JP2002315242A - 永久磁石式回転電機及びそれを用いた発電システムと駆動システム - Google Patents
永久磁石式回転電機及びそれを用いた発電システムと駆動システムInfo
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- H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
- H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings
Abstract
(57)【要約】
【課題】 振動・騒音が小さく、あるいは効率を向上し
た永久磁石式回転電機を提供すること。 【解決手段】 集中巻の固定子１０と、永久磁石２４を
回転子鉄心２１に埋め込んだ回転子２０を備えた永久磁
石式回転電機において、永久磁石挿入孔２３と回転子２
０の外周表面間の鉄心のブリッジ部２５に、回転子２０
の全周に亘って等間隔となるように、各磁極当り２個の
軸方向に伸びる溝又は孔（フラックスバリヤ）を設ける
ことにより、誘起電圧波形を改善した。
た永久磁石式回転電機を提供すること。 【解決手段】 集中巻の固定子１０と、永久磁石２４を
回転子鉄心２１に埋め込んだ回転子２０を備えた永久磁
石式回転電機において、永久磁石挿入孔２３と回転子２
０の外周表面間の鉄心のブリッジ部２５に、回転子２０
の全周に亘って等間隔となるように、各磁極当り２個の
軸方向に伸びる溝又は孔（フラックスバリヤ）を設ける
ことにより、誘起電圧波形を改善した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、永久磁石式回転電
機の改良及びそれを用いたシステムに関する。
機の改良及びそれを用いたシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】固定子に分布巻の固定子巻線を備えた永
久磁石式回転電機においては、固定子巻線の巻線配置を
工夫することでその誘起電圧波形を正弦波に近づけ、そ
の歪み率を低減することが可能である。しかしながら、
固定子に集中巻の固定子巻線を備えた永久磁石式回転電
機においては、固定子側で巻線配置を工夫することはで
きない。
久磁石式回転電機においては、固定子巻線の巻線配置を
工夫することでその誘起電圧波形を正弦波に近づけ、そ
の歪み率を低減することが可能である。しかしながら、
固定子に集中巻の固定子巻線を備えた永久磁石式回転電
機においては、固定子側で巻線配置を工夫することはで
きない。
【０００３】特開平６−１８９４８１号公報には、電機
子鉄心を構成する薄鉄板の打ち抜き製作性の向上と円周
方向への漏洩磁束の抑制を図るため、磁石収容孔の外周
部に複数のスリットを設けることが開示されている。ま
た、特開平１１−２５２８４０号公報には、回転子の外
周部と埋め込まれた磁石との間に横軸磁束を妨げる磁気
抵抗を形成する長孔部を設けることが開示されている。
これらは、いずれも固定子側の巻線については記載がな
い。
子鉄心を構成する薄鉄板の打ち抜き製作性の向上と円周
方向への漏洩磁束の抑制を図るため、磁石収容孔の外周
部に複数のスリットを設けることが開示されている。ま
た、特開平１１−２５２８４０号公報には、回転子の外
周部と埋め込まれた磁石との間に横軸磁束を妨げる磁気
抵抗を形成する長孔部を設けることが開示されている。
これらは、いずれも固定子側の巻線については記載がな
い。
【０００４】なお、固定子に分布巻の固定子巻線を備え
た永久磁石式回転電機に関しては、特開平５−１０３４
５３号公報に、突極型ブラシレスＤＣモータにおいて、
突極部の電気角にして６０度及び１２０度に相当する位
置に孔を形成し、永久磁石式回転電機のコギングトルク
の低減を図ることが開示されている。そのほか、分布巻
の固定子巻線を備えた永久磁石式回転電機において、回
転子の外周部と永久磁石との間に、スリットや狭幅部を
設けたものとして、特開平９−１６３６４７号公報、特
開平１０−１７８７５１号公報、特開平１０−２８５８
４５号公報及び特開平１０−２８５８５１号公報などが
ある。
た永久磁石式回転電機に関しては、特開平５−１０３４
５３号公報に、突極型ブラシレスＤＣモータにおいて、
突極部の電気角にして６０度及び１２０度に相当する位
置に孔を形成し、永久磁石式回転電機のコギングトルク
の低減を図ることが開示されている。そのほか、分布巻
の固定子巻線を備えた永久磁石式回転電機において、回
転子の外周部と永久磁石との間に、スリットや狭幅部を
設けたものとして、特開平９−１６３６４７号公報、特
開平１０−１７８７５１号公報、特開平１０−２８５８
４５号公報及び特開平１０−２８５８５１号公報などが
ある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術による
回転電機を駆動あるいは発電システムに用いた場合、振
動、騒音及び効率において、まだ不十分である。
回転電機を駆動あるいは発電システムに用いた場合、振
動、騒音及び効率において、まだ不十分である。
【０００６】本発明の目的は、振動、騒音の低減及び効
率の向上を図った永久磁石式回転電機及びそれを用いた
システムを提供することである。
率の向上を図った永久磁石式回転電機及びそれを用いた
システムを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】駆動システムにおいて回
転電機に振動騒音が大きくなり特性が低下し、また、発
電システムにおいて発熱や効率・特性低下の問題が生じ
る原因は、永久磁石式回転電機の誘起電圧の波形歪み率
が大きいことであり、このため、回転電機に高調波電流
が流れ、脈動トルクが増加し、振動騒音が大きくなり、
あるいは効率や特性が低下していると考えられる。
転電機に振動騒音が大きくなり特性が低下し、また、発
電システムにおいて発熱や効率・特性低下の問題が生じ
る原因は、永久磁石式回転電機の誘起電圧の波形歪み率
が大きいことであり、このため、回転電機に高調波電流
が流れ、脈動トルクが増加し、振動騒音が大きくなり、
あるいは効率や特性が低下していると考えられる。
【０００８】そこで、本発明の一つの特徴は、固定子鉄
心のティースに集中巻を施した固定子と、永久磁石を埋
め込んだ回転子を備えた永久磁石式回転電機において、
永久磁石と回転子の外周表面間のブリッジ部に、永久磁
石の幅を両端部各１に対して中央部が２以上となるよう
に３分割する位置に、軸方向に伸びるフラックスバリヤ
を回転子の各磁極毎に２個設けたことである。望ましく
は，回転子の外周全体に亘って等間隔となるように、溝
や孔等で構成したフラックスバリヤを設ける。
心のティースに集中巻を施した固定子と、永久磁石を埋
め込んだ回転子を備えた永久磁石式回転電機において、
永久磁石と回転子の外周表面間のブリッジ部に、永久磁
石の幅を両端部各１に対して中央部が２以上となるよう
に３分割する位置に、軸方向に伸びるフラックスバリヤ
を回転子の各磁極毎に２個設けたことである。望ましく
は，回転子の外周全体に亘って等間隔となるように、溝
や孔等で構成したフラックスバリヤを設ける。
【０００９】この場合、フラックスバリヤは、その高さ
ｔ[ｍｍ]、ブリッジ部の厚さｈ[ｍｍ]とし、ｔ＝Ｃ１・
ｈと表したとき、高さ係数Ｃ１を、０．２≦Ｃ１≦０．
６と設定することが望ましい。また、隣接する溝或いは
孔との間のブリッジ部の幅をＷ２[ｍｍ]、固定子鉄心の
ティース幅をＷｔ[ｍｍ]とし、Ｗ２＝Ｃ２・Ｗｔと表し
たとき、溝幅係数Ｃ２を０．５≦Ｃ２≦１．２とするこ
とが望ましい。
ｔ[ｍｍ]、ブリッジ部の厚さｈ[ｍｍ]とし、ｔ＝Ｃ１・
ｈと表したとき、高さ係数Ｃ１を、０．２≦Ｃ１≦０．
６と設定することが望ましい。また、隣接する溝或いは
孔との間のブリッジ部の幅をＷ２[ｍｍ]、固定子鉄心の
ティース幅をＷｔ[ｍｍ]とし、Ｗ２＝Ｃ２・Ｗｔと表し
たとき、溝幅係数Ｃ２を０．５≦Ｃ２≦１．２とするこ
とが望ましい。
【００１０】このようにフラックスバリヤを配置するこ
とによって、磁極のブリッジ部に局所的な磁気飽和を起
こし、磁路を中央の大きな１つと、その両側の比較的小
さな２つに分割し、結果的に回転子の表面磁束密度を正
弦波に近づけ、誘起電圧波形の歪を抑制することができ
る。
とによって、磁極のブリッジ部に局所的な磁気飽和を起
こし、磁路を中央の大きな１つと、その両側の比較的小
さな２つに分割し、結果的に回転子の表面磁束密度を正
弦波に近づけ、誘起電圧波形の歪を抑制することができ
る。
【００１１】本回転電機を発電システムや駆動システム
に適用する事により、品質の高い発電エネルギーを供給
でき、また、振動・騒音の少ない回転力を得る事が出来
る。
に適用する事により、品質の高い発電エネルギーを供給
でき、また、振動・騒音の少ない回転力を得る事が出来
る。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を、図面を
参照して説明する。
参照して説明する。
【００１３】図１は、本発明の一実施例による３相８極
１２スロットの永久磁石式回転電機を軸と直角方向に断
面した図である。図１において、固定子１０は、ほぼ環
状をなす固定子鉄心１１に形成された１２個のスロット
１３に、Ｕ相の固定子巻線１４Ｕ、Ｖ相の固定子巻線１
４Ｖ、並びにＷ相の固定子巻線１４Ｗを固定子ティース
１２に集中的に巻回（集中巻）して構成されている。回
転子２０は、回転子鉄心２１を回転軸２２に嵌合固着
し、この回転子鉄心２１に形成された打抜の永久磁石挿
入孔２３に、アーク状の永久磁石２４を、軸方向からＮ
極とＳ極とが交互になるように８個挿入し、組込むこと
によって構成されている。回転子２０は、固定子１０の
内部に、固定子ティース１２の先端部とギャップＧを有
する状態で回転可能に配置されている。なお、永久磁石
挿入孔２３の外周側のブリッジ部２５にフラックスバリ
ヤとして溝２６を設けている。
１２スロットの永久磁石式回転電機を軸と直角方向に断
面した図である。図１において、固定子１０は、ほぼ環
状をなす固定子鉄心１１に形成された１２個のスロット
１３に、Ｕ相の固定子巻線１４Ｕ、Ｖ相の固定子巻線１
４Ｖ、並びにＷ相の固定子巻線１４Ｗを固定子ティース
１２に集中的に巻回（集中巻）して構成されている。回
転子２０は、回転子鉄心２１を回転軸２２に嵌合固着
し、この回転子鉄心２１に形成された打抜の永久磁石挿
入孔２３に、アーク状の永久磁石２４を、軸方向からＮ
極とＳ極とが交互になるように８個挿入し、組込むこと
によって構成されている。回転子２０は、固定子１０の
内部に、固定子ティース１２の先端部とギャップＧを有
する状態で回転可能に配置されている。なお、永久磁石
挿入孔２３の外周側のブリッジ部２５にフラックスバリ
ヤとして溝２６を設けている。
【００１４】図２は、図１における固定子ティース１２
と回転子２０の関係を示す拡大図である。回転軸２２の
中心点Ｘから伸びる補助線２０１〜２０８はそれぞれ電
気角０[deg]、４５[deg]、９０[deg]、１３５[deg]、１
８０[deg]、２２５[deg]、２７０[deg]、３１５[deg]を
示している。また、矢印２１０〜２１４は概略磁路を示
す。ブリッジ部２５の永久磁石２４側に形成された溝２
６は、電気角４５[deg]、１３５[deg]、２２５[deg]、
３１５[deg]の位置に等間隔に配置されている。
と回転子２０の関係を示す拡大図である。回転軸２２の
中心点Ｘから伸びる補助線２０１〜２０８はそれぞれ電
気角０[deg]、４５[deg]、９０[deg]、１３５[deg]、１
８０[deg]、２２５[deg]、２７０[deg]、３１５[deg]を
示している。また、矢印２１０〜２１４は概略磁路を示
す。ブリッジ部２５の永久磁石２４側に形成された溝２
６は、電気角４５[deg]、１３５[deg]、２２５[deg]、
３１５[deg]の位置に等間隔に配置されている。
【００１５】この実施例においては、固定子鉄心１１の
ティース１２に集中巻を施した固定子１０と、永久磁石
２４を埋め込んだ回転子２０とを備えた永久磁石式回転
電機において、永久磁石２４と回転子２０の外周表面間
のブリッジ部２５に、回転子２０の外周全体に亘って等
間隔：電気角９０［deg］、距離Ｗ２（図４）となるよ
うに、軸方向に伸びるフラックスバリヤとしての溝２６
を回転子２０の各磁極毎に２個設けている。
ティース１２に集中巻を施した固定子１０と、永久磁石
２４を埋め込んだ回転子２０とを備えた永久磁石式回転
電機において、永久磁石２４と回転子２０の外周表面間
のブリッジ部２５に、回転子２０の外周全体に亘って等
間隔：電気角９０［deg］、距離Ｗ２（図４）となるよ
うに、軸方向に伸びるフラックスバリヤとしての溝２６
を回転子２０の各磁極毎に２個設けている。
【００１６】このようにフラックスバリアを設けること
によって、ブリッジ部に局所的な磁気飽和を起こし、磁
路を矢印２１０〜２１４のように分割することによって
回転子２０の表面磁束密度分布が正弦波に近づき、誘起
電圧波形の歪み率が低減される。すなわち、磁極中央部
の磁路２１１や２１４は、それらの両サイドの磁路２１
０、２１２及び２１３、２１５（図示略）に対して２倍
以上の幅を持っており、結果的にこれらの磁極によって
発生する磁束密度は正弦波に近づくのである。
によって、ブリッジ部に局所的な磁気飽和を起こし、磁
路を矢印２１０〜２１４のように分割することによって
回転子２０の表面磁束密度分布が正弦波に近づき、誘起
電圧波形の歪み率が低減される。すなわち、磁極中央部
の磁路２１１や２１４は、それらの両サイドの磁路２１
０、２１２及び２１３、２１５（図示略）に対して２倍
以上の幅を持っており、結果的にこれらの磁極によって
発生する磁束密度は正弦波に近づくのである。
【００１７】但し、回転子２０の全周に亘って等間隔と
しなくとも、永久磁石２４の幅あるいは磁極の幅を両端
部各１に対して中央部が２以上となるように３分割する
位置に、軸方向に伸びるフラックスバリヤを回転子の各
磁極毎に２個設ければ、磁束密度を正弦波に近づけるこ
とができる。なお、上記実施例のように、回転子の全外
周に亘ってフラックスバリヤが等間隔となるように配置
した場合には、更に、コギングトルクを低減することが
できた。
しなくとも、永久磁石２４の幅あるいは磁極の幅を両端
部各１に対して中央部が２以上となるように３分割する
位置に、軸方向に伸びるフラックスバリヤを回転子の各
磁極毎に２個設ければ、磁束密度を正弦波に近づけるこ
とができる。なお、上記実施例のように、回転子の全外
周に亘ってフラックスバリヤが等間隔となるように配置
した場合には、更に、コギングトルクを低減することが
できた。
【００１８】図３は、図１の実施例における効果を説明
する誘起電圧波形図である。横軸を回転子位置（機械角
で表示）とし、縦軸を誘起電圧値として、溝２６を設け
た図１の実施例の誘起電圧波形３１と、溝２６を設けて
いない場合の誘起電圧波形３２を示す。誘起電圧波形の
歪み率Ｒ[％]は、誘起電圧波形をフーリエ級数展開し、
Ｎ次周波数成分実効値をｆ（Ｎ）としたとき、第２次か
ら第Ｎ次周波数成分実効値の総和対基本波周波数成分実
効値の百分率で表わされる。図３の結果を用いて、誘起
電圧波形の歪み率Ｒを計算すると、誘起電圧波形３２の
歪み率Ｒは１１．１％であるのに対し、本実施例による
誘起電圧波形３１の歪み率Ｒは７．６２％であり、フラ
ックスバリヤとしての溝２６を設けることにより、歪み
率Ｒを約２/３に低減できる。
する誘起電圧波形図である。横軸を回転子位置（機械角
で表示）とし、縦軸を誘起電圧値として、溝２６を設け
た図１の実施例の誘起電圧波形３１と、溝２６を設けて
いない場合の誘起電圧波形３２を示す。誘起電圧波形の
歪み率Ｒ[％]は、誘起電圧波形をフーリエ級数展開し、
Ｎ次周波数成分実効値をｆ（Ｎ）としたとき、第２次か
ら第Ｎ次周波数成分実効値の総和対基本波周波数成分実
効値の百分率で表わされる。図３の結果を用いて、誘起
電圧波形の歪み率Ｒを計算すると、誘起電圧波形３２の
歪み率Ｒは１１．１％であるのに対し、本実施例による
誘起電圧波形３１の歪み率Ｒは７．６２％であり、フラ
ックスバリヤとしての溝２６を設けることにより、歪み
率Ｒを約２/３に低減できる。
【００１９】図４は、図１の実施例につき、固定子ティ
ース１２と永久磁石挿入孔２３を拡大して示したもので
ある。図４において溝２６の高さｔをブリッジ部２５の
厚さｈを用いてｔ＝Ｃ１・ｈと表したとき、溝高さ係数
Ｃ１を、０．２≦Ｃ１≦０．６と設定している。また、
溝２６の幅Ｗ１[ｍｍ]を、ブリッジ部２５に存在する２
つの溝２６間の幅Ｗ２[ｍｍ]、固定子ティース１２の幅
Ｗｔ[ｍｍ]を用いて、Ｗ２＝Ｃ２・Ｗｔと表したとき、
溝幅係数Ｃ２を、０．５≦Ｃ２≦１．２となるように設
定している。一実施例においては、各寸法は次の通りと
した。ティース１２の幅Ｗｔ：９ｍｍ、溝２６の幅Ｗ
１：１ｍｍ、溝２６間の間隔Ｗ２：８ｍｍ、磁石挿入孔
２３のうち溝２６より外側の幅Ｗ３：１．２ｍｍ、ブリ
ッジ部の厚さｈ：１ｍｍ、溝２６の高さｔ：０．５ｍｍ
である。このとき、採り得る溝２６の幅Ｗ１の最大値Ｗ
１ｍａｘ：２ｍｍ、同じく最小値Ｗ１ｍｉｎ：０．６ｍ
ｍである。このように、中央部の磁路の幅Ｗ２は、溝２
６によって分割されたその両側の磁路の幅Ｗ３の２倍よ
りも大きくしている。
ース１２と永久磁石挿入孔２３を拡大して示したもので
ある。図４において溝２６の高さｔをブリッジ部２５の
厚さｈを用いてｔ＝Ｃ１・ｈと表したとき、溝高さ係数
Ｃ１を、０．２≦Ｃ１≦０．６と設定している。また、
溝２６の幅Ｗ１[ｍｍ]を、ブリッジ部２５に存在する２
つの溝２６間の幅Ｗ２[ｍｍ]、固定子ティース１２の幅
Ｗｔ[ｍｍ]を用いて、Ｗ２＝Ｃ２・Ｗｔと表したとき、
溝幅係数Ｃ２を、０．５≦Ｃ２≦１．２となるように設
定している。一実施例においては、各寸法は次の通りと
した。ティース１２の幅Ｗｔ：９ｍｍ、溝２６の幅Ｗ
１：１ｍｍ、溝２６間の間隔Ｗ２：８ｍｍ、磁石挿入孔
２３のうち溝２６より外側の幅Ｗ３：１．２ｍｍ、ブリ
ッジ部の厚さｈ：１ｍｍ、溝２６の高さｔ：０．５ｍｍ
である。このとき、採り得る溝２６の幅Ｗ１の最大値Ｗ
１ｍａｘ：２ｍｍ、同じく最小値Ｗ１ｍｉｎ：０．６ｍ
ｍである。このように、中央部の磁路の幅Ｗ２は、溝２
６によって分割されたその両側の磁路の幅Ｗ３の２倍よ
りも大きくしている。
【００２０】以下、溝高さ係数Ｃ１と溝幅係数Ｃ２の設
定理由について図５と図６を用いて説明する。
定理由について図５と図６を用いて説明する。
【００２１】図５は、溝の高さによる波形歪み率Ｒの特
性を示すグラフである。縦軸を波形歪み率Ｒとし、横軸
を溝高さ係数Ｃ１として、溝２６の高さｔを各々変化さ
せた場合の誘起電圧波形の歪み率Ｒの変化を線５１で示
す。歪み率Ｒは、溝高さ係数Ｃ１が０．２のとき最小値
７．３９％を示し、誘起電圧波形３２の歪み率Ｒ＝１
１．１％より約２/３に低減されている。溝高さ係数Ｃ
１が増加するに従い歪み率Ｒも増加し、溝高さ係数Ｃ１
が０．８のとき最大値１３．３％を示し、誘起電圧波形
３２の歪み率より増加してしまう。このことより０．２
≦Ｃ１≦０．６とすることが望ましい。また、０．２≦
Ｃ１≦０．４とすることにより最も歪み率を小さくする
ことができる。
性を示すグラフである。縦軸を波形歪み率Ｒとし、横軸
を溝高さ係数Ｃ１として、溝２６の高さｔを各々変化さ
せた場合の誘起電圧波形の歪み率Ｒの変化を線５１で示
す。歪み率Ｒは、溝高さ係数Ｃ１が０．２のとき最小値
７．３９％を示し、誘起電圧波形３２の歪み率Ｒ＝１
１．１％より約２/３に低減されている。溝高さ係数Ｃ
１が増加するに従い歪み率Ｒも増加し、溝高さ係数Ｃ１
が０．８のとき最大値１３．３％を示し、誘起電圧波形
３２の歪み率より増加してしまう。このことより０．２
≦Ｃ１≦０．６とすることが望ましい。また、０．２≦
Ｃ１≦０．４とすることにより最も歪み率を小さくする
ことができる。
【００２２】図６は、本発明の第１実施例において溝幅
に対する波形歪み率Ｒの特性を示すグラフである。縦軸
を波形歪み率Ｒとし横軸を溝幅係数Ｃ２として、溝２６
の幅Ｗ１を変化させた場合の誘起電圧波形の歪み率Ｒの
変化を線６１で示す。歪み率Ｒは、溝幅係数Ｃ２が０．
５≦Ｃ２≦１．２のとき、誘起電圧波形３２の歪み率Ｒ
＝１１．１％より低減されている。この範囲を外れると
逆に悪化してしまうことから０．５≦Ｃ２≦１．２とす
ることが望ましい。さらに０．９≦Ｃ２≦１．１とする
ことにより、最も歪み率を小さくすることができる。
に対する波形歪み率Ｒの特性を示すグラフである。縦軸
を波形歪み率Ｒとし横軸を溝幅係数Ｃ２として、溝２６
の幅Ｗ１を変化させた場合の誘起電圧波形の歪み率Ｒの
変化を線６１で示す。歪み率Ｒは、溝幅係数Ｃ２が０．
５≦Ｃ２≦１．２のとき、誘起電圧波形３２の歪み率Ｒ
＝１１．１％より低減されている。この範囲を外れると
逆に悪化してしまうことから０．５≦Ｃ２≦１．２とす
ることが望ましい。さらに０．９≦Ｃ２≦１．１とする
ことにより、最も歪み率を小さくすることができる。
【００２３】図７は、溝２６の変形例を示す図である。
図において（ａ）は図１，２及び４で示した矩形状の溝
２６１、（ｂ）は台形状の溝２６２、（ｃ）は円弧状の
溝２６３を示し、ほぼ同様のフラックスバリヤとしての
機能を果たすことができる。
図において（ａ）は図１，２及び４で示した矩形状の溝
２６１、（ｂ）は台形状の溝２６２、（ｃ）は円弧状の
溝２６３を示し、ほぼ同様のフラックスバリヤとしての
機能を果たすことができる。
【００２４】図８は、本発明の第２実施例による永久磁
石式回転電機を軸と直角方向に断面した図である。図に
おいて図１と同一物には同一符号を付したので、説明を
割愛する。図１と異なるのは、永久磁石挿入孔２３と回
転子表面間のブリッジ部２５の電気角４５[deg]と１３
５[deg]の位置に軸方向に伸びる孔８１を設けたことで
ある。
石式回転電機を軸と直角方向に断面した図である。図に
おいて図１と同一物には同一符号を付したので、説明を
割愛する。図１と異なるのは、永久磁石挿入孔２３と回
転子表面間のブリッジ部２５の電気角４５[deg]と１３
５[deg]の位置に軸方向に伸びる孔８１を設けたことで
ある。
【００２５】図９は、図８の第２の実施例における誘起
電圧波形図である。縦軸を誘起電圧値とし横軸を回転子
位置（機械角で表示）として、孔７１を設けた図８の実
施例の誘起電圧波形９１と、孔７１を設けていない場合
の誘起電圧波形９２（図３の３２と同一）を示す。その
結果を用いて誘起電圧波形の歪み率Ｒを計算すると、誘
起電圧波形９１の歪み率Ｒは８．０９％であり、ブリッ
ジ部２５に孔７１を設けることにより誘起電圧波形の歪
み率Ｒを低減できる。
電圧波形図である。縦軸を誘起電圧値とし横軸を回転子
位置（機械角で表示）として、孔７１を設けた図８の実
施例の誘起電圧波形９１と、孔７１を設けていない場合
の誘起電圧波形９２（図３の３２と同一）を示す。その
結果を用いて誘起電圧波形の歪み率Ｒを計算すると、誘
起電圧波形９１の歪み率Ｒは８．０９％であり、ブリッ
ジ部２５に孔７１を設けることにより誘起電圧波形の歪
み率Ｒを低減できる。
【００２６】この理由は孔７１を設けることによりブリ
ッジ部２５に部分的に磁気飽和を起こし、回転子２０の
表面磁束密度分布が正弦波状となり、誘起電圧波形の歪
み率を低減することができる。
ッジ部２５に部分的に磁気飽和を起こし、回転子２０の
表面磁束密度分布が正弦波状となり、誘起電圧波形の歪
み率を低減することができる。
【００２７】図１０は、本発明の第３実施例による永久
磁石式回転電機を軸と直角方向に断面した図である。図
において図７と同一物には同一符号を付したので、説明
を割愛する。直線形状の永久磁石を使用した３相８極１
２スロットの永久磁石式回転電機に適用したものであ
り、図８と異なるのは、回転子鉄心２１に形成された打
抜の永久磁石挿入孔１０１に、直線形状の永久磁石１０
２を、軸方向からＮ極とＳ極とが交互になるように８個
挿入され、図８と同様のブリッジ部にフラックスバリヤ
としての孔１０３を設けたものである。
磁石式回転電機を軸と直角方向に断面した図である。図
において図７と同一物には同一符号を付したので、説明
を割愛する。直線形状の永久磁石を使用した３相８極１
２スロットの永久磁石式回転電機に適用したものであ
り、図８と異なるのは、回転子鉄心２１に形成された打
抜の永久磁石挿入孔１０１に、直線形状の永久磁石１０
２を、軸方向からＮ極とＳ極とが交互になるように８個
挿入され、図８と同様のブリッジ部にフラックスバリヤ
としての孔１０３を設けたものである。
【００２８】図１１は、図１０の第３の実施例における
誘起電圧波形図である。縦軸を誘起電圧値とし横軸を回
転子位置（機械角で表示）として、孔１０３を設けた図
１０の実施例の誘起電圧波形１１１と、孔１０３を設け
ていない場合の誘起電圧波形１１２を示す。その結果を
用いて誘起電圧波形の歪み率Ｒを計算すると、誘起電圧
波形１１１の歪み率は６．５３％であり、誘起電圧波形
１１２の歪み率は１０．１１％であるため、直線形状の
永久磁石１０２の場合であっても、ブリッジ部２５に孔
１０３を設けることにより歪み率を約３/５に低減でき
る。
誘起電圧波形図である。縦軸を誘起電圧値とし横軸を回
転子位置（機械角で表示）として、孔１０３を設けた図
１０の実施例の誘起電圧波形１１１と、孔１０３を設け
ていない場合の誘起電圧波形１１２を示す。その結果を
用いて誘起電圧波形の歪み率Ｒを計算すると、誘起電圧
波形１１１の歪み率は６．５３％であり、誘起電圧波形
１１２の歪み率は１０．１１％であるため、直線形状の
永久磁石１０２の場合であっても、ブリッジ部２５に孔
１０３を設けることにより歪み率を約３/５に低減でき
る。
【００２９】これは、第３実施例において、孔１０３を
設けることによりブリッジ部２５に部分的に磁気飽和を
起こし、回転子２０の表面磁束密度分布が正弦波状とな
り、誘起電圧波形の歪み率を低減することができる。
設けることによりブリッジ部２５に部分的に磁気飽和を
起こし、回転子２０の表面磁束密度分布が正弦波状とな
り、誘起電圧波形の歪み率を低減することができる。
【００３０】図１２は、本発明による永久磁石式回転電
機を用いた発電システムの概略構成を示すブロック図で
ある。発電システム１２０は、駆動源１２１と回転軸１
２２を介して接続された、第１実施例から第３実施例に
示される何れかの永久磁石式回転電機からなる発電機１
２３を備え、前記永久磁石式回転電機１２３に３相の電
力線１２４を介して接続された電力変換装置１２５と、
前記電力変換装置１２５に３相或いは単相の電力線１２
６により接続された出力端子１２７により構成されてい
る。端子１２７と電力系統を接続することにより発電シ
ステム１２０より電力を電力系統に供給することができ
る。このような構成により、誘起電圧波形の歪み率を小
さくできることから、回転電機１２３内に流れる高調波
電流を少なくでき、損失が小さくなるので高効率な発電
システムを提供することができる。
機を用いた発電システムの概略構成を示すブロック図で
ある。発電システム１２０は、駆動源１２１と回転軸１
２２を介して接続された、第１実施例から第３実施例に
示される何れかの永久磁石式回転電機からなる発電機１
２３を備え、前記永久磁石式回転電機１２３に３相の電
力線１２４を介して接続された電力変換装置１２５と、
前記電力変換装置１２５に３相或いは単相の電力線１２
６により接続された出力端子１２７により構成されてい
る。端子１２７と電力系統を接続することにより発電シ
ステム１２０より電力を電力系統に供給することができ
る。このような構成により、誘起電圧波形の歪み率を小
さくできることから、回転電機１２３内に流れる高調波
電流を少なくでき、損失が小さくなるので高効率な発電
システムを提供することができる。
【００３１】図１３は、本発明による永久磁石式回転電
機を用いた駆動システムの概略構成を示すブロック図で
ある。図において、電源１３１に単相或いは３相の電源
線１３２により接続された電力変換装置１３３を備え、
この電力変換装置１３３より３相の電力線１３４を介し
て接続された第１実施例から第３実施例に示される何れ
かの永久磁石式回転電機からなる電動機１３５を備え、
前記永久磁石式回転電機１３５の回転軸１３６に接続さ
れた回転負荷１３７を駆動することのできる駆動システ
ム１３０を示している。このように構成することによ
り、回転電機１３５内に流れる高調波電流を少なくで
き、損失が小さくなるので高効率な駆動システムを提供
することができる。
機を用いた駆動システムの概略構成を示すブロック図で
ある。図において、電源１３１に単相或いは３相の電源
線１３２により接続された電力変換装置１３３を備え、
この電力変換装置１３３より３相の電力線１３４を介し
て接続された第１実施例から第３実施例に示される何れ
かの永久磁石式回転電機からなる電動機１３５を備え、
前記永久磁石式回転電機１３５の回転軸１３６に接続さ
れた回転負荷１３７を駆動することのできる駆動システ
ム１３０を示している。このように構成することによ
り、回転電機１３５内に流れる高調波電流を少なくで
き、損失が小さくなるので高効率な駆動システムを提供
することができる。
【００３２】
【発明の効果】本発明によれば、誘起電圧波形歪み率が
低減され、振動・騒音が小さく、あるいは効率を向上し
た永久磁石式回転電機を提供することができる。また、
これを用いて高効率の発電システムあるいは振動・騒音
の小さい駆動システムを提供することができる。
低減され、振動・騒音が小さく、あるいは効率を向上し
た永久磁石式回転電機を提供することができる。また、
これを用いて高効率の発電システムあるいは振動・騒音
の小さい駆動システムを提供することができる。
【図１】本発明の一実施例による永久磁石式回転電機を
軸と直角方向に断面した図。
軸と直角方向に断面した図。
【図２】図１における固定子ティース１２と回転子２０
の関係を示す拡大図。
の関係を示す拡大図。
【図３】図１の実施例における効果を説明する誘起電圧
波形図。
波形図。
【図４】図１の要部の寸法関係を説明する拡大図。
【図５】図１において溝高さに対する波形歪み率Ｒの特
性を示すグラフ。
性を示すグラフ。
【図６】図１において溝幅に対する波形歪み率Ｒの特性
を示すグラフ。
を示すグラフ。
【図７】図１における溝２６の変形例を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施例による永久磁石式回転電
機を軸と直角方向に断面した図。
機を軸と直角方向に断面した図。
【図９】図８の第２実施例の効果を示す誘起電圧波形
図。
図。
【図１０】本発明の第３の実施例による永久磁石式回転
電機を軸と直角方向に断面した図。
電機を軸と直角方向に断面した図。
【図１１】図１０の第３実施例における効果を示す誘起
電圧波形図。
電圧波形図。
【図１２】本発明による永久磁石式回転電機を用いた発
電システムの概略構成ブロック図。
電システムの概略構成ブロック図。
【図１３】本発明による永久磁石式回転電機を用いた駆
動システムの概略構成ブロック図。
動システムの概略構成ブロック図。
１０…固定子、１１…固定子鉄心、１２…固定子ティー
ス、１３…スロット、Ｇ…ギャップ、１４…固定子巻線
（集中巻）、２０…回転子、２１…回転子鉄心、２２…
回転軸、２３…永久磁石挿入孔、２４…永久磁石、２５
…ブリッジ部、２６…フラックスバリヤとしての溝、２
０１〜２０８…４５［deg］置きの補助線、２１０〜２
１４…分割された磁路。
ス、１３…スロット、Ｇ…ギャップ、１４…固定子巻線
（集中巻）、２０…回転子、２１…回転子鉄心、２２…
回転軸、２３…永久磁石挿入孔、２４…永久磁石、２５
…ブリッジ部、２６…フラックスバリヤとしての溝、２
０１〜２０８…４５［deg］置きの補助線、２１０〜２
１４…分割された磁路。
───────────────────────────────────────────────────── 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 21/14 Ｈ０２Ｋ 21/14 Ｍ (72)発明者 三上 浩幸 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 高橋 身佳 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 Ｆターム(参考） 5H002 AA04 AB08 AE07 AE08 5H605 AA05 BB01 BB05 BB10 CC05 DD21 5H621 AA02 GA12 HH01 JK05 5H622 AA02 CA02 CA10 CA14 CB01 CB05 PP11
Claims (10)
- 【請求項１】固定子鉄心のティースに集中巻を施した固
定子と、永久磁石を埋め込んだ回転子とを備えた永久磁
石式回転電機において、磁極を構成する前記永久磁石と
前記回転子の外周表面間のブリッジ部で、前記永久磁石
の幅を両端部各１に対して中央部が２以上となるように
３分割する位置に、軸方向に伸びるフラックスバリヤを
回転子の各磁極毎に２個設けたことを特徴とする永久磁
石式回転電機。 - 【請求項２】固定子鉄心のティースに集中巻を施した固
定子と、永久磁石を埋め込んだ回転子とを備えた永久磁
石式回転電機において、磁極を構成する前記永久磁石と
前記回転子の外周表面間のブリッジ部に、各磁極の幅を
両端部各１に対して中央部が２以上となるように３分割
するように、軸方向に伸びるフラックスバリヤを回転子
の各磁極毎に２個設けたことを特徴とする永久磁石式回
転電機。 - 【請求項３】固定子鉄心のティースに集中巻を施した固
定子と、永久磁石を埋め込んだ回転子とを備えた永久磁
石式回転電機において、前記永久磁石と前記回転子の外
周表面間のブリッジ部に、回転子の外周全体に亘って等
間隔となるように、軸方向に伸びるフラックスバリヤを
回転子の各磁極毎に２個設けたことを特徴とする永久磁
石式回転電機。 - 【請求項４】請求項１〜３のうちいずれかにおいて、前
記フラックスバリアは、前記永久磁石を挿入する回転子
鉄心の磁石挿入孔に連なる溝であることを特徴とする永
久磁石式回転電機。 - 【請求項５】請求項４において、前記溝は、矩形，台形
或は半円状の溝であることを特徴とする永久磁石式回転
電機。 - 【請求項６】請求項１〜３のうちいずれかにおいて、前
記フラックスバリアは、前記ブリッジ部の鉄心に設けら
れた孔であることを特徴とする永久磁石式回転電機。 - 【請求項７】請求項１〜６のうちいずれかにおいて、前
記溝或いは孔等のフラックスバリヤの高さをｔ[ｍｍ]、
前記ブリッジ部の厚さをｈ[ｍｍ]とし、ｔ＝Ｃ１・ｈと
表したとき、高さ係数Ｃ１を、０．２≦Ｃ１≦０．６と
したことを特徴とする永久磁石式回転電機。 - 【請求項８】請求項１〜７のうちいずれかにおいて、隣
接する前記溝或いは孔等のフラックスバリヤとの間の幅
をＷ２[ｍｍ]、前記固定子鉄心のティース幅をＷｔ[ｍ
ｍ]とし、Ｗ２＝Ｃ２・Ｗｔと表したとき、溝幅係数Ｃ
２を０．５≦Ｃ２≦１．２としたことを特徴とする永久
磁石式回転電機。 - 【請求項９】駆動源と、この駆動源によって回転させら
れる請求項１〜８のうちいずれかの永久磁石式回転電機
と、この永久磁石式回転電機が発生した交流電力を他の
電力に変換する電力変換装置とを備えたことを特徴とす
る発電システム。 - 【請求項１０】電源と、その電力を受けて電力変換する
電力変換装置と、この電力変換装置から給電される請求
項１〜８のうちいずれかの永久磁石式回転電機と、この
永久磁石式回転電機に連結された回転負荷とを備えたこ
とを特徴とする駆動システム。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001106972A JP3748387B2 (ja) | 2001-04-05 | 2001-04-05 | 永久磁石式回転電機及びそれを用いた発電システムと駆動システム |
| US09/962,124 US6657350B2 (en) | 2001-04-05 | 2001-09-26 | Permanent magnet type rotating electrical machine, and power generation system and drive system using it |
| EP20020007311 EP1248348A1 (en) | 2001-04-05 | 2002-04-03 | Permanent magnet type rotating electrical machine, and power generation system and drive system using it |
| CN02105442.8A CN1379528A (zh) | 2001-04-05 | 2002-04-04 | 永久磁铁型转动电机和使用永久磁铁型转动电机的发电系统和驱动系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001106972A JP3748387B2 (ja) | 2001-04-05 | 2001-04-05 | 永久磁石式回転電機及びそれを用いた発電システムと駆動システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002315242A true JP2002315242A (ja) | 2002-10-25 |
| JP3748387B2 JP3748387B2 (ja) | 2006-02-22 |
Family
ID=18959382
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001106972A Expired - Lifetime JP3748387B2 (ja) | 2001-04-05 | 2001-04-05 | 永久磁石式回転電機及びそれを用いた発電システムと駆動システム |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6657350B2 (ja) |
| EP (1) | EP1248348A1 (ja) |
| JP (1) | JP3748387B2 (ja) |
| CN (1) | CN1379528A (ja) |
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| JP2011109734A (ja) * | 2009-11-12 | 2011-06-02 | Ihi Corp | 回転機 |
| JP2013051760A (ja) * | 2011-08-30 | 2013-03-14 | Toshiba Corp | 永久磁石式回転電機 |
| JPWO2017085861A1 (ja) * | 2015-11-20 | 2018-03-29 | 三菱電機株式会社 | 回転電機 |
| JP2019083604A (ja) * | 2017-10-30 | 2019-05-30 | オークマ株式会社 | 同期電動機の回転子 |
| JP2021044857A (ja) * | 2019-09-06 | 2021-03-18 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 回転電機 |
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