JPH07222384A - 永久磁石形モータ - Google Patents

永久磁石形モータ

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JPH07222384A
JPH07222384A JP6007538A JP753894A JPH07222384A JP H07222384 A JPH07222384 A JP H07222384A JP 6007538 A JP6007538 A JP 6007538A JP 753894 A JP753894 A JP 753894A JP H07222384 A JPH07222384 A JP H07222384A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
peripheral surface
center
rotor
air gap
magnetic pole
Prior art date
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Pending
Application number
JP6007538A
Other languages
English (en)
Inventor
Isamu Nitta
勇 新田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP6007538A priority Critical patent/JPH07222384A/ja
Publication of JPH07222384A publication Critical patent/JPH07222384A/ja
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  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コギングトルクを小さくでき、ひいては振動
や騒音、回転むらも小さくする。 【構成】 回転子鉄心26の外周面26aを、これと対
向する固定子鉄心22の内周面22aとの間の空隙32
の寸法が各磁極ごとに磁極の周方向中央部に対応する部
位から磁極間に対応する部位に向かうに従って大きくな
るように形成し、磁極間の空隙寸法Gbが、磁極の中央
部の空隙寸法Gcの2倍となるように設定する。これに
より、空隙32は磁極間に向かうほど大きくなり、磁気
抵抗もそれに比例して大きくなるため、磁極ごとの空隙
磁束密度分布としては、磁極間に対応する部位において
は小さく、磁極の中央部に対応する部位において集中す
るようになり正弦波に近い分布となる。この結果、コギ
ングトルクを小さくできる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、回転子鉄心の内部に断
面形状が弧状をなす磁極用の複数個の永久磁石を組み込
んで構成される回転子を備えた永久磁石形モータに関す
る。
【0002】
【従来の技術】この種の永久磁石形モータにおいては、
高トルク化及び高効率化を図ったものとして、図5に示
す構成のモータが開発されている。このモータは次のよ
うな構成となっている。
【0003】固定子1は、けい素鋼板を多数枚積層して
構成された略円筒状をなす固定子鉄心2と、この固定子
鉄心2に形成された多数のスロット3に巻装された複数
相の固定子巻線4とから構成されている。
【0004】これに対して、回転子5は、けい素鋼板を
多数枚積層して構成された回転子鉄心6と、この回転子
鉄心6の中心部に嵌着された回転軸7と、回転子鉄心6
の内部に形成された各挿入孔8に挿入された磁極用の4
個の永久磁石9とから構成されている。このうち、各永
久磁石9は、断面形状が円弧状をなし、その凸部9a側
が回転子鉄心6の中心側(回転子5の回転中心側)を向
くように配置されていると共に、各部の磁束10が永久
磁石9の円弧の中心11に集中するように着磁されてい
る。
【0005】しかして、斯様な回転子5は、回転子鉄心
6の外周面6aと固定子鉄心2の内周面2aとの間に所
定の空隙12を存する状態で、固定子1の内側に回転可
能に配設されている。このとき、回転子鉄心6の外周面
6aと固定子鉄心2の内周面2aとの間の空隙寸法G
は、全周にわたってほぼ均一となるように設定されてい
る(ただし、スロット3の開口部部分を除く)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来構成のものでは、回転子5の回転時におけるコギ
ングトルクが大きく、振動や騒音も大きいう問題点があ
った。
【0007】そこで、本発明の目的は、コギングトルク
を小さくでき、ひいては振動や騒音も小さくできる永久
磁石形モータを提供するにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するために、回転子鉄心の内部に断面形状が弧状を
なす磁極用の複数個の永久磁石をそれぞれの凸部側が回
転子鉄心の中心側を向くように配置した回転子を備え、
この回転子を略円筒状をなす固定子鉄心の内側に回転可
能に配設する構成の永久磁石形モータにおいて、前記回
転子鉄心の外周面を、これと対向する固定子鉄心の内周
面との間の空隙寸法が各磁極ごとに磁極の周方向中央部
に対応する部位から磁極間に対応する部位に向かうに従
って大きくなるように形成したことを特徴とするもので
ある(請求項1)。
【0009】この場合、回転子鉄心の外周面の形状は、
各磁極ごとに回転子の回転中心と磁極の周方向中央部と
を結ぶ磁極軸線上でかつ回転中心から磁極側にずれた位
置に中心を有する円弧状となるように形成することが好
ましい(請求項2)。
【0010】さらに好ましくは、回転子鉄心の外周面と
固定子鉄心の内周面との間の空隙において、磁極の周方
向中央部に対応する部位の空隙寸法をGc、磁極間に対
応する部位の空隙寸法をGbとしたときに、 1.25×Gc≦Gb≦3.25×Gc の関係が成立するように設定すると良い(請求項3)。
【0011】
【作用】上記した手段によれば、回転子と固定子との間
の空隙寸法が、各磁極ごとに磁極の周方向中央部に対応
する部位から磁極間に対応する部位に向かうに従って大
きくなっているから、磁極間に対応する部位の磁気抵抗
もそれに比例して大きくなる。このため、磁極ごとの空
隙の磁束密度分布としては、磁極間に対応する部位にお
いては小さく、磁極の中央部に対応する部位において集
中するようになるため、正弦波に近い分布となる。この
結果、コギングトルクを小さくすることができる。
【0012】請求項3の式の関係が成立するように設定
した場合には、空隙磁束密度において特に第3調波成分
を少なくでき、コギングトルクを一層小さくすることが
できる。
【0013】
【実施例】以下、本発明の一実施例につき図1ないし図
4を参照して説明する。まず、図1において、固定子2
1は、けい素鋼板を多数枚積層して構成された略円筒状
をなす固定子鉄心22と、この固定子鉄心22に形成さ
れた多数のスロット23に巻装された複数相の固定子巻
線24とから構成されている。
【0014】これに対して、回転子25は、けい素鋼板
を多数枚積層して構成された回転子鉄心26と、この回
転子鉄心26の中心部に嵌着された回転軸27と、回転
子鉄心26の内部に形成された各挿入孔28に挿入され
た磁極用の4個の永久磁石29とから構成されている。
このうち、各永久磁石29は、断面形状が円弧状をな
し、その凸部29a側が回転子鉄心26の中心側(回転
子25の回転中心側)を向くように配置されていると共
に、各部の磁束30が円弧の中心31に集中するように
着磁されている。また、各永久磁石29は、隣同志が逆
極となるように、N極とS極とが交互になるように配置
されている。
【0015】そして、斯様な回転子25は、回転子鉄心
26の外周面26aと固定子鉄心22の内周面22aと
の間に空隙32を存する状態で、固定子21の内側に回
転可能に配設されている。
【0016】このとき、回転子鉄心26の外周面26a
の形状は、各磁極ごとに回転子25の回転中心Oと磁極
の周方向中央部とを結ぶ磁極軸線33上で、かつ回転中
心Oから磁極側にずれた位置に中心34を有する円弧状
に形成されている。この結果、回転子鉄心26の外周面
26aは、これと対向する固定子鉄心22の内周面22
aとの間の空隙32の空隙寸法が、各磁極ごとに磁極の
周方向中央部に対応する部位から磁極間に対応する部位
に向かうに従って大きくなるように形成されている。
【0017】従って、回転子鉄心26の外周面26aと
固定子鉄心22の内周面22aとの間の空隙32におい
て、磁極の周方向中央部に対応する部位の空隙寸法をG
c(以下、単に中央部の空隙寸法Gcと称する)、磁極
間に対応する部位の空隙寸法をGb(以下、単に磁極間
の空隙寸法Gbと称する)としたときに、Gb>Gcと
なっている。そして、特に本実施例では、磁極間の空隙
寸法Gbを中央部の空隙寸法Gcの2倍となるように設
定している(Gb=2×Gc)。
【0018】斯様な構成とした本実施例によれば、回転
子25と固定子21との間の空隙32の空隙寸法が、各
磁極ごとに磁極の周方向中央部に対応する部位から磁極
間に対応する部位に向かうに従って大きくなっているか
ら、磁極間に対応する部位の磁気抵抗もそれに比例して
大きくなる。このため、磁極ごとの空隙32の磁束密度
分布としては、磁極間に対応する部位においては小さ
く、磁極の中央部に対応する部位において集中するよう
になるため、正弦波に近い分布となる。
【0019】ここで、本実施例と従来例とにおいて、ス
ロット開口部の影響を除去し、空隙の磁束密度を定量的
に比較するために、磁極2極分を1周期とする調波解析
を行った結果を図2に示す。この図2から明らかなよう
に、本実施例においては、空隙磁束密度スペクトルにお
ける3次より高次の調波成分が従来例に比べて小さくな
っていることがわかる。
【0020】さらに、空隙磁束密度における第3調波成
分のみに着目し、この第3調波成分と、磁極間の空隙寸
法Gbと中央部の空隙寸法Gcとの比(Gb/Gc)
(以下、空隙寸法比(Gb/Gc)と称する)との関係
を図3に示す。この図3から明らかなように、空隙寸法
比(Gb/Gc)が1.25〜3.25の範囲で空隙磁
束密度の第3調波成分を減少させることができることが
わかる。
【0021】従って、磁極間の空隙寸法Gbと中央部の
空隙寸法Gcとの間に、 1.25×Gc≦Gb≦3.25×Gc …(1) の関係が成立する構成とすることが好ましい。さらに好
ましくは、 1.5×Gc≦Gb≦2.75×Gc …(2) の関係が成立する構成とするとよい。
【0022】図4には本実施例と従来例とで発生するコ
ギングトルク波形を示している。ただし、この図4は、
各角度におけるコギングトルクの瞬時値を従来例のピー
ク−ピーク値(以下、単にP−P値と称する)で除し正
規化している。この図4から明らかなように、本実施例
の場合、従来例に比べてコギングトルクを大幅に低減で
きることがわかる。
【0023】なお、上記した実施例では、回転子25の
永久磁石29は、各部の磁束30が中心31に集中する
構成としたが、これに限られず、例えば各部の磁束が磁
極軸線33と平行となる構成としても良い。また、本発
明は、固定子鉄心22のスロット23の数や回転子25
の磁極数(永久磁石29の数)等について、上記実施例
に限られないものである。
【0024】
【発明の効果】請求項1に記載の永久磁石形モータによ
れば、回転子と固定子との間の空隙寸法が、各磁極ごと
に磁極の周方向中央部に対応する部位から磁極間に対応
する部位に向かうに従って大きくなっているから、磁極
間に対応する部位の磁気抵抗もそれに比例して大きくな
る。このため、磁極ごとの空隙の磁束密度分布として
は、磁極間に対応する部位においては小さく、磁極の中
央部に対応する部位において集中するようになるため、
正弦波に近い分布となる。この結果、コギングトルクを
小さくすることができ、ひいては振動や騒音、回転むら
も小さくすることができる。
【0025】請求項3に記載の永久磁石形モータによれ
ば、空隙磁束密度において特に第3調波成分を少なくで
き、コギングトルクを一層小さくすることができる利点
がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す断面図
【図2】空隙磁束密度スペクトルを示す図
【図3】空隙磁束密度の第3調波成分の比率を示す図
【図4】コギングトルク波形を示す図
【図5】従来例を示す図1相当図
【符号の説明】
21は固定子、22は固定子鉄心、22aは内周面、2
5は回転子、26は回転子鉄心、26aは外周面、29
は永久磁石、29aは凸部、32は空隙、33は磁極軸
線である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転子鉄心の内部に断面形状が弧状をな
    す磁極用の複数個の永久磁石をそれぞれの凸部側が回転
    子鉄心の中心側を向くように配置した回転子を備え、こ
    の回転子を略円筒状をなす固定子鉄心の内側に回転可能
    に配設する構成の永久磁石形モータにおいて、 前記回転子鉄心の外周面を、これと対向する固定子鉄心
    の内周面との間の空隙寸法が各磁極ごとに磁極の周方向
    中央部に対応する部位から磁極間に対応する部位に向か
    うに従って大きくなるように形成したことを特徴とする
    永久磁石形モータ。
  2. 【請求項2】 回転子鉄心の外周面の形状は、各磁極ご
    とに回転子の回転中心と磁極の周方向中央部とを結ぶ磁
    極軸線上でかつ回転中心から磁極側にずれた位置に中心
    を有する円弧状となるように形成されていることを特徴
    とする請求項1記載の永久磁石形モータ。
  3. 【請求項3】 回転子鉄心の外周面と固定子鉄心の内周
    面との間の空隙において、磁極の周方向中央部に対応す
    る部位の空隙寸法をGc、磁極間に対応する部位の空隙
    寸法をGbとしたときに、 1.25×Gc≦Gb≦3.25×Gc の関係が成立するように設定したことを特徴とする請求
    項2記載の永久磁石形モータ。
JP6007538A 1994-01-27 1994-01-27 永久磁石形モータ Pending JPH07222384A (ja)

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