JP4762243B2 - 永久磁石同期機 - Google Patents
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Description
a)永久磁石の極ピッチに関して1よりも小さい極被覆の形態の第1抑制手段と、
b)1つの極の永久磁石の第1の段階付又は永久磁石の第1の傾斜付又はスロットの第1の傾斜付の形態の第2抑制手段と、
c)1つの極の永久磁石の第2の段階付又は永久磁石の第2の傾斜付又はスロットの第2の傾斜付の形態の第3抑制手段とを備えた永久磁石同期機である。
さらに詳細には、本発明の永久磁石同期機は、スロットが設けられた固定子と、磁極を形成する複数の永久磁石が回転周方向に配列形成された回転子とを有する永久磁石同期機であって、前記回転子の回転方向における、前記永久磁石の極ピッチ(τ)に対する回転周方向寸法の比である極被覆(x)を1未満に設定することで当該永久磁石同期機における空隙磁界内の少なくとも1種類の高調波を抑制して当該高調波に起因したトルクリップルを抑制する第1のトルクリップル抑制手段を、前記回転子または前記永久磁石のいずれか一方に施し、当該永久磁石同期機における空隙磁界内の前記1種類の高調波とは異なった種類の高調波およびコギングのうちの少なくともいずれか1種類を抑制するための、第1の傾き角を前記回転子の回転周方向での偏角として前記永久磁石または前記スロットに付与して前記永久磁石の外形または前記スロットの外形を前記回転子の回転軸方向に対して傾いた平行四辺形の形状とする第1の傾斜付、もしくは前記永久磁石または前記スロットを前記回転子の回転軸方向に分断された複数の個片からなるものとすると共に隣り合う当該各個片同士を前記回転子の回転周方向に第1の段階角ずつ相対的にずらして段階状に配置する第1の段階付を、第2のトルクリップル抑制手段として、前記永久磁石または前記スロットのいずれか一方に施し、前記第1のトルクリップル抑制手段および前記第2のトルクリップル抑制手段のいずれでも抑制の対象としていない、前記1種類とは別の種類の高調波またはコギングを抑制するための、第2の傾き角を前記回転子の回転周方向での偏角として前記永久磁石または前記スロットに付与して前記永久磁石の外形または前記スロットの外形を前記回転子の回転軸方向に対して傾いた平行四辺形の形状とする第2の傾斜付、もしくは前記永久磁石または前記スロットを前記回転子の回転軸方向に分断された複数の個片からなるものとすると共に隣り合う当該各個片同士を前記回転子の回転周方向に第2の段階角ずつ相対的にずらして段階状に配置する第2の段階付を、第3のトルクリップル抑制手段として、前記永久磁石または前記スロットのいずれか一方に施し、かつ前記第1の傾斜付の傾斜角(αSch1)を、
αSch1=(i×360°)/(k×p)、
もしくは前記第1の段階付の段階角(αSt1)を、
αSt1=(i×180°)/(k×p)
(ここに、上式において、iは零よりも大きい任意の自然数、kは当該永久磁石同期機における抑制対象の高調波の次数、pは極対数)
なる数式で示される角度に設定し、かつ前記第2の傾斜付の傾斜角(αSch2)もしくは前記第2の段階付の段階角(αSt2)を、
αSch2=αSt2=(i×360°)/(m(kgV(n、2×p)))
(ここに、上式における、iは零よりも大きい任意の自然数、mは前記永久磁石の磁石数、kgVは()内の変数に関する最小公倍数を求める関数、nは前記固定子における前記スロットのスロット数、pは極対数)
なる数式で示される角度に設定してなることを特徴としている。
そして、特に、上記の高調波としては、第5高調波および第7高調波とすることが、極めて有効である。すなわち、本発明の永久磁石同期機は、スロットが設けられた固定子と、磁極を形成する複数の永久磁石が回転周方向に配列形成された回転子とを有する永久磁石同期機であって、前記回転子の回転方向における、前記永久磁石の極ピッチ(τ)に対する回転周方向寸法の比である極被覆(x)を1未満に設定することで当該永久磁石同期機における空隙磁界内の第5高調波および第7高調波のうちのいずれか1種類を抑制してトルクリップルを抑制する第1のトルクリップル抑制手段を、前記回転子または前記永久磁石のいずれか一方に施し、当該永久磁石同期機における空隙磁界内の第5高調波および第7高調波ならびにコギングのうちの少なくともいずれか1種類であって前記第1のトルクリップル抑制手段が抑制の対象としていない1種類を抑制するための、第1の傾き角を前記回転子の回転周方向での偏角として前記永久磁石または前記スロットに付与して前記永久磁石の外形または前記スロットの外形を前記回転子の回転軸方向に対して傾いた平行四辺形の形状とする第1の傾斜付、もしくは前記永久磁石または前記スロットを前記回転子の回転軸方向に分断された複数の個片からなるものとすると共に隣り合う当該各個片同士を前記回転子の回転周方向に第1の段階角ずつ相対的にずらして段階状に配置する第1の段階付を、第2のトルクリップル抑制手段として、前記永久磁石または前記スロットのいずれか一方に施し、当該永久磁石同期機における空隙磁界内の第5高調波および第7高調波ならびにコギングのうちの、前記第1のトルクリップル抑制手段および前記第2のトルクリップル抑制手段のいずれでも抑制の対象としていない、残りの1種類を抑制するための、第2の傾き角を前記回転子の回転周方向での偏角として前記永久磁石または前記スロットに付与して前記永久磁石の外形または前記スロットの外形を前記回転子の回転軸方向に対して傾いた平行四辺形の形状とする第2の傾斜付、もしくは前記永久磁石または前記スロットを前記回転子の回転軸方向に分断された複数の個片からなるものとすると共に隣り合う当該各個片同士を前記回転子の回転周方向に第2の段階角ずつ相対的にずらして段階状に配置する第2の段階付を、第3のトルクリップル抑制手段として、前記永久磁石または前記スロットのいずれか一方に施してなることを特徴としている。
αSch1=(i×360°)/(k×p) (1)
に従って計算され、式中、iは任意の自然数、kは抑制すべき高調波の次数である。本実施例では第7高調波を抑制する。即ちkは値7となる。i=1、p=4として第1の傾斜角αSch1は12.86°となる。
αSch2=(i×360°)/(kgV(n、2×p)) (2)
に従って計算され、第2段階角αSt2は、
αSt2=(i×360°)/(m(kgV(n、2×p))) (3)
に従い計算される。mは1つの磁極10の内部に段階配置される永久磁石9の数である。
すなわち、図3に示したように、上記の構成は、表現の仕方を変えて記述するならば、1つの磁極19を形成する全ての永久磁石20〜29の各個片を、当該磁極19の回転軸方向4に沿って1つおきに第1のグルーフと第2のグループとに分類して、当該磁極19の回転軸方向4において第1のグルーフに属する個片25、26、27、28、29(斜線を付して示してある)と第2のグループに属する個片20、21、22、23、24とが交互に(いわゆる1つおきに)順繰りに並ぶようにし、第1のグルーフに属する個片25、26、27、28、29には、第1の段階付として第1の段階角αSt1を付与すると共に、第2のグループに属する個片20、21、22、23、24には、第2の段階付として、第1の段階角αSt1とは異なった角度に設定された第2の段階角αSt2を付与して、前記第1の段階付と前記第2の段階付とを含んだ二重段階付としたものになっている。
ここに、第1段階角αSt1は、式:
αSt1=(i×180°)/(k×p) (4)
に従って算出し、第2段階角αSt2は前述の式(3)に従って算出する。
ここで、i=1、極対数p=4、抑制すべき高調波の次数k=7、磁石数m=5、スロット数n=12とすると、第1段階角αSt1は6.43°、第2段階角αSt2は3°となる。この場合、第1段階角αSt1は第7高調波に作用し、第2段階角αSt2はコギングに作用し、かつ、図3には示していないが、極被覆x=4/5は第5高調波に作用する。その結果、トルクリップルをこの永久磁石同期機全体として著しく減少させることが可能となる。
αSch3=360°/(k×4×p) (5)
に従って計算し、第2の傾斜角αSch4は
αSch4=αSch2−αSch3 (6)
に従い計算する。その際、式(2)による他の傾斜角αSch2を基礎とする。第1、第3磁石部分領域40、42は回転軸線4の方向で各々
l1=(1/2)×lG×(αSch3/αSch2) (7)
の部分領域長l1を有する。式中、lGは回転軸線4の方向における永久磁石39の総長である。第2磁石部分領域41の部分領域長l2は
l2=lG−2×l1である。 (8)
この実施例による二重傾斜付により、高調波およびコギングの影響を阻止できる。
Claims (10)
- スロットが設けられた固定子と、磁極を形成する複数の永久磁石が回転周方向に配列形成された回転子とを有する永久磁石同期機であって、
前記回転子の回転方向における、前記永久磁石の極ピッチ(τ)に対する回転周方向寸法の比である極被覆(x)を1未満に設定することで当該永久磁石同期機における空隙磁界内の少なくとも1種類の高調波を抑制して当該高調波に起因したトルクリップルを抑制する第1のトルクリップル抑制手段を、前記回転子または前記永久磁石のいずれか一方に施し、
当該永久磁石同期機における空隙磁界内の前記1種類の高調波とは異なった種類の高調波およびコギングのうちの少なくともいずれか1種類を抑制するための、第1の傾き角を前記回転子の回転周方向での偏角として前記永久磁石または前記スロットに付与して前記永久磁石の外形または前記スロットの外形を前記回転子の回転軸方向に対して傾いた平行四辺形の形状とする第1の傾斜付、もしくは前記永久磁石または前記スロットを前記回転子の回転軸方向に分断された複数の個片からなるものとすると共に隣り合う当該各個片同士を前記回転子の回転周方向に第1の段階角ずつ相対的にずらして段階状に配置する第1の段階付を、第2のトルクリップル抑制手段として、前記永久磁石または前記スロットのいずれか一方に施し、
前記第1のトルクリップル抑制手段および前記第2のトルクリップル抑制手段のいずれでも抑制の対象としていない、前記1種類とは別の種類の高調波またはコギングを抑制するための、第2の傾き角を前記回転子の回転周方向での偏角として前記永久磁石または前記スロットに付与して前記永久磁石の外形または前記スロットの外形を前記回転子の回転軸方向に対して傾いた平行四辺形の形状とする第2の傾斜付、もしくは前記永久磁石または前記スロットを前記回転子の回転軸方向に分断された複数の個片からなるものとすると共に隣り合う当該各個片同士を前記回転子の回転周方向に第2の段階角ずつ相対的にずらして段階状に配置する第2の段階付を、第3のトルクリップル抑制手段として、前記永久磁石または前記スロットのいずれか一方に施し、
かつ前記第1の傾斜付の傾斜角(αSch1)を、
αSch1=(i×360°)/(k×p)、
もしくは前記第1の段階付の段階角(αSt1)を、
αSt1=(i×180°)/(k×p)
(ここに、上式において、iは零よりも大きい任意の自然数、kは当該永久磁石同期機における抑制対象の高調波の次数、pは極対数)
なる数式で示される角度に設定し、
かつ前記第2の傾斜付の傾斜角(αSch2)もしくは前記第2の段階付の段階角(αSt2)を、
αSch2=αSt2=(i×360°)/(m(kgV(n、2×p)))
(ここに、上式における、iは零よりも大きい任意の自然数、mは1つの磁極内に配置されて当該1つの磁極を構成している前記永久磁石の磁石数(以下、単に「m」とも記載する)、kgVは()内の変数に関する最小公倍数を求める関数、nは前記固定子における前記スロットのスロット数、pは極対数)
なる数式で示される角度に設定に設定してなる
ことを特徴とする永久磁石同期機。 - 請求項1記載の、スロットが設けられた固定子と、磁極を形成する複数の永久磁石が回転周方向に配列形成された回転子とを有する永久磁石同期機において、
前記回転子の回転方向における、前記永久磁石の極ピッチ(τ)に対する回転周方向寸法の比である極被覆(x)を1未満に設定することで当該永久磁石同期機における空隙磁界内の第5高調波および第7高調波のうちのいずれか1種類を抑制してトルクリップルを抑制する第1のトルクリップル抑制手段を、前記回転子または前記永久磁石のいずれか一方に施し、
当該永久磁石同期機における空隙磁界内の第5高調波および第7高調波ならびにコギングのうちの少なくともいずれか1種類であって前記第1のトルクリップル抑制手段が抑制の対象としていない1種類を抑制するための、第1の傾き角を前記回転子の回転周方向での偏角として前記永久磁石または前記スロットに付与して前記永久磁石の外形または前記スロットの外形を前記回転子の回転軸方向に対して傾いた平行四辺形の形状とする第1の傾斜付、もしくは前記永久磁石または前記スロットを前記回転子の回転軸方向に分断された複数の個片からなるものとすると共に隣り合う当該各個片同士を前記回転子の回転周方向に第1の段階角ずつ相対的にずらして段階状に配置する第1の段階付を、第2のトルクリップル抑制手段として、前記永久磁石または前記スロットのいずれか一方に施し、
当該永久磁石同期機における空隙磁界内の第5高調波および第7高調波ならびにコギングのうちの、前記第1のトルクリップル抑制手段および前記第2のトルクリップル抑制手段のいずれでも抑制の対象としていない、残りの1種類を抑制するための、第2の傾き角を前記回転子の回転周方向での偏角として前記永久磁石または前記スロットに付与して前記永久磁石の外形または前記スロットの外形を前記回転子の回転軸方向に対して傾いた平行四辺形の形状とする第2の傾斜付、もしくは前記永久磁石または前記スロットを前記回転子の回転軸方向に分断された複数の個片からなるものとすると共に隣り合う当該各個片同士を前記回転子の回転周方向に第2の段階角ずつ相対的にずらして段階状に配置する第2の段階付を、第3のトルクリップル抑制手段として、前記永久磁石または前記スロットのいずれか一方に施してなる
ことを特徴とする永久磁石同期機。 - 請求項1または2記載の永久磁石同期機において、
前記第1のトルクリップル抑制手段によって当該永久磁石同期機における空隙磁界内の第5高調波を抑制するために、前記極被覆(x)を、4/5に設定してなる
ことを特徴とする永久磁石同期機。 - 請求項1または2記載の永久磁石同期機において、
前記第1のトルクリップル抑制手段によって当該永久磁石同期機における空隙磁界内の第7高調波を抑制するために、前記極被覆(x)を、6/7に設定してなる
ことを特徴とする永久磁石同期機。 - 請求項1ないし4のうちのいずれか1項に記載の永久磁石同期機において、
前記永久磁石の磁石数(個数m)が、3以上である
ことを特徴とする永久磁石同期機。 - 請求項1ないし5のうちのいずれか1項に記載の永久磁石同期機において、
前記第1の傾斜付が、
αSch3=360°/(k×4×p)
(ここに、上式において、kは当該永久磁石同期機における抑制対象の高調波の次数、pは極対数)
なる数式で示される角度に設定された第1の傾斜角αSch3を備えたものであり、
かつ前記第2の傾斜付が、
αSch4=αSch2−αSch3
なる数式で示される角度に設定された第2の傾斜角αSch4を備えたものである
ことを特徴とする永久磁石同期機。 - 請求項1ないし6のうちのいずれか1項に記載の永久磁石同期機において、
1つの磁極を形成する全ての永久磁石の個片を、当該磁極の回転軸方向に沿って第1のグルーフと第2のグループとに分類して、当該磁極の回転軸方向において第1のグルーフの個片と第2のグループの個片とが交互に並ぶようにし、前記第1のグルーフの各個片には、前記第1の段階付を付与すると共に、前記第2のグループの各個片には、第2の段階付として、前記第1の段階角とは異なった角度に設定された第2の段階角を付与して、前記第1の段階付と前記第2の段階付とを含んだ二重段階付とした
ことを特徴とする永久磁石同期機。 - 請求項1ないし7のうちのいずれか1項に記載の永久磁石同期機において、
前記スロットが、巻線系を受容し、かつ当該巻線系が、隣り合う前記スロット同士の間に形成されている歯をコアとして巻回してなる歯巻回コイルを含むものである
ことを特徴とする永久磁石同期機。 - 請求項1ないし8のうちのいずれか1項に記載の永久磁石同期機において、
前記回転子を外部回転子とすると共に、前記固定子を内部固定子とした
ことを特徴とする永久磁石同期機。 - 請求項1ないし8のうちのいずれか1項に記載の永久磁石同期機において、
前記回転子を内部回転子とすると共に、前記固定子を外部固定子とした
ことを特徴とする永久磁石同期機。
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