JP3818338B2 - Permanent magnet motor - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
発明はコンプレッサ等に用いるインナーロータ型の永久磁石形モータに係り、特に詳しくはモータのリラクタンストルクを有効利用して高効率化を図る永久磁石形モータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
この種の永久磁石形モータのインナーロータ構成はロータコアに永久磁石を埋設してなり、例えば図5や図6に示すものが提案されている。図5に示すように、24スロットのステータコア1内のロータコア2は、当該永久磁石形モータの極数(4極)分だけ板状の永久磁石3が外径に沿って円周方向に配置され、かつそれら隣接する永久磁石3の間にフラックスバリア4が形成されている。なお、5は中心孔(シャフト用の孔)である。
【0003】
ここで、永久磁石3による空隙部(ステータコア1の歯と永久磁石3との間)の磁束分布が正弦波状になっているものとすると、永久磁石形モータのトルクTはT=Pn{Φa・Ia・cosβ−0.5(Ld−Lq)・I・sin2β}で表される。なお、Tは出力トルク、Φaはd,q座標軸上の永久磁石による電機子鎖交磁束、Ld,Lqはd,q軸インダクタンス、Iaはd,q座標軸上の電機子電流の振幅、βはd,q座標軸上の電機子電流のq軸からの進み角、Pnは極対数である。
【0004】
前記数式において、第1項は永久磁石3によるマグネットトルクであり、第2の2項はd軸インダクタンスと軸インダクタンスとの差によって生じるリラクタンストルクである。詳しくは、T.IEE Japan,Vol.117―D,No7,1997の論文を参照されたい。また、図6に示すロータコア2は図5に示す永久磁石3と異なる形状の永久磁石6を有する構成になっているが、前記数式の適用は明かである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記永久磁石形モータにおいては、q軸の磁路に永久磁石3,が存在し、またフラックスバリア4が存在することにより、q軸インダクタンスLqが小さくなってしまう。その結果、前記数式の(Lq−Ld)の値が小さく、つまりリラクタンストルクが小さく、モータのトータルトルクが小さくなってしまうという欠点があった。
【0006】
そこで、q軸インダクタンスLqを大きくするために、モータの1極当りの永久磁石の数を多くし、つまり多層埋込磁石構造とすることが提案されている。詳しくは前記した論文を参照されたい。しかし、磁極毎の永久磁石を多層とするために、部品点数の増加や製造の複雑化により高コスト化が避けられないという問題点がある。
【0007】
発明は前記課題に鑑みなされたものであり、その目的は1極当りの磁石数を増加することなく、q軸のインダクタンスを大きくすることができ、ひいてはリラクタンストルクを大きくすることができ、モータの効率向上を図ることができるようにした永久磁石形モータを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、発明は、ステータコア内に磁石埋込型界磁鉄心(ロータコア)を配置してなる永久磁石形モータにおいて、前記ロータコアには同軸的に連結される第1および第2の2つのコアが含まれ、当該永久磁石形モータの極数が2P極(P;正の整数)であるとして、前記第1コアには、それぞれコア外周側がS極に着磁されたP個の第1永久磁石がコア外周に沿って均等な間隔で埋設されるとともに、上記第1永久磁石の間で回転方向にπ/Pずらされた位置にフラックスバリア用の第1孔がP個形成され、前記第2コアには、それぞれコア外周側がN極に着磁されたP個の第2永久磁石がコア外周に沿って均等な間隔で埋設されるとともに、上記第2永久磁石の間で回転方向にπ/Pずらされた位置にフラックスバリア用の第2孔がP個形成され、前記第1永久磁石と前記第2孔とが相対し、前記第2永久磁石と前記第1孔とが相対する状態で、前記前記第1コアと前記第2コアとが同軸的に連結されていることを特徴としている。
【0009】
この場合、前記第1コアと第2コアとを重ね合わせてインナーコアを構成する際、前記第1孔が前記第2永久磁石を埋設するための形状孔に包含され、前記第2孔が前記第1永久磁石を埋設するための形状孔に包含されるようにすることが好ましい。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を図1ないし図4を参照して詳しく説明する。発明の永久磁石形モータは、インナーロータコアを同極の永久磁石を埋設した複数のコアで構成し、各コアにフラックスバリア用の孔を形成することによりq軸のインダクタンスが大きくなり、また複数コアによりマグネットトルクとリラクタンストルクとの比が選定可能となることに着目したものである。
【0011】
そのために、例えば図1ないし図3に示すように、この永久磁石形モータのロータコア(磁石埋込型界磁鉄心)10は、同極(例えばS極)永久磁石11およびフラックスバリア用の孔12をそれぞれ2つ有する第1のコア(鉄心)13と、永久磁石11と異なる同極(N極)の永久磁石14およびフラックスバリア用の孔15をそれぞれ2つ有する第2のコア(鉄心)16とからなる。なお、第1のコア1と第2のコア1との比は1:1にするとよい。また、17はコアの中心孔(シャフト用孔)である。
【0012】
具体的に説明すると、第1のコア13は、同極(S極)の永久磁石11をπ回転させた位置に埋設し、各永久磁石11をπ/回転させた位置(N極に対応する位置)に孔12を形成する。なお、永久磁石11および孔12の形状はコアの外径に対して逆円弧状とし、また孔12を永久磁石11より小さくするとよい。
【0013】
同様に、第2のコア16は、同極(N極)の永久磁石14をπ回転させた位置に埋設し、各永久磁石14をπ/回転させた位置に孔15を形成する。また、永久磁石14および孔15の形状は前記永久磁石11および孔12と同じく、コアの外径に対して逆円弧状とし、また孔15を永久磁石14より小さくするとよい。
【0014】
そして、図1および図4に示すように、前記永久磁石11,14を収納した第1および第2のコア13,16をπ/2回転させた形で重ね合わせ、d軸およびq軸を一致させる。すると、永久磁石11と孔15とが相対した位置となり、永久磁石14と孔12とが相対した位置となり、孔12は永久磁石14の形状に包含され、孔15は永久磁石11の形状に包含される。つまり、第1および第2のコア13,16のスリットを形成する際、面積の小さい方のスリットが相対する大きい方のスリットに全て包含される。
【0015】
なお、第1および第2のコア13,16の永久磁石11,14はそれぞれ2つであるが、2P極(P;正の整数)のモータにも適用可能である。この場合、2P極のうち同極(S極またはN極)のP個には永久磁石を埋め込み、残りの異極のP個にはフラックスバリア用の小さい孔を形成する。そして、各コアを2π/2P(4極であればπ/2)ずらして重ね合わせて組み立てればよい。なお、ステータコアの巻線としてはその2P極の磁極に合わせて施すことになる。
【0016】
図4に示すロータ構成図を参照してインダクタンスについて説明する。なお、24スロットのステータコア18には三相(U相、V相およびW相)の電機子巻線が施されているが、スロット数や電機子巻線が異なっていてもよい。また、ステータコア18において、例えば外径側の巻線をU相、内径側の巻線をW相、その中間の巻線をV相としている。
【0017】
前記第1および第2のコア13,16により、ステータコア1からの磁束が内部に入り込み易くなるためq軸インダクタンスLqが大きくなり、ひいてはインダクタンスの差(Lq−Ld)が大きくなり、リラクタンストルクが大きなる。すなわち、第1および第2のコア13,16には永久磁石のないカ所があるからである。
【0018】
また、第1のコア13の孔12を第2のコア16の永久磁石14に平行とし、第2のコアの孔15を第1のコア13の永久磁石11に平行としていることから、フラックスバリア効果が有効に発揮される。また、インダクタンスの差(Lq−Ld)を大きくするために、例えばその孔12をロータの外径側に寄せるとよい。
【0019】
さらに、永久磁石11,14を大きくするとともに、その孔12,15を大きくすれば、マグネットトルクを大きくすることができるだけなく、インダクタンスの差(Lq−Ld)をさらに大きくすることができる。
【0020】
このように、第1のおよび第2のコア13,16に、それぞれ同極(S極またはN極)の永久磁石11,14を埋設するとともに、永久磁石11,14に相対してフラックスバリア用の孔12,15を設けたので、1極当りの永久磁石11,14が1つで済むために、コストアップにならず、またq軸インダクタンスLqを大きくすることができ、ひいてはリラクタンストルクを大きくすることができ、高効率のモータを得ることができるようになる。
【0021】
ところで、前記ロータコア10は、電磁鋼板をプレスで打ち抜いて積層し、永久磁石11,14を埋めて着磁することになるが、そのプレスの際に前記永久磁石11,14の形状孔、孔12,15および中心孔(シャフト用の孔)17を打ち抜けばよい。この場合、前述したように、永久磁石11のスリットに孔15のスリットを包含し、永久磁石15のスリットに孔12のスリットを包含するようにしていることから、プレス製造上のコストが従来と変わらず、つまり製造能率を落とすことなく、コストアップにならずに済む。 また、前述した永久磁石11,14を収納して固定し(埋設し)、着磁したロータコアを組み込んでブラシレスDCモータとし、空気調和機の圧縮機モータ等として利用すれば、コストをアップすることなく、空気調和機の性能アップ(運転効率の上昇、振動や騒音の低下)を図ることができる。
【0022】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、インナーロータコアを第1および第2のコアで構成し、第1のコアには前記永久磁石形モータの2P極(P;正の整数)のうち同極(S極)となる永久磁石をP個だけ埋設し、かつ該極と異なる極(N極)の位置に孔をP個形成し、前記第2のコアには同極(N極)となる永久磁石をPだけ埋設し、かつ該極と異なる極(S極)の位置に孔をP個形成し、前記第1および第2のコアを重ねるようにしたので、1極当りの磁石数を増加せずに、つまりコストアップにならずに済み、第1および第2のコアには異極の永久磁石がないために、q軸のインダクタンスを大きくすることができ、ひいてはリラクタンストルクを大きくすることができ、モータの効率向上を図ることができるという効果がある。
【0023】
また、前記第1および第2のコアの孔を前記永久磁石の形状孔に包含するようにしたので、請求項1の効果に加え、前記孔が永久磁石の形状に包含されることから、コアの打ち抜き積層が容易であり、つまり当該モータの製造コストアップにならずに済むという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 発明の実施の一形態を示す永久磁石形モータのインナーロータの概略的縦断面図。
【図2】 図1に示すインナーロータの概略的部分横断面図。
【図3】 図1に示すインナーロータの概略的部分横断面図。
【図4】 図1に示すインナーロータを有する永久磁石モータの概略的平面図。
【図5】 従来の永久磁石形モータロータの概略的平面図。
【図6】 従来の永久磁石形モータロータの概略的平面図。
【符号の説明】
10 ロータコア(磁石埋込型界磁鉄心)
11,14 永久磁石
12,15 孔(フラックスバリア用)
13 第1のコア
16 第2のコア
17 中心孔(シャフト用孔)
18 ステータコア
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an inner rotor type permanent magnet motor used in the compressor or the like, especially particularly, to a permanent magnet motor by effectively utilizing the reluctance torque of the motor achieve high efficiency.
[0002]
[Prior art]
An inner rotor configuration of this type of permanent magnet motor is formed by embedding a permanent magnet in a rotor core, and for example, those shown in FIGS. 5 and 6 have been proposed. As shown in FIG. 5, the rotor core 2 in the 24-slot stator core 1 has plate-like permanent magnets 3 arranged in the circumferential direction along the outer diameter corresponding to the number of poles (four poles) of the permanent magnet motor. A flux barrier 4 is formed between the adjacent permanent magnets 3. In addition, 5 is a center hole (hole for shafts).
[0003]
Here, assuming that the magnetic flux distribution in the gap portion between the permanent magnet 3 (between the teeth of the stator core 1 and the permanent magnet 3) is sinusoidal, the torque T of the permanent magnet motor is T = Pn {Φa · Ia · cos β-0.5 (Ld−Lq) · I 2 · sin 2β}. T is the output torque, Φa is the armature flux linkage by the permanent magnets on the d and q coordinate axes, Ld and Lq are d and q axis inductances, Ia is the amplitude of the armature current on the d and q coordinate axes, and β is The advance angle of the armature current on the d and q coordinate axes from the q axis, Pn, is the number of pole pairs.
[0004]
In the above formula, the first term is the magnet torque generated by the permanent magnet 3, and the second two terms are the reluctance torque generated by the difference between the d-axis inductance and the q- axis inductance. For details, see T.W. IEEE Japan, Vol. See 117-D, No. 7, 1997. Moreover, although the rotor core 2 shown in FIG. 6 has the structure which has the permanent magnet 6 of a different shape from the permanent magnet 3 shown in FIG. 5, application of the said numerical formula is clear.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the permanent magnet motor, since the permanent magnets 3 and 6 exist in the q-axis magnetic path and the flux barrier 4 exists, the q-axis inductance Lq becomes small. As a result, the value of (Lq−Ld) in the above formula is small, that is, the reluctance torque is small and the total torque of the motor is small.
[0006]
Therefore, in order to increase the q-axis inductance Lq, it has been proposed to increase the number of permanent magnets per pole of the motor, that is, a multilayer embedded magnet structure. For details, please refer to the paper mentioned above. However, since the permanent magnets for each magnetic pole are multi-layered, there is a problem that the increase in the number of parts and the complexity of the manufacturing cannot be avoided.
[0007]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object without increasing the number of magnets per one pole, it is possible to increase the inductance of the q-axis, it can be increased and thus the reluctance torque, An object of the present invention is to provide a permanent magnet type motor capable of improving the efficiency of the motor.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a permanent magnet motor in which a magnet embedded field core (rotor core) is disposed in a stator core. 2 and the number of poles of the permanent magnet type motor is 2P poles (P; positive integer), the first core has a P with its core outer periphery magnetized to S poles. The first permanent magnets are embedded at equal intervals along the outer periphery of the core, and there are P first flux barrier holes at positions shifted by π / P in the rotational direction between the first permanent magnets. In the second core, P second permanent magnets each having a core outer peripheral side magnetized with an N pole are embedded along the outer periphery of the core at equal intervals, and between the second permanent magnets. At the position shifted by π / P in the rotational direction. P holes are formed for the first core, the first permanent magnet and the second hole are opposed to each other, and the second permanent magnet and the first hole are opposed to each other. The second core is coaxially connected .
[0009]
In this case, when forming the first core and the second core and superposed with the inner core, is included in the shape hole for the first hole is embedded second permanent magnet, said second hole Is preferably included in the shape hole for embedding the first permanent magnet.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. In the permanent magnet type motor of the present invention, the inner rotor core is composed of a plurality of cores in which permanent magnets of the same polarity are embedded, and by forming a flux barrier hole in each core, the q-axis inductance increases, It is noted that the ratio of the magnet torque and the reluctance torque can be selected by the core.
[0011]
Therefore, for example, as shown in FIGS. 1 to 3, the rotor core (embedded magnet field core) 10 of this permanent magnet type motor has a permanent magnet 11 of the same polarity (for example, S pole) and a hole for a flux barrier. First core (iron core) 13 having two each 12, a second magnet (iron core) having two permanent magnets 14 having the same polarity (N pole) different from permanent magnet 11 and two holes 15 for flux barrier 16 The ratio of the first core 1 3 and the second core 1 6 1: better to 1. Reference numeral 17 denotes a core central hole (shaft hole).
[0012]
More specifically, the first core 13 is embedded in a position obtained by rotating the same-polarity (S-pole) permanent magnet 11 by π rotation, and each permanent magnet 11 is rotated by π / 2 (corresponding to the N-pole). Hole 12 is formed at a position where the The shape of the permanent magnet 11 and the hole 12 is preferably a reverse arc with respect to the outer diameter of the core, and the hole 12 is preferably smaller than the permanent magnet 11.
[0013]
Similarly, the second core 16 is embedded in a position obtained by rotating the same-polarity (N-pole) permanent magnet 14 by π rotation, and the hole 15 is formed at a position obtained by rotating each permanent magnet 14 by π / 2 . The shape of the permanent magnet 14 and the hole 15, the same Ku as the permanent magnet 11 and the hole 12, may be a reverse arc shape to the outer diameter of the core, also reducing the hole 15 from the permanent magnet 14.
[0014]
Then, as shown in FIGS. 1 and 4, the first and second cores 13 and 16 containing the permanent magnets 11 and 14 are overlapped in a form rotated by π / 2, and the d axis and the q axis coincide with each other. Let As a result, the permanent magnet 11 and the hole 15 are opposed to each other, the permanent magnet 14 and the hole 12 are opposed to each other, the hole 12 is included in the shape of the permanent magnet 14, and the hole 15 is included in the shape of the permanent magnet 11. Is done. That is, when the slits of the first and second cores 13 and 16 are formed, the smaller area slits are all included in the larger larger slit.
[0015]
The first and second cores 13 and 16 have two permanent magnets 11 and 14, respectively, but can be applied to a motor having 2P poles (P: positive integer). In this case, permanent magnets are embedded in P pieces of the same polarity (S pole or N pole) out of the 2P poles, and small holes for flux barriers are formed in the remaining P pieces of different poles. Then, the cores may be assembled by shifting each core by 2π / 2P (π / 2 for 4 poles). The winding of the stator core is applied in accordance with the 2P pole.
[0016]
The inductance will be described with reference to the rotor configuration diagram shown in FIG. The 24-slot stator core 18 is provided with three-phase (U-phase, V-phase and W-phase) armature windings, but the number of slots and the armature windings may be different. In the stator core 18, for example, the outer diameter side winding is the U phase, the inner diameter side winding is the W phase, and the intermediate winding is the V phase.
[0017]
The first and second cores 13 and 16 make it easier for the magnetic flux from the stator core 18 to enter the interior, so that the q-axis inductance Lq is increased, and the inductance difference (Lq−Ld) is increased, and the reluctance torque is increased. The size rather than made. That is, the first and second cores 13 and 16 have portions without permanent magnets.
[0018]
Since the hole 12 of the first core 13 is parallel to the permanent magnet 14 of the second core 16 and the hole 15 of the second core 13 is parallel to the permanent magnet 11 of the first core 13, the flux barrier The effect is exhibited effectively. In order to increase the difference in inductance (Lq−Ld), for example, the hole 12 may be moved closer to the outer diameter side of the rotor.
[0019]
Furthermore, if the permanent magnets 11 and 14 are enlarged and the holes 12 and 15 are enlarged , not only the magnet torque can be increased , but also the difference in inductance (Lq−Ld) can be further increased.
[0020]
In this way, the first and second cores 13 and 16 are embedded with permanent magnets 11 and 14 having the same polarity (S pole or N pole), respectively, and for the flux barrier relative to the permanent magnets 11 and 14. The holes 12 and 15 are provided so that only one permanent magnet 11 and 14 per pole is required, so that the cost is not increased, the q-axis inductance Lq can be increased, and the reluctance torque is increased. And a high-efficiency motor can be obtained.
[0021]
By the way, the rotor core 10 is formed by punching and laminating electromagnetic steel plates with a press and filling the permanent magnets 11 and 14 to magnetize them. During the pressing, the shape holes and holes 12 of the permanent magnets 11 and 14 are used. 15 and the center hole (shaft hole) 17. In this case, as described above, the slit of the permanent magnet 11 includes the slit of the hole 15 and the slit of the permanent magnet 15 includes the slit of the hole 12. There is no change, that is, the production efficiency is not lowered, and the cost is not increased. Further, fixed to housing the permanent magnets 11 and 14 described above (embedded), and Deb Rashiresu DC motor incorporating a magnetized rotor core, if used as an air conditioner compressor motor, to increase the cost Therefore, it is possible to improve the performance of the air conditioner (increasing operating efficiency, reducing vibration and noise).
[0022]
【The invention's effect】
As described above , according to the present invention, the inner rotor core is composed of the first and second cores, and the first core has the same 2P poles (P: positive integer) of the permanent magnet motor. Only P permanent magnets to be poles (S poles) are embedded, and P holes are formed at positions of poles (N poles) different from the poles, and the second core has the same pole (N poles). The number of magnets per pole is increased by embedding only the permanent magnet P and forming P holes at positions different from the pole (S pole) and overlapping the first and second cores. In other words, the first and second cores do not have permanent magnets with different polarities, so that the q-axis inductance can be increased and the reluctance torque can be increased. This is advantageous in that the efficiency of the motor can be improved.
[0023]
Further, since the holes of the first and second cores are included in the shape hole of the permanent magnet, in addition to the effect of claim 1, the hole is included in the shape of the permanent magnet. Therefore, there is an effect that the manufacturing cost of the motor is not increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of an inner rotor of a permanent magnet motor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic partial cross-sectional view of the inner rotor shown in FIG.
FIG. 3 is a schematic partial cross-sectional view of the inner rotor shown in FIG. 1;
4 is a schematic plan view of a permanent magnet motor having an inner rotor shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a schematic plan view of a conventional permanent magnet motor rotor.
FIG. 6 is a schematic plan view of a conventional permanent magnet motor rotor.
[Explanation of symbols]
10 Rotor core (embedded magnet field core)
11,14 Permanent magnet 12,15 hole (for flux barrier)
13 1st core 16 2nd core 17 Center hole (hole for shafts)
18 Stator core

Claims (2)

ステータコア内に磁石埋込型界磁鉄心(ロータコア)を配置してなる永久磁石形モータにおいて、
前記ロータコアには同軸的に連結される第1および第2の2つのコアが含まれ、当該永久磁石形モータの極数が2P極(P;正の整数)であるとして、前記第1コアには、それぞれコア外周側がS極に着磁されたP個の第1永久磁石がコア外周に沿って均等な間隔で埋設されるとともに、上記第1永久磁石の間で回転方向にπ/Pずらされた位置にフラックスバリア用の第1孔がP個形成され、
前記第2コアには、それぞれコア外周側がN極に着磁されたP個の第2永久磁石がコア外周に沿って均等な間隔で埋設されるとともに、上記第2永久磁石の間で回転方向にπ/Pずらされた位置にフラックスバリア用の第2孔がP個形成され、
前記第1永久磁石と前記第2孔とが相対し、前記第2永久磁石と前記第1孔とが相対する状態で、前記前記第1コアと前記第2コアとが同軸的に連結されていることを特徴とする永久磁石形モータ。
In a permanent magnet type motor in which an embedded magnet field core (rotor core) is disposed in a stator core ,
The rotor core includes first and second cores that are coaxially connected. The number of poles of the permanent magnet motor is 2P poles (P; a positive integer). The P first permanent magnets whose core outer peripheral side is magnetized to the S pole are embedded at equal intervals along the core outer periphery, and shifted by π / P in the rotational direction between the first permanent magnets. P first holes for the flux barrier are formed at the position,
In the second core, P second permanent magnets each having a core outer peripheral side magnetized with an N pole are embedded at equal intervals along the core outer periphery, and the rotation direction is between the second permanent magnets. P second holes for flux barrier are formed at positions shifted by π / P to
The first core and the second core are coaxially connected in a state where the first permanent magnet and the second hole are opposed to each other, and the second permanent magnet and the first hole are opposed to each other. permanent magnet motor, characterized in that there.
前記第1孔が前記第2永久磁石を埋設するための形状孔に包含され、前記第2孔が前記第1永久磁石を埋設するための形状孔に包含されるようにしたことを特徴とする請求項1記載の永久磁石形モータ。 The first hole is included in a shape hole for embedding the second permanent magnet, and the second hole is included in a shape hole for embedding the first permanent magnet. The permanent magnet motor according to claim 1 .
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