JP2010178489A

JP2010178489A - 同期電動機

Info

Publication number: JP2010178489A
Application number: JP2009017828A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Matsuoka; 篤松岡; Kazuhiko Baba; 和彦馬場
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-01-29
Filing date: 2009-01-29
Publication date: 2010-08-12

Abstract

【課題】固定子に９個のスロットと回転子に永久磁石による８個の磁極を有する同期電動機でありながら、回転軸に発生するラジアル方向の磁気吸引力を低減するとともに、同期電動機の出力するトルクの低下を抑えることができる同期電動機を提供する。
【解決手段】この発明に係る同期電動機３００は、９個のスロット１３を有する固定子１０と、永久磁石２１により８磁極を形成する回転子２０とを備える同期電動機３００であって、固定子１０に対向する回転子２０表面において、磁極の中心付近が他の部分よりも固定子１０との距離が大きくなっているものである。
【選択図】図８

Description

この発明は、回転子に永久磁石を用いる同期電動機に関する。以下、同期電動機を単にモータと呼ぶ場合もある。

一般的な同期電動機の多くは、固定子のスロット数（ティースの数と同じ）と回転子の極数との比が３：２である。これに対し、固定子に巻線を集中的に巻回するティースの数が９（巻線を収納するスロット数が９）で、回転子の永久磁石磁極数（回転子の極数）が８の同期電動機（９スロット８極の同期電動機と定義する）は、一般的な固定子のスロット数と回転子の極数との比が３：２である同期電動機と比較すると、巻線係数が大きくとれることから、同体格のモータであっても同一電流に対して出力を大きく取ることができる。

言い換えれば、同一トルクを出力するために必要な電流が小さくなるため、より効率の良いモータを得ることができる。

また、回転子に永久磁石を有する同期電動機に特有のコギングトルクは、固定子のスロット数と回転子の磁極数の最小公倍数の脈動数で発生する。前述の９スロット８極の同期電動機ではその脈動数が７２と多くなり、コギングトルクのエネルギーが分散され振幅が小さくなり、低騒音な同期電動機の実現が可能である。

この固定子のスロット数と回転子の極数との組合せについては、より効率の良い同期電動機が得られる組合せが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、モータ効率をより高めるため、固定子の同相の巻線を並べて配置する中で、中央のティースの幅を両端のティースを大きくすることにより同一電流で発生するトルクを大きくする方法が提案されている（例えば、特許文献２参照) 。

特開平０９−２７２３９６号公報特開２０００−２５３６０２号公報

しかしながら、上記特許文献１及び特許文献２に記載された９スロット８極の同期電動機の場合、回転子の８個の磁極は、回転軸に対して対称に配置される（回転軸の中心点に対して点対称）。これに対して、固定子の９個のティースは回転軸に対して対称に配置することができない。そのため、回転子の永久磁石に生じる固定子のティースへの吸引力が回転軸に対して対称に発生せず、打ち消すことができないため、常にラジアル方向に磁気吸引力が発生した状態にある。

また、９スロット８極の同期電動機は、固定子の同一相の巻線（コイル）の３つが集中して配置される。そのため、トルクを出力するために巻線に電流を流すと、回転子にラジアル方向の磁気吸引力が発生する。この磁気吸引力は回転子の回転（通電する電流）に伴って、発生する方向が変化していく。

回転軸の軸受けの固定が十分でない場合、回転子の回転に伴って生じるラジアル方向の磁気吸引力によって回転子が振動し、同期電動機自体から振動・騒音が発生する。

このラジアル方向の磁気吸引力は、固定子と回転子の間の空隙を広げることで低減することは可能である。しかし、空隙の拡大は回転子の永久磁石から固定子の巻線に鎖交する磁束量を減少させることとなるため、同期電動機の効率の低下の要因となる。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、固定子に９個のスロットと回転子に永久磁石による８個の磁極を有する同期電動機でありながら、回転軸に発生するラジアル方向の磁気吸引力を低減するとともに、同期電動機の出力するトルクの低下を抑えることができる同期電動機を提供する。

この発明に係る同期電動機は、９個のスロットを有する固定子と、永久磁石により８磁極を形成する回転子とを備える同期電動機であって、固定子に対向する回転子表面において、磁極の中心付近が他の部分よりも固定子との距離が大きくなっているものである。

この発明に係る同期電動機は、９個のスロットを有する固定子と、永久磁石により８磁極を形成する回転子とを備える同期電動機であって、固定子に対向する回転子表面において、磁極の中心付近が他の部分よりも固定子との距離が大きくなっていることによって、回転軸に発生するラジアル方向の磁気吸引力を低減しながら、同期電動機の出力するトルクの低下を抑えることができる。

比較のために示す図で、一般的な９スロット８極の同期電動機１００の断面図。図１の固定子鉄心１１の一部を拡大した断面図。図１の同期電動機１００の一部を拡大した断面図。図１の固定子巻線１６の巻線方法を示す展開図。図１の固定子巻線１６の結線方法を示す図。図１の回転子２０の断面図。比較のために示す図で、一般的な１２スロット８極の同期電動機２００の横断面図。実施の形態１を示す図で、同期電動機３００の要部拡大図。実施の形態１を示す図で、図８のＡ部拡大図。実施の形態１を示す図で、変形例１の同期電動機３００の要部拡大図。実施の形態１を示す図で、図１０のＢ部拡大図。実施の形態１を示す図で、従来の９スロット８極の同期電動機１００と本実施の形態の同期電動機３００との誘起電圧比率を比較した図。実施の形態１を示す図で、従来の９スロット８極の同期電動機１００と本実施の形態の同期電動機３００とのトルク比率を比較した図。実施の形態１を示す図で、従来の９スロット８極の同期電動機１００と本実施の形態の同期電動機３００とのラジアル方向磁気吸引力比率（負荷時）を比較した図。実施の形態１を示す図で、従来の９スロット８極の同期電動機１００と本実施の形態の同期電動機３００とのラジアル方向磁気吸引力比率（無負荷時）を比較した図。実施の形態１を示す図で、従来の９スロット８極の同期電動機１００と本実施の形態の同期電動機３００とのコギングトルク比率を比較した図。

実施の形態１．
図１乃至図７は比較のために示す図で、図１は一般的な従来の９スロット８極の同期電動機１００の横断面図、図２は図１の固定子鉄心１１の一部を拡大した断面図、図３は図１の同期電動機１００の一部を拡大した断面図、図４は図１の固定子巻線１６の巻線方法を示す展開図、図５は図１の固定子巻線１６の結線方法を示す図、図６は図１の回転子２０の断面図、図７は一般的な１２スロット８極の同期電動機２００の横断面図である。

先ず、図１を参照しながら、一般的な従来の９スロット８極の同期電動機１００の構成を説明する。この同期電動機１００は、固定子１０と回転子２０とを備える。

固定子１０と回転子２０との間には、所定の径方向寸法の空隙１７が設けられる（図３参照）。

固定子１０は、固定子鉄心１１と、この固定子鉄心１１に絶縁部材（図示せず）を介して施される固定子巻線１６とを備える。

固定子鉄心１１の構成を、図２も参照しながら説明する。図１では、固定子１０、固定子鉄心１、固定子巻線１６、回転子２０のみに符号を付している。その他の符号については、図２、図６を参照のこと。

固定子鉄心１１は、板厚が０．１〜１．５ｍｍの電磁鋼板を所定の形状に打ち抜いた後、所定枚数軸方向に積層し、抜きカシメや溶接等により固定して製作される。

所定の形状に打ち抜いた固定子鉄心１１は、全体が略リング状（ドーナッツ状）である。

固定子鉄心１１は、外周側に環状のコアバック１４を備える。そして、環状のコアバック１４の内側に、径方向に略平行に延びるティース１２（９個）が周方向に略等間隔に形成されている。

ティース１２は、固定子１０の内側で回転する回転子２０に向かって突出する。９つのティース１２の先端に回転子対向部１２ａを有する。

通常、回転子対向部１２ａは、回転子２０からの磁束をより多く集めるためにティース１２よりも周方向に広がった形状（傘状）になっている。

隣接するティース１２の間の空間を、スロット１３という。スロット１３の数は、ティース１２の数と同数の９個である。

スロット１３には、ティース１２に絶縁部材を介して施される固定子巻線１６が収納される。スロット１３は、内周縁（回転子２０側）に開口するスロット開口部１５を備える。このスロット開口部１５から、固定子巻線１６が挿入される巻線形態もある。

固定子巻線１６について説明する。固定子巻線１６は三相巻線であり、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線及びＷ相巻線で構成される。

Ｕ相巻線は、Ｕ１、Ｕ２及びＵ３の三個の集中巻線で構成される。図１、図４に示すように、Ｕ１、Ｕ２及びＵ３は、連続する三個のティースに集中的に施される。但し、Ｕ１とＵ３は同じ方向に巻かれるが、Ｕ２はＵ１及びＵ３と反対方向に巻かれる。

同様に、Ｖ相巻線は、Ｖ１、Ｖ２及びＶ３の三個の集中巻線で構成される。図１、図４に示すように、Ｖ１、Ｖ２及びＶ３は、連続する三個のティースに集中的に施される。但し、Ｖ１とＶ３は同じ方向に巻かれるが、Ｖ２はＶ１及びＶ３と反対方向に巻かれる。

同様に、Ｗ相巻線は、Ｗ１、Ｗ２及びＷ３の三個の集中巻線で構成される。図１、図４に示すように、Ｗ１、Ｗ２及びＷ３は、連続する三個のティースに集中的に施される。但し、Ｗ１とＷ３は同じ方向に巻かれるが、Ｗ２はＷ１及びＷ３と反対方向に巻かれる。

Ｕ３、Ｖ３及びＷ３の端末は接続されて中性点Ｎとなる。図５に示すように、固定子巻線１６は、三相Ｙ結線である。

９スロットの固定子鉄心１１で、８極の三相の固定子巻線１６を構成するには、上述のように特殊な構成となる。即ち、各相の巻線を三個（例えば、Ｕ相でいえば、Ｕ１、Ｕ２及びＵ３）で構成し、それらの三個の巻線を連続した三個のティース１２に集中的に巻線する。さらに、三個の巻線の巻線方向は、中央が両端と異なる。そして、三相Ｙ結線の固定子巻線１６を構成する。

既に、発明の概要の欄で述べたが、９スロット８極の同期電動機の場合、回転子の８個の磁極は、回転軸に対して対称に配置されるが、固定子の９個のティースは回転軸に対して対称に配置することができない。そのため、回転子の永久磁石に生じる固定子のティースへの吸引力が回転軸に対して対称に発生せず、打ち消すことができないため、常にラジアル方向に磁気吸引力が発生した状態にある。

また、９スロット８極の同期電動機は、同一相の固定子巻線１６の３つ（例えば、Ｕ１、Ｕ２及びＵ３）が集中して連続するティース１２に配置されるため、トルクを出力するために固定子巻線１６に電流を流すと、回転子２０にラジアル方向の磁気吸引力が発生する。この磁気吸引力は回転子２０の回転（通電する電流）に伴って、発生する方向が変化していく。

回転軸の軸受けの固定が十分でない場合、回転子２０の回転に伴って生じるラジアル方向の磁気吸引力によって回転子２０が振動し、同期電動機１００自体から振動・騒音が発生する。

本実施の形態は、詳細は後述するが、回転子２０表面の固定子１０に対向する部分において、磁極の中心付近が他の部分よりも固定子１０との距離が大きくなる構成とすることにより、上記ラジアル方向の磁気吸引力を低減するものである。

図６に示すように、同期電動機１００を構成する回転子２０は、リング状の永久磁石２１と、永久磁石２１の内側に配置されるバックヨーク２２と、回転軸２３とを少なくとも備える。

リング状の永久磁石２１は、隣接する極の極性が互いに異なるように、径方向に８極に着磁されている。

バックヨーク２２は、固定子鉄心１１と同様、板厚が０．１〜１．５ｍｍの電磁鋼板を所定の形状に打ち抜いた後、所定枚数軸方向に積層し、抜きカシメや溶接等により固定して製作される。

バックヨーク２２の略中心部に、回転軸２３が配置される。永久磁石２１の８磁極は、回転軸２３に対して対称に配置されている。

図１、図６に示す同期電動機１００は、リング状の永久磁石２１が回転子２０の表面に存在し、内部に磁路として用いるバックヨーク２２を配置した構成となっているが、回転子２０の表面の永久磁石２１は必ずしもリング状の一体部材でなくてもよい。例えば、磁極毎に分割されたマグネットであっても良い。

また、回転子２０は、極異方性を持った配向を施されたリング磁石を用いて、バックヨーク２２を用いない構成をとっても良い。

前述の固定子１０において、電流を通電する固定子巻線１６は、図１、図４に示すように、３相（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相）それぞれの巻線（例えば、Ｕ相では、Ｕ１、Ｕ２及びＵ３）をまとめて３つ並べて配置する構成である。

３つ並べられた巻線（例えば、Ｕ相では、Ｕ１、Ｕ２及びＵ３）のうち、中央の巻線（例えば、Ｕ相では、Ｕ２）は、両端の巻線（例えば、Ｕ相では、Ｕ１、Ｕ３）とは巻かれる向きが反対になっている。

９スロット８極の同期電動機１００は、前述のように各相の巻線がそれぞれ集中して配置されているため、回転子２０の回転軸２３に対して、対称な位置に同じ相の巻線が存在しない。このため、同期電動機１００よりトルクを出力するために、固定子巻線１６に通電を行うと、磁気吸引力により、回転子２０には、回転方向の力とラジアル方向の力が発生する。

図７に示す一般的な従来の１２スロットの８極の同期電動機２００の場合、各相（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相）の巻線は、回転子２０の回転軸２３に対して、対称に配置される。但し、図７では各相（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相）の巻線の位置のみを、Ｕ、Ｖ、Ｗで示し、巻線の図示は省略している。

図７に示すように、各相の巻線は、９０°間隔で回転軸２３に対して点対称に４箇所のティース１２に配置される。４箇所に配置される巻線の巻き方向は全て同じである。この固定子巻線により、８極の磁界が生成される。

このような構成であるから、電流を固定子巻線に通電した際に、回転子２０に生じるラジアル方向の磁気吸引力は、対向する同相の巻線によってキャンセルされるため、回転方向の磁気吸引力が回転トルクとなって発生し、ラジアル方向への吸引力は発生しない。

回転子２０にラジアル方向の吸引力が発生すると、軸受けの固定が十分でない場合、回転子２０に振動が発生し、同期電動機２００本体からの振動・騒音の要因となる。

本実施の形態による同期電動機３００は、９スロット８極の構成において避けられない上述の振動・騒音を抑えるため、回転子２０に発生するラジアル方向の磁気吸引力を低減するものである。以下、その具体例について説明する。

図８乃至図１６は実施の形態１を示す図で、図８は同期電動機３００の要部拡大図、図９は図８のＡ部拡大図、図１０は変形例１の同期電動機３００の要部拡大図、図１１は図１０のＢ部拡大図、図１２は従来の９スロット８極の同期電動機１００と本実施の形態の同期電動機３００との誘起電圧比率を比較した図、図１３は従来の９スロット８極の同期電動機１００と本実施の形態の同期電動機３００とのトルク比率を比較した図、図１４は従来の９スロット８極の同期電動機１００と本実施の形態の同期電動機３００とのラジアル方向磁気吸引力比率（負荷時）を比較した図、図１５は従来の９スロット８極の同期電動機１００と本実施の形態の同期電動機３００とのラジアル方向磁気吸引力比率（無負荷時）を比較した図、図１６は従来の９スロット８極の同期電動機１００と本実施の形態の同期電動機３００とのコギングトルク比率を比較した図である。

図８に示す同期電動機３００は、図１に示した９スロット８極の同期電動機１００と概ね同様の構成であるが、以下の点が異なる。即ち、各永久磁石２１の磁極の中心部分の外周面に、凹部２４を設けている。

図９は図８のＡ部拡大図である。この部分（Ａ部）では、永久磁石２１の磁極中心と、固定子１０のティース１２の中心線（径方向）とが略一致している。そのため、凹部２４の中心が固定子１０のティース１２の中心線に略一致している。

同期電動機３００は９スロット８極の構成であるから、図８のＡ部の右隣のティース１２では、凹部２４の中心は固定子１０のティース１２の中心線と一致せずに、時計方向にずれる。他のティース１２では、凹部２４の中心の固定子１０のティース１２の中心線に対するずれが順次大きくなる。図８のＡ部の永久磁石２１に対して１８０°異なる永久磁石２１では、凹部２４の中心が固定子１０のスロット開口部１５に対向する。

凹部２４を設けることにより、凹部２４では固定子１０の回転子対向部１２ａとの間の距離が、凹部２４の存在しない部分に比べを大きくなる。

凹部２４の形状は、図８では円弧であるが、円弧に限定されない。例えば、三角形、長方形、台形、多角形等でもよく、また直線（平面）でもよい。

また、図１０、図１１の変形例１の同期電動機３００のように、各永久磁石２１の磁極の中心部分の外周面に加えて、永久磁石２１の各磁極間の外周面に凹部２４を設けてもよい。

この場合も、凹部２４の形状は、円弧に限定されず、例えば、三角形、長方形、台形、多角形等でもよく、また直線（平面）でもよい。

図１２乃至図１６は、従来の９スロット８極の同期電動機１００と本実施の形態の同期電動機３００の諸特性を比較したものである。

図１２乃至図１６において、比較したモータは次の４種類である。
（１）従来の９スロット８極の同期電動機１００（回転子２０の表面が真円）；
（２）従来の９スロット８極の同期電動機１００（回転子２０の表面が真円で径を縮小して固定子１０との空隙１７を拡大した場合（空隙１７拡大））；
（３）実施の形態１の９スロット８極の同期電動機３００（磁極中心に固定子１０との空隙１７を広げる凹部２４を設けた場合）；
（４）実施の形態１の変形例１の９スロット８極の同期電動機３００（磁極中心及び極間に固定子１０との空隙１７を広げる凹部２４を設けた場合）。

上記（１）〜（４）のすべての場合において、以下の条件を満たす。
（ａ）固定子１０の形状は同一；
（ｂ）回転子２０の最大外径は、空隙１７拡大の場合を除き同一；
（ｃ）従来の空隙１７拡大（３）の空隙１７寸法と、実施の形態１の凹部２４部分の最大の空隙１７寸法は同一とする。

図１２は従来の９スロット８極の同期電動機１００と本実施の形態の同期電動機３００との誘起電圧比率を比較した図である。従来の９スロット８極の同期電動機１００と本実施の形態の同期電動機３００を同一速度で回転させた時の固定子巻線１６に発生する誘起電圧の基本波成分を比較したものである。

図１２に示すように、従来の９スロット８極の同期電動機１００で空隙１７を拡大した場合（２）は、（１）の従来の９スロット８極の同期電動機１００に比較して、固定子巻線１６に発生する誘起電圧の低下が大きい。

それに対して、実施の形態１の極中心に凹部２４を設けた場合（３）、実施の形態１の極中心及び極間に凹部２４を設けた場合（４）のどちらも、（１）の従来の９スロット８極の同期電動機１００に比較して、固定子巻線１６に発生する誘起電圧の低下は小さい。

その理由は、実施の形態１の極中心に凹部２４を設けた場合（３）、実施の形態１の極中心及び極間に凹部２４を設けた場合（４）のどちらも、従来の９スロット８極の同期電動機１００で空隙１７を拡大した場合（２）よりも、平均の空隙１７寸法が小さいからである。

実施の形態１の極中心に凹部２４を設けた場合（３）と、実施の形態１の極中心及び極間に凹部２４を設けた場合（４）とを比べれば、後者の方が前者よりも平均の空隙１７寸法が大きいため、後者の誘起電圧の低下が前者の誘起電圧の低下よりも大きい。

図１３は従来の９スロット８極の同期電動機１００と本実施の形態の同期電動機３００とのトルク比率を比較した図である。従来の９スロット８極の同期電動機１００及び本実施の形態の同期電動機３００の固定子巻線１６に同一の電流を通電したときに発生するトルクを比較したものである。

図１３に示すように、従来の９スロット８極の同期電動機１００で空隙１７を拡大した場合（２）は、（１）の従来の９スロット８極の同期電動機１００に比較して、トルクの低下が大きい。

それに対して、実施の形態１の極中心に凹部２４を設けた場合（３）、実施の形態１の極中心及び極間に凹部２４を設けた場合（４）のどちらも、（１）の従来の９スロット８極の同期電動機１００に比較して、トルクの低下は小さい。

実施の形態１の極中心に凹部２４を設けた場合（３）と、実施の形態１の極中心及び極間に凹部２４を設けた場合（４）とを比べれば、トルクは略同等である。

実施の形態１の極中心に凹部２４を設けた場合（３）及び実施の形態１の極中心及び極間に凹部２４を設けた場合（４）の同期電動機３００は、従来の９スロット８極の同期電動機１００に対して、共に出力トルクの低下が少なく、効率の低下の少ない同期電動機３００であることを示している。

図１４は従来の９スロット８極の同期電動機１００と本実施の形態の同期電動機３００とのラジアル方向磁気吸引力比率（負荷時、通常トルクを発生している場合）を比較した図、図１５は従来の９スロット８極の同期電動機１００と本実施の形態の同期電動機３００とのラジアル方向磁気吸引力比率（無負荷時、無負荷若しくは軽負荷で運転している場合）を比較した図である。以下、ラジアル方向磁気吸引力を単に磁気吸引力と呼ぶ。

従来の９スロット８極の同期電動機１００で空隙１７を拡大した場合（２）は、比較した４種類のモータの中で、負荷時の磁気吸引力が最も小さい。

但し、（２）の従来の９スロット８極の同期電動機１００で空隙１７を拡大した場合は、無負荷時の磁気吸引力は、実施の形態１の極中心に凹部２４を設けた場合（３）と略同等である。

実施の形態１の極中心に凹部２４を設けた場合（３）、実施の形態１の極中心及び極間に凹部２４を設けた場合（４）のどちらも、従来の９スロット８極の同期電動機１００で空隙１７を拡大した場合（２）ほどではないが（特に、負荷時）、（１）の従来の９スロット８極の同期電動機１００よりも、負荷時及び無負荷時の磁気吸引力が低下している。

特に無負荷時（無負荷若しくは軽負荷の場合）、実施の形態１の極中心に凹部２４を設けた場合（３）は、従来の９スロット８極の同期電動機１００で空隙１７を拡大した場合（２）と同等若しくはそれ以下まで磁気吸引力が低減している。

このように実施の形態１の極中心に凹部２４を設けた場合（３）は、従来の９スロット８極の同期電動機１００で空隙１７を拡大した場合（２）と比較して、図１２、図１３で示したように誘起電圧及びトルクの低下を抑えながら、磁気吸引力を同等に低減していることを示している。

従って、実施の形態１の同期電動機３００（特に、極中心に凹部２４を設けた場合を）を、例えば送風機用に用いる場合、低速回転時（低トルク）の振動騒音を低減しやすいという効果が期待される。

図１６は従来の９スロット８極の同期電動機１００と本実施の形態の同期電動機３００とのコギングトルク比率を比較した図である。

回転子２０に永久磁石２１を有する同期電動機に特有のコギングトルクは、固定子１０のスロット数と回転子２０の磁極数の最小公倍数の脈動数で発生する。９スロット８極の同期電動機ではその脈動数が７２と多くなり、コギングトルクのエネルギーが分散され振幅が元来小さい。

従って、コギングトルクに関しては、（１）の従来の９スロット８極の同期電動機１００と同等であればよい。

図１６に示すように、４種類のモータのコギングトルクに大差はない。細かくみれば、従来の９スロット８極の同期電動機１００で空隙１７を拡大した場合（２）及び実施の形態１の極中心及び極間に凹部２４を設けた場合（４）は、（１）の従来の９スロット８極の同期電動機１００よりもコギングトルクは低減される。反面、実施の形態１の極中心に凹部２４を設けた場合（３）は、（１）の従来の９スロット８極の同期電動機１００よりもコギングトルクは逆に大きくなっている。

いずれにしろ、９スロット８極の同期電動機ではその脈動数が７２と多く、コギングトルクのエネルギーが分散され振幅が元来小さいので、実施の形態１の極中心に凹部２４を設けた場合（３）及び実施の形態１の極中心及び極間に凹部２４を設けた場合（４）のコギングトルクは問題のないレベルである。

上述の結果より、極中心に凹部２４を設けることにより、その場合の最大の空隙１７寸法に全体の空隙１７を拡大するよりも、固定子巻線１６に発生する誘起電圧及びトルクの低下を抑え、特に低負荷運転時の回転子２０のラジアル方向磁気吸引力を低減することができる。このため、９スロット８極の同期電動機３００において、特に低負荷運転時にモータより発生する振動・騒音を低減したい場合に有効である。

また、極中心及び磁極間に凹部２４を設ける場合、その場合の最大の空隙１７寸法に全体の空隙１７を拡大するよりも、固定子巻線１６に発生する誘起電圧及びトルクの低下を抑え、回転子２０のラジアル方向磁気吸引力を低減し、同時にコギングトルクを低減することができる。このため、９スロット８極の同期電動機３００において、モータより発生する振動・騒音および、トルクリップルを低減したい場合に有効である。

９スロット８極の同期電動機３００は、永久磁石２１に特性の高い希土類マグネットを用いると、回転子２０に発生するラジアル方向の磁気吸引力は、磁力に応じて大きくなる。このような場合に、本実施の形態を適用することによって、同期電動機３００より発生する振動・騒音を低減することが可能である。

磁力の高い希土類マグネットは、材料コストも高価であることから、薄肉形状で利用され、回転子２０の内部にバックヨーク２２となる磁性体を配置することが多い。永久磁石２１が薄肉となって１磁極がより円弧形状に近くなると、回転子２０と固定子１０との間に発生する磁気吸引力は回転子２０の回転方向よりもラジアル方向の方が大きくなっていくため、ラジアル方向の磁気吸引力は大きくなる。このような同期電動機３００に対して、本実施の形態を用いることで、同期電動機３００より発生する振動・騒音を低減することができる。

以上の説明では、永久磁石２１を回転子２０の表面に配置する例について示したが、表面配置に限定されない。

本発明の活用例として、送風機に用いられる同期電動機への適用が可能である。

１０固定子、１１固定子鉄心、１２ティース、１２ａ回転子対向部、１３スロット、１４コアバック、１５スロット開口部、１６固定子巻線、１７空隙、２０回転子、２１永久磁石、２２バックヨーク、２３回転軸、２４凹部、１００同期電動機、２００同期電動機、３００同期電動機。

Claims

９個のスロットを有する固定子と、永久磁石により８磁極を形成する回転子とを備える同期電動機であって、
前記固定子に対向する前記回転子表面において、前記磁極の中心付近が他の部分よりも前記固定子との距離が大きくなっていることを特徴とする同期電動機。
前記固定子に対向する前記回転子表面において、前記磁極の中心付近に加えて極間付近も他の部分よりも前記固定子との距離が大きくなっていることを特徴とする請求項１記載の同期電動機。
前記永久磁石を前記回転子の表面に配置することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の同期電動機。
前記永久磁石は希土類磁石であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の同期電動機。
前記永久磁石は薄肉のリング磁石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同期電動機。