JP2010284035A - Permanent magnet rotating electrical machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子巻線を有する固定子に対し回転可能に支持された回転子にハルバッハ配列された永久磁石を有する永久磁石回転電機に関する。 The present invention relates to a permanent magnet rotating electric machine having permanent magnets arranged in a Halbach array on a rotor rotatably supported by a stator having an electronic winding.
永久磁石をハルバッハ配列した永久磁石回転電機は、径方向にN極とS極を交互に配置した主磁極磁石と、この主磁極磁石の周方向両面に径方向以外(例えば周方向)に着磁された補助磁石を備えたものである(例えば、特許文献1、2参照)。永久磁石をハルバッハ配列した永久磁石回転電機の主磁極磁石と補助磁石とは、全体で略円筒状をなしており、永久磁石をハルバッハ配列にすると、特定の方向の磁力を強めることができる。このハルバッハ配列された永久磁石を有する回転電機は、大きくすることなく高出力化を図ることが可能になる。 A permanent magnet rotating electrical machine in which permanent magnets are arranged in Halbach is a main magnetic pole magnet in which N poles and S poles are alternately arranged in the radial direction, and magnetized in a direction other than the radial direction (for example, in the circumferential direction) The auxiliary magnet is provided (see, for example, Patent Documents 1 and 2). The main magnetic pole magnet and the auxiliary magnet of the permanent magnet rotating electrical machine in which the permanent magnets are arranged in the Halbach array are substantially cylindrical as a whole. When the permanent magnets are arranged in the Halbach array, the magnetic force in a specific direction can be increased. The rotating electrical machine having the permanent magnets arranged in the Halbach arrangement can achieve high output without increasing the size.
従来のハルバッハ配列した永久磁石列を有する回転電機では、ヨーク鉄心に電機子巻線が巻かれており、永久磁石、電機子巻線、ヨーク鉄心の間に磁束が形成される。 In a conventional rotary electric machine having a permanent magnet array arranged in Halbach, an armature winding is wound around a yoke core, and a magnetic flux is formed between the permanent magnet, the armature winding, and the yoke core.
しかしながら、特許文献1および特許文献2に記載の回転電機は、固定子や回転子に鉄心を用いているため、トルクの脈動が大きくなる。また、特許文献1および特許文献2に記載の回転電機は、固定子や回転子に鉄心を用いているため、鉄心の磁気飽和が発生し、強力な磁場を発生する磁石を用いてもトルクの向上には限界がある。
However, since the rotating electrical machines described in Patent Document 1 and
この発明の目的は、トルクの脈動を抑えつつ、トルク質量比を大きくする永久磁石回転電機を提供することである。 An object of the present invention is to provide a permanent magnet rotating electric machine that increases a torque mass ratio while suppressing torque pulsation.
本発明の永久磁石回転電機は、電機子巻線を有する固定子と、前記固定子に対し回転可能に支持され、回転軸から周方向にハルバッハ配列された外側永久磁石列と内側永久磁石列とを有し、前記外側永久磁石列と前記内側永久磁石列の間に前記電機子巻線が周方向に配置されるとともに、前記外側永久磁石の磁極の向きと前記内側永久磁石の磁極の向きとが、径方向の磁極の向きは同一方向で、周方向の磁極向きは逆方向を向いている回転子とを有し、前記外側永久磁石列の径方向断面のエネルギー積と前記内側永久磁石列の径方向断面のエネルギー積とが同じであり、前記外側永久磁石列と前記内側永久磁石列の前記回転軸方向の長さが同じである。 A permanent magnet rotating electric machine according to the present invention includes a stator having armature windings, an outer permanent magnet row and an inner permanent magnet row that are rotatably supported with respect to the stator and are arranged in a Halbach array in the circumferential direction from the rotating shaft. And the armature winding is disposed in the circumferential direction between the outer permanent magnet row and the inner permanent magnet row, and the magnetic pole direction of the outer permanent magnet and the magnetic pole direction of the inner permanent magnet However, the radial magnetic pole direction is the same direction, and the circumferential magnetic pole direction is the opposite direction of the rotor, and the energy product of the radial section of the outer permanent magnet row and the inner permanent magnet row The energy product of the radial cross section of the outer permanent magnet array is the same, and the outer permanent magnet array and the inner permanent magnet array have the same length in the rotational axis direction.
本発明によれば、トルクの脈動を抑えつつ、トルク質量比を大きくする永久磁石回転電機を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the permanent magnet rotary electric machine which enlarges a torque mass ratio can be provided, suppressing the pulsation of a torque.
図1は第1の実施形態に係る永久磁石回転電機1の軸方向断面図である。永久磁石回転電機1は、固定子6に電機子巻線4及びシャフト7が形成され、回転子5に永久磁石列(外側)2、永久磁石列(内側)3及び軸受9が形成されて構成される。
FIG. 1 is an axial cross-sectional view of a permanent magnet rotating electrical machine 1 according to the first embodiment. The permanent magnet rotating electrical machine 1 is configured such that an armature winding 4 and a
ここで、図2は、電機子巻線4及びとシャフト7が形成された固定子6の斜視図である。固定子6には、中心にシャフト7が形成されている。電機子巻線4は、例えば三相交流を用いる場合、U相−V相−W相の順に巻かれている。電機子巻線4は、集中巻きの巻線で形成されている。電機子巻線4は、ボビン41に巻線を巻いたコイル42により形成されている。そして、電機子巻線4は、回転軸であるシャフト7を中心として周方向に複数配置されている。U相,V相,W相がそれぞれ隣り合う複数の電機子巻線4によって構成されている場合、各相を構成する電機子巻線4同士はコイル渡り線8で接続されている。
Here, FIG. 2 is a perspective view of the
固定子6と回転子5との間には、軸受9が配置されており、回転子5は固定子6上で回転する構造になっている。回転子5にはハルバッハ配列で構成された略円筒形状の2列の永久磁石列(外側)2および永久磁石列(内側)3が回転軸から周方向に配置されている。
A
回転子5は、固定子6に対向する側に凸部を2列有する。回転子5には、回転子5の外側の凸部に永久磁石列(外側)2の永久磁石16が例えば接着等により取り付けられている。さらに、回転子5には、回転子5の内側の凸部に永久磁石列(内側)3の永久磁石16が取付けられている。回転子5は、永久磁石列(外側)2および永久磁石列(内側)3の間に電機子巻線4を配置するように構成されている。
The
図3は、第1の実施形態に係る永久磁石回転電機1の径方向断面図である。回転子5に取り付けられた永久磁石列(外側)2および永久磁石列(内側)3は、図3に示す矢印は、磁極向きを示している。電機子巻線4は、U相−V相−W相の順で周方向に巻かれている。U相巻線10、V相巻線11、W相巻線12は、それぞれ隣り合う2つの電機子巻線4で構成されている。
FIG. 3 is a radial cross-sectional view of the permanent magnet rotating electrical machine 1 according to the first embodiment. In the permanent magnet row (outer side) 2 and the permanent magnet row (inner side) 3 attached to the
永久磁石列(外側)2は、磁極方向が径方向に交互となるように径方向に着磁された永久磁石16を周方向に沿って一つ置きに配置している。さらに、永久磁石列(外側)2は、磁極方向が周方向に交互となるように周方向に着磁された永久磁石16を周方向に沿って一つ置きに配置している。つまり、永久磁石列(外側)2は、周方向に4つの異なる方向に着磁された永久磁石16を等周期で配置している。永久磁石列(内側)3は、永久磁石列(外側)2における永久磁石16の配置の順番と同様である。径方向に着磁された永久磁石16については、永久磁石列(外側)2の磁極と永久磁石列(内側)3の磁極が同一方向になるように構成する。径方向に着磁された永久磁石16の間に配置されている周方向に着磁された永久磁石16については、永久磁石列(外側)2の磁極と永久磁石列(内側)3の磁極とが反対方向になるように構成する。
In the permanent magnet row (outer side) 2, every other
次に、図4は第1の実施形態に係る永久磁石回転電機1の磁力線分布の一例を示す磁力線分布図である。永久磁石列(外側)2および永久磁石列(内側)3の磁束が電機子巻線4を鎖交する。電機子巻線4に例えば三相交流を流すことで回転子5が回転する。
Next, FIG. 4 is a magnetic force line distribution diagram showing an example of the magnetic force line distribution of the permanent magnet rotating electrical machine 1 according to the first embodiment. Magnetic fluxes of the permanent magnet row (outside) 2 and the permanent magnet row (inner side) 3 link the
図4に示すように、径方向に着磁された永久磁石16に多くの磁束が発生していることが分かる。つまり、磁束が電機子巻線4に鎖交することにより、永久磁石回転電機1は、大きなトルクを得ることが可能になる。周方向に着磁された永久磁石16の磁束は、永久磁石列(外側)2と永久磁石列(内側)3とでは反対の向きになり、互いの磁束をキャンセルする働きをする。
As shown in FIG. 4, it can be seen that a large amount of magnetic flux is generated in the
次に、第1の実施形態である永久磁石回転電機1を構成する永久磁石列(外側)2と永久磁石列(内側)3の形状について説明する。径方向に対向する永久磁石列(外側)2の永久磁石16と永久磁石列(内側)3の永久磁石16は、永久磁石列(外側)2の永久磁石16の径方向断面のエネルギー積と永久磁石列(外側)3の永久磁石16の径方向断面のエネルギー積が等しくなるように配置されている。
Next, the shapes of the permanent magnet row (outer side) 2 and the permanent magnet row (inner side) 3 constituting the permanent magnet rotating electrical machine 1 according to the first embodiment will be described. The
径方向に対向する永久磁石列(外側)2を構成する永久磁石16と永久磁石列(内側)3を構成する永久磁石16の材料特性が同一であれば、永久磁石列(外側)2を構成する永久磁石16と永久磁石列(内側)3を構成する永久磁石16の断面積は等しくなる。
If the material characteristics of the
さらに、図1に示すように、径方向に対向する永久磁石列(外側)2の永久磁石16と永久磁石列(内側)3の永久磁石16とのシャフト7の回転軸方向の長さ(回転子5における永久磁石16が接合された面から回転軸方向の長さ)は等しい。径方向に対向する永久磁石列(外側)2を構成する永久磁石16と永久磁石列(内側)3を構成する永久磁石16の材料特性が同一であれば、永久磁石列(外側)2を構成する永久磁石16と永久磁石列(内側)3を構成する永久磁石16の体積は等しくなる。
Further, as shown in FIG. 1, the length (rotation) of the
以上のように、径方向に対向する永久磁石列(外側)2を構成する永久磁石16と永久磁石列(内側)3を構成する永久磁石16は、径方向断面のエネルギー積が等しく、回転軸方向の長さが等しくなるように配置されている。
As described above, the
このような配置とすることで、永久磁石列(外側)2と永久磁石列(内側)3に生じる起磁力は等しくなる。したがって、永久磁石列(外側)2の径方向の外側に漏れる磁束と永久磁石列(内側)3の径方向の内側に漏れる磁束は減少する。永久磁石列(外側)2と永久磁石列(内側)3との間の磁束密度は、径方向断面のエネルギー積および回転軸方向の長さを異ならせた場合に比べて最大となる。結果として、永久磁石回転電機1により発生するトルクも最大となる。 With this arrangement, the magnetomotive forces generated in the permanent magnet row (outer side) 2 and the permanent magnet row (inner side) 3 are equal. Therefore, the magnetic flux leaking to the outer side in the radial direction of the permanent magnet row (outer side) 2 and the magnetic flux leaking to the inner side in the radial direction of the permanent magnet row (inner side) 3 are reduced. The magnetic flux density between the permanent magnet row (outer side) 2 and the permanent magnet row (inner side) 3 becomes the maximum as compared with the case where the energy product in the radial cross section and the length in the rotation axis direction are made different. As a result, the torque generated by the permanent magnet rotating electrical machine 1 is also maximized.
次に、第2の実施形態について説明する。図5は第2の実施形態に係る永久磁石回転電機1の回転軸方向断面図である。図6は、第2の実施形態に係る永久磁石回転電機1の他の例を示す回転軸方向断面図である。第1の実施形態と同一符号箇所については説明を省略する。第2の実施形態は、第1の実施形態で説明した永久磁石列(外側)2およびと永久磁石列(内側)3の形状と同様である。 Next, a second embodiment will be described. FIG. 5 is a sectional view in the direction of the rotation axis of the permanent magnet rotating electrical machine 1 according to the second embodiment. FIG. 6 is a sectional view in the rotation axis direction showing another example of the permanent magnet rotating electrical machine 1 according to the second embodiment. The description of the same reference numerals as in the first embodiment is omitted. The second embodiment has the same shape as the permanent magnet row (outer side) 2 and the permanent magnet row (inner side) 3 described in the first embodiment.
図5および図6に示す永久磁石回転電機1は、永久磁石列(外側)2の永久磁石16における体積のエネルギー積と永久磁石列(内側)3の永久磁石16における体積のエネルギー積(永久磁石列(外側)2および永久磁石列(内側)3を構成する永久磁石16の材料特性が同一であれば体積)を一定とし、永久磁石列(外側)2の内径と永久磁石列(内側)3の外径を固定し、回転軸方向の長さを変更した場合の例である。ここでは、永久磁石列(外側)2および永久磁石列(内側)3を構成する永久磁石16の体積が等しい場合について説明する。
The permanent magnet rotating electrical machine 1 shown in FIGS. 5 and 6 includes a volume energy product of the
永久磁石列(外側)2および永久磁石列(内側)3を回転軸方向に長くした場合、体積および永久磁石列(外側)2の内径と永久磁石列(内側)3の外径は変わらないので、永久磁石列(外側)2の外径は小さくなり、永久磁石列(内側)3の内径は大きくなる。 When the permanent magnet row (outside) 2 and the permanent magnet row (inner side) 3 are elongated in the rotation axis direction, the volume and the inner diameter of the permanent magnet row (outer side) 2 and the outer diameter of the permanent magnet row (inner side) 3 do not change. The outer diameter of the permanent magnet row (outer side) 2 is reduced, and the inner diameter of the permanent magnet row (inner side) 3 is increased.
これとは逆に、永久磁石列(外側)2および永久磁石列(内側)3を回転軸方向に短くした場合、体積および永久磁石列(外側)2の内径と永久磁石列(内側)3の外径は変わらないので、永久磁石列(外側)2の外径は大きくなり、永久磁石列(内側)3の内径は小さくなる。 On the contrary, when the permanent magnet row (outside) 2 and the permanent magnet row (inside) 3 are shortened in the rotation axis direction, the volume and the inner diameter of the permanent magnet row (outside) 2 and the permanent magnet row (inside) 3 Since the outer diameter does not change, the outer diameter of the permanent magnet array (outer side) 2 is increased, and the inner diameter of the permanent magnet array (inner side) 3 is decreased.
ここで、図5および図6に示すように、永久磁石列(外側)2の外径をa、永久磁石列(外側)2および永久磁石列(内側)3に回転軸方向の長さをbとする。図7は、永久磁石回転電機1を構成する永久磁石列(外側)2および永久磁石列(内側)3のうち径方向を向いた磁極の数を一定とし、回転軸方向の長さおよびこれに付随する永久磁石列(外側)2の外径を変えた場合に、永久磁石回転電機1で発生するトルクに対する質量の比(トルク質量比)を測定したグラフである。横軸は、永久磁石列(外側)2の外径aに対する回転軸方向の長さbの割合(%)、縦軸は、最大トルク質量比に対する割合(%)である。 Here, as shown in FIG. 5 and FIG. 6, the outer diameter of the permanent magnet row (outer side) 2 is a, the length of the permanent magnet row (outer side) 2 and the permanent magnet row (inner side) 3 is b in the rotational axis direction. And FIG. 7 shows that the number of magnetic poles facing the radial direction in the permanent magnet row (outer side) 2 and the permanent magnet row (inner side) 3 constituting the permanent magnet rotating electrical machine 1 is constant, 6 is a graph obtained by measuring a ratio of mass to torque generated in the permanent magnet rotating electrical machine 1 (torque mass ratio) when the outer diameter of the accompanying permanent magnet row (outside) 2 is changed. The horizontal axis represents the ratio (%) of the length b in the rotation axis direction to the outer diameter a of the permanent magnet row (outer side) 2, and the vertical axis represents the ratio (%) to the maximum torque mass ratio.
図5のグラフに示すように、永久磁石列(外側)2および永久磁石列(内側)3の回転軸方向の長さを変えた場合、トルク質量比が最大となる点が存在する。永久磁石列(外側)2の回転軸方向の長さbが外径aの1/2から5倍までの範囲であれば、永久磁石回転電機1のトルク質量比を大きく取ることができる。 As shown in the graph of FIG. 5, when the lengths of the permanent magnet row (outer side) 2 and the permanent magnet row (inner side) 3 in the rotation axis direction are changed, there is a point where the torque mass ratio becomes maximum. If the length b in the rotation axis direction of the permanent magnet row (outside) 2 is in a range from 1/2 to 5 times the outer diameter a, the torque mass ratio of the permanent magnet rotating electrical machine 1 can be increased.
永久磁石列(外側)2の回転軸方向の長さbが外径aの1/2倍より小さくなると、永久磁石回転電機1のトルク質量比が急激に減少する。永久磁石列(外側)2の回転軸方向の長さbが外径aの5倍より大きくなると、永久磁石回転電機1のトルク質量比が減少する。 When the length b in the rotation axis direction of the permanent magnet row (outside) 2 is smaller than ½ times the outer diameter a, the torque mass ratio of the permanent magnet rotating electrical machine 1 is rapidly reduced. When the length b in the rotation axis direction of the permanent magnet row (outer side) 2 becomes larger than 5 times the outer diameter a, the torque mass ratio of the permanent magnet rotating electrical machine 1 decreases.
したがって、上記条件に合致する範囲で永久磁石列(外側)2および永久磁石列(内側)3を永久磁石回転電機1に配置することによって、永久磁石回転電機1は高トルク化を実現できる。永久磁石列(外側)2の回転軸方向の長さbは、外径aの1/2から5倍までと幅広くとることができるので、永久磁石回転電機1は、回転軸方向に長く径方向に細い形状、回転軸方向に薄く径方向に太い形状など用途に合わせて変更できる。 Therefore, by arranging the permanent magnet row (outer side) 2 and the permanent magnet row (inner side) 3 in the permanent magnet rotating electric machine 1 within a range that satisfies the above conditions, the permanent magnet rotating electric machine 1 can achieve high torque. Since the length b of the permanent magnet row (outer side) 2 in the direction of the rotation axis can be as wide as 1/2 to 5 times the outer diameter a, the permanent magnet rotating electrical machine 1 is longer in the direction of the rotation axis and in the radial direction. The shape can be changed according to the application, such as a very thin shape, a thin shape in the rotation axis direction and a thick shape in the radial direction.
図8は、第3の実施形態に係る永久磁石回転電機1の径方向断面図である。図10は、第3の実施形態に係る永久磁石回転電機1の他の例を示す径方向断面図である。第1の実施形態と同一符号箇所については説明を省略する。第3の実施形態は、第1の実施形態または第2の実施形態で説明した永久磁石列(外側)2およびと永久磁石列(内側)3の形状と同様である。 FIG. 8 is a radial cross-sectional view of the permanent magnet rotating electrical machine 1 according to the third embodiment. FIG. 10 is a radial cross-sectional view showing another example of the permanent magnet rotating electrical machine 1 according to the third embodiment. The description of the same reference numerals as in the first embodiment is omitted. The third embodiment is similar in shape to the permanent magnet row (outer side) 2 and the permanent magnet row (inner side) 3 described in the first embodiment or the second embodiment.
図8に示すように、永久磁石回転電機1には、電機子巻線4が6個配置されている。永久磁石回転電機1には、それぞれ隣り合う2つの電機子巻線4を1組として構成されたU相巻線10、V相巻線11、W相巻線12が1組ずつ、計3組配置されている。永久磁石列(外側)2および永久磁石列(内側)3の径方向を向いた磁極の数は、4である。
As shown in FIG. 8, six
ここで図9は、永久磁石列(外側)2および永久磁石列(内側)3の径方向の磁極の数とU相、V相、W相を構成する巻線の合計組数(スロット数)を変えて測定した結果を示したグラフである。横軸は、永久磁石列(外側)2の外径aに対する回転軸方向の長さbの比率である。縦軸は、永久磁石回転電機1におけるトルク脈動率(%)である。 Here, FIG. 9 shows the number of magnetic poles in the radial direction of the permanent magnet row (outside) 2 and the permanent magnet row (inside) 3 and the total number of windings constituting the U phase, V phase, and W phase (number of slots). It is the graph which showed the result measured by changing. The horizontal axis represents the ratio of the length b in the rotation axis direction to the outer diameter a of the permanent magnet row (outer side) 2. The vertical axis represents the torque pulsation rate (%) in the permanent magnet rotating electrical machine 1.
図9には、永久磁石列(外側)2および永久磁石列(内側)3の径方向の磁極の数とU相、V相、W相を構成する巻線の合計組数(スロット数)の比を図8に示すように4:3とした場合と比較例として2:3とした場合を示している。例えば、グラフ中の2P3Sは、径方向の磁極の数が2極、スロット数が2スロットを意味している。径方向の磁極の数とスロット数の比が2:3である場合として、2P3S、4P6S、8P12S、・・・、32P48Sについて測定している。径方向の磁極の数とスロット数の比が4:3である場合として、4P3S、8P6S、12P9S、・・・、32P24Sについて測定している。 FIG. 9 shows the number of magnetic poles in the radial direction of the permanent magnet row (outer side) 2 and the permanent magnet row (inner side) 3 and the total number of sets (number of slots) of windings constituting the U phase, V phase, and W phase. As shown in FIG. 8, the ratio is 4: 3, and the ratio is 2: 3 as a comparative example. For example, 2P3S in the graph means that the number of magnetic poles in the radial direction is 2 and the number of slots is 2 slots. Assuming that the ratio of the number of magnetic poles in the radial direction to the number of slots is 2: 3, measurement is performed on 2P3S, 4P6S, 8P12S,..., 32P48S. Assuming that the ratio of the number of magnetic poles in the radial direction to the number of slots is 4: 3, measurement is performed on 4P3S, 8P6S, 12P9S,..., 32P24S.
径方向の磁極の数とスロット数の比が2:3の場合と4対3の場合とで、永久磁石列(外側)2の外径aに対する回転軸方向の長さbの比率が同じとき、径方向の磁極の数とスロット数の比が4:3の場合は、2:3の場合に比べてトルク脈動が小さいことが分かる。 When the ratio of the number of magnetic poles in the radial direction to the number of slots is 2: 3 and the case of 4: 3, the ratio of the length b in the rotation axis direction to the outer diameter a of the permanent magnet array (outer) 2 is the same. It can be seen that the torque pulsation is smaller when the ratio of the number of magnetic poles in the radial direction and the number of slots is 4: 3 than when the ratio is 2: 3.
したがって、図8に示すように径方向の磁極の数とスロット数の比を4:3とした場合、他の比率とした場合(図9の例では4P6S)に比べて永久磁石回転電機1で発生するトルク脈動を抑えられる。 Therefore, as shown in FIG. 8, when the ratio of the number of magnetic poles and the number of slots in the radial direction is 4: 3, the permanent magnet rotating electrical machine 1 has a different ratio (4P6S in the example of FIG. 9). Torque pulsation that occurs can be suppressed.
図10に示す例も同様である。永久磁石回転電機1には、電機子巻線4が48個配置されている。永久磁石回転電機1には、それぞれ隣り合う2つの電機子巻線4を1組として構成されたU相巻線10、V相巻線11、W相巻線12が8組ずつ、計24組配置されている。永久磁石列(外側)2および永久磁石列(内側)3の径方向の磁極の数は、32である。径方向の磁極の数とスロット数の比は4:3である。このような径方向の磁極の数とスロット数で永久磁石回転電機1を構成することで、他の比率となるように構成した場合(図9の例では32P48S)に比べてトルク脈動を抑えられる。
The same applies to the example shown in FIG. The permanent magnet rotating electrical machine 1 is provided with 48
図11は、第4の実施形態に係る永久磁石回転電機1の回転軸方向断面図である。第1の実施形態と同一符号箇所については説明を省略する。第4の実施形態は、第1の実施形態から第3の実施形態で説明した永久磁石列(外側)2および永久磁石列(内側)3の形状と同様である。 FIG. 11 is a cross-sectional view in the rotation axis direction of the permanent magnet rotating electrical machine 1 according to the fourth embodiment. The description of the same reference numerals as in the first embodiment is omitted. The fourth embodiment is similar to the shapes of the permanent magnet row (outer side) 2 and the permanent magnet row (inner side) 3 described in the first to third embodiments.
第4の実施形態では電機子巻線4はボビン41を有さない。電機子巻線4は、平角線材で巻いたコイル42のみにより形成されている。平角線材としては銅線を用いている。電機子巻線4が平角線材で形成されているため、素線断面積は大きくなる。したがって、電機子巻線4による発熱を抑えることができる。電機子巻線4は、平角線材で形成されているため、ボビン41なしで容易に形成できる。したがって、電機子巻線4は、永久磁石列(外側)2と永久磁石列(内側)3の間の空間を線材によって最大限利用して、発生させるトルク(起電力)の向上を図ることができる。以上のように、永久磁石回転電機1は、大きなトルクを発生できるとともに電機子巻線4による発熱量を抑えることができる。
In the fourth embodiment, the armature winding 4 does not have the
図12は、第4の実施形態に係る永久磁石回転電機1の他の例を示す回転軸方向断面図である。固定子6には、プリント基板14が周方向に配置されている。電機子巻線4は、プリント基板14上に配置されている。図3に示すように、U相巻線10、V相巻線11、W相巻線12がそれぞれ隣り合う2つの電機子巻線4で構成されている場合、プリント基板14上の結線パターンによって電機子巻線4同士は結線される。第4の実施形態では、プリント基板14上に予め電機子巻線4の結線パターンを設けておき、プリント基板14上に電機子巻線4を配置することで、第1の実施形態で用いた図1に示すコイル渡し線8を省略することができる。
FIG. 12 is a sectional view in the rotation axis direction showing another example of the permanent magnet rotating electrical machine 1 according to the fourth embodiment. A printed
コイル渡り線8は、回転子5と電機子巻線4の回転軸方向の間であって、電機子巻線4の上側に配置しなければならない。そのため、第1の実施形態の永久磁石回転電機1では、コイル渡り線8を通すための空間が回転子5と電機子巻線4の間に必要であった。永久磁石回転電機1にプリント基板14を配置することで、コイル渡し線8を省略できるため、永久磁石回転電機1は小型化を図れる。
The
上記第1の実施形態から第4の実施形態によれば、永久磁石回転電機1の小型化、軽量化、高トルク化を実現できる。第1の実施形態から第4の実施形態を適宜組み合わせるとより効果的である。 According to the first to fourth embodiments, the permanent magnet rotating electrical machine 1 can be reduced in size, weight, and torque. It is more effective to appropriately combine the first to fourth embodiments.
1…永久磁石回転電機、2…永久磁石列(外側)、3…永久磁石列(内側)、4…電機子巻線、5…回転子、6…固定子、7…シャフト、8…コイル渡り線、9…軸受、14…プリント基板、16…永久磁石、41…ボビン、42…コイル。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Permanent magnet rotary electric machine, 2 ... Permanent magnet row | line | column (outside), 3 ... Permanent magnet row | line | column (inner side), 4 ... Armature winding, 5 ... Rotor, 6 ... Stator, 7 ... Shaft, 8 ... Coil crossing Wire, 9 ... bearing, 14 ... printed circuit board, 16 ... permanent magnet, 41 ... bobbin, 42 ... coil.
Claims (5)
前記固定子に対し回転可能に支持され、回転軸から周方向にハルバッハ配列された外側永久磁石列と内側永久磁石列とを有し、前記外側永久磁石列と前記内側永久磁石列の間に前記電機子巻線が周方向に配置されるとともに、前記外側永久磁石の磁極の向きと前記内側永久磁石の磁極の向きとが、径方向の磁極の向きは同一方向で、周方向の磁極の向きは逆方向を向いている回転子と、
を有する永久磁石回転電機において、
前記外側永久磁石列の径方向断面のエネルギー積と前記内側永久磁石列の径方向断面のエネルギー積とが同じであり、前記外側永久磁石列と前記内側永久磁石列の前記回転軸方向の長さが同じであることを特徴とする永久磁石回転電機。 A stator having armature windings;
The outer permanent magnet row and the inner permanent magnet row, which are rotatably supported with respect to the stator and are arranged in a Halbach array in the circumferential direction from the rotation axis, are arranged between the outer permanent magnet row and the inner permanent magnet row. The armature winding is arranged in the circumferential direction, and the direction of the magnetic pole of the outer permanent magnet and the direction of the magnetic pole of the inner permanent magnet are the same in the radial direction and the direction of the circumferential magnetic pole Is the rotor facing the opposite direction,
In a permanent magnet rotating electric machine having
The energy product of the radial cross section of the outer permanent magnet row and the energy product of the radial cross section of the inner permanent magnet row are the same, and the length of the outer permanent magnet row and the inner permanent magnet row in the rotational axis direction is the same. A permanent magnet rotating electrical machine characterized by the same.
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