JP2000295805A

JP2000295805A - 永久磁石回転電機

Info

Publication number: JP2000295805A
Application number: JP11100045A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Miura; 徹也三浦; Yasumi Kawabata; 康己川端
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-04-07
Filing date: 1999-04-07
Publication date: 2000-10-20

Abstract

(57)【要約】【課題】ロータに永久磁石を配した回転電機のトルク
変動などを低減する。【解決手段】ロータ２２の外周付近には、所定の間隔
を開けて永久磁石２６が周方向に配列されている。永久
磁石２６は、ロータコア２４に埋め込まれており、ロー
タコア２４の外周面に露出していない。ロータコア２４
の永久磁石２６を覆っている部分３２の外周面には、ロ
ータの軸に平行に磁極溝３４が形成されている。また、
ロータコア２４の、永久磁石２６の間の部分である突極
２８の外周面に、ロータ２２の軸に平行に突極溝を設け
ることもできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動機や発電機な
どの回転電機に関し、特にロータに永久磁石を配置した
永久磁石回転電機のロータの構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】ステータにより回転磁界を形成し、この
回転磁界とロータに配置された永久磁石の相互力により
ロータを回転させる電動機が知られている。形成される
回転磁界の回転速度が一定で、均一でないと、ロータに
作用する力が変動し、トルクの変動成分であるいわゆる
トルクリップルを生じる。このトルクリップルの発生
は、磁極の数が有限であることに主に起因する。このト
ルクリップルを低減するために、ステータの複数の磁極
を掛け渡して導線を巻き付けコイルを形成する、いわゆ
る分布巻きが行われる。しかし、分布巻きは、導線の巻
き付け工程が複雑で、また導線間の隙間ができやすい。
このため、一つの磁極に集中して導線を巻きコイルを形
成する集中巻きに対して、生産性、小型化の面で劣る。
言い換えれば、集中巻きは、生産性、小型化の面で有利
ではあるが、トルクリップルが大きくなりやすいという
問題がある。

【０００３】発電機に関しても、極の数が有限であり、
ロータの回転に伴ってステータとロータの間の相互作用
が変動するために、ロータの回転速度が変動したり、発
生した電流が高調波を含むものとなる。

【０００４】電動機などのトルクリップルなどを低減さ
せるために、特開平１０−１２６９８５号においては、
ロータに配置された永久磁石の、周方向に隣接するロー
タコアの部分に空隙などを設け、トルクリップルなどを
低減する技術が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述の公報に記載の技
術によれば、トルクリップルの低減の効果はあるが、十
分ではない。本発明は、トルクリップルの低減の効果が
得られる他のロータ構造を有する永久磁石回転電機を提
供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに、本発明にかかる永久磁石回転電機は、ステータコ
アに導線が巻回されてコイルが形成され、回転磁界を発
生するステータと、前記回転磁界により回転されるロー
タとを有し、前記ロータは、略円筒状の外形を有するロ
ータコアと、ロータコアの外周近傍に埋め込まれ、その
周方向に所定の間隔を開けて配列された永久磁石とを有
する永久磁石回転電機であって、前記ロータコアの、永
久磁石が埋め込まれた部分の外周部には、ロータの円筒
軸に平行に少なくとも１本の溝が形成されている。

【０００７】さらに、前記溝は２本であり、これらは永
久磁石の中心線に対して対称に配置されているものとす
ることができる。

【０００８】さらに、前記２本の溝の間隔は、ステータ
の磁極の間の部分であるスロットの開口幅の０．７５倍
以上１倍以下とすることが好ましい。

【０００９】さらに、前記ロータコアの永久磁石の間の
部分の外周部に、ロータの円筒軸方向に少なくとも１本
の溝が形成されているものとすることができる。

【００１０】また、本発明にかかる他の永久磁石回転電
機は、ステータコアに導線が巻回されてコイルが形成さ
れ、回転磁界を発生するステータと、前記回転磁界によ
り回転されるロータとを有し、前記ロータは、略円筒状
の外形を有するロータコアと、ロータコアの外周近傍に
埋め込まれ、その周方向に所定の間隔を開けて配列され
た永久磁石とを有する永久磁石回転電機であって、前記
ロータコアの永久磁石の間の部分の外周部に、ロータの
円筒軸方向に少なくとも１本の溝が形成されている。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態（以下
実施形態という）を、図面に従って説明する。図１に
は、回転電機の例として電動機１０の４分の１の電動機
軸直交断面図が示されている。ステータ１２は、略円筒
形状の円筒部内側に周方向に所定間隔で配置された磁極
１４を有するステータコア１６と、磁極１４に導線を巻
回して形成されたコイル１８を有している。コイル１８
が納められる部分、すなわち磁極１４の間の部分である
スロット２０は、電動機内周方向に幅ａで開口してい
る。また、コイル１８は、一つの磁極１４に導線を巻き
付けて形成された、いわゆる集中巻きとなっている。各
コイル１８に適切な位相で電流を流すと、ステータ１２
の内側に回転磁界が形成される。

【００１２】ステータ１２の内側には、これと同軸に、
略円筒形のロータ２２が配置されている。ロータ２２
は、略円筒形のロータコア２４と、ロータコア２４に埋
め込まれた永久磁石２６を有する。永久磁石２６は、ロ
ータコア２４の外周近傍に、周方向に所定の間隔を開け
て配列されている。また永久磁石２６は、ロータコア２
４に完全に埋め込まれており、すなわちロータコア２４
の外周部において露出していない。永久磁石２６の間の
部分は、永久磁石２６がない分ロータコア２４が突出し
た、いわゆる突極２８を形成している。また、永久磁石
２６の、ロータ周方向に隣接する部分、言い換えれば永
久磁石２６と突極２８の間の部分には、空隙３０が設け
られている。

【００１３】さらに、ロータコア２４の永久磁石を覆う
部分３２の外周面には、電動機軸に平行に延びる２本の
磁極溝３４が設けられている。磁極溝３４は、図示する
ように断面形状が略三角形である。また、磁極溝３４
は、永久磁石の幅の中心に対し対象に配置され、その間
隔ｂはスロットの開口幅ａの０．７５〜１倍に設定され
ることが好ましい。図２は、あるスロット開口幅ａに対
して、磁極溝３２の間隔ｂを変化させたとき、トルクリ
ップルが最も少なくなる間隔ｂを示している。図からわ
かるように、トルクリップルが最も少なくなる間隔ｂ
は、スロット開口幅ａの０．７５〜１倍の範囲にある。

【００１４】図３には、本発明の他の実施形態として、
電動機１１０の４分の１の電動機軸直交断面図が示され
ている。ステータの構成は、図１に示す実施形態と同一
であるので、同一の符号を付し、その説明を省略する。
略円筒形のロータ１２２は、略円筒形のロータコア１２
４と、このロータコアに埋め込まれた永久磁石１２６を
有する。永久磁石１２６は、ロータコア１２４の外周近
傍に、周方向に所定の間隔を開けて配列されている。ま
た永久磁石１２６は、ロータコア１２４に完全に埋め込
まれており、すなわちロータコア１２４の外周部におい
て露出していない。永久磁石１２６の間の部分は、永久
磁石１２６がない分ロータコア１２４が突出した、いわ
ゆる突極１２８を形成している。また、永久磁石１２６
の、ロータ周方向に隣接する部分、言い換えれば永久磁
石１２６と突極１２８の間の部分には、空隙１３０が設
けられている。

【００１５】さらに、突極１２８の外周面には、電動機
軸に平行に延びる１本の突極溝１３６が設けられてい
る。この突極溝１３６の断面形状は図示するように略三
角形である。

【００１６】図４には、本発明のさらに他の実施形態と
して、電動機２１０の４分の１の電動機軸直交断面図が
示されている。ステータの構成は、図１に示す実施形態
と同一であるので、同一の符号を付し、その説明を省略
する。略円筒形のロータ２２２は、略円筒形のロータコ
ア２２４と、このロータコアに埋め込まれた永久磁石２
２６を有する。永久磁石２２６は、ロータコア２２４の
外周近傍に、周方向に所定の間隔を開けて配列されてい
る。また永久磁石２２６は、ロータコア２２４に完全に
埋め込まれており、すなわちロータコア２２４の外周部
において露出していない。永久磁石２２６の間の部分
は、永久磁石２２６がない分ロータコア２２４が突出し
た、いわゆる突極２２８を形成している。また、永久磁
石２２６の、ロータ周方向に隣接する部分、言い換えれ
ば永久磁石２２６と突極２２８の間の部分には、空隙２
３０が設けられている。

【００１７】さらに、ロータコア２２４の永久磁石を覆
う部分２３２の外周面には、電動機軸に平行に延びる２
本の磁極溝２３４が設けられている。磁極溝２３４の断
面形状は、図示するように略三角形である。また、磁極
溝２３４は、永久磁石の幅の中心に対し対象に配置さ
れ、その間隔ｂは、図１に示す実施形態と同様、スロッ
トの開口幅ａの０．７５〜１倍に設定されることが好ま
しい。さらに、突極２２８の外周面には、電動機軸に平
行に延びる１本の突極溝２３６が設けられている。この
突極溝２３６の断面形状は、図示するように略三角形で
ある。

【００１８】図５は、各実施形態のトルク変動の様子を
示す図である。太い破線Ａは、図１に示す実施形態、す
なわちロータコア２２に磁極溝３４を有する電動機１０
のトルク変動を示す。太い一点鎖線Ｂは、図３に示す実
施形態、すなわちロータコア１２２に突極溝１３６を有
する電動機１１０のトルク変動を示す。また、太い実線
Ｃは、図４に示す実施形態、すなわちロータコア２２２
に、磁極溝２３４および突極溝２３６を有する電動機２
１０のトルク変動を示す。さらに、細い実線Ｄは、図１
の電動機１０において、ロータコア２２に磁極溝３４を
有さない電動機のトルク変動を示している。

【００１９】図６は、図５と同様の４通りの電動機のト
ルク変動の割合を示す図である。グラフのＡ〜Ｄは、図
５の４本の線を表すＡ〜Ｄに対応している。

【００２０】これらの図５および図６から、磁極溝と突
極溝の少なくとも一方を設けることにより、トルクリッ
プルの低減がなされることが理解される。また、磁極溝
と突極溝の双方を設けた場合が、よりトルクリップル低
減の効果が高いことが理解される。

【００２１】以上、本実施形態においては、電動機につ
いて説明したが、発電機においても磁極溝、突極溝の一
方、または双方を設けることにより、回転速度変動や発
生電力の変動を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の電動機の軸直交断面の一部を示
す図である。

【図２】磁極溝の間隔の適切な範囲を示す図である。

【図３】他の実施形態の電動機の軸直交断面の一部を
示す図である。

【図４】さらに他の実施形態の電動機の軸直交断面の
一部を示す図である。

【図５】各実施形態のトルク変動を示す図である。

【図６】各実施形態のトルク変動の割合を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０電動機、１２ステータ、２０スロット、２
２，１２２，２２２ロータ、２４，１２４，２２４
ロータコア、２６，１２６，２２６永久磁石、２８，
１２８，２２８突極、３４，２３４磁極溝、１３
６，２３６突極溝。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5H621 AA02 GA01 GA04 GA16 HH03 JK02 5H622 AA02 CA02 CA05 CB05 CB06 PP10 PP11 PP19

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ステータコアに導線が巻回されてコイル
が形成されたステータと、略円筒状の外形を有するロータコアと、ロータコアの外
周近傍に埋め込まれ、その周方向に所定の間隔を開けて
配列された永久磁石と、を有するロータと、を有する永
久磁石回転電機であって、前記ロータコアの、永久磁石が埋め込まれた部分の外周
部には、ロータの円筒軸に平行に少なくとも１本の溝が
形成されている、永久磁石回転電機。
【請求項２】請求項１に記載の永久磁石回転電機であ
って、前記溝が２本であり、永久磁石の中心線に対して
対称に配置されている永久磁石回転電機。
【請求項３】請求項２に記載の永久磁石回転電機であ
って、前記２本の溝の間隔は、ステータの磁極の間の部
分であるスロットの開口幅の０．７５倍以上１倍以下で
ある、永久磁石回転電機。
【請求項４】請求項１から３のいずれかに記載の永久
磁石回転電機であって、前記ロータコアの永久磁石の間
の部分の外周部に、ロータの円筒軸方向に少なくとも１
本の溝が形成されている、永久磁石回転電機。
【請求項５】ステータコアに導線が巻回されてコアが
形成されたステータと、略円筒状の外形を有するロータコアと、ロータコアの外
周近傍に埋め込まれ、その周方向に所定の間隔を開けて
配列された永久磁石と、を有するロータと、を有する永
久磁石回転電機であって、前記ロータコアの永久磁石の間の部分の外周部に、ロー
タの円筒軸方向に少なくとも１本の溝が形成されてい
る、永久磁石回転電機。