JPH1075556A - 永久磁石回転電機 - Google Patents

永久磁石回転電機

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Publication number
JPH1075556A
JPH1075556A JP8228038A JP22803896A JPH1075556A JP H1075556 A JPH1075556 A JP H1075556A JP 8228038 A JP8228038 A JP 8228038A JP 22803896 A JP22803896 A JP 22803896A JP H1075556 A JPH1075556 A JP H1075556A
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JP
Japan
Prior art keywords
permanent magnet
stator
electric machine
poles
rotating electric
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP8228038A
Other languages
English (en)
Inventor
Fumio Tajima
文男 田島
Shoichi Kawamata
昭一 川又
Yutaka Matsunobu
豊 松延
Toshimi Abukawa
俊美 虻川
Kazuo Onishi
和夫 大西
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.)
Hitachi Ltd
Nidec Advanced Motor Corp
Original Assignee
Hitachi Ltd
Japan Servo Corp
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd, Japan Servo Corp filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JPH1075556A publication Critical patent/JPH1075556A/ja
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64Electric machine technologies in electromobility

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  • Brushless Motors (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】トルク脈動の小さい、高トルク出力の集中巻固
定子永久磁石回転電機を提供する。 【解決手段】固定子磁極に集中的に巻回した多相の固定
子巻線を備えた固定子鉄心を有する固定子と、ほぼ等間
隔に着磁された永久磁石磁極を回転子に有する永久磁石
回転子とを備えた構成の集中巻固定子永久磁石回転電機
において、永久磁石磁極の極対数を奇数とし、固定子磁
極数を偶数でかつ永久磁石の極対数の整数倍と異ならせ
るとともに固定子鉄心の空隙面に補助溝を配置する。 【効果】トルク脈動を小さく、かつ高トルクにできる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は駆動電動機として永
久磁石電動機を使用した電動車両に係わり、特に、安全
性の高い電動車両を提供するものである。
【0002】
【従来の技術】小型永久磁石電動機は一般に固定子磁極
を有し、かつこの磁極に固定子巻線を集中的に配置する
構成の集中巻き永久磁石回転電機が使用されてきた。こ
れまで、大型回転機の分野まで使用されている分布巻固
定子に対して、エンド部が単純な構成となるために電動
機の体格を小さくできる、また、コイルの数を少なくで
きることから構成が単純になる等の利点がある。この種
の永久磁石回転電機では永久磁石回転電機の永久磁石の
極数Pと固定子の磁極数Mとの比を2:3とする事が一
般であった。しかし、上記方式はコギングトルクが大き
い欠点があった。コギングトルクは永久磁石の極数Pと
固定子の磁極数Mとの最小公倍数に反比例する。そこ
で、見かけ上固定子の磁極数を増やす効果を持たせるた
めに固定子磁極の空隙面に補助溝を設ける方式が特公昭
58−42707 号公報に開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術によれ
ば、永久磁石の表面に補助溝を設けることによってコギ
ングトルクの1回転あたりの脈動数を増加させて、コギ
ングトルクを小さくすることができる。しかし、永久磁
石極数と固定子磁極数についての開示例は一般には固定
子突極数と永久磁石極数が3:2もしくは3:4等に選
択されており、コギングトルクの一層の低減、及び巻線
の有効活用を示す巻線係数は0.866 と小さく発生ト
ルクを低下せしめる欠点があった。本発明の目的は、以
上述べた問題点を除き、脈動トルクを小さくでき、かつ
巻線の活用率を向上できる永久磁石回転電機を提供する
ことにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、固定子磁極に集中的に巻回した多相の固定子巻線を
備えた固定子鉄心を有する固定子と、ほぼ等間隔に着磁
された永久磁石磁極を回転子に有する永久磁石回転子と
を備えた構成の集中巻固定子永久磁石回転電機におい
て、永久磁石磁極の極対数を奇数とし、固定子磁極数を
偶数でかつ永久磁石の極対数の整数倍と異ならせるとと
もに固定子鉄心の空隙面に補助溝を配置する。
【0005】さらに、より好ましい実施態様としては、
前記永久磁石回転電機において、固定子鉄心磁極の空隙
面に1個の補助溝を配置した構成とする。
【0006】以上の構成によれば、奇数極対数を有する
永久磁石回転電機ではそのままコギングトルクが小さい
利点を有する。さらに、補助溝を入れることによって確
実にコギングトルクの脈動数が増加し、コギングトルク
が減少する。一方、従来機より巻線の利用率は向上し、
出力トルクの大きな永久磁石回転電機を提供できる。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を用
いて説明する。
【0008】図1は本発明にかかわる永久磁石回転電機
の一実施例を、図2は本発明の永久磁石回転電機の断面
構造を示す。
【0009】図1において電動機1は固定子2と回転子
3とからなり、固定子2は固定子鉄心4と固定子巻線5
とで構成される。ここで、固定子鉄心4は円環状の固定
子ヨーク41と固定子磁極42とからなり、固定子磁極
42には固定子巻線5が集中的に巻回される構成であ
る。各巻線は空隙面での磁路を共有することが無い構成
である。この集中巻固定子構造は一般の大型機に使用さ
れている分布巻構造の固定子に対して、エンドコイル部
の長さを短くすることができるため、回転電機の体格を
小さくすることができる利点がある。
【0010】ここでは、電動機構成で、3相、かつ永久
磁石回転子2の極数が10、固定子磁極数12の構成を
本発明の一実施例として示した。以上の構成が本発明の
対象の永久磁石回転電機の構成である。つまり、永久磁
石極対数を5と奇数とし、固定子磁極数は永久磁石極対
数が7の整数倍と異なり、かつ偶数の12の構成であ
る。図1では電動機の例で示したが、発電機でも同様で
あることはいうまでもないことである。
【0011】図2は本発明の永久磁石電動機の断面構造
図を示す。回転電機1の固定子2はハウジング9と、こ
のハウジング9の内周面に固定された固定子鉄心4と、
この固定子鉄心4に巻き回された多相の固定子巻線5と
からなる。回転子3は図1で示した構成の永久磁石6,
ヨーク7,シャフト8とで構成される。また、シャフト
8はベアリング11,エンドブラケット10によって固
定子2に回転自在に保持する。ここで、Huは回転子3
の永久磁石の位置を検出する磁極位置検出器(一般には
ホール素子等で構成される)を示す。図1で示した固定
子巻線U1+,U1~,U2+,U2~,V1+,V1~,V2+,V
2~,W1+,W1~,W2+,W2~に対応した一組の磁極位置
検出器Hu,Hv,Hwが配置される。Ptは固定子巻
線5のU1+,U1~,U2+,U2~,V1+,V1~,V2+,V
2~,W1+,W1~,W2+,W2~をそれぞれ3相結線すると
ともに磁極位置検出器Hu,Hv,Hwを固定及び配線
する配線基板である。ここで、本発明では、磁極位置検
出器Hu,Hv,Hwは回転子3の永久磁石6の発生す
る磁束によって直接磁極位置を検出する構成の磁極位置
検出器を対象とする。
【0012】以上の構成において、補助溝12が固定子
磁極42の空隙面に1個設けられている。ここで、補助
溝12が無い場合のコギングトルクは永久磁石の極数1
0と固定子磁極数12との最小公倍数である60サイク
ル/回転で現れる。従来構成では一般に永久磁石極数
8,固定子磁極数12にするのが一般的である。この場
合は、永久磁石の極数10と固定子磁極数12との最小
公倍数24となり、24サイクル/回転で現れる。一般
にコギングトルクは1回転あたりの脈動数が大きくなる
につれて、その値は小さくなる。従って、永久磁石の極
数14と固定子磁極数12との組み合わせは従来構成よ
りもコギングトルクを小さくすることはできる。
【0013】しかし、ブラシレスモータの普及によって
いろいろな分野にこの種回転電機は使用されている。特
に、フードファン用に使用されると回転電機のわずかな
脈動トルクによって生じる騒音もフードによって増幅さ
れて大きな騒音となる。従ってコギングトルクは一層小
さくすることが要求される。
【0014】図1に示したように固定子磁極の空隙面に
固定子磁極間の空隙部とほぼ同じ磁気的な抵抗を有する
補助溝12を1個設けると、固定子磁極42間の空隙部
が2倍の24になったのと同じとなり、両者の最小公倍
数は120サイクル/回転となり、1回転あたりの脈動
数を増加させて脈動トルクを小さくすることができる。
【0015】代表的な従来構成の永久磁石回転電機では
永久磁石極数8,固定子磁極数12の構成である。この
場合、固定子巻線の幅は8極×180度/固定子磁極数
12で、電気角で120度と計算される。この場合の巻
線の利用率は0.866 となる。
【0016】一方本発明の対象とする永久磁石の極数1
0と固定子磁極数12の構成では固定子巻線の幅は10
極×180度/固定子磁極数12で、電気角で150度
と計算される。この集中巻き定数の他、分布巻き定数を
計算しても、巻線の利用率は0.933 となる。従っ
て、巻線の利用率が向上し出力トルクの大きな永久磁石
回転電機を提供できる。
【0017】図3に本発明の他の実施例を示す。ここで
は、本発明の一実施例としての電動機構成で、3相、か
つ永久磁石回転子2の極数が14、固定子磁極数12の
構成を示した。つまり、永久磁石極対数を7と奇数と
し、固定子磁極数は永久磁石極対数が7の整数倍と異な
り、かつ偶数の12の構成である。
【0018】図3に示したように固定子磁極の空隙面に
固定子磁極間の空隙部とほぼ同じ磁気的な抵抗を有する
補助溝12を2個設けると、固定子磁極42間の空隙部
が2倍の36になったのと同じとなり、両者の最小公倍
数は252サイクル/回転となり、1回転あたりの脈動
数が従来例、図1で示した例で示した場合より大きくな
ってコギングトルクを低減することができる。この補助
溝の数は増加することによってコギングトルクを低減さ
せることができるが、固定子磁極間の空隙と同じ磁気抵
抗を有する補助磁極となると寸法所の制限から自ずと限
界がある。また、補助溝の増加は巻線が鎖交する有効磁
束量を若干減少させて発生トルクを低下させる欠点はあ
る。固定子磁極に1個の補助溝の設置によって実用上許
しうる値までコギングトルクを低下させられれば発生ト
ルクの低下も小さくコギングトルクの小さな永久磁石回
転電機を提供することが出来る。
【0019】図4に本発明の他の実施例を示す。ここで
は、本発明の一実施例としての電動機構成で、3相、か
つ永久磁石回転子2の極数が10、固定子磁極数6の構
成を示した。つまり、永久磁石極対数を5と奇数とし、
固定子磁極数は永久磁石極対数が5の整数倍と異なり、
かつ偶数の12の構成である。
【0020】ここでは、固定子磁極間の空隙が大きいた
めに固定子磁極の空隙間表面に設けられた補助溝12の
設置によっても、コギングトルクの脈動数/回転をたか
めることはできない。
【0021】しかし、固定子磁極間の空隙と永久磁石磁
極との発生コギングトルクの位相と固定子磁極の中心位
置に設けた補助溝の永久磁石磁極との発生コギングトル
クの位相とはちょうど逆そうとなり、固定子磁極間の空
隙と永久磁石磁極との発生コギングトルクを小さくする
ことが出来る。これによって前述と同様、コギングトル
クの小さな、発生トルクの大きな永久磁石回転電機を提
供することが出来る。以上、上記実施例においては、本
発明を回転型のモータ駆動の適用した場合について示し
たが、永久磁石電動機装置としてはリニアモータ駆動に
も適用することができる。
【0022】
【発明の効果】以上本発明によれば、奇数極対数を有す
る永久磁石回転電機ではそのままコギングトルクが小さ
い利点を有する。さらに、補助溝を入れることによって
確実にコギングトルクの脈動数が増加し、コギングトル
クが減少する。一方、従来機より巻線の利用率は向上
し、出力トルクの大きな永久磁石回転電機を提供でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の永久磁石回転電機の一実施例の構成を
示す。
【図2】本発明の永久磁石回転電機の一実施例の断面を
示す。
【図3】本発明の永久磁石回転電機の他の実施例の構成
を示す。
【図4】本発明の永久磁石回転電機の他の実施例の構成
を示す。
【符号の説明】
1…永久磁石回転電機、2…固定子、3…回転子、4…
固定子鉄心、5…固定子巻線、6…永久磁石、7…回転
子鉄心、8…シャフト、9…ハウジング、10…エンド
ブラケット、11…ベアリング、12…補助溝、41…
固定子ヨーク、42…固定子磁極、Hu,Hv,Hw…
磁極位置検出器、Pt…配線基板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松延 豊 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 虻川 俊美 東京都千代田区神田美土代町7番地 日本 サーボ株式会社内 (72)発明者 大西 和夫 東京都千代田区神田美土代町7番地 日本 サーボ株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】固定子磁極に集中的に巻回した多相の固定
    子巻線を備えた固定子鉄心を有する固定子と、ほぼ等間
    隔に着磁された永久磁石磁極を回転子に有する永久磁石
    回転子とを備えた構成の集中巻固定子永久磁石回転電機
    において、前記永久磁石磁極の極対数を奇数とし、固定
    子磁極数を偶数でかつ永久磁石の極対数の整数倍と異な
    らせるとともに固定子鉄心の空隙面に補助溝を配置した
    ことを特徴とする永久磁石回転電機。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項において、固定子鉄
    心磁極の空隙面に1個の補助溝を配置したことを特徴と
    する集中巻固定子を有する永久磁石回転電機。
JP8228038A 1996-08-29 1996-08-29 永久磁石回転電機 Withdrawn JPH1075556A (ja)

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JP8228038A JPH1075556A (ja) 1996-08-29 1996-08-29 永久磁石回転電機

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JPH1075556A true JPH1075556A (ja) 1998-03-17

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ID=16870232

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JP8228038A Withdrawn JPH1075556A (ja) 1996-08-29 1996-08-29 永久磁石回転電機

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008079452A (ja) * 2006-09-22 2008-04-03 Mitsubishi Electric Corp 回転電機および電動パワーステアリング装置
JP2014068495A (ja) * 2012-09-27 2014-04-17 Hitachi Automotive Systems Ltd 回転電機およびそれを用いた電動パワーステアリング装置
CN112583160A (zh) * 2020-12-21 2021-03-30 哈尔滨理工大学 一种新型永磁同步电机结构

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008079452A (ja) * 2006-09-22 2008-04-03 Mitsubishi Electric Corp 回転電機および電動パワーステアリング装置
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Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

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Effective date: 20050201

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20050222

A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20050425