JP6002617B2 - Permanent magnet synchronous machine - Google Patents

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Description

本発明は永久磁石同期機、特に永久磁石を埋設した永久磁石同期機に関するものである。   The present invention relates to a permanent magnet synchronous machine, and more particularly to a permanent magnet synchronous machine having a permanent magnet embedded therein.

永久磁石同期機では、回転子に永久磁石を埋設するインテリアーパーネントマグネット(Interior Permanent Magnet、以下IPM)構造が広く採用されている。IPMでは、磁石トルクに加えリラクタンストルクの活用が可能となるが、さらなるトルク増大を図るためには回転子ギャップ対向面の磁石磁束発生区間を増加することが有効となる。   In the permanent magnet synchronous machine, an interior permanent magnet (hereinafter referred to as IPM) structure in which a permanent magnet is embedded in a rotor is widely adopted. In IPM, reluctance torque can be used in addition to magnet torque, but it is effective to increase the magnet magnetic flux generation section on the rotor gap facing surface in order to further increase the torque.

特許文献1では、磁束発生区間を調整するためにU字状永久磁石の外周部に、突出する磁極部を有する構成としている。特許文献1によれば、q軸領域に対し,d軸領域を突出させることで,磁石端部からの漏れ磁束を低減し,更に磁極部に磁束を集中させることでトルクの増加を図ることができる。   In patent document 1, in order to adjust a magnetic flux generation | occurrence | production area, it is set as the structure which has the magnetic pole part which protrudes in the outer peripheral part of a U-shaped permanent magnet. According to Patent Document 1, it is possible to reduce the leakage magnetic flux from the magnet end by projecting the d-axis region with respect to the q-axis region, and to increase the torque by concentrating the magnetic flux on the magnetic pole portion. it can.

IPM構造の永久磁石同期機では,誘導起電力波形が回転子形状によって台形波状や正弦波状に変化する。台形波状の誘導起電力を持つ永久磁石モータを駆動する場合,トルク脈動の増加や,騒音が増えるほか,極対数によって高次成分を含んだ電流が通電されることにより鉄損が増加し,効率が低下するという問題が発生する。   In the permanent magnet synchronous machine having the IPM structure, the induced electromotive force waveform changes to a trapezoidal wave shape or a sine wave shape depending on the rotor shape. When driving a permanent magnet motor with trapezoidal induced electromotive force, torque pulsation and noise increase, and iron loss increases due to conduction of current containing higher-order components depending on the number of pole pairs. This causes a problem of lowering.

特に,フェライト磁石の保持力はネオジウム磁石の約1/3であるため、磁石厚を増大し保持力の低下分をカバーする必要がある。ただし、これによって回転子のギャップ対向面の極間部分が磁束無発生区間となる。このため,特許文献1のような磁石配置を調整する方法では、誘導起電力波形の形状が一意に決定できないという問題がある。   In particular, since the holding force of the ferrite magnet is about 1/3 that of the neodymium magnet, it is necessary to increase the magnet thickness and cover the decrease in holding force. However, as a result, the inter-pole portion of the rotor-facing gap-facing surface becomes a magnetic flux-free section. For this reason, there is a problem that the shape of the induced electromotive force waveform cannot be uniquely determined by the method of adjusting the magnet arrangement as in Patent Document 1.

特開2002-136011JP2002-136011

本発明の課題は、フェライト磁石を適用した永久磁石同期機およびこれを用いた駆動システムにおいて、低振動・低騒音化を図るとともに鉄損を低減し,効率向上を可能にすることである。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to achieve low vibration and low noise, reduce iron loss, and improve efficiency in a permanent magnet synchronous machine using a ferrite magnet and a drive system using the same.

本発明に係る永久磁石電動機は、永久磁石を有する回転子と、ティースを有するとともに前記回転子の外周方向に空隙を介して配置される固定子と、を備え、前記回転子は、前記ティースとの間の空隙が第1距離となる第1外周部と、前記ティースとの間の空隙が前記第1距離よりも大きな第2距離となる第2外周部と、を形成し、前記第2外周部は、回転軸中心から径方向に対して、前記永久磁石の端部と対向する位置に形成され、前記ティースの幅に対応する回転軸中心の角度は、θsと定義され、前記永久磁石の前記開口に対応する回転軸中心の角度は、θpと定義され、前記回転子の前記第1外周部に対応する回転軸中心の角度は、θaと定義され、θs≧θp>θaの関係となる。   A permanent magnet motor according to the present invention includes a rotor having a permanent magnet, and a stator having teeth and being arranged with a gap in the outer circumferential direction of the rotor, and the rotor includes the teeth and Forming a first outer peripheral portion in which a gap between the teeth is a first distance and a second outer peripheral portion in which a gap between the teeth is a second distance larger than the first distance, and forming the second outer periphery The portion is formed at a position facing the end portion of the permanent magnet with respect to the radial direction from the rotation axis center, and an angle of the rotation axis center corresponding to the width of the teeth is defined as θs. The angle of the rotation axis center corresponding to the opening is defined as θp, the angle of the rotation axis center corresponding to the first outer peripheral portion of the rotor is defined as θa, and θs ≧ θp> θa. .

本発明によれば低騒音・低振動化、鉄損の低減および効率が向上する。   According to the present invention, noise and vibration are reduced, iron loss is reduced, and efficiency is improved.

永久磁石電動機100の分解斜視図である。1 is an exploded perspective view of a permanent magnet motor 100. FIG. 永久磁石電動機100の斜視図である。1 is a perspective view of a permanent magnet motor 100. FIG. 図2に示された永久磁石電動機100を平面Aで切断、矢印方向から見た断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the permanent magnet motor 100 shown in FIG. 2 cut along a plane A and viewed from the arrow direction. 図3の部分Bの拡大断面図である。It is an expanded sectional view of the part B of FIG. 第2外周部22を形成する方法の他の実施形態を示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view showing other embodiments of a method of forming the 2nd peripheral part 22. 永久磁石3によるギャップの磁束密度分布Bpm(xr)を示す。The magnetic flux density distribution Bpm (x r ) of the gap by the permanent magnet 3 is shown. 集中巻2極3スロット系列を対象とする場合における一相コイルに鎖交する磁束量を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the magnetic flux amount linked to the one phase coil in the case where concentrated winding 2 pole 3 slot series is made into object. 第1外周部21に対する5次成分と7次成分の構成率を示す図である。It is a figure which shows the composition rate of the quintic component with respect to the 1st outer peripheral part 21, and a 7th-order component. θa=69°における誘導起電力波形を示す図である。It is a figure which shows the induced electromotive force waveform in (theta) a = 69 degrees. θa=123°における誘導起電力波形を示す図である。It is a figure which shows the induced electromotive force waveform in (theta) a = 123 degree. 周波数に対する鉄損を示す図である。It is a figure which shows the iron loss with respect to a frequency.

以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明する。以下の説明では、同一の構成要素には同一の記号を付してある。それらの名称および機能は同じであり、重複説明は避ける。また、以下の説明では内転型回転子を対象としているが、本発明の効果は内転型回転子に限定されるものではなく、同様の構成を有する外転型回転子にも適用可能である。   An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, the same symbols are attached to the same components. Their names and functions are the same, and duplicate descriptions are avoided. Further, in the following description, the inner rotor is targeted, but the effect of the present invention is not limited to the inner rotor, and can be applied to an outer rotor having a similar configuration. is there.

図1は、永久磁石電動機100の分解斜視図である。図2は、永久磁石電動機100の斜視図である。図3は、図2に示された永久磁石電動機100を平面Aで切断、矢印方向から見た断面図である。   FIG. 1 is an exploded perspective view of the permanent magnet electric motor 100. FIG. 2 is a perspective view of the permanent magnet electric motor 100. FIG. 3 is a cross-sectional view of the permanent magnet motor 100 shown in FIG.

回転子1は、軸5と、永久磁石3aないし3fと、回転子鉄心2と、から構成される。軸5は、回転子鉄心2の軸挿入孔6に挿入される。永久磁石3aないし3fは、回転子鉄心2の磁石収容孔4aないし4fに挿入される。   The rotor 1 includes a shaft 5, permanent magnets 3 a to 3 f, and a rotor core 2. The shaft 5 is inserted into the shaft insertion hole 6 of the rotor core 2. The permanent magnets 3a to 3f are inserted into the magnet housing holes 4a to 4f of the rotor core 2.

固定子10は、中央部に回転子1を収納する空間を形成し、その空間を囲むようにティース12aないし12iを有する。ティース12aないし12iには、それぞれ巻線(不図示)が巻かれる。本実施形態は、複数極を構成するよう配備された永久磁石3で構成される内転型の回転子1を有する永久磁石同期機に係るものである。   The stator 10 forms a space for housing the rotor 1 in the center, and has teeth 12a to 12i so as to surround the space. Windings (not shown) are wound around the teeth 12a to 12i. The present embodiment relates to a permanent magnet synchronous machine having an adder-type rotor 1 composed of permanent magnets 3 arranged to form a plurality of poles.

図4は、図3の部分Bの拡大断面図である。図4において説示する部分Bは、本実施形態の極の構成の一例を示したものであり、他の極についても同様の構成である。   4 is an enlarged cross-sectional view of a portion B in FIG. The part B illustrated in FIG. 4 shows an example of the configuration of the poles of the present embodiment, and the other poles have the same configuration.

回転子鉄心2は、磁石収容孔4aを形成する。磁石収容孔4aは、固定子10の配置された側に向かって開口する凹部が形成される。回転子鉄心2は、軸方向に積み重ねた積層鋼板で構成しても良いし、圧粉磁心などで構成しても良いし、アモルファス金属などで構成しても良い。   The rotor core 2 forms a magnet accommodation hole 4a. The magnet accommodation hole 4a is formed with a recess that opens toward the side where the stator 10 is disposed. The rotor core 2 may be composed of laminated steel plates stacked in the axial direction, may be composed of a dust core, or may be composed of an amorphous metal or the like.

磁石収容孔4aに収納される永久磁石3aは、1極につき周方向に屈曲部30及び屈曲部31を形成する。永久磁石3aは、屈曲部30を始端として、永久磁石3aの磁化方向33に対して垂直方向に沿って、極の端部34側に伸びるように形成される。また永久磁石3aは、屈曲部31を始端として、永久磁石3aの磁化方向35に対して垂直方向に沿って、極の端部36側に伸びるように形成される。   The permanent magnet 3a accommodated in the magnet accommodating hole 4a forms a bent portion 30 and a bent portion 31 in the circumferential direction per pole. The permanent magnet 3a is formed to extend toward the pole end 34 along the direction perpendicular to the magnetization direction 33 of the permanent magnet 3a, starting from the bent portion 30. The permanent magnet 3a is formed so as to extend toward the pole end 36 along the direction perpendicular to the magnetization direction 35 of the permanent magnet 3a, starting from the bent portion 31.

永久磁石3aは、3カ所以上の屈曲部を形成するように構成してもよく、U字形としてもよく,また二枚の磁石からなるV字形状としてもよい。ここで説示した磁石形状とすることで、磁石磁束の発生面の表面積を大きくするとともに,永久磁石3の径方向外周部の鉄心断面積20が大きくなるのでリラクタンストルクを積極的に活用することが可能となる。   The permanent magnet 3a may be configured to form three or more bent portions, may be U-shaped, or may be V-shaped consisting of two magnets. By adopting the magnet shape described here, the surface area of the magnet magnetic flux generation surface is increased, and the core cross-sectional area 20 of the outer peripheral portion in the radial direction of the permanent magnet 3 is increased, so that reluctance torque can be actively utilized. It becomes possible.

また、永久磁石3は1極につき周方向に分割されることなく一体で構成しても良いし、複数個を周方向に分割して配置しても良い。また、軸方向に複数個を分割して構成しても良いし、分割することなく一体で構成しても良い。   Further, the permanent magnet 3 may be integrally formed without being divided in the circumferential direction per pole, or a plurality of permanent magnets 3 may be arranged in the circumferential direction. Further, a plurality of parts may be divided in the axial direction, or may be formed integrally without being divided.

永久磁石3には、フェライト磁石のような保持力、残留磁束密度が比較的低い永久磁石を使用する。しかしながら、本実施例はフェライト磁石のように,保持力が400kA/mのものに限定しているが、SmFeN(保持力が800kA/m)や、ネオジムボンド磁石(保磁力600kA/m)としてもよい。つまりネオジウム磁石よりも保持力の小さい特性を有する永久磁石を用いると、本実施形態の作用効果を有する。   As the permanent magnet 3, a permanent magnet having a relatively low holding force and residual magnetic flux density, such as a ferrite magnet, is used. However, this example is limited to a holding force of 400 kA / m, such as a ferrite magnet, but SmFeN (holding force is 800 kA / m) or neodymium bonded magnet (coercive force 600 kA / m). Good. In other words, the use of a permanent magnet having a smaller holding force than a neodymium magnet has the effects of this embodiment.

回転子1は、ティース12aとの間の空隙が第1距離41となる第1外周部21を形成する。また回転子1は、ティース12aとの間の空隙が第1距離41よりも大きな第2距離42となる第2外周部22を形成する。第2外周部22は、回転軸中心から径方向に対して、永久磁石3の端部34及び36と対向する位置に形成される。   The rotor 1 forms a first outer peripheral portion 21 in which a gap between the rotor 12 and the tooth 12 a is a first distance 41. Further, the rotor 1 forms a second outer peripheral portion 22 in which a gap between the rotor 12 and the teeth 12 a becomes a second distance 42 that is larger than the first distance 41. The second outer peripheral portion 22 is formed at a position facing the end portions 34 and 36 of the permanent magnet 3 in the radial direction from the center of the rotation axis.

ここで、ティース12aの幅に対応する回転軸中心の角度は、θsと定義される。永久磁石3の開口に対応する回転軸中心の角度は、θpと定義される。ここでθpの両端は、永久磁石3の磁束が切換る箇所と定義される。具体的には、端部34及び36は永久磁石3の他の面よりも磁束が極めて小さいので、θpの両端は永久磁石3の各面の磁束の大きさによって決められる。   Here, the angle of the rotation axis center corresponding to the width of the teeth 12a is defined as θs. The angle of the rotation axis center corresponding to the opening of the permanent magnet 3 is defined as θp. Here, both ends of θp are defined as locations where the magnetic flux of the permanent magnet 3 is switched. Specifically, since the end portions 34 and 36 have a much smaller magnetic flux than the other surfaces of the permanent magnet 3, both ends of θp are determined by the magnitude of the magnetic flux on each surface of the permanent magnet 3.

第1外周部21の幅に対応する回転軸中心の角度は、θaと定義される。ティース12a、永久磁石3の開口及び第1外周部21は、θs≧θp>θaの関係となるように形成される。   The angle of the rotation axis center corresponding to the width of the first outer peripheral portion 21 is defined as θa. The teeth 12a, the opening of the permanent magnet 3, and the first outer peripheral portion 21 are formed so as to have a relationship of θs ≧ θp> θa.

ここで、回転子10が回転することによって、永久磁石電動機100に生じる誘導起電力波形は、正弦波状に近い形状であれば、低振動・低騒音化,また鉄損を低減し効率向上を図ることができる。一方、本実施形態のように、保持力がネオジウム磁石に比較してフェライト磁石を、回転子10に用いた場合、所望の磁束を発生させるためには肉厚のフェライト磁石を用いる必要がある。   Here, if the induced electromotive force waveform generated in the permanent magnet motor 100 due to the rotation of the rotor 10 has a shape close to a sine wave, the vibration and noise are reduced, and the iron loss is reduced and the efficiency is improved. be able to. On the other hand, when a ferrite magnet is used for the rotor 10 as compared with a neodymium magnet as in this embodiment, it is necessary to use a thick ferrite magnet in order to generate a desired magnetic flux.

しかしながら、肉厚のフェライト磁石を用いると、回転子10に急激な磁束の変化を生じさせるおそれがあり、誘導起電力波形が正弦波状に近い形状になり難くなる。具体的には、図4に示される永久磁石3の端部34及び36は、磁束はほぼ発生しない。つまり、肉厚のフェライト磁石を用いることにより、永久磁石3の端部34及び36から鉄心断面積20への磁束変化は急激になり、誘導起電力波形が正弦波状に近い形状になり難くなる。   However, if a thick ferrite magnet is used, there is a risk of causing a sudden change in magnetic flux in the rotor 10, and it is difficult for the induced electromotive force waveform to have a shape close to a sine wave. Specifically, almost no magnetic flux is generated at the end portions 34 and 36 of the permanent magnet 3 shown in FIG. That is, by using a thick ferrite magnet, the magnetic flux change from the end portions 34 and 36 of the permanent magnet 3 to the iron core cross-sectional area 20 becomes abrupt, and the induced electromotive force waveform is unlikely to have a shape close to a sine wave.

一方、回転子10とティース12aとの間に存在する空気の透磁率は、回転子鉄心2の透磁率よりも小さい。そこで本実施形態の回転子1は、ティース12aとの間の空隙が第1距離41よりも大きな第2距離42となる第2外周部22を形成する。これにより、磁束の変化が、永久磁石3の端部34、第2外周部22、第1外周部21の順に、徐々に大きくなるので、磁束の変化は滑らかになり、誘導起電力波形が正弦波状に近い形状になり易くなる。その結果、永久磁石電動機100は、低振動・低騒音化,また鉄損を低減し効率向上を図ることができる。   On the other hand, the permeability of air existing between the rotor 10 and the teeth 12 a is smaller than the permeability of the rotor core 2. Therefore, the rotor 1 of the present embodiment forms the second outer peripheral portion 22 in which the gap between the teeth 12a becomes the second distance 42 that is larger than the first distance 41. Thereby, since the change of magnetic flux becomes large gradually in order of the end part 34 of the permanent magnet 3, the 2nd outer peripheral part 22, and the 1st outer peripheral part 21, the change of magnetic flux becomes smooth and an induced electromotive force waveform is sine. It becomes easy to become a wave-like shape. As a result, the permanent magnet motor 100 can reduce vibration and noise, reduce iron loss, and improve efficiency.

なお図4に示される本実施形態においては、ティース12aの幅に対応する回転軸中心の角度θsは、永久磁石3の開口に対応する回転軸中心の角度θpよりも大きい形状を示しているが、θsとθpが等しい場合にも、本実施形態と同様の作用効果が生じる。   In the present embodiment shown in FIG. 4, the rotational axis center angle θs corresponding to the width of the tooth 12 a is larger than the rotational axis center angle θp corresponding to the opening of the permanent magnet 3. , Θs and θp are the same, the same effects as in the present embodiment occur.

図4に示されるように、回転子鉄心2は、第1外周部21と第2外周部22を繋ぐ第1空隙切換部51及び第2空隙切換部52を形成する。これら第1空隙切換部51及び第2空隙切換部52は、第1外周部21が第2外周部22よりもティース12aに近づくように、段差形状を形成する。つまり第2外周部22が回転子鉄心2の断面形状において円形状を形成し、一方、第1外周部21は、この円形状から突出する突出部として形成される。   As shown in FIG. 4, the rotor core 2 forms a first gap switching portion 51 and a second gap switching portion 52 that connect the first outer peripheral portion 21 and the second outer peripheral portion 22. The first gap switching portion 51 and the second gap switching portion 52 form a step shape so that the first outer peripheral portion 21 is closer to the tooth 12 a than the second outer peripheral portion 22. That is, the second outer peripheral portion 22 forms a circular shape in the cross-sectional shape of the rotor core 2, while the first outer peripheral portion 21 is formed as a protruding portion protruding from the circular shape.

別の形成方法が、図5に示される。第1外周部21が回転子鉄心2の断面形状において円形状を形成し、一方、第2外周部22は、この円形状から一部53及び54が削られることにより形成される。   Another forming method is shown in FIG. The first outer peripheral portion 21 forms a circular shape in the cross-sectional shape of the rotor core 2, while the second outer peripheral portion 22 is formed by cutting portions 53 and 54 from the circular shape.

回転子鉄心2が前述のように構成されることによる作用及び効果を以下に説示する。   The operation and effect of the rotor core 2 configured as described above will be described below.

以下に、誘導起電力の5次,7次成分の理論式を導出し、本実施形態の作用及び効果が得られる原理を説明する。   Hereinafter, the theoretical formulas of the fifth and seventh order components of the induced electromotive force will be derived, and the principle of obtaining the functions and effects of this embodiment will be described.

まず、永久磁石3によるギャップの磁束密度分布Bpm(xr)は図6のようになる。ここで、xrは回転子外周部の周方向位置(電気角、deg.)である。このとき、Bpm(xr)の空間ν次成分は次式で表される。 First, the magnetic flux density distribution Bpm (x r ) of the gap by the permanent magnet 3 is as shown in FIG. Here, xr is the circumferential position (electrical angle, deg.) Of the outer periphery of the rotor. At this time, the spatial ν-order component of Bpm (x r ) is expressed by the following equation.

(1)
回転子が角速度ω1で回転しているとき、固定子座標xsと回転子座標xrとの関係は
(2)
なので、固定子座標系から見た永久磁石3によるギャップの磁束密度分布Bpm(xs)は以下となる。
(1)
When the rotor is rotating at the angular velocity ω1, the relationship between the stator coordinate x s and the rotor coordinate x r is
(2)
Therefore, the magnetic flux density distribution Bpm (x s ) of the gap by the permanent magnet 3 viewed from the stator coordinate system is as follows.

(3)
式(3)において、永久磁石3によるギャップ磁束密度分布の空間次数νと、時間次数μは同等となるため、両者ともμで表している。
(3)
In the expression (3), since the spatial order ν of the gap magnetic flux density distribution by the permanent magnet 3 and the time order μ are equal, both are expressed by μ.

次に、集中巻2極3スロット系列を対象とする場合、一相コイルに鎖交する磁束量の時間μ次成分Φc,μは、図7に示すように-θt/2 〜θt/2の積分区間から求められる。   Next, in the case of concentrated winding 2-pole 3-slot series, the time μ-order component Φc, μ of the amount of magnetic flux interlinked with the one-phase coil is -θt / 2 to θt / 2 as shown in FIG. It is obtained from the integration interval.

(4)
ここで、l:コア軸長
したがって、磁石磁束による誘導起電力波形μ次成分uc,μは次式となる。
(Four)
Here, l: Core axial length Therefore, the induced electromotive force waveform μ order component uc, μ due to the magnetic flux is expressed by the following equation.

(5)
ここで、Nc:1コイルターン数
以上より、基本波成分に対するμ次成分の振幅比kμは次式となる。
(Five)
Here, Nc: number of turns of one coil From the above, the amplitude ratio kμ of the μ-order component to the fundamental wave component is expressed by the following equation.

(6)
集中巻では、θtは最大で120°(電気角)なので、このときのθa とkμの関係を求めると図8のようになる。
(6)
In the concentrated winding, θt is 120 ° (electrical angle) at the maximum, and the relationship between θa and kμ at this time is obtained as shown in FIG.

式(6)より、5次成分、7次成分の理論上の最大値はそれぞれ0.200,0.143であるので、この平均値0.171に対して、5次成分と7次成分の和が下回るような構成とすることで、誘導起電力波形を正弦波状に近づけることが可能となる。図10に示すように、鉄損は周波数により大きく値が異なることから、例えば基本波周波数100Hzでは鉄損が約2.6Wなのに対し、基本波の5次、7次である500Hz、700Hzの鉄損はそれぞれ約33W、55Wと,10倍以上になっている。このため、構成率が低い5次、7次成分を低減することで高効率化が実現される。図10から,基本波周波数が50Hz以上であれば5次(250Hz)、7次成分(350Hz)による鉄損の増加が顕著であり,この運転条件で駆動する永久磁石同期機において大きな効果を発揮する。   From Equation (6), the theoretical maximum values of the 5th and 7th components are 0.200 and 0.143, respectively, so that the sum of the 5th and 7th components is less than this average value of 0.171. Thus, the induced electromotive force waveform can be approximated to a sine wave shape. As shown in FIG. 10, the iron loss varies greatly depending on the frequency. For example, the iron loss is about 2.6 W at the fundamental wave frequency of 100 Hz, whereas the iron loss of 500 Hz and 700 Hz which are the fifth and seventh orders of the fundamental wave. Are about 33W and 55W respectively, more than 10 times. For this reason, high efficiency is realized by reducing the fifth and seventh order components having a low composition ratio. From Fig. 10, if the fundamental frequency is 50Hz or more, the increase in iron loss due to the 5th order (250Hz) and 7th order components (350Hz) is remarkable, and it shows a great effect in the permanent magnet synchronous machine driven under this operating condition. To do.

図8より、誘導起電力波形を正弦波状にするにはθaを電気角で80 °≧θa≧50°又は160 °≧θa≧135°とするのが好適であることがわかる。前記以外のθaを採用した場合においても、5次,7次成分の和を小さくすることは可能であるが、例えば、θa=10°の場合は式(6)より明らかなように、基本波成分が著しく低下するため不適と言える。   From FIG. 8, it can be seen that θa is preferably set to 80 ° ≧ θa ≧ 50 ° or 160 ° ≧ θa ≧ 135 ° in electrical angle in order to make the induced electromotive force waveform sinusoidal. Even when θa other than the above is adopted, it is possible to reduce the sum of the fifth-order and seventh-order components, but for example, when θa = 10 °, the fundamental wave is clear as is clear from Equation (6). It can be said that it is unsuitable because the components are significantly reduced.

なお、図8はθt=120°の場合を示しているが、θt=90°の場合であっても誘導起電力の値が小さくなるだけで、5次、7次成分を小さくするθaの条件は変わらない。ただし、θtを小さくすると基本波成分が低下するため、θtは90°<θt<120°の範囲とし、120°に近いほうが望ましい。   FIG. 8 shows the case of θt = 120 °. However, even when θt = 90 °, only the value of the induced electromotive force is reduced, and the condition of θa for reducing the fifth and seventh order components. Will not change. However, if θt is reduced, the fundamental wave component is reduced. Therefore, θt should be in the range of 90 ° <θt <120 °, and is preferably closer to 120 °.

図9(a)に本実施形態を適用した場合のθa=69°における誘導起電力波形と、図9(b)にθa=123°における波形とを示す。図9(a)より、θa=69°とすることで、正弦波状の誘導起電力波形を生成できることがわかる。これにより、肉厚のフェライト磁石を適用した場合でもまた低振動・低騒音化,また鉄損を低減し効率向上を図ることができる。   FIG. 9A shows an induced electromotive force waveform at θa = 69 ° when the present embodiment is applied, and FIG. 9B shows a waveform at θa = 123 °. From FIG. 9A, it is understood that a sinusoidal induced electromotive force waveform can be generated by setting θa = 69 °. As a result, even when a thick ferrite magnet is applied, the vibration and noise can be reduced, and the iron loss can be reduced to improve the efficiency.

なお、本実施例では集中巻2極3スロット系を対象としたが、集中巻4極3スロット系などの分数スロットに対しても、式(6)に示すsin第2項の値が異なるだけで、80°≧θa≧50°又は160 °≧θa≧135°とすることで、同様にして正弦波状の誘導起電力波形を生成できる。また、分布巻に対しても、式(6)に示すsin第2項の値が異なるだけで、80 °≧θa≧50°又は160 °≧θa≧135°とすることで同様にして正弦波状の誘導起電力波形を生成できる。   In this embodiment, the concentrated winding 2-pole 3-slot system is targeted, but the value of the sin second term shown in equation (6) is different even for fractional slots such as the concentrated winding 4-pole 3-slot system. Therefore, by setting 80 ° ≧ θa ≧ 50 ° or 160 ° ≧ θa ≧ 135 °, a sinusoidal induced electromotive force waveform can be generated in the same manner. Also for distributed winding, only the value of the sin second term shown in Equation (6) is different, and 80 ° ≧ θa ≧ 50 ° or 160 ° ≧ θa ≧ 135 ° is similarly applied to a sinusoidal wave shape. The induced electromotive force waveform can be generated.

本実施形態により、磁石磁束による誘導起電力の5次,7次成分を低減することができる,すなわちフェライト磁石を適用した場合でも正弦波形状の誘導起電力波形が得られるので、低騒音・低振動を図りつつ,鉄損低減,効率向上を実現できる。   According to the present embodiment, the fifth and seventh order components of the induced electromotive force due to the magnet magnetic flux can be reduced, that is, a sinusoidal induced electromotive force waveform can be obtained even when a ferrite magnet is applied. Reduces iron loss and improves efficiency while achieving vibration.

なお、固定子鉄心11は、ティース12aと、このティース12aと隣り合うティース12bを有し、永久磁石3の厚さ37はティース12aの端部とティース12bの端部との間の距離14よりも大きく形成されている。このような構成に対して、第1外周部21及び第2外周部22を形成することにより、正弦波形状の誘導起電力波形が得られることの効果が大きくなる。   The stator core 11 has a tooth 12a and a tooth 12b adjacent to the tooth 12a. The thickness 37 of the permanent magnet 3 is determined by a distance 14 between the end of the tooth 12a and the end of the tooth 12b. Is also formed large. By forming the first outer peripheral portion 21 and the second outer peripheral portion 22 with respect to such a configuration, the effect of obtaining a sinusoidal induced electromotive force waveform is increased.

なお、本実施形態では、80°≧θa≧50°又は160°≧θa≧135°とすることで高調波5次,7次成分を含む正弦波状の誘導起電力波形を生成できる。この5次、7次成分の影響により、インバータから永久磁石同期機に通電される電流波形にも高調波5次,7次成分が低減できるため、120°通電制御のみならず、150°通電や180°通電制御においても、低振動・低騒音化とともに鉄損低減による効率向上を図ることができる。   In this embodiment, a sinusoidal induced electromotive force waveform including the fifth and seventh harmonic components can be generated by setting 80 ° ≧ θa ≧ 50 ° or 160 ° ≧ θa ≧ 135 °. Due to the influence of the 5th and 7th components, the harmonic 5th and 7th components can be reduced in the current waveform energized from the inverter to the permanent magnet synchronous machine. Even in 180 ° energization control, it is possible to improve efficiency by reducing iron loss as well as reducing vibration and noise.

1…回転子,2…回転子鉄心,3aないし3f…永久磁石,4aないし4f…永久磁石挿入孔,5…軸、6…軸挿入孔、10…固定子,11…固定子鉄心,12aないし12i…ティース,20…鉄心断面積、21…第1外周部、22…第2外周部、30…屈曲部、31…屈曲部、33…磁化方向、34…端部、35…磁化方向、36…端部、41…第1距離、42…第2距離、51…第1空隙切換部、52…第2空隙切換部、53…一部、54…一部、100…永久磁石電動機 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Rotor, 2 ... Rotor core, 3a thru | or 3f ... Permanent magnet, 4a thru | or 4f ... Permanent magnet insertion hole, 5 ... Shaft, 6 ... Shaft insertion hole, 10 ... Stator, 11 ... Stator iron core, 12a thru | or 12i ... Teeth, 20 ... Iron core cross-sectional area, 21 ... First outer periphery, 22 ... Second outer periphery, 30 ... Bend, 31 ... Bend, 33 ... Magnetization direction, 34 ... End, 35 ... Magnetization direction, 36 ... End, 41 ... First distance, 42 ... Second distance, 51 ... First gap switching section, 52 ... Second gap switching section, 53 ... Part, 54 ... Part, 100 ... Permanent magnet motor

Claims (6)

ネオジウム磁石よりも保持力の小さい特性を有する永久磁石を有する回転子と、
ティースを有するとともに前記回転子の外周方向に空隙を介して配置される固定子と、を備え、
前記回転子の回転軸方向の垂直方向の断面において、前記永久磁石は、当該永久磁石の断面形状が前記固定子の配置された側に向かって開口する凹部を形成するように構成され、
前記回転子は、前記ティースとの間の空隙が第1距離となる第1外周部と、前記ティースとの間の空隙が前記第1距離よりも大きな第2距離となる第2外周部と、を形成し、
前記第2外周部は、回転軸中心から径方向に対して、前記永久磁石の端部と対向する位置に形成され、
前記ティースの幅に対応する回転軸中心の角度θs、前記永久磁石の前記開口に対応する回転軸中心の角度θp、前記回転子の前記第1外周部に対応する回転軸中心の角度θa、θs≧θp>θaの関係とした永久磁石電動機。
A rotor having a permanent magnet having a property of holding power smaller than that of a neodymium magnet;
A stator having teeth and being arranged via a gap in the outer circumferential direction of the rotor,
In the cross section in the vertical direction of the rotation axis direction of the rotor, the permanent magnet is configured such that the cross-sectional shape of the permanent magnet forms a recess that opens toward the side where the stator is disposed,
The rotor has a first outer peripheral portion in which a gap between the teeth is a first distance, a second outer peripheral portion in which a gap between the teeth is a second distance larger than the first distance, and Form the
The second outer peripheral portion is formed at a position facing the end portion of the permanent magnet with respect to the radial direction from the center of the rotation axis,
Angle θs of the rotation axis corresponding to the width of the teeth, Angle θp of the rotation axis corresponding to the opening of the permanent magnet, Angles θa, θs of the rotation axis corresponding to the first outer peripheral portion of the rotor A permanent magnet motor having a relationship of ≧ θp> θa.
請求項1に記載の永久磁石電動機であって、
前記永久磁石は、フェライト磁石である永久磁石電動機。
The permanent magnet motor according to claim 1,
The permanent magnet motor is a permanent magnet motor that is a ferrite magnet.
請求項1又は2に記載のいずれかの永久磁石電動機であって、
前記固定子は、第1ティースと、当該第1ティースと隣り合う第2ティースを有し、
前記永久磁石の厚さは、前記第1ティースの端部と前記第2ティースの端部との間の距離よりも大きい永久磁石電動機。
The permanent magnet motor according to claim 1 or 2,
The stator has a first tooth and a second tooth adjacent to the first tooth,
The permanent magnet motor has a thickness of the permanent magnet that is greater than a distance between an end portion of the first tooth and an end portion of the second tooth.
請求項1ないし3に記載のいずれかの永久磁石電動機であって、
θaは、電気角で80°≧θa≧50°又は160°≧θa≧135°の関係となる永久磁石電動機。
The permanent magnet motor according to any one of claims 1 to 3,
θa is a permanent magnet motor having an electrical angle of 80 ° ≧ θa ≧ 50 ° or 160 ° ≧ θa ≧ 135 °.
請求項1ないし4に記載のいずれかの永久磁石電動機であって、
前記回転子は、前記第1外周部と前記第2外周部を繋ぐ空隙切換部を形成し、
前記空隙切換部は、前記第1外周部と前記第2外周部との間に段差形状を有するように形成される永久磁石電動機。
The permanent magnet motor according to any one of claims 1 to 4,
The rotor forms a gap switching portion that connects the first outer peripheral portion and the second outer peripheral portion,
The air gap switching portion is a permanent magnet electric motor formed so as to have a step shape between the first outer peripheral portion and the second outer peripheral portion.
請求項1ないし5に記載のいずれかの永久磁石電動機であって、
θsは、電気角で90°<θt<120°の関係となる永久磁石電動機。
The permanent magnet motor according to any one of claims 1 to 5,
θs is a permanent magnet motor that has an electrical angle of 90 ° <θt <120 °.
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