JP2015073417A - Embedded magnet dynamo-electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁石埋込式回転電機に関するものである。 The present invention relates to a magnet-embedded rotating electrical machine.
特許文献1に開示の回転電機のロータにおいて、一対の永久磁石挿入用スロットが、回転中心軸側から外周側に向かって開くV字形状に配置され、かつ、この一対のスロットが半径方向に2層構造となるように形成され、各スロット内に当該スロット内の両端に空隙(フラックスバリア)を形成するように永久磁石を挿入保持している。 In the rotor of the rotating electrical machine disclosed in Patent Document 1, the pair of permanent magnet insertion slots are arranged in a V shape that opens from the rotation center axis side toward the outer peripheral side, and the pair of slots is arranged in the radial direction. A permanent magnet is inserted and held in each slot so as to form a gap (flux barrier) at each end of the slot.
特許文献1においては、「磁極間のブリッジは、漏れ磁束を低減する上で可能な限り細くすることが望ましい」との記載があるものの、その他、漏れ磁束を低減する具体的技術が開示されていない。特に、V字形状に配置した永久磁石間における漏れ磁束が大きくなり、トルク特性(回転数が一定ならば出力特性)に影響を及ぼすことが懸念される。 In Patent Document 1, there is a description that “the bridge between the magnetic poles is desirably as thin as possible in order to reduce the leakage flux”, but other specific techniques for reducing the leakage flux are disclosed. Absent. In particular, there is a concern that the leakage magnetic flux between the permanent magnets arranged in a V shape increases, which affects torque characteristics (output characteristics if the rotation speed is constant).
本発明の目的は、永久磁石の漏れ磁束を低減してトルク特性を向上させることができる磁石埋込式回転電機を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a magnet-embedded rotating electrical machine that can reduce the magnetic flux leakage of a permanent magnet and improve torque characteristics.
請求項1に記載の発明では、コイルを巻装したステータと、円筒状のロータコアの外周面が前記ステータの内周側にギャップを介して対向するように配置され、当該ロータコアの周方向において一極あたり一対の永久磁石が外周側に広がるようにV字状に埋め込まれたロータと、を備えた磁石埋込式回転電機において、前記ロータコアにおける前記V字状の一対の永久磁石の内周端間にフラックスバリアが形成され、当該フラックスバリアは前記永久磁石のギャップ側磁極面の内周端部よりd軸方向に飛び出しており、その飛び出し量をY、前記ギャップ側磁極面の両端部間のd軸方向の距離をXとしたとき、0.2≦Y/X≦0.3を満たすようにしたことを要旨とする。 According to the first aspect of the present invention, the stator around which the coil is wound and the outer peripheral surface of the cylindrical rotor core are arranged so as to face each other on the inner peripheral side of the stator via a gap, and the stator is arranged in the circumferential direction of the rotor core. And a rotor embedded in a V shape so that a pair of permanent magnets per pole spread outward, an inner peripheral end of the V-shaped pair of permanent magnets in the rotor core A flux barrier is formed between them, and the flux barrier protrudes in the d-axis direction from the inner peripheral end portion of the gap-side magnetic pole surface of the permanent magnet, and the amount of protrusion is Y, between both end portions of the gap-side magnetic pole surface. The gist is that when the distance in the d-axis direction is X, 0.2 ≦ Y / X ≦ 0.3 is satisfied.
請求項1に記載の発明によれば、ロータコアにおけるV字状の一対の永久磁石の内周端間にフラックスバリアが形成されている。このフラックスバリアは、永久磁石のギャップ側磁極面の内周端部よりd軸方向に飛び出している。飛び出し量をY、ギャップ側磁極面の両端部間のd軸方向の距離をXとしたとき、0.2≦Y/X≦0.3を満たしている。よって、永久磁石の漏れ磁束の経路長を長くして磁気抵抗を大きくして漏れ磁束を低減することができ、これによりトルク性能を向上させることができる。 According to the first aspect of the present invention, the flux barrier is formed between the inner peripheral ends of the pair of V-shaped permanent magnets in the rotor core. The flux barrier protrudes in the d-axis direction from the inner peripheral end of the gap-side magnetic pole surface of the permanent magnet. When the pop-out amount is Y and the distance in the d-axis direction between both ends of the gap side magnetic pole surface is X, 0.2 ≦ Y / X ≦ 0.3 is satisfied. Therefore, the leakage flux of the permanent magnet can be lengthened to increase the magnetic resistance to reduce the leakage flux, thereby improving the torque performance.
請求項2に記載のように、請求項1に記載の磁石埋込式回転電機において、前記フラックスバリアの飛び出し部は、前記ギャップ側磁極面に対する角度が90±15°の面を有するとよい。 As described in claim 2, in the magnet-embedded rotary electric machine according to claim 1, the protruding portion of the flux barrier may have a surface whose angle with respect to the gap-side magnetic pole surface is 90 ± 15 °.
請求項3に記載のように、請求項1または2に記載の磁石埋込式回転電機において、前記ロータは、一極あたり、前記V字状の一対の永久磁石が径方向に2層に配置されており、少なくとも外周側の前記V字状の一対の永久磁石に前記フラックスバリアが形成されているとよい。 As described in claim 3, in the magnet-embedded rotary electric machine according to claim 1 or 2, the rotor has a pair of V-shaped permanent magnets arranged in two layers in a radial direction per pole. The flux barrier is preferably formed at least on the pair of V-shaped permanent magnets on the outer peripheral side.
請求項4に記載のように、請求項3に記載の磁石埋込式回転電機において、前記2層に配置された前記V字状の一対の永久磁石におけるd軸磁束の経路において隣り合う永久磁石について内周側の永久磁石の長さの方が外周側の永久磁石の長さより長く、長さが短い外周側の永久磁石における内周端に形成したフラックスバリアの長さは外周端に形成したフラックスバリアの長さよりも長いとよい。 As described in claim 4, in the magnet-embedded rotating electrical machine according to claim 3, the permanent magnets adjacent to each other in the path of the d-axis magnetic flux in the pair of V-shaped permanent magnets arranged in the two layers. About the length of the inner peripheral side permanent magnet is longer than the length of the outer peripheral side permanent magnet, and the length of the flux barrier formed at the inner peripheral end of the outer peripheral side short magnet is shorter at the outer peripheral end. It may be longer than the length of the flux barrier.
請求項5に記載のように、請求項4に記載の磁石埋込式回転電機において、前記長さが短い永久磁石の内周端に形成したフラックスバリアにおける前記長さが長い永久磁石の磁極面に対向する面は前記長さが長い永久磁石の磁極面に平行であるとよい。 The magnetic pole surface of the long permanent magnet in the flux barrier formed in the inner peripheral end of the permanent magnet with a short length in the magnet-embedded rotating electrical machine according to claim 4, as in claim 5. It is preferable that the surface opposite to be parallel to the magnetic pole surface of the long permanent magnet.
本発明によれば、永久磁石の漏れ磁束を低減してトルク特性を向上させることができる。 According to the present invention, the leakage flux of the permanent magnet can be reduced and the torque characteristics can be improved.
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図1,2に示すように、磁石埋込式回転電機10は、コイル21を巻装したステータ(固定子)20と、永久磁石埋込型磁石ロータ(回転子)30とを備える。円筒状をなす永久磁石埋込型磁石ロータコア40の外周側にステータ20が配置されている。ステータ20の内周面は、永久磁石埋込型磁石ロータコア40の外周面とギャップGを介して対向している。なお、図は何れも模式図であり、形状を強調して記載している。磁石埋込式回転電機10は、極数が「8」である。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIGS. 1 and 2, the magnet-embedded rotating electrical machine 10 includes a stator (stator) 20 around which a coil 21 is wound and a permanent magnet embedded magnet rotor (rotor) 30. A stator 20 is disposed on the outer peripheral side of a cylindrical permanent magnet embedded magnet rotor core 40 having a cylindrical shape. The inner peripheral surface of the stator 20 faces the outer peripheral surface of the permanent magnet embedded magnet rotor core 40 with a gap G therebetween. Each figure is a schematic diagram, and the shape is emphasized. The magnet-embedded rotating electrical machine 10 has “8” poles.
ステータ20は、ステータコア22が円筒状をなし、ステータコア22の内側には周方向に複数のスロット23が形成されている。各スロット23は内周面に開口している。スロット23間にティース24が形成されている。ステータ20は一極あたりのスロット数が「6」であり(一極あたりのティース数が「6」であり)、一極あたりの中心からの角度は45°である。等間隔で設けられているティース24には、コイル(巻線)21が巻回されている。 In the stator 20, the stator core 22 has a cylindrical shape, and a plurality of slots 23 are formed in the stator core 22 in the circumferential direction. Each slot 23 opens to the inner peripheral surface. Teeth 24 is formed between the slots 23. The stator 20 has “6” slots per pole (the number of teeth per pole is “6”), and the angle from the center per pole is 45 °. A coil (winding) 21 is wound around the teeth 24 provided at equal intervals.
ステータ20の内側に永久磁石埋込型磁石ロータ30が配置されるが、永久磁石埋込型磁石ロータコア40は、略円板状の電磁鋼板を複数枚(例えば数十枚)積層して構成されている。ロータコア40の中心にシャフト50が貫挿されている。永久磁石埋込型磁石ロータ30は、ロータコア40の外周面がティース24と所定の間隔を置いた状態で、図示しないハウジングの軸受けにシャフト50を介して回転可能に支持されている。 The permanent magnet embedded magnet rotor 30 is arranged inside the stator 20, and the permanent magnet embedded magnet rotor core 40 is configured by laminating a plurality of (for example, several tens) electromagnetic disk-shaped steel plates. ing. A shaft 50 is inserted through the center of the rotor core 40. The permanent magnet embedded magnet rotor 30 is rotatably supported by a bearing of a housing (not shown) via a shaft 50 in a state where the outer peripheral surface of the rotor core 40 is spaced from the teeth 24 by a predetermined distance.
このように、ロータ30は、円筒状のロータコア40の外周面がステータ20の内周側にギャップGを介して対向するように配置されている。
図2に示すように、永久磁石埋込型磁石ロータコア40には永久磁石埋込孔40a,40b,40c,40dが形成され、永久磁石埋込孔40a,40b,40c,40dは軸方向に延びている。永久磁石埋込孔40a,40b,40c,40dには永久磁石60,61,70,71が挿入されている。詳しくは、永久磁石埋込型磁石ロータコア40には、周方向において一極あたり一対の永久磁石(60と61、70と71)二組がV字状に埋め込まれている。各永久磁石60,61,70,71は、断面矩形の平板状に形成され、厚さ方向に着磁されている。一対の永久磁石(60と61、70と71)二組は、ロータコア40の外周側に向かって広がるV字状で同じ側(例えばロータの外周側)が同じ極性となるように配置されている。
Thus, the rotor 30 is disposed such that the outer peripheral surface of the cylindrical rotor core 40 faces the inner peripheral side of the stator 20 via the gap G.
As shown in FIG. 2, permanent magnet embedded holes 40a, 40b, 40c, and 40d are formed in the permanent magnet embedded magnet rotor core 40, and the permanent magnet embedded holes 40a, 40b, 40c, and 40d extend in the axial direction. ing. Permanent magnets 60, 61, 70, 71 are inserted into the permanent magnet embedded holes 40a, 40b, 40c, 40d. Specifically, in the embedded permanent magnet rotor core 40, two pairs of permanent magnets (60 and 61, 70 and 71) per pole are embedded in a V shape in the circumferential direction. Each permanent magnet 60, 61, 70, 71 is formed in a flat plate shape having a rectangular cross section, and is magnetized in the thickness direction. Two pairs of permanent magnets (60 and 61, 70 and 71) are V-shaped spreading toward the outer peripheral side of the rotor core 40 and are arranged so that the same side (for example, the outer peripheral side of the rotor) has the same polarity. .
隣り合う領域(一極)に配置された永久磁石同士は、ロータ30の外周側が異なる極性になるように配置されている。例えば、図2で示す永久磁石60,61、70,71が、ティース24側がN極になるように配置されると、隣の領域(一極)に配置される永久磁石は、ティース24側がS極になるように配置される。 The permanent magnets arranged in adjacent regions (one pole) are arranged so that the outer peripheral side of the rotor 30 has a different polarity. For example, when the permanent magnets 60, 61, 70, 71 shown in FIG. 2 are arranged so that the teeth 24 side is an N pole, the permanent magnets arranged in the adjacent region (one pole) are S on the teeth 24 side. Arranged to be poles.
このようにして、ロータ30は、ロータコア40の周方向において一極あたり一対の永久磁石60,61および一対の永久磁石70,71が外周側に広がるようにV字状に埋め込まれている。より詳しくは、ロータ30は、一極あたり、V字状の一対の永久磁石60,61および一対の永久磁石70,71が径方向に2層に配置されている。また、ロータ30は、一極あたり、d軸に対称となっている。 In this manner, the rotor 30 is embedded in a V shape so that a pair of permanent magnets 60 and 61 and a pair of permanent magnets 70 and 71 per one pole spread in the circumferential direction of the rotor core 40. More specifically, the rotor 30 has a pair of V-shaped permanent magnets 60 and 61 and a pair of permanent magnets 70 and 71 arranged in two layers in the radial direction per pole. Further, the rotor 30 is symmetrical with respect to the d-axis per pole.
一対の永久磁石60,61および一対の永久磁石70,71について、永久磁石60と永久磁石70とは永久磁石の磁極面に垂直な面60g,70g同士が一直線上にある。つまり、一対の永久磁石60,70のギャップ側端部同士は揃っている。同様に、永久磁石61と永久磁石71とは永久磁石の磁極面に垂直な面61g,71g同士が一直線上にある。つまり、一対の永久磁石61,71のギャップ側端部同士は揃っている。 Regarding the pair of permanent magnets 60, 61 and the pair of permanent magnets 70, 71, the permanent magnet 60 and the permanent magnet 70 have surfaces 60g, 70g perpendicular to the magnetic pole surface of the permanent magnet in a straight line. That is, the gap side ends of the pair of permanent magnets 60 and 70 are aligned. Similarly, the permanent magnet 61 and the permanent magnet 71 have surfaces 61g and 71g perpendicular to the magnetic pole surface of the permanent magnet in a straight line. That is, the gap side end portions of the pair of permanent magnets 61 and 71 are aligned.
図2,3に示すように、ロータコア40におけるV字状の一対の永久磁石60,61の内周端間にフラックスバリア62,63が永久磁石埋込孔40a,40bのd軸側(内周側)の端部に連続する状態で形成されている。フラックスバリア62,63は軸方向に延びている。フラックスバリア62,63は五角形をなしている。フラックスバリア62,63は永久磁石60,61のギャップ側磁極面60a,61aの内周端部P1よりd軸方向に飛び出しており、その飛び出し量をY、ギャップ側磁極面60a,61aの両端部P1,P2間のd軸方向の距離をXとしたとき、0.2≦Y/X≦0.3を満たしている。フラックスバリア62,63が独立して形成されているため、フラックスバリア62,63間にブリッジが形成されロータコア40の強度が保たれている。 As shown in FIGS. 2 and 3, flux barriers 62 and 63 are disposed between the inner peripheral ends of a pair of V-shaped permanent magnets 60 and 61 in the rotor core 40 on the d-axis side (inner periphery) of the permanent magnet embedded holes 40a and 40b. Side) is formed in a continuous state. The flux barriers 62 and 63 extend in the axial direction. The flux barriers 62 and 63 are pentagonal. The flux barriers 62 and 63 protrude in the d-axis direction from the inner peripheral end portion P1 of the gap-side magnetic pole surfaces 60a and 61a of the permanent magnets 60 and 61, the amount of protrusion is Y, and both end portions of the gap-side magnetic pole surfaces 60a and 61a. When the distance in the d-axis direction between P1 and P2 is X, 0.2 ≦ Y / X ≦ 0.3 is satisfied. Since the flux barriers 62 and 63 are formed independently, a bridge is formed between the flux barriers 62 and 63 so that the strength of the rotor core 40 is maintained.
フラックスバリア62,63の飛び出し部は、ギャップ側磁極面60a,61aに対する角度θ1が90±15°の面62a,63aを有する。
ロータコア40におけるV字状の一対の永久磁石60,61の外周端にフラックスバリア64,65が永久磁石埋込孔40a,40bのq軸側(外周側)の端部に連続する状態で形成されている。フラックスバリア64,65は軸方向に延びている。フラックスバリア64,65は四角形をなしている。
The protruding portions of the flux barriers 62 and 63 have surfaces 62a and 63a having an angle θ1 of 90 ± 15 ° with respect to the gap-side magnetic pole surfaces 60a and 61a.
Flux barriers 64, 65 are formed at the outer peripheral ends of a pair of V-shaped permanent magnets 60, 61 in the rotor core 40 in a state of being continuous with the q-axis side (outer peripheral side) ends of the permanent magnet embedded holes 40 a, 40 b. ing. The flux barriers 64 and 65 extend in the axial direction. The flux barriers 64 and 65 are rectangular.
ロータコア40におけるV字状の一対の永久磁石70,71の内周端間にフラックスバリア72,73が永久磁石埋込孔40c,40dのd軸側(内周側)の端部に連続する状態で形成されているとともにフラックスバリア72,73の間にはフラックスバリア74が形成されている。フラックスバリア72,73,74は軸方向に延びている。フラックスバリア72,73は多角に形成されているとともにフラックスバリア74は長方形をなしている。また、ロータコア40におけるV字状の一対の永久磁石70,71の外周端にフラックスバリア75,76が永久磁石埋込孔40c,40dのq軸側(外周側)の端部に連続する状態で形成されている。フラックスバリア75,76は軸方向に延びている。フラックスバリア75,76は四角形をなしている。 Between the inner peripheral ends of the pair of V-shaped permanent magnets 70 and 71 in the rotor core 40, the flux barriers 72 and 73 are continuous with the end on the d-axis side (inner peripheral side) of the permanent magnet embedded holes 40c and 40d. A flux barrier 74 is formed between the flux barriers 72 and 73. The flux barriers 72, 73, 74 extend in the axial direction. The flux barriers 72 and 73 are formed in polygons, and the flux barrier 74 has a rectangular shape. In addition, flux barriers 75 and 76 are continuous with the q-axis side (outer peripheral side) ends of the permanent magnet embedded holes 40c and 40d at the outer peripheral ends of the pair of V-shaped permanent magnets 70 and 71 in the rotor core 40. Is formed. The flux barriers 75 and 76 extend in the axial direction. The flux barriers 75 and 76 are rectangular.
ロータ30は、一極あたり、V字状の一対の永久磁石が径方向に2層に配置されているが、少なくとも外周側のV字状の一対の永久磁石60,61にフラックスバリア62,63が形成されている。 In the rotor 30, a pair of V-shaped permanent magnets are arranged in two layers in the radial direction per pole, but at least a pair of V-shaped permanent magnets 60, 61 on the outer peripheral side have flux barriers 62, 63. Is formed.
図2に示すように、2層に配置されたV字状の一対の永久磁石におけるd軸磁束φ12の経路において隣り合う永久磁石60,70、および永久磁石61,71について、図1に示すように、内周側の永久磁石70,71の長さL2の方が外周側の永久磁石60,61の長さL1より長くなっている。 As shown in FIG. 2, the permanent magnets 60 and 70 and the permanent magnets 61 and 71 adjacent to each other in the path of the d-axis magnetic flux φ12 in the pair of V-shaped permanent magnets arranged in two layers are as shown in FIG. Further, the length L2 of the inner peripheral side permanent magnets 70, 71 is longer than the length L1 of the outer peripheral side permanent magnets 60, 61.
また、長さが短い外周側の永久磁石60,61における内周端に形成したフラックスバリア62,63の長さL3は外周端に形成したフラックスバリア64,65の長さL4よりも長くなっている。 Further, the length L3 of the flux barriers 62, 63 formed at the inner peripheral ends of the outer peripheral permanent magnets 60, 61 having a short length is longer than the length L4 of the flux barriers 64, 65 formed at the outer peripheral ends. Yes.
図1,2に示すように、長さが短い永久磁石60,61の内周端に形成したフラックスバリア62,63における、長さが長い永久磁石70,71の磁極面70a,71aに対向する面62b,63bは、長さが長い永久磁石70,71の磁極面70a,71aに平行である。 As shown in FIGS. 1 and 2, the flux barriers 62 and 63 formed at the inner peripheral ends of the short permanent magnets 60 and 61 are opposed to the magnetic pole surfaces 70a and 71a of the long permanent magnets 70 and 71, respectively. The surfaces 62b and 63b are parallel to the magnetic pole surfaces 70a and 71a of the long permanent magnets 70 and 71, respectively.
次に、このように構成した回転電機10の作用を説明する。
回転電機が駆動される場合は、ステータ20のコイル21に3相の電流が供給されてステータ20に回転磁界が発生し、永久磁石埋込型磁石ロータ30に回転磁界が作用する。そして、回転磁界と永久磁石60,61,70,71との間の磁気的な吸引力および反発力により永久磁石埋込型磁石ロータ30が回転磁界と同期して回転する。図2に示すように、永久磁石60,61よりも外周側においてq軸磁束φ10の経路が形成される。また、永久磁石60と永久磁石70との間、および、永久磁石61と永久磁石71との間においてq軸磁束φ11の経路が形成される。
Next, the operation of the rotating electrical machine 10 configured as described above will be described.
When the rotating electrical machine is driven, a three-phase current is supplied to the coil 21 of the stator 20, a rotating magnetic field is generated in the stator 20, and the rotating magnetic field acts on the permanent magnet embedded magnet rotor 30. Then, the permanent magnet embedded magnet rotor 30 rotates in synchronization with the rotating magnetic field by the magnetic attractive force and repulsive force between the rotating magnetic field and the permanent magnets 60, 61, 70, 71. As shown in FIG. 2, a path of q-axis magnetic flux φ10 is formed on the outer peripheral side of the permanent magnets 60 and 61. Further, a path of q-axis magnetic flux φ11 is formed between the permanent magnet 60 and the permanent magnet 70 and between the permanent magnet 61 and the permanent magnet 71.
ここで、ロータコア40におけるV字状の一対の永久磁石60,61の内周端間に形成されたフラックスバリア62,63は、永久磁石60,61のギャップ側磁極面60a,61aの内周端部P1よりd軸方向に飛び出している。飛び出し量をY、ギャップ側磁極面60a,61aの両端部P1,P2間のd軸方向の距離をXとしたとき、0.2≦Y/X≦0.3を満たしている。これにより、トルク特性を向上させることができる。 Here, the flux barriers 62, 63 formed between the inner peripheral ends of the pair of V-shaped permanent magnets 60, 61 in the rotor core 40 are the inner peripheral ends of the gap-side magnetic pole surfaces 60 a, 61 a of the permanent magnets 60, 61. It protrudes from the part P1 in the d-axis direction. When the protrusion amount is Y and the distance in the d-axis direction between both ends P1 and P2 of the gap-side magnetic pole surfaces 60a and 61a is X, 0.2 ≦ Y / X ≦ 0.3 is satisfied. Thereby, torque characteristics can be improved.
次に、図4を用いてトルクについて説明する。このとき、図1に示した本実施形態と図8に示した比較例を比較する。即ち、図1では、ロータコア40におけるV字状の一対の永久磁石60,61の内周端間に形成されたフラックスバリア62,63は、永久磁石60,61のギャップ側磁極面60a,61aの内周端部P1よりd軸方向に飛び出している。一方、図8では、ロータコア40におけるV字状の一対の永久磁石60,61の内周端間に形成されたフラックスバリア200,201は、永久磁石60,61のギャップ側磁極面の内周端部よりd軸方向に飛び出していない。したがって漏れ磁束φ100の経路が図1,2に比べて短い。 Next, torque will be described with reference to FIG. At this time, the present embodiment shown in FIG. 1 is compared with the comparative example shown in FIG. That is, in FIG. 1, the flux barriers 62 and 63 formed between the inner peripheral ends of the pair of V-shaped permanent magnets 60 and 61 in the rotor core 40 are formed on the gap-side magnetic pole surfaces 60a and 61a of the permanent magnets 60 and 61. It protrudes from the inner peripheral end P1 in the d-axis direction. On the other hand, in FIG. 8, the flux barriers 200 and 201 formed between the inner peripheral ends of the pair of V-shaped permanent magnets 60 and 61 in the rotor core 40 are the inner peripheral ends of the gap-side magnetic pole surfaces of the permanent magnets 60 and 61. It does not protrude in the d-axis direction from the part. Therefore, the path of leakage flux φ100 is shorter than those in FIGS.
図4には、フラックスバリア62,63が、永久磁石60,61のギャップ側磁極面60a,61aの内周端部P1よりd軸方向に飛び出している場合(本実施形態)と、飛び出していない場合(比較例)についてのトルクの計測結果を示す。つまり、図8は比較例であり、ロータコアにおけるV字状の一対の永久磁石60,61の内周端間にフラックスバリア200,201が形成されているが、このフラックスバリア200,201は永久磁石60,61のギャップ側磁極面の内周端部よりd軸方向に飛び出しておらず、図3におけるY値が「0」である。 In FIG. 4, the flux barriers 62 and 63 do not protrude in the case where the flux barriers 62 and 63 protrude in the d-axis direction from the inner peripheral ends P <b> 1 of the gap-side magnetic pole surfaces 60 a and 61 a of the permanent magnets 60 and 61. The measurement result of the torque about a case (comparative example) is shown. That is, FIG. 8 is a comparative example, and flux barriers 200 and 201 are formed between the inner peripheral ends of a pair of V-shaped permanent magnets 60 and 61 in the rotor core. The flux barriers 200 and 201 are permanent magnets. 3, the Y value in FIG. 3 is “0”.
図4において、永久磁石60,61のギャップ側磁極面60a,61aの内周端部P1よりd軸方向に飛び出している場合(本実施形態)の方が、飛び出していない場合(比較例)に比べ大きなトルクを発生させることが分る。 In FIG. 4, the case where the permanent magnets 60, 61 protrude in the d-axis direction from the inner peripheral ends P <b> 1 of the gap-side magnetic pole surfaces 60 a, 61 a (this embodiment) is the case where they do not protrude (comparative example). It can be seen that a larger torque is generated.
次に、図5を用いて、フラックスバリア62,63の飛び出し量Yと、ギャップ側磁極面60a,61aの両端部P1,P2間のd軸方向の距離Xとの比Y/Xと、トルクの関係について説明する。 Next, with reference to FIG. 5, the ratio Y / X between the protrusion amount Y of the flux barriers 62 and 63 and the distance X in the d-axis direction between both ends P1 and P2 of the gap-side magnetic pole surfaces 60a and 61a, and the torque The relationship will be described.
図5において横軸には比Y/Xをとり、縦軸にはトルクをとっている。比Y/X=0のとき、即ち、フラックスバリア62,63が飛び出していない場合のトルクを1.0(=100%)として示す。 In FIG. 5, the horizontal axis represents the ratio Y / X, and the vertical axis represents torque. When the ratio Y / X = 0, that is, when the flux barriers 62 and 63 do not protrude, the torque is shown as 1.0 (= 100%).
図5においてトルクは、比Y/Xに対して上に凸となる緩やかな二次的曲線となり、かつ、その最大値は0.24付近となっている。従って、0.2≦Y/X≦0.3でトルクを最大付近とすることができることが分る。 In FIG. 5, the torque is a gentle quadratic curve convex upward with respect to the ratio Y / X, and its maximum value is around 0.24. Therefore, it can be seen that 0.2 ≦ Y / X ≦ 0.3 can make the torque near the maximum.
詳しく説明する。
図2に示すように、永久磁石自身の磁束(d軸磁束)φ12が正規の経路から外れてしまい(漏れてしまい)、漏れ磁束(自己短絡成分)φ1が発生する。漏れ磁束φ1はロータコア40の強度上必要な、フラックスバリア62,63間のブリッジを通ってしまう。
explain in detail.
As shown in FIG. 2, the magnetic flux (d-axis magnetic flux) φ12 of the permanent magnet itself deviates (leaks) from the normal path, and a leakage magnetic flux (self-short circuit component) φ1 is generated. The leakage flux φ1 passes through the bridge between the flux barriers 62 and 63, which is necessary for the strength of the rotor core 40.
図5の領域Z1では、飛び出し量Yを大きくして漏れ磁束φ1の経路長を長くして磁気抵抗を大きくして漏れ磁束、即ち、自己短絡成分を減らすことができる。一方、図5の領域Z2では飛び出し量Yを大きくしすぎると、図2での外周側のq軸磁束φ10の流れを阻害してしまう。よって、外周側のq軸磁束φ10とのバランスを考慮すると、フラックスバリア62,63の飛び出し量Yと、ギャップ側磁極面60a,61aの両端部P1,P2間のd軸方向の距離Xとの比Y/Xが0.2≦Y/X≦0.3であるとよい。 In the region Z1 of FIG. 5, it is possible to reduce the leakage flux, that is, the self-short circuit component, by increasing the pop-out amount Y and increasing the path length of the leakage flux φ1 to increase the magnetic resistance. On the other hand, if the pop-out amount Y is excessively increased in the region Z2 in FIG. 5, the flow of the q-axis magnetic flux φ10 on the outer peripheral side in FIG. Therefore, considering the balance with the q-axis magnetic flux φ10 on the outer peripheral side, the pop-out amount Y of the flux barriers 62 and 63 and the distance X in the d-axis direction between both ends P1 and P2 of the gap-side magnetic pole surfaces 60a and 61a The ratio Y / X is preferably 0.2 ≦ Y / X ≦ 0.3.
このようにして、漏れ磁束の低減を図ることで、高トルク・高出力化を可能とする。つまり、外周側永久磁石60,61の漏れ磁束を低減し、トルク・出力特性を向上させることができる。この際、高価な材料の永久磁石を用いることなくコストの増加はない。また、フラックスバリアの形状の変更だけで回転電機を小型化することが可能である。 Thus, high torque and high output can be achieved by reducing leakage magnetic flux. That is, the leakage magnetic flux of the outer peripheral side permanent magnets 60 and 61 can be reduced and the torque / output characteristics can be improved. At this time, there is no increase in cost without using an expensive material permanent magnet. Further, it is possible to reduce the size of the rotating electrical machine only by changing the shape of the flux barrier.
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)ロータコア40におけるV字状の一対の永久磁石60,61の内周端間にフラックスバリア62,63が形成されている。フラックスバリア62,63は、永久磁石60,61のギャップ側磁極面60a,61aの内周端部P1よりd軸方向に飛び出している。飛び出し量をY、ギャップ側磁極面60a,61aの両端部P1,P2間のd軸方向の距離をXとしたとき、0.2≦Y/X≦0.3を満たすようにした。よって、永久磁石60,61の漏れ磁束φ1の経路長を長くして磁気抵抗を大きくして漏れ磁束を低減することができ、これによりトルク性能を向上させることができる。
According to the above embodiment, the following effects can be obtained.
(1) Flux barriers 62 and 63 are formed between the inner peripheral ends of a pair of V-shaped permanent magnets 60 and 61 in the rotor core 40. The flux barriers 62 and 63 protrude in the d-axis direction from the inner peripheral ends P1 of the gap-side magnetic pole surfaces 60a and 61a of the permanent magnets 60 and 61. When the protrusion amount is Y and the distance in the d-axis direction between both ends P1 and P2 of the gap-side magnetic pole surfaces 60a and 61a is X, 0.2 ≦ Y / X ≦ 0.3 is satisfied. Therefore, the leakage flux can be reduced by increasing the path length of the leakage flux φ1 of the permanent magnets 60 and 61 to increase the magnetic resistance, thereby improving the torque performance.
(2)フラックスバリア62,63の飛び出し部は、ギャップ側磁極面60a,61aに対する角度θ1が90±15°の面62a,63aを有するので、外周のq軸磁束φ10の流れを妨げにくくなる。また、漏れ磁束φ1の経路長を長くできるとともに永久磁石60,61からの磁束の経路幅を確保できる。 (2) Since the protruding portions of the flux barriers 62 and 63 have the surfaces 62a and 63a having an angle θ1 of 90 ± 15 ° with respect to the gap-side magnetic pole surfaces 60a and 61a, the flow of the q-axis magnetic flux φ10 on the outer periphery is hardly obstructed. Further, the path length of the leakage flux φ1 can be increased and the path width of the magnetic flux from the permanent magnets 60 and 61 can be ensured.
(3)ロータ30は、一極あたり、V字状の一対の永久磁石(60,61、70,71)が径方向に2層に配置されており、少なくとも外周側のV字状の一対の永久磁石60,61にフラックスバリア62,63が形成されているので、トルク特性を向上させることができる。 (3) The rotor 30 has a pair of V-shaped permanent magnets (60, 61, 70, 71) arranged in two layers in the radial direction per pole, and at least a pair of V-shaped magnets on the outer peripheral side. Since the flux barriers 62 and 63 are formed on the permanent magnets 60 and 61, the torque characteristics can be improved.
(4)2層に配置されたV字状の一対の永久磁石(60,61、70,71)におけるd軸磁束の経路において隣り合う永久磁石(60,70、61,71)について内周側の永久磁石70,71の長さL2の方が外周側の永久磁石60,61の長さL1より長さが長い。長さが短い外周側の永久磁石60,61における内周端に形成したフラックスバリア62,63の長さL3は外周端に形成したフラックスバリア64,65の長さL4よりも長い。これにより、漏れ磁束φ1の経路長を長くできるととも、長さが異なる永久磁石(60,70、61,71)におけるq軸磁束φ11の経路についてフラックスバリア62,63を用いてq軸磁束φ11の経路幅を均等化することが可能となる。 (4) The inner peripheral side of the adjacent permanent magnets (60, 70, 61, 71) in the path of the d-axis magnetic flux in the pair of V-shaped permanent magnets (60, 61, 70, 71) arranged in two layers The length L2 of the permanent magnets 70 and 71 is longer than the length L1 of the permanent magnets 60 and 61 on the outer peripheral side. The length L3 of the flux barriers 62, 63 formed at the inner peripheral ends of the outer peripheral permanent magnets 60, 61 having a short length is longer than the length L4 of the flux barriers 64, 65 formed at the outer peripheral ends. As a result, the path length of the leakage magnetic flux φ1 can be increased, and the q-axis magnetic flux φ11 using the flux barriers 62 and 63 for the path of the q-axis magnetic flux φ11 in the permanent magnets (60, 70, 61, 71) having different lengths. It is possible to equalize the path widths.
(5)長さが短い永久磁石60,61の内周端に形成したフラックスバリア62,63における、長さが長い永久磁石70,71の磁極面70a,71aに対向する面62b,63bは長さが長い永久磁石70,71の磁極面70a,71aに平行であるので、q軸磁束φ11の流れを妨げない。つまり、漏れ磁束φ1の経路長を長くできるとともにq軸磁束φ11の流れを妨げないようにすることができる。 (5) In the flux barriers 62 and 63 formed at the inner peripheral ends of the short permanent magnets 60 and 61, the surfaces 62b and 63b facing the magnetic pole surfaces 70a and 71a of the long permanent magnets 70 and 71 are long. Since it is parallel to the magnetic pole surfaces 70a and 71a of the long permanent magnets 70 and 71, the flow of the q-axis magnetic flux φ11 is not hindered. That is, the path length of the leakage flux φ1 can be increased and the flow of the q-axis flux φ11 can be prevented from being hindered.
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・図6に示すように、フラックスバリア100,101の形状に関わらずフラックスバリアを外周方向に飛び出させることで効果を得ることができる。
The embodiment is not limited to the above, and may be embodied as follows, for example.
As shown in FIG. 6, the effect can be obtained by causing the flux barrier to jump out in the outer peripheral direction regardless of the shape of the flux barriers 100 and 101.
・図7に示すように、V字の永久磁石110,111を有するとともにフラックスバリア112,113,114,115,116を有する。このように、3層構造以上でもよく、最外周のV字の一対の永久磁石60,61間にフラックスバリア62,63があり、その一部が飛び出していればよい。 As shown in FIG. 7, it has V-shaped permanent magnets 110 and 111 and flux barriers 112, 113, 114, 115, and 116. As described above, a three-layer structure or more may be used, and the flux barriers 62 and 63 may be provided between the pair of V-shaped permanent magnets 60 and 61 on the outermost periphery, and a part of them may be protruded.
・図1では2層構造を示し、図7では3層構造を示したが、1層構造でもよく、V字の一対の永久磁石60,61間にフラックスバリア62,63があり、その一部が飛び出していればよい。 Although FIG. 1 shows a two-layer structure and FIG. 7 shows a three-layer structure, a one-layer structure may be used, and flux barriers 62 and 63 are provided between a pair of V-shaped permanent magnets 60 and 61, and a part thereof Should just pop out.
10…磁石埋込式回転電機、20…ステータ、21…コイル、30…ロータ、40…ロータコア、60…永久磁石、60a…ギャップ側磁極面、61…永久磁石、61a…ギャップ側磁極面、62…フラックスバリア、62a…面、63…フラックスバリア、63a…面、64…フラックスバリア、65…フラックスバリア、70…永久磁石、71…永久磁石、G…ギャップ、P1…内周端部、θ1…角度。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Magnet-embedded rotary electric machine, 20 ... Stator, 21 ... Coil, 30 ... Rotor, 40 ... Rotor core, 60 ... Permanent magnet, 60a ... Gap side magnetic pole surface, 61 ... Permanent magnet, 61a ... Gap side magnetic pole surface, 62 ... flux barrier, 62a ... face, 63 ... flux barrier, 63a ... face, 64 ... flux barrier, 65 ... flux barrier, 70 ... permanent magnet, 71 ... permanent magnet, G ... gap, P1 ... inner peripheral end, [theta] 1 ... angle.
Claims (5)
円筒状のロータコアの外周面が前記ステータの内周側にギャップを介して対向するように配置され、当該ロータコアの周方向において一極あたり一対の永久磁石が外周側に広がるようにV字状に埋め込まれたロータと、
を備えた磁石埋込式回転電機において、
前記ロータコアにおける前記V字状の一対の永久磁石の内周端間にフラックスバリアが形成され、当該フラックスバリアは前記永久磁石のギャップ側磁極面の内周端部よりd軸方向に飛び出しており、その飛び出し量をY、前記ギャップ側磁極面の両端部間のd軸方向の距離をXとしたとき、0.2≦Y/X≦0.3を満たすようにしたことを特徴とする磁石埋込式回転電機。 A stator wound with a coil;
The outer circumferential surface of the cylindrical rotor core is arranged so as to face the inner circumferential side of the stator via a gap, and a pair of permanent magnets per pole in the circumferential direction of the rotor core is V-shaped so as to spread on the outer circumferential side. An embedded rotor,
In a magnet-embedded rotary electric machine with
A flux barrier is formed between the inner peripheral ends of the pair of V-shaped permanent magnets in the rotor core, and the flux barrier protrudes in the d-axis direction from the inner peripheral end of the gap-side magnetic pole surface of the permanent magnet, The magnetic embedding is characterized in that 0.2 ≦ Y / X ≦ 0.3 is satisfied, where Y is the amount of protrusion and X is the distance in the d-axis direction between both ends of the gap-side magnetic pole surface. Built-in rotary electric machine.
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