JPH11289698A - 永久磁石電動機の回転子鉄心 - Google Patents

永久磁石電動機の回転子鉄心

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JPH11289698A
JPH11289698A JP10086998A JP8699898A JPH11289698A JP H11289698 A JPH11289698 A JP H11289698A JP 10086998 A JP10086998 A JP 10086998A JP 8699898 A JP8699898 A JP 8699898A JP H11289698 A JPH11289698 A JP H11289698A
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JP
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rotor
permanent magnet
magnetic flux
magnetic
rotor core
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JP10086998A
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Akihide Mashita
明秀 真下
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】回転子鉄心形状の改善により回転子磁極表面の
磁束発生域の限定を図り、回転界磁永久磁石電動機にお
けるコギングトルクの有効な抑制を行う。 【解決手段】永久磁石3Aの径方向の長さを回転子半径
より小となすと共に極間空隙部7Aを形成する2組の回
転子鉄心2Aの外周寄り側面それぞれに切り欠き部6A
を設け、且つ、切り欠き部6Aの外縁形状を同一透磁率
の磁性体内を通過する磁力線形状に沿わせる如く直線近
似し、回転子鉄心と空隙部との界面に入る磁束の入力角
を90度に近づける事により、極間空隙部7Aに漏洩す
る磁束量の極小化を介して回転子磁極表面の磁束発生域
の限定を図り、電動機コギングトルクの抑制に必要な磁
極幅とスロットピッチとの所要の等価的整合を図る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、永久磁石埋め込
み式の回転子を有する永久磁石形同期電動機におけるコ
ギングトルクの低減を図る回転子鉄心に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のこの種の永久磁石埋め込み式の回
転子を有する永久磁石電動機としてはその断面形状を図
8の径方向断面図に例示するものが知られている。な
お、図5は4極永久磁石電動機の概念図であり、図6は
4極24スロットの永久磁石電動機の断面1/4部分を
例示する径方向断面図であり、図7と図9とはそれぞれ
前記の図6と図8とに対応し扇形に4分割された回転子
鉄心の一極分を例示する径方向断面図である。
【0003】先ず、図5において、1は電機子巻線のス
ロット表示を省略した固定子鉄心、2Cは前記電動機の
極数4に対応し4分割されて扇形をなす回転子鉄心、3
Cは周方向に着磁され図示N−Sの極性を有して前記の
各扇形回転子鉄心間に挿嵌された永久磁石、4は非磁性
材よりなる軸、である。図示の如き回転子構成により、
各永久磁石におけるN極を出発した磁束はその永久磁石
を挟む2組の回転子鉄心と電機子巻線が設けられた固定
子鉄心とを経由して対をなすS極に帰還して閉ループを
形成し、この結果、4分割された回転子鉄心には各2組
のN極とS極の磁極が形成される。
【0004】次に、図6の径方向断面図は4極24スロ
ットの永久磁石電動機の断面1/4部分を例示するもの
であり、永久磁石3CのN−S両極間の厚み、即ち周方
向の磁石幅が固定子鉄心1に設けられた電機子巻線用の
スロット5の1ピッチに等しく、また、前記回転子の磁
極幅、即ち扇形をなす回転子鉄心2Cの外周幅が前記ス
ロット5の5ピッチに等しい場合を例示するものであ
る。
【0005】また、図7は図6に対応する扇形の回転子
鉄心2Cの一極分の径方向断面図である。なお、一般に
前記磁極幅が前記スロットピッチの整数倍となされ、全
ての磁束が回転子磁極の表面からのみ発生しているもの
とするならば、前記回転子の回転に伴う磁気エネルギの
変化は発生せず、従ってコギングトルクは発生しない。
【0006】しかしながら、実際の設計においては、電
気仕様上前記磁石幅が前記スロットピッチと等しい寸法
となる事は極めて少なく、従って前記磁極幅が前記スロ
ットピッチの整数倍となる事もまた殆ど無い。ここに、
図8と、この図に示す扇形の回転子鉄心2Dの一極分の
径方向断面図である図9とは上記の如き場合の対策を例
示すものである。
【0007】即ち、図示の如く永久磁石3Dの径方向長
さを回転子半径より小となすと共に極間空隙部7Dを形
成する2組の回転子鉄心2Dの外周寄り側面それぞれに
図9に示す如き矩形状の切り欠き部6Dを設けるもので
あり、これにより、前記永久磁石からの磁束の通過する
回転子磁極外周面の縮小即ち磁極幅の縮小と等価的な磁
石幅の増大とを図るものであり、切り欠き部6Dの寸法
の適度な選択によって前記スロットピッチに関連した所
要の等価的な磁極幅を得るものである。
【0008】なお、8Dは前記の回転子鉄心外周寄り側
面から極間空隙部7Dへの漏洩磁束である。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】一般に、永久磁石埋め
込み式の回転子を有する永久磁石形同期電動機における
コギングトルクの低減策として、永久磁石の表面貼り付
け形であって円筒形磁石を用いる場合には軸方向にスキ
ューを施すか、或いは弓形(セグメント形)磁石を用い
る場合には固定子鉄心の内径と回転子磁石部外径の曲率
を変える等の方法が用いられるが、固定子にスキューを
施す事は電機子巻線の挿入等製作時の煩雑な作業を多く
伴うため特に量産機への適用は不適当である。
【0010】一方、永久磁石の埋め込み形の場合は前記
表面貼り付け形の場合と同様固定子へのスキュー施工に
は問題があり、また、回転子にスキューを施す事もまた
実際上極めて困難であり、更に、磁石端部の形状変更に
よる対策は前記の表面貼り付け形の場合でない限り採用
出来ない。上記の如く、永久磁石の埋め込み式の永久磁
石電動機におけるコギングトルクの低減は困難でありそ
の低減対策は極めて限定されたものとなっており、前述
の図8に例示する如く、前記永久磁石の径方向長さを回
転子半径より小となすと共前記の極間空隙部を形成する
2組の回転子鉄心の外周寄り側面それぞれに例えば矩形
状の切り欠き部を設け、これにより、前記各回転子鉄心
の外周寄り側面から前記極間空隙部への漏洩磁束の通過
経路における空隙部の延長による磁気抵抗の増大を図っ
て前記漏洩磁束量を低減させ、回転子磁極外周面におけ
る磁束通過面の縮小即ち磁極幅の縮小と等価的な磁石幅
の増大とを図る事が行われていた。
【0011】しかしながら、前述の図8に例示する如き
切り欠き部を設ける対策によれば、前記永久磁石の外周
寄り端部とこれに連なる2組の回転子鉄心の各外周寄り
側面との間に形成される極間部に漏洩する磁束量を無視
する事が出来ず、回転子磁極表面からのみ全ての磁束を
発生させる事とする前述のコギングトルク抑制条件の一
つを満たす事が困難となり、従って、前記切り欠き部の
寸法調整による等価的な磁石幅の増大を介して磁極幅と
スロットピッチとの所要の整合をとる事によるコギング
トルクの抑制は極めて難しいものとなって居た。
【0012】上記に鑑みこの発明は、前記の如き極間空
隙部に漏洩する磁束量を最小となすが如き切り欠き部を
設けて回転子磁極表面の磁束発生域をより正確に限定す
る事による等価的な磁極幅とスロットピッチとの所要の
整合を図り、コギングトルクの有効な抑制を行い得る永
久磁石埋め込み式永久磁石電動機の回転子鉄心形状の提
供を目的とするものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
にこの発明の永久磁石電動機の回転子鉄心において、
1)請求項1の発明は、極数分に分割されて扇形をなす
回転子鉄心の極間部に周方向に着磁された永久磁石を前
記極間部の回転子外周寄りに空隙部を形成する如く挿嵌
して形成された回転子を有する永久磁石電動機におい
て、前記極間空隙部に面した回転子鉄心の外周寄り側面
に切り欠き部を設けるものとする。
【0014】2)請求項2の発明は、請求項に1記載の
永久磁石電動機の回転子鉄心形状において、前記切り欠
き部は、前記の回転子鉄心外周寄りの側面から前記極間
空隙部に漏洩する前記永久磁石からの磁束量を最小とな
すが如き磁束経路を形成する周方向断面形状を有するも
のとする。上記の如くこの発明は、前記極間空隙部を形
成する2組の回転子鉄心の各外周寄り側面に切り欠き部
を設けて前記極間空隙部への漏洩磁束量を最小となす事
により回転子外周面から固定子側への磁束流入幅の限定
可能とし、この磁束流入幅の調整による等価的な磁極幅
の調整を介して電動機コギングトルクの抑制に必要な磁
極幅とスロットピッチとの所要の等価的整合を図るもの
であり、また、前記切り欠き部には、前記極間空隙部に
漏洩する磁束量の最小化を図る如く漏洩磁束通過経路に
おける磁気抵抗を最大となす様な形状を与えて前記の等
価的磁極幅の正確な推定を図るものである。
【0015】
【発明の実施の形態】以下この発明の実施例を図1〜図
4の各図面により説明する。ここに、図1と図3とはそ
れぞれ請求項1と2とに対応するこの発明の第1と第2
の実施例を示す永久磁石埋め込み式の永久磁石同期電動
機の径方向断面図であって4極24スロット電動機の断
面1/4部分を例示するものである。また、図2と図4
とはそれぞれ図1と図3とに対応し分割された扇形の回
転子鉄心2Aと2Bの一極分の径方向断面図である。
【0016】先ず、図1は、図8の場合と同様に、永久
磁石3AのN−S両極間の厚み即ち周方向の磁石幅が固
定子鉄心1に設けられた電機子巻線用スロット5の1ピ
ッチよりも狭いために、永久磁石3Aの径方向長さを回
転子半径より小となすと共に極間空隙部7Aを形成する
2組の回転子鉄心2Aの外周寄り側面それぞれに図2に
例示する切り欠き部6Aを設けた状態を示すものであ
る。
【0017】ここに、前記の切り欠き部6Aは図8に例
示した矩形状の切り欠き部6Dに対して三角状の切り欠
き部6aを加えたものであり、切り欠き部6Aの外縁形
状を同一透磁率の磁性体内を通過する磁力線形状に沿わ
せる如く直線近似したものである。なお、磁性体と空気
との境界面の如く異なった透磁率の物質間の界面を磁束
が通過する場合には一般に下記の関係式(1)と(2)
とが成り立つ。
【0018】 B1cosθ1 =B2cosθ2 ──── (1) tanθ1 / tanθ2 =μ1 /μ2 ──── (2) ここに、B1 ,μ1 ,θ1 はそれぞれ界面入力側におけ
る磁束密度、透磁率、入力磁束の界面垂線となす角度で
あり、同様に、B2 ,μ2 ,θ2 はそれぞれ界面出力側
における磁束密度、透磁率、出力磁束の界面垂線となす
角度である。
【0019】今、磁性体を磁束の入力側とし空気(空
隙)を出力側とすれば、前記両式における諸元に関し、
μ1 》μ2 であり、若し、入力磁束が前記界面に対して
平行に近い角度で入って来るものとすれば、θ1 は90
度に近く、従って、前記のθ2とB2 とはそれぞれθ1
とB1 に比して共に極めて小さな値となる。前記の切り
欠き部6Dに対して三角状の切り欠き部6aを加えて形
成した図1に示す6Aにおいて、切り欠き部6aの外縁
を形成する直線部は回転子鉄心内を通過して極間空隙部
7Aに漏洩する磁束の磁力線形状に沿わせてこれを近似
する如く形成されたものであり、前記関係式におけるθ
1 ≒90度の条件を作る事により前記の極間空隙部7A
に漏洩する磁束の量を極めて小なるものとなすと共に回
転子鉄心側面より略直角の方向に漏洩させ、空隙部磁路
の延長による磁気抵抗の増大をなして漏洩磁束量の一層
の低減を図るものである。
【0020】上記の如く極間空隙部7Aへの漏洩磁束量
を極めて小さく抑制する事により、回転子外周面におけ
る固定子側への磁束流出幅の限定が可能となり、従って
前記切り欠き部6Aの形状修正による前記磁束流出幅の
調整による等価的な磁極幅の調整を介して電動機コギン
グトルクの抑制に必要な磁極幅とスロットピッチとの所
要の等価的整合を図る事が出来る。
【0021】次に、図3は、図1と図2に示す切り欠き
部6Aを図4に示す切り欠き部6Bにより置換したもの
であり、切り欠き部外縁形状の磁力線形状への近似を直
線に代えて屈曲点の無い曲線近似としたものであり、前
記角度θ1 を90度に一層近づける事により極間空隙部
7Bに漏洩する磁束量を更に低減させ、前記磁極幅とス
ロットピッチとの所要の等価的整合の精度を一層向上さ
せるものである。
【0022】
【発明の効果】この発明によれば、扇形をなす回転子鉄
心の極間部に周方向に着磁された永久磁石を前記極間部
の回転子外周寄りに空隙部を形成する如く挿嵌して形成
された永久磁石電動機の回転子鉄心形状に関し、請求項
1の発明による如く、前記極間空隙部に面した回転子鉄
心の外周寄り側面に切り欠き部を設ける事により、ま
た、請求項2の発明による如く、前記の切り欠き部に磁
力線形状に近似させた外縁形状を与える事により、前記
極間空隙部に漏洩する磁束量の低減を行い、電動機コギ
ングトルクの抑制に必要な磁極幅とスロットピッチとの
正確な等価的整合が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施例を示す永久磁石埋め込
み式電動機の径方向断面図
【図2】図1に対応する扇形回転子鉄心一極分の径方向
断面図
【図3】この発明の第2の実施例を示す永久磁石埋め込
み式電動機の径方向断面図
【図4】図3に対応する扇形回転子鉄心一極分の径方向
断面図
【図5】永久磁石埋め込み式の4極永久磁石電動機の概
念図
【図6】4極24スロット永久磁石電動機の径方向断面
【図7】図6に対応する扇形回転子鉄心一極分の径方向
断面図
【図8】従来技術の実施例を示す永久磁石埋め込み式電
動機の径方向断面図
【図9】図8に対応する扇形回転子鉄心一極分の径方向
断面図
【符号の説明】
1 固定子鉄心 2 回転子鉄心(2A,2B,2C,2D) 3 永久磁石(3A,3B,3C,3D) 4 軸 5 スロット 6 回転子鉄心の切り欠き部(6A,6B,6D,6
a) 7 極間空隙部(7A,7B,7D) 8 極間空隙部への漏洩磁束(8A,8D)
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H02K 21/18 H02K 21/18 M

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】極数分に分割されて扇形をなす回転子鉄心
    の極間部に周方向に着磁された永久磁石を前記極間部の
    回転子外周寄りに空隙部を形成する如く挿嵌して形成さ
    れた回転子を有する永久磁石電動機において、前記極間
    空隙部に面した回転子鉄心の外周寄り側面に切り欠き部
    を設けた事を特徴とする永久磁石電動機の回転子鉄心。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の永久磁石電動機の回転子
    鉄心形状において、前記切り欠き部は、前記の回転子鉄
    心外周寄りの側面から前記極間空隙部に漏洩する前記永
    久磁石からの磁束量を最小となす如き磁束経路を形成す
    る周方向断面形状を有するものである事を特徴とする永
    久磁石電動機の回転子鉄心。
JP10086998A 1998-03-31 1998-03-31 永久磁石電動機の回転子鉄心 Withdrawn JPH11289698A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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