JP2013207979A - Rotary machine, driving method of motor and motor driving system - Google Patents

Rotary machine, driving method of motor and motor driving system Download PDF

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Norisada Nishiyama
典禎 西山
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotary machine capable of effectively utilizing a magnetic flux generated by a permanent magnet and effectively generating a torque.SOLUTION: A rotary machine 1 includes a stator 2 having plural magnetic pole parts 4 and a rotor 3. Each of the magnetic pole parts 4 includes a permanent magnet 5, a tooth 8 having a pair of magnetic members 6 and 7, and a winding 9. Each of the permanent magnets 5 is opened at both ends in a radial direction of the stator 2. The rotor 3 includes a first salient pole 13 and a second salient pole 14. The second salient pole 14 is arranged so that at least a part of the first salient pole 13 overlaps with the magnetic member 6 located at the anti-rotation direction side of the permanent magnet 5 in a rotation direction, where does not overlap with the magnetic member 6 located at the anti-rotation direction side, along the rotation direction; and in a state that the first salient pole 13 overlaps with the magnetic member 6 along the rotation direction, the second salient pole 14 is arranged so as not to overlapped with the magnetic member 6 located at the anti-rotation direction side along the rotation direction. The distance between the second salient pole 14 and the magnetic member 6 is larger than the distance between the first salient pole 13 and the magnetic member 6.

Description

本発明は、永久磁石を用いた回転機および永久磁石を用いた電動機を駆動させる電動機の駆動方法並びに永久磁石を用いた電動機を含む電動機駆動システムに関する。   The present invention relates to a rotating machine using a permanent magnet, a motor driving method for driving an electric motor using a permanent magnet, and an electric motor drive system including an electric motor using a permanent magnet.

回転機の一つとして、コンプレッサ、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車等に用いられる電動機がある。
電動機２０１の例として、図２１に示すように、円環状の固定子２０２と、固定子２０２の中心を回転中心軸として回転する回転子２０３とを備えるものがある（特許文献１参照）。 As one of the rotating machines, there is an electric motor used for a compressor, an electric vehicle, a hybrid vehicle, a fuel cell vehicle and the like.
As an example of the electric motor 201, as shown in FIG. 21, there is one including an annular stator 202 and a rotor 203 that rotates about the center of the stator 202 as a rotation center axis (see Patent Document 1).

固定子２０２は、固定子コア２０４と永久磁石２０５と巻線２０６とからなる。
固定子コア２０４は、複数（図２１では６個）のティース２０７と、ティース２０７の外側（回転子２０３と反対側）を囲む円環状のヨーク２０８とを有する。ティース２０７には、回転子２０３側（中心軸側である。）が開口して固定子２０２の半径方向に延伸する溝２０９が周方向の略中央に形成されている。永久磁石２０５は、ティース２０７の溝２０９に収容され、この状態で、永久磁石２０５およびティース２０７が巻線２０６により集中巻きされている。ここでは、永久磁石２０５は周方向に着磁されている。 The stator 202 includes a stator core 204, a permanent magnet 205, and a winding 206.
The stator core 204 includes a plurality (six in FIG. 21) of teeth 207 and an annular yoke 208 that surrounds the outside of the teeth 207 (the side opposite to the rotor 203). In the teeth 207, a groove 209 that opens on the rotor 203 side (on the central axis side) and extends in the radial direction of the stator 202 is formed at a substantially center in the circumferential direction. The permanent magnet 205 is accommodated in the groove 209 of the tooth 207, and the permanent magnet 205 and the tooth 207 are concentratedly wound around the winding 206 in this state. Here, the permanent magnet 205 is magnetized in the circumferential direction.

回転子２０３は、周方向に等間隔をおいて固定子２０２側へと突出する突極部２１０を複数有する（図２１では５個である。）。   The rotor 203 has a plurality of salient pole portions 210 that protrude toward the stator 202 at equal intervals in the circumferential direction (five in FIG. 21).

特開２００２−１９９６７９号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-199679

しかしながら、図２１に示すような構造の電動機２０１では、効率良くトルクを発生することができないという問題がある。
つまり、上記電動機２０１では、各ティース２０７の周方向の中央に、周方向に着磁された永久磁石２０５を配置する構成を採用している。このため、永久磁石２０５のＮ極から出てＳ極に戻る磁路が、空気よりも透磁率の高い材料で形成されたヨーク２０８により短絡されることになる。 However, the electric motor 201 having the structure shown in FIG. 21 has a problem that torque cannot be generated efficiently.
In other words, the electric motor 201 employs a configuration in which the permanent magnet 205 magnetized in the circumferential direction is arranged at the center in the circumferential direction of each tooth 207. For this reason, the magnetic path from the N pole of the permanent magnet 205 and returning to the S pole is short-circuited by the yoke 208 formed of a material having a higher magnetic permeability than air.

従って、永久磁石２０５のＮ極から出た磁束の多くは、透磁率の高い材料で形成されたヨーク２０８を通ってＳ極へと戻ってしまい、回転子２０３側へ流れる磁束が減少してしまう。
このように、永久磁石２０５から出た磁束は有効に利用されず、効率良くトルクを発生しているとは言えない。 Therefore, most of the magnetic flux emitted from the north pole of the permanent magnet 205 returns to the south pole through the yoke 208 formed of a material having high magnetic permeability, and the magnetic flux flowing toward the rotor 203 is reduced. .
Thus, the magnetic flux emitted from the permanent magnet 205 is not effectively used, and it cannot be said that the torque is efficiently generated.

本発明は、効率良くトルクを発生することができる回転機および電動機の駆動方法並びに電動機駆動システムを提供することを目的とする。   It is an object of the present invention to provide a rotating machine, a motor driving method, and a motor driving system that can generate torque efficiently.

本発明の一態様に係る回転機は、複数の磁極部を円周上に配置してなる固定子と、前記固定子の中心と同軸に配された回転子とを備える回転機において、前記各磁極部は、ティースと当該ティースに対して集中巻された巻線とを含み、前記ティースは、永久磁石と、前記固定子の周方向であって前記永久磁石の両側に配された一対の磁性部材とを有し、前記各永久磁石は、前記固定子の中心に垂直な断面において、前記固定子の半径方向両側で開放されており、前記回転子は、環状のヨーク部と、当該ヨーク部から前記固定子側に突出する第１突極部と、前記ヨーク部における前記第１突極部よりも回転方向側に位置する部位から前記固定子側に突出する第２突極部とを含み、前記第２突極部は、前記永久磁石の反回転方向側に位置する磁性部材に対して前記第１突極部が回転方向に沿って重ならない状態の少なくとも一部で前記反回転方向側に位置する磁性部材に対して回転方向に沿って重なり、前記反回転方向側に位置する磁性部材に対して前記第１突極部が回転方向に沿って重なる状態では前記反回転方向側に位置する磁性部材に対して回転方向に沿って重ならないように設けられ、前記第２突極部と前記反回転方向側に位置する磁性部材との半径方向の間隔は、前記第１突極部と前記反回転方向側に位置する磁性部材との半径方向の間隔よりも大きい。   A rotating machine according to an aspect of the present invention is a rotating machine including a stator having a plurality of magnetic pole portions arranged on a circumference, and a rotor arranged coaxially with the center of the stator. The magnetic pole part includes a tooth and a winding concentratedly wound on the tooth, and the tooth includes a permanent magnet and a pair of magnets arranged on both sides of the permanent magnet in a circumferential direction of the stator. Each permanent magnet is open on both sides in the radial direction of the stator in a cross section perpendicular to the center of the stator, and the rotor includes an annular yoke portion and the yoke portion. A first salient pole part projecting from the stator side to the stator side, and a second salient pole part projecting to the stator side from a portion of the yoke part located on the rotational direction side of the first salient pole part. The second salient pole part is a magnet located on the counter-rotating direction side of the permanent magnet. The first salient pole portion overlaps along the rotation direction with respect to the magnetic member positioned on the counter-rotation direction side in at least a part of the state where the first salient pole portion does not overlap with the rotation direction, and on the counter-rotation direction side In a state where the first salient pole portion overlaps with the magnetic member located along the rotation direction, the second salient pole portion is provided so as not to overlap with the magnetic member located on the counter-rotation direction side along the rotation direction. The radial interval between the salient pole portion and the magnetic member located on the counter-rotation direction side is larger than the radial interval between the first salient pole portion and the magnetic member located on the counter-rotation direction side.

本発明の一態様に係る電動機駆動方法は、電動機を駆動する電動機駆動方法であって、前記電動機は、複数の磁極部を円周上に配置してなる固定子と、前記固定子の中心と同軸に配された回転子とを備え、前記各磁極部は、ティースと当該ティースに対して集中巻された巻線とを含み、前記ティースは、永久磁石と、前記固定子の周方向であって前記永久磁石の両側に配された一対の磁性部材とを有し、前記各永久磁石は、前記固定子の中心に垂直な断面において、前記固定子の半径方向両側で開放されており、前記回転子は、環状のヨーク部と、当該ヨーク部から前記固定子側に突出する第１突極部と、前記ヨーク部における前記第１突極部よりも回転方向側に位置する部位から前記固定子側に突出する第２突極部とを含み、前記第２突極部は、前記永久磁石の反回転方向側に位置する磁性部材に対して前記第１突極部が回転方向に沿って重ならない状態の少なくとも一部で前記反回転方向側に位置する磁性部材に対して回転方向に沿って重なり、前記反回転方向側に位置する磁性部材に対して前記第１突極部が回転方向に沿って重なる状態では前記反回転方向側に位置する磁性部材に対して回転方向に沿って重ならないように設けられ、前記第２突極部と前記反回転方向側に位置する磁性部材との半径方向の間隔は、前記第１突極部と前記反回転方向側に位置する磁性部材との半径方向の間隔よりも大きく、前記固定子の各巻線に電流を流さない状態で前記回転子を回転させた場合に各巻線に誘起される電圧の位相を基準としたとき、前記基準の位相よりも遅れた位相を有する電流を、前記固定子の各巻線に流す。   An electric motor driving method according to an aspect of the present invention is an electric motor driving method for driving an electric motor, wherein the electric motor includes a stator having a plurality of magnetic pole portions arranged on a circumference, and a center of the stator. Each of the magnetic pole portions includes a tooth and a winding concentratedly wound around the tooth, and the tooth is in the circumferential direction of the permanent magnet and the stator. A pair of magnetic members disposed on both sides of the permanent magnet, and each permanent magnet is open on both sides in the radial direction of the stator in a cross section perpendicular to the center of the stator, The rotor is fixed from an annular yoke portion, a first salient pole portion projecting from the yoke portion toward the stator, and a portion of the yoke portion located on the rotational direction side of the first salient pole portion. And a second salient pole that protrudes toward the child side. Is a magnetic member positioned on the counter-rotating direction side in at least a part of the state where the first salient pole portion does not overlap along the rotating direction with respect to the magnetic member positioned on the counter-rotating direction side of the permanent magnet. In a state where the first salient pole portion overlaps along the rotation direction with respect to the magnetic member positioned along the rotation direction and overlaps with the magnetic member positioned on the counter rotation direction side, the magnetic member positioned on the counter rotation direction side rotates. A radial interval between the second salient pole part and the magnetic member located on the counter-rotation direction side is provided so as not to overlap along the direction, and is positioned on the first salient pole part and the counter-rotation direction side. When the reference is based on the phase of the voltage induced in each winding when the rotor is rotated in a state where no current is passed through each winding of the stator, the distance between the magnetic member and the magnetic member is larger than the radial direction. Has a phase delayed from the reference phase Flow, flow in each winding of the stator.

本発明の一態様に係る電動機駆動システムは、電動機と前記電動機を駆動する駆動装置とを備える電動機駆動システムであって、前記電動機は、複数の磁極部を円周上に配置してなる固定子と、前記固定子の中心と同軸に配された回転子とを備え、前記各磁極部は、ティースと当該ティースに対して集中巻された巻線とを含み、前記ティースは、永久磁石と、前記固定子の周方向であって前記永久磁石の両側に配された一対の磁性部材とを有し、前記各永久磁石は、前記固定子の中心に垂直な断面において、前記固定子の半径方向両側で開放されており、前記回転子は、環状のヨーク部と、当該ヨーク部から前記固定子側に突出する第１突極部と、前記ヨーク部における前記第１突極部よりも回転方向側に位置する部位から前記固定子側に突出する第２突極部とを含み、前記第２突極部は、前記永久磁石の反回転方向側に位置する磁性部材に対して前記第１突極部が回転方向に沿って重ならない状態の少なくとも一部で前記反回転方向側に位置する磁性部材に対して回転方向に沿って重なり、前記反回転方向側に位置する磁性部材に対して前記第１突極部が回転方向に沿って重なる状態では前記反回転方向側に位置する磁性部材に対して回転方向に沿って重ならないように設けられ、前記第２突極部と前記反回転方向側に位置する磁性部材との半径方向の間隔は、前記第１突極部と前記反回転方向側に位置する磁性部材との半径方向の間隔よりも大きく、前記駆動装置は、前記固定子の各巻線に電流を流さない状態で前記回転子を回転させた場合に各巻線に誘起される電圧の位相を基準としたとき、前記基準の位相よりも遅れた位相を有する電流を、前記固定子の各巻線に流す。   An electric motor drive system according to an aspect of the present invention is an electric motor drive system including an electric motor and a drive device that drives the electric motor, and the electric motor includes a stator having a plurality of magnetic pole portions arranged on a circumference. And a rotor disposed coaxially with the center of the stator, each magnetic pole portion includes a tooth and a winding concentratedly wound on the tooth, and the tooth includes a permanent magnet, A pair of magnetic members disposed on both sides of the permanent magnet in a circumferential direction of the stator, and each of the permanent magnets in a radial direction of the stator in a cross section perpendicular to the center of the stator The rotor is open on both sides, and the rotor has an annular yoke portion, a first salient pole portion projecting from the yoke portion toward the stator, and a rotational direction of the rotor portion relative to the first salient pole portion. Protruding from the part located on the side to the stator side And the second salient pole portion is in a state in which the first salient pole portion does not overlap along the rotation direction with respect to the magnetic member located on the counter-rotation direction side of the permanent magnet. At least a portion overlaps the magnetic member positioned on the counter-rotation direction side along the rotation direction, and the first salient pole portion overlaps the magnetic member positioned on the counter-rotation direction side along the rotation direction. In a state, a radial distance between the second salient pole portion and the magnetic member located on the counter-rotation direction side is provided so as not to overlap the magnetic member located on the counter-rotation direction side along the rotation direction. Is larger than a radial interval between the first salient pole part and the magnetic member located on the counter-rotating direction side, and the driving device does not pass a current through each winding of the stator. The phase of the voltage induced in each winding when rotating When the semi, the current having a phase delayed from the phase of the reference, passing the windings of the stator.

上記構成によれば、磁極部の永久磁石は、固定子の半径方向の両端が開放しているため、永久磁石から出た磁束を有効に利用することができ、効率良くトルクを発生することができる。   According to the above configuration, the permanent magnet of the magnetic pole portion is open at both ends in the radial direction of the stator, so that the magnetic flux emitted from the permanent magnet can be used effectively and torque can be generated efficiently. it can.

第１の実施形態に係る電動機の分解斜視図1 is an exploded perspective view of an electric motor according to a first embodiment. 第１の実施形態に係る電動機の断面図Sectional drawing of the electric motor which concerns on 1st Embodiment 回転子の詳細図Detailed view of rotor 第１の実施形態の電動機について通電における同等トルク時の永久磁石の磁束密度の変化を示した図The figure which showed the change of the magnetic flux density of the permanent magnet at the time of the equivalent torque in electricity supply about the electric motor of 1st Embodiment. 磁路確保と最大トルクの発生のタイミングを説明する図Diagram explaining the timing of securing the magnetic path and generating the maximum torque 図１９に示す電動機において巻線に通電してトルクを発生させた場合の電動機の内部の磁束の様子を示した図The figure which showed the mode of the magnetic flux inside an electric motor at the time of energizing a coil | winding and generating a torque in the electric motor shown in FIG. 第２の実施形態に係る電動機の断面図Sectional drawing of the electric motor which concerns on 2nd Embodiment 回転子の詳細図Detailed view of rotor 第２の実施形態の電動機について通電における同等トルク時の永久磁石の磁束密度の変化を示した図The figure which showed the change of the magnetic flux density of the permanent magnet at the time of the equivalent torque in electricity supply about the electric motor of 2nd Embodiment. 第３の実施形態に係る電動機駆動システムの構成図The block diagram of the electric motor drive system which concerns on 3rd Embodiment 電動機の無通電回転時における誘起電圧を示す波形図Waveform diagram showing the induced voltage during non-energized rotation of the motor 駆動装置から電動機に供給する電流を示す波形図Waveform diagram showing the current supplied from the drive unit to the motor 駆動装置の動作、特にＰＷＭ制御部の動作を示すフローチャートFlow chart showing the operation of the drive device, especially the operation of the PWM controller 電動機のトルクと電流位相の関係を示した図Diagram showing the relationship between motor torque and current phase 駆動装置から電動機に供給する電流を示す波形図Waveform diagram showing the current supplied from the drive unit to the motor 駆動装置の動作、特にＰＷＭ制御部の動作を示すフローチャートFlow chart showing the operation of the drive device, especially the operation of the PWM controller 電動機のトルクと電流位相の関係を示した図Diagram showing the relationship between motor torque and current phase 第２突極部の形状の変形例を示す図The figure which shows the modification of the shape of a 2nd salient pole part 発明者が検討した電動機の断面図Sectional view of the motor examined by the inventor 図１９に示す電動機において最大トルクを発生する直前の様子を示す図The figure which shows a mode just before generating the maximum torque in the electric motor shown in FIG. 従来の電動機の断面図Cross section of conventional motor

<本発明に係る一態様を得るに至った経緯＞
発明者は、図２１に示した電動機２０１における課題に鑑み、永久磁石から出た磁束の有効利用について鋭意研究を重ねた。
図１９は、検討した電動機の断面図である。
電動機２５１は、固定子２５２の内側にインナーロータ型の回転子２５３を備え、永久磁石２５４における回転子２５３側（内側）と回転子２５３の反対側（外側）とが固定子コア２５５に覆われずに開放された構成のものである。 <Background of obtaining one embodiment of the present invention>
In view of the problem in the electric motor 201 shown in FIG. 21, the inventor conducted intensive studies on the effective use of the magnetic flux emitted from the permanent magnet.
FIG. 19 is a cross-sectional view of the studied electric motor.
The electric motor 251 includes an inner rotor type rotor 253 inside the stator 252, and the rotor 253 side (inside) and the opposite side (outside) of the permanent magnet 254 are covered with the stator core 255. It is a thing of the structure open | released.

この構成において、固定子２５２は、固定子コア２５５、永久磁石２５４および巻線２５６を備える。
固定子コア２５５は、半径方向に延伸する１対の延伸部２５７と、一対の延伸部２５７の回転子２５３と反対側の端部を連結する連結部２５８とを有する「Ｕ」字状をし、周方向に等間隔をおいて配されている。 In this configuration, the stator 252 includes a stator core 255, a permanent magnet 254, and a winding 256.
The stator core 255 has a “U” shape having a pair of extending portions 257 extending in the radial direction and a connecting portion 258 connecting the ends of the pair of extending portions 257 opposite to the rotor 253. Are arranged at equal intervals in the circumferential direction.

永久磁石２５４は、横断面形状が矩形状をし、その長手方向が半径方向と一致するように、周方向に隣接する２つの固定子コア２５５間に配されている。
巻線２５６は、永久磁石２５４と、当該永久磁石２５４の両側に配された固定子コア２５５の延伸部２５７とに対して巻回されている。なお、固定子コア２５５の連結部２５８は、巻線２５６よりも外側で、一対の延伸部２５７を連結している。 The permanent magnet 254 is disposed between two stator cores 255 adjacent in the circumferential direction so that the cross-sectional shape is rectangular and the longitudinal direction thereof coincides with the radial direction.
Winding 256 is wound around permanent magnet 254 and extending portions 257 of stator core 255 arranged on both sides of permanent magnet 254. The connecting portion 258 of the stator core 255 connects the pair of extending portions 257 on the outer side than the winding 256.

回転子２５３は、軟磁性体からなり、横断面形状が円環状をしたヨーク部２６０と、ヨーク部２６０から固定子２５２側に突出する複数の突極部２６１とを備える。複数の突極部２６１は、周方向に等間隔をおいて形成されている。
この電動機２５１は、図２１に示す電動機２０１と異なり、固定子２５２の横断面において、永久磁石２５４を周方向から挟む２つの延伸部２５７同士が、永久磁石２５４の半径方向の両側で連結されていない。 The rotor 253 includes a yoke portion 260 that is made of a soft magnetic material and has an annular cross-sectional shape, and a plurality of salient pole portions 261 that protrude from the yoke portion 260 toward the stator 252. The plurality of salient pole portions 261 are formed at equal intervals in the circumferential direction.
In the electric motor 251, unlike the electric motor 201 shown in FIG. 21, two extending portions 257 sandwiching the permanent magnet 254 from the circumferential direction are connected on both sides in the radial direction of the permanent magnet 254 in the cross section of the stator 252. Absent.

このため、永久磁石２５４から、隣接する延伸部２５７の一方に進行した磁束は、他方の延伸部２５７に進行することができなくなる。つまり、固定子コア２５５が永久磁石２５４の磁路を短絡していない分、電動機２０１よりも、永久磁石２５４から回転子２５３へと流れる磁束を増加させることができる。
これにより、図２１に示す電動機２０１に比べて、永久磁石２５４の磁束を有効に利用することができ、回転子２５３で発生するトルクを高くすることができる。 For this reason, the magnetic flux that has traveled from the permanent magnet 254 to one of the adjacent stretched portions 257 cannot travel to the other stretched portion 257. That is, since the stator core 255 does not short-circuit the magnetic path of the permanent magnet 254, the magnetic flux flowing from the permanent magnet 254 to the rotor 253 can be increased as compared with the electric motor 201.
Thereby, compared with the electric motor 201 shown in FIG. 21, the magnetic flux of the permanent magnet 254 can be used effectively, and the torque generated in the rotor 253 can be increased.

しかしながら、発明者はさらに研究を進めた結果、上記した電動機２５１では、高トルクを発生させるために大電流を流すと、永久磁石が減磁しやすいという問題が生じることが判明した。
この様子を図２０に示す磁界の模式図を用いて説明する。
図２０は、図１９に示す電動機２５１において、回転子２５３の突極部２６１が回転して、固定子２５２の永久磁石２５４側に近接し、固定子コア２５５ａの延伸部２５７ａに対して最大トルクを発生する直前の様子である。 However, as a result of further research, the inventor has found that the above-described electric motor 251 has a problem that the permanent magnet is likely to be demagnetized when a large current is applied to generate a high torque.
This will be described with reference to the schematic diagram of the magnetic field shown in FIG.
FIG. 20 shows the electric motor 251 shown in FIG. 19, in which the salient pole portion 261 of the rotor 253 rotates and comes close to the permanent magnet 254 side of the stator 252 so that the maximum torque is applied to the extending portion 257a of the stator core 255a. It is a state just before generating.

図２０に示すように、永久磁石２５４のＮ極に隣接した固定子コア２５５ａの延伸部２５７ａが、回転子２５３の突極部２６１と離れていて、永久磁石２５４の磁束が流れる磁路の磁気抵抗が大きいときに、巻線２５６に大電流が流れて永久磁石２５４の磁束を打ち消す成分の磁界（所謂、逆磁界である。）が作用すると、永久磁石２５４は減磁する可能性がある。   As shown in FIG. 20, the extension part 257a of the stator core 255a adjacent to the north pole of the permanent magnet 254 is separated from the salient pole part 261 of the rotor 253, and the magnetism of the magnetic path through which the magnetic flux of the permanent magnet 254 flows. When the resistance is large, if a magnetic field of a component that cancels out the magnetic flux of the permanent magnet 254 (a so-called reverse magnetic field) is applied to the winding 256, the permanent magnet 254 may be demagnetized.

本明細書において開示される回転機もしくは電動機の駆動方法または電動機駆動システムによると、さらに耐減磁力の向上を図ることができる。
本発明に係る一形態を実施するための最良の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
第１の実施形態に係る電動機について、図１〜図３を参照して以下に説明する。 According to the rotating machine or electric motor driving method or electric motor driving system disclosed in this specification, the resistance to demagnetization can be further improved.
The best mode for carrying out one embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<First Embodiment>
The electric motor according to the first embodiment will be described below with reference to FIGS.

図１は第１の実施形態に係る電動機の分解斜視図であり、図２は第１の実施形態に係る電動機の断面図であり、図３は回転子の詳細図である。
１．全体構成
電動機１は、図１および図２に示すように、複数の磁極部４を円周上に配置してなる環状の固定子２と、固定子２の中心と同軸に配された回転子３とを備える。なお、固定子２の中心は回転子３の回転中心軸であり、以下、「回転中心軸」とし符号Ｏを用いる。 FIG. 1 is an exploded perspective view of the electric motor according to the first embodiment, FIG. 2 is a sectional view of the electric motor according to the first embodiment, and FIG. 3 is a detailed view of the rotor.
1. Overall Configuration As shown in FIGS. 1 and 2, the electric motor 1 includes an annular stator 2 in which a plurality of magnetic pole portions 4 are arranged on the circumference, and a rotor arranged coaxially with the center of the stator 2. 3. The center of the stator 2 is the rotation center axis of the rotor 3, and hereinafter, the symbol “O” is used as “rotation center axis”.

本実施形態における電動機１は、回転子３が固定子２の外側で回転するアウターロータ型であり、複数の磁極部４が発生する磁界により回転子３が所定の方向に回転する。
磁極部４は、ティース８とティース８に対して集中巻された巻線９とを有する。
本実施形態での電動機１は、例えば、３相巻線を備える３相電動機である。巻線９は、３相巻線を構成し、Ｕ層９ａ，９ｄ、Ｗ層９ｂ，９ｅ、Ｖ層９ｃ，９ｆの６個である。各層の巻線９ａ〜９ｆが巻回されているティースの符号を、その巻線の符号に含まれるアルファベットを「８」に付加して、例えば「８ａ」と表し、各層の巻線９ａ〜９ｆを含む磁極部の符号を、ティースと同様に、その巻線の符号に含まれるアルファベットを「４」に付加して、例えば「４ａ」と表す。 The electric motor 1 in this embodiment is an outer rotor type in which the rotor 3 rotates outside the stator 2, and the rotor 3 rotates in a predetermined direction by a magnetic field generated by the plurality of magnetic pole portions 4.
The magnetic pole part 4 includes a tooth 8 and a winding 9 concentratedly wound around the tooth 8.
The electric motor 1 in this embodiment is, for example, a three-phase electric motor that includes a three-phase winding. The winding 9 constitutes a three-phase winding, and there are six U layers 9a and 9d, W layers 9b and 9e, and V layers 9c and 9f. The code of the teeth around which the windings 9a to 9f of each layer are wound is represented by, for example, “8a” by adding the alphabet contained in the code of the winding to “8”, and the windings 9a to 9f of each layer. As in the case of the teeth, the code of the magnetic pole part including the letter “4a” is added to the alphabet contained in the code of the winding, for example, “4a”.

ティース８ａ〜８ｆは、永久磁石５ａ〜５ｆと、固定子２の周方向であって永久磁石５ａ〜５ｆの両側に配された一対の磁性部材６，７とを有する。永久磁石５ａ〜５ｆは、回転中心軸Ｏと直交する断面（横断面）において、固定子２の半径方向の両側が開放されている。つまり、横断面において、一対の磁性部材６，７は、固定子２の半径方向の両側（永久磁石５ａ〜５ｆの半径方向の延伸上）で連結されていない。なお、永久磁石の符号に含まれるアルファベットは、当該永久磁石が含まれている磁極部４ａ〜４ｆの符号に付されたアルファベットに対応している。   Teeth 8a to 8f have permanent magnets 5a to 5f and a pair of magnetic members 6 and 7 arranged in the circumferential direction of stator 2 and on both sides of permanent magnets 5a to 5f. The permanent magnets 5a to 5f are open on both sides in the radial direction of the stator 2 in a cross section (transverse cross section) orthogonal to the rotation center axis O. That is, in the cross section, the pair of magnetic members 6 and 7 are not connected on both sides in the radial direction of the stator 2 (on the radial extension of the permanent magnets 5a to 5f). In addition, the alphabet contained in the code | symbol of a permanent magnet respond | corresponds to the alphabet attached | subjected to the code | symbol of the magnetic pole parts 4a-4f in which the said permanent magnet is contained.

ここで、磁極部４ａ〜４ｆを構成する２つの磁性部材６，７について、磁性部材６，７が含まれる磁極部４ａ〜４ｆ内の永久磁石５ａ〜５ｆを基準にして、回転子３の回転方向（反時計回りの方向）に存する磁性部材の符号を「７」とし、回転子３の反回転方向（時計回りの方向）に存する磁性部材の符号を「６」とする。
また、固定子２の周方向に隣接する２つの構成（例えば、上記の２つの磁性部材である。）を説明する場合、周方向に沿って回転方向に移動したときに出会う構成（例えば、磁性部材６である。）がある側を「回転方向側」や「前方側」といい、反回転方向に移動したときに出会う構成（例えば、磁性部材７である。）がある側を「反回転方向側」や「後方側」という。 Here, with respect to the two magnetic members 6 and 7 constituting the magnetic pole portions 4a to 4f, the rotation of the rotor 3 with reference to the permanent magnets 5a to 5f in the magnetic pole portions 4a to 4f including the magnetic members 6 and 7 is used. The sign of the magnetic member existing in the direction (counterclockwise direction) is “7”, and the sign of the magnetic member existing in the counter-rotation direction (clockwise direction) of the rotor 3 is “6”.
In addition, in the description of two configurations adjacent to the circumferential direction of the stator 2 (for example, the above-described two magnetic members), a configuration that is encountered when the stator 2 moves in the rotational direction along the circumferential direction (for example, magnetic The side with the member 6) is called the “rotational direction side” or the “front side”, and the side with the configuration (for example, the magnetic member 7) that is encountered when moving in the counter-rotation direction is “anti-rotation”. It is called “direction side” or “rear side”.

また、ある構成において半径方向を説明する場合において、回転中心軸Ｏに近い側を内側と、回転中心軸Ｏから離れる側を外側として説明することもある。
回転子３は、環状のヨーク部１２と、ヨーク部１２から固定子２側に突出する第１突極部１３と、ヨーク部１２における第１突極部１３よりも回転方向前方側に位置する部位から固定子２側に突出する第２突極部１４とを有する。 Further, when the radial direction is described in a certain configuration, the side closer to the rotation center axis O may be described as the inner side, and the side away from the rotation center axis O may be described as the outer side.
The rotor 3 is positioned on the front side in the rotational direction of the annular yoke portion 12, the first salient pole portion 13 projecting from the yoke portion 12 toward the stator 2, and the first salient pole portion 13 in the yoke portion 12. And a second salient pole portion 14 projecting from the portion to the stator 2 side.

ここで、第２突極部１４は、永久磁石５ａ〜５ｆの反回転方向側に位置する磁性部材６に対して第１突極部１３が回転方向に沿って重ならない状態では前記反回転方向側に位置する磁性部材６に対して回転方向に沿って重なり、前記反回転方向側に位置する磁性部材６に対して第１突極部１３が回転方向に沿って重なる状態では前記反回転方向側に位置する磁性部材６に対して回転方向に沿って重ならないように設けられている。   Here, the second salient pole portion 14 is in the anti-rotation direction in a state where the first salient pole portion 13 does not overlap with the magnetic member 6 located on the counter-rotation direction side of the permanent magnets 5a to 5f along the rotation direction. In the state where the first salient pole portion 13 overlaps along the rotation direction with respect to the magnetic member 6 positioned on the side, the first salient pole portion 13 overlaps along the rotation direction with respect to the magnetic member 6 positioned on the counter rotation direction side. It is provided so as not to overlap with the magnetic member 6 located on the side along the rotation direction.

なお、第１突極部１３と第２突極部１４との両方が磁性部材６に重ならい状態があることを考慮すると、第２突極部１４は、永久磁石５ａ〜５ｆの反回転方向側に位置する磁性部材６に対して第１突極部１３が回転方向に沿って重ならない状態の少なくとも一部で前記反回転方向側に位置する磁性部材６に対して回転方向に沿って重なる状態があれば良い。   In consideration of the fact that both the first salient pole portion 13 and the second salient pole portion 14 overlap the magnetic member 6, the second salient pole portion 14 is in the counter-rotating direction of the permanent magnets 5a to 5f. The first salient pole portion 13 overlaps with the magnetic member 6 positioned on the opposite side in the rotational direction in at least a part of the state where the first salient pole portion 13 does not overlap with the rotational direction. It only has to be in condition.

また、第２突極部１４と永久磁石５ａ〜５ｆの反回転方向側に位置する磁性部材６との半径方向の間隔は、第１突極部１３と前記反回転方向側に位置する磁性部材６との半径方向の間隔よりも大きくなっている。
なお、図１に示すように、固定子２の各磁極部４ａ〜４ｆは、回転中心軸Ｏの延伸する方向（以下、「中心軸方向」ともいう。）の一方の端部において円環部材１５に取り付けられている。回転子３のヨーク部１２には、中心軸方向の他方の端部（ここでは円環部材１５が取り付けられている側と反対側の端部である。）において円環部材１６が取り付けられている。
２．各部構成
各部の構成について具体的に説明する。 In addition, the radial spacing between the second salient pole portion 14 and the magnetic member 6 located on the counter-rotation direction side of the permanent magnets 5a to 5f is the magnetic member located on the first salient pole portion 13 and the counter-rotation direction side. It is larger than the radial distance from 6.
As shown in FIG. 1, each of the magnetic pole portions 4 a to 4 f of the stator 2 is an annular member at one end portion in the extending direction of the rotation center axis O (hereinafter also referred to as “center axis direction”). 15 is attached. An annular member 16 is attached to the yoke portion 12 of the rotor 3 at the other end in the central axis direction (here, the end opposite to the side to which the annular member 15 is attached). Yes.
2. Each part structure The structure of each part is demonstrated concretely.

本実施形態では、回転子３は回転中心軸Ｏの回りを反時計方向（図２の矢印Ａの方向である。）に回転する（反時計回りに回転するともいう。）。
（１）固定子
固定子２について、図２を参照して説明する。
固定子２は、固定子２の周方向に間隔をおいて配された偶数個の永久磁石５ａ〜５ｆと、周方向に隣接する永久磁石５ａ〜５ｆ間に配された偶数個の固定子コア１０と、偶数本（偶数個）の巻線９とを有する。 In the present embodiment, the rotor 3 rotates counterclockwise (in the direction of arrow A in FIG. 2) around the rotation center axis O (also referred to as counterclockwise rotation).
(1) Stator The stator 2 will be described with reference to FIG.
The stator 2 includes an even number of permanent magnets 5a to 5f arranged at intervals in the circumferential direction of the stator 2 and an even number of stator cores arranged between the permanent magnets 5a to 5f adjacent in the circumferential direction. 10 and an even number (even number) of windings 9.

永久磁石５ａ〜５ｆと固定子コア１０の個数および巻線９ａ〜９ｆの個数（本数）は同じであり、ここでは、６個（６本）である。
（ａ）永久磁石
永久磁石５ａ〜５ｆは、希土類磁石、フェライト磁石、アルニコ磁石等を利用することができる。永久磁石５ａ〜５ｆの着磁の向きは固定子２の周方向である。永久磁石５ａ〜５ｆの形状は特に限定するものではないが、着磁の向きを考慮すると、固定子２の半径方向に長い長尺状が好ましい。ここでは、永久磁石５ａ〜５ｆの横断面形状は矩形状をしている。永久磁石５ａ〜５ｆは、その長手方向が固定子２の半径方向と一致するように配される。つまり、永久磁石５ａ〜５ｆは、固定子２の半径方向に延伸するように配されている。 The number of the permanent magnets 5a to 5f and the stator core 10 and the number of the windings 9a to 9f (number) are the same, and here are six (six).
(A) Permanent magnet As the permanent magnets 5a to 5f, rare earth magnets, ferrite magnets, alnico magnets, or the like can be used. The direction of magnetization of the permanent magnets 5 a to 5 f is the circumferential direction of the stator 2. The shapes of the permanent magnets 5a to 5f are not particularly limited, but a long shape that is long in the radial direction of the stator 2 is preferable in consideration of the direction of magnetization. Here, the cross-sectional shape of the permanent magnets 5a to 5f is rectangular. The permanent magnets 5 a to 5 f are arranged such that the longitudinal direction thereof coincides with the radial direction of the stator 2. That is, the permanent magnets 5 a to 5 f are arranged so as to extend in the radial direction of the stator 2.

永久磁石５ａ〜５ｆの配置（向き）は、固定子２の周方向に隣接する２つの永久磁石５ａ〜５ｆが互いに同じ極を向い合わせように行われる。つまり、２つの永久磁石において対向する面の極性が同じになるように配される。
（ｂ）固定子コア
固定子コア１０は、固定子２の半径方向に延伸する２つの延伸部（６，７）を固定子２の周方向に間隔をおいて有する。具体的には、固定子２の周方向に隣接する２つの永久磁石５ａ〜５ｆにおいて、回転方向側に位置する永久磁石５ａ〜５ｆに沿って延伸する延伸部（６）と、反回転方向側に位置する永久磁石５ａ〜５ｆに沿って延伸する延伸部（７）とを有する。なお、延伸部は、ティース８ａ〜８ｆを構成する一対の磁性部材６，７を構成するため、延伸部の符号として「６」、「７」を用いる。 The arrangement (orientation) of the permanent magnets 5a to 5f is performed such that the two permanent magnets 5a to 5f adjacent in the circumferential direction of the stator 2 face the same pole. That is, it arrange | positions so that the polarity of the surface which opposes in two permanent magnets may become the same.
(B) Stator Core The stator core 10 has two extending portions (6, 7) extending in the radial direction of the stator 2 at intervals in the circumferential direction of the stator 2. Specifically, in the two permanent magnets 5a to 5f adjacent in the circumferential direction of the stator 2, the extending portion (6) extending along the permanent magnets 5a to 5f located on the rotation direction side, and the counter rotation direction side And extending portions (7) extending along the permanent magnets 5a to 5f located at the center. In addition, since an extending | stretching part comprises a pair of magnetic members 6 and 7 which comprise teeth 8a-8f, "6" and "7" are used as a code | symbol of an extending | stretching part.

固定子コア１０は、さらに、２つの延伸部６，７における回転中心軸Ｏ側の端部を連結する連結部１１を有する。ここでは、固定子コア１０は、２つの延伸部６，７と連結部１１とを一体として備える１つの部材として構成されている。
本実施形態における固定子コア１０の断面形状は、回転子３側が開口する「Ｕ」字状をしている。 The stator core 10 further includes a connecting portion 11 that connects ends of the two extending portions 6 and 7 on the rotation center axis O side. Here, the stator core 10 is configured as a single member integrally including two extending portions 6 and 7 and a connecting portion 11.
The cross-sectional shape of the stator core 10 in the present embodiment has a “U” shape that opens on the rotor 3 side.

各延伸部６，７における回転子３側の端部は、永久磁石５ａ〜５ｆにおける回転子３側の端部よりも回転子３側（外側）に張り出している。換言すると、永久磁石５ａ〜５ｆの回転子３側の端面は、固定子２の外周縁よりも中心軸Ｏ側に位置している。
ここで、ティース８ａ〜８ｆは、永久磁石５ａ〜５ｆと、永久磁石５ａ〜５ｆの回転方向側に配された固定子コア１０の延伸部（磁性部材）６と、同じ永久磁石５ａ〜５ｆの反回転方向側に配された固定子コア１０の延伸部（磁性部材）７とから構成される。本実施形態では、ティース８ａ〜８ｆは、永久磁石５ａ〜５ｆの個数と同じ６個あり、延伸部（磁性部材）６，７は合計で１２個ある。
（ｃ）巻線
巻線９ａ〜９ｆは、各ティース８ａ〜８ｆに対して、磁性部材６，７および永久磁石５ａ〜５ｆを覆うように巻回されている。ここでの巻回方法は集中巻きである。巻線９は、固定子２の周方向に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の順で配されている。
（２）回転子
回転子３は、図２に示すように、円環状の断面形状を有し、固定子２の外側に配されている。回転子３は、軟磁性材料で構成されている。 The end portions on the rotor 3 side in the extending portions 6 and 7 protrude from the end portions on the rotor 3 side of the permanent magnets 5a to 5f to the rotor 3 side (outside). In other words, the end faces of the permanent magnets 5 a to 5 f on the rotor 3 side are located closer to the central axis O than the outer peripheral edge of the stator 2.
Here, the teeth 8a to 8f are made of permanent magnets 5a to 5f, extension portions (magnetic members) 6 of the stator core 10 arranged on the rotation direction side of the permanent magnets 5a to 5f, and the same permanent magnets 5a to 5f. It is comprised from the extending | stretching part (magnetic member) 7 of the stator core 10 distribute | arranged to the anti-rotation direction side. In the present embodiment, there are six teeth 8a to 8f that are the same as the number of permanent magnets 5a to 5f, and twelve extending portions (magnetic members) 6 and 7 are in total.
(C) Winding The windings 9a to 9f are wound around the teeth 8a to 8f so as to cover the magnetic members 6 and 7 and the permanent magnets 5a to 5f. The winding method here is concentrated winding. The windings 9 are arranged in the order of the U phase, the V phase, and the W phase in the circumferential direction of the stator 2.
(2) Rotor As shown in FIG. 2, the rotor 3 has an annular cross-sectional shape and is disposed outside the stator 2. The rotor 3 is made of a soft magnetic material.

回転子３は、断面形状が円環状をしたヨーク部１２と、ヨーク部１２から回転子２側に突出する第１突極部１３と第２突極部１４とを有する。なお、第１突極部１３と第２突極部１４とは、ヨーク部１２の周方向に間隔をおいて設けられている。
第１突極部１３は、固定子２との磁気相互作用により、トルクを発生させるためのものである。第１突極部１３は、図２に示すように、ヨーク部１２の周方向に間隔をおいて複数個形成されている。ここでは、間隔は等間隔であり、合計で７個ある。第１突極部１３の個数は、永久磁石５ａ〜５ｆの個数や、磁性部材６，７等のピッチなどから決定される。 The rotor 3 includes a yoke portion 12 having an annular cross-sectional shape, and a first salient pole portion 13 and a second salient pole portion 14 that project from the yoke portion 12 toward the rotor 2 side. The first salient pole part 13 and the second salient pole part 14 are provided at intervals in the circumferential direction of the yoke part 12.
The first salient pole portion 13 is for generating torque by magnetic interaction with the stator 2. As shown in FIG. 2, a plurality of first salient pole portions 13 are formed at intervals in the circumferential direction of the yoke portion 12. Here, the intervals are equal, and there are seven in total. The number of the first salient pole portions 13 is determined from the number of permanent magnets 5a to 5f, the pitch of the magnetic members 6 and 7, and the like.

第２突極部１４は、第１突極部１３が磁性部材６に近づき（この第１突極部１３が近付いている磁性部材６を、以下、「対象の磁性部材」とする。）、第１突極部１３が対象の磁性部材６に回転方向に重なる直前に、対象の磁性部材６との間で磁路を確保するためのものである。
なお、上記の対象の磁性部材６は、特定の１つの磁性部材６を指すのではなく、すべての磁性部材６に対するものであり、複数個ある第１突極部１３の１つに注目して、この第１突極部１３が複数個ある磁性部材６のどれかに近づいた状態を指している。 The second salient pole portion 14 has the first salient pole portion 13 approaching the magnetic member 6 (hereinafter, the magnetic member 6 approaching the first salient pole portion 13 will be referred to as a “target magnetic member”). This is for securing a magnetic path with the target magnetic member 6 immediately before the first salient pole portion 13 overlaps the target magnetic member 6 in the rotation direction.
The target magnetic member 6 does not indicate one specific magnetic member 6 but is for all the magnetic members 6, and pays attention to one of the plurality of first salient pole portions 13. This indicates that the first salient pole portion 13 is close to any one of the magnetic members 6.

第２突極部１４は、図２に示すように、ヨーク部１２の周方向に間隔をおいて複数個形成されている。ここでは、間隔は等間隔であり、第１突極部１３の個数と同じ個数であり、合計で７個ある。
第２突極部１４の個数は、特に限定するものではないが、第１突極部１３と同じ個数が好ましく、ヨーク部１２の周方向に隣接するすべての第１突極部１３間に存することが好ましい。 As shown in FIG. 2, a plurality of second salient pole portions 14 are formed at intervals in the circumferential direction of the yoke portion 12. Here, the intervals are equal, and the same number as the number of first salient pole portions 13, which is seven in total.
The number of the second salient pole portions 14 is not particularly limited, but is preferably the same as the number of the first salient pole portions 13 and exists between all the first salient pole portions 13 adjacent in the circumferential direction of the yoke portion 12. It is preferable.

第１突極部１３と第２突極部１４とは上述のように機能が異なるため、ヨーク部１２からの固定子２側への突出量やヨーク部１２上での形成位置が異なる。
第１突極部１３および第２突極部１４の突出量および形成位置について、図３を参照して説明する。
（ａ）突出量
図３では、磁性部材６，７の外側端を最大外径とする円で示し、この円は固定子２の最外周と一致する。 Since the first salient pole portion 13 and the second salient pole portion 14 have different functions as described above, the amount of projection from the yoke portion 12 toward the stator 2 and the formation position on the yoke portion 12 are different.
The protrusion amount and formation position of the first salient pole portion 13 and the second salient pole portion 14 will be described with reference to FIG.
(A) Protrusion Amount In FIG. 3, the outer ends of the magnetic members 6 and 7 are indicated by a circle having the maximum outer diameter, and this circle coincides with the outermost periphery of the stator 2.

第１突極部１３の突出先端（固定子２側の端である。）の内径と、固定子２の最外周（磁性部材６，７）の外径との差をエアギャップ寸法Ｇ１とし、第２突極部１４の突出先端（固定子２側の端である。）の内径と、固定子２の最外周（磁性部材６，７）の外径との差をエアギャップ寸法Ｇ２とし、第１突極部１３および第２突極部１４が存しないヨーク部１２の内径と、固定子２の最外周（磁性部材６，７）の外径との差をエアギャップ寸法Ｇ３とすると、Ｇ１ ＜ Ｇ２ ＜ Ｇ３ の関係がある。   The difference between the inner diameter of the projecting tip of the first salient pole portion 13 (the end on the stator 2 side) and the outer diameter of the outermost circumference (magnetic members 6 and 7) of the stator 2 is defined as an air gap dimension G1. The difference between the inner diameter of the projecting tip of the second salient pole portion 14 (the end on the stator 2 side) and the outer diameter of the outermost periphery (magnetic members 6 and 7) of the stator 2 is defined as an air gap dimension G2. When the difference between the inner diameter of the yoke part 12 where the first salient pole part 13 and the second salient pole part 14 do not exist and the outer diameter of the outermost circumference (magnetic members 6 and 7) of the stator 2 is an air gap dimension G3, There is a relationship of G1 <G2 <G3.

なお、エアギャップ寸法Ｇ１は第１突極部１３と対象の磁性部材６との半径方向の間隔に相当し、エアギャップ寸法Ｇ２は第２突極部１４と磁性部材６との半径方向の間隔に相当する。
各エアギャップ寸法の関係について説明する。
まず、第１突極部１３は、トルク発生用であるため固定子２とのエアギャップ寸法Ｇ１は小さい。 The air gap dimension G1 corresponds to the radial distance between the first salient pole portion 13 and the target magnetic member 6, and the air gap dimension G2 is the radial distance between the second salient pole portion 14 and the magnetic member 6. It corresponds to.
The relationship between the air gap dimensions will be described.
First, since the first salient pole part 13 is for generating torque, the air gap dimension G1 with the stator 2 is small.

第２突極部１４は磁路確保用であるため、固定子２とのエアギャップ寸法Ｇ２がエアギャップ寸法Ｇ１と同等である場合、第１突極部１３と磁極部４ａ〜４ｆとの間で生じるトルクを低下させるおそれがある。このため、エアギャップ寸法Ｇ２はエアギャップ寸法Ｇ１よりも大きい。逆に、エアギャップ寸法Ｇ２が、エアギャップ寸法Ｇ３と同等である場合、磁極部４ａ〜４ｆとの間で磁路を確保することができないため、エアギャップ寸法Ｇ２はエアギャップ寸法Ｇ３よりも小さい。
（ｂ）形成位置
第１突極部１３は、各磁極部４ａ〜４ｆに電流が流れ、最大電流又は最大電流値に近い電流値が流れた際に、磁極部４ａ〜４ｆに発生した磁気力により回転力が最大に促進される位置に存するように設けられている。 Since the second salient pole part 14 is for securing a magnetic path, when the air gap dimension G2 with the stator 2 is equal to the air gap dimension G1, the gap between the first salient pole part 13 and the magnetic pole parts 4a to 4f. There is a risk of lowering the torque generated by. For this reason, the air gap dimension G2 is larger than the air gap dimension G1. On the contrary, when the air gap dimension G2 is equal to the air gap dimension G3, a magnetic path cannot be secured between the magnetic pole portions 4a to 4f, so the air gap dimension G2 is smaller than the air gap dimension G3. .
(B) Formation position The first salient pole portion 13 has a magnetic force generated in the magnetic pole portions 4a to 4f when a current flows through each of the magnetic pole portions 4a to 4f and a current value close to the maximum current value or the maximum current value flows. Therefore, the rotational force is provided so as to be maximized.

第１突極部１３が対象の磁性部材６と対向する領域を有しない状態では、第２突極部１４は対象の磁性部材６と対向する領域を有し、第１突極部１３が対象の磁性部材６と対向する領域を有する状態では、第２突極部１４が対象の磁性部材６と対向する領域を有しない。
実施形態では、第１突極部１３と、当該第１突極部１３の回転方向前方に位置する第２突極部１４との周方向の間隔は、磁性部材６における固定子２の周方向の長さよりも大きい。ここでの第１突極部１３と第２突極部１４との周方向の間隔は、第１突極部１３の回転方向側の端と、第２突極部１４の反回転方向側の端との間隔であって第１突極部１３の最内周上の周方向の長さである。磁性部材６の長さは、磁性部材６における反回転方向側の端と、回転方向側の端との間隔であって固定子２の最外周上の周方向の長さである。なお、第２突極部１４については、突出量が第１突極部１３よりも少ないが、第２突極部１４をそのまま固定子側に延伸させた最内周との交点が第２突極部１４の反回転方向の端に相当する。 In a state where the first salient pole portion 13 does not have a region facing the target magnetic member 6, the second salient pole portion 14 has a region facing the target magnetic member 6, and the first salient pole portion 13 is the target. In the state having the area facing the magnetic member 6, the second salient pole portion 14 does not have the area facing the target magnetic member 6.
In the embodiment, the circumferential interval between the first salient pole portion 13 and the second salient pole portion 14 positioned forward in the rotation direction of the first salient pole portion 13 is the circumferential direction of the stator 2 in the magnetic member 6. Greater than the length of. Here, the circumferential interval between the first salient pole portion 13 and the second salient pole portion 14 is the end of the first salient pole portion 13 on the rotational direction side and the second salient pole portion 14 on the counter-rotating direction side. It is the distance between the ends and the length in the circumferential direction on the innermost circumference of the first salient pole portion 13. The length of the magnetic member 6 is the distance between the counter-rotation direction end of the magnetic member 6 and the rotation-direction end, and is the circumferential length on the outermost periphery of the stator 2. The second salient pole part 14 has a smaller amount of protrusion than the first salient pole part 13, but the intersection point with the innermost circumference obtained by extending the second salient pole part 14 as it is toward the stator side is the second salient pole. This corresponds to the end of the pole portion 14 in the counter-rotating direction.

角度の観点からは、第１突極部１３の回転方向側の端と回転中心軸Ｏとを結ぶ線分と第２突極部１４の反回転方向側の端と回転中心軸Ｏとを結ぶ線分との間の角度が、磁性部材６における反回転方向側の端と回転中心軸Ｏと回転方向側の端と回転中心軸Ｏとを結ぶ線分との間の角度よりも大きい。
本実施形態における第２突極部１４は、ヨーク部１２の周方向に隣接する２つの第１突極部１３間の中間に設けられている。つまり、ヨーク部１２の周方向に隣接する２つの第１突極部１３に対して、第２突極部１４と回転方向側の第１突極部１３との間の角度Ｘが、第２突極部１４と反回転方向側の第１突極部１３との間の角度Ｙと同じになっている。 From the viewpoint of the angle, the line segment connecting the rotation direction end of the first salient pole portion 13 and the rotation center axis O and the counter rotation direction end of the second salient pole portion 14 and the rotation center axis O are connected. The angle between the line segment is larger than the angle between the counter-rotation direction side end of the magnetic member 6, the rotation center axis O, the rotation direction side end, and the line segment connecting the rotation center axis O.
The second salient pole part 14 in the present embodiment is provided in the middle between two first salient pole parts 13 adjacent to each other in the circumferential direction of the yoke part 12. That is, the angle X between the second salient pole portion 14 and the first salient pole portion 13 on the rotation direction side is set to the second relative to the two first salient pole portions 13 adjacent to each other in the circumferential direction of the yoke portion 12. The angle Y is the same as the angle Y between the salient pole part 14 and the first salient pole part 13 on the counter-rotation direction side.

なお、角度Ｘは、回転方向側の第１突極部１３の周方向の中央と回転中心軸Ｏとを結ぶ仮想線Ｋ１と、第２突極部１４の周方向の中央と回転中心軸Ｏとを結ぶ仮想線Ｋ２との間の角度である。角度Ｙは、反回転方向の第１突極部１３の周方向の中央と回転中心軸Ｏとを結ぶ仮想線Ｋ３と仮想線Ｋ２との間の角度である。
３．実施例
本実施形態に係る一例である実施例について説明する。 Note that the angle X is an imaginary line K1 connecting the circumferential center of the first salient pole portion 13 on the rotation direction side and the rotation center axis O, and the circumferential center of the second salient pole portion 14 and the rotation center axis O. And an imaginary line K2 connecting the two. The angle Y is an angle between a virtual line K3 and a virtual line K2 that connects the center of the first salient pole portion 13 in the counter-rotating direction in the circumferential direction and the rotation center axis O.
3. Example An example as an example according to the present embodiment will be described.

永久磁石５ａ〜５ｆは、フェライト磁石であり、エネルギー積が約４２[ｋＪ／ｍ3]である。固定子２の固定子コア１０には、電磁鋼板３５Ａ３００が用いられている。回転子３には、電磁鋼板３５Ａ３００が用いられている。
固定子２の最外周、つまり、磁性部材６，７の最大半径Ｒ１は、５５［ｍｍ］である。エアギャップ寸法Ｇ１は、０．５［ｍｍ］であり、エアギャップ寸法Ｇ２は１．７［ｍｍ］であり、エアギャップ寸法Ｇ３は５．５［ｍｍ］である。 The permanent magnets 5a to 5f are ferrite magnets and have an energy product of about 42 [kJ / m 3 ]. An electromagnetic steel plate 35A300 is used for the stator core 10 of the stator 2. For the rotor 3, an electromagnetic steel plate 35A300 is used.
The outermost periphery of the stator 2, that is, the maximum radius R1 of the magnetic members 6 and 7 is 55 [mm]. The air gap dimension G1 is 0.5 [mm], the air gap dimension G2 is 1.7 [mm], and the air gap dimension G3 is 5.5 [mm].

第１突極部１３と第２突極部１４はそれぞれ７個ある。隣接する第１突極部１３間の角度および隣接する第２突極部１４の角度は約５１．４［ｄｅｇ］（３６０／７）である。第２突極部１４と第１突極部１３との配置位置は、角度Ｘ、角度Ｙとも約２５．７［ｄｅｇ］である。
４．回転動作について
（１）トルク発生
磁性部材６，７の先端部の反回転側に第１突極部１３が位置しており、巻線９ａ〜９ｆに通電することで当該第１突極部１３が磁極部４ａ〜４ｆに引きつけら、回転子３に回転方向のトルクが発生する。 There are seven first salient pole parts 13 and seven second salient pole parts 14 respectively. The angle between the adjacent first salient pole portions 13 and the angle of the adjacent second salient pole portion 14 are approximately 51.4 [deg] (360/7). The arrangement position of the second salient pole portion 14 and the first salient pole portion 13 is about 25.7 [deg] for both the angle X and the angle Y.
4). Regarding Rotation Operation (1) Torque Generation The first salient pole portion 13 is located on the counter-rotating side of the tip of the magnetic members 6 and 7, and the first salient pole portion 13 is energized by energizing the windings 9a to 9f. Is attracted to the magnetic pole portions 4 a to 4 f, torque in the rotational direction is generated in the rotor 3.

永久磁石５ａ〜５ｆにおいて固定子２の半径方向の端面（永久磁石５ａ〜５ｆの外側および内側の端面）が開放された状態となっている。ここでの「開放された」とは、永久磁石５ａ〜５ｆの端面が、空気の透磁率よりも高い透磁率を有する材料と接触していないことを指す。
換言すると、固定子２の磁極部４ａ〜４ｆは、永久磁石５ａ〜５ｆをその長軸を固定子２の半径方向に延伸する状態で備え、横断面において、永久磁石５ａ〜５ｆの両側に配された２つの磁性部材６，７同士が別の固定子コア１０で構成されている。このため、磁性部材６，７同士は、半径方向の両側で連結されていない構造となる。 In the permanent magnets 5a to 5f, the end surfaces in the radial direction of the stator 2 (outer and inner end surfaces of the permanent magnets 5a to 5f) are opened. Here, “open” means that the end faces of the permanent magnets 5a to 5f are not in contact with a material having a magnetic permeability higher than that of air.
In other words, the magnetic pole portions 4a to 4f of the stator 2 are provided with permanent magnets 5a to 5f with their long axes extending in the radial direction of the stator 2, and are arranged on both sides of the permanent magnets 5a to 5f in the cross section. The two magnetic members 6, 7 formed by another stator core 10. For this reason, the magnetic members 6 and 7 are not connected to each other in the radial direction.

つまり、磁極部４ａ〜４ｆを構成する一対の磁性部材６，７同士が磁気的に結合していない構造をしている。ここでの「磁気的に結合していない」とは、磁性部材６，７が、固定子コア１０の透磁率と同等以上の透磁率を有する材料により結合されていないことを指す。
これにより、永久磁石５ａ〜５ｆの内側の端部側では、永久磁石５ａ〜５ｆから磁性部材６，７に出た磁束が当該永久磁石５ａ〜５ｆを挟んだ反対側の磁性部材６,７へと短絡する磁路がない。 That is, the pair of magnetic members 6 and 7 constituting the magnetic pole portions 4a to 4f are not magnetically coupled to each other. Here, “not magnetically coupled” means that the magnetic members 6 and 7 are not coupled by a material having a permeability equal to or higher than the permeability of the stator core 10.
Thereby, on the inner end side of the permanent magnets 5a to 5f, the magnetic flux emitted from the permanent magnets 5a to 5f to the magnetic members 6 and 7 is transferred to the opposite magnetic members 6 and 7 sandwiching the permanent magnets 5a to 5f. There is no magnetic path to short circuit.

従って、永久磁石５ａ〜５ｆの磁束がトルク発生に寄与しない方向ではなく、磁性部材６，７の先端側に流れ、永久磁石５ａ〜５ｆから出た磁束を有効に利用することができる。
（２）減磁
回転子３は、磁界形成用の磁性部材６の反回転側に第１突極部１３が近付いたときに、当該磁性部材６と回転方向に沿って重なる位置に、エアギャップ寸法Ｇ２がエアギャップ寸法Ｇ１より大きな第２突極部１４を有している。 Therefore, the magnetic fluxes of the permanent magnets 5a to 5f flow not to the direction that does not contribute to the torque generation, but flow toward the front ends of the magnetic members 6 and 7, and the magnetic fluxes emitted from the permanent magnets 5a to 5f can be used effectively.
(2) Demagnetization The rotor 3 has an air gap at a position where it overlaps the magnetic member 6 along the rotation direction when the first salient pole portion 13 approaches the counter-rotating side of the magnetic member 6 for magnetic field formation. The second salient pole portion 14 having a dimension G2 larger than the air gap dimension G1 is provided.

これにより、磁極部４ａ〜４ｆに最大電流又は最大電流値に近い電流値の電流が流れる際に、磁性部材６の先端部と、第２突極部１４との間隔が近くなり、永久磁石５ａ〜５ｆの磁路の磁気抵抗が小さくなる（第２突極部１４が存しないものに比べて、磁路が形成されていると言える。）。このため、磁極部４ａ〜４ｆに最大電流又は最大電流値に近い電流が流れ、永久磁石５ａ〜５ｆに対して逆磁界が作用しても、永久磁石５ａ〜５ｆの減磁を抑制する（耐減磁特性を向上させる）ことができる。   Thereby, when the current of the maximum current or the current value close to the maximum current value flows through the magnetic pole portions 4a to 4f, the distance between the tip portion of the magnetic member 6 and the second salient pole portion 14 becomes close, and the permanent magnet 5a. The magnetic resistance of the magnetic path of ˜5f is reduced (it can be said that a magnetic path is formed as compared with the case where the second salient pole portion 14 does not exist). For this reason, even if a maximum current or a current close to the maximum current flows through the magnetic pole portions 4a to 4f and a reverse magnetic field acts on the permanent magnets 5a to 5f, demagnetization of the permanent magnets 5a to 5f is suppressed (anti-resistance). (Demagnetization characteristics can be improved).

なお、エアギャップ寸法Ｇ２は、磁性部材６から第２突極部１４へと磁束が流れるおそれもあるが、トルク発生に必要な磁束を確保するのに悪影響を及ぼさないように設定されている。
図４は、通電における同等トルク時の永久磁石の磁束密度の最小値の変化を示した図であり、（ａ）は本実施形態に係る電動機、（ｂ）は従来例における電動機を示す。 The air gap dimension G2 is set so as not to adversely affect the securing of the magnetic flux necessary for torque generation, although there is a possibility that the magnetic flux flows from the magnetic member 6 to the second salient pole portion 14.
4A and 4B are diagrams showing changes in the minimum value of the magnetic flux density of the permanent magnet at the same torque during energization. FIG. 4A shows the electric motor according to the present embodiment, and FIG. 4B shows the electric motor in the conventional example.

なお、（ａ）で示す拡大部分は実施形態の磁極部４ａであり、（ｂ）で示す拡大部分は実施形態の磁極部４ａに相当する部分である。
図４は、電流を電気角１周期通電したときの永久磁石の配向（Ｎ極Ｓ極の向き）中心の半径方向線上での磁束密度の最小値を磁界解析で計算したものである。なお、本実施形態に係る電動機では、定格電流で最大トルクとなる電流位相は誘起電圧の位相から３０ｄｅｇ遅れた−３０ｄｅｇとし、従来例における電動機では、同定格電流で最大トルクとなる電流位相は誘起電圧の位相から２０ｄｅｇ遅れた−２０ｄｅｇとした。 In addition, the enlarged part shown by (a) is the magnetic pole part 4a of embodiment, and the enlarged part shown by (b) is a part corresponded to the magnetic pole part 4a of embodiment.
FIG. 4 shows the minimum value of the magnetic flux density calculated on the radial line at the center of the orientation of the permanent magnet (the direction of the N pole and the S pole) when a current is supplied for one period of electrical angle. In the electric motor according to the present embodiment, the current phase at which the maximum torque is achieved at the rated current is −30 deg, which is delayed by 30 deg from the phase of the induced voltage. In the conventional motor, the current phase at which the maximum torque is obtained at the rated current is induced It was set to −20 deg, which is 20 deg delayed from the voltage phase.

図４の縦軸は磁束密度、横軸は電気角とし、実線で磁束密度の最小値の変化を、破線で磁束密度の最小値の平均値を示す。なお、従来例は、本実施形態で説明した回転子３において第２突極部１４を有していない電動機である。
本実施形態では、図４の（ａ）に示すとおり、磁束密度の最小値が０．３１［Ｔ］、磁束密度の最小値の平均値が０．４１［Ｔ］である。これに対し、従来例では、図４の（ｂ）に示すとおり、磁束密度の最小値が０．２８Ｔ、磁束密度の最小値の平均値が０．３８Ｔである。 In FIG. 4, the vertical axis indicates the magnetic flux density, the horizontal axis indicates the electrical angle, the solid line indicates the change in the minimum value of the magnetic flux density, and the broken line indicates the average value of the minimum value of the magnetic flux density. The conventional example is an electric motor that does not have the second salient pole portion 14 in the rotor 3 described in the present embodiment.
In the present embodiment, as shown in FIG. 4A, the minimum value of the magnetic flux density is 0.31 [T], and the average value of the minimum values of the magnetic flux density is 0.41 [T]. On the other hand, in the conventional example, as shown in FIG. 4B, the minimum value of the magnetic flux density is 0.28T, and the average value of the minimum values of the magnetic flux density is 0.38T.

このように、永久磁石５ａ〜５ｆの磁束密度の最小値、最小値の平均値とも、本実施形態の方が高く、減磁に対して余裕（耐減磁性）があることがわかる。
従って、第２突極部１４は主に磁路を確保（磁気抵抗を小さく）し、永久磁石５ａ〜５ｆの逆磁界に対する耐減磁性の確保に寄与していると言える。
また、回転子３と対向した永久磁石５ａ〜５ｆの端面が、磁性部材６，７の外側端よりも回転子３から離れている（回転中心軸Ｏに近い）。このため、回転子３の第１突極部１３からの磁束が永久磁石５ａ〜５ｆに直接作用することがなく、磁性部材６，７側に流れるため、永久磁石５ａ〜５ｆの耐減磁性がさらに向上する。なお、ここでの永久磁石５ａ〜５ｆの端面と磁性部材６，７の外側端との間隔（固定子２の半径方向の距離である。）は、磁性部材６，７との間で磁路が形成されない距離である。
（３）磁路確保と最大トルクの発生について
図５は、磁路確保と最大トルクの発生のタイミングを説明する図である。 Thus, it can be seen that both the minimum value and the average value of the minimum values of the magnetic flux densities of the permanent magnets 5a to 5f are higher in this embodiment, and there is a margin (demagnetization resistance) against demagnetization.
Therefore, it can be said that the second salient pole part 14 mainly secures a magnetic path (small magnetic resistance) and contributes to ensuring demagnetization resistance against the reverse magnetic field of the permanent magnets 5a to 5f.
Further, the end surfaces of the permanent magnets 5a to 5f facing the rotor 3 are farther from the rotor 3 than the outer ends of the magnetic members 6 and 7 (closer to the rotation center axis O). For this reason, since the magnetic flux from the first salient pole portion 13 of the rotor 3 does not directly act on the permanent magnets 5a to 5f and flows to the magnetic members 6 and 7, the demagnetization resistance of the permanent magnets 5a to 5f is reduced. Further improve. The distance between the end faces of the permanent magnets 5a to 5f and the outer ends of the magnetic members 6 and 7 (the distance in the radial direction of the stator 2) is a magnetic path between the magnetic members 6 and 7. Is a distance at which is not formed.
(3) Securing Magnetic Path and Generating Maximum Torque FIG. 5 is a diagram for explaining the timing of securing the magnetic path and generating the maximum torque.

同図の（ａ−１）、（ａ−２）、（ａ−３）は本実施形態で説明した電動機１（実施形態例ともいう）であり、（ｂ−１）、（ｂ−２）、（ｂ−３）は本実施形態で説明した回転子３において第２突極部１４を有していない回転子２７１を備える電動機（従来例ともいう。）である。
（ａ−１）と（ａ−２）とは、回転子２，２７１の第１突極部１３，２７３が磁性部材６に対して最大トルクを発生する前の状態を示しており、第１突極部１３，２７３とも磁性部材６に対して同じ位置に存する。 (A-1), (a-2), and (a-3) in the figure are the electric motor 1 (also referred to as an embodiment) described in this embodiment, and (b-1) and (b-2). (B-3) is an electric motor (also referred to as a conventional example) including a rotor 271 that does not have the second salient pole portion 14 in the rotor 3 described in the present embodiment.
(A-1) and (a-2) show a state before the first salient pole portions 13 and 273 of the rotors 2 and 271 generate the maximum torque with respect to the magnetic member 6. The salient pole portions 13 and 273 are at the same position with respect to the magnetic member 6.

（ｂ−１）と（ｂ−２）とは、巻線９に流れる電流値が最大値に近い状態（最大トルクを発する直前の状態）を示しており、回転子２，２７１の第１突極部１３，２７３は磁性部材６に対して、（ａ−１）、（ａ−２）よりも近づいている。なお、第１突極部１３，２７３とも磁性部材６に対して同じ位置に存する。
（ｃ−１）と（ｃ−２）とは、回転子２，２７１の第１突極部１３，２７３が磁性部材６に対して最大トルクを発生した状態を示しており、第１突極部１３，２７３とも磁性部材６に対して同じ位置に存する。 (B-1) and (b-2) show a state in which the value of the current flowing through the winding 9 is close to the maximum value (a state immediately before the maximum torque is generated). The pole portions 13 and 273 are closer to the magnetic member 6 than (a-1) and (a-2). The first salient pole portions 13 and 273 are at the same position with respect to the magnetic member 6.
(C-1) and (c-2) show a state in which the first salient pole portions 13 and 273 of the rotors 2 and 271 generate a maximum torque with respect to the magnetic member 6, and the first salient poles. The parts 13 and 273 are at the same position with respect to the magnetic member 6.

なお、図５では、特定箇所の磁極部を指しているのでないため、アルファベット「ａ」〜「ｆ」は付していない。
（ａ）実施形態例
まず、（ａ−１）に示すように、巻線９に通電されると共に第１突極部１３が磁性部材６に近づく。第１突極部１３は、（ｂ−１）に示すように、さらに磁性部材６に近づくと共に巻線９に流れる電流が大きくなる。 In FIG. 5, the alphabet “a” to “f” is not attached because it does not indicate a magnetic pole portion at a specific location.
(A) Embodiment Example First, as shown in (a-1), the winding 9 is energized and the first salient pole portion 13 approaches the magnetic member 6. As shown in (b-1), the first salient pole portion 13 becomes closer to the magnetic member 6 and the current flowing through the winding 9 becomes larger.

このとき、磁性部材６の先端部分と第２突極部１４との間隔が近くなり、永久磁石５ａ〜５ｆの磁路の磁気抵抗が小さくなる。このため、磁性部材６の先端部分から回転子３の第２突極部１４を通り、磁性部材６、永久磁石５へと磁束が流れる磁路が形成されるため、電流が増加し永久磁石５に逆磁界が作用しても永久磁石５ａ〜５ｆの減磁を抑制することができる。   At this time, the distance between the tip portion of the magnetic member 6 and the second salient pole portion 14 is reduced, and the magnetic resistance of the magnetic path of the permanent magnets 5a to 5f is reduced. For this reason, a magnetic path through which magnetic flux flows from the tip portion of the magnetic member 6 through the second salient pole portion 14 of the rotor 3 to the magnetic member 6 and the permanent magnet 5 is formed. Even if a reverse magnetic field acts on the permanent magnets 5a to 5f, demagnetization of the permanent magnets 5a to 5f can be suppressed.

そして、（ｃ−１）に示すように、磁性部材６の先端部分の第１突極部１３の引きつける力が最大となり、最大トルクを発生する。
なお、上述のように、永久磁石５ａ〜５ｆの耐減磁特性が向上すると、巻線９にさらに大きな電流を流すことができるようになる。このように、同じトルクを出力する場合は減磁特性を向上でき、同じ減磁特性とする場合は、通電できる電流を大きくできるので高いトルクを発生することができる。
（ｂ）従来例
まず、（ａ−２）に示すように、巻線９に通電されると共に第１突極部２７３が磁性部材６に近づく。第１突極部２７３は、（ｂ−２）に示すように、さらに磁性部材６に近づくと共に巻線９に流れる電流が大きくなる。 And as shown to (c-1), the attracting force of the 1st salient pole part 13 of the tip part of magnetic member 6 becomes the maximum, and the maximum torque is generated.
As described above, when the demagnetization resistance of the permanent magnets 5a to 5f is improved, a larger current can be passed through the winding 9. As described above, when the same torque is output, the demagnetization characteristic can be improved, and when the same demagnetization characteristic is used, the current that can be energized can be increased, so that a high torque can be generated.
(B) Conventional Example First, as shown in (a-2), the winding 9 is energized and the first salient pole portion 273 approaches the magnetic member 6. As shown in (b-2), the first salient pole portion 273 further approaches the magnetic member 6 and increases the current flowing through the winding 9.

このとき、磁性部材６の先端部分と回転子２７１との間隔が広く、永久磁石５ａ〜５ｆの磁路の磁気抵抗が大きくなる。このため、磁性部材６の先端部分から回転子２７１側を通り、磁性部材６、永久磁石５へと磁束が流れる磁路が形成されない（空気への磁束の漏れは除く。）ため、電流が増加し永久磁石５に逆磁界が作用すると永久磁石５の減磁を抑制することができない。
５．その他
（１）永久磁石について
永久磁石は、エネルギー積が低い材質の磁石を使用した場合、高トルクを発生させるために巻線に大電流を流すと減磁しやすい特性を有する。この様子を図６に示す磁界解析の結果を用いて説明する。 At this time, the space | interval of the front-end | tip part of the magnetic member 6 and the rotor 271 is wide, and the magnetic resistance of the magnetic path of permanent magnet 5a-5f becomes large. For this reason, a magnetic path through which the magnetic flux flows from the tip of the magnetic member 6 to the magnetic member 6 and the permanent magnet 5 through the rotor 271 side is not formed (excluding leakage of the magnetic flux to the air), so that the current increases. If a reverse magnetic field acts on the permanent magnet 5, demagnetization of the permanent magnet 5 cannot be suppressed.
5. Others (1) Permanent magnet When a magnet made of a material having a low energy product is used, the permanent magnet has a characteristic of being easily demagnetized when a large current is passed through the winding in order to generate a high torque. This will be described with reference to the result of magnetic field analysis shown in FIG.

図６の（ａ）は、図１９に示す電動機２５１において、永久磁石２５４として希土類磁石２５４Ａ（エネルギー積：３５０[ｋＪ／ｍ3]）を用いて巻線２５６に通電してトルクを発生させた場合の電動機２５１Ａの内部の磁束の様子を示し、図６の（ｂ）は、永久磁石２５４として、フェライト磁石２５４Ｂ（エネルギー積：４２[ｋＪ／ｍ3]）を用いて巻線２５６に通電してトルクを発生させた場合の電動機２５１Ｂ内部の磁束の様子を示す。なお、電動機２５１Ａと電動機２５１Ｂとは、永久磁石２５４の種類が異なり、永久磁石の符号に付されたアルファベットをそのまま電動機の符号の末尾に付している。 FIG. 6A shows the electric motor 251 shown in FIG. 19 in which the winding 256 is energized using the rare earth magnet 254A (energy product: 350 [kJ / m 3 ]) as the permanent magnet 254 to generate torque. 6B shows the state of the magnetic flux inside the electric motor 251A, and FIG. 6B shows the case where the winding 256 is energized using a ferrite magnet 254B (energy product: 42 [kJ / m 3 ]) as the permanent magnet 254. The state of the magnetic flux inside the electric motor 251B when torque is generated is shown. The electric motor 251A and the electric motor 251B are different in the type of the permanent magnet 254, and the alphabet attached to the reference of the permanent magnet is added to the end of the reference of the electric motor as it is.

図６に示す状態において、例えば、永久磁石２５４Ａ２，２５４Ｂ２には、巻線２５６の通電で発生した磁界（図中の「Ａ１」である。）が加わっている。この巻線２５６の磁界は永久磁石２５４Ａ２，２５４Ｂ２の磁界と逆向きになる。
一方、例えば、永久磁石２５４Ａ４，２５４Ｂ４には、巻線２５６の通電で発生した磁界（図中の「Ａ２」である。）が加わっている。この巻線２５６の磁界は永久磁石２５４Ａ４，２５４Ｂ４の磁界と同じ向きになる。 In the state shown in FIG. 6, for example, a magnetic field ("A1" in the figure) generated by energization of the winding 256 is applied to the permanent magnets 254A2, 254B2. The magnetic field of the winding 256 is opposite to the magnetic field of the permanent magnets 254A2 and 254B2.
On the other hand, for example, a magnetic field ("A2" in the figure) generated by energization of the winding 256 is applied to the permanent magnets 254A4 and 254B4. The magnetic field of the winding 256 is in the same direction as the magnetic field of the permanent magnets 254A4 and 254B4.

永久磁石２５４Ａ２，２５４Ｂ２と、永久磁石２５４Ａ４、２５４Ｂ４を比べると、図６の（ａ）に示す希土類磁石２５４Ａを用いた電動機２５１Ａでは、逆向き磁界が加わった永久磁石の磁束線密度に大きな変化はない。これに対して、図６の（ｂ）に示すフェライト磁石を用いた電動機２５１Ｂでは、逆向き磁界が加わった永久磁石の磁束線密度が粗くなっていることがわかる。   Comparing the permanent magnets 254A2 and 254B2 with the permanent magnets 254A4 and 254B4, in the electric motor 251A using the rare earth magnet 254A shown in FIG. Absent. In contrast, in the electric motor 251B using the ferrite magnet shown in FIG. 6B, it can be seen that the magnetic flux line density of the permanent magnet to which the reverse magnetic field is applied is coarse.

つまり、図１９に示す構造の電動機２５１では、希土類磁石を用いた場合は希土類磁石の磁束に大きな変化がないが、フェライト磁石を用いた場合にはフェライト磁石に作用する逆磁界により減磁が発生してしまう。
従って、図１９に示す構造の電動機２５１では、希土類磁石に比べてエネルギー積の小さなフェライト磁石を用いて高トルクを出力するのは困難である。 That is, in the electric motor 251 having the structure shown in FIG. 19, there is no significant change in the magnetic flux of the rare earth magnet when the rare earth magnet is used, but demagnetization occurs due to the reverse magnetic field acting on the ferrite magnet when the ferrite magnet is used. Resulting in.
Therefore, in the electric motor 251 having the structure shown in FIG. 19, it is difficult to output a high torque using a ferrite magnet having a smaller energy product than a rare earth magnet.

しかしながら、本実施形態に係る電動機１では、エネルギー積が低い（４２[ｋＪ／ｍ3]）フェライト磁石を用いても、巻線９の通電による不可逆な減磁を防ぐことができ、小型で高トルクな電動機１を提供することができる。
換言すると、本実施形態に係る電動機は、エネルギー積が低い永久磁石を用いた場合に、減磁特性の抑制効果が高いと言える。
（２）その他
第１の実施形態では、ティース８ａ〜８ｆに集中巻の巻線９ａ〜９ｆを採用している。そのため固定子２の端面の巻線いわゆるコイルエンドの小型化を図ることができ、結果的に電動機１の小型化も図ることができる。巻線９ａ〜９ｆのコイルエンドは、電流を流してもトルクに寄与しない部分であり、通電時の巻線抵抗によるジュール損である銅損を低下することができ、高効率となる。 However, in the electric motor 1 according to the present embodiment, irreversible demagnetization due to energization of the winding 9 can be prevented even if a ferrite magnet having a low energy product (42 [kJ / m 3 ]) is used. A torque electric motor 1 can be provided.
In other words, it can be said that the electric motor according to the present embodiment has a high effect of suppressing demagnetization characteristics when a permanent magnet having a low energy product is used.
(2) Others In the first embodiment, concentrated windings 9a to 9f are employed for the teeth 8a to 8f. Therefore, it is possible to reduce the size of the windings on the end face of the stator 2, so-called coil ends, and consequently to reduce the size of the electric motor 1. The coil ends of the windings 9a to 9f are portions that do not contribute to torque even when a current flows, and can reduce copper loss, which is Joule loss due to winding resistance during energization, resulting in high efficiency.

巻線９ａ〜９ｆのそれぞれは、固定子２の周方向において隣り合う巻線９ａ〜９ｆと巻回方向が同じであり、永久磁石５ａ〜５ｆは、固定子２の周方向で隣り合う永久磁石５ａ〜５ｆと着磁方向が逆としている。
これにより、巻線９ａ〜９ｆの巻回が容易となり、巻線９ａ〜９ｆをしっかりと巻回することができ、ティース８ａ〜８ｆ間での巻線９ａ〜９ｆの重なりが少ない高占積巻線や巻線工数低減等により信頼性を向上させることができる。 The windings 9a to 9f have the same winding direction as the windings 9a to 9f adjacent in the circumferential direction of the stator 2, and the permanent magnets 5a to 5f are permanent magnets adjacent to each other in the circumferential direction of the stator 2. The magnetization direction is opposite to that of 5a to 5f.
As a result, the windings 9a to 9f can be easily wound, the windings 9a to 9f can be tightly wound, and the windings of the windings 9a to 9f between the teeth 8a to 8f are small. Reliability can be improved by reducing wire and winding man-hours.

また、第１の実施形態では、いわゆるアウターロータ型を採用している。そのため同じ体積で比較した場合、回転子３が固定子２の内周側に配置されたインナーロータ型に比べて、回転子３の径を大きくすることができる。したがって、第１の実施形態のような極数が７となるような奇数の電動機１でも、回転子３の第１突極部１３、第２突極部１４およびこれらの突極部１３，１４が存在しないヨーク部１２の差を磁気的に明確にでき、有効磁束の低下を防ぐことができる。
＜第２の実施形態＞
１．構成
第２の実施形態に係る電動機２１について、図７、図８を参照して以下に説明する。 In the first embodiment, a so-called outer rotor type is adopted. Therefore, when compared with the same volume, the diameter of the rotor 3 can be made larger than the inner rotor type in which the rotor 3 is disposed on the inner peripheral side of the stator 2. Therefore, even in an odd-numbered electric motor 1 having the number of poles of 7 as in the first embodiment, the first salient pole portion 13, the second salient pole portion 14 and the salient pole portions 13 and 14 of the rotor 3. Thus, the difference between the yoke portions 12 where no magnetic flux exists can be magnetically clarified, and the reduction of the effective magnetic flux can be prevented.
<Second Embodiment>
1. Configuration An electric motor 21 according to a second embodiment will be described below with reference to FIGS. 7 and 8.

図７は第２の実施形態に係る電動機２１の断面図であり、図８は回転子２２の詳細図である
電動機２１は、固定子２は第１の実施形態と同じであり、回転子２２のみが異なる。このため、固定子２については、第１の実施形態に係る固定子２と同じ符号を用い、固定子２を構成する各部についても、第１の実施形態と同じ符号を用い、これら各部の説明は省略する。 FIG. 7 is a cross-sectional view of the electric motor 21 according to the second embodiment, and FIG. 8 is a detailed view of the rotor 22. The electric motor 21 has the same stator 2 as that of the first embodiment, and the rotor 22. Only the difference. For this reason, the same reference numerals as those of the stator 2 according to the first embodiment are used for the stator 2, and the same reference numerals as those of the first embodiment are used for the respective parts constituting the stator 2. Is omitted.

回転子２２は、第１の実施形態と同様に、固定子２の外側に回転自在に配置されている。なお、第２の実施形態に係る電動機２１も、第１の実施形態と同様なアウターロータ型である。
回転子２２は、環状のヨーク部２３と、ヨーク部２３から固定子２側に突出する第１突極部２４と、ヨーク部１２における第１突極部２４よりも回転方向前方側に位置する部位から固定子２側に突出する第２突極部２５とを有する。 The rotor 22 is rotatably arranged outside the stator 2 as in the first embodiment. The electric motor 21 according to the second embodiment is also an outer rotor type similar to that of the first embodiment.
The rotor 22 is positioned on the front side in the rotational direction of the annular yoke portion 23, the first salient pole portion 24 projecting from the yoke portion 23 toward the stator 2, and the first salient pole portion 24 in the yoke portion 12. And a second salient pole portion 25 projecting from the portion to the stator 2 side.

ここでも、第２突極部２５は、第１突極部２４が対象の磁性部材６に対して回転方向に沿って重ならない状態では対象の磁性部材６に対して回転方向に沿って重なり、第１突極部２４が対象の磁性部材６に対して回転方向に沿って重なる状態では対象の磁性部材６に対して回転方向に沿って重ならないように設けられている。
また、第２突極部２５と対象の磁性部材６との半径方向の間隔は、第１突極部２４と対象の磁性部材６との半径方向の間隔よりも大きくなっている。 Here, the second salient pole portion 25 overlaps the target magnetic member 6 along the rotation direction in a state where the first salient pole portion 24 does not overlap the target magnetic member 6 along the rotation direction. In a state where the first salient pole portion 24 overlaps the target magnetic member 6 along the rotation direction, the first salient pole portion 24 is provided so as not to overlap the target magnetic member 6 along the rotation direction.
In addition, the radial interval between the second salient pole portion 25 and the target magnetic member 6 is larger than the radial interval between the first salient pole portion 24 and the target magnetic member 6.

回転子２２の材料は、第１の実施形態での回転子３と同じである。
第１突極部２４は、固定子２との磁気相互作用により、トルクを発生させるためのものである。第１突極部２４は、図７に示すように、ヨーク部２３の周方向に間隔をおいて複数個形成されている。ここでは、間隔は等間隔であり、合計で７個ある。第１突極部２４の個数は、永久磁石５ａ〜５ｆの個数や、磁性部材６，７等のピッチなどから決定される。 The material of the rotor 22 is the same as that of the rotor 3 in the first embodiment.
The first salient pole portion 24 is for generating torque by magnetic interaction with the stator 2. As shown in FIG. 7, a plurality of first salient pole portions 24 are formed at intervals in the circumferential direction of the yoke portion 23. Here, the intervals are equal, and there are seven in total. The number of the first salient pole portions 24 is determined from the number of permanent magnets 5a to 5f, the pitch of the magnetic members 6 and 7, and the like.

第２突極部２５は、第１突極部２４が固定子２（正確には、磁性部材６，７である。）に対して最大トルクを発する前に、対象の磁性部材６との間で磁路を確保するためのものである。
第２突極部２５は、図７に示すように、ヨーク部２３の周方向に間隔をおいて複数個形成されている。ここでは、間隔は等間隔であり、第１突極部２４の個数と同じ個数であり、合計で７個ある。 The second salient pole portion 25 is located between the first salient pole portion 24 and the target magnetic member 6 before the first salient pole portion 24 generates a maximum torque with respect to the stator 2 (more precisely, the magnetic members 6 and 7). In order to secure a magnetic path.
As shown in FIG. 7, a plurality of second salient pole portions 25 are formed at intervals in the circumferential direction of the yoke portion 23. Here, the intervals are equal intervals, the same number as the number of first salient pole portions 24, and there are a total of seven.

第２突極部２５の個数は、特に限定するものではないが、第１突極部２４と同じ個数が好ましく、周方向に隣接するすべての第１突極部２４間に存することが好ましい。
２．突出量および形成位置
第１突極部２４および第２突極部２５の突出量ならびに形成位置について、図８を参照して説明する。
（ａ）突出量
図８では、磁性部材６，７の外側端を最大外径とする円で示し、この円は固定子２の最外周と一致する。 The number of the second salient pole portions 25 is not particularly limited, but is preferably the same as that of the first salient pole portions 24 and preferably between all the first salient pole portions 24 adjacent in the circumferential direction.
2. Protrusion Amount and Formation Position The protrusion amount and formation position of the first salient pole portion 24 and the second salient pole portion 25 will be described with reference to FIG.
(A) Protrusion Amount In FIG. 8, the outer ends of the magnetic members 6 and 7 are indicated by a circle having the maximum outer diameter, and this circle coincides with the outermost periphery of the stator 2.

第１突極部２４の突出先端（固定子２側の端である。）の内径と、固定子２の最外周（磁性部材６，７）の外径との差をエアギャップ寸法２Ｇ１とし、第２突極部２５の突出先端（固定子２側の端である。）の内径と、固定子２の最外周（磁性部材６，７）の外径との差をエアギャップ寸法２Ｇ２とし、第１突極部２４および第２突極部２５が存しないヨーク部２３の内径と、固定子２の最外周（磁性部材６，７）の外径との差をエアギャップ寸法２Ｇ３とすると、第１の実施形態と同様に、２Ｇ１ ＜ ２Ｇ２ ＜ ２Ｇ３ の関係がある。   The difference between the inner diameter of the projecting tip of the first salient pole portion 24 (the end on the stator 2 side) and the outer diameter of the outermost periphery (magnetic members 6 and 7) of the stator 2 is defined as an air gap dimension 2G1. The difference between the inner diameter of the projecting tip of the second salient pole portion 25 (the end on the stator 2 side) and the outer diameter of the outermost periphery (magnetic members 6 and 7) of the stator 2 is defined as an air gap dimension 2G2. When the difference between the inner diameter of the yoke portion 23 where the first salient pole portion 24 and the second salient pole portion 25 do not exist and the outer diameter of the outermost periphery (magnetic members 6 and 7) of the stator 2 is an air gap dimension 2G3, Similar to the first embodiment, there is a relationship of 2G1 <2G2 <2G3.

なお、エアギャップ寸法２Ｇ１は第１突極部２４と対象の磁性部材６との半径方向の間隔に相当し、エアギャップ寸法２Ｇ２は第２突極部２５と対象の磁性部材６との半径方向の間隔に相当する。
各エアギャップ寸法の大小関係については、第１の実施形態と同じであるため、ここでの説明は省略する。
（ｂ）形成位置
第１突極部２４と第２突極部２５との形成位置は、第１突極部２４が対象の磁性部材６と対向する領域を有しない状態では、第２突極部２５は対象の磁性部材６と対向する領域を有し、第１突極部２４が対象の磁性部材６と対向する領域を有する状態では、第２突極部２５が対象の磁性部材６と対向する領域を有しないように設定されている。 The air gap dimension 2G1 corresponds to the radial distance between the first salient pole portion 24 and the target magnetic member 6, and the air gap dimension 2G2 is the radial direction between the second salient pole portion 25 and the target magnetic member 6. It corresponds to the interval.
Since the size relationship between the air gap dimensions is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted here.
(B) Formation position The formation position of the 1st salient pole part 24 and the 2nd salient pole part 25 is a 2nd salient pole in the state where the 1st salient pole part 24 does not have the area | region which opposes the magnetic member 6 of object. The portion 25 has a region facing the target magnetic member 6, and in a state where the first salient pole portion 24 has a region facing the target magnetic member 6, the second salient pole portion 25 is in contact with the target magnetic member 6. It is set so as not to have opposing areas.

第２突極部２５は、ヨーク部２３の周方向に隣接する２つの第１突極部２４間の中間よりも回転方向前方側に設けられている。つまり、周方向に隣接する２つの第１突極部２４に対して、第２突極部２５と反回転方向側の第１突極部２４との間の角度２Ｘが、第２突極部２５と回転方向側の第１突極部２４との間の角度２Ｙよりも大きくなっている。
なお、角度２Ｘは、回転方向側の第１突極部２４の周方向の中央と回転中心軸Ｏとを結ぶ仮想線２Ｋ１と、第２突極部２５の周方向の中央と回転中心軸Ｏとを結ぶ仮想線２Ｋ２との間の角度である。角度２Ｙは、反回転方向の第１突極部２４の周方向の中央と回転中心軸Ｏとを結ぶ仮想線２Ｋ３と仮想線２Ｋ２との間の角度である。
３．実施例
本第２の実施形態に係る一例である実施例について説明する。 The second salient pole portion 25 is provided on the front side in the rotational direction from the middle between the two first salient pole portions 24 adjacent in the circumferential direction of the yoke portion 23. That is, with respect to the two first salient pole portions 24 adjacent in the circumferential direction, the angle 2X between the second salient pole portion 25 and the first salient pole portion 24 on the counter-rotating direction side is the second salient pole portion. It is larger than the angle 2Y between 25 and the first salient pole portion 24 on the rotation direction side.
Note that the angle 2X is defined by a virtual line 2K1 connecting the circumferential center of the first salient pole portion 24 on the rotational direction side and the rotational center axis O, and the circumferential center of the second salient pole portion 25 and the rotational center axis O. And an imaginary line 2K2 connecting the two. The angle 2Y is an angle between an imaginary line 2K3 and an imaginary line 2K2 connecting the center in the circumferential direction of the first salient pole portion 24 in the counter-rotating direction and the rotation center axis O.
3. Example An example as an example according to the second embodiment will be described.

固定子２２は、第１の実施形態で説明した固定子２と同じ構成あり、実施例においても第１の実施形態で説明した固定子２の実施例と同じである。このため、第２の実施形態における固定子２２の実施例の説明は省略する。
回転子２２と固定子２との間のエアギャップ寸法については、エアギャップ２Ｇ１は０．５［ｍｍ］であり、エアギャップ２Ｇ２は１．７［ｍｍ］であり、エアギャップ２Ｇ３は５．５［ｍｍ］である。 The stator 22 has the same configuration as the stator 2 described in the first embodiment, and the example is the same as the example of the stator 2 described in the first embodiment. For this reason, description of the Example of the stator 22 in 2nd Embodiment is abbreviate | omitted.
Regarding the air gap dimension between the rotor 22 and the stator 2, the air gap 2G1 is 0.5 [mm], the air gap 2G2 is 1.7 [mm], and the air gap 2G3 is 5.5. [Mm].

第１突極部２４と第２突極部２５はそれぞれ７個ある。隣接する第１突極部２４間の角度および隣接する第２突極部２５の角度は約５１．４［ｄｅｇ］（３６０／７）である。
第１突極部２４に対して回転方向側に存する第２突極部２５との配置については、第２突極部２５と反回転方向側の第１突極部２４との間の角度２Ｘが約３１［ｄｅｇ］であり、第２突極部２５と回転方向側の第１突極部２４との間の角度２Ｙが約２０．４［ｄｅｇ］である。
４．減磁特性
図９は、第２の実施形態の電動機について通電における同等トルク時の永久磁石の磁束密度の変化を示した図である。 There are seven first salient pole portions 24 and seven second salient pole portions 25 respectively. The angle between the adjacent first salient pole portions 24 and the angle of the adjacent second salient pole portion 25 are approximately 51.4 [deg] (360/7).
Regarding the arrangement of the second salient pole part 25 existing on the rotation direction side with respect to the first salient pole part 24, the angle 2X between the second salient pole part 25 and the first salient pole part 24 on the counter-rotation direction side is 2X. Is about 31 [deg], and the angle 2Y between the second salient pole portion 25 and the first salient pole portion 24 on the rotation direction side is about 20.4 [deg].
4). Demagnetization Characteristics FIG. 9 is a diagram showing a change in the magnetic flux density of the permanent magnet at the same torque during energization of the electric motor of the second embodiment.

同図において、縦軸は磁束密度、横軸は電気角とし、実線で磁束密度の最小値の変化を、破線で磁束密度の最小値の平均値を示す。
第２の実施形態では、図９に示す通り、磁束密度の最小値が０．３０［Ｔ］であり、最小値の平均値が０．４２［Ｔ］である。これに対し、第２突極部（２５）を有しない従来例では、図４の（ｂ）に示す通り、磁束密度の最小値が０．２８［Ｔ］、最小値の平均値が０．３８［Ｔ］である。 In the figure, the vertical axis represents the magnetic flux density, the horizontal axis represents the electrical angle, the solid line represents the change in the minimum value of the magnetic flux density, and the broken line represents the average value of the minimum value of the magnetic flux density.
In the second embodiment, as shown in FIG. 9, the minimum value of the magnetic flux density is 0.30 [T], and the average value of the minimum values is 0.42 [T]. On the other hand, in the conventional example having no second salient pole part (25), as shown in FIG. 4B, the minimum value of the magnetic flux density is 0.28 [T], and the average value of the minimum values is 0. 38 [T].

第２の実施形態においても、永久磁石（５）の磁束密度の平均値、最小値とも、比較例よりも高く、また、第１の実施形態に対しても若干高く、減磁に対して余裕（耐減磁性）があることがわかる。従って、第２突極部１４は主に磁路を確保し永久磁石５ａ〜５ｆの逆磁界に対する耐減磁性の確保に寄与していると言える。
＜第３の実施形態＞
第３の実施形態では、第１の実施形態に係る電動機１を利用した電動機駆動システムについて説明する。 Also in the second embodiment, both the average value and the minimum value of the magnetic flux density of the permanent magnet (5) are higher than those of the comparative example, and are also slightly higher than those of the first embodiment. It can be seen that there is (anti-magnetism resistance). Therefore, it can be said that the second salient pole portion 14 mainly secures a magnetic path and contributes to ensuring demagnetization resistance against the reverse magnetic field of the permanent magnets 5a to 5f.
<Third Embodiment>
In the third embodiment, an electric motor drive system using the electric motor 1 according to the first embodiment will be described.

第１の実施形態および第２の実施形態に係る電動機１，２１では、永久磁石５ａ〜５ｆのＮ極から出た磁束をできるだけ多く回転子３，２２側に向かわせることができる構成とした。発明者は、駆動方法の観点から更なるトルクの向上について検討を進めることとした。その結果、通常、マグネットトルクを用いた電動機では、巻線に発生する誘起電圧の位相と電流の位相を一致させるとトルクが最大となるのに対して、本電動機のトルク特性は誘起電圧の位相よりも電流位相を遅らせたほうが、トルクが最大となることがわかった。   In the electric motors 1 and 21 according to the first embodiment and the second embodiment, it is configured that the magnetic flux emitted from the N poles of the permanent magnets 5a to 5f can be directed to the rotors 3 and 22 as much as possible. The inventor decided to proceed with studies on further torque improvement from the viewpoint of the driving method. As a result, in an electric motor using magnet torque, the torque is usually maximized when the phase of the induced voltage generated in the winding is matched with the phase of the current, whereas the torque characteristic of the electric motor is the phase of the induced voltage. It was found that the torque was maximized when the current phase was delayed.

以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１０は、第３の実施形態に係る電動機駆動システムの構成図である。
１．構成
電動機駆動システム３０は、電動機３２と駆動装置３３とで構成される。
電動機３２は、第１の実施形態で説明した電動機１に位置センサＳを設けたものである。位置センサＳは、例えば、レゾルバ、エンコーダ、ホール素子などである。なお、センサレス制御を行う場合は、位置センサＳは不要である。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 10 is a configuration diagram of an electric motor drive system according to the third embodiment.
1. Configuration The electric motor drive system 30 includes an electric motor 32 and a drive device 33.
The electric motor 32 is obtained by providing a position sensor S to the electric motor 1 described in the first embodiment. The position sensor S is, for example, a resolver, an encoder, a hall element, or the like. In addition, when performing sensorless control, the position sensor S is unnecessary.

駆動装置３３は、３相インバータであり、直流電源３１の直流電流を３相電流に変換して電動機３２に供給する。具体的には、駆動装置３３は、スイッチ素子Ｔ１〜Ｔ６、電流検出部３４、位置検出部３５、速度検出部３６、ＰＷＭ制御部３７、ドライバ３８を含む。スイッチ素子Ｔ１〜Ｔ６は３相ブリッジを構成している。
電流検出部３４は、Ｕ相配線とＷ相配線にそれぞれ設けられたカレントトランスＣＴを用いてＵ相、Ｖ相およびＷ相の電流を検出する。位置検出部３５は位置センサＳを用いて、電動機３２の回転子の固定子に対する位置関係（回転角）を検出する。速度検出部３６は、位置センサＳを用いて電動機３２の回転子の固定子に対する回転速度を検出する。ＰＷＭ制御部３７は、外部からの速度指令、電流検出値、位置検出値および速度検出値に基づいてＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号を生成する。ドライバ３８は、ＰＷＭ信号に基づいてスイッチ素子Ｔ１〜Ｔ６を動作させるためのゲート信号を生成する。電流検出部３４、位置検出部３５、速度検出部３６およびＰＷＭ制御部３７の機能は、ハードウェアで実現されてもよいし、ソフトウェアで実現されてもよい。ソフトウェアの場合は、マイコン（マイクロコンピュータ）がソフトウェアを実行することで上記機能を実現する。
２．駆動方法
図１１は、電動機３２の無通電回転時における誘起電圧を示す波形図である。縦軸に相電圧、横軸に電気角を示す。Ｕ相電圧を実線、Ｖ相電圧を一点鎖線、Ｗ相電圧を二点鎖線で示す。 The drive device 33 is a three-phase inverter, converts the direct current of the direct-current power supply 31 into a three-phase current and supplies it to the motor 32. Specifically, the drive device 33 includes switch elements T1 to T6, a current detection unit 34, a position detection unit 35, a speed detection unit 36, a PWM control unit 37, and a driver 38. The switch elements T1 to T6 constitute a three-phase bridge.
The current detector 34 detects U-phase, V-phase, and W-phase currents using current transformers CT provided in the U-phase wiring and the W-phase wiring, respectively. The position detector 35 uses the position sensor S to detect the positional relationship (rotation angle) of the rotor of the electric motor 32 with respect to the stator. The speed detector 36 uses the position sensor S to detect the rotational speed of the rotor of the motor 32 relative to the stator. The PWM control unit 37 generates a PWM (Pulse Width Modulation) signal based on an external speed command, a current detection value, a position detection value, and a speed detection value. The driver 38 generates a gate signal for operating the switch elements T1 to T6 based on the PWM signal. The functions of the current detection unit 34, the position detection unit 35, the speed detection unit 36, and the PWM control unit 37 may be realized by hardware or software. In the case of software, the microcomputer (microcomputer) executes the software to realize the above functions.
2. Driving Method FIG. 11 is a waveform diagram showing an induced voltage during non-energized rotation of the electric motor 32. The vertical axis represents the phase voltage, and the horizontal axis represents the electrical angle. The U-phase voltage is indicated by a solid line, the V-phase voltage is indicated by a one-dot chain line, and the W-phase voltage is indicated by a two-dot chain line.

図１２は、駆動装置３３から電動機３２に供給する電流を示す波形図である。縦軸に相電流、横軸に電気角を示す。Ｕ相電流を実線、Ｖ相電流を一点鎖線、Ｗ相電流を二点鎖線で示す。
第３の実施形態では、図１２に示すように、無通電回転時の誘起電圧の位相を基準としたとき、電動機３２に供給する電流の位相を基準の位相に対して４０［ｄｅｇ］遅らせた（−４０ｄｅｇ）電流を供給する。 FIG. 12 is a waveform diagram showing a current supplied from the driving device 33 to the electric motor 32. The vertical axis represents the phase current, and the horizontal axis represents the electrical angle. The U-phase current is indicated by a solid line, the V-phase current is indicated by a one-dot chain line, and the W-phase current is indicated by a two-dot chain line.
In the third embodiment, as shown in FIG. 12, the phase of the current supplied to the motor 32 is delayed by 40 [deg] with respect to the reference phase when the phase of the induced voltage during non-energized rotation is used as a reference. (-40 deg) current is supplied.

図１３は、駆動装置３３の動作、特にＰＷＭ制御部３７の動作を示すフローチャートである。
ＰＷＭ制御部３７は、図１２の波形図に相当するテーブルを予め記憶しているものとする。ＰＷＭ制御部３７は、外部から速度指令値を取得し（ステップＳ１０１）、速度検出部３６から速度検出値を取得し（ステップＳ１０２）、これらを用いて電動機３２に供給すべき電流の実効値を算出する（ステップＳ１０３）。 FIG. 13 is a flowchart showing the operation of the driving device 33, particularly the operation of the PWM control unit 37.
It is assumed that the PWM control unit 37 stores a table corresponding to the waveform diagram of FIG. The PWM control unit 37 acquires a speed command value from the outside (step S101), acquires a speed detection value from the speed detection unit 36 (step S102), and uses these to determine the effective value of the current to be supplied to the motor 32. Calculate (step S103).

次に、ＰＷＭ制御部３７は、位置検出部３５から位置検出値を取得し（ステップＳ１０４）、予め記憶しているテーブル（４０［ｄｅｇ］遅れ）を参照して、電動機３２に供給すべき電流の指令値を特定する（ステップＳ１０５）。この指令値は、実効値ではなく瞬時値である。
次に、ＰＷＭ制御部３７は、電流検出部３４から電流検出値を取得し（ステップＳ１０６）、電流の指令値と電流検出値を用いて電圧指令値を求め、電圧指令値とキャリア信号を用いてＰＷＭ信号を生成する（ステップＳ１０７）。生成されたＰＷＭ信号は、ドライバ３８に供給される。 Next, the PWM control unit 37 acquires a position detection value from the position detection unit 35 (step S104), refers to a prestored table (40 [deg] delay), and supplies a current to be supplied to the motor 32. Is specified (step S105). This command value is not an effective value but an instantaneous value.
Next, the PWM control unit 37 acquires a current detection value from the current detection unit 34 (step S106), obtains a voltage command value using the current command value and the current detection value, and uses the voltage command value and the carrier signal. The PWM signal is generated (step S107). The generated PWM signal is supplied to the driver 38.

ＰＷＭ制御部３７は、電源がオフされなければ（ステップＳ１０８：Ｎｏ）、一定期間が経過するのを待ってステップＳ１０１からＳ１０７までの処理を繰り返す（ステップＳ１０９：Ｙｅｓ）。ＰＷＭ制御部３７は、電源がオフされれば（ステップＳ１０８：Ｙｅｓ）、処理を終了する。
このような動作により、駆動装置３３は、図１２の波形図に相当する電流を電動機３２に供給することができる。
３．トルク特性
図１４は、電動機３２のトルクと電流位相の関係を示した図であり、（ａ）は永久磁石にフェライト磁石を用いた場合、（ｂ）は永久磁石に希土類磁石を用いた場合である。（ａ）、（ｂ）共に縦軸にトルク、横軸に電流位相を示す。 If the power is not turned off (step S108: No), the PWM control unit 37 waits for a certain period to elapse and repeats the processing from steps S101 to S107 (step S109: Yes). If the power is turned off (step S108: Yes), the PWM control unit 37 ends the process.
By such an operation, the drive device 33 can supply the electric current corresponding to the waveform diagram of FIG.
3. FIG. 14 is a diagram showing the relationship between torque and current phase of the electric motor 32, where (a) shows a case where a ferrite magnet is used as a permanent magnet, and (b) shows a case where a rare earth magnet is used as a permanent magnet. is there. Both (a) and (b) show the torque on the vertical axis and the current phase on the horizontal axis.

ここで、電流位相は、電動機の無通電回転時における誘起電圧の位相を基準としている。つまり電流位相が０［ｄｅｇ］というのは、無通電回転時における誘起電圧の位相と電流位相を一致させた場合を示す。そして、電流位相がマイナスに大きくなるほど、電流位相の遅延量が大きくなることを示す。
（１）フェライト磁石
図１４の（ａ）に示すように、フェライト磁石を用いた電動機において電流振幅を変えずに電流位相を変えた場合、電流位相を誘起電圧の位相よりも遅らせるとトルクが向上する。具体的には、電流位相を−０（０は含まない）［ｄｅｇ］〜−５０（−５０は含む）［ｄｅｇ］とすればよい。そして、例えば、電流位相を−４０［ｄｅｇ］とすれば、最大トルクが得られ、電流位相０［ｄｅｇ］の場合に比べてトルクが１７０［％］に増加する。 Here, the current phase is based on the phase of the induced voltage when the motor is not energized. That is, the current phase of 0 [deg] indicates a case where the phase of the induced voltage and the current phase coincide with each other during non-energized rotation. And it shows that the amount of delay of the current phase increases as the current phase becomes negative.
(1) Ferrite magnet As shown in FIG. 14A, when the current phase is changed without changing the current amplitude in an electric motor using a ferrite magnet, the torque is improved by delaying the current phase from the phase of the induced voltage. To do. Specifically, the current phase may be set to −0 (0 is not included) [deg] to −50 (−50 is included) [deg]. For example, when the current phase is set to −40 [deg], the maximum torque is obtained, and the torque is increased to 170 [%] as compared with the case of the current phase 0 [deg].

マグネットトルクは、電流（ｑ軸電流）と磁束の積に比例する。そのため、マグネットトルクを高めるには、電流と磁束を高めることが有効である。第３の本実施形態の電動機３２には、希土類磁石に比べて残留磁束密度の小さいフェライト磁石を用いている。したがって、フェライト磁石の磁束による界磁を強めるために、電流位相を誘起電圧の位相よりも遅らせることにより、トルクに作用する電流（ｑ軸電流）に対して位相が９０［ｄｅｇ］遅れた強め界磁電流（ｄ軸電流）を流すことが有効である。   Magnet torque is proportional to the product of current (q-axis current) and magnetic flux. Therefore, it is effective to increase the current and the magnetic flux in order to increase the magnet torque. For the electric motor 32 of the third embodiment, a ferrite magnet having a smaller residual magnetic flux density than a rare earth magnet is used. Therefore, in order to strengthen the magnetic field due to the magnetic flux of the ferrite magnet, by delaying the current phase from the phase of the induced voltage, the strong field whose phase is delayed by 90 [deg] with respect to the current (q-axis current) acting on the torque. It is effective to flow a magnetic current (d-axis current).

第３の実施形態の電動機３２は、エネルギー積が小さく（概ね、１５０［ｋＪ／ｍ3］以下）、残留磁束密度の小さいフェライト磁石を用いることで永久磁石界磁に巻線界磁を合成できる構造としている。そのため、電動機３２に流す電流位相を遅らせ強め界磁を行うことでトルクを向上させることができる。
具体的には、第３の実施形態では、図１２に示すように、電流位相を−４０［ｄｅｇ］としている。したがって、このときは、永久磁石としてフェライト磁石を用いた場合の最大トルクを得ることができる。なお、上記の通り、電流位相を−０（０は含まない）［ｄｅｇ］〜−５０［ｄｅｇ］とすれば、電流位相０［ｄｅｇ］トルクを向上させることができる（図１４参照）ので、この範囲内の特定の電流位相で駆動することとしてもよい。
（２）希土類磁石
図１４の（ｂ）に示すように、希土類磁石を用いた電動機において電流振幅を変えずに電流位相を変えた場合、電流位相を誘起電圧の位相よりも遅らせるとトルクが向上する。具体的には、電流位相を−０（０は含まない）［ｄｅｇ］〜−２０（−２０は含まない）［ｄｅｇ］とすればよい。そして、例えば、電流位相を−１０［ｄｅｇ］とすれば、最大トルクが得られ、電流位相０［ｄｅｇ］の場合に比べてトルクが１０２［％］に増加する。
４．減磁特性
上記のように巻線に供給する電流の位相を遅らせることでトルクが向上する。従って、従来例と同等のトルクを発生させる場合には、供給する電流を小さくすることができ、結果的に耐減磁性を向上させることができる。 The electric motor 32 of the third embodiment has a small energy product (generally 150 [kJ / m 3 ] or less) and can synthesize a winding field with a permanent magnet field by using a ferrite magnet with a small residual magnetic flux density. It has a structure. Therefore, the torque can be improved by delaying the phase of the current flowing through the electric motor 32 and performing a strong field.
Specifically, in the third embodiment, as shown in FIG. 12, the current phase is set to −40 [deg]. Accordingly, at this time, the maximum torque when a ferrite magnet is used as the permanent magnet can be obtained. Note that, as described above, if the current phase is −0 (0 is not included) [deg] to −50 [deg], the current phase 0 [deg] torque can be improved (see FIG. 14). It is good also as driving by the specific electric current phase in this range.
(2) Rare earth magnet As shown in FIG. 14B, when the current phase is changed without changing the current amplitude in the electric motor using the rare earth magnet, the torque is improved by delaying the current phase from the phase of the induced voltage. To do. Specifically, the current phase may be set to −0 (0 is not included) [deg] to −20 (−20 is not included) [deg]. For example, when the current phase is set to −10 [deg], the maximum torque is obtained, and the torque is increased to 102 [%] compared to the case of the current phase 0 [deg].
4). Demagnetization characteristics Torque is improved by delaying the phase of the current supplied to the winding as described above. Therefore, when a torque equivalent to that in the conventional example is generated, the supplied current can be reduced, and as a result, the anti-magnetization resistance can be improved.

＜第４の実施形態＞
第３の実施形態では、電流位相の遅延量が固定的（例えば、−４０［ｄｅｇ］である。）である。これに対し、第４の実施形態では、電動機に供給する電流の大きさに応じて電流位相の遅延量を変化させる。これ以外の構成については第３の実施形態と同様なので説明を省略する。
１．駆動方法
図１５は、駆動装置３３から電動機３２に供給する電流を示す波形図であり、（ａ）は電流位相が−１５［ｄｅｇ］、（ｂ）は電流位相が−２０［ｄｅｇ］、（ｃ）は電流位相が−４０［ｄｅｇ］である。縦軸に相電流、横軸に電気角を示す。Ｕ相電流を実線、Ｖ相電流を一点鎖線、Ｗ相電流を二点鎖線で示す。 <Fourth Embodiment>
In the third embodiment, the delay amount of the current phase is fixed (for example, −40 [deg]). On the other hand, in the fourth embodiment, the delay amount of the current phase is changed according to the magnitude of the current supplied to the electric motor. Since the other configuration is the same as that of the third embodiment, the description thereof is omitted.
1. FIG. 15 is a waveform diagram showing the current supplied from the driving device 33 to the electric motor 32. FIG. 15A shows a current phase of −15 [deg], FIG. 15B shows a current phase of −20 [deg], ( c) has a current phase of −40 [deg]. The vertical axis represents the phase current, and the horizontal axis represents the electrical angle. The U-phase current is indicated by a solid line, the V-phase current is indicated by a one-dot chain line, and the W-phase current is indicated by a two-dot chain line.

図１６は、駆動装置３３の動作、特にＰＷＭ制御部３７の動作を示すフローチャートである。ＰＷＭ制御部３７は、図１５（ａ），（ｂ），（ｃ）の波形図に相当する３種類のテーブルを予め記憶しているものとする。
ＰＷＭ制御部３７は、外部から速度指令値を取得し（ステップＳ３０１）、速度検出部３６から速度検出値を取得し（ステップＳ３０２）、これらを用いて電動機３２に供給すべき電流の実効値を算出する（ステップＳ３０３）。次に、ＰＷＭ制御部３７は、算出された電流の実効値に応じて予め記憶している３種類のテーブルのうちの一つを選択する（ステップＳ３０４）。 FIG. 16 is a flowchart showing the operation of the drive device 33, particularly the operation of the PWM control unit 37. It is assumed that the PWM control unit 37 stores in advance three types of tables corresponding to the waveform diagrams of FIGS. 15 (a), (b), and (c).
The PWM control unit 37 acquires a speed command value from the outside (step S301), acquires a speed detection value from the speed detection unit 36 (step S302), and uses these to determine the effective value of the current to be supplied to the motor 32. Calculate (step S303). Next, the PWM control unit 37 selects one of the three types of tables stored in advance according to the calculated effective value of the current (step S304).

選択方法としては、例えば、電流の実効値が第１の範囲であれば、図１５（ａ）に相当するテーブルを選択し、電流の実効値が第１の範囲よりも大きな第２の範囲であれば、図１５（ｂ）に相当するテーブルを選択し、電流の実効値が第２の範囲よりも大きな第３の範囲であれば、図１５（ｃ）に相当するテーブルを選択する。即ち、電流の実効値が大きいほど電流位相の遅延量が大きなテーブルが選択される。   As a selection method, for example, if the effective value of the current is in the first range, a table corresponding to FIG. 15A is selected, and the effective value of the current is in the second range that is larger than the first range. If there is, the table corresponding to FIG. 15B is selected, and if the effective value of the current is the third range larger than the second range, the table corresponding to FIG. 15C is selected. That is, a table with a larger delay amount of the current phase is selected as the effective value of the current is larger.

次に、ＰＷＭ制御部３７は、位置検出部３５から位置検出値を取得し（ステップＳ３０５）、選択されたテーブルを参照して、電動機３２に供給すべき電流の指令値を特定する（ステップＳ３０６）。この指令値は、実効値ではなく瞬時値である。次に、ＰＷＭ制御部３７は、電流検出部３４から電流検出値を取得し（ステップＳ３０７）、電流の指令値と電流検出値を用いて電圧指令値を求め、電圧指令値とキャリア信号を用いてＰＷＭ信号を生成する（ステップＳ３０８）。生成されたＰＷＭ信号は、ドライバ３８に供給される。ＰＷＭ制御部３７は、電源がオフされなければ（ステップＳ３０９：Ｎｏ）、一定期間が経過するのを待ってステップＳ３０１からＳ３０８までの処理を繰り返す（ステップＳ３１０：Ｙｅｓ）。ＰＷＭ制御部３７は、電源がオフされれば（ステップＳ３０９：Ｙｅｓ）、処理を終了する。   Next, the PWM control unit 37 acquires the position detection value from the position detection unit 35 (step S305), and refers to the selected table to specify the command value of the current to be supplied to the motor 32 (step S306). ). This command value is not an effective value but an instantaneous value. Next, the PWM control unit 37 acquires a current detection value from the current detection unit 34 (step S307), obtains a voltage command value using the current command value and the current detection value, and uses the voltage command value and the carrier signal. The PWM signal is generated (step S308). The generated PWM signal is supplied to the driver 38. If the power is not turned off (step S309: No), the PWM control unit 37 waits for a certain period to elapse and repeats the processing from step S301 to S308 (step S310: Yes). If the power is turned off (step S309: Yes), the PWM control unit 37 ends the process.

このような動作により、駆動装置３３は、供給する電流に対応させて、図１５（ａ），（ｂ），（ｃ）の波形図に相当する、位相の遅れた電流を選択的に電動機３２に供給することができる。
２．トルク特性
図１７は、電動機のトルクと電流位相の関係を示した図である。ここでは、永久磁石にフェライト磁石を用いた場合を示す。実線は電流が大きい場合のトルク特性を示し、破線は電流が小さい場合のトルク特性を示す。なお、実線は破線に比べて電流の大きさが３倍に相当する。 By such an operation, the driving device 33 selectively selects a current with a phase lag corresponding to the waveform diagram of FIGS. 15A, 15B, and 15C corresponding to the supplied current. Can be supplied to.
2. Torque Characteristics FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the motor torque and the current phase. Here, the case where a ferrite magnet is used for the permanent magnet is shown. The solid line shows the torque characteristic when the current is large, and the broken line shows the torque characteristic when the current is small. Note that the solid line corresponds to three times the magnitude of the current compared to the broken line.

図１７から電流振幅を変えずに電流位相を変えた場合、電流位相を誘起電圧の位相よりも遅らせるとトルクが向上することが分かる。
さらに、実線では電流位相が−４０［ｄｅｇ］で最大トルクが得られ、破線では電流位相が−２０［ｄｅｇ］で最大トルクが得られることが分かる。即ち、電流が大きくなるほど、最大トルクが得られる電流位相の遅延量が大きくなる。 It can be seen from FIG. 17 that when the current phase is changed without changing the current amplitude, the torque is improved by delaying the current phase with respect to the phase of the induced voltage.
Furthermore, it can be seen that the maximum torque is obtained when the current phase is −40 [deg] in the solid line, and the maximum torque is obtained when the current phase is −20 [deg] in the broken line. That is, as the current increases, the amount of delay in the current phase at which the maximum torque can be obtained increases.

第４の実施形態では供給する電流が大きいほど電流位相の遅延量を大きくするので、電流の大きさが変化しても効率良くトルクを発生させることができる。第４の実施形態は、例えば、回転速度や負荷が時間的に変動しやすいシステムに適用するのが有効である。このようなシステムとしては、電気自動車等が挙げられる。
＜変形例＞
１．第２突極部
（１）形状
第１の実施形態、第２の実施形態において、回転子の第１突極部、第２の突極極ともに矩形の形状の例で説明した。回転子の第１突極部は主にトルク発生に寄与し、第２突極部は主に磁路を確保し永久磁石の逆磁界に対する耐減磁性の確保に寄与するので、第２突極部は矩形でなくても磁路を確保する形状であればよい。 In the fourth embodiment, the larger the current to be supplied, the larger the delay amount of the current phase, so that torque can be generated efficiently even if the current magnitude changes. For example, it is effective to apply the fourth embodiment to a system in which the rotation speed and the load tend to fluctuate with time. An example of such a system is an electric vehicle.
<Modification>
1. Second Salient Pole (1) Shape In the first and second embodiments, the first salient pole and the second salient pole of the rotor have been described as examples of a rectangular shape. The first salient pole part of the rotor mainly contributes to torque generation, and the second salient pole part mainly contributes to securing the demagnetization resistance against the reverse magnetic field of the permanent magnet by securing the magnetic path. The portion may be a shape that secures a magnetic path even if it is not rectangular.

図１８は第２突極部の形状の変形例を示す図である。
同図においては、各回転子４１，５１，６１，７１の第１突極部４３，５３，６３，７３は、ヨーク部４２，５２，６２，７２から第１の実施形態と同様に、矩形状の横断面を有するように突出している。また、回転子４１，５１，６１，７１の回転方向を反時計方向とし、同図では、回転子を回転軸方向から見た様子を示している。 FIG. 18 is a view showing a modification of the shape of the second salient pole part.
In the figure, the first salient pole parts 43, 53, 63, 73 of the rotors 41, 51, 61, 71 are rectangular from the yoke parts 42, 52, 62, 72 in the same manner as in the first embodiment. Projecting to have a cross-section in shape. Further, the rotation direction of the rotors 41, 51, 61, 71 is set to be counterclockwise, and the figure shows a state in which the rotor is viewed from the rotation axis direction.

図１８の（ａ）の例では、回転子４１の第２突極部４４の反回転方向側の部分は、矩形形状の１つの角と同様な形状（つまり、直角形状）をしているが、第２突極部４４の回転方向側に相当する部分が傾斜状（Ｃタイプの面取りされた形状）となっており、全体として台形形状で突出している。
図１８の（ｂ）の例では、回転子５１の第２突極部５４の回転方向側の部分は、矩形形状の１つの角と同様な形状（つまり、直角形状）を有しているが、第２突極部５４の反回転方向側に相当する部分が傾斜状（Ｃタイプの面取りされた形状）となっており、全体として台形形状で突出している。 In the example of FIG. 18A, the counter-rotation direction side portion of the second salient pole portion 44 of the rotor 41 has a shape (that is, a right angle shape) similar to one corner of the rectangular shape. A portion corresponding to the rotation direction side of the second salient pole portion 44 is inclined (C-type chamfered shape) and protrudes in a trapezoidal shape as a whole.
In the example of FIG. 18B, the rotation direction side portion of the second salient pole portion 54 of the rotor 51 has a shape (that is, a right angle shape) similar to one corner of the rectangular shape. The portion corresponding to the counter-rotation direction side of the second salient pole portion 54 is inclined (C-type chamfered shape) and protrudes in a trapezoidal shape as a whole.

図１８の（ｃ）の例では、回転子６１の第２突極部６４は、矩形形状に対して、ヨーク部６２側が広くなっており、全体して左右対称の台形形状で突出している。つまり、突出先端に向かって幅が狭くなるような台形形状で突出している。
図１８の（ｄ）の例では、回転子７１の第２突極部７４は、左右対称の台形形状の輪郭を曲線としたような、横断面形状が曲線状に突出している。つまり、上記（ｃ）の台形状の角をＲタイプの面取りをしたような形状で突出している。 In the example of FIG. 18C, the second salient pole portion 64 of the rotor 61 is wider on the yoke portion 62 side than the rectangular shape, and protrudes in a symmetrical trapezoidal shape as a whole. That is, it protrudes in a trapezoidal shape whose width becomes narrower toward the protruding tip.
In the example of FIG. 18D, the second salient pole portion 74 of the rotor 71 has a cross-sectional shape that protrudes in a curved shape, such as a symmetrical trapezoidal contour. That is, the corners of the trapezoidal shape of (c) protrude in a shape that is an R-type chamfer.

このように、回転子の第２突極部は磁路を確保する形状であれば良いが、例えば、第２突極部を台形形状や曲線形状とすることで磁束の変化を滑らかとすることができ、低振動に効果がある。なお、この第２突極部は、第１の突極部の形状にも同様のことが言える。
また、一つの回転子に複数の第２突極部存する場合、上記の図１８で示すような形状を複数組合せてもよい。 As described above, the second salient pole portion of the rotor may have a shape that secures a magnetic path. For example, the second salient pole portion may have a trapezoidal shape or a curved shape to smooth the change in magnetic flux. Effective in low vibration. The same can be said for the shape of the first salient pole part.
In addition, when a plurality of second salient pole portions exist in one rotor, a plurality of shapes as shown in FIG. 18 may be combined.

さらに、１つの第２突極部を複数の小突極部分で構成しても良く、この場合、それぞれの突出量、角度が異なるようにしても良いし、すべての突出量を同じにしても良い。
（２）個数
第１の実施形態、第２の実施形態では、回転子３，２２の第１突極部１３，２４および第２突極部１４，２５の個数が７個、磁性部材６，７の合計の個数が１２個、巻線９ａ〜９ｆの数が６個の電動機１，２１である。 Further, one second salient pole part may be composed of a plurality of small salient pole parts, and in this case, the respective projection amounts and angles may be different, or all the projection amounts may be the same. good.
(2) Number In the first embodiment and the second embodiment, the number of the first salient pole portions 13 and 24 and the second salient pole portions 14 and 25 of the rotors 3 and 22 is seven, the magnetic member 6 The total number of 7 is 12, and the number of windings 9a to 9f is 6.

しかしながら、本構成を回転対称とした、第１及び第２突極部数のそれぞれが１４個、磁性部材の合計の個数が２４個、巻線数が１２個の組み合わせ、すなわち、各突極部数が７ｎ個、磁性部材の合計数が１２ｎ個、巻線数が６ｎ個、（ｎは１以上の整数）であれば、電気角で上記の関係が成立する配置関係とすることで、同様の効果が得られる。
（３）エアギャップ
（ａ）エアギャップ寸法
第２突極部の回転子の周方向の幅と、固定子の最大外径と第２突極部との半径方向の距離であるエアギャップ寸法Ｇ２は、磁極部に最大電流又は最大電流値に近い電流値の電流が流れる際に、磁性部材の先端部に集中する磁束の一部が磁性部材から第２突極部へと流れれば良く、第２突極部の幅やエアギャップ寸法Ｇ２を適宜変えて良い。 However, with this configuration being rotationally symmetric, the number of first and second salient pole parts is 14 each, the total number of magnetic members is 24, and the number of windings is 12 combinations, that is, the number of salient pole parts is If the number of magnetic members is 7n, the total number of magnetic members is 12n, the number of windings is 6n, and n is an integer of 1 or more, the same effect can be obtained by adopting an arrangement relationship in which the above relationship is established in terms of electrical angle. Is obtained.
(3) Air gap (a) Air gap dimension The circumferential width of the rotor of the second salient pole part, and the air gap dimension G2 which is the radial distance between the maximum outer diameter of the stator and the second salient pole part. When a current having a maximum current or a current value close to the maximum current value flows in the magnetic pole part, it is sufficient that a part of the magnetic flux concentrated on the tip part of the magnetic member flows from the magnetic member to the second salient pole part. The width of the second salient pole and the air gap dimension G2 may be changed as appropriate.

固定子の最大外径と回転子の第２突極部とのエアギャップ寸法Ｇ２は、回転子の第１突極部とのエアギャップ寸法Ｇ１の２倍以上が好ましい。
なお、回転子の第２突極部とのエアギャップ寸法Ｇ２を、回転子の第１突極部とのエアギャップ寸法Ｇ１の２倍以下では、第２突極部への漏れ磁束が多くなり、第２突極部がない従来例に比べてトルクが低下する場合がある。
（ｂ）その他
上記実施形態では、エアギャップが半径方向にあるラジアルギャップ型の電動機について説明した。しかしながら、本発明の思想は、軸方向にエアギャップのあるアキシャルギャップ型の電動機でも同様の適用できる。
２．固定子及び回転子
上記実施形態では、固定子の磁極部は回転軸方向に沿って配置されているが、回転軸方向に進むにつれて周方向にずれるスキュー配置を採用してもよい。 The air gap dimension G2 between the maximum outer diameter of the stator and the second salient pole part of the rotor is preferably at least twice the air gap dimension G1 with the first salient pole part of the rotor.
If the air gap dimension G2 with the second salient pole part of the rotor is less than twice the air gap dimension G1 with the first salient pole part of the rotor, the leakage magnetic flux to the second salient pole part increases. The torque may be reduced as compared with the conventional example without the second salient pole part.
(B) Others In the above embodiment, the radial gap type electric motor in which the air gap is in the radial direction has been described. However, the idea of the present invention can be similarly applied to an axial gap type electric motor having an air gap in the axial direction.
2. Stator and Rotor In the above embodiment, the magnetic pole portion of the stator is arranged along the rotation axis direction, but a skew arrangement that shifts in the circumferential direction as it proceeds in the rotation axis direction may be adopted.

また、上記実施形態では、回転子の突極部は回転方向に沿って配置されているが、回転軸方向に進むにつれて周方向にずれるスキュー配置を採用してもよい。この場合、スキューは一定の滑らかなスキューでも、段階状のスキューでもよい。
３．回転機
実施形態では、電流を供給することによりトルクを発生させる電動機に本発明に係る回転機を適用した形態について説明したが、本発明に係る回転機は、回転子を回転駆動させることで、電磁誘導を利用して電力を得る発電機にも適用できる。さらには、電動機と発電機との両機能を有する回転機にも適用できる。ただし、発電機として利用する場合、トルクを吸収して発電するためトルクの向きと回転方向が逆になる。発電機では電動機で使用する場合の回転方向と逆回転方向の回転機と等価になる。
４．巻線への通電
実施形態では、巻線に通電する電流波形として正弦波を利用したが、他の電流波形でも良い。他の波形としては、例えば、三角波、矩形波やＰＷＭによる高調波を含んだ波形等でもよい。
５．その他
（１）本発明は、直動駆動されるリニア電動機、リニア発電機にも適用できる。
（２）本発明は、小型、高出力、低振動、低騒音、高効率な電動機を提供することができ、低振動、低騒音性が要求される自動車用途や風力、水力等の自然エネルギーを利用した環境に優しい発電用途等で特に有用である。 Moreover, in the said embodiment, although the salient pole part of the rotor is arrange | positioned along the rotation direction, you may employ | adopt the skew arrangement | positioning which shifts to the circumferential direction as it progresses to a rotating shaft direction. In this case, the skew may be a constant smooth skew or a stepped skew.
3. In the embodiment of the rotating machine, the form in which the rotating machine according to the present invention is applied to the electric motor that generates torque by supplying electric current has been described, but the rotating machine according to the present invention rotates the rotor, It can also be applied to a generator that uses electromagnetic induction to obtain electric power. Furthermore, the present invention can be applied to a rotating machine having both functions of an electric motor and a generator. However, when used as a generator, the direction of torque and the direction of rotation are reversed because power is generated by absorbing torque. The generator is equivalent to a rotating machine in the direction opposite to the rotating direction when used with an electric motor.
4). In the embodiment, a sine wave is used as the current waveform for energizing the winding, but other current waveforms may be used. The other waveform may be, for example, a waveform including a triangular wave, a rectangular wave, or a harmonic by PWM.
5. Others (1) The present invention can also be applied to linear motors and linear generators that are linearly driven.
(2) The present invention can provide a small size, high output, low vibration, low noise, high efficiency electric motor, which can be used for automobile applications that require low vibration and low noise and natural energy such as wind power and hydraulic power. It is particularly useful for environmentally friendly power generation applications.

本発明は、コンプレッサ用、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車等の電動機、発電機に利用可能である。   The present invention is applicable to electric motors and generators for compressors, electric vehicles, hybrid vehicles, fuel cell vehicles, and the like.

１ 電動機
２ 固定子
３ 回転子
４ 磁極部
５ 永久磁石
６ 磁性部材
７ 磁性部材
８ ティース
９ 巻線
１２ ヨーク部
１３ 第１突極部
１４ 第２突極部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electric motor 2 Stator 3 Rotor 4 Magnetic pole part 5 Permanent magnet 6 Magnetic member 7 Magnetic member 8 Teeth 9 Winding 12 Yoke part 13 1st salient pole part 14 2nd salient pole part

Claims (14)

複数の磁極部を円周上に配置してなる固定子と、前記固定子の中心と同軸に配された回転子とを備える回転機において、
前記各磁極部は、ティースと当該ティースに対して集中巻された巻線とを含み、前記ティースは、永久磁石と、前記固定子の周方向であって前記永久磁石の両側に配された一対の磁性部材とを有し、
前記各永久磁石は、前記固定子の中心に垂直な断面において、前記固定子の半径方向両側で開放されており、
前記回転子は、環状のヨーク部と、当該ヨーク部から前記固定子側に突出する第１突極部と、前記ヨーク部における前記第１突極部よりも回転方向側に位置する部位から前記固定子側に突出する第２突極部とを含み、
前記第２突極部は、前記永久磁石の反回転方向側に位置する磁性部材に対して前記第１突極部が回転方向に沿って重ならない状態の少なくとも一部で前記反回転方向側に位置する磁性部材に対して回転方向に沿って重なり、前記反回転方向側に位置する磁性部材に対して前記第１突極部が回転方向に沿って重なる状態では前記反回転方向側に位置する磁性部材に対して回転方向に沿って重ならないように設けられ、
前記第２突極部と前記反回転方向側に位置する磁性部材との半径方向の間隔は、前記第１突極部と前記反回転方向側に位置する磁性部材との半径方向の間隔よりも大きい回転機。 In a rotating machine comprising a stator having a plurality of magnetic pole portions arranged on the circumference, and a rotor arranged coaxially with the center of the stator,
Each of the magnetic pole portions includes a tooth and a winding concentratedly wound on the tooth, and the tooth is a permanent magnet and a pair of circumferentially arranged stators disposed on both sides of the permanent magnet. And a magnetic member
Each of the permanent magnets is open on both radial sides of the stator in a cross section perpendicular to the center of the stator,
The rotor includes an annular yoke portion, a first salient pole portion projecting from the yoke portion toward the stator, and a portion located on the rotation direction side of the first salient pole portion in the yoke portion. A second salient pole portion protruding toward the stator side,
The second salient pole part is at least partly in a state where the first salient pole part does not overlap along the rotation direction with respect to the magnetic member located on the counter-rotation direction side of the permanent magnet. In a state where the first salient pole portion overlaps along the rotation direction with respect to the magnetic member positioned along the rotation direction, the first salient pole portion overlaps along the rotation direction with respect to the magnetic member positioned on the counter rotation direction side. Provided so as not to overlap the magnetic member along the rotational direction,
The distance in the radial direction between the second salient pole part and the magnetic member located on the side opposite to the rotation direction is larger than the distance in the radial direction between the first salient pole part and the magnetic member located on the side opposite to the rotation direction. Big rotating machine. 前記第１突極部は、周方向に等間隔をおいて複数存在し、
前記第２突極部は、第１突極部間における周方向の中央位置に存在する
請求項１に記載の回転機。 A plurality of the first salient pole portions exist at equal intervals in the circumferential direction,
The rotating machine according to claim 1, wherein the second salient pole part exists at a center position in a circumferential direction between the first salient pole parts. 前記第１突極部は、周方向に等間隔をおいて複数存在し、
前記第２突極部は、第１突極部間の中央位置よりも回転方向前方側に存在する
請求項１に記載の回転機。 A plurality of the first salient pole portions exist at equal intervals in the circumferential direction,
The rotating machine according to claim 1, wherein the second salient pole part is present on the front side in the rotation direction with respect to a center position between the first salient pole parts. 前記第２突極部と前記反回転方向側に位置する磁性部材との半径方向の間隔は、前記第１突極部と前記反回転方向側に位置する磁性部材との半径方向の間隔の２倍以上であり、前記ヨーク部と前記反回転方向側に位置する磁性部材との間隔未満である
請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転機。 The radial interval between the second salient pole part and the magnetic member located on the counter-rotation direction side is 2 in the radial direction between the first salient pole part and the magnetic member located on the counter-rotation direction side. The rotating machine according to any one of claims 1 to 3, wherein the rotating machine is less than a distance between the yoke portion and the magnetic member located on the counter-rotating direction side. 前記第２突極部は、前記複数の第１突極部のすべての第１突極部間に存在する
請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転機。 The rotating machine according to any one of claims 1 to 4, wherein the second salient pole part is present between all first salient pole parts of the plurality of first salient pole parts. 前記第１突極部および前記第２突極部の横断面形状が矩形状をしている
請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転機。 The rotating machine according to any one of claims 1 to 5, wherein a cross-sectional shape of the first salient pole part and the second salient pole part is a rectangular shape. 前記第１突極部の横断面形状は矩形状をし、前記第２突極部の横断面形状は台形状をしている
請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転機。 The rotating machine according to any one of claims 1 to 5, wherein a cross-sectional shape of the first salient pole portion is rectangular, and a cross-sectional shape of the second salient pole portion is trapezoidal. 前記第１突極部の横断面形状は矩形状をし、前記第２突極部の横断面形状は曲線状に突出する形状をしている
請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転機。 6. The cross-sectional shape of the first salient pole part is a rectangular shape, and the cross-sectional shape of the second salient pole part is a shape protruding in a curved shape. Rotating machine. 少なくとも回転子側と対向した永久磁石の端面が前記磁性部材よりも前記回転子から離れている
請求項１〜８のいずれか１項に記載の回転機。 The rotating machine according to claim 1, wherein at least an end face of the permanent magnet facing the rotor side is farther from the rotor than the magnetic member. 前記巻線それぞれは、前記固定子の周方向において隣り合う巻線と巻回方向が同じであり、
前記永久磁石は、前記固定子の周方向で隣り合う永久磁石と着磁方向が逆である
請求項１〜９のいずれか１項に記載の回転機。 Each of the windings has the same winding direction as the windings adjacent in the circumferential direction of the stator,
The rotating machine according to any one of claims 1 to 9, wherein the permanent magnet has a magnetization direction opposite to that of a permanent magnet adjacent in the circumferential direction of the stator. 前記永久磁石のエネルギー積は、１５０[ｋＪ／ｍ3]以下である
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の回転機。 The energy product of the permanent magnet, 150 [kJ / m 3] or less rotating machine according to any one of claims 1 to 10 is. 前記永久磁石は、フェライト磁石である
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の回転機。 The rotating machine according to claim 1, wherein the permanent magnet is a ferrite magnet. 電動機を駆動する電動機駆動方法であって、
前記電動機は、複数の磁極部を円周上に配置してなる固定子と、前記固定子の中心と同軸に配された回転子とを備え、
前記各磁極部は、ティースと当該ティースに対して集中巻された巻線とを含み、前記ティースは、永久磁石と、前記固定子の周方向であって前記永久磁石の両側に配された一対の磁性部材とを有し、
前記各永久磁石は、前記固定子の中心に垂直な断面において、前記固定子の半径方向両側で開放されており、
前記回転子は、環状のヨーク部と、当該ヨーク部から前記固定子側に突出する第１突極部と、前記ヨーク部における前記第１突極部よりも回転方向側に位置する部位から前記固定子側に突出する第２突極部とを含み、
前記第２突極部は、前記永久磁石の反回転方向側に位置する磁性部材に対して前記第１突極部が回転方向に沿って重ならない状態の少なくとも一部で前記反回転方向側に位置する磁性部材に対して回転方向に沿って重なり、前記反回転方向側に位置する磁性部材に対して前記第１突極部が回転方向に沿って重なる状態では前記反回転方向側に位置する磁性部材に対して回転方向に沿って重ならないように設けられ、
前記第２突極部と前記反回転方向側に位置する磁性部材との半径方向の間隔は、前記第１突極部と前記反回転方向側に位置する磁性部材との半径方向の間隔よりも大きく、
前記固定子の各巻線に電流を流さない状態で前記回転子を回転させた場合に各巻線に誘起される電圧の位相を基準としたとき、前記基準の位相よりも遅れた位相を有する電流を、前記固定子の各巻線に流す
電動機駆動方法。 An electric motor driving method for driving an electric motor,
The electric motor includes a stator having a plurality of magnetic pole portions arranged on a circumference, and a rotor arranged coaxially with the center of the stator,
Each of the magnetic pole portions includes a tooth and a winding concentratedly wound on the tooth, and the tooth is a permanent magnet and a pair of circumferentially arranged stators disposed on both sides of the permanent magnet. And a magnetic member
Each of the permanent magnets is open on both radial sides of the stator in a cross section perpendicular to the center of the stator,
The rotor includes an annular yoke portion, a first salient pole portion projecting from the yoke portion toward the stator, and a portion located on the rotation direction side of the first salient pole portion in the yoke portion. A second salient pole portion protruding toward the stator side,
The second salient pole part is at least partly in a state where the first salient pole part does not overlap along the rotation direction with respect to the magnetic member located on the counter-rotation direction side of the permanent magnet. In a state where the first salient pole portion overlaps along the rotation direction with respect to the magnetic member positioned along the rotation direction, the first salient pole portion overlaps along the rotation direction with respect to the magnetic member positioned on the counter rotation direction side. Provided so as not to overlap the magnetic member along the rotational direction,
The distance in the radial direction between the second salient pole part and the magnetic member located on the side opposite to the rotation direction is larger than the distance in the radial direction between the first salient pole part and the magnetic member located on the side opposite to the rotation direction. big,
When the phase of the voltage induced in each winding when the rotor is rotated in a state where no current flows in each winding of the stator is used as a reference, a current having a phase delayed from the reference phase An electric motor driving method for flowing through each winding of the stator. 電動機と前記電動機を駆動する駆動装置とを備える電動機駆動システムであって、
前記電動機は、複数の磁極部を円周上に配置してなる固定子と、前記固定子の中心と同軸に配された回転子とを備え、
前記各磁極部は、ティースと当該ティースに対して集中巻された巻線とを含み、前記ティースは、永久磁石と、前記固定子の周方向であって前記永久磁石の両側に配された一対の磁性部材とを有し、
前記各永久磁石は、前記固定子の中心に垂直な断面において、前記固定子の半径方向両側で開放されており、
前記回転子は、環状のヨーク部と、当該ヨーク部から前記固定子側に突出する第１突極部と、前記ヨーク部における前記第１突極部よりも回転方向側に位置する部位から前記固定子側に突出する第２突極部とを含み、
前記第２突極部は、前記永久磁石の反回転方向側に位置する磁性部材に対して前記第１突極部が回転方向に沿って重ならない状態の少なくとも一部で前記反回転方向側に位置する磁性部材に対して回転方向に沿って重なり、前記反回転方向側に位置する磁性部材に対して前記第１突極部が回転方向に沿って重なる状態では前記反回転方向側に位置する磁性部材に対して回転方向に沿って重ならないように設けられ、
前記第２突極部と前記反回転方向側に位置する磁性部材との半径方向の間隔は、前記第１突極部と前記反回転方向側に位置する磁性部材との半径方向の間隔よりも大きく、
前記駆動装置は、
前記固定子の各巻線に電流を流さない状態で前記回転子を回転させた場合に各巻線に誘起される電圧の位相を基準としたとき、前記基準の位相よりも遅れた位相を有する電流を、前記固定子の各巻線に流す
電動機駆動システム。 An electric motor drive system comprising an electric motor and a drive device that drives the electric motor,
The electric motor includes a stator having a plurality of magnetic pole portions arranged on a circumference, and a rotor arranged coaxially with the center of the stator,
Each of the magnetic pole portions includes a tooth and a winding concentratedly wound on the tooth, and the tooth is a permanent magnet and a pair of circumferentially arranged stators disposed on both sides of the permanent magnet. And a magnetic member
Each of the permanent magnets is open on both radial sides of the stator in a cross section perpendicular to the center of the stator,
The rotor includes an annular yoke portion, a first salient pole portion projecting from the yoke portion toward the stator, and a portion located on the rotation direction side of the first salient pole portion in the yoke portion. A second salient pole portion protruding toward the stator side,
The second salient pole part is at least partly in a state where the first salient pole part does not overlap along the rotation direction with respect to the magnetic member located on the counter-rotation direction side of the permanent magnet. In a state where the first salient pole portion overlaps along the rotation direction with respect to the magnetic member positioned along the rotation direction, the first salient pole portion overlaps along the rotation direction with respect to the magnetic member positioned on the counter rotation direction side. Provided so as not to overlap the magnetic member along the rotational direction,
The distance in the radial direction between the second salient pole part and the magnetic member located on the side opposite to the rotation direction is larger than the distance in the radial direction between the first salient pole part and the magnetic member located on the side opposite to the rotation direction. big,
The driving device includes:
When the phase of the voltage induced in each winding when the rotor is rotated in a state where no current flows in each winding of the stator is used as a reference, a current having a phase delayed from the reference phase An electric motor drive system that flows through each winding of the stator.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN105871092A (en) * 2015-02-09 2016-08-17 株式会社岛野 Generator
CN113113982A (en) * 2021-04-02 2021-07-13 南京师范大学 Magnetic flux switching permanent magnet motor structure for inhibiting demagnetization of permanent magnet

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CN105871092A (en) * 2015-02-09 2016-08-17 株式会社岛野 Generator
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