石の周方向中央部
    とを結ぶd軸の略線上に設けるとともに、前記永久磁石
    の周方向両側端部から周方向中央部に向って磁極配向の
    焦点を遠くなるように構成したことを特徴とする永久磁
    石式回転電機。
  3. 【請求項3】請求項1または2において、前記永久磁石
    の形状は、前記回転子に対して外周側が略円弧状で、内
    周側がd軸と直交面を持つD形状としたことを特徴とす
    る永久磁石式回転電機。
  4. 【請求項4】請求項1または2において、前記永久磁石
    の形状は、前記回転子に対して外周側および内周側とも
    前記回転子の外周に向かって略円弧状の凸形状としたこ
    とを特徴とする永久磁石式回転電機。
  5. 【請求項5】請求項1または2において、前記永久磁石
    の形状は、前記回転子に対して外周側および内周側とも
    前記回転子の軸心に向かって略円弧状の凸形状としたこ
    とを特徴とする永久磁石式回転電機。
  6. 【請求項6】請求項1または2において、前記永久磁石
    の形状は、前記回転子に対して内周側が略円弧状で、外
    周側がd軸と直交面を持つ逆D形状としたことを特徴と
    する永久磁石式回転電機。
  7. 【請求項7】請求項1または2において、前記永久磁石
    を2層構造にするとともに、その形状は、前記回転子に
    対して外周側および内周側とも前記回転子の軸心に向か
    って略円弧状の凸形状としたことを特徴とする永久磁石
    式回転電機。
  8. 【請求項8】請求項1から7において、前記永久磁石の
    周方向両側端部の磁極配向は、前記永久磁極間と前記回
    転子の軸心とを結ぶq軸に対して垂直な方向になるよう
    に構成したことを特徴とする永久磁石式回転電機。
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20040330