JP7401380B2 - permanent magnet electric motor - Google Patents
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Description
本発明は、回転子に形成された磁石挿入孔に永久磁石が挿入されている永久磁石電動機に関する。 The present invention relates to a permanent magnet electric motor in which permanent magnets are inserted into magnet insertion holes formed in a rotor.
圧縮機、空調器、車載機器等の駆動装置として永久磁石電動機が用いられている。永久磁石としては、安価なフェライト磁石や、フェライト磁石より高価であるが、残留磁束密度や保持力が大きい希土類磁石、例えば、ネオジウム(Nd)と鉄(Fe)を含むネオジウム磁石が用いられる。
永久磁石電動機としては、例えば、特許文献1や非特許文献1に開示されている永久磁石電動機が知られている。特許文献1や非特許文献1に開示されている永久磁石電動機は、固定子と回転子を備えている。回転子は、主磁極と補助磁極を有し、主磁極には、磁石挿入孔が形成され、磁石挿入孔には永久磁石が挿入されている。このような永久磁石電動機のトルクTは、永久磁石による磁束量をΦ、q軸電流をIq、d軸電流をId、q軸インダクタンスをLq、d軸インダクタンスをLd、回転子の極対数をPとすると、以下の式で表される。
T=P[Φ×Iq+(Ld-Lq)×Id×Iq]
上式の右辺の第1項は、永久磁石の磁束によるマグネットトルクを示し、第2項は、回転子の突極性(d軸インダクタンスLdとq軸インダクタンスLqとの差)によるリラクタンストルクを示している。
ここで、(Lq>Ld)に設定するとともに、固定子巻線の電流を進角制御する(負のd軸電流Idを流す)ことにより、リラクタンストルクが正となり、マグネットトルクとリラクタンストルクの和であるトルクTが増加する。
このため、従来の永久磁石電動機では、リラクタンストルクを有効に利用して永久磁石電動機のトルクTを増加させるために、q軸インダクタンスLqがd軸インダクタンスLdより十分に大きくなるように構成されている。なお、リラクタンストルクを有効に利用することにより、固定子のティースに巻き付ける固定子巻線の巻数を低減することができる。その結果、固定子巻線の抵抗値が低減され、銅損が低減される。
固定子のティースには、永久磁石による磁束と固定子巻線に電流が流れることによって発生する磁束が流れる。固定子巻線に電流が流れることによって発生する磁束は、電流が増大するにしたがって増加する。すなわち、ティースを流れる磁束は、固定子巻線に流れる電流の増加とともに増加する。このため、固定子巻線に流れる電流が増大すると、ティースの磁束密度が飽和し、q軸インダクタンスLqが低下する。
このような永久磁石電動機は、高効率で、高トルクを発生させるために、電流が大きい領域において、q軸インダクタンスLqがd軸インダクタンスLdより大きくなるように設定される。このため、従来の永久磁石電動機では、d軸インダクタンスLdおよびq軸インダクタンスLqが、図3に示されている電流特性を有するように構成されている。すなわち、d軸インダクタンスLdは、電流が増減してもほぼ同じである。一方、q軸インダクタンスLqは、電流が小さい時は大きく、電流の増加にともなって、ティースの磁束密度の飽和により低下する。
Permanent magnet motors are used as drive devices for compressors, air conditioners, on-vehicle equipment, etc. As the permanent magnet, an inexpensive ferrite magnet or a rare earth magnet that is more expensive than a ferrite magnet but has a large residual magnetic flux density and coercive force, such as a neodymium magnet containing neodymium (Nd) and iron (Fe), is used.
As permanent magnet motors, for example, permanent magnet motors disclosed in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 are known. The permanent magnet motor disclosed in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 includes a stator and a rotor. The rotor has a main magnetic pole and an auxiliary magnetic pole, a magnet insertion hole is formed in the main magnetic pole, and a permanent magnet is inserted in the magnet insertion hole. The torque T of such a permanent magnet motor is determined by the amount of magnetic flux due to the permanent magnet Φ, the q-axis current Iq, the d-axis current Id, the q-axis inductance Lq, the d-axis inductance Ld, and the number of pole pairs of the rotor P Then, it is expressed by the following formula.
T=P[Φ×Iq+(Ld-Lq)×Id×Iq]
The first term on the right side of the above equation indicates the magnetic torque due to the magnetic flux of the permanent magnet, and the second term indicates the reluctance torque due to the saliency of the rotor (the difference between the d-axis inductance Ld and the q-axis inductance Lq). There is.
Here, by setting (Lq>Ld) and controlling the advance angle of the current in the stator winding (by passing a negative d-axis current Id), the reluctance torque becomes positive, and the sum of the magnet torque and the reluctance torque , the torque T increases.
Therefore, in conventional permanent magnet motors, in order to increase the torque T of the permanent magnet motor by effectively utilizing reluctance torque, the q-axis inductance Lq is configured to be sufficiently larger than the d-axis inductance Ld. . Note that by effectively utilizing reluctance torque, the number of turns of the stator winding wound around the teeth of the stator can be reduced. As a result, the resistance value of the stator winding is reduced and copper loss is reduced.
The magnetic flux generated by the permanent magnet and the magnetic flux generated by current flowing through the stator windings flow through the teeth of the stator. The magnetic flux generated by current flowing through the stator windings increases as the current increases. That is, the magnetic flux flowing through the teeth increases as the current flowing through the stator windings increases. Therefore, when the current flowing through the stator winding increases, the magnetic flux density of the teeth becomes saturated, and the q-axis inductance Lq decreases.
In order to generate high efficiency and high torque in such a permanent magnet electric motor, the q-axis inductance Lq is set to be larger than the d-axis inductance Ld in a region where the current is large. Therefore, in the conventional permanent magnet electric motor, the d-axis inductance Ld and the q-axis inductance Lq are configured to have the current characteristics shown in FIG. 3. That is, the d-axis inductance Ld remains approximately the same even if the current increases or decreases. On the other hand, the q-axis inductance Lq is large when the current is small, and decreases as the current increases due to saturation of the magnetic flux density of the teeth.
従来の永久磁石電動機では、永久磁石の減磁を防止するために、厚さが厚い永久磁石が用いられている。このため、図3に示されているように、d軸インダクタンスLdは、電流が増減してもほぼ同じである電流特性を有している。
このように、d軸インダクタンスLdが、電流が増減してもほぼ同じである電流特性を有していると、電流が大きい領域において、q軸インダクタンスLqとd軸インダクタンスLdとの差を大きくすることができない。永久磁石電動機のリラクタンストルクは、前述した式で示されるように、q軸インダクタンスLqとd軸インダクタンスLdとの差によって定まる。このため、従来の永久磁石電動機では、電流が大きい領域においてリラクタンストルクを大きくすることができなかった。この場合、トルクを大きくするためには、固定子巻線に大きい電流を流す必要があり、銅損が増大して効率が低下する。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、電流が大きい領域におけるd軸インダクタンスLdを小さくし、リラクタンストルクを大きくすることができる永久磁石電動機を提供することを目的とする。
In conventional permanent magnet electric motors, thick permanent magnets are used to prevent demagnetization of the permanent magnets. Therefore, as shown in FIG. 3, the d-axis inductance Ld has a current characteristic that remains almost the same even if the current increases or decreases.
In this way, if the d-axis inductance Ld has a current characteristic that is almost the same even when the current increases or decreases, the difference between the q-axis inductance Lq and the d-axis inductance Ld will be increased in the region where the current is large. I can't . The reluctance torque of the permanent magnet motor is determined by the difference between the q-axis inductance Lq and the d-axis inductance Ld, as shown by the above-mentioned formula. For this reason, in conventional permanent magnet motors, it has been impossible to increase reluctance torque in a region where the current is large. In this case, in order to increase the torque, it is necessary to flow a large current through the stator windings, which increases copper loss and reduces efficiency.
The present invention was devised in view of these points, and an object of the present invention is to provide a permanent magnet motor that can reduce the d-axis inductance Ld and increase the reluctance torque in a region where the current is large. .
第1発明は、固定子と回転子を備える永久磁石電動機に関する。
固定子は、周方向に沿って延在するヨークと、ヨークから径方向に沿って径方向内側に延在し、径方向内側に周方向に沿って延在するティース先端面が形成されている複数のティースと、周方向に隣接するティースによって形成される複数のスロットと、各ティースに集中巻き方式で巻き付けられている固定子巻線を有している。ティース先端面によって、固定子内周面が形成される。
回転子は、固定子内周面によって形成される固定子内側空間内に回転可能に支持されている。また、回転子は、周方向に沿って主磁極と補助磁極が交互に配置されているとともに、主磁極には、軸方向に沿って延在する磁石挿入孔が形成されている。そして、磁石挿入孔に永久磁石が挿入されている。永久磁石としては、種々の永久磁石を用いることができるが、好適には、ネオジウム系磁石が用いられる。より好適には、ディスプロシウム(Dy)やテルビウム(Tb)が拡散されたネオジウム磁石が用いられる。磁石挿入孔に挿入された永久磁石によって、主磁極と補助磁極が規定され、また、主磁極のd軸と補助磁極のq軸が規定される。なお、d軸は、回転子の回転中心と主磁極の周方向中央を結ぶ線として規定され、q軸は、回転子の回転中心と補助磁極の周方向中央を結ぶ線として規定される。
本発明では、主磁極は、4個設けられ、スロットは、6個設けられている。すなわち、4極6スロットの集中巻き方式の永久磁石電動機として構成されている。
回転子の外周面は、主磁極のd軸と交差する第1の外周面部分と、補助磁極のq軸と交差する第2の外周面部分と、第1の外周面部分と第2の外周面部分を接続する接続部分を有している。第1の外周面部分は、回転中心を中心点とする半径R1の円弧形状に形成されている。第2の外周面部分は、回転中心を中心点とする、半径R1より小さい半径R2(R2<R1)の円弧形状に形成されている。
回転子の直径D(mm)は、[56mm≦D≦90mm]を満足するように設定されている。また、第1の外周面部分と固定子内周面との間の距離G(mm)は、[0.5mm≦G≦0.6mm]を満足するように設定されている。また、回転中心に対する第1の外周面部分の開角度θ1(機械角)は、[24度≦θ1≦28度]を満足するように設定されている。また、第1の外周面部分と第2の外周面部分との間の径方向に沿った間隔H(mm)は、[2×G<H<2×G×1.1]を満足するように設定されている。また、永久磁石の厚さW(mm)は、[2×G×0.9<W<2×G×1.1]を満足するように設定されている。また、ティースの幅Tは、[0.21×(D+2×G)×π/6<T<0.24×(D+2×G)×π/6]を満足するように設定されている。
本発明では、q軸インダクタンスLqは、従来の永久磁石電動機と同様に、電流が大きい領域では、ティースを介して流れるq軸磁束が飽和することによって小さくなる。一方、d軸インダクタンスLdは、電流が大きい領域において、ティースを介して流れるd軸磁束が飽和することによって、従来の永久磁石電動機より小さくなる。これにより、電流が大きい領域におけるq軸インダクタンスLqとd軸インダクタンスLdとの差を、従来の永久磁石電動機より大きくすることができ、電流が大きい領域におけるリラクタンストルクを大きくすることができる。
第1発明の異なる形態では、永久磁石として、飽和磁束密度が1.4テスラと1.6テスラの範囲内の永久磁石が用いられている。
第1発明の異なる形態では、固定子および回転子は、磁束密度が1.75テスラと1.9テスラの範囲内で線形領域から非線形領域に移行する電磁鋼板により構成されている。
第2発明は、圧縮機構部と、圧縮機構部を駆動する電動機を備える圧縮機に関する。電動機として、前述した永久磁石電動機のいずれかが用いられている。
第2発明は、第1発明と同様の効果を有する。
The first invention relates to a permanent magnet electric motor including a stator and a rotor.
The stator includes a yoke that extends along the circumferential direction, and a tooth tip surface that extends radially inward from the yoke and extends radially inward along the circumferential direction. It has a plurality of teeth, a plurality of slots formed by circumferentially adjacent teeth, and a stator winding wound around each tooth in a concentrated winding method . The tooth tip surfaces form the stator inner peripheral surface.
The rotor is rotatably supported within the stator inner space formed by the stator inner peripheral surface. Further, in the rotor, main magnetic poles and auxiliary magnetic poles are alternately arranged along the circumferential direction, and a magnet insertion hole extending along the axial direction is formed in the main magnetic pole. A permanent magnet is inserted into the magnet insertion hole. Although various permanent magnets can be used as the permanent magnet, neodymium magnets are preferably used. More preferably, a neodymium magnet in which dysprosium (Dy) or terbium (Tb) is diffused is used. The permanent magnet inserted into the magnet insertion hole defines the main magnetic pole and the auxiliary magnetic pole, and also defines the d-axis of the main magnetic pole and the q-axis of the auxiliary magnetic pole. Note that the d-axis is defined as a line connecting the rotation center of the rotor and the circumferential center of the main magnetic pole, and the q-axis is defined as a line connecting the rotation center of the rotor and the circumferential center of the auxiliary magnetic pole.
In the present invention, four main magnetic poles and six slots are provided. That is, it is configured as a concentrated winding permanent magnet motor with four poles and six slots.
The outer circumferential surface of the rotor includes a first outer circumferential surface portion that intersects with the d-axis of the main magnetic pole, a second outer circumferential surface portion that intersects with the q-axis of the auxiliary magnetic pole, and a first outer circumferential surface portion and a second outer circumferential surface portion. It has a connecting part that connects the surface parts. The first outer circumferential surface portion is formed into an arc shape with a radius R1 centered around the rotation center. The second outer circumferential surface portion is formed in an arc shape having a radius R2 smaller than the radius R1 (R2<R1) with the center of rotation as the center point.
The diameter D (mm) of the rotor is set to satisfy [56 mm≦D≦90 mm]. Further, the distance G (mm) between the first outer circumferential surface portion and the stator inner circumferential surface is set to satisfy [0.5 mm≦G≦0.6 mm]. Further, the opening angle θ1 (mechanical angle) of the first outer circumferential surface portion with respect to the center of rotation is set to satisfy [24 degrees≦θ1≦28 degrees]. Further, the distance H (mm) along the radial direction between the first outer circumferential surface portion and the second outer circumferential surface portion is set such that it satisfies [2×G<H<2×G×1.1]. is set to . Further, the thickness W (mm) of the permanent magnet is set to satisfy [2×G×0.9<W<2×G×1.1]. In addition, the width T of the teeth is set to satisfy [0.21×(D+ 2×G )×π/6<T<0.24×(D+ 2×G )×π/6]. .
In the present invention, the q-axis inductance Lq is reduced in a region where the current is large, as the q-axis magnetic flux flowing through the teeth is saturated, as in the conventional permanent magnet motor. On the other hand, the d-axis inductance Ld becomes smaller than that of the conventional permanent magnet motor because the d-axis magnetic flux flowing through the teeth is saturated in a region where the current is large. Thereby, the difference between the q-axis inductance Lq and the d-axis inductance Ld in the region where the current is large can be made larger than that of a conventional permanent magnet motor, and the reluctance torque in the region where the current is large can be increased.
In a different embodiment of the first invention, a permanent magnet having a saturation magnetic flux density within a range of 1.4 Tesla and 1.6 Tesla is used as the permanent magnet.
In a different form of the first invention, the stator and the rotor are made of electrical steel sheets whose magnetic flux density transitions from a linear region to a nonlinear region within a range of 1.75 Tesla and 1.9 Tesla.
A second invention relates to a compressor that includes a compression mechanism and an electric motor that drives the compression mechanism. As the electric motor, any of the above-mentioned permanent magnet electric motors is used.
The second invention has the same effects as the first invention.
本発明の永久磁石電動機および圧縮機では、電流が大きい領域におけるd軸インダクタンスを小さくすることができ、電流が大きい領域におけるリラクタンストルクを大きくすることができる。 In the permanent magnet motor and compressor of the present invention, the d-axis inductance can be reduced in the region where the current is large, and the reluctance torque can be increased in the region where the current is large.
以下に、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
なお、本明細書中では、「軸方向」という記載は、回転子が固定子に対して回転可能に配置されている状態において、回転子の回転中心を通る回転中心線の延在方向を示す。「周方向」という記載は、回転子が固定子に対して回転可能に配置されている状態において、軸方向から見て、回転子の回転中心を中心点とする円周方向を示す。「径方向」という記載は、回転子が固定子に対して回転可能に配置されている状態において、軸方向から見て、回転子の回転中心を通る方向を示す。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
Note that in this specification, the term "axial direction" refers to the direction in which the rotational center line passing through the rotational center of the rotor when the rotor is rotatably arranged relative to the stator. . The term "circumferential direction" refers to the circumferential direction around the rotation center of the rotor when viewed from the axial direction in a state where the rotor is rotatably arranged relative to the stator. The term "radial direction" refers to a direction passing through the center of rotation of the rotor when viewed from the axial direction when the rotor is rotatably arranged relative to the stator.
本発明の永久磁石電動機の第1実施形態100を、図1、図2を参照して説明する。図1は、第1実施形態の永久磁石電動機100の断面図であり、図2は、図1の要部拡大図である。
永久磁石電動機100は、固定子110と回転子120により構成されている。
固定子110は、板状の電磁鋼板を複数枚積層して形成された固定子コアにより構成されている。固定子110は、周方向に沿って延在するヨーク111と、ヨーク111から径方向内側に延在するティース112を有している。ティース112は、ヨークから径方向に沿って径方向内側に延在するティース基部113と、ティース基部113の径方向内側に連設され、周方向に沿って延在するティース先端部114により形成されている。ティース先端部114の径方向内側には、ティース先端面115が形成されている。ティース先端面115は、回転中心Oを中心点とする円弧形状に形成されている。各ティース112のティース先端面115によって、固定子110の内側に固定子内側空間が形成される。ティース先端面115が、本発明の「固定子内周面」に対応する。
周方向に隣接するティース112によってスロット116が形成されている。
本実施形態の永久磁石電動機100では、ティース112(スロット116)が、6個設けられている(6スロットの永久磁石電動機)。そして、固定子巻線(図示省略)は、集中巻き方式で各ティース112(詳しくは、ティース基部113)に巻き付けられている。
固定子巻線を集中巻き方式で巻き付ける方法としては、種々の方法を用いることができる。
A
Permanent magnet
The
A
In the
Various methods can be used to wind the stator winding in a concentrated winding manner .
回転子120は、板状の電磁鋼板を複数枚積層して形成された回転子コアにより構成されている。回転子120は、内周面210により形成される回転軸挿入孔に回転軸(図示省略)が挿入され、固定子110の固定子内側空間内に回転可能に配置されている。本実施形態では、回転子120は、第1の外周面部分120a(後述する)とティース先端面115(固定子内周面)との間に空隙(エアギャップ)が保持されるように配置されている。
回転子120は、周方向に沿って主磁極[A]~[D]と補助磁極[AB]~[DA]が交互に配置されている。本実施形態では、回転子120の主磁極の数(極数)が4に設定されている。すなわち、4極構造の回転子120を有している(4極の永久磁石電動機)。なお、極数が4の回転子は、極対数Pが2である回転子と呼ばれる。
各主磁極には第1の磁石挿入孔131、第2の磁石挿入孔132が形成され、第1磁石挿入孔131、第2の磁石挿入孔132には第1の永久磁石141、第2の永久磁石142が挿入されている。第1の永久磁石141、第2の永久磁石142としては、種々の永久磁石を用いることができるが、好適には、ネオジウム系磁石が用いられる。より好適には、ディスプロシウム(Dy)やテルビウム(Tb)が拡散されたネオジウム磁石が用いられる。
第1の永久磁石141、第2の永久磁石142によって、主磁極[A]~[D]と補助磁極[AB]~[DA]が規定され、また、主磁極[A]~[D]のd軸と補助磁極[AB]~[DA]のq軸が規定される。
d軸は、回転中心Oと主磁極[A]~[D]の周方向中心を結ぶ線として規定され、q軸は、回転中心Oと補助磁極[AB]~[DA]の周方向中心を結ぶ線として規定される。
The
The
A first
The first
The d-axis is defined as a line connecting the rotation center O and the circumferential centers of the main magnetic poles [A] to [D], and the q-axis is defined as the line connecting the rotation center O and the circumferential centers of the auxiliary magnetic poles [AB] to [DA]. It is defined as a connecting line.
回転子120の回転子外周面は、d軸と交差する第1の外周面部分120a、q軸と交差し、第1の外周面部分120aより径方向内側に形成されている第2の外周面部分120b、第1の外周面部分120aと第2の外周面部分120bを接続する接続部分120cおよび120dを有している。第2の外周面部分120b、接続部分120cおよび120dは、第1の外周面部分120aを切欠いた切欠部の底面、周方向一方側(時計方向側)の側面および周方向他方側(反時計方向側)の側面ということもできる。
本実施形態では、第1の外周面部分120aは、回転中心Oを中心点とする半径R1(R1=D/2)の円弧形状を有し、第2の外周面部分120bは、回転中心Oを中心点とする、半径R1より小さい半径R2(R2<R1)の円弧形状を有している。また、接続部分120c、120dは、d軸に平行(「略平行」を含む)に直線状に延在している。接続部分120c、120dの形状は、回転中心Oを通る径方向に平行(「略平行」を含む)に直線状に延在するように形成することもできる。なお、第1の外周面部分120a、第2の外周面部分120b、接続部分120c、120dの形状は、これに限定されない。
The rotor outer circumferential surface of the
In this embodiment, the first outer
本実施形態では、主磁極[A]~[D]には、直線状に延在する第1の磁石挿入孔131と第2の磁石挿入孔132が、d軸を挟んで両側に、回転中心O側に飛び出ているV字状に形成されている。
第1の磁石挿入孔131の内周側端壁部131cと第2の磁石挿入孔132の内周側端壁部132cの間には、d軸に平行(「略平行」を含む)に延在する中央ブリッジ部125が形成されている。また、第1の磁石挿入孔131の外周側端壁部131dと第2の外周面部分120bの間には、外周ブリッジ部126が形成され、第2の磁石挿入孔132の外周側端壁部132dと第2の外周面部分120bの間には、外周ブリッジ部127が形成されている。
第1の磁石挿入孔131と第2の磁石挿入孔132には、直線状に延在する第1の永久磁石141と第2の永久磁石142が挿入されている。第1の永久磁石141および第2の永久磁石142の両端には、空隙が設けられている。
In the present embodiment, the main magnetic poles [A] to [D] have a first
Between the inner circumference side
A first
次に、本実施形態において、電流が大きい領域におけるd軸インダクタンスLdを低減する構成について説明する。
なお、本実施形態では、回転子120の直径Dが、[56mm≦D≦90mm]の範囲内に設定されている。また、前述したように、固定子110のスロット116の数が6に設定され(6スロット)、回転子120の主磁極の数が4に設定されている(4極あるいは極対数Pが2)。
Next, in this embodiment, a configuration for reducing the d-axis inductance Ld in a region where the current is large will be described.
In addition, in this embodiment, the diameter D of the
図2に示されているように回転子120を流れる磁束として、d軸磁束とq軸磁束が考えられる。
d軸磁束は、隣接する主磁極間を流れる磁束である。例えば、主磁極[A]のd軸側から回転子120に流れ込み、主磁極[A]に対して周方向一方側(図2において、時計方向)に隣接する主磁極[B]のd軸側から流れ出る磁束である。d軸磁束によってd軸インダクタンスLdが定まる。
q軸磁束は、隣接する補助磁極間を流れる磁束である。例えば、主磁極[A]と主磁極[A]に対して周方向他方側(図2において、反時計方向)に隣接する主磁極[D]との間の補助磁極[DA]側から回転子120に流れ込み、主磁極[A]と主磁極[A]に対して周方向一方側に隣接する主磁極[B]との間の補助磁極[AB]側から流れ出る。q軸磁束によってq軸インダクタンスLqが決まる。
As the magnetic flux flowing through the
The d-axis magnetic flux is the magnetic flux flowing between adjacent main magnetic poles. For example, the flow flows into the
The q-axis magnetic flux is a magnetic flux flowing between adjacent auxiliary magnetic poles. For example , the rotor is 120 and flows out from the auxiliary magnetic pole [ AB ] side between the main magnetic pole [A] and the main magnetic pole [B] adjacent to the main magnetic pole [ A ] on one side in the circumferential direction. The q-axis inductance Lq is determined by the q-axis magnetic flux.
次に、電流が大きい領域におけるd軸インダクタンスLdを小さくするための構成を以下に説明する。
従来の永久磁石電動機では、ティースを介して流れるd軸磁束が飽和しないように設定されているため、d軸インダクタンスLdは、電流が増減してもほぼ変わらない電流特性を有している。
これに対し、本実施形態では、ティースを介して流れるd軸磁束が飽和するように設定することによって、電流が大きい領域において、d軸インダクタンスLdが小さくなる電流特性を有するように構成している。
具体的には、4極6スロットの集中巻き方式の永久磁石電動機に特化した。
Next, a configuration for reducing the d-axis inductance Ld in a region where the current is large will be described below.
In a conventional permanent magnet electric motor, the d-axis magnetic flux flowing through the teeth is set so as not to be saturated, so the d-axis inductance Ld has a current characteristic that does not change substantially even if the current increases or decreases.
In contrast, in this embodiment, the d-axis magnetic flux flowing through the teeth is set to saturate, so that the current characteristic is such that the d-axis inductance Ld becomes small in a region where the current is large. .
Specifically, we specialized in 4-pole, 6-slot concentrated winding permanent magnet motors.
空隙Gは、0.5mmと0.6mmの範囲内([0.5mm≦G≦0.6mm]を満足)に設定される。
空隙Gが0.5mmより小さいと、高周波鉄損が大きくなり、効率が低下し、また、騒音や振動も大きくなる。
空隙Gが0.6mmより大きいと、磁束量が少なくなって、鉄損が大きくなる。
The gap G is set within the range of 0.5 mm and 0.6 mm (satisfying [0.5 mm≦G≦0.6 mm]).
If the air gap G is smaller than 0.5 mm, high frequency iron loss will increase, efficiency will decrease, and noise and vibration will also increase.
If the air gap G is larger than 0.6 mm, the amount of magnetic flux will decrease and iron loss will increase.
回転子120の直径Dは、56mmと90mmの範囲内([56mm≦D≦90mm]を満足)に設定される。
直径Dが56mmより小さいと、第2の外周面部分120bにより形成される切欠き部を有しているため、十分な磁石表面積を確保することができない。このため、磁束量が低下し、鉄損が増加して効率が低下する。
The diameter D of the
If the diameter D is smaller than 56 mm, a sufficient magnet surface area cannot be secured because of the notch formed by the second outer
回転中心Oに対する第1の外周面部分120aの開角度θ1は、24度と28度(機械角)の範囲内([24度≦θ1≦28度]を満足)に設定される。
開角度θ1が24度より小さいと、十分な磁束を確保することができず、銅損が増加し、効率が低下する。
開角度θ1が、28度より大きいと、高周波鉄損が増加し、効率が低下する。
The opening angle θ1 of the first outer
When the opening angle θ1 is smaller than 24 degrees, sufficient magnetic flux cannot be secured, copper loss increases, and efficiency decreases.
When the opening angle θ1 is larger than 28 degrees, high frequency iron loss increases and efficiency decreases.
第1の外周面部分120aと第2の外周面部分120bとの間の径方向に沿った間隔(切欠き部の深さ)Hmmは、[2×G<H<2×G×1.1]を満足するように設定される。
The distance (depth of the notch) Hmm in the radial direction between the first outer
永久磁石141、142の厚さWmmは、[2×G×0.9<W<2×G×1.1]を満足するように設定される。
The thickness Wmm of the
ティース112の幅(具体的には、ティース基部113の最小幅)Tmmは、[0.21×(固定子内周/6)<T<0.24×(固定子内周/6)]を満足するように設定される。なお、固定子内周(mm)は、[固定子内周=(回転子120の直径D+2×空隙G)×π]で表される。
ティース112の幅Tが[0.21×(固定子内周/6)]より小さいと、ティース112から回転子120に十分な磁束が流れない。これにより、銅損が増加して効率が低下する。
ティース112の幅Tが[0.24×(固定子内周/6)]より大きいと、ティース112と回転子120との間で十分な磁束が流れ、d軸磁束が飽和しない。この場合、d軸インダクタンスLdは、従来の永久磁石電動機と同じ電流特性を示す。
The width of the teeth 112 (specifically, the minimum width of the tooth base 113) Tmm is determined by [0.21×(stator inner circumference/6)<T<0.24×(stator inner circumference/6)]. set to your satisfaction. Note that the stator inner circumference (mm) is expressed as [stator inner circumference=(diameter D of
If the width T of the
When the width T of the
なお、永久磁石141、142としては、好適には、飽和磁束密度が1.4テスラと1.6テスラの範囲内である永久磁石が用いられる。
また、好適には、固定子110(固定子コア)や回転子120(回転子コア)を構成する電磁鋼板として、磁束密度が、1.75テスラと1.9テスラの範囲内で線形領域から非線形領域に移行する電磁鋼板が用いられる。
Note that as the
Preferably, the magnetic steel sheets constituting the stator 110 (stator core) and the rotor 120 (rotor core) have a magnetic flux density within the range of 1.75 Tesla and 1.9 Tesla from the linear region. An electrical steel sheet that transitions to a nonlinear region is used.
第1実施形態の永久磁石電動機100では、軸方向に直角な断面で見て、4極構造(極対数P=2)で、各主磁極[A]~[D]に、直線状に延在する第1の磁石挿入孔131および第2の磁石挿入孔132が、回転中心O側に飛び出ているV字状に形成され、第1の磁石挿入孔131および第2の磁石挿入孔132それぞれに、直線状に延在する第1の永久磁石141および第2の永久磁石142が挿入されている回転子120を用いたが、回転子の各主磁極の磁石挿入孔の配置形状等は種々変更可能である。
The permanent magnet
第2実施形態の永久磁石電動機の回転子220が、図5に示されている。
図5に示されている回転子220は、4極構造(極対数P=2)で、各主磁極に、直線状に延在する磁石挿入孔231が、d軸と交差する方向(好適には、直角な方向)に形成されている。そして、磁石挿入孔231に、直線状に延在する永久磁石241が挿入されている。
回転子220の外周面は、d軸と交差する第1の外周面部分220a、q軸と交差する第2の外周面部分220b、接続部分220cおよび220dを有している。
A
The
The outer circumferential surface of the
第3実施形態の永久磁石電動機の回転子320が、図6に示されている。
図6に示されている回転子320は、4極構造(極対数P=2)で、各主磁極に、円弧状に延在する磁石挿入孔331が、d軸と交差するとともに、回転中心O側に飛び出るように形成されている。そして、磁石挿入孔331に、円弧状に延在する永久磁石341が挿入されている。
回転子320の外周面は、d軸と交差する第1の外周面部分320a、q軸と交差する第2の外周面部分320b、接続部分320cおよび320dを有している。
A
The
The outer circumferential surface of the
第4実施形態の永久磁石電動機の回転子420が、図7に示されている。
図7に示されている回転子420は、4極構造(極対数P=2)で、各主磁極に、直線状に延在する第1~第3の磁石挿入孔431~433が、回転中心O側に飛び出る台形状に形成されている。そして、第1~第3の磁石挿入孔431~433それぞれに、直線状に延在する第1~第3の永久磁石441~443が挿入されている。
回転子420の外周面は、d軸と交差する第1の外周面部分420a、q軸と交差する第2の外周面部分420b、接続部分420cおよび420dを有している。
なお、各主磁極に、回転中心O側に飛び出ている台形状の磁石挿入孔を形成し、磁石挿入孔に、直線状に延在する第1~第3の永久磁石を挿入することもできる。
A
The
The outer circumferential surface of the
Note that it is also possible to form a trapezoidal magnet insertion hole protruding toward the rotation center O side in each main pole, and insert first to third permanent magnets extending linearly into the magnet insertion hole. .
本発明は、実施形態で説明した構成に限定されず、種々の変更、追加、削除が可能である。
本発明は、例えば、永久磁石電動機により圧縮機構部を駆動する圧縮機として構成することができる。
回転子の各主磁極に形成される磁石挿入孔の形状、数や配置位置、磁石挿入孔に挿入される永久磁石の形状、数や挿入位置等は適宜変更可能である。
実施形態で説明した各構成は、単独で用いることもできるし、適宜選択した複数の構成を組み合わせて用いることもできる。
The present invention is not limited to the configuration described in the embodiments, and various changes, additions, and deletions are possible.
The present invention can be configured, for example, as a compressor whose compression mechanism is driven by a permanent magnet motor.
The shape, number, and arrangement position of the magnet insertion hole formed in each main magnetic pole of the rotor, and the shape, number, and insertion position of the permanent magnets inserted into the magnet insertion hole can be changed as appropriate.
Each configuration described in the embodiment can be used alone, or a plurality of appropriately selected configurations can be used in combination.
100 永久磁石電動機
110 固定子
111 ヨーク
112 ティース
113 ティース基部
114 ティース先端部
115 ティース先端面(固定子内周面)
116 スロット
120、220、320、420 回転子
120a、220a、320a、420a 第1の外周面部分
120b、220b、320b、420b 第2の外周面部分
120c、120d、220c、220d、320c、320d、420c、420d 接続部分
125 中央ブリッジ部
126、127 外周ブリッジ部
131、132、231、331、431、432、433 磁石挿入孔
141、142、241、341、441、442、443 永久磁石
210 内周面(回転子内周面)
100 Permanent magnet
116
120c, 120d, 220c, 220d, 320c, 320d, 420c,
Claims (4)
前記固定子巻線は、前記複数のティースに集中巻き方式で巻き付けられており、
前記主磁極は、4個設けられ、
前記スロットは、6個設けられ、
前記回転子の外周面は、前記主磁極のd軸と交差し、回転中心を中心点とする半径R1の円弧状に形成された第1の外周面部分と、前記補助磁極のq軸と交差し、前記回転中心を中心点とする半径R2(R2<R1)の円弧状に形成された第2の外周面部分と、前記第1の外周面部分と前記第2の外周面部分を接続する接続部分と、を有し、
前記回転子の直径D(mm)は、[56mm≦D≦90mm]を満足するように設定され、
前記第1の外周面部分と前記固定子内周面との間の距離G(mm)は、[0.5mm≦G≦0.6mm]を満足するように設定され、
前記回転中心に対する前記第1の外周面部分の開角度θ1(機械角)は、[24度≦θ1≦28度]を満足するように設定され、
前記第1の外周面部分と前記第2の外周面部分との間の径方向に沿った間隔H(mm)は、[2×G<H<2×G×1.1]を満足するように設定され、
前記永久磁石の厚さW(mm)は、[2×G×0.9<W<2×G×1.1]を満足するように設定され、
前記ティースの幅Tは、[0.21×(D+2×G)×π/6<T<0.24×(D+2×G)×π/6]を満足するように設定されていることを特徴とする永久磁石電動機。 The stator includes a stator and a rotor, and the stator includes a plurality of teeth spaced apart along the circumferential direction, a plurality of slots formed by circumferentially adjacent teeth, and a plurality of slots wound around each tooth. The rotor has a stator winding and a stator inner circumferential surface forming a stator inner space, and the rotor is rotatably disposed within the stator inner space, and a main magnetic pole and an auxiliary magnetic pole are arranged along the circumferential direction. A permanent magnet electric motor in which permanent magnets are arranged alternately, magnet insertion holes are formed in the main magnetic poles, and permanent magnets are inserted in the magnet insertion holes,
The stator winding is wound around the plurality of teeth in a concentrated winding manner,
The main magnetic poles are provided in four pieces,
Six slots are provided,
The outer circumferential surface of the rotor intersects with the d-axis of the main magnetic pole, and a first outer circumferential surface portion formed in an arc shape with a radius R1 centered on the rotation center intersects with the q-axis of the auxiliary magnetic pole. and connects the first outer circumferential surface portion and the second outer circumferential surface portion with a second outer circumferential surface portion formed in an arc shape with a radius R2 (R2<R1) having the center of rotation as the center point. a connecting part;
The diameter D (mm) of the rotor is set to satisfy [56 mm≦D≦90 mm],
A distance G (mm) between the first outer circumferential surface portion and the stator inner circumferential surface is set to satisfy [0.5 mm≦G≦0.6 mm],
The opening angle θ1 (mechanical angle) of the first outer peripheral surface portion with respect to the rotation center is set to satisfy [24 degrees≦θ1≦28 degrees],
The distance H (mm) along the radial direction between the first outer circumferential surface portion and the second outer circumferential surface portion satisfies [2×G<H<2×G×1.1]. is set to
The thickness W (mm) of the permanent magnet is set to satisfy [2×G×0.9<W<2×G×1.1],
The width T of the teeth is set to satisfy [0.21×(D+2×G)×π/6<T<0.24×(D+2×G)×π/6]. Permanent magnet electric motor.
前記永久磁石として、飽和磁束密度が1.4テスラと1.6テスラの範囲内の永久磁石が用いられていることを特徴とする永久磁石電動機。 The permanent magnet electric motor according to claim 1,
A permanent magnet electric motor, wherein a permanent magnet having a saturation magnetic flux density within a range of 1.4 Tesla and 1.6 Tesla is used as the permanent magnet.
前記固定子および前記回転子は、磁束密度が1.75テスラと1.9テスラの範囲内で線形領域から非線形領域に移行する電磁鋼板により構成されていることを特徴とする永久磁石電動機。 The permanent magnet electric motor according to claim 1 or 2,
A permanent magnet electric motor, wherein the stator and the rotor are made of electromagnetic steel plates whose magnetic flux density transitions from a linear region to a nonlinear region within a range of 1.75 Tesla and 1.9 Tesla.
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002078255A (en) | 2000-08-29 | 2002-03-15 | Hitachi Ltd | Permanent magnet type electric rotating machine |
JP2003032985A (en) | 2001-07-12 | 2003-01-31 | Aichi Emerson Electric Co Ltd | Stator of permanent-magnet motor |
JP2007159197A5 (en) | 2005-12-01 | 2009-01-15 | ||
JP2014054155A (en) | 2012-09-10 | 2014-03-20 | Nsk Ltd | Electric motor and electric power steering device |
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002078255A (en) | 2000-08-29 | 2002-03-15 | Hitachi Ltd | Permanent magnet type electric rotating machine |
JP2003032985A (en) | 2001-07-12 | 2003-01-31 | Aichi Emerson Electric Co Ltd | Stator of permanent-magnet motor |
JP2007159197A5 (en) | 2005-12-01 | 2009-01-15 | ||
JP2014054155A (en) | 2012-09-10 | 2014-03-20 | Nsk Ltd | Electric motor and electric power steering device |
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