JP3796609B2

JP3796609B2 - 永久磁石電動機

Info

Publication number: JP3796609B2
Application number: JP12177397A
Authority: JP
Inventors: 裕司二宮
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 1997-04-23
Filing date: 1997-04-23
Publication date: 2006-07-12
Anticipated expiration: 2017-04-23
Also published as: JPH10304606A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、界磁として永久磁石を使用した電動機に関し、とくにトルクリップルを低減するための電機子コアに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、界磁として永久磁石を使用した電動機は、コギングトルクによって生じるトルクリップルを低減するために、電機子コイルを挿入するために電機子コアに設けたスロットを１スロット分だけスキューするものがあるが、電機子コアをスキューする工程が複雑になったり、電機子コイルを挿入する作業に手間がかかるという問題がある。
そのため、簡単にトルクリップルを低減する方法として、疑似的に多スロットとし、コギングトルクの周波数を高くして、実質的にトルクに影響のないようにしたものがある（例えば、特開昭６３−１４０６３５号公報）。
例えば、磁極が６極、電機子コイルを挿入するスロット数が９個の場合、図６に示すように、リング状の電機子コア１の内側に９個の鉄心歯２を突出させて、隣り合う鉄心歯２の間に９個のスロット３を形成している。スロット３には電機子コイル４を装着してある。
各鉄心歯２の先端には凹部２１を設けてある。鉄心歯２の内側には空隙を介して対向するロータ５を設けてあり、ロータ５の表面には、６極の磁極を形成する永久磁石６を装着してある。
このような構成により、疑似的スロットは２倍になり、コギングトルクの周期は２倍となるため、実際に生じるトルクリップルの振幅が小さくなる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来技術では、鉄心歯２の先端に設けた凹部２１は、ロータ４と電機子コア１との間の空隙と繋がっているため、凹部２１における永久磁石６の動作点は低くなり、起磁力が低下して磁束が減少する。
これにより、全体的に空隙長さが長くなったことと同じ結果となり、誘起電圧が低下し、凹部２１がないときに比べてモータ特性が悪くなるという問題があった。
本発明は、コギングトルクによるトルクリップルが小さく、空隙磁束の低下を防止できる、高トルク高精度の永久磁石形電動機を提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、内側に突出する複数の鉄心歯を備えたリング状の電機子コアと、隣り合う前記鉄心歯の間に形成されたスロットに装着された電機子コイルと、前記鉄心歯の内側に空隙を介して対向し、界磁を形成する永久磁石を設けたロータとを備えた永久磁石形電動機において、前記電機子コアは、隣り合う前記鉄心歯の内側どうしが繋がっている内コアと、前記内コアの外側に嵌めたリング状の外コアとからなり、かつ、前記複数の鉄心歯の内側表面から内部に入った位置で、かつ前記スロットのスロットピッチ角を複数分割した位置に空間部を設け、前記空間部は、外周方向が細くなるように紡錘形に形成されるとともに、鉄心歯部分の空間部は、紡錘形の細い部分が前記鉄心歯の内側表面の近傍から放射状に配置され、前記内コアの内側どうしを繋げている部分の空間部は、紡錘形の細い部分が周方向に向くように配置されてあるものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施例について説明する。
図１は本発明の第１の実施例を示す正断面図で、例として磁極が６極、電機子コイルを挿入するスロット数が９の場合について示してある。
図において、１はリング状の電機子コア、２は電機子コア１の内側に突出させた鉄心歯である。３は隣り合う鉄心歯２の間に形成されたスロット、４はスロット３に装着した電機子コイルである。
鉄心歯３の内側には空隙を介して対向するロータ５を設けてあり、ロータ５の外周表面には、６極の磁極を形成する永久磁石６を装着してある。
鉄心歯２には円周方向のスロットピッチ角Θを３等分した位置で、空隙と繋がらないように、それぞれ鉄心歯２の表面から内部に入った位置に２個の楕円形の空間部７を設けてある。したがって空間部７は鉄心歯２の表面には開口せず、空間部７と鉄心歯２の表面との間に厚さの薄いつなぎ部７１が形成されて閉じられている。
【０００６】
このような構成により、永久磁石６からでた磁束は空間部７の両側を通るので、スロット数が３倍の２７個に増加したことと同じになる。
したがって、コギングの周期はスロット数と磁極数の最小公倍数である１８山の３倍、すなわち５４山になる。
このことから、コギングトルクの周波数は高くなり、ロータ５の回転による磁極とスロットの相対位置による磁力の変化が小さく抑えられ、トルクリップルを低減することができる。
また、鉄心歯２の表面には凹部がなく、平滑であるため、空隙における磁束の変化が少なく、誘起電圧の低下を防ぐことができる。
なお、スロットピッチ角Θを分割する数は３等分に限るものではない。
【０００７】
図２は本発明の第２の実施例を示す正断面図で、例として磁極が６極、電機子コイルを挿入するスロット数が９の場合について示してある。
この場合、鉄心歯２に設ける空間部７は各鉄心歯２の表面から内部に入った位置に１個だけ設け、スロット数をｎとすると、スロットピッチ角Θを（ｎ＋１）等分したずれ角θだけ、互いに円周方向にずれた位置に設けてある。
例えば、９スロットの場合、Θ＝３６０／９＝４０°
θ＝４０°／（９＋１）＝４° となる。
９個の鉄心歯２に反時計回りに２ａ，２ｂ〜２ｉまで番号を付けて空間部７の位置を決める。
鉄心歯２ａの空間部７ａは中心線Ａ上に設け、鉄心歯２ｂの空間部７ｂは中心線Ｂから反時計回りに４°ずれた位置に設ける。鉄心歯２ｃ、２ｄ、２ｅには中心線Ｃ、Ｄ、Ｅからそれぞれ８°、１２°、１６°ずれた位置に空間部７ｃ，７ｄ，７ｅを設ける。鉄心歯２ｆのずれ角は２０°で、スロット３に相当するので、あえて設ける必要がない。鉄心歯２ｇには中心線Ｇから時計回りに１２°、鉄心歯２ｈ，２ｉにはそれぞれ中心線Ｈ，Ｉから時計回りに８°、４°ずれた位置に設けてある。
【０００８】
このような構成により、鉄心歯全体として、スロット３が１スロットスキューした状態と同じ空隙磁気分布となり、コギングトルクの周波数は高くなり、トルクリップルが低減される。
なお、上記実施例では鉄心歯２の円周方向配列の順序にずれ角θが大きくなるようにしたが、順序よくずれ角θを決める必要がなく、各鉄心歯２の中心線からランダムにずれ角θだけずらしてもよい。
図３は本発明の第３の実施例を示す正断面図である。
一定の直径の円形の空間部７を各鉄心歯２に設ける場合、空間部７が鉄心歯２の側面に近い位置に設定されて、側面を突き破る恐れがある。
この場合、直径の小さい円形の空間部７ｘを設けて、側面を突き破らないようにしてある。
図４は本発明の第４の実施例を示す正断面図である。
この場合、鉄心歯２の側面を突き破らないように、変形させた空間部７ｙを設けてある。
【０００９】
図５は本発明の第５の実施例を示す正断面図である。
この場合、電機子コア１を、隣り合う鉄心歯２の内側どうしが繋がっている内コア１１と、隣り合う鉄心歯２の間の外側が開口して電機子コイルを挿入するようにして、その外側に嵌めたリング状の外コア１２とによって構成してある。
空間部７ｚは、図５に示すように、永久磁石６から生じる磁束の流れの抵抗を少なくするために、外周方向が細くなるように紡錘形に形成されるとともに、鉄心歯部分の空間部は、紡錘形の細い部分が前記鉄心歯の内側表面の近傍から放射状に配置され、前記内コアの内側どうしを繋げている部分の空間部は、紡錘形の細い部分が周方向に向くように配置されてある。
したがって、鉄心歯２の内側にはスロットが開口していないので、空隙磁束密度を高く維持することができるともに、コギングトルクは小さく、空間部７ｚを設けることにより、更にトルクリップルを低減することができる。
空間部７ｚの位置は上記第１および第２の実施例で示した方法によって決めることができる。
なお、上記実施例では、スロット数が９個で、磁極が６極の電動機について説明したが、例えばスロット数が６個、で磁極数が４極の場合や、スロット数が１２個で磁極数が８極など、これ以外の組み合わせでコギングトルクが大きい場合に同様の効果がある。
【００１０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、電機子コアの鉄心歯の内側表面を平滑にし、鉄心歯の内側表面の近傍で、スロットピッチを複数分割した位置に空間部を設けて、コギングトルクの周波数を高めているので、誘起電圧の低下を防ぐとともに、トルクリップルを低減することができ、高トルク高精度の永久磁石形電動機を提供できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す正断面図である。
【図２】本発明の第２の実施例を示す平断面図である。
【図３】本発明の第３の実施例を示す平断面図である。
【図４】本発明の第４の実施例を示す平断面図である。
【図５】本発明の第５の実施例を示す平断面図である。
【図６】従来例を示す平断面図である。
【符号の説明】
１：電機子コア、２（２ａ〜２ｉ）：鉄心歯、３：スロット、４：電機子コイル、５：ロータ、６：永久磁石、７（７ａ〜７ｉ）、７ｘ，７ｙ，７ｚ：空間部

Claims

内側に突出する複数の鉄心歯を備えたリング状の電機子コアと、隣り合う前記鉄心歯の間に形成されたスロットに装着された電機子コイルと、前記鉄心歯の内側に空隙を介して対向し、界磁を形成する永久磁石を設けたロータとを備えた永久磁石形電動機において、
前記電機子コアは、隣り合う前記鉄心歯の内側どうしが繋がっている内コアと、前記内コアの外側に嵌めたリング状の外コアとからなり、かつ、前記複数の鉄心歯の内側表面から内部に入った位置で、かつ前記スロットのスロットピッチ角を複数分割した位置に空間部を設け、
前記空間部は、外周方向が細くなるように紡錘形に形成されるとともに、鉄心歯部分の空間部は、紡錘形の細い部分が前記鉄心歯の内側表面の近傍から放射状に配置され、前記内コアの内側どうしを繋げている部分の空間部は、紡錘形の細い部分が周方向に向くように配置されていることを特徴とする永久磁石形電動機。