JP2001186698A - Permanent-magnet motor - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、界磁として永久磁
石を用いる永久磁石式モータに関する。The present invention relates to a permanent magnet motor using a permanent magnet as a field.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、例えば鉄等の磁性体からなる略円
筒状の回転子の外周部に、周方向に所定の間隔を置いて
複数の永久磁石を配置して、固定子に巻回された巻線に
通電電流として交番電流を通電することで固定子側に回
転磁界を発生させ、この回転磁界と永久磁石との間に発
生する吸引／反発力、つまり磁石トルクにより回転子を
回転させる永久磁石式モータが知られている。こうした
永久磁石式モータでは、永久磁石の量を増加することに
よって通電電流当たりの磁石トルク量、つまり磁石トル
ク定数を増加させることができるが、一方で、回転子の
回転数当たりの逆起電圧、つまり逆起電圧定数も比例し
て増大し、この逆起電圧が通電電流の供給電圧と等しく
なると、通電電流がゼロになると共に、磁石トルクもゼ
ロになる。2. Description of the Related Art Conventionally, a plurality of permanent magnets are arranged at predetermined intervals in a circumferential direction on an outer peripheral portion of a substantially cylindrical rotor made of a magnetic material such as iron and wound around a stator. A rotating magnetic field is generated on the stator side by passing an alternating current through the winding as an energizing current, and the attractor / repulsive force generated between the rotating magnetic field and the permanent magnet, that is, the rotor is rotated by magnet torque. Permanent magnet motors are known. In such a permanent magnet motor, the amount of permanent magnets can be increased to increase the amount of magnet torque per energizing current, that is, the magnet torque constant, but on the other hand, the back electromotive force per rotation speed of the rotor, That is, the back electromotive force constant also increases in proportion, and when the back electromotive voltage becomes equal to the supply voltage of the energizing current, the energizing current becomes zero and the magnet torque also becomes zero.
【０００３】また、これに関して、磁石界磁量を等価的
に弱めるような弱め界磁電流を通電することによって、
逆起電圧が通電電流の供給電圧を超えるような領域まで
運転可能な回転数を拡大する制御として、いわゆる弱め
界磁制御が知られている。ただし、逆起電圧が通電電流
の供給電圧を超えるような領域では、弱め界磁電流は回
転トルクの増大には寄与しない。従って、磁石トルクを
増大させると高い回転トルクを発生可能であるが、逆起
電圧定数が大きくなり、比較的小さな回転数にて逆起電
圧が通電電流の供給電圧と等しくなるため、弱め界磁電
流を増大させる必要があり、回転数が高い領域では永久
磁石式モータの損失が増加してしまうという問題があ
る。[0003] In this regard, by applying a weakening field current that weakens the amount of magnet field equivalently,
So-called field-weakening control is known as control for increasing the operable speed to a region where the back electromotive voltage exceeds the supply voltage of the conduction current. However, in a region where the back electromotive voltage exceeds the supply voltage of the conduction current, the field weakening current does not contribute to an increase in the rotational torque. Therefore, when the magnet torque is increased, a high rotation torque can be generated, but the back electromotive force constant increases, and the back electromotive force becomes equal to the supply voltage of the energizing current at a relatively low rotation speed. It is necessary to increase the current, and there is a problem that the loss of the permanent magnet motor increases in a region where the rotation speed is high.
【０００４】このような問題に対して、例えば実開昭５
６−１４９５８４号公報に開示された永久磁石式モータ
のように、回転子の外周部に、永久磁石を周方向の両側
から挟み込むような磁性体からなる突極を設けて、磁石
トルクに加えてリラクタンストルクを併用した永久磁石
式モータが知られている。リラクタンストルクは、回転
磁界と突極との間に発生する吸引力に起因する回転トル
クであり、逆起電圧を発生させることがないため、弱め
界磁電流を増大させること無く、高い回転数領域でのモ
ータの損失を増大させること無しに、永久磁石式モータ
の回転トルクを増大させることができる。このリラクタ
ンストルクは、例えば応用電気工学全書１ 電気機器
［Ｉ］（森北出版 １９７３年）に開示されているよう
に、直軸電機子反作用リアクタンスと横軸電機子反作用
リアクタンスとの差が大きくなるのに伴って増大するこ
とが知られている。ここで、直軸電機子反作用リアクタ
ンスとは、磁束が回転子本体を介して隣り合う突極同士
を貫通するような磁路に対する磁気抵抗であり、横軸電
機子反作用リアクタンスとは、磁束が回転子本体を介し
て隣り合う永久磁石同士を貫通するような磁路に対する
磁気抵抗である。さらに、直軸電機子反作用リアクタン
スと横軸電機子反作用リアクタンスとの差は、突極の周
方向の幅を調整することで変化させることができ、この
差が最大となるのは、例えば電気学会研究会資料ＳＰＣ
−８８−１６（１９８８年）や、特開平７−１４３３６
９１９号公報に開示された永久磁石式モータのように、
突極の幅を、回転子の一極が占める角度（電気角での１
８０°）の１／２の角度、すなわち電気角での９０°に
設定した場合であることが知られている。In response to such a problem, for example,
As in the case of the permanent magnet type motor disclosed in JP-A-6-149584, salient poles made of a magnetic material that sandwiches a permanent magnet from both sides in the circumferential direction are provided on the outer peripheral portion of the rotor, and in addition to magnet torque, A permanent magnet motor using reluctance torque is also known. Reluctance torque is a rotational torque caused by an attractive force generated between a rotating magnetic field and a salient pole, and does not generate a back electromotive force. Therefore, the rotational torque of the permanent magnet motor can be increased without increasing the loss of the motor. This reluctance torque is, as disclosed in, for example, Applied Electrical Engineering Complete Book 1 Electrical Equipment [I] (Morikita Shuppan, 1973), the difference between the linear-axis armature reaction reactance and the horizontal-axis armature reaction reactance increases. It is known that the number increases in accordance with Here, the direct-axis armature reaction reactance is a magnetic resistance with respect to a magnetic path such that magnetic flux penetrates adjacent salient poles through the rotor body, and the horizontal-axis armature reaction reactance means that the magnetic flux rotates. It is a magnetic resistance to a magnetic path that penetrates adjacent permanent magnets through the child main body. Furthermore, the difference between the linear-axis armature reaction reactance and the horizontal-axis armature reaction reactance can be changed by adjusting the circumferential width of the salient poles. Workshop Materials SPC
-88-16 (1988) and JP-A-7-14336.
As in the permanent magnet type motor disclosed in Japanese Patent No. 919,
The width of the salient pole is determined by the angle occupied by one pole of the rotor (1 in electrical angle).
It is known that the angle is set to a half angle of (80 °), that is, 90 ° in electrical angle.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来技
術による永久磁石式モータでは、回転数が高い領域で永
久磁石式モータの損失が増加してしまうことを防ぐため
に、回転子の周方向において、永久磁石の磁石幅及び突
極の幅を共に電気角での９０°に設定することで、リラ
クタンストルクを最大限に利用して、弱め界磁電流が増
大することを防止することができる。ただし、リラクタ
ンストルクは回転磁界と突極との間に発生する吸引力の
みを利用するだけであるから、永久磁石の磁石幅及び突
極の幅が同一であれば、磁石トルクよりも小さな回転ト
ルクを発生させることになる。従って、所定の回転トル
クを発生させるためには、回転子及び固定子の回転軸線
方向の長さを長くすることが必要となる場合がある。し
かしながら、この場合、固定子に巻回される巻線の長さ
も長くなり、巻線抵抗が増大することによって交番電流
の通電時に銅損が増加すると共に、回転子及び固定子の
体積が増大することによって鉄損が増大して、永久磁石
式モータの損失が増加してしまうという問題が生じる。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、回転数が高
い領域において損失の増大を抑制することが可能な永久
磁石式モータを提供することを目的とする。By the way, in the permanent magnet type motor according to the prior art described above, in order to prevent the loss of the permanent magnet type motor from increasing in a high rotation speed region, the rotation direction of the rotor in the circumferential direction is reduced. By setting both the magnet width of the permanent magnet and the width of the salient pole to 90 ° in electrical angle, the reluctance torque can be utilized to the utmost and the increase in the field weakening current can be prevented. However, since the reluctance torque only uses the attractive force generated between the rotating magnetic field and the salient poles, if the permanent magnet and the salient poles have the same width, the rotational torque is smaller than the magnet torque. Will be generated. Therefore, in order to generate a predetermined rotation torque, it may be necessary to increase the length of the rotor and the stator in the rotation axis direction. However, in this case, the length of the winding wound on the stator also increases, and the winding resistance increases, so that the copper loss increases when an alternating current flows, and the volumes of the rotor and the stator increase. As a result, there is a problem that the iron loss increases and the loss of the permanent magnet motor increases.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a permanent magnet motor capable of suppressing an increase in loss in a high rotation speed region.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決して係る
目的を達成するために、請求項１に記載の本発明の永久
磁石式モータは、複数の永久磁石（例えば、後述する実
施の形態での永久磁石１５）を有する回転子（例えば、
後述する実施の形態での回転子１２）と、この回転子を
回転させる回転磁界を発生する固定子（例えば、後述す
る実施の形態での固定子１１）とを備えた永久磁石式モ
ータ（例えば、後述する実施の形態での永久磁石式モー
タ１０）であって、前記回転子の周方向において、前記
永久磁石の磁石幅Ｍと、隣り合う前記永久磁石間の間隔
Ｒとの比率Ｍ：Ｒが、略３：２に設定されていることを
特徴としている。In order to solve the above-mentioned problems and to achieve the above object, a permanent magnet motor according to the present invention comprises a plurality of permanent magnets (for example, an embodiment described later). Rotor (for example, with a permanent magnet 15 at
A permanent magnet motor (e.g., a rotor 12 in an embodiment described later) and a stator (for example, a stator 11 in an embodiment described later) that generates a rotating magnetic field that rotates the rotor. A permanent magnet motor 10) according to an embodiment to be described later, wherein a ratio M: R of a magnet width M of the permanent magnet and an interval R between adjacent permanent magnets in a circumferential direction of the rotor. Is set to approximately 3: 2.
【０００７】上記構成の永久磁石式モータによれば、発
生可能な最大回転トルクは不変のまま、銅損と鉄損とを
加算してなる総損失を最小にすることができる。すなわ
ち、例えば磁石幅Ｍと隣り合う永久磁石間の間隔Ｒとが
等しくなるように形成された永久磁石式モータに比べ
て、永久磁石の割合が増大することで、逆起電圧定数が
増大するため、弱め界磁電流を含む通電電流は増大する
が、磁束が鎖交する磁性体の体積が減少するため、結果
として鉄損は減少する。一方、固定子に巻回される巻線
の長さが短くなることで巻線抵抗は減少するが、弱め界
磁電流を含んだ通電電流が増大するため、結果として銅
損は増大する。これらの鉄損の減少と銅損の増加に伴っ
て、総損失が最小となる場合は、（永久磁石の磁石幅
Ｍ）：（隣り合う前記永久磁石に挟み込まれる幅Ｒ）が
略３：２となる場合である。このように、永久磁石式モ
ータの総損失が最も小さくなるように設定することで、
永久磁石式モータの発熱を抑制して、所定の冷却限界以
下で永久磁石式モータを作動させることができる。しか
も、永久磁石式モータの最大トルクは不変のまま、運転
可能な回転数領域を高回転側へと最大限に拡大すること
ができる。すなわち、永久磁石式モータの運転可能な回
転数領域が低くなってしまうこと無しに、最大トルクを
増大させることができると共に、最大トルクが減少して
しまうこと無しに、運転可能な回転数領域を高くするこ
とが可能となる。[0007] According to the permanent magnet motor having the above configuration, the total loss obtained by adding the copper loss and the iron loss can be minimized while the maximum rotational torque that can be generated remains unchanged. That is, for example, as compared with a permanent magnet type motor formed such that the magnet width M and the interval R between the adjacent permanent magnets are equal, the ratio of the permanent magnets increases, and the back electromotive force constant increases. However, although the energizing current including the field weakening current increases, the volume of the magnetic body to which the magnetic flux links decreases, and as a result, the iron loss decreases. On the other hand, as the length of the winding wound on the stator decreases, the winding resistance decreases, but the conduction current including the field weakening current increases, and as a result, the copper loss increases. When the total loss is minimized with the decrease in the iron loss and the increase in the copper loss, (magnet width M of the permanent magnet): (width R sandwiched between the adjacent permanent magnets) is approximately 3: 2. This is the case. In this way, by setting the total loss of the permanent magnet type motor to be the smallest,
Heat generation of the permanent magnet type motor can be suppressed, and the permanent magnet type motor can be operated below a predetermined cooling limit. Moreover, the operable rotation speed range can be maximized to the high rotation side while the maximum torque of the permanent magnet type motor remains unchanged. That is, it is possible to increase the maximum torque without lowering the operable rotational speed range of the permanent magnet type motor, and to increase the operable rotational speed range without reducing the maximum torque. It becomes possible to raise it.
【０００８】さらに、請求項２に記載の本発明の永久磁
石式モータは、前記回転子は前記固定子に向かって突出
する突極部（例えば、後述する実施の形態での突極１
４）を備えており、前記永久磁石は前記突極部に対して
周方向に隣接して配置されると共に、前記永久磁石の外
周部（例えば、後述する実施の形態での外周面１５Ａ）
は前記固定子に向かって露出しており、前記回転子の周
方向において、前記永久磁石の磁石幅Ｍと、前記突極部
の幅Ｔとの比率Ｍ：Ｔが、略３：２に設定されているこ
とを特徴としている。Further, in the permanent magnet motor according to the present invention, the rotor may be a salient pole portion protruding toward the stator (for example, a salient pole portion in an embodiment described later).
4), wherein the permanent magnet is disposed adjacent to the salient pole portion in the circumferential direction, and an outer peripheral portion of the permanent magnet (for example, an outer peripheral surface 15A in an embodiment described later).
Are exposed toward the stator, and in the circumferential direction of the rotor, the ratio M: T between the magnet width M of the permanent magnet and the width T of the salient pole portion is set to approximately 3: 2. It is characterized by being.
【０００９】上記構成の永久磁石式モータによれば、永
久磁石式モータの総損失を最小にして、最大トルク及び
運転可能な回転数領域を高くすることができ、例えば発
生可能な最大回転トルクは不変のまま、運転可能な回転
数領域を高回転側へと最大限に拡大することができると
共に、固定子からの回転磁界と永久磁石の界磁磁束との
相互作用を増大させて、より一層、永久磁石式モータの
効率を向上させることができる。According to the permanent magnet motor having the above structure, the total loss of the permanent magnet motor can be minimized to increase the maximum torque and the operable rotational speed range. It is possible to maximize the operable rotation speed range to the high rotation side while maintaining the same, and to increase the interaction between the rotating magnetic field from the stator and the field magnetic flux of the permanent magnet to further enhance the operation. Thus, the efficiency of the permanent magnet motor can be improved.
【００１０】[0010]
【発明の実施の形態】以下、本発明の永久磁石式モータ
の一実施形態について添付図面を参照しながら説明す
る。図１は本発明の一実施形態に係る永久磁石式モータ
１０の固定子１１の一部を破断して示す要部斜視図であ
り、図２は図１に示す永久磁石式モータ１０の回転子１
２の略１／２円の平面図である。本実施の形態による永
久磁石式モータ１０は、いわゆる永久磁石式の交流同期
モータをなすものであって、略円筒状の固定子１１と、
この固定子１１の内部に配置されて回転軸線Ｏ周りに回
転可能とされた略円柱状の回転子１２とを備えて構成さ
れている。略円筒状の固定子１１は、例えば、珪素鋼板
からなる複数の略円環板状の磁性体及び電気的絶縁材
が、回転軸線Ｏと同軸に交互に積層されて形成されてお
り、その内周面上から径方向内側に向かって突出すると
共に、回転軸線Ｏ方向に沿って伸びる複数のティース１
３，…，１３を備えている。そして、これらのティース
１３，…，１３は、固定子１１の周方向に所定間隔をお
いて配置されており、各ティース１３には固定子コイル
（図示略）がその中心軸を径方向に向けて巻回されてい
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of a permanent magnet motor according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a fragmentary perspective view showing a part of a stator 11 of a permanent magnet type motor 10 according to one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a rotor of the permanent magnet type motor 10 shown in FIG. 1
2 is a plan view of a substantially 1/2 circle of FIG. The permanent magnet type motor 10 according to the present embodiment forms a so-called permanent magnet type AC synchronous motor, and includes a substantially cylindrical stator 11,
A substantially cylindrical rotor 12 is provided inside the stator 11 and is rotatable around the rotation axis O. The substantially cylindrical stator 11 is formed by, for example, alternately laminating a plurality of substantially annular disk-shaped magnetic materials and electrical insulating materials made of silicon steel plates coaxially with the rotation axis O. A plurality of teeth 1 projecting radially inward from the peripheral surface and extending along the rotation axis O direction
3,..., 13. These teeth 13,..., 13 are arranged at predetermined intervals in the circumferential direction of the stator 11, and a stator coil (not shown) is provided on each of the teeth 13 so that the center axis thereof is directed in the radial direction. It is wound.
【００１１】略円柱状の回転子１２は、例えば、珪素鋼
板からなる複数の略円板状の磁性体及び電気的絶縁材
が、回転軸線Ｏと同軸に交互に積層されて形成されてい
る。回転子１２は、その外周面上から径方向外側に向か
って突出すると共に、回転軸線Ｏ方向に沿って伸びる複
数の突極１４，…，１４を備えている。そして、これら
の突極１４，…，１４は周方向に所定間隔をおいて配置
されており、隣り合う突極１４，１４の間に挟み込まれ
るようにして、回転軸線Ｏ方向に沿って伸びる略長方形
板状の永久磁石１５が装着されており、この永久磁石１
５の外周面１５Ａは固定子１１の内周面に向かって露出
している。The substantially cylindrical rotor 12 is formed, for example, by laminating a plurality of substantially disk-shaped magnetic bodies made of a silicon steel plate and an electrical insulating material coaxially with the rotation axis O. The rotor 12 has a plurality of salient poles 14,..., 14 projecting radially outward from the outer peripheral surface thereof and extending along the direction of the rotation axis O. The salient poles 14,..., 14 are arranged at a predetermined interval in the circumferential direction, and extend along the rotation axis O direction so as to be sandwiched between the adjacent salient poles 14, 14. A rectangular plate-shaped permanent magnet 15 is mounted.
5 is exposed toward the inner peripheral surface of the stator 11.
【００１２】なお、突極１４には、その外周部から周方
向の外側に向かって突出する２つの爪部１６，１６が設
けられており、隣り合う突極１４，１４の間で対向する
２つの爪部１６，１６は、永久磁石１５の外周面１５Ａ
の周方向両端部に当接して、永久磁石１５を内周側に向
かって押さえつけるようになっている。また、突極１４
の外周面１４Ａ及び永久磁石１５の外周面１５Ａは、例
えば回転軸線Ｏを中心とする所定の同一外径を有してお
り、両外周面１４Ａ，１５Ａは、固定子１１のティース
１３の内周面に対して所定の間隔をおいて近接配置され
ている。そして、永久磁石１５は、例えば径方向に磁化
されており、周方向に所定の間隔をおいて配置された複
数の永久磁石１５，…，１５は、隣り合う永久磁石１
５，１５の磁化方向が互いに反対方向となるように、す
なわち外周側がＮ極とされた永久磁石１５には、外周側
がＳ極とされた他の永久磁石１５が隣接するように配置
されている。The salient pole 14 is provided with two claw portions 16 projecting outward from the outer peripheral portion thereof in the circumferential direction. The two claw portions 16, 16 are provided on the outer peripheral surface 15A of the permanent magnet 15.
, And presses the permanent magnet 15 toward the inner peripheral side. In addition, salient pole 14
The outer peripheral surface 14A of the permanent magnet 15 and the outer peripheral surface 15A of the permanent magnet 15 have, for example, a predetermined same outer diameter centered on the rotation axis O, and the outer peripheral surfaces 14A and 15A are the inner peripheral surfaces of the teeth 13 of the stator 11. It is arranged close to the surface at a predetermined interval. The permanent magnets 15 are magnetized, for example, in the radial direction, and the plurality of permanent magnets 15,...
The permanent magnets 15 and 15 are arranged so that the magnetization directions thereof are opposite to each other, that is, another permanent magnet 15 whose outer periphery is an S pole is adjacent to the permanent magnet 15 whose outer periphery is an N pole. .
【００１３】図２に示すように、回転子１２の周方向で
回転軸線Ｏに対して、回転子１２の一極が占める角度θ
D、すなわち電気角での１８０°に対して、永久磁石１
５の磁石幅Ｍが占める角度θMは、θM／θDが約０．６
となるように設定され、突極１４の幅Ｔが占める角度θ
Tは、θT／θDが約０．４となるように設定されてい
る。すなわち、（永久磁石１５の磁石幅Ｍ）：（突極１
４の幅Ｔ）が略３：２となるように設定されている。な
お、回転子１２の一極が占める角度θDは、隣り合う永
久磁石１５，１５の各中心位置と、回転軸線Ｏとを結ぶ
２つの直線のなす角であり、θD＝θM＋θTである。As shown in FIG. 2, the angle θ occupied by one pole of the rotor 12 with respect to the rotation axis O in the circumferential direction of the rotor 12 is shown.
D , ie, 180 ° in electrical angle, the permanent magnet 1
The angle θ M occupied by the magnet width M of 5 is θ M / θ D of about 0.6.
The angle θ occupied by the width T of the salient pole 14
T is set such that θ T / θ D is approximately 0.4. That is, (magnet width M of permanent magnet 15): (salient pole 1
4 is set to be approximately 3: 2. The angle θ D occupied by one pole of the rotor 12 is an angle formed by two straight lines connecting the center positions of the adjacent permanent magnets 15 and 15 with the rotation axis O, and θ D = θ M + θ T. It is.
【００１４】本実施の形態による永久磁石式モータ１０
によれば、発生可能な最大回転トルクを不変とした場
合、例えば磁石幅Ｍと突極１４の幅Ｔとが等しくなるよ
うに形成された永久磁石式モータに比べて、固定子１１
に巻回される巻線の長さが短くなることで巻線抵抗は減
少するが、永久磁石１５の割合が増大することで逆起電
圧定数が増大するため、弱め界磁電流を含んだ通電電流
が増大して、結果として銅損は増大する。しかしなが
ら、磁束が鎖交する磁性体の体積が減少することで鉄損
は減少して、銅損と鉄損の加算された総損出としては最
小値を示すようになる。このように、永久磁石式モータ
１０の総損失が最小となるように設定することで、永久
磁石式モータ１０の発熱を抑制して、所定の冷却限界以
下で永久磁石式モータ１０を作動させることができる。
しかも、永久磁石式モータ１０の最大トルクを増大させ
ても運転可能な回転数領域が低くなることを防ぐと共
に、運転可能な回転数領域を高くしても発生可能な最大
トルクが減少してしまうことを防ぐことができ、例えば
発生可能な最大トルクは不変のまま、運転可能な回転数
領域を高回転側へと最大限に拡大することができる。さ
らに、永久磁石１５の外周面１５Ａを固定子１１に対し
て露出して配置することで、固定子１１からの回転磁界
と永久磁石１５の界磁磁束との相互作用を増大させて、
永久磁石式モータ１０を低損失、かつ高効率にて運転す
ることができる。The permanent magnet type motor 10 according to the present embodiment
According to the present invention, when the maximum rotational torque that can be generated is not changed, for example, compared to a permanent magnet type motor formed so that the magnet width M and the width T of the salient pole 14 are equal, the stator 11
As the length of the winding wound around the coil becomes short, the winding resistance decreases, but the back electromotive force constant increases due to the increase in the ratio of the permanent magnet 15, so that the energization including the field weakening current is performed. The current increases, resulting in an increase in copper losses. However, since the volume of the magnetic material with which the magnetic flux links decreases, the iron loss decreases, and the total loss including the copper loss and the iron loss shows a minimum value. In this way, by setting the total loss of the permanent magnet type motor 10 to be minimized, the heat generation of the permanent magnet type motor 10 is suppressed, and the permanent magnet type motor 10 is operated below a predetermined cooling limit. Can be.
Moreover, even if the maximum torque of the permanent magnet type motor 10 is increased, the operable rotation speed region is prevented from being lowered, and the maximum torque that can be generated even if the operable rotation speed region is increased is reduced. For example, it is possible to maximize the operable speed range to the high speed side while keeping the maximum torque that can be generated unchanged. Furthermore, by arranging the outer peripheral surface 15A of the permanent magnet 15 so as to be exposed to the stator 11, the interaction between the rotating magnetic field from the stator 11 and the field magnetic flux of the permanent magnet 15 is increased,
The permanent magnet motor 10 can be operated with low loss and high efficiency.
【００１５】なお、本実施形態においては、永久磁石１
５の外周面１５Ａが固定子１１の内周面に向かって露出
しているとしたが、これに限定されず、図３に示す本実
施形態の変形例に係る永久磁石式モータの回転子２２の
略１／２円の平面図のように、回転子２２の外周部近傍
において、複数の永久磁石１５，…，１５が周方向に所
定の間隔をおいて埋め込まれていても良い。すなわち、
略円柱状の回転子２２は、例えば珪素鋼板からなる複数
の略円板状の磁性体及び電気的絶縁体が回転軸線Ｏ方向
に沿って交互に積層されて形成されている。そして、回
転子２２の内部であって外周部近傍には、回転軸線Ｏ方
向に沿って伸びる複数の磁石装着孔２３，…，２３が周
方向に所定の間隔をおいて貫設されており、この磁石装
着孔２３に永久磁石１５が装着されている。In this embodiment, the permanent magnet 1
5 is exposed toward the inner peripheral surface of the stator 11, but is not limited to this. The rotor 22 of the permanent magnet type motor according to the modification of the present embodiment shown in FIG. A plurality of permanent magnets 15,..., 15 may be embedded at predetermined intervals in the circumferential direction in the vicinity of the outer periphery of the rotor 22, as shown in a plan view of a substantially half circle. That is,
The substantially columnar rotor 22 is formed by alternately laminating a plurality of substantially disk-shaped magnetic bodies and electrical insulators made of, for example, a silicon steel plate along the rotation axis O direction. Inside the rotor 22 and near the outer peripheral portion, a plurality of magnet mounting holes 23,..., 23 extending in the direction of the rotation axis O are provided at predetermined intervals in the circumferential direction. The permanent magnet 15 is mounted in the magnet mounting hole 23.
【００１６】そして、回転子２２の周方向で回転軸線Ｏ
に対して、回転子２２の一極が占める角度θD、すなわ
ち電気角での１８０°に対して、永久磁石１５の磁石幅
Ｍが占める角度θMは、θM／θDが約０．６となるよう
に設定され、隣り合う永久磁石１５，１５に挟み込まれ
る回転子２２の挟込部２２ａの幅Ｒが占める角度θ
Rは、θR／θDが約０．４となるように設定されてい
る。なお、θD＝θM＋θRである。すなわち、（永久磁
石１５の磁石幅Ｍ）：（挟込部２２ａの幅Ｒ）が略３：
２となるように設定されている。The rotation axis O in the circumferential direction of the rotor 22 is
With respect to the angle θ D occupied by one pole of the rotor 22, that is, 180 ° in electrical angle, the angle θ M occupied by the magnet width M of the permanent magnet 15 is θ M / θ D of about 0.1. 6, the angle θ occupied by the width R of the sandwiching portion 22a of the rotor 22 sandwiched between the adjacent permanent magnets 15, 15.
R is set so that θ R / θ D is approximately 0.4. Note that θ D = θ M + θ R. That is, (magnet width M of the permanent magnet 15) :( width R of the sandwiching portion 22a) is approximately 3:
2 is set.
【００１７】次に、上述した実施の形態による永久磁石
式モータ１０の作動時での総損失を算出した結果につい
て添付図面を参照しながら説明する。ここで、図４は、
後述する実施例１にて永久磁石式モータ１０に所定の回
転トルクを発生させる場合に、（θM／θD）の値に応じ
て変化する回転子１２及び固定子１１の積み厚、すなわ
ち回転軸線Ｏ方向の長さを示すグラフ図であり、図５
は、後述する実施例１にて所定の回転数及び出力を得る
場合に、（θM／θD）の値に応じて変化する通電電流の
大きさを示すグラフ図であり、図６は、後述する実施例
１にて所定の回転数及び出力を得る場合に、（θM／
θD）の値に応じて変化する銅損及び鉄損を示すグラフ
図であり、図７は、後述する実施例１及び実施例２にて
所定の回転数及び出力を得る場合に、（θM／θD）の値
に応じて変化する総損失を示すグラフ図である。Next, the result of calculating the total loss during the operation of the permanent magnet motor 10 according to the above-described embodiment will be described with reference to the accompanying drawings. Here, FIG.
When a predetermined rotational torque is generated in the permanent magnet type motor 10 in the first embodiment described later, the stacked thickness of the rotor 12 and the stator 11 that changes according to the value of (θ M / θ D ), that is, the rotation FIG. 5 is a graph showing the length in the direction of the axis O, and FIG.
FIG. 6 is a graph showing the magnitude of an energizing current that changes according to the value of (θ M / θ D ) when a predetermined rotation speed and output are obtained in Example 1 described later. When a predetermined rotation speed and output are obtained in the first embodiment described below, (θ M /
FIG. 7 is a graph showing copper loss and iron loss that change in accordance with the value of (θ D ). FIG. 7 shows a case where a predetermined rotation speed and output are obtained in Embodiments 1 and 2 described below. FIG. 4 is a graph showing the total loss that changes according to the value of ( M / θ D ).
【００１８】なお、以下において、実施例１では、回転
子の外径を約１４０ｍｍとし、極数を１０極とし、最大
トルク約２４０Ｎｍとし、突極１４及び永久磁石１５の
径方向の厚さを約５ｍｍとして、（永久磁石１５の磁石
幅Ｍが占める角度θM）／（回転子２２の一極が占める
角度θD）の値に応じて変化する回転子１２及び固定子
１１の積み厚（ｍｍ）、すなわち回転軸線Ｏ方向の長さ
と、固定子１１に巻回される巻線の巻線抵抗（ｍΩ）と
を算出した。さらに、回転数が１１０００ｒｐｍ（最高
回転数）での出力を５０ｋＷとした場合の通電電流
（Ａ）と、銅損（Ｗ）及び鉄損（Ｗ）からなる総損出
（Ｗ）とを算出した。結果を表１に示した。In the following, in the first embodiment, the outer diameter of the rotor is set to about 140 mm, the number of poles is set to 10, the maximum torque is set to about 240 Nm, and the radial thicknesses of the salient poles 14 and the permanent magnets 15 are set. Assuming that the width is about 5 mm, the stacking thickness of the rotor 12 and the stator 11 (the angle θ M occupied by the magnet width M of the permanent magnet 15) / (the angle θ D occupied by one pole of the rotor 22) changes. mm), that is, the length in the direction of the rotation axis O and the winding resistance (mΩ) of the winding wound around the stator 11 were calculated. Further, the current flowing (A) when the output at a rotation speed of 11000 rpm (maximum rotation speed) was set to 50 kW, and the total loss (W) composed of copper loss (W) and iron loss (W) were calculated. . The results are shown in Table 1.
【００１９】[0019]
【表１】 [Table 1]
【００２０】また、実施例２では、回転子の外径を約１
４０ｍｍとし、極数を１０極とし、最大トルク約１６０
Ｎｍとし、突極１４及び永久磁石１５の径方向の厚さを
約５ｍｍとして、（永久磁石１５の磁石幅Ｍが占める角
度θM）／（回転子２２の一極が占める角度θD）の値に
応じて変化する回転子１２及び固定子１１の積み厚（ｍ
ｍ）と、固定子１１に巻回される巻線の巻線抵抗（ｍ
Ω）とを算出した。さらに、回転数が１５０００ｒｐｍ
（最高回転数）での出力を３５ｋＷとした場合の通電電
流（Ａ）と、銅損（Ｗ）及び鉄損（Ｗ）からなる総損出
（Ｗ）を算出した。結果を表２に示した。In the second embodiment, the outer diameter of the rotor is set to about 1
40 mm, the number of poles is 10 and the maximum torque is about 160
Nm, the radial thickness of the salient poles 14 and the permanent magnets 15 is about 5 mm, and (angle θ M occupied by the magnet width M of the permanent magnets 15) / (angle θ D occupied by one pole of the rotor 22). The stacking thickness of the rotor 12 and the stator 11 (m
m) and the winding resistance of the winding wound around the stator 11 (m
Ω) was calculated. Furthermore, the rotation speed is 15,000 rpm
The conduction current (A) when the output at (maximum rotation speed) was 35 kW and the total loss (W) consisting of copper loss (W) and iron loss (W) were calculated. The results are shown in Table 2.
【００２１】[0021]
【表２】 [Table 2]
【００２２】先ず、図４に示すように、回転子１２の一
極分に対して永久磁石１５の占める割合が増大すると、
単位積み厚当たりの回転トルクが増大することから、所
定の回転トルクを発生させるのに必要な積み厚が減少す
る。また、図５に示すように、回転子１２の一極分に対
して永久磁石１５の占める割合が増大すると、逆起電圧
定数が増大するために、弱め界磁電流を含む通電電流は
増加する。さらに、図６に示すように、回転子１２の一
極分に対して永久磁石１５の占める割合が増大すると、
弱め界磁電流を含む通電電流は増大するが、磁束が鎖交
する磁性体の体積が減少するため、結果として鉄損は減
少する。一方、銅損の場合には、固定子１１に巻回され
る巻線の長さが短くなることで巻線抵抗は減少するが、
弱め界磁電流を含んだ通電電流が増大するため、結果と
して銅損は増大する。従って、図７に示すように、回転
子１２の一極分に対して永久磁石１５の占める割合が増
大すると、鉄損の減少と、銅損の増加とに伴って、総損
失が最小値となる位置が現れる。この位置は、θM／θD
が約０．６となる位置であって、突極１４の幅Ｔが占め
る角度θTに対しては、θT／θDが約０．４となり、
（永久磁石１５の磁石幅Ｍ）：（突極１４の幅Ｔ）が略
３：２となる位置である。First, as shown in FIG. 4, when the ratio of the permanent magnet 15 to one pole of the rotor 12 increases,
Since the rotational torque per unit stack thickness increases, the stack thickness required to generate a predetermined rotational torque decreases. Further, as shown in FIG. 5, when the ratio of the permanent magnet 15 to one pole of the rotor 12 increases, the back electromotive force constant increases, so that the conduction current including the field weakening current increases. . Further, as shown in FIG. 6, when the ratio of the permanent magnet 15 to one pole of the rotor 12 increases,
The conduction current including the field-weakening current increases, but the volume of the magnetic body with which the magnetic flux links decreases, and as a result, the iron loss decreases. On the other hand, in the case of copper loss, although the winding resistance wound around the stator 11 is reduced by shortening the length of the winding,
Since the conduction current including the field weakening current increases, the copper loss increases as a result. Therefore, as shown in FIG. 7, when the ratio of the permanent magnet 15 to one pole of the rotor 12 increases, the total loss becomes a minimum value with a decrease in iron loss and an increase in copper loss. Appears. This position is θ M / θ D
Is about 0.6, and for the angle θ T occupied by the width T of the salient pole 14, θ T / θ D becomes about 0.4,
(Magnet width M of permanent magnet 15): This is a position where (width T of salient pole 14) is approximately 3: 2.
【００２３】[0023]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の永久磁石
式モータによれば、永久磁石式モータの総損失を最小化
することができ、永久磁石式モータの発熱を抑制して効
率を向上させることができる。しかも、永久磁石式モー
タの最大トルクを増大させても運転可能な回転数領域が
低くなることを防ぐと共に、運転可能な回転数領域を高
くしても発生可能な最大トルクが減少してしまうことを
防ぐことができ、例えば発生可能な最大トルクは不変の
まま、運転可能な回転数領域を高回転側へと最大限に拡
大することができる。さらに、請求項２に記載の本発明
の永久磁石式モータによれば、永久磁石式モータの総損
失を最小化して、発生可能な最大トルク及び運転可能な
回転領域を高くすることができることに加えて、固定子
からの回転磁界と永久磁石の界磁磁束との相互作用を増
大させて、より一層、永久磁石式モータの効率を向上さ
せることができる。As described above, according to the permanent magnet type motor of the present invention, the total loss of the permanent magnet type motor can be minimized, and the heat generation of the permanent magnet type motor is suppressed to improve the efficiency. Can be done. Moreover, even if the maximum torque of the permanent magnet type motor is increased, the operable speed range is prevented from being lowered, and the maximum operable speed range is reduced even if the operable speed range is increased. For example, it is possible to maximize the operable speed range to the high speed side while keeping the maximum torque that can be generated unchanged. Further, according to the permanent magnet motor of the present invention described in claim 2, in addition to minimizing the total loss of the permanent magnet motor, the maximum torque that can be generated and the operable rotation range can be increased. Thus, the interaction between the rotating magnetic field from the stator and the field magnetic flux of the permanent magnet is increased, and the efficiency of the permanent magnet motor can be further improved.
【図１】 本発明の一実施形態に係る永久磁石式モータ
の固定子の一部を破断して示す要部斜視図である。FIG. 1 is a fragmentary perspective view showing a part of a stator of a permanent magnet type motor according to an embodiment of the present invention in a cutaway manner.
【図２】 図１に示す永久磁石式モータの回転子の略１
／２円の平面図である。FIG. 2 is a schematic view of a rotor 1 of the permanent magnet type motor shown in FIG. 1;
It is a top view of a / 2 circle.
【図３】 本実施形態の変形例に係る永久磁石式モータ
の回転子の略１／２円の平面図である。FIG. 3 is a plan view of a substantially half circle of a rotor of a permanent magnet motor according to a modified example of the embodiment.
【図４】 実施例１にて永久磁石式モータに所定の回転
トルクを発生させる場合に、（θM／θD）の値に応じて
変化する回転子及び固定子の積み厚を示すグラフ図であ
る。FIG. 4 is a graph showing the stacked thickness of the rotor and the stator that changes according to the value of (θ M / θ D ) when a predetermined rotational torque is generated in the permanent magnet type motor in the first embodiment. It is.
【図５】 実施例１にて所定の回転数及び出力を得る場
合に、（θM／θD）の値に応じて変化する通電電流の大
きさを示すグラフ図である。FIG. 5 is a graph showing the magnitude of an energizing current that changes according to the value of (θ M / θ D ) when a predetermined number of rotations and output are obtained in the first embodiment.
【図６】 実施例１にて所定の回転数及び出力を得る場
合に、（θM／θD）の値に応じて変化する銅損及び鉄損
を示すグラフ図である。FIG. 6 is a graph showing copper loss and iron loss that change in accordance with the value of (θ M / θ D ) when a predetermined rotation speed and output are obtained in the first embodiment.
【図７】 実施例１及び実施例２にて所定の回転数及び
出力を得る場合に、（θM／θD）の値に応じて変化する
総損失を示すグラフ図である。FIG. 7 is a graph showing the total loss that changes according to the value of (θ M / θ D ) when a predetermined number of rotations and output are obtained in the first and second embodiments.
１０ 永久磁石式モータ １１ 固定子 １２ 回転子 １４ 突極（突極部） １５ 永久磁石 Reference Signs List 10 permanent magnet motor 11 stator 12 rotor 14 salient pole (salient pole) 15 permanent magnet
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 篠木 弘明 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 伊藤 智之 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 斉藤 祐司 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 近藤 一 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 Ｆターム(参考） 5H621 AA03 GA01 GA04 HH01 JK02 JK03 5H622 AA03 CA02 CA05 CB04 CB05 CB06 PP10 PP11 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Hiroaki Shinoki 1-4-1 Chuo, Wako-shi, Saitama Prefecture Inside Honda R & D Co., Ltd. (72) Inventor Tomoyuki Ito 1-4-1 Chuo, Wako-shi, Saitama Inside Honda R & D Co., Ltd. (72) Inventor Yuji Saito 1-4-1 Chuo, Wako-shi, Saitama Prefecture Inside Honda R & D Co., Ltd. (72) Inventor Kazuto Kondo 1-4-1-1 Chuo, Wako-shi, Saitama F-term in Honda R & D Co., Ltd. (Reference) 5H621 AA03 GA01 GA04 HH01 JK02 JK03 5H622 AA03 CA02 CA05 CB04 CB05 CB06 PP10 PP11
Claims (2)
回転子を回転させる回転磁界を発生する固定子とを備え
た永久磁石式モータであって、 前記回転子の周方向において、前記永久磁石の磁石幅Ｍ
と、隣り合う前記永久磁石間の間隔Ｒとの比率Ｍ：Ｒ
が、略３：２に設定されていることを特徴とする永久磁
石式モータ。1. A permanent magnet motor comprising: a rotor having a plurality of permanent magnets; and a stator for generating a rotating magnetic field for rotating the rotor, wherein the permanent magnet is provided in a circumferential direction of the rotor. Magnet width M of magnet
And the ratio M: R of the interval R between the adjacent permanent magnets
However, the ratio is set to approximately 3: 2.
する突極部を備えており、 前記永久磁石は前記突極部に対して周方向に隣接して配
置されると共に、前記永久磁石の外周部は前記固定子に
向かって露出しており、 前記回転子の周方向において、前記永久磁石の磁石幅Ｍ
と、前記突極部の幅Ｔとの比率Ｍ：Ｔが、略３：２に設
定されていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁
石式モータ。2. The rotor has a salient pole protruding toward the stator. The permanent magnet is disposed adjacent to the salient pole in a circumferential direction, and the permanent magnet is Is exposed toward the stator, and has a magnet width M of the permanent magnet in the circumferential direction of the rotor.
2. The permanent magnet motor according to claim 1, wherein a ratio M: T between the width of the salient pole portion and the width T is set to approximately 3: 2. 3.
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