JP5671860B2

JP5671860B2 - Rotating electric machine

Info

Publication number: JP5671860B2
Application number: JP2010167905A
Authority: JP
Inventors: 加藤　崇; 崇加藤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2010-07-27
Filing date: 2010-07-27
Publication date: 2015-02-18
Anticipated expiration: 2030-07-27
Also published as: JP2012029514A

Description

この発明は、回転電機に関する。 The present invention relates to a rotating electrical machine.

特許文献１には、低保磁力の永久磁石と高保磁力の永久磁石とを組み合わせて、運転に応じて低保磁力の永久磁石の着磁状態を変化させる回転電機が開示される。 Patent Document 1 discloses a rotating electric machine that combines a low coercivity permanent magnet and a high coercivity permanent magnet to change the magnetization state of the low coercivity permanent magnet according to operation.

特開２００６−２８０１９５号公報JP 2006-280195 A

しかしながら、前述した従来の回転電機では、高トルクを得るべく大電流を流したときに、反磁界によって低保磁力の永久磁石が減磁してしまう。減磁を回避するために＋ｄ軸電流を通電しては、逆トルクが発生してしまうので、更にトルクが低下する、という問題があった。 However, in the conventional rotating electrical machine described above, when a large current is passed to obtain a high torque, the demagnetizing field causes the low coercivity permanent magnet to be demagnetized. When a + d-axis current is applied to avoid demagnetization, a reverse torque is generated, and there is a problem that the torque further decreases.

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、高トルク運転したときの永久磁石の減磁を防止することができる回転電機を提供することを目的とする。 The present invention has been made paying attention to such a conventional problem, and an object of the present invention is to provide a rotating electrical machine capable of preventing demagnetization of a permanent magnet during high torque operation.

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。 The present invention solves the above problems by the following means.

本発明は、ローターコアに永久磁石を挿入したローターを備える回転電機に関する。そしてローターコアは、ローターコアに比べて透磁率が低い低透磁率層を一定の機械角ごとに含み、また永久磁石は、一定の機械角ごとに設けられた低透磁率層の間に設けられた複数の永久磁石で１つの磁極を形成し、その１つの磁極を形成する複数の永久磁石のなかの少なくとも１つの永久磁石は、他の永久磁石と保磁力が異なることを特徴とする。低透磁率層は、複数の永久磁石で形成される磁極による磁束の方向であるｄ軸に対して電気的磁気的に直交するｑ軸上に並び、ローターの回転中心に向けて凸の複数の略円弧状で構成される。また、低透磁率層を構成する複数の略円弧上の間に配置される永久磁石をさらに含む。 The present invention relates to a rotary electric machine including a rotor over the insertion of the permanent magnets to the rotor core. The rotor core includes a low magnetic permeability layer having a lower magnetic permeability than the rotor core for each fixed mechanical angle, and the permanent magnet is provided between the low magnetic permeability layers provided for each fixed mechanical angle. A plurality of permanent magnets form one magnetic pole, and at least one of the plurality of permanent magnets forming the one magnetic pole has a different coercive force from other permanent magnets. The low-permeability layer is arranged on the q-axis that is electrically and magnetically orthogonal to the d-axis, which is the direction of the magnetic flux by the magnetic poles formed by a plurality of permanent magnets, and has a plurality of convexities toward the rotation center of the rotor Consists of a substantially arc shape. Moreover, it further includes a permanent magnet disposed between a plurality of substantially arcs constituting the low permeability layer.

本発明によれば、高速回転運転時には、保磁力が低い永久磁石が反磁界によって磁極が反転しステーターに誘起される電圧が抑制されるので、ローターの回転速度の上昇制限を抑制できる。そして、高トルク運転時には、ローター側の磁極がステーター側の磁極に引きつけられることとなって、磁束が反磁界にならないので、永久磁石の減磁を防止することができる。 According to the present invention, during high-speed rotation operation, the permanent magnet having a low coercive force reverses the magnetic pole due to the demagnetizing field and the voltage induced in the stator is suppressed, so that the increase in the rotational speed of the rotor can be suppressed. During high torque operation, the magnetic pole on the rotor side is attracted to the magnetic pole on the stator side, and the magnetic flux does not become a demagnetizing field, so that demagnetization of the permanent magnet can be prevented.

本発明による回転電機のローターの第１実施形態を示す断面図であり、全周の１／２(機械角１８０°)を示す。It is sectional drawing which shows 1st Embodiment of the rotor of the rotary electric machine by this invention, and shows 1/2 (mechanical angle 180 degrees) of a perimeter. 最大トルク運転するときの様子を示す図である。It is a figure which shows a mode when performing a maximum torque driving | operation. 高速回転運転するときの様子を示す図である。It is a figure which shows a mode when performing high-speed rotation driving | operation. 本発明による回転電機のローターの第２実施形態を示す断面図であり、全周の１／２(機械角１８０°)を示す。It is sectional drawing which shows 2nd Embodiment of the rotor of the rotary electric machine by this invention, and shows 1/2 (mechanical angle 180 degrees) of a perimeter. 本発明による回転電機のローターの第３実施形態を示す断面図であり、全周の１／２(機械角１８０°)を示す。It is sectional drawing which shows 3rd Embodiment of the rotor of the rotary electric machine by this invention, and shows 1/2 (mechanical angle 180 degrees) of a perimeter. 本発明による回転電機のローターの第４実施形態を示す図である。It is a figure which shows 4th Embodiment of the rotor of the rotary electric machine by this invention. 本発明による回転電機のローターの第５実施形態を示す図である。It is a figure which shows 5th Embodiment of the rotor of the rotary electric machine by this invention. 本発明による回転電機のローターの第６実施形態を示す図である。It is a figure which shows 6th Embodiment of the rotor of the rotary electric machine by this invention.

以下では図面等を参照して本発明を実施するための形態について、さらに詳しく説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明による回転電機のローターの第１実施形態を示す断面図であり、全周の１／２(機械角１８０°)を示す。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of a rotor of a rotating electrical machine according to the present invention, and shows a half of the entire circumference (mechanical angle 180 °).

回転電機のローター１は、ローターシャフト１０と、ローターコア２０と、永久磁石３１，３２と、を有する。 A rotor 1 of a rotating electrical machine includes a rotor shaft 10, a rotor core 20, and permanent magnets 31 and 32.

ローターシャフト１０は、ローター１の回転軸である。 The rotor shaft 10 is a rotating shaft of the rotor 1.

ローターコア２０は、ローターシャフト１０の周囲に設けられる。ローターコア２０は、多数の電磁鋼板がローターシャフト方向に積層されて形成される。ローターコア２０は、低透磁率層２１１〜２１４を含む。低透磁率層２１１〜２１４は、ローターコア２０の電磁鋼板部分に比べて透磁率が低く、磁束(フラックス)が通りにくいフラックスバリアである。低透磁率層２１１〜２１４は、ローターコア２０に形成された空隙(空気層)であっても、その空隙に低透磁率材が充填されていてもよい。低透磁率層２１１〜２１４は、一定の機械角ごとに形成される。本実施形態では、機械角１８０°ごとに形成される。すなわち本実施形態では、全周で６ヶ所に低透磁率層２１１〜２１４が形成される。低透磁率層２１１〜２１４は、ｑ軸上に並ぶ。なおｑ軸については後述する。低透磁率層２１１〜２１３は、ローターシャフト１０に向けて凸の複数の略円弧状である。低透磁率層２１４は、一方の縁が低透磁率層２１３に沿って、他方の縁がローターシャフト１０の外周に沿った形状である。 The rotor core 20 is provided around the rotor shaft 10. The rotor core 20 is formed by laminating a number of electromagnetic steel plates in the rotor shaft direction. The rotor core 20 includes low magnetic permeability layers 211 to 214. The low magnetic permeability layers 211 to 214 are flux barriers having a low magnetic permeability compared to the electromagnetic steel plate portion of the rotor core 20 and difficult to pass magnetic flux (flux). The low magnetic permeability layers 211 to 214 may be voids (air layers) formed in the rotor core 20 or the voids may be filled with a low magnetic permeability material. The low magnetic permeability layers 211 to 214 are formed for every fixed mechanical angle. In this embodiment, it is formed every mechanical angle 180 °. That is, in this embodiment, the low magnetic permeability layers 211 to 214 are formed at six places on the entire circumference. The low magnetic permeability layers 211 to 214 are arranged on the q axis. The q axis will be described later. The low magnetic permeability layers 211 to 213 have a plurality of substantially arc shapes that protrude toward the rotor shaft 10. The low magnetic permeability layer 214 has a shape in which one edge is along the low magnetic permeability layer 213 and the other edge is along the outer periphery of the rotor shaft 10.

永久磁石３１，３２は、一定の機械角ごとに形成された低透磁率層２１１〜２１４の間に配置される。本実施形態では、機械角１８０°ごとに形成される。すなわち本実施形態では、全周で６ヶ所に配置される。１つの磁極を形成する永久磁石３２は、２つである。すなわち、この２つの永久磁石３２と永久磁石３１との３つの永久磁石で１つの磁極を形成する。そして隣設する磁極は交互に異なる。すなわち右上の永久磁石３１，３２は、すべて、ローター外周側がＮ極であり、ローターシャフト側がＳ極である。左上の永久磁石３１，３２は、すべて、ローター外周側がＳ極であり、ローターシャフト側がＮ極である。これらひとつの磁極を形成する３つの永久磁石がつくる磁束の方向がｄ軸である。永久磁石３１は、このｄ軸上に配置される。２つの永久磁石３２は、永久磁石３１の両側に位置する。ｄ軸に対して電気的磁気的に直交する方向がｑ軸である。そして永久磁石３１及び２つの永久磁石３２の３つの永久磁石は、電気角１８０°以内の範囲に配置される。すなわち永久磁石３１及び２つの永久磁石３２の３つの永久磁石は、２つのｑ軸に挟まれる範囲に配置される。永久磁石３１及び永久磁石３２は、保磁力が異なる。永久磁石３１は、永久磁石３２よりも保磁力が高い。換言すれば永久磁石３２は、永久磁石３１よりも保磁力が低い。そして永久磁石３１は、永久磁石３２よりも薄い。換言すれば永久磁石３２は、永久磁石３１よりも厚い。 The permanent magnets 31 and 32 are disposed between the low magnetic permeability layers 211 to 214 formed at fixed mechanical angles. In this embodiment, it is formed every mechanical angle 180 °. That is, in this embodiment, it arrange | positions at six places in a perimeter. There are two permanent magnets 32 forming one magnetic pole. That is, one magnetic pole is formed by the three permanent magnets of the two permanent magnets 32 and 31. The adjacent magnetic poles are alternately different. That is, in the upper right permanent magnets 31 and 32, the rotor outer peripheral side is the N pole, and the rotor shaft side is the S pole. In the upper left permanent magnets 31 and 32, the rotor outer peripheral side is the S pole, and the rotor shaft side is the N pole. The direction of the magnetic flux produced by the three permanent magnets forming one magnetic pole is the d-axis. The permanent magnet 31 is disposed on the d axis. The two permanent magnets 32 are located on both sides of the permanent magnet 31. The direction perpendicular to the d-axis electrically and magnetically is the q-axis. And the three permanent magnets of the permanent magnet 31 and the two permanent magnets 32 are arrange | positioned in the range within 180 degrees of electrical angles. That is, the three permanent magnets of the permanent magnet 31 and the two permanent magnets 32 are arranged in a range sandwiched between two q axes. The permanent magnet 31 and the permanent magnet 32 have different coercive forces. The permanent magnet 31 has a higher coercive force than the permanent magnet 32. In other words, the permanent magnet 32 has a lower coercive force than the permanent magnet 31. The permanent magnet 31 is thinner than the permanent magnet 32. In other words, the permanent magnet 32 is thicker than the permanent magnet 31.

次に第１実施形態の作用効果を説明する。 Next, the function and effect of the first embodiment will be described.

図２は、最大トルク運転するときの様子を示す図である。 FIG. 2 is a diagram illustrating a state when the maximum torque operation is performed.

図２(Ａ)は、磁石トルクを最大限に利用して最大トルク運転するときの様子を示す。 FIG. 2A shows a state in which the maximum torque operation is performed by utilizing the magnet torque to the maximum extent.

本実施形態のローター１を用いて図２(Ａ)の左回りに最大トルク運転する場合であって、磁石トルクを最大限に利用するには、図２(Ａ)に示すようなステーター磁界にする。すなわちｑ軸(図２(Ａ)の真上)のステーター２にＳ極を形成する。そして右斜上方に位置するｑ軸にＮ極を形成する。
このようにすると、永久磁石３１，３２で形成された磁極(Ｎ極)がステーター２のＮ極に反発するとともに、Ｓ極に引きつけられるので、磁石トルクを最大限に利用することができる。 In the case of operating the maximum torque counterclockwise in FIG. 2A using the rotor 1 of the present embodiment, in order to make maximum use of the magnet torque, a stator magnetic field as shown in FIG. To do. That is, an S pole is formed on the stator 2 on the q axis (directly above FIG. 2A). Then, an N pole is formed on the q-axis located on the upper right side.
In this way, the magnetic pole (N pole) formed by the permanent magnets 31 and 32 repels the N pole of the stator 2 and is attracted to the S pole, so that the magnet torque can be utilized to the maximum.

図２(Ｂ)は、リラクタンストルクを最大限に利用して最大トルク運転するときの様子を示す。 FIG. 2B shows a state in which the maximum torque operation is performed by utilizing the reluctance torque to the maximum.

同様に本実施形態のローター１を用いて図２(Ｂ)の左回りに最大トルク運転する場合であって、リラクタンストルクを最大限に利用するには、図２(Ｂ)に示すようなステーター磁界にする。すなわちｄ軸よりもやや進角したステーター２にＳ極を形成する。そしてそのＳ極から電気的に１８０°遅角したステーター２にＮ極を形成する。このようにすると、ステーターのＮ極−Ｓ極間の磁束が、低透磁率層２１１〜２１４の間の電磁鋼板部分を通る。そしてこの磁束経路が最短になるように、ローターが左回転する。したがってこのようなステーター磁界にすることで、リラクタンストルクを最大限に利用できる。 Similarly, in the case where the maximum torque is operated counterclockwise in FIG. 2B using the rotor 1 of the present embodiment, in order to make maximum use of the reluctance torque, a stator as shown in FIG. Use a magnetic field. That is, the S pole is formed on the stator 2 slightly advanced from the d axis. Then, the N pole is formed in the stator 2 which is electrically delayed by 180 ° from the S pole. If it does in this way, the magnetic flux between the north pole-south pole of a stator will pass through the electromagnetic steel plate part between the low magnetic permeability layers 211-214. The rotor rotates counterclockwise so that this magnetic flux path is the shortest. Therefore, the reluctance torque can be utilized to the maximum by using such a stator magnetic field.

図２(Ｃ)は、磁石トルク及びリラクタンストルクの合成トルクを最大限に利用して最大トルク運転するときの様子を示す。 FIG. 2C shows a state in which the maximum torque operation is performed by using the combined torque of the magnet torque and the reluctance torque to the maximum extent.

上述のように、磁石トルクを最大限に利用するときのステーター磁界と、リラクタンストルクを最大限に利用するときのステーター磁界とは、相違する。そこで両トルクの合成トルクを最大限に利用するためには、図２(Ｃ)に示すように、図２(Ａ)及び図２(Ｂ)の間のステーター磁界にする。このようにしたときには、永久磁石３１，３２で形成された磁極(Ｎ極)がステーター２のＳ極に引きつけられる。すなわち、ローター側の磁極がステーター側の磁極に引きつけられることとなるので、磁束は、図２(Ｃ)に矢印で示すようになり、反磁界にならないので、永久磁石が減磁しない。 As described above, the stator magnetic field when the magnet torque is used to the maximum is different from the stator magnetic field when the reluctance torque is used to the maximum. Therefore, in order to make maximum use of the combined torque of both torques, as shown in FIG. 2 (C), the stator magnetic field between FIG. 2 (A) and FIG. 2 (B) is used. When this is done, the magnetic pole (N pole) formed by the permanent magnets 31 and 32 is attracted to the S pole of the stator 2. That is, since the rotor-side magnetic pole is attracted to the stator-side magnetic pole, the magnetic flux becomes as indicated by an arrow in FIG. 2C and does not become a demagnetizing field, so the permanent magnet does not demagnetize.

図３は、高速回転運転するときの様子を示す図である。 FIG. 3 is a diagram illustrating a state when the high-speed rotation operation is performed.

ローターの回転が高速になるにつれて、ローターに埋め込まれた永久磁石によってステーター側に誘起される電圧が大きくなる。するとステーターに電流が流れにくくなるので、回転速度を上げることが困難になる。 As the rotation of the rotor increases, the voltage induced on the stator side by the permanent magnet embedded in the rotor increases. This makes it difficult for current to flow through the stator, making it difficult to increase the rotational speed.

しかしながら本実施形態のローターを用いて、図３に示すように、ｄ軸のステーター２にＮ極を形成すれば(これはパルス的に極微小時間でよい)、反磁界によって保磁力が低い永久磁石３２の磁極が反転する。すなわち永久磁石３２は、ローター外周側がＳ極になり、ローターシャフト側がＮ極になる。すると図３に示すように、一部の磁束は永久磁石３１から永久磁石３２へ通るので、ステーター２に誘起される電圧が抑制される。そしてステーター２に、高速回転移動する磁界が形成されることで、ローター１が高速回転するので、ローター１の回転速度の上昇制限を抑制できる。 However, if the rotor of this embodiment is used to form an N pole in the d-axis stator 2 as shown in FIG. 3 (this may be an extremely short time in a pulse manner), the permanent magnet has a low coercive force due to the demagnetizing field. The magnetic pole of the magnet 32 is reversed. That is, in the permanent magnet 32, the rotor outer peripheral side becomes the S pole, and the rotor shaft side becomes the N pole. Then, as shown in FIG. 3, since a part of magnetic flux passes from the permanent magnet 31 to the permanent magnet 32, the voltage induced in the stator 2 is suppressed. And since the rotor 1 rotates at high speed by forming the magnetic field which rotates at high speed in the stator 2, the restriction | limiting increase in the rotational speed of the rotor 1 can be suppressed.

また本実施形態によれば、高保磁力の永久磁石３１がｄ軸に配置され、その両側に低保磁力の永久磁石３２が配置されて、ひとつの磁極が３つの永久磁石で構成される。このような構成によれば、着磁／減磁が発生しても起磁力分布がｄ軸を中心として対称となる。また磁石数が多くなればなるほど磁石端部の漏洩磁束が増加してしまい、有効に活用できる磁束が減少するが、本実施形態のような構成であれば、必要最低限の磁石数で１磁極が構成されることとなる。したがって、磁石端部における漏洩が最低限に抑えられ、磁石量あたりのトルクを高くすることができる。 Further, according to the present embodiment, the high coercivity permanent magnet 31 is disposed on the d-axis, the low coercivity permanent magnets 32 are disposed on both sides thereof, and one magnetic pole is composed of three permanent magnets. According to such a configuration, even if magnetization / demagnetization occurs, the magnetomotive force distribution is symmetric about the d axis. Further, as the number of magnets increases, the leakage magnetic flux at the end of the magnet increases, and the magnetic flux that can be effectively utilized decreases. However, with the configuration as in this embodiment, one magnetic pole with the minimum number of magnets is necessary. Will be constructed. Therefore, leakage at the end of the magnet can be minimized and the torque per magnet amount can be increased.

また１つの磁極を構成する磁石は電気角１８０度以内に配置され、結果的に極間には磁石は配置されないこととなる。 Further, the magnets constituting one magnetic pole are disposed within an electrical angle of 180 degrees, and as a result, no magnet is disposed between the poles.

さらに低保磁力の永久磁石３２は、高保磁力の永久磁石３１よりも厚い。 Further, the low coercivity permanent magnet 32 is thicker than the high coercivity permanent magnet 31.

低保磁力の永久磁石３２は、大トルク発生時には残留磁束密度が高くなるようにステーターからの界磁によって完全着磁が行われる。ステーターが発生し得る磁界強度から、磁石の最大厚みが規定される。一方でモーターが回転するときには、永久磁石に反磁界が作用する。この反磁界で減磁が発生しないように最低厚みを決めなければならない。そこで低保磁力の永久磁石３２は、高保磁力の永久磁石３１よりも厚くしたのである。 The low coercivity permanent magnet 32 is completely magnetized by the field from the stator so that the residual magnetic flux density is increased when a large torque is generated. The maximum thickness of the magnet is determined from the magnetic field strength that can be generated by the stator. On the other hand, when the motor rotates, a demagnetizing field acts on the permanent magnet. The minimum thickness must be determined so that demagnetization does not occur due to this demagnetizing field. Therefore, the low coercivity permanent magnet 32 is thicker than the high coercivity permanent magnet 31.

このように、低保磁力の永久磁石３２を、高保磁力の永久磁石３１よりも厚くすることで、通常の運転では低保磁力磁石３２の着磁状態に影響を与えることなく、着磁減磁制御できるようになる。 In this way, by making the low coercivity permanent magnet 32 thicker than the high coercivity permanent magnet 31, magnetization demagnetization without affecting the magnetization state of the low coercivity magnet 32 in normal operation. You will be able to control.

さらにまた低透磁率層２１１〜２１４によって、低透磁率層２１１〜２１４に挟まれた電磁鋼板部分には略円弧状である。そのため、電磁鋼板部分の形状とｄ軸経路とがほぼ同一の形状となり、磁束の流れを阻害しない。 Furthermore, the magnetic steel sheet portion sandwiched between the low permeability layers 211 to 214 by the low permeability layers 211 to 214 has a substantially arc shape. Therefore, the shape of the electromagnetic steel sheet portion and the d-axis path are almost the same shape, and do not hinder the flow of magnetic flux.

（第２実施形態）
図４は、本発明による回転電機のローターの第２実施形態を示す断面図であり、全周の１／２(機械角１８０°)を示す。 (Second Embodiment)
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the rotor of the rotating electrical machine according to the present invention, and shows a half of the entire circumference (mechanical angle 180 °).

なお以下では前述と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。 In the following description, parts having the same functions as those described above are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted as appropriate.

本実施形態では、回転電機のローターは、特に、１つの磁極を３つの永久磁石(１つの高保磁力永久磁石３１と２つの低保磁力永久磁石３２)で形成するとともに、永久磁石３１の着磁方向ベクトルと永久磁石３２の着磁方向ベクトルとのなす角θ[deg]が次式(１)を満たすようにした。 In the present embodiment, the rotor of the rotating electrical machine has a magnetic pole formed by three permanent magnets (one high coercivity permanent magnet 31 and two low coercivity permanent magnets 32), and the permanent magnet 31 is magnetized. The angle θ [deg] formed by the direction vector and the magnetization direction vector of the permanent magnet 32 is set to satisfy the following equation (1).

図４では、６極なので、θ＝３０degである。
このように構成することで、各永久磁石の着磁方向が、ｄ軸磁路方向と一致するので、正しく着磁／減磁される。すなわち、低保磁力磁石の配向方向とｄ軸磁束の流れる方向が一致するので、正しく着磁／減磁される。 In FIG. 4, since there are 6 poles, θ = 30 deg.
With this configuration, the magnetization direction of each permanent magnet coincides with the d-axis magnetic path direction, so that magnetization / demagnetization is correctly performed. That is, since the orientation direction of the low coercive force magnet matches the direction in which the d-axis magnetic flux flows, magnetization / demagnetization is correctly performed.

なお上式(１)からズレるにしたがって効果が低下するものの、効果が全く得られなくなるのではない。したがって、θは厳密に上式(１)を満たすのみならず、ある程度のズレがあってもよい。 Although the effect decreases with deviation from the above equation (1), the effect is not lost at all. Therefore, θ not only strictly satisfies the above equation (1), but may have a certain amount of deviation.

（第３実施形態）
図５は、本発明による回転電機のローターの第３実施形態を示す断面図であり、全周の１／２(機械角１８０°)を示す。 (Third embodiment)
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a third embodiment of the rotor of the rotating electrical machine according to the present invention, and shows a half of the entire circumference (mechanical angle 180 °).

本実施形態では、回転電機のローターは、特に、低透磁率層２１１〜２１４は、ｑ軸上に並ぶとともに、ｑ軸を中心とする電気角３０〜５０度の範囲内に配置される。すなわち図５でφ＝３０〜５０ｄｅｇである。 In the present embodiment, in the rotor of the rotating electrical machine, in particular, the low magnetic permeability layers 211 to 214 are arranged on the q axis and are disposed within an electric angle range of 30 to 50 degrees with the q axis as the center. That is, in FIG. 5, φ = 30 to 50 deg.

低透磁率層２１１〜２１４によって、低透磁率層２１１〜２１４に挟まれた電磁鋼板部分には略円弧状である。そのため、電磁鋼板部分の形状とｄ軸経路とがほぼ同一の形状となり、磁束の流れを阻害しない。 The magnetic steel sheet portion sandwiched between the low magnetic permeability layers 211 to 214 by the low magnetic permeability layers 211 to 214 has a substantially arc shape. Therefore, the shape of the electromagnetic steel sheet portion and the d-axis path are almost the same shape, and do not hinder the flow of magnetic flux.

また低透磁率層２１１〜２１４は、ｑ軸上に並ぶとともに、ｑ軸を中心とする電気角３０〜５０度の範囲内に配置される。このように配置することで、一つの磁極１８０度のうち、１３０〜１５０度が磁束を発生する角度となり、ギャップ磁束密度分布中に含まれる歪が小さく抑えられる（一般的に電気角１４０度前後で歪が小さくなる）。 Further, the low magnetic permeability layers 211 to 214 are arranged on the q axis and are disposed within an electric angle range of 30 to 50 degrees with the q axis as the center. By arranging in this way, 130 to 150 degrees out of one magnetic pole 180 degrees becomes an angle at which magnetic flux is generated, and distortion included in the gap magnetic flux density distribution is suppressed to a small level (generally, electric angle around 140 degrees). To reduce distortion).

電気角でみたｑ軸の占有幅を上述のようにすることで、ギャップ磁束密度分布の歪率を小さく抑えることができる。つまり同一磁石量あたりの基本波比率を高めることができるとともに鉄損も小さくできる。 By setting the occupation width of the q-axis in terms of the electrical angle as described above, the distortion rate of the gap magnetic flux density distribution can be suppressed to a low level. That is, the fundamental wave ratio per the same magnet amount can be increased and the iron loss can be reduced.

（第４実施形態）
図６は、本発明による回転電機のローターの第４実施形態を示す図である。 (Fourth embodiment)
FIG. 6 is a view showing a fourth embodiment of the rotor of the rotating electrical machine according to the present invention.

ｄ軸磁路は、図６(Ａ)に示すように、ｑ軸に直交するとともに、ｄ軸に一致する磁路である。 As shown in FIG. 6A, the d-axis magnetic path is a magnetic path that is orthogonal to the q-axis and coincides with the d-axis.

ｑ軸磁路は、図６(Ｂ)に示すように、ｄ軸に直交するとともに、ｑ軸に一致する磁路である。 As shown in FIG. 6B, the q-axis magnetic path is a magnetic path that is orthogonal to the d-axis and coincides with the q-axis.

本実施形態では、回転電機のローターは、特に、ｄ軸の磁路が、永久磁石を含む磁路と永久磁石を含まない磁路に低透磁率層を介して磁気的に独立に構成されている。そして、ｄ軸の磁路を形成する磁気抵抗のうち、永久磁石を含む磁気抵抗Ｒ１及び永久磁石を含まない磁気抵抗Ｒ２の合成磁気抵抗であるｄ軸合成磁気抵抗Ｒｄが、ｑ軸の磁路のｑ軸磁気抵抗Ｒｑよりも小さくなるようにした。 In the present embodiment, the rotor of the rotating electrical machine is particularly configured such that the d-axis magnetic path is magnetically independent via a low permeability layer between a magnetic path including a permanent magnet and a magnetic path not including a permanent magnet. Yes. Of the magnetic resistances forming the d-axis magnetic path, the d-axis combined magnetic resistance Rd, which is the combined magnetic resistance of the magnetic resistance R1 including the permanent magnet and the magnetic resistance R2 not including the permanent magnet, is the q-axis magnetic path. The q-axis magnetic resistance Rq was made smaller.

ここで永久磁石を含む磁気抵抗Ｒ１及び永久磁石を含まない磁気抵抗Ｒ２の合成磁気抵抗であるｄ軸合成磁気抵抗Ｒｄは、次式(２)で表される。 Here, the d-axis combined magnetic resistance Rd, which is a combined magnetic resistance of the magnetoresistive R1 including the permanent magnet and the magnetoresistive R2 not including the permanent magnet, is expressed by the following equation (2).

そして次式(３)を満足するようにしたのである。 Then, the following expression (3) is satisfied.

このように、ｄ軸磁路を永久磁石を含む磁路と永久磁石を含まない磁路に低透磁率層を介して磁気的に独立に構成し、そして上式(３)を満足するように構成したので、磁石の着磁状態によらず、Ｌｄ＞Ｌｑの順突極性が確保される。 In this way, the d-axis magnetic path is configured magnetically independently through the low permeability layer in the magnetic path including the permanent magnet and the magnetic path not including the permanent magnet, and satisfies the above equation (3). Since it comprised, the forward collision polarity of Ld> Lq is ensured irrespective of the magnetized state of a magnet.

（第５実施形態）
図７は、本発明による回転電機のローターの第５実施形態を示す図である。 (Fifth embodiment)
FIG. 7 is a view showing a fifth embodiment of the rotor of the rotating electrical machine according to the present invention.

本実施形態では、回転電機のローターは、特に、ｄ軸の永久磁石を含む磁路Ｒ１が低透磁率層を介して複数に分割されて構成される。すなわち永久磁石を含む磁路Ｒ１は、Ｒ１＿１及びＲ１＿２よって構成される。そして低透磁率層を構成する複数の略円弧状の間にも低保磁力の永久磁石３３が配置される。 In the present embodiment, the rotor of the rotating electrical machine is configured by dividing a magnetic path R1 including a d-axis permanent magnet into a plurality of parts through a low permeability layer. That is, the magnetic path R1 including the permanent magnet is configured by R1_1 and R1_2. The low coercivity permanent magnets 33 are also arranged between a plurality of substantially arc shapes constituting the low magnetic permeability layer.

本実施形態によれば、永久磁石を含む複数のｄ軸磁路が並列に配置されるので、ローター表面で考えたときに起磁力が分布する電気角度範囲を広くできる。したがって、起磁力分布に含まれる基本波磁束成分が増加し、トルクが向上する。 According to the present embodiment, since a plurality of d-axis magnetic paths including permanent magnets are arranged in parallel, the electrical angle range in which the magnetomotive force is distributed can be widened when considered on the rotor surface. Therefore, the fundamental wave magnetic flux component included in the magnetomotive force distribution is increased, and the torque is improved.

（第６実施形態）
図８は、本発明による回転電機のローターの第６実施形態を示す図である。 (Sixth embodiment)
FIG. 8 is a view showing a sixth embodiment of the rotor of the rotating electrical machine according to the present invention.

本実施形態では、回転電機のローターは、特に、ｄ軸の永久磁石を含む磁路Ｒ１が低透磁率層を介して複数に分割されて構成される。すなわち永久磁石を含む磁路Ｒ１は、Ｒ１＿１及びＲ１＿２よって構成される。そして低透磁率層を構成する複数の略円弧状の間にも低保磁力の永久磁石３３が配置される。そして、ｄ軸から離れる永久磁石ほど、保磁力が高く、残留磁束密度が小さい。 In the present embodiment, the rotor of the rotating electrical machine is configured by dividing a magnetic path R1 including a d-axis permanent magnet into a plurality of parts through a low permeability layer. That is, the magnetic path R1 including the permanent magnet is configured by R1_1 and R1_2. The low coercivity permanent magnets 33 are also arranged between a plurality of substantially arc shapes constituting the low magnetic permeability layer. And the permanent magnet which leaves | separates from d axis | shaft has high coercive force and small residual magnetic flux density.

本実施形態では、永久磁石を含む複数の磁気回路によってｄ軸磁路が構成され、ｄ軸中心の永久磁石３１は、低保磁力、高残留磁束密度であり、ｄ軸から離れる永久磁石ほど、保磁力が高く、残留磁束密度が小さくなるようにした。このようにすれば、ギャップ表面２２における磁束密度分布波形が正弦波状に近づくので、トルク脈動や振動騒音が小さく、鉄損も小さくできる。すなわち、本実施形態では、複数の永久磁石を配置し、かつ中央部は起磁力が大きく、端部は起磁力が小さく、保磁力が大きい磁石を配置している。このようにすることで、ローター表面のギャップ磁束密度分布を略正弦波状に形成することができ、トルク脈動が小さく、鉄損の小さい電動機を提供できるのである。 In the present embodiment, a d-axis magnetic path is configured by a plurality of magnetic circuits including a permanent magnet, and the permanent magnet 31 at the center of the d-axis has a low coercive force and a high residual magnetic flux density. The coercive force is high and the residual magnetic flux density is made small. In this way, since the magnetic flux density distribution waveform on the gap surface 22 approaches a sine wave shape, torque pulsation and vibration noise can be reduced, and iron loss can be reduced. That is, in this embodiment, a plurality of permanent magnets are arranged, and a magnet having a large magnetomotive force at the central portion, a small magnetomotive force at the end portion, and a large coercive force is arranged. By doing so, the gap magnetic flux density distribution on the rotor surface can be formed in a substantially sinusoidal shape, and an electric motor with small torque pulsation and small iron loss can be provided.

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。 Without being limited to the embodiments described above, various modifications and changes are possible within the scope of the technical idea, and it is obvious that these are also included in the technical scope of the present invention.

たとえば、極数や、永久磁石数、低透磁率層の層数などは、適宜変更してよい。 For example, the number of poles, the number of permanent magnets, the number of low permeability layers, and the like may be changed as appropriate.

また低透磁率層は、ローターコアに形成された空隙(空気層)であっても、その空隙に低透磁率材が充填されていてもよい。 The low magnetic permeability layer may be a void (air layer) formed in the rotor core, or the void may be filled with a low magnetic permeability material.

１ローター
２ステーター
１０ローターシャフト
２０ローターコア
２１１〜２１４低透磁率層
３１〜３３永久磁石 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotor 2 Stator 10 Rotor shaft 20 Rotor core 211-214 Low magnetic permeability layer 31-33 Permanent magnet

Claims

ローターコアに永久磁石を挿入したローターを備える回転電機において、
前記ローターコアは、ローターコアに比べて透磁率が低い低透磁率層を一定の機械角ごとに含み、
前記永久磁石は、前記一定の機械角ごとに設けられた低透磁率層の間に設けられた複数の永久磁石で１つの磁極を形成し、その１つの磁極を形成する複数の永久磁石のなかの少なくとも１つの永久磁石は、他の永久磁石と保磁力が異なり、
前記低透磁率層は、前記複数の永久磁石で形成される磁極による磁束の方向であるｄ軸に対して電気的磁気的に直交するｑ軸上に並び、ローターの回転中心に向けて凸の複数の略円弧状で構成され、
前記低透磁率層を構成する複数の略円弧状の間に配置される永久磁石をさらに含む、
ことを特徴とする回転電機。 The rotating electric machine including a rotor over the insertion of the permanent magnets to the rotor core,
The rotor core includes a low magnetic permeability layer having a lower magnetic permeability than the rotor core for each fixed mechanical angle.
The permanent magnet forms one magnetic pole with a plurality of permanent magnets provided between the low magnetic permeability layers provided for each of the fixed mechanical angles, and among the plurality of permanent magnets forming the one magnetic pole. At least one of the permanent magnets has a different coercivity than the other permanent magnets,
The low-permeability layer is arranged on the q-axis that is electrically and magnetically orthogonal to the d-axis, which is the direction of magnetic flux generated by the magnetic poles formed by the plurality of permanent magnets, and is convex toward the rotation center of the rotor. Consists of a plurality of substantially arc shapes,
A permanent magnet disposed between a plurality of substantially arcuate shapes constituting the low magnetic permeability layer;
Rotating electric machine characterized by that.

請求項１に記載の回転電機において、
前記複数の永久磁石で形成される磁極がつくる磁束の方向であるｄ軸の磁路を形成する磁気抵抗のうち、永久磁石を含む磁気抵抗及び永久磁石を含まない磁気抵抗の合成磁気抵抗であるｄ軸合成磁気抵抗が、前記ｄ軸に対して電気的磁気的に直交するｑ軸の磁路のｑ軸磁気抵抗よりも小さい、
ことを特徴とする回転電機。 In the rotating electrical machine according to claim 1,
Of the magnetoresistives that form the d-axis magnetic path, which is the direction of the magnetic flux created by the magnetic poles formed by the plurality of permanent magnets, a combined magnetoresistor that includes a permanent magnet and a magnetoresistor that does not include a permanent magnet. The d-axis combined magnetoresistance is smaller than the q-axis magnetoresistance of the q-axis magnetic path that is electrically and magnetically orthogonal to the d-axis.
Rotating electric machine characterized by that.

請求項２に記載の回転電機において、
前記永久磁石を含む磁気抵抗は、複数の磁気抵抗で構成される、
ことを特徴とする回転電機。 The rotating electrical machine according to claim 2,
The magnetoresistive including the permanent magnet is composed of a plurality of magnetoresistors.
Rotating electric machine characterized by that.

請求項１から３までのいずれか１項に記載の回転電機において、
前記ｄ軸から遠くに位置する永久磁石ほど、保磁力が高く、残留磁束密度が小さい、
ことを特徴とする回転電機。 In the rotary electric machine according to any one of claims 1 to 3 ,
The permanent magnet located farther from the d-axis has higher coercive force and lower residual magnetic flux density.
Rotating electric machine characterized by that.

請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の回転電機において、
前記１つの磁極を形成する複数の永久磁石のなかで保磁力の低い永久磁石ほど、厚い、
ことを特徴とする回転電機。 In the rotary electric machine according to any one of claims 1 to 4 ,
A permanent magnet having a lower coercive force among the plurality of permanent magnets forming the one magnetic pole is thicker.
Rotating electric machine characterized by that.

請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の回転電機において、
前記低透磁率層は、前記複数の永久磁石で形成される磁極による磁束の方向であるｄ軸に対して電気的磁気的に直交するｑ軸上にあって電気角３０〜５０度の範囲に配置されて、ローターの回転中心に向けて凸の少なくともひとつの略円弧状で構成される、
ことを特徴とする回転電機。 In the rotary electric machine according to any one of claims 1 to 5 ,
The low-permeability layer is on the q-axis that is electrically and magnetically orthogonal to the d-axis, which is the direction of the magnetic flux generated by the magnetic poles formed by the plurality of permanent magnets, and in an electrical angle range of 30 to 50 degrees. Arranged and configured with at least one substantially arc shape convex toward the rotation center of the rotor,
Rotating electric machine characterized by that.