JP2001145314A - 永久磁石回転電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】巻線作業の作業性および信頼性の向上が図れる
とともに、低コスト化を図ることが可能な永久磁石回転
電機を提供する。 【解決手段】固定子磁極に集中的に巻回された多相の固
定子巻線を有する固定子２と、ほぼ等間隔に着磁された
永久磁石極を有する回転子３とを備え、前記固定子磁極
の数をＭ、前記永久磁石極の数をＰとしたとき、Ｐ：Ｍ
＝６ｎ±２：６ｎ（ただしｎは２以上の整数）の関係に
形成された永久磁石回転電機において、前記固定子巻線
を、Ｕ相巻線とこのＵ相巻線と電気的に６０度離れたＷ
相巻線と前記Ｕ相巻線と電気的に１２０度離れたＶ相巻
線の巻線方向が、同一方向となるように巻回して形成す
るとともに、前記Ｕ相巻線の巻始め、Ｗ相巻線の巻終わ
り、およびＶ相巻線の巻始めが、引き出し線（あるいは
中性点）となるように形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は永久磁石回転電機に
係わり、特にコギングトルクの低減のために、固定子磁
極数Ｍと、永久磁石極数Ｐとの関係が、Ｐ：Ｍ＝６ｎ±
２：６ｎ（ただしｎは２以上の整数）の関係に形成され
た永久磁石回転電機の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】永久磁石回転電機のコギングトルクは、
永久磁石の磁極数Ｐと固定子磁極数Ｍとの最小公倍数に
反比例することはよく知られている。そこで、この永久
磁石の磁極の数Ｐと固定子磁極の数Ｍとの関係を、Ｐ：
Ｍ＝６ｎ±２：６ｎ（ただし、ｎは２以上の整数）に構
成し、コギングトルクの低減，また低振動，低騒音を図
るようにしている。

【０００３】なお、この種の永久磁石回転電機に関連す
るものとしては、例えば特開昭６２−１１０４６８号公
報が挙げられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】永久磁石の磁極の数Ｐ
と固定子磁極の数Ｍとの関係を前述した関係に形成する
と、コギングトルクを大幅に低減することができ、非常
に有効なのであるが、このような磁極関係とするため
に、固定子巻線の巻回の仕方や各相の接続作業が面倒
で、これらの作業に多くの時間や神経が費やされる嫌い
があった。

【０００５】本発明はこれに鑑みなされたもので、その
目的とするところは、巻線作業の作業性および信頼性の
向上が図れるとともに、低コスト化を図ることが可能な
この種の永久磁石回転電機を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、固定
子磁極に集中的に巻回された多相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ
相，）の固定子巻線を有する固定子と、ほぼ等間隔に着
磁された永久磁石極を有する回転子とを備え、前記固定
子磁極の数をＭ、前記永久磁石極の数をＰとしたとき、
Ｐ：Ｍ＝６ｎ±２：６ｎ（ただしｎは２以上の整数）の
関係に形成された永久磁石回転電機において、前記固定
子巻線を、Ｕ相巻線とこのＵ相巻線と電気的に６０度離
れたＷ相巻線と前記Ｕ相巻線と電気的に１２０度離れた
Ｖ相巻線の巻線方向が、同一方向となるように巻回して
形成するとともに、前記Ｕ相巻線の巻始め、Ｗ相巻線の
巻終わり、およびＶ相巻線の巻始めが、引き出し線ある
いは中性点となるように形成し所期の目的を達成するよ
うにしたものである。

【０００７】また、この場合、前記固定子巻線を、Ｕ相
を起点として、Ｕ相はＵ１＋Ｕ１−Ｕ２−Ｕ２＋の順
に、Ｗ相はＵ１＋から１個分の前記固定子磁極を置いて
Ｗ１＋Ｗ１−Ｗ２−Ｗ２＋の順に、またＶ相はさらに１
個分の前記固定子磁極を置いてＶ１＋Ｖ１−Ｖ２−Ｖ２
＋の順に、すべて同方向に結線するようにしたものであ
る。また、前記固定子巻線の中性点接続を、回転電機に
乗置された基板上で行うようにしたものである。

【０００８】すなわちこのように形成された永久磁石回
転電機であると、固定子巻線が、Ｕ相巻線とこのＵ相巻
線と電気的に６０度離れたＷ相巻線と前記Ｕ相巻線と電
気的に１２０度離れたＶ相巻線の巻線方向が、同一方向
となるように巻回して形成され、かつ、前記Ｕ相巻線の
巻始め、Ｗ相巻線の巻終わり、およびＶ相巻線の巻始め
が、引き出し線（あるいは中性点）となるように形成さ
れているので、巻線は各相，すなわちＵ相、Ｖ相、Ｗ相
ともすべて同じ方向に巻回され、巻線手順が同一である
ため、巻線作業の作業性および信頼性の向上が図れると
ともに、低コスト化を図ることが可能となるのである。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下図示した実施例に基づいて本
発明を詳細に説明する。図１および図２にはその永久磁
石回転電機が示されている。図中２が固定子であり、３
が回転子、５が固定子鉄心、６が固定子巻線、９が永久
磁石、１８が固定子磁極である。

【００１０】永久磁石回転電機１は、主として固定子２
と回転子３とから構成され、また、この固定子２は、固
定子鉄心５と３相の集中巻された固定子巻線６で構成さ
れ、カバー４に取り付けられている。回転子３は、カッ
プ状の磁性材からなるホルダー７と、ホルダー７の内周
部に配置されている固定子鉄心５と空隙部８を介して対
向するリング状の磁石，例えば、１０極に着磁されたフ
ェライト系のプラスチック永久磁石９とより構成されて
いる。

【００１１】ホルダー７は、ブッシュ１０に嵌合あるい
はコーキング、または、かしめ等で固定され、ブッシュ
１０は、シャフト１１のローレット部１２に圧入されて
いる。カバー４の突起１５には、永久磁石９の軸方向端
面１３と対向する基板１４が取り付けられ、この基板１
４には、永久磁石９の磁極位置を検出するホール素子１
６（Ｕ、Ｖ、Ｗ相の３個）が配置されている。なお、回
転子３のシャフト１１は、カバー４との間に軸受け１７
を介して配置される。

【００１２】図３（ａ）は、この永久磁石回転電機の固
定子と回転子の径方向断面図で、回転子３の永久磁石９
は１０極に着磁されている例が示されている。固定子２
は、円環状ヨーク１９に径方向にのびて配置された固定
子磁極１８と、永久磁石９の回転方向に前記固定子磁極
１８の先端から左右に張り出したポールピース２０から
なっている。なお、この左右のポールピース２０の張り
出し量は同一であることが望ましい。

【００１３】互いに隣接する固定子磁極１８間には、な
すび形状のスロット２３が形成され、固定子磁極１８に
は固定子巻線６が集中的に巻回される。さらに、互いに
隣接する固定子磁極１８のポールピース２０間に形成さ
れるスリット２２を介して固定子巻線６を巻回するノズ
ル（図示せず）を通過せしめる。このスリット２０の数
は固定子磁極１８と同じ１２個となるが、この１２個の
スリット２２の周方向幅は同一寸法とする。このような
集中巻構造の固定子は、一般の大型機に使用されている
分布巻構造の固定子に対して、エンドコイル部の長さを
短くすることができるため、回転電機の体格を小さくで
きる利点がある。

【００１４】本実施例の回転電機では、３相で、回転子
３の永久磁石磁極数が１０個で、固定子磁極数が１２個
である構成を示した。なお、回転電機が発電機であって
も同様な構成にできる。そして、図３（ａ）で示した３
相の固定子巻線６は、Ｕを起点として、Ｕ相として、Ｕ
１＋Ｕ１−Ｕ２−Ｕ２＋の順に巻回し、Ｗ相としては、
Ｕ１＋から１個分の固定子磁極を置いてＷ１＋Ｗ１−Ｗ
２−Ｗ２＋の順に巻回し、Ｖ相としては、さらに１個分
の固定子磁極を置いてＶ１＋Ｖ１−Ｖ２−Ｖ２＋の順に
巻回し、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相ともすべて同じ方向に巻回さ
れる。

【００１５】ここで、各固定子巻線６は、所定の巻方向
７＋に対して、逆巻方向を−として示している。したが
って、固定子巻線６を巻回する行程は、Ｕ相を巻回する
場合も、Ｖ相を巻回する場合も、Ｗ相を巻回する場合も
全く同じ単純な動作となる。すなわち、Ｕ相巻線は、例
えば、固定子磁極５Ｕ（任意に設定し得る）を基準とし
て、電気角で１８０Ｋ（Ｋは整数）〜１８０Ｋ＋６０度
未満の範囲の突極磁極に、Ｕ１＋Ｕ１−Ｕ２−Ｕ２＋の
順に、巻始め端子ａ１から図中反時計方向に連続して巻
回し、巻終わり端子ａ２を引き出す。次に、Ｗ相巻線
は、固定子磁極５Ｕの位置から、図中時計方向に１個分
の固定子磁極を置いた、固定子突極５Ｗを基準として、
電気角で１８０Ｋ（Ｋは整数）〜１８０Ｋ＋６０度未満
の範囲の突極磁極に、Ｗ１＋Ｗ１−Ｗ２−Ｗ２＋の順
に、巻始め端子ｃ１から図中反時計方向に連続して巻回
し、巻終わり端子ｃ２を引き出す。さらに、Ｖ相巻線
は、固定子磁極５Ｗの位置から、図中時計方向に１個分
の固定子磁極を置いた、固定子突極５Ｖを基準として、
電気角で１８０Ｋ（Ｋは整数）〜１８０Ｋ＋６０度未満
の範囲の突極磁極に、Ｖ１＋Ｖ１−Ｖ２−Ｖ２＋の順
に、巻始め端子ｂ１から図中反時計方向に連続して巻回
し、巻終わり端子ｂ２を引き出す。

【００１６】したがって、巻線ノズルを固定とした場
合、固定子鉄心５は、Ｕ相の巻始め位置（Ｗ１＋）を起
点として、Ｕ相巻線の巻回後、図中時計方向に１磁極分
移動（回転）してＷ相巻線を巻回し、さらに、Ｗ相の巻
始め位置（Ｗ１＋）から図中時計方向に１磁極分移動
（回転）して、Ｖ相巻線を巻回する構成となり、Ｕ相巻
線を起点として、Ｗ相巻線およびＶ相巻線とも同じ行程
で巻線作業が行える。特に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各巻始
め位置（Ｕ１＋Ｗ１＋Ｖ１＋）のそれぞれに巻線ノズル
を配置した場合には、各巻線ノズルの作業工程を全く同
一のプログラミングで動作させることができ、作業効率
が向上し、信頼性を高めることができる。

【００１７】なお、図３（ａ）に示した各固定子磁極に
巻回された巻数は、説明の都合で数ターンで示している
が、実際には数十ターンの巻線が巻回される。したがっ
て、図３（ｂ）に示されているように、例えば、Ｕ相巻
線の巻回後の巻始め端子ａ１は、固定子巻線Ｕ１＋の下
側に位置し、巻終わり端子ａ２は、固定子巻線Ｕ２＋の
上側から引き出される。図示しないが、Ｗ相巻線、Ｖ相
巻線についても同様である。

【００１８】図４は、図３（ａ）に示した固定子巻線６
の接続例を示している。Ｕ相巻線は、Ｕ１＋Ｕ１−Ｕ２
−Ｕ２＋の順に直列接続されており、Ｕ１−が接続され
ていないＵ１＋の他方を巻始め端子ａ１、Ｕ２−が接続
されていないＵ２＋の他方を巻終わり端子ａ２としてい
る。Ｗ相巻線は、Ｗ１＋Ｗ１−Ｗ２−Ｗ２＋の順に直列
接続されており、Ｗ１−が接続されていないＷ１＋の他
方を巻始め端子ｃ１、Ｗ２−が接続されていないＷ２＋
の他方を巻終わり端子ｃ２としている。Ｖ相巻線は、Ｖ
１＋Ｖ１−Ｖ２−Ｖ２＋の順に直列接続されており、Ｖ
１−が接続されていないＶ１＋の他方を巻始め端子ｂ
１、Ｖ２−が接続されていないＶ２＋の他方を巻終わり
端子ｂ２としている。そこで、各相の巻線は、Ｕ相巻線
の巻終わり端子ａ２とＷ相巻線の巻始め端子ｃ１とＶ相
巻線の巻終わり端子ｂ２を接続し、その接続点を中性点
２４とした３相Ｙ結線構成としている。

【００１９】すなわち、固定子巻線６の３相結線時に、
Ｕ相巻線群（Ｕ１＋Ｕ１−Ｕ２−Ｕ２＋）およびＶ相巻
線群（Ｖ１＋Ｖ１−Ｖ２−Ｖ２＋）の巻始め端子ａ１、
ｂ１と巻終わり端子ａ２、ｂ２に対して、Ｗ相巻線群
（Ｗ１＋Ｗ１−Ｗ２−Ｗ２＋）の巻始めｃ１と巻終わり
ｃ２とを逆転して結線している。３相結線を行う場合、
基板１４に、Ｗ相巻線群（Ｗ１＋Ｗ１−Ｗ２−Ｗ２＋）
の巻始めｃ１と巻終わりｃ２が逆転するように中性点接
続用の配線パターンを設け、Ｕ相巻線群（Ｕ１＋Ｕ１−
Ｕ２−Ｕ２＋）とＶ相巻線群（Ｖ１＋Ｖ１−Ｖ２−Ｖ２
＋）と結線することで更なる量産効果を得ることができ
る。

【００２０】なお、本実施例では、Ｗ相巻線群（Ｗ１＋
Ｗ１−Ｗ２−Ｗ２＋）の巻始めと巻終わりを逆転する構
成で示したが、図５の様にＵ相巻線群（Ｕ１＋Ｕ１−Ｕ
２−Ｕ２＋）とＶ相巻線群（Ｖ１＋Ｖ１−Ｖ２−Ｖ２
＋）の巻始め端子ａ１、ｂ１と巻終わり端子ａ２、ｂ２
を逆転させる構成としても同様の効果が得られる。

【００２１】また、以上の説明では、回転子として外転
型構造のものとして説明したが、図６に示されているよ
うに、回転子３を内側に、固定子２を外側に配置した内
転型構造でも良いものである。また、一例として電動機
で説明したが、発電機に適用しても同様な効果が得られ
る。さらに、永久磁石の材質は、ゴム製マグネット、セ
グメントタイプのマグネット等任意選択可能であること
は言うまでもない。

【００２２】以上説明してきたようにこのように形成さ
れた永久磁石回転電機であると、各相，すなわちＵ相、
Ｖ相、Ｗ相ともすべて同じ方向に巻回され、巻線手順が
同一であるため、巻線作業の作業性が向上し、信頼性を
高めることができる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、巻線作業の作業性および信頼性の向上が図れるとと
もに、低コスト化を図ることが可能なこの種の永久磁石
回転電機を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の永久磁石回転電機の一実施例を示す縦
断側面図である。

【図２】本発明の永久磁石回転電機の一実施例を示す分
解斜視図である。

【図３】本発明の永久磁石回転電機の一実施例を示す固
定子と回転子の径方向断面線図および巻線の巻始めと部
と巻終わりの部分詳細図である。

【図４】本発明の一実施形態による永久磁石回転電機に
おける３相固定子巻線の結線図である。

【図５】本発明の他の実施形態における３相固定子巻線
の結線図である。

【図６】本発明の他の実施形態による永久磁石回転電機
における固定子と回転子の径方向断面図である。

【符号の説明】

２…固定子、３…回転子、５…固定子鉄心、６…固定子
巻線、９…永久磁石、１８…固定子磁極、ａ１，ｂ１，
ｃ１…巻始め端子、ａ２，ｂ２，ｃ２…巻終わり端子、
Ｕ１＋，Ｕ１−，Ｕ２−，Ｕ２＋…Ｕ相巻線、Ｖ１＋，
Ｖ１−，Ｖ２−，Ｖ２＋…Ｖ相巻線、Ｗ１＋，Ｗ１−，
Ｗ２−，Ｗ２＋…Ｗ相巻線。

フロントページの続き (72)発明者 田島 文男 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 松延 豊 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 虻川 俊美 東京都千代田区神田美土代町７番地 日本 サーボ株式会社内 (72)発明者 大西 和夫 東京都千代田区神田美土代町７番地 日本 サーボ株式会社内 (72)発明者 安藤 隆司 東京都千代田区神田美土代町７番地 日本 サーボ株式会社内 (72)発明者 五来 俊介 東京都千代田区神田美土代町７番地 日本 サーボ株式会社内 Ｆターム(参考） 5H603 AA01 BB01 BB09 CA01 CA02 CB05 CC04 CC11 CD02 CE01 CE13 5H621 AA02 BB10 GA01 GA04 GA16 HH05 JK02 JK07 JK19

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定子磁極に集中的に巻回された多相
   （Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相，）の固定子巻線を有する固定子
   と、ほぼ等間隔に着磁された永久磁石極を有する回転子
   とを備え、前記固定子磁極の数をＭ、前記永久磁石極の
   数をＰとしたとき、Ｐ：Ｍ＝６ｎ±２：６ｎ（ただしｎ
   は２以上の整数）の関係に形成された永久磁石回転電機
   において、 前記固定子巻線を、Ｕ相巻線と該Ｕ相巻線と電気的に６
   ０度離れたＷ相巻線と前記Ｕ相巻線と電気的に１２０度
   離れたＶ相巻線の巻線方向が、同一方向となるように巻
   回して形成するとともに、前記Ｕ相巻線の巻始め、Ｗ相
   巻線の巻終わり、およびＶ相巻線の巻始めが、引き出し
   線となるように形成したことを特徴とする永久磁石回転
   電機。
2. 【請求項２】 固定子磁極に集中的に巻回された多相
   （Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相，）の固定子巻線を有する固定子
   と、ほぼ等間隔に着磁された永久磁石極を有する回転子
   とを備え、前記固定子磁極の数をＭ、前記永久磁石極の
   数をＰとしたとき、Ｐ：Ｍ＝６ｎ±２：６ｎ（ただしｎ
   は２以上の整数）の関係に形成された永久磁石回転電機
   において、 前記固定子巻線を、Ｕ相巻線と該Ｕ相巻線と電気的に６
   ０度離れたＷ相巻線と前記Ｕ相巻線と電気的に１２０度
   離れたＶ相巻線の巻線方向が、同一方向となるように巻
   回して形成するとともに、前記Ｕ相巻線の巻始め、Ｗ相
   巻線の巻終わり、およびＶ相巻線の巻始めが、中性点と
   なるように形成したことを特徴とする永久磁石回転電
   機。
3. 【請求項３】 前記固定子巻線が、Ｕ相を起点として、
   Ｕ相はＵ１＋Ｕ１−Ｕ２−Ｕ２＋の順に、Ｗ相はＵ１＋
   から１個分の前記固定子磁極を置いてＷ１＋Ｗ１−Ｗ２
   −Ｗ２＋の順に、Ｖ相はさらに１個分の前記固定子磁極
   を置いてＶ１＋Ｖ１−Ｖ２−Ｖ２＋の順に、すべて同方
   向に結線されたものである請求項１または２記載の永久
   磁石回転電機。
4. 【請求項４】 前記固定子巻線の中性点接続を、回転電
   機に乗置された基板上で行うようにした請求項２記載の
   永久磁石回転電機。