JP2002354727A - 永久磁石を埋設した回転子および回転電機 - Google Patents
永久磁石を埋設した回転子および回転電機Info
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- H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
- H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
- H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
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Abstract
(57)【要約】
【課題】永久磁石埋設回転子のコギングトルクおよびト
ルク脈動の低減。 【解決手段】固定子鉄心に電機子巻線を巻回した固定子
５と、回転子鉄心９内に永久磁石２を埋設した回転子１
から成る回転電機において、永久磁石２の周方向端部
（ｑ軸近傍）から回転子鉄心外周近傍まで径方向に延び
た磁束短絡防止用孔３を、更にｄ軸側（周方向）に延ば
すと共に、磁束短絡防止用孔３の外周側と回転子鉄心外
周との距離をｑ軸側からｄ軸側に近づくに従い漸次長く
なるように形成する。
ルク脈動の低減。 【解決手段】固定子鉄心に電機子巻線を巻回した固定子
５と、回転子鉄心９内に永久磁石２を埋設した回転子１
から成る回転電機において、永久磁石２の周方向端部
（ｑ軸近傍）から回転子鉄心外周近傍まで径方向に延び
た磁束短絡防止用孔３を、更にｄ軸側（周方向）に延ば
すと共に、磁束短絡防止用孔３の外周側と回転子鉄心外
周との距離をｑ軸側からｄ軸側に近づくに従い漸次長く
なるように形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、鉄心内に永久磁石
を埋設した回転子を有する永久磁石式回転電機に関す
る。
を埋設した回転子を有する永久磁石式回転電機に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】埋込み磁石型の回転子は回転子鉄心内に
永久磁石を埋込むため、隣接する永久磁石間で永久磁石
により発生される磁束が短絡し易くなる。このため、例
えば、平板状の永久磁石を回転子鉄心内に埋込んだ場
合、特開平11−98731号公報では、永久磁石の端部から
回転子鉄心外周近傍まで径方向に延びた短絡防止用孔
（空隙部）を設けて磁束の短絡を防いでいる。更に、コ
ギングトルクおよびトルク脈動を低減するため、磁束短
絡防止用孔の周方向幅を特定している。また、特開平20
00−50546号公報では、空隙部を永久磁石の中心側へ屈
曲させて、主磁束トルクを向上させている。
永久磁石を埋込むため、隣接する永久磁石間で永久磁石
により発生される磁束が短絡し易くなる。このため、例
えば、平板状の永久磁石を回転子鉄心内に埋込んだ場
合、特開平11−98731号公報では、永久磁石の端部から
回転子鉄心外周近傍まで径方向に延びた短絡防止用孔
（空隙部）を設けて磁束の短絡を防いでいる。更に、コ
ギングトルクおよびトルク脈動を低減するため、磁束短
絡防止用孔の周方向幅を特定している。また、特開平20
00−50546号公報では、空隙部を永久磁石の中心側へ屈
曲させて、主磁束トルクを向上させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、磁
束短絡防止用孔の周方向幅を特定（磁極間から電気角で
３０°）して、コギングトルクおよびトルク脈動を低減
している。しかし、コギングトルクおよびトルク脈動を
著しく低減するためには、回転子から固定子に渡る磁束
分布（エアギャップの磁束密度分布）の高調波成分をで
きるだけ小さくする必要があり、磁束短絡防止用孔の周
方向幅だけでは、十分に効果が得られなかった。
束短絡防止用孔の周方向幅を特定（磁極間から電気角で
３０°）して、コギングトルクおよびトルク脈動を低減
している。しかし、コギングトルクおよびトルク脈動を
著しく低減するためには、回転子から固定子に渡る磁束
分布（エアギャップの磁束密度分布）の高調波成分をで
きるだけ小さくする必要があり、磁束短絡防止用孔の周
方向幅だけでは、十分に効果が得られなかった。
【０００４】本発明の目的は、コギングトルクおよびト
ルク脈動を小さくして、振動や騒音を低減することがで
きる永久磁石式回転電機を提供することにある。
ルク脈動を小さくして、振動や騒音を低減することがで
きる永久磁石式回転電機を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、回転子鉄心内に永久磁石を埋込み、そ
の周方向端部から回転子鉄心外周近傍まで径方向に延び
た磁束短絡防止用孔を設け、磁束短絡防止用孔の外周側
と回転子鉄心外周との径方向距離が、磁極間側から磁極
部側に近づくに従い、漸次長くなるように磁束短絡防止
用孔を形成する。
に、本発明では、回転子鉄心内に永久磁石を埋込み、そ
の周方向端部から回転子鉄心外周近傍まで径方向に延び
た磁束短絡防止用孔を設け、磁束短絡防止用孔の外周側
と回転子鉄心外周との径方向距離が、磁極間側から磁極
部側に近づくに従い、漸次長くなるように磁束短絡防止
用孔を形成する。
【０００６】また、隣接する２つの磁束短絡防止用孔の
ｄ軸側の端部間が回転子中心に対して作る角度を、永久
磁石が回転子中心に対して作る角度より小さくする。
ｄ軸側の端部間が回転子中心に対して作る角度を、永久
磁石が回転子中心に対して作る角度より小さくする。
【０００７】さらに、磁束短絡防止用孔の径方向幅を磁
極間側から磁極部側に近づくに従い、漸次短くなるよう
に磁束短絡防止用孔を形成する。
極間側から磁極部側に近づくに従い、漸次短くなるよう
に磁束短絡防止用孔を形成する。
【０００８】上記のように構成すれば、エアギャップの
磁束密度分布の高調波成分を小さくできるので、コギン
グトルクおよびトルク脈動が低減し、振動や騒音を小さ
くできる。
磁束密度分布の高調波成分を小さくできるので、コギン
グトルクおよびトルク脈動が低減し、振動や騒音を小さ
くできる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を用
いて詳細に説明する。図１に本発明の一実施例を示す埋
込み磁石型の永久磁石式回転電機、図２に埋込み磁石型
永久磁石式回転電機の従来構造について示す。なお、こ
こでは４極機の場合について図示しているが、極数は幾
つであっても構わない。
いて詳細に説明する。図１に本発明の一実施例を示す埋
込み磁石型の永久磁石式回転電機、図２に埋込み磁石型
永久磁石式回転電機の従来構造について示す。なお、こ
こでは４極機の場合について図示しているが、極数は幾
つであっても構わない。
【００１０】図２に示したように、回転電機は固定子５
と回転子１とから成り、固定子５は複数個のティース８
がコアバック６で繋がっており、スロット７内に電機子
巻線（図示せず）を施している。一方、回転子１には、
回転子鉄心９に永久磁石埋設用の孔を設け板状の永久磁
石２を４個埋設している。なお、平板状の永久磁石２
は、製造が容易で安価であること、寸法精度が良好で永
久磁石２と永久磁石挿入孔との間の隙間を小さくできる
等の利点がある。
と回転子１とから成り、固定子５は複数個のティース８
がコアバック６で繋がっており、スロット７内に電機子
巻線（図示せず）を施している。一方、回転子１には、
回転子鉄心９に永久磁石埋設用の孔を設け板状の永久磁
石２を４個埋設している。なお、平板状の永久磁石２
は、製造が容易で安価であること、寸法精度が良好で永
久磁石２と永久磁石挿入孔との間の隙間を小さくできる
等の利点がある。
【００１１】ここで、回転子１の磁極中心方向に延びる
軸をｄ軸、磁極中心方向と電気角で９０°隔たった磁極
間方向に延びる軸をｑ軸としたとき、永久磁石２の周方
向端部（ｑ軸近傍）から回転子鉄心外周近傍まで径方向
に延びた磁束短絡防止用孔（空隙）３を設け、更にｄ軸
側（周方向）に磁束短絡防止用孔３を延ばして、永久磁
石２の外周側が回転子中心に対して作る角度θｃより、
隣接する磁束短絡防止用孔３のｄ軸側端部間が回転子中
心に対して作る角度θｂを小さくする。これにより、永
久磁石２の磁束をｄ軸側に集向させている。
軸をｄ軸、磁極中心方向と電気角で９０°隔たった磁極
間方向に延びる軸をｑ軸としたとき、永久磁石２の周方
向端部（ｑ軸近傍）から回転子鉄心外周近傍まで径方向
に延びた磁束短絡防止用孔（空隙）３を設け、更にｄ軸
側（周方向）に磁束短絡防止用孔３を延ばして、永久磁
石２の外周側が回転子中心に対して作る角度θｃより、
隣接する磁束短絡防止用孔３のｄ軸側端部間が回転子中
心に対して作る角度θｂを小さくする。これにより、永
久磁石２の磁束をｄ軸側に集向させている。
【００１２】このように、磁束短絡防止用孔３の外周と
回転子鉄心外周との距離（ａおよびｂ）をできるだけ狭
くして、永久磁石２から発生する磁束が隣接する磁石に
短絡するのを極力小さくしている。しかし、磁束短絡防
止用孔３をこのような形状にすると、回転子１から固定
子５に渡る磁束が角度θｂ間に集中し、角度θａ間では
回転子１から固定子５に渡る磁束は非常に少なくなる。
すなわち、その分だけエアギャップの磁束密度分布が歪
むことになる。
回転子鉄心外周との距離（ａおよびｂ）をできるだけ狭
くして、永久磁石２から発生する磁束が隣接する磁石に
短絡するのを極力小さくしている。しかし、磁束短絡防
止用孔３をこのような形状にすると、回転子１から固定
子５に渡る磁束が角度θｂ間に集中し、角度θａ間では
回転子１から固定子５に渡る磁束は非常に少なくなる。
すなわち、その分だけエアギャップの磁束密度分布が歪
むことになる。
【００１３】一方、図１に示した本発明では、固定子５
の構造は従来構造と同じであるが、回転子１の磁束短絡
防止用孔３の形状が異なっている。本発明では、永久磁
石２の周方向端部（ｑ軸近傍）から回転子鉄心外周近傍
まで径方向に延びた磁束短絡防止用孔３を、更にｄ軸側
（周方向）に延ばすと共に、磁束短絡防止用孔３の外周
側と回転子鉄心外周との距離をｑ軸側からｄ軸側に近づ
くに従い漸次長くなるように、磁束短絡防止用孔３の外
周側を円弧状としている。すなわち、磁束短絡防止用孔
３の外周側と回転子鉄心外周との距離をｄ軸最寄りで
ｂ、ｑ軸最寄りでａとしたとき、ｂ＞ａとなるようにす
る。
の構造は従来構造と同じであるが、回転子１の磁束短絡
防止用孔３の形状が異なっている。本発明では、永久磁
石２の周方向端部（ｑ軸近傍）から回転子鉄心外周近傍
まで径方向に延びた磁束短絡防止用孔３を、更にｄ軸側
（周方向）に延ばすと共に、磁束短絡防止用孔３の外周
側と回転子鉄心外周との距離をｑ軸側からｄ軸側に近づ
くに従い漸次長くなるように、磁束短絡防止用孔３の外
周側を円弧状としている。すなわち、磁束短絡防止用孔
３の外周側と回転子鉄心外周との距離をｄ軸最寄りで
ｂ、ｑ軸最寄りでａとしたとき、ｂ＞ａとなるようにす
る。
【００１４】このように磁束短絡防止用孔３の外周側と
回転子鉄心９の外周との径方向距離を規定することによ
り、角度θａ間でｄ軸側からｑ軸側に近づくに従い、回
転子１から固定子５に渡る磁束が徐々に減少するため、
磁束密度分布が正弦波分布に近づく。よって、コギング
トルクおよびトルク脈動を低減でき、振動、騒音が少な
くなる。
回転子鉄心９の外周との径方向距離を規定することによ
り、角度θａ間でｄ軸側からｑ軸側に近づくに従い、回
転子１から固定子５に渡る磁束が徐々に減少するため、
磁束密度分布が正弦波分布に近づく。よって、コギング
トルクおよびトルク脈動を低減でき、振動、騒音が少な
くなる。
【００１５】また、永久磁石２の外周側が回転子中心に
対してつくる角度θｃの範囲において、磁束短絡防止用
孔３の径方向長さをｑ軸側からｄ軸側に近づくに従い小
さく（ｅ＞ｆ）すれば、θａ間においてｄ軸側からq軸
側に近づくに従いエアギャップが徐々に大きくなること
になるから、更に、磁束密度分布が正弦波分布に近づ
き、コギングトルクおよびトルク脈動が低減し、より振
動、騒音が少なくなる。
対してつくる角度θｃの範囲において、磁束短絡防止用
孔３の径方向長さをｑ軸側からｄ軸側に近づくに従い小
さく（ｅ＞ｆ）すれば、θａ間においてｄ軸側からq軸
側に近づくに従いエアギャップが徐々に大きくなること
になるから、更に、磁束密度分布が正弦波分布に近づ
き、コギングトルクおよびトルク脈動が低減し、より振
動、騒音が少なくなる。
【００１６】図３にθａおよびａを一定とした時のｂ／
ａとコギングトルク、トルク脈動および平均トルクの関
係の計算例を示す。図３（ａ）はコギングトルクの結果
で、ｂ／ａ＝１の時のコギングトルクの最大値を１とし
て規格化している。図示のように、ｂ／ａ＝４の時が最
も小さく、ｂ／ａ＝１の約４０％までコギングトルクが
小さくなる。
ａとコギングトルク、トルク脈動および平均トルクの関
係の計算例を示す。図３（ａ）はコギングトルクの結果
で、ｂ／ａ＝１の時のコギングトルクの最大値を１とし
て規格化している。図示のように、ｂ／ａ＝４の時が最
も小さく、ｂ／ａ＝１の約４０％までコギングトルクが
小さくなる。
【００１７】図３（ｂ）は負荷時のトルク脈動を示した
もので、ｂ／ａ＝１の時のトルク脈動の最大値を１とし
て規格化している。コギングトルクの結果と同様に、ｂ
／ａ＝４の時が最も小さく、ｂ／ａ＝１時の約４０％ま
でトルク脈動が小さくなる。
もので、ｂ／ａ＝１の時のトルク脈動の最大値を１とし
て規格化している。コギングトルクの結果と同様に、ｂ
／ａ＝４の時が最も小さく、ｂ／ａ＝１時の約４０％ま
でトルク脈動が小さくなる。
【００１８】図３（ｃ）は平均トルクの計算結果で、ｂ
／ａ＝１の時の平均トルクの値を１として規格化してい
る。ここで、平均トルクとはモータが駆動するのに有効
なトルクである。図示のように、ｂ／ａが大きくなると
磁束が漏れ易くなるため平均トルクが小さくなるが、そ
の減少は僅かでｂ／ａ＝１と４の場合を比較すると、約
４％程度しか減少していない。
／ａ＝１の時の平均トルクの値を１として規格化してい
る。ここで、平均トルクとはモータが駆動するのに有効
なトルクである。図示のように、ｂ／ａが大きくなると
磁束が漏れ易くなるため平均トルクが小さくなるが、そ
の減少は僅かでｂ／ａ＝１と４の場合を比較すると、約
４％程度しか減少していない。
【００１９】したがって、ａをできるだけ小さくして
（ａの値は、回転子鉄心鉄の積層鉄板の厚さ０．３５〜
０．５ｍｍ程度が下限）、永久磁石２の磁束が短絡する
のを防止すれば、ｂ＞ａとしても平均トルクの減少は僅
かで、ｂ＞ａとすることによりコギングトルクとトルク
脈動を大幅に小さくすることができる。特に、b：aの比
を４：１〜３：１程度にすると著しい効果が得られ、回
転機の出力をほとんど低下させることなく、振動、騒音
を大幅に小さくすることができる。
（ａの値は、回転子鉄心鉄の積層鉄板の厚さ０．３５〜
０．５ｍｍ程度が下限）、永久磁石２の磁束が短絡する
のを防止すれば、ｂ＞ａとしても平均トルクの減少は僅
かで、ｂ＞ａとすることによりコギングトルクとトルク
脈動を大幅に小さくすることができる。特に、b：aの比
を４：１〜３：１程度にすると著しい効果が得られ、回
転機の出力をほとんど低下させることなく、振動、騒音
を大幅に小さくすることができる。
【００２０】図４に、図１の変形による埋込み磁石型永
久磁石式回転電機の回転子を示す。なお、以下の実施例
においては回転子のみ示し、固定子の構成は図１と同様
のため省略する。
久磁石式回転電機の回転子を示す。なお、以下の実施例
においては回転子のみ示し、固定子の構成は図１と同様
のため省略する。
【００２１】回転子１には、回転子鉄心９に永久磁石埋
設用の孔を設け板状の永久磁石２を４個埋設している。
ここで、永久磁石２の磁束が隣接する永久磁石に短絡す
るのを防止するため、永久磁石２の周方向端部（ｑ軸近
傍）から回転子鉄心外周近傍まで径方向に延びた磁束短
絡防止用孔３を設け、更にｄ軸側（周方向）に磁束短絡
防止用孔３を延ばして、永久磁石２の磁束をｄ軸側に集
向させると共に、磁束短絡防止用孔３の外周側と回転子
鉄心外周との距離をｑ軸側からｄ軸側に近づくに従い漸
次長くなるようにしている。
設用の孔を設け板状の永久磁石２を４個埋設している。
ここで、永久磁石２の磁束が隣接する永久磁石に短絡す
るのを防止するため、永久磁石２の周方向端部（ｑ軸近
傍）から回転子鉄心外周近傍まで径方向に延びた磁束短
絡防止用孔３を設け、更にｄ軸側（周方向）に磁束短絡
防止用孔３を延ばして、永久磁石２の磁束をｄ軸側に集
向させると共に、磁束短絡防止用孔３の外周側と回転子
鉄心外周との距離をｑ軸側からｄ軸側に近づくに従い漸
次長くなるようにしている。
【００２２】ここでは、磁束短絡防止用孔３の外周側を
直線で構成しているが、ｂ＞ａの関係は変わらないた
め、角度θａ間においてｄ軸側からｑ軸側に近づくに従
い、回転子１から固定子５に渡る磁束が徐々に減少し、
磁束密度分布が正弦波分布に近づく。よって、コギング
トルクおよびトルク脈動を低減でき、振動、騒音が少な
くなる。
直線で構成しているが、ｂ＞ａの関係は変わらないた
め、角度θａ間においてｄ軸側からｑ軸側に近づくに従
い、回転子１から固定子５に渡る磁束が徐々に減少し、
磁束密度分布が正弦波分布に近づく。よって、コギング
トルクおよびトルク脈動を低減でき、振動、騒音が少な
くなる。
【００２３】図５に本発明の他の実施例を示す埋込み磁
石型永久磁石式回転電機の回転子を示す。回転子１は、
回転子外周側に対して凹の円弧状永久磁石２を回転子鉄
心９に埋設している。永久磁石２の形状をこのような形
状にすると、永久磁石２の表面積を図１より大きくする
ことができるため、平均トルクを大きくすることができ
る。
石型永久磁石式回転電機の回転子を示す。回転子１は、
回転子外周側に対して凹の円弧状永久磁石２を回転子鉄
心９に埋設している。永久磁石２の形状をこのような形
状にすると、永久磁石２の表面積を図１より大きくする
ことができるため、平均トルクを大きくすることができ
る。
【００２４】このような磁石形状において、永久磁石２
の周方向端部（ｑ軸近傍）から回転子鉄心外周近傍まで
径方向に延びた磁束短絡防止用孔３を設け、更にｄ軸側
（周方向）に磁束短絡防止用孔３を延ばして、永久磁石
２の磁束をｄ軸側に集向させると共に、磁束短絡防止用
孔３の外周側と回転子鉄心外周との距離をｑ軸側からｄ
軸側に近づくに従い漸次長くなるようにする。したがっ
て、角度θａ間において、ｄ軸側からｑ軸側に近づくに
従い、回転子１から固定子５に渡る磁束が徐々に減少
し、磁束密度分布が正弦波分布に近づくため、コギング
トルクおよびトルク脈動を低減でき、振動、騒音が少な
くなる。
の周方向端部（ｑ軸近傍）から回転子鉄心外周近傍まで
径方向に延びた磁束短絡防止用孔３を設け、更にｄ軸側
（周方向）に磁束短絡防止用孔３を延ばして、永久磁石
２の磁束をｄ軸側に集向させると共に、磁束短絡防止用
孔３の外周側と回転子鉄心外周との距離をｑ軸側からｄ
軸側に近づくに従い漸次長くなるようにする。したがっ
て、角度θａ間において、ｄ軸側からｑ軸側に近づくに
従い、回転子１から固定子５に渡る磁束が徐々に減少
し、磁束密度分布が正弦波分布に近づくため、コギング
トルクおよびトルク脈動を低減でき、振動、騒音が少な
くなる。
【００２５】図６に本発明の他の実施例を示す埋込み磁
石型永久磁石式回転電機の回転子を示す。回転子１は、
１極あたり２枚の平板磁石２をＶ字状に回転子鉄心９に
埋設している。このように構成すると永久磁石２の形状
が平板であるため、磁石の製造が容易で安価であるこ
と、永久磁石２と永久磁石挿入孔との隙間を小さくでき
ること、図１の場合と比較して永久磁石の表面積を大き
くできること等の利点がある。
石型永久磁石式回転電機の回転子を示す。回転子１は、
１極あたり２枚の平板磁石２をＶ字状に回転子鉄心９に
埋設している。このように構成すると永久磁石２の形状
が平板であるため、磁石の製造が容易で安価であるこ
と、永久磁石２と永久磁石挿入孔との隙間を小さくでき
ること、図１の場合と比較して永久磁石の表面積を大き
くできること等の利点がある。
【００２６】このような磁石配置において、永久磁石２
の周方向端部（ｑ軸近傍）から回転子鉄心外周近傍まで
径方向に延びた磁束短絡防止用孔３を設け、更にｄ軸側
（周方向）に磁束短絡防止用孔３を延ばして、永久磁石
２の磁束をｄ軸側に集向させると共に、磁束短絡防止用
孔３の外周側と回転子鉄心外周との距離をｑ軸側からｄ
軸側に近づくに従い漸次長くなるようにすれば、図１と
同様の効果が得られる。
の周方向端部（ｑ軸近傍）から回転子鉄心外周近傍まで
径方向に延びた磁束短絡防止用孔３を設け、更にｄ軸側
（周方向）に磁束短絡防止用孔３を延ばして、永久磁石
２の磁束をｄ軸側に集向させると共に、磁束短絡防止用
孔３の外周側と回転子鉄心外周との距離をｑ軸側からｄ
軸側に近づくに従い漸次長くなるようにすれば、図１と
同様の効果が得られる。
【００２７】図７に本発明の他の実施例を示す埋込み磁
石型永久磁石式回転電機の回転子を示す。図６と同様
に、回転子１は、１極あたり２枚の平板磁石２をＶ字状
に回転子鉄心９に埋設している。しかし、１つの極を構
成する２枚の平板磁石２間の角度θｃが狭い場合は、永
久磁石２の周方向端部（ｑ軸近傍）から回転子鉄心外周
近傍まで径方向に延びた磁束短絡防止用孔３を設け、更
にｑ軸側（周方向）に磁束短絡防止用孔３を延ばすと共
に、磁束短絡防止用孔３の外周側と回転子鉄心外周との
距離をｄ軸側からｑ軸側に近づくに従い漸次短くなるよ
うにすれば、図１と同様の効果が得られる。
石型永久磁石式回転電機の回転子を示す。図６と同様
に、回転子１は、１極あたり２枚の平板磁石２をＶ字状
に回転子鉄心９に埋設している。しかし、１つの極を構
成する２枚の平板磁石２間の角度θｃが狭い場合は、永
久磁石２の周方向端部（ｑ軸近傍）から回転子鉄心外周
近傍まで径方向に延びた磁束短絡防止用孔３を設け、更
にｑ軸側（周方向）に磁束短絡防止用孔３を延ばすと共
に、磁束短絡防止用孔３の外周側と回転子鉄心外周との
距離をｄ軸側からｑ軸側に近づくに従い漸次短くなるよ
うにすれば、図１と同様の効果が得られる。
【００２８】なお、ここでは永久磁石２をＶ字状に配置
したが、永久磁石２の外周側が回転子中心に対してつく
る角度θｃが小さければ、永久磁石２の配置および形状
に関わらず、ｑ軸側（周方向）に磁束短絡防止用孔３を
延ばすと共に、磁束短絡防止用孔３の外周側と回転子鉄
心外周との距離をｄ軸側からｑ軸側に近づくに従い漸次
短くなるようにすればよい。
したが、永久磁石２の外周側が回転子中心に対してつく
る角度θｃが小さければ、永久磁石２の配置および形状
に関わらず、ｑ軸側（周方向）に磁束短絡防止用孔３を
延ばすと共に、磁束短絡防止用孔３の外周側と回転子鉄
心外周との距離をｄ軸側からｑ軸側に近づくに従い漸次
短くなるようにすればよい。
【００２９】図８に本発明の他の実施例を示す埋込み磁
石型永久磁石式回転電機の回転子を示す。回転子１は、
回転子外周側に対して凸の円弧状永久磁石２を回転子鉄
心９に埋設している。永久磁石２の形状をこのような形
状にすると、永久磁石２の表面積を図１より大きくする
ことができるため、平均トルクを大きくすることができ
る。永久磁石２の形状をこのような形状にすると、永久
磁石２の表面積を大きくすることができるため、平均ト
ルクを大きくすることができる。
石型永久磁石式回転電機の回転子を示す。回転子１は、
回転子外周側に対して凸の円弧状永久磁石２を回転子鉄
心９に埋設している。永久磁石２の形状をこのような形
状にすると、永久磁石２の表面積を図１より大きくする
ことができるため、平均トルクを大きくすることができ
る。永久磁石２の形状をこのような形状にすると、永久
磁石２の表面積を大きくすることができるため、平均ト
ルクを大きくすることができる。
【００３０】このような磁石形状において、永久磁石２
の周方向端部（ｑ軸近傍）から回転子鉄心外周近傍まで
径方向に延びた磁束短絡防止用孔３を設け、更にｄ軸側
（周方向）に磁束短絡防止用孔３を延ばして、永久磁石
２の磁束をｄ軸側に集向させると共に、磁束短絡防止用
孔３の外周側と回転子鉄心外周との距離をｑ軸側からｄ
軸側に近づくに従い漸次長くなるようにすれば、図１と
同様の効果が得られる。
の周方向端部（ｑ軸近傍）から回転子鉄心外周近傍まで
径方向に延びた磁束短絡防止用孔３を設け、更にｄ軸側
（周方向）に磁束短絡防止用孔３を延ばして、永久磁石
２の磁束をｄ軸側に集向させると共に、磁束短絡防止用
孔３の外周側と回転子鉄心外周との距離をｑ軸側からｄ
軸側に近づくに従い漸次長くなるようにすれば、図１と
同様の効果が得られる。
【００３１】図９に図８の変形例を示す。角度θｂの区
間において、永久磁石２の外周側と回転子鉄心９の外周
との距離を、ｄ軸側からｑ軸側に近づくに従い広がるよ
うにしている（ｉ＜ｈ）。これによれば、更に磁束密度
分布が正弦波分布に近づくため、コギングトルクおよび
トルク脈動を低減でき、振動、騒音が少なくなる。
間において、永久磁石２の外周側と回転子鉄心９の外周
との距離を、ｄ軸側からｑ軸側に近づくに従い広がるよ
うにしている（ｉ＜ｈ）。これによれば、更に磁束密度
分布が正弦波分布に近づくため、コギングトルクおよび
トルク脈動を低減でき、振動、騒音が少なくなる。
【００３２】図４〜図９に示した本発明においても、図
１と同様に、永久磁石２の外周側が回転子中心に対して
つくる角度θｃの範囲において、磁束短絡防止用孔３の
径方向長さをｑ軸側からｄ軸側に近づくに従い小さく
（ｅ＞ｆ）すれば、θａ間においてｄ軸側からq軸側に
近づくに従いエアギャップが徐々に大きくなることにな
るから、更に、磁束密度分布が正弦波分布に近づき、コ
ギングトルクおよびトルク脈動が低減し、振動、騒音が
少なくなる。
１と同様に、永久磁石２の外周側が回転子中心に対して
つくる角度θｃの範囲において、磁束短絡防止用孔３の
径方向長さをｑ軸側からｄ軸側に近づくに従い小さく
（ｅ＞ｆ）すれば、θａ間においてｄ軸側からq軸側に
近づくに従いエアギャップが徐々に大きくなることにな
るから、更に、磁束密度分布が正弦波分布に近づき、コ
ギングトルクおよびトルク脈動が低減し、振動、騒音が
少なくなる。
【００３３】なお、本発明において、磁束短絡防止用孔
３の全て、もしくは一部に非磁性体を埋設しても良いこ
とは言うまでもない。また、回転子１に埋設される永久
磁石２に希土類磁石を用いることで、希土類磁石はフェ
ライト磁石より磁束密度が大きいので、回転電機の小型
化が図れる。
３の全て、もしくは一部に非磁性体を埋設しても良いこ
とは言うまでもない。また、回転子１に埋設される永久
磁石２に希土類磁石を用いることで、希土類磁石はフェ
ライト磁石より磁束密度が大きいので、回転電機の小型
化が図れる。
【００３４】
【発明の効果】本発明によれば、回転子側から固定子側
に渡る磁束が正弦波分布に近づくため、コギングトルク
およびトルク脈動を低減でき、振動、騒音が少なくな
る。
に渡る磁束が正弦波分布に近づくため、コギングトルク
およびトルク脈動を低減でき、振動、騒音が少なくな
る。
【図１】本発明の一実施例を示す永久磁石型回転電機の
断面構造図。
断面構造図。
【図２】従来の永久磁石型回転電機の断面構造図。
【図３】本発明に関わるコギングトルク、トルク脈動、
平均トルクの計算値のグラフ。
平均トルクの計算値のグラフ。
【図４】図１の変形例を示す永久磁石型回転電機回転子
の断面構造図。
の断面構造図。
【図５】他の実施例（凹型磁石）を示す永久磁石型回転
電機回転子の断面構造図。
電機回転子の断面構造図。
【図６】他の実施例（Ｖ字状磁石）を示す永久磁石型回
転電機回転子の断面構造図。
転電機回転子の断面構造図。
【図７】他の実施例（Ｖ字状磁石）を示す永久磁石型回
転電機回転子の断面構造図。
転電機回転子の断面構造図。
【図８】他の実施例（凸型磁石）を示す永久磁石型回転
電機回転子の断面構造図。
電機回転子の断面構造図。
【図９】図８の変形例を示す永久磁石型回転電機回転子
の断面構造図。
の断面構造図。
１…回転子、２…永久磁石、３…磁束短絡防止用孔、４
…シャフト、５…固定子、６…コアバック、７…スロッ
ト、８…ティース、９…回転子鉄心。
…シャフト、５…固定子、６…コアバック、７…スロッ
ト、８…ティース、９…回転子鉄心。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高畑 良一 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 瀬下 孝司 栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地 株式会社日立製作所冷熱事業部内 (72)発明者 平山 宏 栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地 株式会社日立製作所冷熱事業部内 (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 AA01 AA05 AA09 AB08 AE07 AE08 5H622 AA02 AA03 CA02 CA07 CA10 CA13 CB03 CB05 DD02 PP03 PP10
Claims (11)
- 【請求項１】 回転子鉄心内に永久磁石を埋設し、各磁
極を構成する該永久磁石の周方向端部から該回転子鉄心
の外周近傍まで径方向に延びた磁束短絡防止用孔を備え
た回転電機の回転子において、 前記回転子の磁極中心方向に延びる軸をｄ軸、前記磁極
中心方向と電気角で90度ずれている磁極間方向に延びる
軸をｑ軸としたとき、前記磁束短絡防止用孔の外周側と
前記回転子鉄心外周との径方向距離を、ｑ軸側からｄ軸
側に近づくに従って大きくしたことを特徴とする永久磁
石を埋設した回転子。 - 【請求項２】 回転子鉄心内に永久磁石を埋設し、各磁
極を構成する該永久磁石の周方向端部から該回転子鉄心
の外周近傍まで径方向に延びた磁束短絡防止用孔を備え
た回転電機の回転子において、 前記回転子の磁極中心方向に延びる軸をｄ軸、前記磁極
中心方向と電気角で90度ずれている磁極間方向に延びる
軸をｑ軸としたとき、隣接する２つの磁束短絡防止用孔
のｄ軸側端部間が回転子中心に対してつくる角度は、前
記永久磁石の外周側が回転子中心に対してつくる角度よ
り小さく、且つ、前記磁束短絡防止用孔の外周側と前記
回転子鉄心外周との径方向距離を、ｑ軸側からｄ軸側に
近づくに従って大きくしたことを特徴とする永久磁石を
埋設した回転子。 - 【請求項３】 前記磁束短絡防止用孔の径方向長さを、
ｑ軸側からｄ軸側に近づくに従って小さくしたことを特
徴とする請求項１または２記載の永久磁石を埋設した回
転子。 - 【請求項４】 前記磁束短絡防止用孔の外周側と前記回
転子鉄心外周との径方向距離を、ｑ軸寄りでａ、ｄ軸寄
りでｂとしたとき、ａとｂの比が１対３から１対４程度
としたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記
載の永久磁石を埋設した回転子。 - 【請求項５】 前記回転子鉄心内に埋設する永久磁石が
平板状であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれ
かに記載の永久磁石を埋設した回転子。 - 【請求項６】 前記回転子鉄心内に埋設する永久磁石
が、回転子外周に対して凹の円弧状であることを特徴と
する請求項１乃至４のいずれかに記載の永久磁石を埋設
した回転子。 - 【請求項７】 前記回転子鉄心内に埋設する永久磁石
が、回転子外周に対して凸の円弧状であることを特徴と
する請求項１乃至４のいずれかに記載の永久磁石を埋設
した回転子。 - 【請求項８】 前記回転子鉄心内に埋設する永久磁石
が、各磁極においてＶ字状であることを特徴とする請求
項１乃至４のいずれかに記載の永久磁石を埋設した回転
子。 - 【請求項９】 前記磁束短絡防止用孔に非磁性体を挿入
したことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載
の永久磁石を埋設した回転子。 - 【請求項１０】 回転子鉄心内に永久磁石を埋設し、各
磁極を構成する該永久磁石の周方向端部から該回転子鉄
心の外周近傍まで径方向に延びた磁束短絡防止用孔を備
えた回転子を具備した回転電機において、 前記磁束短絡防止用孔の外周側と回転子鉄心外周との径
方向距離が、磁極間側から磁極部側に近づくに従い、漸
次大きくなるように前記磁束短絡防止用孔を形成するこ
とを特徴とする回転電機。 - 【請求項１１】 回転子鉄心内に永久磁石を埋設し、各
磁極を構成する該永久磁石の周方向端部から該回転子鉄
心の外周近傍まで径方向に延びた磁束短絡防止用孔を備
えた回転子を具備した回転電機において、 前記磁束短絡防止用孔の外周側と回転子鉄心外周との径
方向距離が、磁極間側から磁極部側に近づくに従い、漸
次大きくなるように前記磁束短絡防止用孔を形成すると
ともに、隣接する２つの磁束短絡防止用孔の磁極間側の
端部間が回転子中心に対してつくる角度は、前記永久磁
石の外周側が回転子中心に対してつくる角度より小さく
したことを特徴とする回転電機。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001150766A JP2002354727A (ja) | 2001-05-21 | 2001-05-21 | 永久磁石を埋設した回転子および回転電機 |
| US09/963,414 US20020171309A1 (en) | 2001-05-21 | 2001-09-27 | Rotor and rotating electrical machine with embedded permanent magnet |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001150766A JP2002354727A (ja) | 2001-05-21 | 2001-05-21 | 永久磁石を埋設した回転子および回転電機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002354727A true JP2002354727A (ja) | 2002-12-06 |
Family
ID=18995727
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001150766A Pending JP2002354727A (ja) | 2001-05-21 | 2001-05-21 | 永久磁石を埋設した回転子および回転電機 |
Country Status (2)
| Country | Link |
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