JP2015070768A - Permanent magnet type electric rotating machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、永久磁石式回転電機に関する。 Embodiments described herein relate generally to a permanent magnet type rotating electrical machine.
永久磁石の特性向上に伴って、より小型で高出力な永久磁石式回転電機が開発されている。このような背景の下、回転電機の応用範囲は従来から利用されてきた鉄道駆動用から、ハイブリッド自動車、さらには電気自動車へと広がっている。ハイブリッド自動車への適用では限られたスペースに配置できる小型化が求められ、電気自動車への適用では小型化に加えて高出力化が求められており、適用範囲の拡大に応じてますます出力密度の高いモータ特性が求められている。 Along with the improvement in the characteristics of permanent magnets, smaller and higher output permanent magnet type rotating electrical machines have been developed. Under such a background, the application range of rotating electrical machines has expanded from the conventionally used railway drive to a hybrid vehicle and further to an electric vehicle. Application to hybrid vehicles requires miniaturization that can be placed in a limited space, and application to electric vehicles requires high output in addition to miniaturization. Increasing output density as the application range increases High motor characteristics are demanded.
モータ一般において、図8に示すように遠心力による応力の緩和や機械的強度を向上させるために、回転子円周部にから回転子の開口部まで(図8に示すd軸方向)幅1.5〜2.5 mm程度の鉄心ブリッジ部10が必要である。また、V字、U字などの磁石配置とした場合には、図8に示すd軸を中心線として左の磁石穴と右の磁石穴の間にも幅3〜5 mm程度のブリッジ部20を設定することで機械強度を保っている。
In general motors, as shown in FIG. 8, in order to relieve stress due to centrifugal force and improve the mechanical strength, the width 1 from the rotor circumference to the rotor opening (d-axis direction shown in FIG. 8) An iron
しかしながら、これらのブリッジ部においてはトルクに寄与しない漏れ磁束が発生し、永久磁石の磁束が有効に活かせず、高トルク密度化を阻害する要因となっていた。上記の先行技術文献に代表される従来技術においては、この漏れ磁束を抑制するためにブリッジ部を狭くする、また漏れ磁束の流れを堰き止めるように非磁性部を構成することにより、漏れ磁束の流れる磁路を磁気飽和させることによって磁気抵抗を増加させ、漏れ磁束を抑制する工夫を行っていた。しかし、これらの方法では磁気飽和が不完全であるために、依然として大きな漏れ磁束が発生していた。 However, a leakage magnetic flux that does not contribute to torque is generated in these bridge portions, and the magnetic flux of the permanent magnet cannot be used effectively, which is a factor that hinders the increase in torque density. In the prior art represented by the above prior art documents, the bridge portion is narrowed in order to suppress the leakage magnetic flux, and the nonmagnetic portion is configured so as to block the leakage magnetic flux flow. The magnetic resistance is increased by magnetically saturating the flowing magnetic path, and the leakage flux is devised. However, these methods still have a large magnetic flux leakage due to imperfect magnetic saturation.
本発明が解決しようとする課題は、磁石磁束を有効に利用してトルクを高密度化した永久磁石式回転電機を実現することである。 The problem to be solved by the present invention is to realize a permanent magnet type rotating electrical machine in which torque is increased in density by effectively using magnet magnetic flux.
以下、実施形態の永久磁石回転電機について図面を参照して説明する。 Hereinafter, a permanent magnet rotating electric machine according to an embodiment will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
第1の実施形態について図を参照し、詳細に説明する。図1は、第1の実施形態の永久磁石式回転電機の全体図である。第1の実施形態の一例を示すこの図面においては、6極モータの1極あたりに2個の永久磁石をV字状に配置した構成を例として説明する。
(First embodiment)
The first embodiment will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall view of the permanent magnet type rotating electric machine according to the first embodiment. In this drawing showing an example of the first embodiment, a configuration in which two permanent magnets are arranged in a V shape per one pole of a six-pole motor will be described as an example.
図1は、第1の実施形態の永久磁石式回転電機(6極モータあたりの1極)の径方向断面図である。図1において固定子11は、固定子スロット14、固定子コアバック13、固定子ティース12を有している。このとき、固定子コアバック13は、固定子コアバック13から突出した凸部の部分を有する。この凸部が固定子ティース12である。また、固定子ティース12と隣り合う固定子ティース12間の凹部部分が固定子スロット14となる。固定子11は、主に鉄にケイ素を添加することによって製造された薄板の電磁鋼板といわれる材料を積層して構成される。固定子スロット14には銅で構成された電機子巻線15が具備されている。
FIG. 1 is a radial sectional view of a permanent magnet type rotating electrical machine (one pole per six pole motor) of the first embodiment. In FIG. 1, the
回転子16は、固定子11の固定子ティース12と間隙を介して固定子11の内周側に配置される。図1における回転子16は主に、鉄にケイ素を添加することによって製造された薄板の電磁鋼板といわれる材料を積層して構成される。回転子16において、主たる磁束の方向をq軸とし、q軸に電気的・磁気的に直交する方向をd軸とする。
The
また、回転子16は、第1開口部33、第2開口部133、第3開口部233、複数個の永久磁石を有している。第1開口部33及び第2開口部133には、多角形の永久磁石32、132がそれぞれ取り付けられている。このとき、固定子11側の第1開口部33側面と永久磁石32の端部は乖離しており、空洞が形成される。この空洞を第1磁気障壁33aとする。また、後述する回転子シャフト17側の第1開口部33側面との永久磁石32の端部は乖離しており、空洞が形成される。この空洞を第2磁気障壁33bとする。第2開口部133は、第1開口部33に対してd軸を中心軸として対称となるように設けられている。第1開口部33と同様に第2開口部133は、第1磁気障壁133aと第2磁気障壁133bを有している。また、第3開口部233は、第1開口部33と第2開口部133の間かつ固定子11側に、略三角形の形状で設けられている。また、機械的強度を保つために第2磁気障壁33bと第2磁気障壁133bの間にはブリッジ部20が構成されている。同様に、第1磁気障壁33aと回転子16の外周側面の間にも外周部ブリッジ部10が構成されている。
The
なお、第1の実施形態の一例を示すこの図面においては、6極モータの1極あたりに2個の永久磁石をV字状に配置した構成を例として説明したが、この形状に限るものではない。すなわち極数は4極や8極でもよく、1極あたりの永久磁石数も1個、もしくは3個以上でもよい。永久磁石の配置もU字や磁石を横向きに寝かせた配置でもよい。 In the drawing showing an example of the first embodiment, a configuration in which two permanent magnets are arranged in a V shape per pole of a 6-pole motor has been described as an example. However, the configuration is not limited to this shape. Absent. That is, the number of poles may be 4 or 8, and the number of permanent magnets per pole may be 1 or 3 or more. The arrangement of the permanent magnets may be an arrangement in which U-shaped or magnets are laid sideways.
回転子16の内周側には回転子シャフト17が設けられる。回転子シャフト17はここでは図示しないコロ軸や玉軸などを有する軸受によって回転自在に支持されている。
A
このような構成の永久磁石式回転電機の固定子11の電機子巻線15には、3相交流電流が流れることによって回転磁界が発生する。発生した回転磁界によって、回転子16が吸引され、回転子シャフト17を中心に回転する。
A rotating magnetic field is generated in the armature winding 15 of the
図2は、図1の永久磁石32および永久磁石132を拡大した図である。図2を用いて磁石形状の特徴について詳細に説明する。図1及び図2の回転子16の第1開口部33が構成されており、その穴の中に多角形の永久磁石32が配置されている。第1開口部33は回転時の遠心力による応力を低減するために、磁石長辺に平行な第1直線部31aと、第1直線部31aの一端と繋がる第1短円弧部35aと、第1短円弧部35aの一端と繋がる、磁石短辺に対抗する第2直線部34aと、第2直線部34aの一端と繋がる第1長円弧部35bと、第1長円弧部35bと繋がる第3直線部31bと、第3直線部31bと繋がる第2長円弧部35cと、繋がる第2長円弧部35cと繋がる第4直線部34b、第4直線部34bと繋がる第2短円弧部35dと、を組み合わせた略楕円状の形状をしている。このとき、第1短円弧部35aと第2短円弧部35dは、第1長円弧部35bと第2長円弧部35cよりも短い。
FIG. 2 is an enlarged view of the
第2直線部34a及び第4直線部34bは、1.5〜2.5 mm程度である。これは、第1開口部33の固定子11側の端部から回転子16の外周部までの直線距離である外周部ブリッジ10の幅と同程度である、第1開口部33に挿入する永久磁石32は、加工が容易な直線加工を組み合わせて両端部を多角形状としている。
The 2nd
またこのとき、第1開口部33の第1直線部31a、第3直線部31b及び、第2直線部34a、第4直線部34bに永久磁石32の表面が接するように、永久磁石32を形成し、配置する。第1直線部31a、第3直線部31bのそれぞれ接している永久磁石32の2つ辺を長辺側端部とし、2つの長辺側端部をつなぐ辺を短辺側端部とする。このとき、短辺側端部が1つ以上の角を有している場合に、短辺側端部が多角形状であるとする。
At this time, the
なお、本実施形態の説明では、両端部を多角形状とした永久磁石32を使用しているが、それに限ったものではない。図3(a)に示すように、第1開口部33の第4直線部34bに接する永久磁石32の端面のみを多角形状とした永久磁石37を用いることも可能である。また図3(b)に示すように、第1開口部33の第2直線部34aに接する永久磁石32の端面のみを多角形状とした永久磁石38を用いることも可能である。
In the description of the present embodiment, the
次に、前述した実施形態の特性について説明する。図4に示す構成のように、直線部31a、31b、34a、34b、円弧部35a、35b、35c、35dから構成された第1開口部33に対して、長辺に対して垂直な磁化44をもつ矩形状の永久磁石36を挿入した永久磁石式回転電機においては、永久磁石36から発生する磁束のほとんどが永久磁石36の長辺(直線部31a、31b)に対して垂直方向に流れるため、外周部ブリッジ部10や内周部ブリッジ部20に流れ込む磁束が少ない。したがって、外周部ブリッジ部10や内周部ブリッジ部20における磁気飽和は小さく、外周部ブリッジ部10や内周部ブリッジ部20を通じて漏れ磁束が流れやすい状態となる。一方で、本実施形態においては、図5に示すように第2直線部34aや第4直線部34bに接するように、端部を多角形状に加工した永久磁石32を使用している。端部が多角形状の永久磁石32から生じた磁束の一部は永久磁石32に接する第2直線部34aや第4直線部34bを通してブリッジ部10に流れる磁束610やブリッジ部20に流れる磁束620となる。これらの磁束によって、外周部ブリッジ部10や内周部ブリッジ部20が大きく磁気飽和して磁気抵抗が大きくなり、各ブリッジ部を流れる漏れ磁束を低減することができる。
Next, the characteristics of the above-described embodiment will be described. As in the configuration shown in FIG. 4, the
上述したように矩形状の永久磁石36を使用した場合永久磁石式回転電機の速度−トルク特性を、図6の特性71に示す。それに対して、両端部を多角形状とした永久磁石32を使用した場合の速度−トルク特性を特性72、直線部34aに接する端面を多角形状にした永久磁石38を使用した場合の速度−トルク特性を特性73、直線部34bに接する端面を多角形状とした永久磁石37を使用した場合の速度−トルク特性を特性74に示す。このように、永久磁石の両端部もしくはいずれか一方の端部を多角形状とすることにより、漏れ磁束が低減され、トルク特性が向上する。
As described above, when the rectangular permanent magnet 36 is used, the speed-torque characteristic of the permanent magnet type rotating electric machine is shown as a characteristic 71 in FIG. On the other hand, the speed-torque characteristic when the
本実施形態によれば、回転子の開口部33の直線部34aや34bに接するように、端部を多角形状に加工した永久磁石32、37、もしくは38を配置することによって、外周部ブリッジ部10や内周部ブリッジ部20を効果的に磁気飽和させて漏れ磁束を低減することにより、永久磁石式回転電機の高トルク密度化を実現することができる。
According to the present embodiment, by arranging the
(第2の実施形態)
第2の実施形態について図を参照し、詳細に説明する。全体図は第1の実施形態の永久磁石式回転電機と同様であるため図1を参照されたい。本実施形態は、第1の実施形態と比較して、永久磁石の磁化方向が異なっている。以下、その点について詳細に説明する。
(Second Embodiment)
The second embodiment will be described in detail with reference to the drawings. Since the overall view is the same as that of the permanent magnet type rotating electric machine of the first embodiment, refer to FIG. In the present embodiment, the magnetization direction of the permanent magnet is different from that in the first embodiment. Hereinafter, this point will be described in detail.
第2の実施形態においては、回転子の開口部33の直線部34aや34bに接するように、端部を多角形状に加工した永久磁石32、37、もしくは38を搭載している。以下では、一例として永久磁石32を用いた場合の図7を用いて説明する。この永久磁石32は、磁石中央の矩形領域32a、第2直線部34aに接する略台形領域32c、第4直線部34bに接する略台形領域32bの3部分の領域に分けられる。各領域において磁化方向が異なる。矩形領域32aでは長辺に垂直な磁化44aを持ち、略台形領域32b、32cにおいては磁化44aの磁化方向に対して角度Aだけ磁石の外側に傾いた磁化44b、44cを有している。磁化44b、44cの傾きAは永久磁石略台形部32b、32cの形状により値が決められるが、およそ0〜30deg程度である。本構成においては、磁石の磁化方向が単一の場合に比べて、略台形領域44bからブリッジ部10、また略台形領域44cからブリッジ部20に磁束が流れやすくなり、ブリッジ部10、および20が磁気飽和し易くなる。これにより、ブリッジ部10および20の磁気抵抗が増加し、漏れ磁束が低減することによって高トルク密度化を実現することができる。
In the second embodiment,
本実施形態によれば、永久磁石32の端部の台形領域32b、32cの磁化方向を磁石外側方向に傾け、磁化44b、44cとすることにより、ブリッジ部10と20を効果的に磁気飽和させ、漏れ磁束を低減することによって、永久磁石式回転電機の高トルク密度化を実現することができる。
According to the present embodiment, the magnetization directions of the
上記で説明された全ての実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定するものではない。例えば、本実施形態は、永久磁石及び、その永久磁石を配置する開口部の配置がV字状に限定するものではなく、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
All the embodiments described above are presented by way of example and do not limit the scope of the invention. For example, in the present embodiment, the arrangement of the permanent magnet and the opening for arranging the permanent magnet is not limited to a V shape, and can be implemented in various other forms. Various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the present invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.
10 外周部ブリッジ
20 内周部ブリッジ
11 固定子
12 固定子ティース
13 固定子コアバック
14 固定子スロット
15 電機子巻線
16 回転子
17 回転子シャフト
32 両端部を多角形状とした永久磁石
33 第1開口部
33a 第1磁気障壁
33b 第2磁気障壁
132 永久磁石
133 第2開口部
133a 第1磁気障壁
133b 第2磁気障壁
233 第3開口部
31a 第1直線部
31b 第3直線部
34a 第2直線部
34b 第4直線部
35a 第1短円弧部
35b 第1長円弧部
35c 第2長円弧部
35d 第2短円弧部
36 矩形状永久磁石
37 第1開口部33の第4直線部34bに接する端面のみを多角形状とした永久磁石
38 第1開口部33の第2直線部34aに接する端面のみを多角形状とした永久磁石
44 磁石長辺に対して垂直な磁化
610 第2直線部34aや第4直線部34bを通してブリッジ部10に流れる磁束
620 第2直線部34aや第4直線部34bを通してブリッジ部20に流れる磁束
71 矩形状の永久磁石36を使用した場合永久磁石式回転電機の速度−トルク特性
72 両端部を多角形状とした永久磁石32を使用した場合の速度−トルク特性
73 直線部34aに接する端面を多角形状にした永久磁石38を使用した場合の速度−トルク特性
74 直線部34bに接する端面を多角形状とした永久磁石37を使用した場合の速度−トルク特性
32a 磁石中央の矩形領域
32b 第4直線部34bに接する略台形領域
32c 第2直線部34aに接する略台形領域
44a 磁石長辺に対して垂直な磁化
44b 磁化44aの磁化方向に対して角度Aだけ磁石の外側に傾いた磁化
44c 磁化44aの磁化方向に対して角度Aだけ磁石の外側に傾いた磁化
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Outer peripheral bridge 20 Inner peripheral bridge 11 Stator 12 Stator teeth 13 Stator core back 14 Stator slot 15 Armature winding 16 Rotor 17 Rotor shaft 32 Permanent magnet 33 having both ends polygonal Opening 33a First magnetic barrier 33b Second magnetic barrier 132 Permanent magnet 133 Second opening 133a First magnetic barrier 133b Second magnetic barrier 233 Third opening 31a First straight portion 31b Third straight portion 34a Second straight portion 34b 4th linear part 35a 1st short circular arc part 35b 1st long circular arc part 35c 2nd long circular arc part 35d 2nd short circular arc part 36 Rectangular permanent magnet 37 Only the end surface which contact | connects the 4th linear part 34b of the 1st opening part 33 Permanent magnet 38 having a polygonal shape Permanent magnet 44 having a polygonal shape only on the end surface in contact with the second straight portion 34a of the first opening 33 is perpendicular to the long side of the magnet. 610 Magnetic flux 620 flowing into the bridge portion 10 through the second straight portion 34a and the fourth straight portion 34b Magnetic flux 71 flowing into the bridge portion 20 through the second straight portion 34a and the fourth straight portion 34b When a rectangular permanent magnet 36 is used Speed-torque characteristic 72 of permanent magnet type rotating electrical machine Speed-torque characteristic 73 when using permanent magnet 32 having both ends of a polygonal shape When permanent magnet 38 having a polygonal end surface in contact with linear portion 34a is used. Speed-
Claims (6)
前記開口部内には永久磁石が配置される永久磁石式回転電機。 Having an opening configured by connecting a linear portion and an arc portion in the rotor;
A permanent magnet type rotating electrical machine in which a permanent magnet is disposed in the opening.
前記永久磁石は2つの長辺側端部を接続する2つの短辺側は端部を有しており、
前記短辺側端部は、どちらか一方が多角形状であり、前記開口部の直線部と接する永久磁石式回転電機。 In the cross section of the permanent magnet type rotating electrical machine,
The permanent magnet has two end portions on the short side connecting the two end portions on the long side,
One of the short side end portions is a polygonal shape, and is a permanent magnet type rotating electrical machine that is in contact with the straight portion of the opening.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013205873A JP2015070768A (en) | 2013-09-30 | 2013-09-30 | Permanent magnet type electric rotating machine |
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Country Status (1)
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017216846A (en) * | 2016-06-02 | 2017-12-07 | 株式会社明電舎 | Permanent magnet type rotary electric machine |
KR102126315B1 (en) * | 2019-06-28 | 2020-06-24 | 엘지전자 주식회사 | Electric motor, compressor with electric motor and air conditioner having the same |
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2013
- 2013-09-30 JP JP2013205873A patent/JP2015070768A/en active Pending
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KR102126315B1 (en) * | 2019-06-28 | 2020-06-24 | 엘지전자 주식회사 | Electric motor, compressor with electric motor and air conditioner having the same |
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