JP4736472B2 - 電動機 - Google Patents
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Description
本発明は、磁石埋め込み型電動機に関する。
従来、電動機の出力トルクを大きくし、また、インダクタンスを小さくするために、各１極分の外形形状を双曲線関数の曲線で構成し、前記各一極分の頂点部と連続する側面部を頂点部円弧の延長線上よりも内側にし、ステータとのギャップを大きくした回転子構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１０５４１号公報
上記従来の技術によれば、出力トルクを大きくし、インダクタンスを小さくする効果はあったが、一方で、出力トルクを向上させるために、磁束通路を大きくし、インダクタンスを低減するように設計された電動機においては、コギングトルクが増加し、誘気電圧波形が正弦波からはずれ、高調波含有率が増加する。また、双曲線関数で構成した回転子の外周形状では、固定子突極鉄心先端部分の形状の変化によって、コギングトルクが増大し、誘起電圧の高調波含有率が増加する。
本発明は、上記課題を解決するものであり、コギングトルクを低減するとともに、誘起電圧の高調波含有率を低減し、振動と騒音を抑制した電動機を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は、回転子コアにおける１極分の最外周形状を、中心軸と同心円の円弧の端点までの角度をθａ、その円弧の端点をＡ、孔部端部と回転子コア外周の最短距離をＬｎ、高透磁率薄鉄板の１枚の厚さをｄ、Ｌｎの範囲がｄ／２＜Ｌｎ＜２ｄである場合の磁極境界部を端点Ｚとする。端点Ａから端点Ｚの間を結んで外形を形成するとき、磁極中心部から端点Ａの角度θａを電気角（２極で３６０°）で１５°＜θａ＜６０°の範囲で中心軸と同心円の円弧を持ち、中心軸から端点Ａまでの半径より内側に位置する複数の点を端点Ａ側から順に端点Ｂ、Ｃとし、端点Ａ−Ｂ間、端点Ｂ−Ｃ間、端点Ｃ−Ｚ間を直線で結び、端点Ｚに近い直線を端点Ａに近い直線よりも短くすることを特徴とする。
さらに、最短距離Ｌｎに応じて端点Ｂのポイントを変更する。
これにより、出力トルクを低下させることなくコギングトルクおよび誘起電圧の高調波含有率を低減することができる。
出力トルクを低下させることなくコギングトルクおよび誘起電圧の高調波含有率を低減することができ、低騒音低振動の電動機を得ることができる。
固定子の突極鉄心内周面とギャップを介して永久磁石埋め込み型の回転子が回転自在に回転する電動機において、前記回転子は、永久磁石を収納する複数の孔部を有する高透磁率薄鉄板からなる回転子コアを積層した回転子鉄心と、前記孔部に収納保持された複数の永久磁石とを備え、前記回転子コアにおける１極分の最外周形状を、中心軸と同心円の円弧の端点までの角度をθａ、その円弧の端点をＡ、孔部端部と回転子コア外周の最短距離をＬｎ、高透磁率薄鉄板の１枚の厚さをｄ、Ｌｎの範囲がｄ／２＜Ｌｎ＜２ｄである場合の磁極境界部を端点Ｚとし、端点Ａから端点Ｚの間を結んで外形を形成するとき、磁極中心部から端点Ａの角度θａを電気角（２極で３６０°）で１５°＜θａ＜６０°の範囲で中心軸と同心円の円弧を持ち、中心軸から端点Ａまでの半径より内側に位置する複数の点を端点Ａ側から順に端点Ｂ、Ｃとし、端点Ａ−Ｂ間、端点Ｂ−Ｃ間、端点Ｃ−Ｚ間を直線で結び、端点Ｚに近い直線を端点Ａに近い直線よりも短くすることを特徴とし、最短距離Ｌｎに応じて端点Ｂのポイントを変更する。
実施例１は、中心軸から端点Ａまでの半径より内側に位置する任意の点を２点（端点Ａ側から順に端点Ｂ、端点Ｃ）として説明する。
図５は、磁石埋め込み型電動機の固定子と回転子の関係を示しており、固定子１１は、ヨーク１２と、突極鉄心１３と、隣接する突極鉄心間に形成されたスロット１４からなり、複数の高透磁率薄鉄板をプレスで打ち抜き積層した固定子鉄心１４により構成され、スロット１５には、この場合集中巻で巻線が施されている。
一方、回転子２１は永久磁石を収納する孔部２２を有する複数の高透磁率薄鉄板をプレスで打ち抜きした回転子コア２３を軸線方向に積層した回転子鉄心と、永久磁石を収納する孔部２２に収納保持された永久磁石２４と、軸方向に配置された端版と回転子鉄心２３とを締結するためのカシメピンにより構成されている。
永久磁石埋め込み型の回転子２１は、固定子１１の突極鉄心１３内周面とギャップを介して回転自在に回転する。
なお、図５においては、回転子の極対数Ｐは８であり、固定子のスロット数Ｓは１２であるが、その他の組み合わせについても適用できる。
図１は本発明の回転子の要部を説明する図である。
図１において、回転子コア２３における１極分の最外周形状を、中心軸と同心円の円弧の端点までの角度をθａ、その円弧の端を端点Ａとする。さらに、孔部２２の端部と回転子コア２３外周の最短距離をＬｎ、高透磁率薄鉄板の１枚の厚さをｄとしている。
Ｌｎをｄ／２以下とすると、プレスが困難となり、さらには回転子コア２３の強度が大幅に低下する。また、Ｌｎを２ｄ以上にした場合は、コイルに鎖交する磁束が減少するために出力トルクが大幅に低下する。以上のことから、Ｌｎの範囲はｄ／２＜Ｌｎ＜２ｄであることが望ましい。また、磁極境界部を端点Ｚとする。
磁極中心部から端点Ａの角度θａは電気角（２極で３６０°）で１５°＜θａ＜７５°の範囲とし、回転子コアの最外周の中心軸から端点Ａまでの半径より内側に位置する任意の２つの点をＡ側から順に端点Ｂ、端点Ｃとし、回転子コアの最外周の中心軸とＢまでの角度をθｂ、回転子コアの最外周の中心軸とＣまでの角度をθｃとする。端点Ａ−Ｂ間、端点Ｂ−Ｃ間を直線で結ぶことによって外形を形成している。
以下、磁極中心部から端点Ａの角度θａを電気角（２極で３６０°）で１５℃＜θａ＜
６０°の範囲に設定する理由を図２を用いて説明する。
６０°の範囲に設定する理由を図２を用いて説明する。
図２は、回転子の外形形状と電動機の出力（トルク）およびコギングトルクの関係を示すグラフである。横軸は１極分を電気角１８０°（２極で３６０°）としたときの端点Ａの位置、縦軸は外形全周が円の場合（端点Ａが１８０°）の出力およびコギングトルクを１００として、端点Ａの位置における出力およびコギングトルクの比率を表している。
図２から、θａが１５℃以下になるとコイルに鎖交する磁束量が減少するため出力トルクが低下、θａが６０℃を超えるとコギングトルクが急激に増大することがわかる。
以上のことから、磁極中心部から端点Ａの角度θａは電気角（２極で３６０°）で１５℃＜θａ＜６０°の範囲であることが望ましい。
図３は実施例１における２極分すなわち電気角３６０°分の誘起電圧波形図、図６は従来のロータの構成の誘起電圧波形図を示しており、図から明らかなように、実施例１においては、誘起電圧の高調波含有率は３．６％、従来の構成による誘起電圧の高調波含有率１４％程度に比べて大幅に改善されている。
このように、実施例１によれば、磁極中心部から端点Ａの角度θａを電気角（２極で３６０°）で１５℃＜θａ＜６０°の範囲に設定することで、トルクを低下することなく、コギングトルクを低減させることができる。
なお、実施例１は端点Ａ、端点Ｂ、端点Ｃを直線で結んだが、端点Ｃを設けずに、端点Ｂ−端点Ｚ間を直線で結んでも良いが、誘起電圧の高調波含有率は上記実施例より増加する。また、端点Ｃと端点Ｚの間に端点Ｄを設け、端点Ｃ−端点Ｄ、端点Ｄ−端点Ｚを直線で結んでも良い。
また、孔部端部と回転子コア外周の最短距離をＬｎに応じて、端点Ｂ、端点Ｃのポイントを変更することによって、誘起電圧の高調波含有率を低減することも可能である。
実施例１では２点の端点Ｂ、Ｃを直線で結んで外形を形成したが、実施例２では、より形状を単純化するため、端点Ａ−端点Ｚ間を直線で結んで外形を形成したものである。
実施例２について図４を用いて説明する。
実施例１と同様に、回転子コアの最外周の中心軸と同心円の円弧の端点までの角度をθａ、その円弧の端点をＡとする。より単純な形状でコギングトルクを低減し、誘起電圧の高調波含有率を低減させるため、磁極中心部から角度Ａに電気角で１５°＜θａ＜７５°の範囲で中心軸と同心円の円弧とし、円弧の端点Ａと磁極境界部Ｚ間を直線で結んだ形状としている。
実施例２によれば、実施例１よりも誘起電圧の高調波含有率は増加するが、従来の円形のものと比較して、トルクを低下することなく、コギングトルクを低減させることができる。
なお、端点Ａのポイントは孔部の端部形状に応じて設定され、誘起電圧の高調波含有率を低減できる。
本発明は、空調用のファンモータなど、振動・騒音を抑制することを要求される電動機に有用である。
１１ 固定子
１２ ヨーク
１３ 突極鉄心
１４ 固定子鉄心
１５ スロット
２１ 回転子
２２ 孔部
２３ 回転子コア
２４ 永久磁石
θａ 端点Ａまでの角度
Ａ 円弧の端点
Ｌｎ 孔部の端部と回転子コア外周の最短距離
ｄ 高透磁率薄鉄板の１枚の厚さ
Ｚ 磁極境界部
Ｂ、Ｃ 端点
１２ ヨーク
１３ 突極鉄心
１４ 固定子鉄心
１５ スロット
２１ 回転子
２２ 孔部
２３ 回転子コア
２４ 永久磁石
θａ 端点Ａまでの角度
Ａ 円弧の端点
Ｌｎ 孔部の端部と回転子コア外周の最短距離
ｄ 高透磁率薄鉄板の１枚の厚さ
Ｚ 磁極境界部
Ｂ、Ｃ 端点
Claims (2)
- 突極鉄心とヨークよりなる固定子鉄心と前記固定子鉄心に巻線を回してなる固定子と、固定子の突極鉄心内周面とギャップを介して永久磁石埋め込み型の回転子が回転自在に回転する電動機において、前記回転子は、永久磁石を収納する複数の孔部を有する高透磁率薄鉄板からなる回転子コアを積層した回転子鉄心と、前記孔部に収納保持された複数の永久磁石とを備え、前記回転子コアにおける１極分の最外周形状を、中心軸と同心円の円弧の端点までの角度をθａ、その円弧の端点をＡ、孔部端部と回転子コア外周の最短距離をＬｎ、高透磁率薄鉄板の１枚の厚さをｄ、Ｌｎの範囲がｄ／２＜Ｌｎ＜２ｄである場合の磁極境界部を端点Ｚとし、端点Ａから端点Ｚの間を結んで外形を形成するとき、磁極中心部から端点Ａの角度θａを電気角（２極で３６０°）で１５°＜θａ＜６０°の範囲で中心軸と同心円の円弧を持ち、中心軸から端点Ａまでの半径より内側に位置する複数の点を端点Ａ側から順に端点Ｂ、Ｃとし、端点Ａ−Ｂ間、端点Ｂ−Ｃ間、端点Ｃ−Ｚ間を直線で結び、端点Ｚに近い直線を端点Ａに近い直線よりも短くすることを特徴とする電動機。
- 請求項１に記載の電動機において、前記巻線が集中巻き巻線である電動機。
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