JP7168019B2 - 回転子および永久磁石電動機 - Google Patents
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Description
本実施例に係る永久磁石電動機40は、図1に示すように、軟磁性体の鋼板であるけい素鋼板を複数枚積層して円柱状に形成した回転子鉄心22には、その周方向に複数の磁石埋め込み孔12a、12b、12c、12d、12e、12fが環状に所定間隔で形成され、その中心に回転軸21を備えた回転子10と、その外周部を囲う固定子30とを備えている。固定子30は、回転子10の外周部から所定のエアギャップを隔てて配置され、環状のヨーク31から内方に延びる9本のティース32が40deg(機械角)間隔で形成され、ティース32の先端から周方向に先端エッジ33を突出させている。
T=tの場合 :高調波成分=3.58%、コギングトルク=0.06Nm
T=1.5tの場合:高調波成分=2.79%、コギングトルク=0.10Nm
T=2tの場合 :高調波成分=2.42%、コギングトルク=0.20Nm
T=2.2tの場合:高調波成分=2.31%、コギングトルク=0.23Nm
T=2.5tの場合:高調波成分=2.62%、コギングトルク=0.28Nm
T=3tの場合 :高調波成分=3.39%、コギングトルク=0.31Nm
となる。スリットを設けない図14-1の場合の高調波成分は図14-2に示すように4.06%であるが、上記結果によればスリットを設けることで、高調波成分を抑えることができることがわかる。高調波成分は3%を下回るとスリットを設けない場合に比べて1%以上の低減効果が得られる。高調波成分が3%以下となるTの範囲を求めると、次式のようになる。
図4は、図2-1のスリットの第1孔部の根元位置とフラックスバリアとの間隔Lの寸法だけを変えた時の誘起電圧波形の高調波成分とコギングトルクの変化を示す線図であり、図5は、図2-1のスリットの第2孔部の長さを変えた時の誘起電圧波形の高調波成分とコギングトルクの変化を示す線図である。
図7-1のスリット形状は、図6-1の形状とほぼ同じであるが、曲げ部79a-3、80a-3の内周側を円弧状に形成した点が異なっている。得られる誘起電圧波形は、図7-2のようになり、高調波成分は2.88%、コギングトルクは0.33Nmとなり、図6-1とほぼ同じ効果が得られた。つまり、折り曲げた内周側のスリット面積の変化は、誘起電圧波形や特性に影響を与えにくいことがわかった。
図8-1に示す回転子90のスリット90a、100aは、本実施例に係る図2-1のように、スリットの先端部を折り曲げずにハの字状に形成した実施例としての回転子である。本実施例に係る回転子のスリットのように、折り曲がっていない場合の誘起電圧波形は、図8-2に示す波形になる。誘起電圧波形図8-1の回転子90の場合は、切欠き部97a、96bとその中央に突起部98aが形成されているが、これと組み合わされるスリット90a、100aの形状がハの字状であるため、高調波成分は3.22%、コギングトルクは0.31Nmとなる。
図10-1に示すように、回転子110の外周に切欠き部と突起部が無く真円状とした場合は、コギングトルクの特性が悪くなる傾向が見られる。図10-1の回転子110の特性を見ると、高調波成分は3.23%、コギングトルクは0.57Nmとなる。また、図10-1の回転子110では、フラックスバリア114a、115aの先端部を周方向内側に延ばし、曲げたスリット119a、120aを形成しているが、図10-2の誘起電圧波形に見られるように、ピークとボトム付近でそれぞれ角が2つずつ出ていて、正弦波に近い波形が得られていないことがわかる。
図11-1の回転子130は、本実施例の回転子10のスリットと同じ形状で、同じ位置に形成し、外周に切欠き部と突起部が無い場合の特性を確認するものである。外周に切欠き部が無い場合は、図11-2の誘起電圧波形に見られるように、波形が正弦波からかけ離れている。また、図11-1の回転子130の特性は、高調波成分が10.62%、コギングトルクは0.58Nmのように著しく悪化する。このように、回転子の外周に切欠き部と突起部が無い場合は、本実施例と同じスリットを形成したとしても、スリットの効果が得られないことがわかる。
図12-1の回転子170は、外周に切欠き部177a、176bと突起部178aが形成され、スリット179a、180aの第1孔部179a-1、180a-1までは本実施例のスリットと同じであるが、曲げ部179a-3、180a-3からスリットの先端部を内径方向に折り曲げて延ばすことで、第2孔部179a-2、180a-2が形成されている点が異なっている。つまり、スリット179a、180aの第2孔部179a-2、180a-2の折り曲げ角度を変えたものである。この場合の誘起電圧波形は、図12-2に見られように、ピークとボトム付近でそれぞれ角が2つずつ出ていて、正弦波に近い波形が得られていないことがわかる。また、特性は高調波成分が3.18%、コギングトルクが0.30Nmとなる。このように、図2-1に示す本実施例のスリットの第2孔部179a-2、180a-2の折り曲げ角度を変えただけで、特性が変化することがわかる。
図13-1の回転子190は、外周に切欠き部197a、196bと突起部198aが形成され、三角形状のスリット199a、200aが突極部191の両端に形成されている。スリット199a、200aは、第1の辺199a-1、200a-1とフラックスバリア192、193とが平行に形成され、第2の辺199a-2、200a-2と外周部194とが平行に形成され、第3の辺199a-3、200a-3によってスリットが三角形状に形成されている。図13-1の回転子190の誘起電圧波形は、図13-2に示すように、本実施例の図2-3の誘起電圧波形と同様の効果が得られる。図13-1の回転子190の高調波成分が2.76%、コギングトルクが0.26Nmとなる。
10a 外周部
11a~11f 突極部
12a~12f 磁石埋め込み孔
13a~13f 永久磁石
14a~14f、15a~15f フラックスバリア(第1非磁性部)
16a~16f、17a~17f 切欠き部
16a-1、17f-1 切欠き面
18a~18f 突起部
19a~19f、20a~20f スリット(第2非磁性部)
19a-1、20f-1 第1孔部
19a-2、20f-2 第2孔部
19a-3、20f-3 曲げ部
21 回転軸
22 回転子鉄心
30 固定子
31 ヨーク
32 ティース
33 先端エッジ
P 中心線
40 永久磁石電動機(埋込磁石型同期モータ)
50 回転子
51 突極部
57a、56b 切欠き部
58a 突起部
59a、60a スリット(第2非磁性部)
59a-1、60a-1 第1孔部
59a-2、60a-2 第2孔部
59a-3、60a-3 曲げ部
70 回転子
71 突極部
77a、76b 切欠き部
78a 突起部
79a、80a スリット(第2非磁性部)
79a-1、80a-1 第1孔部
79a-2、80a-2 第2孔部
79a-3、80a-3 曲げ部
90 回転子
91 突極部
97a、96b 切欠き部
98a 突起部
90a、100a スリット(第2非磁性部)
110 回転子
111 突極部
114a、115a フラックスバリア(第1非磁性部)
119a、120a スリット(第2非磁性部)
119a-1、120a-1 第1孔部
119a-2、120a-2 第2孔部
119a-3、120a-3 曲げ部
130 回転子
131 突極部
139a、140a スリット(第2非磁性部)
139a-1、140a-1 第1孔部
139a-2、140a-2 第2孔部
139a-3、140a-3 曲げ部
170 回転子
171 突極部
177a、176b 切欠き部
178a 突起部
179a、180a スリット(第2非磁性部)
179a-1、180a-1 第1孔部
179a-2、180a-2 第2孔部
179a-3、180a-3 曲げ部
190 回転子
191 突極部
192、193 フラックスバリア(第1非磁性部)
194 外周部
197a、196b 切欠き部
198a 突起部
199a、200a スリット(第2非磁性部)
199a-1、200a-1 第1の辺
199a-2、200a-2 第2の辺
199a-3、200a-3 第3の辺
210 回転子
211 突極部
213、214 永久磁石
217a、216b 切欠き部
218a 突起部
Claims (5)
- 磁性体により円柱状に形成され、板状の永久磁石が埋め込まれる複数の磁石埋め込み孔が周方向に所定間隔を隔てて環状に配置された回転子であって、
前記磁石埋め込み孔の周方向端部から前記回転子の外周に向かうように配置された第1非磁性部と、
前記第1非磁性部と離間し、かつ隣接するように、前記第1非磁性部に対して突極部側に配置された第2非磁性部と、
前記第1非磁性部と径方向に対向する前記回転子の外周に設けられる切欠き部と、
隣り合う前記切欠き部の間における前記回転子の外周面に形成され、前記回転子の径方向に突出する突起部と、
を備え、
前記第2非磁性部は、前記回転子の内径側から外径側に向かって前記第1非磁性部から遠ざかる方向に外径側端部が延びる長孔であり、内径側端部に対して前記外径側端部が前記第1非磁性部から遠ざかる方向に向けて前記回転子の外周に沿って曲げられ、
前記切欠き部は、前記回転子の周方向において、前記突起部に隣り合う位置から、前記第2非磁性部における前記内径側端部と前記外径側端部との間の部分に対向する位置まで形成されている、回転子。 - 前記第2非磁性部は、前記磁石埋め込み孔の前記周方向端部に対向する位置から前記回転子の外周に向かって延ばされた第1孔部と、前記第1孔部の外径側端部から前記回転子の外周に沿って曲げられて延ばされた第2孔部と、前記第1孔部と前記第2孔部の間の曲げ部と、を備え、
前記第2非磁性部の前記第1孔部の内径側端部における前記第1非磁性部側の端面と、当該端面に対向する前記第1非磁性部の側面との間隔をLとしたとき、1[mm]≦L≦1.7[mm]を満たす、
請求項1または2に記載の回転子。 - 前記回転子の中心を通り前記回転子の周方向における前記突起部の中央を通る中心線と、前記回転子の中心を通り前記第2非磁性部の前記第2孔部の前記突極部側の先端を通る第1直線とがなす角度をθ1とし、
前記中心線と、前記回転子の中心を通り前記第2非磁性部の前記曲げ部の外径側を通る第2直線とがなす角度をθ2としたとき、
(θ1-θ2)によって算出される電気角は、2.5[deg]≦(θ1-θ2)≦15[deg]を満たす、
請求項3に記載の回転子。 - 請求項1~4のいずれか一項に記載の回転子と、前記回転子の外径側に配置され、環状のヨークから内径側に延びる複数のティースにそれぞれ導線が巻かれたヨークティース固定子と、
を備えることを特徴とする永久磁石電動機。
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