JP2010022195A - Permanent magnet electric motor, refrigerant compressor, and blower - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、永久磁石電動機に関し、永久磁石の磁束を有効に活用する技術に関するものである。 The present invention relates to a permanent magnet electric motor, and relates to a technique for effectively utilizing a magnetic flux of a permanent magnet.
従来、永久磁石電動機は、極数の数だけ永久磁石を用いていた。例えば、4極であれば4個の磁石、6極であれば6個の磁石を用いていた。従って、極数が増すに伴い、永久磁石の数が増すこととなり、加工、組み立て工数が増大することとなる。 Conventionally, permanent magnet motors use permanent magnets in the number of poles. For example, 4 magnets are used for 4 poles, and 6 magnets are used for 6 poles. Therefore, as the number of poles increases, the number of permanent magnets increases, and the number of processing and assembly steps increases.
一方、特許文献1及び特許文献2には、1極ピッチ毎に永久磁石を設け、永久磁石の数を1/2とする永久磁石電動機が開示されている。これらの技術においては、永久磁石の磁極面のうち、固定子に対向する方の極性を同じにしている。これにより、固定子から遠い側の磁極面から発生する磁束を回転子表面へと曲げ、固定子に永久磁石が対向しない位置での回転子においても磁極の機能を果たさせている。
On the other hand,
また一般的な表面磁石型電動機では、多極に着磁されたリング形状の永久磁石を用いる。これにより、一体の永久磁石にて任意の極数の回転子を実現することができる。なお、特許文献3乃至特許文献9も本発明と関連している。
In a general surface magnet type electric motor, a ring-shaped permanent magnet magnetized with multiple poles is used. Thereby, a rotor with an arbitrary number of poles can be realized by an integral permanent magnet. Note that
特許文献1及び特許文献2に記載された技術では、永久磁石数を半減することによってコストダウンを実現している。しかし、永久磁石の磁極面のうち、回転子表面から遠い方は全て同極性となる。従って固定子から遠い方の磁極面から発生する磁束は、永久磁石が対向しない位置で固定子に形成される磁極の磁束としては、有効には活用されていなかった。しかもシャフトが磁性体であればシャフトを介して軸受等が磁化することにより、軸受の損失が増大するという問題点もある。
In the techniques described in
また表面磁石型電動機において用いられるリング形状の永久磁石は加工コストが高い。しかも永久磁石も回転周方向の全周(360度)分必要であり、永久磁石数の低減によるコストダウンを必ずしも得られていないのが実情である。 Further, a ring-shaped permanent magnet used in a surface magnet type electric motor has a high processing cost. Moreover, the permanent magnets are required for the entire circumference (360 degrees) in the rotational circumferential direction, and the actual situation is that the cost reduction due to the reduction of the number of permanent magnets is not necessarily obtained.
そこで本発明は、永久磁石の磁束を有効に活用し、ひいてはコストダウンに資することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to effectively utilize the magnetic flux of a permanent magnet and thus contribute to cost reduction.
この発明にかかる永久磁石電動機の第1の態様は、固定子(2)と、前記固定子に対して空隙(Agi,Agm)を介して対向する回転子(1)とを備える。前記回転子は、回転軸(M)を中心とする略円筒形の側面(100)を有する本体(10)と、前記回転軸に垂直な断面において、前記側面の第1の磁極面境界位置及び第2の磁極面境界位置(10Q1〜10Q6)の間に延在し、磁束の透過を阻害する磁気障壁(101〜104,12,45,121〜125,14X,14Y)と、前記磁気障壁を介して相互に反対側に設けられ、その各々が相互に極性が異なる第1及び第2の磁極面(11aN,11aS,11bS,11bN,14aN,14aS,14bS,14bN,14cN,14cS)を有する複数の永久磁石(11a,11b,14a,14b,14c)とを含む。 A first aspect of the permanent magnet motor according to the present invention includes a stator (2) and a rotor (1) facing the stator via a gap (Agi, Agm). The rotor includes a main body (10) having a substantially cylindrical side surface (100) centered on the rotation axis (M), a first magnetic pole surface boundary position of the side surface in a cross section perpendicular to the rotation axis, and A magnetic barrier (101 to 104, 12, 45, 121 to 125, 14X, 14Y) that extends between the second magnetic pole face boundary positions (10Q1 to 10Q6) and inhibits transmission of magnetic flux, and the magnetic barrier A plurality of first and second magnetic pole faces (11aN, 11aS, 11bS, 11bN, 14aN, 14aS, 14bS, 14bN, 14cN, and 14cS) each having a polarity different from each other. Permanent magnets (11a, 11b, 14a, 14b, 14c).
そして、前記永久磁石(14a,14b,14c)は、前記回転軸(M)を挟んで前記側面(100)において相互にほぼ正対する第1位置(10P)及び第2位置(10R)の間で、前記磁気障壁を介して相互に隣接しつつ延在する。前記回転子(1)は、前記永久磁石同士の隣接位置(14X,14Y)近傍から前記第1の磁極面境界位置及び前記第2の磁極面境界位置へと延び、前記永久磁石と共に前記本体を、磁気的に相互に遮蔽された複数の本体部分(10a〜10f)に区分する非磁性体(121a,121b,122a,122b,121,122)を更に含む。前記永久磁石の着磁方向は、少なくとも前記隣接位置又は、前記隣接位置及びその近傍を除く部分において、前記永久磁石の延在する方向及び前記回転軸の双方に対してほぼ直交する。 The permanent magnets (14a, 14b, 14c) are disposed between the first position (10P) and the second position (10R) that are substantially directly opposed to each other on the side surface (100) with the rotating shaft (M) interposed therebetween. , Extending adjacent to each other through the magnetic barrier. The rotor (1) extends from the vicinity of adjacent positions (14X, 14Y) between the permanent magnets to the first magnetic pole surface boundary position and the second magnetic pole surface boundary position, and the main body is moved together with the permanent magnet. And a non-magnetic material (121a, 121b, 122a, 122b, 121, 122) that is divided into a plurality of magnetically shielded main body portions (10a to 10f). The magnetization direction of the permanent magnet is substantially orthogonal to both the extending direction of the permanent magnet and the rotation axis at least in the adjacent position or a portion excluding the adjacent position and the vicinity thereof.
この発明にかかる永久磁石電動機の第2の態様は、永久磁石電動機の第1の態様であって、前記永久磁石(14a,14b,14c)は前記隣接位置(14X,14Y)を介して相互に連結して永久磁石体(14)を構成し、前記隣接位置における前記永久磁石体は無着磁もしくは前記回転軸に沿って着磁される。 A second aspect of the permanent magnet motor according to the present invention is the first aspect of the permanent magnet motor, wherein the permanent magnets (14a, 14b, 14c) are mutually connected via the adjacent positions (14X, 14Y). They are connected to form a permanent magnet body (14), and the permanent magnet body at the adjacent position is magnetized without magnetization or along the rotation axis.
この発明にかかる永久磁石電動機の第3の態様は、永久磁石電動機の第2の態様であって、前記永久磁石体(14)は前記回転軸(M)近傍を通過して設けられる。 A third aspect of the permanent magnet motor according to the present invention is the second aspect of the permanent magnet motor, wherein the permanent magnet body (14) is provided passing through the vicinity of the rotating shaft (M).
この発明にかかる永久磁石電動機の第4の態様は、永久磁石電動機の第3の態様であって、前記第1位置(10P)側に位置する前記本体部分(10c,10d)を区分する前記非磁性体(122a,122b)は前記第1位置(10P)側に位置する前記本体部分に対して凸に湾曲し、前記第2位置(10R)側に位置する前記本体部分(10a,10f)を区分する前記非磁性体(121a,121b)は前記第2位置(10R)側に位置する前記本体部分に対して凸に湾曲する。 A fourth aspect of the permanent magnet motor according to the present invention is the third aspect of the permanent magnet motor, wherein the non-main body portion (10c, 10d) positioned on the first position (10P) side is separated. The magnetic bodies (122a, 122b) are convexly curved with respect to the main body portion located on the first position (10P) side, and the main body portions (10a, 10f) located on the second position (10R) side are curved. The non-magnetic bodies (121a, 121b) to be divided are convexly curved with respect to the main body portion located on the second position (10R) side.
この発明にかかる永久磁石電動機の第5の態様は、永久磁石電動機の第2の態様であって、前記永久磁石体(14)は前記回転軸(M)近傍を迂回して設けられる。 A fifth aspect of the permanent magnet motor according to the present invention is the second aspect of the permanent magnet motor, wherein the permanent magnet body (14) is provided to bypass the vicinity of the rotating shaft (M).
この発明にかかる永久磁石電動機の第6の態様は、永久磁石電動機の第5の態様であって、前記永久磁石体(14)は前記側面(100)近傍に設けられる。 A sixth aspect of the permanent magnet motor according to the present invention is the fifth aspect of the permanent magnet motor, wherein the permanent magnet body (14) is provided in the vicinity of the side surface (100).
この発明にかかる永久磁石電動機の第7の態様は、永久磁石電動機の第6の態様であって、前記第1位置(10P)近傍及び第2位置(10R)近傍に他の磁気障壁が設けられる。 A seventh aspect of the permanent magnet motor according to the present invention is the sixth aspect of the permanent magnet motor, and other magnetic barriers are provided in the vicinity of the first position (10P) and in the vicinity of the second position (10R). .
この発明にかかる永久磁石電動機の第8の態様は、永久磁石電動機の第2の態様であって、前記第1の磁極面境界位置及び前記第2の磁極面境界位置(10Q1〜10Q6)、並びに前記第1位置(10P)及び第2位置(10R)は、前記回転子(1)の側面(100)を周方向にほぼ等分する位置に配置される。 An eighth aspect of the permanent magnet motor according to the present invention is the second aspect of the permanent magnet motor, wherein the first magnetic pole surface boundary position and the second magnetic pole surface boundary position (10Q1 to 10Q6), and The first position (10P) and the second position (10R) are disposed at positions that equally divide the side surface (100) of the rotor (1) in the circumferential direction.
この発明にかかる永久磁石電動機の第9の態様は、永久磁石電動機の第2の態様であって、前記本体(10)には前記永久磁石体(14)を埋設する埋設穴(13)が設けられ、前記非磁性体(121a,121b,122a,122b,121,122,)の前記側面(100)側の端部が前記側面に沿って有する幅(Tg2)と、前記埋設用穴(13)の前記側面近傍で有する幅(Tm)とがほぼ等しい。 A ninth aspect of the permanent magnet motor according to the present invention is the second aspect of the permanent magnet motor, wherein the main body (10) is provided with an embedding hole (13) for embedding the permanent magnet body (14). A width (Tg2) of the end of the non-magnetic material (121a, 121b, 122a, 122b, 121, 122) on the side surface (100) side along the side surface, and the embedding hole (13). The width (Tm) in the vicinity of the side surface is substantially equal.
この発明にかかる永久磁石電動機の第10の態様は、永久磁石電動機の第2の態様であって、前記本体(10)には前記永久磁石体(14)を埋設する埋設穴(13)が設けられ、前記非磁性体(121a,121b,122a,122b,121,122)と前記側面(100)との間の薄肉部の厚さ(Bg)と、前記埋設用穴(13)と前記側面(100)との間の薄肉部の厚さ(Bm)とがほぼ等しい。 A tenth aspect of the permanent magnet motor according to the present invention is the second aspect of the permanent magnet motor, wherein the main body (10) is provided with an embedding hole (13) for embedding the permanent magnet body (14). The thickness (Bg) of the thin portion between the non-magnetic material (121a, 121b, 122a, 122b, 121, 122) and the side surface (100), the embedding hole (13) and the side surface ( 100) and the thickness (Bm) of the thin portion is substantially equal.
この発明にかかる永久磁石電動機の第11の態様は、永久磁石電動機の第2の態様であって、前記非磁性体(121a,121b,122a,122b,121,122)の幅(Tg1)が、前記回転子(1)と前記固定子(2)との間の空隙の2倍程度以上である。 An eleventh aspect of the permanent magnet electric motor according to the present invention is the second aspect of the permanent magnet electric motor, wherein the width (Tg1) of the non-magnetic material (121a, 121b, 122a, 122b, 121, 122) is It is about twice or more of the space | gap between the said rotor (1) and the said stator (2).
この発明にかかる永久磁石電動機の第12の態様は、永久磁石電動機の第2の態様であって、前記非磁性体(121a,121b,122a,122b,121,122)と前記永久磁石体(14)とは接触して、もしくは前記本体(10)の薄肉部を介して隔てられて設けられる。 A twelfth aspect of the permanent magnet motor according to the present invention is the second aspect of the permanent magnet motor, wherein the non-magnetic body (121a, 121b, 122a, 122b, 121, 122) and the permanent magnet body (14 ) In contact with each other or separated by a thin portion of the main body (10).
この発明にかかる永久磁石電動機の第13の態様は、永久磁石電動機の第5の態様であって、前記回転子(1)は、前記回転軸(M)において前記本体(10)を貫通する非磁性のシャフト(40)を更に含む。 A thirteenth aspect of the permanent magnet motor according to the present invention is the fifth aspect of the permanent magnet motor, wherein the rotor (1) is non-piercing through the main body (10) on the rotating shaft (M). It further includes a magnetic shaft (40).
この発明にかかる永久磁石電動機の第14の態様は、永久磁石電動機の第5の態様であって、前記回転子(1)は、前記回転軸(M)において前記本体(10)を貫通する絶縁性のシャフト(40)を更に含む。 A fourteenth aspect of the permanent magnet motor according to the present invention is the fifth aspect of the permanent magnet motor, wherein the rotor (1) is insulated through the main body (10) in the rotating shaft (M). A sex shaft (40).
この発明にかかる永久磁石電動機の第15の態様は、永久磁石電動機の第2の態様であって、前記回転子(1)は、前記本体(10)の前記回転軸(M)の端部に設けられるシャフト(4)を更に含む。 A fifteenth aspect of the permanent magnet motor according to the present invention is the second aspect of the permanent magnet motor, wherein the rotor (1) is disposed at an end of the rotating shaft (M) of the main body (10). It further comprises a shaft (4) provided.
この発明にかかる永久磁石電動機の第16の態様は、永久磁石電動機の第2の態様であって、前記回転子(1)は、軸受保持部分(45s)及び少なくとも一つの回転子貫通部分(45r)とを含むシャフト(45)を更に含む。前記回転子貫通部分は前記軸受保持部分に対して偏芯し、前記本体(10)には前記回転子貫通部分が嵌合する貫通穴(17)が設けられる。 A sixteenth aspect of the permanent magnet motor according to the present invention is the second aspect of the permanent magnet motor, wherein the rotor (1) includes a bearing holding portion (45s) and at least one rotor penetrating portion (45r). And a shaft (45). The rotor penetrating portion is eccentric with respect to the bearing holding portion, and the main body (10) is provided with a through hole (17) into which the rotor penetrating portion is fitted.
この発明にかかる永久磁石電動機の第17の態様は、永久磁石電動機の第16の態様であって、前記貫通穴(17)及び前記回転子貫通部分(45r)はそれぞれ一対設けられ、前記貫通穴は前記本体部分のうち、同極性の二つにおいてそれぞれ穿たれる。 A seventeenth aspect of the permanent magnet motor according to the present invention is the sixteenth aspect of the permanent magnet motor, wherein a pair of the through hole (17) and the rotor through part (45r) are provided, and the through hole Are drilled in two of the body parts of the same polarity.
この発明にかかる永久磁石電動機の第18の態様は、永久磁石電動機の第2の態様であって、前記回転子(1A,1B)は複数設けられる。複数の前記回転子は相互に共通する回転軸(M)を有して固着して連結され、異なる前記回転子に属する前記永久磁石体(14)の位置は、周方向に相互にずれている。 An eighteenth aspect of the permanent magnet motor according to the present invention is the second aspect of the permanent magnet motor, and a plurality of the rotors (1A, 1B) are provided. The plurality of rotors are fixedly coupled with each other having a common rotation axis (M), and the positions of the permanent magnet bodies (14) belonging to different rotors are shifted from each other in the circumferential direction. .
この発明にかかる永久磁石電動機の第19の態様は、永久磁石電動機の第2の態様であって、前記永久磁石体(14)は、厚み方向に異方性を有する。 A nineteenth aspect of the permanent magnet motor according to the present invention is the second aspect of the permanent magnet motor, wherein the permanent magnet body (14) has anisotropy in the thickness direction.
この発明にかかる永久磁石電動機の第1の態様によれば、磁気障壁を介した一側と他側との間は磁気障壁によって磁束の透過が阻害されるので、磁極面から得られる磁束を回転子の側面へと効率よく導くことができる。しかも磁気障壁は磁極面境界として機能するので、磁気障壁を介して対向する側のそれぞれにおいて回転子の磁極面を独立して形成することができ、永久磁石当たりの磁極面数を2以上とすることもできる。 According to the first aspect of the permanent magnet motor of the present invention, the magnetic flux is blocked by the magnetic barrier between the one side and the other side through the magnetic barrier, so that the magnetic flux obtained from the magnetic pole surface is rotated. Efficiently leads to the child's side. Moreover, since the magnetic barrier functions as a magnetic pole surface boundary, the magnetic pole surface of the rotor can be formed independently on each of the opposing sides through the magnetic barrier, and the number of magnetic pole surfaces per permanent magnet is two or more. You can also.
そして、非磁性体は磁気障壁の一部として機能する。永久磁石の一対の磁極面からそれぞれ発生する磁束の一方もしくは両方が本体部分を介して側面へと導かれる。この際、隣接位置を隔てた磁束は磁気障壁によって透過が阻まれるので、隣接位置に1を加えた値の2倍の磁極面が回転子側面に発生する。永久磁石は側面においてほぼ相互に正対する第1の第2種位置及び第2の第2種位置の間に延在するので、磁極面における磁束密度はほぼ等しく揃えることができる。
The nonmagnetic material functions as a part of the magnetic barrier. One or both of the magnetic fluxes respectively generated from the pair of magnetic pole surfaces of the permanent magnet are guided to the side surface through the main body portion. At this time, since the magnetic flux separating adjacent positions is blocked by the magnetic barrier, a magnetic pole surface twice as large as the value obtained by adding 1 to the adjacent position is generated on the rotor side surface. Since the permanent magnet extends between the
この発明にかかる永久磁石電動機の第2の態様によれば、隣接位置における永久磁石体も磁気障壁として機能するので、複数の永久磁石を一体に形成することができる。 According to the 2nd aspect of the permanent magnet motor concerning this invention, since the permanent magnet body in an adjacent position also functions as a magnetic barrier, a some permanent magnet can be formed integrally.
この発明にかかる永久磁石電動機の第3の態様によれば、本体部分のそれぞれにおける、永久磁石体から側面に至る磁気抵抗を相互に均一にしやすい。 According to the 3rd aspect of the permanent magnet motor concerning this invention, it is easy to mutually make the magnetic resistance from a permanent magnet body to a side in each of a main-body part uniform.
この発明にかかる永久磁石電動機の第4の態様によれば、本体部分のそれぞれにおける、永久磁石体から側面に至る磁気抵抗を相互に均一にしやすい。 According to the fourth aspect of the permanent magnet motor of the present invention, the magnetic resistance from the permanent magnet body to the side surface in each of the main body portions can be easily made uniform.
この発明にかかる永久磁石電動機の第5の態様によれば、本体に貫通するシャフトを設けることができる。 According to the fifth aspect of the permanent magnet motor of the present invention, the shaft penetrating the main body can be provided.
この発明にかかる永久磁石電動機の第6の態様によれば、永久磁石体の磁束を有効に活用し、トルクを大きくすることができる。 According to the sixth aspect of the permanent magnet motor of the present invention, it is possible to effectively utilize the magnetic flux of the permanent magnet body and increase the torque.
この発明にかかる永久磁石電動機の第7の態様によれば、第1位置及び第2位置近傍で永久磁石体の両側からの磁束が短絡して流れないようにする。 According to the seventh aspect of the permanent magnet motor of the present invention, the magnetic flux from both sides of the permanent magnet body is prevented from flowing due to short circuit in the vicinity of the first position and the second position.
この発明にかかる永久磁石電動機の第8の態様によれば、回転子の磁極面をほぼ等しい角度に等配することができ、回転子の振れ回り運動の発生を抑制できる。 According to the eighth aspect of the permanent magnet motor of the present invention, the magnetic pole surfaces of the rotor can be equally arranged at substantially the same angle, and the occurrence of the swinging motion of the rotor can be suppressed.
この発明にかかる永久磁石電動機の第9の態様によれば、固定子から見た回転子の側面近傍の磁気突極性を均一にする。 According to the ninth aspect of the permanent magnet motor of the present invention, the magnetic saliency in the vicinity of the side surface of the rotor viewed from the stator is made uniform.
この発明にかかる永久磁石電動機の第10の態様によれば、薄肉部の漏れ磁束の影響を均一とできる。また応力が均一に分布することになり、ある部分のみ極端に応力が集中することがないため、強度面でも有利である。 According to the tenth aspect of the permanent magnet motor of the present invention, the influence of the leakage magnetic flux in the thin portion can be made uniform. In addition, the stress is uniformly distributed, and the stress is not concentrated only in a certain portion, which is advantageous in terms of strength.
この発明にかかる永久磁石電動機の第11の態様によれば、非磁性体での磁束の漏れを低減し、回転子の磁極面における磁束密度の低下を防ぐ。 According to the eleventh aspect of the permanent magnet motor of the present invention, the leakage of magnetic flux in the nonmagnetic material is reduced, and the decrease in magnetic flux density at the magnetic pole surface of the rotor is prevented.
この発明にかかる永久磁石電動機の第12の態様によれば、非磁性体は、永久磁石体と共に本体を磁気的に相互に遮蔽された複数の本体部分に区分する。 According to the twelfth aspect of the permanent magnet motor of the present invention, the non-magnetic body divides the main body together with the permanent magnet body into a plurality of main body portions that are magnetically shielded from each other.
この発明にかかる永久磁石電動機の第13の態様によれば、シャフトが非磁性体なので、シャフト内部に磁束が通らず、磁束を有効に活用する。 According to the thirteenth aspect of the permanent magnet motor of the present invention, since the shaft is non-magnetic, magnetic flux does not pass through the shaft, and the magnetic flux is effectively utilized.
この発明にかかる永久磁石電動機の第14の態様によれば、シャフトにおける渦電流の発生を防止する。 According to the fourteenth aspect of the permanent magnet motor of the present invention, generation of eddy current in the shaft is prevented.
この発明にかかる永久磁石電動機の第15の態様によれば、シャフトは本体を貫通する必要がないので、永久磁石体及び非磁性体の配置に自由度が増すとともに、シャフト内部に磁束が通らず、磁束を有効に活用する。 According to the fifteenth aspect of the permanent magnet motor of the present invention, since the shaft does not need to penetrate the main body, the degree of freedom increases in the arrangement of the permanent magnet body and the non-magnetic body, and the magnetic flux does not pass through the shaft. , Make effective use of magnetic flux.
この発明にかかる永久磁石電動機の第16の態様によれば、軸受保持部分を軸として回転子が回転可能である。 According to the sixteenth aspect of the permanent magnet motor of the present invention, the rotor can rotate with the bearing holding portion as an axis.
この発明にかかる永久磁石電動機の第17の態様によれば、シャフトが磁性体であっても、磁束の短絡が発生しない。 According to the seventeenth aspect of the permanent magnet motor of the present invention, the magnetic flux is not short-circuited even if the shaft is a magnetic body.
この発明にかかる永久磁石電動機の第18の態様によれば、トルクの脈動が低減される。 According to the eighteenth aspect of the permanent magnet motor of the present invention, torque pulsation is reduced.
この発明にかかる永久磁石電動機の第19の態様によれば、着磁率が良好で、かつ最大エネルギー積も向上できる。 According to the nineteenth aspect of the permanent magnet motor of the present invention, the magnetization rate is good and the maximum energy product can be improved.
本発明の第1乃至第19の態様のいずれかの永久磁石電動機を備える、冷媒圧縮機や送風機を得ることもできる。 A refrigerant compressor and a blower provided with the permanent magnet motor according to any one of the first to nineteenth aspects of the present invention can also be obtained.
この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。 The objects, features, aspects and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description and the accompanying drawings.
本発明において、特に断らない限り、磁束が流れる向きはN極からS極に向かう場合のみならず、S極からN極に向かう場合をも含める。従って例えば「磁束の発生」という表現はN極での磁束の流出のみならず、S極への磁束の流入についても採用する。 In the present invention, unless otherwise specified, the direction in which the magnetic flux flows includes not only the direction from the N pole to the S pole but also the case from the S pole to the N pole. Therefore, for example, the expression “generation of magnetic flux” is applied not only to the outflow of magnetic flux at the N pole, but also to the inflow of magnetic flux to the S pole.
また、以下では回転子が固定子に囲まれたいわゆる内転型の構成を例示して説明するが、本発明は固定子が回転子に囲まれたいわゆる外転型にも適用可能である。 In the following description, a so-called inner rotation type structure in which the rotor is surrounded by the stator will be described as an example. However, the present invention can also be applied to a so-called outer rotation type in which the stator is surrounded by the rotor.
第1の実施の形態.
本実施の形態は概説すれば、固定子と対向する側の永久磁石の磁極面を、周方向に交互に配置し、以て永久磁石数を極数の1/3まで低減するものである。更に磁束を所定の方向に誘導することにより、電動機以外の部分への磁束の漏れを低減する。
First embodiment.
In the present embodiment, the magnetic pole surfaces of the permanent magnets facing the stator are alternately arranged in the circumferential direction, and the number of permanent magnets is reduced to 1/3 of the number of poles. Further, by guiding the magnetic flux in a predetermined direction, leakage of the magnetic flux to parts other than the motor is reduced.
図1は本実施の形態にかかる永久磁石電動機の構成を、回転軸に垂直な方向から見た断面図である。当該永久磁石電動機は、固定子2と、固定子2に対して空隙(寸法が小さいため、図1では明瞭には現れない)を介して対向する回転子1とを備える。
FIG. 1 is a cross-sectional view of the configuration of the permanent magnet motor according to the present embodiment as viewed from the direction perpendicular to the rotation axis. The permanent magnet motor includes a
固定子2は歯部21の複数と、歯部21を回転子1とは反対側で連結する環状のヨーク22とを有している。歯部21には巻線が巻回されるが、その態様は後述する。
The
回転子1は透磁性の本体部分10m,10n、永久磁石11a,11b及び非磁性体12を有している。
The
回転子1の本体部分10m,10nは、例えば電磁鋼板を積層して構成される。永久磁石11a,11bは例えば本体部分10m,10nに穿たれた永久磁石埋設用穴に埋設される。この場合には回転子1は埋め込み磁石型となる。但し、本発明は回転子1の表面に永久磁石が露出する表面磁石型に適用してもよい。
The
図2は回転子1の構造の詳細を示す断面図である。本体部分10m,10nの間には非磁性体12が存在する。しかも非磁性体12の両端外側には薄肉部101,102が設けられており、これらは本体部分10m,10nを連結する。薄肉部101,102は本体部分10m,10nと同材料で、例えば一体に形成してもよい。しかしその厚みは小さいので、磁気飽和が生じやすく、本体部分10m,10nの間で磁束を透過させる機能は殆どない。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing details of the structure of the
そして、非磁性体12が本体部分10m,10nの間に介在する一方で、本体部分10m,10nは固定子2の歯部21に近接する。よって本体部分10m,10nの相互間での磁束の透過は、実質的には、非磁性体12及び薄肉部101,102によって阻害されることになる。
The
回転子1は2個の磁束発生部1a,1bを有していると把握することができる。磁束発生部1a,1bは回転子1の周方向に隣接して配置される。
It can be understood that the
磁束発生部1aは、本体部分10mと、永久磁石11aと、非磁性体12及び薄肉部101,102の永久磁石11a側の部分とを有している。磁束発生部1bは、本体部分10mと、永久磁石11bと、非磁性体12及び薄肉部101,102の永久磁石11b側の部分とを有している。上述の通り、非磁性体12及び薄肉部101,102は本体部分10m,10nの相互間での磁束の透過を阻害するので、これらは相まって磁気障壁19として把握できる。
The
よって磁束発生部1a、1bはその境界に磁気障壁19を共有していると把握することもできるし、磁束発生部1aはその磁束発生部1b側に磁気障壁19のうち磁束発生部1a側の部分を有し、磁束発生部1bはその磁束発生部1a側に磁気障壁19のうち磁束発生部1b側の部分を有していると把握することもできる。
Therefore, it can be understood that the
非磁性体12は回転子1の本体部分10m,10nにおいて穿たれた空間であってもよい。しかし回転子1の剛性を高めるには、非磁性の樹脂を当該空間に充填し、これを非磁性体12として採用することも望ましい。
The
磁束発生部1aにおいて永久磁石11aは回転子1の周方向に関して、磁気障壁19と離れて配置される。磁束発生部1bにおいても永久磁石11bは回転子1の周方向に関して磁気障壁19と離れて配置される。
In the
永久磁石11aはN極性の第1磁極面11aNと、S極性の第2磁極面11aSとを含んでいる。第1磁極面11aNは固定子2に対向する。永久磁石11bはS極性の第1磁極面11bSと、N極性の第2磁極面11bNとを含んでいる。第1磁極面11aN、11bSはいずれも固定子2に対向する。
The
上述のように、永久磁石11a,11bは磁気障壁19と離れて配置される。従って永久磁石11a,11bと磁気障壁19との間にはそれぞれ本体部分10m,10nが固定子2に対向して露出している。永久磁石11aと磁気障壁19との間の本体部分10mには、永久磁石11aの第2磁極面11aSから発生した磁束によって、S極性であって第1磁極面11aNの両側から固定子2と対向する、一対の第3磁極面13aS1,13aS2が発生する。
As described above, the
また永久磁石11bと磁気障壁19との間の本体部分10nには、永久磁石11bの第2磁極面11bNから発生した磁束によって、N極性であって第1磁極面11bSの両側から固定子2と対向する、一対の第3磁極面13bN1,13bN2が発生する。ここでは第3磁極面13aS1,13bN1が薄肉部101側に、第3磁極面13aS2,13bN2が薄肉部102側に、それぞれ位置する場合が例示されている。
The
図3は、固定子2と回転子1とに流れる磁束をシミュレーションした結果を示す図である。但し、固定子2には巻線を巻回してないか、巻回していても電流を流していない場合を図示している。
FIG. 3 is a diagram illustrating a result of simulating the magnetic flux flowing through the
第2磁極面11bN,11aSの間を流れる磁束は僅かに磁気障壁を越えるものの、殆どは固定子2へと流れる。その結果、第2磁極面11bN,11aSから発生する磁束は、第3磁極面13aS1,13aS2,13bN1,13bN2の形成に有効に利用されていることが判る。
Although the magnetic flux flowing between the second magnetic pole surfaces 11bN and 11aS slightly exceeds the magnetic barrier, most of it flows to the
このように非磁性体12に僅かに磁束が流れる場合、その変動によって渦電流が生じないように、非磁性体12として絶縁体や電気抵抗の高い物質を採用することが望ましい。
In this way, when a magnetic flux slightly flows through the
図4は固定子2での巻線の巻回の態様を模式的に示す断面図であり、図5は図4に示された巻回の態様を示す等価回路図である。図4中の丸囲みのクロス、丸囲みの点はそれぞれ紙面から奥へ、紙面から手前へ、配線が向いていることを示す。但しこれらの表示や、矢印は巻線の方向を示すものであって、必ずしも電流の向きを示すものではない(他の図も同様)。
4 is a cross-sectional view schematically showing a winding mode of the
固定子2には集中巻にてA相巻線、B相巻線、C相巻線が歯部21に巻回されている。A相巻線は巻線A1,A2,A3、B相巻線は巻線B1,B2,B3、C相巻線は巻線C1,C2,C3によってそれぞれ直列接続されて構成されている。但し巻線A1,A2,A3同士が相互に並列に接続されてA相巻線を構成し、巻線B1,B2,B3同士が相互に並列に接続されてB相巻線を構成し、巻線C1,C2,C3同士が相互に並列に接続されてC相巻線を構成してもよい。
A phase winding, a B phase winding, and a C phase winding are wound around the
A相巻線、B相巻線、C相巻線は中性点Zにおいて相互に共通に接続され、スター結線を構成している。そしてA相巻線、B相巻線、C相巻線には三相インバータ30により、それぞれA相電流IA、B相IB、C相ICが供給され、6極の回転磁束が発生する。
The A-phase winding, B-phase winding, and C-phase winding are commonly connected to each other at the neutral point Z to form a star connection. The A-phase winding, the B-phase winding, and the C-phase winding are respectively supplied with the A-phase current IA, the B-phase IB, and the C-phase IC by the three-
図6及び図7は上記回転磁束を発生させるための各相電流IA,IB,ICを示すグラフである。図6は3相正弦波電流を、図7は120°矩形波電流を、それぞれ例示している。但しこれらは模式的に示されており、実際にはインダクタンスによる電流のON/OFFの遅れや、PWM制御による高調波などが重畳される。 6 and 7 are graphs showing the phase currents IA, IB, IC for generating the rotating magnetic flux. FIG. 6 illustrates a three-phase sine wave current, and FIG. 7 illustrates a 120 ° rectangular wave current. However, these are schematically shown, and actually, an ON / OFF delay of current due to inductance, harmonics due to PWM control, and the like are superimposed.
図8は図6や図7に示された電流が、回転子1が図1の基準位置から電気角180度回転した位置において供給された場合の磁束をシミュレーションした結果を示す図である。図3と同様に、第3磁極面が機能していることが判る。
FIG. 8 is a diagram showing a result of simulating the magnetic flux when the current shown in FIGS. 6 and 7 is supplied at a position where the
図9は図8に示された磁束のうち、回転子1表面での磁束密度を周方向の角度に対してプロットしたグラフである。但し磁束密度の絶対値は任意単位であり、正/負をそれぞれN/Sに対応して示している。また巻線C3,A1の間を0度に採っており、角度は反時計回りに採っている。全周にわたり、S極及びN極が交互に、それぞれ3回現れており、N極に対応する磁束密度とS極に対応する磁束密度とがほぼ同程度発生していることが判る。
FIG. 9 is a graph in which the magnetic flux density on the surface of the
第3磁極面は第2磁極面で発生する磁束がほぼ2分割されて得られるので、第1磁極面に相当する磁束密度と比較すると第3磁極面に相当する磁束密度は小さくなる。しかし従来の永久磁石電動機であっても、集中巻であれば磁束密度は必ずしも対称ではない。また、トルクは360°全周分の積分で発生するものであるし、また、それぞれの極に働く磁気吸引力も、全周分の積分はほぼ0となる。 Since the third magnetic pole surface is obtained by substantially dividing the magnetic flux generated at the second magnetic pole surface into two parts, the magnetic flux density corresponding to the third magnetic pole surface is smaller than the magnetic flux density corresponding to the first magnetic pole surface. However, even with a conventional permanent magnet motor, the magnetic flux density is not necessarily symmetric if it is concentrated winding. Further, the torque is generated by the integration of the entire circumference of 360 °, and the magnetic attraction acting on each pole is almost zero for the integration of the entire circumference.
第3磁極面を用いないで、回転子1の表面に現れる全ての磁極に第1磁極面を採用した場合と比較すると、以下の様になる。図10は回転子1に6個の永久磁石111〜116を埋め込み、固定子2へと対向する側(つまり第1磁極面)のみで6個の磁極を得た場合に流れる磁束のシミュレーション結果を示している。
Compared to the case where the first magnetic pole surface is adopted for all the magnetic poles appearing on the surface of the
永久磁石111〜116はほぼ永久磁石11aS,11bNと同じ体積、磁束を発生させる。但し、永久磁石11aS,11bNはそれぞれの第1磁極面が回転子1の表面の1/6に対向するのに対し、永久磁石111〜116のそれぞれの第1磁極面は回転子1の表面の1/6よりも小さい領域を覆う。永久磁石111〜116同士を相互に接触させないためである。
The permanent magnets 111 to 116 generate substantially the same volume and magnetic flux as the permanent magnets 11aS and 11bN. However, the permanent magnets 11aS and 11bN have their first magnetic pole faces opposed to 1/6 of the surface of the
なお、図10を得るに際して、固定子2にシミュレーション上で流した電流は、図3に示されたシミュレーション結果を得た場合と同じである。
When obtaining FIG. 10, the current passed through the
図11は図3に示された本発明にかかる構造のトルク波形Q1と、図10に示された従来の構造のトルク波形Q0とを示すグラフである。横軸は回転角度であり、1/3回転分のトルク波形を示している。トルク波形Q1はトルク波形Q0のほぼ2/3となっている。本発明にかかる構造で用いている永久磁石の量は従来の構造で用いている永久磁石の量のほぼ1/3であるので、永久磁石の単位体積当たりに発生するトルクは約2倍となっている。これはつまり永久磁石の磁束を有効に活用していることを示している。 FIG. 11 is a graph showing the torque waveform Q1 of the structure according to the present invention shown in FIG. 3 and the torque waveform Q0 of the conventional structure shown in FIG. The horizontal axis represents the rotation angle, and shows a torque waveform for 1/3 rotation. The torque waveform Q1 is approximately 2/3 of the torque waveform Q0. Since the amount of permanent magnets used in the structure according to the present invention is about 1/3 of the amount of permanent magnets used in the conventional structure, the torque generated per unit volume of the permanent magnet is about doubled. ing. This means that the magnetic flux of the permanent magnet is effectively utilized.
第2の実施の形態.
次に回転子2のシャフトの望ましい形態について説明する。図1に例示された構造では、シャフト部分が略記されていたが、当該断面に現れていない位置においてシャフトが設けられていることも望ましい形態の一つである。例えば、非磁性体12と一体成形され、回転子1の片端部または両端部から突出する樹脂製のシャフトを設けることも望ましい。
Second embodiment.
Next, the desirable form of the shaft of the
図12は回転子1の回転軸方向の端部の一方にシャフト4を設けた構造を例示する斜視図である。当該端部の両方にシャフト4を設けてもよい。
FIG. 12 is a perspective view illustrating a structure in which the
シャフト4はシャフト本体41と、端板42とを有している。端板42の中央には穴44が、その周囲には貫通孔43が穿たれている。穴44にはシャフト本体41が貫挿されて固定される。回転子1の回転軸方向端部の本体部分10m,10nには、穴15が穿たれている。穴15と穴43とは相互に対応して配置されており、両者間は図示されないボルトやリベットなどで固定される。
The
シャフト44は回転子1内部を貫通しないため、磁性体、例えば鉄を使用しても、第3磁極面の発生を妨げず、軸受の損失が増大も回避できる。
Since the
なお、端板42はバランスウエイトを兼ねても良い。但し端板42は非磁性体であることが望ましい。磁性体を採用すれば、異なる永久磁石の第2磁極面の間の磁束が端板42を流れ、第3磁極面が発生しにくくなるからである。
Note that the
図13は本実施の形態の他の形態を示す断面図であり、非磁性のシャフト45が回転子1を回転軸方向に貫通して設けられている。そして図1において示された非磁性体12は非磁性のシャフト45によって二つの部分121,122に分断されている。シャフト45には例えばステンレスを採用することができる。かかる形態においても非磁性体12と同様に、シャフト45及び部分121,122が磁気障壁の一部として機能する。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing another embodiment of the present embodiment, in which a
シャフト45及び部分121,122は一体として形成されてもよいが、相互に独立して形成されても良い。例えばシャフト45と、部分121,122との間には本体部分10m,10nの薄肉部が存在してもよい。但しこの場合、その薄肉部も磁気障壁の一部として機能する程度に、その厚みを薄くすることが望ましい。
The
図14は本実施の形態の更に他の形態を示す断面図であり、磁性のシャフト46が回転子1を回転軸方向に貫通して設けられている。そして図13において示された非磁性体12の部分121,122の他、シャフト46を取り囲む非磁性のボス120も設けられている。
FIG. 14 is a cross-sectional view showing still another embodiment of the present embodiment, in which a
ボス120は部分121,122と共に磁気障壁の一部として機能するので、シャフト46に磁束が流れることが抑制される。
Since the
第3の実施の形態.
次に永久磁石と磁気障壁19との好適な位置関係について説明する。図15は、永久磁石を埋設する埋設穴11a0、11b0と、磁気障壁19の端部となる薄肉部101,102との位置関係を例示する断面図である。埋設穴11a0、11b0にはそのほぼ両端まで永久磁石11a、11b(図15では図示省略:図1、図2を参照)がそれぞれ埋設される。但し、必ずしも厳密に埋設穴11a0、11b0の両端まで永久磁石11a、11bが埋設されている必要はない。
Third embodiment.
Next, a preferred positional relationship between the permanent magnet and the
埋設穴11a0,11b0の両端は、回転子2の外周近傍において磁束発生部1a,1bをほぼ等分する位置に配置されている。即ち、埋設穴11a0の一方端は薄肉部101に対して周方向に角度θ111aだけ離れており、埋設穴11a0の一方端と他方端とは周方向に角度θ11aだけ離れており、埋設穴11a0の他方端は薄肉部102に対して周方向に角度θ112aだけ離れている。そしてこれらの角度θ111a,θ11a,θ112aは相互にほぼ等しい。
Both ends of the embedded holes 11a0 and 11b0 are arranged in positions near the outer periphery of the
同様にして埋設穴11b0の一方端は薄肉部101に対して周方向に角度θ111bだけ離れており、埋設穴11b0の一方端と他方端とは周方向に角度θ11bだけ離れており、埋設穴11b0の他方端は薄肉部102に対して周方向に角度θ112bだけ離れている。そしてこれらの角度θ111b,θ11b,θ112bは相互にほぼ等しい。
Similarly, one end of the embedded hole 11b0 is separated from the
薄肉部101,102は回転子2の外周を二等分する位置に配置されているので、埋設穴11a0,11b0の両端、磁気障壁19の端部が回転子2の外周をほぼ等分する位置に配置されていることになる。
Since the thin-
このようにして回転子2の磁極をほぼ等しい角度に等配することができる。これにより、磁束密度が軸方向に対称となるため、回転子の擂り粉木運動の発生を抑制できる。
In this way, the magnetic poles of the
第4の実施の形態.
次に好適な寸法関係について説明する。図16は回転子1、固定子2についての好適な寸法関係を例示する断面図であり、両者の間の空隙近傍を拡大している。
Fourth embodiment.
Next, a preferable dimensional relationship will be described. FIG. 16 is a cross-sectional view illustrating a preferred dimensional relationship for the
非磁性体12は、隣接する磁束発生部1a,1bの間に介在する薄肉部101に接する一端を有している。薄肉部101は、固定子2に最も近い位置で周方向に幅Tgを有している。埋設穴11a0の端の固定子2に最も近い位置では周方向に幅Tmを有している。
The
幅Tg,Tmをほぼ等しく設定することは、第1磁極面からの磁束と第3磁極面からの磁束とのアンバランスを低減する観点から望ましい。 Setting the widths Tg and Tm substantially equal is desirable from the viewpoint of reducing the unbalance between the magnetic flux from the first magnetic pole surface and the magnetic flux from the third magnetic pole surface.
薄肉部101は厚さBgを有している。そして埋設穴11a0の端と回転子1の外周面との間には厚さBmの薄肉部となっている。
The
厚さBg,Bmをほぼ等しく設定することも、第1磁極面からの磁束と第3磁極面からの磁束とのアンバランスを低減する観点から望ましい。また応力が均一に分布することになり、極端に応力が集中する部分がないため、強度面でも有利である。 It is also desirable to set the thicknesses Bg and Bm substantially equal from the viewpoint of reducing the imbalance between the magnetic flux from the first magnetic pole surface and the magnetic flux from the third magnetic pole surface. In addition, the stress is distributed uniformly, and there is no portion where the stress is extremely concentrated, which is advantageous in terms of strength.
非磁性体12はその端部近傍を除いて厚さCgを有しており、埋設穴11a0はその端部近傍を除いて厚さCmを有している。そして厚さCgを厚さCmよりも大きく設定することも、第3磁極面からの磁束量を確保して第1磁極面からの磁束と第3磁極面からの磁束とのアンバランスを低減する観点から望ましい。
The
これは以下の理由による。即ち、埋設穴11a0を横切って永久磁石11a(図示せず)から漏れる磁束は動作点での磁束密度を下げる量が少ない一方、永久磁石が埋設されていない非磁性体12での磁束の漏れは、第3磁極面に現れる磁束密度の減少に大きく寄与する。例えば厚さCmの2倍程度に厚さCgを設定することは、非磁性体12での磁束の漏れを一層低減する上で望ましい。
This is due to the following reason. That is, the amount of magnetic flux leaking from the
第1磁極面となる回転子2の部分、即ち回転子2の外周面の内、埋設穴11a0に対して回転軸と反対側の部分と、固定子2との間には厚さAgmの空隙が設けられる。そして第3磁極面となる回転子2の部分、即ち回転子2の外周面の内、埋設穴11a0に対して回転軸側の部分と、固定子2との間には厚さAgiの空隙が設けられる。
A gap having a thickness of Agm is formed between the
第3磁極面における磁束密度は、第1磁極面における磁束密度よりも小さい。よって厚さAgmを厚さAgiよりも大きくすることで磁気抵抗をアンバランスにし、以て第1磁極面からの磁束と第3磁極面からの磁束とのアンバランスを低減することができる。例えば厚さAgmを厚さAgiの2倍程度に設定する。 The magnetic flux density at the third magnetic pole surface is smaller than the magnetic flux density at the first magnetic pole surface. Therefore, by making the thickness Agm larger than the thickness Agi, it is possible to unbalance the magnetic resistance, thereby reducing the unbalance between the magnetic flux from the first magnetic pole surface and the magnetic flux from the third magnetic pole surface. For example, the thickness Agm is set to about twice the thickness Agi.
上記の説明において、幅Tg,Tm、厚さBg,Bm、厚さCg,Cm、厚さAgm,Agiの関係は、それぞれ独立して設定することができる。即ちこれら4つの関係の一つでも上述の関係を得ることにより、第1磁極面からの磁束と第3磁極面からの磁束とのアンバランスを低減することができる。 In the above description, the relationships among the widths Tg and Tm, the thicknesses Bg and Bm, the thicknesses Cg and Cm, and the thicknesses Agm and Agi can be set independently. That is, by obtaining the above-described relationship even in one of these four relationships, the imbalance between the magnetic flux from the first magnetic pole surface and the magnetic flux from the third magnetic pole surface can be reduced.
例えば、図16では幅Tgよりも厚さCgの方が大きい場合が例示されているが、この大小関係は反対となってもよい。 For example, FIG. 16 illustrates the case where the thickness Cg is larger than the width Tg, but this magnitude relationship may be reversed.
あるいは空隙の厚さAgiの2倍程度以上に厚さCgを設定することも、非磁性体12での磁束の漏れを低減し、第3磁極面における磁束密度の低下を防ぐ点で望ましい。
Alternatively, setting the thickness Cg to about twice or more the gap thickness Agi is desirable in terms of reducing magnetic flux leakage in the
図16では非磁性体12の薄肉部101側の端部のみを示し、埋設穴11a0の一方の端部近傍のみを図示し、これを例にとって説明した。しかしながら、薄肉部102近傍や埋設穴11a0の他方の端部、埋設穴11b0についても上記の寸法関係を採用することが望ましい。
In FIG. 16, only the end of the
第5の実施の形態.
相互に共通する回転軸を有する回転子を複数設けて連結してもよい。図17は固定子2を一部破断してモータを示す斜視図である。回転子1A,1Bの回転軸は共通であり、回転子1A,1Bは軸方向に並んで相互に固着して連結されて回転子1を構成する。換言すれば回転子1は回転子1A,1Bに分割されている。ここでは回転子1A,1Bにシャフトが貫通していない場合が例示されている。
Fifth embodiment.
A plurality of rotors having mutually common rotation axes may be provided and connected. FIG. 17 is a perspective view showing the motor by partially breaking the
図18(a),(b)はそれぞれ回転子1Aと固定子2との位置関係、回転子1Bと固定子2との位置関係を示す断面図である。回転子1A,1Bの両者を併せた全体としての回転子1と固定子2との位置関係は、図18(a),(b)において共通である。
18A and 18B are cross-sectional views showing the positional relationship between the
回転子1A,1Bは同じ構造を呈している。第1磁極面11AaN,11BaNは図2の第1磁極面11aNに相当し、第1磁極面11AbS,11BbSは図2の第1磁極面11bSに相当する。また非磁性体12A,12Bは図2の非磁性体12に相当する。
The
固定子2の構造は回転軸Mについて周方向にずれてはいないが、回転子1A,1Bの配置は相互に周方向に角度δでずれている。具体的には回転子1Aに属する第1磁極面11AaN,11AbSの位置と、回転子1Bに属する第1磁極面11BaN,11BbSの位置とは、周方向に角度δでずれている。同様に非磁性体12A,12Bの位置も周方向に角度δでずれている。
Although the structure of the
図18(a)(b)においては固定子2におけるある基準位置と、非磁性体12Bの中心線をそれぞれ一点鎖線及び二点鎖線で示している。回転子1Aでは非磁性体12Aの中心と上述の基準位置とが一致するが、回転子1Bでは非磁性体12Bの中心と上述の基準位置とが角度δでずれている。上述のように回転子1は回転子1Aと回転子1Bが相互に固着されて連結されるので、同じ固定子2の位置に対して、回転子1Aと回転子1Bが与える磁束の流れは異なる。
18A and 18B, a certain reference position in the
従来から、回転子を回転軸方向に沿って複数に分割し、かつ相互に周方向に異なる配置をすることにより、トルクの脈動を低減することが、例えば特許文献3において提示されている。本発明でもかかる効果があることがシミュレーションによって確認された。
Conventionally, for example,
図19は図3に示された本発明にかかる構造のトルク波形Q1と、図17乃至図19に示された従来の構造のトルク波形Q2とを示すグラフである。横軸は回転角度であり、1/3回転分のトルク波形を示している。なお、図17に示される回転子1の軸方向の長さは図3に示された回転子1のそれと揃えて計算した。また用いた永久磁石の特性も同一である。角度δの大きさとしてトルク波形Q1の脈動周期の半分、即ち5度を採用した。トルク波形Q2はトルク波形Q1と比較して脈動が約1/4に低減されていることが判る。
FIG. 19 is a graph showing the torque waveform Q1 of the structure according to the present invention shown in FIG. 3 and the torque waveform Q2 of the conventional structure shown in FIGS. The horizontal axis represents the rotation angle, and shows a torque waveform for 1/3 rotation. The length in the axial direction of the
回転子1の分割数を増すほど、トルクの脈動は低減される。脈動周期をα度、回転子の分割数をNrとすると、隣接する回転子同士のずれは角度にしてα/Nrに選定される。
As the number of divisions of the
図20は回転子1を回転子1C,1D,1Eに三分割した場合の構成を例示している。回転子1C,1D,1Eも回転軸が共通であり、同じ構造を有している。図示の便宜上、回転子1C,1D,1Eは離れて記載されているが、実際には一点鎖線に沿って固着されて連結される。但し、図示の簡便のために省略されているが、隣接する回転子間には後述する回転子間磁気障壁が挟まれる。
FIG. 20 illustrates a configuration in which the
また図示の便宜上、固定子2も三分割して示しているが、実際にはこれらも一点鎖線に沿って一体に連結されている。固定子2は回転子1C,1D,1Eとは異なり、周方向にずれてはいない。
Further, for convenience of illustration, the
図20に示された構造では、トルクの脈動の低減という観点よりも固定子2と回転子1との間の磁気吸引力を均等にするという観点から、回転子1C,1D,1Eは相互に120度ずつずれている。これにより、回転子1C,1D,1Eの第1磁極面は周方向に相互に異なる位置で配置されることになる。また回転子1C,1D,1Eの磁極面が回転軸の方向に極性を同じくして並ぶことになる。具体的にはN極性の第1磁極面が一つとN極性の第3磁極面の二つが回転軸に沿った方向に並び、S極性の第1磁極面が一つとS極性の第3磁極面の二つが回転軸に沿った方向に並ぶ。
In the structure shown in FIG. 20, the rotors 1C, 1D, and 1E are mutually connected from the viewpoint of equalizing the magnetic attractive force between the
上述のように第3磁極面における磁束密度は第1磁極面における磁束密度よりも低いので、このように磁極を配置すれば、どの磁極についてもほぼ同じ磁束密度を得ることができる。よって磁気吸引力を均等にし易い。そして磁束密度が軸方向に対称となるため、回転子の擂り粉木運動の発生を抑制できる観点からも望ましい。 As described above, the magnetic flux density at the third magnetic pole surface is lower than the magnetic flux density at the first magnetic pole surface. Therefore, if the magnetic poles are arranged in this way, almost the same magnetic flux density can be obtained for any magnetic pole. Therefore, it is easy to make the magnetic attractive force uniform. Since the magnetic flux density is symmetric in the axial direction, it is also desirable from the viewpoint of suppressing the occurrence of the roving wood movement of the rotor.
3分割を超えて分割した場合であっても、同一回転角度の回転子を総合した厚み同士で比較すればよい。例えば、永久磁石や本体部分の特性が等しい場合、回転子1C、回転子1D、回転子1Eの他、回転子1Dと同様に回転子1Cとは周方向にずれた回転子が設けられていた場合には、当該回転子の軸方向の厚みと回転子1Dの軸方向の厚みの和が、回転子1C、回転子1Eの厚みと等しく設定される。 Even if it is a case where it divides | segments exceeding 3 divisions, what is necessary is just to compare by the thickness which combined the rotor of the same rotation angle. For example, when the characteristics of the permanent magnet and the main body are the same, a rotor that is shifted in the circumferential direction from the rotor 1C is provided in addition to the rotor 1C, the rotor 1D, and the rotor 1E. In this case, the sum of the axial thickness of the rotor and the axial thickness of the rotor 1D is set equal to the thickness of the rotor 1C and the rotor 1E.
但し、回転子1C,1D,1Eを相互に120度ずつずらして配置すれば、ある回転子の第2磁極面を流れる磁束が、当該回転子と隣接する回転子の本体部分を経由してしまう。例えば回転子1CのN極の第2磁極面を流れる磁束は、回転子1C,1D,1E,1D,1Cの本体部分を経由し、回転子1CのS極の第2磁極面へ流れる。これでは自身の本体部分に第3磁極面を発生させにくくなり、固定子2への磁束の鎖交量が減ってしまう。
However, if the rotors 1C, 1D, and 1E are arranged so as to be shifted from each other by 120 degrees, the magnetic flux flowing through the second magnetic pole surface of a certain rotor passes through the main body portion of the rotor adjacent to the rotor. . For example, the magnetic flux flowing through the second magnetic pole face of the N pole of the rotor 1C flows to the second magnetic pole face of the S pole of the rotor 1C via the main body portions of the rotors 1C, 1D, 1E, 1D, and 1C. This makes it difficult to generate the third magnetic pole surface in the main body portion of the body, and the amount of magnetic flux linkage to the
そこで、隣接する回転子の間では、磁束発生部同士の磁束の透過を阻害するために、磁気障壁を挟む必要がある。このような磁気障壁をここでは回転子間磁気障壁と称す。図21は回転子磁気障壁5の回転軸方向に垂直な平面図である。図21では回転子1C,1D,1Eに共通する断面構造を、図2に示された構造で代表させて破線を用いて併記している。 Therefore, it is necessary to sandwich a magnetic barrier between adjacent rotors in order to inhibit transmission of magnetic flux between the magnetic flux generation units. Such a magnetic barrier is referred to herein as an inter-rotor magnetic barrier. FIG. 21 is a plan view of the rotor magnetic barrier 5 perpendicular to the rotation axis direction. In FIG. 21, a cross-sectional structure common to the rotors 1C, 1D, and 1E is shown using a broken line as a representative of the structure shown in FIG.
回転子磁気障壁5は永久磁石の第2磁石よりもやや回転軸寄りの外形を有している。但し、当該外形の外側において、回転子1C,1D,1Eの外周面を外郭とする磁性板を設けてもよい。換言すれば、回転子1C,1D,1Eと同型であって、回転子磁気障壁5を囲む磁性体が隣接する回転子間に挟まれてもよい。例えば回転子磁気障壁5として空気や、モータ内を透過する冷媒、オイル等を採用する場合、当該磁性体のみを隣接する回転子間に挟めばよい。図22はかかる磁性体6の構造を示す斜視図を示す。
The rotor magnetic barrier 5 has an outer shape slightly closer to the rotational axis than the second magnet of the permanent magnet. However, a magnetic plate having the outer peripheral surface of the rotor 1C, 1D, 1E as an outer shell may be provided outside the outer shape. In other words, a magnetic body that is the same type as the rotors 1C, 1D, and 1E and surrounds the rotor magnetic barrier 5 may be sandwiched between adjacent rotors. For example, when air, a refrigerant that passes through the motor, oil, or the like is adopted as the rotor magnetic barrier 5, only the magnetic material may be sandwiched between adjacent rotors. FIG. 22 is a perspective view showing the structure of the
なお、図17乃至図19において示された構造では、通常はずれの角度δは小さく、非磁性体12A,12Bはほぼ相互に重なり合うため、回転子1A,1Bの間には回転子間磁気障壁を特に設ける必要はない。しかし非磁性体12A,12Bが薄く、回転子1A,1Bの本体部同士が接触するような場合には、回転子1A,1Bの間にも回転子間磁気障壁5(あるいは磁性体6)を設けることが望ましい。
In the structure shown in FIGS. 17 to 19, the deviation angle δ is usually small, and the
第6の実施の形態.
本実施の形態ではリラクタンストルクの利用について説明する。図2を参照して、回転子1は非磁性体12を挟んで二つの透磁性の本体部分10m,10nが並んでいる。そして永久磁石11a,11bを結ぶ方向は、磁気障壁19を横切る。他方、第3磁極面13aS1,13aS2の間や、第3磁極面13bN1,13bN2の間には磁気障壁がない。よって永久磁石11a,11bを結ぶ方向は、非磁性体12の延在する方向と比較して、インダクタンスが小さくなる。よって回転子1は非磁性体12の延在する方向をd軸とする2極のリラクタンスモータの回転子としても把握できる。
Sixth embodiment.
In the present embodiment, the use of reluctance torque will be described. Referring to FIG. 2, the
なお、マグネットトルクを考えた永久磁石電動機としては永久磁石11a,11bを結ぶ方向がd軸となる。また6極のリラクタンストルクの利用については後述する。
In the permanent magnet motor considering the magnet torque, the direction connecting the
さて、2極のリラクタンストルクを回転子1に発生させるため、図4に示されたA相巻線、B相巻線、C相巻線の他に固定子2へと別途に巻線を追加して設ける。つまりA相巻線、B相巻線、C相巻線をマグネットトルクを発生させる6極の第1巻線として把握すれば、リラクタンストルクを発生させる2極の第2巻線を追加して巻回することになる。
Now, in order to generate 2-pole reluctance torque in the
図23はD相巻線、E相巻線、F相巻線を追加した構造を例示する断面図である。図4で説明したのと同様、図中の丸囲みのクロス、丸囲みの点はそれぞれ紙面から奥へ、紙面から手前へ、配線が向いていることを示す。但しこれらの表示や、矢印は巻線の方向を示すものであって、必ずしも電流の向きを示すものではない。 FIG. 23 is a cross-sectional view illustrating a structure in which a D-phase winding, an E-phase winding, and an F-phase winding are added. As described with reference to FIG. 4, the circled cross and the circled dots in the figure indicate that the wiring faces from the paper surface to the back and from the paper surface to the front, respectively. However, these indications and arrows indicate the direction of the winding, and do not necessarily indicate the direction of the current.
ここではD相巻線として連結点D0に相互に並列接続された巻線D1,D2を、E相巻線として連結点E0に相互に並列接続された巻線E1,E2を、F相巻線として連結点F0に相互に並列接続された巻線F1,F2を、それぞれ巻回した場合が示されている。図中、連結点D0,E0,F0は回転子1の内部へと引き出されているが、これは図示の煩雑を避けるためであり、実際には外部へと引き出される。
Here, windings D1 and D2 connected in parallel to the connection point D0 as D-phase windings are used, and windings E1 and E2 connected in parallel to the connection point E0 as E-phase windings are used as F-phase windings. As shown, the windings F1 and F2 connected in parallel to the connection point F0 are respectively wound. In the figure, the connection points D0, E0, F0 are drawn out to the inside of the
図24はD相巻線、E相巻線、F相巻線の等価回路を示す回路図である。三相インバータ31からはD相電流ID、E相電流IE、F相電流IFがそれぞれD相巻線、E相巻線、F相巻線に供給される。
FIG. 24 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the D-phase winding, E-phase winding, and F-phase winding. From the three-
D相巻線、E相巻線、F相巻線の巻線の態様は種々可能であるが、ここでは分布巻を採用した場合を例示している。分布巻を採用すれば、集中巻で生じる可能性のある、同一スロット中に収納される巻線に流れる電流で生成される磁束同士が相殺する、という問題点が少ない。 Various forms of the D-phase winding, the E-phase winding, and the F-phase winding are possible, but here, a case where distributed winding is employed is illustrated. If distributed winding is adopted, there is little problem that magnetic fluxes generated by the current flowing through the windings housed in the same slot cancel each other, which may occur in concentrated winding.
図25は巻線A2,C1が巻回されたスロット(歯部21同士の間の巻線用溝)に巻線F2を設ける方法を示す断面図である。巻線F2はあらかじめ別途に巻回され、あらかじめ歯部21に巻回されていた巻線A2,C1の間に押し込むという、インサータ巻を採用することができる。巻線F2は、巻線A2,C1を介して歯部21に設けられると把握することもできる。
FIG. 25 is a cross-sectional view showing a method of providing the winding F2 in a slot (winding groove between the tooth portions 21) around which the windings A2 and C1 are wound. The winding F2 is separately wound beforehand, and inserter winding in which the winding F2 is pushed between the windings A2 and C1 previously wound around the
具体的には、スロット内部に巻線ノズル(図示せず)を遥動させ、ある一定の張力を与えながら強固に第1巻線を巻回する。この際、歯部21に対し、絶縁フィルム、インシュレータ成形物等の絶縁物(図示せず)を介して第1巻線(図25では巻線A2,C1)を巻回する。巻線ノズルをスロットで遥動させながら巻回するため、ノズルの遥動スペースとその周囲には第1巻線を巻回できず、デッドスペースができる。
Specifically, a winding nozzle (not shown) is swayed inside the slot, and the first winding is firmly wound while applying a certain tension. At this time, the first winding (windings A2 and C1 in FIG. 25) is wound around the
一方、あらかじめ第2巻線(図25では巻線F2)を所定の巻枠に巻回しておく。そして第2巻線を、歯部21同士の間から上述のデッドスペースに挿入する。これにより、巻線用溝はほぼ全てにわたって巻線が収納され、巻線占積率を向上させることができる。
On the other hand, the second winding (winding F2 in FIG. 25) is wound around a predetermined winding frame in advance. Then, the second winding is inserted into the above-described dead space from between the
図26は2極の磁束を発生させる一例を示す断面図である。回転子1のリラクタンスモータとしてのd軸drが、巻線B2が巻回されている歯部21と、巻線A1,C3が納められているスロットとを結ぶ方向に平行である。この状態において第2巻線(D相巻線、E相巻線、F相巻線)に対し、ID=−IF,IE=0として各相電流を流す。これにより回転子1にはそのd軸drから角度β2だけ傾いた磁界が与えられる。このように第2巻線に電流を流して2極の磁束を発生させる場合、回転子1に働くリラクタンストルクの最大値は、角度β2が45度のときに最大となる。換言すれば、回転子1の位置に応じて角度β2が45度を保つように各相電流ID,IE,IFを流せばリラクタンストルクを最大にすることができる。
FIG. 26 is a cross-sectional view showing an example of generating a dipole magnetic flux. The d-axis dr as the reluctance motor of the
このように2極の磁束を与える第2巻線によってリラクタンストルクを、図4乃至図7を用いて既述のように6極の磁束を与える第1巻線によってマグネットトルクを、それぞれ発生させることにより、回転子1を回転させることができる。そして第1巻線、第2巻線にはそれぞれ独立して各相電流を流すことができるので、これらを使い分けて永久電動機の駆動を制御することができる。
In this way, the reluctance torque is generated by the second winding that applies a magnetic flux of two poles, and the magnet torque is generated by the first winding that applies a magnetic flux of six poles as described above with reference to FIGS. Thus, the
高速運転においては鉄損が大きくなる傾向にある。そして6極の磁束で駆動する場合には各相電流の基本周波数が2極の磁束で駆動する場合の各相電流の基本周波数と比較して三倍となるので、鉄損は大きくなる。よって所定の回転速度よりも大きな値で回転する場合には、2極の磁束のみあるいは2極の磁束による駆動を主とし、6極の磁束による駆動を従として駆動することが望ましい。しかも、2極の磁束のみで駆動した場合には、永久磁石により発生する誘起電圧の影響が無いため、電圧が飽和点が高く、高速まで回転できる。 Iron loss tends to increase during high-speed operation. When driving with a magnetic flux of 6 poles, the fundamental frequency of each phase current is three times that of the fundamental frequency of each phase current when driving with a magnetic flux of 2 poles. Therefore, when rotating at a value larger than a predetermined rotation speed, it is desirable to drive mainly using only two-pole magnetic flux or two-pole magnetic flux, and driven using six-pole magnetic flux as slave. In addition, when driven by only two magnetic fluxes, there is no influence of the induced voltage generated by the permanent magnet, so that the voltage has a high saturation point and can be rotated to a high speed.
一方、上記所定の回転速度よりも小さな値で回転する場合には、6極の磁束によって駆動することが望ましい。2極の磁束によって駆動する場合と比較して、回転子1の回転が滑らかとなるからである。
On the other hand, in the case of rotating at a value smaller than the predetermined rotation speed, it is desirable to drive with 6-pole magnetic flux. This is because the rotation of the
但し、所定の回転速度よりも小さな値で回転する場合であっても、起動時には2極の磁束、6極の磁束の両方を用いて駆動することが望ましい場合もある。大きなトルクを必要とする場合があるからである。 However, even when rotating at a value smaller than a predetermined rotation speed, it may be desirable to drive using both 2-pole and 6-pole magnetic fluxes at startup. This is because a large torque may be required.
また、定常運転や高負荷運転に際しては、6n極の磁束と、2n極の磁束の両方を用いて駆動することが望ましい。これにより各相電流を低減できる。ここで、「定常運転」とは、運転時間の長い運転領域、例えば、駆動される機器が安定した状態で発揮する運転状態をいい、「高負荷運転」とは、機器の有する最高負荷を含む運転領域をいう。 In steady operation and high load operation, it is desirable to drive using both 6n-pole magnetic flux and 2n-pole magnetic flux. Thereby, each phase current can be reduced. Here, “steady operation” refers to an operation region where the operation time is long, for example, an operation state in which the driven device is stable, and “high load operation” includes the maximum load of the device. Refers to the operating area.
定常運転は、電気代に大きく影響するため、できるだけ少ない電流で運転し、銅損を低減するのが望ましい。一方、定常運転では、駆動される機器が安定した状態、例えばエアコンでは、室内が一定温度に達し、その温度を維持するための運転する状態で採用される。従って低速回転であり、銅損の割合が大である。 Since steady operation greatly affects the electricity bill, it is desirable to operate with as little current as possible to reduce copper loss. On the other hand, in steady operation, the driven device is employed in a stable state, for example, in an air conditioner, when the room reaches a certain temperature and is operated to maintain that temperature. Therefore, it is a low-speed rotation and the ratio of copper loss is large.
また、高負荷運転時にも、銅損が主体であるため、銅損が低減できる電流低減は効果的である。 Moreover, since the copper loss is the main component even during high load operation, current reduction that can reduce the copper loss is effective.
なお、集中巻で得られる巻線のみで2極の磁束と6極の磁束とを発生させることもできる。図27は9個の歯部21に、それぞれA相〜I相の9相の巻線を集中巻にて巻回した固定子2を示す断面図である。各相巻線の一端は電流入力端子として引き出され、他端は、中性点Zに共通に接続される。
It is also possible to generate a two-pole magnetic flux and a six-pole magnetic flux only with a winding obtained by concentrated winding. FIG. 27 is a cross-sectional view showing the
図28はA相〜I相巻線に6極の磁束を発生させるための電流I6A,I6B,I6Cを、2極の磁束を発生させるための電流I2A,I2B,I2C,I2D,I2E,I2F,I2G,I2H,I2Iを、それぞれ流す構成を示すブロック図である。ここでは各電流として正弦波を採用しているが、矩形波でもよい。電流I6A,I6B,I6Cは三相インバータ30によって、電流I2A,I2B,I2C,I2D,I2E,I2F,I2G,I2H,I2Iは9相インバータ32によって、それぞれ出力され、これらを合成して得られる各相電流IA〜IIがそれぞれA相〜I相巻線に与えられる。かかる態様の電流は例えば特許文献4〜6に例示されている。
FIG. 28 shows currents I 6A , I 6B and I 6C for generating 6-pole magnetic fluxes in the A-phase to I-phase windings, and currents I 2A , I 2B , I 2C for generating 2-pole magnetic fluxes, I 2D, I 2E, I 2F , I 2G, I 2H, the I 2I, a block diagram illustrating a configuration of flow, respectively. Here, a sine wave is used as each current, but a rectangular wave may be used. The currents I 6A , I 6B , and I 6C are supplied by the three-
図27を図4と比較すれば理解されるように、A相巻線、D相巻線及びG相巻線はそれぞれ巻線A1,A2,A3に相当し、B相巻線、E相巻線及びH相巻線はそれぞれ巻線B1,B2,B3に相当し、C相巻線、F相巻線及びI相巻線はそれぞれ巻線C1,C2,C3に相当する。従って、A相巻線、D相巻線及びG相巻線に等しく電流I6Aを、B相巻線、E相巻線及びH相巻線に等しく電流I6Bを、C相巻線、F相巻線及びI相巻線に等しく電流I6Cを流し、電流I6A,I6B,I6Cとして3相正弦波電流を採用することにより、図4乃至図7を用いて示された6極の磁束を発生させることができる。 As can be understood by comparing FIG. 27 with FIG. 4, the A phase winding, the D phase winding, and the G phase winding correspond to the windings A1, A2, and A3, respectively, and the B phase winding and the E phase winding. The wire and the H-phase winding correspond to the windings B1, B2, and B3, respectively, and the C-phase winding, the F-phase winding, and the I-phase winding correspond to the windings C1, C2, and C3, respectively. Therefore, the current I 6A is equal to the A phase winding, the D phase winding, and the G phase winding, the current I 6B is equal to the B phase winding, the E phase winding, and the H phase winding, the C phase winding, F The six poles shown in FIGS. 4 to 7 are obtained by flowing the current I 6C equally to the phase winding and the I-phase winding, and adopting the three-phase sinusoidal currents as the currents I 6A , I 6B and I 6C . The magnetic flux can be generated.
一方、いずれの巻線にも、回転軸を介して対向する巻線が存在するので、電流I2A,I2B,I2C,I2D,I2E,I2F,I2G,I2H,I2Iを適切に設定することにより、2極の磁束を発生させることができる。 On the other hand, since there are windings facing each other through the rotating shaft, currents I 2A , I 2B , I 2C , I 2D , I 2E , I 2F , I 2G , I 2H , I 2I By setting appropriately, it is possible to generate a two-pole magnetic flux.
つまりA相〜I相の9相の巻線は、6極の磁束を発生させる電流と、2極の磁束を発生させる電流との共通の経路となる。よっていずれの電流を用いて駆動する場合においてもこれらの巻線の全てを利用することができるので、巻線の利用効率が上がる。 That is, the nine-phase windings of the A-phase to the I-phase serve as a common path for a current that generates a six-pole magnetic flux and a current that generates a two-pole magnetic flux. Therefore, even when driving using any current, since all of these windings can be used, the utilization efficiency of the windings is improved.
上述のように2極の磁束について角度β2だけ位相を進める。また回転子1は図2から明白なように、第1磁極面11aN,11bSにおいて逆突極性を有するため、リラクタンストルクを用いることができる。よって6極の磁束を発生するための電流においても、6極のリラクタンストルクを得るために位相をβ6だけ進める。
As described above, the phase is advanced by the angle β 2 with respect to the magnetic flux of two poles. As apparent from FIG. 2, the
回転子1の回転角θを、A相巻線とI相巻線の間の位置に薄肉部102が位置する場合を基準(0度)に採り、具体的には以下のように各電流が設定される。
The rotation angle θ of the
回転角θは回転速度(rps)に時間t(秒)と360度とを乗じて得られる。I6,I2はそれぞれ6極及び2極の磁束発生用電流の振幅を示す。 The rotation angle θ is obtained by multiplying the rotation speed (rps) by time t (seconds) and 360 degrees. I 6 and I 2 indicate the amplitudes of the magnetic flux generating currents of 6 poles and 2 poles, respectively.
リラクタンストルクは電流位相45°で最大となるため、リラクタンストルクを最大化するための電流位相は、0度を超え45度未満である。但し弱め界磁によって高速回転を行う場合には45度を超えることもある。ここでは弱め界磁を採用する負荷領域は除いて考える。 Since the reluctance torque becomes maximum at a current phase of 45 °, the current phase for maximizing the reluctance torque is more than 0 degree and less than 45 degrees. However, when high-speed rotation is performed by the field weakening, it may exceed 45 degrees. Here, the load region where the field weakening is adopted is excluded.
回転子構造や負荷の大きさにもよるが、経験上の目安として、電流位相を15〜35度程度進めると、リラクタンストルクを最大とできる場合が多い。よって角度β6として例えば20度を採用できる。また上述のように角度β2として45度を採用できる。 Although it depends on the rotor structure and the size of the load, as a guideline for experience, when the current phase is advanced by about 15 to 35 degrees, the reluctance torque can often be maximized. Therefore, for example, 20 degrees can be adopted as the angle β 6 . As described above, 45 degrees can be adopted as the angle β 2 .
なお、かかる角度β6(>0)を採用して6極のリラクタンストルクを得ることは、2極の磁束発生とは独立して設定できる事項である。 It should be noted that obtaining 6-pole reluctance torque by employing such an angle β 6 (> 0) is a matter that can be set independently of 2-pole magnetic flux generation.
上述のように角度β2、β6を採用した場合、各電流の波形は図29乃至図37にグラフとして示される。図29はA相巻線に流れる電流を示すグラフであり、(a),(b),(c)はそれぞれ電流I6A,I2A,IAを示す。図30はB相巻線に流れる電流を示すグラフであり、(a),(b),(c)はそれぞれ電流I6B,I2B,IBを示す。図31はC相巻線に流れる電流を示すグラフであり、(a),(b),(c)はそれぞれ電流I6C,I2C,ICを示す。図32はD相巻線に流れる電流を示すグラフであり、(a),(b),(c)はそれぞれ電流I6A,I2D,IDを示す。図33はE相巻線に流れる電流を示すグラフであり、(a),(b),(c)はそれぞれ電流I6B,I2E,IEを示す。図34はF相巻線に流れる電流を示すグラフであり、(a),(b),(c)はそれぞれ電流I6C,I2F,IFを示す。図35はG相巻線に流れる電流を示すグラフであり、(a),(b),(c)はそれぞれ電流I6A,I2G,IGを示す。図36はH相巻線に流れる電流を示すグラフであり、(a),(b),(c)はそれぞれ電流I6B,I2H,IHを示す。図37はI相巻線に流れる電流を示すグラフであり、(a),(b),(c)はそれぞれ電流I6C,I2I,IIを示す。 When the angles β 2 and β 6 are employed as described above, the waveforms of the respective currents are shown as graphs in FIGS. FIG. 29 is a graph showing the current flowing through the A-phase winding. (A), (b), and (c) show currents I 6A , I 2A , and IA, respectively. FIG. 30 is a graph showing the current flowing through the B-phase winding, and (a), (b), and (c) show currents I 6B , I 2B , and IB, respectively. FIG. 31 is a graph showing the current flowing through the C-phase winding, and (a), (b), and (c) show currents I 6C , I 2C , and IC, respectively. FIG. 32 is a graph showing the current flowing through the D-phase winding, where (a), (b), and (c) indicate currents I 6A , I 2D , and ID, respectively. FIG. 33 is a graph showing the current flowing through the E-phase winding. (A), (b), and (c) show currents I 6B , I 2E , and IE, respectively. FIG. 34 is a graph showing the current flowing through the F-phase winding, and (a), (b), and (c) indicate currents I 6C , I 2F , and IF, respectively. FIG. 35 is a graph showing the current flowing through the G-phase winding. (A), (b), and (c) show currents I 6A , I 2G , and IG, respectively. FIG. 36 is a graph showing the current flowing through the H-phase winding. (A), (b), and (c) show currents I 6B , I 2H , and IH, respectively. FIG. 37 is a graph showing the current flowing through the I-phase winding. (A), (b), and (c) show currents I 6C , I 2I , and II, respectively.
このように6極の磁束を発生させる三相電流、2極の磁束を発生させる九相電流を採用する場合でも、両者を必ず流さなければならないことはない。上述のように第1巻線と第2巻線とを用いた場合と同様に、運転の態様によって6極の磁束や2極の磁束を使い分けることが可能である。 Thus, even when a three-phase current that generates a six-pole magnetic flux and a nine-phase current that generates a two-pole magnetic flux are employed, it is not always necessary to pass both. As described above, similarly to the case where the first winding and the second winding are used, it is possible to selectively use the 6-pole magnetic flux and the 2-pole magnetic flux depending on the operation mode.
なお、磁束発生領域1a,1bが隣接していれば、必ずしも2極のリラクタンストルクを使用できるとは限らない。第3磁極面13aS1,13aS2の間や、第3磁極面13bN1,13bN2の間に磁気障壁が存在すれば、永久磁石11a,11bを結ぶ方向のインダクタンスとの相違が大きくできないからである。
In addition, if the magnetic flux generation | occurrence | production area |
図38は、4つの第3磁極面13aS1,13aS2,13bN1,13bN2を相互に分断する非磁性体123が設けられた回転子1を示す断面図である。ここで示される磁束の流れは、第3磁極面13aS1,13aS2の間や、第3磁極面13bN1,13bN2の間に磁気障壁が存在しなかった場合(図8)と同様にして電流を流した場合に対応している。磁束の流れそのものは、図8と図38とに大差はないが、上述の理由により、2極のリラクタンストルクを得るには好適ではない。但し6極の磁束のみで駆動するのであれば、図2に示された場合と同様の効果を得ることができる。
FIG. 38 is a cross-sectional view showing the
第7の実施の形態.
本実施の形態では種々の変形について説明する。図39は、二種の変形を併有する回転子1の構成を例示する断面図である。第1の変形点として、磁束発生部1a,1bの間に複数の非磁性体124,125が設けられている点が挙げられる。
Seventh embodiment.
In this embodiment, various modifications will be described. FIG. 39 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the
磁性のシャフト46は透磁性の本体部分10tにおいて、回転子1を回転軸方向に貫通して設けられている。非磁性体124,125は回転中心を挟んでおり、シャフト46及び本体部分10tを、それぞれ本体部分10m,10nから隔離している。本体部分10m,10t,10nは非磁性体124,125の両端の外側で薄肉部103,104によって相互に連結されているが、上述の薄肉部101,102と同様、薄肉部103,104も磁気障壁として機能する。よってシャフト46が磁性体であるにもかかわらず、これが第3磁極面の発生を妨げることはない。
The
第2の変形点として、埋設穴11a0の両端に幅広部9aが、埋設穴11b0の両端に幅広部9bが、それぞれ設けられていることが挙げられる。幅広部9a,9bは回転子1の外周面近傍で周方向に沿って延び、ここには永久磁石11a,11bは埋設されない。
As a second deformation point, it can be mentioned that wide portions 9a are provided at both ends of the embedded hole 11a0, and
幅広部9a,9bにより、同じ磁束発生部での第1磁極面と第3磁極面との間で磁束が短絡的に流れることを抑制する。これにより第1磁極面と第3磁極面の磁束をそれぞれの中央に集中させることができる。これはトルクを向上させるという観点から望ましい。
The
なお、図16において幅Tg,Tmをほぼ同一に設定することが望ましいことと対応して、幅広部9a,9bの周方向の幅と、磁気障壁124,125の端部の幅の和とは、ほぼ同一に設定することが望ましい。
In correspondence with the fact that it is desirable to set the widths Tg and Tm substantially the same in FIG. 16, the circumferential width of the
図40は第2の変形点の更に変形を例示する固定子1の断面図である。幅広部9a,9bの代わりに、それぞれ非磁性体91a,91bを設けている。非磁性体91a,91bはそれぞれ埋設穴11a0,11b0の両端近傍に設けられているものの、これらと連通はしていない。しかしながら、非磁性体91aは埋設穴11a0の両端と離隔しつつも近接しているので、本体部分10mのうち、両者の間に位置する部分での磁気抵抗は大きく、実質的には幅広部9aと同様の機能を果たす。非磁性体91bも同様である。
FIG. 40 is a cross-sectional view of the
同様に、非磁性体12の両端近傍には離隔しつつも近接して非磁性体91cが設けられており、非磁性体12の両端近傍での磁気障壁として機能する。そして実質的には、回転子1の表面近傍での磁気障壁の周方向の幅を広げることとなり、図16において幅Tg,Tmをほぼ同一に設定することが望ましいことと対応した効果を得ることができる。
Similarly, a
なお、図40の埋設穴11a0,11b0にそれぞれ永久磁石11a,永久磁石11bを図2のように埋設し、非磁性体12の両端に、永久磁石11aの第2磁極面11aS側にS極、永久磁石11bの第2磁極面11bN側にN極を、それぞれ呈する永久磁石を設けてもよい。この場合、追加して配置された永久磁石も磁気障壁の一部として機能する。これにより磁束の空間高調波を低減できる。
In addition,
このように非磁性体12の端部付近において別途に設けられる永久磁石は、第1磁極面及び第2磁極面を有する永久磁石(上述の例では永久磁石11a,11b)よりも最大エネルギー積の小さい永久磁石を用いてもよい。
As described above, the permanent magnet separately provided near the end of the
図41は永久磁石11a,11bの構成の変形を例示する、回転子1の断面図である。永久磁石11a,11bの形状として、図2においては回転子1の内周側に凸となる円弧形状が例示されていたが、永久磁石11a,11bは必ずしも単体の磁石で構成する必要はない。ここでは3枚の平板形状の永久磁石11a1,11a2,11a3を用いて、略U字形状に永久磁石11aを構成している。同様にして3枚の平板形状の永久磁石11b1,11b2,11b3を用いて、略U字形状に永久磁石11bを構成している。特にネオジム鉄ボロン系の焼結磁石の場合、平板磁石を良く用いるが、平板磁石を複数組み合わせて磁束量を増大させることが可能である。
FIG. 41 is a cross-sectional view of the
また、一枚の平板形状に永久磁石11a,11bを設定してもよい。
Further, the
図42は他の変形にかかる回転子1の構造を例示する断面図である。本体部分10m,10nは分離しており、更に永久磁石11aよりも外周側においても本体部分10jが本体部分10mとは分離している。同様にして永久磁石11bよりも外周側において本体部分10kが本体部分10nとは分離している。
FIG. 42 is a cross-sectional view illustrating the structure of the
しかしながら、穴15が本体部分10m,10nに穿たれており、これを介して図12に示されたシャフト4が装着可能となる。よってシャフト4を介して本体部分10m,10nは連結される。更に穴16が本体部分10m,10n,10c,10dに穿たれており、これに相当する貫通孔43が端板42に設けられれば、本体部分10c,10dもシャフト4を介して本体部分10m,10nと連結され得る。
However, the
第1乃至第7実施の形態の説明では、回転子1における磁束発生部の個数として、2個の場合が例示されたが、2n個(nは1以上の整数)存在していればよい。これにより回転子1には4n個の第3磁極面が発生し、6n個の極数を呈することになる。
In the description of the first to seventh embodiments, the number of magnetic flux generation units in the
第8の実施の形態.
図43は本発明の第8の実施の形態にかかる永久磁石電動機の構成を、回転軸Mに垂直な方向から見た断面図である。図44は回転子1の構成をより詳細に示す断面図である。
Eighth embodiment.
FIG. 43 is a cross-sectional view of the configuration of the permanent magnet motor according to the eighth embodiment of the present invention, viewed from the direction perpendicular to the rotation axis M. FIG. 44 is a cross-sectional view showing the configuration of the
当該永久磁石電動機も、固定子2と、固定子2に対して空隙を介して対向する回転子1とを備える。そして固定子2は歯部21の複数と、歯部21を回転子1とは反対側で連結する環状のヨーク22とを有している。
The permanent magnet motor also includes a
歯部21には集中巻にてA相巻線、B相巻線、C相巻線が歯部21に巻回されている。図4及び図5で示された構成と同様に、A相巻線は巻線A1,A2,A3、B相巻線は巻線B1,B2,B3、C相巻線は巻線C1,C2,C3によってそれぞれ直列接続されて構成され、A相巻線、B相巻線、C相巻線は中性点Zにおいて相互に共通に接続され、スター結線を構成している。そしてA相巻線、B相巻線、C相巻線には三相インバータ30により、それぞれA相電流IA、B相IB、C相ICが供給され、6極の回転磁束が発生する。
The
第1の実施の形態で説明したのと同様に、巻線A1,A2,A3同士が相互に並列に接続されてA相巻線を構成し、巻線B1,B2,B3同士が相互に並列に接続されてB相巻線を構成し、巻線C1,C2,C3同士が相互に並列に接続されてC相巻線を構成してもよい。さらに、スター結線ではなくデルタ結線を採用してもよい。 As described in the first embodiment, the windings A1, A2, A3 are connected to each other in parallel to form an A-phase winding, and the windings B1, B2, B3 are parallel to each other. May be connected to each other to form a B-phase winding, and the windings C1, C2, and C3 may be connected in parallel to each other to form a C-phase winding. Furthermore, delta connection may be adopted instead of star connection.
回転子1は透磁性の本体10、永久磁石体14及び非磁性体121a,121b,122a,122bを有している。回転子1の本体10は、略円筒形の側面100を有しており、例えば電磁鋼板を積層して構成される。
The
永久磁石体14は、回転軸Mを挟んで側面100において相互にほぼ正対する位置10P,10Rの間に延在する。永久磁石体14は、例えば本体10に穿たれ、永久磁石を埋設する埋設用穴13に埋設される。この場合には回転子1は埋め込み磁石型となる。
The
本体10は埋設用穴13及び非磁性体121a,121b,122a,122bによって本体部分10a,10b,10c,10d,10e,10fへとほぼ区分されている。より具体的には、本体部分10aは埋設用穴13及び非磁性体121aによって他の本体部分から区分され、本体部分10bは埋設用穴13及び非磁性体121a,122aによって他の本体部分から区分され、本体部分10cは埋設用穴13及び非磁性体122aによって他の本体部分から区分され、本体部分10dは埋設用穴13及び非磁性体122bによって他の本体部分から区分され、本体部分10eは埋設用穴13及び非磁性体122b,121bによって他の本体部分から区分され、本体部分10fは埋設用穴13及び非磁性体121bによって他の本体部分から区分される。
The
但し図44に示された構成では、本体部分10a〜10fのうち、隣接するもの同士は本体10の薄肉部を介して連結されている。より具体的には、本体部分10a,10bは非磁性体121aよりも側面100側の薄肉部と、非磁性体121aと埋設用穴13との間の薄肉部とによって連結されている。本体部分10b,10cは非磁性体122aよりも側面100側の薄肉部と、非磁性体122aと埋設用穴13との間の薄肉部とによって連結されている。本体部分10c,10dは位置10Pでの埋設用穴13よりも側面100側の薄肉部によって連結されている。本体部分10d,10eは非磁性体122bよりも側面100側の薄肉部と、非磁性体122bと埋設用穴13との間の薄肉部とによって連結されている。本体部分10e,10fは非磁性体121bよりも側面100側の薄肉部と、非磁性体121bと埋設用穴13との間の薄肉部とによって連結されている。本体部分10f,10aは位置10Rでの埋設用穴13よりも側面100側の薄肉部によって連結されている。
However, in the configuration shown in FIG. 44, adjacent ones of the
永久磁石体14には、位置10P,10Rの間で着磁方向が切り替わる転換位置14X,14Yが存在する。具体的には位置10R、転換位置14X,14Y,位置10Pがこの順に並ぶ。例えば転換位置14X,14Yは、位置10P,10Rの間を三等分する。
The
永久磁石体14の着磁方向は永久磁石体14の延在方向及び回転軸Mの双方に対してほぼ直交する。図44に示された構造では永久磁石体14は回転軸M近傍を通過し、回転子1のほぼ直径方向にて延在する。そして位置10Rと転換位置14Xの間において、本体部分10a,10f側にはそれぞれN極の磁極面14aN及びS極の磁極面14aSが現れる。転換位置14X,14Yの間において、本体部分10b,10e側にはそれぞれS極の磁極面14bS及びN極の磁極面14bNが現れる。転換位置14Yと位置10Pの間において、本体部分10c,10d側にはそれぞれN極の磁極面14cN及びS極の磁極11cSが現れる。転換位置14X,14Yは実質的には着磁されてはいないか、他の部分よりも弱く着磁されている。あるいは回転軸Mに沿って着磁されていてもよい。
The magnetization direction of the
このような着磁を得るため、永久磁石体14はその厚み方向に異方性を有すると好適である。永久磁石体14単体で複数極を並行して着磁する場合はもとより、永久磁石体14を回転子1内部に埋設したのちに着磁する場合であっても、着磁率が良好で、また、最大エネルギー積も向上できる。
In order to obtain such magnetization, the
あるいは見方を変えれば、永久磁石体14は3個の永久磁石14a,14b,14cを一体として備え、転換位置14Xにおいて永久磁石14a,14bが、転換位置14Yにおいて永久磁石14b,14cが、それぞれ隣接すると把握することもできる。この場合、転換位置14X,14Yは隣接する永久磁石の隣接位置として把握することができる。
Alternatively, from a different perspective, the
非磁性体121a,121bは転換位置14X近傍から側面100近傍へと延び、非磁性体122a,122bは転換位置14Y近傍から側面100近傍へと延びる。非磁性体121a,121b,122a,122bと、側面100及び埋設用穴13との間の薄肉部の厚みは小さいので、磁気飽和が生じやすい。よって本体部10a〜10fを機械的に連結するものの、永久磁石14a,14b,14cの磁束のごく一部によりひとたび磁気飽和してしまえば、これらの薄肉部において磁束を透過させる機能は殆どない。換言すれば転換位置14X,14Yのそれぞれの両側から側面100へと磁気障壁が延びていることになる。
The
但し永久磁石体14は埋設用穴13に埋設され、永久磁石体14の透磁率も通常は低いので、これも磁気障壁として機能することになる。
However, since the
非磁性体121a,121b,122a,122bの永久磁石体14側の端部は本体10の薄肉部を残すことなく、永久磁石体14に接触してもよい。例えば非磁性体121a,121b,122a,122bを本体10に穿たれた空隙とする場合には、非磁性体121a,121b,122a,122bを埋設用穴13と一体に形成することができる。但し、回転子1の機械的強度の観点からは、非磁性体121a,121b,122a,122bに樹脂等の充填物で充填することが望ましい。
The end portions of the
転換位置14X,14Yを隔てた磁束はこれらの磁気障壁によって透過が阻まれるので、本体部分10a〜10fは磁気的に相互に遮蔽される。よって例えば磁極面14aNから発生した磁束は本体部分10aを経由して側面100へと流れ、本体部分10aの側面100にN極の磁極面を形成する。同様にして磁極面14bSから発生した磁束は本体部分10bの側面100にS極の磁極面を形成し、磁極面14cNから発生した磁束は本体部分10cの側面100にN極の磁極面を形成し、磁極面14cSから発生した磁束は本体部分10dの側面100にS極の磁極面を形成し、磁極面14bNから発生した磁束は本体部分10eの側面100にN極の磁極面を形成し、磁極面14aSから発生した磁束は本体部分10fの側面100にS極の磁極面を形成する。
Since the magnetic flux separating the switching
このように、着磁方向が異なる永久磁石体14を設けることにより、N極、S極からそれぞれ発生する磁束が本体10を介して側面100へと導かれる。よって延在する永久磁石体14の個数の六倍(より正確には転換位置14X,14Yの個数2に1を加えた値の2倍)の個数の磁極面が側面100に発生する。永久磁石体14は側面においてほぼ相互に正対する位置10P,10Rの間に延在し、転換位置14X,14Yは位置の間を三等分するので、これらの磁極面における磁束密度はほぼ等しく揃えることができる。
As described above, by providing the
望ましくは後述するように、本体部分10a〜10fが側面100において露呈する面積を等しくすることが望ましい。これにより側面100に現れる磁極面同士が均一となる。
As will be described later, it is desirable that the areas of the
上述のように構成された回転子1に対して、固定子2において三相電流IA,IB,ICを流す。これらは既に第1の実施の形態において図6及び図7を用いて説明した。
Three-phase currents IA, IB, and IC are passed through the
図45は図43に示された構成において流れる磁束のシミュレーション結果を示している。図10、図45のいずれのシミュレーションにおいても、固定子2に供給された電流は共通している。具体的には回転子1が図43の基準位置から電気角で180度回転した位置において供給された場合の磁束が示されている。
FIG. 45 shows a simulation result of the magnetic flux flowing in the configuration shown in FIG. 10 and 45, the current supplied to the
図46は、図10に示された従来の構造のトルク波形Q0と、図43(図45)に示された構造のトルク波形Q3とを示すグラフである。縦軸にはトルクを任意単位で採用し、横軸は回転角度を採用し、1/3回転分のトルク波形を示している。トルク波形Q3はトルク波形Q0のほぼ1/2となっている。本発明にかかる構造で用いている永久磁石の量は従来の構造で用いている永久磁石の量のほぼ1/3であるので、永久磁石の単位体積当たりに発生するトルクは約1.5倍となっている。これはつまり永久磁石の磁束を有効に活用していることを示している。 46 is a graph showing a torque waveform Q0 of the conventional structure shown in FIG. 10 and a torque waveform Q3 of the structure shown in FIG. 43 (FIG. 45). The vertical axis employs torque in arbitrary units, the horizontal axis employs the rotation angle, and shows a torque waveform for 1/3 rotation. Torque waveform Q3 is approximately ½ of torque waveform Q0. Since the amount of the permanent magnet used in the structure according to the present invention is approximately 1/3 of the amount of the permanent magnet used in the conventional structure, the torque generated per unit volume of the permanent magnet is about 1.5 times. It has become. This means that the magnetic flux of the permanent magnet is effectively utilized.
第9の実施の形態.
本実施の形態においては好適な位置関係を説明する。図47は、永久磁石を埋設する埋設用穴13と、非磁性体121a,121b,122a,122bとの位置関係を例示する断面図である。なお、必ずしも厳密に埋設用穴13の両端まで永久磁石体14が埋設されている必要はない。
Ninth embodiment.
In this embodiment, a preferable positional relationship will be described. FIG. 47 is a cross-sectional view illustrating the positional relationship between the embedding
埋設用穴13の両端は、位置10P,10R近傍まで延びており、非磁性体121a,121b,122a,122bの側面100側の端部と共に、側面100をほぼ六等分している。即ち、位置10Rに対して非磁性体121aの側面100側の端部は周方向に角度θaだけ離れており、非磁性体121aの側面100側の端部に対して非磁性体122aの側面100側は端部周方向に角度θbだけ離れており、非磁性体122aの側面100側の端部に対して位置10Pは周方向に角度θcだけ離れており、位置10Pに対して非磁性体122bの側面100側の端部は周方向に角度θdだけ離れており、非磁性体122bの側面100側の端部に対して非磁性体121bの側面100側は端部周方向に角度θeだけ離れており、非磁性体121bの側面100側の端部に対して位置10Rは周方向に角度θfだけ離れている。そしてこれらの角度θa,θb,θc,θd,θe,θfは相互にほぼ等しく60度である。
Both ends of the embedding
このようにして回転子1の磁極面をほぼ等しい角度に等配することができる。角度θa,θb,θc,θd,θe,θfのうち、いずれかが極端に大きかったりした場合、即ち60度を大幅に越えるような値である場合、60度を超えた部分には、負のトルクが発生したりする可能性がある。よって上述のように等配することは、磁束密度を軸方向に対称とし、回転子の振れ回り運動の発生を抑制できる観点から望ましい。但し角度の若干の増減は、トルクリプル低減等のため、設計事項として変更する場合もあり得る。
In this way, the magnetic pole surfaces of the
なお、磁極面14aS,14aN,14bS,14bN,14cN,14cSから側面100に至るまでの磁気抵抗と同程度に揃えることは、磁束密度を軸方向に対称とする観点からは望ましい。しかし本体部分10b,10eにおいて永久磁石体14から側面100に至るまでの平均距離は、本体部分10a,10fにおいて永久磁石体14から側面100に至るまでの平均距離や、本体部分10c,10dにおいて永久磁石体14から側面100に至るまでの平均距離と比較して長い。よって本体部分10b,10eにおいて永久磁石体14から側面100に至るまでの平均幅を拡げて磁気抵抗を下げるため、非磁性体121a,121b,122a,122bはそれぞれ本体部分10a,10f,10c,10dに向けて凸となるように湾曲してもよい。これは位置10R側に位置する本体部分10a,10fを区分する非磁性体121a,121bは、本体部分10a,10fに対して凸に湾曲し、位置10P側に位置する本体部分10c,10dを区分する非磁性体122a,122bは、本体部分10c,10dに対して凸に湾曲する、と把握することができる。
In addition, it is desirable from the viewpoint of making the magnetic flux density symmetrical in the axial direction that the magnetic resistances from the magnetic pole surfaces 14aS, 14aN, 14bS, 14bN, 14cN, and 14cS to the
第10の実施の形態.
次に好適な寸法関係について説明する。図48は回転子1についての好適な寸法関係を例示する断面図であり、非磁性体121bの側面100や位置10Rでの埋設用穴13近傍を拡大して示している。以下では図示された部分について説明するが、位置10Pでの埋設用穴13や非磁性体121a,122a,122bについても同様に好適な寸法を採ることが望ましい。
Tenth embodiment.
Next, a preferable dimensional relationship will be described. FIG. 48 is a cross-sectional view illustrating a preferred dimensional relationship for the
非磁性体121bは幅Tg1を有している。但し非磁性体121bは側面100に対して垂直ではなく、傾いているので、非磁性体121bの側面100側の端部では、側面100に沿っての幅Tg2が幅Tg1よりも広くなっている。
The
第4の実施の形態と同様に、非磁性体121bと側面100との間の薄肉部の厚さをBgとし、位置10R近傍での埋設用穴13の端部と側面100との間の薄肉部の厚さをBmとし、埋設用穴13が側面100近傍で有する幅をTmとした。
As in the fourth embodiment, the thickness of the thin portion between the
幅Tg2,Tmをほぼ等しく設定することは、固定子2から見た回転子1の側面100近傍の磁気突極性を均一にする観点で望ましい。これにより安定した電動機特性を得ることができる。
Setting the widths Tg2 and Tm substantially equal is desirable from the viewpoint of making the magnetic saliency in the vicinity of the
なお、例えば特許文献7のように、埋設用穴13の端部を幅広とする場合もある。この場合は、幅Tmは側面100近傍で拡がった値を採用する。また、特許文献8に開示されるように、敢えてこれらの幅を異ならせてもよい。また、埋設用穴13の端部近傍に別途に独立して空隙を設けてもよい。これは実質的に幅Tmを側面100近傍で拡げる効果を招来する。
For example, as in
また、厚さBg,Bmをほぼ等しく設定することも、薄肉部の漏れ磁束の影響を均一とできる観点から望ましい。また応力が均一に分布することになり、極端に応力が集中する部分がないため、強度面でも有利である。 It is also desirable to set the thicknesses Bg and Bm substantially equal from the viewpoint of making the influence of the leakage magnetic flux in the thin portion uniform. In addition, the stress is distributed uniformly, and there is no portion where the stress is extremely concentrated, which is advantageous in terms of strength.
また、非磁性体121bの幅Tg1を、回転子1と固定子2との間の空隙よりも広く、例えば2倍程度以上にすることも、非磁性体121bでの磁束の漏れを低減し、回転子1の磁極面における磁束密度の低下を防ぐ点で望ましい。
Further, setting the width Tg1 of the
上記の説明において、幅Tg1,Tg2,Tm、厚さBg,Bm、回転子1と固定子2との間の空隙の関係は、それぞれ独立して設定することができる。即ち上述の3つの関係の一つでも得られればそれぞれの効果が得られる。もっとも、上述の3つの関係を全て満足すれば最良の効果が得られる。
In the above description, the widths Tg1, Tg2, Tm, the thicknesses Bg, Bm, and the relationship between the gaps between the
第11の実施の形態.
本発明にかかる回転子1の構造は、図43及び図44に示されたものに限定されるものではない。永久磁石体14が位置10P,10Rの間に延在し、転換位置14X,14Yが位置10P,10Rの間に少なくとも一つ存在し、転換位置14X,14Yの各々近傍から、側面100近傍へと延びる磁気障壁が存在し、永久磁石体14の着磁方向が永久磁石体14の延在する方向及び回転軸Mの双方に対してほぼ直交すればよい。磁気障壁としては非磁性体121a,121b,122a,122b及びその両側の薄肉部が例示された。
Eleventh embodiment.
The structure of the
図49は本実施の形態にかかる回転子1の構造を例示する断面図であり、その回転軸Mに垂直な断面を示している。永久磁石体14は回転軸Mを避けて設けられ、位置10P,10Rの近傍に端を有する略円弧形状を呈している。但し、本体部分10a,10f側にはそれぞれN極の磁極面14aN及びS極の磁極面14aSが現れる。転換位置14X,14Yの間において、本体部分10b,10e側にはそれぞれS極の磁極面14bS及びN極の磁極面14bNが現れる。転換位置14Yと位置10Pの間において、本体部分10c,10d側にはそれぞれN極の磁極面14cN及びS極の磁極面14cSが現れる。つまり永久磁石体14の着磁方向が永久磁石体14の延在する方向及び回転軸Mの双方に対してほぼ直交している点では、図43、図44に示されたように平板状の永久磁石体14を採用した場合と共通する。
FIG. 49 is a cross-sectional view illustrating the structure of the
このように永久磁石体14を回転軸Mを避けて配置することにより、回転軸Mを含んだ領域において本体10に貫通するシャフト40を設けることができる。ここでは本体部分10bにシャフト40が設けられた場合が例示されている。
Thus, by arranging the
なお永久磁石の円弧形状によっては、図43、図44に示されたような平板状の永久磁石体14よりも発生させる磁束量を大きくできる場合もある。また、図49では埋設用穴13の端部には永久磁石体14が埋設されない空隙が残っている場合が例示されている。
Depending on the arc shape of the permanent magnet, the amount of magnetic flux generated may be larger than that of the flat
このような構成においても、転換位置14X,14Yが永久磁石体14をほぼ三等分し、転換位置14Xから非磁性体121a,121bが、転換位置14Yから非磁性体122a,122bが、それぞれ側面100へと延びて磁気障壁が設けられる。非磁性体121a,121b,122a,122b及び位置10P,10Rは側面100を周方向に六等分する角度に配置されることが望ましい。但し、本体部分10a〜10fのそれぞれにおける永久磁石体14から側面100に至るまでの磁気抵抗を、相互に均一にしやすい点では、図43、図44、図47に示された構造の方が好適である。
Even in such a configuration, the
シャフト40の材質については、非磁性体び絶縁体の少なくともいずれかであることが望ましい。非磁性体を採用することによりシャフト40内部に磁束が通らず、磁束が有効に活用できるからである。また絶縁体を採用することにより、もしシャフト40に磁性体を採用したとしてもシャフト40内部に渦電流が発生しない。ここで、非磁性体の例としてはステンレスやアルミニウム、絶縁体としてはエンジニアリングプラスチックや互いに絶縁された鉄粉を固めてなる材質が例示される。
The material of the
図50は本実施の形態の変形にかかる回転子1の構造を例示する断面図であり、その回転軸Mに垂直な断面を示している。埋設用穴13は設けられず、永久磁石体14は位置10P,10Rの間に延在するものの、側面100近傍にほぼ半周分備えられている。但し転換位置14X,14Yが位置10P,10Rの間に存在し、永久磁石体14をほぼ三等分している点、転換位置14X,14Yの各々近傍から、側面100近傍へと延びる磁気障壁が存在する点、永久磁石体14の着磁方向が永久磁石体14の延在する方向及び回転軸Mの双方に対してほぼ直交する点では、図43、図44に示された構造や図49に示された第1の変形にかかる構造と共通している。
FIG. 50 is a cross-sectional view illustrating the structure of the
但し、磁気障壁の一部としては、転換位置14X,14Yから、永久磁石体14が設けられている側とは反対側の側面100へと延びる非磁性体121,122が設けられており、これまで説明されてきた場合と比較して、非磁性体の個数は半減している。ここでは非磁性体121,122のみならず、非磁性体121,122の両端と、側面100との間の本体10の薄肉部も(容易に磁気飽和するので)磁気障壁として機能する。
However, as a part of the magnetic barrier,
なお、非磁性体121,122は回転軸M近傍に設けられるシャフト40を避けて延在している。非磁性体121,122とシャフト40との間を十分広くし、シャフト40にまで磁束が漏れないようにすることが望ましい。しかし、上述のようにシャフト40は非磁性体び絶縁体の少なくともいずれかであることがより望ましい。
The
非磁性体121,122は本体10を本体部分10a,10b,10cにほぼ区分する。より具体的には本体部分10aは非磁性体121に対して回転軸Mに対して反対側に位置し、本体部分10cは非磁性体122に対して回転軸Mに対して反対側に位置し、本体部分10bは回転軸Mを含んで非磁性体121,122に囲まれて位置する。シャフト40は本体部分10bにおいて設けられる。
The
また、永久磁石体14の6つの磁極面のうち、側面100には磁極面14aN,14bS,14cNが対向して設けられ、図示されない固定子2側には磁極面14aS,14bN,14cSが対向して設けられる。
Of the six magnetic pole surfaces of the
本変形では、位置10P,10Rにおいても磁気障壁が設けられる。ここでは本体10と永久磁石体14の端部との間に空隙が設けられている。これは本体部分10aを介して磁極面14aN,14aSの間で、また本体部分10cを介して磁極面14cN,14cSの間で、それぞれ磁束が短絡して流れないようにするためである。
In this modification, magnetic barriers are provided also at the
以上のような構成により、本体部分10aのうち、側面100として露出している部分は磁極面14aNから発生した磁束によって回転子1のN磁極面として機能する。一方、本体部分10aのうち、側面100として露出している部分とは反対側では永久磁石体14の磁極面14aSが回転子1のS磁極面として機能する。同様にして、本体部分10bのうち、側面100として露出している部分は磁極面14bSから発生した磁束によって回転子1のS磁極面として機能する。一方、本体部分10bのうち、側面100として露出している部分とは反対側では永久磁石体14の磁極面14bNが回転子1のN磁極面として機能する。本体部分10cのうち、側面100として露出している部分は磁極面14cNから発生した磁束によって回転子1のN磁極面として機能する。一方、本体部分10cのうち、側面100として露出している部分とは反対側では永久磁石体14の磁極面14cSが回転子1のS磁極面として機能する。
With the above configuration, the portion of the
例えば、永久磁石体14の磁極面がそのまま回転子1の磁極面として機能するものも、永久磁石体14の磁極面から本体部分を経由した磁束によって回転子1の磁極面として機能するものも、固定子2との間の空隙は略同一とする。
For example, the one in which the magnetic pole surface of the
このようにして回転子1は、固定子2(図示せず)に対向した位置で3個のN磁極面と3個のS磁極面とが交互に配置されるので、図43、図44に示された構造や図49に示された構造と同様に回転する。
In this manner, the
もちろん、回転子1の磁極面間での均一性を高めるために、位置10P,10R、非磁性体121,122の端部は側面100をほぼ周方向に六等分することが望ましい。
Of course, in order to improve the uniformity between the magnetic pole faces of the
図51は図50に示された変形において流れる磁束のシミュレーション結果を示している。シミュレーションにおいて固定子2に供給される電流は、図10及び図45で採用された電流と共通している。図52は、図50に示された変形で得られるトルク波形Q4を、図46に示された従来の構造のトルク波形Q0、図44に示された構造のトルク波形Q3と併せて示すグラフである。当該グラフでも図46と同じ単位を縦軸を採用し、横軸には回転角度を採って1/3回転分のトルク波形を示している。
FIG. 51 shows a simulation result of magnetic flux flowing in the deformation shown in FIG. The current supplied to the
本変形では、永久磁石体14の磁極面がそのまま回転子1の磁極面として機能するものと、永久磁石体14の磁極面から本体部分を経由した磁束によって回転子1の磁極面として機能するものとが混在しているので、トルク波形Q4は脈動がトルク波形Q3よりは多い。しかし、磁石の個数を減らしつつも永久磁石の磁束を有効に活用し、トルクを大きくすることができる。特に一般的な表面磁石型電動機において用いられる永久磁石と比較すると半分の体積で実現されるので、永久磁石についてのコスト(加工コストも含む)を低減することができる。
In this modification, the magnetic pole surface of the
図44、図49、図50に示されたいずれの構造も、回転子1の磁極面が有する磁気突極性により、第6の実施の形態と同様にリラクタンストルクを利用することができる。第6の実施の形態で説明されたように、弱め磁束を採用する負荷領域を除いて考えると、リラクタンストルクを最大化するための電流位相は、0度を超え45度未満である。
Any of the structures shown in FIGS. 44, 49, and 50 can utilize the reluctance torque by the magnetic saliency of the magnetic pole surface of the
第6の実施の形態で角度β2について述べたように、進相角度として15〜35度、例えば20度を採用できる。但し、図50に示された回転子1は、図44や図49に示された回転子1と比較して突極性が小さく、リラクタンストルクは小さくなる。
As described for the angle β 2 in the sixth embodiment, a phase advance angle of 15 to 35 degrees, for example, 20 degrees can be employed. However, the
第12の実施の形態.
上述のように、シャフト40が本体10に貫通して設けられる場合もあるが、図43、図44、図47に示されるようにシャフト40を本体10に貫通して設けることが困難な構造もある。そこで、本項ではシャフト40の望ましい構成について説明する。
Twelfth embodiment.
As described above, the
図43、図44、図47に例示された構造では、シャフト部分が略記されていたが、当該断面に現れていない位置においてシャフトが設けられていることも望ましい形態の一つである。例えば、非磁性体121a,121b,122a,122bと一体成形され、回転子1の片端部または両端部から突出する樹脂製のシャフトを設けることも望ましい。
In the structure illustrated in FIGS. 43, 44, and 47, the shaft portion is abbreviated, but it is also a desirable form that the shaft is provided at a position that does not appear in the cross section. For example, it is also desirable to provide a resin shaft that is integrally formed with the
図53は回転子1の回転軸M方向の端部の一方にシャフト4を設けた構造を例示する斜視図である。当該端部の両方にシャフト4を設けてもよい。
FIG. 53 is a perspective view illustrating a structure in which the
第2の実施の形態で示された構造と類似して、シャフト4はシャフト本体41と、端板42とを有している。端板42の中央には穴44が、その周囲には貫通孔43が穿たれている。穴44にはシャフト本体41が貫挿されて固定される。但し本実施の形態では貫通孔43が6個設けられている場合が例示されている。
Similar to the structure shown in the second embodiment, the
回転子1の回転軸M方向端部の本体部分10a〜10fには、それぞれ例えば1個の穴15が穿たれている。穴15と穴43とは相互に対応して配置されており、両者間は図示されないボルトやリベットなどで固定される。
For example, one
シャフト4は回転子1内部を貫通しないため、磁性体、例えば鉄を使用しても、永久磁石体14の両側の磁極面を短絡させず、軸受の損失が増大することも回避できる。また永久磁石体及び非磁性体の配置に自由度が増す。
Since the
第2の実施の形態と同様に、端板42はバランスウエイトを兼ねてもよいが、端板42は非磁性体であることが望ましい。磁性体を採用すれば、永久磁石体14の両側の磁極面からの磁束が端板42を介して短絡し、側面100において固定子2の磁極面が発生しにくくなるからである。
As in the second embodiment, the
図54は本実施の形態の変形にかかる回転子1の構造を例示する断面図である。本体部分10a〜10fは永久磁石体14、非磁性体121a,121b,122a,122bによって相互に分離されている。しかしながら、穴15が本体部分10a〜10fに穿たれており、これを介して図53に示されたシャフト4が装着可能となる。よってシャフト4を介して本体部分10a〜10fが連結される。更に穴16が本体部分10a〜10fに穿たれており、これに相当する貫通孔43が端板42に設けられれば、ボルトなどを使用して、より強固に本体部分10a〜10fを締結することができる。
FIG. 54 is a cross-sectional view illustrating the structure of the
図55は本実施の形態の他の変形にかかる回転子1の構造を例示する断面図である。永久磁石体14が位置10P,10Rの間にほぼ直線状に延在し、転換位置14Xが位置10P,10Rの間に存在して永久磁石体14をほぼ二等分している。つまり転換位置14Xは回転軸(図示しない)近傍に配置される。転換位置14Xの近傍から、側面100近傍へと延びる磁気障壁が存在する。磁気障壁としては転換位置14Xにおける永久磁石体14、非磁性体121a,121b及びその両側の薄肉部が機能する。
FIG. 55 is a cross-sectional view illustrating the structure of the
本体10は埋設用穴13及び非磁性体121a,121bによって本体部分10a,10b,10e,10fへとほぼ区分されている。より具体的には、本体部分10aは位置10R側の埋設用穴13及び非磁性体121aによって他の本体部分から区分され、本体部分10bは位置10P側の埋設用穴13及び非磁性体121aによって他の本体部分から区分され、本体部分10eは位置10P側の埋設用穴13及び非磁性体121bによって他の本体部分から区分され、本体部分10fは位置10R側の埋設用穴13及び非磁性体121bによって他の本体部分から区分される。
The
但し図55に示された構成では、本体部分10a,10b,10e,10fのうち、隣接するもの同士は本体10の薄肉部を介して連結されている。より具体的には、本体部分10a,10bは非磁性体121aよりも側面100側の薄肉部と、非磁性体121aと埋設用穴13との間の薄肉部とによって連結されている。本体部分10b,10eは位置10Pでの埋設用穴13よりも側面100側の薄肉部によって連結されている。本体部分10e,10fは非磁性体121bよりも側面100側の薄肉部と、非磁性体121bと埋設用穴13との間の薄肉部とによって連結されている。本体部分10f,10aは位置10Rでの埋設用穴13よりも側面100側の薄肉部によって連結されている。
However, in the configuration shown in FIG. 55, adjacent ones of the
永久磁石体14の着磁方向は永久磁石体14の延在方向及び回転軸Mの双方に対してほぼ直交する。図55に示された構造では永久磁石体14は回転軸近傍(即ち転換位置14X近傍)を通過し、回転子1のほぼ直径方向にて延在する。そして位置10Rと転換位置14Xの間において、本体部分10a,10f側にはそれぞれN極の磁極面14aN及びS極の磁極面14aSが現れる。転換位置14Xと位置10Pの間において、本体部分10b,10e側にはそれぞれN極の磁極面14bN及びS極の磁極面14bSが現れる。転換位置14Xは実質的には着磁されてはいない。
The magnetization direction of the
あるいは見方を変えれば、永久磁石体14は2個の永久磁石14a,14bを一体として備え、転換位置14Xにおいて永久磁石14a,14bが隣接すると把握することもできる。この場合、転換位置14Xは隣接する永久磁石の隣接位置として把握することができる。
Alternatively, from a different perspective, the
本体部分10b,10fには、永久磁石体14を避けた位置で、回転軸M(図示せず)に関してほぼ180°対称となる2個の貫通穴17が穿たれている。
The
図56は図55に例示された構造の回転子1に対してシャフト45を設ける態様を例示する斜視図である。シャフト45は軸受保持部分45sと、一対の回転子貫通部分45rとを有している。回転子貫通部分45rは軸受保持部分45sに対して偏芯している。回転子貫通部分45rが貫通穴17に嵌合することにより、軸受保持部分45sを回転軸として回転子1が回転可能となる。
56 is a perspective view illustrating a mode in which the
回転子貫通部分45rは1つでもよい。この場合、シャフト45の機械的強度は通常のクランクシャフトとしての加工で足りる。但し、回転子貫通部分45rを180度対称位置に2個設けることにより、シャフト45を回転軸とする回転子1の回転バランスを良好とすることができる。
One
なお、回転子1はその本体10が通常は積層鋼板から構成されるのに対し、シャフト45は一体ものの鉄等からなるため、抵抗率が小さい。よってシャフト45の材料としては非磁性体を採用し、シャフト45内部に磁束を通りにくくすることで渦電流の発生を抑制することが望ましい。
Note that the
逆に、もしシャフト45の材料として磁性体を採用するのであれば、抵抗率が小さく、互いに絶縁された粉末を固めた材料を採用することが望ましい。図55、図56に示されたように極対数が2個(即ち磁極面の個数は4個)などの偶数である場合、回転子貫通部分45rを嵌合させる貫通穴17を2箇所の対称位置に設けても、シャフト45を介しての磁束の短絡は発生しない。貫通穴17が設けられる本体部分(図55を例に採れば本体部分10b,10f)の側面100には同極性の磁極面が発生するからである。
Conversely, if a magnetic material is employed as the material of the
しかし図43、図44、図47に示された構造や図49に示された構造のように、極対数が3個(即ち磁極面の個数は6個)などの奇数である場合、回転子貫通部分45rを嵌合させる貫通穴17を2箇所の対称位置に設けると、シャフト45を介しての磁束の短絡が発生する。従って図56に示されたようなシャフト45を用いる場合には、シャフト45は非磁性でなければならない。
However, when the number of pole pairs is an odd number such as three (that is, the number of pole faces is six) as in the structures shown in FIGS. 43, 44, and 47 and the structure shown in FIG. When the through
ところが、図50に示されるような構造のように、永久磁石体14が回転子1の側面100において設けられるような形状では、同一の本体部分10bにおいて貫通穴17を設けることができるので、必ずしもシャフト45を非磁性体で構成する必要はない。図57はかかる構造を例示する回転子1の断面図であり、図50に示された構造と比較して、非磁性体121,122はシャフト40を迂回する必要がないので、緩やかなカーブを呈するか、あるいはほぼ直線状に延在する。そして本体部分10bには回転軸Mに関してほぼ180°対称となる2個の貫通穴17が穿たれている。図58は図56と同様にして回転子貫通部分45rが貫通穴17に嵌合する態様を例示する斜視図である。これにより、軸受保持部分45sを回転軸として回転子1が回転可能となる。
However, in the shape in which the
第13の実施の形態.
相互に共通する回転軸を有する回転子を複数設けて連結してもよい。図59は固定子2を一部破断してモータを示す斜視図である。第5の実施の形態と同様に、回転子1は回転子1A,1Bに分割されている。
Thirteenth embodiment.
A plurality of rotors having mutually common rotation axes may be provided and connected. FIG. 59 is a perspective view showing the motor by partially breaking the
図60(a),(b)はそれぞれ回転子1Aと固定子2との位置関係、回転子1Bと固定子2との位置関係を示す断面図である。回転子1A,1Bの両者を併せた全体としての回転子1と固定子2との位置関係は、図60(a),(b)において共通である。
60A and 60B are sectional views showing the positional relationship between the
回転子1A,1Bは同じ構造を呈している。永久磁石体14A,14Bは図44の永久磁石体14に相当し、非磁性体121aA,121aBは図44の非磁性体121aに相当し、非磁性体121bA,121bBは図44の非磁性体121bに相当し、非磁性体122aA,122aBは図44の非磁性体122aに相当し、非磁性体122bA,122bBは図44の非磁性体122bに相当する。
The
固定子2の構造は回転軸Mについて周方向にずれてはいないが、回転子1A,1Bの配置は相互に周方向に角度δでずれている。具体的には回転子1Aに属する永久磁石体14Aの位置と、回転子1Bに属する永久磁石体14Bの位置とは、周方向に角度δでずれている。同様に非磁性体121aA,121bA,122aA,122bAの位置と、非磁性体121aB,121bB,122aB,122bBの位置も周方向に角度δでずれている。
Although the structure of the
図60(a)(b)においては固定子2におけるある基準位置と、非磁性体12Bの中心線をそれぞれ一点鎖線及び二点鎖線で示している。回転子1Aでは非磁性体12Aの中心と上述の基準位置とが一致するが、回転子1Bでは非磁性体12Bの中心と上述の基準位置とが角度δでずれている。上述のように回転子1は回転子1Aと回転子1Bが相互に固着されて連結されるので、同じ固定子2の位置に対して、回転子1Aと回転子1Bが与える磁束の流れは異なる。
60 (a) and 60 (b), a certain reference position in the
従来から、回転子を回転軸方向に沿って分割し、かつ相互に周方向に異なる配置をすることにより、トルクの脈動を低減することが、例えば特許文献9において提示されている。同様にして、本発明においても図59、図60に示される構成を採ることにより、トルクの脈動を低減することができる。このように分割される回転子としては、図43、図44、図47に示された構造の他、図49、図50、図54、図55に示された構造をも採用することができる。
Conventionally, for example,
総括的な説明.
なお、本発明は下記のように把握することができる。固定子2と、この固定子2に対して空隙Agi,Agmを介して対向する回転子1とを備える永久磁石電動機であり、回転子は、回転軸Mを中心とする略円筒形の側面100を有する本体10を備える。そして回転軸に垂直な断面において、磁極面の境界たる位置(ここでは磁極面境界位置と称す)が側面100において設定される。そしてこれらの間で磁気障壁が延在する。
General description.
In addition, this invention can be grasped | ascertained as follows. The permanent magnet motor includes a
図2、図15に即してみれば、第1の磁極面境界位置及び第2の磁極面境界位置はそれぞれ位置10Q1,10Q2として示されており、磁気障壁19がこれらの間で延在している。
2 and 15, the first magnetic pole face boundary position and the second magnetic pole face boundary position are shown as positions 10Q1 and 10Q2, respectively, and the
また図39に即してみれば、位置10Q1,10Q2の間で非磁性体124,125が設けられている。図40に即してみれば位置10Q1,10Q2の間で非磁性体12が設けられている。上述のように、非磁性体12,124,125の両端と側面との間の薄肉部101〜104も磁気障壁として機能している。
In addition, referring to FIG. 39,
図42に即してみれば、位置10Q1,10Q2の間で本体部分10m,10nが分離しており、両者の間に磁気障壁が存在する。
42, the
図44、図47、図49、図54に即してみれば、第1の磁極面境界位置及び第2の磁極面境界位置は、それぞれ位置10Q3,10Q4として示されており、非磁性体121a,121b及び転換位置14Xでの永久磁石体14、並びにこれら相互間の薄肉部、更には非磁性体121a,121bと側面100との間の薄肉部は、位置10Q3,10Q4の間で延在して磁気障壁として機能している。図55に関しても同様の説明が可能である。
44, 47, 49, and 54, the first magnetic pole face boundary position and the second magnetic pole face boundary position are shown as positions 10Q3 and 10Q4, respectively, and the
また位置10Q5,10Q6の間でも、非磁性体122a,122b及び転換位置14Yでの永久磁石体14、並びにこれら相互間の薄肉部、更には非磁性体122a,122bと側面100との間の薄肉部が延在し、これらが磁気障壁として機能している。
Further, even between the positions 10Q5 and 10Q6, the
図50、図57に関しても、位置10Q3,10Q4の間では非磁性体121が、位置10Q5,10Q6の間では非磁性体122が、それぞれ延在しており、これら自身及びこれらの両端にある本体10の薄肉部が磁気障壁として機能している。
50 and 57, the
そして回転子2は、上述の磁気障壁を介して相互に反対側に設けられた複数の永久磁石を備える。この永久磁石は極性が異なる磁極面を有している。
The
図2、図15に即してみれば、磁気障壁19を介して永久磁石11a,11bが、相互に反対側に設けられている。そして永久磁石11aは磁極面11aN,11aSを、永久磁石11bは磁極面11bN,11bSを、それぞれ有している。図42についても同様の説明が可能である。
2 and 15,
また図41に即してみても、非磁性体12を介して永久磁石11a,11bが、相互に反対側に設けられている。
41, the
図44、図47、図49、図54に即してみれば、位置10Q3,10Q4の間で延在する磁気障壁を介して永久磁石14a,14bが相互に反対側に設けられている。また位置10Q5,10Q6の間で延在する磁気障壁を介して永久磁石14b,14cが相互に反対側に設けられている。そして永久磁石14aは磁極面14aN,14aSを、永久磁石14bは磁極面14bN,14bSを、永久磁石14cは磁極面14cN,14cSを、それぞれ有している。図57についても同様の説明が可能である。
44, 47, 49, and 54,
このような構成において、磁気障壁を介した一側と他側との間は、磁気障壁によって磁束の透過が阻害される。よって各々の磁極面から得られる磁束を回転子の側面へと効率よく導くことができる。しかも磁気障壁は磁極面境界として機能するので、磁気障壁を介して対向する側のそれぞれにおいて回転子の磁極面を独立して形成することができる。これは、永久磁石当たりの磁極面数を2以上とすることを可能とする。 In such a configuration, transmission of magnetic flux is inhibited by the magnetic barrier between one side and the other side through the magnetic barrier. Therefore, the magnetic flux obtained from each magnetic pole surface can be efficiently guided to the side surface of the rotor. In addition, since the magnetic barrier functions as a magnetic pole surface boundary, the magnetic pole surface of the rotor can be formed independently on each of the opposing sides via the magnetic barrier. This enables the number of magnetic pole faces per permanent magnet to be two or more.
本発明にかかる永久磁石電動機は、種々の範囲に応用が可能である。例えば圧縮機や送風機に採用することができる。従って、例えばこれら圧縮機や送風機を介して、空気調和機に適用することもできる。 The permanent magnet motor according to the present invention can be applied to various ranges. For example, it can be employed in a compressor or a blower. Therefore, for example, it can also be applied to an air conditioner via these compressors and blowers.
本発明は、永久磁石の材質を特に規定しないが、最大エネルギー積の大きいネオジ鉄ボロン系の焼結の希土類磁石を用いるのが好適であり、必要に応じて異方性を有する材質を使用すれば、更に磁束密度も増し、好適である。 The present invention does not particularly define the material of the permanent magnet, but it is preferable to use a sintered rare earth magnet based on neodiiron boron having a large maximum energy product, and an anisotropic material may be used as necessary. In this case, the magnetic flux density is further increased, which is preferable.
この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。 Although the present invention has been described in detail, the above description is illustrative in all aspects, and the present invention is not limited thereto. It is understood that countless variations that are not illustrated can be envisaged without departing from the scope of the present invention.
Claims (21)
前記固定子に対して空隙(Agi,Agm)を介して対向する回転子(1)とを備え、
前記回転子は、
回転軸(M)を中心とする略円筒形の側面(100)を有する本体(10)と、
前記回転軸に垂直な断面において、前記側面の第1の磁極面境界位置及び第2の磁極面境界位置(10Q1〜10Q6)の間に延在し、磁束の透過を阻害する磁気障壁(101〜104,12,45,121〜125,14X,14Y)と、
前記磁気障壁を介して相互に反対側に設けられ、その各々が相互に極性が異なる第1及び第2の磁極面(11aN,11aS,11bS,11bN,14aN,14aS,14bS,14bN,14cN,14cS)を有する複数の永久磁石(11a,11b,14a,14b,14c)と
を含み、
前記永久磁石(14a,14b,14c)は、前記回転軸(M)を挟んで前記側面(100)において相互にほぼ正対する第1位置(10P)及び第2位置(10R)の間で、前記磁気障壁を介して相互に隣接しつつ延在し、
前記回転子(1)は、前記永久磁石同士の隣接位置(14X,14Y)近傍から前記第1の磁極面境界位置及び前記第2の磁極面境界位置へと延び、前記永久磁石と共に前記本体を、磁気的に相互に遮蔽された複数の本体部分(10a〜10f)に区分する非磁性体(121a,121b,122a,122b,121,122)
を更に含み、
前記永久磁石の着磁方向は、少なくとも前記隣接位置又は、前記隣接位置及びその近傍を除く部分において、前記永久磁石の延在する方向及び前記回転軸の双方に対してほぼ直交する、永久磁石電動機。 A stator (2),
A rotor (1) facing the stator via a gap (Agi, Agm);
The rotor is
A main body (10) having a substantially cylindrical side surface (100) centered on a rotation axis (M);
In a cross section perpendicular to the rotation axis, the magnetic barrier (101 to 101) extends between the first magnetic pole surface boundary position and the second magnetic pole surface boundary position (10Q1 to 10Q6) on the side surface and inhibits the transmission of magnetic flux. 104, 12, 45, 121-125, 14X, 14Y),
First and second magnetic pole faces (11aN, 11aS, 11bS, 11bN, 14aN, 14aS, 14bS, 14bN, 14cN, 14cS), which are provided on opposite sides of each other and have different polarities from each other. A plurality of permanent magnets (11a, 11b, 14a, 14b, 14c) having
The permanent magnets (14a, 14b, 14c) are disposed between the first position (10P) and the second position (10R) substantially facing each other on the side surface (100) with the rotation axis (M) interposed therebetween. Extending adjacent to each other through a magnetic barrier,
The rotor (1) extends from the vicinity of adjacent positions (14X, 14Y) between the permanent magnets to the first magnetic pole surface boundary position and the second magnetic pole surface boundary position, and the main body is moved together with the permanent magnet. Non-magnetic material (121a, 121b, 122a, 122b, 121, 122) that is divided into a plurality of magnetically shielded main body portions (10a to 10f)
Further including
A permanent magnet motor in which the magnetization direction of the permanent magnet is substantially orthogonal to both the extending direction of the permanent magnet and the rotating shaft at least in the adjacent position or a portion excluding the adjacent position and the vicinity thereof. .
前記第2位置(10R)側に位置する前記本体部分(10a,10f)を区分する前記非磁性体(121a,121b)は前記第2位置(10R)側に位置する前記本体部分に対して凸に湾曲する、請求項3記載の永久磁石電動機。 The non-magnetic bodies (122a, 122b) separating the main body portions (10c, 10d) located on the first position (10P) side are convex with respect to the main body portion located on the first position (10P) side. Curved to
The non-magnetic material (121a, 121b) that separates the main body portions (10a, 10f) located on the second position (10R) side is convex with respect to the main body portion located on the second position (10R) side. The permanent magnet motor according to claim 3, wherein the permanent magnet motor is curved.
前記非磁性体(121a,121b,122a,122b,121,122,)の前記側面(100)側の端部が前記側面に沿って有する幅(Tg2)と、前記埋設用穴(13)の前記側面近傍で有する幅(Tm)とがほぼ等しい、請求項2記載の永久磁石電動機。 The main body (10) is provided with an embedding hole (13) for embedding the permanent magnet body (14),
The width (Tg2) that the end of the non-magnetic body (121a, 121b, 122a, 122b, 121, 122,) on the side surface (100) side has along the side surface, and the embedding hole (13) The permanent magnet motor according to claim 2, wherein the width (Tm) in the vicinity of the side surface is substantially equal.
前記非磁性体(121a,121b,122a,122b,121,122)と前記側面(100)との間の薄肉部の厚さ(Bg)と、前記埋設用穴(13)と前記側面(100)との間の薄肉部の厚さ(Bm)とがほぼ等しい、請求項2記載の永久磁石電動機。 The main body (10) is provided with an embedding hole (13) for embedding the permanent magnet body (14),
The thickness (Bg) of the thin portion between the non-magnetic material (121a, 121b, 122a, 122b, 121, 122) and the side surface (100), the embedding hole (13), and the side surface (100) The permanent magnet motor according to claim 2, wherein a thickness (Bm) of the thin wall portion between the two is substantially equal.
前記回転軸(M)において前記本体(10)を貫通する非磁性のシャフト(40)
を更に含む、請求項5記載の永久磁石電動機。 The rotor (1)
Non-magnetic shaft (40) penetrating through the main body (10) at the rotating shaft (M)
The permanent magnet motor according to claim 5, further comprising:
前記回転軸(M)において前記本体(10)を貫通する絶縁性のシャフト(40)
を更に含む、請求項5記載の永久磁石電動機。 The rotor (1)
Insulating shaft (40) penetrating the main body (10) at the rotating shaft (M)
The permanent magnet motor according to claim 5, further comprising:
前記本体(10)の前記回転軸(M)の端部に設けられるシャフト(4)
を更に含む、請求項2記載の永久磁石電動機。 The rotor (1)
A shaft (4) provided at an end of the rotating shaft (M) of the main body (10)
The permanent magnet motor according to claim 2, further comprising:
軸受保持部分(45s)及び少なくとも一つの回転子貫通部分(45r)とを含むシャフト(45)
を更に含み、
前記回転子貫通部分は前記軸受保持部分に対して偏芯し、
前記本体(10)には前記回転子貫通部分が嵌合する貫通穴(17)が設けられる、請求項2記載の永久磁石電動機。 The rotor (1)
A shaft (45) including a bearing holding portion (45s) and at least one rotor penetrating portion (45r)
Further including
The rotor penetrating portion is eccentric with respect to the bearing holding portion;
The permanent magnet motor according to claim 2, wherein the main body (10) is provided with a through hole (17) into which the rotor penetrating portion is fitted.
前記貫通穴は前記本体部分のうち、同極性の二つにおいてそれぞれ穿たれる、請求項16記載の永久磁石電動機。 A pair of the through hole (17) and the rotor through portion (45r) are provided,
The permanent magnet motor according to claim 16, wherein the through holes are formed in two of the main body portions having the same polarity.
複数の前記回転子は相互に共通する回転軸(M)を有して固着して連結され、
異なる前記回転子に属する前記永久磁石体(14)の位置は、周方向に相互にずれている、請求項2記載の永久磁石電動機。 A plurality of the rotors (1A, 1B) are provided,
The plurality of rotors are fixedly connected to each other with a common rotation axis (M),
The permanent magnet motor according to claim 2, wherein the positions of the permanent magnet bodies (14) belonging to different rotors are shifted from each other in the circumferential direction.
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