JP3601322B2 - 永久磁石埋め込みモータ - Google Patents
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- Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
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- Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はリラクタンストルクを向上させた回転子を有する永久磁石埋め込みモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高効率なモータとして永久磁石を用いたモータがあり、その一つに永久磁石をロータコアの内部に埋め込んだＩＰＭ（永久磁石埋め込み）モータがある。
【０００３】
以下、図面を参照しながら従来のＩＰＭモータの回転子の構造について説明する。
【０００４】
図２において、ＩＰＭモータの回転子２１は、ロータコア２２の内部に永久磁石２３を埋め込んだ構造となっており、ｄ軸方向２４のインダクタンスＬｄとｑ軸方向２５のインダクタンスＬｑに差が生じて突極性を持つことからリラクタンストルクが発生し、表面磁石型モータよりも高効率なモータとなっている。
【０００５】
また、永久磁石２３をロータコア２２の内部に埋め込んでおり、高速回転時でも永久磁石２３をロータコア２２の内部に保持することができるため、剛性の高い回転子２１構造となっている。このような理由から表面磁石型モータよりもＩＰＭモータの方が主流となってきている。
【０００６】
一方、永久磁石を用いない低コストなモータとしてシンクロナスリラクタンスモータがある。以下、図面を参照しながら従来のシンクロナスリラクタンスモータの回転子の構造について説明する。
【０００７】
図３において、シンクロナスリラクタンスモータの回転子３１は、ロータコア３２の内部にスリット３５を多数設けた構造となっており、上述のＩＰＭモータ同様にｄ軸方向３３のインダクタンスＬｄとｑ軸方向３４のインダクタンスＬｑに差が生じ突極性を持つことからリラクタンストルクが発生して回転する。
【０００８】
このシンクロナスリラクタンスモータは、リラクタンストルクしか発生しないのでＩＰＭモータと比べて効率は低いが、回転子に巻線を持たないため２次銅損が発生せず、同じ低コストの誘導機に比べて効率が良く、誘導機にとって変わる低コストモータとして近年実用化されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来構成のＩＰＭモータの場合には、高効率で剛性も高い優れたモータであるが、回転子に永久磁石を用いるためコストが高くなるという問題があり、一方、シンクロナスリラクタンスモータの場合には、低コストで誘導機よりも効率が良いという利点があるが、高効率という観点からすれば、まだまだ十分ではない。
【００１０】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、低コストで高出力，高効率な永久磁石埋め込みモータを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明は、ロータコアに永久磁石を埋設するとともに、同永久磁石の内側と外側にスリットを形成したもので、突極性を大きくし、リラクタンストルクを向上したものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は、ロータコアに永久磁石を埋設するとともに、同永久磁石の内側と外側にスリットを形成した。
【００１３】
また上記永久磁石およびスリットは中心側に凸なる円弧状に設定した。
さらに永久磁石として残留磁束密度の小さいものを用いた。
【００１４】
さらにロータコアに永久磁石を埋設するとともに、同永久磁石の内側と外側にスリットを形成した永久磁石埋め込みモータを駆動源とした電気自動車を得たものである。
【００１５】
上記によれば、突極性を大きくし、リラクタンストルクを向上できる。また突極性が大きくできる分永久磁石として残留磁束密度の小さいものを用いても出力低下することがない。
【００１６】
さらに誘起電圧を低減できるため、電気自動車の駆動源に用いて弱め界磁制御を行えば、広範囲の回転速度制御を実現できる。
【００１７】
【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。
【００１８】
図１において、１１は回転子、１２はそのロータコアである。１３は永久磁石、１４はｄ軸方向、１５はｑ軸方向、１６はスリットである。
【００１９】
回転子１１は積層したロータコア１２に永久磁石１３を埋め込んで構成される。すなわち、ロータコア１２は複数層の中心側が凸なる円弧状のスリット１６を備えており、そのスリットの１つに永久磁石１３を軸方向に埋め込んでいる。そして永久磁石１３の内側および外側にスリット１６が各々複数条残存する形をとっている。このスリット１６は永久磁石１３の磁束を弱めるので、回転子１１の外周側で少なく、中心側で多く設けるようにする。また、スリット１６は空気層でもよく、また、樹脂などの非磁性体を充填してもよい。
【００２０】
上記の構造により、ｄ軸方向ではスリットが横切っているため磁束が通り難くなり、ｄ軸方向のインダクタンスはより小さくなる。一方、ｑ軸方向ではスリットがｑ軸方向に沿って入っているため磁束はとおり易くなり、ｑ軸方向のインダクタンスはより大きくなる。
【００２１】
ここで、モータのトルクは下記の（数１）に示すように、マグネットトルクとリラクタンストルクの和であり、リラクタンストルクはｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンスの差が大きいほど大きくなり、マグネットトルクは永久磁石の磁束が大きいほど大きくなる。
【００２２】
【数１】
【００２３】
本実施例の回転子を用いたモータの場合、ｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンスの差がより大きくなるので、リラクタンストルクをより大きくできる。
【００２４】
従って、モータを設計する場合、従来と同一トルクを出力しようとすると、リラクタンストルクが大きくなった分、マグネットトルクを小さくできるので、例えば、残留磁束密度の小さい低コストな永久磁石を用いることができる。
【００２５】
また、永久磁石のコストはモータのコストに占める割合が高いので、低コストで高効率なモータが設計できる。
【００２６】
さらに、誘起電圧を低減できるため弱め界磁制御に有利であり、高速回転の向上が図れる。
【００２７】
なお、従来と同じ残留磁束密度の永久磁石を用いれば、従来のＩＰＭモータよりもさらに高出力なモータを得ることができる。
【００２８】
【発明の効果】
上記の実施例から明らかなように本発明によれば、低コストで、しかも高出力，高効率なモータを得ることができる。
【００２９】
また、誘起電圧を低減できるため弱め界磁制御に有利であり、特に広い速度範囲を必要とする電気自動車の駆動源として用いれば効果大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の回転子の正面図
【図２】従来のＩＰＭモータの回転子の正面図
【図３】従来のシンクロナスリラクタンスモータの回転子の正面図
【符号の説明】
１１ ロータ
１２ ロータコア
１３ 永久磁石
１４ ｄ軸方向
１５ ｑ軸方向
１６ スリット
【発明の属する技術分野】
本発明はリラクタンストルクを向上させた回転子を有する永久磁石埋め込みモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高効率なモータとして永久磁石を用いたモータがあり、その一つに永久磁石をロータコアの内部に埋め込んだＩＰＭ（永久磁石埋め込み）モータがある。
【０００３】
以下、図面を参照しながら従来のＩＰＭモータの回転子の構造について説明する。
【０００４】
図２において、ＩＰＭモータの回転子２１は、ロータコア２２の内部に永久磁石２３を埋め込んだ構造となっており、ｄ軸方向２４のインダクタンスＬｄとｑ軸方向２５のインダクタンスＬｑに差が生じて突極性を持つことからリラクタンストルクが発生し、表面磁石型モータよりも高効率なモータとなっている。
【０００５】
また、永久磁石２３をロータコア２２の内部に埋め込んでおり、高速回転時でも永久磁石２３をロータコア２２の内部に保持することができるため、剛性の高い回転子２１構造となっている。このような理由から表面磁石型モータよりもＩＰＭモータの方が主流となってきている。
【０００６】
一方、永久磁石を用いない低コストなモータとしてシンクロナスリラクタンスモータがある。以下、図面を参照しながら従来のシンクロナスリラクタンスモータの回転子の構造について説明する。
【０００７】
図３において、シンクロナスリラクタンスモータの回転子３１は、ロータコア３２の内部にスリット３５を多数設けた構造となっており、上述のＩＰＭモータ同様にｄ軸方向３３のインダクタンスＬｄとｑ軸方向３４のインダクタンスＬｑに差が生じ突極性を持つことからリラクタンストルクが発生して回転する。
【０００８】
このシンクロナスリラクタンスモータは、リラクタンストルクしか発生しないのでＩＰＭモータと比べて効率は低いが、回転子に巻線を持たないため２次銅損が発生せず、同じ低コストの誘導機に比べて効率が良く、誘導機にとって変わる低コストモータとして近年実用化されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来構成のＩＰＭモータの場合には、高効率で剛性も高い優れたモータであるが、回転子に永久磁石を用いるためコストが高くなるという問題があり、一方、シンクロナスリラクタンスモータの場合には、低コストで誘導機よりも効率が良いという利点があるが、高効率という観点からすれば、まだまだ十分ではない。
【００１０】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、低コストで高出力，高効率な永久磁石埋め込みモータを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明は、ロータコアに永久磁石を埋設するとともに、同永久磁石の内側と外側にスリットを形成したもので、突極性を大きくし、リラクタンストルクを向上したものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は、ロータコアに永久磁石を埋設するとともに、同永久磁石の内側と外側にスリットを形成した。
【００１３】
また上記永久磁石およびスリットは中心側に凸なる円弧状に設定した。
さらに永久磁石として残留磁束密度の小さいものを用いた。
【００１４】
さらにロータコアに永久磁石を埋設するとともに、同永久磁石の内側と外側にスリットを形成した永久磁石埋め込みモータを駆動源とした電気自動車を得たものである。
【００１５】
上記によれば、突極性を大きくし、リラクタンストルクを向上できる。また突極性が大きくできる分永久磁石として残留磁束密度の小さいものを用いても出力低下することがない。
【００１６】
さらに誘起電圧を低減できるため、電気自動車の駆動源に用いて弱め界磁制御を行えば、広範囲の回転速度制御を実現できる。
【００１７】
【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。
【００１８】
図１において、１１は回転子、１２はそのロータコアである。１３は永久磁石、１４はｄ軸方向、１５はｑ軸方向、１６はスリットである。
【００１９】
回転子１１は積層したロータコア１２に永久磁石１３を埋め込んで構成される。すなわち、ロータコア１２は複数層の中心側が凸なる円弧状のスリット１６を備えており、そのスリットの１つに永久磁石１３を軸方向に埋め込んでいる。そして永久磁石１３の内側および外側にスリット１６が各々複数条残存する形をとっている。このスリット１６は永久磁石１３の磁束を弱めるので、回転子１１の外周側で少なく、中心側で多く設けるようにする。また、スリット１６は空気層でもよく、また、樹脂などの非磁性体を充填してもよい。
【００２０】
上記の構造により、ｄ軸方向ではスリットが横切っているため磁束が通り難くなり、ｄ軸方向のインダクタンスはより小さくなる。一方、ｑ軸方向ではスリットがｑ軸方向に沿って入っているため磁束はとおり易くなり、ｑ軸方向のインダクタンスはより大きくなる。
【００２１】
ここで、モータのトルクは下記の（数１）に示すように、マグネットトルクとリラクタンストルクの和であり、リラクタンストルクはｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンスの差が大きいほど大きくなり、マグネットトルクは永久磁石の磁束が大きいほど大きくなる。
【００２２】
【数１】
本実施例の回転子を用いたモータの場合、ｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンスの差がより大きくなるので、リラクタンストルクをより大きくできる。
【００２４】
従って、モータを設計する場合、従来と同一トルクを出力しようとすると、リラクタンストルクが大きくなった分、マグネットトルクを小さくできるので、例えば、残留磁束密度の小さい低コストな永久磁石を用いることができる。
【００２５】
また、永久磁石のコストはモータのコストに占める割合が高いので、低コストで高効率なモータが設計できる。
【００２６】
さらに、誘起電圧を低減できるため弱め界磁制御に有利であり、高速回転の向上が図れる。
【００２７】
なお、従来と同じ残留磁束密度の永久磁石を用いれば、従来のＩＰＭモータよりもさらに高出力なモータを得ることができる。
【００２８】
【発明の効果】
上記の実施例から明らかなように本発明によれば、低コストで、しかも高出力，高効率なモータを得ることができる。
【００２９】
また、誘起電圧を低減できるため弱め界磁制御に有利であり、特に広い速度範囲を必要とする電気自動車の駆動源として用いれば効果大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の回転子の正面図
【図２】従来のＩＰＭモータの回転子の正面図
【図３】従来のシンクロナスリラクタンスモータの回転子の正面図
【符号の説明】
１１ ロータ
１２ ロータコア
１３ 永久磁石
１４ ｄ軸方向
１５ ｑ軸方向
１６ スリット
Claims (3)
- ロータコアに永久磁石を埋設するとともに、同永久磁石の内側と外側に、ロータ中心側に凸なる円弧形状をなした、スリットを配設した永久磁石埋め込みモータ。
- 残留磁束密度の小さい永久磁石を用いた請求項１記載の永久磁石モータ。
- 請求項１または請求項２に記載のモータを駆動源とした電気自動車。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31586898A JP3601322B2 (ja) | 1998-11-06 | 1998-11-06 | 永久磁石埋め込みモータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31586898A JP3601322B2 (ja) | 1998-11-06 | 1998-11-06 | 永久磁石埋め込みモータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000152538A JP2000152538A (ja) | 2000-05-30 |
| JP3601322B2 true JP3601322B2 (ja) | 2004-12-15 |
Family
ID=18070572
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31586898A Expired - Fee Related JP3601322B2 (ja) | 1998-11-06 | 1998-11-06 | 永久磁石埋め込みモータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3601322B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
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|---|---|---|---|---|
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| JP2004215479A (ja) * | 2002-03-29 | 2004-07-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | モータ |
| CN1579043B (zh) | 2002-03-29 | 2010-05-05 | 松下电器产业株式会社 | 电动机 |
| US6909216B2 (en) | 2002-05-29 | 2005-06-21 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Motor generator |
| JP4576873B2 (ja) * | 2004-04-22 | 2010-11-10 | ダイキン工業株式会社 | 永久磁石電動機並びにその駆動方法及び製造方法、圧縮機、送風機及び空気調和機 |
| DE102005041630A1 (de) * | 2005-09-01 | 2007-03-08 | Siemens Ag | Reluktanzsynchronmaschine |
| KR101150595B1 (ko) * | 2005-11-30 | 2012-06-12 | 엘지전자 주식회사 | 동기 릴럭턴스 모터의 로터 |
| JP5332137B2 (ja) * | 2007-05-22 | 2013-11-06 | 日産自動車株式会社 | 回転電機 |
| CN103138442B (zh) * | 2011-11-25 | 2016-04-13 | 丹佛斯（天津）有限公司 | 内置式永磁电机的转子和使用其的内置式永磁电机 |
| JP6782000B2 (ja) | 2016-04-25 | 2020-11-11 | 梨木 政行 | モータ |
-
1998
- 1998-11-06 JP JP31586898A patent/JP3601322B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000152538A (ja) | 2000-05-30 |
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Legal Events
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