JP4399943B2

JP4399943B2 - Permanent magnet motor

Info

Publication number: JP4399943B2
Application number: JP2000053938A
Authority: JP
Inventors: 孝史鈴木; 憲治成田; 浩之奥寺; 宏治河西
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 2000-02-29
Filing date: 2000-02-29
Publication date: 2010-01-20
Anticipated expiration: 2020-02-29
Also published as: JP2001245460A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は永久磁石電動機に係り、詳しくはステータのコア形状と巻線係数に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、従来の永久磁石電動機のステータコア及びロータの一例を示す断面図、（ｄ）は、巻線の説明図、図５は、従来の永久磁石電動機の一例を示す巻線係数の説明図である。
【０００３】
従来、永久磁石電動機は、ステータコア１の継鉄部２から歯３を等間隔に設け、同歯３の両側にスロット５を形成し、少なくともロータ１０と相対向する前記歯３の先端を除き絶縁し、前記スロット５から次のスロット５の間に巻線２０を巻装し、永久磁石１１を用いたインナーロータ１０とにて構成されていた。
図４（ａ）は、ロ−タ１０が１０極、ステ−タコア１の歯３が９個であり、（ｂ）は、ロ−タ１０が８極、ステ−タコア１の歯３が１２個であり、（ｃ）は、ロ−タ１０が４極、ステ−タコア１の歯３が６個である場合を示す。
このなかで、図４（ａ）は、前記巻線係数が最も大きい。
【０００４】
以下にこの場合の巻線係数について，詳細に説明する。
先ず、巻線係数は、短節巻係数と分布巻係数の積として算出されるもので、トルク性能の良否を評価できる永久磁石電動機のトルク定数と連動する。
前記短節巻係数は、前記ステ−タコア１の等間隔の歯３が９個であるため、角度にして４０°の間隔に位置するので図５の計算式により０．９８４８となる。前記分布巻係数の平均は、前記歯４の中心線と前記ロ−タ１０の極の中心線を合わせて基準点に選び、１相について前記ステ−タコア１の歯３の中心線と前記ロ−タ１０の極の中心線との位相差をθ１、θ２、θ３とするとき各々θ１＝２°、θ２＝６°、θ３＝１０°となるので、図５の計算式により、０．８３１２となる。
そして，この場合の巻線係数は、図５に示されるように、短節巻係数と分布巻係数の積として算出され、０．８１８６の最良の値となる。
【０００５】
しかしながら、巻線係数＝０．８１８６の値は永久磁石電動機として必ずしも十分な値ではなく、更なる数値向上がトルクの増大と効率向上のため望ましい。そして、上述の従来例のように等ピッチの歯３を有するステ−タコア１では、これ以上の巻線係数を大きくするには困難な状況にある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたもので、巻線係数を大きくし銅線の使用量を削減するとともに、トルクを増大し、効率を向上した永久磁石電動機を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、１０極の極数を有する永久磁石を用いたインナーロータと、１２個の歯を有するステータにて構成された永久磁石電動機において、前記ステータの歯を３つのグループに分け、同グループの各々にあっては前記歯の開口部間のピッチを連続した３個の歯の幅は広くし、残りの１個の歯の幅は狭くし、前記広ピッチの歯に、隣同志は極性が異なるように巻線を施し、狭ピッチの歯には巻線を施さず、前記各々のグループに１相分の巻線を施すことにより、全体として３相巻線を施してなるようにする。
【０００８】
そして、前記広ピッチの歯の開口部間ピッチを、３６°±４°の範囲に入るようにする。
【０００９】
また、前記歯には絶縁を施し、集中巻の巻線を施してなるようにする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を実施例に基づき添付図面を参照して詳細に説明する。
図１（ａ）は、本発明による永久磁石電動機のステータコア及びロータの一実施例を示す断面図、（ｂ）は、巻線の説明図、図２は、本発明による永久磁石電動機の一実施例を示す巻線係数の説明図、図３は、本発明による永久磁石電動機の巻線係数の最良範囲を示す説明図である。
【００１１】
図において、１はステータコア、２は継鉄部、３は広ピッチの歯、４は狭ピッチの歯、５は溝、１０はロータ、１１は永久磁石、２０は巻線を示す。
ここで、従来例と同じ部分の符号は同一とする。
【００１２】
まず、この実施例の永久磁石電動機のロ−タ１０について説明すると、永久磁石１１を用いて１０極の極数を有するインナ−ロ−タ１０を設けている。
また、永久磁石電動機のステータは、ステータコア１の継鉄部２から１２個の歯３、４を前記ロ−タ１０に相対向し突設している。
そして、前記歯３、４の先端を除き前記ステータコア１に絶縁を施している。
【００１３】
ここで、前記１２個の歯３、４を３つのグループに分ける。
そして、各々のグループに、開口部間のピッチを連続した３個の広ピッチの歯３の幅は広くし、残りの１個の狭ピッチの歯４の幅は狭くしている。
さらに、前記広ピッチの歯３の開口部間ピッチを、３６°±４°の範囲に入るようにする。
また、前記広ピッチの歯３に、隣同志は極性が異なるように巻線２０を施し、狭ピッチの歯４には巻線２０を施さず、前記各々のグループに１相分の巻線２０を集中巻により施すことにより、全体として３相巻線を施している。
【００１４】
この１相分の巻線２０についてさらに詳しく説明すると、前記広ピッチの歯３の３個について、前記巻線２０を左側の歯３に溝５から次の溝５へ左巻きとすれば、中央の歯３には溝５から次の溝５へ右巻きに、右側の歯３を溝５から次の溝５へ左巻きに各々集中巻している。
あるいは、前記巻線２０を左側の歯３に溝５から次の溝５へ右巻きとすれば、中央の歯３は溝５から次の溝５へ左巻きに、右側の歯３を溝５から次の溝５へ右巻きに各々集中巻するようにしてもよい。
これを３相すべてについて同様に集中巻する。
【００１５】
次に、本発明の作用、効果について説明する。
先ず、図２に示すように、前記巻線係数は、短節巻係数と分布巻係数の積として算出されるもので、トルク性能の良否を評価できる永久磁石電動機のトルク定数と連動する。
前記短節巻係数は、前記ステ−タコア１の広ピッチの歯３が１２個であるため、角度にして３７°の間隔に位置するので図５の計算式により０．９９９となる。
【００１６】
前記分布巻係数の平均は、前記狭ピッチの歯４の中心線と前記ロ−タ１０の極の中心線を合わせて基準点に選び、１相について前記ステ−タコア１の歯３の中心線と前記ロ−タ１０の極の中心線との位相差をθ１、θ２、θ３とするとき各々θ１＝５°、θ２＝６°、θ３＝７°となるので、図５の計算式により、０．８６３８となる。
そして，この場合の巻線係数は、図５に示されるように、短節巻係数と分布巻係数の積として算出され、０．８６３の値となる。
【００１７】
さらに、図３に示すように前記歯３の広ピッチθを角度で一般化して、短節巻係数ｋｐと分布巻係数ｋｄを算出する計算式を導出し、θ＝３２°〜４０°の場合について巻線係数ｋ（θ）を算出し、その表及びグラフを記載した。
この結果、従来の巻線係数の最良の値ｋ（θ）＝０．８１８６を凌ぐ値を得ることができる。
そして、図３から明らかなように、巻線係数ｋ（θ）が０．８１８６を凌ぐ値を得るためには前記広ピッチθは、３６°±４°の範囲に入るようにすることにより実現できる。
この結果、永久磁石電動機の巻線係数を大きくして銅線の使用量を削減するとともに、トルクを増大し、効率を向上することができる。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、１０極の極数を有する永久磁石を用いたインナーロータと、１２個の歯を有するステータにて構成された永久磁石電動機において、前記ステータの歯を３つのグループに分け、同グループの各々にあっては前記歯の開口部間のピッチを連続した３個の歯の幅は広くし、残りの１個の歯の幅は狭くし、前記広ピッチの歯に、隣同志は極性が異なるように巻線を施し、狭ピッチの歯には巻線を施さず、前記各々のグループに１相分の巻線を施すことにより、全体として３相巻線を施してなるようにした。
この結果、巻線係数を大きくして銅線の使用量を削減するとともに、トルクを増大し、効率を向上した永久磁石電動機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ））は、本発明による永久磁石電動機のステータコア及びロータの一実施例を示す断面図、（ｂ）は、巻線の説明図である。
【図２】本発明による永久磁石電動機の一実施例を示す巻線係数の説明図である。
【図３】本発明による永久磁石電動機の巻線係数の最良範囲を示す説明図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、従来の永久磁石電動機のステータコア及びロータの一例を示す断面図、（ｄ）は、巻線の説明図である。
【図５】従来の永久磁石電動機の一例を示す巻線係数の説明図である。
【符号の説明】
１ステータコア
２継鉄部
３広ピッチの歯
４狭ピッチの歯
５溝
１０ロータ
１１永久磁石
２０巻線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a permanent magnet motor, and more particularly to a stator core shape and winding coefficient.
[0002]
[Prior art]
4A, 4B, and 4C are cross-sectional views showing examples of a stator core and a rotor of a conventional permanent magnet motor, FIG. 4D is an explanatory view of windings, and FIG. 5 is a conventional permanent magnet. It is explanatory drawing of the winding coefficient which shows an example of an electric motor.
[0003]
2. Description of the Related Art Conventionally, a permanent magnet motor is provided with teeth 3 from a yoke portion 2 of a stator core 1 at equal intervals, slots 5 are formed on both sides of the teeth 3, and at least the tip of the teeth 3 facing the rotor 10 is insulated. The winding 20 is wound between the slot 5 and the next slot 5, and the inner rotor 10 using the permanent magnet 11 is used.
In FIG. 4A, the rotor 10 has 10 poles and the stator core 1 has 9 teeth 3. FIG. 4B shows the rotor 10 having 8 poles and the stator core 1 teeth 3 of 12. FIG. (C) shows a case where the rotor 10 has four poles and the stator core 1 has six teeth 3.
Among these, FIG. 4A shows the largest winding coefficient.
[0004]
The winding coefficient in this case will be described in detail below.
First, the winding coefficient is calculated as a product of a short-pitch winding coefficient and a distributed winding coefficient, and is linked to a torque constant of a permanent magnet motor that can evaluate the quality of torque performance.
The short winding coefficient is 0.9848 according to the calculation formula of FIG. 5 because the stator core 1 has nine equally spaced teeth 3 and is positioned at an angle of 40 °. For the average of the distributed winding coefficient, the center line of the tooth 4 and the center line of the pole of the rotor 10 are selected as a reference point, and the center line of the tooth 3 of the stator core 1 and the rotor are selected for one phase. When θ1, θ2, and θ3 have phase differences from the pole center line of θ 10, θ1 = 2 °, θ2 = 6 °, and θ3 = 10 °, respectively. It becomes.
Then, as shown in FIG. 5, the winding coefficient in this case is calculated as a product of the short-pitch winding coefficient and the distributed winding coefficient, and is the best value of 0.8186.
[0005]
However, the value of winding coefficient = 0.8186 is not necessarily a sufficient value for a permanent magnet motor, and further numerical improvement is desirable for increasing torque and improving efficiency. Then, in the stator core 1 having the teeth 3 with the equal pitch as in the above-described conventional example, it is difficult to increase the winding coefficient beyond this.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a permanent magnet motor that increases the winding coefficient and reduces the amount of copper wire used, increases the torque, and improves the efficiency. It is said.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in a permanent magnet motor composed of an inner rotor using a permanent magnet having 10 poles and a stator having 12 teeth, the stator teeth are divided into three groups. In each of the groups, the width of three consecutive teeth between the opening portions of the teeth is widened, the width of the remaining one tooth is narrowed, and the wide pitch teeth are Neighbors apply windings with different polarities, do not apply windings to narrow-pitch teeth, and apply one-phase windings to each group, so that three-phase windings are applied as a whole. To be.
[0008]
The pitch between the openings of the wide pitch teeth is set in a range of 36 ° ± 4 °.
[0009]
The teeth are insulated and concentrated windings are applied.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described in detail based on examples with reference to the accompanying drawings.
1A is a cross-sectional view showing an embodiment of a stator core and a rotor of a permanent magnet motor according to the present invention, FIG. 1B is an explanatory view of windings, and FIG. 2 is an embodiment of a permanent magnet motor according to the present invention. FIG. 3 is an explanatory view showing the best range of the winding coefficient of the permanent magnet motor according to the present invention.
[0011]
In the figure, 1 is a stator core, 2 is a yoke part, 3 is a wide pitch tooth, 4 is a narrow pitch tooth, 5 is a groove, 10 is a rotor, 11 is a permanent magnet, and 20 is a winding.
Here, the same reference numerals are used for the same parts as in the conventional example.
[0012]
First, the rotor 10 of the permanent magnet motor of this embodiment will be described. The inner rotor 10 having the number of poles of 10 poles is provided using the permanent magnet 11.
In the stator of the permanent magnet motor, twelve teeth 3 and 4 are projected from the yoke portion 2 of the stator core 1 so as to face the rotor 10.
The stator core 1 is insulated except for the tips of the teeth 3 and 4.
[0013]
Here, the 12 teeth 3 and 4 are divided into three groups.
In each group, the widths of the three wide pitch teeth 3 in which the pitches between the openings are continuous are widened, and the widths of the remaining one narrow pitch teeth 4 are narrowed.
Further, the pitch between the openings of the wide pitch teeth 3 is set in the range of 36 ° ± 4 °.
Further, the windings 20 are applied to the wide pitch teeth 3 so that the neighbors have different polarities, and the windings 20 are not applied to the narrow pitch teeth 4. By applying concentrated winding, three-phase winding is applied as a whole.
[0014]
The winding 20 for one phase will be described in more detail. If the winding 20 is left-handed from the groove 5 to the next groove 5 on the left tooth 3, the center of the three teeth of the wide pitch 3 The teeth 3 are concentratedly wound from the groove 5 to the next groove 5 in a right-handed manner, and the right tooth 3 is wound from the groove 5 to the next groove 5 in a left-handed manner.
Alternatively, if the winding 20 is wound around the left tooth 3 from the groove 5 to the next groove 5, the central tooth 3 is turned leftward from the groove 5 to the next groove 5, and the right tooth 3 is moved from the groove 5. You may make it carry out concentrated winding each to the next groove | channel 5 right-handedly.
This is concentrated in the same manner for all three phases.
[0015]
Next, functions and effects of the present invention will be described.
First, as shown in FIG. 2, the winding coefficient is calculated as a product of a short-pitch winding coefficient and a distributed winding coefficient, and is linked with a torque constant of a permanent magnet motor that can evaluate the quality of torque performance.
The short winding coefficient is 0.999 according to the calculation formula of FIG. 5 because the stator core 1 has 12 teeth 3 with a wide pitch and is positioned at an angle of 37 °.
[0016]
For the average of the distributed winding coefficient, the center line of the teeth 4 of the stator core 1 is selected for one phase by selecting the center line of the teeth 4 of the narrow pitch and the center line of the pole of the rotor 10 as a reference point. And θ1 = 5 °, θ2 = 6 °, and θ3 = 7 ° when the phase differences between the center line of the rotor 10 and the pole of the rotor 10 are θ1, θ2, and θ3, respectively. 0.8638.
The winding coefficient in this case is calculated as the product of the short-pitch winding coefficient and the distributed winding coefficient as shown in FIG. 5 and has a value of 0.863.
[0017]
Furthermore, as shown in FIG. 3, the wide pitch θ of the teeth 3 is generalized by angle, and a calculation formula for calculating the short-pitch winding coefficient kp and the distributed winding coefficient kd is derived, and when θ = 32 ° to 40 ° The winding coefficient k (θ) was calculated for and the table and graph were described.
As a result, a value exceeding the best value k (θ) = 0.8186 of the conventional winding coefficient can be obtained.
As is apparent from FIG. 3, in order to obtain a value where the winding coefficient k (θ) exceeds 0.8186, the wide pitch θ is realized by being in the range of 36 ° ± 4 °. it can.
As a result, it is possible to increase the winding coefficient of the permanent magnet motor and reduce the amount of copper wire used, increase the torque, and improve the efficiency.
[0018]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, in the permanent magnet motor constituted by the inner rotor using the permanent magnet having the number of poles of 10 poles and the stator having 12 teeth, the teeth of the stator are divided into three groups. In each of the groups, the width of the three consecutive teeth is widened while the width of the remaining one tooth is narrowed, and the wide pitch teeth are formed. The neighbors apply windings with different polarities, do not apply windings to narrow-pitch teeth, and apply one-phase windings to each of the groups, so that three-phase windings are applied as a whole. It was made to become.
As a result, it is possible to provide a permanent magnet motor that increases the winding coefficient to reduce the amount of copper wire used, increases the torque, and improves the efficiency.
[Brief description of the drawings]
1A is a cross-sectional view showing an embodiment of a stator core and a rotor of a permanent magnet motor according to the present invention, and FIG. 1B is an explanatory view of windings;
FIG. 2 is an explanatory diagram of winding coefficients showing an embodiment of a permanent magnet motor according to the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the best range of winding coefficient of a permanent magnet motor according to the present invention.
4A, 4B, and 4C are cross-sectional views showing examples of a stator core and a rotor of a conventional permanent magnet motor, and FIG. 4D is an explanatory view of windings.
FIG. 5 is an explanatory diagram of winding coefficients showing an example of a conventional permanent magnet motor.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Stator core 2 yoke part 3 wide pitch tooth 4 narrow pitch tooth 5 groove 10 rotor 11 permanent magnet 20 winding

Claims

１０極の極数を有する永久磁石を用いたインナーロータと、１２個の歯を有するステータにて構成された永久磁石電動機において、
前記ステータの歯を３つのグループに分け、同グループの各々にあっては前記歯の開口部間のピッチを連続した３個の歯の幅は広くし、残りの１個の歯の幅は狭くし、前記広ピッチの歯に、隣同志は極性が異なるように巻線を施し、狭ピッチの歯には巻線を施さず、前記各々のグループに１相分の巻線を施すことにより、全体として３相巻線を施すと共に、
前記広ピッチの歯の開口部間ピッチを、３６°±４°の範囲に入るようにしたことを特徴とする永久磁石電動機。 In a permanent magnet motor composed of an inner rotor using a permanent magnet having 10 poles and a stator having 12 teeth,
The stator teeth are divided into three groups, and in each of the groups, the width of the three consecutive teeth is wide and the width of the remaining one tooth is narrow. Then, the teeth of the wide pitch are wound so that the neighbors have different polarities, the teeth of the narrow pitch are not wound, and a winding for one phase is applied to each group, As a whole, three-phase winding is applied,
A permanent magnet motor characterized in that the pitch between the openings of the wide pitch teeth falls within a range of 36 ° ± 4 °.

前記歯には絶縁を施し、集中巻の巻線を施してなることを特徴とする請求項１記載の永久磁石電動機。2. The permanent magnet motor according to claim 1, wherein the teeth are insulated and concentrated windings are applied.