JP2019146422A - Variable field motor - Google Patents

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JP2019146422A JP2018030119A JP2018030119A JP2019146422A JP 2019146422 A JP2019146422 A JP 2019146422A JP 2018030119 A JP2018030119 A JP 2018030119A JP 2018030119 A JP2018030119 A JP 2018030119A JP 2019146422 A JP2019146422 A JP 2019146422A
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Abstract

To effectively short-circuit a magnetic flux of a rotor magnet.SOLUTION: A variable field motor 10 includes: a stator 12; and a rotor 16 including a plurality of magnets 20 arranged to face the stator 12 with a gap therebetween. On an axial end surface of the rotor 16, a magnetic material 22 for short-circuiting a magnetic flux from the magnets 20 is disposed. An average magnetic flux density of the magnetic material 22 at no load is set to 70% or more of saturation magnetic flux density.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ステータと、このステータに対しギャップを介して対向するように配置され複数の磁石を含むロータとを有する、可変界磁モータに関する。   The present invention relates to a variable field motor having a stator and a rotor including a plurality of magnets arranged to face the stator via a gap.

ロータに永久磁石を設けた磁石モータにおいては、高速回転時の逆起磁束があまり大きくならないようにしたいという要求がある。   In a magnet motor having a rotor provided with a permanent magnet, there is a demand for preventing the back electromotive force from becoming too large during high-speed rotation.

特許文献1では、永久磁石を有するロータの端部に磁性材を配置するモータの製造方法が開示されている。ロータの端部に配置した磁性材からなる端板の厚みを変えることで電動機の最高回転数を調整する。すなわち、端板を使用することで、永久磁石から発生する磁束の一部をロータ内部で短絡させて、その端板の厚みを変えることで、巻線に鎖交する磁束を微調整して、最高回転数の微調整を行っている。   Patent Document 1 discloses a method for manufacturing a motor in which a magnetic material is disposed at an end of a rotor having a permanent magnet. The maximum number of revolutions of the electric motor is adjusted by changing the thickness of the end plate made of a magnetic material arranged at the end of the rotor. That is, by using the end plate, a part of the magnetic flux generated from the permanent magnet is short-circuited inside the rotor, and by changing the thickness of the end plate, the magnetic flux interlinked with the winding is finely adjusted, The maximum number of rotations is finely adjusted.

特許文献2では、永久磁石が設けられたロータを有するモータにおいて、ロータの少なくとも一方の軸方向端部に磁気短絡部材を設けている。そして、アクチュエータにより磁気短絡部材を永久磁石に対して近接または離間させて永久磁石による界磁を制御することが示されている。   In Patent Document 2, in a motor having a rotor provided with a permanent magnet, a magnetic short-circuit member is provided at at least one axial end of the rotor. In addition, it is shown that the magnetic short-circuit member is moved closer to or away from the permanent magnet by the actuator to control the field by the permanent magnet.

特許文献3では、複数の磁極を有するロータの軸方向の少なくとも一方の端部に、磁極に近接して配置される複数の近接部とこれら複数の近接部を連結する連結部を備えた短絡部材を備える。そして、ロータと短絡部材との周方向の相対位置を変更することで、短絡部材によるロータの磁束を制御している。   In Patent Document 3, at least one end portion in the axial direction of a rotor having a plurality of magnetic poles is provided with a plurality of proximity portions arranged close to the magnetic poles and a connecting portion that connects the plurality of proximity portions. Is provided. And the magnetic flux of the rotor by a short circuit member is controlled by changing the relative position of the circumferential direction of a rotor and a short circuit member.

特許文献4では、永久磁石が設けられた電動機のロータにおいて、ロータの回転数が上昇することにより、その位置がロータコアに近接する方向に変化して磁路を形成する可動鉄心を有することが示されている。高回転時に可動鉄心がロータコアに近接することで、ロータによる界磁磁束を弱めることができる。   Patent Document 4 shows that a rotor of an electric motor provided with a permanent magnet has a movable iron core that forms a magnetic path by changing its position in a direction close to the rotor core when the rotational speed of the rotor increases. Has been. When the movable iron core comes close to the rotor core during high rotation, the field magnetic flux generated by the rotor can be weakened.

国際公開WO02/019499号公報International Publication No. WO02 / 0194999 特開2001−275326号公報JP 2001-275326 A 特開2012−143055号公報JP 2012-143055 A 特開2001−25190号公報JP 2001-25190 A

特許文献1では、端板の厚みを変えて磁束の短絡量を制御する。しかし、実駆動状態で端板の厚みを変更することは難しい。   In patent document 1, the thickness of an end plate is changed and the short circuit amount of magnetic flux is controlled. However, it is difficult to change the thickness of the end plate in the actual driving state.

特許文献2では、アクチュエータを用いてロータ上部の磁気短絡部材(鉄板)を引き離す。しかし、弱め界磁時などで磁気短絡部材への短絡磁束量が増えた時には、磁気短絡部材の吸引力は大きくなる。このため、磁気短絡部材を引き離すための力が大きくなり、そのためアクチュエータが大型化する。   In Patent Document 2, the magnetic short-circuit member (iron plate) at the top of the rotor is pulled away using an actuator. However, when the amount of short-circuit magnetic flux to the magnetic short-circuit member increases, such as during field weakening, the attractive force of the magnetic short-circuit member increases. For this reason, the force for pulling away the magnetic short-circuit member is increased, and thus the actuator is increased in size.

特許文献3では、アクチュエータを用いてロータ上部の短絡部材(鉄片)を周方向にスキューさせることにより、磁石からの磁束の短絡量を制御する。しかし、スキューさせるためのアクチュエータの構造が複雑になる。   In patent document 3, the short circuit amount of the magnetic flux from a magnet is controlled by skewing the short circuit member (iron piece) of the upper part of a rotor in the circumferential direction using an actuator. However, the structure of the actuator for skewing becomes complicated.

特許文献4では、高回転時、遠心力で可動鉄心をロータ外側に移動させ、これによって磁束短絡させる。しかし、可動鉄心とロータとの間にばねを設け、遠心力に応じた可動鉄心の移動を制御しており、可動鉄心をロータに接近・接触させるために、ロータ内部にばねを収容する空間が必要であり、構造が複雑になる。   In Patent Document 4, at the time of high rotation, the movable iron core is moved to the outside of the rotor by centrifugal force, thereby causing a magnetic flux short circuit. However, a spring is provided between the movable iron core and the rotor to control the movement of the movable iron core according to the centrifugal force, and there is a space for accommodating the spring inside the rotor so that the movable iron core approaches and contacts the rotor. It is necessary and the structure is complicated.

本発明は、構造が簡単で、高速回転時の逆起磁束を減少しつつ、有効にトルクを発生できる可変界磁モータを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a variable field motor that has a simple structure and can effectively generate torque while reducing a counter electromotive flux during high-speed rotation.

本発明は、ステータと、このステータに対しギャップを介して対向するように配置され複数の磁石を含むロータとを有する、可変界磁モータであって、前記ロータの軸方向端面上に、磁石からの磁束を短絡させる磁性材を配置し、無負荷時の前記磁性材の平均磁束密度を飽和磁束密度の7割以上に設定する。   The present invention is a variable field motor having a stator and a rotor including a plurality of magnets arranged so as to face the stator with a gap therebetween. A magnetic material for short-circuiting the magnetic flux is arranged, and the average magnetic flux density of the magnetic material at no load is set to 70% or more of the saturation magnetic flux density.

また、無負荷時の前記磁性材の平均磁束密度が線形領域と飽和領域の過渡領域に設定されており、所定以上の有負荷時の前記磁性材の平均磁束密度が飽和領域に設定されるとよい。   In addition, when the average magnetic flux density of the magnetic material at the time of no load is set in a transient region between a linear region and a saturated region, and when the average magnetic flux density of the magnetic material at a predetermined load or more is set in the saturated region Good.

また、無負荷時の前記磁性材の平均磁束密度が飽和磁束密度の7割〜8割に設定されているとよい。   In addition, the average magnetic flux density of the magnetic material at no load may be set to 70% to 80% of the saturation magnetic flux density.

また、前記磁性材を、前記ロータの軸方向端面に対し相対移動させる移動機構を有し、前記磁性材と前記ロータの軸方向端面との距離が調整可能であるとよい。   Further, it is preferable that the magnetic material has a moving mechanism that moves relative to the axial end surface of the rotor, and the distance between the magnetic material and the axial end surface of the rotor can be adjusted.

また、前記移動機構により、前記磁性材が前記軸方向端面に近接する状態1と、前記軸方向端面から離れる状態2とに推移することができるとよい。   Moreover, it is good for the said moving mechanism to change to the state 1 which the said magnetic material adjoins to the said axial direction end surface, and the state 2 which leaves | separates from the said axial direction end surface.

また、前記磁性材を移動するときは、前記ステータに供給する電流の位相角を、損失最小となる電流進角よりも進めて、前記磁性材の磁束密度を増加させるとよい。   Further, when the magnetic material is moved, the phase angle of the current supplied to the stator may be advanced from the current advance angle that minimizes the loss to increase the magnetic flux density of the magnetic material.

また、前記ロータの外周側にギャップを介し前記ステータが配置され、前記ステータと、前記ロータ間のギャップと磁石との間にコアが存在する、IPMの構造であるとよい。   The stator may be an IPM structure in which the stator is disposed on the outer peripheral side of the rotor via a gap, and a core exists between the stator and the gap between the rotor and the magnet.

また、前記磁性材は、円環状であって、その外径は前記ロータの外径より小さいとよい。   In addition, the magnetic material may have an annular shape, and the outer diameter thereof may be smaller than the outer diameter of the rotor.

本発明によれば、無負荷時の磁性材の磁束密度を適切に設定することで、無負荷時の逆起磁束を減少しつつ、有負荷時は磁性材の磁気飽和によって電流による磁束が磁性材に渡ることを抑制して、有効にトルクを発生することができる。   According to the present invention, by appropriately setting the magnetic flux density of the magnetic material at no load, the back electromotive force flux at the time of no load is reduced, and the magnetic flux due to the current is magnetized by the magnetic saturation of the magnetic material at the time of load. It is possible to effectively generate torque while suppressing crossing over the material.

(a)は実施形態に係る可変界磁モータ10のシステム構成を示す図であり、(b)は可変界磁モータ10の軸方向から見た機械的構成を示す図である。(A) is a figure which shows the system configuration | structure of the variable field motor 10 which concerns on embodiment, (b) is a figure which shows the mechanical structure seen from the axial direction of the variable field motor 10. FIG. (a)は磁石の配置を説明する図、(b)はロータの側面図である。(A) is a figure explaining arrangement | positioning of a magnet, (b) is a side view of a rotor. (a)、(b)は、磁石の配置の他の例を示す図である。(A), (b) is a figure which shows the other example of arrangement | positioning of a magnet. 磁性材の磁化特性を示す図である。It is a figure which shows the magnetization characteristic of a magnetic material. 磁性材の無負荷時の磁束密度とトルク、逆起磁束、吸引力の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the magnetic flux density at the time of no load of a magnetic material, a torque, a counter electromotive flux, and attractive force. (a)は磁性材がロータに近接した状態1、(b)は磁性材がロータから離れた状態2を示す図である。(A) is a state 1 in which the magnetic material is close to the rotor, and (b) is a state 2 in which the magnetic material is separated from the rotor.

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments described herein.

「全体構成」
図1(a)は、実施形態に係る可変界磁モータ10の全体構成を模式的に示す説明図であり、図1(b)は可変界磁モータ10の軸方向から見た機械的構成を示す模式図である。可変界磁モータ10は、円環状のステータ12を有する。ステータ12は、ステータコア12aと、ステータコア12aのティースに巻回された複数相(例えば、3相)のステータコイル12bを有し、ここに所定の電流を供給することで回転磁界を形成する。図においては、ティースは示しておらず、ステータコイル12bはコイルエンドの部分のみを示してある。
"overall structure"
FIG. 1A is an explanatory diagram schematically showing the overall configuration of the variable field motor 10 according to the embodiment, and FIG. 1B shows a mechanical configuration viewed from the axial direction of the variable field motor 10. It is a schematic diagram shown. The variable field motor 10 has an annular stator 12. The stator 12 has a stator core 12a and a plurality of (for example, three-phase) stator coils 12b wound around the teeth of the stator core 12a, and forms a rotating magnetic field by supplying a predetermined current thereto. In the figure, teeth are not shown, and the stator coil 12b shows only the coil end portion.

制御装置14は、可変界磁モータ10の出力トルク(要求トルク)に応じて、ステータコイル12bへの電流供給を制御する。なお、可変界磁モータ10が車両駆動用のモータであれば、アクセルの操作量などに応じて要求トルクが決定され、制御装置14は、PWM制御などによりステータコイル12bへの供給電流を制御する。   The control device 14 controls current supply to the stator coil 12b according to the output torque (requested torque) of the variable field motor 10. If the variable field motor 10 is a vehicle driving motor, the required torque is determined according to the amount of accelerator operation, and the control device 14 controls the current supplied to the stator coil 12b by PWM control or the like. .

円環状のステータ12の内側には、所定のギャップをおいて円筒状のロータ16が配置され、このロータ16の中心に回転軸18が配置されている。ロータ16は、その周辺側に、周方向に所定数の磁極を構成する磁石(永久磁石)20が配置されている。従って、ステータ12によって形成される回転磁界に応じて、ロータ16が回転し、回転軸18がその出力軸となる。   A cylindrical rotor 16 is disposed inside the annular stator 12 with a predetermined gap, and a rotating shaft 18 is disposed at the center of the rotor 16. The rotor 16 is provided with magnets (permanent magnets) 20 constituting a predetermined number of magnetic poles in the circumferential direction on the peripheral side thereof. Accordingly, the rotor 16 rotates in accordance with the rotating magnetic field formed by the stator 12, and the rotating shaft 18 becomes the output shaft.

そして、本実施形態では、ロータ16の軸方向端面に円環状の磁性材22が配置されている。磁性材22は、複数の磁石20の磁束を短絡するように、ロータ16の周辺部に複数の磁石20の軸方向端面を覆う。なお、磁性材22は、磁性体であればどのようなものを採用してもよいが、軟質磁性体が好適である。   In the present embodiment, an annular magnetic material 22 is disposed on the axial end surface of the rotor 16. The magnetic material 22 covers the axial end surfaces of the plurality of magnets 20 around the rotor 16 so as to short-circuit the magnetic fluxes of the plurality of magnets 20. The magnetic material 22 may be any magnetic material, but is preferably a soft magnetic material.

この例において、磁石20は、周方向に間隔をおいて配置され軸方向に伸びる磁石孔内に挿入固定される。従って、磁石20の外径がロータ16の外径より小さく、磁石20の外側と、ロータ16の外周面との間にロータコアの一部が存在する。すなわち、可変界磁モータ10は、ロータ16の内部に磁石20を埋め込んだ構造をもつ、言い換えればステータ12と、ロータ16間のギャップと磁石との間にロータコアが存在する、IPM(Interior Permanent Magnet)モータである。   In this example, the magnet 20 is inserted and fixed in a magnet hole that is arranged at intervals in the circumferential direction and extends in the axial direction. Therefore, the outer diameter of the magnet 20 is smaller than the outer diameter of the rotor 16, and a part of the rotor core exists between the outer side of the magnet 20 and the outer peripheral surface of the rotor 16. That is, the variable field motor 10 has a structure in which the magnet 20 is embedded in the rotor 16, in other words, an IPM (Interior Permanent Magnet) in which a rotor core exists between the stator 12 and the gap between the rotor 16 and the magnet. ) Motor.

この磁性材22は、ロータ16の軸方向端面に固定してもよい。この場合、接着剤やボルト締めなどが利用できる。磁性材22を直接接触させて固定してもよいし、非磁性材料を介して固定してもよい。   The magnetic material 22 may be fixed to the axial end surface of the rotor 16. In this case, an adhesive or bolting can be used. The magnetic material 22 may be fixed in direct contact, or may be fixed via a nonmagnetic material.

そして、この例では、磁性材22は、ロータ16の軸方向端面に固定されてはおらず、アクチュエータ24によって、ロータ16の軸方向端面に対し相対移動することができる。すなわち、アクチュエータ24によって磁性材22を移動することによって、ロータ16の軸方向端面と磁性材22の距離が調整可能である。例えば、アクチュエータ24によって、磁性材22が前記軸方向端面に近接する状態1と、前記軸方向端面から離れる状態2とに推移することができる。なお、制御装置14がモータ回転数などに応じて、アクチュエータ24を制御する。なお、図1では、磁性材22の移動を矢印で示し、磁性材22がロータ16の端面から離れた状態を点線で示してある。   In this example, the magnetic material 22 is not fixed to the axial end surface of the rotor 16, and can be moved relative to the axial end surface of the rotor 16 by the actuator 24. That is, the distance between the axial end surface of the rotor 16 and the magnetic material 22 can be adjusted by moving the magnetic material 22 by the actuator 24. For example, the actuator 24 can transition between a state 1 in which the magnetic material 22 is close to the axial end surface and a state 2 in which the magnetic material 22 is separated from the axial end surface. Note that the control device 14 controls the actuator 24 in accordance with the motor rotation speed and the like. In FIG. 1, the movement of the magnetic material 22 is indicated by an arrow, and the state where the magnetic material 22 is separated from the end surface of the rotor 16 is indicated by a dotted line.

磁性材22は、ロータ16の軸方向端面に支持材を設け、支持材に軸方向移動自在に支持するとよい。この場合には、アクチュエータ24をロータ16に固定するとよい。また、回転軸18内部の通路を介し、流体の供給、排出を制御することで、磁性材22を移動させてもよい。   The magnetic material 22 is preferably provided with a support material on the axial end surface of the rotor 16 and supported by the support material so as to be movable in the axial direction. In this case, the actuator 24 may be fixed to the rotor 16. Further, the magnetic material 22 may be moved by controlling the supply and discharge of the fluid through the passage inside the rotary shaft 18.

また、磁性材22を回転軸18に対し、一緒に回転するが、軸方向移動自在に固定してもよい。これによって、磁性材22の移動機構が比較的簡単なものとできる。   Further, although the magnetic material 22 rotates together with the rotary shaft 18, it may be fixed so as to be movable in the axial direction. Thereby, the moving mechanism of the magnetic material 22 can be made relatively simple.

さらに、磁性材22は、ケース等に固定し、非回転としてもよい。この場合、磁性材22は、機械的にはロータ16に連結されることがなく、可変界磁モータ10の駆動に対する機械的な影響がない。また、磁性材22の移動機構も各種のものが容易に採用できる。ロータ16の回転によって、磁石20の軸方向端部が磁性材22に対し回転するが、ロータ16の磁極は周方向にその極性が交互に存在しており、磁性材22による磁束の短絡に問題はない。   Further, the magnetic material 22 may be fixed to a case or the like and not rotated. In this case, the magnetic material 22 is not mechanically coupled to the rotor 16 and has no mechanical influence on the driving of the variable field motor 10. Various moving mechanisms for the magnetic material 22 can be easily adopted. As the rotor 16 rotates, the axial end of the magnet 20 rotates with respect to the magnetic material 22, but the magnetic poles of the rotor 16 have alternating polarities in the circumferential direction, causing a problem of short-circuiting of the magnetic flux by the magnetic material 22. There is no.

「磁石20の配置」
ここで、1つの磁極を構成する磁石20は、図2(a)に示すように、2枚とすることが好適である。2枚の磁石20を外方に向けて線対称で広がるV字状に配置し、周方向に隣接する磁極が交互にN極、S極となるように配置する。
"Arrangement of magnet 20"
Here, it is preferable that the number of the magnets 20 constituting one magnetic pole is two as shown in FIG. The two magnets 20 are arranged in a V-shape that spreads in line symmetry toward the outside, and are arranged so that the magnetic poles adjacent in the circumferential direction are alternately N and S poles.

また、図3(a)に示すように、1つの磁極に1枚の磁石20でもよい。この場合、磁石20は径方向に直交するように配置し、外側に向けてN極またはS極の磁極となる。さらに、図3(b)に示すように、1つの磁極に3枚の磁石20を配置してもよい。図2(a)の2枚の磁石20の間隔を広げ、中間に図3(a)の1枚の磁石20を配置することで1つの磁極を構成する。   Further, as shown in FIG. 3A, one magnet 20 may be provided for one magnetic pole. In this case, the magnet 20 is disposed so as to be orthogonal to the radial direction, and becomes an N-pole or S-pole magnetic pole toward the outside. Further, as shown in FIG. 3B, three magnets 20 may be arranged on one magnetic pole. A magnetic pole is configured by widening the interval between the two magnets 20 in FIG. 2A and arranging the one magnet 20 in FIG. 3A in the middle.

「磁性材の作用」
そして、本実施形態においては、円環状の磁性材22が隣接する磁極からの磁束を短絡する。図2(b)に示すように、磁石20はロータ16を軸方向に貫通しており、ロータ16の軸方向の両側の軸方向端面に対向して磁性材22が配置されている。従って、1つの磁極(磁石20)からの磁束の少なくとも一部が隣接する磁極(磁石20)に短絡されることになる。
"Action of magnetic material"
In the present embodiment, the annular magnetic material 22 short-circuits the magnetic flux from the adjacent magnetic poles. As shown in FIG. 2B, the magnet 20 passes through the rotor 16 in the axial direction, and the magnetic material 22 is disposed so as to face the axial end surfaces on both sides in the axial direction of the rotor 16. Therefore, at least a part of the magnetic flux from one magnetic pole (magnet 20) is short-circuited to the adjacent magnetic pole (magnet 20).

図4には、磁性材22の磁化特性が示してある。横軸が磁場H(A/m)、縦軸が磁束密度B(T:テスラ)である。このように、磁場Hが0から増加すると、当初磁束密度Bは比例して増加する。この領域を線形領域という。そして、磁場Hがさらに増加して、飽和に達するとそれ以上は磁束密度が上昇しなくなる。この領域を飽和領域という。   FIG. 4 shows the magnetization characteristics of the magnetic material 22. The horizontal axis is the magnetic field H (A / m), and the vertical axis is the magnetic flux density B (T: Tesla). Thus, when the magnetic field H increases from 0, the initial magnetic flux density B increases in proportion. This region is called a linear region. When the magnetic field H further increases and reaches saturation, the magnetic flux density does not increase any more. This region is called a saturation region.

ここで、磁束密度が飽和磁束密度の7〜8割程度の過渡領域(図4において2本の破線で挟んだグレーの領域)では、磁性材22内の磁束密度が飽和磁束密度に近くなるため、磁束密度の増加率が減少する。   Here, in the transient region where the magnetic flux density is about 70 to 80% of the saturation magnetic flux density (the gray region sandwiched between two broken lines in FIG. 4), the magnetic flux density in the magnetic material 22 is close to the saturation magnetic flux density. The increase rate of magnetic flux density decreases.

図5には、無負荷状態における磁性材22の平均磁束密度Baveと、トルク、逆起磁束量、無負荷時における吸引力の関係を示す。横軸は、無負荷時における磁性材22内の平均磁束密度Baveである。このように、トルクは、磁束密度の増加に伴い、増加する。   FIG. 5 shows the relationship between the average magnetic flux density Bave of the magnetic material 22 in the no-load state, the torque, the amount of counter electromotive flux, and the attractive force at the time of no load. The horizontal axis represents the average magnetic flux density Bave in the magnetic material 22 when no load is applied. Thus, the torque increases as the magnetic flux density increases.

磁性材22における逆起磁束量は、当初変化しない。すなわち、磁性材22は線形領域にあり、短絡できる磁束量は磁束密度の増加に伴い増加する。しかし、磁性材22内の磁束密度が飽和磁束密度に近づくと、短絡する磁束が増加できにくくなり、逆起磁束量が増加し始める。そして、磁性材22内の磁束密度は飽和に達すると、短絡する磁束は増加しなくなり、これによって線形的に逆起磁束量が増加する。   The amount of back electromotive force in the magnetic material 22 does not change initially. That is, the magnetic material 22 is in a linear region, and the amount of magnetic flux that can be short-circuited increases as the magnetic flux density increases. However, when the magnetic flux density in the magnetic material 22 approaches the saturation magnetic flux density, it becomes difficult to increase the magnetic flux to be short-circuited, and the amount of back electromotive force starts to increase. When the magnetic flux density in the magnetic material 22 reaches saturation, the magnetic flux that is short-circuited does not increase, thereby increasing the amount of back electromotive force linearly.

また、磁性材22の磁石20による吸引力は、飽和磁束密度に近づく際の特性が、上述した逆起磁束量とはちょうど反対の特性となる。すなわち、当初磁性材22は線形領域にあり、吸引力も変化しない。すなわち、磁性材22の厚さを薄くすることで、磁束密度が増加するが、短絡する磁束量は同じなので、磁性材22の吸引力は変化しない。しかし、磁性材22の厚さをさらに薄くして磁束密度が飽和磁束密度に近づくと、短絡する磁束が減少し、吸引力が減少し始める。そして、磁性材22内の磁束密度は飽和に達すると、短絡する磁束は増加しなくなり、これによって磁石20からの磁束は磁性材22内を単に通過するだけとなり吸引力が小さくなる。   Further, the attractive force of the magnetic material 22 by the magnet 20 has a characteristic that is close to the saturation magnetic flux density and is just opposite to the above-described counter electromotive flux amount. That is, the magnetic material 22 is initially in a linear region, and the attractive force does not change. That is, by decreasing the thickness of the magnetic material 22, the magnetic flux density increases, but the amount of magnetic flux to be short-circuited is the same, so the attractive force of the magnetic material 22 does not change. However, when the thickness of the magnetic material 22 is further reduced and the magnetic flux density approaches the saturation magnetic flux density, the magnetic flux that is short-circuited decreases and the attractive force starts to decrease. When the magnetic flux density in the magnetic material 22 reaches saturation, the magnetic flux that is short-circuited does not increase, so that the magnetic flux from the magnet 20 simply passes through the magnetic material 22 and the attractive force decreases.

そして、本実施形態においては、無負荷時の磁性材22の磁束密度を、飽和磁化の7割以上に設定する。特に、好ましくは7〜8割程度に設定する。これによって、無負荷時の逆起磁束を減少しつつ、有負荷時は磁性材22が磁気飽和し、ステータコイルへの電流供給による磁束が磁性材22に渡ることを抑制することができ、有効にトルクを発生することができる。   And in this embodiment, the magnetic flux density of the magnetic material 22 at the time of no load is set to 70% or more of saturation magnetization. In particular, it is preferably set to about 70 to 80%. As a result, while reducing the back electromotive force when there is no load, the magnetic material 22 is magnetically saturated when there is a load, and it is possible to suppress the magnetic flux due to the current supply to the stator coil from passing over the magnetic material 22. Torque can be generated.

ここで、磁性材22の磁束密度の調整は、磁性材22の厚さや内半径、外半径を変えるなどして行う。すなわち、磁性材22の透磁率、磁石20の端面を覆う面積、厚みなどを調整することによって、磁性材22の無負荷時の磁束密度を調整できる。   Here, the magnetic flux density of the magnetic material 22 is adjusted by changing the thickness, inner radius, and outer radius of the magnetic material 22. That is, by adjusting the magnetic permeability of the magnetic material 22, the area covering the end face of the magnet 20, the thickness, and the like, the magnetic flux density when the magnetic material 22 is unloaded can be adjusted.

なお、磁性材22の外周端がステータ12に近づくとステータ12に鎖交する磁束に影響するため、磁性材22の外周端は、磁石20の外周端と同一またはそれより内側に設定することが好ましい。   When the outer peripheral end of the magnetic material 22 approaches the stator 12, the magnetic flux interlinked with the stator 12 is affected. Therefore, the outer peripheral end of the magnetic material 22 may be set to be the same as or more than the outer peripheral end of the magnet 20. preferable.

「磁性材の移動」
本実施形態では、磁性材22を軸方向に移動するためにアクチュエータ24を設けている。アクチュエータ24には、各種のものが知られており、磁性材22を適切に移動することができれば、どのようなものでもよい。モータの回転や、流体圧を利用したものが比較的広く利用が可能であり、好適である。
"Movement of magnetic material"
In the present embodiment, an actuator 24 is provided to move the magnetic material 22 in the axial direction. Various actuators 24 are known, and any actuator may be used as long as the magnetic material 22 can be appropriately moved. A motor that uses rotation of a motor or fluid pressure is suitable because it can be used relatively widely.

ロータ16の高回転時には、逆起電力が大きくなる。そこで、高回転時にトルクを出力するために、弱め界磁制御が行われる。本実施形態では、磁性材22を有しており、この磁性材22をロータ16の端面に近づけることで、磁石20による界磁を弱めることができる。そこで、回転数が所定値以上の場合に、弱め界磁制御に代えて磁性材22をロータ16に近づけるとよい。   When the rotor 16 rotates at high speed, the back electromotive force increases. Therefore, field weakening control is performed in order to output torque during high rotation. In the present embodiment, the magnetic material 22 is provided, and the magnetic material 22 can be brought close to the end surface of the rotor 16, whereby the field by the magnet 20 can be weakened. Therefore, when the rotational speed is equal to or greater than a predetermined value, the magnetic material 22 may be brought closer to the rotor 16 instead of the field weakening control.

例えば、アクチュエータ24により、図6(a)に示す近接する状態1と、図6(b)に示す離れた状態2の2つの位置に磁性材22を推移できるように構成するとよい。これによって、回転数が所定値に至った時に、磁性材22を状態1とし、磁性材22についての無負荷時における磁束密度を飽和磁束密度に対し、7〜8割程度とする。これによって、上述したように無負荷時における逆起磁束を減少しつつ、有負荷時において磁性材22が飽和して有効にトルクを発生することができる。   For example, the actuator 24 may be configured so that the magnetic material 22 can be shifted to two positions, ie, a close state 1 shown in FIG. 6A and a distant state 2 shown in FIG. 6B. Thus, when the rotational speed reaches a predetermined value, the magnetic material 22 is set to the state 1, and the magnetic flux density of the magnetic material 22 at no load is set to about 70 to 80% of the saturation magnetic flux density. Thereby, as described above, the magnetic material 22 is saturated and the torque can be effectively generated when the load is applied while reducing the counter electromotive flux when no load is applied.

そして、低回転数時には、アクチュエータ24により状態2とすることで、磁性材22をロータ16から離し、短絡磁束を少なくまたは0とすることで、磁石20による磁束を有効に使用することができる。   When the rotational speed is low, the magnetic material 22 can be separated from the rotor 16 by setting the state 2 by the actuator 24 and the short-circuit magnetic flux can be reduced or reduced to 0, so that the magnetic flux generated by the magnet 20 can be used effectively.

なお、図6(a)、(b)は、ステータ12、ロータ16の所定角度のみを取り出して示したものであり、図においては、ステータコイル12bの図示を省略し、これが巻回されるティース12cを示してある。また、ティース12cの両側がコイルが収容されるスロットである。   6A and 6B show only a predetermined angle of the stator 12 and the rotor 16, and in the figure, the stator coil 12b is not shown, and the teeth around which the stator coil 12 is wound are shown. 12c is shown. Further, both sides of the teeth 12c are slots in which coils are accommodated.

さらに、移動時において、ステータに供給する電流の位相角を、損失最小となる電流進角よりも進めて、d軸電流を増加させることが好適である。すなわち、d軸電流を流すことでステータ電流が作る磁束が増加するが、磁性材22が近接した状態では、磁性材22において短絡される磁束が増加する。従って、d軸電流を流すことで、磁性材の磁束密度が飽和になる。従って、磁性材22の吸着力が減少する。このため、小さな力で磁性材22をロータ16から離し、状態2とすることができる。これによって、アクチュエータ24に必要な力が小さくなり、アクチュエータ24を小型化することが可能となる。   Furthermore, it is preferable to increase the d-axis current by moving the phase angle of the current supplied to the stator more than the current advance angle at which the loss is minimized during movement. That is, the magnetic flux generated by the stator current is increased by passing the d-axis current, but the magnetic flux that is short-circuited in the magnetic material 22 is increased when the magnetic material 22 is in close proximity. Accordingly, the magnetic flux density of the magnetic material is saturated by passing the d-axis current. Accordingly, the attractive force of the magnetic material 22 is reduced. For this reason, the magnetic material 22 can be separated from the rotor 16 with a small force, and the state 2 can be obtained. As a result, the force required for the actuator 24 is reduced, and the actuator 24 can be miniaturized.

「実施形態の効果」
磁性材22を設けることで、無負荷時の逆起磁束を減少できるため、高回転時の弱め界磁が可能となる。すなわち、無負荷時は磁性材が飽和していないため、磁性材と磁石の間で多くの磁束を短絡させ、逆起磁束を減少できる。
"Effect of the embodiment"
By providing the magnetic material 22, the counter electromotive flux when no load is applied can be reduced, so that field weakening can be achieved during high rotation. That is, since the magnetic material is not saturated at the time of no load, many magnetic fluxes can be short-circuited between the magnetic material and the magnet, and the counter electromotive flux can be reduced.

無負荷時の磁性材磁束密度平均値を飽和磁化の7割以上にしておくことで、有負荷時にステータ電流による磁束が飽和状態の磁性材に渡らずロータに渡り、有効にトルクを発生する。すなわち、磁性材22の配置によるトルク低下を極力抑えることができる。   By setting the magnetic material magnetic flux density average value at the time of no load to 70% or more of the saturation magnetization, the magnetic flux generated by the stator current at the time of loading is not transferred to the magnetic material in the saturated state but is transferred to the rotor and effectively generates torque. That is, the torque reduction due to the arrangement of the magnetic material 22 can be suppressed as much as possible.

無負荷時の磁性材22の磁束密度を高めに設定している。磁性材22が飽和状態になると、吸引力が小さくなるために、小さい力で磁性材を動かすことができ、アクチュエータ24への負荷を小さくできる。特に、磁性材の移動時にd軸電流を流すことで磁性材がより飽和して吸引力が減少し、磁性材の軸方向位置の調整に必要な力を小さくすることができる。   The magnetic flux density of the magnetic material 22 at no load is set higher. When the magnetic material 22 is saturated, the attractive force is reduced, so that the magnetic material can be moved with a small force, and the load on the actuator 24 can be reduced. In particular, by flowing a d-axis current during the movement of the magnetic material, the magnetic material is more saturated and the attractive force is reduced, and the force required for adjusting the axial position of the magnetic material can be reduced.

10 可変界磁モータ、12 ステータ、12a ステータコア、12b ステータコイル、14 制御装置、16 ロータ、18 回転軸、20 磁石、22 磁性材、24 アクチュエータ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Variable field motor, 12 Stator, 12a Stator core, 12b Stator coil, 14 Control apparatus, 16 Rotor, 18 Rotating shaft, 20 Magnet, 22 Magnetic material, 24 Actuator.

Claims (8)

ステータと、このステータに対しギャップを介して対向するように配置され複数の磁石を含むロータとを有する、可変界磁モータであって、
前記ロータの軸方向端面上に、磁石からの磁束を短絡させる磁性材を配置し、
無負荷時の前記磁性材の平均磁束密度を飽和磁束密度の7割以上に設定する、
可変界磁モータ。
A variable field motor having a stator and a rotor including a plurality of magnets arranged to face the stator via a gap,
On the axial end surface of the rotor, a magnetic material for short-circuiting the magnetic flux from the magnet is disposed,
The average magnetic flux density of the magnetic material at no load is set to 70% or more of the saturation magnetic flux density.
Variable field motor.
請求項1に記載の可変界磁モータであって、
無負荷時の前記磁性材の平均磁束密度が線形領域と飽和領域の過渡領域に設定されており、所定以上の有負荷時の前記磁性材の平均磁束密度が飽和領域に設定される、
可変界磁モータ。
The variable field motor according to claim 1,
The average magnetic flux density of the magnetic material at no load is set in a linear region and a transient region of a saturation region, and the average magnetic flux density of the magnetic material at a load of a predetermined load or more is set in a saturation region.
Variable field motor.
請求項2に記載の可変界磁モータであって、
無負荷時の前記磁性材の平均磁束密度が飽和磁束密度の7割〜8割に設定されている、
可変界磁モータ。
The variable field motor according to claim 2,
The average magnetic flux density of the magnetic material at no load is set to 70% to 80% of the saturation magnetic flux density,
Variable field motor.
請求項1〜3のいずれか1つに記載の可変界磁モータであって、
前記磁性材を、前記ロータの軸方向端面に対し相対移動させる移動機構を有し、
前記磁性材と前記ロータの軸方向端面との距離が調整可能である、
可変界磁モータ。
The variable field motor according to any one of claims 1 to 3,
A moving mechanism for moving the magnetic material relative to the axial end surface of the rotor;
The distance between the magnetic material and the axial end surface of the rotor is adjustable.
Variable field motor.
請求項4に記載の可変界磁モータであって、
前記移動機構により、前記磁性材が前記軸方向端面に近接する状態1と、前記軸方向端面から離れる状態2とに推移することができる、
可変界磁モータ。
The variable field motor according to claim 4,
By the moving mechanism, the magnetic material can transition to a state 1 approaching the axial end surface and a state 2 separating from the axial end surface.
Variable field motor.
請求項4または5に記載の可変界磁モータであって、
前記磁性材を移動するときは、前記ステータに供給する電流の位相角を、損失最小となる電流進角よりも進めて、前記磁性材の磁束密度を増加させる、
可変界磁モータ。
The variable field motor according to claim 4 or 5,
When moving the magnetic material, increase the magnetic flux density of the magnetic material by advancing the phase angle of the current supplied to the stator more than the current advance angle that minimizes the loss,
Variable field motor.
請求項1〜6のいずれか1つに記載の可変界磁モータであって、
前記ロータの外周側にギャップを介し前記ステータが配置され、
前記ステータと、前記ロータ間のギャップと磁石との間にコアが存在する、IPMの構造である、
可変界磁モータ。
The variable field motor according to any one of claims 1 to 6,
The stator is arranged on the outer peripheral side of the rotor via a gap,
It is an IPM structure in which a core exists between the stator and a gap between the rotor and a magnet.
Variable field motor.
請求項1〜7のいずれか1つに記載の可変界磁モータであって、
前記磁性材は、円環状であって、その外径は前記ロータの外径より小さい、
可変界磁モータ。
The variable field motor according to any one of claims 1 to 7,
The magnetic material has an annular shape, and the outer diameter thereof is smaller than the outer diameter of the rotor.
Variable field motor.
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