JPH10191585A - 永久磁石埋め込みモータ - Google Patents
永久磁石埋め込みモータInfo
- Publication number
- JPH10191585A JPH10191585A JP8342970A JP34297096A JPH10191585A JP H10191585 A JPH10191585 A JP H10191585A JP 8342970 A JP8342970 A JP 8342970A JP 34297096 A JP34297096 A JP 34297096A JP H10191585 A JPH10191585 A JP H10191585A
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- permanent magnet
- magnet
- rotor
- embedded
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- Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 永久磁石をロータ内部に埋め込む構造のモー
タにおいて、永久磁石により発生する磁束量を大きくす
ることによって、マグネットトルクをより有効に利用し
て、同一電流で発生するトルクを最大にできる高トル
ク，高出力モータを提供する。 【解決手段】 メイン磁石の両端部に、メイン磁石の磁
極方向と直角方向に補助磁石を配置することで、永久磁
石による発生磁束量が大きくなる。
タにおいて、永久磁石により発生する磁束量を大きくす
ることによって、マグネットトルクをより有効に利用し
て、同一電流で発生するトルクを最大にできる高トル
ク，高出力モータを提供する。 【解決手段】 メイン磁石の両端部に、メイン磁石の磁
極方向と直角方向に補助磁石を配置することで、永久磁
石による発生磁束量が大きくなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、永久磁石をロータ
内部に埋め込むことで、マグネットトルクに加えてリラ
クタンストルクをも利用する永久磁石埋め込みモータに
関するものである。
内部に埋め込むことで、マグネットトルクに加えてリラ
クタンストルクをも利用する永久磁石埋め込みモータに
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から、鉄などの高透磁率材からなる
ロータ本体に永久磁石を埋設したモータが知られてい
る。図１３は従来の永久磁石埋め込みモータを示す。こ
の永久磁石埋め込みモータは高透磁率材の鉄心あるいは
積層珪素鋼板で構成されたロータコアの内部に永久磁石
を埋め込んでロータを構成している。図１３に示すもの
は４極のモータであって、４本の永久磁石がＮ極，Ｓ極
交互となるように、円周方向に配置されている。ステー
タに施された巻線群により、回転磁界が生じ、ステータ
ティースからロータに磁束が入る。
ロータ本体に永久磁石を埋設したモータが知られてい
る。図１３は従来の永久磁石埋め込みモータを示す。こ
の永久磁石埋め込みモータは高透磁率材の鉄心あるいは
積層珪素鋼板で構成されたロータコアの内部に永久磁石
を埋め込んでロータを構成している。図１３に示すもの
は４極のモータであって、４本の永久磁石がＮ極，Ｓ極
交互となるように、円周方向に配置されている。ステー
タに施された巻線群により、回転磁界が生じ、ステータ
ティースからロータに磁束が入る。
【０００３】このような構成にすることで、永久磁石の
中心とロータ中心とを結ぶ方向であるｄ軸方向のインダ
クタンスＬｄとｄ軸に対し、電気角で９０度回転した方
向であるｑ軸方向のインダクタンスＬｑに差が生じ、永
久磁石によるマグネットトルクに加えて、リラクタンス
トルクも発生するようになる。この関係を示したのが
（１）式である。
中心とロータ中心とを結ぶ方向であるｄ軸方向のインダ
クタンスＬｄとｄ軸に対し、電気角で９０度回転した方
向であるｑ軸方向のインダクタンスＬｑに差が生じ、永
久磁石によるマグネットトルクに加えて、リラクタンス
トルクも発生するようになる。この関係を示したのが
（１）式である。
【０００４】 T = Pn {Φa * Iq + 1/2 (Ld - Lq) * Id * Lq}・・・・・・(1) Pn ：極対数 Φa：鎖交磁束 Ld ：d軸インダクタンス Lq ：q軸インダクタンス Id ：d軸電流 Iq ：q軸電流 （１）式はｄｑ変換後の電圧方程式を示している。永久
磁石埋め込みモータでは、ｄ軸方向は永久磁石の磁束の
発生する方向であり、ｄ軸方向の磁束の流れは、図１３
に示すように透磁率が空気とほぼ同じ永久磁石部分を通
過することとなるため、磁気抵抗が大きくなり、ｄ軸イ
ンダクタンスＬｄは極めて小さくなる。一方、ｄ軸方向
と電気角で９０度をなす方向であるｑ軸方向は永久磁石
の側面方向を向くため、ｑ軸方向の磁束の流れは、図に
示すようにこの磁石側面を通り抜けるため、磁気抵抗は
小さくなり、この結果ｑ軸インダクタンスＬｑは大きく
なる。そのため、ｄ軸インダクタンスＬｄとｑ軸インダ
クタンスＬｑに差が生じ、ｄ軸電流Ｉｄを流すことで
（１）式の｛｝内の第２項に示されるリラクタンストル
クが発生する。
磁石埋め込みモータでは、ｄ軸方向は永久磁石の磁束の
発生する方向であり、ｄ軸方向の磁束の流れは、図１３
に示すように透磁率が空気とほぼ同じ永久磁石部分を通
過することとなるため、磁気抵抗が大きくなり、ｄ軸イ
ンダクタンスＬｄは極めて小さくなる。一方、ｄ軸方向
と電気角で９０度をなす方向であるｑ軸方向は永久磁石
の側面方向を向くため、ｑ軸方向の磁束の流れは、図に
示すようにこの磁石側面を通り抜けるため、磁気抵抗は
小さくなり、この結果ｑ軸インダクタンスＬｑは大きく
なる。そのため、ｄ軸インダクタンスＬｄとｑ軸インダ
クタンスＬｑに差が生じ、ｄ軸電流Ｉｄを流すことで
（１）式の｛｝内の第２項に示されるリラクタンストル
クが発生する。
【０００５】埋め込み磁石モータの総合トルクＴは、
（１）式よりわかるようにマグネットトルクとリラクタ
ンストルクの和となる。
（１）式よりわかるようにマグネットトルクとリラクタ
ンストルクの和となる。
【０００６】ロータは、ステータ側の巻線群によって生
ずる回転磁界と永久磁石の磁界との関係に発生するマグ
ネットトルク及び、前記回転磁界による磁路がロータ本
体の表面側や内外永久磁石の間隔部分に形成されること
により発生するリラクタンストルクとの合成トルクでＲ
方向に回転している。
ずる回転磁界と永久磁石の磁界との関係に発生するマグ
ネットトルク及び、前記回転磁界による磁路がロータ本
体の表面側や内外永久磁石の間隔部分に形成されること
により発生するリラクタンストルクとの合成トルクでＲ
方向に回転している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の永久磁石埋
め込みモータにおいては、図１４に示すように永久磁石
両端部のロータ外周部と近接する部分において、磁束の
漏れが生じ、この漏れ磁束による損失が問題となってい
た。
め込みモータにおいては、図１４に示すように永久磁石
両端部のロータ外周部と近接する部分において、磁束の
漏れが生じ、この漏れ磁束による損失が問題となってい
た。
【０００８】本発明はこのような従来の課題を解決する
ものであり、ロータに埋め込む永久磁石にHalbach mag
net array を適用することにより、従来と同量の永久
磁石を用いて永久磁石が発生する磁束量を大きくしてい
る。そして、永久磁石端部で生じる磁束の回り込み分を
カバーするとともに、極中心に磁束を集中させ、同一電
流で発生するマグネットトルクを最大限利用すること
で、高効率で高出力な永久磁石埋め込みモータを提供す
ることを目的としている。
ものであり、ロータに埋め込む永久磁石にHalbach mag
net array を適用することにより、従来と同量の永久
磁石を用いて永久磁石が発生する磁束量を大きくしてい
る。そして、永久磁石端部で生じる磁束の回り込み分を
カバーするとともに、極中心に磁束を集中させ、同一電
流で発生するマグネットトルクを最大限利用すること
で、高効率で高出力な永久磁石埋め込みモータを提供す
ることを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、ロータ内部に永久磁石を埋め込む構造の永久
磁石埋め込みモータにおいて、永久磁石の両端部に、メ
イン磁石の極性に対して、それと垂直な方向に極性を持
つ永久磁石を配置して構成し、永久磁石が発生する磁束
量を大きくしたことを特徴とする。
するため、ロータ内部に永久磁石を埋め込む構造の永久
磁石埋め込みモータにおいて、永久磁石の両端部に、メ
イン磁石の極性に対して、それと垂直な方向に極性を持
つ永久磁石を配置して構成し、永久磁石が発生する磁束
量を大きくしたことを特徴とする。
【００１０】ここで採用したHalbach manget arrayに
ついて、図１１を用いて説明する。（ａ）は、４極モー
タのロータを平面的に表したときの磁石配置である。通
常はこのようにＮ極，Ｓ極が交互におかれている。磁束
は1a,2a,・・・,1b,2b,・・・の様に流れる。（ｂ）は（ａ）
で表されているメイン磁石に対して垂直な方向に磁極を
有する磁石である。これらの磁石を、同じ極性が対向す
るように配置する。磁束の流れは6a,7a,・・・,6b,7b,・・・
の様になる。（ａ）の磁石と（ｂ）の磁石を組み合わせ
たのが（ｃ）の磁石である。このように、磁極が垂直の
関係にある磁石を隣接することによって、２ｂと７ｂ，
３ｂと８ｂ，４ｂと９ｂはそれぞれ強めあい、２ａと７
ａ，３ａと８ａ，４ａと９ａはそれぞれ弱めあう。した
がって（ｃ）に示すように、片側の磁力が、通常の磁石
配列をとる場合より強くなる。このように、任意の方向
に対して磁力を強めることができる。
ついて、図１１を用いて説明する。（ａ）は、４極モー
タのロータを平面的に表したときの磁石配置である。通
常はこのようにＮ極，Ｓ極が交互におかれている。磁束
は1a,2a,・・・,1b,2b,・・・の様に流れる。（ｂ）は（ａ）
で表されているメイン磁石に対して垂直な方向に磁極を
有する磁石である。これらの磁石を、同じ極性が対向す
るように配置する。磁束の流れは6a,7a,・・・,6b,7b,・・・
の様になる。（ａ）の磁石と（ｂ）の磁石を組み合わせ
たのが（ｃ）の磁石である。このように、磁極が垂直の
関係にある磁石を隣接することによって、２ｂと７ｂ，
３ｂと８ｂ，４ｂと９ｂはそれぞれ強めあい、２ａと７
ａ，３ａと８ａ，４ａと９ａはそれぞれ弱めあう。した
がって（ｃ）に示すように、片側の磁力が、通常の磁石
配列をとる場合より強くなる。このように、任意の方向
に対して磁力を強めることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明は上記構成によって、永久
磁石により発生する磁束量を増加させることができるた
め、同一電流で発生するマグネットトルクが、より有効
に発生することとなる。
磁石により発生する磁束量を増加させることができるた
め、同一電流で発生するマグネットトルクが、より有効
に発生することとなる。
【００１２】図１２は、本発明のhalbach magnet arr
ayを適用した埋め込みモータと、従来の埋め込みモータ
との、永久磁石による磁束分布を示したものである。
ayを適用した埋め込みモータと、従来の埋め込みモータ
との、永久磁石による磁束分布を示したものである。
【００１３】本発明のhalbach magnet arrayを適用し
た埋め込みモータでは、従来埋め込みモータよりも、発
生する磁束量が多くなっており、磁束が極中心に集中し
ている。また、これによって、永久磁石両端部のロータ
外周部との近接部分で生じる磁気漏れによる損失分をカ
バーすることができる。
た埋め込みモータでは、従来埋め込みモータよりも、発
生する磁束量が多くなっており、磁束が極中心に集中し
ている。また、これによって、永久磁石両端部のロータ
外周部との近接部分で生じる磁気漏れによる損失分をカ
バーすることができる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【００１５】以下に示す本発明の実施例は４極の永久磁
石埋め込みモータに関わるものであるが、極数について
は限定はない。
石埋め込みモータに関わるものであるが、極数について
は限定はない。
【００１６】（実施例１）図１において、ロータ３は、
高透磁率材からなるロータコア３ａに、Ｎ極，Ｓ極が交
互となるように配置された４組の永久磁石１を埋め込
み、ロータ軸４に固着することによって構成されてい
る。各永久磁石１はロータ中心側に凸の円弧形状に形成
され、各々の両端部にはメイン磁石の磁極方向と直角方
向の磁極を有する補助磁石２が配置されている。
高透磁率材からなるロータコア３ａに、Ｎ極，Ｓ極が交
互となるように配置された４組の永久磁石１を埋め込
み、ロータ軸４に固着することによって構成されてい
る。各永久磁石１はロータ中心側に凸の円弧形状に形成
され、各々の両端部にはメイン磁石の磁極方向と直角方
向の磁極を有する補助磁石２が配置されている。
【００１７】ここで、メイン磁石の両端部に配置される
補助磁石の長さｌと発生磁束の関係を図２に示す。図２
に示すように、補助磁石の長さが短いとHalbach magne
t array方式の効果を発揮しない。また、補助磁石の長
さが長いとメイン磁石により発生する磁束量が減少して
しまう。これより、メイン磁石の両端部に配置する補助
磁石の長さは、各々の極を構成する永久磁石の開き角θ
に対して0.05から0.2倍が適している。
補助磁石の長さｌと発生磁束の関係を図２に示す。図２
に示すように、補助磁石の長さが短いとHalbach magne
t array方式の効果を発揮しない。また、補助磁石の長
さが長いとメイン磁石により発生する磁束量が減少して
しまう。これより、メイン磁石の両端部に配置する補助
磁石の長さは、各々の極を構成する永久磁石の開き角θ
に対して0.05から0.2倍が適している。
【００１８】また、矩形波で駆動する場合は、メイン磁
石の長さが通電区間に対して0.9から1.1倍が適してい
る。
石の長さが通電区間に対して0.9から1.1倍が適してい
る。
【００１９】ステータ５は、所定本数のティース６を備
え、各ティース６間にはステータ巻線（図示省略）が配
されて構成されている。前記ステータ巻線に交流電流が
与えられることで回転磁束が発生し、この回転磁束によ
り、ロータ３は回転駆動される。
え、各ティース６間にはステータ巻線（図示省略）が配
されて構成されている。前記ステータ巻線に交流電流が
与えられることで回転磁束が発生し、この回転磁束によ
り、ロータ３は回転駆動される。
【００２０】また、図３にはロータ内部に埋め込む永久
磁石が平板状のもの、図４には永久磁石がロータ外周側
に凸のものの例を示す。
磁石が平板状のもの、図４には永久磁石がロータ外周側
に凸のものの例を示す。
【００２１】（実施例２）図５は各々の極を構成する永
久磁石1が複数に分割されており極中心に磁束が集中す
るように磁石を配置している。
久磁石1が複数に分割されており極中心に磁束が集中す
るように磁石を配置している。
【００２２】また、図６には、ロータ内部に埋め込む永
久磁石が平板状のもの、図７には永久磁石がロータ外周
側に凸のものの例を示す。
久磁石が平板状のもの、図７には永久磁石がロータ外周
側に凸のものの例を示す。
【００２３】（実施例３）図８は極と極の間に、メイン
磁石１の磁極方向と直角方向の磁極を有する補助磁石を
配置している。
磁石１の磁極方向と直角方向の磁極を有する補助磁石を
配置している。
【００２４】また、図９には、ロータ内部に埋め込む永
久磁石が平板状のもの、図１０には永久磁石がロータ外
周側に凸のものの例を示す。
久磁石が平板状のもの、図１０には永久磁石がロータ外
周側に凸のものの例を示す。
【００２５】
【発明の効果】本発明によれば、従来の一方向に着磁さ
れた永久磁石を埋め込むモータに比較して、永久磁石に
よる発生磁束を大きくすることができるので、マグネッ
トトルクをより多く利用することができる。
れた永久磁石を埋め込むモータに比較して、永久磁石に
よる発生磁束を大きくすることができるので、マグネッ
トトルクをより多く利用することができる。
【００２６】また、永久磁石の両端部のロータ外周部と
近接する部分において生じる漏れ磁束分をカバーするこ
とができる。
近接する部分において生じる漏れ磁束分をカバーするこ
とができる。
【００２７】また、従来と同等の出力を発生させるロー
タを構成したとき、永久磁石の両端部のロータ外周部と
近接する部分を、より有効に飽和させることができるの
で、この永久磁石の端部からロータ外周までの幅を広く
することができるので、従来以上の高速回転が可能とな
る。
タを構成したとき、永久磁石の両端部のロータ外周部と
近接する部分を、より有効に飽和させることができるの
で、この永久磁石の端部からロータ外周までの幅を広く
することができるので、従来以上の高速回転が可能とな
る。
【００２８】以上の結果、高トルク，高出力，高回転モ
ータを提供することができる。
ータを提供することができる。
【図１】（ａ）本発明の実施例を示す永久磁石埋め込み
モータの構成図 （ｂ）同上の要部拡大図
モータの構成図 （ｂ）同上の要部拡大図
【図２】本発明の実施例による発生磁束特性図
【図３】本発明の他の実施例を示す永久磁石埋め込みモ
ータの構成図
ータの構成図
【図４】本発明の他の実施例を示す永久磁石埋め込みモ
ータの構成図
ータの構成図
【図５】本発明の他の実施例を示す永久磁石埋め込みモ
ータの構成図
ータの構成図
【図６】本発明の他の実施例を示す永久磁石埋め込みモ
ータの構成図
ータの構成図
【図７】本発明の他の実施例を示す永久磁石埋め込みモ
ータの構成図
ータの構成図
【図８】本発明の他の実施例を示す永久磁石埋め込みモ
ータの構成図
ータの構成図
【図９】本発明の他の実施例を示す永久磁石埋め込みモ
ータの構成図
ータの構成図
【図１０】本発明の他の実施例を示す永久磁石埋め込み
モータの構成図
モータの構成図
【図１１】Halbach Magnet Array 説明図
【図１２】ギャップ磁束密度特性図
【図１３】従来の永久磁石埋め込みモータの構成図
【図１４】図１３の拡大図
１ 永久磁石 １ａ メイン磁石 ２ 補助磁石 ３ ロータ ３ａ ロータコア ４ ロータ軸 ５ ステータ ６ ティース
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 桐山 博之 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 西山 典禎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (8)
- 【請求項１】高透磁率材からなるロータ本体に、ロータ
軸方向に複数個の永久磁石を埋設しており、隣り合う極
と極の間がロータコア部で分割されているロータを備え
た永久磁石埋め込みモータにおいて、各極を構成する前
記永久磁石は、中央のメイン磁石と、その両端部にメイ
ン磁石の磁極方向と直角方向の磁極を有する補助磁石を
配置したことを特徴とする永久磁石埋め込みモータ。 - 【請求項２】補助磁石は、その長さが各々の極を構成す
る永久磁石の開き角に対して0.05から0.2倍である請求
項１記載の永久磁石埋め込みモータ。 - 【請求項３】メイン磁石は、その長さが矩形波駆動にお
ける通電区間に対して0.9から1.1倍である請求項１記載
の永久磁石埋め込みモータ。 - 【請求項４】メイン磁石は、複数に分割されており、そ
れらの磁極方向が極中心に磁束が集中するように配置し
た請求項１記載の永久磁石埋め込みモータ。 - 【請求項５】高透磁率材からなるロータ本体に、ロータ
軸方向に複数個の永久磁石を埋設しており、隣り合う極
と極の間がロータコア部で分割されているロータを備え
た永久磁石埋め込みモータにおいて、極と極の間に、前
記永久磁石の磁極方向と直角方向の磁極を有する補助磁
石を配置したことを特徴とする永久磁石埋め込みモー
タ。 - 【請求項６】永久磁石は、ロータ中心側に凸の円弧形状
に形成されている請求項１乃至請求項５記載の永久磁石
埋め込みモータ。 - 【請求項７】永久磁石は、平板状である請求項１乃至請
求項５記載の永久磁石埋め込みモータ。 - 【請求項８】永久磁石は、ロータ外周側に凸の円弧形状
に形成されている請求項１乃至請求項５記載の永久磁石
埋め込みモータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8342970A JPH10191585A (ja) | 1996-12-24 | 1996-12-24 | 永久磁石埋め込みモータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8342970A JPH10191585A (ja) | 1996-12-24 | 1996-12-24 | 永久磁石埋め込みモータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10191585A true JPH10191585A (ja) | 1998-07-21 |
Family
ID=18357925
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8342970A Pending JPH10191585A (ja) | 1996-12-24 | 1996-12-24 | 永久磁石埋め込みモータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10191585A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6025667A (en) * | 1997-09-29 | 2000-02-15 | Fujitsu General Limited | Permanent magnet rotor type electric motor with different permanent magnet materials |
| JP2008043120A (ja) * | 2006-08-09 | 2008-02-21 | Kofu Meidensha:Kk | 永久磁石式回転電機 |
| JP2008283806A (ja) * | 2007-05-11 | 2008-11-20 | Okuma Corp | 埋め込み磁石モータ |
| JP2012228016A (ja) * | 2011-04-18 | 2012-11-15 | Tamagawa Seiki Co Ltd | 磁石埋め込み型回転子構造 |
| JP2014007796A (ja) * | 2012-06-21 | 2014-01-16 | Mazda Motor Corp | 回転電機のロータ構造 |
| JPWO2014115655A1 (ja) * | 2013-01-23 | 2017-01-26 | 三菱電機株式会社 | 回転子およびその回転子を備えた回転電機 |
| WO2023286606A1 (ja) * | 2021-07-15 | 2023-01-19 | 株式会社日立製作所 | 回転電機、電動ホイール及び車両 |
| US20230216360A1 (en) * | 2020-06-09 | 2023-07-06 | Daikin Industries, Ltd. | Electric motor, compressor, blower, refrigerator |
-
1996
- 1996-12-24 JP JP8342970A patent/JPH10191585A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US20230216360A1 (en) * | 2020-06-09 | 2023-07-06 | Daikin Industries, Ltd. | Electric motor, compressor, blower, refrigerator |
| US12476505B2 (en) * | 2020-06-09 | 2025-11-18 | Daikin Industries, Ltd. | Electric motor with a short-circuit reduction part, compressor, blower, refrigerator |
| WO2023286606A1 (ja) * | 2021-07-15 | 2023-01-19 | 株式会社日立製作所 | 回転電機、電動ホイール及び車両 |
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