JP2001037126A - 自己始動形永久磁石式同期電動機 - Google Patents
自己始動形永久磁石式同期電動機Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 自己始動形永久磁石式同期電動機において、
固定子と回転子の間の空隙部の磁束密度分布を台形波ま
たは正弦波近似にすることによって固定子の巻線に誘起
される電圧を大きくすることができることにより、永久
磁石を大きくしたり、高い残留磁束密度を有する永久磁
石を使用せずに、高性能で安価な自己始動形永久磁石式
同期電動機を提供する。 【解決手段】 回転子鉄心２の、永久磁石６による回転
子磁極の端付近に位置する、隣り合うスロット４の間の
距離T２およびT１３を、前記回転子磁極の中心付近に位
置する前記距離T４よりも小さくすることにより、固定
子と回転子の間の空隙部における磁束密度分布は台形波
または正弦波近似となり、矩形波の場合に比べて単位時
間当たりの磁束の変化量が大きいため、固定子の巻線に
誘起される誘起電圧を大きくすることができる。
固定子と回転子の間の空隙部の磁束密度分布を台形波ま
たは正弦波近似にすることによって固定子の巻線に誘起
される電圧を大きくすることができることにより、永久
磁石を大きくしたり、高い残留磁束密度を有する永久磁
石を使用せずに、高性能で安価な自己始動形永久磁石式
同期電動機を提供する。 【解決手段】 回転子鉄心２の、永久磁石６による回転
子磁極の端付近に位置する、隣り合うスロット４の間の
距離T２およびT１３を、前記回転子磁極の中心付近に位
置する前記距離T４よりも小さくすることにより、固定
子と回転子の間の空隙部における磁束密度分布は台形波
または正弦波近似となり、矩形波の場合に比べて単位時
間当たりの磁束の変化量が大きいため、固定子の巻線に
誘起される誘起電圧を大きくすることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷凍空調機器用電
動圧縮機やその他の一般産業用に使用される自己始動形
永久磁石式同期電動機に関するものである。
動圧縮機やその他の一般産業用に使用される自己始動形
永久磁石式同期電動機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】自己始動形永久磁石式同期電動機は、始
動時には回転子の始動用かご形導体により誘導電動機と
して作動し、回転子が同期速度付近に達すると永久磁石
がつくる回転子磁極によって同期速度に引き込まれて同
期速度に入るが、定速度運転性および高効率性等優れた
性能を有しているため一般産業用その他に広く使用され
ており、特に電動機の回転子構造についてはさまざまな
改良が施されてきた。
動時には回転子の始動用かご形導体により誘導電動機と
して作動し、回転子が同期速度付近に達すると永久磁石
がつくる回転子磁極によって同期速度に引き込まれて同
期速度に入るが、定速度運転性および高効率性等優れた
性能を有しているため一般産業用その他に広く使用され
ており、特に電動機の回転子構造についてはさまざまな
改良が施されてきた。
【０００３】従来の自己始動形永久磁石式同期電動機の
回転子は一般的に、特公昭５９−２３１７９号公報に示
されているものがある。以下、図面を参照しながら上記
従来の自己始動形永久磁石式同期電動機を説明する。
回転子は一般的に、特公昭５９−２３１７９号公報に示
されているものがある。以下、図面を参照しながら上記
従来の自己始動形永久磁石式同期電動機を説明する。
【０００４】図６は２極の例を示すものである。１は回
転子、２は回転子鉄心であり、回転子鉄心２の外周付近
に設けた複数個のスロット３に導体バー４を配設し、前
記導体バー４の両端を短絡環で短絡して始動用かご形導
体を形成している。短絡環は図示はしないが、回転子鉄
心の軸方向の両端に配置された環状の導電性材料よりな
り、各々の導体バー４に接続されている。また前記導体
バー４の内側に複数個の永久磁石埋め込み用穴５が設け
られ、永久磁石６が埋め込まれている。７は永久磁石の
異極間の磁束短絡防止用スリットであり、前記磁束短絡
防止用スリット７と永久磁石埋め込み用穴５との間の距
離Ｐを十分狭くすることにより、前記永久磁石埋め込み
用穴５と前記磁束短絡防止用スリット７との間を磁気飽
和させ、永久磁石による異極間の磁束短絡を防止するよ
うに構成されている。
転子、２は回転子鉄心であり、回転子鉄心２の外周付近
に設けた複数個のスロット３に導体バー４を配設し、前
記導体バー４の両端を短絡環で短絡して始動用かご形導
体を形成している。短絡環は図示はしないが、回転子鉄
心の軸方向の両端に配置された環状の導電性材料よりな
り、各々の導体バー４に接続されている。また前記導体
バー４の内側に複数個の永久磁石埋め込み用穴５が設け
られ、永久磁石６が埋め込まれている。７は永久磁石の
異極間の磁束短絡防止用スリットであり、前記磁束短絡
防止用スリット７と永久磁石埋め込み用穴５との間の距
離Ｐを十分狭くすることにより、前記永久磁石埋め込み
用穴５と前記磁束短絡防止用スリット７との間を磁気飽
和させ、永久磁石による異極間の磁束短絡を防止するよ
うに構成されている。
【０００５】従来、回転子鉄心２の隣り合うスロット４
の間の距離Ｔ１は各々の箇所で一定の大きさであった。
また、スロット４の径方向長さＨ１も一定であり、回転
子鉄心２がこのような形状の場合、回転子磁極の端付近
に位置する隣り合うスロットの間の距離Tやスロット３
と永久磁石埋め込み用穴５の間の距離Ｙ１は十分広い磁
路幅を有しているため、永久磁石６から涌出する磁束
は、回転子磁極の端付近の外周面にも他の箇所の外周面
とほぼ同程度に流出することになる。その結果、固定子
と回転子の間の空隙部における磁束密度分布は、図７に
示すように縦軸に磁束密度Ｂｇを表わし横軸に回転子磁
極の極間を原点としたときの空隙部の回転方向の角度θ
を表わした場合に、矩形波となる。
の間の距離Ｔ１は各々の箇所で一定の大きさであった。
また、スロット４の径方向長さＨ１も一定であり、回転
子鉄心２がこのような形状の場合、回転子磁極の端付近
に位置する隣り合うスロットの間の距離Tやスロット３
と永久磁石埋め込み用穴５の間の距離Ｙ１は十分広い磁
路幅を有しているため、永久磁石６から涌出する磁束
は、回転子磁極の端付近の外周面にも他の箇所の外周面
とほぼ同程度に流出することになる。その結果、固定子
と回転子の間の空隙部における磁束密度分布は、図７に
示すように縦軸に磁束密度Ｂｇを表わし横軸に回転子磁
極の極間を原点としたときの空隙部の回転方向の角度θ
を表わした場合に、矩形波となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】以上のような従来の自
己始動形永久磁石式同期電動機においては、回転子鉄心
の全てのスロットの間の距離が一定であり、且つ全ての
スロットの径方向長さも一定であるため固定子と回転子
の間の空隙部の磁束密度分布は矩形波となる。一般に、
永久磁石による回転子磁極の強さは、電動機に電圧を印
加しない状態で、回転子を外部から回転させたときに固
定子の巻線に誘起される電圧の大きさを測定することに
より相対的に把握することができる。
己始動形永久磁石式同期電動機においては、回転子鉄心
の全てのスロットの間の距離が一定であり、且つ全ての
スロットの径方向長さも一定であるため固定子と回転子
の間の空隙部の磁束密度分布は矩形波となる。一般に、
永久磁石による回転子磁極の強さは、電動機に電圧を印
加しない状態で、回転子を外部から回転させたときに固
定子の巻線に誘起される電圧の大きさを測定することに
より相対的に把握することができる。
【０００７】ここで固定子と回転子の間の空隙部の磁束
密度分布の形状と回転子磁極による固定子巻線の誘起電
圧との関係を２極の自己始動形永久磁石式電動機を例に
とって説明する。
密度分布の形状と回転子磁極による固定子巻線の誘起電
圧との関係を２極の自己始動形永久磁石式電動機を例に
とって説明する。
【０００８】空隙部の磁束密度分布Ｂｇ(θ)が矩形波Ｂ
ｇ1(θ)の場合を図7に、台形波Ｂｇ2(θ)の場合を図８
に示す。縦軸は空隙部の磁束密度Ｂｇ、横軸は回転子磁
極の極間を原点としたときの空隙部の回転方向の角度θ
である。図７においてＢｇ1mはＢｇ1(θ)の最大値であ
りＢｇ1(θ)は式（１）と式（２）で表わされる。
ｇ1(θ)の場合を図7に、台形波Ｂｇ2(θ)の場合を図８
に示す。縦軸は空隙部の磁束密度Ｂｇ、横軸は回転子磁
極の極間を原点としたときの空隙部の回転方向の角度θ
である。図７においてＢｇ1mはＢｇ1(θ)の最大値であ
りＢｇ1(θ)は式（１）と式（２）で表わされる。
【０００９】
【数１】
【００１０】
【数２】
【００１１】図８においてＢｇ2mはＢｇ2(θ)の最大値
であり、θ＝０からのＢｇ2(θ)の傾き角度をαとする
とＢｇ2(θ)は式（３）、式（４）、式（５）で表わさ
れる。
であり、θ＝０からのＢｇ2(θ)の傾き角度をαとする
とＢｇ2(θ)は式（３）、式（４）、式（５）で表わさ
れる。
【００１２】
【数３】
【００１３】
【数４】
【００１４】
【数５】
【００１５】なお、永久磁石の磁束は回転子内部の磁束
短絡は無く全ての磁束が固定子鉄心に流入するものとす
る。従って空隙部の磁束密度分布の波形の形状に拘わら
ず固定子に流入する磁束の量は一定であり１極当たりの
波形の面積は同じとし式（６）で表わされる。
短絡は無く全ての磁束が固定子鉄心に流入するものとす
る。従って空隙部の磁束密度分布の波形の形状に拘わら
ず固定子に流入する磁束の量は一定であり１極当たりの
波形の面積は同じとし式（６）で表わされる。
【００１６】
【数６】
【００１７】固定子巻線は１極に相当する範囲に分布し
て配置されるが、等価的に１極に相当する回転方向の角
度πの幅に集中して配置され巻数をｎと考える。回転子
磁極が角速度ωで回転している時の巻線の中を通る磁束
量φ(ｔ)は式（７）で表わされる。
て配置されるが、等価的に１極に相当する回転方向の角
度πの幅に集中して配置され巻数をｎと考える。回転子
磁極が角速度ωで回転している時の巻線の中を通る磁束
量φ(ｔ)は式（７）で表わされる。
【００１８】
【数７】
【００１９】空隙部の磁束密度分布Ｂｇ(θ)が矩形波Ｂ
ｇ1(θ)の場合の磁束量φ1(ｔ)は、式（７）のＢｇ(θ)
に式（１）と式（２）のＢｇ1(θ)を代入することによ
り図９に示すような波形となる。台形波Ｂｇ2(θ)の場
合の磁束量φ2(ｔ)は、式（７）のＢｇ(θ)に式（３）
と式（４）と式（５）のＢｇ1(θ)を代入することによ
りを図１０に示すような波形となる。図９と図１０の縦
軸は磁束量φで横軸は時間ｔである。固定子巻線に誘起
される誘起電圧波形Ｖ(ｔ)は式（８）で表わされる。
ｇ1(θ)の場合の磁束量φ1(ｔ)は、式（７）のＢｇ(θ)
に式（１）と式（２）のＢｇ1(θ)を代入することによ
り図９に示すような波形となる。台形波Ｂｇ2(θ)の場
合の磁束量φ2(ｔ)は、式（７）のＢｇ(θ)に式（３）
と式（４）と式（５）のＢｇ1(θ)を代入することによ
りを図１０に示すような波形となる。図９と図１０の縦
軸は磁束量φで横軸は時間ｔである。固定子巻線に誘起
される誘起電圧波形Ｖ(ｔ)は式（８）で表わされる。
【００２０】
【数８】
【００２１】空隙部の磁束密度分布が矩形波Ｂｇ1(θ)
の場合の誘起電圧波形Ｖ1(ｔ)を図１１に、台形波Ｂｇ2
(θ)の場合の誘起電圧波形Ｖ2(ｔ)を図１２に示す。図
１１と図１２の縦軸は誘起電圧V(ｔ)で横軸は時間ｔで
ある。
の場合の誘起電圧波形Ｖ1(ｔ)を図１１に、台形波Ｂｇ2
(θ)の場合の誘起電圧波形Ｖ2(ｔ)を図１２に示す。図
１１と図１２の縦軸は誘起電圧V(ｔ)で横軸は時間ｔで
ある。
【００２２】誘起電圧Vとは誘起電圧波形の実効値を表
わしており、式（９）で表わされる。
わしており、式（９）で表わされる。
【００２３】
【数９】
【００２４】ここで式（８）を式（９）に代入すると誘
起電圧Ｖは式（１０）で表わされる。
起電圧Ｖは式（１０）で表わされる。
【００２５】
【数１０】
【００２６】空隙部の磁束密度分布が矩形波Ｂｇ1(θ)
の場合の誘起電圧Ｖ1は式（１０）に式（１）と式
（２）を代入することにより式（１１）で表わされる。
の場合の誘起電圧Ｖ1は式（１０）に式（１）と式
（２）を代入することにより式（１１）で表わされる。
【００２７】
【数１１】
【００２８】空隙部の磁束密度分布が台形波Ｂｇ2(θ)
の場合の誘起電圧Ｖ2は式（１０）に式（３）と式
（４）と式（５）を代入することにより式（１２）で表
わされる。
の場合の誘起電圧Ｖ2は式（１０）に式（３）と式
（４）と式（５）を代入することにより式（１２）で表
わされる。
【００２９】
【数１２】
【００３０】Ｖ2は図８の角度αの関数であり図１３に
示す。α＝π／２のときＶ2は式（１１）と同じ値にな
り、図１３においてα＝π／２の時は空隙部の磁束密度
分布が矩形波の誘起電圧を示しているといえる。図８よ
り空隙部の磁束密度分布が台形波の場合はαがπ／２よ
り小さいことから、図１３より空隙部の磁束密度分布が
矩形波の場合の誘起電圧は台形波の場合の誘起電圧より
低いことがわかる。
示す。α＝π／２のときＶ2は式（１１）と同じ値にな
り、図１３においてα＝π／２の時は空隙部の磁束密度
分布が矩形波の誘起電圧を示しているといえる。図８よ
り空隙部の磁束密度分布が台形波の場合はαがπ／２よ
り小さいことから、図１３より空隙部の磁束密度分布が
矩形波の場合の誘起電圧は台形波の場合の誘起電圧より
低いことがわかる。
【００３１】また、空隙部の磁束密度分布が正弦波近似
の場合の誘起電圧は式（９）で同様に表わされ、空隙部
の磁束密度分布が矩形波の場合の誘起電圧は正弦波近似
の場合の誘起電圧より低いといえる。従って空隙部の磁
束密度分布が矩形波の場合は、回転子磁極が弱いため脱
調トルクが小さくなるとともに、且つ固定子巻線の電流
が大きくなり効率が低下することとなる。そこで所要の
誘起電圧を得るためには永久磁石を大きくするか、高い
残留磁束密度を有する永久磁石を使用する必要があるた
め、永久磁石のコストが高くなり、電動機のコストも高
くなるという課題があった。
の場合の誘起電圧は式（９）で同様に表わされ、空隙部
の磁束密度分布が矩形波の場合の誘起電圧は正弦波近似
の場合の誘起電圧より低いといえる。従って空隙部の磁
束密度分布が矩形波の場合は、回転子磁極が弱いため脱
調トルクが小さくなるとともに、且つ固定子巻線の電流
が大きくなり効率が低下することとなる。そこで所要の
誘起電圧を得るためには永久磁石を大きくするか、高い
残留磁束密度を有する永久磁石を使用する必要があるた
め、永久磁石のコストが高くなり、電動機のコストも高
くなるという課題があった。
【００３２】本発明は上記の課題を解決するもので、固
定子と回転子の間の空隙部の磁束密度分布を台形波また
は正弦波近似にすることによって固定子の巻線に誘起さ
れる電圧を大きくすることができることにより、永久磁
石を大きくしたり、高い残留磁束密度を有する永久磁石
を使用せずに、高性能で安価な自己始動形永久磁石式同
期電動機を提供することを目的とする。
定子と回転子の間の空隙部の磁束密度分布を台形波また
は正弦波近似にすることによって固定子の巻線に誘起さ
れる電圧を大きくすることができることにより、永久磁
石を大きくしたり、高い残留磁束密度を有する永久磁石
を使用せずに、高性能で安価な自己始動形永久磁石式同
期電動機を提供することを目的とする。
【００３３】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明は、回転子鉄心の、永久磁石による回転子磁極
の端付近に位置する隣り合うスロットの間の距離を、前
記回転子磁極の中心付近に位置する前記距離よりも小さ
くしたものである。
に本発明は、回転子鉄心の、永久磁石による回転子磁極
の端付近に位置する隣り合うスロットの間の距離を、前
記回転子磁極の中心付近に位置する前記距離よりも小さ
くしたものである。
【００３４】このことにより回転子磁極の端付近では、
永久磁石の磁束が回転子の外周面に流出しにくくなり、
その分だけ回転子磁極の中心付近の外周面により多く流
出することになる。そのため、固定子と回転子の間の空
隙部における磁束密度分布は台形波または正弦波近似と
なり、矩形波の場合に比べて単位時間当たりの磁束の変
化量が大きくなるため、固定子の巻線に誘起される誘起
電圧を大きくすることができ、回転子磁極が強くなるの
で従来のように所要の誘起電圧を得るために永久磁石の
体積を大きくしたり、高い残留磁束密度を有する永久磁
石を使用したりしないでも、所要の脱調トルクや高い効
率を持つ高性能で安価な自己始動形永久磁石式同期電動
機とすることができる。
永久磁石の磁束が回転子の外周面に流出しにくくなり、
その分だけ回転子磁極の中心付近の外周面により多く流
出することになる。そのため、固定子と回転子の間の空
隙部における磁束密度分布は台形波または正弦波近似と
なり、矩形波の場合に比べて単位時間当たりの磁束の変
化量が大きくなるため、固定子の巻線に誘起される誘起
電圧を大きくすることができ、回転子磁極が強くなるの
で従来のように所要の誘起電圧を得るために永久磁石の
体積を大きくしたり、高い残留磁束密度を有する永久磁
石を使用したりしないでも、所要の脱調トルクや高い効
率を持つ高性能で安価な自己始動形永久磁石式同期電動
機とすることができる。
【００３５】また、本発明は永久磁石による回転子磁極
の中心から回転方向に位置するスロットの間の距離を反
回転方向側に位置するスロットの間の距離に比べて広く
したものである。
の中心から回転方向に位置するスロットの間の距離を反
回転方向側に位置するスロットの間の距離に比べて広く
したものである。
【００３６】このことにより、負荷運転時には固定子の
巻線による磁束と永久磁石による磁束との合成磁束の回
転子表面における分布の最大値は回転子磁極の中心より
回転方向側に位置するが、前記位置の磁束が通る回転子
のスロットの間の距離を大きくしたため、その部分の磁
気飽和を防ぐことができる。その結果、回転子から磁石
による磁束を十分取り出せるので、固定子巻線の電流を
抑制でき、電動機の効率を向上させることができる。
巻線による磁束と永久磁石による磁束との合成磁束の回
転子表面における分布の最大値は回転子磁極の中心より
回転方向側に位置するが、前記位置の磁束が通る回転子
のスロットの間の距離を大きくしたため、その部分の磁
気飽和を防ぐことができる。その結果、回転子から磁石
による磁束を十分取り出せるので、固定子巻線の電流を
抑制でき、電動機の効率を向上させることができる。
【００３７】また、本発明はスロットの径方向長さを箇
所によって異なる寸法とするとともに、永久磁石による
回転子磁極の端付近に位置する前記スロットと永久磁石
埋め込み用穴との間の距離を、回転子の他の箇所に位置
する前記スロットと前記永久磁石埋め込み用穴との間の
距離よりも小さくしたものである。
所によって異なる寸法とするとともに、永久磁石による
回転子磁極の端付近に位置する前記スロットと永久磁石
埋め込み用穴との間の距離を、回転子の他の箇所に位置
する前記スロットと前記永久磁石埋め込み用穴との間の
距離よりも小さくしたものである。
【００３８】このことにより、永久磁石から涌出する磁
束が回転子磁極の端付近の外周面には流出しにくくな
り、その分だけ回転子磁極の中心付近の外周面により多
く流出することになる。そのため、固定子と回転子の間
の空隙部における磁束密度分布は台形波または正弦波近
似となり、矩形波の場合に比べて単位時間当たりの磁束
の変化量が大きくなるため、固定子の巻線に誘起される
誘起電圧を大きくすることができ、回転子磁極を強くす
ることができるので、従来のように所要の誘起電圧を得
るために永久磁石の体積を大きくしたり、高い残留磁束
密度を有する永久磁石を使用したりしないでも、所要の
脱調トルクや高い効率を持つ高性能で安価な自己始動形
永久磁石式同期電動機とすることができる。
束が回転子磁極の端付近の外周面には流出しにくくな
り、その分だけ回転子磁極の中心付近の外周面により多
く流出することになる。そのため、固定子と回転子の間
の空隙部における磁束密度分布は台形波または正弦波近
似となり、矩形波の場合に比べて単位時間当たりの磁束
の変化量が大きくなるため、固定子の巻線に誘起される
誘起電圧を大きくすることができ、回転子磁極を強くす
ることができるので、従来のように所要の誘起電圧を得
るために永久磁石の体積を大きくしたり、高い残留磁束
密度を有する永久磁石を使用したりしないでも、所要の
脱調トルクや高い効率を持つ高性能で安価な自己始動形
永久磁石式同期電動機とすることができる。
【００３９】また、本発明は永久磁石が希土類磁石で形
成されているものである。希土類磁石は残留磁束密度が
高いので、永久磁石の体積を著しく小さくできるため、
回転子のスロット形状や永久磁石埋め込み用穴の位置や
寸法の設定の自由度が増して、最適な回転子鉄心の形状
が得られやすく、回転子または電動機を小型軽量化する
ことができる。また、永久磁石の保磁力が大きいため、
始動電流による大きな減磁界に対して容易に減磁を防ぐ
ことができる。
成されているものである。希土類磁石は残留磁束密度が
高いので、永久磁石の体積を著しく小さくできるため、
回転子のスロット形状や永久磁石埋め込み用穴の位置や
寸法の設定の自由度が増して、最適な回転子鉄心の形状
が得られやすく、回転子または電動機を小型軽量化する
ことができる。また、永久磁石の保磁力が大きいため、
始動電流による大きな減磁界に対して容易に減磁を防ぐ
ことができる。
【００４０】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、固定子鉄心に巻線を巻装した固定子と、前記固定子
鉄心の内径円筒面に対向して回転自在に回転し、回転子
鉄心の外周付近に設けた複数個のスロットに導体バーを
配設して、前記導体バーの両端を短絡環で短絡して形成
した始動用かご形導体を有するとともに、前記導体バー
の内側に複数個の永久磁石埋め込み用穴を設けて、永久
磁石を埋め込んだ回転子とからなる電動機であって、前
記回転子鉄心の、永久磁石による回転子磁極の端付近に
位置する隣り合う前記スロットの間の距離を、前記回転
子磁極の中心付近に位置する前記距離よりも小さくする
ことにより、回転子磁極の端付近では、永久磁石の磁束
が回転子の外周面に流出しにくくなり、その分だけ回転
子磁極の中心付近の外周面により多く流出することにな
る。そのため、固定子と回転子の間の空隙部における磁
束密度分布は台形波または正弦波近似となり、矩形波の
場合に比べて単位時間当たりの磁束の変化量が大きくな
るため、固定子の巻線に誘起される誘起電圧を大きくす
ることができるという作用を有する。
は、固定子鉄心に巻線を巻装した固定子と、前記固定子
鉄心の内径円筒面に対向して回転自在に回転し、回転子
鉄心の外周付近に設けた複数個のスロットに導体バーを
配設して、前記導体バーの両端を短絡環で短絡して形成
した始動用かご形導体を有するとともに、前記導体バー
の内側に複数個の永久磁石埋め込み用穴を設けて、永久
磁石を埋め込んだ回転子とからなる電動機であって、前
記回転子鉄心の、永久磁石による回転子磁極の端付近に
位置する隣り合う前記スロットの間の距離を、前記回転
子磁極の中心付近に位置する前記距離よりも小さくする
ことにより、回転子磁極の端付近では、永久磁石の磁束
が回転子の外周面に流出しにくくなり、その分だけ回転
子磁極の中心付近の外周面により多く流出することにな
る。そのため、固定子と回転子の間の空隙部における磁
束密度分布は台形波または正弦波近似となり、矩形波の
場合に比べて単位時間当たりの磁束の変化量が大きくな
るため、固定子の巻線に誘起される誘起電圧を大きくす
ることができるという作用を有する。
【００４１】また、請求項２に記載の発明によれば、請
求項１に記載の発明に、さらに、永久磁石による回転子
磁極の中心付近から回転方向側に位置する隣り合うスロ
ットの間の距離を、反回転方向側に位置する前記距離よ
りも大きくしたことにより、負荷運転時には固定子の巻
線による磁束と永久磁石による磁束との合成磁束の回転
子表面における分布の最大値は回転子磁極の中心より回
転方向側に位置するが、前記位置の磁束が通る回転子の
スロットの間の距離を大きくしたため、磁気飽和を防ぐ
ことができるという作用を有する。
求項１に記載の発明に、さらに、永久磁石による回転子
磁極の中心付近から回転方向側に位置する隣り合うスロ
ットの間の距離を、反回転方向側に位置する前記距離よ
りも大きくしたことにより、負荷運転時には固定子の巻
線による磁束と永久磁石による磁束との合成磁束の回転
子表面における分布の最大値は回転子磁極の中心より回
転方向側に位置するが、前記位置の磁束が通る回転子の
スロットの間の距離を大きくしたため、磁気飽和を防ぐ
ことができるという作用を有する。
【００４２】また、請求項３に記載の発明によれば、固
定子鉄心に巻線を巻装した固定子と、前記固定子鉄心の
内径円筒面に対向して回転自在に回転し、回転子鉄心の
外周付近に設けた複数個のスロットに導体バーを配設し
て、前記導体バーの両端を短絡環で短絡して形成した始
動用かご形導体を有するとともに、前記導体バーの内側
に複数個の永久磁石埋め込み用穴を設けて、永久磁石を
埋め込んだ回転子とからなる電動機であって、前記スロ
ットの径方向長さを箇所によって異なる寸法とするとと
もに、前記永久磁石による回転子磁極の端付近に位置す
る前記スロットと前記永久磁石埋め込み用穴との間の距
離を、前記回転子の他の箇所に位置する前記スロットと
前記永久磁石埋め込み用穴との間の距離よりも小さくす
ることにより、永久磁石から涌出する磁束が回転子磁極
の端付近の外周面には流出しにくくなり、その分だけ回
転子磁極の中心付近の外周面に、より多く流出すること
になる。そのため、固定子と回転子の間の空隙部におけ
る磁束密度分布は台形波または正弦波近似となり、矩形
波の場合に比べて単位時間当たりの磁束の変化量が大き
くなるため、固定子の巻線に誘起される誘起電圧を大き
くすることができるという作用を有する。
定子鉄心に巻線を巻装した固定子と、前記固定子鉄心の
内径円筒面に対向して回転自在に回転し、回転子鉄心の
外周付近に設けた複数個のスロットに導体バーを配設し
て、前記導体バーの両端を短絡環で短絡して形成した始
動用かご形導体を有するとともに、前記導体バーの内側
に複数個の永久磁石埋め込み用穴を設けて、永久磁石を
埋め込んだ回転子とからなる電動機であって、前記スロ
ットの径方向長さを箇所によって異なる寸法とするとと
もに、前記永久磁石による回転子磁極の端付近に位置す
る前記スロットと前記永久磁石埋め込み用穴との間の距
離を、前記回転子の他の箇所に位置する前記スロットと
前記永久磁石埋め込み用穴との間の距離よりも小さくす
ることにより、永久磁石から涌出する磁束が回転子磁極
の端付近の外周面には流出しにくくなり、その分だけ回
転子磁極の中心付近の外周面に、より多く流出すること
になる。そのため、固定子と回転子の間の空隙部におけ
る磁束密度分布は台形波または正弦波近似となり、矩形
波の場合に比べて単位時間当たりの磁束の変化量が大き
くなるため、固定子の巻線に誘起される誘起電圧を大き
くすることができるという作用を有する。
【００４３】また、請求項４に記載の発明によれば、請
求項３に記載の発明に、さらに、回転子鉄心のスロット
と永久磁石埋め込み用穴との間の距離を、永久磁石によ
る回転子磁極の端付近から回転子磁極の中心に向けて順
次大きくすることにより、固定子巻線のつくる磁界の磁
束が、回転子磁極の端部のスロットと永久磁石埋め込み
用穴との間では少なく、磁極の中心に近づくにつれて各
スロット間から流入する磁束が重畳されて多くなり磁極
中心は最も多くなるが、前記スロットと前記永久磁石埋
め込み用穴との間の部分の磁気飽和を防ぐことができる
という作用を有する。
求項３に記載の発明に、さらに、回転子鉄心のスロット
と永久磁石埋め込み用穴との間の距離を、永久磁石によ
る回転子磁極の端付近から回転子磁極の中心に向けて順
次大きくすることにより、固定子巻線のつくる磁界の磁
束が、回転子磁極の端部のスロットと永久磁石埋め込み
用穴との間では少なく、磁極の中心に近づくにつれて各
スロット間から流入する磁束が重畳されて多くなり磁極
中心は最も多くなるが、前記スロットと前記永久磁石埋
め込み用穴との間の部分の磁気飽和を防ぐことができる
という作用を有する。
【００４４】また、請求項５に記載の発明によれば、請
求項１から４のいずれか１項に記載の発明に、さらに、
永久磁石が希土類磁石で形成されていることにより、希
土類磁石は残留磁束密度が高いので、永久磁石の体積を
著しく小さくできるため、回転子のスロット形状や永久
磁石埋め込み用穴の位置や寸法の設定の自由度が増し
て、最適な回転子鉄心の形状が得られやすく、回転子ま
たは電動機を小型軽量化することができるという作用を
有する。また、永久磁石の保磁力が大きいため、始動電
流による大きな減磁界に対して容易に減磁を防ぐことが
できるという作用を有する。
求項１から４のいずれか１項に記載の発明に、さらに、
永久磁石が希土類磁石で形成されていることにより、希
土類磁石は残留磁束密度が高いので、永久磁石の体積を
著しく小さくできるため、回転子のスロット形状や永久
磁石埋め込み用穴の位置や寸法の設定の自由度が増し
て、最適な回転子鉄心の形状が得られやすく、回転子ま
たは電動機を小型軽量化することができるという作用を
有する。また、永久磁石の保磁力が大きいため、始動電
流による大きな減磁界に対して容易に減磁を防ぐことが
できるという作用を有する。
【００４５】
【実施例】以下、本発明による自己始動形永久磁石式同
期電動機の実施例について、図面を参照しながら説明す
る。なお、従来と同一の構成については同一の符号を付
して詳細な説明は省略する。また固定子は一般的な自己
始動形永久磁石式同期電動機と同様の構成であるため固
定子についての説明も省略する。
期電動機の実施例について、図面を参照しながら説明す
る。なお、従来と同一の構成については同一の符号を付
して詳細な説明は省略する。また固定子は一般的な自己
始動形永久磁石式同期電動機と同様の構成であるため固
定子についての説明も省略する。
【００４６】（実施例１）図１を用いて説明する。図１
は本発明の実施例１による自己始動形永久磁石式同期電
動機の回転子の縦断面図を示す。図１において、１は回
転子、２は回転子鉄心である。回転子鉄心２の外周付近
に複数個の導体バー４を配設するためのスロット３を設
け、アルミダイカストにより前記導体バー４と回転子鉄
心の軸方向の両端の短絡環（図示せず）を一体成形して
始動用かご形導体を形成している。また前記導体バー４
の内側に複数個の永久磁石埋め込み用穴５を設けて、永
久磁石６が埋め込まれている。
は本発明の実施例１による自己始動形永久磁石式同期電
動機の回転子の縦断面図を示す。図１において、１は回
転子、２は回転子鉄心である。回転子鉄心２の外周付近
に複数個の導体バー４を配設するためのスロット３を設
け、アルミダイカストにより前記導体バー４と回転子鉄
心の軸方向の両端の短絡環（図示せず）を一体成形して
始動用かご形導体を形成している。また前記導体バー４
の内側に複数個の永久磁石埋め込み用穴５を設けて、永
久磁石６が埋め込まれている。
【００４７】ここで図１において２個の平板状の前記永
久磁石を山形状に突き合わせて配置することにより１極
の回転子磁極を形成しており、回転子全体で４個の前記
永久磁石により２極の回転子磁極を形成している。Ｔ２
およびＴ３は、永久磁石による回転子磁極の端付近に位
置するスロットの間の距離を示し、Ｔ４は回転子磁極の
中心付近に位置するスロットの間の距離を示す。ここ
で、Ｔ２およびＴ３はＴ４よりも小さく設定されてい
る。
久磁石を山形状に突き合わせて配置することにより１極
の回転子磁極を形成しており、回転子全体で４個の前記
永久磁石により２極の回転子磁極を形成している。Ｔ２
およびＴ３は、永久磁石による回転子磁極の端付近に位
置するスロットの間の距離を示し、Ｔ４は回転子磁極の
中心付近に位置するスロットの間の距離を示す。ここ
で、Ｔ２およびＴ３はＴ４よりも小さく設定されてい
る。
【００４８】図２は、固定子と回転子の間の空隙部の磁
束密度分布を示している。図２において縦軸は磁束密度
Ｂを表わし、横軸は回転子磁極の極間を原点としたとき
の空隙部の回転方向の角度θを表わす。回転子磁極の端
付近では、Ｔ２およびＴ３は、回転子磁極の中心付近の
Ｔ４より小さいため、永久磁石６の磁束が回転子１の外
周面に流出しにくくなり、その分だけ回転子磁極の中心
付近の外周面により多く流出することになる。そのた
め、固定子と回転子１の間の空隙部における磁束密度分
布は台形波または正弦波近似となり、矩形波の場合に比
べて単位時間当たりの磁束の変化量が大きくなるため、
固定子の巻線に誘起される誘起電圧を大きくすることが
でき、従来のように所要の誘起電圧を得るために永久磁
石の体積を大きくしたり、高い残留磁束密度を有する永
久磁石を使用したりしないでも、所要の脱調トルクや高
い効率を持つ高性能で安価な自己始動形永久磁石式同期
電動機とすることができる。
束密度分布を示している。図２において縦軸は磁束密度
Ｂを表わし、横軸は回転子磁極の極間を原点としたとき
の空隙部の回転方向の角度θを表わす。回転子磁極の端
付近では、Ｔ２およびＴ３は、回転子磁極の中心付近の
Ｔ４より小さいため、永久磁石６の磁束が回転子１の外
周面に流出しにくくなり、その分だけ回転子磁極の中心
付近の外周面により多く流出することになる。そのた
め、固定子と回転子１の間の空隙部における磁束密度分
布は台形波または正弦波近似となり、矩形波の場合に比
べて単位時間当たりの磁束の変化量が大きくなるため、
固定子の巻線に誘起される誘起電圧を大きくすることが
でき、従来のように所要の誘起電圧を得るために永久磁
石の体積を大きくしたり、高い残留磁束密度を有する永
久磁石を使用したりしないでも、所要の脱調トルクや高
い効率を持つ高性能で安価な自己始動形永久磁石式同期
電動機とすることができる。
【００４９】（実施例２）図３は、本発明の実施例２に
よる自己始動形永久磁石式同期電動機の回転子の縦断面
図を示す。図３において、回転子１は矢印の方向に回転
している場合を示している。負荷運転時には固定子の巻
線による磁束と永久磁石６による磁束との合成磁束は、
回転子磁極の中心より反回転方向側に位置するスロット
の間８よりも、回転方向側にθ１ずれた位置にあるスロ
ットの間９に多く流れる。スロットの間９の距離Ｔ８を
スロットの間８の距離Ｔ９より広くしたことにより、ス
ロットの間９部分の鉄心の磁気飽和を防ぐことができ、
さらに良好な電動機特性を得ることができる。
よる自己始動形永久磁石式同期電動機の回転子の縦断面
図を示す。図３において、回転子１は矢印の方向に回転
している場合を示している。負荷運転時には固定子の巻
線による磁束と永久磁石６による磁束との合成磁束は、
回転子磁極の中心より反回転方向側に位置するスロット
の間８よりも、回転方向側にθ１ずれた位置にあるスロ
ットの間９に多く流れる。スロットの間９の距離Ｔ８を
スロットの間８の距離Ｔ９より広くしたことにより、ス
ロットの間９部分の鉄心の磁気飽和を防ぐことができ、
さらに良好な電動機特性を得ることができる。
【００５０】（実施例３）図４は、本発明の実施例３に
よる自己始動形永久磁石式同期電動機の回転子の縦断面
図を示す。図４において、スロット１０は回転子磁極の
中心付近に位置するスロットであり、スロット１１およ
び１２は端付近に位置する。スロット１０の径方向長さ
Ｈ１０とスロット１１の径方向長さＨ１１とスロット１
２の径方向長さＨ１２をそれぞれ異なった寸法とすると
ともに、スロット１０と永久磁石埋め込み用穴５との間
の距離Ｙ１０よりも、スロット１１およびスロット１２
と前記永久磁石埋め込み用穴５との間の距離Ｙ１１、Ｙ
１２を小さくすることにより、永久磁石から涌出する磁
束が回転子磁極の端付近の外周面には流出しにくくな
り、その分だけ回転子磁極の中心付近の外周面に、より
多く流出することになる。そのため、固定子と回転子の
間の空隙部における磁束密度分布は台形波または正弦波
近似となり、矩形波の場合に比べて単位時間当たりの磁
束の変化量が大きくなるため、固定子の巻線に誘起され
る誘起電圧を大きくすることができ、従来のように所要
の誘起電圧を得るために永久磁石の体積を大きくした
り、高い残留磁束密度を有する永久磁石を使用したりし
ないでも、所要の脱調トルクや高い効率を持つ高性能で
安価な自己始動形永久磁石式同期電動機とすることがで
きる。
よる自己始動形永久磁石式同期電動機の回転子の縦断面
図を示す。図４において、スロット１０は回転子磁極の
中心付近に位置するスロットであり、スロット１１およ
び１２は端付近に位置する。スロット１０の径方向長さ
Ｈ１０とスロット１１の径方向長さＨ１１とスロット１
２の径方向長さＨ１２をそれぞれ異なった寸法とすると
ともに、スロット１０と永久磁石埋め込み用穴５との間
の距離Ｙ１０よりも、スロット１１およびスロット１２
と前記永久磁石埋め込み用穴５との間の距離Ｙ１１、Ｙ
１２を小さくすることにより、永久磁石から涌出する磁
束が回転子磁極の端付近の外周面には流出しにくくな
り、その分だけ回転子磁極の中心付近の外周面に、より
多く流出することになる。そのため、固定子と回転子の
間の空隙部における磁束密度分布は台形波または正弦波
近似となり、矩形波の場合に比べて単位時間当たりの磁
束の変化量が大きくなるため、固定子の巻線に誘起され
る誘起電圧を大きくすることができ、従来のように所要
の誘起電圧を得るために永久磁石の体積を大きくした
り、高い残留磁束密度を有する永久磁石を使用したりし
ないでも、所要の脱調トルクや高い効率を持つ高性能で
安価な自己始動形永久磁石式同期電動機とすることがで
きる。
【００５１】（実施例４）図５は、本発明の実施例４に
よる自己始動形永久磁石式同期電動機の回転子の縦断面
図を示す。図５において、スロット１３、１４、１５、
１６、１７、１８、１９は、回転子磁極の中心から端に
位置するスロットであり、それぞれのスロットと永久磁
石埋め込み用穴５との間の距離Ｙ１３、Ｙ１４、Ｙ１
５、Ｙ１６、Ｙ１７、Ｙ１８、Ｙ１９をＹ１９からＹ１
３へ順次大きくなるように設定されている。
よる自己始動形永久磁石式同期電動機の回転子の縦断面
図を示す。図５において、スロット１３、１４、１５、
１６、１７、１８、１９は、回転子磁極の中心から端に
位置するスロットであり、それぞれのスロットと永久磁
石埋め込み用穴５との間の距離Ｙ１３、Ｙ１４、Ｙ１
５、Ｙ１６、Ｙ１７、Ｙ１８、Ｙ１９をＹ１９からＹ１
３へ順次大きくなるように設定されている。
【００５２】また図５の矢印の線は固定子巻線のつくる
磁界の磁束が回転子１を通る様子を示している。なお図
が繁雑になるため回転子の下半分のみに磁束の流れを表
わし、上半分は省略している。図から明らかなように回
転子磁極の端部のスロット１９と永久磁石埋め込み用穴
との間では固定子からの磁束は少なく、磁極の中心に近
づくにつれて各スロット間から流入する磁束が重畳され
て多くなり、磁極中心は最も多くの固定子巻線のつくる
磁界の磁束が集中している。
磁界の磁束が回転子１を通る様子を示している。なお図
が繁雑になるため回転子の下半分のみに磁束の流れを表
わし、上半分は省略している。図から明らかなように回
転子磁極の端部のスロット１９と永久磁石埋め込み用穴
との間では固定子からの磁束は少なく、磁極の中心に近
づくにつれて各スロット間から流入する磁束が重畳され
て多くなり、磁極中心は最も多くの固定子巻線のつくる
磁界の磁束が集中している。
【００５３】しかしながら、スロットと永久磁石埋め込
み用穴との距離も回転子磁極の端部から中心に向けて順
次大きくなるように設定してあるので、スロットと永久
磁石埋め込み用穴との間の鉄心部の磁気飽和を防ぐこと
ができ、良好な電動機特性を確保することができる。
み用穴との距離も回転子磁極の端部から中心に向けて順
次大きくなるように設定してあるので、スロットと永久
磁石埋め込み用穴との間の鉄心部の磁気飽和を防ぐこと
ができ、良好な電動機特性を確保することができる。
【００５４】（実施例５）永久磁石がＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系
の希土類磁石で形成されていることにより、Ｎｄ−Ｆｅ
−Ｂ系の希土類磁石は残留磁束密度が高いので、永久磁
石の体積を著しく小さくできるため、回転子のスロット
形状や永久磁石埋め込み用穴の位置や寸法の設定の自由
度が増して、最適な回転子鉄心の形状が得られやすく、
回転子または電動機を小型軽量化することができる。ま
た、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の希土類磁石の保磁力が大きいた
め、始動電流による大きな減磁界に対して容易に減磁を
防ぐことができる。
の希土類磁石で形成されていることにより、Ｎｄ−Ｆｅ
−Ｂ系の希土類磁石は残留磁束密度が高いので、永久磁
石の体積を著しく小さくできるため、回転子のスロット
形状や永久磁石埋め込み用穴の位置や寸法の設定の自由
度が増して、最適な回転子鉄心の形状が得られやすく、
回転子または電動機を小型軽量化することができる。ま
た、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の希土類磁石の保磁力が大きいた
め、始動電流による大きな減磁界に対して容易に減磁を
防ぐことができる。
【００５５】なお、上記の全ての実施例においては、２
極の例を用いたが、これに限られるものではなく、例え
ば４極等の他の磁極数を形成するような回転子について
も同様である。
極の例を用いたが、これに限られるものではなく、例え
ば４極等の他の磁極数を形成するような回転子について
も同様である。
【００５６】また、上記の全ての実施例においては永久
磁石が平板状のものを用いたが、これに限られるもので
はなく、例えば円弧状等他の形状の永久磁石を用いた回
転子についても同様の施策を講じることができる。
磁石が平板状のものを用いたが、これに限られるもので
はなく、例えば円弧状等他の形状の永久磁石を用いた回
転子についても同様の施策を講じることができる。
【００５７】
【発明の効果】以上のように請求項１に記載の発明によ
れば、固定子鉄心に巻線を巻装した固定子と、前記固定
子鉄心の内径円筒面に対向して回転自在に回転し、回転
子鉄心の外周付近に複数個の導体バーを配設するための
スロットを有し、前記導体バーの両端を短絡環で短絡し
て形成した始動用かご形導体を有するとともに、前記導
体バーの内側に複数個の永久磁石埋め込み用穴を有し、
前記永久磁石埋め込み用穴に永久磁石が埋め込まれた回
転子とからなる電動機において、前記回転子鉄心の、永
久磁石による回転子磁極の端付近に位置する隣り合う前
記スロットの間の距離を、前記回転子磁極の中心付近に
位置する前記距離よりも小さくすることにより、回転子
磁極の端付近では、永久磁石の磁束が回転子の外周面に
流出しにくくなり、その分だけ回転子磁極の中心付近の
外周面により多く流出することになる。そのため、固定
子と回転子の間の空隙部における磁束密度分布は台形波
または正弦波近似となり、矩形波の場合に比べて単位時
間当たりの磁束の変化量が大きくなるため、固定子の巻
線に誘起される誘起電圧を大きくすることができ、従来
のように所要の誘起電圧を得るために永久磁石の体積を
大きくしたり、高い残留磁束密度を有する永久磁石を使
用したりしないでも、所要の脱調トルクや高い効率を持
つ高性能で安価な自己始動形永久磁石式同期電動機とす
ることができる。
れば、固定子鉄心に巻線を巻装した固定子と、前記固定
子鉄心の内径円筒面に対向して回転自在に回転し、回転
子鉄心の外周付近に複数個の導体バーを配設するための
スロットを有し、前記導体バーの両端を短絡環で短絡し
て形成した始動用かご形導体を有するとともに、前記導
体バーの内側に複数個の永久磁石埋め込み用穴を有し、
前記永久磁石埋め込み用穴に永久磁石が埋め込まれた回
転子とからなる電動機において、前記回転子鉄心の、永
久磁石による回転子磁極の端付近に位置する隣り合う前
記スロットの間の距離を、前記回転子磁極の中心付近に
位置する前記距離よりも小さくすることにより、回転子
磁極の端付近では、永久磁石の磁束が回転子の外周面に
流出しにくくなり、その分だけ回転子磁極の中心付近の
外周面により多く流出することになる。そのため、固定
子と回転子の間の空隙部における磁束密度分布は台形波
または正弦波近似となり、矩形波の場合に比べて単位時
間当たりの磁束の変化量が大きくなるため、固定子の巻
線に誘起される誘起電圧を大きくすることができ、従来
のように所要の誘起電圧を得るために永久磁石の体積を
大きくしたり、高い残留磁束密度を有する永久磁石を使
用したりしないでも、所要の脱調トルクや高い効率を持
つ高性能で安価な自己始動形永久磁石式同期電動機とす
ることができる。
【００５８】また請求項２に記載の発明によれば、請求
項１に記載の発明に、さらに、永久磁石による回転子磁
極の中心付近から回転方向側に位置する隣り合うスロッ
トの間の距離を、反回転方向側に位置する前記距離より
も大きくしたことにより、負荷運転時には固定子の巻線
による磁束と永久磁石による磁束との合成磁束の回転子
表面における分布の最大値は回転子磁極の中心より回転
方向側に位置するが、前記位置の磁束が通る回転子のス
ロットの間の距離を大きくしたため、前記位置の磁気飽
和を防ぐことができるため、永久磁石の磁束を有効に活
用することができ、また固定子巻線の電流を少なくする
ことができることから、さらに良好な電動機特性を得る
ことができる。
項１に記載の発明に、さらに、永久磁石による回転子磁
極の中心付近から回転方向側に位置する隣り合うスロッ
トの間の距離を、反回転方向側に位置する前記距離より
も大きくしたことにより、負荷運転時には固定子の巻線
による磁束と永久磁石による磁束との合成磁束の回転子
表面における分布の最大値は回転子磁極の中心より回転
方向側に位置するが、前記位置の磁束が通る回転子のス
ロットの間の距離を大きくしたため、前記位置の磁気飽
和を防ぐことができるため、永久磁石の磁束を有効に活
用することができ、また固定子巻線の電流を少なくする
ことができることから、さらに良好な電動機特性を得る
ことができる。
【００５９】また、請求項３に記載の発明によれば、固
定子鉄心に巻線を巻装した固定子と、前記固定子鉄心の
内径円筒面に対向して回転自在に回転し、回転子鉄心の
外周付近に設けた複数個のスロットに導体バーを配設し
て、前記導体バーの両端を短絡環で短絡して形成した始
動用かご形導体を有するとともに、前記導体バーの内側
に複数個の永久磁石埋め込み用穴を設けて、永久磁石を
埋め込んだ回転子とからなる電動機であって、前記スロ
ットの径方向長さを箇所によって異なる寸法とするとと
もに、前記永久磁石による回転子磁極の端付近に位置す
る前記スロットと前記永久磁石埋め込み用穴との間の距
離を、前記回転子の他の箇所に位置する前記スロットと
前記永久磁石埋め込み用穴との間の距離よりも小さくす
ることにより、永久磁石から涌出する磁束が回転子磁極
の端付近の外周面には流出しにくくなり、その分だけ回
転子磁極の中心付近の外周面に、より多く流出すること
になる。そのため、固定子と回転子の間の空隙部におけ
る磁束密度分布は台形波または正弦波近似となり、矩形
波の場合に比べて単位時間当たりの磁束の変化量が大き
くなるため、固定子の巻線に誘起される誘起電圧を大き
くすることができ、従来のように所要の誘起電圧を得る
ために永久磁石の体積を大きくしたり、高い残留磁束密
度を有する永久磁石を使用したりしないでも、所要の脱
調トルクや高い効率を持つ高性能で安価な自己始動形永
久磁石式同期電動機とすることができる。
定子鉄心に巻線を巻装した固定子と、前記固定子鉄心の
内径円筒面に対向して回転自在に回転し、回転子鉄心の
外周付近に設けた複数個のスロットに導体バーを配設し
て、前記導体バーの両端を短絡環で短絡して形成した始
動用かご形導体を有するとともに、前記導体バーの内側
に複数個の永久磁石埋め込み用穴を設けて、永久磁石を
埋め込んだ回転子とからなる電動機であって、前記スロ
ットの径方向長さを箇所によって異なる寸法とするとと
もに、前記永久磁石による回転子磁極の端付近に位置す
る前記スロットと前記永久磁石埋め込み用穴との間の距
離を、前記回転子の他の箇所に位置する前記スロットと
前記永久磁石埋め込み用穴との間の距離よりも小さくす
ることにより、永久磁石から涌出する磁束が回転子磁極
の端付近の外周面には流出しにくくなり、その分だけ回
転子磁極の中心付近の外周面に、より多く流出すること
になる。そのため、固定子と回転子の間の空隙部におけ
る磁束密度分布は台形波または正弦波近似となり、矩形
波の場合に比べて単位時間当たりの磁束の変化量が大き
くなるため、固定子の巻線に誘起される誘起電圧を大き
くすることができ、従来のように所要の誘起電圧を得る
ために永久磁石の体積を大きくしたり、高い残留磁束密
度を有する永久磁石を使用したりしないでも、所要の脱
調トルクや高い効率を持つ高性能で安価な自己始動形永
久磁石式同期電動機とすることができる。
【００６０】また、請求項４に記載の発明によれば、請
求項３に記載の発明に、さらに、回転子鉄心のスロット
と永久磁石埋め込み用穴との間の距離を、永久磁石によ
る回転子磁極の端付近から回転子磁極の中心に向けて順
次大きくすることにより、固定子巻線のつくる磁界の磁
束が、回転子磁極の端部のスロットと永久磁石埋め込み
用穴との間では少なく、磁極の中心に近づくにつれて各
スロット間から流入する磁束が重畳されて多くなり磁極
中心は最も多くなるが、前記スロットと前記永久磁石埋
め込み用穴との間の部分の磁気飽和を防ぐことができる
ため、永久磁石の磁束を有効に活用することができ、ま
た固定子巻線の電流を少なくすることができることか
ら、さらに良好な電動機特性を得ることができるという
作用を有する。
求項３に記載の発明に、さらに、回転子鉄心のスロット
と永久磁石埋め込み用穴との間の距離を、永久磁石によ
る回転子磁極の端付近から回転子磁極の中心に向けて順
次大きくすることにより、固定子巻線のつくる磁界の磁
束が、回転子磁極の端部のスロットと永久磁石埋め込み
用穴との間では少なく、磁極の中心に近づくにつれて各
スロット間から流入する磁束が重畳されて多くなり磁極
中心は最も多くなるが、前記スロットと前記永久磁石埋
め込み用穴との間の部分の磁気飽和を防ぐことができる
ため、永久磁石の磁束を有効に活用することができ、ま
た固定子巻線の電流を少なくすることができることか
ら、さらに良好な電動機特性を得ることができるという
作用を有する。
【００６１】また、請求項５に記載の発明によれば、請
求項１から４のいずれか１項に記載の発明に、さらに、
永久磁石が希土類磁石で形成されていることにより、希
土類磁石は残留磁束密度が高いので、永久磁石の体積を
著しく小さくできるため、回転子のスロット形状や永久
磁石埋め込み用穴の位置や寸法の設定の自由度が増し
て、最適な回転子鉄心の形状が得られやすく、回転子ま
たは電動機を小型軽量化することができるという作用を
有する。また永久磁石の保磁力が大きいため、始動電流
による大きな減磁界に対して容易に減磁を防ぐことがで
きる。
求項１から４のいずれか１項に記載の発明に、さらに、
永久磁石が希土類磁石で形成されていることにより、希
土類磁石は残留磁束密度が高いので、永久磁石の体積を
著しく小さくできるため、回転子のスロット形状や永久
磁石埋め込み用穴の位置や寸法の設定の自由度が増し
て、最適な回転子鉄心の形状が得られやすく、回転子ま
たは電動機を小型軽量化することができるという作用を
有する。また永久磁石の保磁力が大きいため、始動電流
による大きな減磁界に対して容易に減磁を防ぐことがで
きる。
【図１】本発明の一実施の形態による回転子の縦断面図
【図２】固定子と回転子の間の空隙部の磁束密度分布を
示す図
示す図
【図３】本発明の一実施の形態による回転子の縦断面図
【図４】本発明の一実施の形態による回転子の軸方向断
面図
面図
【図５】本発明の一実施の形態による回転子の軸方向断
面図
面図
【図６】従来の自己始動形永久磁石式同期電動機の回転
子の縦断面図
子の縦断面図
【図７】従来の自己始動形永久磁石式同期電動機の固定
子と回転子の間の空隙部の磁束密度分布が矩形波の場合
を示す図
子と回転子の間の空隙部の磁束密度分布が矩形波の場合
を示す図
【図８】同磁束密度分布が台形波の場合を示す図
【図９】同磁束密度分布が矩形波の場合、磁束量−時間
の関係を示す図
の関係を示す図
【図１０】同磁束密度分布が台形波の場合、磁束量−時
間の関係を示す図
間の関係を示す図
【図１１】同磁束密度分布が矩形波の場合、誘起電圧−
時間の関係を示す図
時間の関係を示す図
【図１２】同磁束密度分布が台形波の場合、誘起電圧−
時間の関係を示す図
時間の関係を示す図
【図１３】同磁束密度分布が台形波の場合、誘起電圧−
角度αを示す図
角度αを示す図
１ 回転子 ２ 回転子鉄心 ３ スロット ４ 導体バー ５ 永久磁石埋め込み用穴 ６ 永久磁石 Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ８、Ｔ９ スロットの間の
距離 Ｈ１、Ｈ１０、Ｈ１１、Ｈ１２ スロットの径方
向長さ Ｙ１０、Ｙ１１、Ｙ１２、Ｙ１３、Ｙ１４、Ｙ１５、Ｙ
１６、Ｙ１７、Ｙ１８、Ｙ１９ スロットと永久磁石埋
め込み用穴との間の距離
距離 Ｈ１、Ｈ１０、Ｈ１１、Ｈ１２ スロットの径方
向長さ Ｙ１０、Ｙ１１、Ｙ１２、Ｙ１３、Ｙ１４、Ｙ１５、Ｙ
１６、Ｙ１７、Ｙ１８、Ｙ１９ スロットと永久磁石埋
め込み用穴との間の距離
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田村 輝雄 大阪府東大阪市高井田本通４丁目２番５号 松下冷機株式会社内 Ｆターム(参考） 5H002 AA09 AB07 AC07 AE06 AE08 5H619 AA01 BB01 BB06 BB13 BB15 PP02 PP06 PP08 5H621 AA01 AA03 GA01 GA04 HH01 HH10 JK02 5H622 AA01 AA03 CA02 CA07 CA12 CB01 CB05 CB06 DD02 PP03 PP10 PP11 PP19
Claims (5)
- 【請求項１】 固定子鉄心に巻線を巻装した固定子と、
前記固定子鉄心の内径円筒面に対向して回転自在に回転
し、回転子鉄心の外周付近に設けた複数個のスロットに
導体バーを配設して、前記導体バーの両端を短絡環で短
絡して形成した始動用かご形導体を有するとともに、前
記導体バーの内側に複数個の永久磁石埋め込み用穴を設
けて、永久磁石を埋め込んだ回転子とからなる電動機で
あって、前記回転子鉄心の、永久磁石による回転子磁極
の端付近に位置する隣り合う前記スロットの間の距離
を、前記回転子磁極の中心付近に位置する前記距離より
も小さくしたことを特徴とする自己始動形永久磁石式同
期電動機。 - 【請求項２】 永久磁石による回転子磁極の中心付近か
ら回転方向側に位置する隣り合うスロットの間の距離
を、反回転方向側に位置する前記距離よりも大きくした
ことを特徴とする請求項１記載の自己始動形永久磁石式
同期電動機。 - 【請求項３】 固定子鉄心に巻線を巻装した固定子と、
前記固定子鉄心の内径円筒面に対向して回転自在に回転
し、回転子鉄心の外周付近に設けた複数個のスロットに
導体バーを配設して、前記導体バーの両端を短絡環で短
絡して形成した始動用かご形導体を有するとともに、前
記導体バーの内側に複数個の永久磁石埋め込み用穴を設
けて、永久磁石を埋め込んだ回転子とからなる電動機で
あって、前記スロットの径方向長さを箇所によって異な
る寸法とするとともに、前記永久磁石による回転子磁極
の端付近に位置する前記スロットと前記永久磁石埋め込
み用穴との間の距離を、前記回転子の他の箇所に位置す
る前記スロットと前記永久磁石埋め込み用穴との間の距
離よりも小さくしたことを特徴とする自己始動形永久磁
石式同期電動機。 - 【請求項４】 回転子鉄心のスロットと永久磁石埋め込
み用穴との間の距離を、永久磁石による回転子磁極の端
付近から回転子磁極の中心に向けて順次大きくしたこと
を特徴とする請求項３記載の自己始動形永久磁石式同期
電動機。 - 【請求項５】 永久磁石が希土類磁石で形成されている
ことを特徴とした請求項１から４のいずれか１項に記載
の自己始動形永久磁石式同期電動機。
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| CN106936239A (zh) * | 2015-12-31 | 2017-07-07 | 丹佛斯（天津）有限公司 | 用于电机的转轴、电机和压缩机 |
| CN110176816A (zh) * | 2019-06-18 | 2019-08-27 | 吉林省绿能环保科技发展有限公司 | 一种正弦波磁场异步起动永磁同步电动机的转子 |
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-
2000
- 2000-07-13 CN CN2009101645671A patent/CN101630887B/zh not_active Expired - Fee Related
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