JP2021151142A - Permanent magnet rotor and rotary electric machine - Google Patents

Permanent magnet rotor and rotary electric machine Download PDF

Info

Publication number
JP2021151142A
JP2021151142A JP2020050544A JP2020050544A JP2021151142A JP 2021151142 A JP2021151142 A JP 2021151142A JP 2020050544 A JP2020050544 A JP 2020050544A JP 2020050544 A JP2020050544 A JP 2020050544A JP 2021151142 A JP2021151142 A JP 2021151142A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
magnet
permanent magnets
permanent magnet
permanent
opening angle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2020050544A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
崇生 藪見
Takao Yabumi
崇生 藪見
善明 加納
Yoshiaki Kano
善明 加納
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daido Electronics Co Ltd
Daido Gakuen School
Original Assignee
Daido Electronics Co Ltd
Daido Gakuen School
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daido Electronics Co Ltd, Daido Gakuen School filed Critical Daido Electronics Co Ltd
Priority to JP2020050544A priority Critical patent/JP2021151142A/en
Priority to CN202110308369.9A priority patent/CN113437818A/en
Publication of JP2021151142A publication Critical patent/JP2021151142A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706Inner rotors
    • H02K1/272Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/03Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information

Abstract

To provide a permanent magnet rotor capable of suppressing an irreversible demagnetization in a structure where an arc-shaped permanent magnet is arranged in a multi layer, and provide a rotary electric machine having such as a permanent magnet rotor.SOLUTION: A permanent magnet rotor 10 has a rotor core 11; and a plurality of permanent magnets 15 and 16 embedded into the rotor core 11 and structuring a magnetic pole. In a cross section orthogonal to a rotational axis R of the rotor core 11, the plurality of permanent magnets 15 and 16 include a convexed arc shape toward an inner peripheral side of each rotor core 11, is arranged in two or more layers toward the inner peripheral side from an outer peripheral side of the rotor core 11. Each of thicknesses Lm1 and Lm2 of the permanent magnets 15 and 16 are larger than that of the permanent magnet 16 arranged on the inner peripheral side of the rotor core 11, and a difference of a permeance coefficient of the optional two permanent magnets 15 and 16, which are adjacent to a radial direction of the rotor core 11 is 15% or less of an average value of the permeance coefficient of the two permanent magnets 15 and 16.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、永久磁石回転子および回転電気機械に関し、さらに詳しくは、ロータコアに永久磁石が埋め込まれた永久磁石回転子、および、そのような永久磁石回転子を有する回転電気機械に関するものである。 The present invention relates to a permanent magnet rotor and a rotating electric machine, and more particularly to a permanent magnet rotor in which a permanent magnet is embedded in a rotor core, and a rotating electric machine having such a permanent magnet rotor.

永久磁石埋め込み(IPM)モータ等、永久磁石回転子を用いた回転電気機械においては、高効率化や小型化を目指し、開発が進められている。発明者らも、特許文献1〜4のように、弧形状の永久磁石を多層でロータコアに埋め込む形態の永久磁石回転子において、高効率化や小型化が可能な構造について、開発を進めている。 Rotating electric machines using permanent magnet rotors, such as permanent magnet embedded (IPM) motors, are being developed with the aim of increasing efficiency and miniaturization. The inventors are also developing a structure capable of increasing efficiency and miniaturization in a permanent magnet rotor in which an arc-shaped permanent magnet is embedded in a rotor core in multiple layers as in Patent Documents 1 to 4. ..

特開2019−187197号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2019-187197 特開2019−187198号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2019-187198 特開2019−187199号公報JP-A-2019-187199 特開2019−187200号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2019-187200

永久磁石回転子を有する回転電気機械において、性能限界を決める要因の1つに、永久磁石の不可逆減磁がある。例えば、固定子のコイルが発する磁界が、永久磁石の磁化方向と反対向きに、永久磁石に印加されて、逆磁界として作用し、永久磁石の不可逆減磁を引き起こす要因となりうる。また、回転電気機械の運転時の発熱も、永久磁石の不可逆減磁を引き起こす可能性がある。
In a rotating electric machine having a permanent magnet rotor, one of the factors that determines the performance limit is the irreversible demagnetization of the permanent magnet. For example, the magnetic field generated by the coil of the stator is applied to the permanent magnet in the direction opposite to the magnetization direction of the permanent magnet and acts as a reverse magnetic field, which may cause irreversible demagnetization of the permanent magnet. In addition, heat generated during operation of the rotating electric machine may also cause irreversible demagnetization of the permanent magnet.

永久磁石回転子において、永久磁石の不可逆減磁を抑制する方法の1つに、永久磁石の成分として、TbやDy等、重希土類を多く含有するものをはじめとして、高保磁力の材料を用いることが挙げられる。また、永久磁石の厚さを大きくすることでも、永久磁石への逆磁界の影響を低減し、不可逆減磁を低減することができる。しかし、回転電気機械の高価格化を避ける観点から、永久磁石における重希土類の含有量は、できる限り少なく抑えることが好ましい。また、永久磁石の使用量も、少ない方が好ましい。 In the permanent magnet rotor, one of the methods for suppressing the irreversible demagnetization of the permanent magnet is to use a material having a high coercive force, including a material containing a large amount of heavy rare earths such as Tb and Dy as a component of the permanent magnet. Can be mentioned. Further, by increasing the thickness of the permanent magnet, the influence of the reverse magnetic field on the permanent magnet can be reduced, and the irreversible demagnetization can be reduced. However, from the viewpoint of avoiding the high price of the rotating electric machine, it is preferable to keep the content of heavy rare earths in the permanent magnet as low as possible. Further, it is preferable that the amount of permanent magnets used is small.

そこで、永久磁石の高保磁力化や使用量の増大に頼らなくても、永久磁石の形状および配置の検討により、不可逆減磁を抑制することができる永久磁石回転子および回転電気機械を開発することが望まれる。永久磁石回転子において、弧形状の永久磁石を多層に配置する場合には、層ごとに、固定子のコイルからの逆磁界による影響が異なり、複数の層の永久磁石を含む永久磁石回転子全体として、不可逆減磁に対して高い耐力を有する構造を開発することが重要となる。 Therefore, it is necessary to develop a permanent magnet rotor and a rotating electric machine that can suppress irreversible demagnetization by examining the shape and arrangement of the permanent magnets without relying on increasing the coercive magnetic force of the permanent magnets or increasing the amount used. Is desired. In the permanent magnet rotor, when the arc-shaped permanent magnets are arranged in multiple layers, the influence of the reverse magnetic field from the coil of the stator differs for each layer, and the entire permanent magnet rotor including the permanent magnets of multiple layers Therefore, it is important to develop a structure having high resistance to irreversible demagnetization.

本発明が解決しようとする課題は、弧形状の永久磁石が多層に配置された構造において、不可逆減磁を抑制することができる永久磁石回転子、およびそのような永久磁石回転子を有する回転電気機械を提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is a permanent magnet rotor capable of suppressing irreversible demagnetization in a structure in which arc-shaped permanent magnets are arranged in multiple layers, and a rotating electric machine having such a permanent magnet rotor. To provide the machine.

上記課題を解決するために、本発明にかかる永久磁石回転子は、ロータコアと、前記ロータコアに埋設され、磁極を構成する複数の永久磁石とを有する永久磁石回転子であって、前記ロータコアの回転軸に直交する断面において、前記複数の永久磁石は、それぞれ前記ロータコアの内周側に向かって凸の弧形状を有し、前記ロータコアの外周側から内周側に向かって、2層以上の層状に配列されており、前記永久磁石の厚さが、前記ロータコアの内周側に配置された前記永久磁石ほど厚くなっており、前記ロータコアの径方向に隣接する任意の2つの前記永久磁石のパーミアンス係数の差が、該2つの永久磁石のパーミアンス係数の平均値の15%以下である。 In order to solve the above problems, the permanent magnet rotor according to the present invention is a permanent magnet rotor having a rotor core and a plurality of permanent magnets embedded in the rotor core and forming magnetic poles, and the rotation of the rotor core. In the cross section orthogonal to the axis, the plurality of permanent magnets each have a convex arc shape toward the inner peripheral side of the rotor core, and have two or more layers from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the rotor core. The permanent magnets are thicker than the permanent magnets arranged on the inner peripheral side of the rotor core, and the permence of any two permanent magnets adjacent to each other in the radial direction of the rotor core. The difference between the coefficients is 15% or less of the average value of the permence coefficients of the two permanent magnets.

ここで、前記複数の永久磁石は、前記ロータコアの外周側から内周側に向かって、外側磁石と内側磁石の2層で配列されているとよい。 Here, the plurality of permanent magnets may be arranged in two layers, an outer magnet and an inner magnet, from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the rotor core.

前記複数の永久磁石は、前記ロータコアの外周側から内周側に向かって、外側磁石と内側磁石の2層で配列されており、前記内側磁石の開角を、電気角でθM2として、θopt−5°≦θM2≦θopt+5°であるとよい。
ここで、前記外側磁石および前記内側磁石の厚さを、それぞれLm1およびLm2とし、前記外側磁磁石と前記内側磁石のパーミアンス係数の平均値をPcとして、前記θoptは、°を単位として、
θopt=260(Lm1/Lm2−380(Lm1/Lm2+260(Lm1/Lm2)+14.5Pc+54.3である。
The plurality of permanent magnets are arranged in two layers of an outer magnet and an inner magnet from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the rotor core, and the opening angle of the inner magnet is θ M2 in terms of electric angle, and θ opt −5 ° ≦ θ M2 ≦ θ opt + 5 °.
Here, the outer magnet and the thickness of the inner magnet, and each L m1 and L m @ 2, the average value of the permeance coefficient of the inner magnet and the outer magnet as Pc a, the theta opt, the unit of ° As,
θ opt = 260 (L m1 / L m2) 3 -380 (L m1 / L m2) 2 +260 (L m1 / L m2) is + 14.5Pc a +54.3.

この場合に、前記外側磁石の開角を、電気角でθM1として、50°≦θM1≦120°であるとよい。 In this case, the opening angle of the outer magnet may be 50 ° ≤ θ M1 ≤ 120 °, where θ M1 is the electrical angle.

前記複数の永久磁石は、同心の円弧形状を有しているとよい。 The plurality of permanent magnets may have a concentric arc shape.

前記複数の永久磁石は、熱間塑性加工磁石であるとよい。 The plurality of permanent magnets may be hot plastic working magnets.

本発明にかかる回転電気機械は、上記の永久磁石回転子を有するものである。 The rotating electric machine according to the present invention has the above-mentioned permanent magnet rotor.

上記発明にかかる永久磁石回転子においては、ロータコアの回転軸に直交する断面において、複数の弧形状の永久磁石が、層状に配列されていることにより、高いリラクタンストルクが得られる。同時に、それら複数の永久磁石の厚さが、ロータコアの内周側に配置された永久磁石ほど厚くなっていることにより、外周側の永久磁石よりも不可逆減磁を起こしやすい傾向のある内周側の永久磁石において、不可逆減磁を回避しやすくなっている。さらに、ロータコアの径方向に隣接する任意の2つの永久磁石のパーミアンス係数の差が、それらの永久磁石のパーミアンス係数の平均値の15%以下に抑えられている。効果として、それらの永久磁石のうち一部の永久磁石において、多くの部位のパーミアンス係数が極端に小さくなることによる、不可逆減磁が生じにくくなり、永久磁石回転子全体として、磁力を維持し、不可逆減磁に対して高い耐力を得ることができる。その結果として、永久磁石における重希土類含有量や、永久磁石の使用量を少なく抑えながら、不可逆減磁を起こしにくく、磁力を維持できる永久磁石回転子とすることができる。 In the permanent magnet rotor according to the above invention, a high reluctance torque can be obtained by arranging a plurality of arc-shaped permanent magnets in a layer in a cross section orthogonal to the rotation axis of the rotor core. At the same time, the thickness of the plurality of permanent magnets is thicker as that of the permanent magnets arranged on the inner peripheral side of the rotor core, so that the inner peripheral side tends to cause irreversible demagnetization more than the permanent magnets on the outer peripheral side. It is easy to avoid irreversible demagnetization in the permanent magnets of. Further, the difference in the permeance coefficients of any two permanent magnets adjacent to each other in the radial direction of the rotor core is suppressed to 15% or less of the average value of the permeance coefficients of those permanent magnets. As an effect, in some of these permanent magnets, irreversible demagnetization is less likely to occur due to the extremely small permence coefficient of many parts, and the magnetic force of the permanent magnet rotor as a whole is maintained. High resistance to irreversible demagnetization can be obtained. As a result, it is possible to obtain a permanent magnet rotor that is less likely to cause irreversible demagnetization and can maintain magnetic force while suppressing the content of heavy rare earth in the permanent magnet and the amount of the permanent magnet used to be small.

ここで、複数の永久磁石が、ロータコアの外周側から内周側に向かって、外側磁石と内側磁石の2層で配列されている場合には、永久磁石が2層のみで設けられた簡素な構成において、それら2層の永久磁石の不可逆減磁を効果的に抑制することができる。 Here, when a plurality of permanent magnets are arranged in two layers of an outer magnet and an inner magnet from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the rotor core, the permanent magnets are simply provided in only two layers. In the configuration, the irreversible demagnetization of these two layers of permanent magnets can be effectively suppressed.

複数の永久磁石が、ロータコアの外周側から内周側に向かって、外側磁石と内側磁石の2層で配列されており、内側磁石の開角を、電気角でθM2として、θopt−5°≦θM2≦θopt+5°である場合には、外側磁石と内側磁石のパーミアンス係数の差を小さく抑え、永久磁石回転子全体として、不可逆減磁を抑制して、不可逆減磁に対して高い耐力を発揮することができる。θoptが、外側磁石の厚さLm1と内側磁石の厚さLm2の比率(Lm1/Lm2)に応じて、それら2つの永久磁石のパーミアンス係数の差が最も小さくなる開角θM2の最適値を示すものだからである。最適値θoptには、2つの永久磁石のパーミアンス係数の平均値として、2つの永久磁石の材質や合計の厚さ、固定子のコイルからの逆磁界の大きさ等のパラメータも考慮することができる。 A plurality of permanent magnets are arranged in two layers, an outer magnet and an inner magnet, from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the rotor core, and the opening angle of the inner magnet is θ M2 in terms of electric angle, and θ opt- 5. When ° ≤ θ M2 ≤ θ opt + 5 °, the difference in the permence coefficient between the outer magnet and the inner magnet is suppressed to a small value, and the permanent magnet rotor as a whole suppresses irreversible demagnetization, with respect to irreversible demagnetization. It can exert high resistance. The opening angle θ M2 where θ opt is the smallest difference between the permeance coefficients of these two permanent magnets according to the ratio of the thickness L m1 of the outer magnet and the thickness L m2 of the inner magnet (L m1 / L m2). This is because it indicates the optimum value of. For the optimum value θ opt , parameters such as the material and total thickness of the two permanent magnets and the magnitude of the reverse magnetic field from the stator coil can be taken into consideration as the average value of the permeance coefficients of the two permanent magnets. can.

この場合に、前記外側磁石の開角を、電気角でθM1として、50°≦θM1≦120°であると、永久磁石回転子の外側に形成される磁束密度分布の高調波成分を低減するとともに、永久磁石を2層で配置していることによるリラクタンストルク向上の効果を高く得ることができる。永久磁石回転子は、これらの特性を、内側磁石の開角θM2を上記のように設定することによる不可逆減磁抑制の効果とともに、備えたものとなる。 In this case, if the opening angle of the outer magnet is θ M1 in terms of electric angle and 50 ° ≤ θ M1 ≤ 120 °, the harmonic component of the magnetic flux density distribution formed on the outside of the permanent magnet rotor is reduced. At the same time, it is possible to obtain a high effect of improving the reluctance torque by arranging the permanent magnets in two layers. The permanent magnet rotor has these characteristics together with the effect of suppressing irreversible demagnetization by setting the opening angle θ M2 of the inner magnet as described above.

前記複数の永久磁石が、同心の円弧形状を有している場合には、比較的単純な形状と配置を有する永久磁石を用いて、不可逆減磁が効果的に抑制された永久磁石回転子を得ることができる。 When the plurality of permanent magnets have concentric arcuate shapes, a permanent magnet rotor having a relatively simple shape and arrangement is used to effectively suppress irreversible demagnetization. Obtainable.

前記複数の永久磁石が、熱間塑性加工磁石である場合には、熱間塑性加工磁石は、弧形状の永久磁石の成形を行いやすく、また、磁化方向をラジアル方向としやすいため、複数の弧形状の永久磁石が層状に配列された永久磁石回転子を構成するのに、好適に利用することができる。 When the plurality of permanent magnets are hot-plasticized magnets, the hot-plasticized magnets can easily form an arc-shaped permanent magnet, and the magnetization direction can be easily set to the radial direction, so that the plurality of arcs can be formed. Permanent magnets of a shape can be suitably used for forming a permanent magnet rotor in which the permanent magnets are arranged in layers.

上記発明にかかる回転電気機械は、上記の永久磁石回転子を有するため、永久磁石回転子における永久磁石の不可逆減磁を、効果的に抑制することができる。 Since the rotating electric machine according to the above invention has the above-mentioned permanent magnet rotor, irreversible demagnetization of the permanent magnet in the permanent magnet rotor can be effectively suppressed.

本発明の一実施形態にかかる永久磁石回転子および回転電気機械の構成を示す横断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the permanent magnet rotor and the rotating electric machine which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態にかかる永久磁石回転子の一部を抜き出した断面図である。図1の拡大図に相当する。It is sectional drawing which extracted the part of the permanent magnet rotor which concerns on one Embodiment of this invention. Corresponds to the enlarged view of FIG. m1=0.9mm,Lm2=2.1mm,θM1=59.5°の場合について、永久磁石におけるパーミアンス係数の分布を示す図である。(a)はθM2=99.5°の場合、(b)はθM2=135.4°の場合を示している。It is a figure which shows the distribution of the permeance coefficient in a permanent magnet in the case of L m1 = 0.9 mm, L m2 = 2.1 mm, θ M1 = 59.5 °. (A) shows the case of θ M2 = 99.5 °, and (b) shows the case of θ M2 = 135.4 °. m1=0.9mm,Lm2=2.1mmの場合について、開角θM1および開角θM2を変化させた際のパーミアンス係数の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the permeance coefficient when the opening angle θ M1 and the opening angle θ M2 are changed in the case of L m1 = 0.9 mm and L m2 = 2.1 mm. m1=1.2mm,Lm2=1.8mmの場合について、開角θM1および開角θM2を変化させた際のパーミアンス係数の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the permeance coefficient when the opening angle θ M1 and the opening angle θ M2 are changed in the case of L m1 = 1.2 mm and L m2 = 1.8 mm. m1=1.5mm,Lm2=1.5mmの場合について、開角θM1および開角θM2を変化させた際のパーミアンス係数の変化を示す図である。It is a figure which shows the change of the permeance coefficient when the opening angle θ M1 and the opening angle θ M2 are changed in the case of L m1 = 1.5 mm and L m2 = 1.5 mm. 開角θM2の最適値を、厚さ比Lm2/Lm1の関数としてプロットした図である。逆磁界の大きさを変化させた場合について、それぞれ結果を示している。It is a figure which plotted the optimum value of the opening angle θ M2 as a function of a thickness ratio L m2 / L m1. The results are shown for each case where the magnitude of the reverse magnetic field is changed. 開角θM2の最適値に対応するパーミアンス係数の値を、厚さ比Lm2/Lm1の関数としてプロットした図である。逆磁界の大きさを変化させた場合について、それぞれ結果を示している。It is a figure which plotted the value of the permeance coefficient corresponding to the optimum value of the opening angle θ M2 as a function of the thickness ratio L m2 / L m1. The results are shown for each case where the magnitude of the reverse magnetic field is changed. 開角θM2の最適値を、厚さ比Lm1/Lm2の関数としてプロットした図である。逆磁界の大きさを変化させた場合について、それぞれ結果を示しており、逆磁界の大きさが100%の場合について、プロット点を3次関数で近似した近似式による曲線も、合わせて示している。It is a figure which plotted the optimum value of the opening angle θ M2 as a function of a thickness ratio L m1 / L m2. The results are shown for each case where the magnitude of the inverse magnetic field is changed, and for the case where the magnitude of the inverse magnetic field is 100%, a curve based on an approximate expression that approximates the plot points with a cubic function is also shown. There is. 逆磁界の大きさを変化させた場合について、パーミアンス係数と、近似式における切片の値の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the permeance coefficient and the intercept value in the approximate expression about the case where the magnitude of a reverse magnetic field is changed. 2層の永久磁石の厚さの合計を変化させた場合について、パーミアンス係数の挙動を示す図である。(a)はLm1=0.6mm,Lm2=1.4mm、(b)はLm1=0.8mm,Lm2=1.2mm、(c)はLm1=1.8mm,Lm2=2.7mmの場合を示している。It is a figure which shows the behavior of the permeance coefficient when the total thickness of two layers of permanent magnets is changed. (A) is L m1 = 0.6 mm, L m2 = 1.4 mm, (b) is L m1 = 0.8 mm, L m2 = 1.2 mm, (c) is L m1 = 1.8 mm, L m2 = The case of 2.7 mm is shown. 内側磁石のパーミアンス係数に対する開角θM2の傾きを、厚さ比Lm1/Lm2の関数としてプロットした図である。(a)は開角θM1が約60°の場合、(b)は開角θM1が約75°の場合を示している。It is the figure which plotted the inclination of the opening angle θ M2 with respect to the permeance coefficient of an inner magnet as a function of the thickness ratio L m1 / L m2. (A) shows the case where the opening angle θ M1 is about 60 °, and (b) shows the case where the opening angle θ M1 is about 75 °.

以下、本発明の実施形態にかかる永久磁石回転子および回転電気機械について、図面を参照しながら詳細に説明する。本明細書において、角度の表記は電気角(°)によるものとする。 Hereinafter, the permanent magnet rotor and the rotating electric machine according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In this specification, the notation of the angle is based on the electric angle (°).

[回転電気機械の構成]
本発明の一実施形態にかかる回転電気機械1の概略を、回転軸に直交する断面図で、図1に示す。回転電気機械1は、本発明の一実施形態にかかる永久磁石回転子10を有している。本明細書においては、回転電気機械1がモータである場合を中心に説明するが、発電機である場合にも、同様の構成を適用することができる。
[Structure of rotating electric machine]
The outline of the rotary electric machine 1 according to the embodiment of the present invention is shown in FIG. 1 in a cross-sectional view orthogonal to the rotation axis. The rotating electric machine 1 has a permanent magnet rotor 10 according to an embodiment of the present invention. In this specification, the case where the rotary electric machine 1 is a motor will be mainly described, but the same configuration can be applied to the case where the rotary electric machine 1 is a generator.

回転電気機械1は、永久磁石埋め込み(IPM)モータとして構成されている。モータ1は、中空筒状のステータ(固定子)30と、ステータ30の中空部内に、同軸状に、軸回転可能に支持されたロータ(永久磁石回転子)10と、を有している。 The rotary electric machine 1 is configured as a permanent magnet embedded (IPM) motor. The motor 1 has a hollow cylindrical stator (stator) 30 and a rotor (permanent magnet rotor) 10 coaxially and axially rotatably supported in the hollow portion of the stator 30.

ステータ30は、ステータコア31と、コイル(図略)とを有している。ステータコア31は、複数層の電磁鋼板を積層してなるものであり、円環形状のバックヨーク部31aと、バックヨーク部31aから円環形状の内側に向かって突出した複数のティース31bを、一体に備えている。そして、各ティース31bの外周に、コイルが巻き回されている。 The stator 30 has a stator core 31 and a coil (not shown). The stator core 31 is formed by laminating a plurality of layers of electromagnetic steel plates, and integrally integrates a ring-shaped back yoke portion 31a and a plurality of teeth 31b protruding inward from the back yoke portion 31a. Be prepared for. A coil is wound around the outer circumference of each tooth 31b.

ロータ10は、略円柱状の外形を有するロータコア11と、ロータコア11に埋設された複数の永久磁石Mと、を有している。ロータコア11の中心には、中空部が形成され、シャフト40が挿通されている。ロータ10をステータ30の中空部に同軸状に収容した状態で、ステータコア31のティース31bとロータコア11の外周面の間には、エアギャップ50が確保される。ロータ10の構成の詳細について、次に説明する。 The rotor 10 has a rotor core 11 having a substantially columnar outer shape, and a plurality of permanent magnets M embedded in the rotor core 11. A hollow portion is formed in the center of the rotor core 11, and the shaft 40 is inserted therethrough. An air gap 50 is secured between the teeth 31b of the stator core 31 and the outer peripheral surface of the rotor core 11 in a state where the rotor 10 is coaxially housed in the hollow portion of the stator 30. The details of the configuration of the rotor 10 will be described below.

[永久磁石回転子の構成の概略]
上記のように、ロータ(永久磁石回転子)10は、ロータコア11と、複数の永久磁石Mとを有している。ロータ10の構成を、図1,2に示す。図2は、ロータ10の磁極1つ分を示したものであり、永久磁石Mの極性を磁極ごとに交互に変えながら、複数(ここでは4個)の磁極を回転対称に連続的に配置したものが、図1のようなロータ10の全体構造となる。なお、以下では、「径方向」、「外周」、「内周」、「外側」、「内側」等、回転体における方向を示す語は、特記しないかぎり、ロータコア11についての方向を指すものとする。
[Outline of the configuration of the permanent magnet rotor]
As described above, the rotor (permanent magnet rotor) 10 has a rotor core 11 and a plurality of permanent magnets M. The configuration of the rotor 10 is shown in FIGS. 1 and 2. FIG. 2 shows one magnetic pole of the rotor 10, and a plurality of (here, four) magnetic poles are continuously arranged rotationally symmetrically while alternately changing the polarity of the permanent magnet M for each magnetic pole. This is the overall structure of the rotor 10 as shown in FIG. In the following, terms indicating the direction in the rotating body, such as "diameter direction", "outer circumference", "inner circumference", "outer side", and "inner side", refer to the direction of the rotor core 11 unless otherwise specified. do.

ロータコア11は、複数の電磁鋼板を積層して構成されており、略円柱形状の外周面を有している。ロータコア11には、軸方向に貫通または陥没した空隙として、複数のスロットSが形成されている。スロットSは、ロータコア11の内周側(径方向内側)に向かって凸な弧形状を有している。スロットSの具体的な形状は特に限定されるものではないが、ここでは、それぞれが、略円弧形状を有している。つまり、各スロットSにおいて、ロータコア11の内周側に位置する内周側端縁と、ロータコア11の外周側に位置する外周側端縁が、それぞれ、ロータコア11の内側に向かって凸な円弧として形成されている。 The rotor core 11 is formed by laminating a plurality of electromagnetic steel sheets, and has a substantially cylindrical outer peripheral surface. A plurality of slots S are formed in the rotor core 11 as voids penetrating or sinking in the axial direction. The slot S has an arc shape that is convex toward the inner peripheral side (inward in the radial direction) of the rotor core 11. The specific shape of the slot S is not particularly limited, but here, each slot S has a substantially arc shape. That is, in each slot S, the inner peripheral side edge located on the inner peripheral side of the rotor core 11 and the outer peripheral side edge located on the outer peripheral side of the rotor core 11 are formed as arcs convex toward the inside of the rotor core 11, respectively. It is formed.

各スロットSには、それぞれ、永久磁石Mが埋設されている。スロットSが略円弧形状を有することに対応し、永久磁石Mも、略円弧形状を有している。永久磁石Mは、スロットSの外周側端縁と内周側端縁を結ぶ厚さ方向には、スロットSの略全域を占めている。スロットSの長手方向(弧形状に沿った方向)に永久磁石Mが占める領域の長さは、特に限定されず、出力等、必要とされる特性に応じて、適宜選択すればよい。各スロットSに埋め込まれる永久磁石Mは、複数に分割されていてもよい。図示した形態においては、内側のスロット14に埋設された永久磁石16が、2つに分割されている。 A permanent magnet M is embedded in each slot S. Corresponding to the slot S having a substantially arc shape, the permanent magnet M also has a substantially arc shape. The permanent magnet M occupies substantially the entire area of the slot S in the thickness direction connecting the outer peripheral side edge and the inner peripheral side edge of the slot S. The length of the region occupied by the permanent magnet M in the longitudinal direction (direction along the arc shape) of the slot S is not particularly limited, and may be appropriately selected according to required characteristics such as output. The permanent magnet M embedded in each slot S may be divided into a plurality of parts. In the illustrated form, the permanent magnet 16 embedded in the inner slot 14 is divided into two parts.

スロットSおよびスロットS内に埋設される永久磁石Mは、リラクタンストルク向上等の観点から、ロータコア11の外周側(径方向外側)から内周側(径方向内側)に向かって、2層以上で配置されている。2層以上であれば、具体的な層数や配置は、特に限定されるものではないが、本実施形態においては、構造の単純化等の観点から、2層となっている。つまり、ロータコア11の外周側から内周側に向かって、外側磁石15が埋設された外側スロット13と、内側磁石16が埋設された内側スロット14の2層が配置されている。また、それらは、同心円弧状に配置されている。 The permanent magnets M embedded in the slot S and the slot S have two or more layers from the outer peripheral side (diameter outer side) to the inner peripheral side (diameter inner side) of the rotor core 11 from the viewpoint of improving the reluctance torque. Have been placed. As long as there are two or more layers, the specific number and arrangement of the layers is not particularly limited, but in the present embodiment, the number of layers is two from the viewpoint of simplification of the structure and the like. That is, from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the rotor core 11, two layers of an outer slot 13 in which the outer magnet 15 is embedded and an inner slot 14 in which the inner magnet 16 is embedded are arranged. Moreover, they are arranged in a concentric arc shape.

後に詳しく説明するように、本実施形態においては、外側磁石15の厚さLm1と、内側磁石16の厚さLm2の関係が指定されている。また、外側磁石15の開角θM1および内側磁石16の開角θM2として、好適な範囲が設定されている。各永久磁石15,16の厚さとは、永久磁石15,16の外周側端縁と内周側端縁の間の距離を指す。また、各永久磁石15,16の開角θM1,θM2とは、各永久磁石15,16の外周側端縁の長手方向の両端部が、ロータコア11の回転中心Rに対してなす角度を指す。 As will be described in detail later, in the present embodiment, the relationship between the thickness L m1 of the outer magnet 15 and the thickness L m2 of the inner magnet 16 is specified. Further, suitable ranges are set as the opening angle θ M1 of the outer magnet 15 and the opening angle θ M2 of the inner magnet 16. The thickness of each of the permanent magnets 15 and 16 refers to the distance between the outer peripheral side edge and the inner peripheral side edge of the permanent magnets 15 and 16. Further, the opening angles θ M1 and θ M2 of the permanent magnets 15 and 16 are the angles formed by both ends of the peripheral edges of the permanent magnets 15 and 16 in the longitudinal direction with respect to the rotation center R of the rotor core 11. Point to.

各永久磁石Mの磁化方向は、特に限定されるものではないが、弧形状の焦点を中心とする放射方向(ラジアル方向)となっていることが好ましい。永久磁石Mの種類は、特に限定されるものではないが、金属磁石であることが好ましい。つまり、表面近傍を除き、意図的に添加された金属酸化物や有機化合物を含まず、金属磁石材料のみよりなっていることが好ましい。さらには、金属磁石材料の微結晶粒より構成された熱間塑性加工磁石であることが好ましい。熱間塑性加工磁石は、弧形状への成形、およびラジアル方向への着磁を、比較的簡便に行うことができる。 The magnetization direction of each permanent magnet M is not particularly limited, but is preferably a radial direction centered on the arc-shaped focal point. The type of permanent magnet M is not particularly limited, but is preferably a metal magnet. That is, it is preferable that the material is made of only a metal magnet material without containing a metal oxide or an organic compound intentionally added except in the vicinity of the surface. Further, it is preferably a hot plastically worked magnet composed of microcrystal grains of a metal magnet material. The hot plastic working magnet can be formed into an arc shape and magnetized in the radial direction relatively easily.

本実施形態においては、複数の永久磁石Mの間で、厚さの関係、およびパーミアンス係数の関係が規定されることによって、不可逆減磁が抑制されている。永久磁石の肉厚が薄いと、比較的減磁を起こしやすいが、本実施形態において、永久磁石Mの厚さの関係を下記のように規定することで、永久磁石Mが比較的薄い場合でも、効果的に減磁を抑制することができる。以下に、永久磁石Mの厚さおよびパーミアンス係数の関係性、およびそれらによってもたらされる効果について、主に図2を参照しながら、詳細に説明する。 In the present embodiment, irreversible demagnetization is suppressed by defining the relationship between the thickness and the permeance coefficient among the plurality of permanent magnets M. If the wall thickness of the permanent magnet is thin, demagnetization is relatively likely to occur. However, in the present embodiment, by defining the relationship between the thickness of the permanent magnet M as follows, even if the permanent magnet M is relatively thin. , It is possible to effectively suppress demagnetization. Hereinafter, the relationship between the thickness of the permanent magnet M and the permeance coefficient, and the effects produced by them will be described in detail with reference mainly to FIG.

[永久磁石の厚さおよびパーミアンス係数]
本実施形態においては、上記のように、弧形状の永久磁石Mが、ロータコア11の径方向に沿って、外周側から内周側へと、複数層、好ましくは2層に配列されている。それら層状に配置された永久磁石Mの厚さは、ロータコア11の内周側に配置された永久磁石Mほど、厚くなっている。つまり、永久磁石Mの層数が2層である場合には、外側磁石15の厚さLm1よりも、内側磁石16の厚さLm2の方が、大きくなっている(Lm1<Lm2)。
[Permanent magnet thickness and permeance coefficient]
In the present embodiment, as described above, the arc-shaped permanent magnets M are arranged in a plurality of layers, preferably two layers, from the outer peripheral side to the inner peripheral side along the radial direction of the rotor core 11. The thickness of the permanent magnets M arranged in these layers is thicker than that of the permanent magnets M arranged on the inner peripheral side of the rotor core 11. That is, when the number of layers of the permanent magnet M is two, the thickness L m2 of the inner magnet 16 is larger than the thickness L m1 of the outer magnet 15 (L m1 <L m2). ).

ロータ10を回転させてモータ1を運転した際に、発熱が生じ、その発熱によって、永久磁石Mに、不可逆減磁部位(不可逆減磁が起こった部位)が発生する可能性がある。また、ステータ30に設けられたコイルからの磁界が、永久磁石Mの磁化方向と反対向きに永久磁石Mに印加されて、逆磁界として作用し、不可逆減磁部位が発生する原因となる可能性がある。ステータ30のコイルからの逆磁界は、外周側に位置する永久磁石M(外側磁石15)の位置においては、外周側正面に位置する少数のティース31bに設置されたコイルからの磁界のみとなる。これに対して、内周側に位置する永久磁石M(内側磁石16)の位置においては、外周側正面に位置するティース31bのみならず、周方向に沿ってその両側の広い範囲に位置する複数のティース31bに設置されたコイルからの磁界が、合成されて、逆磁界を構成する。よって、内周側の永久磁石M(内側磁石16)ほど、逆磁界の影響を受けやすくなる。しかし、弧形状の永久磁石Mにおいて、その厚さを大きくしておくほど、逆磁界の印加による不可逆減磁を起こしにくくなる。そこで、内周側の永久磁石M(内側磁石16)ほど、厚さを大きくしておけば、ロータ10全体として、永久磁石Mの不可逆減磁を、小さく抑えることができる。 When the rotor 10 is rotated to operate the motor 1, heat is generated, and the heat generation may cause an irreversible demagnetization portion (a portion where irreversible demagnetization has occurred) in the permanent magnet M. Further, the magnetic field from the coil provided on the stator 30 is applied to the permanent magnet M in the direction opposite to the magnetization direction of the permanent magnet M and acts as a reverse magnetic field, which may cause an irreversible demagnetization portion. There is. The reverse magnetic field from the coil of the stator 30 is only the magnetic field from the coils installed on a small number of teeth 31b located in front of the outer peripheral side at the position of the permanent magnet M (outer magnet 15) located on the outer peripheral side. On the other hand, at the positions of the permanent magnets M (inner magnets 16) located on the inner peripheral side, not only the teeth 31b located on the front surface on the outer peripheral side but also a plurality of permanent magnets M (inner magnets 16) located in a wide range on both sides along the circumferential direction. The magnetic fields from the coils installed in the teeth 31b of the above are combined to form a reverse magnetic field. Therefore, the permanent magnet M (inner magnet 16) on the inner peripheral side is more susceptible to the influence of the reverse magnetic field. However, in the arc-shaped permanent magnet M, the larger the thickness, the less likely it is that irreversible demagnetization will occur due to the application of a reverse magnetic field. Therefore, if the thickness of the permanent magnet M (inner magnet 16) on the inner peripheral side is increased, the irreversible demagnetization of the permanent magnet M can be suppressed to be small as the entire rotor 10.

各永久磁石Mにおいて、具体的な不可逆減磁の起こりやすさの程度は、パーミアンス係数に依存し、パーミアンス係数が大きいほど、不可逆減磁が起こりにくくなる。不可逆減磁は、磁化(磁気モーメント)を発現する各結晶を最小単位として発生する。したがって、永久磁石内におけるパーミアンス係数は、各結晶における逆磁界に相関し、永久磁石内で分布することとなる。ここで、不可逆減磁が発生した結晶は磁化がなくなり、永久磁石が発生する磁束は、その永久磁石の中で不可逆減磁が発生した体積に相関して、減少する。このように、パーミアンス係数の大きさおよび不可逆減磁の起こりやすさは、1つの永久磁石の中で空間分布を有するが(図3参照)、本明細書においては、特記しない限り、パーミアンス係数は、1つの永久磁石Mの全域における平均値を指すものとし、不可逆減磁の起こりやすさについても、1つの永久磁石Mにおける平均的な傾向の観点から言及するものとする。モータの重要性能であるトルク/出力性能に関して、各永久磁石M全体の平均的な挙動で、不可逆減磁が起こりにくいほど、高い性能が得られる。 In each permanent magnet M, the specific degree of irreversible demagnetization depends on the permeance coefficient, and the larger the permeance coefficient, the less irreversible demagnetization is likely to occur. Irreversible demagnetization occurs with each crystal exhibiting magnetization (magnetic moment) as the smallest unit. Therefore, the permeance coefficient in the permanent magnet correlates with the inverse magnetic field in each crystal and is distributed in the permanent magnet. Here, the crystal in which irreversible demagnetization is generated loses magnetization, and the magnetic flux generated in the permanent magnet decreases in correlation with the volume in which irreversible demagnetization occurs in the permanent magnet. Thus, the magnitude of the permence coefficient and the likelihood of irreversible demagnetization have a spatial distribution within one permanent magnet (see FIG. 3), but in the present specification, unless otherwise specified, the permence coefficient is It shall refer to the average value in the entire area of one permanent magnet M, and the susceptibility to irreversible demagnetization shall also be referred to from the viewpoint of the average tendency of one permanent magnet M. Regarding the torque / output performance, which is an important performance of the motor, the higher the performance is, the less irreversible demagnetization occurs in the average behavior of each permanent magnet M as a whole.

ロータ10に、環境の異なる複数の永久磁石Mが設けられる場合に、それらの永久磁石Mのパーミアンス係数の値が近く、相互間の値の差が小さいほど、複数の永久磁石Mのうち一部の永久磁石Mにおいて、他の永久磁石Mと比較して、不可逆減磁の発生部位が極端に多くなる事態を避け、ロータ10全体として、不可逆減磁の影響を低く抑えることができる。そこで、ロータ10において、ロータコア11の径方向に沿って層状に配置された複数の永久磁石Mの間で、パーミアンス係数の差を、できる限り小さくすることが好ましい。 When the rotor 10 is provided with a plurality of permanent magnets M having different environments, the closer the values of the permence coefficients of the permanent magnets M are and the smaller the difference between the values, the more a part of the plurality of permanent magnets M. In the permanent magnet M of the above, as compared with other permanent magnets M, it is possible to avoid a situation in which the number of irreversible demagnetization occurrence sites becomes extremely large, and the influence of the irreversible demagnetization can be suppressed low as a whole of the rotor 10. Therefore, in the rotor 10, it is preferable to make the difference in permeance coefficient as small as possible among the plurality of permanent magnets M arranged in layers along the radial direction of the rotor core 11.

具体的には、ロータコア11の径方向に沿って隣接する任意の2つの永久磁石Mの組において、それら2つの永久磁石Mのパーミアンス係数の平均に対して、それら2つの永久磁石のパーミアンス係数の差が、所定の上限値A以下となるようにすればよい。上限値Aとしては、15%、さらには8%との値を挙げることができる。ここで、隣接する任意の2つの永久磁石Mの組において、パーミアンス係数の差が所定の上限値A以下となるとは、複数層に配列された永久磁石Mの群において、どの隣接する2つの永久磁石Mの組を取っても、それら2つのパーミアンス係数の差が、所定の上限値以下となることを意味する。永久磁石Mが2層で設けられる場合には、外側磁石15のパーミアンス係数をPc、内側磁石16のパーミアンス係数をPcとして、下記式1のように、それらの差が、平均値に対して、上限値A以下となるようにすればよい。
|Pc−Pc|/{(Pc+Pc)/2}×100%≦A (1)
Specifically, in a set of two permanent magnets M adjacent to each other along the radial direction of the rotor core 11, the permeance coefficient of the two permanent magnets is relative to the average of the permeance coefficients of the two permanent magnets M. The difference may be set to be equal to or less than a predetermined upper limit value A. As the upper limit value A, a value of 15% and further 8% can be mentioned. Here, in a set of two adjacent permanent magnets M, the difference in permeance coefficient is equal to or less than a predetermined upper limit value A. Even if the set of magnets M is taken, it means that the difference between the two permeance coefficients is equal to or less than a predetermined upper limit value. When the permanent magnets M are provided in two layers, the permeance coefficient of the outer magnet 15 is Pc 1 and the permeance coefficient of the inner magnet 16 is Pc 2 , and the difference between them is as shown in the following equation 1 with respect to the average value. Therefore, the upper limit value A or less may be set.
| Pc 1- Pc 2 | / {(Pc 1 + Pc 2 ) / 2} x 100% ≤ A (1)

あるいは、2つの永久磁石15,16のパーミアンス係数の差の値、つまり|Pc−Pc|が、所定の上限値B以下となるようにしてもよい。上限値Bの具体的な値は、2つの永久磁石15,16のパーミアンス係数Pc,Pcの大きさにもよるが、例えばそれらのパーミアンス係数Pc,Pcの平均値が、0.6以上、0.8以下である場合に、差の上限値Bとしては、0.1との値を挙げることができる。なお、2つの永久磁石15,16のパーミアンス係数Pc,Pcの大きさは、平均値で、概ね0.3以上、さらには0.4以上であることが好ましい。 Alternatively, the value of the difference between the permeance coefficients of the two permanent magnets 15 and 16, that is, | Pc 1 − Pc 2 | may be set to be equal to or less than a predetermined upper limit value B. The specific value of the upper limit value B depends on the size of the permeance coefficients Pc 1 and Pc 2 of the two permanent magnets 15 and 16, but for example, the average value of the permeance coefficients Pc 1 and Pc 2 is 0. When it is 6 or more and 0.8 or less, a value of 0.1 can be given as the upper limit value B of the difference. The magnitudes of the permeance coefficients Pc 1 and Pc 2 of the two permanent magnets 15 and 16 are preferably about 0.3 or more, more preferably 0.4 or more on average.

弧形状の永久磁石Mにおいて、パーミアンス係数は、その永久磁石Mの材質に加え、厚さや開角によって定まる具体的な形状や寸法、配置にも依存する。そこで、複数の永久磁石Mがロータコア11の径方向に層状に配置されたロータ10において、径方向に隣接する永久磁石Mの間で、パーミアンス係数の平均に対する差の比率が、上限値A以下となるように、さらには可及的に小さくなるように、各永久磁石Mの形状や寸法、配置を設定すればよい。上記のように、内周側に配置された永久磁石M(内側磁石16)ほど、厚さを大きくしておけば、外周側の永久磁石M(外側磁石15)の方が厚い場合や、各永久磁石Mの厚さが同じである場合と比較して、隣接する永久磁石Mの間のパーミアンス係数の差を小さくすることができる。 In the arc-shaped permanent magnet M, the permeance coefficient depends not only on the material of the permanent magnet M but also on the specific shape, dimensions, and arrangement determined by the thickness and the opening angle. Therefore, in the rotor 10 in which a plurality of permanent magnets M are arranged in layers in the radial direction of the rotor core 11, the ratio of the difference between the permanent magnets M adjacent in the radial direction to the average of the permeance coefficients is equal to or less than the upper limit value A. The shape, size, and arrangement of each permanent magnet M may be set so as to be as small as possible. As described above, if the thickness of the permanent magnet M (inner magnet 16) arranged on the inner peripheral side is made larger, the permanent magnet M (outer magnet 15) on the outer peripheral side may be thicker, or each of them. The difference in permence coefficient between adjacent permanent magnets M can be reduced as compared with the case where the permanent magnets M have the same thickness.

ロータ10に埋設された複数の永久磁石Mの間で、パーミアンス係数の差を小さくし、各永久磁石Mにおいて、不可逆減磁が発生する体積を小さく抑えることで、各永久磁石Mを厚く形成する必要性を、低減することができる。すると、ロータ10に使用する永久磁石Mの総量を、少なく抑えることができる。また、DyやTb等の重希土類を多く含有する永久磁石は、保磁力が高く、不可逆減磁を起こしにくいが、そのように重希土類元素を多く含む高価な永久磁石を用いなくても、各永久磁石Mにおいて、不可逆減磁が発生する体積を小さく抑え、永久磁石M全体として、不可逆減磁を抑制することができる。ロータ10に使用する永久磁石Mの総量および重希土類含有量を少なく抑えながら、不可逆減磁を抑制し、クニック点よりも上の動作点で、モータ1を運転することが可能となる。 Each permanent magnet M is formed thick by reducing the difference in permeance coefficient among the plurality of permanent magnets M embedded in the rotor 10 and suppressing the volume at which irreversible demagnetization occurs in each permanent magnet M. The need can be reduced. Then, the total amount of the permanent magnets M used for the rotor 10 can be suppressed to a small value. Further, permanent magnets containing a large amount of heavy rare earth elements such as Dy and Tb have a high coercive force and are unlikely to cause irreversible demagnetization. In the permanent magnet M, the volume at which irreversible demagnetization occurs can be suppressed to a small size, and irreversible demagnetization can be suppressed in the permanent magnet M as a whole. While suppressing the total amount of permanent magnets M used in the rotor 10 and the content of heavy rare earths to a small extent, irreversible demagnetization is suppressed, and the motor 1 can be operated at an operating point above the knick point.

各永久磁石Mのパーミアンス係数の値は、その永久磁石Mの構成(形状、寸法、配置)によって定まるので、内周側の永久磁石M(内側磁石16)の厚さを大きくすること以外にも、各永久磁石Mの具体的な構成を検討することで、永久磁石Mの間のパーミアンス係数の差を小さくすることができる。永久磁石Mの具体的な構成の検討は、例えば、電磁界解析を用いたシミュレーションによって行うことができる。ある具体的な永久磁石Mの構成に対して、パーミアンス係数をシミュレーションによって見積もり、層間のパーミアンス係数の差が、平均値に対して、上記上限値A以下となるように、あるいは最小となるように、永久磁石Mの構成を選択すればよい。この際、各永久磁石Mの厚さの関係性、および各永久磁石Mの開角に着目して、永久磁石Mの構成を検討することで、効率的に、パーミアンス係数の差を小さくできる構成を探索することができる。以下に、一例として、永久磁石Mが2層に設けられる場合について、好適な永久磁石Mの厚さの関係性および開角について説明する。 Since the value of the permit coefficient of each permanent magnet M is determined by the configuration (shape, size, arrangement) of the permanent magnet M, other than increasing the thickness of the permanent magnet M (inner magnet 16) on the inner peripheral side, By examining the specific configuration of each permanent magnet M, the difference in the permence coefficient between the permanent magnets M can be reduced. The specific configuration of the permanent magnet M can be examined, for example, by a simulation using electromagnetic field analysis. For a specific configuration of the permanent magnet M, the permeance coefficient is estimated by simulation, and the difference between the permeance coefficients between layers is set to be equal to or less than the above upper limit value A or minimized with respect to the average value. , The configuration of the permanent magnet M may be selected. At this time, by paying attention to the relationship between the thicknesses of the permanent magnets M and the opening angle of each permanent magnet M and examining the configuration of the permanent magnets M, the difference in the permeance coefficient can be efficiently reduced. Can be searched. Hereinafter, as an example, when the permanent magnets M are provided in two layers, the relationship between the thicknesses of the suitable permanent magnets M and the opening angle will be described.

[永久磁石が2層の場合の好適な構成]
永久磁石Mが外側磁石15と内側磁石16の2層で配置される場合に、それらの間のパーミアンス係数の差を小さくするためには、上でも説明したとおり、内側磁石16の厚さLm2を、外側磁石15の厚さLm1よりも大きくすればよい。さらに、各永久磁石15,16のパーミアンス係数は、それら永久磁石15,16の厚さLm1,Lm2のみならず、各永久磁石15,16の開角θM1,θM2、特に内側磁石16の開角θM2にも依存する。概ね、内側磁石16の開角θM2を大きくするほど、外側磁石15のパーミアンス係数が小さくなり、一方で内側磁石16のパーミアンス係数が大きくなる傾向がある。そして、内側磁石16の開角θM2の変化に対して、そのように逆の傾向を示す外側磁石15と内側磁石16のパーミアンス係数が、相互に等しくなる開角θM2が存在する。その2つの永久磁石15,16のパーミアンス係数が等しくなる時の開角θM2を、最適開角θoptとして見積もることができる。
[Preferable configuration when the permanent magnet has two layers]
When the permanent magnet M is arranged in two layers of the outer magnet 15 and the inner magnet 16, in order to reduce the difference in the permeance coefficient between them, as described above, the thickness of the inner magnet 16 is L m2. May be larger than the thickness L m1 of the outer magnet 15. Further, the permeance coefficient of each of the permanent magnets 15 and 16 is not limited to the thicknesses L m1 and L m2 of the permanent magnets 15 and 16, but also the opening angles θ M1 and θ M2 of the permanent magnets 15 and 16, especially the inner magnet 16. It also depends on the opening angle θ M2 of. Generally, as the opening angle θ M2 of the inner magnet 16 is increased, the permeance coefficient of the outer magnet 15 tends to be smaller, while the permeance coefficient of the inner magnet 16 tends to be larger. Then, there is an opening angle θ M2 in which the permeance coefficients of the outer magnet 15 and the inner magnet 16 showing the opposite tendency with respect to the change in the opening angle θ M2 of the inner magnet 16 are equal to each other. The opening angle θ M2 when the permeance coefficients of the two permanent magnets 15 and 16 are equal can be estimated as the optimum opening angle θ opt.

後の実施例に示されるように、最適開角θoptは、2つの永久磁石15,16の厚さの比率(厚さ比;Lm1/Lm2)によって変化し、2つの永久磁石15,16の厚さ比Lm1/Lm2の関数として表現することができる。そして、2つの永久磁石15,16のパーミアンス係数が、完全に等しくなくても、両者の間に所定の上限値の範囲内で差が存在することを許容する場合には、開角θM2の値に、最適開角θoptを中心として、範囲を設定することができる。 As shown in a later embodiment, the optimum opening angle θ opt varies depending on the thickness ratio (thickness ratio; L m1 / L m2 ) of the two permanent magnets 15, 16 and the two permanent magnets 15, It can be expressed as a function of a thickness ratio of 16 L m1 / L m2. Then, even if the permeance coefficients of the two permanent magnets 15 and 16 are not completely equal, if it is allowed that a difference exists within a predetermined upper limit value between the two permanent magnets, the opening angle θ M2 is set. A range can be set for the value centered on the optimum opening angle θ opt.

後の実施例から導かれるように、最適開角θoptは、厚さ比Lm1/Lm2の関数として、下の式2のように表現することができる。単位は電気角(°)である。
θopt=260(Lm1/Lm2−380(Lm1/Lm2+260(Lm1/Lm2)+14.5Pc+54.3 (2)
ここで、Pcは、2つの永久磁石15,16のパーミアンス係数Pc,Pcの平均値である。つまり、Pc=(Pc+Pc)/2である。
As derived from the later examples, the optimum opening angle θ opt can be expressed as the following equation 2 as a function of the thickness ratio L m1 / L m2. The unit is the electrical angle (°).
θ opt = 260 (L m1 / L m2) 3 -380 (L m1 / L m2) 2 +260 (L m1 / L m2) + 14.5Pc a +54.3 (2)
Here, Pc a is an average value of the permeance coefficient Pc 1, Pc 2 of the two permanent magnets 15, 16. That is, Pc a = (Pc 1 + Pc 2 ) / 2.

そして、2つの永久磁石15,16のパーミアンス係数の値の間に、上限値をBとして、差が存在することを許容するならば、内側磁石16の開角θM2を、式3のように表現することができる。
θopt−C・B/2≦θM2≦θopt+C・B/2 (3)
ここで、Cは定数であり、内側磁石16のパーミアンス係数に対する開角θM2の比例定数に対応する(θM2=C・Pc)。後の実施例に示すように、C=100とすることができる。B=0.1とするならば、開角θM2の範囲は、以下のようになる。
θopt−5°≦θM2≦θopt+5° (4)
また、2つの永久磁石15,16のパーミアンス係数の間の差を、上記のように、平均値Pcに対する比率についての上限値Aで表現する場合には、式3より、開角θM2の範囲は、下の式5のように表現することができる。
θopt−C・A・Pc/2≦θM2≦θopt+C・A・Pc/2 (5)
Then, if it is allowed that a difference exists between the values of the permeance coefficients of the two permanent magnets 15 and 16, with the upper limit value being B, the opening angle θ M2 of the inner magnet 16 is set as in Equation 3. Can be expressed.
θ opt −C ・ B / 2 ≦ θ M2 ≦ θ opt + C ・ B / 2 (3)
Here, C is a constant and corresponds to a constant proportional to the opening angle θ M2 with respect to the permeance coefficient of the inner magnet 16 (θ M2 = C · Pc 2 ). As shown in later examples, C = 100 can be set. If B = 0.1, the range of the opening angle θ M2 is as follows.
θ opt -5 ° ≤ θ M2 ≤ θ opt + 5 ° (4)
Further, the difference between the permeance coefficient of the two permanent magnets 15 and 16, as described above, when expressed in the upper limit value A for the ratio of the mean value Pc a, from equation 3, the opening angle theta M2 The range can be expressed as in Equation 5 below.
θ opt -C · A · Pc a / 2 ≦ θ M2 ≦ θ opt + C · A · Pc a / 2 (5)

上記式2によって、最適開角θoptを、2つの永久磁石15,16の厚さの比率Lm1/Lm2の関数として定め、さらに、式3または式5によって、最適開角θoptを中心とした許容範囲内に内側磁石16の開角θM2を設定することで、2つの永久磁石15,16のパーミアンス係数の差を所定の上限以下に収め、ロータ10全体として、不可逆減磁を小さく抑えることが可能となる。例えば、2つの永久磁石15,16の厚さの合計が定まっている時に、2つのパーミアンス係数の差を所定の上限以下に収めることができる厚さLm1,Lm2の分配比と、内側磁石16の開角θM2との組み合わせを、設定することができる。さらに、式2では、Lm1/Lm2のゼロ次の項に、2つの永久磁石15,16のパーミアンス係数の平均値Pcの寄与が含まれている。2つの永久磁石15,16のパーミアンス係数の値は、永久磁石15,16の磁束量や、逆磁界の大きさ等の要因によって変化するが、2つの永久磁石15,16のパーミアンス係数の平均値Pcを、式2に代入することで、それらの要因を考慮して、開角θM2と永久磁石15,16の厚さ比Lm1/Lm2の関係を定めることができる。例えば、使用する永久磁石15,16の厚さの合計や、材質を変更することで、永久磁石15,16の磁束量が変化し、また、ステータ30のコイルに流す電流量を変更することで、逆磁界の大きさが変化するが、それらの影響を、パーミアンス係数の大きさの変化の形で、式2に取り込むことができる。 The optimum opening angle θ opt is determined by the above equation 2 as a function of the ratio L m1 / L m2 of the thicknesses of the two permanent magnets 15 and 16, and further, the optimum opening angle θ opt is centered by the equation 3 or the equation 5. By setting the opening angle θ M2 of the inner magnet 16 within the permissible range, the difference between the permeance coefficients of the two permanent magnets 15 and 16 can be kept below a predetermined upper limit, and the irreversible demagnetization of the rotor 10 as a whole can be reduced. It becomes possible to suppress it. For example, when the total thickness of the two permanent magnets 15 and 16 is fixed, the distribution ratio of the thicknesses L m1 and L m2 that can keep the difference between the two permeance coefficients below a predetermined upper limit, and the inner magnet. The combination with the opening angle θ M2 of 16 can be set. Furthermore, in Formula 2, the zero-order term of L m1 / L m2, contribution of an average value Pc a permeance coefficient of the two permanent magnets 15 and 16 are included. The values of the permeance coefficients of the two permanent magnets 15 and 16 vary depending on factors such as the amount of magnetic flux of the permanent magnets 15 and 16 and the magnitude of the inverse magnetic field, but the average value of the permeance coefficients of the two permanent magnets 15 and 16 the Pc a, by substituting the equation 2, in consideration of those factors, it is possible to determine the relationship between the thickness ratio L m1 / L m2 opening angle theta M2 and the permanent magnets 15, 16. For example, by changing the total thickness of the permanent magnets 15 and 16 used and the material, the amount of magnetic flux of the permanent magnets 15 and 16 can be changed, and the amount of current flowing through the coil of the stator 30 can be changed. , The magnitude of the reverse magnetic field changes, and these effects can be incorporated into Equation 2 in the form of a change in the magnitude of the permeance coefficient.

以上のように、内側磁石16の開角θM2によって、2つの永久磁石15,16のパーミアンス係数の差の値が変化し、その開角θM2と、永久磁石15,16の厚さ比Lm1/Lm2との関係に基づいて、パーミアンス係数の差を所定の上限以下とする開角θM2を定めることができる。一方で、外側磁石15の開角θM1は、パーミアンス係数の差の値に大きな影響を与えるものではなく、上記式2によって内側磁石16の開角θM2の最適値として定まる最適開角θoptは、外側磁石15の開角θM1にほぼ依存しない。よって、外側磁石15の開角θM1は、特に限定されるものではなく、開角θM2を定めた内側磁石16よりもロータコア11の外周側に、所定の厚さLm1を有する外側磁石15を収められる範囲で、開角θM1を任意に設定すればよい。ただし、外側磁石15の開角θM1は、50°以上、さらには75°以上としておくことが好ましい。すると、モータ1において、エアギャップ50に形成される磁束密度分布の高調波成分が低減され、高調波に由来する振動や騒音を低減することができる。一方、外側磁石15の開角θM1は、120°以下、さらには105°以下としておくことが好ましい。すると、外側磁石15と内側磁石16の間に、十分な間隔を確保しやすく、永久磁石15,16を複数の層に配置することによるリラクタンストルク向上等の効果を、高めることができる。 As described above, the opening angle theta M2 of the inner magnet 16, the value of the difference in permeance coefficients of the two permanent magnets 15 and 16 is changed, and its opening angle theta M2, the thickness ratio of the permanent magnets 15, 16 L Based on the relationship with m1 / L m2 , it is possible to determine the opening angle θ M2 in which the difference in permeance coefficient is equal to or less than a predetermined upper limit. On the other hand, the opening angle θ M1 of the outer magnet 15 does not have a great influence on the value of the difference in the permeance coefficient, and the optimum opening angle θ opt determined as the optimum value of the opening angle θ M2 of the inner magnet 16 by the above equation 2. Does not depend on the opening angle θ M1 of the outer magnet 15. Therefore, the opening angle θ M1 of the outer magnet 15 is not particularly limited, and the outer magnet 15 having a predetermined thickness L m1 on the outer peripheral side of the rotor core 11 with respect to the inner magnet 16 having the opening angle θ M2 defined. The opening angle θ M1 may be arbitrarily set within the range in which the above can be accommodated. However, the opening angle θ M1 of the outer magnet 15 is preferably 50 ° or more, more preferably 75 ° or more. Then, in the motor 1, the harmonic component of the magnetic flux density distribution formed in the air gap 50 is reduced, and the vibration and noise caused by the harmonics can be reduced. On the other hand, the opening angle θ M1 of the outer magnet 15 is preferably 120 ° or less, more preferably 105 ° or less. Then, it is easy to secure a sufficient distance between the outer magnet 15 and the inner magnet 16, and the effect of improving the reluctance torque by arranging the permanent magnets 15 and 16 in a plurality of layers can be enhanced.

以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。ここでは、永久磁石を2層で配置する形態について、各永久磁石の厚さおよび開角を変化させた際のパーミアンス係数を、シミュレーションによって見積もったうえで、2つの永久磁石のパーミアンス係数の差を小さくすることができる構成について考察した。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples. Here, for the form in which the permanent magnets are arranged in two layers, the permeance coefficient when the thickness and opening angle of each permanent magnet are changed is estimated by simulation, and then the difference between the permeance coefficients of the two permanent magnets is calculated. The configuration that can be made smaller is considered.

[解析方法]
図1,2に示したように、ロータに2層の円弧形状の永久磁石が同心状に配置されたモデルを作成した。この際、2層の永久磁石の厚さ、およびそれぞれの開角を様々に変化させたモデルを作成した。そして、各モデルに対して、シミュレーションを行い、各永久磁石のパーミアンス係数を評価した。シミュレーションは、有限要素法(FEM)を用いた電磁界解析によって行った。
[analysis method]
As shown in FIGS. 1 and 2, a model was created in which two layers of arc-shaped permanent magnets were concentrically arranged on the rotor. At this time, a model was created in which the thickness of the two layers of permanent magnets and the opening angle of each were variously changed. Then, a simulation was performed for each model, and the permeance coefficient of each permanent magnet was evaluated. The simulation was performed by electromagnetic field analysis using the finite element method (FEM).

シミュレーションにおいて、2つの永久磁石の厚さの合計は、3.0mmを基本とした。2つの永久磁石の厚さおよび開角の他に、シミュレーションに用いたパラメータを、下の表1にまとめる。シミュレーションにおいては、巻線電流を変化させることで、逆磁界の大きさを、表1に示す逆磁界100%の場合を基本として、80%,100%,120%の3とおりに変化させた。

Figure 2021151142
In the simulation, the total thickness of the two permanent magnets was based on 3.0 mm. In addition to the thickness and opening angle of the two permanent magnets, the parameters used in the simulation are summarized in Table 1 below. In the simulation, the magnitude of the reverse magnetic field was changed in three ways of 80%, 100%, and 120% based on the case of 100% reverse magnetic field shown in Table 1 by changing the winding current.
Figure 2021151142

[解析結果]
(1)永久磁石の厚さおよび開角とパーミアンス係数の関係
まず、2層の永久磁石の厚さの合計を固定して、その厚さの分配比を様々に変化させるとともに、2つの永久磁石の開角θM1,θM2を変化させ、各永久磁石のパーミアンス係数がどのように変化するのかを確認した。ここで、外側磁石の厚さLm1を0.7mmから1.5mmの範囲で、0.1mm間隔で変化させるとともに、2層の永久磁石の厚さの合計が常に3.0mmとなるように、内側磁石の厚さLm2も変化させた。そして、各厚さの組に対して、外側磁石の開角θM1を、50°から110°の範囲で、4とおりに変化させるとともに、内側磁石の開角θM2についても、90°から165°の範囲で、約5°間隔で変化させた。逆磁界の大きさは、100%とした。
[Analysis result]
(1) Relationship between the thickness and opening angle of permanent magnets and the permeance coefficient First, the total thickness of the two layers of permanent magnets is fixed, the distribution ratio of the thickness is variously changed, and the two permanent magnets are used. It was confirmed how the permeance coefficient of each permanent magnet changes by changing the opening angles θ M1 and θ M2. Here, the thickness L m1 of the outer magnet is changed in the range of 0.7 mm to 1.5 mm at 0.1 mm intervals, and the total thickness of the two layers of permanent magnets is always 3.0 mm. , The thickness L m2 of the inner magnet was also changed. Then, for each set of thickness, the opening angle θ M1 of the outer magnet is changed in four ways in the range of 50 ° to 110 °, and the opening angle θ M2 of the inner magnet is also changed from 90 ° to 165 °. In the range of °, it was changed at intervals of about 5 °. The magnitude of the reverse magnetic field was set to 100%.

シミュレーション結果の一例として、図3に、Lm1=0.9mm,Lm2=2.1mm,θM1=59.5°の場合について、得られたパーミアンス係数の分布を示す。(a)はθM2=99.5°の場合、(b)はθM2=135.4°の場合を示している。図3(a)と図3(b)の大きな差として、図3(a)では、外側磁石のパーミアンス係数が、全域で1.0以上との大きな値となっているのに対し、内側磁石のパーミアンス係数は、0.6以下となっており、外側磁石と内側磁石で、パーミアンス係数に大きな差が生じている。一方で、図3(b)では、外側磁石と内側磁石のいずれでも、パーミアンス係数が、おおむね0.7〜0.9の範囲に収まっており、2つの永久磁石の間で、パーミアンス係数に大きな差は生じていない。また、図3(a),(b)のいずれにおいても、外側磁石および内側磁石のそれぞれの内部に、パーミアンス係数が分布を有しており、特に内側磁石の内部に、顕著なパーミアンス係数の分布が見られるが、図3(a)の場合に比べて、図3(b)の場合の方が、各永久磁石の内部におけるパーミアンス係数の分布の程度も、小さくなっている。このことから、図3(b)の場合の方が、図3(a)の場合に比べて、各永久磁石の内部、および2層の永久磁石の間のいずれにおいても、パーミアンス係数の差が小さくなっていることが分かる。以降、外側磁石および内側磁石のそれぞれの全域におけるパーミアンス係数の平均値に基づいて、2層の永久磁石のパーミアンス係数の差について議論する。 As an example of the simulation results, FIG. 3 shows the distribution of the obtained permeance coefficients in the cases of L m1 = 0.9 mm, L m2 = 2.1 mm, and θ M1 = 59.5 °. (A) shows the case of θ M2 = 99.5 °, and (b) shows the case of θ M2 = 135.4 °. As a big difference between FIGS. 3 (a) and 3 (b), in FIG. 3 (a), the permeance coefficient of the outer magnet is a large value of 1.0 or more in the entire area, whereas the inner magnet is The permeance coefficient of is 0.6 or less, and there is a large difference in the permeance coefficient between the outer magnet and the inner magnet. On the other hand, in FIG. 3B, the permeance coefficient of both the outer magnet and the inner magnet is generally in the range of 0.7 to 0.9, and the permeance coefficient is large between the two permanent magnets. There is no difference. Further, in both of FIGS. 3A and 3B, the permeance coefficient has a distribution inside each of the outer magnet and the inner magnet, and a remarkable distribution of the permeance coefficient is particularly provided inside the inner magnet. However, the degree of distribution of the permeance coefficient inside each permanent magnet is smaller in the case of FIG. 3 (b) than in the case of FIG. 3 (a). From this, in the case of FIG. 3 (b), the difference in the permeance coefficient is larger in both the inside of each permanent magnet and between the two layers of permanent magnets than in the case of FIG. 3 (a). You can see that it is getting smaller. Hereinafter, the difference in the permeance coefficients of the two layers of permanent magnets will be discussed based on the average value of the permeance coefficients in each of the outer and inner magnets.

図4〜6に、代表的な永久磁石の厚さの組について、開角θM1,θM2を変化させた場合に得られた、外側磁石(PM1)および内側磁石(PM2)のパーミアンス係数を示す。外側磁石の厚さLm1および内側磁石の厚さLm2を、図4ではLm1=0.9mm,Lm2=2.1mm、図5ではLm1=1.2mm,Lm2=1.8mm、図6ではLm1=1.5mm,Lm2=1.5mmとしている。なお、図4のθM1=59.5°のグラフで、最も左側のデータ点、および右から2番目のデータ点が、それぞれ図3(a),(b)の分布図に対応するものである。 FIGS. 4 to 6 show the permeance coefficients of the outer magnet (PM1) and the inner magnet (PM2) obtained when the opening angles θ M1 and θ M2 are changed for a typical set of permanent magnet thicknesses. show. The thickness L m1 of the outer magnet and the thickness L m2 of the inner magnet are shown in FIG. 4, L m1 = 0.9 mm, L m2 = 2.1 mm, and in FIG. 5, L m1 = 1.2 mm, L m2 = 1.8 mm. , In FIG. 6, L m1 = 1.5 mm and L m2 = 1.5 mm. In the graph of θ M1 = 59.5 ° in FIG. 4, the leftmost data point and the second data point from the right correspond to the distribution maps of FIGS. 3 (a) and 3 (b), respectively. be.

図4〜6の各グラフにおいては、外側磁石の開角θM1が大きい一部の場合を除いて、概ね、内側磁石の開角θM2が大きくなるのに伴って、外側磁石(PM1)のパーミアンス係数が低下し、内側磁石(PM2)のパーミアンス係数が上昇する傾向が見られている。図6のLm1=Lm2となっている形態においては、外側磁石の開角θM1の異なる4ついずれのグラフにおいても、外側磁石のパーミアンス係数の折れ線と、内側磁石のパーミアンス係数の折れ線が、交差していない。つまり、図示している範囲で、内側磁石の開角θM2を変化させたとしても、2層の永久磁石のパーミアンス係数を揃えることはできない。一方で、図4,5のLm1<Lm2である場合には、外側磁石の開角θM1の異なる4ついずれのグラフでも、外側磁石のパーミアンス係数の折れ線と、内側磁石のパーミアンス係数の折れ線が、内側磁石の開角θM2が90°から165°の範囲の中で、交差している。つまり、内側磁石の開角θM2を適切に選択することで、2層の永久磁石のパーミアンス係数を揃えることができる。この傾向は、図示を省略したものも含め、Lm1<Lm2となる全ての厚さの組において、得られた。なお、図4の交点は、図3(b)の条件に対応しており、交点においては、外側磁石と内側磁石の間、また各永久磁石の内部でのパーミアンス係数の分布が小さくなっていることが確認される。 In each of the graphs of FIGS. 4 to 6, the outer magnet (PM1) generally has a larger opening angle θ M2 as the inner magnet has a larger opening angle θ M1. There is a tendency that the permeance coefficient decreases and the permeance coefficient of the inner magnet (PM2) increases. In the form in which L m1 = L m2 in FIG. 6, the line of the permeance coefficient of the outer magnet and the line of the permeance coefficient of the inner magnet are shown in all four graphs having different opening angles θ M1 of the outer magnet. , Not intersecting. That is, even if the opening angle θ M2 of the inner magnet is changed within the range shown in the figure, the permeance coefficients of the two layers of permanent magnets cannot be made uniform. On the other hand, when L m1 <L m2 in FIGS. 4 and 5, in all four graphs with different opening angles θ M1 of the outer magnet, the line of the permeance coefficient of the outer magnet and the permeance coefficient of the inner magnet The polygonal lines intersect with the opening angle θ M2 of the inner magnet within the range of 90 ° to 165 °. That is, by appropriately selecting the opening angle θ M2 of the inner magnet, the permeance coefficients of the two layers of permanent magnets can be made uniform. This tendency was obtained in all the thickness sets where L m1 <L m2 , including those not shown. The intersection of FIG. 4 corresponds to the condition of FIG. 3 (b), and at the intersection, the distribution of the permeance coefficient between the outer magnet and the inner magnet and inside each permanent magnet is small. Is confirmed.

このことから、内側磁石の厚さを、外側磁石よりも厚くすることで、2層の永久磁石のパーミアンス係数を、相互に等しい状態か、それに近い状態とできることが分かる。2層の永久磁石のパーミアンス係数の差を小さくすることで、2層の永久磁石の両方を、バランスよく、不可逆減磁を起こしにくい状態とし、ロータ全体として、不可逆減磁に対する耐性を高めることができる。 From this, it can be seen that by making the thickness of the inner magnet thicker than that of the outer magnet, the permeance coefficients of the two layers of permanent magnets can be set to be equal to or close to each other. By reducing the difference in the permeance coefficient of the two-layer permanent magnets, it is possible to make both of the two-layer permanent magnets in a well-balanced state in which irreversible demagnetization is unlikely to occur, and to increase the resistance of the rotor as a whole to irreversible demagnetization. can.

図4,5の各グラフにおいて、外側磁石のパーミアンス係数の折れ線と、内側磁石のパーミアンス係数の折れ線の交点における開角θM2の値は、2つの永久磁石のパーミアンス係数が揃う際の開角θM2、つまり最適開角θoptとなる。図4および図5のそれぞれにおいて、外側磁石の開角θM1の異なる4つのグラフで、それぞれ、その最適開角θoptの値を読み取ると、外側磁石の開角θM1によらず、最適開角θoptが、10°程度の誤差範囲で、一定となっていることが分かる。つまり、外側磁石の開角θM1を特定の値に限定しなくても、内側磁石の開角θM2を最適化することができれば、2層の永久磁石のパーミアンス係数を揃えられることが分かる。図示を省略した他の厚さの組についても、概ね同様の結果が得られた。 In each graph of FIGS. 4 and 5, and the permeance coefficient of the outer magnet polygonal line, the value of the opening angle theta M2 at the intersection of fold lines of permeance coefficient of the inner magnet opening angle when the permeance coefficient of the two permanent magnets are aligned theta It becomes M2 , that is, the optimum opening angle θ opt. In each of FIGS. 4 and 5, when the value of the optimum opening angle θ opt is read from the four graphs having different opening angles θ M1 of the outer magnet, the optimum opening is performed regardless of the opening angle θ M1 of the outer magnet. It can be seen that the angle θ opt is constant within an error range of about 10 °. That is, it can be seen that if the opening angle θ M2 of the inner magnet can be optimized without limiting the opening angle θ M1 of the outer magnet to a specific value, the permeance coefficients of the two layers of permanent magnets can be made uniform. Similar results were obtained for other thickness sets (not shown).

2つの永久磁石のパーミアンス線の交点における開角θM2の値、つまり最適開角θoptの値を読み取り、外側磁石の開角θM1の異なる4とおりの場合について、その値を平均すると、図4では約128°、図5では約148°となっている。このことから、内側磁石の厚さLm2が小さい方が、内側磁石の開角θM2の最適値θoptが大きくなっていると言える。 The value of the opening angle θ M2 at the intersection of the permeance lines of the two permanent magnets, that is, the value of the optimum opening angle θ opt is read, and the values are averaged for four different cases of the opening angle θ M1 of the outer magnet. In No. 4, it is about 128 °, and in FIG. 5, it is about 148 °. From this, it can be said that the smaller the thickness L m2 of the inner magnet, the larger the optimum value θ opt of the opening angle θ M2 of the inner magnet.

図7に、Lm1<Lm2である全ての厚さの組について、同様にしてられた内側磁石の開角θM2の最適値θoptの値を、厚さ比Lm2/Lm1の関数として示す(逆磁界100%)。図7によると、開角θM2の最適値θoptは、全領域で、厚さ比Lm2/Lm1に対して単調減少となっている。つまり、図4と図5の比較で得られた、内側磁石の厚さLm2が小さい方が、開角θM2の最適値θoptが大きくなるという傾向が、全領域で確認される。図7には、逆磁界の大きさを変化させた場合についても、結果を示しているが、いずれの逆磁界についても、同様の単調減少の傾向が見られている。逆磁界が大きくなるほど、開角θM2の最適値が小さくなっているが、逆磁界が変化しても、単調減少カーブの形状は、ほぼ変化しておらず、概ね、縦軸方向に平行移動させたものとなっている。 In FIG. 7, for all the thickness sets where L m1 <L m2 , the optimum value θ opt of the opening angle θ M2 of the inner magnet is similarly set as a function of the thickness ratio L m2 / L m1 . (Reverse magnetic field 100%). According to FIG. 7, the optimum value θ opt of the opening angle θ M2 decreases monotonically with respect to the thickness ratio L m2 / L m1 in the entire region. That is, it is confirmed in the entire region that the optimum value θ opt of the opening angle θ M2 becomes larger when the thickness L m2 of the inner magnet is smaller, which is obtained by comparing FIGS. 4 and 5. FIG. 7 shows the results when the magnitude of the reverse magnetic field is changed, and the same monotonous decrease tendency is observed for all the reverse magnetic fields. The larger the reverse magnetic field, the smaller the optimum value of the opening angle θ M2. It has become the one that was made to do.

上記のように、図4および図5のそれぞれにおいて、外側磁石の開角θM1の値を変化させても、2つの永久磁石のパーミアンス係数の折れ線が交差する交点における内側磁石の開角θM2の値、つまり最適開角θoptの値は、10°程度の誤差で一定となっているが、その交点におけるパーミアンス係数の値も、ほぼ一定となっている。しかも、その交点におけるパーミアンス係数の値は、図4でも図5でも、約0.76となっており、永久磁石の厚さ比を変化させても、内側磁石の開角θM2の最適値θoptに対応するパーミアンス係数は、変化しないと言える。 As described above, in each of FIGS. 4 and 5, even if the value of the opening angle θ M1 of the outer magnet is changed, the opening angle θ M2 of the inner magnet at the intersection where the permeance coefficient break lines of the two permanent magnets intersect. The value of, that is, the value of the optimum opening angle θ opt is constant with an error of about 10 °, but the value of the permeance coefficient at the intersection is also almost constant. Moreover, the value of the permeance coefficient at the intersection is about 0.76 in both FIGS. 4 and 5, and even if the thickness ratio of the permanent magnet is changed, the optimum value θ of the opening angle θ M2 of the inner magnet is θ. It can be said that the permeance coefficient corresponding to opt does not change.

図8に、全ての厚さの組について、内側磁石の開角θM2の最適値θoptに対応するパーミアンス係数、つまり上記の交点におけるパーミアンス係数について、4とおりの開角θM1で平均した値を、厚さ比Lm2/Lm1の関数として表示している(逆磁界100%)。これによると、厚さ比Lm2/Lm1を変化させても、パーミアンス係数の値は、ほぼ変化しておらず、図4と図5の比較で得られた、開角θM2の最適値θoptに対応するパーミアンス係数は、永久磁石の厚さ比Lm2/Lm1によらず不変であるとの傾向が、全領域で確認される。表示したパーミアンス係数の平均値を全領域でとると、0.76となる(減磁界100%)。図8には、逆磁界の大きさを変化させた場合についても、結果を示しているが、いずれの逆磁界においても、同様に、永久磁石の厚さ比Lm2/Lm1によって、パーミアンス係数がほぼ変化しないという結果になっている。そのパーミアンス係数の値は、逆磁界が大きくなるほど、小さくなっている。 In FIG. 8, for all the thickness sets, the permeance coefficient corresponding to the optimum value θ opt of the opening angle θ M2 of the inner magnet, that is, the value obtained by averaging the permeance coefficient at the above intersection with four opening angles θ M1. Is displayed as a function of the thickness ratio L m2 / L m1 (reverse magnetic field 100%). According to this, even if the thickness ratio L m2 / L m1 was changed, the value of the permeance coefficient was almost unchanged, and the optimum value of the opening angle θ M2 obtained by comparing FIGS. 4 and 5 was obtained. It is confirmed that the permeance coefficient corresponding to θ opt tends to be invariant regardless of the thickness ratio L m2 / L m1 of the permanent magnets in the entire region. The average value of the displayed permeance coefficients in the entire region is 0.76 (100% demagnetizing field). FIG. 8 shows the results when the magnitude of the reverse magnetic field is changed. Similarly, in any of the reverse magnetic fields, the permeance coefficient is determined by the thickness ratio L m2 / L m1 of the permanent magnets. The result is that there is almost no change. The value of the permeance coefficient becomes smaller as the inverse magnetic field becomes larger.

以上の結果から、2つの永久磁石の厚さの関係を、Lm1<Lm2とし、さらに、内側磁石の開角θM2を、厚さ比Lm2/Lm1に応じた最適開角θoptに設定すれば、2つの永久磁石のパーミアンス係数を揃えられることが分かる。最適開角θoptは、厚さLm2を小さくするほど大きくなり、厚さ比Lm2/Lm1に対して単調減少の傾向を示す。一方、最適開角θoptに対応するパーミアンス係数は、厚さ比Lm2/Lm1を変化させても、ほぼ変化しない。 From the above results, the relationship between the thicknesses of the two permanent magnets is L m1 <L m2, and the opening angle θ M2 of the inner magnet is set to the optimum opening angle θ opt according to the thickness ratio L m2 / L m1. It can be seen that the permeance coefficients of the two permanent magnets can be aligned by setting to. Optimal opening angle theta opt is greater the smaller the thickness L m @ 2, a tendency of a monotonous decrease with respect to thickness ratio L m2 / L m1. On the other hand, the permeance coefficient corresponding to the optimum opening angle θ opt hardly changes even if the thickness ratio L m2 / L m1 is changed.

(2)内側磁石の開角の最適値の定式化
次に、内側磁石の開角θM2の最適値θoptを、2つの永久磁石の厚さの比率に対する関数として定式化する。図7において、厚さ比Lm2/Lm1が小さい領域で、開角θM2の最適値θoptの値が発散する傾向が見られるので、定式化しやすいように、横軸の厚さ比を、逆数であるLm1/Lm2としたグラフを、図9に示す。
(2) Formulation of the optimum value of the opening angle of the inner magnet Next, the optimum value θ opt of the opening angle θ M2 of the inner magnet is formulated as a function with respect to the ratio of the thicknesses of the two permanent magnets. In FIG. 7, in the region where the thickness ratio L m2 / L m1 is small, the optimum value θ opt of the opening angle θ M2 tends to diverge. Therefore, the thickness ratio on the horizontal axis is set so as to be easy to formulate. , The reciprocal of L m1 / L m2 is shown in FIG.

図9において、折れ線は、中途域において、傾きが一旦緩やかになる挙動を示している。そのような挙動を示す関数として、三次関数を挙げることができる。そこで、逆磁界100%の折れ線を3次関数(y=ax+bx+cx+d)で近似したものが、図9中の近似曲線となる。逆磁界が80%および120%の場合についても、3次関数のゼロ次の項dを変化させるだけで、同じ近似式を用いて、データ点をよく近似できる(図略)。そこで、ゼロ次の項dを逆磁界の関数として、図9の3つの折れ線をそれぞれ近似できる共通の3次の近似式を得ると、下の式6のようになる。単位は、電気角(°)である。
θopt=260(Lm1/Lm2−380(Lm1/Lm2+260(Lm1/Lm2)−4.38・H+86.0 (6)
ここで、Hは、kOeを単位とする逆磁界の大きさを表す。逆磁界の大きさは、100%の場合に、下の式7によって計算される値とした。
(3/2)0.5・I・N/(Lm1+Lm2)=4.57kOe (7)
ここで、Iは相巻線の電流振幅であり、25.45Aである。Nはコイルの巻数であり、35Tである。
In FIG. 9, the polygonal line shows a behavior in which the inclination becomes gentle once in the middle region. A cubic function can be mentioned as a function exhibiting such behavior. Therefore, the approximate curve in FIG. 9 is obtained by approximating the polygonal line of 100% of the inverse magnetic field with a cubic function (y = ax 3 + bx 2 + cx + d). Even when the inverse magnetic field is 80% and 120%, the data points can be well approximated by using the same approximation formula only by changing the zero-order term d of the cubic function (not shown). Therefore, when a common cubic approximation formula that can approximate each of the three polygonal lines in FIG. 9 is obtained by using the zero-order term d as a function of the inverse magnetic field, the following equation 6 is obtained. The unit is the electrical angle (°).
θ opt = 260 (L m1 / L m2 ) 3 380 (L m1 / L m2 ) 2 + 260 (L m1 / L m2 ) -4.38 · H + 86.0 (6)
Here, H represents the magnitude of the reverse magnetic field in units of kOe. The magnitude of the reverse magnetic field was set to the value calculated by the following equation 7 when the magnitude of the reverse magnetic field was 100%.
(3/2) 0.5 · I · N / (L m1 + L m2 ) = 4.57 kOe (7)
Here, I is the current amplitude of the phase winding, which is 25.45A. N is the number of turns of the coil, which is 35T.

以上より、2つの永久磁石の厚さLm1,Lm2を所定の比率とした際に、2つの永久磁石のパーミアンス係数を等しくする開角θM2の最適値θoptを、上記式6によって設定することができる。式6は、逆磁界の大きさが変化しても、適用することができる。 From the above, when the thicknesses L m1 and L m2 of the two permanent magnets are set to a predetermined ratio, the optimum value θ opt of the opening angle θ M2 that equalizes the permeance coefficients of the two permanent magnets is set by the above equation 6. can do. Equation 6 can be applied even if the magnitude of the reverse magnetic field changes.

上記の式6は、ステータコイルからの逆磁界の大きさを取り込んだものであるが、逆磁界の大きさの変化は、各永久磁石において、パーミアンス係数の変化として現れ、逆磁界が大きいほど、各永久磁石のパーミアンス係数の値が小さくなる。そこで、式6において、Lm1/Lm2のゼロ次の項への逆磁界(H)の寄与を、パーミアンス係数の寄与に変換して、式を書き直すことを試みる。この際、上で説明した図8のデータを用いる。図8には、永久磁石の厚さ比Lm2/Lm1に対して、開角θM2の最適値に対応するパーミアンス係数(図4,5の交点におけるパーミアンス係数)を示している。永久磁石の厚さ比Lm2/Lm1が変わっても、そのパーミアンス係数の値はほぼ変化しておらず、逆磁界の大きさの異なる3つの場合について、それぞれパーミアンス係数の平均値をとったものを、図10の横軸に示す。図10の縦軸には、式6のゼロ次の項である−4.38・H+86.0の大きさ、つまり図9のデータを近似した近似曲線における縦軸切片の値(単位:°)を示す。 The above equation 6 takes in the magnitude of the reverse magnetic field from the stator coil. The change in the magnitude of the reverse magnetic field appears as a change in the permeance coefficient in each permanent magnet, and the larger the reverse magnetic field, the more. The value of the permeance coefficient of each permanent magnet becomes smaller. Therefore, in Equation 6, we try to rewrite the equation by converting the contribution of the inverse magnetic field (H) to the zero-order term of L m1 / L m2 into the contribution of the permeance coefficient. At this time, the data of FIG. 8 described above is used. FIG. 8 shows the permeance coefficient (permeance coefficient at the intersection of FIGS. 4 and 5) corresponding to the optimum value of the opening angle θ M2 with respect to the thickness ratio L m2 / L m1 of the permanent magnet. Even if the thickness ratio L m2 / L m1 of the permanent magnet changed, the value of the permeance coefficient did not change, and the average value of the permeance coefficient was taken for each of the three cases with different magnitudes of the inverse magnetic field. The thing is shown on the horizontal axis of FIG. The vertical axis of FIG. 10 shows the magnitude of -4.38 · H + 86.0, which is the zero-order term of Equation 6, that is, the value of the vertical intercept in the approximate curve that approximates the data of FIG. 9 (unit: °). Is shown.

図10によると、逆磁界の大きさの異なる3つの場合のプロット点が、よく直線に乗っている。このことは、式6のLm1/Lm2のゼロ次の項を、逆磁界(H)の関数から、パーミアンス係数の関数へと書き換えられることを示している。図10の近似直線の式(切片=14.5・PC+54.3)を用いて、Lm1/Lm2のゼロ次の項を、パーミアンス係数の1次関数として、式6を書き直すと、上にも記載した式2が得られる。
θopt=260(Lm1/Lm2−380(Lm1/Lm2+260(Lm1/Lm2)+14.5Pc+54.3 (2)
ここで、Pcは、外側磁石と内側磁石の永久磁石のパーミアンス係数の平均値であり、2つの永久磁石のパーミアンス係数が等しくなる場合には、そのバーミアンス係数に対応する。
According to FIG. 10, the plot points of the three cases with different magnitudes of the reverse magnetic field are often on a straight line. This indicates that the zero-order term of L m1 / L m2 in Equation 6 can be rewritten from the function of the inverse magnetic field (H) to the function of the permeance coefficient. Using the equation of the approximate straight line in FIG. 10 (intercept = 14.5 · PC a +54.3), the equation 6 is rewritten with the zero-order term of L m1 / L m2 as the linear function of the permeance coefficient. Equation 2 also described above is obtained.
θ opt = 260 (L m1 / L m2) 3 -380 (L m1 / L m2) 2 +260 (L m1 / L m2) + 14.5Pc a +54.3 (2)
Here, Pc a is the average value of the permeance coefficient of the permanent magnets of the outer magnets and inner magnets, in the case where the permeance coefficient of the two permanent magnets are equal corresponds to the Bahamian scan coefficients.

このように、式2において、Lm1/Lm2のゼロ次の項を、パーミアンス係数の関数として表現することで、ステータコイルからの逆磁界の大きさ以外にも、2つの永久磁石のパーミアンス係数を変化させる要因があれば、それらの要因による影響を、パーミアンス係数の変化の形で取り込んで、内側磁石の開角θM2の最適値θoptを、永久磁石の厚さ比Lm1/Lm2の関数として、得ることができる。ステータコイルからの逆磁界以外に、永久磁石のパーミアンス係数を変化させる要因として、2層の永久磁石の合計の厚さの変化を挙げることができる。永久磁石の厚さの合計値を大きくすると、各永久磁石におけるパーミアンス係数が大きくなる。 Thus, in Equation 2, by expressing the zero-order term of L m1 / L m2 as a function of the permeance coefficient, the permeance coefficient of the two permanent magnets is expressed in addition to the magnitude of the inverse magnetic field from the stator coil. If there are factors that change, the effects of those factors are taken in the form of changes in the permeance coefficient, and the optimum value θ opt of the opening angle θ M2 of the inner magnet is set to the thickness ratio L m1 / L m2 of the permanent magnet. Can be obtained as a function of. In addition to the reverse magnetic field from the stator coil, a change in the total thickness of the two layers of permanent magnets can be mentioned as a factor that changes the permeance coefficient of the permanent magnets. Increasing the total thickness of the permanent magnets increases the permeance coefficient of each permanent magnet.

図11(a),(b)に、2層の永久磁石の厚さの合計を、上記の3.0mmの1.5分の1に対応する2.0mmとした場合について、内側磁石の開角θM2を変化させた際の、外側磁石(PM1)および内側磁石(PM2)のパーミアンス係数の変化を示す。(a)は、Lm1=0.6mm,Lm2=1.4mmとした場合、(b)はLm1=0.8mm,Lm2=1.2mmとした場合を示している。ステータコイルからの逆磁界の大きさは、(a)では、上記で永久磁石の厚さを3.0mmとしたシミュレーションにおける「80%」との減磁界に対応する値となっており、(b)では「120%」との減磁界に対応する値となっている。 In FIGS. 11 (a) and 11 (b), the inner magnet is opened when the total thickness of the two layers of permanent magnets is 2.0 mm, which corresponds to 1 / 1.5 of the above 3.0 mm. The change in the permeance coefficient of the outer magnet (PM1) and the inner magnet (PM2) when the angle θ M2 is changed is shown. (A) shows the case where L m1 = 0.6 mm and L m2 = 1.4 mm, and (b) shows the case where L m1 = 0.8 mm and L m2 = 1.2 mm. In (a), the magnitude of the reverse magnetic field from the stator coil is a value corresponding to the magnetic field reduction of "80%" in the simulation in which the thickness of the permanent magnet is 3.0 mm. ) Is a value corresponding to the demagnetizing field of "120%".

図11(a)からは、2本の折れ線の交点における開角θM2の値、つまり最適開角θoptを、137°と読み取ることができる。交点におけるパーミアンス係数の値は、1.06となっている。一方、式2に基づいて、つまり厚さLm1,Lm2の値と、パーミアンス係数Pcとして上記1.06との値を式2に代入して、最適開角θoptを計算すると、132°となる。この値は、上記の読み取り値と、5°の精度で一致している。一方、図11(b)からは、2本の折れ線の交点における開角θM2の値、つまり最適開角θoptを、145°と読み取ることができる。交点におけるパーミアンス係数の値は、0.545となっている。一方、式2に基づいて、最適開角θoptを計算すると、144°となる。この値は、上記の読み取り値と、1°の精度で一致している。 From FIG. 11A, the value of the opening angle θ M2 at the intersection of the two polygonal lines, that is, the optimum opening angle θ opt can be read as 137 °. The value of the permeance coefficient at the intersection is 1.06. On the other hand, based on Equation 2, i.e. the value of the thickness L m1, L m @ 2, the values of the 1.06 as permeance coefficient Pc a into equation 2 and calculates the optimum opening angle theta opt, 132 It becomes °. This value matches the above reading with an accuracy of 5 °. On the other hand, from FIG. 11B, the value of the opening angle θ M2 at the intersection of the two polygonal lines, that is, the optimum opening angle θ opt can be read as 145 °. The value of the permeance coefficient at the intersection is 0.545. On the other hand, when the optimum opening angle θ opt is calculated based on Equation 2, it becomes 144 °. This value matches the above reading with an accuracy of 1 °.

さらに、図11(c)に、2層の永久磁石の厚さの合計を、上記の3.0mmの1.5倍に対応する4.5mmとした場合について、内側磁石の開角θM2を変化させた際の、外側磁石および内側磁石のパーミアンス係数の変化を示す。Lm1=1.8mm,Lm2=2.7mmとした場合を示している。ステータコイルからの逆磁界の大きさは、上記で永久磁石の厚さを3.0mmとしたシミュレーションにおける「120%」との減磁界に対応する値となっている。 Further, in FIG. 11C, when the total thickness of the two layers of permanent magnets is 4.5 mm, which corresponds to 1.5 times the above 3.0 mm, the opening angle θ M2 of the inner magnet is set. The change in the permeance coefficient of the outer magnet and the inner magnet when changed is shown. The case where L m1 = 1.8 mm and L m2 = 2.7 mm is shown. The magnitude of the reverse magnetic field from the stator coil is a value corresponding to the magnetic field reduction of "120%" in the simulation in which the thickness of the permanent magnet is 3.0 mm.

図11(c)からは、2本の折れ線の交点における開角θM2の値、つまり最適開角θoptを、144°と読み取ることができる。交点におけるパーミアンス係数の値は、0.44となっている。一方、式2に基づいて、最適開角θoptを計算すると、142°となる。この値は、上記の読み取り値と、2°の精度で一致している。 From FIG. 11C, the value of the opening angle θ M2 at the intersection of the two polygonal lines, that is, the optimum opening angle θ opt can be read as 144 °. The value of the permeance coefficient at the intersection is 0.44. On the other hand, when the optimum opening angle θ opt is calculated based on Equation 2, it is 142 °. This value matches the above reading with an accuracy of 2 °.

以上のように、2層の永久磁石の厚さの合計を、上記の3.0mmよりも小さくした場合についても、大きくした場合についても、共通の式2によって、内側磁石の開角θM2の最適値θoptを、±5°程度の精度で、よく表現することができる。つまり、上記式2は、ステータコイルからの逆磁界の大きさを変化させたデータに基づいて、Lm1/Lm2のゼロ次の項を決定したものであるが、ステータコイルからの逆磁界に限らず、永久磁石の厚さの絶対値等、永久磁石におけるパーミアンス係数を変化させる要因を、式2のゼロ次の項に取り込んで、開角θM2の最適値θoptを決定することができる。 As described above, regardless of whether the total thickness of the two layers of permanent magnets is smaller or larger than the above 3.0 mm, the opening angle θ M2 of the inner magnet is determined by the common equation 2. The optimum value θ opt can be well expressed with an accuracy of about ± 5 °. That is, in the above equation 2, the zero-order term of L m1 / L m2 is determined based on the data obtained by changing the magnitude of the reverse magnetic field from the stator coil. Not limited to this, factors that change the permeance coefficient of the permanent magnet, such as the absolute value of the thickness of the permanent magnet, can be incorporated into the zero-order term of Equation 2 to determine the optimum value θ opt of the opening angle θ M2. ..

(3)内側磁石の開角θM2の許容範囲
上記において、2層の永久磁石のパーミアンス係数を揃えることができる内側磁石の開角θM2の最適値θoptを、式2を用いて永久磁石の厚さ比Lm1/Lm2の関数として表現できることが、明らかになった。ロータにおける不可逆減磁を最も抑制できるのは、そのように2層の永久磁石のパーミアンス係数が揃っている場合であるが、必ずしも、2層の永久磁石のパーミアンス係数が完全には揃っていなくても、不可逆減磁に対して、十分に高い耐性を得ることができる。そこで、内側磁石の開角θM2において、最適値θoptの周辺に、許容範囲を設けることを考える。
(3) Tolerance range of the opening angle θ M2 of the inner magnet In the above, the optimum value θ opt of the opening angle θ M2 of the inner magnet capable of aligning the permence coefficients of the two layers of permanent magnets is determined by using Equation 2 for the permanent magnet. It was clarified that it can be expressed as a function of the thickness ratio L m1 / L m2 of. The irreversible demagnetization in the rotor can be suppressed most when the permeance coefficients of the two layers of permanent magnets are the same, but the permeance coefficients of the two layers of permanent magnets are not always completely the same. However, it is possible to obtain a sufficiently high resistance to irreversible demagnetization. Therefore, it is considered that an allowable range is provided around the optimum value θ opt at the opening angle θ M2 of the inner magnet.

ここで、2層の永久磁石のパーミアンス係数の値の間に許容される差の上限が、Bである場合を想定する。この場合、最適値θoptに対応するパーミアンス係数、つまり図4,5,11等のグラフの交点におけるパーミアンス係数に対して、±B/2程度の範囲に、内側磁石の開角θM2を設定すればよいことになる。そこで、パーミアンス係数にして±2/Bとの範囲に対応する範囲を、内側磁石の開角θM2の値に付すことを考える。つまり、開角θM2と、内側磁石のパーミアンス係数Pcの間に、θM2=C・Pcとの比例関係が成り立つ場合に、許容される開角θM2の範囲を、式3のように表現することができる。
θopt−C・B/2≦θM2≦θopt+C・B/2 (3)
Here, it is assumed that the upper limit of the allowable difference between the values of the permeance coefficients of the two layers of permanent magnets is B. In this case, the opening angle θ M2 of the inner magnet is set within a range of about ± B / 2 with respect to the permeance coefficient corresponding to the optimum value θ opt, that is, the permeance coefficient at the intersection of the graphs in FIGS. You just have to do it. Therefore, it is considered that the range corresponding to the range of ± 2 / B as the permeance coefficient is assigned to the value of the opening angle θ M2 of the inner magnet. That is, when the proportional relationship of θ M2 = C · Pc 2 is established between the opening angle θ M2 and the permeance coefficient Pc 2 of the inner magnet, the allowable range of the opening angle θ M2 is as shown in Equation 3. Can be expressed in.
θ opt −C ・ B / 2 ≦ θ M2 ≦ θ opt + C ・ B / 2 (3)

内側磁石におけるパーミアンス係数Pcと開角θM2の間の比例定数Cを求めるために、図12に、永久磁石の厚さ比Lm1/Lm2を横軸にとり、内側磁石のパーミアンス係数Pcに対する開角θM2の傾き(ΔθM2/ΔPc)を縦軸に示す。各プロット点は、図4,5に示されるような、開角θM2を変化させた際の内側磁石(PM2)のパーミアンス係数Pcの折れ線に対して、全域を直線に近似して、傾きを計算したものに対応している。図12(a)は、θM1=約60°の場合、図12(b)はθM1=約75°の場合を示している。ここで、外側磁石の開角θM1について、「約」と表示しているのは、概ね±5°の領域であり、永久磁石の厚さ比Lm1/Lm2を変えてシミュレーションを行った際に、開角θM1が完全には揃っていないことを考慮したものである。図12(a),(b)には、それぞれ、3とおりの逆磁界についての結果を示している。 In order to obtain the proportionality constant C between the permeation coefficient Pc 2 in the inner magnet and the opening angle θ M2 , in FIG. 12, the thickness ratio L m1 / L m2 of the permanent magnet is taken as the horizontal axis, and the permence coefficient Pc 2 of the inner magnet is taken. The slope of the opening angle θ M2 with respect to the relative angle (Δθ M2 / ΔPc 2 ) is shown on the vertical axis. Each plot point is inclined by approximating the entire area to a straight line with respect to the polygonal line of the permeance coefficient Pc 2 of the inner magnet (PM2) when the opening angle θ M2 is changed, as shown in FIGS. Corresponds to the calculated one. FIG. 12A shows a case where θ M1 = about 60 °, and FIG. 12B shows a case where θ M1 = about 75 °. Here, regarding the opening angle θ M1 of the outer magnet, “about” is displayed in the region of approximately ± 5 °, and the simulation was performed by changing the thickness ratio L m1 / L m2 of the permanent magnet. At this time, it is taken into consideration that the opening angles θ M1 are not completely aligned. 12 (a) and 12 (b) show the results for each of the three reverse magnetic fields.

図12によると、(a),(b)いずれの場合においても、永久磁石の厚さ比Lm1/Lm2の全域で、また3ついずれの逆磁界においても、縦軸の値が、100°以上となっている。つまり、上記式3に代入すべき係数Cの値が、C≧100°であることが分かる。ここで、係数Cは、内側磁石の開角θM2に、許容可能な範囲を付すためのものであり、小さい値に設定しておいた方が、許容されない範囲にまで開角θM2を広げる事態を避けることができる。そこで、式3において、C=100°とすればよい。 According to FIG. 12, in both cases (a) and (b), the value on the vertical axis is 100 over the entire area of the permanent magnet thickness ratio L m1 / L m2 and in any of the three reverse magnetic fields. It is above °. That is, it can be seen that the value of the coefficient C to be substituted in the above equation 3 is C ≧ 100 °. Here, the coefficient C is for adding an acceptable range to the opening angle θ M2 of the inner magnet, and if it is set to a small value, the opening angle θ M2 is widened to an unacceptable range. You can avoid the situation. Therefore, in Equation 3, C = 100 ° may be set.

式3において、パーミアンス係数に設ける許容範囲Bを、0.1とすると、式3は、下の式4のようになる。
θopt−5°≦θM2≦θopt+5° (4)
つまり、内側磁石の開角θM2として、最適値θoptを中心とした±5°の範囲の値を許容することになる。図4,5の折れ線は、内側磁石の開角θM2を約5°ごとに変化させたものであるが、そのグラフにおいて、折れ線に若干のがたつきが見られており、開角θM2における許容範囲を、±5°とすることは、妥当であると解釈できる。よって、内側磁石の開角θM2を、式4のように、最適開角θoptを中心に±5°の範囲で設定すれば、2層の永久磁石を有するロータにおいて、不可逆減磁に対する耐性を、十分に高められると言える。
Assuming that the permeance coefficient B provided in the permeance coefficient is 0.1 in the formula 3, the formula 3 becomes as shown in the formula 4 below.
θ opt -5 ° ≤ θ M2 ≤ θ opt + 5 ° (4)
That is, as the opening angle θ M2 of the inner magnet, a value in the range of ± 5 ° centered on the optimum value θ opt is allowed. The polygonal lines in FIGS. 4 and 5 show the opening angle θ M2 of the inner magnet changed by about 5 °. In the graph, some rattling is observed in the polygonal line, and the opening angle θ M2 It can be interpreted that it is appropriate to set the permissible range in. Therefore, if the opening angle θ M2 of the inner magnet is set within a range of ± 5 ° around the optimum opening angle θ opt as in Equation 4, the rotor having two layers of permanent magnets is resistant to irreversible demagnetization. Can be said to be sufficiently enhanced.

さらに、B=0.1とのパーミアンス係数の絶対値についての許容範囲を、パーミアンス係数の大きさに対する割合Aで表示することを考える。図8に示されるように、逆磁界の大きさが100%である場合に、開角θM2の最適値θoptに対応するパーミアンス係数の値は、0.76である。B=0.1との誤差を、このパーミアンス係数に対する割合に変換すると、13%となる。よって、2層の永久磁石のパーミアンス係数の平均値Pcに対する割合としての許容誤差Aを、概ね15%としておけば、2層の永久磁石を有するロータにおいて、不可逆減磁に対する耐性を、十分に高められると言える。 Further, consider displaying the permissible range for the absolute value of the permeance coefficient with B = 0.1 as a ratio A to the magnitude of the permeance coefficient. As shown in FIG. 8, when the magnitude of the inverse magnetic field is 100%, the value of the permeance coefficient corresponding to the optimum value θ opt of the opening angle θ M2 is 0.76. When the error of B = 0.1 is converted into the ratio to this permeance coefficient, it becomes 13%. Therefore, if the tolerance A as a ratio of the permeance coefficient of the two-layer permanent magnets to the average value Pca is set to about 15%, the rotor having the two-layer permanent magnets has sufficient resistance to irreversible demagnetization. It can be said that it can be enhanced.

以上、本発明の実施形態について説明した。本発明は、これらの実施形態に特に限定されることなく、種々の改変を行うことが可能である。 The embodiment of the present invention has been described above. The present invention is not particularly limited to these embodiments, and various modifications can be made.

1 モータ(回転電気機械)
10 ロータ(永久磁石回転子)
11 ロータコア
15 外側磁石
16 内側磁石
30 ステータ(固定子)
m1 外側磁石の厚さ
m2 内側磁石の厚さ
M 永久磁石
R ロータコアの回転中心
S スロット
θM1 外側磁石の開角
θM2 内側磁石の開角
1 Motor (rotary electric machine)
10 Rotor (permanent magnet rotor)
11 Rotor core 15 Outer magnet 16 Inner magnet 30 Stator (stator)
L m1 Thickness of outer magnet L m2 Thickness of inner magnet M Permanent magnet R Center of rotation of rotor core S Slot θ M1 Opening angle of outer magnet θ M2 Opening angle of inner magnet

Claims (7)

ロータコアと、前記ロータコアに埋設され、磁極を構成する複数の永久磁石とを有する永久磁石回転子であって、
前記ロータコアの回転軸に直交する断面において、
前記複数の永久磁石は、それぞれ前記ロータコアの内周側に向かって凸の弧形状を有し、前記ロータコアの外周側から内周側に向かって、2層以上の層状に配列されており、
前記永久磁石の厚さが、前記ロータコアの内周側に配置された前記永久磁石ほど大きくなっており、
前記ロータコアの径方向に隣接する任意の2つの前記永久磁石のパーミアンス係数の差が、該2つの永久磁石のパーミアンス係数の平均値の15%以下である、永久磁石回転子。
A permanent magnet rotor having a rotor core and a plurality of permanent magnets embedded in the rotor core and forming magnetic poles.
In the cross section orthogonal to the rotation axis of the rotor core,
Each of the plurality of permanent magnets has a convex arc shape toward the inner peripheral side of the rotor core, and is arranged in a layered manner of two or more layers from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the rotor core.
The thickness of the permanent magnet is larger than that of the permanent magnet arranged on the inner peripheral side of the rotor core.
A permanent magnet rotor in which the difference between the permeance coefficients of any two permanent magnets adjacent to each other in the radial direction of the rotor core is 15% or less of the average value of the permeance coefficients of the two permanent magnets.
前記複数の永久磁石は、前記ロータコアの外周側から内周側に向かって、外側磁石と内側磁石の2層で配列されている、請求項1に記載の永久磁石回転子。 The permanent magnet rotor according to claim 1, wherein the plurality of permanent magnets are arranged in two layers of an outer magnet and an inner magnet from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the rotor core. 前記複数の永久磁石は、前記ロータコアの外周側から内周側に向かって、外側磁石と内側磁石の2層で配列されており、
前記内側磁石の開角を、電気角でθM2として、θopt−5°≦θM2≦θopt+5°である、請求項1または請求項2に記載の永久磁石回転子。
ここで、前記外側磁石および前記内側磁石の厚さを、それぞれLm1およびLm2とし、前記外側磁磁石と前記内側磁石のパーミアンス係数の平均値をPcとして、前記θoptは、°を単位として、
θopt=260(Lm1/Lm2−380(Lm1/Lm2+260(Lm1/Lm2)+14.5Pc+54.3である。
The plurality of permanent magnets are arranged in two layers, an outer magnet and an inner magnet, from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the rotor core.
The permanent magnet rotor according to claim 1 or 2, wherein the opening angle of the inner magnet is θ M2 in terms of electrical angle, and θ opt −5 ° ≦ θ M2 ≦ θ opt + 5 °.
Here, the outer magnet and the thickness of the inner magnet, and each L m1 and L m @ 2, the average value of the permeance coefficient of the inner magnet and the outer magnet as Pc a, the theta opt, the unit of ° As,
θ opt = 260 (L m1 / L m2) 3 -380 (L m1 / L m2) 2 +260 (L m1 / L m2) is + 14.5Pc a +54.3.
前記外側磁石の開角を、電気角でθM1として、50°≦θM1≦120°である、請求項3に記載の永久磁石回転子。 The permanent magnet rotor according to claim 3, wherein the opening angle of the outer magnet is θ M1 in terms of electrical angle, and 50 ° ≤ θ M1 ≤ 120 °. 前記複数の永久磁石は、同心の円弧形状を有している、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の永久磁石回転子。 The permanent magnet rotor according to any one of claims 1 to 4, wherein the plurality of permanent magnets have a concentric arcuate shape. 前記複数の永久磁石は、熱間塑性加工磁石である、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の永久磁石回転子。 The permanent magnet rotor according to any one of claims 1 to 5, wherein the plurality of permanent magnets are hot plastic working magnets. 請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の永久磁石回転子を有する回転電気機械。 A rotating electric machine having the permanent magnet rotor according to any one of claims 1 to 6.
JP2020050544A 2020-03-23 2020-03-23 Permanent magnet rotor and rotary electric machine Pending JP2021151142A (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020050544A JP2021151142A (en) 2020-03-23 2020-03-23 Permanent magnet rotor and rotary electric machine
CN202110308369.9A CN113437818A (en) 2020-03-23 2021-03-23 Permanent magnet rotor and rotating electrical machine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020050544A JP2021151142A (en) 2020-03-23 2020-03-23 Permanent magnet rotor and rotary electric machine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2021151142A true JP2021151142A (en) 2021-09-27

Family

ID=77752903

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020050544A Pending JP2021151142A (en) 2020-03-23 2020-03-23 Permanent magnet rotor and rotary electric machine

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2021151142A (en)
CN (1) CN113437818A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023007707A1 (en) * 2021-07-30 2023-02-02 川崎重工業株式会社 Rotor and motor

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114844259B (en) * 2022-05-13 2023-12-15 浙江新能机电科技有限公司 Motor rotor structure with high torque density

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023007707A1 (en) * 2021-07-30 2023-02-02 川崎重工業株式会社 Rotor and motor

Also Published As

Publication number Publication date
CN113437818A (en) 2021-09-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4214998B2 (en) Permanent magnet motor
TWI533564B (en) Permanent magnet type rotary motor
JP4250878B2 (en) Vernier type brushless motor
WO2011002043A1 (en) Permanent magnet type rotary electrical machine
JP2002354721A (en) Rotating electric machine comprising permanent magnet rotor
JP6002449B2 (en) Permanent magnet rotating electric machine, elevator hoisting machine
JPWO2019064801A1 (en) Permanent magnet type rotating electric machine
US6882080B2 (en) Permanent magnet synchronous motor
JP5332171B2 (en) Permanent magnet motor
JP2021151142A (en) Permanent magnet rotor and rotary electric machine
JPH0923598A (en) Magnet embedding type motor
JP2018011466A (en) Permanent-magnet embedded synchronous machine
JP2022178531A (en) motor
JP2018137853A (en) Embedded-magnet synchronous motor
JPWO2020059515A1 (en) Rotating machine
JP2009296796A (en) Rotating machine
JP7318567B2 (en) Rotating electric machine
JP7458699B2 (en) Variable magnetic flux rotating electric machine
JP7029124B2 (en) Permanent magnet rotor and rotating electric machine
JP2010279156A (en) Permanent magnet type rotating machine
JP2010246301A (en) Rotor for permanent magnet type motor
JP2016201960A (en) Embedded magnet type motor
JP7284503B2 (en) Variable magnetic force motor
JP7177442B2 (en) Permanent magnet rotors and rotating electrical machines
JP2018011450A (en) Permanent-magnet embedded synchronous machine

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220622

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20230530

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230704

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20230830

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20231011

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240130

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240401