JP2017055502A - 永久磁石電動機 - Google Patents
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Description
特許文献1に開示されている永久磁石電動機は、固定子と、固定子に空隙(エアギャップ)を介して回転可能に配置されている回転子を備えている。回転子は、主磁極部と補助磁極部が周方向に沿って交互に配置されている。主磁極部には、周方向に沿って延在する磁石挿入孔が形成されており、磁石挿入孔には永久磁石が挿入されている。固定子は、周方向に沿って延在するヨーク部と、ヨーク部から径方向に沿って回転中心方向に延在するティース部を有している。ティース部の先端側には、ティース先端面が形成されている。周方向に隣接するティース部によってスロットが形成され、スロットには固定子巻線が挿入されている。回転子の外周面は、軸方向に直角な断面で見て、円形形状に形成されている。すなわち、固定子と回転子との間の空隙(固定子のティース部のティース先端面と回転子の外周面との間の空隙)は一定に設定されている。
特許文献1に開示されている永久磁石電動機は、永久磁石によるマグネットトルクと突極性によるリラクタンストルクを利用することができる。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、有効磁束量を増加させるとともに、永久磁石の両端部に磁束が集中するのを防止して永久磁石電動機の効率を向上させることを目的とする。
主磁極部には、永久磁石が挿入される磁石挿入部が形成されている。磁石挿入部は、軸方向に直角な断面で見て、周方向に沿った中央部が両端部より回転子の外周側に飛び出ている突形状に形成されている。突形状としては、直線や曲線を組み合わせた種々の突形状を選択することができる。磁石挿入部を突形状に形成する態様としては、突形状の断面を有する1つの磁石挿入孔を形成する態様や、直線状等の断面を有する複数の磁石挿入孔を突形状に沿って形成する態様を用いることができる。
磁石挿入部に挿入される永久磁石としては、フェライト磁石、希土類磁石、テルビウムやディスプロシウムを含有するネオジウム磁石等の種々の永久磁石を用いることができる。永久磁石は、磁石挿入部に挿入された状態において、磁石挿入部の突形状と同様の突形状に配置される。
磁石挿入部には、永久磁石を磁石挿入部内の所望の位置に位置決めする位置決め部が設けられている。この位置決め部により、磁石挿入部の両端部、すなわち、磁石挿入部に挿入された永久磁石の両端壁と磁石挿入部の両端壁との間に、第1の空間部および第2の空間部が形成される。この第1の空間部および第2の空間部により、永久磁石の両端部から発生する磁束が短絡されるのを防止することができる。
また、回転子の外周面は、軸方向に直角な断面で見て、固定子の内周面と回転子の外周面との間の空隙が、補助磁極部のq軸に沿った間隔が主磁極部のd軸に沿った間隔より長くなるように形成されている。好適には、回転子の外周面は、空隙の間隔が、回転子の外周面とq軸が交差する箇所の両側の領域において、回転子の外周面とq軸が交差する箇所の方向に向かって徐々に長くなるように形成される。より好適には、回転子の外周面は、円弧形状に形成された外周部分を組み合わせて構成される。勿論、回転子の外周面は、曲線や直線を組み合わせた種々の形状に形成することができる。
本発明では、回転子の主磁極部の磁石挿入部が突形状に形成されている。これにより、磁石挿入部に挿入されている永久磁石の磁石表面積が増大し、主磁極部を流れる磁束量(有効磁束量)が増大する。そして、磁束量の増大により、固定子巻線に流す電流を小さくすることができるため、銅損を低減することができる。
さらに、磁石挿入部が、外周側に飛び出ている突形状に形成されている。すなわち、磁石挿入部に挿入されている永久磁石が、外周側に飛び出ている突形状に配置されている。これにより、永久磁石の、周方向に沿った両端部分と回転子の外周面との間の間隔が小さくなり、当該永久磁石の、周方向に沿った両端部分と回転子の外周面との間を通る磁束により発生するリラクタンストルクが小さくなる。リラクタンストルクが小さくなることにより、鉄損が低減される。一方、永久磁石と回転子の外周面との間の間隔が小さくなるため、電機子反作用による磁束量の低下が大幅に抑制される。これにより、鉄損を低減することができるとともに、磁束量(有効磁束量)を増大させることができ、効率が向上する。
また、回転子の外周面は、補助磁極部のq軸に沿った空隙の間隔が主磁極部のd軸に沿った空隙の間隔より長くなるように形成されている。これにより、固定子の内周面と回転子の外周面との間の空隙が一定である(回転子の外周面が円形形状に形成されている)場合に較べて、永久磁石の両端部から発生する磁束を有効に利用することができる(有効磁束を増加させることができる)とともに、固定子のティース部から回転子側に流れる磁束が永久磁石の両端部に集中するのを抑制することができる。
また、位置決め部により、永久磁石を磁石挿入部内に位置決めすることができる。これにより、磁石挿入部の形状を大きく変更することなく、磁石挿入部の両端部に所定形状の空間部を形成することができ、永久磁石の両端部における磁束の短絡を確実に防止することができる。
したがって、本発明の永久磁石電動機は、従来の永久磁石電動機に較べて効率を向上させることができる。
一つの発明の異なる形態では、位置決め部は、磁石挿入部を形成する壁部から飛び出ている突部により構成されている。好適には、突部は、磁石挿入部を形成する壁部のうち径方向に対向して配置されている壁部の少なくとも一方から飛び出るように構成される。
本形態では、位置決め部を容易に形成することができる。
一つの発明の他の異なる形態では、回転子の外周面は、主磁極部のd軸と交差する第1の外周部分と、補助磁極部のq軸と交差する第2の外周部分が交互に接続されて形成されている。第1の外周部分は、d軸上に中心点を有する円弧形状に形成されている。また、第2の外周部分は、q軸上に中心点を有し、第1の外周部分の半径より大きい半径の円弧形状に形成されている。好適には、第1の外周部分は、回転中心を中心点とする円弧形状に形成され、第2の外周部分は、q軸上であって、回転中心より第2の外周部分と反対側に離れている点を中心点とする円弧形状に形成される。
本形態では、回転子の外周面を容易に形成することができる。また、第1の外周部分と第2の外周部分との接続部がティース部と対向する箇所を通過する時に、ティース部に流れる磁束量の急激な変化を抑制することができる。これにより、ティース部を流れる磁束量の急激な変化によって固定子巻線に誘起される誘起電圧の波形(起電力波形)に含まれる高調波成分が増大するのを防止することができ、固定子巻線の起電力波形に基づいて回転子の位置を正確に検出することができる。したがって、固定子巻線の起電力波形に基づいて回転子の位置を検出するセンサレス制御方式の制御装置を用いる場合に、回転子の位置検出精度の低下による効率の低下を防止することができる。
一つの発明の他の異なる形態では、磁石挿入部は、周方向に沿った中央部が両端部より回転子の外周側に飛び出ている台形形状に形成されている。なお、永久磁石は、磁石挿入孔に挿入された状態において、台形形状に配置されている。
磁石挿入部の形状を台形形状とする(永久磁石の配置形状を台形形状とする)ことにより、永久磁石の、周方向に沿った中央の部分(台形の上底に対応する直線状の部分)と回転子の外周面との間の間隔を小さくすることができる。これにより、電機子反作用による有効磁束量の低下をより抑制することができる。
一つの発明の他の異なる形態では、磁石挿入部は、周方向に沿った中央部が両端部より回転子の外周側に飛び出ている円弧形状に形成されている。なお、永久磁石は、磁石挿入部に挿入された状態において、円弧形状に配置されている。
磁石挿入部の形状を円弧形状とする(永久磁石の配置形状を円弧形状とする)ことにより、永久磁石の中央部(d軸と交差する部分)を回転子の外周側に配置することができる。すなわち、永久磁石の、周方向に沿った中央の部分と回転子の外周面との間の間隔を小さくすることができる。これにより、電機子反作用による有効磁束量の低下をより抑制することができる。さらに、永久磁石の配置形状を円弧形状とすることにより、永久磁石から発生する磁束が、周方向に沿って滑らかに変化する。これにより、起電力波形に含まれる高調波成分をより低減することができ、起電力波形に含まれる高調波成分に起因する鉄損をより低減することができる。
一つの発明の他の異なる形態では、磁石挿入部は、ブリッジ部を介して周方向に沿って配置されている複数の磁石挿入孔により構成されている。そして、複数の磁石挿入孔のうちの周方向に沿った一方端に配置されている磁石挿入孔の、周方向に沿った一方側の端部(複数の永久磁石片のうち周方向に沿った一方端に配置されている永久磁石片の、周方向に沿った一方側の端壁と磁石挿入部の、周方向に沿った一方側の端壁との間)に第1の空間部が形成され、周方向に沿った他方端に配置されている磁石挿入孔の、周方向に沿った他方側の端部(周方向に沿った他方端に配置されている永久磁石片の、周方向に沿った他方側の端壁と磁石挿入部の、周方向に沿った他方側の端壁との間)に第2の空間部が形成されている。
本形態では、磁石挿入部が複数の磁石挿入孔により構成されているとともに、磁石挿入孔の間にブリッジ部が設けられている。これにより、遠心力に対する回転子の強度を高めることができる。
本発明の他の発明は、機器駆動装置に関する。本発明の機器駆動装置は、機器(例えば、圧縮機の圧縮機構部、車両、車両に搭載されている車載機器)と、機器を駆動する電動機を備え、電動機として前述した永久磁石電動機のいずれかが用いられている。
本発明は、前述した永久磁石電動機と同様の効果を有する。
本明細書では、「軸方向」という記載は、回転子が固定子に対して回転可能に配置されている状態において、回転子(回転軸)の回転中心を通る回転中心線の方向を示す。「周方向」という記載は、回転子が固定子に対して回転可能に配置されている状態において、軸方向に直角な断面でみて、回転中心を中心とする円周方向を示す。「径方向」という記載は、回転子が固定子に対して回転可能に配置されている状態において、軸方向に直角な断面でみて、回転中心を通る方向を示す。「d軸」は、回転中心と主磁極部の周方向中心点を結ぶ線を表し、「q軸」は、回転中心と補助磁極部の周方向中心点を結ぶ線を表す。
また、磁石挿入部(磁石挿入孔)の「内壁」および「外壁」は、永久磁石(永久磁石片)を挿入する部分を形成するための、径方向に対向する壁のうち回転中心側に配置されている壁および回転子の外周側に配置されている壁を表し、「外周壁」は、磁石挿入部の周方向に沿った両端部(永久磁石の両端壁と磁石挿入部の両端壁との間)に空間部を形成するために回転子の外周面に平行(「略平行」を含む)に形成される壁を表し、「端壁」は、隣接する磁石挿入部(磁石挿入孔)と対向する側の壁を表している。永久磁石(永久磁石片)の「内壁」および「外壁」は、永久磁石が磁石挿入部に挿入されている状態において、径方向に対向する壁のうち回転中心側に配置されている壁および回転子の外周側に配置されている壁を表し、「端壁」は、隣接する永久磁石(永久磁石片)と対向する側の壁を表している。
また、「平行」という記載は、「略平行」を含むものとして用いられている。
また、各実施形態では、6スロット、4極の永久磁石電動機について説明するが、本発明の永久磁石電動機のスロット数、極数は適宜変更可能である。
固定子110は、複数の電磁鋼板を積層した固定子コアにより構成される。固定子110は、軸方向に直角な断面で見て、周方向に沿って延在するヨーク部111と、ヨーク部111から径方向に沿って回転中心O方向に延在するティース部112を有している。ティース部112は、ヨーク部111から径方向に沿って延在するティース基部112aと、ティース基部112aの先端側(回転中心O側)に設けられ、周方向に沿って延在するティース先端部112bを有している。ティース先端部112bの回転中心O側には、ティース先端面113が形成されている。ティース先端面113は、「固定子110の内周面」を形成する。
周方向に沿って隣接するティース部112により形成されるスロット114には、固定子巻線(図示省略)が挿入される。本実施形態では、固定子巻線は、集中巻き方式を用いてスロット114に挿入されている。勿論、分布巻き方式を用いることもできる。
主磁極部[A]〜[D]の磁石挿入部130に挿入される永久磁石140は、N極の主磁極部とS極の主磁極部が周方向に沿って交互に配置されるように着磁される。永久磁石140の着磁方法としては、永久磁石140を磁石挿入部130に挿入した状態で、固定子巻線に着磁電流を流す組込み着磁方法が用いられる。勿論、永久磁石140を磁石挿入部130に挿入する前に着磁する方法を用いることもできる。
永久磁石としては、種々の永久磁石を用いることができる。例えば、フェライト磁石、希土類磁石、テルビウムやディスプロシウムを含有するネオジウム磁石等を用いることができる。
回転子120は、回転軸(図示省略)が挿入される回転軸挿入孔122を有している。
また、回転子120は、図2には図示を省略しているが、カシメピン挿入孔123と通路孔124を有している。カシメピン挿入孔123は、q軸と交差する位置に形成され、積層された複数の電磁鋼板を一体化するカシメピンが挿入される。通路孔124は、d軸を挟んで周方向両側に形成され、圧縮機で用いられる冷媒、固定子110や回転子120を冷却する冷却媒体(例えば、空気)等を軸方向に沿って流れる。カシメピン挿入孔123や通路孔124の形状、数、配設位置等は適宜変更可能である。
磁石挿入孔130は、周方向に沿った中央部(d軸に対応する部分)が両端部(q軸側の端部)より回転子120の外周側に飛び出ている(以下、「外周側に飛び出ている」という)台形形状に形成されている(台形形状の断面を有している)。すなわち、平行に延在する第1の内壁130aと第1の外壁130dにより台形形状の上底が形成され、平行に延在する第2の内壁130bと第2の外壁130e、第1の外周壁130g、第1の端壁130hおよび第1の突部130xにより台形形状の一方側の側辺が形成され、平行に延在する第3の内壁130cと第3の外壁130f、第2の外周壁130i、第2の端壁130jおよび第2の突部130yにより台形形状の他方側の側辺が形成されている。
磁石挿入孔130の、周方向に沿った一方側の第1の端壁130hは、隣接する主磁極部の磁石挿入孔130の、周方向に沿った他方側の第2の端壁130jと平行に延在している。
第1の突部130xおよび第2の突部130yは、第2の内壁130bおよび第3の内壁130cから磁石挿入孔内に飛び出ている。第1の突部130xおよび第2の突部130yは、第2の外壁130eおよび第3の外壁130fから磁石挿入孔内に飛び出るように形成してもよい。
永久磁石140は、外周側に飛び出ている台形形状に配置されている。すなわち、第1の永久磁石片141が台形形状の上底に沿って配置され、第2の永久磁石片142が台形形状の一方側の側辺に沿って配置され、第3の永久磁石片143が台形形状の他方側の側辺に沿って配置されている。
第1のブリッジ部160aおよび第2のブリッジ部160bによって、回転子120の遠心力に対する強度が高められる。
また、磁石挿入孔130の周方向に沿った両端部、すなわち、永久磁石140の、周方向に沿った両端の端壁(第2の永久磁石片142の第2の端壁142dおよび第3の永久磁石片143の第2の端壁143d)と磁石挿入孔130の、周方向に沿った両端の端壁(第1の端壁130hおよび第3の端壁130j)との間には、第1の空間部150aおよび第2の空間部150bが形成されている。
第1の空間部150aおよび第2の空間部150bによって、永久磁石140の、周方向に沿った両端部(以下、「永久磁石140の両端部」という)において、永久磁石140から発生する磁束が短絡されるのを防止することができる。
本実施形態では、第1の突部130xおよび第2の突部130yが、本発明の「位置決め部」に対応する。
第1の外周部分121aは、d軸上の回転中心Oを中心点とする、半径R1の(外周側に突状の)円弧形状に形成されている。また、第2の外周部分121bは、q軸上であって、回転中心Oより第2の外周部分121bと反対側に離れた点Pを中心点とし、第1の曲線部分121aの円弧形状の半径R1より大きい半径R2の(外周側に突状)の円弧形状に形成されている。すなわち、固定子110の内周面(ティース先端面113)と回転子120の外周面121との間の空隙(エアギャップ)は、q軸に沿った間隔G2がd軸に沿った間隔G1より大きくなるように設定されている。
回転子120の外周面121を、半径R1の円弧形状に形成された第1の外周部分121aと半径R2(半径R2>半径R1)の円弧形状に形成された第2の外周部分121bを交互に接続して構成することにより、第1の外周部分121aと第2の外周部分121bとの接続部120Aおよび120Bにおける磁束量の変化を小さくすることができ、固定子巻線に誘起される誘起電圧の波形(起電力波形)に含まれる高調波成分を低減することができる。これにより、回転子位置検出センサを用いることなく、起電力波形に基づいて回転子の位置を検出するセンサレス制御方式の制御装置を用いた場合に、回転子の位置検出精度の低下による効率の低下を防止することができる。
さらに、磁石挿入部が、外周側に飛び出ている突形状に形成(永久磁石が、外周側に飛び出ている突形状に配置)されている。これにより、永久磁石の、周方向に沿った両端部分と回転子の外周面との間の間隔が小さくなり、当該永久磁石の、周方向に沿った両端部分と回転子の外周面との間を通る磁束により発生するリラクタンストルクが小さくなる。リラクタンストルクが小さくなることにより、鉄損が低減される。一方、永久磁石と回転子の外周面との間の間隔が小さくなることにより、電機子反作用による磁束量の低下が大幅に抑制される。これにより、鉄損を低減することができるとともに、磁束量(有効磁束量)を増大させることができ、効率が向上する。
特に、第1の実施形態では、磁石挿入部が台形形状に形成(永久磁石が台形形状に配置)されている。これにより、永久磁石の、周方向に沿った中央の部分(台形の上底に対応する直線状の部分)と回転子の外周面との間の間隔を小さくすることができる。したがって、電機子反作用による有効磁束量の低下をより抑制することができる。
また、回転子の外周面が、d軸と交差する円弧形状(半径R1)の第1の外周部分と、q軸と交差する円弧形状(半径R2>半径R1)の第2の外周部分を交互に接続して構成されている。すなわち、q軸に沿った空隙(エアギャップ)の間隔G2がd軸に沿った空隙の間隔G1より大きくなるように回転子の外周面が形成されている。これにより、永久磁石の両端部から発生する磁束が、空隙の間隔が小さい第1の外周部分側に流れ易くなり(空隙の間隔が大きい第2の外周部分側に流れ難くなり)、主磁極部の磁束量が増大する。さらに、固定子巻線に電流を流すことによって発生する磁束が、空隙の間隔が小さい第1の外周部分に流れ易くなり(空隙の間隔が大きい第2の外周部分に流れ難くなり)、永久磁石の両端部における、磁束集中による減磁を防止することができる。なお、起電力波形に含まれる高調波成分を低減することができるため、センサレス制御方式の(固定子巻線の起電力波形を用いて検出した回転子の位置に基づいて制御する)制御装置を用いる場合には、回転子の位置検出精度の低下による効率の低下を防止することができる。
また、永久磁石を位置決めする位置決め部が設けられているため、永久磁石の両端部における磁束短絡を防止するための第1の空間部および第2の空間部を容易に変更することができる。
したがって、永久磁石電動機の効率を向上させることができる。
したがって、以下では、第2の実施形態の永久磁石電動機の磁石挿入部170と永久磁石180の構成を説明する。なお、図3において、磁石挿入部170と永久磁石180以外の構成要素に関しては、図2に示されている符号と同じ符号が付されている構成要素は同じ構成要素である。
磁石挿入孔170は、外周側に飛び出ている円弧形状に形成されている(円弧形状の断面を有している)。
永久磁石180は、磁石挿入孔170に挿入される第1〜第3の永久磁石片181〜183により構成されている。第1〜第3の永久磁石片181〜183は、平行に延在する円弧状の内壁181a〜183aと外壁181b〜183b、直線状の第1の端壁181c〜183cおよび第2の端壁181d〜183dにより形成される円弧形状の断面を有している。
永久磁石180は、外周側に飛び出ている円弧形状に配置されている。すなわち、第1〜第3の永久磁石片181〜183の内壁181a〜183aおよび外壁181b〜183bは、それぞれ所定の中心点を中心とする円弧に沿って配置されている。
本実施形態では、第1の実施形態と同様に、第1の突部170xおよび第2の突部170yによって、永久磁石180(第1〜第3の永久磁石片181〜183)の位置を設定することができる。
また、第1および第2の空間部150aおよび150bが形成されている。本実施形態では、第1の突部170xおよび第2の突部170yによって、永久磁石180(第1〜第3の永久磁石片181〜183)の位置を設定することができる。これにより、第1および第2の空間部150aおよび150bの大きさを容易に変更することができる。
また、回転子120の外周面121は、d軸と交差する円弧形状(半径R1)に形成された第1の外周部分121aと、q軸と交差する円弧形状(半径R2>半径R1)に形成された第2の外周部分121bが交互に接続されて構成されている。
特に、第2の実施形態では、磁石挿入部が円弧形状に形成(永久磁石が円弧形状に配置)されている。これにより、永久磁石の、周方向に沿った中央部(d軸と交差する部分)を回転子の外周側に配置することができる。すなわち、永久磁石の、周方向に沿った中央の部分と回転子の外周面との間の間隔を小さくすることができる。したがって、電機子反作用による有効磁束量の低下をより抑制することができる。さらに、永久磁石から発生する磁束が、周方向に沿って滑らかに変化する。これにより、起電力波形に含まれる高調波成分をより低減することができ、起電力波形に含まれる高調波成分に起因する鉄損をより低減することができる。
また、回転子の外周面が、d軸と交差する円弧形状(半径R1)に形成された第1の外周部分と、q軸と交差する円弧形状(半径R2>半径R1)に形成された第2の外周部分を交互に接続して構成されている。
また、永久磁石を位置決めする位置決め部が設けられているため、永久磁石の両端部における磁束短絡を防止するための第1の空間部および第2の空間部を容易に変更することができる。
したがって、永久磁石電動機の効率を向上させることができる。
第3の実施形態の永久磁石電動機200は、磁石挿入部230と永久磁石240の構成が第1の実施形態の永久磁石電動機100と異なっている。したがって、以下では、第3の実施形態の永久磁石電動機200の磁石挿入部230と永久磁石240の構成を説明する。なお、図4、図5において、磁石挿入部230と永久磁石240以外の構成要素に関しては、図1、図2に示されている符号と百番台の数字以外が同じである符号が付されている構成要素は同じ構成要素である。
第1の磁石挿入孔231の第1の端壁231cおよび第2の端壁231dは、それぞれ第2の磁石挿入孔232の第2の端壁232cおよび第3の磁石挿入孔233の第2の端壁233cと平行に延在している。また、第2の磁石挿入孔232の第2の端壁232eは、隣接する主磁極部の第3の磁石挿入孔233の第2の端壁233eと平行に延在している。
磁石挿入部230は、外周側に飛び出ている台形形状に形成されている。すなわち、第1の磁石挿入孔231が台形形状の上底に沿って形成され、第2の磁石挿入孔232が台形形状の一方側の側辺に沿って形成され、第3の磁石挿入孔233が台形形状の他方側の側辺に沿って形成されている。
永久磁石240は、外周側に飛び出ている台形形状に配置されている。すなわち、第1の永久磁石片241が台形形状の上底に沿って配置され、第2の永久磁石片242が台形形状の一方側の側辺に沿って配置され、第3の永久磁石片243が台形形状の他方側の側辺に沿って配置されている。
特に、第3の実施形態では、磁石挿入部が台形形状に形成(永久磁石が台形形状に配置)されている。これにより、第1の実施形態と同様に、永久磁石の、周方向に沿った中央の部分と回転子の外周面との間の間隔を小さくすることができ、電機子反作用による有効磁束量の低下をより抑制することができる。
また、磁石挿入部が、ブリッジ部を介して周方向に沿って配置されている複数の磁石挿入孔によって構成されている(永久磁石が、ブリッジ部を介して周方向に沿って配置されている複数の永久磁石片によって構成されている)ことにより、回転子の、遠心力に対する強度が高められている。
また、永久磁石を位置決めする位置決め部が設けられているため、永久磁石の両端部における磁束短絡を防止するための第1の空間部および第2の空間部を容易に変更することができる。
また、回転子の外周面が、d軸と交差する円弧形状(半径R1)に形成された第1の外周部分と、q軸と交差する円弧形状(半径R2>半径R1)に形成された第2の外周部分を交互に接続して構成されている。
したがって、永久磁石電動機の効率を向上させることができる。
したがって、以下では、第4の実施形態の永久磁石電動機の磁石挿入部270と永久磁石280を説明する。なお、図6において、磁石挿入部270と永久磁石280以外の構成要素に関しては、図5に示されている符号と同じ符号が付されている構成要素は同じ構成要素である。
磁石挿入部270は、外周側に飛び出ている円弧形状に形成されている。すなわち、第1〜第3の磁石挿入孔271〜273の内壁271a〜273aおよび外壁271b〜273bは、それぞれ所定の中心点を中心とする円弧に沿って形成されている。
永久磁石280は、外周側に飛び出ている円弧形状に配置されている。すなわち、第1〜第3の永久磁石片281〜283の内壁281a〜283aおよび外壁281b〜283bは、それぞれ所定の中心点を中心とする円弧に沿って形成されている。
また、回転子220の外周面221は、d軸と交差する円弧形状(半径R1)に形成された第1の外周部分221aと、q軸と交差する円弧形状(半径R2>半径R1)に形成された第2の外周部分221bが交互に接続されて構成されている。
特に、第4の実施形態では、磁石挿入部が円弧形状に形成(永久磁石が円弧形状に配置)されている。これにより、第2の実施形態と同様に、電機子反作用による有効磁束量の低下をより抑制することができるとともに、起電力波形に含まれる高調波成分をより低減することができる。
また、磁石挿入部が、ブリッジ部を介して周方向に沿って配置されている複数の磁石挿入孔によって構成されている(永久磁石が、ブリッジ部を介して周方向に沿って配置されている複数の永久磁石片によって構成されている)ことにより、回転子の、遠心力に対する強度が高められる。
また、永久磁石を位置決めする位置決め部が設けられているため、永久磁石の両端部における磁束短絡を防止するための第1の空間部および第2の空間部を容易に変更することができる。
また、回転子の外周面が、d軸と交差する円弧形状(半径R1)の第1の外周部分と、q軸と交差する円弧形状(半径R2>半径R1)の第2の外周部分を交互に接続して構成されている。
したがって、永久磁石電動機の効率を向上させることができる。
第5の実施形態の永久磁石電動機300は、磁石挿入部330と永久磁石340の構成が第1の実施形態の永久磁石電動機100と異なっている。したがって、以下では、第5の実施形態の永久磁石電動機300の磁石挿入部330と永久磁石340の構成を説明する。なお、図7、図8において、磁石挿入部330と永久磁石340以外の構成要素に関しては、図1、図2に示されている符号と百番台の数字以外が同じである符号が付されている構成要素は同じ構成要素である。
磁石挿入孔330は、外周側に飛び出ているV字形状に形成されている(V字形状の断面を有している)。すなわち、平行に延在する直線状の第1の内壁330aと第1の外壁330c、第1の外周壁330e、第1の端壁330fおよび第1の突部330xによりV字形状の一方側の辺が形成され、平行に延在する第2の内壁330bと第2の外壁330d、第2の外周壁330g、第2の端壁330hおよび第2の突部330yによりV字形状の他方側の辺が形成されている。
第1の突部330xおよび第2の突部330yは、第1の内壁330aおよび第2の内壁330bから磁石挿入孔内に突出している。第1の突部330xおよび第2の突部330yは、第1の外壁330cおよび第2の外壁330dから磁石挿入孔内に突出するように形成してもよい。
永久磁石340は、外周側に飛び出ているV字形状に配置されている。すなわち、第1の永久磁石片341がV字形状の一方側の辺に沿って配置され、第2の永久磁石片342がV字形状の他方側の辺に沿って配置されている。
また、回転子320の外周面321は、第1の実施形態と同様に、d軸と交差する円弧形状(半径R1)に形成された第1の外周部分321aと、q軸と交差する円弧形状(半径R2>半径R1)に形成された第2の外周部分321bを交互に接続して構成されている。
特に、第5の実施形態では、磁石挿入部がV字形状に形成(永久磁石がV字形状に配置)されている。これにより、永久磁石の、周方向に沿った中央部(d軸の両側に永久磁石片が配置されている場合には、各永久磁石片の、d軸側の端壁)と回転子の外周面との間の間隔を小さくすることができる。したがって、電機子反作用による有効磁束量の低下をより抑制することができる。
また、磁石挿入部に、永久磁石を位置決めする位置決め部が設けられているため、永久磁石の両端部における磁束短絡を防止するための第1の空間部および第2の空間部を容易に変更することができる。
また、回転子の外周面が、d軸と交差する円弧形状(半径R1)に形成された第1の外周部分と、q軸と交差する円弧形状(半径R2>半径R1)に形成された第2の外周部分を交互に接続して構成されている。
したがって、永久磁石電動機の効率を向上させることができる。
したがって、以下では、第6の実施形態の永久磁石電動機の磁石挿入部370と永久磁石380の構成を説明する。なお、図9において、磁石挿入部370と永久磁石380以外の構成要素に関しては、図8に示されている符号と同じ符号が付されている構成要素は同じ構成要素である。
磁石挿入孔370は、外周側に飛び出ている円弧形状の断面を有している。
永久磁石380は、磁石挿入孔370に挿入される第1の永久磁石片381および第2の永久磁石片382により構成されている。第1の永久磁石片381および第2の永久磁石片382は、平行に延在する円弧状の内壁381aおよび382aと外壁381bおよび382b、直線状の第1の端壁381cおよび382cと第2の端壁381dおよび382dにより形成される円弧形状の断面を有している。
永久磁石380は、外周側に飛び出ている円弧形状に配置されている。
また、回転子320の外周面321は、d軸と交差する円弧形状(半径R1)に形成された第1の外周部分321aと、q軸と交差する円弧形状(半径R2>半径R1)に形成された第2の外周部分321bを交互に接続して構成されている。
特に、第6の実施形態では、磁石挿入部が円弧形状に形成(永久磁石が円弧形状に配置)されている。これにより、第2の実施形態と同様に、電機子反作用による有効磁束量の低下をより抑制することができるとともに、起電力波形に含まれる高調波成分をより低減することができる。
また、磁石挿入部に、永久磁石を位置決めする位置決め部が設けられているため、永久磁石の両端部における磁束短絡を防止するための第1の空間部および第2の空間部を容易に変更することができる。
また、回転子の外周面が、円弧形状(半径R1)の第1の外周部分と円弧形状(半径R2>半径R1)の第2の外周部分を交互に接続して構成されている。
したがって、永久磁石電動機の効率を向上させることができる。
第7の実施形態の永久磁石電動機400は、磁石挿入部430と永久磁石440の構成が第5の実施形態の永久磁石電動機300と異なっている。したがって、以下では、第7の実施形態の永久磁石電動機400の磁石挿入部430と永久磁石440の構成を説明する。なお、図10、図11において、磁石挿入部430と永久磁石440以外の構成要素に関しては、図7、図8に示されている符号と百番台の数字以外が同じである符号が付されている構成要素は同じ構成要素である。
磁石挿入部430は、外周側に飛び出ているV字形状に形成されている。すなわち、第1の磁石挿入孔431によりV字形状の一方側の辺が形成され、第2の磁石挿入孔432によりV字形状の他方側の辺が形成されている。
第1の突部431xおよび第2の突部432yは、第1の磁石挿入孔431の内壁431aおよび第2の磁石挿入孔432の内壁432aから磁石挿入孔内に飛び出ている。第1の突部431xおよび第2の突部432yは、第1の磁石挿入孔431の外壁431bおよび第2の磁石挿入孔432の外壁432bから磁石挿入孔内に飛び出るように形成してもよい。
永久磁石440は、外周側に飛び出ているV字形状に配置されている。すなわち、第1の永久磁石片441がV字形状の一方側の辺に沿って配置され、第2の永久磁石片442がV字形状の他方側の辺に沿って配置されている。
特に、第7の実施形態では、磁石挿入部がV字形状に形成(永久磁石がV字形状に配置)されている。これにより、第5の実施形態と同様に、電機子反作用による有効磁束量の低下をより抑制することができる。
また、磁石挿入部が、ブリッジ部を介して周方向に沿って配置されている複数の磁石挿入孔によって構成されている(永久磁石が、ブリッジ部を介して周方向に沿って配置されている複数の永久磁石片によって構成されている)ことにより、回転子の、遠心力に対する強度が高められる。
また、磁石挿入部に、永久磁石を位置決めする位置決め部が設けられているため、永久磁石の両端部における磁束短絡を防止するための第1の空間部および第2の空間部を容易に変更することができる。
また、回転子の外周面が、d軸と交差する円弧形状(半径R1)に形成された第1の外周部分と、q軸と交差する円弧形状(半径R2>半径R1)に形成された第2の外周部分を交互に接続して構成されている。
したがって、永久磁石電動機の効率を向上させることができる。
したがって、以下では、第8の実施形態の永久磁石電動機の磁石挿入部470と永久磁石480を説明する。なお、図12において、磁石挿入部470と永久磁石480以外の構成要素に関しては、図11に示されている符号と同じ符号が付されている構成要素は同じ構成要素である。
磁石挿入部470は、外周側に飛び出ている円弧形状に形成されている。
永久磁石480は、第1の磁石挿入孔471および第2の磁石挿入孔472に挿入される第1の永久磁石片481および第2の永久磁石片482により構成されている。第1の永久磁石片481および第2の永久磁石片482は、平行に延在する円弧状の内壁481aおよび482aと外壁481bおよび482b、直線状の第1の端壁481cおよび482cと第2の端壁481dおよび482dにより形成される円弧形状の断面を有している。
永久磁石480は、外周側に飛び出ている円弧形状に配置されている。
また、回転子420の外周面421は、d軸と交差する円弧形状(半径R1)に形成された第1の外周部分421aと、q軸と交差する円弧形状(半径R2>半径R1)に形成された第2の外周部分421bを交互に接続して構成されている。
特に、第8の実施形態では、磁石挿入部が円弧形状に形成(永久磁石が円弧形状に配置)されている。これにより、第2の実施形態と同様に、電機子反作用による有効磁束量の低下をより抑制することができるとともに、起電力波形に含まれる高調波成分をより低減することができる。
また、磁石挿入部が、ブリッジ部を介して周方向に沿って配置されている複数の磁石挿入孔によって構成されている(永久磁石が、ブリッジ部を介して周方向に沿って配置されている複数の永久磁石片によって構成されている)ことにより、回転子の遠心力に対する強度が高められる。
また、磁石挿入部に、永久磁石を位置決めする位置決め部が設けられているため、永久磁石の両端部における磁束短絡を防止するための第1の空間部および第2の空間部を容易に変更することができる。
また、回転子の外周面が、d軸と交差する円弧形状(半径R1)に形成された第1の外周部分と、q軸と交差する円弧形状(半径R2>半径R1)に形成された第2の外周部分を交互に接続して構成されている。
したがって、永久磁石電動機の効率を向上させることができる。
実施形態では、回転子の外周側に飛び出ている台形形状、円弧形状、V字形状を有する磁石挿入孔を形成したが、磁石挿入孔の形状は、回転子の外周側に飛び出ている突形状であればよい。突形状は、直線や曲線を組み合わせた適宜の突形状を選択することができる。なお、磁石挿入孔が回転子の外周側の飛び出ている突形状に形成されていることにより、磁石挿入孔に挿入される永久磁石は回転子の外周側の飛び出ている突形状に配置される。
実施形態では、主磁極部に磁石挿入孔を形成し、磁石挿入孔に永久磁石を挿入したが、永久磁石を配置する態様はこれに限定されない。例えば、接着や一体成形等により永久磁石を回転子に配置する態様を用いることもできる。すなわち、本発明は、「永久磁石が、外周側に飛び出ている突形状に配置されている」永久磁石電動機として構成することもできる。
主磁極部の磁石挿入部を構成する磁石挿入孔の数や形状は、適宜変更可能である。
主磁極部に配置される永久磁石を構成する永久磁石片の数や形状は、適宜変更可能である。
永久磁石を磁石挿入部内に位置決めするための位置決め部の形状や数は、適宜変更可能である。
回転子の外周面は、q軸に沿った空隙の間隔G2がd軸に沿った空隙の間隔G1より大きくなる種々の形状に形成することができる。
本発明の永久磁石電動機は、種々の機器を駆動する電動機として用いることができる。
110、210、310、410 固定子
111、211、311、411 ヨーク部
112、212、312、412 ティース部
112a、212a、312a、412a ティース基部
112b、212b、312b、412b ティース先端部
113、213、313、413 ティース先端面
114、214、314、414 スロット
120、220、320、420 回転子
121、221、321、421 外周面
121a、221a、321a、421a 第1の外周部分
121b、221b、321b、421b 第2の外周部分
121A、121B、221A、221B、321A、321B、421A、421B 接続部
122、222、322、422 回転軸挿入孔
123、223、323、423 カシメピン挿入孔
124、224、324、424 通路孔
130、170、230、270、330、370、430、470 磁石挿入部
130a、130b、130c、170a、231a、232a、233a、271a、272a、273a、330a、330b、370a、431a、432a、471a、472a 内壁
130d、130e、130f、170b、231b、232b、233b、271b、272b、273b、330c、330d、370b、431b、432b、471b、472b 外壁
130g、130i、170c、170e、232d、233d、272d、273d、330e、330g、370c、370e、431d、432d、471d、472d 外周壁
130h、130j、170d、170f、231c、231d、232c、232e、233c、233e、271c、271d、271c、272e、273c、273e、330f、330h、370b、370f、431c、431e、432c、432e、471c、471e、472c、472e 端壁
140、180、240、280、340、380、440、480 永久磁石
141、142、143、181、182、183、241、242、243、281、282、283、341、342、381、382、441、442、481、482 永久磁石片
141a、142a、143a、181a、182a、183a、241a、242a、243a、281a、282a、283a、341a、342a、381a、382a、441a、442a、481a、482a 内壁
141b、142b、143b、181b、182b、183b、241b、242b、243b、281b、282b、283b、341b、342b、381b、382b、441b、442b、481b、482b 外壁
141c、141d、142c、142d、143c、143d、181c、181d、182c、182d、183c、183d、241c、121d、242c、242d、243c、243d、281c、281d、282c、282d、283c、283d、341c、341d、342c、342d、381c、381d、382c、382d、441c、441d、442c、442d、481c、481d、482c、482d 端壁
150a、150b、250a、250b、350a、350b、450a、450b 空間部
160a、160b、260a、260b、260c、260d、360a、360b、460a、460b、460c ブリッジ部
231、232、233、271、272、273、431、432、471、472 磁石挿入孔
[A]〜[D] 主磁極部
[AB]〜[DA] 補助磁極部
Claims (7)
- 固定子と、前記固定子に空隙を介して配置されている回転子を備え、前記回転子は、軸方向に直角な断面で見て、主磁極部と補助磁極部が周方向に沿って交互に配置され、前記主磁極部には磁石挿入部が設けられ、前記磁石挿入部には永久磁石が挿入されている永久磁石電動機であって、
前記磁石挿入部は、軸方向に直角な断面で見て、周方向に沿った中央部が両端部より前記回転子の外周側に飛び出ている突形状に形成され、
前記磁石挿入部には、前記磁石挿入部の、周方向に沿った一方側の端部および他方側の端部に第1の空間部および第2の空間部が形成されるように前記永久磁石を位置決めする位置決め部が設けられ、
前記回転子の外周面は、軸方向に直角な断面で見て、前記補助磁極部のq軸に沿った空隙の間隔が前記主磁極部のd軸に沿った空隙の間隔より長くなるように形成されていることを特徴とする永久磁石電動機。 - 請求項1に記載の永久磁石電動機であって、
前記位置決め部は、前記磁石挿入部を形成する壁部から飛び出ている突部であることを特徴とする永久磁石電動機。 - 請求項1または2に記載の永久磁石電動機であって、
前記回転子の外周面は、前記主磁極部のd軸と交差する第1の外周部分と、前記補助磁極部のq軸と交差する第2の外周部分が交互に接続されて形成されており、前記第1の外周部分は、d軸上に中心点を有する円弧形状に形成され、前記第2の外周部分は、q軸上に中心点を有し、前記第1の外周部分の半径より大きい半径を有する円弧形状に形成されていることを特徴とする永久磁石電動機。 - 請求項1〜3のうちのいずれか一項に記載の永久磁石電動機であって、
前記磁石挿入部は、台形形状に形成されていることを特徴とする永久磁石電動機。 - 請求項1〜3のうちのいずれか一項に記載の永久磁石電動機であって、
前記磁石挿入部は、円弧形状に形成されていることを特徴とする永久磁石電動機。 - 請求項1〜4のうちのいずれか一項に記載の永久磁石電動機であって、
前記磁石挿入部は、ブリッジ部を介して周方向に沿って配置されている複数の磁石挿入孔により構成されており、
前記複数の磁石挿入孔のうちの周方向に沿った一方端に配置されている磁石挿入孔の周方向に沿った一方側の端部に前記第1の空間部が形成され、周方向に沿った他方端に配置されている磁石挿入孔の周方向に沿った他方側の端部に前記第2の空間部が形成されていることを特徴とする永久磁石電動機。 - 機器と、前記機器を駆動する電動機を備える機器駆動装置であって、前記電動機として請求項1〜6のうちのいずれか一項に記載の永久磁石電動機が用いられていることを特徴とする機器駆動装置。
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