JP6857959B2 - Rotor structure for magnet-embedded motor and motor with this structure - Google Patents

Rotor structure for magnet-embedded motor and motor with this structure Download PDF

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Description

本願発明は、多数のロータコア板を軸方向に積層してなるロータコアの周縁部に複数の永久磁石を埋設した磁石埋め込み型モータ用ロータ構造及びこの構造を備えるモータに関する。 The present invention relates to a rotor structure for a magnet-embedded motor in which a plurality of permanent magnets are embedded in a peripheral portion of a rotor core formed by laminating a large number of rotor core plates in the axial direction, and a motor provided with this structure.

回転子に磁石が埋め込まれたモータの回転子が高速回転しても、磁石が剥がれたり飛散したりする虞は無いが、回転子の外側に配設される固定子と回転子の磁石との距離が大きくなり、磁力が弱くなって回転子のトルクが低下するという問題が生じる。そこで、回転子の磁石を埋め込むためのロータコア板の形状を工夫して、磁石のマグネットトルクだけではなく、磁力線によるリラクタンストルクも利用して、得られるトルクを増大可能な磁石埋め込み型モータが提案されている(特許文献1参照)。 Even if the rotor of the motor with the magnet embedded in the rotor rotates at high speed, there is no risk that the magnet will come off or scatter, but the stator and magnet of the rotor arranged outside the rotor There arises a problem that the distance becomes large, the magnetic force becomes weak, and the torque of the rotor decreases. Therefore, a magnet-embedded motor that can increase the obtained torque by devising the shape of the rotor core plate for embedding the rotor magnet and using not only the magnet torque of the magnet but also the reluctance torque due to the magnetic field lines has been proposed. (See Patent Document 1).

この特許文献1に記載されロータコア板は、強磁性体からなる円板を周方向に複数に分割した扇形状の薄板を、回転軸方向に積層するとともに周方向に薄板同士を結合して構成されている。薄板の内部には、永久磁石を挿入するための2つの孔が設けられている。 The rotor core plate described in Patent Document 1 is composed of fan-shaped thin plates obtained by dividing a disc made of a ferromagnetic material into a plurality of pieces in the circumferential direction, laminated in the rotation axis direction, and connecting the thin plates in the circumferential direction. ing. Inside the thin plate, two holes for inserting permanent magnets are provided.

孔は、扇状に形成された薄板の周縁部の周方向中央部から薄板の両側へ直線状に延びるようにして一対形成されている。これらの孔は、薄板の周縁部の内側に形成された矩形状孔部と、矩形状孔部に繋がって薄板の側部へ延びる長方形状の長孔部とを有して構成されている。長孔部に磁石が挿入される。孔は、周方向に隣接する他の薄板に形成された孔と連通して対となり、この対となる2つの孔の夫々に磁石が極を揃えて挿着される。 A pair of holes are formed so as to extend linearly from the central portion in the circumferential direction of the peripheral portion of the thin plate formed in a fan shape to both sides of the thin plate. These holes are configured to have a rectangular hole portion formed inside the peripheral edge portion of the thin plate and a rectangular elongated hole portion connected to the rectangular hole portion and extending to the side portion of the thin plate. A magnet is inserted into the elongated hole. The holes communicate with holes formed in other thin plates adjacent to each other in the circumferential direction to form a pair, and magnets are inserted into each of the two holes in the pair with their poles aligned.

このように構成されたモータの回転子の回転時には、回転子を囲むようにして配設された固定子のq軸電流による磁束が回転子を引き付けることで、リラクタンストルクが生じて、回転子を回転させるためのトルクを増大することができる。このリラクタンストルクを生じさせるq軸電流による磁束線は、磁気抵抗の小さい対となる孔間の薄板内を通り、この磁束線の密度が高いほどリラクタンストルクは大きくなる。 When the rotor of the motor configured in this way rotates, the magnetic flux generated by the q-axis current of the stator arranged so as to surround the rotor attracts the rotor, and a relaxation torque is generated to rotate the rotor. The torque for this can be increased. The magnetic flux line due to the q-axis current that generates the reluctance torque passes through the thin plate between the pair of holes having a small reluctance, and the higher the density of the magnetic flux line, the larger the reluctance torque.

特開2012−205446号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-205446

しかしながら、特許文献1に記載の回転子の薄板に形成された矩形状孔部は、回転子径方向に直線状に延びているため、q軸電流による磁束線の一部が矩形状孔部によって遮られて磁束線の磁束密度が低下し、リラクタンストルクが低下する虞がある。 However, since the rectangular hole portion formed in the thin plate of the rotor described in Patent Document 1 extends linearly in the rotor radial direction, a part of the magnetic flux line due to the q-axis current is formed by the rectangular hole portion. There is a risk that the magnetic flux density of the magnetic flux lines will decrease due to the interruption, and the reluctance torque will decrease.

一方、近年、希土類磁石の価格は高騰しているので、特許文献1に記載の多数の磁石が使用されている回転子では、モータのコストが上昇する。そこで、磁石の数を減らせばモータのコスト上昇を抑えることができるが、安易に磁石の数を減らすと、モータのトルクが低下して所望のトルクを得ることが出来なくなる。 On the other hand, since the price of rare earth magnets has been soaring in recent years, the cost of the motor increases in the rotor in which a large number of magnets described in Patent Document 1 are used. Therefore, if the number of magnets is reduced, the cost increase of the motor can be suppressed, but if the number of magnets is easily reduced, the torque of the motor is reduced and a desired torque cannot be obtained.

本発明の少なくとも幾つかの実施形態は、上述の事情に鑑みて、回転子に埋設された磁石の数を減らしても、モータのトルク低下を招かない磁石埋め込み型モータ用ロータ構造及びこの構造を備えるモータを提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, at least some embodiments of the present invention provide a rotor structure for a magnet-embedded motor and this structure, which does not cause a decrease in the torque of the motor even if the number of magnets embedded in the rotor is reduced. It is an object of the present invention to provide a motor to be provided.

本発明の少なくとも一つの実施形態に係わる磁石埋め込み型モータ用ロータ構造は、
多数のロータコア板を軸方向に積層してなるロータコアの周縁に複数の永久磁石を埋設する磁石埋め込み型モータ用ロータ構造であって、
前記ロータコア板は、
該ロータコア板の外周部に周方向に沿って延びるとともに等間隔に複数設けられ、前記ロータコア板の軸方向に貫通するマグネット取付孔と、
複数の前記マグネット取付孔の夫々の径方向外側の前記ロータコア板の外周部に該ロータコア板と一体形成される突極部と、
複数の前記マグネット取付孔の夫々に固定された状態で収容される前記永久磁石と、
前記ロータコア板の周方向に隣接する前記突極部間の空間領域に形成され、周方向に隣接する前記突極部の夫々の径方向外側端部間を繋ぐ橋部、該橋部の周方向中間部から前記ロータコア板の軸心側へ延びて該ロータコア板に一体的に形成される支柱部、及び周方向に隣接する永久磁石の端面によって囲まれて、前記支柱部の両側に形成される一対の孔部と、を有して形成され、
前記孔部を形成する前記橋部のうち前記マグネット取付孔に繋がる部分は、前記ロータコア板を軸心方向から見たときに、前記マグネット取付孔に収容される前記永久磁石の中心軸(d軸)に直交する仮想線に対して前記ロータコア板の径方向外側に傾く角度が鋭角であるとともに前記ロータコア板の径方向外側に進むにしたがって小さくなるように湾曲形成され、
前記孔部を形成する前記橋部のうち前記支柱部側に繋がる部分は、前記ロータコア板の径方向外側へ進むに従って前記孔部に隣接する前記永久磁石側へ湾曲形成されるように構成される。
The rotor structure for a magnet-embedded motor according to at least one embodiment of the present invention.
A rotor structure for a magnet-embedded motor in which a plurality of permanent magnets are embedded in the periphery of a rotor core formed by laminating a large number of rotor core plates in the axial direction.
The rotor core plate is
A magnet mounting hole that extends along the circumferential direction and is provided at equal intervals on the outer peripheral portion of the rotor core plate and penetrates in the axial direction of the rotor core plate.
A salient pole portion integrally formed with the rotor core plate on the outer peripheral portion of the rotor core plate on the radial outer side of each of the plurality of magnet mounting holes.
The permanent magnet, which is housed in a state of being fixed to each of the plurality of magnet mounting holes,
A bridge portion formed in a spatial region between the salient poles adjacent to the rotor core plate in the circumferential direction and connecting the radial outer ends of the salient poles adjacent to the circumferential direction, the circumferential direction of the bridge. It is formed on both sides of the support column portion, which extends from the intermediate portion toward the axial center side of the rotor core plate and is surrounded by a support column portion integrally formed with the rotor core plate and end faces of permanent magnets adjacent in the circumferential direction. Formed with a pair of holes,
The portion of the bridge portion forming the hole portion connected to the magnet mounting hole is the central axis (d-axis) of the permanent magnet accommodated in the magnet mounting hole when the rotor core plate is viewed from the axial direction. ) Is an acute angle with respect to the virtual line orthogonal to the radial side of the rotor core plate, and is curved so as to decrease toward the radial side of the rotor core plate.
The portion of the bridge portion forming the hole portion, which is connected to the strut portion side, is configured to be curved toward the permanent magnet side adjacent to the hole portion as it advances outward in the radial direction of the rotor core plate. ..

上記磁石埋め込み型モータ用ロータ構造によれば、橋部のうちマグネット取付孔に繋がる部分は、ロータコア板を軸心方向から見たときに、永久磁石の中心軸(d軸)に直交する仮想線に対してロータコア板の径方向外側に傾く角度が鋭角であるとともに橋部に接近するにしたがって小さくなるように湾曲形成されている。このため、橋部のうちマグネット取付孔に繋がる部分が径方向に直線状に延びる場合と比較して、橋部のうちマグネット取付孔に繋がる部分とロータコア板の周縁部との間の領域を、広くすることができる。このため、ステータのコイルが作るq軸方向の磁束線の一部が孔部によって遮られる磁束線を少なくすることができ、突極部を通る磁束線の磁束密度の低下を抑えることができる。よって、ステータのコイルが作るq軸方向の磁束線によるリラクタンストルクを増大することができる。このため、ロータに設けられる永久磁石の数を減らしても、モータのトルク低下を防止することができる。よって、モータのコスト上昇を抑えるために磁石の数を減らしても、モータのトルク低下を招かない磁石埋め込み型モータ用ロータ構造を提供することができる。また、回転子が高速回転すると、橋部には回転子の径方向外側へ向く遠心力が作用して橋部に応力が生じるが、孔部を形成する橋部のうちマグネット取付孔に繋がる部分及び支柱部側に繋がる部分は、共に湾曲形成されている。よって、これらの部分に応力集中が発生する虞を無くすことができ、橋部の損傷を抑えることができる。 According to the above-mentioned rotor structure for a magnet-embedded motor, the portion of the bridge portion connected to the magnet mounting hole is a virtual line orthogonal to the central axis (d-axis) of the permanent magnet when the rotor core plate is viewed from the axial direction. On the other hand, the angle at which the rotor core plate is inclined outward in the radial direction is an acute angle and is curved so as to become smaller as it approaches the bridge portion. Therefore, as compared with the case where the portion of the bridge portion connected to the magnet mounting hole extends linearly in the radial direction, the region between the portion of the bridge portion connected to the magnet mounting hole and the peripheral portion of the rotor core plate is reduced. Can be wide. Therefore, it is possible to reduce the number of magnetic flux lines in which a part of the magnetic flux lines in the q-axis direction formed by the coil of the stator is blocked by the holes, and it is possible to suppress a decrease in the magnetic flux density of the magnetic flux lines passing through the salient pole portion. Therefore, the reluctance torque due to the magnetic flux line in the q-axis direction created by the coil of the stator can be increased. Therefore, even if the number of permanent magnets provided in the rotor is reduced, it is possible to prevent the torque of the motor from decreasing. Therefore, it is possible to provide a rotor structure for a magnet-embedded motor that does not cause a decrease in the torque of the motor even if the number of magnets is reduced in order to suppress an increase in the cost of the motor. In addition, when the rotor rotates at high speed, centrifugal force acting outward in the radial direction of the rotor acts on the bridge, causing stress in the bridge, but the part of the bridge that forms the hole that is connected to the magnet mounting hole. The portion connected to the support column side is curved. Therefore, it is possible to eliminate the possibility of stress concentration occurring in these portions, and it is possible to suppress damage to the bridge portion.

また、本発明の少なくとも幾つかの実施形態は、
前記支柱部は、前記ロータコア板の軸心方向へ向いて延びているように構成される。
Also, at least some embodiments of the present invention
The strut portion is configured to extend toward the axial direction of the rotor core plate.

この場合、支柱部はロータコア板の軸心方向に向いて延びているので、回転子の回転時に、支柱部を介して橋部に作用する遠心力をロータコア板の軸心側方向へ向く応力で支持することができる。このため、橋部に作用する遠心力が確実に支持されるので、回転子の回転時において、橋部が損傷する虞をより小さくすることができる。 In this case, since the strut portion extends toward the axial center of the rotor core plate, the centrifugal force acting on the bridge portion via the strut portion during the rotation of the rotor is stressed toward the axial center side of the rotor core plate. Can be supported. Therefore, since the centrifugal force acting on the bridge portion is surely supported, the risk of damage to the bridge portion can be further reduced when the rotor is rotated.

また、本発明の少なくとも幾つかの実施形態は、
前記一対の孔部は、前記支柱部を中央として前記ロータコア板の周方向に対称的に形成されている。
Also, at least some embodiments of the present invention
The pair of holes are formed symmetrically in the circumferential direction of the rotor core plate with the support column as the center.

この場合、一対の孔部は支柱部を中央としてロータコア板の周方向に対称的に形成されているので、回転子の回転時に、一対の孔部を形成する橋部に生じる応力も対称的に生じる。このため、孔部を形成する橋部に偏った応力が発生する虞を未然に防止することができ、橋部が損傷する虞をより低減することができる。 In this case, since the pair of holes are symmetrically formed in the circumferential direction of the rotor core plate with the support column as the center, the stress generated in the bridge forming the pair of holes when the rotor rotates is also symmetrical. Occurs. Therefore, it is possible to prevent the possibility that an unbalanced stress is generated in the bridge portion forming the hole portion, and it is possible to further reduce the possibility that the bridge portion is damaged.

また、本発明の少なくとも一つの実施形態に係わる磁石埋め込み型モータは、
請求項1〜3のいずれかに記載の磁石埋め込み型モータ用ロータを回転自在に支持するモータケースと、
前記モータケースの内面に前記磁石埋め込み型モータ用ロータの外周面に対して所定のエアギャップを有して固定されるステータと、を備えるように構成される。
Further, the magnet-embedded motor according to at least one embodiment of the present invention is a motor.
A motor case that rotatably supports the magnet-embedded motor rotor according to any one of claims 1 to 3.
The inner surface of the motor case is configured to include a stator that is fixed to the outer peripheral surface of the magnet-embedded motor rotor with a predetermined air gap.

上記磁石埋め込み型モータによれば、請求項1〜3のいずれかに記載の磁石埋め込み型モータ用ロータ構造を有したロータを回転自在に支持するモータケースの内面に、ロータの外周面に対して所定のエアギャップを有して固定されるステータを備えることで、モータのコスト上昇を抑えるために磁石の数を減らしても、モータのトルク低下を招かない磁石埋め込み型モータ用ロータ構造を備えるモータを実現できる。 According to the magnet-embedded motor, the inner surface of the motor case that rotatably supports the rotor having the magnet-embedded motor rotor structure according to any one of claims 1 to 3 with respect to the outer peripheral surface of the rotor. A motor having a rotor structure for a magnet-embedded motor that does not cause a decrease in the torque of the motor even if the number of magnets is reduced in order to suppress an increase in the cost of the motor by providing a stator that is fixed with a predetermined air gap. Can be realized.

本発明の少なくとも幾つかの実施形態によれば、モータのコスト上昇を抑えるために磁石の数を減らしても、モータのトルク低下を招かない磁石埋め込み型モータ用ロータ構造及びこの構造を備えるモータを提供することができる。 According to at least some embodiments of the present invention, a rotor structure for a magnet-embedded motor that does not cause a decrease in the torque of the motor even if the number of magnets is reduced in order to suppress an increase in the cost of the motor, and a motor having this structure. Can be provided.

本発明に係る磁石埋め込み型モータ用ロータ構造を備えるロータコア板及びこれを囲むステータを有したモータの断面図である。It is sectional drawing of the motor which has the rotor core plate which comprises the rotor structure for the magnet embedded type motor which concerns on this invention, and the stator surrounding the rotor core plate. 図1に示すロータコア板の周縁部の周辺の部分拡大図である。It is a partially enlarged view of the periphery of the peripheral edge portion of the rotor core plate shown in FIG. ステータの電機子のq軸電流が作る磁束線の磁束密度分布を示したモータの断面である。It is a cross section of a motor showing the magnetic flux density distribution of the magnetic flux lines created by the q-axis current of the armature of the stator. ステータ電流をゼロとしたときの永久磁石が作る磁束線の磁束密度分布を示したモータの断面図である。It is sectional drawing of the motor which showed the magnetic flux density distribution of the magnetic flux line which a permanent magnet makes when the stator current is zero. 支柱部の幅が狭い場合の磁束線の磁束密度分布を示したモータの断面図である。It is sectional drawing of the motor which showed the magnetic flux density distribution of the magnetic flux line when the width of the support column part is narrow. 支柱部の幅が広い場合の磁束線の磁束密度分布を示したモータの断面図である。It is sectional drawing of the motor which showed the magnetic flux density distribution of the magnetic flux line when the width of the support column part is wide. 支柱部の幅に対するモータのトルク、トルクリプル、端子電圧の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship of the torque, the torque ripple, and the terminal voltage of a motor with respect to the width of a strut part. 孔を形成する橋部のうちマグネット取付孔に繋がる部分の立上り角度θに対するモータのトルク、トルクリプル、端子電圧の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship of the torque of the motor, the torque ripple, and the terminal voltage with respect to the rise angle θ of the part of the bridge part which forms a hole, which is connected to a magnet mounting hole. 孔の深さに対するモータのトルク、トルクリプル、端子電圧の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship of the torque of the motor, the torque ripple, and the terminal voltage with respect to the depth of a hole. ステータ電流の位相φに対するモータの直軸インダクタンスLd、横軸インダクタンスLqとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the linear-axis inductance Ld and the horizontal-axis inductance Lq of a motor with respect to the phase φ of a stator current. ステータ電流の振幅Imに対する直軸インダクタンスLd、横軸インダクタンスLqとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the linear-axis inductance Ld and the horizontal-axis inductance Lq with respect to the amplitude Im of the stator current.

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について、図1〜図11を参照しながら説明する。本実施形態のモータは、9スロット6極タイプを例にして以下説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 11 with reference to the accompanying drawings. The motor of this embodiment will be described below by taking a 9-slot 6-pole type as an example. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention to that alone unless otherwise specified.

図1は、磁石埋め込み型モータ用ロータ構造を備えるモータの断面図である。モータ1は、図1に示すように、回転自在に支持されたロータコア10と、ロータコア10を囲むようにして配置されたステータ50とを有して構成される。ロータコア10は、円板状に形成されたロータコア板11を軸方向に多数積層して構成される。ロータコア板11は、軟磁性材で形成されている。軟磁性材は、その材質を問わないが、例えば、珪素鋼、純鉄、合金鋼の鉄系であることが好ましい。 FIG. 1 is a cross-sectional view of a motor including a rotor structure for a magnet-embedded motor. As shown in FIG. 1, the motor 1 includes a rotor core 10 rotatably supported and a stator 50 arranged so as to surround the rotor core 10. The rotor core 10 is formed by laminating a large number of rotor core plates 11 formed in a disk shape in the axial direction. The rotor core plate 11 is made of a soft magnetic material. The soft magnetic material may be made of any material, but is preferably an iron-based material such as silicon steel, pure iron, or alloy steel.

ロータコア板11の中央部には、回転軸12が挿入される挿入孔部11aが設けられ、ロータコア板11の円周部には、永久磁石13を挿着するためのマグネット取付孔11bが周方向に等間隔を有して複数設けられている。マグネット取付孔11bは、ロータコア板11の外周部に周方向に直線状に延びる長方形状に形成されている。本実施形態では、マグネット取付孔11bは、周方向に隣接する他のマグネット取付孔11bに対して60度の角度を有して設けられている。 An insertion hole 11a into which the rotating shaft 12 is inserted is provided in the central portion of the rotor core plate 11, and a magnet mounting hole 11b for inserting the permanent magnet 13 is provided in the circumferential direction in the circumferential portion of the rotor core plate 11. A plurality of magnets are provided at equal intervals. The magnet mounting hole 11b is formed in a rectangular shape extending linearly in the circumferential direction on the outer peripheral portion of the rotor core plate 11. In the present embodiment, the magnet mounting holes 11b are provided at an angle of 60 degrees with respect to other magnet mounting holes 11b adjacent in the circumferential direction.

多数のロータコア板11を軸方向に積層すると、ロータコア板11の夫々に形成されたマグネット取付孔11b同士が連通する。この連通するマグネット取付孔11bに、ロータコア10の径方向一方側がN極で他方側がS極の永久磁石13が挿着されている。周方向に隣接するマグネット取付孔11bの夫々に装着される永久磁石13は、極の配置が互いに反対方向を向くように挿着される。 When a large number of rotor core plates 11 are laminated in the axial direction, the magnet mounting holes 11b formed in each of the rotor core plates 11 communicate with each other. A permanent magnet 13 having an N pole on one side in the radial direction and an S pole on the other side of the rotor core 10 is inserted into the communicating magnet mounting hole 11b. The permanent magnets 13 mounted on the magnet mounting holes 11b adjacent to each other in the circumferential direction are inserted so that the poles are arranged in opposite directions.

マグネット取付孔11bの径方向外側には、ロータコア板11と一体形成される突極部11cが形成されている。突極部11cは、図2に示すように、その外縁部が円弧状に形成されている。この突極部11cの外縁部は、この外縁部が永久磁石13のd軸と交差する点Pとロータコア板11の軸心Sとの間の距離を有した半径Rbより小さい半径Ra(Ra<Rb)を有してd軸のステータ50側を凸にした円弧状に形成されている。なお、半径Raの中心S'は、点Pと軸心Sとを繋ぐ線La上に設けられる。また、半径Rbが描くロータコア10の外径を、以下、「ロータ外径」と記す。図2は、周方向に隣接する永久磁石13間の最短距離(永久磁石13間の四隅のうちロータ径方向内側の二隅間の距離)dmが磁石長Lmに対して0.634の場合を示している。 A salient pole portion 11c integrally formed with the rotor core plate 11 is formed on the radial outer side of the magnet mounting hole 11b. As shown in FIG. 2, the salient pole portion 11c has an outer edge portion formed in an arc shape. The outer edge portion of the salient pole portion 11c has a radius Ra (Ra <, which is smaller than the radius Rb having a distance between the point P at which the outer edge portion intersects the d-axis of the permanent magnet 13 and the axis S of the rotor core plate 11. It has Rb) and is formed in an arc shape with the stator 50 side of the d-axis convex. The center S'of the radius Ra is provided on the line La connecting the point P and the axis S. Further, the outer diameter of the rotor core 10 drawn by the radius Rb is hereinafter referred to as “rotor outer diameter”. FIG. 2 shows a case where the shortest distance between the permanent magnets 13 adjacent to each other in the circumferential direction (distance between the two inner corners of the four corners between the permanent magnets 13 in the rotor radial direction) dm is 0.634 with respect to the magnet length Lm. Shown.

ここで、ステータ50の電機子51の磁力fがロータコア10の永久磁石13を引き付ける場合、磁力fのうちロータコア10の回転方向成分fθが回転トルクを生む。この磁力fは、ステータ50の電機子51のコイルに流す電流(以下、「ステータ電流」と記す。)により生じる磁束とロータコア10の回転角度により変化する永久磁石13の磁束との相互作用が一定でないため、モータ1に振動(トルクリプル)を生じさせる。このトルクリプルは、ロータコア10を回転させる磁力の径方向成分frが大きくなるほど大きくなり、磁力の回転方向成分fθが大きくなるほど小さくなる。一方、回転トルクは磁力の回転方向成分fθが大きくなるほど大きくなる。 Here, when the magnetic force f of the armature 51 of the stator 50 attracts the permanent magnet 13 of the rotor core 10, the rotational direction component f θ of the rotor core 10 of the magnetic force f produces a rotational torque. In this magnetic force f, the interaction between the magnetic flux generated by the current flowing through the coil of the armature 51 of the stator 50 (hereinafter referred to as “stator current”) and the magnetic flux of the permanent magnet 13 that changes depending on the rotation angle of the rotor core 10 is constant. Therefore, the motor 1 is caused to vibrate (torque ripple). This torque ripple increases as the radial component fr of the magnetic force that rotates the rotor core 10 increases, and decreases as the rotational component f θ of the magnetic force increases. On the other hand, the rotational torque increases as the rotational direction component f θ of the magnetic force increases.

このため、突極部11cの外縁部の形状は、半径Rbの曲率を有した円弧ではなく、磁力の回転方向成分fθが大きくなるように、半径Rbよりも小さい半径Raの曲率を有した円弧状に形成されている。 Therefore, the shape of the outer edge portion of the salient pole section 11c is not a circular arc having a curvature radius Rb, as the rotational direction component f theta of the magnetic force is increased, had a curvature radius smaller Ra than the radius Rb It is formed in an arc shape.

ロータコア板11の周方向に隣接する突極部11c間には、空間領域tsが形成されている。この空間領域tsには、周方向に隣接する突極部11cの夫々の径方向外側端部間を繋ぐ橋部15と、橋部15の周方向中間部からロータコア板11の軸心側へ延びてロータコア板11に一体的に形成される支柱部17とが設けられている。そして、橋部15、支柱部17及び周方向に隣接する永久磁石13の端面によって囲まれた孔部19が支柱部17の両側に一対形成されている。 A space region ts is formed between the salient poles 11c adjacent to the rotor core plate 11 in the circumferential direction. In this space region ts, a bridge portion 15 connecting the radial outer ends of the salient pole portions 11c adjacent to each other in the circumferential direction and an intermediate portion in the circumferential direction of the bridge portion 15 extend toward the axial center of the rotor core plate 11. A support column 17 integrally formed with the rotor core plate 11 is provided. A pair of holes 19 surrounded by the end faces of the bridge portion 15, the strut portion 17, and the permanent magnets 13 adjacent in the circumferential direction are formed on both sides of the strut portion 17.

支柱部17は、ロータコア板11の軸心S方向側へ向いて延びて、橋部15及び支柱部17によってT字状に形成されている。また、一対の孔部19は、支柱部17を中央としてロータコア板11の周方向に対称的に形成されている。 The strut portion 17 extends toward the axial center S direction side of the rotor core plate 11, and is formed in a T shape by the bridge portion 15 and the strut portion 17. Further, the pair of hole portions 19 are formed symmetrically in the circumferential direction of the rotor core plate 11 with the strut portion 17 as the center.

また、孔部19を形成する橋部15のうちマグネット取付孔11bに繋がるマグネット側部分15aは、ロータコア板11を軸心方向から見たときに、マグネット取付孔11bに収容される永久磁石13の中心軸13a(d軸)に直交する仮想線Lbに対してロータコア板11の径方向外側に傾く角度θが鋭角であるとともに橋部15に接近するにしたがって小さくなるように湾曲形成されている。 Further, the magnet side portion 15a connected to the magnet mounting hole 11b of the bridge portion 15 forming the hole portion 19 is a permanent magnet 13 housed in the magnet mounting hole 11b when the rotor core plate 11 is viewed from the axial direction. The angle θ that inclines outward in the radial direction of the rotor core plate 11 with respect to the virtual line Lb orthogonal to the central axis 13a (d axis) is an acute angle and is curved so as to become smaller as it approaches the bridge portion 15.

さらに、孔部19を形成する橋部15のうち支柱部側に繋がる支柱側部分15bは、ロータコア板11の径方向外側へ進むに従って孔部19に隣接する永久磁石13側へ湾曲形成されている。支柱部17の幅bは、ロータコア10の回転時に、橋部15に作用する遠心力を支持可能な大きさを有していればよい。なお、橋部15の形状の詳細については後述する。 Further, of the bridge portion 15 forming the hole portion 19, the strut side portion 15b connected to the strut portion side is curved toward the permanent magnet 13 side adjacent to the hole portion 19 as it advances radially outward of the rotor core plate 11. .. The width b of the strut portion 17 may have a size capable of supporting the centrifugal force acting on the bridge portion 15 when the rotor core 10 rotates. The details of the shape of the bridge portion 15 will be described later.

このように構成されたロータコア10は、図1に示すように、円筒状に形成されたモータケース60内にロータコア10に装着される回転軸12を介して回転自在に支持される。 As shown in FIG. 1, the rotor core 10 configured in this way is rotatably supported in a cylindrically formed motor case 60 via a rotating shaft 12 mounted on the rotor core 10.

一方、ステータ50は、モータケース60の内面に装着され、ロータコア10の外周面に対してエアギャップgを有して固定される。ロータコア10は、前述したように、ロータ外径Rbよりも小さい半径Raを有して凸状に形成された突極部11cがポール数に応じて周方向に複数連続して形成されている(本実施形態では6個)。このため、ロータコア10の外周は、周方向に隣接する一対の突極部11cの外周とこれら一対の突極部11cの両側に延びるq軸とによって囲まれる斜線で示した領域Asが、銀杏の葉に似た形状を有している。このため、図1及び図2に示すように、ステータ50の内面、即ち電機子51の内周面51aとロータコア10の外周面10aとの間のエアギャップgは、d軸と電気的に直交するq軸上では広く、d軸上では狭くなるように形成されている。 On the other hand, the stator 50 is mounted on the inner surface of the motor case 60 and is fixed to the outer peripheral surface of the rotor core 10 with an air gap g. As described above, in the rotor core 10, a plurality of salient pole portions 11c having a radius Ra smaller than the rotor outer diameter Rb and being formed in a convex shape are continuously formed in the circumferential direction according to the number of poles ( 6 in this embodiment). Therefore, on the outer circumference of the rotor core 10, the region As indicated by the diagonal line surrounded by the outer circumference of the pair of salient poles 11c adjacent to each other in the circumferential direction and the q-axis extending on both sides of the pair of salient poles 11c is the ginkgo tree. It has a leaf-like shape. Therefore, as shown in FIGS. 1 and 2, the air gap g between the inner surface of the stator 50, that is, the inner peripheral surface 51a of the armature 51 and the outer peripheral surface 10a of the rotor core 10 is electrically orthogonal to the d-axis. It is formed so as to be wide on the q-axis and narrow on the d-axis.

ステータ50には、巻線形で界磁を行う電機子51がステータ50の周方向に所定間隔を有して複数個(本実施形態では9個)配設されている。電機子51のコイル51bには、インバータを介して三相交流電流が流れる。これによって、ステータ50の電機子51とロータコア10の永久磁石13との間に回転磁界が発生する。この回転磁界に起因するマグネットトルク及び後述するリラクタンストルクよって、ロータコア10が回転する。マグネットトルク及びリラクタンストルクの詳細は後述する。 A plurality of armatures 51 (nine in the present embodiment) that perform field magnetization in a winding type are arranged on the stator 50 at predetermined intervals in the circumferential direction of the stator 50. A three-phase alternating current flows through the coil 51b of the armature 51 via an inverter. As a result, a rotating magnetic field is generated between the armature 51 of the stator 50 and the permanent magnet 13 of the rotor core 10. The rotor core 10 rotates due to the magnet torque generated by this rotating magnetic field and the reluctance torque described later. Details of the magnet torque and reluctance torque will be described later.

このように構成されたロータコア10には、図3に示すように、ステータ電流としてq軸電流による磁束φqが通る。この磁束φqは、ロータコア10の永久磁石13の中心軸(d軸)に対して直交して、磁気抵抗の小さい突極部11cの周方向一方側から他方側に円弧状に延びる。この磁束φqの磁力線は、あたかも延びたゴムが縮むように作用して、ロータコア10を反時計方向(矢印A方向)に回転させる。なお、磁力線の力のうちロータコア板11の接線方向成分がロータコア10を反時計方向に回転させるリラクタンストルクとなる。 As shown in FIG. 3, a magnetic flux φq due to a q-axis current passes through the rotor core 10 configured in this way as a stator current. The magnetic flux φq extends in an arc shape from one side in the circumferential direction of the salient pole portion 11c having a small magnetic resistance to the other side at right angles to the central axis (d axis) of the permanent magnet 13 of the rotor core 10. The magnetic flux lines of the magnetic flux φq act as if the stretched rubber shrinks, causing the rotor core 10 to rotate in the counterclockwise direction (arrow A direction). Of the forces of the magnetic field lines, the tangential component of the rotor core plate 11 becomes the reluctance torque that rotates the rotor core 10 in the counterclockwise direction.

また、ロータコア10には、ロータコア10内の永久磁石13とステータ50の電機子51との間の吸引力及び反発力によるマグネットトルクが発生する。図4は、ステータ電流をゼロとしたときの、永久磁石13が作る磁力線を示している。支柱部17では、図4に示すように、磁力線は径方向に直交する方向に延びて孔部19を通る。孔部19は磁気抵抗が大きいので、支柱部17を通る磁力線は少ない。ロータコア10の実際の回転時には、図3に示す磁力線と図4に示す磁力線が重ね合わされた状態となる(図5参照)。図5に示すように、磁力線の歪が元に戻ろうとする力によって、ロータコア10を反時計方向(矢印A方向)に回転させる。 Further, the rotor core 10 generates magnet torque due to the attractive force and the repulsive force between the permanent magnet 13 in the rotor core 10 and the armature 51 of the stator 50. FIG. 4 shows the magnetic field lines created by the permanent magnet 13 when the stator current is set to zero. In the support column 17, as shown in FIG. 4, the lines of magnetic force extend in the direction orthogonal to the radial direction and pass through the hole 19. Since the hole 19 has a large magnetic resistance, there are few lines of magnetic force passing through the support column 17. When the rotor core 10 is actually rotated, the lines of magnetic force shown in FIG. 3 and the lines of magnetic force shown in FIG. 4 are superposed (see FIG. 5). As shown in FIG. 5, the rotor core 10 is rotated counterclockwise (in the direction of arrow A) by a force that tries to restore the strain of the magnetic field lines.

ここで、支柱部17は、図2に示すように、ロータコア板11の軸心S方向へ向いて延びる。ロータコア10の回転時には、橋部15に遠心力が作用するが、この遠心力は、橋部15に繋がる支柱部17を介してロータコア板11に伝達される。このため、橋部15は支柱部17を介して確実に支持され、ロータコア10の回転時において、橋部15が損傷する虞を小さくすることができる。 Here, as shown in FIG. 2, the support column portion 17 extends toward the axial center S direction of the rotor core plate 11. When the rotor core 10 rotates, a centrifugal force acts on the bridge portion 15, and this centrifugal force is transmitted to the rotor core plate 11 via the strut portion 17 connected to the bridge portion 15. Therefore, the bridge portion 15 is reliably supported via the support column portion 17, and the risk of damage to the bridge portion 15 during rotation of the rotor core 10 can be reduced.

支柱部17の幅b(ロータコア板11の周方向長さ)は、図2及び図3に示すように、ロータコア10の回転時に橋部15に作用する遠心力を支持可能な大きさを有していればよい。ただし、この幅bを大きくすると、ステータ50のq軸電流による磁束の一部が支柱部17を通り、突極部11cを通る磁束の磁束密度が低下する。このため、支柱部17の幅bは、遠心力の支持が可能であるとともに、突極部11cを通る磁束の磁束密度が低下しない大きさが好ましい。 As shown in FIGS. 2 and 3, the width b of the strut portion 17 (the circumferential length of the rotor core plate 11) has a size capable of supporting the centrifugal force acting on the bridge portion 15 when the rotor core 10 rotates. I just need to be there. However, when this width b is increased, a part of the magnetic flux due to the q-axis current of the stator 50 passes through the strut portion 17 and the magnetic flux density of the magnetic flux passing through the salient pole portion 11c decreases. Therefore, it is preferable that the width b of the strut portion 17 has a size capable of supporting centrifugal force and the magnetic flux density of the magnetic flux passing through the salient pole portion 11c does not decrease.

図5は、支柱部17の幅bが狭い場合(幅b/磁石長Lm=0.267)の磁束線の分布を示したモータ1の断面図であり、図6は、支柱部17の幅が広い場合(幅b/磁石長Lm=0.6)の磁束線の分布を示したモータ1の断面図である。なお、磁石長Lmは永久磁石13の周方向長さをいう。図5に示す永久磁石13と電機子51との間を通るq軸電流が作る磁束線φの密度は、図6に示す永久磁石13と電機子51との間を通るq軸電流が作る磁束線φの密度より大きいのが判る。このため、支柱部17の幅bは狭い方(幅b/磁石長Lm=0.267)が好ましい。なお、図5及び図6に示す磁束線は、ステータ電流の実効値が78A、電流位相が20度の場合の磁束分布の結果を示している。 FIG. 5 is a cross-sectional view of the motor 1 showing the distribution of magnetic flux lines when the width b of the strut portion 17 is narrow (width b / magnet length Lm = 0.267), and FIG. 6 is a cross-sectional view of the strut portion 17. Is a cross-sectional view of the motor 1 showing the distribution of magnetic flux lines when is wide (width b / magnet length Lm = 0.6). The magnet length Lm refers to the circumferential length of the permanent magnet 13. The density of the magnetic flux lines phi S for q-axis current makes passing between the permanent magnet 13 and the armature 51 shown in FIG. 5, q axis current makes passing between the permanent magnet 13 and the armature 51 shown in FIG. 6 It can be seen that it is larger than the density of the magnetic flux lines φ L. Therefore, the width b of the strut portion 17 is preferably narrow (width b / magnet length Lm = 0.267). The magnetic flux lines shown in FIGS. 5 and 6 show the results of the magnetic flux distribution when the effective value of the stator current is 78A and the current phase is 20 degrees.

ここで、q軸電流及び永久磁石13が作る磁束φは、図5に示すように、突極部11cの周方向一方側から他方側へ進むに従って永久磁石13側へ傾斜するように延びるが、突極部11cの周方向両側には、永久磁石13と同じ磁気抵抗の大きい一対の孔部19が形成されている。この孔部19によって突極部11cを通る磁束の磁束密度が低下する虞がある。この孔部19は、図2に示すように、周方向に隣接する突極部11cの夫々の径方向外側端部間を繋ぐ橋部15と、橋部15の周方向中間部からロータコア板11の軸心側へ延びてロータコア板11に一体的に形成される支柱部17と、周方向に隣接する永久磁石13の端面によって囲まれて形成されている。 Here, the magnetic flux phi S for q-axis current and the permanent magnet 13 is made, as shown in FIG. 5, but extends to be inclined to the permanent magnet 13 side as going from one circumferential direction of the salient pole section 11c to the other side A pair of holes 19 having the same magnetic resistance as the permanent magnet 13 are formed on both sides of the salient pole portion 11c in the circumferential direction. The hole 19 may reduce the magnetic flux density of the magnetic flux passing through the salient pole 11c. As shown in FIG. 2, the hole 19 includes a bridge portion 15 connecting the radial outer ends of the salient poles 11c adjacent to each other in the circumferential direction, and a rotor core plate 11 from the circumferential intermediate portion of the bridge portion 15. It is formed by being surrounded by a support column 17 extending toward the axis side of the rotor core plate 11 and integrally formed with the rotor core plate 11 and end faces of permanent magnets 13 adjacent to each other in the circumferential direction.

この孔部19を形成する橋部15のうちマグネット取付孔に繋がるマグネット側部分15aは、ロータコア板を軸心方向から見たときに、マグネット取付孔11bに収容される永久磁石13の中心軸(d軸)に直交する仮想線Lbに対してロータコア板11の径方向外側に傾く角度θが鋭角であるとともに橋部15に接近するにしたがって小さくなるように湾曲形成されている。 Of the bridge portions 15 forming the hole portion 19, the magnet side portion 15a connected to the magnet mounting hole is the central axis of the permanent magnet 13 housed in the magnet mounting hole 11b when the rotor core plate is viewed from the axial direction. The angle θ that inclines outward in the radial direction of the rotor core plate 11 with respect to the virtual line Lb orthogonal to the d-axis) is an acute angle and is curved so as to become smaller as it approaches the bridge portion 15.

このため、橋部15のうちマグネット取付孔11bに繋がるマグネット側部分15aが破線で示すように径方向に直線状に延びる場合と比較して、橋部15のうちマグネット取付孔11bに繋がる部分とロータコア板11の周縁部との間の領域を、拡大することができる。従って、電機子51のコイル51bのq軸電流による磁束の一部が孔部19によって遮られる割合が少なくなり、突極部11cを通る磁束の磁束密度の低下を抑えることができる。よって、ステータ50のq軸電流によるリラクタンストルクをより増大することができ、ロータコア板11に設ける永久磁石13の数を減らしても、モータ1のトルク低下を抑えることが可能になる。 Therefore, as compared with the case where the magnet side portion 15a connected to the magnet mounting hole 11b of the bridge portion 15 extends linearly in the radial direction as shown by the broken line, the portion of the bridge portion 15 connected to the magnet mounting hole 11b The area between the rotor core plate 11 and the peripheral edge thereof can be expanded. Therefore, the proportion of the magnetic flux due to the q-axis current of the coil 51b of the armature 51 is reduced by the hole portion 19, and the decrease in the magnetic flux density of the magnetic flux passing through the salient pole portion 11c can be suppressed. Therefore, the reluctance torque due to the q-axis current of the stator 50 can be further increased, and even if the number of permanent magnets 13 provided on the rotor core plate 11 is reduced, the torque decrease of the motor 1 can be suppressed.

ここで、図7は、支柱部17の幅bに対するモータ1のトルク、トルクリプル、端子電圧の関係を示すグラフであるこのグラフは、先ず、立上り角度θを50°とし、孔部19の底辺19aの位置が永久磁石13の底部と同一半径位置(以下、「dh=0」と記す。)にある状態で(図2参照)、支柱部17の幅bを変化させたときのトルク、トルクリプル特性を示している。なお、永久磁石13は、軸長(永久磁石13のロータコア軸方向長さ/磁石長Lm)が2.17、ロータコア10の回転数は5400rpmであり、ステータ電流の実効値は78Aとした。このグラフから、支柱部17の幅b/磁石長が0.267でトルクが最大となり、且つトルクリプルが最少となり、また支柱部17の幅bを増すと、トルクが減るとともにトルクリプルが増加することが判る。 Here, FIG. 7 is a graph showing the relationship between the torque, torque ripple, and terminal voltage of the motor 1 with respect to the width b of the support column portion 17. In this graph, first, the rise angle θ is set to 50 °, and the base 19a of the hole portion 19 is set. Torque and torque ripple characteristics when the width b of the strut portion 17 is changed while the position of is at the same radius position as the bottom of the permanent magnet 13 (hereinafter, referred to as “dh = 0”) (see FIG. 2). Is shown. The permanent magnet 13 had an axial length (rotor core axial length of the permanent magnet 13 / magnet length Lm) of 2.17, a rotation speed of the rotor core 10 of 5400 rpm, and an effective value of the stator current of 78 A. From this graph, it can be seen that when the width b of the strut portion 17 / magnet length is 0.267, the torque is maximum and the torque ripple is minimum, and when the width b of the strut portion 17 is increased, the torque decreases and the torque ripple increases. I understand.

また、図8は、図2に示す孔部19を形成する橋部15のうちマグネット側部分15a部分の立上り角度θに対するモータ1のトルク、トルクリプル、端子電圧の関係を示すグラフである。このグラフは、立上り角度θを40°、50°、60°、90°と変化させたときのトルク、トルクリプル特性を示している。このグラフから立上り角度θを60°、90°と大きくすると、若干だがトルクが大きくなるが、トルクリプルも大きくなる。このため、本実施例では、立上り角度θを50°に設定した。 Further, FIG. 8 is a graph showing the relationship between the torque, torque ripple, and terminal voltage of the motor 1 with respect to the rise angle θ of the magnet side portion 15a of the bridge portion 15 forming the hole portion 19 shown in FIG. This graph shows the torque and torque ripple characteristics when the rising angle θ is changed to 40 °, 50 °, 60 °, and 90 °. From this graph, when the rising angle θ is increased to 60 ° and 90 °, the torque is slightly increased, but the torque ripple is also increased. Therefore, in this embodiment, the rising angle θ is set to 50 °.

また、図9は、図2に示す孔部19の深さdhに対するモータ1のトルク、トルクリプル、端子電圧の関係を示すグラフである。このグラフから、dhを変化させてもトルク、トルクリプルがほとんど変化しないことが判る。 Further, FIG. 9 is a graph showing the relationship between the torque, torque ripple, and terminal voltage of the motor 1 with respect to the depth dh of the hole 19 shown in FIG. From this graph, it can be seen that the torque and torque ripple hardly change even if the dh is changed.

次に、モータ電流の位相φ及び振幅Imに対する直軸インダクタンスLd、 横軸インダクタンスLqの関係について説明する。図10は、ステータ電流の位相φに対する直軸インダクタンスLd、横軸インダクタンスLq、突極比Lq/Ldの関係を示すグラフである。また、図11は、ステータ電流の振幅Imに対する直軸インダクタンスLd、横軸インダクタンスLq、突極比Lq/Ldの関係を示すグラフである。 Next, the relationship between the linear-axis inductance Ld and the horizontal-axis inductance Lq with respect to the phase φ and the amplitude Im of the motor current will be described. FIG. 10 is a graph showing the relationship between the linear-axis inductance Ld, the horizontal-axis inductance Lq, and the salient pole ratio Lq / Ld with respect to the phase φ of the stator current. Further, FIG. 11 is a graph showing the relationship between the linear-axis inductance Ld, the horizontal-axis inductance Lq, and the salient pole ratio Lq / Ld with respect to the amplitude Im of the stator current.

モータ電流の位相φ及び振幅Imに対する直軸インダクタンスLd、 横軸インダクタンスLqの算出は、以下の1.〜4.の手順で求める。 The calculation of the linear-axis inductance Ld and the horizontal-axis inductance Lq with respect to the phase φ and the amplitude Im of the motor current is as follows. ~ 4. Obtain by the procedure of.

1.電流振幅 Im, 位相φとして、
iu=Im・sin(ωt+φ),iv=Im・sin(ωt+2π/3+φ),iw=Imsin(ωt+4π/3+φ) を印加する。ここで、iuはU相コイルに流れる電流であり、ivはV相コイルに流れる電流であり、iwはW相コイルに流れる電流である。位相φは電流の進み位相であり、通電開始角は通常βで表す。
1. 1. As current amplitude Im, phase φ,
Apply iu = Im · sin (ωt + φ), iv = Im · sin (ωt + 2π / 3 + φ), iw = Imsin (ωt + 4π / 3 + φ). Here, iu is the current flowing through the U-phase coil, iv is the current flowing through the V-phase coil, and iw is the current flowing through the W-phase coil. The phase φ is the lead phase of the current, and the energization start angle is usually represented by β.

座標軸をd軸q軸で考えると、電流はq軸を0°として定義する。電機子51のU相のコイル51bとロータコア10の永久磁石13との位置関係によって初期位相θ0が式に含まれる。 Considering the coordinate axes as the d-axis and the q-axis, the current is defined with the q-axis as 0 °. The initial phase θ 0 is included in the equation depending on the positional relationship between the U-phase coil 51b of the armature 51 and the permanent magnet 13 of the rotor core 10.

2.位相進み角φは、Id=0,Iq=√(3/2)*Im となる位置が基準となる。
無負荷の誘起電圧波形と負荷時の電流波形がぴったりと重なる電流位相を初期位相θ0とし、ロータ初期位置で調整する場合は、U相が作る磁束の向きがd軸と対向する位置を基準とする。
2. The phase lead angle φ is based on the position where Id = 0 and Iq = √ (3/2) * Im.
The initial phase θ 0 is the current phase where the unloaded induced voltage waveform and the current waveform under load exactly overlap, and when adjusting at the rotor initial position, the direction of the magnetic flux created by the U phase is based on the position facing the d-axis. And.

3.電流の進み位相φを維持したままロータコア10を電気角1周期分回して、各相の電圧波形を求める。インダクタンスの計算に使用する電圧値は、電圧波形を高速フーリエ変換し基本波の振幅を抽出する。 3. 3. The rotor core 10 is rotated by one electric angle cycle while maintaining the current advancing phase φ, and the voltage waveform of each phase is obtained. The voltage value used for the calculation of inductance is obtained by fast Fourier transforming the voltage waveform and extracting the amplitude of the fundamental wave.

4.インダクタンスは、d軸、q軸に変換した電圧方程式から算出する:
Ld1=(Vq0-Vq1)/{ω(Id0-Id1)},Ld2=(Vq0-Vq2)/{ω(Id0-Id2)}⇒Ld=(Ld1+Ld2/2)
Lq = -Vd/{ωIq} ]
突極比:ρ= Lq/Ld
なお、一般的傾向として、
・φ(β)を進めると、q軸磁束の通路の磁気飽和が下がるため、Lqが上昇する。
・d軸に関してはもともと永久磁石13の磁気抵抗がインダクタンスに対し支配的なため、Ldの変化は小さい。
4. Inductance is calculated from the voltage equation converted to d-axis and q-axis:
Ld1 = (Vq0-Vq1) / {ω (Id0-Id1)}, Ld2 = (Vq0-Vq2) / {ω (Id0-Id2)} ⇒ Ld = (Ld1 + Ld2 / 2)
Lq = -Vd / {ωIq}]
Outburst ratio: ρ = Lq / Ld
As a general tendency,
・ As φ (β) is advanced, the magnetic saturation of the path of the q-axis magnetic flux decreases, so that Lq increases.
-As for the d-axis, the change in Ld is small because the magnetic resistance of the permanent magnet 13 is originally dominant with respect to the inductance.

図10及び図11に示すように、(支柱部17の幅b/磁石長)が0.267の場合、定格運転条件下付近において、電流振幅110A、進み位相φ=20°前後で、突極比ρ=Lq/Lq≒1.58が得られた。この突極比ρ≒1.58は、(支柱部17の幅b/磁石長)が0.6の場合(12s8p)での突極比ρ≒1.54と略同程度である。なお、(支柱部17の幅b/磁石長)が0.0667の場合では、突極比ρ≒1.38となる。 As shown in FIGS. 10 and 11, when (width b of strut portion 17 / magnet length) is 0.267, the salient pole has a current amplitude of 110 A and a lead phase of around φ = 20 ° near the rated operating conditions. The ratio ρ = Lq / Lq≈1.58 was obtained. This salient pole ratio ρ ≈ 1.58 is substantially the same as the salient pole ratio ρ ≈ 1.54 when (width b of strut portion 17 / magnet length) is 0.6 (12s8p). When (width b of strut portion 17 / magnet length) is 0.0667, the salient pole ratio ρ ≈ 1.38.

このように、ロータコア板11の周方向に隣接する永久磁石13間に形成される一対の孔部19の形状は、d軸上に支柱部17の中心軸を配置したときに、一対の孔部19は一度外へ拡がり(ロータ外周に近づき)その後内部の磁石へと繋がっているように構成されている。このようにすることで、12スロット8極タイプでなはく、9スロット6極タイプでも、同一電流、同一磁石で同一トルク、より少ないトルクリプルが実現できる。 As described above, the shape of the pair of holes 19 formed between the permanent magnets 13 adjacent to each other in the circumferential direction of the rotor core plate 11 is the pair of holes when the central axis of the support column 17 is arranged on the d-axis. 19 is configured to expand outward once (approach the outer circumference of the rotor) and then connect to the magnet inside. By doing so, not only the 12-slot 8-pole type but also the 9-slot 6-pole type can realize the same current, the same magnet, the same torque, and less torque ripple.

1 モータ(磁石埋め込み型モータ)
10 ロータコア
10a 外周面
11 ロータコア板
11a 挿入孔部
11b マグネット取付孔
11c 突極部
12 回転軸
13 永久磁石
13a 中心軸
15 橋部
15a マグネット側部分(部分)
15b 支柱側部分(部分)
17 支柱部
19 孔部
19a 底辺
50 ステータ
51 電機子
51a 内周面
51b コイル
60 ステータ
As 領域
g エアギャップ
J 中心軸
La 線
Lb 仮想線
S 軸心
ts 空間領域
φq、φs 磁束
1 Motor (Magnet embedded motor)
10 Rotor core 10a Outer peripheral surface 11 Rotor core plate 11a Insertion hole 11b Magnet mounting hole 11c Pole part 12 Rotating shaft 13 Permanent magnet 13a Central axis 15 Bridge part 15a Magnet side part (part)
15b Strut side part (part)
17 Strut 19 Hole 19a Bottom 50 Stator 51 Armature 51a Inner peripheral surface 51b Coil 60 Stator As area g Air gap J Central axis La line Lb Virtual line S Axis center ts Space area φq, φs Magnetic flux

Claims (4)

多数のロータコア板を軸方向に積層してなるロータコアの周縁に複数の永久磁石を埋設する磁石埋め込み型モータ用ロータ構造と、前記磁石埋め込み型モータ用ロータの外周面に対向して固定されるステータとを備える磁石埋め込み型モータであって、
前記ロータコア板は、
該ロータコア板の外周部に周方向に沿って延びるとともに等間隔に複数設けられ、前記ロータコア板の軸方向に貫通するマグネット取付孔と、
複数の前記マグネット取付孔の夫々の径方向外側の前記ロータコア板の外周部に該ロータコア板と一体形成される突極部と、
複数の前記マグネット取付孔の夫々に固定された状態で収容される前記永久磁石と、
前記ロータコア板の周方向に隣接する前記突極部間の空間領域に形成され、周方向に隣接する前記突極部の夫々の径方向外側端部間を繋ぐ橋部、該橋部の周方向中間部から前記ロータコア板の軸心側へ延びて該ロータコア板に一体的に形成される支柱部、及び周方向に隣接する永久磁石の端面によって囲まれて、前記支柱部の両側に形成される一対の孔部と、を有して形成され、
前記孔部を形成する前記橋部のうち前記マグネット取付孔に繋がる部分は、前記ロータコア板を軸心方向から見たときに、前記マグネット取付孔に収容される前記永久磁石の中心軸(d軸)に直交する仮想線に対して前記ロータコア板の径方向外側に傾く角度が鋭角であるとともに前記ロータコア板の径方向外側に進むにしたがって小さくなるように湾曲形成され、
前記孔部を形成する前記橋部のうち前記支柱部側に繋がる支柱側部分は、前記ロータコア板の径方向外側へ進むに従って前記孔部に隣接する前記端面を有する前記永久磁石側へ湾曲形成されたコーナー部であり、
前記突極部は前記ロータコア板の外径よりも小さい半径を有して凸状に形成されており
前記エアギャップは、前記ロータコア板の径方向に沿って前記永久磁石の中心を通るd軸と電気的に直交するq軸上では広く、前記d軸上では狭くなるように形成されている
ことを特徴とする磁石埋め込み型モータ。
A rotor structure for a magnet-embedded motor in which a plurality of permanent magnets are embedded in the peripheral edge of a rotor core formed by laminating a large number of rotor core plates in the axial direction, and a stator fixed to face the outer peripheral surface of the magnet-embedded motor rotor. A magnet-embedded motor equipped with
The rotor core plate is
A magnet mounting hole that extends along the circumferential direction and is provided at equal intervals on the outer peripheral portion of the rotor core plate and penetrates in the axial direction of the rotor core plate.
A salient pole portion integrally formed with the rotor core plate on the outer peripheral portion of the rotor core plate on the radial outer side of each of the plurality of magnet mounting holes.
The permanent magnet, which is housed in a state of being fixed to each of the plurality of magnet mounting holes,
A bridge portion formed in a spatial region between the salient poles adjacent to the rotor core plate in the circumferential direction and connecting the radial outer ends of the salient poles adjacent to the circumferential direction, the circumferential direction of the bridge. It is formed on both sides of the support column portion, which extends from the intermediate portion toward the axial center side of the rotor core plate and is surrounded by a support column portion integrally formed with the rotor core plate and end faces of permanent magnets adjacent in the circumferential direction. Formed with a pair of holes,
The portion of the bridge portion forming the hole portion connected to the magnet mounting hole is the central axis (d-axis) of the permanent magnet accommodated in the magnet mounting hole when the rotor core plate is viewed from the axial direction. ) Is an acute angle with respect to the virtual line orthogonal to the radial side of the rotor core plate, and is curved so as to decrease toward the radial side of the rotor core plate.
The strut-side portion of the bridge portion forming the hole portion, which is connected to the strut portion side, is curved toward the permanent magnet side having the end face adjacent to the hole portion as it advances radially outward of the rotor core plate. It is a corner part
The salient pole portion has a radius smaller than the outer diameter of the rotor core plate and is formed in a convex shape .
The air gap is formed so as to be wide on the q-axis electrically orthogonal to the d-axis passing through the center of the permanent magnet along the radial direction of the rotor core plate and narrow on the d-axis. magnet embedded motor, characterized.
前記支柱部は、前記ロータコア板の軸心方向へ向いて延びている
ことを特徴とする請求項1に記載の磁石埋め込み型モータ。
The strut is magnet embedded motor according to claim 1, characterized in that extends towards the axial direction of the rotor core plate.
前記一対の孔部は、前記支柱部を中央として前記ロータコア板の周方向に対称的に形成されている
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の磁石埋め込み型モータ。
The pair of holes, the magnet embedded motor according to claim 1 or 2, characterized in that it is formed symmetrically in the circumferential direction of the rotor core plate the strut as the center.
前記磁石埋め込み型モータ用ロータを回転自在に支持するモータケースを備え
前記ステータは、前記モータケースの内面に固定され
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の磁石埋め込み型モータ。
A motor casing for rotatably supporting the magnet embedded motor rotor,
The stator, Ru is fixed to the inner surface of the motor case
The magnet-embedded motor according to any one of claims 1 to 3.
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