JPH0614509A - 永久磁石形同期電動機 - Google Patents
永久磁石形同期電動機Info
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- JPH0614509A JPH0614509A JP4169614A JP16961492A JPH0614509A JP H0614509 A JPH0614509 A JP H0614509A JP 4169614 A JP4169614 A JP 4169614A JP 16961492 A JP16961492 A JP 16961492A JP H0614509 A JPH0614509 A JP H0614509A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ステータとロータとの間の空隙における磁束
密度分布を正弦波状にするとともに、電動機の特性及び
製造工程に及ぼす影響を可及的に低減して、出力トルク
の変動を排除した永久磁石形同期電動機を提供する。 【構成】 この同期電動機は、電機子巻線１０を有した
ステータ１２と、回転軸１６に連結されるロータコア１
８の周面に周方向へ等間隔に固定される８個の永久磁石
２０を備えたロータ１４とを具備する。１つの永久磁石
２０に対するステータ１２との間の空隙Ｇの半径方向距
離Ｄ、及びその永久磁石２０の軸線方向長さＬは、ロー
タの回転角度θの関数ｆ（θ）を共通因数として、Ｄ
（θ）∝α×ｆ（θ）及びＬ（θ）∝β×ｆ（θ）に従
って変化する。これらの関数Ｄ（θ）及びＬ（θ）は、
永久磁石の中心部をθ＝０の位置として、Ｌ（θ）／Ｄ
（θ）＝Ａｃｏｓ（ｐθ）の関係を有する。
密度分布を正弦波状にするとともに、電動機の特性及び
製造工程に及ぼす影響を可及的に低減して、出力トルク
の変動を排除した永久磁石形同期電動機を提供する。 【構成】 この同期電動機は、電機子巻線１０を有した
ステータ１２と、回転軸１６に連結されるロータコア１
８の周面に周方向へ等間隔に固定される８個の永久磁石
２０を備えたロータ１４とを具備する。１つの永久磁石
２０に対するステータ１２との間の空隙Ｇの半径方向距
離Ｄ、及びその永久磁石２０の軸線方向長さＬは、ロー
タの回転角度θの関数ｆ（θ）を共通因数として、Ｄ
（θ）∝α×ｆ（θ）及びＬ（θ）∝β×ｆ（θ）に従
って変化する。これらの関数Ｄ（θ）及びＬ（θ）は、
永久磁石の中心部をθ＝０の位置として、Ｌ（θ）／Ｄ
（θ）＝Ａｃｏｓ（ｐθ）の関係を有する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、永久磁石形同期電動機
に関し、特に、電機子巻線を有したステータと、回転軸
に連結されるロータコア及びロータコアの周面に周方向
へ等間隔に固定され、ステータに空隙を介して対向する
複数の永久磁石を備えたロータとを具備する永久磁石形
同期電動機において、出力トルクの変動を排除するため
に永久磁石の形状を最適化した同期電動機の改良構造に
関する。
に関し、特に、電機子巻線を有したステータと、回転軸
に連結されるロータコア及びロータコアの周面に周方向
へ等間隔に固定され、ステータに空隙を介して対向する
複数の永久磁石を備えたロータとを具備する永久磁石形
同期電動機において、出力トルクの変動を排除するため
に永久磁石の形状を最適化した同期電動機の改良構造に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、同期電動機においては、出力トル
クの変動を理論的に排除するために、ステータとロータ
との間の空隙における磁束密度の空間分布を、供給電圧
と同位相の正弦波状とすることが要求されている。この
ような要件に対し、ロータコアの外周面に複数の永久磁
石を周方向へ等間隔に固定した形式のロータを具備する
従来の永久磁石形同期電動機は、一般に、永久磁石の厚
さを中心部を最大として周方向へ連続的に漸減させて、
永久磁石の外表面とステータの円筒状内周面との間の半
径方向の空隙距離をロータの回転方向へ正弦波状に変化
させる構成を採用している。あるいは、空隙距離を全周
に亙って一定とし、その代わりに、永久磁石の軸線方向
長さを中心部を最大として周方向へ連続的に漸減させる
ことにより、空隙における磁束密度分布を正弦波状に近
似させる構成が公知である。
クの変動を理論的に排除するために、ステータとロータ
との間の空隙における磁束密度の空間分布を、供給電圧
と同位相の正弦波状とすることが要求されている。この
ような要件に対し、ロータコアの外周面に複数の永久磁
石を周方向へ等間隔に固定した形式のロータを具備する
従来の永久磁石形同期電動機は、一般に、永久磁石の厚
さを中心部を最大として周方向へ連続的に漸減させて、
永久磁石の外表面とステータの円筒状内周面との間の半
径方向の空隙距離をロータの回転方向へ正弦波状に変化
させる構成を採用している。あるいは、空隙距離を全周
に亙って一定とし、その代わりに、永久磁石の軸線方向
長さを中心部を最大として周方向へ連続的に漸減させる
ことにより、空隙における磁束密度分布を正弦波状に近
似させる構成が公知である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術におい
て、前者の永久磁石の厚さを周方向へ連続的に変化させ
る構成では、均一厚さの永久磁石を使用する場合に比べ
て空隙の平均距離が大きくなるので必然的に逆起電力が
小さくなり、出力トルクが低下することとなる。また、
永久磁石の周方向両端部の厚さが極端に薄くなるので、
永久磁石の焼結成形時に加圧力が不均等になり、成形品
が脆弱になる等の課題が生じる。他方、後者の永久磁石
の軸線方向長さを中心部を最大として周方向へ連続的に
変化させる構成では、同一寸法かつ同一極数のロータで
比較すると、一般的な矩形表面の永久磁石より必然的に
表面積が小さくなるので、やはり逆起電力が小さくな
る。また、永久磁石の周方向両端部の軸線方向長さが短
くなり、輪郭における直線部分が少なくなるので、製造
時の位置決め用基準面が取り難くなる課題がある。
て、前者の永久磁石の厚さを周方向へ連続的に変化させ
る構成では、均一厚さの永久磁石を使用する場合に比べ
て空隙の平均距離が大きくなるので必然的に逆起電力が
小さくなり、出力トルクが低下することとなる。また、
永久磁石の周方向両端部の厚さが極端に薄くなるので、
永久磁石の焼結成形時に加圧力が不均等になり、成形品
が脆弱になる等の課題が生じる。他方、後者の永久磁石
の軸線方向長さを中心部を最大として周方向へ連続的に
変化させる構成では、同一寸法かつ同一極数のロータで
比較すると、一般的な矩形表面の永久磁石より必然的に
表面積が小さくなるので、やはり逆起電力が小さくな
る。また、永久磁石の周方向両端部の軸線方向長さが短
くなり、輪郭における直線部分が少なくなるので、製造
時の位置決め用基準面が取り難くなる課題がある。
【０００４】このように、特殊な形状の永久磁石を使用
してステータとロータとの間の空隙における磁束密度分
布を正弦波状にする構成では、理論的に出力トルクの変
動を排除することができるものの、電動機の特性におい
て相反的に逆起電力を低下させることが避けられない。
さらに、永久磁石の製造工程上で上記のような新たな課
題が生じることとなる。
してステータとロータとの間の空隙における磁束密度分
布を正弦波状にする構成では、理論的に出力トルクの変
動を排除することができるものの、電動機の特性におい
て相反的に逆起電力を低下させることが避けられない。
さらに、永久磁石の製造工程上で上記のような新たな課
題が生じることとなる。
【０００５】本発明は、上記の従来技術における各課題
を解決するために鋭意、工夫改善を施したものであり、
その目的は、ステータとロータとの間の空隙における磁
束密度分布を正弦波状にするとともに、電動機の特性及
び製造工程に及ぼす影響を可及的に低減するように永久
磁石の形状を最適化して、出力トルクの変動を理論的に
排除した永久磁石形同期電動機を提供することにある。
を解決するために鋭意、工夫改善を施したものであり、
その目的は、ステータとロータとの間の空隙における磁
束密度分布を正弦波状にするとともに、電動機の特性及
び製造工程に及ぼす影響を可及的に低減するように永久
磁石の形状を最適化して、出力トルクの変動を理論的に
排除した永久磁石形同期電動機を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、電機子巻線を有したステータと、回転軸
に連結されるロータコア及びロータコアの周面に周方向
へ等間隔に固定され、ステータに空隙を介して対向する
複数の永久磁石を備えたロータとを具備する永久磁石形
同期電動機において、１つの永久磁石に対する上記空隙
の半径方向距離Ｄ及びその永久磁石の軸線方向長さＬ
が、ロータの回転角度θの関数ｆ（θ）を共通因数とし
て有するそれぞれの関数、Ｄ（θ）∝α×ｆ（θ）、及
びＬ（θ）∝β×ｆ（θ）に従って変化し、かつ、これ
らの関数Ｄ（θ）及びＬ（θ）が、永久磁石の中心部を
θ＝０の位置として、 Ｌ（θ）／Ｄ（θ）＝Ａｃｏｓ（ｐθ） の関係を有すること（ただし、α，β，Ａは任意定数、
ｐはロータの極対数、−π／２ｐ＜θ＜π／２ｐ）を特
徴とする永久磁石形同期電動機を提供する。
に、本発明は、電機子巻線を有したステータと、回転軸
に連結されるロータコア及びロータコアの周面に周方向
へ等間隔に固定され、ステータに空隙を介して対向する
複数の永久磁石を備えたロータとを具備する永久磁石形
同期電動機において、１つの永久磁石に対する上記空隙
の半径方向距離Ｄ及びその永久磁石の軸線方向長さＬ
が、ロータの回転角度θの関数ｆ（θ）を共通因数とし
て有するそれぞれの関数、Ｄ（θ）∝α×ｆ（θ）、及
びＬ（θ）∝β×ｆ（θ）に従って変化し、かつ、これ
らの関数Ｄ（θ）及びＬ（θ）が、永久磁石の中心部を
θ＝０の位置として、 Ｌ（θ）／Ｄ（θ）＝Ａｃｏｓ（ｐθ） の関係を有すること（ただし、α，β，Ａは任意定数、
ｐはロータの極対数、−π／２ｐ＜θ＜π／２ｐ）を特
徴とする永久磁石形同期電動機を提供する。
【０００７】
【作用】 ステータとロータとの間の空隙における磁束
密度は、空隙の半径方向距離Ｄに反比例し、かつ永久磁
石の軸線方向長さＬに比例する。すなわち、磁束密度∝
Ｌ／Ｄである。したがって、Ｌ（θ）／Ｄ（θ）＝Ａｃ
ｏｓ（ｐθ）であれば、磁束密度の空間分布曲線は正弦
波形状を呈することになる。それにより、電機子巻線に
生じる逆起電力も同位相の正弦波状となり、逆起電力と
励磁電流（三相交流）との位相差を無くすことにより、
出力トルクの変動が理論的に排除される。さらに、Ｄ
（θ）∝α×ｆ（θ）及びＬ（θ）∝β×ｆ（θ）で示
すように、空隙の半径方向距離Ｄと永久磁石の軸線方向
長さＬとを、共通因数ｆ（θ）を有するそれぞれの関数
に従って相関的に変化させることにより、永久磁石の周
方向への厚さ及び長さの変化率を低減して、逆起電力を
確保するとともに、焼結成形品の強度、及び製造時の位
置決め用基準面の確保を可能とする。
密度は、空隙の半径方向距離Ｄに反比例し、かつ永久磁
石の軸線方向長さＬに比例する。すなわち、磁束密度∝
Ｌ／Ｄである。したがって、Ｌ（θ）／Ｄ（θ）＝Ａｃ
ｏｓ（ｐθ）であれば、磁束密度の空間分布曲線は正弦
波形状を呈することになる。それにより、電機子巻線に
生じる逆起電力も同位相の正弦波状となり、逆起電力と
励磁電流（三相交流）との位相差を無くすことにより、
出力トルクの変動が理論的に排除される。さらに、Ｄ
（θ）∝α×ｆ（θ）及びＬ（θ）∝β×ｆ（θ）で示
すように、空隙の半径方向距離Ｄと永久磁石の軸線方向
長さＬとを、共通因数ｆ（θ）を有するそれぞれの関数
に従って相関的に変化させることにより、永久磁石の周
方向への厚さ及び長さの変化率を低減して、逆起電力を
確保するとともに、焼結成形品の強度、及び製造時の位
置決め用基準面の確保を可能とする。
【０００８】
【実施例】以下、添付図面に示した好適な実施例に基づ
き、本発明をさらに詳細に説明する。図１及び図２を参
照すると、本発明の第１実施例による永久磁石形同期電
動機は、電機子巻線１０を有したステータ１２と、ステ
ータ１２との間に空隙Ｇを有して回転するロータ１４と
を具備する。ロータ１４は、回転軸１６に連結されるロ
ータコア１８と、ロータコア１８の外周面に周方向へ等
間隔に固定される界磁用の８個の永久磁石２０とを備え
る。永久磁石２０の外表面２０ａは、ステータ１２の円
筒状内周面１２ａに空隙Ｇを介して対向する所定曲面形
状を有する。さらに、永久磁石２０は、軸線方向中心線
Ｃ1 及び周方向中心線Ｃ2 に関して対称な形状を有す
る。
き、本発明をさらに詳細に説明する。図１及び図２を参
照すると、本発明の第１実施例による永久磁石形同期電
動機は、電機子巻線１０を有したステータ１２と、ステ
ータ１２との間に空隙Ｇを有して回転するロータ１４と
を具備する。ロータ１４は、回転軸１６に連結されるロ
ータコア１８と、ロータコア１８の外周面に周方向へ等
間隔に固定される界磁用の８個の永久磁石２０とを備え
る。永久磁石２０の外表面２０ａは、ステータ１２の円
筒状内周面１２ａに空隙Ｇを介して対向する所定曲面形
状を有する。さらに、永久磁石２０は、軸線方向中心線
Ｃ1 及び周方向中心線Ｃ2 に関して対称な形状を有す
る。
【０００９】上記構成の同期電動機において、ステータ
１２とロータ１４との間の空隙Ｇにおける磁束密度Ｂの
空間分布曲線Ｂ（θ）（θはロータ１４の回転角度）が
正弦波形状を呈すれば、電機子巻線１０に生じる逆起電
力も同位相の正弦波状となり、逆起電力と励磁電流（三
相交流）との位相差を無くすことにより、出力トルクの
変動が理論的に排除される。ここで、磁束密度Ｂは空隙
Ｇの半径方向距離Ｄ（以下、空隙距離Ｄという）に反比
例し、かつ永久磁石２０の表面積（周方向長さはロータ
寸法及び極数によって決まるので、軸線方向長さＬ（以
下、磁石長さＬという）と同義）に比例する。すなわ
ち、Ｂ∝Ｌ／Ｄである。本発明は、空隙距離Ｄ及び磁石
長さＬが、共通因数ｆ（θ）を有するそれぞれの関数に
従って相関的に変化する状況下で、正弦波状の磁束密度
分布Ｂ（θ）を得ようとするものである。したがって本
発明においては、空隙距離Ｄ及び磁石長さＬは以下のよ
うに示される。 Ｄ（θ）∝α×ｆ（θ） Ｌ（θ）∝β×ｆ（θ）
１２とロータ１４との間の空隙Ｇにおける磁束密度Ｂの
空間分布曲線Ｂ（θ）（θはロータ１４の回転角度）が
正弦波形状を呈すれば、電機子巻線１０に生じる逆起電
力も同位相の正弦波状となり、逆起電力と励磁電流（三
相交流）との位相差を無くすことにより、出力トルクの
変動が理論的に排除される。ここで、磁束密度Ｂは空隙
Ｇの半径方向距離Ｄ（以下、空隙距離Ｄという）に反比
例し、かつ永久磁石２０の表面積（周方向長さはロータ
寸法及び極数によって決まるので、軸線方向長さＬ（以
下、磁石長さＬという）と同義）に比例する。すなわ
ち、Ｂ∝Ｌ／Ｄである。本発明は、空隙距離Ｄ及び磁石
長さＬが、共通因数ｆ（θ）を有するそれぞれの関数に
従って相関的に変化する状況下で、正弦波状の磁束密度
分布Ｂ（θ）を得ようとするものである。したがって本
発明においては、空隙距離Ｄ及び磁石長さＬは以下のよ
うに示される。 Ｄ（θ）∝α×ｆ（θ） Ｌ（θ）∝β×ｆ（θ）
【００１０】ここで、α及びβは、永久磁石２０上の任
意の基準位置（θ＝０）における空隙距離Ｄ及び磁石長
さＬの値である。この基準位置を、永久磁石２０の軸線
方向中心線Ｃ1 上に置いた場合は、Ｄ（θ）及びＬ
（θ）のいずれか一方にｃｏｓ（θ）成分を付与するこ
とにより、 Ｂ（θ）∝Ｌ（θ）／Ｄ（θ）＝Ａ×ｃｏｓ（ｐθ) が得られればよい。したがって、Ｄ（θ）及びＬ（θ）
は、 Ｄ（θ）＝α×ｆ1(θ）／ｃｏｓ（ｐθ）、及びＬ
（θ）＝β×ｆ1(θ） 又は、 Ｄ（θ）＝α×ｆ2(θ）、及びＬ（θ）＝β
×ｆ2(θ）×ｃｏｓ（ｐθ） と示される。このとき、αは空隙距離Ｄの最小値Ｄmin
であり、βは磁石長さＬの最大値Ｌmax である。また、
ｐはロータ１４の極対数（極数の１／２）であり、機械
角θが、ｐを乗ずることによって１つの永久磁石２０上
の電気角ｐθに換算される。なお、θの範囲は、−π／
２ｐ＜θ＜π／２ｐである。
意の基準位置（θ＝０）における空隙距離Ｄ及び磁石長
さＬの値である。この基準位置を、永久磁石２０の軸線
方向中心線Ｃ1 上に置いた場合は、Ｄ（θ）及びＬ
（θ）のいずれか一方にｃｏｓ（θ）成分を付与するこ
とにより、 Ｂ（θ）∝Ｌ（θ）／Ｄ（θ）＝Ａ×ｃｏｓ（ｐθ) が得られればよい。したがって、Ｄ（θ）及びＬ（θ）
は、 Ｄ（θ）＝α×ｆ1(θ）／ｃｏｓ（ｐθ）、及びＬ
（θ）＝β×ｆ1(θ） 又は、 Ｄ（θ）＝α×ｆ2(θ）、及びＬ（θ）＝β
×ｆ2(θ）×ｃｏｓ（ｐθ） と示される。このとき、αは空隙距離Ｄの最小値Ｄmin
であり、βは磁石長さＬの最大値Ｌmax である。また、
ｐはロータ１４の極対数（極数の１／２）であり、機械
角θが、ｐを乗ずることによって１つの永久磁石２０上
の電気角ｐθに換算される。なお、θの範囲は、−π／
２ｐ＜θ＜π／２ｐである。
【００１１】次にｆ（θ）を考察する。ロータ表面に固
定される永久磁石は、成形時及びロータ製造時の利便性
並びに回転時の動釣合いの観点から、軸線方向中心線及
び周方向中心線に関して対称な形状を有することが好ま
しい。そして永久磁石は、軸線方向中心線上で最小空隙
距離Ｄmin 及び最大磁石長さＬmax を有し、かつそれぞ
れ周方向両端部へ至る間に極値を有することなく相関的
に漸増及び漸減して、周方向両端部で最大空隙距離Ｄ
max 及び最小磁石長さＬmin を形成する。これらの条件
に鑑みて、ｆ（θ）を設定するのである。したがって上
記の第１実施例において、永久磁石２０上の基準位置を
軸線方向中心線Ｃ1 上に置いた場合、ｆ1(θ）及びｆ
2(θ）の条件は、−π／２ｐ＜θ＜π／２ｐで、 ｆ1(θ）＝ｆ1(−θ）、かつｄ2 ｆ1(θ）／ｄθ2
＜０、かつｆ1(θ）＞ｃｏｓ（ｐθ） ｆ2(θ）＝ｆ2(−θ）、かつｄ2 ｆ2(θ）／ｄθ2
＞０、かつ０＜ｆ2(θ）＜１／ｃｏｓ（ｐθ） となる。
定される永久磁石は、成形時及びロータ製造時の利便性
並びに回転時の動釣合いの観点から、軸線方向中心線及
び周方向中心線に関して対称な形状を有することが好ま
しい。そして永久磁石は、軸線方向中心線上で最小空隙
距離Ｄmin 及び最大磁石長さＬmax を有し、かつそれぞ
れ周方向両端部へ至る間に極値を有することなく相関的
に漸増及び漸減して、周方向両端部で最大空隙距離Ｄ
max 及び最小磁石長さＬmin を形成する。これらの条件
に鑑みて、ｆ（θ）を設定するのである。したがって上
記の第１実施例において、永久磁石２０上の基準位置を
軸線方向中心線Ｃ1 上に置いた場合、ｆ1(θ）及びｆ
2(θ）の条件は、−π／２ｐ＜θ＜π／２ｐで、 ｆ1(θ）＝ｆ1(−θ）、かつｄ2 ｆ1(θ）／ｄθ2
＜０、かつｆ1(θ）＞ｃｏｓ（ｐθ） ｆ2(θ）＝ｆ2(−θ）、かつｄ2 ｆ2(θ）／ｄθ2
＞０、かつ０＜ｆ2(θ）＜１／ｃｏｓ（ｐθ） となる。
【００１２】図１及び図２に示す第１実施例は、上記
及びの条件を満たすＤ（θ）及びＬ（θ）に従って、
永久磁石２０を形成している。この実施例は、ｆ1(θ）
として二次曲線（１−ａθ2 ）を採用する。ａの値は経
験的に選定されるが、図２では一例として、ａ＝１．８
×１０-3に設定する。したがって、第１実施例による永
久磁石２０（極対数ｐ＝４）は、 Ｄ（θ）＝Ｄmin ×（１−１．８×１０-3×θ2 ）／ｃｏｓ（４θ）、及び Ｌ（θ）＝Ｌmax ×（１−１．８×１０-3×θ2 ） に従って形状が決定される。ただし、θの範囲は、漏れ
磁束対策及び貼付作業性確保のために隣接する永久磁石
間に間隙を設ける必要があるので、−π／９＜θ＜π／
９とする。なお、実際の設計時には、空隙距離Ｄ（θ）
を、ロータ１４の半径Ｒ（すなわちロータコア１８の半
径と永久磁石２０の厚さとの和）に換算して、 Ｒ（θ）＝Ｒ0 −Ｄ（θ） ＝Ｒ0 −Ｄmin ×（１−１．８×１０-3×θ2 ）／ｃｏｓ（４θ） （ただし、Ｒ0 はステータ１２の内径）に従って設計す
ればよい。
及びの条件を満たすＤ（θ）及びＬ（θ）に従って、
永久磁石２０を形成している。この実施例は、ｆ1(θ）
として二次曲線（１−ａθ2 ）を採用する。ａの値は経
験的に選定されるが、図２では一例として、ａ＝１．８
×１０-3に設定する。したがって、第１実施例による永
久磁石２０（極対数ｐ＝４）は、 Ｄ（θ）＝Ｄmin ×（１−１．８×１０-3×θ2 ）／ｃｏｓ（４θ）、及び Ｌ（θ）＝Ｌmax ×（１−１．８×１０-3×θ2 ） に従って形状が決定される。ただし、θの範囲は、漏れ
磁束対策及び貼付作業性確保のために隣接する永久磁石
間に間隙を設ける必要があるので、−π／９＜θ＜π／
９とする。なお、実際の設計時には、空隙距離Ｄ（θ）
を、ロータ１４の半径Ｒ（すなわちロータコア１８の半
径と永久磁石２０の厚さとの和）に換算して、 Ｒ（θ）＝Ｒ0 −Ｄ（θ） ＝Ｒ0 −Ｄmin ×（１−１．８×１０-3×θ2 ）／ｃｏｓ（４θ） （ただし、Ｒ0 はステータ１２の内径）に従って設計す
ればよい。
【００１３】このようなＤ（θ）及びＬ（θ）に従って
形成される永久磁石２０は、図２（ａ）に示すように、
周方向への厚さの変化率が少なく、周方向両端部で充分
な厚さが維持されるので、空隙Ｇの平均距離を小さくし
て逆起電力を確保するとともに、焼結成形品の強度を確
保することができる。同時に、図２（ｂ）に示すよう
に、四隅の除去部分を少なくして表面積の減少を極力抑
えることにより逆起電力を確保し、かつ周方向両端部の
軸線方向長さを充分に維持して（−π／９＜θ＜π／９
の場合、Ｌmin ＝０．２８Ｌmax ）、製造時の位置決め
用基準面の確保を可能とする。
形成される永久磁石２０は、図２（ａ）に示すように、
周方向への厚さの変化率が少なく、周方向両端部で充分
な厚さが維持されるので、空隙Ｇの平均距離を小さくし
て逆起電力を確保するとともに、焼結成形品の強度を確
保することができる。同時に、図２（ｂ）に示すよう
に、四隅の除去部分を少なくして表面積の減少を極力抑
えることにより逆起電力を確保し、かつ周方向両端部の
軸線方向長さを充分に維持して（−π／９＜θ＜π／９
の場合、Ｌmin ＝０．２８Ｌmax ）、製造時の位置決め
用基準面の確保を可能とする。
【００１４】なお、上記実施例では、永久磁石２０上の
基準位置（θ＝０）を軸線方向中心線Ｃ1 上に置いた場
合として説明したが、基準位置を永久磁石２０の周方向
両端部のいずれかに置く場合は、Ｄmin をＤmax に、Ｌ
max をＬmin に、かつθを（θ−π／２）に全て置き換
えればよい。
基準位置（θ＝０）を軸線方向中心線Ｃ1 上に置いた場
合として説明したが、基準位置を永久磁石２０の周方向
両端部のいずれかに置く場合は、Ｄmin をＤmax に、Ｌ
max をＬmin に、かつθを（θ−π／２）に全て置き換
えればよい。
【００１５】図３は、本発明の第２実施例による永久磁
石形同期電動機のステータ２２及びロータ２４を示す。
この実施例では、ロータ２４は、上記及びの条件を
満たすＤ（θ）及びＬ（θ）に従って形成される８個の
永久磁石２６を備える。永久磁石２６の形状を決定する
共通因数ｆ1(θ）は、ｆ1(θ）＝ｃｏｓ（ｂθ）を採用
する。ｂの値はやはり経験的に選定され、図３では一例
として、ｂ＝３．６に設定する。したがって、第２実施
例による永久磁石２６は、 Ｄ（θ）＝Ｄmin ×ｃｏｓ（３．６θ）／ｃｏｓ（４θ） 〔又は、Ｒ（θ）＝Ｒ0 −Ｄmin ×ｃｏｓ（３．６θ）
／ｃｏｓ（４θ）〕、及び Ｌ（θ）＝Ｌmax ×ｃｏｓ（３．６θ） ただし、−π／９＜θ＜π／９ に従って形状が決定される。この第２実施例において
も、第１実施例と同様の効果が得られることは明らかで
ある。なお、この場合、Ｌmin ＝０．３１Ｌmax であ
る。
石形同期電動機のステータ２２及びロータ２４を示す。
この実施例では、ロータ２４は、上記及びの条件を
満たすＤ（θ）及びＬ（θ）に従って形成される８個の
永久磁石２６を備える。永久磁石２６の形状を決定する
共通因数ｆ1(θ）は、ｆ1(θ）＝ｃｏｓ（ｂθ）を採用
する。ｂの値はやはり経験的に選定され、図３では一例
として、ｂ＝３．６に設定する。したがって、第２実施
例による永久磁石２６は、 Ｄ（θ）＝Ｄmin ×ｃｏｓ（３．６θ）／ｃｏｓ（４θ） 〔又は、Ｒ（θ）＝Ｒ0 −Ｄmin ×ｃｏｓ（３．６θ）
／ｃｏｓ（４θ）〕、及び Ｌ（θ）＝Ｌmax ×ｃｏｓ（３．６θ） ただし、−π／９＜θ＜π／９ に従って形状が決定される。この第２実施例において
も、第１実施例と同様の効果が得られることは明らかで
ある。なお、この場合、Ｌmin ＝０．３１Ｌmax であ
る。
【００１６】図４は、本発明の第３実施例による永久磁
石形同期電動機のステータ２８及びロータ３０を示す。
この実施例では、ロータ３０は、上記及びの条件を
満たすＤ（θ）及びＬ（θ）に従って形成される８個の
永久磁石３２を備える。永久磁石３２の形状を決定する
共通因数ｆ2(θ）は、ｆ2(θ）＝１＋ａθ2 を採用す
る。ａの値はやはり経験的に選定され、図４では一例と
して、ａ＝１．８×１０ 3 に設定する。したがって、第
３実施例による永久磁石３２は、 Ｄ（θ）＝Ｄmin ×（１＋１．８×１０-3×θ2 ）／ｃｏｓ（４θ） 〔又は、Ｒ（θ）＝Ｒ0 −Ｄmin ×（１＋１．８×１０
-3×θ2 ）／ｃｏｓ（４θ）〕、及び Ｌ（θ）＝Ｌmax ×（１＋１．８×１０-3×θ2 ） ただし、−π／９＜θ＜π／９ に従って形状が決定される。この第３実施例において
も、第１実施例と同様の効果が得られることは明らかで
ある。なお、この場合、Ｌmin ＝０．３０Ｌmax であ
る。
石形同期電動機のステータ２８及びロータ３０を示す。
この実施例では、ロータ３０は、上記及びの条件を
満たすＤ（θ）及びＬ（θ）に従って形成される８個の
永久磁石３２を備える。永久磁石３２の形状を決定する
共通因数ｆ2(θ）は、ｆ2(θ）＝１＋ａθ2 を採用す
る。ａの値はやはり経験的に選定され、図４では一例と
して、ａ＝１．８×１０ 3 に設定する。したがって、第
３実施例による永久磁石３２は、 Ｄ（θ）＝Ｄmin ×（１＋１．８×１０-3×θ2 ）／ｃｏｓ（４θ） 〔又は、Ｒ（θ）＝Ｒ0 −Ｄmin ×（１＋１．８×１０
-3×θ2 ）／ｃｏｓ（４θ）〕、及び Ｌ（θ）＝Ｌmax ×（１＋１．８×１０-3×θ2 ） ただし、−π／９＜θ＜π／９ に従って形状が決定される。この第３実施例において
も、第１実施例と同様の効果が得られることは明らかで
ある。なお、この場合、Ｌmin ＝０．３０Ｌmax であ
る。
【００１７】図５は、本発明の第４実施例による永久磁
石形同期電動機のステータ３４及びロータ３６を示す。
この実施例では、ロータ３６は、上記及びの条件を
満たすＤ（θ）及びＬ（θ）に従って形成される８個の
永久磁石３８を備える。永久磁石３８の形状を決定する
共通因数ｆ2(θ）は、ｆ2(θ）＝２−ｃｏｓ（ｂθ）を
採用する。ｂの値はやはり経験的に選定され、図５では
一例として、ｂ＝３．６に設定する。したがって、第４
実施例による永久磁石３８は、 Ｄ（θ）＝Ｄmin ×〔２−ｃｏｓ（３．６θ）〕／ｃｏｓ（４θ） 〔又は、Ｒ（θ）＝Ｒ0 −Ｄmin ×〔２−ｃｏｓ（３．
６θ）〕／ｃｏｓ（４θ）〕、及び Ｌ（θ）＝Ｌmax ×〔２−ｃｏｓ（３．６θ）〕 ただし、−π／９＜θ＜π／９ に従って形状が決定される。この第４実施例において
も、第１実施例と同様の効果が得られることは明らかで
ある。なお、この場合、Ｌmin ＝０．２９Ｌmax であ
る。
石形同期電動機のステータ３４及びロータ３６を示す。
この実施例では、ロータ３６は、上記及びの条件を
満たすＤ（θ）及びＬ（θ）に従って形成される８個の
永久磁石３８を備える。永久磁石３８の形状を決定する
共通因数ｆ2(θ）は、ｆ2(θ）＝２−ｃｏｓ（ｂθ）を
採用する。ｂの値はやはり経験的に選定され、図５では
一例として、ｂ＝３．６に設定する。したがって、第４
実施例による永久磁石３８は、 Ｄ（θ）＝Ｄmin ×〔２−ｃｏｓ（３．６θ）〕／ｃｏｓ（４θ） 〔又は、Ｒ（θ）＝Ｒ0 −Ｄmin ×〔２−ｃｏｓ（３．
６θ）〕／ｃｏｓ（４θ）〕、及び Ｌ（θ）＝Ｌmax ×〔２−ｃｏｓ（３．６θ）〕 ただし、−π／９＜θ＜π／９ に従って形状が決定される。この第４実施例において
も、第１実施例と同様の効果が得られることは明らかで
ある。なお、この場合、Ｌmin ＝０．２９Ｌmax であ
る。
【００１８】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、ステータとロータとの間の空隙における磁束密度の
空間分布曲線を正弦波状にするとともに、空隙の半径方
向距離Ｄと永久磁石の軸線方向長さＬとが、共通因数ｆ
（θ）を有するそれぞれの関数に従って相関的に変化す
るように、永久磁石の形状を最適化したので、動作時の
逆起電力を確保するとともに、焼結成形品の強度及び製
造時の位置決め用基準面を確保することが可能となる。
したがって、電動機の特性及び製造工程に及ぼす影響を
可及的に低減しつつ、出力トルクの変動を理論的に排除
して、永久磁石形同期電動機の性能をさらに向上させる
効果を奏する。
は、ステータとロータとの間の空隙における磁束密度の
空間分布曲線を正弦波状にするとともに、空隙の半径方
向距離Ｄと永久磁石の軸線方向長さＬとが、共通因数ｆ
（θ）を有するそれぞれの関数に従って相関的に変化す
るように、永久磁石の形状を最適化したので、動作時の
逆起電力を確保するとともに、焼結成形品の強度及び製
造時の位置決め用基準面を確保することが可能となる。
したがって、電動機の特性及び製造工程に及ぼす影響を
可及的に低減しつつ、出力トルクの変動を理論的に排除
して、永久磁石形同期電動機の性能をさらに向上させる
効果を奏する。
【図１】本発明の第１実施例による永久磁石形同期電動
機の断面図である。
機の断面図である。
【図２】図１の同期電動機の、（ａ）部分拡大断面図、
（ｂ）永久磁石の平面図、である。
（ｂ）永久磁石の平面図、である。
【図３】本発明の第２実施例による永久磁石形同期電動
機の、（ａ）部分拡大断面図、（ｂ）永久磁石の平面
図、である。
機の、（ａ）部分拡大断面図、（ｂ）永久磁石の平面
図、である。
【図４】本発明の第３実施例による永久磁石形同期電動
機の、（ａ）部分拡大断面図、（ｂ）永久磁石の平面
図、である。
機の、（ａ）部分拡大断面図、（ｂ）永久磁石の平面
図、である。
【図５】本発明の第４実施例による永久磁石形同期電動
機の、（ａ）部分拡大断面図、（ｂ）永久磁石の平面
図、である。
機の、（ａ）部分拡大断面図、（ｂ）永久磁石の平面
図、である。
１０…電機子巻線 １２，２２，２８，３４…ステータ １４，２４，３０，３６…ロータ １６…回転軸 １８…ロータコア ２０，２６，３２，３８…永久磁石
Claims (1)
- 【請求項１】 電機子巻線を有したステータと、回転軸
に連結されるロータコア及び該ロータコアの周面に周方
向へ等間隔に固定され、前記ステータに空隙を介して対
向する複数の永久磁石を備えたロータとを具備する永久
磁石形同期電動機において、 １つの前記永久磁石に対する前記空隙の半径方向距離Ｄ
及び該永久磁石の軸線方向長さＬは、前記ロータの回転
角度θの関数ｆ（θ）を共通因数として有するそれぞれ
の関数、 Ｄ（θ）∝α×ｆ（θ）、及びＬ（θ）∝β×ｆ（θ）
に従って変化し、 かつ、これらの関数Ｄ（θ）及びＬ（θ）は、該永久磁
石の中心部をθ＝０の位置として、 Ｌ（θ）／Ｄ（θ）＝Ａｃｏｓ（ｐθ） の関係を有すること、 （ただし、α，β，Ａは任意定数、 ｐはロータの極対数、 −π／２ｐ＜θ＜π／２ｐ）を特徴とする永久磁石形同
期電動機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4169614A JP2786059B2 (ja) | 1992-06-26 | 1992-06-26 | 永久磁石形同期電動機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4169614A JP2786059B2 (ja) | 1992-06-26 | 1992-06-26 | 永久磁石形同期電動機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0614509A true JPH0614509A (ja) | 1994-01-21 |
| JP2786059B2 JP2786059B2 (ja) | 1998-08-13 |
Family
ID=15889768
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4169614A Expired - Fee Related JP2786059B2 (ja) | 1992-06-26 | 1992-06-26 | 永久磁石形同期電動機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2786059B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015154533A (ja) * | 2014-02-12 | 2015-08-24 | Ｗｏｌｏｎｇモーター制御技術株式会社 | 電動機 |
-
1992
- 1992-06-26 JP JP4169614A patent/JP2786059B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015154533A (ja) * | 2014-02-12 | 2015-08-24 | Ｗｏｌｏｎｇモーター制御技術株式会社 | 電動機 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2786059B2 (ja) | 1998-08-13 |
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