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JP4882715B2 - Electric motor and control method thereof - Google Patents
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Description

この発明は電動機及びその制御方法に関し、とくに永久磁石埋め込み型の電動機に関する。   The present invention relates to an electric motor and a control method thereof, and more particularly to an embedded permanent magnet electric motor.

図15は永久磁石埋め込み型の電動機の従来の構成を示す断面図である。当該電動機は回転子1と、回転子1と対向して配置される電機子2とを備えている。   FIG. 15 is a cross-sectional view showing a conventional configuration of a permanent magnet embedded type electric motor. The electric motor includes a rotor 1 and an armature 2 arranged to face the rotor 1.

電機子2はヨーク21と、歯部22と、電機子巻線23とを有している。歯部22には電機子巻線23が巻回され、ヨーク21は回転子1とは反対側で歯部22を磁気的に接続する。電機子巻線23に交流の電機子電流を流すことにより、回転子1に対して回転磁界を発生させ、当該回転磁界は回転子1に鎖交する。   The armature 2 has a yoke 21, a tooth portion 22, and an armature winding 23. An armature winding 23 is wound around the tooth portion 22, and the yoke 21 magnetically connects the tooth portion 22 on the side opposite to the rotor 1. By passing an alternating armature current through the armature winding 23, a rotating magnetic field is generated for the rotor 1, and the rotating magnetic field is linked to the rotor 1.

回転子1は回転子コア11と永久磁石12とを有している。回転子コア11にはシャフト孔10と空隙13とが穿たれている。シャフト孔10には図示されない回転シャフトが挿入され、空隙13には永久磁石12が設けられている。永久磁石12は回転子1の界磁磁束の発生源となり、界磁磁束は電機子2に鎖交する。永久磁石12から発生した磁束が回転子コア11内部で短絡的に流れることを防止すべく、空隙13の両端は回転子コア11の電機子2側の表面にまで得材している。回転子コア11には更に、図示されるように、締結具貫挿孔14、風穴15が穿たれてもよい。   The rotor 1 has a rotor core 11 and a permanent magnet 12. The rotor core 11 has a shaft hole 10 and a gap 13 formed therein. A rotating shaft (not shown) is inserted into the shaft hole 10, and a permanent magnet 12 is provided in the gap 13. The permanent magnet 12 serves as a generation source of the field magnetic flux of the rotor 1, and the field magnetic flux is linked to the armature 2. In order to prevent the magnetic flux generated from the permanent magnet 12 from flowing in a short circuit inside the rotor core 11, both ends of the air gap 13 are obtained up to the armature 2 side surface of the rotor core 11. The rotor core 11 may further be provided with fastener insertion holes 14 and air holes 15 as shown.

なお、本願に関連する文献として下記特許文献1乃至3を列挙する。   In addition, the following patent documents 1 thru | or 3 are enumerated as a literature relevant to this application.

特開2005−73444号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-73444 特開2002−262494号公報JP 2002-262494 A 特開2002−136012号公報JP 2002-136002 A

図15に例示される構成を有する永久磁石埋め込み型の電動機は、効率が高く、かつトルクと電機子電流との比がほぼ一定であるので、制御性に優れる。しかしながら、界磁磁束は永久磁石12によって発生するので、界磁を電流で発生させる場合に容易であった弱め界磁を行うことが困難である。よって誘起電圧は回転数と共に上昇し、電機子電流を流し得る範囲が回転数によって限定され、最高回転数を変更したり、効率を最大化する電流を変更することは容易ではなかった。   The embedded permanent magnet motor having the configuration illustrated in FIG. 15 has high efficiency and excellent controllability because the ratio of torque to armature current is substantially constant. However, since the field magnetic flux is generated by the permanent magnet 12, it is difficult to perform field weakening, which was easy when the field was generated by current. Therefore, the induced voltage rises with the rotational speed, the range in which the armature current can flow is limited by the rotational speed, and it is not easy to change the maximum rotational speed or the current that maximizes the efficiency.

かかる問題を解決するため、永久磁石12が発生する磁束を実質的に弱める、いわゆる弱め磁界制御が提案されているが、この制御はモータの形状に大きく左右されるので、その用途は限定的であった。   In order to solve such a problem, so-called field-weakening control that substantially weakens the magnetic flux generated by the permanent magnet 12 has been proposed. However, since this control is greatly influenced by the shape of the motor, its application is limited. there were.

そこで本発明は、弱め磁界制御を行わなくても、永久磁石埋め込み型の電動機において実質的に界磁磁束を弱める技術を提案し、以て回転速度に対する効率の変動を小さくすることを目的とする。   Accordingly, the present invention proposes a technique for substantially weakening field magnetic flux in a permanent magnet embedded electric motor without performing weakening magnetic field control, and an object thereof is to reduce fluctuations in efficiency with respect to rotational speed. .

この発明にかかる電動機の第1の態様は、回転子(1)と電機子(2)とを備える電動機であって、前記回転子は、回転軸(Q)の周囲で環状に配置され、それぞれ前記回転軸を中心とした所定の中心角の範囲(θ)で延在し、その延在する方向に対する幅(d1,d2)が相互に異なる第1領域(131)及び第2領域(132)を有する空隙(13)の複数が、内部に穿たれた回転子コア(11)と、前記空隙内において前記第1領域と前記第2領域との間で可動に設けられ、前記界磁磁束を発生させる永久磁石(12)とを含む。また前記電機子は、前記回転軸とは反対側から前記回転子(1)に対向し、前記回転子に回転磁界を供給する電機子電流(iu,iv,iw)が流れる電機子巻線(23)を含む。   A first aspect of the electric motor according to the present invention is an electric motor including a rotor (1) and an armature (2), and the rotor is annularly arranged around the rotation shaft (Q), A first region (131) and a second region (132) extending within a range (θ) of a predetermined central angle around the rotation axis and having different widths (d1, d2) in the extending direction. A plurality of gaps (13) having a rotor core (11) bored therein, and movable between the first region and the second region in the gap, and A permanent magnet (12) to be generated. The armature is opposed to the rotor (1) from the side opposite to the rotating shaft, and armature windings (iu, iv, iw) for supplying a rotating magnetic field to the rotor flow through the armature winding ( 23).

この発明にかかる電動機の第2の態様は、その第1の態様であって、第2領域(132)は前記第1領域(131)よりも前記電機子(2)側へと拡がる拡大部(130a)を有し、前記回転子コア(11)は前記第1領域と前記第2領域の間で段差(111)を有し、前記永久磁石(12)が前記第2領域側へ移動しても、前記永久磁石の前記第2領域への填り込みは前記段差(111)によって阻害される。   The 2nd aspect of the electric motor concerning this invention is the 1st aspect, Comprising: The 2nd area | region (132) expands to the said armature (2) side rather than the said 1st area | region (131) ( 130a), the rotor core (11) has a step (111) between the first region and the second region, and the permanent magnet (12) moves to the second region side. However, the insertion of the permanent magnet into the second region is hindered by the step (111).

この発明にかかる電動機の第3の態様は、その第2の態様であって、前記段差は前記回転子コア側から見て鈍角である。   The 3rd aspect of the electric motor concerning this invention is the 2nd aspect, Comprising: The said level | step difference is an obtuse angle seeing from the said rotor core side.

この発明にかかる電動機の第4の態様は、その第3の態様であって、前記第2領域(132)における前記幅(d2)は前記第1領域(131)から遠ざかるにつれ漸増する。   A fourth aspect of the electric motor according to the present invention is the third aspect, wherein the width (d2) in the second region (132) gradually increases as the distance from the first region (131) increases.

この発明にかかる電動機の第5の態様は、その第3の態様であって、前記第2領域(132)における前記幅(d2)は前記第1領域(131)から遠ざかるにつれ一旦漸増してから漸減する。   A fifth aspect of the electric motor according to the present invention is the third aspect thereof, wherein the width (d2) in the second region (132) is gradually increased as the distance from the first region (131) increases. Decrease gradually.

この発明にかかる電動機の第6の態様は、その第1の態様であって、第2領域(132)は前記第1領域(131)よりも前記回転軸(Q)側へと拡がる拡大部(130b)を有する。   A sixth aspect of the electric motor according to the present invention is the first aspect, in which the second region (132) expands to the rotating shaft (Q) side than the first region (131) ( 130b).

この発明にかかる電動機の制御方法の第1の態様は、この発明にかかる電動機の第1乃至第6の態様の電動機を制御する方法であって、前記電機子電流(iu,iv,iw)の電流位相を、前記電機子巻線(23)に発生する前記永久磁石(12)による誘起電圧の位相に対して70乃至110度進めて、前記永久磁石を前記第2領域側へと配置する。   A first aspect of the motor control method according to the present invention is a method for controlling the motor according to the first to sixth aspects of the motor according to the present invention, wherein the armature current (iu, iv, iw) is controlled. The current phase is advanced by 70 to 110 degrees with respect to the phase of the induced voltage caused by the permanent magnet (12) generated in the armature winding (23), and the permanent magnet is arranged on the second region side.

この発明にかかる電動機の制御方法の第2の態様は、その第1の態様であって、前記電機子電流(iu,iv,iw)の電流位相を、前記電機子巻線(23)に発生する前記永久磁石(12)による誘起電圧の位相に対して70乃至110度遅らせて、前記永久磁石を前記第1領域側へと配置する。   A second aspect of the motor control method according to the present invention is the first aspect, and generates the current phase of the armature current (iu, iv, iw) in the armature winding (23). The permanent magnet is arranged toward the first region with a delay of 70 to 110 degrees with respect to the phase of the induced voltage by the permanent magnet (12).

この発明にかかる電動機の制御方法の第3の態様は、その第2の態様であって、所定速度以下では前記永久磁石を前記第1領域側へと配置し、前記所定速度を越えると前記永久磁石を前記第2領域側へと配置する。   A third aspect of the motor control method according to the present invention is the second aspect, in which the permanent magnet is disposed on the first region side at a predetermined speed or less, and when the predetermined speed is exceeded, the permanent magnet is disposed. A magnet is disposed on the second region side.

この発明にかかる電動機の第1の態様によれば、永久磁石が第1領域近傍に位置する状態と比較して、永久磁石が第2領域近傍に位置する状態では、永久磁石と回転子コアとの間に存在する空隙が広くなり、磁気抵抗が高くなる。よって永久磁石を界磁磁束発生源としながらも実質的に界磁磁束を変化させることができ、以て回転速度に対する効率の変動を小さくすることができる。   According to the first aspect of the electric motor of the present invention, in the state where the permanent magnet is located near the second region, the permanent magnet and the rotor core are compared with the state where the permanent magnet is located near the first region. The gap between the two becomes wider and the magnetic resistance becomes higher. Therefore, it is possible to substantially change the field magnetic flux while using the permanent magnet as the field magnetic flux generating source, thereby reducing the fluctuation of the efficiency with respect to the rotation speed.

この発明にかかる電動機の第2の態様によれば、回転子コアの電機子に対向する側に発生する磁極の強さを効果的に変化させることができる。   According to the 2nd aspect of the electric motor concerning this invention, the intensity | strength of the magnetic pole generate | occur | produced on the side facing the armature of a rotor core can be changed effectively.

この発明にかかる電動機の第3の態様及び第4の態様によれば、永久磁石が第1領域と第2領域との間で円滑に可動であり、実質的な界磁磁束の変化も滑らかとなる。   According to the third aspect and the fourth aspect of the electric motor according to the present invention, the permanent magnet is smoothly movable between the first region and the second region, and the substantial change in the field magnetic flux is also smooth. Become.

この発明にかかる電動機の第5の態様によれば、第2領域の、第1領域とは反対側における端部への永久磁石の移動を、緩衝しつつ阻止するので、永久磁石の破損を防止する。   According to the fifth aspect of the electric motor of the present invention, since the movement of the permanent magnet to the end of the second region on the opposite side of the first region is blocked while buffering, the permanent magnet is prevented from being damaged. To do.

この発明にかかる電動機の第6の態様によれば、回転子の回転に伴って発生する遠心力を受けても、永久磁石は不要に移動せず、安定して配置される。   According to the sixth aspect of the electric motor of the present invention, the permanent magnet does not move unnecessarily even when subjected to the centrifugal force generated with the rotation of the rotor, and is stably arranged.

この発明にかかる電動機の制御方法の第1の態様によれば、回転子が回転している状態でも容易に永久磁石の位置を第2領域側に配置することができる。   According to the first aspect of the motor control method of the present invention, the position of the permanent magnet can be easily arranged on the second region side even when the rotor is rotating.

この発明にかかる電動機の制御方法の第2の態様によれば、回転子が回転している状態でも容易に永久磁石の位置を第1領域側に配置することができる。   According to the second aspect of the motor control method of the present invention, the position of the permanent magnet can be easily arranged on the first region side even when the rotor is rotating.

この発明にかかる電動機の制御方法の第3の態様によれば、高速回転時において弱め界磁が実現される。   According to the third aspect of the motor control method of the present invention, field weakening is realized during high-speed rotation.

本発明の基本的な考え方は、永久磁石から発生する磁束自身は制御できなくても、当該磁束についての磁気回路の磁気抵抗を制御することにより、電機子と鎖交する界磁磁束を実質的に制御しようとするものである。具体的には当該磁気抵抗の制御を、永久磁石を収納する空隙内で永久磁石を移動させることによって実現する。   The basic idea of the present invention is that even if the magnetic flux generated from the permanent magnet itself cannot be controlled, the field magnetic flux interlinked with the armature is substantially controlled by controlling the magnetic resistance of the magnetic circuit for the magnetic flux. To try to control. Specifically, the control of the magnetic resistance is realized by moving the permanent magnet within the gap that houses the permanent magnet.

第1の実施の形態.
図1はこの発明の第1の実施の形態にかかる電動機の構成を例示する断面図である。当該電動機は回転子1及び電機子2を有している。回転子1は界磁子として機能する。当該断面図は回転子1の回転軸Qに垂直な断面を示している。
First embodiment.
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating the configuration of an electric motor according to a first embodiment of the invention. The electric motor has a rotor 1 and an armature 2. The rotor 1 functions as a field element. The sectional view shows a section perpendicular to the rotation axis Q of the rotor 1.

電機子2は、回転軸Qとは反対側から回転子1に対向する。図15の構成と同様にして、電機子2はヨーク21、歯部22、電機子巻線23を含んでおり、電機子巻線23に流れる電機子電流によって発生する回転磁界が回転子1に供給される。本実施例の形態は歯部22に直接、電機子巻線23を直巻きした形状であるが、電機子巻線23が複数の歯部22を跨ぐ分布巻の形状であってもよい。   The armature 2 faces the rotor 1 from the side opposite to the rotation axis Q. Similarly to the configuration of FIG. 15, the armature 2 includes a yoke 21, a tooth portion 22, and an armature winding 23, and a rotating magnetic field generated by an armature current flowing in the armature winding 23 is applied to the rotor 1. Supplied. Although the form of a present Example is the shape which wound the armature winding 23 directly on the tooth part 22, the shape of the distributed winding in which the armature winding 23 straddles the several tooth part 22 may be sufficient.

回転子1は回転子コア11と永久磁石12とを含む。回転子コア11の内部には空隙13の複数が穿たれている。空隙13は、その複数が回転軸Qの周囲で環状に配置される。そして永久磁石12は空隙13に収納されている。永久磁石12は界磁磁束を発生させる。図15の構成と同様にして、回転子1はシャフト孔10が穿たれており、更に締結具貫挿孔14、風穴15が穿たれていてもよい。   The rotor 1 includes a rotor core 11 and a permanent magnet 12. A plurality of gaps 13 are formed in the rotor core 11. A plurality of the gaps 13 are annularly arranged around the rotation axis Q. The permanent magnet 12 is accommodated in the gap 13. The permanent magnet 12 generates a field magnetic flux. Similarly to the configuration of FIG. 15, the rotor 1 may have a shaft hole 10, and may further have a fastener insertion hole 14 and an air hole 15.

図2は図1において、一つの空隙13の近傍のみを拡大して示す断面図である。図面の繁雑を避けるため、締結具貫挿孔14、風穴15は省略されている。空隙13の各々は、回転軸Qを中心とした所定の中心角の範囲θで延在し、第1領域131及び第2領域132を有する。   FIG. 2 is an enlarged sectional view showing only the vicinity of one gap 13 in FIG. In order to avoid complication of the drawing, the fastener insertion hole 14 and the air hole 15 are omitted. Each of the gaps 13 extends in a predetermined center angle range θ around the rotation axis Q, and has a first region 131 and a second region 132.

第1領域131及び第2領域132は、空隙13が延在する方向に対するそれぞれの幅d1,d2(>d1)が、相互に異なる。そして永久磁石12は空隙13内において第1領域131と第2領域132との間で可動に設けられる。   The first region 131 and the second region 132 have mutually different widths d1, d2 (> d1) in the direction in which the gap 13 extends. The permanent magnet 12 is movably provided in the gap 13 between the first region 131 and the second region 132.

空隙13は第1領域131及び第2領域132側にそれぞれ突出部133,134をも有しており、これらは永久磁石12から発生する磁束が回転子コア11において短絡的に流れることを防止する。   The air gap 13 also has protrusions 133 and 134 on the first region 131 and second region 132 sides, respectively, which prevent the magnetic flux generated from the permanent magnet 12 from flowing in a short circuit in the rotor core 11. .

図1は永久磁石12が第1領域131近傍に位置する状態を示している。また図3は本実施の形態において永久磁石12が第2領域132近傍に位置する状態を示す断面図である。   FIG. 1 shows a state in which the permanent magnet 12 is located in the vicinity of the first region 131. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state in which the permanent magnet 12 is located in the vicinity of the second region 132 in the present embodiment.

永久磁石12が第1領域131近傍に位置する状態と比較して、永久磁石12が第2領域132近傍に位置する状態では、永久磁石12と回転子コア11との間に存在する空隙13が広くなる。これは第2領域132の方が、第1領域131と比較して拡大部130aを有しているからである。よって永久磁石12が発生する磁束の磁路についてみれば、永久磁石12が第1領域131近傍に位置する状態と比較して、永久磁石12が第2領域132近傍に位置する状態の方が、磁気抵抗は高くなる。   Compared with the state in which the permanent magnet 12 is positioned in the vicinity of the first region 131, the gap 13 that exists between the permanent magnet 12 and the rotor core 11 is present in the state in which the permanent magnet 12 is positioned in the vicinity of the second region 132. Become wider. This is because the second region 132 has an enlarged portion 130 a as compared with the first region 131. Therefore, in terms of the magnetic path of the magnetic flux generated by the permanent magnet 12, the state where the permanent magnet 12 is positioned near the second region 132 is compared to the state where the permanent magnet 12 is positioned near the first region 131. The magnetic resistance increases.

よって永久磁石12を空隙13内において第1領域131と第2領域132との間で可動に設けることにより、永久磁石12を界磁磁束発生源としながらも実質的に界磁磁束を変化させることができる。即ち、実質的に弱め界磁を行うことができる。これにより、電動機の誘起電圧を変更できるので、最高回転数の変更が可能となる。例えば通常は最高回転速度を毎分3600回転としつつ、高速運転が必要な状況になれば最高回転速度を毎分7200回転に変更することができる。   Therefore, by providing the permanent magnet 12 movably between the first region 131 and the second region 132 in the gap 13, the field magnetic flux can be substantially changed while the permanent magnet 12 is used as the field magnetic flux generating source. Can do. That is, the field weakening can be substantially performed. Thereby, since the induced voltage of the electric motor can be changed, the maximum number of rotations can be changed. For example, the maximum rotation speed can be changed to 7200 rotations per minute when a high speed operation is required while the maximum rotation speed is normally 3600 rotations per minute.

図4は上記の効果を例示するグラフである。グラフG1,G2はそれぞれ永久磁石12が第1領域131近傍に位置する状態と、永久磁石12が第2領域132近傍に位置する状態とに対応している。永久磁石12が第1領域131近傍に位置する状態では界磁磁束が大きく、効率のピークは比較的に低い回転速度において効率がピークを呈する。永久磁石12が第2領域132近傍に位置する状態では界磁磁束が小さく、効率のピークは比較的に高い回転速度において効率がピークを呈する。このようにしてグラフG1,G2は交点を有しており、当該交点に対応する回転数以下ではグラフG1が、当該回転数以上ではグラフG2が、それぞれモータ効率の高いことを示している。よって所定速度以下では永久磁石12を第1領域131側へと配置し、所定速度を越えると永久磁石12を第2領域132側へと配置することにより、高速回転時において弱め界磁が実現される。これは、効率の回転数依存性をグラフG0の如くにしてモータ効率を高め、引いては回転速度に対する効率の変動を小さくすることができる。   FIG. 4 is a graph illustrating the above effect. Graphs G <b> 1 and G <b> 2 correspond to a state where the permanent magnet 12 is positioned in the vicinity of the first region 131 and a state where the permanent magnet 12 is positioned near the second region 132, respectively. In the state where the permanent magnet 12 is positioned in the vicinity of the first region 131, the field magnetic flux is large, and the efficiency peak is exhibited at a relatively low rotational speed. In the state where the permanent magnet 12 is located in the vicinity of the second region 132, the field magnetic flux is small, and the efficiency peak is exhibited at a relatively high rotational speed. In this way, the graphs G1 and G2 have intersections, and the graph G1 indicates that the motor efficiency is high below the rotation speed corresponding to the intersection, and the graph G2 indicates high motor efficiency above the rotation speed. Therefore, the permanent magnet 12 is arranged on the first region 131 side below the predetermined speed, and the permanent magnet 12 is arranged on the second region 132 side when the predetermined speed is exceeded, whereby a field weakening is realized at high speed rotation. The This makes it possible to increase the motor efficiency by making the dependency of the efficiency on the rotational speed as shown in the graph G0, and to reduce the fluctuation of the efficiency with respect to the rotational speed.

ここでは空隙13が四個設けられている場合を例示しており、θは90度未満になる。また空隙13の延在方向は空隙13の中央と回転軸Qとを結ぶ方向に対して略垂直となっているが、上記方向に対して垂直である必要はない。また空隙13の延在方向が湾曲していてもよい。但し上記界磁磁束を変化させるためには、空隙13の延在方向は上記方向と平行であることは望ましくない。   Here, a case where four gaps 13 are provided is illustrated, and θ is less than 90 degrees. The extending direction of the gap 13 is substantially perpendicular to the direction connecting the center of the gap 13 and the rotation axis Q, but it is not necessary to be perpendicular to the above direction. Further, the extending direction of the gap 13 may be curved. However, in order to change the field magnetic flux, it is not desirable that the extending direction of the air gap 13 is parallel to the above direction.

更に、拡大部130aは第1領域131よりも電機子2側へと拡がる。この故、回転子コア11は第1領域131と第2領域132の間で段差111を有する。この段差111は、永久磁石12が第2領域132側へ移動しても、永久磁石12の第2領域132へと填り込むことを阻害する。これにより、回転子コアの電機子に対向する側に発生する磁極の強さを効果的に変化させることができる。換言すれば、空隙13が延在する方向に沿っての第2領域132の長さは、永久磁石12のそれよりも短いことが望ましい。   Furthermore, the enlarged portion 130a extends to the armature 2 side from the first region 131. Therefore, the rotor core 11 has a step 111 between the first region 131 and the second region 132. The step 111 prevents the permanent magnet 12 from being inserted into the second region 132 even if the permanent magnet 12 moves toward the second region 132. Thereby, the strength of the magnetic pole generated on the side of the rotor core facing the armature can be effectively changed. In other words, the length of the second region 132 along the direction in which the gap 13 extends is preferably shorter than that of the permanent magnet 12.

第2の実施の形態.
第2の実施の形態では、第1の実施の形態で説明された永久磁石12の移動を行うための具体的手法を説明する。
Second embodiment.
In the second embodiment, a specific method for moving the permanent magnet 12 described in the first embodiment will be described.

図5は永久磁石埋込型の電動機について一般的な、トルクの電流位相に対する依存性を示すグラフである。ここで電流位相とは、前記電機子巻線(23)に発生する前記永久磁石(12)による誘起電圧の位相に対する電機子電流の位相である。   FIG. 5 is a graph showing the dependence of torque on the current phase, which is typical for an embedded permanent magnet electric motor. Here, the current phase is a phase of the armature current with respect to the phase of the induced voltage generated by the permanent magnet (12) generated in the armature winding (23).

グラフTmはマグネットトルクを示し、電流位相が0度のときに最大値を採る。グラフTrはリラクタンストルクを示し、電流位相が進相のときに正を、遅相のときに負を、それぞれとり、電流位相が0度のときに0となる。グラフTtはマグネットトルクとリラクタンストルクとを総合して得られるトルクを示す。このように永久磁石埋込型の電動機では電流位相が進相のときに大きなトルクを得ることができるので、電動機の通常の運転時は電流位相は例えば−30〜70度、あるいは更に狭く0〜70度に選択される。   Graph Tm shows magnet torque and takes the maximum value when the current phase is 0 degree. Graph Tr shows reluctance torque, and takes positive when the current phase is advanced, negative when the current phase is late, and becomes 0 when the current phase is 0 degrees. The graph Tt shows the torque obtained by combining the magnet torque and the reluctance torque. As described above, in a permanent magnet embedded type motor, a large torque can be obtained when the current phase is advanced. Therefore, during normal operation of the motor, the current phase is, for example, -30 to 70 degrees, or narrower to 0 to 0. Selected at 70 degrees.

図6は永久磁石12が第1領域131側にあるときの運転状況を例示する断面図である。図の繁雑を避けるため、電機子巻線23は実際には複数本の巻線であるが、1本として例示してあり、かつ、一つの歯部22についてのみ、また永久磁石12も一つのみ図示している。後に言及する図7乃至図9についても同様である。   FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating an operation state when the permanent magnet 12 is on the first region 131 side. In order to avoid complication of the figure, the armature winding 23 is actually a plurality of windings, but is illustrated as one, and only for one tooth portion 22 and one permanent magnet 12. Only illustrated. The same applies to FIGS. 7 to 9 to be described later.

また回転方向は図中では反時計回りであって、第1領域131よりも第2領域132の方が後進側にあるとしている。図中で円弧状の矢印は回転方向を、直線状の矢印は永久磁石12が歯部22に吸引されることを、それぞれ示している。   In addition, the rotation direction is counterclockwise in the drawing, and the second region 132 is on the reverse side of the first region 131. In the drawing, the arc-shaped arrow indicates the rotational direction, and the linear arrow indicates that the permanent magnet 12 is attracted to the tooth portion 22.

本実施の形態では、電流位相として通常は採用されない70度を超えた角度、例えば90度乃至110度を採用し、当該電流位相を有する電機子電流を用いて永久磁石12を第1領域131側から第2領域132側へと移動させる。   In the present embodiment, an angle exceeding 70 degrees that is not normally employed as the current phase, for example, 90 degrees to 110 degrees is employed, and the permanent magnet 12 is moved to the first region 131 side using the armature current having the current phase. To the second region 132 side.

図7は、上記の電流位相を有する電機子電流によって永久磁石12が矢印の方向へと歯部22に吸引される様子を示している。また図8はこのような吸引によって永久磁石12が第1領域131側から第2領域132へと移動した後の様子を示している。図9は永久磁石12が第2領域132側にあるときの運転状況を例示する断面図である。   FIG. 7 shows a state in which the permanent magnet 12 is attracted to the tooth portion 22 in the direction of the arrow by the armature current having the above current phase. FIG. 8 shows a state after the permanent magnet 12 is moved from the first region 131 side to the second region 132 by such attraction. FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating an operation state when the permanent magnet 12 is on the second region 132 side.

図10は永久磁石12を移動させる場合の電機子電流の変化を示すグラフであり、電機子電流として三相電流iu,iv,iwを採用している場合を例示している。横軸の一目盛りが、電気角の120度分を示している。電流位相が変化する電流位相変化区間では各電機子電流の電流位相が進んでいることがわかる。   FIG. 10 is a graph showing changes in the armature current when the permanent magnet 12 is moved, and exemplifies a case where three-phase currents iu, iv, and iw are employed as the armature current. One scale on the horizontal axis indicates an electrical angle of 120 degrees. It can be seen that the current phase of each armature current is advanced in the current phase change section where the current phase changes.

少なくとも電流位相変化区間では各電機子電流は永久磁石12を吸引するに必要な値を採ることが望ましい。他方、通常運転において永久磁石12が移動することは望ましくない。通常運転では電流位相は−30〜70度に選定されるので、永久磁石12を移動させる程の吸引力は働きにくい。しかし通常運転時において電機子電流の大きさを、永久磁石12が移動しない程度に小さくすることが望ましい。   It is desirable that each armature current takes a value necessary for attracting the permanent magnet 12 at least in the current phase change section. On the other hand, it is not desirable for the permanent magnet 12 to move during normal operation. In normal operation, the current phase is selected to be -30 to 70 degrees, so that an attractive force that moves the permanent magnet 12 is unlikely to work. However, it is desirable to reduce the magnitude of the armature current so that the permanent magnet 12 does not move during normal operation.

なお、永久磁石12を第2領域132側から第1領域131側へと移動させるには、電流位相として通常は採用されない−70度乃至−110度を採用した電機子電流を用いる。   In order to move the permanent magnet 12 from the second region 132 side to the first region 131 side, an armature current that employs −70 degrees to −110 degrees that is not normally employed as a current phase is used.

このように電機子電流を用いて永久磁石12を空隙13の内部で移動させることにより、回転子1が回転している状態でも容易に永久磁石12の位置を第1領域131側や第2領域132側に配置することができる。   In this way, by moving the permanent magnet 12 inside the gap 13 using the armature current, the position of the permanent magnet 12 can be easily moved to the first region 131 side or the second region even when the rotor 1 is rotating. It can be arranged on the 132 side.

第3の実施の形態.
第3の実施の形態では、空隙13の種々の変形について説明する。
Third embodiment.
In the third embodiment, various modifications of the gap 13 will be described.

図2に示されたように、第2領域132は電機子2側(ここでは外周側)へ拡がる。これは回転子コア11の電機子2に対向する側に発生する磁極の強さを効果的に変化させることができる観点で望ましい。その観点からは、電機子2が回転子1の内側から対向する、いわゆるアウターロータタイプであれば、第2領域132は内周側(回転軸Q側)に拡がることが望ましい。   As shown in FIG. 2, the second region 132 extends to the armature 2 side (here, the outer peripheral side). This is desirable from the viewpoint that the strength of the magnetic pole generated on the side of the rotor core 11 facing the armature 2 can be effectively changed. From this point of view, if the armature 2 is a so-called outer rotor type facing from the inside of the rotor 1, it is desirable that the second region 132 extends to the inner peripheral side (rotation axis Q side).

但し、図1に示されるように電機子2が回転子1の外側から対向する、いわゆるインナーロータタイプであっても、第2領域132が内周側に拡がることが望ましい点もある。図11はそのように変形された空隙13の構成を示す断面図であり、第2領域132は第1領域131よりも回転軸Q側へと拡がる拡大部130bを有している。このような構成によれば、回転子1の回転に伴って発生する遠心力を受けても、永久磁石12は不要に移動せず、安定して配置される。   However, even if the armature 2 is a so-called inner rotor type in which the armature 2 is opposed from the outside of the rotor 1 as shown in FIG. 1, it is desirable that the second region 132 expands to the inner peripheral side. FIG. 11 is a cross-sectional view showing the configuration of the gap 13 thus deformed, and the second region 132 has an enlarged portion 130b that extends from the first region 131 to the rotation axis Q side. According to such a structure, even if it receives the centrifugal force which generate | occur | produces with rotation of the rotor 1, the permanent magnet 12 does not move unnecessarily but is arrange | positioned stably.

図12乃至図14は空隙13の他の変形例を示す断面図である。いずれの変形においても段差111は回転子コア11から見て鈍角である。特に図13に示された構造では、第2領域132における幅d2が第1領域131から遠ざかるにつれ漸増する。これにより永久磁石12が第1領域131と第2領域132との間で円滑に可動となり、実質的な界磁磁束の変化も滑らかとなる。   12 to 14 are cross-sectional views showing other modified examples of the gap 13. In any deformation, the step 111 is an obtuse angle when viewed from the rotor core 11. In particular, in the structure shown in FIG. 13, the width d <b> 2 in the second region 132 gradually increases as the distance from the first region 131 increases. As a result, the permanent magnet 12 is smoothly movable between the first region 131 and the second region 132, and the substantial change in the field magnetic flux is also smoothed.

図14に示された構造では特に、第2領域132における幅d2が第1領域131から遠ざかるにつれ一旦漸増してから漸減する。これにより第2領域132の、第1領域131とは反対側における端部への永久磁石12の移動が、緩衝しつつ阻止される。これは永久磁石12の破損を防止する観点で望ましい。   In particular, in the structure shown in FIG. 14, the width d <b> 2 in the second region 132 gradually increases and then gradually decreases as the distance from the first region 131 increases. Thereby, the movement of the permanent magnet 12 to the end of the second region 132 on the side opposite to the first region 131 is prevented while buffering. This is desirable from the viewpoint of preventing the permanent magnet 12 from being damaged.

この発明の第1の実施の形態にかかる電動機の構成を例示する断面図である。It is sectional drawing which illustrates the structure of the electric motor concerning 1st Embodiment of this invention. この発明の第1の実施の形態における空隙13の一つの近傍のみを拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which expands and shows only one vicinity of the space | gap 13 in 1st Embodiment of this invention. この発明の第1の実施の形態における電動機の状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state of the electric motor in 1st Embodiment of this invention. この発明の第1の実施の形態の効果を例示するグラフである。It is a graph which illustrates the effect of a 1st embodiment of this invention. 永久磁石埋込型の電動機について一般的な、トルクの電流位相に対する依存性を示すグラフである。It is a graph which shows the dependence with respect to the electric current phase of a general torque about a permanent magnet embedded type motor. この発明の第2の実施の形態における電動機の状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state of the electric motor in 2nd Embodiment of this invention. この発明の第2の実施の形態における電動機の状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state of the electric motor in 2nd Embodiment of this invention. この発明の第2の実施の形態における電動機の状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state of the electric motor in 2nd Embodiment of this invention. この発明の第2の実施の形態における電動機の状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state of the electric motor in 2nd Embodiment of this invention. この発明の第2の実施の形態における電機子電流の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the armature current in 2nd Embodiment of this invention. この発明の第3の実施の形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows 3rd Embodiment of this invention. この発明の第3の実施の形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows 3rd Embodiment of this invention. この発明の第3の実施の形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows 3rd Embodiment of this invention. この発明の第3の実施の形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows 3rd Embodiment of this invention. 永久磁石埋め込み型の電動機の従来の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the conventional structure of the permanent magnet embedded type electric motor.

符号の説明Explanation of symbols

1 回転子
11 回転子コア
111 段差
12 永久磁石
13 空隙
130a,130b 拡大部
131 第1領域
132 第2領域
2 電機子
23 電機子巻線
iu,iv,iw 電機子電流
d1,d2 幅
Q 回転軸
θ 中心角の範囲
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotor 11 Rotor core 111 Step 12 Permanent magnet 13 Air gap 130a, 130b Enlarged part 131 1st area 132 2nd area 2 Armature 23 Armature winding iu, iv, iw Armature current d1, d2 Width Q Rotation axis θ Center angle range

Claims (9)

回転軸(Q)の周囲で環状に配置され、それぞれ前記回転軸を中心とした所定の中心角の範囲(θ)で延在し、その延在する方向に対する幅(d1,d2)が相互に異なる第1領域(131)及び第2領域(132)を有する空隙(13)の複数が、内部に穿たれた回転子コア(11)と、
前記空隙内において前記第1領域と前記第2領域との間で可動に設けられ、前記界磁磁束を発生させる永久磁石(12)と
を含む回転子(1)と、
前記回転軸とは反対側から前記回転子(1)に対向し、前記回転子に回転磁界を供給する電機子電流(iu,iv,iw)が流れる電機子巻線(23)を含む電機子(2)と
を備える電動機。
Arranged in a ring around the rotation axis (Q), each extends within a range (θ) of a predetermined center angle around the rotation axis, and the widths (d1, d2) in the extending direction are mutually A plurality of voids (13) having different first regions (131) and second regions (132), a rotor core (11) bored therein;
A rotor (1) including a permanent magnet (12) provided movably between the first region and the second region in the gap and generating the field magnetic flux;
An armature that includes an armature winding (23) that faces the rotor (1) from the side opposite to the rotating shaft and flows an armature current (iu, iv, iw) that supplies a rotating magnetic field to the rotor. An electric motor comprising (2).
第2領域(132)は前記第1領域(131)よりも前記電機子(2)側へと拡がる拡大部(130a)を有し、
前記回転子コア(11)は前記第1領域と前記第2領域の間で段差(111)を有し、
前記永久磁石(12)が前記第2領域側へ移動しても、前記永久磁石の前記第2領域への填り込みは前記段差(111)によって阻害される、請求項1記載の電動機。
The second region (132) has an enlarged portion (130a) that extends to the armature (2) side than the first region (131),
The rotor core (11) has a step (111) between the first region and the second region,
The electric motor according to claim 1, wherein even if the permanent magnet (12) moves toward the second region, the stepping of the permanent magnet into the second region is inhibited by the step (111).
前記段差は前記回転子コア側から見て鈍角である、請求項2記載の電動機。   The electric motor according to claim 2, wherein the step is an obtuse angle when viewed from the rotor core side. 前記第2領域(132)における前記幅(d2)は前記第1領域(131)から遠ざかるにつれ漸増する、請求項3記載の電動機。   The electric motor according to claim 3, wherein the width (d2) in the second region (132) gradually increases as the distance from the first region (131) increases. 前記第2領域(132)における前記幅(d2)は前記第1領域(131)から遠ざかるにつれ一旦漸増してから漸減する、請求項3記載の電動機。   The electric motor according to claim 3, wherein the width (d2) in the second region (132) gradually increases and then gradually decreases as the distance from the first region (131) increases. 第2領域(132)は前記第1領域(131)よりも前記回転軸(Q)側へと拡がる拡大部(130b)を有する、請求項1記載の電動機。   The electric motor according to claim 1, wherein the second region (132) has an enlarged portion (130b) that extends toward the rotating shaft (Q) with respect to the first region (131). 請求項1乃至請求項6のいずれか一つに記載の電動機を制御する方法であって、
前記電機子電流(iu,iv,iw)の電流位相を、前記電機子巻線(23)に発生する前記永久磁石(12)による誘起電圧の位相に対して70乃至110度進めて、前記永久磁石を前記第2領域側へと配置する、電動機の制御方法。
A method for controlling an electric motor according to any one of claims 1 to 6,
The current phase of the armature current (iu, iv, iw) is advanced by 70 to 110 degrees with respect to the phase of the induced voltage by the permanent magnet (12) generated in the armature winding (23), and the permanent A method for controlling an electric motor, wherein a magnet is arranged toward the second region.
前記電機子電流(iu,iv,iw)の電流位相を、前記電機子巻線(23)に発生する前記永久磁石(12)による誘起電圧の位相に対して70乃至110度遅らせて、前記永久磁石を前記第1領域側へと配置する、請求項7記載の電動機の制御方法。   The current phase of the armature current (iu, iv, iw) is delayed by 70 to 110 degrees with respect to the phase of the induced voltage by the permanent magnet (12) generated in the armature winding (23), and the permanent The motor control method according to claim 7, wherein a magnet is arranged toward the first region. 所定速度以下では前記永久磁石を前記第1領域側へと配置し、前記所定速度を越えると前記永久磁石を前記第2領域側へと配置する、請求項8記載の電動機の制御方法。   The motor control method according to claim 8, wherein the permanent magnet is disposed toward the first region at a speed lower than a predetermined speed, and the permanent magnet is disposed toward the second region when the predetermined speed is exceeded.
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