JP7177442B2 - Permanent magnet rotors and rotating electrical machines - Google Patents

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Description

本発明は、永久磁石回転子および回転電気機械に関し、さらに詳しくは、ロータコアに永久磁石が埋め込まれた永久磁石回転子、および、そのような永久磁石回転子を有する回転電気機械に関するものである。 The present invention relates to permanent magnet rotors and rotating electrical machines, and more particularly to permanent magnet rotors with permanent magnets embedded in the rotor core, and rotating electrical machines having such permanent magnet rotors.

永久磁石埋め込み(IPM)モータ等、永久磁石回転子を用いた回転電気機械においては、高効率化や小型化を目指し、出力トルクの向上が図られている。この種の回転電気機械においては、永久磁石に、粒界改質技術を導入するなど、高い磁気特性を有する磁石材料を用いることで、出力トルクを向上させることができる。また、永久磁石自体の材料特性に加え、永久磁石回転子に埋設される永久磁石の形状や配置も、回転電気機械のトルク特性に大きな影響を及ぼす。 2. Description of the Related Art In a rotating electric machine using a permanent magnet rotor, such as an embedded permanent magnet (IPM) motor, efforts are being made to improve output torque with the aim of achieving higher efficiency and miniaturization. In this type of rotary electric machine, the output torque can be improved by using a magnet material having high magnetic properties, such as introducing a grain boundary modification technology to the permanent magnet. In addition to the material properties of the permanent magnets themselves, the shape and arrangement of the permanent magnets embedded in the permanent magnet rotor also have a great effect on the torque properties of the rotary electric machine.

回転電気機械の出力トルクを向上させるための永久磁石の配置の1つとして、スポーク型配置が提案されている。スポーク型配置は、例えば特許文献1に開示されており、永久磁石回転子の回転軸に垂直な断面において、回転子の半径方向に平行な2辺を有する矩形の永久磁石が、回転子の周方向に、複数配置されている。回転子の半径方向に沿った永久磁石の長さを大きくすることで、永久磁石の表面積を大きくし、磁束量を増大させることができる。その結果として、出力トルクを向上させることができる。 A spoke-type arrangement has been proposed as one arrangement of permanent magnets for improving the output torque of a rotating electrical machine. The spoke-type arrangement is disclosed, for example, in Patent Document 1. In a cross section perpendicular to the rotation axis of the permanent magnet rotor, rectangular permanent magnets having two sides parallel to the radial direction of the rotor are arranged around the rotor. Multiple are arranged in the direction. By increasing the length of the permanent magnet along the radial direction of the rotor, it is possible to increase the surface area of the permanent magnet and increase the amount of magnetic flux. As a result, output torque can be improved.

特開2015-223079号公報JP 2015-223079 A

永久磁石回転子を有する回転電気機械において、性能限界を決める要因の1つに、永久磁石の不可逆的な減磁がある。例えば、固定子のコイルが発する磁界が、永久磁石の磁化方向と反対向きに、永久磁石に印加されると、逆磁界として作用し、永久磁石の不可逆減磁を引き起こす要因となる。不可逆減磁を低減する方法の1つに、永久磁石として、重希土類を多く含有するものなど、高保磁力の材料を用いることが挙げられる。 In rotating electrical machines with permanent magnet rotors, one of the performance limiting factors is the irreversible demagnetization of the permanent magnets. For example, when the magnetic field generated by the stator coil is applied to the permanent magnet in the direction opposite to the magnetization direction of the permanent magnet, it acts as a reverse magnetic field and causes irreversible demagnetization of the permanent magnet. One method of reducing irreversible demagnetization is to use high coercivity materials as permanent magnets, such as those containing a large amount of heavy rare earth elements.

スポーク型磁石配置をとる永久磁石回転子においては、コイルの磁界による不可逆減磁が、径方向外側(外周側)の位置で起こりやすい。そこで、特許文献1では、減磁耐力を高めるために、断面矩形の永久磁石の4つの角部のうち、固定子側、つまり回転子の径方向外側の角部が、内側よりも高い保磁力を有するようにする形態が、開示されている。そのように、1つの永久磁石の中で、局所的に保磁力の高い領域を形成する方法としては、DyやTb等の重希土類を用いた粒界拡散処理が挙げられている。 Irreversible demagnetization due to the magnetic field of the coil tends to occur at the radially outer (peripheral) position in a permanent magnet rotor that employs a spoke-type magnet arrangement. Therefore, in Patent Document 1, of the four corners of the permanent magnet with a rectangular cross section, the corners on the stator side, that is, on the radially outer side of the rotor, have a higher coercive force than the inner side in order to increase the demagnetization resistance. Forms are disclosed that provide for Grain boundary diffusion treatment using heavy rare earth elements such as Dy and Tb is mentioned as a method for forming regions with high coercive force locally in one permanent magnet.

重希土類を多く含有する高保磁力の永久磁石は、高価なものであり、不可逆減磁の抑制のために多用すると、永久磁石回転子において、材料コストが高くなってしまう。特許文献1に記載されるように、永久磁石の中に、局所的に重希土類の濃度の高い領域を設けることで、重希土類の使用量を削減することができるが、その場合にも、重希土類を使用する必要があるうえ、粒界拡散により、特殊な保磁力の分布を有する永久磁石を準備することにも、労力とコストを要する。磁石材料の高保磁力化に頼らずに、永久磁石の形状や配置を改良することで、不可逆減磁を抑制できるようにすること、さらには不可逆減磁の抑制と高出力を両立できることが、望まれる。 High coercivity permanent magnets containing a large amount of heavy rare earth elements are expensive, and if used extensively to suppress irreversible demagnetization, the material cost of the permanent magnet rotor increases. As described in Patent Document 1, by locally providing a region with a high concentration of heavy rare earth elements in a permanent magnet, the amount of heavy rare earth elements used can be reduced. In addition to the need to use rare earth elements, preparation of a permanent magnet having a special distribution of coercive force due to grain boundary diffusion also requires labor and cost. It is desirable to be able to suppress irreversible demagnetization by improving the shape and arrangement of permanent magnets without relying on high coercive force of magnetic materials, and to be able to suppress irreversible demagnetization and achieve high output at the same time. be

本発明が解決しようとする課題は、永久磁石の不可逆減磁を抑制しながら、高い出力トルクを得ることができる永久磁石回転子、および、そのような永久磁石回転子を有する回転電気機械を提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to provide a permanent magnet rotor capable of obtaining high output torque while suppressing irreversible demagnetization of permanent magnets, and a rotary electric machine having such a permanent magnet rotor. to do.

上記課題を解決するために、本発明にかかる永久磁石回転子は、ロータコアと、前記ロータコアに埋設され、磁極を構成する複数の永久磁石とを有する永久磁石回転子において、前記ロータコアの回転軸に直交する断面において、前記永久磁石は、それぞれ前記ロータコアの径方向内側に向かって凸の弧形状を有し、前記永久磁石の磁化方向は、前記弧形状に沿って少なくとも一部の部位において、前記弧形状の焦点を中心とする放射方向に対して、傾斜している。 In order to solve the above-described problems, a permanent magnet rotor according to the present invention is a permanent magnet rotor having a rotor core and a plurality of permanent magnets embedded in the rotor core and forming magnetic poles. In a cross section orthogonal to each other, each of the permanent magnets has an arcuate shape that protrudes radially inward of the rotor core, and the magnetization direction of the permanent magnet is at least partially along the arcuate shape. It is inclined with respect to the radial direction centered on the arc-shaped focal point.

ここで、前記永久磁石の磁化方向は、少なくとも前記弧形状の端部において、前記弧形状の焦点を中心とする放射方向に対して、傾斜しているとよい。また、前記永久磁石の磁化方向は、前記弧形状に沿った中央部において、前記弧形状の焦点を中心とする放射方向と平行となっているとよい。前記永久磁石は、半円弧形状であるとよい。 Here, it is preferable that the magnetization direction of the permanent magnet is inclined at least at the end of the arc with respect to the radial direction centered on the focal point of the arc. Also, the magnetization direction of the permanent magnet is preferably parallel to the radial direction centered on the focal point of the arc shape at the central portion along the arc shape. It is preferable that the permanent magnet has a semicircular arc shape.

前記弧形状の焦点を通り前記ロータコアの径方向に沿って延びる軸を磁石中心軸として、前記永久磁石の磁化方向は、前記磁石中心軸に沿って、前記弧形状の焦点よりも前記ロータコアの径方向外側の点を中心とする、放射方向となっているとよい。 Assuming that an axis passing through the arc-shaped focus and extending along the radial direction of the rotor core is the central axis of the magnet, the magnetization direction of the permanent magnet is set along the magnet central axis to the diameter of the rotor core rather than the arc-shaped focus. It is preferable that the radial direction is centered on a point on the outer side of the direction.

また、前記磁極のそれぞれを構成する前記永久磁石は、前記弧形状に沿って複数の分割域に分割されており、各分割域における前記永久磁石の磁化方向は、該分割域の中で平行となっているとよい。 Further, the permanent magnets forming each of the magnetic poles are divided into a plurality of divided regions along the arc shape, and the magnetization directions of the permanent magnets in each divided region are parallel in the divided regions. I hope it is.

この場合に、前記分割域の分割数は2であり、前記弧形状の焦点を通り前記ロータコアの径方向に沿って延びる軸を磁石中心軸として、2つの前記分割域における磁化方向は、前記ロータコアの径方向外側から内側に向かって前記磁石中心軸から離れる方向に傾斜しており、前記磁石中心軸に対して相互に対称になっているとよい。さらにこの場合、2つの前記分割域における磁化方向の傾斜角度は、前記磁石中心軸に対して、30°以上、60°以下であるとよい。 In this case, the number of divisions of the division area is 2, and the magnet center axis is an axis passing through the focus of the arc shape and extending along the radial direction of the rotor core. preferably inclines in a direction away from the magnet center axis from the radially outer side toward the inner side, and are symmetrical to each other with respect to the magnet center axis. Furthermore, in this case, the inclination angle of the magnetization directions in the two divided regions is preferably 30° or more and 60° or less with respect to the magnet central axis.

あるいは、前記分割域の分割数は3であり、前記弧形状の焦点を通り前記ロータコアの径方向に沿って延びる軸を磁石中心軸として、前記磁石中心軸に対する前記永久磁石の磁化方向の傾斜角度は、前記弧形状に沿って中央の前記分割域において、前記弧形状に沿って両端の前記分割域よりも小さくなっているとよい。この場合に、前記弧形状に沿って中央の前記分割域における磁化方向は、前記磁石中心軸に平行であり、前記弧形状に沿って両端の前記分割域における磁化方向は、前記ロータコアの径方向外側から内側に向かって前記磁石中心軸から離れる方向に傾斜しており、前記磁石中心軸に対して相互に対称になっているとよい。また、両端の前記分割域における磁化方向の傾斜角度は、前記磁石中心軸に対して、20°以上であるとよい。 Alternatively, the number of divisions of the divided area is 3, and the inclination angle of the magnetization direction of the permanent magnet with respect to the magnet central axis is defined as an axis passing through the arc-shaped focus and extending along the radial direction of the rotor core. is preferably smaller in the central divided area along the arc shape than in the divided areas at both ends along the arc shape. In this case, the magnetization direction in the central divided area along the arc shape is parallel to the central axis of the magnet, and the magnetization direction in the divided areas at both ends along the arc shape is the radial direction of the rotor core. It is preferable that they are inclined in a direction away from the magnet center axis from the outside toward the inside and are symmetrical to each other with respect to the magnet center axis. Moreover, the inclination angle of the magnetization direction in the divided areas at both ends is preferably 20° or more with respect to the magnet central axis.

前記永久磁石は、金属磁石であるとよい。 The permanent magnet is preferably a metal magnet.

本発明にかかる回転電気機械は、上記の永久磁石回転子を有するものである。 A rotary electric machine according to the present invention has the permanent magnet rotor described above.

上記発明にかかる永久磁石回転子においては、ロータコアの回転軸に直交する断面において、ロータコアに埋設された永久磁石が、ロータコアの径方向内側(内周側)に向かって凸の弧形状をとっている。永久磁石が弧形状をとることで、永久磁石の表面積を大きくし、磁石磁束を増大させることができるため、大きな出力トルクを得ることが可能となる。また、永久磁石回転子においては、不可逆減磁の原因となる、外部に設けられる固定子のコイルからの逆磁界が、永久磁石の弧形状の厚み方向に印加されやすいが、永久磁石の磁化方向が、弧形状の焦点を中心とする放射方向、つまり弧形状の厚み方向に対して傾斜していることにより、不可逆減磁に対する耐性を高めることができる。このように、弧形状の永久磁石を用い、その永久磁石における磁化方向を、弧形状の焦点を中心とする放射方向に対して傾斜させておくことにより、不可逆減磁を抑制しながら、出力トルクを向上させることができる。 In the permanent magnet rotor according to the above invention, the permanent magnets embedded in the rotor core have an arcuate shape that protrudes radially inward (inner peripheral side) of the rotor core in a cross section orthogonal to the rotation axis of the rotor core. there is By making the permanent magnets arc-shaped, the surface area of the permanent magnets can be increased and the magnet magnetic flux can be increased, so that a large output torque can be obtained. In addition, in the permanent magnet rotor, the reverse magnetic field from the stator coil provided outside, which causes irreversible demagnetization, is likely to be applied in the arc-shaped thickness direction of the permanent magnet, but the magnetization direction of the permanent magnet is inclined with respect to the radial direction centered on the arc-shaped focal point, that is, the arc-shaped thickness direction, the resistance to irreversible demagnetization can be enhanced. In this way, by using arc-shaped permanent magnets and making the magnetization direction of the permanent magnets inclined with respect to the radial direction centered on the arc-shaped focal point, output torque is reduced while suppressing irreversible demagnetization. can be improved.

永久磁石の配置と磁化方向の規定により、減磁耐力を向上させることで、減磁耐力の向上を目的として、重希土類を多く含有する高価な高保磁力の永久磁石を使用する必要がなくなる。また、永久磁石の厚さを小さくすることもでき、必要磁石量を低減することができる。さらに、出力トルクを高められることで、永久磁石回転子の小型化も可能となる。 By improving the demagnetization resistance by regulating the arrangement of the permanent magnets and the magnetization direction, it is no longer necessary to use an expensive permanent magnet with high coercive force containing a large amount of heavy rare earth elements for the purpose of improving the demagnetization resistance. Also, the thickness of the permanent magnet can be reduced, and the amount of required magnets can be reduced. Furthermore, by increasing the output torque, it becomes possible to reduce the size of the permanent magnet rotor.

ここで、永久磁石の磁化方向が、少なくとも弧形状の端部において、弧形状の焦点を中心とする放射方向に対して、傾斜している場合には、弧形状の端部は、弧形状の永久磁石の中で、最もロータコアの径方向外側に位置し、特に大きな逆磁界が印加されやすいため、不可逆減磁が起こりやすいが、その端部において、磁化方向が、弧形状の焦点を中心とする放射方向、つまり永久磁石の厚み方向に対して傾斜していることにより、不可逆減磁を効果的に抑制することができる。 Here, when the magnetization direction of the permanent magnet is inclined with respect to the radial direction centering on the focus of the arc at least at the arc-shaped end, the arc-shaped end is the arc-shaped end. Among the permanent magnets, it is positioned radially outward of the rotor core and is likely to be subjected to a particularly large reverse magnetic field, so irreversible demagnetization is likely to occur. Irreversible demagnetization can be effectively suppressed by being inclined with respect to the radial direction, that is, the thickness direction of the permanent magnet.

また、永久磁石の磁化方向が、弧形状に沿った中央部において、弧形状の焦点を中心とする放射方向と平行となっている場合には、永久磁石の弧形状に沿った中央部においては、外部に設けられるコイルによって印加される磁界が弱くなるため、不可逆減磁が起こりにくい一方、弧形状の焦点を中心とする放射方向に磁化方向を向けておくことで、永久磁石からロータコアの径方向外側へと出る磁束量を、大きくすることができる。よって、不可逆減磁に対する耐性を高く保ちながら、出力トルクを高めやすくなる。 Further, when the magnetization direction of the permanent magnet is parallel to the radial direction centered on the arc-shaped focal point at the central portion along the arc shape, in the central portion along the arc shape of the permanent magnet Irreversible demagnetization is less likely to occur because the magnetic field applied by the coil provided outside is weaker. The amount of magnetic flux going out in the direction can be increased. Therefore, it becomes easier to increase the output torque while maintaining high resistance to irreversible demagnetization.

永久磁石が半円弧形状である場合には、比較的単純な形状の永久磁石を用いて、不可逆減磁の抑制と出力トルクの向上を両立することができる。 When the permanent magnet has a semicircular arc shape, it is possible to suppress irreversible demagnetization and improve the output torque by using a relatively simple permanent magnet.

弧形状の焦点を通りロータコアの径方向に沿って延びる軸を磁石中心軸として、永久磁石の磁化方向が、磁石中心軸に沿って、弧形状の焦点よりもロータコアの径方向外側の点を中心とする、放射方向となっている場合には、永久磁石の磁化方向が、弧形状の中央部を除いて、弧形状の焦点を中心とする放射方向から外れることになる。特に、不可逆減磁が起こりやすい弧形状の端部に近い位置ほど、弧形状の焦点を中心とする放射方向に対する磁化方向の傾斜角度が大きくなる。よって、永久磁石の不可逆減磁を抑制する効果に優れる。一方で、不可逆減磁が起こりにくい弧形状の中央部近傍では、磁化方向が、弧形状の焦点を中心とする放射方向に近いものとなり、永久磁石からロータコアの径方向外側へと出る磁束量が大きくなるため、出力トルクの向上に高い効果を発揮する。 The axis passing through the arc-shaped focal point and extending along the radial direction of the rotor core is defined as the magnet central axis, and the magnetization direction of the permanent magnet is centered along the magnet central axis at a point radially outside the rotor core from the arc-shaped focal point. , the magnetization direction of the permanent magnets, except for the central portion of the arc, deviates from the radial direction centered on the arc-shaped focal point. In particular, the inclination angle of the magnetization direction with respect to the radial direction centering on the focus of the arc increases at a position closer to the end of the arc, where irreversible demagnetization tends to occur. Therefore, the effect of suppressing irreversible demagnetization of the permanent magnet is excellent. On the other hand, in the vicinity of the central portion of the arc, where irreversible demagnetization is unlikely to occur, the magnetization direction is close to the radial direction from the focus of the arc, and the amount of magnetic flux emitted from the permanent magnets to the radially outer side of the rotor core is reduced. Since it becomes large, it exhibits a high effect in improving the output torque.

また、磁極のそれぞれを構成する永久磁石が、弧形状に沿って複数の分割域に分割されており、各分割域における永久磁石の磁化方向が、該分割域の中で平行となっている場合には、永久磁石の製造を簡便に行いながら、弧形状の焦点を中心とする放射方向に対して、磁化方向が傾斜している状態を形成し、不可逆減磁の抑制と出力トルクの向上の両立を図ることができる。 In addition, when the permanent magnets forming each of the magnetic poles are divided into a plurality of divided regions along the arc shape, and the magnetization directions of the permanent magnets in each divided region are parallel in the divided regions. In order to suppress irreversible demagnetization and improve output torque, the magnetization direction is inclined with respect to the radial direction centered on the arc-shaped focus while the permanent magnet is simply manufactured. It is possible to achieve both.

この場合に、分割域の分割数が2であり、弧形状の焦点を通りロータコアの径方向に沿って延びる軸を磁石中心軸として、2つの分割域における磁化方向が、ロータコアの径方向外側から内側に向かって磁石中心軸から離れる方向に傾斜しており、磁石中心軸に対して相互に対称になっている形態によれば、簡素な分割構成および磁化方向の設定により、弧形状の焦点を中心とする放射方向に対して、磁化方向が傾斜している状態を形成し、不可逆減磁の抑制と出力トルクの向上の両立を図ることができる。 In this case, the number of divided regions is 2, and the magnet center axis is the axis passing through the arc-shaped focal point and extending along the radial direction of the rotor core. With a form that is slanted inward in a direction away from the magnet center axis and that is symmetrical with respect to the magnet center axis, the arc-shaped focal point can be set by a simple division configuration and setting of the magnetization direction. By forming a state in which the magnetization direction is inclined with respect to the center radial direction, it is possible to achieve both suppression of irreversible demagnetization and improvement of output torque.

さらにこの場合、2つの分割域における磁化方向の傾斜角度が、磁石中心軸に対して、30°以上、60°以下である形態によれば、特に出力トルクを高めやすい。不可逆減磁も、小さく抑えることができる。 Furthermore, in this case, the output torque can be particularly easily increased if the inclination angle of the magnetization directions in the two divided regions is 30° or more and 60° or less with respect to the central axis of the magnet. Irreversible demagnetization can also be kept small.

あるいは、分割域の分割数が3であり、弧形状の焦点を通りロータコアの径方向に沿って延びる軸を磁石中心軸として、磁石中心軸に対する永久磁石の磁化方向の傾斜角度が、弧形状に沿って中央の分割域において、弧形状に沿って両端の分割域よりも小さくなっている場合には、不可逆減磁の起こりやすい弧形状の端部側の分割域では、弧形状の焦点を中心とする放射方向に対して磁化方向を傾斜させる一方で、不可逆減磁が起こりにくい弧形状の中央部に位置する分割域では、弧形状の焦点を中心とする放射方向に磁化方向を近づけることができる。その結果、不可逆減磁抑制と、出力トルク向上の両方を、効果的に達成することができる。 Alternatively, the number of divisions of the divided area is 3, and the axis extending along the radial direction of the rotor core passing through the focal point of the arc is defined as the central axis of the magnet. If the divided area in the center along the arc is smaller than the divided areas at both ends along the arc shape, the divided area on the end side of the arc where irreversible demagnetization is likely to occur is centered on the arc-shaped focus. While the magnetization direction is tilted with respect to the radial direction of can. As a result, both suppression of irreversible demagnetization and improvement of output torque can be effectively achieved.

この場合に、弧形状に沿って中央の分割域における磁化方向が、磁石中心軸に平行であり、弧形状に沿って両端の分割域における磁化方向が、ロータコアの径方向外側から内側に向かって磁石中心軸から離れる方向に傾斜しており、磁石中心軸に対して相互に対称になっている形態によれば、不可逆減磁抑制および出力トルク向上の効果を、特に高めやすい。 In this case, the magnetization direction in the central segmented region along the arc shape is parallel to the magnet center axis, and the magnetization direction in the segmented regions at both ends along the arc shape is radially inward from the rotor core. According to the configuration in which they are inclined away from the magnet central axis and are symmetrical with respect to the magnet central axis, the effects of suppressing irreversible demagnetization and improving the output torque can be particularly enhanced.

また、両端の分割域における磁化方向の傾斜角度が、磁石中心軸に対して、20°以上である場合には、不可逆減磁の抑制の効果を、一層高めやすい。 Further, when the inclination angle of the magnetization direction in the divided regions at both ends is 20° or more with respect to the central axis of the magnet, the effect of suppressing irreversible demagnetization can be further enhanced.

永久磁石が、金属磁石である場合には、ボンド磁石等、金属磁石材料以外の材料を含有する磁石よりも、高い磁気特性を有するので、出力トルクの向上等、永久磁石回転子の出力特性を、効果的に高めることができる。弧形状への成形は、金属磁石の方が、ボンド磁石よりも行いにくいが、金属磁石材料粉末の型焼結等により、容易に達成することができる。弧形状への着磁は、磁性成分比率が高い金属磁石がボンド磁石と比較して、容易となる。 When the permanent magnet is a metal magnet, it has higher magnetic properties than magnets containing materials other than metal magnet materials, such as bonded magnets. , can be effectively enhanced. Metal magnets are more difficult to form into arc shapes than bonded magnets, but can be easily achieved by die sintering of metal magnet material powder. A metal magnet with a high magnetic component ratio is easier to magnetize into an arc shape than a bond magnet.

上記発明にかかる回転電気機械は、上記の永久磁石回転子を有するため、不可逆減磁を回避しながら、大きな出力トルクを得ることができる。 Since the rotary electric machine according to the above invention has the above permanent magnet rotor, it is possible to obtain a large output torque while avoiding irreversible demagnetization.

本発明の一実施形態にかかる永久磁石回転子および回転電気機械の構成を示す横断面図である。1 is a cross-sectional view showing the configuration of a permanent magnet rotor and a rotary electric machine according to an embodiment of the invention; FIG. 本発明の第一の実施形態にかかる無分割型の永久磁石を備えた永久磁石回転子の一部を抜き出した断面図である。図1の拡大図に相当する。1 is a cross-sectional view of a part of a permanent magnet rotor having undivided permanent magnets according to a first embodiment of the present invention; FIG. It corresponds to the enlarged view of FIG. 本発明の第二の実施形態にかかる2分割型の永久磁石を備えた永久磁石回転子の一部を抜き出した断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of a part of a permanent magnet rotor having two-split permanent magnets according to a second embodiment of the present invention; 本発明の第三の実施形態にかかる3分割型の永久磁石を備えた永久磁石回転子の一部を抜き出した断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of a part of a permanent magnet rotor having three-split permanent magnets according to a third embodiment of the present invention; 磁石内減磁率の分布を示す図であり、(a)はラジアル配向の場合、(b)は無分割型で配向角度α=40°の場合である。各図とも、保磁力Hcjを3通りに変化させている。It is a figure which shows distribution of the demagnetization factor in a magnet, (a) is a case of radial orientation, (b) is a non-divided type and orientation angle (alpha)=40 degrees. In each figure, the coercive force Hcj is changed in three ways. 磁石内減磁率の分布を示す図であり、(a)は2分割型で配向角度α=45°の場合、(b)は3分割型で配向角度α=45°の場合である。各図とも、保磁力Hcjを3通りに変化させている。FIG. 4 is a diagram showing the distribution of the demagnetization factor in the magnet, in which (a) is the case of the 2-split type and the orientation angle α=45°, and (b) is the case of the 3-split type and the orientation angle α=45°. In each figure, the coercive force Hcj is changed in three ways. 2分割型の場合について、磁石保磁力とEMF減少率の関係を、5通りの配向角度αについて示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the relationship between magnet coercive force and EMF reduction rate for five orientation angles α in the case of a two-split type. (a)必要保磁力、および(b)300%定格電流通電時の出力トルクについて、配向角度αによる変化を、各形態について示す図である。(b)では、スポーク配置の場合の値を1として、規格化した値を示している。FIG. 4 is a diagram showing changes in (a) required coercive force and (b) output torque when 300% rated current is applied, depending on the orientation angle α, for each form. (b) shows normalized values, with the value for the spoke arrangement set to 1.

以下、本発明の実施形態にかかる永久磁石回転子および回転電気機械について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、永久磁石の分割数および磁化方向の異なる3つの実施形態を例示するが、まず、各実施形態に共通する構成について説明する。 A permanent magnet rotor and a rotary electric machine according to embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. Three embodiments having different numbers of permanent magnet divisions and different magnetization directions will be described below. First, the configuration common to each embodiment will be described.

[回転電気機械の構成]
本発明の一実施形態にかかる回転電気機械1の概略を、図1に示す。回転電気機械1は、本発明の一実施形態にかかる永久磁石回転子10を有している。本明細書においては、回転電気機械1がモータである場合を中心に説明するが、発電機である場合にも、同様の構成を適用することができる。
[Configuration of Rotating Electric Machine]
A schematic of a rotating electric machine 1 according to one embodiment of the present invention is shown in FIG. The rotary electric machine 1 has a permanent magnet rotor 10 according to an embodiment of the invention. In this specification, the case where the rotary electric machine 1 is a motor will be mainly described, but a similar configuration can be applied to a case where it is a generator.

回転電気機械1は、永久磁石埋め込み(IPM)モータとして構成されている。モータ1は、中空筒状のステータ(固定子)30と、ステータ30の中空部内に、同軸状に、軸回転可能に支持されたロータ(永久磁石回転子)10と、を有している。 The rotating electrical machine 1 is configured as an embedded permanent magnet (IPM) motor. The motor 1 has a hollow cylindrical stator (stator) 30 and a rotor (permanent magnet rotor) 10 coaxially supported in a hollow portion of the stator 30 so as to be axially rotatable.

ステータ30は、ステータコア31と、コイル32とを有している。ステータコア31は、複数層の電磁鋼板を積層してなるものであり、円環形状のバックヨーク部31aと、バックヨーク部31aから円環形状の内側に向かって突出した複数のティース31bを、一体に備えている。そして、各ティース31bの外周に、コイル32が巻き回されている。 The stator 30 has a stator core 31 and coils 32 . The stator core 31 is formed by laminating a plurality of layers of electromagnetic steel sheets, and has an annular back yoke portion 31a and a plurality of teeth 31b protruding from the back yoke portion 31a toward the inside of the annular shape. prepared for. A coil 32 is wound around the outer periphery of each tooth 31b.

ロータ10は、略円柱状の外形を有するロータコア11と、ロータコア11に埋設された複数の永久磁石Mと、を有している。ロータコア11の中心には、中空部が形成され、シャフト40が挿通されている。ロータ10をステータ30の中空部に同軸状に収容した状態で、ステータコア31のティース31bとロータコア11の外周面の間には、エアギャップ50が確保される。ロータ10の構成の詳細について、次に説明する。 The rotor 10 has a rotor core 11 having a substantially cylindrical outer shape and a plurality of permanent magnets M embedded in the rotor core 11 . A hollow portion is formed in the center of the rotor core 11 and a shaft 40 is inserted therethrough. An air gap 50 is secured between the teeth 31 b of the stator core 31 and the outer peripheral surface of the rotor core 11 while the rotor 10 is coaxially accommodated in the hollow portion of the stator 30 . Details of the configuration of the rotor 10 are described below.

[永久磁石回転子の構成の概略]
上記のように、ロータ(永久磁石回転子)10は、ロータコア11と、永久磁石Mとを有している。ロータ10の構成を、図1,2に示す。図2は、ロータ10の磁極1つ分を、両側の磁極の一部とともに示したものであり、永久磁石Mの極性を磁極ごとに交互に変えながら、複数(ここでは10個)の磁極を回転対称に連続的に配置したものが、図1のようなロータ10の全体構造となる。なお、以下では、「周方向」「外周」「径方向」「外側」「内側」等、回転体における方向を示す語は、特記しないかぎり、ロータコア11についての方向を指すものとする。また、垂直、平行等、角度を示す概念は、この種のロータにおいて一般的に許容される程度の誤差、例えば±5°程度の範囲まで含むものとする。
[Overview of Configuration of Permanent Magnet Rotor]
The rotor (permanent magnet rotor) 10 has the rotor core 11 and the permanent magnets M as described above. The configuration of the rotor 10 is shown in FIGS. FIG. 2 shows one magnetic pole of the rotor 10 together with part of the magnetic poles on both sides. Rotationally symmetrical and continuous arrangement constitutes the overall structure of the rotor 10 as shown in FIG. In the following description, terms indicating directions in the rotating body such as "circumferential direction", "periphery", "radial direction", "outside", and "inside" refer to the directions with respect to the rotor core 11 unless otherwise specified. In addition, the concept of angles such as vertical and parallel includes errors generally allowed for this type of rotor, for example, up to a range of about ±5°.

ロータコア11は、複数の電磁鋼板を積層して構成されており、略円柱形状の外周面を有している。ロータコア11には、軸方向に貫通または陥没した空隙として、スロット13が形成されている。スロット13には、それぞれ、永久磁石Mが埋設されている。なお、後に説明する第二の実施形態および第三の実施形態においては、1つのスロット13に埋設される永久磁石Mが、複数に分割され、分割域(m1およびm2,m1’~m3’)となっているが、同一のスロット13の中に、相互に隣接して埋設され、1つの磁極を構成する分割域は、1つの永久磁石Mとみなすものとして説明する。 The rotor core 11 is configured by laminating a plurality of electromagnetic steel sheets, and has a substantially cylindrical outer peripheral surface. Slots 13 are formed in the rotor core 11 as gaps extending through or recessed in the axial direction. A permanent magnet M is embedded in each of the slots 13 . In a second embodiment and a third embodiment described later, the permanent magnet M embedded in one slot 13 is divided into a plurality of divided areas (m1 and m2, m1' to m3'). However, it is assumed that the divided areas buried adjacent to each other in the same slot 13 and forming one magnetic pole are regarded as one permanent magnet M. As shown in FIG.

各磁極を構成する永久磁石Mは、ロータコア11の径方向内側(回転中心側;内周側)に向かって凸の弧形状を有している。永久磁石Mは、ロータ10の回転軸に直交する横断面において、ロータコア11の径方向内側に向かって凸な弧形状、つまりロータコア11の径方向外側(外周側)から径方向内側に向かう凸部を1つのみ有するなだらかな曲線形状を有していれば、具体的な形状は特に限定されるものではないが、本実施形態においては、各永久磁石Mは、円弧形状、特に半円弧形状を有している。永久磁石Mは、ロータコア11の径方向外側から内側に向かって、1層のみ配置されている。 The permanent magnet M forming each magnetic pole has an arcuate shape that protrudes radially inward (rotational center side; inner peripheral side) of the rotor core 11 . The permanent magnet M has an arcuate shape that protrudes radially inward of the rotor core 11 in a cross section orthogonal to the rotation axis of the rotor 10, that is, a protruding portion that protrudes radially inward from the radially outer side (peripheral side) of the rotor core 11. Although the specific shape is not particularly limited as long as it has a gentle curved shape having only one have. Only one layer of the permanent magnets M is arranged from the radially outer side to the inner side of the rotor core 11 .

永久磁石Mの成分組成は、特に限定されるものではないが、永久磁石Mは、金属磁石よりなっていることが好ましい。つまり、表面近傍を除き、意図的に添加された金属酸化物や有機化合物を含まず、金属磁石材料のみよりなっている。金属磁石としては、金属磁石材料の粉末を、配向させ、焼結してなる焼結磁石を例示することができる。焼結磁石としては、成形型に粉末状の金属磁石材料を充填した状態で、成形型全体に磁界を印加して、原料粒子を配向させ、雰囲気制御した焼結室で成形型ごと焼結する、プレスレス法(PLP法)によって得られたものを用いることが好ましい。 The composition of the permanent magnet M is not particularly limited, but the permanent magnet M is preferably made of a metal magnet. That is, except for the vicinity of the surface, it does not contain intentionally added metal oxides or organic compounds, and consists only of the metal magnet material. As a metal magnet, a sintered magnet obtained by orienting and sintering a powder of a metal magnet material can be exemplified. As a sintered magnet, a magnetic field is applied to the entire mold to orient the raw material particles, and the mold is sintered in a sintering chamber with a controlled atmosphere. It is preferable to use those obtained by the pressless method (PLP method).

[永久磁石における磁化方向]
本発明の実施形態にかかるロータ10においては、各磁極を構成する弧形状の永久磁石Mの磁化方向dが、弧形状に沿って少なくとも一部の部位において、弧形状の焦点fを中心とする放射方向に対して、傾斜している。つまり、永久磁石Mの磁化方向dが、弧形状に沿って少なくとも一部の部位において、弧形状の焦点fを中心とする放射方向と、異なる方向を向いている。ここで、弧形状の焦点fとは、図2に示すように、永久磁石Mの外形を規定する図形としての弧形状、特に永久磁石Mの外側表面M1の弧形状の焦点であり、永久磁石Mが円弧形状を有する場合には、円弧の中心に当たる。そして、弧形状の焦点fを中心とする放射方向(ラジアル方向)は、弧形状の厚み方向、つまり、永久磁石Mの各位置において、外側表面M1に直交する方向に対応する。以降、単に「ラジアル方向」と称する場合は、弧形状の焦点fを中心とする放射方向を指すものとする。
[Magnetization direction in permanent magnet]
In the rotor 10 according to the embodiment of the present invention, the magnetization direction d of the arc-shaped permanent magnets M constituting each magnetic pole is centered on the arc-shaped focal point f in at least a part of the arc. It is inclined with respect to the radial direction. That is, the magnetization direction d of the permanent magnet M is directed in a direction different from the radial direction centered on the arc-shaped focal point f in at least a part of the arc-shaped portion. Here, the arc-shaped focal point f is, as shown in FIG. If M has the shape of an arc, it hits the center of the arc. The radial direction centered on the arc-shaped focal point f corresponds to the arc-shaped thickness direction, that is, the direction orthogonal to the outer surface M1 at each position of the permanent magnet M. Henceforth, when simply calling it a "radial direction", it shall refer to the radial direction centering on the arc-shaped focal point f.

本発明の実施形態にかかるロータ10においては、永久磁石Mの磁化方向dが、弧形状に沿って少なくとも一部の部位において、ラジアル方向に対して傾斜していれば、永久磁石Mの具体的な形状や配置、また具体的な磁化方向dは、特に限定されるものではない。しかし、以下に、好適な例として、1つの磁極を構成する永久磁石Mが一体に連続しており、1つの焦点Fmを中心とした放射方向に磁化されている形態、また、1つの磁極を構成する永久磁石Mが、弧形状に沿って複数の分割域に分割されており、それぞれの分割域における永久磁石Mの磁化方向dが、分割域内において平行となっている形態について説明する。 In the rotor 10 according to the embodiment of the present invention, if the magnetization direction d of the permanent magnet M is inclined with respect to the radial direction in at least a part of the arc shape, the permanent magnet M There are no particular restrictions on the shape, arrangement, or specific magnetization direction d. However, below, as a suitable example, the permanent magnets M constituting one magnetic pole are integrally continuous and magnetized in the radial direction around one focal point Fm, and one magnetic pole is A configuration will be described in which the permanent magnet M is divided into a plurality of divided regions along an arc shape, and the magnetization directions d of the permanent magnets M in the respective divided regions are parallel within the divided regions.

(1)第一の形態:永久磁石が一体に連続している場合
まず、第一の実施形態として、図2に示すように、1つの磁極を構成する永久磁石Mが、分割されず、一体に連続している形態について説明する。本形態においては、永久磁石Mの磁化方向dが、弧形状に沿った各部において、1つの焦点(磁化焦点Fmと称する)を中心とした放射方向となっている。ここで、磁化焦点Fmは、永久磁石Mの形状を規定する図形としての弧形状の焦点fとは異なる位置に存在している。よって、永久磁石Mの磁化方向dは、弧形状の焦点fを中心とするラジアル方向と、少なくとも一部の部位において、異なったものとなっている。
(1) First Embodiment: When Permanent Magnets Are Integral and Continuous First, as a first embodiment, as shown in FIG. will be described. In this embodiment, the magnetization directions d of the permanent magnets M are radial directions centered on one focal point (referred to as a magnetization focal point Fm) at each portion along the arc shape. Here, the magnetization focal point Fm exists at a position different from the arc-shaped focal point f as a figure defining the shape of the permanent magnet M. FIG. Therefore, the magnetization direction d of the permanent magnet M differs from the radial direction centering on the arc-shaped focal point f at least in part.

より具体的には、弧形状の焦点fを通り、ロータコア11の径方向に沿って延びる軸を磁石中心軸Cとして、磁化焦点Fmは、磁石中心軸Cに沿って、弧形状の焦点fよりも、ロータコア11の径方向外側の位置に、存在している。そのため、磁石中心軸C上の位置である弧形状の中央部を除いて、永久磁石Mの各部における磁化は、弧形状の焦点fを中心とするラジアル方向に対して、傾斜を有している。傾斜の方向は、ロータコア11の径方向外側から内側に向かって磁石中心軸Cから離れる方向となっている。永久磁石Mの各部における磁化方向dは、磁石中心軸Cを挟んで両側で対称となっている。 More specifically, the axis passing through the arc-shaped focal point f and extending along the radial direction of the rotor core 11 is defined as the magnet central axis C, and the magnetization focal point Fm is located along the magnet central axis C from the arc-shaped focal point f. also exists at a radially outer position of the rotor core 11 . Therefore, the magnetization in each part of the permanent magnet M, except for the arc-shaped central part located on the central axis C of the magnet, has an inclination with respect to the radial direction centering on the arc-shaped focal point f. . The direction of inclination is the direction away from the magnet center axis C from the radially outer side of the rotor core 11 toward the inner side. The magnetization direction d in each part of the permanent magnet M is symmetrical on both sides of the magnet center axis C. As shown in FIG.

永久磁石Mにおいて、ラジアル方向に対する磁化方向dの傾斜は、弧形状に沿って連続的に変化している。つまり、磁石中心軸Cを離れ、弧形状の端に近づくほど、ラジアル方向に対する傾斜が大きくなっており、弧形状の両端において、その傾斜が最も大きくなっている。ここで、弧形状の端における磁化方向dが、ラジアル方向(永久磁石Mが半円弧形状の場合は磁石中心軸Cに直交する方向)に対して有する角度を、傾斜角度αと定義する(0<α<90°)。磁化焦点Fmが、磁石中心軸Cに沿って、ロータコア11の外側へと、弧形状の焦点fから大きく離れているほど、傾斜角度αが大きくなり、永久磁石Mの弧形状の各部において、ラジアル方向に対する傾斜が大きくなる。弧形状の中央においては、端における傾斜角度αによらず、常に、磁化方向dが磁石中心軸Cの方向を向いており、ラジアル方向に平行となっている。つまりラジアル方向に一致している。なお、仮にα=0°とすれば、磁化焦点Fmが永久磁石Mの弧形状の焦点fと一致し、永久磁石Mの磁化方向dは、全域において、弧形状の焦点fを中心としたラジアル方向となる。 In the permanent magnet M, the inclination of the magnetization direction d with respect to the radial direction changes continuously along the arc shape. That is, the farther away from the magnet center axis C and closer to the end of the arc, the greater the inclination with respect to the radial direction, and the greater the inclination at both ends of the arc. Here, the angle of the magnetization direction d at the end of the arc with respect to the radial direction (the direction perpendicular to the magnet center axis C when the permanent magnet M is semi-arc) is defined as the inclination angle α (0 <α<90°). The farther the magnetization focus Fm is from the arc-shaped focus f to the outside of the rotor core 11 along the magnet center axis C, the larger the inclination angle α becomes. The inclination with respect to the direction increases. At the center of the arc shape, the magnetization direction d always faces the direction of the magnet central axis C and is parallel to the radial direction, regardless of the inclination angle α at the ends. That is, they are aligned in the radial direction. Assuming α=0°, the magnetization focus Fm coincides with the arc-shaped focus f of the permanent magnet M, and the magnetization direction d of the permanent magnet M is radial over the entire area around the arc-shaped focus f. direction.

本実施形態にかかるロータ10においては、永久磁石Mが弧形状を有していることにより、永久磁石Mからロータコア11の径方向外側に向かって出る磁束量を、大きくすることができる。永久磁石Mの磁束量は、永久磁石Mが大きな表面積を有するほど、大きくなるが、永久磁石Mが、ロータコア11の径方向内側に向かって凸となった弧形状を有することにより、スポーク型等、直線的な形状を有する場合に比べて、表面積、つまり外側表面M1の面積を大きく取ることができるからである。永久磁石Mの磁束量を増大させることで、ロータ10をモータ1に組み込んだ際の出力トルクを向上させることができる。特に、モータ1が小型である場合には、永久磁石Mを弧形状とすることで、ロータコア11の中の限られた空間の中で、大きな表面積を確保し、出力トルクを向上させやすくなる。 In the rotor 10 according to the present embodiment, since the permanent magnets M have an arc shape, the amount of magnetic flux emitted from the permanent magnets M toward the radially outer side of the rotor core 11 can be increased. The amount of magnetic flux of the permanent magnets M increases as the permanent magnets M have a larger surface area. This is because the surface area, that is, the area of the outer surface M1 can be made larger than in the case of having a linear shape. By increasing the amount of magnetic flux of the permanent magnets M, the output torque when the rotor 10 is incorporated in the motor 1 can be improved. In particular, when the motor 1 is small, making the permanent magnets M arc-shaped secures a large surface area in the limited space in the rotor core 11, making it easier to improve the output torque.

さらに、本ロータ10においては、磁化方向dが、ラジアル方向に対して傾斜していることにより、不可逆減磁を抑制することができる。ロータ10において、ステータ30のコイル32から発せられる磁界のうち、永久磁石Mの磁化方向dと反平行になったベクトル成分は、永久磁石Mにおいて、不可逆減磁を引き起こす要因となる。永久磁石Mにおいて不可逆減磁が起こると、ロータ10において、設計どおりの出力特性が得られなくなる。弧形状の永久磁石Mにおいては、逆磁界が、厚み方向に沿って印加されやすい。よって、永久磁石Mの磁化方向dがラジアル方向を向いている場合に、不可逆減磁が最も起こりやすくなり、磁化方向dがラジアル方向に対して大きく傾斜しているほど、不可逆減磁が起こりにくいことになる。本実施形態にかかるロータ10においては、永久磁石Mの少なくとも一部の領域で、磁化方向dがラジアル方向に対して傾斜しているため、全域で磁化方向dがラジアル方向に向いている場合と比較して、不可逆減磁を起こしにくい。 Furthermore, in the rotor 10, the magnetization direction d is inclined with respect to the radial direction, so irreversible demagnetization can be suppressed. In the rotor 10, of the magnetic field emitted from the coil 32 of the stator 30, the vector component antiparallel to the magnetization direction d of the permanent magnet M causes irreversible demagnetization in the permanent magnet M. If irreversible demagnetization occurs in the permanent magnets M, the rotor 10 cannot obtain output characteristics as designed. In the arc-shaped permanent magnet M, a reverse magnetic field is likely to be applied along the thickness direction. Therefore, irreversible demagnetization is most likely to occur when the magnetization direction d of the permanent magnet M is in the radial direction. It will be. In the rotor 10 according to the present embodiment, the magnetization direction d is inclined with respect to the radial direction in at least a part of the permanent magnet M. In comparison, irreversible demagnetization is less likely to occur.

このように、永久磁石Mをロータコア11の径方向内側に向かって凸な弧形状とするとともに、その弧形状の永久磁石Mの磁化方向dを、ラジアル方向に対して傾斜させることで、不可逆減磁を抑制しながら、出力トルクの向上を図ることができる。不可逆減磁の抑制は、永久磁石Mとして、重希土類を多く含むもの等、保磁力の大きい磁石材料を用いることでも、達成することができるが、重希土類を多く含む磁石材料は、高価である場合が多い。本実施形態のように、永久磁石Mの形状と磁化方向dの効果によって、不可逆減磁を抑制できるようにすることで、不可逆減磁を避けるために必要な、永久磁石Mの保磁力(必要保磁力)を小さくすることができる。よって、永久磁石Mに重希土類を用いないようにすること、あるいはその含有量を少なく抑えることが、可能となる。すると、永久磁石Mに要するコストを抑制することができる。また、使用する永久磁石Mの厚みを小さくすることも可能となる。 In this manner, the permanent magnets M are formed in an arcuate shape that protrudes toward the radially inner side of the rotor core 11, and the magnetization direction d of the arcuate permanent magnets M is inclined with respect to the radial direction. It is possible to improve the output torque while suppressing the magnetism. Suppression of irreversible demagnetization can also be achieved by using a magnet material with a large coercive force, such as one containing a large amount of heavy rare earth elements, as the permanent magnet M, but the magnet material containing a large amount of heavy rare earth elements is expensive. often. As in the present embodiment, the coercive force of the permanent magnet M (necessary coercive force) can be reduced. Therefore, it is possible to avoid using heavy rare earth elements in the permanent magnet M, or to reduce the content thereof. Then, the cost required for the permanent magnets M can be suppressed. It is also possible to reduce the thickness of the permanent magnets M used.

ロータ10の永久磁石Mにおいて、不可逆減磁は、特に、ロータコア11の径方向に沿って外側の位置において、起こりやすい。ステータ30のコイル32に近いために、強い逆磁界が印加されやすいからである。弧形状の永久磁石Mにおいては、弧形状の端部が、ロータコア11の径方向に対して、最も外側に位置することになる。つまり、永久磁石Mの中で、弧形状の端部が、最も不可逆減磁が起こりやすい位置となっている。そこで、永久磁石Mにおいて、少なくとも弧形状の端部において、磁化方向dが、ラジアル方向に対して傾斜していれば、不可逆減磁を効果的に抑制することができる。本実施形態においては、永久磁石Mの各部の磁化方向dが、磁化焦点Fmを中心とする放射方向となっており、弧形状の端部において、ラジアル方向に対する磁化方向dの傾斜が特に大きいため、不可逆減磁を抑制する効果に優れる。 In the permanent magnets M of the rotor 10 , irreversible demagnetization is likely to occur particularly at radially outer positions of the rotor core 11 . This is because a strong reverse magnetic field is likely to be applied due to the proximity to the coils 32 of the stator 30 . In the arc-shaped permanent magnet M, the arc-shaped end is located on the outermost side with respect to the radial direction of the rotor core 11 . That is, the arc-shaped end portion of the permanent magnet M is the position where irreversible demagnetization is most likely to occur. Therefore, if the magnetization direction d of the permanent magnet M is inclined with respect to the radial direction at least at the arc-shaped end, irreversible demagnetization can be effectively suppressed. In the present embodiment, the magnetization direction d of each part of the permanent magnet M is a radial direction centered on the magnetization focus Fm, and the inclination of the magnetization direction d with respect to the radial direction is particularly large at the end of the arc shape. , excellent in the effect of suppressing irreversible demagnetization.

一方、永久磁石Mの弧形状の中央部は、ロータコア11の径方向に沿って、内側に位置するため、ステータ30のコイル32から離れており、強い逆磁界は印加されにくい。よって、永久磁石Mの弧形状の中央部においては、不可逆減磁を抑制する観点から、磁化方向dをラジアル方向に対して傾けておくことの必要性は小さい。逆に、出力トルクを高める観点から、弧形状の中央部においては、磁化方向dが、ラジアル方向に近くなっている方が好ましく、さらには、本実施形態のように、ラジアル方向に平行となっていることが好ましい。永久磁石Mから出る磁束が通過する外側表面M1に対して、磁化方向dが垂直に近い方向を向いているほど、永久磁石Mの等価断面積が大きくなり、永久磁石Mからロータコア11の径方向外側へ向かって出る磁束量が、大きくなるからである。上記のように、永久磁石Mの外形を弧形状として、表面積を大きくすることで、出力トルクを向上させられるが、その弧形状の中央部の磁化方向dをラジアル方向に向けておくことによって、さらに効果的に出力トルクを向上させることができる。 On the other hand, the central portion of the arc shape of the permanent magnet M is positioned radially inward of the rotor core 11, and thus is distant from the coil 32 of the stator 30, and is less likely to be subjected to a strong reverse magnetic field. Therefore, in the arc-shaped central portion of the permanent magnet M, there is little need to incline the magnetization direction d with respect to the radial direction from the viewpoint of suppressing irreversible demagnetization. Conversely, from the viewpoint of increasing the output torque, it is preferable that the magnetization direction d is close to the radial direction at the central portion of the arc shape. preferably. The closer the magnetization direction d is to the outer surface M1 through which the magnetic flux emitted from the permanent magnets M passes, the larger the equivalent cross-sectional area of the permanent magnets M becomes. This is because the amount of magnetic flux emitted toward the outside increases. As described above, the outer shape of the permanent magnet M is arc-shaped and the surface area is increased to improve the output torque. Output torque can be improved more effectively.

以上のように、本実施形態においては、永久磁石Mの磁化方向dが、弧形状の焦点fから外れた磁化焦点Fmを中心とする放射方向となっているため、弧形状の端部においては、ラジアル方向からの磁化方向dの傾斜が大きい一方、弧形状の中央部においては、磁化方向dがラジアル方向に平行となっている。よって、端部において起こりやすい不可逆減磁を効果的に抑制することができるとともに、中央部の磁束によって出力トルクを高める効果にも優れる。 As described above, in the present embodiment, the magnetization direction d of the permanent magnet M is a radial direction centered on the magnetization focus Fm away from the arc-shaped focus f. , the magnetization direction d has a large inclination from the radial direction, while the magnetization direction d is parallel to the radial direction in the central portion of the arc shape. Therefore, irreversible demagnetization, which tends to occur at the ends, can be effectively suppressed, and the effect of increasing the output torque by the magnetic flux at the central portion is also excellent.

後の実施例にも示すように、傾斜角αが、0°<α<90°である全域において、永久磁石がスポーク配置をとる場合よりも、減磁耐力が高くなるが、傾斜角度αを大きくするほど、つまり磁化方向dをラジアル方向から大きく傾斜させるほど、減磁耐力が向上する。一方、出力トルクは、傾斜角度αが小さいほど、大きくなる。具体的な傾斜角度αは、必要な減磁耐力と出力トルクを考慮して決定すればよいが、おおむね、20°から40°程度の領域において、出力トルクを大きく低下させることなく、減磁を効果的に抑制することができる。 As will be shown in later examples, the demagnetization proof stress is higher than when the permanent magnets are arranged in spokes over the entire range of the inclination angle α of 0°<α<90°. The greater the value, that is, the greater the inclination of the magnetization direction d from the radial direction, the greater the demagnetization resistance. On the other hand, the smaller the tilt angle α, the larger the output torque. The specific inclination angle α may be determined in consideration of the required demagnetization resistance and output torque. can be effectively suppressed.

弧形状の永久磁石Mは、ボンド磁石とすれば、簡便に形成することができる。しかし、ボンド磁石は、磁気特性が低くなりやすく、上記のように、永久磁石Mは、金属磁石より構成することが好ましい。弧形状の金属磁石は、PLP法等、焼結によって、製造することができる。本第一の実施形態においては、弧形状の各部における磁化方向dが、磁化焦点Fmを中心とした放射方向に向いており、次に説明する第二の実施形態および第三の実施形態においては、各分割域の中で、磁化が平行になっているが、磁石材料の粉末を、外部磁界によって、放射方向または平行方向に配向させた状態で焼結を行うことで、それらのような磁化方向dを有する弧形状の永久磁石Mを形成することができる。 The arc-shaped permanent magnet M can be easily formed if it is a bond magnet. However, bond magnets tend to have low magnetic properties, and as described above, the permanent magnets M are preferably made of metal magnets. Arc-shaped metal magnets can be manufactured by sintering such as the PLP method. In the first embodiment, the magnetization direction d in each arc-shaped portion is directed radially around the magnetization focus Fm. , the magnetization is parallel in each divided region, but by sintering the magnetic material powder in a state of being oriented in the radial or parallel direction by an external magnetic field, such magnetization An arc-shaped permanent magnet M can be formed with direction d.

(2)第二の形態:永久磁石が二分割されている場合
上記第一の実施形態においては、各磁極を構成する永久磁石Mが一体に連続しており、全域において、磁化方向dが、磁化焦点Fmを中心とした放射方向となっていた。これに対し、以下に説明する第二の実施形態および第三の実施形態においては、各磁極を構成する永久磁石Mが、弧形状に沿って複数の領域に分割されており、各領域における磁化方向dが、領域内で平行となっている。以下、上記第一の実施形態と異なる点を中心に説明し、共通する点については、説明を省略する。
(2) Second Embodiment: When the Permanent Magnet is Divided into Two In the first embodiment, the permanent magnets M constituting each magnetic pole are integrally continuous, and the magnetization direction d is It was a radial direction centered on the magnetization focus Fm. On the other hand, in a second embodiment and a third embodiment described below, the permanent magnet M constituting each magnetic pole is divided into a plurality of regions along the arc shape, and the magnetization in each region Direction d is parallel within the region. Hereinafter, the points different from the first embodiment will be mainly described, and the description of the common points will be omitted.

図3に、第二の実施形態にかかるロータ10の構成を示す。ここでは、永久磁石Mの分割数が2であり、1つの磁極を構成する弧形状の永久磁石Mが、2つに分割されている。つまり、分割域m1,m2を構成する2つの独立した磁石片が、共通のスロット13に、相互に隣接して埋設されている。 FIG. 3 shows the configuration of the rotor 10 according to the second embodiment. Here, the number of divisions of the permanent magnet M is two, and the arc-shaped permanent magnet M forming one magnetic pole is divided into two. In other words, the two independent magnet pieces forming the divided regions m1 and m2 are embedded in the common slot 13 adjacent to each other.

2つの分割域m1,m2のそれぞれにおいては、磁化方向dが、分割域内の全域で、平行となっている。つまり、分割域m1,m2の弧形状に沿った各位置で、それぞれ、磁化方向dが同じになっている。各分割域m1,m2の磁化方向dは、磁石中心軸Cに対して傾斜している。傾斜方向は、ロータコア11の径方向外側から内側に向かって、磁石中心軸Cから離れる方向となっている。両分割域m1,m2の大きさの比率は、特に限定されるものではないが、図示した形態では、永久磁石Mが、弧形状の中央で分割されており、両分割域m1,m2を構成する弧形状の中心角が、等しくなっている。また、2つの分割域m1,m2における磁化方向dが、磁石中心軸Cを挟んで相互に対称となっている。ここで、弧形状の端部におけるラジアル方向(永久磁石Mが半円弧形状の場合は磁石中心軸Cに直交する方向)に対して、各分割域m1,m2の磁化方向dが有する角度を、傾斜角度αと定義する(0<α<90°)。 In each of the two divided areas m1 and m2, the magnetization direction d is parallel throughout the divided area. That is, the magnetization direction d is the same at each position along the arc shape of the divided regions m1 and m2. The magnetization direction d of each divided area m1, m2 is inclined with respect to the magnet central axis C. As shown in FIG. The direction of inclination is the direction away from the magnet central axis C from the radially outer side to the inner side of the rotor core 11 . Although the ratio of the sizes of the two divided regions m1 and m2 is not particularly limited, in the illustrated embodiment, the permanent magnet M is divided at the center of the arc shape to form the two divided regions m1 and m2. The central angles of the arc shapes are equal. Also, the magnetization directions d in the two divided regions m1 and m2 are symmetrical with respect to the central axis C of the magnet. Here, the angle of the magnetization direction d of each divisional region m1, m2 with respect to the radial direction at the end of the arc (the direction perpendicular to the magnet central axis C when the permanent magnet M is semicircular) is Define the tilt angle α (0<α<90°).

本実施形態においては、2つの分割域m1,m2よりなる永久磁石Mにおいて、磁化方向dが永久磁石Mの厚み方向に向いている位置、つまり弧形状の焦点fを中心として永久磁石Mの端部から傾斜角度αだけ中心側に入った位置を除いて、全域で、磁化方向dが、ラジアル方向に対して傾斜を有している。この磁化方向dの傾斜により、永久磁石Mの不可逆減磁を抑制することができる。本実施形態の各分割域m1,m2のように、磁石片の中の全域が平行な方向に磁化した永久磁石Mは、比較的簡便に製造することができる。 In this embodiment, in the permanent magnet M composed of two divided regions m1 and m2, the magnetization direction d is directed in the thickness direction of the permanent magnet M, that is, the edge of the permanent magnet M is centered on the arc-shaped focal point f. The magnetization direction d has an inclination with respect to the radial direction over the entire area except for the position at the inclination angle .alpha. Irreversible demagnetization of the permanent magnet M can be suppressed by the inclination of the magnetization direction d. The permanent magnet M magnetized in the parallel direction over the entire area of the magnet piece can be manufactured relatively easily, like the divided areas m1 and m2 of the present embodiment.

この第二の実施形態においても、後の実施例にも示すように、傾斜角αが、0°<α<90°である全域において、スポーク配置の場合よりも、減磁耐力が高くなるが、磁化方向dの傾斜角度αを大きくするほど、減磁耐力向上の効果が大きくなる。一方、出力トルクは、α=45°を頂点として、傾斜角度αに対して山型の挙動を示す。つまり、出力トルクは、α=45°において最大となり、それよりも傾斜角度αが大きい領域および小さい領域で減少する。おおむね、α=45°±15°の領域において(30°≦α≦60°)、高出力トルクが得られる。α=45°において出力トルクが大きくなる挙動は、以下のように説明することができる。つまり、永久磁石Mの各領域において、外側表面M1から出る磁束量が大きいほど、出力トルクが大きくなるが、各領域で外側表面M1から出る磁束量は、永久磁石Mの等価断面積に比例する。永久磁石Mの各領域における等価断面積は、その領域における外側表面M1の表面積を、磁化方向dに射影したものとなる。永久磁石Mの全域における等価断面積は、各領域における値を積分したものとなるが、その積分値が最も大きくなるのは、α=45°の時である。 In this second embodiment as well, as will be shown in later examples, the demagnetization resistance is higher than in the case of the spoke arrangement in the entire range of the inclination angle α of 0°<α<90°. , the greater the inclination angle α of the magnetization direction d, the greater the effect of improving the demagnetization resistance. On the other hand, the output torque exhibits a mountain-shaped behavior with respect to the inclination angle α, with α=45° as the peak. That is, the output torque reaches a maximum at α=45° and decreases in regions where the inclination angle α is larger and smaller. In general, high output torque is obtained in the range of α=45°±15° (30°≦α≦60°). The behavior in which the output torque increases at α=45° can be explained as follows. That is, in each region of the permanent magnet M, the larger the amount of magnetic flux emitted from the outer surface M1, the greater the output torque. . The equivalent cross-sectional area in each region of the permanent magnet M is obtained by projecting the surface area of the outer surface M1 in that region onto the magnetization direction d. The equivalent cross-sectional area in the entire area of the permanent magnet M is obtained by integrating the values in each area, and the integrated value becomes maximum when α=45°.

(3)第三の形態:永久磁石が三分割されている場合
図4に、第三の実施形態にかかるロータ10の構成を示す。ここでは、永久磁石Mの分割数が3であり、1つの磁極を構成する弧形状の永久磁石Mが、3つに分割されている。つまり、分割域m1’,m2’,m3’を構成する3つの独立した磁石片が、共通のスロット13に、相互に隣接して埋設されている。永久磁石Mの弧形状に沿って、両端の位置に、端部分割域m1’,m2’が配置され、中央の位置に、中央分割域m3’が、配置されている。各分割域m1’,m2’,m3’の大きさの比率は、特に限定されるものではないが、図示した形態では、各分割域m1’,m2’,m3’を構成する弧形状の中心角が、2つの端部分割域m1’,m2’を合わせて、中央分割域m3’と等しくなっている。2つの端部分割域m1’,m2’の中心角は相互に等しく、永久磁石M全体として、磁石中心軸Cに対して対称に、分割域m1’,m2’,m3’が配置されている。永久磁石Mが半円弧形状の場合は、弧形状の中心角が、2つの端部分割域m1’,m2’で45°、中央分割域m3’で90°となっている。
(3) Third Embodiment: When the Permanent Magnet is Divided into Three FIG. 4 shows the configuration of the rotor 10 according to the third embodiment. Here, the number of divisions of the permanent magnet M is three, and the arc-shaped permanent magnet M forming one magnetic pole is divided into three. In other words, three independent magnet pieces forming the divided areas m1', m2', m3' are embedded in the common slot 13 adjacent to each other. Along the arc shape of the permanent magnet M, end division regions m1' and m2' are arranged at both ends, and a central division region m3' is arranged at the center position. Although the ratio of the sizes of the divided areas m1′, m2′, and m3′ is not particularly limited, in the illustrated embodiment, the arc-shaped centers of the divided areas m1′, m2′, and m3′ The corners of the two end segments m1', m2' together are equal to the central segment m3'. The central angles of the two end divisions m1' and m2' are equal to each other, and the divisions m1', m2' and m3' are arranged symmetrically with respect to the magnet center axis C as the permanent magnet M as a whole. . When the permanent magnet M has a semicircular arc shape, the central angle of the arc is 45° in the two end divisions m1′ and m2′ and 90° in the central division m3′.

3つの分割域m1’,m2’,m3’のそれぞれにおいては、磁化方向dが、分割域内の全域で、平行となっている。ここで、中央分割域m3’における磁化方向dが、2つの端部分割域m1’,m2’における磁化方向dよりも、磁石中心軸Cに対する傾斜が小さくなっている。好ましくは、図示したように、中央分割域m3’の磁化方向dは、磁石中心軸Cに対して、平行となっている。一方、2つの端部分割域m1’,m2’の磁化方向dは、磁石中心軸Cに対して傾斜している。傾斜方向は、ロータコア11の径方向外側から内側に向かって、磁石中心軸Cから離れる方向となっている。また、2つの端部分割域m1’,m2’における磁化方向dは、磁石中心軸Cを挟んで、相互に対称となっている。ここで、弧形状の端部におけるラジアル方向(永久磁石Mが半円弧形状の場合は磁石中心軸Cに直交する方向)に対して、端部分割域m1’,m2’の磁化方向dが有する角度を、傾斜角度αと定義する(0<α<90°)。 In each of the three divided areas m1', m2', m3', the magnetization direction d is parallel throughout the divided area. Here, the magnetization direction d in the central divisional region m3' has a smaller inclination with respect to the magnet center axis C than the magnetization direction d in the two end divisional regions m1' and m2'. Preferably, the magnetization direction d of the central segment m3' is parallel to the magnet central axis C, as shown. On the other hand, the magnetization directions d of the two end divisions m1' and m2' are inclined with respect to the central axis C of the magnet. The direction of inclination is the direction away from the magnet central axis C from the radially outer side to the inner side of the rotor core 11 . The magnetization directions d in the two end division regions m1' and m2' are symmetrical with respect to each other with the central axis C of the magnet interposed therebetween. Here, the magnetization direction d of the end division regions m1′ and m2′ has the radial direction at the arc-shaped end (the direction perpendicular to the magnet center axis C when the permanent magnet M is semicircular). The angle is defined as the tilt angle α (0<α<90°).

2つの端部分割域m1’,m2’においては、磁化方向dが永久磁石Mの厚み方向に向いている位置を除いて、全域で、磁化方向dが、ラジアル方向に対して傾斜を有している。この磁化方向dの傾斜により、永久磁石Mの不可逆減磁を抑制することができる。一方、中央分割域m3’においては、磁化方向dが磁石中心軸Cに平行になっており、少なくとも、磁石中心軸C上に存在する弧形状の中央の位置において、磁化方向dがラジアル方向に平行となっている。磁石中心軸C上を外れた位置でも、磁化方向dは、ラジアル方向に近いものとなっている。上記第一の形態について説明したように、永久磁石Mの弧形状の中央部近傍では、不可逆減磁が起こりにくいのに対し、磁化のラジアル方向の成分が、磁束量の増大に効果を有する。よって、本実施形態においても、中央分割域m3’において、磁化方向dが、ラジアル方向に一致または近接していることで、磁束量を大きくし、出力トルクの向上に効果的に寄与させることができる。 In the two end segments m1' and m2', the magnetization direction d has an inclination with respect to the radial direction over the entire area except for the position where the magnetization direction d is directed in the thickness direction of the permanent magnet M. ing. Irreversible demagnetization of the permanent magnet M can be suppressed by the inclination of the magnetization direction d. On the other hand, in the central divided region m3′, the magnetization direction d is parallel to the magnet central axis C, and at least at the central position of the arc shape existing on the magnet central axis C, the magnetization direction d is radial. parallel. Even at a position off the magnet center axis C, the magnetization direction d is close to the radial direction. As described in the first mode, irreversible demagnetization is less likely to occur in the vicinity of the central portion of the arc shape of the permanent magnet M, whereas the radial component of magnetization has the effect of increasing the amount of magnetic flux. Therefore, also in the present embodiment, the magnetization direction d in the central divided region m3′ is aligned with or close to the radial direction, thereby increasing the amount of magnetic flux and effectively contributing to the improvement of the output torque. can.

本第三の実施形態においては、後の実施例にも示すように、磁化方向dの傾斜角度αが大きくなるほど、減磁耐力が高くなる。特に、おおむねαが20°以上の領域で、スポーク配置の場合よりも、減磁耐力が高くなる。一方、出力トルクは、α=20°付近で最大で、それよりも傾斜角度αが小さい領域および大きい領域で減少する、山型の挙動を示す。おおむね、20°≦α≦40°の領域において、高出力トルクが得られる。 In the third embodiment, the demagnetization proof stress increases as the inclination angle α of the magnetization direction d increases, as shown in the examples below. In particular, in the region where α is approximately 20° or more, the demagnetization resistance is higher than in the case of the spoke arrangement. On the other hand, the output torque exhibits peak-shaped behavior, which is maximum near α=20° and decreases in regions where the inclination angle α is smaller and larger. In general, high output torque is obtained in the range of 20°≦α≦40°.

上記で説明した各実施形態においては、永久磁石Mの形状を、単純な円弧形状としており、各部で厚みが一定になっている。しかし、各部の厚みに分布を形成してもよい。例えば、第二の実施形態の2つの分割域m1,m2および第三の実施形態の2つの端部分割域m1’,m2’においては、磁化方向dが厚み方向に向いている位置において、不可逆減磁が起こりやすいので、そのような位置の厚みを、他の部位よりも大きくし、減磁抑制効果を高めることが考えられる。そのように、弧形状の中途部が厚くなった形状として、弧形状の内弧(外側表面M1)の曲率半径を外弧の曲率半径よりも大きくした、ブーメラン形状を挙げることができる。 In each embodiment described above, the shape of the permanent magnet M is a simple circular arc shape, and the thickness is constant at each portion. However, a distribution may be formed in the thickness of each portion. For example, in the two divided regions m1 and m2 of the second embodiment and the two end divided regions m1′ and m2′ of the third embodiment, irreversible Since demagnetization is likely to occur, it is conceivable to make the thickness of such a portion larger than that of other portions to enhance the demagnetization suppressing effect. A boomerang shape in which the radius of curvature of the inner arc (outer surface M1) of the arc shape is larger than the radius of curvature of the outer arc can be given as an example of such an arc shape with a thicker middle portion.

以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。ここでは、シミュレーションを用いて、上記で説明した3つの実施形態のそれぞれについて、減磁耐力とトルク特性を評価した。 The present invention will be described in detail below using examples. Here, simulation was used to evaluate demagnetization resistance and torque characteristics for each of the three embodiments described above.

[解析方法]
ロータのモデルとして、以下の3種を作成した。
・無分割型:図1,2に示した上記第一の実施形態のロータとした。永久磁石が分割されておらず、全域において、磁化方向が、磁化焦点Fmを中心とする放射方向となっている。
・2分割型:図3に示した上記第二の実施形態のロータとした。永久磁石が2つに分割されており、それぞれの分割域内において、磁化方向が平行となっている。
・3分割型:図4に示した上記第三の実施形態のロータとした。永久磁石が3つに分割されており、それぞれの分割域内において、磁化方向が平行となっている。
[analysis method]
The following three types of rotor models were created.
- Undivided type: The rotor of the first embodiment shown in FIGS. The permanent magnet is not divided, and the magnetization direction is radial around the magnetization focus Fm over the entire area.
2-split type: The rotor of the second embodiment shown in FIG. 3 is used. The permanent magnet is divided into two, and the magnetization directions are parallel within each divided area.
- Three-split type: The rotor of the third embodiment shown in FIG. The permanent magnet is divided into three, and the magnetization directions are parallel within each divided area.

いずれのモデルにおいても、磁化方向の傾斜角度αを変化させながら、シミュレーションを行った。上記で説明したとおり、各実施形態において、傾斜角度αは、0°<α<90°の範囲にあるが、シミュレーションは、α≦0°の領域についても行った。無分割型のロータについては、α<0°の領域においては、磁化焦点Fmが円弧形状の焦点fよりも内側に存在し、磁化方向が、ロータコアの径方向外側から内側に向かって磁石中心軸に近づく方向に傾斜する。2分割型および3分割型ロータにおいても、α<0°の領域においては、分割域m1,m2,m1’,m2’における磁化方向が、ロータコアの径方向外側から内側に向かって磁石中心軸に近づく方向に傾斜する。 In any model, the simulation was performed while changing the inclination angle α of the magnetization direction. As described above, in each embodiment, the inclination angle α is in the range of 0°<α<90°, but the simulation was also performed in the region of α≦0°. In the non-divided rotor, in the region of α<0°, the magnetization focus Fm exists inside the arc-shaped focus f, and the magnetization direction is the magnet center axis from the radial outside to the inside of the rotor core. tilts toward In the two-segmented and three-segmented rotors, the magnetization directions in the segmented regions m1, m2, m1′, and m2′ are aligned with the magnet center axis from the radially outer side to the inner side of the rotor core in the region where α<0°. Tilt in the direction of approach.

上記3種のモデルと比較するために、ラジアル配向型およびスポーク型のロータのモデルも作成した。ラジアル配向型は、上記無分割型ロータにおいて、α=0°とした形態に相当する。スポーク型モデルにおいては、断面長方形の永久磁石を、ロータの径方向に沿って放射状に配置した。特許文献1のような不均一な保磁力の分布は設けていない。上記3種のモデルと、ラジアル配向型モデルおよびスポーク型モデルで、減磁耐力およびトルク特性を比較できるように、永久磁石の表面積を揃えておいた。 Models of radially oriented and spoked rotors were also constructed for comparison with the above three models. The radial orientation type corresponds to a form in which α=0° in the undivided rotor. In the spoke-type model, permanent magnets with rectangular cross sections were arranged radially along the radial direction of the rotor. A non-uniform distribution of coercive force as in Patent Document 1 is not provided. In order to compare the demagnetization resistance and torque characteristics of the above three models, the radial orientation model and the spoke model, the surface areas of the permanent magnets were made uniform.

上記各モデルのロータに対して、永久磁石の保磁力を変化させながら、磁石内減磁率とトルク特性を解析した。シミュレーションは、有限要素法(FEM)を用いた電磁界解析によって行った。磁石内減磁率の解析においては、ステータのコイルに450%定格電流(定格電流の4.5倍の電流)を通電した際の誘起電圧の減少率を、減磁率として評価した。さらに、後に説明するEMF減少率を2.0%以下とするために必要な永久磁石の保磁力を、必要保磁力とした。出力トルクの解析においては、300%定格電流(定格電流の3倍の電流)を通電した際に、出力されるトルクの大きさを評価した。 The magnet demagnetization rate and torque characteristics were analyzed while changing the coercive force of the permanent magnets for the rotors of the above models. The simulation was performed by electromagnetic field analysis using the finite element method (FEM). In the analysis of the magnet demagnetization rate, the reduction rate of the induced voltage when 450% rated current (4.5 times the rated current) was applied to the stator coil was evaluated as the demagnetization rate. Furthermore, the coercive force of the permanent magnet required to reduce the EMF reduction rate to 2.0% or less, which will be described later, is defined as the required coercive force. In the analysis of output torque, the magnitude of torque output when 300% rated current (three times the rated current) was applied was evaluated.

シミュレーションに用いたパラメータを、下の表1にまとめる。 The parameters used for the simulation are summarized in Table 1 below.

Figure 0007177442000001
Figure 0007177442000001

[解析結果]
(1)減磁率の空間分布
図5(a),(b)および図6(a),(b)に、それぞれ、ラジアル配向、無分割型(α=40°)、2分割型(α=45°)、3分割型(α=45°)の場合について、磁石内減磁率の空間分布を示す。永久磁石の保磁力は、それぞれ、850kA/m,750kA/m,650kA/mの3とおりとしている。
[Analysis result]
(1) Spatial distribution of demagnetization rate Figs. 5(a), (b) and Figs. 45°) and three-part type (α=45°). The coercive force of the permanent magnet is 850 kA/m, 750 kA/m, and 650 kA/m.

まず、図5(a)のラジアル配向における空間分布を見ると、図の上部に位置する、永久磁石の円弧形状の端部(領域a)において、減磁率が大きくなっている。これは、円弧形状の端部の位置は、ロータコアの最も外周側に位置し、ステータに近いため、コイルからの磁界による逆磁界が大きく作用することによるものである。最も保磁力の大きい850kA/mの場合でも、端部において、100%に近い減磁率が観測されており、保磁力850kA/mの永久磁石を用いても、不可逆減磁を十分に防ぐことができない。さらに、永久磁石の保磁力が低くなるほど、減磁率が大きくなっており、最も小さい650kA/mの場合には、永久磁石のほぼ全域が減磁を起こしている。 First, looking at the spatial distribution in the radial orientation of FIG. 5(a), the demagnetization rate is large at the arc-shaped end (area a) of the permanent magnet located in the upper part of the figure. This is because the end of the arc shape is located on the outermost side of the rotor core and close to the stator, so that the reverse magnetic field due to the magnetic field from the coil acts greatly. Even in the case of the highest coercive force of 850 kA/m, a demagnetization rate close to 100% was observed at the end. Can not. Furthermore, the lower the coercive force of the permanent magnet, the greater the demagnetization rate. At the smallest coercive force of 650 kA/m, almost the entire permanent magnet is demagnetized.

次に、図5(b)の無分割型で磁化方向をラジアル方向からずらした場合の結果を見ると、保磁力が850kA/mおよび750kA/mの場合には、永久磁石の全域において、減磁がほぼ起こっていない。つまり、ラジアル配向の場合と比べて、減磁耐力が上がっており、ラジアル配向の場合よりも、保磁力の低い永久磁石を用いても、減磁を十分に抑制できることが分かる。保磁力が最も低い650kA/mの場合には、図の上部に位置する円弧形状の端部(領域a)で、減磁率が上がっているが、その大きさは、図5(a)のラジアル配向の場合よりは、顕著に小さくなっている。また、保磁力650kA/mの場合には、円弧形状の中央部近傍(領域b)で、減磁が起こるようになっている。円弧形状の中央部近傍(領域b)では、磁化方向が、ロータコアの径方向またはそれに近い方向となっており、ラジアル方向と一致または近接している。そのために、減磁が防ぎきれなくなっているものと解釈される。 Next, looking at the result of the case where the magnetization direction is shifted from the radial direction in the undivided type shown in FIG. Almost no magnetism occurs. In other words, the demagnetization resistance is higher than in the case of radial orientation, and it can be seen that demagnetization can be sufficiently suppressed even when using permanent magnets with lower coercive force than in the case of radial orientation. In the case of the lowest coercive force of 650 kA/m, the demagnetization factor increases at the arc-shaped end (area a) located in the upper part of the figure, but its magnitude is the same as the radial It is significantly smaller than in the case of orientation. Further, in the case of a coercive force of 650 kA/m, demagnetization occurs in the vicinity of the arc-shaped central portion (region b). In the vicinity of the central portion (region b) of the arc shape, the magnetization direction is the radial direction of the rotor core or a direction close to it, and coincides with or is close to the radial direction. Therefore, it is interpreted that demagnetization cannot be completely prevented.

さらに、図6(a)の2分割型の結果を見ると、保磁力が850kA/mおよび750kA/mの場合には、2つの分割域の間の接合部を除いて、永久磁石の全域において、減磁がほぼ起こっていない。つまり、無分割型の場合と同様、ラジアル配向の場合よりも、減磁耐力が上がっていることが分かる。保磁力が最も低い650kA/mの場合には、永久磁石の減磁が起こるようになっている。しかし、図の上部に位置する永久磁石全体としての端部(領域a)の減磁率は、図5(a)のラジアル配向の場合よりも、小さくなっている。 Furthermore, looking at the results of the two-part type in FIG. 6(a), when the coercive force is 850 kA/m and 750 kA/m, , almost no demagnetization occurs. In other words, as in the case of the undivided type, it can be seen that the demagnetization resistance is higher than in the case of radial orientation. At the lowest coercive force of 650 kA/m, demagnetization of the permanent magnet occurs. However, the demagnetization rate of the end (area a) of the permanent magnet as a whole located in the upper part of the figure is smaller than in the case of radial orientation in FIG. 5(a).

保磁力650kA/mの場合には、永久磁石全体としての円弧形状の端部(領域a)に加え、各分割域の中途部(領域c)でも、減磁が起こっている。各分割域の中途部の減磁が起こっている領域(領域c)は、永久磁石全体としての円弧形状の両端から、円弧形状の焦点(f)に対して、45°内側に入った領域を中心に分布している。つまり、磁化方向αに対応する角度領域において、減磁が起こっている。この領域(領域c)においては、磁化方向が、永久磁石の厚み方向、つまりラジアル方向に一致または近接しており、ステータのコイルからの逆磁界が大きくなるためであると解釈される。傾斜角αを45°以外とした場合についても、永久磁石全体としての両端から、円弧形状の焦点(f)に対して、傾斜角度αに等しい角度だけ内側に入った領域(領域c)を中心に、減磁が起こりやすい傾向が確認された。 In the case of a coercive force of 650 kA/m, demagnetization occurs not only at the arc-shaped end portion (region a) of the permanent magnet as a whole, but also at the middle portion (region c) of each divided region. The region (region c) where demagnetization occurs in the middle of each divided region is the region that is 45° inside the focus (f) of the circular arc from both ends of the circular arc as the entire permanent magnet. centrally distributed. That is, demagnetization occurs in the angular region corresponding to the magnetization direction α. In this region (region c), the direction of magnetization coincides with or is close to the thickness direction of the permanent magnet, that is, the radial direction, and it is interpreted that the opposite magnetic field from the stator coils is large. Even when the inclination angle α is set to other than 45°, the center is the area (area c) that is located inside the arc-shaped focal point (f) from both ends of the permanent magnet by an angle equal to the inclination angle α. In addition, it was confirmed that demagnetization tends to occur easily.

最後に、図6(b)の3分割型の結果を見ると、保磁力が850kA/mおよび750kA/mの場合には、3つの分割域の間の接合部を除いて、永久磁石の全域において、減磁がほぼ起こっていない。つまり、無分割型および2分割型の場合と同様、ラジアル配向の場合よりも、減磁耐力が上がっていることが分かる。保磁力が最も低い650kA/mの場合には、永久磁石の減磁が起こるようになっている。しかし、図の上部に位置する円弧形状の端部の減磁率は、図5(a)のラジアル配向の場合よりも、小さくなっている。 Finally, looking at the 3-part results in FIG. 6(b), for coercive forces of 850 kA/m and 750 kA/m, the entire area of the permanent magnet is , almost no demagnetization occurs. In other words, it can be seen that the demagnetization resistance is higher than in the case of the radial orientation, as in the case of the non-split type and the two-split type. At the lowest coercive force of 650 kA/m, demagnetization of the permanent magnet occurs. However, the demagnetization factor of the arc-shaped end portion located in the upper part of the figure is smaller than in the case of radial orientation in FIG. 5(a).

保磁力650kA/mの場合には、永久磁石全体としての円弧形状の端部(領域a)に加え、その円弧形状の両端部から、円弧形状の焦点(f)に対して、45°内側に入った位置を中心とする領域(領域c)でも、減磁が起こっている。この領域(領域c)は、永久磁石全体としての円弧形状の両端から、円弧形状の焦点(f)に対して、傾斜角度αに等しい角度だけ内側に入った領域に対応しているが、図示した傾斜角度α=45°の形態においては、その領域(領域c)が、端部分割域と中央分割域の境界と一致している。保磁力650kA/mの場合には、さらに、中央分割域の中央部(領域d)でも、減磁率の上昇が起こっている。これら、永久磁石全体としての円弧形状の両端から傾斜角度αに等しい角度だけ内側に入った領域(領域c)、および中央分割域の中央部(領域d)においては、ともに、磁化方向が、永久磁石の厚み方向、つまりラジアル方向に一致または近接しており、ステータのコイルからの逆磁界が大きくなるため、減磁率が大きくなると解釈される。α=45°以外の場合についても、永久磁石全体としての円弧形状の端部から、円弧形状の焦点(f)に対して、傾斜角度αに等しい角度だけ内側に入った領域(領域c)、および中央分割域の中央部(領域d)において、減磁率が大きくなる傾向が見られた。ただし、α>45°の場合には、端部分割域の中心角(45°)が傾斜角度αを上回るため、永久磁石全体としての円弧形状の端部から、傾斜角度αに等しい角度だけ内側に入った位置が、端部分割域ではなく、中央分割域の中に存在することになり、磁化方向が厚み方向に一致しないので、その位置で減磁が起こりやすくなる挙動は見られない。つまり、領域cに相当する減磁率の高い領域は、形成されない。 In the case of a coercive force of 650 kA/m, in addition to the arc-shaped end (region a) of the permanent magnet as a whole, from both ends of the arc-shaped to the arc-shaped focus (f), 45 ° inward Demagnetization also occurs in a region (region c) centered on the entry position. This region (region c) corresponds to a region that is located inside the arc-shaped focus (f) from both ends of the arc-shaped permanent magnet as a whole by an angle equal to the inclination angle α. In the configuration with the inclination angle α=45°, the region (region c) coincides with the boundary between the end segment and the central segment. In the case of a coercive force of 650 kA/m, the demagnetization rate also increases in the central portion (region d) of the central divisional region. In the region (region c) inside the arc-shaped end of the permanent magnet as a whole by an angle equal to the inclination angle α, and in the central portion (region d) of the central divided region, the magnetization direction is permanent. It is interpreted that the thickness direction of the magnet, that is, the radial direction, coincides with or is close to the magnet, and the reverse magnetic field from the stator coil increases, so the demagnetization rate increases. Also for cases other than α = 45°, a region (region c) that is located inside the arc-shaped focus (f) from the arc-shaped end of the permanent magnet as a whole by an angle equal to the inclination angle α, and in the central portion (region d) of the central divided region, the demagnetization rate tended to increase. However, when α > 45°, the central angle (45°) of the end segment exceeds the inclination angle α, so that the angle equal to the inclination angle α Since the position where the line enters is not in the end divisional region but in the central divisional region, and the magnetization direction does not match the thickness direction, no behavior that makes demagnetization likely to occur at that position is observed. That is, a region with a high demagnetization rate corresponding to region c is not formed.

図7に、2分割型の場合について、5通りの傾斜角度αに対して、各磁石保磁力で得られたEMF減少率を示す。EMF減少率とは、減磁試験前後における、誘起電圧(EMF)の基本波振幅の減少割合を表したものである。図7によると、全ての傾斜角度αにおいて、永久磁石の保磁力が上がるほど、EMF減少率が小さくなっている。つまり、減磁が起こりにくくなっている。また、おおむね、傾斜角度αが大きくなるほど、EMF減少率が小さくなっており、減磁耐力が向上している。掲載は省略するが、無分割型および3分割型の場合にも、これらの傾向が得られている。 FIG. 7 shows the EMF reduction rate obtained for each magnet coercive force with respect to five inclination angles α in the case of the two-split type. The EMF reduction rate represents the reduction rate of the fundamental wave amplitude of the induced voltage (EMF) before and after the demagnetization test. According to FIG. 7, at all tilt angles α, the higher the coercive force of the permanent magnet, the smaller the EMF reduction rate. That is, demagnetization is less likely to occur. In general, the larger the inclination angle α, the smaller the EMF reduction rate, and the better the demagnetization resistance. Although not shown, these tendencies are also obtained for the non-divided type and the three-divided type.

図7中に破線で示すように、EMF減少率が2.0%の目標値よりも小さくなる(グラフの下側となる)磁石保磁力を、減磁の抑制に要求される必要保磁力Hcとして、傾斜角度αごとに求めたものを、図8(a)に示している。無分割型および3分割型についても、同様に必要保磁力を求め、同図中に表示している。図8(a)には、スポーク型の磁石配置をとる場合について、同様に求めた必要保磁力のレベル(860kA/m)も、表示している。必要保磁力が低いほど、減磁耐力が高く、保磁力の小さい永久磁石を用いても、減磁の影響を十分に小さく抑えられることになる。 As indicated by the dashed line in FIG. 7, the magnet coercive force at which the EMF reduction rate becomes smaller than the target value of 2.0% (at the bottom of the graph) is the required coercive force Hc required to suppress demagnetization. , obtained for each inclination angle α are shown in FIG. 8(a). The required coercive force was similarly determined for the undivided type and the three-divided type, and is shown in the figure. FIG. 8(a) also shows the required coercive force level (860 kA/m) obtained in the same manner for the case of adopting the spoke-type magnet arrangement. The lower the required coercive force, the higher the demagnetization resistance. Even if a permanent magnet with a small coercive force is used, the influence of demagnetization can be sufficiently suppressed.

図8(a)によると、無分割型、2分割型、3分割型のいずれにおいても、傾斜角度αが大きくなるほど、必要保磁力が低くなっている。つまり、減磁耐力が上がっている。無分割型および2分割型については、α>0°の全域で、3分割型については、おおむねα≧20°の領域で、必要保磁力が、スポーク型の場合よりも小さくなっており、減磁耐力がスポーク型の場合を上回っている。なお、ラジアル配向型に相当する、無分割型でα=0°とした場合には、必要保磁力は、スポーク型の場合とほぼ同じとなっている。 According to FIG. 8A, the required coercive force decreases as the inclination angle α increases in all of the non-divided type, the two-divided type, and the three-divided type. That is, the demagnetization resistance is increased. The required coercive force is smaller than that of the spoke type in the entire range of α>0° for the non-split type and the two-split type, and in the range of α≧20° for the three-split type. The magnetic resistance is higher than that of the spoke type. In the non-divided type, which corresponds to the radial orientation type, with α=0°, the required coercive force is almost the same as that of the spoke type.

さらに、図8(b)に、各形態について、300%定格電流通電時の出力トルクT300を示す。図では、スポーク型の磁石配置をとる場合に見積もられる出力トルクを1として、規格化した値を示している。 Furthermore, FIG. 8(b) shows the output torque T300 when 300% rated current is applied for each form. In the figure, normalized values are shown, assuming that the output torque estimated in the case of adopting the spoke-type magnet arrangement is 1.

図8(b)によると、無分割型、2分割型、3分割型のいずれの場合にも、傾斜角度αのほぼ全域で、スポーク型の場合を上回る出力トルクが得られている。しかし、傾斜角度αに対する出力トルクの挙動は、3つの形態で異なっている。 According to FIG. 8(b), in any of the non-split type, the 2-split type, and the 3-split type, an output torque exceeding that of the spoke type is obtained over almost the entire range of the inclination angle α. However, the behavior of the output torque with respect to the inclination angle α differs in the three modes.

無分割型の場合には、α=0°で最も出力トルクが大きく、スポーク型に対して32.6%向上している。αが0°を離れて大きくなるにつれ、出力トルクは、小さくなっている。おおむね、20°≦α≦40°の領域において、α=0°の時の最大値から出力トルクが大きくは低下していない。一方で、図8(a)を見ると、20°≦α≦40°の領域においては、α=0°の場合よりも、必要保磁力が大きく低減されている。よって、無分割型の場合には、特に、20°≦α≦40°とすることで、不可逆減磁の抑制と出力トルクの向上を両立しやすいと言える。 In the case of the undivided type, the output torque is the largest at α=0°, which is 32.6% higher than that of the spoke type. As α becomes larger away from 0°, the output torque becomes smaller. In general, in the region of 20°≦α≦40°, the output torque does not significantly decrease from the maximum value when α=0°. On the other hand, as shown in FIG. 8(a), in the region of 20°≦α≦40°, the required coercive force is much lower than in the case of α=0°. Therefore, in the case of the undivided type, it can be said that it is easy to achieve both suppression of irreversible demagnetization and improvement of output torque by setting 20°≦α≦40°.

2分割型の場合には、図8(b)で、α=45°において、最も出力トルクが大きくなっている。その値は、スポーク型に対して25.4%高いものとなっている。傾斜角度αが45°よりも大きい領域および小さい領域では、ほぼ対称に、出力トルクが低下している。おおむね、α=45°±15°の領域で、傾斜角度αに対する出力トルクの変化が小さく、安定して大きな出力トルクが得られている。また、図8(a)を見ると、α=45°±15°の領域では、必要保磁力が十分に低減されている。この領域においては、領域内での必要保磁力の変化量も小さくなっている。これらの結果より、2分割型の場合には、特に、30°≦α≦65°とすることで、不可逆減磁の抑制と出力トルクの向上を両立しやすいと言える。 In the case of the two-split type, the maximum output torque is obtained at α=45° in FIG. 8(b). The value is 25.4% higher than the spoke type. The output torque decreases almost symmetrically in the regions where the inclination angle α is greater than 45° and where it is smaller than 45°. Generally, in the region of α=45°±15°, the change in the output torque with respect to the inclination angle α is small, and a large output torque is stably obtained. Further, as can be seen from FIG. 8(a), the required coercive force is sufficiently reduced in the region of α=45°±15°. In this region, the amount of change in required coercive force within the region is also small. From these results, it can be said that, in the case of the two-split type, it is easy to achieve both suppression of irreversible demagnetization and improvement of output torque by setting 30°≦α≦65°.

3分割型の場合には、図8(b)で、α=20°において、最も出力トルクが大きくなっている。その値は、スポーク型に対して27.8%高いものとなっている。傾斜角度αが20°よりも大きい領域および小さい領域では、ほぼ対称に、出力トルクが低下している。おおむね、α=20°±20°の領域で、傾斜角度αに対する出力トルクの変化が小さく、安定して大きな出力トルクが得られている。一方、図8(a)を見ると、α≧20°の領域で、必要保磁力がスポーク型の場合よりも小さくなっている。これらの結果より、3分割型の場合には、特に、20°≦α≦40°とすることで、不可逆減磁の抑制と出力トルクの向上を両立しやすいと言える。 In the case of the three-split type, in FIG. 8(b), the output torque is maximized at α=20°. The value is 27.8% higher than the spoke type. The output torque decreases substantially symmetrically in the region where the inclination angle α is larger than 20° and the region where the inclination angle α is smaller than 20°. In general, in the region of α=20°±20°, the change in the output torque with respect to the inclination angle α is small, and a large output torque is stably obtained. On the other hand, FIG. 8A shows that the required coercive force is smaller than that of the spoke type in the region of α≧20°. From these results, it can be said that, in the case of the three-split type, it is particularly easy to achieve both suppression of irreversible demagnetization and improvement of output torque by setting 20°≦α≦40°.

3つの形態を比較した場合に、最も大きな出力トルクが得られるという意味では、無分割型が優れていると言える。出力トルクの大きさという点で、次に優れているのは、3分割型である。しかし、図8(b)に示されるように、いずれの形態においても、傾斜角度αを大きくするほど、減磁耐力が高くなっており、出力トルクの極大点が、減磁耐力が十分に高くなった傾斜角度αが大きい領域に存在している方が、出力トルクの向上を減磁耐力の向上と両立する観点から、有利である。その観点からは、2分割型において、30°≦α≦65°、特にα=45°とする形態が優れていると言える。 It can be said that the undivided type is superior in the sense that the largest output torque can be obtained when the three types are compared. The next best in terms of output torque is the three-split type. However, as shown in FIG. 8B, in any form, the larger the inclination angle α, the higher the demagnetization resistance. It is advantageous from the viewpoint of achieving both an improvement in output torque and an improvement in demagnetization resistance. From this point of view, it can be said that in the two-split type, the configuration in which 30°≦α≦65°, particularly α=45°, is excellent.

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。例えば、永久磁石の弧形状に沿って、4つ以上の分割域に分割することも可能であり、その場合には、円弧形状に沿って端に位置する分割域ほど、ラジアル方向に対する傾斜角度、また磁石中心軸に対する傾斜角度を大きくして、磁化方向を設定すればよい。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications are possible without departing from the gist of the present invention. For example, it is possible to divide the permanent magnet into four or more divided areas along the arc shape. Alternatively, the magnetization direction may be set by increasing the angle of inclination with respect to the central axis of the magnet.

1 モータ(回転電気機械)
10 ロータ(永久磁石回転子)
11 ロータコア
13 スロット
30 ステータ(固定子)
50 エアギャップ
C 磁石中心軸
f 弧形状の焦点
Fm 磁化焦点
M 永久磁石
M1 永久磁石の外側表面
m1,m2 2分割の場合の分割域
m1’,m2’ 3分割の場合の端部分割域
m3’ 3分割の場合の中央分割域
1 motor (rotary electrical machine)
10 rotor (permanent magnet rotor)
11 rotor core 13 slot 30 stator (stator)
50 Air gap C Magnet center axis f Arc-shaped focus Fm Magnetization focus M Permanent magnet M1 Outer surface of permanent magnet m1, m2 Divided areas m1′, m2′ in the case of two divisions End division area m3′ in the case of three divisions Central division in case of 3 divisions

Claims (13)

ロータコアと、前記ロータコアに埋設され、磁極を構成する複数の永久磁石とを有する永久磁石回転子において、
前記ロータコアの回転軸に直交する断面において、前記永久磁石は、それぞれ前記ロータコアの径方向内側に向かって凸の弧形状を有し、かつ、
前記磁極のそれぞれを構成する前記永久磁石が、前記弧形状に沿って複数の分割域に分割されており、
前記永久磁石の磁化方向は、前記弧形状に沿って少なくとも一部の部位において、前記弧形状の焦点を中心とする放射方向に対して、傾斜しており、かつ、
前記分割域のそれぞれにおける前記永久磁石の磁化方向が、該分割域の中で平行となっており
前記弧形状に沿って両端に位置する前記分割域において、前記永久磁石は、前記弧形状の焦点を中心とする放射方向に沿った厚みが一定になっているか、前記磁化方向が前記厚み方向に向いている位置において、他の部位よりも厚みが大きくなっている、永久磁石回転子。
A permanent magnet rotor having a rotor core and a plurality of permanent magnets embedded in the rotor core and forming magnetic poles,
In a cross section orthogonal to the rotation axis of the rotor core, each of the permanent magnets has an arcuate shape that protrudes radially inward of the rotor core, and
the permanent magnets constituting each of the magnetic poles are divided into a plurality of divided regions along the arc shape;
The magnetization direction of the permanent magnet is inclined in at least a part along the arc with respect to a radial direction centered on the focus of the arc , and
the magnetization directions of the permanent magnets in each of the divided areas are parallel within the divided area ;
In the divided areas located at both ends along the arc shape, the permanent magnet has a constant thickness along the radial direction centering on the focus of the arc shape, or the magnetization direction is in the thickness direction. A permanent magnet rotor that is thicker at the facing locations than elsewhere .
前記永久磁石の磁化方向は、少なくとも前記弧形状の端部において、前記弧形状の焦点を中心とする放射方向に対して、傾斜している、請求項1に記載の永久磁石回転子。 2. The permanent magnet rotor according to claim 1, wherein the magnetization directions of the permanent magnets are inclined, at least at the ends of the arc, with respect to radial directions about the focal point of the arc. 前記永久磁石の磁化方向は、前記弧形状に沿った中央部において、前記弧形状の焦点を中心とする放射方向と平行となっている、請求項1または2に記載の永久磁石回転子。 3. The permanent magnet rotor according to claim 1, wherein the magnetization direction of said permanent magnets is parallel to a radial direction centering on said arc-shaped focal point at a central portion along said arc-shaped portion. 前記磁極全体として、前記永久磁石は、半円弧形状である、請求項1から3のいずれか1項に記載の永久磁石回転子。 4. The permanent magnet rotor according to any one of claims 1 to 3, wherein the permanent magnets as a whole of the magnetic poles have a semi-arc shape. 前記分割域のそれぞれにおいて、前記永久磁石は、円弧形状を有する、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の永久磁石回転子。5. The permanent magnet rotor according to any one of claims 1 to 4, wherein in each of said divided areas, said permanent magnet has an arc shape. 前記弧形状に沿って両端に位置する前記分割域において、前記永久磁石は、前記弧形状の内弧の曲率半径が外弧の曲率半径よりも大きくなった形状を有することにより、前記磁化方向が前記厚み方向に向いている位置において、他の部位よりも厚みが大きくなっている、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の永久磁石回転子。In the divided areas located at both ends along the arc shape, the permanent magnet has a shape in which the radius of curvature of the inner arc of the arc shape is larger than the radius of curvature of the outer arc, so that the magnetization direction is 4. The permanent magnet rotor according to any one of claims 1 to 3, wherein the thickness of the position facing the thickness direction is larger than that of other portions. 前記分割域の分割数は2であり、
前記弧形状の焦点を通り前記ロータコアの径方向に沿って延びる軸を磁石中心軸として、
2つの前記分割域における磁化方向は、前記ロータコアの径方向外側から内側に向かって前記磁石中心軸から離れる方向に傾斜しており、前記磁石中心軸に対して相互に対称になっている、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の永久磁石回転子。
The division number of the division area is 2,
With the axis passing through the arc-shaped focus and extending along the radial direction of the rotor core as the central axis of the magnet,
The magnetization directions in the two divided regions are inclined in a direction away from the magnet central axis from the radial outer side to the inner side of the rotor core, and are symmetrical with respect to the magnet central axis . A permanent magnet rotor according to any one of claims 1 to 6.
2つの前記分割域における磁化方向の傾斜角度は、前記磁石中心軸に対して、30°以上、60°以下である、請求項7に記載の永久磁石回転子。 8. The permanent magnet rotor according to claim 7, wherein the inclination angles of the magnetization directions in the two divided regions are 30[deg.] or more and 60[deg.] or less with respect to the magnet central axis. 前記分割域の分割数は3であり、
前記弧形状の焦点を通り前記ロータコアの径方向に沿って延びる軸を磁石中心軸として、
前記磁石中心軸に対する前記永久磁石の磁化方向の傾斜角度は、前記弧形状に沿って中央の前記分割域において、前記弧形状に沿って両端の前記分割域よりも小さくなっている、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の永久磁石回転子。
The division number of the division area is 3,
With the axis passing through the arc-shaped focus and extending along the radial direction of the rotor core as the central axis of the magnet,
2. An inclination angle of the magnetization direction of the permanent magnet with respect to the central axis of the magnet is smaller in the central divided area along the arc shape than in both divided areas along the arc shape . 7. A permanent magnet rotor according to any one of claims 6 to 7 .
前記弧形状に沿って中央の前記分割域における磁化方向は、前記磁石中心軸に平行であり、
前記弧形状に沿って両端の前記分割域における磁化方向は、前記ロータコアの径方向外側から内側に向かって前記磁石中心軸から離れる方向に傾斜しており、前記磁石中心軸に対して相互に対称になっている、請求項9に記載の永久磁石回転子。
The magnetization direction in the central divided area along the arc shape is parallel to the magnet center axis,
The magnetization directions in the divided areas at both ends along the arc shape are inclined from the radially outer side to the inner side of the rotor core in the direction away from the magnet central axis, and are symmetrical with respect to the magnet central axis. 10. The permanent magnet rotor of claim 9, wherein:
両端の前記分割域における磁化方向の傾斜角度は、前記磁石中心軸に対して、20°以上である、請求項9または10に記載の永久磁石回転子。 11. The permanent magnet rotor according to claim 9, wherein an inclination angle of the magnetization direction in said divided areas at both ends is 20[deg.] or more with respect to said magnet central axis. 前記永久磁石は、金属磁石である、請求項1から11のいずれか1項に記載の永久磁石回転子。 The permanent magnet rotor according to any one of claims 1 to 11, wherein the permanent magnets are metal magnets. 請求項1から12のいずれか1項に記載の永久磁石回転子を有する回転電気機械。 A rotating electrical machine comprising a permanent magnet rotor according to any one of claims 1 to 12.
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