JP2012023855A - Permanent magnet embedded rotor and rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ロータコアの外周面寄りに、d軸に直交する方向に延びるように第1永久磁石が埋込まれるとともに、第1永久磁石の両側にq軸に沿って延びるように第2永久磁石が埋込まれ、第1永久磁石の両端からq軸側に離れて空隙がロータコアに形成された永久磁石埋込型回転子、及び該永久磁石埋込型回転子を備える回転電機に関する。 In the present invention, a first permanent magnet is embedded near the outer peripheral surface of the rotor core so as to extend in a direction orthogonal to the d-axis, and the second permanent magnet extends along the q-axis on both sides of the first permanent magnet. Are embedded in a permanent magnet in which a gap is formed in a rotor core at a distance from the both ends of a first permanent magnet toward the q-axis side, and a rotating electric machine including the permanent magnet embedded rotor.
この種の回転電機としては、例えば、特許文献1が挙げられる。図5に示すように、特許文献1の永久磁石式リラクタンス型回転電機90は、複数の電機子コイル91を備える固定子92と、その固定子92の内側の回転子93とから構成されている。
As this type of rotating electrical machine, for example, Patent Document 1 is cited. As shown in FIG. 5, the permanent magnet type reluctance type rotating
回転子93は、円筒形の回転子鉄心94を備えるとともに、複数の磁極が設けられている。回転子鉄心94の各磁極軸に沿った方向には、磁極幅の間隔をあけて長方形状の第1の空洞部95が形成されている。第1の空洞部95は、各磁極を両側から挟み込む位置に形成されている。第1の空洞部95それぞれには第1の永久磁石96が埋込まれている。また、回転子鉄心94において、各磁極間には回転子鉄心94の外周に沿って長方形状の第2の空洞部97が形成されている。第2の空洞部97それぞれには第2の永久磁石98が埋込まれている。
The rotor 93 includes a
そして、永久磁石式リラクタンス型回転電機90においては、回転子鉄心94に第1の永久磁石96と第2の永久磁石98とを設けることで、リラクタンストルクを増大させ、永久磁石式リラクタンス型回転電機90のトルクが増大されている。
In the permanent magnet type reluctance type rotating
ところで、特許文献1の永久磁石式リラクタンス型回転電機90において、第2の永久磁石98は回転子鉄心94の表面に配置されているため、この第2の永久磁石98に鎖交する交番磁界が多く、第2の永久磁石98には大きな渦電流損が発生してしまっている。この大きな渦電流損により、第2の永久磁石98の温度が上昇してしまい、第2の永久磁石98が減磁されてしまって永久磁石式リラクタンス型回転電機90のトルクが低下してしまう。
By the way, in the permanent magnet type reluctance type rotating
このため、第2の永久磁石98に鎖交する交番磁界を減らすため、第2の永久磁石98を回転子鉄心94の表面から離すべく、図5の2点鎖線に示すように、第2の永久磁石98の埋込位置(第2の空洞部97の形成位置)を、回転子鉄心94の内周面側へ移動させることが考えられる。しかし、第2の永久磁石98の埋込位置を、回転子鉄心94の内周面側へ移動させると、第2の永久磁石98と第1の永久磁石96とが近付いて短絡磁束が増加してしまい、第2の永久磁石98から固定子92に渡る磁束が減少して、永久磁石式リラクタンス型回転電機90のトルクが低下してしまう。
For this reason, in order to reduce the alternating magnetic field linked to the second
そこで、第2の永久磁石98の埋込位置を回転子鉄心94の内周面側へ若干移動させつつも、第2の永久磁石98と第1の永久磁石96との間での短絡磁束を低減させるには、図5の2点鎖線に示すように、第2の永久磁石98の長辺方向の両側に空隙99を設けることが考えられる。しかし、第2の永久磁石98の両側に空隙99を設けると、回転子鉄心94において空隙99が形成された部位は磁束が通過しにくくなり、空隙99が形成されていない部位は磁束が通過しやすくなる。このため、トルクを低下させないことを目的として回転子鉄心94に空隙99を設けると、回転子鉄心94の周方向に沿って磁気抵抗の大きい部位と小さい部位とが生じてしまい、回転子鉄心94の周方向の磁気抵抗の変化が大きくなってトルクリプルが増大してしまう。
Therefore, the short-circuit magnetic flux between the second
本発明は、ロータコアに空隙を形成しても、トルクを低下させることなくトルクリプルを抑えることができる永久磁石埋込型回転子、及び該永久磁石埋込型回転子を備える回転電機を提供することにある。 The present invention provides an embedded permanent magnet rotor that can suppress torque ripple without lowering torque even when a gap is formed in a rotor core, and a rotating electrical machine including the embedded permanent magnet rotor. It is in.
上記問題点を解決するために、請求項1に記載の発明は、固定子内側のロータコアの外周面寄りに、d軸に直交する方向に延びるように第1永久磁石が埋込まれるとともに、前記第1永久磁石の両側にq軸に沿って延びるように第2永久磁石が埋込まれ、さらに、前記第1永久磁石の前記q軸寄りの両端から離れて空隙が前記ロータコアに形成された永久磁石埋込型回転子において、前記空隙は、前記第1永久磁石より前記q軸側の基部と、該基部から前記d軸側へ延びる空隙延長部とから構成され、前記ロータコアの径方向に沿った前記空隙延長部の開口幅が、前記基部の開口幅より狭く形成されているものである。 In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 is characterized in that the first permanent magnet is embedded in the direction perpendicular to the d axis near the outer peripheral surface of the rotor core inside the stator, and A second permanent magnet is embedded on both sides of the first permanent magnet so as to extend along the q-axis, and a gap is formed in the rotor core away from both ends of the first permanent magnet near the q-axis. In the magnet-embedded rotor, the gap includes a base on the q-axis side from the first permanent magnet, and a gap extension extending from the base to the d-axis, and extends along the radial direction of the rotor core. Further, the opening width of the gap extension portion is narrower than the opening width of the base portion.
また、請求項9に記載の発明は、固定子と、該固定子内側のロータコアの外周面寄りに、d軸に直交する方向に延びるように第1永久磁石が埋込まれるとともに、前記第1永久磁石の両側にq軸に沿って延びるように第2永久磁石が埋込まれ、さらに、前記第1永久磁石の両端から前記q軸側に離れて空隙が前記ロータコアに形成された永久磁石埋込型回転子と、からなる回転電機であって、前記永久磁石埋込型回転子が、請求項1〜請求項8のうちいずれか一項に記載の永久磁石埋込型回転子よりなるものである。 According to a ninth aspect of the present invention, the first permanent magnet is embedded near the outer peripheral surface of the stator and the rotor core inside the stator so as to extend in a direction perpendicular to the d axis, and the first A second permanent magnet is embedded on both sides of the permanent magnet so as to extend along the q-axis, and a permanent magnet embedded in which a gap is formed in the rotor core away from both ends of the first permanent magnet toward the q-axis side. A rotary electric machine comprising a built-in rotor, wherein the embedded permanent magnet rotor comprises the embedded permanent magnet rotor according to any one of claims 1 to 8. It is.
これによれば、第1永久磁石両側の空隙により、第1永久磁石の第2永久磁石への短絡磁束を減らし、回転電機のトルク低下を防止することができる。そして、q軸からd軸に向かうに従い、ロータコアでは基部が形成された部位、空隙延長部が形成された部位、空隙が形成されていない部位が並んでいる。そして、ロータコアにおいて、基部が形成された部位よりも空隙延長部が形成された部位の方が磁気抵抗が小さく、空隙延長部が形成された部位よりも空隙が形成されていない部位の方が磁気抵抗が小さくなる。よって、ロータコアに、基部と空隙延長部とから構成される空隙を形成することにより、回転子が回転したとき、ロータコアでは磁気抵抗が徐々に変化し、トルクリプルを抑えることができる。 According to this, the short-circuit magnetic flux to the 2nd permanent magnet of a 1st permanent magnet can be reduced by the space | gap on both sides of a 1st permanent magnet, and the torque fall of a rotary electric machine can be prevented. In the rotor core, the part where the base is formed, the part where the gap extension is formed, and the part where no gap is formed are arranged in the rotor core as it goes from the q axis to the d axis. In the rotor core, the part where the gap extension is formed has a lower magnetic resistance than the part where the base is formed, and the part where no gap is formed is more magnetic than the part where the gap extension is formed. Resistance becomes smaller. Therefore, by forming a gap composed of the base portion and the gap extension portion in the rotor core, when the rotor rotates, the magnetic resistance gradually changes in the rotor core, and torque ripple can be suppressed.
また、前記d軸に直交する方向に沿った、前記基部からの前記空隙延長部の延長長さは、前記d軸に直交する方向に沿った前記第1永久磁石の長さの1/12〜1/4倍に設定されていてもよい。 The extension length of the gap extension portion from the base portion along the direction orthogonal to the d-axis is 1/12 to the length of the first permanent magnet along the direction orthogonal to the d-axis. It may be set to 1/4 times.
これによれば、ロータコアに空隙延長部を形成してトルクリプルを抑えつつ、そのトルクリプルを最小となるようにすることができる。
また、前記空隙は、前記ロータコアの外周面に沿って延びる外周側形成面を有し、該外周側形成面と前記ロータコアの外周面との間には、ロータコアの周方向に沿って一定幅で延びるブリッジが形成されていてもよい。
According to this, it is possible to minimize the torque ripple while suppressing the torque ripple by forming the gap extension portion in the rotor core.
The gap has an outer peripheral side forming surface extending along the outer peripheral surface of the rotor core, and a constant width is provided between the outer peripheral side forming surface and the outer peripheral surface of the rotor core along the circumferential direction of the rotor core. An extending bridge may be formed.
これによれば、ロータコアに空隙延長部を形成しながらも、ブリッジの幅を維持してロータコアの強度を維持することができる。
また、前記空隙は、前記ロータコアの最外周面寄りに位置する外周側端部を有するとともに、前記ロータコアの最内周面寄りに位置する内周側端部を有し、前記第1永久磁石は、該第1永久磁石の磁極面が、前記空隙の外周側端部より前記ロータコアの内周面側に位置し、かつ前記空隙の内周側端部より前記ロータコアの外周面側に位置するように配置されていてもよい。
According to this, it is possible to maintain the strength of the rotor core by maintaining the width of the bridge while forming the gap extension portion in the rotor core.
The air gap has an outer peripheral side end located near the outermost peripheral surface of the rotor core, and an inner peripheral side end located near the innermost peripheral surface of the rotor core, and the first permanent magnet is The magnetic pole surface of the first permanent magnet is positioned closer to the inner peripheral surface side of the rotor core than the outer peripheral end portion of the gap, and is positioned closer to the outer peripheral surface side of the rotor core than the inner peripheral end portion of the gap. May be arranged.
これによれば、ロータコアでの第1永久磁石の配置位置を設定することにより、第1永久磁石がロータコアの外周面寄りに配置されていても、第1永久磁石が外周面に近付き過ぎることが防止され、第1永久磁石の表面に発生する渦電流損を抑えることができる。また、第1永久磁石に鎖交する交番磁界を減らすため、第1永久磁石をロータコアの外周面から離し、第1永久磁石をロータコアの内周面側に配置したとき、第1永久磁石が第2永久磁石に近付き過ぎることが防止され、第1永久磁石から固定子に渡る磁束が減少してしまうことが防止される。その結果として、回転電機のトルクを低下させることなく渦電流損を低減させることができる。 According to this, by setting the arrangement position of the first permanent magnet in the rotor core, even if the first permanent magnet is arranged near the outer peripheral surface of the rotor core, the first permanent magnet may be too close to the outer peripheral surface. Thus, eddy current loss generated on the surface of the first permanent magnet can be suppressed. Further, in order to reduce the alternating magnetic field interlinked with the first permanent magnet, when the first permanent magnet is separated from the outer peripheral surface of the rotor core and the first permanent magnet is disposed on the inner peripheral surface side of the rotor core, the first permanent magnet is It is prevented that the two permanent magnets are too close to each other, and the magnetic flux from the first permanent magnet to the stator is prevented from decreasing. As a result, eddy current loss can be reduced without reducing the torque of the rotating electrical machine.
また、前記固定子は、環状のステータコアの内周に複数配列されたティースを備え、前記ステータコアの径方向に沿って延び、かつ前記ティースの幅方向の中間点を通過する直線を前記ティースの中心軸とし、隣り合うティースの前記中心軸間のピッチをPとしたとき、前記d軸に沿った前記ロータコアの外周面から前記磁極面までの前記第1永久磁石の埋込深さが、1/10P<埋込深さ<2/3Pを満たすように第1永久磁石が配置されていてもよい。 The stator includes a plurality of teeth arranged on an inner periphery of an annular stator core, and a straight line extending along a radial direction of the stator core and passing through an intermediate point in the width direction of the teeth is a center of the teeth. When the pitch between the central axes of adjacent teeth is P, the embedded depth of the first permanent magnet from the outer peripheral surface of the rotor core to the magnetic pole surface along the d axis is 1 / The first permanent magnet may be arranged so as to satisfy 10P <embedding depth <2 / 3P.
これによれば、第1永久磁石の埋込深さの範囲を設定することにより、回転電機のトルクを低下させることなく渦電流損を低減させることができるという効果を好適に発揮させることができる。 According to this, by setting the range of the embedding depth of the first permanent magnet, it is possible to suitably exhibit the effect that the eddy current loss can be reduced without reducing the torque of the rotating electrical machine. .
また、前記d軸に直交する方向に細長に延びる平板形状であり、前記第1永久磁石の長辺方向への長さは、前記ピッチの1〜3倍に設定されていてもよい。
これによれば、第1永久磁石の長辺方向への長さを設定することで、第1永久磁石が短くなりすぎることに起因した磁束の減少を防止しつつ、磁極における空隙及び第2永久磁石の配置を好適に設定することができる。
Moreover, it is a flat plate shape extended in the direction orthogonal to the said d-axis, The length to the long side direction of a said 1st permanent magnet may be set to 1-3 times the said pitch.
According to this, by setting the length of the first permanent magnet in the long side direction, it is possible to prevent the magnetic flux from being reduced due to the first permanent magnet becoming too short, and the gap and the second permanent in the magnetic pole. The arrangement of the magnets can be suitably set.
また、前記第2永久磁石と前記空隙との間隔は、前記ピッチの0.3〜2倍に設定されていてもよい。
これによれば、間隔を設定することで、回転電機のトルクの低下を抑えつつ、トルクリプルの増加を抑えることができる。
The interval between the second permanent magnet and the gap may be set to 0.3 to 2 times the pitch.
According to this, by setting the interval, it is possible to suppress an increase in torque ripple while suppressing a decrease in torque of the rotating electrical machine.
また、前記第2永久磁石は、前記ロータコアの内周面側から外周面側に向かって拡がるV字状、又はロータコアの外周面側から内周面側に向かって凹む円弧状に配置されていてもよい。 In addition, the second permanent magnet is arranged in a V shape extending from the inner peripheral surface side of the rotor core toward the outer peripheral surface side, or an arc shape recessed from the outer peripheral surface side of the rotor core toward the inner peripheral surface side. Also good.
これによれば、q軸を通る磁束を増加させることができ、回転電機のリラクタンストルクを増加させることができる。 According to this, the magnetic flux passing through the q-axis can be increased, and the reluctance torque of the rotating electrical machine can be increased.
本発明によれば、ロータコアに空隙を形成しても、トルクを低下させることなくトルクリプルを抑えることができる。 According to the present invention, even if a gap is formed in the rotor core, torque ripple can be suppressed without reducing torque.
以下、本発明を具体化した一実施形態を図1〜図3にしたがって説明する。
図1に示すように、回転電機としての永久磁石埋込型回転電機Mは、環状の固定子10と、この固定子10内に回転可能に設けられた永久磁石埋込型回転子15(以下、単に回転子15と記載する)とから形成されている。固定子10は、環状のステータコア11を備えるとともに、このステータコア11は磁性体(鋼板)製の複数枚のコア板を積層して構成されている。
Hereinafter, an embodiment embodying the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 1, an embedded permanent magnet type rotating electrical machine M as a rotating electrical machine includes an
ステータコア11の内周には複数配列されたティース13が形成されている。また、ステータコア11の周方向に隣り合うティース13の間にはスロット12が形成されている。固定子10は、複数のスロット12に組み込まれた複数のコイル30を備えている。ここで、図2に示すように、ステータコア11の径方向に直交する方向に沿ったティース13の長さを、ティース13の幅とした場合、そのティース13の幅の中間点を通過し、かつステータコア11の径方向に延びる直線をティース13の中心軸TLとする。このようにした場合、隣り合うティース13での中心軸TL間の幅をティース13間のピッチPとする。ピッチPは、ティース13の先端から基端に向かうに従い徐々に大きくなるため、本実施形態では、ピッチPは、ティース13先端での中心軸TL間の幅とし、中心軸TL間の幅が最も小さい値とする。
A plurality of
次に、回転子15について説明する。回転子15は、円環状のロータコア16を備え、このロータコア16は、磁性体(鋼板)製の複数枚のコア板161を積層して構成されている。また、ロータコア16の中心部には軸孔16aが貫設されるとともに、この軸孔16aには永久磁石埋込型回転電機Mの出力軸(図示略)が通されて固定される。
Next, the
図1の2点鎖線に示すように、ロータコア16を周方向に等分割(本実施形態では8分割)した各仮想領域Wそれぞれには、1つの第1永久磁石17、及び2つの第2永久磁石18が埋込まれている。第1永久磁石17及び第2永久磁石18それぞれは、平板形状をなし、ロータコア16の中心軸Cに直交する断面が矩形状に形成されている。
As shown by a two-dot chain line in FIG. 1, each virtual region W obtained by equally dividing the
そして、各仮想領域Wにおいて、1つの第1永久磁石17、及び2つの第2永久磁石18の1組の磁石群により、ロータコア16には1つの磁極が構成されている。本実施形態では、磁石群がロータコア16の周方向に沿って8箇所に配設されることで、回転子15は8つの磁極を備えるとともに、複数の磁極はロータコア16の周方向に交互に異なる磁極となるように設けられている。なお、図1に示すd軸26は、各磁極が作る磁束の方向(第1永久磁石17の長辺方向に直交し、かつ2つの第2永久磁石18間を通過する軸)を表し、q軸27は、d軸26と電気的、磁気的に直交する軸を表し、円弧状に延びている。
In each virtual region W, one magnetic pole is formed on the
図2に示すように、各仮想領域Wにおいて、ロータコア16の外周面16b寄りには、第1埋込孔19がロータコア16の中心軸Cと平行な方向に貫設されるとともに、この第1埋込孔19はロータコア16の周方向にほぼ沿って延びる細長に形成されている。詳述すると、第1埋込孔19は、第1埋込孔19の長辺に対しd軸が直交するように形成されている。そして、この第1埋込孔19に第1永久磁石17が嵌入されている。
As shown in FIG. 2, in each virtual region W, a first embedded
また、第1埋込孔19の形成面は、長辺側の形成面のうちロータコア16の外周面16bに近い方の外側形成面19aと、この外側形成面19aに対向し、かつロータコア16の内周面に近い方の内側形成面19bとを有している。そして、第1埋込孔19に嵌入された第1永久磁石17においては、ロータコア16の外周面16bに近い方の端面であり、外側形成面19aに対向する面が磁極面17aとなっており、ロータコア16の内周面に近い方の端面であり、内側形成面19bに対向する面が反磁極面17bとなっている。さらに、第1永久磁石17において、両短辺側の端面であり、第1永久磁石17におけるq軸27寄りの端面が磁石端面17cとなっている。
Further, the formation surface of the first embedded
各仮想領域W(磁極)において、矩形状をなす2つの第2埋込孔20が、その長辺がロータコア16の内周面側から外周面側に向かって延びるようにロータコア16に形成されるとともに、中心軸Cと平行な方向に延びるように貫設されている。各仮想領域W(磁極)において、2つの第2埋込孔20は、ロータコア16の内周面側から外周面側に向かうに従い互いに間隔を広げるように配置され、V字状をなすように配置されている。各仮想領域W(磁極)において、2つの第2埋込孔20は、q軸27の一部に対して平行をなすように(沿うように)長辺が延びて形成されている。そして、各第2埋込孔20に、第2永久磁石18が嵌入されている。また、第2埋込孔20の形成面は、長辺側の形成面のうち第1埋込孔19に近い方の第1形成面20aと、この第1形成面20aに対向し、かつ隣りの磁極の第2埋込孔20に近い方の第2形成面20bとから構成されている。
In each virtual region W (magnetic pole), two second embedded
各仮想領域W(磁極)において、2つの第2永久磁石18は、同じ側(例えば、ロータコア16の外周面16b側)が同極となるように配置されている。また、隣り合う磁極に配置された第2永久磁石18同士は、ロータコア16の外周面16b側が異なる極となるように配置されている。例えば、ある一組の第2永久磁石18が、ロータコア16の外周面16b側がS極となるように配置されると、隣りの磁極に配置される一組の第2永久磁石18は、ロータコア16の外周面16b側がN極になるように配置される。本実施形態では、回転子15が正逆両方向へ回転可能とするため、d軸26に対し、2つの第2永久磁石18が線対称となる位置に配置されている。
In each virtual region W (magnetic pole), the two second
ロータコア16には、第1埋込孔19の両短辺に連続するように第1空隙21が形成されている。また、ロータコア16には、第1永久磁石17及び第1空隙21からq軸27側に離れて第1空隙21とは別の第2空隙22が形成されている。第1空隙21及び第2空隙22それぞれは、中心軸Cと平行な方向に延びるようにロータコア16に貫設されている。そして、本実施形態では、この第1空隙21と第2空隙22とから1つの空隙部23が構成されている。
A
第1空隙21は、第1永久磁石17の両磁石端面17cからq軸27側へ離れるに従い、ロータコア16の内周面側に向いながら徐々に細くなるように形成されている。第1空隙21の形成面は、第1埋込孔19の外側形成面19aに連続してロータコア16の内周面側へ向かって延びる第1形成面21aと、磁石端面17cからロータコア16の内周面側へ向かって延びる第2形成面21bとから構成されている。
The
各第2空隙22の形成面は、ロータコア16の外周面16bに沿って円弧状に延びる外周側形成面22aを有するとともに、この外周側形成面22aの両端縁のうちd軸26側の端縁からd軸26と平行に延びるd軸側形成面22bを有する。また、各第2空隙22の形成面は、d軸側形成面22bの第1永久磁石17側の端縁からq軸27に向かって磁極面17aに対し平行に延びる内周側形成面22cを有するとともに、外周側形成面22aのq軸27側の端縁からq軸27に沿って延びるq軸側形成面22dを有する。さらに、各第2空隙22の形成面は、内周側形成面22cとq軸側形成面22dとを繋ぐとともに、第1空隙21の第2形成面21bと平行に延びる連結形成面22eを有する。
The formation surface of each
図2において、仮想線Eは、各第2空隙22での内周側形成面22cと連結形成面22eとの交点を通過し、かつd軸26と平行に延びている。そして、各第2空隙22それぞれは、仮想線Eよりq軸27側の基部221と、基部221よりd軸26側へ延長された空隙延長部222とから構成されている。基部221は、第1永久磁石17よりq軸27側に位置している。すなわち、ロータコア16には、q軸27からd軸26に向かって、基部221が形成された部位、空隙延長部222が形成された部位、及び第2空隙22が形成されていない部位が並んでいる。
In FIG. 2, the imaginary line E passes through the intersection of the inner peripheral side formation surface 22 c and the connection formation surface 22 e in each
空隙延長部222は、その領域の中でも仮想線E寄りの部位が第1空隙21に重なり、d軸26寄りの部位が第1永久磁石17に重なっている。また、各第2空隙22において、ロータコア16の径方向に沿った開口幅が、空隙延長部222の方が基部221より狭くなっている。よって、第2空隙22においては、開口幅の広い基部221では磁束が通過し難く、開口幅の狭くなる空隙延長部222では基部221に比べると磁束が通過しやすくなっている。このため、第2空隙22においては、空隙延長部222の方が基部221に比べると磁気抵抗が小さくなっている。さらには、ロータコア16において、空隙延長部222が形成された部位と、空隙延長部222が形成されていない部位とでは、空隙延長部222が形成されていない部位の方が、磁気抵抗が小さくなっている。よって、ロータコア16では、第2空隙22を形成することによってq軸27からd軸26に向かって徐々に磁気抵抗が小さくなっている。
In the
各空隙延長部222において、仮想線Eからd軸側形成面22bまでの距離を延長長さGとする。また、第1永久磁石17の長辺方向への長さを磁石長さNとする。図3は、空隙延長部222の延長長さGに対する、平均トルク及びトルクリプルの関係を示すグラフであり、横軸に延長長さGが示され、縦軸にトルクが示されている。図3のグラフに示すように、延長長さGが所定範囲(a〜b)内に設定されると、永久磁石埋込型回転電機Mのトルクリプルが最小に抑えられることが示されている。しかし、延長長さGが所定範囲より短い場合、及び長い場合には、永久磁石埋込型回転電機Mのトルクリプルが増加していることが示されている。
In each
本実施形態では、延長長さGの所定範囲(a〜b)が、磁石長さNを基準としたとき、その磁石長さNの1/12〜1/4倍(a=1/12N、b=1/4N)となるように設定している。この延長長さGが、磁石長さNの1/12倍より短いと、空隙延長部222がほぼ無い状態になる。すると、回転子15が回転したときの基部221と空隙延長部222との間での磁気抵抗の変化が大きくなって、永久磁石埋込型回転電機Mのトルクリプルが増加してしまい好ましくない。一方、延長長さGが磁石長さNの1/4倍より長いと、空隙延長部222が長くなりすぎ、回転子15が回転したときの基部221と空隙延長部222との間での磁気抵抗の変化が大きくなってトルクリプルが増加してしまい好ましくない。
In the present embodiment, when the predetermined range (ab) of the extension length G is based on the magnet length N, it is 1/12 to 1/4 times the magnet length N (a = 1 / 12N, b = 1 / 4N). When the extension length G is shorter than 1/12 times the magnet length N, the
ロータコア16において、外周面16bと第2空隙22との間が外周側ブリッジ24となっており、外周側ブリッジ24の第2空隙22側の側面は、第2空隙22の外周側形成面22aとなっている。外周側ブリッジ24は、ロータコア16の周方向に沿って一定幅で延びるように形成されている。
In the
また、ロータコア16において、第1空隙21と第2空隙22の間が補強ブリッジ25となっている。補強ブリッジ25の第1空隙21側の側面は、第1空隙21の第1形成面21aによって形成され、補強ブリッジ25の第2空隙22側の側面は、第2空隙22のd軸側形成面22bと連結形成面22eによって形成されている。補強ブリッジ25は一定幅で延びるとともに、外周側ブリッジ24と同じ幅に形成されている。
In the
また、各第2空隙22において、q軸側形成面22dと連結形成面22eの交点により、第2空隙22の中で、最もロータコア16の内周面寄りに位置する部位となる内周側端部Yが形成されている。また、本実施形態では、第2空隙22の外周側形成面22aが、第2空隙22の中で、最もロータコア16の外周面寄りに位置する部位となる外周側端部を構成している。
Moreover, in each 2nd space |
そして、第1永久磁石17は、その磁極面17aが第2空隙22の外周側形成面22a(外周側端部)よりロータコア16の内周面側に位置し、かつ第2空隙22の内周側端部Yよりロータコア16の外周面側に位置するように配置されている。ここで、d軸26に沿ったロータコア16の外周面16bから磁極面17aまでの距離を、第1永久磁石17の埋込深さとする。この場合、埋込深さは、ティース13間のピッチPを基準とすると、1/10P<埋込深さ<2/3Pに設定されるのが好ましい。
The first
埋込深さが2/3Pより大きくなると、第1永久磁石17がロータコア16の内周面に近付く。このとき、2つの第2永久磁石18は、ロータコア16の内周面に向かうに従い互いの間隔を狭めるように配置されているため、第1永久磁石17がロータコア16の内周面に近付くと、第1永久磁石17の磁石端面17cが第2永久磁石18に近付いてしまい、第2永久磁石18との短絡磁束が増えて好ましくない。一方、埋込深さが1/10Pより小さくなると、第1永久磁石17がロータコア16の外周面16bに近付くこととなり、第1永久磁石17に鎖交する交番磁界が増加してしまい、第1永久磁石17表面での渦電流損が増えて好ましくない。そして、第1永久磁石17の埋込深さの範囲を設定することで、第1永久磁石17は一対の第2空隙22の間に位置するように配置される。
When the embedding depth becomes larger than 2 / 3P, the first
第1永久磁石17の長辺方向への磁石長さNは、ティース13間のピッチPを基準とすると、ピッチPの1〜3倍に設定されるのが好ましい。第1永久磁石17の磁石長さNがピッチPの1倍より短くなると、第1永久磁石17の磁力が低下し、第1永久磁石17から発生する磁束が減少してしまい好ましくない。一方、第1永久磁石17の磁石長さNがピッチPの3倍より長くなると、第1永久磁石17が長くなりすぎて、磁極における第2空隙22(空隙部23)及び第2永久磁石18の配置を好適に設定することが困難になり好ましくない。
The magnet length N in the long side direction of the first
また、各磁極において、各第2空隙22(空隙部23)と、その第2空隙22のq軸側に隣り合う第2永久磁石18との間隔H(第2空隙22のq軸側形成面22dと、第2埋込孔20の長辺側形成面20aとの間隔)は、ピッチPを基準とすると、ピッチPの0.3〜2倍に設定されるのが好ましい。この間隔HがピッチPの0.3倍より短くなると、第2永久磁石18と第2空隙22の間を通過する磁束が減少し、トルクの低下を招いて好ましくない。一方、間隔HがピッチPの2倍より長くなると、第2永久磁石18と第2空隙22の間を通過する磁束を増加させることができるが、トルクリプルが増加してしまい好ましくない。
Further, in each magnetic pole, the distance H between each second gap 22 (gap 23) and the second
次に、回転子15を備える永久磁石埋込型回転電機Mの作用を説明する。
コイル30への通電によって固定子10に回転磁界が発生するとともに、回転子15に回転磁界が作用する。そして、回転磁界と第1永久磁石17及び第2永久磁石18との間の磁気的な吸引力及び反発力により回転子15が回転する。このとき、ロータコア16に第1永久磁石17と、第2永久磁石18とが設けられているため、例えば、第1永久磁石17又は第2永久磁石18のみがロータコア16に設けられる場合と比べると、第1及び第2永久磁石17,18によりリラクタンストルクが増大され、永久磁石埋込型回転電機Mのトルクが増大される。
Next, the operation of the permanent magnet embedded rotary electric machine M including the
When the
また、第2空隙22を基部221と空隙延長部222とから構成し、空隙延長部222の延長長さGをa〜bの範囲内に設定すると、図3のグラフに示すように、トルクリプルが低く抑えられることが示されている。また、トルクリプルが低く抑えられながらも、平均トルクについては、延長長さGに関わらず、ほぼ一定であることが示されている。
Further, when the
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)回転子15のロータコア16には、第1永久磁石17がロータコア16の外周面16b寄りに細長に延びるように配置されている。また、ロータコア16には、第1永久磁石17を長辺方向の両側から挟むように2つの第2永久磁石18が配置されている。そして、第1永久磁石17の両長辺側の磁石端面17c側には、第1永久磁石17から離れて第2空隙22が設けられている。このため、第2空隙22により、第1永久磁石17の第2永久磁石18への短絡磁束を減らし、永久磁石埋込型回転電機Mのトルク低下を防止することができる。
According to the above embodiment, the following effects can be obtained.
(1) The first
そして、第2空隙22は、基部221と、その基部221からロータコア16の周方向に沿ってd軸26側へ延長された空隙延長部222とからなり、第2空隙22におけるロータコア16の径方向に沿った開口幅が、基部221よりも空隙延長部222の方が狭くなっている。このため、空隙延長部222では基部221に比べると磁束が通過しやすく磁気抵抗が小さくなっている。よって、ロータコア16においては、基部221と空隙延長部222により、q軸27からd軸26に向かって徐々に磁気抵抗が小さくなっていき、空隙延長部222が形成されない場合と比べると、回転子15が回転したときのロータコア16での磁気抵抗の変化が緩やかになり、永久磁石埋込型回転電機Mのトルクリプルを抑えることができる。
The
(2)各第2空隙22において、空隙延長部222の延長長さGを、磁石長さNの1/12〜1/4倍に設定した。このため、ロータコア16に空隙延長部222を形成して永久磁石埋込型回転電機Mのトルクリプルを抑えつつ、そのトルクリプルを最小となるようにすることができる。
(2) In each
(3)第2空隙22を、基部221と空隙延長部222とから構成し、空隙延長部222をロータコア16の周方向に沿って延びるように形成した。そして、第2空隙22の外周側形成面22aを、ロータコア16の外周面16bに沿うように形成し、外周側ブリッジ24の幅を一定にした。このため、ロータコア16に空隙延長部222を形成しながらも、外周側ブリッジ24の幅を維持してロータコア16の強度を維持することができる。
(3) The
(4)回転子15のロータコア16には、第1永久磁石17がロータコア16の外周面16b寄りに細長に延びるように配置されている。また、ロータコア16には、第1永久磁石17を挟むように2つの第2永久磁石18が配置されている。そして、第1永久磁石17は、ロータコア16の外周面16b側の磁極面17aが、第2空隙22における、ロータコア16の外周面16b側の外周側形成面22aよりもロータコア16の内周面側に位置し、かつ第2空隙22の内周側端部Yよりロータコア16の外周面側に配置されている。このように、第1永久磁石17の位置を設定することにより、第1永久磁石17がロータコア16の外周面16b寄りに配置されていても、第1永久磁石17が外周面16bに近付き過ぎることが防止され、第1永久磁石17の表面に発生する渦電流損を抑えることができる。さらには、第1永久磁石17がロータコア16の内周面に近付き過ぎることが防止され、第1永久磁石17と第2永久磁石18との間での短絡磁束が低減される。
(4) On the
したがって、渦電流損による第1永久磁石17の温度上昇を小さく抑えることができ、第1永久磁石17の減磁を防止することができるとともに、短絡磁束の増加を防止することができる結果、永久磁石埋込型回転電機Mのトルク低下を防止することができる。そして、第1永久磁石17の渦電流損を抑えることができるため、第1永久磁石17に高保磁力の磁石を採用したり、厚みを厚くしたり、複数に分割する必要が無くなり、永久磁石埋込型回転電機Mのトルク低下防止のための第1永久磁石17のコストアップを避けることができる。
Therefore, the temperature rise of the first
(5)第1永久磁石17の埋込深さの範囲を、ティース13間のピッチPを基準とした場合、1/10P<埋込深さ<2/3Pに設定したため、永久磁石埋込型回転電機Mのトルクを低下させることなく渦電流損を低減させることができるという効果を好適に発揮させることができる。
(5) When the embedding depth range of the first
(6)第1永久磁石17の長辺方向への磁石長さNは、ティース13間のピッチPを基準とした場合、ピッチPの1〜3倍に設定されるのが好ましい。このように第1永久磁石17の磁石長さNを設定することで、第1永久磁石17が短くなることによる磁束の減少を防止しつつ、磁極における第2空隙22及び第2永久磁石18の配置を好適に設定することができる。
(6) The magnet length N in the long side direction of the first
(7)第2空隙22と、隣り合う第2永久磁石18との間隔Hは、ピッチPを基準とした場合、ピッチPの0.3〜2倍に設定されるのが好ましい。このように間隔Hを設定することで、永久磁石埋込型回転電機Mのトルクの低下を抑えつつ、トルクリプルの増加を抑えることができる。
(7) The distance H between the
(8)各磁極には、1つの第1永久磁石17を挟むように2つの第2永久磁石18が逆ハの字状に配置されている。このため、各磁極では、q軸27を通る磁束を増加させることができ、永久磁石埋込型回転電機Mのリラクタンストルクを増加させることができる。
(8) In each magnetic pole, two second
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 第2空隙22において、空隙延長部222は、基部221からd軸26に向かうに従い徐々に細くなるように形成されていてもよい。このように構成すると、ロータコア16の径方向に沿った空隙延長部222の開口幅は、基部221からd軸26に向かうに従い徐々に狭くなっていく。このため、ロータコア16においては、基部221からd軸26に向かって徐々に磁気抵抗が小さくなっていき、ロータコア16での磁気抵抗の変化をより緩やかにして、永久磁石埋込型回転電機Mのトルクリプルを抑えることができる。
In addition, you may change the said embodiment as follows.
In the
○ 図4に示すように、ロータコア16に形成する第2埋込孔20を、q軸27に沿って延び、ロータコア16の外周面側から内周面側に凹む円弧状に形成するとともに、第2埋込孔20に嵌入される第2永久磁石18を断面円弧状となる一枚の永久磁石によって形成してもよい。
As shown in FIG. 4, the second embedded
○ 実施形態では、ロータコア16に2つの第2埋込孔20を形成し、各第2埋込孔20に第2永久磁石18を嵌入したが、ロータコア16に一繋がりのV字状をなす第2埋込孔20を形成し、その第2埋込孔20にV字状に一体成形された1枚の第2永久磁石18を嵌入してもよいし、複数に分割した第2永久磁石18を嵌入してもよい。
In the embodiment, the two second embedded
○ 第2空隙22は、永久磁石埋込型回転電機Mのトルクリプルを抑えることができれば空隙延長部222の延長長さGや形状は適宜変更してもよい。
○ 実施形態では、永久磁石埋込型回転子15が正逆両方向へ回転するように、第1永久磁石17及び2つの第2永久磁石18をd軸26に対し線対称となるように配置したが、永久磁石埋込型回転子15が一方向にのみ回転される場合には、第1永久磁石17及び2つの第2永久磁石18をd軸26に対し非線対称となるように配置してもよい。
○ As long as the
In the embodiment, the first
○ 実施形態では、磁極数を8極にしたが、変更してもよい。 In the embodiment, the number of magnetic poles is eight, but may be changed.
G…延長長さ、H…間隔、M…回転電機としての永久磁石埋込型回転電機、N…磁石長さ、P…ピッチ、TL…中心軸、Y…内周側端部、10…固定子、11…ステータコア、13…ティース、15…永久磁石埋込型回転子(回転子)、16…ロータコア、16b…外周面、17…第1永久磁石、17a…磁極面、18…第2永久磁石、22…空隙としての第2空隙、22a…外周側端部としての外周側形成面、24…ブリッジとしての外周側ブリッジ、26…d軸、27…q軸、221…基部、222…空隙延長部。 G: Extension length, H: Interval, M: Permanent magnet embedded rotary electric machine as a rotary electric machine, N: Magnet length, P ... Pitch, TL ... Center axis, Y ... Inner peripheral end, 10 ... Fixed , 11 ... stator core, 13 ... teeth, 15 ... embedded permanent magnet rotor (rotor), 16 ... rotor core, 16b ... outer peripheral surface, 17 ... first permanent magnet, 17a ... magnetic pole surface, 18 ... second permanent Magnet, 22 ... second gap as gap, 22a ... outer peripheral side forming surface as outer edge, 24 ... outer bridge as bridge, 26 ... d axis, 27 ... q axis, 221 ... base, 222 ... gap Extension.
Claims (9)
前記空隙は、前記第1永久磁石より前記q軸側の基部と、該基部から前記d軸側へ延びる空隙延長部とから構成され、前記ロータコアの径方向に沿った前記空隙延長部の開口幅が、前記基部の開口幅より狭く形成されている永久磁石埋込型回転子。 A first permanent magnet is embedded near the outer peripheral surface of the rotor core inside the stator so as to extend in a direction orthogonal to the d-axis, and a second permanent magnet is extended on both sides of the first permanent magnet along the q-axis. In a permanent magnet embedded rotor in which a magnet is embedded, and further, a gap is formed in the rotor core away from both ends of the first permanent magnet near the q axis.
The gap is composed of a base on the q-axis side from the first permanent magnet and a gap extension extending from the base to the d-axis, and an opening width of the gap extension along the radial direction of the rotor core However, the embedded permanent magnet rotor is formed narrower than the opening width of the base.
1/10P<埋込深さ<2/3P
を満たすように第1永久磁石が配置される請求項4に記載の永久磁石埋込型回転子。 The stator includes a plurality of teeth arranged on the inner periphery of an annular stator core, and a straight line extending along the radial direction of the stator core and passing through an intermediate point in the width direction of the teeth is a central axis of the teeth. When the pitch between the central axes of adjacent teeth is P, the embedded depth of the first permanent magnet from the outer peripheral surface of the rotor core to the magnetic pole surface along the d axis is
1 / 10P <embedding depth <2 / 3P
The embedded permanent magnet rotor according to claim 4, wherein the first permanent magnet is disposed so as to satisfy the above.
該固定子内側のロータコアの外周面寄りに、d軸に直交する方向に延びるように第1永久磁石が埋込まれるとともに、前記第1永久磁石の両側にq軸に沿って延びるように第2永久磁石が埋込まれ、さらに、前記第1永久磁石の両端から前記q軸側に離れて空隙が前記ロータコアに形成された永久磁石埋込型回転子と、からなる回転電機であって、
前記永久磁石埋込型回転子が、請求項1〜請求項8のうちいずれか一項に記載の永久磁石埋込型回転子である回転電機。 A stator,
A first permanent magnet is embedded near the outer peripheral surface of the rotor core inside the stator so as to extend in a direction orthogonal to the d-axis, and a second so as to extend along the q-axis on both sides of the first permanent magnet. A rotating electric machine comprising: a permanent magnet embedded; and a permanent magnet embedded rotor in which a gap is formed in the rotor core at a distance from the both ends of the first permanent magnet toward the q-axis side,
The rotating electrical machine in which the permanent magnet embedded rotor is the permanent magnet embedded rotor according to any one of claims 1 to 8.
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