WO2001097363A1 - Moteur synchrone a aimant permanent - Google Patents

Description

明細書

永久磁石同期電動機 技術分野

本発明は集中巻ステ一夕を有する埋め込み磁石型同期電動機に関するものであ る。 背景技術

図 1 1に従来の集中巻ステ一夕を持った埋め込み磁石型同期電動機の一例を示 す。 図 1 1において、 1は集中巻ステ一夕、 2は回転子、 3は回転子に設けられ たスリッ卜、 4はスリッ卜内部に埋設されている永久磁石を示す。 モータのステ —夕構造は、 3相 4極 6スロットの集中巻ステ一夕であり、 巻線は図 1 2に示す ように個別のテーイスに単独の巻線が施され、 各相 Ί 8 0度対向した位置に 2個 のコイルが配置されている。 回転子内部には平板状の リツ卜が設けられ、 スリ ッ卜内部にスリットと同形状の永久磁石が挿入されている。 集中巻モータは、 図 1 2に示すように各ティース毎に個別の巻線を施すため、 複数のティースにまた がって巻線を施す分布巻ステ一夕に比べてコイルェンドが小さくなリ、 巻線抵抗 が小さくなるのが特長で、 モータに流れる電流による巻線の発熱損失である銅損 を低く抑えることができる。 その結果、 損失が小さくなリ高効率なモータを実現 することが可能である。

集中巻ステ一夕は図 1 1に示すように各ティースに個別のコイルを巻き、 各相 のコイルが隣り合う位置にあるため、 インダクタンスが大きくなる。 また、 埋め 込み磁石型のロータと組み合わせることでロータに磁気的な突極性が発生し、 リ ラクタンストルクが利用できるが、 インダクタンスが大きくなるため、 図 1 1に 示すロータの内部に磁束を引き込む q軸フラックスパスに多くの磁束が流れ、 コ ァの磁束密度が非常に高くなる。 その結果、 銅損が低減しても鉄損が大幅に増大 するため効率ダウンしてしまい、集中巻の利点が小さくなつてくる。本件発明は、 このような課題に鑑み、 集中巻ステ一夕を有する同期電動機でステ一夕コアの磁 束密度を低減し、 銅損および鉄損を低減できる口一夕を提供することを目的とす る。 発明の開示

本件発明は、 集中巻のステ一夕構造を有する永久磁石型同期電動機の回転子構 造で、回転軸方向に積層された回転子断面に設けられたスリッ卜が円弧状または、 弓形状に形成されその凸部が回転子の外周側に向いており、 スリツ卜内部に永久 磁が挿入されていることを特徴としておリ、 従来の回転子構造に比べて磁気的な 突極性が小さくなるため、 コアの磁束密度を低減させ、 損失の小さい高効率なモ 一夕を提供することができる。

また、 弓形状や円弧状のスリットの代わりに V字型のスリットを設けて、 V字 スリツ卜の銳角部先端が回転子の外周側に配置させることで、 同様の効果を得る ことができる。

更に、 V字型のスリッ卜内部に挿入する永久磁石のを平板形状の磁石を 2枚挿 入することで、 磁石の製造コストが低減でき、 低価格で高効率なモータを提供す ることが可能である。

本発明で使用する磁石はフェライ卜磁石、 希土類磁石など、 磁石の種類に関わ らず有効であるが、 特に磁力の強い希土類系の磁石を使用する場合は鉄損低減で きる構造であるため最も大きな効果を得ることができる。

また、 希土類磁石を軸方向に複数分割する構造にすることで、 磁石表面に流れ る渦電流損失を低減できるので更に高効率な回転機が提供できる。 図面の簡単な説明

第 1図は実施例 1の電動機の断面図、第 2図は実施例 1の回転子の部分拡大図、 第 3図は実施例 1のティ一ス部の拡大図、 第 4図は実施例 1の電動機の磁束密度 を示す図第 5図は従来型の電動機の磁束密度を示す図、 第 6図は実施例 1と従来 型電動機の鉄損を比較した図、 第 7図は分割した永久磁石を示す図、 第 8図は従 来の電動機を示す図、 第 9図は実施例 2の電動機の断面図、 第 1 0図は実施例 3 の圧縮機の断面図、 第 1 1図は 従来の電動機を示す断面図第 1 2囡は従来の集 中巻の巻線仕様を示す図

発明を実施するための最良の形態

以下添付図面を参照して、 本発明の実施例について説明する。 なお、 以下の実 施例は本発明を具体ィ匕した 1例であって、 本発明の技術的範囲を限定するもので はない。

(実施例 1 )

図 1に本発明の実施例 1を示す。 図 1において 1 1は集中巻ステ一夕、 1 2は 回転子、 1 3は回転子に設けられたスリット、 .1 4はスリット内部に埋設されて いる永久磁石を示す。

3相 4極 6スロットの集中巻ステ一夕 1 1は、 それぞれのティースに単独の巻 線が施され、 各相 1 8 0度対向した位置に 2個のコイルが配置されている。 集中 巻ステ一夕 1 1は、 複数の電磁鋼板を回転軸方向に積層し、 複数のティースを備 えいる。 このティース 1 5は、 図 3に示すように端部が少し跳ね上がった構造と なっている。

詳細に説明すると、 集中巻ステ一夕 1 〗の回転子対向面 1 6と集中巻ステ一夕 の中にある回転子 1 2の中心との間隔 rは、 ティース 1 5の中央部よリ端部の方 が広がった構成となっている （図 3の回転子対向面 1 6に接して伸びている破線 は、回転子 1 2の中心から一定の距離 r )。 これは、ステ一夕が集中巻ステ一夕で あるため、隣接するティ一スが異極となってしまいィンダクタンスが大きくなリ、 減磁界が回転子 1 2にかかり易くなるため、、端部を跳ね上げた構造とすることで、 ティース端部におけるエア一ギャップを大きくして、 減磁側が回転子 1に流れる のを抑制する。

回転子 1 2内部のスリツ卜 1 3は回転子 1 2の外周側に凸の円弧形状になって いる。 スリット 1 3と回転子 1 2の^ ^周との間隔は、 スリット 1 3の中央部では 非常に狭くなつているが、 スリツ卜の端部へ向かうにしたがって広くなつていい く。 そして、 最外端で、 再び回転子 1 2の外周とスリット 1 3との間隔が狭くな つている。 永久磁石 1 4は、 スリット 1 3に埋め込むが、 スリツ卜 1 3の最外端 は非磁性部として空隙としておく。 これは、 隣り合う永久磁石間に漏れ磁束が発 生しないように、 スリット 1 3の最端部に漏れ磁束防止部を設けたためである。 なお、 非磁性部は空隙部としなくても、 樹脂を埋め込んでもよい。

図 2に示すように、 永久磁石 1 4の形状は、 永久磁石の端部 Bと端部 Bとを通 過する線より永久磁石の中央部 Aが回転子 1 3の外周側に突出している。 永久磁 石をこのような形状とすることで、 永久磁石 1 4と回転子 1 2との間隔は、 永久 磁石 1 4の中央である間隔 aより永久磁石 1 4の間隔 bの方が広がった構成とな つている。 このような構成とすることで、 本実施例の回転子 1 2の q軸フラック スパスのパス幅が、従来例のロータ構造に比べるとが非常に狭くなる。その結果、 q軸ィンダク夕ンスが小さくなり、 口一夕内部に流れる q軸磁束量を少なくする ことができ、 負荷時のステ一夕コアの磁束密度を低くすることが可能になる。 図 4に負荷時における本発明回転子の磁束密度分布、 図 5に従来例の磁束密度分布 の比較を示す。 本発明の回転子構造は従来例の回転子に比べてステ一タコァのテ ィース部、 ヨーク部の磁束密度が低くなつている。 鉄損は周波数と磁束密度が高 くなるほど大きくなるため、 本発明の電動機は加負荷時や高速回転時に特に大き な効果を得ることができる。

図 6は従来例と本発明の回転子が発生する鉄損を比較した図を示す。 この図は 横軸にモータの回転数、 縦軸にモータが発生する鉄損を示した図である。 図 6に 示すように本発明の回転子は従来例に比べて鉄損を小さくすることができるため、 鉄損の小さい高効率なモータを提供することが可能である。 またこの図より回転 数が高くなるほど鉄損の低減効果が高くなリ、 特に 3 0 0 O r/min以上の高速回 転では特にその効果が大きく得ることができる。

なお、 実施例 1の永久磁石は、 各スリットに一つの永久磁石片を埋め込んでい る。 しかし、 集中巻ステ一タでは渦電流が発生しやすいので、 函 7に示すように 永久磁石を回転軸方向に複数に分割して埋め込み、 磁石の表面に流れる渦電流の 経路を短くすることが可能になって渦電流損失を大きく低減することができる。 この渦電流の低減は、 希土類磁石において効果的である。

また、特開平 5— 3 0 4 7 3 7号公報に記載されている永久磁石電動機（図 8 ) と本実施例の形状は一見似ているが、 特開平 5— 3 0 4 7 3 7号公報のステ一夕 が分布巻方式である点で大きく異なる。 本実施例は、 集中巻ステ一夕であるため 極性の異なるコィルが隣リ合う位置にあリ、 そのためにィンダク夕ンスが大きく なることに鑑みて発明されたものである。 しかし、 分布巻ステ一夕においては、 集中巻ステ一夕のような課題はなく、 特開平 5— 3 0 4 7 3 7号公報から、 本件 発明が容易に想到されるものではな 、。

(実施例 2 )

図 9に本発明の実施例 2を示す。 図 9において 2 1は集中巻ステ一夕、 2 2は 回転子、 2 3は回転子に設けられたスリッ卜、 2 4はスリッ卜内部に埋設されて いる永久磁石を示す。 図 9に示す回転子のスリッ卜形状は V字型をしており、 V 字の頂点が回転子外周面を向く方向に設けられている。 この構造の回転子でも実 施例 1と同様に q軸フラックスパスの幅が小さくできるため、 鉄損を低減できる という同じ効果を得ることができる。 更に図 9に示すようにスリッ卜内部に埋め 込む永久磁石を磁石を 2分割して、 低コス卜な平板形状の磁石を 2枚スリッ卜に 挿入することで、 図 1のような高価な円弧状の磁石を使わずに、 低コストで高効 率なモータを構成することが可能となる。

なお、 図 9の V字型磁石は、 2枚の永久磁石片を一つのスリットに挿入してい るため、 V字形状を形成する永久磁石の間が空隙となっている。 この V字型磁石 は 2枚の永久磁石片を利用しておリ、この 2枚の磁石で一つの磁極部を形成する。

(実施例 3 )

図 1 0は、 実施例 1における永久磁石同期電動機をコンプレッサに搭載した断面 図である。

図に示すようにコンプレッサは、 集中巻ステ一夕 1 回転子 1 2、 永久磁石 1 4、 アキュムレータ 3 1、 圧縮機構 3 2からなる。 このようなコンプレッサは、 コイルエンドを含めたモータの長さが小さくなり、 かつ効率が高いため、 特に使 用電力や格納場所の限られた電動自動車用エアコンコンプレッサに最適である。 産業上の利用可能性

本発明は集中巻ステ一夕を有する埋め込み磁石型ロータを組み合わせた構造の モータにおいて、 回転子の外周と永久磁石埋め込み穴との間隔が、 永久磁石埋め 込み穴の極端部より永久磁石埋め込み穴の極中心部の方を狭くしているため、 コ ァの磁束密度を小さくすることができ、 従来型に比べて鉄損の小さい高効率モー 夕を実現することができる。

Claims

請求の範囲

1 . · ティース部に導電性巻線を集中巻した固定子と、 7久磁石を埋め込み磁 極部を形成した回転子とを備え、

前記磁極部の中央部は、 前記磁極部の端部よリ前記回転子の外周側に突出し た形状である永久磁石同期電動機。

2 . ティース部に導電性巻線を集中巻した固定子と、 永久磁石を埋め込み磁 極部を形成した回転子とを備えた永久磁石同期電動機であリ、

前記回転子の外周と前記磁極部との間隔は、 磁極部の端部よリ磁極部の中心 部の方が狭い永久磁石同期電動機。

3 . 永久磁石埋め込み穴は、 回転子外側に凸の V字型形状である請求の範囲 第 1項記載の永久磁石同期電動機。

4 . 複数の平板状の永久磁石を V字型に並べ磁極部を形成した請求の範囲第 3項記載の永久磁石電動機。

5. 永久磁石埋め込み穴は、 回転子外側に凸の弓型形状である請求の範囲第

1項記載の永久磁石同期電動機。

6 . 永久磁石の材質が希土類系の高磁束密度磁石から構成されている請求の 範囲第 1項記載の永久磁石同期電動機。

7 . 永久磁石埋め込み穴に挿入した永久磁石は、 回転子の軸方向に複数枚分 割されている請求の範囲第 6項記載の永久磁石電動機。

8. 3 0 0 0 r p m以上の回転数で回転駆動する請求の範囲第 1項記載の永 久磁石同期電動機。

9 . 回転子の中心とティース部の回転子対向面との間隔は、 ティース部の中 央部よリ端部の方が広い請求の範囲第 1項記載の永久磁石同期電動機。

1 0 . リラクタンストルクを利用して回転駆動を行う請求の範囲第 1項記載の 永久磁石同期電動機。

1 1 . 第 1のティ一ス部に導伝性巻線を集中巻して設けた第 1のコイルと、 前 記第 1のティース部に隣接する第 2のティース部に導伝性巻線を集中巻して 設けた第 2のコイルとを備え、 前記導伝性巻線に通電すると前記第 1のコィ ルと前記第 2のコイルは、 異なる極性になる請求の範囲第 1項記載の永久磁 石同期電動機。

2. 請求の範囲第 1項の永久磁石同期電動機を駆動源とした圧縮機。

3 . 請求の範囲第 1 2項、記載の圧縮機を搭載した冷凍サイクル。

4 . 請求の範囲第 1 2項の圧縮機を自動車用空調機の駆動源とし搭載した自