JP2823817B2 - Permanent magnet embedded motor - Google Patents
Permanent magnet embedded motorInfo
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- JP2823817B2 JP2823817B2 JP7134023A JP13402395A JP2823817B2 JP 2823817 B2 JP2823817 B2 JP 2823817B2 JP 7134023 A JP7134023 A JP 7134023A JP 13402395 A JP13402395 A JP 13402395A JP 2823817 B2 JP2823817 B2 JP 2823817B2
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、永久磁石をロータ内部
に埋め込むことで、マグネットトルクに加えてリラクタ
ンストルクをも利用する永久磁石埋め込みモータに関す
るものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a permanent magnet embedded motor that uses a reluctance torque in addition to a magnet torque by embedding a permanent magnet in a rotor.
【０００２】[0002]
【従来の技術】近年、環境問題がクローズアップされて
きており省エネルギーの観点から小型・高効率・高出力
なモータとして、図７に示す従来の表面磁石モータ、す
なわち永久磁石１７をロータ３表面に貼り付けるモータ
に代わって、永久磁石をロータ内部に埋め込んで、マグ
ネットトルクに加えてリラクタンストルクを利用する永
久磁石埋め込みモータが注目されている。2. Description of the Related Art In recent years, environmental problems have been highlighted, and from the viewpoint of energy saving, a conventional surface magnet motor, that is, a permanent magnet 17 shown in FIG. A permanent magnet embedded motor that uses a reluctance torque in addition to a magnet torque by embedding a permanent magnet inside the rotor instead of the motor to be attached has attracted attention.
【０００３】図８は従来の永久磁石埋め込みモータを示
す。この永久磁石埋め込みモータは、高透磁率材の鉄心
あるいは積層珪素鋼板で構成されたロータコア３ａの内
部に、ロータ中心側に凸の円弧形状に形成された永久磁
石１７を埋め込んでロータ３を構成している。図８に示
すものは４極モータであって、４本の永久磁石１７がＮ
極、Ｓ極交互となるように、円周方向に配設されてい
る。５はステータ、６はティースである。FIG. 8 shows a conventional permanent magnet embedded motor. In this permanent magnet embedded motor, a rotor 3 is formed by embedding a permanent magnet 17 formed in a circular arc shape protruding toward the center of the rotor inside a rotor core 3a formed of an iron core of a high magnetic permeability material or a laminated silicon steel sheet. ing. FIG. 8 shows a four-pole motor in which four permanent magnets 17
The poles and the S poles are arranged in the circumferential direction so as to be alternated. 5 is a stator and 6 is a tooth.
【０００４】この様な構成にすることで、永久磁石１７
の中心とロータ中心とを結ぶ方向であるｄ軸方向のイン
ダクタンスＬｄと、ｄ軸に対し電気角で９０度回転した
方向であるｑ軸方向のインダクタンスＬｑに差が生じ、
永久磁石１７によるマグネットトルクに加えて、リラク
タンストルクも発生するようになる。この関係を示した
のが（１）式である。With such a configuration, the permanent magnet 17
A difference occurs between the inductance Ld in the d-axis direction which is the direction connecting the center of the rotor and the center of the rotor, and the inductance Lq in the q-axis direction which is a direction rotated by 90 electrical degrees with respect to the d-axis.
In addition to the magnet torque generated by the permanent magnet 17, reluctance torque is generated. Equation (1) shows this relationship.
【０００５】 Ｔ＝Ｐｎ｛Ψa*Ｉｑ＋１／２（Ｌｄ−Ｌｑ）＊Ｉｄ＊Ｉｑ｝・・・・・・（１） Ｐｎ：極対数 Ψa ：鎖交磁束 Ｌｄ：ｄ軸インダクタンス Ｌｑ：ｑ軸インダクタンス Ｉｑ：ｑ軸電流 Ｉｄ：ｄ軸電流 （１）式は、ｄｑ変換後の電圧方程式を示している。図
７に示す表面磁石モータでは、永久磁石の透磁率が空気
とほぼ等しいため、上式（１）の両インダクタンスＬ
ｄ、Ｌｑはほぼ等しい値となり、（１）式の｛ ｝内の
第２項に示されるリラクタンストルク分は発生しない。T = Pn {a * Iq + ／ (Ld−Lq) * Id * Iq} (1) Pn: number of pole pairs Ψa: flux linkage Ld: d-axis inductance Lq: q-axis inductance Iq: q-axis current Id: d-axis current Equation (1) shows a voltage equation after dq conversion. In the surface magnet motor shown in FIG. 7, since the magnetic permeability of the permanent magnet is substantially equal to that of air, the two inductances L of the above equation (1) are obtained.
d and Lq have substantially the same value, and the reluctance torque shown in the second term in {} of the equation (1) is not generated.
【０００６】しかし、永久磁石埋め込みモータでは、ｄ
軸方向は永久磁石１７の磁束の発生する方向であり、ｄ
軸方向の磁束の流れ２１は、図８に示すように、透磁率
が空気とほぼ同じ永久磁石部分を２回通過することとな
るため、磁気抵抗が大きくなりｄ軸インダクタンスＬｄ
は極めて小さくなる。一方、ｑ軸方向は永久磁石１７の
側面部方向を向くため、ｑ軸方向の磁束の流れ２２は、
図８に示すように、この磁石側面を通り抜けるため、磁
気抵抗は小さくなり、この結果ｑ軸インダクタンスＬｑ
は大きくなる。そのため、ｄ軸インダクタンスＬｄとｑ
軸インダクタンスＬｑに差が生じ、ｄ軸電流Ｉｄを流す
ことで（１）式の｛ ｝内の第２項に示されるリラクタ
ンストルクが発生する。However, in the permanent magnet embedded motor, d
The axial direction is the direction in which the magnetic flux of the permanent magnet 17 is generated.
As shown in FIG. 8, the flow 21 of the magnetic flux in the axial direction passes twice through the permanent magnet portion having substantially the same magnetic permeability as air, so that the magnetic resistance increases and the d-axis inductance Ld
Becomes extremely small. On the other hand, since the q-axis direction is directed to the side surface of the permanent magnet 17, the flow 22 of the magnetic flux in the q-axis direction is
As shown in FIG. 8, since the magnetic force passes through the side surface of the magnet, the magnetic resistance decreases, and as a result, the q-axis inductance Lq
Becomes larger. Therefore, the d-axis inductance Ld and q
A difference occurs in the shaft inductance Lq, and when the d-axis current Id flows, the reluctance torque shown in the second term in {} of the equation (1) is generated.
【０００７】この関係を、磁束ベクトル図で示したのが
図９である。マグネットトルクは磁束Ψa に電気的に直
角な方向の電流Ｉｑを掛け合わせることで発生する。同
様にリラクタンストルクはインダクタンスと電流によっ
て発生する磁束ＬｄＩｄ，ＬｑＩｑに各々電気的に直角
な電流Ｉｑ，Ｉｄを掛け合わせることで発生する。前記
マグネットトルクと、このマグネットトルクより小さい
リラクタンストルクとの２つを足しあわせたトルクが総
合トルクＴとなる。FIG. 9 shows this relationship in a magnetic flux vector diagram. The magnet torque is generated by multiplying the magnetic flux Ψa by a current Iq in a direction perpendicular to the electrical direction. Similarly, reluctance torque is generated by multiplying magnetic fluxes LdId and LqIq generated by inductance and current with currents Iq and Id, respectively, which are electrically perpendicular to each other. The torque obtained by adding two of the magnet torque and the reluctance torque smaller than the magnet torque is the total torque T.
【０００８】この総合トルクＴは、入力する電流位相β
に依存する。図１０は、同じ電流値Ｉo で電流位相βを
変化させた場合の、マグネットトルクとリラクタンスト
ルクおよびそれらを足しあわせた総合トルクの関係を示
したものである。マグネットトルクは電流位相０度で最
大値を示し、電流位相βを進めていくことで小さくなっ
てゆき、９０度で０となる。それに反して、リラクタン
ストルクは電流位相４５度で最大値を示すため、両者を
足しあわせた総合トルクは、電流位相０〜４５度の範囲
のポイントで最大値を示すこととなる。○印は、実験で
確認した結果であるが、（１）式で示される計算値と実
験値が良く一致している。[0008] This total torque T corresponds to the input current phase β.
Depends on. FIG. 10 shows the relationship between the magnet torque, the reluctance torque and the total torque obtained by adding them when the current phase β is changed at the same current value Io. The magnet torque shows the maximum value at the current phase of 0 degree, and decreases as the current phase β advances, and becomes 0 at 90 degrees. On the other hand, the reluctance torque shows the maximum value at the current phase of 45 degrees, so that the total torque obtained by adding the two shows the maximum value at a point in the current phase range of 0 to 45 degrees. The circles indicate the results confirmed by experiments, and the calculated values shown by the equation (1) and the experimental values are in good agreement.
【０００９】すなわち、同一電流では、永久磁石を埋め
込み構造にしてリラクタンストルクを利用する構造とし
たもののほうが、表面磁石モータに比較してより大きな
トルクを発生することを示している。[0009] That is, it is shown that, at the same current, a structure in which a permanent magnet is embedded and a structure utilizing reluctance torque is used generates a larger torque than a surface magnet motor.
【００１０】[0010]
【発明が解決しようとする課題】上記従来の永久磁石埋
め込みモータにおいては、ある程度のリラクタンストル
クを有効に利用することができるが、図８に示すよう
に、ｑ軸方向の磁束の流れ２２が、永久磁石１７の端面
部１７ａにじゃまをされてロータ内部に入り込むことが
できず、ほとんどが永久磁石１７の外周側部分１８を通
るだけとなるため、その磁束量は少なく、ｑ軸インダク
タンスＬｑを大きくすることができないという問題点が
あった。In the above-described conventional permanent magnet embedded motor, a certain degree of reluctance torque can be effectively used. However, as shown in FIG. Since the end face portion 17a of the permanent magnet 17 is disturbed and cannot enter the inside of the rotor, and almost only passes through the outer peripheral portion 18 of the permanent magnet 17, the amount of magnetic flux is small and the q-axis inductance Lq is increased. There was a problem that it was not possible.
【００１１】すでに述べたように、両インダクタンスＬ
ｑ、Ｌｄ（Ｌｄは僅小）の差が大きければ大きいほど、
同一電流で発生するリラクタンストルクは大きくなる
が、従来例においてはｑ軸インダクタンスＬｑをそれ程
大きくできず、従って両インダクタンスＬｑ、Ｌｄの差
を大きくできなかった。As already mentioned, both inductances L
The larger the difference between q and Ld (Ld is small),
Although the reluctance torque generated by the same current increases, the q-axis inductance Lq cannot be increased so much in the conventional example, and therefore, the difference between the two inductances Lq and Ld cannot be increased.
【００１２】そして同一量の永久磁石を使用する場合に
は、ｄ軸インダクタンスＬｄは物理的にそれほどの差は
発生しないが、ｑ軸インダクタンスＬｑは埋め込む永久
磁石の形態を工夫することにより、大きくできる可能性
がある。When the same amount of permanent magnet is used, the d-axis inductance Ld does not physically change so much, but the q-axis inductance Lq can be increased by devising the form of the permanent magnet to be embedded. there is a possibility.
【００１３】そこで本発明は、ｑ軸インダクタンスＬｑ
を可能な限り大きくする構造を採用することで、ｑ軸イ
ンダクタンスＬｑとｄ軸インダクタンスＬｄの差を可能
な限り大きくし、その結果同一電流で発生するリラクタ
ンストルクを最大限利用することで、高効率で高出力な
永久磁石埋め込みモータを提供することを目的としてい
る。Therefore, the present invention provides a q-axis inductance Lq
By increasing the difference between the q-axis inductance Lq and the d-axis inductance Ld as much as possible, thereby maximizing the reluctance torque generated by the same current, thereby achieving high efficiency. The purpose of the present invention is to provide a high-power permanent magnet embedded motor.
【００１４】[0014]
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、ロータ内部に永久磁石を埋め込む構造であ
り、マグネットトルクと、このマグネットトルクより小
さいリラクタンストルクとを足しあわせたトルクを利用
する永久磁石埋め込みモータにおいて、１極あたりの永
久磁石をロータ半径方向に２層以上に分割し、前記永久
磁石の夫々の端部がロータ外周に近接する位置まで伸び
るように構成し、前記永久磁石間に磁束の通路を設けた
ことを特徴とする。又本発明は、ロータ内部に永久磁石
を埋め込む構造であり、マグネットトルクと、このマグ
ネットトルクより小さいリラクタンストルクとを足しあ
わせたトルクを利用する永久磁石埋め込みモータにおい
て、１極あたりの永久磁石をロータ半径方向に２分割
し、外周側の永久磁石及び内周側の永久磁石の夫々の端
部がロータ外周に近接する位置まで伸びるように構成
し、外周側の永久磁石と内周側の永久磁石との間に磁束
の通路を設けたことを特徴とする。In order to achieve the above object, the present invention has a structure in which a permanent magnet is embedded in a rotor, and utilizes a torque obtained by adding a magnet torque and a reluctance torque smaller than the magnet torque. In the permanent magnet embedded motor, the permanent magnet per pole is divided into two or more layers in the radial direction of the rotor, and each end of the permanent magnet is extended to a position close to the outer periphery of the rotor. Characterized in that a magnetic flux passage is provided in the fin. Further, the present invention has a structure in which permanent magnets are embedded in the rotor. In a permanent magnet embedded motor using a torque obtained by adding a magnet torque and a reluctance torque smaller than the magnet torque, the permanent magnet per pole is used for the rotor. The rotor is divided into two parts in the radial direction, and each end of the outer peripheral permanent magnet and the inner peripheral permanent magnet is extended to a position close to the outer periphery of the rotor. And a path for a magnetic flux is provided between the first and second coils.
【００１５】本発明において、外周側の永久磁石及び内
周側の永久磁石が共にロータ中心側に凸の円弧形状に形
成されていると、好適である。In the present invention, it is preferable that both the outer peripheral permanent magnet and the inner peripheral permanent magnet are formed in an arc shape that is convex toward the center of the rotor.
【００１６】又本発明において、外周側の永久磁石と内
周側の永久磁石との間隔がほば一定幅となっており、更
にその間隔がステータのティース幅の１／３より大きく
設定されていると、好適である。In the present invention, the distance between the outer peripheral permanent magnet and the inner peripheral permanent magnet is substantially constant, and the distance is set to be larger than 1/3 of the teeth width of the stator. Is preferred.
【００１７】[0017]
【作用】本発明は上記構成によって、分割した外周側の
永久磁石と内周側の永久磁石の間に磁束を流す通路がで
きるため、磁気抵抗が小さくなりｑ軸インダクタンスＬ
ｑを非常に大きくすることが可能となる。そのため、同
一電流で発生するリラクタンストルクが、両インダクタ
ンスＬｄ、Ｌｑの差が大きくなった分、より有効に発生
することとなる。According to the present invention, a path for flowing a magnetic flux between the divided outer peripheral permanent magnet and the inner peripheral permanent magnet is formed by the above configuration, so that the magnetic resistance is reduced and the q-axis inductance L is reduced.
It becomes possible to make q very large. Therefore, the reluctance torque generated by the same current is generated more effectively because the difference between the two inductances Ld and Lq is increased.
【００１８】図３および図４は、本発明の２層マグネッ
ト構造埋め込みモータと従来の１層マグネット埋め込み
モータとの、ｑ軸方向の磁束の流れ易さを示したもので
ある。永久磁石を１極あたり１個使用する従来構造のモ
ータでは、磁石厚さが大きいため、図４に示すように、
ステータ巻線により発生した磁束１１がロータに入り込
もうとするのを永久磁石１７の端面１７ａがじゃまをし
ている。FIGS. 3 and 4 show the easiness of the flow of the magnetic flux in the q-axis direction between the two-layer magnet structure embedded motor of the present invention and the conventional one-layer magnet embedded motor. In the motor of the conventional structure using one permanent magnet per pole, the magnet thickness is large, so as shown in FIG.
The end face 17a of the permanent magnet 17 prevents the magnetic flux 11 generated by the stator winding from entering the rotor.
【００１９】一方、図３に示すように本発明の２層マグ
ネット埋め込みモータでは、外周側の永久磁石１と内周
側の永久磁石２の間に磁束の通路１０があるため、前記
ステータ巻線により発生した磁束１１は永久磁石にじゃ
まされることなく、この磁束の通路１０を通って反対側
の磁束の出口１２に、スムースに流れている。すなわ
ち、この磁束の流れ易さの違いが、ｑ軸インダクタンス
Ｌｑの大きさと比例し、磁束を良く通す本発明の２層マ
グネット埋め込みモータの方が、前記Ｌｑは大きくな
る。On the other hand, as shown in FIG. 3, in the two-layer magnet embedded motor of the present invention, since the magnetic flux path 10 exists between the outer peripheral permanent magnet 1 and the inner peripheral permanent magnet 2, The magnetic flux 11 generated by the magnetic flux flows smoothly through the magnetic flux passage 10 to the opposite magnetic flux outlet 12 without being disturbed by the permanent magnet. That is, the difference in the ease of flow of the magnetic flux is proportional to the magnitude of the q-axis inductance Lq, and the two-layer magnet embedded motor of the present invention, which passes the magnetic flux well, has a larger Lq.
【００２０】図５、図６は実際にモータが図のＫ方向に
回転している際の磁束の流れと量を示した図である。同
一電流であるにも関わらず、前記インダクタンスＬｑの
違いにより、図５に示す本発明の２層マグネット埋め込
みモータの方が、図６に示す従来構造のモータより多く
の磁束を発生していることが分かる。すなわち、磁束が
大きい分、トルクも多く発生していることとなる。FIGS. 5 and 6 show the flow and amount of magnetic flux when the motor is actually rotating in the direction K in the figure. Despite the same current, the two-layer magnet embedded motor of the present invention shown in FIG. 5 generates more magnetic flux than the conventional motor shown in FIG. 6 due to the difference in the inductance Lq. I understand. That is, the larger the magnetic flux, the more torque is generated.
【００２１】図１１は、マグネット層数と発生トルクの
関係を調査した結果である。定格出力７５０Ｗのモータ
で、一定電流・一定回転数での発生トルクを示してい
る。前述したように、従来の１層マグネット埋め込みモ
ータよりも、２層マグネットの方がｑ軸方向の磁束が内
外周の永久磁石の間を通るため磁気抵抗が小さくなり、
ｑ軸インダクタンスＬｑが大きくなる。一方、ｄ軸イン
ダクタンスＬｄは、磁石使用量が同じためほとんど変化
しない（しかも僅小である。）。その結果、ｑ軸インダ
クタンスＬｑとｄ軸インダクタンスＬｄの差が大きくな
り、同一電流で発生するリラクタンストルクが大きくな
った結果、マグネットトルクと足しあわされた総合トル
クは約１５％大きくなっている。FIG. 11 shows the result of investigation on the relationship between the number of magnet layers and the generated torque. It shows the generated torque at a constant current and a constant rotation speed in a motor with a rated output of 750 W. As described above, since the magnetic flux in the q-axis direction passes between the permanent magnets on the inner and outer circumferences, the magnetic resistance of the two-layer magnet is smaller than that of the conventional single-layer magnet embedded motor,
The q-axis inductance Lq increases. On the other hand, the d-axis inductance Ld hardly changes (and is small) because the magnet usage is the same. As a result, the difference between the q-axis inductance Lq and the d-axis inductance Ld increases, and the reluctance torque generated by the same current increases. As a result, the total torque added to the magnet torque increases by about 15%.
【００２２】しかし、更に永久磁石を３層、４層と分割
していくと、図１１に示すように、総合トルクはかえっ
て２層よりも低下してくる。However, when the permanent magnet is further divided into three layers and four layers, as shown in FIG. 11, the total torque decreases rather than two layers.
【００２３】図１２はマグネット層数とｑ軸インダクタ
ンスＬｑの関係に関して調査した結果がである。ｑ軸イ
ンダクタンスＬｑは、１層から２層にすることで５０％
程度大きく増加する。FIG. 12 shows the results of an investigation on the relationship between the number of magnet layers and the q-axis inductance Lq. The q-axis inductance Lq is 50% by changing from one layer to two layers.
It increases greatly.
【００２４】しかし、３層、４層とマグネット層数を増
加させていっても、Ｌｑは若干大きくなるが１層から２
層にしたほどの効果は無い。これは、永久磁石を２層に
分割してできたｑ軸方向の磁束の通路が磁気的に飽和し
なければ、それ以上永久磁石を多層にしてもｑ軸インダ
クタンスＬｑは大きくは変化しないことを示している。However, even if the number of magnet layers is increased to three layers or four layers, Lq is slightly increased, but Lq is slightly increased from one layer to two layers.
Not as effective as layered. This means that the q-axis inductance Lq does not change significantly even if the permanent magnets are further multilayered unless the magnetic flux path in the q-axis direction formed by dividing the permanent magnet into two layers is magnetically saturated. Is shown.
【００２５】一方、永久磁石が発生する磁束は、図１３
に１例を示すように２層が最も大きく発生し、それ以外
は小さくなっている。すなわち、マグネット分割数を多
くすれば、ｑ軸方向の磁束が通りやすくなるため、ｑ軸
インダクタンスＬｑは大きくなるが、３層以上では永久
磁石の厚さが薄くなってくるため、永久磁石の動作点が
低くなり発生する磁束量が低減し、マグネット磁束によ
って発生するマグネットトルクとｑ軸インダクタンスＬ
ｑとｄ軸インダクタンスＬｄの差で発生するリラクタン
ストルクの足しあわせで決まる総合発生トルクは、図１
１に示すように２層が最大でそれ以上でもそれ以下でも
低下する。On the other hand, the magnetic flux generated by the permanent magnet
As shown in FIG. 1, two layers have the largest size, and the others have smaller sizes. In other words, if the number of divided magnets is increased, the magnetic flux in the q-axis direction passes more easily, so that the q-axis inductance Lq increases. The point decreases, the amount of magnetic flux generated decreases, and the magnet torque generated by the magnet magnetic flux and the q-axis inductance L
The total generated torque determined by adding reluctance torque generated by the difference between q and d-axis inductance Ld is shown in FIG.
As shown in FIG. 1, the maximum of the two layers is reduced even if it is more or less.
【００２６】下記に示す（２）式に、磁石の動作点を決
定するパーミアンス係数Ｐの計算式を示す。The following equation (2) shows the equation for calculating the permeance coefficient P for determining the operating point of the magnet.
【００２７】[0027]
【数１】 (Equation 1)
【００２８】上記パーミアンス係数Ｐは、エアギャップ
長Ｌｇ、エアギャップ断面積Ａｇ、起磁力損失係数Ｋ
ｆ、漏れ係数Ｋｒが等しいとすると、磁石厚さＬｍに比
例し、磁石断面積Ａｍに反比例して変化する。図１４に
永久磁石のＢ−Ｈ（磁束密度−保磁力）カーブの第二象
限を示すが、従来の１層マグネットの動作点はＢ２点の
磁束密度で決定される。これを２層マグネット構造にす
ると、磁石厚さＬｍは小さくなるが、反対に磁石断面積
Ａｍは大きくなるため、差し引き磁石動作点Ｂ１はＢ２
と変わらないか、あるいは若干大きくなる。しかし、３
層以上にすると磁石厚さＬｍが薄くなる影響の方が大き
くなり、磁石動作点はＢ３の点のように小さくなってし
まう。The permeance coefficient P is defined by an air gap length Lg, an air gap sectional area Ag, and a magnetomotive force loss coefficient K
Assuming that f and the leakage coefficient Kr are equal, the ratio changes in proportion to the magnet thickness Lm and in inverse proportion to the magnet sectional area Am. FIG. 14 shows the second quadrant of the BH (magnetic flux density-coercive force) curve of the permanent magnet. The operating point of the conventional single-layer magnet is determined by the magnetic flux density at point B2. When this is made into a two-layer magnet structure, the magnet thickness Lm becomes smaller, but the magnet cross-sectional area Am becomes larger.
It is the same or slightly larger. But 3
If the number of layers is greater than the number of layers, the effect of reducing the magnet thickness Lm becomes greater, and the magnet operating point becomes smaller as indicated by B3.
【００２９】すなわち、永久磁石をロータ内部に埋め込
んで、ｑ軸インダクタンスＬｑとｄ軸インダクタンスＬ
ｄの差を大きくして、リラクタンストルクを利用するモ
ータにおいては、永久磁石を一極あたり２分割して２層
構成にすることが、（１）式に示すマグネットトルクお
よびリラクタンストルクの両方を最大限利用する最適構
造になり、同一電流で発生するトルクが大きくなりモー
タの性能を大幅に向上させることが可能となる。That is, the permanent magnet is embedded in the rotor, and the q-axis inductance Lq and the d-axis inductance Lq
In a motor utilizing reluctance torque by increasing the difference of d, it is necessary to divide the permanent magnet into two parts per pole to form a two-layer structure, so that both the magnet torque and the reluctance torque shown in the equation (1) are maximized. As a result, the torque generated by the same current increases, and the performance of the motor can be greatly improved.
【００３０】又本発明のように永久磁石を２層構成にす
ると、ステータのティースからロータに入りこむ磁束
が、内外周の永久磁石間に形成される磁束の通路に沿っ
てスムースに流れて他のティースに流出するので、永久
磁石の減磁を防ぐことができる。すなわち従来の表面磁
石モータや従来の一層の永久磁石埋め込みモータにおい
ては、前記ティースからロータに入り込むｑ軸方向の磁
束が、永久磁石に作用しやすく、永久磁束が減磁環境に
さらされる結果となり、減磁耐力に問題があったが、本
発明によればこの問題を解決し、永久磁石の減磁耐力を
向上させることができる。Further, when the permanent magnet has a two-layer structure as in the present invention, the magnetic flux entering the rotor from the teeth of the stator flows smoothly along the magnetic flux path formed between the permanent magnets on the inner and outer circumferences, and the other magnetic fluxes. Since it flows into the teeth, the demagnetization of the permanent magnet can be prevented. That is, in the conventional surface magnet motor and the conventional one layer permanent magnet embedded motor, the magnetic flux in the q-axis direction entering the rotor from the teeth easily acts on the permanent magnet, and the permanent magnetic flux is exposed to the demagnetizing environment, Although there was a problem in the demagnetization proof strength, according to the present invention, this problem can be solved and the demagnetization proof strength of the permanent magnet can be improved.
【００３１】[0031]
【実施例】以下本発明の実施例について、図面を参照し
ながら詳細に説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【００３２】図１及び図２に示す本発明の実施例は、４
極の永久磁石埋め込みモータに係るものである。The embodiment of the present invention shown in FIGS.
The present invention relates to a motor with embedded permanent magnets.
【００３３】ロータ３は、高透磁率材からなるロータコ
ア３ａに、Ｎ極、Ｓ極が交互となるように配置された４
組の永久磁石１、２を埋め込み、ロータ軸４に固着する
ことによって構成されている。１極あたりの永久磁石
は、ロータ半径方向に２分割され、外周側の永久磁石１
と内周側の永久磁石２とで構成されている。各永久磁石
１、２は、ロータ中心側に凸の円弧形状に形成され、夫
々の両端部１ａ、２ａはロータ外周に近接する位置まで
伸びている。そして外周側の永久磁石１と内周側の永久
磁石２との間隔は、ほぼ一定幅Ｍとなっていて、この間
隔部分にｑ軸方向の磁束が通る通路１０が形成されてい
る。The rotor 3 includes a rotor core 3a made of a material having high magnetic permeability, and N poles and S poles arranged alternately.
It is configured by embedding a set of permanent magnets 1 and 2 and fixing them to a rotor shaft 4. The permanent magnet per pole is divided into two in the radial direction of the rotor,
And the inner permanent magnet 2. Each of the permanent magnets 1 and 2 is formed in a circular arc shape protruding toward the center of the rotor, and both end portions 1a and 2a extend to positions near the outer periphery of the rotor. The interval between the outer peripheral permanent magnet 1 and the inner peripheral permanent magnet 2 has a substantially constant width M, and a passage 10 through which the magnetic flux in the q-axis direction passes is formed in this interval.
【００３４】ステータ５は、所定本数のティース６を備
え、各ティース６間にはステータ巻線（図示省略）が配
されて構成されている。前記ステータ巻線に交流電流が
与えられることで回転磁束が発生し、この回転磁束によ
り、ロータ３にはマグネットトルク及びリラクタンスト
ルクが作用し、ロータ３は回転駆動される。The stator 5 has a predetermined number of teeth 6, and a stator winding (not shown) is arranged between the teeth 6. When an alternating current is applied to the stator windings, a rotating magnetic flux is generated, and a magnet torque and a reluctance torque act on the rotor 3 by the rotating magnetic flux, so that the rotor 3 is driven to rotate.
【００３５】外周側の永久磁石１と内周側の永久磁石２
の間の幅Ｍは、永久磁石１、２の起磁力損失を考えれば
できうる限り小さいことが望まれる。しかし、ｑ軸イン
ダクタンスＬｑという観点からは、これを大きくするた
めに磁気飽和しない程度に大きいことが望まれる。An outer peripheral permanent magnet 1 and an inner peripheral permanent magnet 2
Is desirably as small as possible in consideration of the magnetomotive force loss of the permanent magnets 1 and 2. However, from the viewpoint of the q-axis inductance Lq, in order to increase the inductance, it is desired that the inductance is large enough not to cause magnetic saturation.
【００３６】そこで本実施例では、ステータ巻線に流れ
る電流により発生する磁束で飽和しない幅とするため、
前記幅Ｍを前記ティース６の幅Ｎの約１／２に設定して
いる。Therefore, in this embodiment, the width is set so as not to be saturated by the magnetic flux generated by the current flowing through the stator winding.
The width M is set to about １ ／ of the width N of the teeth 6.
【００３７】図１５は、前記幅Ｍとｑ軸インダクタンス
Ｌｑの関係を調査した結果である。FIG. 15 shows the result of investigation on the relationship between the width M and the q-axis inductance Lq.
【００３８】前記幅Ｍがティース６の幅Ｎの１／３より
小さくなると、ｑ軸インダクタンスＬｑは急激に小さく
なっている。一方、前記幅Ｍがティース６の幅Ｎより大
きくなっても、ｑ軸インダクタンスＬｑはほとんど変化
していない。そこでこの実験結果から、外周側の永久磁
石１と内周側の永久磁石２との間隔、すなわち前記幅Ｍ
はステータ６の幅Ｎの１／３より大きくすれば良いこと
が分かる。When the width M becomes smaller than 1/3 of the width N of the teeth 6, the q-axis inductance Lq decreases sharply. On the other hand, even when the width M becomes larger than the width N of the teeth 6, the q-axis inductance Lq hardly changes. Therefore, from the experimental results, the distance between the permanent magnet 1 on the outer peripheral side and the permanent magnet 2 on the inner peripheral side, that is, the width M
It can be understood that it is sufficient to make the width larger than 1/3 of the width N of the stator 6.
【００３９】内周側の永久磁石２は、発生磁束をできる
だけ大きくするために、磁極ピッチ（４極であれば９０
度）分できるだけ大きく構成し、かつ隣り合う永久磁石
１、１の隙間Ｓは、磁束の漏洩を小さくしてマグネット
トルクをできるだけ有効に使うために可能な限り小さく
すると、好適である。またコストを考えて、１極分の磁
石使用量を同じにするよう内外の永久磁石２、１を振り
分けると、よい。The inner permanent magnet 2 has a magnetic pole pitch (90 poles for four poles) in order to maximize the generated magnetic flux.
Preferably, the gap S between the adjacent permanent magnets 1 and 1 is made as small as possible in order to reduce the magnetic flux leakage and use the magnet torque as effectively as possible. Further, considering the cost, it is preferable to distribute the inner and outer permanent magnets 2 and 1 so that the magnet usage amount for one pole is the same.
【００４０】この様な構成にすれば、ｑ軸方向の磁束の
流れる通路１０が、モータ運転時磁気飽和しない程度に
確保されるため、ｑ軸インダクタンスＬｑは最大限大き
くすることが可能となり、またマグネット量も従来の１
層タイプと同量程度にするため、ｄ軸インダクタンスＬ
ｄは１層磁石と同じく小さく構成できる。すなわち、同
一磁石量でｄ軸インダクタンスＬｄは変化せず、ｑ軸イ
ンダクタンスＬｑは１５％以上大きくできるため、ｑ軸
インダクタンスＬｑとｄ軸インダクタンスＬｄの差で発
生するリラクタンストルクが最大限利用されることとな
る。With such a configuration, the passage 10 through which the magnetic flux in the q-axis direction flows is secured to a level that does not cause magnetic saturation during motor operation, so that the q-axis inductance Lq can be maximized. The magnet amount is the same as the conventional one
In order to make the same amount as the layer type, the d-axis inductance L
d can be made as small as a single-layer magnet. That is, the d-axis inductance Ld does not change with the same magnet amount, and the q-axis inductance Lq can be increased by 15% or more, so that the reluctance torque generated by the difference between the q-axis inductance Lq and the d-axis inductance Ld is maximally utilized. Becomes
【００４１】その結果、同一電流でモータを運転させた
場合、マグネットトルクもリラクタンストルクも最大限
利用できる最適なモータ構成とすることが可能となる。As a result, when the motors are operated with the same current, it is possible to obtain an optimum motor configuration that can utilize both the magnet torque and the reluctance torque to the maximum.
【００４２】上記実施例では、各永久磁石１、２をロー
タ中心側に凸の円弧形状に形成しているが、これらを他
の形状、たとえばロータ中心側に凸の∪形状などに形成
することができる。又上記実施例では各永久磁石１、２
はその端部１ａ、２ａに至るまですべてを永久磁石材で
構成しているが、前記端部１ａ、２ａを空隙部（空気
層）や合成樹脂充填層で構成し残部を永久磁石材で構成
してもよい。In the above embodiment, each of the permanent magnets 1 and 2 is formed in a circular arc shape convex toward the center of the rotor. However, these permanent magnets 1 and 2 may be formed in other shapes such as a ∪ shape convex toward the center of the rotor. Can be. In the above embodiment, each of the permanent magnets 1, 2
Is composed entirely of permanent magnet material up to its ends 1a, 2a. However, the ends 1a, 2a are composed of voids (air layers) or a synthetic resin-filled layer, and the remainder is composed of permanent magnet material. May be.
【００４３】[0043]
【発明の効果】本発明によれば、従来の永久磁石を１層
に構成したモータに比較して、ｑ軸インダクタンスによ
って発生するリラクタンストルクを大きくとることがで
き、マグネットトルクとリラクタンストルクの足しあわ
せで発生する総合トルクが最大になると共に、減磁耐力
を向上させることが可能な高トルク・高出力モータを提
供することができる。According to the present invention, the reluctance torque generated by the q-axis inductance can be increased as compared with a conventional motor having a permanent magnet in a single layer, and the sum of the magnet torque and the reluctance torque can be obtained. Thus, it is possible to provide a high-torque / high-output motor capable of maximizing the total torque generated by the motor and improving the demagnetization resistance.
【図１】本発明の実施例を示す断面図。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the present invention.
【図２】その一部拡大図。FIG. 2 is a partially enlarged view of FIG.
【図３】上記実施例のｑ軸方向の磁束の流れを示す解析
図。FIG. 3 is an analysis diagram showing a flow of a magnetic flux in the q-axis direction in the embodiment.
【図４】従来例のｑ軸方向の磁束の流れを示す解析図。FIG. 4 is an analysis diagram showing a flow of a magnetic flux in a q-axis direction in a conventional example.
【図５】上記実施例のモータ回転時の磁束の流れを示す
解析図。FIG. 5 is an analysis diagram showing a flow of a magnetic flux when the motor rotates in the embodiment.
【図６】従来例のモータ回転時の磁束の流れを示す解析
図。FIG. 6 is an analysis diagram showing the flow of magnetic flux when the motor rotates in a conventional example.
【図７】従来の表面磁石モータを示す断面図。FIG. 7 is a sectional view showing a conventional surface magnet motor.
【図８】従来の一層型永久磁石埋め込みモータを示す断
面図。FIG. 8 is a sectional view showing a conventional single-layer type permanent magnet embedded motor.
【図９】ｄ−ｑ変換した後の磁束ベクトル図。FIG. 9 is a magnetic flux vector diagram after dq conversion.
【図１０】電流位相とマグネットトルク、リラクタンス
トルク、総合トルクの関係を示すグラフ。FIG. 10 is a graph showing a relationship between a current phase and magnet torque, reluctance torque, and total torque.
【図１１】マグネット層数と発生トルクの関係を示すグ
ラフ。FIG. 11 is a graph showing the relationship between the number of magnet layers and the generated torque.
【図１２】マグネット層数とｑ軸インダクタンスの関係
を示すグラフ。FIG. 12 is a graph showing the relationship between the number of magnet layers and q-axis inductance.
【図１３】マグネット層数とマグネット磁束の関係を示
すグラフ。FIG. 13 is a graph showing the relationship between the number of magnet layers and magnet flux.
【図１４】永久磁石のＢ−Ｈカーブと磁石動作点の関係
を示すグラフ。FIG. 14 is a graph showing a relationship between a BH curve of a permanent magnet and a magnet operating point.
【図１５】内外永久磁石の間隔幅とｑ軸インダクタンス
の関係を示すグラフ。FIG. 15 is a graph showing the relationship between the gap width between the inner and outer permanent magnets and the q-axis inductance.
１ 内周側の永久磁石 ２ 外周側の永久磁石 ３ ロータ ３ａ ロータコア ５ ステータ ６ ティース １０ 磁束の通路 REFERENCE SIGNS LIST 1 inner permanent magnet 2 outer permanent magnet 3 rotor 3a rotor core 5 stator 6 teeth 10 magnetic flux path
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 浩 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 神藤 正行 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 浅野 能成 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 角谷 直之 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 米国特許4924130（ＵＳ，Ａ) 松井 信行、外２名，”リラクタンス トルクを利用した回転機”，電気学会論 文誌Ｄ，社団法人電気学会，平成６年８ 月，Ｖｏｌ．114−Ｄ，ｐ．824−832 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H02K 1/27 501──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (72) Inventor Hiroshi Ito 1006 Kadoma Kadoma, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Nosunari Asano 1006 Kadoma, Kadoma, Osaka Prefecture Inside Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. U.S. Pat. No. 4,924,130 (US, A) Nobuyuki Matsui, et al., "Rotating Machine Using Reluctance Torque", IEEJ Transactions on Journal D, The Institute of Electrical Engineers of Japan, August 1994, Vol. 114-D, p. 824-832 (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) H02K 1/27 501
Claims (8)
あり、マグネットトルクと、このマグネットトルクより
小さいリラクタンストルクとを足しあわせたトルクを利
用する永久磁石埋め込みモータにおいて、１極あたりの
永久磁石をロータ半径方向に２層以上に分割し、前記永
久磁石の夫々の端部がロータ外周に近接する位置まで伸
びるように構成し、前記永久磁石間に磁束の通路を設け
たことを特徴とする永久磁石埋め込みモータ。1. A structure in which a permanent magnet is embedded inside a rotor.
Yes, the magnet torque and from this magnet torque
Use the torque obtained by adding the small reluctance torque
The permanent magnet embedded motor for use to divide the permanent magnet per one pole in two or more layers in the rotor radial direction, the permanent
End of each of the permanent magnet is configured to extend to a position close to the rotor outer periphery, a permanent magnet embedded motor, characterized in that a magnetic flux path between the permanent magnets.
あり、マグネットトルクと、このマグネットトルクより
小さいリラクタンストルクとを足しあわせたトルクを利
用する永久磁石埋め込みモータにおいて、１極あたりの
永久磁石をロータ半径方向に２分割し、外周側の永久磁
石及び内周側の永久磁石の夫々の端部がロータ外周に近
接する位置まで伸びるように構成し、外周側の永久磁石
と内周側の永久磁石との間に磁束の通路を設けたことを
特徴とする永久磁石埋め込みモータ。2. A structure in which a permanent magnet is embedded in a rotor.
Yes, the magnet torque and from this magnet torque
Use the torque obtained by adding the small reluctance torque
Permanent magnet embedded motor
The permanent magnet is divided into two parts in the radial direction of the rotor.
The respective ends of the stone and the inner permanent magnet are close to the rotor outer circumference.
It is configured to extend to the position where it touches, and the permanent magnet on the outer peripheral side
That a magnetic flux path is provided between the magnet and the inner permanent magnet.
Features permanent magnet embedded motor.
が共にロータ中心側に凸の円弧形状に形成されている請
求項２記載の永久磁石埋め込みモータ。3. A 請 the outer peripheral side of the permanent magnets and the inner circumferential side of the permanent magnets are both formed in a circular arc shape convex to the rotor center side
The permanent magnet embedded motor according to claim 2.
の間隔がほぼ一定幅となっている請求項２又は３記載の
永久磁石埋め込みモータ。4. The permanent magnet embedded motor according to claim 2 , wherein a distance between the outer peripheral permanent magnet and the inner peripheral permanent magnet is substantially constant.
り大きく設定された請求項４記載の永久磁石埋め込みモ
ータ。5. The permanent magnet embedded motor according to claim 4, wherein the interval is set to be larger than 1/3 of the teeth width of the stator.
材質が永久磁石材で構成されている請求項１〜５のいず
れかに記載の永久磁石埋め込みモータ。 6. The permanent magnet is completely removed up to its end.
The material according to any one of claims 1 to 5, wherein the material is made of a permanent magnet material.
A permanent magnet embedded motor according to any one of the claims.
残部が永久磁石材で構成されている請求項１〜５のいず
れかに記載の永久磁石埋め込みモータ。 7. An end of the permanent magnet is constituted by an air layer.
The remaining part is made of a permanent magnet material.
A permanent magnet embedded motor according to any one of the claims.
構成され残部が永久磁石材で構成されている請求項１〜
５のいずれかに記載の永久磁石埋め込みモータ。 8. The permanent magnet has a synthetic resin filled layer at its end.
Claim 1 which is comprised and the remainder is comprised by the permanent magnet material.
5. The permanent magnet embedded motor according to any one of 5.
Priority Applications (8)
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