JP4685946B2 - 永久磁石型回転電機の回転子およびその製造方法 - Google Patents

永久磁石型回転電機の回転子およびその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP4685946B2
JP4685946B2 JP2009034804A JP2009034804A JP4685946B2 JP 4685946 B2 JP4685946 B2 JP 4685946B2 JP 2009034804 A JP2009034804 A JP 2009034804A JP 2009034804 A JP2009034804 A JP 2009034804A JP 4685946 B2 JP4685946 B2 JP 4685946B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
permanent magnet
rotor
magnetic
conduction circuit
magnetic pole
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2009034804A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2010193609A (ja
Inventor
祥子 川崎
裕之 秋田
正嗣 中野
友輔 森田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2009034804A priority Critical patent/JP4685946B2/ja
Priority to US12/559,773 priority patent/US8217545B2/en
Priority to EP09173496.2A priority patent/EP2221945B1/en
Publication of JP2010193609A publication Critical patent/JP2010193609A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4685946B2 publication Critical patent/JP4685946B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706Inner rotors
    • H02K1/272Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/278Surface mounted magnets; Inset magnets
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/20Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature
    • G01D5/204Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the mutual induction between two or more coils
    • G01D5/2046Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying inductance, e.g. by a movable armature by influencing the mutual induction between two or more coils by a movable ferromagnetic element, e.g. a core
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/223Rotor cores with windings and permanent magnets
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/06Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices
    • H02K29/12Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices using detecting coils using the machine windings as detecting coil
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00Metal working
    • Y10T29/49Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002Electrical device making
    • Y10T29/49009Dynamoelectric machine
    • Y10T29/49012Rotor

Description

この発明は、整流子を用いずに回転する永久磁石型回転電機の回転子構造およびその製造方法に関するものである。
従来のセンサレスブラシレスDCモータに用いる永久磁石にて構成した回転子において、回転子の外表面に、該回転子のN極とS極とを区分する極間から、回転子の正回転方向に向かって所定の角度区間(例えば、電気角80〜100°)、また、回転子の逆回転方向に向かって正回転方向側と同様の角度区間にまたがって、導電性の非磁性材料からなる非磁性体層を形成している(例えば、特許文献1参照)。
また、従来のブラシレスモータにおいて、ロータに、各相の駆動コイルに対する電気特性または磁気特性を円周方向に関して変化させた筒状部材を外嵌固定することにより、各相の駆動コイルに対するロータの回転角度に応じてこれら各相の駆動コイルのインダクタンスを変化させている(例えば、特許文献2参照)。
特開平09−56193号公報(段落番号[0010]、図2等) 特開2006−109663号公報(段落番号[0014]、図1等)
近年、あらゆる製品への適用が増えつつある永久磁石型回転電機(以下、回転電機とする)において、低コスト化・小型化が求められている傾向にある。それらの要求を満たす手段の一つとして、角度検出装置を必要としないセンサレス駆動方式がある。厳しい環境で使用される製品(例えば電動パワーステアリング装置)に搭載された回転電機においては、位置検出装置が故障した場合でも、センサレスで駆動できることは大きな利点である。
センサレス駆動方式の中で、低速〜高速の全域に渡って位置検出を可能とするために、回転電機の突極性を利用する方法があり、突極性を持たせた回転電機の回転子としては埋め込み磁石型回転子(IPM型回転子)がよく知られている。しかし、IPM型回転子は、回転子内での磁束漏れが大きい、表面磁束密度分布が歪むなどの問題があり、高トルクかつ低振動・低騒音を求められるような製品には不向きであった。
そこで、上記従来の回転電機は回転子内の磁束漏れが少ない表面配置型永久磁石回転子(SPM型回転子)を採用し、SPM型回転子に突極性をもたせるために回転子表面に非磁性体あるいは磁性体を配置している。そして、回転電機に電圧を印加した際に生じる固定子側の駆動コイルのインピーダンス変化により、回転子位置を検出している。
しかしながら、上記従来の回転電機では、回転位置を検出するのに十分なインピーダンス変化が得られにくく、例えば特許文献1の回転電機ではインピーダンス変化を大きくするため、印加する高周波電圧の振幅を大きくする必要がある。これにより、高周波電圧の振幅が大きくなると、回転電機の振動・騒音も大きくなるという問題がある。
また、特許文献2の回転電機ではインピーダンス変化を大きくするため、電気特性または磁気特性の円周方向の変化分を大きくする必要がある。このため円筒部材の厚さの変動を大きくして円筒部材の偏心率を大きくしたり、均一厚さの円筒部材に透孔(スリット)などを設けている。そして、このような構成では、例えば円筒部材が磁性材であれば低次のコギングトルク発生の要因となったり、機械的ギャップが不均一であるため、回転子の寸法管理が難しくなるという問題がある。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、振動・騒音を悪化させることなく突極性を向上させ、容易に回転位置を検出することができる回転電機の回転子を提供することを目的とする。
この発明に係る回転子は、回転軸と、回転軸の外周側に固定される回転子鉄心と、回転子鉄心の外周面に周方向に所定間隔で配設された複数の永久磁石と、永久磁石の磁極間に配置された一対の第1導体と一対の第1導体を電気的に接合する第2導体とにより、少なくとも永久磁石の1磁極分を取り囲むように配設された導通回路と、導通回路で取り囲まれた永久磁石の外周側表面に配設され、この永久磁石の1磁極分の周方向の幅より短い幅を有する磁性体とを備えている。
この発明の回転子によれば、永久磁石を取り囲むように導通回路が配設され、その永久磁石の表面に、この永久磁石の1磁極分の周方向の幅より短い幅を有する磁性体が配設されているため、回転子の突極性を大きくすることができる。従って、回転電機に印加される高周波電流が少ない場合でも回転子位置を精度よく検出でき、振動・騒音を抑えた永久磁石型回転電機を提供することができる。
この発明の実施の形態1における回転電機の構成を示す平面図である。 この発明の実施の形態1における回転子の構成を示す斜視図である。 この発明の実施の形態1における回転子の特徴を説明するための説明図である。 この発明の実施の形態2における回転子の構成を示す斜視図である。 この発明の実施の形態2における回転電機に印加された高周波電流をdq変換して、d軸電流を横軸、q軸電流を縦軸にとった場合のリサージュ波形と、比較例の回転電機のリサージュ波形を示す図である。 この発明の実施の形態1および2の回転電機の実測のリサージュ波形を示す図である。 この発明の実施の形態1および2の回転電機のリサージュ波形の傾きと負荷電流との関係を示す図である。 この発明の実施の形態3における回転子の構成を示す平面図である。 この発明の実施の形態3における磁性体板の構成を示す斜視図である。 この発明の実施の形態3における別例の回転子の構成を示す平面図である。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1における永久磁石型回転電機(以下、回転電機とする)の構成を示す平面図である。また、図2は回転電機を構成する回転子の構成を示す斜視図である。
図1、2に示すように、回転電機1は、回転子2と回転子2の外周側に配置される固定子3とから構成される。
固定子3は、回転子2と所定の空隙(エアギャップ)を介して配置される。その構成は詳しくは図示していないが、例えば本実施の形態1では、ヨーク部31aとティース部31bとを有する固定子鉄心31とティース部31bに巻回される固定子コイル32(図示せず)とから構成されている。
回転子2は、回転軸4と、回転軸4の外周側に固定される回転子鉄心5と、回転子鉄心5の外周面に周方向に所定間隔で配設された複数の永久磁石6と、永久磁石6の磁極間に回転軸4に略平行に配置された一対の第1導体71とこの第1導体71を電気的に接合する第2導体72とにより永久磁石6を取り囲むように配設された導通回路7と、各永久磁石6の表面に配設された磁性体8と、回転子2の最外周面を覆うように配設される略円筒状の飛散防止部材9とから構成される。なお、回転子2の構成をわかりやすくするため、図2中回転軸4および飛散防止部材9は省略している。
以下、回転子2の構成をさらに詳しく説明する。
永久磁石6は回転子2の磁極を形成し、極性の異なる永久磁石6が交互に周方向等間隔で回転子鉄心5の外周表面に配置されている。本実施の形態1では10極分配置されている。
例えば本実施の形態1では、一対の第1導体71は各永久磁石6の周方向両端に永久磁石6と接するように配置され、一対の第1導体71の端部同士を、回転子鉄心5の軸方向両端面に配置される第2導体72により繋ぐことにより、各永久磁石6をそれぞれ導通回路7が取り囲んだ構成としている。
導通回路7の製造方法の例としては、例えば一本のマグネットワイヤを各永久磁石の外郭形状に沿うように巻き付けて端部を接合することに形成する方法がある。これにより材料歩留まりよく導通回路7を容易に形成することができる。また、導通回路7の製造方法の別例として、例えば銅管のようなパイプ状の導電材を永久磁石3の外郭形状に合うように拡管成形することにより形成してもよい。これにより、材料歩留まりがよいとともに、端部の接合なしで導通回路7を得ることができる。
なお、本実施の形態1では、全ての永久磁石6の周囲にそれぞれ導通回路7を設けているが、導通回路7の配置パターンは必ずしもこれに限られるものではない。導通回路7は少なくとも永久磁石6の1磁極分を取り囲むように配置すればよく、例えば1の導通回路で2磁極分取り囲むパターンや、永久磁石一つおきに導通回路を配置するパターン等、導通回路の個数や位置のパターンは様々である。また、導通回路の配置間隔は等間隔でなくてもよく、隣り合う導通回路の間隔が永久磁石の配置のピッチ(例えば10極であれば36度)の整数倍となるようにすれば、永久磁石の配置ピッチに対応したインピーダンスを変化を得ることができる。
磁性体8は永久磁石6と略円筒状の飛散防止部材9との間に、各永久磁石6の磁極中心部分(永久磁石6の周方向中心部分)の表面を覆うように周方向等間隔に配設されている。磁性体8の幅(周方向の長さ)は永久磁石6の幅(周方向の長さ)以下となるように設定している。磁性体8の厚み(径方向の長さ)は、通常の小型回転電機の機械的ギャップ長が0.3〜1.0mm程度であることを鑑みると、0.1〜0.5mm程度とすることが望ましい。磁性体8の形成材料は、回転子鉄心5と同等程度の高い透磁率を有し、導通回路7より小さい導電率を持つことが望ましく、例えば電磁鋼板等を使用する。上記の通り磁性体8の厚みが0.1〜0.5mm程度と薄肉であれば、汎用の電磁鋼板を使用して磁性体8を形成することができる。
なお、本実施の形態1では、磁性体8は10極全ての永久磁石6に配置されたが、必ずしもこれに限られるものではなく、少なくとも導通回路7が配置される永久磁石6に設けられれば良い。
このような構成の回転電機1において、回転子2の回転位置の検出は、固定子コイル32(図示せず)に、回転電機1の駆動電流より高い周波数の高周波電流を注入し、固定子コイル32のインピーダンス変化を検出することにより行う。
この位置検出の際、回転子2が導通回路7および磁性体8を備えることによって生じる回転子2の特徴について図3を参照して説明する。
永久磁石6を取り囲むように配設された導通回路7には、高周波電流によって作られた磁束が鎖交することで誘導電流が流れる。この誘導電流は導通回路7と鎖交する磁束量に応じて変化する。誘導電流の変化に伴って固定子コイル32のインピーダンス(インピーダンスの内のインダクタンス分)が変化する。
例えば、磁極方向と同じ向きであるd軸方向(図3中実線矢印A参照)に磁束を鎖交させたときは、導通回路7と鎖交する磁束量が最大となり、導通回路7に流れる誘導電流も最大となる。これにより磁束が打ち消され固定子コイル32のインピーダンスが最小となる。
また、磁極方向と直交する向きであるq軸方向(図3中一点鎖線矢印B参照)に磁束を鎖交させたときは、導通回路7と鎖交する磁束がないため、導通回路7に誘導電流が流れず、固定子コイル32のインピーダンスが最大となる。
永久磁石6の表面に配設された磁性体8は、上述の通り透磁率が高い材料により形成されているため、q軸方向のパーミアンスが高くなり磁束が通りやすくなる(図3中破線矢印C参照)。固定子コイル32のインピーダンスはパーミアンスに比例するため、d軸方向で最小、q軸方向で最大となる。これは導通回路7による固定子コイル32のインピーダンス変化と一致する。なお、磁性体8の形成材料として透磁率が高くかつ導電率が低い材料を使用すれば、導電率が低いことにより磁性体8そのものに流れる誘導電流(渦電流)の影響を少なくすることができる。また、磁性体8を各永久磁石6の磁極中心に等間隔に配置すれば、低次のコギングトルクの発生を防止することができる。
このような構成により、回転子2の突極性を大きくすることができ、d軸とq軸における固定子コイル32のインピーダンスの差を大きくすることができる。従って、固定子コイル32に回転電機1の駆動電流より高い周波数の高周波電流を注入し、固定子コイル32のインピーダンスを検出することにより、容易に回転子2の位置把握することができる。
以上のように、本実施の形態1の回転子は、永久磁石を取り囲むように導通回路が配設され、その永久磁石の表面に磁性体が配設されているため、SPM型の回転子でありながら、高い突極性が得られる。従って、固定子側から印加される高周波電流が小さい場合でも大きなインピーダンス変化が得られる。よって回転子位置を精度よく検出でき、振動・騒音を抑えた回転電機を提供することができる。
また、固定子コイルのインピーダンス変化により回転子の位置検出を行うことができるため、レゾルバやエンコーダといった回転位置検出部材を別途設ける必要がなく、回転電機の小型化、軽量化をはかることができるとともに、その包装を減量、小型化することができる。また、レゾルバ等が不要であるため、回転電機の耐久性を向上することができ、長期使用可能である。
実施の形態2.
上記実施の形態1では、各永久磁石をそれぞれ独立した導通回路が取り囲んだ構成であったが、本実施の形態2では、この導通回路の構成が異なる場合について説明する。なお、実施の形態1と同様の部分については同一符号を付して説明を省略する。
図4は本実施の形態2の回転子10の構成を示す斜視図である。回転子10の構成をわかりやすくするため、図4中回転軸4および飛散防止部材9は省略している。
図4に示すように回転子10の導通回路11は、各永久磁石6の磁極間に回転軸4と略平行に配置された軸方向に延びる第1導体12と、回転子鉄心5の軸方向両端面に配置され全ての第1導体12の軸方向端部と電気的に接合される略環状の第2導体13とにより構成されている。各永久磁石6の磁極間に配置された全ての第1導体12は全周に渡って第2導体13により短絡され、各永久磁石6を取り囲むような導通回路11が一体に形成されている。各第1導体12はその両隣に配置される永久磁石6をそれぞれ取り囲む導通回路の一部として共用されている。
なお、本実施の形態2では全ての磁極間に第1導体12が配置されているが、必ずしも全てに配置する必要はない。第1導体12と第2導体13とで構成する導通回路11が、少なくとも永久磁石6の1磁極分を取り囲むように配設されていれば、第1導体の配置位置や個数はどのようなものであってもよい。
導通回路11の製造方法としては、例えばダイカスト方法によるものがある。まず、回転軸4および回転子鉄心5を金型内(図示なし)に挿入する。そして、アルミまたは銅などの導電材料を金型内に鋳込み、第1導体12および第2導体13で構成される導通回路11を形成する。このような方法により、導通回路11を容易に一体形成することができるとともに、導通回路11と回転子鉄心5との固定も導通回路11の形成と同時に行うことができる。また、回転子鉄心5に導通回路11が形成されることにより、永久磁石6を回転子鉄心5の表面に取り付ける際には、導通回路11を位置決め部材として使用することができる。
このような構成により、導通回路11は各永久磁石6を取り囲むように配設されるため、上記実施の形態1と同様の効果を有する。すなわち、鎖交する磁束量に応じて誘導電流が変化する導通回路11と、永久磁石6の表面に配置されq軸方向の磁束を通りやすくする磁性体8とによって、固定子3の固定子コイル32から高周波電流を印加した際に発生するd軸とq軸とのインピーダンスの差を大きくすることができる。
上記の通り本実施の形態2は上記実施の形態1と導通回路の構成が異なっている。以下、この導通回路の構成の違いにより得られる効果の違いについて説明する。
図5は、本実施の形態2の回転子10を使用した回転電機に注入された高周波電流をdq変換して、d軸電流を横軸、q軸電流を縦軸にとった場合の電流ベクトルの軌跡を示すリサージュ波形である(図中実線で示す)。比較のため、例えば従来から使用されているような突極性のないSPM構造の回転子を使用した回転電機(以下比較例の回転電機とする)についてのリサージュ波形も示す(図中破線で示す)。なお、高周波電流は回転電機の駆動電流(負荷電流)がかかった状態で注入されている。
図に示すように、突極性のない比較例の回転電機のリサージュ波形の形状は円形である。これに対し、突極性のある回転子10を使用した回転電機のリサージュ波形の形状はd軸電流側が長軸(図中一点鎖線で示す)となる楕円形である。突極性が高くなるほどd軸とq軸におけるインピーダンスの差が大きくなるため、楕円形状の長軸は長くなる。また、このリサージュ波形は、回転電機の駆動電流(負荷電流)の影響により、楕円形の長軸がd軸に対して傾き(図中θで示す)をもった波形となる。これは、回転電機の固定子鉄心の磁気飽和により、d軸およびq軸の磁束の流れがアンバランスになるために生じると推測される。楕円の長軸の傾き角度は位置検出誤差の目安となり、傾きが大きくなれば、位置検出誤差も大きくなることを示す。
図6は、上記実施の形態1および本実施の形態2の回転子を使用した回転電機の実測のリサージュ波形を示す図である。なお、図6のリサージュ波形は、無負荷(負荷電流が0)の状態で10kHzの高周波電流を注入した場合のリサージュ波形である。
図中破線は上記実施の形態1の場合、図中実線は本実施の形態2の場合のリサージュ波形を示す。これによると、実施の形態1の場合の方が実施の形態2の場合に比べ楕円形の長軸が長く、突極性が大きいことがわかる。従って、上記実施の形態1の回転電機の方が、印加する高周波電流の振幅または周波数をより低くすることができ、振動・騒音をより抑制することができる。
次に、実施の形態1と実施の形態2の回転電機において、無負荷の状態から、負荷電流を加えた状態に変えて10kHzの高周波電流を注入し、リサージュ波形を測定する。図7はその測定結果を示す図であり、負荷電流の大きさを横軸、リサージュ波形の楕円の傾きの角度(図5で示すθに対応する角度)を縦軸としたグラフである。
図中破線は上記実施の形態1の場合の測定結果であり、図中▲印は測定値を示す。図中実線は本実施の形態2の場合の測定結果であり、図中○印は測定値を示す。これによると、実施の形態2の場合の方が実施の形態1の場合に比べ負荷電流の増加に伴う楕円の傾き角度の増加が小さいことがわかる。従って、本実施の形態2の回転電機では、負荷電流が高い場合でも、回転子の位置検出誤差を低く抑えることができる。なお、この結果は、実施の形態2の導通回路11の構成により生じたと考えられる。導通回路11は、磁極間に配置された第1導体が第2導体により全周に渡って短絡されて形成されているため、電流経路の自由度が高くなる。これにより、他磁極の誘導電流の影響を受け、d軸q軸間の相互干渉が低減されるため、d軸およびq軸の磁束の流れがアンバランスになることを抑制していると推測される。
次に、製造方法の面から実施の形態1と実施の形態2の導通回路の効果の違いを説明する。
上記実施の形態1に記載の通り、実施の形態1の導通回路は各永久磁石をそれぞれ独立して囲むような形で形成されている。従って、永久磁石と導通回路とを一体として扱うことができ、回転子鉄心との組立が容易であるとともに、リサイクル時の分離も容易である。
一方、本実施の形態2の導通回路はダイカスト法などによって、容易かつ低コストに得ることができ、生産台数が多い場合などに有利である。
導通回路の構成により以上のような効果の違いがあり、回転電機に要求される仕様、例えばトルクや音やコスト等に応じて、上記実施の形態1および本実施の形態2のうち適した導通回路構成とすればよい。
以上のように、本実施の形態2の回転子は、導通回路および磁性体によって回転子の突極性を高めるとともに、特に高い負荷電流を必要とするような高トルクの回転電機に使用される場合にも、回転子の位置検出を誤差なく高精度に行うことができる。
また、導通回路はダイカスト法などによって、容易かつ低コストに得ることができ、生産台数が多い場合などに有利である。
実施の形態3.
上記実施の形態1では、各永久磁石の表面にそれぞれ独立して形成された磁性体を配設していたが、本実施の形態3ではこの磁性体の構成が異なる場合を説明する。なお、実施の形態1と同様の部分については同一符号を付して説明を省略する。
図8は、本実施の形態3の回転子の構成を示す正面図である。
図8に示すように本実施の形態3の回転子20の磁性体21は、磁極部22と極間部23とから形成される略円筒状の磁性体である。磁極部22は各永久磁石6の磁極中心部分の表面を覆うような位置に配置され、各磁極部22間を薄肉の極間部23で連結している。このような構成により、回転子20の最外周面を略円筒状の磁性体21で覆っている。
極間部23の肉厚は磁極部22の肉厚より薄く、これによりq軸方向に磁束が漏れることを防ぐ。磁極部22の肉厚が0.1〜0.5mm程度であれば、極間部23はそれ以下の肉厚とし、例えば0.1〜0.2mm程度の薄さであることが望ましい。
次に磁性体21の製造方法を説明する。
磁性体21の製造方法としては、例えばエッチング工法を利用するものがある。エッチング工法とは、金属の表面を化学的な溶解作用により除去して所望の形状を得る工法で、主にプリント基板の製造等に用いられている。
図9はエッチング工法により得られた磁性体板24である。磁性体板24は、磁極部22の肉厚と同じ厚さの電磁鋼板等の被加工板に、エッチング加工を施して極間部23となる溝部23aを形成することにより得られる。残された厚肉部22aは磁極部22となる。このような磁性体板24を円筒状に丸め端部同士を溶接またはロウ付け等で電気的に接合して略円筒状の磁性体21を形成する。
溝部23aは磁極数+1個設けられており、各溝部23aの幅は極間部23の幅と同じである。ただし、磁性体板24の両端部に設けられた溝部23aは円筒状に接合された際に極間部23の幅となるように形成されている。このような構成により、略円筒状の磁性体21の接合箇所が極間部23となるため、磁気回路への影響が少ない。
なお、略円筒状の磁性体21の接合箇所は必ずしも極間部23とする必要なく、例えば極間部23と磁極部22との境界部分に接合箇所を設けてもよい。その場合、磁性体板24には磁極数分の溝部23aを設け、磁性体板24の一方の端部に溝部23aが他方の端部に厚肉部22aが形成されるようにエッチング加工を施し、これを円筒状にして磁性体21を形成すればよい。
図10は、本実施の形態3の別例の回転子の構成を示す正面図である。別例の回転子20aでは略円筒状の磁性体21を構成する磁極部22は永久磁石6の形状に沿うように配設されている。これにより、q軸方向に流れる磁束(図中点線矢印参照)がより増え回転子の突極性が大きくなる。なお、本実施の形態3では永久磁石6の外周面の形状が円弧状であるため、磁極部22がこの円弧に沿うよう、磁極部22と極間部23との境界部分を折り曲げて、磁性体21を形成している。
以上のように、本実施の形態3の回転子は、磁極部と極間部とからなる略円筒状の磁性体を備えている。従って、導通回路および磁性体を構成する磁極部により上記実施の形態1、2と同様回転子の突極性を高めることができる。また略円筒状の磁性体により回転子の最外周面を覆うことになるため、永久磁石や導通回路の飛散を防止することができ、実施の形態1、2のように別途飛散防止部材を設ける必要がない。
なお、本実施の形態3の導通回路の構成は実施の形態1と同様の構成としているが、上記実施の形態2の導通回路と同様の構成としてもよい。
1 回転電機、2 回転子、4 回転軸、5 回転子鉄心、6 永久磁石、
7 導通回路、8 磁性体、10 回転子、11 導通回路、12 第1導体、
13 第2導体、20,20a 回転子、21 磁性体、22 磁極部、
22a 厚肉部、23 極間部、23a 溝部、24 磁性体板、71 第1導体、
72 第2導体。

Claims (7)

  1. 回転軸と、上記回転軸の外周側に固定される回転子鉄心と、上記回転子鉄心の外周面に周方向に所定間隔で配設された複数の永久磁石と、上記永久磁石の磁極間に配置された一対の第1導体と上記一対の第1導体を電気的に接合する第2導体とにより、少なくとも上記永久磁石の1磁極分を取り囲むように配設された導通回路と、上記導通回路で取り囲まれた上記永久磁石の外周側表面に配設され、上記永久磁石の1磁極分の周方向の幅より短い幅を有する磁性体とを備えた永久磁石型回転電機の回転子。
  2. 上記導通回路は、上記永久磁石の1磁極分を取り囲むように配設された導通回路であることを特徴とする請求項1に記載の永久磁石型回転電機の回転子。
  3. 上記導通回路は、上記各永久磁石に配設されたことを特徴とする請求項2に記載の永久磁石型回転電機の回転子。
  4. 上記第2導体は、上記回転子鉄心の軸方向両端側に配置され、全ての上記第1導体の端部と電気的に接合される略環状の導体であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の永久磁石型回転電機の回転子。
  5. 上記磁性体は、上記永久磁石の磁極中心部分を覆うように配設されたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の永久磁石型回転電機の回転子。
  6. 上記磁性体は、上記永久磁石の外周側表面に配設された磁極部と、上記磁極部間を連結する薄肉の極間部とから形成される略円筒状の磁性体であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の永久磁石型回転電機の回転子。
  7. 被加工板にエッチング加工を施して上記極間部となる溝部と上記磁極部となる厚肉部とを設けた磁性体板を形成し、上記磁性体板の端部同士を接合して上記略円筒状の磁性体を形成することを特徴とする請求項6に記載の永久磁石型回転電機の回転子の製造方法。
JP2009034804A 2009-02-18 2009-02-18 永久磁石型回転電機の回転子およびその製造方法 Expired - Fee Related JP4685946B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009034804A JP4685946B2 (ja) 2009-02-18 2009-02-18 永久磁石型回転電機の回転子およびその製造方法
US12/559,773 US8217545B2 (en) 2009-02-18 2009-09-15 Rotor of permanent magnet rotary machine and manufacturing method of rotor
EP09173496.2A EP2221945B1 (en) 2009-02-18 2009-10-20 Rotor of permanent magnet rotary machine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009034804A JP4685946B2 (ja) 2009-02-18 2009-02-18 永久磁石型回転電機の回転子およびその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2010193609A JP2010193609A (ja) 2010-09-02
JP4685946B2 true JP4685946B2 (ja) 2011-05-18

Family

ID=41226903

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009034804A Expired - Fee Related JP4685946B2 (ja) 2009-02-18 2009-02-18 永久磁石型回転電機の回転子およびその製造方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US8217545B2 (ja)
EP (1) EP2221945B1 (ja)
JP (1) JP4685946B2 (ja)

Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5359452B2 (ja) * 2009-03-26 2013-12-04 トヨタ自動車株式会社 ブラシレスモータ
ES2524968T3 (es) * 2010-12-15 2014-12-16 Infranor Holding S.A. Motor síncrono de imanes permanentes
KR101506417B1 (ko) 2011-03-15 2015-03-26 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 영구 자석식 회전 전기 기기
EP2717443B1 (en) 2011-05-26 2018-02-28 Mitsubishi Electric Corporation Permanent magnet motor
JP5702237B2 (ja) * 2011-07-06 2015-04-15 Ntn株式会社 モータ駆動装置
EP2728736B1 (en) 2011-06-30 2017-04-26 NTN Corporation Motor drive device
EP2584670A1 (en) * 2011-10-17 2013-04-24 Siemens Aktiengesellschaft Magnet module for a rotor of a generator
CN102930966B (zh) * 2012-09-21 2015-02-04 谭成忠 一种无刷线性旋转变压器
US9906108B2 (en) 2012-11-01 2018-02-27 General Electric Company Sensorless electric machine
US9093878B2 (en) 2012-11-01 2015-07-28 General Electric Company Sensorless electric machine
US9641033B2 (en) 2013-09-06 2017-05-02 General Electric Company Electric machine having offset rotor sections
US9871418B2 (en) 2012-11-01 2018-01-16 General Electric Company Sensorless electric machine
US9941775B2 (en) 2012-11-01 2018-04-10 General Electric Company D-ring implementation in skewed rotor assembly
CN105103411B (zh) * 2013-04-09 2018-07-06 三菱电机株式会社 永磁体型电动机及电动助力转向装置
US9906082B2 (en) 2013-09-06 2018-02-27 General Electric Company Electric machine having reduced torque oscillations and axial thrust
WO2015140941A1 (ja) * 2014-03-18 2015-09-24 三菱電機株式会社 永久磁石型電動機の回転子
JP2016039774A (ja) * 2014-08-05 2016-03-22 株式会社リコー 永久磁石型モータ、位置推定装置及びモータ駆動制御装置
JP6292208B2 (ja) * 2015-11-05 2018-03-14 トヨタ自動車株式会社 ハイブリッド車両
NO341230B1 (en) * 2015-11-06 2017-09-18 Ateltech As Scalable electric motor disc stack with multipole stator
EP3211774A1 (de) * 2016-02-26 2017-08-30 Siemens Aktiengesellschaft Permanenterregte synchronmaschine mit spulen im läufer
TWI601939B (zh) * 2016-03-04 2017-10-11 國立清華大學 絕對位置偵測裝置及方法
US20180205302A1 (en) * 2017-01-19 2018-07-19 Hamilton Sundstrand Corporation Permanent magnet (pm) brushless machine with outer rotor
JP2019126143A (ja) * 2018-01-15 2019-07-25 トヨタ自動車株式会社 回転電機
JP2019126172A (ja) * 2018-01-16 2019-07-25 日立オートモティブシステムズ株式会社 回転子、回転電機、自動車用電動補機システム
WO2019149675A1 (en) * 2018-01-31 2019-08-08 Atlas Copco Industrial Technique Ab Slotless synchronous permanent magnet motor
WO2019166275A1 (en) * 2018-03-02 2019-09-06 Admotec Precision Ag Rotor for angular position resolver
CN109586644B (zh) * 2018-11-15 2022-09-20 天津大学 一种电机无位置传感器控制方法
CN109660076B (zh) * 2018-11-24 2022-05-13 乐清市吴林电器实业有限公司 汽车eps用无刷电机
DE102021201603A1 (de) * 2021-02-19 2022-08-25 Zf Friedrichshafen Ag Rotor für eine elektrische Maschine sowie elektrische Maschine mit einem Rotor
DE102021201602A1 (de) * 2021-02-19 2022-08-25 Zf Friedrichshafen Ag Rotor für eine elektrische Maschine sowie elektrische Maschine mit einem Rotor

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02311156A (ja) * 1989-05-25 1990-12-26 Fuji Electric Co Ltd 永久磁石同期機の制動巻線
JPH0956193A (ja) * 1995-08-21 1997-02-25 Aichi Electric Co Ltd センサレスブラシレスdcモータの停止時における回転子の磁極位置検出装置
JP2008245440A (ja) * 2007-03-28 2008-10-09 Hitachi Ltd 誘導機
JP2009033907A (ja) * 2007-07-30 2009-02-12 Hitachi Ltd スピンドルモータ
JP2009033908A (ja) * 2007-07-30 2009-02-12 Hitachi Ltd 回転電機及びその製造方法

Family Cites Families (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3214620A (en) * 1962-12-28 1965-10-26 Westinghouse Electric Corp Permanent magnet motor and flux adjusting apparatus for use therein
EP0182322B1 (en) 1984-11-20 1991-05-08 Kabushiki Kaisha S.G. Rotational position detection device
DE3680656D1 (de) * 1986-01-09 1991-09-05 Yaskawa Denki Seisakusho Kk Schrittmotor.
US4888509A (en) * 1988-02-05 1989-12-19 Jaroslav Tomasek Brushless servo motor construction and alignment
US5881448A (en) * 1992-04-06 1999-03-16 General Electric Company Method for making permanent magnet rotor
US5753989A (en) * 1993-06-14 1998-05-19 Ecoair Corp. Hybrid alternator
US5747909A (en) * 1996-03-14 1998-05-05 Ecoair Corp. Hybrid alternator
US5663605A (en) * 1995-05-03 1997-09-02 Ford Motor Company Rotating electrical machine with electromagnetic and permanent magnet excitation
JPH1032967A (ja) * 1996-07-15 1998-02-03 Tsujikawa Keiko トルク発生装置
JP3308828B2 (ja) * 1996-10-18 2002-07-29 株式会社日立製作所 永久磁石回転電機及びそれを用いた電動車両
JP2000116091A (ja) 1998-09-29 2000-04-21 Hitachi Ltd 永久磁石式同期モータおよびそれを用いたエレベータ装置
US6093986A (en) * 1999-03-08 2000-07-25 Emerson Electric Co. Method and apparatus for powering shaft-mounted sensors on motors and generators
FR2791483B1 (fr) * 1999-03-22 2004-06-25 Valeo Equip Electr Moteur Machine tournante comportant des aimants de compositions differentes
JP2001115963A (ja) 1999-10-13 2001-04-27 Daikin Ind Ltd 圧縮機
JP3499786B2 (ja) * 1999-11-25 2004-02-23 株式会社日立製作所 超高速永久磁石式回転電機システム
EP1109301B1 (fr) 1999-12-15 2003-06-11 Bien-Air Holding SA Machine électrique sans balais ayant des moyens de détection de la position angulaire du rotor
DE60141315D1 (de) * 2000-09-18 2010-04-01 Isuzu Motors Ltd Wirbelstrombremse mit einem Magnet bestehend aus einem Elektromagnet und einem Dauermagnet
US6664672B2 (en) * 2001-07-13 2003-12-16 American Superconductor Corporation Enhancement of stator leakage inductance in air-core machines
JP2003047185A (ja) * 2001-07-31 2003-02-14 Nissan Motor Co Ltd 永久磁石式回転電機
JP4680442B2 (ja) * 2001-08-10 2011-05-11 ヤマハ発動機株式会社 モータの回転子
US6856051B2 (en) * 2001-10-03 2005-02-15 Delphi Technologies, Inc. Manufacturing method and composite powder metal rotor assembly for circumferential type interior permanent magnet machine
US20030071531A1 (en) * 2001-10-17 2003-04-17 Decesare Dominic V. Electric energy-conversion machines with stator windings encircling the rotor
EP1458080B1 (en) * 2001-12-20 2017-03-01 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Permanent magnet type dynamo-electric machine and wind power generation-use permanent magnet type synchronous generator
JP2003219618A (ja) 2002-01-18 2003-07-31 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 永久磁石電動機、永久磁石電動機用回転子
US6889419B2 (en) 2002-04-16 2005-05-10 Delphi Technologies, Inc. Method of making a composite electric machine component of a desired magnetic pattern
FR2847087B1 (fr) * 2002-08-14 2014-04-11 Valeo Equip Electr Moteur Machine electrique tournante a double excitation autorisant un defluxage modulable
US6788013B2 (en) * 2003-02-10 2004-09-07 Delphi Technologies, Inc. Permanent magnet electric motor and method of making same
JP2005065415A (ja) 2003-08-13 2005-03-10 Fuji Electric Holdings Co Ltd 永久磁石同期モータの磁極位置検出装置
JP2005117858A (ja) 2003-10-10 2005-04-28 Toyota Motor Corp 電動機
DE102004045992A1 (de) * 2004-09-22 2006-04-06 Siemens Ag Elektrische Maschine
JP2006109663A (ja) 2004-10-08 2006-04-20 Nsk Ltd ブラシレスモータとその回転角度検出方法
JP3792245B1 (ja) * 2005-03-30 2006-07-05 シャープ株式会社 リニア駆動装置
JP4489002B2 (ja) * 2005-10-26 2010-06-23 三菱電機株式会社 ハイブリッド励磁回転電機、及びハイブリッド励磁回転電機を備えた車両
JP2007236160A (ja) * 2006-03-03 2007-09-13 Meidensha Corp 同期電動機
JP5040303B2 (ja) * 2006-12-28 2012-10-03 株式会社日立製作所 回転電機
US7977841B2 (en) * 2007-12-17 2011-07-12 Tai-Her Yang Electric machinery with a conduction winding excited magnetic poles wraps PM magnetic pole

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02311156A (ja) * 1989-05-25 1990-12-26 Fuji Electric Co Ltd 永久磁石同期機の制動巻線
JPH0956193A (ja) * 1995-08-21 1997-02-25 Aichi Electric Co Ltd センサレスブラシレスdcモータの停止時における回転子の磁極位置検出装置
JP2008245440A (ja) * 2007-03-28 2008-10-09 Hitachi Ltd 誘導機
JP2009033907A (ja) * 2007-07-30 2009-02-12 Hitachi Ltd スピンドルモータ
JP2009033908A (ja) * 2007-07-30 2009-02-12 Hitachi Ltd 回転電機及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2010193609A (ja) 2010-09-02
EP2221945A2 (en) 2010-08-25
EP2221945A3 (en) 2011-03-16
US8217545B2 (en) 2012-07-10
US20100207475A1 (en) 2010-08-19
EP2221945B1 (en) 2019-08-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4685946B2 (ja) 永久磁石型回転電機の回転子およびその製造方法
US8659200B2 (en) Permanent magnet embedded rotating electrical machine
JP5774081B2 (ja) 回転電機
JP4723118B2 (ja) 回転電機及びこの回転電機を用いた滑車駆動装置
JP5159153B2 (ja) 回転電機の回転子及び回転電機
KR101506417B1 (ko) 영구 자석식 회전 전기 기기
KR101536451B1 (ko) 회전 전기 기기 및 회전 전기 기기의 제어 장치
CN101083410B (zh) 电动机用转子
JP6249417B2 (ja) 回転電機および電動パワーステアリング装置
US20090184598A1 (en) Rotational angle detection device and method for permanent magnet dynamo-electric machine and electric power steering device
RU2543526C2 (ru) Ротор вращающейся электрической машины
JP2014093859A (ja) 回転電機のロータ
US11901772B2 (en) Rotating electrical machine
JP2013121271A (ja) 回転電機
JP5072734B2 (ja) 永久磁石型回転電機およびパワーステアリング装置
JP2011030378A (ja) ステータ及び電気機器
JPWO2020194390A1 (ja) 回転電機
JP5589662B2 (ja) 分割型回転子及び電動機
CN116472658A (zh) 旋转电机以及电动助力转向装置
JP5247411B2 (ja) 回転角度検出装置、回転角度検出方法、および電動パワーステアリング装置
EP3340438B1 (en) Electric machine
JP5394834B2 (ja) 永久磁石型回転電機の回転子
JP2023028866A (ja) 回転機械
JP7314789B2 (ja) 埋込磁石形回転子および回転電機
JP5331672B2 (ja) 回転角センサ

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100913

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20101130

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110113

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110201

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110210

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140218

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4685946

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees