JP7287991B2 - 永久磁石ユニット、該永久磁石ユニットを有する回転機、及び該永久磁石ユニットの製造方法 - Google Patents
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Description
また、ステータとロータとを備える永久磁石回転機において、ロータコアの表面に円筒形状(リング形状ともいう)の永久磁石が配置された、表面磁石型(SPM)回転機も知られている。この種の回転機は、複数の磁極を有するステータに対してエアギャップを介して対向するように永久磁石が配置されるため、永久磁石が有する強力な磁気を効率的に利用することができる。
を用いて計算されたものであることが好ましい。
を用いて計算することを含むことが好ましい。
本発明によれば、永久磁石ユニットにおける絶縁層を、内部の渦電流を低減させるための最適な位置に配置することができる。少なくとも1つの絶縁層と該少なくとも1つの絶縁層を介して互いに隣接して配置された複数の永久磁石片とを含む永久磁石ユニットにおいて、少なくとも1つの絶縁層は、複数の永久磁石片が少なくとも1つの絶縁層を介することなく一体に形成された永久磁石を想定して定められた位置に配置され、より具体的には、そのように想定された永久磁石の磁界の変化に伴って該永久磁石の内部に流れる渦電流の大きさに基づいて定められた位置に配置されている。
・要素数 :3,406,590
・辺数 :4,133,733
・未知数 :3,820,001
・節点数 :620,988
・計算方法 :A-φ法
・要素の種類:四面体辺要素
なお、上記条件のうち要素数が多いほど渦電流の大きさをより精度良く求めることができ、好ましくは、要素数は300万個以上である。図4は、電磁界数値解析に用いた要素の形状を示す。図4の左側は、解析モデルにおける二次元メッシュデータを示し、右側は、磁石及びその周辺部分を拡大した図を示す。
図1(b)は、Nが3のときの永久磁石ユニットであり、4つの永久磁石片20a、20b、20c、20dが3つの絶縁層22a、22b、22cを介して隣接するように配置された直方体形状の永久磁石ユニット2を示す。永久磁石ユニット2がIPMモータ5に組み込まれたときの永久磁石ユニット1の移動方向が、図1(b)に矢印Aで示されている。永久磁石ユニット2の全体形状は、永久磁石ユニット1と同じである。
・要素数 :1,202,244
・辺数 :2,502,931
・未知数 :2,398,363
・節点数 :634,580
・計算方法 :A-φ法
・要素の種類:五面体辺要素
なお、上記条件のうち、要素数が多いほど渦電流の大きさをより精度良く求めることができる。図12は、電磁界数値解析に用いた解析モデルにおける二次元メッシュデータを示す。
1’、2’、3’、6’、7’ 永久磁石
10a、10b 永久磁石片
12 絶縁層
20a、20b、20c 永久磁石片
22a、22b、22c 絶縁層
30a、30b 永久磁石片
32 絶縁層
40a、40b、40c、40d 永久磁石片
42a、42b、42c 絶縁層
60a、60b 永久磁石片
62a、62b 絶縁層
70a、70b、70c、70d 永久磁石片
72a、72b、72c、72d 絶縁層
A 移動方向
5 IPMモータ
52 ステータ
52a ティース
53 磁界コイル
54 ロータ
54a ロータコア
54b シャフト
54c 磁石挿入用スロット
55 エアギャップ
8 SPMモータ
82 ステータ
82a ティース
83 界磁コイル
84 ロータ
85 シャフト
86 エアギャップ
115 粗粉砕磁石材料粒子
116 ビーズミル
117 コンパウンド
118 支持基材
119 グリーンシート
120 スロットダイ
Claims (8)
- 少なくとも1つの絶縁層と該少なくとも1つの絶縁層を介して互いに隣接して配置された複数の永久磁石片とを含む永久磁石ユニットであって、
前記少なくとも1つの絶縁層は、該少なくとも1つの絶縁層を介することなく前記複数の永久磁石片が一体に形成された、前記永久磁石ユニットと同じ全体形状の永久磁石を想定し、そのように想定された永久磁石の磁界の変化に伴って該永久磁石の内部に流れる渦電流の大きさに基づいて定められた位置と同じ位置に配置されており、
渦電流の大きさは、前記永久磁石の任意の断面ξについて、該断面ξに垂直な方向の渦電流の大きさJe(ξ)として、以下の式、
を用いて、下記のモデル及び条件の下で有限要素法を用いた電磁界数値解析により計算されたものであることを特徴とする、永久磁石ユニット。
(モデル)IPMモータベンチマークモデル
(条件)
・要素数 :3,406,590
・辺数 :4,133,733
・未知数 :3,820,001
・節点数 :620,988
・計算方法 :A-φ法
・要素の種類:四面体辺要素 - 請求項1に記載の永久磁石ユニットであって、
N個(Nは1以上の整数)の絶縁層とN+1個の永久磁石片とを含み、前記N個の絶縁層の各々と前記N+1個の永久磁石片の各々とが互いに隣接することにより構成されており、
N個目の絶縁層は、該N個目の絶縁層を介することなくN-1個の絶縁層とN個の永久磁石片とが一体に形成された、前記永久磁石ユニットと同じ全体形状の永久磁石を想定し、そのように想定された永久磁石の内部に流れる渦電流の大きさJe(ξ)が最大値の95%の値から最大値までの範囲となる断面と同じ位置に配置されていることを特徴とする、
永久磁石ユニット。 - 請求項2に記載の永久磁石ユニットであって、
回転機に組み込まれて用いられ、回転機の磁界を横切って移動する方向に延びる長さ方向(x方向)寸法と、長さ方向に垂直かつ回転機の軸方向に並行な高さ方向(z方向)寸法と、長さ方向及び高さ方向に垂直な厚さ方向(y方向)寸法とを有し、
前記N個目の絶縁層は、有限要素法を用いた電磁界数値解析により、以下の式、
を用いて計算された、前記永久磁石の長さ方向xにおける断面に垂直な長さ方向の渦電流の大きさJe(x)が最大値の95%の値から最大値までの範囲となる位置と同じ位置において、長さ方向に対して垂直な断面に配置されていることを特徴とする、永久磁石ユニット。 - 請求項2に記載の永久磁石ユニットであって、
回転機に組み込まれて用いられ、回転機の磁界を横切って移動する方向に延びる長さ方向(x方向)寸法と、長さ方向に垂直かつ回転機の軸方向に並行な高さ方向(z方向)寸法と、長さ方向及び高さ方向に垂直な厚さ方向(y方向)とを有し、
前記N個目の絶縁層は、有限要素法を用いた電磁界数値解析により、以下の式、
を用いて計算された、前記永久磁石の高さ方向zにおける断面に垂直な高さ方向の渦電流の大きさJe(z)が最大値の95%の値から最大値までの範囲となる位置と同じ位置において、高さ方向に対して垂直な断面に配置されていることを特徴とする、永久磁石ユニット。 - 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ユニットであって、前記少なくとも1つの絶縁層は、絶縁物質の層及び空気層のいずれか一方又はこれらの組み合わせであることを特徴とする、永久磁石ユニット。
- 請求項5に記載の永久磁石ユニットであって、前記少なくとも1つの絶縁層は、希土類元素のフッ化物を含む層及び絶縁性の樹脂系接着材料の層のいずれか一方又はこれらの組み合わせであることを特徴とする、永久磁石ユニット。
- 請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の永久磁石ユニットであって、Nd-Fe-B系永久磁石であることを特徴とする永久磁石ユニット。
- 回転軸に対して平行な中心軸を有する略円筒状のエアギャップを介してステータと対向するように前記ステータ内に回転自在に配置されたロータコアを有する回転機であって、前記ロータコアには、周方向に間隔をもった複数の位置において長さ方向寸法と厚み方向寸法とを有する長さ方向断面形状のスロットが複数個、軸方向に延びるように形成され、前記スロットの各々内に、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の永久磁石ユニットが配置されたことを特徴とする回転機。
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