JP3342630B2 - Permanent magnet synchronous motor - Google Patents
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Landscapes
- Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、界磁用の永久磁石
を回転子に備えている永久磁石同期電動機に関するもの
である。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a permanent magnet synchronous motor provided with a permanent magnet for a field in a rotor.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、電動機の高トルク、高効率を目的
に、図7に示すような埋め込み磁石構造の永久磁石同期
電動機が提案されている。図7において、11はロー
タ、12は珪素鋼板から成るロータコア、13は永久磁
石、14は回転軸である。また、図7には、ステータ巻
線に流れる電流による磁束がロータ内部を通り抜ける通
路をd−q変換軸上で図示している。実線の矢印はd軸
方向のフラックスパス、2本ある破線の矢印はq軸フラ
ックスパスである。この2種類のパスについて考えてみ
ると、q軸フラックスパスは、ロータコアの鉄の部分を
通るため磁束が非常に通り易いが、d軸方向は透磁率が
ほぼ空気に等しい永久磁石の部分を2回通るため、磁束
が通り難くなっている。したがって、q軸インダクタン
スLqがd軸インダクタンスLdに対して大きくなり、
ロータに突極性が生じる。これにより、この種の電動機
は界磁用永久磁石によるマグネットトルクに加えて、q
軸、d軸方向のインダクタンスの差を利用するリラクタ
ンストルクを利用することができる。2. Description of the Related Art In recent years, a permanent magnet synchronous motor having an embedded magnet structure as shown in FIG. 7 has been proposed for the purpose of high torque and high efficiency of the motor. In FIG. 7, 11 is a rotor, 12 is a rotor core made of a silicon steel plate, 13 is a permanent magnet, and 14 is a rotating shaft. FIG. 7 illustrates, on a dq conversion axis, a path through which a magnetic flux due to a current flowing through the stator winding passes through the inside of the rotor. The solid arrow indicates the flux path in the d-axis direction, and the two broken arrows indicate the q-axis flux path. Considering these two types of paths, the q-axis flux path passes through the iron portion of the rotor core, so that the magnetic flux is very easy to pass through. However, in the d-axis direction, two permanent magnet portions whose permeability is almost equal to air are used. Since it passes around, it is difficult for the magnetic flux to pass. Therefore, the q-axis inductance Lq becomes larger than the d-axis inductance Ld,
The rotor has saliency. As a result, in addition to the magnet torque by the field permanent magnet, q
Reluctance torque utilizing the difference between the inductances in the axial and d-axis directions can be used.
【0003】なお、この永久磁石同期モータの出力トル
クTは、(1)〜(3)式により与えられる。The output torque T of the permanent magnet synchronous motor is given by the equations (1) to (3).
【0004】 T =Tm+Tr ・・・・(1) Tm=PφIcos β ・・・・(2) Tr=0.5P(Lq−Ld)I2 sin β ・・(3) ここで、Tmはマグネットトルク、Trはリラクタンス
トルク、Pは極対数、φは界磁用永久磁石による鎖交磁
束、Iは電流、βはq軸電流を基準とした電流Iの位
相、Lqはq軸インダクタンス、Ldはd軸インダクタ
ンスである。T = Tm + Tr (1) Tm = PφIcos β (2) Tr = 0.5P (Lq−Ld) I 2 sin β (3) where Tm is a magnet torque. , Tr is the reluctance torque, P is the number of pole pairs, φ is the flux linkage by the field permanent magnet, I is the current, β is the phase of the current I based on the q-axis current, Lq is the q-axis inductance, and Ld is d. This is the shaft inductance.
【0005】この種の同期電動機は、マグネットトルク
Tmに加えてリラクタンストルクTrを利用するもので
あり、リラクタンストルクTrを有効利用するために、
q軸インダクタンスLqを最大化するように様々なロー
タ構造が提案されている。その一例として図8に示すよ
うに永久磁石を多層化したものがある。図8は2層構造
の例を示し、21はロータ、22は珪素鋼板から成るロ
ータコア、23は永久磁石、24は回転軸である。[0005] This type of synchronous motor uses reluctance torque Tr in addition to magnet torque Tm. In order to effectively use reluctance torque Tr,
Various rotor structures have been proposed to maximize the q-axis inductance Lq. One example is a multilayer permanent magnet as shown in FIG. FIG. 8 shows an example of a two-layer structure, in which 21 is a rotor, 22 is a rotor core made of a silicon steel plate, 23 is a permanent magnet, and 24 is a rotating shaft.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図8に
示すような構成によってq軸インダクタンスを大きくし
たモータでは、低速域では同一電流で高トルク、高効率
を実現することができるが、高速域の負荷ポイントで
は、電機子反作用成分の影響によって必ずしも高トル
ク、高効率特性を実現するとは限らない。そこで、モー
タの定常負荷回転速度が高速域にあるような場合は、q
軸インダクタンスを適当に設定するためにロータコアや
磁石の形状を変える必要があり、定常負荷回転速度が異
なると、ロータを異なった構成に設計しなければならな
いという問題があった。However, in a motor in which the q-axis inductance is increased by the configuration shown in FIG. 8, high torque and high efficiency can be realized with the same current in a low speed region, but in a high speed region. At the load point, high torque and high efficiency characteristics are not always realized by the influence of the armature reaction component . Therefore, when the steady load rotation speed of the motor is in a high speed range, q
In order to properly set the shaft inductance, it is necessary to change the shapes of the rotor core and the magnet, and there is a problem that if the steady load rotation speed is different, the rotor must be designed in a different configuration.
【0007】本発明は、ロータの基本構成が同一のまま
でq軸インダクタンスを容易に調整でき、定常負荷回転
速度に最適なロータを実現できる永久磁石同期電動機を
提供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a permanent magnet synchronous motor capable of easily adjusting the q-axis inductance while keeping the basic configuration of the rotor and realizing a rotor optimal for a steady load rotation speed.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明の永久磁石同期電
動機は、ロータの内部に1極当たり複数層の永久磁石を
半径方向に並列させて埋め込んだ永久磁石同期電動機に
おいて、ロータにおける半径方向に並列する永久磁石間
に形成されたq軸フラックスパス上に磁束を通り難くす
る切除部を形成したものであり、その切除部の位置、形
状、大きさを適当に設定することによりq軸インダクタ
ンスを変え、定常負荷回転数に応じた最適なq軸インダ
クタンスを実現し、高トルク、高効率のモータを実現す
るようにしたものである。SUMMARY OF THE INVENTION A permanent magnet synchronous motor according to the present invention is a permanent magnet synchronous motor in which a plurality of layers of permanent magnets are embedded in the rotor in a radially parallel manner in one pole. Between permanent magnets in parallel
A cut-off portion is formed on the q-axis flux path formed to prevent the passage of magnetic flux. The q-axis inductance is changed by appropriately setting the position, shape, and size of the cut-off portion, and steady load rotation is performed. The present invention realizes an optimal q-axis inductance according to the number and realizes a motor with high torque and high efficiency.
【0009】切除部として、前記q軸フラックスパス上
にその断面積を減ずるスリット又は穴を形成すると、ロ
ータ内部で磁束が通り難くなってq軸インダクタンスを
変えることができる。また、前記q軸フラックスパス上
のロータ外周部にロータ内部に向けて切欠を形成する
と、q軸フラックスパス上のエアギャップ長が変わるこ
とによりq軸インダクタンスを変えることができる。ま
た、上記スリット又は穴と切欠の両者を併用することも
できる。If a slit or a hole is formed on the q-axis flux path to reduce its cross-sectional area as the cut-off portion, it becomes difficult for a magnetic flux to pass inside the rotor, and the q-axis inductance can be changed. Further, when a notch is formed in the outer peripheral portion of the rotor on the q-axis flux path toward the inside of the rotor, the q-axis inductance can be changed by changing the air gap length on the q-axis flux path. Further, both the slit or the hole and the notch can be used in combination.
【0010】[0010]
(第1の実施形態)以下、本発明の第1の実施形態につ
いて、図1〜図4を参照して説明する。(First Embodiment) Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
【0011】図1において、1はロータであり、珪素鋼
板から成るロータコア2、ロータコア2内に各極毎に半
径方向に平列させて2層に埋め込んだ永久磁石3、及び
回転軸4にて構成されている。永久磁石同期電動機は、
このロータ1の回転軸4を軸受(図示せず)回転自在に
支持するとともに、ロータ1の外周を取り囲むように配
設されたステータ巻線(図示せず)に電流を流して回転
磁界を形成し、ロータ1を回転駆動するように構成され
ている。In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a rotor, which comprises a rotor core 2 made of a silicon steel plate, a permanent magnet 3 embedded in two layers in the rotor core 2 in a radially parallel arrangement for each pole, and a rotating shaft 4. It is configured. Permanent magnet synchronous motor
The rotating shaft 4 of the rotor 1 is rotatably supported by a bearing (not shown), and a current flows through a stator winding (not shown) disposed to surround the outer periphery of the rotor 1 to form a rotating magnetic field. The rotor 1 is configured to be rotationally driven.
【0012】ステータ巻線に流れる電流による磁束がロ
ータ1内部を通り抜ける通路には、永久磁石3を貫通し
てその積層方向に通り抜けるd軸方向のフラックスパス
と、永久磁石3に沿ってd軸と電気角が直交する方向に
ロータコア2を通り抜けるq軸方向のフラックスパスと
があり、5は永久磁石3、3間の第1のq軸フラックス
パス、6はロータ外周と半径方向外側の永久磁石3の間
の第2のq軸フラックスパスである。In the path through which the magnetic flux generated by the current flowing through the stator winding passes through the inside of the rotor 1, a flux path in the d-axis direction penetrating through the permanent magnet 3 and passing in the laminating direction, and a d-axis along the permanent magnet 3. There is a flux path in the q-axis direction passing through the rotor core 2 in a direction in which the electrical angle is orthogonal, 5 is a permanent magnet 3, a first q-axis flux path between 3, and 6 is a permanent magnet 3 on the outer circumference of the rotor and the radially outer side. Is the second q-axis flux path between.
【0013】7は、第1のq軸フラックスパス5に形成
されたスリットであり、ステータ巻線に流れるq軸電流
による磁束の流れを阻止する役目を果たし、q軸インダ
クタンスLqを低下させる。このスリット7の内部は空
気でよいが、ロータ1の強度確保のために樹脂や非磁性
体の金属を充填しても構わない。Reference numeral 7 denotes a slit formed in the first q-axis flux path 5, which serves to prevent the flow of magnetic flux due to the q-axis current flowing through the stator winding, and reduces the q-axis inductance Lq. The inside of the slit 7 may be air, but may be filled with a resin or a non-magnetic metal to secure the strength of the rotor 1.
【0014】図2にスリット7を拡大して示し、図3に
スリット7の長さl(スリット7の幅wは一定とする)
と、q軸インダクタンスLq及びモータ効率ηとの関係
を示している。なお、図3において実線で示したモータ
効率ηは、回転速度が5000rpmのときの値を示し
ている。この図3から明らかなように、q軸インダクタ
ンスLqは、スリット長が0、つまりスリットが存在し
ない方が大きくなり、それによって同一電流で大きなト
ルクを得ることができる。回転速度が5000rpmで
は、スリット長さlが1mm程度のときにモータ効率η
が最大値を示している。一方、同一負荷において回転速
度が1000rpmの場合には、一点鎖線で示すよう
に、スリット長さlが0mmに近いときにモータ効率η
が最大値を示し、回転速度が10000rpmの場合に
は、二点鎖線で示すように、スリット長さlが1.5m
m以上のときにモータ効率ηが最大値を示すことにな
る。FIG. 2 shows an enlarged view of the slit 7, and FIG. 3 shows the length 1 of the slit 7 (the width w of the slit 7 is constant).
And the relationship between q-axis inductance Lq and motor efficiency η. Note that the motor efficiency η shown by a solid line in FIG. 3 indicates a value when the rotation speed is 5000 rpm. As is apparent from FIG. 3, the q-axis inductance Lq becomes larger when the slit length is 0, that is, when there is no slit, so that a large torque can be obtained with the same current. When the rotation speed is 5000 rpm, the motor efficiency η is obtained when the slit length 1 is about 1 mm.
Indicates the maximum value. On the other hand, when the rotational speed is 1000 rpm under the same load, as shown by the dashed line, when the slit length l is close to 0 mm, the motor efficiency η
Indicates the maximum value, and when the rotation speed is 10000 rpm, the slit length l is 1.5 m as indicated by the two-dot chain line.
When it is not less than m, the motor efficiency η shows the maximum value.
【0015】これは、q軸インダクタンスが大きくなる
と電機子反作用成分の影響も大きくなることによるもの
であり、高速域の負荷ポイントではq軸インダクタンス
Lqを最大化しても高効率特性を実現するとは限らない
ことを表している。そこで、モータの定常負荷回転速度
に応じてスリット7の長さlや幅wを任意に選択してq
軸インダクタンスを最適値に調整し、最大の効率を得る
ようにしている。This is because the effect of the armature reaction component increases as the q-axis inductance increases, and it is not always possible to achieve high efficiency characteristics at a load point in a high-speed range even if the q-axis inductance Lq is maximized. It means that there is no. Therefore, the length l and width w of the slit 7 are arbitrarily selected according to the steady load rotation speed of the motor, and q
The shaft inductance is adjusted to an optimum value to obtain the maximum efficiency.
【0016】図1の図示例では、第1のq軸フラックス
パス5にスリット7を形成したが、図4に示すように、
第2のq軸フラックスパス6にも円形の穴8を形成する
ことにより、同様の効果が付加される。In the example shown in FIG. 1, the slit 7 is formed in the first q-axis flux path 5, but as shown in FIG.
A similar effect is added by forming a circular hole 8 also in the second q-axis flux path 6.
【0017】なお、第1のq軸フラックスパス5に形成
する切除部の形状はスリット7に限定されるものではな
く、円形やその他の形状の穴でも良い。また、切除部の
位置も第1のq軸フラックスパス5上であれば良く、図
1や図4のように必ずしも永久磁石3の中央部付近にあ
る必要はない。[0017] The shape of the cut portion formed in the first q-axis flux path 5 is not limited to the slit 7, but it may also in holes of circular or other shapes. Further, the position of the excision portion only needs to be on the first q-axis flux path 5 , and need not necessarily be near the center of the permanent magnet 3 as shown in FIGS.
【0018】(第2の実施形態)次に、本発明の第2の
実施形態について、図5を参照して説明する。なお、上
記第1の実施形態と同一の構成要素については同一参照
符号を付して説明を省略する。(Second Embodiment) Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
【0019】本実施形態では、第1のq軸フラックスパ
ス5上のエアギャップ部、即ちロータコア2の外周部に
ロータ1内部に向けて切欠9を設けている。このように
切欠9によってエアギャップを大きくすることにより、
q軸インダクタンスを任意に調整でき、同様の効果を得
ることができる。 In this embodiment, a notch 9 is provided in the air gap portion on the first q-axis flux path 5, that is, the outer peripheral portion of the rotor core 2 toward the inside of the rotor 1. By increasing the air gap by the notch 9 in this way,
q-axis inductance can be arbitrarily adjusted, it is possible to obtain the same effect.
【0020】(第3の実施形態)次に、本発明の第3の
実施形態について、図6を参照して説明する。なお、上
記第1及び第2の実施形態と同一の構成要素については
同一参照符号を付して説明を省略する。Third Embodiment Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Note that the same components as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
【0021】本実施形態では、第1のq軸フラックスパ
ス5にスリット7を形成するとともに、第1のq軸フラ
ックスパス5上のエアギャップ部、即ちロータコア2の
外周部にロータ1内部に向けて切欠9を設け、スリット
7と切欠9の両方を設けている。この実施形態では第1
と第2の実施形態の作用を同時に得ることができるた
め、q軸インダクタンスの調整自由度が更に大きくな
る。In the present embodiment, the slit 7 is formed in the first q-axis flux path 5, and the air gap portion on the first q-axis flux path 5, that is, the outer periphery of the rotor core 2 is directed toward the inside of the rotor 1. The notch 9 is provided, and both the slit 7 and the notch 9 are provided. In this embodiment, the first
And the operation of the second embodiment can be simultaneously obtained, so that the degree of freedom in adjusting the q-axis inductance is further increased.
【0022】なお、上記実施形態ではロータに永久磁石
を2層に埋め込んだものを例示したが、3層以上の多層
構造のロータに適用しても同様の効果が得られる。In the above-described embodiment, a rotor in which permanent magnets are embedded in two layers is exemplified, but the same effect can be obtained by applying the present invention to a rotor having a multilayer structure of three or more layers.
【0023】[0023]
【発明の効果】本発明の永久磁石同期電動機によれば、
以上の説明から明らかなように、ロータの内部に1極当
たり複数層の永久磁石を半径方向に並列させて埋め込ん
だ永久磁石同期電動機において、ロータにおける半径方
向に並列する永久磁石間に形成されたq軸フラックスパ
ス上に磁束を通り難くする切除部を形成したので、その
切除部の位置、形状、大きさを適当に設定することによ
りq軸インダクタンスを変え、定常負荷回転数に応じた
最適なq軸インダクタンスを実現し、高トルク、高効率
のモータを実現できる。According to the permanent magnet synchronous motor of the present invention,
As is clear from the above description, in a permanent magnet synchronous motor in which a plurality of permanent magnets per pole are embedded in the rotor in parallel in the radial direction, the radial
Flux spa formed between permanent magnets parallel to each other
The cut-off portion that makes it difficult for magnetic flux to pass through is formed on the surface, so the q-axis inductance is changed by appropriately setting the position, shape, and size of the cut portion, and the optimal q-axis inductance according to the steady load rotation speed is changed. And a motor with high torque and high efficiency can be realized.
【0024】また、切除部として、永久磁石層間のq軸
フラックスパスにその断面積を減ずるスリット又は穴を
形成すると、ロータ内部で磁束が通り難くなってq軸イ
ンダクタンスを変えることができる。また、前記q軸フ
ラックスパス上のロータ外周部にロータ内部に向けて切
欠を形成すると、q軸フラックスパス上のエアギャップ
長が変わることによりq軸インダクタンスを変えること
ができる。また、上記スリット又は穴と切欠の両者を併
用するとq軸インダクタンスの調整自由度を大きくでき
る。When a slit or a hole for reducing the cross-sectional area is formed in the q-axis flux path between the permanent magnet layers as the cut-off portion, it becomes difficult for the magnetic flux to pass inside the rotor, and the q-axis inductance can be changed. In addition, the q-axis
When a notch is formed in the outer periphery of the rotor on the flux path toward the inside of the rotor, the q-axis inductance can be changed by changing the air gap length on the q-axis flux path. When both the slit or the hole and the notch are used together, the degree of freedom in adjusting the q-axis inductance can be increased.
【図1】本発明の永久磁石同期電動機の第1の実施形態
のロータの概略構成を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a schematic configuration of a rotor of a first embodiment of a permanent magnet synchronous motor of the present invention.
【図2】同実施形態のスリット部分の拡大断面図であ
る。FIG. 2 is an enlarged sectional view of a slit portion of the embodiment.
【図3】スリット長を変えたときのq軸インダクタンス
とモータ効率の変化を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing changes in q-axis inductance and motor efficiency when a slit length is changed.
【図4】同実施形態のロータの変形例の概略構成を示す
断面図である。FIG. 4 is a sectional view showing a schematic configuration of a modified example of the rotor of the embodiment.
【図5】本発明の永久磁石同期電動機の第2の実施形態
のロータの概略構成を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a rotor according to a second embodiment of the permanent magnet synchronous motor of the present invention.
【図6】本発明の永久磁石同期電動機の第3の実施形態
のロータの概略構成を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a rotor according to a third embodiment of the permanent magnet synchronous motor of the present invention.
【図7】従来例の永久磁石同期電動機のロータの概略構
成を示す断面図である。FIG. 7 is a sectional view showing a schematic configuration of a rotor of a conventional permanent magnet synchronous motor.
【図8】他の従来例の永久磁石同期電動機のロータの概
略構成を示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a rotor of another conventional permanent magnet synchronous motor.
1 ロータ 3 永久磁石 5 第1のq軸フラックスパス 6 第2のq軸フラックスパス 7 スリット 8 穴 9 切欠 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotor 3 Permanent magnet 5 1st q-axis flux path 6 2nd q-axis flux path 7 Slit 8 Hole 9 Notch
フロントページの続き (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 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 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 (56)参考文献 特開 平7−336917(JP,A) 特開 平5−191936(JP,A) 実開 平6−66277(JP,U) 実開 昭62−104560(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02K 1/27 H02K 1/22 Continuing from the front page (72) Inventor Masayuki Kato 1006 Kadoma, Kazuma, Osaka Prefecture Inside Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. ) Inventor Nosunari Asano 1006 Kadoma, Kazuma, Osaka Pref. Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (56) References JP-A-7-336917 (JP, A) JP-A-5-191936 (JP, A) 6-66277 (JP, U) Japanese Utility Model 62-104560 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H02K 1/27 H02K 1/22
Claims (4)
磁石を半径方向に並列させて埋め込んだ永久磁石同期電
動機において、ロータにおける半径方向に並列する永久
磁石間に形成されたq軸フラックスパス上に磁束を通り
難くする切除部を形成したことを特徴とする永久磁石同
期電動機。1. A permanent magnet synchronous motor in which a plurality of permanent magnets are embedded in a rotor in a plurality of layers per pole in a radial direction in a rotor.
A permanent magnet synchronous motor characterized in that a cut portion for preventing passage of magnetic flux is formed on a q-axis flux path formed between magnets.
上にその断面積を減ずるスリット又は穴を形成したこと
を特徴とする請求項1記載の永久磁石同期電動機。2. The permanent magnet synchronous motor according to claim 1, wherein a slit or a hole for reducing a cross-sectional area is formed on the q-axis flux path as a cutting part.
上のロータ外周部に、ロータ内部に向けて切欠を形成し
たことを特徴とする請求項1記載の永久磁石同期電動
機。3. The permanent magnet synchronous motor according to claim 1, wherein a notch is formed in the outer peripheral portion of the rotor on the q-axis flux path as a cut-out portion toward the inside of the rotor.
上にその断面積を減ずるスリット又は穴を形成するとと
もに、前記q軸フラックスパス上のロータ外周部に、ロ
ータ内部に向けて切欠を形成したことを特徴とする請求
項1記載の永久磁石同期電動機。 4. A slit or a hole for reducing a cross-sectional area of the q-axis flux path is formed on the q-axis flux path as an excision part, and the slit is formed on the q-axis flux path toward the inside of the rotor. The permanent magnet synchronous motor according to claim 1, wherein a notch is formed.
Priority Applications (1)
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JP09972196A JP3342630B2 (en) | 1996-04-22 | 1996-04-22 | Permanent magnet synchronous motor |
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