JP2004320952A

JP2004320952A - 永久磁石式回転電機

Info

Publication number: JP2004320952A
Application number: JP2003114461A
Authority: JP
Inventors: Haruo Oharagi; 春雄小原木; Shinichi Wakui; 真一湧井; Masaharu Senoo; 正治妹尾; Keiji Noma; 啓二野間
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2003-04-18
Filing date: 2003-04-18
Publication date: 2004-11-11
Anticipated expiration: 2023-04-18
Also published as: JP4267360B2

Abstract

【課題】コギングトルクを抑え低騒音化が得られるようにした永久磁石式回転電機を提供すること。
【解決手段】永久磁石式回転界磁形回転電機の回転子３を軸方向に部分Ａと部分Ｂに分割した上で各々の部分にスリット１６を形成し、このとき、部分Ａと部分Ｂでスリット１６がずれた位置になるようにし、部分Ａで発生するコギングトルクと部分Ｂで発生するコギングトルクが相殺されるようにしたもの。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転界磁形の永久磁石式回転電機に係り、特に、ヒートポンプ用圧縮機の駆動に好適な永久磁石式回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の永久磁石式回転電機においては、固定子巻線に集中巻が採用され、界磁には希土類のネオジウム永久磁石が採用されつつある。そして、従来技術では、回転子鉄心にＶ字形状の永久磁石挿入孔を設け、これに永久磁石を挿入配置し、この永久磁石間の極間鉄心削除するように凹部を設けた永久磁石式回転電機について提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−７８２５５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、コギングトルクについて配慮がされておらず、騒音の抑圧に問題があった。
【０００５】
上記従来技術では、回転子鉄心中にＶ字形状の永久磁石挿入孔を設けて永久磁石を配置し、このとき永久磁石の間の極間鉄心を削って凹部を設けることにより横軸リアクタンスを低減し、１２０度インバータで駆動しても転流失敗の虞れがなく安定に駆動できるようにしたものであるが、反面、極間鉄心が削られたことからコギングトルクが大きくなり、騒音が発生してしまうのである。
【０００６】
本発明の目的は、コギングトルクを抑え低騒音化が得られるようにした永久磁石式回転電機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、回転子に永久磁石を用いた回転界磁形の永久磁石式回転電機において、前記回転子の界磁磁極部の表面に回転軸方向にスリットを設け、前記界磁磁極部の周方向での前記スリットの位置が、前記回転軸の軸方向で階段状に異なっているようにして達成される。
【０００８】
同じく上記目的は、回転子に永久磁石を用いた回転界磁形の永久磁石式回転電機において、前記回転子を回転軸方向で２個の部分に分割し、前記２個の部分のそれぞれの界磁磁極部の表面にスリットを設け、前記２個の部分の一方と他方で、前記スリットが前記界磁磁極部の周方向で異なった位置になるようにしても達成される。
【０００９】
このとき、前記永久磁石がＶ字形とＵ字形、それに一文字形の何れかで構成されているようにしてもよく、更に、このとき、前記界磁磁極部の開角が電気角で１２４度の近傍に設定され、前記スリットの開角がが電気角で９８度の近傍に設定されているようにしてもよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による永久磁石式回転電機について、図示の実施形態を用いて詳細に説明する。ここで、以下に説明する実施形態では、本発明を４極の永久磁石式回転界磁形回転電機に適用し、回転子の極数と固定子のスロット数との比を２：３とした場合について示し、このとき以下の各図中において、共通する符号は同一物を示すものとする。
【００１１】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る永久磁石式回転電機１の正面図で、図示のように、大きく分けて固定子２と回転子３で構成されている。ここで、この図１が（ａ）と（ｂ）に分けて描かれている理由については後述する。
【００１２】
そして、まず、固定子２は、ティース４とコアバック５が形成されている固定子鉄心６と、ティース４の間のスロット７内にティース４を取り囲むように巻装された集中巻による三相の電機子巻線８（Ｕ相巻線８ａ、Ｖ相巻線８ｂ、Ｗ相巻線８ｃ）で構成されている。
【００１３】
このとき、この永久磁石式回転電機１では、上記したように、回転子３は４極であり、固定子２は、図示のように６スロットであるから、スロットピッチは電気角で１２０度になる。
【００１４】
次に、回転子３は、図２の拡大図に示されているように、シャフト嵌合孔９を備えた回転子鉄心１０の外周面近傍にＶ字形状の永久磁石挿入孔１１を形成し、この永久磁石挿入孔１１の中に永久磁石１２を配置したものであり、従って、永久磁石１２の磁束軸上にある部分が界磁磁極部１３となる。
【００１５】
このとき、永久磁石１２としては、希土類のネオジウムを用いた、いわゆるネオジウム永久磁石が用いられている。そして、回転子鉄心１０には、リベット孔１４が設けてあり、これにより積層鉄板からなる回転子鉄心１０のリベット止めが得られるようにしてある。
【００１６】
そして、この実施形態では、更に界磁磁極部１３の一部にスリット１６が形成してあるが、ここで、図１と図２において、それらの（ａ）と（ｂ）の違いについて説明すると、まず、この実施形態では、図３に示すように、回転子３が軸方向に２分割され、部分３Ａ、３Ｂとして構成してあり、これが図１と図２においては、部分３Ａが（ａ）に示され、部分３Ｂは（ｂ）に示されているのである。
【００１７】
そして、図１と図２の（ａ）に示す部分３Ａの場合は、回転子鉄心１０に○で囲って示したように、スリット１６が界磁磁極部１３の右側に形成されているのに対して、図１と図２の（ｂ）に示す部分３Ｂでは、回転子鉄心１０に○で囲って示したように、界磁磁極部１３の左側にスリット１６か形成されている点で異なっているものである。
【００１８】
更に詳しく説明すると、特に図２（ａ）、（ｂ）に拡大して示したように、この実施形態では、回転子鉄心１０の回転軸中心０に対して、電気角で表した開角θ１のＶ字形状をした永久磁石挿入孔１１を形成し、この永久磁石挿入孔１１の中に各々２個の短冊状をしたネオジウム永久磁石１２を挿入するようになっている。
【００１９】
ここで、回転子鉄心１０の周表面で永久磁石１２の間にある部分には、凹部１５が形成してあり、同じく回転子鉄心１０の界磁磁極部１３の周表面にはスリット１６が形成してあるが、このとき、（ａ）に示す部分３Ａと、（ｂ）に示す部分３Ｂでは、スリット１６が界磁磁極部１３上で左右対称になるようにしてある。
【００２０】
このとき、回転子鉄心１０の回転軸中心０に対して、部分３Ａの右側のスリット１６と部分３Ｂの左側のスリット１６の間の開角をθ２とする。ここでは、上記した永久磁石間の開角θ１を電気角で１２４度近傍に設定し、開角θ２は同じく電気角で９８度近傍に設定した。
【００２１】
図３は、回転子２の拡大斜視図で、この図から、回転子鉄心１０が回転子鉄心１７と回転子鉄心１８の２部分に５０％づつ分割されていて、スリット１６が回転子鉄心１７では界磁磁極部１３の右側に配置され、回転子鉄心１８では界磁磁極部１３の左側に配置されているが、その他の部分は軸方向で同一形状を有していることがわかる。
【００２２】
そして、これにより、界磁磁極部１３の周方向でのスリット１６の位置が、回転軸の軸方向で階段状に異なっていることがわかる。
【００２３】
次に、この第１の実施形態によるコギングトルクにういて、図４により説明する。ここで、この図４は、ロータ（回転子２）の位置（回転角）に対するコギングトルクの値を示したものであり、図において、特性Ａは回転子鉄心１７、つまり部分３Ａによるコギングトルク特性で、特性Ｂは回転子鉄心１８、つまり部分３Ｂによるコギングトルク特性であり、特性Ｃが特性Ａによるコギングトルク特性と特性Ｂによると合成したコギングトルク特性、つまり第１の実施形態によるコギングトルク特性をである。
【００２４】
部分３Ａと部分３Ｂではスリット１６の位置がずれているため、特性Ａのコギングトルクと特性Ｂのコギングトルクも位相がずれて現われ、この結果、これらの合成である特性Ｃのコギングトルク波形では、ピーク値は特性Ａのコギングトルク波形と特性Ｂのコギングトルク波形の何れとも大差ない。
【００２５】
ここで、回転子３を２分割してない場合、すなわち全部が部分３Ａとした場合又は全部を部分３Ｂとした場合、特性Ａのコギングトルク波形と特性Ｂのコギングトルク波形は、図４の特性の２倍の振幅になる。
【００２６】
従って、この実施形態に係る回転子３によれば、コギングトルクが半減でき、これにより、コギングトルクに起因する騒音が低減できることになる。
【００２７】
ところで、このとき、特性Ａによるコギングトルク波形と特性Ｂによるコギングトルク波形を完全に１８０度位相が反転した状態にできれば、それが一番望ましく、このためには、上記した開角θ１は１２０度に、開角θ２は９０度にすべきである。
【００２８】
しかし、上記実施形態では、スリット１６を設けなければならないので、上記の角度にするのは困難であり、従って、できるだけコギングトルクが少なくなるように、開角θ１を１２４度近傍に設定し、開角θ２は９８度近傍に設定して、できるとなるようにθ１を１２４度近傍にしたものである。
【００２９】
ここで、本発明の他の実施形態について説明すると、まず、図５は本発明の第２の実施形態で、これが図１〜図３で説明した第１の実施形態と異なる点は、第１の実施形態におけるＶ字形状をした永久磁石挿入孔１１と短冊状をしたネオジウム永久磁石１２に代えて、Ｕ字形状の永久磁石挿入孔１９にＵ字形状の永久磁石２０を配置した点だけであり、その他の構成は同じである。
【００３０】
次に、図６は本発明の第３の実施形態で、これが図１〜図３で説明した第１の実施形態と異なる点は、第１の実施形態におけるＶ字形状をした永久磁石挿入孔１１と短冊状をしたネオジウム永久磁石１２に代えて、台形形状の永久磁石挿入孔２１に一文字形状の永久磁石２２を配置した点だけであり、その他の構成は同じである。
【００３１】
従って、これら第２と第３の実施形態によっても、図１〜図３で説明した第１の実施形態と同等の作用効果を得ることができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、永久磁石式回転電機のコギングトルクが半減でき、騒音を低減させることができる。
【００３３】
また、このとき、回転子鉄心を２分割して、界磁磁極部に形成したスリットを軸方向で異なった位置に配置するという簡単な構成で済むので、騒音の低減を少ないコストで得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による永久磁石式回転電機の第１の実施形態を正面から示した断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による回転子を拡大して示した断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による回転子を拡大して示した斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施形態によるロータ位置とコギングトルクの関係を示めした特性図である。
【図５】本発明の第２の実施形態による回転子を拡大して示した断面図である。
【図６】本発明の第３の実施形態による回転子を拡大して示した断面図である。
【符号の説明】
１永久磁石式回転電機（全体）
２固定子
３回転子
３Ａ回転子の一方の部分
３Ｂ回転子の他方の部分
４ティース
５コアバック
６固定子鉄心
７スロット
８電機子巻線
９シャフト嵌合孔
１０回転子鉄心
１１永久磁石挿入孔
１２永久磁石（ネオジウム永久磁石）
１３界磁磁極部
１４リベット孔
１５凹部
１６スリット
１７回転子鉄心（部分Ａ）
１８回転子鉄心（部分Ｂ）
１９永久磁石挿入孔
２０Ｕ字永久磁石
２１台形永久磁石挿入孔
２２一文字永久磁石

Claims

回転子に永久磁石を用いた回転界磁形の永久磁石式回転電機において、
前記回転子の界磁磁極部の表面に回転軸方向にスリットを設け、
前記界磁磁極部の周方向での前記スリットの位置が、前記回転軸の軸方向で階段状に異なっていることを特徴とする永久磁石式回転電機。
回転子に永久磁石を用いた回転界磁形の永久磁石式回転電機において、
前記回転子を回転軸方向で２個の部分に分割し、前記２個の部分のそれぞれの界磁磁極部の表面にスリットを設け、
前記２個の部分の一方と他方で、前記スリットが前記界磁磁極部の周方向で異なった位置になるように構成したことを特徴とする永久磁石式回転電機。
請求項１に記載の永久磁石式回転電機又は請求項２に記載の永久磁石式回転電機において、
前記永久磁石がＶ字形とＵ字形、それに一文字形の何れかで構成されていることを特徴とする永久磁石式回転電機。
請求項１乃至請求項３に記載の永久磁石式回転電機のいずれかにおいて、
前記界磁磁極部の開角が電気角で１２４度の近傍に設定され、前記スリットの開角がが電気角で９８度の近傍に設定されていることを特徴とする永久磁石式回転電機。