JP2017011858A - Rotary electric machine, magnet, and manufacturing method for magnet - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make magnetization and demagnetization among all magnetic poles, formed in a rotor, uniform even in a case where one magnetic pole is composed using a plurality of permanent magnets of different holding powers.SOLUTION: A magnetic pole of a rotor is formed from a magnet unit formed in such a manner that a plurality of permanent magnets of different holding powers are superposed in a radial direction of a rotor. At least two permanent magnets of the plurality of permanent magnets are low-holding-power magnets having holding powers that can be magnetized or demagnetized by a magnetic field generated by a d-axis electric current flowing in a fixed coil. The permanent magnet having the highest holding power among the plurality of permanent magnets is disposed nearest to the air gap. The thickness of each low-holding-power magnet in a radial direction of the rotor is adjusted such that the equivalent holding power obtained by combining the respective holding powers of the low-holding-power magnets composing the magnet unit are substantially identical in all the magnet units provided in the rotor.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、回転電機、磁石、及び磁石の製造方法に関する。   The present invention relates to a rotating electrical machine, a magnet, and a method for manufacturing a magnet.

従来、保持力が異なる2つの永久磁石を磁気的に直列に配置することで一磁極を形成し、当該磁極を回転子内に複数配置して構成された回転子構造が知られている(特許文献1参照)。本構造を用いることで、回転電機の運転中に、固定子巻線電流により永久磁石を着磁あるいは減磁させることが可能となっている。   Conventionally, there has been known a rotor structure in which two permanent magnets having different holding forces are magnetically arranged in series to form one magnetic pole, and a plurality of the magnetic poles are arranged in the rotor (patent) Reference 1). By using this structure, the permanent magnet can be magnetized or demagnetized by the stator winding current during operation of the rotating electrical machine.

特開2010−004671号公報JP 2010-004671 A

永久磁石の保持力には元来ばらつきが存在している。このばらつきの量は、一般的な回転電機に用いる永久磁石の保持力に対しては、相対的に小さな値であるため大きな問題となることがなかった。しかしながら、回転電機の運転中に、固定子巻線電流により永久磁石を着磁あるいは減磁させる構成においては、保持力特性のばらつきが回転子内の磁極間において生じると、その着磁性や減磁性に係り得る。着磁性及び減磁性のばらつきは、回転電機のトルクリップルや損失を増大させる要因となり問題となる。   There is inherent variation in the retention of permanent magnets. The amount of this variation is a relatively small value with respect to the holding force of a permanent magnet used in a general rotating electric machine, and thus has not been a big problem. However, in the configuration in which the permanent magnet is magnetized or demagnetized by the stator winding current during operation of the rotating electrical machine, if there is a variation in coercive force characteristics between the magnetic poles in the rotor, the magnetization or demagnetization will occur. Can be involved. Variations in magnetization and demagnetization cause a problem that increases torque ripple and loss of the rotating electrical machine, which is a problem.

本発明は、保持力の異なる複数の永久磁石を用いて、所望の保持力を有する一つの永久磁石を形成する技術を提供することを目的とする。また、形成した所望の保持力を有する永久磁石によって回転電機が備える回転子の磁極を構成することで、回転子内に形成される全ての磁極間の着磁性及び減磁性を均一にすることができる技術を提供する。   An object of the present invention is to provide a technique for forming a single permanent magnet having a desired holding force by using a plurality of permanent magnets having different holding forces. In addition, by forming the magnetic poles of the rotor included in the rotating electric machine with the formed permanent magnet having a desired holding force, the magnetization and demagnetization between all the magnetic poles formed in the rotor can be made uniform. Provide technology that can.

本発明による回転電機の磁石は、回転磁界を生成するための固定子巻線を有する固定子と、複数の磁極を有し固定子との間でエアギャップを介して配置される回転子とを備える。当該回転子が有する磁極は、保持力の異なる複数の永久磁石を回転子の径方向に重ね合わせてなる磁石ユニットにより形成され、複数の永久磁石のうち少なくとも二つの永久磁石は、固定子巻線に流れるd軸電流が形成する磁界によって着磁及び減磁が可能な保持力を有する低保持力磁石であって、複数の永久磁石のうち最も高い保持力を有する永久磁石は、エアギャップに最も近い側に配置される。そして、低保持力磁石それぞれの回転子径方向における厚さは、磁石ユニットを構成する低保持力磁石それぞれの保持力を合成した等価保持力が回転子に設けられた全ての磁石ユニットにおいて略同一となるように調整される。   A magnet of a rotating electrical machine according to the present invention includes a stator having a stator winding for generating a rotating magnetic field, and a rotor having a plurality of magnetic poles and disposed via an air gap between the stator and the stator. Prepare. The magnetic pole of the rotor is formed by a magnet unit formed by superposing a plurality of permanent magnets having different holding forces in the radial direction of the rotor, and at least two of the plurality of permanent magnets are stator windings. The low-retention-force magnet having a holding force that can be magnetized and demagnetized by the magnetic field formed by the d-axis current flowing through the permanent magnet having the highest holding force among the plurality of permanent magnets is the most in the air gap. Located on the near side. The thickness in the rotor radial direction of each of the low holding force magnets is substantially the same in all magnet units in which the equivalent holding force obtained by combining the holding forces of the low holding force magnets constituting the magnet unit is provided in the rotor. It is adjusted to become.

本発明によれば、所望の保持力を有するように調整された永久磁石ユニットによって回転子の磁極を形成することで、回転子内に形成される全ての磁極間の着磁性及び減磁性を均一にすることができる。これにより、保持力の異なる複数の永久磁石を用いて一磁極を構成する場合であっても、回転電機のトルクリップルや損失が増大するリスクを回避することができる。   According to the present invention, the magnetic poles of the rotor are formed by the permanent magnet unit adjusted to have a desired holding force, so that the magnetization and demagnetization between all the magnetic poles formed in the rotor are uniform. Can be. Thereby, even if it is a case where one magnetic pole is comprised using several permanent magnets from which holding force differs, the risk that the torque ripple and loss of a rotary electric machine increase can be avoided.

図1は、第1実施形態の回転電機を軸方向に垂直な平面から見た構成図であって、構成全体の一部を示した図である。FIG. 1 is a configuration diagram of the rotating electrical machine according to the first embodiment viewed from a plane perpendicular to the axial direction, and shows a part of the overall configuration. 図2は、低保持力磁石が有する磁気特性の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of magnetic characteristics of the low coercive force magnet. 図3は、等価保持力Hc_eqの算出方法を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining a method of calculating the equivalent holding force Hc_eq. 図4Aは、第1実施形態に係る実施例1の回転電機を軸方向に垂直な平面から見た構成図である。FIG. 4A is a configuration diagram of the rotating electrical machine of Example 1 according to the first embodiment when viewed from a plane perpendicular to the axial direction. 図4Bは、実施例1に係る所望の等価保持力に対する磁石ユニットの等価保持力及び低保持力磁石の保持力を表した図である。FIG. 4B is a diagram illustrating an equivalent holding force of the magnet unit and a holding force of the low holding force magnet with respect to a desired equivalent holding force according to the first embodiment. 図5Aは、第1実施形態に係る実施例2の回転電機を軸方向に垂直な平面から見た構成図である。FIG. 5A is a configuration diagram of the rotating electrical machine of Example 2 according to the first embodiment when viewed from a plane perpendicular to the axial direction. 図5Bは、実施例2に係る所望の等価保持力に対する磁石ユニットの等価保持力及び低保持力磁石の保持力を表した図である。FIG. 5B is a diagram illustrating the equivalent holding force of the magnet unit and the holding force of the low holding force magnet with respect to a desired equivalent holding force according to the second embodiment. 図6Aは、第1実施形態に係る実施例3の回転電機を軸方向に垂直な平面から見た構成図である。FIG. 6A is a configuration diagram of the rotating electrical machine of Example 3 according to the first embodiment when viewed from a plane perpendicular to the axial direction. 図6Bは、実施例3に係る所望の等価保持力に対する磁石ユニットの等価保持力及び低保持力磁石の保持力を表した図である。FIG. 6B is a diagram illustrating an equivalent holding force of the magnet unit and a holding force of the low holding force magnet with respect to a desired equivalent holding force according to the third embodiment. 図7Aは、第1実施形態に係る実施例4の回転電機を軸方向に垂直な平面から見た構成図である。FIG. 7A is a configuration diagram of the rotating electrical machine of Example 4 according to the first embodiment when viewed from a plane perpendicular to the axial direction. 図7Bは、実施例4に係る所望の等価保持力に対する磁石ユニットの等価保持力及び低保持力磁石の保持力を表した図である。FIG. 7B is a diagram illustrating an equivalent holding force of the magnet unit and a holding force of the low holding force magnet with respect to a desired equivalent holding force according to the fourth embodiment. 図8Aは、第1実施形態に係る実施例5の回転電機を軸方向に垂直な平面から見た構成図である。FIG. 8A is a configuration diagram of the rotating electrical machine of Example 5 according to the first embodiment when viewed from a plane perpendicular to the axial direction. 図8Bは、実施例5に係る所望の等価保持力に対する磁石ユニットの等価保持力及び低保持力磁石の保持力を表した図である。FIG. 8B is a diagram illustrating an equivalent holding force of the magnet unit and a holding force of the low holding force magnet with respect to a desired equivalent holding force according to the fifth embodiment. 図8Cは、実施例5に係る所望の等価保持力に対する磁石ユニットの等価保持力及び低保持力磁石の保持力を表した図である。FIG. 8C is a diagram illustrating an equivalent holding force of the magnet unit and a holding force of the low holding force magnet with respect to a desired equivalent holding force according to the fifth embodiment. 図9Aは、第2実施形態の回転電機の一部を示す斜視図である。FIG. 9A is a perspective view showing a part of the rotating electrical machine of the second embodiment. 図9Bで示す回転子に嵌装された磁石ユニット詳細を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the detail of the magnet unit inserted by the rotor shown in FIG. 9B. 図10は、第3実施形態の回転電機を軸方向に垂直な平面から見た構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram of the rotating electrical machine according to the third embodiment when viewed from a plane perpendicular to the axial direction.

[第1実施形態]
図1は、第1実施形態の回転電機100を軸方向に垂直な断面から見た構成図であって、構成全体の一部を示した図である。本実施形態の回転電機100は、円環形状をなす固定子3と、固定子3と同心円状をなし、固定子3との間にエアギャップ11を有するように配置された回転子4と、永久磁石1a、1bを磁化方向に直列となるように重ね合わせた状態で回転子4の対応箇所に嵌装された永久磁石ユニット10(以下、単に磁石ユニットという)と、を備え、電動機或いは発電機を構成する。
[First embodiment]
FIG. 1 is a configuration diagram of the rotating electrical machine 100 according to the first embodiment viewed from a cross section perpendicular to the axial direction, and shows a part of the overall configuration. The rotating electrical machine 100 of the present embodiment includes an annular stator 3, a rotor 4 that is concentric with the stator 3, and is disposed so as to have an air gap 11 between the stator 3, A permanent magnet unit 10 (hereinafter simply referred to as a magnet unit) fitted in a corresponding portion of the rotor 4 in a state where the permanent magnets 1a and 1b are superposed in series in the magnetization direction. Configure the machine.

固定子3は、リング状の固定子コア13と、固定子コア13から内周側に向けて突起する複数のティース9と、ティース9に巻き回された固定子巻線12と、からなる。固定子コア13は、例えば軟磁性材料である電磁鋼板により形成される。   The stator 3 includes a ring-shaped stator core 13, a plurality of teeth 9 protruding from the stator core 13 toward the inner peripheral side, and a stator winding 12 wound around the teeth 9. The stator core 13 is made of, for example, an electromagnetic steel plate that is a soft magnetic material.

回転子4は、回転子コア14を有している。回転子コア14は、透磁率の高い金属製の鋼板を円環状に打ち抜き加工して形成された多数の電磁鋼板を軸方向に積層して構成された、いわゆる積層鋼板構造により円筒形に形成されている。また、回転子コア14の、固定子13と対向する周辺部の近傍には、周方向に沿って、磁石ユニット10により構成される磁極が互いに等間隔で、且つ、互いに隣接する磁極の極性が異極性となるように設けられている。なお、本実施形態の回転電機100に係る回転子コア14は、図1で示す部分構成から推察されるとおり、周方向に沿って6個の永久磁石が設けられた6極構造を有する。   The rotor 4 has a rotor core 14. The rotor core 14 is formed in a cylindrical shape by a so-called laminated steel plate structure in which a large number of electromagnetic steel plates formed by punching a metal plate having a high magnetic permeability into an annular shape are laminated in the axial direction. ing. Further, in the vicinity of the peripheral portion of the rotor core 14 facing the stator 13, the magnetic poles constituted by the magnet units 10 are arranged at equal intervals along the circumferential direction, and the polarities of the magnetic poles adjacent to each other are the same. It is provided to have different polarities. Note that the rotor core 14 according to the rotating electrical machine 100 of the present embodiment has a six-pole structure in which six permanent magnets are provided along the circumferential direction as inferred from the partial configuration shown in FIG.

また、回転子4は、各磁極間に、回転子コア14を形成する電磁鋼板を打ち抜き加工することで形成された空間部分である磁気的障壁5、6を有する。磁気的障壁5、6は、電磁鋼板よりも磁気抵抗が大きい。したがって、磁気的障壁5、6は、永久磁石1a、1bが回転子4上に構成する磁気回路において、磁石磁束に対する磁束障壁として作用する。図で示す通り、磁気的障壁5は回転子4の外周側よりも回転中心側の方が幅の狭い略半円形状に形成される。磁気的障壁6は、磁気的障壁5よりも回転中心側に、磁気的障壁5を覆うように略U字状に形成される。ただし、磁気的障壁5、6の形状はこれに限定されない。   Further, the rotor 4 has magnetic barriers 5 and 6 that are space portions formed by punching a magnetic steel sheet forming the rotor core 14 between the magnetic poles. The magnetic barriers 5 and 6 have a larger magnetic resistance than the magnetic steel sheet. Therefore, the magnetic barriers 5 and 6 act as magnetic flux barriers against the magnet magnetic flux in the magnetic circuit formed by the permanent magnets 1a and 1b on the rotor 4. As shown in the figure, the magnetic barrier 5 is formed in a substantially semicircular shape having a narrower width on the rotation center side than on the outer periphery side of the rotor 4. The magnetic barrier 6 is formed in a substantially U shape so as to cover the magnetic barrier 5 closer to the center of rotation than the magnetic barrier 5. However, the shape of the magnetic barriers 5 and 6 is not limited to this.

また、回転子4には、磁気的障壁5、6が図のように形成されていることにより、ある一磁極を構成する磁石ユニット10から出た磁束が、隣接する他の磁石ユニット10が構成する磁極側へ漏洩する際の経路となる磁束バイパス路7が形成される。さらに、回転子4には、磁気的障壁5の外周側に、磁束バイパス路7と連結する幅狭のブリッジ形状部8が設けられている。   Further, the magnetic barriers 5 and 6 are formed in the rotor 4 as shown in the figure, so that the magnetic flux emitted from the magnet unit 10 constituting one magnetic pole is constituted by the other adjacent magnet unit 10. A magnetic flux bypass path 7 is formed as a path for leakage to the magnetic pole side. Further, the rotor 4 is provided with a narrow bridge-shaped portion 8 connected to the magnetic flux bypass path 7 on the outer peripheral side of the magnetic barrier 5.

磁石ユニット10は、永久磁石1a、1bを磁気的に直列となるように重ね合わせた状態で回転子コア14の対応部分に形成された空隙に嵌装されて、回転子コア14に固定される。なお、回転電機100においては、回転子4の径方向が磁化方向とされる。なお、永久磁石1a、1bは、例えば、永久磁石の製造過程において保持力にばらつきが生じた複数の永久磁石ブロックを、それぞれの磁化方向において所望の厚さにカットすることで得られる。ここで、本実施形態では、磁石ユニット10の幾何学的な中心であるd軸と電気的に直交する位置をq軸と定義する。なお、本実施形態の回転電機100は6極構造なので、d軸から機械角で30度の位置がq軸と定義される。   The magnet unit 10 is fixed to the rotor core 14 by being fitted into a gap formed in a corresponding portion of the rotor core 14 in a state where the permanent magnets 1a and 1b are superposed so as to be magnetically in series. . In the rotating electrical machine 100, the radial direction of the rotor 4 is the magnetization direction. The permanent magnets 1a and 1b can be obtained, for example, by cutting a plurality of permanent magnet blocks, in which the holding force varies in the manufacturing process of the permanent magnet, to a desired thickness in each magnetization direction. Here, in the present embodiment, a position that is electrically orthogonal to the d-axis that is the geometric center of the magnet unit 10 is defined as the q-axis. In addition, since the rotary electric machine 100 of this embodiment has a 6-pole structure, a position at a mechanical angle of 30 degrees from the d axis is defined as the q axis.

磁石ユニット10を構成する永久磁石1a、1bは、回転電機100を車両に搭載した場合に、固定子巻線12にパルス状のd軸電流を流すことで形成される磁界(電機子反作用磁界)によって、着磁又は減磁がなされる程度の保持力を有する低保持力の永久磁石である。   The permanent magnets 1a and 1b constituting the magnet unit 10 are magnetic fields (armature reaction magnetic fields) formed by passing a pulsed d-axis current through the stator winding 12 when the rotating electrical machine 100 is mounted on a vehicle. Therefore, the permanent magnet is a low-retention-force permanent magnet having a retention force enough to be magnetized or demagnetized.

ここで、磁石ユニット10を構成する永久磁石1a、1bの磁気特性について、図2を参照して説明する。上述の通り、永久磁石1a、1bは、固定子巻線12に通電されるパルス状のd軸電流で作られる磁界によって着磁又は減磁が可能な保持力を有する永久磁石である(以下、低保持力磁石ともいう)。図2は、このような低保持力磁石が有する磁気特性の一例を示す図である。図2では、縦軸が永久磁石の磁束密度(T)であり、横軸が固定子巻線12のd軸電流で形成される磁界の強さ(A/m)である。d軸電流の値がプラスの方向に大きくなるほど、永久磁石に与えられる磁界が強くなり、これに伴い永久磁石の磁束密度が増加する。   Here, the magnetic characteristics of the permanent magnets 1a and 1b constituting the magnet unit 10 will be described with reference to FIG. As described above, the permanent magnets 1a and 1b are permanent magnets having a holding force that can be magnetized or demagnetized by a magnetic field created by a pulsed d-axis current that is passed through the stator winding 12 (hereinafter, referred to as “permanent magnets”). Also called a low holding force magnet). FIG. 2 is a diagram showing an example of the magnetic characteristics of such a low coercive force magnet. In FIG. 2, the vertical axis represents the magnetic flux density (T) of the permanent magnet, and the horizontal axis represents the strength (A / m) of the magnetic field formed by the d-axis current of the stator winding 12. As the value of the d-axis current increases in the positive direction, the magnetic field applied to the permanent magnet becomes stronger, and the magnetic flux density of the permanent magnet increases accordingly.

図2に示すように、低保持力の永久磁石の磁気特性は、非可逆な特性であり、固定子巻線12に供給されるd軸電流の大きさに応じて選択される複数の磁化経路、例えばc1〜c4を有する。   As shown in FIG. 2, the magnetic characteristics of the low coercive force permanent magnet are irreversible characteristics, and a plurality of magnetization paths are selected according to the magnitude of the d-axis current supplied to the stator winding 12. For example, it has c1-c4.

固定子巻線12に供給されるd軸電流の値をプラスの方向に大きくすることにより、低保持力磁石は、その磁束密度が増加するように磁化される。すなわち、固定子巻線12に供給されるd軸電流のパルスの高さをプラスの方向に高くすることで低保持力磁石が着磁される。   By increasing the value of the d-axis current supplied to the stator winding 12 in the positive direction, the low coercive force magnet is magnetized so that its magnetic flux density increases. That is, the low coercive force magnet is magnetized by increasing the height of the d-axis current pulse supplied to the stator winding 12 in the positive direction.

低保持力磁石を着磁させるときには、d軸電流のパルスの高さによって磁化経路c1〜c4の中から1つの経路が選択される。例えば、固定子巻線12のd軸電流で作られる磁界が着磁磁界Hi1となるように設定された場合には、磁化経路c1が選択される。その後、選択された磁化経路c1において、永久磁石の磁束密度(T)は、固定子巻線12の界磁磁束を減少させるいわゆる弱め界磁制御によって与えられるマイナスのd軸電流に応じて変動する。 When magnetizing the low coercive force magnet, one path is selected from the magnetization paths c1 to c4 depending on the height of the d-axis current pulse. For example, when the magnetic field generated by the d-axis current of the stator winding 12 is set to be the magnetizing magnetic field H i1 , the magnetization path c1 is selected. Thereafter, in the selected magnetization path c1, the magnetic flux density (T) of the permanent magnet varies according to a negative d-axis current given by so-called field weakening control that reduces the field magnetic flux of the stator winding 12.

一方、固定子巻線12に供給されるd軸電流の値がマイナスの方向に増加されると、永久磁石は、その磁束密度が減少するように磁化される。すなわち、固定子巻線12に供給されるd軸電流のパルスの高さをマイナスの方向に低くすることで永久磁石が減磁される。   On the other hand, when the value of the d-axis current supplied to the stator winding 12 is increased in the negative direction, the permanent magnet is magnetized so that the magnetic flux density decreases. That is, the permanent magnet is demagnetized by lowering the height of the pulse of the d-axis current supplied to the stator winding 12 in the negative direction.

低保持力の永久磁石を減磁させるときには、固定子巻線12に供給されるd軸電流が、弱め界磁制御によるマイナスのd軸電流の値よりも小さくなるように設定される。例えば、固定子巻線12のd軸電流で作られる磁界が減磁磁界Hrとなるように設定された場合には、固定子巻線12の磁束密度がゼロになる。なお、永久磁石の磁束密度が小さくなるほど、固定子巻線12に作用する逆起電力は小さくなる。 When demagnetizing a permanent magnet having a low holding force, the d-axis current supplied to the stator winding 12 is set to be smaller than the negative d-axis current value obtained by field weakening control. For example, when the magnetic field generated by the d-axis current of the stator winding 12 is set to be the demagnetizing magnetic field H r , the magnetic flux density of the stator winding 12 becomes zero. Note that the smaller the magnetic flux density of the permanent magnet, the smaller the back electromotive force acting on the stator winding 12.

このように、低保持力の永久磁石は、回転電機100の回転中に固定子巻線12に供給されるd軸電流のパルスの高さに応じて、永久磁石が有する磁束密度を段階的に増減させることができる。すなわち、低保持力磁石の着磁量は、固定子巻線12に供給されるd軸電流により段階的に変更可能である。   As described above, the permanent magnet having a low holding force gradually increases the magnetic flux density of the permanent magnet according to the height of the pulse of the d-axis current supplied to the stator winding 12 during the rotation of the rotating electrical machine 100. It can be increased or decreased. That is, the amount of magnetization of the low coercive force magnet can be changed stepwise by the d-axis current supplied to the stator winding 12.

してみれば、例えば、このような特性を有する低保持力磁石を備えた回転電機100を電動車両に適用した場合、車両の走行中に固定子巻線12に供給するd軸電流を制御することにより、電動車両の走行状態に合わせて永久磁石1a、1bの磁力を好適に変化させることができる。具体的には、例えば、トルクが要求される低回転領域においては、トルク及び出力が最大となるように着磁し、回転速度が求められる高回転領域においては、逆起電力の発生を抑えて回転数を高めるために減磁するといった具合である。また、走行状態に応じて永久磁石の磁力を変化させることで広範囲で効率を向上させることができるので、回転電機100の消費電力を抑えることができる。   Thus, for example, when the rotating electrical machine 100 including the low coercive force magnet having such characteristics is applied to an electric vehicle, the d-axis current supplied to the stator winding 12 is controlled while the vehicle is traveling. Thereby, the magnetic force of permanent magnet 1a, 1b can be changed suitably according to the running state of an electric vehicle. Specifically, for example, in the low rotation region where torque is required, the torque and the output are magnetized so as to be maximized, and in the high rotation region where the rotation speed is required, the occurrence of back electromotive force is suppressed. For example, demagnetization is performed to increase the rotational speed. Further, since the efficiency can be improved over a wide range by changing the magnetic force of the permanent magnet according to the running state, the power consumption of the rotating electrical machine 100 can be suppressed.

なお、このような低保持力磁石を備えた回転電機、すなわち本実施形態の回転電機100は、上述のように永久磁石の磁力を変化させることができる特性を備えることから、可変磁力モータ、可変磁束モータ等と呼ばれる。なお、以下では、永久磁石の着磁及び減磁のしやすさ及びしにくさに係る性質を、着磁性及び減磁性という。   Note that the rotating electrical machine having such a low holding force magnet, that is, the rotating electrical machine 100 of the present embodiment has the characteristics that can change the magnetic force of the permanent magnet as described above, and therefore, the variable magnetic motor, variable It is called a magnetic flux motor. Hereinafter, the property related to the ease and difficulty of magnetization and demagnetization of the permanent magnet is referred to as magnetization and demagnetization.

ここで、一般に、上述のような低保持力磁石が有する保持力Hcは、0kA/m〜250kA/m程度である。そして、ある強度のd軸電流に対する永久磁石の着磁性及び減磁性は、その永久磁石の持つ保持力Hcの高低によって異なる。例えば、保持力Hcが所定値よりも低い場合は、減磁がされやすくなる。そうすると、弱め界磁制御における電流を永久磁石が減磁されない程度に制限する必要があるため、弱め界磁性が低下する。その結果、誘起電圧が高くなり、パワーが低下する。他方、保持力Hcが所定値よりも高い場合は、着磁が困難となる。このため、着磁量が不足し、磁束密度が低下するので、トルクが低下する。   Here, in general, the holding force Hc of the low holding force magnet as described above is about 0 kA / m to 250 kA / m. The magnetization and demagnetization of the permanent magnet for a certain d-axis current vary depending on the holding force Hc of the permanent magnet. For example, when the holding force Hc is lower than a predetermined value, demagnetization is easily performed. Then, since the current in the field weakening control needs to be limited to such an extent that the permanent magnet is not demagnetized, field weakening is reduced. As a result, the induced voltage increases and the power decreases. On the other hand, when the holding force Hc is higher than a predetermined value, magnetization is difficult. For this reason, the amount of magnetization is insufficient, and the magnetic flux density is reduced, so that the torque is reduced.

してみると、本願発明に係る回転電機100のように、回転電機100の運転中に、固定子巻線電流により永久磁石を着磁あるいは減磁させる構成においては、回転子の各磁極を構成する永久磁石の保持力Hcにばらつきがある場合、そのバラつきに応じて、各永久磁石の着磁性及び減磁性もばらついてしまう。このばらつきは、回転子内の各磁極間における磁束密度のばらつきとなり、振動の原因となるトルクリップルの増大や、損失の増大の要因となる。したがって、回転電機に用いる永久磁石は、所望の保持力Hcで均一なものを使用するのが望ましい。しかしながら、永久磁石の製造過程において生じる保持力Hcのばらつきをゼロに抑え込むのは現実的に困難である。   Accordingly, in the configuration in which the permanent magnet is magnetized or demagnetized by the stator winding current during the operation of the rotating electrical machine 100 as in the rotating electrical machine 100 according to the present invention, each magnetic pole of the rotor is configured. When the holding force Hc of the permanent magnets varies, the magnetization and demagnetization of the permanent magnets vary depending on the variation. This variation is a variation in the magnetic flux density between the magnetic poles in the rotor, which causes an increase in torque ripple that causes vibration and an increase in loss. Therefore, it is desirable that the permanent magnet used for the rotating electrical machine is uniform with a desired holding force Hc. However, it is practically difficult to suppress the variation in the holding force Hc generated in the manufacturing process of the permanent magnet to zero.

本発明は、回転電機に用いる永久磁石の製造過程において、低保持力磁石の保持力Hcにばらつきが生じた場合であっても、それらの永久磁石を有効に活用し、回転電機の回転子上に形成される磁極間における着磁性及び減磁性を均一にすることを目的とする。   In the manufacturing process of the permanent magnet used for the rotating electrical machine, even if the holding force Hc of the low holding force magnet varies, the permanent magnet is effectively used to make the rotor on the rotor of the rotating electrical machine. It is an object to make the magnetization and demagnetization uniform between the magnetic poles formed on the substrate.

図1に戻って説明を続ける。図1に示す通り、第1実施形態に係る回転電機100の磁極は、永久磁石1a、1bを磁気的に直列となるように重ね合わせてなる磁石ユニット10により形成される。したがって、回転子4が備える磁石ユニット10を構成する永久磁石1aと1bの保持力Hcが不均一であっても、永久磁石1aの保持力Hcと永久磁石1bの保持力Hcとを合成した合成保持力である等価保持力Hc_eqが、回転子4に形成される全ての磁極間で均一となればよい。以下、等価保持力Hc_eqの算出方法について説明する。   Returning to FIG. 1, the description will be continued. As shown in FIG. 1, the magnetic pole of the rotating electrical machine 100 according to the first embodiment is formed by a magnet unit 10 formed by superposing permanent magnets 1a and 1b so as to be magnetically in series. Therefore, even if the holding force Hc of the permanent magnets 1a and 1b constituting the magnet unit 10 included in the rotor 4 is non-uniform, the combined force obtained by combining the holding force Hc of the permanent magnet 1a and the holding force Hc of the permanent magnet 1b. The equivalent holding force Hc_eq that is a holding force may be uniform among all the magnetic poles formed on the rotor 4. Hereinafter, a method for calculating the equivalent holding force Hc_eq will be described.

図3は、等価保持力Hc_eqの算出方法を説明するための図である。図上段は、永久磁石1a、1bを磁気的に直列に重ね合わせて配置したものである。前提として、永久磁石1aの保持力Hc1及び厚さt1と、永久磁石1bの保持力Hc2及び厚さt2はそれぞれ異なる。そして、厚さtと保持力Hcの異なる二つの永久磁石1a、1bを重ね合わせて、全体を一つの等価磁石(磁石ユニット10)とみると、磁石ユニット10の見かけ上の保持力Hcは、等価保持力Hc_eqとして以下(1)式で表せられる。   FIG. 3 is a diagram for explaining a method of calculating the equivalent holding force Hc_eq. In the upper part of the figure, the permanent magnets 1a and 1b are magnetically stacked in series. As a premise, the holding force Hc1 and thickness t1 of the permanent magnet 1a are different from the holding force Hc2 and thickness t2 of the permanent magnet 1b. Then, when the two permanent magnets 1a and 1b having different thicknesses t and holding forces Hc are overlapped and viewed as a single equivalent magnet (magnet unit 10), the apparent holding force Hc of the magnet unit 10 is The equivalent holding force Hc_eq is expressed by the following equation (1).

Figure 2017011858
Figure 2017011858

すなわち、永久磁石1aの厚さt1と永久磁石1bの厚さt2を調整することで、永久磁石1a、1bの保持力Hc1、Hc2の値によらず、所望の等価保持力Hc_eqを得ることができる。   That is, by adjusting the thickness t1 of the permanent magnet 1a and the thickness t2 of the permanent magnet 1b, a desired equivalent holding force Hc_eq can be obtained regardless of the values of the holding forces Hc1 and Hc2 of the permanent magnets 1a and 1b. it can.

ここで、磁石ユニット10の製造方法をまとめる。磁石ユニット10は、例えば磁石製造過程における製造バラつきにより生じた保持力の異なる複数の永久磁石ブロックを当該永久磁石ブロックの磁化方向において所定の厚さt1、t2にカットする。そして、厚さt1、t2にそれぞれカットされた保持力の異なる永久磁石1a、1bを磁化方向に直列となるように重ね合わせる。なお、所定の厚さt1、t2は、磁石ユニット10を構成する永久磁石1a、1bそれぞれの保持力を合成した等価保持力が所望の等価保持力Hc_eqとなるように、上記式(1)に基づいて調整される。   Here, the manufacturing method of the magnet unit 10 will be summarized. The magnet unit 10 cuts, for example, a plurality of permanent magnet blocks having different holding forces caused by manufacturing variations in the magnet manufacturing process into predetermined thicknesses t1 and t2 in the magnetization direction of the permanent magnet blocks. Then, the permanent magnets 1a and 1b having different holding forces respectively cut to the thicknesses t1 and t2 are overlapped so as to be in series with the magnetization direction. The predetermined thicknesses t1 and t2 are expressed by the above formula (1) so that the equivalent holding force obtained by combining the holding forces of the permanent magnets 1a and 1b constituting the magnet unit 10 becomes a desired equivalent holding force Hc_eq. Adjusted based on.

このように調整された等価保持力Hc_eqを有する磁石ユニット10により回転子4上の全ての磁極を形成することで、永久磁石1a、1bの保持力Hcのばらつきによらず、全ての磁極における等価保持力を略同一とすることができる。これにより、磁極間における着磁性及び減磁性が均一化されるので、各磁極における着磁量のアンバランスを解消することができる。したがって、磁極間における着磁量のアンバランスにより生じるトルクリップルの増大や損失の増大を抑制することができる。なお、上記の略同一とは、例えば±10%以内である。   By forming all the magnetic poles on the rotor 4 by the magnet unit 10 having the equivalent holding force Hc_eq adjusted in this way, the equivalents in all the magnetic poles can be obtained regardless of variations in the holding force Hc of the permanent magnets 1a and 1b. The holding force can be made substantially the same. Thereby, the magnetization and demagnetization between the magnetic poles are made uniform, so that the unbalance of the magnetization amount in each magnetic pole can be eliminated. Therefore, it is possible to suppress an increase in torque ripple and an increase in loss caused by an imbalance in the amount of magnetization between the magnetic poles. In addition, said substantially identical is within ± 10%, for example.

続いて、図4〜8を参照して、上述のように製造された磁石ユニット10を回転電機100に適用する際の態様、及び、得られる等価保持力について説明する。   Then, with reference to FIGS. 4-8, the aspect at the time of applying the magnet unit 10 manufactured as mentioned above to the rotary electric machine 100, and the equivalent holding force obtained are demonstrated.

[実施例1]
図4Aは、第1実施形態に係る実施例1の回転電機100を軸方向に垂直な平面から見た構成図であって、回転子4に嵌装される磁石ユニット10及び磁石ユニット10を構成する低保持力磁石1a、1bの態様を説明するための図である。
[Example 1]
FIG. 4A is a configuration diagram of the rotating electrical machine 100 of Example 1 according to the first embodiment when viewed from a plane perpendicular to the axial direction, and configures the magnet unit 10 fitted to the rotor 4 and the magnet unit 10. It is a figure for demonstrating the aspect of the low holding power magnet 1a, 1b to do.

図4Bは、実施例1に係る所望の等価保持力Hc_target(点線)に対する磁石ユニット10の等価保持力(実線)及び低保持力磁石1a、1bの各保持力Hc(Hc_1a:一点鎖線、Hc_1b:二点鎖線)を表した図である。縦軸が磁束密度J[T]であり、横軸が固定子巻線12のd軸電流で形成される磁界の強さH[kA/m]である。   4B shows an equivalent holding force (solid line) of the magnet unit 10 with respect to a desired equivalent holding force Hc_target (dotted line) according to the first embodiment and each holding force Hc of the low holding force magnets 1a and 1b (Hc_1a: one-dot chain line, Hc_1b: It is a figure showing a dashed-two dotted line). The vertical axis represents the magnetic flux density J [T], and the horizontal axis represents the magnetic field strength H [kA / m] formed by the d-axis current of the stator winding 12.

図4Bで示すとおり、本実施例における所望の等価保持力Hc_targetは、160[kA/m]である。これに対して、永久磁石1aの保持力は224[kA/m]であり、永久磁石1bの保持力は97[kA/m]である。回転子4の磁石挿入孔の径方向幅が10mm程度に設定されているため、磁石ユニット10の回転子径方向の厚さ(磁化方向厚)は10mmに設定される。したがって、永久磁石1aの厚さt1と永久磁石1bの厚さt2との和が10mmとなる。これを前提として上記式(1)に基づき永久磁石1a、1bの厚さt1、t2を算出すると、t1=5mm、t2=5mmとなる。この算出結果に基づいて永久磁石1a、1bの厚さt1、t2を調整し、磁石ユニット10を構成することで、磁石ユニット10は、図中の実線で示すとおり、所望の等価保持力Hc_targetとほぼ同一な等価保持力160[kA/m]を得ることができる。   As shown in FIG. 4B, the desired equivalent holding force Hc_target in the present embodiment is 160 [kA / m]. On the other hand, the holding force of the permanent magnet 1a is 224 [kA / m], and the holding force of the permanent magnet 1b is 97 [kA / m]. Since the radial width of the magnet insertion hole of the rotor 4 is set to about 10 mm, the thickness in the rotor radial direction (magnetization direction thickness) of the magnet unit 10 is set to 10 mm. Therefore, the sum of the thickness t1 of the permanent magnet 1a and the thickness t2 of the permanent magnet 1b is 10 mm. If the thicknesses t1 and t2 of the permanent magnets 1a and 1b are calculated based on the above formula (1) on the premise of this, t1 = 5 mm and t2 = 5 mm. Based on the calculation results, the thicknesses t1 and t2 of the permanent magnets 1a and 1b are adjusted to constitute the magnet unit 10, so that the magnet unit 10 can be obtained with a desired equivalent holding force Hc_target as shown by a solid line in the figure. Almost the same equivalent holding force 160 [kA / m] can be obtained.

また、図4Aから分かるとおり、磁石ユニット1を回転子4に嵌装する際は、永久磁石1a、1bのうちより高い保持力を有する永久磁石1aを、エアギャップ11に最も近い側に配置する。エアギャップ11により近い側、すなわち回転子4の外周側は、固定子巻線12に形成される磁界の影響を受けやすいので、意図しない着磁及び減磁がなされる可能性がある。また、上述のとおり、永久磁石は保持力が低いほど着磁及び減磁がしやすくなる性質がある。したがって、より保持力の高い永久磁石を回転子4の外周側に配置することで、意図しない着磁又は減磁がなされるリスクを抑制することができる。   4A, when the magnet unit 1 is fitted to the rotor 4, the permanent magnet 1a having a higher holding force among the permanent magnets 1a and 1b is disposed on the side closest to the air gap 11. . The side closer to the air gap 11, that is, the outer peripheral side of the rotor 4 is easily affected by the magnetic field formed in the stator winding 12, so there is a possibility that unintended magnetization and demagnetization may be performed. Further, as described above, the permanent magnet has a property that magnetization and demagnetization are easier as the holding force is lower. Therefore, the risk of unintended magnetization or demagnetization can be suppressed by arranging permanent magnets having higher holding power on the outer peripheral side of the rotor 4.

また、図4Bから分かるとおり、所望の等価保持力Hc_targetより大きい保持力Hcを有する永久磁石1aと、所望の等価保持力Hc_targetより小さい保持力を有する1bとをそれぞれ組み合わせて磁石ユニット10を構成することで、所望する等価保持力Hc_eqを有する磁石ユニット10を作成することができる。   Moreover, as can be seen from FIG. 4B, the magnet unit 10 is configured by combining the permanent magnet 1a having a holding force Hc larger than the desired equivalent holding force Hc_target and the 1b having a holding force smaller than the desired equivalent holding force Hc_target. Thus, the magnet unit 10 having the desired equivalent holding force Hc_eq can be created.

[実施例2]
図5Aは、第1実施形態に係る実施例2の回転電機100を軸方向に垂直な平面から見た構成図であって、回転子4に嵌装される磁石ユニット10及び磁石ユニット10を構成する永久磁石1a、1bの態様を説明するための図である。
[Example 2]
FIG. 5A is a configuration diagram of the rotating electrical machine 100 of Example 2 according to the first embodiment when viewed from a plane perpendicular to the axial direction, and configures the magnet unit 10 fitted to the rotor 4 and the magnet unit 10. It is a figure for demonstrating the aspect of permanent magnet 1a, 1b to do.

図5Bは、実施例2に係る所望の等価保持力Hc_target(点線)に対する磁石ユニット10の等価保持力(実線)及び永久磁石1a、1bの各保持力Hc(Hc_1a:一点鎖線、Hc_1b:二点鎖線)を表した図である。縦軸が磁束密度J[T]であり、横軸が固定子巻線12のd軸電流で形成される磁界の強さH[kA/m]である。   FIG. 5B shows an equivalent holding force (solid line) of the magnet unit 10 with respect to a desired equivalent holding force Hc_target (dotted line) according to the second embodiment and each holding force Hc of the permanent magnets 1a and 1b (Hc_1a: one-dot chain line, Hc_1b: two points) FIG. The vertical axis represents the magnetic flux density J [T], and the horizontal axis represents the magnetic field strength H [kA / m] formed by the d-axis current of the stator winding 12.

図5Bに示すとおり、本実施例においても所望の等価保持力Hc_targetは、160[kA/m]に設定される。これに対して、永久磁石1aの保持力は192[kA/m]であり、永久磁石1bの保持力は128[kA/m]である。磁石ユニット10の磁化方向厚は10mmに設定される。したがって、永久磁石1aの厚さt1と永久磁石1bの厚さt2との和が10mmとなる。これを前提として上記式(1)に基づき永久磁石1a、1bの厚さt1、t2を算出すると、t1=5mm、t2=5mmとなる。このように永久磁石1a、1bの厚さを調整することで、図中の実線で示すとおり、所望の等価保持力Hc_targetとほぼ同一な等価保持力160[kA/m]を得ることができる。   As shown in FIG. 5B, also in this embodiment, the desired equivalent holding force Hc_target is set to 160 [kA / m]. On the other hand, the holding force of the permanent magnet 1a is 192 [kA / m], and the holding force of the permanent magnet 1b is 128 [kA / m]. The magnetization direction thickness of the magnet unit 10 is set to 10 mm. Therefore, the sum of the thickness t1 of the permanent magnet 1a and the thickness t2 of the permanent magnet 1b is 10 mm. If the thicknesses t1 and t2 of the permanent magnets 1a and 1b are calculated based on the above formula (1) on the premise of this, t1 = 5 mm and t2 = 5 mm. By adjusting the thicknesses of the permanent magnets 1a and 1b as described above, an equivalent holding force 160 [kA / m] substantially the same as the desired equivalent holding force Hc_target can be obtained as shown by the solid line in the figure.

また、本実施例においても実施例1と同様の理由により、より保持力の高い低保持力磁石1aが回転子4の外周側に配置される。   Also in this embodiment, for the same reason as in the first embodiment, a low holding force magnet 1 a having a higher holding force is arranged on the outer peripheral side of the rotor 4.

[実施例3]
図6Aは、第1実施形態に係る実施例3の回転電機100を軸方向に垂直な平面から見た構成図であって、回転子4に嵌装される磁石ユニット10及び磁石ユニット10を構成する永久磁石1a、1bの態様を説明するための図である。
[Example 3]
FIG. 6A is a configuration diagram of the rotating electrical machine 100 of Example 3 according to the first embodiment when viewed from a plane perpendicular to the axial direction, and configures the magnet unit 10 fitted to the rotor 4 and the magnet unit 10. It is a figure for demonstrating the aspect of permanent magnet 1a, 1b to do.

図6Bは、実施例3に係る所望の等価保持力Hc_target(点線)に対する磁石ユニット10の等価保持力(実線)及び永久磁石1a、1bの各保持力Hc(Hc_1a:一点鎖線、Hc_1b:二点鎖線)を表した図である。縦軸が磁束密度J[T]であり、横軸が固定子巻線12のd軸電流で形成される磁界の強さH[kA/m]である。   FIG. 6B shows an equivalent holding force (solid line) of the magnet unit 10 with respect to a desired equivalent holding force Hc_target (dotted line) according to the third embodiment and each holding force Hc of the permanent magnets 1a and 1b (Hc_1a: one-dot chain line, Hc_1b: two points) FIG. The vertical axis represents the magnetic flux density J [T], and the horizontal axis represents the magnetic field strength H [kA / m] formed by the d-axis current of the stator winding 12.

図6Bに示すとおり、所望の等価保持力Hc_targetは、他の実施例と同様160[kA/m]である。これに対して、永久磁石1aの保持力は223[kA/m]であり、永久磁石1bの保持力は143[kA/m]である。磁石ユニット10の磁化方向厚は10mmに設定される。したがって、永久磁石1aの厚さt1と永久磁石1bの厚さt2との和が10mmとなる。これを前提として上記式(1)に基づき永久磁石1a、1bの厚さt1、t2を算出すると、t1=2mm、t2=8mmとなる。このように永久磁石1a、1bの厚さを調整することで、図中の実線で示すとおり、所望の等価保持力Hc_targetとほぼ同一な等価保持力160[kA/m]を得ることができる。   As shown in FIG. 6B, the desired equivalent holding force Hc_target is 160 [kA / m] as in the other embodiments. On the other hand, the holding force of the permanent magnet 1a is 223 [kA / m], and the holding force of the permanent magnet 1b is 143 [kA / m]. The magnetization direction thickness of the magnet unit 10 is set to 10 mm. Therefore, the sum of the thickness t1 of the permanent magnet 1a and the thickness t2 of the permanent magnet 1b is 10 mm. If the thicknesses t1 and t2 of the permanent magnets 1a and 1b are calculated based on the above formula (1) on the assumption of this, t1 = 2 mm and t2 = 8 mm are obtained. By adjusting the thicknesses of the permanent magnets 1a and 1b as described above, an equivalent holding force 160 [kA / m] substantially the same as the desired equivalent holding force Hc_target can be obtained as shown by the solid line in the figure.

また、本実施例においても実施例1、2と同様の理由により、より保持力の高い永久磁石1aが回転子4の外周側に配置される。   Also in this embodiment, the permanent magnet 1 a having a higher holding force is disposed on the outer peripheral side of the rotor 4 for the same reason as in the first and second embodiments.

[実施例4]
図7Aは、第1実施形態に係る実施例4の回転電機100を軸方向に垂直な平面から見た構成図であって、回転子4に嵌装される磁石ユニット10及び磁石ユニット10を構成する永久磁石1a、1bの態様を説明するための図である。
[Example 4]
FIG. 7A is a configuration diagram of the rotating electrical machine 100 of Example 4 according to the first embodiment when viewed from a plane perpendicular to the axial direction, and configures the magnet unit 10 fitted to the rotor 4 and the magnet unit 10. It is a figure for demonstrating the aspect of permanent magnet 1a, 1b to do.

図7Bは、実施例4に係る所望の等価保持力Hc_target(点線)に対する磁石ユニット10の等価保持力(実線)及び永久磁石1a、1bの各保持力Hc(Hc_1a:一点鎖線、Hc_1b:二点鎖線)を表した図である。縦軸が磁束密度J[T]であり、横軸が固定子巻線12のd軸電流で形成される磁界の強さH[kA/m]である。   FIG. 7B shows an equivalent holding force (solid line) of the magnet unit 10 with respect to a desired equivalent holding force Hc_target (dotted line) according to the fourth embodiment and each holding force Hc of the permanent magnets 1a and 1b (Hc_1a: one-dot chain line, Hc_1b: two points) FIG. The vertical axis represents the magnetic flux density J [T], and the horizontal axis represents the magnetic field strength H [kA / m] formed by the d-axis current of the stator winding 12.

図7Bに示すとおり、所望の等価保持力Hc_targetは、他の実施例と同様160[kA/m]である。これに対して、永久磁石1aの保持力は183[kA/m]であり、永久磁石1bの保持力は88[kA/m]である。磁石ユニット10の磁化方向厚は10mmに設定される。したがって、永久磁石1aの厚さt1と永久磁石1bの厚さt2との和が10mmとなる。これを前提として上記式(1)に基づき永久磁石1a、1bの厚さt1、t2を算出すると、t1=7.5mm、t2=2.5mmとなる。このように永久磁石1a、1bの厚さを調整することで、図中の実線で示すとおり、所望の等価保持力Hc_targetとほぼ同一な等価保持力160[kA/m]を得ることができる。   As shown in FIG. 7B, the desired equivalent holding force Hc_target is 160 [kA / m] as in the other embodiments. On the other hand, the holding force of the permanent magnet 1a is 183 [kA / m], and the holding force of the permanent magnet 1b is 88 [kA / m]. The magnetization direction thickness of the magnet unit 10 is set to 10 mm. Therefore, the sum of the thickness t1 of the permanent magnet 1a and the thickness t2 of the permanent magnet 1b is 10 mm. If the thicknesses t1 and t2 of the permanent magnets 1a and 1b are calculated based on the above formula (1) based on this assumption, t1 = 7.5 mm and t2 = 2.5 mm. By adjusting the thicknesses of the permanent magnets 1a and 1b as described above, an equivalent holding force 160 [kA / m] substantially the same as the desired equivalent holding force Hc_target can be obtained as shown by the solid line in the figure.

また、本実施例においても実施例1から3と同様の理由により、より保持力の高い永久磁石1aが回転子4の外周側に配置される。   Also in this embodiment, for the same reason as in the first to third embodiments, the permanent magnet 1 a having a higher holding force is disposed on the outer peripheral side of the rotor 4.

[実施例5]
図8Aは、第1実施形態に係る実施例5の回転電機100を軸方向に垂直な平面から見た構成図であって、回転子4に嵌装される磁石ユニット10a、10b及び磁石ユニット10a、10bをそれぞれ構成する永久磁石1a、1d及び永久磁石1c、1bの態様を説明するための図である。本実施例では、永久磁石1a〜1dの保持力が全て異なっている。
[Example 5]
FIG. 8A is a configuration diagram of the rotating electrical machine 100 of Example 5 according to the first embodiment when viewed from a plane perpendicular to the axial direction, and includes magnet units 10a and 10b and a magnet unit 10a fitted to the rotor 4. 10b is a diagram for explaining aspects of the permanent magnets 1a and 1d and the permanent magnets 1c and 1b that respectively constitute 10b. In this embodiment, the holding forces of the permanent magnets 1a to 1d are all different.

図8Bは、実施例5に係る所望の等価保持力Hc_target(点線)に対する磁石ユニット10aの等価保持力(実線)及び永久磁石1a、1bの各保持力Hc(Hc_1a:一点鎖線、Hc_1b:二点鎖線)を表した図である。縦軸が磁束密度J[T]であり、横軸が固定子巻線12のd軸電流で形成される磁界の強さH[kA/m]である。   FIG. 8B shows an equivalent holding force (solid line) of the magnet unit 10a with respect to a desired equivalent holding force Hc_target (dotted line) according to the fifth embodiment and each holding force Hc of the permanent magnets 1a and 1b (Hc_1a: one-dot chain line, Hc_1b: two points) FIG. The vertical axis represents the magnetic flux density J [T], and the horizontal axis represents the magnetic field strength H [kA / m] formed by the d-axis current of the stator winding 12.

図8Bに示すとおり、所望の等価保持力Hc_targetは、他の実施例と同様160[kA/m]である。これに対して、永久磁石1aの保持力は223[kA/m]であり、永久磁石1bの保持力は144[kA/m]である。他の実施例と同様に上記式(1)に基づき永久磁石1a、1bの厚さt1、t2を算出すると、t1=2mm、t2=8mmとなる。このように永久磁石1a、1bの厚さを調整することで、図中の実線で示すとおり、所望の等価保持力Hc_targetとほぼ同一な等価保持力160[kA/m]を得ることができる。   As shown in FIG. 8B, the desired equivalent holding force Hc_target is 160 [kA / m] as in the other embodiments. On the other hand, the holding force of the permanent magnet 1a is 223 [kA / m], and the holding force of the permanent magnet 1b is 144 [kA / m]. When the thicknesses t1 and t2 of the permanent magnets 1a and 1b are calculated based on the above formula (1) as in the other embodiments, t1 = 2 mm and t2 = 8 mm. By adjusting the thicknesses of the permanent magnets 1a and 1b as described above, an equivalent holding force 160 [kA / m] substantially the same as the desired equivalent holding force Hc_target can be obtained as shown by the solid line in the figure.

図8Cは、実施例5に係る所望の等価保持力Hc_target(点線)に対する磁石ユニット10bの等価保持力(実線)及び永久磁石1c、1dの各保持力Hc(Hc_1a:一点鎖線、Hc_1b:二点鎖線)を表した図である。縦軸が磁束密度J[T]であり、横軸が固定子巻線12のd軸電流で形成される磁界の強さH[kA/m]である。   FIG. 8C shows an equivalent holding force (solid line) of the magnet unit 10b with respect to a desired equivalent holding force Hc_target (dotted line) according to the fifth embodiment and each holding force Hc of the permanent magnets 1c and 1d (Hc_1a: one-dot chain line, Hc_1b: two points) FIG. The vertical axis represents the magnetic flux density J [T], and the horizontal axis represents the magnetic field strength H [kA / m] formed by the d-axis current of the stator winding 12.

また、図7Cで示すとおり、所望の等価保持力Hc_targetは、他の実施例と同様160[kA/m]である。これに対して、永久磁石1cの保持力は183[kA/m]であり、永久磁石1dの保持力は88[kA/m]である。上記式(1)に基づき永久磁石1a、1bの厚さt1、t2を算出すると、t3=7.5mm、t4=2.5mmとなる。このように永久磁石1a、1bの厚さを調整することで、図中の実線で示すとおり、所望の等価保持力Hc_targetとほぼ同一な等価保持力160[kA/m]を得ることができる。   Further, as shown in FIG. 7C, the desired equivalent holding force Hc_target is 160 [kA / m] as in the other embodiments. On the other hand, the holding force of the permanent magnet 1c is 183 [kA / m], and the holding force of the permanent magnet 1d is 88 [kA / m]. When the thicknesses t1 and t2 of the permanent magnets 1a and 1b are calculated based on the above formula (1), t3 = 7.5 mm and t4 = 2.5 mm. By adjusting the thicknesses of the permanent magnets 1a and 1b as described above, an equivalent holding force 160 [kA / m] substantially the same as the desired equivalent holding force Hc_target can be obtained as shown by the solid line in the figure.

本実施例においては、磁石ユニット10a、10bの磁化方向厚は同一であるが、磁石ユニット10aを構成する永久磁石1a、1bの厚さt1、t2と、磁石ユニット10bを構成する永久磁石1c、1dの厚さt3、t4とはそれぞれ異なる。   In the present embodiment, the magnet units 10a and 10b have the same magnetization direction thickness, but the thicknesses t1 and t2 of the permanent magnets 1a and 1b constituting the magnet unit 10a and the permanent magnet 1c constituting the magnet unit 10b, The thicknesses t3 and t4 of 1d are different from each other.

このように、各磁石ユニット10a、10bを構成する各低保持力磁石の厚さの合計である磁化方向厚は略同一に設定されるが、当該各低保持力磁石それぞれの磁化方向厚は異なっていても良い。してみれば、回転子4上の各磁極において、所望の等価保持力を有する磁石ユニット10a、10bを構成するために、より多様な保持力を有する低保持力磁石を使用することができる。これにより、回転電機100の製造において、磁石製造過程で生じる保持力のバラツキをより許容することができる。   Thus, although the magnetization direction thickness which is the sum total of the thickness of each low coercive force magnet which comprises each magnet unit 10a, 10b is set substantially the same, the magnetization direction thickness of each said low coercive force magnet differs. May be. In this case, low magnetic force magnets having various holding forces can be used to form the magnet units 10a and 10b having a desired equivalent holding force at each magnetic pole on the rotor 4. Thereby, in the manufacture of the rotating electrical machine 100, it is possible to further tolerate the variation in holding force that occurs in the magnet manufacturing process.

なお、本実施例においても実施例1〜4と同様の理由により、より保持力の高い永久磁石1a及び1cが回転子4の外周側に配置される。   In the present embodiment, permanent magnets 1 a and 1 c having higher holding power are arranged on the outer peripheral side of the rotor 4 for the same reason as in the first to fourth embodiments.

以上、実施例1〜5に係る説明では、二つの低保持力磁石によって一つの磁石ユニットを構成する例について説明した。しかしながら、一つの磁石ユニットを構成する低保持力磁石の個数はこれに限定されず、3つ以上であっても良い。その場合は、下記式(2)を用いて、磁石ユニットを構成する低保持力磁石の各磁化方向厚を算出することで、所望の等価保持力を有する磁石ユニットを提供することができる。   As described above, in the description according to the first to fifth embodiments, the example in which one magnet unit is configured by two low holding force magnets has been described. However, the number of low coercive force magnets constituting one magnet unit is not limited to this, and may be three or more. In that case, a magnet unit having a desired equivalent coercive force can be provided by calculating the respective magnetization direction thicknesses of the low coercive force magnets constituting the magnet unit using the following formula (2).

Figure 2017011858
Figure 2017011858

ただし、Hc_epは所望の等価保持力を表し、tiは、回転子4の外周側もしくは回転中心側から数えてi番目の低保持力磁石の磁化方向厚を、Hc_iはi番目の低保持力磁石の保持力を表す。また、iは、1〜Nの整数であって、Nは磁石ユニットを構成する低保持力磁石の総数とする。   Where Hc_ep represents a desired equivalent holding force, ti is the magnetization direction thickness of the i-th low holding force magnet counted from the outer peripheral side or the rotation center side of the rotor 4, and Hc_i is the i-th low holding force magnet. Represents the holding power. Further, i is an integer from 1 to N, and N is the total number of low coercive force magnets constituting the magnet unit.

以上、第1実施形態の回転電機100は、回転磁界を生成するための固定子巻線12を有する固定子3と、複数の磁極を有し固定子3との間でエアギャップ11を介して配置される回転子4とを備える。回転子4が有する磁極は、保持力の異なる複数の永久磁石1a、1bを回転子4の径方向に重ね合わせてなる磁石ユニット10により形成され、複数の永久磁石のうち少なくとも二つの永久磁石1a、1bは、固定子巻線12に流れるd軸電流が形成する磁界によって着磁及び減磁が可能な保持力を有する低保持力磁石であって、複数の永久磁石のうち最も高い保持力を有する永久磁石1aは、エアギャップ12に最も近い側に配置される。そして、低保持力磁石それぞれの回転子径方向における厚さ(磁化方向厚)は、磁石ユニット10を構成する低保持力磁石それぞれの保持力Hcを合成した等価保持力Hc_eqが回転子4に設けられた全ての磁石ユニット10において略同一となるように調整される。   As described above, the rotary electric machine 100 according to the first embodiment includes the stator 3 having the stator winding 12 for generating the rotating magnetic field and the stator 3 having the plurality of magnetic poles via the air gap 11. And a rotor 4 to be arranged. The magnetic pole of the rotor 4 is formed by a magnet unit 10 formed by superposing a plurality of permanent magnets 1a and 1b having different holding forces in the radial direction of the rotor 4, and at least two permanent magnets 1a among the plurality of permanent magnets. Reference numeral 1b denotes a low coercive force magnet having a coercive force that can be magnetized and demagnetized by a magnetic field formed by a d-axis current flowing in the stator winding 12, and has the highest coercive force among a plurality of permanent magnets. The permanent magnet 1 a having the same is disposed on the side closest to the air gap 12. The rotor 4 is provided with an equivalent holding force Hc_eq obtained by synthesizing the holding forces Hc of the low holding force magnets constituting the magnet unit 10 in the rotor radial thickness (magnetization direction thickness) of each of the low holding force magnets. Adjustment is made so that all the magnet units 10 are substantially the same.

これにより、磁極間における着磁性及び減磁性が均一化されるので、各磁極における着磁量のアンバランスを解消することができる。したがって、磁極間における着磁量のアンバランスにより生じるトルクリップルの増大や損失の増大を抑制することができる。   Thereby, the magnetization and demagnetization between the magnetic poles are made uniform, so that the unbalance of the magnetization amount in each magnetic pole can be eliminated. Therefore, it is possible to suppress an increase in torque ripple and an increase in loss caused by an imbalance in the amount of magnetization between the magnetic poles.

また、より保持力の高い永久磁石を回転子4の外周側に配置することで、意図しない着磁又は減磁がなされるリスクを抑制することができる。   Moreover, the risk of unintended magnetization or demagnetization can be suppressed by arranging permanent magnets having higher holding power on the outer peripheral side of the rotor 4.

また、第1実施形態の回転電機100は、磁石ユニット10を構成する低保持力磁石1a、1bのうち、低保持力磁石1aは所望の等価保持力Hc_targetよりも大きい保持力を有し、低保持力磁石1bは所望の等価保持力Hc_targetよりも小さい保持力を有する。これにより、所望する等価保持力Hc_eqを有する磁石ユニット10を作成することができる。   In the rotating electrical machine 100 according to the first embodiment, the low holding force magnet 1a among the low holding force magnets 1a and 1b constituting the magnet unit 10 has a holding force larger than the desired equivalent holding force Hc_target, and is low. The holding force magnet 1b has a holding force smaller than a desired equivalent holding force Hc_target. Thereby, the magnet unit 10 having the desired equivalent holding force Hc_eq can be created.

また、第1実施形態の回転電機100は、磁石ユニット10がN個の低保持力磁石を含む場合であって、等価保持力をHc_epとし、N個の低保持力磁石のうち、回転子4の外周側もしくは回転中心側から数えてi番目の当該低保持力磁石の厚さをti、i番目の当該低保持力磁石の保持力をHc_iとした場合に、N個の低保持力磁石のそれぞれの厚さtiは、所望の等価保持力Hc_epに対して、上記(2)式が成立するように調整される。これにより、3つ以上の低保持力磁石によって磁石ユニットを構成する場合であっても、所望する等価保持力Hc_eqを有する磁石ユニットを作成することができる。   The rotating electrical machine 100 according to the first embodiment is a case where the magnet unit 10 includes N low holding force magnets, and the equivalent holding force is Hc_ep, and among the N low holding force magnets, the rotor 4 Of the n low holding force magnets when the thickness of the i-th low holding force magnet is ti and the holding force of the i-th low holding force magnet is Hc_i. Each thickness ti is adjusted so that the above equation (2) is satisfied with respect to a desired equivalent holding force Hc_ep. Thereby, even if it is a case where a magnet unit is comprised with three or more low holding power magnets, the magnet unit which has the desired equivalent holding force Hc_eq can be created.

また、第1実施形態の回転電機100は、回転子4が備える全ての磁石ユニット10の回転子径方向における厚みは略同一であり、磁石ユニット10を構成する各低保持力磁石1a、1bの回転子径方向における厚みは回転子4が備える磁石ユニット10それぞれにおいて異なっていてもよい。これにより、所望の等価保持力を有する磁石ユニット10を構成するために、より多様な保持力を有する低保持力磁石を使用することができる。これにより、回転電機100の製造において、磁石製造過程で生じる保持力のバラツキをより許容することができる。   In the rotating electrical machine 100 according to the first embodiment, all the magnet units 10 included in the rotor 4 have substantially the same thickness in the rotor radial direction, and the low holding force magnets 1a and 1b constituting the magnet unit 10 are substantially the same. The thickness in the rotor radial direction may be different in each magnet unit 10 provided in the rotor 4. Thereby, in order to constitute the magnet unit 10 having a desired equivalent holding force, low holding force magnets having more various holding forces can be used. Thereby, in the manufacture of the rotating electrical machine 100, it is possible to further tolerate the variation in holding force that occurs in the magnet manufacturing process.

[第2実施形態]
次に、第2実施形態の回転電機100について説明する。
[Second Embodiment]
Next, the rotary electric machine 100 of 2nd Embodiment is demonstrated.

図9Aは、第2実施形態の回転電機100の軸方向に垂直な断面の斜視図であって、構成全体の一部を表した図である。図9Bは、図9Aで示す回転子4に嵌装された磁石ユニット10の態様を説明するための図であって、磁石ユニット10を回転子4の軸方向側面から見た図である。   FIG. 9A is a perspective view of a cross section perpendicular to the axial direction of the rotating electrical machine 100 of the second embodiment, and shows a part of the entire configuration. FIG. 9B is a view for explaining an aspect of the magnet unit 10 fitted to the rotor 4 shown in FIG. 9A, and is a view of the magnet unit 10 viewed from the axial side surface of the rotor 4.

図9Bから分かるとおり、第2実施形態の回転電機100の一磁極を形成する磁石ユニット10は、低保持力磁石を回転子径方向に重ね合わせてなる磁石サブユニット30a、30b、30cを、回転子軸方向に積み重ねて構成される。   As can be seen from FIG. 9B, the magnet unit 10 forming one magnetic pole of the rotating electrical machine 100 of the second embodiment rotates the magnet subunits 30a, 30b, and 30c formed by superimposing the low coercive force magnets in the rotor radial direction. Stacked in the direction of the child axis.

磁石サブユニット30aは、低保持力磁石1a、1bを回転子径方向に重ね合わせて構成される。また、低保持力磁石1a、1bの厚さt_1a、t_1bは、低保持力磁石1a、1bの保持力Hc_1a、Hc_1bに基づいて、上記(1)式により、磁石サブユニット30aが所望の等価保持力となるように調整される。他の磁石サブユニット30b、30cを構成する各低保持力磁石b1、b2及びc1、c2についても、磁石サブユニット30b、30cがそれぞれ所望の等価保持力となるように、上記式(1)に基づいて磁化方向厚が調整される。   The magnet subunit 30a is configured by superimposing low coercive force magnets 1a and 1b in the rotor radial direction. Further, the thicknesses t_1a and t_1b of the low holding force magnets 1a and 1b are determined by the above equation (1) based on the holding forces Hc_1a and Hc_1b of the low holding force magnets 1a and 1b. It is adjusted to become power. For each of the low coercive force magnets b1, b2 and c1, c2 constituting the other magnet subunits 30b, 30c, the above equation (1) is established so that the magnet subunits 30b, 30c each have a desired equivalent holding force. Based on this, the magnetization direction thickness is adjusted.

そして、略同一の等価保持力を有する磁石サブユニット30a、30b、30cを、回転子4の軸方向に積み重ねることで磁石ユニット10が構成される。このように構成される磁石ユニット10は、各磁石サブユニット30a、30b、30cと同じ所望の等価保持力を有する。なお、各磁石サブユニット30a、30b、30cは、これらを構成する低保持力磁石のうち、より高い保持力を有する低保持力磁石をエアギャップ11に最も近い側に配置して構成される。   The magnet unit 10 is configured by stacking magnet subunits 30 a, 30 b, 30 c having substantially the same equivalent holding force in the axial direction of the rotor 4. The magnet unit 10 configured as described above has the same desired equivalent holding force as each of the magnet subunits 30a, 30b, and 30c. In addition, each magnet subunit 30a, 30b, 30c is comprised by arrange | positioning the low holding power magnet which has higher holding power among the low holding power magnets which comprise these in the side nearest to the air gap 11. FIG.

このように構成された磁石ユニット10で一磁極を形成することで、所望の等価保持力を有する磁石ユニットを構成するために、より多様な保持力を有する低保持力磁石を使用することができる。これにより、回転電機100の製造において、磁石製造過程で生じる保持力のバラツキをより許容することができる。   By forming one magnetic pole with the magnet unit 10 configured in this way, a low holding force magnet having various holding forces can be used to form a magnet unit having a desired equivalent holding force. . Thereby, in the manufacture of the rotating electrical machine 100, it is possible to further tolerate the variation in holding force that occurs in the magnet manufacturing process.

以上、第2実施形態の回転電機100が有する磁極は、保持力の異なる複数の永久磁石1a、1b、1c、1d、1e、1fをそれぞれ回転子の径方向に重ね合わせてなる磁石サブユニット30a、30b、30cを、前記回転子の軸方向に三つ積み重ねて構成される磁石ユニット30により形成される。これにより、回転電機100の製造において、磁石製造過程で生じる保持力のバラツキをより許容することができる。   As described above, the magnetic pole included in the rotating electrical machine 100 of the second embodiment is a magnet subunit 30a in which a plurality of permanent magnets 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, and 1f having different holding forces are overlapped in the radial direction of the rotor. , 30b, 30c are formed by a magnet unit 30 configured by stacking three in the axial direction of the rotor. Thereby, in the manufacture of the rotating electrical machine 100, it is possible to further tolerate the variation in holding force that occurs in the magnet manufacturing process.

[第3実施形態]
次に、第3実施形態の回転電機100について説明する。
[Third embodiment]
Next, the rotary electric machine 100 of 3rd Embodiment is demonstrated.

図10は、第3実施形態に係る実施例1の回転電機100を軸方向に垂直な平面から見た構成図であって、回転子4に嵌装される磁石ユニット10の態様を説明するための図である。   FIG. 10 is a configuration diagram of the rotating electrical machine 100 of Example 1 according to the third embodiment when viewed from a plane perpendicular to the axial direction, and illustrates an aspect of the magnet unit 10 fitted to the rotor 4. FIG.

図で表されるとおり、本実施形態の磁石ユニット10は、二つの低保持力磁石40b、40cと、一つの高保持力磁石40aの三つの永久磁石を回転子径方向に重ね合わせて構成されることを特徴とする。そして、三つの永久磁石40a、40b、40cのうち、最も高い保持力を有する高保持力磁石40aをエアギャップ11に最も近い側に配置する。   As shown in the drawing, the magnet unit 10 of the present embodiment is configured by superposing three permanent magnets of two low holding force magnets 40b and 40c and one high holding force magnet 40a in the rotor radial direction. It is characterized by that. Of the three permanent magnets 40 a, 40 b, and 40 c, the high holding force magnet 40 a having the highest holding force is disposed on the side closest to the air gap 11.

ここで、高保持力磁石とは、固定子巻線12に通電されるパルス状のd軸電流で作られる磁界によっては、着磁又は減磁がなされない程度の高い保持力を有する永久磁石のことをいう。このような保持力は例えば500[kA/m]以上である。なお、低保持力磁石40b、40cとの合成保持力である等価保持力は、それぞれ上記式(1)に基づいて等価保持力が160[kA/m]程度となるように調整されているものとする。   Here, the high coercive force magnet is a permanent magnet having such a high coercive force that it is not magnetized or demagnetized depending on the magnetic field generated by the pulsed d-axis current passed through the stator winding 12. That means. Such a holding force is, for example, 500 [kA / m] or more. The equivalent holding force, which is the combined holding force with the low holding force magnets 40b and 40c, is adjusted so that the equivalent holding force is about 160 [kA / m] based on the above equation (1). And

このような配置にすることで、高保持力磁石40aが有する高い保持力により、低保持力磁石40bと40cとの等価保持力による着磁性及び減磁性をサポートすることができる。また、高保持力磁石40cをエアギャップ11に最も近い側に配置することで、固定子巻線12に通電されるパルス状のd軸電流で作られる磁界によって意図せぬ着磁又は減磁がなされるリスクを回避することができる。また、磁石ユニット10を製造する際、低保持力磁石40b、40cの等価保持力だけでは当該磁石ユニット10の目標とする合成保持力に到達できない場合であっても、高い保持力を有する高保持力磁石を使用することで、磁石ユニット10全体の合成保持力が目標に到達できる場合がある。すなわち、高保持力磁石を用いることで、より低い側に偏ってばらついた低保持力磁石も活用することができるので、低保持力磁石の製造ばらつきをより許容することができる。なお、本実施形態における磁石ユニット10も、上記式(2)に基づいて、高保持力磁石も含めた全ての永久磁石の磁化方向厚を調整し、所望の保持力の磁石ユニット10を作製することができる。   With such an arrangement, it is possible to support magnetization and demagnetization due to the equivalent holding force of the low holding force magnets 40b and 40c by the high holding force of the high holding force magnet 40a. Further, by arranging the high coercive force magnet 40c on the side closest to the air gap 11, unintended magnetization or demagnetization is caused by the magnetic field generated by the pulsed d-axis current energized in the stator winding 12. Risks that are made can be avoided. Further, when the magnet unit 10 is manufactured, a high holding force having a high holding force can be obtained even if the target holding combined force of the magnet unit 10 cannot be reached only by the equivalent holding force of the low holding force magnets 40b and 40c. By using the force magnet, the combined holding force of the entire magnet unit 10 may reach the target. That is, by using a high holding force magnet, it is possible to utilize a low holding force magnet that is biased toward a lower side, and thus it is possible to tolerate manufacturing variations of the low holding force magnet. In addition, the magnet unit 10 in this embodiment also adjusts the magnetization direction thickness of all the permanent magnets including a high coercive force magnet based on said Formula (2), and produces the magnet unit 10 of desired coercive force. be able to.

以上、第3実施形態の回転電機100は、磁石ユニット10を構成する複数の永久磁石のうち、少なくとも一つの永久磁石は、低保持力磁石よりも高い保持力を有する高保持力磁石である。したがって、低保持力磁石40b、40cの保持力が設計時に想定した保持力に到達できないほど小さい場合であっても、高保持力磁石40aが有する高い保持力により、所望の合成保持力に近づけることができる。   As described above, in the rotating electrical machine 100 of the third embodiment, at least one permanent magnet among the plurality of permanent magnets constituting the magnet unit 10 is a high holding force magnet having a holding force higher than that of the low holding force magnet. Therefore, even when the holding force of the low holding force magnets 40b and 40c is so small that it cannot reach the holding force assumed at the time of design, the high holding force of the high holding force magnet 40a brings it close to the desired combined holding force. Can do.

本発明は、上述した一実施の形態に限定されることはない。例えば、所望の保持力に調整した磁石ユニット10の適用先は上述したような回転電機に限定されず、スピーカーやヘッドホン等の音響機器や、MRI等の高度医療機器、磁力を用いる各種センサ類等、磁石を用いる様々な装置に適用することが可能である。   The present invention is not limited to the embodiment described above. For example, the application destination of the magnet unit 10 adjusted to a desired holding force is not limited to the rotating electric machine as described above, but is an acoustic device such as a speaker or a headphone, an advanced medical device such as MRI, various sensors using magnetic force, and the like. It can be applied to various devices using magnets.

1a、1b…低保持力磁石
3…固定子
4…回転子
10…磁石ユニット
11…エアギャップ
12…固定子巻線
30a、30b、30c…磁石サブユニット
100…回転電機
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a, 1b ... Low coercive force magnet 3 ... Stator 4 ... Rotor 10 ... Magnet unit 11 ... Air gap 12 ... Stator winding 30a, 30b, 30c ... Magnet subunit 100 ... Rotating electric machine

Claims (8)

回転磁界を生成するための固定子巻線を有する固定子と、複数の磁極を有し前記固定子との間でエアギャップを介して配置される回転子とを備えた回転電機において、
前記磁極は、保持力の異なる複数の永久磁石を前記回転子の径方向に重ね合わせてなる磁石ユニットにより形成され、
前記複数の永久磁石のうち少なくとも二つの永久磁石は、前記固定子巻線に流れるd軸電流が形成する磁界によって着磁及び減磁が可能な保持力を有する低保持力磁石であって、
前記複数の永久磁石のうち最も高い保持力を有する永久磁石は、前記エアギャップに最も近い側に配置され、
前記低保持力磁石それぞれの回転子径方向における厚さは、前記磁石ユニットを構成する前記低保持力磁石それぞれの保持力を合成した等価保持力が前記回転子に設けられた全ての磁石ユニットにおいて略同一となるように調整される、
ことを特徴とする回転電機。
In a rotating electrical machine comprising a stator having a stator winding for generating a rotating magnetic field, and a rotor having a plurality of magnetic poles and being arranged through an air gap between the stator,
The magnetic pole is formed by a magnet unit formed by overlapping a plurality of permanent magnets having different holding forces in the radial direction of the rotor,
At least two permanent magnets among the plurality of permanent magnets are low coercive force magnets having a coercive force that can be magnetized and demagnetized by a magnetic field formed by a d-axis current flowing in the stator winding,
The permanent magnet having the highest holding force among the plurality of permanent magnets is disposed on the side closest to the air gap,
The thickness in the rotor radial direction of each of the low holding force magnets is the same in all the magnet units in which the equivalent holding force obtained by combining the holding forces of the low holding force magnets constituting the magnet unit is provided in the rotor. Adjusted to be approximately the same,
Rotating electric machine characterized by that.
前記磁石ユニットを構成する前記低保持力磁石のうち、少なくとも一つの前記低保持力磁石は前記等価保持力よりも大きい保持力を有し、少なくも一つの他の前記低保持力磁石は前記等価保持力よりも小さい保持力を有する、
ことを特徴とする請求項1に記載の回転電機。
Among the low holding force magnets constituting the magnet unit, at least one of the low holding force magnets has a holding force larger than the equivalent holding force, and at least one other low holding force magnet is equivalent to the equivalent holding force. Having a holding force smaller than the holding force,
The rotating electrical machine according to claim 1.
前記磁石ユニットがN個の前記低保持力磁石を含む場合であって、
前記等価保持力をHc_epとし、
前記N個の低保持力磁石のうち、前記回転子の外周側もしくは回転中心側から数えてi番目の当該低保持力磁石の厚さをti、i番目の当該低保持力磁石の保持力をHc_iとした場合に、
前記N個の低保持力磁石のそれぞれの厚さtiは、所望の等価保持力Hc_epに対して、下記(1)式が成立するように調整される、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の回転電機。
Figure 2017011858
The magnet unit includes N low-retention-force magnets,
The equivalent holding force is Hc_ep,
Of the N low holding force magnets, the thickness of the i-th low holding force magnet counted from the outer peripheral side or the rotation center side of the rotor is ti, and the holding force of the i-th low holding force magnet is If Hc_i,
The thickness ti of each of the N low holding force magnets is adjusted so that the following expression (1) is established for a desired equivalent holding force Hc_ep.
The rotating electrical machine according to claim 1 or 2, characterized in that
Figure 2017011858
前記回転子が備える全ての前記磁石ユニットの回転子径方向における厚みは略同一であり、
前記磁石ユニットを構成する各低保持力磁石の回転子径方向における厚みは前記回転子が備える前記磁石ユニットそれぞれにおいて異なる、
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の回転電機。
The thickness in the rotor radial direction of all the magnet units provided in the rotor is substantially the same,
The thickness in the rotor radial direction of each low holding force magnet constituting the magnet unit is different in each of the magnet units provided in the rotor,
The rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 3, wherein
前記磁極は、保持力の異なる複数の永久磁石を前記回転子の径方向に重ね合わせてなる磁石ユニットを、前記回転子の軸方向に少なくとも二つ積み重ねて構成される、
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の回転電機。
The magnetic pole is configured by stacking at least two magnet units in the axial direction of the rotor, in which a plurality of permanent magnets having different holding forces are stacked in the radial direction of the rotor,
The rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 4, wherein
前記磁石ユニットを構成する複数の永久磁石のうち、少なくとも一つの前記永久磁石は、前記低保持力磁石よりも高い保持力を有する高保持力磁石である、
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の回転電機。
Among the plurality of permanent magnets constituting the magnet unit, at least one of the permanent magnets is a high holding force magnet having a holding force higher than that of the low holding force magnet.
The rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 5, wherein
保持力の異なる複数の永久磁石を前記永久磁石の磁化方向に直列となるように重ね合わせてなる磁石であって、
前記永久磁石それぞれの磁化方向における厚さは、前記磁石を構成する前記永久磁石それぞれの保持力を合成した等価保持力が所望の保持力となるように調整される、
ことを特徴とする磁石。
A plurality of permanent magnets having different holding forces are superposed so as to be in series with the magnetization direction of the permanent magnet,
The thickness in the magnetization direction of each of the permanent magnets is adjusted so that an equivalent holding force obtained by combining the holding forces of the permanent magnets constituting the magnet becomes a desired holding force.
A magnet characterized by that.
保持力の異なる複数の永久磁石を前記永久磁石の磁化方向に直列となるように重ね合わせてなる磁石の製造方法であって、
保持力の異なる複数の永久磁石ブロックを当該永久磁石ブロックの磁化方向において所定の厚さにカットする工程と、
カットされた保持力の異なる複数の永久磁石を当該永久磁石の磁化方向に直列となるように重ね合わせて一つの磁石を構成する工程と、を含み、
前記所定の厚さは、前記磁石を構成する前記永久磁石それぞれの保持力を合成した等価保持力が所望の保持力となるようにそれぞれ調整される、
ことを特徴とする磁石の製造方法。
A method for producing a magnet in which a plurality of permanent magnets having different holding forces are stacked in series with the magnetization direction of the permanent magnet,
Cutting a plurality of permanent magnet blocks having different holding forces into a predetermined thickness in the magnetization direction of the permanent magnet blocks;
A plurality of permanent magnets having different holding forces and overlapping each other in series with the magnetization direction of the permanent magnet to form one magnet, and
The predetermined thickness is adjusted so that an equivalent holding force obtained by combining holding forces of the permanent magnets constituting the magnet becomes a desired holding force.
A method for manufacturing a magnet.
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