JP3597821B2

JP3597821B2 - Permanent magnet type reluctance type rotating electric machine

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Publication number: JP3597821B2
Application number: JP2002008911A
Authority: JP
Inventors: 和人堺
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-01-17
Filing date: 2002-01-17
Publication date: 2004-12-08
Anticipated expiration: 2017-10-31
Also published as: JP2002252939A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石式リラクタンス型回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リラクタンス型回転電機は一般に図１３に示すように、電機子コイル２を有する固定子１と、突極回転子３とで構成されるもので、回転子３に界磁を形成するコイルが不要であり、凹凸のある鉄心４のみで構成できる点に特徴があり、それゆえに、リラクタンス型回転電機は簡素な構造にして安価に製造できる利点がある。
【０００３】
このリラクタンス型回転電機の出力の発生原理について説明する。回転子３に凹凸があることにより、凸部で磁気抵抗が小となり、凹部で磁気抵抗が大となる。すなわち、凸部と凹部上の空隙部分で電機子コイル２に電流を流すことにより蓄えられる磁気エネルギが異なる。この磁気エネルギの変化によって出力が発生する。また凸部と凹部は物理幾何学的だけでなく、磁気的にも凹凸を形成できる（磁気抵抗、磁束密度分布が回転子３の位置により異なる）形状であればよい。
【０００４】
他の高性能な回転電機として、永久磁石回転電機がある。この場合、電機子はリラクタンス型回転電機と同様であるが、回転子は鉄心と回転子のほぼ全周にわたり永久磁石が配置されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の回転電機では、次のような問題点があった。図１３に示したようなリラクタンス型回転電機は、回転子鉄心４の表面の凹凸により回転位置に依存して磁気抵抗が異なる。この変化により磁気エネルギが変化して出力が得られる。しかしながら、電流が増加するのに伴って鉄心の凸部分において局部的な磁気飽和が拡大する。これにより、磁極間となる歯の凹の部分に漏れる磁束が増加して有効な磁束は減少し、出力は低下してしまい、高出力が得られなかった。
【０００６】
一方、他の方式の高出力の回転電機として高磁気エネルギ積の希土類永久磁石を適用した永久磁石回転電機では、回転子鉄心の表面に永久磁石を配置しているので界磁に高磁気エネルギ積の永久磁石を適用することにより、高磁界を電動機のエアギャップに形成できて小形、高出力が可能となる。しかしながら、永久磁石の磁束は一定であるので、高速回転時に電機子コイルに誘導される電圧は回転速度に比例して大きくなる。このため、高速回転までの広範囲の可変速運転を行おうとしても、界磁磁束を減らすことができないため、電源電圧を一定とする基底速度の２倍以上の定出力運転は困難であった。
【０００７】
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたもので、小形、高出力にして広範囲の可変速運転が可能な永久磁石式リラクタンス型回転電機を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、電機子コイルを有する固定子と、円筒形の回転子鉄心の内部の所定箇所に永久磁石を挿入した回転子とから成る永久磁石式リラクタンス型回転電機であって、前記回転子は、電機子磁束を容易に通過させ、磁気的に凸となる偶数の磁極部と電機子磁束を容易に通過させない磁気的に凹となる偶数の磁極間とを回転子回転方向に交互にかつ等幅に備え、前記磁極部それぞれは、それぞれの位置に存在する前記回転子鉄心のみによって形成し、前記磁極間それぞれは、その両側に位置し、隣接する磁極部それぞれの磁極軸に沿った方向に細長く形成された長方形状の第１の空洞部と、回転子の外周近くに位置し、回転子回転方向に細長く形成された長方形状の第２の空洞部とを有し、前記第１の空洞部それぞれに、隣接する磁極部の磁極軸に直交する方向に磁化され、当該磁極間から隣接する磁極部に侵入する電機子磁束を反発する第１の永久磁石を挿入し、前記第２の空洞部に回転子の径方向に磁化され、電機子磁束を反発する第２の永久磁石を挿入し、回転子回転方向の１つおきの磁極間それぞれにおいて、前記第１の永久磁石それぞれはＮ極同士を向かい合わせ、かつ前記第２の永久磁石はＳ極を回転子中心側に向かせ、前記回転子回転方向の残りの１つおきの磁極間それぞれにおいて、前記第１の永久磁石それぞれはＳ極同士を向かい合わせ、かつ前記第２の永久磁石はＮ極を回転子中心側に向かせることによって磁極間それぞれに配置された各永久磁石の磁束が互いに加え合せとなる方向にしたものである。
【０００９】
請求項１の発明の永久磁石式リラクタンス型回転電機では、その両側にそれら各々と隣接する磁極部の磁極軸に沿って長方形状の第１の空洞部を形成し、またその外周部近くに回転方向に沿って長方形状の第２の空洞部を形成し、第１の空洞部、第２の空洞部それぞれに永久磁石を配置し、磁極軸に沿って形成された第１の空洞部内の第１の永久磁石を磁極軸とほぼ直交する方向に磁化されたものとしているので、磁極間から磁極部に侵入する磁束を第１の永久磁石によって反発させ、さらに永久磁石の比透磁率がほぼ１であるので永久磁石方向の磁気抵抗を高くする働きをして、電機子コイルの磁束を磁極間はほとんど通らずに磁極部の回転子鉄心を通るように分布させる。また磁極間の外周に沿って形成された第２の空洞部内の第２の永久磁石も電機子コイルの磁束の侵入に反発し、磁極間への電機子コイルの磁束の侵入を阻止し、その大部分が回転子鉄心のみで構成される磁極部を主に通過するようにいっそう助長し、この結果、空隙磁束分布に磁気的に大きな凹凸を生じさせ、磁気エネルギ変化により大きなリラクタンストルクを発生する。また、磁極間の外周近くに位置する第２の永久磁石の磁束が電機子コイルと鎖交することによってトルクを発生することができ、これらのトルクの合計により高トルクを発生することができる。
【００１０】
他方、磁極軸に沿って形成された第１の空洞部に配置された永久磁石の磁束は回転子鉄心内で主に分布するため、電機子コイルと鎖交する磁束は回転子外周の第２の空洞部に配置された永久磁石による磁束がほとんど支配的である。したがって、本発明の永久磁石式リラクタンス型回転電機では、磁極間の外周のみに永久磁石があることから従来の永久磁石回転電機よりも永久磁石の表面積が狭くなり、永久磁石による鎖交磁束量も少なくなっている。そして外周部の永久磁石による鎖交磁束に、電機子電流（リラクタンスモータの励磁電流成分とトルク電流成分）による鎖交磁束が加わって端子電圧を誘導する。そこで、この励磁電流成分を調整することによって端子電圧を幅広く調整することができ、定電圧電源で広範囲の可変速運転が可能となる。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の永久磁石式リラクタンス型回転電機において、前記第２の空洞部が前記磁極間それぞれに複数個形成されたものであり、第２の空洞部に配置される永久磁石も複数個に分割されたものとなるので、磁極軸に沿った第１の空洞部に配置された永久磁石とほぼ同寸法の永久磁石を第２の空洞部に配置することができ、製造性が向上する。また、磁極外周辺部の鉄心を漏れる磁束量を複数個の外周部の永久磁石の配置によって調整することができる。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１又は２の永久磁石式リラクタンス型回転電機において、前記磁極間それぞれにおける前記第１の空洞部それぞれの回転子中心側の端部同士を結ぶ線上の位置に、回転子回転方向に細長い長方形状の第３の空洞部が形成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１又は２の永久磁石式リラクタンス型回転電機において、前記磁極間それぞれにおける前記第１の空洞部それぞれの回転子中心側の端部同士を結ぶ線上の位置に、円形状の第３の空洞部が形成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項３及び４の発明の永久磁石式リラクタンス型回転電機では、磁極軸に沿った第１の空洞部に配置されている永久磁石はほぼ磁極軸と直交する方向に磁化されているので磁極間から侵入する磁束を反発させ、さらに永久磁石の比透磁率がほぼ１であるので永久磁石方向の磁気抵抗を高くする作用をする。さらに、回転子鉄心の内周側にも第３の空洞部が形成されることによって、磁極間を中心軸とした磁束分布の磁路の磁気抵抗がさらに高くなる。したがって、電機子コイルの磁束は磁極間をほとんど通らずに磁極部の鉄心を通る分布となる。この結果、空隙磁束分布に凹凸ができるので、磁気エネルギ変化により大きなリラクタンストルクを発生する。また磁極間の周方向の第２の空洞部の永久磁石の磁束は電機子コイルと鎖交することによりトルクを生じる。したがって、これらのトルクの合計により高トルクを発生することができる。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項３又は４の永久磁石式リラクタンス型回転電機において、前記第３の空洞部に永久磁石が配置され、当該永久磁石が前記磁極間にある永久磁石と磁束が加え合せになる方向に磁化されたものであるので、内周側の第３の空洞部の永久磁石による磁束が加わるために永久磁石によって生じる磁束が大きくなり、コイルと鎖交する磁束が増加するのでフレミングの左手の法則によるトルクが増加し、高トルクを発生することができる。
【００１６】
請求項６の発明は、請求項３又は４の永久磁石式リラクタンス型回転電機において、前記第３の空洞部に導電性材が配置されたことを特徴とするものであり、導電性材により生じる渦電流によって回転電機の自己起動が可能となり、また高調波磁界による影響を導電性材に生じる渦電流によって抑制できる。
請求項７の発明は、請求項１〜６の永久磁石式リラクタンス型回転電機において、前記回転子鉄心は、電磁鋼板を積層したものを用いたことを特徴とするものであり、第１と第２の空洞部、そして第３の空洞部がある場合には第３の空洞部を形成する穴を型抜きで加工した電磁鋼板を積層するという製造方法を採用することができて製造性が向上し、また高調波磁界で鉄心表面に生じる渦電流をを減少させることができる。
【００１７】
請求項８の発明は、請求項１〜７の永久磁石式リラクタンス型回転電機において、前記回転子鉄心の軸方向端部に磁性エンドリングが配置されたことを特徴とするものである。
【００１８】
請求項９の発明は、請求項８の永久磁石式リラクタンス型回転電機において、前記回転子鉄心の軸方向端面と前記磁性エンドリングとの間に空隙が形成されていることを特徴とするものである。
【００１９】
請求項８及び９の発明の永久磁石式リラクタンス型回転電機では、電機子電流により、回転子外周部の第２の空洞部に配置された永久磁石の磁化方向と逆方向の電機子反作用磁界を与えたとき、この永久磁石の磁束の一部は軸方向を通り、磁性エンドリングを通って回転子で閉じた磁路を形成する。すなわち、効果的に漏れ磁束を生じさせることができ、電機子コイルとの鎖交磁束量を調整できるので端子電圧を電機子電流により容易に調整できる。そしてこの場合に、回転子鉄心の端面と磁性エンドリングとの空隙長の調整によって漏れ磁束と有効磁束との割合を調整することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図１は本発明の第１の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機の回転子の径方向断面を示している。この第１の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機は、４極の電機子コイル２を備えた固定子１と、円筒形の回転子鉄心４で成る回転子３とから構成される。
【００２１】
本発明の特徴部分となる回転子３の構造は次の通りである。回転子鉄心４は、円筒形状の軟鋼Ｓ４５Ｃ、または積層した円形状の珪素鋼板などの磁性材で構成されている。回転子鉄心４の各磁極軸に沿った方向には、磁極幅の間隔をあけて長方形状の空洞部５が形成されている。この実施の形態で４極電機子コイル２は４つの磁極が十字状に配置されているので、空洞部５は各磁極を両側から挟み込む位置に形成されることになる。さらに各磁極間の回転子鉄心４の外周に沿って長方形状の空洞部７が形成されている。これらの空洞部５，７にはＮｄＦｅＢ系の永久磁石６，８が挿入され、接着剤で固定されている。
【００２２】
これらの永久磁石６，８のうち、磁極軸に沿って配置される永久磁石６は磁極軸と直交する方向に磁化されており、磁極間外周に配置される永久磁石８は径方向に磁化されている。これらの磁化方向は、磁極間において、磁極軸に永久磁石６と回転子外周部の永久磁石８が発生する磁束が互いに加え合せとなる方向である。
【００２３】
この第１の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機は、次のように動作する。
【００２４】
＜高トルク発生のメカニズム＞
図２は磁極軸に沿った方向の電機子の磁束を示している。磁極部の回転子鉄心４を磁路とするために、この方向の磁路では磁気抵抗がきわめて小であり、磁束が流れやすい磁気的構成となっている。図３は磁極間の軸に沿った方向の電機子の磁束を示している。磁極軸に沿って形成された空洞部５に配置されている永久磁石６は、ほぼ磁極軸と直交する方向に磁化されているので、磁極間から侵入する磁束を反発する。磁極軸に沿った空洞部５にある永久磁石６は鉄心内周側で磁気的に短絡されているので、電機子磁束を反発する効果は大である。さらに、永久磁石の比透磁率がほぼ１であるので、このような永久磁石６を通過する磁路では磁気抵抗を高くする作用がある。したがって、電機子コイル２の磁束は磁極間をほとんど通らずに磁極部の鉄心を通るような分布となる。また磁極間の外周に配置された永久磁石８にも同様に電機子磁束の反発と高磁気抵抗にする作用がある。
【００２５】
この結果、空隙磁束分布に凹凸ができるので磁気エネルギ変化により大きなリラクタンストルクを発生する。これに加えて、磁極間の外周に配置された永久磁石８においては、永久磁石の磁束が電機子コイル２と鎖交することによりトルクを生じ、これらのトルクの合計により高トルクを発生することができるようになる。
【００２６】
＜広範囲の可変速運転が得られる端子電圧の調整幅＞
磁極軸に沿った永久磁石６の磁束は回転子鉄心４内で主に分布するため、電機子コイル２と鎖交する磁束は、回転子鉄心４の外周の永久磁石８による磁束がほとんど支配的である。したがって、本発明の永久磁石式リラクタンス型回転電機では、磁極間の外周のみに永久磁石８があることから、従来の永久磁石回転電機よりも永久磁石の表面積が狭くなり、永久磁石による鎖交磁束量も少なくなっている。磁極間の外周の永久磁石８による鎖交磁束に、電機子電流（リラクタンスモータの励磁電流成分とトルク電流成分）による鎖交磁束が加わって端子電圧を誘導する。そこで、この励磁電流成分を調整することによって端子電圧を幅広く調整することができる。すなわち、定電圧電源で広範囲の可変速運転が可能となるのである。
【００２７】
なお、ここで永久磁石の素材として、磁極軸に沿って磁極間を通る磁束を反発する作用の永久磁石６には低磁気エネルギ積のフェライト磁石を使用し、電機子コイル２と鎖交してトルクを発生する作用をする回転子鉄心４の外周部の永久磁石８には高磁気エネルギ積の希土類永久磁石、例えば、ＮｄＦｅＢ磁石を使用することによって高トルクを効果的に得ることができる。また磁極軸に沿って磁極間を通る磁束を反発する作用をする永久磁石６にはフェライト磁石を使用すれば、磁極軸に沿った永久磁石６は内周側の鉄心部を磁路として磁気的に短絡になるので、磁気エネルギ積の小さなフェライト磁石でも大きな磁界を形成することができ、十分なリラクタンストルクが得られる。
【００２８】
またこの磁極軸に沿った永久磁石６にはフェライト磁石に代えて、ボンド磁石を使用することもできる。このボンド磁石は低磁気エネルギ積であるが、磁極間を通る電機子磁束を十分に反発することができ、フェライト磁石の場合と同様の作用効果を得ることができる。同時に、ボンド磁石の場合に磁石粉を樹脂で固めて製作するので、形状の自由度があり、かつ鉄心４に射出成形等で一体に成形でき、製造が容易となる。
【００２９】
次に、本発明の第２の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機を、図４に基づいて説明する。第２の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機は、回転子鉄心４の外周部に形成する空洞部７を複数の小空洞部７ａ，７ｂに分割し、これらの分割された小空洞部７ａ，７ｂそれぞれに永久磁石８ａ，８ｂを挿入して接着固定した構造に特徴がある。永久磁石８ａ，８ｂはいずれも磁極軸に沿った方向に配置された永久磁石６と同一の寸法である。
【００３０】
この第２の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機では、回転子鉄心４の外周部の空洞部７を小空洞部７ａ，７ｂに分割し、それぞれに永久磁石８ａ，８ｂを配置するようにしたので、これらの永久磁石８ａ，８ｂとして小形のものを使用することができ、これに磁極軸に沿った方向に配置された永久磁石６と同一のものを使用することにより、部品種を削減することができ、製造性が向上する。また永久磁石８ａ，８ｂの外周から回転子鉄心４の外周までの距離となる鉄心外周部の厚みは、小空洞部７ａ，７ｂのなす角度、そしてそこに配置される２個の永久磁石８ａ，８ｂのなす角度を変えることによって調整することができ、これによって外周鉄心の径方向の厚みを調整することにより、鉄心の磁極間の外周辺部を漏れる磁束量が調整できる。
【００３１】
次に、本発明の第３の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機を、図５に基づいて説明する。第３の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機は、図１に示した第１の実施の形態と同様、４極の電機子コイル２を備えた固定子１と、回転子３から成る。そして、本発明の特徴部分となる回転子３の構造は、図５に示したものである。すなわち、回転子鉄心４は、円筒形状の軟鋼Ｓ４５Ｃ、または積層した円形状の珪素鋼板などの磁性材で構成されている。回転子鉄心４の各磁極軸に沿った方向には、磁極幅の間隔をあけて長方形状の空洞部５が形成されている。この実施の形態で４極電機子コイル２は４つの磁極が十字状に配置されているので、空洞部５は各磁極を両側から挟み込む位置に形成されることになる。また各磁極間の回転子鉄心４の外周に沿って長方形状の空洞部７が形成されている。さらに、磁極軸に沿った方向の２つの空洞部５，５を磁極間の内周側でつなぐように長方形状の空洞部９が回転子鉄心４に形成されていて、これらの４つの空洞部５，７，９が取り囲む領域は近似的に四角形になるような位置関係になっている。
【００３２】
そしてこれらの空洞部５，７，９のうち、内周側の空洞部９を除いた空洞部５，７にはＮｄＦｅＢ系の永久磁石６，８が挿入され、接着剤で固定されている。これらの永久磁石６，８のうち、磁極軸に沿って配置される永久磁石６は磁極軸と直交する方向に磁化されており、磁極間外周に配置される永久磁石８は径方向に磁化されている。これらの磁化方向は、磁極間において、磁極軸に永久磁石６と回転子外周部の永久磁石８が発生する磁束が互いに加え合せとなる方向である。
【００３３】
この第３の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機の動作を説明する。図２に示した第１の実施の形態の場合と同様に、この方向の磁路では、第３の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機でも磁極の鉄心が磁路となるので磁気抵抗はきわめて小さく、電機子の磁束が流れやすい磁気的構造となっている。
【００３４】
また図３に示した第１の実施の形態の場合と同様に、磁極間の軸に沿った方向の磁路では、磁極軸に沿った空洞部５にある永久磁石６はほぼ磁極軸と直交する方向に磁化されているので、磁極間から侵入する磁束を反発する。さらに永久磁石の比透磁率がほぼ１であるので、このような永久磁石６を通過する磁路では磁気抵抗を高くする作用がある。さらに、磁極間の内周側にも第３の空洞部９を形成したことによって、磁極間中央部の磁気抵抗も大となる。すなわち、電機子コイル２の磁束は磁極間をほとんど通らずに磁極部の鉄心を通るように分布する。また磁極間の外周に配置された永久磁石８にも同様に電機子磁束の反発と高磁気抵抗にする作用がある。
【００３５】
この結果、空隙磁束分布に凹凸ができるので磁気エネルギ変化により大きなリラクタンストルクを発生する。これに加えて、磁極間の外周に配置された永久磁石８においては、永久磁石の磁束が電機子コイル２と鎖交することによりトルクを生じ、これらのトルクの合計により高トルクを発生することができるようになる。
【００３６】
なお、第３の実施の形態では磁極間の内周側に第３の空洞部９として長方形状のものを形成し、３種類の空洞部５，７，９によって近似的に四角形領域を囲繞する配置にしたが、これに限らず、図６に示すように、磁極軸に沿った方向の２つの空洞部５，５を磁極間の内周側でつなぐように円形状の空洞部１０を回転子鉄心４に形成し、これらの３種類の空洞部５，７，１０によって近似的に三角形領域を囲繞する配置とすることもできる。
【００３７】
このような構造は、特に、小径の回転子、また径に対して極数が多い場合、磁極軸に沿った空洞部５の内周側の距離が狭くなるので、円形の空洞部１０を形成することにより強度的に強くすることができる。そして磁気的特性は図５に示した第３の実施の形態と同様の特性が得られる。
【００３８】
次に、本発明の第４の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機を、図７に基づいて説明する。第４の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機は、図５に示した第３の実施の形態において、さらに第３の空洞部９に対しても永久磁石１１を配置したことを特徴としている。
【００３９】
これらの空洞部５，７，９それぞれに配置されている永久磁石６，８，１１はすべてＮｄＦｅＢ系の永久磁石であり、空洞部に挿入して接着剤で固定している。そして磁化の方向は、磁極軸に沿った永久磁石６は磁極軸と直交する方向に磁化されており、磁極間の外周に配置された永久磁石８と内周側に配置された永久磁石１１とは径方向に磁化されている。これらの永久磁石の磁化方向は、各永久磁石６，８，１１が発生する磁束が互いに加え合せとなる方向である。
【００４０】
この第４の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機では、図５に示した第３の実施の形態と同様に、空隙磁束分布に凹凸ができて磁気エネルギ変化により大きなリラクタンストルクを発生し、また磁極間の外周に配置された永久磁石８においては、永久磁石の磁束が電機子コイル２と鎖交することによりトルクを生じ、これらのトルクの合計により高トルクを発生することができる。そしてこの作用効果に加えて、回転子鉄心４の磁極間内周側の空洞部９に永久磁石を配置した構造により、内周側の永久磁石１１による磁束が加えられるために永久磁石による磁束が大きくなり、コイルと鎖交する磁束が増加するのでフレミングの左手の法則によるトルクが増加する。
【００４１】
なお、図４に示した第２の実施の形態〜図７に示した第４の実施の形態において、永久磁石の材料として第１の実施の形態と同様に希土類磁石とフェライト磁石、あるいは希土類磁石とボンド磁石を用いることができ、これによって高トルクを効果的に得ることができるようになる。
【００４２】
次に、本発明の第５の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機を、図８に基づいて説明する。図８に示す第５の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機は、図５に示した第３の実施の形態、図７に示した第４の実施の形態と同様の空洞部５，７，９の配置にして、磁極間の外周部の空洞部７のみに永久磁石８を配置し、他の位置の空洞部７，９には永久磁石を配置しない構成にしている。
【００４３】
この第５の実施の形態の場合、磁極軸に沿った空洞部５には永久磁石を配置していないために永久磁石の反発作用がなくなり、磁極間を通る電機子コイル２の磁束の低減は空洞部５の高磁気抵抗による作用のみとなる。これによってトルクは減少するが、磁極軸に沿った永久磁石６が不要となるので構造が簡素になり、それだけ製造が容易となる。
【００４４】
なお、図８では内周側の第３の空洞部９も形成された回転子鉄心４において、磁極間の外周部の空洞部７のみに永久磁石８を配置した構造を示したが、これに限定されず、この第３の空洞部９が形成されていない図１に示した第１の実施の形態のような構造の回転子鉄心４に対しても、同様にその磁極間の外周部の空洞部７のみに永久磁石８を配置する構造とすることができ、また、図６に示した構造の回転子鉄心４に対しても、同様の構造とすることができる。
【００４５】
また空洞部５，７，９（又は１０）のうち、永久磁石が配置されていないもの、この実施の形態では空洞部５，９（又は１０）に対しては非磁性材を充填しておくことにより、空洞部が中実となって強度補強ができる。また永久磁石の配置されていない空洞部５，９（又は１０）に導電性の非磁性材を充填しておくことにより、導電物に生じる渦電流によって回転電機の自己始動が可能となり、また高調波磁界による影響を導電物に生じる渦電流によって抑制することもできるようになる。
【００４６】
次に、本発明の第６の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機を、図９に基づいて説明する。第６の実施の形態の特徴の永久磁石式リラクタンス型回転電機は、図５に示した第３の実施の形態、図７に示した第４の実施の形態と同様の空洞部５，７，９の配置にして、磁極軸に沿った空洞部５のみに永久磁石６を配置し、他の位置の空洞部７，９には永久磁石を配置しない構成にしている。
【００４７】
この第６の実施の形態の場合、永久磁石の磁束が電機子コイル２と鎖交して生じるトルクがほとんどなくなるので、リラクタンストルクが主となる。この結果、トルクは減少するが、回転子鉄心４の外周の永久磁石８が不要となって構造が簡素になり、それだけ製造が容易となる。
【００４８】
なお、図９では内周側の第３の空洞部９も形成された回転子鉄心４において、磁極軸に沿った空洞部５のみに永久磁石６を配置した構造を示したが、これに限定されず、この第３の空洞部９が形成されていない図１に示した第１の実施の形態のような構造の回転子鉄心４に対しても、同様にその磁極軸に沿った空洞部５のみに永久磁石６を配置する構造とすることができ、また、図６に示した構造の回転子鉄心４に対しても、同様の構造とすることができる。
【００４９】
またこの第６の実施の形態にあっても、空洞部５，７，９（又は１０）のうち、永久磁石が配置されていない空洞部７，９（又は１０）に対しては非磁性材を充填しておくことにより、空洞部が中実となって強度補強ができる。また永久磁石の配置されていない空洞部７，９（又は１０）に導電性の非磁性材を充填しておくことにより、導電物に生じる渦電流によって回転電機の自己始動が可能となり、また高調波磁界による影響を導電物に生じる渦電流によって抑制することもできるようになる。
【００５０】
次に、本発明の第７の実施の形態を図１０に基づいて説明する。第７の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機は、図１に示した第１の実施の形態における回転子３の回転子鉄心４を、図１０に示すように珪素鋼板を積層した構造に特徴がある。この実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機の場合、回転子３の空洞部５，７を形成するために各鋼板の該当個所に穴を型抜き加工しておき、それを積層する。これによって、空洞部５，７をくり抜き加工せずとも容易に形成することができ、製造性が向上する。また積層構造にすれば、積層方向の電気抵抗が高くなるので、高調波磁界で鉄心表面に生じる渦電流を減少させることもできる。
【００５１】
なお、このような積層構造は、図４〜図９に示した各実施の形態それぞれの回転子鉄心４に対しても、空洞部５，７，９（又は１０）それぞれに対応する位置に穴を型抜き加工した鋼板を積層した構造とすることによって、等しく適用することができる。
【００５２】
次に、本発明の第８の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機を、図１１に基づいて説明する。第８の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機は、図１に示した第１の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機に対して、回転子鉄心４の軸方向両端部に磁性エンドリング１２を配置した構造を特徴とする。
【００５３】
この第８の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機では、電機子コイル２の電流により回転子鉄心４の外周面の永久磁石８の磁化方向とは逆方向の電機子反作用磁界を与えたとき、図１１に示すように、永久磁石８の磁束の一部は回転軸方向を通り、磁性エンドリング１２を通って再び回転子鉄心４に戻る閉じた磁路１３を構成する。すなわち、効果的に漏れ磁束を生じさせることができて、電機子コイル２との鎖交磁束量を調整することができ、端子電圧を電機子電流によって容易に調整できるようになる。
【００５４】
なお、磁性エンドリング１２は図１に示した第１の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機にしか使用できないというわけではなく、図４の第２の実施の形態〜図１０の第７の実施の形態のいずれの回転電機に対して同様に適用することができるものである。
【００５５】
次に、本発明の第９の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機を、図１２に基づいて説明する。第９の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機は、図１に示した第１の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機に対して、回転子鉄心４の軸方向両端部に磁性エンドリング１２を空隙１４をあけて配置した構造を特徴とする。
【００５６】
この第９の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機では、図１１に示した第８の実施の形態と同様に、電機子コイル２の電流により回転子鉄心４の外周面の永久磁石８の磁化方向とは逆方向の電機子反作用磁界を与えたとき、図１２に示すように、永久磁石８の磁束の一部は回転軸方向を通り、磁性エンドリング１２を通って再び回転子鉄心４に戻る閉じた磁路１３を構成し、効果的に漏れ磁束を生じさせることができて、電機子コイル２との鎖交磁束量を調整することができ、端子電圧を電機子電流によって容易に調整できる。さらに、漏れ磁束と有効磁束との割合を回転子鉄心４とエンドリング１２との間の空隙１４の長さによって調整することができる。
【００５７】
なお、この第９の実施の形態でも、磁性エンドリング１２は図１に示した第１の実施の形態の永久磁石式リラクタンス型回転電機にしか使用できないというわけではなく、図４の第２の実施の形態〜図１０の第７の実施の形態のいずれの回転電機に対して同様に適用することができるものである。
【００５８】
【発明の効果】
以上のように請求項１の発明によれば、磁極間それぞれにおいて、その両側にそれら各々と隣接する磁極部の磁極軸に沿って長方形状の第１の空洞部を形成し、またその外周部近くに回転方向に沿って長方形状の第２の空洞部を形成し、第１の空洞部、第２の空洞部それぞれに永久磁石を配置し、磁極軸に沿って形成された第１の空洞部内の第１の永久磁石を磁極軸とほぼ直交する方向に磁化されたものとしているので、磁極間から磁極部に侵入する磁束を第１の永久磁石によって反発させ、さらに永久磁石の比透磁率がほぼ１であるので永久磁石方向の磁気抵抗を高くする働きをして、電機子コイルの磁束を磁極間はほとんど通らずに磁極部の回転子鉄心を通るように分布させることができ、また磁極間の外周に沿って形成された第２の空洞部内の第２の永久磁石も電機子コイルの磁束の侵入に反発し、磁極間への電機子コイルの磁束の侵入を阻止し、その大部分が回転子鉄心のみで構成される磁極部を主に通過するようにいっそう助長することができ、この結果、空隙磁束分布に磁気的に大きな凹凸を生じさせることができ、磁気エネルギ変化により大きなリラクタンストルクを発生することができる。また、磁極間の外周近くに位置する第２の永久磁石の磁束が電機子コイルと鎖交することによってトルクを発生することができ、これらのトルクの合計により高トルクを発生することができる。
【００５９】
また、請求項１の発明によれば、磁極軸に沿って形成された第１の空洞部に配置された永久磁石の磁束は回転子鉄心内で主に分布するため、電機子コイルと鎖交する磁束は回転子外周の第２の空洞部に配置された永久磁石による磁束がほとんど支配的になり、したがって、磁極間の外周のみに永久磁石があることから従来の永久磁石回転電機よりも永久磁石の表面積が狭くなり、永久磁石による鎖交磁束量も少なくなるが、外周部の第２の永久磁石による鎖交磁束に、電機子電流（リラクタンスモータの励磁電流成分とトルク電流成分）による鎖交磁束が加わって端子電圧を誘導するので、この励磁電流成分を調整することによって端子電圧を幅広く調整することができ、定電圧電源で広範囲の可変速運転が可能である。
【００６０】
請求項２の発明によれば、磁極軸に沿った第１の空洞部に配置された永久磁石とほぼ同寸法の永久磁石を第２の空洞部に配置することができ、製造性が向上する。また、磁極外周辺部の鉄心を漏れる磁束量を複数個の外周部の永久磁石の配置によって調整することができる。
【００６１】
請求項３及び請求項４の発明によれば、回転子鉄心の内周側に第３の空洞部を形成することによって、磁極間を中心軸とした磁束分布の磁路の磁気抵抗をいっそう高くして、電機子コイルの磁束が磁極間をほとんど通らずに磁極部の鉄心を通る分布にし、この結果として、回転子の空隙磁束分布に大きな凹凸を生じさせて大きなリラクタンストルクを発生することができ、また磁極間の周方向の第２の空洞部の永久磁石の磁束は電機子コイルと鎖交することによりトルクを発生することができ、これらのトルクの合計により高トルクを発生することができる。
【００６２】
請求項５の発明によれば、永久磁石の配置されていない第３の空洞部に非磁性材を配置することにより、磁気特性を損なわずに、強度的に強くすることができる。
【００６３】
請求項６の発明によれば、永久磁石の配置されていない第３の空洞部に導電性材を配置することにより、導電性材に生じる渦電流によって回転電機の自己起動が可能となり、また高調波磁界による影響を導電性材に生じる渦電流によって抑制できる。
【００６４】
請求項７の発明によれば、回転子鉄心を電磁鋼板を積層した構造としたので、第１と第２の空洞部、そして第３の空洞部がある場合には第３の空洞部を形成する穴を型抜きで加工した電磁鋼板を積層するという製造方法を採用することができて製造性が向上し、また高調波磁界で鉄心表面に生じる渦電流をを減少させることができる。
【００６５】
請求項８及び９の発明によれば、電機子電流により、回転子外周部の第２の空洞部に配置された永久磁石の磁化方向と逆方向の電機子反作用磁界を与えたとき、この永久磁石の磁束の一部は軸方向を通り、磁性エンドリングを通って回転子で閉じた磁路を形成するので、効果的に漏れ磁束を生じさせることができ、電機子コイルとの鎖交磁束量を調整できるので端子電圧を電機子電流により容易に調整できる。また、回転子鉄心の端面と磁性エンドリングとの空隙長の調整によって漏れ磁束と有効磁束との割合を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の径方向の断面図。
【図２】上記の第１の実施の形態における電機子電流の磁極軸方向成分の磁束の流れを示した径方向の断面図。
【図３】上記の第１の実施の形態における電機子電流の磁極間の軸方向成分の磁束の流れを示した径方向の断面図。
【図４】本発明の第２の実施の形態の回転子の径方向の断面図。
【図５】本発明の第３の実施の形態の回転子の径方向の断面図。
【図６】上記の第３の実施の形態の変形例の回転子の径方向の断面図。
【図７】本発明の第４の実施の形態の回転子の径方向の断面図。
【図８】本発明の第５の実施の形態の回転子の径方向の断面図。
【図９】本発明の第６の実施の形態の回転子の径方向の断面図。
【図１０】本発明の第７の実施の形態の回転子の軸方向の断面図。
【図１１】本発明の第８の実施の形態の軸方向の断面図。
【図１２】本発明の第９の実施の形態の軸方向の断面図。
【図１３】従来例の径方向の断面図。
【符号の説明】
１固定子
２電機子コイル
３回転子
４回転子鉄心
５空洞部
６永久磁石
７空洞部
７ａ，７ｂ小空洞部
８永久磁石
８ａ，８ｂ永久磁石
９空洞部
１０空洞部
１１永久磁石
１２磁性エンドリング
１３磁路
１４空隙[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a permanent magnet type reluctance type rotating electric machine.
[0002]
[Prior art]
As shown in FIG. 13, a reluctance type rotating electric machine generally includes a stator 1 having an armature coil 2 and a salient pole rotor 3, and does not require a coil for forming a field in the rotor 3. There is a feature in that the reluctance type rotating electric machine can be manufactured at a low cost with a simple structure because it can be constituted only by the iron core 4 having the unevenness.
[0003]
The principle of generating the output of the reluctance type rotating electric machine will be described. Due to the unevenness of the rotor 3, the magnetic resistance is reduced at the convex portion and the magnetic resistance is increased at the concave portion. That is, the magnetic energy stored by flowing a current through the armature coil 2 differs between the gaps on the protrusions and the recesses. An output is generated by this change in magnetic energy. In addition, the protrusions and the recesses need only to have a shape (magnetic resistance and magnetic flux density distribution differ depending on the position of the rotor 3) that can form protrusions and recesses not only in physical geometry but also magnetically.
[0004]
As another high-performance rotating electric machine, there is a permanent magnet rotating electric machine. In this case, the armature is the same as that of the reluctance type rotating electric machine, but the rotor has an iron core and permanent magnets arranged over almost the entire circumference of the rotor.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional rotating electric machine has the following problems. In the reluctance type rotating electric machine as shown in FIG. 13, the magnetic resistance differs depending on the rotational position due to the unevenness of the surface of the rotor core 4. Due to this change, the magnetic energy changes and an output is obtained. However, as the current increases, the local magnetic saturation increases at the convex portion of the iron core. As a result, the magnetic flux leaking to the concave portion of the tooth between the magnetic poles increases, the effective magnetic flux decreases, the output decreases, and a high output cannot be obtained.
[0006]
On the other hand, in a permanent magnet rotating electric machine using a rare earth permanent magnet with a high magnetic energy product as another type of high-output rotating electric machine, a permanent magnet is arranged on the surface of the rotor core, so that the field has a high magnetic energy product. By applying the permanent magnet described above, a high magnetic field can be formed in the air gap of the electric motor, and a small size and high output can be achieved. However, since the magnetic flux of the permanent magnet is constant, the voltage induced in the armature coil during high-speed rotation increases in proportion to the rotation speed. For this reason, even if an attempt is made to perform variable speed operation over a wide range up to high-speed rotation, the field magnetic flux cannot be reduced, so that it is difficult to operate at a constant output of twice or more the base speed at which the power supply voltage is constant.
[0007]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such conventional problems, and has as its object to provide a small-sized, high-output, permanent-magnet-type reluctance rotating electric machine capable of operating in a wide range at a variable speed.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 is a permanent magnet type reluctance electric rotating machine including a stator having an armature coil, and a rotor having a permanent magnet inserted into a predetermined position inside a cylindrical rotor core, The rotor alternates in the direction of rotor rotation between even-numbered magnetic poles that easily pass armature magnetic flux and magnetically convex and magnetically concave even-numbered magnetic poles that do not easily pass armature magnetic flux. The magnetic pole portions are formed only by the rotor cores present at the respective positions, and between the magnetic poles are located on both sides thereof along the magnetic pole axes of the adjacent magnetic pole portions. A first hollow portion that is elongated in the direction of the rotor and a second hollow portion that is located near the outer periphery of the rotor and that is elongated in the rotation direction of the rotor. Each adjacent cavity has a magnetic field A first permanent magnet that is magnetized in a direction perpendicular to the magnetic pole axis of the portion and repels the armature magnetic flux that enters the adjacent magnetic pole portion from between the magnetic poles is inserted, and a radial direction of the rotor is inserted into the second hollow portion. A second permanent magnet that is magnetized to repel the armature magnetic flux is inserted, and between every other magnetic pole in the rotor rotation direction, each of the first permanent magnets faces N poles, and The second permanent magnet causes the S pole to face the rotor center side, and between each other one of the remaining magnetic poles in the rotor rotation direction, each of the first permanent magnets faces the S pole, and In the second permanent magnet, the magnetic fluxes of the permanent magnets disposed between the magnetic poles are added to each other by directing the N pole to the center of the rotor.
[0009]
In the permanent magnet type reluctance type rotating electric machine according to the first aspect of the present invention, a rectangular first hollow portion is formed on both sides along the magnetic pole axis of the magnetic pole portion adjacent to each of them, and the first hollow portion is rotated near its outer peripheral portion. A rectangular second cavity is formed along the direction, permanent magnets are arranged in the first cavity and the second cavity, respectively, and a first magnet is formed in the first cavity formed along the magnetic pole axis. Since the first permanent magnet is magnetized in a direction substantially orthogonal to the magnetic pole axis, the magnetic flux penetrating into the magnetic pole portion from between the magnetic poles is repelled by the first permanent magnet, and the relative permeability of the permanent magnet is approximately 1 Therefore, it acts to increase the magnetic resistance in the direction of the permanent magnets, and distributes the magnetic flux of the armature coil so that it passes through the rotor core of the magnetic pole portion almost without passing between the magnetic poles. In addition, the second permanent magnet in the second cavity formed along the outer circumference between the magnetic poles also repels the penetration of the magnetic flux of the armature coil, and prevents the penetration of the magnetic flux of the armature coil between the magnetic poles. It further promotes the magnetic pole part mainly composed only of the rotor core to pass mainly, and as a result, magnetically large irregularities are generated in the air gap magnetic flux distribution, and a large reluctance torque is generated by a change in magnetic energy. . Further, torque can be generated by the magnetic flux of the second permanent magnet located near the outer periphery between the magnetic poles interlinking with the armature coil, and a high torque can be generated by the sum of these torques.
[0010]
On the other hand, since the magnetic flux of the permanent magnet arranged in the first hollow portion formed along the magnetic pole axis is mainly distributed in the rotor core, the magnetic flux linked to the armature coil is generated by the second magnetic flux on the outer periphery of the rotor. The magnetic flux due to the permanent magnet arranged in the hollow portion is almost dominant. Therefore, in the permanent magnet type reluctance type rotating electric machine of the present invention, since the permanent magnet is provided only on the outer periphery between the magnetic poles, the surface area of the permanent magnet is smaller than that of the conventional permanent magnet rotating electric machine, and the amount of interlinkage magnetic flux by the permanent magnet is also reduced. Is running low. Then, the terminal flux is induced by adding the linking magnetic flux by the armature current (the exciting current component and the torque current component of the reluctance motor) to the linking magnetic flux by the permanent magnet on the outer peripheral portion. Thus, by adjusting the exciting current component, the terminal voltage can be adjusted widely, and a wide range of variable speed operation can be performed with a constant voltage power supply.
[0011]
According to a second aspect of the present invention, in the permanent magnet type reluctance type rotating electric machine of the first aspect, a plurality of the second hollow portions are formed between the magnetic poles, respectively, and are disposed in the second hollow portions. Since the permanent magnet is also divided into a plurality, the permanent magnet having substantially the same size as the permanent magnet arranged in the first cavity along the magnetic pole axis can be arranged in the second cavity, Manufacturability is improved. Further, the amount of magnetic flux leaking from the iron core in the outer peripheral portion can be adjusted by the arrangement of the plurality of outer peripheral permanent magnets.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, in the permanent magnet type reluctance type rotating electric machine according to the first or second aspect, a position on a line connecting ends of the first hollow portions on the rotor center side between the magnetic poles, A third hollow portion having a rectangular shape elongated in the rotation direction of the rotor is formed.
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, in the permanent magnet reluctance type rotating electric machine according to the first or second aspect, a position on a line connecting end portions of the first cavities on the rotor center side between the magnetic poles, A third hollow portion having a circular shape is formed.
[0014]
In the permanent magnet type reluctance type rotating electric machine according to the third and fourth aspects of the present invention, the permanent magnet disposed in the first cavity along the magnetic pole axis is magnetized in a direction substantially orthogonal to the magnetic pole axis. The permanent magnet has a relative magnetic permeability of approximately 1, and acts to increase the magnetic resistance in the permanent magnet direction. Further, since the third hollow portion is also formed on the inner peripheral side of the rotor core, the magnetic resistance of the magnetic path of the magnetic flux distribution with the central axis between the magnetic poles is further increased. Therefore, the magnetic flux of the armature coil has a distribution that passes through the iron core of the magnetic pole portion without passing between the magnetic poles. As a result, unevenness is generated in the air gap magnetic flux distribution, so that a large reluctance torque is generated due to a change in magnetic energy. Further, the magnetic flux of the permanent magnet in the second hollow portion in the circumferential direction between the magnetic poles generates torque by interlinking with the armature coil. Therefore, a high torque can be generated by the sum of these torques.
[0015]
According to a fifth aspect of the present invention, in the permanent magnet type reluctance type rotating electric machine of the third or fourth aspect, a permanent magnet is disposed in the third hollow portion, and the permanent magnet adds a permanent magnet between the magnetic poles and a magnetic flux. Since the magnets are magnetized in the direction in which they are aligned, the magnetic flux generated by the permanent magnet in the third cavity on the inner peripheral side increases, so that the magnetic flux generated by the permanent magnet increases, and the magnetic flux linked to the coil increases. The torque according to Fleming's left-hand rule increases, and high torque can be generated.
[0016]
According to a sixth aspect of the present invention, in the permanent magnet type reluctance type rotating electric machine of the third or fourth aspect, a conductive material is disposed in the third cavity, and the third hollow portion is formed by the conductive material. The rotating electric machine can be self-started by the eddy current, and the influence of the harmonic magnetic field can be suppressed by the eddy current generated in the conductive material.
According to a seventh aspect of the present invention, in the permanent magnet type reluctance type rotating electric machine of the first to sixth aspects, the rotor core is formed by laminating electromagnetic steel plates, The manufacturing method can be adopted in which a manufacturing method of laminating electromagnetic steel sheets in which holes forming the third hollow part are cut out by stamping when there is a second hollow part and a third hollow part is provided, thereby improving the productivity. In addition, the eddy current generated on the iron core surface by the harmonic magnetic field can be reduced.
[0017]
According to an eighth aspect of the present invention, in the permanent magnet type reluctance type rotating electric machine of the first to seventh aspects, a magnetic end ring is disposed at an axial end of the rotor core.
[0018]
According to a ninth aspect of the present invention, in the permanent magnet type reluctance type rotating electric machine of the eighth aspect, a gap is formed between an axial end face of the rotor core and the magnetic end ring. is there.
[0019]
In the permanent magnet type reluctance rotating electric machine according to the eighth and ninth aspects of the present invention, the armature current causes the armature reaction magnetic field in the direction opposite to the magnetization direction of the permanent magnet disposed in the second hollow portion on the outer periphery of the rotor to be generated. When applied, a portion of the magnetic flux of this permanent magnet passes in the axial direction, passes through the magnetic end ring, and forms a magnetic path closed by the rotor. That is, the leakage magnetic flux can be effectively generated, and the amount of the interlinkage magnetic flux with the armature coil can be adjusted, so that the terminal voltage can be easily adjusted by the armature current. In this case, the ratio between the leakage magnetic flux and the effective magnetic flux can be adjusted by adjusting the gap length between the end face of the rotor core and the magnetic end ring.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a radial cross section of a rotor of a permanent magnet type reluctance type rotary electric machine according to a first embodiment of the present invention. The permanent magnet type reluctance type rotary electric machine according to the first embodiment includes a stator 1 having a four-pole armature coil 2, and a rotor 3 having a cylindrical rotor core 4.
[0021]
The structure of the rotor 3, which is a feature of the present invention, is as follows. The rotor core 4 is made of a magnetic material such as a cylindrical mild steel S45C or a laminated circular silicon steel plate. In the direction along each magnetic pole axis of the rotor core 4, rectangular cavities 5 are formed at intervals of the magnetic pole width. In this embodiment, the four-pole armature coil 2 has four magnetic poles arranged in a cross shape, so that the cavity 5 is formed at a position sandwiching each magnetic pole from both sides. Further, a rectangular cavity 7 is formed along the outer periphery of the rotor core 4 between the magnetic poles. NdFeB-based permanent magnets 6, 8 are inserted into these cavities 5, 7, and are fixed with an adhesive.
[0022]
Among these permanent magnets 6, 8, the permanent magnets 6 arranged along the magnetic pole axis are magnetized in a direction orthogonal to the magnetic pole axis, and the permanent magnets 8 arranged on the outer periphery between the magnetic poles are magnetized in the radial direction. ing. These magnetization directions are directions in which magnetic fluxes generated by the permanent magnet 6 and the permanent magnet 8 on the outer periphery of the rotor are added to each other between the magnetic poles.
[0023]
The permanent magnet type reluctance type rotating electric machine according to the first embodiment operates as follows.
[0024]
<Mechanism of high torque generation>
FIG. 2 shows the armature magnetic flux in the direction along the pole axis. Since the rotor core 4 of the magnetic pole portion is used as a magnetic path, the magnetic path in this direction has a very small magnetic resistance, and has a magnetic structure in which magnetic flux easily flows. FIG. 3 shows the armature magnetic flux in a direction along the axis between the magnetic poles. Since the permanent magnet 6 arranged in the cavity 5 formed along the magnetic pole axis is magnetized in a direction substantially perpendicular to the magnetic pole axis, the permanent magnet 6 repels magnetic flux penetrating from between the magnetic poles. Since the permanent magnet 6 in the cavity 5 along the magnetic pole axis is magnetically short-circuited on the inner peripheral side of the iron core, the effect of repelling the armature magnetic flux is great. Further, since the relative magnetic permeability of the permanent magnet is substantially 1, the magnetic path passing through such a permanent magnet 6 has the effect of increasing the magnetic resistance. Therefore, the magnetic flux of the armature coil 2 has a distribution such that it passes through the iron core of the magnetic pole part without passing between the magnetic poles. Similarly, the permanent magnets 8 arranged on the outer periphery between the magnetic poles have the effect of repelling the armature magnetic flux and increasing the magnetic resistance.
[0025]
As a result, unevenness is generated in the air gap magnetic flux distribution, so that a large reluctance torque is generated due to a change in magnetic energy. In addition, in the permanent magnets 8 disposed on the outer periphery between the magnetic poles, the magnetic flux of the permanent magnets interlinks with the armature coil 2 to generate torque, and a high torque is generated by the sum of these torques. Will be able to
[0026]
<Adjustment range of terminal voltage for wide range variable speed operation>
Since the magnetic flux of the permanent magnet 6 along the magnetic pole axis is mainly distributed in the rotor core 4, the magnetic flux linked to the armature coil 2 is almost dominated by the magnetic flux of the permanent magnet 8 on the outer periphery of the rotor core 4. It is. Therefore, in the permanent magnet type reluctance type rotating electric machine of the present invention, since the permanent magnet 8 is provided only on the outer periphery between the magnetic poles, the surface area of the permanent magnet is smaller than that of the conventional permanent magnet rotating electric machine, and the linkage flux by the permanent magnet is reduced. The amount is also decreasing. Linkage magnetic flux due to the armature current (excitation current component and torque current component of the reluctance motor) is added to the linkage magnetic flux by the permanent magnet 8 on the outer periphery between the magnetic poles, and a terminal voltage is induced. Therefore, the terminal voltage can be widely adjusted by adjusting the exciting current component. That is, a wide range of variable speed operation is possible with a constant voltage power supply.
[0027]
Here, as a material of the permanent magnet, a ferrite magnet having a low magnetic energy product is used as the permanent magnet 6 for repelling magnetic flux passing between the magnetic poles along the magnetic pole axis, and is linked to the armature coil 2. A high torque can be effectively obtained by using a rare earth permanent magnet having a high magnetic energy product, for example, an NdFeB magnet as the permanent magnet 8 on the outer peripheral portion of the rotor core 4 that generates a torque. If a ferrite magnet is used as the permanent magnet 6 that repels the magnetic flux passing between the magnetic poles along the magnetic pole axis, the permanent magnet 6 along the magnetic pole axis is magnetically formed using the iron core on the inner peripheral side as a magnetic path. Therefore, a large magnetic field can be formed even by a ferrite magnet having a small magnetic energy product, and a sufficient reluctance torque can be obtained.
[0028]
As the permanent magnet 6 along the magnetic pole axis, a bond magnet can be used instead of a ferrite magnet. Although this bond magnet has a low magnetic energy product, it can sufficiently repel the armature magnetic flux passing between the magnetic poles, and can obtain the same operation and effect as the ferrite magnet. At the same time, in the case of a bonded magnet, since the magnet powder is manufactured by solidifying it with a resin, there is a degree of freedom in the shape, and the magnet can be integrally formed with the iron core 4 by injection molding or the like, which facilitates manufacturing.
[0029]
Next, a permanent magnet type reluctance type rotating electric machine according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the permanent magnet type reluctance type rotating electric machine according to the second embodiment, the cavity 7 formed on the outer peripheral portion of the rotor core 4 is divided into a plurality of small cavities 7a and 7b, and these divided small cavities are divided. It is characterized by a structure in which permanent magnets 8a, 8b are inserted into and bonded to 7a, 7b, respectively. Each of the permanent magnets 8a and 8b has the same size as the permanent magnet 6 arranged in the direction along the magnetic pole axis.
[0030]
In the permanent magnet type reluctance type rotating electric machine according to the second embodiment, the cavity 7 on the outer periphery of the rotor core 4 is divided into small cavities 7a and 7b, and the permanent magnets 8a and 8b are arranged respectively. Therefore, small permanent magnets can be used as the permanent magnets 8a and 8b, and by using the same permanent magnets 6 arranged in the direction along the magnetic pole axis, the type of parts can be reduced. It can be reduced, and manufacturability is improved. The thickness of the outer peripheral portion of the iron core, which is the distance from the outer periphery of the permanent magnets 8a, 8b to the outer periphery of the rotor core 4, is the angle formed by the small cavities 7a, 7b, and the two permanent magnets 8a, By adjusting the angle of the outer core 8b, the amount of magnetic flux leaking from the outer peripheral portion between the magnetic poles of the iron core can be adjusted.
[0031]
Next, a permanent magnet type reluctance electric rotating machine according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The permanent magnet type reluctance type rotating electric machine according to the third embodiment includes a stator 1 having a four-pole armature coil 2 and a rotor 3 as in the first embodiment shown in FIG. . The structure of the rotor 3 which is a feature of the present invention is as shown in FIG. That is, the rotor core 4 is made of a magnetic material such as a cylindrical mild steel S45C or a laminated circular silicon steel plate. In the direction along each magnetic pole axis of the rotor core 4, rectangular cavities 5 are formed at intervals of the magnetic pole width. In this embodiment, the four-pole armature coil 2 has four magnetic poles arranged in a cross shape, so that the cavity 5 is formed at a position sandwiching each magnetic pole from both sides. A rectangular cavity 7 is formed along the outer periphery of the rotor core 4 between the magnetic poles. Further, a rectangular cavity 9 is formed in the rotor core 4 so as to connect the two cavities 5 and 5 in the direction along the magnetic pole axis on the inner peripheral side between the magnetic poles, and these four cavities are formed. The regions surrounded by 5, 7, and 9 have a positional relationship such that they are approximately quadrangular.
[0032]
The NdFeB permanent magnets 6, 8 are inserted into the cavities 5, 7 excluding the inner cavities 9 among these cavities 5, 7, 9 and fixed with an adhesive. Among these permanent magnets 6, 8, the permanent magnets 6 arranged along the magnetic pole axis are magnetized in a direction orthogonal to the magnetic pole axis, and the permanent magnets 8 arranged on the outer periphery between the magnetic poles are magnetized in the radial direction. ing. These magnetization directions are directions in which magnetic fluxes generated by the permanent magnet 6 and the permanent magnet 8 on the outer periphery of the rotor are added to each other between the magnetic poles.
[0033]
The operation of the permanent magnet type reluctance type rotating electric machine according to the third embodiment will be described. As in the case of the first embodiment shown in FIG. 2, in the magnetic path in this direction, even in the permanent magnet type reluctance type rotary electric machine of the third embodiment, the iron core of the magnetic pole becomes the magnetic path. Has an extremely small magnetic structure in which the magnetic flux of the armature easily flows.
[0034]
Also, as in the case of the first embodiment shown in FIG. 3, in the magnetic path along the axis between the magnetic poles, the permanent magnet 6 in the cavity 5 along the magnetic pole axis is almost orthogonal to the magnetic pole axis. Since it is magnetized in the direction in which the magnetic poles move, it repels magnetic flux that enters from between the magnetic poles. Further, since the relative magnetic permeability of the permanent magnet is substantially 1, the magnetic path passing through such a permanent magnet 6 has the effect of increasing the magnetic resistance. Further, since the third hollow portion 9 is formed on the inner peripheral side between the magnetic poles, the magnetic resistance at the central portion between the magnetic poles is also increased. That is, the magnetic flux of the armature coil 2 is distributed so that it hardly passes between the magnetic poles and passes through the iron core of the magnetic pole portion. Similarly, the permanent magnets 8 arranged on the outer periphery between the magnetic poles have the effect of repelling the armature magnetic flux and increasing the magnetic resistance.
[0035]
As a result, unevenness is generated in the air gap magnetic flux distribution, so that a large reluctance torque is generated due to a change in magnetic energy. In addition, in the permanent magnets 8 disposed on the outer periphery between the magnetic poles, the magnetic flux of the permanent magnets interlinks with the armature coil 2 to generate torque, and a high torque is generated by the sum of these torques. Will be able to
[0036]
In the third embodiment, a rectangular cavity is formed as the third cavity 9 on the inner peripheral side between the magnetic poles, and the rectangular region is approximately surrounded by three kinds of cavities 5, 7, and 9. Although not limited to this, as shown in FIG. 6, the circular cavity 10 is rotated so as to connect the two cavities 5 and 5 in the direction along the magnetic pole axis on the inner circumferential side between the magnetic poles. The three cores 5, 7, and 10 may be formed in the core 4 so as to approximately surround the triangular region.
[0037]
In the case of such a structure, particularly when the rotor has a small diameter and the number of poles is large relative to the diameter, the distance on the inner peripheral side of the cavity 5 along the magnetic pole axis becomes narrow, so that the circular cavity 10 is formed. By doing so, the strength can be increased. Then, the same magnetic characteristics as those of the third embodiment shown in FIG. 5 are obtained.
[0038]
Next, a permanent magnet type reluctance type rotating electric machine according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The permanent magnet type reluctance type rotating electric machine according to the fourth embodiment is characterized in that, in the third embodiment shown in FIG. I have.
[0039]
The permanent magnets 6, 8, and 11 disposed in these cavities 5, 7, and 9 are all NdFeB permanent magnets, and are inserted into the cavities and fixed with an adhesive. The direction of magnetization is such that the permanent magnet 6 along the magnetic pole axis is magnetized in a direction orthogonal to the magnetic pole axis, and the permanent magnet 8 disposed on the outer periphery between the magnetic poles and the permanent magnet 11 disposed on the inner peripheral side. Are magnetized in the radial direction. The magnetization directions of these permanent magnets are directions in which the magnetic fluxes generated by the respective permanent magnets 6, 8, 11 are added to each other.
[0040]
In the permanent magnet type reluctance type rotating electric machine according to the fourth embodiment, as in the third embodiment shown in FIG. 5, unevenness is generated in the air gap magnetic flux distribution, and a large reluctance torque is generated due to a change in magnetic energy. Further, in the permanent magnets 8 arranged on the outer periphery between the magnetic poles, the magnetic flux of the permanent magnets interlinks with the armature coil 2 to generate torque, and a high torque can be generated by the sum of these torques. In addition to this effect, the structure in which the permanent magnet is disposed in the cavity 9 on the inner peripheral side between the magnetic poles of the rotor core 4 adds the magnetic flux by the permanent magnet 11 on the inner peripheral side, so that the magnetic flux by the permanent magnet is reduced. As a result, the magnetic flux interlinking with the coil increases, so that the torque according to Fleming's left-hand rule increases.
[0041]
In the second embodiment shown in FIG. 4 to the fourth embodiment shown in FIG. 7, as the material of the permanent magnet, a rare earth magnet and a ferrite magnet or a rare earth magnet are used as in the first embodiment. Thus, a high torque can be effectively obtained.
[0042]
Next, a permanent magnet type reluctance type rotating electric machine according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The permanent magnet type reluctance type rotating electric machine according to the fifth embodiment shown in FIG. 8 has the same hollow portions 5 as those of the third embodiment shown in FIG. 5 and the fourth embodiment shown in FIG. The permanent magnets 8 are arranged only in the cavities 7 on the outer periphery between the magnetic poles, and the permanent magnets are not arranged in the cavities 7 and 9 in other positions.
[0043]
In the case of the fifth embodiment, since no permanent magnet is arranged in the cavity 5 along the magnetic pole axis, the repulsion of the permanent magnet is eliminated, and the reduction of the magnetic flux of the armature coil 2 passing between the magnetic poles is reduced. Only the effect of the high magnetic resistance of the cavity 5 is obtained. This reduces the torque, but simplifies the structure because permanent magnets 6 along the magnetic pole axis are not required, thus facilitating manufacture.
[0044]
FIG. 8 shows a structure in which the permanent magnet 8 is arranged only in the cavity 7 on the outer periphery between the magnetic poles in the rotor core 4 in which the third cavity 9 on the inner periphery is also formed. The present invention is not limited to the rotor core 4 having the structure like the first embodiment shown in FIG. 1 in which the third cavity 9 is not formed. A structure in which the permanent magnets 8 are arranged only in the hollow portions 7 can be used, and a similar structure can be applied to the rotor core 4 having the structure shown in FIG.
[0045]
Further, among the cavities 5, 7, 9 (or 10), those in which no permanent magnet is arranged, and in this embodiment, the non-magnetic material is filled in the cavities 5, 9 (or 10). Thereby, the hollow portion becomes solid and the strength can be reinforced. Further, by filling the hollow portions 5, 9 (or 10) where the permanent magnets are not placed with a conductive non-magnetic material, the rotating electric machine can self-start by eddy current generated in the conductive material, The influence of the wave magnetic field can be suppressed by the eddy current generated in the conductive material.
[0046]
Next, a permanent magnet type reluctance type rotating electric machine according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The permanent magnet type reluctance type rotating electric machine according to the sixth embodiment has the same hollow portions 5, 7, and 4 as those of the third embodiment shown in FIG. 5 and the fourth embodiment shown in FIG. 9, the permanent magnet 6 is arranged only in the cavity 5 along the magnetic pole axis, and the permanent magnets are not arranged in the cavities 7 and 9 at other positions.
[0047]
In the case of the sixth embodiment, since the torque generated by the magnetic flux of the permanent magnet interlinking with the armature coil 2 is almost eliminated, the reluctance torque is mainly used. As a result, the torque is reduced, but the permanent magnets 8 on the outer periphery of the rotor core 4 are not required, and the structure is simplified, and the manufacture becomes easier accordingly.
[0048]
FIG. 9 shows a structure in which the permanent magnets 6 are arranged only in the cavity 5 along the magnetic pole axis in the rotor core 4 in which the third cavity 9 on the inner peripheral side is also formed. However, the same applies to the rotor core 4 having the structure as in the first embodiment shown in FIG. 1 in which the third cavity 9 is not formed. A structure in which the permanent magnets 6 are arranged only in the rotor 5 can be used, and the same structure can be applied to the rotor core 4 having the structure shown in FIG.
[0049]
Also in the sixth embodiment, of the cavities 5, 7, 9 (or 10), the non-magnetic material is used for the cavities 7, 9 (or 10) in which the permanent magnets are not arranged. By filling in, the hollow portion becomes solid and the strength can be reinforced. Also, by filling a conductive non-magnetic material in the cavities 7, 9 (or 10) in which the permanent magnets are not arranged, the rotating electric machine can self-start due to eddy currents generated in the conductive material. The influence of the wave magnetic field can be suppressed by the eddy current generated in the conductive material.
[0050]
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The permanent magnet type reluctance type rotating electric machine according to the seventh embodiment has a structure in which the rotor core 4 of the rotor 3 according to the first embodiment shown in FIG. 1 is laminated with silicon steel plates as shown in FIG. There is a feature. In the case of the permanent magnet type reluctance type rotating electric machine according to the present embodiment, holes are punched out at corresponding portions of each steel plate in order to form the hollow portions 5 and 7 of the rotor 3, and the holes are laminated. Thereby, the cavities 5 and 7 can be easily formed without hollowing out, and the manufacturability is improved. In addition, if the laminated structure is used, the electric resistance in the laminating direction is increased, so that the eddy current generated on the iron core surface by the harmonic magnetic field can be reduced.
[0051]
In addition, such a laminated structure has a hole at a position corresponding to each of the hollow portions 5, 7, 9 (or 10) also in the rotor core 4 of each of the embodiments shown in FIGS. Can be equally applied by forming a structure in which steel sheets obtained by stamping are laminated.
[0052]
Next, a permanent magnet type reluctance electric rotating machine according to an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The permanent magnet type reluctance type rotating electric machine of the eighth embodiment is different from the permanent magnet type reluctance type rotating electric machine of the first embodiment shown in FIG. 1 in that both ends of the rotor core 4 in the axial direction have magnetic properties. It is characterized by a structure in which the end ring 12 is arranged.
[0053]
In the permanent magnet type reluctance type rotating electric machine according to the eighth embodiment, an armature reaction magnetic field in a direction opposite to the magnetization direction of the permanent magnet 8 on the outer peripheral surface of the rotor core 4 is given by the current of the armature coil 2. At this time, as shown in FIG. 11, a part of the magnetic flux of the permanent magnet 8 passes through the direction of the rotation axis, passes through the magnetic end ring 12, and returns to the rotor core 4 to form a closed magnetic path 13. That is, the leakage magnetic flux can be generated effectively, the amount of magnetic flux linkage with the armature coil 2 can be adjusted, and the terminal voltage can be easily adjusted by the armature current.
[0054]
It should be noted that the magnetic end ring 12 cannot be used only for the permanent magnet type reluctance type rotating electric machine of the first embodiment shown in FIG. 1, but the second embodiment of FIG. 4 to the seventh embodiment of FIG. The present invention can be similarly applied to any of the rotating electric machines of the embodiments.
[0055]
Next, a permanent magnet type reluctance electric rotating machine according to a ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The permanent magnet type reluctance type rotating electric machine according to the ninth embodiment is different from the permanent magnet type reluctance type rotating electric machine according to the first embodiment shown in FIG. It is characterized by a structure in which the end ring 12 is arranged with a gap 14 therebetween.
[0056]
In the permanent magnet type reluctance type rotating electric machine according to the ninth embodiment, similarly to the eighth embodiment shown in FIG. 11, the permanent magnets 8 on the outer peripheral surface of the rotor core 4 are driven by the current of the armature coil 2. When an armature reaction magnetic field in a direction opposite to the magnetization direction is applied, a part of the magnetic flux of the permanent magnet 8 passes through the direction of the rotation axis, passes through the magnetic end ring 12, and then returns to the rotor core, as shown in FIG. 4, a closed magnetic path 13 is formed, and a leakage magnetic flux can be generated effectively, the amount of magnetic flux linkage with the armature coil 2 can be adjusted, and the terminal voltage can be easily controlled by the armature current. Can be adjusted. Further, the ratio between the leakage magnetic flux and the effective magnetic flux can be adjusted by the length of the air gap 14 between the rotor core 4 and the end ring 12.
[0057]
Also in the ninth embodiment, the magnetic end ring 12 cannot be used only for the permanent magnet type reluctance type rotating electric machine of the first embodiment shown in FIG. 1, and the second embodiment shown in FIG. The present invention can be similarly applied to any of the rotating electric machines of the embodiment to the seventh embodiment shown in FIG.
[0058]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, a rectangular first hollow portion is formed on both sides of the magnetic pole along the magnetic pole axis of the magnetic pole portion adjacent to each other, and the outer peripheral portion thereof A first cavity formed along a magnetic pole axis, wherein a second cavity having a rectangular shape is formed near the rotation direction, permanent magnets are arranged in the first cavity and the second cavity, respectively. Since the first permanent magnet in the portion is magnetized in a direction substantially perpendicular to the magnetic pole axis, magnetic flux penetrating into the magnetic pole portion from between the magnetic poles is repelled by the first permanent magnet, and the relative permeability of the permanent magnet is further increased. Is approximately 1, it acts to increase the magnetic resistance in the direction of the permanent magnet, so that the magnetic flux of the armature coil can be distributed so as to pass through the rotor core of the magnetic pole portion almost without passing between the magnetic poles. A second space formed along the outer circumference between the magnetic poles The second permanent magnet in the portion also repels the intrusion of the magnetic flux of the armature coil and prevents the intrusion of the magnetic flux of the armature coil between the magnetic poles. As a result, the magnetic flux of the air gap can be made to have large irregularities, and a large reluctance torque can be generated by a change in magnetic energy. Further, torque can be generated by the magnetic flux of the second permanent magnet located near the outer periphery between the magnetic poles interlinking with the armature coil, and a high torque can be generated by the sum of these torques.
[0059]
According to the first aspect of the present invention, since the magnetic flux of the permanent magnet disposed in the first cavity formed along the magnetic pole axis is mainly distributed in the rotor core, the magnetic flux interlinks with the armature coil. The generated magnetic flux is almost dominated by the magnetic flux generated by the permanent magnet disposed in the second hollow portion on the outer periphery of the rotor. Therefore, since the permanent magnet exists only on the outer circumference between the magnetic poles, the permanent magnet is more permanent than the conventional permanent magnet rotating electric machine. Although the surface area of the magnet is reduced and the amount of interlinkage magnetic flux due to the permanent magnet is also reduced, the interlinkage magnetic flux due to the second permanent magnet on the outer periphery is linked to the armature current (excitation current component and torque current component of the reluctance motor). Since the terminal voltage is induced by the application of the magnetic flux, the terminal voltage can be widely adjusted by adjusting the exciting current component, and a wide range of variable speed operation is possible with a constant voltage power supply.
[0060]
According to the second aspect of the present invention, a permanent magnet having substantially the same size as the permanent magnet arranged in the first cavity along the magnetic pole axis can be arranged in the second cavity, and the productivity is improved. . Further, the amount of magnetic flux leaking from the iron core in the outer peripheral portion can be adjusted by the arrangement of the plurality of outer peripheral permanent magnets.
[0061]
According to the third and fourth aspects of the present invention, by forming the third hollow portion on the inner peripheral side of the rotor core, the magnetic resistance of the magnetic path of the magnetic flux distribution with the central axis between the magnetic poles is further increased. Then, the distribution of the magnetic flux of the armature coil passes through the iron core of the magnetic pole part with almost no passage between the magnetic poles. The magnetic flux of the permanent magnet in the second cavity in the circumferential direction between the magnetic poles can generate torque by interlinking with the armature coil, and a high torque can be generated by the sum of these torques. it can.
[0062]
According to the fifth aspect of the present invention, by arranging the non-magnetic material in the third cavity where the permanent magnet is not arranged, the strength can be increased without impairing the magnetic characteristics.
[0063]
According to the sixth aspect of the invention, by disposing the conductive material in the third cavity where the permanent magnet is not disposed, the rotating electric machine can be self-started by an eddy current generated in the conductive material. The influence of the wave magnetic field can be suppressed by the eddy current generated in the conductive material.
[0064]
According to the invention of claim 7, since the rotor core has a structure in which electromagnetic steel sheets are laminated, the first and second cavities, and if there is a third cavity, the third cavities are formed. It is possible to adopt a manufacturing method of laminating magnetic steel sheets in which holes to be cut are formed by punching, thereby improving manufacturability and reducing eddy current generated on the iron core surface due to a harmonic magnetic field.
[0065]
According to the eighth and ninth aspects of the present invention, when the armature current gives an armature reaction magnetic field in a direction opposite to the magnetization direction of the permanent magnet disposed in the second hollow portion on the outer periphery of the rotor, Part of the magnetic flux of the magnet passes through the axial direction and passes through the magnetic end ring to form a magnetic path closed by the rotor, so that a leakage magnetic flux can be generated effectively, and the magnetic flux linked to the armature coil can be generated. Since the amount can be adjusted, the terminal voltage can be easily adjusted by the armature current. Further, the ratio between the leakage magnetic flux and the effective magnetic flux can be adjusted by adjusting the gap length between the end face of the rotor core and the magnetic end ring.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a radial cross-sectional view of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a radial sectional view showing a flow of a magnetic flux of a component of an armature current in a magnetic pole axis direction according to the first embodiment.
FIG. 3 is a radial sectional view showing the flow of magnetic flux of an axial component between magnetic poles of the armature current in the first embodiment.
FIG. 4 is a radial cross-sectional view of a rotor according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a radial cross-sectional view of a rotor according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a radial cross-sectional view of a rotor according to a modified example of the third embodiment.
FIG. 7 is a radial cross-sectional view of a rotor according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a radial sectional view of a rotor according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a radial cross-sectional view of a rotor according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is an axial sectional view of a rotor according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 11 is an axial cross-sectional view of an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is an axial sectional view of a ninth embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a radial sectional view of a conventional example.
[Explanation of symbols]
1 Stator
2 Armature coil
3 rotor
4 rotor core
5 cavity
6 permanent magnet
7 Cavity
7a, 7b Small cavity
8 permanent magnet
8a, 8b permanent magnet
9 cavity
10 cavity
11 permanent magnet
12 Magnetic end ring
13 Magnetic path
14 void

Claims

A permanent magnet type reluctance type rotating electric machine comprising a stator having an armature coil and a rotor having a permanent magnet inserted at a predetermined position inside a cylindrical rotor core,
The rotor easily passes an armature magnetic flux, and between an even-numbered magnetic pole portion that is magnetically convex and a magnetically concave even-numbered magnetic pole that does not easily pass the armature magnetic flux in the rotor rotation direction. Alternately and in equal width,
Each of the magnetic pole portions is formed only by the rotor core present at each position,
Each of the magnetic poles is located on both sides thereof, and has a rectangular first hollow portion elongated in a direction along the magnetic pole axis of each of the adjacent magnetic pole portions, and is located near the outer periphery of the rotor. A rectangular second hollow portion elongated in the rotation direction,
In each of the first cavities, a first permanent magnet that is magnetized in a direction orthogonal to the magnetic pole axis of the adjacent magnetic pole part and repels armature magnetic flux that enters the adjacent magnetic pole part from between the magnetic poles is inserted, A second permanent magnet that is magnetized in the radial direction of the rotor and repels armature magnetic flux is inserted into the second cavity,
In every other magnetic pole in the rotor rotation direction, each of the first permanent magnets faces the N poles, and the second permanent magnet causes the S poles to face the rotor center, In each of the other alternate magnetic poles in the rotor rotation direction, each of the first permanent magnets faces the S poles, and the second permanent magnet causes the N poles to face the rotor center. A permanent-magnet-type reluctance-type rotating electric machine, wherein magnetic fluxes of respective permanent magnets disposed between magnetic poles are added to each other.

2. The permanent magnet type reluctance type rotating electric machine according to claim 1, wherein a plurality of the second cavities are formed between the magnetic poles in a rotor rotation direction. 3.

A third rectangular cavity which is elongated in the rotor rotation direction is formed at a position on a line connecting the ends of the first cavities on the rotor center side between the magnetic poles. The permanent-magnet-type reluctance-type rotating electric machine according to claim 1 or 2.

3. A circular third cavity portion is formed at a position on a line connecting end portions of the first cavity portion on the rotor center side between the magnetic poles, respectively. 3. The permanent magnet type reluctance type rotating electric machine according to 2.

The permanent magnet type reluctance type rotating electric machine according to claim 3 or 4, wherein a nonmagnetic material is disposed in the third cavity.

The permanent magnet type reluctance type rotating electric machine according to claim 3 or 4, wherein a conductive material is arranged in the third cavity.

The permanent magnet type reluctance type rotating electric machine according to any one of claims 1 to 6, wherein the rotor core is formed by laminating electromagnetic steel sheets.

The permanent magnet type reluctance type rotating electric machine according to any one of claims 1 to 7, wherein a magnetic end ring is disposed at an axial end of the rotor core.

The permanent magnet type reluctance type rotating electric machine according to claim 8, wherein a gap is formed between an axial end face of the rotor core and the magnetic end ring.