JP2003304657A - 永久磁石式同期モータ - Google Patents

永久磁石式同期モータ

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JP2003304657A
JP2003304657A JP2002108752A JP2002108752A JP2003304657A JP 2003304657 A JP2003304657 A JP 2003304657A JP 2002108752 A JP2002108752 A JP 2002108752A JP 2002108752 A JP2002108752 A JP 2002108752A JP 2003304657 A JP2003304657 A JP 2003304657A
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JP
Japan
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permanent magnet
synchronous motor
type synchronous
magnet type
stator core
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JP2002108752A
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English (en)
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Takayuki Mizuno
孝行 水野
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
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    • Y02T10/64Electric machine technologies in electromobility

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  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 永久磁石での渦電流損を低減して安価な永久
磁石式同期モータとする。 【解決手段】 回転子鉄心1の周面に永久磁石2を備
え、一体成形した固定子鉄心3に巻線4を集中巻方式で
備えている。この場合、回転鉄心1を回転させたとき
に、永久磁石2の周方向に関する中央部における磁束密
度の変動主成分の振幅とこの変動主成分の周波数と永久
磁石2の断面積とが、予め検討した渦電流損を低減する
式を満足するような構成としている。このため、永久磁
石2での渦電流損が低減して安価な永久磁石式同期モー
タを実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、永久磁石式同期モ
ータに関するものである。更に詳細には、例えば、固定
子鉄心を分割することなく一体に成形し、鉄心歯部に巻
線を直巻きする集中巻方式で、3000min-1以上の
高速回転で使用される永久磁石式同期モータ(以下「P
Mモータ」と称する)において、磁石内に発生する渦電
流を低減するように工夫したものである。
【0002】
【従来の技術】固定子鉄心を分割することなく固定子を
一体に成形し、鉄心歯部に巻線を直巻きする集中巻方式
のPMモータでは、一般に、ノズル式の巻線機により巻
線が施される。巻線機により巻線を行なうにはスロット
開口幅を少なくともノズルの通る寸法以上とする必要が
あり、開口幅が広くなる傾向にある。また、電気自動車
用などでは、モータ回転速度が3000min-1以上の
高速回転でPMモータが使用されることになる。
【0003】このような場合、ギャップパーミアンスの
変動や電機子反作用高調波起磁力の影響により、PMモ
ータの永久磁石内部に渦電流が流れ、磁石が異常発熱す
ることがある。渦電流は変動磁束の大きさ及びその周波
数の二乗に比例するため、スロット開口幅が広いほど、
高速回転になるほど影響が大きくなり、場合によっては
磁石が熱減磁を起こす恐れがある。
【0004】この対策として、1極分の永久磁石を(P
Mモータに備えた各永久磁石をそれぞれ)軸方向あるい
は周方向に複数個に分割し、分割した磁石片(分割永久
磁石)のそれぞれを電気的に絶縁して1極分の磁石(磁
極)として用いる方法が知られている。図4(a)は軸
方向に分割した1極分の磁石を示し、図4(b)は周方
向に分割した1極分の磁石を示す。
【0005】PMモータの永久磁石の渦電流損は、永久
磁石の分割数にほぼ反比例して減少するので、分割数が
多いほど渦電流損を低減することができる。図5は、永
久磁石の分割数と渦電流との関係を示す。この図より、
永久磁石を分割することが、渦電流損の低減に有効であ
ることがわかる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、分割数が多い
ほど永久磁石の製造コスト、永久磁石の組み付け工数な
どが増加する問題がある。
【0007】本発明は、上記従来記述に鑑み、渦電流損
の評価方法を検討し、渦電流損を実用上問題ないレベル
に抑え、安価となるPMモータを提供することを目的と
する。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の構成は、回転子鉄心に永久磁石を備え、固定子鉄心
に巻線を備えた永久磁石式同期モータにおいて、回転子
を回転させたときに、永久磁石の周方向に関する中央部
における磁束密度の変動主成分の振幅とこの変動主成分
の周波数と前記永久磁石の断面積とが(2)式を満足す
る構造になっていることを特徴とする。
【0009】
【数5】
【0010】また本発明の構成は、回転子鉄心に永久磁
石を備え、固定子鉄心に巻線を備えた永久磁石式同期モ
ータにおいて、前記固定子鉄心に形成したスロットの開
口幅を調整して、(4)式を満足させる構造になってい
ると共に、前記開口幅は最少でも巻線機のノズルが通る
幅以上になっていることを特徴とする。
【0011】
【数6】
【0012】また本発明の構成は、回転子鉄心に永久磁
石を備え、固定子鉄心に巻線を備えた永久磁石式同期モ
ータにおいて、1極当たりの永久磁石をn分割し、n個
に分割した分割永久磁石により1極分の磁極を構成する
と共に、(6)式を満足する最少のnを採用しているこ
とを特徴とする。
【0013】
【数7】
【0014】また本発明の構成は、回転子鉄心に永久磁
石を備え、固定子鉄心に巻線を備えており、前記永久磁
石の変動磁束成分が電流値に大きく影響を受ける永久磁
石式同期モータにおいて、(7)式を満足させるような
電流値以下で使用するようにしたことを特徴とする。
【0015】
【数8】
【0016】また本発明の構成は、前記固定子鉄心は分
割することなく一体に成形されており、固定子鉄心の歯
部に巻線を直巻きする集中巻方式を採用していることを
特徴とする。
【0017】また本発明の構成は、回転速度が3000
min -1以上となる電気自動車用のモータとして使用され
ることを特徴とする。
【0018】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づき詳細に説明する。
【0019】まず、永久磁石内の渦電流の発生メカニズ
ムを検討し、評価方法を求める。図1は集中巻方式の表
面磁石形PMモータ(以下「SPM」と略称する)の構
造例で、12コイル/8極の例である。図1に示すよう
に、回転子鉄心1の周面(表面)に永久磁石2が備えら
れており、固定子3には集中巻方式の巻線4が備えられ
ている。
【0020】いま、1極の永久磁石2の中央(周方向に
関しての永久磁石2の中央)にA点を取り、図1の位置
から回転子鉄心1が時計方向に30°(電気角120
°)回転した場合のA点での磁束密度の変化を調べる
と、図2のようになる。A点の磁束密度は回転子鉄心1
の回転位置により変動することになる。すなわち、A点
が、固定子鉄心3の鉄心歯部と対向する場合と、固定子
鉄心3のスロット開口部と対向する場合とで、ギャップ
のパーミアンスが異なるため、永久磁石2の磁束が変化
することになる。
【0021】このような状態で、希土類磁石などの電気
抵抗の比較的小さな永久磁石2を使用すると、電磁誘導
の法則に従って、永久磁石2内に磁束の変化を打ち消す
ような渦電流が流れることになる。渦電流は磁束変動の
大きさ及び周波数の二乗に比例するので、磁束の変動が
少なくても高速回転になれば大きな渦電流損が生じる。
【0022】図1の場合では、3スロットで2極分とな
ることから、磁束変動の主成分の周波数は電源周波数の
3倍となる。この脈動周波数は、スロット数と極数の取
り方により決定される。また、変動磁束の大きさは、ス
ロット開口幅、ギャップ長、電機子反作用の大きさに影
響される。なお、図1はSPMの例であるが、埋込磁石
形(以下(IPM)と略称する)においても同様に考え
ることができる。
【0023】磁石に発生する渦電流損は、磁束変動の大
きさφh及びその周波数fhの二乗に比例し、単位面積
当りの損失が大きいほど、磁石の発熱が大きくなると考
えることができる。そこで、渦電流損の評価式として
(1)式を定義する。
【0024】
【数9】
【0025】ここで、種々のモータA〜Eにつき、温度
試験を実施して、(1)式で示す渦電流評価値Wedy の
値と磁石の異常発熱との関係を調べた結果をまとめる
と、表1のようになる。
【0026】
【表1】
【0027】表1より、(1)式に示す渦電流評価値W
edy の値が3.5を越えると磁石の発熱上問題となり、
3.4以下であれば問題ないことがわかる。そこで、
(2)式となるように設計すれば、渦電流損による発熱
を抑えたPMモータができることになる。
【0028】
【数10】
【0029】<第1の実施例>図1は第1の実施例にか
かる集中巻方式の表面磁石形PMモータ(以下「SP
M」と略称する)の構造例で、12コイル/8極の例で
ある。図1に示すように、回転子鉄心1の周面(表面)
に永久磁石2が備えられており、固定子3には集中巻方
式の巻線4が備えられている。回転子鉄心1は分割する
ことなく一体に成形されている。
【0030】第1の実施例のPMモータでは、回転子鉄
心1を回転させたときに、永久磁石2の中央部(周方向
に関しての中央部)における磁束密度の変動主成分の振
幅とこの変動主成分の周波数と永久磁石2の断面積(磁
束が透過していく面積)が(3)式を満足するように構
成している。このような構成としているため、渦電流損
による発熱を抑えることができる。
【0031】
【数11】
【0032】<第2の実施例>(2)式のBhはスロッ
トの開口幅に大きく影響を受ける。したがって、スロッ
ト数/極数、磁石寸法が決定している場合にはスロット
の開口幅を調整して(2)式を満足させることができ
る。
【0033】図3は、同一のスロット数/極数、磁石寸
法のモータにおいて、スロット開口幅/スロットピッチ
を変化させた場合の磁束変動成分の変化の様子(一例)
を示す。変動磁束成分の大きさはスロット開口幅にほぼ
比例して増減するので、第2の実施例のPMモータで
は、スロット開口幅を調整して、(4)式を満足させる
PMモータの構造とした。ただし、この場合のスロット
開口幅は巻線機のノズルが通る幅以上としている。
【0034】
【数12】
【0035】<第3の実施例>1極当りの磁石の総面積
をSmax とすれば、これをn分割(但しnは整数)した
場合の1 個当たりの面積Smは、(5)式のようにな
る。(2)式より、渦電流評価値はSmに比例するの
で、n数が多いほど渦電流評価値は小となる。しかし、
nが多くなるほどコストアップになることから、第3の
実施例のPMモータでは、(6)式を満足する最少のn
を採用したPMモータの構造とした。
【0036】
【数13】
【0037】<第4の実施例>(2)式のBhは電流値
(電機子反作用)によっても大きく影響を受ける。した
がって、スロット開口幅、スロット数/極数、磁石寸法
などが決定している場合には電流値に制限を設けて、渦
電流損を抑えることができる。この場合、変動磁束が電
流Iの関数となることから、第4の実施例のPMモータ
では、(7)式を満足させるような変動磁束となる電流
値以下で使用するようにしたPMモータの構造とした。
【0038】
【数14】
【0039】
【発明の効果】以上、実施の形態および実施例と共に具
体的に説明したように、本発明では、渦電流損の評価を
することにより最適な構造となる永久磁石式同期モータ
を構成したので、次のような効果を奏することができ
る。
【0040】(1)渦電流損による磁石の異常発熱を防
止することができ、信頼性が向上する。 (2)渦電流防止策が安価に実現できる。 (3)磁石の発熱が少なくなるので、高耐熱の磁石を使
用しなくてもよくなる。耐熱性の低い磁石ほど磁束密度
が高いので、モータの小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例にかかる永久磁石同期モータを
示す構成図。
【図2】磁石中央部の磁束密度変動を示す特性図。
【図3】スロット開口幅/スロットピッチと変動磁束成
分との関係を示す特性図。
【図4】分割した永久磁石の例を示す斜視図。
【図5】永久磁石の分割が渦電流損に及ぼす影響を示す
特性図。
【符号の説明】
1 回転子鉄心 2 永久磁石 3 固定子鉄心 4 巻線

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転子鉄心に永久磁石を備え、固定子鉄
    心に巻線を備えた永久磁石式同期モータにおいて、 回転子を回転させたときに、永久磁石の周方向に関する
    中央部における磁束密度の変動主成分の振幅とこの変動
    主成分の周波数と前記永久磁石の断面積とが(2)式を
    満足する構造になっていることを特徴とする永久磁石式
    同期モータ。 【数1】
  2. 【請求項2】 回転子鉄心に永久磁石を備え、固定子鉄
    心に巻線を備えた永久磁石式同期モータにおいて、 前記固定子鉄心に形成したスロットの開口幅を調整し
    て、(4)式を満足させる構造になっていると共に、前
    記開口幅は最少でも巻線機のノズルが通る幅以上になっ
    ていることを特徴とする永久磁石式同期モータ。 【数2】
  3. 【請求項3】 回転子鉄心に永久磁石を備え、固定子鉄
    心に巻線を備えた永久磁石式同期モータにおいて、 1極当たりの永久磁石をn分割し、n個に分割した分割
    永久磁石により1極分の磁極を構成すると共に、(6)
    式を満足する最少のnを採用していることを特徴とする
    永久磁石式同期モータ。 【数3】
  4. 【請求項4】 回転子鉄心に永久磁石を備え、固定子鉄
    心に巻線を備えており、前記永久磁石の変動磁束成分が
    電流値に大きく影響を受ける永久磁石式同期モータにお
    いて、 (7)式を満足させるような電流値以下で使用するよう
    にしたことを特徴とする永久磁石式同期モータ。 【数4】
  5. 【請求項5】 請求項1乃至請求項4の何れか一項にお
    いて、 前記固定子鉄心は分割することなく一体に成形されてお
    り、固定子鉄心の歯部に巻線を直巻きする集中巻方式を
    採用していることを特徴とする永久磁石式同期モータ。
  6. 【請求項6】 回転速度が3000min -1以上となる電
    気自動車用のモータとして使用されることを特徴とする
    請求項1乃至請求項5の何れか一項の永久磁石式同期モ
    ータ。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006304474A (ja) * 2005-04-20 2006-11-02 Fujitsu General Ltd アキシャルエアギャップ型電動機
JP2010220440A (ja) * 2009-03-18 2010-09-30 Nissan Motor Co Ltd 永久磁石式回転電機
JP2011188685A (ja) * 2010-03-10 2011-09-22 Mitsubishi Electric Corp 永久磁石型電動機
CN103779991A (zh) * 2014-01-16 2014-05-07 江苏大学 一种并联型混合磁材料电机
CN112152400A (zh) * 2020-09-23 2020-12-29 沈阳工业大学 永磁体涡流损耗的优化方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5472406A (en) * 1977-11-18 1979-06-09 Meidensha Electric Mfg Co Ltd Direct current machine
JPH1198729A (ja) * 1997-09-18 1999-04-09 Fanuc Ltd 同期電動機のロータ構造

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5472406A (en) * 1977-11-18 1979-06-09 Meidensha Electric Mfg Co Ltd Direct current machine
JPH1198729A (ja) * 1997-09-18 1999-04-09 Fanuc Ltd 同期電動機のロータ構造

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006304474A (ja) * 2005-04-20 2006-11-02 Fujitsu General Ltd アキシャルエアギャップ型電動機
JP2010220440A (ja) * 2009-03-18 2010-09-30 Nissan Motor Co Ltd 永久磁石式回転電機
JP2011188685A (ja) * 2010-03-10 2011-09-22 Mitsubishi Electric Corp 永久磁石型電動機
CN103779991A (zh) * 2014-01-16 2014-05-07 江苏大学 一种并联型混合磁材料电机
CN112152400A (zh) * 2020-09-23 2020-12-29 沈阳工业大学 永磁体涡流损耗的优化方法

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