JP3500822B2 - 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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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
- H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
- H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
- Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
Description
動機に関するものである。
の磁極として永久磁石を有し、前記ロータの周囲にステ
ータが配設され、該ステータにロータと対向させて複数
のティースが形成されるようになっている。そして、前
記ステータに巻装されたコイルに電流を流すと、該電流
により誘起された磁束によって、ステータとロータとの
間に反発力及び吸引力が発生させられ、前記反発力及び
吸引力によってロータが回転するようになっている。
が形成され、一方、前記各永久磁石は互いに分離させて
配設されるので、ロータが回転すると、あるティースを
通っていた磁束が、隣接するティースを通るようにな
る。このとき、永久磁石のコーナ部が前記スロットを通
過することによって磁束の移動が不連続になる。その結
果、磁気リアクタンスの変化に伴ってステータとロータ
との間の吸引力が変動し、この変動によってコギングト
ルクが発生してしまう。
を径方向外方に突出させて突出部を形成するとともに、
該各突出部の幅をAとし、スロットピッチをBとしたと
き、 A=(n+1/2)×B (nは整数) の関係を満たすように前記突出部の幅A及びスロットピ
ッチBを設定することによって、コギングトルクが発生
するのを抑制するようにしている(特開平1−2867
58号公報参照)。
突出部の両端に、前記永久磁石を押さえるための磁石押
さえ部を形成する場合においては、該磁石押さえ部を含
めた突出部の幅をAとして、前記式を満たすように突出
部の幅A及びスロットピッチBを設定するようにしてい
る。
来の永久磁石式同期電動機においては、突出部の幅A及
びスロットピッチBに基づいてコギングトルクが発生す
るのを抑制するようにしているので、ティースの幅が異
なると、ロータの回転に伴って磁気リアクタンスが変化
してしまう。したがって、コギングトルクが発生するの
を十分に抑制することができない。
機の問題点を解決して、コギングトルクが発生するのを
十分に抑制することができる永久磁石式同期電動機を提
供することを目的とする。
久磁石式同期電動機においては、円周方向における複数
箇所にティースを備え、該各ティース間にスロットが形
成されたステータと、該ステータの径方向内方において
回転自在に支持された回転軸と、該回転軸に固定された
ロータとから成る。
数箇所に前記ステータと対向させて配設された永久磁
石、及び該永久磁石を支持し、各永久磁石間に径方向外
方に向けて突出部が形成されたロータコアを備える。ま
た、磁極間鉄心開角をθとし、前記突出部の幅に対応す
るティースの各端面のうち最も離れた二つの端面の中央
と、前記回転軸の中心とを結ぶ2本の直線が成す角度を
θMIN とし、前記突出部の幅に対応するティースにおけ
るティースヘッドの各端部のうち最も離れた二つの端部
と、前記回転軸の中心とを結ぶ2本の直線が成す角度を
θMAX としたとき、 θMIN <θ≦θMAX となるように前記突出部の幅が設定される。
ては、円周方向における複数箇所にティースを備え、該
各ティース間にスロットが形成されたステータと、該ス
テータの径方向内方において回転自在に支持された回転
軸と、該回転軸に固定されたロータとから成る。そし
て、該ロータは、円周方向における複数箇所に前記ステ
ータと対向させて配設された永久磁石、及び該永久磁石
を支持し、各永久磁石間に径方向外方に向けて突出部が
形成されたロータコアを備える。
部の幅に対応するティースの各端面のうち最も離れた二
つの端面の先端と、前記回転軸の中心とを結ぶ2本の直
線が成す角度をθCNとしたとき、前記磁極間鉄心開角θ
と角度θCNとが等しくなるように前記突出部の幅が設定
される。本発明の更に他の永久磁石式同期電動機におい
ては、さらに、前記突出部の円周方向における両端は、
永久磁石を径方向内方に押さえる。
て図面を参照しながら詳細に説明する。図2は本発明の
第1の実施の形態におけるモータ駆動装置の第1の断面
図、図3は本発明の第1の実施の形態におけるモータ駆
動装置の第2の断面図である。図において、11はモー
タアッセンブリ、12は該モータアッセンブリ11の直
上に配設されたインバータアッセンブリである。前記モ
ータアッセンブリ11においては、モータケース14内
に永久磁石式同期電動機15が収容され、前記インバー
タアッセンブリ12においては、インバータケース16
内にインバータ13、コンデンサ102、制御基板10
3等が収容される。
状部分14a、及び該円筒状部分14aの一端を閉鎖し
て、密閉されたモータ収容室18を形成する蓋(ふた)
部分14bから成る。一方、インバータケース16は、
中央に配設されたベース16a、該ベース16aと前記
円筒状部分14aとの間に配設された中間ケース16
b、ブラケット16c、及び前記ベース16aの上にス
ナップ止めされ、インバータ収容室19を形成するイン
バータカバー16dから成り、前記中間ケース16b及
びブラケット16cは、ボルトb1によって円筒状部分
14aに、ボルトb2によってベース16aにそれぞれ
着脱自在に固定される。
ス16bの頂壁71によってモータ収容室18とインバ
ータ収容室19とが区画される。また、中間ケース16
b内には収容室68が形成され、中間ケース16bの下
面に形成された開口部75と、前記円筒状部分14aの
上面に、開口部75と対応させて形成された開口部11
5とによって、前記収容室68とモータ収容室18とが
連通させられる。
ス16bはモータケース14のフロント側に、ブラケッ
ト16cはモータケース14のリヤ側においてそれぞれ
別体として配設されるが、一体的に形成して配設するこ
ともできる。また、前記インバータ収容室19は前記ベ
ース16aとインバータカバー16dとによって密閉さ
れる。そして、前記ベース16a及びブラケット16c
のそれぞれ対応する箇所には、インバータカバー16d
の内外間における気圧差をなくすためのブリーザ101
が形成され、該ブリーザ101を介して空気が自由に移
動することができるようになっている。
複数のフィン24が形成され、該各フィン24は永久磁
石式同期電動機15によって発生させられた熱を放出す
る。一方、前記ベース16aの下面には複数のフィン2
6が下方に向けて形成され、該フィン26はインバータ
13によって発生させられた熱を放出する。そして、前
記円筒状部分14aの底部の中央、及び蓋部分14bの
中央にはそれぞれ穴が形成され、該穴を貫通させて回転
軸としてのモータシャフト27が配設され、該モータシ
ャフト27はベアリング29、30によって回転自在に
支持される。また、前記蓋部分14bの中央の前記穴に
隣接させて凸部が形成され、該凸部は蓋部材33によっ
て閉鎖されることによりセンサ室34になる。
が配設され、該レゾルバ35は、前記蓋部分14bの中
央の前記穴を貫通してセンサ室34内に突出するモータ
シャフト27の回転に基づいて永久磁石式同期電動機1
5の磁極位置を検出する。前記永久磁石式同期電動機1
5は、前記モータシャフト27の軸方向におけるほぼ中
央に取り付けられ、モータシャフト27と共に回転させ
られるロータ37、円筒状部分14aの円筒部の内周面
において前記ロータ37と対向させて固定されたステー
タ38、及び前記インバータ13において発生させられ
た3相(U相、V相及びW相)の交流電流が供給される
各コイル39から成る。
電流を供給することによって、ロータ37を回転させる
とともに、モータシャフト27を回転させることができ
る。前記ロータ37は、複数の鋼板を積層した状態でモ
ータシャフト27に嵌(かん)合される。そして、前記
ロータ37の外周には、円周方向における複数箇所に永
久磁石105が配設される。該永久磁石105は、両端
に配設されたストッパ106、107によって押さえら
れた状態で固定される。
リヤケース81がボルトb5によって取り付けられる。
該リヤケース81は凹部を有し、リヤケース81にリヤ
カバー82を固定することによって、トルク伝動室83
が形成される。そして、該トルク伝動室83において
は、前記モータシャフト27と平行にカウンタシャフト
84がベアリング85、86を介して回転自在に支持さ
れる。
ドライブギヤ87が、前記カウンタシャフト84にカウ
ンタドリブンギヤ88及びパーキングギヤ126がそれ
ぞれ固定されるとともに、前記カウンタドライブギヤ8
7とカウンタドリブンギヤ88とが噛(し)合させられ
る。そして、前記カウンタシャフト84に出力ギヤ89
が配設され、該出力ギヤ89の回転がディファレンシャ
ル装置90に伝達される。
ギヤ91を外周に備え、ベアリング79、80を介して
回転自在に支持されたディファレンシャルケース92、
該ディファレンシャルケース92に固定されたピニオン
軸93、該ピニオン軸93に回転自在に支持されたピニ
オン94、及び該ピニオン94と噛合する左右のサイド
ギヤ95、96から成る。したがって、ディファレンシ
ャル装置90によって、前記リングギヤ91に伝達され
た回転を左右の駆動軸97、98に伝達するとともに、
該駆動軸97、98を差動させて回転数差を吸収するこ
とができる。
用及び冷却用の油が溜(た)められ、前記リングギヤ9
1の回転に伴って前記油が掻(か)き揚げられるように
なっている。そして、掻き揚げられた油は、トルク伝動
室83内のカウンタドライブギヤ87、カウンタドリブ
ンギヤ88、出力ギヤ89、ディファレンシャル装置9
0、リングギヤ91等を循環するとともに、油受けパイ
プ110を介してモータシャフト27内の油路111に
送られ、ロータ37の回転に伴う遠心力によって、モー
タシャフト27に形成された油穴108、及びストッパ
106に形成された油溝109を通り、ロータ37に形
成された油路120に送られてロータ37を冷却し、ロ
ータ37の回転に伴い発生させられる遠心力によってコ
イル39を冷却する。
9aはそれぞれ上方に延び、各リード線39aの先端に
圧着端子41が接続される。そして、該圧着端子41
は、前記収容室68内においてボルトb3によって連結
部材51と連結される。一方、インバータ13の各トラ
ンジスタモジュール13aの出力端子62は、インバー
タカバー16d内において連結部材51とボルトb4と
によって連結される。そして、前記連結部材51は、前
記インバータカバー16d内からベース16aを貫通
し、更に中間ケース16bの頂壁71を貫通して中間ケ
ース16b内に延びる。また、該中間ケース16b内に
形成された収容室68は、連結部材51の下端側を包囲
する。なお、前記トランジスタモジュール13aは、図
示しない二つのトランジスタによって構成される。
5の詳細について説明する。図1は本発明の第1の実施
の形態における永久磁石式同期電動機の要部断面図であ
る。図において、27はモータシャフト、37は該モー
タシャフト27に固定されたロータ、38は該ロータ3
7の外周側に配設されたステータ、105は前記ロータ
37の磁極として円周方向における複数箇所に前記ステ
ータ38と対向させて配設された永久磁石、135は該
永久磁石105を支持するロータコアであり、該ロータ
コア135には、各永久磁石105間に径方向外方に向
けて突出部136が形成される。該突出部136の円周
方向における両端には磁石押さえ部144、145が形
成され、該磁石押さえ部144、145は、永久磁石1
05を径方向内方に押さえる。
所にロータ37と対向させてティース130が形成され
る。そして、前記ステータ38に巻装されたコイル39
(図2)に電流を流すと、該電流により誘起された磁束
によってステータ38とロータ37との間に反発力及び
吸引力が発生させられ、前記反発力及び吸引力によって
ロータ37が回転するようになっている。
ロット131が形成され、一方、前記各永久磁石105
は互いに分離させて配設されるので、ロータ37が回転
すると、あるティース130を通っていた磁束線が隣接
するティース130を通るようになる。このとき、各永
久磁石105のコーナ部133が前記スロット131を
通過することによって磁束線の移動が不連続になると、
磁気リアクタンスの変化に伴ってステータ38とロータ
37との間の吸引力が変動し、この変動によってコギン
グトルクが発生してしまう。
ト131を通過するときに磁束線の移動が不連続になる
ことがなく、磁気リアクタンスの変化が生じないよう
に、前記突出部136の幅が設定される。すなわち、円
周方向における前記突出部136の両端P1、P2と、
前記モータシャフト27の中心Oとを結ぶ2本の直線が
成す角度、すなわち、磁極間鉄心開角をθとし、前記突
出部136の幅に対応する3個のティース130の各端
面のうち最も離れた二つの端面S1、S2の先端Q1、
Q2と、前記モータシャフト27の中心Oとを結ぶ2本
の直線が成す角度をθCNとしたとき、図に示すように、
磁極間鉄心開角θと角度θCNとがほぼ等しくなるように
前記突出部136の幅が設定される。
も磁気リアクタンスが変化することがないので、コギン
グトルクが発生するのを十分に抑制することができる。
また、トルクリップルが発生するのを十分に抑制するこ
ともできる。なお、本実施の形態において、前記突出部
136の幅に対応するティース130は3個あるが、突
出部136の幅が変化すると、対応するティース130
の個数も変化する。
永久磁石式同期電動機の要部断面図である。なお、第1
の実施の形態と同じ構造を有するものについては、同じ
符号を付与することによってその説明を省略する。この
場合、前記突出部136の幅に対応するティース130
の各端面のうち最も離れた二つの端面S1、S2の中央
Q3、Q4と、前記モータシャフト27の中心Oとを結
ぶ2本の直線が成す角度をθMIN としたとき、 θ>θMIN となるように前記突出部136の幅が設定される。
が角度θMIN よりわずかに大きくなるように突出部13
6の幅が設定されている。図5は本発明の第3の実施の
形態における永久磁石式同期電動機の要部断面図であ
る。なお、第1の実施の形態と同じ構造を有するものに
ついては、同じ符号を付与することによってその説明を
省略する。
るティース130におけるティースヘッド141の各端
部のうち最も離れた二つの端部Q5、Q6と、前記モー
タシャフト27の中心Oとを結ぶ2本の直線が成す角度
をθMAX としたとき、 θ≦θMAX となるように前記突出部136の幅が設定される。
次に、前記各実施の形態における永久磁石式同期電動機
15(図3)によって発生させられるトルクについて説
明する。
関係図、図7はロータ回転角とトルク/トルク平均値と
の関係図である。なお、図6において、横軸に磁極間鉄
心開角θを、縦軸にトルク変動率を、図7において、横
軸にロータ回転角を、縦軸にトルク/トルク平均値を採
ってある。図6においては、スロットピッチを10
〔°〕としたときの、磁極間鉄心開角θに対するトルク
変動率が示される。図から分かるように、磁極間鉄心開
角θが 25<θ≦27.5 〔°〕 となるときに、トルク変動率が小さくなり、コギングト
ルクが発生するのが十分に抑制される。また、スロット
ピッチを10〔°〕としたとき、 θMIN =25 〔°〕 θMAX =27.5 〔°〕 になる。
ロットピッチを10〔°〕としたとき、 θCN=26 〔°〕 になる。
θを27.5〔°〕にしたときの、bは磁極間鉄心開角
θを26〔°〕にしたときの、cは磁極間鉄心開角θを
25〔°〕にしたときのロータ回転角とトルク/トルク
平均値との関係を示す。次に、前記永久磁石式同期電動
機15(図3)におけるロータ37の製造方法について
説明する。 Nd、Fe、B、Co等の原料を溶解させて磁石合金
インゴットにする。そして、該磁石合金インゴットを粉
砕して粉末にし、永久磁石105(図1)のD型形状の
原型を磁場中で成形する。また、該D型形状の原型を焼
結し、時効処理(アニーリング)を施す。 ロータコア135の磁石押さえ部144、145が当
接する前記永久磁石105のテーパ面を研削加工し、永
久磁石105の製造を完成する。このとき、前記磁石押
さえ部144、145が当接しないR面を同時に研削加
工することもできる。 Niラックメッキ又はNiバレルメッキによって前記
永久磁石105に表面処理を施す。 突出部136、磁石押さえ部144、145等を備え
た電磁鋼板をプレス加工によって打ち抜く。 該電磁鋼板を積層してモータシャフト27に嵌合し、
ロータコア135を形成する。 前記永久磁石105を、前記モータシャフト27の軸
方向から前記ロータコア135の各突出部136間の前
記磁石押さえ部144、145の径方向内方に挿入す
る。これによって、前記永久磁石105の径方向位置
は、電磁鋼板の磁石押さえ部144、145によって径
方向内方に押さえられることによって決まる。 ロータコア135の両側において、ストッパ106、
107をそれぞれモータシャフト27に嵌合し、ロータ
37を形成する。これによって、前記永久磁石105の
軸方向位置は前記ストッパ106、107によって決ま
る。 着磁ヨーク内で前記ロータ37にパルス電流による磁
場を与えることによって、前記ロータ37の前記永久磁
石105のすべての磁極を同時に着磁させ、ロータ37
を完成させる。
出部136(図5)の円周方向における両端には磁石押
さえ部144、145が形成されるが、該磁石押さえ部
144、145は必ずしも必要はない。図8は本発明の
第4の実施の形態における永久磁石式同期電動機の要部
断面図、図9は磁石押さえ部が形成された永久磁石式同
期電動機と磁石押さえ部が形成されない永久磁石式同期
電動機との比較図である。なお、第1の実施の形態と同
じ構造を有するものについては、同じ符号を付与するこ
とによってその説明を省略する。
ータ、105は永久磁石、130はティース、148は
突出部である。この場合、円周方向における突出部14
8の両端には、磁石押さえ部が形成されない。そして、
図9において、Xは磁石押さえ部を形成したときのトル
ク変動率を、Yは磁石押さえ部を形成しないときのトル
ク変動率を示す。磁石押さえ部を形成した方がトルク変
動率が小さくなり、コギングトルクが発生するのが十分
に抑制されることが分かる。
るものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させ
ることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除す
るものではない。
れば、永久磁石式同期電動機においては、円周方向にお
ける複数箇所にティースを備え、該各ティース間にスロ
ットが形成されたステータと、該ステータの径方向内方
において回転自在に支持された回転軸と、該回転軸に固
定されたロータとから成る。
数箇所に前記ステータと対向させて配設された永久磁
石、及び該永久磁石を支持し、各永久磁石間に径方向外
方に向けて突出部が形成されたロータコアを備える。ま
た、磁極間鉄心開角をθとし、前記突出部の幅に対応す
るティースの各端面のうち最も離れた二つの端面の中央
と、前記回転軸の中心とを結ぶ2本の直線が成す角度を
θMIN とし、前記突出部の幅に対応するティースにおけ
るティースヘッドの各端部のうち最も離れた二つの端部
と、前記回転軸の中心とを結ぶ2本の直線が成す角度を
θMAX としたとき、 θMIN <θ≦θMAX となるように前記突出部の幅が設定される。
を通過するときに磁束線の移動が不連続になることがな
く、磁気リアクタンスの変化が生じない。したがって、
コギングトルクが発生するのを十分に抑制することがで
きる。また、トルクリップルが発生するのを十分に抑制
することもできる。本発明の他の永久磁石式同期電動機
においては、円周方向における複数箇所にティースを備
え、該各ティース間にスロットが形成されたステータ
と、該ステータの径方向内方において回転自在に支持さ
れた回転軸と、該回転軸に固定されたロータとから成
る。
数箇所に前記ステータと対向させて配設された永久磁
石、及び該永久磁石を支持し、各永久磁石間に径方向外
方に向けて突出部が形成されたロータコアを備える。ま
た、磁極間鉄心開角をθとし、前記突出部の幅に対応す
るティースの各端面のうち最も離れた二つの端面の先端
と、前記回転軸の中心とを結ぶ2本の直線が成す角度を
θCNとしたとき、前記磁極間鉄心開角θと角度θCNとが
等しくなるように前記突出部の幅が設定される。
を通過するときに磁束線の移動が不連続になることがな
く、磁気リアクタンスの変化が一層生じない。したがっ
て、コギングトルクが発生するのを一層抑制することが
できる。また、トルクリップルが発生するのを一層抑制
することもできる。本発明の他の永久磁石式同期電動機
においては、さらに、前記突出部の円周方向における両
端は、永久磁石を径方向内方に押さえる。
両端が永久磁石を押さえるので、磁気リアクタンスの変
化が一層生じない。したがって、コギングトルクが発生
するのを一層抑制することができる。また、トルクリッ
プルが発生するのを一層抑制することもできる。
同期電動機の要部断面図である。
装置の第1の断面図である。
装置の第2の断面図である。
同期電動機の要部断面図である。
同期電動機の要部断面図である。
る。
図である。
同期電動機の要部断面図である。
機と磁石押さえ部が形成されない永久磁石式同期電動機
との比較図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 円周方向における複数箇所にティースを
備え、該各ティース間にスロットが形成されたステータ
と、該ステータの径方向内方において回転自在に支持さ
れた回転軸と、該回転軸に固定されたロータとから成る
とともに、該ロータは、円周方向における複数箇所に前
記ステータと対向させて配設された永久磁石、及び該永
久磁石を支持し、各永久磁石間に径方向外方に向けて突
出部が形成されたロータコアを備え、かつ、磁極間鉄心
開角をθとし、前記突出部の幅に対応するティースの各
端面のうち最も離れた二つの端面の中央と、前記回転軸
の中心とを結ぶ2本の直線が成す角度をθMIN とし、前
記突出部の幅に対応するティースにおけるティースヘッ
ドの各端部のうち最も離れた二つの端部と、前記回転軸
の中心とを結ぶ2本の直線が成す角度をθMAX としたと
き、 θMIN <θ≦θMAX となるように前記突出部の幅が設定されることを特徴と
する永久磁石式同期電動機。 - 【請求項2】 円周方向における複数箇所にティースを
備え、該各ティース間にスロットが形成されたステータ
と、該ステータの径方向内方において回転自在に支持さ
れた回転軸と、該回転軸に固定されたロータとから成る
とともに、該ロータは、円周方向における複数箇所に前
記ステータと対向させて配設された永久磁石、及び該永
久磁石を支持し、各永久磁石間に径方向外方に向けて突
出部が形成されたロータコアを備え、かつ、磁極間鉄心
開角をθとし、前記突出部の幅に対応するティースの各
端面のうち最も離れた二つの端面の先端と、前記回転軸
の中心とを結ぶ2本の直線が成す角度をθCNとしたと
き、前記磁極間鉄心開角θと角度θCNとが等しくなるよ
うに前記突出部の幅が設定されることを特徴とする永久
磁石式同期電動機。 - 【請求項3】 前記突出部の円周方向における両端は、
永久磁石を径方向内方に押さえる請求項1又は2に記載
の永久磁石式同期電動機。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33879995A JP3500822B2 (ja) | 1995-12-26 | 1995-12-26 | 永久磁石式同期電動機 |
US08/774,704 US5936322A (en) | 1995-12-26 | 1996-12-26 | Permanent magnet type synchronous motor |
Applications Claiming Priority (1)
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