JP2001069696A - 永久磁石形同期モータ - Google Patents

永久磁石形同期モータ

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JP2001069696A
JP2001069696A JP24339299A JP24339299A JP2001069696A JP 2001069696 A JP2001069696 A JP 2001069696A JP 24339299 A JP24339299 A JP 24339299A JP 24339299 A JP24339299 A JP 24339299A JP 2001069696 A JP2001069696 A JP 2001069696A
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JP
Japan
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permanent magnet
rotor
rotor core
torque
cage
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JP24339299A
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Hideaki Otsuka
英明 大塚
Manabu Okamura
学 岡村
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 永久磁石の材料使用量も多くてコスト高を来
す。 【解決手段】 回転子14は、回転子鉄心15に、径方
向に直交する形態のほぼ矩形状の永久磁石16を例えば
4個埋め込むと共に、回転子鉄心15の外周部に始動用
のかご形導体17を設けられて構成されている。かご形
導体17は回転子鉄心15に形成されたかご形導体用ス
ロット17aに挿入配置されていて端部が図示しないエ
ンドリングによって接続されている。回転子極ピッチ角
度θkは90°であり、回転子鉄心15の外径寸法をr
[mm]とし、かご形導体用スロット17aの深さ寸法
をh[mm]とし、永久磁石16の幅角度θ[rad]
とし、回転子極ピッチ角度をθkとしたときに、h/r
を0.20〜0.35に設定し、且つ、θ/θkを0.
65〜0.90となるように設定している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の永久磁石が
回転子鉄心の内部に埋め込まれると共に回転子鉄心の外
周部に始動用のかご形導体が設けられて構成された回転
子を備えた永久磁石形同期モータに関する。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】従来より、この種のモ
ータとしては、図7に示される構成のものがある。固定
子1は、環状の固定子鉄心2に形成されたスリット3
に、図示しないがU相、V相及びW相の巻線を挿入配置
して構成されている。この固定子鉄心2の内部には空隙
Gをおいて回転子4が回転可能に設けられている。
【0003】この回転子4は、回転子鉄心5に、径方向
に直交する形態のほぼ矩形状の永久磁石6を例えば4個
埋め込むと共に、回転子鉄心5の外周部に始動用のかご
形導体7を設けられて構成されている。上記4個の永久
磁石6は、回転子鉄心5に形成された磁石収容孔部6a
に嵌め込まれ、N極とS極とが交互となるように着磁さ
れている。また、かご形導体7は同じく回転子鉄心5に
形成されたかご形導体用スロット7aに埋設されていて
端部がエンドリングによって接続されている。この場
合、永久磁石6が4個であるから、回転子極ピッチは9
0°であり、そして、各永久磁石6の幅角度θはほぼ9
0°である。
【0004】上記構成のモータは、可変電圧可変周波数
電源、いわゆるインバータを用いずに定電圧の単相また
は三相電源(周波数50Hzまたは60Hz)から直接
電源供給が可能である。この場合、電源投入時には、か
ご形導体7によって回転子4は誘導モータとして回転
し、同期速度に達した後、永久磁石6によって同期モー
タとして回転する。
【0005】この種のモータでは、かご形導体7が回転
子1の外周部に存在することから、永久磁石6と固定子
1との間の距離が、かご形導体を備えていないものに比
して長く、永久磁石6の磁束によって発生するトルクが
小さくなる。そのため、定格トルクを得るには、回転子
鉄心5の積厚を増やして永久磁石6の軸方向長さを長く
したり、永久磁石6の厚みを増加させたりすることで磁
束を増加させることで対処している。しかし、これで
は、永久磁石6の材料使用量も多くてコスト高を来す不
具合があった。
【0006】本発明は上述の事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、永久磁石の材料使用量を増加する
ことなくモータトルクの増加を図ることができる永久磁
石形同期モータを提供するにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、固定
子鉄心に複数相の固定子巻線を装着して構成された固定
子と、複数の永久磁石が回転子鉄心の内部に埋め込まれ
ると共に、回転子鉄心の外周部に形成されたかご形導体
用スロットに始動用のかご形導体が挿入配設されて構成
された回転子とを備えた永久磁石形同期モータにおい
て、回転子鉄心の外径寸法をr[mm]とし、かご形導
体用スロットの深さ寸法をh[mm]とし、永久磁石の
幅角度θ[rad]とし、回転子極ピッチ角度をθkと
したとき、h/rを0.20〜0.35に設定し、且
つ、θ/θkを0.65〜0.90となるように設定し
たところに特徴を有する。
【0008】モータの発生する全体的トルクを考えた場
合、永久磁石によるトルクと、リラクタンストルクとが
ある。これらのトルクを考えた場合、かご形導体用スロ
ットの深さ寸法と回転子鉄心の外径寸法との比がこれら
トルクに影響することが判った。また、永久磁石の幅角
度と回転子極ピッチ角度との比もこれらのトルクに影響
することが判った。
【0009】すなわち、請求項1の発明では、回転子鉄
心の外径寸法をr[mm]とし、かご形導体用スロット
の深さ寸法をh[mm]とし、永久磁石の幅角度θ[r
ad]とし、回転子極ピッチ角度をθkとしたとき、h
/rを0.20〜0.35に設定し、且つ、θ/θkを
0.65〜0.90となるように設定したときに、永久
磁石によるトルクと、リラクタンストルクとを合わせた
モータトルクが向上するようになった。この結果、永久
磁石の材料使用量を増加することなくモータトルクの増
加を図れるようになった。
【0010】請求項2の発明は、回転子鉄心における永
久磁石の端部部分に、空隙部を形成したところに特徴を
有する。この請求項2の発明においては、回転子鉄心に
おける永久磁石の端部部分に、空隙部を形成することに
より、漏れ磁束を低減できて、永久磁石の磁束によって
発生するトルクを増やすことができ、モータトルクの増
加に一層寄与できるようになる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の第1の実施例につ
き図1ないし図5を参照しながら説明する。図2には、
4極36スロットの永久磁石形同期モータが示されてい
る。固定子11は、環状の固定子鉄心12に形成された
スロット13に、図示しないがU相、V相及びW相の巻
線を挿入配置して構成されている。この固定子鉄心12
の内部には空隙Gをおいて回転子14が回転可能に設け
られている。
【0012】この回転子14は、回転子鉄心15の中心
に回転軸14aを有しており、さらに、回転子鉄心15
に、径方向に直交する形態のほぼ矩形状の永久磁石16
を例えば4個埋め込むと共に、回転子鉄心15の外周部
に始動用のかご形導体17を設けられて構成されてい
る。上記4個の永久磁石16は、回転子鉄心15に形成
された磁石収容孔部16aに嵌め込まれ、N極とS極と
が交互となるように着磁されている。また、かご形導体
17は同じく回転子鉄心15に形成されたかご形導体用
スロット17aに挿入配置されていて端部が図示しない
エンドリングによって接続されている。この場合、永久
磁石16が4個であるから、回転子極ピッチ角度θkは
90°である。
【0013】ここで、モータの発生する全体的トルクを
考えた場合、永久磁石16によるトルクと、回転子鉄心
15によるリラクタンストルクとがある。発明者の調査
によると、かご形導体用スロット17aの深さ寸法と回
転子鉄心15の外径寸法との比がこれらトルクに影響す
ることが判った。また、永久磁石16の幅角度と回転子
極ピッチ角度との比も上記トルクに影響することが判っ
た。
【0014】すなわち、図1に示すように、回転子鉄心
15の外径寸法をr[mm]とし、かご形導体用スロッ
ト17aの深さ寸法をh[mm]とし、永久磁石16の
幅角度θ[rad]とし、回転子極ピッチ角度をθk
(この場合90°)としたときに、h/rを0.20〜
0.35に設定し、且つ、θ/θkを0.65〜0.9
0となるように設定すれば、永久磁石16によるトルク
と、リラクタンストルクとを合わせた全体的トルク(以
下モータトルクと称する)が向上するようになった。こ
の結果、永久磁石16の軸方向長さを長くしたり厚みを
大きくしたりせずに済み、永久磁石16の材料使用量を
増加することなくモータトルクの増加を図れるようにな
った。
【0015】すなわち、図3(a)には、永久磁石16
の厚み寸法tを1mmとした場合の、上記h/rと、θ
/θkと、永久磁石16によるトルクとリラクタンスト
ルクとを含む総合トルク、つまりモータトルクとの関係
を示し、図3(b)には、永久磁石16の厚み寸法tを
2mmとした場合の、上記h/rと、θ/θkと、モー
タトルクとの関係を示し、図3(c)には、永久磁石1
6の厚み寸法tを3mmとした場合の、上記h/rと、
θ/θkと、モータトルクとの関係を示している。
【0016】図4(a)には、永久磁石16の厚み寸法
tを1mmとした場合の、上記h/rと、θ/θkと、
永久磁石16によるトルクとの関係を示し、図4(b)
には永久磁石16の厚み寸法tを2mmとした場合、図
4(c)には、永久磁石16の厚み寸法tを3mmとし
た場合の上記h/rと、θ/θkと、永久磁石16によ
るトルクとの関係を示している。
【0017】図5(a)には、永久磁石16の厚み寸法
tを1mmとした場合の、上記h/rと、θ/θkと、
リラクタンストルクとの関係を示し、図5(b)には永
久磁石16の厚み寸法tを2mmとした場合、図5
(c)には、永久磁石16の厚み寸法tを3mmとした
場合の上記h/rと、θ/θkと、リラクタンストルク
との関係を示している。これらの図から判るように、永
久磁石16の厚み寸法が小さくても関係なくモータトル
クを増加できるものである。
【0018】ここで、h/rが0.1の場合、モータト
ルクとしては大きいが、h/rが小さいと、必要な始動
トルク(モータの始動時に誘導モータとして回転する時
に発生するトルク)を得ることができない。従ってh/
rはあまり小さくない方が良い。これを考慮すると、h
/rとしては、0.20から0.35までの範囲が良
い。図3の場合、モータトルクの変化特性から判るよう
に、h/rが0.20のとき、及び0.30のときで、
θ/θkが0.65〜0.90のときにとなるように設
定すると良いことが判る。
【0019】図6は本発明の第2の実施例を示してお
り、この実施例においては、回転子鉄心15における永
久磁石16の端部部分に、空隙部21、21を形成した
ところに特徴を有する。これにより、漏れ磁束を低減で
きて、永久磁石16の磁束によるトルクを増やすことが
でき、モータトルクの増加に一層寄与できる。
【0020】
【発明の効果】本発明は以上の説明から明らかなよう
に、複数の永久磁石が回転子鉄心の内部に埋め込まれる
と共に回転子鉄心の外周部に始動用のかご形導体が設け
られて構成された回転子を備えた永久磁石形同期モータ
において、回転子鉄心の外径寸法と、かご形導体用スロ
ットの深さ寸法との比を所定範囲に設定すると共に、永
久磁石の幅角度と、回転子極ピッチ角度との比を所定範
囲に設定したから、永久磁石の材料使用量を増加するこ
となくモータトルクの増加を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す回転子の正面図
【図2】モータ全体の正面図
【図3】永久磁石の厚み寸法tが異なる場合の、h/r
と、θ/θkと、モータトルクとの関係を示す図
【図4】永久磁石の厚み寸法tが異なる場合の、h/r
と、θ/θkと、永久磁石によるトルクとの関係を示す
【図5】永久磁石の厚み寸法tが異なる場合の、h/r
と、θ/θkと、リラクタンストルクとの関係を示す図
【図6】本発明の第2の実施例を示す図1相当図
【図7】従来例を示す図2相当図
【符号の説明】
11は固定子、12は固定子鉄心、14は回転子、15
は回転子鉄心、16は永久磁石、17はかご形導体、1
7aはかご形導体用スロット、21は空隙部を示す。
フロントページの続き Fターム(参考) 5H619 AA01 BB01 BB06 BB08 BB13 BB15 BB22 BB24 PP02 PP06 PP08 PP14 5H621 AA01 GA01 GA04 HH01 HH10 5H622 AA01 AA03 CA02 CA05 CA13 CB05 CB06 PP03 PP10 PP11

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 固定子鉄心に複数相の固定子巻線を装着
    して構成された固定子と、 複数の永久磁石が回転子鉄心の内部に埋め込まれると共
    に、回転子鉄心の外周部に形成されたかご形導体用スロ
    ットに始動用のかご形導体が挿入配設されて構成された
    回転子とを備えた永久磁石形同期モータにおいて、 回転子鉄心の外径寸法をr[mm]とし、かご形導体用
    スロットの深さ寸法をh[mm]とし、永久磁石の幅角
    度θ[rad]とし、回転子極ピッチ角度をθkとした
    とき、h/rを0.20〜0.35に設定し、且つ、θ
    /θkを0.65〜0.90となるように設定したこと
    を特徴とする永久磁石形同期モータ。
  2. 【請求項2】 回転子鉄心における永久磁石の端部部分
    に、空隙部を形成したことを特徴とする請求項1記載の
    永久磁石形同期モータ。
JP24339299A 1999-08-30 1999-08-30 永久磁石形同期モータ Pending JP2001069696A (ja)

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Cited By (9)

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