JP2006081338A - Rotor of rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、回転電機のロータに関し、特に、永久磁石モータとして用いられる回転電機のロータに関する。 The present invention relates to a rotor of a rotating electrical machine, and more particularly to a rotor of a rotating electrical machine used as a permanent magnet motor.
従来、電気自動車用走行モータに用いられる回転電機が知られている。この回転電機は、ロータが磁気突極型ロータ部とマグネット型ロータ部を軸方向直列に結合した構造を持ち、磁気突極型ロータ部の磁気突極型界磁極の磁束とマグネット型ロータ部の永久磁石型界磁極の磁束とは、共通の多相電機子コイルと鎖交する構成を有している(特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a rotating electrical machine used for an electric vehicle traveling motor is known. This rotating electric machine has a structure in which a rotor is coupled in series in the axial direction with a magnetic salient pole type rotor part and a magnet type rotor part, and the magnetic salient pole type magnetic pole of the magnetic salient pole type rotor part and the magnetic rotor part The magnetic flux of the permanent magnet type field pole has a configuration that is linked to a common multiphase armature coil (see Patent Document 1).
つまり、ロータを複数に分割し、その内の一つを表面磁石構造(SPM:Surface Permanent Magnet)に近い永久磁石モータ、その他のものをリラクタンスモータとして、これら分割したロータをお互いにずらすことにより、全体として強め界磁でトルクを出す構造に近いものを実現している。
しかしながら、従来の回転電機の構成では、永久磁石モータとするロータに加わる磁界はq軸か−d軸であり、より一層、磁石を高温で使うことは不可能である。つまり、永久磁石、特に汎用されている高BHmaxのNeFeBr系のものは、高温状態にあると、また、強い反磁界が加わると減磁が発生し、本来持っていた磁束を出すことができない。このため、永久磁石モータにおいては、永久磁石温度が減磁する温度を超えない範囲で、また、永久磁石に強い反磁界が加わらない状態で使用している。特に、永久磁石温度が減磁する温度を超えない範囲で使用することを考慮して、モータ冷却系の強化や、永久磁石を分割して可能な限り磁石が発熱しないようにする等の対策を必要とするため、コストが非常に高くなることが避けられなかった。 However, in the configuration of the conventional rotating electric machine, the magnetic field applied to the rotor serving as the permanent magnet motor is q-axis or −d-axis, and it is impossible to use the magnet at a higher temperature. That is, permanent magnets, especially those of the high FeHBr type with high BHmax, are demagnetized when a high demagnetizing field is applied, and the original magnetic flux cannot be produced. For this reason, in the permanent magnet motor, it is used in a range where the permanent magnet temperature does not exceed the demagnetizing temperature and a strong demagnetizing field is not applied to the permanent magnet. Considering that the permanent magnet temperature should not exceed the demagnetizing temperature, take measures such as strengthening the motor cooling system and dividing the permanent magnet to prevent the magnet from generating heat as much as possible. It was inevitable that the cost would be very high because of the necessity.
この発明の目的は、永久磁石が減磁するのを回避して高温動作が可能となる回転電機のロータを提供することである。 An object of the present invention is to provide a rotor of a rotating electrical machine that can operate at a high temperature while avoiding demagnetization of a permanent magnet.
上記目的を達成するため、この発明に係る回転電機のロータは、円盤状のロータコアと、前記ロータコアに、交互に極性を変え周方向に沿って配置した複数の永久磁石と、前記ロータコアに、前記各永久磁石の磁束と略平行に、且つ、相互に離間して位置するように形成した複数のスリットとを有する。 In order to achieve the above object, a rotor of a rotating electrical machine according to the present invention includes a disk-shaped rotor core, a plurality of permanent magnets that are alternately changed in polarity along the circumferential direction on the rotor core, and the rotor core, It has a plurality of slits formed so as to be positioned substantially parallel to the magnetic flux of each permanent magnet and separated from each other.
この発明に係る回転電機のロータにより、q軸の磁気抵抗を大きくすることができるので、d軸インダクタンスLdがq軸インダクタンスLqよりも大きくなる(Ld>Lq)ことを実現する順凸極型のモータとなって、永久磁石が減磁するのを回避することができる。これにより、高温動作が可能となるので、冷却構造を簡素化することができ、コストを低減することができる。 Since the q-axis magnetic resistance can be increased by the rotor of the rotating electrical machine according to the present invention, a forward convex pole type that realizes that the d-axis inductance Ld is larger than the q-axis inductance Lq (Ld> Lq). It becomes a motor and it can avoid demagnetizing a permanent magnet. As a result, high-temperature operation is possible, so that the cooling structure can be simplified and the cost can be reduced.
以下、この発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
図1は、この発明の一実施の形態に係る回転電機のロータの平面図である。図1に示すように、回転電機のロータ10は、円盤状のロータコア11と、ロータコア11の回転軸となるシャフト12を有する。ロータコア11は、例えば、電磁鋼板を積層して形成されており、ロータコア11の外周縁近傍には、複数の永久磁石N極13と永久磁石S極14が交互に極性を変え周方向に沿って配置されている。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a plan view of a rotor of a rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the
永久磁石N極13と永久磁石S極14のそれぞれの両端には、長軸方向を半径方向としてロータコア11の外周縁側に長方形の第1スリット15が開けられている。更に、永久磁石N極13と永久磁石S極14のそれぞれの外周側(ロータコア11外周縁側)には、長軸方向をロータコア11の半径方向とする幅が狭く細長い溝状の第2スリット16が、各永久磁石13,14から離間して複数個開けられている。各第2スリット16は、各永久磁石13,14の両第1スリット15の間に、各永久磁石13,14の磁束と略平行になるように、それぞれの隣接間隔がほぼ等しく並ぶ放射状に配置されている。
At both ends of the permanent
この第2スリット16は幅が狭く、隣接する第2スリット16同士はスリット幅よりも広いい間隔を有するため、各永久磁石13,14が作る磁束と同一方向のd軸の磁気抵抗は、第2スリット16を設けていない場合に比べ大きな変化はない。即ち、ロータ10のd軸方向のインダクタンスLdは殆ど変化しない。一方、d軸と直交する方向のq軸の磁気抵抗は、複数の第2スリット16がq軸磁束に対する磁気抵抗となるため、第2スリット16を設けていない場合に比べ大きくなる。即ち、ロータ10のq軸方向のインダクタンスLqは低下することになる。従って、d軸インダクタンスLdをq軸インダクタンスLqより大きくする(Ld>Lq)ことが可能となり、順凸極の特性を有するロータ10とすることができる。
Since the
このロータ10(図1参照)において、第2スリット16の数をm、第2スリット16の半径方向長さをM、第2スリット16の回転方向長さをN、ロータコア11の積層厚さをL、電磁鋼板部の透磁率をμ0 とし、第2スリット16を開けない場合のd軸方向の軸磁気抵抗をRmd、q軸方向の磁気抵抗をRmq、第2スリット16を開けた場合のd軸方向の磁気抵抗をRmd’、q軸方向の磁気抵抗をRmq’とすれば、第2スリット16を開けた場合を以下のように近似することができる。なお、第2スリット16を開けない場合のd軸方向の軸磁気抵抗Rmd、q軸方向の磁気抵抗Rmqは、略エアギャップと永久磁石で決まる磁気抵抗と考えられる。
In this rotor 10 (see FIG. 1), the number of the
Rmd’≒Rmd…(1)
Rmq’=Rmq+m×N/(μ0 ×M×L)…(2)
Rmd′≈Rmd (1)
Rmq ′ = Rmq + m × N / (μ 0 × M × L) (2)
式(1)において、ロータコア11を構成する電磁鋼板部とスリット部の磁気抵抗が並列配置となり、電磁鋼板部の透磁率μ0 はエアギャップ部の透磁率に比べ非常に大きいことから、結果として、d軸方向の磁気抵抗Rmdとq軸方向の磁気抵抗Rmqが第2スリット16の形成前後で変化することはないとした。上記式(1),(2)は、第2スリット16の形成によって凸極比を変更することができることを意味する。
In the formula (1), the magnetic steel plate portion and the slit portion constituting the rotor core 11 are arranged in parallel, and the magnetic permeability μ 0 of the magnetic steel plate portion is very large compared to the magnetic permeability of the air gap portion. The magnetoresistance Rmd in the d-axis direction and the magnetoresistance Rmq in the q-axis direction do not change before and after the formation of the
また、第2スリット16の幅(短軸方向)Hと、第2スリット16の数N、各永久磁石13,14の厚さT、及び各永久磁石13,14の面積に対する第2スリット16の面積の比をkとして、
2T<N×L×k
の関係を満足することにより、d軸インダクタンスLdをq軸インダクタンスLqより大きくする(Ld>Lq)ことができる。
In addition, the width (short axis direction) H of the
2T <N × L × k
By satisfying this relationship, the d-axis inductance Ld can be made larger than the q-axis inductance Lq (Ld> Lq).
図2は、この発明の他の実施の形態に係る回転電機のロータの平面図である。図2に示すように、回転電機のロータ20は、第2スリット16の内部に、磁性体21を装着している。その他の構成及び作用は、ロータ10と同様である。
FIG. 2 is a plan view of a rotor of a rotating electrical machine according to another embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the
磁性体21は、例えば、複数枚の電磁鋼板22により形成されている。複数枚の電磁鋼板22は、板厚方向に密着させて積み重ねた積層状態にすると共に重ね合わせ面がロータコア11の半径方向と一致するように、即ち、各永久磁石13,14の磁束を通し易い方向性を有するように磁束と略平行に、隙間なく挿入配置されている。これにより、d軸の磁気抵抗は、第2スリット16の有無に拘わらず略不変となる。
The
一方、q軸の磁気抵抗は、第2スリット16の内部に挿入配置した磁性体21がq軸方向に対し略直交しているため、第2スリット16を形成しないロータに比べ大きくなる。
On the other hand, the magnetic resistance of the q axis is larger than that of the rotor that does not form the
従って、d軸の磁気抵抗を大きくすることなくq軸の磁気抵抗のみを大きくすることができるので、ロータ20は、ロータ10(図1参照)より、更に順凸極性を高めることができる。
Accordingly, since only the q-axis magnetic resistance can be increased without increasing the d-axis magnetic resistance, the
なお、回転電機が、永久磁石N極13と永久磁石S極14がロータコア11内に埋め込んで配置した、IPM(Interior Permanent Magnet)構造を有する場合、各永久磁石13,14のそれぞれの外周側(ロータ外周縁側)のみに第2スリット16を入れると、q軸磁束は各永久磁石13,14の外周側となるので、d軸インダクタンスLdをq軸インダクタンスLqより大きくする(Ld>Lq)ことが可能となり、順凸極の特性を有するロータ10とすることができる。また、高回転に伴う各永久磁石13,14の左右両端コア部の応力集中を緩和することができる。
When the rotating electrical machine has an IPM (Interior Permanent Magnet) structure in which the permanent
このように、この発明によれば、永久磁石13,14の磁束と略平行になるように第2スリット16を設けたので、q軸の磁気抵抗を大きくすることができ、これによって、d軸インダクタンスLdがq軸インダクタンスLqより大きく(Ld>Lq)なり順凸極型のモータとなる。この順凸極構造により、永久磁石の減磁を回避することができるので、高温動作が可能となって冷却構造を簡素化することができ、コストを低減することができる。
As described above, according to the present invention, since the
なお、上記実施の形態において、第2スリット16は、永久磁石N極13と永久磁石S極14のそれぞれの外周側(ロータ外周縁側)に形成しているが、これに限るものではなく、第2スリット16を、永久磁石N極13と永久磁石S極14のそれぞれの内周側(シャフト12側)に、或いは外周側(ロータ外周縁側)と内周側(シャフト12側)の両方に、形成してもよい。
In the above embodiment, the
10,20 ロータ
11 ロータコア
12 シャフト
13 永久磁石N極
14 永久磁石S極
15 第1スリット
16 第2スリット
21 磁性体
22 電磁鋼板
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記ロータコアに、交互に極性を変え周方向に沿って配置した複数の永久磁石と、
前記ロータコアに、前記各永久磁石の磁束と略平行に、且つ、相互に離間して位置するように形成した複数のスリットと
を有する回転電機のロータ。 A disk-shaped rotor core;
In the rotor core, a plurality of permanent magnets alternately changing the polarity and arranged along the circumferential direction, and
A rotor of a rotating electrical machine having a plurality of slits formed in the rotor core so as to be positioned substantially parallel to the magnetic flux of each permanent magnet and spaced apart from each other.
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