JP5183601B2 - Synchronous motor rotor and synchronous motor - Google Patents

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Description

この発明は、回転子に永久磁石を有する同期電動機の回転子、及びその同期電動機の回転子を用いる同期電動機に関する。   The present invention relates to a rotor of a synchronous motor having a permanent magnet in the rotor, and a synchronous motor using the rotor of the synchronous motor.

一般的な同期電動機(以下、単にモータ、電動機と呼ぶ場合もある)の多くは、固定子のスロット数(ティースの数と同じ)と回転子の極数との比が3:2である。これに対し、固定子に巻線を集中的に巻回するティースの数が12(巻線を収納するスロット数が12)で、回転子の永久磁石の磁極数(回転子の極数)が10の同期電動機(12スロット10極の同期電動機と定義する)は、一般的な固定子のスロット数と回転子の極数との比が3:2である同期電動機と比較すると、巻線係数が大きくとれることから、同体格のモータであっても同一電流に対して出力を大きく取ることができる。   Many common synchronous motors (hereinafter sometimes simply referred to as “motors” and “motors”) have a ratio of the number of stator slots (same as the number of teeth) to the number of rotor poles of 3: 2. On the other hand, the number of teeth for intensively winding the winding around the stator is 12 (the number of slots for storing the winding is 12), and the number of magnetic poles of the permanent magnet of the rotor (the number of poles of the rotor) is 10 synchronous motors (defined as 12-slot 10-pole synchronous motors) have a winding factor as compared with a synchronous motor in which the ratio of the number of slots of the stator to the number of poles of the rotor is 3: 2. Therefore, a large output can be obtained for the same current even with a motor of the same size.

言い換えれば、同一トルクを出力するために必要な電流が小さくなるため、より効率の良いモータを得ることができる。   In other words, since the current required to output the same torque is reduced, a more efficient motor can be obtained.

この固定子のスロット数と回転子の極数との組合せについては、より効率の良い同期電動機が得られる組合せが提案されている。   As a combination of the number of slots of the stator and the number of poles of the rotor, a combination that can provide a more efficient synchronous motor has been proposed.

例えば、構成が簡単でコギングトルクが小さく、比較的大出力の永久磁石界磁形ブラシレスモータ(同期電動機)を提供するために、永久磁石界磁の永久磁石磁極数Pと固定子の突極磁極数Mの関係を、(2/3)M<P<(4/3)M 、かつ、M=6n、かつ、P<6n−2またはP>6n+2 (但しnは2以上の整数)に設定することにより、コギングトルクと巻線係数の両面で改善する、すなわち、巻線係数を向上(出力を向上)させつつ、コギングトルクの大きさを低減するものであり、かつ、モータの中心に対して機械的に180度近くなる位置の突極磁極に巻回した電機子巻線を同相に選べるので、空隙の不平衡の影響を少なくして、モータの振動を小さくする永久磁石界磁形ブラシレスモータ(同期電動機)が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   For example, in order to provide a permanent magnet field type brushless motor (synchronous motor) having a simple configuration, a small cogging torque, and a relatively large output, the number of permanent magnet magnetic poles P of the permanent magnet field and the salient pole of the stator The relation of the number M is set to (2/3) M <P <(4/3) M and M = 6n and P <6n-2 or P> 6n + 2 (where n is an integer of 2 or more) This improves both the cogging torque and the winding coefficient, that is, improves the winding coefficient (improves the output), reduces the cogging torque magnitude, and reduces the motor center. Permanent magnet field type brushless that reduces the vibration of the motor by reducing the influence of the air gap imbalance, because the armature winding wound around the salient pole poles mechanically close to 180 degrees can be selected in the same phase Motors (synchronous motors) have been proposed (examples If, see Patent Document 1).

また、回転子に永久磁石を有する同期電動機に特有のコギングトルクは、固定子のスロット数と回転子の磁極数の最小公倍数の脈動数で発生する。前述の12スロット10極の同期電動機ではその脈動数が60と多くなり、コギングトルクのエネルギーが分散され振幅が小さくなり、低騒音な同期電動機の実現が可能である。   Further, cogging torque peculiar to a synchronous motor having a permanent magnet in the rotor is generated at a pulsation number which is the least common multiple of the number of slots of the stator and the number of magnetic poles of the rotor. In the above-described 12-slot 10-pole synchronous motor, the number of pulsations is as high as 60, the cogging torque energy is dispersed and the amplitude is reduced, and a low-noise synchronous motor can be realized.

電動機より発生する振動・騒音の要因に電動機の出力するトルクに脈動(リップル)があり、永久磁石を用いた同期電動機の場合、誘起電圧に歪みがその要因となる。これに対して、回転子の表面に配置する永久磁石の肉厚を正弦波状に変化させることにより、回転子表面の磁束密度分布波形を正弦波状にすることによって誘起電圧の歪みを抑える永久磁石形モータ(同期電動機)が提案されている(例えば、特許文献2参照)。   The pulsation (ripple) in the torque output from the motor is a factor of vibration and noise generated from the motor, and in the case of a synchronous motor using a permanent magnet, distortion is the factor in the induced voltage. On the other hand, by changing the wall thickness of the permanent magnet arranged on the rotor surface to a sine wave shape, the permanent magnet type suppresses the distortion of the induced voltage by making the magnetic flux density distribution waveform on the rotor surface a sine wave shape. A motor (synchronous motor) has been proposed (see, for example, Patent Document 2).

特開平10−243621号公報JP-A-10-243621 特開平10−234148号公報JP-A-10-234148

しかしながら、上記特許文献1の記載において電動機の固定子のスロット数と回転子の磁極数の組合せに関して、巻線係数が大きくなる組合せと、コギングトルクが小さくなる組合せに関しては述べられているが、トルクリップルの要因の一つとなる誘起電圧の歪みとスロット数,極数の組合せに関する記述は無い。   However, in the description of Patent Document 1 above, regarding the combination of the number of slots of the stator of the motor and the number of magnetic poles of the rotor, the combination that increases the winding coefficient and the combination that decreases the cogging torque are described. There is no description on the combination of the induced voltage distortion, the number of slots, and the number of poles, which is one of the causes of ripple.

また、上記特許文献2に記載されているように、回転子表面の磁束密度の分布を正弦波状にするために、例えば、回転子表面に配置するマグネットの形状を、磁極の中心部分の肉厚を厚くして、磁極間に向かって徐々に厚みを薄くしてゆく形状を取ることがある。この場合、回転子と固定子とを組み合わせた時の回転子と固定子との間の空隙における磁束密度の最大値、言い換えると、正弦波状に分布させた磁束密度の振幅は、マグネットの厚みによって決まる。このため、磁束密度を大きくとるためには、マグネットの厚みを大きくする必要があり、マグネットの使用量が増加するという課題がある。   Further, as described in Patent Document 2, in order to make the distribution of magnetic flux density on the rotor surface sinusoidal, for example, the shape of the magnet disposed on the rotor surface is changed to the thickness of the central portion of the magnetic pole. In some cases, the thickness is gradually increased toward the gap between the magnetic poles. In this case, the maximum value of the magnetic flux density in the gap between the rotor and the stator when the rotor and the stator are combined, in other words, the amplitude of the magnetic flux density distributed in a sinusoidal shape depends on the thickness of the magnet. Determined. For this reason, in order to increase the magnetic flux density, it is necessary to increase the thickness of the magnet, and there is a problem that the amount of magnet used increases.

また、より正弦波状にするためには磁極間のマグネットの肉厚を薄くしなければならなくなり、リングマグネットの強度がその部分で大きく低下する。一般にこのようなマグネットは、磁性体のバックヨーク(継鉄)を内部に配置することが多く、使用環境の温度変化によって、バックヨークとマグネットとの膨張率が大きく異なる場合には、マグネットに応力がかかり、前述の薄肉部より割れが生じることがある。   In order to make it more sinusoidal, the thickness of the magnet between the magnetic poles must be reduced, and the strength of the ring magnet is greatly reduced at that portion. In general, such magnets often have a magnetic back yoke, and if the expansion coefficient of the back yoke differs greatly from the magnet due to temperature changes in the usage environment, stress is applied to the magnet. And cracks may occur from the aforementioned thin portion.

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・騒音を増加させることなく、出力及び効率を向上させることができる同期電動機の回転子及びその同期電動機の回転子を用いる同期電動機を提供する。   The present invention has been made to solve the above-described problems. A rotor of a synchronous motor and a rotor of the synchronous motor that can improve output and efficiency without increasing vibration and noise. A synchronous motor to be used is provided.

この発明に係る電動機は、3相12nスロット10n極(nは自然数)の同期電動機の回転子において、
回転子表面の磁束密度分布が、磁極中心付近が平坦で、この平坦部から極間に向かって磁束密度が小さくなる波形であり、
磁極中心付近の平坦部の周方向幅を、電気角で45°〜125°とするものである。
The electric motor according to the present invention is a rotor of a synchronous motor having a three-phase 12n slot and 10n pole (n is a natural number),
The magnetic flux density distribution on the rotor surface is a waveform in which the vicinity of the magnetic pole center is flat, and the magnetic flux density decreases from this flat part toward the poles.
The circumferential width of the flat portion in the vicinity of the magnetic pole center is set to 45 ° to 125 ° in electrical angle.

この発明に係る同期電動機は、3相12nスロット10n極(nは自然数)の同期電動機の回転子において、回転子表面の磁束密度分布が、磁極中心付近が平坦で、この平坦部から極間に向かって磁束密度が小さくなる波形であり、磁極中心付近の平坦部の周方向幅を、電気角で45°〜125°とする構成にしたので、磁束密度の最大値が同じであっても、トルクを発生させるのに必要な1次の周波数成分を多く含ませることができ、同期電動機の高トルク化、高効率化が可能となる。また、12nスロット10n極の組合せを持つ同期電動機においては、回転子表面の磁束密度分布波形の歪みが誘起電圧に重畳されにくいという特徴をもつため、余計なトルクの脈動が発生せず、振動・騒音を増加させない。   In the synchronous motor according to the present invention, the magnetic flux density distribution on the rotor surface is flat in the vicinity of the magnetic pole center in a three-phase 12n slot 10n pole (n is a natural number) rotor. Since the magnetic flux density is a waveform that decreases toward the center, and the circumferential width of the flat portion near the magnetic pole center is set to 45 ° to 125 ° in electrical angle, even if the maximum value of the magnetic flux density is the same, Many primary frequency components necessary for generating torque can be included, and the synchronous motor can be increased in torque and efficiency. In addition, the synchronous motor having a combination of 12n slots and 10n poles is characterized in that distortion of the magnetic flux density distribution waveform on the rotor surface is difficult to be superimposed on the induced voltage, so that excessive torque pulsation does not occur. Does not increase noise.

実施の形態1を示す図で、12スロット10極の同期電動機100の横断面図。FIG. 2 is a diagram illustrating the first embodiment, and is a cross-sectional view of a synchronous motor 100 having 12 slots and 10 poles. 実施の形態1を示す図で、同期電動機100の固定子巻線の結線図。FIG. 3 shows the first embodiment, and is a connection diagram of stator windings of the synchronous motor 100. 実施の形態1を示す図で、同期電動機100の固定子巻線の結線方法を示す展開図。FIG. 4 is a diagram showing the first embodiment, and is a development view showing a method of connecting stator windings of the synchronous motor 100. FIG. 実施の形態1を示す図で、同期電動機100の回転子200の横断面図。FIG. 3 shows the first embodiment and is a cross-sectional view of a rotor 200 of the synchronous motor 100. 実施の形態1を示す図で、回転子200の永久磁石210の着磁状態を示す図。FIG. 5 shows the first embodiment, and shows a magnetized state of a permanent magnet 210 of a rotor 200. FIG. 実施の形態1を示す図で、図5の回転子200の表面磁束密度分布波形の一例を示す図。FIG. 6 shows the first embodiment, and shows an example of a surface magnetic flux density distribution waveform of the rotor 200 of FIG. 5. 実施の形態1を示す図で、図5の回転子200を用いた12スロット10極の同期電動機100の誘起電圧波形と、12スロット8極の同期電動機500の誘起電圧波形とを比較した図。FIG. 6 is a diagram illustrating the first embodiment and is a diagram comparing an induced voltage waveform of a 12-slot 10-pole synchronous motor 100 using the rotor 200 of FIG. 5 with an induced voltage waveform of a 12-slot 8-pole synchronous motor 500; 実施の形態1を示す図で、回転子表面磁束密度分布の磁極中心の平坦部角度と誘起電圧歪み率との関係について、12スロット8極の同期電動機500と、12スロット10極の同期電動機100とを比較した結果を示す図。In the figure which shows Embodiment 1, about the relationship between the flat part angle of the magnetic pole center of a rotor surface magnetic flux density distribution, and an induced voltage distortion rate, the synchronous motor 500 of 12 slots 8 poles and the synchronous motor 100 of 12 slots 10 poles are shown. The figure which shows the result which compared with. 実施の形態1を示す図で、図8の12スロット10極のみ表記した図。FIG. 9 shows the first embodiment, and shows only 12 slots and 10 poles of FIG. 実施の形態1を示す図で、回転子表面磁束密度分布の磁極中心の平坦部角度と回転子表面磁束波形と誘起電圧に含まれる1次成分との関係を示すもので、12スロット8極と12スロット10極とを比較した図。FIG. 3 is a diagram showing the first embodiment and shows the relationship between the flat part angle of the magnetic pole center of the rotor surface magnetic flux density distribution, the rotor surface magnetic flux waveform, and the primary component included in the induced voltage; The figure which compared 12 slots 10 poles. 実施の形態1を示す図で、回転子表面磁束密度分布波形の磁極中心の平坦部角度と、表面磁束密度分布波形の振幅(波高値)と1次成分の振幅の比との関係を示す図。FIG. 5 is a diagram illustrating the first embodiment and is a diagram illustrating a relationship between a flat part angle of a magnetic pole center of a rotor surface magnetic flux density distribution waveform, an amplitude (crest value) of a surface magnetic flux density distribution waveform, and an amplitude ratio of a primary component; . 実施の形態1を示す図で、回転子表面磁束密度分布波形の磁極中心の平坦部角度と、回転子表面磁束密度の高調波成分との関係を示す図。FIG. 5 shows the first embodiment, and shows the relationship between the flat part angle of the magnetic pole center of the rotor surface magnetic flux density distribution waveform and the harmonic component of the rotor surface magnetic flux density. 実施の形態1を示す図で、回転子表面磁束波形に含まれる5次高調波成分と誘起電圧に含まれる5次高調波成分との関係を示す図。FIG. 5 shows the first embodiment, and shows a relationship between a fifth harmonic component included in the rotor surface magnetic flux waveform and a fifth harmonic component included in the induced voltage. 実施の形態1を示す図で、回転子表面磁束波形に含まれる7次高調波成分と誘起電圧に含まれる7次高調波成分との関係を示す図。FIG. 4 shows the first embodiment, and shows the relationship between the seventh harmonic component included in the rotor surface magnetic flux waveform and the seventh harmonic component included in the induced voltage. 比較のために示す図で、12スロット8極の同期電動機500の横断面図。A cross-sectional view of a synchronous motor 500 having 12 slots and 8 poles for comparison. 比較のために示す図で、12スロット8極の同期電動機500の固定子巻線の結線図。It is a figure shown for a comparison and it is a connection diagram of the stator winding | coil of the synchronous motor 500 of 12 slots 8 poles. 比較のために示す図で、12スロット8極の同期電動機500の固定子巻線の結線方法を示す展開図。The figure shown for a comparison, and the expanded view which shows the connection method of the stator winding | coil of the synchronous motor 500 of 12 slots 8 poles. 比較のために示す図で、12スロット8極の同期電動機500の回転子600の横断面図。The cross-sectional view of the rotor 600 of the synchronous motor 500 with 12 slots and 8 poles for comparison. 実施の形態2を示す図で、回転子300の断面図。FIG. 5 shows the second embodiment and is a cross-sectional view of a rotor 300. 実施の形態2を示す図で、回転子300の永久磁石310の着磁状態を示す図。FIG. 5 shows the second embodiment, and shows a magnetized state of a permanent magnet 310 of a rotor 300. 実施の形態2を示す図で、変形例の回転子400の断面図。FIG. 10 shows the second embodiment and is a cross-sectional view of a rotor 400 according to a modification. 実施の形態2を示す図で、変形例の回転子400の永久磁石410の着磁状態を示す図。FIG. 9 shows the second embodiment, and shows a magnetized state of a permanent magnet 410 of a rotor 400 according to a modification.

実施の形態1.
図1乃至図14は実施の形態1を示す図で、図1は12スロット10極の同期電動機100の横断面図、図2は同期電動機100の固定子巻線の結線図、図3は同期電動機100の固定子巻線の結線方法を示す展開図、図4は同期電動機100の回転子200の横断面図、図5は回転子200の永久磁石210の着磁状態を示す図、図6は図5の回転子200の表面磁束密度分布波形の一例を示す図、図7は図5の回転子200を用いた12スロット10極の同期電動機100の誘起電圧波形と、12スロット8極の同期電動機500の誘起電圧波形とを比較した図、図8は回転子表面磁束密度分布の磁極中心の平坦部角度と誘起電圧歪み率との関係について、12スロット8極の同期電動機500と、12スロット10極の同期電動機100とを比較した結果を示す図、図9は図8の12スロット10極のみ表記した図、図10は回転子表面磁束密度分布の磁極中心の平坦部角度と回転子表面磁束波形と誘起電圧に含まれる1次成分との関係を示すもので、12スロット8極と12スロット10極とを比較した図、図11は回転子表面磁束密度分布波形の磁極中心の平坦部角度と、表面磁束密度分布波形の振幅(波高値)と1次成分の振幅の比との関係を示す図、図12は回転子表面磁束密度分布波形の磁極中心の平坦部角度と、回転子表面磁束密度の高調波成分との関係を示す図、図13は回転子表面磁束波形に含まれる5次高調波成分と誘起電圧に含まれる5次高調波成分との関係を示す図、図14は回転子表面磁束波形に含まれる7次高調波成分と誘起電圧に含まれる7次高調波成分との関係を示す図である。
Embodiment 1 FIG.
1 to 14 are diagrams showing the first embodiment. FIG. 1 is a cross-sectional view of a synchronous motor 100 having 12 slots and 10 poles, FIG. 2 is a connection diagram of stator windings of the synchronous motor 100, and FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view of the rotor 200 of the synchronous motor 100, FIG. 5 is a diagram showing the magnetized state of the permanent magnet 210 of the rotor 200, FIG. FIG. 7 is a diagram showing an example of a surface magnetic flux density distribution waveform of the rotor 200 of FIG. 5, and FIG. 7 is an induced voltage waveform of the 12-slot 10-pole synchronous motor 100 using the rotor 200 of FIG. FIG. 8 is a diagram comparing the induced voltage waveforms of the synchronous motor 500. FIG. 8 shows the relationship between the flat portion angle of the magnetic pole center of the rotor surface magnetic flux density distribution and the induced voltage distortion rate. Slot 10 pole synchronous motor 10 FIG. 9 shows only the 12-slot 10 poles of FIG. 8, FIG. 10 shows the flat part angle of the magnetic pole center of the rotor surface magnetic flux density distribution, the rotor surface magnetic flux waveform, and the induced voltage. FIG. 11 is a diagram showing a relationship between the included primary components and a comparison between 12 slots and 8 poles and 12 slots and 10 poles. FIG. 11 shows a flat part angle of a magnetic pole center of a rotor surface magnetic flux density distribution waveform and a surface magnetic flux density. FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the amplitude (crest value) of the distribution waveform and the ratio of the amplitude of the first-order component, and FIG. FIG. 13 is a diagram showing a relationship between components, FIG. 13 is a diagram showing a relationship between a fifth harmonic component included in the rotor surface magnetic flux waveform and a fifth harmonic component included in the induced voltage, and FIG. 14 is a rotor surface magnetic flux waveform. 7th order harmonic component and 7th order contained in induced voltage Is a diagram showing the relationship between the harmonic component.

図15乃至図18は比較のために示す図で、図15は12スロット8極の同期電動機500の横断面図、図16は12スロット8極の同期電動機500の固定子巻線の結線図、図17は12スロット8極の同期電動機500の固定子巻線の結線方法を示す展開図、図18は12スロット8極の同期電動機500の回転子600の横断面図である。   15 to 18 are diagrams for comparison, FIG. 15 is a cross-sectional view of a 12-slot 8-pole synchronous motor 500, and FIG. 16 is a connection diagram of a stator winding of the 12-slot 8-pole synchronous motor 500. FIG. 17 is a development view showing a method of connecting the stator windings of the synchronous motor 500 with 12 slots and 8 poles, and FIG. 18 is a cross-sectional view of the rotor 600 of the synchronous motor 500 with 12 slots and 8 poles.

図1に示す同期電動機100は、集中巻きの12スロット10極の電動機である。   A synchronous motor 100 shown in FIG. 1 is a concentrated winding 12-slot 10-pole motor.

図15に比較のために示す同期電動機500は、同じく集中巻きの12スロット8極の電動機である。   The synchronous motor 500 shown for comparison in FIG. 15 is a 12-slot 8-pole motor that is also concentrated.

同期電動機100等を、単に電動機と呼ぶ場合もある。   The synchronous motor 100 or the like may be simply referred to as an electric motor.

両者(同期電動機100、同期電動機500)は、回転子の磁極の数が異なる。同期電動機100の回転子200は、永久磁石210を10個有し、磁極の数は10極である(図4参照)。それに対し、同期電動機500の回転子600は、永久磁石610を8個有し、磁極の数は8極である(図18参照)。   Both (synchronous motor 100 and synchronous motor 500) differ in the number of magnetic poles of the rotor. The rotor 200 of the synchronous motor 100 has ten permanent magnets 210 and has ten magnetic poles (see FIG. 4). On the other hand, the rotor 600 of the synchronous motor 500 has eight permanent magnets 610 and the number of magnetic poles is eight (see FIG. 18).

回転子200等を、単に回転子と呼ぶ場合もある。   The rotor 200 or the like may be simply referred to as a rotor.

両者(同期電動機100、同期電動機500)は、回転子の磁極の数の他に、固定子の電機子巻線の配置が異なっている。   Both (synchronous motor 100 and synchronous motor 500) differ in the arrangement of the armature windings of the stator in addition to the number of magnetic poles of the rotor.

12スロット8極の同期電動機500は、一般的な3相の電機子巻線を固定子のティースに集中的に巻回するもので、巻線の数(ティースの数と同じで、12個)と回転子の磁極の数(8極)の比が、3:2となる電動機である。   The synchronous motor 500 having 12 slots and 8 poles is a general three-phase armature winding wound around the teeth of a stator. The number of windings (the same as the number of teeth, 12) And the ratio of the number of magnetic poles of the rotor (8 poles) is 3: 2.

この固定子の巻線の配置は、各相の巻線をU相,V相,W相の順番に並べて配置し、それぞれに120°位相のずれた交流の電流を流すことにより、同期電動機500を駆動する。   The stator windings are arranged in such a manner that the windings of the respective phases are arranged in the order of the U phase, the V phase, and the W phase, and an alternating current having a phase difference of 120 ° is supplied to each of the stator motor 500. Drive.

図15〜図17を参照しながら、詳しく説明する。固定子は、12スロットであるから、スロット(巻線が収納される空間をスロットと呼ぶ)の間に形成されるティースも12個である。   This will be described in detail with reference to FIGS. Since the stator has 12 slots, the number of teeth formed between the slots (the space in which the winding is housed is called a slot) is also 12.

ここで、仮に、U1+コイル(電源に接続されるU端子が接続されるコイル)が、巻回されるティースを#1とし、反時計方向に順番に、#1,#2・・・・・#12とする(図15参照)。   Here, suppose that the U1 + coil (the coil to which the U terminal connected to the power source is connected) is wound with tooth # 1, and in order counterclockwise, # 1, # 2,. # 12 (see FIG. 15).

各相の巻線は直列に接続され、中性点Nによって3相の星形の結線を構成している。即ち、U相のU1+コイル、U2+コイル、U3+コイル、U4+コイルは、直列に接続される。U1+コイルは、電源に接続されるU端子に接続される。U4+コイルは、中性点Nに接続される。   The windings of each phase are connected in series, and the neutral point N forms a three-phase star connection. That is, the U-phase U1 + coil, U2 + coil, U3 + coil, and U4 + coil are connected in series. The U1 + coil is connected to a U terminal connected to a power source. The U4 + coil is connected to the neutral point N.

また、V相のV1+コイル、V2+コイル、V3+コイル、V4+コイルは、直列に接続される。V1+コイルは、電源に接続されるV端子に接続される。V4+コイルは、中性点Nに接続される。   The V-phase V1 + coil, V2 + coil, V3 + coil, and V4 + coil are connected in series. The V1 + coil is connected to a V terminal connected to a power source. The V4 + coil is connected to the neutral point N.

さらに、W相のW1+コイル、W2+コイル、W3+コイル、W4+コイルは、直列に接続される。W1+コイルは、電源に接続されるV端子に接続される。W4+コイルは、中性点Nに接続される。   Furthermore, the W phase W1 + coil, W2 + coil, W3 + coil, and W4 + coil are connected in series. The W1 + coil is connected to a V terminal connected to a power source. The W4 + coil is connected to the neutral point N.

U1+の「+」は、コイルの巻方向を表す。例えば、図17の展開図で、#1ティースに巻回されるU1+コイルは、ティースの先端(図17参照)側から見て、時計方向に巻かれる。もし#1ティースに巻回されるU1コイルが、反時計方向に巻かれるのであれば、U1−コイルと呼ぶことにする。   “+” Of U1 + represents the winding direction of the coil. For example, in the developed view of FIG. 17, the U1 + coil wound around the # 1 tooth is wound clockwise when viewed from the tip (see FIG. 17) side of the tooth. If the U1 coil wound around # 1 teeth is wound counterclockwise, it will be referred to as U1-coil.

図17の固定子巻線の結線方法を示す展開図により、12スロット8極の同期電動機500の固定子巻線の配置と結線方法を説明する。   The arrangement and connection method of the stator windings of the synchronous motor 500 having 12 slots and 8 poles will be described with reference to a development view showing the connection method of the stator windings of FIG.

図17で右端の#1ティースには、U相の電源端子(U端子)が接続されるU1+コイルが、ティースの先端側から見て、時計方向に巻かれる。   In FIG. 17, the U1 + coil to which the U-phase power terminal (U terminal) is connected is wound around the rightmost # 1 tooth in the clockwise direction when viewed from the front end side of the tooth.

U相のU2+コイルは、#1ティースから二つのティース(#2ティース、#3ティース)を飛ばした#4ティースに、ティースの先端側から見て、時計方向に巻かれる。   A U2 + coil of the U phase is wound in a clockwise direction as viewed from the front end side of the teeth on # 4 teeth obtained by skipping two teeth (# 2 teeth, # 3 teeth) from # 1 teeth.

U1+コイルとU2+コイルとの間のマグネットワイヤをU相の渡り線と呼ぶ。   The magnet wire between the U1 + coil and the U2 + coil is called a U-phase crossover.

U相のU3+コイルは、#4ティースから二つのティース(#5ティース、#6ティース)を飛ばした#7ティースに、ティースの先端側から見て、時計方向に巻かれる。   The U-phase U3 + coil is wound in the clockwise direction as viewed from the front end side of the teeth by # 7 teeth obtained by skipping two teeth (# 5 teeth and # 6 teeth) from # 4 teeth.

U2+コイルとU3+コイルとの間のマグネッワイヤもU相の渡り線と呼ぶ。   The magnet wire between the U2 + coil and the U3 + coil is also called a U-phase crossover.

U相のU4+コイルは、#7ティースから二つのティース(#8ティース、#9ティース)を飛ばした#10ティースに、ティースの先端側から見て、時計方向に巻かれる。   The U-phase U4 + coil is wound clockwise from # 7 teeth to # 10 teeth in which two teeth (# 8 teeth, # 9 teeth) are blown, as viewed from the front end side of the teeth.

U3+コイルとU4+コイルとの間のマグネッワイヤもU相の渡り線と呼ぶ。   The magnet wire between the U3 + coil and the U4 + coil is also called a U-phase crossover.

U相のU4+コイルの巻終わりは、中性点Nに接続される。   The winding end of the U phase U4 + coil is connected to the neutral point N.

図17で右端から2番目の#2ティースには、V相の電源端子(V端子)が接続されるV1+コイルが、ティースの先端側から見て、時計方向に巻かれる。   In FIG. 17, the V1 + coil to which the V-phase power supply terminal (V terminal) is connected is wound clockwise around the second # 2 tooth from the right end as viewed from the tip end side of the tooth.

V相のV2+コイルは、#2ティースから二つのティース(#3ティース、#4ティース)を飛ばした#5ティースに、ティースの先端側から見て、時計方向に巻かれる。   The V-phase V2 + coil is wound clockwise from # 2 teeth to # 5 teeth obtained by skipping two teeth (# 3 teeth and # 4 teeth) as viewed from the front end side of the teeth.

V1+コイルとV2+コイルとの間のマグネットワイヤをV相の渡り線と呼ぶ。   The magnet wire between the V1 + coil and the V2 + coil is called a V-phase crossover.

V相のV3+コイルは、#5ティースから二つのティース(#6ティース、#7ティース)を飛ばした#8ティースに、ティースの先端側から見て、時計方向に巻かれる。   The V-phase V3 + coil is wound clockwise from # 5 teeth to # 8 teeth from which two teeth (# 6 teeth, # 7 teeth) are blown, as viewed from the front end side of the teeth.

V2+コイルとV3+コイルとの間のマグネッワイヤもV相の渡り線と呼ぶ。   A magnet wire between the V2 + coil and the V3 + coil is also called a V-phase crossover.

V相のV4+コイルは、#8ティースから二つのティース(#9ティース、#10ティース)を飛ばした#11ティースに、ティースの先端側から見て、時計方向に巻かれる。   The V-phase V4 + coil is wound in the clockwise direction when viewed from the tip end side of the teeth, to # 11 teeth obtained by skipping two teeth (# 9 teeth, # 10 teeth) from # 8 teeth.

V3+コイルとV4+コイルとの間のマグネッワイヤもV相の渡り線と呼ぶ。   The magnet wire between the V3 + coil and the V4 + coil is also called a V-phase crossover.

V相のV4+コイルの巻終わりは、中性点Nに接続される。   The winding end of the V4 + coil of the V phase is connected to the neutral point N.

図17で右端から3番目の#3ティースには、W相の電源端子(W端子)が接続されるW1+コイルが、ティースの先端側から見て、時計方向に巻かれる。   In FIG. 17, the W1 + coil to which the W-phase power supply terminal (W terminal) is connected is wound clockwise around the third # 3 tooth from the right end as viewed from the tip end side of the tooth.

W相のW2+コイルは、#3ティースから二つのティース(#4ティース、#5ティース)を飛ばした#6ティースに、ティースの先端側から見て、時計方向に巻かれる。   The W2 + coil of the W phase is wound clockwise from # 3 teeth to # 6 teeth where two teeth (# 4 teeth, # 5 teeth) are blown, as viewed from the front end side of the teeth.

W1+コイルとW2+コイルとの間のマグネットワイヤをW相の渡り線と呼ぶ。   The magnet wire between the W1 + coil and the W2 + coil is called a W-phase crossover.

W相のW3+コイルは、#6ティースから二つのティース(#7ティース、#8ティース)を飛ばした#9ティースに、ティースの先端側から見て、時計方向に巻かれる。   The W3 + coil of the W phase is wound clockwise from # 6 teeth to # 9 teeth, which are two teeth (# 7 teeth, # 8 teeth), as viewed from the tip side of the teeth.

W2+コイルとW3+コイルとの間のマグネッワイヤもW相の渡り線と呼ぶ。   The magnet wire between the W2 + coil and the W3 + coil is also called a W-phase crossover.

W相のW4+コイルは、#9ティースから二つのティース(#10ティース、#11ティース)を飛ばした#12ティースに、ティースの先端側から見て、時計方向に巻かれる。   The W4 + coil of the W phase is wound clockwise from # 9 teeth to # 12 teeth obtained by skipping two teeth (# 10 teeth and # 11 teeth) as viewed from the front end side of the teeth.

W3+コイルとW4+コイルとの間のマグネッワイヤもW相の渡り線と呼ぶ。   The magnet wire between the W3 + coil and the W4 + coil is also called a W-phase crossover.

W相のW4+コイルの巻終わりは、中性点Nに接続される。   The winding end of the W4 + coil of the W phase is connected to the neutral point N.

12スロット8極の同期電動機500の固定子巻線は、例えば、以上のような配置と結線方法で形成される。   The stator winding of the synchronous motor 500 having 12 slots and 8 poles is formed by, for example, the above arrangement and connection method.

これに対して、12スロット10極の同期電動機100では、各ティースに巻線を集中的に巻回する点は同じであるが、各相の巻線の配置が異なり、各相四つあるコイル(巻線)を二個一組で並べて配置する(例えば、図1のU1+コイルとU2−コイル)。   On the other hand, in the synchronous motor 100 with 12 slots and 10 poles, the winding is wound around each tooth in the same manner, but the arrangement of windings in each phase is different, and there are four coils in each phase. (Windings) are arranged side by side in pairs (for example, U1 + coil and U2-coil in FIG. 1).

また、一組の隣り合うコイル(例えば、図1のU1+コイルとU2−コイル)は、巻かれる向きが逆になっており、電流が通電されたときにはお互い異なる極を構成する(例えば、図1のU1+コイルとU2−コイル)。   Further, a pair of adjacent coils (for example, U1 + coil and U2-coil in FIG. 1) are wound in opposite directions, and form different poles when current is applied (for example, FIG. 1). U1 + coil and U2- coil).

図2に示すように、各相のコイルは直列に接続され、中性点Nによって3相の星形の結線を構成している。即ち、U相のU1+コイル、U2−コイル、U3−コイル、U4+コイルは、直列に接続される。U1+コイルは、電源に接続されるU端子に接続される。U4+コイルは、中性点Nに接続される。   As shown in FIG. 2, the coils of each phase are connected in series, and a neutral point N forms a three-phase star connection. That is, the U-phase U1 + coil, U2-coil, U3-coil, and U4 + coil are connected in series. The U1 + coil is connected to a U terminal connected to a power source. The U4 + coil is connected to the neutral point N.

また、V相のV1−コイル、V2+コイル、V3+コイル、V4−コイルは、直列に接続される。V1−コイルは、電源に接続されるV端子に接続される。V4−コイルは、中性点Nに接続される。   The V-phase V1-coil, V2 + coil, V3 + coil, and V4-coil are connected in series. The V1-coil is connected to a V terminal connected to a power source. The V4-coil is connected to the neutral point N.

さらに、W相のW1+コイル、W2−コイル、W3−コイル、W4+コイルは、直列に接続される。W1+コイルは、電源に接続されるV端子に接続される。W4+コイルは、中性点Nに接続される。   In addition, the W-phase W1 + coil, W2-coil, W3-coil, and W4 + coil are connected in series. The W1 + coil is connected to a V terminal connected to a power source. The W4 + coil is connected to the neutral point N.

既に述べたように、U1+の「+」、U2−の「−」は、コイルの巻方向を表している。例えば、「+」が時計方向であれば、「−」は反時計方向であることを意味する。コイルの巻方向は、電源端子から中性点への巻方向とする。   As already described, “+” of U1 + and “−” of U2- represent the winding direction of the coil. For example, if “+” is clockwise, “−” means counterclockwise. The winding direction of the coil is the winding direction from the power supply terminal to the neutral point.

ここでも、仮に、U1+コイル(電源に接続されるU端子が接続されるコイル)が、巻回されるティースを#1とし、反時計方向に順番に、#1,#2・・・・・#12とする(図1参照)。   Here again, suppose that the U1 + coil (the coil to which the U terminal connected to the power supply is connected) is # 1, the teeth wound in # 1, # 2,. # 12 (see FIG. 1).

図3の12スロット10極の同期電動機100の固定子巻線の結線方法を示す展開図により、同期電動機100の固定子巻線の配置及び結線方法を詳細に説明する。   The arrangement and connection method of the stator windings of the synchronous motor 100 will be described in detail with reference to a development view showing the connection method of the stator windings of the synchronous motor 100 with 12 slots and 10 poles in FIG.

図3で右端の#1ティースには、U相の電源端子(U端子)が接続されるU1+コイルが、ティースの先端側から見て、時計方向に巻かれる。   The U1 + coil to which the U-phase power supply terminal (U terminal) is connected is wound around the rightmost # 1 tooth in FIG. 3 in the clockwise direction when viewed from the front end side of the tooth.

U相のU2−コイルは、#1ティースの隣の#2ティースに、ティースの先端側から見て、反時計方向に巻かれる。   The U2-coil of the U phase is wound around the # 2 tooth adjacent to the # 1 tooth in the counterclockwise direction when viewed from the front end side of the tooth.

U1+コイルとU2−コイルとの間のマグネットワイヤをU相の渡り線と呼ぶ。   The magnet wire between the U1 + coil and the U2- coil is called a U-phase crossover.

U相のU3−コイルは、#2ティースから四つのティース(#3ティース、#4ティース、#5ティース、#6ティース)を飛ばした#7ティースに、ティースの先端側から見て、反時計方向に巻かれる。   The U-phase U3-coil is counterclockwise when viewed from the tip of the teeth to the # 7 teeth where four teeth (# 3 teeth, # 4 teeth, # 5 teeth, # 6 teeth) are blown from the # 2 teeth. Wound in the direction.

U2−コイルとU3−コイルとの間のマグネッワイヤもU相の渡り線と呼ぶ。   The magnet wire between the U2-coil and the U3-coil is also called a U-phase crossover.

U相のU4+コイルは、#7ティースの隣の#8ティースに、ティースの先端側から見て、時計方向に巻かれる。   The U4 + coil of the U phase is wound around the # 8 teeth adjacent to the # 7 teeth in the clockwise direction when viewed from the front end side of the teeth.

U3−コイルとU4+コイルとの間のマグネッワイヤもU相の渡り線と呼ぶ。   The magnet wire between the U3-coil and the U4 + coil is also called a U-phase crossover.

U相のU4+コイルの巻終わりは、中性点Nに接続される。   The winding end of the U phase U4 + coil is connected to the neutral point N.

図3で右端から3番目の#3ティースには、V相の電源端子(V端子)が接続されるV1−コイルが、ティースの先端側から見て、反時計方向に巻かれる。   In FIG. 3, the V1-coil to which the V-phase power supply terminal (V terminal) is connected is wound around the third # 3 tooth from the right end in the counterclockwise direction when viewed from the front end side of the tooth.

V相のV2+コイルは、#3ティースの隣の#4ティースに、ティースの先端側から見て、時計方向に巻かれる。   The V2 + coil of V phase is wound around the # 4 teeth adjacent to the # 3 teeth in the clockwise direction when viewed from the front end side of the teeth.

V1−コイルとV2+コイルとの間のマグネットワイヤをV相の渡り線と呼ぶ。   The magnet wire between the V1-coil and the V2 + coil is called a V-phase crossover.

V相のV3+コイルは、#4ティースから四つのティース(#5ティース、#6ティース、#7ティース、#8ティース)を飛ばした#9ティースに、ティースの先端側から見て、時計方向に巻かれる。   The V3 + coil of V-phase is clockwise from the tip of the teeth to the # 9 teeth where four teeth (# 5 teeth, # 6 teeth, # 7 teeth, # 8 teeth) are blown from the # 4 teeth. It is rolled up.

V2+コイルとV3+コイルとの間のマグネッワイヤもV相の渡り線と呼ぶ。   A magnet wire between the V2 + coil and the V3 + coil is also called a V-phase crossover.

V相のV4−コイルは、#9ティースの隣の#10ティースに、ティースの先端側から見て、反時計方向に巻かれる。   The V4-coil of the V phase is wound around the # 10 teeth adjacent to the # 9 teeth in the counterclockwise direction when viewed from the front end side of the teeth.

V3+コイルとV4−コイルとの間のマグネッワイヤもV相の渡り線と呼ぶ。   The magnet wire between the V3 + coil and the V4- coil is also called a V-phase crossover.

V相のV4−コイルの巻終わりは、中性点Nに接続される。   The winding end of the V-phase V4-coil is connected to the neutral point N.

図3で右端から5番目の#5ティースには、W相の電源端子(W端子)が接続されるW1+コイルが、ティースの先端側から見て、時計方向に巻かれる。   A W1 + coil to which a W-phase power supply terminal (W terminal) is connected is wound clockwise around the fifth # 5 tooth from the right end in FIG. 3 when viewed from the tip end side of the tooth.

W相のW2−コイルは、#5ティースの隣の#6ティースに、ティースの先端側から見て、反時計方向に巻かれる。   The W2-coil of the W phase is wound around # 6 teeth adjacent to the # 5 teeth in the counterclockwise direction when viewed from the front end side of the teeth.

W1+コイルとW2−コイルとの間のマグネットワイヤをW相の渡り線と呼ぶ。   The magnet wire between the W1 + coil and the W2- coil is called a W-phase crossover.

W相のW3−コイルは、#6ティースから四つのティース(#7ティース、#8ティース、#9ティース、#10ティース)を飛ばした#11ティースに、ティースの先端側から見て、反時計方向に巻かれる。
かれる。
The W3-coil of the W phase is counterclockwise as viewed from the tip of the teeth to the # 11 teeth where four teeth (# 7 teeth, # 8 teeth, # 9 teeth, # 10 teeth) are blown from the # 6 teeth. Wound in the direction.
It is burned.

W2−コイルとW3−コイルとの間のマグネッワイヤもW相の渡り線と呼ぶ。   A magnet wire between the W2-coil and the W3-coil is also called a W-phase crossover.

W相のW4+コイルは、#11ティースの隣の#12ティースに、ティースの先端側から見て、時計方向に巻かれる。   The W4 + coil of the W phase is wound around the # 12 tooth adjacent to the # 11 tooth in the clockwise direction when viewed from the tip end side of the tooth.

W3−コイルとW4+コイルとの間のマグネッワイヤもW相の渡り線と呼ぶ。   The magnet wire between the W3-coil and the W4 + coil is also called a W-phase crossover.

W相のW4+コイルの巻終わりは、中性点Nに接続される。   The winding end of the W4 + coil of the W phase is connected to the neutral point N.

12スロット10極の同期電動機100の固定子巻線は、例えば、以上のような配置と結線方法で形成される。   The stator winding of the synchronous motor 100 having 12 slots and 10 poles is formed by, for example, the above arrangement and connection method.

本実施の形態における同期電動機100の回転子200の形状は、例えば、図4に示すとおりである。10極の磁極を構成する永久磁石210が回転子表面に配置されたものである。   The shape of the rotor 200 of the synchronous motor 100 in the present embodiment is, for example, as shown in FIG. A permanent magnet 210 constituting a 10-pole magnetic pole is disposed on the rotor surface.

永久磁石210は、バックヨーク230の表面に、例えば接着等により固定される。   The permanent magnet 210 is fixed to the surface of the back yoke 230 by, for example, adhesion.

この例では、永久磁石210の形状は、径方向に均一の肉厚となっている。永久磁石210の形状は、円筒状であっても、瓦状(円弧状)の複数枚の永久磁石を用いた構成であっても良い。   In this example, the permanent magnet 210 has a uniform thickness in the radial direction. The shape of the permanent magnet 210 may be a cylindrical shape or a configuration using a plurality of tile-shaped (arc-shaped) permanent magnets.

尚、以下の説明では、一般論の場合は、単に「永久磁石」と呼び、符号はつけない。   In the following description, in the case of general theory, it is simply referred to as “permanent magnet” and is not labeled.

尚、12スロット8極の同期電動機100の回転子600の形状は、例えば、図18に示すとおりである。   The shape of the rotor 600 of the 12-slot 8-pole synchronous motor 100 is, for example, as shown in FIG.

図4に示す回転子200は、本実施の形態の特徴を最も表しやすい形状であるため、一つの代表例として取り上げたものであり、本発明の特徴を実現できる形態であれば、これに限定されるものではない。   The rotor 200 shown in FIG. 4 has a shape that most easily represents the characteristics of the present embodiment, and is therefore taken as a representative example, and is limited to this as long as the characteristics of the present invention can be realized. Is not to be done.

本実施の形態の効果を示すため、図4の回転子200の永久磁石210の特性として、図5に示すような着磁状態を想定する。   In order to show the effect of the present embodiment, a magnetized state as shown in FIG. 5 is assumed as a characteristic of the permanent magnet 210 of the rotor 200 of FIG.

即ち、1磁極を構成する永久磁石210の着磁状態を、回転子200の回転軸220(図4参照)に対して、放射状に着磁されたラジアル着磁とし、磁極中心付近を完全着磁状態、隣り合う磁極との境界(極間)に対しては直線状に着磁量を変化させる(減少させる)ものとし、着磁の状態を台形波状に設定している。   That is, the magnetized state of the permanent magnet 210 constituting one magnetic pole is radial magnetized radially with respect to the rotating shaft 220 (see FIG. 4) of the rotor 200, and the vicinity of the magnetic pole center is completely magnetized. The magnetization amount is linearly changed (decreased) with respect to the state and the boundary (between poles) between adjacent magnetic poles, and the magnetization state is set to a trapezoidal wave shape.

このような着磁状態(台形波状)に設定した永久磁石210を表面に配置した回転子200の表面磁束密度分布波形は、図6に示すようになる。   The surface magnetic flux density distribution waveform of the rotor 200 in which the permanent magnet 210 set in such a magnetized state (trapezoidal wave shape) is arranged is as shown in FIG.

これは、同期電動機100に組み込まれた状態を模擬したもので、同期電動機100の固定子の内径と同等の円筒状の空間内部に空隙を介して回転子200を設置した際の空隙における磁束密度分布の電磁界解析により求めたものである。   This is a simulation of the state incorporated in the synchronous motor 100, and the magnetic flux density in the air gap when the rotor 200 is installed through the air gap inside the cylindrical space equivalent to the inner diameter of the stator of the synchronous motor 100. It is obtained by electromagnetic field analysis of the distribution.

図6に示すように、永久磁石210を台形波状に着磁状態を設定しているため、表面磁束密度は磁極中心付近が平坦になっている。   As shown in FIG. 6, since the permanent magnet 210 is magnetized in a trapezoidal shape, the surface magnetic flux density is flat in the vicinity of the magnetic pole center.

永久磁石210の着磁状態は台形波状であるが、外側の磁性体(固定子鉄心)との間の空隙における磁束密度分布波形は、若干なめらかになり、台形の角が取れたような波形となる。   The magnetized state of the permanent magnet 210 is trapezoidal, but the magnetic flux density distribution waveform in the gap between the outer magnetic body (stator core) is slightly smoother and has a trapezoidal corner. Become.

図6に示す磁束密度分布波形は、磁束密度の最大値(波高値)の95%までの値をとる部分の幅を、「平坦部」と定義すると、平坦部が約120°となる例である。   The magnetic flux density distribution waveform shown in FIG. 6 is an example in which the flat portion is about 120 ° when the width of the portion having a value up to 95% of the maximum value (crest value) of the magnetic flux density is defined as “flat portion”. is there.

図7は、図5の着磁状態の永久磁石を持つ回転子を同期電動機に組み込んだ時の誘起電圧を示すもので、12スロット10極の同期電動機100と、12スロット8極の同期電動機500とを比較している。12スロット10極の同期電動機100、12スロット8極の同期電動機500のいずれも永久磁石の着磁状態は、台形波状である。   FIG. 7 shows the induced voltage when the rotor having the magnetized permanent magnet of FIG. 5 is incorporated in the synchronous motor. The synchronous motor 100 with 12 slots and 10 poles and the synchronous motor 500 with 12 slots and 8 poles are shown. And comparing. In both the 12-slot 10-pole synchronous motor 100 and the 12-slot 8-pole synchronous motor 500, the magnetized state of the permanent magnet is trapezoidal.

回転子の表面磁束密度分布が台形波状で、正弦波と比較すると歪みが大きいため、誘起電圧にも歪みが生じやすく、12スロット8極の同期電動機500では誘起電圧の波形に歪みが生じて台形波状に近い波形となっている。   The surface magnetic flux density distribution of the rotor is trapezoidal, and the distortion is larger than that of a sine wave. Therefore, the induced voltage is also easily distorted. In the synchronous motor 500 having 12 slots and 8 poles, the waveform of the induced voltage is distorted and trapezoidal. The waveform is close to a wave shape.

これに対して、12スロット10極の同期電動機100の場合は、正弦波に近い波形となっている。このことから、12スロット10極の同期電動機100は、回転子表面の磁束密度分布に歪みを多く含んでいても、誘起電圧に歪みが表れにくいと言う特徴をもっており、トルクリップルの少ない低振動・低騒音な同期電動機100であることがわかる。   On the other hand, in the case of the synchronous motor 100 with 12 slots and 10 poles, the waveform is close to a sine wave. Therefore, the 12-slot, 10-pole synchronous motor 100 has a feature that even if the magnetic flux density distribution on the rotor surface contains a large amount of distortion, the induced voltage is hardly distorted. It can be seen that the synchronous motor 100 is low noise.

回転子表面磁束密度分布の磁極中心の平坦部角度と誘起電圧歪み率との関係について、12スロット8極の同期電動機500と、12スロット10極の同期電動機100とを比較した結果を図8に示す。平坦部の幅を狭くしていくことで、誘起電圧の歪みが減少する傾向が見られるが、12スロット8極の同期電動機500に比べて12スロット10極の同期電動機100は歪み率が低くなっている。   FIG. 8 shows the result of a comparison between the synchronous motor 500 having 12 slots and 8 poles and the synchronous motor 100 having 12 slots and 10 poles with respect to the relationship between the flat portion angle at the magnetic pole center of the rotor surface magnetic flux density distribution and the induced voltage distortion rate. Show. There is a tendency for the distortion of the induced voltage to decrease by reducing the width of the flat portion, but the distortion rate of the synchronous motor 100 with 12 slots and 10 poles is lower than that of the synchronous motor 500 with 12 slots and 8 poles. ing.

誘起電圧歪み率は、総合高調波歪み率(THD(Total Harmonic Distortion))のことである。   The induced voltage distortion rate is a total harmonic distortion rate (THD (Total Harmonic Distortion)).

図9に12スロット10極の同期電動機100の特性のみを示す。この特性から、磁極中心付近の平坦部の幅(平坦部角度)を125°以下とすることで、誘起電圧歪み率を1%未満にできる。   FIG. 9 shows only the characteristics of the synchronous motor 100 having 12 slots and 10 poles. From this characteristic, the induced voltage distortion rate can be made less than 1% by setting the width (flat portion angle) of the flat portion near the magnetic pole center to 125 ° or less.

図10に、回転子表面磁束密度分布の磁極中心の平坦部の幅(図6参照)をパラメータとして、誘起電圧の1次成分について、12スロット8極の同期電動機500と、12スロット10極の同期電動機100とを比較したものを示す。平坦部の幅を小さくしていくと、誘起電圧に含まれる1次成分が小さくなっていくことがわかる。   FIG. 10 shows a 12-slot 8-pole synchronous motor 500 and a 12-slot 10-pole primary component of the induced voltage with the width of the flat part of the magnetic pole center of the rotor surface magnetic flux density distribution (see FIG. 6) as a parameter. A comparison with the synchronous motor 100 is shown. It can be seen that as the width of the flat portion is reduced, the primary component included in the induced voltage is reduced.

同じ平坦部の幅である場合、12スロット8極の同期電動機500よりも、12スロット10極の同期電動機100の方が誘起電圧により大きい1次成分を含んでおり、同一電流に対して、12スロット10極の方がより大きなトルクを出力することができる。   When the width of the flat portion is the same, the synchronous motor 100 with 12 slots and 10 poles includes a larger primary component in the induced voltage than the synchronous motor 500 with 12 slots and 8 poles. The slot 10 pole can output a larger torque.

言い換えれば、同一のトルクを出力するのに必要な電流が少なくなる分、12スロット10極の同期電動機100は銅損が少ない電動機であるといえる。   In other words, the 12-slot, 10-pole synchronous motor 100 can be said to be an electric motor with less copper loss because the current required to output the same torque is reduced.

図11は、回転子表面磁束密度分布波形の磁極中心の平坦部角度(図6参照)と、表面磁束密度分布波形の振幅(波高値)と1次成分の振幅の比との関係を示したものである。縦軸には、表面磁束密度分布波形の振幅(波高値)と1次成分の振幅の比を示す値をとっており、この値が大きいほど、波形に含まれる1次成分が大きいことを示している。   FIG. 11 shows the relationship between the flat part angle (see FIG. 6) of the magnetic pole center of the rotor surface magnetic flux density distribution waveform, the amplitude (crest value) of the surface magnetic flux density distribution waveform, and the ratio of the amplitude of the primary component. Is. On the vertical axis, a value indicating the ratio of the amplitude (crest value) of the surface magnetic flux density distribution waveform to the amplitude of the primary component is taken, and the larger this value, the larger the primary component contained in the waveform. ing.

図11の横軸は表面磁束密度波形の平坦部角度[deg]である。   The horizontal axis of FIG. 11 is the flat portion angle [deg] of the surface magnetic flux density waveform.

図11より、表面磁束密度波形の平坦部角度(幅)が45°(電気角)以上であれば、表面磁束密度分布波形の振幅よりも大きな1次成分を含んでいることとなる。   From FIG. 11, if the flat part angle (width) of the surface magnetic flux density waveform is 45 ° (electrical angle) or more, a primary component larger than the amplitude of the surface magnetic flux density distribution waveform is included.

回転子の表面磁束密度の大きさは、永久磁石の厚みで決まるため、本実施の形態で扱う回転子200の永久磁石210(図5参照)のように厚みが一定であれば、平坦部角度(幅)の大小によらず振幅は一定であるため、平坦部角度(幅)が45°以上であれば同じ厚みの永久磁石を用いてもより大きな1次成分が得られ、誘起電圧にもより大きい1次成分を含むことができ、よりトルクの大きな、あるいは効率の良い同期電動機100を実現できる。   Since the surface magnetic flux density of the rotor is determined by the thickness of the permanent magnet, if the thickness is constant like the permanent magnet 210 (see FIG. 5) of the rotor 200 handled in the present embodiment, the flat portion angle Since the amplitude is constant regardless of the (width) size, if the flat part angle (width) is 45 ° or more, a larger primary component can be obtained even if permanent magnets of the same thickness are used, and the induced voltage is also reduced. A larger primary component can be included, and the synchronous motor 100 having a larger torque or higher efficiency can be realized.

図12は回転子の表面磁束密度分布波形に含まれる高調波成分と波形の平坦部角度との関係を示しているが、回転子の表面磁束密度分布波形は、台形波状の波形であり、これに含まれる高調波成分は、3次成分が多く、次いで5次,7次,9次成分が多く含まれる。   FIG. 12 shows the relationship between the harmonic component included in the surface magnetic flux density distribution waveform of the rotor and the flat portion angle of the waveform. The surface magnetic flux density distribution waveform of the rotor is a trapezoidal waveform. The harmonic components contained in are many third-order components, followed by many fifth-order, seventh-order, and ninth-order components.

磁束密度分布波形の平坦部角度(幅)が小さくなるに従って、波形は正弦波に近くになって行くため、含まれる高調波成分は減っていく。   As the flat portion angle (width) of the magnetic flux density distribution waveform becomes smaller, the waveform becomes closer to a sine wave, so that the contained harmonic components decrease.

図11と合わせていえば、平坦部角度(幅)を広くすれば、そこに含まれる1次成分は大きくなるが、それにあわせて3次,5次,7次,9次などの高調波成分も増加する。3次,9次などの3の奇数倍の高調波成分は、3相の巻線の中で互いに相殺されて誘起電圧に含まれることは無いが、その他の高調波は、誘起電圧に現れて波形の歪みの要因となる。   If it is combined with FIG. 11, if the flat part angle (width) is widened, the primary component contained therein will increase, but harmonic components such as the 3rd, 5th, 7th and 9th will also increase accordingly. To increase. Harmonic components of odd multiples of 3 such as 3rd order and 9th order cancel each other in the three-phase windings and are not included in the induced voltage, but other harmonics appear in the induced voltage. Causes waveform distortion.

図13は、回転子の表面磁束密度分布波形に含まれる5次成分と誘起電圧に含まれる5次成分の関係を示したものである。12スロット8極の同期電動機500においては、回転子600の表面磁束密度分布波形に含まれる5次成分の割合とほぼ同じ割合で、5次成分が誘起電圧の波形に含まれているのに対して、12スロット10極の同期電動機100では表面磁束密度分布波形に含まれる5次成分の割合に対して、誘起電圧に生じる5次成分の割合が非常に小さい。   FIG. 13 shows the relationship between the fifth order component included in the surface magnetic flux density distribution waveform of the rotor and the fifth order component included in the induced voltage. In the synchronous motor 500 having 12 slots and 8 poles, the fifth-order component is included in the waveform of the induced voltage at almost the same ratio as the fifth-order component included in the surface magnetic flux density distribution waveform of the rotor 600. In the synchronous motor 100 having 12 slots and 10 poles, the ratio of the fifth-order component generated in the induced voltage is very small compared to the ratio of the fifth-order component included in the surface magnetic flux density distribution waveform.

図14は、回転子の表面磁束密度分布波形に含まれる7次成分と誘起電圧に含まれる7次成分の関係を示したものである。12スロット8極の同期電動機500においては、回転子600の表面磁束密度分布波形に含まれる7次成分の割合以上に、7次成分が誘起電圧の波形に含まれている。これに対して12スロット10極の同期電動機100では、表面磁束密度分布波形に含まれる7次成分の割合に対して、誘起電圧に生じる7次成分の割合は、図13に示した5次成分に関する特性と比較すると大きいものの、影響は小さい。   FIG. 14 shows the relationship between the seventh-order component included in the rotor surface magnetic flux density distribution waveform and the seventh-order component included in the induced voltage. In 12-slot 8-pole synchronous motor 500, the seventh-order component is included in the waveform of the induced voltage more than the ratio of the seventh-order component included in the surface magnetic flux density distribution waveform of rotor 600. On the other hand, in the synchronous motor 100 with 12 slots and 10 poles, the ratio of the seventh-order component generated in the induced voltage to the ratio of the seventh-order component included in the surface magnetic flux density distribution waveform is the fifth-order component shown in FIG. Although it is large compared with the characteristics related to, the effect is small.

この特性が、12スロット10極の同期電動機100で回転子200の表面磁束密度の歪みが大きくても誘起電圧波形の歪みが少ないことを示すものであり、巻線係数の観点から、12スロット8極よりも同一電流で出力できるトルクが大きい12スロット10極の同期電動機100において、回転子200の表面磁束密度分布の波形を台形波状として、磁極中心部の平坦部の幅を45°以上とすることで、巻線係数の違いで得られる利点以上に、大きなトルクを出力可能となり、さらに磁極中心の平坦部の幅を125°以下とすることで、誘起電圧の歪みを小さく抑えることができる。   This characteristic indicates that even if the surface magnetic flux density distortion of the rotor 200 is large in the synchronous motor 100 having 12 slots and 10 poles, the distortion of the induced voltage waveform is small. In the 12-slot 10-pole synchronous motor 100 having a larger torque that can be output at the same current than the pole, the waveform of the surface magnetic flux density distribution of the rotor 200 is trapezoidal, and the width of the flat portion at the center of the magnetic pole is 45 ° or more Thus, it is possible to output a larger torque than the advantage obtained by the difference in winding coefficient, and further, by setting the width of the flat portion at the center of the magnetic pole to 125 ° or less, distortion of the induced voltage can be suppressed to a small value.

実施の形態2.
図19乃至図22は実施の形態2を示す図で、図19は回転子300の断面図、図20は回転子300の永久磁石310の着磁状態を示す図、図21は変形例の回転子400の断面図、図22は変形例の回転子400の永久磁石410の着磁状態を示す図である。
Embodiment 2. FIG.
19 to 22 are diagrams showing the second embodiment. FIG. 19 is a cross-sectional view of the rotor 300. FIG. 20 is a diagram showing a magnetized state of the permanent magnet 310 of the rotor 300. FIG. FIG. 22 is a diagram showing a magnetized state of the permanent magnet 410 of the rotor 400 according to a modification.

図19に示す同期電動機の回転子300は、回転子表面に永久磁石310を配置した形態であり、永久磁石310の内側は、永久磁石のバックヨーク330となる磁性体で構成される。尚、回転子300の略中央部に、回転軸320を有する。   The rotor 300 of the synchronous motor shown in FIG. 19 has a form in which a permanent magnet 310 is disposed on the rotor surface, and the inner side of the permanent magnet 310 is made of a magnetic material that serves as a back yoke 330 of the permanent magnet. In addition, a rotation shaft 320 is provided at a substantially central portion of the rotor 300.

図19に示す回転子300では、1磁極を構成する永久磁石310の形状が磁極の中央付近は均一の肉厚で、磁極間付近の肉厚は、磁極の中央付近より肉厚が小さくなっている(図20参照)。   In the rotor 300 shown in FIG. 19, the shape of the permanent magnet 310 constituting one magnetic pole is a uniform thickness near the center of the magnetic pole, and the thickness near the magnetic pole is smaller than the thickness near the center of the magnetic pole. (See FIG. 20).

永久磁石310は、外周が円形状である。そして、永久磁石310の内周の磁極間付近を凹形状とすることで、磁極間付近の肉厚が小さくなっている。   The permanent magnet 310 has a circular outer periphery. And the thickness between the magnetic poles of the inner periphery of the permanent magnet 310 is made concave so that the thickness near the magnetic poles is reduced.

永久磁石310の肉厚が均一である部分は、表面の磁束密度分布は一定である。   In the portion where the thickness of the permanent magnet 310 is uniform, the magnetic flux density distribution on the surface is constant.

磁極両端(極間)において、永久磁石310の肉厚が薄くなることで、その部分の回転子表面の磁束密度は低くなる。   When the thickness of the permanent magnet 310 is reduced at both ends of the magnetic pole (between the poles), the magnetic flux density on the rotor surface at that portion is reduced.

そのため、図19に示す回転子300のような永久磁石310の形状にすることでも、回転子表面の磁束密度分布を磁極中心付近が平らな台形波状の分布波形を実現することができる。   Therefore, a trapezoidal distribution waveform in which the magnetic flux density distribution on the surface of the rotor is flat in the vicinity of the magnetic pole center can also be realized by forming a permanent magnet 310 like the rotor 300 shown in FIG.

図19に示す回転子300は、回転子表面の磁束密度分布波形を、永久磁石310の厚みで形成しており、永久磁石310各部の着磁状態は、ほぼ完全着磁とすることができる。そのため、電機子(固定子)側の磁束による不可逆減磁が生じにくく、同期電動機の特性の低下を抑えることができる。   In the rotor 300 shown in FIG. 19, the magnetic flux density distribution waveform on the rotor surface is formed by the thickness of the permanent magnet 310, and the magnetized state of each part of the permanent magnet 310 can be almost completely magnetized. Therefore, irreversible demagnetization due to the magnetic flux on the armature (stator) side is unlikely to occur, and deterioration of the characteristics of the synchronous motor can be suppressed.

図19に示す回転子300のように、永久磁石310の形状をリング形状とする場合、バックヨーク330外周の形状と永久磁石310の内径形状をあわせる必要がある。別部品を接着等により組立、固定をするのは、作業性が悪くなることがある。この場合、永久磁石310を比較的形状の自由度が高いボンド磁石とすることで加工性を向上することができる。   When the shape of the permanent magnet 310 is a ring shape as in the rotor 300 shown in FIG. 19, it is necessary to match the shape of the outer periphery of the back yoke 330 and the inner diameter shape of the permanent magnet 310. Assembling and fixing other parts by bonding or the like may deteriorate the workability. In this case, workability can be improved by making the permanent magnet 310 a bond magnet having a relatively high degree of freedom in shape.

また、永久磁石310をバックヨーク330と一体成形を行うことによっても、生産性を改善することが可能である。   Also, productivity can be improved by integrally molding the permanent magnet 310 with the back yoke 330.

また、バックヨーク330を電磁鋼板等の鋼材で構成する場合、ボンド磁石との線膨張係数の違いから、使用環境の温度変化によって、永久磁石310に割れを生じる可能性があるため、磁極間の肉厚を薄くすることが困難となる。   Further, when the back yoke 330 is made of a steel material such as an electromagnetic steel plate, the permanent magnet 310 may be cracked due to a temperature change in the usage environment due to a difference in linear expansion coefficient from the bonded magnet. It becomes difficult to reduce the wall thickness.

高価な希土類の永久磁石を用いる場合、磁石肉厚を薄くして、使用量を減らす場合が多く、使用環境の変化に対しては、さらに厳しい条件となる。   In the case of using an expensive rare earth permanent magnet, the magnet thickness is often reduced to reduce the amount of use, and the conditions are more severe with respect to changes in the usage environment.

これに対して、バックヨーク330を磁性粉末(磁性材料の一例)を混合した樹脂材料で構成して、互いの線膨張係数を近づけることで、永久磁石310の割れを防止することが可能となる。   On the other hand, it is possible to prevent the permanent magnet 310 from cracking by configuring the back yoke 330 with a resin material mixed with magnetic powder (an example of a magnetic material) and bringing the coefficients of linear expansion close to each other. .

図21、図22により変形例の回転子400について説明する。変形例の回転子400も、回転子表面に永久磁石410を配しており、内部には磁性体のバックヨーク430を配置する。そして、回転子400の略略中央部に、回転軸320を有する。   A modified rotor 400 will be described with reference to FIGS. The rotor 400 of the modification also has a permanent magnet 410 disposed on the rotor surface, and a magnetic back yoke 430 is disposed inside. A rotating shaft 320 is provided at substantially the center of the rotor 400.

1磁極を構成する永久磁石410の形状は、磁極中心付近は均一の磁石肉厚で円弧形状である。   The shape of the permanent magnet 410 constituting one magnetic pole is an arc shape with a uniform magnet thickness near the magnetic pole center.

永久磁石410は、磁極間に近づくにつれて肉厚が薄くなり、回転子外周が小さくなる、言い換えれば、回転子外周に窪みを持った形状となっている(磁極毎に別々の永久磁石で構成する場合は、両側をカットした形状となる)。   The permanent magnet 410 becomes thinner as it gets closer to the gap between the magnetic poles, and the outer circumference of the rotor becomes smaller. In other words, the permanent magnet 410 has a shape with a depression on the outer circumference of the rotor (configured with separate permanent magnets for each magnetic pole). In the case, the shape is cut on both sides).

磁極の中央付近は、永久磁石410の肉厚、空隙が均一であるため、回転子表面の磁束密度は同一である。   Near the center of the magnetic pole, the permanent magnet 410 has a uniform thickness and air gap, so that the magnetic flux density on the rotor surface is the same.

磁極間に近づくと、永久磁石410の肉厚は薄く、空隙(電機子(固定子)と回転子との間の空間)が広くなり、表面の磁束密度は徐々に減少してゆく。これによって、回転子400の表面磁束密度分布の波形は、磁極中央付近は平らで、台形波のような形状となる。   When approaching between the magnetic poles, the thickness of the permanent magnet 410 is thin, the air gap (the space between the armature (stator) and the rotor) becomes wider, and the magnetic flux density on the surface gradually decreases. As a result, the surface magnetic flux density distribution waveform of the rotor 400 is flat near the center of the magnetic pole and has a shape like a trapezoidal wave.

即ち、永久磁石310は、内周が円形状である。そして、永久磁石310の外周の磁極間付近を凹形状とすることで、磁極間付近の肉厚が小さくなっている。   That is, the permanent magnet 310 has a circular inner periphery. And the thickness between the magnetic poles of the outer periphery of the permanent magnet 310 is made concave so that the thickness near the magnetic poles is reduced.

この形状場合、バックヨーク430の外周形状および、永久磁石410の内周形状は円となるため、比較的加工性、組立性が良い。   In this shape, the outer peripheral shape of the back yoke 430 and the inner peripheral shape of the permanent magnet 410 are circular, so that the workability and assemblability are relatively good.

以上、12スロット10極の同期電動機について説明したが、12スロット10極も含めて12nスロット10n極(nは自然数)のものが、本実施の形態の対象となる。   Although the 12-slot 10-pole synchronous motor has been described above, the 12n-slot 10n-pole (n is a natural number) including the 12-slot 10-pole is the target of this embodiment.

本発明の活用例として、送風機に用いられる同期電動機への適用が可能である。   As an application example of the present invention, application to a synchronous motor used in a blower is possible.

100 同期電動機、200 回転子、210 永久磁石、220 回転軸、230 バックヨーク、300 回転子、310 永久磁石、320 回転軸、330 バックヨーク、400 回転子、410 永久磁石、420 回転軸、430 バックヨーク、500 同期電動機、600 回転子、610 永久磁石。   100 synchronous motor, 200 rotor, 210 permanent magnet, 220 rotating shaft, 230 back yoke, 300 rotor, 310 permanent magnet, 320 rotating shaft, 330 back yoke, 400 rotor, 410 permanent magnet, 420 rotating shaft, 430 back Yoke, 500 synchronous motor, 600 rotor, 610 permanent magnet.

Claims (10)

3相12nスロット10n極(nは自然数)の同期電動機の回転子において、
回転子表面の磁束密度分布が、磁極中心付近が平坦で、この平坦部から極間に向かって磁束密度が小さくなる波形であり、
前記磁極中心付近の平坦部の周方向幅を、電気角で45°〜125°とし、
前記磁極中心付近の平坦部の周方向幅を、電気角で45°以上とすることにより、回転子表面の磁束密度分布波形の振幅よりも、誘起電圧に含まれる1次成分の振幅を大きくし、
前記磁極中心付近の平坦部の周方向幅を、電気角で125°以下とすることにより、誘起電圧歪み率を1%未満にすることを特徴とする同期電動機の回転子。
In the rotor of a three-phase 12n slot 10n pole (n is a natural number) synchronous motor,
The magnetic flux density distribution on the rotor surface is a waveform in which the vicinity of the magnetic pole center is flat, and the magnetic flux density decreases from this flat part toward the poles.
The circumferential width of the flat portion near the magnetic pole center is set to 45 ° to 125 ° in electrical angle ,
By setting the circumferential width of the flat portion near the magnetic pole center to 45 ° or more in electrical angle, the amplitude of the primary component included in the induced voltage is made larger than the amplitude of the magnetic flux density distribution waveform on the rotor surface. ,
The synchronous motor rotor , wherein the induced voltage distortion rate is less than 1% by setting the circumferential width of the flat portion near the magnetic pole center to be 125 ° or less in electrical angle .
永久磁石を前記回転子表面に配置し、前記永久磁石の肉厚は磁極全体で略均一であり、着磁により前記回転子表面の磁束密度分布を、磁極中心付近が平坦で極間に向かって磁束密度が小さくなる波形にすることを特徴とする請求項1記載の同期電動機の回転子。   A permanent magnet is disposed on the surface of the rotor, and the thickness of the permanent magnet is substantially uniform over the entire magnetic pole. By magnetization, the magnetic flux density distribution on the surface of the rotor is flat and the vicinity of the center of the magnetic pole is flat and between the poles. 2. The rotor of a synchronous motor according to claim 1, wherein the magnetic flux density is reduced to a waveform. 永久磁石を回転子表面に配置し、前記永久磁石の肉厚が磁極の中心付近で均一であり、隣り合う磁極の境界付近の肉厚が磁極中心付近よりも薄くなっていることを特徴とする請求項1記載の同期電動機の回転子。   A permanent magnet is disposed on the rotor surface, and the thickness of the permanent magnet is uniform near the center of the magnetic pole, and the thickness near the boundary between adjacent magnetic poles is thinner than the vicinity of the magnetic pole center. The rotor of the synchronous motor according to claim 1. 前記永久磁石は、外周が円形状で、内周の磁極間付近が凹形状に構成されることを特徴とする請求項3記載の同期電動機の回転子。   The synchronous motor rotor according to claim 3, wherein the permanent magnet has a circular outer periphery and a concave shape in the vicinity of the inner peripheral magnetic pole. 前記永久磁石は、内周が円形状で、外周の磁極間付近が凹形状に構成されることを特徴とする請求項3記載の同期電動機の回転子。   4. The rotor of a synchronous motor according to claim 3, wherein the permanent magnet has a circular inner periphery and a concave portion between the outer peripheral magnetic poles. 前記永久磁石に、希土類の永久磁石を用いることを特徴とする請求項2乃至5のいずれかに記載の同期電動機の回転子。   6. The synchronous motor rotor according to claim 2, wherein a rare earth permanent magnet is used as the permanent magnet. 前記永久磁石に、ボンド磁石を用いることを特徴とする請求項2乃至5のいずれかに記載の同期電動機の回転子。   The synchronous motor rotor according to claim 2, wherein a bonded magnet is used as the permanent magnet. 前記永久磁石が表面に設けられるバックヨークを備え、前記バックヨークを磁性材料を含む樹脂材料で構成することを特徴とする請求項2乃至7のいずれかに記載の同期電動機の回転子。   The synchronous motor rotor according to any one of claims 2 to 7, wherein the permanent magnet includes a back yoke provided on a surface thereof, and the back yoke is made of a resin material containing a magnetic material. 前記永久磁石を、前記バックヨークと一体成形により構成することを特徴とする請求項8記載の同期電動機の回転子。   The synchronous motor rotor according to claim 8, wherein the permanent magnet is formed integrally with the back yoke. 請求項1乃至9のいずれかに記載の同期電動機の回転子を用いることを特徴とする同期電動機。 A synchronous motor using the rotor of the synchronous motor according to claim 1.
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