JPH1118328A - 永久磁石式同期電動機 - Google Patents

永久磁石式同期電動機

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JPH1118328A
JPH1118328A JP9170002A JP17000297A JPH1118328A JP H1118328 A JPH1118328 A JP H1118328A JP 9170002 A JP9170002 A JP 9170002A JP 17000297 A JP17000297 A JP 17000297A JP H1118328 A JPH1118328 A JP H1118328A
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Yasuo Yamaguchi
康夫 山口
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Aisin AW Co Ltd
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  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】コギングトルクが発生するのを十分に抑制す
る。 【解決手段】各ティース130間にスロット131が形
成されたステータ38と、回転自在に支持された回転軸
と、ロータ37とから成る。そして、磁極間鉄心開角を
θとし、磁極間鉄心136の幅に対応するティース13
0の各端面のうち最も離れた二つの端面の先端と、前記
回転軸の中心Oとを結ぶ2本の直線が成す角度の最小値
をθMIN とし、前記磁極間鉄心136の幅に対応するテ
ィース130におけるティースヘッド139の各端部の
うち最も離れた二つの端部と、前記回転軸の中心Oとを
結ぶ2本の直線が成す角度の最大値をθMAX としたと
き、θMIN ≦θ≦θMAX となるように前記磁極間鉄心1
36の幅が設定される。永久磁石105がスロット13
1を通過するときに磁束の移動が不連続になることがな
い。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、永久磁石式同期電
動機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、永久磁石式同期電動機は、ロータ
の磁極となる永久磁石を備え、前記ロータの周囲にステ
ータが配設され、該ステータにロータと対向させて複数
のティースが形成されるようになっている。そして、前
記ステータに巻装されたコイルに電流を供給すると、該
電流によって誘起された磁束により、ステータとロータ
との間に反発力及び吸引力が発生させられ、前記反発力
及び吸引力によってロータが回転するようになってい
る。
【0003】ところが、前記各ティース間にはスロット
が形成され、また、前記各永久磁石は互いに分離させて
配設されるので、ロータが回転すると、あるティースを
通っていた磁束が、隣接するティースを通るようにな
る。このとき、永久磁石のコーナ部が前記スロットを通
過することによって磁束の移動が不連続になる。その結
果、磁気リアクタンスの変化に伴ってステータとロータ
との間の吸引力が変動し、該変動によってコギングトル
クが発生してしまう。
【0004】そこで、前記各永久磁石間を径方向外方に
突出させて突出部を形成するとともに、該各突出部の幅
をAとし、スロットピッチをBとしたとき、 A=(n+1/2)×B (nは整数) の式を満たすように前記突出部の幅A及びスロットピッ
チBを設定することによって、コギングトルクが発生す
るのを抑制するようにしたものが提供されている(特開
平1−286758号公報参照)。
【0005】そして、前記ロータの円周方向における各
突出部の両端に、前記永久磁石を押さえるための磁石押
さえ部が形成されている場合は、該磁石押さえ部を含め
た突出部の幅をAとして、前記式を満たすように突出部
の幅A及びスロットピッチBを設定するようにしてい
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の永久磁石式同期電動機においては、突出部の幅A及
びスロットピッチBを設定することによってコギングト
ルクが発生するのを抑制するようにしているので、ティ
ースの幅が異なると、ロータの回転に伴って磁気リアク
タンスが変化してしまう。したがって、コギングトルク
が発生するのを十分に抑制することができない。
【0007】本発明は、前記従来の永久磁石式同期電動
機の問題点を解決して、コギングトルクが発生するのを
十分に抑制することができる永久磁石式同期電動機を提
供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】そのために、本発明の永
久磁石式同期電動機においては、円周方向における複数
箇所にティースを備え、該各ティース間にスロットが形
成されたステータと、該ステータの径方向内方において
回転自在に支持された回転軸と、該回転軸に固定された
ロータとから成る。
【0009】そして、該ロータは、円周方向における複
数箇所に埋設された永久磁石、及び該永久磁石を保持
し、各永久磁石間に磁極間鉄心を形成するロータコアを
備える。また、磁極間鉄心開角をθとし、前記磁極間鉄
心の幅に対応するティースの各端面のうち最も離れた二
つの端面の先端と、前記回転軸の中心とを結ぶ2本の直
線が成す角度の最小値をθMIN とし、前記磁極間鉄心の
幅に対応するティースにおけるティースヘッドの各端部
のうち最も離れた二つの端部と、前記回転軸の中心とを
結ぶ2本の直線が成す角度を最大値θMAX としたとき、 θMIN ≦θ≦θMAX となるように前記磁極間鉄心の幅が設定される。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら詳細に説明する。図2は本発明の
第1の実施の形態におけるモータ駆動装置の第1の断面
図、図3は本発明の第1の実施の形態におけるモータ駆
動装置の第2の断面図である。図において、11はモー
タアッセンブリ、12は該モータアッセンブリ11の直
上に配設されたインバータアッセンブリである。前記モ
ータアッセンブリ11においては、モータケース14内
に永久磁石式同期電動機15が収容され、前記インバー
タアッセンブリ12においては、インバータケース16
内にインバータ13、コンデンサ102、制御基板10
3等が収容される。
【0011】前記モータケース14は、ほぼ有底の円筒
状部分14a、及び該円筒状部分14aの一端を閉鎖し
て、密閉されたモータ収容室18を形成する蓋(ふた)
部分14bから成る。一方、インバータケース16は、
中央に配設されたベース16a、該ベース16aと前記
円筒状部分14aとの間に配設された中間ケース16
b、ブラケット16c、及び前記ベース16aの上にス
ナップ止めされ、インバータ収容室19を形成するイン
バータカバー16dから成り、前記中間ケース16b及
びブラケット16cは、ボルトb1によって円筒状部分
14aに、ボルトb2によってベース16aにそれぞれ
着脱自在に固定される。
【0012】そして、前記ベース16a及び中間ケース
16bの頂壁71によって、前記モータ収容室18とイ
ンバータ収容室19とが区画される。また、中間ケース
16b内には室68が形成され、中間ケース16bの下
面に形成された開口部75と、前記円筒状部分14aの
上面に前記開口部75と対応させて形成された開口部1
15とによって、前記室68とモータ収容室18とが連
通させられる。
【0013】なお、本実施の形態においては、中間ケー
ス16bはモータケース14のフロント側に、ブラケッ
ト16cはモータケース14のリヤ側においてそれぞれ
別体として配設されるが、一体的に形成して配設するこ
ともできる。また、前記インバータ収容室19は前記ベ
ース16aとインバータカバー16dとによって密閉さ
れる。そして、前記ベース16a及びブラケット16c
におけるそれぞれ対応する箇所には、インバータカバー
16dの内外間における気圧差をなくすためのブリーザ
101が形成され、該ブリーザ101を介して空気が自
由に移動することができるようになっている。
【0014】また、前記円筒状部分14aの外周面には
複数のフィン24が形成され、該各フィン24は永久磁
石式同期電動機15によって発生させられた熱を放出す
る。一方、前記ベース16aの下面には複数のフィン2
6が下方に向けて形成され、該各フィン26はインバー
タ13によって発生させられた熱を放出する。そして、
前記円筒状部分14aの底部の中央、及び蓋部分14b
の中央にはそれぞれ穴が形成され、該穴を貫通させて回
転軸としてのモータシャフト27が配設され、該モータ
シャフト27はベアリング29、30によって回転自在
に支持される。また、前記蓋部分14bの穴に隣接させ
て凸部が形成され、該凸部は蓋部材33によって閉鎖さ
れることによりセンサ室34を形成する。
【0015】そして、該センサ室34にはレゾルバ35
が配設され、該レゾルバ35は、前記モータシャフト2
7の回転に基づいて永久磁石式同期電動機15の磁極位
置を検出する。前記永久磁石式同期電動機15は、前記
モータシャフト27の軸方向におけるほぼ中央に取り付
けられ、該モータシャフト27と共に回転させられるロ
ータ37、及び円筒状部分14aの円筒部の内周面にお
いて前記ロータ37と対向させて固定されたステータ3
8から成り、該ステータ38に3相(U相、V相及びW
相)のコイル39が巻装される。
【0016】したがって、該各コイル39に前記インバ
ータ13において発生させられた3相の交流電流を供給
することによって、ロータ37を回転させることができ
る。前記ロータ37は、複数の鋼板を積層した状態でモ
ータシャフト27に嵌(かん)合される。そして、前記
ロータ37の外周には、円周方向における複数箇所に永
久磁石105が埋設される。該永久磁石105は、両端
に配設されたストッパ106、107によって押さえら
れた状態で固定され、磁極を構成する。
【0017】また、前記円筒状部分14aの底部には、
リヤケース81がボルトb5によって取り付けられる。
前記リヤケース81は凹部を有し、リヤケース81にリ
ヤカバー82を固定することによって、トルク伝動室8
3が形成される。そして、該トルク伝動室83において
は、カウンタシャフト84が前記モータシャフト27と
平行に配設され、ベアリング85、86を介して回転自
在に支持される。
【0018】また、前記モータシャフト27にカウンタ
ドライブギヤ87が、前記カウンタシャフト84にカウ
ンタドリブンギヤ88及びパーキングギヤ126がそれ
ぞれ固定されるとともに、前記カウンタドライブギヤ8
7とカウンタドリブンギヤ88とが噛(し)合させられ
る。そして、前記カウンタシャフト84に出力ギヤ89
が配設され、該出力ギヤ89の回転がディファレンシャ
ル装置90に伝達される。
【0019】該ディファレンシャル装置90は、外周に
リングギヤ91を備えるとともに、ベアリング79、8
0を介して回転自在に支持されたディファレンシャルケ
ース92、該ディファレンシャルケース92に固定され
たピニオン軸93、該ピニオン軸93に回転自在に支持
されたピニオン94、及び該ピニオン94と噛合する左
右のサイドギヤ95、96から成る。したがって、前記
ディファレンシャル装置90によって、前記リングギヤ
91に伝達された回転を左右の駆動軸97、98に分割
して伝達する。
【0020】前記トルク伝動室83の最下部には、潤滑
用及び冷却用の油が溜(た)められ、前記リングギヤ9
1の回転に伴って前記油が掻(か)き揚げられるように
なっている。そして、掻き揚げられた油は、カウンタド
ライブギヤ87、カウンタドリブンギヤ88、出力ギヤ
89、ディファレンシャル装置90、リングギヤ91等
を循環するとともに、油受けパイプ110を介してモー
タシャフト27内の油路111に送られ、ロータ37の
回転に伴う遠心力によって、モータシャフト27に形成
された油穴108、及びストッパ106に形成された油
溝109を通り、ロータ37に形成された油路120に
送られてロータ37を冷却し、更にコイル39を冷却す
る。
【0021】ところで、該各コイル39のリード線39
aはそれぞれ上方に延び、各リード線39aの先端に圧
着端子41が接続される。そして、該圧着端子41は、
前記室68内においてボルトb3によって連結部材51
と連結される。一方、インバータ13の各トランジスタ
モジュール13aの出力端子62は、インバータカバー
16d内において連結部材51とボルトb4とによって
連結される。そして、前記連結部材51は、前記インバ
ータカバー16d内からベース16aを貫通し、更に前
記頂壁71を貫通して中間ケース16b内に延びる。ま
た、前記室68は、連結部材51の下端側を包囲する。
なお、前記トランジスタモジュール13aは、図示しな
い二つのトランジスタによって構成される。
【0022】次に、前記構成の永久磁石式同期電動機1
5について説明する。図1は本発明の第1の実施の形態
における永久磁石式同期電動機の断面図である。図にお
いて、15は永久磁石式同期電動機、27はモータシャ
フト、37は該モータシャフト27に固定されたロー
タ、38は該ロータ37の外周側に配設されたステータ
である。そして、前記ロータ37の外周縁の近傍には、
円周方向における複数箇所に永久磁石105が埋設され
る。該永久磁石105は、断面が「D」字状であり、径
方向における内方に平坦(たん)面166を、径方向に
おける外方にロータ37の外周縁とほぼ平行な円弧面1
67を、円周方向における両側方にテーパ面168を有
する。そして、前記円弧面167とテーパ面168との
間に外周側屈曲部133が、前記平坦面166とテーパ
面168との間に内周側屈曲部134がそれぞれ形成さ
れる。
【0023】また、135は前記永久磁石105を支持
するロータコアであり、該ロータコア135の外周縁、
すなわち、前記ロータ37の外周縁の近傍には、円周方
向における複数箇所に前記永久磁石105を挿入するた
めの穴199が形成され、かつ、該各穴199間に磁極
間鉄心136が、前記各永久磁石105より径方向外方
に磁石保持部144がそれぞれ形成され、該磁石保持部
144によって永久磁石105が包囲され保持される。
【0024】前記ステータ38には、円周方向における
複数箇所にロータ37と対向させてティース130が形
成され、該ティース130は、ロータ37の外周縁部か
ら径方向内方に向けて延びる本体部141、及び該本体
部141の先端において円周方向における両側に突出
し、前記ステータ38に巻装されたコイル39(図2)
が抜けるのを防止するティースヘッド139から成る。
そして、前記コイル39に電流を供給すると、該電流に
よって誘起された磁束によりステータ38とロータ37
との間に反発力及び吸引力が発生させられ、前記反発力
及び吸引力によってロータ37が回転するようになって
いる。
【0025】ところが、前記各ティース130間にはス
ロット131が形成され、また、前記各永久磁石105
は互いに分離させて配設されるので、ロータ37が回転
すると、あるティース130を通っていた磁束が、隣接
するティース130を通るようになる。このとき、前記
永久磁石105が前記スロット131を通過することに
よって磁束の移動が不連続になると、磁気リアクタンス
の変化に伴ってステータ38とロータ37との間の吸引
力が変動し、該変動によってコギングトルクが発生して
しまう。
【0026】そこで、前記永久磁石105が前記スロッ
ト131を通過するときに磁束の移動が不連続になるこ
とがなく、磁気リアクタンスの変化が生じないように、
前記磁極間鉄心136の幅が設定される。すなわち、前
記磁極間鉄心136によって構成される磁極間鉄心開角
をθとしたとき、該磁極間鉄心開角θが前記ティース1
30の幅に対応させて規定される最大値θMAX と最小値
θMIN との間の範囲に収まるように設定される。
【0027】ところで、前記永久磁石105としては、
各種の形状のものが提供されているので、永久磁石10
5のどの部分が前記スロット131を通過すると磁束の
移動が不連続になるかは、永久磁石105の形状、材質
等によって異なる。例えば、第1の実施の形態において
は、前記外周側屈曲部133が前記スロット131を通
過するときに磁束の移動が不連続になる。そこで、第1
の実施の形態において、磁極間鉄心開角θは、各磁極間
鉄心136の両端部における前記外周側屈曲部133
と、前記モータシャフト27の中心Oとを結ぶ2本の直
線が成す角度とされる。
【0028】図4は本発明の第1の実施の形態における
磁極間鉄心開角を最大値にしたときの永久磁石式同期電
動機の断面図、図5は本発明の第1の実施の形態におけ
る磁極間鉄心開角を最小値にしたときの永久磁石式同期
電動機の断面図である。この場合、図4に示すように、
磁極間鉄心136の幅に対応する3個のティース130
の各ティースヘッド139の端部のうち最も離れた二つ
の端部をP1、P2とし、各端部P1、P2の先端とモ
ータシャフト27の中心Oとを結ぶ2本の直線が成す角
度を最大値θMAX とする。
【0029】また、図5に示すように、磁極間鉄心13
6の幅に対応する3個のティース130の各端面のうち
最も離れた二つの端面S1、S2の先端Q1、Q2(す
なわち、前記端部P1、P2のつけね部)と、前記モー
タシャフト27の中心Oとを結ぶ2本の直線が成す角度
を最小値θMIN とする。したがって、磁極間鉄心開角θ
が θMIN ≦θ≦θMAX となるように設定することによって、ティース130の
幅が異なっても磁気リアクタンスが変化することがなく
なるので、コギングトルクが発生するのを十分に抑制す
ることができる。また、トルクリップルが発生するのを
十分に抑制することもできる。なお、本実施の形態にお
いて、前記磁極間鉄心136の幅に対応するティース1
30は3個あるが、磁極間鉄心136の幅が変化する
と、対応するティース130の個数も変化する。
【0030】図6は実験結果による磁極間鉄心開角とト
ルク変動率との関係を表す図、図7は実験結果によるロ
ータ回転角とトルク/トルク平均値との関係を表す図で
ある。なお、図6において、横軸に磁極間鉄心開角θ
を、縦軸にトルク変動率を、図7において、横軸にロー
タ回転角を、縦軸にトルク/トルク平均値を採ってあ
る。
【0031】図6においては、スロット131のピッ
チ、すなわち、スロットピッチを10〔°〕とし、ティ
ース130の最も離れた二つの端面S1(図5)、S2
の先端Q1、Q2とモータシャフト27の中心Oとを結
ぶ2本の直線が成す角度を25〔°〕とし、ティースヘ
ッド139の端部のうち最も離れた二つの端部P1(図
4)、P2とモータシャフト27の中心Oとを結ぶ2本
の直線が成す角度を27.5〔°〕としたときの、磁極
間鉄心開角θに対するトルク変動率が示される。図から
分かるように、磁極間鉄心開角θが 25≦θ≦27.5 〔°〕 となるときに、トルク変動率が小さくなり、コギングト
ルクが発生するのが十分に抑制される。この場合、 θMIN =25 〔°〕 θMAX =27.5 〔°〕 になり、最小値θMIN はティース130の最も離れた二
つの端面S1、S2の先端Q1、Q2とモータシャフト
27の中心Oとを結ぶ2本の直線が成す角度を、最大値
θMAX はティースヘッド139の端部のうち最も離れた
二つの端部P1、P2とモータシャフト27の中心Oと
を結ぶ2本の直線が成す角度をそれぞれ表す。
【0032】したがって、磁極間鉄心開角θを θMIN ≦θ≦θMAX と設定すればよいことが分かる。また、図7において、
aは磁極間鉄心開角θを27.5〔°〕にしたときの、
bは磁極間鉄心開角θを26〔°〕にしたときの、cは
磁極間鉄心開角θを25〔°〕にしたときのロータ回転
角とトルク/トルク平均値との関係を示す。
【0033】次に、前記永久磁石式同期電動機15(図
1)におけるロータ37の製造方法について説明する。 Nd、Fe、B、Co等の原料を溶解させて磁石合金
インゴットにする。そして、該磁石合金インゴットを粉
砕して粉末にし、永久磁石105の「D」字状の原型を
磁場中で成形する。また、前記「D」字状の原型を焼結
し、時効処理(アニーリング)を施す。 ロータコア135の穴199と接触する永久磁石10
5のテーパ面168を研削加工し、永久磁石105の製
造を完成する。このとき、前記穴199と接触しない前
記円弧面167を同時に研削加工することもできる。 Niラックメッキ又はNiバレルメッキによって前記
永久磁石105に表面処理を施す。 穴199、磁極間鉄心136、磁石保持部144等を
備えた電磁鋼板をプレス加工によって打ち抜く。 前記電磁鋼板を積層してモータシャフト27に嵌合
し、ロータコア135を形成する。 前記永久磁石105を、前記モータシャフト27の軸
方向から各磁極間鉄心136間の前記穴199に挿入す
る。 ロータコア135の両端において、ストッパ106
(図2)、107をそれぞれモータシャフト27に嵌合
し、ロータ37を形成する。これによって、前記永久磁
石105の軸方向位置は前記ストッパ106、107に
よって決まる。 着磁ヨーク内において前記ロータ37にパルス電流に
よる磁場を与えることによって、前記永久磁石105の
すべての磁極について同時に着磁させ、ロータ37が完
成する。
【0034】次に、本発明の第2の実施の形態について
説明する。図8は本発明の第2の実施の形態における磁
極間鉄心開角を最大値にしたときの永久磁石式同期電動
機の断面図、図9は本発明の第2の実施の形態における
磁極間鉄心開角を最小値にしたときの永久磁石式同期電
動機の断面図である。この場合、永久磁石205は、断
面が「D」字状であり、径方向における内方に平坦面2
06を、径方向における外方にロータ37の外周縁とほ
ぼ平行な円弧面207を、円周方向における両側方に垂
直面208を有する。そして、前記円弧面207と垂直
面208との間に外周側屈曲部233が形成される。
【0035】そこで、第2の実施の形態において、磁極
間鉄心開角θは、各磁極間鉄心236の両端部における
前記外周側屈曲部233と、モータシャフト27の中心
Oとを結ぶ2本の直線が成す角度とされる。そして、図
8に示すように、磁極間鉄心236の幅に対応する3個
のティース130の各ティースヘッド139の端部のう
ち最も離れた二つの端部をP1、P2とし、各端部P
1、P2の先端と前記中心Oとを結ぶ2本の直線が成す
角度を最大値θMAX とする。
【0036】また、図9に示すように、磁極間鉄心23
6の幅に対応する3個のティース130の各端面のうち
最も離れた二つの端面S1、S2の先端Q1、Q2と、
前記中心Oとを結ぶ2本の直線が成す角度を最小値θ
MIN とする。したがって、前記第1の実施の形態と同様
に、磁極間鉄心開角θが θMIN ≦θ≦θMAX となるように設定することによって、トルク変動率を小
さくすることができ、コギングトルクが発生するのを十
分に抑制することができる。
【0037】次に、本発明の第3の実施の形態について
説明する。図10は本発明の第3の実施の形態における
磁極間鉄心開角を最大値にしたときの永久磁石式同期電
動機の断面図、図11は本発明の第3の実施の形態にお
ける磁極間鉄心開角を最小値にしたときの永久磁石式同
期電動機の断面図である。この場合、永久磁石305
は、断面が矩(く)形状であり、径方向における内方に
平坦面306を、径方向における外方に平坦面307
を、円周方向における両側方に垂直面308を有する。
そして、前記平坦面307と垂直面308との間に外周
側屈曲部333が形成される。
【0038】そこで、第3の実施の形態において、磁極
間鉄心開角θは、各磁極間鉄心336の両端部における
前記外周側屈曲部333と、モータシャフト27の中心
Oとを結ぶ2本の直線が成す角度とされる。そして、図
10に示すように、磁極間鉄心336の幅に対応する3
個のティース130の各ティースヘッド139の端部の
うち最も離れた二つの端部をP1、P2とし、各端部P
1、P2の先端と前記中心Oとを結ぶ2本の直線が成す
角度を最大値θMAX とする。
【0039】また、図11に示すように、磁極間鉄心3
36の幅に対応する3個のティース130の各端面のう
ち最も離れた二つの端面S1、S2の先端Q1、Q2
と、前記中心Oとを結ぶ2本の直線が成す角度を最小値
θMIN とする。したがって、前記第1の実施の形態と同
様に、磁極間鉄心開角θが θMIN ≦θ≦θMAX となるように設定することによって、トルク変動率を小
さくすることができ、コギングトルクが発生するのを十
分に抑制することができる。
【0040】次に、本発明の第4の実施の形態について
説明する。図12は本発明の第4の実施の形態における
磁極間鉄心開角を最大値にしたときの永久磁石式同期電
動機の断面図、図13は本発明の第4の実施の形態にお
ける磁極間鉄心開角を最小値にしたときの永久磁石式同
期電動機の断面図である。この場合、永久磁石405
は、断面が瓦(かわら)形状であり、径方向における内
方にロータ37の外周縁とほぼ平行な円弧面406を、
径方向における外方に前記ロータ37の外周縁とほぼ平
行な円弧面407を、円周方向における両側方に垂直面
408を有する。そして、各永久磁石405における前
記円弧面407と垂直面408との間に外周側屈曲部4
33が形成される。
【0041】そこで、第4の実施の形態において、磁極
間鉄心開角θは、各磁極間鉄心436の両端部における
前記外周側屈曲部433と、モータシャフト27の中心
Oとを結ぶ2本の直線が成す角度とされる。そして、図
12に示すように、磁極間鉄心436の幅に対応する3
個のティース130の各ティースヘッド139の端部の
うち最も離れた二つの端部をP1、P2とし、各端部P
1、P2の先端と前記中心Oとを結ぶ2本の直線が成す
角度を最大値θMAX とする。
【0042】また、図13に示すように、磁極間鉄心4
36の幅に対応する3個のティース130の各端面のう
ち最も離れた二つの端面S1、S2の先端Q1、Q2
と、前記中心Oとを結ぶ2本の直線が成す角度を最小値
θMIN とする。したがって、前記第1の実施の形態と同
様に、磁極間鉄心開角θが θMIN ≦θ≦θMAX となるように設定することによって、トルク変動率を小
さくすることができ、コギングトルクが発生するのを十
分に抑制することができる。
【0043】次に、本発明の第5の実施の形態について
説明する。図14は本発明の第5の実施の形態における
磁極間鉄心開角を最大値にしたときの永久磁石式同期電
動機の断面図である。この場合、永久磁石105は、断
面が「D」字状であり、径方向における内方に平坦面1
66を、径方向における外方にロータ37の外周縁とほ
ぼ平行な円弧面167を、円周方向における両側方にテ
ーパ面168を有する。そして、前記平坦面166とテ
ーパ面168との間に内周側屈曲部134が形成され
る。
【0044】この場合、前記内周側屈曲部134がスロ
ット131を通過するときに磁束の移動が不連続にな
る。そこで、第5の実施の形態において、磁極間鉄心開
角θは、各磁極間鉄心136の両端部における前記内周
側屈曲部134と、モータシャフト27の中心Oとを結
ぶ2本の直線が成す角度とされる。したがって、前記第
1の実施の形態と同様に、磁極間鉄心開角θが θMIN ≦θ≦θMAX となるように設定することによって、トルク変動率を小
さくすることができ、コギングトルクが発生するのを十
分に抑制することができる。
【0045】次に、本発明の第6の実施の形態について
説明する。図15は本発明の第6の実施の形態における
磁極間鉄心開角を最大値にしたときの永久磁石式同期電
動機の断面図である。この場合、永久磁石205は、断
面が「D」字状であり、径方向における内方に平坦面2
06を、径方向における外方にロータ37の外周縁とほ
ぼ平行な円弧面207を、円周方向における両側方に垂
直面208を有する。そして、前記平坦面206と垂直
面208との間に内周側屈曲部234が形成される。
【0046】そこで、第6の実施の形態において、磁極
間鉄心開角θは、各磁極間鉄心236の両端部における
前記内周側屈曲部234と、モータシャフト27の中心
Oとを結ぶ2本の直線が成す角度とされる。したがっ
て、前記第1の実施の形態と同様に、磁極間鉄心開角θ
が θMIN ≦θ≦θMAX となるように設定することによって、トルク変動率を小
さくすることができ、コギングトルクが発生するのを十
分に抑制することができる。
【0047】次に、本発明の第7の実施の形態について
説明する。図16は本発明の第7の実施の形態における
磁極間鉄心開角を最大値にしたときの永久磁石式同期電
動機の断面図である。この場合、永久磁石305は、断
面が矩形状であり、径方向における内方に平坦面306
を、径方向における外方に平坦面307を、円周方向に
おける両側方に垂直面308を有する。そして、前記平
坦面306と垂直面308との間に内周側屈曲部334
が形成される。
【0048】そこで、第7の実施の形態において、磁極
間鉄心開角θは、各磁極間鉄心336の両端部における
前記内周側屈曲部334と、モータシャフト27の中心
Oとを結ぶ2本の直線が成す角度とされる。したがっ
て、前記第1の実施の形態と同様に、磁極間鉄心開角θ
が θMIN ≦θ≦θMAX となるように設定することによって、トルク変動率を小
さくすることができ、コギングトルクが発生するのを十
分に抑制することができる。
【0049】次に、本発明の第8の実施の形態について
説明する。図17は本発明の第8の実施の形態における
磁極間鉄心開角を最大値にしたときの永久磁石式同期電
動機の断面図である。この場合、永久磁石405は、断
面が瓦形状であり、径方向における内方にロータ37の
外周縁とほぼ平行な円弧面406を、径方向における外
方に前記ロータ37の外周縁とほぼ平行な円弧面407
を、円周方向における両側方に垂直面408を有する。
そして、前記円弧面406と垂直面408との間に内周
側屈曲部434が形成される。
【0050】そこで、第8の実施の形態において、磁極
間鉄心開角θは、各磁極間鉄心436の両端部における
前記内周側屈曲部434と、モータシャフト27の中心
Oとを結ぶ2本の直線が成す角度とされる。したがっ
て、前記第1の実施の形態と同様に、磁極間鉄心開角θ
が θMIN ≦θ≦θMAX となるように設定することによって、トルク変動率を小
さくすることができ、コギングトルクが発生するのを十
分に抑制することができる。
【0051】次に、本発明の第9の実施の形態について
説明する。図18は本発明の第9の実施の形態における
磁極間鉄心開角を最大値にしたときの永久磁石式同期電
動機の断面図である。この場合、永久磁石505は、断
面が「D」字状であり、径方向における内方に平坦面5
06を、径方向における外方に前記ロータ37の外周縁
とほぼ平行な円弧面507を、円周方向における両側方
に、径方向に延びるテーパ面508を有する。そして、
前記円弧面507とテーパ面508との間に外周側屈曲
部533が、前記平坦面506とテーパ面508との間
に内周側屈曲部534がそれぞれ形成される。
【0052】この場合、前記テーパ面508が径方向に
延びるので、前記外周側屈曲部533及び内周側屈曲部
534がスロット131を通過するときに磁束の移動が
不連続になる。そこで、第9の実施の形態において、磁
極間鉄心開角θは、各磁極間鉄心536の両端部におけ
る前記外周側屈曲部533及び内周側屈曲部534と、
モータシャフト27の中心Oとを結ぶ2本の直線が成す
角度とされる。
【0053】したがって、前記第1の実施の形態と同様
に、磁極間鉄心開角θが θMIN ≦θ≦θMAX となるように設定することによって、トルク変動率を小
さくすることができ、コギングトルクが発生するのを十
分に抑制することができる。次に、本発明の第10の実
施の形態について説明する。
【0054】図19は本発明の第10の実施の形態にお
ける磁極間鉄心開角を最大値にしたときの永久磁石式同
期電動機の断面図である。この場合、永久磁石605
は、断面が逆台形状であり、径方向における内方に平坦
面606を、径方向における外方に平坦面607を、円
周方向における両側方に、径方向に延びるテーパ面60
8を有する。そして、前記平坦面607とテーパ面60
8との間に外周側屈曲部633が、前記平坦面606と
テーパ面608との間に内周側屈曲部634がそれぞれ
形成される。
【0055】そこで、第10の実施の形態において、磁
極間鉄心開角θは、各磁極間鉄心636の両端部におけ
る前記外周側屈曲部633及び内周側屈曲部634と、
モータシャフト27の中心Oとを結ぶ2本の直線が成す
角度とされる。したがって、前記第1の実施の形態と同
様に、磁極間鉄心開角θが θMIN ≦θ≦θMAX となるように設定することによって、トルク変動率を小
さくすることができ、コギングトルクが発生するのを十
分に抑制することができる。
【0056】次に、本発明の第11の実施の形態につい
て説明する。図20は本発明の第11の実施の形態にお
ける磁極間鉄心開角を最大値にしたときの永久磁石式同
期電動機の断面図である。この場合、永久磁石705
は、断面が瓦形状であり、径方向における内方にロータ
37の外周縁とほぼ平行な円弧面706を、径方向にお
ける外方に前記ロータ37の外周縁とほぼ平行な円弧面
707を、円周方向における両側方に、径方向に延びる
テーパ面708を有する。そして、前記円弧面707と
テーパ面708との間に外周側屈曲部733が、前記円
弧面706とテーパ面708との間に内周側屈曲部73
4がそれぞれ形成される。
【0057】そこで、第11の実施の形態において、磁
極間鉄心開角θは、各磁極間鉄心736の両端部におけ
る前記外周側屈曲部733及び内周側屈曲部734と、
モータシャフト27の中心Oとを結ぶ2本の直線が成す
角度とされる。したがって、前記第1の実施の形態と同
様に、磁極間鉄心開角θが θMIN ≦θ≦θMAX となるように設定することによって、トルク変動率を小
さくすることができ、コギングトルクが発生するのを十
分に抑制することができる。
【0058】なお、本発明は前記実施の形態に限定され
るものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させ
ることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除す
るものではない。
【0059】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、永久磁石式同期電動機においては、円周方向にお
ける複数箇所にティースを備え、該各ティース間にスロ
ットが形成されたステータと、該ステータの径方向内方
において回転自在に支持された回転軸と、該回転軸に固
定されたロータとから成る。
【0060】そして、該ロータは、円周方向における複
数箇所に埋設された永久磁石、及び該永久磁石を保持
し、各永久磁石間に磁極間鉄心を形成するロータコアを
備える。また、磁極間鉄心開角をθとし、前記磁極間鉄
心の幅に対応するティースの各端面のうち最も離れた二
つの端面の先端と、前記回転軸の中心とを結ぶ2本の直
線が成す角度の最小値をθMIN とし、前記磁極間鉄心の
幅に対応するティースにおけるティースヘッドの各端部
のうち最も離れた二つの端部と、前記回転軸の中心とを
結ぶ2本の直線が成す角度の最大値をθMAX としたと
き、 θMIN ≦θ≦θMAX となるように前記磁極間鉄心の幅が設定される。
【0061】この場合、永久磁石がスロットを通過する
ときに磁束の移動が不連続になることがなく、磁気リア
クタンスの変化が生じない。したがって、コギングトル
クが発生するのを十分に抑制することができる。また、
トルクリップルが発生するのを十分に抑制することもで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態における永久磁石式
同期電動機の断面図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態におけるモータ駆動
装置の第1の断面図である。
【図3】本発明の第1の実施の形態におけるモータ駆動
装置の第2の断面図である。
【図4】本発明の第1の実施の形態における磁極間鉄心
開角を最大値にしたときの永久磁石式同期電動機の断面
図である。
【図5】本発明の第1の実施の形態における磁極間鉄心
開角を最小値にしたときの永久磁石式同期電動機の断面
図である。
【図6】実験結果による磁極間鉄心開角とトルク変動率
との関係を表す図である。
【図7】実験結果によるロータ回転角とトルク/トルク
平均値との関係を表す図である。
【図8】本発明の第2の実施の形態における磁極間鉄心
開角を最大値にしたときの永久磁石式同期電動機の断面
図である。
【図9】本発明の第2の実施の形態における磁極間鉄心
開角を最小値にしたときの永久磁石式同期電動機の断面
図である。
【図10】本発明の第3の実施の形態における磁極間鉄
心開角を最大値にしたときの永久磁石式同期電動機の断
面図である。
【図11】本発明の第3の実施の形態における磁極間鉄
心開角を最小値にしたときの永久磁石式同期電動機の断
面図である。
【図12】本発明の第4の実施の形態における磁極間鉄
心開角を最大値にしたときの永久磁石式同期電動機の断
面図である。
【図13】本発明の第4の実施の形態における磁極間鉄
心開角を最小値にしたときの永久磁石式同期電動機の断
面図である。
【図14】本発明の第5の実施の形態における磁極間鉄
心開角を最大値にしたときの永久磁石式同期電動機の断
面図である。
【図15】本発明の第6の実施の形態における磁極間鉄
心開角を最大値にしたときの永久磁石式同期電動機の断
面図である。
【図16】本発明の第7の実施の形態における磁極間鉄
心開角を最大値にしたときの永久磁石式同期電動機の断
面図である。
【図17】本発明の第8の実施の形態における磁極間鉄
心開角を最大値にしたときの永久磁石式同期電動機の断
面図である。
【図18】本発明の第9の実施の形態における磁極間鉄
心開角を最大値にしたときの永久磁石式同期電動機の断
面図である。
【図19】本発明の第10の実施の形態における磁極間
鉄心開角を最大値にしたときの永久磁石式同期電動機の
断面図である。
【図20】本発明の第11の実施の形態における磁極間
鉄心開角を最大値にしたときの永久磁石式同期電動機の
断面図である。
【符号の説明】
15 永久磁石式同期電動機 27 モータシャフト 37 ロータ 38 ステータ 105、205、305、405、505、605、7
05 永久磁石 130 ティース 131 スロット 133、233、333、433、533、633、7
33 外周側屈曲部 134、234、334、434、534、634、7
34 内周側屈曲部 135 ロータコア 136、236、336、436、536、636、7
36 磁極間鉄心 139 ティースヘッド 166、206、306、307、506、606、6
07 平坦面 167、207、406、407、507、706、7
07 円弧面 208、308、408 垂直面 Q1、Q2 先端 P1、P2 端部 S1、S2 端面

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 円周方向における複数箇所にティースを
    備え、該各ティース間にスロットが形成されたステータ
    と、該ステータの径方向内方において回転自在に支持さ
    れた回転軸と、該回転軸に固定されたロータとから成る
    とともに、該ロータは、円周方向における複数箇所に埋
    設された永久磁石、及び該永久磁石を保持し、各永久磁
    石間に磁極間鉄心を形成するロータコアを備え、かつ、
    磁極間鉄心開角をθとし、前記磁極間鉄心の幅に対応す
    るティースの各端面のうち最も離れた二つの端面の先端
    と、前記回転軸の中心とを結ぶ2本の直線が成す角度の
    最小値をθMIN とし、前記磁極間鉄心の幅に対応するテ
    ィースにおけるティースヘッドの各端部のうち最も離れ
    た二つの端部と、前記回転軸の中心とを結ぶ2本の直線
    が成す角度の最大値をθMAX としたとき、 θMIN ≦θ≦θMAX となるように前記磁極間鉄心の幅が設定されることを特
    徴とする永久磁石式同期電動機。
  2. 【請求項2】 前記永久磁石は、径方向における内方に
    平坦面を、径方向における外方にロータの外周縁とほぼ
    平行な円弧面を有する請求項1に記載の永久磁石式同期
    電動機。
  3. 【請求項3】 前記永久磁石は、円周方向における両側
    方に垂直面を有する請求項1に記載の永久磁石式同期電
    動機。
  4. 【請求項4】 前記永久磁石は、径方向における内方及
    び外方に平坦面を有する請求項1に記載の永久磁石式同
    期電動機。
  5. 【請求項5】 前記永久磁石は、径方向における内方及
    び外方にロータの外周縁とほぼ平行な円弧面を有する請
    求項1に記載の永久磁石式同期電動機。
  6. 【請求項6】 前記磁極間鉄心開角は、各磁極間鉄心の
    両端部における永久磁石の外周側屈曲部と、前記回転軸
    の中心とを結ぶ2本の直線が成す角度である請求項1〜
    5のいずれか1項に記載の永久磁石式同期電動機。
  7. 【請求項7】 前記磁極間鉄心開角は、各磁極間鉄心の
    両端部における永久磁石の内周側屈曲部と、前記回転軸
    の中心とを結ぶ2本の直線が成す角度である請求項1〜
    5のいずれか1項に記載の永久磁石式同期電動機。
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