JP4090630B2

JP4090630B2 - Self-starting permanent magnet synchronous motor

Info

Publication number: JP4090630B2
Application number: JP20308099A
Authority: JP
Inventors: 健治佐々木; 輝雄田村
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-07-16
Filing date: 1999-07-16
Publication date: 2008-05-28
Anticipated expiration: 2019-07-16
Also published as: CN101630887B; CN101630887A; JP2001037126A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍空調機器用電動圧縮機やその他の一般産業用に使用される自己始動形永久磁石式同期電動機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自己始動形永久磁石式同期電動機は、始動時には回転子の始動用かご形導体により誘導電動機として作動し、回転子が同期速度付近に達すると永久磁石がつくる回転子磁極によって同期速度に引き込まれて同期速度に入るが、定速度運転性および高効率性等優れた性能を有しているため一般産業用その他に広く使用されており、特に電動機の回転子構造についてはさまざまな改良が施されてきた。
【０００３】
従来の自己始動形永久磁石式同期電動機の回転子は一般的に、特公昭５９−２３１７９号公報に示されているものがある。以下、図面を参照しながら上記従来の自己始動形永久磁石式同期電動機を説明する。
【０００４】
図６は２極の例を示すものである。１は回転子、２は回転子鉄心であり、回転子鉄心２の外周付近に設けた複数個のスロット３に導体バー４を配設し、前記導体バー４の両端を短絡環で短絡して始動用かご形導体を形成している。短絡環は図示はしないが、回転子鉄心の軸方向の両端に配置された環状の導電性材料よりなり、各々の導体バー４に接続されている。また前記導体バー４の内側に複数個の永久磁石埋め込み用穴５が設けられ、永久磁石６が埋め込まれている。７は永久磁石の異極間の磁束短絡防止用スリットであり、前記磁束短絡防止用スリット７と永久磁石埋め込み用穴５との間の距離Ｐを十分狭くすることにより、前記永久磁石埋め込み用穴５と前記磁束短絡防止用スリット７との間を磁気飽和させ、永久磁石による異極間の磁束短絡を防止するように構成されている。
【０００５】
従来、回転子鉄心２の隣り合うスロット４の間の距離Ｔ１は各々の箇所で一定の大きさであった。また、スロット４の径方向長さＨ１も一定であり、回転子鉄心２がこのような形状の場合、回転子磁極の端付近に位置する隣り合うスロットの間の距離Tやスロット３と永久磁石埋め込み用穴５の間の距離Ｙ１は十分広い磁路幅を有しているため、永久磁石６から涌出する磁束は、回転子磁極の端付近の外周面にも他の箇所の外周面とほぼ同程度に流出することになる。その結果、固定子と回転子の間の空隙部における磁束密度分布は、図７に示すように縦軸に磁束密度Ｂｇを表わし横軸に回転子磁極の極間を原点としたときの空隙部の回転方向の角度θを表わした場合に、矩形波となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来の自己始動形永久磁石式同期電動機においては、回転子鉄心の全てのスロットの間の距離が一定であり、且つ全てのスロットの径方向長さも一定であるため固定子と回転子の間の空隙部の磁束密度分布は矩形波となる。一般に、永久磁石による回転子磁極の強さは、電動機に電圧を印加しない状態で、回転子を外部から回転させたときに固定子の巻線に誘起される電圧の大きさを測定することにより相対的に把握することができる。
【０００７】
ここで固定子と回転子の間の空隙部の磁束密度分布の形状と回転子磁極による固定子巻線の誘起電圧との関係を２極の自己始動形永久磁石式電動機を例にとって説明する。
【０００８】
空隙部の磁束密度分布Ｂｇ(θ)が矩形波Ｂｇ1(θ)の場合を図7に、台形波Ｂｇ2(θ)の場合を図８に示す。縦軸は空隙部の磁束密度Ｂｇ、横軸は回転子磁極の極間を原点としたときの空隙部の回転方向の角度θである。図７においてＢｇ1mはＢｇ1(θ)の最大値でありＢｇ1(θ)は式（１）と式（２）で表わされる。
【０００９】
【数１】

【００１０】
【数２】

【００１１】
図８においてＢｇ2mはＢｇ2(θ)の最大値であり、θ＝０からのＢｇ2(θ)の傾き角度をαとするとＢｇ2(θ)は式（３）、式（４）、式（５）で表わされる。
【００１２】
【数３】

【００１３】
【数４】

【００１４】
【数５】

【００１５】
なお、永久磁石の磁束は回転子内部の磁束短絡は無く全ての磁束が固定子鉄心に流入するものとする。従って空隙部の磁束密度分布の波形の形状に拘わらず固定子に流入する磁束の量は一定であり１極当たりの波形の面積は同じとし式（６）で表わされる。
【００１６】
【数６】

【００１７】
固定子巻線は１極に相当する範囲に分布して配置されるが、等価的に１極に相当する回転方向の角度πの幅に集中して配置され巻数をｎと考える。回転子磁極が角速度ωで回転している時の巻線の中を通る磁束量φ(ｔ)は式（７）で表わされる。
【００１８】
【数７】

【００１９】
空隙部の磁束密度分布Ｂｇ(θ)が矩形波Ｂｇ1(θ)の場合の磁束量φ1(ｔ)は、式（７）のＢｇ(θ)に式（１）と式（２）のＢｇ1(θ)を代入することにより図９に示すような波形となる。台形波Ｂｇ2(θ)の場合の磁束量φ2(ｔ)は、式（７）のＢｇ(θ)に式（３）と式（４）と式（５）のＢｇ1(θ)を代入することによりを図１０に示すような波形となる。図９と図１０の縦軸は磁束量φで横軸は時間ｔである。
固定子巻線に誘起される誘起電圧波形Ｖ(ｔ)は式（８）で表わされる。
【００２０】
【数８】

【００２１】
空隙部の磁束密度分布が矩形波Ｂｇ1(θ)の場合の誘起電圧波形Ｖ1(ｔ)を図１１に、台形波Ｂｇ2(θ)の場合の誘起電圧波形Ｖ2(ｔ)を図１２に示す。図１１と図１２の縦軸は誘起電圧V(ｔ)で横軸は時間ｔである。
【００２２】
誘起電圧Vとは誘起電圧波形の実効値を表わしており、式（９）で表わされる。
【００２３】
【数９】

【００２４】
ここで式（８）を式（９）に代入すると誘起電圧Ｖは式（１０）で表わされる。
【００２５】
【数１０】

【００２６】
空隙部の磁束密度分布が矩形波Ｂｇ1(θ)の場合の誘起電圧Ｖ1は式（１０）に式（１）と式（２）を代入することにより式（１１）で表わされる。
【００２７】
【数１１】

【００２８】
空隙部の磁束密度分布が台形波Ｂｇ2(θ)の場合の誘起電圧Ｖ2は式（１０）に式（３）と式（４）と式（５）を代入することにより式（１２）で表わされる。
【００２９】
【数１２】

【００３０】
Ｖ2は図８の角度αの関数であり図１３に示す。α＝π／２のときＶ2は式（１１）と同じ値になり、図１３においてα＝π／２の時は空隙部の磁束密度分布が矩形波の誘起電圧を示しているといえる。図８より空隙部の磁束密度分布が台形波の場合はαがπ／２より小さいことから、図１３より空隙部の磁束密度分布が矩形波の場合の誘起電圧は台形波の場合の誘起電圧より低いことがわかる。
【００３１】
また、空隙部の磁束密度分布が正弦波近似の場合の誘起電圧は式（９）で同様に表わされ、空隙部の磁束密度分布が矩形波の場合の誘起電圧は正弦波近似の場合の誘起電圧より低いといえる。従って空隙部の磁束密度分布が矩形波の場合は、回転子磁極が弱いため脱調トルクが小さくなるとともに、且つ固定子巻線の電流が大きくなり効率が低下することとなる。そこで所要の誘起電圧を得るためには永久磁石を大きくするか、高い残留磁束密度を有する永久磁石を使用する必要があるため、永久磁石のコストが高くなり、電動機のコストも高くなるという課題があった。
【００３２】
本発明は上記の課題を解決するもので、固定子と回転子の間の空隙部の磁束密度分布を台形波または正弦波近似にすることによって固定子の巻線に誘起される電圧を大きくすることができることにより、永久磁石を大きくしたり、高い残留磁束密度を有する永久磁石を使用せずに、高性能で安価な自己始動形永久磁石式同期電動機を提供することを目的とする。
【００３３】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明は、回転子鉄心の、永久磁石による回転子磁極の端付近に位置する隣り合うスロットの間の距離を、前記回転子磁極の中心付近に位置する前記距離よりも小さくしたものである。
【００３４】
このことにより回転子磁極の端付近では、永久磁石の磁束が回転子の外周面に流出しにくくなり、その分だけ回転子磁極の中心付近の外周面により多く流出することになる。そのため、固定子と回転子の間の空隙部における磁束密度分布は台形波または正弦波近似となり、矩形波の場合に比べて単位時間当たりの磁束の変化量が大きくなるため、固定子の巻線に誘起される誘起電圧を大きくすることができ、回転子磁極が強くなるので従来のように所要の誘起電圧を得るために永久磁石の体積を大きくしたり、高い残留磁束密度を有する永久磁石を使用したりしないでも、所要の脱調トルクや高い効率を持つ高性能で安価な自己始動形永久磁石式同期電動機とすることができる。
【００３５】
また、本発明は永久磁石による回転子磁極の中心から回転方向に位置するスロットの間の距離を反回転方向側に位置するスロットの間の距離に比べて広くしたものである。
【００３６】
このことにより、負荷運転時には固定子の巻線による磁束と永久磁石による磁束との合成磁束の回転子表面における分布の最大値は回転子磁極の中心より回転方向側に位置するが、前記位置の磁束が通る回転子のスロットの間の距離を大きくしたため、その部分の磁気飽和を防ぐことができる。その結果、回転子から磁石による磁束を十分取り出せるので、固定子巻線の電流を抑制でき、電動機の効率を向上させることができる。
【００３７】
また、本発明はスロットの径方向長さを箇所によって異なる寸法とするとともに、永久磁石による回転子磁極の端付近に位置する前記スロットと永久磁石埋め込み用穴との間の距離を、回転子の他の箇所に位置する前記スロットと前記永久磁石埋め込み用穴との間の距離よりも小さくしたものである。
【００３８】
このことにより、永久磁石から涌出する磁束が回転子磁極の端付近の外周面には流出しにくくなり、その分だけ回転子磁極の中心付近の外周面により多く流出することになる。そのため、固定子と回転子の間の空隙部における磁束密度分布は台形波または正弦波近似となり、矩形波の場合に比べて単位時間当たりの磁束の変化量が大きくなるため、固定子の巻線に誘起される誘起電圧を大きくすることができ、回転子磁極を強くすることができるので、従来のように所要の誘起電圧を得るために永久磁石の体積を大きくしたり、高い残留磁束密度を有する永久磁石を使用したりしないでも、所要の脱調トルクや高い効率を持つ高性能で安価な自己始動形永久磁石式同期電動機とすることができる。
【００３９】
また、本発明は永久磁石が希土類磁石で形成されているものである。希土類磁石は残留磁束密度が高いので、永久磁石の体積を著しく小さくできるため、回転子のスロット形状や永久磁石埋め込み用穴の位置や寸法の設定の自由度が増して、最適な回転子鉄心の形状が得られやすく、回転子または電動機を小型軽量化することができる。また、永久磁石の保磁力が大きいため、始動電流による大きな減磁界に対して容易に減磁を防ぐことができる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、固定子鉄心に巻線を巻装した固定子と、前記固定子鉄心の内径円筒面に対向して回転自在に回転し、回転子鉄心の外周付近に設けた複数個のスロットに導体バーを配設して、前記導体バーの両端を短絡環で短絡して形成した始動用かご形導体を有するとともに、前記導体バーの内側に複数個の永久磁石埋め込み用穴を設けて、永久磁石を埋め込んだ回転子とからなる電動機であって、前記回転子鉄心の、永久磁石による回転子磁極の端付近に位置する隣り合う前記スロットの間の距離を、前記回転子磁極の中心付近に位置する前記距離よりも小さくすることにより、回転子磁極の端付近では、永久磁石の磁束が回転子の外周面に流出しにくくなり、その分だけ回転子磁極の中心付近の外周面により多く流出することになる。そのため、固定子と回転子の間の空隙部における磁束密度分布は台形波または正弦波近似となり、矩形波の場合に比べて単位時間当たりの磁束の変化量が大きくなるため、固定子の巻線に誘起される誘起電圧を大きくすることができるという作用を有する。
【００４１】
また、請求項１に記載の発明によれば、永久磁石による回転子磁極の中心付近から回転方向に位置する隣り合うスロットの間の距離を、反回転方向側に位置する前記距離よりも大きくしたことにより、負荷運転時には固定子の巻線による磁束と永久磁石による磁束との合成磁束の回転子表面における分布の最大値は回転子磁極の中心より回転方向側に位置するが、前記位置の磁束が通る回転子のスロットの間の距離を大きくしたため、磁気飽和を防ぐことができるという作用を有する。
【００４２】
また、請求項２に記載の発明によれば、固定子鉄心に巻線を巻装した固定子と、前記固定子鉄心の内径円筒面に対向して回転自在に回転し、回転子鉄心の外周付近に設けた複数個のスロットに導体バーを配設して、前記導体バーの両端を短絡環で短絡して形成した始動用かご形導体を有するとともに、前記導体バーの内側に複数個の永久磁石埋め込み用穴を設けて、永久磁石を埋め込んだ回転子とからなる電動機であって、前記スロットの径方向長さを箇所によって異なる寸法とするとともに、前記永久磁石による回転子磁極の端付近に位置する前記スロットと前記永久磁石埋め込み用穴との間の距離を、前記回転子の他の箇所に位置する前記スロットと前記永久磁石埋め込み用穴との間の距離よりも小さくすることにより、永久磁石から涌出する磁束が回転子磁極の端付近の外周面には流出しにくくなり、その分だけ回転子磁極の中心付近の外周面に、より多く流出することになる。そのため、固定子と回転子の間に空隙部における磁束密度分布は台形波または正弦波近似となり、矩形波の場合に比べて単位時間当たりの磁束の変化量が大きくなるため、固定子の巻線に誘起される誘起電圧を大きくすることができるという作用を有する。
【００４３】
また、請求項２に記載の発明によれば、回転子鉄心のスロットと永久磁石埋め込み用穴との間の距離を、永久磁石による回転子磁極の端付近から回転子磁極の中心に向けて順次大きくすることにより、固定子巻線のつくる磁界の磁束が、回転子磁極の端部のスロットと永久磁石埋め込み用穴との間では少なく、磁極の中心に近づくにつれて各スロット間から流入する磁束が重畳されて多くなり磁極中心は最も多くなるが、前記スロットと前記永久磁石埋め込み用穴との間の部分の磁気飽和を防ぐことができるという作用を有する。
【００４４】
また、請求項３に記載の発明によれば、請求項１または請求項２に記載の発明に、さらに、永久磁石が希土類磁石で形成されていることにより、希土類磁石は残留磁束密度が高いので、永久磁石の体積を著しく小さくできるため、回転子のスロット形状や永久磁石埋め込み用穴の位置や寸法の設定の自由度が増して、最適な回転子鉄心の形状が得られやすく、回転子または電動機を小型軽量化することができるという作用を有する。また、永久磁石の保持力が大きいため、始動電流による大きな減磁界に対して容易に減磁を防ぐことができるという作用を有する。
【００４５】
【実施例】
以下、本発明による自己始動形永久磁石式同期電動機の実施例について、図面を参照しながら説明する。なお、従来と同一の構成については同一の符号を付して詳細な説明は省略する。また固定子は一般的な自己始動形永久磁石式同期電動機と同様の構成であるため固定子についての説明も省略する。
【００４６】
（実施例１）
図１を用いて説明する。図１は本発明の実施例１による自己始動形永久磁石式同期電動機の回転子の縦断面図を示す。図１において、１は回転子、２は回転子鉄心である。回転子鉄心２の外周付近に複数個の導体バー４を配設するためのスロット３を設け、アルミダイカストにより前記導体バー４と回転子鉄心の軸方向の両端の短絡環（図示せず）を一体成形して始動用かご形導体を形成している。また前記導体バー４の内側に複数個の永久磁石埋め込み用穴５を設けて、永久磁石６が埋め込まれている。
【００４７】
ここで図１において２個の平板状の前記永久磁石を山形状に突き合わせて配置することにより１極の回転子磁極を形成しており、回転子全体で４個の前記永久磁石により２極の回転子磁極を形成している。Ｔ２およびＴ３は、永久磁石による回転子磁極の端付近に位置するスロットの間の距離を示し、Ｔ４は回転子磁極の中心付近に位置するスロットの間の距離を示す。ここで、Ｔ２およびＴ３はＴ４よりも小さく設定されている。
【００４８】
図２は、固定子と回転子の間の空隙部の磁束密度分布を示している。図２において縦軸は磁束密度Ｂを表わし、横軸は回転子磁極の極間を原点としたときの空隙部の回転方向の角度θを表わす。回転子磁極の端付近では、Ｔ２およびＴ３は、回転子磁極の中心付近のＴ４より小さいため、永久磁石６の磁束が回転子１の外周面に流出しにくくなり、その分だけ回転子磁極の中心付近の外周面により多く流出することになる。そのため、固定子と回転子１の間の空隙部における磁束密度分布は台形波または正弦波近似となり、矩形波の場合に比べて単位時間当たりの磁束の変化量が大きくなるため、固定子の巻線に誘起される誘起電圧を大きくすることができ、従来のように所要の誘起電圧を得るために永久磁石の体積を大きくしたり、高い残留磁束密度を有する永久磁石を使用したりしないでも、所要の脱調トルクや高い効率を持つ高性能で安価な自己始動形永久磁石式同期電動機とすることができる。
【００４９】
（実施例２）
図３は、本発明の実施例２による自己始動形永久磁石式同期電動機の回転子の縦断面図を示す。図３において、回転子１は矢印の方向に回転している場合を示している。負荷運転時には固定子の巻線による磁束と永久磁石６による磁束との合成磁束は、回転子磁極の中心より反回転方向側に位置するスロットの間８よりも、回転方向側にθ１ずれた位置にあるスロットの間９に多く流れる。スロットの間９の距離Ｔ８をスロットの間８の距離Ｔ９より広くしたことにより、スロットの間９部分の鉄心の磁気飽和を防ぐことができ、さらに良好な電動機特性を得ることができる。
【００５０】
（実施例３）
図４は、本発明の実施例３による自己始動形永久磁石式同期電動機の回転子の縦断面図を示す。図４において、スロット１０は回転子磁極の中心付近に位置するスロットであり、スロット１１および１２は端付近に位置する。スロット１０の径方向長さＨ１０とスロット１１の径方向長さＨ１１とスロット１２の径方向長さＨ１２をそれぞれ異なった寸法とするとともに、スロット１０と永久磁石埋め込み用穴５との間の距離Ｙ１０よりも、スロット１１およびスロット１２と前記永久磁石埋め込み用穴５との間の距離Ｙ１１、Ｙ１２を小さくすることにより、永久磁石から涌出する磁束が回転子磁極の端付近の外周面には流出しにくくなり、その分だけ回転子磁極の中心付近の外周面に、より多く流出することになる。そのため、固定子と回転子の間の空隙部における磁束密度分布は台形波または正弦波近似となり、矩形波の場合に比べて単位時間当たりの磁束の変化量が大きくなるため、固定子の巻線に誘起される誘起電圧を大きくすることができ、従来のように所要の誘起電圧を得るために永久磁石の体積を大きくしたり、高い残留磁束密度を有する永久磁石を使用したりしないでも、所要の脱調トルクや高い効率を持つ高性能で安価な自己始動形永久磁石式同期電動機とすることができる。
【００５１】
（実施例４）
図５は、本発明の実施例４による自己始動形永久磁石式同期電動機の回転子の縦断面図を示す。図５において、スロット１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９は、回転子磁極の中心から端に位置するスロットであり、それぞれのスロットと永久磁石埋め込み用穴５との間の距離Ｙ１３、Ｙ１４、Ｙ１５、Ｙ１６、Ｙ１７、Ｙ１８、Ｙ１９をＹ１９からＹ１３へ順次大きくなるように設定されている。
【００５２】
また図５の矢印の線は固定子巻線のつくる磁界の磁束が回転子１を通る様子を示している。なお図が繁雑になるため回転子の下半分のみに磁束の流れを表わし、上半分は省略している。図から明らかなように回転子磁極の端部のスロット１９と永久磁石埋め込み用穴との間では固定子からの磁束は少なく、磁極の中心に近づくにつれて各スロット間から流入する磁束が重畳されて多くなり、磁極中心は最も多くの固定子巻線のつくる磁界の磁束が集中している。
【００５３】
しかしながら、スロットと永久磁石埋め込み用穴との距離も回転子磁極の端部から中心に向けて順次大きくなるように設定してあるので、スロットと永久磁石埋め込み用穴との間の鉄心部の磁気飽和を防ぐことができ、良好な電動機特性を確保することができる。
【００５４】
（実施例５）
永久磁石がＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の希土類磁石で形成されていることにより、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の希土類磁石は残留磁束密度が高いので、永久磁石の体積を著しく小さくできるため、回転子のスロット形状や永久磁石埋め込み用穴の位置や寸法の設定の自由度が増して、最適な回転子鉄心の形状が得られやすく、回転子または電動機を小型軽量化することができる。また、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の希土類磁石の保磁力が大きいため、始動電流による大きな減磁界に対して容易に減磁を防ぐことができる。
【００５５】
なお、上記の全ての実施例においては、２極の例を用いたが、これに限られるものではなく、例えば４極等の他の磁極数を形成するような回転子についても同様である。
【００５６】
また、上記の全ての実施例においては永久磁石が平板状のものを用いたが、これに限られるものではなく、例えば円弧状等他の形状の永久磁石を用いた回転子についても同様の施策を講じることができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載の発明によれば、固定子鉄心に巻線を巻装した固定子と、前記固定子鉄心の内径円筒面に対向して回転自在に回転し、回転子鉄心の外周付近に複数個の導体バーを配設するためのスロットを有し、前記導体バーの両端を短絡環で短絡して形成した始動用かご形導体を有するとともに、前記導体バーの内側に複数個の永久磁石埋め込み用穴を有し、前記永久磁石埋め込み用穴に永久磁石が埋め込まれた回転子とからなる電動機において、前記回転子鉄心の、永久磁石による回転子磁極の端付近に位置する隣り合う前記スロットの間の距離を、前記回転子磁極の中心付近に位置する前記距離よりも小さくすることにより、回転子磁極の端付近では、永久磁石の磁束が回転子の外周面に流出しにくくなり、その分だけ回転子磁極の中心付近の外周面により多く流出することになる。そのため、固定子と回転子の間の空隙部における磁束密度分布は台形波または正弦波近似となり、矩形波の場合に比べて単位時間当たりの磁束の変化量が大きくなるため、固定子の巻線に誘起される誘起電圧を大きくすることができ、従来のように所要の誘起電圧を得るために永久磁石の体積を大きくしたり、高い残留磁束密度を有する永久磁石を使用したりしないでも、所要の脱調トルクや高い効率を持つ高性能で安価な自己始動形永久磁石式同期電動機とすることができる。
【００５８】
また請求項１に記載の発明によれば、永久磁石による回転子磁極の中心付近から回転方向側に位置する隣り合うスロットの間の距離を、反回転方向側に位置する前記距離よりも大きくしたことにより、負荷運転時には固定子の巻線による磁束と永久磁石による磁束との合成磁束の回転子表面における分布の最大値は回転子磁極の中心より回転子方向側に位置するが、前記位置の磁束が通る回転子のスロットの間の距離を大きくしたため、前記位置の磁気飽和を防ぐことができるため、永久磁石の磁束を有効に活用することができ、また固定子巻線の電流を少なくすることができることから、さらに良好な電動機特性を得ることができる。
【００５９】
また、請求項２に記載の発明によれば、固定子鉄心に巻線を巻装した固定子と、前記固定子鉄心の内径円筒面に対向して回転自在に回転し、回転子鉄心の外周付近に設けた複数個のスロットに導体バーを配設して、前記導体バーの両端を短絡環で短絡して形成した始動用かご形導体を有するとともに、前記導体バーの内側に複数個の永久磁石埋め込み用穴を設けて、永久磁石を埋め込んだ回転子とからなる電動機であって、前記スロットの径方向長さを箇所によって異なる寸法とするとともに、前記永久磁石による回転子磁極の端付近に位置する前記スロットと前記永久磁石埋め込み用穴との間の距離を、前記回転子の他の箇所に位置する前記スロットと前記永久磁石埋め込み用穴の距離よりも小さくすることにより、永久磁石から涌出する磁束が回転子磁極の端付近の外周面には流出しにくくなり、その分だけ回転子磁極の中心付近の外周面に、より多く流出することになる。そのため、固定子と回転子の間の空隙部における磁束密度分布は台形波または正弦波近似となり、矩形波の場合に比べて単位時間当たりの磁束の変化量が大きくなるため、固定子の巻線に誘起される誘起電圧を大きくすることができ、従来のように所要の誘起電圧を得るために永久磁石の体積を大きくしたり、高い残留磁束密度を有する永久磁石を使用したりしないでも、所要の脱調トルクや高い効率を持つ高性能で安価な自己始動形永久磁石式同期電動機とすることができる。
【００６０】
また、請求項２に記載の発明によれば、回転子鉄心のスロットと永久磁石埋め込み用穴との間の距離を、永久磁石による回転子磁極の端付近から回転子磁極の中心に向けて順次大きくすることにより、固定子巻線の作る磁界の磁束が、回転子磁極の端部のスロットと永久磁石埋め込み用穴との間では少なく、磁極の中心に近づくにつれて各スロット間から流入する磁束が重畳されて多くなり磁極中心は最も多くなるが、前記スロットと前記永久磁石埋め込み用穴との間の部分の磁気飽和を防ぐことができるため、永久磁石の磁束を有効に活用することができ、また固定子巻線の電流を少なくすることができることから、さらに良好な電動機特性を得ることができるという作用を有する。
【００６１】
また、請求項３に記載の発明によれば、請求項１または請求項２に記載の発明に、さらに、永久磁石が希土類磁石で形成されていることにより、希土類磁石は残留磁束密度が高いので、永久磁石の体積を著しく小さくできるため、回転子のスロット形状や永久磁石埋め込み用穴の位置や寸法の設定の自由度が増して、最適な回転子鉄心の形状が得られやすく、回転子または電動機を小型軽量化することができるという作用を有する。また永久磁石の保磁力が大きいため、始動電流による大きな減磁界に対して容易に減磁を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による回転子の縦断面図
【図２】固定子と回転子の間の空隙部の磁束密度分布を示す図
【図３】本発明の一実施の形態による回転子の縦断面図
【図４】本発明の一実施の形態による回転子の軸方向断面図
【図５】本発明の一実施の形態による回転子の軸方向断面図
【図６】従来の自己始動形永久磁石式同期電動機の回転子の縦断面図
【図７】従来の自己始動形永久磁石式同期電動機の固定子と回転子の間の空隙部の磁束密度分布が矩形波の場合を示す図
【図８】同磁束密度分布が台形波の場合を示す図
【図９】同磁束密度分布が矩形波の場合、磁束量−時間の関係を示す図
【図１０】同磁束密度分布が台形波の場合、磁束量−時間の関係を示す図
【図１１】同磁束密度分布が矩形波の場合、誘起電圧−時間の関係を示す図
【図１２】同磁束密度分布が台形波の場合、誘起電圧−時間の関係を示す図
【図１３】同磁束密度分布が台形波の場合、誘起電圧−角度αを示す図
【符号の説明】
１回転子
２回転子鉄心
３スロット
４導体バー
５永久磁石埋め込み用穴
６永久磁石
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ８、Ｔ９スロットの間の距離
Ｈ１、Ｈ１０、Ｈ１１、Ｈ１２スロットの径方向長さ
Ｙ１０、Ｙ１１、Ｙ１２、Ｙ１３、Ｙ１４、Ｙ１５、Ｙ１６、Ｙ１７、Ｙ１８、Ｙ１９スロットと永久磁石埋め込み用穴との間の距離[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a self-starting permanent magnet synchronous motor used for electric compressors for refrigeration and air-conditioning equipment and other general industries.
[0002]
[Prior art]
A self-starting permanent magnet type synchronous motor operates as an induction motor by a squirrel cage conductor for starting the rotor, and when the rotor reaches the vicinity of the synchronous speed, it is drawn to the synchronous speed by the rotor magnetic pole created by the permanent magnet. Synchronous speed is entered, but it is widely used for general industries and others because of its excellent performance such as constant speed operation and high efficiency. Especially, various improvements have been made to the rotor structure of motors. It was.
[0003]
A conventional rotor for a self-starting permanent magnet type synchronous motor is generally disclosed in Japanese Patent Publication No. 59-23179. The conventional self-starting permanent magnet synchronous motor will be described below with reference to the drawings.
[0004]
FIG. 6 shows an example of two poles. Reference numeral 1 denotes a rotor, 2 a rotor core, conductor bars 4 are arranged in a plurality of slots 3 provided near the outer periphery of the rotor core 2, and both ends of the conductor bar 4 are short-circuited by a short-circuit ring. A starting cage conductor is formed. Although not shown, the short-circuit ring is made of an annular conductive material disposed at both ends in the axial direction of the rotor core, and is connected to each conductor bar 4. Further, a plurality of permanent magnet embedding holes 5 are provided inside the conductor bar 4, and the permanent magnet 6 is embedded therein. Reference numeral 7 denotes a magnetic flux short-circuit prevention slit between different poles of the permanent magnet, and the permanent magnet embedding hole is made sufficiently narrow by making the distance P between the magnetic flux short-circuit prevention slit 7 and the permanent magnet embedding hole 5 sufficiently narrow. 5 and the magnetic flux short-circuit prevention slit 7 are magnetically saturated to prevent magnetic flux short-circuit between different poles due to permanent magnets.
[0005]
Conventionally, the distance T1 between the adjacent slots 4 of the rotor core 2 has a constant size at each location. In addition, when the radial length H1 of the slot 4 is also constant and the rotor core 2 has such a shape, the distance T between adjacent slots located near the end of the rotor magnetic pole or the slot 3 and the permanent magnet Since the distance Y1 between the embedding holes 5 has a sufficiently wide magnetic path width, the magnetic flux squeezed out from the permanent magnet 6 is not limited to the outer peripheral surface near the end of the rotor magnetic pole and the outer peripheral surface at other locations. It will flow out to almost the same extent. As a result, the magnetic flux density distribution in the gap between the stator and the rotor is as shown in FIG. 7 where the vertical axis represents the magnetic flux density Bg and the horizontal axis represents the gap between the rotor magnetic poles as the origin. When the angle θ in the rotation direction is expressed, a rectangular wave is obtained.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional self-starting permanent magnet synchronous motor as described above, the distance between all slots of the rotor core is constant, and the radial lengths of all slots are also constant. The magnetic flux density distribution in the gap between the children is a rectangular wave. In general, the strength of a rotor magnetic pole by a permanent magnet is determined by measuring the magnitude of the voltage induced in the stator winding when the rotor is rotated from the outside with no voltage applied to the motor. It can be grasped relatively.
[0007]
Here, the relationship between the shape of the magnetic flux density distribution in the gap between the stator and the rotor and the induced voltage of the stator winding by the rotor magnetic pole will be described taking a two-pole self-starting permanent magnet motor as an example.
[0008]
FIG. 7 shows the case where the magnetic flux density distribution Bg (θ) in the gap is a rectangular wave Bg1 (θ), and FIG. 8 shows the case where it is a trapezoidal wave Bg2 (θ). The vertical axis represents the magnetic flux density Bg of the air gap, and the horizontal axis represents the angle θ in the rotation direction of the air gap when the gap between the rotor magnetic poles is the origin. In FIG. 7, Bg1m is the maximum value of Bg1 (θ), and Bg1 (θ) is expressed by equations (1) and (2).
[0009]
[Expression 1]

[0010]
[Expression 2]

[0011]
In FIG. 8, Bg2m is the maximum value of Bg2 (θ), and when the inclination angle of Bg2 (θ) from θ = 0 is α, Bg2 (θ) is expressed by Equation (3), Equation (4), Equation (5). It is represented by
[0012]
[Equation 3]

[0013]
[Expression 4]

[0014]
[Equation 5]

[0015]
In addition, the magnetic flux of a permanent magnet does not have a magnetic flux short circuit inside a rotor, but all the magnetic flux shall flow into a stator core. Accordingly, the amount of magnetic flux flowing into the stator is constant regardless of the shape of the waveform of the magnetic flux density distribution in the gap, and the area of the waveform per pole is the same, and is expressed by Equation (6).
[0016]
[Formula 6]

[0017]
The stator windings are arranged in a range corresponding to one pole, but are arranged so as to be equivalent to a width of an angle π in the rotational direction equivalent to one pole, and the number of turns is considered to be n. The amount of magnetic flux φ (t) passing through the winding when the rotor magnetic pole is rotating at the angular velocity ω is expressed by equation (7).
[0018]
[Expression 7]

[0019]
When the magnetic flux density distribution Bg (θ) in the gap is a rectangular wave Bg1 (θ), the amount of magnetic flux φ1 (t) is equal to Bg (θ) in Equation (7) and Bg1 (in Equation (2). By substituting θ), a waveform as shown in FIG. 9 is obtained. The amount of magnetic flux φ2 (t) in the case of trapezoidal wave Bg2 (θ) is obtained by substituting Bg1 (θ) in Equation (3), Equation (4), and Equation (5) into Bg (θ) in Equation (7). The waveform is as shown in FIG. 9 and 10, the vertical axis represents the amount of magnetic flux φ and the horizontal axis represents time t.
An induced voltage waveform V (t) induced in the stator winding is expressed by Expression (8).
[0020]
[Equation 8]

[0021]
FIG. 11 shows an induced voltage waveform V1 (t) when the magnetic flux density distribution in the gap is a rectangular wave Bg1 (θ), and FIG. 12 shows an induced voltage waveform V2 (t) when the gap is a trapezoidal wave Bg2 (θ). 11 and 12, the vertical axis represents the induced voltage V (t) and the horizontal axis represents time t.
[0022]
The induced voltage V represents the effective value of the induced voltage waveform, and is represented by Expression (9).
[0023]
[Equation 9]

[0024]
If the formula (8) is substituted into the formula (9), the induced voltage V is expressed by the formula (10).
[0025]
[Expression 10]

[0026]
The induced voltage V1 when the magnetic flux density distribution in the gap is a rectangular wave Bg1 (θ) is expressed by equation (11) by substituting equations (1) and (2) into equation (10).
[0027]
[Expression 11]

[0028]
The induced voltage V2 when the magnetic flux density distribution in the air gap is a trapezoidal wave Bg2 (θ) is expressed by equation (12) by substituting equation (3), equation (4), and equation (5) into equation (10). It is.
[0029]
[Expression 12]

[0030]
V2 is a function of the angle α in FIG. 8 and is shown in FIG. When α = π / 2, V2 has the same value as in equation (11). In FIG. 13, when α = π / 2, it can be said that the magnetic flux density distribution in the air gap indicates an induced voltage of a rectangular wave. 8 that α is smaller than π / 2 when the magnetic flux density distribution in the gap is a trapezoidal wave, the induced voltage in the case where the magnetic flux density distribution in the gap is a rectangular wave is the induced voltage in the case of a trapezoidal wave. You can see that it is lower.
[0031]
In addition, the induced voltage when the magnetic flux density distribution in the air gap portion is approximated by a sine wave is similarly expressed by Equation (9), and the induced voltage when the magnetic flux density distribution in the air gap portion is a rectangular wave is It can be said that it is lower than the induced voltage. Therefore, when the magnetic flux density distribution in the gap is a rectangular wave, the rotor magnetic pole is weak, so the step-out torque is reduced, and the current of the stator winding is increased and the efficiency is lowered. Therefore, in order to obtain a required induced voltage, it is necessary to enlarge the permanent magnet or use a permanent magnet having a high residual magnetic flux density, which increases the cost of the permanent magnet and increases the cost of the electric motor. there were.
[0032]
The present invention solves the above problem, and increases the voltage induced in the stator winding by approximating the magnetic flux density distribution in the gap between the stator and the rotor to a trapezoidal wave or sinusoidal wave. It is an object of the present invention to provide a self-starting permanent magnet type synchronous motor that is high performance and inexpensive without increasing the size of the permanent magnet or using a permanent magnet having a high residual magnetic flux density.
[0033]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this object, the present invention relates to the distance between adjacent slots located near the end of the rotor magnetic pole by the permanent magnet of the rotor core from the distance located near the center of the rotor magnetic pole. Is also made smaller.
[0034]
As a result, near the end of the rotor magnetic pole, the magnetic flux of the permanent magnet is less likely to flow out to the outer peripheral surface of the rotor, and more flows to the outer peripheral surface near the center of the rotor magnetic pole. For this reason, the magnetic flux density distribution in the gap between the stator and rotor becomes a trapezoidal wave or sinusoidal approximation, and the amount of change in magnetic flux per unit time is larger than in the case of a rectangular wave. As the rotor magnetic pole becomes stronger, the volume of the permanent magnet is increased to obtain the required induced voltage as in the prior art, or a permanent magnet having a high residual magnetic flux density is used. Even if it is not used, a high-performance and inexpensive self-starting permanent magnet type synchronous motor having required out-of-step torque and high efficiency can be obtained.
[0035]
Further, in the present invention, the distance between the slots located in the rotation direction from the center of the rotor magnetic pole by the permanent magnet is made wider than the distance between the slots located on the counter-rotation direction side.
[0036]
Thus, during load operation, the maximum value of the distribution of the combined magnetic flux of the magnetic flux generated by the stator winding and the permanent magnet on the rotor surface is located on the rotational direction side from the center of the rotor magnetic pole. Since the distance between the slots of the rotor through which the magnetic flux passes is increased, magnetic saturation of the portion can be prevented. As a result, the magnetic flux from the magnet can be sufficiently extracted from the rotor, so that the current of the stator winding can be suppressed and the efficiency of the electric motor can be improved.
[0037]
In the present invention, the radial length of the slot varies depending on the location, and the distance between the slot located near the end of the rotor magnetic pole by the permanent magnet and the permanent magnet embedding hole is set as follows. It is smaller than the distance between the slot located at another location and the permanent magnet embedding hole.
[0038]
As a result, the magnetic flux squeezed out from the permanent magnet is less likely to flow out to the outer peripheral surface near the end of the rotor magnetic pole, and more flows out to the outer peripheral surface near the center of the rotor magnetic pole. For this reason, the magnetic flux density distribution in the gap between the stator and rotor becomes a trapezoidal wave or sinusoidal approximation, and the amount of change in magnetic flux per unit time is larger than in the case of a rectangular wave. Inductive voltage induced in the magnet can be increased, and the rotor magnetic pole can be strengthened, so that the volume of the permanent magnet can be increased or a high residual magnetic flux density can be obtained to obtain the required induced voltage as in the prior art. Even if a permanent magnet is not used, a self-starting permanent magnet type synchronous motor having a required out-of-step torque and high efficiency can be obtained.
[0039]
In the present invention, the permanent magnet is formed of a rare earth magnet. Since the rare-earth magnet has a high residual magnetic flux density, the volume of the permanent magnet can be remarkably reduced. Therefore, the degree of freedom in setting the slot shape of the rotor and the positions and dimensions of the permanent magnet embedding holes is increased, and the optimal rotor core The shape can be easily obtained, and the rotor or the electric motor can be reduced in size and weight. Further, since the coercive force of the permanent magnet is large, demagnetization can be easily prevented against a large demagnetizing field due to the starting current.
[0040]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
According to the first aspect of the present invention, there is provided a stator in which a winding is wound around a stator core, and the rotor core is rotatably rotated so as to face an inner cylindrical surface of the stator core. A conductor bar is disposed in a plurality of slots provided in the housing, and a starting cage conductor formed by short-circuiting both ends of the conductor bar with a short-circuit ring, and a plurality of permanent magnets inside the conductor bar An electric motor comprising a rotor having a hole for embedding and embedded with a permanent magnet, wherein the distance between the adjacent slots located in the vicinity of the end of the rotor magnetic pole of the rotor core by the permanent magnet, By making it smaller than the distance located in the vicinity of the center of the rotor magnetic pole, the magnetic flux of the permanent magnet is less likely to flow out to the outer peripheral surface of the rotor near the end of the rotor magnetic pole. More outflow to the outer peripheral surface near the center It becomes Rukoto. For this reason, the magnetic flux density distribution in the gap between the stator and rotor becomes a trapezoidal wave or sinusoidal approximation, and the amount of change in magnetic flux per unit time is larger than in the case of a rectangular wave. This has the effect that the induced voltage induced by the can be increased.
[0041]

Claims

1 According to the invention described in Yong Since the distance between adjacent slots located in the rotational direction from the vicinity of the center of the rotor magnetic pole by the permanent magnet is made larger than the distance located on the counter-rotating direction side, the magnetic flux generated by the stator winding during load operation The maximum value of the distribution of the combined magnetic flux on the rotor surface with the magnetic flux of the permanent magnet is located on the rotational direction side from the center of the rotor magnetic pole, but the distance between the rotor slots through which the magnetic flux at that position passes is increased. The magnetic saturation can be prevented.
[0042]

Claims

2 According to the invention described in the above, a stator in which a winding is wound around a stator core, and a plurality of rotors that rotate rotatably facing the inner cylindrical surface of the stator core and are provided near the outer periphery of the rotor core A conductor bar is disposed in each slot, and a starting cage conductor formed by short-circuiting both ends of the conductor bar with a short-circuiting ring is provided, and a plurality of permanent magnet embedding holes are formed inside the conductor bar. An electric motor comprising a rotor embedded with a permanent magnet, wherein the slot has a radial length that varies depending on the location, and the slot located near the end of the rotor magnetic pole of the permanent magnet; The distance from the permanent magnet embedding hole is made smaller than the distance between the slot located at another part of the rotor and the permanent magnet embedding hole, and the permanent magnet is squeezed out. Magnetic flux turns Hardly flows out to the outer peripheral surface near the end of the child pole, the outer peripheral surface near the center of the rotor magnetic pole by that amount, will be more runoff. For this reason, the magnetic flux density distribution in the gap between the stator and the rotor becomes a trapezoidal wave or sine wave approximation, and the amount of change in magnetic flux per unit time is larger than that in the case of a rectangular wave. This has the effect that the induced voltage induced by the can be increased.
[0043]

Claims

2 According to the invention described in , Times By gradually increasing the distance between the slot of the rotor core and the hole for embedding the permanent magnet from the vicinity of the end of the rotor pole by the permanent magnet toward the center of the rotor pole, the magnetic field created by the stator winding The magnetic flux is small between the slot at the end of the rotor magnetic pole and the hole for embedding the permanent magnet, and as the magnetic flux approaches the center of the magnetic pole, the magnetic flux flowing in between each slot is superimposed and increased, and the magnetic pole center increases most. The magnetic saturation of the portion between the slot and the permanent magnet embedding hole can be prevented.
[0044]

Claims

3 According to the invention described in claim 1, Or claim 2 Further, since the permanent magnet is formed of a rare earth magnet, the residual magnet has a high residual magnetic flux density, so that the volume of the permanent magnet can be significantly reduced. The degree of freedom in setting the positions and dimensions of the service holes is increased, and an optimal rotor core shape can be easily obtained, and the rotor or electric motor can be reduced in size and weight. In addition, since the holding force of the permanent magnet is large, the demagnetization can be easily prevented with respect to a large demagnetizing field due to the starting current.
[0045]
【Example】
Embodiments of a self-starting permanent magnet synchronous motor according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, about the same structure as the past, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted. Since the stator has the same configuration as a general self-starting permanent magnet synchronous motor, description of the stator is also omitted.
[0046]
Example 1
This will be described with reference to FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a rotor of a self-starting permanent magnet synchronous motor according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a rotor and 2 is a rotor core. A slot 3 for arranging a plurality of conductor bars 4 is provided near the outer periphery of the rotor core 2, and short-circuit rings (not shown) at both ends in the axial direction of the conductor bar 4 and the rotor core are formed by aluminum die casting. The starting cage conductor is formed by integral molding. A plurality of permanent magnet embedding holes 5 are provided inside the conductor bar 4 to embed a permanent magnet 6.
[0047]
Here, in FIG. 1, two flat plate-like permanent magnets are arranged so as to face each other in a mountain shape, thereby forming a one-pole rotor magnetic pole, and the whole rotor has two poles for two-pole rotor magnets. A rotor magnetic pole is formed. T2 and T3 indicate the distance between the slots located near the end of the rotor magnetic pole by the permanent magnet, and T4 indicates the distance between the slots located near the center of the rotor magnetic pole. Here, T2 and T3 are set smaller than T4.
[0048]
FIG. 2 shows the magnetic flux density distribution in the gap between the stator and the rotor. In FIG. 2, the vertical axis represents the magnetic flux density B, and the horizontal axis represents the angle θ in the rotation direction of the gap when the gap between the rotor magnetic poles is the origin. Near the end of the rotor magnetic pole, T2 and T3 are smaller than T4 near the center of the rotor magnetic pole, so that the magnetic flux of the permanent magnet 6 is less likely to flow out to the outer peripheral surface of the rotor 1, and the rotor magnetic pole of that amount is accordingly increased. More outflow to the outer peripheral surface near the center. Therefore, the magnetic flux density distribution in the gap between the stator and the rotor 1 becomes a trapezoidal wave or sinusoidal approximation, and the amount of change in magnetic flux per unit time is larger than that in the case of a rectangular wave. The induced voltage induced in the wire can be increased, and the volume of the permanent magnet is not increased in order to obtain the required induced voltage as in the prior art, or a permanent magnet having a high residual magnetic flux density is used. A high-performance and inexpensive self-starting permanent-magnet synchronous motor with required out-of-step torque and high efficiency can be obtained.
[0049]
(Example 2)
3 is a longitudinal sectional view of a rotor of a self-starting permanent magnet synchronous motor according to a second embodiment of the present invention. In FIG. 3, the rotor 1 is shown rotating in the direction of the arrow. At the time of load operation, the combined magnetic flux of the magnetic flux generated by the stator winding and the permanent magnet 6 is shifted by θ1 toward the rotational direction from the slot 8 positioned on the counter-rotating direction side from the center of the rotor magnetic pole. It will flow a lot in 9 during the slot. By making the distance T8 between the slots 9 greater than the distance T9 between the slots 8, the magnetic saturation of the iron core in the 9 portions between the slots can be prevented, and better motor characteristics can be obtained.
[0050]
(Example 3)
4 is a longitudinal sectional view of a rotor of a self-starting permanent magnet synchronous motor according to a third embodiment of the present invention. In FIG. 4, slot 10 is a slot located near the center of the rotor magnetic pole, and slots 11 and 12 are located near the ends. The radial length H10 of the slot 10, the radial length H11 of the slot 11, and the radial length H12 of the slot 12 are set to different dimensions, and the distance Y10 between the slot 10 and the permanent magnet embedding hole 5 is set. Rather than making the distances Y11 and Y12 between the slots 11 and 12 and the permanent magnet embedding hole 5 smaller, the magnetic flux emanating from the permanent magnet flows out to the outer peripheral surface near the end of the rotor magnetic pole. As a result, a larger amount flows out to the outer peripheral surface near the center of the rotor magnetic pole. For this reason, the magnetic flux density distribution in the gap between the stator and rotor becomes a trapezoidal wave or sinusoidal approximation, and the amount of change in magnetic flux per unit time is larger than in the case of a rectangular wave. Induced voltage can be increased, and even if the volume of the permanent magnet is not increased or a permanent magnet having a high residual magnetic flux density is used to obtain the required induced voltage as in the prior art, the required voltage can be obtained. A high-performance and inexpensive self-starting permanent magnet synchronous motor with a step-out torque and high efficiency can be obtained.
[0051]
Example 4
FIG. 5 is a longitudinal sectional view of a rotor of a self-starting permanent magnet synchronous motor according to a fourth embodiment of the present invention. In FIG. 5,

slots

13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 are slots located from the center of the rotor magnetic pole to the end, and a distance Y <b> 13 between each slot and the permanent magnet embedding hole 5. , Y14, Y15, Y16, Y17, Y18, Y19 are set to increase sequentially from Y19 to Y13.
[0052]
In addition, the arrow line in FIG. 5 shows how magnetic flux generated by the stator winding passes through the rotor 1. Since the figure is complicated, the flow of magnetic flux is shown only in the lower half of the rotor, and the upper half is omitted. As is clear from the figure, the magnetic flux from the stator is small between the slot 19 at the end of the rotor magnetic pole and the hole for embedding the permanent magnet, and the magnetic flux flowing between the slots is superimposed as it approaches the center of the magnetic pole. The number of magnetic fluxes generated by the most stator windings is concentrated at the center of the magnetic pole.
[0053]
However, since the distance between the slot and the permanent magnet embedding hole is also set so as to increase sequentially from the end of the rotor magnetic pole toward the center, the magnetism of the iron core between the slot and the permanent magnet embedding hole is set. Saturation can be prevented and good motor characteristics can be ensured.
[0054]
(Example 5)
Since the permanent magnet is formed of an Nd-Fe-B rare earth magnet, the Nd-Fe-B rare earth magnet has a high residual magnetic flux density, so the volume of the permanent magnet can be significantly reduced. The degree of freedom in setting the slot shape and the position and dimensions of the permanent magnet embedding holes is increased, and an optimal rotor core shape can be easily obtained, and the rotor or electric motor can be reduced in size and weight. Further, since the coercive force of the Nd—Fe—B type rare earth magnet is large, demagnetization can be easily prevented against a large demagnetizing field due to the starting current.
[0055]
In all of the above-described embodiments, the example of two poles is used. However, the present invention is not limited to this example, and the same applies to a rotor that forms another number of magnetic poles such as four poles.
[0056]
Further, in all of the above embodiments, the permanent magnet used is a flat plate, but the present invention is not limited to this, and the same measure is applied to a rotor using a permanent magnet having another shape such as an arc. Can be taken.
[0057]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the stator having a winding wound around the stator core, and the rotor core that rotates rotatably facing the inner diameter cylindrical surface of the stator core. Having a slot for disposing a plurality of conductor bars in the vicinity of the outer periphery of the conductor bar, and having a starting squirrel-cage conductor formed by short-circuiting both ends of the conductor bar with a short-circuit ring, and a plurality of conductor bars inside the conductor bar In an electric motor having a permanent magnet embedding hole and a rotor having a permanent magnet embedded in the permanent magnet embedding hole, the rotor core is located near the end of the rotor magnetic pole of the permanent magnet By making the distance between the adjacent slots smaller than the distance located near the center of the rotor magnetic pole, the magnetic flux of the permanent magnet flows out to the outer peripheral surface of the rotor near the end of the rotor magnetic pole. And it ’s harder It will flow out more on the outer peripheral surface near the center of the child pole. For this reason, the magnetic flux density distribution in the gap between the stator and rotor becomes a trapezoidal wave or sinusoidal approximation, and the amount of change in magnetic flux per unit time is larger than in the case of a rectangular wave. Induced voltage can be increased, and even if the volume of the permanent magnet is not increased or a permanent magnet having a high residual magnetic flux density is used to obtain the required induced voltage as in the prior art, the required voltage can be obtained. A high-performance and inexpensive self-starting permanent magnet synchronous motor with a step-out torque and high efficiency can be obtained.
[0058]
And claims 1 According to the invention described in Yong By making the distance between adjacent slots located on the rotation direction side from the vicinity of the center of the rotor magnetic pole by the permanent magnet larger than the distance located on the counter-rotation direction side, The maximum value of the distribution of the combined magnetic flux of the magnetic flux and the magnetic flux of the permanent magnet on the rotor surface is located on the rotor direction side from the center of the rotor magnetic pole, but the distance between the slots of the rotor through which the magnetic flux at the position passes is determined. Since it is made larger, magnetic saturation at the position can be prevented, so that the magnetic flux of the permanent magnet can be used effectively, and the current of the stator winding can be reduced, so that even better motor characteristics can be obtained. be able to.
[0059]

Claims

2 According to the invention described in the above, a stator in which a winding is wound around a stator core, and a plurality of rotors that rotate rotatably facing the inner cylindrical surface of the stator core and are provided near the outer periphery of the rotor core A conductor bar is disposed in each slot, and a starting cage conductor formed by short-circuiting both ends of the conductor bar with a short-circuiting ring is provided, and a plurality of permanent magnet embedding holes are formed inside the conductor bar. An electric motor comprising a rotor embedded with a permanent magnet, wherein the slot has a radial length that varies depending on the location, and the slot located near the end of the rotor magnetic pole of the permanent magnet; By making the distance between the permanent magnet embedding hole smaller than the distance between the slot located at the other part of the rotor and the permanent magnet embedding hole, the magnetic flux emanating from the permanent magnet rotates. Child magnet Of hardly flows out to the outer peripheral surface near the end on the outer peripheral surface near the center of the rotor magnetic pole by that amount, it will be more runoff. For this reason, the magnetic flux density distribution in the gap between the stator and rotor becomes a trapezoidal wave or sinusoidal approximation, and the amount of change in magnetic flux per unit time is larger than in the case of a rectangular wave. Induced voltage can be increased without the need to increase the volume of the permanent magnet or to use a permanent magnet having a high residual magnetic flux density in order to obtain the required induced voltage as in the prior art. A high-performance and inexpensive self-starting permanent magnet synchronous motor with a step-out torque and high efficiency can be obtained.
[0060]

Claims

2 According to the invention described in , Times By gradually increasing the distance between the slot of the rotor core and the hole for embedding the permanent magnet from the vicinity of the end of the rotor pole by the permanent magnet toward the center of the rotor pole, the magnetic field created by the stator winding is increased. The magnetic flux is small between the slot at the end of the rotor magnetic pole and the hole for embedding the permanent magnet, and as the magnetic flux approaches the center of the magnetic pole, the magnetic flux flowing in between each slot is superimposed and increased, and the magnetic pole center increases most. Since magnetic saturation of the portion between the slot and the permanent magnet embedding hole can be prevented, the magnetic flux of the permanent magnet can be used effectively, and the current of the stator winding can be reduced. Therefore, it has the effect | action that a more favorable motor characteristic can be acquired.
[0061]

Claims

3 According to the invention described in claim 1, Or claim 2 Further, since the permanent magnet is formed of a rare earth magnet, the residual magnet has a high residual magnetic flux density, so that the volume of the permanent magnet can be significantly reduced. The degree of freedom in setting the positions and dimensions of the service holes is increased, and an optimal rotor core shape can be easily obtained, and the rotor or electric motor can be reduced in size and weight. Further, since the coercive force of the permanent magnet is large, demagnetization can be easily prevented against a large demagnetizing field due to the starting current.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a rotor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a magnetic flux density distribution in a gap between a stator and a rotor.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a rotor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an axial sectional view of a rotor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an axial sectional view of a rotor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a longitudinal sectional view of a rotor of a conventional self-starting permanent magnet type synchronous motor.
FIG. 7 is a diagram showing a case where a magnetic flux density distribution in a gap portion between a stator and a rotor of a conventional self-starting permanent magnet synchronous motor is a rectangular wave;
FIG. 8 is a diagram showing a case where the magnetic flux density distribution is a trapezoidal wave.
FIG. 9 is a diagram showing a relationship between magnetic flux amount and time when the magnetic flux density distribution is a rectangular wave;
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between magnetic flux amount and time when the magnetic flux density distribution is a trapezoidal wave.
FIG. 11 is a diagram showing a relationship between induced voltage and time when the magnetic flux density distribution is a rectangular wave;
FIG. 12 is a diagram showing the relationship between induced voltage and time when the magnetic flux density distribution is a trapezoidal wave.
FIG. 13 is a diagram showing an induced voltage-angle α when the magnetic flux density distribution is a trapezoidal wave.
[Explanation of symbols]
1 Rotor
2 Rotor core
3 slots
4 Conductor bar
5 Hole for permanent magnet embedding
6 Permanent magnet
T1, T2, T3, T4, T8, T9 Distance between slots
H1, H10, H11, H12 Slot radial length
Y10, Y11, Y12, Y13, Y14, Y15, Y16, Y17, Y18, Y19 Distance between slot and permanent magnet embedding hole

Claims

A stator in which a winding is wound around a stator core, and a conductor bar is arranged in a plurality of slots provided in the vicinity of the outer periphery of the rotor core. And having a starting squirrel-cage conductor formed by short-circuiting both ends of the conductor bar with a short-circuiting ring, and providing a plurality of permanent magnet embedding holes inside the conductor bar to embed a permanent magnet An electric motor comprising a rotor,
Of the rotor core, the distance between adjacent slots positioned in the rotational direction from the vicinity of the center of the rotor poles by the permanent magnet, characterized in that it has greatly than the distance which is located in the counter-rotational direction Self-starting permanent magnet synchronous motor.

A stator in which a winding is wound around a stator core, and a conductor bar is arranged in a plurality of slots provided in the vicinity of the outer periphery of the rotor core. And having a starting squirrel-cage conductor formed by short-circuiting both ends of the conductor bar with a short-circuiting ring, and providing a plurality of permanent magnet embedding holes inside the conductor bar to embed a permanent magnet An electric motor comprising a rotor,
With the different sizes depending places the radial length of the slot, the distance between the front SL slot and the permanent magnet burying hole, directed from the vicinity of the edge of the rotor poles by the permanent magnets in the center of the rotor magnetic poles self-starting permanent magnet synchronous motor, wherein were sequentially size comb Te.

The self-starting permanent magnet type synchronous motor according to claim 1 or 2 , wherein the permanent magnet is formed of a rare earth magnet.