JP4158013B2 - Permanent magnet synchronous motor armature and permanent magnet synchronous motor using the same - Google Patents

Permanent magnet synchronous motor armature and permanent magnet synchronous motor using the same Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、家電製品やFA、OA、電気自動車等に用いられる永久磁石同期モータの電機子構造、およびそれを用いた永久磁石同期モータに関する。
【0002】
【従来の技術】
モータの小形高トルク化、高効率化といったニーズの高まりを受け、また永久磁石の高エネルギー積化に呼応するように、永久磁石を使用した同期モータが多用されるようになって来ている。
ところで、最少のコイル数でコギングやトルクリプルを小さくすること、駆動電流に対するトルクの直線性を高レベルまで維持することを念頭に置いた場合、従来は例えば図5に示すような、1つの界磁極に対応する相毎の平均スロット数、即ち毎極毎相のスロット数qが分数であり、電機子コイルが重ね分布巻された電機子構造が用いられている。
ここで、図5は4極15スロット構成の永久磁石同期モータの例で、本来円筒状である界磁と電機子を直線的に展開したものである。同図のように、3相の電機子として、同一の巻線ピッチを有する要素コイル24を均一且つ全スロット22内で2層に配置し、2層のコイル間に層間絶縁26を敷設した電機子構造とすることが一般である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の電機子構成では、特定のスロット内において異相のコイルが接近して配置されるため、図5で説明したように、要素コイル間に絶縁材あるいは相応の空間を設ける(層間絶縁)必要がある。これはスロット内におけるコイルの占積率を低下させ、モータの特性向上を阻害するという問題があった。
また、特に低速大トルクを仕様とするモータでは、多極化により電機子外周のコア部の幅を可能な限り小さくし、その分スロット断面積やギャップ径を拡大する手法を取るが、磁極数の増大と共にコイル数も増え、これが電機子コイル製作・敷設作業を複雑化し長い工程が掛かるという問題があった。
更に、電機子内部はコアとコイルが充満しており、全閉タイプのモータでは電機子外表面を冷却する手段しかなく、温度上昇を抑え難いことがモータの小形化や高トルク化を阻害するという問題があった。
これらは、同モータ構造をリニアモータに展開した場合にも同様に問題となることは言うまでもない。
そこで本発明は、上記課題を解決し、高占積率化や電機子コイル製作・数段作業が容易で、損失が少ない、或いは高負荷時のトルクの直線性が高く、更には電機子の冷却性能の向上が容易な、永久磁石同期モータの電機子構造、およびそれを用いた永久磁石同期モータを提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため請求項1記載の永久磁石同期モータの電機子は、永久磁石によりP個(P:偶数)の磁極を構成する界磁と、磁性体からなるコアに設けたN個(N:3の倍数)のスロットに3相P極の電機子巻線を配置してなる電磁子とを有し、1つの界磁極に対応する電機子巻線の相毎の平均スロット数、即ち毎極毎相のスロット数qを分数式b/aで表した時、q=b/a=(P+1)/Pとなる永久磁石同期モータ(例えば2極9スロット、4極15スロット等のモータ)において、前記電機子巻線として、要素コイルN個を前記スロット全体に均一且つ多層に分布配置してなる巻線形態(以下、基準巻線形態と呼ぶ)を基準にして、前記スロットの各々内で同一相となる前記要素コイルを1つの要素コイルにまとめ、且つ前記要素コイル間の層間絶縁を排除し、逆に異相となる前記要素コイルを排除した新たな巻線形態とすることによって、前記N個のスロットのうち、等間隔に位置する{3×(P/a)}個を空きスロット、即ち前記要素コイルを収めないスロットとすると共に、前記要素コイル数を、残るスロット数の半数、即ち{(a×N−3×P)/(2×a)}個とするものである。
請求項1記載の電機子によれば、一つのスロットに一つの相のコイルが収められて層間絶縁が不要となり、その分占積率が向上し、銅損が低減できるため、モータ容量といった特性の向上が容易となる。同時に、電機子を構成するのに必要なコイル数が大幅に減少するため、コイル製作・敷設作業が簡素化・短期化することができる。
【0005】
請求項2記載の永久磁石同期モータの電機子は、請求項1記載の永久磁石同期モータの電機子において、前記基準巻線形態における前記スロットの幅をWs0と記述した場合、ギャップ面から見た前記スロットの開口部同士の間隔を全て均一としつつ、前記空きスロットの幅をWs1、前記空きスロット以外のスロットの幅をWs2としたとき、
Ws1<Ws0<Ws2 ・・・(2)
式(2)となるように、前記スロット同士の間隔、所謂スロットピッチを不均一としたものである。
請求項2記載の電機子によれば、請求項1記載の電機子に加えて更にスロット面積が増大するため、その分コイルの挿入作業が容易となる。或いは従来と同一の占積率ながら、従来よりも広い面積を持つ導線を使用することができ、銅損の低減が可能となる。或いは、占積率を上げるための努力をせずとも、従来と同様な特性を得ることができる。
請求項3記載の永久磁石同期モータの電機子は、請求項1記載の永久磁石同期モータの電機子において、前記基準巻線形態における前記スロットの幅をWs0、前記空きスロットの幅をWs1、前記空きスロット以外のスロットの幅をWs2としたとき、
Ws1<Ws0<Ws2 ・・・(2)
式(2)となるように、前記スロット同士の間隔、所謂スロットピッチを不均一としたものである。
請求項3記載の電機子によれば、請求項2記載の電機子の効果に加え、不等スロットピッチとなることによりコギング周波数が高くなり、コギングトルクを低減することができる。
請求項4記載の永久磁石同期モータの電機子は、請求項1〜3のいずれか1項記載の電機子において、前記空きスロット内に直接冷却風を通す、或いは空冷用パイプや液冷用パイプを敷設したものである。
請求項4記載の電機子によれば、請求項1〜3のいずれか1項記載の電機子の効果に加え、電機子を直接冷却することができる。
請求項5記載の永久磁石同期モータは、請求項1〜3のいずれか1項記載の電機子を有する永久磁石同期モータとするものである。
請求項5記載の永久磁石同期モータによれば、請求項1〜3のいずれか1項記載の電機子の効果により、製作作業が容易で、損失が少ない、或いは高負荷時のトルクの直線性が高く、更には電機子の冷却性能の向上が容易なモータを提供することができる。
【0006】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面に基づいて説明する。
図1は本発明の第1の実施の形態である4極15スロット構成の永久磁石同期モータの例で、本来円筒状である界磁と電機子を直線的に展開したものである。本発明の第1の実施の形態は、従来例として説明した図5から出発している。すなわち、図5において、コア41の片側に設けられた(スロット番号)#1−#15の各スロット42内で2層となるように要素コイル44が巻かれ、この要素コイル44間に層間絶縁46が敷設されている。要素コイルの飛びは、例えばあるU相要素コイルの一方のコイル辺が#1スロット上側に、他方が#5スロット下側に入る、という具合になっている。この図において要素コイル44の配置をよく見ると、#1および#6、#11の3つのスロット内では、異なる相の要素コイルが収められており、その他のスロットでは同一相となっていることがわかる。
これら異相が隣り合う#1および#6、#11スロットの要素コイルを排除したものが図1(a)であり、界磁を省略して描いたものである。
図1(a)では、要素コイルを排除したスロットは空きスロット47となる。また、要素コイル44はコイルが存在する全てのスロット内において同一相となっている。この場合、各スロット44内で上下に隣り合う要素コイル同士が余程離れた直列接続をされていない限り、両要素コイル間の電位差は無視でき、従ってこれら間の層間絶縁は不要である。
この考えに基づいて層間絶縁を排除し、更に上下の要素コイルを一つにまとめたものが図1(b)である。ここで、空きスロットとなるスロット数、およびまとめた後の要素コイル数は、電気角でほぼ180°となるコイル飛びを選択することを基本とすると、極数P及びスロット数Nの関係で一意に決定される。即ち、毎極毎相のスロット数qが
q=N/(3×P)=(P+1)/P
で表されるモータにおいて、このqを
q=b/a
と表すと、空きスロットの数N’は以下のようになる。
N’=3×(P/a)
また、全要素コイル数Ncは空きスロット以外のスロット数の半数、すなわち
Nc=(a×N−3×P)/(2×a)
と表される。
本実施の形態で示す4極15スロット構成は、
q=15/(3×4)=5/4=(4+1)/4
である。
図1(b)の電機子構造を図5と比較すると、上式に則って
N’=3×(4/4)=3
Nc=(4×15−3×4)/(2×4)=6
となり、3つの空きスロットが発生するとともに、全要素コイル数が15個から6個になっている。
同時に層間絶縁の領域が要素コイルの一部に置換わっており、要素コイルの断面積が拡大している、即ち占積率が向上していることがわかる。
ところで、本発明で発生する空きスロットは、そのままでは無駄な空間である。ここを有効に活用するのが以下の実施の形態である。
【0007】
図2は本発明の第2の実施の形態で、図1と同様に4極15スロット構成の永久磁石同期モータの電機子を直線的に展開したものである。ここでは、界磁(図示せず)と対向する側のティース43のピッチを均一に保ったまま、空きスロット47の幅を縮小し、その分要素コイル44の入ったスロット42の幅を放射状に拡大したものである。
この実施の形態では、スロット面積の拡大により要素コイル44の断面積を広くすることができ、従って銅損の低減が可能となる。或いは、従来と同一の断面積を有する要素コイルを使用する場合、コイルの挿入作業が容易になる。
【0008】
図3は本発明の第3の実施の形態で、これまでと同様に4極15スロット構成の永久磁石同期モータの電機子を直線的に展開したものである。ここでは、空きスロット47の幅を縮小し、その分要素コイル44の入ったスロット42の幅を拡大したものである。この実施の形態では、スロット開口部のピッチが不均一となるため、界磁上の永久磁石の磁束も不均一に変調される。従って、スロット面積拡大による第2実施の形態と同様の効果に加え、コギングトルクの低減をはかることが可能となる。
【0009】
図4は本発明の第4の実施の形態で、4極15スロット構成の永久磁石同期モータの電機子を直線的に展開したものである。ここでは、図1に示した例において、空きスロット内に液冷用パイプ48を挿入し、この中に冷媒液を通流するようにしたものである。この場合、発熱体である要素コイルの近傍を直接的に冷却することが可能となり、モータの冷却性能が向上する。
以上4つの実施の形態を紹介したが、本発明は以上説明した実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨に沿って任意に構成することができる。例えばモータは4極15スロット構成に限定されるものではなく、q=N/(3×P)=(P+1)/Pとなる構成全てを包含する。第4の実施の形態では冷媒は液体、気体の何れでも良く、気体を用いるのであれば、パイプを使用せず直接空きスロット内に冷気を通流するようにしても良い。更に、本発明を適用するモータは、回転形モー夕、リニアモータの何れでも良いことは言うまでもない。
【0010】
【発明の効果】
以上述べたように、請求項1記載の電機子によれば、巻線占積率の向上により銅損が低減できるため、モータ容量といった特性の向上が容易となる。同時に、コイル数が大幅に減少するため、コイル製作・敷設作業が簡素化・短期化される。
請求項2記載の電機子によれば、請求項1に加えて占積率が向上するため、更にモータ特性の向上、特に銅損の低減が可能となる。或いは、占積率を上げるための努力をせずとも、従来と同様な特性を得ることができる。
請求項3記載の電機子によれば、請求項1と同様の効果に加え、ギャップ中の磁束が不均一に変調されるためコギングトルクの低減が可能となる。
請求項4記載の電機子によれば、請求項1〜3のいずれか1項記載の電機子と同様の効果に加え、電機子の冷却が容易、或いは冷却性能が向上するため、更なる特性の向上が可能となる。
請求項5記載の永久磁石同期電動機によれば、請求項1〜4のいずれか1項記載の電機子の特徴をもったモータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態を示す永久磁石同期電動機の展開断面図である。
【図2】本発明の第2の実施の形態を示す電機子の展開断面図である。
【図3】本発明の第3の実施の形態を示す電機子の展開断面図である。
【図4】本発明の第4の実施の形態を示す電機子の展開断面図である。
【図5】従来公知のモータの展開断面図である。
【符号の説明】
1 永久磁石同期モータ
2、4 電機子
21、41 コア
22、42 スロット
23、43 ティース
24、44 要素コイル
25、45 外周コア部
26、46 層間絶縁
47 空きスロット
48 スロット開口部
49 液冷用パイプ
3 界磁
31 コア
32 永久磁石
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an armature structure of a permanent magnet synchronous motor used for home appliances, FA, OA, electric vehicles, and the like, and a permanent magnet synchronous motor using the same.
[0002]
[Prior art]
Synchronous motors using permanent magnets are increasingly used in response to increasing needs such as miniaturization, high torque and high efficiency of motors, and in response to higher energy products of permanent magnets.
By the way, when keeping in mind to reduce cogging and torque ripple with the minimum number of coils and to maintain the linearity of torque with respect to drive current to a high level, conventionally, for example, one field pole as shown in FIG. An armature structure in which the average number of slots per phase corresponding to, that is, the number of slots q per pole and phase, is a fraction, and armature coils are wound in a distributed manner is used.
Here, FIG. 5 shows an example of a permanent magnet synchronous motor having a 4-pole 15-slot configuration, in which a field and an armature that are originally cylindrical are linearly developed. As shown in the figure, as a three-phase armature, an element coil 24 having the same winding pitch is uniformly arranged in two layers within all slots 22, and an interlayer insulation 26 is laid between the two layers of coils. In general, it is a child structure.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional armature configuration, coils of different phases are arranged close to each other in a specific slot. Therefore, as described in FIG. 5, an insulating material or a corresponding space is provided between the element coils (interlayer insulation). There is a need. This reduces the space factor of the coil in the slot and hinders improvement in motor characteristics.
In particular, for motors with specifications for low speed and large torque, the width of the core part around the armature is made as small as possible by increasing the number of poles, and the slot cross-sectional area and gap diameter are increased accordingly. Along with this, the number of coils has increased, and this has complicated the armature coil manufacturing and laying work and has a long process.
Furthermore, the inside of the armature is filled with cores and coils, and in a fully-closed motor, there is only a means for cooling the outer surface of the armature, and it is difficult to suppress the temperature rise, which hinders downsizing and high torque of the motor. There was a problem.
Needless to say, these problems also occur when the motor structure is expanded to a linear motor.
Therefore, the present invention solves the above-mentioned problems, facilitates high space factor and armature coil production and several steps of work, has little loss, or has high torque linearity at high load. An object of the present invention is to provide an armature structure of a permanent magnet synchronous motor that can easily improve cooling performance, and a permanent magnet synchronous motor using the same.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the armature of the permanent magnet synchronous motor according to claim 1 has N (provided on a core made of a magnetic material and a field composed of P (P: even) magnetic poles by a permanent magnet). N: a multiple of 3) and a three-phase P-pole armature winding, and an average number of slots per phase of the armature winding corresponding to one field pole, Permanent magnet synchronous motor (for example, motor with 2 poles 9 slots, 4 poles 15 slots, etc.) where q = b / a = (P + 1) / P when the number q of slots per pole / phase is expressed by a fractional expression b / a ), The armature windings each of the slots on the basis of a winding form (hereinafter referred to as a reference winding form) in which N element coils are uniformly distributed in multiple layers over the entire slot. The element coils that are in the same phase within one element coil are combined into one element coil and By eliminating the interlayer insulation between the element coils and conversely eliminating the element coils that are out of phase, among the N slots, {3 × (P / a)} is an empty slot, that is, a slot that does not contain the element coil, and the number of element coils is half of the remaining number of slots, that is, {(a × N−3 × P) / (2 × a)} It is to be a piece.
According to the armature of claim 1, since one phase coil is housed in one slot and no interlayer insulation is required, the space factor is improved and the copper loss can be reduced. It becomes easy to improve. At the same time, the number of coils required to construct the armature is greatly reduced, so that the coil manufacturing and laying work can be simplified and shortened.
[0005]
The armature of the permanent magnet synchronous motor according to claim 2 is the armature of the permanent magnet synchronous motor according to claim 1, when the width of the slot in the reference winding form is described as Ws0, as viewed from the gap surface. When all the gaps between the openings of the slot are made uniform, the width of the empty slot is Ws1, and the width of the slots other than the empty slot is Ws2.
Ws1 <Ws0 <Ws2 (2)
The distance between the slots, that is, the so-called slot pitch is made non-uniform so as to satisfy Expression (2).
According to the armature of the second aspect, since the slot area is further increased in addition to the armature of the first aspect, the coil insertion work is facilitated accordingly. Alternatively, it is possible to use a conductor having a larger area than the conventional one while having the same space factor as the conventional one, and the copper loss can be reduced. Or the characteristic similar to the past can be acquired, without making an effort to raise a space factor.
The armature of the permanent magnet synchronous motor according to claim 3 is the armature of the permanent magnet synchronous motor according to claim 1, wherein the width of the slot in the reference winding form is Ws0, the width of the empty slot is Ws1, When the width of slots other than the empty slot is Ws2,
Ws1 <Ws0 <Ws2 (2)
The distance between the slots, that is, the so-called slot pitch is made non-uniform so as to satisfy Expression (2).
According to the armature of the third aspect, in addition to the effect of the armature of the second aspect, the cogging frequency is increased and the cogging torque can be reduced by the unequal slot pitch.
The armature of the permanent magnet synchronous motor according to claim 4 is the armature according to any one of claims 1 to 3, wherein cooling air is passed directly into the empty slot, or an air cooling pipe or a liquid cooling pipe. Is laid.
According to the armature of the fourth aspect, in addition to the effect of the armature according to any one of the first to third aspects, the armature can be directly cooled.
The permanent magnet synchronous motor according to claim 5 is a permanent magnet synchronous motor having the armature according to any one of claims 1 to 3.
According to the permanent magnet synchronous motor according to claim 5, due to the effect of the armature according to any one of claims 1 to 3, the production work is easy, the loss is small, or the linearity of the torque at high load In addition, it is possible to provide a motor that is high and that can easily improve the cooling performance of the armature.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an example of a permanent magnet synchronous motor having a 4-pole 15-slot configuration according to the first embodiment of the present invention, in which a field and an armature that are originally cylindrical are linearly developed. The first embodiment of the present invention starts from FIG. 5 described as a conventional example. That is, in FIG. 5, element coils 44 are wound so that there are two layers in each slot 42 of (slot numbers) # 1 to # 15 provided on one side of the core 41, and interlayer insulation is provided between the element coils 44. 46 is laid. The jump of the element coil is such that, for example, one coil side of a certain U-phase element coil enters the upper side of the # 1 slot and the other enters the lower side of the # 5 slot. Looking closely at the arrangement of the element coils 44 in this figure, the element coils of different phases are housed in the three slots # 1, # 6, and # 11, and the other phases are in the same phase. I understand.
FIG. 1A is a diagram excluding the element coils of the # 1, # 6, and # 11 slots where these different phases are adjacent, and is drawn with the field omitted.
In FIG. 1A, the slot from which the element coil is removed becomes an empty slot 47. The element coil 44 has the same phase in all slots where the coil exists. In this case, the potential difference between the two element coils can be ignored unless the element coils adjacent to each other in the upper and lower portions in the slot 44 are connected in series so that the interlayer insulation between them is unnecessary.
FIG. 1B is a diagram in which interlayer insulation is eliminated based on this idea and the upper and lower element coils are combined into one. Here, the number of slots to be vacant slots and the number of element coils after being combined are unique depending on the relationship between the number of poles P and the number of slots N, based on the selection of coil jumps that are approximately 180 ° in electrical angle. To be determined. That is, the number of slots q per pole / phase is q = N / (3 × P) = (P + 1) / P
Q is expressed as q = b / a
In other words, the number N ′ of empty slots is as follows.
N ′ = 3 × (P / a)
The total number of element coils Nc is half the number of slots other than the empty slots, that is, Nc = (a × N−3 × P) / (2 × a).
It is expressed.
The 4-pole 15-slot configuration shown in this embodiment is
q = 15 / (3 × 4) = 5/4 = (4 + 1) / 4
It is.
Comparing the armature structure of FIG. 1B with FIG. 5, N ′ = 3 × (4/4) = 3 according to the above equation.
Nc = (4 × 15−3 × 4) / (2 × 4) = 6
Thus, three empty slots are generated, and the total number of element coils is changed from 15 to 6.
At the same time, the region of the interlayer insulation is replaced with a part of the element coil, and it can be seen that the sectional area of the element coil is enlarged, that is, the space factor is improved.
By the way, the empty slot generated in the present invention is a useless space as it is. This embodiment is effectively used in the following embodiments.
[0007]
FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention in which the armature of a permanent magnet synchronous motor having a four-pole 15-slot configuration is linearly developed as in FIG. Here, while keeping the pitch of the teeth 43 on the side facing the field (not shown) uniform, the width of the empty slot 47 is reduced, and the width of the slot 42 containing the element coil 44 is made radial accordingly. It is an enlarged one.
In this embodiment, the cross-sectional area of the element coil 44 can be widened by increasing the slot area, and thus copper loss can be reduced. Or when using the element coil which has the same cross-sectional area as before, the insertion operation of a coil becomes easy.
[0008]
FIG. 3 shows a third embodiment of the present invention in which an armature of a permanent magnet synchronous motor having a 4-pole 15-slot configuration is linearly developed as in the past. Here, the width of the empty slot 47 is reduced, and the width of the slot 42 containing the element coil 44 is increased accordingly. In this embodiment, since the pitch of the slot openings becomes non-uniform, the magnetic flux of the permanent magnet on the field is also modulated non-uniformly. Therefore, in addition to the same effect as that of the second embodiment by expanding the slot area, it is possible to reduce the cogging torque.
[0009]
FIG. 4 shows a fourth embodiment of the present invention, in which an armature of a permanent magnet synchronous motor having a four-pole 15-slot configuration is linearly developed. Here, in the example shown in FIG. 1, the liquid cooling pipe 48 is inserted into the empty slot, and the refrigerant liquid is allowed to flow therethrough. In this case, it becomes possible to directly cool the vicinity of the element coil which is a heating element, and the cooling performance of the motor is improved.
Although the four embodiments have been described above, the present invention is not limited to the embodiments described above, and can be arbitrarily configured in accordance with the spirit of the invention. For example, the motor is not limited to a 4-pole 15-slot configuration, and includes all configurations where q = N / (3 × P) = (P + 1) / P. In the fourth embodiment, the refrigerant may be either liquid or gas, and if gas is used, cold air may be directly passed into the empty slot without using a pipe. Furthermore, it goes without saying that the motor to which the present invention is applied may be either a rotary motor or a linear motor.
[0010]
【The invention's effect】
As described above, according to the armature of the first aspect, since the copper loss can be reduced by improving the winding space factor, the characteristics such as the motor capacity can be easily improved. At the same time, the number of coils is greatly reduced, which simplifies and shortens coil manufacturing and installation work.
According to the armature of the second aspect, since the space factor is improved in addition to the first aspect, it is possible to further improve the motor characteristics, particularly to reduce the copper loss. Or the characteristic similar to the past can be acquired, without making an effort to raise a space factor.
According to the armature of the third aspect, in addition to the same effect as that of the first aspect, the magnetic flux in the gap is unevenly modulated, so that the cogging torque can be reduced.
According to the armature of the fourth aspect, in addition to the same effect as the armature of any one of the first to third aspects, the armature can be easily cooled or the cooling performance is improved. Can be improved.
According to the permanent magnet synchronous motor of the fifth aspect, it is possible to provide a motor having the characteristics of the armature according to any one of the first to fourth aspects.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a developed cross-sectional view of a permanent magnet synchronous motor showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a developed cross-sectional view of an armature showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a developed cross-sectional view of an armature showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a developed cross-sectional view of an armature showing a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a developed cross-sectional view of a conventionally known motor.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Permanent magnet synchronous motor 2, 4 Armature 21, 41 Core 22, 42 Slot 23, 43 Teeth 24, 44 Element coil 25, 45 Outer core part 26, 46 Interlayer insulation 47 Empty slot 48 Slot opening 49 Liquid cooling pipe 3 Field 31 Core 32 Permanent magnet

Claims (5)

永久磁石によりP個(P:偶数)の磁極を構成する界磁と、磁性体からなるコアに設けたN個(N:3の倍数)のスロットに3相P極の電機子巻線を配置してなる電機子とを有し、1つの界磁極に対応する電機子巻線の相毎の平均スロット数、即ち毎極毎相のスロット数qを分数式b/aで表した時、
q=b/a=(P+1)/P ・・・(1)
式(1)となる永久磁石同期モータ(例えば2極9スロット、4極15スロット等のモータ)において、
前記電機子巻線として、要素コイルN個を前記スロット全体に均一且つ多層に分布配置してなる巻線形態(以下、基準巻線形態と呼ぶ)を基準にして、
前記スロットの各々内で同一相となる前記要素コイルを1つの要素コイルにまとめ、且つ前記要素コイル間の層間絶縁を排除し、逆に異相となる前記要素コイルを排除した新たな巻線形態とすることによって、前記N個のスロットのうち、等間隔に位置する{3×(P/a)}個を空きスロット、即ち前記要素コイルを収めないスロットとすると共に、前記要素コイル数を、残るスロット数の半数、即ち{(a×N−3×P)/(2×a)}個とすることを特徴とする永久磁石同期モータの電機子。
Field magnets that make up P (P: even number) magnetic poles with permanent magnets and N-phase (N: multiple of 3) slots provided in the core made of a magnetic material and three-phase P-pole armature windings When the average number of slots per phase of the armature winding corresponding to one field pole, that is, the number of slots q per phase per pole is expressed by a fractional expression b / a,
q = b / a = (P + 1) / P (1)
In a permanent magnet synchronous motor (for example, a motor with 2 poles, 9 slots, 4 poles, 15 slots, etc.) represented by formula (1)
The armature winding is based on a winding form (hereinafter referred to as a reference winding form) in which N element coils are uniformly distributed in multiple layers over the entire slot (hereinafter referred to as a reference winding form).
A new winding configuration in which the element coils that are in the same phase in each of the slots are combined into one element coil, and interlayer insulation between the element coils is eliminated, and conversely, the element coils that are out of phase are eliminated. By doing so, among the N slots, {3 × (P / a)} located at equal intervals are used as empty slots, that is, slots that do not contain the element coils, and the number of element coils remains. An armature of a permanent magnet synchronous motor, wherein the number of slots is half, that is, {(a × N−3 × P) / (2 × a)}.
前記基準巻線形態における前記スロットの幅をWs0と記述した場合、ギャップ面から見た前記スロットの開口部同士の間隔を全て均一としつつ、前記空きスロットの幅をWs1、前記空きスロット以外のスロットの幅をWs2としたとき、
Ws1<Ws0<Ws2 ・・・(2)
式(2)となるように、前記スロット同士の間隔、所謂スロットピッチを不均一としたことを特徴とする請求項1記載の永久磁石同期モータの電機子。
When the width of the slot in the reference winding form is described as Ws0, the width of the empty slot is set to Ws1 while the intervals between the openings of the slot viewed from the gap surface are uniform, and the slots other than the empty slot When the width of Ws2 is
Ws1 <Ws0 <Ws2 (2)
The armature of a permanent magnet synchronous motor according to claim 1, wherein the interval between the slots, that is, the so-called slot pitch is made nonuniform so as to satisfy the formula (2).
前記基準巻線形態における前記スロットの幅をWs0、前記空きスロットの幅をWs1、前記空きスロット以外のスロットの幅をWs2としたとき、
Ws1<Ws0<Ws2 ・・・(2)
式(2)となるように、前記スロット同士の間隔、所謂スロットピッチを不均一としたことを特徴とする請求項1記載の永久磁石同期モータの電機子。
When the width of the slot in the reference winding form is Ws0, the width of the empty slot is Ws1, and the width of slots other than the empty slot is Ws2.
Ws1 <Ws0 <Ws2 (2)
The armature of a permanent magnet synchronous motor according to claim 1, wherein the interval between the slots, that is, the so-called slot pitch is made nonuniform so as to satisfy the formula (2).
前記空きスロット内に直接冷却風を通すか、又は空冷用もしくは液冷用パイプを敷設したことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項記載の永久磁石同期モータの電機子。The permanent magnet synchronous motor armature according to any one of claims 1 to 3, wherein cooling air is passed directly into the empty slot, or an air cooling or liquid cooling pipe is laid. 前記請求項1〜4の何れか1項記載の電機子を有することを特徴とする永久磁石同期モータ。A permanent magnet synchronous motor comprising the armature according to any one of claims 1 to 4.
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