JP5948161B2 - 回転電機及び永久磁石同期機 - Google Patents

回転電機及び永久磁石同期機 Download PDF

Info

Publication number
JP5948161B2
JP5948161B2 JP2012140330A JP2012140330A JP5948161B2 JP 5948161 B2 JP5948161 B2 JP 5948161B2 JP 2012140330 A JP2012140330 A JP 2012140330A JP 2012140330 A JP2012140330 A JP 2012140330A JP 5948161 B2 JP5948161 B2 JP 5948161B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
magnetic
magnetic body
permanent magnet
rotor
magnet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2012140330A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2014007803A (ja
Inventor
恵理 丸山
恵理 丸山
暁史 高橋
暁史 高橋
湧井 真一
真一 湧井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd filed Critical Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority to JP2012140330A priority Critical patent/JP5948161B2/ja
Priority to CN201320077052XU priority patent/CN203166647U/zh
Publication of JP2014007803A publication Critical patent/JP2014007803A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5948161B2 publication Critical patent/JP5948161B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64Electric machine technologies in electromobility

Landscapes

  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Description

本発明は特にコンプレッサ、HEV、EV、燃料電池自動車などの用途で、小型高出力を求められる回転電機、特に永久磁石同期機に関するものである。
近年、希土類磁石の供給量の不足から、特に小型モータでは希土類レスモータの希求が高まっている。このため、エアコンや冷蔵庫に用いられるコンプレッサをはじめEV、HEV、燃料電池自動車に搭載される電動機も、磁石使用量低減を含む希土類レス化と小型高効率との両方が求められている。
永久磁石同期機の出力密度向上の手段として、磁石磁束によって発生する磁石トルクを利用することのほかに、回転子のインダクタンスの差によって生じるリラクタンストルクを活用することが挙げられる。リラクタンストルクはd軸インダクタンスLdとq軸インダクタンスLqの突極比Lq/Ldで決まり、突極比が大きいほどリラクタンストルクは大きくなる。
磁束は磁気抵抗Rが小さいほど流れやすく、磁気抵抗Rは磁束経路を構成する要素の形状および透磁率によって決まり、(1)式であらわされる。
R=l/(μ・μ0S) …(1)
ただし、l:要素の磁路長、S:要素の磁束断面積、μ:要素の比透磁率、μ0:真空の透磁率である。(1)式より、μとSが大きいほど磁気抵抗は小さくなる。
図6に特許文献1に記載された永久磁石型回転子の斜視図を示す。図6に示す特許文献1に記載された永久磁石型回転子では第一の磁性体6で構成された回転子10に磁石挿入孔4を備える構成であり、永久磁石5に磁性ブロック3を厚さ方向に重ね合わせて磁石挿入孔4に挿入している。磁性ブロック3は高い飽和磁束密度を有する磁性材料、あるいは高い磁束密度にて透磁率の高い磁性材料のいずれかとしている。すなわち、第一の磁性体6より透磁率の大きい磁性ブロック3を備えることで、磁性ブロック3での磁気抵抗Rが小さくなることから、磁石トルクを下げることなくリラクタンストルクの発現が可能となる。
特許第3871873号公報
先行技術文献1では課題が2つある。
1つはリラクタンストルクである。リラクタンストルクはd軸とq軸のインダクタンス突極比、Lq/Ldの大きさに依存する。特許文献1のd軸1、q軸2は図1に示すとおりであり、透磁率の低い永久磁石がd軸1、q軸2に配置されることから、透磁率の高い磁性ブロック3を配置しても突極比の増加は小さく、リラクタンストルクの増加量は小さい。
さらに、もう1つの課題として、出力密度向上の効果が小さいことが挙げられる。(1)式にも示した通り、磁束断面積Sと比透磁率μの増加により磁気抵抗は減少することから、第二の磁性体の断面積を大きくすることは、出力密度の増加につながる。特許文献1のような構造においては、磁性体の断面積確保が難しい。
本発明の目的は、出力密度またはリラクタンストルクを向上して高効率化した永久磁石同期機を含む回転電機を提供することにある。
回転子コアに永久磁石を埋め込んだ埋め込み磁石回転子を備え、永久磁石の横断面が回転子外径側から回転子内径側に向かって凹形状をした回転電機において、前記回転子コアを構成する第一の磁性体のうち、前記永久磁石よりも外周側部分の一部または複数部を前記第一の磁性体よりも透磁率が高い第二の磁性体で構成し、回転子外周側の永久磁石端部と面し、周方向に延びる磁性体で構成されたリブを、前記第二の磁性体で構成することを特徴とする回転電機。
本発明によれば、出力密度またはリラクタンストルクを向上して高効率化した永久磁石同期機を含む回転電機を提供することができる。
本発明の第1の実施例による永久磁石同期機の回転子の軸方向断面図。 本発明の第1の実施例による永久磁石同期機の回転子の軸方向断面図。 本発明の第1の実施例による永久磁石同期機の回転子の軸方向断面図。 磁性体における磁束密度と透磁率の関係。 本発明の第2の実施例による軸方向断面図。 背景技術としての永久磁石型回転子を示す図。
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
本発明の第1の実施例による永久磁石同期機の回転子軸方向断面図を図1に示す。回転子10は第一の磁性体6で構成され、回転子外径側から回転子内径側に向かって凹形状となる複数の磁石挿入孔4が配置され、磁石挿入孔4に永久磁石5を有する構成である。永久磁石5は磁石挿入孔4に挿入されるため、磁石挿入孔4と同様に、その横断面(回転子の回転軸に垂直な断面)における形状が、回転子外径側から回転子内径側に向かって凹形状となる形状になっている。すなわち、永久磁石5は周方向における両端部に対して、その中央部が回転子の外周面から遠ざかるように、或いは回転中心側に近づくように、湾曲して凹形状を成している。また、永久磁石5の回転子内径側に第二の磁性体挿入孔9を設け、ここに第二の磁性体7を有する構成としている。第二の磁性体7は第一の磁性体6より高透磁率の磁性体材料であり、第二の磁性体7の透磁率が第一の磁性体6より大きいことから、第二の磁性体7の磁気抵抗は(1)式にしたがい減少する。これにより第二の磁性体7での磁束密度は増加し、出力密度は向上する。また、図1の例ではq軸2に第二の磁性体7を配置する構成とすることで、Lqは大きくなる。これに対しLdは変わらないことから突極比が増加し、リラクタンストルクも増加する。
また、第二の磁性体7は隣接する2つの永久磁石5の中間に配置され、かつ回転子外径側から回転子内径側に向かって凹形状をした永久磁石5に対して内径側に配置されるので、永久磁石5の配置スペースを確保し易い。このため、第二の磁性体7の横断面面積(径方向における厚み)を大きくすることができる。
第二の磁性体7の配置を変えた例を図2に示す。図1ではq軸2に第二の磁性体7を配置したのに対し、磁束が集中する磁極部8に第二の磁性体7を配置する構成とする。磁石挿入孔4は第二の磁性体挿入孔9と一体の構造となり、磁石挿入孔4にて第二の磁性体7を保持する構成である。図2の永久磁石5も、図1の永久磁石5と同様に、その横断面における形状が、回転子外径側から回転子内径側に向かって凹形状となる形状になっているため、第二の磁性体7を配置する磁極部8の面積(横断面における面積)が大きく確保されているため、第二の磁性体7の横断面における面積(径方向における厚み)を大きくすることができる。
この構成により、第二の磁性体7による磁束密度の増加化効果は大きくなり、出力密度は向上する。磁石挿入孔4と第二の磁性体挿入孔9を一体とすることで、第二の磁性体挿入孔9のクリアランスを確保することが不要となることから、回転子内の磁気抵抗を下げることなく出力密度の向上が可能となる。
また保磁力1000kA/m以下の永久磁石を用いた場合には、磁極部8は磁場の低い状態で運転する。図4に示すように、アモルファスやファインメットなど、低磁場で高い透磁率を持つ磁性体を第二の磁性体7とすることで、磁石の起磁力が小さい場合でも磁束量が増加し、出力密度が向上する。この実施形態として図3がある。この場合、磁極部8における回転方向の進み側15は第一の磁性体6で構成し、遅れ側16にのみアモルファスやファインメットなどを第二の磁性体7に配置する構成としている。進み側15に比べ、遅れ側16の方で磁場が小さくなることから、第二の磁性体7の透磁率が高い状態で運転可能である。
第一の永久磁石5は希土類を主成分とした焼結磁石でも良いし、ボンド磁石で形成しても良いし、フェライト磁石、アルニコ磁石で形成しても良い。また、第一の永久磁石5は、同一種類の一体構成の永久磁石としても良いし、複数枚に分割した永久磁石を軸方向、または周方向に配置しても良い。第一の永久磁石5はそれぞれ同一種類の1枚の磁石でも良いし、異なる種類の磁石でも良い。第一の永久磁石は曲線形状をしているが、I字形状でも良いし、U字形状でも良い。第二の磁性体7は図2に示すように、磁石挿入孔4で保持する構成としてもよいし、図1のように、第二の磁性体挿入孔9で構成し保持しても良い。図2では第二の磁性体7は半円形状をしているが、円でも良いし、円弧で形成しても良いし、四角形でも良いし、多角形でも良い。1極あたりの第二の磁性体7は1個であるが、複数個に分割しても良い。回転子は6極で構成されているが2極以上であれば何極でも良い。
本発明の第2の実施例による永久磁石同期機の回転子軸方向断面図を図5に示す。回転子の基本構成は実施例1に準ずるので説明を省略する。回転子外周側の永久磁石端部と面するリブ12(図1参照)を第二の磁性体7で構成し、回転子外周部を周方向に伸びる第二の磁性体7を回転子10に設けられた溝14にて保持する構成とする。図5の永久磁石5も、図1の永久磁石5と同様に、その横断面における形状が、回転子外径側から回転子内径側に向かって凹形状となる形状になっている。このとき、回転子外周側の永久磁石5の端部は、回転子外周面に沿う面として構成されている。
この構成では、特にアモルファスのように高磁場では透磁率が低くなるような材料を第二の磁性体とする。リブ12の磁場は100A/m以上と、アモルファスの透磁率が電磁鋼板より低くなる。磁気飽和状態のリブ12では磁束が流れにくくなることから、回転子外周部で生じる漏れ磁束13の低減が可能となり、トルク脈動の低減および出力の向上が可能となる。また、漏れ磁束の低減効果はリブ12を空孔とする場合や、非磁性体で構成する場合も同様の効果が得られるが、非磁性体や空孔と異なり磁性体であることから、磁極部8の磁束経路を阻害せずに運転可能である。
第一の永久磁石5は希土類を主成分とした焼結磁石でも良いし、ボンド磁石で形成しても良いし、フェライト磁石、アルニコ磁石で形成しても良い。また、第一の永久磁石5は、同一種類の一体構成の永久磁石としても良いし、複数枚に分割した永久磁石を軸方向、または周方向に配置しても良い。第一の永久磁石5はそれぞれ同一種類の1枚の磁石でも良いし、異なる種類の磁石でも良い。第一の永久磁石は曲線形状をしているが、I字形状でも良いし、U字形状でも良い。回転子外周部形状は図2に示すように、溝14を設け保持しているが、溝を設けず樹脂などでモールドしても良いし、SUS管などで保持しても良いし、第一の磁性体6に磁性体挿入孔9を設け、第二の磁性体7を挿入しても良い。回転子は2極以上であれば何極で構成しても良い。
1 d軸
2 q軸
3 磁性ブロック
4 磁石挿入孔
5 永久磁石
6 第一の磁性体
7 第二の磁性体
8 磁極部
9 第二の磁性体挿入孔
10 回転子
12 リブ
13 漏れ磁束経路
14 溝
15 進み側
16 遅れ側

Claims (5)

  1. 回転子コアに永久磁石を埋め込んだ埋め込み磁石回転子を備え、前記永久磁石の横断面が回転子外径側から回転子内径側に向かって凹形状をした回転電機において、
    前記回転子コアを構成する第一の磁性体のうち、前記永久磁石よりも外周側部分の一部または複数部を、前記第一の磁性体よりも透磁率が高い第二の磁性体で構成し、
    回転子外周側の永久磁石端部と面し、周方向に延びる磁性体で構成されたリブを、前記第二の磁性体で構成したことを特徴とする回転電機。
  2. 請求項1に記載の回転電機において、永久磁石を埋め込むための磁石挿入孔と第二の磁性体を挿入する挿入孔を1つの孔で構成したことを特徴とする回転電機。
  3. 請求項に記載の回転電機において、磁極部の遅れ側の一部または複数部を第二の磁性体で構成することを特徴とする回転電機。
  4. 請求項に記載の回転電機において、前記第二の磁性体部分が磁石抑えを兼ねることを特徴とする回転電機。
  5. 請求項に記載の回転電機において、前記第二の磁性体を低磁束密度領域で高透磁率の磁性体とすることを特徴とする回転電機。
JP2012140330A 2012-06-22 2012-06-22 回転電機及び永久磁石同期機 Expired - Fee Related JP5948161B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012140330A JP5948161B2 (ja) 2012-06-22 2012-06-22 回転電機及び永久磁石同期機
CN201320077052XU CN203166647U (zh) 2012-06-22 2013-02-19 旋转电机

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012140330A JP5948161B2 (ja) 2012-06-22 2012-06-22 回転電機及び永久磁石同期機

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014007803A JP2014007803A (ja) 2014-01-16
JP5948161B2 true JP5948161B2 (ja) 2016-07-06

Family

ID=49027805

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012140330A Expired - Fee Related JP5948161B2 (ja) 2012-06-22 2012-06-22 回転電機及び永久磁石同期機

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP5948161B2 (ja)
CN (1) CN203166647U (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6363034B2 (ja) * 2015-02-27 2018-07-25 日立アプライアンス株式会社 永久磁石式回転電機およびドラム式洗濯機
CN106911234B (zh) * 2015-12-23 2020-12-08 丹佛斯(天津)有限公司 制造电机的方法和电机的系列化方法
CN113675971A (zh) * 2020-05-13 2021-11-19 中车株洲电力机车研究所有限公司 一种混合材料高凸极比的永磁电机转子结构

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11122853A (ja) * 1997-10-15 1999-04-30 Aichi Emerson Electric Co Ltd 圧縮機用電動機の回転子
JP2001186699A (ja) * 1999-12-24 2001-07-06 Fujitsu General Ltd 永久磁石電動機
JP3871873B2 (ja) * 2000-10-18 2007-01-24 株式会社東芝 永久磁石型回転子
JP2003274590A (ja) * 2002-03-15 2003-09-26 Nippon Steel Corp 永久磁石同期モータのロータ
JP2005130604A (ja) * 2003-10-23 2005-05-19 Nissan Motor Co Ltd 電磁鋼板形成体、これを用いた永久磁石内蔵型回転機用回転子、永久磁石内蔵型回転機、およびこの永久磁石内蔵型回転機を用いた車両

Also Published As

Publication number Publication date
CN203166647U (zh) 2013-08-28
JP2014007803A (ja) 2014-01-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5891089B2 (ja) 永久磁石同期機
JP5363520B2 (ja) 永久磁石同期機
US8354767B2 (en) Permanent magnet rotor with flux concentrating pole pieces
JP5328821B2 (ja) 回転電機用回転子
JP4169055B2 (ja) 回転電機
US9083219B2 (en) Rotor and motor
CN103339832B (zh) 车辆用永磁铁埋入式旋转电机
JP5472200B2 (ja) 回転電機のロータ
JP2015510387A (ja) 電気機械
US20130147302A1 (en) Rotor barrier shaping for demagnetization mitigation in an internal permanent magnet machine
KR101981292B1 (ko) 영구 자석 모터 로터 및 영구 자석 동기 모터
JP2011217602A (ja) 永久磁石を備える、磁束収束タイプの同期回転電気機械
US20110163618A1 (en) Rotating Electrical Machine
KR101481882B1 (ko) 회전 전기기계
CN103475124B (zh) 永久磁铁同步电动机
CN108462268B (zh) 旋转电机的转子
CN104702004A (zh) 电动机
JP4574297B2 (ja) 回転電機のロータ
KR101473086B1 (ko) 회전 전기기계
JP5948161B2 (ja) 回転電機及び永久磁石同期機
JP2016521113A (ja) 回転電機のロータ及びこれを備えた回転電機
JP2005328679A (ja) 永久磁石式リラクタンス型回転電機
JP2006115663A (ja) 永久磁石回転子
JP2013132124A (ja) 界磁子用コア
JP2012257426A (ja) 回転電機のロータ

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150116

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150116

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20151222

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20151225

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160204

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160510

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160606

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5948161

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees