JP2008017645A - Permanent magnet embedded motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、特に永久磁石埋込型電動機で小型高効率な特性が要求される、コンプレッサ、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車用等小型高効率を求められる電動機に関するものである。 The present invention relates to an electric motor that is required to be small and highly efficient, such as a compressor, an electric vehicle, a hybrid vehicle, and a fuel cell vehicle, which require a small and highly efficient characteristic, particularly in an embedded permanent magnet electric motor.
近年、地球環境との共存や省エネに対する認識が高まり、エアコンや冷蔵庫等に用いられるコンプレッサを初めとする電気機器に搭載される電動機や、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車等に搭載される電動機も小型高効率を求められている。 In recent years, awareness of coexistence with the global environment and energy saving has increased, and electric motors installed in electric devices such as compressors used in air conditioners and refrigerators, electric motors installed in electric vehicles, hybrid vehicles, fuel cell vehicles, etc. Even small size and high efficiency are required.
一般的に固定子に固定子巻線を配置し、ラジアル方向に磁気ギャップを介して回転子を有する電動機の固定子軸方向長さL2は、磁路として有効な固定子鉄心軸方向長さL1に加えて固定子巻線端部の長さ、いわゆるコイルエンド高さが必要である。一方、固定子巻線の無い回転子の回転子鉄心軸方向長さは、磁気ギャプを介して固定子鉄心と対峙し磁路として有効となる部分であり固定子鉄心と回転子鉄心の軸方向長さがほぼ等しい。よって、固定子全長L2は、回転子全長より長くなる傾向にある。 Generally, the stator winding axial length L2 of a motor having a stator winding arranged in a stator and having a rotor in the radial direction via a magnetic gap is effective as a stator core axial length L1 as a magnetic path. In addition, the length of the stator winding end, that is, the so-called coil end height is required. On the other hand, the rotor core axial length of the rotor without the stator winding is a portion that is effective as a magnetic path opposite to the stator core via the magnetic gap, and is the axial direction of the stator core and the rotor core. The length is almost equal. Therefore, the total length L2 of the stator tends to be longer than the total length of the rotor.
永久磁石を用いた電動機のトルクアップに回転子から固定子へ鎖交する永久磁石の磁束を高めることは有効であり、固定子全長L2と回転子全長との差で生じる空間を有効活用しトルクアップができればその分電動機を短くすることができ小型高効率電動機を実現することができる。 It is effective to increase the magnetic flux of the permanent magnet interlinked from the rotor to the stator to increase the torque of the electric motor using the permanent magnet, and effectively use the space generated by the difference between the total length L2 of the stator and the total length of the rotor. If it can be increased, the motor can be shortened accordingly, and a small high-efficiency motor can be realized.
104は永久磁石を示す。110a、110bはオーバーハング部であり、固定子鉄心軸方向長さL1よりも両端にオーバーハングしている。109は固定子巻線である。回転子鉄心軸方向長さを固定子鉄心の軸方向長さL2より長くし、永久磁石の軸方向長さもオーバーハングすることで、磁束を増加させトルクアップをねらっている(例えば、特許文献1参照)。
また、図8は、従来の永久磁石電動機の回転子の斜視図、縦断面図を示す。回転軸1Aと直行した軸方向に配向されている主永久磁石6−4と、主永久磁石端面に配置され回転軸方向に配向された補助永久磁石20−4によって主永久磁石の端部磁束を反発させて漏れ磁束を低減し、有効磁束を増加させることで小型化を図っている(例えば、特許文献2参照)。
図7は、永久磁石電動機の有効磁束とオーバーハング部長さの一例を示す図である。回転子鉄心の軸方向長さを固定子鉄心軸方向長さより長くすることで、有効磁束を増加することができるが、オーバーハング部がある程度の長さになると、回転子鉄心外周部の磁気飽和の影響により有効磁束量は飽和し、磁石の使用量を多くしてもトルクアップがはかれないので電動機が小型化できないという課題があった。 FIG. 7 is a diagram illustrating an example of the effective magnetic flux and the overhang length of the permanent magnet motor. The effective magnetic flux can be increased by making the axial length of the rotor core longer than the axial length of the stator core. However, if the overhang is a certain length, the magnetic saturation of the outer periphery of the rotor core As a result, the effective magnetic flux amount is saturated, and even if the amount of magnet used is increased, the torque cannot be increased, and the motor cannot be reduced in size.
本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、固定子鉄心と空隙を介して対峙する第1の永久磁石を有する第1の回転子鉄心の端面側に、第1の回転子鉄心の磁極と同じ磁極を第1の回転子鉄心側となるよう軸方向着磁された第2の永久磁石を配置した第
2の回転子鉄心を有することで、オーバーハング部の回転子鉄心外周部における磁気飽和の影響をなくし、小型高出力で高効率な永久磁石埋込型電動機を提供することを目的とする。
The present invention solves such a conventional problem, and a first rotor is provided on an end face side of a first rotor core having a first permanent magnet facing the stator core via a gap. The outer periphery of the rotor core in the overhang portion is provided by having a second rotor core in which a second permanent magnet, which is magnetized in the axial direction so that the same magnetic pole as that of the iron core is located on the first rotor core side, is disposed. It is an object of the present invention to provide a permanent magnet embedded type electric motor that eliminates the influence of magnetic saturation in the section and is small and has high output and high efficiency.
上記の課題を解決するために本発明は、環状のヨークと巻線用溝となる周方向間隔をおいて放射状に複数のティースが形成されている固定子と、前記固定子と僅かな空隙を介して対向し、回転自在に保持された回転子鉄心に埋設された永久磁石にて界磁を発生する回転子とを備えた電動機において、固定子鉄心と空隙を介して対峙する第1の永久磁石を有する第1の回転子鉄心の端面側に、第1の回転子外周の磁極と同じ磁極を第1の回転子鉄心側となるよう軸方向着磁された第2の永久磁石を配置した第2の回転子を有する永久磁石埋込型電動機としたものである。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a stator in which a plurality of teeth are radially formed with a circumferential interval between an annular yoke and a winding groove, and a small gap between the stator and the stator. In a motor provided with a rotor that generates a field with a permanent magnet embedded in a rotor core that is opposed and rotatably supported, a first permanent that faces the stator core via a gap A second permanent magnet that is magnetized in the axial direction so that the same magnetic pole as the magnetic pole on the outer periphery of the first rotor is located on the first rotor core side is disposed on the end face side of the first rotor core having a magnet. This is a permanent magnet embedded electric motor having a second rotor.
また、極数P、回転子外径D、第1の回転子鉄心の永久磁石のない回転子鉄心の軸方向長さAが、A≦πD/4Pの条件であることを特徴としたものである。 Further, the number of poles P, the outer diameter D of the rotor, and the axial length A of the rotor core without the permanent magnet of the first rotor core satisfy the condition of A ≦ πD / 4P. is there.
また、回転子端面に磁性体を配置したことを特徴としたものである。 In addition, a magnetic material is disposed on the rotor end face.
また、固定子鉄心と空隙を介して対峙する第1の永久磁石を有する第1の回転子鉄心の端面側に、概回転子鉄心の磁極と同じ磁極を回転子鉄心側となるよう軸方向着磁された第2の永久磁石を配置した第2の回転子の永久磁石外周部に非磁性材を配置したこと特徴としたものである。 In addition, the same magnetic pole as the magnetic pole of the approximately rotor core is axially attached to the end surface side of the first rotor core having the first permanent magnet facing the stator core via a gap so as to be on the rotor core side. This is characterized in that a non-magnetic material is arranged on the outer periphery of the permanent magnet of the second rotor in which the magnetized second permanent magnet is arranged.
上記手段によって、オーバーハング部の回転子鉄心外周部における磁気飽和の影響をなくし、小型高出力で高効率な永久磁石埋込型電動機を提供することができる。 By the above means, it is possible to eliminate the influence of magnetic saturation on the outer peripheral portion of the rotor core in the overhang portion, and to provide a small permanent magnet with a high output and high efficiency.
請求項1記載の発明によれば、固定子鉄心と空隙を介して対峙する永久磁石を有する第1の回転子鉄心の端面側にオーバーハングした第2の回転子鉄心に軸方向着磁された永久磁石を第1の永久磁石および、その外周側の回転子鉄心にほぼ面するように配置したことで、オーバーハング部の回転子鉄心外周部における磁気飽和の影響をなくし、小型高出力で高効率な永久磁石埋込型電動機を提供することができる。
請求項2記載の発明によれば、磁極中央が中心側に凸となるように第1の永久磁石を配置したことを特徴とする請求項1記載の永久磁石埋込型電動機により、第2の永久磁石の面積が広くすることができ、端面磁石の磁束を有効に用いることができ、高トルクを実現し、小型高出力で高効率な永久磁石埋込型電動機を提供することができる。
請求項3記載の発明によれば、オーバーハングした回転子の永久磁石の端面に磁性体を配置したことで僅かな軸方向寸法のアップで大幅に磁束量をアップすることができ、小型高出力で高効率な永久磁石埋込型電動機を提供することができる。
According to the first aspect of the present invention, the second rotor core overhanging on the end face side of the first rotor core having the permanent magnet facing the stator core via the gap is axially magnetized. By arranging the permanent magnet so as to substantially face the first permanent magnet and the rotor core on the outer peripheral side thereof, the influence of magnetic saturation on the outer periphery of the rotor core in the overhang portion is eliminated, and the small and high output is achieved. An efficient permanent magnet embedded motor can be provided.
According to the invention described in
According to the third aspect of the present invention, since the magnetic body is arranged on the end face of the permanent magnet of the overhanging rotor, the amount of magnetic flux can be significantly increased with a slight increase in the axial dimension, and a small high output Thus, a highly efficient permanent magnet embedded motor can be provided.
請求項4記載の発明によれば、極数P、回転子外径D、第1の回転子鉄心で永久磁石のない回転子鉄心の軸方向長さAが、A ≦πD/4Pであることを特徴とすることで、端面の永久磁石の磁束を効果的に活かし永久磁石使用量低減に特に効果的であり、小型高出力で高効率な永久磁石埋込型電動機を提供することができる。
According to the invention of
請求項5記載の発明によれば、オーバーハングした概回転子鉄心の磁極と同じ磁極を回転子鉄心側となるよう軸方向着磁された永久磁石の外周部に非磁性材を配置して固定したことで、高速回転に耐えることができ、より高出力な小型で高効率な永久磁石埋込型電動機を提供することができる。 According to the fifth aspect of the present invention, the nonmagnetic material is disposed and fixed on the outer peripheral portion of the permanent magnet axially magnetized so that the same magnetic pole as that of the overhanging almost rotor core is located on the rotor core side. As a result, it is possible to provide a small and highly efficient permanent magnet embedded type electric motor that can withstand high-speed rotation and has higher output.
請求項6記載の発明によれば、圧粉焼結による回転子鉄心を用いたことで回転子鉄心の形状に自由度が高まり、永久磁石の磁束をステータコアへ最適に導入することができ、より小型高出力で高効率な永久磁石埋込型電動機を提供することができる。 According to the sixth aspect of the present invention, the degree of freedom increases in the shape of the rotor core by using the rotor core by powder sintering, and the magnetic flux of the permanent magnet can be optimally introduced into the stator core. A small-sized, high-output and high-efficiency permanent magnet embedded motor can be provided.
請求項7から8記載の発明によれば、本発明の永久磁石埋込型電動機を搭載することでコンプレッサや、電気自動車、ハイブリッド自動車および燃料電池自動車を小型高効率に寄与することができる。 According to the seventh to eighth aspects of the present invention, a compressor, an electric vehicle, a hybrid vehicle, and a fuel cell vehicle can be contributed to a small size and high efficiency by mounting the permanent magnet embedded type electric motor of the present invention.
本発明は、環状のヨークと巻線用溝となる周方向間隔をおいて放射状に複数のティースが形成されている固定子と、前記固定子と僅かな空隙を介して対向し、回転自在に保持された回転子鉄心に埋設された永久磁石にて界磁を発生する回転子とを備え、固定子鉄心と空隙を介して対峙する第1の永久磁石を有する第1の回転子鉄心の端面側に、第1の回転子外周の磁極と同じ磁極を第1の回転子鉄心側となるよう軸方向着磁された第2の永久磁石を配置した第2の回転子を有する永久磁石埋込型電動機において、第1の永久磁石および、その外周側の回転子鉄心にほぼ面するように第2の永久磁石を配置している。 The present invention has a stator in which a plurality of teeth are radially formed at circumferential intervals to be an annular yoke and a winding groove, and is opposed to the stator via a slight gap so as to be rotatable. An end face of a first rotor core having a first permanent magnet opposed to the stator core via a gap, the rotor having a permanent magnet embedded in the held rotor core and generating a magnetic field Embedded with a permanent magnet having a second rotor in which a second permanent magnet, which is magnetized in the axial direction so that the same magnetic pole as the magnetic pole on the outer periphery of the first rotor is located on the first rotor core side, is disposed on the side In the type electric motor, the second permanent magnet is disposed so as to substantially face the first permanent magnet and the rotor core on the outer peripheral side thereof.
このような構成により、オーバーハング部の回転子鉄心外周部における磁気飽和の影響をなくし、小型高出力で高効率な永久磁石埋込型電動機を提供することができる。 With such a configuration, it is possible to provide a small-sized, high-power and high-efficiency permanent magnet embedded motor that eliminates the influence of magnetic saturation on the outer periphery of the rotor core in the overhang portion.
本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。
図1は本発明の第1の実施例を示す永久磁石埋込型電動機断面図、図2は本発明の第1の実施例を示す永久磁石埋込型電動機の平面図である。2は固定子であり環状のヨークと固定子巻線用溝となる周方向間隔をおいて放射状に複数のティースが形成されている。図2は固定子の巻線用溝に固定子巻線3が配置される。固定子の軸方向長さをL2とし、固定子鉄心の軸方向長さをL1とする。回転子は、固定子鉄心のL1部で空隙を介して対峙し、軸断面方向に着磁された第1の永久磁石を有する第1の回転子鉄心4と、概第1の回転子鉄心4の磁極と同じ磁極を第1の回転子鉄心側となるよう軸方向着磁された第2の永久磁石7を配置した第2の回転子鉄心6を有している。第2の回転子鉄心の外側には磁性体からなる第2のロータヨーク8を有する。なお、図2には説明のために、固定子巻線3および、第2のロータヨーク8は図示していない。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a sectional view of an embedded permanent magnet motor according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view of the embedded permanent magnet motor according to the first embodiment of the present invention.
図2に示したように、第2の永久磁石は、第1の回転鉄心端面で第1の永久磁石の外周側鉄心部分に配置される。また、第2の永久磁石は、第1の永久磁石の磁極と同じ磁極を第1の回転子鉄心側となるよう軸方向着磁された配置としている。よって、第2の永久磁石の磁束が、第1の回転子鉄心の第1の永久磁石外周側に直接流れることになり、従来例でみられたオーバーハング部において回転子鉄心の永久磁石の外周側での磁気飽和による有効磁束の飽和の影響をなくし、小型高出力で高効率な永久磁石埋込型電動機を提供することができる。 As shown in FIG. 2, the second permanent magnet is disposed on the outer peripheral side core portion of the first permanent magnet at the first rotating core end face. The second permanent magnet is arranged such that the same magnetic pole as the magnetic pole of the first permanent magnet is axially magnetized so as to be on the first rotor core side. Therefore, the magnetic flux of the second permanent magnet flows directly to the outer periphery of the first permanent magnet of the first rotor core, and the outer periphery of the permanent magnet of the rotor core in the overhang portion seen in the conventional example. The effect of saturation of the effective magnetic flux due to magnetic saturation on the side can be eliminated, and a small-sized, high-power and high-efficiency permanent magnet embedded motor can be provided.
回転子端面に配置した第2のロータヨーク8が、隣接した第2の永久磁石と磁路を構成することで、回転子の軸方向長さは若干長くなるが、磁束を増加することができるので有効である。
Since the
なお、本実施例は6極V字型磁石の埋込磁石型電動機の例であるが、極数が異なる場合や、磁石形状が平板や円弧状となる場合でも、同様の効果を得られる。第1の回転子鉄心の永久磁石外周側の軸方向面積が大きい程有効な手段であり、第2の永久磁石の配置が第1の永久磁石と一部重なっていても、第2の永久磁石の軸方向断面積に対して、第1の回転子鉄心の永久磁石外周側の軸方向断面積の割合が大きいのであれば良い。また、第2の
磁石は片側にのみ配置しても、また全磁極に限らず1極以上の配置でも、複数の磁極に着磁された1個の永久磁石で構成されても同様の効果が得られる。
In addition, although a present Example is an example of the embedded magnet type | mold electric motor of a 6 pole V-shaped magnet, the same effect is acquired even when the number of poles differs or a magnet shape becomes a flat plate or a circular arc shape. The larger the axial area on the outer peripheral side of the permanent magnet of the first rotor core, the more effective means. Even if the arrangement of the second permanent magnet partially overlaps the first permanent magnet, the second permanent magnet It suffices if the ratio of the axial cross-sectional area on the outer peripheral side of the permanent magnet of the first rotor core is large with respect to the axial cross-sectional area. The same effect can be obtained even if the second magnet is arranged only on one side, is not limited to all the magnetic poles, is arranged with one or more poles, or is composed of a single permanent magnet magnetized on a plurality of magnetic poles. can get.
また、図3は、本発明の第1の実施例を他の例を示す永久磁石埋込型電動機回転子平面図であるが、第1の回転子鉄心の永久磁石5の外周側の一部に相当する箇所に第2の永久磁石7を配していて、同様の効果が得られる。
FIG. 3 is a plan view of an embedded permanent magnet electric motor rotor showing another example of the first embodiment of the present invention, and a part of the outer peripheral side of the
図4は本発明の第2の実施例を説明する永久磁石の模式斜視図である。図4(a)は、固定子鉄心と空隙を介して対峙する第1の回転子鉄心に用いられる軸断面方向に着磁された永久磁石を示す。
図4(b)は第1の回転子鉄心端面に配置される第2の回転子に用いられる軸方向に着磁された永久磁石を示す。ここで、回転子半径をR、回転子直径をD、極数をPとする。
実施例2では、永久磁石を配置しない第1の回転子鉄心の軸方向寸法をA1,A2で示した。本実施例では、このA1、A2のより好ましい寸法について記載している。
以下に永久磁石の磁束の概略計算を行う。
FIG. 4 is a schematic perspective view of a permanent magnet for explaining a second embodiment of the present invention. FIG. 4A shows a permanent magnet magnetized in the axial cross-sectional direction used for the first rotor core facing the stator core via a gap.
FIG. 4B shows an axially magnetized permanent magnet used for the second rotor disposed on the end face of the first rotor core. Here, the rotor radius is R, the rotor diameter is D, and the number of poles is P.
In Example 2, the axial direction dimensions of the first rotor core in which no permanent magnet is disposed are indicated by A1 and A2. In this embodiment, more preferable dimensions of A1 and A2 are described.
The following is a schematic calculation of the magnetic flux of the permanent magnet.
図4(a)から、第1の永久磁石の軸方向長さをAとすると、永久磁石の磁束を最大とするには、クロス線で示した面積を最大にすることであり、2RAに比例する。即ちDAに比例する。ただし、磁石の厚みや回転子の軸径等は無視している。 From FIG. 4 (a), when the axial length of the first permanent magnet is A, to maximize the magnetic flux of the permanent magnet, the area indicated by the cross line is maximized, which is proportional to 2RA. To do. That is, it is proportional to DA. However, the thickness of the magnet and the shaft diameter of the rotor are ignored.
一方、図4(b)から、軸方向に着磁された第2の永久磁石の磁束を最大とするには、クロス線で示した面積を最大することであり、πD^2/4Pに比例する。この両式が等しい場合は、第2の永久磁石の磁束が、永久磁石を配置しない第1の回転子鉄心の軸方向寸法Aの範囲に第1の永久磁石がある場合の磁束とほぼ同等である場合であるので、
A≦πD/4Pとすることで、少ない磁石量にて小型高出力で高効率な永久磁石埋込型電動機を提供することができる。
On the other hand, from FIG. 4B, in order to maximize the magnetic flux of the second permanent magnet magnetized in the axial direction, the area indicated by the cross line is maximized, which is proportional to πD ^ 2 / 4P. To do. When these two expressions are equal, the magnetic flux of the second permanent magnet is almost equal to the magnetic flux when the first permanent magnet is in the range of the axial dimension A of the first rotor core where no permanent magnet is disposed. Because there are cases,
By setting A ≦ πD / 4P, it is possible to provide a small-sized, high-output and high-efficiency permanent magnet embedded motor with a small amount of magnets.
図5は本発明の第3の実施例を示す永久磁石埋込型電動機回転子の平面図である。第2のロータコアの平面図を示し、第2のロータヨークは図示していない。第1の永久磁石を二点鎖線で示し、7は第2の永久磁石を斜線で示し、10は永久磁石保持リングをクロス線で示す。永久磁石保持リング10は非磁性からなり、隣接する磁極の磁束の短絡を防いでいる。
第2の永久磁石7の固定は、第1の回転子に接着等で固定しても良いが、本実施例のように、永久磁石保持リング10を用いることで、より強固な固定ができ、高速回転での信頼性が向上し、より高速回転可能な小型高出力で高効率な永久磁石埋込型電動機を提供することができる。
FIG. 5 is a plan view of a permanent magnet embedded motor rotor showing a third embodiment of the present invention. The top view of the 2nd rotor core is shown, and the 2nd rotor yoke is not illustrated. The first permanent magnet is indicated by a two-dot chain line, 7 is a second permanent magnet by an oblique line, and 10 is a permanent magnet holding ring by a cross line. The permanent
The second
また、圧粉焼結による回転子鉄心を用いたことで回転子鉄心の形状に自由度が高まり、より小型高出力で高効率な永久磁石埋込型電動機を提供することができる。 In addition, the use of a rotor core formed by powder sintering increases the degree of freedom in the shape of the rotor core, and can provide a permanent magnet-embedded electric motor that is smaller and has higher output and higher efficiency.
また、本発明の永久磁石埋込型電動機を搭載することでコンプレッサや、電気自動車、ハイブリッド自動車および燃料電池自動車を小型高効率に寄与することができる。 Moreover, by mounting the permanent magnet embedded electric motor of the present invention, a compressor, an electric vehicle, a hybrid vehicle, and a fuel cell vehicle can be contributed to small size and high efficiency.
本発明は、簡単な構成で小型高出力高効率な電動機を実現できるため、コンプレッサ用や、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車用等の永久磁石埋込型電動機として有用である。 The present invention can realize a small, high-output, high-efficiency electric motor with a simple configuration, and thus is useful as a permanent magnet embedded electric motor for compressors, electric vehicles, hybrid vehicles, fuel cell vehicles, and the like.
1 永久磁石埋込型電動機
2 固定子
3 固定子巻線
4 第1の回転子
5 第1の永久磁石
6 第2の回転子
7 第2の永久磁石
8 第2のロータヨーク
10 永久磁石保持リング
11 非磁性材からなるカラー
DESCRIPTION OF
10 Permanent magnet retaining ring 11 Color made of non-magnetic material
Claims (8)
3. A permanent magnet embedded type electric motor according to claim 1, wherein a magnetic body is disposed on an end face of the rotor.
The same magnetic pole as the magnetic pole of the rotor core is axially magnetized on the end face side of the first rotor core having the first permanent magnet facing the stator core via a gap so as to be on the rotor core side. The embedded permanent magnet electric motor according to claim 1, wherein a nonmagnetic material is disposed on the outer periphery of the permanent magnet of the second rotor in which the second permanent magnet is disposed.
6. A permanent magnet embedded type electric motor according to claim 1, wherein a rotor core formed by powder sintering is used.
An electric vehicle, a hybrid vehicle, and a fuel cell vehicle equipped with the interior permanent magnet motor according to claim 1.
Priority Applications (1)
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