JP2001145284A - 永久磁石回転電機およびそれを用いた電気車両 - Google Patents
永久磁石回転電機およびそれを用いた電気車両Info
- Publication number
- JP2001145284A JP2001145284A JP2000290340A JP2000290340A JP2001145284A JP 2001145284 A JP2001145284 A JP 2001145284A JP 2000290340 A JP2000290340 A JP 2000290340A JP 2000290340 A JP2000290340 A JP 2000290340A JP 2001145284 A JP2001145284 A JP 2001145284A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- permanent magnet
- electric machine
- cogging torque
- rotating electric
- groove
- 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.)
- Granted
Links
Landscapes
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
- Synchronous Machinery (AREA)
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
- Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】永久磁石回転電機のコギングトルクを低減す
る。 【解決手段】永久磁石８を回転子鉄心７に埋め込んだ永
久磁石回転電機において、前記永久磁石８は、ブロック
形状、台形状及び凸部が固定子側を向くアーク形状のい
ずれか一つにより選択し、前記永久磁石８の１磁極当た
り前記回転子鉄心７の軸方向に延びる少なくとも一つの
溝１０を前記回転子鉄心７の外周部に設け、前記少なく
とも一つの溝１０は、前記回転子鉄心７の前記外周部と
前記永久磁石８の磁極の周方向幅の外面との間に配置
し、前記少なくとも一つの溝１０は、前記固定子と前記
回転子の磁気変動によって生ずるコギングトルクを打ち
消すコギングトルクを発生させている。
る。 【解決手段】永久磁石８を回転子鉄心７に埋め込んだ永
久磁石回転電機において、前記永久磁石８は、ブロック
形状、台形状及び凸部が固定子側を向くアーク形状のい
ずれか一つにより選択し、前記永久磁石８の１磁極当た
り前記回転子鉄心７の軸方向に延びる少なくとも一つの
溝１０を前記回転子鉄心７の外周部に設け、前記少なく
とも一つの溝１０は、前記回転子鉄心７の前記外周部と
前記永久磁石８の磁極の周方向幅の外面との間に配置
し、前記少なくとも一つの溝１０は、前記固定子と前記
回転子の磁気変動によって生ずるコギングトルクを打ち
消すコギングトルクを発生させている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、永久磁石回転電機
およびそれを用いた電気車両に関する。
およびそれを用いた電気車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】永久磁石回転電機においては、固定子と
回転子の磁気変動に起因する「コギングトルク」が生
じ、スムーズな回転を妨げるという問題がある。
回転子の磁気変動に起因する「コギングトルク」が生
じ、スムーズな回転を妨げるという問題がある。
【０００３】そのコギングトルクの低減を図ったものと
して、特開平3−45140号公報には、永久磁石に溝を設
け、発生するコギングトルクと同じ次数で、かつ、ほぼ
逆相のコギングトルクを発生させる磁気的な変動成分を
永久磁石界磁に設けた永久磁石回転電機が記載されてい
る。
して、特開平3−45140号公報には、永久磁石に溝を設
け、発生するコギングトルクと同じ次数で、かつ、ほぼ
逆相のコギングトルクを発生させる磁気的な変動成分を
永久磁石界磁に設けた永久磁石回転電機が記載されてい
る。
【０００４】また、永久磁石界磁に磁気的な変動成分を
永久磁石界磁に持たせるのではなく、永久磁石の外周に
位置する回転子鉄心表面に孔または溝などの変動性分を
設けるという構成の永久磁石回転電機として、特開平5
−103453 号公報に記載されているもの、および特開平7
−336917 号に記載されているものがある。
永久磁石界磁に持たせるのではなく、永久磁石の外周に
位置する回転子鉄心表面に孔または溝などの変動性分を
設けるという構成の永久磁石回転電機として、特開平5
−103453 号公報に記載されているもの、および特開平7
−336917 号に記載されているものがある。
【０００５】前者（特開平5−103453 号）は回転子鉄心
の電気角６０度および１２０度に相当する位置に軸方向
に延びる孔を回転子鉄心に設けるものである。トルクリ
ップルのピーク位置となっていた部分のトルクを小さく
し、全体としてのトルクを一様にすることにより、振動
および騒音の低減を図ったものである。
の電気角６０度および１２０度に相当する位置に軸方向
に延びる孔を回転子鉄心に設けるものである。トルクリ
ップルのピーク位置となっていた部分のトルクを小さく
し、全体としてのトルクを一様にすることにより、振動
および騒音の低減を図ったものである。
【０００６】後者（特開平7−336917 号）は、弧状の永
久磁石の凸部が回転子の回転中心を向くように均等配置
された回転子鉄心であって、永久磁石の凹部側に位置す
る部分に径方向に伸びるスリットを形成したものであ
る。スリットにより該部分の磁気抵抗が大きくなり、そ
こを通過する磁束が減少し、固定子巻線のインダクタン
スが減少することによって、トルク低下抑制を図ったも
のである。
久磁石の凸部が回転子の回転中心を向くように均等配置
された回転子鉄心であって、永久磁石の凹部側に位置す
る部分に径方向に伸びるスリットを形成したものであ
る。スリットにより該部分の磁気抵抗が大きくなり、そ
こを通過する磁束が減少し、固定子巻線のインダクタン
スが減少することによって、トルク低下抑制を図ったも
のである。
【０００７】また、永久磁石回転電機を用いた電気車両
では、永久磁石回転電機のコギングトルクが原因で、車
両のスムーズな減速，停止が困難となるため、車両の減
速時または停止直前に動力源である回転電機の回転軸と
車輪または車輪駆動軸との接続をカットする機構や、振
動を吸収する機構が必要であった。
では、永久磁石回転電機のコギングトルクが原因で、車
両のスムーズな減速，停止が困難となるため、車両の減
速時または停止直前に動力源である回転電機の回転軸と
車輪または車輪駆動軸との接続をカットする機構や、振
動を吸収する機構が必要であった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】特開平3−45140号公報
に記載の技術は、コギングトルクを低減することは可能
であるが、永久磁石自身に溝を設けるため、以下の問題
が生じる。
に記載の技術は、コギングトルクを低減することは可能
であるが、永久磁石自身に溝を設けるため、以下の問題
が生じる。
【０００９】第１に、永久磁石を加工すると、材質によ
ってはヒビや割れを生じやすく、機械強度が低下する。
第２に、溝を永久磁石表面に形成するので、コギングト
ルクを十分に低減するためには、大きな溝を形成する必
要がある。第３に、回転子形成後に磁石を着磁させる、
いわゆる後着磁の場合、磁石表面に溝が存在すると、均
一な着磁が困難なため磁石としての性能が低下する。
ってはヒビや割れを生じやすく、機械強度が低下する。
第２に、溝を永久磁石表面に形成するので、コギングト
ルクを十分に低減するためには、大きな溝を形成する必
要がある。第３に、回転子形成後に磁石を着磁させる、
いわゆる後着磁の場合、磁石表面に溝が存在すると、均
一な着磁が困難なため磁石としての性能が低下する。
【００１０】特開平5−103453 号公報に記載されている
技術は、全体のトルクを一様化することは可能である
が、電気角６０度および１２０度に孔を設けたのでは、
コギングトルクを有効に低減することはできない。
技術は、全体のトルクを一様化することは可能である
が、電気角６０度および１２０度に孔を設けたのでは、
コギングトルクを有効に低減することはできない。
【００１１】また特開平7−336917 号に記載されている
技術は、アーク型の永久磁石の凸部が回転子中心を向く
ように配置した永久磁石回転電機に関し、それに特有の
磁路の改善を目的としたものであり、このような配置の
回転電機のコギングトルクを有効に低減するものではな
い。
技術は、アーク型の永久磁石の凸部が回転子中心を向く
ように配置した永久磁石回転電機に関し、それに特有の
磁路の改善を目的としたものであり、このような配置の
回転電機のコギングトルクを有効に低減するものではな
い。
【００１２】以上の点に鑑み本発明は、ブロック形状ま
たは台形、若しくは凸部が固定子側を向くアーク形状の
永久磁石回転電機において、永久磁石表面に溝を設ける
ことなく、コギングトルクの極めて少ない永久磁石回転
電機を提供することを第１の目的とする。
たは台形、若しくは凸部が固定子側を向くアーク形状の
永久磁石回転電機において、永久磁石表面に溝を設ける
ことなく、コギングトルクの極めて少ない永久磁石回転
電機を提供することを第１の目的とする。
【００１３】また、永久磁石回転電機を用いた電気車両
においては、コギングトルクを抑制するため上記のよう
な回転軸と車輪または車輪駆動軸との接続をカットする
機構、または振動を吸収する機構を装備することによ
り、効率の低下，組み立て性の低下，コスト高を招いて
いた。
においては、コギングトルクを抑制するため上記のよう
な回転軸と車輪または車輪駆動軸との接続をカットする
機構、または振動を吸収する機構を装備することによ
り、効率の低下，組み立て性の低下，コスト高を招いて
いた。
【００１４】そこで本発明は、永久磁石回転電機を用い
た電気車両において、コギングトルクの車両への影響を
緩和する装備を不要にし、電気車両全体としての効率を
高めることを第２の目的とする。
た電気車両において、コギングトルクの車両への影響を
緩和する装備を不要にし、電気車両全体としての効率を
高めることを第２の目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記第１の目的は、永久
磁石を回転子鉄心に埋め込んだ永久磁石回転電機におい
て、前記永久磁石はブロック形状または台形、若しくは
凸部が固定子側を向くアーク形状であって、前記回転子
鉄心の外周部に軸方向に延びる溝若しくは孔を設け、前
記溝若しくは孔は固定子と回転子の磁気変動によって生
じるコギングトルクを打ち消すコギングトルクを発生す
ることによって達成される。
磁石を回転子鉄心に埋め込んだ永久磁石回転電機におい
て、前記永久磁石はブロック形状または台形、若しくは
凸部が固定子側を向くアーク形状であって、前記回転子
鉄心の外周部に軸方向に延びる溝若しくは孔を設け、前
記溝若しくは孔は固定子と回転子の磁気変動によって生
じるコギングトルクを打ち消すコギングトルクを発生す
ることによって達成される。
【００１６】また上記第２の目的は、これらの永久磁石
回転電機を用い、かつ、前記永久磁石回転電機が車輪ま
たは車輪駆動軸を直接的に駆動することにより達成され
る。
回転電機を用い、かつ、前記永久磁石回転電機が車輪ま
たは車輪駆動軸を直接的に駆動することにより達成され
る。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明を三相８極／４８ス
ロットの５０ｋＷ永久磁石回転電機に適用した第１実施
例につき１ポールペアを示した図１を参照して説明す
る。まず、図１において固定子１は、ほぼ環状をなす固
定子鉄心２に形成された４８個のスロット３にＵ相の固
定子巻線Ｕ１、およびＶ相の固定子巻線Ｖ１、並びにＷ
相の固定子巻線Ｗ１を挿入配置して構成されている。固
定子鉄心の内周部には、各スロットに対応して開口部４
が形成されている。
ロットの５０ｋＷ永久磁石回転電機に適用した第１実施
例につき１ポールペアを示した図１を参照して説明す
る。まず、図１において固定子１は、ほぼ環状をなす固
定子鉄心２に形成された４８個のスロット３にＵ相の固
定子巻線Ｕ１、およびＶ相の固定子巻線Ｖ１、並びにＷ
相の固定子巻線Ｗ１を挿入配置して構成されている。固
定子鉄心の内周部には、各スロットに対応して開口部４
が形成されている。
【００１８】これに対して、回転子６は、回転軸９に回
転子鉄心７を嵌合固着し、この回転子鉄心に形成された
打抜きの収納部に、Ｎ極とＳ極とが交互になるように着
磁されてるネオジウム製の８個の永久磁石８を軸方向か
ら挿入して埋め込み組込むことによって構成され、固定
子１の内部に固定子鉄心２の内周部と所定のギャップ５
を有する状態で回転可能に配置されている。なお、回転
子鉄心７は収納部形成用の孔が形成された硅素鋼板を多
数枚積層して構成されており、表面にコギングトルクを
低減させるための溝１０が永久磁石８の１磁極当り回転
子鉄心７の外周部に設けられている。この溝１０は、回
転子鉄心７の軸方向に延び、回転子鉄心７の外周部と永
久磁石８の周方向幅の外面との間に配置され、かつ永久
磁石８の磁極の中心に対応して位置している。
転子鉄心７を嵌合固着し、この回転子鉄心に形成された
打抜きの収納部に、Ｎ極とＳ極とが交互になるように着
磁されてるネオジウム製の８個の永久磁石８を軸方向か
ら挿入して埋め込み組込むことによって構成され、固定
子１の内部に固定子鉄心２の内周部と所定のギャップ５
を有する状態で回転可能に配置されている。なお、回転
子鉄心７は収納部形成用の孔が形成された硅素鋼板を多
数枚積層して構成されており、表面にコギングトルクを
低減させるための溝１０が永久磁石８の１磁極当り回転
子鉄心７の外周部に設けられている。この溝１０は、回
転子鉄心７の軸方向に延び、回転子鉄心７の外周部と永
久磁石８の周方向幅の外面との間に配置され、かつ永久
磁石８の磁極の中心に対応して位置している。
【００１９】図２は本発明における回転子鉄心表面の溝
の有無の効果を比較するため、溝がない場合の１極分の
磁場解析結果を示したものであり、図３は図２の形状に
おける１極分（電気角１８０度）のコギングトルクを示
したものである。
の有無の効果を比較するため、溝がない場合の１極分の
磁場解析結果を示したものであり、図３は図２の形状に
おける１極分（電気角１８０度）のコギングトルクを示
したものである。
【００２０】図４は本発明の回転子鉄心表面に深さ１mm
の溝がある場合の１極分の磁場解析結果を示したもので
あり、図５は図４の形状における１極分（電気角１８０
度）のコギングトルクを示したものである。
の溝がある場合の１極分の磁場解析結果を示したもので
あり、図５は図４の形状における１極分（電気角１８０
度）のコギングトルクを示したものである。
【００２１】図３と図５より、回転子鉄心表面に溝がな
い場合のピークからピークまでのコギングトルクが１
１.４Ｎｍ であるのに対して、本発明の回転子表面に溝
がある場合のコギングトルクは４.６Ｎｍ となり、溝を
付けることによりコギングトルクを４０％に低減でき
る。
い場合のピークからピークまでのコギングトルクが１
１.４Ｎｍ であるのに対して、本発明の回転子表面に溝
がある場合のコギングトルクは４.６Ｎｍ となり、溝を
付けることによりコギングトルクを４０％に低減でき
る。
【００２２】一方、図６は従来例における磁石表面の溝
の有無の効果を比較するため、溝がない場合の１極分の
磁場解析結果を示したものであり、図７は図６の形状に
おける１極分（電気角１８０度）のコギングトルクを示
したものである。
の有無の効果を比較するため、溝がない場合の１極分の
磁場解析結果を示したものであり、図７は図６の形状に
おける１極分（電気角１８０度）のコギングトルクを示
したものである。
【００２３】図８は従来例における磁石表面に深さ１mm
の溝がある場合の１極分の磁場解析結果を示したもので
あり、図９は図８の形状における１極分（電気角１８０
度）のコギングトルクを示したものである。
の溝がある場合の１極分の磁場解析結果を示したもので
あり、図９は図８の形状における１極分（電気角１８０
度）のコギングトルクを示したものである。
【００２４】図７と図９より、磁石表面に溝がない場合
のピークからピークまでのコギングトルクが２１.６Ｎ
ｍ であるのに対して、永久磁石表面に溝がある場合の
コギングトルクは１８.５Ｎｍ となり、溝を付けること
によりコギングトルクを８５％に低減できる。
のピークからピークまでのコギングトルクが２１.６Ｎ
ｍ であるのに対して、永久磁石表面に溝がある場合の
コギングトルクは１８.５Ｎｍ となり、溝を付けること
によりコギングトルクを８５％に低減できる。
【００２５】図１０に、本発明と従来例の溝の有無によ
るコギングトルクの値の変化を示す。同等の深さの溝を
付けたにもかかわらず、従来例の磁石表面に溝を付ける
場合よりも、本発明の回転子鉄心表面に溝を付けた場合
の方が、コギングトルクを大きく低減できることが分か
る。これは、永久磁石の溝有無による磁気エネルギーの
変化よりも、回転子鉄心の溝の有無による磁気エネルギ
ーの変化が大きいことに由来している。
るコギングトルクの値の変化を示す。同等の深さの溝を
付けたにもかかわらず、従来例の磁石表面に溝を付ける
場合よりも、本発明の回転子鉄心表面に溝を付けた場合
の方が、コギングトルクを大きく低減できることが分か
る。これは、永久磁石の溝有無による磁気エネルギーの
変化よりも、回転子鉄心の溝の有無による磁気エネルギ
ーの変化が大きいことに由来している。
【００２６】本発明と従来例において、同等のコギング
トルクとするためには従来例において磁石表面の溝を深
くしなければならず、前述の製作上や機械強度上の困難
に加えて、風損が増加し効率が低下する。
トルクとするためには従来例において磁石表面の溝を深
くしなければならず、前述の製作上や機械強度上の困難
に加えて、風損が増加し効率が低下する。
【００２７】本発明においては固定子鉄心の表面に溝を
付ける構成のため、積層鋼板の型抜きにおいて溝を付け
た型を用いればよく、製作は容易である。機械強度も従
来例より強固で、風損も低減でき効率が向上する。
付ける構成のため、積層鋼板の型抜きにおいて溝を付け
た型を用いればよく、製作は容易である。機械強度も従
来例より強固で、風損も低減でき効率が向上する。
【００２８】以下に、この種の回転電機におけるコギン
グトルクの発生の原理を図１１により説明する。一般に
コギングトルクは永久磁石磁極（ｂ）の移動に伴って、
ギャップ部５内の磁気エネルギーが変化することによ
り、引き起こされる。この磁気エネルギーの変化の原因
は巻線溝にある。
グトルクの発生の原理を図１１により説明する。一般に
コギングトルクは永久磁石磁極（ｂ）の移動に伴って、
ギャップ部５内の磁気エネルギーが変化することによ
り、引き起こされる。この磁気エネルギーの変化の原因
は巻線溝にある。
【００２９】図１１で（ａ）はギャップ磁束密度、
(ｃ）は固定子部の周方向展開図、(ｄ）は固定子部がθ
だけ移動したときの固定子部を示す。同図では便宜上、
実際とは逆に電機子部（ｃ）が永久磁石磁極（ｂ）に対
して動くものとして、次に説明する。
(ｃ）は固定子部の周方向展開図、(ｄ）は固定子部がθ
だけ移動したときの固定子部を示す。同図では便宜上、
実際とは逆に電機子部（ｃ）が永久磁石磁極（ｂ）に対
して動くものとして、次に説明する。
【００３０】同図においてコギングトルクＴc は、θを
永久磁石磁極（ｂ）に対する電機子部（ｃ）の移動角、
Ｅ（θ）をギャップ全体の磁気エネルギーとした場合
に、次式で表すことができる。
永久磁石磁極（ｂ）に対する電機子部（ｃ）の移動角、
Ｅ（θ）をギャップ全体の磁気エネルギーとした場合
に、次式で表すことができる。
【００３１】
【数１】
【００３２】一方、ギャップ中の任意の角度での微小体
格ｄφ当りの磁気エネルギーΔＥ(θ)は、μ0 を空気の
透磁率、Ｂg(φθ）をギャップの磁束密度、Ｋ1 を定数
とすれば（２）式で表される。
格ｄφ当りの磁気エネルギーΔＥ(θ)は、μ0 を空気の
透磁率、Ｂg(φθ）をギャップの磁束密度、Ｋ1 を定数
とすれば（２）式で表される。
【００３３】
【数２】
【００３４】したがって、ギャップ全体の磁気エネルギ
ーＥ(θ)は、Ｐを永久磁石磁極数とすれば、（３）式で
表される。
ーＥ(θ)は、Ｐを永久磁石磁極数とすれば、（３）式で
表される。
【００３５】
【数３】
【００３６】一般に巻線溝がない場合のギャップ磁束密
度Ｂ(φ)は高調波に分解され、ＢnをＢ(φ)の高調波の
ピーク値とすれば、次式で表わされる。
度Ｂ(φ)は高調波に分解され、ＢnをＢ(φ)の高調波の
ピーク値とすれば、次式で表わされる。
【００３７】
【数４】
【００３８】また、ギャップ部にはエネルギー関数Ｓ
(φ)としてＳn(φ)をＳ(φ）の高調波分、Ｋn をＳ
n(φ)の直流分、ＳanをＳn(φ)の高調波分のピーク分と
した場合に次式を定義する（図１１(ｆ)）。
(φ)としてＳn(φ)をＳ(φ）の高調波分、Ｋn をＳ
n(φ)の直流分、ＳanをＳn(φ)の高調波分のピーク分と
した場合に次式を定義する（図１１(ｆ)）。
【００３９】
【数５】
【００４０】ここで、巻線溝の磁束密度に対する影響
は、溝部上のギャップ磁束密度が減少するか、もしくは
零になると考えられる。そこで溝部の位置のみ単位とす
る以下の関数を、Ｗを巻線溝幅として定義する（図１１
(ｅ)）。
は、溝部上のギャップ磁束密度が減少するか、もしくは
零になると考えられる。そこで溝部の位置のみ単位とす
る以下の関数を、Ｗを巻線溝幅として定義する（図１１
(ｅ)）。
【００４１】
【数６】
【００４２】
【数７】
【００４３】以上の関数を使うことによって巻線溝の存
在は、α1，α2，・・・αn を巻線溝位置、ｎαを巻線
溝数として以下のｕｔ(θ)で表示できる。
在は、α1，α2，・・・αn を巻線溝位置、ｎαを巻線
溝数として以下のｕｔ(θ)で表示できる。
【００４４】
【数８】
【００４５】したがって巻線溝を含めた磁束密度の分布
は
は
【００４６】
【数９】 Ｂg(φ，θ)＝(１−ｕｔ(θ))Ｂ(φ) …（８） となり、（８）式を（３）式に代入すると、
【００４７】
【数１０】
【００４８】となる。ところで（９）式の第１項はθの
関数とならないために（１）式より明らかにコギングト
ルクに影響を与えない。したがってコギングトルクＴc
は、
関数とならないために（１）式より明らかにコギングト
ルクに影響を与えない。したがってコギングトルクＴc
は、
【００４９】
【数１１】
【００５０】となり、このＳ(φ)は巻線溝がない場合の
エネルギー関数を示すもので、さらにこれは次式で表さ
れる。
エネルギー関数を示すもので、さらにこれは次式で表さ
れる。
【００５１】
【数１２】
【００５２】したがって、コギングトルクは図１１で説
明すると、同図（ｆ）で示したエネルギー関数Ｅ(θ)で
の移動前の位置関係（同図(ｅ)）が（ｃ）を示すエネル
ギー関数の総和Ｅ１と、移動後の（ｄ）を示すエネルギ
ー関数Ｅ２との変動によって表される。
明すると、同図（ｆ）で示したエネルギー関数Ｅ(θ)で
の移動前の位置関係（同図(ｅ)）が（ｃ）を示すエネル
ギー関数の総和Ｅ１と、移動後の（ｄ）を示すエネルギ
ー関数Ｅ２との変動によって表される。
【００５３】図１１(ｆ)より変動を直接見出すことは困
難であるので、（１１）式を更に展開すると、次のよう
になる。
難であるので、（１１）式を更に展開すると、次のよう
になる。
【００５４】
【数１３】
【００５５】したがって（１２）式よりコギングトルク
は各調波成分に分解することができる。このことはコギ
ングトルクの各調波成分は、同じ調波成分のエネルギー
関数の巻線溝位置部の和の変動として与えられることを
示す。
は各調波成分に分解することができる。このことはコギ
ングトルクの各調波成分は、同じ調波成分のエネルギー
関数の巻線溝位置部の和の変動として与えられることを
示す。
【００５６】以上のような理論によってコギングトルク
が発生する永久磁石回転電機で、本実施例では図１に示
されているように回転子鉄心７に永久磁石８と固定子１
とで発生するコギングトルクと同じ次数でほぼ逆相のコ
ギングトルクを発生させる溝１０を設けた。このように
することにより回転子鉄心７に設けた溝１０によって永
久磁石８と固定子１とで発生するコギングトルクが減少
するようになる。特に、コギングトルクの脈動成分にお
いてΣＢ2 の脈動成分が小さくなるように溝１０を配置
すると効果が大である。
が発生する永久磁石回転電機で、本実施例では図１に示
されているように回転子鉄心７に永久磁石８と固定子１
とで発生するコギングトルクと同じ次数でほぼ逆相のコ
ギングトルクを発生させる溝１０を設けた。このように
することにより回転子鉄心７に設けた溝１０によって永
久磁石８と固定子１とで発生するコギングトルクが減少
するようになる。特に、コギングトルクの脈動成分にお
いてΣＢ2 の脈動成分が小さくなるように溝１０を配置
すると効果が大である。
【００５７】永久磁石回転電機を駆動モータとして用い
た電気車両は、始動時と停止時に、回転電機のコギング
トルクによる振動が発生する。本発明を用いることによ
り、回転電機のコギングトルクを低減でき、電気車両の
始動時と停止時の振動が小さい快適な電気車両を得るこ
とができる。
た電気車両は、始動時と停止時に、回転電機のコギング
トルクによる振動が発生する。本発明を用いることによ
り、回転電機のコギングトルクを低減でき、電気車両の
始動時と停止時の振動が小さい快適な電気車両を得るこ
とができる。
【００５８】一方、回転子鉄心表面に溝１０を設けるこ
とにより、ギャップ５が不均一となるため誘起電圧波形
が変化する。誘起電圧波形は通常正弦波であるが、台形
波とすることにより、誘起電圧のピーク値と実効値を正
弦波の場合より近づけることができる。よって、溝１０
を誘起電圧波形が台形波になるように設けることによ
り、誘起電圧実効値を大きくすることができ、回転電機
の高効率化もしくは小型化が可能となる。図１２に誘起
電圧波形の解析値を示す。
とにより、ギャップ５が不均一となるため誘起電圧波形
が変化する。誘起電圧波形は通常正弦波であるが、台形
波とすることにより、誘起電圧のピーク値と実効値を正
弦波の場合より近づけることができる。よって、溝１０
を誘起電圧波形が台形波になるように設けることによ
り、誘起電圧実効値を大きくすることができ、回転電機
の高効率化もしくは小型化が可能となる。図１２に誘起
電圧波形の解析値を示す。
【００５９】なお本発明は磁石の形状が第１実施例で示
したアーク型に限らず、色々な形状で成り立つ。図１３
に第２実施例として磁石形状がブロック形（矩形）の場
合を示す。この場合も第１実施例と同様に、回転子鉄心
に溝を付けることによりコギングトルクを低減できる。
したアーク型に限らず、色々な形状で成り立つ。図１３
に第２実施例として磁石形状がブロック形（矩形）の場
合を示す。この場合も第１実施例と同様に、回転子鉄心
に溝を付けることによりコギングトルクを低減できる。
【００６０】また、磁気的な変動成分は、回転子表面の
溝１０以外でも良く、回転子内部に存在してもよい。図
１４に第３実施例として、磁気的変動成分が回転子内部
の打抜孔１１の場合を示す。この孔１１は永久磁石の１
磁極当り１個回転子鉄心７に設けられており、回転子鉄
心７の外周部と永久磁石８の磁極の周方向幅との外面に
設置されている。この場合でも、前記と同様のコギング
トルク低減効果を得ることができ、更に、風損を低減で
きる効果がある。なお、打抜孔１１の形状は、回転子の
機械的強度が許す範囲内で、円形に限らず、楕円，ブロ
ック形（矩形）等の形状を採用することができる。
溝１０以外でも良く、回転子内部に存在してもよい。図
１４に第３実施例として、磁気的変動成分が回転子内部
の打抜孔１１の場合を示す。この孔１１は永久磁石の１
磁極当り１個回転子鉄心７に設けられており、回転子鉄
心７の外周部と永久磁石８の磁極の周方向幅との外面に
設置されている。この場合でも、前記と同様のコギング
トルク低減効果を得ることができ、更に、風損を低減で
きる効果がある。なお、打抜孔１１の形状は、回転子の
機械的強度が許す範囲内で、円形に限らず、楕円，ブロ
ック形（矩形）等の形状を採用することができる。
【００６１】また、永久磁石８はネオジウム磁石以外で
も良く、永久磁石の個数（極数）は８極以外でも良く、
固定子のスロット数も４８個以外でも良い。さらに、回
転子鉄心表面の溝１０は永久磁石の磁極の周方向に１極
当り複数個でも良い。また、永久磁石の磁極の周方向に
設ける回転子鉄心表面の溝１０の深さは、個数を増やす
ことにより浅くできる。なお、コギングトルクの低減が
必要なものは、内転型，外転型などの回転電機に限ら
ず、リニアモータなどにも応用できる。
も良く、永久磁石の個数（極数）は８極以外でも良く、
固定子のスロット数も４８個以外でも良い。さらに、回
転子鉄心表面の溝１０は永久磁石の磁極の周方向に１極
当り複数個でも良い。また、永久磁石の磁極の周方向に
設ける回転子鉄心表面の溝１０の深さは、個数を増やす
ことにより浅くできる。なお、コギングトルクの低減が
必要なものは、内転型，外転型などの回転電機に限ら
ず、リニアモータなどにも応用できる。
【００６２】本発明の第４実施例として、溝１２を永久
磁石８の磁極の両側に配置した。この場合の磁場解析結
果を図１５に、コギングトルク波形を図１６に示す。比
較のため溝が無い場合の磁場解析結果を図１７に、コギ
ングトルク波形を図１８に示す。図１６と図１８を比較
すると、ピークからピークまでのコギングトルクはあま
り変わらないが、波形の１周期が溝が無い場合の図１８
では電気角３０度に対し溝ありの場合は電気角１５度と
半分になっている。人が体感できる振動の周波数帯は一
定なので、溝を付けることにより振動を感じる周波数
（回転数）が半分になる。元来コギングトルクによる振
動が問題となるのは極低速領域のため、さらに半分の速
度ではその速度はほとんどゼロに近い。
磁石８の磁極の両側に配置した。この場合の磁場解析結
果を図１５に、コギングトルク波形を図１６に示す。比
較のため溝が無い場合の磁場解析結果を図１７に、コギ
ングトルク波形を図１８に示す。図１６と図１８を比較
すると、ピークからピークまでのコギングトルクはあま
り変わらないが、波形の１周期が溝が無い場合の図１８
では電気角３０度に対し溝ありの場合は電気角１５度と
半分になっている。人が体感できる振動の周波数帯は一
定なので、溝を付けることにより振動を感じる周波数
（回転数）が半分になる。元来コギングトルクによる振
動が問題となるのは極低速領域のため、さらに半分の速
度ではその速度はほとんどゼロに近い。
【００６３】なお、この場合は永久磁石８の磁極の両側
に配置する溝を深くすることにより磁束の漏れを防ぐこ
とができる。
に配置する溝を深くすることにより磁束の漏れを防ぐこ
とができる。
【００６４】
【発明の効果】本発明によれば、回転子鉄心の外周部に
軸方向に延びる溝若しくは孔を設け、コギングトルクを
打ち消すコギングトルクを発生させることにより、永久
磁石界磁に溝を設けたものに比べて、小さな溝または孔
で有効にコギングトルクを低減でき、加工性，機械強度
に優れた永久磁石回転電機を提供することができる。
軸方向に延びる溝若しくは孔を設け、コギングトルクを
打ち消すコギングトルクを発生させることにより、永久
磁石界磁に溝を設けたものに比べて、小さな溝または孔
で有効にコギングトルクを低減でき、加工性，機械強度
に優れた永久磁石回転電機を提供することができる。
【００６５】また、上記回転電機を用い、かつ直接的に
車輪または車輪駆動軸を駆動する構成により、スムーズ
な減速，停止を実現し、電気車両全体としての効率を高
めることができる。
車輪または車輪駆動軸を駆動する構成により、スムーズ
な減速，停止を実現し、電気車両全体としての効率を高
めることができる。
【図１】本発明の第１実施例を示す図。
【図２】本発明の第１実施例との比較のため溝がない場
合の磁場解析を示す図。
合の磁場解析を示す図。
【図３】図２の形状におけるコギングトルクを示すグラ
フ。
フ。
【図４】本発明の第１実施例の磁場解析を示す図。
【図５】図４の形状におけるコギングトルクを示すグラ
フ。
フ。
【図６】従来例との比較のため溝がない場合の磁場解析
を示す図。
を示す図。
【図７】図６の形状におけるコギングトルクを示すグラ
フ。
フ。
【図８】従来例の磁場解析を示す図。
【図９】図８の形状におけるコギングトルクを示すグラ
フ。
フ。
【図１０】本発明の第１実施例と従来例の溝の有無の効
果を示すグラフ。
果を示すグラフ。
【図１１】コギングトルクの発生原理を示す説明図。
【図１２】本発明において誘起電圧波形を台形形状とし
た回転電機の解析値を示すグラフ。
た回転電機の解析値を示すグラフ。
【図１３】本発明の第２実施例を示す図。
【図１４】本発明の第３実施例を示す図。
【図１５】極間に溝が２個ある例の磁場解析を示す図。
【図１６】図１５の形状におけるコギングトルクを示す
図。
図。
【図１７】極間に溝が２個ある例との比較のため、溝が
ない場合の磁場解析を示す図。
ない場合の磁場解析を示す図。
【図１８】図１７の形状におけるコギングトルクを示す
図。
図。
１…固定子、２…固定子鉄心、３…固定子スロット、４
…固定子開口部、５…ギャップ部、６…回転子、７…回
転子鉄心、８…永久磁石、９…回転軸、１０…溝、１１
…打抜穴。
…固定子開口部、５…ギャップ部、６…回転子、７…回
転子鉄心、８…永久磁石、９…回転軸、１０…溝、１１
…打抜穴。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｋ 21/16 Ｈ０２Ｋ 21/16 Ｇ Ｍ (72)発明者 川又 昭一 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 渋川 末太郎 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 小泉 修 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内
Claims (8)
- 【請求項１】固定子と回転子を備え、永久磁石を回転子
鉄心に埋め込んだ永久磁石回転電機において、前記永久
磁石は、ブロック形状，台形状及び凸部が固定子側を向
くアーク形状のいずれか一つより選択し、前記永久磁石
の１磁極当たり前記回転子鉄心の軸方向に延びる少なく
とも一つの溝を前記回転子鉄心の外周部に設け、前記少
なくとも一つの溝は、前記回転子鉄心の前記外周部と前
記永久磁石の磁極の周方向幅の外面との間に配置し、前
記少なくとも一つの溝は、前記固定子と前記回転子の磁
気変動によって生ずるコギングトルクを打ち消すコギン
グトルクを発生することを特徴とする永久磁石回転電
機。 - 【請求項２】請求項１記載において、前記１個の溝は、
前記永久磁石の前記１磁極の中心付近に対応して位置す
ることを特徴とする永久磁石回転電機。 - 【請求項３】請求項１記載において、前記複数の溝は、
前記永久磁石の前記１磁極に対応して位置することを特
徴とする永久磁石回転電機。 - 【請求項４】固定子と回転子を備え、永久磁石を回転子
鉄心に埋め込んだ永久磁石回転電機において、前記永久
磁石は、ブロック形状，台形状及び凸部が固定子側を向
くアーク形状のいずれか一つより選択し、前記永久磁石
の１磁極当たり少なくとも一つの孔を前記回転子鉄心に
設け、前記少なくとも一つの孔は、前記回転子鉄心の外
周部と前記永久磁石の上記１磁極の周方向幅の外面との
間に配置し、前記少なくとも一つの孔は、前記固定子と
前記回転子の磁気変動によって生ずるコギングトルクを
打ち消すコギングトルクを発生することを特徴とする永
久磁石回転電機。 - 【請求項５】請求項４記載において、前記１個の孔は、
前記永久磁石の前記１磁極の中心付近に対応して位置す
ることを特徴とする永久磁石回転電機。 - 【請求項６】請求項４記載において、前記複数の孔は、
前記永久磁石の前記１磁極に対応して位置することを特
徴とする永久磁石回転電機。 - 【請求項７】固定子と回転子を備え、永久磁石を回転子
鉄心に埋め込んだ永久磁石回転電機において、前記永久
磁石は、ブロック形状，台形状及び凸部が固定子側を向
くアーク形状のいずれか一つより選択し、前記回転子鉄
心の軸方向に延びる複数の課を前記回転子鉄心に外周部
に設け、前記複数の溝は、前記永久磁石の１磁極の両側
に配置し、前記複数の溝は、前記固定子と前記回転子の
磁気変動によって生ずるコギングトルクを打ち消すコギ
ングトルクを発生することを特徴とする永久磁石回転電
機。 - 【請求項８】請求項１記載，請求項４記載ないし請求項
７記載のいずれかに記載の永久磁石回転電機を用い、か
つ前記永久磁石回転電機が電気車両の車輪または車輪駆
動軸を直接的に駆動することを特徴とする電気車両。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000290340A JP3807214B2 (ja) | 1997-09-29 | 2000-09-20 | 永久磁石回転電機およびそれを用いた電気車両 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26324297 | 1997-09-29 | ||
| JP9-263242 | 1997-09-29 | ||
| JP2000290340A JP3807214B2 (ja) | 1997-09-29 | 2000-09-20 | 永久磁石回転電機およびそれを用いた電気車両 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27459898A Division JP3658507B2 (ja) | 1997-09-29 | 1998-09-29 | 永久磁石回転電機およびそれを用いた電気車両 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001145284A true JP2001145284A (ja) | 2001-05-25 |
| JP3807214B2 JP3807214B2 (ja) | 2006-08-09 |
Family
ID=26545928
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000290340A Expired - Fee Related JP3807214B2 (ja) | 1997-09-29 | 2000-09-20 | 永久磁石回転電機およびそれを用いた電気車両 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3807214B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008109784A (ja) * | 2006-10-26 | 2008-05-08 | Kayaba Ind Co Ltd | ステータ構造 |
| JP2008295222A (ja) * | 2007-05-25 | 2008-12-04 | Ebara Densan Ltd | ブラシレスキャンドモータ装置 |
| EP2101395A2 (en) | 2008-03-13 | 2009-09-16 | Hitachi Ltd. | Permanent magnet type generator and hybrid vehicle using the same |
| WO2012008012A1 (ja) * | 2010-07-12 | 2012-01-19 | 三菱電機株式会社 | 永久磁石型回転電機 |
| CN111555482A (zh) * | 2020-05-29 | 2020-08-18 | 重庆长安新能源汽车科技有限公司 | 一种永磁式旋转电机 |
| US11661646B2 (en) | 2021-04-21 | 2023-05-30 | General Electric Comapny | Dual phase magnetic material component and method of its formation |
| US11926880B2 (en) | 2021-04-21 | 2024-03-12 | General Electric Company | Fabrication method for a component having magnetic and non-magnetic dual phases |
-
2000
- 2000-09-20 JP JP2000290340A patent/JP3807214B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008109784A (ja) * | 2006-10-26 | 2008-05-08 | Kayaba Ind Co Ltd | ステータ構造 |
| JP2008295222A (ja) * | 2007-05-25 | 2008-12-04 | Ebara Densan Ltd | ブラシレスキャンドモータ装置 |
| EP2101395A2 (en) | 2008-03-13 | 2009-09-16 | Hitachi Ltd. | Permanent magnet type generator and hybrid vehicle using the same |
| US8040010B2 (en) | 2008-03-13 | 2011-10-18 | Hitachi, Ltd. | Permanent magnet type generator and hybrid vehicle using the same |
| WO2012008012A1 (ja) * | 2010-07-12 | 2012-01-19 | 三菱電機株式会社 | 永久磁石型回転電機 |
| JP5383915B2 (ja) * | 2010-07-12 | 2014-01-08 | 三菱電機株式会社 | 永久磁石型回転電機 |
| CN111555482A (zh) * | 2020-05-29 | 2020-08-18 | 重庆长安新能源汽车科技有限公司 | 一种永磁式旋转电机 |
| US11661646B2 (en) | 2021-04-21 | 2023-05-30 | General Electric Comapny | Dual phase magnetic material component and method of its formation |
| US11926880B2 (en) | 2021-04-21 | 2024-03-12 | General Electric Company | Fabrication method for a component having magnetic and non-magnetic dual phases |
| US11976367B2 (en) | 2021-04-21 | 2024-05-07 | General Electric Company | Dual phase magnetic material component and method of its formation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3807214B2 (ja) | 2006-08-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3746372B2 (ja) | 永久磁石式回転電機及びそれを用いた電動車両 | |
| JP3906883B2 (ja) | 永久磁石電動機 | |
| EP1643618B1 (en) | Rotor for rotary electric machine | |
| JP5259927B2 (ja) | 永久磁石式回転電機 | |
| JP3523557B2 (ja) | 永久磁石式回転電機及びそれを用いたハイブリット電気自動車 | |
| US7482724B2 (en) | Ipm electric rotating machine | |
| US6242837B1 (en) | Permanent magnet rotary machine and electric vehicle using the same | |
| US20130106227A1 (en) | Electric rotating machine | |
| JP3832535B2 (ja) | 永久磁石電動機 | |
| JP2008278649A (ja) | アキシャルギャップ型回転電機及び界磁子 | |
| JPH1189133A (ja) | 永久磁石形モータ | |
| JP2001333553A (ja) | 永久磁石電動機 | |
| JP2000316241A (ja) | 永久磁石埋め込み式モータ | |
| JP2001211582A (ja) | 永久磁石電動機 | |
| JPH11164501A (ja) | 永久磁石回転電機およびそれを用いた電気車両 | |
| JP2001145284A (ja) | 永久磁石回転電機およびそれを用いた電気車両 | |
| JPH1189134A (ja) | 永久磁石形モータ | |
| JPH11136892A (ja) | 永久磁石電動機 | |
| US7388309B2 (en) | Magnetic circuit structure for rotary electric machine | |
| JP2005278268A (ja) | 永久磁石式モータ | |
| JPH1189145A (ja) | 永久磁石形モータ | |
| JP4960749B2 (ja) | アキシャルギャップ型モータ | |
| JPH1189144A (ja) | 永久磁石回転電機及びそれを用いた電動車両 | |
| JP2002142426A (ja) | 永久磁石式回転電機 | |
| JP2002369422A (ja) | 永久磁石式回転電機 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050203 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050301 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20050506 |
|
| RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20060418 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20060425 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20060508 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100526 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100526 Year of fee payment: 4 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100526 Year of fee payment: 4 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110526 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110526 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120526 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130526 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130526 Year of fee payment: 7 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |