JP4480720B2 - 永久磁石励磁同期電動機 - Google Patents

Description

本発明は、固定子内で歯に巻回されたコイル（歯巻回コイル）と、回転子とを備えた永久磁石励磁同期電動機に関する。

この種の永久磁石励磁同期電動機においては脈動トルクが発生する。従来の電動機においては欧州特許第０５４５０６０号明細書に記載されているように回転子または固定子に施される１スロットピッチだけのスキューは、同心巻線すなわち歯巻回コイルおよび僅かなスロット数の電動機においては適用できない。何故ならば、それによってトルクが過大に減少させられるからである。

従来の巻線すなわち複数の巻線を備えた電動機においては引込み技術で製造され、スロット数が比較的多い場合には大抵１スロットピッチだけスキューされる。

歯巻回コイルを備えた電動機においては、脈動トルクを磁石の特別な形状付与によって減少させることが試みられている。この場合の欠点は、磁石の特別な形状付与が製造コストの増大を惹き起こすことである。

従って、本発明の課題は、脈動トルクつまりトルクリプルを減少させるために、回転子が簡単に的確に重要な高調波を抑制もしくは消去するように同期電動機を構成することにある。

この課題は、本発明によれば、固定子内で歯に巻回されたコイルと、複数の極を有する回転子とを備え、回転子磁場の第５高調波および第７高調波を抑制するために、回転子および／または固定子は永久磁石励磁同期電動機に関してスロットピッチの５０％とスロットピッチの６０％との間に位置するスキューを有し、８５％の磁極ピッチファクタが存在することによって解決される。
特に、本発明によれば、回転子磁場の第５高調波および第７高調波を抑制するために、回転子が０．８５〜０．９の磁極ピッチファクタを有し、かつ、回転子および／または固定子がスロットピッチの３／５のスキューを有することが提案される。
さらに、この課題は、本発明によれば、固定子内で歯に巻回されたコイルと、複数の極を有する回転子とを備え、回転子および／または固定子は、回転子磁場の第７高調波を抑制するために、永久磁石励磁同期電動機に関してスロットピッチの半分とスロットピッチの０．４２８５倍との間に位置するスキューを有し、８０％の磁極ピッチファクタが存在することによっても解決される。
特に、本発明によれば、回転子磁場の第５高調波および第７高調波を抑制するために、回転子が８０％±１０％の磁極ピッチファクタを有し、かつ、回転子および／または固定子がスロットピッチの３／７のスキューを有することが提案される。

歯巻回コイルは永久磁石励磁同期電動機の巻線システムの少なくとも一部を形成し、歯巻回コイルはそれぞれ１つの機械極つまり１つの歯しか含んでいない。

半分のスロットピッチ０．５×Ｔｎのスキューによってないし３／５×Ｔｎのスキューによって、回転子磁場の第５高調波の完全な消滅が達成される。なお、Ｔｎはスロットピッチと呼ばれている。

３／７×Ｔｎのスキューの場合、回転子磁場の第７高調波が消滅する。

スロットピッチＴｎの６０％のこのスキューと８５％の磁極ピッチファクタとの組合せによって、第５高調波ならびに第７高調波が完全に抑制もしくは消滅する。

３／７×Ｔｎのスキューと約８０％の磁極ピッチファクタとの組合せによっても、第５高調波ならびに第７高調波が完全に抑制もしくは消滅する。同様に、８０％±１０％の磁極ピッチファクタは第５高調波の十分な抑制を生じる。

スキューの構造的置換は回転子または固定子に限定される必要がない。すなわち、例えば半分（５０％）のスロットピッチのスキューの作用は割合的に固定子および回転子に分散され得るからである。その場合、例えば、固定子が半分（５０％）のスロットピッチの半分を引受け、回転子が残りのスキューを引受け、それにより望まれたスキューが達成される。

本発明および本発明の他の有利な実施態様を概略的に示された実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明による機械の原理図、
図２は電気機械の回転子磁場、
図３は本発明による回転子の斜視図を示す。

図１は固定子２と回転子４とを備えた永久磁石励磁同期電動機１の原理図を示す。極対数は固定子２のスロット３の数の１／３に相当する。歯８の数は３の倍数すなわち固定子２の相数の倍数であり、９より大きいか又は９に等しいと有意義である。固定子２は積層された薄板から構成され、巻線が挿入されているスロット３を有している。巻線は特に歯に巻回されたコイル（歯巻回コイル）６である、すなわち１つの歯巻回コイル６はそれぞれ１つの歯８しか含んでいない。回転子４は永久磁石５から構成されており、永久磁石５は板、リングまたはシェルマグネットから構成されていてよい。この永久磁石５は回転子４の軸線方向の延びに亘って、所望のスキューが生じるように磁化されるか又は配置されている。

この種の回転子４は次の経過を持つギャップ内に図２に示された回転子磁場を発生する。磁極間に磁極隙間が存在する。Ｔｐは磁極ピッチ、αは通常０．８〜０．９５である磁極ピッチファクタである。磁極ピッチファクタαが小さい程、同期電動機のトルクは小さくなる。α＝１は製造上の理由から可能ではない。

図２に示された回転子磁場は基本波以外に高調波を有している。脈動トルクに関してとりわけ第５高調波および第７高調波が重要であり、これらは抑制するか又は完全に消去する必要がある。これらの高調波の高さは磁極ピッチファクタαに強く依存する。

脈動トルクを抑制するために、回転子４および／または固定子２がスキューされる。スキューのための尺度は図３のスキュー角度７である。スキュー角度７からスキュー係数を規定することができ、このスキュー係数に基づいてギャップ磁場の個々の高調波の抑制が生じる。固定子２のスキューは場合によっては回転軸９に対して相対的に固定子２のスロット３を斜めに配置することによって生じる。

本発明によれば、トルクを形成する基本波は殆ど抑制されず、重要な第５高調波および第７高調波は消去される。両高調波は序数６ｐすなわち回転周波数の６ｐ倍の脈動トルクを生じる。なお、ｐは極対数である。脈動トルクを回避するための有効な解決はスロットピッチの半分（１／２）すなわちＴｎ／２のスキューによって行なわれる。その場合、第５高調波が１９％へ抑制され、第７高調波が１３．６％へ抑制される。同時に２倍のスロット周波数の最も重要なスロットコギングトルクが抑制される。

磁極ピッチファクタαが０．８または少なくとも０．８近辺にある場合、第５高調波は０である。今や、第７高調波だけがスキューによって抑制されねばならない。このために、スキューはスロットピッチの半分（５０％）より小さくなければならず、つまり正確には３／７×Ｔｎすなわち０．４２８５Ｔｎでなければならない。

０．８５または０．８５〜０．９の通常の磁極ピッチファクタαの場合、とりわけ第５高調波を抑制すると好都合であり、従ってスロットピッチの半分（５０％）よりも大きい、つまり３／５×Ｔｎのスキューが必要である。このスキューの場合、第５高調波は完全に消滅する。スキューは回転子４でも固定子２でも行なうことができる。さらに、必要なスキューを同期電動機全体に分散させることも可能である。すなわち、回転子４ならびに固定子２が必要な全スキューの或る予め設定可能なスキュー割合を引受けるので、ギャップ内でスキューの加算が生じ、それゆえ回転子４または固定子２での単独のスキューによるのと同じ作用が達成される。

本発明による機械の原理図 電気機械の回転子磁界を示す図 本発明による回転子の斜視図

符号の説明

１ 永久磁石励磁同期電動機
２ 固定子
４ 回転子
５ 永久磁石
６ 歯巻回コイル
７ スキュー角度
８ 歯
９ 回転軸

Claims (2)

1. 固定子（２）内で歯に巻回されたコイル（６）と、複数の磁極を有する回転子（４）とを備え、回転子磁場の第５高調波および第７高調波を抑制するために、回転子（４）が０．８５〜０．９の磁極ピッチファクタ（α）を有し、かつ、回転子（４）および／または固定子（２）がスロットピッチ（Ｔｎ）の３／５のスキューを有することを特徴とする永久磁石励磁同期電動機。
2. 固定子（２）内で歯に巻回されたコイル（６）と、複数の磁極を有する回転子（４）とを備え、回転子磁場の第５高調波および第７高調波を抑制するために、回転子（４）が８０％±１０％の磁極ピッチファクタ（α）を有し、かつ、回転子（４）および／または固定子（２）がスロットピッチ（Ｔｎ）の３／７のスキューを有することを特徴とする永久磁石励磁同期電動機。

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