JP4120208B2

JP4120208B2 - Permanent magnet type synchronous machine

Info

Publication number: JP4120208B2
Application number: JP2001354576A
Authority: JP
Inventors: 昌史佐久間; 裕之永田
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2001-11-20
Filing date: 2001-11-20
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2021-11-20
Also published as: DE10253950A1; JP2003158838A; DE10253950B4

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石型同期機（同期電動機及び同期発電機）に係り、特にロータに永久磁石が埋設された永久磁石型同期機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、巻線の施されたステータの内側に、永久磁石の埋設されたロータを設けた永久磁石型同期機が知られている（例えば、「’９８モータ技術シンポジウム ’９８．４．２２〜４．２４」Ｐ．Ｂ２−１−２）。こうした永久磁石型同期機において、例えば電動機ではステータに回転磁界を発生させることでロータは同磁界に従って回転する。
【０００３】
図１３は、こうした永久磁石型同期機が備えるロータ構造の一例を示す平面図である。同図に示されるように、この永久磁石型同期機が備えるロータ９１は、積層鋼板で構成される略円柱体の鉄心構造を形成しており、周方向に略沿って所定角度ごとに穿設された複数（図１３においては１つのみ図示）の磁束障壁９２を有している。そして、この磁束障壁９２の内、外周側は各磁気通路部９７，９３を形成している。この磁束障壁９２の周方向一側及び他側には、同磁束障壁９２を区画してその周方向一側及び他側にそれぞれ第１磁束障壁９２ａを形成するとともに両第１磁束障壁９２ａ間に第２磁束障壁９２ｂを形成する保持壁９４が設けられている。そして、第２磁束障壁９２ｂには永久磁石９５が埋設されている。従って、上記磁気通路部９３を形成する外周側の構造体（及び永久磁石９５）は、上記保持壁９４及びロータ９１の外周面と第１磁束障壁９２ａとの間に形成される外周側保持壁９６によって保持されている。
【０００４】
このような構造において、例えば電動機では永久磁石９５が発生する磁束とこれに直交するｑ軸成分の電流との電磁作用により磁石トルクを発生する。また、ｑ軸成分の電流による上記磁気通路部９３，９７を通過する磁束とこれに直交するｄ軸成分の電流との電磁作用によりリラクタンストルクを発生する。これら磁石トルク及びリラクタンストルクによりロータ９１は回転駆動される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記磁気通路部９３として形成される構造体（及び永久磁石９５）には、ロータ９１の回転時において遠心力が加わることになる。従って、上述の保持壁９４，９６は、遠心力に抗して当該構造体を保持している。
【０００６】
図１４は、上記ロータ９１の回転時の遠心力の作用による応力分布を示す解析図である。これは、例えば有限要素法による解析にて求めたものである。同図から明らかなように、遠心力の作用により上記保持壁９４において著しい応力集中及び最大応力が発生していることがわかる。特に、保持壁９４の第１磁束障壁９２ａ側の壁面にあっては内周側に、同保持壁９４の第２磁束障壁９２ｂ側の壁面にあっては外周側に著しい応力集中及び最大応力が発生していることがわかる。従って、最高回転速度がより高速に設定される回転用途に当該ロータ９１を供するためには、保持壁９４に対して遠心力に耐え得る対策を講ずる必要がある。
【０００７】
ここで、上記保持壁９４の強度を確保すべく拡幅した場合、同期機特性が劣化することがある。これは、保持壁９４が拡幅されることで、例えば電動機にあっては本来、トルク発生に寄与すべき磁束が当該保持壁９４を通って漏れやすくなり、トルク特性が劣化してしまうことによる。
【０００８】
本発明の目的は、同期機特性を劣化させることなく、最高回転速度をより高速に設定可能な永久磁石型同期機を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、周方向に略沿って所定角度ごとに穿設された複数の磁束障壁を有するロータを備え、該磁束障壁の周方向一側及び他側には該磁束障壁を区画して該磁束障壁の周方向一側及び他側にそれぞれ第１磁束障壁を形成するとともに両第１磁束障壁間に第２磁束障壁を形成する保持壁が設けられ、該第２磁束障壁には永久磁石が埋設された永久磁石型同期機において、前記各保持壁の前記第１磁束障壁側の壁面は、前記第２磁束障壁の長手方向の端面に対向する部位において、接線が前記埋設された永久磁石よりも外周側で交差するように形成された面部と、前記面部の接線と交差する方向に延びる平面部とを有し、前記面部は、前記保持壁の前記第１磁束障壁側の壁面の内周側に配置されたことを要旨とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の永久磁石型同期機において、前記平面部は、外径方向に平行に延びるように形成され、前記面部は、前記平面部よりも前記第１磁束障壁側の壁面の内周側に配置されていることを要旨とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、周方向に略沿って所定角度ごとに穿設された複数の磁束障壁を有するロータを備え、該磁束障壁の周方向一側及び他側には該磁束障壁を区画して該磁束障壁の周方向一側及び他側にそれぞれ第１磁束障壁を形成するとともに両第１磁束障壁間に第２磁束障壁を形成する保持壁が設けられ、該第２磁束障壁には永久磁石が埋設された永久磁石型同期機において、前記各保持壁の前記第２磁束障壁側の壁面は、該第２磁束障壁の長手方向の端面の部位において、接線が前記埋設された永久磁石よりも外周側で交差するように形成された面部と、前記面部の接線と交差する方向に延びる平面部とを有し、前記面部は、前記保持壁の前記第２磁束障壁側の壁面の外周側に配置されたことを要旨とする。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の永久磁石型同期機において、前記平面部は、外径方向に平行に延びるように形成され、前記面部は、前記平面部よりも前記第２磁束障壁側の壁面の外周側に配置されていることを要旨とする。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の永久磁石型同期機において、前記面部は、平面状又は曲面状に形成されたことを要旨とする。
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の永久磁石型同期機において、前記保持壁は前記磁束障壁の周方向中心部を通る径線に対して略対称に配置され、前記面部は接線が該径線上で交差するように形成されたことを要旨とする。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の永久磁石型同期機において、前記保持壁の前記第２磁束障壁側の壁面と前記埋設された永久磁石との間に非磁性部を設けたことを要旨とする。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれかに記載の永久磁石型同期機において、前記磁束障壁は、径方向に複数層を形成してなり、内周側の層に配置された前記面部の接線は、外周側の層に配置された前記面部の接線よりも外周側で交差することを要旨とする。
【００１６】
（作用）
請求項１又は２に記載の発明によれば、各保持壁の第１磁束障壁側の壁面は、接線が上記埋設された永久磁石よりも外周側で交差するように形成された面部を有している。すなわち、各保持壁の第１磁束障壁側の壁面は、上記面部において外径方向に狭まる形状となっている。ここで、磁束障壁（第１及び第２磁束障壁）の外周側に磁気通路部として形成される構造体（及び永久磁石）には、ロータ回転時において遠心力が加わることになる。このとき、各保持壁の第１磁束障壁側の壁面を上記態様で形成することで、例えば各保持壁の第１磁束障壁側の壁面が略一様に外径方向に平行に伸びたり拡がる形状である場合に比べて同保持壁への応力集中が緩和されるとともにその最大応力が低減されることが本発明者らによって解析的に確認されている。これは、遠心力に抗して上記保持壁が当該構造体等を保持する際、このときの荷重が２方向に分散されるためと考えられる。
【００１７】
以上により、例えば各保持壁の最小幅・最大許容応力を変えることなく、各保持壁の第１磁束障壁側の壁面が一様に外径方向に平行に伸びたり拡がる形状である場合に比べて、最高回転速度がより高速に設定される回転用途に当該ロータを供することが可能となる。また、各保持壁の最小幅が変わらないため、同保持壁を通る磁束漏れも同等であって同期機特性（例えば電動機にあってはトルク特性）の劣化も回避される。
【００１８】
あるいは、所定の最高回転速度が設定された回転用途に当該ロータを供するとして、ロータ回転時の遠心力の作用による同保持壁への応力集中が緩和されるとともに最大応力が低減される分、同保持壁を縮幅できロータの小型化、ひいては同期機自体の小型化が可能となる。また、上記保持壁が縮幅されることで、同保持壁を通る磁束漏れが低減されて同期機特性が向上される。
【００１９】
請求項３又は４に記載の発明によれば、各保持壁の第２磁束障壁側の壁面は、接線が上記埋設された永久磁石よりも外周側で交差するように形成された面部を有している。すなわち、各保持壁の第２磁束障壁側の壁面は、上記面部において外径方向に狭まる形状となっている。ここで、磁束障壁（第１及び第２磁束障壁）の外周側に磁気通路部として形成される構造体（及び永久磁石）には、ロータ回転時において遠心力が加わることになる。このとき、各保持壁の第２磁束障壁側の壁面を上記態様で形成することで、例えば各保持壁の第２磁束障壁側の壁面が略一様に外径方向に平行に伸びたり拡がる形状である場合に比べて同保持壁への応力集中が緩和されるとともにその最大応力が低減されることが本発明者らによって解析的に確認されている。これは、遠心力に抗して上記保持壁が当該構造体等を保持する際、このときの荷重が２方向に分散されるためと考えられる。
【００２０】
以上により、例えば各保持壁の最小幅・最大許容応力を変えることなく、各保持壁の第２磁束障壁側の壁面が一様に外径方向に平行に伸びたり拡がる形状である場合に比べて、最高回転速度がより高速に設定される回転用途に当該ロータを供することが可能となる。また、各保持壁の最小幅が変わらないため、同保持壁を通る磁束漏れも同等であって同期機特性（例えば電動機にあってはトルク特性）の劣化も回避される。
【００２１】
あるいは、所定の最高回転速度が設定された回転用途に当該ロータを供するとして、ロータ回転時の遠心力の作用による同保持壁への応力集中が緩和されるとともに最大応力が低減される分、同保持壁を縮幅できロータの小型化、ひいては同期機自体の小型化が可能となる。また、上記保持壁が縮幅されることで、同保持壁を通る磁束漏れが低減されて同期機特性が向上される。
【００２２】
請求項５に記載の発明によれば、上記面部は、平面状又は曲面状に形成される。なお、上記面部が平面状であるときの接線とは、当該ロータの平面図における面部のなす直線である。また、上記面部が曲面状であるとして同面部は、例えば一般的に構造体の角部において応力緩和用に設定されるＲ形状とは明確に区別されるべきものである。換言すると、上記面部が曲面状である場合には、同面部はこのＲ形状が設定される角部以外の位置で定義される。
【００２３】
請求項６に記載の発明によれば、上記保持壁は磁束障壁の周方向中心部を通る径線に対して略対称に配置され、上記面部は接線が径線上で交差するように形成される。従って、ロータ回転時の遠心力の作用により両保持壁に加わる荷重は略均等となり、全体としての強度が向上される。
【００２４】
請求項７に記載の発明によれば、上記保持壁の第２磁束障壁側の壁面と上記埋設された永久磁石との間に非磁性部が設けられる。ここで、磁性部である上記保持壁と永久磁石とが接近している場合には、コイル通電による逆磁界が強くなって同磁石を減磁してしまう。特に、上記永久磁石の角部では磁気抵抗が小さいため、上記逆磁界による減磁が著しくなる。しかしながら、上記保持壁の第２磁束障壁側の壁面と永久磁石との間に非磁性部を設けたことで、この非磁性部を介してこれら保持壁と永久磁石（角部）とが離隔される分、上述の逆磁界による永久磁石の減磁が抑制される。
【００２５】
請求項８に記載の発明によれば、上記磁束障壁は、径方向に複数層を形成してなり、内周側の層に配置された面部の接線は、外周側の層に配置された面部の接線よりも外周側で交差する。ここで、各層に配置された面部の接線が上述の態様となるように同面部を形成することで、例えば各層に配置された面部の接線が略平行に伸びたり外周側の層に配置された面部の接線が内周側の層に配置された面部の接線よりも外周側で交差する場合に比べてロータ回転時の遠心力の作用による同保持壁への応力集中が緩和されるとともにその最大応力が低減されることが本発明者らによって解析的に確認されている。
【００２６】
従って、例えば各保持壁の最小幅・最大許容応力を変えることなく、最高回転速度が更に高速に設定される回転用途に当該ロータを供することが可能となる。あるいは、所定の最高回転速度が設定された回転用途に当該ロータを供するとして、ロータ回転時の遠心力の作用による同保持壁への応力集中が緩和されるとともにその最大応力が低減される分、同保持壁を縮幅でき更なるロータの小型化、ひいては同期機自体の小型化が可能となる。また、上記保持壁が縮幅されることで、同保持壁を通る磁束漏れが低減されて同期機特性が更に向上される。
【００２７】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した第１実施形態について図１〜図４に従って説明する。
【００２８】
図２は、本実施形態の永久磁石型同期機としての永久磁石型同期モータ１を示す平面図である。この永久磁石型同期モータ１は、例えば３相交流による駆動タイプであって、ステータ２と、ロータ３とを備えている。
【００２９】
上記ステータ２は、４８スロット内に巻線（図示略）が施されて回転磁界を発生させる。このステータ２の内側には、ロータ３が設けられている。
上記ロータ３は、積層鋼板で構成される略円柱体の鉄心構造を形成しており、周方向に略沿って所定角度ごとに穿設された極数（８極）分の複数（８つ）の磁束障壁１１，１２を有している。これら磁束障壁１１，１２は、それぞれロータ３の外周面との間で概ね閉空間を形成するようにその周方向両側が外周側に伸びている。これら磁束障壁１１，１２は、略同一の径方向に複数層（２層）を形成しており、磁束障壁１１が外周側の層を、磁束障壁１２が内周側の層をそれぞれ形成している。そして、これら磁束障壁１１，１２の外周側（磁束障壁１２では磁束障壁１１との間の外周側）はそれぞれ磁気通路部１３，１４を形成している。磁束障壁１１，１２の周方向一側及び他側には、それぞれ同磁束障壁１１，１２を区画する保持壁１５，１６が設けられている。そして、磁束障壁１１は、上記保持壁１５により区画されてその周方向一側及び他側にそれぞれ第１磁束障壁１１ａを形成するとともに両第１磁束障壁１１ａ間に第２磁束障壁１１ｂを形成する。また、磁束障壁１２は、上記保持壁１６により区画されてその周方向一側及び他側にそれぞれ第１磁束障壁１２ａを形成するとともに両第１磁束障壁１２ａ間に第２磁束障壁１２ｂを形成する。そして、第２磁束障壁１１ｂ，１２ｂにはそれぞれ永久磁石１７，１８が埋設されている。なお、２層をなす上記永久磁石１７，１８は、径方向に異極が対向するように着磁されている。また、永久磁石１７，１８は、それぞれ周方向に異極が隣接するように着磁されている。従って、上記磁気通路部１３，１４を形成する外周側の構造体（及び永久磁石１７，１８）は、上記保持壁１５，１６及びロータ３の外周面と第１磁束障壁１１ａ，１２ａとの間にそれぞれ形成される外周側保持壁１９，２０によって保持されている。
【００３０】
このような構造において、永久磁石型同期モータ１は、永久磁石１７，１８が発生する磁束とこれに直交するｑ軸成分の電流との電磁作用により磁石トルクを発生する。また、ｑ軸成分の電流による上記磁気通路部１３，１４を通過する磁束とこれに直交するｄ軸成分の電流との電磁作用によりリラクタンストルクを発生する。これら磁石トルク及びリラクタンストルクによりロータ３は回転駆動される。そしてこのとき、上記保持壁１５，１６及び外周側保持壁１９，２０は、遠心力に抗して上記磁気通路部１３，１４を形成する外周側の構造体（及び永久磁石１７，１８）を保持している。
【００３１】
図１は、本実施形態のロータ３の構造を示す部分平面図である。同図に示されるように、各磁束障壁１１はその周方向中心部を通る径線（ロータ３の回転中心と磁束障壁１１の周方向中心部を通る径方向の直線）ｒに対して略対称に形成されている。そして、第１及び第２磁束障壁１１ａ，１１ｂ、永久磁石１７、保持壁１５及び外周側保持壁１９は、上記径線ｒに対して略対称に配置されている。
【００３２】
上記第２磁束障壁１１ｂは、上記径線ｒに略直交して伸びる長孔形状をなしている。そして、上記各保持壁１５の第２磁束障壁１１ｂ側の壁面は、角部を形成するＲ形状間においてそれぞれ平面状に形成された面部２１を有している。この平面図において各面部２１がなす直線ｔ１，ｔ２（接線）は、当該第２磁束障壁１１ｂに埋設された永久磁石１７よりも外周側で交差するように設定されている。
【００３３】
一方、上記第１磁束障壁１１ａは、第２磁束障壁１１ｂの周方向各外側においてロータ３の外周面寄りにそれぞれ配置されている。そして、上記各保持壁１５の第１磁束障壁１１ａ側の壁面は、角部を形成するＲ形状間においてそれぞれ平面状に形成された面部２２を有している。この平面図において各面部２２がなす直線ｔ３，ｔ４（接線）も、当該第２磁束障壁１１ｂに埋設された永久磁石１７よりも外周側で交差するように設定されている。
【００３４】
なお、上記保持壁１５は径線ｒに対して略対称に配置されているため、上記直線ｔ１，ｔ２及び直線ｔ３，ｔ４はそれぞれ径線ｒ上で交差するように設定されている。すなわち、これら直線ｔ１，ｔ２及び直線ｔ３，ｔ４の各交点はそれぞれ径線ｒ上に存在する。また、本実施形態では直線ｔ１，ｔ３及び直線ｔ２，ｔ４はそれぞれ平行に設定されている。
【００３５】
同様に、第２磁束障壁１２ｂも、上記径線ｒに略直交して伸びる長孔形状をなしている。そして、上記各保持壁１６の第２磁束障壁１２ｂ側の壁面も、角部を形成するＲ形状間においてそれぞれ平面状に形成された面部２３を有している。この平面図において各面部２３がなす直線ｔ５，ｔ６（接線）は、当該第２磁束障壁１２ｂに埋設された永久磁石１８よりも外周側で交差するように設定されている。
【００３６】
一方、上記第１磁束障壁１２ａは、第２磁束障壁１２ｂの周方向各外側においてロータ３の外周面近傍まで伸びる長孔形状を有してそれぞれ配置されている。そして、上記各保持壁１６の第１磁束障壁１２ａ側の壁面は、角部を形成するＲ形状間においてそれぞれ平面状に形成された面部２４を有している。この平面図において各面部２４がなす直線ｔ７，ｔ８（接線）も、当該第２磁束障壁１２ｂに埋設された永久磁石１８よりも外周側で交差するように設定されている。
【００３７】
なお、上記保持壁１５は径線ｒに対して略対称に配置されているため、上記直線ｔ５，ｔ６及び直線ｔ７，ｔ８はそれぞれ径線ｒ上で交差するように設定されている。すなわち、これら直線ｔ５，ｔ６及び直線ｔ７，ｔ８の各交点はそれぞれ径線ｒ上に存在する。また、本実施形態では直線ｔ５，ｔ７及び直線ｔ６，ｔ８はそれぞれ平行に設定されている。
【００３８】
さらに、径線ｒに対して直線ｔ５〜ｔ８のなす傾斜角度は、直線ｔ１〜ｔ４のなす傾斜角度よりも小さく設定されている。そして、内周側の層に配置された面部２３，２４の直線ｔ５，ｔ６及び直線ｔ７，ｔ８は、外周側の層に配置された前記面部２１，２２の直線ｔ１，ｔ２及び直線ｔ３，ｔ４よりも外周側で交差する。つまり、永久磁石１８から内周側の層に配置された面部２３，２４の直線ｔ５，ｔ６及び直線ｔ７，ｔ８がなす交点の位置までの最短距離が、永久磁石１７から外周側の層に配置された前記面部２１，２２の直線ｔ１，ｔ２及び直線ｔ３，ｔ４がなす交点の位置までの最短距離よりも大きく設定されている。
【００３９】
なお、上記永久磁石１７，１８の長さは、それぞれ第２磁束障壁１１ｂ，１２ｂの長さよりも短く設定されており、従って保持壁１５，１６の第２磁束障壁１１ｂ，１２ｂ側の壁面と永久磁石１７，１８との間にそれぞれ非磁性部としての空隙２５，２６が設けられている。
【００４０】
図３は、本実施形態において、上記ロータ３の回転時の遠心力の作用による応力分布を示す解析図である。また、図４は、本実施形態に類似する従来のロータ３１において、その回転時の遠心力の作用による応力分布を示す解析図である。これは、例えば有限要素法による解析にて求めたものである。いうまでもなく、これら応力分布はロータ３，３１が互いに同等の回転速度で回転しているとして解析したものである。図３の凡例Ａの数値は図４の凡例Ａの数値に概ね対応しており、各凡例間の変動幅は図３の方が図４よりも小さく設定されている。これは、本実施形態での応力が全体的に小さいことに対応して応力分布の表示を好適に行うためである。なお、ロータ３１は、各保持壁３２，３３の第１磁束障壁３４ａ，３５ａ側の壁面及び第２磁束障壁３４ｂ，３５ｂ側の壁面が略一様に外径方向に平行に伸びた形状であることが本実施形態のロータ３と大きく異なる。ちなみに、保持壁３２，３３の最小幅は保持壁１５，１６の最小幅と同等に設定されている。
【００４１】
同図から明らかなように、各ロータ３，３１において、保持壁１５，１６，３２，３３での応力が大きくなっている。しかしながら、保持壁３２，３３に比べて本実施形態での保持壁１５，１６への応力集中が緩和されるとともにその最大応力が低減されることがわかる。例えば保持壁１５，１６に発生する最大応力を「１」として保持壁３２，３３に発生する最大応力の比率を計算すると、「１．６３」であることが発明者らによって求められている。これは、遠心力に抗して上記保持壁１５，１６が磁気通路部１３，１４及び永久磁石１７，１８（構造体等）を保持する際、このときの荷重が２方向に分散されるためと考えられる。
【００４２】
以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）本実施形態では、各保持壁１５，１６の第２磁束障壁１１ｂ，１２ｂ側の壁面は、直線（接線）ｔ１，ｔ２、直線（接線）ｔ５，ｔ６が永久磁石１７，１８よりも外周側で交差するように形成された面部２１，２３をそれぞれ有している。すなわち、各保持壁１５，１６の第２磁束障壁１１ｂ，１２ｂ側の壁面は、それぞれ上記面部２１，２３において外径方向に狭まる形状となっている。また、各保持壁１５，１６の第１磁束障壁１１ａ，１２ａ側の壁面は、直線（接線）ｔ３，ｔ４、直線（接線）ｔ７，ｔ８が永久磁石１７，１８よりも外周側で交差するように形成された面部２２，２４をそれぞれ有している。すなわち、各保持壁１５，１６の第１磁束障壁１１ａ，１２ａ側の壁面は、それぞれ上記面部２２，２４において外径方向に狭まる形状となっている。このとき、ロータ３の回転時において、例えば各保持壁の第１磁束障壁側の壁面若しくは第２磁束障壁側の壁面が略一様に外径方向に平行に伸びたり拡がる形状である場合に比べて同保持壁１５，１６への応力集中が緩和されるとともにその最大応力が低減される。
【００４３】
以上により、例えば各保持壁１５，１６の最小幅・最大許容応力を変えることなく、各保持壁の第１磁束障壁側の壁面若しくは第２磁束障壁側の壁面が一様に外径方向に平行に伸びたり拡がる形状である場合に比べて、最高回転速度がより高速に設定される回転用途に当該ロータ３を供することが可能となる。また、各保持壁１５，１６の最小幅が変わらないため、同保持壁１５，１６を通る磁束漏れも同等であってモータ特性（トルク特性）の劣化も回避できる。
【００４４】
あるいは、所定の最高回転速度が設定された回転用途に当該ロータ３を供するとして、ロータ３の回転時の遠心力の作用による同保持壁１５，１６への応力集中が緩和されるとともに最大応力が低減される分、同保持壁１５，１６を縮幅できロータ３の小型化、ひいてはモータ自体の小型化が可能となる。また、上記保持壁１５，１６が縮幅されることで、同保持壁１５，１６を通る磁束漏れが低減されてモータ特性（トルク特性）を向上できる。
【００４５】
（２）本実施形態では、上記保持壁１５，１６は径線ｒに対して略対称に配置され、上記面部２１〜２４は直線（接線）ｔ１〜ｔ８が径線ｒ上で交差するように形成される。従って、ロータ３の回転時の遠心力の作用により両保持壁１５，１６に加わる荷重は、作用力の対称性により略均等となり、全体としての強度を向上できる。
【００４６】
（３）本実施形態では、上記保持壁１５，１６の第２磁束障壁１１ｂ，１２ｂ側の壁面と永久磁石１７，１８との間にそれぞれ非磁性部となる空隙２５，２６が設けられる。ここで、磁性部（積層鋼板）である上記保持壁１５，１６と永久磁石１７，１８とが接近している場合には、コイル通電による逆磁界が強くなって同磁石１７，１８を減磁してしまう。特に、上記永久磁石１７，１８の角部では磁気抵抗が小さいため、上記逆磁界による減磁が著しくなる。しかしながら、上記保持壁１５，１６の第２磁束障壁１１ｂ，１２ｂ側の壁面と永久磁石１７，１８との間に空隙２５，２６を設けたことで、この空隙２５，２６を介してこれら保持壁１５，１６と永久磁石１７，１８（角部）とが離隔される分、上述の逆磁界による永久磁石１７，１８の減磁を抑制できる。
【００４７】
（４）本実施形態では、内周側の層に配置された面部２３，２４の直線（接線）ｔ５〜ｔ８は、外周側の層に配置された面部２１，２２の直線（接線）ｔ１〜ｔ４よりも外周側で交差する。このとき、例えば各層に配置された面部の直線（接線）が略平行に伸びたり外周側の層に配置された面部の直線（接線）が内周側の層に配置された面部の直線（接線）よりも外周側で交差する場合に比べてロータ３の回転時の遠心力の作用による同保持壁１５，１６への応力集中が緩和されるとともにその最大応力が低減される。
【００４８】
従って、例えば各保持壁１５，１６の最小幅・最大許容応力を変えることなく、最高回転速度が更に高速に設定される回転用途に当該ロータ３を供することが可能となる。
【００４９】
あるいは、所定の最高回転速度が設定された回転用途に当該ロータ３を供するとして、ロータ３の回転時の遠心力の作用による同保持壁１５，１６への応力集中が緩和されるとともにその最大応力が低減される分、同保持壁１５，１６を縮幅でき更なるロータ３の小型化、ひいてはモータ自体の小型化が可能となる。また、上記保持壁１５，１６が縮幅されることで、同保持壁１５，１６を通る磁束漏れが低減されてモータ特性（トルク特性）を更に向上できる。
【００５０】
（５）本実施形態では、例えばプレス打ち抜きによる極めて簡易な製法で成形した積層鋼板にてロータ３を構成することができる。すなわち、磁束障壁１１，１２（第１磁束障壁１１ａ，１２ａ、第２磁束障壁１１ｂ，１２ｂ）、磁気通路部１３，１４及び保持壁１５，１６等をプレス打ち抜きに併せて同時に成形することができる。
【００５１】
（第２実施形態）
以下、本発明を具体化した第２実施形態について図５及び図６に従って説明する。
【００５２】
図５は、本実施形態のロータ３の構造を示す部分平面図である。同図に示されるように、本実施形態において、外周側の層に配置された各保持壁４１の第２磁束障壁１１ｂ側の壁面、内周側の層に配置された各保持壁４２の第２磁束障壁１２ｂ側の壁面は、それぞれ外径方向（径線ｒ）に平行に伸びる平面部４３，４４と、同平面部４３，４４のロータ外周側において角部を形成するＲ形状間に平面状に形成された面部４５，４６とを有していることが第１実施形態と異なる。また、上記各保持壁４１の第１磁束障壁１１ａ側の壁面、各保持壁４２の第１磁束障壁１２ａ側の壁面は、それぞれ外径方向（径線ｒ）に平行に伸びる平面部４７，４８と、同平面部４７，４８のロータ内周側において角部を形成するＲ形状間に平面状に形成された面部４９，５０とを有していることも第１実施形態と異なる。
【００５３】
この平面図において、各面部４５がなす直線ｔ１１，ｔ１２（接線）、各面部４９がなす直線ｔ１３，ｔ１４（接線）は、それぞれ当該第２磁束障壁１１ｂに埋設された永久磁石１７よりも外周側で交差するように設定されている。また、各面部４６がなす直線ｔ１５，ｔ１６（接線）、各面部５０がなす直線ｔ１７，ｔ１８（接線）は、それぞれ当該第２磁束障壁１２ｂに埋設された永久磁石１８よりも外周側で交差するように設定されている。
【００５４】
なお、本実施形態では直線ｔ１１，ｔ１３，ｔ１５，ｔ１７及び直線ｔ１２，ｔ１４，ｔ１６，ｔ１８は、それぞれ平行に設定されている。そして、これら直線ｔ１１，ｔ１２、直線ｔ１３，ｔ１４、直線ｔ１５，ｔ１６及び直線ｔ１７，ｔ１８の各交点はそれぞれ径線ｒ上に存在する。
【００５５】
図６は、本実施形態において、上記ロータ３の回転時の遠心力の作用による応力分布を示す解析図である。これは、例えば有限要素法による解析にて求めたものである。これら応力分布は、ロータ３が前記従来例（ロータ３１）と同等の回転速度で回転しているとして解析したものである。図６の凡例Ａの数値は図４の凡例Ａの数値に概ね対応している。これは、本実施形態での応力が従来例に比べて全体的に小さいことに対応して応力分布の表示を好適に行うためである。ちなみに、保持壁４１，４２の最小幅は保持壁３２，３３の最小幅と同等に設定されている。
【００５６】
同図から明らかなように、本実施形態でも保持壁４１，４２での応力が大きくなっている。しかしながら、従来例（図４参照）に比べて本実施形態での保持壁４１，４２への応力集中が緩和されるとともにその最大応力が低減されることがわかる。例えば第１実施形態の保持壁１５，１６に発生する最大応力を「１」として保持壁４１，４２に発生する最大応力の比率を計算すると、「１．４２」であることが発明者らによって求められている。
【００５７】
以上詳述したように、本実施形態によれば、前記第１実施形態における（１）〜（３）、（５）の効果と同様の効果が得られるようになる。
（第３実施形態）
以下、本発明を具体化した第３実施形態について図７及び図８に従って説明する。
【００５８】
図７は、本実施形態のロータ３の構造を示す部分平面図である。同図に示されるように、本実施形態では、平面図において外周側の層に配置された各保持壁５１の第１磁束障壁１１ａ側及び第２磁束障壁１１ｂ側の面部５２，５３、内周側の層に配置された各保持壁５６の第１磁束障壁１２ａ側及び第２磁束障壁１２ｂ側の面部５７，５８がなす直線（接線）が互いに平行であることが第１実施形態と異なる。
【００５９】
図８は、本実施形態において、上記ロータ３の回転時の遠心力の作用による応力分布を示す解析図である。これは、例えば有限要素法による解析にて求めたものである。これら応力分布は、ロータ３が前記従来例（ロータ３１）と同等の回転速度で回転しているとして解析したものである。図８の凡例Ａの数値は図４の凡例Ａの数値に概ね対応している。これは、本実施形態での応力が従来例に比べて全体的に小さいことに対応して応力分布の表示を好適に行うためである。ちなみに、保持壁５１，５６の最小幅は保持壁３２，３３の最小幅と同等に設定されている。
【００６０】
同図から明らかなように、本実施形態でも保持壁５１，５６での応力が大きくなっている。しかしながら、従来例（図４参照）に比べて本実施形態での保持壁５１，５６への応力集中が緩和されるとともにその最大応力が低減されることがわかる。例えば第１実施形態の保持壁１５，１６に発生する最大応力を「１」として保持壁５１，５６に発生する最大応力の比率を計算すると、「１．７３」であることが発明者らによって求められている。
【００６１】
以上詳述したように、本実施形態によれば、前記第１実施形態における（１）〜（３）、（５）の効果と同様の効果が得られるようになる。
（第４実施形態）
以下、本発明を具体化した第４実施形態について図９及び図１０に従って説明する。
【００６２】
図９は、本実施形態のロータ３の構造を示す部分平面図である。同図に示されるように、本実施形態では、内周側の層に配置された磁束障壁１２及び周辺構造（磁気通路部１４、永久磁石１８など）を割愛した１層の磁束障壁１１としたことが第１実施形態と異なる。
【００６３】
図１０は、本実施形態において、上記ロータ３の回転時の遠心力の作用による応力分布を示す解析図である。これは、例えば有限要素法による解析にて求めたものである。これら応力分布は、ロータ３が前記従来例（ロータ９１）と同等の回転速度で回転しているとして解析したものである。なお、図１４において、各保持壁９４の第１磁束障壁９２ａ側の壁面及び第２磁束障壁９２ｂ側の壁面は、略一様に外径方向に平行に伸びた形状になっている。図１０の凡例Ｂの数値は図１４の凡例Ｂの数値に概ね対応しており、各凡例間の変動幅は図１０の方が図１４よりも小さく設定されている。これは、本実施形態での応力が従来例に比べて全体的に小さいことに対応して応力分布の表示を好適に行うためである。ちなみに、保持壁１５の最小幅は保持壁９４の最小幅と同等に設定されている。
【００６４】
同図から明らかなように、本実施形態でも保持壁１５での応力が大きくなっている。しかしながら、従来例（図１４参照）に比べて本実施形態での保持壁１５への応力集中が緩和されるとともにその最大応力が低減されることがわかる。例えば本実施形態の保持壁１５に発生する最大応力を「１」として保持壁９４に発生する最大応力の比率を計算すると、「１．７４」であることが発明者らによって求められている。
【００６５】
以上詳述したように、本実施形態によれば、前記第１実施形態における（１）〜（３）、（５）の効果と同様の効果が得られるようになる。
（第５実施形態）
以下、本発明を具体化した第５実施形態について図１１及び図１２に従って説明する。
【００６６】
図１１は、本実施形態のロータ３の構造を示す部分平面図である。同図に示されるように、本実施形態では、内周側の層に配置された磁束障壁１２及び周辺構造（磁気通路部１４、永久磁石１８など）を割愛した１層の磁束障壁１１としたことが第２実施形態と異なる。なお、本実施形態では、各保持壁４１の第１磁束障壁１１ａ側の壁面は、略一様に外径方向に平行に伸びた形状になっている。
【００６７】
図１２は、本実施形態において、上記ロータ３の回転時の遠心力の作用による応力分布を示す解析図である。これは、例えば有限要素法による解析にて求めたものである。これら応力分布は、ロータ３が前記従来例（ロータ９１）と同等の回転速度で回転しているとして解析したものである。なお、図１４において、図１２の凡例Ｂの数値は図１４の凡例Ｂの数値に概ね対応しており、各凡例間の変動幅は図１２の方が図１４よりも小さく設定されている。これは、本実施形態での応力が従来例に比べて全体的に小さいことに対応して応力分布の表示を好適に行うためである。ちなみに、保持壁４１の最小幅は保持壁９４の最小幅と同等に設定されている。
【００６８】
同図から明らかなように、本実施形態でも保持壁４１での応力が大きくなっている。しかしながら、従来例（図１４参照）に比べて本実施形態での保持壁４１への応力集中が緩和されるとともにその最大応力が低減されることがわかる。例えば第４実施形態の保持壁１５に発生する最大応力を「１」として保持壁４１に発生する最大応力の比率を計算すると、「１．３３」であることが発明者らによって求められている。
【００６９】
以上詳述したように、本実施形態によれば、前記第１実施形態における（１）〜（３）、（５）の効果と同様の効果が得られるようになる。
なお、本発明の実施の形態は上記実施形態に限定されるものではなく、次のように変更してもよい。
【００７０】
・前記第１、第３、第４実施形態においては、角部を形成するＲ形状間において各保持壁１５，１６，５１，５６の第１磁束障壁１１ａ，１２ａ側の壁面、同各保持壁１５，１６，５１，５６の第２磁束障壁１１ｂ，１２ｂ側の壁面にそれぞれ平面状に形成された面部２１〜２４を設けた。これに対して、角部を形成するＲ形状間において各保持壁１５，１６，５１，５６の第１磁束障壁１１ａ，１２ａ側の壁面若しくは同各保持壁１５，１６，５１，５６の第２磁束障壁１１ｂ，１２ｂ側の壁面のいずれかに曲面状に形成された面部を設けてもよい。このように変更をしても、上記面部の接線の交差を同様に設定することで前記第１、第３、第４実施形態とそれぞれ同様の効果が得られる。
【００７１】
・前記第２、第５実施形態においては、平面部４３，４４のロータ外周側と角部を形成するＲ形状との間において各保持壁４１，４２の第１磁束障壁１１ａ，１２ａ側の壁面、同各保持壁４１，４２の第２磁束障壁１１ｂ，１２ｂ側の壁面にそれぞれ平面状に形成された面部４６，４７，４９，５０を設けた。これに対して、平面部４３，４４のロータ外周側と角部を形成するＲ形状との間において各保持壁４１，４２の第１磁束障壁１１ａ，１２ａ側の壁面若しくは同各保持壁４１，４２の第２磁束障壁１１ｂ，１２ｂ側の壁面のいずれかに曲面状に形成された面部を設けてもよい。このように変更をしても、上記面部の接線の交差を同様に設定することで前記第２、第５実施形態とそれぞれ同様の効果が得られる。
【００７２】
・前記各実施形態においては、保持壁１５，１６，４１，４２，５１，５６の第２磁束障壁１１ｂ，１２ｂ側の壁面と永久磁石１７，１８との間に非磁性部となる空隙２５，２６を設けた。これに対して、保持壁１５，１６，４１，４２，５１，５６の第２磁束障壁１１ｂ，１２ｂ側の壁面と永久磁石１７，１８との間に非磁性材料を充填してもよい。このように変更することで、前記各実施形態と同様の効果に加えて、永久磁石１７，１８の固定を併せ行うことができる。
【００７３】
・前記各実施形態においては、各磁束障壁１１，１２及びその周辺構造を当該径線ｒに対して略対称に形成したが、必ずしも対象である必要はない。例えば、対となる保持壁の面部がなす直線の傾斜角度が互いに異なっていてもよい。このように変更をしても前記実施形態の（１）、（３）、（５）と同様の効果が得られる。
【００７４】
・前記各実施形態においては、径方向に１層若しくは２層をなす磁束障壁１１，１２（磁気通路部１３，１４）を備えたロータ３としたが、径方向に３つ以上の層をなす磁束障壁（磁気通路部）を備えたロータとしてもよい。
【００７５】
・前記各実施形態において、永久磁石型同期モータ１のスロット数（４８スロット）及び極数（８極）は一例であってその他のスロット数及び極数を採用してもよい。
【００７６】
・前記各実施形態においては、磁石トルク及びリラクタンストルクを併用してロータ３を回転駆動する永久磁石型同期モータ１に本発明を適用したが、磁石トルクのみを使用してロータを回転駆動する永久磁石型同期モータであってもよい。
【００７７】
・前記各実施形態においては、電動機（モータ）として使用される永久磁石型同期機に本発明を適用したが、発電機として使用される永久磁石型同期機であってもよい。
【００７８】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１〜５、８のいずれかに記載の発明によれば、同期機特性を劣化させることなく、最高回転速度をより高速に設定することができる。
【００７９】
請求項６に記載の発明によれば、ロータ回転時の遠心力の作用により両保持壁に加わる荷重は略均等となり、全体としての強度を向上できる。
請求項７に記載の発明によれば、コイル通電による逆磁界によって永久磁石が減磁されることを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す部分平面図。
【図２】同実施形態を示す平面図。
【図３】同実施形態の応力分布を示す解析図。
【図４】従来例の応力分布を示す解析図。
【図５】本発明の第２実施形態を示す部分平面図。
【図６】同実施形態の応力分布を示す解析図。
【図７】本発明の第３実施形態を示す部分平面図。
【図８】同実施形態の応力分布を示す解析図。
【図９】本発明の第４実施形態を示す部分平面図。
【図１０】同実施形態の応力分布を示す解析図。
【図１１】本発明の第５実施形態を示す部分平面図。
【図１２】同実施形態の応力分布を示す解析図。
【図１３】従来例を示す部分平面図。
【図１４】従来例の応力分布を示す解析図。
【符号の説明】
１永久磁石型同期機としての永久磁石型同期モータ
３ロータ
１１，１２磁束障壁
１１ａ，１２ａ第１磁束障壁
１１ｂ，１２ｂ第２磁束障壁
１５，１６，４１，４２，５１，５６保持壁
１７，１８永久磁石
２１〜２４，４６，４７，４９，５０面部
２５，２６非磁性部としての空隙[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a permanent magnet type synchronous machine (synchronous motor and synchronous generator), and more particularly to a permanent magnet type synchronous machine in which a permanent magnet is embedded in a rotor.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a permanent magnet type synchronous machine in which a rotor having a permanent magnet embedded therein is provided inside a wound stator (for example, “'98 Motor Technology Symposium '98 .4.22 ~ 4.24 "P.B2-1-2). In such a permanent magnet type synchronous machine, for example, in an electric motor, the rotor rotates according to the magnetic field by generating a rotating magnetic field in the stator.
[0003]
FIG. 13 is a plan view showing an example of a rotor structure provided in such a permanent magnet type synchronous machine. As shown in the figure, the rotor 91 provided in the permanent magnet type synchronous machine forms a substantially cylindrical iron core structure composed of laminated steel plates, and is drilled at predetermined angles substantially along the circumferential direction. A plurality of magnetic flux barriers 92 (only one is shown in FIG. 13) are provided. And the magnetic path part 97,93 is formed in the outer peripheral side among this magnetic flux barriers 92. FIG. The magnetic flux barrier 92 is partitioned on one side and the other side of the magnetic flux barrier 92, and the first magnetic flux barrier 92a is formed on the one side and the other side in the circumferential direction, and between the first magnetic flux barriers 92a. A holding wall 94 that forms the second magnetic flux barrier 92b is provided. A permanent magnet 95 is embedded in the second magnetic flux barrier 92b. Accordingly, the outer peripheral structure (and the permanent magnet 95) that forms the magnetic path portion 93 is the outer peripheral holding wall formed between the outer peripheral surface of the holding wall 94 and the rotor 91 and the first magnetic flux barrier 92a. 96.
[0004]
In such a structure, for example, in an electric motor, magnet torque is generated by the electromagnetic action of the magnetic flux generated by the permanent magnet 95 and the current of the q-axis component orthogonal thereto. In addition, reluctance torque is generated by the electromagnetic action of the magnetic flux passing through the magnetic path portions 93 and 97 by the q-axis component current and the d-axis component current orthogonal thereto. The rotor 91 is rotationally driven by these magnet torque and reluctance torque.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, a centrifugal force is applied to the structure (and the permanent magnet 95) formed as the magnetic passage portion 93 when the rotor 91 rotates. Therefore, the holding walls 94 and 96 described above hold the structure against the centrifugal force.
[0006]
FIG. 14 is an analysis diagram showing a stress distribution due to the action of centrifugal force when the rotor 91 rotates. This is obtained, for example, by analysis using a finite element method. As can be seen from the figure, significant stress concentration and maximum stress are generated in the holding wall 94 by the action of centrifugal force. In particular, a significant stress concentration and maximum stress are generated on the inner peripheral side of the wall surface of the holding wall 94 on the first magnetic flux barrier 92a side, and on the outer peripheral side of the wall surface of the holding wall 94 on the second magnetic flux barrier 92b side. You can see that it has occurred. Therefore, in order to provide the rotor 91 for a rotational application in which the maximum rotational speed is set to a higher speed, it is necessary to take measures to withstand the centrifugal force on the holding wall 94.
[0007]
Here, when the width of the holding wall 94 is increased to ensure the strength, the synchronous machine characteristics may deteriorate. This is because the holding wall 94 is widened, so that, for example, in an electric motor, a magnetic flux that should originally contribute to torque generation is likely to leak through the holding wall 94 and torque characteristics deteriorate.
[0008]
An object of the present invention is to provide a permanent magnet type synchronous machine capable of setting the maximum rotational speed at a higher speed without degrading the synchronous machine characteristics.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 includes a rotor having a plurality of magnetic flux barriers perforated at predetermined angles substantially along the circumferential direction, and one side of the magnetic flux barrier in the circumferential direction. And a holding wall for partitioning the magnetic flux barrier on the other side to form a first magnetic flux barrier on the circumferential one side and the other side of the magnetic flux barrier and forming a second magnetic flux barrier between the first magnetic flux barriers. In the permanent magnet type synchronous machine provided with a permanent magnet embedded in the second magnetic flux barrier, the wall surface of each holding wall on the first magnetic flux barrier side is: In a part facing the longitudinal end face of the second magnetic flux barrier, A surface portion formed so that a tangent line intersects the outer peripheral side of the embedded permanent magnet, and a plane portion extending in a direction intersecting the tangent line of the surface portion, and the surface portion is the first portion of the holding wall. The gist is that it is arranged on the inner peripheral side of the wall surface on the one magnetic flux barrier side.
[0010]
The invention according to claim 2 is the permanent magnet type synchronous machine according to claim 1, wherein The flat surface portion is formed to extend in parallel with the outer diameter direction, and the surface portion is disposed on the inner peripheral side of the wall surface on the first magnetic flux barrier side than the flat surface portion. This is the gist.
[0011]
The invention described in claim 3 includes a rotor having a plurality of magnetic flux barriers perforated at predetermined angles substantially along the circumferential direction, and the magnetic flux barriers are provided on one side and the other side of the magnetic flux barrier. A partition wall is provided, and a first magnetic flux barrier is formed on one side and the other side of the magnetic flux barrier in the circumferential direction, and a second magnetic flux barrier is formed between the first magnetic flux barriers. Is a permanent magnet type synchronous machine in which a permanent magnet is embedded, the wall surface of each holding wall on the second magnetic flux barrier side is: In the region of the longitudinal end face of the second magnetic flux barrier, A surface portion formed so that a tangent line intersects the outer peripheral side of the embedded permanent magnet, and a plane portion extending in a direction intersecting the tangent line of the surface portion, and the surface portion is the first portion of the holding wall. The gist is that it is arranged on the outer peripheral side of the wall surface on the two-flux barrier side.
[0012]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the permanent magnet type synchronous machine according to the third aspect of the present invention. The flat surface portion is formed to extend in parallel to the outer diameter direction, and the surface portion is disposed on the outer peripheral side of the wall surface on the second magnetic flux barrier side than the flat surface portion. This is the gist.
[0013]
The gist of a fifth aspect of the present invention is the permanent magnet type synchronous machine according to any one of the first to fourth aspects, wherein the surface portion is formed in a planar shape or a curved shape.
According to a sixth aspect of the present invention, in the permanent magnet type synchronous machine according to any of the first to fifth aspects, the holding wall is disposed substantially symmetrically with respect to a radial line passing through a circumferential center of the magnetic flux barrier. The gist of the surface portion is such that the tangent line intersects the radial line.
[0014]
A seventh aspect of the present invention is the permanent magnet type synchronous machine according to any one of the first to sixth aspects, wherein the holding wall is disposed between the wall surface of the holding wall on the second magnetic flux barrier side and the embedded permanent magnet. The gist is that a non-magnetic portion is provided.
[0015]
According to an eighth aspect of the present invention, in the permanent magnet type synchronous machine according to any one of the first to seventh aspects, the magnetic flux barrier is formed in a plurality of layers in a radial direction, and is disposed in an inner peripheral layer. The summary is that the tangent of the surface portion intersects on the outer peripheral side with respect to the tangent of the surface portion arranged in the outer peripheral layer.
[0016]
(Function)
According to invention of Claim 1 or 2, the wall surface by the side of the 1st magnetic flux barrier of each holding wall has a surface part formed so that a tangent line may cross | intersect on the outer peripheral side rather than the said embedded permanent magnet. ing. That is, the wall surface on the first magnetic flux barrier side of each holding wall has a shape that narrows in the outer diameter direction at the surface portion. Here, a centrifugal force is applied to the structure (and the permanent magnet) formed as a magnetic path portion on the outer peripheral side of the magnetic flux barrier (first and second magnetic flux barriers) when the rotor rotates. At this time, by forming the wall surface on the first magnetic flux barrier side of each holding wall in the above-described manner, for example, the shape of the wall surface on the first magnetic flux barrier side of each holding wall extends or expands substantially uniformly in parallel to the outer diameter direction. It has been analytically confirmed by the present inventors that the stress concentration on the holding wall is relaxed and the maximum stress is reduced as compared with the case of the above. This is considered to be because the load at this time is dispersed in two directions when the holding wall holds the structure or the like against the centrifugal force.
[0017]
As described above, for example, compared with the case where the wall surface of each holding wall on the first magnetic flux barrier side uniformly extends or expands in parallel with the outer diameter direction without changing the minimum width and the maximum allowable stress of each holding wall. In addition, the rotor can be used for a rotational application in which the maximum rotational speed is set at a higher speed. Further, since the minimum width of each holding wall does not change, the magnetic flux leakage through the holding wall is equivalent, and deterioration of synchronous machine characteristics (for example, torque characteristics in the case of an electric motor) is avoided.
[0018]
Alternatively, if the rotor is used for a rotational application in which a predetermined maximum rotational speed is set, the stress concentration on the holding wall due to the centrifugal force during rotation of the rotor is alleviated and the maximum stress is reduced. The holding wall can be reduced in width, so that the rotor can be downsized and the synchronous machine itself can be downsized. Further, by reducing the width of the holding wall, magnetic flux leakage through the holding wall is reduced, and the synchronous machine characteristics are improved.
[0019]
According to invention of Claim 3 or 4, the wall surface by the side of the 2nd magnetic flux barrier of each holding wall has a surface part formed so that a tangent line might cross | intersect on the outer peripheral side rather than the said embedded permanent magnet. ing. That is, the wall surface on the second magnetic flux barrier side of each holding wall has a shape that narrows in the outer diameter direction at the surface portion. Here, a centrifugal force is applied to the structure (and the permanent magnet) formed as a magnetic path portion on the outer peripheral side of the magnetic flux barrier (first and second magnetic flux barriers) when the rotor rotates. At this time, by forming the wall surface on the second magnetic flux barrier side of each holding wall in the above-described manner, for example, the shape of the wall surface on the second magnetic flux barrier side of each holding wall extends or expands substantially uniformly in parallel to the outer diameter direction. It has been analytically confirmed by the present inventors that the stress concentration on the holding wall is relaxed and the maximum stress is reduced as compared with the case of the above. This is considered to be because the load at this time is dispersed in two directions when the holding wall holds the structure or the like against the centrifugal force.
[0020]
As described above, for example, compared with the case where the wall surface on the second magnetic flux barrier side of each holding wall extends or expands in parallel in the outer diameter direction without changing the minimum width and maximum allowable stress of each holding wall. In addition, the rotor can be used for a rotational application in which the maximum rotational speed is set at a higher speed. Further, since the minimum width of each holding wall does not change, the magnetic flux leakage through the holding wall is equivalent, and deterioration of synchronous machine characteristics (for example, torque characteristics in the case of an electric motor) is avoided.
[0021]
Alternatively, if the rotor is used for a rotational application in which a predetermined maximum rotational speed is set, the stress concentration on the holding wall due to the centrifugal force during rotation of the rotor is alleviated and the maximum stress is reduced. The holding wall can be reduced in width, so that the rotor can be downsized and the synchronous machine itself can be downsized. Further, by reducing the width of the holding wall, magnetic flux leakage through the holding wall is reduced, and the synchronous machine characteristics are improved.
[0022]
According to the invention described in claim 5, the surface portion is formed in a planar shape or a curved surface shape. Note that the tangent when the surface portion is planar is a straight line formed by the surface portion in the plan view of the rotor. Further, assuming that the surface portion is curved, the same surface portion should be clearly distinguished from an R shape generally set for stress relaxation, for example, at a corner portion of the structure. In other words, when the surface portion is curved, the same surface portion is defined at a position other than the corner portion where the R shape is set.
[0023]
According to the invention described in claim 6, the holding wall is disposed substantially symmetrically with respect to the radial line passing through the central portion in the circumferential direction of the magnetic flux barrier, and the surface portion is formed so that the tangent line intersects on the radial line. . Therefore, the loads applied to both holding walls by the action of the centrifugal force during the rotation of the rotor are substantially equal, and the overall strength is improved.
[0024]
According to the seventh aspect of the present invention, the nonmagnetic portion is provided between the wall surface of the holding wall on the second magnetic flux barrier side and the embedded permanent magnet. Here, when the holding wall, which is a magnetic part, and the permanent magnet are close to each other, a reverse magnetic field due to coil energization is strengthened and the magnet is demagnetized. In particular, since the magnetic resistance is small at the corners of the permanent magnet, demagnetization due to the reverse magnetic field becomes significant. However, since the nonmagnetic part is provided between the wall on the second magnetic flux barrier side of the holding wall and the permanent magnet, the holding wall and the permanent magnet (corner part) are separated through the nonmagnetic part. Accordingly, the demagnetization of the permanent magnet due to the above-described reverse magnetic field is suppressed.
[0025]
According to an eighth aspect of the present invention, the magnetic flux barrier is formed by forming a plurality of layers in the radial direction, and the tangent of the surface portion arranged in the inner peripheral layer is the surface portion arranged in the outer peripheral layer. Cross on the outer circumference side of the tangent line. Here, by forming the same surface portion so that the tangent of the surface portion arranged in each layer is in the above-described manner, for example, the tangent of the surface portion arranged in each layer extends substantially in parallel or is arranged in the outer layer. Compared with the case where the tangent of the surface intersects on the outer peripheral side than the tangent of the surface disposed on the inner layer, the stress concentration on the holding wall due to the centrifugal force during rotation of the rotor is reduced and the maximum The inventors have analytically confirmed that the stress is reduced.
[0026]
Therefore, for example, the rotor can be provided for a rotational application in which the maximum rotational speed is set at a higher speed without changing the minimum width and the maximum allowable stress of each holding wall. Alternatively, if the rotor is used for a rotational application in which a predetermined maximum rotation speed is set, the stress concentration on the holding wall due to the centrifugal force during the rotation of the rotor is alleviated and the maximum stress is reduced, The holding wall can be reduced in width, so that the rotor can be further downsized and the synchronous machine itself can be further downsized. Further, by reducing the width of the holding wall, magnetic flux leakage through the holding wall is reduced, and the synchronous machine characteristics are further improved.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
[0028]
FIG. 2 is a plan view showing a permanent magnet type synchronous motor 1 as a permanent magnet type synchronous machine of the present embodiment. The permanent magnet type synchronous motor 1 is, for example, a drive type based on three-phase alternating current, and includes a stator 2 and a rotor 3.
[0029]
The stator 2 is provided with a winding (not shown) in 48 slots to generate a rotating magnetic field. A rotor 3 is provided inside the stator 2.
The rotor 3 forms a substantially cylindrical iron core structure made of laminated steel plates, and a plurality (eight) of poles (eight poles) drilled at predetermined angles substantially along the circumferential direction. Magnetic flux barriers 11 and 12. These magnetic flux barriers 11 and 12 each extend in the circumferential direction on both sides so as to form a generally closed space with the outer circumferential surface of the rotor 3. These magnetic flux barriers 11 and 12 form a plurality of layers (two layers) in substantially the same radial direction. The magnetic flux barrier 11 forms an outer peripheral layer, and the magnetic flux barrier 12 forms an inner peripheral layer. Yes. The outer peripheral sides of the magnetic flux barriers 11 and 12 (the outer peripheral side between the magnetic flux barrier 12 and the magnetic flux barrier 11) form magnetic path portions 13 and 14, respectively. Holding walls 15 and 16 for partitioning the magnetic flux barriers 11 and 12 are respectively provided on one side and the other side of the magnetic flux barriers 11 and 12 in the circumferential direction. The magnetic flux barrier 11 is partitioned by the holding wall 15 to form the first magnetic flux barrier 11a on one side and the other side in the circumferential direction, and the second magnetic flux barrier 11b between the first magnetic flux barriers 11a. . Further, the magnetic flux barrier 12 is partitioned by the holding wall 16 to form the first magnetic flux barrier 12a on the circumferential direction one side and the other side, and the second magnetic flux barrier 12b is formed between the first magnetic flux barriers 12a. . And the permanent magnets 17 and 18 are embed | buried under the 2nd magnetic flux barriers 11b and 12b, respectively. The two layers of the permanent magnets 17 and 18 are magnetized so that different polarities face each other in the radial direction. The permanent magnets 17 and 18 are magnetized so that different polarities are adjacent to each other in the circumferential direction. Therefore, the outer peripheral structure (and the permanent magnets 17 and 18) forming the magnetic path portions 13 and 14 is located between the holding walls 15 and 16 and the outer peripheral surface of the rotor 3 and the first magnetic flux barriers 11a and 12a. Are held by outer peripheral holding walls 19 and 20 formed respectively.
[0030]
In such a structure, the permanent magnet type synchronous motor 1 generates magnet torque by the electromagnetic action of the magnetic flux generated by the permanent magnets 17 and 18 and the current of the q-axis component orthogonal thereto. In addition, reluctance torque is generated by the electromagnetic action of the magnetic flux passing through the magnetic path portions 13 and 14 by the q-axis component current and the d-axis component current orthogonal thereto. The rotor 3 is rotationally driven by these magnet torque and reluctance torque. At this time, the holding walls 15, 16 and the outer peripheral holding walls 19, 20 form the outer peripheral structures (and the permanent magnets 17, 18) that form the magnetic passage portions 13, 14 against centrifugal force. keeping.
[0031]
FIG. 1 is a partial plan view showing the structure of the rotor 3 of the present embodiment. As shown in the figure, each magnetic flux barrier 11 is substantially symmetric with respect to a radial line (radial straight line passing through the center of rotation of the rotor 3 and the circumferential central portion of the magnetic flux barrier 11) r passing through the circumferential central portion thereof. Is formed. The first and second magnetic flux barriers 11a and 11b, the permanent magnet 17, the holding wall 15 and the outer peripheral holding wall 19 are disposed substantially symmetrically with respect to the radial line r.
[0032]
The second magnetic flux barrier 11b has a long hole shape extending substantially perpendicular to the radial line r. And the wall surface by the side of the 2nd magnetic flux barrier 11b of each said holding wall 15 has the surface part 21 each formed in planar shape between R shape which forms a corner | angular part. In this plan view, straight lines t1 and t2 (tangent lines) formed by the respective surface portions 21 are set so as to intersect on the outer peripheral side with respect to the permanent magnet 17 embedded in the second magnetic flux barrier 11b.
[0033]
On the other hand, the said 1st magnetic flux barrier 11a is each arrange | positioned near the outer peripheral surface of the rotor 3 in each circumferential direction outer side of the 2nd magnetic flux barrier 11b. And the wall surface by the side of the 1st magnetic flux barrier 11a of each said holding wall 15 has the surface part 22 formed in planar shape between R shape which forms a corner | angular part, respectively. In this plan view, straight lines t3 and t4 (tangent lines) formed by the surface portions 22 are also set so as to intersect on the outer peripheral side with respect to the permanent magnet 17 embedded in the second magnetic flux barrier 11b.
[0034]
Since the holding wall 15 is disposed substantially symmetrically with respect to the radial line r, the straight lines t1 and t2 and the straight lines t3 and t4 are set so as to intersect with each other on the radial line r. That is, the intersections of the straight lines t1 and t2 and the straight lines t3 and t4 exist on the radial line r. In the present embodiment, the straight lines t1 and t3 and the straight lines t2 and t4 are set in parallel.
[0035]
Similarly, the second magnetic flux barrier 12b has a long hole shape extending substantially perpendicular to the radial line r. The wall surface of each holding wall 16 on the second magnetic flux barrier 12b side also has a surface portion 23 formed in a planar shape between the R shapes forming the corner portions. In this plan view, straight lines t5 and t6 (tangent lines) formed by the surface portions 23 are set so as to intersect on the outer peripheral side with respect to the permanent magnet 18 embedded in the second magnetic flux barrier 12b.
[0036]
On the other hand, the first magnetic flux barrier 12a has a long hole shape extending to the vicinity of the outer peripheral surface of the rotor 3 on each outer side in the circumferential direction of the second magnetic flux barrier 12b. And the wall surface by the side of the 1st magnetic flux barrier 12a of each said holding wall 16 has the surface part 24 each formed in planar shape between R shape which forms a corner | angular part. In this plan view, straight lines t7 and t8 (tangent lines) formed by the surface portions 24 are also set so as to intersect on the outer peripheral side with respect to the permanent magnet 18 embedded in the second magnetic flux barrier 12b.
[0037]
Since the holding wall 15 is arranged substantially symmetrically with respect to the radial line r, the straight lines t5 and t6 and the straight lines t7 and t8 are set so as to intersect with each other on the radial line r. That is, the intersections of the straight lines t5 and t6 and the straight lines t7 and t8 exist on the radial line r. In the present embodiment, the straight lines t5 and t7 and the straight lines t6 and t8 are set in parallel.
[0038]
Furthermore, the inclination angle formed by the straight lines t5 to t8 with respect to the radial line r is set smaller than the inclination angle formed by the straight lines t1 to t4. The straight lines t5 and t6 and the straight lines t7 and t8 of the surface portions 23 and 24 arranged in the inner peripheral layer are the straight lines t1 and t2 and the straight lines t3 and t4 of the surface portions 21 and 22 arranged in the outer peripheral layer. Intersect on the outer circumference side. That is, the shortest distance from the permanent magnet 18 to the position of the intersection formed by the straight lines t5 and t6 and the straight lines t7 and t8 of the surface portions 23 and 24 arranged in the inner circumferential layer is arranged in the outer circumferential layer from the permanent magnet 17. It is set larger than the shortest distance to the position of the intersection formed by the straight lines t1, t2 and the straight lines t3, t4 of the surface portions 21, 22.
[0039]
The lengths of the permanent magnets 17 and 18 are set to be shorter than the lengths of the second magnetic flux barriers 11b and 12b, respectively. Accordingly, the wall surfaces of the holding walls 15 and 16 on the second magnetic flux barriers 11b and 12b side and the permanent wall are permanent. Air gaps 25 and 26 are provided as nonmagnetic portions between the magnets 17 and 18, respectively.
[0040]
FIG. 3 is an analysis diagram showing the stress distribution due to the action of the centrifugal force when the rotor 3 rotates in the present embodiment. FIG. 4 is an analysis diagram showing a stress distribution due to the action of centrifugal force during rotation in a conventional rotor 31 similar to the present embodiment. This is obtained, for example, by analysis using a finite element method. Needless to say, these stress distributions are analyzed on the assumption that the rotors 3 and 31 are rotating at the same rotational speed. The numerical values of the legend A in FIG. 3 generally correspond to the numerical values of the legend A in FIG. 4, and the fluctuation range between the legends is set smaller in FIG. 3 than in FIG. This is because the stress distribution is suitably displayed corresponding to the fact that the stress in the present embodiment is generally small. The rotor 31 has a shape in which the wall surfaces on the first magnetic flux barriers 34a, 35a side and the wall surfaces on the second magnetic flux barriers 34b, 35b side of the holding walls 32, 33 extend substantially uniformly in parallel to the outer diameter direction. This is greatly different from the rotor 3 of the present embodiment. Incidentally, the minimum width of the holding walls 32 and 33 is set to be equal to the minimum width of the holding walls 15 and 16.
[0041]
As is clear from the figure, in each of the rotors 3, 31, the stress at the holding walls 15, 16, 32, 33 is large. However, it can be seen that the stress concentration on the holding walls 15 and 16 in the present embodiment is reduced and the maximum stress is reduced as compared with the holding walls 32 and 33. For example, when the ratio of the maximum stress generated in the holding walls 32 and 33 is calculated by setting the maximum stress generated in the holding walls 15 and 16 to “1”, the inventors are required to be “1.63”. This is because when the holding walls 15 and 16 hold the magnetic passage portions 13 and 14 and the permanent magnets 17 and 18 (structures, etc.) against the centrifugal force, the load at this time is dispersed in two directions. it is conceivable that.
[0042]
As described above in detail, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) In the present embodiment, the walls on the second magnetic flux barriers 11b, 12b side of the holding walls 15, 16 have straight (tangential) t1, t2 and straight (tangential) t5, t6 than the permanent magnets 17, 18. It has the surface parts 21 and 23 formed so that it might cross | intersect on the outer peripheral side. That is, the wall surfaces of the holding walls 15 and 16 on the second magnetic flux barriers 11b and 12b side are narrowed in the outer diameter direction at the surface portions 21 and 23, respectively. Further, the wall surfaces of the holding walls 15 and 16 on the first magnetic flux barriers 11a and 12a side are such that the straight lines (tangent lines) t3 and t4 and the straight lines (tangent lines) t7 and t8 intersect on the outer peripheral side of the permanent magnets 17 and 18. The surface portions 22 and 24 are formed respectively. That is, the wall surfaces of the holding walls 15 and 16 on the first magnetic flux barriers 11a and 12a side are narrowed in the outer diameter direction at the surface portions 22 and 24, respectively. At this time, when the rotor 3 rotates, for example, the wall surface on the first magnetic flux barrier side or the wall surface on the second magnetic flux barrier side of each holding wall has a shape that extends or expands substantially uniformly in parallel to the outer diameter direction. Thus, stress concentration on the holding walls 15 and 16 is alleviated and the maximum stress is reduced.
[0043]
As described above, for example, the wall surface on the first magnetic flux barrier side or the wall surface on the second magnetic flux barrier side of each holding wall is uniformly parallel to the outer diameter direction without changing the minimum width and the maximum allowable stress of each holding wall 15, 16. The rotor 3 can be provided for a rotational application in which the maximum rotational speed is set at a higher speed than in the case where the maximum rotational speed is set to be a shape that extends or expands. Moreover, since the minimum width of each holding wall 15 and 16 does not change, the magnetic flux leakage which passes through the holding walls 15 and 16 is equivalent, and deterioration of motor characteristics (torque characteristics) can be avoided.
[0044]
Alternatively, if the rotor 3 is used for a rotation application in which a predetermined maximum rotation speed is set, stress concentration on the holding walls 15 and 16 due to the action of centrifugal force during rotation of the rotor 3 is alleviated and the maximum stress is increased. As a result of the reduction, the holding walls 15 and 16 can be reduced in width, and the rotor 3 can be downsized, and the motor itself can be downsized. Further, since the holding walls 15 and 16 are reduced in width, magnetic flux leakage through the holding walls 15 and 16 is reduced, and motor characteristics (torque characteristics) can be improved.
[0045]
(2) In the present embodiment, the holding walls 15 and 16 are arranged substantially symmetrically with respect to the radial line r, and the surface portions 21 to 24 are arranged such that the straight lines (tangents) t1 to t8 intersect on the radial line r. It is formed. Therefore, the loads applied to the holding walls 15 and 16 by the action of the centrifugal force during the rotation of the rotor 3 are substantially equal due to the symmetry of the action force, and the overall strength can be improved.
[0046]
(3) In the present embodiment, gaps 25 and 26 that are nonmagnetic portions are provided between the wall surfaces of the holding walls 15 and 16 on the second magnetic flux barriers 11b and 12b side and the permanent magnets 17 and 18, respectively. Here, when the holding walls 15 and 16 that are magnetic parts (laminated steel plates) and the permanent magnets 17 and 18 are close to each other, the reverse magnetic field due to the coil energization becomes strong and the magnets 17 and 18 are demagnetized. Resulting in. In particular, since the magnetic resistance is small at the corners of the permanent magnets 17 and 18, demagnetization due to the reverse magnetic field becomes significant. However, since the gaps 25 and 26 are provided between the wall surfaces of the holding walls 15 and 16 on the second magnetic flux barriers 11 b and 12 b side and the permanent magnets 17 and 18, these holding walls are interposed via the gaps 25 and 26. The demagnetization of the permanent magnets 17 and 18 due to the above-described reverse magnetic field can be suppressed by the amount of separation between the magnetic poles 15 and 16 and the permanent magnets 17 and 18 (corner portions).
[0047]
(4) In the present embodiment, the straight lines (tangents) t5 to t8 of the surface parts 23 and 24 arranged in the inner peripheral layer are the straight lines (tangents) t1 to the surface parts 21 and 22 arranged in the outer peripheral layer. It intersects on the outer peripheral side from t4. At this time, for example, the straight line (tangent) of the surface portion arranged in each layer extends substantially in parallel, or the straight line (tangent) of the surface portion arranged in the outer layer is a straight line (tangent) of the surface portion arranged in the inner layer. The stress concentration on the holding walls 15 and 16 due to the action of the centrifugal force during the rotation of the rotor 3 is alleviated and the maximum stress is reduced as compared with the case of crossing on the outer peripheral side.
[0048]
Therefore, for example, the rotor 3 can be provided for a rotational application in which the maximum rotational speed is set at a higher speed without changing the minimum width and the maximum allowable stress of the holding walls 15 and 16.
[0049]
Alternatively, assuming that the rotor 3 is used for a rotational application in which a predetermined maximum rotation speed is set, stress concentration on the holding walls 15 and 16 due to the action of centrifugal force during rotation of the rotor 3 is alleviated and the maximum stress is applied. Therefore, the holding walls 15 and 16 can be reduced in width, and the rotor 3 can be further reduced in size, and the motor itself can be further reduced in size. Further, since the holding walls 15 and 16 are reduced in width, magnetic flux leakage through the holding walls 15 and 16 is reduced, and the motor characteristics (torque characteristics) can be further improved.
[0050]
(5) In the present embodiment, for example, the rotor 3 can be constituted by a laminated steel sheet formed by a very simple manufacturing method by press punching. That is, the magnetic flux barriers 11 and 12 (the first magnetic flux barriers 11a and 12a, the second magnetic flux barriers 11b and 12b), the magnetic path portions 13 and 14, the holding walls 15 and 16 and the like can be simultaneously formed together with the press punching. .
[0051]
(Second Embodiment)
A second embodiment embodying the present invention will be described below with reference to FIGS.
[0052]
FIG. 5 is a partial plan view showing the structure of the rotor 3 of the present embodiment. As shown in the figure, in the present embodiment, the wall surfaces on the second magnetic flux barrier 11b side of the holding walls 41 arranged in the outer layer and the first walls of the holding walls 42 arranged in the inner layer. The wall surface on the two magnetic flux barrier 12b side is flat between flat portions 43 and 44 extending in parallel to the outer diameter direction (diameter line r) and an R shape forming a corner portion on the rotor outer peripheral side of the flat portions 43 and 44, respectively. It differs from 1st Embodiment that it has the surface parts 45 and 46 formed in the shape. The wall surfaces of the holding walls 41 on the first magnetic flux barrier 11a side and the wall surfaces of the holding walls 42 on the first magnetic flux barrier 12a side are flat portions 47 and 48 extending in parallel to the outer diameter direction (diameter line r), respectively. Also, it differs from the first embodiment in having plane portions 49 and 50 formed in a planar shape between R shapes forming corners on the rotor inner peripheral side of the plane portions 47 and 48.
[0053]
In this plan view, straight lines t11 and t12 (tangent lines) formed by the respective surface portions 45 and straight lines t13 and t14 (tangent lines) formed by the respective surface portions 49 are more on the outer peripheral side than the permanent magnet 17 embedded in the second magnetic flux barrier 11b. It is set to cross at. Further, the straight lines t15 and t16 (tangent lines) formed by the respective surface portions 46 and the straight lines t17 and t18 (tangent lines) formed by the respective surface portions 50 intersect on the outer peripheral side with respect to the permanent magnet 18 embedded in the second magnetic flux barrier 12b. Is set to
[0054]
In the present embodiment, the straight lines t11, t13, t15, and t17 and the straight lines t12, t14, t16, and t18 are set in parallel. The intersections of these straight lines t11, t12, straight lines t13, t14, straight lines t15, t16 and straight lines t17, t18 exist on the radial line r.
[0055]
FIG. 6 is an analysis diagram showing the stress distribution due to the action of the centrifugal force when the rotor 3 rotates in the present embodiment. This is obtained, for example, by analysis using a finite element method. These stress distributions are analyzed on the assumption that the rotor 3 is rotating at the same rotational speed as the conventional example (rotor 31). The numerical values of the legend A in FIG. 6 generally correspond to the numerical values of the legend A in FIG. This is because the stress distribution is suitably displayed in response to the fact that the stress in the present embodiment is generally smaller than that of the conventional example. Incidentally, the minimum width of the holding walls 41 and 42 is set to be equal to the minimum width of the holding walls 32 and 33.
[0056]
As is clear from the figure, the stress at the holding walls 41 and 42 is also large in this embodiment. However, it can be seen that the stress concentration on the holding walls 41 and 42 in this embodiment is reduced and the maximum stress is reduced as compared with the conventional example (see FIG. 4). For example, when the ratio of the maximum stress generated in the holding walls 41 and 42 is calculated with the maximum stress generated in the holding walls 15 and 16 of the first embodiment being “1”, the inventors have found that “1.42”. It has been demanded.
[0057]
As described above in detail, according to the present embodiment, the same effects as the effects (1) to (3) and (5) in the first embodiment can be obtained.
(Third embodiment)
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0058]
FIG. 7 is a partial plan view showing the structure of the rotor 3 of the present embodiment. As shown in the figure, in the present embodiment, in the plan view, the surface portions 52 and 53 on the first magnetic flux barrier 11a side and the second magnetic flux barrier 11b side of each holding wall 51 arranged on the outer peripheral side layer, the inner periphery The first embodiment differs from the first embodiment in that the straight lines (tangent lines) formed by the surface portions 57 and 58 on the first magnetic flux barrier 12a side and the second magnetic flux barrier 12b side of each holding wall 56 arranged in the side layer are parallel to each other.
[0059]
FIG. 8 is an analysis diagram showing the stress distribution due to the action of the centrifugal force when the rotor 3 rotates in the present embodiment. This is obtained, for example, by analysis using a finite element method. These stress distributions are analyzed on the assumption that the rotor 3 is rotating at the same rotational speed as the conventional example (rotor 31). The numerical values of the legend A in FIG. 8 generally correspond to the numerical values of the legend A in FIG. This is because the stress distribution is suitably displayed in response to the fact that the stress in the present embodiment is generally smaller than that of the conventional example. Incidentally, the minimum width of the holding walls 51 and 56 is set to be equal to the minimum width of the holding walls 32 and 33.
[0060]
As is clear from the figure, the stress in the holding walls 51 and 56 is also large in this embodiment. However, it can be seen that the stress concentration on the holding walls 51 and 56 in the present embodiment is reduced and the maximum stress is reduced as compared with the conventional example (see FIG. 4). For example, when the ratio of the maximum stress generated in the holding walls 51 and 56 is calculated by setting the maximum stress generated in the holding walls 15 and 16 of the first embodiment to “1”, the inventors have determined that it is “1.73”. It has been demanded.
[0061]
As described above in detail, according to the present embodiment, the same effects as the effects (1) to (3) and (5) in the first embodiment can be obtained.
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment embodying the present invention will be described below with reference to FIGS.
[0062]
FIG. 9 is a partial plan view showing the structure of the rotor 3 of the present embodiment. As shown in the figure, in the present embodiment, the magnetic flux barrier 12 disposed in the inner peripheral layer and the single-layer magnetic flux barrier 11 omitting the peripheral structure (magnetic path portion 14, permanent magnet 18 and the like) are used. This is different from the first embodiment.
[0063]
FIG. 10 is an analysis diagram showing the stress distribution due to the action of the centrifugal force when the rotor 3 rotates in the present embodiment. This is obtained, for example, by analysis using a finite element method. These stress distributions are analyzed on the assumption that the rotor 3 is rotating at the same rotational speed as that of the conventional example (rotor 91). In FIG. 14, the wall surface on the first magnetic flux barrier 92 a side and the wall surface on the second magnetic flux barrier 92 b side of each holding wall 94 have a shape that extends substantially uniformly in parallel to the outer diameter direction. The numerical values of the legend B in FIG. 10 generally correspond to the numerical values of the legend B in FIG. 14, and the fluctuation range between the legends is set smaller in FIG. 10 than in FIG. This is because the stress distribution is suitably displayed in response to the fact that the stress in the present embodiment is generally smaller than that of the conventional example. Incidentally, the minimum width of the holding wall 15 is set to be equal to the minimum width of the holding wall 94.
[0064]
As is clear from the figure, the stress on the holding wall 15 is also increased in this embodiment. However, it can be seen that the stress concentration on the holding wall 15 in the present embodiment is reduced and the maximum stress is reduced as compared with the conventional example (see FIG. 14). For example, when the ratio of the maximum stress generated in the holding wall 94 is calculated by setting the maximum stress generated in the holding wall 15 of the present embodiment to “1”, the inventors are required to be “1.74”.
[0065]
As described above in detail, according to the present embodiment, the same effects as the effects (1) to (3) and (5) in the first embodiment can be obtained.
(Fifth embodiment)
A fifth embodiment embodying the present invention will be described below with reference to FIGS.
[0066]
FIG. 11 is a partial plan view showing the structure of the rotor 3 of the present embodiment. As shown in the figure, in the present embodiment, the magnetic flux barrier 12 disposed in the inner peripheral layer and the single-layer magnetic flux barrier 11 omitting the peripheral structure (magnetic path portion 14, permanent magnet 18 and the like) are used. This is different from the second embodiment. In the present embodiment, the wall surface on the first magnetic flux barrier 11a side of each holding wall 41 has a shape that extends substantially in parallel to the outer diameter direction.
[0067]
FIG. 12 is an analysis diagram showing a stress distribution due to the action of centrifugal force when the rotor 3 rotates in the present embodiment. This is obtained, for example, by analysis using a finite element method. These stress distributions are analyzed on the assumption that the rotor 3 is rotating at the same rotational speed as that of the conventional example (rotor 91). In FIG. 14, the numerical values of Legend B in FIG. 12 generally correspond to the numerical values of Legend B in FIG. This is because the stress distribution is suitably displayed corresponding to the fact that the stress in the present embodiment is generally smaller than that of the conventional example. Incidentally, the minimum width of the holding wall 41 is set to be equal to the minimum width of the holding wall 94.
[0068]
As is clear from the figure, the stress at the holding wall 41 is also large in this embodiment. However, it can be seen that the stress concentration on the holding wall 41 in the present embodiment is reduced and the maximum stress is reduced as compared with the conventional example (see FIG. 14). For example, when the ratio of the maximum stress generated in the holding wall 41 is calculated by setting the maximum stress generated in the holding wall 15 of the fourth embodiment to “1”, the inventors are required to be “1.33”. .
[0069]
As described above in detail, according to the present embodiment, the same effects as the effects (1) to (3) and (5) in the first embodiment can be obtained.
In addition, embodiment of this invention is not limited to the said embodiment, You may change as follows.
[0070]
-In said 1st, 3rd, 4th embodiment, the wall surface by the side of the 1st magnetic flux barrier 11a, 12a of each holding wall 15,16,51,56 between R shape which forms a corner | angular part, each said holding wall Surface portions 21 to 24 formed in a planar shape were provided on the wall surfaces on the second magnetic flux barriers 11b and 12b side of 15, 16, 51 and 56, respectively. On the other hand, the wall surfaces of the holding walls 15, 16, 51, 56 on the first magnetic flux barrier 11a, 12a side or the second of the holding walls 15, 16, 51, 56 between the R shapes forming the corners. You may provide the surface part formed in the curved surface shape in either of the wall surface by the side of the magnetic flux barriers 11b and 12b. Even if it changes in this way, the effect similar to the said 1st, 3rd, 4th embodiment is each acquired by setting the intersection of the tangent of the said surface part similarly.
[0071]
In the second and fifth embodiments, the wall surfaces on the first magnetic flux barriers 11a, 12a side of the holding walls 41, 42 between the rotor outer peripheral side of the flat portions 43, 44 and the R shape forming the corner portions. The surface portions 46, 47, 49, 50 formed in a planar shape are provided on the wall surfaces of the holding walls 41, 42 on the second magnetic flux barriers 11b, 12b side, respectively. On the other hand, the wall surface of each holding wall 41, 42 on the first magnetic flux barrier 11a, 12a side or each holding wall 41, between the rotor outer peripheral side of the flat portions 43, 44 and the R shape forming the corner portion. A surface portion formed in a curved shape may be provided on any of the wall surfaces on the second magnetic flux barriers 11b, 12b side of 42. Even if it changes in this way, the effect similar to the said 2nd and 5th embodiment is acquired by setting the intersection of the tangent of the said surface part similarly.
[0072]
In each of the above-described embodiments, the air gap 25 serving as a nonmagnetic part between the wall surfaces of the holding walls 15, 16, 41, 42, 51, 56 on the second magnetic flux barrier 11 b, 12 b side and the permanent magnets 17, 18, 26 was provided. On the other hand, a nonmagnetic material may be filled between the wall surfaces of the holding walls 15, 16, 41, 42, 51, 56 on the second magnetic flux barriers 11 b, 12 b side and the permanent magnets 17, 18. By changing in this way, in addition to the effect similar to each said embodiment, the permanent magnets 17 and 18 can be fixed together.
[0073]
In each of the above embodiments, the magnetic flux barriers 11 and 12 and their peripheral structures are formed substantially symmetrically with respect to the radial line r, but are not necessarily the object. For example, the inclination angles of straight lines formed by the surface portions of the pair of holding walls may be different from each other. Even if it changes in this way, the same effect as (1), (3), (5) of the said embodiment is acquired.
[0074]
In each of the above embodiments, the rotor 3 includes the magnetic flux barriers 11 and 12 (magnetic path portions 13 and 14) that form one or two layers in the radial direction. However, the rotor 3 includes three or more layers in the radial direction. It is good also as a rotor provided with the magnetic flux barrier (magnetic passage part).
[0075]
In each of the above embodiments, the number of slots (48 slots) and the number of poles (8 poles) of the permanent magnet type synchronous motor 1 are examples, and other slot numbers and pole numbers may be adopted.
[0076]
In each of the above embodiments, the present invention is applied to the permanent magnet type synchronous motor 1 that rotationally drives the rotor 3 by using both the magnet torque and the reluctance torque. However, the permanent motor that rotationally drives the rotor using only the magnet torque. A magnet type synchronous motor may be used.
[0077]
In each of the above embodiments, the present invention is applied to a permanent magnet type synchronous machine used as an electric motor (motor). However, a permanent magnet type synchronous machine used as a generator may be used.
[0078]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the invention described in any one of claims 1 to 5 and 8, the maximum rotation speed can be set at a higher speed without deteriorating the synchronous machine characteristics.
[0079]
According to the sixth aspect of the present invention, the load applied to the two holding walls by the action of the centrifugal force during the rotation of the rotor becomes substantially equal, and the overall strength can be improved.
According to invention of Claim 7, it can suppress that a permanent magnet is demagnetized by the reverse magnetic field by coil energization.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial plan view showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing the embodiment.
FIG. 3 is an analysis diagram showing a stress distribution of the embodiment.
FIG. 4 is an analysis diagram showing a stress distribution of a conventional example.
FIG. 5 is a partial plan view showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an analysis diagram showing a stress distribution of the embodiment.
FIG. 7 is a partial plan view showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an analysis diagram showing a stress distribution of the embodiment.
FIG. 9 is a partial plan view showing a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is an analysis diagram showing a stress distribution of the embodiment.
FIG. 11 is a partial plan view showing a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is an analysis diagram showing a stress distribution of the embodiment.
FIG. 13 is a partial plan view showing a conventional example.
FIG. 14 is an analysis diagram showing a stress distribution of a conventional example.
[Explanation of symbols]
1 Permanent magnet type synchronous motor as a permanent magnet type synchronous machine
3 Rotor
11, 12 Magnetic flux barrier
11a, 12a First magnetic flux barrier
11b, 12b Second magnetic flux barrier
15, 16, 41, 42, 51, 56 Retaining wall
17, 18 Permanent magnet
21-24, 46, 47, 49, 50 face part
25, 26 Air gap as non-magnetic part

Claims

A rotor having a plurality of magnetic flux barriers perforated at a predetermined angle substantially along the circumferential direction, and the magnetic flux barrier is partitioned on one side and the other side of the magnetic flux barrier in the circumferential direction of the magnetic flux barrier A permanent magnet in which a first magnetic flux barrier is formed on each of the one side and the other side and a holding wall is formed between the first magnetic flux barriers to form a second magnetic flux barrier, and a permanent magnet is embedded in the second magnetic flux barrier Type synchronous machine
The wall surface on the first magnetic flux barrier side of each holding wall is formed so that the tangent line intersects the outer peripheral side of the embedded permanent magnet at a portion facing the end surface in the longitudinal direction of the second magnetic flux barrier. And a plane portion extending in a direction intersecting the tangent line of the surface portion, and the surface portion is disposed on the inner peripheral side of the wall surface of the holding wall on the first magnetic flux barrier side. Permanent magnet type synchronous machine.

In the permanent magnet type synchronous machine according to claim 1,
The flat portion is formed so as to extend in parallel with the outer diameter direction, and the surface portion is disposed on the inner peripheral side of the wall surface on the first magnetic flux barrier side with respect to the flat portion. Type synchronous machine.

A rotor having a plurality of magnetic flux barriers perforated at a predetermined angle substantially along the circumferential direction, and the magnetic flux barrier is partitioned on one side and the other side of the magnetic flux barrier in the circumferential direction of the magnetic flux barrier A permanent magnet in which a first magnetic flux barrier is formed on each of the one side and the other side and a holding wall is formed between the first magnetic flux barriers to form a second magnetic flux barrier, and a permanent magnet is embedded in the second magnetic flux barrier Type synchronous machine
The wall surface on the second magnetic flux barrier side of each holding wall is a surface portion formed so that a tangent line intersects on the outer peripheral side of the embedded permanent magnet at a portion of the longitudinal end surface of the second magnetic flux barrier And a plane portion extending in a direction intersecting the tangent of the surface portion, and the surface portion is disposed on the outer peripheral side of the wall surface of the holding wall on the second magnetic flux barrier side. Synchronous machine.

In the permanent magnet type synchronous machine according to claim 3,
The planar portion is formed to extend in parallel with the outer diameter direction, and the surface portion is disposed on the outer peripheral side of the wall surface on the second magnetic flux barrier side with respect to the planar portion. Synchronous machine.

In the permanent magnet type synchronous machine according to any one of claims 1 to 4,
The said surface part was formed in planar shape or curved surface shape, The permanent magnet type | mold synchronous machine characterized by the above-mentioned.

In the permanent magnet type synchronous machine according to any one of claims 1 to 5,
The holding wall is disposed substantially symmetrically with respect to a radial line passing through a circumferential central portion of the magnetic flux barrier, and the surface portion is formed so that tangents intersect on the radial line. Machine.

In the permanent magnet type synchronous machine according to any one of claims 1 to 6,
A permanent magnet type synchronous machine, wherein a nonmagnetic portion is provided between a wall surface of the holding wall on the second magnetic flux barrier side and the embedded permanent magnet.

In the permanent magnet type synchronous machine according to any one of claims 1 to 7,
The magnetic flux barrier is formed of a plurality of layers in the radial direction,
The permanent magnet type synchronous machine characterized in that the tangent of the surface portion arranged in the inner peripheral layer intersects on the outer peripheral side with respect to the tangent of the surface portion arranged in the outer peripheral layer.