WO2023223561A1 - 永久磁石同期モータ - Google Patents

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WO2023223561A1
WO2023223561A1 PCT/JP2022/021016 JP2022021016W WO2023223561A1 WO 2023223561 A1 WO2023223561 A1 WO 2023223561A1 JP 2022021016 W JP2022021016 W JP 2022021016W WO 2023223561 A1 WO2023223561 A1 WO 2023223561A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
teeth
tooth
phase
permanent magnet
certain
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/021016
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
裕介 坂本
将仁 三好
Original Assignee
三菱電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
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Priority to JP2022566144A priority patent/JP7241987B1/ja
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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
    • H02K1/12Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/14Stator cores with salient poles

Definitions

  • the present disclosure relates to a permanent magnet synchronous motor with delta connection.
  • Patent Document 1 discloses a technology related to a permanent magnet motor having a delta connection.
  • Patent Document 2 discloses a technique in which a rotor is provided with means for reducing spatial harmonic components of magnetic flux density produced by permanent magnets in order to reduce circulating current generated in a delta connection.
  • the rotor is provided with a means for reducing spatial harmonic components, there will be restrictions on the manufacturing of the rotor, and if the rotor is provided with a means for reducing spatial harmonic components, such as skew, it will not only reduce the harmonics. Since the fundamental wave is also reduced, there is a problem that the average torque of the motor is reduced.
  • the present disclosure has been made in view of the above, and is a permanent magnet synchronizer capable of reducing circulating current generated in a delta connection and reducing torque pulsation caused by the circulating current without reducing the average torque as much as possible.
  • the purpose is to obtain a motor.
  • a permanent magnet synchronous motor includes a stator, a plurality of teeth arranged at equal angular intervals on the stator, and each of the plurality of teeth.
  • This is a permanent magnet synchronous motor that has a coil wound in a concentrated manner, and each coil constitutes a three-phase delta connection.
  • Magnetic flux generated from a coil wound around one of two adjacent teeth included in a plurality of teeth passes through the tips of the two teeth and winds around the other of the two teeth.
  • the coils wound around the two teeth are in phase.
  • the magnetic resistance of the magnetic closed circuit in a certain case is smaller than the magnetic resistance of the magnetic closed circuit in a case where the coils wound around the two teeth are out of phase.
  • the permanent magnet synchronous motor according to the present disclosure has the effect of reducing the circulating current generated in the delta connection and reducing the torque pulsation caused by the circulating current, without reducing the average torque as much as possible.
  • FIG. 1 Schematic diagram showing the configuration of a permanent magnet synchronous motor according to Embodiment 1
  • FIG. 1 Cross-sectional view of a permanent magnet synchronous motor according to Embodiment 1
  • a first diagram showing the wiring of coils included in the permanent magnet synchronous motor according to Embodiment 1.
  • a second diagram showing the connection of coils included in the permanent magnet synchronous motor according to Embodiment 1.
  • Schematic diagram showing teeth of a stator of a permanent magnet synchronous motor according to Embodiment 1 A cross-sectional view showing a main part of teeth of a stator in an example of a permanent magnet synchronous motor according to Embodiment 1.
  • a sectional view showing a main part of teeth of a stator of a permanent magnet synchronous motor according to Embodiment 4 A cross-sectional view showing essential parts of stator teeth in an example of a permanent magnet synchronous motor according to Embodiment 5.
  • a sectional view showing a main part of teeth of a stator of a permanent magnet synchronous motor according to Embodiment 6 A sectional view showing a main part of teeth of a stator of a permanent magnet synchronous motor according to Embodiment 7 3D diagram showing main parts of teeth of a stator of a permanent magnet synchronous motor according to Embodiment 8
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a permanent magnet synchronous motor 50 according to the first embodiment.
  • Permanent magnet synchronous motor 50 has a stator 8 and a rotor 9.
  • the stator 8 includes a stator core 2 and a coil 1 wound intensively around the stator core 2, and is fixed to the frame 6 by shrink fitting, press fitting, or the like.
  • a part of the stator core 2 is a tooth.
  • the permanent magnet synchronous motor 50 has a plurality of teeth arranged on the stator 8 at equal angular intervals.
  • the coil 1 is wound in concentrated winding around each of the plurality of teeth.
  • the permanent magnet synchronous motor 50 is a permanent magnet synchronous motor in which each coil 1 constitutes a three-phase delta connection.
  • the rotor 9 has a rotor core 3 and a permanent magnet 4, and is fixed to the shaft 7.
  • the shaft 7 is provided with a rotation sensor 5 for detecting the rotation angle.
  • the rotation sensor 5 may be, for example, a resolver or a component composed of a magnet and a Hall element.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the permanent magnet synchronous motor 50 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 schematically shows a surface when the permanent magnet synchronous motor 50 according to the first embodiment is cut along line II-II in FIG.
  • the same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same or equivalent components as those indicated by the reference numerals in FIG.
  • the coil 1 is wound around the teeth 2T of the stator core 2 in a concentrated manner.
  • the method in which the coil 1 is wound around the teeth 2T is a so-called "concentrated winding" method.
  • the permanent magnet synchronous motor 50 is a 10-pole, 12-slot motor in which a total of 10 permanent magnets 4 are arranged around the rotor core 3, and 12 coils 1 are arranged in the circumferential direction of the stator 8. be.
  • the ten permanent magnets 4 are magnetized in the radial direction of the rotor 9.
  • the direction of magnetization of a certain permanent magnet 4 is opposite to the direction of magnetization of the permanent magnet 4 adjacent to the certain permanent magnet 4.
  • the permanent magnet synchronous motor 50 has a three-phase coil 1. Each of the three phases is one of a U phase, a V phase, and a W phase.
  • Each of the code U1+, code U1-, code U2+, code U2-, code V1+, code V1-, code V2+, code V2-, code W1+, code W1-, code W2+, and code W2- to which a leader line is not added indicates coil 1.
  • + or - is added to distinguish between coils with different directions of magnetomotive force generated when current flows.
  • U1+ and U1- are coils 1 that are in phase and adjacent to each other, but the winding directions of the two coils 1, U1+ and U1-, may be reversed, or the connection of the crossover wires may be devised to separate the two coils.
  • the coils 1 are arranged in the order of U1+, U1-, W1-, W1+, V1+, V1-, U2-, U2+, W2+, W2-, V2-, and V2+. These coils 1 are connected to form a three-phase permanent magnet synchronous motor 50.
  • FIG. 3 is a first diagram showing the wiring of the coil 1 included in the permanent magnet synchronous motor 50 according to the first embodiment.
  • the U-phase coils 1, U1+, U1-, U2+, and U2- are connected in series, and the coils 1 for the other two phases are similarly connected.
  • FIG. 3 shows a so-called delta connection in which the coils 1 of each phase are connected in a ring shape. Unlike star connection, delta connection generates circulating current.
  • the circulating current is a current that circulates through the three-phase coil 1, as indicated by the black curved arrow in the center of FIG.
  • FIG. 4 is a second diagram showing the wiring of the coil 1 included in the permanent magnet synchronous motor 50 according to the first embodiment.
  • U1+ and U1- are connected in series, and U2+ and U2- are connected in series, but "U1+ and U1-" and "U2+ and U2-" are connected in parallel.
  • a circulating current is generated as indicated by the black curved arrow in the center of FIG.
  • i u1 , i v1 , i w1 are current fundamental wave components of each phase, and are given so as to have a phase difference of 120 degrees in electrical angle.
  • i cyc is a circulating current, which is generally a harmonic having an order 3n times that of the fundamental wave, and has an equal value in three phases including the phase.
  • n is an integer of 1 or more.
  • the voltage equation for each phase is expressed by the following equation (4).
  • V u , V v , V w are the voltages between the terminals of each phase
  • E u , E v , E w are the no-load induced voltages of each phase
  • R is the resistance of each phase
  • L u , L v and L w are self-inductances of each phase
  • M uv , M vw , and M wu are mutual inductances between uv, between vw, and between wu, respectively.
  • p is a time differentiation operator.
  • Each of the inter-terminal voltage, current, and no-load induced voltage includes fundamental wave and harmonic components, and the fundamental wave component and harmonic component can be separated. If only the harmonic components are separated from the voltage equation of equation (4), the following equation (5) is obtained.
  • V uh , V vh , and V wh are harmonic components of the inter-terminal voltage of each phase
  • E uh , E vh , and E wh are harmonic components of the no-load induced voltage of each phase.
  • delta connection three phases are connected in a ring, so delta connection has the characteristic that the sum of the voltages between the terminals is always zero. That is, the following formula (6) holds true.
  • Equation (8) can be rearranged as shown in equation (11) below.
  • equation (12) By solving the differential equation of equation (11), the magnitude of the circulating current can be determined as shown in equation (12) below.
  • the simplest way to increase leakage inductance is to increase the number of turns in the coil. However, for example, if the number of turns is increased by a factor of r, the leakage inductance will increase by a factor of r2 , but at the same time, the no-load induced voltage will also increase by a factor of r. As a result, the circulating current is reduced by approximately 1/r times, but the magnitude of the torque pulsation remains unchanged because the magnitude of the torque pulsation is determined by the product of the induced voltage and the circulating current.
  • the present disclosure aims to increase leakage inductance without changing the magnitude of induced voltage.
  • Leakage inductance is the amount of magnetic flux generated from a coil in any one of the U-phase, V-phase, and W-phase that returns to the original coil without interlinking with a coil in a phase different from the phase of the generated coil. This refers to the inductance generated due to the returning magnetic flux.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing the teeth of the stator 8 of the permanent magnet synchronous motor 50 according to the first embodiment.
  • FIG. 5 shows 12 teeth unfolded and arranged in a straight line. A coil is wound around each tooth, and the phases of the coil are U+, U-, W-, W+, V+, V-, U-, U+, W+, W-, V-, V+ from the left. ing.
  • the magnetic flux generated from the coil wound around the tooth 21 includes a component that crosses the gap and interacts with the rotor, as well as a component that flows from the tip of the tooth 21 to the adjacent There is a component that advances to the tip of the tooth 21, interlinks with the coil wound around the adjacent tooth, passes through the core back portion, and returns to the original tooth 21.
  • the teeth 21 there is a magnetic flux that passes through the magnetic closed circuit 13 that passes through the adjacent teeth 22 of the same phase, and a magnetic flux that passes through the magnetic closed circuit 14 that passes through the adjacent teeth 23 of a different phase.
  • the magnetic closed circuit 13 contributes only to the self-inductance L u of the U phase and the mutual inductance M uw between the U and W phases. Therefore, by increasing the magnetic flux passing through the magnetic closed circuit 13 and decreasing the magnetic flux passing through the magnetic closed circuit 14, the leakage inductance can be increased.
  • magnetic flux generated from a coil wound around one of two adjacent teeth included in a plurality of teeth passes through the tips of the two teeth and then flows into the other of the two teeth.
  • the magnetic closed circuit that passes through the coil wound around the teeth passes through the core back parts of the two teeth, and returns to the coil wound around one of the teeth, the two adjacent teeth
  • the magnetic resistance of the magnetic closed circuit when the coils wound around the teeth are in the same phase is smaller than the magnetic resistance of the magnetic closed circuit when the coils wound around the two adjacent teeth are out of phase.
  • the magnetic resistance of a magnetic circuit when the coils wound around two adjacent teeth are in phase is described as “in-phase magnetic resistance,” and when the coils wound around two adjacent teeth are out of phase.
  • the magnetic resistance of the magnetic circuit in this case is described as “magnetic resistance between different phases.”
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing essential parts of the stator teeth in an example of the permanent magnet synchronous motor 50 according to the first embodiment.
  • FIG. 6 in order to simplify the explanation, only the teeth are drawn in a linearly expanded state.
  • FIG. 6 only three consecutive teeth 22, 21, and 23 are depicted.
  • the coils are omitted in FIG. 6, a U-phase coil is wound around the central teeth 21, and a U-phase coil is wound around one tooth 22 adjacent to the teeth 21.
  • a W-phase coil is wound around the other tooth 23 adjacent to the tooth 21 .
  • the combination of phases in the three teeth 21, 22, and 23 as a combination of U and W is one example, and there is no problem even if the combination is replaced with a combination of U and V or a combination of V and W. There is no. What is important is that the adjacent teeth 21 and 22 are in phase, and the teeth 21 and 23 are out of phase.
  • the teeth 21 are divided into a core back part 211 connected to adjacent teeth 22 and 23 on the side away from the rotor, a straight part 212 extending radially from the core back part 211 toward the rotor, and a straight part 212. It can be considered to be separated into a flange portion 213a that extends toward the same phase side in the circumferential direction at the tip on the rotor side, and a flange portion 213b that extends toward the out-of-phase side in the circumferential direction at the tip on the rotor side of the straight portion 212.
  • the core back part 211, the straight part 212, the brim part 213a, and the brim part 213b are just names to express the characteristics of the shape of the teeth 21, and the actual situation is that the core back part 211, the straight part 212, and the brim part of the teeth 21. Portions 213a and 213b do not need to be separate parts.
  • the teeth 21 may be configured as an integral part in which the core back portion 211, the straight portion 212, and the collar portions 213a, 213b are connected together, or may be configured as an integral component in which the core back portion 211, the straight portion 212, and the collar portions 213a, 213b are connected. It may have a configuration in which it is actually divided into two.
  • the circumferential length 31a of the collar on the in-phase side is longer than the circumferential length 31b of the collar on the different-phase side.
  • the length in the circumferential direction of the collar that extends in the circumferential direction from the tip of a certain tooth on the rotor side to the tooth of the same phase adjacent to the certain tooth is the length from the tip to the tooth of the same phase.
  • the length may be longer than the length in the circumferential direction of a flange extending in the circumferential direction toward a tooth of a different phase adjacent to a certain tooth.
  • the certain tooth is any tooth among the plurality of teeth.
  • FIG. 7 is a sectional view showing a main part of the stator teeth in another example of the permanent magnet synchronous motor 50 according to the first embodiment.
  • a collar part 213a protruding in the circumferential direction is provided on the side facing the adjacent teeth 22 of the same phase, but the collar part 213a protrudes in the circumferential direction.
  • a notch 31c is formed on the facing side. By doing so, the magnetic resistance between the same phases can be made smaller than the magnetic resistance between different phases.
  • the cutout portion 31c can also be interpreted as a case where the circumferential length 31b of the flange portion on the out-of-phase side in FIG. 6 has a negative value.
  • FIG. 8 is a sectional view showing a main part of the stator teeth in yet another example of the permanent magnet synchronous motor 50 according to the first embodiment.
  • the flange 31d is connected to the flange 32e of the adjacent tooth 22, that is, a closed slot is formed, whereas on the out-of-phase side, the flange 31d is connected to the flange 32e of the adjacent tooth 22.
  • a gap exists between the teeth 23 and the flange portion 33d, that is, an open slot is formed.
  • the magnetic flux generated from the coil wound around one of two adjacent teeth included in the plurality of teeth is doubled via the tips of the two teeth.
  • the magnetic closure passes through the coil wound around the other of the two teeth, and then returns to the coil wound around one of the teeth, via the core back part of the two teeth.
  • the magnetic resistance of a magnetic closed circuit when the coils wound around two adjacent teeth are in phase is the same as the magnetic resistance of a magnetic closed circuit when the coils wound around two adjacent teeth are out of phase.
  • the permanent magnet synchronous motor 50 according to the first embodiment can reduce the circulating current generated in the delta connection, and reduce the torque pulsation caused by the circulating current, without reducing the average torque as much as possible.
  • Embodiment 1 have another common feature regarding the volume of the teeth.
  • a line that bisects the circumferential width of the straight portions of the teeth 21, 22, and 23 is defined as a tooth center line 40, and the teeth center line 40 of each of two adjacent teeth is A line that angularly bisects the circumferential direction is defined as a teeth boundary line 45.
  • the total volume of the core back portion, straight portion, and brim portion in the range between two adjacent teeth boundary lines 45 can be interpreted as the volume of one tooth.
  • the volume of the one tooth is divided by the teeth center line 40.
  • the volume included on the side closer to the adjacent teeth of the same phase than the tooth center line 40 is larger than the volume included on the side closer to the adjacent teeth of different phase than the teeth center line 40. It has characteristics.
  • one of the two teeth adjacent to a certain tooth among the plurality of teeth is in phase with the certain tooth, and the other of the two teeth adjacent to the certain tooth is out of phase with the certain tooth.
  • the volume included on the side closer to the adjacent teeth of the same phase than the teeth center line 40 is larger than the volume included on the side closer to the adjacent teeth of different phase than the teeth center line 40.
  • the volume of the tooth 21 included in the side closer to the adjacent in-phase tooth 22 than the tooth center line 40 is included in the volume of the tooth 21 closer to the teeth center line 40.
  • the volume is larger than the volume included on the side closer to the adjacent different-phase teeth 23.
  • Embodiment 2 In all the examples shown in Embodiment 1, the distance between the opposing flange portions of adjacent teeth, that is, the slot opening width, differs between the in-phase side and the different-phase side.
  • the main objective of the present disclosure is to reduce circulating current and reduce torque pulsation caused by circulating current, the rotational symmetry of the magnetic structure may be affected if the slot opening width differs depending on the location. When this occurs, there is a possibility that disadvantages such as an increase in cogging torque under no load or an increase in electromagnetic excitation force under load may occur.
  • the slot opening widths between all adjacent teeth in a plurality of teeth are equal.
  • a mode will be described in which the same effect as that described in the first embodiment can be obtained while the slot opening width is made equal on the in-phase side and the different-phase side.
  • the circulating current is reduced by making the magnetic resistance between the same phase smaller than the magnetic resistance between different phases, while making the slot opening width the same.
  • FIG. 9 is a sectional view showing a main part of the teeth of the stator of the permanent magnet synchronous motor according to the second embodiment.
  • the radial height 31f on the in-phase side at the tip portion furthest from the straight portion is higher than the radial height 31g on the out-of-phase side at the tip portion;
  • the radial height 31h on the in-phase side is higher than the radial height 31j on the out-of-phase side at the root portion.
  • the radial height 31f on the in-phase side at the tip is higher than the radial height 31j on the out-of-phase side at the root.
  • the height in the radial direction of the flange extending in the circumferential direction from the rotor-side tip of a certain tooth among the plurality of teeth toward the tooth of the same phase adjacent to the certain tooth is , is higher than the height in the radial direction of the flange portion extending in the circumferential direction from the tip end toward a tooth of a different phase adjacent to the certain tooth.
  • the certain tooth is any tooth among the plurality of teeth.
  • the root portion is the boundary between the straight portion and the brim portion.
  • Fig. 9 an example is shown in which the in-phase side is higher than the out-of-phase side in both the height at the tip and the height at the base of the collar. Even if the height at the base of the flange portion is made equal between the in-phase side and the different-phase side while being higher than the different-phase side, the magnetic resistance between the same phases can be made smaller than the magnetic resistance between different phases. Even if the height at the base of the flange is set so that the in-phase side is higher than the out-of-phase side, and the height at the tip of the flange is made equal between the in-phase side and the out-of-phase side, the magnetic resistance between the in-phase can be made smaller than the magnetic resistance between different phases.
  • FIG. 10 is a sectional view showing a main part of teeth of a stator of a permanent magnet synchronous motor according to Embodiment 3.
  • the radial thickness 34a on the side adjacent to the teeth 22 of the same phase is thicker than the radial thickness 34b on the side adjacent to the teeth 23 of a different phase. That is, in Embodiment 3, the thickness of the core back portion in the radial direction between a certain tooth of a plurality of teeth and a tooth of the same phase adjacent to the certain tooth is It is thicker than the radial thickness of the core back part between the teeth of different phase.
  • the certain tooth is any tooth among the plurality of teeth. By doing so, the magnetic resistance between the same phases can be made smaller than the magnetic resistance between different phases.
  • Embodiment 4 Also by providing a magnetic resistance increasing portion in a part of the magnetic closed circuit on the different phase side, the magnetic resistance between the same phases can be made smaller than the magnetic resistance between different phases.
  • embodiments 4 to 6 examples will be described in order in which the magnetic resistance between the same phases is made smaller than the magnetic resistance between different phases by providing a magnetic resistance increasing section.
  • FIG. 11 is a sectional view showing a main part of the teeth of the stator of the permanent magnet synchronous motor according to Embodiment 4.
  • a spacer 41 which is a magnetic resistance increasing portion, is sandwiched between the core back portion 211 of the tooth 21 and the core back portion 231 of a different phase tooth 23 adjacent to the tooth 21.
  • the length of the core back portion 211 in the circumferential direction is reduced by the length of the spacer 41 in the circumferential direction.
  • the spacer 41 is made of a non-magnetic material or a member having higher magnetic resistance than the stator core.
  • the spacer 41 is made of, for example, plastic, resin, or magnetic paste.
  • the permanent magnet synchronous motor is inserted between the core back part of a certain tooth among the plurality of teeth and the core back part of a tooth of a different phase adjacent to the certain tooth, and has a spacer having a lower magnetic permeability than the material of each of the teeth. By doing so, the magnetic resistance between the same phases can be made smaller than the magnetic resistance between different phases.
  • Embodiment 4 not only between the core back part of a certain tooth and the core back part of a tooth of a different phase adjacent to the certain tooth, but also between the core back part of the certain tooth and the core back part of a tooth of a different phase adjacent to the certain tooth.
  • a spacer may also be sandwiched between the core back portion of the teeth of the same phase, and the circumferential length of the spacer on the in-phase side is smaller than the circumferential length of the spacer on the different-phase side.
  • FIG. 12 is a sectional view showing a main part of the stator teeth in an example of the permanent magnet synchronous motor according to the fifth embodiment.
  • Grooves 42 are formed at the tips of the teeth 21, 22, 23 on the rotor side.
  • the center of gravity of the groove portion 42 of the tooth 21 is located closer to the tooth 23 of a different phase adjacent to the tooth 21 than the tooth center line 40 located at the circumferential center of the straight portion 212 of the tooth 21 .
  • the center of gravity of the groove portion 42 of the teeth 22, 23 is also arranged closer to the adjacent teeth of different phase than the tooth center line 40 located at the circumferential center of the straight portions 222, 232.
  • the groove portion 42 is formed in each of the plurality of teeth, and the center of gravity of the groove portion 42 is located at the center of the circumferential width of the straight portion of a certain tooth in which the groove portion 42 is formed.
  • the tooth center line 40 is located on the side closer to a tooth of a different phase adjacent to the certain tooth.
  • the certain tooth is any tooth among the plurality of teeth.
  • FIG. 12 shows an example in which the groove portion 42 is located at a location where it overlaps the boundary between the straight portion and the flange portion, the center of gravity of the groove portion 42 is located on the side closer to the adjacent tooth of a different phase than the tooth center line 40. If so, the groove portion 42 may be located in the straight portion or in the flange portion.
  • FIG. 12 shows an example in which the groove 42 has an opening on the rotor side at the tip of the teeth 21, 22, 23, the opening of the groove 42 may face the coil slot side, and the groove 42 may It may be replaced by a hole without an opening.
  • FIG. 13 is a sectional view showing a main part of the teeth of the stator in another example of the permanent magnet synchronous motor according to Embodiment 5.
  • the groove portion 42 is formed on the side facing the coil slot of the core back portions 211, 221, 231 of the teeth 21, 22, 23.
  • the center of gravity of the groove portion 42 is located on the side closer to the adjacent different-phase teeth than the teeth center line 40 located at the circumferential center of the straight portion.
  • the center of gravity of the groove portion 42 formed in the tooth 21 is located closer to the tooth 23 of a different phase adjacent to the tooth 21 than the tooth center line 40 located at the circumferential center of the straight portion 212. .
  • the magnetic resistance between the same phases can be made smaller than the magnetic resistance between different phases.
  • a secondary effect of the groove portion 42 being formed on the side of the core back portions 211, 221, 231 facing the coil slot is that the groove portion 42 can be utilized as a winding area.
  • FIG. 14 is a sectional view showing a main part of the teeth of the stator in another example of the permanent magnet synchronous motor according to Embodiment 5.
  • the groove portion 42 is formed on the outer peripheral side of the core back portions 211, 221, 231 of the teeth 21, 22, 23.
  • the center of gravity of the groove portion 42 is located closer to the adjacent teeth of different phase than the tooth center line 40 located at the circumferential center of the straight portion.
  • the center of gravity of the groove portion 42 formed in the tooth 21 is located closer to the tooth 23 of a different phase adjacent to the tooth 21 than the tooth center line 40 located at the circumferential center of the straight portion 212. Ru.
  • the magnetic resistance between the same phases can be made smaller than the magnetic resistance between different phases.
  • the groove portion 42 As a secondary effect of the groove portion 42 being formed on the outer circumferential side of the core back portions 211, 221, 231, when the electromagnetic steel sheets that are the members of the teeth 21, 22, 23 are laminated, or the teeth 21, 22, There is an advantage that the groove portion 42 can be used as a positioning or fixing groove during an assembly process such as when inserting the frame 23 into the frame.
  • FIG. 15 is a sectional view showing a main part of teeth of a stator of a permanent magnet synchronous motor according to Embodiment 6.
  • Teeth 21 are caulked. Some of the caulking parts 44 are located on the side closer to the teeth 22 of the same phase adjacent to the teeth 21 from the teeth center line 40, and some of the caulking parts 44 are located on the side closer to the teeth 23 of different phase adjacent to the teeth 21. Some are located above the teeth center line 40. In the entire tooth 21, out of the total area of all the caulked portions 44, the area of the part of the teeth 22 of the same phase adjacent to the teeth 21 is larger than the area of the portion located closer to the teeth 22 of the same phase adjacent to the teeth 21 from the tooth center line 40.
  • the area of the portion located closer to the teeth 23 is larger. That is, in Embodiment 6, a certain tooth among the plurality of teeth has one or more caulked parts 44, and is closer to the tooth center line 40 located at the center of the circumferential width of the straight part of the certain tooth.
  • the total area of the caulked portion 44 included on the side closer to the tooth of a different phase adjacent to the certain tooth is the total area of the caulked portion 44 included on the side closer to the tooth of the same phase adjacent to the certain tooth than the tooth center line 40 of the certain tooth.
  • greater than the total area of The certain tooth is any tooth among the plurality of teeth.
  • FIG. 16 is a sectional view showing a main part of teeth of a stator of a permanent magnet synchronous motor according to Embodiment 7.
  • an additional magnetic member 43 is arranged between the flange portions between adjacent teeth 21 and 22 of the same phase.
  • the additional magnetic member 43 has a shape extending in the direction of the rotation axis of the motor, such as a cylindrical or prismatic shape.
  • the additional magnetic member 43 may be a bar-shaped member made of an integral magnetic material, or may be a laminated steel plate laminated in the axial direction.
  • the permanent magnet synchronous motor according to the seventh embodiment is located in a space between the flange of a certain tooth among the plurality of teeth and the flange of a tooth of the same phase adjacent to the certain tooth. It has an additional magnetic member 43.
  • the certain tooth is any tooth among the plurality of teeth.
  • the center of gravity of the additional magnetic member 43 must be located at the base of the flange of each of the adjacent in-phase teeth 21 and 22 on the side facing the adjacent in-phase teeth. It is desirable to exist between a straight line 431 that connects the ends 331 on the radial coil side and a straight line 432 that connects the ends 332 on the radial rotor side at the base of the collar.
  • FIG. 17 is a three-dimensional diagram showing a main part of teeth of a stator of a permanent magnet synchronous motor according to Embodiment 8.
  • FIG. 17 schematically shows a state in which two electromagnetic steel sheets forming one tooth are laminated. Although not shown, teeth of the same phase are adjacent to each other in the direction of A in FIG. 17, and teeth of different phases are adjacent to each other in the direction of B of FIG. 17. The teeth are divided into two stages, an upper side and a lower side in the direction of the rotation axis, and the shapes of the brim portions of the teeth are different between the upper and lower stages.
  • the circumferential length 311a of the collar on the in-phase side is longer than the circumferential length 311b of the collar on the different-phase side.
  • the circumferential length 312a of the collar on the in-phase side is equal to the circumferential length 312b of the collar on the different-phase side.
  • FIG. 17 shows an example in which the circumferential length of the flange portion in the upper stage of the two-stage skew is different between the in-phase side and the out-of-phase side. , the same effects as those obtained in Embodiments 2 to 6 can be obtained.
  • FIG. 17 shows a tooth with a two-stage skew, the teeth have a skew of three or more stages, and the magnetic resistance between the in-phase components is high in one or two or more stages of the three or more stages of skew. The magnetic resistance may be smaller than the magnetic resistance between different phases.
  • the skew is a continuous skew in which the shape of the teeth changes continuously, and the teeth have a characteristic in which the magnetic resistance between the same phase is smaller than the magnetic resistance between different phases in at least a part of the section in the direction of the rotation axis. It's okay.
  • the above continuous skew is a diagonal skew.
  • a certain tooth among the plurality of teeth may have a skew structure that varies continuously or discontinuously depending on the position in the direction of the rotation axis.
  • the certain tooth is any tooth among the plurality of teeth.
  • the magnetic resistance of the magnetic closed circuit when the coils wound around two adjacent teeth including the particular tooth among the plurality of teeth are in phase in at least a part of the range in the direction of the rotation axis is as follows: It is smaller than the magnetic resistance of a magnetic closed circuit when the coils wound around the two teeth are of different phases.
  • Embodiments 1 to 8 can be implemented by easily combining two or more elements.
  • the volume included in the side closer to the adjacent in-phase teeth than the teeth center line 40 is closer to the adjacent different-phase teeth than the teeth center line 40. It was explained that they have a common characteristic of being larger than the volume contained in the sides. In the following, the fact that the volume included on the side closer to the teeth of the same phase adjacent to the teeth center line 40 is larger than the volume included on the side closer to the teeth of different phases adjacent to the teeth center line 40 means that the volume on the in-phase side is It is described as "larger than the volume of the side". The above characteristics apply to any of the examples described in Embodiments 2 to 5 and 8.
  • the caulking portion 44 deteriorates the teeth's original role as a magnetic conductor, which is to form a magnetic closed circuit and pass magnetic flux. If the portion 44 is regarded as invalid and the volume of the portion excluding the caulked portion 44 is regarded as the effective volume of the teeth, the characteristic that the volume on the in-phase side is larger than the volume on the different-phase side applies. Also in the seventh embodiment, the additional magnetic member 43 is a component that has the same role as the original magnetic conductor of teeth, which is to form a magnetic closed circuit and pass magnetic flux. If the volume is considered to be part of the volume of the teeth, the characteristic that the volume on the in-phase side is larger than the volume on the out-of-phase side applies.
  • the effect of making the slot opening widths equal on the in-phase side and the different-phase side was explained.
  • the slot opening widths are all made equal regardless of whether two adjacent teeth are in phase or out of phase. is easily possible.
  • FIG. 18 is a sectional view showing a main part of a stator tooth applied to a permanent magnet synchronous motor having a tapered teeth structure.
  • the teeth 21, 22, and 23 have a tapered shape in which the circumferential width of the straight portion gradually decreases from the outer circumferential side toward the inner circumferential side.
  • the circumferential length 31a of the collar on the in-phase side is longer than the circumferential length 31b of the collar on the different-phase side. In this way, even in a permanent magnet synchronous motor having a tapered tooth structure, the magnetic resistance between the same phases can be made smaller than the magnetic resistance between different phases.
  • the circumferential length of the collar is interpreted as, for example, the distance in the circumferential direction from the outer peripheral end of the base of the collar to the tip of the collar.
  • the tooth center line 40 is interpreted as a line that angularly bisects the boundary line of the straight portion facing the coil slots on both sides.
  • FIG. 18 shows an example in which the means for making the lengths in the circumferential direction of the flange portions different between the in-phase side and the different-phase side, as described in Embodiment 1, is applied to a permanent magnet synchronous motor having a tapered tooth structure. It was done. Naturally, each of the means described in Embodiments 2 to 8 or a combination of two or more of the means described in Embodiments 1 to 8 is applied to the tapered tine structure. Even in this case, the same effect as that obtained in the first embodiment can be obtained.
  • the common feature that the volume on the in-phase side is larger than the volume on the out-of-phase side also applies to the tapered tine structure.
  • the number of motor poles is 10 and the number of slots is 12.
  • the phase order of the coils wound around the 12 teeth is U+, W+, V+, U+, W+, V+, U+, W+, V+, U+ , W+, V+, U+ , W+, V+, and any two adjacent teeth are out of phase, and there are no adjacent in-phase teeth, so the present disclosure cannot be applied.
  • the phase order of the coils wound around the 9 teeth is U+, U-, U+, W+, W-, W+, V+, V -, V+, and there are both locations where two adjacent teeth are in phase and locations where they are out of phase, so it is possible to apply the present disclosure.
  • the order of arrangement of the phases of the coils in the stator is m. It is known that continuous in-phase coils exist. In other words, there are places where two adjacent teeth are in phase and places where they are out of phase, so the ratio of the number of poles to the number of slots is 3m ⁇ 1:3m, where m is an integer of 2 or more.
  • the present disclosure can be applied to motors.
  • the magnitude of the 3n-order circulating current is determined by the ratio of the magnitude of the 3n-order harmonic of the induced voltage to the impedance in the delta-connected electrical circuit, that is, as follows: It is expressed by the equation (14).

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Abstract

永久磁石同期モータ(50)は、固定子(8)と、固定子(8)に角度的に等間隔に配置された複数のティース(2T)と、複数のティース(2T)の各々に集中巻きで巻回されたコイル(1)とを有し、各コイル(1)が三相のデルタ結線を構成する永久磁石同期モータである。複数のティース(2T)に含まれるある隣接する二つのティースのうちの一方のティースに巻回されたコイル(1)から発生した磁束が二つのティースの先端部を経由して二つのティースのうちの他方のティースに巻回されたコイル(1)を通り、さらに二つのティースのコアバック部を経由して一方のティースに巻回されたコイル(1)へと帰ってくる磁気閉回路において、二つのティースに巻回されたコイル(1)が同相である場合の磁気閉回路の磁気抵抗は、二つのティースに巻回されたコイル(1)が異相である場合の磁気閉回路の磁気抵抗より小さい。

Description

永久磁石同期モータ
 本開示は、デルタ結線を有する永久磁石同期モータに関する。
 近年、様々な用途にトルク脈動の小さいモータが要求されている。例えば産業用のサーボモータ、エレベータ用巻き上げ機、又は車両用の電動パワーステアリング等にトルク脈動の小さいモータが要求されている。一般に、3相電源により駆動されるモータの結線にはスター結線とデルタ結線とのいずれかが選択されるが、端子電圧を低くするためにはデルタ結線が有利である。特許文献1は、デルタ結線を有する永久磁石モータに関する技術を開示している。
 デルタ結線を有する永久磁石モータにおいては、デルタ結線を構成する回路に循環電流が発生する課題が存在する。循環電流はトルク脈動の原因となるため、循環電流をできるだけ低減すべきである。特許文献2は、デルタ結線に発生する循環電流を低減するために、永久磁石が作る磁束密度の空間高調波成分を低減する手段を回転子に設ける技術を開示している。
特開2005-348522号公報 特開2008-301652号公報
 しかしながら、空間高調波成分を低減する手段を回転子に設ける場合、回転子の製造に制約が生じるし、また例えばスキュー等の空間高調波成分低減手段を回転子に設ける場合、高調波だけでなく基本波も低減されるので、モータの平均トルクが減少する課題がある。
 本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、平均トルクをなるべく減らすことなく、デルタ結線に発生する循環電流を低減し、循環電流に起因するトルク脈動を低減することができる永久磁石同期モータを得ることを目的とする。
 上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る永久磁石同期モータは、固定子と、固定子に角度的に等間隔に配置された複数のティースと、複数のティースの各々に集中巻きで巻回されたコイルとを有し、各コイルが三相のデルタ結線を構成する永久磁石同期モータである。複数のティースに含まれるある隣接する二つのティースのうちの一方のティースに巻回されたコイルから発生した磁束が二つのティースの先端部を経由して二つのティースのうちの他方のティースに巻回されたコイルを通り、さらに二つのティースのコアバック部を経由して一方のティースに巻回されたコイルへと帰ってくる磁気閉回路において、二つのティースに巻回されたコイルが同相である場合の磁気閉回路の磁気抵抗は、二つのティースに巻回されたコイルが異相である場合の磁気閉回路の磁気抵抗より小さい。
 本開示に係る永久磁石同期モータは、平均トルクをなるべく減らすことなく、デルタ結線に発生する循環電流を低減し、循環電流に起因するトルク脈動を低減することができるという効果を奏する。
実施の形態1に係る永久磁石同期モータの構成を示す概略図 実施の形態1に係る永久磁石同期モータの断面図 実施の形態1に係る永久磁石同期モータが有するコイルの結線を示す第1の図 実施の形態1に係る永久磁石同期モータが有するコイルの結線を示す第2の図 実施の形態1に係る永久磁石同期モータの固定子のティースを示す概略図 実施の形態1に係る永久磁石同期モータの一例における固定子のティースの要部を示す断面図 実施の形態1に係る永久磁石同期モータの別の例における固定子のティースの要部を示す断面図 実施の形態1に係る永久磁石同期モータの更に別の例における固定子のティースの要部を示す断面図 実施の形態2に係る永久磁石同期モータの固定子のティースの要部を示す断面図 実施の形態3に係る永久磁石同期モータの固定子のティースの要部を示す断面図 実施の形態4に係る永久磁石同期モータの固定子のティースの要部を示す断面図 実施の形態5に係る永久磁石同期モータの一例における固定子のティースの要部を示す断面図 実施の形態5に係る永久磁石同期モータの別の一例における固定子のティースの要部を示す断面図 実施の形態5に係る永久磁石同期モータの別の一例における固定子のティースの要部を示す断面図 実施の形態6に係る永久磁石同期モータの固定子のティースの要部を示す断面図 実施の形態7に係る永久磁石同期モータの固定子のティースの要部を示す断面図 実施の形態8に係る永久磁石同期モータの固定子のティースの要部を示す立体図 テーパーティース構造を有する永久磁石同期モータに適用された固定子ティースの要部を示す断面図
 以下に、実施の形態に係る永久磁石同期モータを図面に基づいて詳細に説明する。
実施の形態1.
 図1は、実施の形態1に係る永久磁石同期モータ50の構成を示す概略図である。永久磁石同期モータ50は、固定子8と回転子9とを有する。固定子8は、固定子鉄心2と、固定子鉄心2に集中的に巻き回されたコイル1とを有し、フレーム6に焼き嵌め又は圧入等の方法で固定されている。固定子鉄心2の一部は、ティースである。永久磁石同期モータ50は、固定子8に角度的に等間隔に配置された複数のティースを有する。コイル1は、複数のティースの各々に集中巻きで巻回されている。永久磁石同期モータ50は、各コイル1が三相のデルタ結線を構成する永久磁石同期モータである。回転子9は、回転子鉄心3と永久磁石4とを有し、シャフト7に固定されている。シャフト7には、回転角度を検出するための回転センサ5が設けられている。回転センサ5は、例えばレゾルバでもよいし、磁石とホール素子とで構成される構成要素であってもよい。
 図2は、実施の形態1に係る永久磁石同期モータ50の断面図である。図2は、図1のII-II線に沿って実施の形態1に係る永久磁石同期モータ50を切断した場合の面を模式的に示している。以下の各実施の形態における図において、図1の符号と同一の符号は図1の符号が示す構成要素と同一又は相当の構成要素を示す。上述のように、コイル1は、固定子鉄心2のティース2Tに集中的に巻き回されている。コイル1がティース2Tへ巻き回されている方式は、いわゆる「集中巻」の方式である。ティース2Tは、12本存在し、機械角で等間隔に配置されている。12本のティース2Tは、複数のティースの例である。永久磁石同期モータ50は、永久磁石4が回転子鉄心3の周りに計10個配置されていて、コイル1が固定子8の周方向に12個配置されている、10極12スロットのモータである。10個の永久磁石4は、回転子9の半径方向に着磁されている。ある永久磁石4の着磁の方向は、当該ある永久磁石4と隣り合う永久磁石4の着磁の方向と逆である。
 永久磁石同期モータ50は、3相のコイル1を有する。3相の各々は、U相、V相及びW相のいずれかである。
 引き出し線が付加されていない符号U1+、符号U1-、符号U2+、符号U2-、符号V1+、符号V1-、符号V2+、符号V2-、符号W1+、符号W1-、符号W2+及び符号W2-の各々は、コイル1を示している。電流が流れた場合に発生する起磁力の向きが異なるコイルを区別するため、+又は-が付与されている。例えば、U1+とU1-とは同相で隣り合うコイル1であるが、U1+とU1-との二つのコイル1の巻き方向を逆にすること、又は渡り線の接続を工夫して当該二つのコイル1に流れる電流の向きを逆にすることにより、U1+の起磁力の向きはU1-の起磁力の向きと逆になっている。実施の形態1では、コイル1は、U1+、U1-、W1-、W1+、V1+、V1-、U2-、U2+、W2+、W2-、V2-、V2+の順に配置されている。これらのコイル1が接続されて、3相の永久磁石同期モータ50が構成される。
 図3は、実施の形態1に係る永久磁石同期モータ50が有するコイル1の結線を示す第1の図である。図3においては、U相のコイル1であるU1+、U1-、U2+及びU2-が直列に接続されており、他の2相についてもコイル1は同様に接続されている。図3は、各相のコイル1が環状になるように接続された、いわゆるデルタ結線を示している。デルタ結線では、スター結線と異なり、循環電流が発生する。循環電流は、図3の中央部に黒の曲線状の矢印で示されているように、3相のコイル1を循環するように流れる電流である。循環電流のU相電流10をIu、V相電流11をIv、W相電流12をIwとすると、Iu=Iv=Iwとなる。別の接続方法としては、図4に示される方法がある。図4は、実施の形態1に係る永久磁石同期モータ50が有するコイル1の結線を示す第2の図である。U1+とU1-とが直列に接続され、U2+とU2-とが直列に接続されているが、「U1+及びU1-」と「U2+及びU2-」とは並列に接続されている。この場合においても、図3の場合と同様に、図4の中央部に黒の曲線状の矢印で示されているように、循環電流が発生する。
 次に、循環電流が発生するメカニズムについて詳細に説明する。デルタ結線の各相に流れる電流をi,i,iとすると、iは下記の式(1)で表すことができ、iは下記の式(2)で表すことができ、iは下記の式(3)で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 iu1,iv1,iw1は、各相の電流基本波成分であり、電気角で120度ずつ位相差を持つように与えられる。icycは、循環電流であって、一般的には基本波の3n倍の次数を持つ高調波であり、位相も含め3相で等しい値となる。nは、1以上の整数である。各々の相における電圧方程式は、下記の式(4)となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 V,V,Vは各相の端子間電圧であり、E,E,Eは各相の無負荷誘起電圧であり、Rは各相の抵抗であり、L,L,Lは各相の自己インダクタンスであり、Muv,Mvw,Mwuは各々u-v間、v-w間、w-u間の相互インダクタンスである。pは、時間微分の演算子である。
 端子間電圧、電流及び無負荷誘起電圧の各々は、基本波及び高調波の成分を含んでおり、基本波の成分と高調波の成分とを分離することができる。式(4)の電圧方程式から高調波成分だけを分離すると、下記の式(5)が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 Vuh,Vvh,Vwhは各相の端子間電圧の高調波成分であり、Euh,Evh,Ewhは各相の無負荷誘起電圧の高調波成分である。
 デルタ結線では3相が環状に連結されるため、デルタ結線には、端子間電圧の和が常に0になるという特徴がある。すなわち、下記の式(6)が成り立つ。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 式(6)の関係は基本波についても高調波についても成立し、下記の式(7)が成り立つ。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 式(5)から、各相の端子間電圧の和を計算すると、下記の式(8)が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
 lは、漏れインダクタンスである。式(8)を得るために、下記の式(9)の関係式が用いられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
 Euh,Evh,Ewhは各々120度ずつの位相差を持つため、これらの和は3の倍数の次数のみが0でない値を持つ。すなわち、下記の式(10)が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
 nは1以上の整数であり、E3nは無負荷誘起電圧の3n次の高調波成分の振幅であり、α3nは無負荷誘起電圧の3n次の高調波成分の位相であり、ωは電気角の角速度である。以上より、式(8)は下記の式(11)のように整理することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
 式(11)の微分方程式を解くことで、循環電流の大きさは下記の式(12)のように求められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
 一般に、モータの回転数がある程度大きい場合、Rに比べてωlの方が大きくなるため、循環電流の大きさを下記の式(13)の通りに近似することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
 以上のことから、循環電流を小さくするためには、誘起電圧の3n次高調波であるE3nを小さくするか、又は漏れインダクタンスであるlを大きくすれば良いことが分かる。
 漏れインダクタンスを大きくする最も単純な方法は、コイルの巻数を増やすことである。しかし、例えば巻数をr倍に増やすと漏れインダクタンスはr倍になるが、同時に無負荷誘起電圧もr倍に増えてしまう。結果的として循環電流は約1/r倍に減るが、トルク脈動の大きさが誘起電圧と循環電流との積によって決まるため、トルク脈動の大きさは変わらない。
 本開示は、誘起電圧の大きさを変えずに漏れインダクタンスを大きくすることを目的としている。以下で、漏れインダクタンスを大きくすることができるような固定子における磁気回路の構造について説明する。漏れインダクタンスとは、U相、V相及びW相のいずれかの相のコイルから発生した磁束のうち、当該磁束が発生したコイルの相と異なる相のコイルと鎖交せずに元のコイルに帰ってくる磁束に由来して発生するインダクタンスを意味する。したがって、漏れインダクタンスを大きくするためには、U相、V相及びW相のいずれかの相のコイルから発生した磁束のうち、異なる相のコイルに鎖交する磁束を減らし、異なる相のコイルと鎖交せずに元のコイルに帰ってくる磁束を増やすことが望ましい。
 U相、V相及びW相のいずれかの相のコイルから発生した磁束のうち、異なる相のコイルに鎖交する磁束を減らし、異なる相のコイルと鎖交せずに元のコイルに帰ってくる磁束を増やすことを、図5を用いて説明する。図5は、実施の形態1に係る永久磁石同期モータ50の固定子8のティースを示す概略図である。図5は、理解を容易にするため、12本のティースを展開して直線状に並べた様子を示している。各々のティースにはコイルが巻回され、コイルの相は、左から順にU+,U-,W-,W+,V+,V-,U-,U+,W+,W-,V-,V+となっている。このうち、左から2番目のティース21に注目すると、ティース21に巻回されたコイルから発生した磁束には、ギャップを横切ってロータと相互作用する成分の他に、ティース21の先端部から隣接するティースの先端部へと進行し、隣接するティースに巻回されたコイルに鎖交し、コアバック部を通って元のティース21に帰ってくる成分が存在する。
 ティース21については、隣接する同相のティース22を通る磁気閉回路13を通る磁束と、隣接する異相のティース23を通る磁気閉回路14を通る磁束とが存在するが、磁気閉回路14がU相の自己インダクタンスLとU相W相間の相互インダクタンスMuwとの両方に寄与するのに対し、磁気閉回路13はU相の自己インダクタンスLにのみ寄与する。したがって、磁気閉回路13を通る磁束を増やし、磁気閉回路14を通る磁束を減らすことによって、漏れインダクタンスを大きくすることができる。
 すなわち、複数のティースに含まれるある隣接する二つのティースのうちの一方のティースに巻回されたコイルから発生した磁束が二つのティースの先端部を経由して二つのティースのうちの他方のティースに巻回されたコイルを通り、さらに二つのティースのコアバック部を経由して一方のティースである元のティースに巻回されたコイルへと帰ってくる磁気閉回路において、当該隣接する二つのティースに巻回されたコイルが同相である場合の磁気閉回路の磁気抵抗が、当該隣接する二つのティースに巻回されたコイルが異相である場合の磁気閉回路の磁気抵抗より小さくなるようにすることによって、漏れインダクタンスの大きさを大きくすることができ、結果として、循環電流の大きさと、循環電流に起因して発生するトルク脈動の大きさとを低減することができる。以下では、隣接する二つのティースに巻回されたコイルが同相である場合の磁気回路の磁気抵抗は「同相間の磁気抵抗」と記載され、隣接する二つのティースに巻回されたコイルが異相である場合の磁気回路の磁気抵抗は「異相間の磁気抵抗」と記載される。
 次に、同相間の磁気抵抗を異相間の磁気抵抗より小さくするような、具体的な永久磁石同期モータ50の構造について説明する。
 図6は、実施の形態1に係る永久磁石同期モータ50の一例における固定子のティースの要部を示す断面図である。図6は、説明を簡単にするために、ティースのみが直線状に展開された状態で描かれている。図6では、連続する三つのティース22,21,23のみが描かれている。図6ではコイルは省略されているが、中央のティース21にはU相のコイルが巻回されており、ティース21と隣接する一方のティース22にはU相のコイルが巻回されており、ティース21と隣接する他方のティース23にはW相のコイルが巻回されている。三つのティース21,22,23における相の組み合わせをUとWとの組としたことは一例であり、当該組み合わせを、UとVとの組み合わせ、又はVとWとの組み合わせに置き換えても問題は無い。重要なことは、隣接するティース21とティース22とが同相であって、かつティース21とティース23とが異相であるということである。
 ティース21を、回転子から離れた側で隣接するティース22,23と接続されるコアバック部211と、コアバック部211から径方向に回転子に向かって伸びるストレート部212と、ストレート部212の回転子の側の先端で周方向に同相側に伸びるつば部213aと、ストレート部212の回転子の側の先端で周方向に異相側に伸びるつば部213bとに分離して考えることができる。ただし、コアバック部211、ストレート部212、つば部213a及びつば部213bはあくまでティース21の形状の特徴を表現するための呼称であり、実態としてティース21におけるコアバック部211、ストレート部212及びつば部213a,213bが別々の部品である必要はない。ティース21は、コアバック部211、ストレート部212及びつば部213a,213bが一つにつながった一体の部品として構成されていてもよいし、コアバック部211、ストレート部212及びつば部213a,213bに実際に分割される構成を有していてもよい。
 同相側のつば部の周方向の長さ31aは、異相側のつば部の周方向の長さ31bに比べて長い。つまり、複数のティースのうちのあるティースの回転子の側の先端部から当該あるティースに隣接する同相のティースへ向かって周方向に伸びるつば部の周方向の長さは、当該先端部から当該あるティースに隣接する異相のティースへ向かって周方向に伸びるつば部の周方向の長さより長くてもよい。当該あるティースは、複数のティースのうちの任意のティースである。このようにすることで、同相間の磁気抵抗を異相間の磁気抵抗より小さくすることができる。
 図7は、実施の形態1に係る永久磁石同期モータ50の別の例における固定子のティースの要部を示す断面図である。図7の形態では、ティース21のストレート部212の先端において、隣接する同相のティース22に面する側には周方向に突出したつば部213aが設けられているが、隣接する異相のティース23に面する側には切り欠き部31cが形成されている。このようにすることでも、同相間の磁気抵抗を異相間の磁気抵抗より小さくすることができる。切り欠き部31cは、図6における異相側のつば部の周方向の長さ31bが負の値を持つ場合であると解釈することもできる。
 図8は、実施の形態1に係る永久磁石同期モータ50の更に別の例における固定子のティースの要部を示す断面図である。ティース21について、同相側においては、つば部31dが隣接するティース22のつば部32eと連結されており、すなわち閉スロットが形成されているのに対し、異相側においては、つば部31eと隣接するティース23のつば部33dとの間にギャップが存在し、すなわち開スロットが形成されている。このようにすることでも、同相間の磁気抵抗を異相間の磁気抵抗より小さくすることができる。
 上述の通り、実施の形態1では、複数のティースに含まれるある隣接する二つのティースのうちの一方のティースに巻回されたコイルから発生した磁束が二つのティースの先端部を経由して二つのティースのうちの他方のティースに巻回されたコイルを通り、さらに二つのティースのコアバック部を経由して一方のティースである元のティースに巻回されたコイルへと帰ってくる磁気閉回路において、当該隣接する二つのティースに巻回されたコイルが同相である場合の磁気閉回路の磁気抵抗は、当該隣接する二つのティースに巻回されたコイルが異相である場合の磁気閉回路の磁気抵抗より小さい。したがって、実施の形態1に係る永久磁石同期モータ50は、平均トルクをなるべく減らすことなく、デルタ結線に発生する循環電流を低減し、循環電流に起因するトルク脈動を低減することができる。
 実施の形態1において示された例には、ティースの体積に関して、もう一つの共通する特徴がある。図6に示されるように、ティース21,22,23のストレート部の周方向の幅を2等分する線をティース中央線40と定義し、隣接する二つのティースの各々のティース中央線40を周方向の角度的に2等分する線をティース境界線45と定義する。隣接する二つのティース境界線45に挟まれた範囲における、コアバック部、ストレート部及びつば部の合計の体積が、1本のティースの体積であると解釈することができる。実施の形態1における例ではいずれも、ある一つのティースに隣接する二つのティースの一方が同相で他方が異相である場合、当該一つのティースの体積をティース中央線40で分断することを考えたとき、当該一つのティースの体積のうち、ティース中央線40より隣接する同相のティースに近い側に含まれる体積は、ティース中央線40より隣接する異相のティースに近い側に含まれる体積より大きいという特徴がある。
 つまり、複数のティースのうちのあるティースに隣接する二つのティースのうちの一方は当該あるティースと同相であって当該あるティースに隣接する二つのティースのうちの他方は当該あるティースと異相である場合、当該あるティースの体積のうち、ティース中央線40より隣接する同相のティースに近い側に含まれる体積は、ティース中央線40より隣接する異相のティースに近い側に含まれる体積より大きい。具体的には、図6の例では、ティース21の体積のうちのティース中央線40より隣接する同相のティース22に近い側に含まれる体積は、ティース21の体積のうちのティース中央線40より隣接する異相のティース23に近い側に含まれる体積より大きい。
実施の形態2.
 実施の形態1で示された例ではいずれも、隣接するティースの向かい合った各々のつば部の間の距離、すなわちスロット開口幅が、同相側と異相側とで異なる。本開示の主たる目的は、循環電流を低減し、循環電流に起因して発生するトルク脈動を低減することであるが、スロット開口幅の大きさが場所により異なると、磁気的構造の回転対称性の破れが生じることにより、例えば無負荷時のコギングトルクが増大すること、又は負荷時の電磁加振力が増大すること等のデメリットが生じる恐れがある。
 実施の形態2では、複数のティースにおける全ての隣接するティースの間のスロット開口幅は等しい。実施の形態2においては、スロット開口幅が、同相側と異相側とで等しくなるようにしつつも実施の形態1で説明された効果と同様の効果が得られる形態を説明する。言い換えると、全てのティースのうちどの隣接する二つのティースの間においても、スロット開口幅を等しくしつつ、同相間の磁気抵抗を異相間の磁気抵抗より小さくすることによって、循環電流を低減し、循環電流に起因して発生するトルク脈動を低減することができる形態を説明する。
 図9は、実施の形態2に係る永久磁石同期モータの固定子のティースの要部を示す断面図である。ティース21について、周方向に突出したつば部のうち、ストレート部から最も離れた先端部における同相側の径方向の高さ31fは先端部における異相側の径方向の高さ31gより高く、根元部における同相側の径方向の高さ31hは根元部における異相側の径方向の高さ31jより高い。更に言うと、先端部における同相側の径方向の高さ31fは根元部における異相側の径方向の高さ31jより高い。つまり、実施の形態2では、複数のティースのうちのあるティースの回転子の側の先端部から当該あるティースに隣接する同相のティースへ向かって周方向に伸びるつば部の径方向の高さは、当該先端部から当該あるティースに隣接する異相のティースへ向かって周方向に伸びるつば部の径方向の高さより高い。当該あるティースは、複数のティースのうちの任意のティースである。根元部は、ストレート部とつば部との境界である。このようにすることでも、同相間の磁気抵抗を異相間の磁気抵抗より小さくすることができる。
 図9ではつば部の先端部における高さと根元部における高さとの双方で同相側が異相側より高い例が示されたが、類似の実施例として、つば部の先端部における高さについては同相側が異相側より高くなるようにしつつ、つば部の根元部における高さは同相側と異相側とで等しくなるようにしても、同相間の磁気抵抗を異相間の磁気抵抗より小さくすることができる。つば部の根元部における高さについては同相側が異相側より高くなるようにしつつ、つば部の先端部における高さについては同相側と異相側とで等しくなるようにしても、同相間の磁気抵抗を異相間の磁気抵抗より小さくすることができる。
実施の形態3.
 図10は、実施の形態3に係る永久磁石同期モータの固定子のティースの要部を示す断面図である。ティース21のコアバック部211において、同相のティース22に隣接する側の径方向の厚さ34aは、異相のティース23に隣接する側の径方向の厚さ34bより厚い。つまり、実施の形態3では、複数のティースのうちのあるティースと当該あるティースに隣接する同相のティースとの間のコアバック部の径方向の厚さは、当該あるティースと当該あるティースに隣接する異相のティースとの間のコアバック部の径方向の厚さより厚い。当該あるティースは、複数のティースのうちの任意のティースである。このようにすることでも、同相間の磁気抵抗を異相間の磁気抵抗より小さくすることができる。
実施の形態4.
 異相側の磁気閉回路の一部に、磁気抵抗増大部を設けることによっても、同相間の磁気抵抗を異相間の磁気抵抗より小さくすることができる。実施の形態4から6においては、磁気抵抗増大部を設けることにより同相間の磁気抵抗を異相間の磁気抵抗より小さくする例を、順に説明する。
 図11は、実施の形態4に係る永久磁石同期モータの固定子のティースの要部を示す断面図である。ティース21のコアバック部211と、ティース21に隣接する異相のティース23のコアバック部231との間に、磁気抵抗増大部であるスペーサ41が挟まっている。コアバック部211と、ティース21と隣接する同相のティース22のコアバック部221との間にはスペーサは存在せず、コアバック部211とコアバック部221とは直接接している。コアバック部211の周方向の長さは、スペーサ41の周方向の長さの分だけ減少している。スペーサ41は、非磁性材又は固定子コアより磁気抵抗の高い部材で構成される。スペーサ41は、例えばプラスチック、樹脂又は磁性ペースト等を用いることで構成される。つまり、実施の形態4に係る永久磁石同期モータは、複数のティースのうちのあるティースのコアバック部と当該あるティースに隣接する異相のティースのコアバック部との間に挿入されていて、複数のティースの各々の材料より透磁率が低いスペーサを有する。このようにすることでも、同相間の磁気抵抗を異相間の磁気抵抗より小さくすることができる。
 実施の形態4の類似の例として、あるティースのコアバック部と当該あるティースに隣接する異相のティースのコアバック部との間だけでなく、当該あるティースのコアバック部と当該あるティースに隣接する同相のティースのコアバック部との間にもスペーサが挟まれ、同相側のスペーサの周方向の長さが異相側のスペーサの周方向の長さより小さい構成が採用されてもよい。
実施の形態5.
 図12は、実施の形態5に係る永久磁石同期モータの一例における固定子のティースの要部を示す断面図である。ティース21,22,23の回転子の側の先端部において溝部42が形成されている。ティース21の溝部42の重心は、ティース21のストレート部212の周方向の中央に位置するティース中央線40より、ティース21と隣接する異相のティース23に近い側に配置される。ティース22,23の溝部42の重心も、ストレート部222,232の周方向の中央に位置するティース中央線40より、隣接する異相のティースに近い側に配置される。つまり、実施の形態5では、複数のティースの各々には溝部42が形成されており、溝部42の重心は、溝部42が形成されているあるティースのストレート部の周方向の幅の中央に位置するティース中央線40より、当該あるティースに隣接する異相のティースに近い側に位置する。当該あるティースは、複数のティースのうちの任意のティースである。このようにすることでも、同相間の磁気抵抗を異相間の磁気抵抗より小さくすることができる。
 図12では溝部42がストレート部とつば部との境界と重なる場所に位置する例が示されているが、溝部42の重心がティース中央線40より隣接する異相のティースに近い側に位置していれば、溝部42はストレート部に位置しても、つば部に位置しても構わない。図12では溝部42がティース21,22,23の先端の回転子の側に開口を持つ例が示されているが、溝部42の開口はコイルスロット側を向いていても構わないし、溝部42は開口を持たない孔部に置き換えられてもよい。
 図13は、実施の形態5に係る永久磁石同期モータの別の一例における固定子のティースの要部を示す断面図である。溝部42は、ティース21,22,23のコアバック部211,221,231のコイルスロットに面した側に形成されている。溝部42の重心は、ストレート部の周方向の中央に位置するティース中央線40より、隣接する異相のティースに近い側に位置する。具体的には、ティース21に形成されている溝部42の重心は、ストレート部212の周方向の中央に位置するティース中央線40より、ティース21と隣接する異相のティース23に近い側に位置する。このようにすることでも、同相間の磁気抵抗を異相間の磁気抵抗より小さくすることができる。溝部42がコアバック部211,221,231のコイルスロットに面した側に形成されていることの副次的な効果として、溝部42を巻線領域として活用することができるという効果がある。
 図14は、実施の形態5に係る永久磁石同期モータの別の一例における固定子のティースの要部を示す断面図である。溝部42は、ティース21,22,23のコアバック部211,221,231の外周側に形成されている。溝部42の重心は、ストレート部の周方向の中央に位置するティース中央線40より、隣接する異相のティースに近い側に配置される。具体的には、ティース21に形成されている溝部42の重心は、ストレート部212の周方向の中央に位置するティース中央線40より、ティース21と隣接する異相のティース23に近い側に配置される。このようにすることでも、同相間の磁気抵抗を異相間の磁気抵抗より小さくすることができる。溝部42がコアバック部211,221,231の外周側に形成されていることの副次的な効果として、ティース21,22,23の部材である電磁鋼板の積層時、又はティース21,22,23のフレームへの挿入時等の組立工程において、溝部42を位置決め用又は固定用の溝として利用することができるという効果がある。
 図13及び図14の例において、溝部42ではなく開口を持たない孔部がコアバック部211,221,231に形成されても、同相間の磁気抵抗を異相間の磁気抵抗より小さくすることができる。
実施の形態6.
 図15は、実施の形態6に係る永久磁石同期モータの固定子のティースの要部を示す断面図である。ティース21には、かしめが施されている。かしめ部44は、ティース中央線40からティース21と隣接する同相のティース22に近い側に位置するものもあるし、ティース21と隣接する異相のティース23に近い側に位置するものもあるし、ティース中央線40の上に位置するものもある。ティース21の全体では、全てのかしめ部44の総面積のうちの、ティース中央線40からティース21と隣接する同相のティース22に近い側に位置する部分の面積より、ティース21と隣接する異相のティース23に近い側に位置する部分の面積の方が広くなっている。つまり、実施の形態6では、複数のティースのうちのあるティースは、一つ以上のかしめ部44を有し、当該あるティースのストレート部の周方向の幅の中央に位置するティース中央線40より当該あるティースに隣接する異相のティースに近い側に含まれるかしめ部44の総面積は、当該あるティースのティース中央線40より当該あるティースに隣接する同相のティースに近い側に含まれるかしめ部44の総面積より大きい。当該あるティースは、複数のティースのうちの任意のティースである。このようにすることでも、同相間の磁気抵抗を異相間の磁気抵抗より小さくすることができる。
実施の形態7.
 図16は、実施の形態7に係る永久磁石同期モータの固定子のティースの要部を示す断面図である。実施の形態7では、隣接する同相のティース21とティース22との間の、つば部の間に、追加磁性部材43が配置される。追加磁性部材43の形状は、円柱状又は角柱状のような、モータの回転軸方向に伸長した形状である。追加磁性部材43は、一体の磁性体で構成された棒状の部材であってもよいし、軸方向に積層された積層鋼板であってもよい。いずれにしても、実施の形態7に係る永久磁石同期モータは、複数のティースのうちのあるティースのつば部と、当該あるティースに隣接する同相のティースのつば部との間の空間に位置する追加磁性部材43を有する。当該あるティースは、複数のティースのうちの任意のティースである。このようにすることで、追加磁性部材43を介してティース21のつば部からティース21と隣接する同相のティース22のつば部へと磁束を通しやすい磁気閉回路が形成され、同相間の磁気抵抗を異相間の磁気抵抗より小さくすることができる。有効な磁気閉回路を形成するためには、追加磁性部材43の重心の位置は、隣接する同相のティース21及びティース22の各々の、隣接する同相のティースに面した側のつば部の根元の径方向コイル側の端部331同士を結ぶ直線431と、つば部の根元の径方向回転子側の端部332同士を結ぶ直線432との間に存在することが望ましい。
実施の形態8.
 図17は、実施の形態8に係る永久磁石同期モータの固定子のティースの要部を示す立体図である。図17は、一つのティースを形成する二つの電磁鋼板が積層された状態を模式的に示している。図示されてはいないが、図17のティースには、図17のAの方向において同相のティースが隣接しており、図17のBの方向において異相のティースが隣接している。ティースは、回転軸方向の上側と下側との2つの段に分かれており、上段と下段とではティースのつば部の形状が異なっている。上段では、同相側のつば部の周方向の長さ311aは、異相側のつば部の周方向の長さ311bに比べて長い。下段では、同相側のつば部の周方向の長さ312aは、異相側のつば部の周方向の長さ312bと等しい。このようにすることでも、同相間の磁気抵抗を異相間の磁気抵抗より小さくすることができる。
 スキューが設けられたことにより、コギングトルク及び電磁加振力を小さくする効果を期待することができる。図17では2段スキューの上段においてつば部の周方向の長さが同相側と異相側とで異なる例が示されたが、ティースが実施の形態2から6で説明された特徴を持つことによって、実施の形態2から6で得られる効果と同様の効果が得られる。図17ではスキューが2段スキューであるティースが示されたが、ティースは、3段以上のスキューを有していて3段以上のスキューの1段又は2段以上において、同相間の磁気抵抗が異相間の磁気抵抗より小さくなる特徴を有していてもよい。スキューはティースの形状が連続的に変化する連続スキューであって、ティースは、回転軸方向の少なくとも一部の区間において、同相間の磁気抵抗が異相間の磁気抵抗より小さくなる特徴を有していてもよい。上記の連続スキューは、斜めスキューである。
 すなわち、複数のティースのうちのあるティースは、回転軸方向の位置によって連続的又は不連続的に異なるスキュー構造を有してもよい。当該あるティースは、複数のティースのうちの任意のティースである。その場合、回転軸方向の少なくとも一部の範囲において、複数のティースのうちの当該あるティースを含む隣接する二つのティースに巻回されたコイルが同相である場合の磁気閉回路の磁気抵抗は、二つのティースに巻回されたコイルが異相である場合の磁気閉回路の磁気抵抗より小さい。
 実施の形態1から実施の形態8までに示された個々の例については、二つ又は三つ以上の要素を容易に組み合わせて実施することが可能である。
 実施の形態1において、一つのティースをティース中央線40で分断した場合、ティース中央線40より隣接する同相のティースに近い側に含まれる体積は、ティース中央線40より隣接する異相のティースに近い側に含まれる体積より大きいという、共通する特徴があることが説明された。以下では、ティース中央線40より隣接する同相のティースに近い側に含まれる体積がティース中央線40より隣接する異相のティースに近い側に含まれる体積より大きいことは、「同相側の体積が異相側の体積より大きい」と記載される。実施の形態2から実施の形態5及び実施の形態8で説明されたいずれの例においても、上記の特徴が当てはまる。実施の形態6においても、かしめ部44は、磁気閉回路を形成して磁束を通すという、ティースが本来持つ磁性導体としての役割を劣化させていることから、元のティースの体積のうち、かしめ部44を無効と見做し、かしめ部44を除いた部分の体積を有効なティースの体積であると見做せば、同相側の体積が異相側の体積より大きいという特徴が当てはまる。実施の形態7においても、追加磁性部材43は、磁気閉回路を形成して磁束を通すという、ティースが本来持つ磁性導体としての役割と同じ役割を有する部品であることから、追加磁性部材43の体積もティースの体積の一部であると見做せば、同相側の体積が異相側の体積より大きいという特徴が当てはまる。
 実施の形態2においては、同相側と異相側とでスロット開口幅を等しくする場合の効果が説明された。実施の形態3から実施の形態7における各々の例についても、実施の形態2と同様に、隣接する二つのティースが同相であるか異相であるかに関係なく、スロット開口幅を全て等しくすることは容易に可能である。
 モータの設計においてはしばしば、例えばティース部における磁気飽和の緩和又はコイルスロット領域における巻線占積率の向上等を目的に、ティースのストレート部の周方向の幅が径方向によって変化するテーパーティース構造が選択されることがある。テーパーティース構造を持つ永久磁石同期モータに本開示の特徴を適用することは可能である。図18にその例を示す。図18は、テーパーティース構造を有する永久磁石同期モータに適用された固定子のティースの要部を示す断面図である。ティース21,22,23は、ストレート部の周方向の幅が外周側から内周側に向かうにつれて徐々に小さくなるテーパー形状を有している。同相側のつば部の周方向の長さ31aは、異相側のつば部の周方向の長さ31bに比べて長い。このように、テーパーティース構造を有する永久磁石同期モータであっても、同相間の磁気抵抗を異相間の磁気抵抗より小さくすることができる。つば部の周方向の長さは、例えば、つば部の根元の外周側の端部からつば部の先端部までの、周方向の隔たりであると解釈される。ティース中央線40は、ストレート部の、両隣のコイルスロットに面した境界線を、角度的に2分する線であると解釈される。
 図18により、実施の形態1で説明された、同相側と異相側とでつば部の周方向の長さを異なるものとする手段がテーパーティース構造の永久磁石同期モータに適用される例が示された。当然、実施の形態2から実施の形態8において説明された手段の各々を、又は実施の形態1から実施の形態8において説明された手段のうちの二つ以上の組み合わせを、テーパーティース構造に適用しても、実施の形態1で得られる効果と同様の効果が得られる。テーパーティース構造においても、同相側の体積が異相側の体積より大きいという共通する特徴は当てはまる。
 上述の実施の形態の例はいずれも、回転子の外周の表面に永久磁石が貼付された表面磁石同期モータ(SPMSM:Surface Permanent Magnet Synchronous Motor)を例に取って説明された。永久磁石が回転子内部に埋め込まれた埋込磁石同期モータ(IPMSM:Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)についても、上述の実施の形態で得られる効果と同様の効果が得られる。
 これまでに説明された実施の形態の全ての例では、モータの極数は10であり、スロット数は12である。他の極数と他のスロット数との組み合わせについても考えてみる。例えば極数が8であってスロット数が12である場合、12本のティースに巻回されるコイルの相順は、U+,W+,V+,U+,W+,V+,U+,W+,V+,U+,W+,V+のようになり、どの隣接する二つのティースも異相となり、隣接する同相のティースが存在しないため、本開示を適用することができない。他方、例えば極数が8であってスロット数が9である場合、9本のティースに巻回されるコイルの相順は、U+,U-,U+,W+,W-,W+,V+,V-,V+となり、隣接する二つのティースが同相である箇所と異相である箇所との双方が存在するため、本開示を適用することが可能である。
 一般に、集中巻きのモータにおいて、極数とスロット数との比が3m±1:3mであって、mが2以上の整数である場合、固定子におけるコイルの相の並び順には、m個の連続した同相のコイルが存在することが知られている。すなわち、隣接する二つのティースが同相である箇所と異相である箇所との双方が存在するため、極数とスロット数との比が3m±1:3mであってmが2以上の整数であるモータに本開示を適用することができる。
 極数とスロット数との比が3m±1:3mである場合だけに限らずとも、極数をPとし、スロット数をSとし、kを1以上の整数とした場合、一般に、P=S-kであるときとP=S+kであるときとでは、固定子におけるコイルの相の並び順は逆順になるだけであることが知られている。その並び順において、隣接する二つのティースが同相である箇所と異相である箇所との双方が存在するならば、本開示を適用した場合、固定子の側の磁気閉回路という観点で、漏れインダクタンスを大きくする効果について、P=S-kであるときとP=S+kであるときとで大きな違いは無いと言える。しかしながら、式(12)で示されたように、3n次の次数を持つ循環電流の大きさは、誘起電圧の3n次高調波の大きさと、デルタ結線の電気回路におけるインピーダンスとの比、すなわち下記の式(14)で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
 E3nは、電気角速度ωに比例する。そのため、回転速度が十分高い場合、R≪3nωlと見做せるため、循環電流の大きさはωにほとんど依存しないが、回転速度が遅く、3nωlに対してRの大きさが無視できない場合、循環電流の大きさはωと正の相関を持つ。機械的な回転速度が同じであれば、電気角速度ωは極数が大きい方が高くなる。そのため、P=S-kである場合とP=S+kである場合とを比べれば、極数が少ないP=S-kである場合の方が、言い換えれば極数がスロット数より少ない場合の方が、特に回転速度が低い場合において循環電流の大きさをより小さくすることができるため、より好適であると言える。
 以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略又は変更することも可能である。
 1 コイル、2 固定子鉄心、2T,21,22,23 ティース、3 回転子鉄心、4 永久磁石、5 回転センサ、6 フレーム、7 シャフト、8 固定子、9 回転子、10 U相電流、11 V相電流、12 W相電流、13,14 磁気閉回路、31f 先端部における同相側の径方向の高さ、31g 先端部における異相側の径方向の高さ、31h 根元部における同相側の径方向の高さ、31j 根元部における異相側の径方向の高さ、34a 同相のティースに隣接する側の径方向の厚さ、34b 異相のティースに隣接する側の径方向の厚さ、31a 同相側のつば部の周方向の長さ、31b 異相側のつば部の周方向の長さ、31d,31e,32e,33d,213a,213b つば部、31c 切り欠き部、40 ティース中央線、41 スペーサ、42 溝部、43 追加磁性部材、44 かしめ部、45 ティース境界線、50 永久磁石同期モータ、211,221,231 コアバック部、212,222,232 ストレート部、311a,312a 同相側のつば部の周方向の長さ、311b,312b 異相側のつば部の周方向の長さ、331 つば部の根元の径方向コイル側の端部、332 つば部の根元の径方向回転子側の端部、431,432 直線。

Claims (13)

  1.  固定子と、
     前記固定子に角度的に等間隔に配置された複数のティースと、
     前記複数のティースの各々に集中巻きで巻回されたコイルとを備え、
     各前記コイルが三相のデルタ結線を構成する永久磁石同期モータであって、
     前記複数のティースに含まれるある隣接する二つのティースのうちの一方のティースに巻回されたコイルから発生した磁束が前記二つのティースの先端部を経由して前記二つのティースのうちの他方のティースに巻回されたコイルを通り、さらに前記二つのティースのコアバック部を経由して前記一方のティースに巻回された前記コイルへと帰ってくる磁気閉回路において、
     前記二つのティースに巻回されたコイルが同相である場合の前記磁気閉回路の磁気抵抗は、前記二つのティースに巻回されたコイルが異相である場合の前記磁気閉回路の磁気抵抗より小さい
     ことを特徴とする永久磁石同期モータ。
  2.  極数とスロット数との比が3m±1:3mであって、mが2以上の整数である
     ことを特徴とする請求項1に記載の永久磁石同期モータ。
  3.  極数がスロット数より小さい
     ことを特徴とする請求項1に記載の永久磁石同期モータ。
  4.  前記複数のティースにおける全ての隣接するティースの間のスロット開口幅は等しい
     ことを特徴とする請求項1に記載の永久磁石同期モータ。
  5.  前記複数のティースのうちのあるティースに隣接する二つのティースのうちの一方は前記あるティースと同相であって前記あるティースに隣接する二つのティースのうちの他方は前記あるティースと異相であって、
     前記あるティースの体積のうち、ティース中央線より隣接する同相のティースに近い側に含まれる体積は、前記ティース中央線より隣接する異相のティースに近い側に含まれる体積より大きい
     ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の永久磁石同期モータ。
  6.  前記複数のティースのうちのあるティースの回転子の側の先端部から前記あるティースに隣接する同相のティースへ向かって周方向に伸びるつば部の周方向の長さは、前記先端部から前記あるティースに隣接する異相のティースへ向かって周方向に伸びるつば部の周方向の長さより長く、
     前記あるティースは、前記複数のティースのうちの任意のティースである
     ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の永久磁石同期モータ。
  7.  前記複数のティースのうちのあるティースの回転子の側の先端部から前記あるティースに隣接する同相のティースへ向かって周方向に伸びるつば部の径方向の高さは、前記先端部から前記あるティースに隣接する異相のティースへ向かって周方向に伸びるつば部の径方向の高さより高く、
     前記あるティースは、前記複数のティースのうちの任意のティースである
     ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の永久磁石同期モータ。
  8.  前記複数のティースのうちのあるティースと前記あるティースに隣接する同相のティースとの間のコアバック部の径方向の厚さは、前記あるティースと前記あるティースに隣接する異相のティースとの間のコアバック部の径方向の厚さより厚く、
     前記あるティースは、前記複数のティースのうちの任意のティースである
     ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の永久磁石同期モータ。
  9.  前記複数のティースのうちのあるティースのコアバック部と前記あるティースに隣接する異相のティースのコアバック部との間に挿入されていて、前記複数のティースの各々の材料より透磁率が低いスペーサ
     を更に備えることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の永久磁石同期モータ。
  10.  前記複数のティースの各々には溝部又は孔部が形成されており、前記溝部又は前記孔部の重心は、前記溝部又は前記孔部が形成されているあるティースのストレート部の周方向の幅の中央に位置するティース中央線より、前記あるティースに隣接する異相のティースに近い側に位置し、
     前記あるティースは、前記複数のティースのうちの任意のティースである
     ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の永久磁石同期モータ。
  11.  前記複数のティースのうちのあるティースのつば部と、前記あるティースに隣接する同相のティースのつば部との間の空間に位置する追加磁性部材を更に備え、
     前記あるティースは、前記複数のティースのうちの任意のティースである
     ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の永久磁石同期モータ。
  12.  前記複数のティースのうちのあるティースは、一つ以上のかしめ部を有し、
     前記あるティースのストレート部の周方向の幅の中央に位置するティース中央線より前記あるティースに隣接する異相のティースに近い側に含まれる前記かしめ部の総面積は、前記あるティースの前記ティース中央線より前記あるティースに隣接する同相のティースに近い側に含まれる前記かしめ部の総面積より大きく、
     前記あるティースは、前記複数のティースのうちの任意のティースである
     ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の永久磁石同期モータ。
  13.  前記複数のティースのうちのあるティースは、回転軸方向の位置によって連続的又は不連続的に異なるスキュー構造を有し、
     前記あるティースは、前記複数のティースのうちの任意のティースであり、
     回転軸方向の少なくとも一部の範囲において、前記複数のティースのうちの前記あるティースを含む隣接する二つのティースに巻回されたコイルが同相である場合の前記磁気閉回路の磁気抵抗は、前記二つのティースに巻回されたコイルが異相である場合の前記磁気閉回路の磁気抵抗より小さい
     ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の永久磁石同期モータ。
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