JP2002078260A - Permanent magnet motor - Google Patents
Permanent magnet motorInfo
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- Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、コイルが形成され
た第1鉄心と、永久磁石を配置した第2鉄心とを有する
永久磁石電動機の前記第2鉄心の構造に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure of a second iron core of a permanent magnet motor having a first iron core having a coil formed thereon and a second iron core having a permanent magnet disposed therein.
【0002】[0002]
【従来の技術】コイルが形成された第1鉄心により移動
磁界を形成し、この移動磁界と第2鉄心に配置された永
久磁石の相互作用により、二つの鉄心を相対移動させる
電動機が知られている。このような電動機においては、
相対移動する永久磁石により第1鉄心のコイル内にいわ
ゆる逆起電圧が発生する。永久磁石により形成される磁
束は、永久磁石の縁で急峻に変化するために、逆起電圧
に関しても高調波成分が含まれる。特に、磁極の数と永
久磁石の数との比の逆数である短節係数が小さい電動機
においては、永久磁石の縁の影響が顕著に表れることか
ら、高調波成分が大きくなり、逆起電圧のピークの値が
大きくなる。2. Description of the Related Art There is known an electric motor in which a moving magnetic field is formed by a first iron core having a coil formed therein, and the two magnetic cores are relatively moved by an interaction between the moving magnetic field and a permanent magnet disposed on a second iron core. I have. In such an electric motor,
A so-called back electromotive voltage is generated in the coil of the first iron core by the relatively moving permanent magnet. Since the magnetic flux formed by the permanent magnet changes sharply at the edge of the permanent magnet, a harmonic component is also included in the back electromotive voltage. In particular, in a motor having a small short-term coefficient, which is the reciprocal of the ratio between the number of magnetic poles and the number of permanent magnets, the effect of the edges of the permanent magnets is remarkable, so that the harmonic component increases and the back electromotive force increases. The peak value increases.
【0003】永久磁石を用いた発電機に関しても、高調
波成分により起電力のピークの値が大きくなり、短節係
数が小さい場合には、電動機の場合と同様に、ピーク値
増大の傾向が大きくなる。[0003] Regarding a generator using a permanent magnet, the peak value of the electromotive force increases due to the harmonic component, and when the short-term coefficient is small, the peak value tends to increase as in the case of the motor. Become.
【0004】短節係数の小さい電動機の例が、特開平8
−126279号公報に記載されている。この公報の電
動機は、ステータの磁極の数と永久磁石の数との比が
3:1であり、よって短節係数は1/3である。[0004] An example of an electric motor having a small short-term coefficient is disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication No.
-126279. In the motor of this publication, the ratio of the number of magnetic poles of the stator to the number of permanent magnets is 3: 1, and thus the short-term coefficient is 1/3.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】前述のように、逆起電
力を含む起電力の高調波成分によって、起電力のピーク
値が大きくなる。特に、短節係数が小さい回転電機にお
いては、起電力のピーク値が大きくなる。電動機および
その制御部を構成する素子は、前記のピーク値に耐えら
れるようにする必要がある。そのため、素子の耐電圧を
高めることが考えられるが、この場合、コストの上昇、
装置の大型化を招く。永久磁石の磁束密度を下げるか、
電動機の速度を低くすることも考えられるが、前者の場
合、出力低下に直結し、後者の場合、運転の速度範囲が
限定されるという電動機の性能にかかる問題が発生す
る。As described above, the peak value of the electromotive force increases due to the harmonic components of the electromotive force including the back electromotive force. In particular, in a rotating electric machine having a small short-term coefficient, the peak value of the electromotive force increases. The elements that make up the motor and its controller must be able to withstand the peak values described above. For this reason, it is conceivable to increase the withstand voltage of the element.
This leads to an increase in the size of the device. Reduce the magnetic flux density of the permanent magnet,
Although it is conceivable to lower the speed of the motor, in the former case, the output is directly linked to a decrease in the output, and in the latter case, there is a problem concerning the performance of the motor that the operating speed range is limited.
【0006】本発明は、前述の問題点を解決するために
なされたものであり、起電圧に含まれる高調波成分によ
るピーク値の上昇が抑制される電動機を提供することを
目的とする。The present invention has been made to solve the above-described problem, and has as its object to provide an electric motor in which an increase in a peak value due to a harmonic component included in an electromotive voltage is suppressed.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに本発明にかかる永久磁石電動機は、コイルが形成さ
れた第1鉄心と永久磁石が配置された第2鉄心を有し、
第2鉄心の構造、特に透磁率に影響を与える構造を工夫
することにより、高調波による起電力のピークの低減を
図っている。具体的には、第2鉄心の所定位置に透磁率
の低い部位を形成して、磁束の形状を調整し、これによ
って起電圧のピークを低減している。低透磁率の部位
は、第2鉄心の、永久磁石より第1鉄心側に位置してお
り、一つの永久磁石に対して、駆動方向において少なく
とも2カ所に配置されている。そして、この低透磁率部
位の駆動方向における、その中央の間隔は、第1鉄心の
連続する3個の磁極のうち両端の2個の、中央の磁極側
の側面先端どうしの間隔にほぼ等しい。Means for Solving the Problems In order to solve the above-mentioned problems, a permanent magnet motor according to the present invention has a first core having a coil formed thereon and a second core having a permanent magnet disposed therein,
By devising the structure of the second core, particularly the structure that affects the magnetic permeability, the peak of the electromotive force due to harmonics is reduced. Specifically, a portion having a low magnetic permeability is formed at a predetermined position of the second iron core to adjust the shape of the magnetic flux, thereby reducing the peak of the electromotive voltage. The low magnetic permeability part is located on the first iron core side of the second iron core with respect to the permanent magnet, and is disposed at least two positions in the driving direction with respect to one permanent magnet. The distance between the centers of the low magnetic permeability portions in the driving direction is substantially equal to the distance between the end portions of the two magnetic poles at both ends of the continuous three magnetic poles of the first iron core on the side of the central magnetic pole.
【0008】本発明は、前記二つの鉄心が直線上に相対
移動する線形電動機、相対的に回転する回転電動機のい
ずれにも適用できる。回転電動機に適用された場合、前
記低透磁率部位の間隔については、次のように言い換え
ることが可能である。すなわち、回転方向において、少
なくとも2カ所に配列された低透磁率部位の中央が電動
機の回転中心を見込む角度は、第1鉄心の連続する3つ
の磁極のうち両端に位置する磁極の、中央の磁極側の側
面先端どうしが電動機の回転中心を見込む角度に略等し
い。The present invention can be applied to both a linear motor in which the two iron cores move relatively in a straight line and a rotary motor in which the two iron cores rotate relatively. When applied to a rotary motor, the spacing between the low magnetic permeability portions can be paraphrased as follows. That is, the angle at which the center of at least two low magnetic permeability parts arranged in the rotation direction looks at the rotation center of the electric motor is the center magnetic pole of the magnetic poles located at both ends of the three consecutive magnetic poles of the first iron core. The ends of the side surfaces are approximately equal to the angle at which the rotation center of the motor is viewed.
【0009】また、本発明の他の形態によれば、コイル
が形成された第1鉄心と永久磁石が配置された第2鉄心
を備えた電動機において、コイルと永久磁石の数の比
は、3:1であり、第2鉄心における永久磁石の第1鉄
心側には低透磁率の部位が形成されているものとするこ
とができる。According to another aspect of the present invention, in a motor having a first iron core having a coil formed thereon and a second iron core having a permanent magnet disposed therein, the ratio of the number of coils to the number of permanent magnets is three. : 1 and a portion having a low magnetic permeability can be formed on the first iron core side of the permanent magnet in the second iron core.
【0010】さらに、前述の低透磁率部位は第2の鉄心
に設けられた溝とすることができる。[0010] Further, the low magnetic permeability portion may be a groove provided in the second iron core.
【0011】[0011]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態(以下
実施形態という)を、図面に従って説明する。図1に
は、電動機10の4分の1の電動機軸直交断面図が示さ
れている。ステータ12は、略円筒形状の円筒部内側に
周方向に所定間隔で配置された磁極14を有するステー
タコア16と、磁極14に導線を巻回して形成されたコ
イル18を有している。コイル18が納められる部分、
すなわち磁極14の間の部分がスロット20である。ま
た、コイル18は、一つの磁極14に導線を巻き付けて
形成された、いわゆる集中巻きとなっている。各コイル
18に適切な位相で電流を流すと、ステータ12の内側
に回転磁界が形成される。Embodiments of the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of a quarter of the motor 10 orthogonal to the motor shaft. The stator 12 has a stator core 16 having magnetic poles 14 arranged at predetermined intervals in a circumferential direction inside a substantially cylindrical portion, and a coil 18 formed by winding a conductive wire around the magnetic pole 14. The part where the coil 18 is stored,
That is, the portion between the magnetic poles 14 is the slot 20. The coil 18 is a so-called concentrated winding formed by winding a conductive wire around one magnetic pole 14. When a current is applied to each coil 18 with an appropriate phase, a rotating magnetic field is formed inside the stator 12.
【0012】ステータ12の内側には、これと同軸に、
略円筒形のロータ22が配置されている。ロータ22
は、略円筒形のロータコア24と、ロータコア24に埋
め込まれた永久磁石26を有する。永久磁石26は、ロ
ータコア24の外周近傍に、周方向に所定の間隔を開け
て配列されている。また永久磁石26は、ロータコア2
4に完全に埋め込まれており、すなわちロータコア24
の外周部において露出していない。永久磁石26の間の
部分は、永久磁石26がない分ロータコア24が突出し
た、いわゆる突極28を形成している。また、永久磁石
26の、ロータ周方向に隣接する部分、言い換えれば永
久磁石26と突極28の間の部分には、空隙30が設け
られている。Inside the stator 12, coaxially therewith,
A substantially cylindrical rotor 22 is arranged. Rotor 22
Has a substantially cylindrical rotor core 24 and a permanent magnet 26 embedded in the rotor core 24. The permanent magnets 26 are arranged near the outer periphery of the rotor core 24 at predetermined intervals in the circumferential direction. Further, the permanent magnet 26 is
4 is completely embedded in the rotor core 24
Is not exposed in the outer peripheral portion of. The portion between the permanent magnets 26 forms a so-called salient pole 28 from which the rotor core 24 protrudes by an amount corresponding to the absence of the permanent magnets 26. A gap 30 is provided in a portion of the permanent magnet 26 adjacent to the rotor in the circumferential direction, in other words, in a portion between the permanent magnet 26 and the salient pole 28.
【0013】図に示されるとおり、本電動機10の磁極
14の数は、24個(1/4周あたり6個)、永久磁石
26の数は8個(同2個)である。すなわち、個数比は
3:1であり、短節係数は1/3と小さい。短節係数の
小さい電動機は、前述のように逆起電力のピーク値が大
きくなる傾向があるが、本実施形態は、ロータの形状、
特にその外周面の形状の適正化を図ることにより、前記
ピーク値の低下を図っている。As shown in the figure, the number of magnetic poles 14 of this electric motor 10 is 24 (6 per 1/4 turn), and the number of permanent magnets 26 is 8 (2 in the same manner). That is, the number ratio is 3: 1, and the short-term coefficient is as small as 1/3. A motor having a small short-term coefficient tends to have a large back electromotive force peak value as described above.
Particularly, the peak value is reduced by optimizing the shape of the outer peripheral surface.
【0014】ロータコア24の、永久磁石26に対応す
る外周部32、すなわち永久磁石26を覆っている部分
の外周面には、電動機軸に平行に延びる2本の外周溝3
4が設けられている。外周溝34は、図示するように断
面形状が略三角形である。また、その長さは、本実施形
態においては、ロータコア24の電動機軸方向の全体に
わたって形成されているが、一部に形成されるものであ
ってもよい。ただし、2本の外周溝は、回転方向におい
て、その全部またはその一部が隣り合っている。図2に
は、外周溝34の配置例が示されている。図2の(a)
〜(d)は、ロータ22の外周面を示し、矢印がロータ
22の回転方向をである。(a)〜(c)において、外
周溝34が回転方向に隣り合って配置されている。ま
た、(d)では、軸方向の一部(図中、符号Lにて示す
区間)が、回転方向に隣り合って配置されている部分で
ある。An outer peripheral portion 32 of the rotor core 24 corresponding to the permanent magnet 26, that is, an outer peripheral surface of a portion covering the permanent magnet 26, has two outer peripheral grooves 3 extending parallel to the motor shaft.
4 are provided. The outer peripheral groove 34 has a substantially triangular cross section as shown in the figure. Further, in the present embodiment, the length is formed over the entirety of the rotor core 24 in the axial direction of the electric motor, but may be formed partially. However, all or part of the two outer circumferential grooves are adjacent to each other in the rotation direction. FIG. 2 shows an example of the arrangement of the outer peripheral groove 34. FIG. 2 (a)
(D) shows the outer peripheral surface of the rotor 22, and the arrow indicates the rotation direction of the rotor 22. In (a) to (c), the outer peripheral grooves 34 are arranged adjacent to each other in the rotation direction. In (d), a part in the axial direction (a section indicated by reference numeral L in the drawing) is a part arranged adjacent to the rotation direction.
【0015】また、外周溝34は、永久磁石の幅の中心
に対し対称に配置され、その間隔は次のように定められ
ている。二つの外周溝34から電動機軸Oを見込む角度
がθで示されている。また一つおいて配置された、すな
わち例えば図示する磁極14a,14bのような磁極
の、先端の円周方向内側の縁A,Bから電動機軸Oを見
込む角度がχで示されている。前記の角度θと角度χが
ほぼ等しくなるように外周溝34の間隔が定められてい
る。The outer peripheral grooves 34 are arranged symmetrically with respect to the center of the width of the permanent magnet, and the interval between them is determined as follows. The angle at which the motor shaft O is viewed from the two outer circumferential grooves 34 is indicated by θ. The angle at which the motor shaft O is viewed from the circumferentially inner edges A and B of the distal ends of the magnetic poles such as the magnetic poles 14a and 14b shown in FIG. The interval between the outer peripheral grooves 34 is determined so that the angle θ and the angle χ become substantially equal.
【0016】図3には、無負荷時の逆起電圧の変化が示
されている。本実施形態の電動機、すなわち外周溝34
が設けられた場合の、逆起電圧の変化の様子が、図中実
線で表されている。一方、外周溝を設けず、外周面の形
状が円筒である場合が、図中破線で示されている。図示
されるように、外周溝34を設けた場合、最大値、最小
値共に絶対値が小さくなっていることが分かる。FIG. 3 shows a change in the back electromotive voltage at the time of no load. The motor of the present embodiment, that is, the outer circumferential groove 34
The state of the change of the back electromotive voltage in the case where is provided is represented by a solid line in the figure. On the other hand, the case where the outer peripheral groove is not provided and the shape of the outer peripheral surface is a cylinder is shown by a broken line in the figure. As shown in the figure, when the outer peripheral groove 34 is provided, both the maximum value and the minimum value have a small absolute value.
【0017】図4には、対をなす外周溝34が電動機軸
を見込む角θを変化させたときの無負荷時、逆起電圧を
示している。また、角度θを変えずに、外周溝34の
幅、深さを変えたときのデータも併せて示されている。
「△」で示されたデータは、基本波成分の振幅を示し、
角度θの変化に影響を受けないことが分かる。「○」で
示された逆起電圧のピーク値は、外周溝の幅、深さによ
り変化するものの、角度θが、角度χに一致する付近で
最小となっていることが分かる。FIG. 4 shows the back electromotive force when no load is applied when the pair of outer circumferential grooves 34 changes the angle θ at which the motor shaft is viewed. Further, data when the width and the depth of the outer peripheral groove 34 are changed without changing the angle θ are also shown.
Data indicated by “△” indicates the amplitude of the fundamental wave component,
It can be seen that it is not affected by the change in the angle θ. It can be seen that the peak value of the back electromotive voltage indicated by “○” varies depending on the width and depth of the outer peripheral groove, but is minimized in the vicinity where the angle θ coincides with the angle χ.
【0018】以上のように、外周溝34を設けることに
より、逆起電力のピーク値を低下させることができる。
特に、二つの外周溝34が電動機軸を見込む角度θが、
一つ間を開けて配置された二つの磁極先端内側の縁が電
動機軸を見込む角度χにほぼ等しい場合、より効果的に
ピーク値を減少させることができる。As described above, by providing the outer peripheral groove 34, the peak value of the back electromotive force can be reduced.
In particular, the angle θ at which the two outer circumferential grooves 34 see the motor shaft is
The peak value can be reduced more effectively when the inner edges of the two magnetic pole tips arranged at a distance from each other are substantially equal to the angle χ at which the motor shaft is viewed.
【0019】周知のように逆起電圧は、電動機の回転速
度の増加と共に高くなるが、本実施形態により逆起電圧
のピーク値が減少すれば、制御素子などの耐電圧を高め
ることなく、電動機の許容回転速度を高くすることが可
能となる。また、逆起電圧を低下させるために永久磁石
の磁束密度を低下させる必要がなく、電動機の出力は維
持される。As is well known, the back electromotive voltage increases as the rotational speed of the motor increases, but if the peak value of the back electromotive voltage is reduced by the present embodiment, the motor can be driven without increasing the withstand voltage of control elements and the like. Can be increased. Further, it is not necessary to lower the magnetic flux density of the permanent magnet to reduce the back electromotive voltage, and the output of the motor is maintained.
【0020】以上の実施形態においては、ロータコアの
外周に溝を設けることにより、この部分を低透磁率部位
としたが、その形態は溝に限定されるものではない。例
えば、図6(a)のように、溝34に対応するコア22
内部の位置に空孔40を設けてもよく、コア22に、こ
れより低透磁率の材料42を埋め込んでもよい。また、
溝34に対応するコア22表面に低透磁率の材料44を
張り付ける、または塗るなどしてもよい。In the above embodiment, a groove is provided on the outer periphery of the rotor core to make this portion a low magnetic permeability portion, but the form is not limited to the groove. For example, as shown in FIG.
A hole 40 may be provided at an inner position, and a material 42 having a lower magnetic permeability may be embedded in the core 22. Also,
A material 44 having a low magnetic permeability may be attached or painted on the surface of the core 22 corresponding to the groove 34.
【0021】また、外周溝34の間隔については、図5
に示すように、二つの外周溝34の外側の端の間隔N
が、連続する3つの磁極14のうち、端の2個の、中央
の磁極側の側面の間隔Mより大きい範囲において、所定
の効果を得ることができる。The interval between the outer peripheral grooves 34 is shown in FIG.
As shown in the figure, the distance N between the outer ends of the two outer circumferential grooves 34
However, a predetermined effect can be obtained in a range larger than the interval M between the two side faces of the two magnetic poles 14 on the side of the central magnetic pole side.
【図1】 本実施形態の電動機の軸直交断面の一部を示
す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a part of a cross section orthogonal to an axis of an electric motor according to an embodiment.
【図2】 外周溝の配置の例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of an arrangement of an outer peripheral groove.
【図3】 外周溝の効果を示す図である。FIG. 3 is a view showing an effect of an outer peripheral groove.
【図4】 外周溝を設ける位置と逆起電圧のピーク値の
関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a position where an outer peripheral groove is provided and a peak value of a back electromotive voltage.
【図5】 外周溝と磁極の配置の関係を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a relationship between an outer circumferential groove and the arrangement of magnetic poles.
【図6】 外周溝と代替可能な構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a configuration that can be substituted for an outer peripheral groove.
10 電動機、12 ステータ、14(14a,14
b) 磁極、16 ステータコア、22 ロータ、24
ロータコア、26 永久磁石、34 外周溝。10 motor, 12 stator, 14 (14a, 14
b) Magnetic poles, 16 stator cores, 22 rotors, 24
Rotor core, 26 permanent magnet, 34 outer circumferential groove.
Claims (5)
る第1鉄心と、永久磁石が配置された第2鉄心を備えた
電動機において、 前記第2鉄心における前記永久磁石の前記第1鉄心側に
は、低透磁率部位が電動機の駆動方向に複数形成され、
電動機の駆動方向に隣り合う前記低透磁率部位の中央ど
うしの間隔は、前記第1鉄心の連続する3つの前記磁極
のうち両端に位置する磁極の、中央の磁極側の側面先端
どうしの間隔に略等しいことを特徴とする電動機。An electric motor comprising: a first core having a coil formed by winding a conductive wire around a magnetic pole; and a second core having a permanent magnet disposed therein, wherein the first core of the permanent magnet in the second core is provided. On the side, a plurality of low magnetic permeability parts are formed in the driving direction of the motor,
The interval between the centers of the low magnetic permeability portions adjacent to each other in the driving direction of the motor is the interval between the end portions of the side faces of the magnetic poles located at both ends of the three consecutive magnetic poles of the first iron core on the central magnetic pole side. An electric motor characterized by being substantially equal.
る第1鉄心と、永久磁石が配置された第2鉄心を備えた
電動機において、 前記第2鉄心における前記永久磁石の前記第1鉄心側に
は、低透磁率部位が電動機の回転方向に複数形成され、
電動機の回転方向に隣り合う前記低透磁率部位の中央ど
うしが電動機の回転中心を見込む角度は、前記第1鉄心
の連続する3つの磁極のうち両端に位置する磁極の、中
央の磁極側の側面先端どうしが電動機の回転中心を見込
む角度に略等しいことを特徴とする電動機。2. A motor comprising: a first iron core wound around a magnetic pole of a conductor to form a coil; and a second iron core having a permanent magnet disposed therein, wherein the first iron core of the permanent magnet in the second iron core is provided. On the side, a plurality of low magnetic permeability parts are formed in the rotation direction of the electric motor,
The angle at which the centers of the low magnetic permeability portions adjacent to each other in the direction of rotation of the motor look at the rotation center of the motor is determined by the side of the center pole side of the poles located at both ends of the three consecutive magnetic poles of the first iron core. An electric motor characterized in that the ends are substantially equal in angle to the rotation center of the electric motor.
る第1鉄心と、永久磁石が配置された第2鉄心を備えた
電動機において、前記コイルと前記永久磁石の数の比
は、3:1であり、前記第2鉄心における前記永久磁石
の前記第1鉄心側には低透磁率部位が形成されているこ
とを特徴とする電動機。3. An electric motor including a first core in which a coil is formed by winding a conductive wire around a magnetic pole and a second core in which a permanent magnet is disposed, wherein the ratio of the number of the coils to the number of the permanent magnets is three. : 1, wherein a low magnetic permeability portion is formed on the side of the first core of the permanent magnet in the second core.
て前記コイルと永久磁石の数の比は、3:1であること
を特徴とする電動機。4. The electric motor according to claim 1, wherein the ratio between the number of the coils and the number of the permanent magnets is 3: 1.
機であって、前記低透磁率部位は溝であることを特徴と
する電動機。5. The electric motor according to claim 1, wherein the low magnetic permeability portion is a groove.
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