JP2006314196A - 永久磁石埋込型電動機 - Google Patents
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Abstract
【課題】永久磁石埋込型電動機において、オーバーハング部がある程度の長さになると、回転子鉄心外周部の磁気飽和の影響により有効磁束量が飽和し、トルクアップが図れず電動機が小型化できないという課題があった。
【解決手段】第1の永久磁石5は軸断面方向に着磁され、第1の回転子鉄心の軸方向長さよりも短く配置し、磁極間に相当する箇所にスリットを設けた永久磁石を配置しない第1の回転子鉄心と、第1の永久磁石5の外周側および回転子内径側の範囲に相当する第1の回転子鉄心の端面に、第1の回転子鉄心の磁極と同じ磁極を第1の回転子鉄心側となるよう軸方向着磁された第2の永久磁石7を配置した第2の回転子6を有する構成とする。
【選択図】図1
【解決手段】第1の永久磁石5は軸断面方向に着磁され、第1の回転子鉄心の軸方向長さよりも短く配置し、磁極間に相当する箇所にスリットを設けた永久磁石を配置しない第1の回転子鉄心と、第1の永久磁石5の外周側および回転子内径側の範囲に相当する第1の回転子鉄心の端面に、第1の回転子鉄心の磁極と同じ磁極を第1の回転子鉄心側となるよう軸方向着磁された第2の永久磁石7を配置した第2の回転子6を有する構成とする。
【選択図】図1
Description
本発明は、特に永久磁石埋込型電動機で小型高効率な特性が要求される、コンプレッサ、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車用等小型高効率を求められる電動機に関するものである。
近年、地球環境との共存や省エネに対する認識が高まり、エアコンや冷蔵庫等に用いられるコンプレッサを初めとする電気機器に搭載される電動機や、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車等に搭載される電動機も小型高効率を求められている。
一般的に固定子に固定子巻線を配置し、ラジアル方向に磁気ギャップを介して回転子を有する電動機の固定子軸方向長さL2は、磁路として有効な固定子鉄心軸方向長さL1に加えて固定子巻線端部の長さ、いわゆるコイルエンド高さが必要である。一方、固定子巻線の無い回転子の回転子鉄心軸方向長さは、磁気ギャプを介して固定子鉄心と対峙し磁路として有効となる部分であり固定子鉄心と回転子鉄心の軸方向長さがほぼ等しい。よって、固定子全長L2は、回転子全長より長くなる傾向にある。
永久磁石を用いた電動機のトルクアップに回転子から固定子へ鎖交する永久磁石の磁束を高めることは有効であり、固定子全長L2と回転子全長との差で生じる空間を有効活用しトルクアップができればその分電動機を短くすることができ小型高効率電動機を実現することができる。
図6に従来の永久磁石埋込型電動機の縦断面図を示す。101は回転子、102は固定子、104は永久磁石を示す。110a、110bはオーバーハング部であり、固定子鉄心軸方向長さL1よりも両端にオーバーハングしている。109は固定子巻線である。回転子鉄心軸方向長さを固定子鉄心の軸方向長さL2より長くし、永久磁石の軸方向長さもオーバーハングすることで、磁束を増加させトルクアップをねらっている。(例えば、特許文献1参照)
特開平10−191585号公報
図7は、永久磁石電動機の有効磁束とオーバーハング部長さの一例を示す図である。回転子鉄心の軸方向長さを固定子鉄心軸方向長さより長くすることで、有効磁束を増加することができるが、オーバーハング部がある程度の長さになると、回転子鉄心外周部の磁気飽和の影響により有効磁束量は飽和し、磁石の使用量を多くしてもトルクアップがはかれないので電動機が小型化できないという課題があった。
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、固定子鉄心と空隙を介して対峙する第1の永久磁石を有する第1の回転子鉄心の端面側に、第1の回転子鉄心の磁極と同じ磁極を第1の回転子鉄心側となるよう軸方向着磁された第2の永久磁石を配置した第2の回転子鉄心を有することで、オーバーハング部の回転子鉄心外周部における磁気飽和の影響をなくし、小型高出力で高効率な永久磁石埋込型電動機を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために本発明は、環状のヨークと巻線用溝となる周方向間隔をお
いて放射状に複数のティースが形成されている固定子と、前記固定子と僅かな空隙を介して対向し、回転自在に保持された回転子鉄心に埋設された永久磁石にて界磁を発生する回転子とを備え、固定子鉄心と空隙を介して対峙する第1の永久磁石を有する第1の回転子鉄心の端面側に、第1の回転子外周の磁極と同じ磁極を第1の回転子鉄心側となるよう軸方向着磁された第2の永久磁石を配置した第2の回転子を有する永久磁石埋込型電動機において、第1の永久磁石は軸断面方向に着磁され、第1の回転子鉄心の軸方向長さよりも短く配置し、磁極間に相当する箇所にスリットを設けた永久磁石を配置しない第1の回転子鉄心と、第1の永久磁石の外周側および回転子内径側の範囲に相当する第1の回転子鉄心の端面に、第1の回転子鉄心の磁極と同じ磁極を第1の回転子鉄心側となるよう軸方向着磁された第2の永久磁石を配置した第2の回転子を有することを特徴とする永久磁石埋込型電動機としたものである。
いて放射状に複数のティースが形成されている固定子と、前記固定子と僅かな空隙を介して対向し、回転自在に保持された回転子鉄心に埋設された永久磁石にて界磁を発生する回転子とを備え、固定子鉄心と空隙を介して対峙する第1の永久磁石を有する第1の回転子鉄心の端面側に、第1の回転子外周の磁極と同じ磁極を第1の回転子鉄心側となるよう軸方向着磁された第2の永久磁石を配置した第2の回転子を有する永久磁石埋込型電動機において、第1の永久磁石は軸断面方向に着磁され、第1の回転子鉄心の軸方向長さよりも短く配置し、磁極間に相当する箇所にスリットを設けた永久磁石を配置しない第1の回転子鉄心と、第1の永久磁石の外周側および回転子内径側の範囲に相当する第1の回転子鉄心の端面に、第1の回転子鉄心の磁極と同じ磁極を第1の回転子鉄心側となるよう軸方向着磁された第2の永久磁石を配置した第2の回転子を有することを特徴とする永久磁石埋込型電動機としたものである。
また、極数P、回転子外径D、第1の回転子鉄心の永久磁石のない回転子鉄心の軸方向長さAがA≦πD/4Pの条件であることを特徴としたものである。
また、回転子端面に磁性体を配置したことを特徴としたものである。
また、固定子鉄心と空隙を介して対峙する第1の永久磁石を有する第1の回転子鉄心の端面側に、概回転子鉄心の磁極と同じ磁極を回転子鉄心側となるよう軸方向着磁された第2の永久磁石を配置した第2の回転子の永久磁石外周部に非磁性材を配置したこと特徴としたものである。
上記手段によって、オーバーハング部の回転子鉄心外周部における磁気飽和の影響をなくし、小型高出力で高効率な永久磁石埋込型電動機を提供することができる。
請求項1記載の発明によれば、固定子鉄心と空隙を介して対峙する第1の回転子鉄心に第1の回転子鉄心の軸方向長さよりも短い軸断面方向に着磁された第1の永久磁石を配置し、磁極間に相当する箇所にスリットを設けた永久磁石を配置しない第1の回転子鉄心と、第1の永久磁石の外周側から内径側の範囲に相当する第1の回転子鉄心の端面に、第1の回転子鉄心の磁極と同じ磁極を第1の回転子鉄心側となるよう軸方向着磁された第2の永久磁石を配置したことで、面積が広い端面磁石の磁束を有効に用いることができ、高トルクを実現し、小型高出力で高効率な永久磁石埋込型電動機を提供することができる。
請求項2記載の発明によれば、極数P、回転子外径D、第1の回転子鉄心で永久磁石のない回転子鉄心の軸方向長さAが、A ≦πD/4Pであることを特徴とすることで、端面の永久磁石の磁束を効果的に活かし永久磁石使用量低減に特に効果的であり、小型高出力で高効率な永久磁石埋込型電動機を提供することができる。
請求項3記載の発明によれば、オーバーハングした回転子の永久磁石の軸方向寸法とその端面に配置した磁性体の軸方向寸法を最適化することでさらに僅かな軸方向寸法のアップで大幅に磁束量をアップすることができ、小型高出力で高効率な永久磁石埋込型電動機を提供することができる。
請求項4記載の発明によれば、オーバーハングした概回転子鉄心の磁極と同じ磁極を回転子鉄心側となるよう軸方向着磁された永久磁石の外周部に非磁性材を配置して固定したことで、高速回転に耐えることができ、より高出力な小型で高効率な永久磁石埋込型電動機を提供することができる。
請求項5記載の発明によれば、圧粉焼結による回転子鉄心を用いたことで回転子鉄心の
形状に自由度が高まり、永久磁石の磁束をステータコアへ最適に導入することができ、より小型高出力で高効率な永久磁石埋込型電動機を提供することができる。
形状に自由度が高まり、永久磁石の磁束をステータコアへ最適に導入することができ、より小型高出力で高効率な永久磁石埋込型電動機を提供することができる。
請求項6、7記載の発明によれば、本発明の永久磁石埋込型電動機を搭載することでコンプレッサや、電気自動車、ハイブリッド自動車および燃料電池自動車を小型高効率に寄与することができる。
本発明は、環状のヨークと巻線用溝となる周方向間隔をおいて放射状に複数のティースが形成されている固定子と、前記固定子と僅かな空隙を介して対向し、回転自在に保持された回転子鉄心に埋設された永久磁石にて界磁を発生する回転子とを備え、固定子鉄心と空隙を介して対峙する第1の永久磁石を有する第1の回転子鉄心の端面側に、第1の回転子外周の磁極と同じ磁極を第1の回転子鉄心側となるよう軸方向着磁された第2の永久磁石を配置した第2の回転子を有する永久磁石埋込型電動機において、第1の永久磁石は軸断面方向に着磁され、第1の回転子鉄心の軸方向長さよりも短く配置し、磁極間に相当する箇所にスリットを設けた永久磁石を配置しない第1の回転子鉄心と、第1の永久磁石の外周側および回転子内径側の範囲に相当する第1の回転子鉄心の端面に、第1の回転子鉄心の磁極と同じ磁極を第1の回転子鉄心側となるよう軸方向着磁された第2の永久磁石を配置した第2の回転子を有している。
このような構成により、オーバーハング部の回転子鉄心外周部における磁気飽和の影響をなくし、小型高出力で高効率な永久磁石埋込型電動機を提供することができる。
本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。
図1は本発明の第1の実施例を示す永久磁石埋込型電動機断面図、図2は本発明の第1の実施例を示す永久磁石埋込型電動機の回転子平面図である。2は固定子であり環状のヨークと固定子巻線用溝となる周方向間隔をおいて放射状に複数のティースが形成されている。固定子の軸方向長さをL2とし、固定子鉄心の軸方向長さをL1とする。回転子は、固定子鉄心のL1部で空隙を介して対峙し、軸断面方向に着磁された第1の永久磁石を有する第1の回転子鉄心4と、第1の回転子鉄心4の外側の磁極と同じ磁極を第1の回転子鉄心側となるよう軸方向着磁された第2の永久磁石7を配置した第2の回転子鉄心6を有している。第2の回転子鉄心の外側には磁性体からなる第2のロータヨーク8を有する。
固定子鉄心と空隙を介して対峙する第1の回転子鉄心に、第1の回転子鉄心の軸方向長さよりも短い軸断面方向に着磁された第1の永久磁石を配置している特徴がある。回転子鉄心4で永久磁石のない軸方向長さ部A1、A2が存在する。図3を用いて回転子鉄心4で永久磁石のない軸方向長さ部A1、A2の詳細な説明を行う。図3(a)は、本実施例の回転子の半断面図である。図3(b)、(c)(d)は、それぞれ、図3(a)の51、52、53における永久磁石を配置しない第1の回転子鉄心9の断面図である。説明のため、永久磁石を配置しない第1の回転子鉄心9をクロス線で、第2の永久磁石7を斜線で、第1の永久磁石5の位置を二点鎖線で示している。
第2の永久磁石7は、第1の回転子鉄心4の永久磁石の外周側のみでなく、内周側にまで面積を大きくして配置している。軸方向に着磁された第2の永久磁石7の磁束は、永久磁石が同一材料であれば磁束を発生する軸方向面積が大きい程より多くの磁束を発生する。その磁束を第1の回転子鉄心の永久磁石5の外周側へ有効に導くために、図3(b)、(c)(d)に示すように磁極間に相当する箇所にスリットを設けている。また、各々内周寸法が異なるので内径には非磁性材からなるカラー11を用いている。
このように、永久磁石を配置しない第1の回転子鉄心9により、第2の永久磁石7の磁束は、固定子鉄心と空隙を介して対峙する第1の回転子鉄心の永久磁石5の外周側へ導かれている。本実施例は、実施例1よりも軸方向断面の大きい端面磁石の磁束を有効に活用することができる構造であるため、より小型高出力で高効率な永久磁石埋込型電動機を提供することができる。
永久磁石を配置しない第1の回転子鉄心の構成は、図3(a)に示すように複数の形状の異なる回転子鉄心を用い、第1の回転子鉄心に磁束を導いているが、形状の種類を少なくして、階段状に変化させても良い。また、磁極間に相当する箇所のスリット部を非磁性となる複合材を用いることや、接着材等を用いることで、回転子の強度を高めることができ、より高速回転可能な小型高出力で高効率な永久磁石埋込型電動機を提供することができる。
回転子端面に配置した第2のロータヨーク8が、隣接した第2の永久磁石と磁路を構成することで、回転子の軸方向長さは若干長くなるが、磁束を増加することができるので有効である。
なお、本実施例は6極V字型磁石の埋込磁石型電動機の例であるが、極数が異なる場合や、磁石形状が平板や円弧状となる場合でも、同様の効果を得られる。第1の回転子鉄心の永久磁石外周側の軸方向面積が大きい程有効な手段である。また、第2の磁石は片側にのみ配置しても、また全磁極に限らず1極以上の配置でも、複数の磁極に着磁された1個の永久磁石で構成されても同様の効果が得られる。
図4は本発明の第2の実施例を説明する永久磁石の模式斜視図である。図4(a)は、固定子鉄心と空隙を介して対峙する第1の回転子鉄心に用いられる軸断面方向に着磁された永久磁石を示す。
図4(b)は第1の回転子鉄心端面に配置される第2の回転子に用いられる軸方向に着磁された永久磁石を示す。ここで、回転子半径をR、回転子直径をD、極数をPとする。
図4(b)は第1の回転子鉄心端面に配置される第2の回転子に用いられる軸方向に着磁された永久磁石を示す。ここで、回転子半径をR、回転子直径をD、極数をPとする。
実施例2では、永久磁石を配置しない第1の回転子鉄心の軸方向寸法をA1,A2で示した。本実施例では、このA1、A2のより好ましい寸法について記載している。
以下に永久磁石の磁束の概略計算を行う。図4(a)から、第1の永久磁石の軸方向長さをAとすると、永久磁石の磁束を最大とするには、クロス線で示した面積を最大にすることであり、2RAに比例する。即ちDAに比例する。ただし、磁石の厚みや回転子の軸径等は無視している。
以下に永久磁石の磁束の概略計算を行う。図4(a)から、第1の永久磁石の軸方向長さをAとすると、永久磁石の磁束を最大とするには、クロス線で示した面積を最大にすることであり、2RAに比例する。即ちDAに比例する。ただし、磁石の厚みや回転子の軸径等は無視している。
一方、図4(b)から、軸方向に着磁された第2の永久磁石の磁束を最大とするには、クロス線で示した面積を最大することであり、πD^2/4Pに比例する。
この両式が等しい場合は、第2の永久磁石の磁束が、永久磁石を配置しない第1の回転子鉄心の軸方向寸法Aの範囲に第1の永久磁石がある場合の磁束とほぼ同等である場合であるので、A≦πD/4Pとすることで、少ない磁石量にて小型高出力で高効率な永久磁石埋込型電動機を提供することができる。
図5は本発明の第3の実施例を示す永久磁石埋込型電動機回転子の平面図である。第2のロータコアの平面図を示し、第2のロータヨークは図示していない。第1の永久磁石を二点鎖線で示し、7は第2の永久磁石を斜線で示し、10は永久磁石保持リングをクロス
線で示す。永久磁石保持リング10は非磁性からなり、隣接する磁極の磁束の短絡を防いでいる。
第2の永久磁石7の固定は、第1の回転子に接着等で固定しても良いが、本実施例のように、永久磁石保持リング10を用いることで、より強固な固定ができ、高速回転での信頼性が向上し、より高速回転可能な小型高出力で高効率な永久磁石埋込型電動機を提供することができる。
線で示す。永久磁石保持リング10は非磁性からなり、隣接する磁極の磁束の短絡を防いでいる。
第2の永久磁石7の固定は、第1の回転子に接着等で固定しても良いが、本実施例のように、永久磁石保持リング10を用いることで、より強固な固定ができ、高速回転での信頼性が向上し、より高速回転可能な小型高出力で高効率な永久磁石埋込型電動機を提供することができる。
また、圧粉焼結による回転子鉄心を用いたことで回転子鉄心の形状に自由度が高まり、実施例1のように永久磁石の磁束をステータコアへ最適に導入することが容易にでき、より小型高出力で高効率な永久磁石埋込型電動機を提供することができる。
また、本発明の永久磁石埋込型電動機を搭載することでコンプレッサや、電気自動車、ハイブリッド自動車および燃料電池自動車を小型高効率に寄与することができる。
本発明は、簡単な構成で小型高出力高効率な電動機を実現できるため、コンプレッサ用や、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車用等の永久磁石埋込型電動機として有用である。
1 永久磁石埋込型電動機
2 固定子
3 固定子巻線
4 第1の回転子
5 第1の永久磁石
6 第2の回転子
7 第2の永久磁石
8 第2のロータヨーク
9 永久磁石を配置しない第1の回転子鉄心
10 永久磁石保持リング
11 非磁性材からなるカラー
2 固定子
3 固定子巻線
4 第1の回転子
5 第1の永久磁石
6 第2の回転子
7 第2の永久磁石
8 第2のロータヨーク
9 永久磁石を配置しない第1の回転子鉄心
10 永久磁石保持リング
11 非磁性材からなるカラー
Claims (7)
- 環状のヨークと巻線用溝となる周方向間隔をおいて放射状に複数のティースが形成されている固定子と、前記固定子と僅かな空隙を介して対向し、回転自在に保持された回転子鉄心に埋設された永久磁石にて界磁を発生する回転子とを備え、固定子鉄心と空隙を介して対峙する第1の永久磁石を有する第1の回転子鉄心の端面側に、第1の回転子外周の磁極と同じ磁極を第1の回転子鉄心側となるよう軸方向着磁された第2の永久磁石を配置した第2の回転子を有する永久磁石埋込型電動機において、第1の永久磁石は軸断面方向に着磁され、第1の回転子鉄心の軸方向長さよりも短く配置し、磁極間に相当する箇所にスリットを設けた永久磁石を配置しない第1の回転子鉄心と、第1の永久磁石の外周側および回転子内径側の範囲に相当する第1の回転子鉄心の端面に、第1の回転子鉄心の磁極と同じ磁極を第1の回転子鉄心側となるよう軸方向着磁された第2の永久磁石を配置した第2の回転子を有することを特徴とする永久磁石埋込型電動機。
- 極数P、回転子外径D、第1の回転子鉄心の永久磁石のない回転子鉄心の軸方向長さAがA≦πD/4Pの条件であることを特徴とする請求項1に記載の永久磁石埋込型電動機。
- 回転子端面に磁性体を配置したことを特徴とする請求項1から2のいずれかに記載の永久磁石埋込型電動機。
- 第2の回転子の永久磁石外周部に非磁性材を配置したこと特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の永久磁石埋込型電動機。
- 圧粉焼結による回転子鉄心を用いたことを特徴とした請求項1から4のいずれかに記載の永久磁石埋込型電動機。
- 請求項1から5のいずれかに記載の永久磁石埋込型電動機を搭載したコンプレッサ。
- 請求項1から5のいずれかに記載の永久磁石埋込型電動機を搭載した電気自動車、ハイブリッド自動車および燃料電池自動車。
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JP2006195268A JP2006314196A (ja) | 2006-07-18 | 2006-07-18 | 永久磁石埋込型電動機 |
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Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2006314196A (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014068753A1 (ja) * | 2012-11-01 | 2014-05-08 | 三菱電機株式会社 | 永久磁石埋込型電動機、圧縮機、および冷凍空調装置 |
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CN110336439A (zh) * | 2014-08-29 | 2019-10-15 | 美蓓亚株式会社 | 无刷马达 |
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2006
- 2006-07-18 JP JP2006195268A patent/JP2006314196A/ja active Pending
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