JP3679624B2 - 永久磁石式回転電機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石式回転電機に係り、特に複数個の永久磁石を回転子の周方向に埋め込んで構成される内転型永久磁石式回転電機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
永久磁石式回転電機において、回転子内径を大径化して回転子内部にベアリングや差動機を配置しコンパクト化を計ったものとして、特開平9-74713号公報に記載されている構成の回転電機が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、回転子及び固定子形状に関する検討が未検討であり、特に、回転子内径の大径化の適値が不明である。
【０００４】
回転子内径を大径化すると、回転子自身の重量が軽くなりモータ重量（回転子＋固定子）の軽減が図れ、また、回転子内径内にベアリングなどを配置しやすくなる。しかし、永久磁石と回転子内径との距離ｒが短いと、磁束の流れが妨げられギャップの磁束密度が低下する。ギャップの磁束密度が低下しても出力を一定とするためには、積厚を増加する必要が有り、モータ重量が増加するという問題点がある。
【０００５】
また、永久磁石式回転電機は、近年、ハイブリッド電気自動車の駆動モータとして用いられつつある。ハイブリッド電気自動車は、駆動モータ／バッテリ及びエンジンを搭載する必要があるため、軽量化が最重要課題であり、当然、駆動モータの軽量化も問題となっている。
【０００６】
本発明の目的は、上記の問題に鑑みなされたものであり、モータ出力を落とすことなくモータ重量が軽減できる永久磁石式回転電機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明における永久磁石式回転電機の特徴とするところは、回転子鉄心の内径面から回転子鉄心に内蔵された複数の永久磁石の内周面の極間側端部までの径方向の距離をｒ、永久磁石の周方向の長さを２・ｗとしたとき、ｒ／ｗ≒0.6±0.1とすることにある。
【０００８】
具体的には本発明は次に掲げる回転電機を提供する。
【０００９】
本発明は、固定子巻線を巻回した固定子鉄心を有する固定子と、該固定子鉄心に回転ギャップを有して対向し、複数の永久磁石が周方向に配置内蔵された回転子鉄心を有する回転子とを有する永久磁石回転電機において、前記回転子鉄心の内径面から前記各永久磁石の内周面の極間側端部までの径方向の距離をｒ、前記永久磁石の周方向の長さを２・ｗとしたとき、ｒ／ｗ≒0.6±0.1であることを特徴とする永久磁石回転電機を提供する。
【００１０】
また、本発明は、固定子巻線を巻回した固定子鉄心を有する固定子と、前記固定子鉄心に回転ギャップを有して対向し、複数の永久磁石が周方向に配置内蔵された回転子鉄心を有する回転子とを有し、かつ前記回転子鉄心は、該回転子鉄心の内径面と前記永久磁石の内周面との間の周方向に複数の打抜穴を有する永久磁石回転電機において、前記各打抜穴の前記永久磁石側から前記各永久磁石の内周面の極間側端部までの径方向の距離をｔ、前記永久磁石の周方向の長さを２・ｗとしたとき、ｔ／ｗ≒0.6であることを特徴とする永久磁石回転電機を提供する。なお、ここで「径方向」とは、実施の形態に説明するように、回転子鉄心の軸芯から回転子鉄心の外径に向かう方向であることを意味する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の永久磁石式回転電機の実施の形態例を、図を用いて説明する。
【００１２】
図１は、本発明の第１の実施の形態例に係わる三相８極／48スロットの永久磁石式回転電機の１ポールペアを示す。図１において、固定子１は従来構成と同一であり、ほぼ環状をなす固定子鉄心２に形成された48個のスロット３にＵ相の固定子巻線Ｕ１、及びＶ相の固定子巻線Ｖ１、並びにＷ相の固定子巻線Ｗ１を挿入配置して構成されている。固定子鉄心の内周部には、各スロットに対応して開口部４が形成されている。
【００１３】
これに対して、回転子６は、回転子鉄心７を嵌合固着し、この回転子鉄心７の外周部周方向に形成された打抜の収納部に、Ｎ極とＳ極とが交互になるように着磁されてるネオジム製の永久磁石８を各収納部に軸方向から挿入して組込むことによって構成されている。
【００１４】
また、回転子６は、回転子鉄心７の外周部と固定子鉄心２の内周部との間に所定のギャップ５を有する状態で回転可能に配置されている。なお、回転子鉄心７は収納部形成用の孔が形成された硅素鋼板を多数枚積層して構成されている。
【００１５】
回転子鉄心７の内径をφ1、回転子鉄心７の内径面から永久磁石８の内周面の極間側端部までの径方向（回転子鉄心の軸芯から回転子鉄心の外径に向かう方向）距離をｒ、永久磁石の周方向の長さを２・ｗとする。ここで、回転子鉄心７の外径φ2を一定とすれば、ｗも一定の値となる。
【００１６】
回転子鉄心７の内径φ1を増大する、即ちｒを小さくすると、回転子内部の鉄の量が減るのでモータ重量（回転子＋固定子）が減少する。
【００１７】
図２は、図１の永久磁石式回転電機のｒ／ｗとモータ重量の関係を示す。この場合の永久磁石式回転電機は、出力１７ｋＷ，ステータ外径φ１８７mm，入力電流１８０Ａ，入力電圧１６０Ｖの仕様とする。
【００１８】
図２より、ｒ／ｗが小さいほどモータ重量が軽減できることが分かる。しかし、ｒを小さくしすぎると永久磁石の磁束の流れが悪くなる。
【００１９】
図３に、図１の永久磁石式回転電機の磁界解析結果を示す。図３において、回転子７内径側の磁束の流れに着目すると、永久磁石８の周方向の長さ２・ｗから流れ出た磁束は、磁石中心を境にそれぞれ長さｗ分の磁束が両脇の他の極性を持つ永久磁石８へと吸収される。
【００２０】
ここで、回転子７内径面から永久磁石８の内周面の極間側端部までの径方向の距離ｒがｗよりも大きい場合、即ちｒ／ｗ＞１の場合は磁束の流れがスムーズであるが、ｒ／ｗ＜１の場合は磁束の流れが悪くなるため、ギャップ５の磁束密度が低下する。
【００２１】
図４に、図１の永久磁石式回転電機のｒ／ｗとギャップの磁束密度との関係を示す。図４において、ｒ／ｗ＞0.8であれば磁束密度Ｂは殆ど変化しないが、ｒ／ｗ＜0.8では磁束密度Ｂは急激に減少する。磁束密度Ｂが低下すると出力が低下する。出力を一定とするためには積厚を増加しなければならず、モータ重量が増加する。
【００２２】
図５に、出力を一定条件でのモータ重量とｒ／ｗの関係を示す。図５より、ｒ／ｗ≒0.6±0.1であればモータ出力を落とすことなくモータ重量を軽減できる。望ましくは、ｒ／ｗ≒0.6とすることである。
【００２３】
なお、本発明は、永久磁石８の形状が第１の実施の形態例で示したアーク形に限らず、色々な形状で成り立つ。
【００２４】
図６は、本発明の第２の実施の形態例に係わる永久磁石式回転電機の１ポールペアを示し、永久磁石形状が長方形の場合を示す。この場合、回転子鉄心７の内径面から永久磁石８の内周面までの最短距離は磁石中央部でｓとなるが、磁束は両脇に流れるため、最短の距離であってもｓで特性は変化しない。第１の実施の形態例と同じく回転子鉄心７の内径面から永久磁石８の内周面の極間側端部までの径方向の距離ｒで特性が変化し、モータ重量をもっとも軽減する条件は第１の実施の形態例と同じくｒ／ｗ≒0.6となる。
【００２５】
図７は、本発明の第３の実施の形態例に係わる永久磁石式回転電機の１ポールペアを示し、回転子鉄心７の内径面と永久磁石８の内周面との間の周方向に複数の打抜穴９（磁気的な空隙）を設けた場合を示す。
【００２６】
図７の場合、磁束線の流れがもっとも厳しいのは、各打抜穴９の永久磁石８側から各永久磁石８の内周面の極間側端部までの径方向の距離ｔである。モータ重量をもっとも軽減する条件は、第１の実施の形態例と同じ関係が成立するため、ｔ／ｗ≒0.6となる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、回転子鉄心の内径面から回転子鉄心に内蔵された複数の永久磁石の内周面の極間側端部までの径方向の距離をｒ、永久磁石の周方向の長さを２・ｗとしたとき、ｒ／ｗ≒0.6±0.1とすることにより、モータ出力を落とすことなくモータ重量を軽減することができる。
【００２８】
また、本発明の永久磁石式回転電機をハイブリッド電気自動車に用いることにより、ハイブリッド電気自動車の軽量化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態例に係わる永久磁石式回転電機の構成図である。
【図２】図１の永久磁石式回転電機のｒ／ｗとモータ重量との関係を示す図である。
【図３】図１の永久磁石式回転電機の磁界解析結果を示す図である。
【図４】図１の永久磁石式回転電機のｒ／ｗとギャップの磁束密度との関係を示す図である。
【図５】図１の永久磁石式回転電機の出力一定条件でのｒ／ｗとモータ重量の関係を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態例に係わる永久磁石式回転電機の構成図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態例に係わる永久磁石式回転電機の構成図である。
【符号の説明】
１…固定子、２…固定子鉄心、３…固定子スロット、４…固定子開口部、５…ギャップ部、６…回転子、７…回転子鉄心、８…永久磁石、ｒ…回転子鉄心の内径面から各永久磁石の内周面の極間側端部までの径方向の距離、２・ｗ…永久磁石の周方向の長さ、φ…回転子鉄心の内径、ｓ…永久磁石中央と回転子鉄心の内径面までの距離、ｔ…各打抜穴の永久磁石側から各永久磁石の内周面の極間側端部までの径方向の距離
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石式回転電機に係り、特に複数個の永久磁石を回転子の周方向に埋め込んで構成される内転型永久磁石式回転電機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
永久磁石式回転電機において、回転子内径を大径化して回転子内部にベアリングや差動機を配置しコンパクト化を計ったものとして、特開平9-74713号公報に記載されている構成の回転電機が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、回転子及び固定子形状に関する検討が未検討であり、特に、回転子内径の大径化の適値が不明である。
【０００４】
回転子内径を大径化すると、回転子自身の重量が軽くなりモータ重量（回転子＋固定子）の軽減が図れ、また、回転子内径内にベアリングなどを配置しやすくなる。しかし、永久磁石と回転子内径との距離ｒが短いと、磁束の流れが妨げられギャップの磁束密度が低下する。ギャップの磁束密度が低下しても出力を一定とするためには、積厚を増加する必要が有り、モータ重量が増加するという問題点がある。
【０００５】
また、永久磁石式回転電機は、近年、ハイブリッド電気自動車の駆動モータとして用いられつつある。ハイブリッド電気自動車は、駆動モータ／バッテリ及びエンジンを搭載する必要があるため、軽量化が最重要課題であり、当然、駆動モータの軽量化も問題となっている。
【０００６】
本発明の目的は、上記の問題に鑑みなされたものであり、モータ出力を落とすことなくモータ重量が軽減できる永久磁石式回転電機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明における永久磁石式回転電機の特徴とするところは、回転子鉄心の内径面から回転子鉄心に内蔵された複数の永久磁石の内周面の極間側端部までの径方向の距離をｒ、永久磁石の周方向の長さを２・ｗとしたとき、ｒ／ｗ≒0.6±0.1とすることにある。
【０００８】
具体的には本発明は次に掲げる回転電機を提供する。
【０００９】
本発明は、固定子巻線を巻回した固定子鉄心を有する固定子と、該固定子鉄心に回転ギャップを有して対向し、複数の永久磁石が周方向に配置内蔵された回転子鉄心を有する回転子とを有する永久磁石回転電機において、前記回転子鉄心の内径面から前記各永久磁石の内周面の極間側端部までの径方向の距離をｒ、前記永久磁石の周方向の長さを２・ｗとしたとき、ｒ／ｗ≒0.6±0.1であることを特徴とする永久磁石回転電機を提供する。
【００１０】
また、本発明は、固定子巻線を巻回した固定子鉄心を有する固定子と、前記固定子鉄心に回転ギャップを有して対向し、複数の永久磁石が周方向に配置内蔵された回転子鉄心を有する回転子とを有し、かつ前記回転子鉄心は、該回転子鉄心の内径面と前記永久磁石の内周面との間の周方向に複数の打抜穴を有する永久磁石回転電機において、前記各打抜穴の前記永久磁石側から前記各永久磁石の内周面の極間側端部までの径方向の距離をｔ、前記永久磁石の周方向の長さを２・ｗとしたとき、ｔ／ｗ≒0.6であることを特徴とする永久磁石回転電機を提供する。なお、ここで「径方向」とは、実施の形態に説明するように、回転子鉄心の軸芯から回転子鉄心の外径に向かう方向であることを意味する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の永久磁石式回転電機の実施の形態例を、図を用いて説明する。
【００１２】
図１は、本発明の第１の実施の形態例に係わる三相８極／48スロットの永久磁石式回転電機の１ポールペアを示す。図１において、固定子１は従来構成と同一であり、ほぼ環状をなす固定子鉄心２に形成された48個のスロット３にＵ相の固定子巻線Ｕ１、及びＶ相の固定子巻線Ｖ１、並びにＷ相の固定子巻線Ｗ１を挿入配置して構成されている。固定子鉄心の内周部には、各スロットに対応して開口部４が形成されている。
【００１３】
これに対して、回転子６は、回転子鉄心７を嵌合固着し、この回転子鉄心７の外周部周方向に形成された打抜の収納部に、Ｎ極とＳ極とが交互になるように着磁されてるネオジム製の永久磁石８を各収納部に軸方向から挿入して組込むことによって構成されている。
【００１４】
また、回転子６は、回転子鉄心７の外周部と固定子鉄心２の内周部との間に所定のギャップ５を有する状態で回転可能に配置されている。なお、回転子鉄心７は収納部形成用の孔が形成された硅素鋼板を多数枚積層して構成されている。
【００１５】
回転子鉄心７の内径をφ1、回転子鉄心７の内径面から永久磁石８の内周面の極間側端部までの径方向（回転子鉄心の軸芯から回転子鉄心の外径に向かう方向）距離をｒ、永久磁石の周方向の長さを２・ｗとする。ここで、回転子鉄心７の外径φ2を一定とすれば、ｗも一定の値となる。
【００１６】
回転子鉄心７の内径φ1を増大する、即ちｒを小さくすると、回転子内部の鉄の量が減るのでモータ重量（回転子＋固定子）が減少する。
【００１７】
図２は、図１の永久磁石式回転電機のｒ／ｗとモータ重量の関係を示す。この場合の永久磁石式回転電機は、出力１７ｋＷ，ステータ外径φ１８７mm，入力電流１８０Ａ，入力電圧１６０Ｖの仕様とする。
【００１８】
図２より、ｒ／ｗが小さいほどモータ重量が軽減できることが分かる。しかし、ｒを小さくしすぎると永久磁石の磁束の流れが悪くなる。
【００１９】
図３に、図１の永久磁石式回転電機の磁界解析結果を示す。図３において、回転子７内径側の磁束の流れに着目すると、永久磁石８の周方向の長さ２・ｗから流れ出た磁束は、磁石中心を境にそれぞれ長さｗ分の磁束が両脇の他の極性を持つ永久磁石８へと吸収される。
【００２０】
ここで、回転子７内径面から永久磁石８の内周面の極間側端部までの径方向の距離ｒがｗよりも大きい場合、即ちｒ／ｗ＞１の場合は磁束の流れがスムーズであるが、ｒ／ｗ＜１の場合は磁束の流れが悪くなるため、ギャップ５の磁束密度が低下する。
【００２１】
図４に、図１の永久磁石式回転電機のｒ／ｗとギャップの磁束密度との関係を示す。図４において、ｒ／ｗ＞0.8であれば磁束密度Ｂは殆ど変化しないが、ｒ／ｗ＜0.8では磁束密度Ｂは急激に減少する。磁束密度Ｂが低下すると出力が低下する。出力を一定とするためには積厚を増加しなければならず、モータ重量が増加する。
【００２２】
図５に、出力を一定条件でのモータ重量とｒ／ｗの関係を示す。図５より、ｒ／ｗ≒0.6±0.1であればモータ出力を落とすことなくモータ重量を軽減できる。望ましくは、ｒ／ｗ≒0.6とすることである。
【００２３】
なお、本発明は、永久磁石８の形状が第１の実施の形態例で示したアーク形に限らず、色々な形状で成り立つ。
【００２４】
図６は、本発明の第２の実施の形態例に係わる永久磁石式回転電機の１ポールペアを示し、永久磁石形状が長方形の場合を示す。この場合、回転子鉄心７の内径面から永久磁石８の内周面までの最短距離は磁石中央部でｓとなるが、磁束は両脇に流れるため、最短の距離であってもｓで特性は変化しない。第１の実施の形態例と同じく回転子鉄心７の内径面から永久磁石８の内周面の極間側端部までの径方向の距離ｒで特性が変化し、モータ重量をもっとも軽減する条件は第１の実施の形態例と同じくｒ／ｗ≒0.6となる。
【００２５】
図７は、本発明の第３の実施の形態例に係わる永久磁石式回転電機の１ポールペアを示し、回転子鉄心７の内径面と永久磁石８の内周面との間の周方向に複数の打抜穴９（磁気的な空隙）を設けた場合を示す。
【００２６】
図７の場合、磁束線の流れがもっとも厳しいのは、各打抜穴９の永久磁石８側から各永久磁石８の内周面の極間側端部までの径方向の距離ｔである。モータ重量をもっとも軽減する条件は、第１の実施の形態例と同じ関係が成立するため、ｔ／ｗ≒0.6となる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、回転子鉄心の内径面から回転子鉄心に内蔵された複数の永久磁石の内周面の極間側端部までの径方向の距離をｒ、永久磁石の周方向の長さを２・ｗとしたとき、ｒ／ｗ≒0.6±0.1とすることにより、モータ出力を落とすことなくモータ重量を軽減することができる。
【００２８】
また、本発明の永久磁石式回転電機をハイブリッド電気自動車に用いることにより、ハイブリッド電気自動車の軽量化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態例に係わる永久磁石式回転電機の構成図である。
【図２】図１の永久磁石式回転電機のｒ／ｗとモータ重量との関係を示す図である。
【図３】図１の永久磁石式回転電機の磁界解析結果を示す図である。
【図４】図１の永久磁石式回転電機のｒ／ｗとギャップの磁束密度との関係を示す図である。
【図５】図１の永久磁石式回転電機の出力一定条件でのｒ／ｗとモータ重量の関係を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態例に係わる永久磁石式回転電機の構成図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態例に係わる永久磁石式回転電機の構成図である。
【符号の説明】
１…固定子、２…固定子鉄心、３…固定子スロット、４…固定子開口部、５…ギャップ部、６…回転子、７…回転子鉄心、８…永久磁石、ｒ…回転子鉄心の内径面から各永久磁石の内周面の極間側端部までの径方向の距離、２・ｗ…永久磁石の周方向の長さ、φ…回転子鉄心の内径、ｓ…永久磁石中央と回転子鉄心の内径面までの距離、ｔ…各打抜穴の永久磁石側から各永久磁石の内周面の極間側端部までの径方向の距離
Claims (2)
- 固定子巻線を巻回した固定子鉄心を有する固定子と、該固定子鉄心に回転ギャップを有して対向し、複数の永久磁石が周方向に配置内蔵された回転子鉄心を有する回転子とを有する永久磁石回転電機において、
前記回転子鉄心の内径面から前記各永久磁石の内周面の極間側端部までの径方向の距離をｒ、前記永久磁石の周方向の長さを２・ｗとしたとき、
ｒ／ｗ≒0.6±0.1
であることを特徴とする永久磁石回転電機。 - 固定子巻線を巻回した固定子鉄心を有する固定子と、前記固定子鉄心に回転ギャップを有して対向し、複数の永久磁石が周方向に配置内蔵された回転子鉄心を有する回転子とを有し、かつ前記回転子鉄心は、該回転子鉄心の内径面と前記永久磁石の内周面との間の周方向に複数の打抜穴を有する永久磁石回転電機において、
前記各打抜穴の前記永久磁石側から前記各永久磁石の内周面の極間側端部までの径方向の距離をｔ、前記永久磁石の周方向の長さを２・ｗとしたとき、
ｔ／ｗ≒0.6
であることを特徴とする永久磁石回転電機。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27330798A JP3679624B2 (ja) | 1998-09-28 | 1998-09-28 | 永久磁石式回転電機 |
| US09/400,437 US6452302B1 (en) | 1998-09-28 | 1999-09-21 | Rotary electric machine and electric vehicle using the same |
| US10/091,514 US6661147B2 (en) | 1998-09-28 | 2002-03-07 | Electric vehicle and rotary electric machine having a divided rotor core |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27330798A JP3679624B2 (ja) | 1998-09-28 | 1998-09-28 | 永久磁石式回転電機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000102199A JP2000102199A (ja) | 2000-04-07 |
| JP3679624B2 true JP3679624B2 (ja) | 2005-08-03 |
Family
ID=17526054
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27330798A Expired - Lifetime JP3679624B2 (ja) | 1998-09-28 | 1998-09-28 | 永久磁石式回転電機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3679624B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104901456B (zh) * | 2015-06-19 | 2018-09-11 | 广东美芝制冷设备有限公司 | 电机和具有其的压缩机 |
| CN105790458B (zh) * | 2016-04-13 | 2018-07-27 | 广东美芝制冷设备有限公司 | 永磁电机及具有其的压缩机、空调器 |
| CN111555480B (zh) * | 2020-05-26 | 2021-04-30 | 安徽美芝精密制造有限公司 | 电机、压缩机和制冷设备 |
-
1998
- 1998-09-28 JP JP27330798A patent/JP3679624B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000102199A (ja) | 2000-04-07 |
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