JPS61244251A - 同期電動機 - Google Patents

同期電動機

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JPS61244251A
JPS61244251A JP60085952A JP8595285A JPS61244251A JP S61244251 A JPS61244251 A JP S61244251A JP 60085952 A JP60085952 A JP 60085952A JP 8595285 A JP8595285 A JP 8595285A JP S61244251 A JPS61244251 A JP S61244251A
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JP
Japan
Prior art keywords
synchronous motor
shield layer
magnetic pole
magnetic
rotor
Prior art date
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Pending
Application number
JP60085952A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenji Tsuboya
坪谷 兼治
Masami Takakura
高倉 正実
Makoto Igarashi
誠 五十嵐
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.)
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication date
Application filed by Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd filed Critical Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority to JP60085952A priority Critical patent/JPS61244251A/ja
Publication of JPS61244251A publication Critical patent/JPS61244251A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706Inner rotors
    • H02K1/272Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/278Surface mounted magnets; Inset magnets
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/14Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は同期電動機に関し、特に駆動用電源としてP
WMインバータを用いる場合等におけるうず電流積の少
ない同期電動機に関する。
(従来の技術) 同期電動機影交流サーボモータ等では、駆動用電源とし
て、PWMインバータが多く用いられている。これは、
インバータ自身で電圧制御が可能であり、低次の高調波
成分を容易に除去できるためである。
ところで、上記のPWMインバータにより駆動される同
期電動機の固定子の電流波形は、第5図に示すように、
低次の高調波は少なく基本波に近いが、PWMパルスの
スイッチング周波数である高次の高調波が多く含まれて
いる。この高次の成分は、電磁騒音発生の原因となり、
さらに、回転磁極や回転子鉄心にうず電流積を発生させ
て温度上昇が著しくなるという弊害を起こしていた。
同期電動機の回転子に発生する前記のようなうず電流を
低減するために、従来、高次の高調波電流そのものを少
なくするか、あるいは、回転子の構造をうず電流積が発
生しにくい構造にする等の手段が採用されていた。
先ず、高調波電流を少なくする手段としては、外部にリ
アクトルを挿入する、スイッチング周波数を高くして電
動機自身の漏れリアクタンスの効果を大きくする。又は
、磁性くさびを用いる等の手段があり、次に回転子の構
造については、永久磁石形では導電率の低い磁石を用い
る、又は、鉄心を積層する等の手段が知られている。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、従来のうず電流積低減手段は、いずれも
コスト増の原因になったり、電動機の特性を低下させた
り、あるいは、設計の自由度を制限するものであった0
例えば、回転子の構造について、導電率の低い永久磁石
を使用すれば、高性能の永久磁石を使用することができ
なくなり、また鉄心を積層構造にすれば、それだけ製造
工数が増加するという不利を招くことになる。
したがって、この発明は、駆動用電源としてPWMイン
バータが用いられる場合等において同期電動機に発生す
るうず電流損を低減させるための従来の手段の前述の欠
点を解消し、1単な構成により、格別なコスト増を伴わ
ずに、かつ、同期電動機の本来の性能を低下させないで
、有効にうず電流損を低減することができる手段を提供
することを目的とする。
(問題点を解決するための手段) この発明の同期電動機は、上記の目的を達成するため、
永久磁石よりなる回転磁極の表面に高導電率材料よりな
る磁気シールド層を具えるものである。
上記の高導電率材料としては、銅、真鍮又はアルミニウ
ムが望ましく、また磁気シールド層の厚さは、高導電率
材料が銅である場合に0.5〜1.0mm程度であるこ
とを可とする。
(作 用) 上記の構成において、磁気シールド層のシールド効果に
よって回転磁極及び回転子鉄心には磁束がほとんど進入
しない、もっとも、磁気シールド層の表面にはうず電流
が流れるが、その損失は少なく、回転磁極及び回転子鉄
心における損失を加えても回転磁極表面に磁気シールド
層を設けないものに比べてうず電流損がはるかに少なく
なる。
(実施例) 以下第1図〜第4図及び第6図を参照して、この発明の
同期電動機の実施例について詳細に説明する。下記の説
明は、従来の回転永久磁石形同期電動機における磁束分
布並びにこの発明の同期電動機の実施例の構成及び作用
の順序で行う。
(従来の回転磁石形同期電動機のおける磁束分布)(第
6図) 第6図は、従来の回転永久磁石形同期電動機の断面構造
及び磁束分布の一例を示し1図中2及び3は、それぞれ
固定子のスロット及び歯、5は永久磁石よりなる回転磁
極、6は回転子鉄心、9は固定子・回転子間のギャップ
を示している。この場合、永久磁石は導電性の希土類コ
バルト磁石であり、回転子鉄心は塊状である。
第6図における磁束分布は、固定子コイルに、スイッチ
ング周波数の高調波成分の電流を与えた場合のものであ
って、うず電流を考慮した有限要素法によ°る電磁興醒
プログラムによって解析したものである0図から分かる
ように、磁極tにはかなりの磁束が入りこみ、鉄心6の
表面では磁束が集中している。これらの磁束によりうず
電流が生ずる。このうず電流による損失及び温度上昇を
低減するために、従来の同期電動機では、上記の高調波
電流自体を少なくする、あるいは、回転子の構造をうず
電流損が発生しにくい構造にする等の手段が採られてい
たが、これらの手段のよれば、前述のような種々の欠点
を伴うものであった。
(この発明の同期電動機の実施例の構成)(第1図) この発明は、回転磁極表面に高導電率材料よりなるシー
ルド層を備えることにより、回転子内部にスイッチング
周波数の高調波等による磁束を進入させないようにした
ものであって、その一実施例を第1図に示す、第1図は
、−極分のみを示す部分的断面図であって、図中1は固
定子鉄心、2は固定子のスロット、3は同じく歯、4は
固定子コイルである。一方1回転子側は、永久磁石より
なる磁極5、回転子鉄心6を備え、磁極5と鉄心6とは
例えば接着剤7により一体的に固定されている。上記に
おいて、第6図に示す従来のものと同様に、磁極5は希
土類コバルト磁石で構成され、鉄心6は塊状であるとす
る。
前記の部材は、それぞれ公知のものであり、またこの発
明においては上記の部材に代えて他の公知の部材を用い
ることができるが、第1図において、この発明を具体化
する主要な特徴は1回転磁極5の表面に高導電率材料よ
りなる円筒状の磁気シールド層8を設けた点である。上
記の高導電率材料としては、導電率、機械的強度及び価
格の点から銅、真鍮又はアルミニウムが好ましく、また
その厚さは、銅製の場合、後述の理由により、0.5〜
l 、Omm程度を可とする。磁気シールド層8を回転
磁極5の表面に形成するには、円筒状のシールド片を回
転磁極5に機械的手段により固着することを可とするが
、その他メッキ等の手段も考えられる。第1図では1円
筒状の磁気シールド層8を設ける例を示しているが、こ
のシールド層8は回転磁極5の表面のみに設ければ足り
、円筒状でなくともよい、なお図中9は固定子・回転子
間のギャップ、10は回転子の回転軸を示している。第
1図は固定子が外側に、回転子が内部に設けられている
例であるが、両者の配置はこれと逆であってもよい。
(この発明の同期電動機の実施例の作用)(第1図〜第
4図) 第2図に示す磁束分布は、第1図の同期電動機において
、第6図の場合と同様に、固定子コイルにスイッチング
周波数の高調波成分の電流を与えた場合において、うず
電流を考慮した有限要素法による電磁界端プログラムに
よって解析したものであり、この磁束分布によれば、磁
気シールド層8の表面にはうず電流が流れるもののこれ
による損失は少なく、他方、磁極5及び鉄心6には磁束
がほとんど入りこんでいない、したがって、磁気シール
ド層8の表面に流れるうず電流による損失に磁極5及び
鉄心6における損失を加えても、第6図に示す磁束分布
を生ずる従来の同期電動機と比べて、うず電流積がはる
かに少なくなる。
具体的な数値を掲げれば、スイッチング周波数4760
Hz、固定子コイルの巻数6690ターン、固定子電流
43アンペアターンであり、磁気シールド層8が銅製で
、その厚さが1mmであるとき、シールド層8、磁極5
及び鉄心6における損失は、それぞれ、3.2W、0.
04W及び1.3Wである。
これに対し、第6図に示す従来の同期電動機においては
、スイッチング周波数及び固定子電流が第1図の実施例
と同じであり、固定子コイルの巻数4210ターンとし
て、磁極5及び鉄心6における損失は、それぞれ4.O
W及び18.9Wであり、また磁極5及び鉄心6におけ
る単位長当たりの損失は、それぞれ6.59W/m及び
31.44W/mであって、第1図に示すこの発明の実
施例の方がはるかに全損失が少なくなっている。
さらに、第3図及び第4図を参照して、磁気シールド層
の厚さとシールド効果との関係について説明する。実用
的な見地からみて、スイッチング周波数は1〜5KHz
程度であるので、この程度の範囲のスイッチング周波数
について詳細な解析及び実験を行った結果は、下記のと
おりである。すなわち、スイッチング周波数の高調波電
流による磁束の進入の防止には、磁極表面に設ける円筒
状のシールド層の効果がきわめて有効でその厚さが厚い
ほどシールド効果が大きいが、他方。
これが厚すぎると機械的強度が低下するので、磁気シー
ルド層が銅で構成されている場合についていえば、0.
5〜1.omm程度で十分な損失低減効果が得られる。
第3図及び第4図は、磁気シールド層による損失低減効
果のさらに詳細な解析を示すものであり、これらの図に
おいて横軸には銅よりなる磁気シールド層の厚さく m
 m )を、縦軸には回転子鉄心、磁極及び磁気シール
ド層の損失を加えた回転子の全損失(W)をとっている
、なお同期電動機は1.5KW、6極構造のものである
。第3図は、スイッチング周波数4760Hz 、固定
子電流43アンペアターンの場合であって、シールド層
の厚さ0.5mm及び1.0mmにおける全損失は、そ
れぞれ約7.2W及び約4.6Wであり、シールド層を
設けない場合(第6図)の全損失に比べて、それぞれ約
1/3及び約175に低減されている。
一方、シールド層の厚さが同じならば、スイ7チング周
波数が高いほど損失低減効果が大きいが、第4図に示す
ように、スイッチング周波数2100Hz、固定子電流
83.1アンペアターンの場合であっても、シールド層
の厚さ0.5mm及び1.0mmにおける全損失は、そ
れぞれ約20W及び約13Wであり、それぞれ、同じス
イッチング周波数及び固定子電流でシールド層を設けな
い場合の全損失の約1/2及び約1/3になる。さらに
円筒形シールド層8は、ダンパ巻線として作用するので
、電動機としての過渡安定度を高くすることができる。
前述のように、第1図に示す同期電動機においては、駆
動用電源としてPWMインバータを用いる場合等におけ
る回転子内部のうず電流積を低減する手段として、永久
磁石よりなる回転磁極の表面に高導電率材料よりなる円
筒状の磁気シールド層を設けたので、磁極鉄心を積層す
る必要がなくなり1例えば希土類コバルト磁石のように
高性能であるが導電率の比較的高い磁石をそのまま使用
することができ、インバータのスイッチング周波数をト
ランジスタ等のスイッチング素子の限界まで高くしても
差支えなく、さらに外部挿入リアクトルや磁性く°さび
が不要になる。また前記の磁気シールド層はダンパ巻線
としての効果があるので、電動機としての過渡安定度を
高くすることができる。
(発明の効果) 前述のように、この発明によれば、簡単な構成により、
格別なコスト増を伴わずに、かつ、同期電動機の本来の
性能を低下させないで、例えば駆動用電源としてPWM
インバータを用いる場合等において、同期電動機の回転
子に生ずるうず電流積を有効に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の同期電動機の一実施例の部分的断面
図、第2図は第1図の同期電動機における磁束分布を示
す説明図、第3図及び第4図は。 それぞれ第1図の同期電動機における回転子の全損失と
磁気シールド層の厚さとの関係を示す曲線図、第5図は
PWMインバータで駆動される同期電動機の固定子電流
波形を示す説明図、第6図は従来の同期電動機における
磁束分布を示す説明図である。 符号の説明 l:固定子鉄心、2:固定子のスロット、3:固定子の
歯、4:固定子巻線、5:回転磁極、6:回転子鉄心、
8:磁気シールド層、9:固定子・回転子間のギャップ
。 シールド層の厚さくmyn) 第3図 シールド層の厚さくmyyy) 第4図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)永久磁石よりなる回転磁極の表面に高導電率材料
    よりなる磁気シールド層を具える同期電動機。
  2. (2)前記高導電率材料が銅、真鍮又はアルミニウムか
    ら選択されたひとつの金属材料である特許請求の範囲(
    1)記載の同期電動機。
JP60085952A 1985-04-22 1985-04-22 同期電動機 Pending JPS61244251A (ja)

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JP60085952A JPS61244251A (ja) 1985-04-22 1985-04-22 同期電動機

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JP60085952A JPS61244251A (ja) 1985-04-22 1985-04-22 同期電動機

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JPS61244251A true JPS61244251A (ja) 1986-10-30

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2258032A2 (en) * 2008-02-22 2010-12-08 Access Business Group International LLC Magnetic positioning for inductive coupling

Cited By (3)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2258032A2 (en) * 2008-02-22 2010-12-08 Access Business Group International LLC Magnetic positioning for inductive coupling
US8766484B2 (en) 2008-02-22 2014-07-01 Access Business Group International Llc Magnetic positioning for inductive coupling
US8829731B2 (en) 2008-02-22 2014-09-09 Access Business Group International Llc Magnetic positioning for inductive coupling

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