JP2017147810A - Embedded magnet type motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、埋込磁石型モータに関する。 The present invention relates to an interior magnet type motor.
従来、このような分野の技術として、例えば下記特許文献に記載されるものがある。特許文献1に記載の埋込磁石型モータは、ステータと、ロータと、長手方向がロータの回転方向に沿うように該ロータに埋め込まれる長尺状の磁石とを備えている。そして、磁石をその長手方向で複数の領域に分けるときに、中央領域の磁化方向は磁石の長手方向に垂直な方向に設定され、端部領域の磁化方向は磁石の内側に向くように傾斜して設定されている。このようにすれば、磁束の漏れを抑制し磁束密度を向上することで、同じ入力電流に対してモータのトルクを増加させることができる。
Conventionally, as a technique in such a field, for example, there are those described in the following patent documents. The interior magnet type motor described in
しかしながら、上述した埋込磁石型モータでは、最適な磁化方向の設定とは言えない。すなわち、磁石の内部には磁石の磁化方向と反対する方向に反磁場が生じており、この反磁場の発生によって磁石表面からの磁束密度が減少するので、トルクの低下を招いている。また、ステータからの入射磁界(以下、ステータ入射磁界と称する)により、反磁場と同じ方向にステータ入射磁界の分解成分が加えられる。このため、磁石の反磁界が大きくなるので、トルクの増加を阻害するのみならず、保磁力の担保に伴うコストの増加につながる。これらに対し、上述の埋込磁石型モータでは対策等は検討されていないので、トルクの増加を図り難く、また反磁界の低減を実現できない問題があった。 However, the above-described embedded magnet type motor cannot be said to set the optimum magnetization direction. That is, a demagnetizing field is generated in the magnet in a direction opposite to the magnetization direction of the magnet, and the generation of this demagnetizing field reduces the magnetic flux density from the magnet surface, resulting in a decrease in torque. In addition, an incident magnetic field from the stator (hereinafter referred to as a stator incident magnetic field) adds a decomposition component of the stator incident magnetic field in the same direction as the demagnetizing field. For this reason, since the demagnetizing field of a magnet becomes large, it not only inhibits an increase in torque, but also leads to an increase in cost associated with ensuring coercive force. On the other hand, since the above-described embedded magnet type motor has not been investigated, there is a problem that it is difficult to increase the torque and that the demagnetizing field cannot be reduced.
本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、トルクの増加及び反磁界の低減を図ることができる埋込磁石型モータを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a technical problem, and an object thereof is to provide an embedded magnet type motor capable of increasing torque and reducing demagnetizing field.
上記課題を解決する本発明の埋込磁石型モータは、コイルが巻回されるステータと、前記ステータに対し回転自在に設けられるロータと、前記ロータに固定されるシャフトと、前記ロータに埋め込まれる複数の直方体状の磁石と、を備える埋込磁石型モータであって、前記磁石の側面は、長辺と短辺とを有し、前記側面を、前記長辺に対して垂直な磁化方向を有する第1要素と、前記第1要素の磁化方向に対して反時計回りに所定角度で傾斜する磁化方向を有する第2要素とで格子状に分割するときに、少なくとも1本の対角線上に位置する2つの角部には前記第2要素がそれぞれ配置され、他の部位には前記第1要素がそれぞれ配置され、前記所定角度は、0°より大きく且つ15°以下であることを特徴とする。 An embedded magnet type motor of the present invention that solves the above problems is embedded in a stator around which a coil is wound, a rotor that is rotatably provided to the stator, a shaft that is fixed to the rotor, and a rotor. A magnet having a plurality of rectangular parallelepiped magnets, wherein a side surface of the magnet has a long side and a short side, and the side surface has a magnetization direction perpendicular to the long side. When dividing into a lattice shape by a first element having and a second element having a magnetization direction inclined at a predetermined angle counterclockwise with respect to the magnetization direction of the first element, the element is positioned on at least one diagonal line The second element is disposed at each of the two corners, and the first element is disposed at the other part, and the predetermined angle is greater than 0 ° and less than or equal to 15 °. .
本発明に係る埋込磁石型モータでは、磁石の側面を、該側面の長辺に対して垂直な磁化方向を有する第1要素と、第1要素の磁化方向に対して反時計回りに所定角度で傾斜する磁化方向を有する第2要素とで格子状に分割するときに、少なくとも1本の対角線上に位置する2つの角部に第2要素がそれぞれ配置されている。このように角部の磁化方向を傾斜させることで、傾斜していない場合と比べて磁路が長くなるので、反磁場を減少させる効果を奏する。このため、磁石表面からの磁束密度が増え、モータのトルクの増加を図ることができる。 In the interior magnet type motor according to the present invention, the side surface of the magnet has a first element having a magnetization direction perpendicular to the long side of the side surface and a predetermined angle counterclockwise with respect to the magnetization direction of the first element. When the second element having the magnetization direction inclined at is divided into a lattice shape, the second elements are respectively arranged at two corners located on at least one diagonal line. By tilting the magnetization direction of the corner portion in this way, the magnetic path becomes longer than in the case where the corner is not tilted, so that the effect of reducing the demagnetizing field is achieved. For this reason, the magnetic flux density from the magnet surface increases, and the torque of the motor can be increased.
加えて、角部の磁化方向を傾斜させることによって、ステータ入射磁界における反磁場方向の分解成分も小さくすることができるので、反磁界の低減を実現することが可能になる。そして、反磁界低減の実現に伴い、磁石の保磁力を小さくすることができるので、希土類元素等の使用を少なくすることが可能であり、製造コストを削減することができる。更に、第2要素の所定角度は第1要素の磁化方向に対して反時計回りに0°より大きく且つ15°以下の範囲にあるので、トルクの増加及び反磁界の低減をバランス良く図ることが可能になる。 In addition, by degrading the magnetization direction of the corner portion, the decomposition component of the demagnetizing field direction in the stator incident magnetic field can be reduced, so that the demagnetizing field can be reduced. As the demagnetizing field is reduced, the coercive force of the magnet can be reduced, so that the use of rare earth elements or the like can be reduced, and the manufacturing cost can be reduced. Furthermore, since the predetermined angle of the second element is in the range of greater than 0 ° and less than 15 ° counterclockwise with respect to the magnetization direction of the first element, torque can be increased and the demagnetizing field can be reduced in a well-balanced manner. It becomes possible.
また、本発明に係る埋込磁石型モータにおいて、前記複数の磁石は、前記側面の前記長辺が前記ロータの回転方向に沿うように配置される中磁石と、該中磁石の左右両側に配置されると共に該中磁石と三角形状に形成される左磁石及び右磁石とからなる磁石組を複数有し、前記磁石の前記側面において、左上の角部及び右下の角部に前記第2要素がそれぞれ配置されるときに、前記中磁石はその左上の角部が前記ステータ側に向くように配置され、前記左磁石はその左上の角部が前記ステータ側に傾くように配置され、前記右磁石はその左上の角部が前記シャフト側に傾くように配置されていることが好ましい。このようにすれば、トルクの増加及び反磁界の低減を一層バランス良く図ることができる。 Further, in the embedded magnet type motor according to the present invention, the plurality of magnets are arranged on the left and right sides of the middle magnet, the middle magnet arranged so that the long side of the side surface is along the rotation direction of the rotor. And a plurality of magnet sets comprising a left magnet and a right magnet formed in a triangular shape with the middle magnet, and the second element is provided at the upper left corner and the lower right corner on the side surface of the magnet. Are arranged such that the upper left corner of the middle magnet faces the stator side, and the left magnet is arranged such that the upper left corner of the middle magnet is inclined toward the stator side. The magnet is preferably arranged so that the upper left corner is inclined toward the shaft. In this way, it is possible to further increase the torque and reduce the demagnetizing field with a better balance.
本発明によれば、トルクの増加及び反磁界の低減を図ることができる。 According to the present invention, it is possible to increase the torque and reduce the demagnetizing field.
以下、図面を参照して本発明に係る埋込磁石型モータを説明する。図1は実施形態に係る埋込磁石型モータを示す平面図である。埋込磁石型モータ1は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車の駆動源として用いられものであり、外周部に配置されるステータ2と、ステータ2の内側に回転自在に設けられるロータ3と、ロータ3に固定されるシャフト4と、ロータ3に埋め込まれる複数の磁石5とを備えている。
Hereinafter, an embedded magnet type motor according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view showing an embedded magnet type motor according to the embodiment. The embedded
ステータ2は、電磁鋼板によって円環状に形成されたステータ鉄心6と、ステータ鉄心6に巻回された複数のコイル7とから構成されている。コイル7は、ステータ2の内周側で等間隔に配置され、コイル7が通電されるとロータ3を回転させるための回転磁界が生じる。
The
ロータ3は、中央部分に軸穴9が形成された略円板のロータコア8を有する。ロータコア8は、例えば円板状の電磁鋼板を積層することで形成され、ステータ2の鉄磁極の磁束(リラクタンストルク)や磁石5の磁束(マグネットトルク)の磁路として機能するものである。シャフト4は、ロータコア8の軸穴9に挿入され、ロータコア8に固定されている。
The
磁石5は、永久磁石であり、直方体状を呈している。磁石5の側面は、長辺と短辺とを有する矩形状である。図1に示すように、磁石5は、ロータ3の回転方向(図1に示す矢印方向)に沿って所定の規則で配置されている。具体的には、ロータ3の回転方向に沿って45°毎に、左磁石5L、中磁石5M及び右磁石5Rとからなる磁石組10が配置されている。左磁石5L、中磁石5M及び右磁石5Rは、略三角形に構成されている。
The
図2は埋込磁石型モータの1/8モデルを示す拡大平面図である。図2に示すように、磁石組10のうち、中磁石5Mは、ステータ2に最も近い側に位置しており、その側面の長辺がロータ3の回転方向に沿うように配置されている。左磁石5Lは中磁石5Mの左側、右磁石5Rは中磁石5Mの右側にそれぞれ配置されている。左磁石5L及び右磁石5Rは、ロータ3の内側(すなわち、シャフト4側)に行くにつれ距離が縮むように、逆ハ字状になっている。
FIG. 2 is an enlarged plan view showing a 1/8 model of an embedded magnet type motor. As shown in FIG. 2, in the magnet set 10, the
また、磁石組10のうち、中磁石5Mのステータ2に隣接する側がN極、その反対側がS極である。そして、左磁石5L及び右磁石5Rは、中磁石5Mと隣接する磁極との間で極性が互いに逆になるようにそれぞれ配置されている。すなわち、左磁石5Lは、中磁石5MのN極よりもS極に近いため、その中磁石5Mに隣接する側がN極になっている。同様に、右磁石5Rは、中磁石5MのN極よりもS極に近いため、その中磁石5Mに隣接する側もN極になっている。
Further, in the magnet set 10, the side of the
磁石5は、ロータコア8に設けられた磁石スロットの内部に嵌め込まれ、その左右両端に樹脂11が充填されている。樹脂11としては、成形性と耐熱性に優れた熱硬化樹脂が用いられる。熱硬化樹脂としては、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂等を用いることができる。なお、磁石5には、ネオジムと鉄とホウ素を主成分とするネオジム磁石、サマリウムとコバルトを主成分とするサマリウムコバルト磁石等の希土類磁石が用いられる。これ以外にフェライト磁石、アルニコ磁石等を用いてもよい。
The
本実施形態において、磁石5の側面は、複数の要素によって格子状に分割されている。具体的には、図3に示すように、磁石5の側面は、その長辺に沿う方向に10分割、短辺に沿う方向に3分割にされ、合計30個の要素に均等に分けられている。そして、これらの要素を短辺と長辺に沿って番号を順番に付すと、図3に示すように要素No.1〜No.30になる。このとき、左上、左下、右上、右下の角部は、それぞれ要素No.1、No.3、No.28及びNo.30であり、要素No.1と要素No.30とは1本の対角線上に位置し、要素No.3と要素No.28とは他の1本の対角線上に位置する。なお、磁石5の磁極として、下側がS極であり、上側がN極である。
In the present embodiment, the side surface of the
要素No.1〜No.30は、形状が同じであるが、磁化方向が異なる要素A及び要素Bに大きく分けられている。すなわち、要素No.1〜No.30には、磁化方向が異なる要素A及び要素Bが混在している。要素Aは、特許請求の範囲に記載の「第1要素」に相当するものであり、その磁化方向は側面の長辺に対して垂直な方向である。一方、要素Bは、特許請求の範囲に記載の「第2要素」に相当するものであり、その磁化方向は、側面の長辺に対する垂直方向から反時計回りに所定角度αで傾斜している。換言すれば、要素Bの磁化方向は、要素Aの磁化方向に対して反時計回りに所定角度αで傾斜している。図4に示すように、本実施形態では、要素No.1〜No.30のうち、対角線上に位置する要素No.1と要素No.30には要素Bが配置され、他の部位には全て要素Aが配置されている。 Element No. 1-No. 30 is roughly divided into an element A and an element B having the same shape but different magnetization directions. That is, element No. 1-No. 30 includes elements A and B having different magnetization directions. The element A corresponds to the “first element” recited in the claims, and the magnetization direction is a direction perpendicular to the long side of the side surface. On the other hand, the element B corresponds to the “second element” recited in the claims, and its magnetization direction is inclined at a predetermined angle α counterclockwise from the direction perpendicular to the long side of the side surface. . In other words, the magnetization direction of the element B is inclined at a predetermined angle α counterclockwise with respect to the magnetization direction of the element A. As shown in FIG. 4, in this embodiment, the element No. 1-No. 30 of element No. 30 located on the diagonal line. 1 and element no. Element B is arranged at 30 and element A is arranged at all other parts.
以下、図5及び図6を基に要素A及び要素Bの磁化状態と磁界状態を説明する。 Hereinafter, the magnetization state and the magnetic field state of the element A and the element B will be described with reference to FIGS.
図5(a)は要素Aの磁化状態を示す模式図であり、図5(b)は要素Bの磁化状態を示す模式図であり、図5(c)は要素Aと要素Bの比較を示す模式図である。これらの図において、白抜きの矢印は要素の磁化、ハッチング付きの矢印は反磁場、黒塗りの矢印は表面からの磁束密度をそれぞれ表す。 5A is a schematic diagram showing the magnetization state of element A, FIG. 5B is a schematic diagram showing the magnetization state of element B, and FIG. 5C is a comparison between element A and element B. FIG. It is a schematic diagram shown. In these drawings, the white arrow indicates the magnetization of the element, the hatched arrow indicates the demagnetizing field, and the black arrow indicates the magnetic flux density from the surface.
図5(a)に示すように、要素Aでは、磁化方向が側面の長辺に対して垂直な方向であるため、磁化は下から上に向かうようになっている。従って、要素Aの内部には、該磁化方向と反対する方向に反磁場が生じている。反磁場は磁化の大きさに比例しており、磁化方向の厚さが薄いほど(すなわち、磁路が短いほど)反磁場は大きくなる。そして、反磁場の発生によって磁石表面からの磁束密度が減少し、モータのトルクが低下するので、要素A内の磁化を全て活用できない。なお、ここでのモータのトルクとは、上述したリラクタンストルクとマグネットトルクとの合成トルクを意味している。 As shown in FIG. 5A, in the element A, since the magnetization direction is a direction perpendicular to the long side of the side surface, the magnetization is directed from the bottom to the top. Therefore, a demagnetizing field is generated in the element A in a direction opposite to the magnetization direction. The demagnetizing field is proportional to the magnitude of magnetization, and the demagnetizing field becomes larger as the thickness in the magnetization direction is thinner (that is, the shorter the magnetic path is). And since the magnetic flux density from the magnet surface reduces by generation | occurrence | production of a demagnetizing field, and the torque of a motor falls, all the magnetization in the element A cannot be utilized. The motor torque here means the combined torque of the above-described reluctance torque and magnet torque.
図5(b)に示すように、要素Bでは、磁化方向が要素Aの磁化方向に対して反時計回りに所定角度αで傾斜しているので、傾斜していない要素Aと比較して磁路が長くなるので、磁化方向の厚さが厚くなる(図5(c)参照)。その結果、反磁場が減少し、磁石表面からの磁束密度が増加するので、モータのトルクを大きくすることができる。 As shown in FIG. 5B, in the element B, the magnetization direction is inclined at a predetermined angle α counterclockwise with respect to the magnetization direction of the element A. Since the path becomes longer, the thickness in the magnetization direction becomes thicker (see FIG. 5C). As a result, the demagnetizing field decreases and the magnetic flux density from the magnet surface increases, so that the motor torque can be increased.
図6(a)は要素A内の磁界状態を示す模式図であり、図6(b)は要素B内の磁界状態を示す模式図である。これらの図において、矢印F1,F1’は磁化、矢印F2,F2’は反磁場、矢印F3,F3’はステータ入射磁界、矢印F4,F4’はステータ入射磁界の分解成分1、矢印F5,F5’はステータ入射磁界の分解成分2をそれぞれ表す。ステータ入射磁界の分解成分1は、反磁場の方向に垂直な方向に沿う成分であり、ステータ入射磁界の分解成分2は、反磁場の方向に沿う成分である。
6A is a schematic diagram showing a magnetic field state in the element A, and FIG. 6B is a schematic diagram showing a magnetic field state in the element B. FIG. In these drawings, arrows F1 and F1 ′ are magnetization, arrows F2 and F2 ′ are demagnetizing fields, arrows F3 and F3 ′ are stator incident magnetic fields, arrows F4 and F4 ′ are
図6に示すように、要素A,Bの磁化方向に抗する方向(すなわち、磁化方向と反対する方向)には、上述の反磁場(内部磁界)のほか、ステータ入射磁界の分解成分2(外部磁界)が更に加えられている。反磁場及びステータ入射磁界の分解成分2は反磁界を構成している。換言すれば、反磁界は、反磁場とステータ入射磁界における反磁場方向の分解成分との和である。そして、反磁界の大きさ(スカラー量)は、反磁場のスカラー量とステータ入射磁界の分解成分2のスカラー量の合計である。なお、以下の説明において、反磁界を反磁界合計と称する場合がある。
As shown in FIG. 6, in the direction against the magnetization direction of the elements A and B (that is, the direction opposite to the magnetization direction), in addition to the demagnetizing field (internal magnetic field), the decomposition component 2 ( An external magnetic field is further applied. The
反磁場とステータ入射磁界の分解成分2との合計が大きくなると、すなわち反磁界が大きくなると、減磁防止のために、反磁界を抗して磁石5の保磁力を高める必要がある。そして、保磁力を高めるためには、磁石5の原料に希土類元素を添加することが必要とされている。しかし、希土類元素が高価であるため、製造コストの増加を招く問題が発生してしまう。従って、製造コストの削減を図るためには、反磁界の低減が望まれている。
When the sum of the demagnetizing field and the
表1は要素A及び要素Bの磁界状態の変化を示す表である。 Table 1 is a table showing changes in the magnetic field states of the elements A and B.
図6及び表1に示すように、要素A及び要素Bでは、ステータ入射磁界のベクトル値は変化しないが、磁化方向の傾斜により、磁路が長くなるので、反磁場及びステータ入射磁界分解成分2は共に減少する。その結果、反磁界の低減を図ることができ、保磁力を担保し易くなる。これによって、希土類元素の使用量を低減することが可能になり、製造コストの削減を実現することができる。
As shown in FIG. 6 and Table 1, in element A and element B, the vector value of the stator incident magnetic field does not change, but the magnetic path becomes longer due to the inclination of the magnetization direction, so that the demagnetizing field and stator incident magnetic
なお、要素Bの所定角度αは0°より大きく且つ15°以下であることが好ましく、このようにすれば、トルクの増加及び反磁界の低減をバランス良く図ることができる。すなわち、所定角度αが0°以下の場合または15°を超えた場合には、トルクが減少し、反磁界も減少する。ステータの界磁はロータ内の磁石磁力を吸引・反発して、動力とするために相対的な位置が進んでいる。従って、ステータの界磁に対して磁石の磁化が吸引・反発し、本発明に用いたモータ構造においてモータとして機能するには、所定角度αは0°より大きく且つ15°以下であることが必要である。 Note that the predetermined angle α of the element B is preferably greater than 0 ° and 15 ° or less, and in this way, an increase in torque and a reduction in the demagnetizing field can be achieved in a well-balanced manner. That is, when the predetermined angle α is 0 ° or less or exceeds 15 °, the torque decreases and the demagnetizing field also decreases. The relative position of the stator field is advanced in order to attract and repel the magnet magnetic force in the rotor and use it as power. Accordingly, the magnetization of the magnet is attracted and repelled with respect to the field of the stator, and in order to function as a motor in the motor structure used in the present invention, the predetermined angle α needs to be larger than 0 ° and not larger than 15 °. It is.
ここで、磁石5の側面において、左上の角部(要素No.1)及び右下の角部(要素No.30)に要素Bがそれぞれ配置されるときに、図2に示すように、中磁石5Mは、その左上の角部(図2中の星印参照)がステータ2側、右下の角部がシャフト4側にそれぞれ向くように配置されている。一方、左磁石5Lは、その左上の角部(図2中の星印参照)がステータ2側、右下の角部がシャフト4側にそれぞれ傾くように配置されている。右磁石5Rは、その左上の角部(図2中の星印参照)がシャフト4側、右下の角部がステータ2側にそれぞれ傾くように配置されている。このようにすれば、トルクの増加及び反磁界の低減を一層バランス良く図ることができる。
Here, on the side surface of the
上述したように、本実施形態に係る埋込磁石型モータ1によれば、トルクの増加及び反磁界の低減を図ることができる。
As described above, according to the embedded
上述の埋込磁石型モータ1を製造する際に、例えば、まず、要素A又は要素Bの磁化方向に合わせて磁石片を着磁させることで、要素A又は要素Bを有する磁石片をそれぞれ複数用意する。次に、図4に示す位置に基づいて、要素Aを有する磁石片と要素Bを有する磁石片とを順番に組み立てて、磁石5を作製する。このとき、各磁石片は磁力により互いに密接する。続いて、作製した磁石5をロータ3の磁石スロットに挿入し、磁石5と磁石スロットとの隙間に樹脂を充填することで、磁石5を該磁石スロットに固定させる。その後、他部品の組み立て等を行えば埋込磁石型モータ1を製造することができる。
When the above-described embedded
本発明者らは、トルク最大且つ反磁界最小になる最適な要素A,Bの配置パターンを求めるために、更に以下のシミュレーションを行った。 The present inventors further performed the following simulation in order to obtain the optimum arrangement pattern of the elements A and B that maximize the torque and minimize the demagnetizing field.
シミュレーションに用いられたモデルとして、実施形態に係る埋込磁石型モータ1の1/8のモデルを挙げ、その回転方向を反時計回り(図1に示す矢印方向)とした。磁場解析にJMAG-Studio、最適化ツールにmode FRONTIERを用いた。また、磁石5については、上述の内容と同様に、長辺に沿う方向に10分割、短辺に沿う方向に3分割で合計30要素に分けられた。磁化方向については、図7に示すように、側面の長辺に対して垂直な方向を0°とし、その左側(反時計回り)に回ると「+」、右側(時計回り)に回ると「−」とした。そして、所定角度αを−37.5°〜+37.5°の範囲で7.5°刻みで計11水準に変化させながら、それぞれのトルク及び反磁界合計を算出した。
As a model used for the simulation, a 1/8 model of the embedded
また、比較基準として要素No.1〜No.30の磁化方向が全て要素Aであるモデルも用いて、そのトルク及び反磁界合計を算出した。そのときのトルクは162.13N・mであり、反磁界合計は1025kA/mであった。 In addition, as a reference for comparison, element No. 1-No. The torque and the total demagnetizing field were also calculated using a model in which all 30 magnetization directions were element A. The torque at that time was 162.13 N · m, and the total demagnetizing field was 1025 kA / m.
また、最適化の手順としては以下のステップに沿って行った。ステップ1では初期モデルを作製し、磁化方向をランダムに各要素全てに付与する。ステップ2では、ステップ1の初期モデルのトルク及び反磁界合計を磁場解析でそれぞれ算出する。ステップ3では、目的(すなわち、トルク最大且つ反磁界最小)に対しての解析結果の評価を行う。ステップ4では、ステップ3の結果を受け、目的達成のための磁化方向をランダムに再分配する。ステップ5では、ステップ4で作製されたケースのトルク、反磁界を磁場解析で算出する。その後、ステップ4及びステップ5を繰り返し実施する。
The optimization procedure was performed according to the following steps. In
図8はシミュレーションの結果に係るトルクと反磁界合計との関係を示すマップである。図8では、横軸はトルク、縦軸は反磁界合計である。また、破線L1は要素No.1〜No.30の磁化方向が全て要素Aである場合のトルク(162.13N・m)、破線L2は要素No.1〜No.30の磁化方向が全て要素Aである場合の反磁界合計(1025kA/m)、実線L3はパレート解(優劣がつけられない解集団)をそれぞれ示す。
FIG. 8 is a map showing the relationship between the torque and the total demagnetizing field according to the simulation results. In FIG. 8, the horizontal axis represents torque, and the vertical axis represents the total demagnetizing field. The broken line L1 indicates the element No. 1-No. The torque (162.13 N · m) when all the magnetization directions of
図8において破線で囲むエリアXは、「トルク増加+反磁界合計同等」エリアを示すものであり、その反磁界合計の範囲は995〜1025kA/mである。一方、破線で囲むエリアYは、「トルク同等+反磁界合計増加」エリアを示すものであり、そのトルクの範囲は162.13〜162.35N・mである。図8から、トルクと反磁界合計とは背反していることが分かり、また、パレート解の存在を確認できた。 In FIG. 8, an area X surrounded by a broken line indicates an area “torque increase + total demagnetizing field equivalent”, and the range of the total demagnetizing field is 995 to 1025 kA / m. On the other hand, an area Y surrounded by a broken line indicates a “torque equality + demagnetizing field total increase” area, and the torque range is 162.13 to 162.35 N · m. From FIG. 8, it was found that the torque and the total demagnetizing field are contradictory, and the existence of a Pareto solution was confirmed.
図9(a)は「トルク増加+反磁界合計同等」(すなわち、エリアX)に該当する配置パターンである。ここでは、対角線上に位置する要素No.1及びNo.30に加えて、要素No.4,7,10,13及び27にも要素Bが配置されている。そして、要素No.1,7,10,13,27,30の所定角度αは共に+15°に対し、要素No.4の所定角度αは+7.5°であった。また、このときのトルクは162.55N/mであり、反磁界合計は1018kA/mであった。 FIG. 9A shows an arrangement pattern corresponding to “torque increase + demagnetizing field total equivalent” (that is, area X). Here, the element No. 1 and no. 30 in addition to element no. Elements B are also arranged at 4, 7, 10, 13 and 27. And element no. The predetermined angles α of 1, 7, 10, 13, 27 and 30 are both + 15 ° and the element No. The predetermined angle α of 4 was + 7.5 °. The torque at this time was 162.55 N / m, and the total demagnetizing field was 1018 kA / m.
図9(b)は「トルク同等+反磁界合計減少」に該当する配置パターンである。ここでは、対角線上に位置する要素No.1及びNo.30に加えて、要素No.4,5,7,10及び13にも要素Bが配置されている。そして、これらの要素のうち、要素No.4の所定角度αは+7.5°であるが、残りの所定角度αは+15°であった。また、このときのトルクは162.45N/mであり、反磁界合計は998kA/mであった。 FIG. 9B shows an arrangement pattern corresponding to “equivalent torque + total demagnetizing field reduction”. Here, the element No. 1 and no. 30 in addition to element no. Elements B are also arranged at 4, 5, 7, 10 and 13. Among these elements, element No. The predetermined angle α of 4 was + 7.5 °, while the remaining predetermined angle α was + 15 °. The torque at this time was 162.45 N / m, and the total demagnetizing field was 998 kA / m.
図9(c)は「トルク増加+反磁界合計減少」に該当する配置パターンである。ここでは、対角線上に位置する要素No.1及びNo.30に加えて、要素No.4,5,7〜14,16,27及び29にも要素Bが配置されている。そして、これらの要素のうち、要素No.1,7,10,29,30の所定角度αは+15°であるが、残りの所定角度αは+7.5°であった。このときのトルクは162.80N/mであり、反磁界合計は986kA/mであった。 FIG. 9C shows an arrangement pattern corresponding to “torque increase + demagnetizing field total decrease”. Here, the element No. 1 and no. 30 in addition to element no. Elements B are also arranged at 4, 5, 7 to 14, 16, 27 and 29. Among these elements, element No. The predetermined angle α of 1, 7, 10, 29, and 30 was + 15 °, but the remaining predetermined angle α was + 7.5 °. The torque at this time was 162.80 N / m, and the total demagnetizing field was 986 kA / m.
<比較例>
また、比較例として、図10に示す(a)〜(h)8つの配置パターンについて、それぞれのトルク及び反磁界合計を調べた。図11はそれぞれの配置パターンを示す図である。
<Comparative example>
Further, as a comparative example, the torque and the total demagnetizing field were examined for the eight arrangement patterns (a) to (h) shown in FIG. FIG. 11 is a diagram showing each arrangement pattern.
図10に示すように、(a)〜(c)は「トルク不足+反磁界合計増加」に該当する配置パターンである。(a)配置パターンのトルクは161.02N/mであり、要素No.1〜No.30の磁化方向が全て要素Aである場合のトルク(162.13N・m)より小さい。また、(a)配置パターンの反磁界合計は1164kA/mであった。(b)のトルクは161.60N/m、反磁界合計は1046kA/mであった。(c)のトルクは162.10N/m、反磁界合計は1047kA/mであった。 As shown in FIG. 10, (a) to (c) are arrangement patterns corresponding to “torque shortage + demagnetization field total increase”. (A) The torque of the arrangement pattern is 161.02 N / m. 1-No. It is smaller than the torque (162.13 N · m) when all 30 magnetization directions are element A. Further, (a) the total demagnetizing field of the arrangement pattern was 1164 kA / m. The torque of (b) was 161.60 N / m, and the total demagnetizing field was 1046 kA / m. The torque of (c) was 162.10 N / m, and the total demagnetizing field was 1047 kA / m.
(d)及び(e)は「トルク不足+反磁界合計減少」に該当する配置パターンである。(d)のトルクは160.91N/m、反磁界合計は963kA/mであった。(e)のトルクは161.55N/m、反磁界合計は959kA/mであった。 (D) and (e) are arrangement patterns corresponding to “torque shortage + demagnetization field total reduction”. The torque of (d) was 160.91 N / m, and the total demagnetizing field was 963 kA / m. The torque of (e) was 161.55 N / m, and the total demagnetizing field was 959 kA / m.
一方、(f)〜(h)は「トルク増加+反磁界合計増加」に該当する配置パターンである。(f)のトルクは162.28N/m、反磁界合計は1031kA/mであった。(g)のトルクは162.64N/m、反磁界合計は1030kA/mであった。そして、(h)のトルクは163.09N/m、反磁界合計は1076kA/mであった。 On the other hand, (f) to (h) are arrangement patterns corresponding to “torque increase + demagnetizing field total increase”. The torque of (f) was 162.28 N / m, and the total demagnetizing field was 1031 kA / m. The torque of (g) was 162.64 N / m, and the total demagnetizing field was 1030 kA / m. The torque of (h) was 163.09 N / m, and the total demagnetizing field was 1076 kA / m.
上述のシミュレーション結果から、トルク増加及び反磁界合計の低減をバランス良く図るためには、0°<α≦15°が必要であることが示された。 From the above simulation results, it was shown that 0 ° <α ≦ 15 ° is necessary in order to achieve a well-balanced increase in torque and reduction in the total demagnetizing field.
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、上述の実施形態において、左上の角部に配置される要素Bの所定角度αと右下の角部に配置される要素Bの所定角度αとを同じとしたが、両者の角度が異なってもよい。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various designs can be made without departing from the spirit of the present invention described in the claims. It can be changed. For example, in the above-described embodiment, the predetermined angle α of the element B arranged at the upper left corner is the same as the predetermined angle α of the element B arranged at the lower right corner, but the angles are different. May be.
1 埋込磁石型モータ
2 ステータ
3 ロータ
4 シャフト
5 磁石
5L 左磁石
5M 中磁石
5R 右磁石
6 ステータ鉄心
7 コイル
8 ロータコア
10 磁石組
A 要素A(第1要素)
B 要素B(第2要素)
DESCRIPTION OF
B Element B (second element)
Claims (2)
前記磁石の側面は、長辺と短辺とを有し、
前記側面を、前記長辺に対して垂直な磁化方向を有する第1要素と、前記第1要素の磁化方向に対して反時計回りに所定角度で傾斜する磁化方向を有する第2要素とで格子状に分割するときに、
少なくとも1本の対角線上に位置する2つの角部には前記第2要素がそれぞれ配置され、他の部位には前記第1要素がそれぞれ配置され、
前記所定角度は、0°より大きく且つ15°以下であることを特徴とする埋込磁石型モータ。 An embedded magnet type motor comprising: a stator around which a coil is wound; a rotor provided rotatably with respect to the stator; a shaft fixed to the rotor; and a plurality of rectangular parallelepiped magnets embedded in the rotor. Because
The side surface of the magnet has a long side and a short side,
The side surface is latticed by a first element having a magnetization direction perpendicular to the long side and a second element having a magnetization direction inclined at a predetermined angle counterclockwise with respect to the magnetization direction of the first element. When dividing into
The second element is arranged at each of two corners located on at least one diagonal line, and the first element is arranged at the other part,
The embedded magnet type motor, wherein the predetermined angle is greater than 0 ° and not more than 15 °.
前記磁石の前記側面において、左上の角部及び右下の角部に前記第2要素がそれぞれ配置されるときに、
前記中磁石はその左上の角部が前記ステータ側に向くように配置され、前記左磁石はその左上の角部が前記ステータ側に傾くように配置され、前記右磁石はその左上の角部が前記シャフト側に傾くように配置されていることを特徴とする請求項1に記載の埋込磁石型モータ。 The plurality of magnets are formed in a triangular shape with the middle magnet arranged on the left and right sides of the middle magnet, the middle magnet arranged with the long side of the side face along the rotation direction of the rotor. Having a plurality of magnet sets consisting of a left magnet and a right magnet,
In the side surface of the magnet, when the second elements are respectively disposed at the upper left corner and the lower right corner,
The middle magnet is arranged so that the upper left corner is directed toward the stator, the left magnet is arranged such that the upper left corner is inclined toward the stator, and the right magnet has the upper left corner. 2. The embedded magnet type motor according to claim 1, wherein the motor is disposed so as to be inclined toward the shaft.
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