JP2001346368A - 永久磁石内蔵型同期モータ - Google Patents
永久磁石内蔵型同期モータInfo
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- JP2001346368A JP2001346368A JP2001100197A JP2001100197A JP2001346368A JP 2001346368 A JP2001346368 A JP 2001346368A JP 2001100197 A JP2001100197 A JP 2001100197A JP 2001100197 A JP2001100197 A JP 2001100197A JP 2001346368 A JP2001346368 A JP 2001346368A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来よりもコギングトルクと通電時のトルク
脈動を共に抑制することができる永久磁石内蔵型同期モ
ータを提供する。 【解決手段】 シャフト６の中心から２つの磁気的な突
極部９，９の間に位置するロータコア７の外周面部分と
ステータコア３の磁極部の磁極面との間に形成されるギ
ャップの寸法δｄを、δｄ＝δｄ0／ｃｏｓ（ｐθｄ）
を満たすように定められる。δｄ0は、シャフトの中心
と外周面部分の両端を通る２本の仮想線ＰＬ１及びＰＬ
２の中心を通る仮想中心線ＰＬ０に沿うギャップの寸法
［単位はｍ］であり、θｄは仮想中心線ＰＬ０と２本の
仮想線ＰＬ１及びＰＬ２との間の角度である。
脈動を共に抑制することができる永久磁石内蔵型同期モ
ータを提供する。 【解決手段】 シャフト６の中心から２つの磁気的な突
極部９，９の間に位置するロータコア７の外周面部分と
ステータコア３の磁極部の磁極面との間に形成されるギ
ャップの寸法δｄを、δｄ＝δｄ0／ｃｏｓ（ｐθｄ）
を満たすように定められる。δｄ0は、シャフトの中心
と外周面部分の両端を通る２本の仮想線ＰＬ１及びＰＬ
２の中心を通る仮想中心線ＰＬ０に沿うギャップの寸法
［単位はｍ］であり、θｄは仮想中心線ＰＬ０と２本の
仮想線ＰＬ１及びＰＬ２との間の角度である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ロータコアに複数
の永久磁石を内蔵し、隣り合う永久磁石の間にそれぞれ
磁気的な突極部を有するロータコアを備えた永久磁石内
蔵型同期モータに関するものであり、特にロータの磁気
的な突極部に起因して発生するリラクタンストルクと永
久磁石によるトルクを利用する永久磁石内蔵型同期モー
タに関するものである。
の永久磁石を内蔵し、隣り合う永久磁石の間にそれぞれ
磁気的な突極部を有するロータコアを備えた永久磁石内
蔵型同期モータに関するものであり、特にロータの磁気
的な突極部に起因して発生するリラクタンストルクと永
久磁石によるトルクを利用する永久磁石内蔵型同期モー
タに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】特開平１１−１８３２８号公報に開示さ
れた従来の永久磁石内蔵型同期モータでは、永久磁石磁
極間コアの開角をθとし、永久磁石磁極間コアの幅に対
応するティースの各端面のうち最も離れた二つの端面の
先端と、回転軸中心とを結ぶ２本の直線が成す角度の最
小値をθｍｉｎと永久磁石磁極間コアの幅に対応するテ
ィースにおけるティースヘッドの各端部のうち最も離れ
た二つの端部と、回転軸中心とを結ぶ２本の直線が成す
角度の最大値をθｍａｘとしたときに、 θｍｉｎ≦θ≦θｍａｘ となるように永久磁石磁極間コアの幅を設定して、コギ
ングトルクの発生を抑制している。
れた従来の永久磁石内蔵型同期モータでは、永久磁石磁
極間コアの開角をθとし、永久磁石磁極間コアの幅に対
応するティースの各端面のうち最も離れた二つの端面の
先端と、回転軸中心とを結ぶ２本の直線が成す角度の最
小値をθｍｉｎと永久磁石磁極間コアの幅に対応するテ
ィースにおけるティースヘッドの各端部のうち最も離れ
た二つの端部と、回転軸中心とを結ぶ２本の直線が成す
角度の最大値をθｍａｘとしたときに、 θｍｉｎ≦θ≦θｍａｘ となるように永久磁石磁極間コアの幅を設定して、コギ
ングトルクの発生を抑制している。
【０００３】また特開平８−２０５４９９号公報には、
永久磁石磁極間のコアに突極部を設けた同期モータが開
示されている。この同期モータでは、ロータの回転方向
が一方向に決定されていて、突極部を変位させてトルク
脈動の発生を抑制している。
永久磁石磁極間のコアに突極部を設けた同期モータが開
示されている。この同期モータでは、ロータの回転方向
が一方向に決定されていて、突極部を変位させてトルク
脈動の発生を抑制している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前者のモータでは、永
久磁石磁極間コアの開角θはティースの数と型状寸法か
ら決定されるθｍｉｎ≦θ≦θｍａｘとしている。しか
し、ステータの毎極毎相スロット数ｑに応じて、それぞ
れの永久磁石磁極間におけるトルク発生のタイミングが
異なるため、この従来技術では、コギングトルクやトル
ク脈動を十分に抑制することができない。
久磁石磁極間コアの開角θはティースの数と型状寸法か
ら決定されるθｍｉｎ≦θ≦θｍａｘとしている。しか
し、ステータの毎極毎相スロット数ｑに応じて、それぞ
れの永久磁石磁極間におけるトルク発生のタイミングが
異なるため、この従来技術では、コギングトルクやトル
ク脈動を十分に抑制することができない。
【０００５】また後者のモータでは、永久磁石磁極の突
極部をロータ回転方向で決定される方向に変位する必要
があるために、ロータが自由に正転逆転を繰り返すこと
ができず、十分にトルク脈動を抑制しているとは言えな
い。
極部をロータ回転方向で決定される方向に変位する必要
があるために、ロータが自由に正転逆転を繰り返すこと
ができず、十分にトルク脈動を抑制しているとは言えな
い。
【０００６】本発明の目的は、従来よりもコギングトル
クと通電時のトルク脈動を共に抑制することができる永
久磁石内蔵型同期モータを提供することにある。
クと通電時のトルク脈動を共に抑制することができる永
久磁石内蔵型同期モータを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、ステータコア
の複数の磁極部に１相以上の巻線を施してなるステータ
と、極対数がｐ（但しｐは１以上の正の整数）で、シャ
フトに固定されたロータコアの内部に周方向に間隔を開
けて複数個の永久磁石が内蔵され、該複数個の永久磁石
によりロータコアの外周に複数の永久磁石磁極部が形成
され且つ永久磁石磁極部を間に挟むように複数の磁気的
な突極部が形成されているロータとを具備する永久磁石
内蔵型同期モータを改良の対象とする。ロータの外周面
に永久磁石磁極部がＮ極とＳ極の１つずつが現れている
場合には、極対数ｐは１である。
の複数の磁極部に１相以上の巻線を施してなるステータ
と、極対数がｐ（但しｐは１以上の正の整数）で、シャ
フトに固定されたロータコアの内部に周方向に間隔を開
けて複数個の永久磁石が内蔵され、該複数個の永久磁石
によりロータコアの外周に複数の永久磁石磁極部が形成
され且つ永久磁石磁極部を間に挟むように複数の磁気的
な突極部が形成されているロータとを具備する永久磁石
内蔵型同期モータを改良の対象とする。ロータの外周面
に永久磁石磁極部がＮ極とＳ極の１つずつが現れている
場合には、極対数ｐは１である。
【０００８】本発明では、隣接する２つの磁気的な突極
部の間に位置するロータコアの外周面部分とステータコ
アの複数の磁極部の磁極面との間に形成されるギャップ
の寸法δｄが、下記の式を満たすように定める。
部の間に位置するロータコアの外周面部分とステータコ
アの複数の磁極部の磁極面との間に形成されるギャップ
の寸法δｄが、下記の式を満たすように定める。
【０００９】δｄ＝δｄ0／ｃｏｓ（ｐθｄ） ここに、δｄ0はシャフトの中心から前記外周面部分の
周方向の両端を通る２本の仮想線の中心を通る仮想中心
線に沿う前記ギャップの寸法であり、θｄは仮想中心線
と仮想線との間の角度である。
周方向の両端を通る２本の仮想線の中心を通る仮想中心
線に沿う前記ギャップの寸法であり、θｄは仮想中心線
と仮想線との間の角度である。
【００１０】なお隣接する２つの磁気的な突極部の間に
位置するロータコアの外周面部分の輪郭形状を円弧また
は楕円の弧により構成してもよい。その場合でも、上記
式により定まる値に近い値になるように円弧または楕円
の弧の大きさを定めるのが好ましい。
位置するロータコアの外周面部分の輪郭形状を円弧また
は楕円の弧により構成してもよい。その場合でも、上記
式により定まる値に近い値になるように円弧または楕円
の弧の大きさを定めるのが好ましい。
【００１１】上記式を満たすギャップは、いわゆるｃｏ
ｓｅｃギャップを形成するものであり、このようなギャ
ップ構成を採用すると、モータの回転方向を問わず、ギ
ャップ中の永久磁石からの磁束密度分布を正弦波に近づ
けることができ、コギングトルクを抑制することができ
る。
ｓｅｃギャップを形成するものであり、このようなギャ
ップ構成を採用すると、モータの回転方向を問わず、ギ
ャップ中の永久磁石からの磁束密度分布を正弦波に近づ
けることができ、コギングトルクを抑制することができ
る。
【００１２】またステータコアの毎極毎相スロット数ｑ
が１以上の整数の場合、磁気的な突極部の２つの周方向
の端部とシャフトの中心とを通る２本の仮想線間の角度
として定義される磁気的な突極部の開角αが、α≒ｎ・
τｓを満たすようにする。ここで「毎極毎相スロット数
ｑ」は、スロットの数をＮs、極対数をｐ、相数をｍと
した場合、ｑ＝Ｎs/(２×ｐ×ｍ）として求めることが
できる。
が１以上の整数の場合、磁気的な突極部の２つの周方向
の端部とシャフトの中心とを通る２本の仮想線間の角度
として定義される磁気的な突極部の開角αが、α≒ｎ・
τｓを満たすようにする。ここで「毎極毎相スロット数
ｑ」は、スロットの数をＮs、極対数をｐ、相数をｍと
した場合、ｑ＝Ｎs/(２×ｐ×ｍ）として求めることが
できる。
【００１３】そしてステータコアの毎極毎相スロット数
ｑが１以上の分数の場合には、磁気的な突極部の開角α
をα≒（ｎ／２）τｓの式を満たすように定める。ここ
に、ｎは自然数であり、τｓはステータコアのスロット
ピッチ［単位はｒａｄ］である。このようにすると、ト
ルク脈動を十分に抑制することができる。
ｑが１以上の分数の場合には、磁気的な突極部の開角α
をα≒（ｎ／２）τｓの式を満たすように定める。ここ
に、ｎは自然数であり、τｓはステータコアのスロット
ピッチ［単位はｒａｄ］である。このようにすると、ト
ルク脈動を十分に抑制することができる。
【００１４】またシャフトの中心から１つの前記外周面
部分の周方向の両端部をそれぞれ通る２本の仮想線間の
角度φpと、磁気的な突極部の２つの周方向の端部とシ
ャフトの中心とを通る２本の仮想線間の角度を磁気的な
突極部の開角αとは、下記の式を満たすように定めるの
が好ましい。
部分の周方向の両端部をそれぞれ通る２本の仮想線間の
角度φpと、磁気的な突極部の２つの周方向の端部とシ
ャフトの中心とを通る２本の仮想線間の角度を磁気的な
突極部の開角αとは、下記の式を満たすように定めるの
が好ましい。
【００１５】（１８０／ｐ＋α−φp）／τｓ≒２ｎ−
１ ここに、τｓはステータコアのスロットピッチであり、
ｎは自然数である。ただし、α＞０、φｐ＞０、α＋φ
ｐ≦１８０／ｐとなるようにαとφｐを選定すること
で、トルク脈動を十分に抑制することができる。
１ ここに、τｓはステータコアのスロットピッチであり、
ｎは自然数である。ただし、α＞０、φｐ＞０、α＋φ
ｐ≦１８０／ｐとなるようにαとφｐを選定すること
で、トルク脈動を十分に抑制することができる。
【００１６】なお前述のギャップの寸法δｄが、いわゆ
るｃｏｓｅｃギャップを形成しないモータにおいても、
上記の角度φpと開角αとの関係を成立させるように角
度φpと開角αとを定めると、トルク脈動を十分に抑制
することができる。
るｃｏｓｅｃギャップを形成しないモータにおいても、
上記の角度φpと開角αとの関係を成立させるように角
度φpと開角αとを定めると、トルク脈動を十分に抑制
することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の永久
磁石内蔵型同期モータの一実施の形態のステータとロー
タの構成を示す図である。図１において、符号１で示し
た部材は、珪素鋼板を積層して構成された環状のヨーク
２と、この環状のヨークの内周側に周方向に所定の間隔
を開けて配置された磁極部を構成する複数のティース３
と、隣接する２つのティース３の間に形成されたスロッ
ト４と、これらのティース３に３相の巻線が順次巻装さ
れて形成された図示しない巻線部とを備えてなるステー
タである。ヨーク２とティース３とによりステータコア
が構成されている。
の形態について詳細に説明する。図１は、本発明の永久
磁石内蔵型同期モータの一実施の形態のステータとロー
タの構成を示す図である。図１において、符号１で示し
た部材は、珪素鋼板を積層して構成された環状のヨーク
２と、この環状のヨークの内周側に周方向に所定の間隔
を開けて配置された磁極部を構成する複数のティース３
と、隣接する２つのティース３の間に形成されたスロッ
ト４と、これらのティース３に３相の巻線が順次巻装さ
れて形成された図示しない巻線部とを備えてなるステー
タである。ヨーク２とティース３とによりステータコア
が構成されている。
【００１８】また符号５で示した部材は、ロータであ
る。このロータ５は、シャフト６に固定されたロータコ
ア７の内部に周方向に間隔を開けて配置された２つの永
久磁石８を内蔵しており、しかも隣り合う２つの永久磁
石８の間にそれぞれ磁気的な突極部９を有している。ロ
ータコア７も、ステータコアと同様に珪素鋼板を積層し
て構成されており、永久磁石８が内蔵される部分に永久
磁石を挿入する貫通孔を有している。永久磁石８は、横
断面形状が円弧状をなすものである。この例のステータ
１は、スロット数Ｎsが９で、極対数が１で、相数が３
であるため、毎極毎相スロット数ｑは、ｑ＝９／（２×
１×３）＝１．５となる。そしてスロットピッチτｓが
τｓ＝４０°、極対数ｐがｐ＝１である。
る。このロータ５は、シャフト６に固定されたロータコ
ア７の内部に周方向に間隔を開けて配置された２つの永
久磁石８を内蔵しており、しかも隣り合う２つの永久磁
石８の間にそれぞれ磁気的な突極部９を有している。ロ
ータコア７も、ステータコアと同様に珪素鋼板を積層し
て構成されており、永久磁石８が内蔵される部分に永久
磁石を挿入する貫通孔を有している。永久磁石８は、横
断面形状が円弧状をなすものである。この例のステータ
１は、スロット数Ｎsが９で、極対数が１で、相数が３
であるため、毎極毎相スロット数ｑは、ｑ＝９／（２×
１×３）＝１．５となる。そしてスロットピッチτｓが
τｓ＝４０°、極対数ｐがｐ＝１である。
【００１９】図２には、ロータ１の部分を拡大して示し
たものである。この例では、シャフト６の中心から隣接
する２つの磁気的な突極部９の間に位置するロータコア
７の外周面部分８の周方向の両端部をそれぞれ通る２本
の仮想線ＰＬ１及びＰＬ２の間に位置するロータコア７
の外周面部分８とステータコアの複数の磁極部すなわち
ティース３の磁極面との間に形成されるギャップの寸法
δｄが、下記（１）式を満たすように外周面部分（この
例の場合には永久磁石磁極部１０の外面）の形状が定め
られる。
たものである。この例では、シャフト６の中心から隣接
する２つの磁気的な突極部９の間に位置するロータコア
７の外周面部分８の周方向の両端部をそれぞれ通る２本
の仮想線ＰＬ１及びＰＬ２の間に位置するロータコア７
の外周面部分８とステータコアの複数の磁極部すなわち
ティース３の磁極面との間に形成されるギャップの寸法
δｄが、下記（１）式を満たすように外周面部分（この
例の場合には永久磁石磁極部１０の外面）の形状が定め
られる。
【００２０】 δｄ＝δｄ0／ｃｏｓ（ｐθｄ） ・・・（１） ここに、δｄ0は２本の仮想線ＰＬ１及びＰＬ２の中心
を通る仮想中心線ＰＬ０に沿うギャップの寸法であり、
θｄは仮想中心線ＰＬ０と２本の仮想線ＰＬ１及びＰＬ
２との間の角度である。
を通る仮想中心線ＰＬ０に沿うギャップの寸法であり、
θｄは仮想中心線ＰＬ０と２本の仮想線ＰＬ１及びＰＬ
２との間の角度である。
【００２１】この例では、ステータコアの毎極毎相スロ
ット数ｑが１．５の分数であり、隣り合う２つの永久磁
石８，８の間に形成される磁気的な突極部９の２つの周
方向の端部とシャフトの中心とを通る２本の仮想線ＰＬ
１とＰＬ２´との間の角度として定義される磁気的な突
極部９の開角αが、下記（２）式を満たすように定めら
れる。
ット数ｑが１．５の分数であり、隣り合う２つの永久磁
石８，８の間に形成される磁気的な突極部９の２つの周
方向の端部とシャフトの中心とを通る２本の仮想線ＰＬ
１とＰＬ２´との間の角度として定義される磁気的な突
極部９の開角αが、下記（２）式を満たすように定めら
れる。
【００２２】 α≒（ｎ／２）τｓ ・・・（２） ここに、ｎは自然数であり、τｓはステータコアのスロ
ットピッチである。この実施の形態では、ｎを２とし
て、τｓを４０°としているため、開角αは約４０°に
なる。この開角αを２０°，４０°，６０°，８０°，
‥・近傍とした場合、トルク脈動を十分に抑制できる。
ットピッチである。この実施の形態では、ｎを２とし
て、τｓを４０°としているため、開角αは約４０°に
なる。この開角αを２０°，４０°，６０°，８０°，
‥・近傍とした場合、トルク脈動を十分に抑制できる。
【００２３】図３には本実施例におけるαとトルク脈動
との関係を示す。αが２０°，４０°，６０°，８０°
でトルク脈動が極小となっている様子がわかる。なお、
実質的には（２）式の示す範囲はスロットオープニング
に関係し、この例におけるスロットオープニング（スロ
ット４の内周側に開口する開口部の周方向に沿う幅寸
法）ｗはｗ＝４．５°であるので、（ｎ／２）・τｓ−
２．２５°≦α≦（ｎ／２）・τｓ＋２．２５°におい
てトルク脈動極小値が存在する。
との関係を示す。αが２０°，４０°，６０°，８０°
でトルク脈動が極小となっている様子がわかる。なお、
実質的には（２）式の示す範囲はスロットオープニング
に関係し、この例におけるスロットオープニング（スロ
ット４の内周側に開口する開口部の周方向に沿う幅寸
法）ｗはｗ＝４．５°であるので、（ｎ／２）・τｓ−
２．２５°≦α≦（ｎ／２）・τｓ＋２．２５°におい
てトルク脈動極小値が存在する。
【００２４】なおこの例において、磁気的な突極部の間
の外周面部分の輪郭形状を、円弧または楕円の弧により
構成して、上記式により定まる値に近い値になるように
円弧または楕円の弧の大きさを定めてもよい。
の外周面部分の輪郭形状を、円弧または楕円の弧により
構成して、上記式により定まる値に近い値になるように
円弧または楕円の弧の大きさを定めてもよい。
【００２５】図４は、本発明の磁石内蔵型同期モータの
第２の実施の形態の構成を示している。図５は、この第
２の実施の形態で用いるロータの構造を示す拡大図であ
る。図４及び図５において、図１及び図２に示した第１
の実施の形態の構成部材と同様の構成部材には、図１及
び図２に付した符号と同じ符号を付して説明を省略す
る。この実施の形態の同期モータは、ステータの毎極毎
相スロット数ｑがｑ＝２、スロットピッチτｓがτｓ＝
７．５°、極対数ｐがｐ＝４の磁石内蔵型同期モータを
示す。この実施のモータは、ｑが１以上の整数の場合に
該当する。この実施の形態では、第１の実施の形態と異
なって、直方体状の永久磁石８の周方向の両脇に永久磁
石８からの磁束の回り込みを防止する空気やアルミ等か
らなる非磁性部１１が設けてある。この場合、永久磁石
磁極部１０を構成するロータコアの角度φｐは、ほぼロ
ータ外周面に近い２つの非磁性部１１内側角部間の角度
になる。少なくとも永久磁石磁極部１０を構成するロー
タコア７の外周面部分は、第１の実施の形態と同様に、
上記（１）式を満たすようにいわゆるｃｏｓｅｃギャッ
プを形成し得る形状にするのが好ましい。この例では、
隣接する２つの突極部９間の外周面部分が上記（１）式
を満たすようにいわゆるｃｏｓｅｃギャップを形成し得
る形状になっている。
第２の実施の形態の構成を示している。図５は、この第
２の実施の形態で用いるロータの構造を示す拡大図であ
る。図４及び図５において、図１及び図２に示した第１
の実施の形態の構成部材と同様の構成部材には、図１及
び図２に付した符号と同じ符号を付して説明を省略す
る。この実施の形態の同期モータは、ステータの毎極毎
相スロット数ｑがｑ＝２、スロットピッチτｓがτｓ＝
７．５°、極対数ｐがｐ＝４の磁石内蔵型同期モータを
示す。この実施のモータは、ｑが１以上の整数の場合に
該当する。この実施の形態では、第１の実施の形態と異
なって、直方体状の永久磁石８の周方向の両脇に永久磁
石８からの磁束の回り込みを防止する空気やアルミ等か
らなる非磁性部１１が設けてある。この場合、永久磁石
磁極部１０を構成するロータコアの角度φｐは、ほぼロ
ータ外周面に近い２つの非磁性部１１内側角部間の角度
になる。少なくとも永久磁石磁極部１０を構成するロー
タコア７の外周面部分は、第１の実施の形態と同様に、
上記（１）式を満たすようにいわゆるｃｏｓｅｃギャッ
プを形成し得る形状にするのが好ましい。この例では、
隣接する２つの突極部９間の外周面部分が上記（１）式
を満たすようにいわゆるｃｏｓｅｃギャップを形成し得
る形状になっている。
【００２６】この実施の形態のようにステータコアの毎
極毎相スロット数ｑが１以上の整数の場合、隣り合う２
つの前記永久磁石の間に形成される前記磁気的な突極部
の２つの周方向の端部とシャフトの中心とを通る２本の
仮想線間の角度として定義される磁気的な突極部９の開
角αは、下記の（３）式を満たすように定める。
極毎相スロット数ｑが１以上の整数の場合、隣り合う２
つの前記永久磁石の間に形成される前記磁気的な突極部
の２つの周方向の端部とシャフトの中心とを通る２本の
仮想線間の角度として定義される磁気的な突極部９の開
角αは、下記の（３）式を満たすように定める。
【００２７】 α≒ｎ・τｓ ・・・（３） この関係式から、αを求めると、αは７．５°，１５
°，２２．５°‥‥の近傍の値にするのが好ましく、こ
のような値であれば、トルク脈動を抑制できる。図６に
はこの例におけるαとトルク脈動の関係を示す。図６か
ら、αが７°及び１４．５°でトルク脈動が極小となる
ことがわかり、（３）式で求められる７．５°及び１５
°より若干ずれた位置にトルク脈動極小値が存在する。
この様に、実質的にはスロットオープニングｗの範囲
内、つまり（ｎ・τｓ）−ｗ／２≦α≦（ｎ・τｓ）＋
ｗ／２においてトルク脈動極小値が存在する。なおこの
本実施例におけるスロットオープニングはｗ＝２．１°
である。
°，２２．５°‥‥の近傍の値にするのが好ましく、こ
のような値であれば、トルク脈動を抑制できる。図６に
はこの例におけるαとトルク脈動の関係を示す。図６か
ら、αが７°及び１４．５°でトルク脈動が極小となる
ことがわかり、（３）式で求められる７．５°及び１５
°より若干ずれた位置にトルク脈動極小値が存在する。
この様に、実質的にはスロットオープニングｗの範囲
内、つまり（ｎ・τｓ）−ｗ／２≦α≦（ｎ・τｓ）＋
ｗ／２においてトルク脈動極小値が存在する。なおこの
本実施例におけるスロットオープニングはｗ＝２．１°
である。
【００２８】第３の実施の形態として、図７に極対数ｐ
＝４の永久磁石内蔵型同期モータのロータの構造を示
す。図７において、図１及び図２に示した第１の実施の
形態の構成部材と同様の構成部材には、図１及び図２に
示した符号と同じ符号を付して説明を省略する。図７に
示す実施の形態では、直方体状の永久磁石８をロータコ
ア７に埋設している。しかし永久磁石８の周方向の両側
に非磁性部は設けていない。この例でも永久磁石磁極部
１０を構成するロータコア７の外周面部分は、いわゆる
ｃｏｓｅｃギャップを形成するようにその形状が定めら
れている。
＝４の永久磁石内蔵型同期モータのロータの構造を示
す。図７において、図１及び図２に示した第１の実施の
形態の構成部材と同様の構成部材には、図１及び図２に
示した符号と同じ符号を付して説明を省略する。図７に
示す実施の形態では、直方体状の永久磁石８をロータコ
ア７に埋設している。しかし永久磁石８の周方向の両側
に非磁性部は設けていない。この例でも永久磁石磁極部
１０を構成するロータコア７の外周面部分は、いわゆる
ｃｏｓｅｃギャップを形成するようにその形状が定めら
れている。
【００２９】この例では、永久磁石磁極部１０の角度即
ち開角φｐは、ほぼ永久磁石８の周方向外側で径方向外
側に位置する２つの角部とシャフト６の中心とを結ぶ仮
想線ＰＬ１，ＰＬ２間の角度である。また突極部９の開
角αは、隣接する２つの永久磁石の周方向外側で径方向
内側に位置する角部とシャフト６の中心との間を通る仮
想線ＰＬ３，ＰＬ４間の角度である。この例では、角度
φｐと開角αとは、下記（４）式を満たすように定めら
れている。
ち開角φｐは、ほぼ永久磁石８の周方向外側で径方向外
側に位置する２つの角部とシャフト６の中心とを結ぶ仮
想線ＰＬ１，ＰＬ２間の角度である。また突極部９の開
角αは、隣接する２つの永久磁石の周方向外側で径方向
内側に位置する角部とシャフト６の中心との間を通る仮
想線ＰＬ３，ＰＬ４間の角度である。この例では、角度
φｐと開角αとは、下記（４）式を満たすように定めら
れている。
【００３０】 （１８０／ｐ＋α−φp）／τｓ≒２ｎ−１ ・・・（４） ここに、τｓは前記ステータコアのスロットピッチであ
り、ｎは自然数である。ただし、α＞０、φｐ＞０、α
＋φｐ≦１８０／ｐとなるようにαとφｐを選定してい
る。この関係を満たすようにしてもにトルク脈動を十分
に抑制することができる。
り、ｎは自然数である。ただし、α＞０、φｐ＞０、α
＋φｐ≦１８０／ｐとなるようにαとφｐを選定してい
る。この関係を満たすようにしてもにトルク脈動を十分
に抑制することができる。
【００３１】この例では、永久磁石磁極部１０の角度φ
ｐと突極部９の開角αとが、上記（４）式即ち（１８０
／ｐ＋α−φp）／τｓ≒２ｎ−１を満たしている。図
７の例では、この（４）式の左辺が１，３，５，７，‥
‥の値に近い値になるように、角度α，角度φpを定め
れば、トルク脈動を抑制できる。図８は、この例におい
て前述の（４）式の左辺の値とトルク脈動の関係を示し
ている。図８から分かるように、（４）式の左辺の値が
３と５付近でトルク脈動が極小となっている様子がわか
る。なお、実質的には（４）式の示す範囲はスロットオ
ープニングに関係し、この場合、ｗ＝２．１°，τｓ＝
７．５°であるので、（４）式の左辺は±ｗ／τｓ，
（＝０．２８）の範囲、つまり次式においてトルク脈動
が極小となる。
ｐと突極部９の開角αとが、上記（４）式即ち（１８０
／ｐ＋α−φp）／τｓ≒２ｎ−１を満たしている。図
７の例では、この（４）式の左辺が１，３，５，７，‥
‥の値に近い値になるように、角度α，角度φpを定め
れば、トルク脈動を抑制できる。図８は、この例におい
て前述の（４）式の左辺の値とトルク脈動の関係を示し
ている。図８から分かるように、（４）式の左辺の値が
３と５付近でトルク脈動が極小となっている様子がわか
る。なお、実質的には（４）式の示す範囲はスロットオ
ープニングに関係し、この場合、ｗ＝２．１°，τｓ＝
７．５°であるので、（４）式の左辺は±ｗ／τｓ，
（＝０．２８）の範囲、つまり次式においてトルク脈動
が極小となる。
【００３２】 （2n−１）−0.28≦(１／τｓ)・(１８０／ｐ＋α−φｐ)≦（2n−１）＋0.28 ・・・（５） なお上記（４）式の関係は、第１の実施の形態において
必須の要件とするギャップの寸法をいわゆるｃｏｓｅｃ
ギャップにしない場合にも適用することができ、その場
合においても、この関係を満たすことにより、トルク脈
動が極小となる。
必須の要件とするギャップの寸法をいわゆるｃｏｓｅｃ
ギャップにしない場合にも適用することができ、その場
合においても、この関係を満たすことにより、トルク脈
動が極小となる。
【００３３】
【発明の効果】本発明によれば、コギングトルクが抑制
でき、しかもトルク脈動を抑制できる利点がある。
でき、しかもトルク脈動を抑制できる利点がある。
【図１】本発明の永久磁石内蔵型同期モータの第１の実
施の形態の構成を概念的に示す図である。
施の形態の構成を概念的に示す図である。
【図２】図１の実施の形態で用いるロータの構成を概念
的に示す図である。
的に示す図である。
【図３】図１の実施の形態の突極部の開角とトルク脈動
の変化との関係を示す図である。
の変化との関係を示す図である。
【図４】本発明の永久磁石内蔵型同期モータの第２の実
施の形態の構成を概念的に示す図である。
施の形態の構成を概念的に示す図である。
【図５】図４の実施の形態で用いるロータの構成を概念
的に示す図である。
的に示す図である。
【図６】図４の実施の形態の突極部の開角とトルク脈動
の変化との関係を示す図である。
の変化との関係を示す図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態で用いるロータの構
成を示す概念図である。
成を示す概念図である。
【図８】図７のロータを用いた場合にトルク脈動と（１
８０／ｐ＋α−φｐ）／τｓとの関係を示す図である。
８０／ｐ＋α−φｐ）／τｓとの関係を示す図である。
１ ステータ ２ ヨーク ３ ティース（磁極部） ４ スロット ５ ロータ ６ シャフト ７ ロータコア ８ 永久磁石 ９ 突極部 １０ 永久磁石磁極部 １１ 非磁性部
Claims (8)
- 【請求項１】 ステータコアの複数の磁極部に１相以上
の巻線を施してなるステータと、 極対数がｐ（但しｐは１以上の正の整数）で、シャフト
に固定されたロータコアの内部に周方向に間隔を開けて
複数個の永久磁石が内蔵され、該複数個の永久磁石によ
り前記ロータコアの外周に複数の永久磁石磁極部が形成
され且つ前記永久磁石磁極部を間に挟むように複数の磁
気的な突極部が形成されているロータとを具備する永久
磁石内蔵型同期モータであって、 隣接する２つの前記磁気的な突極部の間に位置する前記
ロータコアの外周面部分と前記ステータコアの前記複数
の磁極部の磁極面との間に形成されるギャップの寸法δ
ｄが、下記の式を満たすように定められることを特徴と
し、 δｄ＝δｄ0／ｃｏｓ（ｐθｄ） ここに、δｄ0は前記シャフトの中心から前記外周面部
分の周方向の両端を通る２本の仮想線の中心を通る仮想
中心線に沿う前記ギャップの寸法であり、θｄは前記仮
想中心線と前記仮想線との間の角度である永久磁石内蔵
型同期モータ。 - 【請求項２】 ステータコアの複数の磁極部に１相以上
の巻線を施してなるステータと、 極対数がｐ（但しｐは１以上の正の整数）で、シャフト
に固定されたロータコアの内部に周方向に間隔を開けて
複数個の永久磁石が内蔵され、該複数個の永久磁石によ
り前記ロータコアの外周に複数の永久磁石磁極部が形成
され且つ前記永久磁石磁極部を間に挟むように複数の磁
気的な突極部が形成されているロータとを具備する永久
磁石内蔵型同期モータであって、 隣接する２つの前記磁気的な突極部の間に位置する前記
ロータコアの外周面部分の輪郭形状が円弧または楕円の
弧により構成され、 前記ロータコアの前記外周面部分と前記ステータコアの
前記複数の磁極部の磁極面との間に形成されるギャップ
の寸法δｄが、下記式により定まる値に近い値になるよ
うに前記円弧または楕円の弧の大きさが定められている
ことを特徴とし、 δｄ＝δｄ0／ｃｏｓ（ｐθｄ） ここに、δｄ0は前記シャフトの中心から前記外周面部
分の周方向の両端を通る２本の仮想線の中心を通る仮想
中心線に沿う前記ギャップの寸法であり、θｄは前記仮
想中心線と前記仮想線との間の角度である永久磁石内蔵
型同期モータ。 - 【請求項３】 前記ステータコアの毎極毎相スロット数
ｑが１以上の整数の場合、前記磁気的な突極部の２つの
周方向の端部と前記シャフトの中心とを通る２本の仮想
線間の角度として定義される前記磁気的な突極部の開角
αが、下記の式を満たすように定められることを特徴と
し、 α≒ｎ・τｓ ここに、ｎは自然数であり、τｓは前記ステータコアの
スロットピッチである請求項１または請求項２に記載の
永久磁石内蔵型同期モータ。 - 【請求項４】 前記ステータコアの毎極毎相スロット数
ｑが１以上の分数の場合、前記磁気的な突極部の２つの
周方向の端部と前記シャフトの中心とを通る２本の仮想
線間の角度として定義される前記磁気的な突極部の開角
αが、下記の式を満たすように定められることを特徴と
し、 α≒（ｎ／２）τｓ ここに、ｎは自然数であり、τｓは前記ステータコアの
スロットピッチである請求項１または請求項２に記載の
永久磁石内蔵型同期モータ。 - 【請求項５】 前記シャフトの中心から１つの前記外周
面部分の周方向の両端部をそれぞれ通る２本の仮想線間
の角度φpと前記磁気的な突極部の２つの周方向の端部
と前記シャフトの中心とを通る２本の仮想線間の角度と
して定義される前記磁気的な突極部の開角αとが、下記
の式を満たすように定められていることを特徴とし、 （１８０／ｐ＋α−φp）／τｓ≒２ｎ−１ ここに、τｓは前記ステータコアのスロットピッチであ
り、ｎは自然数であり、α＞０、φｐ＞０、α＋φｐ≦
１８０／ｐである請求項１または請求項２に記載の永久
磁石内蔵型同期モータ。 - 【請求項６】 前記ステータの毎極毎相スロット数ｑが
１以上の整数の場合、前記開角αが、α≒ｎ・τｓで決
定され、 ここに、ｎは自然数であり、τｓは前記ステータコアの
スロットピッチである請求項５に記載の永久磁石内蔵型
同期モータ。 - 【請求項７】 前記ステータの毎極毎相スロット数ｑが
１以上の分数の場合、前記開角αが、α≒（ｎ／２）τ
ｓで決定され、 ここに、ｎは自然数であり、τｓは前記ステータコアの
スロットピッチである請求項５に記載の永久磁石内蔵型
同期モータ。 - 【請求項８】 ステータコアの複数の磁極部に１相以上
の巻線を施してなるステータと、 極対数がｐ（但しｐは１以上の正の整数）で、シャフト
に固定されたロータコアの内部に周方向に間隔を開けて
複数個の永久磁石が内蔵され、該複数個の永久磁石によ
り前記ロータコアの外周に複数の永久磁石磁極部が形成
され且つ前記永久磁石磁極部を間に挟むように複数の磁
気的な突極部が形成されているロータとを具備する永久
磁石内蔵型同期モータであって、 前記シャフトの中心から１つの前記外周面部分の周方向
の両端部をそれぞれ通る２本の仮想線間の角度φpと前
記磁気的な突極部の２つの周方向の端部と前記シャフト
の中心とを通る２本の仮想線間の角度として定義される
前記磁気的な突極部の開角αとが、下記の式を満たすよ
うに定められていることを特徴とし、 （１８０／ｐ＋α−φp）／τｓ≒２ｎ−１ ここに、τｓは前記ステータコアのスロットピッチであ
り、ｎは自然数であり、α＞０、φｐ＞０、α＋φｐ≦
１８０／ｐである永久磁石内蔵型同期モータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001100197A JP3983004B2 (ja) | 2000-03-31 | 2001-03-30 | 永久磁石内蔵型同期モータ |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000-99946 | 2000-03-31 | ||
| JP2000099946 | 2000-03-31 | ||
| JP2001100197A JP3983004B2 (ja) | 2000-03-31 | 2001-03-30 | 永久磁石内蔵型同期モータ |
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|---|---|---|---|
| JP2006002278A Division JP2006109699A (ja) | 2000-03-31 | 2006-01-10 | 永久磁石内蔵型同期モータ |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001346368A true JP2001346368A (ja) | 2001-12-14 |
| JP3983004B2 JP3983004B2 (ja) | 2007-09-26 |
Family
ID=26589292
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001100197A Expired - Fee Related JP3983004B2 (ja) | 2000-03-31 | 2001-03-30 | 永久磁石内蔵型同期モータ |
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|---|---|
| JP (1) | JP3983004B2 (ja) |
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