JP7076188B2 - Variable magnetic force motor - Google Patents
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Description
本発明は、可変磁力モータに関する。 The present invention relates to a variable magnetic force motor.
従来、低保磁力磁石と高保磁力磁石の保磁力が異なる2つの永久磁石を磁気的に直列に配置することで一磁極を形成し、該磁極を回転子内に複数配置して構成された回転子構造が知られている(特許文献1参照)。特許文献1に開示された技術では、本構造を用いることで、低保磁力磁石の着磁容易性の改善と、負荷動作時の耐減磁性向上との両立を図っている。
Conventionally, one magnetic pole is formed by magnetically arranging two permanent magnets having different coercive forces of a low coercive magnet and a high coercive magnet in series, and the rotation is configured by arranging a plurality of the magnetic poles in a rotor. The child structure is known (see Patent Document 1). In the technique disclosed in
しかしながら、上記の構造では、低保磁力磁石と高保磁力磁石とを磁気方向に単に積み重ねた構成であるため、負荷動作中に低保磁力磁石が不均一な磁界に晒される。特に、高負荷動作中においては、低保磁力磁石の周方向端部において減磁界が生じる場合がある。この減磁界により、低保磁力磁石が部分的に減磁されると、所望のトルクが得られず問題となる。 However, in the above structure, since the low coercive magnets and the high coercive magnets are simply stacked in the magnetic direction, the low coercive magnets are exposed to a non-uniform magnetic field during the load operation. In particular, during high load operation, a demagnetizing field may occur at the circumferential end of the low coercive magnet. If the low coercive magnet is partially demagnetized by this demagnetizing field, a desired torque cannot be obtained, which is a problem.
本発明は、負荷動作中に低保磁力磁石が意図せず減磁されることを抑制する技術を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a technique for suppressing unintentional demagnetization of a low coercive magnet during load operation.
本発明による可変磁力モータは、回転磁界を生成するための固定子巻線を有する固定子と、複数の磁極を有し固定子との間でエアギャップを介して配置される回転子とを備えた可変磁力モータである。可変磁力モータの磁極は、固定子巻線に流れる電流により生じる起磁力によって残留磁束密度を変化させることができる低保磁力磁石と、前記固定子巻線に流れる電流により生じる起磁力によって残留磁石密度が変化しない高保磁力磁石の少なくとも2種類の磁石が磁気的に直列に配置されて構成される。高保磁力磁石は、低保磁力磁石よりも回転子外周側に配置される。そして、高保磁力磁石と低保磁力磁石との間には軟磁性材が介在する。さらに、軟磁性材は、磁極の略中央部における回転子径方向の厚みが、前記磁極の端部における回転子径方向の厚みより厚く、及び/または、高保磁力磁石は、磁極の略中央部における回転子の外周面からの埋め込み深さが、磁極の端部における埋め込み深さよりも浅い。 The variable magnetic force motor according to the present invention includes a stator having a stator winding for generating a rotating magnetic field and a rotor having a plurality of magnetic poles and arranged via an air gap between the stators. It is a variable magnetic field motor. The magnetic poles of the variable magnetic force motor are a low coercive magnet that can change the residual magnetic flux density by the electromotive force generated by the current flowing in the stator winding, and the residual magnet density by the electromotive force generated by the current flowing in the stator winding. At least two types of magnets of high coercive force magnets that do not change are magnetically arranged in series. The high coercive magnet is arranged closer to the outer periphery of the rotor than the low coercive magnet. A soft magnetic material is interposed between the high coercive magnet and the low coercive magnet. Further, the soft magnetic material has a thickness in the rotor radial direction at the substantially central portion of the magnetic pole thicker than the thickness in the rotor radial direction at the end portion of the magnetic pole, and / or the high coercive magnet has a thickness in the substantially central portion of the magnetic pole. The embedding depth from the outer peripheral surface of the rotor in the above is shallower than the embedding depth at the end of the magnetic pole.
本発明によれば、高保磁力磁石と低保磁力磁石との間に介在する軟磁性材によって、負荷動作中に低保磁力磁石へ印加される磁界を均一化することができるので、負荷動作中に生じる減磁界によって低保磁力磁石が意図せず減磁されることを抑制することができる。 According to the present invention, the soft magnetic material interposed between the high coercive magnet and the low coercive magnet can make the magnetic field applied to the low coercive magnet uniform during the load operation, so that the magnetic field applied to the low coercive magnet can be made uniform during the load operation. It is possible to prevent the low coercive magnet from being unintentionally demagnetized by the demagnetizing magnetic field generated in the magnet.
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態の可変磁力モータ100を軸方向に垂直な断面から見た構成図であって、構成全体の一部を示した図である。本実施形態の可変磁力モータ100は、固定子3と、固定子3との間にエアギャップ6を有するように配置された回転子4と、回転子4において磁気的に直列に配置された高保磁力磁石1および低保磁力磁石2と、高保磁力磁石1と低保磁力磁石2との間に介在する短絡磁路5と、を含んで構成される。なお、「磁気的に直列」とは、本実施形態においては「回転子4の半径方向に直列」であることと略一致する。本実施形態の可変磁力モータ100は、電動車両の駆動源として適用することを前提とするが、これに限らず、発電機等に適用されてもよい。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a configuration diagram of the variable
固定子3は、リング状の固定子コア13と、固定子コア13から内周側に向けて突起する複数のティース9と、回転磁界を生成するためにティース9に巻き回された固定子巻線12と、からなる。固定子コア13は、例えば軟磁性材料である電磁鋼板により形成される。
The
回転子4は、回転子コア14を有している。回転子コア14は、保磁力が小さく透磁率の高い軟磁性材料からなる金属製の鋼板を円環状に打ち抜き加工して形成された電磁鋼板を軸方向に多数積層して構成された、いわゆる積層鋼板構造により円筒形に形成されている。また、回転子コア14の、固定子コア13と対向する周辺(回転子コア14の外周部)の近傍には、高保磁力磁石1と低保磁力磁石2により構成される磁極が互いに等間隔で、且つ、互いに隣接する磁極の極性が異極性となるように設けられている。なお、本実施形態の可変磁力モータ100は、図1で示す部分構成から推察されるとおり、8極構造を有する。
The
また、回転子コア14は、電磁鋼板を打ち抜き加工することで形成された空間部分である磁気的障壁7を有する。磁気的障壁7は、電磁鋼板よりも磁気抵抗が大きい。したがって、磁気的障壁7は、高保磁力磁石1及び低保磁力磁石2が回転子4上に構成する磁気回路において、磁石磁束に対する磁束障壁として作用する。例えば、ある一磁極の高保磁力磁石1から出た磁石磁束が当該磁極の逆極性側に回り込もうとする磁路の障壁として機能する。図示する磁気的障壁7の形状は例示であって、特に限定されない。
Further, the
高保磁力磁石1は、固定子3の起磁力(以下「ステータ起磁力」と称する)によっては、着磁又は減磁がなされず、残留磁束密度が変化しない程度の高い保磁力を有する永久磁石である。このような保磁力は、例えば500[kA/m]以上である。高保磁力磁石1は、回転子4に形成される一磁極において、低保磁力磁石2よりも回転子4の径方向における外周側に配置される。なお、以下の説明において各構成の配置を説明する際に用いる「外周側」「内周側」「径方向」「周方向」等の語は、特に指定されない限りは回転子4を基準として用いられる。
The high
高保磁力磁石1を低保磁力磁石2よりも外周側に配置し、固定子3と低保磁力磁石2との間に介在させることにより、低保磁力磁石2がステータ起磁力によって意図せず着磁又は減磁がなされるリスクを低減することができる。また、本実施形態の高保磁力磁石1は、2枚の平板状の永久磁石が、磁極の略中央部分(d軸近傍の部分)における外周からの埋め込み深さが、磁極の端部(q軸側の部分)における外周からの埋め込み深さより浅くなるように配置されている。なお、「埋め込み深さ」とは、回転子4の外周から高保磁力磁石1の外周側の端部までの距離である。ただし、ここでの「回転子4の外周」とは、回転子4の外周とd軸とが交差する点を基準とする仮想円とし、q軸上に形成された切欠き形状部分は考慮しないものとする。
By arranging the high
なお、一磁極における2枚の高保磁力磁石1、及び、2枚の低保磁力磁石2のそれぞれの間に形成された回転子コア14のブリッジ形状部分は、回転子コア14の回転強度の観点から形成されたものであり、その幅等は、所望の回転強度を満たす限り特に限定されない。
The bridge-shaped portion of the
低保磁力磁石2は、ステータ起磁力によって残留磁束密度を変化させることができる程度の保磁力を有する永久磁石である。低保磁力磁石2は、略平板上の2枚の永久磁石が、d軸に直交する直線状に並んで配置される。低保磁力磁石2の磁気特性について、図2を用いて説明する。
The low
図2は、永久磁石の磁気特性を示すB-Hカーブを示す図であって、低保磁力磁石2が有する磁気特性の一例を説明するための図である。図2では、縦軸が低保磁力磁石2の磁束密度[T]であり、横軸が固定子巻線12を流れる電流で形成される磁界の強さ(磁界強度)[A/m]である。なお、低保磁力磁石2の単位厚みあたりに作用する起磁力が磁界の強さであり、磁界の強さはステータ起磁力と比例関係にある。すなわち、ステータ起磁力がプラスの方向に大きくなるほど、低保磁力磁石2に与えられる磁界が強くなり、これに伴い低保磁力磁石2の磁束密度が増加する。
FIG. 2 is a diagram showing a BH curve showing the magnetic characteristics of a permanent magnet, and is a diagram for explaining an example of the magnetic characteristics of the low
図2に示すように、低保磁力磁石2の磁気特性は、非可逆な特性であり、例えば、固定子巻線12に供給される電流(d軸電流)の大きさに応じて選択される複数の磁化経路c1~c4を有する。なお、低保磁力磁石2を着磁或いは減磁する際は、通常、固定子巻線12にd軸電流のパルスを供給する。
As shown in FIG. 2, the magnetic characteristic of the low
例えば、固定子巻線12に供給されるd軸電流のパルスの高さをプラスの方向に大きくすることにより、低保磁力磁石2は、その磁束密度が増加するように磁化(着磁)される。
For example, by increasing the height of the pulse of the d-axis current supplied to the stator winding 12 in the positive direction, the low
低保磁力磁石2を着磁させるときには、d軸電流のパルスの高さによって磁化経路c1~c4の中から1つの経路が選択される。例えば、固定子巻線12に供給するパルス状のd軸電流で作られる磁界が着磁磁界Hi1となるように設定された場合には、磁化経路c1が選択される。その後、選択された磁化経路c1において、低保磁力磁石2の磁束密度[T]は、いわゆる弱め界磁制御によるマイナスのd軸電流に応じて変動する。
When magnetizing the low
一方、固定子巻線12に供給されるd軸電流のパルスの高さをマイナスの方向に増加させることにより、低保磁力磁石2は、その磁束密度が減少するように磁化(減磁)される。例えば、低保磁力磁石2を減磁させるときには、固定子巻線12に供給されるd軸電流が、弱め界磁制御によるマイナスのd軸電流の値よりも小さくなるように設定される。
On the other hand, by increasing the height of the pulse of the d-axis current supplied to the stator winding 12 in the negative direction, the low
このように、固定子巻線12に供給されるd軸電流のパルスの高さに応じて、低保磁力磁石2が有する磁束密度を段階的に増減させることができる。すなわち、低保磁力磁石2の着磁量は、固定子巻線12に供給されるd軸電流により段階的に変更可能である。なお、低保磁力磁石2の保磁力(図中のHrの絶対値)は、IPMモータに用いられる一般的な永久磁石(すなわち、高保磁力磁石1)の保磁力の1/5程度である。
In this way, the magnetic flux density of the low
なお、図2では、一例として4つの磁化経路c1~c4を有する永久磁石を示したが、低保磁力磁石2はこれに限られるものではない。例えば、2又は3つの磁化経路や、5つ以上の磁化経路を有する永久磁石が用いられてもよい。
Note that FIG. 2 shows a permanent magnet having four magnetization paths c1 to c4 as an example, but the low
以上が、低保磁力磁石2の持つ特徴的な磁石特性である。このような特性を有する低保磁力磁石2を備えた可変磁力モータ100を電動車両に適用した場合、車両の走行中に固定子巻線12に供給するd軸電流を制御することにより、電動車両の走行状態に合わせて低保磁力磁石2の磁力を好適に変化させることができる。具体的には、例えば、トルクが要求される低回転領域においては、トルク及び出力が最大となるように着磁し、回転速度が求められる高回転領域においては、逆起電力の発生を抑えて回転数を高めるために減磁するといった具合である。また、走行状態に応じて永久磁石の磁力を変化させることで広範囲で効率を向上させることができるので、可変磁力モータ100の消費電力を抑えることができる。
The above are the characteristic magnet characteristics of the low
なお、このような低保磁力磁石2を備えた回転電機、すなわち本実施形態の可変磁力モータ100は、上述のように永久磁石の磁力を変化させることができる特性を備えることから「可変磁力」モータと呼ばれる。
The rotary electric machine provided with such a low
しかしながら、低保磁力磁石を備えた可変磁力モータを車両の駆動源として適用させた場合、上述したように所望の磁化状態に磁力を変化させることができるメリットがある一方で、走行要求に基づく負荷に対して所望のトルクを出力させるために発生させるステータ起磁力によって低保磁力磁石が意図せず減磁されてしまい、所望のトルクが得られない場合があるというデメリットがある。 However, when a variable magnetic force motor equipped with a low coercive magnet is applied as a drive source of a vehicle, there is an advantage that the magnetic force can be changed to a desired magnetized state as described above, but a load based on a running requirement is obtained. On the other hand, there is a demerit that the low coercive force magnet is unintentionally demagnetized by the stator electromotive force generated to output the desired torque, and the desired torque may not be obtained.
ここで、上記文献では、高保磁力磁石と低保磁力磁石とを磁化方向に直列に重ね合わせて配置することにより、低保磁力磁石の着磁容易性の改善と負荷動作時の耐減磁性向上とを図る技術が開示されている。なお、本明細書における負荷動作とは、モータの動作において走行要求に基づく負荷に対してトルクを発生させるための動作を示す用語であって、永久磁石を意図的に着減磁するための動作を除くものと定義される。 Here, in the above document, by arranging the high coercive magnets and the low coercive magnets in series in the magnetization direction, the magnetism ease of the low coercive magnets is improved and the demagnetization resistance during load operation is improved. The technology to achieve this is disclosed. The load operation in the present specification is a term indicating an operation for generating torque with respect to a load based on a traveling requirement in the operation of a motor, and is an operation for intentionally demagnetizing a permanent magnet. Is defined as excluding.
しかしながら、上記文献でも上記デメリットを完全には解決出来ておらず、以下のような課題を有している。図6は、従来の課題を説明するための図である。なお図6では、説明の為、固定子3と回転子4とを本来の環形状ではなく、平板状に描いている。
However, even in the above-mentioned literature, the above-mentioned demerits cannot be completely solved, and there are the following problems. FIG. 6 is a diagram for explaining a conventional problem. In FIG. 6, for the sake of explanation, the
図中に示す一点鎖線は、ステータ起磁力、すなわち磁界の強さを示している。この一点鎖線は、図中の上方に行くほど磁化方向(着磁方向)の磁界が強くなり、図中の下方に行くほど、磁化方向の逆方向(減磁方向)の磁界が強くなるように描いている。 The alternate long and short dash line shown in the figure indicates the stator magnetomotive force, that is, the strength of the magnetic field. As for this one-point chain line, the magnetic field in the magnetization direction (magnetization direction) becomes stronger toward the upper part in the figure, and the magnetic field in the direction opposite to the magnetization direction (demagnetization direction) becomes stronger toward the lower part in the figure. I'm drawing.
図6の一点鎖線で示すように、ある一磁極の磁化方向(着磁方向)に一致する方向のステータ起磁力が最大となる場所から180°位相がずれた場所では、着磁方向の逆方向の減磁界が生じる(点線枠内参照)。特に高負荷要求時などでは、ステータ起磁力の最大値が大きくなるので、減磁界も大きくなる。負荷動作時では、所望のトルクを発生させるために、ステータ起磁力が最大となる場所が固定子3の周方向に沿って回転移動する。したがって、例えば、図示するように、回転子の回転方向の先にステータ起磁力が最大となる場所(図中のN)がある場合、その場所から180°位相がずれた場所(図中のS)と、低保磁力磁石2の周方向端部とが重なる場面がある。その時、低保磁力磁石2の端部に生じる減磁界によって、低保磁力磁石2が意図せず減磁されてしまう場合がある。
As shown by the alternate long and short dash line in FIG. 6, in the place where the phase is shifted by 180 ° from the place where the stator electromotive force in the direction corresponding to the magnetization direction (magnetization direction) of a certain magnetic pole is maximum, the direction opposite to the magnetizing direction. A demagnetizing field occurs (see inside the dotted frame). Especially when a high load is required, the maximum value of the stator magnetomotive force becomes large, so that the demagnetizing field also becomes large. During the load operation, the place where the stator magnetomotive force is maximized rotates and moves along the circumferential direction of the
すなわち、従来のように、高保磁力磁石1と低保磁力磁石2とを磁化方向に重ね合わせて、物理的に縦積みした構成では、負荷動作時に低保磁力磁石2が不均一な磁界に晒されるので、負荷状態によっては低保磁力磁石2の端部に減磁してしまう程の減磁界が印加される場合がある。このため、従来では、特に高負荷要求時や高温状態時などに、低保磁力磁石の端部に生じる減磁界により低保磁力磁石2が意図せず減磁されてしまい、所望のトルクを得られない場合があり問題となる。
That is, in the conventional configuration in which the high
本発明はこのような問題を解決する。具体的には、本発明にかかる第1実施形態の可変磁力モータ100は、高保磁力磁石1と低保磁力磁石2との間に短絡磁路5を備えることにより上記課題を解決する。以下、図1に戻って説明を続ける。
The present invention solves such a problem. Specifically, the variable
短絡磁路5は、図示するとおり、高保磁力磁石1と低保磁力磁石2との間に介在するように設けられる。短絡磁路5は、軟磁性材である。上述したとおり、回転子コア14は軟磁性材料から形成されているので、短絡磁路5は、回転子コア14の一部として構成されてよい。ただし、短絡磁路5は、必ずしも回転子コア14の一部である必要はなく、別部品としての軟磁性材単体を、高保磁力磁石1と低保磁力磁石2との間に挿入して配置することにより構成されてもよい。
As shown in the figure, the short-circuit
軟磁性材は、保磁力が低く、透磁率が高いので、回転子コア14を磁気回路としてみた場合、短絡磁路5は、高保磁力磁石1と低保磁力磁石2との間において磁路を短絡するように作用する。このため、負荷動作時に発生したステータ起磁力が、低保磁力磁石2に印加される前に短絡磁路5において均一化されるので、低保磁力磁石2の周方向端部に発生する減磁界を緩和することができる。これにより、低保磁力磁石2の周方向端部に発生する減磁界により低保磁力磁石2が部分的に減磁されることを抑制することができる。この結果、上記課題を解決し、低保磁力磁石2に対して所望のトルクを得られるだけの磁束を発生させることができる。
Since the soft magnetic material has a low coercive force and a high magnetic permeability, when the
また、上述したとおり、本実施形態の高保磁力磁石1は、2枚の平板状の永久磁石が、磁極の略中央部分における外周からの埋め込み深さが、磁極の端部における外周からの埋め込み深さより浅くなるように配置されている。換言すると、本実施形態の可変磁力モータ100では、平板形状の二枚の高保磁力磁石1が外周に向かって凸な略三角形状に配置されている。このため、磁極の外周側を通るq軸磁路が高保磁力磁石1の凸の先端側部分によって遮断されるので、負荷動作時に負荷電流により発生するq軸磁束を低減することができる。その結果、負荷動作時の力率を向上させて、可変磁力モータ100の出力トルクをより向上させることができる。
Further, as described above, in the high
なお、本実施形態の高保磁力磁石1は、略平板形状の永久磁石を用いて構成されているので、コストの増加を抑制しつつ、q軸磁路を遮断して、負荷動作時の力率を向上させることができる。
Since the high
また、高保磁力磁石1が上述のように配置され、且つ、その内周側において低保磁力磁石2がd軸に直交する略直線状に配置されることで、短絡磁路5は図示するような形状となる。すなわち、本実施形態の短絡磁路5は、磁極の略中央部(略d軸上)における半径方向の厚みが磁極の端部側(q軸側)における半径方向の厚みよりも厚くなるように構成されている。これにより、負荷動作時に低保磁力磁石2の周方向端部にて発生する磁束を磁極の略中央部へ導くことができるので、低保磁力磁石2の端部に生じる減磁界をより緩和することができる。このため、低保磁力磁石2の部分減磁がより抑制され、出力トルクをさらに向上させることができる。
Further, the short-circuit
また、回転子4の磁極において、低保磁力磁石2の磁極幅は、高保磁力磁石1の磁極幅に対して、同等か、又は狭くなるように構成される。これにより、ステータ起磁力が高保磁力磁石1を介さずに直接的に低保磁力磁石2に印加されることが抑制されるので、低保磁力磁石2の端部に生じる減磁界を高保磁力磁石1によってより確実に緩和することができる。なお、ここでの磁極幅は、高保磁力磁石1及び低保磁力磁石2のそれぞれの外周側端部間を結んだ直線距離とする。
Further, in the magnetic poles of the
本実施形態の可変磁力モータ100は、以上のような構成により、負荷動作時の低保磁力磁石2の端部に生じる減磁を抑制できるので、出力トルクを従来よりも向上させることができる。
With the above configuration, the variable
以上、第1実施形態の可変磁力モータ100は、回転磁界を生成するための固定子巻線12を有する固定子3と、複数の磁極を有し固定子3との間でエアギャップ6を介して配置される回転子4とを備えた可変磁力モータである。可変磁力モータ100の磁極は、固定子巻線12に流れる電流により生じる起磁力によって残留磁束密度が変化する低保磁力磁石2と、残留磁石密度が変化しない高保磁力磁石1の少なくとも2種類の磁石が磁気的に直列に配置されて構成される。高保磁力磁石1は、低保磁力磁石2よりも回転子外周側に配置される。そして、高保磁力磁石1と低保磁力磁石2との間には軟磁性材(短絡磁路5)が介在する。これにより、高保磁力磁石1と低保磁力磁石2との間に介在する軟磁性材によって、負荷動作中に低保磁力磁石2へ印加される磁界を均一化することができるので、負荷動作中に生じる減磁界によって低保磁力磁石2が意図せず部分減磁されることを抑制することができ、出力トルクを向上させることができる。
As described above, in the variable
また、第1実施形態の可変磁力モータ100によれば、短絡磁路5は、磁極の略中央部における回転子径方向の厚みが、磁極の端部における回転子径方向の厚みより厚い。これにより、負荷動作時に低保磁力磁石2の周方向端部にて発生する磁束を磁極の略中央部へ導くことができるので、低保磁力磁石2の部分減磁がより抑制され、出力トルクをさらに向上させることができる。
Further, according to the variable
また、第1実施形態の可変磁力モータ100によれば、高保磁力磁石1は、磁極の略中央部における回転子の外周面からの埋め込み深さが、磁極の端部における埋め込み深さよりも浅い。これにより、磁極の外周側を通るq軸磁路を遮断して、負荷動作時に負荷電流により発生するq軸磁束を低減することができるので、負荷動作時の力率を向上させて、可変磁力モータ100の出力トルクをより向上させることができる。
Further, according to the variable
また、第1実施形態の可変磁力モータ100によれば、高保磁力磁石1は、少なくとも一つの略平板形状の永久磁石から構成される。これにより、永久磁石の製造コストの増加を抑制しながら、上記効果を達成することができる。
Further, according to the variable
また、第1実施形態の可変磁力モータ100によれば、磁極を構成する低保磁力磁石2の周方向幅は、当該磁極を構成する高保磁力磁石1の周方向幅に対して同等か、または狭い。これにより、ステータ起磁力が高保磁力磁石1を介さずに直接的に低保磁力磁石2に印加されることが抑制されるので、低保磁力磁石2の端部に生じる減磁界を高保磁力磁石1によってより確実に緩和することができる。
Further, according to the variable
[第2実施形態]
以下、第2実施形態について説明する。なお、第1実施形態と同様の構成については、その説明を省略する。
[Second Embodiment]
Hereinafter, the second embodiment will be described. The description of the same configuration as that of the first embodiment will be omitted.
図3は、第2実施形態の可変磁力モータ200を説明する概略構成図である。本実施形態の可変磁力モータ200が可変磁力モータ100と異なる点は、高保磁力磁石1の形状である。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram illustrating the variable
図示するとおり、本実施形態の高保磁力磁石10は、略円弧形状の永久磁石から構成される。より具体的には、本実施形態の可変磁力モータ200では、略円弧形状の二枚の高保磁力磁石1を外周に向かって凸な半円形状に配置することにより一磁極が構成されている。
As shown in the figure, the high coercive force magnet 10 of the present embodiment is composed of a permanent magnet having a substantially arc shape. More specifically, in the variable
このように、高保磁力磁石1の外周側の形状を略円弧形状にすることにより、ステータへの鎖交磁束、すなわちエアギャップ6に発生する磁石磁束をより正弦波形状に近づけることができるので、磁石磁束の空間高調波成分を低減させることができる。その結果、負荷動作時の磁石磁束の空間高調波成分に起因する鉄損を低減できるので、可変磁力モータ200の効率を向上させることができる。
In this way, by making the shape of the outer peripheral side of the high
以上、第2実施形態の可変磁力モータ200によれば、高保磁力磁石1は、少なくとも一つの略円弧形状の永久磁石から構成される。これにより、エアギャップ6に発生する磁石磁束をより正弦波形状に近づけることができるので、磁石磁束の空間高調波成分を低減させることができる。その結果、負荷動作時の磁石磁束の空間高調波成分に起因する鉄損を低減することができる。
As described above, according to the variable
[第3実施形態]
以下、第3実施形態について説明する。なお、第1実施形態と同様の構成については、その説明を省略する。
[Third Embodiment]
Hereinafter, the third embodiment will be described. The description of the same configuration as that of the first embodiment will be omitted.
図4は、第3実施形態の可変磁力モータ300を説明する概略構成図である。本実施形態の可変磁力モータ300が可変磁力モータ100、200と異なる点は、高保磁力磁石1及び低保磁力磁石2の配置である。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram illustrating the variable
図示するとおり、可変磁力モータ300が備える高保磁力磁石1は、低保磁力磁石2の外周側において、略平板状の永久磁石がd軸と直交する直線状に配置されて構成される。そして、低保磁力磁石2は、高保磁力磁石1の内周側において、磁極の略中央部分(d軸近傍の部分)における外周からの埋め込み深さが、磁極の端部(q軸側の部分)における外周からの埋め込み深さより深くなるように配置される。換言すると、本実施形態の低保磁力磁石2は、内周側に凸な略三角形状に配置される。
As shown in the figure, the high
低保磁力磁石2をこのように配置することにより、一磁極の周方向幅において、回転子4の側面から見た低保磁力磁石2の表面積を増大させることができるので、低保磁力磁石2の磁石磁束を増大させることができる。結果として、低保磁力磁石2からでる磁石磁束を最大化することができるので、可変磁力モータ300の出力トルクを向上させることができる。
By arranging the low
なお、回転子コア14は、上述のとおり電磁鋼板等の軟磁性材からなるので、その飽和磁束密度は、低保磁力磁石2及び高保磁力磁石1の残留磁束密度に対して十分に大きい。このため、低保磁力磁石2の磁石磁束を増大させても磁気飽和が生じることはない。
Since the
以上、第3実施形態の可変磁力モータ300によれば、低保磁力磁石2は、磁極の略中央部における回転子4の外周面からの埋め込み深さが、磁極の端部における埋め込み深さよりも深い。これにより、一磁極に許される周方向幅において、回転子4の側面から見た低保磁力磁石2の表面積を増大させることができるので、低保磁力磁石2の磁石磁束を増大させることができる。
As described above, according to the variable
[第4実施形態]
以下、第4実施形態について説明する。なお、第1実施形態と同様の構成については、その説明を省略する。
[Fourth Embodiment]
Hereinafter, the fourth embodiment will be described. The description of the same configuration as that of the first embodiment will be omitted.
図5は、第4実施形態の可変磁力モータ400を説明する概略構成図である。第4実施形態の可変磁力モータ400が可変磁力モータ100~300と異なる点は、高保磁力磁石1及び低保磁力磁石2のそれぞれの保磁力、および、厚みTb、Tjに以下の限定を加えた点である。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram illustrating the variable
本実施形態の高保磁力磁石1は、その保磁力Hcbを800kA/m以上とする。また、本実施形態の低保磁力磁石2は、その保磁力Hcjを150kA/m以下とする。ここでの保磁力Hcb、Hcjは、磁化が0となる磁界強度で定義される。すなわち、保磁力Hcb、Hcjは、磁石特性を示すB-Hカーブ上で磁束密度が0となる磁界強度で定義される保磁力の絶対値である(図6のHr参照)。なお、保持力Hcbの上限は、所望のモータ性能に応じて適宜設定される。また、保持力Hcjの下限は0より大きい値であればよい。
The high
保磁力Hcb、Hcjをこのように規定することにより、高保磁力磁石1の残留磁束密度を維持しつつ、低保磁力磁石2の残留磁束密度をステータ起磁力によって変化させることができる。
By defining the coercive force Hcb and Hcj in this way, the residual magnetic flux density of the low
そして、本実施形態では、高保磁力磁石1と低保磁力磁石2の各保磁力Hcb、Hcjと、各厚みTb、Tjを以下のように規定する。すなわち、保磁力Hcb、Hcjと、各厚みTb、Tjは、高保磁力磁石1の厚みTbと保磁力Hcb[kA/m]との積で表される高保磁力磁石1の起磁力[A]と、着磁する時のステータ起磁力[A]とを足し合わせた値が、低保磁力磁石2の厚みTjと保磁力Hcj[kA/m]との積で表される低保磁力磁石2の起磁力[A]よりも大きくなるように決定される。なお、ここでの「厚み」は、図示するように、回転子4の半径方向における厚みである。
In the present embodiment, the coercive forces Hcb and Hcj of the high
これにより、低保磁力磁石2と固定子3との間に高保磁力磁石1が介在しても、ステータ起磁力によって、低保磁力磁石2を確実に着磁することができるので、可変磁力モータ400の出力トルクを向上させることができる。
As a result, even if the high
また、高保磁力磁石1の一磁極あたりの厚みTbは、一磁極を構成する高保磁力磁石1と低保磁力磁石の厚保みの合計(Tb+Tj)の30%以下とする。これにより、一磁極において、磁力を変化させることができる低保磁力磁石2の厚みを十分確保できるので、一磁極における磁石磁束の鎖交磁束変化量を十分確保することができる。なお、本実施形態では磁化方向において一つの低保磁力磁石2と高保磁力磁石1とが並ぶ構成を示しているが、厚みTbに係る本実施形態で述べた規定は、高保磁力磁石1及び低保磁力磁石2がそれぞれ、あるいは一方が2以上並ぶ構成であっても適用される。
Further, the thickness Tb per magnetic pole of the high
このように、上述した構成とすることで、出力トルクを向上させつつ、磁石磁束の鎖交磁束変化量を十分に確保できるので、低速から高速にかけての銅損を低減できるとともに、特に高速域における鉄損を低減することができる。 As described above, by adopting the above-mentioned configuration, it is possible to sufficiently secure the amount of change in the interlinkage magnetic flux of the magnet magnetic flux while improving the output torque, so that it is possible to reduce the copper loss from low speed to high speed, and especially in the high speed range. Iron loss can be reduced.
より具体的には、低速域では、低保磁力磁石2を着磁して磁力を大きく変化させることにより、所望のトルクを得るために必要な固定子3へ供給する電流量をより少なくすることができるので、銅損を低減することができる。一方で、高速域においては、低保磁力磁石を減磁して磁力を小さく変化させることにより、逆起電力の発生を抑えることができるので、鉄損を低減することができる。このように、可変磁力モータ400では、従来の課題であった低保磁力磁石が意図せず減磁されることを抑制し、可変磁力モータの特性を十分に引き出して鉄損及び銅損を低減させることができるので、出力トルクを向上させるとともに、モータの効率を向上させることができる。
More specifically, in the low speed range, the low
以上、第4実施形態の可変磁力モータ400によれば、高保磁力磁石1の保磁力Hcbは、800kA/m以上であり、低保磁力磁石2の保磁力Hcjは、150kA/m以下であり、高保磁力磁石の厚みTbと保磁力Hcbとの積[A]と、着磁する時のステータ起磁力[A]とを足し合わせた値は、低保磁力磁石2の厚みTjと保磁力Hcjとの積[A]よりも大きい。これにより、低保磁力磁石2と固定子3との間に高保磁力磁石1が介在しても、ステータ起磁力によって、低保磁力磁石2を確実に着磁することができるので、可変磁力モータ400の出力トルクを向上させることができる。
As described above, according to the variable
また、第4実施形態の可変磁力モータ400によれば、高保磁力磁石1の厚みTbは、磁極を構成する高保磁力磁石1の厚みTjと低保磁力磁石2の厚みTbを全て足し合わせた厚みに対して30%以下である。これにより、磁力を変化させることができる低保磁力磁石2の厚みを十分確保できるので、一磁極における磁石磁束の鎖交磁束変化量を十分確保することができる。
Further, according to the variable
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。また、上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the above-described embodiments show only a part of the application examples of the present invention, and the technical scope of the present invention is limited to the specific configuration of the above-described embodiments. do not have. In addition, the above embodiments can be combined as appropriate.
例えば、第3実施形態の低保磁力磁石2の配置と第1実施形態の高保磁力磁石1の配置とを組み合わせて一磁極を形成しても良い。
For example, one magnetic pole may be formed by combining the arrangement of the low
1…高保磁力磁石
2…低保磁力磁石
3…固定子
4…回転子
5…軟磁性材(短絡磁路)
6…エアギャップ
1 ... High
6 ... Air gap
Claims (9)
前記磁極は、前記固定子巻線に流れる電流により生じる起磁力によって残留磁束密度を変化させることができる低保磁力磁石と、前記固定子巻線に流れる電流により生じる起磁力によって残留磁石密度が変化しない高保磁力磁石の少なくとも2種類の磁石が磁気的に直列に配置されて構成され、
前記高保磁力磁石は、前記低保磁力磁石よりも回転子外周側に配置されており、
前記高保磁力磁石と前記低保磁力磁石との間には軟磁性材が介在し、
前記軟磁性材は、前記磁極の略中央部における回転子径方向の厚みが、前記磁極の端部における回転子径方向の厚みより厚い、
ことを特徴とする可変磁力モータ。 In a variable magnetic force motor comprising a stator having a stator winding for generating a rotating magnetic field and a rotor having a plurality of magnetic poles and arranged between the stators via an air gap.
The magnetic poles have a low coercive force magnet that can change the residual magnetic flux density by the electromotive force generated by the current flowing through the stator winding, and the residual magnet density changes by the electromotive force generated by the current flowing through the stator winding. At least two types of magnets of high coercive force magnets are magnetically arranged in series and configured.
The high coercive magnet is arranged on the outer peripheral side of the rotor with respect to the low coercive magnet.
A soft magnetic material is interposed between the high coercive magnet and the low coercive magnet .
In the soft magnetic material, the thickness in the rotor radial direction at the substantially central portion of the magnetic pole is thicker than the thickness in the rotor radial direction at the end portion of the magnetic pole.
A variable magnetic force motor characterized by that.
前記磁極は、前記固定子巻線に流れる電流により生じる起磁力によって残留磁束密度を変化させることができる低保磁力磁石と、前記固定子巻線に流れる電流により生じる起磁力によって残留磁石密度が変化しない高保磁力磁石の少なくとも2種類の磁石が磁気的に直列に配置されて構成され、
前記高保磁力磁石は、前記低保磁力磁石よりも回転子外周側に配置されており、
前記高保磁力磁石と前記低保磁力磁石との間には軟磁性材が介在し、
前記高保磁力磁石は、前記磁極の略中央部における前記回転子の外周面からの埋め込み深さが、前記磁極の端部における埋め込み深さよりも浅い、
ことを特徴とする可変磁力モータ。 In a variable magnetic force motor comprising a stator having a stator winding for generating a rotating magnetic field and a rotor having a plurality of magnetic poles and arranged between the stators via an air gap.
The magnetic poles have a low coercive force magnet that can change the residual magnetic flux density by the electromotive force generated by the current flowing through the stator winding, and the residual magnet density changes by the electromotive force generated by the current flowing through the stator winding. At least two types of magnets of high coercive force magnets are magnetically arranged in series and configured.
The high coercive magnet is arranged on the outer peripheral side of the rotor with respect to the low coercive magnet.
A soft magnetic material is interposed between the high coercive magnet and the low coercive magnet .
In the high coercive force magnet, the embedding depth from the outer peripheral surface of the rotor at the substantially central portion of the magnetic pole is shallower than the embedding depth at the end portion of the magnetic pole.
A variable magnetic force motor characterized by that.
前記磁極は、前記固定子巻線に流れる電流により生じる起磁力によって残留磁束密度を変化させることができる低保磁力磁石と、前記固定子巻線に流れる電流により生じる起磁力によって残留磁石密度が変化しない高保磁力磁石の少なくとも2種類の磁石が磁気的に直列に配置されて構成され、
前記高保磁力磁石は、前記低保磁力磁石よりも回転子外周側に配置されており、
前記高保磁力磁石と前記低保磁力磁石との間には軟磁性材が介在し、
前記軟磁性材は、前記磁極の略中央部における回転子径方向の厚みが、前記磁極の端部における回転子径方向の厚みより厚く、
前記高保磁力磁石は、前記磁極の略中央部における前記回転子の外周面からの埋め込み深さが、前記磁極の端部における埋め込み深さよりも浅い、
ことを特徴とする可変磁力モータ。 In a variable magnetic force motor comprising a stator having a stator winding for generating a rotating magnetic field and a rotor having a plurality of magnetic poles and arranged between the stators via an air gap.
The magnetic poles have a low coercive force magnet that can change the residual magnetic flux density by the electromotive force generated by the current flowing through the stator winding, and the residual magnet density changes by the electromotive force generated by the current flowing through the stator winding. At least two types of magnets of high coercive force magnets are magnetically arranged in series and configured.
The high coercive magnet is arranged on the outer peripheral side of the rotor with respect to the low coercive magnet.
A soft magnetic material is interposed between the high coercive magnet and the low coercive magnet .
In the soft magnetic material, the thickness in the rotor radial direction at the substantially central portion of the magnetic pole is thicker than the thickness in the rotor radial direction at the end portion of the magnetic pole.
In the high coercive force magnet, the embedding depth from the outer peripheral surface of the rotor at the substantially central portion of the magnetic pole is shallower than the embedding depth at the end portion of the magnetic pole.
A variable magnetic force motor characterized by that.
ことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の可変磁力モータ。 In the low coercive magnet, the embedding depth from the outer peripheral surface of the rotor at the substantially central portion of the magnetic pole is deeper than the embedding depth at the end portion of the magnetic pole.
The variable magnetic force motor according to any one of claims 1 to 3.
ことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の可変磁力モータ。 The high coercive force magnet is composed of at least one substantially flat plate-shaped permanent magnet.
The variable magnetic force motor according to any one of claims 1 to 4.
ことを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の可変磁力モータ。 The high coercive force magnet is composed of at least one permanent magnet having a substantially arc shape.
The variable magnetic force motor according to any one of claims 1 to 5.
ことを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の可変磁力モータ。 The circumferential width of the low coercive magnet constituting the magnetic pole is equal to or narrower than the circumferential width of the high coercive magnet constituting the magnetic pole.
The variable magnetic force motor according to any one of claims 1 to 6.
前記低保磁力磁石の保磁力Hcjは、150kA/m以下であり、
前記高保磁力磁石の厚みと前記保磁力Hcbとの積と、着磁する時のステータ起磁力とを足し合わせた値は、前記低保磁力磁石の厚みと前記保磁力Hcjとの積よりも大きい、
ことを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の可変磁力モータ。 The coercive force Hcb of the high coercive force magnet is 800 kA / m or more.
The coercive force Hcj of the low coercive force magnet is 150 kA / m or less.
The sum of the product of the thickness of the high coercive magnet and the coercive force Hcb and the stator electromotive force at the time of magnetism is larger than the product of the thickness of the low coercive magnet and the coercive force Hcj. ,
The variable magnetic force motor according to any one of claims 1 to 7.
ことを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の可変磁力モータ。 The thickness of the high coercive magnet is 30% or less with respect to the total thickness of the high coercive magnet constituting the magnetic pole and the low coercive magnet.
The variable magnetic force motor according to any one of claims 1 to 8.
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