JP3818341B2 - 永久磁石電動機 - Google Patents
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【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンプレッサ等に用いるインナーロータ型の永久磁石電動機に係り、特に詳しくは、適応的なモータを得ることができるロータ構成の永久磁石電動機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の永久磁石電動機のインナーロータの構成はロータコアに永久磁石を埋設しており、例えば図４や図５に示すものが提案されている。図４に示すように、２４スロットのステータコア１内のロータコア２には、当該永久磁石電動機の極数（例えば４極）分だけ板状の永久磁石３が外径に沿って円周方向に配置され、かつそれら隣接する永久磁石３の間に磁束の短絡、漏洩を防止するためのフラックスバリア４が形成されている。なお、５は中心孔（シャフト用の孔）である。
【０００３】
ここで、永久磁石３による空隙部（ステータコア１の歯と永久磁石３との間）の磁束分布が正弦波状になっているものとすると、永久磁石電動機のトルクＴはＴ＝Ｐｎ｛Φａ・Ｉａ・ｃｏｓβ−０．５（Ｌｄ−Ｌｑ）・Ｉ２・ｓｉｎ２β｝で表される。なお、Ｔは出力トルク、Φａはｄ，ｑ座標軸上の永久磁石による電機子鎖交磁束、Ｌｄ，Ｌｑはｄ，ｑ軸インダクタンス、Ｉａはｄ，ｑ座標軸上の電機子電流の振幅、βはｄ，ｑ座標軸上の電機子電流のｑ軸からの進み角、Ｐｎは極対数である。
【０００４】
前記数式において、第１項は永久磁石３によるマグネットトルクであり、第２の２項はｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンスとの差によって生じるリラクタンストルクである。詳しくは、Ｔ．ＩＥＥ Ｊａｐａｎ，Ｖｏｌ．１１７―Ｄ，Ｎｏ７，１９９７の論文を参照されたい。また、図５に示すロータコア２は図５に示す永久磁石３と異なる形状の永久磁石６を有する構成になっているが、前記数式の適用は明かである。
【０００５】
ところで、永久磁石３，６の代表的なものとしては、安価なフェライト磁石や高価な希土類磁石がある。フェライト磁石を用いた場合、成形の容易性により種々形状の永久磁石を得ることが可能であるが、磁束密度が小さいため、ロータコアの小型化が難しい。これに対して、希土類磁石を用いた場合、磁束密度が大きいため、ロータコアの小型化が容易であるが、成形の困難性により永久磁石の形状が限られる。したがって、モータの用途やコストを考慮して、フェライト磁石あるいは希土類磁石の何れか一方を選択していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記永久磁石電動機においては、図４および図５に示すように、磁極（４極）を構成する永久磁石に一種類（例えば希土類磁石あるいはフェライト磁石の一方）のみを使用しているために、以下の欠点があった。
【０００７】
例えば、フェライト磁石のみで磁極の永久磁石を構成する場合、磁束密度を上げるためにはどうしても磁石量を多くしなければならず（着磁幅を大きくしなければならず）、結果ロータコアの大半を占めることになり、ｑ軸インダクタンスが小さく、ｑ軸とｄ軸のインダクタンス差（リラクタンストルクのパラメータ）が小さくなり、十分なリラクタンストルクが得られない。また、希土類磁石のみで磁極の永久磁石を構成する場合、磁束密度が高いために、フェライト磁石の場合のようにロータコアの大半を占めることはないが、磁束密度が高過ぎてしまう場合があり、また前述したように高価であることから、モータのコストが高くなってしまう。このように、所望のリラクタンストルクおよび磁束密度のものを得ることが難しく、つまり選択幅が狭く、また見合った低コストのものを得ることが難しく、ひいては適応的モータを得ることが困難である。
【０００８】
本発明は、前記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、リラクタンストルクおよび磁束密度の選択幅を広げ、かつ低コスト化を図ることができ、適応的モータが得られるようにした永久磁石電動機を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、ステータコア内に磁石埋込型界磁鉄心（ロータコア）を配置してなる永久磁石電動機において、当該永久磁石電動機の極数に合わせて前記ロータコアに埋設する永久磁石を磁極毎に２つとし、その一方の永久磁石は断面円弧状に形成されたフェライト磁石で、該円弧状の凸部をコア内径側に向けて円周方向に配置され、他方の永久磁石は断面長方形に形成された希土類磁石で、前記一方の永久磁石によって囲まれる形で、ロータコア外径に沿って円周方向に配置されていることを特徴としている。
【００１０】
この場合、希土類磁石からなる他方の永久磁石の両端部側にはフラックスバリア用の孔が形成されると好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１ないし図３を参照して詳しく説明する。本発明の永久磁石電動機は、各磁極の永久磁石を複数で、かつ異なる材料で構成すれば、種々のリラクタンストルクおよび磁束密度のものを選択することができ、かつ低コスト化が可能となり、しかもモータの回転に支障を来さないことに着目したものである。
【００１２】
そのため、図１および図２に示すように、この永久磁石電動機のロータコア１０は、各磁極をフェライト磁石の永久磁石１１と希土類磁石の永久磁石１２とで構成している。
永久磁石１１は断面長方形（板状）をなしてコア外径に沿って円周方向に配置され、永久磁石１２は断面逆円弧状（凸部をコア内径に向けた円弧状）をなし、永久磁石１１を囲む形でコア円周方向に配置されている。なお、永久磁石１１の両端部側には磁束の短絡、漏洩を防止するためにフラックスバリア用の孔１３が設けられている。また、１４はシャフト用の中心孔で、１５はステータコアである。
【００１３】
図３を参照してリラクタンストルクおよび磁束密度について説明する。なお、図中、破線矢印の曲線は磁束、実線矢印の曲線は磁路を表している。この場合、各磁極の永久磁石１１，１２は疑似的に２層の形をなし、かつ希土類磁石とフェライト磁石の二種類が用いられている。したがって、フェライト磁石のコア占有面積が抑えられ、例えば全てをフェライト磁石で２種類構成した場合と比較して磁路の磁気抵抗が小さくなる。すなわち、各磁極を全てフェライト磁石で構成すると、図３と同じ磁束密度を得るためにはロータコア１０の大半がフェライト磁石で占有され、磁路の磁気抵抗が大きくなるからである。このように、磁石の占める割合を減らし、電磁鋼板からなるコアの占める割合を増やし、磁路の磁気抵抗を小さくすることができることから、ｑ軸インダクタンスが大きく、ｑ軸とｄ軸インダクタンスの差（リラクタンストルクのパラメータ）が大きくなり、つまりリラクタンストルクが大きくとれるようになる。
【００１４】
また、フェライト磁石と希土類磁石の併用により磁束密度が抑えられ、例えば全て希土類磁石で構成した場合と比較して磁束密度が低くなり、つまり磁束密度が高過ぎず、適切な磁束密度を選択することができる。しかも、例えば全てフェライト磁石で構成する場合、必要とする磁束密度を得ようとすると、永久磁石の厚さ（着磁幅）が製造上の限界を越えることもあるが、フェライト磁石と希土類磁石とを併用することにより磁束密度を調整することができ、つまり着磁幅以外の方法で所望の磁束密度を容易に得ることができる。なお、希土類磁石の永久磁石１１の両端部側に設けたフラックスバリア１３により、磁束の短絡、漏洩を防止することができるため、永久磁石１１による発生磁束誤差が小さく、つまり必要とする磁束密度をより容易に得ることができる。このように、希土類磁石の永久磁石１１によって磁束密度を上げ、あるいは磁束密度を下げ、フェライト磁石の永久磁石１２によって磁束密度を微妙に調整することができ、つまり最適な磁束密度を容易に得ることができる。
【００１５】
さらに、安価なフェライト磁石を併用することにより希土類磁石の使用量が抑えられ、例えば磁極を全て希土類磁石で構成した場合と比較して安価に済ませることができ、低コスト化を図ることができる。また、前述した理由により、リラクタンストルクおよび磁束密度の選択幅（自由度）の幅を広げることができ、ひいては適応的モータを容易に得ることができる。
【００１６】
図２に示すように、ロータコア１０にあっては、電磁鋼板をプレスで打ち抜いて金型内で自動積層して得、永久磁石１１，１２を埋設して着磁するが、そのプレスの際に予め少なくとも永久磁石１１，１２の形状孔を形成し、また同時にフラックスバリア用の孔１３も形成するとよい。したがって、従来の製造工程と変わらず、つまりコスト的には従来と変わらず、コストアップにならずに済む。また、前述により形成されるロータコアを組み込んでブラシレスＤＣモータとし、空気調和機の圧縮機モータ等として利用すれば、コストをアップすることなく、空気調和機の性能アップ（運転効率の上昇、振動や騒音の低下）が図れる。
【００１７】
なお、永久磁石１１およびフラックスバリア用の孔１３は一体的、つまり連結した孔にしてもよい。また、永久磁石１１がある程度大きい場合には、その両端部側のフラックスバリア用の孔１３の箇所が遠心力に耐えられるように、十分な強度をもたせる。さらに、ステータコア１５は従来例の図４および図５と同様でよいことから、その説明を省略する。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ステータコア内に磁石埋込型界磁鉄心（ロータコア）を配置してなる永久磁石電動機において、当該永久磁石電動機の極数に合わせて前記ロータコアに埋設する永久磁石を磁極毎に２つとし、その一方の永久磁石は断面円弧状に形成されたフェライト磁石で、該円弧状の凸部をコア内径側に向けて円周方向に配置し、他方の永久磁石は断面長方形に形成された希土類磁石で、前記一方の永久磁石によって囲まれる形で、ロータコア外径に沿って円周方向に配置するようにしたことにより、フェライト磁石のみで各磁極を構成した場合よりコアの磁石占有率が低く、ｑ軸インダクタンスを大きくし、ｑ軸とｄ軸インダクタンスの差を大きくすることができ、つまりリラクタンストルクを大きくすることができる。また、フェライト磁石の磁束密度が低いことから、各磁極をフェライト磁石で構成した場合、製造上の限界から適切な磁束密度が得られないが、希土類磁石の併用によって磁束密度を調節して適切な磁束密度を得ることができるため、所望の磁束密度が得易く、つまりリラクタンストルクおよび磁束密度の選択幅を広げることができ、しかも安価なフェライト磁石を併用することで、低コスト化を図ることができ、ひいては適応的モータを得ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の一形態を示す永久磁石電動機の概略的平面図。
【図２】 図１に示す永久磁石電動機のロータの概略的縦断面図。
【図３】 図１に示す永久磁石電動機のロータの概略的拡大平面図。
【図４】 従来の永久磁石電動機の概略的平面図。
【図５】 従来の永久磁石電動機の概略的平面図。
【符号の説明】
１０ ロータコア（磁石埋込型界磁鉄心）
１１ 永久磁石（希土類磁石）
１２ 永久磁石（フェライト磁石）
１３ 孔（フラックスバリア用）
１４ 中心孔（シャフト用）
１５ ステータコア
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンプレッサ等に用いるインナーロータ型の永久磁石電動機に係り、特に詳しくは、適応的なモータを得ることができるロータ構成の永久磁石電動機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の永久磁石電動機のインナーロータの構成はロータコアに永久磁石を埋設しており、例えば図４や図５に示すものが提案されている。図４に示すように、２４スロットのステータコア１内のロータコア２には、当該永久磁石電動機の極数（例えば４極）分だけ板状の永久磁石３が外径に沿って円周方向に配置され、かつそれら隣接する永久磁石３の間に磁束の短絡、漏洩を防止するためのフラックスバリア４が形成されている。なお、５は中心孔（シャフト用の孔）である。
【０００３】
ここで、永久磁石３による空隙部（ステータコア１の歯と永久磁石３との間）の磁束分布が正弦波状になっているものとすると、永久磁石電動機のトルクＴはＴ＝Ｐｎ｛Φａ・Ｉａ・ｃｏｓβ−０．５（Ｌｄ−Ｌｑ）・Ｉ２・ｓｉｎ２β｝で表される。なお、Ｔは出力トルク、Φａはｄ，ｑ座標軸上の永久磁石による電機子鎖交磁束、Ｌｄ，Ｌｑはｄ，ｑ軸インダクタンス、Ｉａはｄ，ｑ座標軸上の電機子電流の振幅、βはｄ，ｑ座標軸上の電機子電流のｑ軸からの進み角、Ｐｎは極対数である。
【０００４】
前記数式において、第１項は永久磁石３によるマグネットトルクであり、第２の２項はｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンスとの差によって生じるリラクタンストルクである。詳しくは、Ｔ．ＩＥＥ Ｊａｐａｎ，Ｖｏｌ．１１７―Ｄ，Ｎｏ７，１９９７の論文を参照されたい。また、図５に示すロータコア２は図５に示す永久磁石３と異なる形状の永久磁石６を有する構成になっているが、前記数式の適用は明かである。
【０００５】
ところで、永久磁石３，６の代表的なものとしては、安価なフェライト磁石や高価な希土類磁石がある。フェライト磁石を用いた場合、成形の容易性により種々形状の永久磁石を得ることが可能であるが、磁束密度が小さいため、ロータコアの小型化が難しい。これに対して、希土類磁石を用いた場合、磁束密度が大きいため、ロータコアの小型化が容易であるが、成形の困難性により永久磁石の形状が限られる。したがって、モータの用途やコストを考慮して、フェライト磁石あるいは希土類磁石の何れか一方を選択していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記永久磁石電動機においては、図４および図５に示すように、磁極（４極）を構成する永久磁石に一種類（例えば希土類磁石あるいはフェライト磁石の一方）のみを使用しているために、以下の欠点があった。
【０００７】
例えば、フェライト磁石のみで磁極の永久磁石を構成する場合、磁束密度を上げるためにはどうしても磁石量を多くしなければならず（着磁幅を大きくしなければならず）、結果ロータコアの大半を占めることになり、ｑ軸インダクタンスが小さく、ｑ軸とｄ軸のインダクタンス差（リラクタンストルクのパラメータ）が小さくなり、十分なリラクタンストルクが得られない。また、希土類磁石のみで磁極の永久磁石を構成する場合、磁束密度が高いために、フェライト磁石の場合のようにロータコアの大半を占めることはないが、磁束密度が高過ぎてしまう場合があり、また前述したように高価であることから、モータのコストが高くなってしまう。このように、所望のリラクタンストルクおよび磁束密度のものを得ることが難しく、つまり選択幅が狭く、また見合った低コストのものを得ることが難しく、ひいては適応的モータを得ることが困難である。
【０００８】
本発明は、前記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、リラクタンストルクおよび磁束密度の選択幅を広げ、かつ低コスト化を図ることができ、適応的モータが得られるようにした永久磁石電動機を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、ステータコア内に磁石埋込型界磁鉄心（ロータコア）を配置してなる永久磁石電動機において、当該永久磁石電動機の極数に合わせて前記ロータコアに埋設する永久磁石を磁極毎に２つとし、その一方の永久磁石は断面円弧状に形成されたフェライト磁石で、該円弧状の凸部をコア内径側に向けて円周方向に配置され、他方の永久磁石は断面長方形に形成された希土類磁石で、前記一方の永久磁石によって囲まれる形で、ロータコア外径に沿って円周方向に配置されていることを特徴としている。
【００１０】
この場合、希土類磁石からなる他方の永久磁石の両端部側にはフラックスバリア用の孔が形成されると好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１ないし図３を参照して詳しく説明する。本発明の永久磁石電動機は、各磁極の永久磁石を複数で、かつ異なる材料で構成すれば、種々のリラクタンストルクおよび磁束密度のものを選択することができ、かつ低コスト化が可能となり、しかもモータの回転に支障を来さないことに着目したものである。
【００１２】
そのため、図１および図２に示すように、この永久磁石電動機のロータコア１０は、各磁極をフェライト磁石の永久磁石１１と希土類磁石の永久磁石１２とで構成している。
永久磁石１１は断面長方形（板状）をなしてコア外径に沿って円周方向に配置され、永久磁石１２は断面逆円弧状（凸部をコア内径に向けた円弧状）をなし、永久磁石１１を囲む形でコア円周方向に配置されている。なお、永久磁石１１の両端部側には磁束の短絡、漏洩を防止するためにフラックスバリア用の孔１３が設けられている。また、１４はシャフト用の中心孔で、１５はステータコアである。
【００１３】
図３を参照してリラクタンストルクおよび磁束密度について説明する。なお、図中、破線矢印の曲線は磁束、実線矢印の曲線は磁路を表している。この場合、各磁極の永久磁石１１，１２は疑似的に２層の形をなし、かつ希土類磁石とフェライト磁石の二種類が用いられている。したがって、フェライト磁石のコア占有面積が抑えられ、例えば全てをフェライト磁石で２種類構成した場合と比較して磁路の磁気抵抗が小さくなる。すなわち、各磁極を全てフェライト磁石で構成すると、図３と同じ磁束密度を得るためにはロータコア１０の大半がフェライト磁石で占有され、磁路の磁気抵抗が大きくなるからである。このように、磁石の占める割合を減らし、電磁鋼板からなるコアの占める割合を増やし、磁路の磁気抵抗を小さくすることができることから、ｑ軸インダクタンスが大きく、ｑ軸とｄ軸インダクタンスの差（リラクタンストルクのパラメータ）が大きくなり、つまりリラクタンストルクが大きくとれるようになる。
【００１４】
また、フェライト磁石と希土類磁石の併用により磁束密度が抑えられ、例えば全て希土類磁石で構成した場合と比較して磁束密度が低くなり、つまり磁束密度が高過ぎず、適切な磁束密度を選択することができる。しかも、例えば全てフェライト磁石で構成する場合、必要とする磁束密度を得ようとすると、永久磁石の厚さ（着磁幅）が製造上の限界を越えることもあるが、フェライト磁石と希土類磁石とを併用することにより磁束密度を調整することができ、つまり着磁幅以外の方法で所望の磁束密度を容易に得ることができる。なお、希土類磁石の永久磁石１１の両端部側に設けたフラックスバリア１３により、磁束の短絡、漏洩を防止することができるため、永久磁石１１による発生磁束誤差が小さく、つまり必要とする磁束密度をより容易に得ることができる。このように、希土類磁石の永久磁石１１によって磁束密度を上げ、あるいは磁束密度を下げ、フェライト磁石の永久磁石１２によって磁束密度を微妙に調整することができ、つまり最適な磁束密度を容易に得ることができる。
【００１５】
さらに、安価なフェライト磁石を併用することにより希土類磁石の使用量が抑えられ、例えば磁極を全て希土類磁石で構成した場合と比較して安価に済ませることができ、低コスト化を図ることができる。また、前述した理由により、リラクタンストルクおよび磁束密度の選択幅（自由度）の幅を広げることができ、ひいては適応的モータを容易に得ることができる。
【００１６】
図２に示すように、ロータコア１０にあっては、電磁鋼板をプレスで打ち抜いて金型内で自動積層して得、永久磁石１１，１２を埋設して着磁するが、そのプレスの際に予め少なくとも永久磁石１１，１２の形状孔を形成し、また同時にフラックスバリア用の孔１３も形成するとよい。したがって、従来の製造工程と変わらず、つまりコスト的には従来と変わらず、コストアップにならずに済む。また、前述により形成されるロータコアを組み込んでブラシレスＤＣモータとし、空気調和機の圧縮機モータ等として利用すれば、コストをアップすることなく、空気調和機の性能アップ（運転効率の上昇、振動や騒音の低下）が図れる。
【００１７】
なお、永久磁石１１およびフラックスバリア用の孔１３は一体的、つまり連結した孔にしてもよい。また、永久磁石１１がある程度大きい場合には、その両端部側のフラックスバリア用の孔１３の箇所が遠心力に耐えられるように、十分な強度をもたせる。さらに、ステータコア１５は従来例の図４および図５と同様でよいことから、その説明を省略する。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ステータコア内に磁石埋込型界磁鉄心（ロータコア）を配置してなる永久磁石電動機において、当該永久磁石電動機の極数に合わせて前記ロータコアに埋設する永久磁石を磁極毎に２つとし、その一方の永久磁石は断面円弧状に形成されたフェライト磁石で、該円弧状の凸部をコア内径側に向けて円周方向に配置し、他方の永久磁石は断面長方形に形成された希土類磁石で、前記一方の永久磁石によって囲まれる形で、ロータコア外径に沿って円周方向に配置するようにしたことにより、フェライト磁石のみで各磁極を構成した場合よりコアの磁石占有率が低く、ｑ軸インダクタンスを大きくし、ｑ軸とｄ軸インダクタンスの差を大きくすることができ、つまりリラクタンストルクを大きくすることができる。また、フェライト磁石の磁束密度が低いことから、各磁極をフェライト磁石で構成した場合、製造上の限界から適切な磁束密度が得られないが、希土類磁石の併用によって磁束密度を調節して適切な磁束密度を得ることができるため、所望の磁束密度が得易く、つまりリラクタンストルクおよび磁束密度の選択幅を広げることができ、しかも安価なフェライト磁石を併用することで、低コスト化を図ることができ、ひいては適応的モータを得ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の一形態を示す永久磁石電動機の概略的平面図。
【図２】 図１に示す永久磁石電動機のロータの概略的縦断面図。
【図３】 図１に示す永久磁石電動機のロータの概略的拡大平面図。
【図４】 従来の永久磁石電動機の概略的平面図。
【図５】 従来の永久磁石電動機の概略的平面図。
【符号の説明】
１０ ロータコア（磁石埋込型界磁鉄心）
１１ 永久磁石（希土類磁石）
１２ 永久磁石（フェライト磁石）
１３ 孔（フラックスバリア用）
１４ 中心孔（シャフト用）
１５ ステータコア
Claims (1)
- ステータコア内に磁石埋込型界磁鉄心（ロータコア）を配置してなる永久磁石電動機において、
当該永久磁石電動機の極数に合わせて前記ロータコアに埋設する永久磁石を磁極毎に２つとし、その一方の永久磁石は断面円弧状に形成されたフェライト磁石で、該円弧状の凸部をコア内径側に向けて円周方向に配置され、他方の永久磁石は断面長方形に形成された希土類磁石で、前記一方の永久磁石によって囲まれる形で、ロータコア外径に沿って円周方向に配置されていることを特徴とする永久磁石電動機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP28129297A JP3818341B2 (ja) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | 永久磁石電動機 |
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| JP28129297A JP3818341B2 (ja) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | 永久磁石電動機 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11103547A JPH11103547A (ja) | 1999-04-13 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP28129297A Expired - Fee Related JP3818341B2 (ja) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | 永久磁石電動機 |
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| JP (1) | JP3818341B2 (ja) |
Cited By (1)
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| DE10316831A1 (de) | 2002-04-15 | 2003-11-27 | Denso Corp | Permanentmagnetrotor für eine rotierende elektrische Maschine mit Innenrotor und magnetsparender Rotor für einen Synchronmotor |
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| CN104685763B (zh) | 2012-09-29 | 2018-07-03 | 艾默生电气公司 | 具有分段磁体构造的转子和相关电机以及压缩机 |
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1997
- 1997-09-29 JP JP28129297A patent/JP3818341B2/ja not_active Expired - Fee Related
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