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JP2000060038A - 電動機 - Google Patents

電動機

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Publication number
JP2000060038A
JP2000060038A JP10221412A JP22141298A JP2000060038A JP 2000060038 A JP2000060038 A JP 2000060038A JP 10221412 A JP10221412 A JP 10221412A JP 22141298 A JP22141298 A JP 22141298A JP 2000060038 A JP2000060038 A JP 2000060038A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
rotor
inductance
stator
electric motor
pole
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10221412A
Other languages
English (en)
Inventor
Satoshi Koide
訓 小出
Yasumi Kawabata
康己 川端
Eiji Yamada
英治 山田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP10221412A priority Critical patent/JP2000060038A/ja
Publication of JP2000060038A publication Critical patent/JP2000060038A/ja
Pending legal-status Critical Current

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  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 最大電流時においても、逆突極性を維持する
電動機を提供する。 【解決手段】 ステータ12の磁極18の電動機軸と平
行な辺にはC面取りが設けられている。ロータ14に
は、二つの永久磁石20がV字形に配置され、一つの磁
極22を形成している。V字形を形成する二つの永久磁
石20の間には、磁極間隙26が設けられている。ロー
タの磁極22の間の突極24においては、ロータ周の近
傍に突極の幅とほぼ等しい幅の突極空隙28が設けられ
ている。以上の構成により、電流0から最大値までの全
範囲で、逆突極性すなわちq軸インダクタンスLqがd
軸インダクタンスLdより大きくすることができた。こ
れによって、インダクタンス変化に基づきロータの回転
角度を検出することができるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ロータに永久磁石
を配置した電動機の構造に関する。
【0002】
【従来の技術】ロータの周方向に、永久磁石を配置した
磁極と、軟磁性材料からなる突極を交互に配置した永久
磁石電動機が知られている。永久磁石電動機は、小型で
高出力を達成できるという利点が知られている。
【0003】電動機の速度制御を行う方法として、ロー
タの回転角度を検出し、これに応じてステータのコイル
に電流を流すものが知られている。一般的には、レゾル
バなど、ロータ軸に構成を付加してその回転角度を検出
している。この場合、電動機に新たな構成を付加するこ
ととなり、部品点数の増加などの問題があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】電動機のd軸およびq
軸に関するインダクタンスLd,Lqは、直流成分に対
してロータとステータの回転位置の関係、すなわち位相
によって変化する交流成分が重ねられた値である。すな
わち、(360°/極数)の周期で変化する交流成分を
有している。このインダクタンスLd,Lqの変化(交
流成分)を検出すれば、ロータの回転位置を検出するこ
とができる。直流成分は、ステータのコイルに流れる電
流によって変化する。また、これらのインダクタンスL
d,Lqは、位相が反転している。インダクタンスの変
化の検出は、コイルに印加されたパルス電圧に応答して
生じる電流を計測することによって測定できる。
【0005】電流が流れていないときまたは少ないとき
には、q軸のインダクタンスLqがd軸のインダクタン
スLdより大きく(Ld<Lq)、検出される電流は、
q軸のインダクタンスLqの変化に支配される。Ld<
Lqとなる特性は、逆突極性と呼ばれている。電流が増
加するに従って、インダクタンスLd,Lqは磁気飽和
の影響を受けて減少するが、減少の割合は、d軸インダ
クタンスおよびq軸インダクタンスで異なる。q軸のイ
ンダクタンスLqの方が電流変化に対してより大きく変
化し、よってq軸のインダクタンスLqがd軸のインダ
クタンスLdとほぼ等しくなる(Ld=Lq)電流値が
存在する。この場合、前述のようにインダクタンスL
d,Lqは、位相が反転しているので、互いに打ち消し
あって、ロータ回転角度を検出するための電流変化を検
出することができない。さらに、電流が増加すると、今
度はd軸のインダクタンスLdが大きく(Ld>Lq)
なり、電流変化の位相が反転してしまう。したがって、
Ld≧Lqの条件下では、前述のような、インダクタン
ス変化に基づくロータ回転角度の検出を行うことができ
ないという問題があった。
【0006】本発明は、前述の課題を解決するためにな
されたものであり、電流が増加しても逆突極性を有する
永久磁石電動機を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに、本発明にかかる電動機は、永久磁石が配置された
磁極と、軟磁性材料からなる突極が周方向に交互に配列
配置されたロータと、磁極が周方向に配列されたステー
タとを有する電動機であって、次のようなロータとステ
ータを有している。すなわち、前記ロータは、前記突極
に突極の幅とほぼ等しい突極空隙が設けられ、前記磁極
においては、二つの永久磁石が、ロータ外周にその両端
が向いたV字形に配置され、前記二つの永久磁石の間に
磁極空隙が設けられた、ものである。一方、前記ステー
タは、磁極の電動機の軸と平行な辺に面取りが設けられ
たものである。
【0008】電流が増加したときにおいても、逆突極性
すなわちq軸インダクタンスLqがd軸インダクタンス
Ldに比して大きいので、インダクタンスの変化を検出
することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態(以下
実施形態という)を、図面に従って説明する。図1に
は、本実施形態の電動機10のステータ12およびロー
タ14の4分の1断面が示されている。ステータ12の
半径rSは、145.0mm、ロータ14の半径rRは9
0.0mmである。コイル16は、高さが21.25m
m、ターン数が10.5ターンである。ステータの磁極
18は、後述する電磁鋼板で構成され、その幅は、図示
する寸法WSで定義される。また、ステータ12とロー
タ14のギャップは、0.7mmである。ロータ12に
は、図示するように、両端がロータ外周側に向くよう
に、V字形に2つのネオジウムの永久磁石20が配置さ
れ、これによってロータの磁極22が形成されている。
このロータ磁極22のロータ表面における周方向の幅
を、V字の開口幅すなわち図示する寸法WMで定義す
る。ロータ磁極22の間の部分が突極24であり、その
ロータ表面における周方向の幅を図示する寸法WTで定
義する。
【0010】ステータ磁極18の電動機軸と平行な辺に
はC面取りが施されており、この面取りの大きさは、面
取り幅Cで定義される。ステータ12およびロータ14
の大部分は、積層された電磁鋼板で構成され、この電磁
鋼板の磁化力に対する磁束密度の特性を図2に示す。ま
た、V字形に配置された永久磁石20の間、すなわちV
字形の谷底の部分には、磁極空隙26が設けられてい
る。また、突極のロータ周付近にも、突極の幅とほぼ等
しい突極空隙28が設けられている。
【0011】図3および図4には、図1に示す電動機に
おいて、ステータ磁極幅WSを27.1mm、ロータ磁
極幅WMを39.1mm、突極幅WTを29.3mmおよ
び面取り幅Cを13.0mmとしたときの、電流が0お
よび最大電流のときのインダクタンスLd,Lqが示さ
れている。電流が0のとき(図3)には、q軸インダク
タンスLqが大きい。また、最大電流のとき(図4)で
あっても、d軸、q軸のインダクタンスLd,Lq双方
とも減少しているが、その大小関係は維持されている。
したがって、本実施形態の電動機においては、全運転領
域において逆突極性、すなわちLd<Lqが維持され
る。よって、ロータ回転角度に関するインダクタンス変
化がなくなったり、位相が反転することがなく、このイ
ンダクタンス変化に基づきロータ回転角度を検出するこ
とが可能となる。
【0012】図5には、本実施形態の比較対象としての
電動機110の概略構成が示されている。電動機110
は、ステータ114の磁極118の面取りがなく、ロー
タ114の磁石120も平板でV字形に配置されていな
い。なお、ロータ半径、ステータ半径などの諸元につい
ては、図1に示す電動機10と等しい。この電動機11
0の場合の最大電流時のインダクタンスは、図6に示す
ように、d軸インダクタンスLdが優勢となる。この場
合、前述したように、インダクタンス変化に基づくロー
タ回転角度の検出は、行うことができない。
【0013】図1に示した電動機110において、ステ
ータ磁極幅WS、ロータ磁極幅WM、突極幅WTおよび面
取り幅Cを図7に示すような値にすることでも、最大電
流時においても逆突極性を維持できた。このときの共通
する特徴点は、(1)ステータ磁極にC面取りが施され
ていること、(2)突極の幅いっぱいに空隙24がある
こと、(3)永久磁石20をV字形に配置しているこ
と、(4)永久磁石20の間であるV字形配置の谷底部
分に空隙26を有していること、であった。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本実施形態の電動機の概略を示す4分の1断
面図である。
【図2】 本実施形態の電動機に用いた電磁鋼板の磁気
特性図である。
【図3】 本実施形態の電流0のときのロータ回転角度
に対するインダクタンス変化を示す図である。
【図4】 本実施形態の最大電流のときのロータ回転角
度に対するインダクタンス変化を示す図である。
【図5】 本実施形態の比較例の電動機の概略構成図で
ある。
【図6】 図5の比較例のインダクタンス変化を示す図
である。
【図7】 本実施形態の電動機の各寸法例を示す図であ
る。
【符号の説明】
10 電動機、12 ステータ、14 ロータ、16
コイル、18 ステータ磁極、20 永久磁石、22
ロータ磁極、24 突極、、26 磁極空隙、28 突
極空隙、WS テータ磁極幅、WM ロータ磁極幅、WT
突極幅、C面取り幅。
フロントページの続き (72)発明者 山田 英治 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 Fターム(参考) 5H611 BB01 BB08 QQ07 5H621 AA03 BB07 GA01 GA04 GA14 GA15 GA20 5H622 AA03 CA02 CA07 CA10 CA14 CB03 CB05 DD02 PP03 PP11 PP17

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 永久磁石が配置された磁極と、軟磁性材
    料からなる突極が周方向に交互に配列配置されたロータ
    と、磁極が周方向に配列されたステータとを有する電動
    機であって、 前記ロータは、 前記突極に突極の幅とほぼ等しい突極空隙が設けられ、 前記磁極においては、二つの永久磁石が、ロータ外周に
    その両端が向いたV字形に配置され、 前記二つの永久磁石の間に磁極空隙が設けられた、もの
    であって、 前記ステータは、磁極の電動機の軸と平行な辺に面取り
    が設けられたものである、電動機。
JP10221412A 1998-08-05 1998-08-05 電動機 Pending JP2000060038A (ja)

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