JP4698745B2 - 永久磁石型回転電機 - Google Patents

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Description

この発明は、永久磁石型回転電機に関するものであり、例えば、自動車用電動パワーステアリング装置に用いられるモータに関する。
図20は、一般の車両用電動パワーステアリング装置を示す概念図である。図において、電動パワーステアリング装置には、ステアリングホイール30から操舵力を伝えるためのコラムシャフト31が設けられている。コラムシャフト31にはウォームギヤ32が接続されており、コントローラ33によって駆動される永久磁石型モータ34の出力(トルク、回転数)を、回転方向を直角に変えながら伝達し、同時に減速し、アシストトルクを増加させる。35はハンドルジョイントであり、操舵力を伝えると共に、回転方向も変えることができる。36はステアリングギヤであり、コラムシャフト31の回転を減速し、同時にラック37の直線運動に変換し、所要の変位を得ると共に、このラック37の直線運動により車輪(図示せず)を動かし、車両の方向転換等を可能とする。
このような電動パワーステアリング装置では、永久磁石型モータ34にて発生するトルクの脈動がウォームギヤ32とコラムシャフト31を介して、ステアリングホイール30に伝達される。したがって、モータ34が大きなトルク脈動を発生する場合、滑らかなステアリング感覚を得ることが出来ない。
上記トルク脈動とは、電機子巻線に電流を流した状態において、回転子側の起磁力高調波の影響によりトルクが一定値とならず、回転子の角度によってトルクが変化する現象をいい、たとえ電機子巻線に流れる電流の波形が正弦波であっても生じるトルクむらである。
従来、このようなトルク脈動を低減するために回転子にスキューを施すことが提案されているが、例えば、スキュー角を増大させることに伴うトルクリップル定数の漸減を防止する方法(例えば特許文献1を参照)や、電機子コイル通電下でのトルクむらを低減するためにスキュー角度を特定する方法(例えば特許文献2を参照)が提案されている。
特開平8−126279号公報 特開平11−69679号公報
しかしながら、上記従来の永久磁石型回転電機においては、無負荷誘起電圧の第5高調波と第7高調波の振幅と位相の両方を考慮して、スキュー角度を設定するということがなかったので、回転子側の起磁力高調波の影響を十分には低減できなかった。
本発明はラジアル異方性リング磁石を使った永久磁石型回転電機のように起磁力高調波が存在し、無負荷誘起電圧に高調波が含まれている場合においても、トルク脈動の小さい永久磁石型回転電機の構造を得ることを目的とする。
この発明の永久磁石型回転電機は、周方向に配設したティースに複数相の電機子巻線を巻回してなる固定子と、複数の永久磁石を周方向に交互に極性が異なるように配設した回転子とを備え、無負荷誘起電圧波形に高調波が含まれている永久磁石型回転電機において、無負荷誘起電圧波形に電気角360度を基本波としたときの第5高調波、第7高調波の振幅あるいは位相を一致させるようにしたことを特徴とするものである。
この発明によれば、ラジアル異方性リング磁石を使った永久磁石型回転電機のように起磁力高調波が存在し、無負荷誘起電圧に高調波成分が含まれている場合でも、トルク脈動を大幅に低減することができる効果を有する。
本発明の実施対象である永久磁石型回転電機の縦断面図である。 図1に示した永久磁石型回転電機の永久磁石の表面の磁束密度波形である。 本発明の実施の形態1による無負荷誘起電圧の第5高調波と第7高調波の振幅を従来例と対比的に示したものである。 本発明の実施の形態1による無負荷誘起電圧の第5高調波と第7高調波の位相を従来例と対比的に示したものである。 本発明の実施の形態1による永久磁石型回転電機のトルク脈動を従来例と比較して示した図である。 本発明の実施の形態1による永久磁石型回転電機の回転子の斜視図である。 本発明の実施の形態1による永久磁石型回転電機の固定子鉄心の斜視図である。 本発明の実施の形態1による永久磁石型回転電機の無負荷誘起電圧の第5高調波と第7高調波の振幅を示した図である。 本発明の実施の形態1における永久磁石型回転電機の無負荷誘起電圧の第5高調波と第7高調波の位相を示した図である。 本発明の実施の形態1におけるスキュー角とトルク脈動(トルクリップル)の関係を示す図である。 本発明の実施の形態2における極数が6、スロット数が9の永久磁石型回転電機の断面図である。 本発明の実施の形態2における極数が10、スロット数が12の永久磁石型回転電機の断面図である。 本発明の実施の形態2における極数が14、スロット数が12の永久磁石型回転電機の断面図である。 本発明の実施の形態3における永久磁石の断面形状をかまぼこ形にした回転子の例を示している。 本発明の実施の形態3における永久磁石の断面形状をかまぼこ形にした回転子の他の例を示している。 本発明の実施の形態3におけるかまぼこ形永久磁石3の表面の磁束密度を測定した結果を示すグラフである。 本発明の実施の形態3におけるかまぼこ形永久磁石3の周波数分析結果を示すグラフである。 本発明の実施の形態3におけるかまぼこ形永久磁石3の位相分析結果を示すグラフである。 本発明の実施の形態4における永久磁石型回転電機のd軸電流とトルク脈動の関係を示す図である。 本発明の永久磁石型回転電機を用いた車両用の電動パワーステアリング装置の概念図である。
実施の形態1.
図1は本発明の実施対象である永久磁石型回転電機の断面図を示す。固定子鉄心1は電磁鋼板を積層して構成され、円環状の鉄心に径方向に突出したティース1aが周方向に等間隔に配置されている。図1ではティースの数は12である。さらに、各ティース1aには電機子巻線2が巻回されている。
電機子巻線2は3相の巻線で構成されており、それぞれU相、V相、W相とすると、電機子巻線の配置は図1のティース1aの根元に示しているように、U1、V1、W1、U2、V2、W2、U3、V3、W3、U4、V4、W4となる。ここでアルファベットは相を示し、数字は同じ相であっても配置が異なる電機子巻線を区別するために便宜的に割り当てたものである。U1、U2、U3、U4はそれぞれ並列に接続されてもよいし、直列に接続されてもよいし、並列と直列の組み合わせでもよい。さらに、各相の電機子巻線2はY結線あるいはデルタ結線にて接続されている。電機子巻線2には回転子の位置に応じて正弦波状に変化する電流が流れる。
回転子は永久磁石3と回転子鉄心4から構成され、永久磁石3は周方向にN極、S極が
交互に配置されるように着磁されている。図1では極数が8となっている。また、永久磁
石3はリング形状の磁石であり、さらに配向はラジアル方向を向いた、いわゆるラジアル
異方性リング磁石となっている。回転子鉄心4は電磁鋼板を積層して構成してもよいし、
塊状の鉄心であってもよい。
図2は図1に示した永久磁石型回転電機の回転子を固定子から取り出し、周辺に磁性体のない状態、すなわち磁気的に開放した状態にて表面部分の磁束密度の分布を測定したグラフである。横軸は角度を電気角で示し、縦軸は磁束密度の径方向成分を示している。ラジアル異方性リング磁石では、図2のように正弦波よりはむしろ矩形波状に近い波形をしているため、回転子の起磁力高調波を多く含んでいる。この起磁力高調波がトルク脈動の原因となる。
上記図2で示す起磁力高調波は無負荷誘起電圧の高調波成分として現れる。図3は無負荷誘起電圧の高調波のうち、第5高調波と第7高調波の振幅をほぼ同じに変化させた本発明を従来例と対比的に示したものである。ここで言う、無負荷誘起電圧はU相−V相間、あるいはV相−W相間あるいはW相−U相間を測定した、いわゆる線間電圧である。図3の従来例1は第5高調波の振幅が第7高調波の振幅よりやや大きい例、従来例2は第5高調波がほぼゼロ、第7高調波が従来例1とほぼ同じ振幅である例を示している。一方、本発明は従来例1と同様に第5高調波と第7高調波の振幅がほぼ同じ構成とした場合を示している。
図4は無負荷誘起電圧の高調波のうち、第5高調波と第7高調波の位相を示したものである。ここで、位相の定義について説明しておく。無負荷誘起電圧(線間電圧)の基本波と第5高調波と第7高調波を
Figure 0004698745
と表したときのα5とα7がそれぞれ第5高調波と第7高調波の位相である。
ただし、数1において、ωは電気角周波数、tは時刻、V1は基本波の振幅、V5は第5高調波の振幅、V7は第7高調波の振幅とした。
図4の従来例1と従来例2では第5高調波の位相はほぼゼロであるのに対し、第7高調波は約180度とほぼ位相が反転している。一方、本発明では第5高調波と第7高調波の位相が約180度でほぼ一致している。図5はこの3種類の永久磁石型回転電機のトルク脈動の6次成分についてそれぞれ測定した結果である。図5では、本発明が従来例1の約1/3、従来例2の約1/2までトルク脈動が低減できていることが分かる。
このことから、回転子の起磁力高調波を多く含んでいるラジアル異方性リング磁石であ
っても、無負荷誘起電圧の高調波のうち、第5高調波と第7高調波の振幅と位相を同じに
しておけば、たとえ無負荷誘起電圧に高調波が含まれていても、トルク脈動の6次成分が
大幅に低減できることが確認できた。これらは、特許文献1や特許文献2では述べられて
おらず、特許文献2では、第5高調波と第7高調波の2乗和の平方根を極小にすることが
述べられているが、この構成では第5高調波と第7高調波の振幅と位相を一致させること
が必ずしもできないため、トルク脈動を十分に低減することができなかったのである。
次に、上記のように二つの高調波の振幅と位相を一致させると、二つの高調波の影響が互いに打ち消され、トルク脈動が大幅に低減される原理を説明する。
基本波と第5高調波、第7高調波を考慮した場合モータのU相巻線の鎖交磁束は下式で表される。
Figure 0004698745
ここでφuはU相巻線の鎖交磁束、φ1は鎖交磁束の基本波の振幅、φ5は鎖交磁束の第5高調波の振幅、φ7は鎖交磁束の第7高調波の振幅、α5は鎖交磁束の第5高調波の位相、α7は鎖交磁束の第7高調波の位相、θはモータの回転角度(電気角)である。
モータの回転速度(機械角の角速度)をω、極対数をP、時刻をtとすると、
Figure 0004698745
と書ける。また、誘起電圧euは鎖交磁束の時間微分であるから上記数2、3より
Figure 0004698745
を得る。電流については id=0のときUVW相の電流iu、iv、iwをiqで表すと、
Figure 0004698745
となる。 V相の鎖交磁束φvや誘起電圧euは数2、4の位相を2π/3遅らせたもの、W相の鎖交磁束φwや誘起電圧ewは数2、4の位相を2π/3進めたものであるので、それぞれθにθ−2π/3、θ+2π/3を代入したものとなることに注意し、数2、4、5をモータのトルクTの式
Figure 0004698745
に代入するとトルク脈動に関する下式が得られる。
Figure 0004698745
数7の右辺第1項は電気角6次のトルク脈動、右辺第2項は平均トルクとなる。したがって、トルク脈動がゼロになる条件は右辺第1項がゼロになる条件なので、
Figure 0004698745
となる。数8が成立するときは、5φ5=7φ7 、α5=α7となるときであり、この条件は、数4から、誘起電圧第5高調波、第7高調波の振幅と位相が一致したときである。
したがって、二つの高調波の振幅と位相を一致させると、二つの高調波の影響が互いに打ち消されトルク脈動が大幅に低減される。また、この場合、たとえ誘起電圧に第5高調波、第7高調波が含まれていても、トルク脈動の6次成分が大幅に低減できることが分かる。
数7より、平均トルクに対するトルク脈動の振幅の割合Trは
Figure 0004698745
となる。電動パワーステアリング用モータとしては、良好な操舵フィーリングを得るためトルクリップルは5%以下が望ましく、より望ましくは1%以下である。したがって、
Figure 0004698745
が望ましく、
Figure 0004698745
がより望ましい。
位相が一致するとすれば誘起電圧の振幅V1、V5、V7に置き換えると数9は
Figure 0004698745
と書ける。したがって、
Figure 0004698745
が望ましく、
Figure 0004698745
となる条件がより望ましい。
一方、振幅が一致している場合、第5高調波と第7高調波の影響が互いに打ち消しあうためには、少なくとも
Figure 0004698745
とならなれればならない。θは任意の値をとることを考えると、
Figure 0004698745
とならなければならない。さらに、
Figure 0004698745
となっていれば
Figure 0004698745
となり、もともとの第5高調波と第7高調波の影響をわずか、26.8%以下にまで低減することができるという効果が得られる。
第5高調波と第7高調波の振幅と位相を変化させる手段としては、例えばスキューを用いることが考えられる。図6は回転子スキューが施された回転子鉄心を示す。ラジアル異方性リング磁石3にスキュー着磁を施して実現できる。一方、図7は固定子鉄心1をスキュー構造にした例である。構造が理解しやすいように、12個あるティースのうち半分しか示していない。電磁鋼板を積層する際に徐々に角度をずらしながら積層すれば、このような構成が可能となる。もちろん、回転子、固定子両方ともスキューを施してもよい。
回転子のリング形状磁石をスキュー着磁する場合は、各磁極が個々のセグメント磁石で
構成される場合と比べて部品点数が減るため量産性に優れているという効果がある。固定
子鉄心にスキューを施す場合は、回転子にスキューを施す必要がないため、セグメント磁
石を使った場合には、スキューのかかった複雑な形状としなくてもよいという効果がある。
回転子と固定子の両方にスキューを施す場合は、それぞれのスキュー角が小さくても同様
の効果が得られるという効果がある。
図8はスキュー角に対する無負荷誘起電圧の高調波の振幅を図示したものである。第5高調波は70度〜75度の間にて極小となっている。一方、第7高調波は70度〜80度の間で極大となっているが、第5高調波に比べるとスキュー角に拘らずほぼ一定の値を示している。第5高調波と第7高調波の振幅が一致する点は、図8に示すようにスキュー角Aとスキュー角Bの2点がある。
スキュー角に対する無負荷誘起電圧の高調波の位相について示したのが図9である。ス
キュー角Aでは第5高調波と第7高調波は180度近く差異があるが、スキュー角Bでは
第5高調波と第7高調波の位相がほぼ一致している。
スキュー角とトルク脈動の電気角6次成分の関係を示したのが図10である。スキュー角Aではトルク脈動が大きいが、スキュー角B付近では大幅にトルク脈動が低減できていることが分かる。ここでは、スキュー角が80度付近にてトルク脈動が最小となったが、実際はこれに限ったことではなく、無負荷誘起電圧の第5高調波と第7高調波の振幅と位相がほぼ一致する構成にしておけば、回転子の起磁力高調波に含まれる第5高調波と第7高調波の大きさに拘らず、トルク脈動が大幅に低減できる。
また、これまでは、第5高調波と第7高調波のみについて示したが、本発明はこれに限ったことではない。第11高調波と第13高調波の影響が互いに打ち消す作用を及ぼす構成とすれば、トルク脈動のうち電気角12次高調波の低減が可能となる。
一般に、第(6p−1)次高調波、(6p+1)次高調波の影響が互いに打ち消す作用を及ぼす構成とすれば、トルク脈動のうち電気角6p次高調波成分を大幅に低減することが可能である。ただし、pは正の整数である。例えば、無負荷誘起電圧の第(6p−1)高調波と第(6p+1)高調波の振幅と位相がほぼ一致する構成にしておけばよい。
実施の形態2.
実施の形態1では本発明を、極数が8、ティースの数、すなわちスロット数が12のモータに適用したものについて説明したが、実施例2ではそれ以外の態様にも同様に適用できることを説明する。図11は6極9スロットに適用した場合を、図12は10極12スロット、図13は14極12スロットにそれぞれ適用した例を示している。
図11は6極9スロットの例であるが、このように磁石の極数mと固定子のスロット数nの関係が2:3である永久磁石型回転電機は、電機子巻線による起磁力高調波が大きく、トルク脈動が大きい傾向にある。しかしながら、本発明のように無負荷誘起電圧の第5高調波と第7高調波の振幅と位相がほぼ一致する構成にしておけば、前述したようにトルク脈動を大幅に低減することができる。
図12の10極12スロットのように極数mと固定子のスロット数nの関係が10:12の例では、電機子巻線はU1+、U1−、V1−、V1+、W1+、W1−、U2−、U2+、V2+、V2−、W2−、W2+の順に配置されている。ここで+と−は巻き方向が反対であることを表している。このような巻線の配置にすると極数mと固定子のスロット数nの関係が2:3である例と比べて、起磁力高調波の影響が小さくなるのでトルク脈動が小さくなるが、本発明のように無負荷誘起電圧の第5高調波と第7高調波の振幅と位相がほぼ一致する構成にすれば更に大幅にトルク脈動を低減することができる。
図13の14極12スロットのように極数mと固定子のスロット数nの関係が14:12の例では、電機子巻線はU1+、U1−、W1+、W1−、V1+、V1−、U2−、U2+、W2−、W2+、V2−、V2+の順に配置されている。ここで+と−は上記と同様に巻き方向を表している。このような巻線の配置にすると極数mと固定子のスロット数nの関係が2:3である例と比べて、起磁力高調波の影響が小さくなるのでトルク脈動が小さいが、本発明のように無負荷誘起電圧の第5高調波と第7高調波の振幅と位相がほぼ一致する構成にすればさらにトルク脈動が低減できる。
スキューに関しては図では省略しているが、無負荷誘起電圧の第5高調波と第7高調波の振幅と位相がほぼ一致する構成にしておけばよいので、図6のような連続的に変化するスキューでもよいし、階段状にスキュー角が変化する段スキューの構造でもよい。
実施の形態3.
上記実施の形態1、2では、高調波の振幅と位相を変化させるために、リング形状磁石にスキューを施す例について述べたが、セグメント磁石の断面形状を変更することによっても、高調波の振幅と位相を変化させることができる。例えば、周方向端部の厚みを周方向中央部の厚みより小さくした、「かまぼこ形」にすることが考えられる。ただし、磁石形状を変更すると、端部で厚みを小さくする分、トルクが低下するため、厚みが一定であるリング磁石の方が高トルクとなる。
図14、図15に永久磁石の断面形状をかまぼこ形にした実施の形態3による回転子の例を示している。それぞれ回転子鉄心4の表面に、その断面形状が周方向端部の厚みを周方向中央部の厚みより小さくした、いわゆる「かまぼこ形」の永久磁石3が配置されている。図14と図15の永久磁石はその断面積において異なっており、図14を断面形状Xとし、図15を断面形状Yと定義する。
図14、図15の回転子4を固定子(図示せず)から取り外し、回転子4の周辺に磁性体を配置しない状態(磁気的に開放した状態)とし、永久磁石3の表面の磁束密度を測定した結果が図16である。図において横軸は周方向の角度位置を機械角で示したもの、縦軸は磁束密度の径方向成分である。なお、図14、15では永久磁石3が隣り合う永久磁石で極性が異なるように合計8個配置されているが、図16では理解を助けるため2極分(すなわち電気角360度分)のみ示している。磁石形状Xと磁石形状Yでは波形が大きく異なっていることが分かる。さらに、これを周波数分析したのが、図17である。第5高調波、第7高調波が磁石形状Xと磁石形状Yで異なっており、磁石形状Yの方が第5高調波、第7高調波ともに磁束密度が小さくほぼ同一レベルであることが分かる。
一方、図18は第5高調波、第7高調波の位相について示したものである。磁石形状Yでは、第5高調波、第7高調波の位相が一致している。以上のように永久磁石の表面の磁束密度が磁石形状によって変化するため、電機子巻線の鎖交磁束に含まれる第5高調波、第7高調波の振幅と位相も変化する。結果として、磁石形状によって誘起電圧の第5高調波、第7高調波の振幅と位相をほぼ同一となるように変化させることができる。
また、このようなセグメント磁石の構造と実施の形態1、2で述べたスキューを組み合わせることによって、誘起電圧の第5高調波、第7高調波の振幅と位相を更に正確に一致させることができるので、トルク脈動の6次成分を大幅に低減できるという効果を有する。
実施の形態4.
上述したように、無負荷誘起電圧の第5高調波と第7高調波の振幅と位相がほぼ一致する構成とした永久磁石型回転電機は、トルク脈動の6次成分を大幅に低減できる効果があるが、トルクが大きい場合、すなわちq軸電流が大きい場合はトルク脈動が増加することが知られている。これは、固定子鉄心を構成している電磁鋼板のB−H特性が非線形性を有しており、特に磁束密度の高い領域において非線形性が顕著となるためである。このため、q軸電流が大きくなると、固定子鉄心の磁束密度が高くなって上記非線形性に起因する磁気飽和が生じ、磁気飽和によって磁束密度の空間高調波が増加する。この高調波の増加に起因してトルク脈動が増加するわけである。
この非線形性に起因するトルク脈動を低減するためには、固定子鉄心のB−H特性の動作点を変化させればよいと考えられる。そこで、q軸電流は同じとし、d軸電流を通電するとトルク脈動を低減することができることが分かった。図19はこのd軸電流によりトルク脈動がどのように変化するかを測定した特性図であり、横軸にd軸電流、縦軸にトルク脈動の6次成分を示したものである。d軸電流が増加するにつれてトルク脈動の6次成分が減少して行き、極小点を過ぎれば増加に転じることが分かる。この結果から、定格電流の20%〜30%のd軸電流を通電すれば、概ね6次のトルク脈動がd軸電流なしの場合の半分程度までは低減できる。ただし、q軸電流の大きさによってトルク脈動が極小となるd軸電流の値が異なるので、q軸電流の大きさに応じてd軸電流の大きさも変化させるとよい。
本実施例によれば、無負荷誘起電圧の第5高調波と第7高調波の振幅と位相がほぼ一致する構成とし、さらに、d軸電流を通電することで、q軸電流が増加してもトルク脈動が低減できる効果がある。
1 固定子鉄心
1a ティース
2 電機子巻線、
3 永久磁石、
4 回転子鉄心。

Claims (12)

  1. 周方向に配設したティースに複数相の電機子巻線を巻回してなる固定子と、複数の永久磁石を交互に極性が異なるように周方向に配設した回転子とを備え、無負荷誘起電圧波形に高調波が含まれている永久磁石型回転電機において、前記無負荷誘起電圧波形に電気角360度を基本波としたときの第(6p−1)高調波と第(6p+1)高調波(ただしpは正の整数)の振幅及び位相を実質的に一致させるようにしたことを特徴とする永久磁石型回転電機。
  2. 上記無負荷誘起電圧の空間高調波成分は第5高調波と第7高調波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。
  3. 上記無負荷誘起電圧の空間高調波成分は第11高調波と第13高調波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。
  4. 無負荷誘起電圧波形V(ωt)を基本波と第5、第7高調波とにより
    Figure 0004698745
    (ただし、V1、V5、V7は基本波、第5、第7高調波の振幅で正の実数、α5、α7は第5、第7高調波の位相、ωは電気角周波数、tは時刻とする)
    と表したときに、
    V5とV7、およびα5とα7をそれぞれ実質的に同一となるように調整した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。
  5. 上記第(6p−1)高調波と第(6p+1)高調波(ただしpは正の整数)の振幅あるいは位相を実質的に一致させるために、前記回転子および固定子の少なくとも一方にスキュー角を設定した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。
  6. 上記第(6p−1)高調波と第(6p+1)高調波(ただしpは正の整数)の振幅あるいは位相を実質的に一致させるために、セグメント磁石の断面形状を変更するようにした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。
  7. 上記セグメント磁石の断面形状をかまぼこ形とした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。
  8. 上記回転子はラジアル異方性リング磁石により構成されてい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。
  9. 上記磁石の極数mと固定子のスロット数nの関係が2:3であることを特徴とする請求項8に記載の永久磁石型回転電機。
  10. 上記磁石の極数mと固定子のスロット数nの関係が10:12であることを特徴とする請求項8に記載の永久磁石型回転電機。
  11. 上記磁石の極数mと固定子のスロット数nの関係が14:12であることを特徴とする請求項8に記載の永久磁石型回転電機。
  12. 電機子巻線に通電される電機子電流はd軸電流とq軸電流の両方を含んでおり、上記d軸電流の大きさは上記q軸電流の10%から30%の範囲の値とされ、さらに上記d軸電流はq軸電流の大きさに応じて変化するよう制御され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。
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130154397A1 (en) * 2011-12-19 2013-06-20 John T. Sullivan High efficiency magnetic core electrical machines
JP5877777B2 (ja) * 2012-09-26 2016-03-08 日立オートモティブシステムズ株式会社 回転電機、磁極ピース製造方法
EP2991204B1 (en) * 2013-04-22 2019-11-20 Mitsubishi Electric Corporation Permanent magnet type motor
US10523074B2 (en) 2014-01-16 2019-12-31 Maestra Energy, Llc Electrical energy conversion system in the form of an induction motor or generator with variable coil winding patterns exhibiting multiple and differently gauged wires according to varying braid patterns
US9906105B1 (en) 2014-01-28 2018-02-27 Maestra Energy, Llc Electrical induction motor with reconfigured rotor mounted commutators for receiving an armature current from a stator mounted brush component along with a reversing gear arrangement for driving a pair of opposite gear rings
US9906106B1 (en) 2014-01-31 2018-02-27 Maestra Energy, Llc Electrical generator or motor with variable coil winding patterns exhibiting multiple wires incorporated into a plurality coil configurations defined around a rotor and incorporating a gearbox arrangement exhibiting oppositely driven rotor and stator gears configured with multi-tiered reversing gears exhibiting both straight and helical patterns and for varying turning ratios for establishing either of acceleration or deceleration aspects for increased power output
US9825514B1 (en) 2014-02-05 2017-11-21 Maestra Energy, Llc Electrical generator or motor with variable coil winding patterns exhibiting multiple wires incorporated into a plurality of independent three stage coil configurations and incorporating a belt drive arrangement exhibiting first and second rotating pully wheels in combination with opposite belt rotating magnet and coil supporting components for providing increased power output
JP6256390B2 (ja) * 2015-03-13 2018-01-10 トヨタ自動車株式会社 ロータの製造方法
CN106877532A (zh) * 2017-04-26 2017-06-20 广东美芝制冷设备有限公司 充磁电机、电机转子、永磁同步电机和压缩机
JP6914150B2 (ja) * 2017-09-07 2021-08-04 株式会社ミツバ ブラシレスモータ
JP7056070B2 (ja) * 2017-10-13 2022-04-19 株式会社アイシン 回転電機
EP3525321A1 (de) * 2018-02-09 2019-08-14 Siemens Aktiengesellschaft Permanenterregte synchronmaschine mit reduziertem pendeldrehmoment

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11234990A (ja) * 1998-02-12 1999-08-27 Okuma Corp 永久磁石モータ

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0356058A (ja) * 1989-07-21 1991-03-11 Mitsubishi Kasei Corp モータ
SE466080B (sv) * 1990-04-24 1991-12-09 Elmo Ab Synkronmaskin
JPH08126279A (ja) 1994-10-20 1996-05-17 Hitachi Metals Ltd ブラシレスdcモータ
JPH1169679A (ja) 1997-08-25 1999-03-09 Toshiba Corp 永久磁石形モータ
US6853105B2 (en) * 2000-05-25 2005-02-08 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Permanent magnet motor
US6597078B2 (en) * 2000-12-04 2003-07-22 Emerson Electric Co. Electric power steering system including a permanent magnet motor
JP2002238293A (ja) * 2001-02-14 2002-08-23 Mitsubishi Electric Corp モータ制御装置
JP2002354721A (ja) * 2001-05-29 2002-12-06 Hitachi Ltd 永久磁石式回転子を備えた回転電機
DE10326167B4 (de) 2003-06-10 2008-10-02 Siemens Ag Permanentmagneterregter Synchronmotor
JP4617716B2 (ja) * 2004-05-11 2011-01-26 株式会社ジェイテクト 電動パワーステアリング装置
JP4279757B2 (ja) * 2004-09-22 2009-06-17 三菱電機株式会社 リング型磁石成形体の製造装置およびリング型焼結磁石の製造方法
JP2006174692A (ja) * 2004-11-19 2006-06-29 Nippon Densan Corp ブラシレスモータ
JP4353950B2 (ja) * 2006-03-06 2009-10-28 三菱電機株式会社 回転電機
JP2008228390A (ja) * 2007-03-09 2008-09-25 Jtekt Corp ブラシレスモータおよびそれを備えた電動パワーステアリング装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11234990A (ja) * 1998-02-12 1999-08-27 Okuma Corp 永久磁石モータ

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