JPH05236714A - 永久磁石形同期電動機 - Google Patents

永久磁石形同期電動機

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JPH05236714A
JPH05236714A JP6958092A JP6958092A JPH05236714A JP H05236714 A JPH05236714 A JP H05236714A JP 6958092 A JP6958092 A JP 6958092A JP 6958092 A JP6958092 A JP 6958092A JP H05236714 A JPH05236714 A JP H05236714A
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JP
Japan
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permanent magnet
synchronous motor
pole
component
winding
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JP6958092A
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English (en)
Inventor
Tadahiro Miyamoto
恭祐 宮本
Sadaaki Yamazaki
貞明 山崎
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Yaskawa Electric Corp
Original Assignee
Yaskawa Electric Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】効率や力率等の特性を落とさず、通常の永久磁
石同期電動機の出力特性を1.5〜2倍に領域を拡大す
る。 【構成】強磁性体のポールシューと突極8よりなる第1
のパーツと、第1のパーツと相似形の非磁性体よりなる
平板状の部材10の第2のパーツと、ポールシューの空
隙側に段部を設け、この段部にカマボコ形の永久磁石1
1を貼付した第3のパーツと、直流励磁する励磁巻線1
2よりなる第4のパーツを、軸方向に、第1のパーツの
左右に第2のパーツを強固に固定し、さらにその外側に
第3のパーツを強固に固定し、その側面に第4のパーツ
を巻回し、永久磁石同期電動機の界磁極を構成する。ま
た、巻線への直流給電を、スリップリング15とブラシ
16または非接触回転トランスで行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電気自動車用に適し
た、起動および低速走行時は高トルクを、かつ高速走行
時は低トルクの出力特性を実現する永久磁石形同期電動
機に関する。特に、効率や力率等の特性を落とさず、通
常の永久磁石形同期電動機の出力特性を1.5〜2倍に
領域を拡大するための永久磁石形同期電動機の界磁極の
構成に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、永久磁石形同期電動機として、直
流励磁するための巻線を有する界磁突極ポールシュー中
央部の軸方向に永久磁石を埋設したものが開示されてい
る(例えば、特開昭63−144746公報)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の技術
には以下のような問題があった。 (1)永久磁石を突極の中央部・軸方向に埋設している
ため、特に空隙が大きいとき、永久磁石から突極への円
周方向の漏洩磁束が生じる可能性がある。 (2)永久磁石を突極の中央部・軸方向に埋設している
ため、永久磁石の幅により極ピッチが制限されるので、
多極のものが作り難い。 (3)界磁電流が無励磁のとき、ポールシュー部に高次
の高調波が生じやすく、トルクリップルの原因となる。 本発明は、上記の問題点を解決し、高効率で、多極化し
易い、電気自動車の走行状態に適応した駆動トルクが得
られる永久磁石形同期電動機を提供することを目的とす
る。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、固定子スロット内に平衡多相・多極電機子巻線を巻
回した電機子と、この電機子と空隙を介し対向させた、
電機子巻線と同極数の永久磁石と直流励磁する励磁巻線
を巻回したポールシューを持つ強磁性体の突極よりなる
界磁を有する永久磁石形同期電動機において、強磁性体
のポールシューと突極よりなる第1のパーツと、第1の
パーツと相似形の非磁性体よりなる平板状の部材の第2
のパーツと、ポールシューの空隙側に段部を設け、この
段部にカマボコ形の永久磁石を貼付した第3のパーツ
と、直流励磁する励磁巻線よりなる第4のパーツを、軸
方向に、第1のパーツの左右に第2のパーツを強固に固
定し、さらにその外側に第3のパーツを強固に固定し、
その側面に第4のパーツを巻回し、永久磁石形同期電動
機の界磁極を構成する。上記にように構成した永久磁石
形同期電動機の界磁電流を、起動・低速時は定トルクに
なるよう、所定回転数以上では定出力になるように制御
する。また、巻線への直流給電を、スリップリングとブ
ラシまたは非接触回転トランスで行う。
【0005】
【作 用】上記手段により、以下のような作用を生じさ
せる事となる。まず、起動・低速時には、励磁突極の界
磁巻線に給電する事で、永久磁石によって生じる磁束
に、励磁突極の磁束を重畳する。これにより定トルク特
性を持たせながらトルクを増大させる。次に、回転数が
大きくなり所定の回転数以上では、界磁巻線に給電する
電流量を減らしていき、定出力のような特性をもたせ
る。なお、所定の回転数以上では、給電を行わず永久磁
石の作る磁束のみで運転するようにすると節電できる。
【0006】
【実施例】以下に、本発明の具体的実施例を、図1〜4
に示して説明する。図1は、本発明の実施例を示す側断
面図である。外表面に冷却用フィン2を施したフレーム
1の内径側には、積層鉄心3にスロットを施し、このス
ロット内に平衡多相・多極の電機子巻線4を巻回した通
常の電機子5を嵌合してある。この電機子5と一定のエ
アギャップを介し、外径側に電機子5の極数と等しい数
の突極8を持ち、内径側はこの突極8を連結するボス部
7を持つ界磁6が配置してある。単一の界磁極6は、図
2に示すように、4つのパーツから成り立っている。第
1のパーツは、強磁性体よりなる突極8の頂部にポール
シュー9を設けたものである。第2のパーツは、前記第
1のパーツと相似形をした非磁性体よりなる薄い平板状
の部材10である。第3のパーツは、強磁性体よりなる
突極8に設けたポールシュー9の頂部を平面に削り、こ
の平面部にカマボコ形の永久磁石11を貼付したもので
ある。この第1のパーツの軸方向・左右に第2のパーツ
を強固に固定し、さらに、その外側に第3のパーツを強
固に固定してポールを作るこのポールに第4のパーツで
ある励磁巻線12を巻回し、界磁極6を形成する。この
界磁極6を極数分だけ、ボス部7に一体もしくは分割固
定し、ボス部を非磁性体の出力軸13に嵌合し、回転子
を構成する。出力軸13の反負荷側には、励磁巻線12
のリード13が軸受の内径側を挿通するための溝14を
軸方向に掘ってある。溝14を通ったリード13を、回
転円盤にプラス極とマイナス極用の銅リングを固定した
スリップリング15の各々の銅リングに接続する。スリ
ップリング15は、先端に良導体を設け、根元を磁性体
とした舌状の弾性を有するブラシ16の良導体部に接触
させる。カバー19に絶縁材を介し固定したブラシ16
の磁性体部に対向させて、励磁巻線12の通電時に、磁
気吸引する電磁石17をブラケット18に固定してあ
る。出力軸13のスリップリング15の外側・軸端に
は、回転トランス形レゾルバ等の速度検出器20を設け
てある。上記のように構成した永久磁石形同期電動機の
界磁励磁電流を、脱調限界以上で、起動・低速時は定ト
ルク特性をもたせ、所定回転数以上では定出力特性を持
たせるように制御する。なお、起動・低速時はスリップ
リング15とブラシ16を接触させて、給電を行い、所
定の回転数になったとき、スリップリング15とブラシ
16を開放し無給電状態となるようにしてもよい。以下
に、図3をもとに、本発明による界磁6に流れる磁束と
発生トルクの関係を説明する。図3(a)は、第3のパ
ーツの断面を示す。d軸上に永久磁石11が作る磁束と
d軸上に流れる電機子電流Iqによりトルクが発生す
る。この場合、トルクの大きさは、励磁巻線12の励磁
電流(d軸電流)がゼロであれば、一定である。なお、
励磁巻線12のd軸電流を制御すれば、永久磁石11が
作るバイアス磁束にd軸電流が作る磁束が重畳し、発生
トルクの大きさは変化する。図3(b)は、第1のパー
ツの断面を示す。d軸上に励磁巻線12が作る磁束とd
軸上に流れる電機子電流Iqによりトルクが発生する。
この場合、発生するトルクの大きさは、d軸電流の大き
さや方向を変えることにより、増磁・減磁を行えば変化
する。上記のように構成した永久磁石形同期電動機の界
磁励磁電流を、起動・低速時は、脱調限界以上の一定の
界磁励磁電流Ifを流し、d軸電流が界磁磁束を増磁す
るようにすれば、強め界磁領域の定トルクが発生する。
また、回転数が所定の値Nrに達したとき、界磁励磁電
流Ifを定出力特性になるように低減してゆき、d軸電
流をゼロもしくは減磁方向に流せば、弱め界磁領域の定
出力特性を持った、図4(a)に示す出力−トルク特性
が得られる。なお、負荷トルクを検出し、起動・低速時
も界磁励磁電流Ifを可変に制御し、負荷トルクに追従
させるようにしてもよい。また、起動・低速時はスリッ
プリング15とブラシ16を接触させ一定の界磁励磁電
流Ifを給電し、所定回転数以上ではスリップリング1
5とブラシ16を開放し永久磁石の作る磁束のみとする
と、図4(b)に示す出力−回転数特性が得られる。
【0007】本発明の他の実施例を図5により説明す
る。図は界磁極の斜視図を示し、実施例の第2のパーツ
を、実施例の第3のパーツと同様に、頂部を平面に削
り、この平面部にカマボコ形の永久磁石11を延長して
貼付したものである。この場合、永久磁石の量が増え磁
束がその分だけ増加し、弱め界磁領域のトルクが増加す
る。本発明のその他の実施例を図6により説明する。図
は実施例のスリップリングを非接触給電するため、回転
トランスに置き換えたもので、トランスの一次側21に
交流を給電すると、二次側22に交流が誘起される、二
次側の交流電流を整流器(図示せず)により全波もしく
は半波整流すれば励磁巻線12に給電する直流の励磁電
流が得られる。この場合、d軸電流の制御は、トランス
の一次側に流す電流を制御すれば良い。
【0008】
【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば以
下に示すような効果がある。ポールシュー部全般にわた
り永久磁石を貼付したので、高次の高調波が生ぜす、特
に高速時のように界磁電流がほぼゼロに近いときの鉄損
を小さく抑えることが出来、高速時の効率改善が可能と
なる。また、永久磁石の円弧長が極ピッチと等しいの
で、多極化し易い。さらに、起動・低速時はd軸電流を
増磁するように流せば、強め界磁領域のトルクが発生
し、所定回転数でd軸電流を減磁するように流せば、弱
め界磁領域のトルクが発生するので、電気自動車の走行
状態に適応した駆動トルクが得られる。なお、実験によ
れば起動・低速時の発生トルクと高速時の発生トルクの
比をトルクを増やす方向に約1.5倍、そして回転数を
増やす方向に約1.5倍出力特性の領域を拡大すること
が出来た。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示すモータの側断面図
【図2】本発明の実施例を示す界磁極の斜視図
【図3】本発明の実施例の磁束と電流の関係を示す説明
【図4】本発明の実施例の出力特性を示すグラフ
【図5】本発明の他の実施例を示す界磁極の斜視図
【図6】本発明のその他の実施例を示す部分断面図
【符号の説明】
1 フレーム 2 冷却フィン 3 積層鉄心 4 電機子巻線 5 電機子 6 界磁極 7 ボス部 8 突極 9 ポールシュー 10 平板状の部材 11 永久磁石 12 励磁巻線 13 出力軸 14 溝 15 スリップリング 16 ブラシ 17 電磁石 18 ブラケット 19 カバー 20 速度検出器 21 トランスの一次側 22 トランスの二次側

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】固定子スロット内に多相・多極電機子巻線
    を巻回した電機子と、この電機子と空隙を介し対向させ
    た、電機子巻線と同極数の永久磁石と直流励磁する巻線
    を巻回したポールシューを持つ強磁性体の突極界磁を有
    する永久磁石同期電動機において、 強磁性体のポールシューと突極よりなる第1のパーツ
    と、第1のパーツと相似形の非磁性体よりなる平板状の
    部材の第2のパーツと、ポールシューの空隙側に段部を
    設け、この段部にカマボコ形の永久磁石を貼付した第3
    のパーツと、直流励磁する励磁巻線よりなる第4のパー
    ツを、軸方向に、第1のパーツの左右に第2のパーツを
    強固に固定し、さらにその外側に第3のパーツを強固に
    固定し、その側面に第4のパーツを巻回し、永久磁石同
    期電動機の界磁極を構成したことを特徴とする永久磁石
    形同期電動機。
  2. 【請求項2】前記励磁巻線の励磁電流を、脱調限界以上
    で、起動・低速時は定トルクになるよう、所定回転数以
    上では定出力になるように制御する請求項1記載の永久
    磁石形同期電動機。
  3. 【請求項3】前記励磁巻線の通電を、起動・低速時は給
    電し、所定回転数で非給電とする請求項1記載の永久磁
    石形同期電動機。
  4. 【請求項4】前記第2のパーツのポールシューの空隙側
    を、永久磁石の厚みだけ低くし、第3のパーツの永久磁
    石をその上に延長し貼付した請求項1ないし3記載の永
    久磁石形同期電動機。
  5. 【請求項5】前記界磁の励磁巻線への給電をスリップリ
    ングとブラシで行う請求項2ないし4記載の永久磁石形
    同期電動機。
  6. 【請求項6】前記励磁巻線への給電を、回転トランス方
    式の非接触回転トランスを用いた請求項2ないし4記載
    の永久磁石形同期電動機。
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