JP5511921B2 - Electric motor, blower and compressor - Google Patents

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Description

この発明は、電動機に関する。具体的には、永久磁石埋込型電動機の回転子の永久磁石端部空隙及びスリット並びに固定子の形状に関する。また、その電動機を用いる送風機及び圧縮機に関する。   The present invention relates to an electric motor. Specifically, the present invention relates to the shape of the permanent magnet end gap and slit of the rotor of the embedded permanent magnet electric motor and the stator. Moreover, it is related with the air blower and compressor which use the electric motor.

一般にブラシレスDCモータの低速時のトルクリプルは、回転子に設けられた磁石が発生する界磁磁束に起因したコギングトルクが支配的である。   In general, the torque ripple at the low speed of a brushless DC motor is dominated by cogging torque caused by field magnetic flux generated by a magnet provided in the rotor.

コギングトルクは、ブラシレスDCモータの回転子の一回転当たり、回転子の極数と固定子のスロット数との最小公倍数で変動する基本波成分を有する。また、コギングトルクは更に高次の周波数成分も有する。   The cogging torque has a fundamental wave component that varies with the least common multiple of the number of poles of the rotor and the number of slots of the stator per rotation of the rotor of the brushless DC motor. The cogging torque also has higher frequency components.

従来、回転子の界磁磁石の中央部へと向かって延びる空隙の先端の周方向に拡がる角度を所定の角度とすることにより、コギングトルクを低減する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, a technique for reducing cogging torque has been proposed by setting a predetermined angle to the circumferential direction of the tip of the air gap extending toward the center of the field magnet of the rotor (for example, Patent Documents). 1).

特開2008−61444号公報JP 2008-61444 A 国際公開第2008/105049号International Publication No. 2008/105049 特開平11−46464号公報JP 11-46464 A 米国特許第6717314号明細書US Pat. No. 6,717,314 特開2004−180460号公報JP 2004-180460 A 特開2002−369481号公報JP 2002-369482 A 特開2004−236431号公報JP 2004-236431-A

コギングトルクは回転子の形状と固定子の形状から発生するものであり、前記特許文献1に記載された回転子の形状では、固定子形状との関係が示されておらず、固定子形状が変化した時の回転子の適正な形状が示されていなかった。   The cogging torque is generated from the shape of the rotor and the shape of the stator. In the shape of the rotor described in Patent Document 1, the relationship with the shape of the stator is not shown. The proper shape of the rotor when changed was not shown.

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、固定子形状と回転子形状の関係を明確にして、コギングトルクを低減することができる電動機及びその電動機を用いる送風機及び圧縮機を提供する。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems. An electric motor capable of reducing the cogging torque by clarifying the relationship between the stator shape and the rotor shape, and the blower and the compression using the electric motor. Provide a machine.

この発明に係る電動機は、
所定の形状に打ち抜いた電磁鋼板を所定枚数積層して構成され、外周のコアバックから内側に向かって放射状に略等間隔に延びる複数のティースを有する固定子鉄心と、
前記固定子鉄心の内側に配置され、所定の形状に打ち抜いた電磁鋼板を所定枚数積層して構成される回転子鉄心であって、外周縁に沿って周方向に複数の磁石挿入穴が形成された回転子鉄心と、
各磁石挿入穴に1個ずつ挿入される8個以上の永久磁石とを備え、
各磁石挿入穴の外側において、各磁石挿入穴の周方向両端部から極中心に向かって周方向に延びる空隙が設けられ、
極間を間にして隣接する各二つの磁石挿入穴の互いに近接する側の二つの空隙の極中心側端部と前記回転子鉄心の中心とを結ぶ二つの直線のなす角度をθ1、各ティースの両端の周方向先端部と前記固定子鉄心の中心点とを結ぶ二つの直線のなす角度をθ4とするとき、
θ4<θ1
の関係を満たし、
前記固定子鉄心が有するティースの数が、極数×3個である。
The electric motor according to this invention is
A stator core having a plurality of teeth that are configured by laminating a predetermined number of electromagnetic steel sheets punched into a predetermined shape and extending radially at equal intervals from the outer core back, and
A rotor core that is arranged inside the stator core and is formed by laminating a predetermined number of electromagnetic steel sheets punched into a predetermined shape, and a plurality of magnet insertion holes are formed in the circumferential direction along the outer peripheral edge. Rotor core,
8 or more permanent magnets inserted one by one in each magnet insertion hole,
On the outside of each magnet insertion hole, a gap extending in the circumferential direction from the circumferential end of each magnet insertion hole toward the pole center is provided,
The angle formed by two straight lines connecting the ends of two gaps adjacent to each other between the two magnet insertion holes adjacent to each other between the poles and the center of the rotor core is θ1, and each tooth When the angle formed by two straight lines connecting the circumferential tip of both ends of the core and the center point of the stator core is θ4,
θ4 <θ1
Satisfy the relationship
The number of teeth of the stator core is the number of poles × 3.

この発明に係る電動機は、極間を間にして隣接する二つの磁石挿入穴の互いに近接する側の二つの空隙の極中心側端部と回転子鉄心の中心とを結ぶ二つの直線のなす角度をθ1、ティース12の両端の周方向先端部12bと固定子鉄心11の中心点(回転子鉄心21の中心と一致する)とを結ぶ二つの直線のなす角度をθ4とするとき、θ4<θ1の関係を満たすことにより、永久磁石から発生した磁束は、固定子のティースの先端部から隣接する永久磁石に入り込む漏れ磁束を防ぐ効果がある。それにより有効に使用できる磁束が増え、誘起電圧が向上しトルク向上につなげることができる。   The electric motor according to the present invention is an angle formed by two straight lines connecting the pole center side ends of the two gaps adjacent to each other between the two magnet insertion holes adjacent to each other between the poles and the center of the rotor core. Is θ1, and the angle formed by two straight lines connecting the circumferential tip 12b at both ends of the tooth 12 and the center point of the stator core 11 (which coincides with the center of the rotor core 21) is θ4 <θ1 By satisfying this relationship, the magnetic flux generated from the permanent magnet has an effect of preventing leakage magnetic flux entering the adjacent permanent magnet from the tip of the stator teeth. As a result, the magnetic flux that can be effectively used is increased, the induced voltage is improved, and the torque can be improved.

実施の形態1を示す図で、電動機100の横断面図。FIG. 3 shows the first embodiment and is a cross-sectional view of the electric motor 100. 実施の形態1を示す図で、固定子10の横断面図。FIG. 5 shows the first embodiment, and is a cross-sectional view of the stator 10. 図2の部分拡大図。The elements on larger scale of FIG. 実施の形態1を示す図で、回転子20の横断面図。FIG. 3 shows the first embodiment, and is a cross-sectional view of the rotor 20. 図4の部分拡大図。The elements on larger scale of FIG. 図5から永久磁石22を省いた部分拡大図。The elements on larger scale which omitted the permanent magnet 22 from FIG. 実施の形態1を示す図で、各部の角度を定義した電動機100の横断面図。FIG. 5 shows the first embodiment, and is a cross-sectional view of the electric motor 100 in which angles of respective parts are defined. 実施の形態1を示す図で、変形例の電動機200の横断面図。Fig. 5 shows the first embodiment, and is a cross-sectional view of a modified example of the electric motor 200. 実施の形態1を示す図で、変形例の電動機200の回転子30の横断面図。Fig. 5 shows the first embodiment, and is a cross-sectional view of a rotor 30 of a motor 200 according to a modification. 図9の部分拡大図。The elements on larger scale of FIG. 図10から永久磁石22を省いた部分拡大図。The elements on larger scale which omitted the permanent magnet 22 from FIG. 比較のために示す図で、空隙のない電動機300の横断面図。It is a figure shown for a comparison and the cross-sectional view of the electric motor 300 without a space | gap. 比較のために示す図で、空隙のない電動機300の回転子40の横断面図。It is a figure shown for a comparison and is a cross-sectional view of the rotor 40 of the electric motor 300 without a gap. 図13の部分拡大図。The elements on larger scale of FIG. 図14から永久磁石22を省いた部分拡大図。The elements on larger scale which omitted the permanent magnet 22 from FIG.

実施の形態1.
図1乃至図11は実施の形態1を示す図で、図1は電動機100の横断面図、図2は固定子10の横断面図、図3は図2の部分拡大図、図4は回転子20の横断面図、図5は図4の部分拡大図、図6は永久磁石22を省いた回転子20の部分拡大図、図7は各部の角度を定義した電動機100の横断面図、図8は変形例の電動機200の横断面図、図9は変形例の電動機200の回転子30の横断面図、図10は図9の部分拡大図、図11は図10から永久磁石22を省いた部分拡大図である。
Embodiment 1 FIG.
1 to 11 show the first embodiment. FIG. 1 is a transverse sectional view of the electric motor 100, FIG. 2 is a transverse sectional view of the stator 10, FIG. 3 is a partially enlarged view of FIG. FIG. 5 is a partially enlarged view of FIG. 4, FIG. 6 is a partially enlarged view of the rotor 20 with the permanent magnets 22 omitted, and FIG. 7 is a transverse sectional view of the electric motor 100 in which the angles of the respective parts are defined. 8 is a cross-sectional view of a modified electric motor 200, FIG. 9 is a cross-sectional view of a rotor 30 of the modified electric motor 200, FIG. 10 is a partially enlarged view of FIG. 9, and FIG. FIG.

図12乃至図15は比較のために示す図で、図12は空隙のない電動機300の横断面図、図13は空隙のない電動機300の回転子40の横断面図、図14は図13の部分拡大図、図15は図14から永久磁石22を省いた部分拡大図である。   12 to 15 are diagrams for comparison, FIG. 12 is a cross-sectional view of the motor 300 without a gap, FIG. 13 is a cross-sectional view of the rotor 40 of the motor 300 without a gap, and FIG. FIG. 15 is a partially enlarged view in which the permanent magnet 22 is omitted from FIG.

図1を参照しながら、永久磁石埋込型電動機を例に電動機100の構成を説明する。   With reference to FIG. 1, the configuration of the electric motor 100 will be described taking a permanent magnet embedded electric motor as an example.

電動機100は、固定子10と、回転子20とを備える。   The electric motor 100 includes a stator 10 and a rotor 20.

図2にも参照しながら、固定子10の構成を説明する。固定子10は、少なくとも固定子鉄心11と固定子巻線(図示せず)とを備える。   The configuration of the stator 10 will be described with reference to FIG. The stator 10 includes at least a stator core 11 and a stator winding (not shown).

固定子鉄心11は、厚さ0.1〜1.0mm程度の薄い電磁鋼板を一枚一枚所定の形状に打ち抜いて、所定の枚数を積層することで構成される。   The stator core 11 is configured by punching thin electromagnetic steel sheets having a thickness of about 0.1 to 1.0 mm into a predetermined shape one by one and laminating a predetermined number.

固定子鉄心11は、略肉厚の円筒形である。外周にリング状のコアバック14を有し、このコアバック14から内側に向かって放射状にティース12が円周方向に略等間隔に延びている。ティース12の幅(円周方向)は、略同等である。ここでは、12個のティース12の例を示す。但し、ティース12の数は、12個に限定されない。   The stator core 11 has a substantially thick cylindrical shape. A ring-shaped core back 14 is provided on the outer periphery, and teeth 12 extend radially inward from the core back 14 at substantially equal intervals in the circumferential direction. The width (circumferential direction) of the teeth 12 is substantially the same. Here, an example of 12 teeth 12 is shown. However, the number of teeth 12 is not limited to twelve.

ティース12の先端部12a(回転子20側)は、その両端が円周方向に傘状に延びている。ティース12の先端部12aの円周方向の両端部を、周方向先端部12bと呼ぶ。   Both ends of the tip 12a (rotor 20 side) of the tooth 12 extend in an umbrella shape in the circumferential direction. Both ends in the circumferential direction of the tip 12a of the tooth 12 are referred to as a circumferential tip 12b.

固定子鉄心11の中心点と、ティース12の両端の周方向先端部12bとを結ぶ二つの直線のなす角度をθ4とする。   An angle formed by two straight lines connecting the center point of the stator core 11 and the circumferential tips 12b at both ends of the teeth 12 is defined as θ4.

ティース12の間の空間をスロット13と呼ぶ。スロット13の数は、ティース12の数と同じ12個である。ティース12の幅(円周方向)が略同等であるから、スロット13の幅は、コアバック14に向かって徐々に大きくなっている。   A space between the teeth 12 is referred to as a slot 13. The number of slots 13 is twelve, which is the same as the number of teeth 12. Since the width (circumferential direction) of the teeth 12 is substantially equal, the width of the slot 13 gradually increases toward the core back 14.

スロット13の内径には、開口部となるスロットオープニング15が設けられる。このスロットオープニング15から巻線がスロット13に挿入される。   A slot opening 15 serving as an opening is provided on the inner diameter of the slot 13. A winding is inserted into the slot 13 from the slot opening 15.

スロットオープニング15は隣接するティース12の周方向先端部12bの間の部分である。   The slot opening 15 is a portion between the circumferential tips 12b of adjacent teeth 12.

通常、三相の巻線が、集中巻又は分布巻で絶縁部材(図示せず)を介して施される。   Usually, a three-phase winding is applied via an insulating member (not shown) in concentrated winding or distributed winding.

図1、図4〜図6を参照しながら、回転子20の構成を説明する。回転子20は、少なくとも回転子鉄心21と永久磁石22とを備える。   The configuration of the rotor 20 will be described with reference to FIGS. 1 and 4 to 6. The rotor 20 includes at least a rotor core 21 and a permanent magnet 22.

回転子20は、円筒状で中央部に軸孔(図示せず)を有する回転子鉄心21、永久磁石22及び永久磁石22の抜け止め用の端板(図示せず)等で構成される。永久磁石22を挿入した回転子鉄心21の軸方向両端に端板を配置し、全体を例えばリベット(図示せず)等により固定する。   The rotor 20 is composed of a rotor core 21 having a cylindrical shape and a shaft hole (not shown) in the center, a permanent magnet 22, an end plate (not shown) for preventing the permanent magnet 22 from coming off. End plates are arranged at both axial ends of the rotor core 21 with the permanent magnets 22 inserted therein, and the whole is fixed by, for example, rivets (not shown).

回転子鉄心21も、固定子鉄心11と同様、厚さ0.1〜1.0mm程度の薄い電磁鋼板を一枚一枚所定の形状に打ち抜いて、所定の枚数を積層することで構成される。   Similarly to the stator core 11, the rotor core 21 is formed by punching thin electromagnetic steel sheets having a thickness of about 0.1 to 1.0 mm into a predetermined shape one by one and laminating a predetermined number. .

回転子20は、永久磁石22を4個備える4極のものである。回転子鉄心21の外周縁に沿って円周方向に長く形成される磁石挿入穴23(特に図6を参照)を永久磁石22の数(4個)だけ備える。   The rotor 20 is a four-pole one having four permanent magnets 22. The number of permanent magnets 22 (four) is provided with magnet insertion holes 23 (particularly refer to FIG. 6) that are long in the circumferential direction along the outer peripheral edge of the rotor core 21.

永久磁石22は、断面が長方形の平板形状のものである。磁石挿入穴23の周方向の長さは、永久磁石22の周方向の長さよりも長い。そのため、永久磁石22を磁石挿入穴23に挿入すると、永久磁石22の周方向両側に空隙が残る。この部分を、漏れ磁束抑制穴23aと定義する(図6参照)。   The permanent magnet 22 is a flat plate having a rectangular cross section. The circumferential length of the magnet insertion hole 23 is longer than the circumferential length of the permanent magnet 22. Therefore, when the permanent magnet 22 is inserted into the magnet insertion hole 23, a gap remains on both sides of the permanent magnet 22 in the circumferential direction. This portion is defined as a leakage flux suppressing hole 23a (see FIG. 6).

磁石挿入穴23の漏れ磁束抑制穴23aは、極間における永久磁石22の漏れ磁束を抑制するために設けられる。   The leakage magnetic flux suppression hole 23a of the magnet insertion hole 23 is provided to suppress the leakage magnetic flux of the permanent magnet 22 between the poles.

尚、参考のため図6では、永久磁石22を破線で示している。   For reference, the permanent magnet 22 is indicated by a broken line in FIG.

回転子鉄心21は、さらに以下に示す要素を備える。
(1)磁石挿入穴23の漏れ磁束抑制穴23aから、磁石挿入穴23の外側において極中心に向かって周方向に延びる空隙24(長穴形状);
(2)永久磁石22の外側の鉄心部分に、略径方向に形成される複数のスリット25(ここでは、1極当たり2個)。スリット25は、極中心に対して対称に設けられる。但し、スリット25は、極中心に対して対称でなくてもよい。
The rotor core 21 further includes the following elements.
(1) A gap 24 (long hole shape) extending from the leakage magnetic flux suppression hole 23a of the magnet insertion hole 23 in the circumferential direction toward the pole center outside the magnet insertion hole 23;
(2) A plurality of slits 25 (here, two per pole) formed in a substantially radial direction in the iron core portion outside the permanent magnet 22. The slit 25 is provided symmetrically with respect to the pole center. However, the slit 25 may not be symmetric with respect to the pole center.

図5、図6に示す例では、磁石挿入穴23の漏れ磁束抑制穴23aは、極中心に向かって周方向に延びる空隙24の一部と定義する。   In the example shown in FIGS. 5 and 6, the leakage flux suppressing hole 23 a of the magnet insertion hole 23 is defined as a part of the gap 24 extending in the circumferential direction toward the pole center.

次に、図7を用いて、各部の角度の定義を行う。
(1)極間を間にして隣接する二つの磁石挿入穴23の互いに近接する側の二つの空隙24の極中心側端部24a(図6参照)と回転子鉄心21の中心とを結ぶ二つの直線のなす角度をθ1とする;
(2)それぞれの極において、空隙24の極中心側端部24aと近接するスリット25の該空隙24側の外側の端部25aと回転子鉄心21の中心とを結ぶ二つの直線のなす角度をθ2とする;
(3)磁石挿入穴23の両端部に存在する空隙24の周方向両端部と回転子鉄心21の中心とを結ぶ二つの直線のなす角度をθ3とする;
(4)ティース12の両端の周方向先端部12bと固定子鉄心11の中心点(回転子鉄心21の中心と一致する)とを結ぶ二つの直線のなす角度をθ4とする。
Next, the angle of each part is defined using FIG.
(1) Two connecting the pole center side end portions 24a (see FIG. 6) of the two gaps 24 adjacent to each other between the two adjacent magnet insertion holes 23 with the poles in between, and the center of the rotor core 21. The angle formed by two straight lines is θ1;
(2) In each pole, an angle formed by two straight lines connecting the end 25a on the pole center side of the gap 24 and the outer end 25a on the gap 24 side of the slit 25 adjacent to the center of the rotor core 21. θ2;
(3) An angle formed by two straight lines connecting the circumferential ends of the gap 24 existing at both ends of the magnet insertion hole 23 and the center of the rotor core 21 is θ3;
(4) An angle formed by two straight lines connecting the circumferential tip 12b at both ends of the tooth 12 and the center point of the stator core 11 (coincident with the center of the rotor core 21) is θ4.

θ4<θ1、θ4>θ2とすることによりコギングトルクの低減と誘起電圧の向上が可能である。これについて、以下詳しく説明する。   By setting θ4 <θ1 and θ4> θ2, cogging torque can be reduced and induced voltage can be improved. This will be described in detail below.

或る永久磁石22から発生する磁束は、固定子10を通って隣接する極の永久磁石22を通り、もとの磁束を発生した永久磁石22に戻るようなループを形成している。   A magnetic flux generated from a certain permanent magnet 22 forms a loop that passes through the stator 10 through the adjacent permanent magnet 22 and returns to the permanent magnet 22 that generated the original magnetic flux.

また、永久磁石22から発生する有効な磁束は、固定子10を通って巻線(図示せず)に鎖交する磁束であり、固定子10の巻線に鎖交しない磁束は電動機100が発生するトルクには寄与しない。つまり、永久磁石22の磁束を有効に使用するためには、できるだけ固定子10の巻線に永久磁石22の磁束が鎖交するような回転子20形状が必要である。   Further, the effective magnetic flux generated from the permanent magnet 22 is a magnetic flux that is linked to the winding (not shown) through the stator 10, and the magnetic flux that is not linked to the winding of the stator 10 is generated by the motor 100. Does not contribute to torque. That is, in order to use the magnetic flux of the permanent magnet 22 effectively, the rotor 20 shape is required so that the magnetic flux of the permanent magnet 22 is linked to the winding of the stator 10 as much as possible.

θ4<θ1の関係にすることにより、永久磁石22から発生した磁束は、固定子10のティース12の先端部12aから隣接する永久磁石22に入り込む漏れ磁束を防ぐ効果がある。   By having a relationship of θ4 <θ1, the magnetic flux generated from the permanent magnet 22 has an effect of preventing leakage magnetic flux entering the adjacent permanent magnet 22 from the tip 12a of the teeth 12 of the stator 10.

磁石挿入穴23の漏れ磁束抑制穴23aを含む空隙24を設け、θ4<θ1の関係にすることにより、有効に使用できる磁束が増え、誘起電圧が向上し、トルク向上につなげることができる。   By providing the gap 24 including the leakage magnetic flux suppression hole 23a of the magnet insertion hole 23 and making the relationship θ4 <θ1, the magnetic flux that can be used effectively increases, the induced voltage is improved, and the torque can be improved.

比較のために、図12乃至図15に空隙24がなくθ4≧θ1の関係にある電動機300及び回転子40を示す。   For comparison, FIGS. 12 to 15 show an electric motor 300 and a rotor 40 that have no gap 24 and have a relationship of θ4 ≧ θ1.

図12乃至図15に示す電動機300は、図1乃至図7に示す電動機100のように磁石挿入穴23の漏れ磁束抑制穴23aから、極中心に向かって周方向に延びる空隙24(長穴形状)を持たない。   The electric motor 300 shown in FIG. 12 to FIG. 15 is similar to the electric motor 100 shown in FIG. 1 to FIG. 7 from the leakage magnetic flux suppression hole 23a of the magnet insertion hole 23. )

電動機300の固定子10は、図1に示すものと同じであるが、回転子40が異なる。回転子40は、磁石挿入穴23の漏れ磁束抑制穴23aから、極中心に向かって周方向に延びる空隙24(長穴形状)を持たない。   The stator 10 of the electric motor 300 is the same as that shown in FIG. 1, but the rotor 40 is different. The rotor 40 does not have the air gap 24 (long hole shape) extending in the circumferential direction from the leakage flux suppressing hole 23a of the magnet insertion hole 23 toward the pole center.

回転子40の場合のθ1(図13)は、極間を間にして隣接する二つの磁石挿入穴23の互いに近接する側の二つの磁石挿入穴23の漏れ磁束抑制穴23aの永久磁石22側の外側の端部23b(図15参照)と回転子40の中心とを通る二つの直線のなす角度となる。   Θ1 (FIG. 13) in the case of the rotor 40 is the permanent magnet 22 side of the leakage flux suppressing hole 23a of the two magnet insertion holes 23 adjacent to each other of the two magnet insertion holes 23 adjacent to each other with the poles in between. Is an angle formed by two straight lines passing through the outer end 23b (see FIG. 15) and the center of the rotor 40.

ティース12の両端の周方向先端部12bと固定子鉄心11の中心点(回転子鉄心21の中心と一致する)とを結ぶ二つの直線のなす角度θ4とθ1との関係は、回転子40の場合は、θ4≧θ1となる。   The relationship between the angles θ4 and θ1 formed by two straight lines connecting the circumferential tip 12b at both ends of the tooth 12 and the center point of the stator core 11 (coincident with the center of the rotor core 21) is as follows. In this case, θ4 ≧ θ1.

そのため、永久磁石22から発生した磁束は、図12の矢印で示すように流れる。即ち、永久磁石22から発生した磁束は、固定子10のティース12の先端部12aに入り込み、隣り合う永久磁石22に戻る経路が存在する。このように、回転子40が、磁石挿入穴23の漏れ磁束抑制穴23aから、極中心に向かって周方向に延びる空隙24(長穴形状)を持たないため、固定子10のティース12の先端部12aから隣接する永久磁石22に漏れる磁束が増えるため、永久磁石22の磁束を有効に使用することができない。   Therefore, the magnetic flux generated from the permanent magnet 22 flows as shown by the arrows in FIG. That is, there is a path in which the magnetic flux generated from the permanent magnet 22 enters the tip end portion 12 a of the tooth 12 of the stator 10 and returns to the adjacent permanent magnet 22. Thus, since the rotor 40 does not have the gap 24 (long hole shape) extending in the circumferential direction from the leakage magnetic flux suppression hole 23a of the magnet insertion hole 23 toward the pole center, the tip of the teeth 12 of the stator 10 Since the magnetic flux leaking from the portion 12a to the adjacent permanent magnet 22 increases, the magnetic flux of the permanent magnet 22 cannot be used effectively.

それに対し、図1乃至図7に示す電動機100は、回転子40が磁石挿入穴23の漏れ磁束抑制穴23aから、極中心に向かって周方向に延びる空隙24(長穴形状)を有し、且つ極間を間にして隣接する二つの磁石挿入穴23の互いに近接する側の二つの空隙24の極中心側端部24a(図6参照)と回転子鉄心21の中心とを結ぶ二つの直線のなす角度をθ1、ティース12の両端の周方向先端部12bと固定子鉄心11の中心点(回転子鉄心21の中心と一致する)とを結ぶ二つの直線のなす角度をθ4とするとき、θ4<θ1の関係を満たすことにより、固定子10のティース12の先端部12aを経由して隣り合う永久磁石22に漏れる磁束が少なくなるため、有効に永久磁石22の磁束を使用することが可能となる。   On the other hand, the electric motor 100 shown in FIGS. 1 to 7 has a gap 24 (long hole shape) in which the rotor 40 extends in the circumferential direction from the leakage flux suppressing hole 23a of the magnet insertion hole 23 toward the pole center. In addition, two straight lines connecting the pole center side end portions 24a (see FIG. 6) of the two gaps 24 adjacent to each other of the two adjacent magnet insertion holes 23 with the poles in between and the center of the rotor core 21. Is θ1, and the angle between two straight lines connecting the circumferential tip 12b at both ends of the tooth 12 and the center point of the stator core 11 (coincident with the center of the rotor core 21) is θ4. By satisfying the relationship of θ4 <θ1, the magnetic flux leaking to the adjacent permanent magnet 22 via the tip 12a of the teeth 12 of the stator 10 is reduced, so that the magnetic flux of the permanent magnet 22 can be used effectively. It becomes.

また、空隙24の極中心側端部24aと近接するスリット25の該空隙24側の外側の端部25aと回転子鉄心21の中心とを結ぶ二つの直線のなす角度θ2と、ティース12の両端の周方向先端部12bと固定子鉄心11の中心点(回転子鉄心21の中心と一致する)とを結ぶ二つの直線のなす角度θ4との関係を、θ4>θ2とすることにより、以下に示す効果がある。   Further, an angle θ2 formed by two straight lines connecting the end 25a of the slit 25 adjacent to the pole center side end 24a of the gap 24 and the outer end 25a on the gap 24 side and the center of the rotor core 21, and both ends of the teeth 12 The relationship between the angle θ4 formed by two straight lines connecting the circumferential tip 12b and the center point of the stator core 11 (coincident with the center of the rotor core 21) is θ4> θ2. There is an effect to show.

即ち、永久磁石22から発生する磁束を、固定子10のティース12の先端部12aより小さい部分に集約することができる。   That is, the magnetic flux generated from the permanent magnet 22 can be concentrated in a portion smaller than the tip 12a of the tooth 12 of the stator 10.

さらに、スリット25が複数あるため、永久磁石22から発生する磁束が集中する部分が複数存在することになる。この結果、仮想的に永久磁石22の数が多くなったことになり、コギングトルクの周波数成分を高次に移行することができる。   Furthermore, since there are a plurality of slits 25, there are a plurality of portions where the magnetic flux generated from the permanent magnet 22 is concentrated. As a result, the number of permanent magnets 22 is virtually increased, and the frequency component of cogging torque can be shifted to higher order.

コギングトルクの周波数成分が高次に移行され、さらに永久磁石22からの磁束が分散されて集中するため、脈動が小さくなり、コギングトルクの低減が可能である。   Since the frequency component of the cogging torque is shifted to higher order, and the magnetic flux from the permanent magnet 22 is dispersed and concentrated, the pulsation is reduced and the cogging torque can be reduced.

図1の電動機100の場合、4極12スロットであるから、コギングトルクは12次の成分が支配的となる。しかし、θ4>θ2とすることによりコギングトルクが高次に移行され、24次の成分が大きくなり、脈動が小さくなる。   In the case of the electric motor 100 of FIG. 1, since it has 4 poles and 12 slots, the cogging torque has a dominant 12th order component. However, by setting θ4> θ2, the cogging torque is shifted to the higher order, the 24th order component is increased, and the pulsation is reduced.

つまり、θ4<θ1、θ4>θ2とすることにより、誘起電圧の向上によるトルク増大とコギングトルク低減が可能となる。   That is, by setting θ4 <θ1 and θ4> θ2, it is possible to increase torque and reduce cogging torque by improving the induced voltage.

また、磁石挿入穴23の外周側の鉄心に形成されるスリット25の構成は、最も少ない本数は2本であり、スリット25を2本の構成にすることにより最も簡素な形状となるため、生産性が向上する形状となる。   In addition, the configuration of the slits 25 formed in the iron core on the outer peripheral side of the magnet insertion hole 23 is two, and the number of the slits 25 is two. The shape is improved.

磁石挿入穴23の外周側の鉄心に形成される2本のスリット25間の幅をAとし、Aをスロットオープニング15より大きくする。それにより、磁極中心がスロットオープニング15と一致した時でもかならずティースが幅A内に存在する。そのため、磁極中心がスロットオープニング15と一致した時でも、永久磁石22から2本のスリット25間(幅A)を通る磁束がティース12に流れやすくなり、永久磁石22の磁束を有効に使用することができる。   The width between the two slits 25 formed in the iron core on the outer peripheral side of the magnet insertion hole 23 is A, and A is larger than the slot opening 15. Thereby, even when the magnetic pole center coincides with the slot opening 15, the teeth are always present in the width A. Therefore, even when the magnetic pole center coincides with the slot opening 15, the magnetic flux passing between the two slits 25 (width A) from the permanent magnet 22 easily flows to the teeth 12, and the magnetic flux of the permanent magnet 22 is used effectively. Can do.

また、スリット25の形状が極中心線に対して斜めであると、鋭角部分ができるため、金型の打ち抜き性が低下してしまう。そのため、2本のスリット25を永久磁石22に対して略垂直に配置することにより、スリット25の鋭角部分がなくなり、金型の打ち抜き性が向上する。   Further, when the shape of the slit 25 is oblique with respect to the pole center line, an acute angle portion is formed, so that the punchability of the mold is deteriorated. Therefore, by arranging the two slits 25 substantially perpendicular to the permanent magnet 22, the acute angle portion of the slits 25 is eliminated, and the punchability of the mold is improved.

さらに、磁石挿入穴23の両端部に存在する空隙24の周方向両端部と回転子鉄心21の中心とを結ぶ二つの直線のなす角度θ3をスロットオープニング15より大きくすることにより、スロットオープニング15によるコギングトルクの脈動が抑えることが可能である。   Furthermore, by making the angle θ3 formed by two straight lines connecting the circumferential ends of the gap 24 existing at both ends of the magnet insertion hole 23 and the center of the rotor core 21 larger than the slot opening 15, the slot opening 15 Cogging torque pulsation can be suppressed.

コギングトルクはスロットオープニング15が存在するために発生するので、磁束が弱いθ3部分をスロットオープニングより大きくすることにより、θ2部分から極間部分までの磁束の変化が段階的に変化し、磁束の急激な変化が小さくなるため、スロットオープニングによるコギングトルクの脈動を抑えることが可能である。   Since the cogging torque is generated due to the presence of the slot opening 15, by making the θ3 portion where the magnetic flux is weaker than the slot opening, the change in the magnetic flux from the θ2 portion to the inter-pole portion changes stepwise, and the magnetic flux suddenly Therefore, the pulsation of the cogging torque due to the slot opening can be suppressed.

図8乃至図11により、変形例の電動機200について説明する。変形例の電動機200の固定子10は、図1乃至図7の電動機200と同じである。   A modified example of the electric motor 200 will be described with reference to FIGS. The stator 10 of the modified example of the electric motor 200 is the same as the electric motor 200 of FIGS. 1 to 7.

変形例の電動機200の回転子30は、図1乃至図7の電動機200の回転子20と異なる。変形例の電動機200の回転子30は、図11に示すように、磁石挿入穴23の漏れ磁束抑制穴23aから極中心に向かって周方向に延びる空隙24が、磁石挿入穴23の漏れ磁束抑制穴23aと分離して形成されている。   The rotor 30 of the electric motor 200 according to the modified example is different from the rotor 20 of the electric motor 200 shown in FIGS. As shown in FIG. 11, the rotor 30 of the electric motor 200 according to the modification has a gap 24 extending in the circumferential direction from the leakage flux suppressing hole 23 a of the magnet insertion hole 23 toward the pole center, thereby suppressing leakage flux of the magnet insertion hole 23. It is formed separately from the hole 23a.

空隙24と漏れ磁束抑制穴23aとを分離することにより、空隙24部付近の回転子30外周部の薄肉部26が分断され,遠心力などに対する強度が向上する。   By separating the gap 24 and the leakage flux suppressing hole 23a, the thin portion 26 on the outer periphery of the rotor 30 near the gap 24 is divided, and the strength against centrifugal force and the like is improved.

薄肉部26の径方向の寸法は、漏れ磁束を防ぐため、強度が十分確保可能でできるだけ薄く構成されることが多い。従って、空隙24と漏れ磁束抑制穴23aとを分離することにより、空隙24部付近の回転子30外周部の薄肉部26が分断されて薄肉部26の周方向の長さが短くなり強度が向上し、薄肉部26の径方向寸法を更に小さくする事が可能であり、漏れ磁束を低減することが可能である。   In order to prevent leakage magnetic flux, the dimension of the thin portion 26 in the radial direction is often configured as thin as possible with sufficient strength. Therefore, by separating the gap 24 and the leakage flux suppressing hole 23a, the thin portion 26 on the outer peripheral portion of the rotor 30 near the gap 24 portion is divided, and the circumferential length of the thin portion 26 is shortened and the strength is improved. In addition, the radial dimension of the thin portion 26 can be further reduced, and the leakage magnetic flux can be reduced.

図1の電動機100及び図8の電動機200は、12スロット4極のものであるが、スロットと極数の関係に関係なく本実施の形態は適用可能である。   The electric motor 100 in FIG. 1 and the electric motor 200 in FIG. 8 have 12 slots and 4 poles, but this embodiment can be applied regardless of the relationship between the slots and the number of poles.

最も有効に効果を発揮できるのは、固定子10のティース12の数を、極数×3×n(n=1、2、3・・・の自然数)とした時である。   The most effective effect can be obtained when the number of teeth 12 of the stator 10 is the number of poles × 3 × n (n = 1, 2, 3,... Natural number).

本実施の形態で示した12スロット4極の例は、n=1のときである。   The example of 12 slots and 4 poles shown in this embodiment is when n = 1.

固定子10のティース12の数を、極数×3×n(n=1、2、3・・・の自然数)本とすると、回転子20,30の極間が固定子10のティース12と対向するときに、全ての極間がティース12と対向する。従って、極間を間にして隣接する二つの磁石挿入穴23の互いに近接する側の二つの空隙24の極中心側端部24a(図6参照)と回転子鉄心21の中心とを結ぶ二つの直線のなす角度をθ1、ティース12の両端の周方向先端部12bと固定子鉄心11の中心点(回転子鉄心21の中心と一致する)とを結ぶ二つの直線のなす角度をθ4とするとき、θ4<θ1とすることにより、永久磁石22から発生した磁束に関し、固定子10のティース12の先端部12aから隣接する永久磁石22に入り込む漏れ磁束を防ぐ効果がある。   When the number of teeth 12 of the stator 10 is the number of poles × 3 × n (n = 1, 2, 3,... Natural number), the distance between the poles of the rotors 20 and 30 is the teeth 12 of the stator 10. When facing each other, all the poles face the teeth 12. Therefore, the two pole connecting portions 24a (see FIG. 6) of the two gaps 24 adjacent to each other between the two adjacent magnet insertion holes 23 with the poles in between are connected to the center of the rotor core 21. When the angle formed by the straight line is θ1, and the angle formed by the two straight lines connecting the circumferential tip 12b at both ends of the tooth 12 and the center point of the stator core 11 (coincident with the center of the rotor core 21) is θ4. , Θ4 <θ1 has an effect of preventing leakage magnetic flux that enters the adjacent permanent magnet 22 from the tip 12a of the teeth 12 of the stator 10 with respect to the magnetic flux generated from the permanent magnet 22.

本実施の形態の電動機100,200は、コギングトルクが低減されて低振動化が可能なため経年変化が小さくなり、長寿命化が図れる。   In the electric motors 100 and 200 of the present embodiment, the cogging torque is reduced and the vibration can be reduced, so that the secular change is small and the life can be extended.

また、実施の形態1電動機を、冷凍サイクル装置等の圧縮機、空気調和機等の送風機に搭載することにより、高効率で低コストで長寿命な圧縮機、送風機が得られる。   Further, by mounting the electric motor in Embodiment 1 on a compressor such as a refrigeration cycle apparatus or a blower such as an air conditioner, a highly efficient, low-cost, long-life compressor and blower can be obtained.

10 固定子、11 固定子鉄心、12 ティース、12a 先端部、12b 周方向先端部、13 スロット、14 コアバック、15 スロットオープニング、20 回転子、21 回転子鉄心、22 永久磁石、23 磁石挿入穴、23a 漏れ磁束抑制穴、23b 端部、24 空隙、24a 極中心側端部、25 スリット、25a 端部、26 薄肉部、30 回転子、40 回転子、100 電動機、200 電動機、300 電動機。   10 Stator, 11 Stator Core, 12 Teeth, 12a Tip, 12b Circumferential Tip, 13 Slot, 14 Core Back, 15 Slot Opening, 20 Rotor, 21 Rotor Core, 22 Permanent Magnet, 23 Magnet Insertion Hole , 23a Leakage magnetic flux suppression hole, 23b end, 24 gap, 24a pole center side end, 25 slit, 25a end, 26 thin part, 30 rotor, 40 rotor, 100 electric motor, 200 electric motor, 300 electric motor.

Claims (11)

所定の形状に打ち抜いた電磁鋼板を所定枚数積層して構成され、外周のコアバックから内側に向かって放射状に略等間隔に延びる複数のティースを有する固定子鉄心と、
前記固定子鉄心の内側に配置され、所定の形状に打ち抜いた電磁鋼板を所定枚数積層して構成される回転子鉄心であって、外周縁に沿って周方向に複数の磁石挿入穴が形成された回転子鉄心と、
各磁石挿入穴に1個ずつ挿入される8個以上の永久磁石とを備え、
各磁石挿入穴の外側において、各磁石挿入穴の周方向両端部から極中心に向かって周方向に延びる空隙が設けられ、
極間を間にして隣接する各二つの磁石挿入穴の互いに近接する側の二つの空隙の極中心側端部と前記回転子鉄心の中心とを結ぶ二つの直線のなす角度をθ1、各ティースの両端の周方向先端部と前記固定子鉄心の中心点とを結ぶ二つの直線のなす角度をθ4とするとき、
θ4<θ1
の関係を満たし、
前記固定子鉄心が有するティースの数が、極数×3個であることを特徴とする電動機。
A stator core having a plurality of teeth that are configured by laminating a predetermined number of electromagnetic steel sheets punched into a predetermined shape and extending radially at equal intervals from the outer core back, and
A rotor core that is arranged inside the stator core and is formed by laminating a predetermined number of electromagnetic steel sheets punched into a predetermined shape, and a plurality of magnet insertion holes are formed in the circumferential direction along the outer peripheral edge. Rotor core,
8 or more permanent magnets inserted one by one in each magnet insertion hole,
On the outside of each magnet insertion hole, a gap extending in the circumferential direction from the circumferential end of each magnet insertion hole toward the pole center is provided,
The angle formed by two straight lines connecting the ends of two gaps adjacent to each other between the two magnet insertion holes adjacent to each other between the poles and the center of the rotor core is θ1, and each tooth When the angle formed by two straight lines connecting the circumferential tip of both ends of the core and the center point of the stator core is θ4,
θ4 <θ1
Satisfy the relationship
The number of teeth of the stator iron core is the number of poles × 3.
前記電動機が備える永久磁石の数が、8個であり、
前記固定子鉄心が有するティースの数が、24個であることを特徴とする請求項1記載の電動機。
The number of permanent magnets provided in the electric motor is eight,
The electric motor according to claim 1, wherein the number of teeth of the stator core is 24.
前記電動機が備える永久磁石の数が、10個であり、
前記固定子鉄心が有するティースの数が、30個であることを特徴とする請求項1記載の電動機。
The number of permanent magnets provided in the electric motor is 10,
The electric motor according to claim 1, wherein the number of teeth of the stator core is 30.
各永久磁石の外側の鉄心部分に、略径方向に形成される複数のスリットが形成され、
各磁石挿入穴の各空隙の極中心側端部及び各空隙に近接するスリットの各空隙側の外側の端部と前記回転子鉄心の中心とを結ぶ二つの直線のなす角度をθ2とするとき、
θ4>θ2
の関係を満たすことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の電動機。
A plurality of slits formed in a substantially radial direction are formed in the outer core portion of each permanent magnet,
When the angle formed by two straight lines connecting the end of each magnet insertion hole on the pole center side of each gap and the outer end of each slit near the gap on the gap side and the center of the rotor core is θ2. ,
θ4> θ2
The electric motor according to claim 1, wherein the relationship is satisfied.
各永久磁石の外側の鉄心部分に形成されるスリットの数が、2本であることを特徴とする請求項4記載の電動機。   The electric motor according to claim 4, wherein the number of slits formed in the outer core portion of each permanent magnet is two. 各永久磁石の外側の鉄心部分に形成されるスリットが、各永久磁石に対して略垂直に延びることを特徴とする請求項4又は請求項5記載の電動機。   6. The electric motor according to claim 4, wherein a slit formed in an iron core portion outside each permanent magnet extends substantially perpendicularly to each permanent magnet. 各磁石挿入穴の各空隙と、各磁石挿入穴とが分離していることを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の電動機。   The electric motor according to claim 1, wherein each gap of each magnet insertion hole is separated from each magnet insertion hole. 前記固定子鉄心は、各ティースの間にスロットが形成され、各スロットの前記回転子鉄心に対向する内周に開口するスロットオープニングが設けられ、
各永久磁石の外側の鉄心部分に形成されるスリットの間の幅をAとするとき、Aが各スロットオープニングより大きいことを特徴とする請求項5記載の電動機。
The stator iron core is provided with a slot opening formed between the teeth, and a slot opening that opens to the inner periphery of each slot facing the rotor iron core.
6. The electric motor according to claim 5, wherein A is larger than each slot opening, where A is the width between the slits formed in the outer core portion of each permanent magnet.
各磁石挿入穴の各空隙の周方向両端部と前記回転子鉄心の中心とを結ぶ二つの直線のなす角度θ3が各スロットオープニングより大きいことを特徴とする請求項8記載の電動機。   9. The electric motor according to claim 8, wherein an angle θ3 formed by two straight lines connecting the circumferential ends of each gap of each magnet insertion hole and the center of the rotor core is larger than each slot opening. 請求項1乃至9のいずれかに記載の電動機を備えたことを特徴とする送風機。   A blower comprising the electric motor according to any one of claims 1 to 9. 請求項1乃至9のいずれかに記載の電動機を備えたことを特徴とする圧縮機。   A compressor comprising the electric motor according to any one of claims 1 to 9.
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