JP2002044888A - Motor and motor controller - Google Patents
Motor and motor controllerInfo
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- JP2002044888A JP2002044888A JP2000223681A JP2000223681A JP2002044888A JP 2002044888 A JP2002044888 A JP 2002044888A JP 2000223681 A JP2000223681 A JP 2000223681A JP 2000223681 A JP2000223681 A JP 2000223681A JP 2002044888 A JP2002044888 A JP 2002044888A
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- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
- Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明はモータおよびモー
タ制御装置に関し、さらに詳細にいえば、高効率化およ
び軽量化を達成することができるモータ、およびこのモ
ータを制御するための装置に関する。[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a motor and a motor control device, and more particularly, to a motor capable of achieving high efficiency and light weight, and a device for controlling the motor.
【０００２】[0002]
【従来の技術】モータには、漏れ磁束以外にもトルク発
生に寄与しない磁束があり、これらの磁束により固定子
の磁束密度が必要以上に高くなるため、鉄損が大きくな
っていた。また、電流も必要以上に大きくなっていたた
め銅損も大きくなっていた。2. Description of the Related Art In a motor, there are magnetic fluxes which do not contribute to torque generation other than leakage magnetic flux, and these magnetic fluxes increase the magnetic flux density of a stator more than necessary, so that iron loss increases. In addition, the current was also unnecessarily large, so that the copper loss was also large.
【０００３】そして、損失を減少させる手法として、
（１）固定子のバックヨーク部を厚くして鉄損を減少さ
せる手法、（２）スロット面積を広くして銅損を減少さ
せる手法、（３）磁石の積厚方向の両端を二等辺三角形
状に削って鉄損を減少させる手法（特開平１１−１０３
５４３号公報参照）、および（４）固定子として方向性
電磁鋼板を用いて鉄損を減少させる手法（特開平１０−
２７１７１６号公報参照）が提案されている。[0003] As a method of reducing the loss,
(1) A method of reducing iron loss by thickening the back yoke portion of the stator; (2) A method of reducing copper loss by increasing the slot area; (3) An isosceles triangle at both ends of the magnet in the stacking direction Method for reducing iron loss by shaping into a shape (Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 11-103)
No. 543), and (4) a method of reducing iron loss by using a grain-oriented electrical steel sheet as a stator (Japanese Unexamined Patent Publication No.
271716).
【０００４】そして、これらの手法を採用することによ
って、鉄損または銅損を減少させることができ、モータ
の高効率化を達成することができると思われる。[0004] By adopting these techniques, it is considered that iron loss or copper loss can be reduced and high efficiency of the motor can be achieved.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】（１）の手法を採用し
た場合には、バックヨーク部を厚くすることによって磁
束密度が飽和するのを緩和し、ひいては鉄損を減少させ
ることができる。しかし、バックヨーク部を厚くすると
スロット面積が減少し、巻線装着量が減少して抵抗値の
増加を招き、ひいては銅損の増加を招いてしまう。この
結果、十分な高効率化を達成することができない。特
に、鉄損の減少分よりも銅損の増加分が多い場合には、
かえって効率を低下させることになってしまう。When the method (1) is adopted, the saturation of the magnetic flux density can be reduced by increasing the thickness of the back yoke, and the iron loss can be reduced. However, when the back yoke portion is made thicker, the slot area is reduced, the amount of windings is reduced, the resistance value is increased, and the copper loss is increased. As a result, a sufficiently high efficiency cannot be achieved. In particular, if the increase in copper loss is greater than the decrease in iron loss,
Instead, the efficiency is reduced.
【０００６】（２）の手法を採用した場合には、スロッ
ト面積を広くすることによって巻線装着量を増加させ、
抵抗値を下げ、銅損を減少させることができる。しか
し、スロット面積を増加させると、突極部の厚み、バッ
クヨーク部の厚みが小さくなり、固定子が磁気飽和しや
すくなり、鉄損の増加を招いてしまう。この結果、十分
な高効率化を達成することができない。特に、銅損の減
少分よりも鉄損の増加分が多い場合には、かえって効率
を低下させることになってしまう。When the method (2) is employed, the amount of winding is increased by enlarging the slot area,
The resistance value can be reduced, and the copper loss can be reduced. However, when the slot area is increased, the thickness of the salient pole portion and the thickness of the back yoke portion are reduced, and the stator is likely to be magnetically saturated, resulting in an increase in iron loss. As a result, a sufficiently high efficiency cannot be achieved. In particular, when the increase in the iron loss is larger than the decrease in the copper loss, the efficiency is rather lowered.
【０００７】すなわち、（１）の手法、（２）の手法に
おいては、鉄損と銅損とがトレードオフの関係にあり、
両者をともに減少させて十分な高効率化を達成すること
は不可能である。That is, in the methods (1) and (2), there is a trade-off between iron loss and copper loss.
It is impossible to reduce both of them to achieve a sufficiently high efficiency.
【０００８】（３）の手法を採用した場合には、磁石を
削っているので、その分だけ磁石トルクが減少してしま
う。In the case of employing the method (3), since the magnet is shaved, the magnet torque is reduced accordingly.
【０００９】（４）の手法を採用した場合には、方向性
電磁鋼板を用いることに起因してコストアップを招いて
しまう。When the method (4) is employed, the cost is increased due to the use of the grain-oriented electrical steel sheet.
【００１０】[0010]
【発明の目的】この発明は上記の問題点に鑑みてなされ
たものであり、鉄損と銅損を共に減少させて高効率化を
達成することができるとともに、軽量化を達成すること
ができ、しかも磁石を削る必要がないとともに、方向性
電磁鋼板を用いる必要がないモータを提供すること、お
よびこのモータを制御するための装置を提供することを
目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and it is possible to reduce both iron loss and copper loss to achieve high efficiency and achieve weight reduction. Further, it is an object of the present invention to provide a motor that does not need to cut a magnet and does not need to use a grain-oriented electrical steel sheet, and to provide an apparatus for controlling the motor.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】請求項１のモータは、回
転子の内部に複数個の所定厚みの永久磁石を装着してな
るとともに、各永久磁石の周方向の端部に連続させて、
回転子の表面近傍まで延び、かつ永久磁石の厚みよりも
大きい周方向長さの非磁性部を有しているものである。According to a first aspect of the present invention, there is provided a motor including a plurality of permanent magnets having a predetermined thickness mounted inside a rotor, and connected to circumferential ends of the respective permanent magnets.
It has a non-magnetic portion extending to the vicinity of the rotor surface and having a circumferential length greater than the thickness of the permanent magnet.
【００１２】請求項２のモータは、回転子の磁極数が２
ｎ（ｎは正の整数）であり、回転子表面における各磁極
鉄心の極角が１２０／ｎ度以下であるものである。In the motor according to the second aspect, the number of magnetic poles of the rotor is two.
n (n is a positive integer), and the polar angle of each magnetic pole iron core on the rotor surface is 120 / n degrees or less.
【００１３】請求項３のモータは、回転子の磁極数が２
ｎ（ｎは正の整数）であり、回転子表面における各磁極
鉄心の極角が６０／ｎ度以上かつ１２０／ｎ度以下であ
るものである。According to a third aspect of the present invention, the number of magnetic poles of the rotor is two.
n (n is a positive integer), and the pole angle of each magnetic pole core on the rotor surface is not less than 60 / n degrees and not more than 120 / n degrees.
【００１４】請求項４のモータは、回転子として真円筒
状のものを採用するものである。A motor according to a fourth aspect of the present invention employs a rotor having a true cylindrical shape.
【００１５】請求項５のモータは、非磁性部の半径方向
の外側に位置して磁極鉄心どうしを連結するブリッジ部
を補強すべく各ブリッジ部よりも半径方向の内側に位置
し、かつ周方向に延びる補強ブリッジ部を有するもので
ある。According to a fifth aspect of the present invention, the motor is located radially outside of the non-magnetic portion and radially inward of each bridge portion to reinforce a bridge portion connecting the magnetic pole cores to each other, and in a circumferential direction. And a reinforcing bridge portion extending in the direction.
【００１６】請求項６のモータは、非磁性部の半径方向
の外側に位置して磁極鉄心どうしを連結するブリッジ部
を補強すべく、ほぼ半径方向に延びる補強リブを有する
ものである。According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a motor having a reinforcing rib extending in a substantially radial direction to reinforce a bridge portion which is located radially outside the non-magnetic portion and connects the magnetic pole cores.
【００１７】請求項７のモータは、非磁性部の半径方向
の外側に位置して磁極鉄心どうしを連結するブリッジ部
を補強すべく、各ブリッジ部よりも半径方向の内側に位
置し、かつ周方向に延びる補強ブリッジ部を有するとと
もに、ほぼ半径方向に延びる補強リブを有するものであ
る。According to a seventh aspect of the present invention, the motor is located radially inward of each of the bridge portions so as to reinforce the bridge portions which are located radially outside of the non-magnetic portion and connect the magnetic pole cores to each other. And a reinforcing rib extending substantially in the radial direction.
【００１８】請求項８のモータは、回転子を包囲する固
定子として、直巻巻線が施されたものを採用するもので
ある。[0018] The motor according to claim 8 employs a stator having a series winding as a stator surrounding the rotor.
【００１９】請求項９のモータ制御装置は、請求項１か
ら請求項８の何れかのモータに供給するモータ駆動電流
の位相をモータ誘起電圧よりも進める電流位相制御手段
を含むものである。According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a motor control device including current phase control means for advancing the phase of a motor driving current supplied to any one of the first to eighth motors more than the motor induced voltage.
【００２０】請求項１０のモータ制御装置は、請求項１
から請求項８の何れかのモータに電圧を供給するインバ
ータを含み、最大回転数のモータ端子電圧をインバータ
電圧以上に設定したものである。According to a tenth aspect of the present invention, there is provided the motor control device according to the first aspect.
And an inverter for supplying a voltage to the motor according to any one of claims 8 to 10, wherein the motor terminal voltage at the maximum rotational speed is set to be equal to or higher than the inverter voltage.
【００２１】請求項１１のモータ制御装置は、直接に、
もしくは間接にモータ誘起電圧を検出し、検出されたモ
ータ誘起電圧から回転子位置を検出し、検出された回転
子位置に基づいてモータ駆動電流またはモータ供給電圧
を制御する制御手段をさらに含むものである。The motor control device according to claim 11 directly
Alternatively, it further includes control means for detecting a motor induced voltage indirectly, detecting a rotor position from the detected motor induced voltage, and controlling a motor drive current or a motor supply voltage based on the detected rotor position.
【００２２】請求項１２のモータ制御装置は、固定子印
加電圧、モータ電流、モータの機器定数を用いて回転子
位置を算出し、算出された回転子位置に基づいてモータ
駆動電流またはモータ供給電圧を制御する制御手段をさ
らに含むものである。According to a twelfth aspect of the present invention, a motor control device calculates a rotor position using a stator applied voltage, a motor current, and a motor device constant, and based on the calculated rotor position, a motor drive current or a motor supply voltage. Is further included.
【００２３】請求項１３のモータ制御装置は、電圧形イ
ンバータが発生する高調波電流から求めたインダクタン
スおよび回転子の突極性から回転子位置を算出し、算出
された回転子位置に基づいてモータ駆動電流またはモー
タ供給電圧を制御する制御手段をさらに含むものであ
る。According to a thirteenth aspect of the present invention, the motor controller calculates a rotor position from the inductance obtained from the harmonic current generated by the voltage source inverter and the saliency of the rotor, and drives the motor based on the calculated rotor position. It further includes control means for controlling the current or the motor supply voltage.
【００２４】請求項１４のモータ制御装置は、モータ中
性点信号から回転子位置を検出し、検出された回転子位
置に基づいてモータ駆動電流またはモータ供給電圧を制
御する制御手段をさらに含むものである。According to a fourteenth aspect of the present invention, the motor control device further includes control means for detecting a rotor position from a motor neutral point signal and controlling a motor drive current or a motor supply voltage based on the detected rotor position. .
【００２５】請求項１５のモータ制御装置は、モータに
より圧縮機を駆動するものである。A motor control device according to a fifteenth aspect drives a compressor by a motor.
【００２６】[0026]
【作用】請求項１のモータであれば、回転子の内部に複
数個の所定厚みの永久磁石を装着してなるとともに、各
永久磁石の周方向の端部に連続させて、回転子の表面近
傍まで延び、かつ永久磁石の厚みよりも大きい周方向長
さの非磁性部を有しているのであるから、磁束の流れを
非磁性部以外の箇所に集中させて漏れ磁束を低減し、ひ
いては電流を低減させて銅損を減少させ、しかも、トル
ク発生に寄与しない磁束を低減して磁束密度を下げ、ひ
いては鉄損を減少させ、さらに回転子を軽量化して速度
応答性を高めることができる。According to the motor of the first aspect, a plurality of permanent magnets having a predetermined thickness are mounted inside the rotor, and the permanent magnets are connected to circumferential ends of the permanent magnets so as to be connected to the surface of the rotor. Since it has a non-magnetic portion that extends to the vicinity and has a circumferential length greater than the thickness of the permanent magnet, it concentrates the flow of magnetic flux to locations other than the non-magnetic portion to reduce leakage magnetic flux, and thus The current can be reduced to reduce copper loss, and furthermore, the magnetic flux that does not contribute to torque generation can be reduced to lower the magnetic flux density, thus reducing the iron loss and further reducing the weight of the rotor to improve speed responsiveness. .
【００２７】請求項２のモータであれば、回転子の磁極
数が２ｎ（ｎは正の整数）であり、回転子表面における
各磁極鉄心の極角が１２０／ｎ度以下であるから、請求
項１の作用に加え、漏れ磁束、トルク発生に寄与しない
磁束に起因する鉄損、銅損を一層減少させることができ
る。In the motor according to the second aspect, the number of magnetic poles of the rotor is 2n (n is a positive integer), and the polar angle of each magnetic pole core on the rotor surface is 120 / n degrees or less. In addition to the effects of the item 1, the iron loss and the copper loss caused by the leakage magnetic flux and the magnetic flux that does not contribute to the torque generation can be further reduced.
【００２８】請求項３のモータであれば、回転子の磁極
数が２ｎ（ｎは正の整数）であり、回転子表面における
各磁極鉄心の極角が６０／ｎ度以上かつ１２０／ｎ度以
下であるから、請求項１の作用に加え、漏れ磁束、トル
ク発生に寄与しない磁束に起因する鉄損、銅損を一層減
少させるとともに、銅損の増加を防止し、しかもトルク
発生に寄与する磁束の減少を防止してトルクリプルの増
加を防止することができる。In the motor according to the third aspect, the number of magnetic poles of the rotor is 2n (n is a positive integer), and the polar angle of each magnetic core on the rotor surface is 60 / n degrees or more and 120 / n degrees. From the following, in addition to the effect of claim 1, iron loss and copper loss caused by leakage magnetic flux and magnetic flux not contributing to torque generation are further reduced, increase in copper loss is prevented, and contribution to torque generation is achieved. A decrease in magnetic flux can be prevented, and an increase in torque ripple can be prevented.
【００２９】請求項４のモータであれば、回転子として
真円筒状のものを採用するのであるから、請求項１から
請求項３の何れかの作用に加え、風損やトルクリプルに
起因する悪影響を防止することができる。In the case of the motor of the fourth aspect, since a rotor having a true cylindrical shape is employed, in addition to the action of any one of the first to third aspects, an adverse effect due to windage loss and torque ripple is provided. Can be prevented.
【００３０】請求項５のモータであれば、非磁性部の半
径方向の外側に位置して磁極鉄心どうしを連結するブリ
ッジ部を補強すべく各ブリッジ部よりも半径方向の内側
に位置し、かつ周方向に延びる補強ブリッジ部を有する
のであるから、請求項１から請求項４の何れかの作用に
加え、磁気吸引力、遠心力に起因する回転子の変形を防
止することができる。In the motor according to the fifth aspect, the motor is positioned radially outside of the non-magnetic portion and is positioned radially inward of each bridge to reinforce the bridge connecting the magnetic pole cores. Since it has the reinforcing bridge portion extending in the circumferential direction, it is possible to prevent the rotor from being deformed due to the magnetic attraction force and the centrifugal force, in addition to the function of any one of the first to fourth aspects.
【００３１】請求項６のモータであれば、非磁性部の半
径方向の外側に位置して磁極鉄心どうしを連結するブリ
ッジ部を補強すべく、ほぼ半径方向に延びる補強リブを
有するのであるから、請求項１から請求項４の何れかの
作用に加え、磁気吸引力、遠心力に起因する回転子の変
形を防止することができる。In the motor according to the sixth aspect, the reinforcing ribs extending substantially in the radial direction are provided outside the non-magnetic portion in the radial direction to reinforce the bridge portion connecting the magnetic pole cores. In addition to the function of any one of claims 1 to 4, deformation of the rotor due to magnetic attraction and centrifugal force can be prevented.
【００３２】請求項７のモータであれば、非磁性部の半
径方向の外側に位置して磁極鉄心どうしを連結するブリ
ッジ部を補強すべく、各ブリッジ部よりも半径方向の内
側に位置し、かつ周方向に延びる補強ブリッジ部を有す
るとともに、ほぼ半径方向に延びる補強リブを有するの
であるから、請求項１から請求項４の何れかの作用に加
え、磁気吸引力、遠心力に起因する回転子の変形を防止
することができる。In the motor according to the present invention, in order to reinforce a bridge portion which is located radially outside the non-magnetic portion and connects the magnetic pole cores, it is located radially inward from each bridge portion, In addition to the reinforcing ribs extending in the circumferential direction and the reinforcing ribs extending substantially in the radial direction, the rotation caused by magnetic attraction force and centrifugal force is achieved in addition to the effect of any one of claims 1 to 4. The deformation of the child can be prevented.
【００３３】請求項８のモータであれば、回転子を包囲
する固定子として、直巻巻線が施されたものを採用する
のであるから、請求項１から請求項７の何れかの作用に
加え、巻線抵抗を一層減少させて銅損を大幅に減少させ
ることができるとともに、コイルエンド部を短くして省
資源化、低コスト化を達成することができる。In the motor according to the eighth aspect, since a stator having a series winding is adopted as the stator surrounding the rotor, the operation according to any one of the first to seventh aspects is achieved. In addition, the winding resistance can be further reduced to greatly reduce the copper loss, and the coil end can be shortened to achieve resource saving and cost reduction.
【００３４】請求項９のモータ制御装置であれば、請求
項１から請求項８の何れかのモータに供給するモータ駆
動電流の位相をモータ誘起電圧よりも進める電流位相制
御手段を含むのであるから、請求項１から請求項８の何
れかの作用に加え、磁石トルクとリラクタンストルクを
併用してトルク／電流比が大きくなる高効率運転を達成
することができ、しかもモータ誘起電圧がインバータ電
圧よりも上昇する回転数において弱め磁束効果を利用し
て回転数を高速側に拡大することができる。According to the ninth aspect of the present invention, the motor control apparatus includes a current phase control means for advancing the phase of the motor drive current supplied to any one of the first to eighth aspects with respect to the motor induced voltage. In addition to the effect of any one of claims 1 to 8, high efficiency operation in which the torque / current ratio is increased by using both magnet torque and reluctance torque can be achieved, and the motor induced voltage is lower than the inverter voltage. The rotational speed can also be increased to a higher speed side by utilizing the magnetic flux weakening effect at the increasing rotational speed.
【００３５】請求項１０のモータ制御装置であれば、請
求項１から請求項８の何れかのモータに電圧を供給する
インバータを含み、最大回転数のモータ端子電圧をイン
バータ電圧以上に設定したのであるから、請求項１から
請求項８の何れかの作用に加え、モータ端子電圧がイン
バータ電圧と等しくなる回転数においてモータ誘起電圧
よりも電流位相を進めて磁石磁束を弱める運転を行って
電圧一定のまま回転数を高速側に拡大することができ
る。According to a tenth aspect of the present invention, the motor control device includes an inverter for supplying a voltage to the motor according to any one of the first to eighth aspects, and the motor terminal voltage at the maximum speed is set to be equal to or higher than the inverter voltage. Therefore, in addition to the operation of any one of claims 1 to 8, the motor is operated at a rotational speed at which the motor terminal voltage becomes equal to the inverter voltage to advance the current phase more than the motor induced voltage to weaken the magnet magnetic flux, thereby maintaining a constant voltage. The rotation speed can be increased to the high speed side as it is.
【００３６】請求項１１のモータ制御装置であれば、直
接に、もしくは間接にモータ誘起電圧を検出し、検出さ
れたモータ誘起電圧から回転子位置を検出し、検出され
た回転子位置に基づいてモータ駆動電流またはモータ供
給電圧を制御する制御手段をさらに含むのであるから、
請求項１から請求項１０の何れかの作用に加え、モータ
を高温高圧環境下で使用することができ、しかもコスト
ダウン、信頼性向上を達成することができる。According to the motor control device of the eleventh aspect, the motor induced voltage is detected directly or indirectly, the rotor position is detected from the detected motor induced voltage, and based on the detected rotor position. Since it further includes control means for controlling the motor drive current or the motor supply voltage,
In addition to the function of any one of the first to tenth aspects, the motor can be used in a high-temperature and high-pressure environment, and cost reduction and improvement in reliability can be achieved.
【００３７】請求項１２のモータ制御装置であれば、固
定子印加電圧、モータ電流、モータの機器定数を用いて
回転子位置を算出し、算出された回転子位置に基づいて
モータ駆動電流またはモータ供給電圧を制御する制御手
段をさらに含むのであるから、請求項１から請求項１０
の何れかの作用に加え、モータを高温高圧環境下で使用
することができ、しかもコストダウン、信頼性向上を達
成することができる。According to the motor control device of the twelfth aspect, the rotor position is calculated using the stator applied voltage, the motor current, and the equipment constant of the motor, and the motor driving current or the motor is calculated based on the calculated rotor position. 11. The system according to claim 1, further comprising control means for controlling the supply voltage.
In addition to the above functions, the motor can be used in a high-temperature and high-pressure environment, and cost reduction and improved reliability can be achieved.
【００３８】請求項１３のモータ制御装置であれば、電
圧形インバータが発生する高調波電流から求めたインダ
クタンスおよび回転子の突極性から回転子位置を算出
し、算出された回転子位置に基づいてモータ駆動電流ま
たはモータ供給電圧を制御する制御手段をさらに含むの
であるから、請求項１から請求項１０の何れかの作用に
加え、モータを高温高圧環境下で使用することができ、
しかもコストダウン、信頼性向上を達成することができ
る。According to the motor control device of the thirteenth aspect, the rotor position is calculated from the inductance obtained from the harmonic current generated by the voltage source inverter and the saliency of the rotor, and based on the calculated rotor position. Since it further includes control means for controlling the motor drive current or the motor supply voltage, in addition to the function of any one of claims 1 to 10, the motor can be used in a high temperature and high pressure environment,
Moreover, cost reduction and reliability improvement can be achieved.
【００３９】請求項１４のモータ制御装置であれば、モ
ータ中性点信号から回転子位置を検出し、検出された回
転子位置に基づいてモータ駆動電流またはモータ供給電
圧を制御する制御手段をさらに含むのであるから、請求
項１から請求項１０の何れかの作用に加え、モータを高
温高圧環境下で使用することができ、しかもコストダウ
ン、信頼性向上を達成することができる。According to the motor control device of the present invention, the control means for detecting the rotor position from the motor neutral point signal and controlling the motor drive current or the motor supply voltage based on the detected rotor position is further provided. Therefore, in addition to the effects of any one of the first to tenth aspects, the motor can be used in a high-temperature and high-pressure environment, and further, cost reduction and reliability improvement can be achieved.
【００４０】請求項１５のモータ制御装置であれば、モ
ータにより圧縮機を駆動するのであるから、請求項１か
ら請求項１４の何れかの作用に加え、圧縮機の高効率化
を達成することができる。According to the motor control device of the present invention, since the compressor is driven by the motor, it is possible to achieve high efficiency of the compressor in addition to the operation of any one of the first to fourteenth embodiments. Can be.
【００４１】[0041]
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、この
発明のモータおよびモータ制御装置の実施の態様を詳細
に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a motor and a motor control device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
【００４２】図１はこの発明のモータの一実施態様の要
部である回転子を示す縦断面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a rotor which is a main part of an embodiment of the motor of the present invention.
【００４３】この回転子は、ブラシレスＤＣモータなど
の永久磁石モータに適用される回転子であり、ほぼ円筒
状の回転子１の内部に板状の永久磁石２を埋込状に設け
ている。そして、各永久磁石２の周方向の端部に、永久
磁石２の厚み（永久磁石２の半径方向の長さ）よりも大
きい周方向長さを有し、かつ永久磁石装着位置から回転
子外周に向かって延びる非磁性部３を設けている。ま
た、各永久磁石２の外側に位置する磁性体部１ａの外端
部どうしを連結し、かつ非磁性部３の外側に位置する、
磁性体からなるブリッジ部４を設けているとともに、非
磁性部３どうしの間に位置して半径方向に延びる、磁性
体からなる補強リブ部５を設けている。The rotor is a rotor applied to a permanent magnet motor such as a brushless DC motor. A plate-shaped permanent magnet 2 is embedded inside a substantially cylindrical rotor 1. The circumferential end of each permanent magnet 2 has a circumferential length that is greater than the thickness of the permanent magnet 2 (the radial length of the permanent magnet 2), and the outer periphery of the rotor from the permanent magnet mounting position. A non-magnetic part 3 extending toward is provided. Further, the outer ends of the magnetic body portions 1a located outside the respective permanent magnets 2 are connected to each other, and are located outside the non-magnetic portion 3.
A bridge portion 4 made of a magnetic material is provided, and a reinforcing rib portion 5 made of a magnetic material is provided between the non-magnetic portions 3 and extends in the radial direction.
【００４４】なお、６は回転子１の中心を軸方向に貫通
する回転軸部材である。また、前記非磁性部３として
は、空隙、非磁性体などからなるものが例示できる。そ
して、非磁性部３の形状は、図１に示すように、ほぼ扇
状であることが好ましいが、長方形状などの任意の形状
であってもよい。さらに、図１には極対数ｎが２の場合
を示している。Reference numeral 6 denotes a rotating shaft member that passes through the center of the rotor 1 in the axial direction. Examples of the non-magnetic portion 3 include those made of a void, a non-magnetic material, and the like. The shape of the nonmagnetic portion 3 is preferably substantially fan-shaped as shown in FIG. 1, but may be any shape such as a rectangular shape. FIG. 1 shows a case where the number n of pole pairs is two.
【００４５】上記の構成のモータを採用すれば、永久磁
石２に起因する磁束の流れを磁性体部１ａに集中させ、
漏れ磁束、トルク発生に寄与しない磁束を低減すること
ができる。If the motor having the above structure is adopted, the flow of the magnetic flux caused by the permanent magnet 2 is concentrated on the magnetic body portion 1a.
Leakage magnetic flux and magnetic flux that does not contribute to torque generation can be reduced.
【００４６】図２はこのモータの固定子の歯部における
鎖交磁束数の変化を示す図である。なお、横軸は電気角
であり、実線が従来のモータの鎖交磁束変化特性を、破
線が図１のモータの鎖交磁束変化特性を、それぞれ示し
ている。また、図２中（Ａ）は電流を励磁していない状
態に対応し、図２中（Ｂ）は電流を励磁し、しかもトル
クが等しい状態に対応している。FIG. 2 is a diagram showing a change in the number of interlinkage magnetic fluxes at the teeth of the stator of the motor. The horizontal axis indicates the electrical angle, and the solid line indicates the interlinkage magnetic flux change characteristic of the conventional motor, and the dashed line indicates the interlinkage magnetic flux change characteristic of the motor of FIG. 2A corresponds to a state where the current is not excited, and FIG. 2B corresponds to a state where the current is excited and the torques are equal.
【００４７】図２中（Ａ）の鎖交磁束特性では、鎖交磁
束が大きいほど漏れ磁束が少ないことを表しているので
あるから、図１の構成のモータを採用することによって
漏れ磁束を少なくできることが分かる。The interlinkage magnetic flux characteristics shown in FIG. 2A indicate that the larger the interlinkage magnetic flux, the smaller the leakage magnetic flux. Therefore, the adoption of the motor of FIG. 1 reduces the leakage magnetic flux. You can see what you can do.
【００４８】図２中（Ｂ）の鎖交磁束特性では、鎖交磁
束が小さいほど磁束がトルク発生のために有効に働いて
いることを表しているのであるから、図１の構成のモー
タを採用することによって磁束がトルク発生のために有
効に働いていることが分かる。The linkage magnetic flux characteristics shown in FIG. 2B indicate that the smaller the linkage magnetic flux is, the more effective the magnetic flux is for generating torque, so that the motor having the configuration of FIG. It can be seen that the adoption of the magnetic flux effectively works for generating the torque.
【００４９】図３は固定子と回転子との間における磁力
線の解析結果を示す図であり、図３中（Ａ）が従来のモ
ータに、図３中（Ｂ）が図１のモータに、それぞれ対応
している。FIG. 3 is a diagram showing the results of analysis of the lines of magnetic force between the stator and the rotor. FIG. 3 (A) shows the conventional motor, FIG. 3 (B) shows the motor of FIG. Each corresponds.
【００５０】図３からも、上記の利点を確認することが
できる。FIG. 3 also confirms the above advantages.
【００５１】図４は鉄損と銅損との解析結果を示す図で
ある。なお、図４中（Ａ）は直巻で巻線が施された従来
のモータに、図４中（Ｂ）は直巻で巻線が施された図１
のモータに、図４中（Ｃ）は分布巻で巻線が施された従
来のモータに、図４中（Ｄ）は分布巻で巻線が施された
図１のモータに、それぞれ対応している。また、ａが鉄
損を、ｂが銅損を、それぞれ示している。FIG. 4 is a diagram showing an analysis result of iron loss and copper loss. FIG. 4A shows a conventional motor having a series winding and a winding, and FIG. 4B shows a conventional motor having a series winding and a winding.
4 (C) corresponds to the conventional motor in which the windings are formed by distributed winding, and FIG. 4 (D) corresponds to the motor in FIG. 1 in which the windings are formed by distributed winding. ing. Further, a indicates iron loss and b indicates copper loss.
【００５２】図４から分かるように、図１のモータを採
用することによって損失（鉄損および銅損）を減少させ
ることができ、しかも直巻で巻線を施すことによって損
失低減効果を高めることができる（鉄損および銅損の著
しい低減を達成できる）。As can be seen from FIG. 4, the loss (iron loss and copper loss) can be reduced by employing the motor of FIG. 1, and the loss reduction effect can be enhanced by applying a winding in series. (A significant reduction in iron loss and copper loss can be achieved).
【００５３】すなわち、トルク発生に寄与しない磁束を
減少させることによって磁束密度を下げ、鉄損を低減す
ることができる。また、固定子の形状を変更していない
ので、スロット面積は変化せず、巻線抵抗値は変化しな
いが、無駄な磁束を減らすことによって電流を小さくす
ることができ、この結果、銅損を低減することができ
る。That is, by reducing the magnetic flux that does not contribute to the torque generation, the magnetic flux density can be reduced, and the iron loss can be reduced. Also, since the shape of the stator is not changed, the slot area does not change and the winding resistance does not change, but the current can be reduced by reducing unnecessary magnetic flux, and as a result, copper loss is reduced. Can be reduced.
【００５４】また、図１の構成のモータは、従来のモー
タと比較して、非磁性部３に対応する軽量化を達成する
ことができ、速度応答性を向上させることができる。The motor having the structure shown in FIG. 1 can achieve a reduction in weight corresponding to the non-magnetic portion 3 as compared with a conventional motor, and can improve speed responsiveness.
【００５５】前記磁性体部１ａの極角（回転子表面にお
ける磁性体部１ａの極角）θを１２０／ｎ度以下に設定
することが好ましく、１２０／ｎ度以下かつ６０／ｎ度
以上に設定することがより好ましい。It is preferable to set the polar angle θ of the magnetic body portion 1a (the polar angle of the magnetic body portion 1a on the rotor surface) to 120 / n degrees or less, and to 120 / n degrees or less and 60 / n degrees or more. It is more preferable to set.
【００５６】図５はモータの電気的損失、鉄損、銅損と
極角との関係を示す図である。なお、図５中（Ａ）がモ
ータの電気的損失を、図５中（Ｂ）が鉄損を、図５中
（Ｃ）が銅損を、それぞれ示している。FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the electrical loss, iron loss, copper loss and the polar angle of the motor. 5A shows the electric loss of the motor, FIG. 5B shows the iron loss, and FIG. 5C shows the copper loss.
【００５７】図５から分かるように、極角θが１２０／
ｎ度を越えるとモータの電気的損失、鉄損、銅損がすべ
て増加するので、極角θを１２０／ｎ度以下に設定する
ことが好ましい。また、極角θが６０／ｎ未満になると
鉄損は減少するものの、銅損が増加し、モータの電気的
損失も増加するのであるから、極角θを１２０／ｎ度以
下かつ６０／ｎ度以上に設定することがより好ましい。
ここで、極角θを小さくした場合に銅損が増加する理由
は次のとおりである。As can be seen from FIG. 5, the polar angle θ is 120 /
If n degrees is exceeded, the electric loss, iron loss, and copper loss of the motor all increase. Therefore, it is preferable to set the polar angle θ to 120 / n degrees or less. When the polar angle θ is less than 60 / n, the iron loss decreases, but the copper loss increases and the electric loss of the motor also increases. Therefore, the polar angle θ is set to 120 / n degrees or less and 60 / n. It is more preferable to set it to a degree or higher.
Here, the reason why the copper loss increases when the polar angle θ is reduced is as follows.
【００５８】極角θを小さくしすぎるとトルク発生に寄
与する磁束が減少してしまう。したがって、磁束の減少
を補うためには励磁電流を増加させなければならないの
で、銅損が増加してしまう。If the polar angle θ is too small, the magnetic flux contributing to the generation of torque decreases. Therefore, since the exciting current must be increased to compensate for the decrease in the magnetic flux, the copper loss increases.
【００５９】また、極角θが６０／ｎ未満になると、磁
束が集中しすぎてトルクリプルが増加するという不都合
もあるが、極角θを上記のように設定することによっ
て、トルクリプルが増加するという不都合を防止するこ
とができる。When the polar angle θ is less than 60 / n, there is a disadvantage that the magnetic flux is concentrated too much and the torque ripple increases. However, by setting the polar angle θ as described above, the torque ripple increases. Inconvenience can be prevented.
【００６０】さらに、前記回転子１を真円筒状に形成す
ることが好ましく、風損やトルクリプルの悪影響を防止
することができる。Further, it is preferable that the rotor 1 is formed in a true cylindrical shape, and it is possible to prevent an adverse effect of windage and torque ripple.
【００６１】図６はこの発明のモータの他の実施態様の
要部である回転子を示す縦断面図である。FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a rotor which is a main part of another embodiment of the motor of the present invention.
【００６２】この回転子が図１の回転子と異なる点は、
ブリッジ部４よりも内方の所定位置に円弧状の補助ブリ
ッジ部４ａをさらに設けた点のみである。This rotor is different from the rotor of FIG.
The only difference is that an arc-shaped auxiliary bridge portion 4a is further provided at a predetermined position inside the bridge portion 4.
【００６３】この構成を採用すれば、磁気吸引力および
遠心力に起因する回転子１の変形を防止し、もしくは大
幅に抑制することができる。By employing this configuration, the deformation of the rotor 1 due to the magnetic attraction force and the centrifugal force can be prevented or largely suppressed.
【００６４】図７はこの発明のモータのさらに他の実施
態様の要部である回転子を示す縦断面図である。FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing a rotor which is a main part of still another embodiment of the motor of the present invention.
【００６５】この回転子が図１の回転子と異なる点は、
補強リブ部５と平行に延びる補助補強リブ部５ａをさら
に設けた点のみである。This rotor is different from the rotor of FIG.
The only difference is that an auxiliary reinforcing rib portion 5a extending in parallel with the reinforcing rib portion 5 is further provided.
【００６６】この構成を採用した場合にも、磁気吸引力
および遠心力に起因する回転子１の変形を防止し、もし
くは大幅に抑制することができる。Even when this configuration is employed, the deformation of the rotor 1 due to the magnetic attraction force and the centrifugal force can be prevented or largely suppressed.
【００６７】もちろん、補助ブリッジ部４ａおよび補助
補強リブ部５ａをさらに設けることも可能であり、この
場合には、回転子１の変形をより確実に防止し、もしく
は一層大幅に抑制することができる。Of course, it is also possible to further provide the auxiliary bridge portion 4a and the auxiliary reinforcing rib portion 5a, and in this case, the deformation of the rotor 1 can be more reliably prevented or more greatly suppressed. .
【００６８】図８はモータ誘起電圧を基準とするモータ
駆動電流位相とモータトルクとの関係を示す図である。
なお、図８中（Ａ）は磁石トルクを、図８中（Ｂ）はリ
ラクタンストルクを、図８中（Ｃ）は総合トルク（＝磁
石トルク＋リラクタンストルク）を、それぞれ示してい
る。FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the motor drive current phase based on the motor induced voltage and the motor torque.
8A shows the magnet torque, FIG. 8B shows the reluctance torque, and FIG. 8C shows the total torque (= magnet torque + reluctance torque).
【００６９】図８から分かるように、図示しないインバ
ータ装置およびインバータ制御装置（回転子位置信号を
入力として所定の処理を行い、インバータ装置に供給す
べきスイッチング信号を生成する装置であり、その構成
は従来高知であるから詳細な説明を省略する）を用いて
モータ駆動電流位相をモータ誘起電圧よりも進めること
によって磁石トルクとリラクタンストルクとを併用して
総合トルクを大きくし、トルク／電流比が大きくなる高
効率運転を達成することができる。As can be seen from FIG. 8, an inverter device and an inverter control device (not shown) which perform predetermined processing with a rotor position signal as an input and generate a switching signal to be supplied to the inverter device. By using the magnet torque and the reluctance torque together to increase the total torque, the torque / current ratio is increased by advancing the motor drive current phase more than the motor induced voltage by using the conventional Kochi (detailed description is omitted). A highly efficient operation can be achieved.
【００７０】また、モータ誘起電圧がインバータ電圧よ
りも上昇する回転数において、弱め磁束制御（モータ駆
動電流位相を進めて磁石磁束を弱める制御）を行うこと
により、回転数を高速側に拡大することができる。Further, at a rotational speed at which the motor induced voltage rises higher than the inverter voltage, the magnetic flux weakening control (control of advancing the motor drive current phase to weaken the magnet magnetic flux) to increase the rotational speed to a higher speed. Can be.
【００７１】さらに、最大回転数のモータ端子電圧がイ
ンバータ電圧以上となる永久磁石を回転子の内部に埋め
込んでなるブラシレスＤＣモータ（以下、埋込磁石構造
モータと略称する）を採用することが好ましい。Further, it is preferable to employ a brushless DC motor in which a permanent magnet whose motor terminal voltage at the maximum number of revolutions is equal to or higher than the inverter voltage is embedded in the rotor (hereinafter simply referred to as an embedded magnet structure motor). .
【００７２】この場合には、モータ端子電圧がインバー
タ電圧と等しくなる回転数において、モータ駆動電流位
相をモータ誘起電圧よりも進めて弱め磁束制御を行っ
て、電圧一定のまま回転数を高速側に拡大することがで
きる（図９参照）。In this case, at the rotational speed at which the motor terminal voltage becomes equal to the inverter voltage, the motor drive current phase is advanced from the motor induced voltage to perform magnetic flux weakening control, and the rotational speed is increased to a higher speed while the voltage is kept constant. It can be enlarged (see FIG. 9).
【００７３】ここで、永久磁石により発生する磁束量を
同等とした場合におけるモータ運転範囲と圧縮機の運転
範囲とを比較すると図１０に示すようになり、圧縮機の
運転範囲において、低速側では定トルク領域、高速側で
は定出力領域の範囲が必要となる。FIG. 10 shows a comparison between the motor operating range and the compressor operating range in the case where the amount of magnetic flux generated by the permanent magnet is equal, and as shown in FIG. In the constant torque region and the high speed side, a constant output region range is required.
【００７４】このような運転範囲を満足する表面磁石構
造モータ（埋込磁石構造モータではないモータ）の場
合、定出力領域を少ししか得ることができないので、圧
縮機の必要運転範囲に対して余分な領域を必要とする。
そして、モータ駆動電流をみると、磁石による発生磁束
が同じモータであれば、埋込磁石構造のものを採用する
ことによってモータ駆動電流を低減することができる
（図１１参照）。In the case of a surface magnet structure motor (motor not an embedded magnet structure motor) that satisfies such an operation range, only a small constant output area can be obtained, so that the extra operation range is required for the compressor. Requires a large area.
Looking at the motor drive current, if the motor generates the same magnetic flux, the motor drive current can be reduced by adopting an embedded magnet structure (see FIG. 11).
【００７５】この結果、モータ駆動電流の低減により銅
損を低減し、高効率化を達成することができる。As a result, copper loss can be reduced by reducing the motor drive current, and high efficiency can be achieved.
【００７６】上記の構成のモータを駆動するに当たって
は、回転子の回転位置を検出し、回転位置に応じて供給
電圧もしくは供給電流を制御することが必要であり、ホ
ール素子、ロータリーエンコーダなどの位置検出用セン
サを設けることによって回転位置を検出することができ
る。しかし、モータを高温高圧環境下で使用する必要が
ある場合には、これらの位置検出用センサの使用が不可
能になり、あるいは制度、信頼性が低下することになる
ので、位置検出用センサを用いることなく回転位置を検
出することが必要になる。In driving the motor having the above configuration, it is necessary to detect the rotational position of the rotor and control the supply voltage or supply current in accordance with the rotational position. By providing the detection sensor, the rotational position can be detected. However, if it is necessary to use the motor in a high-temperature, high-pressure environment, it becomes impossible to use these position detection sensors, or the accuracy and reliability will be reduced. It is necessary to detect the rotational position without using it.
【００７７】図１２はインバータ制御装置に供給すべき
回転子位置信号を生成する回路の一例を示す図であり、
各相のモータ端子電圧をそれぞれフィルタ１１Ｕ、１１
Ｖ、１１Ｗに供給してノイズ成分、高調波成分を除去
し、任意の２つづつのフィルタからの出力信号をコンパ
レータ１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗに供給し、各コンパレー
タから回転子位置信号を出力するようにしている。FIG. 12 is a diagram showing an example of a circuit for generating a rotor position signal to be supplied to the inverter control device.
The motor terminal voltages of each phase are respectively filtered by filters 11U, 11
V, 11W to remove noise components and harmonic components, output signals from arbitrary two filters are supplied to comparators 12U, 12V, 12W, and each comparator outputs a rotor position signal. ing.
【００７８】この回路を採用すれば、回転子位置検出用
のセンサを用いる必要がなくなるので、モータを高温高
圧環境で安定に使用することができる。また、回転子位
置検出用のセンサを用いる場合と比較して安価にするこ
とができ、しかも高い信頼性を達成することができる。If this circuit is adopted, it is not necessary to use a sensor for detecting the rotor position, so that the motor can be used stably in a high-temperature and high-pressure environment. Further, the cost can be reduced as compared with the case where a sensor for detecting the rotor position is used, and high reliability can be achieved.
【００７９】図１２に示す回路は、モータ誘起電圧を直
接検出するようにしているが、インバータ装置の環流用
ダイオードの通電状態から間接的にモータ誘起電圧を検
出するように構成することが可能である。Although the circuit shown in FIG. 12 detects the motor induced voltage directly, it can be configured to detect the motor induced voltage indirectly from the energized state of the freewheeling diode of the inverter device. is there.
【００８０】また、回転子位置検出用のセンサを用いる
ことなく、固定子印加電圧、モータ駆動電流、モータの
機器定数を用いて所定の演算を行って回転子の回転位置
を算出することも可能である。Also, without using a sensor for detecting the rotor position, it is possible to calculate the rotational position of the rotor by performing a predetermined calculation using the applied voltage of the stator, the motor drive current, and the equipment constant of the motor. It is.
【００８１】図１３は上記の処理を行うための速度制御
系の構成の一例を示すブロック図である。FIG. 13 is a block diagram showing an example of the configuration of a speed control system for performing the above processing.
【００８２】この速度制御系は、速度指令とγ−δ軸速
度との差分を入力として所定の処理（例えば、ＰＩ演
算）を行ってトルク電流指令を出力する速度制御部２１
と、トルク電流指令およびγ軸電流を０にすべきことの
指示を入力として、これらの電流指令に実電流が一致す
るようにモータの逆モデルに基づいて印加電圧を算出す
る電流制御部２２と、算出された電圧が印加される実モ
ータ２３と、算出された電圧を入力としてモータモデル
に基づく演算を行ってモデル電流を算出するモータモデ
ル２４と、実電流とモデル電流との差分を入力として、
この差分を０にすべく補正処理を行ってモータモデルを
補正するとともに、γ−δ軸の位置を出力する位置・速
度推定処理部２５と、γ−δ軸の位置を入力としてγ−
δ軸速度を出力するローパスフィルタ２６とを有してい
る。This speed control system receives a difference between the speed command and the γ-δ axis speed, performs a predetermined process (for example, PI calculation), and outputs a torque current command.
And a current control unit 22 that receives a torque current command and an instruction to set the γ-axis current to 0, and calculates an applied voltage based on an inverse model of the motor so that the actual current matches the current command. A real motor 23 to which the calculated voltage is applied, a motor model 24 that performs a calculation based on the motor model using the calculated voltage as an input to calculate a model current, and a difference between the actual current and the model current as an input. ,
A correction process is performed to reduce the difference to 0 to correct the motor model, a position / velocity estimation processing unit 25 that outputs the position of the γ-δ axis, and a γ-δ
and a low-pass filter 26 for outputting the δ-axis speed.
【００８３】なお、前記モータモデル２４は、図１４に
示すブラシレスＤＣモータの解析モデルに基づくもので
ある。The motor model 24 is based on the analysis model of the brushless DC motor shown in FIG.
【００８４】この速度制御系を採用すれば、推定位置と
推定速度起電力とに基づいて演算された推定電流と実際
に流れているモータ駆動電流とに基づいて回転子の回転
位置と速度とを同定することができる（「電流推定誤差
に基づくセンサレスブラシレスＤＣモータ制御」、竹下
他、Ｔ．ＩＥＥ Ｊａｐａｎ，Ｖｏｌ．１１５−Ｄ，Ｎ
ｏ．４，’９５参照）。If this speed control system is adopted, the rotational position and speed of the rotor can be determined based on the estimated current calculated based on the estimated position and the estimated speed electromotive force and the actual motor drive current flowing. (“Sensorless brushless DC motor control based on current estimation error”, Takeshita et al., T. IEEE Japan, Vol. 115-D, N.
o. 4, '95).
【００８５】また、突極性を持つブラシレスＤＣモータ
の場合、巻線インダクタンスが回転子の回転位置により
変化するため、回転位置推定が困難になるが、モータモ
デル（モータの数式モデル）を突極型モータに拡張する
ことによって位置推定が可能になる（「速度起電力推定
に基づくセンサレス突極型ブラシレスＤＣモータ制
御」、竹下他、Ｔ．ＩＥＥ Ｊａｐａｎ，Ｖｏｌ．１１
７−Ｄ，Ｎｏ．１，’９７参照）。In the case of a brushless DC motor having saliency, it is difficult to estimate the rotational position because the winding inductance changes depending on the rotational position of the rotor. Extension to a motor enables position estimation (“sensorless salient-pole type brushless DC motor control based on speed electromotive force estimation”, Takeshita et al., T. IEEE Japan, Vol. 11).
7-D, no. 1, '97).
【００８６】したがって、この場合にも、回転子位置検
出用のセンサを用いる必要がなくなるので、モータを高
温高圧環境で安定に使用することができる。また、回転
子位置検出用のセンサを用いる場合と比較して安価にす
ることができ、しかも高い信頼性を達成することができ
る。さらにモータに供給する電流の通電期間を制限する
必要がなくなるため、１５０度通電、正弦波通電を行う
ことが可能となり、モータの高効率化、低振動化に寄与
することができる。さらに、モータ駆動電流位相を自由
に進める制御を行うことができるので、モータ駆動電流
のさらなる低減効果を達成することができる。Therefore, also in this case, there is no need to use a sensor for detecting the rotor position, so that the motor can be used stably in a high-temperature and high-pressure environment. Further, the cost can be reduced as compared with the case where a sensor for detecting the rotor position is used, and high reliability can be achieved. Further, since there is no need to limit the current supply period of the current supplied to the motor, it is possible to perform 150-degree current supply and sine wave current supply, which can contribute to higher efficiency and lower vibration of the motor. Furthermore, since control for advancing the motor drive current phase freely can be performed, a further effect of reducing the motor drive current can be achieved.
【００８７】さらに、回転子位置検出用のセンサを用い
ることなく、電圧型インバータが発生する高調波電流か
ら求められたインダクタンスおよび回転子の突極性から
回転子の回転位置を算出する方法を採用することも可能
である。Further, a method of calculating the rotational position of the rotor from the inductance obtained from the harmonic current generated by the voltage type inverter and the saliency of the rotor without using a sensor for detecting the rotor position is adopted. It is also possible.
【００８８】図１５は上記の処理を行うするための制御
システムの構成の一例を示すブロック図である。FIG. 15 is a block diagram showing an example of the configuration of a control system for performing the above processing.
【００８９】この制御システムは、速度指令と推定速度
との差分を入力として所定の処理（例えば、ＰＩ演算）
を行って電圧指令を出力するＰＩ制御器３１と、電圧指
令およびｑ軸電圧を０にすべきことの指示を入力として
回転座標変換を行って、固定子座標で表した電圧を算出
する回転座標変換部３２と、算出された電圧を入力とし
てＰＷＭ（パルス幅変調）処理を行ってＰＷＭインバー
タ３４に供給するゲート信号を出力するＰＷＭ制御部３
３と、ＰＷＭインバータ３４からブラシレスＤＣモータ
３５に供給される３相分の出力電流のうち、２相分の出
力電流を入力として電流ベクトルの変化量を抽出する変
化量抽出部３６と、抽出された電流ベクトルの変化量を
入力として所定の処理を行って回転子の回転位置を推定
する位置・速度推定部３７と、推定回転位置を入力とし
てｑ軸電圧にフィードバックすべき電圧を出力するフィ
ードバック電圧算出部３８とを有している。また、ブラ
シレスＤＣモータ３５により駆動されるＤＣＧ（ＤＣ発
電機：ＤＣモータを発電機として使用するもの）４２、
ＲＥ（ロータリーエンコーダ）４３、およびエンコーダ
Ｉ／Ｆ４４を通して位置および速度を出力するようにし
ている。This control system receives a difference between the speed command and the estimated speed as an input and performs a predetermined process (for example, PI calculation).
And a PI controller 31 that outputs a voltage command and performs a rotation coordinate conversion by inputting the voltage command and an instruction that the q-axis voltage should be set to 0 to calculate a voltage represented by stator coordinates. A conversion unit 32, and a PWM control unit 3 that performs a PWM (pulse width modulation) process using the calculated voltage as an input and outputs a gate signal to be supplied to a PWM inverter 34
3, and a change amount extraction unit 36 that extracts a change amount of a current vector by using the output currents of two phases as inputs for the output currents of three phases supplied to the brushless DC motor 35 from the PWM inverter 34. A position / speed estimating unit 37 for performing a predetermined process with the amount of change in the current vector as an input to estimate the rotational position of the rotor, and a feedback voltage for outputting a voltage to be fed back to the q-axis voltage with the estimated rotational position as an input And a calculation unit 38. Also, DCG (DC generator: one using a DC motor as a generator) 42 driven by a brushless DC motor 35,
The position and speed are output through an RE (rotary encoder) 43 and an encoder I / F 44.
【００９０】この制御システムを採用すれば、インバー
タ平均出力電圧ベクトルと各インバータ出力電圧ベクト
ルとの差を算出することによりモータ端子電圧に含まれ
る高調波成分を抽出するとともに、変調期間内で用いな
い電圧ベクトルによる電流ベクトルの変化量から変調期
間に対する所定期間における変調周期の最初と最後の電
流ベクトルの差を算出することによりモータ電流ベクト
ルの高調波成分を抽出し、高調波成分に対する電圧電流
方程式より未知数であるインダクタンス行列を求めるこ
とができ、回転位置に対応するインダクタンスを得るこ
とができ、ひいては回転位置を推定することができる
（「突極性に基づく位置推定法を用いた位置センサレス
ＩＰＭモータ駆動システム」、小笠原他、Ｔ．ＩＥＥ
Ｊａｐａｎ，Ｖｏｌ．１１８−Ｄ，Ｎｏ．５，’９８参
照）。If this control system is employed, the difference between the inverter average output voltage vector and each inverter output voltage vector is calculated to extract the harmonic component contained in the motor terminal voltage, and is not used within the modulation period. The harmonic component of the motor current vector is extracted by calculating the difference between the first and last current vectors of the modulation period in a predetermined period with respect to the modulation period from the amount of change of the current vector due to the voltage vector, and the voltage current equation for the harmonic component is extracted. The unknown inductance matrix can be obtained, the inductance corresponding to the rotational position can be obtained, and the rotational position can be estimated. Ogasawara et al., T. IEEE
Japan, Vol. 118-D, no. 5, '98).
【００９１】したがって、この場合にも、回転子位置検
出用のセンサを用いる必要がなくなるので、モータを高
温高圧環境で安定に使用することができる。また、回転
子位置検出用のセンサを用いる場合と比較して安価にす
ることができ、しかも高い信頼性を達成することができ
る。さらにモータに供給する電流の通電期間を制限する
必要がなくなるため、１５０度通電、正弦波通電を行う
ことが可能となり、モータの高効率化、低振動化に寄与
することができる。さらに、モータ駆動電流位相を自由
に進める制御を行うことができるので、モータ駆動電流
のさらなる低減効果を達成することができる。Accordingly, also in this case, it is not necessary to use a sensor for detecting the position of the rotor, so that the motor can be stably used in a high-temperature and high-pressure environment. Further, the cost can be reduced as compared with the case where a sensor for detecting the rotor position is used, and high reliability can be achieved. Further, since there is no need to limit the current supply period of the current supplied to the motor, it is possible to perform 150-degree current supply and sine wave current supply, which can contribute to higher efficiency and lower vibration of the motor. Furthermore, since control for advancing the motor drive current phase freely can be performed, a further effect of reducing the motor drive current can be achieved.
【００９２】なお、ＤＣＧ４２、ＲＥ４３およびエンコ
ーダＩ／Ｆ４４の動作は次のとおりである。The operations of the DCG 42, RE 43 and encoder I / F 44 are as follows.
【００９３】ＤＣＧ４２は、回転子の内部に永久磁石を
埋め込み状に設けてなるブラシレスＤＣモータにて発生
する動力を発電作用により電力に変換して吸収する。Ｄ
ＣＧ４２にはＲＥ４３が付いており、ＤＣＧ４２の回転
（前記ブラシレスＤＣモータの回転に同期している）に
よりパルス信号が発生する。このパルス信号をエンコー
ダＩ／Ｆ４４の機能であるカウンター装置に入力し、パ
ルスに応じてカウンターがカウントアップする。ＤＣＧ
４２が１回転するとカウンターはクリアされるため、カ
ウンターの値が１回転中の前記ブラシレスＤＣモータの
回転子位置θとなる。また、一定期間中のカウンターの
値の変化が速度ωとなる。The DCG 42 converts power generated by a brushless DC motor having a permanent magnet embedded inside the rotor into electric power by a power generation action and absorbs the power. D
The CG 42 is provided with an RE 43, and a pulse signal is generated by rotation of the DCG 42 (synchronous with rotation of the brushless DC motor). This pulse signal is input to a counter device which is a function of the encoder I / F 44, and the counter counts up according to the pulse. DCG
Since the counter is cleared when 42 rotates once, the value of the counter becomes the rotor position θ of the brushless DC motor during one rotation. Further, a change in the value of the counter during a certain period becomes the speed ω.
【００９４】ただし、図１５のブロック図は位置センサ
を用いることなくブラシレスＤＣモータを制御するため
のものであるから、ＤＣＧ４２、ＲＥ４３およびエンコ
ーダＩ／Ｆ４４は不要であるが、位置センサを用いるこ
となくブラシレスＤＣモータを制御する動作を確認する
ためにＤＣＧ４２、ＲＥ４３およびエンコーダＩ／Ｆ４
４を設けている。However, since the block diagram of FIG. 15 is for controlling the brushless DC motor without using the position sensor, the DCG 42, RE43 and encoder I / F 44 are unnecessary, but without using the position sensor. DCG42, RE43 and encoder I / F4 to confirm the operation of controlling the brushless DC motor
4 are provided.
【００９５】図１６はモータ中性点信号を用いて回転子
位置を検出し、ブラシレスＤＣモータを駆動するための
制御システムの構成の一例を示すブロック図である。FIG. 16 is a block diagram showing an example of the configuration of a control system for detecting a rotor position using a motor neutral point signal and driving a brushless DC motor.
【００９６】この制御システムは、インバータ５８の出
力端子間にＹ結線した固定子巻線５１を接続していると
ともに、Ｙ結線した抵抗５２を接続している。そしてＹ
結線した固定子巻線５１の中性点における第１中性点電
圧とＹ結線した抵抗５２の中性点における第２中性点電
圧とを入力として両中性点電圧の差電圧を得て増幅する
差動増幅器５３と、増幅した差電圧を積分して積分信号
を得る積分器５４と、積分信号のゼロクロスを検出して
回転位置検出信号として出力するゼロクロスコンパレー
タ５５と、回転位置検出信号を入力として所定の処理を
行ってスイッチング信号を出力するマイクロコンピュー
タ５６と、スイッチング信号を入力としてインバータ５
８の各スイッチング素子のベース端子に供給すべきベー
ス駆動信号を出力するベース駆動回路５７とを有してい
る。なお、マイクロコンピュータ５６における処理は、
例えば特開平７−３３７０７９号公報などに示すように
従来高知であるから、詳細な説明を省略する。In this control system, a stator winding 51 connected in a Y connection is connected between output terminals of an inverter 58, and a resistor 52 connected in a Y connection is connected. And Y
The difference voltage between the two neutral point voltages is obtained by inputting the first neutral point voltage at the neutral point of the connected stator winding 51 and the second neutral point voltage at the neutral point of the Y-connected resistor 52. A differential amplifier 53 for amplifying, an integrator 54 for integrating the amplified difference voltage to obtain an integrated signal, a zero cross comparator 55 for detecting a zero cross of the integrated signal and outputting it as a rotational position detection signal, A microcomputer 56 that performs predetermined processing as an input and outputs a switching signal, and an inverter 5 that receives the switching signal as an input.
And a base drive circuit 57 that outputs a base drive signal to be supplied to the base terminal of each of the eight switching elements. The processing in the microcomputer 56 is as follows.
For example, as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-337079, a detailed description is omitted here because it is conventionally known as Kochi.
【００９７】したがって、この場合にも、回転子位置検
出用のセンサを用いる必要がなくなるので、モータを高
温高圧環境で安定に使用することができる。また、回転
子位置検出用のセンサを用いる場合と比較して安価にす
ることができ、しかも高い信頼性を達成することができ
る。さらにモータに供給する電流の通電期間を制限する
必要がなくなるため、１５０度通電、正弦波通電を行う
ことが可能となり、モータの高効率化、低振動化に寄与
することができる。さらに、モータ駆動電流位相を自由
に進める制御を行うことができるので、モータ駆動電流
のさらなる低減効果を達成することができる。Therefore, also in this case, there is no need to use a sensor for detecting the rotor position, so that the motor can be used stably in a high-temperature and high-pressure environment. Further, the cost can be reduced as compared with the case where a sensor for detecting the rotor position is used, and high reliability can be achieved. Further, since there is no need to limit the current supply period of the current supplied to the motor, it is possible to perform 150-degree current supply and sine wave current supply, which can contribute to higher efficiency and lower vibration of the motor. Furthermore, since control for advancing the motor drive current phase freely can be performed, a further effect of reducing the motor drive current can be achieved.
【００９８】図１７は圧縮機の構成の一例を示す縦断面
図である。FIG. 17 is a longitudinal sectional view showing an example of the structure of the compressor.
【００９９】この圧縮機は、円筒状の主ケーシング６１
ａの底部にボトムケーシング６１ｂを一体的に設けてい
るとともに、上部にトップケーシング６１ｃを一体的に
設けて、密閉ケーシング６１を構成している。そして、
この密閉ケーシング６１の内部にブラシレスＤＣモータ
６２および圧縮機本体６４を互いに同心に設けている。
また、主ケーシング６１ａの所定位置に吸入口部材６５
を、トップケーシング６１ｃの所定位置に吐出口部材６
６を、それぞれ設けている。This compressor has a cylindrical main casing 61.
A closed casing 61 is formed by integrally providing a bottom casing 61b at the bottom of a and a top casing 61c integrally at the top. And
A brushless DC motor 62 and a compressor body 64 are provided concentrically inside the closed casing 61.
Further, the suction port member 65 is provided at a predetermined position of the main casing 61a.
At the predetermined position of the top casing 61c.
6 are provided.
【０１００】前記ブラシレスＤＣモータ６２は、固定子
巻線を有するとともに、主ケーシング６１ａに固定され
た固定子６２ａと、回転子鉄心の内部に永久磁石を埋め
込んでなるとともに、非磁性部を有する回転子６２ｂと
を有している。なお、６２ｃはコイルエンドである。The brushless DC motor 62 has a stator winding, a stator 62a fixed to the main casing 61a, a permanent magnet embedded in a rotor core, and a rotary Child 62b. Reference numeral 62c is a coil end.
【０１０１】前記圧縮機本体６４は、圧縮室として機能
する内部空間６４ｂを形成してなるシリンダ６４ａと、
シリンダ６４ａを軸方向に挟持するフロントヘッド６４
ｃ、リアヘッド６４ｄと、内部空間６４ｂ内に設けられ
たロータリーピストン６４ｅと、ロータリーピストン６
４ｅと嵌合されて回転子６２ｂとの連結を達成するクラ
ンク軸６４ｆとを有している。そして、シリンダと主ケ
ーシングとがスポット溶接などにより連結されている。
なお、６４ｇは、シリンダ６４ａ、フロントヘッド６４
ｃ、およびリアヘッド６４ｄを一体化する連結ボルトで
ある。The compressor main body 64 includes a cylinder 64a having an internal space 64b functioning as a compression chamber.
A front head 64 for holding the cylinder 64a in the axial direction
c, a rear head 64d, a rotary piston 64e provided in the internal space 64b, and a rotary piston 6
4e and a crankshaft 64f that is fitted to achieve connection with the rotor 62b. The cylinder and the main casing are connected by spot welding or the like.
Note that 64g is the cylinder 64a, the front head 64
c and a connection bolt that integrates the rear head 64d.
【０１０２】前記吸入口部材６５は、シリンダ６４ａと
正対するように主ケーシング６１ａを貫通する状態で取
り付けられているとともに、シリンダ６４ａの側壁を貫
通する貫通孔６４ｈと連通されている。The suction port member 65 is attached so as to pass through the main casing 61a so as to face the cylinder 64a, and communicates with a through hole 64h passing through the side wall of the cylinder 64a.
【０１０３】このようにモータ６２が圧縮機ケーシング
６１内に配置されている場合には、モータ６２が高温高
圧雰囲気中に位置することになるので、上記のように回
転子位置検出用のセンサを用いることなく回転子の回転
位置を検出し、検出した回転位置に基づいてインバータ
を制御する構成を採用することによって、安定性、信頼
性を高めることができる。When the motor 62 is disposed in the compressor casing 61 as described above, the motor 62 is located in a high-temperature and high-pressure atmosphere. By adopting a configuration in which the rotational position of the rotor is detected without using it and the inverter is controlled based on the detected rotational position, stability and reliability can be improved.
【０１０４】図１８はこの発明のモータのさらに他の実
施態様の要部である回転子の構成を示す縦断面図であ
る。FIG. 18 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a rotor which is a main part of still another embodiment of the motor of the present invention.
【０１０５】この回転子が図１の回転子と異なる点は、
平板状の永久磁石２に代えて、断面円弧状の永久磁石２
を採用した点のみである。なお、この永久磁石２は、円
弧の仮想的な中心が回転子１の外側に位置するように配
置されている。そして、非磁性部３は、内端部どうしを
結ぶ仮想的な平面が永久磁石２の内端部と一致するよう
に、その位置および形状が設定されている。ただし、補
強リブ部は図示を省略している。This rotor is different from the rotor of FIG.
Instead of the flat permanent magnet 2, a permanent magnet 2 having an arc-shaped cross section
Is the only point that was adopted. The permanent magnet 2 is arranged so that the virtual center of the arc is located outside the rotor 1. The position and shape of the non-magnetic portion 3 are set such that a virtual plane connecting the inner ends matches the inner end of the permanent magnet 2. However, the illustration of the reinforcing rib portion is omitted.
【０１０６】この構成のモータを採用した場合にも、図
１のモータと同様の作用を達成することができる。When the motor having this configuration is employed, the same operation as the motor of FIG. 1 can be achieved.
【０１０７】図１９はこの発明のモータのさらに他の実
施態様の要部である回転子の構成を示す縦断面図であ
る。FIG. 19 is a longitudinal sectional view showing the structure of a rotor which is a main part of still another embodiment of the motor of the present invention.
【０１０８】この回転子が図１８の回転子と異なる点
は、断面円弧状の永久磁石２の外側にも断面円弧状の第
１の補助的な永久磁石２ａをさらに設けた点のみであ
る。This rotor is different from the rotor of FIG. 18 only in that an arc-shaped first auxiliary permanent magnet 2 a is further provided outside the arc-shaped permanent magnet 2.
【０１０９】この構成のモータを採用した場合にも、図
１８のモータと同様の作用を達成することができる。The same operation as that of the motor shown in FIG. 18 can be achieved even when the motor having this configuration is employed.
【０１１０】図２０はこの発明のモータのさらに他の実
施態様の要部である回転子の構成を示す縦断面図であ
る。FIG. 20 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a rotor which is a main part of still another embodiment of the motor of the present invention.
【０１１１】この回転子が図１９の回転子と異なる点
は、断面円弧状の永久磁石２を省略した点のみである。This rotor differs from the rotor of FIG. 19 only in that the permanent magnet 2 having an arc-shaped cross section is omitted.
【０１１２】この構成のモータを採用した場合にも、図
１９のモータと同様の作用を達成することができる。The same operation as that of the motor shown in FIG. 19 can be achieved even when the motor having this configuration is employed.
【０１１３】図２１はこの発明のモータのさらに他の実
施態様の要部である回転子の構成を示す縦断面図であ
る。FIG. 21 is a longitudinal sectional view showing the structure of a rotor which is a main part of still another embodiment of the motor of the present invention.
【０１１４】この回転子が図２０の回転子と異なる点
は、断面円弧状の第１の補助的な永久磁石２ａの外側に
も断面円弧状の第２の補助的な永久磁石２ｂをさらに設
けた点のみである。This rotor is different from the rotor shown in FIG. 20 in that a second auxiliary permanent magnet 2b having an arc-shaped cross section is further provided outside the first auxiliary permanent magnet 2a having an arc-shaped cross section. It is only a point.
【０１１５】この構成のモータを採用した場合にも、図
２０のモータと同様の作用を達成することができる。The same operation as that of the motor shown in FIG. 20 can be achieved when the motor having this configuration is employed.
【０１１６】図２２はこの発明のモータのさらに他の実
施態様の要部である回転子の構成を示す縦断面図であ
る。FIG. 22 is a longitudinal sectional view showing the structure of a rotor which is a main part of still another embodiment of the motor of the present invention.
【０１１７】この回転子が図１８の回転子と異なる点
は、断面円弧状の永久磁石２に代えて、１対の平板状永
久磁石２ｃを互いに直交する状態で配置した点のみであ
る。This rotor is different from the rotor of FIG. 18 only in that a pair of flat permanent magnets 2c are arranged in a state orthogonal to each other in place of the permanent magnets 2 having an arc-shaped cross section.
【０１１８】この構成のモータを採用した場合にも、図
１８のモータと同様の作用を達成することができる。The same operation as that of the motor shown in FIG. 18 can be achieved when the motor having this configuration is employed.
【０１１９】図２３はこの発明のモータのさらに他の実
施態様の要部である回転子の構成を示す縦断面図であ
る。FIG. 23 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a rotor which is a main part of still another embodiment of the motor of the present invention.
【０１２０】この回転子が図１８の回転子と異なる点
は、平板状の永久磁石２ｄを半径方向に延びるように配
置しているとともに、各永久磁石２ｄの外端部から回転
子の外周に向かって延びる非磁性部３を設けた点のみで
ある。なお、この実施態様においては、永久磁石２ｄの
厚みとは、周方向の長さである。This rotor is different from the rotor of FIG. 18 in that flat permanent magnets 2d are arranged so as to extend in the radial direction, and from the outer end of each permanent magnet 2d to the outer periphery of the rotor. It is only the point that the non-magnetic portion 3 extending toward is provided. In this embodiment, the thickness of the permanent magnet 2d is the length in the circumferential direction.
【０１２１】この構成のモータを採用した場合にも、図
１８のモータと同様の作用を達成することができる。Even when the motor having this configuration is employed, the same operation as that of the motor shown in FIG. 18 can be achieved.
【０１２２】図２４はこの発明のモータのさらに他の実
施態様の要部である回転子の構成を示す縦断面図であ
る。FIG. 24 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a rotor which is a main part of still another embodiment of the motor of the present invention.
【０１２３】この回転子が図２３の回転子と異なる点
は、永久磁石２ｄの個数を４から８に増加させた点のみ
である。This rotor differs from the rotor of FIG. 23 only in that the number of permanent magnets 2d is increased from four to eight.
【０１２４】この構成のモータを採用した場合にも、図
２３のモータと同様の作用を達成することができる。The same operation as that of the motor shown in FIG. 23 can be achieved even when the motor having this configuration is employed.
【０１２５】図２５はこの発明のモータのさらに他の実
施態様の要部である回転子の構成を示す縦断面図であ
る。FIG. 25 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a rotor which is a main part of still another embodiment of the motor of the present invention.
【０１２６】この回転子が図１の回転子と異なる点は、
断面円弧状の永久磁石２に代えて、蒲鉾状の永久磁石２
ｅを設け、この永久磁石２ｅの外側に薄肉の磁性体部１
ａを設けた点のみである。This rotor is different from the rotor of FIG.
In place of the permanent magnet 2 having an arc-shaped cross section, a permanent magnet 2
e, and a thin magnetic body 1 outside the permanent magnet 2e.
This is only the point provided with a.
【０１２７】この構成のモータを採用した場合にも、図
１のモータと同様の作用を達成することができる。When the motor having this configuration is employed, the same operation as that of the motor of FIG. 1 can be achieved.
【０１２８】[0128]
【発明の効果】請求項１の発明は、磁束の流れを非磁性
部以外の箇所に集中させて漏れ磁束を低減し、ひいては
電流を低減させて銅損を減少させ、しかも、トルク発生
に寄与しない磁束を低減して磁束密度を下げ、ひいては
鉄損を減少させ、さらに回転子を軽量化して速度応答性
を高めることができるという特有の効果を奏する。According to the first aspect of the present invention, the flow of the magnetic flux is concentrated on a portion other than the non-magnetic portion to reduce the leakage magnetic flux, thereby reducing the electric current, thereby reducing the copper loss and contributing to the torque generation. This has the specific effect of reducing the magnetic flux that does not occur, lowering the magnetic flux density, and thus reducing the iron loss, and further reducing the weight of the rotor and increasing the speed responsiveness.
【０１２９】請求項２の発明は、請求項１の効果に加
え、漏れ磁束、トルク発生に寄与しない磁束に起因する
鉄損、銅損を一層減少させることができるという特有の
効果を奏する。The second aspect of the invention has a unique effect that the iron loss and the copper loss due to the leakage magnetic flux and the magnetic flux that does not contribute to the torque generation can be further reduced in addition to the effect of the first aspect.
【０１３０】請求項３の発明は、請求項１の効果に加
え、漏れ磁束、トルク発生に寄与しない磁束に起因する
鉄損、銅損を一層減少させるとともに、銅損の増加を防
止し、しかもトルク発生に寄与する磁束の減少を防止し
てトルクリプルの増加を防止することができるという特
有の効果を奏する。According to the third aspect of the invention, in addition to the effects of the first aspect, the iron loss and the copper loss caused by the leakage magnetic flux and the magnetic flux not contributing to the torque generation are further reduced, and the increase of the copper loss is prevented. This has a specific effect that a decrease in magnetic flux contributing to torque generation can be prevented and an increase in torque ripple can be prevented.
【０１３１】請求項４の発明は、請求項１から請求項３
の何れかの効果に加え、風損やトルクリプルに起因する
悪影響を防止することができるという特有の効果を奏す
る。The invention of claim 4 is the invention of claims 1 to 3.
In addition to any of the effects described above, a unique effect is achieved in that adverse effects due to windage and torque ripple can be prevented.
【０１３２】請求項５の発明は、請求項１から請求項４
の何れかの効果に加え、磁気吸引力、遠心力に起因する
回転子の変形を防止することができるという特有の効果
を奏する。The invention of claim 5 is the invention of claims 1 to 4
In addition to the effect of any one of the above, a unique effect that deformation of the rotor caused by magnetic attraction force and centrifugal force can be prevented.
【０１３３】請求項６の発明は、請求項１から請求項４
の何れかの効果に加え、磁気吸引力、遠心力に起因する
回転子の変形を防止することができるという特有の効果
を奏する。The invention of claim 6 is the invention of claims 1 to 4
In addition to the effect of any one of the above, a unique effect that deformation of the rotor caused by magnetic attraction force and centrifugal force can be prevented.
【０１３４】請求項７の発明は、請求項１から請求項４
の何れかの効果に加え、磁気吸引力、遠心力に起因する
回転子の変形を防止することができるという特有の効果
を奏する。The invention of claim 7 is the invention of claims 1 to 4.
In addition to the effect of any one of the above, a unique effect that deformation of the rotor caused by magnetic attraction force and centrifugal force can be prevented.
【０１３５】請求項８の発明は、請求項１から請求項７
の何れかの効果に加え、巻線抵抗を一層減少させて銅損
を大幅に減少させることができるとともに、コイルエン
ド部を短くして省資源化、低コスト化を達成することが
できるという特有のこうかを奏する。The invention according to claim 8 is the invention according to claims 1 to 7.
In addition to the above-mentioned effects, the coil resistance can be further reduced to greatly reduce copper loss, and the coil end can be shortened to achieve resource saving and cost reduction. Plays like this.
【０１３６】請求項９の発明は、請求項１から請求項８
の何れかの効果に加え、磁石トルクとリラクタンストル
クを併用してトルク／電流比が大きくなる高効率運転を
達成することができ、しかもモータ誘起電圧がインバー
タ電圧よりも上昇する回転数において弱め磁束効果を利
用して回転数を高速側に拡大することができるという特
有の効果を奏する。The ninth aspect of the present invention provides the first to eighth aspects.
In addition to the effect of any one of the above, it is possible to achieve high-efficiency operation in which the torque / current ratio is increased by using both the magnet torque and the reluctance torque. There is a unique effect that the number of revolutions can be increased to a higher speed side by utilizing the effect.
【０１３７】請求項１０の発明は、請求項１から請求項
８の何れかの効果に加え、モータ端子電圧がインバータ
電圧と等しくなる回転数においてモータ誘起電圧よりも
電流位相を進めて磁石磁束を弱める運転を行って電圧一
定のまま回転数を高速側に拡大することができるという
特有の効果を奏する。According to a tenth aspect of the present invention, in addition to the effect of any one of the first to eighth aspects, at the rotation speed at which the motor terminal voltage becomes equal to the inverter voltage, the current phase is advanced from the motor induced voltage to increase the magnet magnetic flux. A unique effect is obtained in that the rotation speed can be increased to a high speed side while the voltage is kept constant by performing the weakening operation.
【０１３８】請求項１１の発明は、請求項１から請求項
１０の何れかの効果に加え、モータを高温高圧環境下で
使用することができ、しかもコストダウン、信頼性向上
を達成することができるという特有の効果を奏する。According to the eleventh aspect of the present invention, in addition to the effects of any one of the first to tenth aspects, the motor can be used in a high-temperature and high-pressure environment, and the cost can be reduced and the reliability can be improved. It has the unique effect of being able to.
【０１３９】請求項１２の発明は、請求項１から請求項
１０の何れかの効果に加え、モータを高温高圧環境下で
使用することができ、しかもコストダウン、信頼性向上
を達成することができるという特有の効果を奏する。According to the twelfth aspect of the present invention, in addition to the effects of any one of the first to tenth aspects, the motor can be used in a high-temperature and high-pressure environment, and the cost can be reduced and the reliability can be improved. It has the unique effect of being able to.
【０１４０】請求項１３の発明は、請求項１から請求項
１０の何れかの効果に加え、モータを高温高圧環境下で
使用することができ、しかもコストダウン、信頼性向上
を達成することができるという特有の効果を奏する。According to the thirteenth aspect of the present invention, in addition to the effect of any one of the first to tenth aspects, the motor can be used in a high-temperature and high-pressure environment, and the cost can be reduced and the reliability can be improved. It has the unique effect of being able to.
【０１４１】請求項１４の発明は、請求項１から請求項
１０の何れかの効果に加え、モータを高温高圧環境下で
使用することができ、しかもコストダウン、信頼性向上
を達成することができるという特有の効果を奏する。According to the fourteenth aspect of the present invention, in addition to the effects of any one of the first to tenth aspects, the motor can be used in a high-temperature and high-pressure environment, and the cost can be reduced and the reliability can be improved. It has the unique effect of being able to.
【０１４２】請求項１５の発明は、請求項１から請求項
１４の何れかの効果に加え、圧縮機の高効率化を達成す
ることができるという特有の効果を奏する。According to the fifteenth aspect of the present invention, in addition to the effects of any one of the first to fourteenth aspects, a specific effect that a high efficiency of the compressor can be achieved is achieved.
【図１】この発明のモータの一実施態様の要部である回
転子を示す縦断面図である。FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a rotor which is a main part of one embodiment of a motor according to the present invention.
【図２】このモータの固定子の歯部における鎖交磁束数
の変化を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a change in the number of interlinkage magnetic fluxes at tooth portions of a stator of the motor.
【図３】固定子と回転子との間における磁力線の解析結
果を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an analysis result of lines of magnetic force between a stator and a rotor.
【図４】鉄損と銅損との解析結果を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing analysis results of iron loss and copper loss.
【図５】モータの電気的損失、鉄損、銅損と極角との関
係を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a relationship between electric loss, iron loss, copper loss and a polar angle of a motor.
【図６】この発明のモータの他の実施態様の要部である
回転子を示す縦断面図である。FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a rotor which is a main part of another embodiment of the motor of the present invention.
【図７】この発明のモータのさらに他の実施態様の要部
である回転子を示す縦断面図である。FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing a rotor which is a main part of still another embodiment of the motor of the present invention.
【図８】モータ誘起電圧を基準とするモータ駆動電流位
相とモータトルクとの関係を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a relationship between a motor drive current phase and a motor torque based on a motor induced voltage.
【図９】表面磁石構造モータと埋込磁石構造モータと
の、回転数に対応するモータ端子電圧を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing motor terminal voltages corresponding to rotation speeds of a surface magnet structure motor and an embedded magnet structure motor.
【図１０】表面磁石構造モータと埋込磁石構造モータと
の、回転数に対応するモータトルクを示す図である。FIG. 10 is a diagram showing motor torque corresponding to the number of rotations of a surface magnet structure motor and an embedded magnet structure motor.
【図１１】表面磁石構造モータと埋込磁石構造モータと
の、回転数に対応するモータ駆動電流を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing motor drive currents corresponding to the number of rotations of the surface magnet structure motor and the embedded magnet structure motor.
【図１２】インバータ制御装置に供給すべき回転子位置
信号を生成する回路の一例を示す図である。FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a circuit that generates a rotor position signal to be supplied to the inverter control device.
【図１３】固定子印加電圧、モータ駆動電流、モータの
機器定数を用いて所定の演算を行って回転子の回転位置
を算出するための速度制御系の構成の一例を示すブロッ
ク図である。FIG. 13 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a speed control system for calculating a rotational position of a rotor by performing a predetermined operation using a stator applied voltage, a motor drive current, and a motor device constant.
【図１４】ブラシレスＤＣモータの解析モデルを示す図
である。FIG. 14 is a diagram showing an analysis model of a brushless DC motor.
【図１５】電圧型インバータが発生する高調波電流から
求められたインダクタンスおよび回転子の突極性から回
転子の回転位置を算出するための制御システムの構成の
一例を示すブロック図である。FIG. 15 is a block diagram showing an example of the configuration of a control system for calculating the rotational position of the rotor from the inductance obtained from the harmonic current generated by the voltage type inverter and the saliency of the rotor.
【図１６】モータ中性点信号を用いて回転子位置を検出
し、ブラシレスＤＣモータを駆動するための制御システ
ムの構成の一例を示すブロック図である。FIG. 16 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a control system for detecting a rotor position using a motor neutral point signal and driving a brushless DC motor.
【図１７】圧縮機の構成の一例を示す縦断面図である。FIG. 17 is a longitudinal sectional view illustrating an example of a configuration of a compressor.
【図１８】この発明のモータのさらに他の実施態様の要
部である回転子を示す縦断面図である。FIG. 18 is a longitudinal sectional view showing a rotor which is a main part of still another embodiment of the motor of the present invention.
【図１９】この発明のモータのさらに他の実施態様の要
部である回転子を示す縦断面図である。FIG. 19 is a longitudinal sectional view showing a rotor which is a main part of still another embodiment of the motor of the present invention.
【図２０】この発明のモータのさらに他の実施態様の要
部である回転子を示す縦断面図である。FIG. 20 is a longitudinal sectional view showing a rotor which is a main part of still another embodiment of the motor of the present invention.
【図２１】この発明のモータのさらに他の実施態様の要
部である回転子を示す縦断面図である。FIG. 21 is a longitudinal sectional view showing a rotor which is a main part of still another embodiment of the motor of the present invention.
【図２２】この発明のモータのさらに他の実施態様の要
部である回転子を示す縦断面図である。FIG. 22 is a longitudinal sectional view showing a rotor which is a main part of still another embodiment of the motor of the present invention.
【図２３】この発明のモータのさらに他の実施態様の要
部である回転子を示す縦断面図である。FIG. 23 is a longitudinal sectional view showing a rotor which is a main part of still another embodiment of the motor of the present invention.
【図２４】この発明のモータのさらに他の実施態様の要
部である回転子を示す縦断面図である。FIG. 24 is a longitudinal sectional view showing a rotor which is a main part of still another embodiment of the motor of the present invention.
【図２５】この発明のモータのさらに他の実施態様の要
部である回転子を示す縦断面図である。FIG. 25 is a longitudinal sectional view showing a rotor which is a main part of still another embodiment of the motor of the present invention.
１ 回転子 １ａ 磁性体部 ２ 永久磁石 ３ 非磁性部 ４ ブリッジ部 ４ａ 補助ブリッジ部 ５ 補強リブ部 ５ａ 補助補強リブ部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotor 1a Magnetic body part 2 Permanent magnet 3 Non-magnetic part 4 Bridge part 4a Auxiliary bridge part 5 Reinforcement rib part 5a Auxiliary reinforcement rib part
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｐ 6/06 Ｈ０２Ｐ 6/02 ３４１Ｃ 6/16 ３４１Ｎ (72)発明者 大山 和伸 滋賀県草津市岡本町字大谷1000番地の２ 株式会社ダイキン空調技術研究所内 Ｆターム(参考） 5H002 AA03 AB07 AC06 AC07 AE08 5H560 AA02 BB04 BB07 BB12 DA07 DA13 DA19 DC01 DC12 EB01 EC10 GG04 UA02 XA12 5H619 AA01 BB01 BB06 BB13 BB22 BB24 PP02 PP06 PP08 5H621 BB10 GA01 GA04 HH01 HH08 JK02 JK05 JK15 5H622 AA03 CA02 CA07 CA13 CB01 CB05 CB06 PP03 PP11 PP16 PP17 Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat II (Reference) H02P 6/06 H02P 6/02 341C 6/16 341N (72) Inventor Kazunobu Oyama 1000 Oya, Okamotocho, Kusatsu-shi, Shiga Prefecture F-term (reference) in Daikin Air Conditioning Technology Laboratory Co., Ltd. 5H002 AA03 AB07 AC06 AC07 AE08 5H560 AA02 BB04 BB07 BB12 DA07 DA13 DA19 DC01 DC12 EB01 EC10 GG04 UA02 XA12 5H619 AA01 BB01 BB06 BB13 BB22 BB24 PP02 PP06 HH08 JK02 JK05 JK15 5H622 AA03 CA02 CA07 CA13 CB01 CB05 CB06 PP03 PP11 PP16 PP17
Claims (15)
の永久磁石（２）を装着してなるとともに、各永久磁石
（２）の周方向の端部に連続させて、回転子（１）の表
面近傍まで延び、かつ永久磁石（２）の厚みよりも大き
い周方向長さの非磁性部（３）を有していることを特徴
とするモータ。A plurality of permanent magnets (2) having a predetermined thickness are mounted inside a rotor (1), and the permanent magnets (2) are connected to circumferential ends of the permanent magnets (2) to form a rotor. (1) A motor having a non-magnetic portion (3) extending to near the surface and having a circumferential length larger than the thickness of the permanent magnet (2).
整数）であり、回転子表面における各磁極鉄心（１ａ）
の極角が１２０／ｎ度以下である請求項１に記載のモー
タ。2. The number of magnetic poles of a rotor (1) is 2n (n is a positive integer), and each magnetic pole core (1a) on the surface of the rotor.
The motor according to claim 1, wherein a polar angle of the motor is 120 / n degrees or less.
整数）であり、回転子表面における各磁極鉄心（１ａ）
の極角が６０／ｎ度以上かつ１２０／ｎ度以下である請
求項１に記載のモータ。3. The number of magnetic poles of the rotor (1) is 2n (n is a positive integer), and each magnetic pole core (1a) on the surface of the rotor.
2. The motor according to claim 1, wherein the polar angle is 60 / n degrees or more and 120 / n degrees or less.
求項１から請求項３の何れかに記載のモータ。4. The motor according to claim 1, wherein the rotor (1) has a perfect cylindrical shape.
して磁極鉄心（１ａ）どうしを連結するブリッジ部
（４）を補強すべく各ブリッジ部（４）よりも半径方向
の内側に位置し、かつ周方向に延びる補強ブリッジ部
（４ａ）を有している請求項１から請求項４の何れかに
記載のモータ。5. A radially inner side of each of the bridge portions (4) to reinforce a bridge portion (4) located outside the non-magnetic portion (3) in the radial direction and connecting the magnetic pole cores (1a). The motor according to any one of claims 1 to 4, further comprising a reinforcing bridge portion (4a) located at a center position and extending in a circumferential direction.
して磁極鉄心（１ａ）どうしを連結するブリッジ部
（４）を補強すべく、ほぼ半径方向に延びる補強リブ
（５）（５ａ）を有している請求項１から請求項４の何
れかに記載のモータ。6. Reinforcing ribs (5) extending substantially in the radial direction to reinforce a bridge portion (4) located radially outside the non-magnetic portion (3) and connecting the magnetic pole cores (1a). The motor according to any one of claims 1 to 4, comprising 5a).
して磁極鉄心（１ａ）どうしを連結するブリッジ部
（４）を補強すべく、各ブリッジ部（４）よりも半径方
向の内側に位置し、かつ周方向に延びる補強ブリッジ部
（４ａ）を有しているとともに、ほぼ半径方向に延びる
補強リブ（５）（５ａ）を有している請求項１から請求
項４の何れかに記載のモータ。7. In order to reinforce the bridge portion (4) which is located outside the non-magnetic portion (3) in the radial direction and connects the magnetic pole cores (1a), the bridge portion (4) is located more radially than each bridge portion (4). 5. The method as claimed in claim 1, further comprising a reinforcing bridge (4a) located on the inside and extending in the circumferential direction and having reinforcing ribs (5) (5a) extending substantially in the radial direction. A motor as described in Crab.
巻線が施されたものである請求項１から請求項７の何れ
かに記載のモータ。8. The motor according to claim 1, wherein the stator surrounding the rotor (1) is provided with a series winding.
に供給するモータ駆動電流の位相をモータ誘起電圧より
も進める電流位相制御手段を含むことを特徴とするモー
タ制御装置。9. A motor control device comprising current phase control means for advancing the phase of a motor drive current supplied to the motor according to claim 1 more than the motor induced voltage.
タに電圧を供給するインバータを含み、最大回転数のモ
ータ端子電圧をインバータ電圧以上に設定していること
を特徴とするモータ制御装置。10. A motor control device comprising an inverter for supplying a voltage to the motor according to claim 1, wherein a motor terminal voltage at a maximum rotation speed is set to be equal to or higher than the inverter voltage. .
圧を検出し、検出されたモータ誘起電圧から回転子位置
を検出し、検出された回転子位置に基づいてモータ駆動
電流またはモータ供給電圧を制御する制御手段をさらに
含む請求項９または請求項１０に記載のモータ制御装
置。11. A motor induced voltage is detected directly or indirectly, a rotor position is detected from the detected motor induced voltage, and a motor drive current or a motor supply voltage is controlled based on the detected rotor position. The motor control device according to claim 9, further comprising a control unit that performs control.
の機器定数を用いて回転子位置を算出し、算出された回
転子位置に基づいてモータ駆動電流またはモータ供給電
圧を制御する制御手段をさらに含む請求項９または請求
項１０に記載のモータ制御装置。12. A control unit for calculating a rotor position using a stator applied voltage, a motor current, and a motor constant, and controlling a motor drive current or a motor supply voltage based on the calculated rotor position. The motor control device according to claim 9, wherein the motor control device includes:
流から求めたインダクタンスおよび回転子の突極性から
回転子位置を算出し、算出された回転子位置に基づいて
モータ駆動電流またはモータ供給電圧を制御する制御手
段をさらに含む請求項９または請求項１０に記載のモー
タ制御装置。13. A rotor position is calculated from an inductance obtained from a harmonic current generated by a voltage source inverter and a saliency of the rotor, and a motor drive current or a motor supply voltage is controlled based on the calculated rotor position. The motor control device according to claim 9, further comprising a control unit that performs control.
出し、検出された回転子位置に基づいてモータ駆動電流
またはモータ供給電圧を制御する制御手段をさらに含む
請求項９または請求項１０に記載のモータ制御装置。14. The motor control apparatus according to claim 9, further comprising control means for detecting a rotor position from a motor neutral point signal and controlling a motor drive current or a motor supply voltage based on the detected rotor position. The motor control device according to any one of the preceding claims.
請求項９から請求項１４の何れかに記載のモータ制御装
置。15. The motor control device according to claim 9, wherein the motor drives a compressor.
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