JPH0720050U

JPH0720050U - 永久磁石形同期電動機のロータ

Info

Publication number: JPH0720050U
Application number: JP6884093U
Authority: JP
Inventors: 恭祐宮本; 憲昭岩渕; 浩二石川; 透鹿山
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 1993-07-14
Filing date: 1993-11-29
Publication date: 1995-04-07

Abstract

(57)【要約】【目的】本考案は、永久磁石形同期電動機のロータ構造
に関し、隣極同士のギャップ磁束分布波形が対称とな
り、風損が少なく、風切音の発生がない、永久磁石の挿
入工数の少ない永久磁石形同期電動機のロータを提供す
ることを目的とする。【構成】積層電磁鋼板よりなる円筒状のロータコアと、
このロータコアの軸芯の法線方向と直交させて設けたス
ロットと、このスロット内に嵌合した永久磁石よりなる
永久磁石形同期電動機のロータにおいて、ロータコアの
法線方向に極数ピッチで等分された外周近傍に、軸芯の
法線方向に開いて設けた漏洩磁束防止のほぼ扇形の極数
個の穴と、この穴間に１極ピッチおきに法線と直交方向
に設けたスロットと、このスロット内に嵌合した、径方
向が同極性となるように着磁した永久磁石とでロータコ
アブロックを構成しロータとする。また、このロータコ
アブロック偶数個を、隣接するロータコアブロックの永
久磁石の着磁方向が逆になるように、１極ピッチづつず
らして軸方向に組合せロータとしてもよい。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、永久磁石形同期電動機のロータ構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来、永久磁石形同期電動機のロータ構造として、積層した磁性鋼板コアに突極を４個直交させ設け、その内対向する２つの突極の頂部に、法線方向と直交する方向の矩形の溝を設け、この溝内に矩形の永久磁石を嵌合したものがある（例えば、特開平４−７１３４２号公報）。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

ところが、従来技術では、下記のような問題がある。１）磁石が埋設されている突極と、コアだけの突極とでは、無負荷のギャップ磁束密度分布が近似していても、負荷がかかったとき電機子反作用の影響度が、磁石のある部分と無い部分では異なる。これは磁石上部の磁性体の径方向の厚みが違うためｑ軸方向の磁気抵抗が異なる。したがって、隣極同士のギャップ磁束分布波形が対称にならない。この状態で、電機子巻線の接続を隔極もしくは隣極並列接続にした場合、各回路が不平衡になるので並列回路に循環電流が流れモータ特性を著しく劣化させる。この問題を解決しようとして、各突極にそれぞれ磁石を埋設する構造にすることは可能であるが、磁石をモータ極数分埋設する作業が必要になり、工数を必要とする。２）また、従来例は、ロータ表面に露出した突極があるので、モータ回転速度が大きくなった場合、風損が増加してモータ効率を低下させる問題がある。また、これは損失だけでなく回転音の発生にもつながる。３）さらに、突極を持つ永久磁石形同期電動機のロータでは、着磁された磁石をほぼ磁石と同じ形状の穴の中に挿入していくのであるが、１枚ものの磁石を入れる作業は、軸長が長くなるにしたがい困難を極め、割れの危険性が増す。そこで、本考案は、隣極同士のギャップ磁束分布波形が対称となり、風損が少なく、風切音の発生がない、永久磁石の挿入工数の少ない永久磁石形同期電動機のロータ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、本考案は、積層電磁鋼板よりなる円筒状のロータコアと、このロータコアの法線方向に極数ピッチで等分された外周近傍に設けた、ロータの軸芯の法線方向に開いたほぼ扇形の漏洩磁束防止の極数個の穴と、この穴間に１極ピッチおきに法線と直交方向に設けたスロットと、このスロット内に嵌合した、径方向が同極性となるように着磁した永久磁石とでロータコアブロックを構成し、永久磁石形同期電動機のロータとする。また、このロータコアブロック偶数個を、隣接するロータコアブロックの永久磁石の着磁方向が逆になるように、１極ピッチづつずらして軸方向に組合せようにする。

【０００５】

【作用】

隣接するロータコアブロックの極数等分位置で交互に極性が入れ替わり、全周にわたり極数分の磁極が形成される。また、ロータコアブロック偶数個を、隣接するロータコアブロックの永久磁石の着磁方向が逆になるように、１極ピッチづつずらして軸方向に組合せることで、隣極同士の合成磁束分布が対称になる。

【０００６】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図に基づいて説明する。図１は本考案の実施例を示すロータコアブロックの部分断面図である。６極のモータを例にとり説明する。電機子コア１にはステータスロット２が施され、その中には、多相・多極の電機子巻線３が巻回されている。円筒状ロータコア４は、法線方向に６等分され、等分位置の外周近傍には、軸芯の法線方向に開いた漏洩磁束防止のほぼ扇形の穴６を設けてある。ロータコア４の穴６間には、磁気的に飽和し、機械的には最高回転速度時の遠心力に耐えるだけの厚みをもつ繋ぎを切り残し、１つおきに法線と直交方向に、穴６の内径側を結ぶ線の近傍を底部とし後述の永久磁石５ａの厚さを高さとする矩形のスロット５を設けてある。スロット５内には、径方向に着磁した矩形の永久磁石５ａを、１つおきの永久磁石５ａを径方向が同極性となるように嵌合してある。ロータコア４の外径側と永久磁石５ａの間には、ｑ軸磁束が流れるかまぼこ状の突極４ａが形成される。ロータコア４の内径には、シャフト７を嵌合する穴が設けてある。以上の構成でロータコアブロック１０を形成する。以上のように構成したロータコアブロック１０を２個作り、図２に示すように、このロータコアブロック１０を軸方向に穴６が一致するように、隣接するロータコアブロック１０ａ、１０ｂの永久磁石５ａ、５ｂの着磁方向が逆になるように、１極ピッチづつずらして組合せ、シャフト７に嵌合してゆく。なお、ロータコアブロック１０を２個組合せたものを例にとり説明したが、偶数個のロータコアブロックを同じ要領で組合せても同様である。また、基準となる長さのロータコアブロックを、必要数組み合わせ、種々の定格出力に対応するようにするとよい。

【０００７】図３は、図２に示すようにロータコアブロック１０を組合せ、負荷がかかった場合の隣り合う２極分のギャップの磁束密度分布を示し、磁束密度のピークが負荷角だけずれている。ａは前部ロータコアブロック１０ａ、ｂは後部ロータコアブロック１０ｂ、ｃはこれらを軸方向に合成した磁束密度分布であり、各極の合成した磁束分布は対称になる。図４により、第２の実施例を説明する。実施例のスロット５をギャップ側に向かって開いた浅いＶ字形状のスロット５０とし、永久磁石５ａを、スロット５０に嵌め合う浅いＶ字形状の永久磁石５ｃにしてある。このようにすることにより、ロータコア４の外径側と永久磁石５ｃの間には、ｑ軸磁束が流れる開いた扇形の突極４ｂが形成される。なお、永久磁石５ｃをＶ字の底部で左右に２分割してもよい。図４と図６により、隣り合う２極分のギャップの磁束密度分布を説明する。図４に示すように、実施例の永久磁石５ａの上部に相当する位置を基準に、実施例の突極４ａのかまぼこ形の頂部と底部の高さをｈ₁とし、第２の実施例の突極４ｂの扇形の頂部と底部の高さをｈ₂としたとき、実施例のように６極のモータを例にとり、有限要素法により磁束分布を解析した結果、図６に示すように、１．８ｈ₁＜ｈ₂＜２．２ｈ₁の範囲で、隣り合う２極のギャップの磁束密度分布がほぼ平衡することが判明した。図５により、第３の実施例を説明する。この例は、第２の実施例のＶ字形状のスロット５０を円弧状のスロット５１にし、Ｖ字形状の永久磁石５ｃをスロット５１に嵌め合う円弧状の永久磁石５ｄにしてある。突極４ｃがレンズ状となり磁束の流れがよりスムーズになる。なお、この場合、第２の実施例と同様にレンズ状突極４ｃの頂部と底部の高さをｈ₁とし、頂部と底部の高さをｈ₂としたとき、１．８ｈ₁＜ｈ₂＜２．２ｈ ₁ の範囲にしてある。第２の実施例と同様に、隣り合う２極のギャップの磁束密度分布がほぼ平衡する。

【０００８】

【考案の効果】

以上述べたように、本考案によれば、実施例に述べたようなロータ構造にすることで、以下に述べるような効果がある。１）ロータコアブロック偶数個を、隣接するロータコアブロックの永久磁石の着磁方向が逆になるように、１極ピッチづつずらして軸方向に組合せることにより、隣極同士の合成磁束分布が対称になる。したがって、どのような巻線接続法でも、電機子巻線回路中に循環電流が流れることはないので、モータの効率を低下させることはない。２）永久磁石の軸方向長さが短くなり、挿入し易くなるので、工数も少なく、欠損の可能性も減少し、歩留まりがよい。３）ロータ外形が円筒形であるので、高速回転時の風損も小さく高速時のモータ効率を低下させることがなく、風切音も発生しない。４）種々の定格出力に対し、基準となる長さのロータコアブロックを偶数個組合せることにより、各種の出力に対しフレキシブルに対応できる。５）突極を開いた扇形もしくはレンズ状にすることにより、ロータコアの外径側と永久磁石間に形成される突極のｑ軸磁束が流れる断面積が広がり、ｑ軸磁束の飽和を防止できリラクタンス・トルクを発生させることができ、ｄ軸磁束を制御することにより、最適なトルク制御ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例を示す、ロータコアブロック
の部分断面図。

【図２】実施例のロータコアブロックの組合せ方を示
す部分斜視図。

【図３】実施例のギャップの磁束密度分布を示すグラ
フ。

【図４】第２の実施例を示す、ロータコアブロックの
部分断面図。

【図５】第３の実施例を示す、ロータコアブロックの
部分断面図。

【図６】第２の実施例のギャップの磁束密度分布を示
すグラフ。

【符号の説明】

１電機子コア、２ステータスロット、３電機子巻
線、４ロータコア、４ａ，４ｂ，４ｃ突極、５，５
０，５１スロット、５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ永久磁
石、６穴、７シャフト、１０、１０ａ、１０ｂロ
ータコアブロック

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者鹿山透福岡県北九州市八幡西区黒崎城石２番１号株式会社安川電機内

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】積層電磁鋼板よりなる円筒状のロータコ
アと、前記ロータコアの法線方向に極数ピッチで等分さ
れた外周近傍に設けた、ロータの軸芯の法線方向に開い
たほぼ扇形の漏洩磁束防止の極数個の穴と、この穴間に
１極ピッチおきに法線と直交方向に設けたスロットと、
このスロット内に嵌合した、径方向が同極性となるよう
に着磁した永久磁石とでロータコアブロックを構成した
ことを特徴とする永久磁石形同期電動機のロータ。
【請求項２】前記ロータコアブロック偶数個を、隣接
するロータコアブロックの永久磁石の着磁方向が逆にな
るように、１極ピッチづつずらして軸方向に組合せた請
求項１記載の永久磁石形同期電動機のロータ。
【請求項３】前記スロットが矩形であり、前記永久磁
石が矩形である請求項１または２記載の永久磁石形同期
電動機のロータ。
【請求項４】前記スロットがギャップ側に向かって開
いた浅いＶ字形状であり、前記永久磁石が浅いＶ字形状
である請求項１または２記載の永久磁石形同期電動機の
ロータ。
【請求項５】前記スロットがギャップ側に向かって開
いた浅い円弧状であり、前記永久磁石が浅い円弧状であ
る請求項１または２記載の永久磁石形同期電動機のロー
タ。