DE102023114887A1 - Rotating electric machine - Google Patents

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Ryuji Takahashi
Takao Yabumi
Takanori Kajiwara
Yoshiaki Kano
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K21/12Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2201/00Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/03Machines characterised by aspects of the air-gap between rotor and stator

Abstract

Eine rotierende elektrische Maschine (1) weist einen Stator (21), Zähne (21b), Spulen (22), einen Rotor (10), einen Rotorkern (11) und Permanentmagnete (M) auf, wobei in einem Querschnitt senkrecht zur Rotationsachse (O) des Rotors (10) eine Innenumfangsfläche der Zähne (21b) eine zur Rotationsachse (O) zentrierte Bogenform aufweist, wobei jeder der Magnetpole unabhängig eine mittenverdickte Form aufweist, bei der eine Außenkante des Permanentmagneten (M) an der Außenseite in radialer Richtung des Rotors (10) eine zur Rotationsachse zentrierte Bogenform aufweist, eine Innenkante des Permanentmagneten (M) an der Innenseite in radialer Richtung des Rotors eine Form aufweist, die zur Innenseite in radialer Richtung des Rotors (10) als eine zur Rotationsachse (O) zentrierte Bogenform vorspringt, und eine Dicke zwischen der Außenkante des Permanentmagneten (M) und der Innenkante des Permanentmagneten (M) an einer Stelle der Mitte des Magnetpols am größten ist, und wobei jeder der Permanentmagnete (M) des Rotors (10) eine konzentrierte Ausrichtung aufweist, bei der eine Magnetisierungsrichtung in einer Richtung zur Mitte des Magnetpols geneigt ist, und zwar an der Außenseite in radialer Richtung des Rotors (10) nach auswärts entlang einer Umfangsrichtung des Rotors (10).A rotating electrical machine (1) has a stator (21), teeth (21b), coils (22), a rotor (10), a rotor core (11) and permanent magnets (M), with a cross section perpendicular to the axis of rotation ( O) of the rotor (10), an inner peripheral surface of the teeth (21b) has an arcuate shape centered on the axis of rotation (O), each of the magnetic poles independently having a centrally thickened shape, in which an outer edge of the permanent magnet (M) is on the outside in the radial direction of the Rotor (10) has an arc shape centered on the axis of rotation, an inner edge of the permanent magnet (M) on the inside in the radial direction of the rotor has a shape which faces the inside in the radial direction of the rotor (10) as an arc shape centered on the axis of rotation (O). protrudes, and a thickness between the outer edge of the permanent magnet (M) and the inner edge of the permanent magnet (M) is greatest at a location of the center of the magnetic pole, and each of the permanent magnets (M) of the rotor (10) has a concentrated orientation, in which a magnetization direction is inclined in a direction towards the center of the magnetic pole, namely on the outside in the radial direction of the rotor (10) outwards along a circumferential direction of the rotor (10).

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft eine rotierende elektrische Maschine, und insbesondere eine rotierende elektrische Maschine mit einem Rotor mit einem Permanentmagneten an einer Oberfläche eines Rotorkerns.The present invention relates to a rotating electric machine, and more particularly to a rotating electric machine having a rotor with a permanent magnet on a surface of a rotor core.

Stand der TechnikState of the art

Als eine Art einer rotierenden elektrischen Maschine mit einem Rotor und einem Stator gibt es einen Surface-Permanentmagnet (SPM)-Motor mit einem Rotor, bei dem ein Permanentmagnet an der Oberfläche einer Rotorkerns befestigt ist (d. h., permanenterregter (Synchron)Motor mit Oberflächenmagneten). Für einen SPM-Motor sind Untersuchungen zur Gestalt, Anordnung, Magnetisierungsrichtung und dergleichen durchgeführt worden, um gewünschte Charakteristiken zu erhalten. Beispielsweise wird in der Druckschrift 1 die Anordnung und Gestalt eines Magnetteils (Permanentmagnet) und eines magnetischen Teils (ferromagnetischer Körper) in einem SPM-Motor unter dem Gesichtspunkt der Verringerung eines Cogging-Drehmoments (Rastmoments) und der Verringerung einer Drehmoment-Welligkeit bei Vermeidung der Drehmoment-Verringerung untersucht. Druckschrift 2 offenbart, dass, unter dem Gesichtspunkt der Verringerung eines Drehmoments, ein dem Motor zugeführter Strom eine trapezoidale Welle ist, und jeder Magnetpol so orientiert ist (konzentrierte Ausrichtung), dass eine Richtung der leichten Magnetisierung zur Stator-Seite hin konzentriert ist.

  • Druckschrift 1: WO 2019/069539 A1
  • Druckschrift 2: JP 2020-191692 A
As a type of rotating electric machine with a rotor and a stator, there is a surface permanent magnet (SPM) motor with a rotor in which a permanent magnet is attached to the surface of a rotor core (ie, permanent magnet (synchronous) motor with surface magnets) . For an SPM motor, studies have been made on the shape, arrangement, magnetization direction and the like to obtain desired characteristics. For example, in Document 1, the arrangement and shape of a magnetic part (permanent magnet) and a magnetic part (ferromagnetic body) in an SPM motor are discussed from the viewpoint of reducing a cogging torque and reducing a torque ripple while avoiding the Torque reduction examined. Document 2 discloses that, from the viewpoint of reducing torque, a current supplied to the motor is a trapezoidal wave, and each magnetic pole is oriented (concentrated orientation) so that a direction of easy magnetization is concentrated toward the stator side.
  • Document 1: WO 2019/069539 A1
  • Document 2: JP 2020-191692 A

Kurzdarstellung der ErfindungBrief description of the invention

Wie beispielhaft in den Druckschriften 1 und 2 dargestellt, ist es möglich, wichtige Charakteristiken wie die Verringerung von Rastmoment und die Verbesserung des Ausgangsdrehmoments durch Gestalten der Form, Anordnung, Magnetisierungsrichtung und dergleichen eines Permanentmagneten in einem SPM-Motor zu verbessern. Allerdings ist es schwierig, sowohl die Verringerung des Rastmoments als auch die Verhinderung der Entmagnetisierung des Permanentmagneten zu implementieren, während ein hohes Ausgangsdrehmoment erhalten bleibt. Beispielsweise ist es aus den Untersuchungen der Erfinder klar, dass in dem Fall, dass ein Permanentmagnet mit plankonvexer Gestalt (kreisabschnittförmige Gestalt) ähnlich der in Druckschrift 1 eingesetzten verwendet wird, es je nach den Details der Gestalt und Magnetisierungsrichtung des Permanentmagneten (siehe „Modell 1“ in 6A und 6B, und „plankonvex“ in 9A und 9B) einen Fall gibt, in dem es unmöglich ist, in hinreichendem Maß Beibehaltung des Drehmoments und Verbesserung des Rastmoments zu implementieren. In dem Fall, dass die konzentrierte Ausrichtung bei einem bogenförmigen Permanentmagneten wie in Druckschrift 2 offenbart angewendet wird, ist es schwierig, das Rastmoment zu verringern und die Entmagnetisierung des Permanentmagneten zu vermeiden (siehe „Bogen“ in 9A, 9B und 10A). Es ist wichtig, sowohl die Verringerung des Rastmoments als auch die Vermeidung der Entmagnetisierung des Permanentmagneten zu implementieren, während eine hohes Ausgangsdrehmoment beibehalten wird, unter dem Gesichtspunkt der Implementierung des Beibehaltens des erforderlichen Drehmoments und der Verringerung von Vibrationen und Geräusch, wobei eine Einsatzmenge des Permanentmagneten verringert wird.As exemplified in Documents 1 and 2, it is possible to improve important characteristics such as reducing cogging torque and improving output torque by designing the shape, arrangement, magnetization direction, and the like of a permanent magnet in an SPM motor. However, it is difficult to implement both cogging torque reduction and permanent magnet demagnetization prevention while maintaining a high output torque. For example, from the inventors' studies, it is clear that in the case where a permanent magnet having a plano-convex shape (circle segment shape) similar to that used in Document 1 is used, it will vary depending on the details of the shape and magnetization direction of the permanent magnet (see “Model 1 " in 6A and 6B , and “plano-convex” in 9A and 9B) There is a case where it is impossible to sufficiently implement torque retention and cogging torque improvement. In the case where concentrated alignment is applied to an arc-shaped permanent magnet as disclosed in Reference 2, it is difficult to reduce the cogging torque and avoid demagnetization of the permanent magnet (see “Arc” in 9A , 9B and 10A) . It is important to implement both the reduction of the cogging torque and the prevention of demagnetization of the permanent magnet while maintaining a high output torque, from the perspective of implementing the maintenance of the required torque and the reduction of vibration and noise while maintaining a usage amount of the permanent magnet is reduced.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine rotierende elektrische Maschine bereitzustellen, bei der ein Permanentmagnet an der Oberfläche eines Rotorkerns bereitgestellt ist, wobei die rotierende elektrische Maschine in der Lage ist, sowohl ein Rastmoment zu verringern als auch die Entmagnetisierung des Permanentmagneten zu verhindern, wobei ein hohes Drehmoment erhalten bleibt.It is an object of the present invention to provide a rotating electrical machine in which a permanent magnet is provided on the surface of a rotor core, the rotating electrical machine being able to both reduce a cogging torque and prevent demagnetization of the permanent magnet, wherein a high torque is maintained.

Um die obige Aufgabe zu lösen, weist die rotierende elektrische Maschine der vorliegenden Erfindung die folgende Konfiguration auf:

  • [1] Eine rotierende elektrische Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung weist auf: einen Stator, der einen Statorkern aufweist, der hohlzylindrische Form und mehrere Zähne und einen hohlen Bereich aufweist; und um die jeweiligen Zähnen gewundene Spulen; und einen Rotor, der in dem hohlen Bereich des Statorkerns angeordnet ist und einen Rotorkern mit einer Außenumfangsfläche aufweist; und mehrere an der Außenumfangsfläche des Rotorkerns befestigte und jeweils einen Magnetpol darstellende Permanentmagnete, wobei jeder der Zähne des Statorkerns eine Innenumfangsfläche aufweist, die Innenumfangsfläche der Zähne des Statorkerns in einem Querschnitt senkrecht zur Rotationsachse des Rotors eine zur Rotationsachse zentrierte Bogenform aufweist, und jeder der Permanentmagnete des Rotors, für jeden der Magnetpole unabhängig, eine mittenverdickte Form aufweist, bei der eine Außenkante des Permanentmagneten an der Außenseite in radialer Richtung des Rotors eine zur Rotationsachse zentrierte Bogenform aufweist, eine Innenkante des Permanentmagneten an der Innenseite in radialer Richtung des Rotors eine Form aufweist, die zur Innenseite in radialer Richtung des Rotors mehr als eine zur Rotationsachse zentrierte Bogenform vorspringt, und eine Dicke zwischen der Außenkante des Permanentmagneten und der Innenkante des Permanentmagneten an einer Stelle der Mitte des Magnetpols am größten ist, und jeder der Permanentmagnete des Rotors eine konzentrierte Ausrichtung aufweist, bei der eine Magnetisierungsrichtung in einer Richtung zur Mitte des Magnetpols an der Außenseite in radialer Richtung des Rotors geneigt ist, und zwar nach auswärts entlang einer Umfangsrichtung des Rotors zunehmend.
  • [2] Hierbei kann beim Aspekt [1] die Innenkante des Permanentmagneten im Querschnitt senkrecht zur Rotationsachse des Rotors linear sein.
  • [3] Alternativ kann beim Aspekt [1] die Innenkante des Permanentmagneten zur Innenseite in radialer Richtung des Rotors ausbeulen.
  • [4] Bei jedem der Aspekte [1] bis [3] kann die rotierende elektrische Maschine ferner eine Schutzröhre am Außenumfang des Rotors aufweisen, wobei die Schutzröhre eine zylindrische Form aufweist und aus einem nicht-magnetischen Material gebildet ist, wobei die Außenkante des Permanentmagneten sich entlang der Innenumfangsfläche der Schutzröhre erstreckt.
  • [5] Bei jedem der Aspekte [1] bis [4] kann ein Öffnungswinkel der Außenkante des Permanentmagneten in Bezug auf die Rotationsachse innerhalb eines Bereichs von ± 10% in Bezug auf den Öffnungswinkel der Innenumfangsfläche der Zähne in Bezug auf die Rotationsachse liegen.
  • [6] Bei jedem der Aspekte [1] bis [5] kann in dem Rotor der Rotorkern einen konvexen Bereich zwischen den einander benachbarten Magnetpolen aufweisen, wobei der konvexe Bereich in Kontakt mit den Permanentmagneten an beiden Seiten steht und zur Außenseite in der radialen Richtung des Rotors vorspringt, als die Innenkante des Permanentmagneten.
In order to achieve the above object, the rotary electric machine of the present invention has the following configuration:
  • [1] A rotating electric machine according to the present invention includes: a stator having a stator core having a hollow cylindrical shape and a plurality of teeth and a hollow portion; and coils wound around the respective teeth; and a rotor disposed in the hollow portion of the stator core and having a rotor core having an outer peripheral surface; and a plurality of permanent magnets attached to the outer peripheral surface of the rotor core and each constituting a magnetic pole, each of the teeth of the stator core having an inner peripheral surface which Inner circumferential surface of the teeth of the stator core in a cross section perpendicular to the axis of rotation of the rotor has an arcuate shape centered on the axis of rotation, and each of the permanent magnets of the rotor, for each of the magnetic poles independently, has a centrally thickened shape in which an outer edge of the permanent magnet is on the outside in the radial direction of the rotor has an arc shape centered on the axis of rotation, an inner edge of the permanent magnet on the inside in the radial direction of the rotor has a shape that projects to the inside in the radial direction of the rotor more than an arc shape centered on the axis of rotation, and a thickness between the outer edge of the permanent magnet and the inner edge of the permanent magnet is largest at a location of the center of the magnetic pole, and each of the permanent magnets of the rotor has a concentrated orientation in which a magnetization direction is inclined in a direction toward the center of the magnetic pole on the outside in the radial direction of the rotor, and although increasing outwards along a circumferential direction of the rotor.
  • [2] In aspect [1], the inner edge of the permanent magnet can be linear in cross section perpendicular to the axis of rotation of the rotor.
  • [3] Alternatively, in aspect [1], the inner edge of the permanent magnet can bulge towards the inside in the radial direction of the rotor.
  • [4] In each of aspects [1] to [3], the rotating electric machine may further include a protective tube on the outer periphery of the rotor, the protective tube having a cylindrical shape and being formed of a non-magnetic material, the outer edge of which is a permanent magnet extends along the inner peripheral surface of the protective tube.
  • [5] In each of aspects [1] to [4], an opening angle of the outer edge of the permanent magnet with respect to the rotation axis may be within a range of ±10% with respect to the opening angle of the inner peripheral surface of the teeth with respect to the rotation axis.
  • [6] In any of aspects [1] to [5], in the rotor, the rotor core may have a convex portion between the adjacent magnetic poles, the convex portion being in contact with the permanent magnets on both sides and to the outside in the radial direction of the rotor protrudes than the inner edge of the permanent magnet.

Bei der rotierenden elektrischen Maschine gemäß der Erfindung des obigen [1] weist der Permanentmagnet, im Querschnitt senkrecht zur Rotationsachse des Rotors, eine vorbestimmte mittenverdickte Gestalt auf, und die Magnetisierungsrichtung ist eine konzentrierte Ausrichtung. Aufgrund der Wirkung der Gestalt und Magnetisierungsrichtung des Permanentmagneten wird bei der rotierenden elektrischen Maschine ein hohes Drehmoment erhalten, eine Luftspalt-Magnetflussdichteverteilung mit einer Wellenform nahe einer Sinuswelle wird gebildet, und ein Rastmoment wird verhindert (oder vermindert). In einem Außenbereich in der Umfangsrichtung des Magnetpols steigt ein Permeanz-Koeffizient des Permanentmagneten, und eine Entmagnetisierung wird verhindert.In the rotating electric machine according to the invention of the above [1], the permanent magnet, in cross section perpendicular to the rotation axis of the rotor, has a predetermined center-thickened shape, and the magnetization direction is a concentrated orientation. Due to the effect of the shape and magnetization direction of the permanent magnet, in the rotating electric machine, a high torque is obtained, an air gap magnetic flux density distribution with a wave shape close to a sine wave is formed, and a cogging torque is prevented (or reduced). In an outer area in the circumferential direction of the magnetic pole, a permeance coefficient of the permanent magnet increases and demagnetization is prevented.

In Aspekt [2] ist die Innenkante des Permanentmagneten im Querschnitt senkrecht zur Rotationsachse des Rotors linear, und der Permanentmagnet weit einen plankonvexen (kreisabschnittförmigen) Querschnitt auf. Solch ein Permanentmagnet zeigt eine starke Wirkung hinsichtlich Drehmoment-Verbesserung, Rastmoment-Verhinderung und Entmagnetisierungs-Verhinderung bei einer rotierenden elektrischen Maschine. Zudem kann er leicht hergestellt werden.In aspect [2], the inner edge of the permanent magnet is linear in cross section perpendicular to the axis of rotation of the rotor, and the permanent magnet has a plano-convex (circular section-shaped) cross section. Such a permanent magnet shows a strong effect in terms of torque improvement, cogging torque prevention and demagnetization prevention in a rotating electric machine. It can also be easily manufactured.

In Aspekt [3] beult die Innenkante des Permanentmagneten zur Innenseite in radialer Richtung des Rotors aus, und der Permanentmagnet weist eine bikonvexe Gestalt (Linsen- oder Mandelform) auf. Ähnlich dem Permanentmagneten mit plankonvexer Gestalt zeigt solch ein Permanentmagnet eine starke Wirkung hinsichtlich Drehmoment-Verbesserung, Rastmoment-Verhinderung und Entmagnetisierungs-Verhinderung bei einer rotierenden elektrischen Maschine. Insbesondere ist eine Dicke des Mittenbereichs des Permanentmagneten erhöht, wodurch eine ausgezeichnete Wirkung der Verhinderung der Entmagnetisierung ausgeübt wird.In aspect [3], the inner edge of the permanent magnet bulges toward the inside in the radial direction of the rotor, and the permanent magnet has a biconvex shape (lens or almond shape). Similar to the permanent magnet with a plano-convex shape, such a permanent magnet shows a strong effect in terms of torque improvement, cogging torque prevention and demagnetization prevention in a rotating electrical machine. In particular, a thickness of the central portion of the permanent magnet is increased, thereby exerting an excellent effect of preventing demagnetization.

In Aspekt [4] ist am Außenumfang des Rotors eine Schutzröhre bereitgestellt. In dem Fall, dass die Schutzröhre in zylindrischer Form gebildet ist, die zur Rotationsachse des Rotors zentriert ist, und die Außenkante des Permanentmagneten auch mit einer Bogenform gebildet ist, die zur Rotationsachse des Rotors zentriert ist, erstreckt sich die Außenkante des Permanentmagneten entlang der Innenumfangsfläche der Schutzröhre. Die Schutzröhre dient dazu, ein Verstreuen des Permanentmagneten aufgrund der Zentrifugalkraft zu verhindern. Eine Formgebung des Permanentmagneten in einer Gestalt, bei welcher sich die Außenkante des Permanentmagneten entlang der Innenumfangsfläche der Schutzröhre erstreckt, ist eine einfache Maßnahme zum Erhalten einer rotierenden elektrischen Maschine, die geeignet ist, sowohl ein Rastmoment zu verhindern als auch die Entmagnetisierung des Permanentmagneten zu verhindern, und dabei ein hohes Drehmoment zu behalten.In aspect [4], a protective tube is provided on the outer circumference of the rotor. In the case that the protective tube is formed in a cylindrical shape centered on the rotation axis of the rotor, and the outer edge of the permanent magnet is also formed with an arc shape centered on the rotation axis of the rotor, the outer edge of the permanent magnet extends along the inner peripheral surface the protective tube. The protective tube serves to prevent the permanent magnet from scattering due to centrifugal force. Shaping the permanent magnet in a shape in which the outer edge of the permanent magnet extends along the inner peripheral surface of the protective tube is easy Measure for obtaining a rotating electric machine capable of both preventing cogging torque and preventing demagnetization of the permanent magnet while maintaining high torque.

In Aspekt [5] liegt ein Öffnungswinkel der Außenkante des Permanentmagneten in Bezug auf die Rotationsachse innerhalb eines Bereichs von ± 10% in Bezug auf den Öffnungswinkel der Innenumfangsfläche der Zähne in Bezug auf die Rotationsachse. Auf diese Weise ist ein Öffnungswinkel des Permanentmagneten nahe am Öffnungswinkel der Zähne, wodurch eine ausgezeichnete Wirkung der Verhinderung eines Rastmoments ausgeübt wird.In aspect [5], an opening angle of the outer edge of the permanent magnet with respect to the rotation axis is within a range of ±10% with respect to the opening angle of the inner peripheral surface of the teeth with respect to the rotation axis. In this way, an opening angle of the permanent magnet is close to the opening angle of the teeth, thereby exerting an excellent cogging torque preventing effect.

In Aspekt [6] ist der konvexe Bereich an dem Rotorkern an einer Stelle zwischen den einander benachbarten Magnetpolen bereitgestellt. Der konvexe Bereich hindert den Permanentmagneten daran, verlagert zu werden, und stellt einen magnetischen Flusspfad des Permanentmagneten in einer Richtung zu den Zähnen des Statorkerns dar, um die effiziente Ausnutzung des magnetischen Flusses zu begünstigen.In aspect [6], the convex region is provided on the rotor core at a location between the adjacent magnetic poles. The convex portion prevents the permanent magnet from being displaced and provides a magnetic flux path of the permanent magnet in a direction toward the teeth of the stator core to promote efficient utilization of the magnetic flux.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

  • 1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration eines Motors mit einem Permanentmagneten mit plankonvexer Gestalt mit einem gleichmäßigen Spalt gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; 1 Fig. 10 is a cross-sectional view showing a configuration of a motor having a plano-convex shape permanent magnet with a uniform gap according to an embodiment of the present invention;
  • 2 ist eine Querschnittsansicht eines Teils des Motors gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und entspricht einer vergrößerten Ansicht von 1; 2 is a cross-sectional view of a part of the engine according to the embodiment of the present invention, and corresponds to an enlarged view of 1 ;
  • 3 ist eine Querschnittsansicht eines Teils des Motors gemäß einem Aspekt des Standes der Technik, der einen Permanentmagneten mit plankonvexer Gestalt mit einem ungleichmäßigen Spalt zeigt; 3 Fig. 10 is a cross-sectional view of a portion of the motor according to an aspect of the prior art, showing a permanent magnet having a plano-convex shape with a non-uniform gap;
  • 4A zeigt eine magnetische Flussdichteverteilung in einem Modell 1, bei welchem eine parallele Ausrichtung auf einen Permanentmagneten mit plankonvexer Gestalt mit ungleichmäßigem Spalt angewendet wurde; 4A shows a magnetic flux density distribution in a model 1 in which parallel alignment was applied to a permanent magnet having a plano-convex shape with a non-uniform gap;
  • 4B zeigt eine magnetische Flussdichteverteilung in einem Modell 2, bei welchem eine konzentrierte Ausrichtung auf einen Permanentmagneten mit plankonvexer Gestalt mit gleichmäßigem Spalt angewendet wurde; 4B shows a magnetic flux density distribution in a model 2 in which concentrated alignment was applied to a permanent magnet with a plano-convex shape with a uniform gap;
  • 5A ist ein Diagramm, das Wellenformen der magnetischen Flussdichte in einem Luftspalt in Bezug auf die Modelle 1 bis 3 vergleicht; 5A is a graph comparing magnetic flux density waveforms in an air gap with respect to Models 1 to 3;
  • 5B ist ein Diagramm, das Amplituden einer fundamentalen Wellenkomponente einer magnetischen Flussdichte im Luftspalt in Bezug auf die Modelle 1 bis 3 vergleicht; 5B is a diagram comparing amplitudes of a fundamental wave component of an air gap magnetic flux density with respect to Models 1 to 3;
  • 6A ist ein Diagramm, das maximale Drehmomente in Bezug auf die Modelle 1 bis 3 in Fällen vergleicht, bei denen die Volumina der Permanentmagnete gleich waren; 6A is a graph comparing maximum torques with respect to models 1 to 3 in cases where the volumes of the permanent magnets were equal;
  • 6B ist ein Diagramm, das Rastmomente in Bezug auf die Modelle 1 bis 3 in Fällen vergleicht, bei denen die Volumina der Permanentmagnete gleich waren; 6B is a diagram comparing cogging torques with respect to models 1 to 3 in cases where the volumes of the permanent magnets were equal;
  • 7A ist ein Diagramm, das maximale Drehmomente in Bezug auf die Modelle 1 bis 3 in Fällen vergleicht, bei denen die maximalen Drehmomente gleich waren; 7A is a graph comparing maximum torques with respect to Models 1 to 3 in cases where the maximum torques were the same;
  • 7B ist ein Diagramm, das Rastmomente in Bezug auf die Modelle 1 bis 3 in Fällen vergleicht, bei denen die maximalen Drehmomente gleich waren; 7B is a graph comparing cogging torques with respect to Models 1 to 3 in cases where the maximum torques were equal;
  • 8A, 8B und 8C sind Querschnittsansichten, die eine Konfiguration dreier Motoren zeigen, bei welchen die Permanentmagnete verschiedene Gestalt aufweisen; 8A zeigt einen Permanentmagneten mit bogenförmiger Gestalt, 8B zeigt einen Permanentmagneten mit plankonvexer Gestalt mit gleichmäßigem Spalt, und 8C zeigt einen Permanentmagneten mit bikonvexer Gestalt mit gleichmäßigem Spalt; 8A , 8B and 8C are cross-sectional views showing a configuration of three motors in which the permanent magnets have different shapes; 8A shows a permanent magnet with an arcuate shape, 8B shows a permanent magnet with a plano-convex shape with a uniform gap, and 8C shows a permanent magnet with a biconvex shape with a uniform gap;
  • 9A ist ein Diagramm, das maximale Drehmomente in den Fällen der konzentrierten und parallelen Ausrichtung bei den Fällen vergleicht, bei denen die drei Permanentmagnete von 8A, 8B und 8C eingesetzt wurden; 9A is a graph comparing maximum torques in the cases of concentrated and parallel alignment in the cases where the three permanent magnets of 8A , 8B and 8C were used;
  • 9B ist ein Diagramm, das Rastmomente in den Fällen der konzentrierten und parallelen Ausrichtung bei den Fällen vergleicht, bei denen die drei Permanentmagnete von 8A, 8B und 8C eingesetzt wurden; 9B is a diagram comparing cogging torques in the cases of concentrated and parallel alignment in the cases where the three permanent magnets of 8A , 8B and 8C were used;
  • 10A, 10B, 10C und 10D sind Diagramme, die die Verteilung eines Permeanz-Koeffizienten in vier Aspekten zeigen, die sich in der Magnetgestalt und Magnetisierungsrichtung unterscheiden; 10A, 10B und 10C zeigen Aspekte, bei welchen die konzentrierte Ausrichtung auf die Permanentmagnete mit der Gestalt von 8, 8B und 8C angewendet wurde, und 10D zeigt einen Aspekt, bei dem die parallele Ausrichtung auf dem Permanentmagneten mit plankonvexer Gestalt mit ungleichmäßigem Spalt wie in 3 angewendet wurde; 10A , 10B , 10C and 10D are diagrams showing the distribution of a permeance coefficient in four aspects differing in magnet shape and magnetization direction; 10A , 10B and 10C show aspects in which the concentrated alignment on the permanent magnets with the shape of 8th , 8B and 8C was applied, and 10D shows an aspect in which the parallel alignment on the permanent magnet with a plano-convex shape with an uneven gap as in 3 was applied;
  • 11Aist ein Diagramm, das eine Änderung des maximalen Drehmoments in dem Fall zeigt, in dem ein Verhältnis eines Öffnungswinkels (θM) eines Permanentmagneten zu einem Öffnungswinkel (θS) eines Stators unter einem Aspekt variiert wurde, bei welchem die konzentrierte Ausrichtung auf einem Permanentmagneten mit plankonvexer Gestalt mit gleichmäßigem Spalt angewendet wurde, und drei Winkel als Ausrichtungswinkel der konzentrierten Ausrichtung angenommen wurden; und 11Aist a diagram showing a change in maximum torque in the case where a ratio of an opening angle (θ M ) of a permanent magnet to an opening angle (θ S ) of a stator was varied under an aspect in which the concentrated orientation on a permanent magnet with plano-convex shape with a uniform gap was applied, and three angles were adopted as the orientation angles of the concentrated orientation; and
  • 11B ist ein Diagramm, das eine Änderung des Rastmoments in dem Fall zeigt, in dem ein Verhältnis eines Öffnungswinkels (θM) eines Permanentmagneten zu einem Öffnungswinkel (θS) eines Stators unter einem Aspekt variiert wurde, bei welchem die konzentrierte Ausrichtung auf einem Permanentmagneten mit plankonvexer Gestalt mit gleichmäßigem Spalt angewendet wurde, und drei Winkel als Ausrichtungswinkel der konzentrierten Ausrichtung angenommen wurden. 11B is a diagram showing a change in cogging torque in the case where a ratio of an opening angle (θ M ) of a permanent magnet to an opening angle (θ S ) of a stator was varied under an aspect in which the concentrated orientation on a permanent magnet with plano-convex shape with a uniform gap was applied, and three angles were adopted as the orientation angles of the concentrated orientation.

Beschreibung der AusführungsformenDescription of the embodiments

Nachfolgend wird eine rotierende elektrische Maschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen genauer beschrieben.Below, a rotating electric machine according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

Konfiguration der rotierenden elektrischen MaschineRotating electric machine configuration

Eine Übersicht eines Motors 1 als rotierende elektrische Maschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 1 in einer Querschnittsansicht senkrecht zur Rotationsachse O gezeigt. 2 ist ein vergrößerter Teil der Ansicht von 1. Nachfolgend wird hauptsächlich der Fall beschrieben, bei dem die rotierende elektrische Maschine ein Motor ist, aber dieselbe Konfiguration kann auch in dem Fall angewendet werden, bei dem die rotierende elektrische Maschine ein elektrischer Generator ist.An overview of a motor 1 as a rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention is shown in 1 shown in a cross-sectional view perpendicular to the axis of rotation O. 2 is an enlarged part of the view of 1 . The following mainly describes the case where the rotating electric machine is a motor, but the same configuration can also be applied to the case where the rotating electric machine is an electric generator.

Der Motor 1 ist als Surface-Permanentmagnet (SPM)-Motor konfiguriert. Der Motor 1 beinhaltet einen Stator 20 mit einem Statorkern 21 mit hohlzylindrischer Gestalt, und einen Rotor 10, der koaxial und axial rotierbar in einem Hohlbereich des Statorkerns 21 gehaltert ist.The motor 1 is configured as a surface permanent magnet (SPM) motor. The motor 1 includes a stator 20 with a stator core 21 with a hollow cylindrical shape, and a rotor 10 which is held coaxially and axially rotatable in a hollow region of the stator core 21.

Nachfolgend wird, wenn nicht anders angegeben, eine Struktur (Gestalt und Anordnung) jedes Bereichs und eine Magnetisierungsrichtung im Querschnitt senkrecht zur Rotationsachse O des Rotors 10 wie in 1 und 2 gezeigt. Ferner beziehen sich Richtungen wie „radiale Richtung“, „Umfangsrichtung“, „Außenumfang“, „Innenumfang“, „Außenseite“ und „Innenseite“ auf Richtungen in Bezug auf den Rotor 10, wenn nicht anders angegeben. Zudem beinhalten Ausdrücke, die die Gestalt oder Anordnung eines Bauteils wie „Bogen“, „gerade Linie“ und „senkrecht“ darstellen, nicht nur ein geometrisch strenges Konzept, sondern auch eine Abweichung innerhalb eines Toleranzbereichs für einen Motor dieses Typs.Below, unless otherwise stated, a structure (shape and arrangement) of each region and a magnetization direction in cross section perpendicular to the rotation axis O of the rotor 10 are shown as in 1 and 2 shown. Further, directions such as “radial direction,” “circumferential direction,” “outer circumference,” “inner circumference,” “outside” and “inside” refer to directions with respect to the rotor 10 unless otherwise specified. In addition, expressions representing the shape or arrangement of a component such as "arc", "straight line" and "vertical" imply not only a geometrically strict concept, but also a deviation within a tolerance range for an engine of this type.

Der Stator 20 beinhaltet einen Statorkern 21 und Spulen 22. Der Statorkern 21 ist durch Laminieren mehrerer Elektromagnet-Stahlbleche gebildet, und beinhaltet einstückig einen Jochbereich 21a mit im Wesentlichen ringförmiger Gestalt und mehreren Zähnen 21b, die vom Jochbereich 21a zur Innenseite der Ringform vorspringen. Die Spulen 22 sind um die jeweiligen Zähne 21b gewunden. Eine Innenumfangsfläche 21c jedes der Zähne 21b weist eine zur Rotationsachse O des Rotors 10 zentrierte Bogenform auf.The stator 20 includes a stator core 21 and coils 22. The stator core 21 is formed by laminating a plurality of electromagnet steel sheets, and integrally includes a yoke portion 21a having a substantially annular shape and a plurality of teeth 21b projecting from the yoke portion 21a toward the inside of the ring shape. The coils 22 are wound around the respective teeth 21b. An inner peripheral surface 21c of each of the teeth 21b has an arc shape centered on the rotation axis O of the rotor 10.

Der Rotor 10 beinhaltet einen Rotorkern 11 mit im Wesentlichen zylindrischer Außengestalt, und mehrere, an der Außenumfangsfläche des Rotorkerns 11 befestigte Permanentmagnete M. Eine Schutzröhre 30 ist am Außenumfang des Rotors 10 bereitgestellt. Die Schutzröhre 30 ist als (hohl)zylindrisches Bauteil aus einem nicht-magnetischen Material wie nichtmagnetischem rostfreiem Stahl konfiguriert. Ein Hohlbereich ist in der Mitte des Rotorkerns 11 gebildet, und eine Welle 40 ist durch den Hohlbereich eingeführt. In dem Zustand, in dem der Rotor 10 koaxial in dem Hohlbereich des Statorkerns 21 beherbergt ist, wird zwischen dem Stator 20 und der Außenumfangsfläche des Rotorkerns 11 ein Luftspalt G eingehalten. Der Luftspalt G ist mit Luft gefüllt.The rotor 10 includes a rotor core 11 having a substantially cylindrical outer shape, and a plurality of permanent magnets M attached to the outer peripheral surface of the rotor core 11. A protective tube 30 is provided on the outer circumference of the rotor 10. The protective tube 30 is configured as a (hollow) cylindrical member made of a non-magnetic material such as non-magnetic stainless steel. A hollow portion is formed in the center of the rotor core 11, and a shaft 40 is inserted through the hollow portion. In the state in which the rotor 10 is housed coaxially in the hollow region of the stator core 21, an air gap G is maintained between the stator 20 and the outer peripheral surface of the rotor core 11. The air gap G is filled with air.

Im Rotor 10 stellen die mehreren Permanentmagnete M jeweilige Magnetpole dar, und die Permanentmagnete M sind unabhängig als jeweilige Magnetpole angeordnet. Das heißt, die mehreren Permanentmagnete M sind in Umfangsrichtung des Rotors 10 voneinander getrennt angeordnet. Die Polaritäten der Permanentmagnete M sind für die Magnetpole abwechselnd verschieden. Die Anzahl der Pole (Anzahl der Permanentmagneten M) des Rotors 10 und die Anzahl der Schlitze (Anzahl der Zähne 21b) des Stators 20 sind nicht besonders beschränkt, solange sie als Motor funktionieren. Im dargestellten Aspekt ist die Anzahl der Pole 10 und die Anzahl der Schlitze 12, und diese Kombination kann in geeigneter Weise für den Motor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform übernommen werden.In the rotor 10, the plurality of permanent magnets M represent respective magnetic poles, and the permanent magnets M are independently arranged as respective magnetic poles. That is, the several permanent Magnets M are arranged separately from one another in the circumferential direction of the rotor 10. The polarities of the permanent magnets M are alternately different for the magnetic poles. The number of poles (number of permanent magnets M) of the rotor 10 and the number of slots (number of teeth 21b) of the stator 20 are not particularly limited as long as they function as a motor. In the illustrated aspect, the number of poles is 10 and the number of slots is 12, and this combination can be suitably adopted for the motor 1 according to the present embodiment.

Übersicht der Konfiguration des RotorsOverview of the rotor configuration

Nachfolgend wird eine Struktur des Rotors 10 beschrieben. Der Rotorkern 11 ist durch Laminieren mehrerer Elektromagnet-Stahlbleche gebildet, und weist im Wesentlichen (hohl)zylindrische Gestalt auf. Die Permanentmagnete M sind an der Außenumfangsfläche des Rotorkerns 11 befestigt. Die Permanentmagnete M sind am äußerten Umfang des gesamten Rotors 10 freigelegt. Die Permanentmagnete M sind in geeigneter Weise mit einem Klebstoff an der Außenumfangsfläche des Rotorkerns 11 befestigt, und die Wirkungen des Klebstoffs und der Schutzröhre 30 hindern die Permanentmagnete M daran, durch die Zentrifugalkraft verteilt (abgeworfen) zu werden, wenn der Rotor 10 rotiert.A structure of the rotor 10 will be described below. The rotor core 11 is formed by laminating a plurality of electromagnet steel sheets and has a substantially (hollow) cylindrical shape. The permanent magnets M are attached to the outer peripheral surface of the rotor core 11. The permanent magnets M are exposed on the outer circumference of the entire rotor 10. The permanent magnets M are suitably attached to the outer peripheral surface of the rotor core 11 with an adhesive, and the effects of the adhesive and the protective tube 30 prevent the permanent magnets M from being dispersed (thrown off) by the centrifugal force when the rotor 10 rotates.

Jeder der mehreren Permanentmagnete M weist eine mittenverdickte Gestalt auf, die später unabhängig für jeden Magnetpol beschrieben wird. Im dargestellten Aspekt weist jeder der Permanentmagnete M eine plankonvexe Gestalt (kreisabschnittförmige Gestalt) unter den mittenverdickten Formen auf. Ferner weist jeder der Permanentmagneten M eine konzentrierte Ausrichtung auf. Bei der konzentrierten Ausrichtung ist, wie durch die einzelköpfigen Pfeile in 2 angedeutet, die Magnetisierungsrichtung in einer Richtung zur Mitte C des Magnetpols an der Außenseite (Statorseite) zur radialen Richtung umso mehr geneigt, je weiter man in Umfangsrichtung nach außen geht. Das heißt, in jedem Bereich des Permanentmagneten M entlang der Umfangsrichtung konvergiert die Magnetisierungsrichtung in radialer Richtung zur Mitte C des Magnetpols zur Außenseite hin. Vorzugsweise kann die Magnetisierungsrichtung in jedem Bereich entlang der Umfangsrichtung jedes der Magnetpole auf einen einzigen Brennpunkt konvergieren. In diesem Fall ist ein Ausrichtungswinkel θO nicht besonders beschränkt, aber in einem Fall wie dem des gezeigten Rotors mit 10 Polen kann ein Bereich von 40° bis 80° geeignet sein. Der Ausrichtungswinkel θO ist als derjenige Winkel definiert, der zwischen einer geraden Linie, die einen Endbereich des Permanentmagneten M an seiner Innenumfangsseite und den Orientierungs-Brennpunkt verbindet, mit einer Richtung senkrecht zur Mittenachse (gerade Linie des Rotors 10 in radialer Richtung, die durch die Mitte C des Magnetpols tritt) des Magnetpols gebildet ist.Each of the plurality of permanent magnets M has a center thickened shape, which will be described later independently for each magnetic pole. In the illustrated aspect, each of the permanent magnets M has a plano-convex shape (circular segment shape) among the center-thickened shapes. Furthermore, each of the permanent magnets M has a concentrated orientation. In the concentrated alignment, as shown by the single-headed arrows in 2 indicated, the direction of magnetization in a direction towards the center C of the magnetic pole on the outside (stator side) is more inclined to the radial direction the further outwards you go in the circumferential direction. That is, in each region of the permanent magnet M along the circumferential direction, the magnetization direction converges in the radial direction toward the center C of the magnetic pole toward the outside. Preferably, the magnetization direction may converge to a single focal point in each region along the circumferential direction of each of the magnetic poles. In this case, an orientation angle θ O is not particularly limited, but in a case such as the shown 10-pole rotor, a range of 40° to 80° may be suitable. The orientation angle θ O is defined as the angle between a straight line connecting an end portion of the permanent magnet M on its inner peripheral side and the orientation focal point with a direction perpendicular to the center axis (straight line of the rotor 10 in the radial direction passing through the center C of the magnetic pole occurs) of the magnetic pole is formed.

Die Art des Permanentmagneten M ist nicht besonderes beschränkt, aber ein Metallmagnet ist bevorzugt. Das heißt, abgesehen von der Oberfläche ist es bevorzugt, dass keine absichtlich zugefügten Metalloxide oder organische Verbindungen enthalten sind, und lediglich ein metallisches Magnetmaterial enthalten ist. Ferner ist ein warmumgeformter Magnet mit feinen Kristallkörnern eines Magnetmaterials bevorzugt. Der warmumgeformte Magnet kann zu mittenverdickter Gestalt gebildet werden, und vermag auf relativ einfache Weise eine konzentrierte Ausrichtung durch Magnetisierung erhalten.The kind of the permanent magnet M is not particularly limited, but a metal magnet is preferred. That is, except for the surface, it is preferable that no intentionally added metal oxides or organic compounds are contained and only a metallic magnetic material is contained. Further, a hot-formed magnet having fine crystal grains of a magnet material is preferred. The hot-formed magnet can be formed into a center-thickened shape and can relatively easily obtain concentrated orientation by magnetization.

Bei dem Motor 1 der vorliegenden Ausführungsform weist der Permanentmagnet M eine mittenverdickte Gestalt auf und die Magnetisierungsrichtung ist eine konzentrierte Ausrichtung, wodurch es ermöglicht ist, ein Rastmoment zu verringern und Entmagnetisierung (Selbst-Entmagnetisierung) des Permanentmagneten zu vermeiden, und dabei ein hohes Drehmoment zu behalten. Details der Gestalt des Permanentmagneten M und die Wirkungen der Gestalt und der Magnetisierungsrichtung des Permanentmagneten M auf die Charakteristiken des Motors 1 werden nachfolgend beschrieben.In the motor 1 of the present embodiment, the permanent magnet M has a center-thickened shape and the magnetization direction is a concentrated orientation, thereby making it possible to reduce a cogging torque and avoid demagnetization (self-demagnetization) of the permanent magnet while achieving a high torque keep. Details of the shape of the permanent magnet M and the effects of the shape and magnetization direction of the permanent magnet M on the characteristics of the motor 1 will be described below.

Beim Rotor 10 weist der Rotorkern 11 vorzugsweise einen konvexen Bereich 11a an einer Stelle zwischen einander benachbarten Magnetpolen auf. Der konvexe Bereich 11a ist einstückig mit dem Rotorkern 11 als ein Bereich bereitgestellt, der mehr zur Außenseite in radialer Richtung vorspringt, als jede Innenkante M2 der Permanentmagnete M an beiden Seiten entlang der Umfangsrichtung, und der an beiden Seiten mit den Permanentmagneten M in Kontakt steht. In dem dargestellten Aspekt stehen die konvexen Bereiche 11a in Kontakt mit entsprechenden Umfangskanten M3 der Permanentmagnete M an beiden Seiten. Die konvexen Bereiche 11a dienen dazu, die Permanentmagnete M an einer Verlagerung in Umfangsrichtung zu hindern, und auch dazu, die Verbesserung des effektiven magnetischen Flusses durch die Wirkung der Gestalt der Permanentmagnete M zu unterstützen, wie nachfolgend genauer beschrieben wird.In the rotor 10, the rotor core 11 preferably has a convex region 11a at a location between adjacent magnetic poles. The convex portion 11a is provided integrally with the rotor core 11 as a portion which projects more toward the outside in the radial direction than each inner edge M2 of the permanent magnets M on both sides along the circumferential direction, and which is in contact with the permanent magnets M on both sides . In the illustrated aspect, the convex portions 11a are in contact with corresponding peripheral edges M3 of the permanent magnets M on both sides. The convex portions 11a serve to prevent the permanent magnets M from displacing in the circumferential direction and also to help improve the effective magnetic flux by the effect of the shape of the permanent magnets M, as will be described in more detail below.

Details der Gestalt der Permanentmagnete Bei dem Motor 1 der vorliegenden Ausführungsform weist jeder der mehreren Permanentmagnete M im Rotor 10 eine vorbestimmte mittenverdickte Gestalt auf. Das heißt, bei dem Permanentmagnet M weist eine Außenkante M1, welches die Kante an der Außenseite in radialer Richtung ist, eine zur Rotationsachse O des Rotors 10 zentrierte Bogenform auf. Andererseits weist die Innenkante M2, welches die Kante an der Innenseite in radialer Richtung des Rotors 10 ist, eine Form auf, die weiter nach innen in radialer Richtung vorspringt, als eine zur Rotationsachse O des Rotors 10 zentrierte Bogenform. Eine Dicke zwischen der Außenkante M1 und der Innenkante M2, das heißt, ein Abstand zwischen der Außenkante M1 und der Innenkante M2 entlang der Mittenachse C des Magnetpols, ist in der Mitte des Magnetpols am größten.Details of Shape of Permanent Magnets In the motor 1 of the present embodiment, each of the plurality of permanent magnets M in the rotor 10 has a predetermined center thickened shape. The That is, in the case of the permanent magnet M, an outer edge M1, which is the edge on the outside in the radial direction, has an arc shape centered on the rotation axis O of the rotor 10. On the other hand, the inner edge M2, which is the edge on the inner side in the radial direction of the rotor 10, has a shape that projects further inward in the radial direction than an arc shape centered on the rotation axis O of the rotor 10. A thickness between the outer edge M1 and the inner edge M2, that is, a distance between the outer edge M1 and the inner edge M2 along the center axis C of the magnetic pole, is largest in the center of the magnetic pole.

Die Außenkante M1 des Permanentmagneten M weist eine zur Rotationsachse O des Rotors 10 zentrierte Bogenform auf, wodurch die Außenkante M1 in konzentrischer Beziehung zur Innenumfangsfläche 21c der Zähne 21b des Statorkerns 21 steht, welche Innenumfangsfläche 21c in ähnlicher Weise eine zur Rotationsachse O des Rotors 10 zentrierte Bogenform aufweist. Daher ist ein Abstand (Länge entlang der Mittenachse C) des Luftspalts G zwischen dem Permanentmagnet M und dem Statorkern 21 über den gesamten Bereich des Permanentmagneten entlang der Umfangsrichtung im Wesentlichen gleich, wie durch den Doppelpfeil in 2 angedeutet. Daher kann die Gestalt des Permanentmagneten M der vorliegenden Ausführungsform als mittenverdickte Form mit gleichmäßigem Spalt bezeichnet werden. Ferner weist in dem Fall, dass die Schutzröhre 30 mit zylindrischer Gestalt am Außenumfang des Rotors 10 bereitgestellt ist, die Außenkante M1 des Permanentmagneten M eine Gestalt entlang der Innenumfangsfläche der Schutzröhre 30 auf.The outer edge M1 of the permanent magnet M has an arc shape centered on the rotation axis O of the rotor 10, whereby the outer edge M1 is in concentric relationship with the inner peripheral surface 21c of the teeth 21b of the stator core 21, which inner peripheral surface 21c is similarly centered on the rotation axis O of the rotor 10 Has an arch shape. Therefore, a distance (length along the center axis C) of the air gap G between the permanent magnet M and the stator core 21 is substantially the same over the entire area of the permanent magnet along the circumferential direction, as shown by the double arrow in 2 indicated. Therefore, the shape of the permanent magnet M of the present embodiment can be called a center-thickened shape with a uniform gap. Further, in the case that the protection tube 30 having a cylindrical shape is provided on the outer periphery of the rotor 10, the outer edge M1 of the permanent magnet M has a shape along the inner peripheral surface of the protection tube 30.

Die Innenkante M2 des Permanentmagneten M weist keine zur Außenkante M1 konzentrische Gestalt auf, wie in dem Fall des Permanentmagneten mit Bogengestalt wie in 8A, sondern steht in radialer Richtung des Rotors 10 weiter nach innen vor, als eine solche konzentrische Bogenform. Die Innenkante M2 kann in radialer Richtung nach innen ausbeulen, kann linear sein, oder kann in der radialen Richtung nach außen gekrümmt sein, solange die Innenkante M2 weiter nach innen in radialer Richtung vorsteht, als ein zur Außenkante M1 konzentrische Bogenform, und die größte Dicke des Permanentmagneten M in der Mitte C des Magnetpols gibt. Allerdings weist die Innenkante M2 vorzugsweise eine lineare Form auf oder eine Gestalt, die in der radialen Richtung nach innen ausbeult. Die Gestalt des ganzen Permanentmagneten M einschließlich der Innenkante M2 ist vorzugsweise symmetrisch in Bezug auf die Mittenachse C.The inner edge M2 of the permanent magnet M does not have a shape concentric with the outer edge M1, as in the case of the permanent magnet with an arc shape as in 8A , but protrudes further inwards in the radial direction of the rotor 10, as such a concentric arc shape. The inner edge M2 may bulge inward in the radial direction, may be linear, or may be curved outward in the radial direction, as long as the inner edge M2 projects further inward in the radial direction as an arc shape concentric with the outer edge M1, and the greatest thickness of the permanent magnet M in the center C of the magnetic pole. However, the inner edge M2 preferably has a linear shape or a shape that bulges inward in the radial direction. The shape of the entire permanent magnet M including the inner edge M2 is preferably symmetrical with respect to the central axis C.

In dem Fall, dass die Innenkante M2 linear (gerade) ist, weist der Permanentmagnet M eine plankonvexe (kreisabschnittförmige) Gestalt auf, wie in den 1, 2 und 8B gezeigt. Andererseits weist der Permanentmagnet M in dem Fall, dass die Innenkante M2 eine Gestalt aufweist, die in radialer Richtung nach innen ausbeult, eine bikonvexe (linsen- oder mandelförmige) Gestalt auf, wie in 8C gezeigt. Wie später beschrieben werden wird, wird ungeachtet dessen, ob der Permanentmagnet M eine plankonvexe oder eine bikonvexe Gestalt aufweist, ein Motor mit ausgezeichneten Charakteristiken des hohen Drehmoments, des Verringerns des Rastmoments und des Verhinderns der Entmagnetisierung des Permanentmagneten M bereitgestellt. Allerdings übt der Fall der bikonvexen Gestalt eine größere Wirkung hinsichtlich der Vermeidung der Entmagnetisierung auf. Andererseits ist die Produktivität im Fall der plankonvexen Gestalt des Permanentmagneten M höher. In dem Fall, dass der Permanentmagnet M eine bikonvexe Gestalt aufweist, ist der Krümmungsradius der Innenkante M2 nicht besonders beschränkt, aber vorzugsweise gleich dem oder größer als der Krümmungsradius der Außenkante M1. Die Gestalt der Ausbeulung der Innenkante M2 ist vorzugsweise eine Bogenform.In the case that the inner edge M2 is linear (straight), the permanent magnet M has a plano-convex (circular section-shaped) shape, as in the 1 , 2 and 8B shown. On the other hand, in the case that the inner edge M2 has a shape that bulges inward in the radial direction, the permanent magnet M has a biconvex (lenticular or almond-shaped) shape as shown in FIG 8C shown. As will be described later, regardless of whether the permanent magnet M has a plano-convex or biconvex shape, a motor having excellent characteristics of high torque, reducing cogging torque and preventing demagnetization of the permanent magnet M is provided. However, the case of the biconvex shape has a greater effect in preventing demagnetization. On the other hand, the productivity is higher in the case of the plano-convex shape of the permanent magnet M. In the case that the permanent magnet M has a biconvex shape, the radius of curvature of the inner edge M2 is not particularly limited, but is preferably equal to or larger than the radius of curvature of the outer edge M1. The shape of the bulge of the inner edge M2 is preferably an arc shape.

Wie oben beschrieben ist die Dicke des Permanentmagneten M an der Stelle der Mitte C des Magnetpols entlang der Umfangsrichtung am größten. Vorzugsweise ist die Dicke des Permanentmagneten M in der Mitte C des Magnetpols am größten und nimmt zu beiden Seiten nach außen in der Umfangsrichtung monoton ab. In dem Fall, dass der Permanentmagnet M eine plankonvexe Gestalt oder eine zur Mittenachse C symmetrische bikonvexe Gestalt aufweist, ist die Dicke des Permanentmagneten M in der Mitte C des Magnetpols am größten, und nimmt zu beiden Seiten nach außen in der Umfangsrichtung monoton ab. Die Dicke des Permanentmagneten bezieht sich auf eine geometrische Dicke entlang einer Richtung der Mittenachse C wie oben beschrieben, unabhängig von einer Position des Permanentmagneten M in Umfangsrichtung.As described above, the thickness of the permanent magnet M is largest at the location of the center C of the magnetic pole along the circumferential direction. Preferably, the thickness of the permanent magnet M is greatest in the center C of the magnetic pole and decreases monotonically outward on both sides in the circumferential direction. In the case that the permanent magnet M has a plano-convex shape or a biconvex shape symmetrical to the center axis C, the thickness of the permanent magnet M is largest at the center C of the magnetic pole, and decreases monotonically outward on both sides in the circumferential direction. The thickness of the permanent magnet refers to a geometric thickness along a direction of the center axis C as described above, regardless of a position of the permanent magnet M in the circumferential direction.

Es ist bevorzugt, dass ein Öffnungswinkel θM (Mittenwinkel der Außenkante M1 in Bezug auf die Rotationsachse O) des Permanentmagneten M im Wesentlichen gleich einem Öffnungswinkel θS (Mittenwinkel der Innenumfangsfläche 21c der Zähne 21b in Bezug auf die Rotationsachse O) ist. Somit kann, wie später beschrieben werden wird, eine ausgezeichnete Wirkung der Verringerung des Rastmoments ausgeübt werden. Insbesondere liegt der Öffnungswinkel θM des Permanentmagneten M vorzugsweise in einem Bereich von ± 10% in Bezug auf den Öffnungswinkel (θS) des Stators 20 (0,90 ≤ θMS ≤ 1,10). Der Öffnungswinkel des Permanentmagneten M liegt mehr bevorzugt in einem Bereich von ±5%, weiter bevorzugt in einem Bereich von ±2% in Bezug auf den Öffnungswinkel des Stators 20.It is preferred that an opening angle θ M (center angle of the outer edge M1 with respect to the rotation axis O) of the permanent magnet M is substantially equal to an opening angle θ S (center angle of the inner peripheral surface 21c of the teeth 21b with respect to the rotation axis O). Thus, as will be described later, an excellent effect of reducing the cogging torque can be exerted. In particular, the opening angle θ M of the permanent magnet M is preferably in a range of ± 10% with respect to the opening angle (θ S ) of the stator 20 (0.90 ≤ θ MS ≤ 1.10). The opening Angle of the permanent magnet M is more preferably in a range of ±5%, more preferably in a range of ±2% with respect to the opening angle of the stator 20.

Gestalt und Magnetisierungs-Ausrichtung des Permanentmagneten, und Charakteristiken des MotorsShape and magnetization orientation of the permanent magnet, and characteristics of the motor

Bei dem Motor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist der Permanentmagnet M, wie oben beschrieben, eine mittenverdickte Gestalt mit gleichmäßigem Spalt auf, bei der die Außenkante M1 eine zur Rotationsachse O des Rotors 10 zentrierte Bogenform aufweist, die Innenkante M2 eine zur Innenseite in radialer Richtung weiter vorstehende Form aufweist, als eine zur Rotationsachse O des Rotors 10 zentrierte Bogenform, und die Dicke in der Mitte C des Magnetpols am größten ist. Die Magnetisierungsrichtung des Permanentmagneten M weist eine konzentrierte Ausrichtung auf. Aufgrund der Wirkung der Gestalt und Magnetisierungsrichtung des Permanentmagneten M ist es ermöglicht, ein Rastmoment zu verringern und die Entmagnetisierung des Permanentmagneten M zu verhindern, während gleichzeitig ein hohes Drehmoment des Motors 1 erhalten bleibt.In the motor 1 according to the present embodiment, as described above, the permanent magnet M has a centrally thickened shape with a uniform gap, in which the outer edge M1 has an arc shape centered on the rotation axis O of the rotor 10, and the inner edge M2 has an arc shape centered on the inside in the radial direction has a more protruding shape than an arc shape centered on the rotation axis O of the rotor 10, and the thickness is greatest at the center C of the magnetic pole. The magnetization direction of the permanent magnet M has a concentrated orientation. Due to the effect of the shape and magnetization direction of the permanent magnet M, it is possible to reduce a cogging torque and prevent the demagnetization of the permanent magnet M while at the same time maintaining a high torque of the motor 1.

Ein Permanentmagnet mit mittenverdickter Gestalt, bei dem ein Mittenbereich dick ist, wird in einem herkömmlichen Motor eingesetzt, aber wie in einem Motor 1' gemäß einem Aspekt des Standes der Technik wie in 3 gezeigt, weist die Außenkante m1 eines Permanentmagneten m keine zur Rotationsachse O des Rotors 10 zentrierte Bogenform auf, sondern eine Bogenform, die einen kleineren Krümmungsradius als jene aufweist. Die Druckschrift 1 offenbart auch einen Permanentmagneten mit solch einer Gestalt. In diesem Fall wird, weil die Bogenform der Innenumfangsfläche 21c der Zähne 21b des Statorkerns 21 und die Bogenform der Außenkante m1 des Permanentmagneten m zueinander nicht konzentrisch sind, ein Abstand des Luftspalts G zwischen dem Permanentmagnet m und dem Stator-kern 21 entlang der Umfangsrichtung nicht gleich, sondern der Luftspalt G wird von der Stelle der Mittenachse C nach auswärts in Umfangsrichtung breiter (durch den Doppelpfeil in 3 angedeutet). Das heißt, die Form des Permanentmagneten m kann als mittenverdickte Gestalt mit ungleichmäßigem Spalt bezeichnet werden. Weiter insbesondere weist der Permanentmagnet m in einem in 3 gezeigten Aspekt eine lineare Innenkante m2 auf, und kann als plankonvex mit ungleichmäßigem Spalt bezeichnet werden.A center-thickened shape permanent magnet in which a center portion is thick is used in a conventional motor, but as in a motor 1' according to an aspect of the prior art as shown in FIG 3 shown, the outer edge m1 of a permanent magnet m does not have an arc shape centered on the axis of rotation O of the rotor 10, but rather an arc shape that has a smaller radius of curvature than that. Document 1 also discloses a permanent magnet having such a shape. In this case, because the arc shape of the inner peripheral surface 21c of the teeth 21b of the stator core 21 and the arc shape of the outer edge m1 of the permanent magnet m are not concentric with each other, a distance of the air gap G between the permanent magnet m and the stator core 21 along the circumferential direction does not become the same, but the air gap G becomes wider from the point of the center axis C outwards in the circumferential direction (by the double arrow in 3 indicated). That is, the shape of the permanent magnet m can be referred to as a center-thickened shape with an uneven gap. Further in particular, the permanent magnet m has an in 3 Aspect shown has a linear inner edge m2, and can be described as plano-convex with an uneven gap.

Auf diese Weise wird, in einem Fall, in dem der Permanentmagnet m eine mittenverdickte Gestalt mit ungleichmäßigem Spalt aufweist, wenn die Magnetisierungsrichtung im gesamten Bereich des Permanentmagneten m parallel zur Mittenachse C eingestellt ist (parallele Ausrichtung), wie durch den einfachen Pfeil in 3 angedeutet, eine Wellenform (durch einen Weicheisenkern ohne Schlitz anstelle des Stators 20 erhaltene Wellenform; dasselbe gilt im Weiteren) der in dem Luftspalt erzeugten magnetischen Flussdichte nahe einer Sinuswelle erhalten, und das Rastmoment kann auf einen kleinen Wert verringert werden. Dies ist so, weil im Allgemeinen, wenn die Dicke des Permanentmagneten entlang der Magnetisierungsrichtung als Im bezeichnet wird und der Abstand des Luftspalts entlang der Magnetisierungsrichtung als Ig bezeichnet wird, die magnetische Flussdichte an jeder Stelle des Luftspalts entlang der Umfangsrichtung durch einen Wert Im/Ig dargestellt wird; aber, wie in 3 gezeigt, in dem Fall, dass der Permanentmagnet m parallel ausgerichtet ist und eine mittenverdickte Gestalt mit ungleichmäßigem Spalt aufweist, ist die Verteilung derart, dass sich Ig entlang der Umfangsrichtung zur Mitte C des Permanentmagneten m hin verringert und Im sich vergrößert, und der Wert Im/Ig allmählich über den gesamten Bereich des Permanentmagneten m variiert (siehe Modell1 von 5A).In this way, in a case where the permanent magnet m has a center thickened shape with an uneven gap, when the magnetization direction in the entire area of the permanent magnet m is set parallel to the center axis C (parallel orientation), as shown by the simple arrow in 3 indicated, a waveform (waveform obtained by a soft iron core without a slot in place of the stator 20; the same applies hereinafter) of the magnetic flux density generated in the air gap close to a sine wave is obtained, and the cogging torque can be reduced to a small value. This is because, in general, if the thickness of the permanent magnet along the magnetization direction is denoted as I m and the distance of the air gap along the magnetization direction is denoted as I g , the magnetic flux density at each location of the air gap along the circumferential direction is represented by a value I m /I g is represented; but, as in 3 shown, in the case that the permanent magnet m is aligned in parallel and has a center thickened shape with an uneven gap, the distribution is such that I g decreases along the circumferential direction towards the center C of the permanent magnet m and I m increases, and the Value I m /I g varies gradually over the entire area of the permanent magnet m (see model 1 of 5A) .

Allerdings ist in dem Fall, dass der Permanentmagnet m eine mittenverdickte Gestalt mit ungleichmäßigem Spalt aufweist, der Permanentmagnet m im in Umfangsrichtung auswärts gelegenen Bereich weiter vom Stator 20 entfernt, und der magnetische Fluss des Permanentmagneten m kann nicht effizient als magnetischer Fluss des Luftspalts genutzt werden. Mit anderen Worten, der Arbeitspunkt des Permanentmagneten m liegt in einem Bereich niederer magnetischer Flussdichte. Derjenige magnetische Fluss, der nicht als magnetischer Fluss des Luftspalts genutzt wird, wird zu einem magnetischen Leckfluss (siehe 4A) und trägt nicht effizient zur Erzeugung von Drehmoment bei. Daher ist es schwierig, ein hohes Drehmoment zu erhalten.However, in the case that the permanent magnet m has a center-thickened shape with an uneven gap, the permanent magnet m is further away from the stator 20 in the circumferentially outward region, and the magnetic flux of the permanent magnet m cannot be efficiently used as the magnetic flux of the air gap . In other words, the operating point of the permanent magnet m lies in a region of low magnetic flux density. The magnetic flux that is not used as the magnetic flux of the air gap becomes a magnetic leakage flux (see 4A) and does not contribute efficiently to producing torque. Therefore, it is difficult to obtain high torque.

In dem Fall, dass der Permanentmagnet M so gestaltet ist, dass er eine mittenverdickte Form mit gleichmäßigem Spalt aufweist, bei der die Außenkante M 1 ein zur Rotationsachse O des Rotors 10 zentrierte Bogenform aufweist, wie in dem Motor 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, anstelle einer mittenverdickten Form mit ungleichmäßigem Spalt, kann der Luftspalt G verkürzt und der Permanentmagnet M näher an den Stator 20 gebracht werden, sogar im in Umfangsrichtung äußeren Bereich des Permanentmagneten, ähnlich zum Mittenbereich. Demzufolge ist der magnetische Leckfluss verringert (siehe 4B), und der magnetische Fluss des Permanentmagneten M kann effizient als magnetischer Fluss des Luftspalts genutzt werden. Mit anderen Worten, der Arbeitspunkt des Permanentmagneten M kann in einen Bereich hoher magnetischer Flussdichte gelegt werden. Somit kann das Drehmoment des Motors 1 erhöht werden. Die Menge an Permanentmagnet M, die zum Abdecken des benötigten Drehmoments erforderlich ist, kann im Vergleich zu dem Fall verringert werden, in dem ein Permanentmagnet m mit mittenverdickter Gestalt und ungleichmäßigem Spalt eingesetzt wird. Gemäß Versuchsberechnungen in dem später zu beschreibenden Beispiel kann dasselbe Drehmoment selbst dann erhalten werden, wenn die Menge an Permanentmagnet M um 16% im Vergleich zu dem Fall verringert ist, in dem ein Permanentmagnet m mit mittenverdickter Gestalt und ungleichmäßigem Spalt eingesetzt wird.In the case that the permanent magnet M is designed to have a center thickened shape with a uniform gap, in which the outer edge M 1 has an arc shape centered on the rotation axis O of the rotor 10, as in the motor 1 according to the present embodiment, instead a center-thickened shape with an uneven gap, the air gap G can be shortened and the permanent magnet M can be brought closer to the stator 20, even in the circumferentially outer region of the permanent magnet, similar to the center region. As a result, the magnetic leakage flux is reduced (see 4B) , and the magnetic flux of the permanent magnet M can be efficiently called the magnetic flux of the air gap be used. In other words, the operating point of the permanent magnet M can be placed in a region of high magnetic flux density. The torque of the motor 1 can thus be increased. The amount of permanent magnet M required to cover the required torque can be reduced compared to the case where a permanent magnet m having a center-thickened shape and an uneven gap is used. According to experimental calculations in the example to be described later, the same torque can be obtained even if the amount of the permanent magnet M is reduced by 16% compared to the case where a permanent magnet m having a center-thickened shape and an uneven gap is used.

Auf diese Weise kann, durch Einsetzen eines Permanentmagneten M mit mittenverdickter Gestalt und gleichmäßigem Spalt, das Drehmoment verbessert werden. Allerdings kann in dem Fall, dass eine Magnetisierung in paralleler Ausrichtung auf den Permanentmagneten M mit mittenverdickter Gestalt mit gleichmäßigem Spalt angewendet wird, das Rastmoment höher werden, als in dem Fall von 3, in dem der Permanentmagnet eine mittenverdickte Form mit ungleichmäßigem Spalt aufweist. Dies ist deshalb so, weil, wie oben beschrieben, die magnetische Flussdichte an jedem Punkt des Luftspalts G durch den Wert von Im/Ig gegeben ist; aber in dem Fall, dass der Permanentmagnet M mit mittenverdickter Form und gleichmäßigem Spalt eingesetzt wird, ist der Spalt Ig des Luftspalts im gesamten Bereich des Permanentmagneten M in Umfangsrichtung gleich, und somit ist die magnetische Flussdichte im Wesentlichen durch die Dicke Im des Permanentmagneten M gegeben. Das heißt, die Wellenform der magnetischen Flussdichte im Luftspalt G variiert nur sanft von der Stelle in der Mitte C des Magnetpols zu einer Stelle, die der Abmessung des Permanentmagneten M in der Umfangsrichtung entspricht, aber variiert stark an einer Stelle, die entfernt von der Stelle liegt, die der Abmessung des Permanentmagneten M in der Umfangsrichtung entspricht, und weist ein Form auf, die nahe an einer Rechteckform liegt (siehe Modell 3 in 5A).In this way, by using a permanent magnet M with a thickened center shape and a uniform gap, the torque can be improved. However, in the case that magnetization in parallel orientation is applied to the permanent magnet M having a center-thickened shape with a uniform gap, the cogging torque may become higher than in the case of 3 , in which the permanent magnet has a thickened center shape with an uneven gap. This is because, as described above, the magnetic flux density at each point of the air gap G is given by the value of I m /I g ; but in the case that the permanent magnet M with a center-thickened shape and a uniform gap is used, the gap I g of the air gap is the same in the entire area of the permanent magnet M in the circumferential direction, and thus the magnetic flux density is substantially determined by the thickness I m of the permanent magnet M given. That is, the waveform of the magnetic flux density in the air gap G varies only gently from the location at the center C of the magnetic pole to a location corresponding to the dimension of the permanent magnet M in the circumferential direction, but varies sharply at a location distant from the location which corresponds to the dimension of the permanent magnet M in the circumferential direction, and has a shape close to a rectangular shape (see Model 3 in 5A) .

Daher ist die Magnetisierungsrichtung, die dem Permanentmagnet M mit mittenverdickter Form und gleichmäßigem Spalt beaufschlagt wird, nicht die parallele Ausrichtung, sondern die konzentrierte Ausrichtung, wodurch die Wellenform der magnetischer Flussdichte im Luftspalt G nahe einer Sinuswelle gestaltet, und das Rastmoment verringert werden kann. Wie oben beschrieben, ist die Wellenform der magnetischen Flussdichte im Luftspalt durch den Wert Im/Ig gegeben, aber der Abstand Ig des Luftspalts G und die Dicke Im des Permanentmagneten M, die diesen Wert bestimmen, beziehen sich auf die Richtung entlang der Magnetisierungsrichtung, und durch Anwenden der konzentrierten Ausrichtung des Permanentmagneten M mit mittenverdickter Gestalt mit gleichmäßigem Spalt vergrößert sich ein Neigungswinkel der Magnetisierung in Bezug auf die Mittenachse C mit dem Abstand von der Mittenachse C nach auswärts in der Umfangsrichtung, und der Wert von Im wird größer als die tatsächliche Dicke des Permanentmagneten M. Weil sich das Volumen Vm des Permanentmagneten M nicht ändert, auch wenn sich der Neigungswinkel der Magnetisierung ändert, wird Vm = Im × Sm beibehalten, wenn die Querschnittsfläche des Magneten mit Sm bezeichnet wird. Das heißt, durch Neigen der Magnetisierungsausrichtung steigt die magnetische Flussdichte am Arbeitspunkt mit Im/Ig, aber eine äquivalente Magnet-Querschnittsfläche Sm (Fläche einer Endoberfläche des Permanentmagneten M senkrecht zur Magnetisierungsrichtung) nimmt ab. Bei einem Magneten, der konzentriert ausgerichtet ist, ist die Abnahme der äquivalenten Magnet-Querschnittsfläche Sm des Permanentmagneten M größer als der Anstieg des Werts Im/Ig aufgrund der Ablage von der Stelle der Mittenachse C in Umfangsrichtung, und die Magnetisierungsausrichtung variiert kontinuierlich mit der Entfernung von der Position der Mittenachse C in Umfangsrichtung, und somit variiert die magnetische Flussdichte im Luftspalt G graduell und nimmt ab, und eine Verteilung nahe einer Sinuswelle wird erhalten. Somit nähert sich die Wellenform der magnetischen Flussdichte im Luftspalt G einer Sinuswelle mehr an, als in dem Fall, in dem eine parallele Ausrichtung angewendet wird, und das Rastmoment wird verringert.Therefore, the magnetization direction applied to the permanent magnet M with a center-thickened shape and a uniform gap is not the parallel orientation but the concentrated orientation, whereby the waveform of the magnetic flux density in the air gap G can be made close to a sine wave, and the cogging torque can be reduced. As described above, the waveform of the magnetic flux density in the air gap is given by the value I m /I g , but the distance I g of the air gap G and the thickness I m of the permanent magnet M, which determine this value, are related to the direction along the magnetization direction, and by applying the concentrated orientation of the permanent magnet M having a center-thickened shape with a uniform gap, an inclination angle of the magnetization with respect to the center axis C increases with the distance from the center axis C outward in the circumferential direction, and the value of I m becomes larger than the actual thickness of the permanent magnet M. Because the volume V m of the permanent magnet M does not change even if the inclination angle of magnetization changes, V m = I m × S m is maintained when the cross-sectional area of the magnet is denoted by S m becomes. That is, by tilting the magnetization orientation, the magnetic flux density at the operating point I m /I g increases, but an equivalent magnet cross-sectional area S m (area of an end surface of the permanent magnet M perpendicular to the magnetization direction) decreases. For a magnet that is concentratedly aligned, the decrease in the equivalent magnet cross-sectional area S m of the permanent magnet M is greater than the increase in the value I m /I g due to the displacement from the location of the center axis C in the circumferential direction, and the magnetization orientation varies continuously with the distance from the position of the center axis C in the circumferential direction, and thus the magnetic flux density in the air gap G gradually varies and decreases, and a distribution close to a sine wave is obtained. Thus, the waveform of the magnetic flux density in the air gap G becomes more close to a sine wave than in the case where parallel alignment is applied, and the cogging torque is reduced.

Auf diese Weise ist es, durch Einsatz des Permanentmagneten M mit mittenverdickter Gestalt mit gleichmäßigem Spalt und konzentrierter Ausrichtung, ermöglicht, das Drehmoment zu verbessern und eine Erhöhung des Rastmoments im Vergleich zu dem Fall zu vermeiden, bei dem ein Permanentmagnet mit mittenverdickter Gestalt mit ungleichmäßigem Spalt eingesetzt wird. Wenn der konvexe Bereich 11a am Rotorkern 11 bereitgestellt wird, ist es durch effiziente Ausnutzung des magnetischen Flusses ermöglicht, eine größere Wirkung der Erhöhung des Drehmoments auszuüben. Der Grund dafür ist, dass der magnetische Fluss des Permanentmagneten M mit konzentrierter Ausrichtung leicht in eine Richtung geleitet wird, die den Permanentmagneten M und die Zähne 21b des Statorkerns 21 verbindet, und ein mit Luft gefüllter Raum in einem magnetischen Flusspfad kann verringert werden.In this way, by using the permanent magnet M having a center thickened shape with a uniform gap and concentrated alignment, it is possible to improve the torque and avoid an increase in the cogging torque as compared with the case where a permanent magnet having a center thickened shape with an uneven gap is used. When the convex portion 11a is provided on the rotor core 11, it is possible to exert a greater torque increasing effect by efficiently utilizing the magnetic flux. The reason is that the magnetic flux of the concentrated orientation permanent magnet M is easily directed in a direction connecting the permanent magnet M and the teeth 21b of the stator core 21, and an air-filled space in a magnetic flux path can be reduced.

Wenn die konzentrierte Ausrichtung angewendet wird, ist es ermöglicht, eine Wirkung der Verhinderung der Entmagnetisierung des Permanentmagneten M durch Formen des Permanentmagneten in mittenverdickter Gestalt auszuüben. Je höher der Permeanz-Koeffizient ist, desto weniger wahrscheinlich ist die Entmagnetisierung des Permanentmagneten M, und je größer die Dicke Im des Permanentmagneten M entlang der Magnetisierungsrichtung wird, desto größer wird die Permeanz. Das heißt, in einem Fall, in dem der Permanentmagnet konzentriert ausgerichtet ist, ist die Wirkung der Verhinderung der Entmagnetisierung aufgrund einer Erhöhung der Permeanz nach außen in Umfangsrichtung hin, wo die Magnetisierungsrichtung stark geneigt ist, stärker, wohingegen Entmagnetisierung eher in einem Bereich in Umfangsrichtung nahe an der Mittenachse C auftritt. Allerdings ist der Permanentmagnet M so geformt, dass er eine mittenverdickte Gestalt aufweist, bei der die Innenkante M2 mehr nach innen in radialer Richtung vorsteht, als ein zur Rotationsachse O zentrierter Bogen, und die Dicke (Dicke als tatsächliche Ausdehnung) des Permanentmagneten M in der Mitte in Umfangsrichtung ist erhöht, wodurch der Entmagnetisierung vorgebeugt werden kann. Auf diese Weise wird beim gesamten Permanentmagneten M der Entmagnetisierung sowohl durch die Wirkung der Erhöhung des Permeanz-Koeffizienten im äußeren Bereich in Umfangsrichtung aufgrund der Anwendung der konzentrierten Ausrichtung, als auch durch die Wirkung der Verhinderung der Entmagnetisierung im mittleren Bereich aufgrund der mittenverdickten Gestalt entgegen gewirkt. In dem Fall, dass der Permanentmagnet M eine plankonvexe Gestalt aufweist und mehr noch, wenn er eine bikonvexe Gestalt aufweist, ist es ermöglicht, eine große Wirkung der Verhinderung der Entmagnetisierung zu erreichen, durch Sicherstellen der Dicke im Mittenbereich.When the concentrated alignment is applied, it is possible to exert an effect of preventing demagnetization of the permanent magnet M by forming the permanent magnet in a center-thickened shape. The higher the permeance coefficient, the less likely this is Demagnetization of the permanent magnet M, and the greater the thickness I m of the permanent magnet M becomes along the magnetization direction, the greater the permeance becomes. That is, in a case where the permanent magnet is concentratedly aligned, the effect of preventing demagnetization due to an increase in permeance outward in the circumferential direction where the magnetization direction is strongly inclined is stronger, whereas demagnetization is more likely in a circumferential area occurs close to the central axis C. However, the permanent magnet M is shaped to have a center-thickened shape in which the inner edge M2 protrudes more inwardly in the radial direction than an arc centered on the rotation axis O, and the thickness (thickness as actual extent) of the permanent magnet M in the The center in the circumferential direction is raised, which can prevent demagnetization. In this way, the demagnetization of the entire permanent magnet M is counteracted both by the effect of increasing the permeance coefficient in the outer region in the circumferential direction due to the application of the concentrated orientation, and by the effect of preventing demagnetization in the central region due to the centrally thickened shape . In the case that the permanent magnet M has a plano-convex shape, and more so, when it has a biconvex shape, it is possible to achieve a large demagnetization preventing effect by ensuring the thickness at the center region.

Wenn, wie oben beschrieben, der Permanentmagnet M eine mittenverdickte Gestalt mit gleichmäßigem Spalt eingesetzt wird, wird das Rastmoment dadurch verringert, dass die Magnetisierungsausrichtung eine konzentrierte Ausrichtung ist, und zudem wird dadurch, dass der Öffnungswinkel des Permanentmagneten nahe, z.B. innerhalb eines Bereichs von etwa ±10%, am Öffnungswinkel des Stators 20 eingestellt wird, die Wirkung der Verringerung des Rastmoments weiter verstärkt. Wenn der Rotor 10 in Bezug auf den Stator 20 rotiert, empfängt der Permanentmagnet M ein Drehmoment in Richtung der Anziehung in Drehrichtung vom Zahn 21b, der in Drehrichtung an der Vorderseite liegt, und empfängt ein Drehmoment in Richtung des Zurückziehens in einer der Drehrichtung entgegengesetzten Richtung durch den Zahn 21b, der in Drehrichtung an der Hinterseite liegt. Obgleich die Drehmomente in den beiden Richtungen die Drehmoment-Wellenform des Motors 1 beeinflussen, wir die Drehmoment-Wellenform in dem Fall, dass der Öffnungswinkel des Permanentmagneten M gleich dem Öffnungswinkel des Stators 20 ist, in Abhängigkeit vom Drehwinkel wahrscheinlich zu einer kontinuierlichen Wellenform, aufgrund eines Ausgleichs der Drehmomente in beiden Richtungen. Das heißt, der Beitrag einer hochfrequenten Wellenformkomponente zum Drehmoment ist verringert, und das Rastmoment ist verringert.As described above, when the permanent magnet M is employed in a center thickened shape with a uniform gap, the cogging torque is reduced by the magnetization orientation being a concentrated orientation, and further by the opening angle of the permanent magnet being close, for example, within a range of about ±10%, at the opening angle of the stator 20 is set, the effect of reducing the cogging torque is further enhanced. When the rotor 10 rotates with respect to the stator 20, the permanent magnet M receives a torque in the direction of attraction in the direction of rotation from the tooth 21b located at the front in the direction of rotation, and receives a torque in the direction of retraction in a direction opposite to the direction of rotation through the tooth 21b, which is located at the rear in the direction of rotation. Although the torques in the two directions affect the torque waveform of the motor 1, in the case that the opening angle of the permanent magnet M is equal to the opening angle of the stator 20, the torque waveform is likely to become a continuous waveform depending on the rotation angle balancing the torques in both directions. That is, the contribution of a high-frequency waveform component to the torque is reduced and the cogging torque is reduced.

BeispielExample

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung mittels Beispielen beschrieben. Hierbei wurde verifiziert, wie sich Charakteristiken des Motors in Abhängigkeit von Gestalt und Magnetisierungsausrichtung des Permanentmagneten ändern.The present invention is described below using examples. This verified how the characteristics of the motor change depending on the shape and magnetization orientation of the permanent magnet.

< 1 > Vergleich mit Aspekten des Standes der Technik< 1 > Comparison with aspects of the prior art

Zunächst wurden Charakteristiken eines Motors verglichen zwischen einem Fall, in dem ein Permanentmagnet plankonvexe Gestalt mit ungleichmäßigem Spalt aufwies und die Magnetisierung parallel ausgerichtet war, wie in dem Aspekt des Standes der Technik gemäß 3, und einem Fall, in dem ein Permanentmagnet plankonvexe Gestalt mit gleichmäßigem Spalt aufwies und die Magnetisierung konzentriert ausgerichtet war, wie in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß 1 und 2.First, characteristics of a motor were compared between a case in which a permanent magnet had a plano-convex shape with a non-uniform gap and the magnetization was aligned in parallel as in the prior art aspect 3 , and a case in which a permanent magnet had a plano-convex shape with a uniform gap and the magnetization was concentratedly aligned as in the embodiment of the present invention 1 and 2 .

AnalysemethodeAnalysis method

Als Modell 1 wurde, wie in 3 gezeigt, ein Modell im SPM-Motor erzeugt, bei dem ein Permanentmagnet eine plankonvexe Gestalt mit ungleichmäßigem Spalt und der Magnetisierung in paralleler Ausrichtung aufwies. Die Konfigurationen des Rotorkerns, des Stators, und der Schutzröhre waren dieselben wie die in 1 gezeigten. Als Modell 2 wurde gegenüber Modell 1 lediglich die Gestalt des Permanentmagneten und die Magnetisierungsausrichtung geändert, wodurch ein Modell wie in 1 und 2 gezeigt erzeugt wurde, bei dem ein Permanentmagnet eine plankonvexe Gestalt mit gleichmäßigem Spalt und konzentrierte Magnetisierungsausrichtung aufwies. Als Modell 3 wurde ein Modell erzeugt, bei dem die konzentrierte Ausrichtung des Modells 2 zu einer parallelen Ausrichtung geändert wurde.As Model 1, as in 3 shown, a model was created in the SPM motor in which a permanent magnet had a plano-convex shape with an uneven gap and the magnetization in a parallel orientation. The configurations of the rotor core, stator, and protection tube were the same as those in 1 shown. As Model 2, compared to Model 1, only the shape of the permanent magnet and the magnetization orientation were changed, resulting in a model as in 1 and 2 shown was produced, in which a permanent magnet had a plano-convex shape with a uniform gap and concentrated magnetization orientation. A model was created as Model 3 in which the lumped orientation of Model 2 was changed to a parallel orientation.

Die Simulation wurde an jedem Modell durchgeführt, um die magnetische Flussdichteverteilung und die Drehmoment-Charakteristiken zu analysieren. Die Simulation wurde durch elektromagnetische Feldanalyse nach einer Finite-Elemente-Methode (FEM) ausgeführt.The simulation was carried out on each model to analyze the magnetic flux density distribution and torque characteristics. The simulation was carried out by electromagnetic field analysis using a finite element method (FEM).

Die bei der Simulation eingesetzten Parameter sind in der folgenden Tabelle 1 für das Modell 1 zusammengefasst. Für die in Tabelle 1 angegebenen Magnetdimensionen bezeichnet W eine Breite des Permanentmagneten (d. h. eine Abmessung in einer Richtung senkrecht zur Mittenachse), t bezeichnet einen Dicke des Permanentmagneten (d. h. Dicke in der Mitte des Magnetpols) und L bezeichnet eine Länge des Permanentmagneten (d. h. Abmessung entlang der Rotationsachse des Rotors). Als Simulationen an den Modellen 2 und 3 wurden zwei Aspekte ausgeführt, nämlich ein erster Aspekt, bei dem die Volumina der Permanentmagnete gleich waren und ein zweiter Aspekt, bei dem die maximalen Drehmomente gleich waren, ausgehend von Modell 1. In Bezug auf die Magnetabmessungen der Modelle 2 und 3 wurden W = 11,20 mm und t = 1,90 mm bei dem Aspekt eingesetzt, bei dem die Volumina gleich waren. Andererseits wurde bei dem Aspekt, bei dem das maximale Drehmoment gleich war, W = 9,20 mm und t = 1,85 mm eingesetzt. In jedem Modell wurden der Öffnungswinkel des Permanentmagneten und der Öffnungswinkel des Stators auf denselben Wert angeglichen. Der Ausrichtungswinkel der konzentrierten Ausrichtung in Modell 2 wurde auf 70° eingestellt. Tabelle 1 Analysebedingungen 2D Transienten-Response-Analyse (JMAG Designer ver.20.2) Verdrahtung ΔVerdrahtung Spule Windungen 17 Windungen/Schlitz Widerstandswert 0,025 Ω/Linie Drähte Parallel Rotorabmessungen ▪Außendurchmesser: 40 mm ▪Laminatdicke: 43 mm Statorabmessungen ▪Innendurchmesser: 41 mm ▪Außendurchmesser: 77 mm ▪Laminatdicke: 43 mm Magnetabmessungen W 9,1mm × t 2,4 mm × L 43,0 mm Maximaler Strom 100 Arms Spaltlänge 0,5 mm The parameters used in the simulation are summarized in the following Table 1 for Model 1. For the magnet dimensions given in Table 1, W denotes a width of the permanent magnet (ie, a dimension in a direction perpendicular to the center axis), t denotes a thickness of the permanent magnet (ie, thickness at the center of the magnetic pole), and L denotes a length of the permanent magnet (ie, dimension along the axis of rotation of the rotor). Two aspects were carried out as simulations on models 2 and 3, namely a first aspect in which the volumes of the permanent magnets were the same and a second aspect in which the maximum torques were the same, starting from model 1. Regarding the magnet dimensions of the Models 2 and 3 were used W = 11.20 mm and t = 1.90 mm in the aspect where the volumes were equal. On the other hand, in the aspect where the maximum torque was equal, W = 9.20 mm and t = 1.85 mm were used. In each model, the opening angle of the permanent magnet and the opening angle of the stator were adjusted to the same value. The alignment angle of the lumped alignment in model 2 was set to 70°. Table 1 Analysis conditions 2D transient response analysis (JMAG Designer ver.20.2) wiring ΔWiring Kitchen sink convolutions 17 turns/slot Resistance value 0.025Ω/line Wires Parallel Rotor dimensions ▪Outer diameter: 40 mm ▪Laminate thickness: 43 mm Stator dimensions ▪Inner diameter: 41mm ▪Outer diameter: 77 mm ▪Laminate thickness: 43 mm Magnet dimensions W 9.1mm × t 2.4mm × L 43.0mm Maximum current 100 Arms gap length 0.5mm

AnalyseergebnisseAnalysis results

4A und 4B zeigen magnetische Flussdichteverteilungen von Modell 1 und Modell 2, bei denen die Volumina der Permanentmagnete gleich gesetzt wurden. Wie in 4A gezeigt, wird in dem Fall, bei dem die parallele Ausrichtung auf einen Permanentmagneten mit plankonvexer Gestalt und ungleichmäßigem Spalt angewendet wurde, wie durch eine gestrichelte Linie umschlossen, am Endbereich des Permanentmagneten ein magnetischer Fluss zur Seite des Permanentmagneten emittiert, und ein magnetischer Leckfluss wird erzeugt. Andererseits wird, wie in 4B gezeigt, in dem Fall, dass eine konzentrierte Ausrichtung auf einen Permanentmagneten mit plankonvexer Gestalt und gleichmäßigem Spalt angewendet wurde, kein magnetischer Leckfluss des Permanentmagneten beobachtet. Wie durch eine gestrichelte Linie umschlossen, erstreckt sich der magnetische Fluss sogar am Endbereich des Permanentmagneten in Richtung des Stators, und ist ein effektiver magnetischer Fluss, der zur Erzeugung von Drehmoment beiträgt. Auf diese Weise liegt nahe, dass ein Anteil des effektiven magnetischen Flusses im Falle von Modell 2 größer ist, als im Falle von Modell 1, und ein hohes Drehmoment erhalten wird. 4A and 4B show magnetic flux density distributions of Model 1 and Model 2, in which the volumes of the permanent magnets were set equal. As in 4A As shown, in the case where the parallel alignment was applied to a permanent magnet having a plano-convex shape and an uneven gap, as enclosed by a broken line, a magnetic flux is emitted at the end portion of the permanent magnet toward the permanent magnet side, and a leakage magnetic flux is generated . On the other hand, as in 4B shown that in the case where concentrated alignment was applied to a permanent magnet with plano-convex shape and uniform gap, no magnetic leakage flux of the permanent magnet was observed. As enclosed by a dashed line, the magnetic flux extends toward the stator even at the end portion of the permanent magnet, and is an effective magnetic flux that contributes to generating torque. In this way, it is obvious that a proportion of the effective magnetic flux in the case of model 2 is larger than in the case of model 1, and a high torque is obtained.

5A zeigt jede Wellenform einer magnetischen Flussdichte des Luftspalts (Wellenform, die erhalten wird, wenn der Stator ein Weicheisenkern ohne Schlitz ist) der Modelle 1 bis 3 in dem Fall, dass die Volumina der Permanentmagnete gleich sind. Demgemäß weist die Wellenform magnetischen Flussdichte im Modell 1, bei dem eine parallele Ausrichtung auf einen Permanentmagneten mit plankonvexer Gestalt und ungleichmäßigem Spalt angewendet wurde, eine sanfte gebirgsähnliche Verteilung nahe einer Sinuswelle auf. Andererseits wird bei Modell 3, bei dem ein Permanentmagnet zu einer plankonvexen Gestalt mit gleichmäßigem Spalt bei Beibehaltung der parallelen Ausrichtung geändert wurde, eine Wellenform der magnetischen Flussdichte erhalten, die weit von einer Sinuswelle abweicht und sich einer Rechteckwelle annähert. In Modell 2, bei dem die konzentrierte Ausrichtung auf einen Permanentmagneten mit plankonvexer Gestalt und gleichmäßigem Spalt angewendet wurde, wird im Vergleich zu Modell 3 eine Wellenform der magnetischen Flussdichte näher zu einer Sinuswelle erhalten, wenn sie auch nicht die Wellenform des Modells 1 erreicht. Das heißt, es kann gezeigt werden, dass die Wellenform der magnetischen Flussdichte im Luftspalt zur Sinuswelle wird, in dem die Ausrichtung der Magnetisierung bei einem Permanentmagneten mit plankonvexer Gestalt und gleichmäßigem Spalt von der parallelen Ausrichtung zu einer konzentrierten Ausrichtung geändert wird. Die Sinuswelle der Wellenform der magnetischen Flussdichte führt zu einer Verringerung des Rastmoments. 5A Fig. 1 shows each air gap magnetic flux density waveform (waveform obtained when the stator is a soft iron core without a slot) of models 1 to 3 in the case that the volumes of the permanent magnets are equal. Accordingly, the magnetic flux density waveform in Model 1, in which parallel alignment was applied to a permanent magnet with a plano-convex shape and non-uniform gap, has a smooth mountain-like distribution close to a sine wave. On the other hand, in Model 3, in which a permanent magnet was changed to a plano-convex shape with a uniform gap while maintaining the parallel orientation, a magnetic flux density waveform far deviating from a sine wave and approaching a square wave is obtained. In model 2, in which the concentrated alignment is on a permanent magnet with a plano-convex shape and uniform gap was applied, a magnetic flux density waveform closer to a sine wave is obtained compared to Model 3, although it does not reach the waveform of Model 1. That is, it can be shown that the waveform of the magnetic flux density in the air gap becomes a sine wave by changing the orientation of the magnetization from the parallel orientation to a concentrated orientation for a permanent magnet with a plano-convex shape and a uniform gap. The sine wave of the magnetic flux density waveform leads to a reduction in the cogging torque.

In 5A ist, wenn die Wellenform von Modelle 2 mit der Wellenform von Modell 1 genauer verglichen wird, die magnetische Flussdichte im Gipfelbereich nicht wesentlich verändert, aber die magnetische Flussdichte ist bei Modell 2 ist in Bereichen zu beiden Seiten des Gipfelbereichs größer. Obgleich 5B jede Amplitude einer fundamentalen Wellenkomponente der magnetischen Flussdichte des Luftspalts für jedes Modell zeigt (Amplitude von Modell 1 ist 1), ist die Amplitude der fundamentalen Wellenkomponente bei Modell 2 um 8% größer als bei Modell 1, und der Unterschied in der magnetischen Flussdichte bei der in 5A betrachteten Wellenform ist quantitativ bestätigt. Diesbezüglich entspricht der Umstand, dass die magnetische Flussdichte bei Modell 2 größer ist als bei Modell 1, dem Umstand, dass ein Verhältnis der effektiven Flussdichte bei Modell 2 größer ist als beim Vergleich der magnetischen Flussdichteverteilungen von 4A und 4B, und legt nahe, dass bei Modell 2 ein hohes Drehmoment erhalten wird.In 5A When the waveform of Models 2 is compared with the waveform of Model 1 in more detail, the magnetic flux density in the peak area is not significantly changed, but the magnetic flux density in Model 2 is larger in areas on either side of the peak area. Although 5B shows each amplitude of a fundamental wave component of the air gap magnetic flux density for each model (amplitude of model 1 is 1), the amplitude of the fundamental wave component in model 2 is 8% larger than that in model 1, and the difference in magnetic flux density in the in 5A The waveform under consideration is quantitatively confirmed. In this regard, the fact that the magnetic flux density in Model 2 is larger than in Model 1 corresponds to the fact that a ratio of the effective flux density in Model 2 is larger than when comparing the magnetic flux density distributions of 4A and 4B , and suggests that high torque is obtained in Model 2.

6A und 6B zeigen einen Vergleich der für die Modelle 1 bis 3 erhaltenen maximalen Drehmomente und der Rastmomente in dem Fall, dass die Volumina der Permanentmagnete gleich waren. In jedem Fall wurde der Wert für Modell 1 auf 1 normiert. In 6A ist der Wert des maximalen Drehmoments von Modell 2 um 7% größer als der von Modell 1. Dies entspricht dem Umstand, dass ein Anteil des effektiven magnetischen Flusses bei Modell 2 größer ist, wie aus dem Vergleich der magnetischen Flussdichteverteilungen in 4A und 4B und dem Vergleich der magnetischen Flussdichte-Wellenformen von 5A ersichtlich. Bei Modell 3 wird auch ein hohes maximales Drehmoment ähnlich dem von Modell 2 erreicht. 6A and 6B show a comparison of the maximum torques obtained for models 1 to 3 and the cogging torques in the case that the volumes of the permanent magnets were the same. In each case, the value for Model 1 was normalized to 1. In 6A the value of the maximum torque of Model 2 is 7% larger than that of Model 1. This corresponds to the fact that a proportion of the effective magnetic flux is larger in Model 2, as can be seen from the comparison of the magnetic flux density distributions in 4A and 4B and comparing the magnetic flux density waveforms of 5A visible. Model 3 also achieves a high maximum torque similar to Model 2.

In Bezug auf den Wert des Rastmoments in 6B ist das Rastmoment bei Modell 3 signifikant erhöht, auf das 30fache oder mehr dessen von Modell 1. Andererseits beträgt das Rastmoment von Modell 2 das Sechsfache oder weniger dessen von Modell 1, und ist um einen kleineren Betrag als bei Modell 3 erhöht. Dies entspricht dem Befund, dass als Wellenform der magnetischen Flussdichte in 5A für Modell 2 eine Wellenform näher einer Sinuswelle als bei Modell 3 erhalten wird.Regarding the value of the cogging torque in 6B the cogging torque of Model 3 is significantly increased, to 30 times or more that of Model 1. On the other hand, the cogging torque of Model 2 is six times or less that of Model 1, and is increased by a smaller amount than that of Model 3. This corresponds to the finding that as a waveform of the magnetic flux density in 5A for model 2 a waveform closer to a sine wave is obtained than for model 3.

Auf diese Weise ist ersichtlich, dass beim Vergleich der Modelle 1 bis 3 in dem Fall, dass die Volumina gleich wind, das Drehmoment dank der Erhöhung des effektiven magnetischen Flusses durch Ändern der Permanentmagnete von plankonvexer Gestalt mit ungleichmäßigem Spalt zu plankonvexer Gestalt mit gleichmäßigem Spalt verbessert wird. Ferner ist ersichtlich, dass durch Anwenden der konzentrierten Ausrichtung im Gegensatz zu paralleler Ausrichtung bei einem Permanentmagneten mit plankonvexer Gestalt mit ungleichmäßigem Spalt der magnetische Fluss im Luftspalt sich einer Sinuswelle annähert und das Rastmoment verringert werden kann, wenn auch nicht so weit wie im Fall einer plankonvexen Gestalt mit ungleichmäßigem Spalt.In this way, it can be seen that when comparing models 1 to 3, in the case where the volumes are equal, the torque is improved thanks to the increase in the effective magnetic flux by changing the permanent magnets from plano-convex shape with uneven gap to plano-convex shape with uniform gap becomes. Further, it can be seen that by applying the concentrated orientation as opposed to parallel orientation to a permanent magnet having a plano-convex shape with a non-uniform gap, the magnetic flux in the air gap approaches a sine wave and the cogging torque can be reduced, although not as much as in the case of a plano-convex one Shape with uneven gap.

Aus der bisherigen Analyse für den Fall, dass die Volumina der Permanentmagnete gleich sind, wird klar, dass ein hohes Drehmoment erhalten werden kann, indem ein Permanentmagnet mit plankonvexer Gestalt und gleichmäßigem Spalt eingesetzt wird; und selbst wenn das Volumen verringert wird, kann ein gleichwertiges Drehmoment erhalten werden, wie in dem Fall, in dem ein Permanentmagnet mit plankonvexer Gestalt mit ungleichmäßigem Spalt eingesetzt wird. Als Nächstes werden die Analyseergebnisse in dem Fall verglichen, in dem die maximalen Drehmomente der Modelle 1 bis 3 durch Ändern der Volumina der Modelle 2 und 3 gleichgesetzt wurden. Die Volumina der Permanentmagnete der Modelle 2 und 3 mit plankonvexer Gestalt mit gleichmäßigem Spalt sind um 16% kleiner als das Volumen des Permanentmagneten von Modell 1 mit plankonvexer Gestalt und ungleichmäßigem Spalt.From the previous analysis for the case where the volumes of the permanent magnets are equal, it is clear that a high torque can be obtained by using a permanent magnet with a plano-convex shape and a uniform gap; and even if the volume is reduced, an equivalent torque can be obtained, as in the case where a permanent magnet having a plano-convex shape with an uneven gap is used. Next, the analysis results are compared in the case where the maximum torques of models 1 to 3 were equated by changing the volumes of models 2 and 3. The volumes of the permanent magnets of models 2 and 3 with a plano-convex shape with a uniform gap are 16% smaller than the volume of the permanent magnet of model 1 with a plano-convex shape and an uneven gap.

7A und 7B zeigen den Vergleich der maximalen Drehmomente und Rastmomente in den drei Modellen in dem Fall, dass die die maximalen Drehmomente gleich waren. Die maximalen Drehmomente in 7A sind bei den drei Modellen im Wesentlichen gleich 1, und es wird bestätigt, dass die maximalen Drehmomente gleich sind wie beabsichtigt, indem die Volumina der Permanentmagnete angepasst wurden. In Bezug auf die Rastmomente in 7B beträgt das Rastmoment von Modell 3 das 13,1fache dessen von Modell 1, was ein signifikant höherer Wert ist, wohingegen das Rastmoment von Modell 2 um 72% erhöht ist, also ein Wert des Zweifachen oder weniger desjenigen von Modell 1. 7A and 7B show the comparison of the maximum torques and cogging torques in the three models in the case that the maximum torques were the same. The maximum torques in 7A are essentially equal to 1 for the three models, and it is confirmed that the maximum torques are the same as intended by adjusting the volumes of the permanent magnets. Regarding the cogging moments in 7B The cogging torque of Model 3 is 13.1 times that of Model 1, which is a significantly higher value, whereas the cogging torque of Model 2 is increased by 72%, a value twice or less than that of Model 1.

Aus dem Obigen ist bestätigt, dass durch Formen des Permanentmagneten zu plankonvexer Gestalt mit gleichmäßigem Spalt selbst bei Verringerung des Volumens des Permanentmagneten um 16% im Vergleich zu den Fall der plankonvexen Gestalt mit ungleichmäßigem Spalt dasselbe Drehmoment erhalten werden kann. In dem Fall, dass die auf den Permanentmagneten mit plankonvexer Gestalt mit gleichmäßigem Spalt angewendete Magnetisierungsausrichtung eine konzentrierte Ausrichtung ist, kann das Rastmoment im Vergleich zu dem Fall der parallelen Ausrichtung signifikant verringert werden, und kann auf eine Erhöhung von etwa 70% im Vergleich zu dem Fall eingestellt werden, in dem die parallele Ausrichtung auf einen Permanentmagneten mit plankonvexer Gestalt und ungleichmäßigem Spalt angewendet wird. Auf diese Weise ist es durch Formen eines Permanentmagneten zu plankonvexer Gestalt mit gleichmäßigem Spalt und Anwenden der konzentrierten Ausrichtung ermöglicht, ein hohes Drehmoment beizubehalten und gleichzeitig ein Rastmoment zu verringern.From the above, it is confirmed that by forming the permanent magnet into a plano-convex shape with a uniform gap, the same torque can be obtained even if the volume of the permanent magnet is reduced by 16% compared to the case of the plano-convex shape with an uneven gap. In the case that the magnetization orientation applied to the permanent magnet having a plano-convex shape with a uniform gap is a concentrated orientation, the cogging torque can be significantly reduced compared to the case of the parallel orientation, and can be increased to about 70% compared to that The case can be set in which the parallel alignment is applied to a permanent magnet with a plano-convex shape and an uneven gap. In this way, by forming a permanent magnet into a plano-convex shape with a uniform gap and applying the concentrated orientation, it is possible to maintain a high torque while reducing a cogging torque.

<2> Unterschiede in Abhängigkeit von der Gestalt der Innenkante Gemäß dem obigen Test unter < 1 > ist klar, dass es möglich ist, ein hohes Drehmoment beizubehalten und ein Rastmoment zu verringern, indem eine plankonvexe Gestalt mit gleichmäßigem Spalt angenommen wird, wobei die Außenkante des Permanentmagneten eine zur Rotationsachse des Rotors zentrierte Bogenform aufweist. Als Nächstes wurde verifiziert, wie sich die Charakteristiken des Motors in dem Fall ändern, dass die Gestalt der Innenkante geändert wird, wenn die Außenkante eine solche Bogenform aufweist.<2> Differences depending on the shape of the inner edge According to the above test in <1>, it is clear that it is possible to maintain a high torque and reduce a cogging torque by adopting a plano-convex shape with a uniform gap, with the outer edge of the permanent magnet has an arc shape centered on the axis of rotation of the rotor. Next, it was verified how the characteristics of the engine change in the case that the shape of the inner edge is changed when the outer edge has such an arc shape.

AnalyseverfahrenAnalysis method

Als Analysemodell wurden, wie in 8A, 8B und 8C gezeigt, drei Morelle erstellt, bei denen der Permanentmagnet die in 8A gezeigte Bogenform, ein plankonvexe Gestalt (mit gleichmäßigem Spalt) wie in 8B gezeigt, bzw. eine bikonvexe Gestalt (mit gleichmäßigem Spalt) wie in 8C gezeigt aufwies. Das Modell für den Fall der plankonvexen Gestalt war dasselbe wie das in der obigen Analyse von < 1 > verwendete Modell 2, und die Gestalt des Permanentmagneten wurde von Modell 2 in den Fällen der Bogenform und der bikonvexen Gestalt abgewandelt. Eine Breite W des Permanentmagneten von 9,20 mm wurde bei allen drei Modellen eingestellt. Diese Breite entspricht einer Breite, bei der der Öffnungswinkel des Permanentmagneten gleich dem Öffnungswinkel des Stators ist. Die Dicke t des Permanentmagneten wurde bei der Bogenform von 8A auf 2,07 mm eingestellt, bei der plankonvexen Gestalt von 8B auf 2,16 mm und bei der bikonvexen Gestalt von 8C auf 2,34 mm. Aufgrund des Unterschieds in der Dicke sind die Volumina der Permanentmagnete in allen drei Fällen gleich. Im Fall der bikonvexen Gestalt wurde der Krümmungsradius der Innenkante auf den gleichen Krümmungsradius wie den der Außenkante eingestellt.As an analysis model, as in 8A , 8B and 8C shown, three Morelle created in which the permanent magnet is in 8A Arch shape shown, a plano-convex shape (with a uniform gap) as in 8B shown, or a biconvex shape (with a uniform gap) as in 8C shown. The model for the plano-convex shape case was the same as Model 2 used in the above analysis of <1>, and the shape of the permanent magnet was modified from Model 2 in the arc shape and biconvex shape cases. A width W of the permanent magnet of 9.20 mm was set for all three models. This width corresponds to a width at which the opening angle of the permanent magnet is equal to the opening angle of the stator. The thickness t of the permanent magnet was given the arc shape of 8A set to 2.07 mm, with the plano-convex shape of 8B to 2.16 mm and with the biconvex shape of 8C to 2.34 mm. Due to the difference in thickness, the volumes of the permanent magnets are the same in all three cases. In the case of the biconvex shape, the radius of curvature of the inner edge was set to the same radius of curvature as that of the outer edge.

In Bezug auf die obigen Modelle, bei denen die Gestalt des Permanentmagneten zu drei Gestalten geändert wurde, wurde die Simulation mit demselben Verfahren wie bei der Analyse unter < 1 > oben in Bezug auf die Charakteristiken des Motors durchgeführt. Als Magnetisierungsausrichtung des Permanentmagneten wurden zwei Ausrichtungen, nämlich die konzentrierte Ausrichtung und die parallele Ausrichtung angewendet. In jedem Modell wurde der Ausrichtungswinkel bei der konzentrierten Ausrichtung auf 70° eingestellt.Regarding the above models in which the shape of the permanent magnet was changed to three shapes, the simulation was carried out using the same method as the analysis in <1> above with respect to the characteristics of the motor. As the magnetization orientation of the permanent magnet, two orientations, namely the concentrated orientation and the parallel orientation, were used. In each model, the alignment angle was set to 70° in the concentrated alignment.

AnalyseergebnisseAnalysis results

9A und 9B zeigen jeweilige Amplituden des maximalen Drehmoments und des Rastmoments in dem Fall, dass die konzentrierte Ausrichtung und die parallele Ausrichtung auf die drei Gestalten des Permanentmagneten angewendet wurden. In jedem Fall wurde der für Modell 1 des Tests < 1 > erhaltene Wert, das heißt, des Aspekts des Standes der Technik, bei dem die parallele Ausrichtung auf eine plankonvexe Struktur mit ungleichmäßigem Spalt angewendet, auf 1 normiert. 9A and 9B show respective amplitudes of the maximum torque and the cogging torque in the case that the concentrated orientation and the parallel orientation were applied to the three shapes of the permanent magnet. In each case, the value obtained for model 1 of the test <1>, that is, the aspect of the prior art in which parallel alignment is applied to a plano-convex structure with a non-uniform gap, was normalized to 1.

Im Vergleich des maximalen Drehmoments in 9A wird ein das gemäß dem Aspekt des Standes der Technik erhaltene übersteigendes maximales Drehmoment erhalten, egal, ob der Permanentmagnet eine Bogenform, eine plankonvexe Gestalt oder eine bikonvexe Gestalt aufwies. Da das Volumen des Permanentmagneten anders war, als das gemäß dem Aspekt des Standes der Technik, hat der Wert des maximalen Drehmoments keine besondere Bedeutung, aber es wurde bestätigt, dass, unter dem Gesichtspunkt des Vergleichs mit dem Fall einer plankonvexen Gestalt mit ungleichmäßigem Spalt, selbst wenn die Gestalt des Permanentmagneten von der plankonvexen Gestalt mit gleichmäßigem Spalt, die bei der Analyse zu < 1 > genauer untersucht wurde, zu einer Bogenform oder einer bikonvexen Gestalt mit gleichmäßigem Spalt abgewandelt wurde, ein hohes Drehmoment derselben Größe wie im Fall der plankonvexen Gestalt mit gleichmäßigem Spalt erhalten wird. Wenn die maximalen Drehmomente der drei Formen miteinander verglichen werden, sind die drei Formen, der Reihe nach ausgehend vom höheren Drehmoment, die bikonvexe Gestalt, die plankonvexe Gestalt, und die Bogenform, obgleich die Unterschiede gering sind. Wenn die konzentrierte Ausrichtung und die parallele Ausrichtung verglichen werden, wird im Fall der plankonvexen Gestalt und der bikonvexen Gestalt ein geringfügig höheres Drehmoment für die konzentrierte Ausrichtung erhalten.Comparing the maximum torque in 9A A maximum torque exceeding that obtained according to the prior art aspect is obtained regardless of whether the permanent magnet had an arc shape, a plano-convex shape, or a biconvex shape. Since the volume of the permanent magnet was different from that according to the prior art aspect, the value of the maximum torque has no particular meaning, but it was confirmed that, from the viewpoint of comparison with the case of a plano-convex shape with an uneven gap, Even if the shape of the permanent magnet was changed from the plano-convex shape with a uniform gap, which was examined in detail in the analysis of <1>, to an arc shape or a biconvex shape with a uniform gap, a high torque of the same magnitude as in the case of the plano-convex shape with an even gap is obtained. If the maximum torques of the three forms are compared with each other The three shapes, in order from the higher torque, are the biconvex shape, the plano-convex shape, and the arc shape, although the differences are small. When the concentrated alignment and the parallel alignment are compared, in the case of the plano-convex shape and the biconvex shape, a slightly higher torque is obtained for the concentrated alignment.

Wenn die Rastmomente in 9B verglichen werden, gibt es einen großen Unterschied im Verhalten zwischen einer Bogenform und dem Fall der plankonvexen Gestalt und der bikonvexen Gestalt. Egal, ob die konzentrierte Ausrichtung oder die parallele Ausrichtung angewendet wurde, das Rastmoment war im Fall der Bogenform fünfmal so groß oder mehr als das im Aspekt des Standes der Technik. Andererseits war das Rastmoment bei paralleler Ausrichtung im Fall der plankonvexen Gestalt oder der bikonvexen Gestalt signifikant auf das 12fache oder mehr im Vergleich zum Aspekt des Standes der Technik erhöht, aber bei der konzentrierten Ausrichtung war das Rastmoment auf ein Niveau unter dem des Aspekts des Standes der Technik verringert. Aus diesem Ergebnis ist ersichtlich, dass durch Formen der Gestalt des Permanentmagneten zu einer mittenverdickten Gestalt wie einer plankonvexen Gestalt oder einer bikonvexen Gestalt, bei der die Innenkante zur Innenseite in radialer Richtung mehr vorsteht als eine zur Rotationsachse des Rotors zentrierte Bogenform, und die Magnetisierungsrichtung eine konzentrierte Ausrichtung ist, eine große Wirkung der Verringerung des Rastmoments ausgeübt werden kann. Insbesondere wird durch Annehmen einer bikonvexen Gestalt, bei welcher die Dicke im Mittenbereich relativ groß ist, die Wirkung der Verringerung des Rastmoments verstärkt. Die Werte des maximalen Drehmoments und des Rastmoments im Fall der plankonvexen Gestalt sind aufgrund des Unterschieds in den Magnetabmessungen verschieden von jenen der Modelle 2 und 3 in der in den 6A und 6B gezeigten Analyse unter < 1 >.If the cogging torques are in 9B are compared, there is a big difference in behavior between an arc shape and the case of the plano-convex shape and the biconvex shape. No matter whether the concentrated orientation or the parallel orientation was applied, the cogging torque in the case of the arc shape was five times or more than that in the prior art aspect. On the other hand, the cogging torque in parallel orientation in the case of the plano-convex shape or the biconvex shape was significantly increased to 12 times or more compared to the prior art aspect, but in the concentrated orientation, the cogging torque was reduced to a level below that of the prior art aspect Technology reduced. From this result, it can be seen that by shaping the shape of the permanent magnet into a center-thickened shape such as a plano-convex shape or a biconvex shape in which the inner edge protrudes toward the inside in the radial direction more than an arc shape centered on the rotation axis of the rotor, and the magnetization direction is one concentrated alignment, a great effect of reducing the cogging torque can be exerted. In particular, by adopting a biconvex shape in which the thickness at the center portion is relatively large, the effect of reducing the cogging torque is enhanced. The values of maximum torque and cogging torque in the case of the plano-convex shape are different from those of Models 2 and 3 in the Figure 1 due to the difference in magnet dimensions 6A and 6B analysis shown under < 1 >.

Als Nächstes zeigen 10A bis 10C Verteilungen des Permeanz-Koeffizienten in den Fällen, in denen die konzentrierte Ausrichtung auf die drei Permanentmagnete jeweils angewendet wurde. Zudem zeigt 10D die Verteilung des Permeanz-Koeffizienten in dem Fall, in dem die parallele Ausrichtung auf einen Permanentmagneten gemäß dem Aspekt des Standes der Technik angewendet wurde, nämlich einem Permanentmagneten mit plankonvexer Gestalt mit ungleichmäßigem Spalt. Je kleiner der Permeanz-Koeffizient ist, desto kleiner ist der Entmagnetisierungs-Widerstand an jener Position, und desto eher findet dort Entmagnetisierung statt.Show next 10A until 10C Distributions of the permeance coefficient in the cases where concentrated alignment was applied to the three permanent magnets, respectively. Also shows 10D the distribution of the permeance coefficient in the case where the parallel alignment was applied to a permanent magnet according to the aspect of the prior art, namely a permanent magnet having a plano-convex shape with a non-uniform gap. The smaller the permeance coefficient, the smaller the demagnetization resistance at that position, and the more likely demagnetization occurs there.

Bei dem Aspekt des Standes der Technik wie in 10D gezeigt ist keine signifikante nicht-gleichförmige Verteilung des Permeanz-Koeffizienten in einem Bereich an der Innenseite (untere Seit ein der Zeichnung) des Permanentmagneten in radialer Richtung gebildet. Allerdings wird bei jedem der drei Aspekte, bei denen die konzentrierte Ausrichtung von 10A bis 10C angewendet wurde, ein Bereich gebildet, in dem der Permeanz-Koeffizient lokal kleiner ist als der am Umfang, und zwar im inneren Bereich des Permanentmagneten in radialer Richtung, wie durch die gestrichelte Linie in 10A angedeutet. Diese Bereiche neigen zu einer Entmagnetisierung. Wenn die drei Aspekte miteinander verglichen werden, ist der Permeanz-Koeffizient in 10A, bei welcher der Permanentmagnet eine Bogenform aufweist, in einem inneren Bereich in radialer Richtung klein (1,44 im Mittenbereich), und die Lokalisierung des Bereichs mit kleinem Permeanz-Koeffizienten ist stark. Daher tritt leicht Entmagnetisierung des Permanentmagneten im Mittenbereich auf. Im Vergleich zu 10A ist im Fall der plankonvexen Gestalt von 10B der Permeanz-Koeffizient im inneren Bereich in radialer Richtung geringfügig größer (1,52 im Mittenbereich), und die Lokalisierung des Bereichs mit kleinem Permeanz-Koeffizienten ist auch ausgedehnter. Im Fall einer bikonvexen Gestalt von 10C ist der Permeanz-Koeffizient im inneren Bereich in radialer Richtung noch größer (1,74 im Mittenbereich), und die Lokalisierung des Bereichs mit kleinem Permeanz-Koeffizienten ist noch ausgedehnter. Aus diesen Ergebnissen ist ersichtlich, dass die lokale Erniedrigung des Permeanz-Koeffizienten im inneren Bereich in radialer Richtung in der Reihenfolge bikonvexe Gestalt, plankonvexe Gestalt und Bogenform wahrscheinlich nicht auftritt, und die Entmagnetisierung verhindert werden kann.With the aspect of the prior art as in 10D shown, no significant non-uniform distribution of the permeance coefficient is formed in a region on the inside (lower side of the drawing) of the permanent magnet in the radial direction. However, in each of the three aspects where the concentrated focus of 10A until 10C was applied, a region is formed in which the permeance coefficient is locally smaller than that on the circumference, namely in the inner region of the permanent magnet in the radial direction, as shown by the dashed line in 10A indicated. These areas are prone to demagnetization. When the three aspects are compared, the permeance coefficient is in 10A , in which the permanent magnet has an arc shape, is small in an inner region in the radial direction (1.44 in the center region), and the localization of the small permeance coefficient region is strong. Therefore, demagnetization of the permanent magnet easily occurs in the center region. Compared to 10A is in the case of the plano-convex shape of 10B the permeance coefficient in the inner region is slightly larger in the radial direction (1.52 in the central region), and the localization of the region with small permeance coefficient is also more extensive. In the case of a biconvex shape of 10C the permeance coefficient in the inner region is even larger in the radial direction (1.74 in the central region), and the localization of the region with a small permeance coefficient is even more extensive. From these results, it can be seen that the local lowering of the permeance coefficient in the inner region in the radial direction in the order of biconvex shape, plano-convex shape and arc shape is unlikely to occur, and the demagnetization can be prevented.

Wie oben beschrieben kann in dem Fall, dass eine Außenkante des Permanentmagneten eine zur Rotationsachse des Rotors zentrierte Bogenform aufweist, das Rastmoment verringert werden, während ein hohes Drehmoment sichergestellt werden kann, indem eine mittenverdickte Gestalt angenommen wird, bei der eine Innenkante eine Form aufweist, die weiter nach innen vorsteht als eine zur Rotationsachse des Rotors zentrierte Bogenform, und ein Mittenbereich des Permanentmagneten dick ist, und wobei ferner eine konzentrierte Ausrichtung angewendet wird. Die Entmagnetisierung des Permanentmagneten kann ebenfalls auf einen kleinen Wert verringert werden. Wenn eine bikonvexe Gestalt angenommen wird, bei der die Dicke im Mittenbereich besonders groß ist, können besonders starke Wirkungen hinsichtlich der Vergrößerung des Drehmoments, der Verminderung des Rastmoments und der Verhinderung der Entmagnetisierung erreicht werden.As described above, in the case that an outer edge of the permanent magnet has an arc shape centered on the rotation axis of the rotor, the cogging torque can be reduced while a high torque can be ensured by adopting a center thickened shape in which an inner edge has a shape which protrudes further inward than an arc shape centered on the rotation axis of the rotor, and a center portion of the permanent magnet is thick, and further wherein a concentrated orientation is applied. The demagnetization of the permanent magnet can also be reduced to a small value. If a biconvex shape is adopted in which the thickness in the central region is particularly large, particularly strong effects in increasing the torque, reducing the cogging torque and preventing demagnetization can be achieved.

<3> Beziehung zwischen Öffnungswinkeln von Permanentmagnet und Stator Schließlich wurde untersucht, wie eine Beziehung zwischen dem Öffnungswinkle des Permanentmagneten und dem Öffnungswinkel des Stators die Charakteristiken des Motors beeinflusst.<3> Relationship between opening angles of permanent magnet and stator Finally, how a relationship between the opening angle of the permanent magnet and the opening angle of the stator influences the characteristics of the motor was investigated.

AnalyseverfahrenAnalysis method

Das maximale Drehmoment und das Rastmoment wurden durch dieselbe Simulation abgeschätzt wie in <1>,wobei der in der Analyse von <1> angesetzte Öffnungswinkel (Öffnungswinkel der Außenkante) des Permanentmagneten auf Basis von Modell 2 (mit dem Permanentmagneten mit plankonvexer Gestalt und gleichmäßigem Spalt; konzentrierte Ausrichtung) geändert wurde. Die Dicke t des Permanentmagneten wurde auf 1,85 mm festgesetzt, und die Breite W wurde entsprechend dem Öffnungswinkel geändert. Der Öffnungswinkel des Stators (Öffnungswinkel einer Innenumfangsoberfläche der Zähne) wurde festgelegt. Der Ausrichtungswinkel der konzentrierten Ausrichtung wurde auf drei Winkel 60°, 65° und 70° eingestellt.The maximum torque and the cogging torque were estimated by the same simulation as in <1>, where the opening angle (opening angle of the outer edge) of the permanent magnet used in the analysis of <1> was based on model 2 (with the permanent magnet with a plano-convex shape and a uniform gap ; concentrated orientation) was changed. The thickness t of the permanent magnet was set to 1.85 mm, and the width W was changed according to the opening angle. The opening angle of the stator (opening angle of an inner circumferential surface of the teeth) was set. The alignment angle of the concentrated alignment was set to three angles 60°, 65° and 70°.

AnalyseergebnisseAnalysis results

11A und 11B zeigen eine Beziehung zwischen einem Öffnungswinkelverhältnis (Verhältnis des Magnet-Öffnungswinkels θM zum Stator-Öffnungswinkel θS; θMS) und dem maximalen Drehmoment, bzw. eine Beziehung zwischen dem Öffnungswinkelverhältnis und dem Rastmoment. In jeden Fall ist der in Modell 1 von Test < 1 > erhaltene Wert, das heißt, der Aspekt des Standes der Technik, bei dem eine parallele Ausrichtung auf einen Permanentmagneten mit plankonvexer Gestalt und ungleichmäßigem Spalt angewendet wurde, auf 1 normiert. 11A and 11B show a relationship between an opening angle ratio (ratio of the magnet opening angle θ M to the stator opening angle θ S ; θ MS ) and the maximum torque, or a relationship between the opening angle ratio and the cogging torque. In any case, the value obtained in Model 1 of Test <1>, that is, the aspect of the prior art in which parallel alignment was applied to a permanent magnet with a plano-convex shape and a non-uniform gap, is normalized to 1.

In 11A steigt das maximale Drehmoment monoton mit dem Öffnungswinkelverhältnis an. Der Grund dafür ist, dass das Volumen des Permanentmagneten mit dem Öffnungswinkelverhältnis ansteigt. Andererseits weist das Rastmoment in 11B ein Minimum an der Stelle auf, wo das Öffnungswinkelverhältnis 1 ist (genauer 0,99). Das heißt, es ist ersichtlich, dass, wenn der Öffnungswinkel des Permanentmagneten gleich dem Öffnungswinkel des Stators wird, das Rastmoment am weitesten verringert ist. Dieses Verhalten tritt ein, unabhängig vom Ausrichtungswinkel der konzentrierten Ausrichtung.In 11A the maximum torque increases monotonically with the opening angle ratio. The reason for this is that the volume of the permanent magnet increases with the opening angle ratio. On the other hand, the cogging torque in 11B a minimum at the point where the opening angle ratio is 1 (more precisely 0.99). That is, it can be seen that when the opening angle of the permanent magnet becomes equal to the opening angle of the stator, the cogging torque is reduced the most. This behavior occurs regardless of the orientation angle of the concentrated orientation.

In einem Bereich, in dem das Öffnungswinkelverhältnis ±10% um das Minimum beträgt, kann das Rastmoment auf das 25fache oder weniger dessen im Aspekt des Standes der Technik verringert werden. Dieses Niveau ist niedriger als das des in 6B gezeigten Modells 3, das heißt, dem Fall in dem die parallele Ausrichtung auf einen Permanentmagneten mit plankonvexer Gestalt mit gleichmäßigem Spalt angewendet wird. Ferner kann das Rastmoment in einem Bereich des Öffnungswinkelverhältnisses von ±5% oder ±2% um das Minimum herum auf das 15fache oder weniger oder das 10fache oder weniger dessen im Aspekt des Standes der Technik verringert werden.In a range where the opening angle ratio is ±10% around the minimum, the cogging torque can be reduced to 25 times or less that in the prior art aspect. This level is lower than that of the in 6B Model 3 shown, that is, the case in which the parallel alignment is applied to a permanent magnet with a plano-convex shape with a uniform gap. Further, in a range of the opening angle ratio of ±5% or ±2% around the minimum, the cogging torque can be reduced to 15 times or less or 10 times or less that in the prior art aspect.

Die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde oben beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht besonders auf die Ausführungsform beschränkt, und diverse Modifikationen können vorgenommen werden. The embodiment of the present invention has been described above. The present invention is not particularly limited to the embodiment, and various modifications can be made.

Die vorliegende Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2022-091281 , eingereicht am 6. Juni 2022, und dessen Inhalt wird durch Inbezugnahme hierin eingeschlossen.The present application is based on Japanese Patent Application No. 2022-091281 , filed June 6, 2022, and the contents thereof are incorporated herein by reference.

11
Motor (rotierende elektrische Maschine)Motor (rotating electric machine)
1010
Rotorrotor
1111
RotorkernRotor core
11a11a
konvexer Bereichconvex area
2020
Statorstator
2121
StatorkernStator core
21a21a
Hinter-Joch-BereichPosterior yoke area
21b21b
ZahnTooth
21c21c
Innenumfangsfläche der ZähneInner circumferential surface of the teeth
2222
SpuleKitchen sink
3030
Schutzröhreprotective tube
4040
WelleWave
CC
Mitte des Magnetpols (Mittenachse)Center of the magnetic pole (center axis)
GG
Luftspaltair gap
MM
PermanentmagnetPermanent magnet
M1M1
AußenkanteOuter edge
M2M2
InnenkanteInside edge
M3M3
UmfangskanteCircumferential edge
OO
Rotationsachse des RotorsAxis of rotation of the rotor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2019/069539 A1 [0002]WO 2019/069539 A1 [0002]
  • JP 2020191692 A [0002]JP 2020191692 A [0002]
  • JP 2022091281 [0069]JP 2022091281 [0069]

Claims (6)

Rotierende elektrische Maschine (1), aufweisend: einen Stator (20), der aufweist: einen Statorkern (21), der hohlzylindrische Form und mehrere Zähne (21b) und einen hohlen Bereich aufweist; und um die jeweiligen Zähne (21b) gewundene Spulen (22); und einen Rotor (10), der in dem hohlen Bereich des Statorkerns (21) angeordnet ist und aufweist: einen Rotorkern (11) mit einer Außenumfangsfläche; und mehrere an der Außenumfangsfläche des Rotorkerns (11) befestigte und jeweils einen Magnetpol darstellende Permanentmagnete (M), wobei jeder der Zähne des Statorkerns (21) eine Innenumfangsfläche aufweist, die Innenumfangsfläche (21c) der Zähne (21b) des Statorkerns (21) in einem Querschnitt senkrecht zur Rotationsachse (O) des Rotors (10) eine zur Rotationsachse (O) zentrierte Bogenform aufweist, und jeder der Permanentmagnete (M) des Rotors (10), für jeden der Magnetpole unabhängig, eine mittenverdickte Form aufweist, bei der eine Außenkante des Permanentmagneten (M) an der Außenseite in radialer Richtung des Rotors (10) eine zur Rotationsachse (O) zentrierte Bogenform aufweist, eine Innenkante des Permanentmagneten (M) an der Innenseite in radialer Richtung des Rotors (10) eine Form aufweist, die zur Innenseite in radialer Richtung des Rotors (10) mehr als eine zur Rotationsachse (O) zentrierte Bogenform vorspringt, und eine Dicke zwischen der Außenkante des Permanentmagneten (M) und der Innenkante des Permanentmagneten (M) an einer Stelle der Mitte (C) des Magnetpols am größten ist, und jeder der Permanentmagnete (M) des Rotors (10) eine konzentrierte Ausrichtung aufweist, bei der eine Magnetisierungsrichtung in einer Richtung zur Mitte (C) des Magnetpols an der Außenseite in radialer Richtung des Rotors (10) geneigt ist, und zwar nach auswärts entlang einer Umfangsrichtung des Rotors (10) zunehmend. Rotating electric machine (1), comprising: a stator (20) which has: a stator core (21) having a hollow cylindrical shape and a plurality of teeth (21b) and a hollow portion; and coils (22) wound around the respective teeth (21b); and a rotor (10) which is arranged in the hollow region of the stator core (21) and has: a rotor core (11) having an outer peripheral surface; and a plurality of permanent magnets (M) attached to the outer peripheral surface of the rotor core (11) and each representing a magnetic pole, each of the teeth of the stator core (21) having an inner peripheral surface, the inner peripheral surface (21c) of the teeth (21b) of the stator core (21) has an arcuate shape centered on the rotation axis (O) in a cross section perpendicular to the rotation axis (O) of the rotor (10), and each of the permanent magnets (M) of the rotor (10), independently for each of the magnetic poles, has a centrally thickened shape, in which an outer edge of the permanent magnet (M) on the outside in the radial direction of the rotor (10) is centered on the axis of rotation (O). Has an arc shape, an inner edge of the permanent magnet (M) on the inside in the radial direction of the rotor (10) has a shape that projects to the inside in the radial direction of the rotor (10) more than an arc shape centered on the axis of rotation (O), and one Thickness between the outer edge of the permanent magnet (M) and the inner edge of the permanent magnet (M) is greatest at a point in the center (C) of the magnetic pole, and each of the permanent magnets (M) of the rotor (10) has a concentrated orientation in which a magnetization direction is inclined in a direction towards the center (C) of the magnetic pole on the outside in the radial direction of the rotor (10), namely outwardly along a Circumferential direction of the rotor (10) increasing. Rotierende elektrische Maschine (1) gemäß Anspruch 1, wobei die Innenkante (M2) des Permanentmagneten (M) im Querschnitt senkrecht zur Rotationsachse (O) des Rotors (10) linear ist.Rotating electrical machine (1) according to Claim 1 , wherein the inner edge (M2) of the permanent magnet (M) is linear in cross section perpendicular to the axis of rotation (O) of the rotor (10). Rotierende elektrische Maschine (1) gemäß Anspruch 1, wobei die Innenkante des Permanentmagneten (M) zur Innenseite in radialer Richtung des Rotors (10) ausbeult.Rotating electrical machine (1) according to Claim 1 , whereby the inner edge of the permanent magnet (M) bulges towards the inside in the radial direction of the rotor (10). Rotierende elektrische Maschine (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner aufweisend: eine Schutzröhre (30) am Außenumfang des Rotors (10), wobei die Schutzröhre (30) eine zylindrische Form aufweist und aus einem nicht-magnetischen Material gebildet ist, wobei die Außenkante des Permanentmagneten (M) sich entlang der Innenumfangsfläche der Schutzröhre (30) erstreckt.Rotating electrical machine (1) according to one of Claims 1 until 3 , further comprising: a protective tube (30) on the outer circumference of the rotor (10), the protective tube (30) having a cylindrical shape and being formed of a non-magnetic material, the outer edge of the permanent magnet (M) being along the inner peripheral surface of the Protective tube (30) extends. Rotierende elektrische Maschine (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Öffnungswinkel (θM) der Außenkante des Permanentmagneten (M) in Bezug auf die Rotationsachse (O) innerhalb eines Bereichs von ±10% in Bezug auf den Öffnungswinkel (θS) der Innenumfangsfläche (21c) der Zähne (21b) in Bezug auf die Rotationsachse (O) liegt.Rotating electrical machine (1) according to one of Claims 1 until 3 , wherein an opening angle (θ M ) of the outer edge of the permanent magnet (M) with respect to the rotation axis (O) is within a range of ±10% with respect to the opening angle (θ S ) of the inner peripheral surface (21c) of the teeth (21b) in Reference to the axis of rotation (O). Rotierende elektrische Maschine (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in dem Rotor (10) der Rotorkern (11) einen konvexen Bereich (11a) zwischen den einander benachbarten Magnetpolen aufweist, wobei der konvexe Bereich (11a) in Kontakt mit den Permanentmagneten (M) an beiden Seiten steht und zur Außenseite in der radialen Richtung des Rotors (10) weiter vorspringt, als die Innenkante (M2) des Permanentmagneten (M).Rotating electrical machine (1) according to one of Claims 1 until 3 , wherein in the rotor (10), the rotor core (11) has a convex region (11a) between the adjacent magnetic poles, the convex region (11a) being in contact with the permanent magnets (M) on both sides and facing the outside in the Radial direction of the rotor (10) projects further than the inner edge (M2) of the permanent magnet (M).
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WO2019069539A1 (en) 2017-10-06 2019-04-11 日本電産株式会社 Rotor, motor, and electric power steering device
JP2020191692A (en) 2019-05-17 2020-11-26 Tdk株式会社 Motor device
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