KR19980079929A - Permanent magnet rotary electric machine - Google Patents

Permanent magnet rotary electric machine Download PDF

Info

Publication number
KR19980079929A
KR19980079929A KR1019980007255A KR19980007255A KR19980079929A KR 19980079929 A KR19980079929 A KR 19980079929A KR 1019980007255 A KR1019980007255 A KR 1019980007255A KR 19980007255 A KR19980007255 A KR 19980007255A KR 19980079929 A KR19980079929 A KR 19980079929A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
angle
permanent magnet
rotor
stator
rotary electric
Prior art date
Application number
KR1019980007255A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
유따까 마쯔노부
후미오 다지마
가즈오 다하라
쇼이찌 가와마따
야스오 노또하라
마꼬또 이시
게이지 노마
스에따로 시부까와
Original Assignee
가나이 쯔도무
가부시끼가이샤 히다찌 세이사꾸쇼
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가나이 쯔도무, 가부시끼가이샤 히다찌 세이사꾸쇼 filed Critical 가나이 쯔도무
Publication of KR19980079929A publication Critical patent/KR19980079929A/en

Links

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Abstract

고정자와, 회전자 철심의 내부에 복수개의 영구 자석이 매립된 회전자를 구비하는 영구 자석식 회전 전기 기기에 있어서, 고정자의 슬롯 피치 각도 τs, 상기 고정자의 슬릿 폭 각도 S, 및 회전자의 폴피스 각도 θ가, θ=n×τs+A×S (n은 정수, A는 슬롯부의 자속의 흐름에 의존하는 0≤A≤1의 상수)의 관계를 갖으므로, 유기 전압의 파형을 정현파에 가깝게 할 수 있다. 자기 중심을 복수개 갖는 영구 자석을 이용함에 따라 갭 중에 작용하는 자속이 증가하고, 또한 통전 구간에 집중되므로 효율이 좋아진다.In a permanent magnet rotary electric machine comprising a stator and a rotor in which a plurality of permanent magnets are embedded in the rotor core, the stator slot pitch angle s, the slit width angle S of the stator, and the pole piece of the rotor. Since the angle θ has a relationship of θ = n × τs + A × S (n is an integer and A is a constant of 0 ≦ A ≦ 1 depending on the flow of magnetic flux in the slot portion), the waveform of the induced voltage is closer to the sine wave. can do. As the permanent magnet having a plurality of magnetic centers is used, the magnetic flux acting in the gap increases, and the efficiency is improved because it is concentrated in the energizing section.

Description

영구 자석식 회전 전기 기기Permanent magnet rotary electric machine

영구 자석식 회전 전기 기기는, 계자극의 자속을 영구 자석으로부터 얻을 수 있고, 유도 전동기에 비교해 고효율의 제어도 비교적 용이하므로, 1㎾ 이하의 브러시리스 직류 전동기로서 많이 채용되고 있다.BACKGROUND ART Permanent magnet rotary electric machines are widely used as brushless DC motors of 1 kW or less because magnetic fluxes of field magnetic poles can be obtained from permanent magnets and control of high efficiency is relatively easy compared to induction motors.

영구 자석식 회전 전기 기기에서는, 특개평6-339240에 기재되어 있듯이, 고토크화 및 고효율화를 도모한 전동기가 개발되고 있다. 이것은 다음과 같은 구성으로 되어 있다.BACKGROUND ART In a permanent magnet rotary electric machine, as described in Japanese Patent Laid-Open No. Hei 6-339240, a motor having high torque and high efficiency has been developed. This has the following configuration.

고정자는 복수개의 슬롯을 갖고, 이들 슬롯에 삼상의 고정자 권선이 감겨 있다. 회전자는 회전축에 회전자 철심을 끼워맞춰 고착시킨 것이다. 회전자 철심에는, 회전축의 수직인 단면이 원호 형상인 복수개의 영구 자석이 조립되어 있다. 고정자는 회전자를 둘러싸고, 고정자 철심과 회전자 철심사이에는 소정의 갭이 있다.The stator has a plurality of slots, in which three-phase stator windings are wound. The rotor is fixed by fitting the rotor core to the rotating shaft. In the rotor core, a plurality of permanent magnets having an arcuate cross section perpendicular to the rotating shaft are assembled. The stator surrounds the rotor and there is a predetermined gap between the stator core and the rotor core.

각 영구 자석은 볼록부가 회전축측(중심측)을 향하도록 배치되어 있다. 또한, 영구 자석은 N극과 S극이 교대가 되도록 착자(着磁)되어 있다. 이 영구 자석의 착자는 자기 이방성(자기 배향)을 갖게 하고, 자기는 1점에 집중된다. 즉, 자기 중심은 하나이다. 상기 전동기는 변속 가능한 운전을 행하기 위해 120도 통전의 인버터로 회전수의 제어를 행하고 있다.Each permanent magnet is arranged so that the convex portion faces the rotation axis side (center side). The permanent magnet is magnetized so that the N pole and the S pole are alternated. The magnetization of this permanent magnet causes magnetic anisotropy (magnetic orientation), and the magnetism is concentrated at one point. That is, the self-center is one. The electric motor controls the rotation speed with an inverter of 120 degree energization in order to perform a shiftable operation.

또한, 상기 영구 자석형 회전기에서는, 회전자 철심은 영구 자석을 삽입하기 위한 펀칭 구멍을 뚫은 강판을 다수개 적층하여 만들어지고 있다. 강판은, 펀칭 구멍이 일치하도록 적층된다. 영구 자석 회전자에서는, 영구 자석을 철심 내부에 확실하게 고정할 필요가 있다.Further, in the permanent magnet type rotor, the rotor iron core is made by stacking a plurality of steel sheets punched out by punching holes for inserting permanent magnets. The steel sheets are laminated so that the punching holes coincide. In the permanent magnet rotor, it is necessary to reliably fix the permanent magnet inside the iron core.

특개평7-322538은, 회전자 철심의 내부에, 활 모양의 영구 자석이 오목부를 회전축측을 향해 배치하고, 영구 자석과 회전축 사이에 영구 자석을 회전자 철심에 고정하기 위한 억압부가 설치되어 있는 영구 자석식 회전자를 기재하고 있다.Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-322538 has a bow-shaped permanent magnet in which a recessed permanent magnet is disposed toward a rotation axis side, and a suppressor is provided between the permanent magnet and the rotation shaft to fix the permanent magnet to the rotor iron core. A permanent magnet rotor is described.

특개평9-9537은, 회전자 철심의 내부에 자석을 V자형으로 배치한 영구 자석형 회전기를 기재한다.Japanese Patent Laid-Open No. 9-9537 describes a permanent magnet type rotor in which a magnet is arranged in a V shape inside a rotor iron core.

본 발명은 회전자 철심의 내부에 복수개의 영구 자석을 매립한 회전자를 구비한 영구 자석식 회전 전기 기기에 관한 것이다.The present invention relates to a permanent magnet rotary electric machine having a rotor having a plurality of permanent magnets embedded in a rotor iron core.

상기한 바와 같은 종래의 영구 자석식 회전 전기 기기에서는, 영구 자석의 자기의 배열에 의해 여러가지의 갭 자속 분포를 얻을 수 있다. 전동기의 토크는, 고정자 권선에 전류가 흐르고 있는 동안만 발생하고, 다음 수학식 1로 나타낼 수 있다.In the conventional permanent magnet rotary electric machine as described above, various gap magnetic flux distributions can be obtained by the arrangement of magnetism of the permanent magnet. The torque of the motor is generated only while current is flowing in the stator winding, and can be expressed by the following equation.

T : 전동기의 토크, m : 전동기의 상수, K : 고정자 권선의 권선등에 관계하는 상수, B : 갭의 자속 밀도, Lq : q축 인덕턴스, Ld : d축 인덕턴스,T: torque of motor, m: constant of motor, K: constant related to winding of stator winding, B: magnetic flux density of gap, Lq: q-axis inductance, Ld: d-axis inductance,

Iq : q축 권선 전류, Id : d축 권선 전류Iq: q-axis winding current, Id: d-axis winding current

수학식 1에서 토크를 증대시키기 위해서는, 갭의 자속 밀도를 크게 하고, 자석의 자속을 집중시킬 필요가 있다.In order to increase the torque in Equation 1, it is necessary to increase the magnetic flux density of the gap and to concentrate the magnetic flux of the magnet.

또한, 120도(전기각) 통전하는 방식으로는, 영구 자석이 1극분으로하여 발생하는 자속의 120도(전기각) 만큼이 토크로서 작용하기 때문에, 특개평6-339240의 도 3의 사선부에서 나타낸 비통전 구간, 즉 0도∼30도 및 150도∼180도(전기색) 영역의 자속은 소용없게 된다.Further, in the manner of energizing 120 degrees (electric angle), since the 120 degrees (electric angle) of the magnetic flux generated by the permanent magnet as one pole acts as a torque, the oblique portion of FIG. 3 of Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-339240 The magnetic flux in the non-conduction section, i.e., 0 degrees to 30 degrees and 150 degrees to 180 degrees (electric color) in the region becomes useless.

또한, 상기한 바와 같은 특개평7-322538에 기재된 영구 자석식 회전 전기 기기에서는, 영구 자석을 회전자 철심에 고정하기 위한 억압력이 전부 원심력과 동일한 방향이다. 따라서, 원심력을 지지하는 회전자 철심의 부위는, 영구 자석 사이의 브릿지부만으로 되기 때문에, 회전수가 수천회인 경우, 브릿지부를 두텁게 할 필요가 있고, 그 만큼 영구 자석이 작아져서 영구 자석으로부터 얻을 수 있는 자속량이 감소한다는 결점이 있다.Moreover, in the permanent magnet rotary electric machine of Unexamined-Japanese-Patent No. 7-322538 as described above, all the suppression force for fixing a permanent magnet to a rotor iron core is the same direction as a centrifugal force. Therefore, since the portion of the rotor iron core supporting the centrifugal force is only the bridge portion between the permanent magnets, when the number of revolutions is thousands of times, it is necessary to thicken the bridge portion, and the permanent magnets become smaller so that they can be obtained from the permanent magnets. The disadvantage is that the amount of magnetic flux present is reduced.

종래 구성의 영구 자석식 회전 전기 기기에서는, 자속 변화가 연속적인 표면 자석형과 비교해서, 철부의 보조 자극이 존재하기 때문에 자속의 변화가 심해 유기 전압(誘起電壓) 파형에 고조파 성분이 존재하고, 파형이 정현파와 비교하여 왜곡 파형이 된다.In the permanent magnet rotary electric machine of the conventional structure, since magnetic flux change exists compared with the surface magnet type in which magnetic flux changes continuously, since magnetic flux changes are severe, a harmonic component exists in an organic voltage waveform, and a waveform exists. It becomes a distortion waveform compared with this sine wave.

왜곡 파형은 특히 무센서 제어를 곤란하게 하기 때문에, 제어상의 제약이 많았다.Since the distortion waveform makes it difficult to control the sensorlessly, there are many control restrictions.

본 발명의 목적은, 갭 중에 작용하는 영구 자석에 의한 자속을 극력 증가하는 것, 및 비통전 구간에 대응하는 부분의 자속을 극력 감소시켜, 전동기의 구동 토크를 크게 하고, 소형화 또는 구동 효율 향상을 가능하게 하는 영구 자석식 회전 전기 기기를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to increase the magnetic flux by the permanent magnet acting in the gap to the maximum, and to reduce the magnetic flux of the portion corresponding to the non-conduction section by the maximum, to increase the drive torque of the motor, to improve the miniaturization or drive efficiency It is to provide a permanent magnet rotary electric machine that makes it possible.

본 발명의 다른 목적은, 회전자 적층 철심을 고정하기 위한 펀칭 구멍을 자석보다도 갭측으로 하고, 리베트 등에 의한 고정을 위한 압박력이 모두 원심력과 역방향으로 함과 동시에 원심력을 지지하는 부위로서, 브릿지부 이외에 리베트 및 단부판으로도 지지하는 구조로 함으로써, 강고한 영구 자석 고정 수단을 구비한 영구 자석식 회전 전기 기기를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is a punching hole for fixing the rotor laminated iron core to the gap side than the magnet, and the pressing force for fixing by the rivets, etc., both in the opposite direction to the centrifugal force and at the same time supports the centrifugal force. By providing a structure which is also supported by rivets and end plates, it is possible to provide a permanent magnet rotary electric machine having a firm permanent magnet fixing means.

본 발명의 다른 목적은, 유기 전압의 파형을 정현파에 가깝게 하고, 무센서 제어를 용이하게 함과 동시에, 전동기의 구동 토크를 크게 하고, 소형화 또는 구동 효율을 향상시킬 수 있는 영구 자석식 회전 전기 기기를 제공하는 것에 있다.Another object of the present invention is to provide a permanent magnet rotary electric machine capable of bringing the waveform of an induced voltage close to a sine wave, facilitating sensorless control, increasing drive torque of the motor, and miniaturizing or improving drive efficiency. It is to offer.

상기 목적을 달성하는 본 발명의 특징은, 회전자 철심의 내부에 매립된 영구 자석이, 회전축에 수직인 단면에서 복수의 활 모양을 갖고, 복수의 자기 중심을 갖고, 또한 활 모양의 오목부가 고정자 방향으로 향하도록 배치되어 있는 것에 있다.A feature of the present invention for achieving the above object is that a permanent magnet embedded in a rotor iron core has a plurality of bow shapes in a cross section perpendicular to the rotation axis, has a plurality of magnetic centers, and the bow-shaped recess is a stator. It is arrange | positioned so that it may face in a direction.

본 발명에 따르면, 통전 구간에 대응하는 부분에서, 영구 자석의 면적을 크게 할 수 있고, 고정자와 회전자 사이의 갭 중에 작용하는 영구 자석에 의한 자속 밀도를 크게할 수 있으므로, 전동기 효율을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, in the portion corresponding to the energizing section, the area of the permanent magnet can be increased, and the magnetic flux density by the permanent magnet acting in the gap between the stator and the rotor can be increased, thereby improving the motor efficiency. Can be.

본 발명의 다른 특징은, 고정자의 슬롯 피치 각도(기계각)를 τs, 상기 고정자의 슬릿 폭 각도(기계각)를 S로 했을 때, 회전자의 폴피스 각도(기계각)θ가, 거의,Another feature of the present invention is that when the slot pitch angle (machine angle) of the stator is τs and the slit width angle (machine angle) of the stator is S, the pole piece angle (machine angle) θ of the rotor is almost,

θ= n×τs+A×Sθ = n × τs + A × S

(n은 정수, A는 슬롯부 자속의 흐름에 의존하는 0≤A≤1의 상수)로 나타내는 것에 있다.(n is an integer and A is a constant of 0≤A≤1 depending on the flow of the slot magnetic flux).

상기 특징에 따르면, 유기 전압 파형이 정현파에 가까워지고, 무센서 제어를 용이하게 하며, 전동기 효율을 향상시킬 수 있다.According to the above feature, the induced voltage waveform is close to the sine wave, facilitates sensorless control, and improves the motor efficiency.

슬롯이란, 고정자 권선을 감기 위해 고정자에 설치된 홈이고, 슬롯 피치 각도는, 슬롯 피치가 회전축을 중심으로 하여 만드는 중심각이다. 슬릿이란 슬롯의 개구부이고, 슬릿 폭 각도란 슬릿이 회전축을 중심으로 하여 만든 중심각이다. 폴피스란, 회전자의 철심 중, 영구 자석과 회전자의 외주 사이의 철심 부분이고, 폴피스 각도란, 폴피스와 영구 자석과의 경계가 회전축을 중심으로 하여 만드는 중심각이다.The slot is a groove provided in the stator for winding the stator winding, and the slot pitch angle is a center angle that the slot pitch makes about the rotation axis. A slit is an opening of a slot, and a slit width angle is the center angle which the slit created about the rotation axis. A pole piece is an iron core part between the permanent magnet and the outer periphery of a rotor among the iron cores of a rotor, and a pole piece angle is the center angle which the boundary of a pole piece and a permanent magnet makes centering on a rotation axis.

또한, 본 발명의 영구 자석식 회전 전기 기기는, 고정자의 주위에 회전자를 배치한 외측 회전의 영구 자석식 회전 전기 기기로서도 좋고, 상술한 작용 효과와 동일한 작용 효과를 얻을 수 있다.In addition, the permanent magnet rotary electric machine of the present invention may be used as a permanent magnet rotary electric machine of an outer rotation in which a rotor is disposed around the stator, and the same effect as the above-described effect can be obtained.

도 1은 제1 실시예의 영구 자석식 회전 전기 기기의 일부 단면도.1 is a partial sectional view of a permanent magnet rotary electric machine of the first embodiment;

도 2는 제1 실시예의 영구 자석식 회전 전기 기기의 단면도.Fig. 2 is a sectional view of the permanent magnet rotary electric machine of the first embodiment.

도 3은 회전자 철심(7)에서의 압박력 F와 원심력 G를 나타낸 도면.3 is a diagram showing the pressing force F and the centrifugal force G in the rotor iron core 7;

도 4는 회전자 철심(7)을 연결하는 리베트(12)를 도시한 도면.4 shows a rivet 12 connecting the rotor iron core 7.

도 5는 회전자 철심(7)의 자속 밀도 분포를 도시한 도면.Fig. 5 shows the magnetic flux density distribution of the rotor iron core 7;

도 6은 제1 실시예, 제2 실시예 및 종래 예의 효율을 비교한 도면.6 is a view comparing the efficiencies of the first embodiment, the second embodiment, and the conventional example.

도 7은 회전자 철심(7)을 연결하는 8개의 리베트(12)를 도시한 도면.FIG. 7 shows eight rivets 12 connecting the rotor iron cores 7.

도 8은 폴피스측 각도θ를 바꾼 경우의 유기 전압 파형을 도시한 도면.8 is a diagram showing an induced voltage waveform when the pole piece side angle θ is changed.

도 9는 영구 자석의 폴피스측 각도θ와 파형 변동율과의 관계를 나타낸 도면.Fig. 9 is a graph showing the relationship between the pole piece side angle θ and the waveform variation rate of a permanent magnet;

도 10은 ψ을 바꾼 경우의 유기 전압 파형을 나타낸 도면.10 is a diagram showing an induced voltage waveform when ψ is changed.

도 11은 ψ과 파형 변동율과의 관계를 나타낸 도면.11 shows the relationship between ψ and waveform variation rate.

도 12는 슬릿 폭 각도 S를 바꾼 경우의 유기 전압 파형을 도시한 도면.12 is a diagram showing an induced voltage waveform when the slit width angle S is changed.

도 13은 슬릿 폭 각도 S와 파형 변동율과의 관계를 나타낸 도면.Fig. 13 shows the relationship between the slit width angle S and the waveform variation rate;

도 14는 슬롯 피치 τs를 바꾼 경우의 유기 전압 파형을 도시한 도면.14 is a diagram showing an induced voltage waveform when the slot pitch [tau] s is changed.

도 15는 제1 실시예와 종래 예의 갭부의 자속 밀도를 비교한 도면.Fig. 15 is a diagram comparing magnetic flux densities of gap portions in the first embodiment and the prior art example.

도 16은 제2 실시예의 영구 자석식 회전 전기 기기를 도시한 도면.16 shows a permanent magnet rotary electric machine of a second embodiment;

도 17은 자기 중심이 3점 중 2의 영구 자석식 회전 전기 기기를 도시한 도면.17 shows a permanent magnet rotary electric machine having a magnetic center of 2 out of 3 points;

도 18은 자기 중심이 5점 중 2의 영구 자석식 회전 전기 기기를 도시한 도면.18 shows a permanent magnet rotary electric machine having a magnetic center of 2 out of 5 points;

도 19는 갭 자속 밀도/자석 자속 밀도와 효율의 관계를 나타낸 도면.Fig. 19 shows the relationship between the gap magnetic flux density / magnetic magnetic flux density and efficiency;

도 20은 자기 중심수와 효율의 관계를 나타낸 도면.20 shows the relationship between the number of magnetic centers and the efficiency.

도 21은 본 발명의 전동기를 이용한 스크롤 압축기의 종단면도.21 is a longitudinal sectional view of a scroll compressor using an electric motor of the present invention.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings

a, b, c, d, e : 자속 집중점a, b, c, d, e: magnetic flux concentration points

1 : 고정자1: stator

2 : 고정자 철심2: stator iron core

3 : 고정자 슬롯3: stator slot

4 : 고정자 개구부4: stator opening

5 : 갭5: gap

6 : 회전자6: rotor

7 : 회전자 철심7: rotor iron core

8a : 영구 자석8a: permanent magnet

9 : 회전축9: axis of rotation

θ : 영구 자석의 폴피스 각도θ: pole piece angle of permanent magnet

ψ : 영구 자석의 극간색ψ: polar color of the permanent magnet

S : 스테이터의 슬릿 폭 각도S: Slit width angle of stator

τs : 슬롯 피치 각도τs: slot pitch angle

(제1 실시예)(First embodiment)

본 발명의 제1 실시예인 3상 4극의 영구 자석식 회전 전기 기기를 설명한다. 도 2는, 영구 자석식 회전 전기 기기의 회전축에 수직인 단면도이다. 도 1은, 도 2의 영구 자석식 회전 전기 기기의 4극 중, 1극의 부분을 확대하여 도시한 것이다. 도 2에서, 고정자(1)는, 24개의 슬롯(3)이 형성된 고정자 철심(2)과, 슬롯(3)에 삽입된 U상(相)의 고정자 권선 U+, U-, 및 V상의 고정자 권선 V+, V- 및 W상의 고정자 권선 W+, W-로 구성되어 있다. 각 슬롯(3)은 개구부(4)를 갖는다. 개구부(4)는 슬릿이라고도 한다.A three-phase, four-pole permanent magnet rotary electric machine according to a first embodiment of the present invention will be described. 2 is a cross-sectional view perpendicular to the rotation axis of the permanent magnet rotary electric machine. FIG. 1 is an enlarged view of a portion of one pole of four poles of the permanent magnet rotary electric machine of FIG. 2. In FIG. 2, the stator 1 includes a stator iron core 2 having 24 slots 3 and stator windings U +, U- and V phases of the U phase inserted into the slot 3. It consists of stator windings W +, W- on V +, V- and W. Each slot 3 has an opening 4. The opening 4 is also called a slit.

회전자(6)는, 회전축(9)과, 회전축(9)에 끼워붙여 고착시킨 회전자 철심(7)과, 회전자 철심(7)에 삽입하여 조립한 페라이트로 제조한 영구 자석(8) 4개로 주로 구성된다. 고정자(1)는 회전자(6)를 둘러싸고, 고정자(1)와 회전자(6) 사이에는 소정의 갭(5)이 있다.The rotor 6 includes a rotor shaft 9, a rotor iron core 7 fitted and fixed to the rotor shaft 9, and a permanent magnet 8 made of ferrite inserted into the rotor iron core 7 and assembled. It is mainly composed of four. The stator 1 surrounds the rotor 6 and there is a predetermined gap 5 between the stator 1 and the rotor 6.

회전자 철심(7) 중, 영구 자석(8)과 회전자(6)의 외주 사이의 철심 부분은 폴피스라고 한다.The portion of the iron core 7 between the permanent magnet 8 and the outer circumference of the rotor 6 is called a pole piece.

회전축(9)에 수직인 영구 자석(8)의 단면의 형상은 활 모양이고, 활의 중심은 도 1에 도시된 바와 같이 a 및 b점의 2점이다. 영구 자석(8)은 오목부가 고정자 방향을 향하도록 회전자 철심(7)에 배치되어 있다. 인접하는 영구 자석(8)의 극성이 반대가 되도록 즉, 4개의 영구 자석(8)은 N극과 S극이 교대가 되도록 각각 착자되어 있다.The shape of the cross section of the permanent magnet 8 perpendicular to the rotation axis 9 is bow-shaped, and the center of the bow is two points a and b as shown in FIG. The permanent magnet 8 is arranged on the rotor iron core 7 so that the concave portion faces the stator direction. The four permanent magnets 8 are magnetized so that the N poles and the S poles alternate with each other so that the polarities of the adjacent permanent magnets 8 are reversed.

영구 자석(8)은 도 1에 도시된 바와 같이 자속이 a, b의 2곳에 집중하도록 착자되어 있다.The permanent magnet 8 is magnetized so that the magnetic flux concentrates at two positions a and b as shown in FIG.

도 5에 도시된 영구 자석(8)은, 곡률 중심이 틀어진 2개의 활 모양의 단면을 갖는다. 인접하는 영구 자석(8) 사이의 거리, 즉 보조 자극의 폭은 지름 방향의 중간부에서 최소가 되고, 중간부로부터 외주측을 향해 그 거리가 커지고 있다.The permanent magnet 8 shown in FIG. 5 has two bow-shaped cross sections with a center of curvature. The distance between adjacent permanent magnets 8, i.e., the width of the auxiliary magnetic pole, is minimized at the middle portion in the radial direction, and the distance is increased from the middle portion toward the outer circumferential side.

예를 들면, 출력 1kw, 반경 112㎜의 전동기에서는 두개의 자기 중심점 사이의 거리(도 5에서 d1로 도시함)는 1㎜, 인접하는 영구 자석과의 최소 거리는 1㎜×2, 중간 반경부로부터 떨어짐에 따라 그 거리가 커져 최대치(도 5에서 d4×2 )는 약 3㎜×2로 되어 있다. 또한, 회전축(9)의 표면과는 0.5㎜의 거리이다.For example, in a motor with an output of 1 kw and a radius of 112 mm, the distance between two magnetic center points (shown as d1 in FIG. 5) is 1 mm, the minimum distance from adjacent permanent magnets is 1 mm x 2, from the middle radius. As it falls, the distance increases, and the maximum value (d4 × 2 in FIG. 5) is about 3 mm × 2. Moreover, it is a distance of 0.5 mm with the surface of the rotating shaft 9.

도 1의 회전자 철심(7)은, 규소 강판을 다수장 적층하여 만들어져 있다. 규소 강판에는, 영구 자석(8)을 삽입하기 위한 구멍(7a)과 규소 강판을 연결하는 리베트를 밀어넣는 구멍(7b)이 형성되어 있다. 구멍(7b)은, 영구 자석(8a)보다도 외주측에 설치되어 있다.The rotor iron core 7 of FIG. 1 is produced by laminating a large number of silicon steel sheets. In the silicon steel sheet, a hole 7b for inserting the permanent magnet 8 and a hole 7b for pushing the rivet connecting the silicon steel sheet are formed. The hole 7b is provided on the outer circumferential side of the permanent magnet 8a.

도 3에 도시된 바와 같이, 구멍(7a)에 리베트를 밀어넣으면, 구멍(7a)보다 동심원 형상으로 압박력 F가 가해진다. 상기 압박력 F는 회전자(6)가 회전함에 따라 발생하는 원심력 G와 반대 방향의 힘이고, 영구 자석(8a)을 강고하게 고정시킬 수 있다.As shown in Fig. 3, when the rivet is pushed into the hole 7a, the pressing force F is applied in a concentric shape than the hole 7a. The pressing force F is a force in a direction opposite to the centrifugal force G generated as the rotor 6 rotates, and can firmly fix the permanent magnet 8a.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이 리베트(12)는 단부판(13)으로 고정되므로, 원심력 G를 단부판(13)으로 지탱할 수 있다. 여기서, 구멍(7b)이 영구 자석(8)보다도 외주측에 있는 회전자(6)에 대해, 영구 자석(8)이 만드는 자속의 변화 및 효율의 변화를 검토하였다.In addition, since the rivet 12 is fixed to the end plate 13 as shown in FIG. 4, the centrifugal force G can be supported by the end plate 13. Here, the change of the magnetic flux which the permanent magnet 8 makes, and the change of efficiency were examined about the rotor 6 whose hole 7b is located in the outer peripheral side rather than the permanent magnet 8.

검토에 이용한 전동기는 출력 1kw, 토크 0.19kg-m(일정), 정격 회전수 5000rpm의 전동기이다. 도 5에 본 실시예의 전동기에서의 자속 밀도 분포를 나타낸다. 도 6에 자성체의 리베트를 이용한 경우의 본 실시예의 전동기와 리베트를 영구 자석보다도 회전축측에 밀어넣은 종래형의 전동기(특개평7-322538의 도 6을 참조)와의 회전수-효율 특성의 차이를 나타낸다.The electric motor used for examination is an electric motor with a 1-kw output, 0.19 kg-m of torque (constant), and a rated speed of 5000 rpm. 5 shows magnetic flux density distribution in the electric motor of this embodiment. Fig. 6 shows the difference in the rotational speed-efficiency characteristics between the motor of this embodiment in the case of using a magnetic rivet and a conventional electric motor (see Fig. 6 of JP-A 7-322538) in which the rivet is pushed on the side of the rotating shaft rather than the permanent magnet. Indicates.

도 5로부터, 구멍(7a)을 영구 자석(8)보다도 외주측에 설치해도 자속 밀도 분포에는 그다지 영향이 없다는 것을 알 수 있다. 도 6으로부터, 자성체의 리베트를 이용해도 효율이 열화하는 일은 없음은 분명하다.5 shows that even if the hole 7a is provided in the outer peripheral side rather than the permanent magnet 8, there is little influence on the magnetic flux density distribution. It is clear from FIG. 6 that efficiency does not deteriorate even if the rivet of a magnetic body is used.

단, 리베트(12)가 회전자 철심(7)과 전기적으로 절연되지 않으면, 회전자(6)의 회전축 방향으로 큰 과전류의 루프가 생기므로, 효율이 저하한다. 따라서, 리베트(12)는 회전자 철심(7)과 전기적으로 절연되어 있는 편이 좋다. 리베트(12)는 절연체나, 혹은 절연된 자성체가 좋다.However, if the rivet 12 is not electrically insulated from the rotor core 7, a large overcurrent loop occurs in the direction of the rotational axis of the rotor 6, so that the efficiency is lowered. Therefore, the rivet 12 is preferably electrically insulated from the rotor core 7. The rivet 12 is preferably an insulator or an insulated magnetic body.

도 7에 도시된 회전자(6)는 4개의 폴피스에, 각각 2개씩 구멍(7b)을 설치하고, 자성체의 리베트(12)와 비자성체의 리베트(14)를 쌍으로 하여 이용한 것이다. 회전자(6)는 1극의 범위에서는 비대칭이지만, 회전자(6)의 전체 둘레에서는 밸런스를 취할 수 있는 회전 전기 기기이다.The rotor 6 shown in FIG. 7 uses two poles 7b in each of four pole pieces, and uses a pair of magnetic rivets 12 and a non-magnetic rivet 14 in pairs. The rotor 6 is a rotating electric machine that is asymmetrical in the range of one pole, but can be balanced in the entire circumference of the rotor 6.

회전자(6)의 폴피스가 회전축을 중심으로 하여 만드는 중심각(이하 폴피스각도라고 부름) θ를, 슬롯 피치가 회전축을 중심으로 하여 만드는 중심각(이하, 슬롯 피치 각도라고 함)τs, 및 슬릿이 회전축을 중심으로 하여 만드는 중심각(이하, 슬릿 폭 각도라고 함) S로 나타내면,The center angle (hereinafter referred to as pole piece angle) θ that the pole piece of the rotor 6 is centered on the rotation axis, the center angle (hereinafter referred to as slot pitch angle) τs that the slot pitch is centered on the rotation axis, s, and the slit If the center angle (hereinafter referred to as slit width angle) made around this axis of rotation is represented by S,

θ=n×τs+A×S (n은 정수, A는 슬롯부 자속의 흐름에 의존하는 0≤A≤1의 상수, 각도는 기계각)로 나타낸 바와 같은 관계로 설정되어 있다. 슬롯 피치 각도 τs가 15도, 슬릿 폭 각도 S가 6.7도일 때에 특히 n=3, A=0.7이라고 하면 폴피스 각도 θ는 49.7도가 된다. 또, 실용적으로는 폴피스 각도를 θ=n×τs+A×S±1의 범위 내에서 선택해도 좋다.θ = n × τs + A × S (n is an integer, A is a constant of 0 ≦ A ≦ 1 depending on the flow of the slot magnetic flux, and the angle is a machine angle). When the slot pitch angle [tau] s is 15 degrees and the slit width angle S is 6.7 degrees, n = 3 and A = 0.7 are the pole piece angles [theta] to 49.7 degrees. In practice, the pole piece angle may be selected within the range of θ = n × τs + A × S ± 1.

유기 전압의 파형과 폴피스 각도 θ와의 관계를 밝히기 위해, 폴피스 각도 θ를 θ=54.7, 49.7, 44.7도로 변화시킨 경우의 유기 전압 파형을 도 8에 도시한다. 단, 영구 자석(8)이 회전축을 중심으로 하여 만드는 중심각 ψ=88.2도와 슬릿 폭 각도S=6.7도를 일정하게 한다.In order to clarify the relationship between the waveform of the induced voltage and the pole piece angle θ, the induced voltage waveform when the pole piece angle θ is changed to θ = 54.7, 49.7, 44.7 degrees is shown in FIG. 8. However, the center angle ψ = 88.2 degrees and the slit width angle S = 6.7 degrees made by the permanent magnet 8 about the rotation axis are made constant.

도 8로부터, 유기 전압 파형은 θ= 54.7도인 경우는 5개의 산형상의 볼록 파형, θ=44.7도의 경우에는 5개의 골짜기 형상의 오목 파형이다. 유기 전압 파형이 정현파에 가장 가까워지는 것은 θ= 49.7도인 경우이다. 정현파에 가까운 것을 정량적으로 평가하기 위해, 유기 전압 파형이 정현파이면, 전기각 90도에서의 피크 전압이 실효치의 √2배인 것으로부터, 파형 변동율=전기각 90도에서의 전압/(전압 실효치×√2)으로 정의하여 값을 구하였다. 볼록 파형은 변동율이 1보다 커지고, 오목 파형은 변동율이 1보다 작아진다. 변동율이 1에 가까울수록 파형은 정현파에 가깝다고 할 수 있다. 그 결과를 도 9에 도시한다.From Fig. 8, the induced voltage waveforms are five mountain-shaped convex waveforms when θ = 54.7 degrees, and five valley-shaped concave waveforms when θ = 44.7 degrees. The closest sine wave to the induced voltage waveform is when θ = 49.7 degrees. In order to quantitatively evaluate the sine wave, if the induced voltage waveform is a sine pie, the peak voltage at 90 degrees of electric angle is √2 times the effective value, so that the waveform variation rate = voltage at 90 degrees of electrical angle / (effective voltage value x√ The value was defined by defining 2). Convex waveforms have a rate of change greater than one, and concave waveforms have a rate of change less than one. As the rate of change approaches 1, the waveform is closer to sinusoidal. The results are shown in FIG.

도 9로부터, 파형 변동율이 1에 가까운 것은 θ= 49.7도인 경우이고, 본 실시예에서 구한 θ, τs, S의 관계를 갖는 전동기의 우위를 정량적으로 평가할 수 있다.From Fig. 9, the waveform variation ratio close to 1 is the case where θ = 49.7 degrees, and the superiority of the electric motor having the relationship of θ, τs, and S obtained in this embodiment can be quantitatively evaluated.

다음에, 유기 전압의 파형과 영구 자석(8)이 회전축을 중심으로 하여 만드는 중심각 ψ과의 관계를 밝히기 위해, ψ=88.2, 78.2도로 변화시킨 경우의 유기 전압 파형을 도 10에 도시한다. 단, 폴피스 각도 θ= 49.7도와 슬릿 폭 각도 S=6.7도를 일정하게 한다. ψ와 파형 변동율과의 관계를 도 11에 도시한다.Next, in order to clarify the relationship between the waveform of the induced voltage and the center angle ψ made by the permanent magnet 8 about the rotation axis, the induced voltage waveform in the case of changing ψ = 88.2 and 78.2 degrees is shown in FIG. However, the pole piece angle θ = 49.7 degrees and the slit width angle S = 6.7 degrees are made constant. The relationship between (psi) and waveform variation rate is shown in FIG.

도 10으로부터, ψ가 변화해도 유기 전압 파형의 형태는 거의 변화하지 않은 것을 알 수 있다. 도 11로부터, 파형 변동율이 거의 동일한 것을 알 수 있다. 따라서, ψ는 유기 전압 파형을 변화시키지 않음을 알 수 있다.It can be seen from FIG. 10 that the shape of the induced voltage waveform hardly changed even when? Was changed. It can be seen from FIG. 11 that the waveform fluctuation rates are almost the same. Thus, it can be seen that ψ does not change the induced voltage waveform.

마지막으로, 유기 전압의 파형과 슬릿 폭 각도 S와의 관계를 밝히기 위해, 슬릿 폭 각도 S=8.7, 6.7, 2.7도로 변화시킨 경우의 유기 전압 파형을 도 12에 도시한다. 단, 폴피스 각도 θ= 49.7도와 ψ= 88.2도를 일정하게 한다. S와 파형 변동율과의 관계를 도 13에 도시한다.Finally, in order to clarify the relationship between the waveform of the induced voltage and the slit width angle S, the induced voltage waveform when the slit width angles S = 8.7, 6.7, and 2.7 degrees are shown in FIG. However, the pole piece angle θ = 49.7 degrees and ψ = 88.2 degrees are made constant. 13 shows a relationship between the S and the waveform variation rate.

도 12로부터, S가 변화하면 유기 전압 파형의 형태가 변화하는 것을 알 수 있다. 도 13으로부터, 파형 변동율이 크게 변화하는 것을 알 수 있다. 따라서, S는 유기 전압 파형과 밀접한 관계가 있음을 알 수 있다.It can be seen from FIG. 12 that the shape of the induced voltage waveform changes when S changes. It can be seen from FIG. 13 that the waveform fluctuation rate is greatly changed. Therefore, it can be seen that S is closely related to the induced voltage waveform.

또, 슬롯 피치 τs가 변화하면 유기 전압 파형이 변화한다. 확인을 위해 슬롯 피치 τs=15, 30이고, 다른 조건은 일정한 경우의 유기 전압 파형을 도 14에 도시한다. 도 14로부터, 슬롯 피치 τs가 변화하면 유기 전압 파형이 변화하는 것을 알 수 있다.In addition, when the slot pitch tau s changes, the induced voltage waveform changes. The induced voltage waveform in the case where the slot pitch tau s = 15, 30 and other conditions are constant for confirmation is shown in FIG. It can be seen from FIG. 14 that the induced voltage waveform changes when the slot pitch tau s changes.

이상으로부터, 유기 전압 파형을 정현파에 가깝게 하기 위해서는, 폴피스 각도 θ가, 슬롯 피치 각도 τs 및 슬릿 폭 각도 S에 대해, 거의In view of the above, in order to bring the induced voltage waveform closer to the sinusoidal wave, the pole piece angle θ is almost equal to the slot pitch angle τs and the slit width angle S.

θ=n×τs+A×S (n은 정수, A는 슬롯부 자속의 흐름에 의존하는 0≤A≤1의 상수, 각도는 기계각)로 도시하는 관계를 갖는 것이 필요하다.It is necessary to have a relationship shown by θ = n × τs + A × S (n is an integer, A is a constant of 0 ≦ A ≦ 1 depending on the flow of the slot magnetic flux, and the angle is a machine angle).

또한, 슬릿 폭 각도 S의 유기 전압 파형 변화로의 유효도를 나타낸 상수 A는, 자석의 강함이나, 슬롯 형상에 따라 변화하지만, 자석이 페라이트인 경우에는 A = 0.7 정도가 된다.In addition, the constant A showing the effectiveness of the slit width angle S in the variation of the induced voltage waveform varies depending on the strength of the magnet and the slot shape, but when the magnet is ferrite, A = 0.7.

한편, n이지만, 유기 전압 파형과 n은,On the other hand, although n, the induced voltage waveform and n,

2n×τs+A×Sθ(2n+1)×τs+A×S (n은 정수)인 경우에는,In the case of 2n × τs + A × Sθ (2n + 1) × τs + A × S (n is an integer),

오목 파형이 되고, 또한Become a concave waveform,

(2n+1) ×τs+A×Sθ(2n+2)×τs+A×S (n은 정수)(2n + 1) × τs + A × Sθ (2n + 2) × τs + A × S (n is an integer)

의 경우에는, 볼록 파형이 된다.In the case of, it becomes a convex waveform.

상기 실시예에서, τs=15도, A=0.7, S=6.7도로서 구체적으로 도시하면,In the above embodiment, specifically showing as τs = 15 degrees, A = 0.7, S = 6.7 degrees,

4.7θ19.7···오목 파형4.7θ19.7

19.7θ34.7···볼록 파형19.7 θ 34.7 ...

34.7θ49.7···오목 파형34.7 θ 49.7 ...

49.7θ64.7···볼록 파형이 된다.49.7θ64.7 ... becomes a convex waveform.

유기 전압의 피크치는, 오목 파형으로부터 볼록 파형으로 변화할 때에 계단형상으로 증가하므로, θ가 오목 파형으로부터 볼록 파형으로 변화하는 조건, 즉 n이 홀수인 경우가 유효하다.Since the peak value of the induced voltage increases stepwise when changing from the concave waveform to the convex waveform, a condition in which θ changes from the concave waveform to the convex waveform, that is, the case where n is odd is effective.

이와 같이 구성된 전동기는, 종래와 마찬가지로 인버터 전원에 의해 급전된다. U상이, V상 및 W상의 각 상의 인접하는 고정자 권선(예를 들면, U상의 U1과 U2, V상의 V1과 V2, W상의 W1과 W2)에 120도 위상을 변이시켜 통전시키는, 소위 120도 통전을 행함에 따라, 고정자(1)에 의한 회전자계가 발생하고, 자기적인 흡인력 및 반발력에 의해 회전자(6)가 회전한다.As described above, the electric motor configured as described above is powered by an inverter power supply. The so-called 120 degrees which the U phase shifts a 120 degree phase and energizes adjacent stator windings (for example, U1 and U2 of U phase, V1 and V2 of V phase, and W1 and W2 of W phase) of each phase of V phase and W phase. As the energization is performed, a rotor magnetic field generated by the stator 1 is generated, and the rotor 6 rotates by magnetic attraction force and repulsion force.

이 때, 갭(5)에 작용하는 영구 자석(8)의 자속 밀도 분포는, 종래 예보다도 크게 또한 120도 통전 구간에 집중하므로, 전동기 효율이 향상한다. 본 실시예의 전송기의 자속 밀도 분포를 도 5에 나타낸다.At this time, the magnetic flux density distribution of the permanent magnet 8 acting on the gap 5 is concentrated in the energizing section 120 degrees larger than the conventional example, so that the motor efficiency is improved. The magnetic flux density distribution of the transmitter of this embodiment is shown in FIG.

본 실시예와 영구 자석의 자기 중심이 일점인 종래 예와의, 갭부의 자속 밀도 분포의 차이를 도 15에 나타낸다.FIG. 15 shows a difference in magnetic flux density distribution of the gap portion from the present example and the conventional example in which the magnetic center of the permanent magnet is one point.

도 15로부터, 본 발명의 갭부의 자속 밀도의 최대치는, 0.485테슬라이고, 영구 자석이 갖는 자속 밀도 0.375 테슬라의 약 1.3배임을 알 수 있다. 그러나, 종래 예에서는 약 1.1배이므로, 본 발명이 종래예보다도 우수하다는 것을 알 수 있다. 또한, 본 실시예의 전동기의 비통전 구간의 자속 밀도는, 종래 예의 비통전 구간의 자속 밀도보다도 작아 자속이 120도인 통전 구간(도 15의 전기각 30도∼150도)에 집중하고 있는 것을 알 수 있다.It can be seen from FIG. 15 that the maximum magnetic flux density of the gap portion of the present invention is 0.485 tesla and about 1.3 times the magnetic flux density of 0.375 tesla of the permanent magnet. However, in the conventional example, since it is about 1.1 times, it turns out that this invention is superior to the conventional example. In addition, it can be seen that the magnetic flux density of the non-energized section of the electric motor of the present embodiment is smaller than the magnetic flux density of the non-energized section of the conventional example and is concentrated in the energized section (the electric angle of 30 degrees to 150 degrees in FIG. 15) having a magnetic flux of 120 degrees. have.

도 6에, 본 실시예와 종래 예와의 전동기 효율의 비교를 나타낸다. 도 6에서는 본 실시예, 종래 예 모두 전동기 효율이 최대가 되는 전류 위상으로 제어하고 있다. 도 6으로부터, 본 실시예는 특히 저회전수에서 효율 향상 효과가 큰 것을 알 수 있다.6 shows a comparison of the motor efficiency between the present embodiment and the conventional example. In FIG. 6, in this embodiment and the prior art example, control is carried out in a current phase in which the motor efficiency is maximum. It can be seen from FIG. 6 that the present embodiment is particularly effective in improving efficiency at low rotational speeds.

(제2 실시예)(2nd Example)

도 16에, 본 발명의 제2 실시예인 영구 자석식 회전 전기 기기를 나타낸다. 본 실시예에서는, 2개의 자기 중심을 갖는 V자형의 영구 자석(8a)을 이용하고 있다. 영구 자석(8a)의 오목부가 고정자(9)측이 되도록 배치하고 있다.16 shows a permanent magnet rotary electric machine as a second embodiment of the present invention. In this embodiment, a V-shaped permanent magnet 8a having two magnetic centers is used. The recessed part of the permanent magnet 8a is arrange | positioned so that it may become the stator 9 side.

이 경우에도, 갭에 작용하는 영구 자석(8)의 자속 밀도 분포는, 종래 예보다도 크고 또한 120도 통전 구간에 집중하고 있어 전동기 효율이 향상한다. 도 6에, 본 실시예와 종래 예와의 전동기 효율의 비교를 나타낸다. 도 6으로부터, 제1 실시예(도 1)의 경우와 마찬가지로, 특히 저회전수에서 효율 향상의 효과가 큰 것을 알 수 있다. 즉, 결정된 회전자 외부 지름, 축길이 중에서 영구 자석의 발생 자속량을 최대로 얻을 수 있는 형상이 고효율이 된다.Also in this case, the magnetic flux density distribution of the permanent magnet 8 acting on the gap is larger than that of the conventional example and is concentrated in a 120 degree energization section, thereby improving the motor efficiency. 6 shows a comparison of the motor efficiency between the present embodiment and the conventional example. It can be seen from FIG. 6 that, similarly to the case of the first embodiment (FIG. 1), the effect of efficiency improvement is particularly great at a low rotational speed. That is, the shape which can obtain the generated magnetic flux maximum of a permanent magnet among the determined rotor outer diameter and shaft length becomes high efficiency.

또 본 발명은, 120도 통전 이외의 경우, 예를 들면 180도 통전이라도 좋고, 영구 자석의 개수(극수)는 4극 이외라도 좋다. 또한, 고정자의 슬롯수도 24개 이외라도 좋다. 또한 영구 자석(8)은 페라이트 자석이외라도 좋고, 또한 활 모양이면 타원의 일부라도 좋다는 등, 본 발명은 요지를 일탈하지 않은 범위 내에서 여러가지로 변형해서 실시할 수도 있다.In addition, in the present invention, in a case other than 120-degree energization, for example, 180-degree energization may be used, and the number (number of poles) of the permanent magnets may be other than four poles. The number of slots of the stator may also be other than 24. The permanent magnet 8 may be other than a ferrite magnet, or may be a part of an ellipse as long as it is a bow. The present invention may be modified in various ways without departing from the scope of the present invention.

여기서, 제1 실시예에서 설명한 활 모양의 영구 자석(8)을 이용한 전동기와, 본 실시예의 V자형의 영구 자석(8a)을 이용한 전동기를 비교한다.Here, the motor using the bow-shaped permanent magnet 8 described in the first embodiment is compared with the motor using the V-shaped permanent magnet 8a of the present embodiment.

회전자 철심(7)의 내부에 영구 자석이 매립된 영구 자석식 회전 전기 기기의 토크는 (1)식 이외에 수학식 2로도 나타낼 수 있다.The torque of the permanent magnet rotary electric machine in which the permanent magnet is embedded in the rotor iron core 7 may be represented by Equation 2 in addition to Equation (1).

T : 전동기의 토크, ψ : 영구 자석에 의한 자속, Lq : q축 인덕턴스T: torque of motor, ψ: magnetic flux by permanent magnet, Lq: q-axis inductance

Ld : d축 인덕턴스, Iq : q축 권선 전류, Id : d축 권선 전류Ld: d-axis inductance, Iq: q-axis winding current, Id: d-axis winding current

수학식 1에서 제1항은 영구 자석의 주자속에 의한 토크이고, 영구 자석의 회전축측의 표면적에 비례한다. 제2항은 인접하는 자석 사이의 철심부의 보조 자극에 의한 릴럭턴스 토크이고, 인접하는 자석 사이의 거리에 비례한다. 회전자 철심(7)의 표면에 영구 자석을 배치한 표면 자석형 전동기의 토크는 제1항뿐으로, 제2항을 갖지 않는다. 제1 실시예 및 본 실시예와 같은 자석 매립형 전동기의 토크는, 제1항과 제2항의 양쪽을 갖고 있으므로, 표면 자석형 전동기보다도 고효율이 된다.In Equation 1, the first term is a torque caused by the main magnetic flux of the permanent magnet, and is proportional to the surface area of the rotating shaft side of the permanent magnet. The second term is the reluctance torque caused by the auxiliary magnetic poles of the iron cores between the adjacent magnets, and is proportional to the distance between the adjacent magnets. The torque of the surface magnet electric motor in which a permanent magnet is disposed on the surface of the rotor iron core 7 is only claim 1 and does not have the second claim. The torque of the magnet-embedded electric motor as in the first embodiment and the present embodiment has both of claims 1 and 2, so that the torque is higher than that of the surface magnet electric motor.

회전자 철심의 폴피스 각도 θ를 동일하게 하여 활 모양의 영구 자석(8)을 이용한 전동기와, V자형 영구 자석(8a)을 이용한 전동기를 비교하면, V자형 영구 자석(8a)보다도 영구 자석(8)의 회전축측의 표면적이 넓다. 따라서, 활 모양의 영구 자석(8)을 이용한 전동기쪽이 영구 자석이 만드는 주자속이 크므로, 제1항에 의한 토크가 크다.When comparing the electric motor using the bow-shaped permanent magnet 8 with the pole-type angle θ of the rotor iron core and the motor using the V-shaped permanent magnet 8a, the permanent magnet ( 8) the surface area of the rotating shaft side is large. Therefore, since the main magnetic flux which a permanent magnet produces by the electric motor side using the bow-shaped permanent magnet 8 is large, the torque by Claim 1 is large.

인접하는 자석 사이의 거리는, V자형 영구 자석(8a)을 이용한 전동기가 크다. 따라서, V자형 영구 자석(8a)을 이용한 전동기가 제2항에 의한 릴럭턴스 토크가 크다. 그러나, 120도 통전을 행하는 경우에는, 릴럭턴스 토크는 발생하기 어렵다. 따라서, 120 통전을 행하는 경우에는, 활 모양의 영구 자석(8)을 이용한 전동기 쪽이 토크가 크다.The distance between adjacent magnets is large with the electric motor using the V-shaped permanent magnet 8a. Therefore, the reluctance torque according to claim 2 is large in the motor using the V-shaped permanent magnet 8a. However, reluctance torque is hardly generated when 120 degree electricity supply is conducted. Therefore, when 120 energization is performed, the electric motor using the bow permanent magnet 8 has a large torque.

도 17에, 자기 중심이 a, b, c 3점인 경우를, 도 18에 a, b, c, d, e의 5점인 경우의 예를 도시한다. 본 실시예에서는 자기 중심을 많게 함으로써, 자속을 발생시키는 영구 자석의 면적을 증가시킬 수 있고, 자속의 집자 효과가 상승하고, 갭부의 자속 밀도를 자석이 갖는 자속 밀도보다도 높게 할 수 있다. 단, 철손이 증가하므로, 갭 자속 밀도/자석 자속 밀도의 값에는 유효한 구간이 존재한다.FIG. 17 shows an example where the magnetic center is three points a, b, and c, and FIG. 18 shows an example where five points are a, b, c, d, and e. In this embodiment, by increasing the magnetic center, the area of the permanent magnet generating magnetic flux can be increased, the magnetic flux effect of the magnetic flux can be increased, and the magnetic flux density of the gap portion can be made higher than the magnetic flux density of the magnet. However, since the iron loss increases, an effective section exists in the value of the gap magnetic flux density / magnetic magnetic flux density.

도 19에, 회전수가 1000, 3000, 5000 rpm 경우의 갭 자속 밀도/자석 자속 밀도와 효율의 관계를 나타낸다. 도 19로부터, 갭 자속 밀도/자석 자속 밀도가 1.2보다 커지면, 5000rpm의 경우보다도 3000rpm의 경우가 높아져, 철손의 증가에 따른 효율 악화의 경향이 나타나기 시작한다. 갭 자속 밀도/자석 자속 밀도가 1.5보다 커지면, 회전수가 큼에도 불구하고 효율이 저하하기 시작한다. 따라서, 갭 자속 밀도/자석 자속 밀도의 비는 1.2∼1.5가 좋다.19 shows the relationship between the gap magnetic flux density / magnetic magnetic flux density and the efficiency when the rotation speed is 1000, 3000, and 5000 rpm. From Fig. 19, when the gap magnetic flux density / magnet magnetic flux density is larger than 1.2, the case of 3000 rpm is higher than that of 5000 rpm, and the tendency of efficiency deterioration with increasing iron loss starts to appear. If the gap magnetic flux density / magnet magnetic flux density is greater than 1.5, the efficiency starts to decrease despite the large number of revolutions. Therefore, the ratio of the gap magnetic flux density / magnetic magnetic flux density is preferably 1.2 to 1.5.

회전수가 1000, 3000, 5000rpm의 경우의 자기 중심의 수와 효율의 관계를 도 20에 도시한다. 도 20으로부터, 자기 중심이 많은 만큼 자석의 표면적이 넓어져 자속이 집중하므로, 효율이 증가하는 것을 알 수 있다. 단, 동일한 고정자(1)를 이용하므로 철손의 영향에 의해, 고회전수의 경우에는 자기 중심이 2점일 때가 가장 고효율이 된다.FIG. 20 shows the relationship between the number of magnetic centers and the efficiency when the rotation speeds are 1000, 3000, and 5000 rpm. It can be seen from FIG. 20 that the magnetic surface is increased and the magnetic flux is concentrated as much as the magnetic center is, so that the efficiency is increased. However, since the same stator 1 is used, it is most efficient when the magnetic center is two points in the case of high rotational speed by the influence of iron loss.

(제3 실시예)(Third Embodiment)

도 21에, 본 발명의 영구 자석식 전동기를 에어컨디셔너용의 스크롤 압축기에 적용한 예를 도시한다. 우선 전체 구성을 설명한다.21 shows an example in which the permanent magnet electric motor of the present invention is applied to a scroll compressor for an air conditioner. First, the overall configuration will be described.

도 21에 도시된 스크롤 압축기는, 밀폐 용기(21) 내의 상부에 펌프부(압축 기구부), 하부에 전동기부가 수납되어 있다. 펌프부는, 고정 스크롤(22), 선회 스크롤(23), 프레임(24), 올덤 링(31)을 주요 구성 요소로 하고 있다. 고정 스크롤(22)의 흡입구(27)에는, 외부 사이클에 접속하는 흡입 파이프(32)가 압입되어 있다.In the scroll compressor shown in FIG. 21, a pump portion (compression mechanism portion) is disposed in an upper portion of the hermetic container 21, and an electric motor portion is stored in a lower portion thereof. The pump part has the fixed scroll 22, the revolving scroll 23, the frame 24, and the Oldham ring 31 as main components. The suction pipe 32 connected to the external cycle is press-fitted into the suction port 27 of the fixed scroll 22.

고정 스크롤(22)과 선회 스크롤(23)로 압축실(26)을 형성하고 있다.The compression chamber 26 is formed by the fixed scroll 22 and the revolving scroll 23.

선회 스크롤의 보스부에는, 크랭크축(25)의 편심부(25a)가 회전 가능하게 끼워넣어져 있다. 합판부의 홈 및 프레임(24)의 홈(도시하지 않음)에는, 올덤링(31)이 미끄럼 이동 가능하게 배치되어 있다. 프레임(24)에는, 선회 스크롤(23)의 합판을 지지하기 위한 시트면, 올덤링(31)이 미끄럼 이동하는 면, 및 크랭크축(25)을 지지하는 드러스트면 및 주축 받침이 설치된다.The eccentric portion 25a of the crankshaft 25 is rotatably fitted in the boss portion of the revolving scroll. In the groove of the plywood portion and the groove (not shown) of the frame 24, the Oldham ring 31 is arrange | positioned so that sliding is possible. The frame 24 is provided with a seat surface for supporting the plywood of the revolving scroll 23, a surface on which the Oldham ring 31 slides, and a thrust surface for supporting the crankshaft 25 and the spindle support.

또한, 프레임 외주부는 고정 스크롤(22)과 볼트(33)에 의해 체결되고, 외주측면은 스폿 용접에 의해 밀폐 용기(21)에 고정되어 있다. 크랭크축(25)에는, 전동기를 구성하는 로우터(30)가 감착되어 있다. 전동기를 구성하는 스테이터(29)는 밀폐 용기(21) 내에 고정되어 있다. 36은, 크랭크축(25)의 하부를 지지하는 베어링이다.Moreover, the frame outer peripheral part is fastened by the fixed scroll 22 and the bolt 33, and the outer peripheral side is fixed to the airtight container 21 by spot welding. A rotor 30 constituting an electric motor is attached to the crank shaft 25. The stator 29 constituting the electric motor is fixed in the sealed container 21. 36 is a bearing supporting the lower part of the crankshaft 25.

본 발명의 영구 자석식 전동기를 스크롤 압축기에 적용하면, 전동기 효율이 좋으므로, 높은 전력 효율로 열교환을 행할 수 있다.When the permanent magnet electric motor of the present invention is applied to a scroll compressor, since the motor efficiency is good, heat exchange can be performed with high power efficiency.

이상의 실시예에서 설명한 영구 자석식 회전 전기 기기는, 어느 경우에나 고정자가 회전자를 둘러싼 내측 회전의 영구 자석식 회전 전기 기기이다. 그러나, 회전자가 고정자를 둘러싼 외측 회전의 영구 자석식 회전 전기 기기에 본 발명을 적용해도 좋다. 폴피스 각도θ, 슬롯 피치 각도 τs 및 슬릿 폭 각도 S가 θ= n×τs+A×S의 관계가 되도록 외측 회전자에 영구 자석을 배치하면, 외측 회전의 영구 자석식 회전 전기 기기는, 유기 전압의 파형을 정현파에 가깝게 하고, 무센서 제어를 용이하게 함과 동시에 구동 토크를 크게 할 수 있다.The permanent magnet rotary electric machine described in the above embodiment, in any case, is a permanent magnet rotary electric machine of inner rotation in which the stator surrounds the rotor. However, you may apply this invention to the permanent magnet rotary electric machine of the outer rotation which a rotor encloses a stator. When the permanent magnet is placed on the outer rotor such that the pole piece angle θ, the slot pitch angle τs and the slit width angle S are in a relationship of θ = n × τs + A × S, the permanent magnet rotary electric machine of the outer rotation is subjected to an induced voltage. It is possible to make the waveform close to the sine wave, facilitate the sensorless control, and increase the driving torque.

본 발명의 영구 자석 회전 전기 기기에 따르면, 갭 중에 작용하는 자속을 극력 증가할 수 있고, 또한 120도 통전 구간에 집중함에 따라, 회전기의 소형화 또는 도 6에 도시된 바와 같은 고효율화가 가능해지는 우수한 효과를 발휘한다.According to the permanent magnet rotary electric machine of the present invention, it is possible to increase the magnetic flux acting in the gap as much as possible, and also by concentrating on the conduction section of 120 degrees, miniaturization of the rotor or high efficiency as shown in FIG. Exert.

또한, 본 발명의 영구 자석식 회전 전기 기기에 따르면, 회전자 적층 철심을 고정하기 위한 펀칭 구멍이 자석보다도 갭측이 되기 때문에, 리베트등에 의한 고정을 위한 압박력이 모든 원심력과 역방향이 된다.Further, according to the permanent magnet rotary electric machine of the present invention, since the punching hole for fixing the rotor laminated iron core is on the gap side than the magnet, the pressing force for fixing by the rivets and the like becomes opposite to all centrifugal forces.

또한, 원심력을 지탱하는 부위로서, 브릿지부 이외에 리베트 및 단부판으로도 지탱하는 구조로 함으로서 강력한 영구 자석 고정 수단을 구비한 영구 자석식 회전 전기 기기를 제공할 수 있다.In addition, the structure supporting the centrifugal force as a structure supporting the rivet and the end plate in addition to the bridge portion can provide a permanent magnet rotary electric machine having strong permanent magnet fixing means.

본 발명의 영구 자석식 회전 전기 기기에 의하면, 회전자의 각 영구 자석의 폴피스 각도 θ가, 슬롯 피치 각도 τs 및 슬릿 폭 각도 S와 거의,According to the permanent magnet rotary electric machine of the present invention, the pole piece angle θ of each permanent magnet of the rotor is approximately equal to the slot pitch angle τs and the slit width angle S,

θ=n×τs+A×S (n은 정수, A는 슬롯부의 자속의 흐름에 의존하는 0≤A≤1의 상수, 각도는 기계각)로 나타내는 관계로 함에 따라 유기 전압의 파형을 정현파에 가깝게 하고, 무센서 제어를 용이하게 함과 동시에, 전동기의 구동 토크를 크게 하고, 소형화 혹은 구동 효율 향상을 가능하게 하는 효과를 발휘한다.θ = n × τs + A × S (n is an integer, A is a constant of 0 ≦ A ≦ 1 depending on the flow of magnetic flux in the slot portion, and angle is a machine angle). It has a close effect, facilitates sensorless control, increases the drive torque of the electric motor, and enables miniaturization or improved drive efficiency.

Claims (11)

고정자와, 회전자 철심의 내부에 복수개의 영구 자석이 매립된 회전자를 구비하는 영구 자석식 회전 전기 기기(永久磁石式回轉電機)에 있어서,In a permanent magnet rotary electric machine comprising a stator and a rotor in which a plurality of permanent magnets are embedded in the rotor core, 각각의 상기 영구 자석은, 회전축에 수직한 단면에서 복수의 활 모양(弧形)의 형상을 갖고, 복수의 자기 중심을 갖고, 또한 활 모양의 오목부가 고정자 방향을 향하도록 배치된 것을 특징으로 하는 영구 자석식 회전 전기 기기.Each of the permanent magnets has a plurality of bow-shaped shapes in a cross section perpendicular to the rotation axis, has a plurality of magnetic centers, and the bow-shaped recesses are arranged so as to face the stator direction. Permanent magnet rotary electric machine. 제1항에 있어서, 자속이 전기 각도(電氣角度)로 120도 구간에 집중하도록, 상기 영구 자석이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 영구 자석식 회전 전기 기기.The permanent magnet rotary electric machine according to claim 1, wherein the permanent magnet is arranged so that the magnetic flux is concentrated in a 120 degree section at an electrical angle. 제1항에 있어서, 상기 영구 자석에 의해 발생하는 갭의 자속 밀도의 최대치가, 영구 자석이 갖는 자속 밀도의 1.2∼1.5배인 것을 특징으로 하는 영구 자석식 회전 전기 기기.The permanent magnet rotary electric machine according to claim 1, wherein the maximum magnetic flux density of the gap generated by the permanent magnet is 1.2 to 1.5 times the magnetic flux density of the permanent magnet. 제1항에 있어서, 상기 고정자의 슬롯 피치 각도(기계각)를 τs, 상기 고정자의 슬릿 폭 각도(기계각)를 S로 했을 때, 상기 회전자의 폴피스 각도(기계각) θ가, 거의,2. The pole piece angle (mechanical angle) θ of the rotor is approximately equal to 2 when the slot pitch angle (machine angle) of the stator is τs and the slit width angle (machine angle) of the stator is S. , θ = n×τs + A×S ( n은 정수, A는 슬롯부의 자속의 흐름에 의존하는 0≤A≤1인 상수)가 되는 것을 특징으로 하는 영구 자석식 회전 전기 기기.θ = n × τs + A × S (where n is an integer and A is a constant of 0 ≦ A ≦ 1 depending on the flow of magnetic flux in the slot portion). 제1항에 있어서, 상기 고정자의 슬롯 피치 각도(기계각)를 τs, 상기 고정자의 슬릿 폭 각도(기계각)를 S로 했을 때, 상기 회전자의 폴피스 각도(기계각)θ가,The pole piece angle (machine angle) θ of the rotor according to claim 1, wherein when the slot pitch angle (machine angle) of the stator is τs and the slit width angle (machine angle) of the stator is S, θ = n×τs + A×S±1(n은 정수, A는 슬롯부의 자속의 흐름에 의존하는 0≤A≤1인 상수)가 되는 것을 특징으로 하는 영구 자석식 회전 전기 기기.θ = n × τs + A × S ± 1 (where n is an integer and A is a constant of 0 ≦ A ≦ 1 depending on the flow of magnetic flux in the slot portion). 제1항에 있어서, 상기 고정자의 슬롯 피치 각도(기계각)를 τs, 상기 고정자의 슬릿 폭 각도(기계각)를 S로 했을 때, 상기 회전자의 폴피스 각도(기계각) θ가, 거의,2. The pole piece angle (mechanical angle) θ of the rotor is approximately equal to 2 when the slot pitch angle (machine angle) of the stator is τs and the slit width angle (machine angle) of the stator is S. , θ = n×τs + A×S (n은 정수, A는 슬롯부의 자속의 흐름에 의존하는 0≤A≤1인 상수)가 되고, 또한 상기 회전자의 각 영구 자석의 단면 형상이, 자기 중심이 적어도 2점인 것과 같은 선형이 되도록 형성함과 동시에, 이들 영구 자석이 자기적으로 연속인 것을 특징으로 하는 영구 자석식 회전 전기 기기.θ = n × τs + A × S (n is an integer, A is a constant of 0 ≦ A ≦ 1 depending on the flow of magnetic flux in the slot portion), and the cross-sectional shape of each permanent magnet of the rotor is a magnetic center. The permanent magnet rotary electric machine characterized in that it forms so that it may become linear as at least two points, and these permanent magnets are magnetically continuous. 제1항에 있어서, 인접하는 상기 영구 자석 사이의 거리는, 상기 회전자의 지름 방향의 중간부에서 최소가 되고, 또한 중간부로부터 외주를 향해 커지는 것을 특징으로 하는 영구 자석식 회전 전기 기기.The permanent magnet rotary electric machine according to claim 1, wherein the distance between adjacent permanent magnets is minimum in the middle portion of the rotor in the radial direction and increases from the middle portion toward the outer circumference. 고정자와, 회전자 철심의 내부에 복수개의 영구 자석이 매립된 회전자를 구비하는 영구 자석식 회전 전기 기기에 있어서, 상기 고정자의 슬롯 피치 각도(기계각)를 τs, 상기 고정자의 슬릿 폭 각도(기계각)를 S로 했을 때, 상기 회전자의 폴피스 각도(기계각) θ가, 거의,In a permanent magnet rotary electric machine comprising a stator and a rotor in which a plurality of permanent magnets are embedded in the rotor core, the slot pitch angle (machine angle) of the stator is τs, and the slit width angle of the stator (machine When the angle) is S, the pole piece angle (machine angle) θ of the rotor is almost θ = n×τs + A×Sθ = n × τs + A × S (n은 정수, A는 슬롯부의 자속의 흐름에 의존하는 0≤A≤1인 상수)가 되는 것을 특징으로 하는 영구 자석식 회전 전기 기기.(n is an integer and A is a constant of 0≤A≤1 depending on the flow of magnetic flux in the slot portion). 고정자와, 회전자 철심의 내부에 복수개의 영구 자석이 매립된 회전자를 구비하는 영구 자석식 회전 전기 기기에 있어서, 상기 고정자의 슬롯 피치 각도(기계각)를 τs, 상기 고정자의 슬릿 폭 각도(기계각)를 S로 했을 때, 상기 회전자의 폴피스 각도(기계각) θ가, 거의,In a permanent magnet rotary electric machine comprising a stator and a rotor in which a plurality of permanent magnets are embedded in the rotor core, the slot pitch angle (machine angle) of the stator is τs, and the slit width angle of the stator (machine When the angle) is S, the pole piece angle (machine angle) θ of the rotor is almost θ = n×τs + A×S±1θ = n × τs + A × S ± 1 (n은 정수, A는 슬롯부의 자속의 흐름에 의존하는 0≤A≤1인 상수)가 되는 범위인 것을 특징으로 하는 영구 자석식 회전 전기 기기.(n is an integer, A is a constant of 0≤A≤1 depending on the flow of magnetic flux in the slot portion), the permanent magnet rotary electric machine characterized by the above-mentioned. 제8항에 있어서, n이 홀수이고, 또한 A가 약 0.7인 것을 특징으로 하는 영구 자석식 회전 전기 기기.9. A permanent magnet rotary electric machine according to claim 8, wherein n is odd and A is about 0.7. 제8항에 있어서, 상기 각 상(相)의 고정자 권선에 전기각으로 120도씩 통전함으로써 상기 회전자를 회전시키는 것을 특징으로 하는 영구 자석식 회전 전기 기기.The permanent magnet rotary electric machine according to claim 8, wherein the rotor is rotated by energizing the stator windings of each phase by 120 degrees at an electrical angle.
KR1019980007255A 1997-03-06 1998-03-05 Permanent magnet rotary electric machine KR19980079929A (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5172097 1997-03-06
JP5170897 1997-03-06
JP97-051720 1997-03-06
JP97-051708 1997-03-06

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR19980079929A true KR19980079929A (en) 1998-11-25

Family

ID=57941552

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019980007255A KR19980079929A (en) 1997-03-06 1998-03-05 Permanent magnet rotary electric machine

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR19980079929A (en)
TW (1) TW371380B (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI659591B (en) * 2017-11-17 2019-05-11 大銀微系統股份有限公司 The rotor of a rotating machine
TWI791263B (en) * 2021-08-17 2023-02-01 力肯實業股份有限公司 Nail driving device of electric nailing machine

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06339240A (en) * 1993-05-26 1994-12-06 Toshiba Corp Permanent magnet type motor
JPH06339238A (en) * 1993-05-26 1994-12-06 Toshiba Corp Permanent magnet type motor
JPH07336917A (en) * 1994-06-07 1995-12-22 Toshiba Corp Permanent magnet motor, and compressor for cooler

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06339240A (en) * 1993-05-26 1994-12-06 Toshiba Corp Permanent magnet type motor
JPH06339238A (en) * 1993-05-26 1994-12-06 Toshiba Corp Permanent magnet type motor
JPH07336917A (en) * 1994-06-07 1995-12-22 Toshiba Corp Permanent magnet motor, and compressor for cooler

Also Published As

Publication number Publication date
TW371380B (en) 1999-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4198545B2 (en) Permanent magnet type rotating electric machine and electric compressor using the same
US7550891B2 (en) Permanent magnet motor having stator poles with stepped-end-surfaces and rotor with outer-circumferential-recessed surface
US6847144B1 (en) Permanent magnet rotor assembly for interior permanent magnet electric motor
WO2015161668A1 (en) Permanent magnet synchronous motor and rotor thereof
US20040004407A1 (en) Electrical machine having a rotor specially adapted to high speeds
US20020036440A1 (en) Rotor structure for permanent-magnet motor
CA2380575C (en) Brushless motor
JPH11299199A (en) Permanent-magnet electric rotating machine, and motor-driven vehicle using the machine
CN112186921A (en) Rotor for asynchronous starting permanent magnet motor and asynchronous starting permanent magnet motor
JP2007181305A (en) Permanent magnet type synchronous motor and compressor using the same
JPH05304737A (en) Permanent magnet type motor
US9859777B2 (en) Axial flux switching permanent magnet machine
JPH09131009A (en) Permanent magnet rotor
JP4580683B2 (en) Permanent magnet type reluctance type rotating electrical machine
JP2009050148A (en) Permanent-magnet electric motor with constant output in wide range
JP2012080713A (en) Permanent magnet-type rotary electric machine and compressor using the same
JP3635912B2 (en) Permanent magnet rotating electric machine
JP3854998B2 (en) Bearingless motor, rotor position control circuit thereof, and rotor position control method
JPH09266646A (en) Brushless dc motor
JP6760014B2 (en) Rotating electric machine
JP2008109794A (en) Axial gap type motor and compressor therewith
JP4299391B2 (en) Permanent magnet rotor
JP2005094901A (en) Brushless motor
JP3776171B2 (en) Magnet rotor
CN108292865A (en) Brshless DC motor

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application