JP3766358B2 - 永久磁石内蔵型モータロータ - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石内蔵型モータロータに関するものであり、特にエアギャップ磁束分布を正弦波に近づけることができ、コギングトルクと回転振動を抑制できる永久磁石内蔵型モータロータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来の永久磁石内蔵型モータロータとステータの位置関係を示す分解図であり、図６は従来の永久磁石内蔵型モータロータとステータの位置関係を示す図である。図５と図６においては、従来シャフトを収納するシャフトホール103と、永久磁石( 図示なし) を収納する軸方向磁石スロット102 を有する永久磁石内蔵型モータロータ100 を示す。コギングトルクを減少するため、従来のモータステータ(Stator)は斜め角がαである複数個のスロットを使い、またはステータスロット数に合わせて極面を展開するときのスロット数が整数でない角度を使う。しかし、前者においては、巻き線作業が難しく、執行の困難性をもたらすと同時に、スロット巻き線の加工コストが高く、またエアギャップ磁束密度分布の形状を制御しにくい、後者においては、極面開角が小さくなりやすく、モータのアウトプットを直接減少させてスロット数の少ないステータに適用しにくい。
【０００３】
図７は図５と図６のエアギャップ磁束密度分布を示す図である。図７はエアギャップ磁束密度分布の台形分布が大きいコギングトルクをもたらすことを示す。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、従来のモータは以下のような欠点がある
1. コギングトルクが大きい
2. 永久磁石の開角が小さい
3. 永久磁石が磁束漏れが発生しやすい
4. コギングトルクを減少するため、巻き線作業を難しくするスロットを使わなければならない
【０００５】
本発明の目的は従来よりもコギングトルクを減少して電機子反作用を弱めて磁束漏れを抑制できる永久磁石内蔵型モータロータを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、永久磁石を内蔵する複数個の軸方向磁石スロットと、花弁型円弧の磁石スロットを具備する花弁型突極の磁石部分と、シャフトを収納するシャフトホールとを有する永久磁石内蔵型モータロータであって、前記花弁型円弧の円心はロータ円心と位置差R 2 を形成して、前記円弧半径R 1 はロータ半径Ｒより小さくて、R 1 + R 2 =Rであるロータ円心から偏移する花弁型円弧磁極面を提供し、磁石スロット間とシャフトホールの間に位置する軸方向スロットと、前記スロットホールの磁石スロット間に形成されるシャープ型先端と、対向する先端と底部との間に生成される拡張型縁部とを有することを特徴とする、永久磁石内蔵型モータロータとしている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の永久磁石内蔵型モータロータは円形縁部にロータ円心から偏移する花弁型円弧磁極面を使用して、モータエアギャップ磁束密度分布の磁界分布を改善してエアギャップ磁束密度分布を正弦波分布に近づけて、コギングトルク過大を改善するため、本発明のモータステータはスロット構造を使わずにモータ巻き線作業を簡略化できる。そして、本発明の実施はモータステータのスロット数にも影響されなく、花弁型円弧縁部が強いモータ電機子反作用抗力を提供し、精密なサーボ制御でモータの電流を正弦波電流にして、本発明のエアギャップ磁束分布が正弦波分布に近いため、均一なアウトプットトルクが得られ、精密サーボ制御の応用に相当適用する。
【０００８】
本発明の永久磁石内蔵型モータロータは磁石スロット間とシャフトホールの間に軸方向スロットを設けるすることによって、各磁極間の永久磁石磁束漏れを防げるうえ、直接にモータロータの慣性量を減少して、モータの起動時間と非負荷電流を減少する。
【０００９】
本発明の永久磁石内蔵型モータロータは、永久磁石を内蔵する複数個の軸方向磁石スロットと、シャフトを収納するシャフトホールとを有するロータである。本発明は磁石スロットにロータ半径より小さい円弧半径よりなる花弁型円弧極面を生成して、正弦波に近いエアギャップ磁束分布を提供して、コギングトルク過大を改善する。また、モータ電機子反作用を弱めて永久磁石の減磁を抑制するうえ、磁石スロット間とシャフトホールの間に軸方向スロットを設けることによって、磁石磁束漏れを抑制しロータ重量を軽減する。
【００１０】
【実施例】
以下の図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は本発明の構造を示す分解図である。図２は図1 のロータ部分を示す図である。図１において、本発明のモータは複数個のけい素鋼板からなるロータ１とステータ２０を有する。図１に示されるように、ロータ１には永久磁石を内蔵する複数個の軸方向磁石スロット２とシャフトを収納するシャフトホール３を有する。本発明は磁石スロットにロータ円心から偏移する花弁型円弧磁極面１１を生成して、該花弁型円弧１１は円心６００を中心にR1を半径にしてなる。その円心６００はロータ円心５００とR2の位置差を形成して、円弧半径R1はロータ半径R より小さくて、R1+R2=R であるロータ円心から偏移する花弁型円弧極面１１を提供することによって、モータエアギャップ磁束分布の磁界分布を改善して、エアギャップ磁束分布を正弦波分布に近づけて、コギングトルク過大を改善する。
【００１１】
図１と図２において、本発明は各極間の永久磁石磁束漏れを抑制するため、軸方向スロット５を磁石スロット２間とシャフトホール３の間に設置して、該スロット５は直接にモータロータの慣性量を減少するとともに、モータの起動時間と非負荷電流を減少する。図示のスロット５は磁石スロット２間にシャープ型先端５１を形成して、各極の永久磁石先端磁束漏れを防げる。また、先端と対向する底部との間に向かい合う拡張型縁部５２を形成して、各極の永久磁石の磁束パスを飽和させなく、モータ中心軸設置時の機械強度を保つ。従って、各磁極間の永久磁石磁束漏れを抑制するスロット５は、各磁極間の永久磁石磁束漏れ作用をもたらすうえ、モータロータの機械構造強度にも影響を与えないしモータロータの磁束パスを飽和させない前提で、モータロータの慣性量をできるだけ減少させる効果がある。
【００１２】
本発明の正弦波分布に近づける結論は図３と図４を参考する。図３は本発明のロータ１とステータ２００の位置関係を示す図である。図４は図３のエアギャップ磁束密度分布を示す図で、配置間に電気で励起して得た正弦波に近いエアギャップ磁束密度分布である。前述した図５と図７において示した従来の永久磁石内蔵型モータのエアギャップ磁束密度分布と比べて、本発明は明らかに正弦波に近いエアギャップ磁束を有して、コギングトルクを有効に改善できる。そして、本発明はコギングトルクを減少するために、各磁極面の展開角度をステータの各ギア角度の整数倍に合わせることが必要なく、各磁極面の展開角度が完全に展開できるようになった。さらに、本発明は正弦波電流の精密サーボ制御と小さい運転振動に適用する。また、本発明はロータ円心から偏移する花弁型円弧縁部を使用することによって、モータステータが電機子反作用磁界に対して厚いエアギャップを生成して、電機子反作用磁界を弱めるため、良いモータ電機子反作用抗力を提供する。
【００１３】
図８は本発明における図１の実施形態を示す分解図である。図９は本発明における図２の実施形態を示す図である。図８と図９に示されるように本発明の同一原理を利用して同じ効果を働く他の例であり、磁極面を形成する花弁型円弧縁部１１の円心６００もロータ円心５００とR2の位置差を形成して、該円弧半径R1もロータ半径R より小さくて、R1+R2=R であると同時に、軸方向スロット５もシャープ型先端５１を形成して、先端と対向する底部との間に向かい合う拡張型縁部５２を形成して、その原理も同様で、生成した効果も同様となる。
【表１】
Figure 0003766358
【００１４】
【発明の効果】
本発明によれば、モータステータはスロット構造を使わずにモータ巻き線作業を簡略化できるし、花弁型円弧の精密度を制御しやすくて、モータの生産性を簡略化して自動化生産ができる。また、本発明のエアギャップ磁束分布が正弦波分布に近いため、コギングトルク過大の欠点を改善できる。そして、本発明の実施はモータステータのスロット数にも影響されなく、各磁極面展開角度が完全に展開できるようになって、正弦波電流の精密サーボ制御と小さい運転振動に適用する。さらに、花弁型円弧縁部は、モータステータが電機子反作用磁界に対して厚いエアギャップを生成して、強いモータ電機子反作用抗力を提供する。その上、磁石スロット間とシャフトホールの間に設置する軸方向スロットは各磁極間の永久磁石磁束漏れを抑制できるほか、モータロータの慣性量を直接減少できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構造を示す分解図である。
【図２】図１のロータ部分を示す図である。
【図３】本発明のロータとステータの位置関係を示す図である。
【図４】図３のエアギャップ磁束密度分布を示す図である。
【図５】従来の永久磁石内蔵型モータロータとステータの位置関係を示す分解図である。
【図６】従来の永久磁石内蔵型モータロータとステータの位置関係を示す図である。
【図７】図５と図６のエアギャップ磁束密度分布を示す図である。
【図８】本発明における図１の実施形態を示す分解図である。
【図９】本発明における図２の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
100,１ ロータ
101,11 円弧磁極面
200 ステータ
500 ロータコア
600 花弁型円弧円心
2 磁石スロット
3 シャフトホール
5 軸方向スロット
51 先端
52 縁部

Claims (1)

  1. 永久磁石を内蔵する複数個の軸方向磁石スロットと、花弁型円弧の磁石スロットを具備する花弁型突極の磁石部分と、シャフトを収納するシャフトホールとを有する永久磁石内蔵型モータロータであって、前記花弁型円弧の円心はロータ円心と位置差R 2 を形成して、前記円弧半径R 1 はロータ半径Ｒより小さくて、R 1 + R 2 =Rであるロータ円心から偏移する花弁型円弧磁極面を提供し、磁石スロット間とシャフトホールの間に位置する軸方向スロットと、前記スロットホールの磁石スロット間に形成されるシャープ型先端と、対向する先端と底部との間に生成される拡張型縁部とを有することを特徴とする、永久磁石内蔵型モータロータ。
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