JP2010045932A - Motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、中央にシャフトが挿通されると共に該シャフトを中央として環状に配列される複数の永久磁石を内部に収容する円筒状のロータと、該ロータの周面に対向配置されると共に上記ロータの回転を制御する電機子巻線を内部に収容するステータとを備えるモータに関するものであり、特にシャフトが汎用モータに対して高速回転するモータに関するものである。 The present invention includes a cylindrical rotor in which a shaft is inserted at the center and a plurality of permanent magnets arranged annularly with the shaft as a center, and a rotor arranged opposite to the circumferential surface of the rotor. In particular, the present invention relates to a motor having a shaft that rotates at a high speed relative to a general-purpose motor.
近年、地球環境に配慮した自動車としてエンジンと共にモータを搭載した、いわゆるハイブリット自動車が実用化されている。
このようなハイブリッド自動車に搭載されるモータとしては、特許文献1〜11に示されるような、ロータに永久磁石が収容された永久磁石同期モータが用いられている。
In recent years, so-called hybrid automobiles equipped with a motor together with an engine have been put into practical use as automobiles in consideration of the global environment.
As a motor mounted on such a hybrid vehicle, a permanent magnet synchronous motor in which a permanent magnet is accommodated in a rotor as shown in
一方で、過給機は、エンジン等の排気ガスを用いてタービンインペラを回転駆動し、当該回転駆動を圧縮機のインペラに伝達して圧縮空気を生成するものであるが、排気ガスの流量が変動するためにトルク不足が生じ、安定して圧縮空気を得られない場合がある。そこで、上述の永久磁石同期モータを過給機に用いて上記トルク不足を永久磁石同期モータのトルクによって補う、いわゆる電動過給機が提案されている。
しかしながら、電動過給機に用いられる永久磁石同期モータは、タービンインペラ及び圧縮機のインペラが高速回転であることから、ハイブリッド自動車に搭載される永久磁石同期モータと比較して、シャフトに対してかなりの高速回転が要求される。 However, the permanent magnet synchronous motor used for the electric supercharger is considerably different from the shaft in comparison with the permanent magnet synchronous motor mounted on the hybrid vehicle because the turbine impeller and the compressor impeller rotate at high speed. High-speed rotation is required.
電動過給機にはロータの回転を制御可能とするためにバッテリの直流電力を任意の周波数の交流電力に変換するためのインバータが搭載されているが、シャフトが高速回転される場合には、インバータの駆動周波数が非常に高くなる虞がある。つまり、シャフトが高速回転される場合には、ロータの回転を制御するために直流電力を高い周波数の交流電力に変換する必要が生じ、インバータの駆動周波数が高くなり制御が困難となる場合が考えられる。 The electric supercharger is equipped with an inverter for converting the DC power of the battery into AC power of an arbitrary frequency so that the rotation of the rotor can be controlled. There is a possibility that the drive frequency of the inverter becomes very high. In other words, when the shaft is rotated at a high speed, it is necessary to convert the DC power into a high frequency AC power in order to control the rotation of the rotor. It is done.
また、永久磁石同期モータは、汎用の電動過給機に搭載されることとなるため、特に低コスト化が望まれている。 Moreover, since a permanent magnet synchronous motor will be mounted in a general purpose electric supercharger, cost reduction is especially desired.
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、永久磁石同期モータにおいて、必要とされるインバータの駆動周波数を低コストにて低減させることによって、低コストにて制御を容易とすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems. In a permanent magnet synchronous motor, the required drive frequency of the inverter is reduced at low cost, thereby facilitating control at low cost. With the goal.
本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。 The present invention adopts the following configuration as means for solving the above-described problems.
第1の発明は、中央にシャフトが挿通されると共に該シャフトを中央として環状に配列される複数の永久磁石を内部に収容する円筒状のロータと、該ロータの周面に対向配置されると共に上記ロータの回転を制御するための電機子巻線を内部に収容するステータとを備えるモータであって、上記ステータ側がS極とされかつ上記シャフト側がN極とされた単一あるいは連続して配列された棒状あるいは半月形状の複数の上記永久磁石によって構成される第1の極と、上記ステータ側がN極とされかつ上記シャフト側がS極とされた上記永久磁石であって上記第1の極を構成する上記永久磁石を除く全てであると共に棒状あるいは半月形状の上記永久磁石によって構成される第2の極とを備えるという構成を採用する。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a cylindrical rotor having a shaft inserted through the center and containing a plurality of permanent magnets arranged in an annular shape with the shaft at the center, and a circumferential surface of the rotor. A motor including a stator that houses therein an armature winding for controlling the rotation of the rotor, the stator side being an S pole and the shaft side being an N pole, or a single array A first pole composed of a plurality of the rod-shaped or half-moon shaped permanent magnets, and the permanent magnet having the stator side as the N pole and the shaft side as the S pole. A configuration is adopted in which the second pole is constituted by the rod-shaped or half-moon shaped permanent magnet, which is all except the above-described permanent magnet.
第2の発明は、上記第1の発明において、上記永久磁石の端部に接するフラックスバリアを備えるという構成を採用する。 According to a second invention, in the first invention, a configuration is provided in which a flux barrier in contact with an end of the permanent magnet is provided.
第3の発明は、上記第1または第2の発明において、上記第1の極及び上記第2の極の少なくとも一方は、上記永久磁石が、上記シャフトの延在方向に複数配列されて構成されている According to a third invention, in the first or second invention, at least one of the first pole and the second pole includes a plurality of the permanent magnets arranged in the extending direction of the shaft. ing
第4の発明は、上記第3の発明において、上記シャフトの延在方向に配列される複数の上記永久磁石が、上記ロータの周方向に互いにずれて配置されているという構成を採用する。 A fourth invention adopts a configuration in which, in the third invention, the plurality of permanent magnets arranged in the extending direction of the shaft are arranged so as to be shifted from each other in the circumferential direction of the rotor.
第5の発明は、上記第1〜第4いずれかの発明において、上記第1の極及び上記第2の極の少なくとも一方は、上記永久磁石と上記ロータの周面との間に配置される補助永久磁石を備えるという構成を採用する。 In a fifth aspect based on any one of the first to fourth aspects, at least one of the first pole and the second pole is disposed between the permanent magnet and the peripheral surface of the rotor. A configuration including an auxiliary permanent magnet is employed.
本発明によれば、ステータ側がS極とされかつシャフト側がN極とされた単一あるいは連続して配列された複数の永久磁石によって構成される第1の極と、ステータ側がN極とされかつシャフト側がS極とされた永久磁石であって第1の極を構成する永久磁石を除く全ての永久磁石によって構成される第2の極とを備える。
つまり、本発明のモータは、環状に配列される磁石が第1の極あるいは第2の極のいずれかを構成し、さらに第1の極と第2の極とを1つずつ備える、いわゆる2極モータである。
インバータの駆動周波数は、モータの極数に比例して高くなる。したがって、本発明のモータのように、最低限の極数とすることによって、インバータの駆動周波数を、例えば4極以上のモータに対して低減させることができる。
よって、本発明によれば、永久磁石同期モータにおいて、必要とされるインバータの駆動周波数を低減させることによって制御を容易とすることが可能となる。
According to the present invention, the first pole constituted by a plurality of single or continuously arranged permanent magnets having the stator side as the S pole and the shaft side as the N pole, and the stator side as the N pole The shaft side is a permanent magnet having a south pole, and the second pole is constituted by all permanent magnets except the permanent magnet constituting the first pole.
That is, in the motor of the present invention, the magnets arranged in a ring form either the first pole or the second pole, and further include one each of the first pole and the second pole. It is a pole motor.
The drive frequency of the inverter increases in proportion to the number of poles of the motor. Therefore, by using the minimum number of poles as in the motor of the present invention, the drive frequency of the inverter can be reduced, for example, with respect to a motor having four or more poles.
Therefore, according to the present invention, in the permanent magnet synchronous motor, the control can be facilitated by reducing the required drive frequency of the inverter.
また、本発明によれば、上記第1の極及び第2の極を構成する永久磁石が、棒状あるいは半月形状の永久磁石とされている。
棒状あるいは半月形状の永久磁石は、形状が単純であり、さらに汎用品であるため低コストにて製造することが可能である。
よって、本発明によれば、低コストにて製造することが可能となる。
According to the present invention, the permanent magnet constituting the first pole and the second pole is a rod-shaped or half-moon shaped permanent magnet.
A rod-shaped or half-moon shaped permanent magnet has a simple shape and is a general-purpose product and can be manufactured at low cost.
Therefore, according to this invention, it becomes possible to manufacture at low cost.
したがって、本発明によれば、永久磁石同期モータにおいて、必要とされるインバータの駆動周波数を低コストにて低減させることによって、低コストにて制御を容易とすることが可能となる。 Therefore, according to the present invention, in the permanent magnet synchronous motor, it is possible to easily control at a low cost by reducing the required drive frequency of the inverter at a low cost.
以下、図面を参照して、本発明に係るモータの一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。 Hereinafter, an embodiment of a motor according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the scale of each member is appropriately changed in order to make each member a recognizable size.
図1は、本実施形態のモータ100の概略構成を模式的に示した断面図である。なお、図1においては、シャフトの延在方向に対して垂直な面でモータ100を切断している。
本実施形態のモータ100は、特に電動過給機に対して好適に用いることができる高速回転可能なモータである。
そして、図1に示すように、本実施形態のモータ100は、シャフト1と、ロータ2と、ステータ3とを備えている。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a schematic configuration of a
The
As shown in FIG. 1, the
シャフト1は、ロータ2とステータ3とによって生成された回転動力を外部に伝達する棒部材であり、図1の紙面垂直方向に延在して配置されている。
また、本実施形態のモータ100が上述のように高速回転が可能なものであるため、シャフト1の剛性は、先行技術文献として挙げた上述の特許文献1〜11に開示されたモータが備えるシャフトの剛性よりも高いことが望まれる。そして、本実施形態のモータ100においては、シャフト1の径を特許文献1〜11に開示されたモータが備えるシャフトよりも大きくすることによってシャフト1の剛性を向上させている。
なお、シャフト1の形成材料や形状を好適に選択することでシャフト1の剛性を向上可能な場合には、シャフト1の径を特許文献1〜11に開示されたモータが備えるシャフトの径と同じあるいは小さく設定することも可能である。
また、シャフト1の形成材料は、後述するロータ2が備える永久磁石の磁力線が効率的にステータ3の方向に向かうように非磁性体によって形成されることが好ましい。ただし、シャフト1を磁性体によって形成することもできる。
The
In addition, since the
In addition, when the rigidity of the
Moreover, it is preferable that the forming material of the
ロータ2及びステータ3は、磁界による磁力線と後述する電機子巻線を流れる電流とによって回転力を発生させるものであり、ステータ3が固定され、ロータ2が回転される。
The
ロータ2は、中央にシャフト1が挿通される円筒形状を有しており、ロータコア4と、第1の極5と、第2の極6と、フラックスバリア7とを備えている。
The
ロータコア4は、ロータ2の外形を形成するものであり、中央部にシャフト1を挿通するための孔が形成された円筒状に形状設定されると共に磁性体によって形成されている。
また、ロータコア4の内部には、後述する第1の極5を構成する永久磁石と第2の極6を構成する永久磁石を収容するための2つの空間がシャフトを中央として環状に配列されて形成されており、当該空間に上記永久磁石が収容されている。
つまり、本実施形態のモータ100においてロータ2は、中央にシャフト1が挿通されると共に該シャフト1を中央として環状に配列される複数の永久磁石を内部に収容する。
なお、ロータコア4は、表面における渦電流の発生を抑制するために、例えば、複数の円形の電磁鋼板がシャフト1の延在方向に複数積層されて形成される、あるいはフェライトによって形成されることが好ましい。
The
In the
That is, in the
The
第1の極5と第2の極6とは、図1に示すように、ロータコア4の内部にてシャフト1を中央にして環状に複数(本実施形態においては6つ)配列されて収容された永久磁石10によって構成されている。なお、永久磁石10としては、例えばネオジウム磁石を好適に用いることができる。
As shown in FIG. 1, the
本実施形態のモータ100は、永久磁石10として、ステータ側がS極とされかつシャフト側がN極とされた棒状の第1永久磁石11と、ステータ側がN極とされかつシャフト側がS極とされた棒状の第2永久磁石12とを備えている。また、シャフトを中央として、第1永久磁石11及び第2永久磁石12が3つずつ連続して配置されている。
そして、第1の極5が3つの第1永久磁石11によって構成され、第2の極6が3つ第2永久磁石12によって構成されている。つまり、第1の極5は、ステータ側がS極とされかつシャフト側がN極とされた棒状の複数の永久磁石10(第1永久磁石11)によって構成されている。また、第2の極6は、ステータ側がN極とされかつシャフト側がS極とされた棒状の永久磁石10であって第1の極5を構成する永久磁石10を除く全ての永久磁石10(すなわち第2永久磁石12)によって構成されている。
The
The
つまり、本実施形態のモータ100は、極として第1の極5及び第2の極6とを1つずつのみ備える、いわゆる2極モータである。
なお、本実施形態のモータ100においては、第1の極5及び第2の極6は、ロータ2の径方向から見て重ならずにかつ160°の範囲に設置され、ロータ2の長さ方向(シャフト1の延在方向)において、ロータ2の長さと略等しい長さを有している。
That is, the
In the
フラックスバリア7は、第1永久磁石11の両側端部及び第2永久磁石の両側端部に接するように設けられた磁気抵抗の高い領域であり、第1の極5及び第2の極6におけるステータ側からシャフト側あるいはシャフト側からステータ側への磁束の漏れを抑制するものである。
そして、本実施形態のモータ100においてフラックスバリア7は、空孔によって構成されている。ただし、フラックスバリア7は、空孔に限らず、透磁率の低い部材によって構成することも可能である。
The
And in the
ステータ3は、ロータ2の周面に対向配置されると共にロータの回転を制御するための電機子巻線を内部に収容するものである。なお、電機子巻線は、ロータ2の周方向に等ピッチで複数設けられている。そして、電機子巻線の数は、第1の極5及び第2の極6のロータ2の周方向における広さ等を考慮して設定されている。
The
なお、図1においては示されていないが、本実施形態のモータ100は、ステータ3を覆って支持するケーシングを備えても良い。
Although not shown in FIG. 1, the
このような構成を有する本実施形態のモータ100においては、外部の直流電源からインバータを介して交流電力がステータ3内部の電機子巻線に供給されることによって、ロータ2が回転駆動され、回転動力がシャフト1を介して外部に取り出される。
In the
以上のような本実施形態のモータ100によれば、第1の極5が、ステータ側がS極とされかつシャフト側がN極とされた棒状の複数の永久磁石10(第1永久磁石11)によって構成され、第2の極6が、ステータ側がN極とされかつシャフト側がS極とされた棒状の永久磁石10であって第1の極5を構成する永久磁石10を除く全ての永久磁石10(すなわち第2永久磁石12)によって構成されている。つまり、本実施形態のモータ100は、極として第1の極5及び第2の極6とを1つずつのみ備える、いわゆる2極モータである。
ステータ3の電機子巻線に交流電力を供給するインバータの駆動周波数は、モータの極数に比例して高くなる。したがって、本実施形態のモータ100のように、最低限の極数とすることによって、インバータの駆動周波数を、例えば4極以上のモータに対して低減させることができる。
よって、本実施形態のモータ100によれば、永久磁石同期モータにおいて、必要とされるインバータの駆動周波数を低減させることが可能となり制御を容易とすることが可能となる。
According to the
The drive frequency of the inverter that supplies AC power to the armature winding of the
Therefore, according to the
また、本実施形態のモータ100によれば、上記第1の極5及び第2の極6を構成する永久磁石10が、棒状の永久磁石とされている。
棒状の永久磁石は、形状が単純であり、さらに汎用品であるため本実施形態のモータ100は、低コストにて製造することが可能である。
よって、本実施形態のモータ100によれば、低コストにて製造することが可能となる。
Further, according to the
Since the rod-shaped permanent magnet has a simple shape and is a general-purpose product, the
Therefore, according to the
したがって、本実施形態のモータ100によれば、永久磁石同期モータにおいて、必要とされるインバータの駆動周波数を低コストにて低減させることによって、低コストにて制御を容易とすることが可能となる。
Therefore, according to the
なお、図2及び図3に示すように、永久磁石10(第1永久磁石11及び第2永久磁石12)をロータの長さ方向(シャフト1の延在方向)に2分あるいは3分しても良い。つまり、第1の極5及び第2の極6を、ロータ2の周面に沿ってステータ側及びシャフト側が湾曲された形状の小型の永久磁石10bをロータ2の長さ方向に複数配列することによって構成するようにしても良い。
このような構成を採用した場合は、1つ1つの永久磁石の大きさが小さくなり、永久磁石の歩留まりが向上すると共に破損した場合であっても破損箇所のみを交換すれば良いこととなるため、低価格にて本実施形態のモータ100を製造することが可能となる。
なお、永久磁石10は、第1永久磁石11及び第2永久磁石12のいずれか一方のみがロータ2の長さ方向に分割されていても良い。
2 and 3, the permanent magnet 10 (the first
When such a configuration is adopted, the size of each permanent magnet is reduced, the yield of the permanent magnet is improved, and even if it is damaged, only the damaged portion needs to be replaced. The
Note that only one of the first
なお、図2及び図3に示すように、永久磁石10がシャフト1の延在方向に複数分割される場合には、図4及び図5に示すように、各永久磁石10bをロータ2の周方向に互いにずれて配置して、ロータ2にスキューを施すことが好ましい。
このようにロータ2にスキューを施すことによって、例えばモータ100の振動や騒音を低減させることが可能となる。
2 and 3, when the
Thus, by skewing the
また、図6に示すように、第1の極5及び第2の極6が、永久磁石10とロータ2の周面との間に配置される補助永久磁石20を備えるように構成しても良い。
なお、第1永久磁石11とロータ2の周面との間に配置される補助永久磁石20は、第1永久磁石11と同様に、シャフト側がN極、ステータ側がS極とされた棒状の永久磁石である。また、第2永久磁石12とロータ2の周面との間に配置される補助永久磁石20は、第2永久磁石12と同様に、シャフト側がS極、ステータ側がN極とされた棒状の永久磁石である。
Further, as shown in FIG. 6, the
The auxiliary
第1の極5あるいは第2の極6によってステータ2に対して作用される磁力は、永久磁石10からステータに向かう磁束と補助永久磁石20からのステータ2に向かう磁束との両方の磁束に影響を受ける。このため、永久磁石10とロータ2の周面との間に補助永久磁石20を配置することによってより効率的にステータ2に磁力を作用させることが可能となる。
The magnetic force applied to the
また、図7に示すように、棒状の永久磁石10の代わりに、半月形状の永久磁石30を配置し、当該半月形状の永久磁石30によって第1の極5及び第2の極6を構成するようにしても良い。
In addition, as shown in FIG. 7, instead of the rod-shaped
また、本実施形態においては、第1の極5及び第2の極6を3つずつの永久磁石10によって構成する例について説明した。
しかしながら、例えば、図8に示すように、第1の極5及び第2の極6を2つずつの永久磁石10によって構成しても良い。また、図9に示すように、第1の極5及び第2の極6を4つずつの永久磁石10によって構成しても良い。図10に示すように、第1の極5及び第2の極6を5つずつの永久磁石10によって構成しても良い。図11に示すように、第1の極5及び第2の極6を6つずつの永久磁石10によって構成しても良い。
なお、第1の極5及び第2の極6を構成する永久磁石の数が減少することによって、モータ100の構成部品点数が減少するため、製造が容易となる。
また、第1の極5及び第2の極6を構成する永久磁石の数が増加することによって、第1の極5及び第2の極6の全体形状が、ロータ2の周面に沿う湾曲形状に近づく。永久磁石同期モータにおいては、ロータ2が回転している際にステータの電機子巻線に生じる誘起電圧を測定し、当該測定結果からロータ2の回転を制御する場合があるが、第1の極5及び第2の極6がロータ2の周面に沿う湾曲形状に近づくことによって、測定される誘起電圧が正弦波化し、正確にロータ2の回転を制御することが可能となる。
Further, in the present embodiment, the example in which the
However, for example, as shown in FIG. 8, the
In addition, since the number of the component parts of the
Further, as the number of permanent magnets constituting the
以上、添付図面を参照しながら本発明に係るモータの好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。 The preferred embodiment of the motor according to the present invention has been described above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to the above embodiment. Various shapes, combinations, and the like of the constituent members shown in the above-described embodiments are examples, and various modifications can be made based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.
例えば、上記実施形態においては、第1の極5を構成する永久磁石10同士、及び第2の極5を構成する永久磁石10同士がフラックスバリア7を介して接続されている構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、フラックスバリア7を設けない構成、さらには永久磁石10同士が接続されていない構成を採用することもできる。
For example, in the above embodiment, the configuration in which the
However, the present invention is not limited to this, and a configuration in which the
また、上記実施形態においては、永久磁石10の極性を除いて第1の極5及び第2の極6が線対称に構成されているが、本発明は、これに限定されるものではなく、第1の極5及び第2の極6が線対称に構成されていなくても良い。
例えば、第1の極5が2つの永久磁石10によって構成され、第2の極6が3つの永久磁石10によって構成されていても良い。
Moreover, in the said embodiment, although the
For example, the
100……モータ、1……シャフト、2……ロータ、3……ステータ、4……ロータコア、5……第1の極、6……第2の極、7……フラックスバリア、10,30……永久磁石、11……第1永久磁石、12……第2永久磁石、20……補助永久磁石
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記ステータ側がS極とされかつ前記シャフト側がN極とされた単一あるいは連続して配列された棒状あるいは半月形状の複数の前記永久磁石によって構成される第1の極と、
前記ステータ側がN極とされかつ前記シャフト側がS極とされた前記永久磁石であって前記第1の極を構成する前記永久磁石を除く全てであると共に棒状あるいは半月形状の前記永久磁石によって構成される第2の極と
を備えることを特徴とするモータ。 A cylindrical rotor that houses a plurality of permanent magnets that are annularly arranged with the shaft at the center and a shaft inserted in the center, and is disposed opposite to the circumferential surface of the rotor and controls the rotation of the rotor A motor including a stator that houses an armature winding for
A first pole constituted by a plurality of the permanent magnets having a rod shape or a half moon shape arranged in a single or continuous manner, wherein the stator side is an S pole and the shaft side is an N pole;
The permanent magnet having the N pole on the stator side and the S pole on the shaft side is all of the permanent magnet except the permanent magnet constituting the first pole, and is constituted by the rod-shaped or half-moon shaped permanent magnet. And a second pole.
5. At least one of the first pole and the second pole includes an auxiliary permanent magnet disposed between the permanent magnet and the peripheral surface of the rotor. The motor described.
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