JP2002101629A - 永久磁石式回転電機 - Google Patents

永久磁石式回転電機

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JP2002101629A JP2000288880A JP2000288880A JP2002101629A JP 2002101629 A JP2002101629 A JP 2002101629A JP 2000288880 A JP2000288880 A JP 2000288880A JP 2000288880 A JP2000288880 A JP 2000288880A JP 2002101629 A JP2002101629 A JP 2002101629A
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Satoshi Kikuchi
菊地  聡
Haruo Oharagi
春雄 小原木
Tomohiro Okawa
友弘 大川
Miyoshi Takahashi
身佳 高橋
Shinichi Wakui
真一 湧井
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】効率特性の優れた永久磁石式回転電機を提供す
る。 【解決手段】固定子鉄心に形成された複数のスロット中
に電機子巻線を有する固定子と、回転子鉄心のヨーク部
に永久磁石を配置するとともに、永久磁石間にヨーク部
の一部を突出形成した突起部を有する回転子からなる永
久磁石式回転電機において、永久磁石の着磁方向を永久
磁石の回転子からの中心線と平行な平行着磁を施すとと
もに、電機子巻線を集中巻で構成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、回転子鉄心に複数
の永久磁石を備えている永久磁石式回転電機に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】従来、例えば、特開平1−286758
号公報には、回転子鉄心に複数個設けられた永久磁石間
に、回転子鉄心の一部を外周方向に突出させて形成した
突出部を設け、かつ突出部の幅Aと固定子スロットピッ
チBとの間に、nを整数としてA=(n+0.5)Bなる
関係を持たせることでコギングトルクの低減及びリラク
タンストルクの利用による特性向上を図れることが記載
されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】永久磁石式回転電機の
検討課題には、高効率化,低振動・低騒音化がある。高
効率化を達成する手段としては、機内に発生する損失成
分、すなわち、銅損,鉄損,機械損、及び漂遊損を低減
すること、主磁束トルク,リラクタンストルクを向上さ
せること等が上げられる。上述した従来技術は、このリ
ラクタンストルクを利用するものと考えられる。
【0004】一方、本発明者らは、上記の場合、回転子
鉄心の一部を外周方向に突出させて形成した突出部を設
けると、磁石の磁束が突出部を介して漏れ、かえって磁
石トルクが減少する傾向となることを見出した。また、
本発明者らは、上記の場合は主に電機子巻線を分布巻と
した場合に対して有効な技術であり、集中巻に適用する
際にはさらに磁石トルクが減少することを見出した。
【0005】本発明の目的は、磁石トルクの減少を抑
え、効率特性の優れた永久磁石式回転電機を提供するこ
とにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、固定子
鉄心に形成された複数のスロット中に電機子巻線を有す
る固定子と、回転子鉄心のヨーク部に永久磁石を配置
し、該永久磁石間に該ヨーク部の一部を突出形成した突
起部を有する回転子とからなる永久磁石式回転電機であ
って、前記永久磁石は、該永久磁石の前記回転子からの
中心線と平行な着磁方向を有し、前記電機子巻線が集中
巻で構成されていることである。
【0007】また、本発明の他の特徴は、固定子鉄心に
形成された複数のスロット中に電機子巻線を有する固定
子と、回転子鉄心のヨーク部に永久磁石を配置し、該永
久磁石間に該ヨーク部の一部を突出形成した突起部を有
する回転子とからなる永久磁石式回転電機であって、前
記永久磁石は、該永久磁石の前記回転子からの中心線に
集まる着磁方向を有し、前記電機子巻線が集中巻で構成
されていることである。
【0008】本発明者らは、従来技術に対して集中巻電
機子巻線を施した場合、固定子歯部に直接コイルを巻装
することからコイルエンド長を短くでき、電機子巻線抵
抗を小さくできると共に銅損を低減できる反面、集中巻
としたことにより、巻線に鎖交する磁束が減少すること
を見出した。さらに本発明者らは、従来技術に対して突
出部を設けることによって磁石磁束が突出部に漏れ、磁
石トルクが減少する。その結果、集中巻の利点を有効に
利用できないことを見出した。
【0009】これに対し、本発明のように、例えば、永
久磁石の着磁を永久磁石の回転子からの中心線と平行な
平行着磁とすることにより、磁石磁束の突出部への漏え
いを低減でき、電機子巻線に集中巻を使用しても磁石磁
束を有効に集められるので、効率特性の良好な永久磁石
式回転電機を提供できる。本発明の上記した特徴および
その他の特徴は、以下により更に説明される。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
1〜図19を用いて説明する。
【0011】図1に本発明の一実施例に係る永久磁石式
回転電機の径方向断面形状、図2に本発明の一実施例に
係る永久磁石式回転電機の回転子拡大図を、図17に本
発明の一実施例に係る永久磁石の着磁方法をそれぞれ示
す。また、図19には比較技術の着磁方法を示した。
【0012】図1,図2,図17,図19において、固
定子1は固定子鉄心2に形成した複数のスロット3内に
集中巻電機子巻線5(U相巻線5A,V相巻線5B,W
相巻線5Cの分布巻線からなる)を巻装して構成する。
【0013】回転子6は、回転子径方向に突出させた突
起部8を介して周方向に複数個配置する永久磁石7(本
図では4極で示した)と、永久磁石7の径方向への飛散
防止用に突起部8に設けた片部9、及びシャフト(図示
せず)に嵌合するためのシャフト孔10とで構成してい
る。
【0014】突起部8は、回転子外径側の幅Woと内径
側の幅Wiとの関係がWo>Wiとなるように形成して
いる。
【0015】永久磁石7は、内径r1の中心点をo,外
径r1′の中心点をo′としたアーク状で形成されてい
る。ここで、外径r1′の中心点o′の位置は、外径r
1′が片部9の内径r0に接し、かつ最大外径rmが突
起部8の最大外径rと等しくなるように配置している。
【0016】永久磁石7の着磁は、磁石磁束の方向が回
転子中心線11と平行になるように、磁区(図示せず)
の角度を調整して施している。すなわち、例えば、磁性
材料粉を磁界中(ここでは平行磁界中)で、バインダー
とともに結することで一定の着磁方向(この場合は平行
着磁)を有する永久磁石を作成する。ここで、回転子中
心線11と磁区との角度であるが、図17では理想状態
の0°で示しているが、製造上の公差を勘案した場合、
±1°以内が望ましい。
【0017】図19では、永久磁石7の着磁が回転子中
心線11と周方向で同一方向を向くように施されている
ため、突起部8を介して隣り合う異極の磁石へと漏れる
漏れ磁束12が発生する。その結果、ティース4を通過
して集中巻電機子巻線5に鎖交する磁石磁束が減少する
ので、特性劣化の要因となってしまう。
【0018】本発明では、永久磁石7は、回転子中心線
11に対して平行に着磁されていることから、磁石磁束
を効率良くティース4に集めることができるので、比較
技術の問題点を補え、特性の良い永久磁石式回転電機を
提供できる。
【0019】図3,図4に本発明の他の実施例に係る永
久磁石式回転電機の径方向断面形状、及び本発明の一実
施例に係る永久磁石式回転電機の回転子拡大図を示し、
図1,図2と同一物には同一符号を付してある。
【0020】図3,図4において、図1,図2と構成の
異なる部分は、永久磁石7において、外径r1′の中心
点o′の位置を、外径r1′が片部9の内径r0に接
し、かつ最大外径rmが突起部8の最大外径r以上にな
るように配置している点にある。
【0021】このように構成した場合、図1,図2の場
合と同様の効果が得られると共に、図1,図2に示した
構成よりも、ギャップにおける磁石磁束の分布を正弦波
形に近付けることができ、優れた特性を得ることができ
る。
【0022】図5〜図8に本発明の他の実施例に係る永
久磁石式回転電機の径方向断面形状、及び本発明の一実
施例に係る永久磁石式回転電機の回転子拡大図を示し、
図1〜図4と同一物には同一符号を付してある。
【0023】図5〜図8において、図1〜図4と構成の
異なる部分は、突起部8の構成を、回転子内径側の幅W
iとWoとで等しくしている点にある。
【0024】このように構成した場合、図1〜図4の場
合と同様の効果が得られると共に、図1〜図4の場合よ
りも突起部8の幅を広げることができるので、リラクタ
ンストルクをより多く得ることができ、特性の向上を図
ることができる。
【0025】図9〜図16に本発明の他の実施例に係る
永久磁石式回転電機の径方向断面形状、及び本発明の他
の実施例に係る永久磁石式回転電機の回転子拡大図を示
し、図1〜図8と同一物には同一符号を付してある。
【0026】図9〜図16において、図1〜図8と構成
の異なる部分は、片部9を、突起部8の最大外径rと面
一になるように周方向に延ばして形成している点にあ
る。
【0027】このように構成した場合、毎分数万回転で
運転した場合でも片部9と空気あるいは流体との摩擦損
失やキャビテーションを抑止できるので、機械損の低減
に効果があり、かつ風切りによる騒音低減を図ることが
できる。
【0028】さらに、突起部8の磁路断面積が等価的に
増えるので、より多くのリラクタンストルクを得ること
ができ、特性の向上も図ることができる。
【0029】図18に本発明の他の実施例に係る永久磁
石の着磁方法を示す。図18において、永久磁石7に
は、磁束が回転子中心線11に外周方向に向かって集ま
るように磁石の磁区を調整し、極配向着磁を施してあ
る。
【0030】前述した実施例では、永久磁石7は、磁束
が回転子中心線11と平行になるように着磁されていた
が、図18に示す着磁方法を適用しても同様の効果が得
られると共に、より多くの磁石磁束をティース4に集め
ることができるので、さらに特性向上を図ることが可能
である。
【0031】以上詳述したように、本発明の実施の形態
の一つによれば、永久磁石の着磁を永久磁石の回転子か
らの中心線と平行な平行着磁とすることにより、磁石磁
束の突出部への漏えいを低減でき、電機子巻線に集中巻
を使用しても磁石磁束を有効に集められるので、効率特
性の良好な永久磁石式回転電機を提供できる。
【0032】
【発明の効果】本発明によれば、効率特性の良好な永久
磁石式回転電機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る永久磁石式回転電機の
径方向断面形状を示す図である。
【図2】本発明の一実施例に係る永久磁石式回転電機の
回転子拡大図である。
【図3】本発明の他の実施例に係る永久磁石式回転電機
の径方向断面形状を示す図である。
【図4】本発明の他の実施例に係る永久磁石式回転電機
の回転子拡大図である。
【図5】本発明の他の実施例に係る永久磁石式回転電機
の径方向断面形状を示す図である。
【図6】本発明の他の実施例に係る永久磁石式回転電機
の回転子拡大図である。
【図7】本発明の他の実施例に係る永久磁石式回転電機
の径方向断面形状を示す図である。
【図8】本発明の他の実施例に係る永久磁石式回転電機
の回転子拡大図である。
【図9】本発明の他の実施例に係る永久磁石式回転電機
の径方向断面形状を示す図である。
【図10】本発明の他の実施例に係る永久磁石式回転電
機の回転子拡大図である。
【図11】本発明の他の実施例に係る永久磁石式回転電
機の径方向断面形状を示す図である。
【図12】本発明の他の実施例に係る永久磁石式回転電
機の回転子拡大図である。
【図13】本発明の他の実施例に係る永久磁石式回転電
機の径方向断面形状を示す図である。
【図14】本発明の他の実施例に係る永久磁石式回転電
機の回転子拡大図である。
【図15】本発明の他の実施例に係る永久磁石式回転電
機の径方向断面形状を示す図である。
【図16】本発明の他の実施例に係る永久磁石式回転電
機の回転子拡大図である。
【図17】本発明の一実施例に係る永久磁石の着磁方法
を示す図である。
【図18】本発明の他の実施例に係る永久磁石の着磁方
法を示す図である。
【図19】比較技術の着磁方法を示す図である。
【符号の説明】
1…固定子、2…固定子鉄心、3…スロット、4…ティ
ース、5…集中巻電機子巻線、6…回転子、7…永久磁
石、8…突起部、9…片部、10…シャフト孔、11…
回転子中心線。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大川 友弘 茨城県日立市東多賀町一丁目1番1号 株 式会社日立製作所電化機器事業部内 (72)発明者 高橋 身佳 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 湧井 真一 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 Fターム(参考) 5H621 BB07 BB10 GA11 HH01 JK03 5H622 AA03 CA02 CA10 CA13 CB04 PP03 QB01

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】固定子鉄心に形成された複数のスロット中
    に電機子巻線を有する固定子と、 回転子鉄心のヨーク部に永久磁石を配置し、該永久磁石
    間に該ヨーク部の一部を突出形成した突起部を有する回
    転子とからなる永久磁石式回転電機であって、 前記永久磁石は、該永久磁石の前記回転子からの中心線
    と平行な着磁方向を有し、前記電機子巻線が集中巻であ
    ることを特徴とする永久磁石式回転電機。
  2. 【請求項2】固定子鉄心に形成された複数のスロット中
    に電機子巻線を有する固定子と、 回転子鉄心のヨーク部に永久磁石を配置し、該永久磁石
    間に該ヨーク部の一部を突出形成した突起部を有する回
    転子とからなる永久磁石式回転電機であって、 前記永久磁石は、該永久磁石の前記回転子からの中心線
    に集まる着磁方向を有し、前記電機子巻線が集中巻であ
    ることを特徴とする永久磁石式回転電機。
  3. 【請求項3】固定子鉄心に形成された複数のスロット中
    に電機子巻線を有する固定子と、 回転子鉄心のヨーク部に等間隔に永久磁石を配置し、該
    永久磁石間に該ヨーク部の一部を突出形成した突起部を
    有する回転子とからなる永久磁石式回転電機であって、 前記永久磁石は、該永久磁石の前記回転子からの中心線
    と平行な着磁方向を有し、前記電機子巻線が集中巻で構
    成されていることを特徴とする永久磁石式回転電機。
  4. 【請求項4】固定子鉄心に形成された複数のスロット中
    に電機子巻線を有する固定子と、 回転子鉄心のヨーク部に等間隔に永久磁石を配置し、該
    永久磁石間に該ヨーク部の一部を突出形成した突起部を
    有する回転子とからなる永久磁石式回転電機であって、 前記永久磁石は、該永久磁石の前記回転子からの中心線
    に集まる極配向着磁を有し、前記電機子巻線が集中巻で
    構成されていることを特徴とする永久磁石式回転電機。
  5. 【請求項5】請求項1乃至請求項4のいずれかにおい
    て、前記永久磁石の内周側はアーク状形状であり、該永
    久磁石の外周側はアーク状形状で、かつ前記固定子と前
    記回転子間のギャップを不等ギャップであることを特徴
    とする永久磁石式回転電機。
  6. 【請求項6】請求項1乃至請求項4のいずれかにおい
    て、前記永久磁石の最大外径が前記突起部の最大外径よ
    り大きいことを特徴とする永久磁石式回転電機。
  7. 【請求項7】請求項1乃至請求項7のいずれかにおい
    て、前記突起部の周方向幅を径方向に対して同一にした
    ことを特徴とする永久磁石式回転電機。
  8. 【請求項8】請求項1乃至請求項7のいずれかにおい
    て、前記突起部の最外周側で周方向に伸びる片部を流線
    形にしたことを特徴とする永久磁石式回転電機。
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