JPH0666277U - 永久磁石形同期電動機のロータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ベクトル制御により駆動する永久磁石形同期電
動機のロータ構造に関し、リラクタンストルク成分を大
きくするロータ構造を提供することを目的する。 【構成】強磁性体のロータコア４に電機子の極ピッチと
等極ピッチで設けたスリットと、このスリット内に嵌め
込んだ半径方向に着磁し、隣同士の極性が交互に入れ替
わるように配置した界磁永久磁石よりなる永久磁石形同
期電動機のロータにおいて、ロータコア４に、極ピッチ
より若干狭くギャップ半径より若干小さい半径の円弧を
もつスリット４４を逆弓形に設け、このスリット４４内
に、スリット４４と相似形の永久磁石７を嵌め込む。

Description

【考案の詳細な説明】

【００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、永久磁石形同期電動機のロータ構造に関し、インバータドライブす る場合、回転数に対し定出力特性を必要とするトラクションドライブ用モータや 工作機用主軸モータなどの用途に適し、特に、高効率ドライブに好適である。

【００２】

【従来の技術】

従来、永久磁石形同期電動機のロータ構造として、ロータコアの径方向および 垂直方向に設けた矩形のスロット内に、平板状の永久磁石を挿入し、ロータ界磁 １極分の極弧の弦となるように配置したものがある（例えば、実開昭６３−１４ ３０５５号公報、第８図）。

【００３】

【考案が解決しようとする課題】

ところが、従来の技術をベクトル制御する場合、以下に述べるような問題があ った。 界磁永久磁石によるトルク成分を増加するため、ロータ表面に出来るだけ近づ けて界磁永久磁石を配置すると、永久磁石の表面からロータコア表面までの長さ が短くなり、ｑ軸方向の磁気抵抗を高めることになり、ｑ軸方向のインダクタン スＬｑが小さくなりリラクタンストルク成分が小さくなりモータ効率が小さくな る。逆に、ｑ軸インダクタンスを大きくするために、界磁永久磁石を軸心に近づ けて配置した場合は、磁石幅が狭くなり、今度は永久磁石によるトルク成分が減 少し、モータ効率が小さくなる問題があった。 一般に、ロータコアに永久磁石を埋設する永久磁石形同期電動機のトルク方程 式は、下記の式で表される。 Ｔ＝ｍ［Ｋｔ・ Ｉｑ＋１／２・（Ｌｑ−Ｌｄ）・ Ｉｄ・Ｉｑ］ ただし、 Ｔはモータトルク、ｍはモータ相数、Ｋｔはトルク定数、 Ｌｑはｑ軸インダクタンス、Ｌｄはｄ軸インダクタンス、 Ｉｑはｑ軸電流（Ｉｑ＝Ｉcos γ）、Ｉｄはｄ軸電流（Ｉｄ＝Ｉsin γ） Ｉは負荷電流、γは電流相差角である。 ベクトル制御を前提としたとき、モータトルクは、ｑ軸電流Ｉｑと永久磁石界 磁により生じる磁石トルク成分と、Ｉｑにより生じるｑ軸磁束Φｑと弱め界磁電 流−Ｉｄにより生じるリラクタンストルク成分からなっている。つまり式中の（ Ｌｑ−Ｌｄ）項が大きいとリラクタンストルク成分が大きくなることを示してお り、これは、小量の弱め界磁電流−Ｉｄを流すことで大きなリラクタンストルク が得られることを意味する。これにより負荷電流Ｉが小さくなり効率のアップが 可能となる。 そこで、本考案は（Ｌｑ−Ｌｄ）の項を大きくすることにより、リラクタンス トルク成分を大きくするロータ構造を提供することを目的する。

【００４】

【課題を解決するための手段】

上記問題を解決するため、強磁性体のロータコア４に電機子の極ピッチと等極 ピッチで設けたスリットと、このスリット内に嵌め込んだ半径方向に着磁し、隣 同士の極性が交互に入れ替わるように配置した界磁永久磁石よりなる永久磁石形 同期電動機のロータにおいて、 ロータコア４に、極ピッチより若干狭くギャップ半径より若干小さい半径の円 弧をもつスリット４４を逆弓形に設け、このスリット４４内に、スリット４４と 相似形の永久磁石７を嵌め込む。

【００５】

【作用】

ロータコアのキャップ面とスリットの間隔が凸レンズ状に変化し、極ピッチ内 のＬｄは従来とほぼ同じままで、Ｌｑが増加する。したがって、（Ｌｑ−Ｌｄ） の項が大きくなる。

【００６】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図に基づいて説明する。 図１は、本考案の実施例を示す断面図である。 ステータコア１は、モータ軸方向に電磁鋼板をラミネートしてあり、スロット ２が極数，相数などにより決められる数分だけ、打ち抜いてある。スロット２に は、平衡多相コイル３（例えば３相）を巻回してある。このコイル３に平衡多相 電流（例えば３相交流）を流すことで、電機子部に回転磁界を発生させる。 ロータコア４は、ソリッドの磁性体でも構わないが、生産性と鉄損特性から、 ステータコア１と同様、モータ軸方向に電磁鋼板のラミネートしてあり、軸方向 に極ピッチＰより若干狭い幅Ｗｍでギャップ半径Ｒより若干小さい半径Ｒ’の円 弧をもつスリット４４を、径方向の端部に強度上必要な径方向残部４２と両側面 に漏洩磁束が影響しない範囲の側面残部４３を切り残し、逆弓形に設けてある。 したがって、ロータコア４のギャップ面４６とスリット４４の間のギャップ側 ４１には最大深さｈｐの凸レンズ状のギャップ側磁路４１ができる。スリット４ ４内には、スリット４４と相似形の永久磁石７を、半径方向に着磁して、埋設し て１極分の界磁磁極を構成してある。 隣り同士の界磁磁極の永久磁石７の極性は逆極性にしてある。 ｑ軸磁束Φｑは、凸レンズ状のギャップ側磁路４１を横方向に、ｄ軸磁束Φｄ は縦方向に流れる。ｄ軸磁束の通る磁路は従来とほぼ同じでありｄ軸リアクタン スＬｄは従来とほとんど変わらないが、ｑ軸磁束が流れる磁路は従来に比べ、大 きくなるのでｑ軸リアクタンスＬｑが増大する。 図２は、第２の実施例を示す断面図である。 この例は、実施例のスリット４４を、半径方向に中心を同じくし、半径を径方 向に除々に小さくし、同芯のスリット４４ａ，４４ｂ，４４ｃを多段に設けてあ る。ただし、スリット４４ａの端部はギャップ面４６とほぼ平行にしてある。ま た、スリット４４ａ，４４ｂ，４４ｃに埋設する永久磁石７ａ，７ｂ，７ｃも各 々のスリット４４ａ，４４ｂ，４４ｃと相似形にしてあり、着磁方向を半径方向 に揃えてある。 図３は、第３の実施例を示す断面図である。 この例は、実施例のスリット４４を頂点と底部が半径Ｒ’の円弧を通るＶ字状 のスリット４５とし、永久磁石７をＶ字の底部で左右に２分割した永久磁石７１ 、７１にしてある。 このように構成することにより、ギャップ面４６とスリット４４の間の空隙側 ４１の凸レンズ状の磁路とほぼ等価な磁路を維持でき、大略平板状の永久磁石を 適用できる。 図４は、第４の実施例を示す断面図である。 この例は、第３の実施例を第２の実施例と同様にしたもので、Ｖ字状のスリッ ト４５ａ，４５ｂ，４５ｃを設けてある。ただし、この場合は、スリット４５ａ の端部はギャップ面４６とほぼ平行にしてある。永久磁石７１ａ，７１ｂ，７１ ｃは、各スリット４５ａ，４５ｂ，４５ｃと相似形にし、Ｖ字の底部で左右に２ 分割してある。

【００７】

【考案の効果】

以上述べたように、本考案によれば、永久磁石の作る磁束を減らさずに、ｑ軸 インダクタンスを大きくし、逆突極トルク成分を大きくすることで、少ない弱め 界磁電流（−Ｉｄ電流）により大きなリラクタンストルクを、永久磁石トルクに 重畳させることで高効率化を行い、かつ永久磁石同期電動機に定出力特性を持た せることが出来る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例を示す断面図。

【図２】本考案の第２の実施例を示す断面図。

【図３】本考案の第３の実施例を示す断面図。

【図４】本考案の第４の実施例を示す断面図。

【符号の説明】

１ ステータコア ２ スロット ３ コイル ４ ロータコア ４１ ギャップ側磁路 ４２ 径方向残部 ４３ 側面残部 ４４，４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４５，４５ａ，４５
ｂ，４５ｃ スリット ４６ ギャップ面 ７，７ａ，７ｂ，７ｃ，７１，７１ａ，７１ｂ，７１ｃ
永久磁石

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 強磁性体のロータコアに電機子の極ピッ
   チと等ピッチで設けたスリットと、このスリット内に嵌
   め込んだ半径方向に着磁し、隣同士の極性が交互に入れ
   替わるように配置した界磁永久磁石よりなる永久磁石形
   同期電動機のロータにおいて、 前記スリットを電機子の極ピッチより若干狭く、かつギ
   ャップ半径より若干小さい半径の円弧をもつスリットと
   し、ギャップ面に対し逆弓形に配置したスリットと、こ
   のスリット内に嵌め込んだ、スリットと相似形の永久磁
   石を備えたことを特徴とする永久磁石形同期電動機のロ
   ータ。
2. 【請求項２】 前記スリットをロータの半径方向に多段
   設け、このスリットに各スリットと相似形の永久磁石を
   嵌め込んだ請求項１記載の永久磁石形同期電動機のロー
   タ。
3. 【請求項３】 前記スリットを頂点と底部が前記円弧を
   通るＶ字状とし、このスリットと相似形の永久磁石を底
   部で左右に２分割した請求項１記載の永久磁石形同期電
   動機のロータ。
4. 【請求項４】 前記スリットをロータの半径方向に多段
   設け、このスリットに各スリットと相似形の永久磁石を
   嵌め込んだ請求項３記載の永久磁石形同期電動機のロー
   タ。