JP3489215B2 - 永久磁石式同期電動機 - Google Patents
永久磁石式同期電動機Info
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- JP3489215B2 JP3489215B2 JP24614194A JP24614194A JP3489215B2 JP 3489215 B2 JP3489215 B2 JP 3489215B2 JP 24614194 A JP24614194 A JP 24614194A JP 24614194 A JP24614194 A JP 24614194A JP 3489215 B2 JP3489215 B2 JP 3489215B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、サーボモータや可変
速電動機として使用される多極着磁されたリング状永久
磁石を有する回転子を備えた永久磁石式同期電動機に関
するものである。
速電動機として使用される多極着磁されたリング状永久
磁石を有する回転子を備えた永久磁石式同期電動機に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】図１１〜図１７は従来例を示し、図１１
は多極着磁されたリング状永久磁石を有する回転子を備
えた永久磁石式同期電動機の固定子鉄心と回転子の構成
を示す断面図、図１２はラジアル方向異方性のリング状
永久磁石の磁化方向を示す機能説明図、図１３はラジア
ル方向異方性のリング状永久磁石をスキュー着磁せずに
多極着磁し、固定子鉄心の歯の内径部の曲率半径Ｒ＝９
および固定子鉄心の内径Ｄ＝１８の場合のリング状永久
磁石表面の磁束波形図、図１４は図１３の磁束波形に対
応する逆起電圧波形図、図１５は図１４の逆起電圧波形
を周波数分析したスペクトラム図、図１６は図１４の逆
起電圧波形に対応するコギングトルク波形図、図１７は
ラジアル方向異方性のリング状永久磁石にスキュー着磁
をした場合の磁極の分布を示す機能説明図である。
は多極着磁されたリング状永久磁石を有する回転子を備
えた永久磁石式同期電動機の固定子鉄心と回転子の構成
を示す断面図、図１２はラジアル方向異方性のリング状
永久磁石の磁化方向を示す機能説明図、図１３はラジア
ル方向異方性のリング状永久磁石をスキュー着磁せずに
多極着磁し、固定子鉄心の歯の内径部の曲率半径Ｒ＝９
および固定子鉄心の内径Ｄ＝１８の場合のリング状永久
磁石表面の磁束波形図、図１４は図１３の磁束波形に対
応する逆起電圧波形図、図１５は図１４の逆起電圧波形
を周波数分析したスペクトラム図、図１６は図１４の逆
起電圧波形に対応するコギングトルク波形図、図１７は
ラジアル方向異方性のリング状永久磁石にスキュー着磁
をした場合の磁極の分布を示す機能説明図である。
【０００３】図において、１は磁束を通すことのできる
材料で作られたシャフト、２はラジアル方向異方性のリ
ング状永久磁石、３，３ａは固定子鉄心の歯、４，４
ａ，４ｂはコイルを収納するスロット、５は複数のコイ
ルの１つを示し固定子の歯３ａに巻回され隣り合うスロ
ット４ａ，４ｂに収納されたコイル、６はコイル５を保
護するための絶縁紙、７は多極着磁されたリング状永久
磁石の磁束の道、８は固定子鉄心のコアバック、９は空
隙、１０は固定子鉄心である。
材料で作られたシャフト、２はラジアル方向異方性のリ
ング状永久磁石、３，３ａは固定子鉄心の歯、４，４
ａ，４ｂはコイルを収納するスロット、５は複数のコイ
ルの１つを示し固定子の歯３ａに巻回され隣り合うスロ
ット４ａ，４ｂに収納されたコイル、６はコイル５を保
護するための絶縁紙、７は多極着磁されたリング状永久
磁石の磁束の道、８は固定子鉄心のコアバック、９は空
隙、１０は固定子鉄心である。
【０００４】次に、前述した従来の永久磁石式同期電動
機についてその動作を説明する。ラジアル方向異方性の
リング状永久磁石２は、その着磁の容易な方向は図１２
に示すように、リング状永久磁石の中心から外部へ向う
放射状の方向である。したがって、多極着磁されたラジ
アル方向異方性のリング状永久磁石２のある極から出た
磁束７はシャフト１の内部を通って隣の極へ到達するこ
ととなる。そして多極着磁されたラジアル方向異方性の
リング状永久磁石２の表面の磁束波形は図１４に示すよ
うにほぼ台形波形となってしまい、ラジアル方向異方性
のリング状永久磁石を正弦波状に着磁することは極めて
難しいものである。このような磁束波形を有する多極着
磁されたラジアル方向異方性のリング状永久磁石２とシ
ャフト１から構成される回転子が固定子鉄心１０の内側
で空隙９を隔てて回転した場合、コイル５に誘起される
逆起電圧波形は図１４に示されるようにほぼ正弦波形と
なるが、周波数分析してみると図１５に示すように基本
波成分（イ）以外に大きな調波成分（ロ）や（ハ）を含
んでいることが分る。そしてこの調波成分によって発生
するコギングトルクは図１６に示すように極めて大きな
ものとなる。ところで、この大きなコギングトルクを減
少させる手段としては一般的にはスキュー着磁という方
法を用いて、図１７に示すように磁極の境界をリング状
永久磁石の中心線と平行でなく斜めにし、極磁の急激な
変化を緩和することが行われている。しかし、この方法
では必要なトルクを発生する有効磁束までも減少させて
しまい、永久磁石式同期電動機の小形化や高効率化には
相反する条件となってしまう欠点があった。
機についてその動作を説明する。ラジアル方向異方性の
リング状永久磁石２は、その着磁の容易な方向は図１２
に示すように、リング状永久磁石の中心から外部へ向う
放射状の方向である。したがって、多極着磁されたラジ
アル方向異方性のリング状永久磁石２のある極から出た
磁束７はシャフト１の内部を通って隣の極へ到達するこ
ととなる。そして多極着磁されたラジアル方向異方性の
リング状永久磁石２の表面の磁束波形は図１４に示すよ
うにほぼ台形波形となってしまい、ラジアル方向異方性
のリング状永久磁石を正弦波状に着磁することは極めて
難しいものである。このような磁束波形を有する多極着
磁されたラジアル方向異方性のリング状永久磁石２とシ
ャフト１から構成される回転子が固定子鉄心１０の内側
で空隙９を隔てて回転した場合、コイル５に誘起される
逆起電圧波形は図１４に示されるようにほぼ正弦波形と
なるが、周波数分析してみると図１５に示すように基本
波成分（イ）以外に大きな調波成分（ロ）や（ハ）を含
んでいることが分る。そしてこの調波成分によって発生
するコギングトルクは図１６に示すように極めて大きな
ものとなる。ところで、この大きなコギングトルクを減
少させる手段としては一般的にはスキュー着磁という方
法を用いて、図１７に示すように磁極の境界をリング状
永久磁石の中心線と平行でなく斜めにし、極磁の急激な
変化を緩和することが行われている。しかし、この方法
では必要なトルクを発生する有効磁束までも減少させて
しまい、永久磁石式同期電動機の小形化や高効率化には
相反する条件となってしまう欠点があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の永久磁石式同期
電動機においては、ラジアル方向異方性のリング状永久
磁石を用いていたためにコギングトルクが大きくなり、
そのために電動機の発生する振動が大きくなるという欠
点があった。そしてこのコギングトルクを減少させるた
めにスキュー着磁を行っていたが、この方法では必要な
トルクを発生する有効磁束までも減少させてしまうこと
になり、永久磁石式同期電動機の小形化や高効率化が極
めて難しいという不具合があった。
電動機においては、ラジアル方向異方性のリング状永久
磁石を用いていたためにコギングトルクが大きくなり、
そのために電動機の発生する振動が大きくなるという欠
点があった。そしてこのコギングトルクを減少させるた
めにスキュー着磁を行っていたが、この方法では必要な
トルクを発生する有効磁束までも減少させてしまうこと
になり、永久磁石式同期電動機の小形化や高効率化が極
めて難しいという不具合があった。
【０００６】この発明はかかる問題点を解決するために
なされたものであり、磁束を通すコアバック、複数の
歯、および前記コアバックと複数の歯とに囲まれコイル
を収納する複数のスロットを有する固定子鉄心と、多極
着磁されたリング状永久磁石を有する回転子と、を備え
た永久磁石式同期電動機において、必要なトルクを発生
する有効磁束を減少させることなくコギングトルクを小
さくできる永久磁石式同期電動機を得ることを目的とし
ている。
なされたものであり、磁束を通すコアバック、複数の
歯、および前記コアバックと複数の歯とに囲まれコイル
を収納する複数のスロットを有する固定子鉄心と、多極
着磁されたリング状永久磁石を有する回転子と、を備え
た永久磁石式同期電動機において、必要なトルクを発生
する有効磁束を減少させることなくコギングトルクを小
さくできる永久磁石式同期電動機を得ることを目的とし
ている。
【０００７】さらに、コイルを高密度に巻回して小形、
高効率とすることのできる永久磁石式同期電動機を得る
ことを目的としている。
高効率とすることのできる永久磁石式同期電動機を得る
ことを目的としている。
【０００８】そして、固定子鉄心のコアバックの面積を
最小限として小形、高効率とすることのできる永久磁石
式同期電動機を得ることを目的としている。
最小限として小形、高効率とすることのできる永久磁石
式同期電動機を得ることを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明に係わる永久磁
石式同期電動機においては、固定子鉄心の歯の内径部の
曲率半径をＲ、固定子鉄心の内径をＤとするとき、これ
らの関係を１．２×Ｄ＜Ｒ＜２．５×Ｄとしたものであ
る。
石式同期電動機においては、固定子鉄心の歯の内径部の
曲率半径をＲ、固定子鉄心の内径をＤとするとき、これ
らの関係を１．２×Ｄ＜Ｒ＜２．５×Ｄとしたものであ
る。
【００１０】また、多極着磁されたリング状永久磁石
は、極異方性磁石を用い着磁後の表面磁束波形が正弦波
形より多少内細りとなるように着磁したものである。
は、極異方性磁石を用い着磁後の表面磁束波形が正弦波
形より多少内細りとなるように着磁したものである。
【００１１】また、固定子鉄心の歯の内径部の曲率半径
をＲ、固定子鉄心の内径をＤとするとき、これらの関係
を１．２×Ｄ＜Ｒ＜２．５×Ｄとし、かつ多極着磁され
たリング状永久磁石として極異方性磁石を用い着磁後の
表面磁束波形が正弦波形より多少内細りとなるように着
磁したものである。
をＲ、固定子鉄心の内径をＤとするとき、これらの関係
を１．２×Ｄ＜Ｒ＜２．５×Ｄとし、かつ多極着磁され
たリング状永久磁石として極異方性磁石を用い着磁後の
表面磁束波形が正弦波形より多少内細りとなるように着
磁したものである。
【００１２】
【００１３】
【００１４】そして、固定子鉄心の外形は固定子鉄心の
歯に対応した位置に辺を持ち、固定子鉄心の歯と同数の
辺を有する多角形としたものである。
歯に対応した位置に辺を持ち、固定子鉄心の歯と同数の
辺を有する多角形としたものである。
【００１５】
【作用】この発明に係わる永久磁石式同期電動機におい
ては、固定子鉄心の歯の内径部の曲率半径をＲ、固定子
鉄心の内径をＤとするとき、これらの関係を１．２×Ｄ
＜Ｒ＜２．５×Ｄとしたので、空隙でのエネルギー変化
を緩やかにしコイルに誘起される逆起電圧に含まれる調
波成分を少なくすることを最適に行うことになる。
ては、固定子鉄心の歯の内径部の曲率半径をＲ、固定子
鉄心の内径をＤとするとき、これらの関係を１．２×Ｄ
＜Ｒ＜２．５×Ｄとしたので、空隙でのエネルギー変化
を緩やかにしコイルに誘起される逆起電圧に含まれる調
波成分を少なくすることを最適に行うことになる。
【００１６】また、多極着磁されたリング状永久磁石
は、極異方性磁石を用い着磁後の表面磁束波形が正弦波
形より多少内細りとなるように着磁したので、調波成分
の無い基本波成分のみがコイルに誘起されることにな
る。
は、極異方性磁石を用い着磁後の表面磁束波形が正弦波
形より多少内細りとなるように着磁したので、調波成分
の無い基本波成分のみがコイルに誘起されることにな
る。
【００１７】また、固定子鉄心の歯の内径部の曲率半径
をＲ、固定子鉄心の内径をＤとするとき、これらの関係
を１．２×Ｄ＜Ｒ＜２．５×Ｄとし、かつ多極着磁され
たリング状永久磁石として極異方性磁石を用い着磁後の
表面磁束波形が正弦波形より多少内細りとなるように着
磁したので、空隙でのエネルギー変化を緩やかにしコイ
ルに誘起される逆起電圧に含まれる調波成分を少なくす
ることを最適に行うと共に調波成分の無い基本波成分の
みがコイルに誘起されることになる。
をＲ、固定子鉄心の内径をＤとするとき、これらの関係
を１．２×Ｄ＜Ｒ＜２．５×Ｄとし、かつ多極着磁され
たリング状永久磁石として極異方性磁石を用い着磁後の
表面磁束波形が正弦波形より多少内細りとなるように着
磁したので、空隙でのエネルギー変化を緩やかにしコイ
ルに誘起される逆起電圧に含まれる調波成分を少なくす
ることを最適に行うと共に調波成分の無い基本波成分の
みがコイルに誘起されることになる。
【００１８】
【００１９】
【００２０】そして、固定子鉄心の外形は固定子鉄心の
歯に対応した位置に辺を持ち、固定子鉄心の歯と同数の
辺を有する多角形としたので、コアバックの磁路の寸法
を均一にすることになる。
歯に対応した位置に辺を持ち、固定子鉄心の歯と同数の
辺を有する多角形としたので、コアバックの磁路の寸法
を均一にすることになる。
【００２１】
実施例１．図１〜図４を用いて、固定子鉄心の歯の内径
部の曲率半径と固定子鉄心の内径の関係に関するこの発
明の一実施例を説明する。図１は多極着磁されたリング
状永久磁石を有する回転子を備えた永久磁石式同期電動
機の固定子鉄心と回転子の構成を示す断面図、図２はブ
レーキを付属した永久磁石式同期電動機の全体構成図、
図３は固定子鉄心の歯の内径部の曲率半径と固定子鉄心
の内径の関係を示す部分断面図、図４は固定子鉄心の歯
の内径部の曲率半径と固定子鉄心の内径の関係がコギン
グトルクに及ぼす影響を示す特性図である。
部の曲率半径と固定子鉄心の内径の関係に関するこの発
明の一実施例を説明する。図１は多極着磁されたリング
状永久磁石を有する回転子を備えた永久磁石式同期電動
機の固定子鉄心と回転子の構成を示す断面図、図２はブ
レーキを付属した永久磁石式同期電動機の全体構成図、
図３は固定子鉄心の歯の内径部の曲率半径と固定子鉄心
の内径の関係を示す部分断面図、図４は固定子鉄心の歯
の内径部の曲率半径と固定子鉄心の内径の関係がコギン
グトルクに及ぼす影響を示す特性図である。
【００２２】図において、従来例と同一符号は同一また
は相当部分を示し、２１はシャフト、２２は極異方性の
のリング状永久磁石、２３，２３ａは固定子鉄心の歯、
２４は固定子鉄心の歯２３の一部で固定子鉄心の歯の内
径部突起、２５は非磁性体の樹脂などで作られたスペー
スリング、２６は固定子鉄心の内径を示す仮想線、２７
は多極着磁されたリング状永久磁石の磁束の道、３０は
固定子鉄心で複数の固定子鉄心の歯２３、複数のスロッ
ト４、コアバック８を有している。３１は回転子でシャ
フト２１、スペースリング２５、極異方性のリング状永
久磁石２２を有している。４１ａおよび４１ｂはそれぞ
れ負荷側および反負荷側のブラケット、４２ａおよび４
２ｂはそれぞれ固定子鉄心に負荷側４１ａおよび反負荷
側のブラケット４１ｂを支えるための負荷側および反負
荷側の端板、４３ａおよび４３ｂはそれぞれ負荷側およ
び反負荷側のベアリング、４４はブレーキである。
は相当部分を示し、２１はシャフト、２２は極異方性の
のリング状永久磁石、２３，２３ａは固定子鉄心の歯、
２４は固定子鉄心の歯２３の一部で固定子鉄心の歯の内
径部突起、２５は非磁性体の樹脂などで作られたスペー
スリング、２６は固定子鉄心の内径を示す仮想線、２７
は多極着磁されたリング状永久磁石の磁束の道、３０は
固定子鉄心で複数の固定子鉄心の歯２３、複数のスロッ
ト４、コアバック８を有している。３１は回転子でシャ
フト２１、スペースリング２５、極異方性のリング状永
久磁石２２を有している。４１ａおよび４１ｂはそれぞ
れ負荷側および反負荷側のブラケット、４２ａおよび４
２ｂはそれぞれ固定子鉄心に負荷側４１ａおよび反負荷
側のブラケット４１ｂを支えるための負荷側および反負
荷側の端板、４３ａおよび４３ｂはそれぞれ負荷側およ
び反負荷側のベアリング、４４はブレーキである。
【００２３】次に、この実施例の永久磁石式同期電動機
の動作を説明する。極異方性のリング状永久磁石２２
は、その着磁の容易な方向は図１に示す多極着磁された
リング状永久磁石の磁束の道２７と同じ方向となる。し
たがって従来例のラジアル方向異方性リング状永久磁石
と異なり、多極着磁されたリング状永久磁石の磁束は極
異方性のリング状永久磁石２２の内側には通らないた
め、極異方性のリング状永久磁石２２の内側に設けられ
る構造材の材料としては透磁率の高い炭素鋼を用いる必
要がなく、非磁性体の樹脂などで作られたスペースリン
グ２５を用いている。このことは図２に示す回転子３１
の慣性モーメントを下げたり、ブレーキ４４からの漏れ
磁束が極異方性のリング状永久磁石２２に影響を及ぼす
のを防ぐ効果を持っている。
の動作を説明する。極異方性のリング状永久磁石２２
は、その着磁の容易な方向は図１に示す多極着磁された
リング状永久磁石の磁束の道２７と同じ方向となる。し
たがって従来例のラジアル方向異方性リング状永久磁石
と異なり、多極着磁されたリング状永久磁石の磁束は極
異方性のリング状永久磁石２２の内側には通らないた
め、極異方性のリング状永久磁石２２の内側に設けられ
る構造材の材料としては透磁率の高い炭素鋼を用いる必
要がなく、非磁性体の樹脂などで作られたスペースリン
グ２５を用いている。このことは図２に示す回転子３１
の慣性モーメントを下げたり、ブレーキ４４からの漏れ
磁束が極異方性のリング状永久磁石２２に影響を及ぼす
のを防ぐ効果を持っている。
【００２４】図３において、固定子鉄心の歯２３の先端
に設けられている固定子鉄心の歯の内径部突起２４はコ
イル５を収納するスロット４を形成する役目を持つと共
に、多極着磁されたラジアル方向異方性のリング状永久
磁石２または多極着磁された極異方性のリング状永久磁
石２２が発生した磁束を固定子鉄心の歯３または２３に
通過させる場合の磁束の調波含有率に大きな影響を与え
る。すなわち、固定子鉄心の歯の内径部の曲率半径を
Ｒ、固定子鉄心の内径２６をＤとすると、従来例のごと
くＲ＝０．５×Ｄとした場合には、固定子鉄心の歯の内
径部突起２４の存在する部分とスロット４の開口部との
パーミアンス変化が大きいため、空隙９でのエネルギー
の変化が急激になりコギングトルクが大きくなる。そこ
で、Ｒ＞Ｄとすることにより、固定子鉄心の歯２３の中
心部から内径部突起２４の先端に向かって徐々に等価空
隙長を大きくしてやれば、パーミアンスの変化が小さく
なって空隙９でのエネルギーの変化が小さくなりコギン
グトルクが小さくなる。
に設けられている固定子鉄心の歯の内径部突起２４はコ
イル５を収納するスロット４を形成する役目を持つと共
に、多極着磁されたラジアル方向異方性のリング状永久
磁石２または多極着磁された極異方性のリング状永久磁
石２２が発生した磁束を固定子鉄心の歯３または２３に
通過させる場合の磁束の調波含有率に大きな影響を与え
る。すなわち、固定子鉄心の歯の内径部の曲率半径を
Ｒ、固定子鉄心の内径２６をＤとすると、従来例のごと
くＲ＝０．５×Ｄとした場合には、固定子鉄心の歯の内
径部突起２４の存在する部分とスロット４の開口部との
パーミアンス変化が大きいため、空隙９でのエネルギー
の変化が急激になりコギングトルクが大きくなる。そこ
で、Ｒ＞Ｄとすることにより、固定子鉄心の歯２３の中
心部から内径部突起２４の先端に向かって徐々に等価空
隙長を大きくしてやれば、パーミアンスの変化が小さく
なって空隙９でのエネルギーの変化が小さくなりコギン
グトルクが小さくなる。
【００２５】図４は横軸に固定子鉄心の歯２３の内径部
の曲率半径Ｒを固定子鉄心の内径Ｄの関数としてとり、
縦軸にコギングトルクの振幅を相対値としてとったもの
である。この図から分るように、Ｒ＝１．８×Ｄのとき
がコギングトルクの振幅は最も小さく、従来例のごとく
Ｒ＝０．５×ＤのときはＲ＝１．８×Ｄのときの２．７
倍以上あることが分る。また反対に曲率半径Ｒの値が
１．８×Ｄを越えてさらに大きくなると、こんどは再び
高調波を含むようになりコギングトルクの振幅は再び増
加してくる。したがって、曲率半径Ｒの値としては、曲
率半径Ｒの値が変化してもコギングトルクの振幅があま
り変化しない範囲、すなわち１．２×Ｄ＜Ｒ＜２．５×
Ｄを選ぶことが最も効果的である。
の曲率半径Ｒを固定子鉄心の内径Ｄの関数としてとり、
縦軸にコギングトルクの振幅を相対値としてとったもの
である。この図から分るように、Ｒ＝１．８×Ｄのとき
がコギングトルクの振幅は最も小さく、従来例のごとく
Ｒ＝０．５×ＤのときはＲ＝１．８×Ｄのときの２．７
倍以上あることが分る。また反対に曲率半径Ｒの値が
１．８×Ｄを越えてさらに大きくなると、こんどは再び
高調波を含むようになりコギングトルクの振幅は再び増
加してくる。したがって、曲率半径Ｒの値としては、曲
率半径Ｒの値が変化してもコギングトルクの振幅があま
り変化しない範囲、すなわち１．２×Ｄ＜Ｒ＜２．５×
Ｄを選ぶことが最も効果的である。
【００２６】実施例２．図５〜図８を用いて、極異方性
のリング状永久磁石を用いて着磁後のリング状永久磁石
の表面磁束波形をほぼ正弦波形となるように着磁するこ
とに関するこの発明の一実施例を説明する。図５は極異
方性のリング状永久磁石を着磁後のリング状永久磁石の
表面磁束波形が正弦波形より多少内細りとなるように多
極着磁し、固定子鉄心の歯の内径部の曲率半径Ｒ＝４０
および固定子鉄心の内径Ｄ＝１８の場合のリング状永久
磁石表面の磁束波形図、図６は図５の磁束波形に対応す
る逆起電圧波形図、図７は図６の逆起電圧波形を周波数
分析したスペクトラム図、図８は図６の逆起電圧波形に
対応するコギングトルク波形図である。
のリング状永久磁石を用いて着磁後のリング状永久磁石
の表面磁束波形をほぼ正弦波形となるように着磁するこ
とに関するこの発明の一実施例を説明する。図５は極異
方性のリング状永久磁石を着磁後のリング状永久磁石の
表面磁束波形が正弦波形より多少内細りとなるように多
極着磁し、固定子鉄心の歯の内径部の曲率半径Ｒ＝４０
および固定子鉄心の内径Ｄ＝１８の場合のリング状永久
磁石表面の磁束波形図、図６は図５の磁束波形に対応す
る逆起電圧波形図、図７は図６の逆起電圧波形を周波数
分析したスペクトラム図、図８は図６の逆起電圧波形に
対応するコギングトルク波形図である。
【００２７】図において同一符号は同一または相当部分
を示し、１７は比較のために破線で示した理想的な正弦
波形、１８は正弦波形より多少内細りとした着磁後のリ
ング状永久磁石の表面磁束波形である。このような磁束
波形を有する多極着磁された極異方性のリング状永久磁
石２２を有する回転子３１が固定子鉄心３０の内側で空
隙９を隔てて回転した場合、コイル５に誘起される逆起
電圧波形は図６に示されるようにほとんど正弦波形とな
り、周波数分析してみると図７に示すように基本波成分
（イ）以外には小さな調波成分（ロ）だけが存在してい
る。そしてこの調波成分によって発生するコギングトル
クは図８から分るように小さく、図１６に示す従来例で
のコギングトルクに比べると約１／５になっている。
を示し、１７は比較のために破線で示した理想的な正弦
波形、１８は正弦波形より多少内細りとした着磁後のリ
ング状永久磁石の表面磁束波形である。このような磁束
波形を有する多極着磁された極異方性のリング状永久磁
石２２を有する回転子３１が固定子鉄心３０の内側で空
隙９を隔てて回転した場合、コイル５に誘起される逆起
電圧波形は図６に示されるようにほとんど正弦波形とな
り、周波数分析してみると図７に示すように基本波成分
（イ）以外には小さな調波成分（ロ）だけが存在してい
る。そしてこの調波成分によって発生するコギングトル
クは図８から分るように小さく、図１６に示す従来例で
のコギングトルクに比べると約１／５になっている。
【００２８】ところで、図８に示すコギングトルクは、
極異方性のリング状永久磁石２２を用いて着磁後のリン
グ状永久磁石の表面磁束波形が正弦波形より多少内細り
となるようにした効果と固定子鉄心の歯の内径部の曲率
半径Ｒと固定子鉄心の内径Ｄとの関係をＲ＝２．２２×
Ｄとした効果の２つの効果により、図１６に示す従来例
でのコギングトルクに比べると約１／５になっている。
他方、図４から曲率半径Ｒと固定子の内径Ｄとの関係を
Ｒ＝２．２２×Ｄとした効果は図１６に示す従来例での
コギングトルクを約１／３にするものと推定される。し
たがって、極異方性のリング状永久磁石２２を用いて着
磁後のリング状永久磁石の表面磁束波形が正弦波形より
多少内細りとなるようにした効果はそれ単独では図１６
に示す従来例でのコギングトルクを約３／５にするもの
であることが分る。
極異方性のリング状永久磁石２２を用いて着磁後のリン
グ状永久磁石の表面磁束波形が正弦波形より多少内細り
となるようにした効果と固定子鉄心の歯の内径部の曲率
半径Ｒと固定子鉄心の内径Ｄとの関係をＲ＝２．２２×
Ｄとした効果の２つの効果により、図１６に示す従来例
でのコギングトルクに比べると約１／５になっている。
他方、図４から曲率半径Ｒと固定子の内径Ｄとの関係を
Ｒ＝２．２２×Ｄとした効果は図１６に示す従来例での
コギングトルクを約１／３にするものと推定される。し
たがって、極異方性のリング状永久磁石２２を用いて着
磁後のリング状永久磁石の表面磁束波形が正弦波形より
多少内細りとなるようにした効果はそれ単独では図１６
に示す従来例でのコギングトルクを約３／５にするもの
であることが分る。
【００２９】実施例３．図９を用いて、固定子鉄心のス
ロットの形状に関するこの発明の一実施例を説明する。
図９は固定子鉄心の歯、スロット、およびコアバックの
形状を示す断面図である。図において同一符号は同一ま
たは相当部分を示し、３３，３３ａは複数ある歯幅が一
定な固定子鉄心の歯、３４ａ，３４ｂは固定子鉄心の歯
の一つである３３ａを挟んで隣り合うスロット、３５
ａ，３５ｂはそれぞれスロット３４ａ，３４ｂのコアバ
ック３８に面する辺、３６ａ，３６ｂはそれぞれスロッ
ト３４ａ，３４ｂの固定子鉄心の内径に面する辺、３７
ａ，３７ｂはそれぞれスロット３４ａ，３４ｂの固定子
鉄心の歯３３ａに面する辺、４５は整列巻されたコイル
である。
ロットの形状に関するこの発明の一実施例を説明する。
図９は固定子鉄心の歯、スロット、およびコアバックの
形状を示す断面図である。図において同一符号は同一ま
たは相当部分を示し、３３，３３ａは複数ある歯幅が一
定な固定子鉄心の歯、３４ａ，３４ｂは固定子鉄心の歯
の一つである３３ａを挟んで隣り合うスロット、３５
ａ，３５ｂはそれぞれスロット３４ａ，３４ｂのコアバ
ック３８に面する辺、３６ａ，３６ｂはそれぞれスロッ
ト３４ａ，３４ｂの固定子鉄心の内径に面する辺、３７
ａ，３７ｂはそれぞれスロット３４ａ，３４ｂの固定子
鉄心の歯３３ａに面する辺、４５は整列巻されたコイル
である。
【００３０】ここで、スロット３４ａ，３４ｂのコアバ
ック３８に面する辺３５ａ，３５ｂ、および固定子鉄心
の内径に面する辺３６ａ，３６ｂは共に固定子鉄心の歯
３３ａに面する辺３７ａ，３７ｂに垂直に設けられてい
る。したがって、コアバック３８に面する辺３５ａと固
定子鉄心の内径に面する辺３６ａと固定子鉄心の歯３３
ａに面する辺３７ａとに囲まれたスロット３４ａの部
分、およびコアバック３８に面する辺３５ｂと固定子鉄
心の内径に面する辺３６ｂと固定子鉄心の歯３３ａに面
する辺３７ｂとに囲まれたスロット３４ｂの部分は、固
定子鉄心３０の中心から放射状に引いた固定子鉄心の歯
３３ａの中心線（ハ）に対して線対象に配置される。
ック３８に面する辺３５ａ，３５ｂ、および固定子鉄心
の内径に面する辺３６ａ，３６ｂは共に固定子鉄心の歯
３３ａに面する辺３７ａ，３７ｂに垂直に設けられてい
る。したがって、コアバック３８に面する辺３５ａと固
定子鉄心の内径に面する辺３６ａと固定子鉄心の歯３３
ａに面する辺３７ａとに囲まれたスロット３４ａの部
分、およびコアバック３８に面する辺３５ｂと固定子鉄
心の内径に面する辺３６ｂと固定子鉄心の歯３３ａに面
する辺３７ｂとに囲まれたスロット３４ｂの部分は、固
定子鉄心３０の中心から放射状に引いた固定子鉄心の歯
３３ａの中心線（ハ）に対して線対象に配置される。
【００３１】このため、図１に示す固定子鉄心の歯２３
ａに巻回されているコイル５ではスロット４ａ，４ｂの
それぞれの上下２つの辺が固定子鉄心の歯２３ａに垂直
でないためにコイル５を整列して巻回することができな
いのに対して、この実施例に示す固定子鉄心の歯３３に
巻回されたコイル４５では図に示すように整列巻するこ
とができる。したがって、同じスロットの断面積に対し
ては従来のものより高密度に巻回してコイルの導体面積
を増して損失を下げることができ、永久磁石式同期電動
機の小形化や高効率化を図ることができる。
ａに巻回されているコイル５ではスロット４ａ，４ｂの
それぞれの上下２つの辺が固定子鉄心の歯２３ａに垂直
でないためにコイル５を整列して巻回することができな
いのに対して、この実施例に示す固定子鉄心の歯３３に
巻回されたコイル４５では図に示すように整列巻するこ
とができる。したがって、同じスロットの断面積に対し
ては従来のものより高密度に巻回してコイルの導体面積
を増して損失を下げることができ、永久磁石式同期電動
機の小形化や高効率化を図ることができる。
【００３２】実施例４．図９〜図１０を用いて、固定子
鉄心の外形に関するこの発明の一実施例を説明する。図
１０は固定子鉄心のスロット、コアバック、および外形
の形状を示す断面図である。図において同一符号は同一
または相当部分を示し、３９はコアバック、４０は固定
子鉄心の外形の一辺、５０は固定子鉄心である。図９に
示す固定子鉄心３０の場合はその外形は丸形状であるた
め、コアバック３８の磁束が通る断面は固定子鉄心の歯
３３ａが位置する部分（イ）で広く、スロット３４ａ，
３４ｂの中央部（ロ）で狭い形状となっている。したが
って、有効な磁束の通ることのできる断面はスロット３
４ａ，３４ｂの中央部（ロ）で制約され、固定子鉄心の
歯３３ａが位置する部分（イ）は余分な面積を有してい
ることになる。
鉄心の外形に関するこの発明の一実施例を説明する。図
１０は固定子鉄心のスロット、コアバック、および外形
の形状を示す断面図である。図において同一符号は同一
または相当部分を示し、３９はコアバック、４０は固定
子鉄心の外形の一辺、５０は固定子鉄心である。図９に
示す固定子鉄心３０の場合はその外形は丸形状であるた
め、コアバック３８の磁束が通る断面は固定子鉄心の歯
３３ａが位置する部分（イ）で広く、スロット３４ａ，
３４ｂの中央部（ロ）で狭い形状となっている。したが
って、有効な磁束の通ることのできる断面はスロット３
４ａ，３４ｂの中央部（ロ）で制約され、固定子鉄心の
歯３３ａが位置する部分（イ）は余分な面積を有してい
ることになる。
【００３３】そこで、図１０に示す固定子鉄心５０は、
その外形が固定子鉄心の歯３３に対向して固定子鉄心の
歯３３の数と同じ数の辺４０を有するものである。固定
子鉄心の歯３３ａに対向する外形の一辺４０ａはスロッ
ト３４ａのコアバック３９に面する辺３５ａ、およびス
ロット３４ｂのコアバック３９に面する辺３５ｂとに平
行に設けられている。したがって、コアバック３９の有
効な磁束の通ることのできる断面は、固定子鉄心の歯３
３ａが位置する部分（イ）およびスロット３４ａ，３４
ｂの中央部（ロ）とも同じ断面積となり、均一なコアバ
ック断面積となる。このように固定子鉄心の外形部分で
コアバックとして有効な磁束を通すための断面積以外の
余分な断面積を取り除くことができるので、小形にする
ことができる。
その外形が固定子鉄心の歯３３に対向して固定子鉄心の
歯３３の数と同じ数の辺４０を有するものである。固定
子鉄心の歯３３ａに対向する外形の一辺４０ａはスロッ
ト３４ａのコアバック３９に面する辺３５ａ、およびス
ロット３４ｂのコアバック３９に面する辺３５ｂとに平
行に設けられている。したがって、コアバック３９の有
効な磁束の通ることのできる断面は、固定子鉄心の歯３
３ａが位置する部分（イ）およびスロット３４ａ，３４
ｂの中央部（ロ）とも同じ断面積となり、均一なコアバ
ック断面積となる。このように固定子鉄心の外形部分で
コアバックとして有効な磁束を通すための断面積以外の
余分な断面積を取り除くことができるので、小形にする
ことができる。
【００３４】
【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下に記載されるような効果を奏する。
れているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００３５】固定子鉄心の歯の内径部の曲率半径をＲ、
固定子鉄心の内径をＤとするとき、これらの関係を１．
２×Ｄ＜Ｒ＜２．５×Ｄとしたので、空隙でのエネルギ
ー変化を緩やかにしコイルに誘起される逆起電圧に含ま
れる調波成分を少なくすることを最適に行うことにな
り、必要なトルクを発生する有効磁束を減少させること
なくコギングトルクを小さくできる効果がある。
固定子鉄心の内径をＤとするとき、これらの関係を１．
２×Ｄ＜Ｒ＜２．５×Ｄとしたので、空隙でのエネルギ
ー変化を緩やかにしコイルに誘起される逆起電圧に含ま
れる調波成分を少なくすることを最適に行うことにな
り、必要なトルクを発生する有効磁束を減少させること
なくコギングトルクを小さくできる効果がある。
【００３６】また、多極着磁されたリング状永久磁石
は、極異方性磁石を用い着磁後の表面磁束波形が正弦波
形より多少内細りとなるように着磁したので、調波成分
の無い基本波成分のみがコイルに誘起されることにな
り、必要なトルクを発生する有効磁束を減少させること
なくコギングトルクを小さくできる効果がある。
は、極異方性磁石を用い着磁後の表面磁束波形が正弦波
形より多少内細りとなるように着磁したので、調波成分
の無い基本波成分のみがコイルに誘起されることにな
り、必要なトルクを発生する有効磁束を減少させること
なくコギングトルクを小さくできる効果がある。
【００３７】また、固定子鉄心の歯の内径部の曲率半径
をＲ、固定子鉄心の内径をＤとするとき、これらの関係
を１．２×Ｄ＜Ｒ＜２．５×Ｄとし、かつ多極着磁され
たリング状永久磁石として極異方性磁石を用い着磁後の
表面磁束波形が正弦波形より多少内細りとなるように着
磁したので、空隙でのエネルギー変化を緩やかにしコイ
ルに誘起される逆起電圧に含まれる調波成分を少なくす
ることを最適に行うと共に調波成分の無い基本波成分の
みがコイルに誘起されることになり、必要なトルクを発
生する有効磁束を減少させることなくコギングトルクを
より小さくできる効果がある。
をＲ、固定子鉄心の内径をＤとするとき、これらの関係
を１．２×Ｄ＜Ｒ＜２．５×Ｄとし、かつ多極着磁され
たリング状永久磁石として極異方性磁石を用い着磁後の
表面磁束波形が正弦波形より多少内細りとなるように着
磁したので、空隙でのエネルギー変化を緩やかにしコイ
ルに誘起される逆起電圧に含まれる調波成分を少なくす
ることを最適に行うと共に調波成分の無い基本波成分の
みがコイルに誘起されることになり、必要なトルクを発
生する有効磁束を減少させることなくコギングトルクを
より小さくできる効果がある。
【００３８】
【００３９】
【００４０】そして、固定子鉄心の外形は固定子鉄心の
歯に対応した位置に辺を持ち、固定子鉄心の歯と同数の
辺を有する多角形としたので、コアバックの磁路の寸法
を均一にすることになり、固定子鉄心のコアバックの面
積を最小限として小形、高効率とすることのできる効果
がある。
歯に対応した位置に辺を持ち、固定子鉄心の歯と同数の
辺を有する多角形としたので、コアバックの磁路の寸法
を均一にすることになり、固定子鉄心のコアバックの面
積を最小限として小形、高効率とすることのできる効果
がある。
【図１】 この発明の実施例１による永久磁石式同期電
動機の固定子鉄心と回転子の構成を示す断面図である。
動機の固定子鉄心と回転子の構成を示す断面図である。
【図２】 この発明の実施例１によるブレーキを付属し
た永久磁石式同期電動機の全体構成図である。
た永久磁石式同期電動機の全体構成図である。
【図３】 この発明の実施例１による固定子鉄心の歯の
内径部の曲率半径と固定子鉄心の内径の関係を示す部分
断面図である。
内径部の曲率半径と固定子鉄心の内径の関係を示す部分
断面図である。
【図４】 この発明の実施例１による固定子鉄心の内径
と歯の内径部の曲率半径とコギングトルクとの関係を示
す特性図である。
と歯の内径部の曲率半径とコギングトルクとの関係を示
す特性図である。
【図５】 この発明の実施例２による着磁後のリング状
永久磁石表面の磁束波形図である。
永久磁石表面の磁束波形図である。
【図６】 この発明の実施例２による図５の磁束波形に
対応する逆起電圧波形図である。
対応する逆起電圧波形図である。
【図７】 この発明の実施例２による図６の逆起電圧波
形を周波数分析したスペクトラム図である。
形を周波数分析したスペクトラム図である。
【図８】 この発明の実施例２による図６の逆起電圧波
形に対応するコギングトルク波形図である。
形に対応するコギングトルク波形図である。
【図９】 この発明の実施例３による固定子鉄心の歯、
スロット、およびコアバックの形状を示す断面図であ
る。
スロット、およびコアバックの形状を示す断面図であ
る。
【図１０】 この発明の実施例４による固定子鉄心のス
ロット、コアバック、および外形の形状を示す断面図で
ある。
ロット、コアバック、および外形の形状を示す断面図で
ある。
【図１１】 従来の永久磁石式同期電動機の固定子鉄心
と回転子の構成を示す断面図である。
と回転子の構成を示す断面図である。
【図１２】 従来のラジアル方向異方性のリング状永久
磁石の磁化方向を示す機能説明図である。
磁石の磁化方向を示す機能説明図である。
【図１３】 従来の着磁後のリング状永久磁石表面の磁
束波形図である。
束波形図である。
【図１４】 従来の図１３の磁束波形に対応する逆起電
圧波形図である。
圧波形図である。
【図１５】 従来の図１４の逆起電圧波形を周波数分析
したスペクトラム図である。
したスペクトラム図である。
【図１６】 従来の図１４の逆起電圧波形に対応するコ
ギングトルク波形図である。
ギングトルク波形図である。
【図１７】 従来のスキュー着磁をした場合の磁極の分
布を示す機能説明図である。
布を示す機能説明図である。
２ ラジアル方向異方性リング状永久磁石、４，４ａ，
４ｂ，３４ａ．３４ｂスロット、５，４５ コイル、
８，３８，３９ コアバック、２３，２３ａ，３３，３
３ａ 固定子鉄心の歯、２４ 固定子鉄心の歯の内径部
突起、２５ 極異方性リング状永久磁石、２６ 固定子
鉄心の内径、３０，５０ 固定子鉄心、３１ 回転子、
３５ａ，３５ｂ スロットの固定子鉄心のコアバックに
面する辺、３６ａ，３６ｂ スロットの固定子鉄心の内
径に面する辺、３７ａ，３７ｂスロットの固定子鉄心の
歯に面する辺、４０，４０ａ 固定子鉄心の外形の一
辺。
４ｂ，３４ａ．３４ｂスロット、５，４５ コイル、
８，３８，３９ コアバック、２３，２３ａ，３３，３
３ａ 固定子鉄心の歯、２４ 固定子鉄心の歯の内径部
突起、２５ 極異方性リング状永久磁石、２６ 固定子
鉄心の内径、３０，５０ 固定子鉄心、３１ 回転子、
３５ａ，３５ｂ スロットの固定子鉄心のコアバックに
面する辺、３６ａ，３６ｂ スロットの固定子鉄心の内
径に面する辺、３７ａ，３７ｂスロットの固定子鉄心の
歯に面する辺、４０，４０ａ 固定子鉄心の外形の一
辺。
フロントページの続き
(72)発明者 阪部 茂一
尼崎市塚口本町八丁目１番１号 三菱電
機株式会社 中央研究所内
(56)参考文献 特開 昭64−81633（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−93437（ＪＰ，Ａ)
実開 昭63−98606（ＪＰ，Ｕ)
実開 昭59−3748（ＪＰ，Ｕ)
実開 昭50−64905（ＪＰ，Ｕ)
実開 平３−106869（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H02K 21/14
H02K 29/00
H02K 1/27 501
H02K 15/03
Claims (4)
- 【請求項１】 磁束を通すコアバック、複数の歯、およ
び前記コアバックと複数の歯とに囲まれコイルを収納す
る複数のスロットを有する固定子鉄心と、 多極着磁されたリング状永久磁石を有する回転子と、 を備えた永久磁石式同期電動機において、 前記固定子鉄心の歯の内径部の曲率半径をＲ、固定子鉄
心の内径をＤとするとき、１．２×Ｄ＜Ｒ＜２．５×Ｄ
としたことを特徴とする永久磁石式同期電動機。 - 【請求項２】 磁束を通すコアバック、複数の歯、およ
び前記コアバックと複数の歯とに囲まれコイルを収納す
る複数のスロットを有する固定子鉄心と、 多極着磁されたリング状永久磁石を有する回転子と、 を備えた永久磁石式同期電動機において、 上記多極着磁されたリング状永久磁石は極異方性磁石を
用い着磁後の表面磁束波形が正弦波形より多少内細りと
なるように着磁したことを特徴とする永久磁石式同期電
動機。 - 【請求項３】 固定子鉄心の歯の内径部の曲率半径を
Ｒ、固定子鉄心の内径をＤとするとき、１．２×Ｄ＜Ｒ
＜２．５×Ｄとしたことを特徴とする請求項第２記載の
永久磁石式同期電動機。 - 【請求項４】 固定子鉄心の外形は固定子鉄心の歯に対
応した位置に辺を持ち固定子鉄心の歯と同数の辺を有す
る多角形としたことを特徴とする請求項第１または３記
載の永久磁石式同期電動機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24614194A JP3489215B2 (ja) | 1994-10-12 | 1994-10-12 | 永久磁石式同期電動機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24614194A JP3489215B2 (ja) | 1994-10-12 | 1994-10-12 | 永久磁石式同期電動機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08111968A JPH08111968A (ja) | 1996-04-30 |
| JP3489215B2 true JP3489215B2 (ja) | 2004-01-19 |
Family
ID=17144099
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24614194A Expired - Fee Related JP3489215B2 (ja) | 1994-10-12 | 1994-10-12 | 永久磁石式同期電動機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3489215B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| GB2370424A (en) * | 2000-12-22 | 2002-06-26 | Aea Technology Plc | Varying air gap alternator |
| JP2002058229A (ja) * | 2001-06-25 | 2002-02-22 | Hitachi Ltd | 永久磁石型ブラシレス電動機とそれを用いたエアコン装置 |
| US6992553B2 (en) | 2002-06-18 | 2006-01-31 | Hitachi Metals, Ltd. | Magnetic-field molding apparatus |
| US7382076B2 (en) | 2003-10-21 | 2008-06-03 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Spindle motor |
| JP5307328B2 (ja) * | 2006-10-26 | 2013-10-02 | カヤバ工業株式会社 | ステータ構造 |
| JP2010115019A (ja) * | 2008-11-06 | 2010-05-20 | Nippon Densan Corp | ポンプ用モータ |
| CN103501094A (zh) * | 2010-08-17 | 2014-01-08 | 珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司 | 自启动永磁同步电机 |
| JP5776170B2 (ja) | 2010-12-01 | 2015-09-09 | 日本電産株式会社 | ステータコア及びモータ |
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| US10644552B2 (en) | 2015-06-29 | 2020-05-05 | Mitsuba Corporation | Brushless motor |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5064905U (ja) * | 1973-10-16 | 1975-06-12 | ||
| JPS593748U (ja) * | 1982-06-28 | 1984-01-11 | 日本サ−ボ株式会社 | 誘導電動機 |
| JPH0726804Y2 (ja) * | 1986-12-18 | 1995-06-14 | 株式会社トーキン | 円筒形外周多極磁石 |
| JPS6481633A (en) * | 1987-09-19 | 1989-03-27 | Yamamoto Denki Kk | Brushless motor |
| JP2703066B2 (ja) * | 1989-09-06 | 1998-01-26 | 株式会社日立製作所 | 電動機 |
| JPH03106869U (ja) * | 1990-02-16 | 1991-11-05 |
-
1994
- 1994-10-12 JP JP24614194A patent/JP3489215B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08111968A (ja) | 1996-04-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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