JP2008017672A - 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】固定子鉄心と空隙を介して対峙する第1の永久磁石5を有する第1の回転子4の鉄心の端面側に、第1の回転子4の外周の磁極と同じ磁極を第1の回転子4の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を有する回転子端面に磁性体を配置した永久磁石埋込型電動機1において、第2の永久磁石7の磁極間の軸方向寸法72が磁極中央の軸方向寸法71よりも短く、概永久磁石の端面に配置された磁性体の軸方向寸法は、磁極間の軸方向寸法81が概永久磁石磁極間磁極中央の軸方向寸法82よりも大きい構成とする。
【選択図】図3
【解決手段】固定子鉄心と空隙を介して対峙する第1の永久磁石5を有する第1の回転子4の鉄心の端面側に、第1の回転子4の外周の磁極と同じ磁極を第1の回転子4の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を有する回転子端面に磁性体を配置した永久磁石埋込型電動機1において、第2の永久磁石7の磁極間の軸方向寸法72が磁極中央の軸方向寸法71よりも短く、概永久磁石の端面に配置された磁性体の軸方向寸法は、磁極間の軸方向寸法81が概永久磁石磁極間磁極中央の軸方向寸法82よりも大きい構成とする。
【選択図】図3
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。
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)。
また、図7は、従来の永久磁石電動機の回転子の斜視図、縦断面図を示す。回転軸1Aと直行した軸方向に配向されている主永久磁石6−4と、主永久磁石端面に配置され回転軸方向に配向された補助永久磁石20−4によって主永久磁石の端部磁束を反発させて漏れ磁束を低減し、有効磁束を増加させることで小型化を図っている(例えば、特許文献2参照)。
特開2000−116044号公報
特開昭59−144350号公報
図6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。
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の回転子を有する回転子端面に磁性体を配置した永久磁石埋込型電動機において、第2の永久磁石の磁極間の軸方向寸法が磁極中央の軸方向寸法よりも短く、概永久磁石の端面に配置された磁性体の軸方向寸法は、磁極間の軸方向寸法が概永久磁石磁極間磁極中央の軸方向寸法よりも大きい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、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永久磁石を有する第1の回転子鉄心の端面側にオーバーハングした第2の回転子鉄心に軸方向着磁された永久磁石を配置したことで、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、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2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3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。
請求項4から5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た電動機におい
て、固定子鉄心と空隙を介して対峙する永久磁石を有する第1の回転子鉄心の端面側に、概第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永久磁石を配置した第2の回転子鉄心を有している。
て、固定子鉄心と空隙を介して対峙する永久磁石を有する第1の回転子鉄心の端面側に、概第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永久磁石を配置した第2の回転子鉄心を有している。
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平面図、図3は本発明の第1の実施例を示す永久磁石埋込型電動機回転子の一部を示す側面図、および平面図である。2は固定子であり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。図2は固定子の巻線用溝に巻線3が配置される。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、概第1の回転子鉄心4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の回転子ヨーク8を有する。なお、図2には説明のために、巻線3および、第2の回転子ヨーク8は図示していない。図2に示したように、第2の永久磁石は、第1の回転鉄心端面で第1の永久磁石の外周側鉄心部分に配置される。また、第2の永久磁石は、第1の永久磁石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配置としている。よって、第2の永久磁石の磁束が、第1の回転子鉄心の第1の永久磁石外周側に直接流れることになり、従来例でみられたオーバーハング部において回転子鉄心の永久磁石の外周側での磁気飽和による有効磁束の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。さらに、回転子端面に配置した第2の回転子ヨーク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。さらに、図3(a)は、4は固定子鉄心と空隙を介して対峙する永久磁石を有する第1の回転子鉄心であり、その端面側に概第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を配置している。その端面には磁性体からなる第2の回転子ヨーク8を配置している。第2の永久磁石7は、磁極中央の軸方向寸法71が磁極間の軸方向寸法72よりも大きく、第2の回転子ヨーク8は、磁極中央に相当する軸方向寸法82が磁極間に相当する軸方向寸法81よりも小さい。回転子ヨークの磁極間に相当する軸方向寸法81は必要寸法を確保しているので回転子ヨークの磁気飽和もなく、図3(c)に示した軸方向寸法が均一な場合と比較して回転子の軸方向寸法をXだけ短くすることができ、軸方向寸法のアップを最小にすることができる。僅かな軸方向寸法のアップであるが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。
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平面図、図3は本発明の第1の実施例を示す永久磁石埋込型電動機回転子の一部を示す側面図、および平面図である。2は固定子であり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。図2は固定子の巻線用溝に巻線3が配置される。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、概第1の回転子鉄心4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の回転子ヨーク8を有する。なお、図2には説明のために、巻線3および、第2の回転子ヨーク8は図示していない。図2に示したように、第2の永久磁石は、第1の回転鉄心端面で第1の永久磁石の外周側鉄心部分に配置される。また、第2の永久磁石は、第1の永久磁石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配置としている。よって、第2の永久磁石の磁束が、第1の回転子鉄心の第1の永久磁石外周側に直接流れることになり、従来例でみられたオーバーハング部において回転子鉄心の永久磁石の外周側での磁気飽和による有効磁束の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。さらに、回転子端面に配置した第2の回転子ヨーク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。さらに、図3(a)は、4は固定子鉄心と空隙を介して対峙する永久磁石を有する第1の回転子鉄心であり、その端面側に概第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を配置している。その端面には磁性体からなる第2の回転子ヨーク8を配置している。第2の永久磁石7は、磁極中央の軸方向寸法71が磁極間の軸方向寸法72よりも大きく、第2の回転子ヨーク8は、磁極中央に相当する軸方向寸法82が磁極間に相当する軸方向寸法81よりも小さい。回転子ヨークの磁極間に相当する軸方向寸法81は必要寸法を確保しているので回転子ヨークの磁気飽和もなく、図3(c)に示した軸方向寸法が均一な場合と比較して回転子の軸方向寸法をXだけ短くすることができ、軸方向寸法のアップを最小にすることができる。僅かな軸方向寸法のアップであるが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。
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1極のみ配置しても、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の回転子コアの平面図を示し、第2の回転子ヨークは図示していない。7は第2の永久磁石、10は永久磁石保持リングを示す。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。
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。
固定子鉄心と空隙を介して対峙する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永久磁石を配置した第2の回転子鉄心の永久磁石外周部に非磁性材を配置したことで、第2の永久磁石を強固に固定することができ、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。
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。
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の回転子ヨーク
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
71 第2の永久磁石7の磁極中央の軸方向寸法
72 第2の永久磁石7の磁極間に相当する軸方向寸法
81 第2の回転子ヨーク8の磁極間に相当する軸方向寸法
82 第2の回転子ヨーク8の磁極中央に相当する軸方向寸法
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の回転子ヨーク
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
71 第2の永久磁石7の磁極中央の軸方向寸法
72 第2の永久磁石7の磁極間に相当する軸方向寸法
81 第2の回転子ヨーク8の磁極間に相当する軸方向寸法
82 第2の回転子ヨーク8の磁極中央に相当する軸方向寸法
Claims (5)
- 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の回転子を有する回転子端面に磁性体を配置した永久磁石埋込型電動機において、第2の永久磁石の磁極間の軸方向寸法が磁極中央の軸方向寸法よりも短く、概永久磁石の端面に配置された磁性体の軸方向寸法は、磁極間の軸方向寸法が概永久磁石磁極間磁極中央の軸方向寸法よりも大きいことを特徴とする永久磁石埋込型電動機。
- 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する請求項1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2記載の永久磁石埋込型電動機。
- 請求項1から3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3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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006188888A JP2008017672A (ja) | 2006-07-10 | 2006-07-10 | 永久磁石埋込型電動機 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006188888A JP2008017672A (ja) | 2006-07-10 | 2006-07-10 | 永久磁石埋込型電動機 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008017672A true JP2008017672A (ja) | 2008-01-24 |
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ID=39074155
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2006188888A Pending JP2008017672A (ja) | 2006-07-10 | 2006-07-10 | 永久磁石埋込型電動機 |
Country Status (1)
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JP (1) | JP2008017672A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010039786A2 (en) * | 2008-10-01 | 2010-04-08 | Caterpillar Inc. | Electric machine |
JP2011514796A (ja) * | 2008-02-22 | 2011-05-06 | アクセス ビジネス グループ インターナショナル リミテッド ライアビリティ カンパニー | 誘導結合のための磁気的な位置決定 |
-
2006
- 2006-07-10 JP JP2006188888A patent/JP2008017672A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011514796A (ja) * | 2008-02-22 | 2011-05-06 | アクセス ビジネス グループ インターナショナル リミテッド ライアビリティ カンパニー | 誘導結合のための磁気的な位置決定 |
US8766484B2 (en) | 2008-02-22 | 2014-07-01 | Access Business Group International Llc | Magnetic positioning for inductive coupling |
WO2010039786A2 (en) * | 2008-10-01 | 2010-04-08 | Caterpillar Inc. | Electric machine |
WO2010039786A3 (en) * | 2008-10-01 | 2010-08-12 | Caterpillar Inc. | Electric machine |
US7902710B2 (en) | 2008-10-01 | 2011-03-08 | Caterpillar Inc. | Electric machine |
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