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JP3599066B2 - 永久磁石形回転電機 - Google Patents
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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、永久磁石を回転子に設けた永久磁石形回転電機に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、永久磁石形回転電機では、例えば永久磁石の回転子が8極、固定子が12スロットの場合、図5に示すように、リング状の固定子1の内側に突出する凸極11を設け、凸極11に空隙を介して対向する回転子2を設け、回転子2の外周には複数個の周囲が四角形の永久磁石3を円周方向に等間隔に配列してある。永久磁石3が軸方向に平行に配列してあると、これをブロック▲1▼〜▲4▼の4ブロックに分けた場合、図6に示すように、各ブロックは幾何学的に合同の関係となり、各ブロック内の永久磁石3と凸極11の位置関係が全く等しくなる。この各ブロックの境界線を境に、磁束分布は周期的に変化するので、これら4つのブロック毎のコギングトルクは大きさも位相も全く等しくなる。したがって、全体のコギングトルクは、各ブロックごとのコギングトルクの4倍になり、極めてコギングトルクが大きく、滑らかな回転ができないという問題がある。
この問題を解決する方法として、永久磁石を軸方向に対して傾きを持つ、いわゆるスキューした形状にしたり、例えば図7に示すように、回転子2の外周に周囲が四角形の永久磁石3Aを円周方向に複数個配列するとともに、軸方向にも永久磁石3Bを複数個配列し、軸方向に進むにつれて僅かに円周方向にずらして、スキュー効果をもたらす配列にしたものが開示されている(例えば、実開昭61−17876号、実開平3−86752号)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術の永久磁石をスキューした形状にしたものでは、永久磁石を焼結や鋳造によって成形する場合、変形が大きかったり、加工工数が大きいという問題があった。
また、永久磁石を軸方向にずらして配列するものでは、互いに異極となる磁極が軸方向に接近しているので、近接する磁極間で磁束の流れが生じる。例えば、図7に示した永久磁石3AのS極3A と永久磁石3BのN極3B とは接近しているので、固定子に流れずにS極3A とN極3B との間に矢印で示すような漏洩磁束が生じ、図8に示すように、回転子の円周方向の磁束分布が正弦波とならず、コギングトルクに対するスキュー効果が小さくなるという問題があった。
本発明は、永久磁石の配列を変えてスキュー効果を維持し、コギングトルクの低い永久磁石形回転電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】
上記問題を解決するため、本発明は、内側に突出する複数の凸極を備えたリング状の固定子と、前記凸極の内側に空隙を介して対向し、かつ円周方向に複数の永久磁石を回転子鉄心の外周面から突出させて配置した回転子とを備えた永久磁石形回転電機において、前記凸極と前記永久磁石を円周方向に等間隔に4個のブロックに分け、前記ブロックのうち前記回転子の中心に対して対称の位置にある一方の1対のブロックおよび他の1対のブロックの中の前記凸極と前記永久磁石との位置関係がそれぞれ幾何学的に合同な配置とし、前記一方の1対のブロックに発生するコギングトルクを他の1対のブロックのコギングトルクが互いに打ち消し合うように、他の1対のブロックの永久磁石を円周方向にずらして固定したものである。
また、12極の前記凸極と、8極の前記永久磁石とを備え、前記一方の1対のブロックの永久磁石の位置に対し、他の1対のブロックの永久磁石の位置を円周方向に前記一方の1対のブロックで発生するコギングトルクの1周期の機械角で1/2の角度だけ回転させた位置に固定したものである。
また、内側に突出する複数の凸極を備えたリング状の固定子と、前記固定子の凸極の内側に空隙を介して対向し、かつ円周方向および軸方向にスキューさせて複数の永久磁石を配置した回転子とを備えた永久磁石形回転電機において、前記軸方向に隣り合う永久磁石間の隙間が、前記円周方向に隣り合う永久磁石間の隙間より大きくなるようにしたものである。
【0005】
【作用】
上記手段により、回転子の中心に対して対称の位置にある一方の1対のブロックから生じるコギングトルクと、他方の1対のブロックから生じるコギングトルクが、半周期ずれているため、互いに打ち消し合い、全体のコギングトルクは大きく低減される。
また、一方の永久磁石のS極と軸方向に隣り合う永久磁石のN極とは円周方向に隣接する磁石の隙間より大きい隙間だけ離れているので、軸方向に隣り合うS極とN極との間には漏洩磁束が生じることがなく、回転子の円周方向の磁束分布が正弦波となり、コギングトルクは低減される。
【0006】
【実施例】
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の実施例を示す正面図で、8極12スロットの永久磁石形回転電機を実例として説明する。
図において、1はリング状の固定子で、円周方向に等間隔に配置され、かつ内側に突出する12個の凸極11を備え、隣接する凸極11の間には12個のスロット12を形成し、スロット12の中には固定子コイルを収納するようにしてある。2は回転子、21は薄板鋼板を積層して形成した回転子鉄心で、回転子鉄心21の外周に8個の周囲が四角形の永久磁石3を固定してある。
永久磁石3の回転子2上の配置方法を説明すると、固定子1および回転子2を円周方向に4等分してブロック▲1▼〜▲4▼に分けたとき、回転子2の中心に対して対称の位置にある1対のブロック▲1▼およびブロック▲3▼の永久磁石3はそれぞれ幾何学的に合同で、回転子2の外周を磁極の数で割った角度の間隔で配置してある。回転子2の中心に対して対称の位置にある他の1対のブロック▲2▼およびブロック▲4▼の永久磁石3はそれぞれ幾何学的に合同で、ブロック▲1▼およびブロック▲3▼に対して時計回りに7.5度回転させた位置に固定してある。
永久磁石3の位置決めは、回転子鉄心21を打ち抜く時、各ブロックごとの永久磁石の位置に合わせて回転子鉄心21の外周に突起を設け、その突起に合わせて永久磁石3を配置すれば、加工工数を増やすことなく、簡単に永久磁石の位置決めができる。
【0007】
ここで、コギングトルクの発生原理について説明する。
図5に基づいて説明した従来例では、永久磁石3が回転子2の外周に等間隔に配置され、図6に示すように、4個の互いに幾何学的に合同なブロック▲1▼〜▲4▼で発生するコギングトルクは同じ位相で大きさを持っているため、全体のコギングトルクは各ブロックのコギングトルクの4倍となる。また、コギングトルクの1周期は機械角で、360度を磁極数(8)とスロット数(12)の最小公倍数(24)で割った角度(15度)になる。
そこで、バランスを取るために、回転子2の回転中心に対して対称の位置にある二つの幾何学的に合同なブロック▲1▼とブロック▲3▼の永久磁石3はそのままの位置としておく。同じく回転子2の回転中心に対して対称の位置にあるブロック▲2▼とブロック▲4▼の永久磁石3の位置を、機械角でコギングトルクの1/2周期である15度の1/2の7.5度だけブロック▲1▼とブロック▲3▼の永久磁石3から時計回りに回転して、ブロック▲1▼とブロック▲3▼とは異なる位置関係で、しかも幾何学的に合同な関係にする。
これにより、ブロック▲1▼とブロック▲3▼から生じるコギングトルクと、ブロック▲2▼とブロック▲4▼から生じるコギングトルクが、図2に示すように、半周期ずれているため、互いに打ち消し合い、全体のコギングトルクは大きく低減される。
【0008】
図3は本発明の第2の実施例を示す側面図で、8極の永久磁石を軸方向に2列設けた回転子を示してある。
図において、2は回転子、21は回転子鉄心、3Aは回転子鉄心21の外周に等間隔に8個配列した永久磁石である。3Bは永久磁石3Aと同じ数だけ回転子鉄心21の外周に等間隔に、かつ永久磁石3Aから軸方向に円周方向の磁石間の隙間G より広い隙間G を開けて、機械角でコギングトルクの1/2周期である15度の1/2の7.5度だけ円周方向にずらして配列し、スキュー効果をもたらすようにしてある。
したがって、永久磁石3AのS極3A と永久磁石3BのN極3B とは円周方向に隣接する磁石の隙間G より大きい隙間G だけ離れているので、S極3A とN極3B との間には漏洩磁束が生じることがなく、図4に示すように、回転子の円周方向の磁束分布が正弦波となり、コギングトルクは低減される。
【0009】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、固定子と回転子との円周方向の位置関係が、磁気的に全く合同な複数の円周方向ブロックに分け、ブロックごとに永久磁石の固定位置をコギングトルクを打ち消すように移動してあるので、周囲が四角形の永久磁石でも永久磁石にスキューを与えたものと同じ効果を生じる。
また、永久磁石を軸方向に複数個配置し、かつ円周方向にずらして配置する場合は、円周方向の磁石間の隙間より軸方向の磁石間の隙間を大きくして、漏洩磁束を減らし、コギングトルクの発生を抑制するので、極めてコギングトルクが低く、永久磁石の加工工数やコストが低い永久磁石形回転電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の実施例を示す正面図である。
【図2】本発明の第1の実施例のコギングトルクを示す説明図である。
【図3】本発明の第2の実施例を示す(a)正面図および(b)側面図である。
【図4】本発明の第2の実施例のコギングトルクを示す説明図である。
【図5】従来例を示す正面図である。
【図6】従来例のコギングトルクを示す説明図である。
【図7】従来例を示す(a)正面図および(b)側面図である。
【図8】従来例のコギングトルクを示す説明図である。
【符号の説明】
1 固定子、11 凸極、12 スロット、2 回転子、21 回転子鉄心、3、3A,3B 永久磁石、G ,G 隙間

Claims (3)

  1. 内側に突出する複数の凸極を備えたリング状の固定子と、前記凸極の内側に空隙を介して対向し、かつ円周方向に複数の永久磁石を回転子鉄心の外周面から突出させて配置した回転子とを備えた永久磁石形回転電機において、
    前記凸極と前記永久磁石を円周方向に等間隔に4個のブロックに分け、
    前記ブロックのうち前記回転子の中心に対して対称の位置にある一方の1対のブロックおよび他の1対のブロックの中の前記凸極と前記永久磁石との位置関係がそれぞれ幾何学的に合同な配置とし、
    前記一方の1対のブロックに発生するコギングトルクを他の1対のブロックのコギングトルクが互いに打ち消し合うように、他の1対のブロックの永久磁石を円周方向にずらして固定したことを特徴とする永久磁石形回転電機。
  2. 12極の前記凸極と、8極の前記永久磁石とを備え、前記一方の1対のブロックの永久磁石の位置に対し、他の1対のブロックの永久磁石の位置を円周方向に前記一方の1対のブロックで発生するコギングトルクの1周期の機械角で1/2の角度だけ回転させた位置に固定した請求項1記載の永久磁石形回転電機。
  3. 内側に突出する複数の凸極を備えたリング状の固定子と、前記固定子の凸極の内側に空隙を介して対向し、かつ円周方向および軸方向にスキューさせて複数の永久磁石を配置した回転子とを備えた永久磁石形回転電機において、
    前記軸方向に隣り合う永久磁石間の隙間が、前記円周方向に隣り合う永久磁石間の隙間より大きくなるようにしたことを特徴とする永久磁石形回転電機。
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