JP2014230390A - 永久磁石型同期電動機 - Google Patents
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Abstract
【課題】トルク密度・出力密度のより大きいアウターロータ型の永久磁石型同期電動機を提供する。【解決手段】固定軸23に直接、もしくは非磁性体の支持部材22を介して固定された電機子を有するステータ2A,2Bと、固定軸23に軸受け部材5を介して回転可能に支持されたブラケット4の内面に永久磁石からなる界磁を有するロータ3A,3Bとを含むアウターロータ式の永久磁石型同期電動機において、電機子2A,2Bの外径側のラジアル面と、電機子2A,2Bの両側のアキシャル面とに、それぞれエアギャップG1〜G3を介してロータ3A,3Bを対向して配置し、電機子2A,2Bから空間的および時間的に同一極性となる回転磁界を発生させるとともに、ロータ3A,3Bから空間的に同一極性となる磁界を発生させ、ラジアル面側のエアギャップおよびアキシャル面の2つのエアギャップを含む3つのエアギャップで同一回転方向のトルクおよび回転出力を得る。【選択図】図1
Description
本発明は、ステータの周りにロータを配置したアウターロータ式の永久磁石型同期電動機に関し、さらに詳しく言えば、ラジアルエアギャップとアキシャルエアギャップの両エアギャップを有効に利用してトルク密度・出力密度を増大させた永久磁石型同期電動機に関するものである。
アウターロータ式の永久磁石型同期電動機は、ステータの周りにロータを配置してなる電動機で、図8に示すように、基本的な構成として、電機子111を有するステータ110と、永久磁石を界磁121とするロータ120とを備え、電機子111は、図示しない電機子巻線が施された状態で、非磁性体からなる支持部材112を介して固定軸130に固定される。
これに対して、ロータ120側の界磁121は、ラジアルベアリング等の軸受け部材122を介して固定軸130に回転可能に支持されたブラケット123の内面に、電機子111の外径面であるラジアル面と所定空隙幅であるエアギャップ(ラジアルエアギャップ)Gを介して対向するように配置される。
アウターロータ式の永久磁石型同期電動機において、トルク密度および出力密度は、永久磁石にネオジム磁石などの希土類系磁石を用いるかどうかは別として、基本的には、界磁と電機子とが対向するエアギャップの面積に依存する。
しかしながら、図8の構成では、鎖線で示す楕円で囲んだ部分、すなわち電機子111の両アキシャル面側にエアギャップが形成されていないため、トルク密度および出力密度をより増大させることが困難であるばかりでなく、スペース的にも無駄がある。
そこで、図9に示すように、電機子111のラジアル側の両面に、それぞれエアギャップG1,G2を介して界磁121,121を配置した二重ラジアルエアギャップを有するアウターロータ式の永久磁石型同期電動機が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
この永久磁石型同期電動機によれば、2つのラジアルエアギャップG1,G2を有し、エアギャップ面積が増える分、トルク密度および出力密度を増大させることができるが、上記と同様に、図9に鎖線で示す楕円で囲んだ部分の電機子111の両アキシャル面側にエアギャップが形成されていないため、トルク密度および出力密度を増大をはかるにしても限界がある。また、スペース的にも無駄がある。
また、アウターロータ式とは別に、図10に示すように、円板型の界磁121を有する2つのロータ120,120の間に、エアギャップG1,G2を介してステータ110の電機子111を配置した二層アキシャルエアギャップ式のアキシャル永久磁石型同期電動機がある(例えば、特許文献2参照)。
しかしながら、このアキシャルエアギャップ式の永久磁石型同期電動機においては、図10に鎖線で示す楕円で囲んだ部分、すなわち電機子111のラジアル面にエアギャップが形成されない。したがって、ラジアルトルクが得られず、トルク密度および出力密度をより大きくすることができない。また、上記アウターロータ式と同様に、スペース的にも無駄がある。
モータの力(トルク)は、界磁による直流磁束と電機子による交流磁束とが、界磁と電機子とが対向して形成されるエアギャップにおいて相互に作用して発生する引力−斥力(マクスウェル応力)の運動方向成分の総和に比例する。すなわち、
モータの力(トルク)∝〔電機子の交流磁束の大きさ〕×〔界磁の直流磁束の大きさ〕
で表される。
モータの力(トルク)∝〔電機子の交流磁束の大きさ〕×〔界磁の直流磁束の大きさ〕
で表される。
ここで、モータのサイズ、電気装荷、磁気装荷およびエアギャップ長をほぼ一定と仮定すると、電機子の交流磁束密度および界磁の直流磁束密度はほぼ一定になるので、次の2つの式が成立する。
〔電機子の交流磁束の大きさ〕∝〔電機子と界磁が対向する有効なエアギャップ面積〕 〔界磁の直流磁束の大きさ〕∝〔電機子と界磁が対向するエアギャップ面積〕
〔電機子の交流磁束の大きさ〕∝〔電機子と界磁が対向する有効なエアギャップ面積〕 〔界磁の直流磁束の大きさ〕∝〔電機子と界磁が対向するエアギャップ面積〕
これらの式から、電機子および界磁の磁束の大きさを大きくするには、電機子と界磁とが対向する有効なエアギャップの面積を大きくすればよいことが分かる。
したがって、本発明の課題は、アウターロータ式の永久磁石型同期電動機において、大トルク密度・出力密度を得るため、電機子と界磁とが対向する有効なエアギャップの面積を大きくすることにある。
上記課題を解決するため、本発明は、固定軸に固定された電機子を有するステータと、上記固定軸に軸受け部材を介して回転可能に支持されたブラケットの内面に界磁を有するロータとを含み、上記ロータが上記ステータの外側に配置されているアウターロータ式の永久磁石型同期電動機において、
上記電機子の外径側のラジアル面と、上記固定軸の軸方向に沿った上記電機子の両側のアキシャル面とに、それぞれエアギャップを介して上記界磁が対向的に配置され、上記電機子から空間的および時間的に同一極性となる回転磁界を発生させるとともに、上記界磁から空間的に同一極性となる磁界を発生させ、上記ラジアル面側のエアギャップおよび上記アキシャル面の2つのエアギャップを含む3つのエアギャップで同一回転方向のトルクおよび回転出力を得るようにしたことを特徴としている。
上記電機子の外径側のラジアル面と、上記固定軸の軸方向に沿った上記電機子の両側のアキシャル面とに、それぞれエアギャップを介して上記界磁が対向的に配置され、上記電機子から空間的および時間的に同一極性となる回転磁界を発生させるとともに、上記界磁から空間的に同一極性となる磁界を発生させ、上記ラジアル面側のエアギャップおよび上記アキシャル面の2つのエアギャップを含む3つのエアギャップで同一回転方向のトルクおよび回転出力を得るようにしたことを特徴としている。
本発明には、上記電機子の第1態様として、上記電機子は、断面四角形の環状鉄心を有し、上記環状鉄心の表面には、その鉄心中心線を旋回する環状のスロットが周方向に所定の間隔をもって複数形成されており、上記各スロット内に、空間的および時間的に同一極性となる回転磁界を発生させるトロイダル巻線が施され、上記電機子鉄心は、非磁性体からなる支持部材を介して上記固定軸に固定されている態様が含まれる。
本発明には、上記電機子の第2態様として、上記電機子は、断面四角形の環状鉄心を有し、上記環状鉄心には、電機子巻線が施されるスロットが円周方向に沿って所定の間隔をもって配置され、隣接する上記スロット間には、上記環状鉄心の外径面および両側面を含み、円周方向の幅が半径方向外側に向けて漸次大きくなる扇状の電機子ティースが形成されており、上記各スロット内で上記電機子ティースの外径面および両側面の各周縁に沿わせて、空間的および時間的に同一極性となる回転磁界を発生させる集中巻電機子巻線が巻回されている態様が含まれる。
本発明には、上記界磁側の第1態様として、上記ブラケットが強磁性体からなり、上記界磁として、上記電機子の外径側のラジアル面に対向する第1永久磁石および上記電機子の両側のアキシャル面に対向する2つの第2永久磁石の組み合わせからなり、上記第1,第2永久磁石の磁化方向がともに同方向でかつ上記エアギャップ面と垂直である永久磁石ユニットを複数備え、上記各永久磁石ユニットが交互に磁化方向を逆として円周方向に所定の間隔をもって上記ブラケットの内面に一体的に貼着されている態様が含まれる。
また、本発明には、上記界磁側の第2態様として、上記ブラケットが非磁性体からなり、上記界磁として、上記電機子の外径側のラジアル面に対向する第1永久磁石および上記電機子の両側のアキシャル面に対向する2つの第2永久磁石の組み合わせからなる複数の永久磁石ユニットと、上記電機子の外径側のラジアル面に対向する第1界磁ティースおよび上記電機子の両側のアキシャル面に対向する2つの第2界磁ティースの組み合わせからなる複数の界磁ティースユニットとを備え、上記永久磁石ユニットと上記界磁ティースユニットとが、上記ブラケットの内面に円周方向に沿って交互に配置され、かつ、上記各永久磁石ユニットの磁化方向が円周方向であり、上記界磁ティースユニットを挟んで隣接する上記永久磁石ユニットの極性が逆向きである態様が含まれる。
本発明によれば、ステータ側の電機子とロータ側の界磁との間に、ラジアルエアギャップと2つのアキシャルエアギャップを設け、この3つのエアギャップにおける磁界の極性を、電機子にあっては時間的・空間的に同極性となるようにし、界磁にあっては空間的に同極性となるようにしたことにより、トルク密度・出力密度をより増大させたアウターロータ式の永久磁石型同期電動機を得ることができる。
次に、図1ないし図7を参照して、本発明のいくつかの実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図1に示すように、第1実施形態に係る永久磁石型同期電動機1Aは、基本的な構成として、ステータ2Aと、ステータ2Aの外側の周りに配置されたロータ3Aとを備え、全体がブラケット4によって覆われたアウターロータ式の電動機である。
この実施形態において、ブラケット4は、ステータ2Aが固定される固定軸23の軸線方向に沿って2分割されており、一方の第1ブラケット41は、円筒カップ状に形成されており、その中央部分には、固定軸23が挿通される挿通孔411が設けられている。
他方の第2ブラケット42は、第1ブラケット41の開口部を塞ぐ蓋部材として形成され、その中央部分には、固定軸23が挿通される挿通孔421が設けられている。
第1ブラケット41と第2ブラケット42の開口部側にはともに、フランジ部412,422が形成されており、フランジ部412,422同士を互いに突き合わせた状態で図示しない例えばネジによってネジ止めすることにより、ブラケット41,42同士が強固に連結される。各ブラケット41,42は溶接されてもよい。
ブラケット4は、上記挿通孔411,421の部分にラジアル軸受け5,5を有し、ラジアル軸受け5,5を介して固定軸23に回転可能に支持される。
図2(a),(b)を併せて参照して、この第1実施形態におけるステータ2Aは、電機子としての環状に形成された鉄心21を有し、この環状鉄心21は、アルミニウム材や合成樹脂材等の非磁性体からなる支持部材22を介して固定軸23に固定される。
環状鉄心21は、円盤状に打ち抜かれた例えば電磁鋼板を、軸線方向(図2(b)では左右方向)に複数枚積層することにより構成され、積層状態における半径方向に沿った断面は四角形状である。環状鉄心21は、電磁鋼鈑積層鉄心のほかに、圧粉鉄心もしくは焼結鉄心であってもよい。
この第1実施形態において、環状鉄心21には、電機子巻線Cを巻回するためのスロット(溝)211が、環状鉄心21の中心線を旋回するように環状に形成されている。すなわち、スロット211は、同一の半径線上において環状鉄心21の外径面、両側面および内径面にかけて一連に形成されている。
スロット211は、その複数個が環状鉄心21の円周方向に沿って所定の間隔で配置されており、その各々に電機子巻線Cがトロイダル巻線として巻線される。この第1実施形態に係る永久磁石型同期電動機1は三相8極であり、スロット211は、15°間隔で24箇所に設けられており、隣接するスロット211,211の間の鉄心部分が、電機子ティース212として作用する。
図3の結線図に、図2(a)における三相8極のトロイダル巻線と、三相交流電源(Vu,Vv,Vw)との接続状態を示す。なお、図2(a),図3において、U相,V相,W相中のアッパーラインが付されている巻線は、アッパーラインが付されていない巻線とは逆巻きであることを示している。
このトロイダル巻線のU相(U1+U2+U3+U4,U1+U2+U3+U4)、V相(V1+V2+V3+V4,V1+V2+V3+V4)、W相(W1+W2+W3+W4,W1+W2+W3+W4)に対して、三相交流電源より三相交流を通電することにより、環状鉄心21には、最外径面側のラジアル部と、両側面のアキシャル部とに、空間的・時間的に同極の回転磁界が発生し、ロータ3A側の界磁との間でマックスウェルの応力が働き、所定方向に回転トルクが発生する。
次に、図1および図4を参照して、この第1実施形態におけるロータ3Aについて説明する。ロータ3Aは、各極(この例では8極)ごとに、界磁としての3つの永久磁石31,32,33を含む永久磁石ユニット30を備えている。
このうち、永久磁石31はラジアル側で、電機子としての環状鉄心21の外径側のラジアル面に対して、エアギャップ(ラジアルエアギャップ)G1を介して対向的に配置される。
永久磁石32,33はアキシャル側で、永久磁石32は、環状鉄心21の図1において左側の側面に対して、エアギャップ(アキシャルエアギャップ)G2を介して対向的に配置される。同様、永久磁石33は、環状鉄心21の図1において右側の側面に対して、エアギャップ(アキシャルエアギャップ)G3を介して対向的に配置される。エアギャップG1,G2,G3は、それぞれ等幅であることが好ましい。
なお、図4は図1のB−B線断面図であるため、図4には図1において左側の永久磁石32が示されていないが、図4において永久磁石32は永久磁石33の紙面手前側に配置されていると理解されたい。
この第1実施形態において、ブラケット4は強磁性体からなり、永久磁石31,32,33は、SPM(Surface Parmanent Magnet:表面磁石型)方式としてブラケット4の内面に貼着されるが、その磁化方向(着磁方向)は、永久磁石ユニット30単位で、永久磁石31,32,33ともに同方向で環状鉄心21側に向き、回転方向に対しては直角である。
図4に示すように、永久磁石ユニット30(永久磁石31,32,33)は、所定の間隔をもって円周方向に沿って配置されるが、その磁化方向は交互に逆となる。すなわち、8極の場合、例えば奇数極でエアギャップ面側がN極であるとすれば、偶数極ではエアギャップ面側がS極となる。
このように、上記第1実施形態によれば、ステータ(電機子)2Aの外径面側のラジアル面と、両側面側の2つのアキシャル面の3面に対向させて、ロータ3Aの界磁である永久磁石を配置して、ラジアルエアギャップとアキシャルエアギャップの複合型エアギャップを採用することにより、より大きなトルク密度・出力密度が得られるアウターロータ式の永久磁石型同期電動機を提供することができる。
次に、図5ないし図7を参照して、第2実施形態に係る永久磁石型同期電動機1Bについて説明する。
まず、ステータ(電機子)について、この第2実施形態では、図5(a),(b)に示す構成のステータ2Bを備える。このステータ2Bにおいて、上記第1実施形態でのステータ2Aと同一もしくは同一と見なされてよい要素には同じ参照を付している。
ステータ2Bは、環状に形成された断面四角形の鉄心21を有し、この環状鉄心21は、上記第1実施形態と同じく、非磁性体からなる支持部材22を介して固定軸23に固定される。なお、環状鉄心21は、固定軸23に直接固定されてもよい。また、支持部材22は磁性体材料が用いられてもよい。さらに、環状鉄心21には、電磁鋼鈑積層鉄心、圧粉鉄心もしくは焼結鉄心のいずれが用いられてよい。
この第2実施形態の永久磁石型同期電動機1Bも、上記第1実施形態と同じく三相8極であり、環状鉄心ア21には、40°間隔で9個の電機子ティース21a〜21iが設けられるが、ロータ3側の界磁との間で、ラジアルギャップ面と2つのアキシャルギャップ面の3面のギャップ面において有効な回転トルクが得られるようにするため、電機子ティース21a〜21iをサドル形状とし、各電機子ティース21a〜21iに集中巻電機子巻線Cを施すようにしている。なお、電機子ティース21a〜21iは同一形状であるため、区別する必要がない場合には、総称として電機子ティース220とする。
環状鉄心21には、電機子巻線Cが施されるスロット211が円周方向に沿って所定の間隔をもって配置されている(この例で、そのスロット数は9個)。
隣接するスロット211間が電機子ティース220となるが、この第2実施形態において、電機子ティース220は、環状鉄心21の外径面および両側面の3面(ラジアル側の1面とアキシャル側の2面)を含み、円周方向の幅が半径方向外側に向けて漸次大きくなるサドル状(立体台形の扇状)に形成されている。すなわち、この電機子ティース220は、1つのラジアルティース部と2つのアキシャルティース部とを備える。
スロット211内に電機子巻線Cが配線されるが、この第2実施形態において、電機子巻線Cは、図5(c)に示すように、電機子ティース220の外径面(ラジアルティース部)および両側面(アキシャルティース部)の各周縁に沿わせて三次元集中巻きとして巻線される。
図6の結線図に、図5(a)における三相集中巻電機子巻線と、三相交流電源(Vu,Vv,Vw)との接続状態を示す。なお、図5(a),図6において、U相,V相,W相中のアッパーラインが付されている巻線は、アッパーラインが付されていない巻線とは逆巻きであることを示している。
この三相集中巻電機子巻線のU相(U1,U2,U3)、V相(V1,V2,V3)、W相(W1,W2,W3)に対して、三相交流電源より三相交流を通電することにより、環状鉄心21には、最外径面側のラジアルティース部と、両側面のアキシャルティース部とに、空間的・時間的に同極の回転磁界が発生し、ロータ3B側の界磁との間でマックスウェルの応力が働き、所定方向に回転トルクが発生する。
次に、図7(a),(b)を参照して、この第2実施形態におけるロータ3Bの構成について説明する。ロータ3Bは、永久磁石ユニット310と、永久磁石により磁化されて磁極となる界磁ティースユニット320とを備える。なお、この第2実施形態において、ブラケット4は非磁性体よりなる。
永久磁石ユニット310には、3つの永久磁石311,312,313が含まれ、これらの各永久磁石は、同一半径面に沿って存在している。このうち、永久磁石311はラジアル側で、ステータ(電機子)2Bの環状鉄心21の外径側のラジアル面に対して、エアギャップ(ラジアルエアギャップ)G1を介して対向的に配置される。
永久磁石312,313はアキシャル側で、永久磁石312は、環状鉄心21の図7(a)において左側の側面に対して、エアギャップ(アキシャルエアギャップ)G2を介して対向的に配置される。同様、永久磁石313は、環状鉄心21の図7(a)において右側の側面に対して、エアギャップ(アキシャルエアギャップ)G3を介して対向的に配置される。エアギャップG1,G2,G3は、それぞれ等幅であることが好ましい。
なお、図7(b)は図7(a)のD−D線断面図であるため、図7(b)には図7(a)において左側の永久磁石312が示されていないが、図7(b)において永久磁石312は永久磁石313の紙面手前側に配置されていると理解されたい。
この第2実施形態も三相8極であることから、永久磁石ユニット310は、45゜間隔でブラケット4内の8個所に配置され、隣接する永久磁石ユニット310間に界磁ティースユニット320が配置される。
界磁ティースユニット320には、3つの界磁ティース321,322,323が含まれ、これらの各界磁ティース、同一半径面に沿って存在している。このうち、界磁ティース321はラジアル側で、ステータ(電機子)2Bの環状鉄心21の外径側のラジアル面に対して、エアギャップ(ラジアルエアギャップ)G1を介して対向的に配置される。
界磁ティース322,323はアキシャル側で、界磁ティース322は、環状鉄心21の図7(a)において左側の側面に対して、エアギャップ(アキシャルエアギャップ)G2を介して対向的に配置される。同様、界磁ティース323は、環状鉄心21の図7(a)において右側の側面に対して、エアギャップ(アキシャルエアギャップ)G3を介して対向的に配置される。
なお、図7(b)は図7(a)のD−D線断面図であるため、図7(b)には図7(a)において左側の界磁ティース322が示されていないが、図7(b)において界磁ティース322は永久磁石313の紙面手前側に配置されていると理解されたい。
界磁ティース321,322,323は、電磁鋼鈑積層鉄心、圧粉鉄心もしくは焼結鉄心のいずれであってもよいが、電磁鋼鈑積層鉄心を採用する場合、ラジアル側の界磁ティース321の積層方向は、図7(a)において左右方向であり、アキシャル側の界磁ティース322,323の積層方向は、図7(a)において上下方向(半径方向)であることが好ましいが、左右方向(軸線方向)であってもよい。
永久磁石ユニット310に含まれる永久磁石311,312,313の磁化方向(着磁方向)は、ともに円周方向で同一方向であるが、ユニット単位で交互に磁化方向が逆向きとされる。
すなわち、上記したように三相8極で、永久磁石ユニット310が45゜間隔で8個所に配置されるとした場合、例えば奇数番目の永久磁石ユニット310が時計回り方向に磁化されるとすれば、偶数番目の永久磁石ユニット310は反時計回り方向に磁化される。
これにより、界磁ティースユニット320に含まれる界磁ティース321,322,323が交互に逆極に磁化される。8極のうち、奇数極目の界磁ティースユニット320がN極に磁化されるとすれば、偶数極目の界磁ティースユニット320はS極に磁化されることになる。
上記第2実施形態においても、ステータ(電機子)2Bの外径面側のラジアル面と、両側面側の2つのアキシャル面の3面に対向して、ロータ3B側に永久磁石ユニット310により所定の極性に磁化された界磁ティースユニット320が配置されることにより、ラジアルエアギャップとアキシャルエアギャップの両エアギャップを有効に利用した複合型エアギャップを有し、より大きなトルク密度・出力密度が得られるアウターロータ式の永久磁石型同期電動機を提供することができる。
なお、本発明には、上記第1,第2実施形態のほかに、上記第1実施形態での図2に示すステータ(電機子)2Aと、上記第2実施形態による図7に示すロータ(界磁)3Bとの組み合わせ、または、上記第2実施形態での図5に示すステータ(電機子)2Bと、上記第1実施形態による図4に示すロータ(界磁)3Aとの組み合わせも含まれ、いずれの組み合わせによるにしても、ラジアルエアギャップとアキシャルエアギャップの両エアギャップを有効に利用した、より大きなトルク密度・出力密度が得られるアウターロータ式の永久磁石型同期電動機を提供することができる。
1A,1B 永久磁石型同期電動機
2A,2B ステータ(電機子)
21 環状鉄心
22 支持部材
23 固定軸
3A,3B ロータ(界磁)
4 ブラケット
5 軸受け
2A,2B ステータ(電機子)
21 環状鉄心
22 支持部材
23 固定軸
3A,3B ロータ(界磁)
4 ブラケット
5 軸受け
図3の結線図に、図2(a)における三相8極のトロイダル巻線と、三相交流電源(Vu,Vv,Vw)との接続状態を示す。なお、図2(a),図3において、U相,V相,W相中のアッパーラインが付されている巻線は、アッパーラインが付されていない巻線とは逆巻きであることを示しているが、本明細書では、逆向き巻線には便宜上アンダーラインを付している。
図6の結線図に、図5(a)における三相集中巻電機子巻線と、三相交流電源(Vu,Vv,Vw)との接続状態を示す。なお、図5(a),図6において、U相,V相,W相中のアッパーラインが付されている巻線は、アッパーラインが付されていない巻線とは逆巻きであることを示しているが、本明細書では、逆向き巻線には便宜上アンダーラインを付している。
アウターロータ式の永久磁石型同期電動機は、ステータの周りにロータを配置してなる電動機で、図8に示すように、基本的な構成として、電機子111を有するステータ110と、永久磁石を界磁121とするロータ120とを備え、電機子111は、図示しない電機子巻線が施された状態で、電機子鉄心のヨーク部112が固定軸130に固定される。
ステータ2Bは、環状に形成された断面四角形の鉄心21を有し、この環状鉄心21は、上記第1実施形態と同じく、非磁性体からなる支持部材22を介して固定軸23に固定される。なお、環状鉄心21は、非磁性体の支持部材22を介さず固定軸23に直接固定されてもよい。また、支持部材22は磁性体材料が用いられてもよい。さらに、環状磁心21には、電磁鋼鈑積層鉄心、圧粉磁心もしくは焼結
磁心などが用いられてよい。
磁心などが用いられてよい。
この三相集中巻電機子巻線のU相(U1,U2,U3)、V相(V1,V2,V3)、W相(W1,W2,W3)に対して、三相交流電源より三相交流を通電することにより、環状鉄心21には、最外径面側のラジアルティース部と、両側面のアキシャルティース部とに、空間的・時間的に同一極性で、かつ、ロータ3の界磁と同じ8極の回転磁界が発生し、ロータ3B側の界磁との間でマックスウェルの応力が働き、所定方向に回転トルクが発生する。
これにより、界磁ティースユニット320に含まれる界磁ティース321,322,323が交互に逆極性に磁化される。8極のうち、奇数極目の界磁ティースユニット320がN極に磁化されるとすれば、偶数極目の界磁ティースユニット320はS極に磁化されることになる。
Claims (5)
- 固定軸に固定された電機子を有するステータと、上記固定軸に軸受け部材を介して回転可能に支持されたブラケットの内面に界磁を有するロータとを含み、上記ロータが上記ステータの外側に配置されているアウターロータ式の永久磁石型同期電動機において、
上記電機子の外径側のラジアル面と、上記固定軸の軸方向に沿った上記電機子の両側のアキシャル面とに、それぞれエアギャップを介して上記界磁が対向的に配置され、上記電機子から空間的および時間的に同一極性となる回転磁界を発生させるとともに、上記界磁から空間的に同一極性となる磁界を発生させ、上記ラジアル面側のエアギャップおよび上記アキシャル面の2つのエアギャップを含む3つのエアギャップで同一回転方向のトルクおよび回転出力を得るようにしたことを特徴とする永久磁石型同期電動機。 - 上記電機子は、断面四角形の環状鉄心を有し、上記環状鉄心の表面には、その鉄心中心線を旋回する環状のスロットが周方向に所定の間隔をもって複数形成されており、上記各スロット内に、空間的および時間的に同一極性となる回転磁界を発生させるトロイダル巻線が施され、上記電機子鉄心は、非磁性体からなる支持部材を介して上記固定軸に固定されていることを特徴とする請求項1に記載の永久磁石型同期電動機。
- 上記電機子は、断面四角形の環状鉄心を有し、上記環状鉄心には、電機子巻線が施されるスロットが円周方向に沿って所定の間隔をもって配置され、隣接する上記スロット間には、上記環状鉄心の外径面および両側面を含み、円周方向の幅が半径方向外側に向けて漸次大きくなる扇状の電機子ティースが形成されており、上記各スロット内で上記電機子ティースの外径面および両側面の各周縁に沿わせて、空間的および時間的に同一極性となる回転磁界を発生させる集中巻電機子巻線が巻回されていることを特徴とする請求項1に記載の永久磁石型同期電動機。
- 上記ブラケットが強磁性体からなり、上記界磁として、上記電機子の外径側のラジアル面に対向する第1永久磁石および上記電機子の両側のアキシャル面に対向する2つの第2永久磁石の組み合わせからなり、上記第1,第2永久磁石の磁化方向がともに同方向でかつ上記エアギャップ面と垂直である永久磁石ユニットを複数備え、上記各永久磁石ユニットが交互に磁化方向を逆として円周方向に所定の間隔をもって上記ブラケットの内面に一体的に貼着されていることを特徴とする請求項1ないし3のいずか1項に記載の永久磁石型同期電動機。
- 上記ブラケットが非磁性体からなり、上記界磁として、上記電機子の外径側のラジアル面に対向する第1永久磁石および上記電機子の両側のアキシャル面に対向する2つの第2永久磁石の組み合わせからなる複数の永久磁石ユニットと、上記電機子の外径側のラジアル面に対向する第1界磁ティースおよび上記電機子の両側のアキシャル面に対向する2つの第2界磁ティースの組み合わせからなる複数の界磁ティースユニットとを備え、
上記永久磁石ユニットと上記界磁ティースユニットとが、上記ブラケットの内面に円周方向に沿って交互に配置され、かつ、上記各永久磁石ユニットの磁化方向が円周方向であり、上記界磁ティースユニットを挟んで隣接する上記永久磁石ユニットの極性が逆向きであることを特徴とする請求項1ないし3のいずか1項に記載の永久磁石型同期電動機。
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