JP2012178922A - Permanent magnet synchronous machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フラックスバリアが積層されてなる回転子を具備した永久磁石同期機に関する。 The present invention relates to a permanent magnet synchronous machine including a rotor in which flux barriers are laminated.
永久磁石同期機の回転子構造は、突極性の無い表面磁石形と、突極性のある埋込磁石形とに大別される。埋込磁石形の永久磁石同期機では、磁石の配置が突極性に大きな影響を及ぼす。また、永久磁石同期機では、突極性により生じるリラクタンストルクが重要であるため、突極性を重視した構造が多く提案されている。例えば、大きなリラクタンストルクを生み出すことができる回転子構造として、フラックスバリア（磁気障壁層）が形成された構造が良く知られており、このフラックスバリア内に磁石を配置した構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。 The rotor structure of the permanent magnet synchronous machine is roughly classified into a surface magnet type having no saliency and an embedded magnet type having saliency. In an embedded magnet type permanent magnet synchronous machine, the arrangement of magnets has a great influence on the saliency. In the permanent magnet synchronous machine, since the reluctance torque generated by the saliency is important, many structures that emphasize the saliency have been proposed. For example, as a rotor structure capable of generating a large reluctance torque, a structure in which a flux barrier (magnetic barrier layer) is formed is well known, and a structure in which a magnet is arranged in the flux barrier has been proposed ( For example, see Patent Document 1).
上述の特許文献１等のように、フラックスバリアの形状や磁石配置に関する研究・開発は盛んであったが、フラックスバリア内の磁石配置がギャップ磁束密度分布に与える影響については、あまり研究が進んでいない。ギャップ磁束密度分布中の高調波磁束は、トルク脈動や鉄損発生の原因となる。また、高調波磁束を含む総磁束が固定子鉄心を通るため、高調波磁束は、固定子を大型化する原因ともなり得る。この問題を解決する１つの方法が、磁石により形成されるギャップ磁束密度分布を正弦波状にすることである。 Although research and development related to the shape of the flux barrier and magnet arrangement were active as in the above-mentioned Patent Document 1, etc., much research has been conducted on the influence of the magnet arrangement in the flux barrier on the gap magnetic flux density distribution. Not in. The harmonic magnetic flux in the gap magnetic flux density distribution causes torque pulsation and iron loss. Further, since the total magnetic flux including the harmonic magnetic flux passes through the stator iron core, the harmonic magnetic flux can be a cause of increasing the size of the stator. One way to solve this problem is to make the gap flux density distribution formed by the magnet sinusoidal.
そこで、本発明は、ギャップ磁束密度分布を正弦波状にすることのできる永久磁石同期機の回転子構造の実現を目的としてなされたものである。 Therefore, the present invention has been made for the purpose of realizing a rotor structure of a permanent magnet synchronous machine capable of making the gap magnetic flux density distribution sinusoidal.
上記課題を解決するための第１の形態は、
ｆ（ｒ，θ）＝（ｒ／ｒ０）ｐｓｉｎ（ｐθ）（ｒ：回転軸からの距離、ｒ０：回転子の半径、θ：偏角、ｐ：極体数）の等値線に沿って形成されたフラックスバリアが積層されてなる回転子を具備した永久磁石同期機であって、
前記フラックスバリアは、ｔｂ＝ｔｂ０（ｒ０／ｒ）（ｐ−１）（ｔｂ：理想バリア厚さ、ｔｂ０：回転子表面でのバリア厚さ）の理想厚さ曲線に沿った厚さで形成されてなり、
厚さ方向の長さが前記フラックスバリアの最も狭い厚さ以下の一定の長さでなる直方体状の磁石を、前記回転子の回転軸垂直断面において前記フラックスバリア内に前記等値線に沿って一列に配置してなる、
永久磁石同期機である。
The first form for solving the above problem is
f (r, θ) = (r / r 0 ) p sin (pθ) (r: distance from the rotation axis, r 0 : radius of the rotor, θ: declination, p: number of polar bodies) A permanent magnet synchronous machine having a rotor formed by laminating flux barriers formed along
The flux barrier is along an ideal thickness curve of t b = t b0 (r 0 / r) (p−1) (t b : ideal barrier thickness, t b0 : barrier thickness on the rotor surface). Formed by thickness,
A rectangular parallelepiped magnet whose length in the thickness direction is a constant length that is equal to or less than the narrowest thickness of the flux barrier, along the isoline in the flux barrier in a section perpendicular to the rotation axis of the rotor. Arranged in a row,
It is a permanent magnet synchronous machine.
この第１の形態によれば、ｆ（ｒ，θ）の等値線に沿って、理想厚さ曲線ｔｂに沿った厚さで形成されたフラックスバリア内に、磁石が、回転子の回転軸垂直断面において前記等値線に沿って一列に配置される。磁石は、厚さ方向の長さが、フラックスバリアの最も狭い厚さ以下の一定の長さでなる直方体状に形成されている。これにより、フラックスバリア内が、全体として「負」の透磁率を有する磁石であるかのような構造を等価的に実現することができ、その結果、この「負」の透磁率によってギャップに正弦波状の起磁力が供給され、ギャップ磁束密度分布を正弦波状とすることができる。また、直方体状の磁石を用いるため、磁石を特殊な形状に切削・研磨するといった必要がない。このため、永久磁石同期機に使用する磁石を容易に製造することができる。 According to the first embodiment, the magnet is arranged in the flux barrier formed with the thickness along the ideal thickness curve tb along the isoline of f (r, θ), and the rotation axis of the rotor. They are arranged in a line along the isoline in the vertical section. The magnet is formed in a rectangular parallelepiped shape in which the length in the thickness direction is a constant length equal to or less than the narrowest thickness of the flux barrier. As a result, a structure as if the inside of the flux barrier is a magnet having a negative magnetic permeability as a whole can be equivalently realized. As a result, the sinusoidal gap is obtained by the negative magnetic permeability. A wavy magnetomotive force is supplied to make the gap magnetic flux density distribution sinusoidal. Further, since a rectangular parallelepiped magnet is used, it is not necessary to cut and polish the magnet into a special shape. For this reason, the magnet used for a permanent magnet synchronous machine can be manufactured easily.
第２の形態として、第１の形態の永久磁石同期機であって、
前記フラックスバリア内の空隙部分に非磁性材料が充填されてなる、
永久磁石同期機を構成しても良い。
As a second form, the permanent magnet synchronous machine of the first form,
A non-magnetic material is filled in the void portion in the flux barrier,
A permanent magnet synchronous machine may be configured.
この永久磁石同期機の回転子では、位置によって厚さが異なるフラックスバリア内に、厚さが一定の直方体状の磁石が配置されるため、フラックスバリア内には空隙が形成されることになる。そこで、この第３の形態のように、この空隙部分に非磁性材料を充填することで、磁石によって形成されるギャップ磁束密度分布に影響を与えることなく、フラックスバリア内で磁石を固定することが可能となる、 In the rotor of the permanent magnet synchronous machine, a rectangular parallelepiped magnet having a constant thickness is disposed in a flux barrier having different thicknesses depending on positions, so that a gap is formed in the flux barrier. Therefore, as in the third embodiment, by filling the gap portion with a nonmagnetic material, the magnet can be fixed within the flux barrier without affecting the gap magnetic flux density distribution formed by the magnet. Possible,
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。但し、本発明の適用可能な実施形態がこれに限定されるものではない。例えば、正弦波と余弦波とは、位相が異なるのみで波形形状は同じであるため、本実施形態においては、正弦波も余弦波も同一とみなし、総括して正弦波という用語を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the applicable embodiment of the present invention is not limited to this. For example, since the sine wave and the cosine wave have the same waveform shape but only different phases, in this embodiment, the sine wave and the cosine wave are considered to be the same, and are collectively described using the term sine wave. To do.
［原理］
先ず、本実施形態の埋込磁石形永久磁石同期機（以下、単に「永久磁石同期機」という）における回転子構造の原理を説明する。図１は、永久磁石同期機の回転子の回転軸に対する垂直断面模式図である。図１では、左から順に、極対数ｐが「２（４極）」の場合、極対数ｐが「３（６極）」の場合、極対数ｐが「４（８極）」の場合のそれぞれを示している。図１に示すように、回転子は、円筒形状の鉄心にフラックスバリア（磁気障壁層）が形成されてなる。フラックスバリアは、回転子の外周面（表面）に対して逆方向に湾曲した形状で積層されており、この積層されたフラックスバリアの一群が、回転子の周方向に等間隔に設けられている。
[principle]
First, the principle of the rotor structure in the interior permanent magnet synchronous machine (hereinafter simply referred to as “permanent magnet synchronous machine”) of this embodiment will be described. FIG. 1 is a schematic vertical sectional view with respect to the rotation axis of the rotor of the permanent magnet synchronous machine. In FIG. 1, in order from the left, when the number of pole pairs p is “2 (4 poles)”, when the number of pole pairs p is “3 (6 poles)”, when the number of pole pairs p is “4 (8 poles)” Each is shown. As shown in FIG. 1, the rotor is formed by forming a flux barrier (magnetic barrier layer) on a cylindrical iron core. The flux barrier is laminated in a shape curved in the opposite direction with respect to the outer peripheral surface (surface) of the rotor, and a group of the laminated flux barriers are provided at equal intervals in the circumferential direction of the rotor. .
この回転子表面の磁気ポテンシャルφｓが、次式（１）で与えられるとする。
そして、回転子が全て均一な透磁率μの物質で構成されているとすると、回転子内部の磁気ベクトルポテンシャルＡ、及び、磁気ポテンシャルφは、次式（２）で表される。
そして、式（２）に対応する磁束密度ベクトルＢは、次式（３）となる。
すなわち、式（３）によれば、磁束密度ベクトルＢの方向は、半径方向と「ｐ・θ」の角度をなす方向である。また、磁束密度ベクトルＢの大きさは、「ｒｐ−１」に比例する。つまり、極対数ｐに基づいて定まる比例関係で定義され、極対数ｐが多くなると回転子表面近傍で磁束密度が急激に高くなる。 That is, according to Equation (3), the direction of the magnetic flux density vector B is a direction that forms an angle of “p · θ” with the radial direction. The magnitude of the magnetic flux density vector B is proportional to “rp −1 ”. That is, it is defined by a proportional relationship determined based on the number of pole pairs p, and as the number of pole pairs p increases, the magnetic flux density increases rapidly in the vicinity of the rotor surface.
ここで、フラックスバリアの形状を、次式（４）で表される関数ｆの等値線に沿った形状とすると、そのフラックスバリアの形状は、磁気ポテンシャルφの等値線形状と等しく、フラックスバリアと垂直な方向に磁束を流すのに必要な磁気ポテンシャルを最大化するバリアが形成される。また、そのフラックスバリアの形状は、磁気ベクトルポテンシャルＡの等値線（磁束線）形状とも等しく、フラックスバリアと平行な方向に磁束が最も流れやすい磁路が形成されるため、突極性を最大化することができる。
更に、上式（４）の関数ｆに関して均等分割の考えを適用すると、各フラックスバリアの各境界線を表す関数ｆは、次式（５）となる。「均等分割」とは、各フラックスバリアを定義する２つの境界線における関数ｆの値の差が各フラックスバリアで等しく、また、鉄心層についても同様のことが成り立つように、境界線の位置を定める方法である。
このように、層数が無限に多いフラックスバリアが均等配置の考え方に従って配置された回転子において、フラックスバリアに垂直な方向に磁束が流れ、式（３）と同一の磁束密度分布が形成されているとする。この場合、回転子表面の磁気ポテンシャルφｓは、次式（６）となる。
そして、フラックスバリアを磁石で満たし、この磁石の作用によって磁束を発生させる場合を考える。磁石が、「負」の一定値の透磁率μｍを有し、この透磁率μｍが次式（７）を満たすと仮定する。
すると、次式（８）で与えられる回転子表面の磁気ポテンシャルφｓが「負」となり、磁石によって、ギャップに正弦波状の起磁力が供給されるとともに、ギャップ磁束密度分布が正弦波状となる。
ところが、単体で「負」の透磁率μを有する磁石は存在しない。しかしながら、特性が異なる複数種類の磁石を配置することで、「負」の透磁率を有する磁石を配置した場合と同等の効果を得ることができる。 However, there is no single magnet having a “negative” permeability μ. However, by arranging a plurality of types of magnets having different characteristics, it is possible to obtain the same effect as when a magnet having a “negative” permeability is arranged.
具体的には、図２に示すように、特性が異なる複数種類の磁石を、残留磁束密度と動作磁束密度とが比例するように配置する。図２において、左側は、回転子の回転軸に対する垂直断面図を示し、右側は、減磁曲線を示している。 Specifically, as shown in FIG. 2, a plurality of types of magnets having different characteristics are arranged so that the residual magnetic flux density is proportional to the operating magnetic flux density. In FIG. 2, the left side shows a vertical sectional view with respect to the rotation axis of the rotor, and the right side shows a demagnetization curve.
回転子内部の動作磁束密度は、式（３）に示したように、「ｒｐ−１」に比例して変化するため、回転中心からの距離ｒに応じて磁石の種類を変え、回転子表面に近いほど、残留磁束密度の大きい磁石を配置する。また、磁石の着磁方向は、式（３）で表される磁束密度ベクトルＢの方向と平行になるようにする。すなわち、磁束密度ベクトルＢの方向を、半径方向に対して「ｐ・θ」の角度をなして磁極中心に傾けた方向とすれば良い。また、上述の均等分割の考え方に従ってフラックスバリアが配置（最適配置）されている場合、磁束密度ベクトルＢとフラックスバリアとは直交しているため、フラックスバリアと直交する方向に着磁すると考えることもできる。 Since the operating magnetic flux density inside the rotor changes in proportion to “r p−1 ” as shown in the equation (3), the type of magnet is changed according to the distance r from the rotation center, and the rotor is changed. A magnet having a larger residual magnetic flux density is arranged closer to the surface. Further, the magnetizing direction of the magnet is set to be parallel to the direction of the magnetic flux density vector B expressed by the equation (3). That is, the direction of the magnetic flux density vector B may be a direction inclined at the magnetic pole center at an angle of “p · θ” with respect to the radial direction. In addition, when the flux barrier is arranged (optimum arrangement) in accordance with the above-described idea of equal division, the magnetic flux density vector B and the flux barrier are orthogonal to each other, and may be considered to be magnetized in the direction orthogonal to the flux barrier. it can.
図３は、このような磁石配置をした回転子構造の一例を示す図である。図３では、フラックスバリアの層数が「８」、極対数ｐが「２（４極）」の場合を示している。また、フラックスバリア内には、上述の原理に従い、特性の異なる複数種類の磁石が、動作磁束密度が半径ｒに比例（ｒｐ−１＝ｒ２−１＝ｒ）するように配置されている。 FIG. 3 is a view showing an example of a rotor structure having such a magnet arrangement. FIG. 3 shows a case where the number of flux barrier layers is “8” and the number of pole pairs p is “2 (four poles)”. Further, in the flux barrier, a plurality of types of magnets having different characteristics are arranged in accordance with the principle described above so that the operating magnetic flux density is proportional to the radius r (r p-1 = r 2-1 = r). .
そして、図３に示した構造の回転子に対して電磁界解析を行って得られたギャップ磁束密度分布を図４に示す。図４では、磁束密度ベクトルの半径方向成分を実線で示しているとともに、比較のための正弦波波形を点線で示している。 FIG. 4 shows a gap magnetic flux density distribution obtained by performing electromagnetic field analysis on the rotor having the structure shown in FIG. In FIG. 4, the radial component of the magnetic flux density vector is indicated by a solid line, and a sine wave waveform for comparison is indicated by a dotted line.
但し、電磁界解析に当たり、フラックスバリア割合Ｋａを「１／３」とし、均等分割の考えに従ってフラックスバリアが形成されているとした。そして、磁石の着磁方向は「５°」刻みで変化させ、各磁石の残留磁束密度は「１０％」刻みで変化させた。 However, in the electromagnetic field analysis, the flux barrier ratio Ka was set to “1/3”, and the flux barrier was formed according to the idea of equal division. The magnetizing direction of the magnets was changed in increments of “5 °”, and the residual magnetic flux density of each magnet was changed in increments of “10%”.
図４によれば、ギャップ磁束密度分布は、ほぼ正弦波となっている。すなわち、上述の原理による磁石配置によって、ギャップ磁束密度分布が正弦波状になることが確認された。 According to FIG. 4, the gap magnetic flux density distribution is almost a sine wave. That is, it was confirmed that the gap magnetic flux density distribution becomes a sine wave shape by the magnet arrangement based on the above principle.
［構成］
続いて、上述の原理を適用した永久磁石同期機の回転子の具体的な構造を説明する。図５は、本実施形態における永久磁石同期機の回転子の、回転軸に対する垂直断面図である。図５に示す回転子１は、フラックスバリア２０の層数が「２」であり、このフラックスバリア２０内に磁石３０が配置されている。
[Constitution]
Next, a specific structure of the rotor of the permanent magnet synchronous machine to which the above principle is applied will be described. FIG. 5 is a vertical sectional view of the rotor of the permanent magnet synchronous machine according to this embodiment with respect to the rotation axis. In the rotor 1 illustrated in FIG. 5, the number of layers of the flux barrier 20 is “2”, and the magnet 30 is disposed in the flux barrier 20.
磁石３０は、直方体状の一例として直方体の形状とし、その厚さｔｍが、フラックスバリア２０の最も薄い厚さにほぼ一致するように形成されている。そして、磁石３０は、フラックスバリア２０の形状を定義する式（４）で表される関数ｆの等値線に沿って、一列に並べて配置されている。 The magnet 30 has a rectangular parallelepiped shape as an example of a rectangular parallelepiped shape, and is formed so that the thickness t m substantially matches the thinnest thickness of the flux barrier 20. The magnets 30 are arranged in a line along an isoline of the function f represented by Expression (4) that defines the shape of the flux barrier 20.
磁石３０の形状を直方体としたことで、回転子１の表面と、当該表面に最も近い磁石３０との間や、隣り合う磁石３０同士の間に隙間が生じてしまう。理想的には、これらの隙間は無い方が良いが、次の２つの理由から磁石３０の形状を直方体としている。１点目は、磁石製造上の問題である。回転子１の表面と当該表面に最も近い磁石３０との間や、隣り合う磁石３０同士の間の隙間を無くすような磁石を製造するためには、磁石１つ１つの配置位置に応じた特有な形状の磁石を製造する必要がある。このことは、磁石製造コストを上昇させる。他方、直方体の形状の磁石は、磁石製造上、最も容易に製造可能である。２点目は、後述する本実施形態の作用効果である。回転子１の表面と当該表面に最も近い磁石３０との間や、隣り合う磁石３０同士の間の隙間を許容したとしても、理想に近い十分な作用効果が得られる。以上の理由から、本実施形態では、直方体の形状の磁石３０を用いることとした。 Since the magnet 30 has a rectangular parallelepiped shape, a gap is generated between the surface of the rotor 1 and the magnet 30 closest to the surface, or between adjacent magnets 30. Ideally, these gaps should not be present, but the shape of the magnet 30 is a rectangular parallelepiped for the following two reasons. The first point is a problem in magnet manufacturing. In order to manufacture a magnet that eliminates the gap between the surface of the rotor 1 and the magnet 30 closest to the surface or between adjacent magnets 30, the magnets are specific to the arrangement position of each magnet. It is necessary to manufacture a magnet having a simple shape. This increases the magnet manufacturing cost. On the other hand, a rectangular parallelepiped magnet can be most easily manufactured in terms of magnet manufacturing. The second point is an effect of this embodiment described later. Even if the clearance between the surface of the rotor 1 and the magnet 30 closest to the surface or between the adjacent magnets 30 is allowed, a sufficient effect that is close to ideal can be obtained. For the above reason, in this embodiment, the rectangular parallelepiped magnet 30 is used.
また、フラックスバリア２０内の磁石３０以外の部分は、非磁性体である「空気」が充填された空隙層となる。つまり、フラックスバリア２０内は、図６に示すような、単一の磁石３０である磁性体１１０と空気層である非磁性体１２０とを、着磁方向に積層して接着した積層体１００で埋め尽くされているとみなすことができる。図６では、上側に積層体１００の構造を示し、下側に、積層体１００を構成する磁性体１１０及び非磁性体１２０それぞれの減磁曲線（Ｂ−Ｈ）を示している。 Further, a portion other than the magnet 30 in the flux barrier 20 becomes a void layer filled with “air” which is a nonmagnetic material. That is, the flux barrier 20 includes a laminated body 100 in which a magnetic body 110 that is a single magnet 30 and a nonmagnetic body 120 that is an air layer are laminated and bonded in a magnetization direction as shown in FIG. It can be considered filled. In FIG. 6, the structure of the multilayer body 100 is shown on the upper side, and the demagnetization curves (BH) of the magnetic body 110 and the nonmagnetic body 120 constituting the multilayer body 100 are shown on the lower side.
この積層体において、磁性体１１０の動作磁束密度を「Ｂ」とすると、磁性体１１０内の磁界の強さＨｍは、次式（９）となる。
そして、積層体１００における磁性体１１０の占積率（積層体１００の体積に占める磁性体１１０の体積の割合）を「ρｍ」とすると、積層体１００の全体の平均的磁界の強さＨｗは、次式（１１）となる。
このように、磁性体１１０と非磁性体１２０とを着磁方向に積層した積層体１００は、磁性体１１０の占積率ρｍに応じた残留磁束密度Ｂを有する「磁石」とみなすことができる。 As described above, the laminate 100 in which the magnetic body 110 and the nonmagnetic body 120 are laminated in the magnetization direction can be regarded as a “magnet” having a residual magnetic flux density B corresponding to the space factor ρ m of the magnetic body 110. it can.
ところで、フラックスバリア２０の厚さｔｂは、次式（１４）で与えられる。
そして、このフラックスバリア２０内が、厚さｔｍが一定の磁石３０と非磁性体である空気層とが積層された積層体１００で埋め尽くされているとみなすと、フラックスバリア２０内の各部における磁石３０の占積率ρｍは、次式（１５）となる。
つまり、一定の厚さｔｍの磁石３０をフラックスバリア２０内に配置すると、フラックスバリア２０の厚さに関わらず、フラックスバリア２０内の各位置における磁石３０の占積率ρｍは「ｒｐ−１」に比例する。すなわち、式（３）で示したように、回転子内の動作磁束密度が「ｒｐ−１」に比例し、図２に示したような、残留磁束密度が動作磁束密度に比例する磁石配置と等価となる。 That is, when the magnet 30 of constant thickness t m positioned within the flux barrier 20, irrespective of the thickness of the flux barriers 20, the space factor [rho m of the magnet 30 at each position in the flux barrier 20 "r p −1 ”. That is, as shown in the equation (3), the magnet arrangement in which the operating magnetic flux density in the rotor is proportional to “rp −1 ” and the residual magnetic flux density is proportional to the operating magnetic flux density as shown in FIG. Is equivalent to
図７は、本実施形態における構造の回転子（図５参照）に対する電磁界解析を行って得られたギャップ磁束密度ベクトルの半径方向成分を示すグラフである。図７では、本実施形態における構造の回転子（Ｏｐｔ）についてのギャップ磁束密度を実線で示しているとともに、比較対象として、図８に示す構造の回転子（Ｃｎｖ）に対する電磁界解析を行って得られたギャップ磁束密度を点線で示している。 FIG. 7 is a graph showing the radial component of the gap magnetic flux density vector obtained by performing electromagnetic field analysis on the rotor (see FIG. 5) having the structure in the present embodiment. In FIG. 7, the gap magnetic flux density for the rotor (Opt) having the structure in the present embodiment is shown by a solid line, and for comparison, an electromagnetic field analysis is performed on the rotor (Cnv) having the structure shown in FIG. The obtained gap magnetic flux density is indicated by a dotted line.
図８は、比較対象の回転子の構造を示す図である。図８に示すように、比較対象の回転子は、本実施形態の回転子構造と磁石３０の配置が同じであり、フラックスバリア２０内の空隙部分を埋めるように鉄心１２の形状が定められている。 FIG. 8 is a diagram illustrating a structure of a rotor to be compared. As shown in FIG. 8, the rotor to be compared has the same arrangement of the rotor 30 and the magnet 30 of the present embodiment, and the shape of the iron core 12 is determined so as to fill the gap in the flux barrier 20. Yes.
図７によれば、比較対象の回転子についてのギャップ磁束密度分布の波形は、ほぼ矩形形状である。これに対して、本実施形態の回転子についてのギャップ磁束密度分布の波形は、矩形波の角の部分の磁束密度が減少して正弦波に近い波形となっている。なお、図７に示す波形では、矩形波の途中で急激に磁束密度が低下している部分がある、これは、直方体形状の磁石３０を配置することによって生じた回転子表面近傍の空隙によるものと考えられる。 According to FIG. 7, the waveform of the gap magnetic flux density distribution for the rotor to be compared has a substantially rectangular shape. In contrast, the waveform of the gap magnetic flux density distribution for the rotor of the present embodiment is a waveform close to a sine wave as the magnetic flux density at the corners of the rectangular wave decreases. In the waveform shown in FIG. 7, there is a portion where the magnetic flux density suddenly decreases in the middle of the rectangular wave. This is due to a gap near the rotor surface generated by arranging the rectangular parallelepiped magnet 30. it is conceivable that.
また、電磁界解析を行って得られた本実施形態の回転子のひずみ率は「３６．６％」であり、比較対象の回転子のひずみ率は「４２．１％」であった。つまり、比較対象の回転子構造に対して、本実施形態の回転子構造のギャップ磁束密度分布波形のひずみ率が改善されており、正弦波形状により近いといえる。 Further, the distortion rate of the rotor of this embodiment obtained by performing the electromagnetic field analysis was “36.6%”, and the distortion rate of the rotor to be compared was “42.1%”. That is, it can be said that the distortion rate of the gap magnetic flux density distribution waveform of the rotor structure of this embodiment is improved with respect to the rotor structure to be compared, and is closer to a sine wave shape.
［作用・効果］
このように、本実施形態によれば、永久磁石同期機における回転子構造として、回転子１に形成されたフラックスバリア２０に、厚さｔｍが一定の直方体の形状の磁石３０を、フラックスバリア２０の形状を定義する等値線に沿って一列に配置した構造が実現される。これにより、フラックスバリア２０内が全体として“「負」の透磁率を有する磁石”と等価の構造となり、ギャップ磁束密度分布を正弦波状とすることができる。
[Action / Effect]
Thus, according to the present embodiment, as a rotor structure in the permanent magnet synchronous machine, a magnet 30 having a rectangular parallelepiped shape having a constant thickness t m is provided on a flux barrier 20 formed on the rotor 1. A structure is realized that is arranged in a line along an isoline defining 20 shapes. As a result, the inside of the flux barrier 20 is equivalent to a “magnet having a“ negative ”magnetic permeability” as a whole, and the gap magnetic flux density distribution can be made sinusoidal.
［変形例］
なお、本発明の適用可能な実施形態は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能なのは勿論である。
[Modification]
It should be noted that embodiments to which the present invention can be applied are not limited to the above-described embodiments, and can of course be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
例えば、フラックスバリア２０内の空隙部分は、空気層としても良いが、非磁性材料の充填剤（例えば、樹脂等）を充填することにしても良い。フラックスバリア２０内における磁石３０の固定化を期待できる材料を充填することとすれば、より好適である。 For example, the air gap in the flux barrier 20 may be an air layer, but may be filled with a nonmagnetic material filler (for example, a resin). It is more preferable to fill a material that can be expected to fix the magnet 30 in the flux barrier 20.
また、上述の実施形態では、磁石３０を直方体の形状としたが、全体的に直方体状に形成されているのであれば良い。すなわち、角が面取りされていたり、若干の歪みが有ったとしても同様の効果が期待できる。 Moreover, in the above-mentioned embodiment, although the magnet 30 was made into the shape of a rectangular parallelepiped, what is necessary is just to be formed in the shape of a rectangular parallelepiped as a whole. That is, even if the corner is chamfered or there is a slight distortion, the same effect can be expected.
また、磁石３０は、残留磁束密度の異なる複数種類の磁石を積層して構成しても良い。具体的には、複数種類の磁石を、回転軸方向、或いは、フラックスバリアの積層方向に積層して接着した積層体として構成する。このとき、１つの磁石の当該層における積層方向の厚さは一定（一様）となるように構成すると好適である。また、磁石３０全体としての残留磁束密度は一意に定まる（すなわち１つの磁石であるかのような特性となる）必要があることは勿論である。 Further, the magnet 30 may be configured by laminating a plurality of types of magnets having different residual magnetic flux densities. Specifically, a plurality of types of magnets are configured as a laminate in which the magnets are laminated and bonded in the rotation axis direction or the flux barrier lamination direction. At this time, it is preferable that the thickness of one magnet in the stacking direction is constant (uniform). Of course, the residual magnetic flux density of the magnet 30 as a whole needs to be uniquely determined (that is, it has characteristics as if it is one magnet).
また、図５では、２層のフラックスバリアが形成された回転子構造を示したが、３層以上でも同様に適用可能である。 Further, FIG. 5 shows a rotor structure in which two layers of flux barriers are formed, but three or more layers can be similarly applied.
また、図５では、４極（極対数ｐ＝２）のフラックスバリアが形成された回転子構造を示したが、例えば、図１に示した６極（ｐ＝３）や８極（ｐ＝４）のフラックスバリアが形成された回転子についても同様に適用可能である。 Further, FIG. 5 shows a rotor structure in which a flux barrier having four poles (pole pair number p = 2) is formed. The same applies to the rotor in which the flux barrier 4) is formed.
１ 回転子
１０ 鉄心、２０ フラックスバリア、３０ 磁石
１００ 積層体
１１０ 磁性体、１２０ 非磁性体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotor 10 Iron core, 20 Flux barrier, 30 Magnet 100 Laminated body 110 Magnetic body, 120 Nonmagnetic body
Claims (2)
前記フラックスバリアは、ｔｂ＝ｔｂ０（ｒ０／ｒ）（ｐ−１）（ｔｂ：理想バリア厚さ、ｔｂ０：回転子表面でのバリア厚さ）の理想厚さ曲線に沿った厚さで形成されてなり、
厚さ方向の長さが前記フラックスバリアの最も狭い厚さ以下の一定の長さでなる直方体状の磁石を、前記回転子の回転軸垂直断面において前記フラックスバリア内に前記等値線に沿って一列に配置してなる、
永久磁石同期機。 f (r, θ) = (r / r 0 ) p sin (pθ) (r: distance from the rotation axis, r 0 : radius of the rotor, θ: declination, p: number of polar bodies) A permanent magnet synchronous machine having a rotor formed by laminating flux barriers formed along
The flux barrier is along an ideal thickness curve of t b = t b0 (r 0 / r) (p−1) (t b : ideal barrier thickness, t b0 : barrier thickness on the rotor surface). Formed by thickness,
A rectangular parallelepiped magnet whose length in the thickness direction is a constant length that is equal to or less than the narrowest thickness of the flux barrier, along the isoline in the flux barrier in a section perpendicular to the rotation axis of the rotor. Arranged in a row,
Permanent magnet synchronous machine.
請求項１に記載の永久磁石同期機。 A non-magnetic material is filled in the void portion in the flux barrier,
The permanent magnet synchronous machine according to claim 1.
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