JP5977155B2 - Permanent magnet motor - Google Patents
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Description
本発明は、永久磁石を有する回転子を備える永久磁石電動機に関し、特に、永久磁石電動機の効率を広い回転数領域にわたって維持することができる技術に関する。 The present invention relates to a permanent magnet motor including a rotor having a permanent magnet, and more particularly to a technique capable of maintaining the efficiency of a permanent magnet motor over a wide range of rotational speeds.
機器(例えば、空調装置や冷蔵庫に設けられている圧縮機、洗濯機、車両、車載装置等)を駆動する機器駆動装置として、永久磁石電動機、インバータ装置、制御装置を備える機器駆動装置が用いられている。永久磁石電動機としては、例えば、回転子コアおよび回転子コアの主磁極部に形成されている磁石挿入孔に挿入された永久磁石を有する回転子と、固定子コアおよび固定子コアのスロットに挿入されている固定子巻線を有する固定子を備える永久磁石電動機(「永久磁石埋込型電動機」と呼ばれている)が用いられている。このような永久磁石電動機は、主磁極部に設けられている永久磁石の磁束によるマグネットトルクと、主磁極部間の補助磁極部の突極性によるリラクタンストルクの両方を利用することができる。 As a device driving device that drives a device (for example, a compressor, a washing machine, a vehicle, a vehicle-mounted device, etc. provided in an air conditioner or a refrigerator), a device driving device including a permanent magnet motor, an inverter device, and a control device is used. ing. As the permanent magnet motor, for example, a rotor having a permanent magnet inserted into a rotor core and a magnet insertion hole formed in a main magnetic pole portion of the rotor core, and inserted into slots of the stator core and the stator core 2. Description of the Related Art Permanent magnet electric motors (referred to as “permanent magnet embedded electric motors”) having a stator having a stator winding are used. Such a permanent magnet motor can utilize both the magnet torque due to the magnetic flux of the permanent magnet provided in the main magnetic pole part and the reluctance torque due to the saliency of the auxiliary magnetic pole part between the main magnetic pole parts.
永久磁石電動機では、永久磁石の磁束量が一定である場合、固定子巻線に誘起される誘起電圧(「逆起電圧」ともいう)は回転子の回転数に比例して上昇する。そして、固定子巻線に誘起される誘起電圧が、電源電圧等により定まる所定値に達すると、回転数が上昇しなくなる。なお、電源電圧を高くすることによって回転数を所定値より上昇させることができるが、インバータ装置が高価となり、また、永久磁石電動機の効率も低下する。
一方、回転子を高い回転数で回転させることができるようにするために、永久磁石の磁束量を少なくすると、回転子を低い回転数で回転させた時の永久磁石電動機の効率が低下する。
In the permanent magnet motor, when the amount of magnetic flux of the permanent magnet is constant, the induced voltage (also referred to as “back electromotive voltage”) induced in the stator winding increases in proportion to the rotational speed of the rotor. When the induced voltage induced in the stator winding reaches a predetermined value determined by the power supply voltage or the like, the rotational speed does not increase. Although the rotational speed can be increased from a predetermined value by increasing the power supply voltage, the inverter device becomes expensive and the efficiency of the permanent magnet motor also decreases.
On the other hand, if the amount of magnetic flux of the permanent magnet is reduced so that the rotor can be rotated at a high rotational speed, the efficiency of the permanent magnet motor is reduced when the rotor is rotated at a low rotational speed.
このように、永久磁石の磁束量が一定である場合には、永久磁石電動機の効率を維持した状態で広い回転数領域にわたって回転子を回転させることができない。
そこで、永久磁石の磁束量を変化させることによって、広い回転数範囲にわたって効率を維持することができる永久磁石電動機が提案されている(特許文献1および特許文献2参照)。特許文献1および特許文献2に示されている永久磁石電動機は、回転子の回転中(運転中)に、永久磁石に永久磁石の磁化方向と逆の方向に磁界を作用させることによって永久磁石を減磁し(永久磁石の磁束量を減少させ)、あるいは、永久磁石に永久磁石の磁化方向と同じ方向に磁界を作用させることによって永久磁石を増磁し(永久磁石の磁束量を増加させ)ている。
例えば、図13に示されているように、低速用の特性1(=磁束量1)に設定されている状態で、回転数が上昇して設定回転数K1に達すると、永久磁石を減磁し(磁束量を減少させ)、低速用の特性1から中速用の特性2(=磁束量2<磁束量1)に移行させる。この状態で、さらに回転数が上昇して設定回転数K2に達すると、永久磁石を減磁し、中速用の特性2から高速用の特性3(=磁束量3<磁束量2)に移行させる。一方、高速用の特性3(=磁束量3)に設定されている状態で、回転数が低下して設定回転数K2に達すると、永久磁石を増磁し(磁束量を増加させ)、高速用の特性3から中速用の特性2(=磁束量2>磁束量3)に移行させる。この状態で、さらに回転数が低下して設定回転数K1に達すると、永久磁石を増磁し、中速用の特性2から低速用の特性1(=磁束量1>磁束量2)に移行させる。このように、運転中に永久磁石の磁束量を変化させることによって、永久磁石電動機の効率を広い回転数領域にわたって維持することができる。
Thus, when the amount of magnetic flux of the permanent magnet is constant, the rotor cannot be rotated over a wide rotational speed range while maintaining the efficiency of the permanent magnet motor.
Therefore, there has been proposed a permanent magnet motor that can maintain efficiency over a wide rotational speed range by changing the amount of magnetic flux of the permanent magnet (see Patent Document 1 and Patent Document 2). The permanent magnet electric motors shown in Patent Document 1 and Patent Document 2 operate the permanent magnet by applying a magnetic field to the permanent magnet in a direction opposite to the magnetization direction of the permanent magnet while the rotor is rotating (during operation). Demagnetize (decrease the amount of magnetic flux of the permanent magnet) or increase the permanent magnet by increasing the permanent magnet by applying a magnetic field to the permanent magnet in the same direction as the magnetization direction of the permanent magnet (increasing the amount of magnetic flux of the permanent magnet) ing.
For example, as shown in FIG. 13, when the rotational speed increases and reaches the set rotational speed K1 in the state where the low speed characteristic 1 (= magnetic flux amount 1) is set, the permanent magnet is demagnetized. (Lower magnetic flux amount) and shift from low speed characteristic 1 to medium speed characteristic 2 (= magnetic flux amount 2 <magnetic flux amount 1). In this state, when the rotational speed further increases and reaches the set rotational speed K2, the permanent magnet is demagnetized, and the medium speed characteristic 2 shifts to the high speed characteristic 3 (= magnetic flux amount 3 <magnetic flux amount 2). Let On the other hand, when the rotational speed decreases and reaches the set rotational speed K2 in the state where the high speed characteristic 3 (= magnetic flux amount 3) is set, the permanent magnet is magnetized (the magnetic flux amount is increased), and the high speed is increased. Transition from characteristic 3 for medium speed to characteristic 2 for medium speed (= magnetic flux amount 2> magnetic flux amount 3). In this state, when the number of rotations further decreases and reaches the set number of rotations K1, the permanent magnet is magnetized to shift from the medium speed characteristic 2 to the low speed characteristic 1 (= magnetic flux amount 1> magnetic flux amount 2). Let Thus, by changing the amount of magnetic flux of the permanent magnet during operation, the efficiency of the permanent magnet motor can be maintained over a wide rotational speed range.
特許文献1および特許文献2に示されている永久磁石電動機310は、図11および図12に示されているように、固定子320と回転子330を有している。固定子320は、ティース322と、ティース322により形成されているスロット325に挿入されている固定子巻線を有している。回転子330は、周方向に沿って配置されている主磁極部A〜Dを有し、主磁極部A〜Dに形成されている磁石挿入孔340に永久磁石350が挿入されている。
特許文献1および2に示されている永久磁石電動機310では、軸方向に直角な断面で見て、磁石挿入孔340の径方向に沿った長さ(幅)が均一である。
このため、永久磁石350を効果的に増磁するには、図11に示されているように、磁石挿入孔340の周方向中心(図11では、主磁極部A〜Dのd軸)が、当該磁石挿入孔340に挿入されている永久磁石350に作用する磁界を発生する磁極のうち、永久磁石350の極性と異なる極性の磁極の周方向中心(「磁極中心」という)と一致する位置に存在する状態で、磁界が発生するように固定子巻線に通電する必要がある。例えば、主磁極部Aに形成されており、S極に磁化されている(外周側がS極、内周側がN極になるように磁化されている)永久磁石350が挿入されている磁石挿入孔340の周方向中心(主磁極部Aのd軸)が、当該磁石挿入孔340に挿入されている永久磁石350に作用する磁界を発生する磁極のうちN極の磁極(ティースe3〜e5により構成される磁極)の周方向中心[電気角0度位置]に存在する状態で、図11に矢印で示されている方向に磁界を発生させる必要がある。
また、永久磁石350を効果的に減磁するには、図12に示されているように、磁石挿入孔340の周方向中心が、当該磁石挿入孔340に挿入されている永久磁石350に作用する磁界を発生する磁極のうち、永久磁石350の極性と同じ極性の磁極の周方向中心と一致する位置に存在する状態で、磁界が発生するように固定子巻線に通電する必要がある。例えば、主磁極部Aに形成されており、S極に着磁されている永久磁石350が挿入されている磁石挿入孔340の周方向中心(主磁極部Aのd軸)が、ティースe3〜e5により構成されるN極の磁極の周方向中心[電気角0度位置]から、回転子330の回転方向(矢印Rの方向)と反対の方向に沿って電気角で180度離れた位置[電気角180度位置]に存在する状態で、図12に矢印で示されている方向に磁界を発生させる必要がある。
さらに、永久磁石を増磁あるいは減磁する際に固定子巻線に流す電流の値は、当該永久磁石が挿入されている磁石挿入孔の幅(径方向に沿った長さ)の2乗に比例するため、[電気角0度位置]で増磁を行う場合、あるいは、[電気角180度位置]で減磁を行う場合でも、大きな電流(例えば、定格電流の8〜10倍)を流す必要がある。このため、電流容量が大きいインバータ装置を用いる必要があり、機器駆動装置のコストが高くなる。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、永久磁石電動機の回転子に設けられている永久磁石を増磁あるいは減磁する際に、固定子に設けられている固定子巻線に流す電流を低減することができる技術を提供することを目的とする。
The
In the
For this reason, in order to effectively increase the magnetization of the
Further, in order to effectively demagnetize the
Furthermore, the value of the current that flows through the stator winding when the permanent magnet is magnetized or demagnetized is the square of the width (length along the radial direction) of the magnet insertion hole in which the permanent magnet is inserted. Since it is proportional, a large current (for example, 8 to 10 times the rated current) flows even when magnetizing is performed at [
The present invention was devised in view of such points, and the stator provided in the stator when the permanent magnet provided in the rotor of the permanent magnet motor is magnetized or demagnetized. It aims at providing the technique which can reduce the electric current sent through a coil | winding.
本発明の永久磁石電動機は、固定子と、回転子を有している。固定子は、軸方向に直角な断面で見て、周方向に沿って延びているヨークと、ヨークから径方向に沿って延びている複数のティースと、周方向に隣接するティースによって形成されるスロットに挿入されている固定子巻線を有している。ティースは、ヨークから径方向に沿って延びているティース基部と、ティース基部の先端部から周方向両側に延びているティース先端部を有している。ティース基部の先端面とティース先端部の回転子側の面とによって、ティース先端面が形成されている。回転子は、軸方向に直角な断面で見て、周方向に沿って配置されている複数の主磁極部を有している。主磁極部には磁石挿入孔が形成されており、磁石挿入孔には永久磁石が挿入されている。
本発明では、磁石挿入孔は、第1〜第3の磁石挿入部分を有し、永久磁石は、第1〜第3の磁石挿入部分それぞれに挿入される第1〜第3の永久磁石部分を有している。第1〜第3の磁石挿入部分は、個別に形成された磁石挿入孔であってもよいし、1つの磁石挿入孔の異なる部分であってもよい。また、第1〜第3の永久磁石部分は、個別に形成された永久磁石であてもよいし、1つの永久磁石の異なる部分であってもよい。
そして、軸方向に直角な断面で見て、第1の磁石挿入部分と第3の磁石挿入部分は、周方向に沿って、第2の磁石挿入部分を挟んで両側に配置されている。また、第2の磁石挿入部分の径方向に沿った長さ(幅)が、第1の磁石挿入部分の径方向に沿った長さ(幅)および第3の磁石挿入部分の径方向に沿った長さ(幅)より短くなるように構成されている。第1の磁石挿入部分および第3の磁石挿入部分の径方向に沿った長さ(幅)は、同じ(「略同じ」を含む)であってもよいし、異なっていてもよい。第1〜第3の永久磁石部分の断面形状は、好適には、第1〜第3の磁石挿入部分の断面形状と同じ形状(「略同じ形状」を含む)に形成されるが、これに限定されない。
さらに、第1の磁石挿入部分と第3の磁石挿入部分の間の開角θ度(電気角)とティース基部の先端面の開角α度(電気角)が、[25度(電気角)<θ度(電気角)<25度(電気角)+α(電気角)/2]を満足するように構成されている。なお、第1の磁石挿入部分と第3の磁石挿入部分の間の開角θおよびティース基部のティース先端面の開角αは、回転子の中心点を中心とする開角である。
本発明では、周方向に沿って第1の磁石挿入部分と第3の磁石挿入部分の間に配置され、第1の磁石挿入部分の幅および第3の磁石挿入部分の幅より短い幅を有する第2の磁石挿入部分に挿入されている第2の永久磁石部分を増磁あるいは減磁することにより、永久磁石電動機の効率を広い回転数領域にわたって維持することができるとともに、増磁あるいは減磁を行う際に固定子巻線に流す電流を低減することができる。
本発明の異なる形態では、第1の磁石挿入部分と第2の磁石挿入部分の間および第2の磁石挿入部分と第3の磁石挿入部分の間にブリッジ部が設けられている。本形態では、第1〜第3の磁石挿入部分として、個別に形成された磁石挿入孔が用いられ、また、第1〜第3の永久磁石部分として、個別に形成された永久磁石が用いられる。
本形態では、第2の磁石挿入部分と第1および第3の磁石挿入部分との間にブリッジ部が設けられているため、回転子の強度が高められる。
本発明の他の異なる形態では、第2の磁石挿入部分は、軸方向に直角な断面で見て、主磁極部のd軸と交差する位置に配置されている。
本発明の他の異なる形態では、第2の磁石挿入部分は、軸方向に直角な断面で見て、主磁極部のd軸を中心線とする線対称な形状を有するように構成されている。
本発明の他の異なる形態では、第1の磁石挿入部分および第3の磁石挿入部分の径方向に沿った長さ(幅)が同じ(「略同じ」を含む)長さLmmに設定され、第2の磁石挿入部分の径方向に沿った長さ(幅)Mmmが[Mmm<Lmm/3]を満足するように構成されている。
永久磁石を増磁あるいは減磁する際に固定子巻線に流す電流は、永久磁石が挿入されている磁石挿入孔の厚さの2乗に比例する。このため、本形態では、永久磁石を増磁あるいは減磁する際に固定子巻線に流す電流を、均一な幅を有する磁石挿入孔を用いる場合に比べて約10%に低減することができる。
本発明の他の異なる形態では、軸方向に直角な断面で見て、第1の永久磁石部分および第3の永久磁石部分は、回転子の中心点を中心とする円弧に沿って延びるように形成されている。
The permanent magnet motor of the present invention has a stator and a rotor. The stator is formed by a yoke extending along the circumferential direction, a plurality of teeth extending along the radial direction from the yoke, and teeth adjacent in the circumferential direction when viewed in a cross section perpendicular to the axial direction. A stator winding is inserted into the slot. The teeth have a teeth base portion extending in the radial direction from the yoke, and a teeth tip portion extending from the tip portion of the teeth base portion to both sides in the circumferential direction. A tooth tip surface is formed by the tip surface of the tooth base and the rotor-side surface of the tooth tip. The rotor has a plurality of main magnetic pole portions arranged along the circumferential direction when viewed in a cross section perpendicular to the axial direction. A magnet insertion hole is formed in the main magnetic pole portion, and a permanent magnet is inserted in the magnet insertion hole.
In the present invention, the magnet insertion hole has first to third magnet insertion portions, and the permanent magnet has first to third permanent magnet portions inserted into the first to third magnet insertion portions, respectively. Have. The first to third magnet insertion portions may be magnet insertion holes formed individually, or may be different portions of one magnet insertion hole. The first to third permanent magnet portions may be individually formed permanent magnets or different portions of one permanent magnet.
When viewed in a cross section perpendicular to the axial direction, the first magnet insertion portion and the third magnet insertion portion are disposed on both sides of the second magnet insertion portion along the circumferential direction. Further, the length (width) along the radial direction of the second magnet insertion portion is along the length (width) along the radial direction of the first magnet insertion portion and the radial direction of the third magnet insertion portion. It is configured to be shorter than the length (width). The length (width) along the radial direction of the first magnet insertion portion and the third magnet insertion portion may be the same (including “substantially the same”) or may be different. The cross-sectional shape of the first to third permanent magnet portions is preferably formed in the same shape (including “substantially the same shape”) as the cross-sectional shape of the first to third magnet insertion portions. It is not limited.
Furthermore, the opening angle θ degree (electrical angle) between the first magnet insertion part and the third magnet insertion part and the opening angle α degree (electrical angle) of the tip surface of the tooth base are [25 degrees (electrical angle)]. <Θ degrees (electrical angle) <25 degrees (electrical angle) + α (electrical angle) / 2] is satisfied. Note that the opening angle θ between the first magnet insertion portion and the third magnet insertion portion and the opening angle α of the tooth tip surface of the tooth base are opening angles with the center point of the rotor as the center.
In this invention, it is arrange | positioned between the 1st magnet insertion part and the 3rd magnet insertion part along the circumferential direction, and has a width shorter than the width of the 1st magnet insertion part and the width of the 3rd magnet insertion part. By magnetizing or demagnetizing the second permanent magnet portion inserted in the second magnet insertion portion, the efficiency of the permanent magnet motor can be maintained over a wide rotational speed range, and magnetizing or demagnetizing can be performed. It is possible to reduce the current flowing through the stator winding when performing the above.
In the different form of this invention, the bridge | bridging part is provided between the 1st magnet insertion part and the 2nd magnet insertion part, and between the 2nd magnet insertion part and the 3rd magnet insertion part. In this embodiment, individually formed magnet insertion holes are used as the first to third magnet insertion portions, and individually formed permanent magnets are used as the first to third permanent magnet portions. .
In this embodiment, since the bridge portion is provided between the second magnet insertion portion and the first and third magnet insertion portions, the strength of the rotor is increased.
In another different aspect of the present invention, the second magnet insertion portion is disposed at a position intersecting with the d-axis of the main magnetic pole portion when viewed in a cross section perpendicular to the axial direction.
In another different aspect of the present invention, the second magnet insertion portion is configured to have a line-symmetric shape with the d-axis of the main magnetic pole portion as the center line when viewed in a cross section perpendicular to the axial direction. .
In another different form of the present invention, the length (width) along the radial direction of the first magnet insertion portion and the third magnet insertion portion is set to the same (including “substantially the same”) length Lmm, The length (width) Mmm along the radial direction of the second magnet insertion portion is configured to satisfy [Mmm <Lmm / 3].
The current that flows through the stator winding when magnetizing or demagnetizing the permanent magnet is proportional to the square of the thickness of the magnet insertion hole in which the permanent magnet is inserted. For this reason, in this embodiment, when the permanent magnet is magnetized or demagnetized, the current flowing through the stator winding can be reduced to about 10% as compared with the case where a magnet insertion hole having a uniform width is used. .
In another different aspect of the present invention, the first permanent magnet portion and the third permanent magnet portion extend along an arc centered on the center point of the rotor when viewed in a cross section perpendicular to the axial direction. Is formed.
本発明では、永久磁石電動機の回転子に設けられている永久磁石を増磁あるいは減磁する際に、固定子に設けられている固定子巻線に流す電流を低減することができる。 In the present invention, when the permanent magnet provided in the rotor of the permanent magnet motor is magnetized or demagnetized, the current flowing through the stator winding provided in the stator can be reduced.
以下に、本発明の永久磁石電動機の実施の形態を、図面を参照して説明する。
なお、本明細書では、「軸方向」は、回転子が固定子に対して回転可能に支持されている状態において、回転子の中心点(回転中心点)Pを通る回転中心線の方向を示す。また、「周方向」は、回転子が固定子に対して回転可能に支持されている状態において、軸方向(回転中心線の方向)に直角な断面でみて、回転子の中心点Pを中心とする円周方向を示す。また、「径方向」は、回転子が固定子に対して回転可能に支持されている状態において、軸方向(回転中心線の方向)に直角な断面でみて、回転子の中心点Pを通る方向を示す。
また、「d軸」は、軸方向に沿った断面で見て、主磁極部の周方向に沿った中心(例えば、回転子の外周面のうち主磁極部に対応する部分の周方向に沿った中心点)と回転子30の回転子中心点Pを結ぶ線で表され、「q軸」は、主磁極部の間の補助磁極部の周方向に沿った中心(例えば、回転子の外周面のうち補助磁極部の外周面に対応する部分の周方向に沿った中心点)と回転子30の回転中心点Pを結ぶ線で表される。
Embodiments of a permanent magnet motor according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
In this specification, the “axial direction” refers to the direction of the rotation center line passing through the center point (rotation center point) P of the rotor in a state where the rotor is rotatably supported with respect to the stator. Show. In addition, the “circumferential direction” refers to the center point P of the rotor as viewed in a cross section perpendicular to the axial direction (direction of the rotation center line) in a state where the rotor is rotatably supported with respect to the stator. Indicates the circumferential direction. Further, the “radial direction” refers to a center point P of the rotor as viewed in a cross section perpendicular to the axial direction (direction of the rotation center line) in a state where the rotor is rotatably supported with respect to the stator. Indicates direction.
Further, the “d-axis” refers to a center along the circumferential direction of the main magnetic pole portion (for example, along the circumferential direction of the portion corresponding to the main magnetic pole portion of the outer peripheral surface of the rotor) when viewed in a cross section along the axial direction. Center line) and the rotor center point P of the
第1の実施の形態の永久磁石電動機10が、図1および図2に示されている。図1は、第1の実施の形態の永久磁石電動機10の、軸方向に直角な断面図であり、図2は、図1の部分拡大図である。なお、本実施の形態の永久磁石電動機10は、永久磁石埋込型電動機として構成されている。
本実施の形態の永久磁石電動機10は、固定子20と回転子30を有している。
固定子20は、電磁鋼板を積層して形成された固定子コアと固定子巻線により構成されている。固定子20は、軸方向に直角な断面で見て、周方向に沿って延びているヨーク21、ヨーク21から径方向に沿って回転子30の中心点方向に延びている複数のティース22を有している。ティース22は、ヨーク21から径方向に沿って延びているティース基部23と、ティース基部23の先端部から周方向両側に沿って延びているティース先端部24を有している。ティース基部23の先端面と、ティース先端部24の回転子30と対向する側の面によって、ティース先端面22aが形成されている。ティース先端面22aによって、回転子30を収容する回転子収容区間が形成される。そして、周方向に隣接するティース22によって形成されるスロット25内に固定子巻線が挿入されている。本実施の形態では、固定子巻線は、分布巻方式によってスロット25内に挿入されている。
A
The
The
回転子30は、電磁鋼板を積層して形成された回転子コアと永久磁石により構成されている。回転子30は、軸方向に直角な断面で見て、周方向に沿って配置されている主磁極部A〜Dを有している。主磁極部A〜Dには、軸方向に沿って延びている磁石挿入孔40が形成され、磁石挿入孔40に永久磁石50が挿入されている。永久磁石50は、隣接する主磁極部が異極となるように磁化されている。なお、永久磁石50は、径方向に沿って磁化されている。磁石挿入孔40は、第1〜第3の磁石挿入孔41〜43を有している。磁石挿入孔40に挿入される永久磁石50は、第1〜第3の磁石挿入孔41〜43それぞれに挿入される第1〜第3の永久磁石51〜53を有している。
また、回転子30の中心側に形成されている回転軸挿入孔に回転軸60が挿入されている。なお、本実施の形態では、回転子30は、図2に示されている矢印の方向(時計方向)Rに回転する。
The
A rotating
本実施の形態では、磁石挿入孔40は、第1の磁石挿入孔41、第2の磁石挿入孔42、第3の磁石挿入孔43を有している。第1の磁石挿入孔41と第3の磁石挿入孔43は、周方向に沿って、第2の磁石挿入孔42の両側に配置されている。
第1の磁石挿入孔41と第2の磁石挿入孔42の間にはブリッジ44aが形成され、第2の磁石挿入孔42と第3の磁石挿入孔43の間にはブリッジ44bが形成されている。このブリッジ44a、44bによって、回転子30の強度が高められている。なお、ブリッジ44a、44bは、周方向に沿った長さ(第2の磁石挿入孔42と第1および第3の磁石挿入孔41および43との間の間隔)が短いため、ブリッジ44a、44bに磁束が流れると即座に磁気飽和する。このため、ブリッジ44a、44bを介して流れる磁束を無視することができる。ブリッジ44a、44bが、本発明の「ブリッジ部」に対応する。
主磁極部Aの第3の磁石挿入孔43と主磁極部Aに隣接する主磁極部Bの第1の磁石挿入孔41の間に、補助磁極部ABを構成する通路45abが形成されている。同様に、主磁極部Bと主磁極部Cの間に、補助磁極部BCを構成する通路45bc(図示されていない)が形成され、主磁極部Cと主磁極部Dの間に、補助磁極部CDを構成する通路45cd(図示されていない)が形成され、主磁極部Dと主磁極部Aの間に、補助磁極部DAを構成する通路45daが形成されている。
本実施の形態では、第1の磁石挿入孔41が、本発明の「第1の磁石挿入部分」に対応し、第2の磁石挿入孔42が、本発明の「第2の磁石挿入部分」に対応し、第3の磁石挿入孔43が、本発明の「第3の磁石挿入部分」に対応する。
In the present embodiment, the
A
A passage 45ab constituting the auxiliary magnetic pole part AB is formed between the third
In the present embodiment, the first
第1の磁石挿入孔41は、軸方向に直角な断面で見て、径方向内側に配置され、周方向に沿って延びている内周壁41a、径方向外側に配置され、周方向に沿って延びている外周壁41b、周方向に沿って回転方向Rと反対の方向側(q軸側)に配置され、径方向に沿って延びている側壁41c、回転方向R側(d軸側)に配置され、径方向に沿って延びている側壁41dにより形成されている。同様に、第2の磁石挿入孔42は、内周壁42a、外周壁42b、側壁42cおよび42dにより形成されている。また、第3の磁石挿入孔43は、内周壁43a、外周壁43b、側壁43cおよび43dにより形成されている。
The first
第1〜第3の磁石挿入孔41〜43それぞれに挿入される第1〜第3の永久磁石51〜53は、軸方向に直角な断面が、第1〜第3の磁石挿入孔41〜43と同じ(「略同じ」をふくむ)形状を有している。すなわち、第1〜第3の永久磁石51〜53は、軸方向に直角な断面で見て、内周壁51a〜53a、外周壁51b〜53c、側壁51c〜53cおよび51d〜53dを有している。本実施の形態では、第1〜第3の永久磁石51〜53は、フェライト磁石あるいはサマリウムコバルト磁石により形成されている。勿論、第1〜第3の永久磁石51〜53は、他の材質の磁石により形成することができる。また、第1〜第3の永久磁石51〜53を、異なる材質の磁石により形成することもできる。
本実施の形態では、第1の磁石挿入孔41と第3の磁石挿入孔43の内周壁41aと43aおよび外周壁41bと43b(第1の永久磁石51と第3の永久磁石53の内周壁51aと53aおよび外周壁51bと53b)は、回転子30の回転中心点Pを中心とする円弧形状に形成されている。すなわち、第1の磁石挿入孔41と第3の磁石挿入孔43(第1の永久磁石51と第3の永久磁石53)は、回転子30の回転中心点Pを中心とする円弧に沿って延びている。また、第2の磁石挿入孔42(第2の永久磁石52)は、内周壁42aおよび外周壁42b(内周壁52aおよび外周壁52b)が主磁極部A〜Dのd軸に直交する(「略直交する」を含む)方向に沿って延びている。すなわち、第2の磁石挿入孔42(第2の永久磁石52)は、d軸に直交する方向に直線状に延びている。
また、第2の磁石挿入孔42(第2の永久磁石52)は、d軸と交差(直交)するように配置され、第1〜第3の磁石挿入孔41〜43(第1〜第3の永久磁石51〜53)は、d軸を中心線として線対称(「略線対称)を含む)となるように形成されている。
The first to third
In the present embodiment, inner
The second magnet insertion hole 42 (second permanent magnet 52) is arranged so as to intersect (orthogonal) the d axis, and the first to third magnet insertion holes 41 to 43 (first to third). The
さらに、軸方向に直角な断面で見て、第2の磁石挿入孔42の径方向に沿った長さ(幅)が、第1の磁石挿入孔41および第3の磁石挿入孔43の径方向に沿った長さ(幅)より短くなるように構成されている。
本実施の形態では、第1の磁石挿入孔41の幅と第3の磁石挿入孔43の幅は、同じ(「略同じ」を含む)幅Lmmに設定されている。そして、第2の磁石挿入孔42の幅Mmmが、[Mmm<Lmm/3]を満足するように設定されている。
固定子巻線に電流を流すことによって発生する磁界を用いて回転子に設けられている永久磁石を増磁あるいは減磁する際には、永久磁石が挿入されている磁石挿入孔の幅の2乗に比例する電流を流す必要がある。本実施の形態では、第1の磁石挿入孔41および第3の磁石挿入孔43の幅Lmmと第2の磁石挿入孔42の幅Mmmが、[Mmm<Lmm/3]を満足するように設定されているため、永久磁石を増磁あるいは減磁する際に固定子巻線に流す電流を、(1/3)2以下に低減することができる、すなわち、約10%に低減することができる。
Further, when viewed in a cross section perpendicular to the axial direction, the length (width) along the radial direction of the second
In the present embodiment, the width of the first
When the permanent magnet provided in the rotor is magnetized or demagnetized using a magnetic field generated by passing a current through the stator winding, the width of the magnet insertion hole into which the permanent magnet is inserted is 2 It is necessary to pass a current proportional to the power. In the present embodiment, the width Lmm of the first
次に、第1の磁石挿入孔41と第3の磁石挿入孔43の間の開角θと、永久磁石電動機10の効率および永久磁石を増磁あるいは減磁する際に固定子巻線に流す電流との関係について検討した結果を、図3を参照して説明する。開角θは、図2に示されているように、第1の磁石挿入孔41と第3の磁石挿入孔43の間(第1の磁石挿入孔41のd軸側の端壁41dと第3の磁石挿入孔43のd軸側の端壁43cの間)の周方向に沿った幅を、回転子30の回転中心点Pを中心とする角度(電気角)で表したものである。なお、第1の磁石挿入孔41の端壁41dおよび第3の磁石挿入孔43の端壁43cの少なくとも一方に沿って延びる線が回転子30の中心点Pを通らない場合には、最小の開角を、第1の磁石挿入孔41と第3の磁石挿入孔43の間の開角θとする。
図3において、横軸は、開角θ(電気角)を示し、左側縦軸は、永久磁石を増磁あるいは減磁する際に固定子巻線に流す電流(A)を示し、右側縦軸は、永久磁石電動機10の効率(%)を示している。また、破線の曲線は、開角θに対する電流の変化を示し、実線は、開角θに対する効率の変化を示している。
図3から、第1の磁石挿入孔41と第3の磁石挿入孔43の間の開角θが、電気角25度を超えると、固定子巻線に流す電流が減少する(少ない電流で永久磁石を増磁あるいは減磁することができる)ことが理解できる。また、開角θが、[25度(電気角)+ティース基部の先端面の開角α(電気角)/2]以上になると、永久磁石電動機10の効率が低下することが理解できる。なお、「ティース基部の先端面の開角α」は、図1に示されているように、ティース基部23の先端面の幅Wを回転子30の回転中心点Pを中心とする角度(電気角)で表したものである。具体的には、軸方向に直角な断面で見て、ティース基部23の周方向両側の壁面に沿った線がティース先端面22aと交差する点(黒丸で示されている点)の間の開角である。
以上のことから、第1の磁石挿入孔41と第3の磁石挿入孔43の間の開角θが、[25度(電気角)<θ度(電気角)<25度(電気角)+ティース基部の先端面の開角α(電気角)/2]を満足することにより、永久磁石電動機10の効率を維持しながら、永久磁石を増磁あるいは減磁する際に固定子巻線に流す電流を低減することができる。
なお、前述したように、ブリッジ44aおよび44bは、周方向に沿った長さが短いため、磁気飽和し易い。このため、ブリッジ44aおよび44bを介して流れる磁束を無視することができる。
Next, the opening angle θ between the first
In FIG. 3, the horizontal axis represents the opening angle θ (electrical angle), the left vertical axis represents the current (A) that flows through the stator winding when the permanent magnet is magnetized or demagnetized, and the right vertical axis Indicates the efficiency (%) of the
From FIG. 3, when the opening angle θ between the first
From the above, the opening angle θ between the first
As described above, since the
次に、本発明の永久磁石電動機を用いて機器を駆動する機器駆動装置の一実施の形態の概略構成を、図9を参照して説明する。
本実施の形態の機器駆動装置は、永久磁石電動機110、インバータ装置160、制御装置170により構成されている。
インバータ装置160は、FET等のスイッチング素子を用いて、永久磁石電動機110の固定子に設けられている固定子巻線126に順次通電可能に構成されている。インバータ装置160としては、交流電圧を直流電圧に変換し、直流電圧を固定子巻線126に順次印加可能なインバータ装置や、直流電圧を固定子巻線126に順次印加可能なインバータ装置が用いられる。インバータ装置160としては、公知の種々の構成のものを用いることができる。
制御装置170は、永久磁石電動機110の回転子が定められた回転方向に回転するように、回転子の位置に基づいてインバータ装置160を制御する。本実施の形態では、制御装置170は、固定子巻線126に誘起される誘起電圧を用いて回転子の位置を検出している(「センサレス方式」と呼ばれている)。
なお、センサレス方式を用いる場合には、停止時における回転子の位置が分らない。このため、始動時には、固定子巻線126に微小電流を流して回転子の位置を所定の位置に設定した後に、インバータ装置160を始動制御する。勿論、回転子の位置を検出する位置検出器(例えば、ホール素子)を用いることもできる。この場合には、始動時の位置設定処理は不要である。
Next, a schematic configuration of an embodiment of a device driving apparatus that drives a device using the permanent magnet motor of the present invention will be described with reference to FIG.
The device driving apparatus according to the present embodiment includes a
The
The control device 170 controls the
In addition, when using a sensorless system, the position of the rotor at the time of a stop is unknown. For this reason, at the time of starting, the
さらに、制御装置170は、効率を維持した状態で回転数を広範囲の領域にわたって変化させることができるようにするために、固定子巻線への通電により発生する磁界によって、回転子に設けられている永久磁石が増磁(磁束量が増加する)あるいは減磁(磁束量が減少する)されるように、インバータ装置160を制御する。
例えば、永久磁石の磁束量が、図13に示されている低速用の特性1に対応する磁束量に設定されている状態で、回転数が上昇して設定回転数K1に達すると、固定子巻線126の通電によって発生する磁界が永久磁石の磁化方向と逆の方向に作用するタイミングで、当該磁界が発生するようにインバータ装置160を制御する。これにより、永久磁石が減磁されて磁束量が減少し、中速用の特性2に設定される。この状態で、回転数がさらに上昇し、設定回転数K2に達すると、固定子巻線126の通電によって発生する磁界が永久磁石の磁化方向と逆の方向に作用するタイミングで、当該磁界が発生するようにインバータ装置160を制御する。これにより、永久磁石が減磁されて磁束量がさらに減少し、高速用の特性3に設定される。
一方、永久磁石の磁束量が高速用の特性3に対応する磁束量に設定されている状態で、回転数が低下して設定回転数K2に達すると、固定子巻線126の通電によって発生する磁界が永久磁石の磁化方向と同じ方向に作用するタイミングで、当該磁界が発生するようにインバータ装置160を制御する。これにより、永久磁石が増磁されて磁束量が増加し、中速用の特性2に設定される。この状態で、回転数がさらに低下し、設定回転数K1に達すると、固定子巻線126の通電によって発生する磁界が永久磁石の磁化方向と同じ方向に作用するタイミングで、当該磁界が発生するようにインバータ装置160を制御する。これにより、永久磁石が増磁されて磁束量が増加し、低速用の特性1に設定される。
永久磁石を増磁あるいは減磁する磁界を発生させる方法としては、例えば、磁界を発生させるタイミングで、固定子巻線を短時間通電する(パルス通電する)方法が用いられる。
Further, the control device 170 is provided in the rotor by a magnetic field generated by energizing the stator windings so that the rotation speed can be changed over a wide range while maintaining efficiency. The
For example, in a state where the magnetic flux amount of the permanent magnet is set to the magnetic flux amount corresponding to the low speed characteristic 1 shown in FIG. The
On the other hand, when the rotational speed decreases and reaches the set rotational speed K2 in a state where the magnetic flux amount of the permanent magnet is set to the magnetic flux amount corresponding to the high-speed characteristic 3, it is generated by energization of the stator winding 126. The
As a method for generating a magnetic field for increasing or decreasing the magnetization of a permanent magnet, for example, a method in which a stator winding is energized for a short time (pulse energization) at the timing of generating a magnetic field is used.
前述したように、幅が均一である磁石挿入孔に挿入されている永久磁石を増磁する際には、図11に示されているように、[電気角0度位置]で固定子巻線に通電し、減磁する際には、図12に示されているように、[電気角180度位置]で固定子巻線に通電する必要がある。ここで、主磁極部に設けられている永久磁石の磁束によるマグネットトルクと、主磁極部間の補助磁極部の突極性によるリラクタンストルクの両方を利用する永久磁石電動機では、磁石挿入孔の周方向中央(d軸)が[電気角0度位置]および[電気角180度位置]に存在する状態で、永久磁石を増磁あるいは減磁させる磁界が発生するように固定子巻線に通電した場合、固定子巻線への通電により発生する、回転子を停止させるように作用するトルクが大きい。また、このような永久磁石電動機では、磁石挿入孔の周方向中央(d軸)が[電気角0度位置]あるいは[電気角180度]に存在する時のトルク(マグネットトルクとリラクタンストルクを合計した合成トルク)が小さい。このため、本発明の機器駆動装置により慣性力が小さい機器を駆動する場合には、運転中に、磁石挿入孔の周方向中央が[電気角0度位置]あるいは[電気角180度位置]に存在する状態で、永久磁石を増磁あるいは減磁させる磁界が発生するように固定子巻線に通電した時に、回転子が停止するおそれがある。
本実施の形態の永久磁石電動機を用いた機器駆動装置では、[電気角0度位置]あるいは[電気角180度位置]以外の位置で永久磁石を増磁あるいは減磁することができるとともに、固定子巻線に流す電流を低減することができるため、運転中に永久磁石を増磁あるいは減磁する際に回転子が停止するおそれがない。
As described above, when the permanent magnet inserted in the magnet insertion hole having a uniform width is magnetized, as shown in FIG. 11, the stator winding is at [
In the device driving apparatus using the permanent magnet motor of the present embodiment, the permanent magnet can be magnetized or demagnetized at a position other than [
以下に、本実施の形態の永久磁石電動機を用いた機器駆動装置により機器を駆動している状態で、永久磁石電動機の回転子に設けられている永久磁石を増磁あるいは減磁する動作を、図4〜図8を参照して説明する。
以下では、説明を簡単にするために、回転子30の主磁極部Aに設けられている、S極に磁化されている永久磁石(外周側がS極、内周側がN極)と、ティースe3〜e5により形成される磁極により発生される磁界に注目して説明する。なお、ティースe3〜e5より回転子30の回転方向Rと反対の方向に形成されているスロットf1、f2に挿入されている固定子巻線g1、g2には、紙面の表側から裏側の方向(×印)に電流が流れ、ティースe3〜e5より回転子30の回転方向R側に形成されているスロットf5、f6に挿入されている固定子巻線g5、g6には、紙面の裏側から表側の方向(●印)に電流が流れて、ティースe3〜e5により形成される磁極は、磁界を発生する磁極のうちN極を構成するものとする。また、ティースe4のティース基部23の径方向に沿った中心線を、ティースe3〜e5により形成される磁極の中心(磁極中心)とする。
In the following, in the state where the device is driven by the device drive device using the permanent magnet motor of the present embodiment, the operation of magnetizing or demagnetizing the permanent magnet provided in the rotor of the permanent magnet motor, This will be described with reference to FIGS.
In the following, for the sake of simplicity of explanation, a permanent magnet provided on the main magnetic pole portion A of the
図4は、主磁極部Aの第2の磁石挿入孔42の周方向中心(本実施の形態では、d軸)が、磁極中心[電気角0度位置]に存在する状態を示している。主磁極部Aの第2の磁石挿入孔42の周方向中心が[電気角0度位置]に存在する状態では、磁極により発生される磁界は、図4に矢印で示されているように、磁極中心に配置されているティースe4を介して、厚さが薄い第2の永久磁石52に、永久磁石52の磁化方向と同じ方向に作用する。したがって、主磁極部Aの第2の磁石挿入孔42の周方向中心が[電気角0度位置]に存在する状態において、固定子巻線g1、g2およびg5、g6に流す電流を減少させながら、第2の永久磁石52を増磁することができる。
図5は、主磁極部Aの第2の磁石挿入孔42の周方向中心が、[電気角0度位置]から回転子30の回転方向Rと反対の方向(反時計方向)に沿って電気角で45度離れた位置[電気角45度位置]に存在する状態を示している。主磁極部Aの第2の磁石挿入孔42の周方向中心が[電気角45度位置]に存在する状態では、磁極により発生される磁界は、図5に矢印で示されているように、磁極中心から回転方向Rと反対方向に離れているティースe3を介して、厚さが薄い第2の永久磁石52に、永久磁石52の磁化方向と同じ方向に作用する。したがって、主磁極部Aの第2の磁石挿入孔42の周方向中心が[電気角45度位置]に存在する状態において、固定子巻線g1、g2およびg5、g6に流す電流を減少させながら、第2の永久磁石52を増磁することができる。
FIG. 4 shows a state in which the circumferential center (d-axis in the present embodiment) of the second
5 shows that the center in the circumferential direction of the second
主磁極部Aの第2の磁石挿入孔42の周方向中心が[電気角45度位置]より回転方向Rと反対の方向に存在する状態では、磁極により発生する磁界が、主磁極部Aの、厚さが薄い第2の永久磁石52に作用せず、厚さが厚い第3の永久磁石53に、永久磁石53の磁化方向と同じ方向に作用する。あるいは、主磁極部Aに対して回転方向R側に隣接する主磁極部Bの、N極に磁化されている、厚さが厚い第1の永久磁石51に、永久磁石51の磁化方向と逆の方向に作用する。
例えば、図6は、主磁極部Aの第2の磁石挿入孔42の周方向中心が、[電気角0度位置]から回転子の回転方向Rと反対の方向に沿って電気角で90度離れた位置[電気角90度位置]に存在する状態を示している。主磁極部Aの第2の磁石挿入孔42の周方向中心が[電気角90度位置]に存在する状態では、磁極により発生される磁界は、図6に矢印で示されているように、磁極中心から回転方向Rと反対方向に離れているティースe3を介して、主磁極部Aの第3の永久磁石53に、永久磁石53の磁化方向と同じ方向に作用する。また、磁極中心から回転方向R側に離れているティースe5を介して、主磁極部Bの第1の永久磁石51に、永久磁石51の磁化方向と逆の方向に作用する。
このため、主磁極部Aの第2の磁石挿入孔42の周方向中心が[電気角0度位置]に存在する状態で第2の永久磁石52を増磁あるいは減磁させる程度の電流を固定子巻線g1、g2およびg5、g6に流しても、主磁極部Aの第3の永久磁石久53を増磁あるいは主磁極部Bの第1の永久磁石51を減磁することができない。
主磁極部Aの第3の永久磁石久53を増磁あるいは主磁極部Bの第1の永久磁石51を減磁するためには、固定子巻線g1、g2およびg5、g6に流す電流を増大させる必要がある。
In a state where the center in the circumferential direction of the second
For example, in FIG. 6, the circumferential center of the second
Therefore, the current is fixed to the extent that the second
In order to increase the magnetism of the third
図7は、主磁極部Aの第2の磁石挿入孔42の周方向中心が、[電気角0度位置]から回転子30の回転方向Rと反対の方向に沿って電気角で135度離れた位置[電気角135度位置]に存在する状態を示している。主磁極部Aの第2の磁石挿入孔42の周方向中心が[電気角135度位置]に存在する状態では、磁極により発生される磁界は、図7に矢印で示されているように、磁極中心から回転方向R側に離れているティースe5を介して、主磁極Aに対して回転方向R側に隣接する主磁極部Bの第2の永久磁石52に、永久磁石52の磁化方向と逆の方向に作用する。したがって、主磁極部Aの第2の磁石挿入孔42の周方向中心が[電気角135度位置]に存在する状態において、固定子巻線g1、g2およびg5、g6に流す電流を減少させながら、第2の永久磁石52を減磁することができる。
図8は、主磁極部Aの第2の磁石挿入孔42の周方向中心が、[電気角0度位置]から回転子30の回転方向Rと反対の方向に沿って電気角で180度離れた位置[電気角180度位置]に存在する状態を示している。主磁極部Aの第2の磁石挿入孔42の周方向中心が[電気角180度位置]に存在する状態では、磁極により発生される磁界は、図8に矢印で示されているように、磁極中心に配置されているティースe4を介して、主磁極Aに対して回転方向R側に隣接する主磁極部Bの第2の永久磁石52に、永久磁石52の磁化方向と逆の方向に作用する。したがって、主磁極部Aの第2の磁石挿入孔42の周方向中心が[電気角180度位置]に存在する状態において、固定子巻線g1、g2およびg5、g6に流す電流を減少させながら、第2の永久磁石52を減磁することができる。
FIG. 7 shows that the center in the circumferential direction of the second
FIG. 8 shows that the center in the circumferential direction of the second
以上のことから、本実施の形態の永久磁石電動機を用いて機器駆動装置を構成することにより、固定子巻線に流す電流を減少させながら永久磁石電動機の回転子に設けられている永久磁石を増磁あるいは減磁することができることが理解される。
すなわち、永久磁石を増磁する際には、第2の永久磁石52の周方向中心(d軸)が、磁界を発生する磁極のうち第2の永久磁石52と異なる極性の磁極の周方向中心(例えば、ティースe3〜e5により形成される磁極の磁極中心)である第1位置[電気角0度位置]と、当該第1位置[電気角0度位置]から定められた回転方向(例えば、回転方向R)と反対の方向に沿って電気角で45度離れた第2位置[電気角45度位置]の間に存在する状態で、磁界が発生するようにインバータ装置160を制御する。これにより、固定子巻線に流す電流を減少させながら永久磁石を増磁することができる。
また、永久磁石を減磁する際には、第2の永久磁石52の周方向中心が、第1位置[電気角0度位置]から定められた回転方向と反対の方向に沿って電気角で135度離れた第3位置[電気角135度位置]と、第1位置[電気角0度位置]から定められた回転方向と反対の方向に沿って電気角で180度離れた第4位置[電気角180度位置]の間に存在する状態で、磁界が発生するようにインバータ装置160を制御する。これにより、固定子巻線に流す電流を減少させながら永久磁石を減磁することができる。
From the above, the permanent magnet provided in the rotor of the permanent magnet motor is reduced while the current flowing through the stator winding is reduced by configuring the device driving apparatus using the permanent magnet motor of the present embodiment. It is understood that the magnet can be increased or decreased.
That is, when the permanent magnet is magnetized, the circumferential center (d-axis) of the second
Further, when demagnetizing the permanent magnet, the circumferential center of the second
次に、第2の実施の形態の永久磁石電動機を、図10を参照して説明する。図10は、第2の実施の形態の永久磁石電動機の軸方向に直角な断面図の部分拡大図である。
本実施の形態の永久磁石電動機は、磁石挿入孔および永久磁石の構成が第1の実施の形態の永久磁石電動機10と異なっている。
本実施の形態では、主磁極部A〜Dには、磁石挿入孔240が形成されている。磁石挿入孔240は、軸方向に直角な断面で見て、径方向内側に配置され、周方向に沿って延びている内周壁241a、径方向外側に配置され、周方向に沿って延びている外周壁241b、周方向に沿って回転方向Rと反対側に配置され、径方向に沿って延びている側壁241c、周方向に沿って回転方向R側に配置され、径方向に沿って延びている側壁241dにより形成されている。
内周壁241aは、第1の内周壁241a1、第1の段差壁241a2、第2の内周壁241a3、第2の段差壁241a4、第3の内周壁241a5を有している。第1の内周壁241a1と第3の内周壁241a5は、回転子230の回転中心点Pを中心とする円弧に沿って配置されている。第2の内周壁241a3は、第1の段差壁241a2と第2の段差壁241a4によって、第1の内周壁241a1および第3の内周壁241a5より径方向外側に配置されている。また、第2の内周壁241a3は、d軸と直交する(「略直交する」を含む)方向に直線状に延びている。
外周壁241bは、第1の外周壁241b1、第1の段差壁241b2、第2の外周壁241b3、第2の段差壁241b4、第3の外周壁241b5を有している。第1の外周壁241b1と第3の内周壁241b5は、回転子230の回転中心点Pを中心とする円弧に沿って配置されている。第2の外周壁241b3は、第1の段差壁241b2と第2の段差壁241b4によって、第1の外周壁241b1および第3の外周壁241b5より径方向内側に配置されている。また、第2の外周壁241b3は、d軸と直交する(「略直交する」を含む)方向に直線状に延びている。
第1の内周壁241a1、第1の段差壁241a2、第1の外周壁241b1、第1の段差壁241b2および側壁241cによって第1の磁石挿入部が形成され、第2の内周壁241a3と第2の外周壁241b3によって第2の磁石挿入部が形成され、第3の内周壁241a5、第2の段差壁241a4、第3の外周壁241b5、第2の段差壁241b4および側壁241dによって第3の磁石挿入部が形成されている。本実施の形態では、主磁極部A〜Dに、第1の磁石挿入部、第2の磁石挿入部および第3の磁石挿入部を有する1つの磁石挿入孔240が形成されている。
本実施の形態では、第1の磁石挿入部が、本発明の「第1の磁石挿入部分」に対応し、第2の磁石挿入部が、本発明の「第2の磁石挿入部分」に対応し、第3の磁石挿入部が、本発明の「第3の磁石挿入部分」に対応する。
Next, a permanent magnet motor according to a second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a partially enlarged view of a cross-sectional view perpendicular to the axial direction of the permanent magnet motor of the second embodiment.
The permanent magnet motor of the present embodiment is different from the
In the present embodiment, magnet insertion holes 240 are formed in the main magnetic pole portions A to D. The
The inner peripheral wall 241a has a first inner peripheral wall 241a1, a first step wall 241a2, a second inner peripheral wall 241a3, a second step wall 241a4, and a third inner peripheral wall 241a5. The first inner peripheral wall 241 a 1 and the third inner peripheral wall 241 a 5 are arranged along an arc centered on the rotation center point P of the
The outer peripheral wall 241b has a first outer peripheral wall 241b1, a first step wall 241b2, a second outer peripheral wall 241b3, a second step wall 241b4, and a third outer peripheral wall 241b5. The first outer peripheral wall 241 b 1 and the third inner peripheral wall 241 b 5 are arranged along an arc centered on the rotation center point P of the
The first inner peripheral wall 241a1, the first step wall 241a2, the first outer peripheral wall 241b1, the first step wall 241b2, and the
In the present embodiment, the first magnet insertion portion corresponds to the “first magnet insertion portion” of the present invention, and the second magnet insertion portion corresponds to the “second magnet insertion portion” of the present invention. The third magnet insertion portion corresponds to the “third magnet insertion portion” of the present invention.
磁石挿入孔240には、軸方向に直角な断面が、磁石挿入孔240と同じ(「略同じ」をふくむ)形状を有している永久磁石250が挿入されている。
永久磁石250は、軸方向に直角な断面で見て、内周壁251a、外周壁251b、側壁251cおよび251dを有している。
内周壁251aは、第1の内周壁251a1、第1の段差壁251a2、第2の内周壁251a3、第2の段差壁251a4、第3の内周壁251a5を有している。外周壁251bは、第1の外周壁251b1、第1の段差壁251b2、第2の外周壁251b3、第2の段差壁251b4、第3の外周壁251b5を有している。永久磁石250が磁石挿入孔240に挿入された状態において、第2の内周壁251a3は、第1の内周壁251a1および第3の内周壁251a5より径方向外側に配置される。また、第2の外周壁251b3は、第1の外周壁251b1および第3の外周壁251b5より径方向内側に配置される。
第1の内周壁251a1、第1の段差壁251a2、第1の外周壁251b1、第1の段差壁251b2および側壁251cによって第1の永久磁石部が形成され、第2の内周壁251a3と第2の外周壁251b3によって第2の永久磁石部が形成され、第3の内周壁251a5、第2の段差壁251a4、第3の外周壁251b5、第2の段差壁251b4および側壁251dによって第3の永久磁石部が形成されている。本実施の形態では、1つの磁石挿入孔240に、第1の永久磁石部、第2の永久磁石部および第3の永久磁石部を有する1つの永久磁石250が挿入されている。
本実施の形態では、第1の永久磁石部が、本発明の「第1の永久磁石部分」に対応し、第2の永久磁石部が、本発明の「第2の永久磁石部分」に対応し、第3の永久磁石部が、本発明の「第3の永久磁石部分」に対応する。
本実施の形態では、永久磁石250は、フェライト磁石あるいはサマリウムコバルト磁石により形成されている。勿論、永久磁石250は、他の材質の磁石により形成することもできる。
A
The
The inner peripheral wall 251a includes a first inner peripheral wall 251a1, a first step wall 251a2, a second inner peripheral wall 251a3, a second step wall 251a4, and a third inner peripheral wall 251a5. The outer peripheral wall 251b includes a first outer peripheral wall 251b1, a first step wall 251b2, a second outer peripheral wall 251b3, a second step wall 251b4, and a third outer peripheral wall 251b5. In a state where the
The first inner peripheral wall 251a1, the first stepped wall 251a2, the first outer peripheral wall 251b1, the first stepped wall 251b2, and the
In the present embodiment, the first permanent magnet portion corresponds to the “first permanent magnet portion” of the present invention, and the second permanent magnet portion corresponds to the “second permanent magnet portion” of the present invention. The third permanent magnet portion corresponds to the “third permanent magnet portion” of the present invention.
In the present embodiment,
本実施の形態では、磁石挿入孔240の第1の内周壁241a1、第3の内周壁241a5、第1の外周壁241b1および第3の外周壁241b5(永久磁石250の第1の内周壁251a1、第3の内周壁251a5、第1の外周壁251b1および第3の外周壁251b5)は、回転子230の回転中心点Pを中心とする円弧形状に形成されている。すなわち、磁石挿入孔240の第1の磁石挿入部および第3の磁石挿入部(永久磁石250の第1の永久磁石部および第3の永久磁石部)は、回転子230の回転中心点Pを中心とする円弧に沿って延びている。また、磁石挿入孔240の第2の内周壁241a3および第2の外周壁243b3(永久磁石250の第2の内周壁251a3および第2の外周壁251b3)が主磁極部A〜Dのd軸に直交する(「略直交する」を含む)方向に沿って延びている。すなわち、磁石挿入孔240の第2の磁石挿入部(永久磁石250の第2の永久磁石部)は、d軸に直交する方向に直線状に延びている。
また、第1の実施の形態の永久磁石電動機10と同様に、第1の磁石挿入部の幅と第3の磁石挿入部の幅は、同じ(「略同じ」を含む)幅Lmmに設定されている。そして、第2の磁石挿入部の幅Mmmが、[Mmm<Lmm/3]を満足するように設定されている。
In the present embodiment, the first inner peripheral wall 241a1, the third inner peripheral wall 241a5, the first outer peripheral wall 241b1 and the third outer peripheral wall 241b5 of the magnet insertion hole 240 (the first inner peripheral wall 251a1 of the
Similarly to the
第2の実施の形態では、第1〜第3の磁石挿入部を有する1つの磁石挿入孔240に、第1〜第3の永久磁石部を有する1つの永久磁石250を挿入したが、1つの磁石挿入孔240に個別の永久磁石を挿入することもできる。例えば、第1の実施の形態のように、第1の永久磁石、第2の永久磁石および第3の永久磁石を個別に形成して、1つの磁石挿入孔240に挿入してもよい。この場合、第1〜第3の永久磁石は、同じ材質の磁石により形成してもよいし、異なる材質の磁石により形成してもよい。
In the second embodiment, one
以上の実施の形態では、主磁極部に形成された磁石挿入孔に永久磁石が挿入されている永久磁石埋込型電動機について説明したが、本発明は、回転子の外周に永久磁石が配置されている表面永久磁石型電動機として構成することもできる。
表面永久磁石型電動機として構成される第3の実施の形態では、永久磁石は、第1の実施の形態のように、第1の永久磁石、第2の永久磁石および第3の永久磁石により構成される。第1の永久磁石と第3の永久磁石は、接着剤等の固定手段を用いて回転子の外周側に配置される。そして、周方向に沿って、第1の永久磁石と第3の永久磁石の間に磁石挿入孔が形成され、この磁石挿入孔に第2の永久磁石が挿入される。第2の永久磁石が挿入される磁石挿入孔は、磁石挿入孔の径方向に沿った長さ(幅)が、第1および第3の永久磁石の径方向に沿った長さ(厚さ)より小さく、磁石挿入孔の内周壁が、第1および第3の永久磁石の内周壁より径方向に沿って外周側に位置し、磁石挿入孔の外周壁が、第1および第3の永久磁石の外周壁より径方向に沿って中心側に位置するように構成される。磁石挿入孔と第1および第3の永久磁石との間にはブリッジが形成される。第1の永久磁石と第3の永久磁石の間(第1の永久磁石のd軸側の端壁と第3の永久磁石のd軸側の端壁との間)の開角θ、磁石挿入孔の幅と第1および第3の永久磁石の厚さとの関係については、第1の実施の形態と同様である。
本実施の形態の永久磁石電動機は、以下のように表すことができる。
「固定子と、回転子を備え、
前記固定子は、軸方向に直角な断面で見て、周方向に沿って延びているヨークと、前記ヨークから径方向に沿って延びており、ティース基部およびティース先端部を有する複数のティースと、周方向に隣接するティースによって形成されるスロットに挿入されている固定子巻線を有し、
前記回転子は、軸方向に直角な断面で見て、周方向に沿って配置されている複数の主磁極部を有し、前記主磁極部には永久磁石が設けられている永久磁石電動機であって、
前記永久磁石は、第1の永久磁石部分、第2の永久磁石部分および第3の永久磁石部分を有しており、
前記主磁極部には、前記第2の永久磁石部分が挿入される磁石挿入孔が形成されており、
軸方向に直角な断面で見て、
前記第1の永久磁石部分、前記第2の永久磁石部分が挿入される前記磁石挿入孔および前記第3の永久磁石部分が周方向に沿って順に配置されており、
前記磁石挿入孔の径方向に沿った長さが、前記第1の永久磁石部分の径方向に沿った長さおよび前記第3の永久磁石部分の径方向に沿った長さより短くなるように構成されており、
また、前記回転子の中心点を中心とする、前記第1の永久磁石部分と前記第3の永久磁石部分の間の開角をθ度(電気角)、前記回転子の中心点を中心とする前記ティース基部の先端面の開角をα度(電気角)としたとき、[25度(電気角)<θ度(電気角)<25度(電気角)+α(電気角)/2]を満足するように構成されていることを特徴とする永久磁石電動機。」
この場合、前述した実施の形態で説明した各構成を特定した従属形式で表すこともできる。
In the above embodiment, the permanent magnet embedded type electric motor in which the permanent magnet is inserted into the magnet insertion hole formed in the main magnetic pole portion has been described. However, in the present invention, the permanent magnet is arranged on the outer periphery of the rotor. It can also be configured as a surface permanent magnet type motor.
In the third embodiment configured as a surface permanent magnet type electric motor, the permanent magnet is constituted by the first permanent magnet, the second permanent magnet, and the third permanent magnet as in the first embodiment. Is done. The first permanent magnet and the third permanent magnet are arranged on the outer peripheral side of the rotor using a fixing means such as an adhesive. A magnet insertion hole is formed between the first permanent magnet and the third permanent magnet along the circumferential direction, and the second permanent magnet is inserted into the magnet insertion hole. The magnet insertion hole into which the second permanent magnet is inserted has a length (width) along the radial direction of the magnet insertion hole, and a length (thickness) along the radial direction of the first and third permanent magnets. The inner peripheral wall of the magnet insertion hole is located on the outer peripheral side along the radial direction from the inner peripheral walls of the first and third permanent magnets, and the outer peripheral wall of the magnet insertion hole is the first and third permanent magnets. It is comprised so that it may be located in the center side along a radial direction from the outer peripheral wall. A bridge is formed between the magnet insertion hole and the first and third permanent magnets. Open angle θ between the first permanent magnet and the third permanent magnet (between the end wall on the d-axis side of the first permanent magnet and the end wall on the d-axis side of the third permanent magnet), magnet insertion The relationship between the hole width and the thicknesses of the first and third permanent magnets is the same as in the first embodiment.
The permanent magnet motor of the present embodiment can be expressed as follows.
“A stator and a rotor,
The stator includes a yoke extending in a circumferential direction when viewed in a cross section perpendicular to the axial direction, and a plurality of teeth extending in a radial direction from the yoke and having a tooth base portion and a tooth tip portion. , Having a stator winding inserted into a slot formed by circumferentially adjacent teeth;
The rotor includes a plurality of main magnetic pole portions arranged along a circumferential direction when viewed in a cross section perpendicular to the axial direction, and the main magnetic pole portion is a permanent magnet motor provided with a permanent magnet. There,
The permanent magnet has a first permanent magnet portion, a second permanent magnet portion, and a third permanent magnet portion;
The main magnetic pole portion has a magnet insertion hole into which the second permanent magnet portion is inserted,
Seen in a cross section perpendicular to the axial direction,
The first permanent magnet portion, the magnet insertion hole into which the second permanent magnet portion is inserted, and the third permanent magnet portion are sequentially arranged along a circumferential direction;
The length along the radial direction of the magnet insertion hole is configured to be shorter than the length along the radial direction of the first permanent magnet portion and the length along the radial direction of the third permanent magnet portion. Has been
Further, an opening angle between the first permanent magnet portion and the third permanent magnet portion centered on the center point of the rotor is θ degrees (electrical angle), and the center point of the rotor is the center. When the opening angle of the tip surface of the teeth base is α degrees (electrical angle), [25 degrees (electrical angle) <θ degrees (electrical angle) <25 degrees (electrical angle) + α (electrical angle) / 2] It is comprised so that it may satisfy | fill. "
In this case, each configuration described in the above-described embodiment can be expressed in a specified subordinate format.
本発明は、実施の形態で説明した構成に限定されず、種々の変更、追加が可能である。
第1および第3の磁石挿入部分(第1および第3の永久磁石部分)の断面を円弧形状に形成し、第2の磁石挿入部分(第2の永久磁石部分)の断面を直線形状に形成したが、第1〜第3の磁石挿入部分および第1〜第3の永久磁石部分の断面はこれ以外の種々の形状に形成することができる。例えば、第1〜第3の永久磁石部分および第1〜第3の永久磁石部分の断面を直線形状に形成することができる。
第1〜第3の永久磁石部分は、同じ材質の磁石により形成してもよいし、異なる材質の磁石により形成してもよい。また、磁石としては、種々の材質の磁石を用いることができる。
軸方向に直角な断面で見て、第1〜第3の磁石挿入部分(あるいは、第2の永久磁石部分が挿入される磁石挿入部分と第1および第3の永久磁石部分)が、d軸を中心線として線対称となるように構成したが、これに限定されない。
第2の磁石挿入部分の幅Mmmを第1および第3の磁石挿入部分の幅Lmmの1/3未満(あるいは、第2の永久磁石部分が挿入される磁石挿入部分の幅Mmmを第1および第3の永久磁石部分の厚さLmmの1/3未満)に設定したが、第2の磁石挿入部分の幅が第1および第3の磁石挿入部分の幅より小さく(第2の永久磁石部分が挿入される磁石挿入部分の幅が第1および第3の永久磁石部分の厚さより小さく)設定されていればよく、インバータ装置の電流容量等に応じて適宜設定することができる。
第1の磁石挿入部分と第3の磁石挿入部分を同じ幅に設定したが、これに限定されない。あるいは、第1の永久磁石部分と第3の永久磁石部分を同じ幅に設定したが、これに限定されない。
The present invention is not limited to the configuration described in the embodiment, and various modifications and additions are possible.
The cross section of the first and third magnet insertion portions (first and third permanent magnet portions) is formed in an arc shape, and the cross section of the second magnet insertion portion (second permanent magnet portion) is formed in a linear shape. However, the cross sections of the first to third magnet insertion portions and the first to third permanent magnet portions can be formed in various other shapes. For example, the cross sections of the first to third permanent magnet portions and the first to third permanent magnet portions can be formed in a linear shape.
The first to third permanent magnet portions may be formed of magnets of the same material, or may be formed of magnets of different materials. Moreover, a magnet of various materials can be used as a magnet.
When viewed in a cross section perpendicular to the axial direction, the first to third magnet insertion portions (or the magnet insertion portion into which the second permanent magnet portion is inserted and the first and third permanent magnet portions) are d-axis However, the present invention is not limited to this.
The width Mmm of the second magnet insertion portion is less than 1/3 of the width Lmm of the first and third magnet insertion portions (or the width Mmm of the magnet insertion portion into which the second permanent magnet portion is inserted is The thickness of the third permanent magnet portion is set to less than 1/3 of the thickness Lmm, but the width of the second magnet insertion portion is smaller than the width of the first and third magnet insertion portions (second permanent magnet portion). The width of the magnet insertion portion into which the magnet is inserted is smaller than the thickness of the first and third permanent magnet portions), and can be set as appropriate according to the current capacity of the inverter device.
Although the 1st magnet insertion part and the 3rd magnet insertion part were set to the same width, it is not limited to this. Or although the 1st permanent magnet part and the 3rd permanent magnet part were set as the same width, it is not limited to this.
10、310 永久磁石電動機
20、320 固定子
21、321 ヨーク
22、322 ティース
22a ティース先端面
23 ティース基部
24 ティース先端部
25、325 スロット
30 回転子
41 第1の磁石挿入孔(第1の磁石挿入部分)
42 第2の磁石挿入孔(第2の磁石挿入部分)
43 第3の磁石挿入孔(第3の磁石挿入部分)
44a、44b ブリッジ
45ab、45da、245ab、245da 補助磁極部
51 第1の永久磁石(第1の永久磁石部分)
52 第2の永久磁石(第2の永久磁石部分)
53 第3の永久磁石(第3の永久磁石部分)
60 回転軸
110 永久磁石電動機
126 固定子巻線
160 インバータ装置
170 制御装置
230、330 回転子
240、340 磁石挿入孔
250、350 永久磁石
250a 第1の永久磁石部
250b 第2の永久磁石部
250c 第3の永久磁石部
10, 310
42 2nd magnet insertion hole (2nd magnet insertion part)
43 3rd magnet insertion hole (3rd magnet insertion part)
44a, 44b Bridges 45ab, 45da, 245ab, 245da Auxiliary
52 Second permanent magnet (second permanent magnet portion)
53 Third permanent magnet (third permanent magnet portion)
60
Claims (6)
前記固定子は、軸方向に直角な断面で見て、周方向に沿って延びているヨークと、前記ヨークから径方向に沿って延びており、ティース基部およびティース先端部を有する複数のティースと、周方向に隣接するティースによって形成されるスロットに挿入されている固定子巻線を有し、
前記回転子は、軸方向に直角な断面で見て、周方向に沿って配置されている複数の主磁極部を有し、前記主磁極部には磁石挿入孔が形成され、前記磁石挿入孔に永久磁石が挿入されている永久磁石電動機であって、
前記磁石挿入孔は、第1の磁石挿入部分、第2の磁石挿入部分および第3の磁石挿入部分を有しており、
前記永久磁石は、前記第1の磁石挿入部分に挿入される第1の永久磁石部分、前記第2の磁石挿入部分に挿入される第2の永久磁石部分および前記第3の磁石挿入部分に挿入される第3の永久磁石部分を有しており、
軸方向に直角な断面で見て、
前記第1の磁石挿入部分、前記第2の磁石挿入部分および前記第3の磁石挿入部分が周方向に沿って順に配置されており、
前記第2の磁石挿入部分の径方向に沿った長さが、前記第1の磁石挿入部分の径方向に沿った長さおよび前記第3の磁石挿入部分の径方向に沿った長さより短くなるように構成されており、
また、前記回転子の中心点を中心とする、前記第1の磁石挿入部分と前記第3の磁石挿入部分の間の開角をθ度(電気角)、前記回転子の中心点を中心とする前記ティース基部の先端面の開角をα度(電気角)としたとき、[25度(電気角)<θ度(電気角)<25度(電気角)+α(電気角)/2]を満足するように構成されていることを特徴とする永久磁石電動機。 A stator and a rotor,
The stator includes a yoke extending in a circumferential direction when viewed in a cross section perpendicular to the axial direction, and a plurality of teeth extending in a radial direction from the yoke and having a tooth base portion and a tooth tip portion. , Having a stator winding inserted into a slot formed by circumferentially adjacent teeth;
The rotor has a plurality of main magnetic pole portions arranged in a circumferential direction when viewed in a cross section perpendicular to the axial direction, and a magnet insertion hole is formed in the main magnetic pole portion, and the magnet insertion hole A permanent magnet motor in which a permanent magnet is inserted,
The magnet insertion hole has a first magnet insertion portion, a second magnet insertion portion, and a third magnet insertion portion,
The permanent magnet is inserted into the first permanent magnet portion inserted into the first magnet insertion portion, the second permanent magnet portion inserted into the second magnet insertion portion, and the third magnet insertion portion. A third permanent magnet portion to be
Seen in a cross section perpendicular to the axial direction,
The first magnet insertion portion, the second magnet insertion portion, and the third magnet insertion portion are sequentially arranged along the circumferential direction,
The length along the radial direction of the second magnet insertion portion is shorter than the length along the radial direction of the first magnet insertion portion and the length along the radial direction of the third magnet insertion portion. Is configured as
Further, an opening angle between the first magnet insertion portion and the third magnet insertion portion, centered on the center point of the rotor, is θ degrees (electrical angle), and the center point of the rotor is the center. When the opening angle of the tip surface of the teeth base is α degrees (electrical angle), [25 degrees (electrical angle) <θ degrees (electrical angle) <25 degrees (electrical angle) + α (electrical angle) / 2] It is comprised so that it may satisfy | fill.
前記第1の磁石挿入部分と前記第2の磁石挿入部分の間および前記第2の磁石挿入部分と前記第3の磁石挿入部分の間にブリッジ部が設けられていることを特徴とする永久磁石電動機。 The permanent magnet motor according to claim 1,
A permanent magnet, wherein a bridge portion is provided between the first magnet insertion portion and the second magnet insertion portion and between the second magnet insertion portion and the third magnet insertion portion. Electric motor.
軸方向に直角な断面で見て、前記第2の磁石挿入部分は、前記主磁極部のd軸と交差する位置に配置されていることを特徴とする永久磁石電動機。 The permanent magnet motor according to claim 1 or 2,
The permanent magnet motor, wherein the second magnet insertion portion is disposed at a position intersecting the d-axis of the main magnetic pole portion when viewed in a cross section perpendicular to the axial direction.
軸方向に直角な断面で見て、前記第2の磁石挿入部分は、前記主磁極部のd軸を中心線とする線対称な形状を有していることを特徴とする永久磁石電動機。 The permanent magnet motor according to claim 3,
The permanent magnet electric motor according to claim 1, wherein the second magnet insertion portion has a line-symmetric shape with the d axis of the main magnetic pole portion as a center line when viewed in a cross section perpendicular to the axial direction.
前記第1の磁石挿入部分の径方向に沿った長さおよび前記第3の磁石挿入部分の径方向に沿った長さが同じ長さLmmとなり、前記第2の磁石挿入部分の径方向に沿った長さMmmが[Mmm<Lmm/3]を満足するように構成されていることを特徴とする永久磁石電動機。 The permanent magnet electric motor according to any one of claims 1 to 4,
The length along the radial direction of the first magnet insertion portion and the length along the radial direction of the third magnet insertion portion are the same length Lmm, and along the radial direction of the second magnet insertion portion. A permanent magnet motor characterized in that the length Mmm satisfies [Mmm <Lmm / 3].
軸方向に直角な断面で見て、前記第1の磁石挿入部分および前記第3の磁石挿入部分は、前記回転子の中心点を中心とする円弧に沿って延びていることを特徴とする永久磁石電動機。 The permanent magnet motor according to any one of claims 1 to 5,
When viewed in a cross section perpendicular to the axial direction, the first magnet insertion portion and the third magnet insertion portion extend along an arc centered on the center point of the rotor. Magnet motor.
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