JP2009044893A - Rotor and rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転子及び回転電機に関し、特にｄ軸方向の磁界の遮断とｑ軸方向の磁路の確保のために回転子及び回転電機に配設されるフラックスバリアというスリット部の構造に関する。 The present invention relates to a rotor and a rotating electrical machine, and more particularly to a structure of a slit portion called a flux barrier disposed in the rotor and the rotating electrical machine in order to block a magnetic field in the d-axis direction and secure a magnetic path in the q-axis direction.
電動機の一つに回転界磁型の同期電動機がある。この同期電動機は、固定子側の電機子に電流を流して回転磁界を発生させることにより回転子を回転軸中心に軸回転させるタイプのものである。その同期電動機の内、回転子の鉄心に永久磁石が埋め込まれているタイプの電動機を、特に埋込構造永久磁石同期電動機(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor、以下ＩＰＭＳＭと省略する) と呼んでいる。 One of the electric motors is a rotating field type synchronous motor. This synchronous motor is of a type that rotates the rotor about the rotation axis by passing a current through the armature on the stator side to generate a rotating magnetic field. Among the synchronous motors, a motor of a type in which a permanent magnet is embedded in the iron core of the rotor is called an embedded permanent magnet synchronous motor (hereinafter abbreviated as IPMSM).
ＩＰＭＳＭには回転子内部の各極にフラックスバリアと呼ばれるスリット部が設けられている。このスリット部は、回転子の磁極の中心線方向の磁界の磁束（いわゆるｄ軸磁束）を遮断するような配置で、各極ごとに設けられており、その中に、上記の永久磁石が、極間の磁極を相互に異ならせた状態で、埋め込まれている。上記スリット部の周囲は電磁鋼等の磁束をよく通す材料からなる鉄心であり、磁極間の中心線方向の磁界の磁束（いわゆるｑ軸磁束）の通路（以下において「磁路」とも呼んでいる）が、上記鉄心内にスリット部に沿うようにして形成される。そして、ＩＰＭＳＭにおいては、電機子の電流ベクトル制御により、永久磁石の電機子鎖交磁束の変化により生じるマグネットトルクと、ｑ軸インダクタンスＬｑとｄ軸インダクタンスＬｄの逆突極性により生じるリラクタンストルクとの和が回転子のトルクとして出力される。 The IPMSM is provided with a slit portion called a flux barrier at each pole inside the rotor. This slit portion is provided for each pole in such an arrangement that blocks the magnetic flux (so-called d-axis magnetic flux) of the magnetic field in the direction of the center line of the magnetic poles of the rotor. It is embedded with the magnetic poles between the poles different from each other. The periphery of the slit portion is an iron core made of a material that allows magnetic flux such as electromagnetic steel to pass well, and is also referred to as a “magnetic path” (hereinafter referred to as “magnetic path”) of magnetic flux (so-called q-axis magnetic flux) in the direction of the center line between magnetic poles. ) Is formed in the iron core along the slit portion. In the IPMSM, the sum of the magnet torque generated by the change in the armature flux linkage of the permanent magnet and the reluctance torque generated by the reverse saliency of the q-axis inductance Lq and the d-axis inductance Ld by the current vector control of the armature. Is output as the torque of the rotor.
上記永久磁石の構造として次のようなものがある。
永久磁石の両端部をロータ表面に近接する位置で細める。永久磁石を各端部がロータ表面に対しほぼ直交するようにして設ける。（例えば、特許文献１、特許文献２等参照）。
Both ends of the permanent magnet are narrowed at positions close to the rotor surface. Permanent magnets are provided such that each end is substantially perpendicular to the rotor surface. (For example, refer to Patent Document 1, Patent Document 2, etc.).
固定子側からの磁束を回転子内に流れやすくするために、従来、回転子内部の永久磁石を回転軸の半径方向に２層に分けて各極ごとに設けていた。このような構造にすることで、永久磁石の端部による磁束の進入経路の妨害が緩和され、固定子からの磁束が永久磁石の層間の鉄心に入りやすくなる。そして、更に、上記永久磁石の両端部を細く切り欠いた構造に変えると共に永久磁石のそれぞれの端部を回転子の表面に直交する配置にすることにより、永久磁石の端部側の層間の鉄心の幅を広げ、固定子からの磁束が層間の鉄心へより入りやすくなるようにしている。 In order to make it easy for the magnetic flux from the stator side to flow into the rotor, conventionally, the permanent magnets inside the rotor are divided into two layers in the radial direction of the rotating shaft and provided for each pole. By adopting such a structure, obstruction of the magnetic flux entrance path by the end of the permanent magnet is mitigated, and the magnetic flux from the stator easily enters the iron core between the layers of the permanent magnet. Further, by changing the structure of the permanent magnet to a structure in which both end portions are cut out thinly, and arranging each end portion of the permanent magnet perpendicular to the surface of the rotor, the iron core between the layers on the end side of the permanent magnet is provided. The magnetic flux from the stator becomes easier to enter the iron core between the layers.
しかし、上述した永久磁石の両端部を細く切り欠いた構造のものでは、永久磁石端部とそれに対応する鉄心部（いわゆるブリッジ部）が隣接してしまう。それにより、永久磁石からの短絡磁束が増して、永久磁石の端部側で磁気飽和が生じやすくなる。そのため、永久磁石の両端部を細く切り欠いた構造にしたからといって、固定子からの磁束が層間の鉄心へ入りやすくなるとは常に言えるものではない。また短絡磁束による永久磁石の減磁も懸念される。 However, in the above-described structure in which both end portions of the permanent magnet are cut out thinly, the end portions of the permanent magnet and the corresponding iron core portions (so-called bridge portions) are adjacent to each other. Thereby, the short circuit magnetic flux from a permanent magnet increases, and it becomes easy to produce magnetic saturation in the edge part side of a permanent magnet. For this reason, it cannot always be said that the magnetic flux from the stator easily enters the iron core between the layers even if the both end portions of the permanent magnet are thinly cut. There is also concern about demagnetization of the permanent magnet due to short-circuit magnetic flux.
そこで本発明は、固定子からの磁束と永久磁石の短絡磁束とのバランスを調節することのできる回転子、及びこの回転子を有する回転電機を提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the rotor which can adjust the balance of the magnetic flux from a stator, and the short circuit magnetic flux of a permanent magnet, and the rotary electric machine which has this rotor.
本発明は上記課題を解決するために以下のように構成する。
本発明の回転子は、各極ごとに二つ以上のスリット部を回転軸の半径方向に向けて層状に備え且つ各極の少なくとも一つのスリット部に永久磁石を埋設した回転子であって、前記スリット部の前記回転軸に直交する断面は前記回転軸側に凸の形状をなし、前記永久磁石を埋設したスリット部の少なくとも一つの端部に前記永久磁石の短絡磁束を抑制する短絡磁束抑制部を備え、前記短絡磁束抑制部を備えたスリット部の端部幅をＬ１、該端部幅の内の前記短絡磁束抑制部のｄ軸側に対応する幅をＬ２とすると、０．５Ｌ１＜Ｌ２＜０．９５Ｌ１の関係を満たす（より好ましくは、０．５Ｌ１＜Ｌ２＜０．８Ｌ１の関係を満たす）ように構成する。
In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.
The rotor of the present invention is a rotor having two or more slit portions for each pole in a layered manner in the radial direction of the rotation axis, and a permanent magnet embedded in at least one slit portion of each pole, The cross section perpendicular to the rotation axis of the slit portion has a convex shape on the rotation shaft side, and the short-circuit magnetic flux suppression suppresses the short-circuit magnetic flux of the permanent magnet at at least one end of the slit portion in which the permanent magnet is embedded. If the width corresponding to the d-axis side of the short-circuit magnetic flux suppression portion of the end width is L1, the width corresponding to the d-axis side of the short-circuit magnetic flux suppression portion is 0.5L1 < It is configured to satisfy the relationship of L2 <0.95L1 (more preferably, satisfy the relationship of 0.5L1 <L2 <0.8L1).
なお、各極ごとに、前記永久磁石を埋設した隣接する二つのスリット部を備え、前記隣接する二つのスリット部のうちの前記回転軸側のスリット部に前記短絡磁束抑制部を備える、ことが好ましい。 Each pole is provided with two adjacent slit portions embedded with the permanent magnet, and the short-circuit magnetic flux suppressing portion is provided in the slit portion on the rotating shaft side of the two adjacent slit portions. preferable.
また、前記永久磁石は円弧磁石であることが好ましい。
本発明の回転電機は、上記回転子を有するように構成する。
本発明により、永久磁石の端部における短絡磁束が短絡磁束抑制部により抑制される。反対に短絡磁束抑制部のｄ軸側において固定子からの磁束の通路が広がるので、固定子からの磁束は回転子に流れ込みやすくなる。
The permanent magnet is preferably an arc magnet.
The rotating electrical machine of the present invention is configured to have the rotor.
By this invention, the short circuit magnetic flux in the edge part of a permanent magnet is suppressed by the short circuit magnetic flux suppression part. On the contrary, since the magnetic flux path from the stator is widened on the d-axis side of the short-circuit magnetic flux suppressing portion, the magnetic flux from the stator easily flows into the rotor.
本発明により、固定子からの磁束と永久磁石の短絡磁束とのバランスを調節することができるようになる。 According to the present invention, the balance between the magnetic flux from the stator and the short-circuit magnetic flux of the permanent magnet can be adjusted.
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１及び図２は、本発明の実施形態による埋込構造永久磁石同期電動機（ＩＰＭＳＭ）の構造説明図である。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1 and 2 are explanatory views of the structure of an embedded permanent magnet synchronous motor (IPMSM) according to an embodiment of the present invention.
本発明の実施形態によるＩＰＭＳＭは、固定子側に電機子を備え且つその内側に永久磁石付きの回転子が配置された構成をとり、上記電気子の電流制御により上記回転子が回転する。 The IPMSM according to an embodiment of the present invention has a configuration in which an armature is provided on the stator side and a rotor with a permanent magnet is disposed on the inner side, and the rotor rotates by current control of the electric element.
上記固定子は、例えば、鉄心（一次鉄心）としてケイ素鋼等のような高誘磁率材からなるリング状の板を数十枚積層して構成したものに、コイルをティースに分布巻き又は集中巻きに巻回する等して電機子を設けて構成される。 For example, the stator is formed by laminating dozens of ring-shaped plates made of a high-permittivity material such as silicon steel as an iron core (primary iron core), and the coil is distributed or concentratedly wound around the teeth. An armature is provided, for example, by being wound around.
上記回転子は、例えば、ケイ素鋼等のような高誘磁率材からなる円板状の板にプレス加工又はレーザ加工等により後述するスリット部を形成して数十枚積層して構成した鉄心（二次鉄心）に、回転軸としてのシャフトを挿入する等して構成される。永久磁石はそれらの組み立て時に上記スリット部にセットされる。なお、永久磁石の形状については上記スリット部と合わせて後述するものとする。 The rotor includes, for example, an iron core that is formed by laminating dozens of slits to be described later by press working or laser processing on a disk-shaped plate made of a high-permittivity material such as silicon steel ( A secondary iron core) is configured by inserting a shaft as a rotating shaft. Permanent magnets are set in the slit portion when they are assembled. The shape of the permanent magnet will be described later together with the slit portion.
図１は、上記ＩＰＭＳＭを上記回転軸に垂直な面で切ったときの部分断面図である。
上記ＩＰＭＳＭとして、ここでは、一例として、固定子１０側においてティース１０１に集中巻きでコイルを巻回して電機子１００を設け且つ回転子１５内部において回転軸Ｏの半径方向に２つの層状のスリット部１５０を各極ごとに設けてなる１２スロット８極構造のモータが示されている。
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of the IPMSM taken along a plane perpendicular to the rotation axis.
As an example of the IPMSM, here, as an example, the armature 100 is provided by concentrating the coil around the teeth 101 on the stator 10 side to provide the armature 100, and two layered slit portions in the radial direction of the rotation axis O inside the rotor 15. A motor having a 12-slot 8-pole structure in which 150 is provided for each pole is shown.
各極各層のスリット部１５０には更に永久磁石Ｈが埋設されている。この永久磁石Ｈは、同図に示すように隣接する極間で互いに異なる極性をとり、同じ極内では回転子１５の外周面側において同じ極性をとるようにして配置されている。 A permanent magnet H is further embedded in the slit portion 150 of each layer. As shown in the figure, the permanent magnet H has different polarities between adjacent poles, and is arranged so as to have the same polarity on the outer peripheral surface side of the rotor 15 in the same pole.
図２は、１極あたりの、永久磁石Ｈ及びスリット部１５０の構造説明図である。
図２（ａ）は図１のＩＰＭＳＭの１極を拡大した図である。
ここでは、上記二つのスリット部１５０として、回転軸Ｏより（図２の下より）に凸の円弧の形状をなすスリット部１５０−１、１５０−２を示している。回転子１５の表面側（図２の上側）に配置されたスリット部１５０−１は、一つのスリットよりなり、回転軸中心側に配置されたスリット部１５０−２は、中央部に鉄心との連結部を有し、互いに左右対称の二つのスリット１５０−２Ａ、１５０−２Ｂが層方向に間隔をあけて配置されたものよりなる。この例に示されるように、本明細書においては、同一層内の一つ又は層方向に間隔をあけてなる複数のスリットを総称して「スリット部」と呼んでいる。
FIG. 2 is an explanatory diagram of the structure of the permanent magnet H and the slit portion 150 per pole.
FIG. 2A is an enlarged view of one pole of the IPMSM of FIG.
Here, as the two slit portions 150, slit portions 150-1 and 150-2 having a circular arc shape convex from the rotation axis O (from the bottom of FIG. 2) are shown. The slit portion 150-1 disposed on the surface side of the rotor 15 (upper side in FIG. 2) is composed of a single slit, and the slit portion 150-2 disposed on the center side of the rotation axis is formed with an iron core at the center portion. The two slits 150-2A and 150-2B that have a connecting portion and are symmetrical to each other are arranged with a gap in the layer direction. As shown in this example, in this specification, one slit in the same layer or a plurality of slits spaced in the layer direction are collectively referred to as a “slit portion”.
回転子１５の回転軸側に配置されたスリット部１５０−２の両端部の空隙、即ち同図の左側のスリット１５０−２Ａの、永久磁石Ｈ２の左端部側にある空隙Ｎ２、及び、同図の右側のスリット１５０−２Ｂの、永久磁石Ｈ３の右端部側にある空隙Ｎ３は、永久磁石Ｈ２、Ｈ３からの短絡磁束と固定子からの磁束とのバランスを調節するために設けたものである。この空隙Ｎ２、Ｎ３（以下において短絡磁束抑制部とも呼ぶ）は、同図のような端部に切り欠きを形成していない永久磁石（この例では特に円弧磁石を使用）をスリットに挿入したときに永久磁石の端面とスリットの壁面とによって囲まれてできる空気層からなる空間領域であり、所定の大きさに設計されるものである。 The gap at both ends of the slit portion 150-2 disposed on the rotating shaft side of the rotor 15, that is, the gap N2 on the left end portion side of the permanent magnet H2 of the left slit 150-2A in the drawing, and FIG. A gap N3 on the right end of the permanent magnet H3 of the right slit 150-2B is provided to adjust the balance between the short-circuit magnetic flux from the permanent magnets H2 and H3 and the magnetic flux from the stator. . The gaps N2 and N3 (hereinafter also referred to as a short-circuit magnetic flux suppressing portion) are obtained when a permanent magnet (in this example, an arc magnet is used) having no notch formed in the end as shown in the figure is inserted into the slit. It is a space region composed of an air layer formed by the end face of the permanent magnet and the wall surface of the slit, and is designed to have a predetermined size.
上述したように、本例においては二つのスリット１５０−２Ａ、１５０−２Ｂは左右対称である。よって、左側のスリット１５０−２Ｂを例にとって、以下に上記の短絡磁束抑制部の寸法について説明する。 As described above, in this example, the two slits 150-2A and 150-2B are symmetrical. Therefore, taking the left slit 150-2B as an example, the dimensions of the short-circuit magnetic flux suppression unit will be described below.
図２（ｂ）は、図２（ａ）のＣ部の拡大図であり、これを参照しながら上記左側のスリット１５０−２Ｂにおける短絡磁束抑制部の設計レイアウトについて説明する。
同図（ｂ）に示すように、スリット１５０−２Ｂの端部において、その端面の一部に回転子の表面側に凸となる空間領域（空隙Ｎ２）を設ける。同図（ｂ）の図においては、一例として矩形形状の空間領域を示している。
FIG. 2B is an enlarged view of a portion C in FIG. 2A, and the design layout of the short-circuit magnetic flux suppressing portion in the left slit 150-2B will be described with reference to this.
As shown in FIG. 6B, a space region (gap N2) that protrudes toward the surface side of the rotor is provided at a part of the end surface of the slit 150-2B. In the drawing of FIG. 5B, a rectangular space area is shown as an example.
この空間領域は、同図（ｂ）の回転子１５の周方向のｑ軸寄りに設けるものとし、空間領域を設けない残りの領域を固定子からの磁束の進入通路として確保する。
そして、同図（ｂ）に示すような、端部に切り欠く加工を施していない永久磁石Ｈ２つまり端面が未加工の平坦な永久磁石Ｈ２を、スリット１５０−２Ｂの端面に接触させて配置する。
This space region is provided near the q-axis in the circumferential direction of the rotor 15 in FIG. 5B, and the remaining region where no space region is provided is secured as an entrance path for magnetic flux from the stator.
And the permanent magnet H2 which has not performed the process notched to the edge part as shown to the same figure (b), ie, the flat permanent magnet H2 with an unfinished end surface, arrange | positions in contact with the end surface of slit 150-2B. .
それにより、永久磁石Ｈ２は、空間領域よりも回転子１５の周方向のｄ軸側に位置する突き出た部分に接触して位置決めされ、永久磁石Ｈ２の端面とスリット１５０−２Ｂとにより囲まれる空隙Ｎ２即ち上記の空間領域が上記短絡磁束抑制部として機能し、永久磁石Ｈ２の端面が接触する側の領域が固定子からの磁束の進入通路として機能する。 As a result, the permanent magnet H2 is positioned in contact with the protruding portion located on the d-axis side in the circumferential direction of the rotor 15 with respect to the space region, and is surrounded by the end surface of the permanent magnet H2 and the slit 150-2B. N2, that is, the above-described space region functions as the short-circuit magnetic flux suppressing portion, and the region on the side where the end face of the permanent magnet H2 comes into contact functions as a magnetic flux entrance passage from the stator.
そこで、同図（ｂ）に示すように、スリット１５０−２Ｂの端部の幅をＬ１、その幅の内の空隙Ｎ２のｄ軸側に対応する幅をＬ２とする。この場合、Ｌ２の値を大きくすることにより固定子からの磁束Ｂ１の進入通路を多く確保することが、反対にＬ２の値を小さくすることにより短絡磁束Ｂ２の発生をより抑えることが可能となり、Ｌ１に対するＬ２の値を最適に設定することにより、固定子からの磁束Ｂ１と短絡磁束Ｂ２とのバランスを最適にすることができる。 Therefore, as shown in FIG. 2B, the width of the end of the slit 150-2B is L1, and the width corresponding to the d-axis side of the gap N2 is L2. In this case, by increasing the value of L2, it is possible to secure a large number of entrance paths for the magnetic flux B1 from the stator, and conversely, by reducing the value of L2, it is possible to further suppress the generation of the short-circuit magnetic flux B2. By optimally setting the value of L2 with respect to L1, the balance between the magnetic flux B1 from the stator and the short-circuit magnetic flux B2 can be optimized.
なお、上記空隙Ｎ２におけるブリッジ部の厚みをＷ、空隙Ｎ２の深さをＤとした場合、Ｗの値はＤの値に応じて機械的な強度が保たれる値に設定すれば良い。
続いて、上述の固定子からの磁束と短絡磁束とのバランスが最適であることを示す一つの指標として、最大トルク及びトルクリプルの変化グラフを以下に示す。
When the thickness of the bridge portion in the gap N2 is W and the depth of the gap N2 is D, the value of W may be set to a value that maintains the mechanical strength according to the value of D.
Subsequently, as one index indicating that the balance between the magnetic flux from the stator and the short-circuit magnetic flux is optimal, a change graph of maximum torque and torque ripple is shown below.
図３は、上記構成のＩＰＭＳＭにおける、Ｌ１及びＬ２の長さの比と最大トルク及びトルクリプルの変化グラフである。ただし、ここではＤ＝０．２９Ｌ１、Ｗ＝１．０６Ｄとした場合のものを示している。 FIG. 3 is a graph showing changes in the ratio of the lengths of L1 and L2, the maximum torque, and torque ripple in the IPMSM having the above-described configuration. However, the case where D = 0.29L1 and W = 1.06D is shown here.
同図は、横軸にＬ１に対するＬ２の長さを、縦軸に次に示すそれぞれのスケールをとり、実線により最大トルクの変化を、また破線によりトルクリプルの変化を表したものである。なお、最大トルク及びトルクリプルの縦軸の各スケールは、Ｌ２＝０．５Ｌ１のときのそれぞれの値を１としたときの比率である。 In this figure, the horizontal axis represents the length of L2 with respect to L1, the vertical axis represents the following scales, the change in maximum torque is indicated by a solid line, and the change in torque ripple is indicated by a broken line. In addition, each scale of the vertical axis | shaft of a maximum torque and a torque ripple is a ratio when each value is set to 1 when L2 = 0.5L1.
同図の破線のトルクリプルのグラフに示されるように、トルクリプルの値は、Ｌ２＝０．６Ｌ１を超えたあたりから最も低い値に安定する。そして、その範囲及び近傍の最大トルクの変化を見ると、最大トルクはＬ２＝０．３Ｌ１近傍で最大値を示し、そこからＬ２の値が大きくなるに従って減少する。 As shown in the broken-line torque ripple graph in FIG. 9, the torque ripple value stabilizes at the lowest value from around L2 = 0.6L1. Then, looking at the change in the maximum torque in the range and the vicinity, the maximum torque shows a maximum value in the vicinity of L2 = 0.3L1, and then decreases as the value of L2 increases.
言うまでもなく、トルクリプルの値は低いほど良く、最大トルクの値は高いほど良いため、同図の相関関係から、０．５Ｌ１＜Ｌ２＜０．９５Ｌ１の関係を満たすようにスリット端部を設計すると良いことが分かる。即ちその範囲において、固定子からの磁束と短絡磁束とのバランスは最適になる。 Needless to say, the lower the value of torque ripple, the better the higher the value of maximum torque, the better. Therefore, it is better to design the slit end so as to satisfy the relationship of 0.5L1 <L2 <0.95L1 from the correlation shown in FIG. I understand that. That is, in that range, the balance between the magnetic flux from the stator and the short-circuit magnetic flux is optimal.
また、特に０．５Ｌ１＜Ｌ２＜０．８Ｌ１の関係を満たすようにスリット端部を設計した場合においては、最大トルクの落ち込みが少ないので、上述した範囲の中でもより高い効果が得られることが分かる。また０．５Ｌ１＜Ｌ２＜０．７Ｌ１とすれば、さらに最大トルクの落ち込みを押さえつつ、トルクリプルも抑制できる。また、０．７５Ｌ１≦Ｌ２とすれば、トルクリプルを最小に抑えることができる。 In particular, when the slit end portion is designed so as to satisfy the relationship of 0.5L1 <L2 <0.8L1, the maximum torque is less likely to drop, so that a higher effect can be obtained even in the above-described range. . If 0.5L1 <L2 <0.7L1, the torque ripple can be suppressed while further suppressing the drop in the maximum torque. Further, if 0.75L1 ≦ L2, torque ripple can be minimized.
以上のように、本発明の実施形態によるＩＰＭＳＭにおいては、スリット部の端部に短絡磁束抑制部を上述したような条件に従って設けることにより、固定子からの磁束と短絡磁束とのバランスを最適な関係になるように調節することが可能になる。特に、本発明の実施形態において取り上げたＩＰＭＳＭの構成例においては、最大トルクの低下を抑止すると共にトルクリプルの発生を低減することが可能になる。また、同じ体格でより高いトルクを得ることも可能になる。また、隣接する２層のスリット部１５０−１、１５０−２に永久磁石を埋め込み、その内、回転子１５の回転軸側のスリット部１５０−２に短絡磁束抑制部を適用したので、それらの層間に固定子からの磁束が流れ込みやすくなる。そして効果的にトルクリプル抑制、トルク確保が実現できるようになる。また、スリット部を円弧形状にしたため、永久磁石として円弧磁石が利用でき、リラクタンストルクをより効果的に利用できるようになる。また、円弧磁石を使用する場合は端部を切り欠く等の加工が不要になる。 As described above, in the IPMSM according to the embodiment of the present invention, the short-circuit magnetic flux suppression unit is provided at the end of the slit according to the above-described conditions, so that the balance between the magnetic flux from the stator and the short-circuit magnetic flux is optimal. It can be adjusted to be related. In particular, in the configuration example of the IPMSM taken up in the embodiment of the present invention, it is possible to suppress the decrease in the maximum torque and reduce the occurrence of torque ripple. Also, higher torque can be obtained with the same physique. Further, since permanent magnets are embedded in the adjacent two layers of slit portions 150-1 and 150-2, and among them, the short-circuit magnetic flux suppressing portion is applied to the slit portion 150-2 on the rotating shaft side of the rotor 15, Magnetic flux from the stator easily flows between the layers. Thus, torque ripple suppression and torque securing can be realized effectively. Further, since the slit portion has an arc shape, the arc magnet can be used as a permanent magnet, and the reluctance torque can be used more effectively. Further, when an arc magnet is used, processing such as cutting out the end portion is not necessary.
本発明の実施の形態においては、回転軸側のスリット部を、層方向に配置した二つのスリットにより構成した。また各スリットの回転子表面側の端部に短絡磁束抑制部を設けた。しかし、上記の構成は一例にすぎない。 In the embodiment of the present invention, the slit portion on the rotating shaft side is constituted by two slits arranged in the layer direction. Moreover, the short circuit magnetic flux suppression part was provided in the edge part by the side of the rotor surface of each slit. However, the above configuration is only an example.
そのため、例えば、上記二つのスリットを一続きに構成しても良い。
また、本発明の実施の形態においては二つのスリット部を回転軸の半径方向に層状に設けたが、三つ以上のスリット部を回転軸の半径方向に層状に設けても良い。
Therefore, for example, the two slits may be formed in a row.
Further, in the embodiment of the present invention, the two slit portions are provided in layers in the radial direction of the rotating shaft, but three or more slit portions may be provided in layers in the radial direction of the rotating shaft.
また、各スリット部は、一つまたは二つのスリットに限らず、３つ以上のスリットを１つのスリット部として層方向に配置して構成しても良い。
また、各スリット部を円弧以外の形状に変形しても良い。
Further, each slit portion is not limited to one or two slits, and three or more slits may be arranged in the layer direction as one slit portion.
Moreover, you may deform | transform each slit part into shapes other than a circular arc.
また、短絡磁束抑制部を矩形形状以外の形状に変形しても良い。
また、実施の形態では集中巻きを用いたが、分布巻きのモータに用いても良い。
また、発電機に用いても良い。
Moreover, you may deform | transform a short circuit magnetic flux suppression part into shapes other than rectangular shape.
Further, although concentrated winding is used in the embodiment, it may be used for a distributed winding motor.
Moreover, you may use for a generator.
また、本発明の実施の形態では、短絡磁束抑制部をスリット部のｑ軸側の端から形成して、その幅をＬ１−Ｌ２とした。しかし、スリット部の端部幅Ｌ１と、端部幅Ｌ１の内の短絡磁束抑制部のｄ軸側に対応する幅Ｌ２との関係が満たされていれば良いので、例えばｑ軸側の端を残す等して、その幅をＬ１−Ｌ２未満になるようにしても良い。なお、以上のような各構成において、層内の回転子表面に近接する少なくとも一つのスリットに永久磁石が埋設されていることが好ましい。また、回転軸に最も近い層のスリットに永久磁石が埋設されていることがより好ましい。更に、永久磁石が埋設され且つ回転子表面に近接するスリットのうちの少なくとも一つに対して、回転子表面側のスリット端部に上述の短絡磁束抑制部を設けるようにすることが望ましい。 Moreover, in embodiment of this invention, the short circuit magnetic flux suppression part was formed from the end by the side of the q-axis of a slit part, and the width | variety was set to L1-L2. However, as long as the relationship between the end width L1 of the slit portion and the width L2 corresponding to the d-axis side of the short-circuit magnetic flux suppressing portion in the end width L1 is satisfied, for example, the end on the q-axis side is For example, the width may be less than L1-L2. In each configuration as described above, it is preferable that a permanent magnet is embedded in at least one slit close to the rotor surface in the layer. More preferably, a permanent magnet is embedded in the slit of the layer closest to the rotation axis. Furthermore, it is desirable to provide the above-described short-circuit magnetic flux suppressing portion at the slit end portion on the rotor surface side with respect to at least one of the slits embedded in the permanent magnet and close to the rotor surface.
このように、適宜、上述した構成に変形することも可能である。またこの場合においても、上述した効果即ち固定子からの磁束と短絡磁束とのバランスを最適な関係になるように調節することが可能である。更に、最高出力やトルクリプルにおいても図３のグラフが示す傾向を有しているため、最高出力の低下やトルクリプルの低減等の抑止を期待できる。 As described above, the above-described configuration can be appropriately modified. Also in this case, it is possible to adjust the above-described effect, that is, the balance between the magnetic flux from the stator and the short-circuit magnetic flux so as to have an optimum relationship. Furthermore, since the graph shown in FIG. 3 also has the tendency in the maximum output and the torque ripple, it can be expected that the maximum output is reduced and the torque ripple is reduced.
また、その他に、ＩＰＭＳＭに限らず他の回転電機に上述した構成を適用しても良い。
更に、回転電機と一体ではなく、上記の回転子をユニットとして提供しても良い。
In addition, the configuration described above may be applied not only to IPMSM but also to other rotating electrical machines.
Furthermore, the rotor described above may be provided as a unit instead of being integrated with the rotating electrical machine.
１５０、１５０−１、１５０−２ スリット部
Ｏ 回転軸
１５ 回転子
１５０−２Ａ、１５０−２Ｂ スリット
Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３ 永久磁石
Ｎ２、Ｎ３ 空隙
150, 150-1, 150-2 Slit portion O Rotating shaft 15 Rotor 150-2A, 150-2B Slit H1, H2, H3 Permanent magnet N2, N3 Gap
Claims (5)
前記スリット部の前記回転軸に直交する断面は前記回転軸側に凸の形状をなし、
前記永久磁石を埋設したスリット部の少なくとも一つの端部に前記永久磁石の短絡磁束を抑制する短絡磁束抑制部を備え、
前記短絡磁束抑制部を備えたスリット部の端部幅をＬ１、該端部幅の内の前記短絡磁束抑制部のｄ軸側に対応する幅をＬ２とすると、０．５Ｌ１＜Ｌ２＜０．９５Ｌ１の関係を満たす、
ことを特徴とする回転子。 A rotor in which two or more slit portions are provided in layers in the radial direction of the rotation axis for each pole, and a permanent magnet is embedded in at least one slit portion of each pole,
The cross section perpendicular to the rotation axis of the slit portion has a convex shape on the rotation axis side,
A short-circuit magnetic flux suppression unit that suppresses a short-circuit magnetic flux of the permanent magnet at at least one end of the slit portion in which the permanent magnet is embedded,
Assuming that the end width of the slit portion provided with the short-circuit magnetic flux suppression portion is L1, and the width corresponding to the d-axis side of the short-circuit magnetic flux suppression portion of the end width is L2, 0.5L1 <L2 <0. Satisfy the relationship of 95L1.
A rotor characterized by that.
ことを特徴とする請求項１に記載の回転子。 Satisfy the relationship of 0.5L1 <L2 <0.8L1,
The rotor according to claim 1.
前記隣接する二つのスリット部のうちの前記回転軸側のスリット部に前記短絡磁束抑制部を備える、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回転子。 For each pole, it has two adjacent slits embedded with the permanent magnet,
The short-circuit magnetic flux suppression part is provided in the slit part on the rotating shaft side of the two adjacent slit parts,
The rotor according to claim 1 or 2, characterized by the above-mentioned.
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の回転子。 The permanent magnet is an arc magnet;
The rotator according to any one of claims 1 to 3, wherein:
A rotary electric machine comprising the rotor according to any one of claims 1 to 4.
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