WO1985002726A1 - Rotor for synchronous electric motor - Google Patents

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WO1985002726A1
WO1985002726A1 PCT/JP1984/000574 JP8400574W WO8502726A1 WO 1985002726 A1 WO1985002726 A1 WO 1985002726A1 JP 8400574 W JP8400574 W JP 8400574W WO 8502726 A1 WO8502726 A1 WO 8502726A1
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magnetic
pole
magnetic pole
poles
rotor
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PCT/JP1984/000574
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English (en)
French (fr)
Inventor
Shigeki Kawada
Yoichi Amemiya
Masatoyo Sogabe
Noboru Iwamatsu
Original Assignee
Fanuc Ltd
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures

Definitions

  • the present invention relates to a rotor for a synchronous motor.
  • a protruding pole type synchronous motor in which a rotor having a permanent magnet as a protruding magnetic pole is rotatably arranged inside a stator having a plurality of phases of excitation windings and generating a rotating magnetic field has been well known.
  • this salient pole type synchronous motor in order to make the rotor smoothly move by eliminating the rotational torque unevenness of the rotor, the protrusion of the rotor which interacts with the stator having the armature magnetic flux having a sinusoidal waveform is used. It is required that the field flux distribution at the poles be sinusoidal.
  • One means for obtaining such sinusoidal flux distribution, vs. minimum gap length G rn in gap length G t is on the axis of the pole between each pole surface on the inner surface and the rotor of the stator Left and right
  • G I G min x 1 no cos ⁇ (1)
  • the shape of the surface of each magnetic pole is determined so that the angle on the axis of the magnetic pole is 0 °.
  • the rotor 2 rotatably arranged inside the stator 1 is a motor. Since it is only necessary to attach the permanent magnet 6 as a protruding pole to the outer periphery of the spider member 5 attached to the shaft 4, the rotor 2 Although it is easy to assemble the permanent magnet 6, it is generally difficult to form the permanent magnet 6. It is.
  • the protruding end surface of the permanent magnet 6a is formed into a flat surface and an arc surface that are easy to machine, and the above-described sine wave distribution of the magnetic flux is formed on the protruding end surface of the permanent magnet 6a.
  • a structure with a port iron 7 with a surface shape to obtain it is widely used.
  • the shape of the iron itself can be easily processed, so that it is possible to obtain a sine wave distribution of the field magnetic flux.However, the assembled structure is complicated, and the mechanical accuracy is increased. Disclosure of the invention, as well as reduced strength and increased production cost.
  • an object of the present invention is to provide a facet of a synchronous motor that is easy to process and assemble and can realize smooth movement of a rotor.
  • a rotor of a synchronous motor rotatably supported inside a cylindrical ring stator having a plurality of armature windings is fixed to a motor shaft and the motor shaft.
  • a plurality of first magnetic poles comprising a plurality of permanent magnets arranged and fixed at substantially equal intervals in the circumferential direction on an outer peripheral surface of the yoke means; and a plurality of first magnetic poles adjacent to each other in the plurality of first magnetic poles.
  • a plurality of second magnetic poles protruding radially from the iron means between the magnetic poles, and one first magnetic pole and one second magnetic pole circumferentially adjacent to each other with respect to the motor shaft are paired with each other.
  • a rotor for a synchronous motor is provided.
  • the magnetic flux passing through the armature winding of the stator is sinusoidal.
  • each magnetic pole in the pair has one magnetic flux
  • the distribution is not limited to a sine wave.
  • one pole is composed of permanent magnet only, and the other one pole
  • Is composed only of a yoke, and is composed of a permanent magnet pole and an iron pole.
  • the resulting magnetic flux distribution depends on each phase armature winding of the stator.
  • the shape of the pole surface is determined. Therefore, the poles of the permanent magnet
  • FIG. 1A and 1B are schematic cross-sectional views showing an example of the structure of a rotor of a conventional protruding magnetic pole type synchronous motor
  • FIG. 2 is a synchronous motor showing an embodiment of the present invention and its surface roller
  • Fig. 3 is a cross-sectional view of the synchronous motor shown in Fig. 2 taken along the line DI-M
  • Fig. 4 illustrates a method for determining the surface shape of the second magnetic pole of the rotor. ⁇ .
  • a stator 11 fixed to 10 is provided, and the stator 11 has a core of a multi-phase armature winding 12 for generating a rotating magnetic field.
  • This is installed in a slot arranged along the inner circumference of a.
  • This rotor 11 is provided with a rotor 13 inside the stator 11 and has a motor shaft 14. .
  • the motor shaft 14 is supported by the housing 10 via bearings 15 and 16 so as to be able to roll.
  • a nonmagnetic support member or spider 17 is fixed to the motor shaft 14 of the rotor 13, and a substantially cylindrical steel iron 18 is attached to the support member 17.
  • a plurality of permanent magnets here four permanent magnets, are arranged at substantially equal intervals in the circumferential direction on the outer periphery of the steel wire 18, and a plurality of permanent magnets that protrude in the radial direction with respect to the steel wire 18 are provided.
  • One magnetic pole 19 is formed to generate a field.
  • a second magnetic pole 18a is formed between the first magnetic poles 19 that are in contact with each other and protrudes from the outer periphery of the iron 18.
  • One of the first magnetic poles and one of the second magnetic poles form a pair of magnetic poles and interact with the stator 11 to generate a rotating torque.
  • four second magnetic poles 18a correspond to four first magnetic poles 19.
  • each pair of magnetic poles forms an 8-pole synchronous motor in which an N pole and an S pole are formed.
  • the inner peripheral surface of the first magnetic pole 19 formed by the permanent magnet is
  • the arc-shaped concave surface conforming to the circular arc-shaped outer peripheral surface portion 18 of Fig. 18 is provided between the magnetic pole surface 19a of the first magnetic pole 19 (Fig. 3) and the inner peripheral surface of the stator 11.
  • a gap having a uniform width is formed in the circumferential direction.
  • the respective permanent magnets forming the first magnetic pole 19 can be easily fixed on the circular arc-shaped outer peripheral surface 18b of the iron 18 by bonding or the like. Further, a permanent magnet having such a shape can be formed relatively easily by machining. However, the magnetic flux distribution of the first magnetic pole made of this permanent magnet is changed from its magnetic pole surface shape, that is, from a circumferential surface shape to a sine wave distribution. Not be. Therefore, when the magnetic flux distribution of the first magnetic pole 19 of the permanent magnet and the magnetic flux distribution of the second magnetic pole 18a of the yoke are combined, the second magnetic pole is ultimately equivalent to a sine wave distribution.
  • the pole surface shape of 18a has been determined. If the second magnetic pole 18a having the magnetic pole surface shape determined in this manner is provided in pairs with the first magnetic pole 19, the amount of magnetic flux cut by the armature windings 12 of each phase of the stator 11 will be reduced. Since it is effectively equivalent to that having passed the sinusoidal magnetic flux, the rotational torque generated in the rotor 13 becomes uniform, and the rotor 11 rotates smoothly.
  • OMPI Fig. 4 shows that a pair of first and second magnetic poles 19 and 18a are
  • FIG. 2 is a schematic view showing a state in which the armature winding faces a one-phase armature winding 12 in a developed state, and also graphically showing a magnetic flux distribution in an air gap. This place
  • the magnetic pole surface shape of the first magnetic pole 19 has a certain shape ⁇ ⁇ that always forms a certain amount of air gap with the inner surface of the stator 11, as described in FIG. 3. It is.
  • the magnetic pole surface shape of the second magnetic pole 18a to be determined is virtually illustrated by a broken line.
  • the magnetic flux distribution of the field generated by the calculation is immediately calculated by an empirical calculation method.
  • the second magnetic pole 18 a having a ⁇ shall produce a virtual flux distribution B 2.
  • armature winding 12 of one phase in one armature winding 12 of one phase,
  • the X mark in Fig. 4 indicates that the armature current is directed inward in the paper of Fig. 4, and the ⁇ mark indicates that the armature current is directed outward in the paper of Fig. 4.
  • the first magnetic pole is
  • the present invention is not limited to the embodiment only.
  • One permanent magnet magnet is arranged in a mountain shape between the second magnetic poles 18a of iron 18
  • the pole 19 may be configured. Such a flat plate
  • the permanent magnet is easier to mold than the permanent magnet in the illustrated embodiment.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Description

明 細 書
発明の名称
同期電動機の回転子
技術分野
本発明は同期電動機の回転子に閬する。
背景技術
同期電動機において、 複数相の励磁巻線を備えて回転磁界 を発生する固定子の内側に永久磁石を突出磁極として備えた 回転子を回転可能に配置した突出極型同期電動機は従来より 周知である。 この突出極型同期電動機において、 回転子の回 転トルクむらをな く して回転子に滑らかな動きをさせるため には、 正弦波形のァーマチュア磁束を有する固定子と相互作 用する回転子の突出極における界磁磁束分布が正弦波である ことが必要とされる。 このような正弦波磁束分布を得るため の 1つの手段は、 固定子の内面と回転子における各磁極表面 との間の空隙長 G t がその磁極の軸線上における最小空隙長 G rn i n に対して左右に
G I = G m i n X 1ノ cos Θ (1)
磁極の軸線上を 0 · とした左右の角度） となるように、 上記各磁極表面の形状を決定することである。
ところで、 突出磁極型同期電動機における回転子の磁極を 永久磁石のみによつて構成する場合、 第 1 Α図に示すよう に、 固定子 1 の内側に回転可能に配置される回転子 2 は、 モータ 一シャフ ト 4に取り付けたスパイダ一部材 5 の外周側に永久 磁石 6を突出極として取り付けるだけでよいので、 回転子 2 の組立ては容易になるが、 永久磁石 6の成形は一般に困難で あり、 上述した界磁磁束の正弦波分布を得るための形状を有 した磁極表面 3を有する突出磁極を作ることは極めて函難で ある。
そこで、 第 1 B図に示すように、 永久磁石 6 aの突出端面 を加工の容易な平坦面、 円弧面に彤成し、 永久磁石 6 aの突 出端面に上述した磁束の正弦波分布を得るための表面形状を 有した港鉄 7を取り付けた構造が広く採用されている。 この ような構造の場合、 綞鉄自体の形状加工は容易に行う ことが できるので、 界磁磁束の正弦波分布を得ることは可能となる が、 組付けた構造が複雑となり、 機狨的精度及び強度が低下 するとともに、 製造コス トの増加を招く という問題があつた, 発明の開示
従って本発明ば、 加工や組付けが簡単でかつ回転子の滑ら かな動きを実現させることかできる同期電動機の面転子を提 供することを目的とするものである。
すなわち、 本癸明は、 複数相のァーマチュア巻線を有した 円筒環找固定子の内側に回転可能に支持された同期電動機の 回転子が、 モーターシャフ ト と、 そのモーターシャフ トに固 定された綞鉄手段と、 その継鉄手段の外周面に周方向に略等 間隔をあけて配設固着した複数の永久磁石からなる複数の第 1磁極と、 これら複数の第 1磁極における隣り合った磁極間 に上述の耱鉄手段からラジアル方向に隆起させた複数の第 2 磁極と、 前記モーターシャフ トに関する周方向に隣り合う 1 つの前記第 1磁極と 1つの前記第 2磁極とを互いに一対とし
、 た各磁極対によって得られる界磁磁束の分布が、 各相の前述
ァーマチュア卷線による通過効果において正弦波磁束分布と
ほぼ等価となるように前記第 1磁極の一定極面形状に対して
前記第 2磁極の極面形状を决定した磁極形状配置とを具傭し
たことを特徴とする同期電動機の回転子が提供される。
前述した如く、 突出磁極型同期電動機において、 回転子に
滑らかな動きをさせるためには、 界磁磁束分布が正弦波分布
であることが必要であるが、 このことは、 回転子の回転に従
つて固定子のァ一マチュア巻線が通過する磁束が正弦波状に
変化することである。 したがって、 対をなす 2磁極合計でこ
の効果を得るようにすれば、 対をなす各磁極 1 つ 1つの磁束
分布は正弦波に限られないこととなる。 上述から明らかに理
解できるように、 本発明による回転子においては、 対をなす
磁極のう ち、 1極が永久磁石のみにより構成され、 他の 1極
が継鉄のみにより構成され、 永久磁石磁極と继鉄磁極とによ
り得られる磁束分布が固定子の各相ァーマチュア巻線による
通過効果において正弦波分布とほぼ等価となるように、 継鉄
磁極表面の形状が決定される。 したがって、 永久磁石の磁極
の表面形状は正弦波磁束分布を得るための形状にする必要が
ないので、 加工の容易な例えば円弧状の 14断面を有した形状
にすることができる。 したがって、 永久磁石の加工精度及び
強度を高めることができる。 一方、 继鉄の磁極表面加工は容
易に行なう ことができるので、 滑らかな動きをする回転子を
部品加工上の支障なく作ることができる。 また、 永久磁石の
表面に継鉄を取り付ける必要がないから、 構造が簡単で組付
O PI
、 IPO » けが容易な強度の高い回転子を提供できることとなる。
図面の簡単な説明
第 1 A図及び第 1 B図は従来の突出磁極型同期電動機の回 転子の構造の例を示す概略断面図、 第 2図は本発明の一実施 例を示す同期電動機とその面転子の概略縦断面図、 第 3図は 第 2図に示す同期電動機の DI - M線に沿った断面図、 第 4図 は回転子の第 2磁極の磁極表面形伏を決定する方法を説明す る模式酹。
発明を実施するための最良の態様
第 2図及び第 3図を参照して、 同期電動機はハウジング
1 0に固定された固定子 1 1を備えており、 固定子 1 1 には 回転磁界を発生する複数相のァーマチュア卷線 1 2がコア
11 aの内周に沿って配設されたスロ ッ ト内に揷設されている < この固定子 1 1の内側には回転子 1 3が設けられ、 モーター シャフ ト 1 4を有している。 このモーターシャフ ト 1 4 はべ ァリ ング 15 , 16を介してハウジング 1 0 に面転可能に支持さ れている。
回転子 1 3のモーターシャフ ト 1 4には非磁性の支持部材 又はスパイ ダー 1 7が固着され、 この支持部材 1 7に略円筒 形伏の綞鉄 1 8が取り付けられている。 維鉄 1 8の外周には 複数個、 こ こでは 4つの永久磁石が周方向に略等間隔を開け て配設されており、 继鉄 1 8 に対してラジアル方向に隆起し た複数の第 1磁極 1 9を形成して界磁を発生している。 また. 互いに隠接する第 1磁極 1 9の間には綞鉄 1 8 の外周から隆 起した形状で第 2磁極 18 aが形成されている。 そして矮り合 つた 1 つの第 1磁極と 1 つの第 2磁極とが 1対の磁極を形成 して固定子 1 1 と相互作用し、 回転 トルクを発生する。 本実 施例では 4つの第 1磁極 1 9に対応して 4つの第 2磁極 18 a
が配設され、 各対の磁極が N極と S極とを形成する 8極同期 電動機を形成している。
永久磁石によって形成された第 1磁極 1 9 の内周面は耱鉄
1 8 の真円弧状外周面部 18 bに適合した円弧状凹面となって おり、 第 1磁極 1 9 の磁極面 19 a (第 3図） と固定子 1 1 の 内周面との間には周方向に均一幅の空隙が形成されている。
なお、 第 1磁極 1 9を形成するそれぞれの永久磁石は接着等 により耱鉄 1 8の真円弧状外周面部 18 b上に容易に固着させ ることができる。 また、 このような形状の永久磁石は比較的 容易に加工形成することができるが、 この永久磁石からなる 第 1磁極の磁束分布はその磁極面形状、 つまり円周面形状か ら正弦波分布にはならない。 そこで互いに対をなす永久磁石 の第 1磁極 1 9 と継鉄の第 2磁極 18 a の各々の磁束分布を併 せた場合に究極的に正弦波分布と等価になるように第 2磁極
18 a の磁極表面形状が決定されている。 このよう に決定した 磁極表面形状を有した、 第 2磁極 18 aを第 1磁極 1 9 と対に して設ければ、 固定子 1 1 の各相のァーマチュア巻線 1 2が 切る磁束量が効果的に正弦波磁束を通過したものと等価にな るから、 回転子 1 3 に生ずる回転 トルクはむらがな く なり、 回転子 1 1 は滑らかに回転するのである。
こ こで键鉄 1 8から隆起させた第 2磁極 18 a の磁極面形状 の決定方法に就いて第 4図を参照して説明する。
OMPI 第 4図は、 1対の第 1 ， 第 2磁極 19 , 18 aが空隙を介して
1相のァーマチュア卷線 1 2 と対向した状態を展開して示す と共に空隙の磁束分布を図表表示した模式図である。 この場
合に、 第 1磁極 1 9の磁極表面形状は、 固定子 1 1 の内面と 常に一定量の空隙を形成する一定形祆を有していることは、 第 3図による既述の説明のとおりである。 他方、 決定すべき 第 2磁極 18 aの磁極表面形状は破線によって仮想的に図示さ れている。 また、 一定磁極表面形拔を有する第 1磁極 1 9か
ら発生する界磁の磁束分布は経験的演算法により直ちに演算
することが可能であり、 例えば図示のように略台形状等の既
知磁束分布 を有している。 更に、 .上述した仮想磁極面形
祅を有した第 2磁極 18 a は仮想磁束分布 B 2 を生ずるものと する。 なお、 ある 1相のァーマチュア巻線 1 2において、 第
4図の X印はァーマチュア電流が第 4図の紙面内方に向う こ とを示し、 · 印はァ一マチュア電流が第 4図の紙面外方に向 う ことを示している。
以上の配置状態において、 面定子 1 1 に対して第 1磁極
1 9 と第 2磁極 18 aが矢印 A方向に相対変位すると、 ァーマ
チユア巻線 1 2が磁束 B , , B 2 を通過（s weep) する。 この とき、 既知の磁束 B t を通過した効果と仮想の磁束 B 2 を通
過した効果との和が究極的に理想的な正弦波分布を有した磁
束を通過した効果と等価であればよい。 従ってァーマチュア 巻線 1 2の配列構成も考慮した仮想の磁束 B 2 の分布は必然
的に一義的に決定される。 依って、 この決定した磁束 B 2 か
らコ ンビュータ利用による磁場演箕を逆算して第 2究極 18 a
WIPO の磁極表面形状を決定することができるのである。 なお、 そ
の磁極表面形状の決定後には、 再び磁場演算により、 実際の
磁束分布 B 2 を演箕し、 必要とする磁束分布が得られている
かを確認することが望ましい。
上述した第 2磁極 18 aの磁極表面形状の決定から、 該第 2
磁極 18 aの磁極表面と固定子 1 1 の内側面との間の空隙寸法
が定まるが、 回転子 1 3に滑らかな回転をさせるためには、
磁気抵抗の不均一によつておこる リ ラクタ ンス トルクを削減
する補正、 例えば上記第 2磁極 18 a の磁極表面から銳角隅部
を除去して丸味付けをする等の対策を加えることが望ましい。
以上、 一実施例につき説明したが、 本発明は上記実施例の
態様のみに限定されるものではな く 、 例えば、 維鉄の第 2磁
極間に両面が平坦な永久磁石を配設して第 1磁極を形成する
ようにしてもよい。 また、 両面が平坦な 2つの永久磁石を継
鉄 1 8 の第 2磁極 18 a間に山型に配置して 1つの永久磁石磁
極 1 9を構成するようにしてもよい。 このような平板状の永
久磁石は上記図示実施例における永久磁石より も成形が容易
になる。 一方、 両面が平坦な永久磁石の場合であってもその
磁束分布に応じて継鉄磁極の磁極表面形状を決定すれば上記
実施例と同様の回転特性が得られる。 そして、 本発明によれ
ば、 回転子の回転 ト ルクむらを防止して回転子に滑らかな動
きをさせることができ、 しかも部品の加工や組立てが容易で
高い加工精度及び強度を得ることができるから同期電動機の
性能向上が期待できる。
OMPI

Claims

請求の範囲
1. 複数相のァーマチュア巻線を有した円筒環状固定子の 内倒に回転可能に支持された同期電動機の回転子が、 モータ
一シャフ ト と、 そのモーターシャフ トに固定された綞鉄手段
と、 前記耱鉄手段の外周面に周方向に略等間隔をあけて配設
固着した複数の永久磁石からなる複数の第 1磁極と、 前記複
数の第 1磁極における矮り合った磁極間に前記港鉄手段から
ラジアル方向に隆起させた複数の第 2磁極と、 前記モーター シャフ トに閬する周方向に隣り合う 1つの前記第 1磁極と 1
つの前記第 2磁極とを互いに一対とした各磁極対によって得
られる界磁磁束の分布が、 各相の前記ァーマチュア卷線によ る通過効果において正弦波磁束分布とほぼ等価となるように 前記第 1磁極の一定極面形状に対して前記第 2磁極の極面形 犾を決定した磁極形状配置とを具備したことを特徴とする同 期電動機の回転子。
2. 前記第 1磁極を形成する各永久磁石の極面形状は、 前
記モーターシャフ トの铀線に垂直な断面が円弧である請求の 範囲第 1項に記載の同期電動機の回転子。
3. 前記維鉄手段は磁性材料からなる中空円筒体からなり 前記中空円筒体の外周面に前記第 2磁極が一体に突出形成さ れている請求の範囲第 1項に記載の同期電動機の回転子。
4. 前記中空円筒体の前記第 2磁極間の周面は真円周面で ある請求の範囲第 3項に記載の同期電動機の回転子。
5. モータハウジングと前記モータハウジングに取付けら
れると共に複数相のァーマチュア卷線を有した円筒環状固定
OMPI IPO 子と、 前記固定子の内側に空隙を介して回転可能に軸受支持
された回転子であつて、 モータシャフ ト と、 該モータシ +フ
卜に支持手段を介して固定された略円筒形の继鉄と、 前記継
鉄の外周面に周方向に略等間隔をあけて配設固着した複数の
永久磁石からなる複数の第 1磁極と、 前記複数の第 1磁極に
おける隣り合った磁極間に前記継鉄からラジアル方向に隆起
させた複数の第 2磁極と、 前記モーターシャフ トに閔する周
方向に隣り合う 1 つの前記第 1磁極と 1 つの前記第 2磁極と
を互いに一対とした各磁極対によつて得られる异磁磁束の分
布が、 各相の前記ァーマチュア巻線による通過効果において
正弦波磁束分布とほぼ等価となるように前記第 1磁極の一定
極面形状に対して前記第 2磁極の極面形状を決定した極形状
配置とを具備した回転子とを具備して構成されたことを特徴
とする同期電動機。
6. 4つの前記第 1磁極と 4つの前記第 2磁極とを有して
なる請求の範囲第 5項に記載の同期電動機。
OMPI
く WIPO ""
PCT/JP1984/000574 1983-12-05 1984-12-05 Rotor for synchronous electric motor WO1985002726A1 (en)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
DE8585900173T DE3481883D1 (de) 1983-12-05 1984-12-05 Rotor fuer elektrischen synchronmotor.

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58228362A JPS60121949A (ja) 1983-12-05 1983-12-05 永久磁石型同期電動機の回転子
JP58/228362 1983-12-05

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PCT/JP1984/000574 WO1985002726A1 (en) 1983-12-05 1984-12-05 Rotor for synchronous electric motor

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US (1) US4661736A (ja)
EP (1) EP0163747B1 (ja)
JP (1) JPS60121949A (ja)
DE (1) DE3481883D1 (ja)
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