JP2004343861A

JP2004343861A - 永久磁石同期電動機

Info

Publication number: JP2004343861A
Application number: JP2003135811A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Murakami; 浩村上; Hisakazu Kataoka; 久和片岡; Naoaki Morino; 修明森野
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-05-14
Filing date: 2003-05-14
Publication date: 2004-12-02

Abstract

【課題】コギングトルクを効果的に低減し、低騒音でかつ低振動の永久磁石同期電動機を提供することを目的としている。
【解決手段】回転子２の極数をＰｒ、固定子１のスロット数をＮｓである永久磁石同期電動機で、薄板状の電磁鋼板を積層した回転子内部に永久磁石３を埋設する構造の永久磁石埋込型の回転子２を有する永久磁石同期電動機であって、磁束短絡用スリット４からスリット４先端までの角度ｍをｍ＝ｎ×（３６０／２ａ）度（ｎは整数）としたものである。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石埋込型回転子を有する永久磁石同期電動機に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
永久磁石がロータの内部に埋め込まれた構造の永久磁石型同期電動機は、永久磁石によるマグネットトルクとロータの突極性に起因するリラクタンストルクが利用できるため、小型で高効率なモータとして広く利用されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図６に固定子のスロット数Ｎｓは１８、回転子の極数Ｐｒは６の例を示す。図において、１は固定子、２は回転子、３は回転子内部に埋め込まれている永久磁石、４は永久磁石の界磁磁束の短絡を防止するスリットであり、永久磁石の両端部に設けられる。この例において、永久磁石同期電動機は、回転子２が回転すると固定子３のティースとの相対位置で界磁磁束の磁気バランスが崩れ、巻線に電流を流していない状態でもコギングトルクと呼ばれるトルクが発生する。このコギングトルクは振動、騒音の原因となるのでこれを小さくすることが望ましい。
【０００４】
図７に図６に示す電動機が発生するコギングトルクのトルク波形を示す。図７において横軸は回転子の回転角度、縦軸はコギングトルクとなる。この図のようにコギングトルクは周期的な脈動波形となり、その周期は３６０度をスロット数Ｎｓと極数Ｐｒの最小公倍数で割った角度となる。図７の例では極数が６、スロット数が１８のため、最小公倍数は１８となるので、コギングトルクの周期は３６０／１８＝２０度となる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−２０１１５１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、永久磁石同期電動機のコギングトルクは、振動、騒音発生の原因となり実用化への大きな課題となっている。
【０００７】
本発明は、コギングトルクを効果的に低減し、低騒音でかつ低振動の永久磁石同期電動機を提供することを目的としている。
【０００８】
【発明を解決するための手段】
本発明は上記従来の課題に鑑みなされたものであり、回転子の極数をＰｒ、固定子のスロット数をＮｓである永久磁石同期電動機で、薄板状の電磁鋼板を積層した回転子内部に永久磁石を埋設する構造の永久磁石埋込型回転子を有する永久磁石同期電動機において、磁束短絡用スリットからスリット先端までの角度ｍをｍ＝ｎ×（３６０／２ａ）度（ｎは整数）としたものであり、また、磁極間部における回転子と固定子間空隙を磁極中心部における前記空隙より大きくなるような回転子外周としたものであって、空隙を大きくする範囲を角度ｍでｍ＝ｎ×（３６０／２ａ）度（ｎは整数）としたものである。そして当該構成により、コギングトルクを低減することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本願の請求項１に係る発明は、スロット数をＮｓとする固定子と、極数がＰｒであって、薄板状の電磁鋼板を積層した回転子内部に永久磁石を埋設するとともに、磁極間に磁束短絡防止用スリットが設けられた構造の永久磁石埋込型回転子を有する永久磁石同期電動機において、前記磁束短絡用スリットが極間から極中央の方向に円周方向に伸びており、ＰｒとＮｓの最小公倍数をａとしたとき、スリットの極間からスリット先端までの角度ｍがｍ＝ｎ×（３６０／２ａ）度（ｎは整数）であることを特徴とする永久磁石型同期電動機であり、コギングトルクを低減することができる。
【００１０】
請求項２に係る発明は、スロット数をＮｓとする固定子と、極数がＰｒであって、薄板状の電磁鋼板を積層した回転子内部に永久磁石を埋設するとともに、磁極間に磁束短絡防止用スリットが設けられた構造の永久磁石埋込型回転子を有する永久磁石同期電動機において、前記磁束短絡用スリットが極間から極中央の方向に円周方向に伸びており、ＰｒとＮｓの最小公倍数をａとしたとき、スリットの極間からスリット先端までの角度ｍがｍ＝（３６０／２ａ）度であることを特徴とする永久磁石型同期電動機であり、コギングトルクを最も低減することが可能であるとともに、誘起電圧を大きくできる。
【００１１】
請求項３に係る発明は、スロット数をＮｓとする固定子と、極数がＰｒであって、薄板状の電磁鋼板を積層した回転子内部に永久磁石を埋設する構造の永久磁石埋込型回転子を有する永久磁石同期電動機において、前記回転子外周が回転子中心と同心円となっている磁極中心部と、回転子中心と同心円で半径が磁極中心部より小さい磁極間部を有し、磁極中心部の大きな半径部と、磁極間の小さな半径部の境目となる位置が、磁極間からの角度ｍでｍ＝ｎ×（３６０／２ａ）度（ｎは整数）であることを特徴とする永久磁石型同期電動機であり、コギングトルクを低減することができる。
【００１２】
請求項４に係る発明は、スロット数をＮｓとする固定子と、極数がＰｒであって、薄板状の電磁鋼板を積層した回転子内部に永久磁石を埋設する構造の永久磁石埋込型回転子を有する永久磁石同期電動機において、回転子外周が回転子中心と同心円となっている磁極中心部と、ロータ外周と同心円になっていない磁極間部を有し、同心円部と非同心円部の境目となる位置が、磁極間からの角度ｍでｍ＝ｎ×（３６０／２ａ）度（ｎは整数）であることを特徴とする永久磁石型同期電動機であり、コギングトルクを低減することができる。
【００１３】
請求項５に係る発明は、永久磁石が希土類焼結磁石であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の永久磁石型同期電動機である。
【００１４】
請求項６に係る発明は、永久磁石型同期電動機の回転数が３０００ｒ／ｍｉｎ以下の低速回転域で駆動されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の永久磁石型同期電動機である。
【００１５】
【実施例】
以下、本願発明の具体例について、各実施例ごとに図面を用いて説明する。なお、本願発明は以下の実施例に示す具体的態様に拘泥するものではない。
【００１６】
（実施例１）
図１に本発明の第１の実施例を示す。図１において１は固定子、２は回転子、３は永久磁石、４は永住磁石の極間に設けられたスリットである。本発明のスリット４は磁石の極間から円周方向にのびており、スリットの極間からスリット先端までの角度が、ｍ＝ｎ×（３６０／２ａ）度（ｎは整数）となっている。この例では、Ｎｓは１８、Ｐｒが６のため、ａ＝１８となり、ｍは１０度の整数倍になり、図はｎ＝１、つまり１０度の例を示している。
【００１７】
図２は横軸に極間からスロット先端の角度、縦軸にコギングトルクを示した図であり、１０度と２０度のところでコギングトルクを低減することが可能で、特にｎ＝１（ｍ＝１０度）で最小とすることができる。
【００１８】
図３に上記本願発明の永久磁石型同期電動機と従来のものコギングトルクを比較した結果を示す。これによれば、本発明のものはコギングトルクが低減していることが明らかである。
【００１９】
なお、上記結果はスロット数が１８、回転子極数が６以外の場合であっても同様である。
【００２０】
また、ｎを大きくとると永久磁石の界磁磁束がスリットによりステータへ出ていき難くなるため、誘起電圧が小さくなってしまう。
【００２１】
（実施例２）
図４に本発明の第２の実施例を示す。図４において１は固定子、２は回転子、３は永久磁石である。図４は図１の磁束短絡スリット磁極中心側へ円周方向に延ばすのではなく、回転子外径の半径を変えている。磁極中心部のエアギャップ長より磁極間のエアギャップ長が短くなっているので図１の磁束短絡防止スリットと同様の効果を得ることができる。したがって、磁極中心部の回転子半径の大きな部分と磁極間部の回転子半径の小さな部分の境目を、磁極間からの角度ｍでｍ＝ｎ×（３６０／２ａ）度（ｎは整数）にすることで、第一の発明と同じ効果を得ることができ、コギングトルクを小さくすることが可能である。
【００２２】
（実施例３）
図５に本発明の第３の実施例を示す。図５において１は固定子、２は回転子、３は永久磁石である。図５は図１の磁束短絡スリット磁極中心側へ円周方向に延ばすのではなく、回転子外径形状を変えている。
【００２３】
磁極中心部の回転子外周は回転子の中心と同心円であり回転子と固定子間のエアギャップ長が同一である。一方、磁極間部の外周は同心円になっておらず、エアギャップは磁極中心部から磁極間の方向に次第に広くなっている。したがって、同心円部と非同心円部の境目を、磁極間からの角度ｍでｍ＝ｎ×（３６０／２ａ）度（ｎは整数）にすることで、第一の発明と同じ効果を得ることができ、コギングトルクを小さくすることが可能である。
【００２４】
なお、磁極中心部および磁極間部の回転子外周形状をともに円弧とする場合、磁極間部の曲率半径を磁極中心部のそれと比較して、１．２から２倍程度の大きさとすると好適である。
【００２５】
上記各実施例において磁石の材質はフェライト焼結系、希土類ボンド系、希土類焼結系などの種類があるが、特に残留磁束密度の高い希土類焼結系の磁石を用いた電動機はコギングトルクが大きくなりやすいため、希土類焼結磁石を用いた埋め込み磁石形同期電動機に本発明を用いることで、特に大きな効果を得ることができる。
【００２６】
また、コギングトルクが振動、騒音に及ぼす影響は、回転数が３０００ｒ／ｍｉｎ以下の低速回転時に特に大きくなるので、３０００ｒ／ｍｉｎ以下の低速域で駆動される場合、本発明の電動機は、振動、騒音の低減に大きな効果を得ることができる。
【００２７】
【発明の効果】
本願の請求項１から請求項４に係る発明により、コギングトルクを低減することが可能であり、低騒音でかつ低振動の永久磁石同期電動機とすることができる。
【００２８】
また、請求項５に係る発明により、残留磁束密度の高い希土類焼結系の磁石を用いたときにおいても、低騒音でかつ低振動の永久磁石同期電動機とすることができる。
【００２９】
さらに、請求項６に係る発明により、回転数が３０００ｒ／ｍｉｎ以下の低速回転時に特に大きく生じるコギングトルクを小さくすることが可能で、低騒音でかつ低振動の永久磁石同期電動機とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の電動機構造を示す図
【図２】本発明によるコギングトルク低減効果を示す図
【図３】従来例と本発明のコギングトルク波形を比較した図
【図４】本発明の第２の実施例の電動機構造を示す図
【図５】本発明の第３の実施例の電動機構造を示す図
【図６】従来例の電動機構造を示す図
【図７】従来例のコギングトルク波形を示す図
【符号の説明】
１固定子
２回転子
３永久磁石
４スリット

Claims

スロット数をＮｓとする固定子と、極数がＰｒであって、薄板状の電磁鋼板を積層した回転子内部に永久磁石を埋設するとともに、磁極間に磁束短絡防止用スリットが設けられた構造の永久磁石埋込型回転子を有する永久磁石同期電動機において、前記磁束短絡用スリットが極間から極中央の方向に円周方向に伸びており、ＰｒとＮｓの最小公倍数をａとしたとき、スリットの極間からスリット先端までの角度ｍがｍ＝ｎ×（３６０／２ａ）度（ｎは整数）であることを特徴とする永久磁石型同期電動機。
スロット数をＮｓとする固定子と、極数がＰｒであって、薄板状の電磁鋼板を積層した回転子内部に永久磁石を埋設するとともに、磁極間に磁束短絡防止用スリットが設けられた構造の永久磁石埋込型回転子を有する永久磁石同期電動機において、前記磁束短絡用スリットが極間から極中央の方向に円周方向に伸びており、ＰｒとＮｓの最小公倍数をａとしたとき、スリットの極間からスリット先端までの角度ｍがｍ＝（３６０／２ａ）度であることを特徴とする永久磁石型同期電動機。
スロット数をＮｓとする固定子と、極数がＰｒであって、薄板状の電磁鋼板を積層した回転子内部に永久磁石を埋設する構造の永久磁石埋込型回転子を有する永久磁石同期電動機において、前記回転子外周が回転子中心と同心円となっている磁極中心部と、回転子中心と同心円で半径が磁極中心部より小さい磁極間部を有し、磁極中心部の大きな半径部と、磁極間の小さな半径部の境目となる位置が、磁極間からの角度ｍでｍ＝ｎ×（３６０／２ａ）度（ｎは整数）であることを特徴とする永久磁石型同期電動機。
スロット数をＮｓとする固定子と、極数がＰｒであって、薄板状の電磁鋼板を積層した回転子内部に永久磁石を埋設する構造の永久磁石埋込型回転子を有する永久磁石同期電動機において、回転子外周が回転子中心と同心円となっている磁極中心部と、ロータ外周と同心円になっていない磁極間部を有し、同心円部と非同心円部の境目となる位置が、磁極間からの角度ｍでｍ＝ｎ×（３６０／２ａ）度（ｎは整数）であることを特徴とする永久磁石型同期電動機。
永久磁石が希土類焼結磁石であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の永久磁石型同期電動機。
永久磁石型同期電動機の回転数が３０００ｒ／ｍｉｎ以下の低速回転域で駆動されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の永久磁石型同期電動機。