JP2004064927A - 永久磁石形同期電動機の回転子構造 - Google Patents
永久磁石形同期電動機の回転子構造 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004064927A JP2004064927A JP2002221713A JP2002221713A JP2004064927A JP 2004064927 A JP2004064927 A JP 2004064927A JP 2002221713 A JP2002221713 A JP 2002221713A JP 2002221713 A JP2002221713 A JP 2002221713A JP 2004064927 A JP2004064927 A JP 2004064927A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- rotor
- stator
- permanent magnet
- degrees
- synchronous motor
- 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
Links
Images
Landscapes
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
- Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
Abstract
【課題】集中巻を備える永久磁石形同期電動機において、効果的にコギングトルクの低減を実現することが困難である。
【解決手段】固定子鉄心の複数の歯毎に集中巻の固定子巻線を巻回した固定子と、回転子鉄心の内部に１極当たり軸方向に４等分に分割された永久磁石を有する回転子とを備え、前記回転子鉄心を磁極軸中心の電気角の軸心角度で０度、１５度、３０度、４５度シフトし、それらを積み重ねて回転子を構成しコギングトルクの低減を実現する。
【選択図】 図１
【解決手段】固定子鉄心の複数の歯毎に集中巻の固定子巻線を巻回した固定子と、回転子鉄心の内部に１極当たり軸方向に４等分に分割された永久磁石を有する回転子とを備え、前記回転子鉄心を磁極軸中心の電気角の軸心角度で０度、１５度、３０度、４５度シフトし、それらを積み重ねて回転子を構成しコギングトルクの低減を実現する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は集中巻の固定子巻線を備えた永久磁石形同期電動機の回転子で、特に回転子の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
回転子に永久磁石を有する回転電機において、コギングトルクを低減する方策として固定子鉄心と回転子鉄心を相対的に斜めスロットにすることが広く用いられている。この場合、回転子には磁石が装着してあるので、斜めスロットにすることは困難であるため、固定子を斜めスロットにするのが通常の手段である。
分布巻で永久磁石を有する回転電機においては、固定子スロットピッチの１ピッチ分斜めスロットすることによりコギングトルクが低減できることはよく知られている。
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、集中巻を備える永久磁石形同期電動機においては、固定子のスロット数が少なく、１スロットピッチ分の角度が大きくなるので、１スロットピッチ分斜めスロットすることは製造コストの上昇を招き、また技術的に困難さが伴うため実施されていない。
このため、永久磁石の形状、配置あるいは固定子の歯の形状などを工夫してコギングトルクの低減を実現している。
【０００４】
本発明の目的は、固定子鉄心の歯毎に集中巻を有する固定子と永久磁石を有する回転子からなる回転電機が発生するコギングトルクの大きさを回転子の位置の最適化によって、最小にできる永久磁石形同期電動機の回転子構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するために本発明の第１の特徴は、固定子鉄心の複数の歯毎に集中巻の固定子巻線を巻回した固定子と、回転子鉄心の内部に１極当たり軸方向に４等分に分割された永久磁石を有する回転子とを備え、前記回転子鉄心を磁極軸中心の電気角の軸心角度で０度、１５度、３０度、４５度シフトし、それらを積み重ねて構成したことにある。
【発明の実施の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施例について図１〜図５を用いて説明する。図１〜図４は本発明の実施例を示す永久磁石形同期電動機の径方向断面図である。図５は軸方向断面図、図１は図５の断面Ａ−Ａでの径方向断面図。同様に、図２はＢ−Ｂでの径方向断面図、図３はＣ−Ｃでの径方向断面、図４はＤ−Ｄでの径方向断面図である。
【０００７】
図１において、磁極の方向は固定子１の歯の中心と一致しており、図２は図１に対して電気角で１５度右回りに回転した位置に回転子２が置かれており、図３は図２に対して更に１５度右回りの位置に回転子が置かれ、図４は図３に対して更に１５度右回りに回転した位置に回転子が置かれている。したがって、図１を基準にすると、図４は４５度（電気角）シフトしていることになる。
図１〜図４は４極機を例に示したもので、各々の鉄心の長さは図５に示す如く、鉄心の全長のそれぞれ１／４である。回転子をシフトする角度を電気角で表せばどの極数の回転電機でも適用することができる。
【０００８】
回転子２に装着された永久磁石３および４は径方向に着磁されたもので、磁石３はＮ極が外周向きに、磁石４はＮ極が内周向きに配置されている。固定子コイル６は固定子１の歯の部分に集中巻により巻回されており、これらのコイルに三相の電流を流すことにより電動機としてのトルクを発生する。
【０００９】
コギングトルクはこれらの固定子巻線に電流を流さない状態で回転子を回転したときに永久磁石の磁束と回転位置に対する磁気抵抗の変化により発生するトルクで、通常このトルクはゼロであることが望ましい。
【００１０】
しかしながら、固定子には歯の部分とスロットの部分が存在し、回転子を回転していくと、その回転位置により磁気抵抗が異なってくる。図６はそのコギングトルクの振幅を示したもので、横軸は電気角で示した角度、縦軸はコギングトルクの振幅（最大を１００％とした）を表している。
【００１１】
図６からコギングトルクの主たる成分は１周期が電気角で６０度であることから、基本波の６倍であることがわかる。したがって、基本波の６倍であるコギングトルクを打ち消すには鉄心全長を１／２ずつに２等分し、その一方を１周期６０度の半分、すなわち３０度シフト（電気角）したものとシフトしないものを積み重ねることにより打ち消すことができる。
【００１２】
しかしながら、図６のコギングトルクには基本波の６倍のほかに１２倍も存在するので、３０度のシフトだけではコギングトルクを打ち消すことはできず、本発明のように鉄心全長を４等分して、それぞれ電気角で１５度ずつシフトし、それらを積み重ねることによりさらにコギングトルクを打ち消すことができる。
【００１３】
図７はそのコギングトルクの振幅を比較したもので、従来機は鉄心をシフトしない場合、３０度シフトは鉄心全長を２等分し、一方を３０度シフトし、しないものと積み重ねた場合、本発明は鉄心全長を４等分し、それぞれ１５度シフトし、それらを積み重ねた場合を示している。従来機の振幅を１００％とすると本発明はその振幅を２％まで減少させることが可能である。
【発明の効果】
鉄心全長を４等分にし、それぞれ電気角で１５度ずつシフトし、それらを積み重ねることにより、コギングトルクを最小にする回転子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施例を示す図５のＡ−Ａ断面図である。
【図２】図２は本発明の実施例を示す図５のＢ−Ｂ断面図である。
【図３】図３は本発明の実施例を示す図５のＣ−Ｃ断面図である。
【図４】図４は本発明の実施例を示す図５のＤ−Ｄ断面図である。
【図５】図５は本発明の実施例を示す軸方向断面図である。
【図６】図６はコギングトルクの波形の例を示す図である。
【図７】図７はコギングトルクの振幅を比較した図である。
【符号の説明】
１ 固定子
２ 回転子
３ 永久磁石（Ｎ極外周向き）
４ 永久磁石（Ｓ極外周向き）
５ 軸
６ 固定子コイル
【発明の属する技術分野】
本発明は集中巻の固定子巻線を備えた永久磁石形同期電動機の回転子で、特に回転子の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
回転子に永久磁石を有する回転電機において、コギングトルクを低減する方策として固定子鉄心と回転子鉄心を相対的に斜めスロットにすることが広く用いられている。この場合、回転子には磁石が装着してあるので、斜めスロットにすることは困難であるため、固定子を斜めスロットにするのが通常の手段である。
分布巻で永久磁石を有する回転電機においては、固定子スロットピッチの１ピッチ分斜めスロットすることによりコギングトルクが低減できることはよく知られている。
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、集中巻を備える永久磁石形同期電動機においては、固定子のスロット数が少なく、１スロットピッチ分の角度が大きくなるので、１スロットピッチ分斜めスロットすることは製造コストの上昇を招き、また技術的に困難さが伴うため実施されていない。
このため、永久磁石の形状、配置あるいは固定子の歯の形状などを工夫してコギングトルクの低減を実現している。
【０００４】
本発明の目的は、固定子鉄心の歯毎に集中巻を有する固定子と永久磁石を有する回転子からなる回転電機が発生するコギングトルクの大きさを回転子の位置の最適化によって、最小にできる永久磁石形同期電動機の回転子構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するために本発明の第１の特徴は、固定子鉄心の複数の歯毎に集中巻の固定子巻線を巻回した固定子と、回転子鉄心の内部に１極当たり軸方向に４等分に分割された永久磁石を有する回転子とを備え、前記回転子鉄心を磁極軸中心の電気角の軸心角度で０度、１５度、３０度、４５度シフトし、それらを積み重ねて構成したことにある。
【発明の実施の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施例について図１〜図５を用いて説明する。図１〜図４は本発明の実施例を示す永久磁石形同期電動機の径方向断面図である。図５は軸方向断面図、図１は図５の断面Ａ−Ａでの径方向断面図。同様に、図２はＢ−Ｂでの径方向断面図、図３はＣ−Ｃでの径方向断面、図４はＤ−Ｄでの径方向断面図である。
【０００７】
図１において、磁極の方向は固定子１の歯の中心と一致しており、図２は図１に対して電気角で１５度右回りに回転した位置に回転子２が置かれており、図３は図２に対して更に１５度右回りの位置に回転子が置かれ、図４は図３に対して更に１５度右回りに回転した位置に回転子が置かれている。したがって、図１を基準にすると、図４は４５度（電気角）シフトしていることになる。
図１〜図４は４極機を例に示したもので、各々の鉄心の長さは図５に示す如く、鉄心の全長のそれぞれ１／４である。回転子をシフトする角度を電気角で表せばどの極数の回転電機でも適用することができる。
【０００８】
回転子２に装着された永久磁石３および４は径方向に着磁されたもので、磁石３はＮ極が外周向きに、磁石４はＮ極が内周向きに配置されている。固定子コイル６は固定子１の歯の部分に集中巻により巻回されており、これらのコイルに三相の電流を流すことにより電動機としてのトルクを発生する。
【０００９】
コギングトルクはこれらの固定子巻線に電流を流さない状態で回転子を回転したときに永久磁石の磁束と回転位置に対する磁気抵抗の変化により発生するトルクで、通常このトルクはゼロであることが望ましい。
【００１０】
しかしながら、固定子には歯の部分とスロットの部分が存在し、回転子を回転していくと、その回転位置により磁気抵抗が異なってくる。図６はそのコギングトルクの振幅を示したもので、横軸は電気角で示した角度、縦軸はコギングトルクの振幅（最大を１００％とした）を表している。
【００１１】
図６からコギングトルクの主たる成分は１周期が電気角で６０度であることから、基本波の６倍であることがわかる。したがって、基本波の６倍であるコギングトルクを打ち消すには鉄心全長を１／２ずつに２等分し、その一方を１周期６０度の半分、すなわち３０度シフト（電気角）したものとシフトしないものを積み重ねることにより打ち消すことができる。
【００１２】
しかしながら、図６のコギングトルクには基本波の６倍のほかに１２倍も存在するので、３０度のシフトだけではコギングトルクを打ち消すことはできず、本発明のように鉄心全長を４等分して、それぞれ電気角で１５度ずつシフトし、それらを積み重ねることによりさらにコギングトルクを打ち消すことができる。
【００１３】
図７はそのコギングトルクの振幅を比較したもので、従来機は鉄心をシフトしない場合、３０度シフトは鉄心全長を２等分し、一方を３０度シフトし、しないものと積み重ねた場合、本発明は鉄心全長を４等分し、それぞれ１５度シフトし、それらを積み重ねた場合を示している。従来機の振幅を１００％とすると本発明はその振幅を２％まで減少させることが可能である。
【発明の効果】
鉄心全長を４等分にし、それぞれ電気角で１５度ずつシフトし、それらを積み重ねることにより、コギングトルクを最小にする回転子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施例を示す図５のＡ−Ａ断面図である。
【図２】図２は本発明の実施例を示す図５のＢ−Ｂ断面図である。
【図３】図３は本発明の実施例を示す図５のＣ−Ｃ断面図である。
【図４】図４は本発明の実施例を示す図５のＤ−Ｄ断面図である。
【図５】図５は本発明の実施例を示す軸方向断面図である。
【図６】図６はコギングトルクの波形の例を示す図である。
【図７】図７はコギングトルクの振幅を比較した図である。
【符号の説明】
１ 固定子
２ 回転子
３ 永久磁石（Ｎ極外周向き）
４ 永久磁石（Ｓ極外周向き）
５ 軸
６ 固定子コイル
Claims (1)
- 固定子鉄心の複数の歯毎に集中巻の固定子巻線を巻回した固定子と、回転子鉄心の内部に１極当たり軸方向に４等分に分割された永久磁石を有する回転子とを備え、前記回転子鉄心を磁極軸中心の電気角の軸心角度で０度、１５度、３０度、４５度シフトし、それらを積み重ねて構成したことを特徴とする永久磁石形同期電動機の回転子構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002221713A JP2004064927A (ja) | 2002-07-30 | 2002-07-30 | 永久磁石形同期電動機の回転子構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002221713A JP2004064927A (ja) | 2002-07-30 | 2002-07-30 | 永久磁石形同期電動機の回転子構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004064927A true JP2004064927A (ja) | 2004-02-26 |
Family
ID=31941949
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002221713A Pending JP2004064927A (ja) | 2002-07-30 | 2002-07-30 | 永久磁石形同期電動機の回転子構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004064927A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016187293A (ja) * | 2015-03-27 | 2016-10-27 | アイシン精機株式会社 | 回転電機 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0711859U (ja) * | 1993-07-19 | 1995-02-21 | 株式会社安川電機 | 永久磁石形同期電動機のロータ |
| JP2001339921A (ja) * | 2000-05-25 | 2001-12-07 | Mitsubishi Electric Corp | 永久磁石型電動機 |
-
2002
- 2002-07-30 JP JP2002221713A patent/JP2004064927A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0711859U (ja) * | 1993-07-19 | 1995-02-21 | 株式会社安川電機 | 永久磁石形同期電動機のロータ |
| JP2001339921A (ja) * | 2000-05-25 | 2001-12-07 | Mitsubishi Electric Corp | 永久磁石型電動機 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016187293A (ja) * | 2015-03-27 | 2016-10-27 | アイシン精機株式会社 | 回転電機 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8796897B2 (en) | Consequent pole permanent magnet motor | |
| KR100899913B1 (ko) | 모터 | |
| KR101730525B1 (ko) | 브러시없는 동기식 모터 | |
| US8102091B2 (en) | Interior permanent magnet motor including rotor with unequal poles | |
| JP3995450B2 (ja) | 永久磁石型回転電機 | |
| US7569962B2 (en) | Multi-phase brushless motor with reduced number of stator poles | |
| JP5256801B2 (ja) | 電動機 | |
| JP5385077B2 (ja) | 回転電動機 | |
| EP3355446B1 (en) | Rotary electric machine | |
| US20120098378A1 (en) | Motor | |
| JP2014131376A (ja) | 回転子、および、これを用いた回転電機 | |
| US20080211338A1 (en) | Electrical rotating machine | |
| WO2017171037A1 (ja) | ロータ及びロータの設計方法 | |
| CN105191066B (zh) | 同步电动机 | |
| JP5419991B2 (ja) | 永久磁石式同期モータ | |
| US6236133B1 (en) | Three-phase brushless motor | |
| JP2013207857A (ja) | ブラシレスモータ | |
| US20100052460A1 (en) | Electrical rotating machine | |
| JP6481545B2 (ja) | モータ | |
| JP2013132154A (ja) | 回転電機および回転電機のロータ | |
| JP4491211B2 (ja) | 永久磁石式回転電機 | |
| JPS62230346A (ja) | ブラシレスモ−タの巻線方法 | |
| JP2005006484A (ja) | Ｉｐｍ回転電機 | |
| CN203942429U (zh) | 同步电动机 | |
| JP2004064927A (ja) | 永久磁石形同期電動機の回転子構造 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050309 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070119 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070124 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070522 |