JP2013093979A - Synchronous motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、永久磁石が埋設されたロータを有する同期モータに関する。特に本発明は、ロータの永久磁石による磁束とは別に発生させた磁束を利用してステータコイルの鎖交磁束を適宜増加させるハイブリッド励磁型モータに関する。 The present invention relates to a synchronous motor having a rotor in which a permanent magnet is embedded. In particular, the present invention relates to a hybrid excitation motor that appropriately increases interlinkage magnetic flux of a stator coil using magnetic flux generated separately from magnetic flux generated by a permanent magnet of a rotor.
永久磁石が埋設されたロータを有する同期モータでは一般的に高速回転域において弱め磁束制御(弱め界磁制御)が適用されている。弱め磁束制御を適用することで、モータは永久磁石による界磁に係る磁束量を抑制することにより高速回転域の駆動範囲拡大を図っている。しかしながら、弱め磁束電流を流す分、効率が低下してしまう。さらに、永久磁石による磁束量を抑制すると出力可能なトルクが低減するという問題があった。 In a synchronous motor having a rotor in which a permanent magnet is embedded, magnetic flux weakening control (field weakening control) is generally applied in a high-speed rotation range. By applying the flux weakening control, the motor is intended to expand the driving range in the high-speed rotation region by suppressing the amount of magnetic flux related to the field by the permanent magnet. However, the efficiency decreases as the weak magnetic flux current flows. Furthermore, if the amount of magnetic flux by the permanent magnet is suppressed, there is a problem that the torque that can be output is reduced.
そこで、このような問題を解決すべく、ハイブリッド励磁型と称されるモータが近年開発されている。ハイブリッド励磁型モータはロータの永久磁石による磁束とは別に発生させた磁束を利用してステータコイルの鎖交磁束を適宜増加させて出力トルクを増大させている。ハイブリッド励磁型モータに係る従来技術は特許文献1に開示されている。
In order to solve such problems, a motor called a hybrid excitation type has been developed in recent years. The hybrid excitation type motor increases the output torque by appropriately increasing the linkage magnetic flux of the stator coil using the magnetic flux generated separately from the magnetic flux generated by the permanent magnet of the rotor. A conventional technique related to a hybrid excitation type motor is disclosed in
特許文献1に記載のハイブリッド励磁型モータはロータの永久磁石による磁束とは別の磁束を発生させるために界磁巻線を備えている。界磁巻線はロータの回転軸方向における端部の外側に配置されている。ステータと径方向において対向するロータ本体部の回転軸方向外側であって、ロータ本体と界磁巻線との間には突出部が設けられている。
The hybrid excitation motor described in
特許文献1に記載された従来のハイブリッド励磁型モータは界磁巻線によって磁束を増加させるため、通常のモータに本来設けられるロータの構成(ロータ本体部)に対して突出部を設けている。しかしながら、突出部は単に界磁巻線による磁路を好適に形成するためだけのものであって、永久磁石の配置等の基本的な構成がロータ本体部と同じである。これにより、界磁巻線により発生する磁束をできるだけ増加させるために、界磁巻線を用いた構成に特別な配慮を施しているとは言えない。したがって、この従来のモータは十分な出力トルクを得ることができない可能性がある。
Since the conventional hybrid excitation motor described in
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、外部励磁により発生する磁束をできるだけ増加させて出力トルクをより一層増大させることが可能な同期モータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide a synchronous motor capable of further increasing output torque by increasing magnetic flux generated by external excitation as much as possible.
上記の課題を解決するため、本発明の同期モータは、第1永久磁石が埋設された主ロータコア及び第2永久磁石が埋設されて前記主ロータコアの軸線方向外側に配置された副ロータコアを有するロータと、前記ロータの径方向外側に配置されて前記ロータを回転駆動させるための駆動用巻線部を有するステータと、前記ステータの軸線方向外側に配置されて前記ロータと前記ステータとの間に生じる磁束を増加させるための励磁用巻線部と、を備え、前記主ロータコア及び前記副ロータコアはN極及び/またはS極の磁極が周方向に沿って並置されて構成されるとともに、同じ極性の磁極が軸線方向に沿って揃った状態で配置され、前記第1永久磁石及び前記第2永久磁石は前記主ロータコアまたは前記副ロータコアの軸線方向及び略径方向に沿って延びて周方向に対向するよう配置された対をなす磁石で構成され、前記対をなす磁石は径方向内側から径方向外側に向かうに従って互いの周方向の間隔が広がるように配置され、前記副ロータコアが有する前記対をなす磁石の互いの間に対応する領域の軸線方向と直角をなす断面積が、前記主ロータコアが有する前記対をなす磁石の互いの間に対応する領域の軸線方向と直角をなす断面積より広いこととした。 In order to solve the above problems, a synchronous motor according to the present invention includes a main rotor core in which a first permanent magnet is embedded and a sub-rotor core in which a second permanent magnet is embedded and arranged on the outer side in the axial direction of the main rotor core. And a stator having a winding portion for driving to rotationally drive the rotor disposed radially outside the rotor, and formed between the rotor and the stator disposed axially outside the stator. An excitation winding for increasing the magnetic flux, and the main rotor core and the sub-rotor core are configured by arranging N-pole and / or S-pole magnetic poles in parallel along the circumferential direction and having the same polarity. The magnetic poles are arranged along the axial direction, and the first permanent magnet and the second permanent magnet are in the axial direction and the substantially radial direction of the main rotor core or the sub rotor core. It is composed of a pair of magnets extending along the circumferential direction so as to be opposed to each other, and the paired magnets are arranged so that a circumferential interval between them increases from the radially inner side toward the radially outer side, The cross-sectional area perpendicular to the axial direction of the pair of magnets included in the sub-rotor core has a cross-sectional area perpendicular to the axial direction of the pair of magnets included in the main rotor core. The cross-sectional area is perpendicular to the cross section.
本発明の構成によれば、外部励磁により発生する磁束をできるだけ増加させて出力トルクをより一層増大させることが可能な同期モータを提供することができる。 According to the configuration of the present invention, it is possible to provide a synchronous motor capable of further increasing output torque by increasing magnetic flux generated by external excitation as much as possible.
以下、本発明の実施形態を図1〜図19に基づき説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
最初に、本発明の第1の実施形態に係るモータについて、図1〜図6を用いてその構造を説明する。図1はモータの軸線方向に平行な断面を示した斜視図、図2はモータのステータを分解した状態を示す斜視図、図3はロータを分解した状態を示す斜視図、図4はロータコアの斜視図、図5は主ロータコアの斜視図、図6は副ロータコアの斜視図である。 First, the structure of the motor according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is a perspective view showing a cross section parallel to the axial direction of the motor, FIG. 2 is a perspective view showing a state in which the stator of the motor is disassembled, FIG. 3 is a perspective view showing a state in which the rotor is disassembled, and FIG. FIG. 5 is a perspective view of the main rotor core, and FIG. 6 is a perspective view of the sub rotor core.
モータ1は、図1に示すようにモータケース2及び蓋部3の内側にステータ10、ロータ20及び励磁部30を備えた所謂ハイブリッド励磁型の同期モータである。
As shown in FIG. 1, the
モータケース2はモータ1の軸線方向の一方の端部に開口面を有する有底筒状をなしている。蓋部3は円盤形状をなし、モータケース2の開口面を閉鎖するように開口面の箇所に設けられている。蓋部3は不図示のボルトによってモータケース2の開口面の箇所に固定される。
The
ステータ10は、図1及び図2に示すように環状をなす磁性材料で構成されてモータケース2の内側に固定配置される固定子である。ステータ10はステータコア11を備えている。ステータコア11は環状をなすステータヨーク12と、そのステータヨーク12の内周部分から径方向内側に突出するように延びるステータティース13とを備えている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
ステータティース13はモータ1の周方向に、例えば12個が並べて一周させて配置されている。すなわち、ステータ10には12か所のスロット14が形成されている。ステータティース13は、例えば複数枚の鋼板を軸線方向に積層して一体として形成されている。
For example, twelve
ステータティース13の外周には電気絶縁部材からなるボビンを構成するインシュレータ15が装着されている。さらに、インシュレータ15の外側には軸線方向に沿って電線が巻きつけられた駆動コイル16(駆動用巻線部)が形成されている。なお、図2では断面部近傍の2か所の駆動コイル16のみを描画し、周方向に沿ったこれらの間の箇所の駆動コイル16の描画を省略している。駆動コイル16にはロータ20を回転駆動するための電流が流される。
An
ロータ20は、図1及び図3に示すように略円柱状をなす磁性材料で構成されてステータ10の内側に回転自在に配置される回転子である。ロータ20はシャフト21と、そのシャフト21の周面に対して変位不能に固定されたロータコア22を備えている。シャフト21はその両端部が2個のベアリング4を介してモータケース2及び蓋部3に支持されている。ロータコア22は互いの径方向中心に位置するシャフト21に固定されて軸線方向に並べて配置された略円筒状をなす主ロータコア23及び副ロータコア24を備えている。なお、ロータコア22は軸線方向の全長が、例えば70mmである。
As shown in FIGS. 1 and 3, the
主ロータコア23は、図3〜図5に示すようにN極及びS極の2つの磁極が周方向にそって全周にわたって交互に並置されて構成されている。主ロータコア23の極数は8となっている。主ロータコア23の各磁極には第1永久磁石25が埋設されている。各磁極の第1永久磁石25は主ロータコア23の軸線方向及び略径方向に沿って延びて周方向に対向するよう配置された対をなす板状磁石で構成されている。なお、主ロータコア23は軸線方向の長さが、例えば42mmである。
As shown in FIGS. 3 to 5, the
副ロータコア24は、図1及び図4に示すように主ロータコア23の軸線方向両端部外側の2か所に設けられている。副ロータコア24は主ロータコア23と直径が略同じであるとともに主ロータコア23より軸線方向の長さが短く、例えば14mmになっている。副ロータコア24は主ロータコア23の周方向に沿ったN極及びS極の2つの磁極の配置に対して周方向に1極分ごとの間隔を設けてN極またはS極の磁極が周方向に沿って配置されて構成されている。すなわち、副ロータコア24にはN極またはS極が電気角にして360度ごとの間隔を設けて周方向に沿って配置されている。これにより、副ロータコア24の極数は4となり、主ロータコア23と同じ極性の磁極が軸線方向に沿って揃った状態で配置されている。なお、一方の副ロータコア24にはN極の磁極のみが設けられ、他方の副ロータコア24にはS極の磁極のみが設けられている。
As shown in FIGS. 1 and 4, the
副ロータコア24の各磁極には第2永久磁石26が埋設されている。各磁極の第2永久磁石26は主ロータコア23の第1永久磁石25と同様に、副ロータコア24の軸線方向及び略径方向に沿って延びて周方向に対向するよう配置された対をなす板状磁石で構成されている。そして、第2永久磁石26は軸線方向において第1永久磁石25とほぼ対応する箇所に配置されている。すなわち、第2永久磁石26は第1永久磁石25と軸線方向に沿ってほぼ揃った状態にして配置されている。
A second
励磁部30は、図1及び図2に示すように環状をなしてステータ10及びロータ20の軸線方向両端部外側の2か所に設けられている。各励磁部30は励磁コイル31(励磁用巻線部)及び励磁コア32を備えている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
励磁コイル31は励磁コア32の内側に設けられた環状凹部32aの内部においてモータ1の周方向に沿って電線が巻きつけられて形成されている。励磁コア32はモータ1の周方向に沿った略ドーナツ状をなす磁性材料で構成されてステータ10側から軸線方向外側に向かって窪んだ環状凹部32aを備えている。励磁コア32のステータ10及びロータ20側の端面はステータ10及びロータ20の軸線方向の端面に近接することにより、環状凹部32aの開口面をほぼ閉鎖することになる。そして、励磁コア32の環状凹部32aは励磁コイル31とともにインシュレータ15及び駆動コイル16の軸線方向の端部の箇所を収容している。
The
続いて、上記構成のモータ1に生じる磁束の流れについて、図7〜図9を用いて説明する。図7は主ロータコア23による磁束の流れを示す斜視図、図8は副ロータコア24による磁束の流れを示す斜視図、図9は励磁部30による磁束の流れを示す斜視図である。
Next, the flow of magnetic flux generated in the
主ロータコア23による磁束は図7に示す矢印付き折れ線Aに沿って流れる。例えば、主ロータコア23による磁束は主ロータコア23のN極を起点とすると、主ロータコア23とステータコア11との間のエアギャップ、ステータコア11、ステータコア11と主ロータコア23との間のエアギャップ、主ロータコア23のS極の順に流れる。主ロータコア23による磁束は軸線方向に対して略垂直をなす面に沿って流れる磁束である。
The magnetic flux by the
副ロータコア24による磁束は図8に示す矢印付き折れ線Bに沿って流れる。例えば、副ロータコア24による磁束は副ロータコア24のN極を起点とすると、副ロータコア24とステータティース13との間のエアギャップ、ステータティース13、続いてステータヨーク12を軸線方向に斜めに流れ、ステータティース13と副ロータコア24との間のエアギャップ、副ロータコア24のS極の順に流れる。副ロータコア24による磁束は軸線方向に対して略垂直をなす面に沿って流れる磁束である。
The magnetic flux generated by the
励磁部30による磁束は図9に示す矢印付き折れ線Cに沿って流れる。例えば、励磁部30による磁束は副ロータコア24の磁極を起点とすると、副ロータコア24とステータコア11との間のエアギャップ、ステータコア11、励磁コア32、励磁コア32と副ロータコア24との間のエアギャップ、副ロータコア24の磁極の順に流れる。励磁部30による磁束は軸線方向に対して略平行をなす面に沿って流れる磁束である。
The magnetic flux generated by the
このようにして、ハイブリッド励磁型の同期モータであるモータ1では3次元的に流れる磁束が生じる。
In this manner, a magnetic flux that flows three-dimensionally is generated in the
上記構成のモータ1では、ロータ20の第1永久磁石25及び第2永久磁石26から生じる磁束に対して、ステータ10の駆動コイル16に適切な電流を流すことによりロータ20が回転駆動される。
In the
高速回転域の駆動範囲拡大を図るため、第1永久磁石25及び第2永久磁石26が埋設されたロータ20を有するモータ1では弱め磁束制御(弱め界磁制御)が適用されている。高速回転域での効率向上のために、モータ1は第1永久磁石25及び第2永久磁石26による界磁に係る磁束量を抑制すると、出力可能なトルクが低減する。そこで、モータ1は励磁部30で発生させた磁束を利用してステータ10の駆動コイル16に鎖交する磁束を適宜増加させて出力トルクを増大させている。
In order to expand the driving range in the high-speed rotation range, the magnetic flux weakening control (field weakening control) is applied to the
そして、モータ1では外部励磁、すなわち励磁部30により発生する磁束をできるだけ増加させて出力トルクをより一層増大させるための独特の構成がロータ20に施されている。
In the
次に、そのロータ20の詳細な構成について、図10〜図17を用いて説明する。図10は主ロータコア23の軸線方向に垂直な部分断面図、図11は副ロータコア24の軸線方向に垂直な部分断面図(比較例1)、図12は副ロータコア24の軸線方向に垂直な部分断面図(比較例2)、図13は副ロータコア24の軸線方向に垂直な部分断面図(実施例1)、図14は実施例1、比較例1及び2における磁束量の比較を示す表である。図15は副ロータコア24の軸線方向に垂直な部分断面図(実施例2)、図16は副ロータコア24の軸線方向に垂直な部分断面図(実施例3)、図17は実施例1〜3における磁束量の比較を示す表である。
Next, a detailed configuration of the
なお、図14及び図17に示した磁束量は市販の電磁界解析ツールを用いて3次元過渡解析を実行した結果である。図中の「磁石による磁束」は駆動用電流がゼロのときのステータ10の駆動コイル16に鎖交する磁束の最大値を示している。図中の「励磁による磁束」は励磁部30の励磁コイル31への通電電流が直流で30Aであるときに発生する磁束を示している。
The amount of magnetic flux shown in FIGS. 14 and 17 is the result of performing a three-dimensional transient analysis using a commercially available electromagnetic field analysis tool. “Magnetic flux by magnet” in the figure indicates the maximum value of the magnetic flux linked to the
主ロータコア23は、図10に示すように各磁極に埋設された第1永久磁石25を備えている。前述のように、各磁極の第1永久磁石25は主ロータコア23の軸線方向及び略径方向に沿って延びて周方向に対向するよう配置された対をなす板状磁石で構成されている。第1永久磁石25としての対をなす板状磁石は径方向内側から径方向外側に向かうに従って互いの周方向の間隔が広がるように、すなわち軸線方向から見た平面視においてV字形状になるよう配置されている。対をなす第1永久磁石25の互いの間に対応する箇所には軸線方向から見た平面視において扇形をなす領域X(網掛け部)が形成されている。
The
第1永久磁石25は、例えば径方向の長さが14mm、これと直交する幅が4mmの軸線方向から見た平面視において矩形をなしている。第1永久磁石25の径方向内側には平面視略三角形状をなす空隙25aが第1永久磁石25に隣接して設けられている。対をなす第1永久磁石25の互いに隣接する空隙25aは比較的狭い間隔を設けて対向している。
The first
このような形状をなす主ロータコア23に対して、比較例1としての副ロータコア24が図11に示されている。比較例1は従来のハイブリッド励磁型モータに相当する構成である。
FIG. 11 shows a
比較例1としての副ロータコア24は各磁極に埋設された第2永久磁石26を備えている。前述のように、各磁極の第2永久磁石26は副ロータコア24の軸線方向及び略径方向に沿って延びて周方向に対向するよう配置された対をなす板状磁石で構成されている。第2永久磁石26としての対をなす板状磁石は径方向内側から径方向外側に向かうに従って互いの周方向の間隔が広がるように、すなわち軸線側から見た平面視においてV字形状になるよう配置されている。
The
第2永久磁石26は径方向の長さが14mm、これと直交する幅が4mmの軸線方向から見た平面視において矩形をなす、すなわち主ロータコア23の第1永久磁石25と同じ形状をなしている。そして、第2永久磁石26は軸線方向において第1永久磁石25と対応する箇所に配置されている。これにより、対をなす第2永久磁石26の互いの間に対応する箇所に形成された軸線方向から見た平面視において扇形をなす領域Y1(網掛け部)の軸線方向と直角をなす断面積は主ロータコア23の領域Xの断面積と同じである。
The second
そして、図10に示す主ロータコア23に対して図11に示す比較例1の副ロータコア24を適用した場合の磁束量が図14に示されている。これによれば、磁石、すなわち第1永久磁石25及び第2永久磁石26による磁束が0.0265[Wb]であり、励磁、すなわち励磁部30による磁束が0.0045[Wb]であり、総磁束が0.0310[Wb]である。
FIG. 14 shows the amount of magnetic flux when the
次に、比較例2としての副ロータコア24が図12に示されている。比較例2の副ロータコア24の第2永久磁石26は径方向の長さが14mm、これと直交する幅が3mmの軸線方向から見た平面視において矩形をなしている。なお、対をなす第2永久磁石26の互いの間に対応する箇所に形成された軸線方向から見た平面視において扇形をなす領域Y2(網掛け部)の軸線方向と直角をなす断面積は主ロータコア23の領域Xの断面積とほぼ同じである。すなわち、比較例2の副ロータコア24は第1永久磁石25に対して、平面視V字形状の周方向外縁部において平面視矩形の第2永久磁石26の幅(図12に破線で描画した領域)を1mm小さくしている。
Next, a
そして、図10に示す主ロータコア23に対して図12に示す比較例2の副ロータコア24を適用した場合の磁束量が図14に示されている。これによれば、磁石、すなわち第1永久磁石25及び第2永久磁石26による磁束は0.0262[Wb]であり、比較例1に対して1%減少している。励磁、すなわち励磁部30による磁束は0.0045[Wb]であり、比較例1に対する増減が0%である。総磁束は0.0307[Wb]であり、比較例1に対して1%減少している。
FIG. 14 shows the amount of magnetic flux when the
次に、実施例1としての副ロータコア24が図13に示されている。実施例1の副ロータコア24の第2永久磁石26は径方向の長さが14mm、これと直交する幅が3mmの軸線方向から見た平面視において矩形をなしている。なお、実施例1の副ロータコア24は第1永久磁石25に対して、平面視V字形状の周方向内縁部において平面視矩形の第2永久磁石26の幅(図13に破線で描画した領域)を1mm小さくしている。これにより、対をなす第2永久磁石26の互いの間に対応する箇所に形成された軸線方向から見た平面視において扇形をなす領域Z1(網掛け部)の軸線方向と直角をなす断面積は主ロータコア23の領域Xの断面積より広くなっている。
Next, the
そして、図10に示す主ロータコア23に対して図13に示す実施例1の副ロータコア24を適用した場合の磁束量が図14に示されている。これによれば、磁石、すなわち第1永久磁石25及び第2永久磁石26による磁束は0.0251[Wb]であり、比較例1に対して約5%減少している。励磁、すなわち励磁部30による磁束は0.0059[Wb]であり、比較例1に対して約31%増加している。総磁束は0.0310[Wb]であり、比較例1に対する増減が0%である。
FIG. 14 shows the amount of magnetic flux when the
実施例1のように、副ロータコア24が有する対をなす第2永久磁石26の互いの間に対応する領域Z1の軸線方向と直角をなす断面積を、主ロータコア24が有する対をなす第1永久磁石25の互いの間に対応する領域Xの軸線方向と直角をなす断面積より広くすることにより、従来のモータ構成を示す比較例1に対して励磁部30による磁束を大きく増加させることができる。また、従来の比較例1に対して、実施例1の副ロータコア24の第1永久磁石25及び第2永久磁石26による磁束がわずかに減少しているものの、総磁束はほぼ同じである。
As in the first embodiment, the pair of second
次に、実施例2としての副ロータコア24が図15に示されている。実施例2の副ロータコア24の第2永久磁石26は径方向の長さが14mm、これと直交する幅が3mmの軸線方向から見た平面視において矩形をなしている。なお、実施例1において平面視V字形状に配置した対をなす第2永久磁石26は、実施例2においてV字の頂部を大きく開いた配置にして構成されている。そして、実施例2の第2永久磁石26は副ロータコア24の軸中心から延びる半径線Rと平行をなすよう配置されている。これにより、対をなす第2永久磁石26の互いの間に対応する箇所に形成された領域Z2(網掛け部)は軸線方向から見た平面視において略台形をなし、軸線方向と直角をなす断面積が主ロータコア23の領域Xの断面積より広くなっている。さらに、実施例2の領域Z2の軸線方向と直角をなす断面積は実施例1の領域Z1の断面積より広くなっている。
Next, the
そして、図10に示す主ロータコア23に対して図15に示す実施例2の副ロータコア24を適用した場合の磁束量が図17に示されている。これによれば、磁石、すなわち第1永久磁石25及び第2永久磁石26による磁束は0.0207[Wb]であり、実施例1に対して約18%減少している。励磁、すなわち励磁部30による磁束は0.0079[Wb]であり、実施例1に対して約34%増加している。総磁束は0.0286[Wb]であり、実施例1に対して約8%減少している。
FIG. 17 shows the amount of magnetic flux when the
実施例2のように、副ロータコア24が有する対をなす第2永久磁石26の互いの間に対応する領域Z2を、実施例1の扇形をなす領域Z1に対して略台形にするとともに軸線方向と直角をなす断面積を広くすることにより、励磁部30による磁束を大きく増加させることができる。なお、実施例1に対して、実施例2の副ロータコア24の第1永久磁石25及び第2永久磁石26による磁束及び総磁束はやや減少している。
As in the second embodiment, a region Z2 corresponding to each other between the pair of second
次に、実施例3としての副ロータコア24が図16に示されている。実施例3の副ロータコア24の第2永久磁石26は径方向の長さが14mm、これと直交する幅が3mmの軸線方向から見た平面視において矩形をなしている。そして、実施例1において平面視V字形状に配置した対をなす第2永久磁石26は、実施例3においてV字の頂部を大きく開いて配置されて互いの間に対応する箇所に形成された領域Z3(網掛け部)は軸線方向から見た平面視において略台形をなしている。なお、機械角において45度ごとに区分された副ロータコア24の磁極に関して、第2永久磁石26は45度ごとに区分された領域を超えた隣接する領域に突出する形で配置されている。これにより、対をなす第2永久磁石26の互いの間に対応する箇所に形成された領域Z3の軸線方向と直角をなす断面積は主ロータコア23の領域Xの断面積より広くなっている。さらに、実施例3の領域Z3の軸線方向と直角をなす断面積は実施例1の領域Z1の断面積及び実施例2の領域Z2の断面積より広くなっている。
Next, the
そして、図10に示す主ロータコア23に対して図16に示す実施例3の副ロータコア24を適用した場合の磁束量が図17に示されている。これによれば、磁石、すなわち第1永久磁石25及び第2永久磁石26による磁束は0.0189[Wb]であり、実施例1に対して約25%減少している。励磁、すなわち励磁部30による磁束は0.0074[Wb]であり、実施例1に対して約25%増加している。総磁束は0.0263[Wb]であり、実施例1に対して約15%減少している。
FIG. 17 shows the amount of magnetic flux when the
実施例3のように、副ロータコア24が有する対をなす第2永久磁石26の互いの間に対応する領域Z3を、実施例1の扇形をなす領域Z1に対して略台形にするとともに軸線方向と直角をなす断面積を広くすることにより、励磁部30による磁束を大きく増加させることができる。なお、実施例1に対して、実施例3の副ロータコア24の第1永久磁石25及び第2永久磁石26による磁束及び総磁束はやや減少している。さらに、実施例2に対して、実施例3の全体的な磁束は減少している。したがって、副ロータコア24が有する対をなす第2永久磁石26の互いの間に対応する領域は、第2永久磁石26が機械角において45度ごとに区分された副ロータコア24の磁極の領域を超えて隣接する領域にまで突出しない程度に配置されて形成されることが望ましい。すなわち、対をなす第2永久磁石26の互いの間に対応する領域の軸線方向と直角をなす断面積は実施例2の領域Z2の断面積がほぼ上限であると言える。
As in the third embodiment, the region Z3 corresponding to each other between the pair of second
上記実施例1〜3のように、モータ1は対をなす板状磁石で構成された第1永久磁石25及び第2永久磁石26の各々が径方向内側から径方向外側に向かうに従って対をなす板状磁石の周方向の間隔が広がるよう(軸線方向から見た平面視V字形或いは略台形)に配置され、対をなす第2永久磁石26の互いの間に対応する領域Z1、Z2及びZ3の軸線方向と直角をなす断面積が、対をなす第1永久磁石25の互いの間に対応する領域Xの軸線方向と直角をなす断面積より広い。これにより、対をなす第2永久磁石26の互いの間に対応する領域の軸線方向と直角をなす断面積が対をなす第1永久磁石25の互いの間に対応する領域の軸線方向と直角をなす断面積とほぼ同じ場合と比較して、励磁部30による磁束を大きく増加させることができる。
As in the first to third embodiments, the
そして、実施例1は第2永久磁石26が第1永久磁石25と軸線方向に沿ってほぼ揃った状態で配置されているので、第1永久磁石25及び第2永久磁石26による磁束や総磁束をほとんど変化させることなく、励磁部30による磁束を大きく増加させることができる。したがって、励磁部30を使用していない状態においても、モータ1は効率的な回転性能を発揮する。
In the first embodiment, the second
なお、実施例2及び3は対をなす第2永久磁石26の互いの間の領域Z2及びZ3の断面積が対をなす第1永久磁石25の互いの間の領域Xの断面積より広いものの(さらに実施例1の領域Z1の断面積より広い)、第2永久磁石26が第1永久磁石25と軸線方向において対応する箇所からずれて配置されている。これにより、実施例2及び3は第1永久磁石25及び第2永久磁石26による磁束や総磁束が実施例1や比較例1より減少しているものの、実施例1よりさらに励磁部30による磁束を大きく増加させることができる。永久磁石による磁束が低い場合、同じ電圧で動作可能な回転範囲が広がるため有効である。また、永久磁石による磁束が低いと出力可能なトルクが低下するが、励磁部30を用いることにより所望のタイミングで永久磁石の磁束を適宜増加させることができる。
In the second and third embodiments, the cross-sectional area of the regions Z2 and Z3 between the paired second
また、モータ1は主ロータコア23がN極及びS極の磁極(8極)が周方向に沿って全周にわたって交互に並置されて構成され、副ロータコア24は主ロータコア23の周方向に沿ったN極及びS極の磁極の配置に対して周方向に1極分ごとの間隔を設けてN極またはS極の磁極(4極)が周方向に沿って配置されて構成されるとともに、主ロータコア23と同じ極性の磁極が軸線方向に対応して配置される、すなわち軸線方向に沿って揃った状態で配置されている。これにより、仮に永久磁石がない場合であっても、励磁部30を用いて発生させた磁束を有効に活用することが可能である。
Further, the
また、対をなす第1永久磁石25及び対をなす第2永久磁石26がともに板状をなしているので、磁束の流れを誘導し易くなる。したがって、励磁部30による磁束を効果的に増加させることができる。
Moreover, since the paired first
また、対をなす第1永久磁石25及び対をなす第2永久磁石26は主ロータコア23または副ロータコア24の軸線方向から見た平面視において矩形をなしているので、対をなす磁石の互いの間に対応する領域の軸線方向と直角をなす断面積を容易に拡大させて確保することができる。したがって、励磁部30による磁束をより一層効果的に増加させることが可能である。
Further, the first
そして、上記実施形態の構成によれば、外部励磁、すなわち励磁部30により発生する磁束をできるだけ増加させて出力トルクをより一層増大させることが可能なモータ1を提供することができる。
And according to the structure of the said embodiment, the
次に、本発明の第2の実施形態に係るモータの詳細な構成について、図18を用いて説明する。図18はモータの副ロータコアの軸線方向に垂直な部分断面図である。なお、この実施形態の基本的な構成は図1〜図17を用いて説明した前記第1の実施形態と同じであるので、第1の実施形態と共通する構成要素には前と同じ符号を付し、図面の記載及びその説明を省略するものとする。 Next, a detailed configuration of the motor according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 18 is a partial cross-sectional view perpendicular to the axial direction of the sub-rotor core of the motor. Since the basic configuration of this embodiment is the same as that of the first embodiment described with reference to FIGS. 1 to 17, the same reference numerals are assigned to the same components as those of the first embodiment. The description of the drawings and the description thereof will be omitted.
第2の実施形態に係るモータ1において副ロータコア24には、図18に示すように第2永久磁石27が埋設されている。各磁極の第2永久磁石27は副ロータコア24の軸線方向及び略径方向に沿って延びて周方向に対向するよう配置された対をなす板状磁石で構成されている。第2永久磁石27は軸線方向から見た平面視において円弧状をなしている。なお、主ロータコア23の第1永久磁石25も同様の円弧状に形成しても良い。
In the
そして、第2永久磁石27は軸線方向において第1永久磁石25とほぼ対応する箇所に配置されている。すなわち、第2永久磁石27は第1永久磁石25と軸線方向に沿ってほぼ揃った状態にして配置されている。
The second
このようにして、対をなす第1永久磁石25や対をなす第2永久磁石27が主ロータコア23または副ロータコア24の軸線方向から見た平面視において円弧状をなしているので、第1の実施形態同様、対をなす磁石の互いの間に対応する領域の軸線方向と直角をなす断面積を容易に拡大させて確保することができる。したがって、励磁部30による磁束をより一層効果的に増加させることが可能である。
Thus, the first
なお、図18に示した円弧状の対をなす第2永久磁石27は互いが対向する方向に関して外側に向かって凸となる円弧で構成されているが、内側に向かって凸となる円弧で構成されていても良い。
The second
次に、本発明の第3の実施形態に係るモータの詳細な構成について、図19を用いて説明する。図19はモータの副ロータコアの軸線方向に垂直な部分断面図である。なお、この実施形態の基本的な構成は図1〜図17を用いて説明した前記第1の実施形態と同じであるので、第1の実施形態と共通する構成要素には前と同じ符号を付し、図面の記載及びその説明を省略するものとする。 Next, a detailed configuration of the motor according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 19 is a partial cross-sectional view perpendicular to the axial direction of the sub-rotor core of the motor. Since the basic configuration of this embodiment is the same as that of the first embodiment described with reference to FIGS. 1 to 17, the same reference numerals are assigned to the same components as those of the first embodiment. The description of the drawings and the description thereof will be omitted.
第3の実施形態に係るモータ1において副ロータコア24には、図19に示すように第2永久磁石28が埋設されている。各磁極の第2永久磁石28は副ロータコア24の軸線方向及び略径方向に沿って延びて周方向に対向するよう配置された対をなす板状磁石で構成されている。第2永久磁石28は軸線方向から見た平面視において扇形の一部を欠いた所謂欠円状をなしている。なお、主ロータコア23の第1永久磁石25も同様の欠円状に形成しても良い。
In the
そして、第2永久磁石28は軸線方向において第1永久磁石25とほぼ対応する箇所に配置されている。すなわち、第2永久磁石28は第1永久磁石25と軸線方向に沿ってほぼ揃った状態にして配置されている。
The second
このようにして、対をなす第1永久磁石25や対をなす第2永久磁石28が主ロータコア23または副ロータコア24の軸線方向から見た平面視において欠円状をなしているので、第1の実施形態同様、対をなす磁石の互いの間に対応する領域の軸線方向と直角をなす断面積を容易に拡大させて確保することができる。したがって、励磁部30による磁束をより一層効果的に増加させることが可能である。
In this way, the paired first
なお、図19に示した欠円状の対をなす第2永久磁石28は互いが対向する方向に関して外側に向かって凸となる円弧を有する形状であるが、内側に向かって凸となる円弧を有する形状であっても良い。
Note that the second
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the scope of the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.
例えば、本発明の実施形態で採用したステータ10のステータティース13やスロット14の個数、ロータ20の主ロータコア23や副ロータコア24の磁極の数、第1永久磁石25及び第2永久磁石26の寸法は上記数量や寸法に限定されるわけではなく、他の数量や寸法を採用しても構わない。
For example, the number of
本発明は、永久磁石が埋設されたロータを有する同期モータ、特に所謂ハイブリッド励磁型モータにおいて利用可能である。 The present invention can be used in a synchronous motor having a rotor in which a permanent magnet is embedded, particularly in a so-called hybrid excitation motor.
1 モータ(同期モータ)
10 ステータ
11 ステータコア
12 ステータヨーク
13 ステータティース
16 駆動コイル(駆動用巻線部)
20 ロータ
21 シャフト
22 ロータコア
23 主ロータコア
24 副ロータコア
25 第1永久磁石(対をなす磁石)
26、27、28 第2永久磁石(対をなす磁石)
30 励磁部
31 励磁コイル(励磁用巻線部)
32 励磁コア
1 Motor (synchronous motor)
DESCRIPTION OF
20
26, 27, 28 Second permanent magnet (paired magnet)
30
32 Excitation core
Claims (7)
前記ロータの径方向外側に配置されて前記ロータを回転駆動させるための駆動用巻線部を有するステータと、
前記ステータの軸線方向外側に配置されて前記ロータと前記ステータとの間に生じる磁束を増加させるための励磁用巻線部と、を備え、
前記主ロータコア及び前記副ロータコアはN極及び/またはS極の磁極が周方向に沿って並置されて構成されるとともに、同じ極性の磁極が軸線方向に沿って揃った状態で配置され、
前記第1永久磁石及び前記第2永久磁石は前記主ロータコアまたは前記副ロータコアの軸線方向及び略径方向に沿って延びて周方向に対向するよう配置された対をなす磁石で構成され、
前記対をなす磁石は径方向内側から径方向外側に向かうに従って互いの周方向の間隔が広がるように配置され、
前記副ロータコアが有する前記対をなす磁石の互いの間に対応する領域の軸線方向と直角をなす断面積が、前記主ロータコアが有する前記対をなす磁石の互いの間に対応する領域の軸線方向と直角をなす断面積より広いことを特徴とする同期モータ。 A rotor having a main rotor core embedded with a first permanent magnet and a sub-rotor core embedded with a second permanent magnet and arranged on the outer side in the axial direction of the main rotor core;
A stator having a winding portion for driving, which is disposed on the outer side in the radial direction of the rotor and rotationally drives the rotor;
An excitation winding portion disposed outside the stator in the axial direction to increase the magnetic flux generated between the rotor and the stator, and
The main rotor core and the sub-rotor core are configured such that N-pole and / or S-pole magnetic poles are juxtaposed along the circumferential direction, and the same polarity magnetic poles are arranged along the axial direction.
The first permanent magnet and the second permanent magnet are composed of a pair of magnets extending along the axial direction and the substantially radial direction of the main rotor core or the sub-rotor core and arranged to face each other in the circumferential direction,
The paired magnets are arranged so that a circumferential interval between the magnets increases from the radially inner side toward the radially outer side,
The cross-sectional area perpendicular to the axial direction of the pair of magnets included in the sub-rotor core has a cross-sectional area perpendicular to the axial direction of the pair of magnets included in the main rotor core. Synchronous motor characterized in that it is wider than the cross-sectional area perpendicular to the axis.
前記副ロータコアは前記主ロータコアの周方向に沿ったN極及びS極の磁極の配置に対して周方向に少なくとも1極分ごとの間隔を設けてN極またはS極の磁極が周方向に沿って配置されて構成されるとともに、前記主ロータコアと同じ極性の磁極が軸線方向に沿って揃った状態で配置されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の同期モータ。 The main rotor core is configured by alternately arranging N-pole and S-pole magnetic poles along the circumferential direction along the entire circumference,
The sub-rotor core is spaced at least one pole in the circumferential direction with respect to the arrangement of the N-pole and S-pole magnetic poles along the circumferential direction of the main rotor core, and the N-pole or S-pole magnetic poles are along the circumferential direction. 3. The synchronous motor according to claim 1, wherein magnetic poles having the same polarity as the main rotor core are arranged along the axial direction.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN110277850A (en) * | 2019-07-15 | 2019-09-24 | 日本电产凯宇汽车电器(江苏)有限公司 | A kind of rotor structure for permanent magnet motor and installation method |
-
2011
- 2011-10-26 JP JP2011234654A patent/JP2013093979A/en active Pending
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