JP3852930B2

JP3852930B2 - Permanent magnet rotating machine

Info

Publication number: JP3852930B2
Application number: JP2003051390A
Authority: JP
Inventors: 繁大熊; 慎二道木; 睦雄冨田; 光彦佐藤; 清一金子
Original assignee: アイチエレック株式会社
Priority date: 2003-02-27
Filing date: 2003-02-27
Publication date: 2006-12-06
Anticipated expiration: 2023-02-27
Also published as: JP2004260972A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石回転機、特に、回転子に設けられた磁石収容孔に永久磁石が収容された永久磁石回転機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エアコン（空調装置）や冷蔵庫等の圧縮機を駆動する電動機、車両や車載装置等を駆動する電動機等として、磁石収容孔に永久磁石が収容された（埋め込まれた）回転子、すなわち永久磁石埋込構造の回転子を備える永久磁石電動機（「永久磁石埋込型電動機」）が用いられている。
永久磁石埋込型電動機は、ティース部が設けられている固定子と、ティース先端部と間隙を介して配置される回転子を備え、回転子の軸方向に直角な断面において、永久磁石を収容する磁石収容孔が設けられている主磁極部と補助磁極部が周方向に交互に配置されている。これにより、永久磁石の磁束によるマグネットトルクと、補助磁極部の突極性によるリラクタンストルクの両方を利用することができる。
【０００３】
永久磁石埋込型電動機として、回転子の軸方向に直角な断面において、外周部が円形形状に形成された回転子を用いたものが知られている。このような回転子を用いた永久磁石埋込型電動機では、主磁極部と補助磁極部の境界部がティース部を通過する時に、ティース部を通る磁束が急激に変化するため、音や振動等が発生することがある。
そこで、ティース部を通る磁束の急激な変化を防止して音や振動等の発生を防止するために、例えば、図１５及び図１６に示されているような構造の回転子を用いた永久磁石埋込型電動機が提案されている。
図１５に示す永久磁石埋込型電動機は、ティース部５１２ａが設けられている固定子５１０と、ティース先端部と所定の間隙（ギャップ）を介して配置されている回転子５２０を備え、回転子５２０の主磁極部には、永久磁石５４１ａを収容する磁石収容孔５３１ａが設けられている。そして、回転子５２０の外周部は、回転子５２０の軸方向に直角な断面において、回転子５２０の中心Ｏと主磁極部の周方向中央部とを結ぶ線（ｄ軸という）上であって、中心Ｏより磁石収容孔５３１ａ側にずれた位置Ｋを中心とし、回転子５２０の中心Ｏと補助磁極部の周方向中央部とを結ぶ線（ｑ軸という）間に形成された半径Ｒ１の円弧形状の外周部分５２２ａを有している。（特許文献１参照）
図１６に示す永久磁石埋込型電動機は、ティース部５５２ａが設けられている固定子５５０と、ティース先端部と所定の間隙（ギャップ）を介して配置されている回転子５６０を備え、回転子５６０の主磁極部には、永久磁石５８１ａ及び５８２ａを収容する磁石収容孔５７１ａ及び５７２ａが設けられている。そして、回転子５６０の外周部は、回転子５６０の軸方向に直角な断面において、ｄ軸箇所に形成された、回転子５６０の中心Ｏを中心とする半径Ｒの円弧形状の外周部分５６２ａと、ｑ軸箇所に形成され、半径Ｒの円弧形状からＶ字状に切り欠かれた形状の外周部分５６３ａを有している。（特許文献２参照）
なお、固定子のティース部により形成されるスロットには、固定子巻線が収納されている。そして、インバータ等の電源装置から固定子巻線に電力を供給することにより、回転子が回転する。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−２２２３８４号公報
【特許文献２】
特開２００２−７８２５５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１５に示す回転子５２０では、回転子５２０の中心Ｏと主磁極部の周方向中心部とを結ぶ線（ｄ軸）付近から少しでも離れると、回転子５２０の中心Ｏから回転子５２０の外周部までの距離が短くなり、回転子５２０の外周部とティース先端部との間の間隙（ギャップ）が増大する。このため、回転子５２０の外周部とティース先端部との間の間隙が短いｄ軸付近に磁束が集中し、磁気飽和し易い。ｄ軸付近が磁気飽和すると、回転子５２０の外周部とティース先端部との間の間隙（ギャップ）がｄ軸付近より長い箇所を磁束が流れなければならなくなり、ティース部５１２ａを通る磁束が減少し、固定子巻線に誘起される起電力が低下する。この場合、固定子巻線に誘起される起電力を増大させるために、固定子巻線の巻数を増加させる必要がある。固定子巻線の巻数を増加させると、固定子巻線による銅損が増大する。したがって、電動機の効率を十分に向上させることができない。
【０００６】
一方、図１６に示す回転子５６０では、外周部分５６２ａが、回転子５６０の中心Ｏを中心とする半径Ｒの円弧形状に形成されている。このため、図１６に示す回転子のように、回転子５６０の中心Ｏと主磁極部の周方向中心部とを結ぶ線（ｄ軸）付近の箇所に磁束が集中することはない。
しかしながら、円弧形状に形成されている外周部分５６２ａとＶ字状に切り欠かれている外周部分５６３ａとの境界付近の箇所における磁束量の変化が大きくなる。このため、起電力波形に含まれる高調波成分が多くなる。
近年、永久磁石埋込型電動機の制御方式として、エンコーダやレゾルバ等の回転子の回転位置を検出するための回転子位置検出センサを用いないセンサレス制御方式が普及している。このセンサレス制御方式では、例えば、起電力波形が正弦波形であると仮定し、入力電圧と入力電流を用いて回転子の回転位置を算出している。このようなセンサレス制御方式を用いている場合、起電力波形に高調波成分が多く含まれるようになると、回転子の回転位置の算出精度が低下し、最適な制御を行うことができなくなって効率が低下する。
【０００７】
以上のように、回転子の特定箇所への磁束の集中及び磁束量の変化が大きくなることによって、効率が低下する。
また、スロットに固定子巻線を収容する方式として、分布巻方式と集中巻方式が知られている。集中巻方式は、分布巻方式に比べて、固定子巻線をスロット内に効率よく収容することができ、また、スロットからの固定子巻線のはみ出し量を少なくすることができる。スロットからの固定子巻線のはみ出し量が少ないと、固定子巻線の長さが短くなって固定子巻線による銅損が少なくなり、電動機の効率が向上する。一方、集中巻方式を用いて固定子巻線をスロットに収容する場合、分布巻方式を用いる場合に比べて、長い幅を有するティース端部を用いる必要がある。このティース端部は、ティース本体部に比べて磁気飽和し易い。
このため、固定子巻線をスロットに収容する方法として集中巻方式を用いる場合には、回転子の特定箇所への磁束集中と磁束量の変化をより考慮する必要がある。
そこで、本発明は、磁束が回転子の特定箇所に集中することを防止するとともに、磁束量の変化を小さくして起電力波形に含まれる高調波成分を低減し、効率を十分に向上させることができる永久磁石回転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】
前記課題を解決するための本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりの永久磁石回転機である。
請求項１に記載の永久磁石回転機では、固定子巻線を収容するスロットを形成するティース部が設けられている固定子と、ティース先端部と間隙を介して配置されている回転子とを備え、回転子には、回転子の軸方向に直角な断面において、永久磁石が収容される磁石収容孔が設けられている主磁極部と補助磁極部が周方向に交互に配置されており、スロットには、固定子巻線が集中巻方式により収容されている。回転子の外周部は、主磁極部のｄ軸と交差し、凸部側が外周方向を向いた第１の曲線部分と、補助磁極部のｑ軸と交差し、凸部側が外周方向を向いた第２の曲線部分が交互に接続されて形成され、第１の曲線部分は、ｄ軸上の位置を曲率中心とする円弧形状に形成され、第２の曲線部分は、ｑ軸上の回転子の中心より第２の曲線部分と反対方向にずれた位置を曲率中心とし、第１の曲線部分の曲率半径より大きい曲率半径を有する円弧形状に形成されている。そして、第１の曲線部分の開角（機械角）をθ、回転子の極対数をＰ、回転子の中心から外周部までの距離の中で最も長い距離Ｒを半径とする外周線と第２の曲線部分との間の距離の中で最も長い距離をＤ、スロット数をＮとした時、［（３８／Ｐ）度≦θ≦（８２／Ｐ）度］、及び、［（３．４８／Ｎ） mm ≦Ｄ≦（６．０６／Ｎ） mm ］を満足するように構成されている。
これにより、回転子の特定箇所に磁束が集中するのを防止することができるとともに、磁束量の変化を小さくして起電力波形に含まれる高調波成分を低減することができ、効率を十分に向上させることができる。
第１発明に記載された永久磁石回転機の各部の値を適切な範囲に設定することによって、より効率を向上させることができる。
例えば、請求項２に記載されているように、ティース先端部の端部に、回転子の回転方向に沿って傾斜している切欠部を設け、回転子の中心から外周部までの距離の中で最も長い距離Ｒを半径とする外周線と第２の曲線部分との間の距離の中で最も長い距離をＤ１、切欠部の最大切欠長をＤ２とした時、［（３．４８／Ｎ） mm ≦（Ｄ１＋Ｄ２）≦（６．０６／Ｎ） mm ］を満足するように構成する。
あるいは、請求項３に記載されているように、回転子の中心と第１の曲線部分の曲率中心との間の距離をｈとした時、［（−６．３／Ｎ）％≦（ｈ／２Ｒ×１００）≦（６．３／Ｎ）％］を満足するように構成する。
また、本発明の第４発明は、請求項４に記載されたとおりの永久磁石回転機である。
請求項４に記載の永久磁石回転機では、固定子巻線を収容するスロットを形成するティース部が設けられている固定子と、ティース先端部と間隙を介して配置されている回転子とを備え、回転子には、回転子の軸方向に直角な断面において、永久磁石が収容される磁石収容孔が設けられている主磁極部と補助磁極部が周方向に交互に配置されており、スロットには、固定子巻線が集中巻方式により収容されている。回転子の外周部は、主磁極部のｄ軸と交差し、凸部側が外周方向を向いた第１の曲線部分と、補助磁極部のｑ軸と交差し、凸部側が外周方向を向いた第２の曲線部分が交互に接続されて形成され、第１の曲線部分は、ｄ軸上の位置を曲率中心とする円弧形状に形成され、第２の曲線部分は、ｑ軸上の回転子の中心より第２の曲線部分と反対方向にずれた位置を曲率中心とし、第１の曲線部分の曲率半径より大きい曲率半径を有する円弧形状に形成されている。そして、第１の曲線部分の開角（機械角）をθ、回転子の外周部とティース先端部との間隙の中で最も短い間隙をｇ、回転子の中心から外周部までの距離の中で最も長い距離Ｒを半径とする外周線と第２の曲線部分との間の距離の中で最も長い距離をＤ、回転子の極対数をＰとした時、［（０．５） mm ≦Ｄ≦ { （ｇ／１０）×Ｐ×（θ／２）−ｇ }mm ］、及び、［（２４／Ｐ）度≦θ≦（８０／Ｐ）度］を満足するように構成されている。
これにより、回転子の特定箇所に磁束が集中するのを防止することができるとともに、磁束量の変化を小さくして起電力波形に含まれる高調波成分を低減することができ、効率を十分に向上させることができる。
第４発明に記載された永久磁石回転機の各部の値を適切な範囲に設定することによって、より効率を向上させることができる。
例えば、請求項５に記載されているように、ティース先端部の端部に、回転子の回転方向に沿って傾斜している切欠部を設け、回転子の中心から外周部までの距離の中で最も長い距離Ｒを半径とする外周線と第２の曲線部分との間の距離の中で最も長い距離をＤ１、切欠部の最大切欠長をＤ２とした時、［（０．５） mm ≦（Ｄ１＋Ｄ２）≦ { （ｇ／１０）×Ｐ×（θ／２）−ｇ }mm ］を満足するように構成する。
また、本発明の第６発明は、請求項６に記載されたとおりの永久磁石回転機である。
請求項６に記載の永久磁石回転機では、固定子巻線を収容するスロットを形成するティース部が設けられている固定子と、ティース先端部と間隙を介して配置されている回転子とを備え、回転子には、回転子の軸方向に直角な断面において、永久磁石が収容される磁石収容孔が設けられている主磁極部と補助磁極部が周方向に交互に配置されており、スロットには、固定子巻線が集中巻方式により収容されている。回転子の外周部は、主磁極部のｄ軸と交差し、凸部側が外周方向を向いた第１の曲線部分と、補助磁極部のｑ軸と交差し、凸部側が外周方向を向いた第２の曲線部分が交互に接続されて形成され、第１の曲線部分は、ｄ軸上の位置を曲率中心とする円弧形状に形成され、第２の曲線部分は、ｑ軸上の回転子の中心より第２の曲線部分と反対方向にずれた位置を曲率中心とし、第１の曲線部分の曲率半径より大きい曲率半径を有する円弧形状に形成されている。そして、第１の曲線部分の開角（機械角）をθ、回転子の極対数をＰ、回転子の中心から外周部までの距離の中で最も長い距離をＲ、回転子の中心と第１の曲線部分の曲率中心との間の距離をｈ、スロット数をＮとした時、［（３８／Ｐ）度≦θ≦（８２／Ｐ）度］、及び、［（−６．３／Ｎ）％≦（ｈ／２Ｒ×１００）≦（６．３／Ｎ）％］を満足するように構成されている。
これにより、回転子の特定箇所に磁束が集中するのを防止することができるとともに、磁束量の変化を小さくして起電力波形に含まれる高調波成分を低減することができ、効率を十分に向上させることができる。
ここで、請求項７に記載されている第７発明のように、第１の曲線部分を、回転子の中心を曲率中心とする円弧形状に形成することができる。
また、請求項８に記載されている第８発明のように、主磁極部の中央部にブリッジ部が設けられるように磁石収容孔を構成するのが好ましい。この場合には、回転子の強度が増大し、音や振動等の発生を防止することができる。
また、請求項９に記載されている第９発明のように、永久磁石の端部より回転子の外周側に空隙部を設けることができる。空隙部としては、孔や凹部を用いることができる
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
本発明の第１の実施の形態を図１及び図２に示す。第１の実施の形態は、本発明を、回転子の主磁極部に設けられている磁石収容孔に永久磁石が収容された（埋め込まれた）永久磁石埋込型電動機として構成したものである。なお、図１は、第１の実施の形態を軸方向に直角な方向から見た断面図であり、図２は、図１のＸ部の部分拡大図である。
本実施の形態の永久磁石埋込型電動機は、固定子１０と回転子２０により構成されている。
固定子１０は、固定子コア１１、ティース部１２ａ〜１２ｆを有している。固定子コア１１とティース部１２ａ〜１２ｆによって、固定子巻線を収容するスロット１６ａ〜１６ｆが形成される。スロット１６ａ〜１６ｆには、固定子巻線が集中巻方式によって収容されている。前述したように、固定子巻線を集中巻方式によってスロットに収容する場合には、ティース部１２ａ〜１２ｆのティース先端部の長さが分布巻方式を用いる場合に比べて長い。図１に示す固定子１０は、スロット数が６の場合を示している。
回転子２０には、回転軸が嵌合される嵌合孔２１が設けられているとともに、主磁極部と補助磁極部が周方向に交互に配置されている。主磁極部には、永久磁石が収容される永久磁石収容孔３１ａ〜３１ｄが設けられている。また、回転子２０の外周部は、第１の外周部分２２ａ〜２２ｄと第２の外周部分２３ａ〜２３ｄが交互に接続されて構成されている。図１に示す回転子２０は、磁極数が４（極対数が２）の場合を示している。
【００１０】
次に、本実施の形態を図２により詳述する。なお、固定子１０及び回転子の各部の構成は同じであるため、以下では、固定子１０のティース部１２ａ、回転子２０の磁石収容孔３１ａが設けられている主磁極部ａの構成について説明する。
固定子１０のティース部１２ａは、回転子２０の回転方向の両端部側にティース端部１３ａ及び１４ａが設けられ、回転子２０と対向する側にティース先端部１５ａが設けられている。
回転子２０の主磁極部ａには、磁石収容孔３１ａが設けられている。磁石収容孔３１ａは、内壁３２ａ、３３ａ、外壁３４ａ、３５ａ、端部壁３６ａ、３７ａにより形成され、回転子２０の中心Ｏと主磁極部ａの周方向中心部とを結ぶ線（ｄ軸）を中心に、略Ｖ字状に形成されている。内壁３２ａ、３３ａ、外壁３４ａ、３５ａは、略直線状に形成され、端壁３６ａ、３７ａは、対向する第２の外周部分２３ａ、２３ｄと略平行に形成されている。
磁石収容孔３１ａには、軸方向に直角な断面形状が略長方形形状に形成されている永久磁石４１ａ、４２ａが収容される（埋め込まれる）。この時、磁石収容孔３１ａの周方向端部（永久磁石４１ａ、４２ａの端部と端部壁３６ａ、３７ａとの間）及び中央部（永久磁石４１ａと４２ａの間）に、空隙４３ａ、４４ａ、４５ａが設けられる。永久磁石は、周方向に配置された隣接する主磁極部の極性が逆極性となるように配置される。
なお、永久磁石４１ａ、４２ａを磁石収容孔３１ａ、３２ａ内に位置決めするための係止部３８ａ、３９ａが、内壁３２ａ、３３ａから磁石収容孔側に突出して設けられている。
【００１１】
また、回転子２０の外周部は、第１の外周部分２２ａと第２の外周部分２３ａ、２３ｄにより構成されている。
第１の外周部分２２ａは、回転子２０の中心Ｏと主磁極部ａの周方向中心部とを結ぶ線（ｄ軸）と交差し、凸部側が外周方向を向いた曲線形状に形成されている。また、第２の外周部分２３ａは、回転子２０の中心Ｏと、主磁極部間に設けられている補助磁極部の周方向中心部とを結ぶ線（ｑ軸）と交差し、凸部側が外周方向を向いた曲線形状に形成されている。そして、第２の外周部分２３ａの曲率半径Ｒｑは、第１の外周部分２２ａの曲率半径Ｒｄより大きく設定されている。第１の外周部分２２ａ、第２の外周部分２３ａ、２３ｄは、接続点ａ１、ａ２で接続されている。
本実施の形態では、第１の外周部分２２ａは、回転子２０の中心Ｏを中心とする半径Ｒの円弧形状に形成されている。また、第２の外周部分２３ａは、ｑ軸上の回転子Ｏより第２の外周部分２３ａと反対方向にずれた位置Ｑを中心とする半径Ｒｑの円弧形状に形成されている。
なお、第１の外周部分２２ａや第２の外周部分２３ａの曲線形状は、円弧形状や楕円形状等の凸型形状であればよい。また、第１の外周部２２ａの曲率中心Ｏや第２の外周部２３ａの曲率中心Ｑの位置は、適宜変更可能である。例えば、第１の外周部２２ａの曲率中心Ｏを、ｄ軸上の回転子２０の中心Ｏより第１の外周部２２ａ側に所定距離ｈだけずれた曲率中心Ｓの位置に設定してもよい。
【００１２】
本実施の形態では、第１の外周部分２２ａ〜２２ｄが本発明の第１の曲線部分に対応し、第２の外周部分２３ａ〜２３ｄが本発明の第２の曲線部分に対応する。
【００１３】
以上のように、本実施の形態では、回転子２０の外周部は、ｄ軸と交差し、凸部側が外周方向に向いた曲線形状の第１の外周部分２２ａと、ｑ軸と交差し、第１の外周部より曲率半径が大きい第２の外周部分２３ａが交互に接続されて構成されているため、磁束が回転子２０の特定の箇所に集中することがない。
これにより、十分な起電力が発生するため、固定子巻線の巻数を増加させる必要がなくなり、固定子巻線の銅損による効率の低下を防止することができる。
また、第１の外周部分と第２の外周部分の接続部における磁束量の変化が大きくなることを防止することができるため、起電力波形に含まれる高調波成分が増大するのを防止することができる。これにより、センサレスの制御装置を用いた場合でも、精度よく回転子の位置を検出することができ、最適な制御を行うことができる。したがって、回転子の位置検出精度の低下による効率の低下を防止することができる。
また、第２の外周部分を凸部側が外周方向を向いた曲線形状に形成しているため、第２の外周部分とティース先端部との間の間隙の中の最も長い間隙（例えば、ｑ軸に沿った間隙）の長さ従来例に比べて短くすることができるため、リラクタンストルクを有効に利用することができる。
さらに、本実施の形態で用いている回転子を、固定子巻線を集中巻方式によりスロットに収容する固定子を組み合わせた場合でも、前記した効果を得ることができる。この場合には、集中巻方式を用いることによる効率の向上も期待することができるため、より効率を向上させることができる。すなわち、本実施の形態で用いている回転子は、集中巻方式を用いて固定子巻線をスロットに収容する固定子と好適に組み合わせることができる。
【００１４】
次に、本実施の形態で用いている回転子の各値を適切な範囲に設定することによって、効率をより向上させることができることを説明する。
第１の外周部分２２ａの開角θについて検討する。なお、開角θは、回転子２０の中心Ｏと第１の外周部分２２ａの両端の接続点ａ１及びａ２を結んだ線により形成される角度（機械角）である。
第１の外周部分２２ａの開角θと効率との関係を図３に示す。なお、図３に示すグラフは、ティース先端部１５ａと回転子の外周部との間の間隙（ギャップ）の中で最も短い間隙ｇを０．６mm、回転子２０の中心Ｏから回転子２０の外周部までの長さの中で最も長い長さを半径とする外周線と第２の外周部分２３ａまでの距離の中で最も長い距離Ｄを０．８mmに設定した場合のものである。
本実施の形態では、第１の外周部分２２ａが回転子２０の中心Ｏを曲率中心とする円弧形状に形成されているため、間隙ｇは、第１の外周部分２２ａがティース先端部１５ａと対向した時の第１の外周部分２２ａとティース先端部１５ａとの間の距離である。また、第２の外周部分２３ａがｑ軸上の点Ｑを曲率中心とする円弧形状に形成されているため、距離Ｄは、ｑ軸に沿った、回転子２０の中心Ｏを中心とする半径Ｒの外周線と第２の外周部分２３ａとの間の距離である。
図３に示されているように、［１９度≦開角θ≦４１度］の範囲内の時に効率が点線で示す所定値（９４％）以上となっていることがわかる。
なお、間隙（ギャップ）ｇが０．５mm〜０．７mmの範囲内、距離Ｄが０．６mm〜１．０mmの範囲内であれば、第１の外周部分２２ａの開角θに対する効率のグラフは図３に示すグラフと略等しい。
【００１５】
ここで、回転子２０の極対数が２の場合の条件［１９度≦開角θ≦４１度］は、回転子２０の極対数に応じて変更される。
例えば、回転子２０の極対数が１の場合には、極対数が２の場合の条件の２倍、すなわち、［３８度≦開角θ≦８２度］に対応する。また、回転子２０の極対数が３の場合には、極対数が２の場合の条件の２／３倍、すなわち、［３８／３度≦開角θ≦８２／３度］に対応する。
したがって、回転子２０の極対数をＰとした場合、第１の外周部分２２ａの開角θが、条件［（３８／Ｐ）度≦開角θ≦（８２／Ｐ）度］を満足するように構成することにより、効率を向上させることができる。
【００１６】
次に、回転子２０の中心Ｏから回転子２０の外周部までの長さの中で最も長い長さを半径とする外周線と第２の外周部分２３ａまでの距離の中で最も長い距離Ｄについて検討する。
距離Ｄと効率との関係を図４に示す。なお、図４に示すグラフは、第１の外周部分２２ａの開角θを３０度（機械角）、ティース先端部１５ａと回転子２０の外周部との間の間隙（ギャップ）の中で最も短い間隙ｇを０．６mmに設定した場合のものである。
本実施の形態では、第１の外周部分２２ａが回転子２０の中心Ｏを曲率中心とする円弧形状に形成されているため、間隙（ギャップ）ｇは、第１の外周部分２２ａがティース先端部１５ａに対向した時の第１の外周部分２２ａとティース先端部１５ａとの間の間隙である。また、第２の外周部分２３ａがｑ軸上の点Ｑを曲率中心とする円弧形状に形成されているため、距離Ｄは、ｑ軸に沿った、回転子２０の中心Ｏを中心とする半径Ｒの外周線と第２の外周部分２３ａとの間の距離である。
図４に示されているように、［０．５８mm≦距離Ｄ≦１．０１mm］の範囲内の時に効率が点線で示す所定値（９４％）以上となっていることがわかる。これにより、距離Ｄが、条件［０．５８mm≦距離Ｄ≦１．０１mm］を満足するように構成することにより、効率を向上させることができる。
なお、固定子１０のスロット数が６の場合には、第１の外周部分２３ａの開角θが２０度〜４０度の範囲内、間隙（ギャップ）ｇが０．５〜０．７の範囲内であれば、距離Ｄに対する効率のグラフは図４に示すグラフと略等しい。
【００１７】
ここで、固定子１０のスロット数が６の場合の条件［０．５８mm≦距離Ｄ≦１．０１mm］は、固定子１０のスロット数に応じて変更される。
例えば、固定子１０のスロット数が３の場合には、スロット数が６の場合の条件の２倍、すなわち、条件［１．１６mm≦距離Ｄ≦２．０２mm］に対応する。また、固定子１０のスロット数が９の場合には、スロット数が６の場合の条件の２／３倍、すなわち、条件［１．１６／３mm≦距離Ｄ≦２．０２／３mm］に対応する。また、固定子１０のスロット数が１２の場合には、スロット数が６の場合の条件の１／２倍、すなわち、条件［０．２９mm≦距離Ｄ≦０．５０５mm］に対応する。
したがって、スロット数をＮとした場合、距離Ｄが［（３．４８／Ｎ）mm≦距離Ｄ≦（６．０６／Ｎ）mm］を満足するように構成することにより、効率を向上させることができる。
【００１８】
次に、第１の外周部分２２ａの曲率中心Ｓをｄ軸に沿って回転子２０の中心Ｏからずらせた場合のずれ量について検討する。ここで、回転子２０の中心Ｏと第１の外周部分２２ａの曲率中心Ｓとの間の距離をｈとすると、回転子２０の中心Ｏから回転子２０の外周部までの間の距離で最も長い距離Ｒは、距離ｈと第１の外周部分２２ａの曲率半径Ｒｄの和で表される。
ずれ量と効率との関係を図５に示す。なお、図５では、ずれ量として［ｈ／２Ｒ×１００］を用いている。また、図５に示すグラフは、第１の外周部分２２ａの開角θを３０度（機械角）、ティース先端部１５ａと回転子２０の外周部との間の間隙（ギャップ）の中で最も短い間隙ｇを０．６mm、回転子２０の中心Ｏから回転子２０の外周部までの長さの中で最も長い長さを半径とする外周線と第２の外周部分２３ａまでの距離の中で最も長い距離Ｄを０．８mmに設定した場合のものである。
本実施の形態では、第１の外周部分２２ａがｄ軸に沿って回転子２０の中心Ｏから距離ｈだけずれた位置Ｓを曲率中心とする円弧形状に形成されているため、間隙（ギャップ）ｇは、第１の外周部分２２ａがティース先端部１５ａに対向した時の、ｄ軸に沿った第１の外周部分２２ａとティース先端部１５ａとの間の間隙である。
図５に示されているように、［−１．０５％≦（ｈ／２Ｒ×１００）≦＋１．０５％］の範囲内の時に効率が点線で示す所定値（９４％）以上となっていることがわかる。これにより、ずれ量［ｈ／２Ｒ×１００］が、条件［−１．０５％≦（ｈ／２Ｒ×１００）≦＋１．０５％］を満足するように構成することにより、効率を向上させることができる。この場合、［−２．１％≦（ｈ／Ｒ×１００）≦＋２．１％］の条件を用いても同一である。
なお、固定子１０のスロット数が６の場合には、第１の外周部分２２ａの開角θが２０度〜４０度の範囲内、間隙（ギャップ）ｇが０．５mm〜０．７mmの範囲内、距離Ｄが０．６mm〜１．０mmの範囲内であれば、ずれ量に対する効率のグラフは図５に示すグラフと略等しい。
【００１９】
ここで、固定子１０のスロット数が６の場合の条件［−１．０５％≦（ｈ／２Ｒ×１００）≦＋１．０５％］は、固定子１０のスロット数に応じて変更される。
例えば、固定子１０のスロット数が３の場合には、スロット数が６の場合の条件の２倍、すなわち、条件［−２．１％≦（ｈ／２Ｒ×１００）≦＋２．１％］に対応する。また、固定子１０のスロット数が９の場合には、スロット数が６の場合の条件の２／３倍、すなわち、条件［−０．７％≦（ｈ／２Ｒ×１００）≦＋０．７％］に対応する。また、固定子１０のスロット数が１２の場合には、スロット数が６の場合の条件の１／２倍、すなわち、条件［−０．５２５％≦（ｈ／２Ｒ×１００）≦＋０．５２５％］に対応する。
したがって、スロット数をＮとした場合、ずれ量［ｈ／２Ｒ×１００］が、条件［（−６．３／Ｎ）％≦（ｈ／２Ｒ×１００）≦（＋６．３／Ｎ）％］を満足するように構成することにより、効率を向上させることができる。
【００２０】
次に、第１の外周部分２２ａの開角θと、回転子２０の中心Ｏから回転子２０の外周部までの長さの中で最も長い長さを半径とする外周線と第２の外周部分２３ａまでの距離の中で最も長い距離Ｄについて検討する。
永久磁石埋込型電動機の発生トルクＴは、（１）式で表される。
Ｔ＝φＩｑ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）ＩｄＩｑ（１）
ここで、φは磁束量、Ｉｑはｑ軸電流、Ｉｄはｄ軸電流、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。
固定子巻線端子間に発生する起電力が大きいと、磁束量φも大きくなる。磁束量φが大きくなると、（１）式から、発生トルクＴが大きくなって電流が小さくなる。電流が小さくなると、固定子巻線の銅損が減少し、効率が向上する。
本実施の形態における、開角θ及び距離Ｄと固定子巻線端子間に発生する起電力の大きさとの関係を図６に示す。図６は、距離Ｄ＝２．０mm、開角θ＝１０度の時の起電力の大きさを１００％とし、距離Ｄと開角θを変更した場合の起電力の大きさを示している。
図６に示すように、開角θが大きくなるに従って起電力が大きくなる。この時、距離Ｄが０．１と小さい場合には開角θが変化しても起電力は殆ど変化しないが、距離Ｄが大きくなるに従って起電力が大きくなる。前記したように、起電力が大きくなると、磁束量が増加し、電流が小さくなる。これにより、固定子巻線の銅損が減少し、効率が向上する。
図６から、起電力が１０７％以上になる距離Ｄは、（２）式で表される。
Ｄ≦［（ｇ／１０）×Ｐ×（θ／２）−ｇ］（２）
ここで、Ｐは回転子の極対数である。
【００２１】
ところで、前述したように、センサレス方式の制御装置では、固定子巻線端子間に発生する起電力が正弦波形であると仮定し、入力電圧と入力電流を用いて回転子の回転位置を算出している。このようなセンサレス方式の制御装置では、起電力波形に含まれる高調波成分が多いと、回転子の位置を正確に算出することができなくなり、インバータ等の電源装置の制御精度が低下して効率が低下する。このため、起電力波形に含まれる高調波成分を減少させることが求められている。
本実施の形態における、開角θ及び距離Ｄと起電力波形に含まれる１次成分の大きさとの関係を図７に示す。
図７から、起電力波形に含まれる１次成分が８５％以上である領域は、（３）式で表される。
１２≦［Ｐ×（θ／２）］≦４０（３）
但し、Ｄ≧０．５（４）
（２）式と（４）式から、距離Ｄは、（５）式で表される。
０．５≦Ｄ≦［（ｇ／１０）×Ｐ×（θ／２）−ｇ］（５）
また、（３）式から、開角θは、（６）式で表される。
（２４／Ｐ）≦θ≦（８０／Ｐ）（６）
【００２２】
以上のことから、（５）式及び（６）式を満足させることによって、起電力を大きくすることができるとともに、起電力波形に含まれる１次成分を８５％以上とすることができる。
起電力を大きくすることにより、電流を減少させることができる。これにより、固定子巻線の銅損を減少させて、効率を向上させることができる。
また、起電力波形に含まれる１次成分を多くし、起電力波形に含まれる高調波成分を少なくすることができる。これにより、センサレス方式の制御装置は、精度よく回転子の位置を検出することができるため、インバータ等の電源装置の制御精度を高めることができ、永久磁石埋込型電動機の効率を向上させることができる。
【００２３】
第１の実施の形態では、距離Ｄを回転子側のみで確保したが、回転子側及び固定子側で確保することもできる。
本発明の第２の実施の形態の部分拡大図を図８に示す。第２の実施の形態では、ティース部１２ａのティース先端部１５ａの、回転子２０が回転する方向の端部に切欠部１８ａが設けられている。切欠部１８ａは、回転子２０の回転方向に沿って、端部側の切欠長（回転子２０の外周部との間の間隙）が大きくなるように傾斜状に形成されている。切欠部１８ａの最大切欠長はＤ２であり、幅はＷｔである。
なお、切欠部１８ａを介して永久磁石のＮ極側からＳ極側へ流れる磁束を低減するために、切欠部１８ａの幅Ｗｔは、磁石収容孔３１ａに収容されている永久磁石４２ａの幅（あるいは磁石収容孔３１ａの幅）より長く設定するのが好ましい。
本実施の形態では、回転子２０の中心Ｏから回転子２０の外周部までの長さの中で最も長い長さを半径とする外周線と第２の外周部分２３ｄまでの距離の中で最も長い距離Ｄ１と、切欠部１８ａの最大切欠長Ｄ２の和（Ｄ１＋Ｄ２）が第1の実施の形態の距離Ｄに対応する。
この距離（Ｄ１＋Ｄ２）を、前記した条件のＤに代えて用いることにより、前記した効果と同用の効果を有する。
【００２４】
以上の実施の形態では、Ｖ字形状の磁石収容孔に断面形状が長方形形状の永久磁石を収容し、磁石収容孔内の端部壁側と中央部に空隙を設けたが、空隙部としては、磁石収容孔の端部壁と外周部との間に設けた孔や外周部に設けた凹部を用いてもよい。空隙部には非磁性材を充填してもよい。
また、磁石収容孔、空隙部（孔や凹部）、永久磁石の形状や数等は種々変更可能である。
以下に、他の実施の形態で用いる回転子を説明する。
【００２５】
図９に示す第３の実施の形態の回転子は、磁石収容孔の中央部にブリッジ部を設けている点が第１の実施の形態の回転子と異なっている。
第３の実施の形態では、主磁極部には、磁石収容孔１３１ａ、１３２ａが、略Ｖ字形状となるようにｄ軸に対称に設けられている。磁石収容孔１３１ａと１３２ａの間には、ブリッジ部１３３ａが設けられている。
磁石収容孔１３１ａ、１３２ａには、それぞれ断面形状が長方形形状を有する永久磁石１４１ａ、１４２ａが収容される。
本実施の形態の回転子では、永久磁石収容孔１４１ａ、１４２ａ内の回転子の中央部側と外周部側に空隙部が設けられている。
【００２６】
図１０に示す第４の実施の形態の回転子は、磁石収容孔と回転子の外周部との間に孔が設けられている点が第３の実施の形態と異なっている。
第４の実施の形態では、主磁極部には、磁石収容孔１６１ａ、１６２ａが、略Ｖ字形状となるようにｄ軸に対称に設けられている。また、磁石収容孔１６１ａ、１６２ａの端部壁と回転子の外周部との間に孔１６３ａ、１６４ａが設けられている。磁石収容孔１６１ａと１６２ａとの間、磁石収容孔１６１ａと孔１６３ａとの間、磁石収容孔１６２ａと孔１６４ａとの間には、それぞれブリッジ部１６５ａ、１６６ａ、１６７ａが設けられている。
磁石収容孔１６１ａ、１６２ａには、それぞれ断面形状が長方形形状を有する永久磁石１７１ａ、１７２ａが収容される。
本実施の形態の回転子では、永久磁石収容孔１６１ａ、１６２ａ内の回転子の中央部側に空隙部が設けられている。
【００２７】
図１１に示す第５の実施の形態の回転子では、主磁極部には、凸部側が回転子の中央部側を向いた断面形状が円弧形状を有する磁石収容孔２３１ａが設けられている。
磁石収容孔２４１ａには、磁石収容孔と略同じ断面形状を有する永久磁石２４１ａが収容される。
本実施の形態の回転子では、空隙部が設けられていない。
【００２８】
図１２に示す第６の実施の形態の回転子では、主磁極部には、ｄ軸に直角な方向に磁石収容孔２６１ａが設けられている。
磁石収容孔２６１ａの両端部側には、回転際の外周部と略平行に形成されている端部壁２６２ａ、２６３ａ、主磁極部間の磁束の通路を形成するための通路壁２６４ａ、２６５ａが設けられている。
磁石収容孔２６１ａには、断面形状が長方形形状を有する永久磁石２７１ａが収容される。
本実施の形態の回転子では、磁石収容孔２６１ａの両端部側に空隙部が設けられている。
【００２９】
図１３に示す第７の実施の形態の回転子では、主磁極部には、凸部側が回転子の中央部側を向き、断面形状が台形形状を有する磁石収容孔３３１ａが設けられている。
磁石収容孔３３１ａの両端部と回転子の外周部との間には、孔３３２ａ、３３３ａが設けられている。
磁石収容孔３３１ａには、断面形状が長方形形状を有する永久磁石３４１ａ、３４２ａ、３４３ａが収容される。
本実施の形態の回転子では、磁石収容孔３３１ａ内の、永久磁石３４１ａと３４２ａ及び３４３ａとの間に空隙部が設けられている。
【００３０】
図１４に示す第８の実施の形態の回転子では、主磁極部には、凸部側が回転子の中央部側を向き、断面形状が台形形状を有する磁石収容孔３６１ａが設けられている。
磁石収容孔３６１ａの両端部と対向する回転子の外周部には、凹部３６２ａ、３６３ａが設けられている。
磁石収容孔３６１ａには、断面形状が長方形形状を有する永久磁石３７１ａ、３７２ａ、３７３ａが収容される。
本実施の形態の回転子では、磁石収容孔３６１ａ内の、永久磁石３７１ａと３７２ａ及び３７３ａとの間に空隙部が設けられている。
【００３１】
本発明は、実施の形態で説明した構成に限定されることなく、種々の変更、追加、削除が可能である。
例えば、回転子の主磁極部を単層で構成したが、多層で構成してもよい。
また、磁石収容孔の形状や永久磁石の形状は種々変更可能である。さらに、永久磁石の材料も種々変更可能である。
また、固定子のスロット数と回転子の極対数の組み合わせは、例えば、極対数が１でスロット数が３、極対数が２でスロット数が６、極対数が３でスロット数が９．極対数が４でスロット数が１２等の種々の組み合わせが可能である。
また、本発明は、集中巻方式で固定子巻線をスロットに収容する方法と組み合わせるのが好ましいが、分布巻方式で固定子巻線をスロットに収容する方法と組み合わせることもできる。
また、実施の形態で説明した各値を適切な範囲に設定する方法は、個々に用いてもよいし、適宜組み合わせて用いてもよい。
また、永久磁石埋込型電動機について説明したが、本発明は種々の構造の永久磁石電動機等として構成することができる。
また、本発明の永久磁石回転機は、種々の用途に用いることができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜９に記載の永久磁石回転機を用いれば、十分に効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の断面図である。
【図２】図１の部分拡大図である。
【図３】θと効率との関係を示す図である。
【図４】距離Ｄと効率との関係を示す図である。
【図５】ずれ量と効率との関係を示す図である。
【図６】θ及び距離Ｄと起電力の大きさとの関係を示す図である。
【図７】θ及び距離Ｄと起電力波形に含まれる１次成分との関係を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態の部分拡大図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態で用いる回転子の断面図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態で用いる回転子の断面図である。
【図１１】本発明の第５の実施の形態で用いる回転子の断面図である。
【図１２】本発明の第６の実施の形態で用いる回転子の断面図である。
【図１３】本発明の第７の実施の形態で用いる回転子の断面図である。
【図１４】本発明の第８の実施の形態で用いる回転子の断面図である。
【図１５】従来例の回転子の断面図である。
【図１６】従来例の回転子の断面図である。
【符号の説明】
１０固定子
１２ａ〜１２ｆティース部
１３ａ、１４ａティース端部
１５ａティース先端部
１６ａ〜１６ｆスロット
１８ａ切欠部
２０回転子
２２ａ〜２２ｄ、１２２ａ、１５２ａ、２２２ａ、２５２ａ、３２２ａ、３５２ａ第１の曲線部分
２３ａ〜２３ｄ、１２３ａ、１２３ｄ、１５３ａ、１５３ｄ、２２３ａ、２２３ｄ、２５３ａ、２５３ｄ、３２３ａ、３２３ｄ、３５３ａ、３５３ｄ第２の曲線部分
３１ａ〜３１ｄ、１３１ａ、１３２ａ、１６１ａ、１６２ａ、２３１ａ、２６１ａ、３３１ａ、３６１ａ磁石収容孔
３２ａ、３３ａ内壁
３４ａ、３５ａ外壁
３６ａ、３７ａ、２６２ａ、２６３ａ端部壁
３８ａ、３９ａ係止部
４１ａ、４２ａ、１４１ａ、１４２ａ、１７１ａ、１７２ａ、２４１ａ、２７１ａ、３４１ａ、３４２ａ、３４３ａ、３７１ａ、３７２ａ、３７３ａ永久磁石
１６３ａ、１６４ａ、３３２ａ、３３３ａ空隙部
１３３ａ、１６５ａ、１６６ａ、１６７ａ、３３４ａ、３３５ａ、３６４ａ、３６５ａブリッジ部
２６４ａ、２６５ａ仕切壁[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a permanent magnet rotating machine, and more particularly to a permanent magnet rotating machine in which a permanent magnet is housed in a magnet housing hole provided in a rotor.
[0002]
[Prior art]
As a motor for driving a compressor such as an air conditioner (air conditioner) or a refrigerator, or a motor for driving a vehicle or a vehicle-mounted device, a rotor in which a permanent magnet is housed (embedded) in a magnet housing hole, that is, a permanent magnet buried Permanent magnet motors (“embedded permanent magnet motors”) having a rotor with a built-in structure are used.
The permanent magnet embedded type motor includes a stator provided with a tooth portion and a rotor arranged via a gap between the tooth tip portion and a permanent magnet in a cross section perpendicular to the axial direction of the rotor. The main magnetic pole portions and the auxiliary magnetic pole portions provided with the magnet receiving holes are alternately arranged in the circumferential direction. Thereby, both the magnet torque by the magnetic flux of a permanent magnet and the reluctance torque by the saliency of an auxiliary | assistant magnetic pole part can be utilized.
[0003]
As a permanent magnet embedded type motor, a motor using a rotor having a circular outer periphery formed in a cross section perpendicular to the axial direction of the rotor is known. In such a permanent magnet embedded motor using a rotor, when the boundary between the main magnetic pole part and the auxiliary magnetic pole part passes through the tooth part, the magnetic flux passing through the tooth part changes abruptly. May occur.
Therefore, in order to prevent a sudden change in the magnetic flux passing through the tooth portion and prevent the generation of sound or vibration, for example, a permanent magnet using a rotor having a structure as shown in FIGS. Embedded motors have been proposed.
The embedded permanent magnet electric motor shown in FIG. 15 includes a stator 510 provided with a tooth portion 512a, and a rotor 520 arranged with a predetermined gap (gap) from a tooth tip portion. The main magnetic pole portion of 520 is provided with a magnet housing hole 531a for housing the permanent magnet 541a. The outer peripheral portion of the rotor 520 is on a line (referred to as a d-axis) connecting the center O of the rotor 520 and the circumferential central portion of the main magnetic pole portion in a cross section perpendicular to the axial direction of the rotor 520. , With a radius R1 formed between a line (referred to as the q-axis) connecting the center O of the rotor 520 and the circumferential central portion of the auxiliary magnetic pole portion with the position K shifted from the center O toward the magnet housing hole 531a as the center. It has an arc-shaped outer peripheral portion 522a. (See Patent Document 1)
The embedded permanent magnet electric motor shown in FIG. 16 includes a stator 550 provided with a tooth portion 552a, and a rotor 560 arranged with a predetermined gap (gap) from the tip of the tooth. The main magnetic pole portion of 560 is provided with magnet housing holes 571a and 572a for housing the permanent magnets 581a and 582a. An outer peripheral portion of the rotor 560 is formed in an arc-shaped outer peripheral portion 562a having a radius R centered on the center O of the rotor 560 and formed at a d-axis position in a cross section perpendicular to the axial direction of the rotor 560. The outer peripheral portion 563a is formed at the q-axis portion and is cut out in a V shape from an arc shape having a radius R. (See Patent Document 2)
A stator winding is housed in a slot formed by a tooth portion of the stator. And a rotor rotates by supplying electric power to stator windings from power supply devices, such as an inverter.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-7-222384
[Patent Document 2]
JP 2002-78255 A
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the rotor 520 shown in FIG. 15, when the rotor 520 is slightly separated from the vicinity of the line (d axis) connecting the center O of the rotor 520 and the central portion in the circumferential direction of the main magnetic pole portion, the rotor 520 is separated from the center O of the rotor 520. The distance to the outer peripheral portion is shortened, and the gap (gap) between the outer peripheral portion of the rotor 520 and the tip end portion of the tooth is increased. For this reason, the magnetic flux concentrates in the vicinity of the d-axis where the gap between the outer periphery of the rotor 520 and the tip of the tooth is short, and magnetic saturation is likely. When the vicinity of the d-axis is magnetically saturated, the magnetic flux must flow through a portion where the gap (gap) between the outer peripheral portion of the rotor 520 and the tip of the tooth is longer than the vicinity of the d-axis, and the magnetic flux passing through the tooth portion 512a decreases. As a result, the electromotive force induced in the stator winding is reduced. In this case, in order to increase the electromotive force induced in the stator winding, it is necessary to increase the number of turns of the stator winding. Increasing the number of turns of the stator winding increases the copper loss due to the stator winding. Therefore, the efficiency of the electric motor cannot be sufficiently improved.
[0006]
On the other hand, in the rotor 560 shown in FIG. For this reason, unlike the rotor shown in FIG. 16, the magnetic flux does not concentrate at a location near the line (d-axis) connecting the center O of the rotor 560 and the central portion in the circumferential direction of the main magnetic pole portion.
However, a change in the amount of magnetic flux at a portion near the boundary between the outer peripheral portion 562a formed in the arc shape and the outer peripheral portion 563a cut out in a V shape increases. For this reason, the harmonic component contained in an electromotive force waveform increases.
In recent years, a sensorless control system that does not use a rotor position detection sensor for detecting the rotational position of a rotor such as an encoder or a resolver has become widespread as a control system for an embedded permanent magnet electric motor. In this sensorless control method, for example, assuming that the electromotive force waveform is a sine waveform, the rotational position of the rotor is calculated using the input voltage and the input current. When such a sensorless control method is used, if the electromotive force waveform contains a lot of harmonic components, the calculation accuracy of the rotational position of the rotor will be reduced, making it impossible to perform optimal control and efficiency. Decreases.
[0007]
As described above, the efficiency decreases due to the concentration of the magnetic flux at a specific portion of the rotor and the change in the magnetic flux amount becoming large.
In addition, a distributed winding method and a concentrated winding method are known as methods for accommodating a stator winding in a slot. In contrast to the distributed winding method, the concentrated winding method can efficiently accommodate the stator winding in the slot, and can reduce the amount of protrusion of the stator winding from the slot. When the amount of protrusion of the stator winding from the slot is small, the length of the stator winding is shortened and the copper loss due to the stator winding is reduced, and the efficiency of the motor is improved. On the other hand, when the stator winding is accommodated in the slot by using the concentrated winding method, it is necessary to use a tooth end portion having a long width compared to the case of using the distributed winding method. The teeth end portion is more easily magnetically saturated than the teeth body portion.
For this reason, when the concentrated winding method is used as a method for accommodating the stator winding in the slot, it is necessary to further consider the concentration of magnetic flux at a specific location of the rotor and the change in the amount of magnetic flux.
Therefore, the present invention prevents the magnetic flux from concentrating on a specific portion of the rotor, and reduces the change in the amount of magnetic flux to reduce the harmonic component contained in the electromotive force waveform, thereby sufficiently improving the efficiency. An object of the present invention is to provide a permanent magnet rotating machine capable of achieving the above.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
[Claim 1]
A first invention of the present invention for solving the above-mentioned problems is a permanent magnet rotating machine as set forth in claim 1.
In the permanent magnet rotating machine according to claim 1, there is provided a stator provided with a tooth portion for forming a slot for accommodating a stator winding, and a rotor disposed with a tooth tip portion and a gap interposed therebetween. The main magnetic pole part and the auxiliary magnetic pole part provided with magnet accommodation holes for accommodating the permanent magnets are alternately arranged in the circumferential direction in the cross section perpendicular to the axial direction of the rotor. A stator winding is accommodated in the slot by a concentrated winding method. The outer periphery of the rotor intersects the d-axis of the main magnetic pole part, the first curved part whose convex part side faces the outer peripheral direction, and the q axis of the auxiliary magnetic pole part intersects, and the convex part side faces the outer peripheral direction. The second curved portion is formed by alternately connecting, the first curved portion is formed in an arc shape with the position on the d axis as the center of curvature, and the second curved portion is a rotor on the q axis. The center of curvature is a position shifted in the opposite direction from the center of the second curve portion, and the arc shape has a radius of curvature larger than the radius of curvature of the first curve portion. The first curve portion has an opening angle (mechanical angle) θ, the number of pole pairs of the rotor P, and the outer circumference line having the longest distance R in the distance from the center of the rotor to the outer circumference as a radius. 2 and [(3./38) degrees ≦ θ ≦ (82 / P) degrees], and [(3. 48 / N) mm ≦ D ≦ (6.06 / N) mm ] Is satisfied.
As a result, it is possible to prevent the magnetic flux from concentrating on a specific portion of the rotor, and to reduce the change in the amount of magnetic flux to reduce the harmonic component contained in the electromotive force waveform, thereby sufficiently improving the efficiency. Can be improved.
Efficiency can be improved more by setting the value of each part of the permanent magnet rotating machine described in the first invention within an appropriate range.
For example, as described in claim 2, a notch portion that is inclined along the rotation direction of the rotor is provided at the end of the tooth tip portion, and the distance from the center of the rotor to the outer peripheral portion is set. When the longest distance between the outer circumferential line having the radius of the longest distance R and the second curved portion is D1, and the maximum notch length of the notch is D2, [(3.48 / N ) mm ≦ (D1 + D2) ≦ (6.06 / N) mm ] Is satisfied.
Alternatively, as described in claim 3, when the distance between the center of the rotor and the center of curvature of the first curved portion is h, [(−6.3 / N)% ≦ (h /2R×100)≦(6.3/N)%].
The fourth invention of the present invention is a permanent magnet rotating machine as set forth in claim 4.
In the permanent magnet rotating machine according to claim 4, there is provided a stator provided with a tooth portion for forming a slot for accommodating a stator winding, and a rotor disposed with a tooth tip portion and a gap therebetween. The main magnetic pole part and the auxiliary magnetic pole part provided with magnet accommodation holes for accommodating the permanent magnets are alternately arranged in the circumferential direction in the cross section perpendicular to the axial direction of the rotor. A stator winding is accommodated in the slot by a concentrated winding method. The outer periphery of the rotor intersects the d-axis of the main magnetic pole part, the first curved part whose convex part side faces the outer peripheral direction, and the q axis of the auxiliary magnetic pole part intersects, and the convex part side faces the outer peripheral direction. The second curved portion is formed by alternately connecting, the first curved portion is formed in an arc shape with the position on the d axis as the center of curvature, and the second curved portion is a rotor on the q axis. The center of curvature is a position shifted in the opposite direction from the center of the second curve portion, and the arc shape has a radius of curvature larger than the radius of curvature of the first curve portion. The opening angle (mechanical angle) of the first curved portion is θ, the shortest gap among the gaps between the outer periphery of the rotor and the tip of the teeth is g, and the distance from the center of the rotor to the outer periphery is , Where D is the longest distance between the outer circumferential line having the radius of the longest distance R and the second curve portion, and P is the number of pole pairs of the rotor, [(0.5) mm ≦ D ≦ { (G / 10) × P × (θ / 2) −g } mm And [(24 / P) degree ≦ θ ≦ (80 / P) degree].
As a result, it is possible to prevent the magnetic flux from concentrating on a specific portion of the rotor, and to reduce the change in the amount of magnetic flux to reduce the harmonic component contained in the electromotive force waveform, thereby improving efficiency. Can be sufficiently improved.
Efficiency can be improved more by setting the value of each part of the permanent magnet rotating machine described in the fourth invention to an appropriate range.
For example, as described in claim 5, a notch portion that is inclined along the rotation direction of the rotor is provided at the end of the tooth tip portion, and the distance from the center of the rotor to the outer peripheral portion is set. When the longest distance among the distances between the outer peripheral line having the radius of the longest distance R and the second curved portion is D1, and the maximum notch length of the notch is D2, [(0.5) mm ≦ (D1 + D2) ≦ { (G / 10) × P × (θ / 2) −g } mm ] Is satisfied.
The sixth aspect of the present invention is a permanent magnet rotating machine as set forth in the sixth aspect.
In the permanent magnet rotating machine according to claim 6, there is provided a stator provided with a tooth portion for forming a slot for accommodating a stator winding, and a rotor disposed through a tooth tip portion and a gap. The main magnetic pole part and the auxiliary magnetic pole part provided with magnet accommodation holes for accommodating the permanent magnets are alternately arranged in the circumferential direction in the cross section perpendicular to the axial direction of the rotor. A stator winding is accommodated in the slot by a concentrated winding method. The outer periphery of the rotor intersects the d-axis of the main magnetic pole part, the first curved part whose convex part side faces the outer peripheral direction, and the q axis of the auxiliary magnetic pole part intersects, and the convex part side faces the outer peripheral direction. The second curved portion is formed by alternately connecting, the first curved portion is formed in an arc shape with the position on the d axis as the center of curvature, and the second curved portion is a rotor on the q axis. The center of curvature is a position shifted in the opposite direction from the center of the second curve portion, and the arc shape has a radius of curvature larger than the radius of curvature of the first curve portion. The opening angle (mechanical angle) of the first curve portion is θ, the number of pole pairs of the rotor is P, the longest distance from the center of the rotor to the outer periphery is R, the center of the rotor and the first [(38 / P) degrees ≦ θ ≦ (82 / P) degrees] and [(−6.3 / N)% ≦ (h / 2R × 100) ≦ (6.3 / N)%].
As a result, it is possible to prevent the magnetic flux from concentrating on a specific portion of the rotor, and to reduce the change in the amount of magnetic flux to reduce the harmonic component contained in the electromotive force waveform, thereby sufficiently improving the efficiency. Can be improved.
Here, as in the seventh aspect of the present invention, the first curved portion can be formed in an arc shape with the center of the rotor as the center of curvature.
Further, as in the eighth invention described in claim 8, it is preferable that the magnet housing hole is configured so that a bridge portion is provided at the center portion of the main magnetic pole portion. In this case, the strength of the rotor is increased, and generation of sound and vibration can be prevented.
Further, as in the ninth aspect of the present invention, a gap can be provided on the outer peripheral side of the rotor from the end of the permanent magnet. As the gap, a hole or a recess can be used.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
A first embodiment of the present invention is shown in FIGS. In the first embodiment, the present invention is configured as a permanent magnet embedded electric motor in which a permanent magnet is accommodated (embedded) in a magnet accommodation hole provided in a main magnetic pole portion of a rotor. . 1 is a cross-sectional view of the first embodiment viewed from a direction perpendicular to the axial direction, and FIG. 2 is a partially enlarged view of a portion X in FIG.
The permanent magnet embedded electric motor according to the present embodiment includes a stator 10 and a rotor 20.
The stator 10 has a stator core 11 and teeth portions 12a to 12f. The stator core 11 and the teeth portions 12a to 12f form slots 16a to 16f for accommodating the stator windings. Stator windings are accommodated in the slots 16a to 16f by a concentrated winding method. As described above, when the stator windings are accommodated in the slots by the concentrated winding method, the lengths of the tooth tip portions of the tooth portions 12a to 12f are longer than when the distributed winding method is used. The stator 10 shown in FIG. 1 shows a case where the number of slots is six.
The rotor 20 is provided with fitting holes 21 into which the rotation shaft is fitted, and the main magnetic pole portions and the auxiliary magnetic pole portions are alternately arranged in the circumferential direction. The main magnetic pole portion is provided with permanent magnet housing holes 31a to 31d for housing permanent magnets. Further, the outer peripheral portion of the rotor 20 is configured by alternately connecting the first outer peripheral portions 22a to 22d and the second outer peripheral portions 23a to 23d. The rotor 20 shown in FIG. 1 shows a case where the number of magnetic poles is 4 (the number of pole pairs is 2).
[0010]
Next, this embodiment will be described in detail with reference to FIG. In addition, since the structure of each part of the stator 10 and the rotor is the same, below, the structure of the main magnetic pole part a provided with the teeth part 12a of the stator 10 and the magnet accommodation hole 31a of the rotor 20 will be described. To do.
The teeth portion 12 a of the stator 10 is provided with tooth end portions 13 a and 14 a on both ends in the rotation direction of the rotor 20, and a tooth tip portion 15 a on the side facing the rotor 20.
The main magnetic pole part a of the rotor 20 is provided with a magnet accommodation hole 31a. The magnet housing hole 31a is formed by the inner walls 32a, 33a, the outer walls 34a, 35a, and the end walls 36a, 37a, and connects the center O of the rotor 20 and the circumferential center of the main magnetic pole part a (d axis). Is formed in a substantially V shape. The inner walls 32a, 33a and the outer walls 34a, 35a are formed in a substantially linear shape, and the end walls 36a, 37a are formed in substantially parallel to the opposing second outer peripheral portions 23a, 23d.
In the magnet housing hole 31a, permanent magnets 41a and 42a having a substantially rectangular cross-sectional shape in the axial direction are housed (embedded). At this time, gaps 43a and 44a are formed in circumferential ends (between the ends of the permanent magnets 41a and 42a and the end walls 36a and 37a) and the central portion (between the permanent magnets 41a and 42a) of the magnet housing hole 31a. , 45a are provided. The permanent magnets are arranged such that the polarities of adjacent main magnetic pole portions arranged in the circumferential direction are opposite to each other.
Locking portions 38a and 39a for positioning the permanent magnets 41a and 42a in the magnet housing holes 31a and 32a are provided so as to protrude from the inner walls 32a and 33a to the magnet housing hole side.
[0011]
Moreover, the outer peripheral part of the rotor 20 is comprised by the 1st outer peripheral part 22a and the 2nd outer peripheral parts 23a and 23d.
The first outer peripheral portion 22a intersects with a line (d axis) connecting the center O of the rotor 20 and the central portion of the main magnetic pole portion a in the circumferential direction, and the convex portion side is formed in a curved shape facing the outer peripheral direction. Yes. Further, the second outer peripheral portion 23a intersects a line (q axis) connecting the center O of the rotor 20 and the circumferential center portion of the auxiliary magnetic pole portion provided between the main magnetic pole portions, and the convex portion side is It is formed in a curved shape facing the outer peripheral direction. The curvature radius Rq of the second outer peripheral portion 23a is set to be larger than the curvature radius Rd of the first outer peripheral portion 22a. The first outer peripheral portion 22a and the second outer peripheral portions 23a and 23d are connected at connection points a1 and a2.
In the present embodiment, the first outer peripheral portion 22 a is formed in an arc shape having a radius R with the center O of the rotor 20 as the center. Further, the second outer peripheral portion 23a is formed in an arc shape having a radius Rq with a center at a position Q shifted from the rotor O on the q axis in a direction opposite to the second outer peripheral portion 23a.
The curved shape of the first outer peripheral portion 22a and the second outer peripheral portion 23a may be a convex shape such as an arc shape or an elliptical shape. The positions of the center of curvature O of the first outer peripheral portion 22a and the center of curvature Q of the second outer peripheral portion 23a can be changed as appropriate. For example, the center of curvature O of the first outer peripheral portion 22a may be set to the position of the center of curvature S that is shifted by a predetermined distance h from the center O of the rotor 20 on the d axis toward the first outer peripheral portion 22a. .
[0012]
In the present embodiment, the first outer peripheral portions 22a to 22d correspond to the first curved portion of the present invention, and the second outer peripheral portions 23a to 23d correspond to the second curved portion of the present invention.
[0013]
As described above, in the present embodiment, the outer peripheral portion of the rotor 20 intersects the d axis, the first outer peripheral portion 22a having a curved shape with the convex portion side facing the outer peripheral direction, and the q axis, Since the second outer peripheral portions 23 a having a larger radius of curvature than the first outer peripheral portion are alternately connected, the magnetic flux does not concentrate on a specific portion of the rotor 20.
As a result, a sufficient electromotive force is generated, so that it is not necessary to increase the number of turns of the stator winding, and a reduction in efficiency due to copper loss of the stator winding can be prevented.
In addition, since it is possible to prevent a change in the amount of magnetic flux at the connecting portion between the first outer peripheral portion and the second outer peripheral portion from increasing, it is possible to prevent an increase in harmonic components included in the electromotive force waveform. Can do. Thereby, even when a sensorless control device is used, the position of the rotor can be detected with high accuracy, and optimal control can be performed. Therefore, it is possible to prevent a decrease in efficiency due to a decrease in rotor position detection accuracy.
Further, since the second outer peripheral portion is formed in a curved shape with the convex portion side facing the outer peripheral direction, the longest gap (for example, q-axis) among the gaps between the second outer peripheral portion and the tooth tip portion is formed. Therefore, the reluctance torque can be used effectively.
Furthermore, even when the rotor used in the present embodiment is combined with a stator that accommodates a stator winding in a slot by a concentrated winding method, the above-described effects can be obtained. In this case, the efficiency can be expected to be improved by using the concentrated winding method, so that the efficiency can be further improved. That is, the rotor used in the present embodiment can be suitably combined with a stator that houses the stator windings in the slots using a concentrated winding method.
[0014]
Next, it will be described that the efficiency can be further improved by setting each value of the rotor used in the present embodiment within an appropriate range.
Consider the opening angle θ of the first outer peripheral portion 22a. The opening angle θ is an angle (mechanical angle) formed by a line connecting the center O of the rotor 20 and the connection points a1 and a2 at both ends of the first outer peripheral portion 22a.
FIG. 3 shows the relationship between the opening angle θ of the first outer peripheral portion 22a and the efficiency. In the graph shown in FIG. 3, the shortest gap g among the gaps (gap) between the tooth tip 15a and the outer periphery of the rotor is 0.6 mm, and the center 20 of the rotor 20 is This is a case where the longest distance D is set to 0.8 mm among the distance from the outer peripheral line having the longest length to the outer peripheral portion as the radius and the second outer peripheral portion 23a.
In the present embodiment, since the first outer peripheral portion 22a is formed in an arc shape whose center of curvature is the center O of the rotor 20, the first outer peripheral portion 22a is opposed to the tooth tip 15a. This is the distance between the first outer peripheral portion 22a and the tooth tip portion 15a. Further, since the second outer peripheral portion 23a is formed in an arc shape having the point Q on the q axis as the center of curvature, the distance D is a radius centered on the center O of the rotor 20 along the q axis. This is the distance between the outer peripheral line of R and the second outer peripheral portion 23a.
As shown in FIG. 3, it can be seen that the efficiency is equal to or greater than a predetermined value (94%) indicated by a dotted line when it is within the range of [19 degrees ≦ open angle θ ≦ 41 degrees].
If the gap g is in the range of 0.5 mm to 0.7 mm and the distance D is in the range of 0.6 mm to 1.0 mm, the efficiency graph with respect to the opening angle θ of the first outer peripheral portion 22a. Is substantially the same as the graph shown in FIG.
[0015]
Here, the condition [19 degrees ≦ open angle θ ≦ 41 degrees] when the number of pole pairs of the rotor 20 is 2 is changed according to the number of pole pairs of the rotor 20.
For example, when the number of pole pairs of the rotor 20 is 1, this corresponds to twice the condition when the number of pole pairs is 2, that is, [38 degrees ≦ open angle θ ≦ 82 degrees]. Further, when the number of pole pairs of the rotor 20 is 3, this corresponds to 2/3 times the condition when the number of pole pairs is 2, that is, [38/3 degrees ≦ open angle θ ≦ 82/3 degrees].
Therefore, when the number of pole pairs of the rotor 20 is P, the opening angle θ of the first outer peripheral portion 22a satisfies the condition [(38 / P) degree ≦ opening angle θ ≦ (82 / P) degree]. By configuring as above, the efficiency can be improved.
[0016]
Next, the longest distance D in the distance from the outer peripheral line having the longest length in the length from the center O of the rotor 20 to the outer peripheral portion of the rotor 20 and the second outer peripheral portion 23a. To consider.
FIG. 4 shows the relationship between the distance D and the efficiency. In the graph shown in FIG. 4, the opening angle θ of the first outer peripheral portion 22a is 30 degrees (mechanical angle), and is the largest in the gap (gap) between the tooth tip 15a and the outer peripheral portion of the rotor 20. This is a case where the short gap g is set to 0.6 mm.
In the present embodiment, since the first outer peripheral portion 22a is formed in an arc shape with the center O of the rotor 20 as the center of curvature, the gap (gap) g is such that the first outer peripheral portion 22a is at the tip of the tooth. This is a gap between the first outer peripheral portion 22a and the tooth tip 15a when facing the 15a. Further, since the second outer peripheral portion 23a is formed in an arc shape having the point Q on the q axis as the center of curvature, the distance D is a radius centered on the center O of the rotor 20 along the q axis. This is the distance between the outer peripheral line of R and the second outer peripheral portion 23a.
As shown in FIG. 4, it can be seen that the efficiency is equal to or higher than a predetermined value (94%) indicated by a dotted line when the distance is within the range of [0.58 mm ≦ distance D ≦ 1.01 mm]. Thus, the efficiency can be improved by configuring the distance D to satisfy the condition [0.58 mm ≦ distance D ≦ 1.01 mm].
When the number of slots of the stator 10 is 6, the opening angle θ of the first outer peripheral portion 23a is in the range of 20 degrees to 40 degrees, and the gap (gap) g is in the range of 0.5 to 0.7. If it is within, the graph of the efficiency with respect to the distance D is substantially equal to the graph shown in FIG.
[0017]
Here, the condition [0.58 mm ≦ distance D ≦ 1.01 mm] when the number of slots of the stator 10 is 6 is changed according to the number of slots of the stator 10.
For example, when the number of slots of the stator 10 is 3, this corresponds to twice the condition when the number of slots is 6, that is, the condition [1.16 mm ≦ distance D ≦ 2.02 mm]. Further, when the number of slots of the stator 10 is 9, it corresponds to 2/3 times the condition when the number of slots is 6, that is, the condition [1.16 / 3 mm ≦ distance D ≦ 2.02 / 3 mm]. To do. Further, when the number of slots of the stator 10 is 12, it corresponds to 1/2 the condition when the number of slots is 6, that is, the condition [0.29 mm ≦ distance D ≦ 0.505 mm].
Therefore, when the number of slots is N, the efficiency is improved by configuring the distance D to satisfy [(3.48 / N) mm ≦ distance D ≦ (6.06 / N) mm]. Can do.
[0018]
Next, the amount of deviation when the center of curvature S of the first outer peripheral portion 22a is shifted from the center O of the rotor 20 along the d axis will be examined. Here, when the distance between the center O of the rotor 20 and the center of curvature S of the first outer peripheral portion 22a is h, the distance from the center O of the rotor 20 to the outer peripheral portion of the rotor 20 is the largest. The long distance R is represented by the sum of the distance h and the radius of curvature Rd of the first outer peripheral portion 22a.
FIG. 5 shows the relationship between the deviation amount and the efficiency. In FIG. 5, [h / 2R × 100] is used as the shift amount. Further, the graph shown in FIG. 5 shows that the opening angle θ of the first outer peripheral portion 22a is 30 degrees (mechanical angle), and is the largest in the gap (gap) between the tooth tip 15a and the outer peripheral portion of the rotor 20. The short gap g is 0.6 mm, and the distance between the outer peripheral line having the longest radius in the length from the center O of the rotor 20 to the outer peripheral portion of the rotor 20 and the second outer peripheral portion 23a The longest distance D is set to 0.8 mm.
In the present embodiment, the first outer peripheral portion 22a is formed in an arc shape having a center of curvature at a position S shifted by a distance h from the center O of the rotor 20 along the d-axis. g is a gap between the first outer peripheral portion 22a and the tooth front end portion 15a along the d axis when the first outer peripheral portion 22a faces the tooth front end portion 15a.
As shown in FIG. 5, the efficiency becomes equal to or higher than a predetermined value (94%) indicated by a dotted line when it is within the range of [−1.05% ≦ (h / 2R × 100) ≦ + 1.05%]. I understand that. As a result, the displacement [h / 2R × 100] is configured to satisfy the condition [−1.05% ≦ (h / 2R × 100) ≦ + 1.05%], thereby improving the efficiency. Can do. In this case, it is the same even if the condition of [−2.1% ≦ (h / R × 100) ≦ + 2.1%] is used.
When the number of slots of the stator 10 is 6, the opening angle θ of the first outer peripheral portion 22a is in the range of 20 degrees to 40 degrees, and the gap (gap) g is in the range of 0.5 mm to 0.7 mm. If the distance D is in the range of 0.6 mm to 1.0 mm, the graph of efficiency with respect to the shift amount is substantially equal to the graph shown in FIG.
[0019]
Here, the condition [−1.05% ≦ (h / 2R × 100) ≦ + 1.05%] when the number of slots of the stator 10 is 6 is changed according to the number of slots of the stator 10.
For example, when the number of slots of the stator 10 is 3, twice the condition when the number of slots is 6, that is, the condition [−2.1% ≦ (h / 2R × 100) ≦ + 2.1%] Corresponding to Further, when the number of slots of the stator 10 is 9, 2/3 times the condition when the number of slots is 6, that is, the condition [−0.7% ≦ (h / 2R × 100) ≦ + 0.7 %]. When the number of slots of the stator 10 is 12, the condition when the number of slots is 6 is ½ times, that is, the condition [−0.525% ≦ (h / 2R × 100) ≦ + 0.525. %].
Therefore, when the number of slots is N, the shift amount [h / 2R × 100] satisfies the condition [(−6.3 / N)% ≦ (h / 2R × 100) ≦ (+ 6.3 / N)%]. By configuring so as to satisfy the above, efficiency can be improved.
[0020]
Next, the opening angle θ of the first outer peripheral portion 22a and the outer peripheral line having the longest length in the length from the center O of the rotor 20 to the outer peripheral portion of the rotor 20 and the second outer periphery. Consider the longest distance D among the distances to the portion 23a.
The generated torque T of the permanent magnet embedded electric motor is expressed by equation (1).
T = φIq + (Ld−Lq) IdIq (1)
Here, φ is the amount of magnetic flux, Iq is the q-axis current, Id is the d-axis current, Lq is the q-axis inductance, and Ld is the d-axis inductance.
If the electromotive force generated between the stator winding terminals is large, the amount of magnetic flux φ also increases. When the magnetic flux amount φ increases, the generated torque T increases and the current decreases from the equation (1). When the current is reduced, the copper loss of the stator winding is reduced and the efficiency is improved.
FIG. 6 shows the relationship between the opening angle θ and the distance D and the magnitude of the electromotive force generated between the stator winding terminals in the present embodiment. FIG. 6 shows the magnitude of the electromotive force when the distance D and the opening angle θ are changed with the magnitude of the electromotive force when the distance D = 2.0 mm and the opening angle θ = 10 degrees being 100%. .
As shown in FIG. 6, the electromotive force increases as the opening angle θ increases. At this time, when the distance D is as small as 0.1, the electromotive force hardly changes even if the opening angle θ changes, but the electromotive force increases as the distance D increases. As described above, when the electromotive force increases, the amount of magnetic flux increases and the current decreases. This reduces the copper loss of the stator winding and improves the efficiency.
From FIG. 6, the distance D at which the electromotive force becomes 107% or more is expressed by the equation (2).
D ≦ [(g / 10) × P × (θ / 2) −g] (2)
Here, P is the number of pole pairs of the rotor.
[0021]
By the way, as described above, in the sensorless control device, it is assumed that the electromotive force generated between the stator winding terminals is a sine waveform, and the rotational position of the rotor is calculated using the input voltage and the input current. ing. In such a sensorless control device, if there are many harmonic components contained in the electromotive force waveform, the position of the rotor cannot be calculated accurately, and the control accuracy of the power supply device such as an inverter is reduced, resulting in efficiency. Decreases. For this reason, it is required to reduce harmonic components contained in the electromotive force waveform.
FIG. 7 shows the relationship between the opening angle θ and the distance D and the magnitude of the primary component included in the electromotive force waveform in the present embodiment.
From FIG. 7, the region where the primary component included in the electromotive force waveform is 85% or more is expressed by Equation (3).
12 ≦ [P × (θ / 2)] ≦ 40 (3)
However, D ≧ 0.5 (4)
From the expressions (2) and (4), the distance D is expressed by the expression (5).
0.5 ≦ D ≦ [(g / 10) × P × (θ / 2) −g] (5)
Further, from the equation (3), the opening angle θ is represented by the equation (6).
(24 / P) ≦ θ ≦ (80 / P) (6)
[0022]
From the above, by satisfying the expressions (5) and (6), the electromotive force can be increased and the primary component included in the electromotive force waveform can be 85% or more.
By increasing the electromotive force, the current can be reduced. Thereby, the copper loss of the stator winding can be reduced and the efficiency can be improved.
Moreover, the primary component contained in the electromotive force waveform can be increased, and the harmonic component contained in the electromotive force waveform can be reduced. As a result, the sensorless control device can accurately detect the position of the rotor, so that the control accuracy of the power supply device such as an inverter can be increased, and the efficiency of the permanent magnet embedded motor can be improved. Can do.
[0023]
In the first embodiment, the distance D is ensured only on the rotor side, but may be secured on the rotor side and the stator side.
FIG. 8 shows a partially enlarged view of the second embodiment of the present invention. In 2nd Embodiment, the notch part 18a is provided in the edge part of the direction where the rotor 20 rotates of the teeth front-end | tip part 15a of the teeth part 12a. The notch 18 a is formed in an inclined shape so that the notch length on the end side (the gap between the outer periphery of the rotor 20) increases along the rotation direction of the rotor 20. The maximum notch length of the notch 18a is D2, and the width is Wt.
In order to reduce the magnetic flux flowing from the N-pole side to the S-pole side of the permanent magnet through the notch portion 18a, the width Wt of the notch portion 18a is the width of the permanent magnet 42a accommodated in the magnet accommodation hole 31a ( Alternatively, it is preferably set longer than the width of the magnet housing hole 31a.
In the present embodiment, the longest length of the distance from the center O of the rotor 20 to the outer peripheral portion of the rotor 20 is the longest of the distances from the outer peripheral line having the radius to the second outer peripheral portion 23d. The sum (D1 + D2) of the long distance D1 and the maximum notch length D2 of the notch 18a corresponds to the distance D of the first embodiment.
By using this distance (D1 + D2) instead of D in the above-described conditions, the same effect as described above can be obtained.
[0024]
In the above embodiment, a permanent magnet having a rectangular cross-section is accommodated in the V-shaped magnet accommodation hole, and a gap is provided in the end wall side and the central portion in the magnet accommodation hole. A hole provided between the end wall of the magnet housing hole and the outer peripheral portion or a concave portion provided in the outer peripheral portion may be used. The gap may be filled with a nonmagnetic material.
Further, the shape, number, etc. of the magnet housing hole, the gap (hole or recess), and the permanent magnet can be variously changed.
Below, the rotor used by other embodiment is demonstrated.
[0025]
The rotor of the third embodiment shown in FIG. 9 is different from the rotor of the first embodiment in that a bridge portion is provided at the center of the magnet housing hole.
In the third embodiment, the main magnetic pole portion is provided with magnet housing holes 131a and 132a symmetrically with respect to the d axis so as to be substantially V-shaped. A bridge portion 133a is provided between the magnet housing holes 131a and 132a.
In the magnet housing holes 131a and 132a, permanent magnets 141a and 142a each having a rectangular cross-sectional shape are housed.
In the rotor of the present embodiment, gaps are provided on the center side and the outer peripheral side of the rotor in the permanent magnet housing holes 141a and 142a.
[0026]
The rotor of the fourth embodiment shown in FIG. 10 is different from the third embodiment in that a hole is provided between the magnet housing hole and the outer peripheral portion of the rotor.
In the fourth embodiment, the main magnetic pole portion is provided with magnet housing holes 161a and 162a symmetrically with respect to the d axis so as to be substantially V-shaped. In addition, holes 163a and 164a are provided between the end walls of the magnet housing holes 161a and 162a and the outer peripheral portion of the rotor. Bridge portions 165a, 166a, and 167a are provided between the magnet accommodation holes 161a and 162a, between the magnet accommodation holes 161a and 163a, and between the magnet accommodation holes 162a and 164a, respectively.
Permanent magnets 171a and 172a having a rectangular cross section are accommodated in the magnet accommodation holes 161a and 162a, respectively.
In the rotor of the present embodiment, a gap is provided on the central part side of the rotor in the permanent magnet housing holes 161a and 162a.
[0027]
In the rotor of the fifth embodiment shown in FIG. 11, the main magnetic pole part is provided with a magnet housing hole 231a having a circular arc shape in cross section with the convex side facing the central part of the rotor.
A permanent magnet 241a having substantially the same cross-sectional shape as the magnet accommodation hole is accommodated in the magnet accommodation hole 241a.
In the rotor according to the present embodiment, no gap is provided.
[0028]
In the rotor of the sixth embodiment shown in FIG. 12, the main magnetic pole part is provided with a magnet accommodation hole 261a in a direction perpendicular to the d-axis.
On both ends of the magnet housing hole 261a, end walls 262a and 263a are formed substantially parallel to the outer peripheral portion during rotation, and passage walls 264a and 265a for forming a magnetic flux passage between the main magnetic pole portions. Is provided.
A permanent magnet 271a having a rectangular cross-sectional shape is accommodated in the magnet accommodation hole 261a.
In the rotor of the present embodiment, a gap is provided on both end sides of the magnet accommodation hole 261a.
[0029]
In the rotor of the seventh embodiment shown in FIG. 13, the main magnetic pole portion is provided with a magnet accommodation hole 331a having a convex portion facing the central portion of the rotor and having a trapezoidal cross section.
Holes 332a and 333a are provided between both end portions of the magnet housing hole 331a and the outer peripheral portion of the rotor.
Permanent magnets 341a, 342a, and 343a having a rectangular cross-sectional shape are accommodated in the magnet accommodation hole 331a.
In the rotor of the present embodiment, a gap is provided between the permanent magnets 341a and 342a and 343a in the magnet housing hole 331a.
[0030]
In the rotor of the eighth embodiment shown in FIG. 14, the main magnetic pole portion is provided with a magnet accommodation hole 361a having the convex portion side facing the central portion of the rotor and the cross-sectional shape being a trapezoidal shape.
Concave portions 362a and 363a are provided on the outer peripheral portion of the rotor facing both end portions of the magnet housing hole 361a.
Permanent magnets 371a, 372a, and 373a having a rectangular cross-sectional shape are accommodated in the magnet accommodation hole 361a.
In the rotor of the present embodiment, a gap is provided between the permanent magnets 371a and 372a and 373a in the magnet accommodation hole 361a.
[0031]
The present invention is not limited to the configuration described in the embodiment, and various changes, additions, and deletions are possible.
For example, the main magnetic pole portion of the rotor is configured with a single layer, but may be configured with multiple layers.
Moreover, the shape of a magnet accommodation hole and the shape of a permanent magnet can be variously changed. Further, the material of the permanent magnet can be variously changed.
The combination of the number of slots of the stator and the number of pole pairs of the rotor is, for example, 1 pole pair, 3 slots, 2 pole pairs, 6 slots, 3 pole pairs, 9 slots. Various combinations such as four pole pairs and twelve slots are possible.
Further, the present invention is preferably combined with a method in which the stator winding is accommodated in the slot by the concentrated winding method, but may be combined with a method in which the stator winding is accommodated in the slot by the distributed winding method.
Moreover, the method of setting each value described in the embodiment within an appropriate range may be used individually or in combination as appropriate.
Moreover, although the permanent magnet embedded type motor has been described, the present invention can be configured as a permanent magnet motor having various structures.
Moreover, the permanent magnet rotating machine of this invention can be used for various uses.
[0032]
【The invention's effect】
As explained above,Claims 1-9If the permanent magnet rotating machine described in 1 is used, the efficiency can be sufficiently improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partially enlarged view of FIG.
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between θ and efficiency.
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between distance D and efficiency.
FIG. 5 is a diagram illustrating a relationship between a deviation amount and efficiency.
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between θ and distance D and the magnitude of electromotive force.
FIG. 7 is a diagram showing a relationship between θ and distance D and primary components included in an electromotive force waveform.
FIG. 8 is a partially enlarged view of a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a sectional view of a rotor used in a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a cross-sectional view of a rotor used in a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a cross-sectional view of a rotor used in a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a sectional view of a rotor used in a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a cross-sectional view of a rotor used in a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a cross-sectional view of a rotor used in an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a cross-sectional view of a conventional rotor.
FIG. 16 is a cross-sectional view of a conventional rotor.
[Explanation of symbols]
10 Stator
12a-12f Teeth
13a, 14a Teeth end
15a Teeth tip
16a-16f slot
18a Notch
20 Rotor
22a-22d, 122a, 152a, 222a, 252a, 322a, 352a First curve portion
23a-23d, 123a, 123d, 153a, 153d, 223a, 223d, 253a, 253d, 323a, 323d, 353a, 353d Second curve portion
31a to 31d, 131a, 132a, 161a, 162a, 231a, 261a, 331a, 361a Magnet receiving hole
32a, 33a inner wall
34a, 35a outer wall
36a, 37a, 262a, 263a End wall
38a, 39a Locking part
41a, 42a, 141a, 142a, 171a, 172a, 241a, 271a, 341a, 342a, 343a, 371a, 372a, 373a Permanent magnet
163a, 164a, 332a, 333a gap
133a, 165a, 166a, 167a, 334a, 335a, 364a, 365a Bridge part
264a, 265a Partition wall

Claims

  A stator provided with a tooth portion for forming a slot for accommodating the stator winding; and a rotor disposed through a gap between the tooth tip portion and the rotor. In the cross section perpendicular to the main magnetic pole part and the auxiliary magnetic pole part provided with magnet accommodation holes for accommodating permanent magnets are arranged alternately in the circumferential direction, and the stator winding is concentrated winding system in the slot A permanent magnet rotating machine housed by
  The outer periphery of the rotor intersects the d-axis of the main magnetic pole part, the first curved part whose convex part side faces the outer peripheral direction, and the q axis of the auxiliary magnetic pole part intersects, and the convex part side faces the outer peripheral direction. The second curved portion is formed by alternately connecting, the first curved portion is formed in an arc shape with the position on the d axis as the center of curvature, and the second curved portion is a rotor on the q axis. The center of curvature is a position shifted in the opposite direction from the center of the second curve portion, and the arc shape has a curvature radius larger than the curvature radius of the first curve portion,
  The first curve portion has an open angle (mechanical angle) of θ, the number of pole pairs of the rotor is P, and the outer circumference line having the radius of the longest distance R in the distance from the center of the rotor to the outer circumference portion and the second [(38 / P) degrees ≦ θ ≦ (82 / P) degrees] and [(3.48 / P), where D is the longest distance between the curved portions and N is the number of slots. N) mm ≦ D ≦ (6.06 / N) mm Is configured to satisfy
Permanent magnet rotating machine.

2. The permanent magnet rotating machine according to claim 1, wherein a notch portion that is inclined along a rotation direction of the rotor is provided at an end portion of the tooth tip portion, and an outer peripheral portion from the center of the rotor. And D2 is the longest distance between the outer circumferential line having the radius of the longest distance R and the second curved portion, and D2 is the maximum notch length of the notch [[ 3.48 / N) mm ≦ (D1 + D2) ≦ (6.06 / N) mm ] A permanent magnet rotating machine configured to satisfy

3. The permanent magnet rotating machine according to claim 1, wherein when the distance between the center of the rotor and the center of curvature of the first curved portion is h, [(−6.3 / N)%. ≦ (h / 2R × 100) ≦ (6.3 / N)%].

  A stator provided with a tooth portion for forming a slot for accommodating the stator winding; and a rotor disposed through a gap between the tooth tip portion and the rotor. In the cross section perpendicular to the main magnetic pole part and the auxiliary magnetic pole part provided with magnet accommodation holes for accommodating permanent magnets are arranged alternately in the circumferential direction, and the stator winding is concentrated winding system in the slot A permanent magnet rotating machine housed by
  The outer periphery of the rotor intersects the d-axis of the main magnetic pole part, the first curved part whose convex part side faces the outer peripheral direction, and the q axis of the auxiliary magnetic pole part intersects, and the convex part side faces the outer peripheral direction. The second curved portion is formed by alternately connecting, the first curved portion is formed in an arc shape with the position on the d axis as the center of curvature, and the second curved portion is a rotor on the q axis. The center of curvature is a position shifted in the opposite direction from the center of the second curve portion, and the arc shape has a curvature radius larger than the curvature radius of the first curve portion,
  The opening angle (mechanical angle) of the first curve portion is θ, the shortest gap among the gaps between the outer periphery of the rotor and the tip of the teeth, g, and the longest of the distances from the center of the rotor to the outer periphery. When the longest distance is D and the number of pole pairs of the rotor is P among the distances between the outer peripheral line having the long distance R as a radius and the second curve portion, [(0.5) mm ≦ D ≦ { (G / 10) × P × (θ / 2) −g } mm And [(24 / P) degree ≦ θ ≦ (80 / P) degree].
Permanent magnet rotating machine.

5. The permanent magnet rotating machine according to claim 4, wherein a notch portion inclined along a rotation direction of the rotor is provided at an end portion of the tooth tip portion, and an outer peripheral portion from the center of the rotor. Distance to Among the distances between the outer circumferential line having the longest distance R as a radius and the second curve portion, the longest distance is D1, and the maximum notch length of the notch is D2. ) mm ≦ (D1 + D2) ≦ { (G / 10) × P × (θ / 2) −g } mm ] A permanent magnet rotating machine configured to satisfy

  A stator provided with a tooth portion for forming a slot for accommodating the stator winding; and a rotor disposed through a gap between the tooth tip portion and the rotor. In the cross section perpendicular to the main magnetic pole part and the auxiliary magnetic pole part provided with magnet accommodation holes for accommodating permanent magnets are arranged alternately in the circumferential direction, and the stator winding is concentrated winding system in the slot A permanent magnet rotating machine housed by
  The outer periphery of the rotor intersects the d-axis of the main magnetic pole part, the first curved part whose convex part side faces the outer peripheral direction, and the q axis of the auxiliary magnetic pole part intersects, and the convex part side faces the outer peripheral direction. The second curved portion is formed by alternately connecting, the first curved portion is formed in an arc shape with the position on the d axis as the center of curvature, and the second curved portion is a rotor on the q axis. The center of curvature is a position shifted in the opposite direction from the center of the second curve portion, and the arc shape has a curvature radius larger than the curvature radius of the first curve portion,
  The opening angle (mechanical angle) of the first curved portion is θ, the number of pole pairs of the rotor is P, the longest distance from the center of the rotor to the outer periphery is R, the center of the rotor and the first [(38 / P) degrees ≦ θ ≦ (82 / P) degrees] and [(−6.3 / N), where h is the distance from the center of curvature of the curved portion and N is the number of slots. % ≦ (h / 2R × 100) ≦ (6.3 / N)%],
Permanent magnet rotating machine.

The permanent magnet rotating machine according to any one of claims 1 to 6, wherein the first curved portion is formed in an arc shape having a center of curvature at the center of the rotor.

The permanent magnet rotating machine according to any one of claims 1 to 7 , wherein the magnet housing hole is provided so that a bridge portion is formed at a central portion of the main magnetic pole portion.

The permanent magnet rotating machine according to any one of claims 1 to 8 , wherein a gap is provided on an outer peripheral side of the rotor from an end of the permanent magnet.