JP3914293B2 - Permanent magnet motor - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石によるトルクのみならず、リラクタンストルクをも有効利用し、高効率を実現させる永久磁石モータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、少なくとも複数個の永久磁石を有する永久磁石モータにおいて、永久磁石をロータ内部に一極あたり半径方向に二層以上に分割して配置することにより、リラクタンストルクを有効に利用し、高効率を実現する永久磁石モータがあった。図９〜１１は、筆者らが発明した永久磁石モータである。ロータコア１０１は、鉄などの高透磁率材、または電磁鋼板など打ち抜いてなるロータコアシートを積層したものからなる。このロータコア１０１には、永久磁石用打ち抜き穴１０２および１０３があり、それぞれ永久磁石１０４および１０５が一極あたり半径方向に二層以上分割されて埋設されている。このようなロータ１０６は、永久磁石１０４および１０５を埋設したロータコア１０１を、両側に端板１０７を設けるとともに、リベットピン１０８などで保持している。ステータ１０９は、ヨーク１１０と、このヨーク１１０に保持された複数のティース１１１を有する。ティース１１１間にあるスロット１１２には巻線１１３が施されている。巻線１１３にはスイッチ回路などにより制御された電流が流れ、ステータ１０９内部に回転磁界を発生させ、これによってロータ１０６が回転磁界によりシャフト１１４を中心に回転する。
【０００３】
永久磁石は一極あたり二層以上あるため、永久磁石１０４および１０５の間の磁路Ｐａ１、永久磁石１０５のロータ外周側のロータコア部の磁路Ｐａ２などの磁路ができる。この磁路があるため、電流の位相を進めることにより、永久磁石によるトルクと併せて、リラクタンストルクをも利用できる。リラクタンストルクは電流位相を電気角で４５゜進めると最大となるため、総合トルクは、電流位相が進み方向で、電気角で０゜と４５゜の間で最大となる。従って、入力低減が図れ、効率が向上する。
【０００４】
また、ロータコア内部に永久磁石を埋設するため、磁石飛散防止管が不要であり、磁石飛散防止管内部に発生する渦電流による損失がなく、ロータ１０６とステータ１０９の間の機械的エアギャップを小さくできるなどにより、一層の高効率化が図れる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来例は以下のような欠点を有していた。
【０００６】
永久磁石の配置によっては、磁路Ｐａ１およびＰａ２が、ステータティースとの位置関係によって塞がれ、磁束が流れにくくなる。また、それぞれの極同士で、永久磁石とステータティースの位置関係が一致すると、ロータの位置によっては、磁束が流れやすいときと、磁束が流れにくいときができる。図１１に、ロータを微小角度回転させたときの、永久磁石１０５とステータ１０９のティース１１１の位置関係を示す。この位置関係は、どの極も同一であるので、一極分だけ図に示す。（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）と、３．７５゜ずつ反時計方向に回転し、再び（ａ）の位置関係に戻る。これにより、１５゜毎にコギングが発生する。永久磁石１０４表面から出た磁束は、一部磁路Ｐａ１を通ってそのままステータティースに移り、残りは永久磁石１０５を通り、ステータティースに移る。ロータが回転しているとき、ロータ磁束はロータ回転方向に引き寄せられるため、永久磁石１０４，１０５のロータ外周側の回転方向前進側の端１０４ａおよび１０５ａとティース１１１との位置関係が全て一致するとき、すなわち、ティース１１１の間隔の倍数と一致するとき、コギングトルクおよびトルクリップルが増加する。
【０００７】
図９の場合、θ＝１５゜であり、ステータ１０９のティース１１１の間隔と一致する。
【０００８】
従って、表面に永久磁石を配置した永久磁石モータと比較して、振動，騒音が大きくなるという欠点を有していた。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明は、内側に凸である円弧形状の永久磁石をロータ内部に一極あたり半径方向に２層以上に分割して配置し、２層以上に分割して配置した永久磁石の間および最外層の永久磁石のロータ外周側のロータコア部に磁路を形成させてリラクタンストルクを有効利用できるようにした永久磁石モータにおいて、ロータに形成した永久磁石用打ち抜き穴内に前記永久磁石を配置し、かつ、それぞれの極において、ある層を基準とし、その層と他の層の永久磁石用打ち抜き穴のロータ表面に面した部分の同一の側が、それぞれ
θ＝３６０／Ｎｓ×（ｎ＋ｉ／Ｎｍ）
０＜θ＜３６０／（２Ｐ）
（ただし、Ｎｓはステータスロット数、Ｎｍは一極あたりの永久磁石の層数、Ｐは極数、ｉは１からＮｍ−１までの整数、ｎは任意の整数である。）で決定される角度θだけずれた位置に設定したものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
請求項１記載の発明は、内側に凸である円弧形状の永久磁石をロータ内部に一極あたり半径方向に２層以上に分割して配置し、２層以上に分割して配置した永久磁石の間および最外層の永久磁石のロータ外周側のロータコア部に磁路を形成させてリラクタンストルクを有効利用できるようにした永久磁石モータにおいて、ロータに形成した永久磁石用打ち抜き穴内に前記永久磁石を配置し、かつ、それぞれの極において、ある層を基準とし、その層と他の層の永久磁石用打ち抜き穴のロータ表面に面した部分の同一の側が、それぞれ
θ＝３６０／Ｎｓ×（ｎ＋ｉ／Ｎｍ）
０＜θ＜３６０／（２Ｐ）
（ただし、Ｎｓはステータスロット数、Ｎｍは一極あたりの永久磁石の層数、Ｐは極数、ｉは１からＮｍ−１までの整数、ｎは任意の整数である。）で決定される角度θだけずれた位置に設定したものである。
【００１１】
上記構成により、各極において、永久磁石用打ち抜き穴のロータ表面に面した部分の同一の側と、ステータティースとの関係がそれぞれの層によって異なるため、例えば永久磁石が一極あたり２層に分割された永久磁石モータにおいては、ステータティースとの関係が逆位相になり、コギングトルクが低減される。
【００１２】
また永久磁石は内側に凸である円弧形状とし永久磁石表面積を大きくとれるようにするとともに、かつロータ表面の磁極中心部に磁束が集中するようにして、より高いトルクを得たものである。
【００１３】
またそれぞれの極において、ロータ外周側に位置する永久磁石の円弧中心が、ロータ内周側に位置する永久磁石の円弧中心よりロータ内周側にあるようにしてロータ外周側に位置する永久磁石の表面積を大きくとり、ロータ表面の磁極中心部に磁束が集中するようにしているため、より高いトルクが得られる。
【００１４】
また永久磁石を希土類磁石として高トルク，高出力化を可能としたものであり、また、少ない磁石量で大きな磁束量を実現できるため、永久磁石用打ち抜き穴の形状に自由度ができ、θの値の選択の幅を広げることができる。
【００１５】
さらに内側に凸である円弧形状の永久磁石をロータ内部に一極あたり半径方向に２層以上に分割して配置し、２層以上に分割して配置した永久磁石の間および最外層の永久磁石のロータ外周側のロータコア部に磁路を形成させてリラクタンストルクを有効利用できるようにした永久磁石モータにおいて、ロータに形成した永久磁石用打ち抜き穴内に前記永久磁石を配置し、かつ、ある極を基準とし、その極と他の極の最外層に位置する永久磁石用打ち抜き穴のロータ表面に面した部分の同一の側が、相互の極間で、
δ＝３６０／Ｎｓ×（ｎ＋ｊ／Ｐ）
３６０（ｋ／Ｎｓ−１／Ｐ）＜δ＜３６０（ｋ／Ｎｓ＋１／Ｐ）
（ただし、Ｎｓはステータスロット数、Ｐは極数、ｊは１からＰ−１までの整数、ｋはｊに対して１対１に対応して１からＰ−１までの間で選択される整数、ｎは任意の整数である。）で決定された角度δだけずれた位置に設定したものである。
【００１６】
上記構成により、各層において、永久磁石用打ち抜き穴のロータ表面に面した部分の同一の側と、ステータティースとの関係がそれぞれの極によって異なるため、例えば４極永久磁石モータにおいては、ステータティースとの関係が各９０゜ずつずれて４通り存在するため、トルク脈動が平均化され、コギングトルクが低減される。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明の実施例について詳しく説明する。
【００１８】
（実施例１）
本発明の一実施例について、図１〜図３を参照しながら説明する。
【００１９】
図１において、ロータ１のロータコア２は、鉄などの高透磁率材、または電磁鋼板など打ち抜いてなるロータコアシートを積層したものからなる。ロータコア２には、永久磁石用打ち抜き穴３および４があり、前記打ち抜き穴に、僅かな隙間を持って、それぞれ永久磁石５および６が一極あたり半径方向に二層以上分割されて埋設されている。ロータ１は、永久磁石５および６を埋設したロータコア２の両側に端板（図示せず）を設けるなどし、リベットピン（図示せず）などで保持している。ステータ７は、ヨーク８とこのヨーク８に保持された複数のティース９からなる。ティース９間にあるスロット１０には、巻線１１が施されている。巻線１１にはスイッチ回路などにより制御された電流が流れてステータ７内部に回転磁界を発生させ、これによりロータ１は、シャフト（図示せず）を中心に回転する。
【００２０】
永久磁石は一極あたり二層以上あるため、永久磁石５および６の間の磁路Ｐａ１、永久磁石６のロータ外周側のロータコア部の磁路Ｐａ２などの磁路ができる。この磁路があるため、電流の位相を進めることにより、永久磁石によるトルクと併せて、リラクタンストルクをも利用できる。リラクタンストルクは電流位相４５゜進めると最大となるため、総合トルクは、０゜と４５゜の間で最大となる。従って、入力低減が図れ、効率が向上する。また、永久磁石がロータ内周側に凸である円弧形状であるので、ロータ表面の極中心部に磁束が集中し、高いトルクを発生させることができる。
【００２１】
さらに、各極において、永久磁石のロータ表面に面した部分の同一の側５ａ，６ａの間の角度θは、Ｎｓ＝２４、ｎ＝１、ｉ＝１、Ｎｍ＝２としてθ＝３６０／Ｎｓ×（ｎ＋ｉ／Ｎｍ）にあてはめて計算した結果、２２．５゜となる。
【００２２】
図２に、ロータを微小回転させたときの、永久磁石５および６とティース９ａ，９ｂ，９ｃとの位置関係を示す。（ａ）においては、永久磁石５は、ティース９ｂと９ｃの中間にあり、永久磁石６は、ティース９ａとほぼ対向する位置に存在する。（ｂ）においては、永久磁石５とティース９ｃとの位置関係は、永久磁石６とティース９ａとの位置関係と逆位相にあり、吸引力の働く方向が互いに反対であるので、全体として吸引力、すなわち回転むらは少なくなる。また、（ｃ）においては、（ａ）の位置と同様であり、（ｄ）においては、（ｂ）の位置と同様である。従って、従来の永久磁石モータに比べ、回転むらは減少し、コギングトルクは約１／２に低減された。図３は、従来品のコギングトルク波形および本実施例における永久磁石モータのコギングトルク波形を示している。
【００２３】
なお、Ｐ＝４、Ｎｓ＝２４、Ｎｍ＝２のときのθのとりうる値を（表１）に示す。
磁石の厚みなどを考慮し、（表１）の中から構成上とりうる任意の値を採用可能である。同様にＰ＝４、Ｎｓ＝２４、Ｎｍ＝３のときのθのとりうる値を（表２）に示した。各層においてそれぞれ（表２）の各行の任意の値を選択すればよい。同様にして、Ｐ＝２、Ｎｓ＝１２、Ｎｍ＝３のときのθのとりうる値を（表３）に、Ｐ＝６、Ｎｓ＝１８、Ｎｍ＝４のときのθのとりうる値を（表４）に示す。
【００２４】
【表１】

【００２５】
【表２】

【００２６】
【表３】

【００２７】
【表４】

【００２８】
（参考例）
本発明の参考例を図４を用いて説明する。
【００２９】
図４に示す構成の作用は実施例１と同様であるので省略する。本参考例においては、永久磁石用打ち抜き穴２３および２４の一部に永久磁石２５および２６が埋設されている。永久磁石の両側は空気層または樹脂などの非磁性体を充填してなる。このとき、各極において、永久磁石のロータ表面に面した部分の同一の側２５ａ，２６ａの間の角度θは、Ｎｓ＝２４、ｎ＝１、ｉ＝１、Ｎｍ＝２としてθ＝３６０／Ｎｓ×（ｎ＋ｉ／Ｎｍ）にあてはめて計算した結果、２２．５゜となる。
【００３０】
本参考例においては、永久磁石は円弧形状となっていない。これは、希土類磁石を用いた場合、永久磁石の量を低減でき、また板状の製造容易な形状とすることにより、コスト低減をはかることができる。また、少ない磁石量で大きな磁束量を実現できるため、永久磁石用打ち抜き穴の形状に自由度ができ、請求項１記載のθの値の選択の幅が広がる。
【００３１】
（実施例２）
本発明の他の実施例を図５を用いて説明する。
【００３２】
図５において構成の作用は実施例１と同様であるので省略する。本実施例においては、それぞれの極において、ロータ外周側に位置する永久磁石６の円弧中心が、ロータ内周側に位置する永久磁石５の円弧中心よりロータ内周側にある。これにより、ロータ外周側に位置する永久磁石の表面積を大きくとり、ロータ表面の磁極中心部に磁束が集中するため、より高いトルクが得られる。また、ロータ外周側の永久磁石４２とロータコア表面の間に囲まれた空間を大きくとることができ、当該位置にリベットピン用穴１２を設けることができる。本構成により、永久磁石穴端面とロータ表面の間の鋼板部の強度を補強することができる。
【００３３】
（実施例３）
本発明の他の実施例を図６〜図８を用いて説明する。
【００３４】
構成は実施例１と同様であるので省略する。
ある極を基準とし、その極と他の極のロータ外周側に位置する永久磁石６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄの、ロータ表面に面した部分の同一の側６Ａ’，６Ｂ’，６Ｃ’，６Ｄ’が、相互の極間で、
δ＝３６０／Ｎｓ×（ｎ＋ｊ／Ｐ）
３６０（ｋ／Ｎｓ−１／Ｐ）＜δ＜３６０（ｋ／Ｎｓ＋１／Ｐ）
で決定される角度δだけずれた位置に設定したものである。
【００３５】
ただし、Ｎｓはステータスロット数、Ｐは極数、ｊは１からＰ−１までの整数、ｋはｊに対して１対１に対応して１からＰ−１までの間で選択される整数、ｎは任意の整数とする。
【００３６】
本実施例において、δ＝３６０／Ｎｓ×（ｎ＋ｊ／Ｐ）にあてはめて計算した結果は以下のとおりである。
【００３７】
δ１＝１５×（５＋２／４）＝８２．５
δ２＝１５×（１１＋３／４）＝１７６．２５
δ３＝１５×（１７＋１／４）＝２５８．７５
なお、ｊ／Ｐのｊの順番については、任意である。
【００３８】
図７に、あるロータの位置における、それぞれの極のロータ外周側に位置する永久磁石のロータ表面に面した部分の拡大図を示す。（ａ）は永久磁石６Ｄとティース９ｄとの位置関係を示している。（ｂ）は永久磁石６Ｂとティース９ｂとの位置関係を示している。（ｃ）は永久磁石６Ｃとティース９ｃとの位置関係を示している。（ｄ）は永久磁石６Ａとティース９ａとの位置関係を示している。あるロータの位置に置いて、それぞれの極のロータ外周側に位置する永久磁石のロータ表面に面した部分と、ステータティースとの位置関係は全て異なる。ロータが３．７５゜回転すると、それぞれの極のロータ外周側に位置する永久磁石のロータ表面に面した部分と、ステータティースとの位置関係が、図７に示すそれと同様になる。従って、３．７５゜毎に同一の位置関係が表れるため、コギングトルクやトルクリップルが低減される。図８は、従来の永久磁石モータのコギングトルク波形と、本実施例における永久磁石モータのコギングトルク波形を示すグラフである。従来の永久磁石モータのコギングに比べ、約１／２に低減された。
【００３９】
なお、本実施例において、ロータ外周側に位置する永久磁石用打ち抜き穴のロータ表面に面した部分の同一の側の角度について規定したが、ロータ内周側に位置する永久磁石用打ち抜き穴についても、同様に規定することにより、同様な効果が得られる。
【００４０】
なお、Ｐ＝４、Ｎｓ＝２４のときのΔδ＝δ−３６０ｋ／Ｐのとりうる値を（表５）に示す。ただし、ｋの値はｊの値に対応して１からＰ−１までの値をとる。各極においてそれぞれ（表５）の各行の任意の値を選択すればよい。同磁石の厚みなどを考慮し、（表５）の中から構成上とりうる任意の値の組合せを採用可能である。同様にして、Ｐ＝２、Ｎｓ＝１２のときのδのとりうる値を（表６）に、Ｐ＝６、Ｎｓ＝１８のときのδのとりうる値を（表７）に示す。
【００４１】
【表５】

【００４２】
【表６】

【００４３】
【表７】

【００４４】
なお、これらの実施例に示したものは、本発明の一例にすぎず、モータの極数や永久磁石の層数や形状など、本発明の趣旨に応じて種種の変形が可能であり、これらを本発明から除外するものではない。
【００４５】
【発明の効果】
上記説明から明らかなように、請求項１記載の発明によれば、コギングトルクが低減され、振動騒音の少ない永久磁石モータを提供することができる。。
【００４６】
また永久磁石表面積が大きくとれ、かつロータ表面の磁極中心部に磁束が集中するため、高いトルクが得られ、高効率の永久磁石モータが提供できる。
【００４７】
請求項２記載の発明によれば、ロータ外周側に位置する永久磁石の表面積を大きくとり、ロータ表面の磁極中心部に磁束が集中するため、より高いトルクが得られ、高効率の永久磁石モータが提供できる。
【００４８】
請求項３記載の発明によれば、高出力化が可能であり、また、永久磁石用打ち抜き穴の形状に自由度ができ、請求項１記載のθの値の選択の幅が広がる。
【００４９】
請求項４記載の発明によれば、トルク脈動が平均化され、コギングトルクが低減されるため、振動騒音の少ない永久磁石モータを提供することができる。
【００５０】
また高いトルクが得られ、高効率の永久磁石モータが提供できる。
【００５１】
請求項５記載の発明によれば、高出力化が可能であり、また、永久磁石用打ち抜き穴の形状に自由度ができ、請求項４記載のδの値の選択の幅が広がる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例における永久磁石モータを示す断面図
【図２】 永久磁石モータのロータを微小角度回転させたときの部分拡大断面図
【図３】 永久磁石モータのコギングトルク波形と従来の永久磁石モータのコギングトルク波形図
【図４】 本発明の参考例における永久磁石モータを示す断面図
【図５】 本発明の他の実施例における永久磁石モータを示す断面図
【図６】 本発明のさらに他の実施例における永久磁石モータを示す断面図
【図７】 本発明のさらに他の実施例における永久磁石モータを示す部分拡大断面図
【図８】 永久磁石モータのコギングトルク波形と従来の永久磁石モータのコギングトルク波形図
【図９】 従来の永久磁石モータを示す断面図
【図１０】 従来の永久磁石モータを示す分解斜視図
【図１１】 従来の永久磁石モータのロータを微小角度回転させたときの部分拡大断面図
【符号の説明】
１ ロータ
３，４ 永久磁石用打ち抜き穴
５，６ 永久磁石[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a permanent magnet motor that effectively utilizes not only torque by a permanent magnet but also reluctance torque to realize high efficiency.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in a permanent magnet motor having at least a plurality of permanent magnets, the permanent magnet is divided into two or more layers in the radial direction per pole inside the rotor, thereby effectively utilizing the reluctance torque and high efficiency. There was a permanent magnet motor that realized. 9 to 11 are permanent magnet motors invented by the authors. The rotor core 101 is formed by stacking a high permeability material such as iron or a rotor core sheet formed by punching such as an electromagnetic steel plate. This rotor core 101 has punched holes 102 and 103 for permanent magnets, and permanent magnets 104 and 105 are embedded in two or more layers in the radial direction per pole. In such a rotor 106, a rotor core 101 in which permanent magnets 104 and 105 are embedded is provided with end plates 107 on both sides and held by rivet pins 108 or the like. The stator 109 includes a yoke 110 and a plurality of teeth 111 held by the yoke 110. Windings 113 are provided in the slots 112 between the teeth 111. A current controlled by a switch circuit or the like flows through the winding 113 to generate a rotating magnetic field inside the stator 109, whereby the rotor 106 rotates about the shaft 114 by the rotating magnetic field.
[0003]
Since there are two or more permanent magnets per pole, magnetic paths such as a magnetic path Pa1 between the permanent magnets 104 and 105 and a magnetic path Pa2 of the rotor core portion on the rotor outer peripheral side of the permanent magnet 105 are formed. Since there is this magnetic path, the reluctance torque can be used together with the torque by the permanent magnet by advancing the phase of the current. Since the reluctance torque is maximized when the current phase is advanced by 45 ° in electrical angle, the total torque is maximized between 0 ° and 45 ° in electrical direction in the current phase. Therefore, the input can be reduced and the efficiency is improved.
[0004]
In addition, since a permanent magnet is embedded in the rotor core, a magnet scattering prevention tube is not required, there is no loss due to eddy current generated inside the magnet scattering prevention tube, and the mechanical air gap between the rotor 106 and the stator 109 is reduced. The efficiency can be further improved by making it possible.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional example has the following drawbacks.
[0006]
Depending on the arrangement of the permanent magnets, the magnetic paths Pa1 and Pa2 are blocked by the positional relationship with the stator teeth, making it difficult for the magnetic flux to flow. Further, when the positional relationship between the permanent magnet and the stator teeth coincides with each other, depending on the position of the rotor, the magnetic flux can easily flow and the magnetic flux can hardly flow. FIG. 11 shows the positional relationship between the permanent magnet 105 and the teeth 111 of the stator 109 when the rotor is rotated by a small angle. Since this positional relationship is the same for all poles, only one pole is shown in the figure. (A)->(b)->(c)-> (d), 3.75 [deg.] Counterclockwise, and the positional relationship (a) is restored. As a result, cogging occurs every 15 °. The magnetic flux emitted from the surface of the permanent magnet 104 passes through the magnetic path Pa1 as it is to the stator teeth, and the rest passes through the permanent magnet 105 to the stator teeth. When the rotor is rotating, the rotor magnetic flux is attracted in the rotor rotation direction, so that the positional relationship between the teeth 104a and 105a on the rotor outer circumferential side of the permanent magnets 104 and 105 and the teeth 111 all coincide. That is, when it coincides with a multiple of the interval between the teeth 111, the cogging torque and the torque ripple increase.
[0007]
In the case of FIG. 9, θ = 15 °, which coincides with the interval between the teeth 111 of the stator 109.
[0008]
Accordingly, there is a drawback that vibration and noise are increased as compared with a permanent magnet motor having a permanent magnet disposed on the surface.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a permanent magnet in which an arc-shaped permanent magnet convex inward is divided into two or more layers in a radial direction per pole and divided into two or more layers. In the permanent magnet motor in which a magnetic path is formed between the magnets and in the rotor core portion on the rotor outer periphery side of the outermost permanent magnet so that the reluctance torque can be effectively used, the permanent magnet is inserted into the permanent magnet punch hole formed in the rotor. And at each pole, the same side of the portion facing the rotor surface of the permanent magnet punched hole of the other layer and the other layer is defined as θ = 360 / Ns × (n + i / Nm)
0 <θ <360 / (2P)
(Where Ns is the number of status lots, Nm is the number of permanent magnet layers per pole, P is the number of poles, i is an integer from 1 to Nm−1, and n is an arbitrary integer). This is set at a position shifted by an angle θ.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
According to the first aspect of the present invention , an arc-shaped permanent magnet that protrudes inward is arranged in two or more layers in a radial direction per pole in the rotor, and is divided into two or more layers. In a permanent magnet motor in which a reluctance torque can be effectively used by forming a magnetic path in the rotor core portion on the outer periphery of the rotor between the outermost layer and the outermost layer, the permanent magnet is disposed in a punched hole for the permanent magnet formed in the rotor In each pole, the same side of the portion facing the rotor surface of the punching hole for permanent magnet of the other layer and the other layer is defined as θ = 360 / Ns × (n + i / Nm )
0 <θ <360 / (2P)
(Where Ns is the number of status lots, Nm is the number of permanent magnet layers per pole, P is the number of poles, i is an integer from 1 to Nm−1, and n is an arbitrary integer). This is set at a position shifted by an angle θ.
[0011]
With the above configuration, the relationship between the stator teeth and the same side of the portion facing the rotor surface of the permanent magnet punch hole in each pole differs depending on each layer. For example, the permanent magnet is divided into two layers per pole. In the permanent magnet motor, the relationship with the stator teeth is in the opposite phase, and the cogging torque is reduced.
[0012]
Further, the permanent magnet has an arc shape that is convex inward so that the surface area of the permanent magnet can be increased, and the magnetic flux is concentrated on the magnetic pole center portion of the rotor surface to obtain a higher torque.
[0013]
In each pole, the permanent magnet located on the outer periphery of the rotor is positioned on the outer periphery side of the rotor so that the arc center of the permanent magnet located on the outer periphery side of the rotor is on the inner periphery side of the rotor. Since the surface area is increased and the magnetic flux is concentrated at the magnetic pole center portion on the rotor surface, higher torque can be obtained.
[0014]
In addition, the permanent magnet is made of rare earth magnets, enabling high torque and high output. Also, since a large amount of magnetic flux can be realized with a small amount of magnets, the shape of the punched hole for permanent magnets can be set freely, and θ The range of value selection can be expanded.
[0015]
Further, arc-shaped permanent magnets that are convex inward are arranged in the rotor in two or more layers in the radial direction per pole, and between the permanent magnets arranged in two or more layers and in the outermost layer In the permanent magnet motor in which the magnetic path is formed in the rotor core portion on the outer periphery side of the rotor so that the reluctance torque can be effectively used, the permanent magnet is disposed in the punched hole for the permanent magnet formed in the rotor, and a certain pole is provided. As a reference, the same side of the portion facing the rotor surface of the permanent magnet punch hole located in the outermost layer of the pole and the other pole is between the poles,
δ = 360 / Ns × (n + j / P)
360 (k / Ns-1 / P) <δ <360 (k / Ns + 1 / P)
(Where Ns is the number of status lots, P is the number of poles, j is an integer from 1 to P-1, and k is selected between 1 and P-1 in a one-to-one correspondence with j. An integer, n is an arbitrary integer.) Is set at a position shifted by an angle δ determined in (4).
[0016]
With the above configuration, in each layer, since the relationship between the same side of the portion facing the rotor surface of the permanent magnet punch hole and the stator teeth differs depending on the respective poles, for example, in a 4-pole permanent magnet motor, Since there are four types of relationships that are shifted by 90 °, torque pulsation is averaged and cogging torque is reduced.
[0017]
【Example】
Examples of the present invention will be described in detail below.
[0018]
Example 1
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0019]
In FIG. 1, the rotor core 2 of the rotor 1 is formed by stacking a high permeability material such as iron or a rotor core sheet formed by punching such as an electromagnetic steel plate. The rotor core 2 has punched holes 3 and 4 for permanent magnets, and the permanent magnets 5 and 6 are embedded by being divided into two or more layers in the radial direction per pole with a slight gap in the punched holes. Yes. The rotor 1 is held by rivet pins (not shown) by providing end plates (not shown) on both sides of the rotor core 2 in which the permanent magnets 5 and 6 are embedded. The stator 7 includes a yoke 8 and a plurality of teeth 9 held by the yoke 8. A winding 11 is provided in the slot 10 between the teeth 9. A current controlled by a switch circuit or the like flows through the winding 11 to generate a rotating magnetic field inside the stator 7, whereby the rotor 1 rotates about a shaft (not shown).
[0020]
Since there are two or more permanent magnets per pole, magnetic paths such as a magnetic path Pa1 between the permanent magnets 5 and 6 and a magnetic path Pa2 of the rotor core portion on the rotor outer peripheral side of the permanent magnet 6 are formed. Since there is this magnetic path, the reluctance torque can be used together with the torque by the permanent magnet by advancing the phase of the current. Since the reluctance torque becomes maximum when the current phase is advanced by 45 °, the total torque becomes maximum between 0 ° and 45 °. Therefore, the input can be reduced and the efficiency is improved. Further, since the permanent magnet has an arc shape that is convex toward the inner peripheral side of the rotor, the magnetic flux concentrates on the pole center portion of the rotor surface, and high torque can be generated.
[0021]
Further, in each pole, the angle θ between the same sides 5a and 6a of the part facing the rotor surface of the permanent magnet is θ = 360 / Ns where Ns = 24, n = 1, i = 1, Nm = 2. As a result of calculation applied to × (n + i / Nm), it is 22.5 °.
[0022]
FIG. 2 shows the positional relationship between the permanent magnets 5 and 6 and the teeth 9a, 9b, and 9c when the rotor is slightly rotated. In (a), the permanent magnet 5 exists in the middle of the teeth 9b and 9c, and the permanent magnet 6 exists in the position which substantially opposes the teeth 9a. In (b), the positional relationship between the permanent magnet 5 and the tooth 9c is in the opposite phase to the positional relationship between the permanent magnet 6 and the tooth 9a, and the working direction of the attractive force is opposite to each other. That is, the rotation unevenness is reduced. Further, (c) is the same as the position (a), and (d) is the same as the position (b). Therefore, as compared with the conventional permanent magnet motor, the rotation unevenness is reduced and the cogging torque is reduced to about ½. FIG. 3 shows the cogging torque waveform of the conventional product and the cogging torque waveform of the permanent magnet motor in this embodiment.
[0023]
Table 1 shows the possible values of θ when P = 4, Ns = 24, and Nm = 2.
In consideration of the thickness of the magnet and the like, any value that can be taken from the configuration can be adopted from (Table 1). Similarly, the possible values of θ when P = 4, Ns = 24, and Nm = 3 are shown in Table 2. Any value in each row of (Table 2) may be selected for each layer. Similarly, the possible values of θ when P = 2, Ns = 12, and Nm = 3 are shown in (Table 3), and the possible values of θ when P = 6, Ns = 18, and Nm = 4 are shown. (Table 4).
[0024]
[Table 1]

[0025]
[Table 2]

[0026]
[Table 3]

[0027]
[Table 4]

[0028]
(Reference example)
A reference example of the present invention will be described with reference to FIG.
[0029]
Since the operation of the configuration shown in FIG. In this reference example , permanent magnets 25 and 26 are embedded in part of the permanent magnet punching holes 23 and 24. Both sides of the permanent magnet are filled with a nonmagnetic material such as an air layer or resin. At this time, in each pole, the angle θ between the same sides 25a and 26a of the portion facing the rotor surface of the permanent magnet is Ns = 24, n = 1, i = 1, Nm = 2 and θ = 360 / The result of calculation by applying to Ns × (n + i / Nm) is 22.5 °.
[0030]
In this reference example , the permanent magnet is not arc-shaped. In the case where a rare earth magnet is used, the amount of permanent magnets can be reduced, and the cost can be reduced by making the plate shape easy to manufacture. Further, since a large amount of magnetic flux can be realized with a small amount of magnets, the shape of the punched hole for permanent magnets can be freely set, and the range of selection of the value of θ according to claim 1 is expanded.
[0031]
(Example 2)
Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
[0032]
In FIG. 5, the operation of the configuration is the same as that of the first embodiment, and therefore will be omitted. In this embodiment, in each pole, the arc center of the permanent magnet 6 located on the rotor outer circumference side is located on the rotor inner circumference side from the arc center of the permanent magnet 5 located on the rotor inner circumference side. As a result, the surface area of the permanent magnet located on the outer periphery side of the rotor is increased, and the magnetic flux concentrates on the magnetic pole center portion on the rotor surface, so that higher torque can be obtained. Further, a space surrounded by the permanent magnet 42 on the rotor outer peripheral side and the rotor core surface can be made large, and the rivet pin hole 12 can be provided at the position. With this configuration, the strength of the steel plate portion between the end face of the permanent magnet hole and the rotor surface can be reinforced.
[0033]
(Example 3)
Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0034]
Since the configuration is the same as in the first embodiment, a description thereof will be omitted.
The same side 6A ', 6B', 6C ', 6D of the part facing the rotor surface of the permanent magnets 6A, 6B, 6C, 6D positioned on the outer peripheral side of the rotor with respect to a certain pole as a reference 'Between the poles of each other,
δ = 360 / Ns × (n + j / P)
360 (k / Ns-1 / P) <δ <360 (k / Ns + 1 / P)
Is set at a position shifted by an angle δ determined in (1).
[0035]
Where Ns is the number of status lots, P is the number of poles, j is an integer from 1 to P-1, and k is an integer selected from 1 to P-1 corresponding to j on a one-to-one basis. , N is an arbitrary integer.
[0036]
In the present embodiment, the calculation result by applying δ = 360 / Ns × (n + j / P) is as follows.
[0037]
δ1 = 15 × (5 + 2/4) = 82.5
δ2 = 15 × (11 + 3/4) = 176.25
δ3 = 15 × (17 + 1/4) = 258.75
Note that the order of j in j / P is arbitrary.
[0038]
FIG. 7 shows an enlarged view of a portion of the permanent magnet located on the rotor outer peripheral side of each pole facing the rotor surface at a certain rotor position. (A) has shown the positional relationship of permanent magnet 6D and the teeth 9d. (B) has shown the positional relationship of the permanent magnet 6B and the teeth 9b. (C) has shown the positional relationship of the permanent magnet 6C and the teeth 9c. (D) has shown the positional relationship of the permanent magnet 6A and the teeth 9a. The positional relationship between the stator teeth and the portion of the permanent magnet located on the rotor outer peripheral side of each pole that faces the rotor surface at a certain rotor position is different. When the rotor rotates 3.75 °, the positional relationship between the stator teeth facing the rotor surface of the permanent magnet located on the rotor outer periphery side of each pole becomes the same as that shown in FIG. Therefore, since the same positional relationship appears every 3.75 °, cogging torque and torque ripple are reduced. FIG. 8 is a graph showing a cogging torque waveform of a conventional permanent magnet motor and a cogging torque waveform of the permanent magnet motor in the present embodiment. Compared with the cogging of the conventional permanent magnet motor, it was reduced to about ½.
[0039]
In this embodiment, the angle on the same side of the portion facing the rotor surface of the permanent magnet punch hole located on the outer periphery side of the rotor is defined, but the punch hole for permanent magnet located on the inner periphery side of the rotor is also defined. The same effect can be obtained by defining the same.
[0040]
Table 5 shows possible values of Δδ = δ-360 k / P when P = 4 and Ns = 24. However, the value of k takes a value from 1 to P-1 corresponding to the value of j. Any value in each row of (Table 5) may be selected for each pole. In consideration of the thickness of the magnet, any combination of values that can be taken from the configuration can be adopted from (Table 5). Similarly, (Table 6) shows possible values of δ when P = 2 and Ns = 12, and (Table 7) shows possible values of δ when P = 6 and Ns = 18.
[0041]
[Table 5]

[0042]
[Table 6]

[0043]
[Table 7]

[0044]
In addition, what was shown in these Examples is only an example of this invention, and various deformation | transformation are possible according to the meaning of this invention, such as the number of poles of a motor, the number of layers of a permanent magnet, and a shape. Is not excluded from the present invention.
[0045]
【The invention's effect】
As apparent from the above description, according to the first aspect of the present invention, a permanent magnet motor with reduced cogging torque and less vibration noise can be provided. .
[0046]
The permanent magnet surface area made large, and the magnetic flux to the magnetic pole center of the rotor surface is concentrated, obtained have high torque, the permanent magnet motor of high efficiency can be provided.
[0047]
According to the second aspect of the present invention, the surface area of the permanent magnet located on the outer peripheral side of the rotor is increased, and the magnetic flux is concentrated at the magnetic pole central portion of the rotor surface. Can be provided.
[0048]
According to the invention described in claim 3 , the output can be increased, and the shape of the punched hole for the permanent magnet can be increased, and the range of selection of the value of θ described in claim 1 is widened.
[0049]
According to the fourth aspect of the present invention, torque pulsation is averaged and cogging torque is reduced, so that a permanent magnet motor with less vibration noise can be provided.
[0050]
Moreover, a high torque can be obtained and a highly efficient permanent magnet motor can be provided.
[0051]
According to the fifth aspect of the present invention, it is possible to increase the output, and the degree of freedom of the shape of the permanent magnet punching hole is increased, and the range of selection of the value of δ according to the fourth aspect is widened.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a permanent magnet motor according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view when a rotor of the permanent magnet motor is rotated by a minute angle. FIG. 4 is a cross-sectional view showing a permanent magnet motor in a reference example of the present invention. FIG. 5 is a cross-sectional view showing a permanent magnet motor in another embodiment of the present invention. FIG. 7 is a partially enlarged sectional view showing a permanent magnet motor in still another embodiment of the present invention. FIG. 8 is a cogging torque waveform of the permanent magnet motor. FIG. 9 is a sectional view showing a conventional permanent magnet motor. FIG. 10 is an exploded perspective view showing a conventional permanent magnet motor. FIG. Partially enlarged sectional view of the rotor of the permanent magnet motor was small angular rotation [Description of symbols]
1 Rotor 3, 4 Perforated hole for permanent magnet 5, 6 Permanent magnet

Claims (5)

内側に凸である円弧形状の永久磁石をロータ内部に一極あたり半径方向に２層以上に分割して配置し、２層以上に分割して配置した永久磁石の間および最外層の永久磁石のロータ外周側のロータコア部に磁路を形成させてリラクタンストルクを有効利用できるようにした永久磁石モータにおいて、ロータに形成した永久磁石用打ち抜き穴内に前記永久磁石を配置し、かつ、それぞれの極において、ある層を基準とし、その層と他の層の永久磁石用打ち抜き穴のロータ表面に面した部分の同一の側が、それぞれ
θ＝３６０／Ｎｓ×（ｎ＋ｉ／Ｎｍ）
０＜θ＜３６０／（２Ｐ）
（ただし、Ｎｓはステータスロット数、Ｎｍは一極あたりの永久磁石の層数、Ｐは極数、ｉは１からＮｍ−１までの整数、ｎは任意の整数である。）で決定される角度θだけずれた位置にあることを特徴とする永久磁石モータ。Arc-shaped permanent magnets that are convex inwardly are arranged in two or more layers in the radial direction per pole inside the rotor, and between the permanent magnets arranged in two or more layers and between the outermost permanent magnets In the permanent magnet motor in which the magnetic path is formed in the rotor core portion on the outer periphery side of the rotor so that the reluctance torque can be effectively used, the permanent magnet is disposed in the punched hole for the permanent magnet formed in the rotor, and at each pole Based on a certain layer, the same side of the portion facing the rotor surface of the permanent magnet punch hole of the other layer is θ = 360 / Ns × (n + i / Nm), respectively.
0 <θ <360 / (2P)
(Where Ns is the number of status lots, Nm is the number of permanent magnet layers per pole, P is the number of poles, i is an integer from 1 to Nm−1, and n is an arbitrary integer). A permanent magnet motor having a position shifted by an angle θ. それぞれの極において、ロータ外周側に位置する永久磁石の円弧中心が、ロータ内周側に位置する永久磁石の円弧中心よりロータ内周側にある請求項１記載の永久磁石モータ。  2. The permanent magnet motor according to claim 1, wherein in each pole, the arc center of the permanent magnet located on the rotor outer circumference side is located on the rotor inner circumference side from the arc center of the permanent magnet located on the rotor inner circumference side. 永久磁石が希土類磁石である請求項１記載の永久磁石モータ。  The permanent magnet motor according to claim 1, wherein the permanent magnet is a rare earth magnet. 内側に凸である円弧形状の永久磁石をロータ内部に一極あたり半径方向に２層以上に分割して配置し、２層以上に分割して配置した永久磁石の間および最外層の永久磁石のロータ外周側のロータコア部に磁路を形成させてリラクタンストルクを有効利用できるようにした永久磁石モータにおいて、ロータに形成した永久磁石用打ち抜き穴内に前記永久磁石を配置し、かつ、ある極を基準とし、その極と他の極の最外層に位置する永久磁石用打ち抜き穴のロータ表面に面した部分の同一の側が、相互の極間で、
δ＝３６０／Ｎｓ×（ｎ＋ｊ／Ｐ）
３６０（ｋ／Ｎｓ−１／Ｐ）＜δ＜３６０（ｋ／Ｎｓ＋１／Ｐ）
（ただし、Ｎｓはステータスロット数、Ｐは極数、ｊは１からＰ−１までの整数、ｋはｊに対して１対１に対応して１からＰ−１までの間で選択される整数、ｎは任意の整数である。）で決定された角度δだけずれた位置にあることを特徴とする永久磁石モータ。Arc-shaped permanent magnets that are convex inwardly are arranged in two or more layers in the radial direction per pole inside the rotor, and between the permanent magnets arranged in two or more layers and between the outermost permanent magnets In a permanent magnet motor in which a magnetic path is formed in the rotor core portion on the outer periphery side of the rotor so that the reluctance torque can be used effectively, the permanent magnet is disposed in a punched hole for the permanent magnet formed in the rotor, and a certain pole is used as a reference The same side of the part facing the rotor surface of the permanent magnet punched hole located in the outermost layer of the pole and the other pole is between the poles,
δ = 360 / Ns × (n + j / P)
360 (k / Ns-1 / P) <δ <360 (k / Ns + 1 / P)
(Where Ns is the number of status lots, P is the number of poles, j is an integer from 1 to P-1, and k is selected between 1 and P-1 in a one-to-one correspondence with j. The permanent magnet motor is located at a position shifted by an angle δ determined in (4). 永久磁石が内側に凸である円弧形状である請求項４記載の永久磁石モータ。  The permanent magnet motor according to claim 4, wherein the permanent magnet has an arc shape that is convex inward.

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