JP2005006484A

JP2005006484A - Ipm rotary electric machine

Info

Publication number: JP2005006484A
Application number: JP2003307860A
Authority: JP
Inventors: Kenji Fujiwara; 謙二藤原; Takatoshi Kogure; 孝敏小暮; Yoshiki Kato; 義樹加藤; Masayuki Morimoto; 雅之森本; Shinichi Kobayashi; 真一小林; Isao Baba; 功馬場
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2003-05-21
Filing date: 2003-08-29
Publication date: 2005-01-06

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique for enabling a permanent magnet for constituting a field of an IPM rotary electric machine to be embedded further shallower in a rotor core. <P>SOLUTION: The IPM rotary electric machine (10) includes a rotor (12), and a stator (11), having a plurality of slots (14) disposed at equal intervals (or equal angular intervals) on the same circumference. The rotor (12) has a rotor core (17), and a field (18). One pole of the field (18) has a plurality of permanent magnets (19, 20, 21), embedded adjacent to the circumferential direction of the rotor (12) in a region, corresponding to the a single slot pitch of the rotor core (17). <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータ及びＩＰＭ発電機の
ような、ＩＰＭ回転電機に関する。 The present invention relates to an IPM rotating electrical machine such as an IPM (Interior Permanent Magnet) motor and an IPM generator.

ＩＰＭモータは、ロータ鉄心の内部に永久磁石が埋め込まれたブラシレスモータである。ＩＰＭモータは、体積あたりの出力トルクが大きく、且つ、入力電圧が小さいという特長を有している。このような特長を有するＩＰＭモータは、電気自動車の駆動用モータへの応用が好適である。 The IPM motor is a brushless motor in which permanent magnets are embedded in the rotor core. The IPM motor has a feature that the output torque per volume is large and the input voltage is small. The IPM motor having such a feature is suitable for application to a drive motor for an electric vehicle.

ＩＰＭモータは、外部から動力を供給することにより発電機としても機能する。ＩＰＭモータが発電機として機能することは、電気自動車への応用において特に重要である。以下においてＩＰＭモータとＩＰＭ発電機とを区別する必要がない場合、これらはＩＰＭ回転電機と記述される。 The IPM motor also functions as a generator by supplying power from the outside. The function of the IPM motor as a generator is particularly important in the application to electric vehicles. In the following, when it is not necessary to distinguish between an IPM motor and an IPM generator, these are described as IPM rotating electrical machines.

ＩＰＭ回転電機は、大きな出力トルクが得られることが望ましい。大きな出力トルクを得るためのＩＰＭモータの構造が、特許文献１に開示されている。公知のそのＩＰＭモータは、界磁を構成する永久磁石がロータ鉄心に浅く埋められている。このような構造は、大きなマグネットトルクを得ることを可能にする上に、補助的なリラクタンストルクを得ることを可能にし、ＩＰＭモータの出力トルクを有効に増大する。 It is desirable for the IPM rotating electric machine to obtain a large output torque. A structure of an IPM motor for obtaining a large output torque is disclosed in Patent Document 1. In the known IPM motor, a permanent magnet constituting a field is shallowly buried in a rotor iron core. Such a structure makes it possible to obtain a large magnet torque and obtain an auxiliary reluctance torque, and effectively increases the output torque of the IPM motor.

更に、ＩＰＭ回転電機は、ロータの機械的強度が高いことが望ましい。ロータが高速に回転すると、ロータには、大きな力が加えられる。したがって、ＩＰＭ回転電機のロータは、強度が充分に大きくなければならない。ロータの機械的強度を高くする構造が、特許文献２に開示されている。公知のそのＩＰＭモータのロータは、ロータコアと突極部と界磁とを含んでいる。一の界磁は、２つの永久磁石で構成されている。永久磁石は、ロータコアのステータの側の面に接合され、突極部は、永久磁石のステータの側の面に接合されている。突極部とロータコアとは、２つの永久磁石の間を通過するブリッジによって連結されている。このブリッジは、ロータの機械的強度を有効に向上する。
特開２０００−１５３０３３号公報実開平７−１１８５９号公報 Furthermore, it is desirable that the IPM rotating electrical machine has a high mechanical strength of the rotor. When the rotor rotates at a high speed, a large force is applied to the rotor. Therefore, the rotor of the IPM rotating electric machine must be sufficiently strong. A structure for increasing the mechanical strength of the rotor is disclosed in Patent Document 2. The known rotor of the IPM motor includes a rotor core, a salient pole part, and a field. One field is composed of two permanent magnets. The permanent magnet is joined to the surface of the rotor core on the stator side, and the salient pole part is joined to the surface of the permanent magnet on the stator side. The salient pole part and the rotor core are connected by a bridge that passes between the two permanent magnets. This bridge effectively improves the mechanical strength of the rotor.
JP 2000-153033 A Japanese Utility Model Publication No.7-11859

本発明の目的は、ＩＰＭ回転電機の界磁を構成する永久磁石を、一層に浅くロータ鉄心に埋め込むことを可能にする技術を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a technique that makes it possible to embed a permanent magnet constituting a field of an IPM rotary electric machine shallower in a rotor core.

本発明の他の目的は、界磁を構成する永久磁石が浅くロータ鉄心に埋め込まれたＩＰＭ回転電機の出力トルクを、一層に増加することを可能にする技術を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a technique that makes it possible to further increase the output torque of an IPM rotating electrical machine in which permanent magnets constituting a field are shallow and embedded in a rotor core.

以下に、上記の目的を達成するための手段を説明する。その手段に含まれる技術的事項には、「特許請求の範囲」の記載と「発明を実施するための最良の形態」の記載との対応関係を明らかにするために、「発明を実施するための最良の形態」で使用される番号・符号が付加されている。但し、付加された番号・符号は、「特許請求の範囲」に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。 The means for achieving the above object will be described below. In order to clarify the correspondence between the description of “Claims” and the description of “Best Mode for Carrying Out the Invention”, the technical matters included in the means include “for carrying out the invention”. No./symbol used in the “best mode” is added. However, the added numbers and symbols should not be used for the interpretation of the technical scope of the invention described in “Claims”.

本発明によるＩＰＭ回転電機（１０，３０）は、ロータ（１２，３２）と、同一円周上に等間隔（又は、等角度間隔）に配置された複数のスロット（１４，３４）を有するステータ（１１，３１）とを備えている。ロータ（１２，３２）は、ロータ鉄心（１７）と、界磁（１８）とを含む。界磁（１８）の１極は、ロータ鉄心（１７）の１スロットピッチに対応する領域の中に、ロータ（１２）の円周方向に隣接して埋め込まれた永久磁石（１９、２０、２１）で構成される。一極を構成する永久磁石（１９、２０、２１）が、１スロットピッチに対応する領域の中に埋め込まれる程度に小型化されことは、スペース的に、永久磁石（１９、２０、２１）をロータ鉄心（１７）に一層に浅く埋め込むことを可能にする。 An IPM rotating electrical machine (10, 30) according to the present invention includes a rotor (12, 32) and a stator having a plurality of slots (14, 34) arranged at equal intervals (or equal angular intervals) on the same circumference. (11, 31). The rotor (12, 32) includes a rotor iron core (17) and a field magnet (18). One pole of the field magnet (18) is a permanent magnet (19, 20, 21) embedded adjacent to the rotor (12) in the circumferential direction in a region corresponding to one slot pitch of the rotor core (17). ). The permanent magnets (19, 20, 21) constituting one pole are reduced in size so as to be embedded in the region corresponding to one slot pitch. It makes it possible to embed shallower in the rotor core (17).

また、本発明によるＩＰＭ回転電機（１０，３０）は、ロータ（１２，３２）と、同一円周上に等間隔（又は、等角度間隔）に配置された複数のスロット（１４，３４）を有するステータ（１１，３１）とを備えている。ロータ（１２，３２）は、ロータ鉄心（１７）と、界磁（１８）とを含む。界磁（１８）の１極は、ロータ鉄心（１７）の１スロットピッチに対応する領域の中に、ロータ（１２）の円周方向に隣接して埋め込まれた複数の永久磁石（１９、２０、２１）で構成される。 Further, the IPM rotating electrical machine (10, 30) according to the present invention has a rotor (12, 32) and a plurality of slots (14, 34) arranged at equal intervals (or equal angular intervals) on the same circumference. And a stator (11, 31). The rotor (12, 32) includes a rotor iron core (17) and a field magnet (18). One pole of the field magnet (18) has a plurality of permanent magnets (19, 20) embedded adjacent to each other in the circumferential direction of the rotor (12) in a region corresponding to one slot pitch of the rotor iron core (17). 21).

このような構造は、永久磁石（１９、２０、２１）を配置するスペースとロータ（１２）の機械的強度との両方の観点から、永久磁石（１９、２０、２１）をロータ鉄心（１７）に浅く埋め込むことを可能にする。即ち、一極を構成する複数の永久磁石（１９、２０、２１）が、１スロットピッチに対応する領域の中に埋め込まれる程度に小型化されことは、スペース的に、永久磁石（１９、２０、２１）をロータ鉄心（１７）に一層に浅く埋め込むことを可能にする。更に、界磁（１８）の一極を構成する永久磁石（１９、２０、２１）が複数であることは、ロータ側面（１２ａ）と永久磁石（１９、２０、２１）との間に位置する磁力線誘導部分（１７ａ）とロータ鉄心本体（１７ｂ）とをブリッジするブリッジ部分（１７ｃ）を、複数の永久磁石（１９、２０、２１）の間を通過して設けることを可能にする。ブリッジ部分（１７ｃ）を設けることは、磁力線誘導部分（１７ａ）がロータ鉄心本体（１７ｂ）に結合する機械的強度を高め、永久磁石（１９、２０、２１）を浅く埋め込むことを可能にする。 Such a structure allows the permanent magnets (19, 20, 21) to be disposed in the rotor core (17) from the viewpoint of both the space for arranging the permanent magnets (19, 20, 21) and the mechanical strength of the rotor (12). It is possible to embed shallowly. That is, the fact that the plurality of permanent magnets (19, 20, 21) constituting one pole is miniaturized to such an extent that they are embedded in a region corresponding to one slot pitch means that the permanent magnets (19, 20) are spatially separated. 21) can be embedded in the rotor core (17) more shallowly. Further, the fact that there are a plurality of permanent magnets (19, 20, 21) constituting one pole of the field magnet (18) is located between the rotor side surface (12a) and the permanent magnets (19, 20, 21). A bridge portion (17c) that bridges the magnetic field line induction portion (17a) and the rotor core body (17b) can be provided so as to pass between the plurality of permanent magnets (19, 20, 21). Providing the bridge portion (17c) increases the mechanical strength at which the magnetic force line induction portion (17a) is coupled to the rotor core body (17b), and allows the permanent magnets (19, 20, 21) to be embedded shallowly.

永久磁石（１９、２０、２１）をロータ鉄心（１７）に浅く埋め込むことは、横軸インダクタンスを低減して電機子電流を増加させ、当該ＩＰＭ回転電機（１０，３０）の出力トルクを増大する点で好ましい。 Embedding the permanent magnets (19, 20, 21) shallowly in the rotor core (17) reduces the horizontal axis inductance, increases the armature current, and increases the output torque of the IPM rotating electrical machine (10, 30). This is preferable.

永久磁石（１９、２０、２１）は、ロータ鉄心（１７）の半径をｒとし、界磁（１８）の極数をｎ_１としたとき、永久磁石（１９、２０、２１）の半径方向外側の磁極面（１９ａ、２０ａ、２１ａ）の上の点からロータ側面（１２ａ）の距離の最大値ｘが、下記式：
ｘ≦Ｄ／１０，
Ｄ＝２πｒ／ｎ_１
を満足する程度に浅く埋め込まれることが好適である。 Permanent magnets (19, 20, 21) has a radius of the rotor iron core (17) and r, when the number of poles of the field (18) set to _{n 1,} a radially outer permanent magnet (19, 20, 21) The maximum value x of the distance from the point on the magnetic pole face (19a, 20a, 21a) to the rotor side face (12a) is expressed by the following formula:
x ≦ D / 10,
D = 2πr / n ₁
It is preferable to be buried as shallow as possible.

前記ステータ（１１）は、更に、同一円周上に等間隔に配置された電機子コイル（１５）を含み、電機子コイル（１５）を流れる電機子電流の進み位相をθとしたとき、永久磁石（１９、２０、２１）は、磁力線誘導部分（１７ａ）が０°＜θ＜９０°の範囲において常に飽和するように配置されていることが好適である。 The stator (11) further includes armature coils (15) arranged at equal intervals on the same circumference, and when the lead phase of the armature current flowing through the armature coil (15) is θ, it is permanent. It is preferable that the magnets (19, 20, 21) are arranged so that the magnetic force line induction portion (17a) is always saturated in the range of 0 ° <θ <90 °.

前記ステータ（１１）に、３相電流が供給される場合には、前記極数ｎ_１と、前記スロット（１４）の数ｎ_２とは、下記組み合わせ：
ｎ_１＝１２，ｎ_２＝９，
ｎ_１＝１４，ｎ_２＝１２，
ｎ_１＝１６，ｎ_２＝１２，
ｎ_１＝１６，ｎ_２＝１８，
ｎ_１＝２０，ｎ_２＝１５，
ｎ_１＝２０，ｎ_２＝１８，
ｎ_１＝２０，ｎ_２＝２１，
ｎ_１＝２２，ｎ_２＝２４，
ｎ_１＝２４，ｎ_２＝１８，
ｎ_１＝２４，ｎ_２＝２７，
ｎ_１＝２６，ｎ_２＝２４，
ｎ_１＝２８，ｎ_２＝２４，
ｎ_１＝３０，ｎ_２＝２７，
のいずれかであることが好適である。これらの組み合わせは、永久磁石（１９、
２０、２１）がロータ鉄心（１７）に浅く埋め込まれたＩＰＭ回転電機（１０）
の特性を特異的に向上させる。 Wherein the stator (11), when the 3-phase current is supplied, and the number of poles _{n 1,} the number _{n 2} of said slot (14), the following combinations:
n ₁ = 12, n ₂ = 9,
n ₁ = 14, n ₂ = 12,
n ₁ = 16, n ₂ = 12,
n ₁ = 16, n ₂ = 18,
n ₁ = 20, n ₂ = 15,
n ₁ = 20, n ₂ = 18,
n ₁ = 20, n ₂ = 21,
n ₁ = 22, n ₂ = 24,
n ₁ = 24, n ₂ = 18,
n ₁ = 24, n ₂ = 27,
n ₁ = 26, n ₂ = 24,
n ₁ = 28, n ₂ = 24,
n ₁ = 30, n ₂ = 27,
It is preferable that it is either. These combinations consist of permanent magnets (19,
20, 21) IPM rotating electrical machine (10) shallowly embedded in the rotor core (17)
Specifically improve the characteristics of

前記ステータ（３１）に、５相電流が供給される場合には、
前記極数ｎ_１と、前記スロット（３４）の数ｎ_２とは、下記組み合わせ：
ｎ_１＝１２，ｎ_２＝１０，
ｎ_１＝１４，ｎ_２＝１０，
ｎ_１＝２２，ｎ_２＝１０，
ｎ_１＝１８，ｎ_２＝２０，
ｎ_１＝２４，ｎ_２＝２０，
ｎ_１＝２６，ｎ_２＝２０，
ｎ_１＝２８，ｎ_２＝２０，
ｎ_１＝２６，ｎ_２＝３０，
ｎ_１＝２８，ｎ_２＝３０，
のいずれかであることが好適である。これらの組み合わせは、永久磁石（１９、
２０、２１）がロータ鉄心（１７）に浅く埋め込まれたＩＰＭ回転電機（３０）
の特性を特異的に向上させる。 When a five-phase current is supplied to the stator (31),
The number n _{1 of} poles and the number n ₂ of slots (34) are the following combinations:
n ₁ = 12, n ₂ = 10,
n ₁ = 14, n ₂ = 10,
n ₁ = 22, n ₂ = 10,
n ₁ = 18, n ₂ = 20,
n ₁ = 24, n ₂ = 20,
n ₁ = 26, n ₂ = 20,
n ₁ = 28, n ₂ = 20,
n ₁ = 26, n ₂ = 30,
n ₁ = 28, n ₂ = 30,
It is preferable that it is either. These combinations consist of permanent magnets (19,
20, 21) IPM rotating electrical machine (30) shallowly embedded in the rotor core (17)
Specifically improve the characteristics of

前記界磁（１８）の前記１極を構成する前記永久磁石（１９、２０、２１）の数が３以上であり、ブリッジ部分（１７ｃ）は、前記１極を構成する前記永久磁石（１９、２０、２１）の間の空間のそれぞれを通過するように設けられていることは、磁力線誘導部分（１７ａ）がロータ鉄心本体（１７ｂ）に結合する機械的強度を一層に高めることを可能にする。 The number of the permanent magnets (19, 20, 21) constituting the one pole of the field magnet (18) is three or more, and the bridge portion (17c) is formed of the permanent magnet (19, 19) constituting the one pole. 20 and 21) is provided so as to pass through each of the spaces between the magnetic field lines (17, 21), thereby further increasing the mechanical strength at which the magnetic field line induction portion (17a) is coupled to the rotor core body (17b). .

この場合、ＩＰＭ回転電機（１０）の出力トルクを増大するためには、界磁（１８）の前記１極を構成する前記永久磁石（１９、２０、２１）のうち、両端に位置しない第１永久磁石（２１）の磁極面（２１ａ）は、両端に位置する第２永久磁石（１９、２０）の磁極面（１９ａ、２０ａ）よりも、ロータ（１２）の半径方向の外側に飛び出していることが好適である。 In this case, in order to increase the output torque of the IPM rotating electric machine (10), the first permanent magnets (19, 20, 21) constituting the one pole of the field magnet (18) are not located at both ends. The magnetic pole surface (21a) of the permanent magnet (21) protrudes outward in the radial direction of the rotor (12) from the magnetic pole surface (19a, 20a) of the second permanent magnet (19, 20) located at both ends. Is preferred.

一方、磁力線誘導部分（１７ａ）がロータ鉄心本体（１７ｂ）に結合する機械的強度を高めるためには、前記界磁（１８）の前記１極を構成する永久磁石（１９、２０、２１）のうち、両端に位置しない第１永久磁石（２１）の前記磁極面（２１ａ）は、両端に位置する第２永久磁石（１９、２０）の磁極面（１９ａ、２０ａ）よりも、前記半径方向の内側に飛び出していることが好適である。 On the other hand, in order to increase the mechanical strength at which the magnetic field line induction portion (17a) is coupled to the rotor core body (17b), the permanent magnets (19, 20, 21) constituting the one pole of the field magnet (18) are provided. Among them, the magnetic pole surface (21a) of the first permanent magnet (21) not located at both ends is more in the radial direction than the magnetic pole surface (19a, 20a) of the second permanent magnet (19, 20) located at both ends. It is preferable that it protrudes inward.

本発明により、ＩＰＭ回転電機の界磁を構成する永久磁石を、一層に浅くロータ鉄心に埋め込むことを可能にする技術が提供される。
また、本発明により、界磁を構成する永久磁石が浅くロータ鉄心に埋め込まれたＩＰＭ回転電機の出力トルクを、一層に増加することを可能にする技術が提供される。 According to the present invention, there is provided a technique that makes it possible to embed a permanent magnet constituting a field of an IPM rotating electric machine shallower in a rotor core.
Further, the present invention provides a technique that makes it possible to further increase the output torque of an IPM rotating electrical machine in which permanent magnets constituting a magnetic field are shallow and embedded in a rotor core.

以下、添付図面を参照しながら、本発明によるＩＰＭ回転電機の実施の形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of an IPM rotating electrical machine according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

（実施の第１形態）
本発明の実施の第１形態では、図１に示されているように、ＩＰＭモータ１０は、ステータ１１とロータ１２とを含む。ステータ１１は、ロータ１２のロータ側面１２ａに対向する。ステータ１１は、電磁的作用によってロータ１２にトルクを与え、ロータ１２を中心軸１２ｂの周りに回転させる。ＩＰＭモータ１０は、外部から動力を供給することにより発電機としても機能する。 (First embodiment)
In the first embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1, IPM motor 10 includes a stator 11 and a rotor 12. The stator 11 faces the rotor side surface 12 a of the rotor 12. The stator 11 applies torque to the rotor 12 by electromagnetic action, and rotates the rotor 12 around the central axis 12b. The IPM motor 10 also functions as a generator by supplying power from the outside.

ロータ１２に与えられるトルク、即ち、ＩＰＭモータ１０から出力される出力トルクは、マグネットトルクとリラクタンストルクとの両方の成分を含む。後述されるように、マグネットトルクがＩＰＭモータ１０の出力トルクの主成分であり、リラクタンストルクは、補助的な成分である。ＩＰＭモータ１０は、ステータ１１とロータ１２との構造の最適化により、マグネットトルクとリラクタンストルクとの和（即ち、出力トルク）が大きくなるように設計されている。ステータ１１とロータ１２との構造が、以下に詳細に説明される。 The torque applied to the rotor 12, that is, the output torque output from the IPM motor 10, includes both components of magnet torque and reluctance torque. As will be described later, the magnet torque is the main component of the output torque of the IPM motor 10, and the reluctance torque is an auxiliary component. The IPM motor 10 is designed so that the sum of magnet torque and reluctance torque (ie, output torque) is increased by optimizing the structure of the stator 11 and the rotor 12. The structure of the stator 11 and the rotor 12 will be described in detail below.

ステータ１１は、電機子歯１３_１〜１３_１２を含む。以下において、電機子歯１３_１〜１３_１２は、互いに区別される必要がない場合には電機子歯１３と表記される。電機子歯１３は、同一円周上に等間隔に配置されている。隣接する２つの電機子歯１３の間には、スロット１４が形成されている。スロット１４は、同一円周上に等間隔に配置されることになる。ロータ１２の中心軸１２ｂに垂直な断面において、隣接する２つの電機子歯１３の中心がロータ１２の中心軸１２ｂを見込む角（即ち、隣接する２つのスロット１４の中心がロータ１２の中心軸１２ｂを見込む角）は、スロットピッチと呼ばれる。本実施の形態では、スロットの数ｎ_２は、１２であり、スロットピッチは、３０°である。 The stator 11 includes armature teeth 13 _{1 to} 13 ₁₂ . In the following, the armature teeth 13 _{1 to} 13 ₁₂ are referred to as armature teeth 13 when it is not necessary to distinguish them from each other. The armature teeth 13 are arranged at equal intervals on the same circumference. A slot 14 is formed between two adjacent armature teeth 13. The slots 14 are arranged at equal intervals on the same circumference. In a cross section perpendicular to the central axis 12b of the rotor 12, the angle at which the center of the two adjacent armature teeth 13 looks at the central axis 12b of the rotor 12 (that is, the center of the two adjacent slots 14 is the central axis 12b of the rotor 12). The angle that looks into) is called the slot pitch. In the present embodiment, the number of slots n ₂ is 12, and the slot pitch is 30 °.

電機子歯１３_１〜１３_１２には、それぞれ、電機子コイル１５_１〜１５_１２が巻かれている。ステータ１１の内側に回転磁界を発生するために、電機子コイル１５_１〜１５_１２には、三相の電機子電流が供給される。詳細には、電機子コイル１５_１、１５_２、１５_７、１５_８には、Ｕ相電流が供給され、電機子コイル１５_３、１５_４、１５_９、１５_１０には、Ｖ相電流が供給され、電機子コイル１５_５、１５_６、１５_１１、１５_１２には、Ｗ相電流が供給される。電機子巻線１５_１、１５_４、１５_５、１５_８、１５_９、１５_１２は、第１方向に（例えば、時計周りに）電機子電流が流れるように巻かれており、電機子巻線１５_２、１５_３、１５_６、１５_７、１５_１０、１５_１１は、第１方向と逆の第２方向に（例えば、反時計周りに）電機子電流が流れるように巻かれている。電機子コイル１５_１〜１５_１２は、互いに区別される必要がない場合には、電機子コイル１５と表記される。 Armature coils 15 ₁ to 15 ₁₂ are wound around the armature teeth 13 _{1 to} 13 ₁₂ , respectively. In order to generate a rotating magnetic field inside the stator 11, a three-phase armature current is supplied to the armature coils 15 ₁ to 15 ₁₂ . Specifically, the U-phase current is supplied to the armature coils 15 ₁ , 15 ₂ , 15 ₇ , and 15 ₈ , and the V-phase current is supplied to the armature coils 15 ₃ , 15 ₄ , 15 ₉ , and 15 _10. The W-phase current is supplied to the armature coils 15 ₅ , 15 ₆ , 15 ₁₁ , and 15 ₁₂ . The armature windings 15 ₁ , 15 ₄ , 15 ₅ , 15 ₈ , 15 ₉ , 15 ₁₂ are wound so that the armature current flows in the first direction (for example, clockwise), and the armature windings 15 ₂ , 15 ₃ , 15 ₆ , 15 ₇ , 15 ₁₀ and 15 ₁₁ are wound so that an armature current flows in a second direction (for example, counterclockwise) opposite to the first direction. The armature coils 15 ₁ to 15 ₁₂ are denoted as armature coils 15 when it is not necessary to distinguish them from each other.

電機子コイル１５は、集中巻きで電機子歯１３に巻かれている。電機子コイル１５が集中巻きで巻かれることは、体積あたりのＩＰＭモータ１０のトルクを大きくし、好適である。 The armature coil 15 is wound around the armature teeth 13 by concentrated winding. It is preferable that the armature coil 15 is wound by concentrated winding because the torque of the IPM motor 10 per volume is increased.

ロータ１２は、シャフト１６とロータ鉄心１７とを含む。シャフト１６は、図示されない軸受によって回転可能に支持されている。ロータ鉄心１７は、シャフト１６に固定的に接合され、シャフト１６と同体に回転する。ロータ鉄心１７は、珪素鋼板のような磁性材料で形成されている。 The rotor 12 includes a shaft 16 and a rotor iron core 17. The shaft 16 is rotatably supported by a bearing (not shown). The rotor core 17 is fixedly joined to the shaft 16 and rotates in the same body as the shaft 16. The rotor core 17 is made of a magnetic material such as a silicon steel plate.

ロータ鉄心１７には、界磁磁石１８が挿入されている。界磁磁石１８のそれぞれは、ロータ１２の界磁の一極を構成し、ロータ１２の半径方向に磁力線を発生する。隣接する２つの界磁磁石１８は、互いに逆の方向の磁力線を発生する、即ち、隣接する２つの界磁磁石１８の極性は逆である。本実施の形態では、界磁磁石１８の数、即ち、界磁の極数ｎ_１は１４である。 A field magnet 18 is inserted into the rotor core 17. Each of the field magnets 18 constitutes one pole of the field of the rotor 12 and generates magnetic lines of force in the radial direction of the rotor 12. Two adjacent field magnets 18 generate magnetic lines of force in opposite directions, that is, the two adjacent field magnets 18 have opposite polarities. In the present embodiment, the number of field magnets 18, that is, the number of field poles n ₁ is 14.

図２に示されているように、界磁磁石１８のそれぞれは、ロータ１２の円周方向に並んだ同一極性を有する２つの永久磁石１９、２０から構成されている。即ち、界磁の一極は、２つの永久磁石１９、２０から構成されている。永久磁石１９、２０は、ロータ１２の半径方向の外側に磁極面１９ａ、２０ａを有し、半径方向の内側に磁極面１９ｂ、２０ｂを有する。永久磁石１９、２０が発生する磁力線は、磁極面１９ａ、１９ｂ、２０ａ、２０ｂから半径方向に放射される。一の界磁磁石１８に含まれる一組の永久磁石１９、２０は、同一の方向に磁力線を発生する、即ち、同一の極性を有する。 As shown in FIG. 2, each of the field magnets 18 includes two permanent magnets 19 and 20 having the same polarity arranged in the circumferential direction of the rotor 12. That is, one pole of the field is composed of two permanent magnets 19 and 20. The permanent magnets 19 and 20 have magnetic pole surfaces 19a and 20a on the outer side in the radial direction of the rotor 12, and magnetic pole surfaces 19b and 20b on the inner side in the radial direction. The lines of magnetic force generated by the permanent magnets 19 and 20 are radiated in the radial direction from the magnetic pole surfaces 19a, 19b, 20a and 20b. A set of permanent magnets 19 and 20 included in one field magnet 18 generates magnetic lines of force in the same direction, that is, has the same polarity.

永久磁石１９の、永久磁石２０と反対側の端を端１９ｃと表記し、永久磁石２０の、永久磁石１９と反対側の端を端２０ｃと表記したとき、永久磁石１９は、端１９ｃにおいてロータ側面１２ａに最近接し、永久磁石２０は、端２０ｃにおいてロータ側面１２ａに最近接するように配置される。このような構造は、永久磁石１９、２０が発生する磁力線のうちロータ側面１２ａと端１９ｃの間を通る成分、及びロータ側面１２ａと端２０ｃとの間を通る成分を好適に少なくする。これは、永久磁石１９、２０が発生する磁力線をより多くステータ１２に鎖交させ、マグネットトルクを大きくする。 When the end of the permanent magnet 19 opposite to the permanent magnet 20 is denoted as end 19c, and the end of the permanent magnet 20 opposite to the permanent magnet 19 is denoted as end 20c, the permanent magnet 19 is the rotor at the end 19c. The permanent magnet 20 is disposed closest to the side surface 12a and closest to the rotor side surface 12a at the end 20c. Such a structure suitably reduces the component passing between the rotor side surface 12a and the end 19c and the component passing between the rotor side surface 12a and the end 20c in the magnetic force lines generated by the permanent magnets 19 and 20. This causes more lines of magnetic force generated by the permanent magnets 19 and 20 to be linked to the stator 12 and increases the magnet torque.

ロータ鉄心１７には、永久磁石１９、２０の半径方向外側に位置する部分１７ａ（磁力線誘導部分１７ａ）が設けられる。この磁力線誘導部分１７ａの存在は、リラクタンストルクを発生させる点で重要である。磁力線誘導部分１７ａの体積は、所望のリラクタンストルクが得られるように選ばれる。 The rotor iron core 17 is provided with a portion 17a (magnetic line guide portion 17a) located on the radially outer side of the permanent magnets 19 and 20. The presence of the magnetic field line induction portion 17a is important in terms of generating reluctance torque. The volume of the magnetic field line induction portion 17a is selected so that a desired reluctance torque can be obtained.

一般的なＩＰＭモータとは異なり、本実施の形態のＩＰＭモータ１０では、永久磁石１９、２０のロータ側面１２ａからの埋め込み深さ（即ち、半径方向外側の磁極面１９ａ、２０ａの上の点からロータ側面１２ａへの距離）が浅い。定量的に表現すれば、永久磁石１９、２０は、ロータ１２の半径ｒと極数ｎ_１とを用いて、その埋め込み深さの最大値ｘが、下記式：
ｘ≦Ｄ／１０，
Ｄ＝２πｒ／ｎ_１，
を満足するような浅い位置に埋め込まれる。 Unlike the general IPM motor, in the IPM motor 10 of the present embodiment, the embedding depth of the permanent magnets 19 and 20 from the rotor side surface 12a (that is, from the point on the radially outer magnetic pole surfaces 19a and 20a). The distance to the rotor side surface 12a is shallow. If expressed quantitatively, the permanent magnets 19 and 20 use the radius r of the rotor 12 and the number of poles n _1, and the maximum value x of the embedding depth is given by the following formula:
x ≦ D / 10,
D = 2πr / n ₁ ,
It is embedded in a shallow position that satisfies

永久磁石１９、２０の埋め込み深さが浅いことは、ＩＰＭモータ１０の出力トルクを大きくするために重要である。永久磁石１９、２０の埋め込み深さが浅いことは、横軸インダクタンスを低減させる。一般には、横軸インダクタンスの低減は、ＩＰＭモータの出力トルクを減少させるように思われるかもしれない。しかし、永久磁石１９、２０の埋め込み深さが浅い場合には、これは正しくない。埋め込み深さが浅いことは、ＩＰＭモータ１０の出力トルクのうちマグネットトルクによる成分が、リラクタンストルクによる成分よりも大きいことを意味する。このような場合、横軸インダクタンスの低減によるリラクタンストルクの減少の効果よりも、横軸インダクタンスの低減によって電機子電流が増大し、電機子電流の増大によってマグネットトルクとリラクタンストルクとの両方が大きくなる効果の方が大きい。 The shallow embedding depth of the permanent magnets 19 and 20 is important for increasing the output torque of the IPM motor 10. The shallow embedding depth of the permanent magnets 19 and 20 reduces the horizontal axis inductance. In general, reducing the horizontal inductance may seem to reduce the output torque of the IPM motor. However, this is not correct when the embedding depth of the permanent magnets 19 and 20 is shallow. The shallow embedding depth means that the component due to the magnet torque in the output torque of the IPM motor 10 is larger than the component due to the reluctance torque. In such a case, the armature current is increased by reducing the horizontal axis inductance, and both the magnet torque and the reluctance torque are increased by increasing the armature current, rather than the effect of reducing the reluctance torque by reducing the horizontal axis inductance. The effect is greater.

永久磁石１９、２０は、電機子電流の進み位相に関わらず、磁力線誘導部分１７ａの円周方向の端部が飽和する程度に浅く埋め込まれることが好適である。即ち、電機子コイル１５の端子電圧からの電機子電流の進み位相をθとして、永久磁石１９、２０の埋め込み深さは、０＜θ＜９０°の範囲全体で磁力線誘導部分１７ａの端部が飽和する程度に浅いことが好適である。 The permanent magnets 19 and 20 are preferably embedded so shallow that the end portions in the circumferential direction of the magnetic force line induction portions 17a are saturated regardless of the advance phase of the armature current. That is, assuming that the leading phase of the armature current from the terminal voltage of the armature coil 15 is θ, the embedding depth of the permanent magnets 19 and 20 is such that the end of the magnetic force line induction portion 17a is within the entire range of 0 <θ <90 °. It is preferably shallow enough to saturate.

電機子電流の進み位相に関わらず磁力線誘導部分１７ａの端部が飽和することは、ＩＰＭモータ１０が高い回転数で運転されたときの出力トルクの減少を抑制するために有効である。当業者に周知であるように、ＩＰＭモータを高い回転数で運転する場合には、電機子電流の位相を進めて界磁を弱める弱め界磁制御が行われる。弱め界磁制御が行われると、図３に示されているように、電機子歯１３と、界磁の１極を構成する永久磁石１９、２０とが正対しなくなる。これは、磁力線誘導部分１７ａの円周方向の２つの端部のうち、電機子歯１３から離れて位置する端部に印加される磁界を小さくする。永久磁石１９、２０の埋め込み深さが充分に浅くない場合、磁力線誘導部分１７ａの端部に印加される磁界の減少により、磁力線誘導部分１７ａの端部が磁気的に飽和しなくなる。磁力線誘導部分１７ａの端部が磁気的に飽和しなくなると、横軸インダクタンスが増大する。マグネットトルクによる成分がリラクタンストルクによる成分よりも大きい本実施の形態のＩＰＭモータ１０については、既述のように、横軸インダクタンスの増大は、電機子電流の減少につながり好ましくない。電機子電流の進み位相θに関わらず磁力線誘導部分１７ａの端部が飽和するように、永久磁石１９、２０の埋め込み深さを充分に浅くすることは、ＩＰＭモータ１０が高い回転数で運転されたときの横軸インダクタンスの増大を防止し、これにより、出力トルクの減少を防止する。 Saturation of the end of the magnetic force line guiding portion 17a regardless of the advance phase of the armature current is effective for suppressing a decrease in output torque when the IPM motor 10 is operated at a high rotational speed. As is well known to those skilled in the art, when the IPM motor is operated at a high speed, field weakening control is performed to advance the phase of the armature current and weaken the field. When the field weakening control is performed, as shown in FIG. 3, the armature teeth 13 and the permanent magnets 19 and 20 constituting one pole of the field do not face each other. This reduces the magnetic field applied to the end located away from the armature tooth 13 out of the two ends in the circumferential direction of the magnetic force line guiding portion 17a. When the embedding depth of the permanent magnets 19 and 20 is not sufficiently shallow, the end portion of the magnetic force line induction portion 17a is not magnetically saturated due to the reduction of the magnetic field applied to the end portion of the magnetic force line induction portion 17a. When the end of the magnetic field line induction portion 17a is not magnetically saturated, the horizontal axis inductance increases. For the IPM motor 10 of the present embodiment in which the component due to the magnet torque is larger than the component due to the reluctance torque, as described above, an increase in the horizontal axis inductance is undesirable because it leads to a decrease in the armature current. To make the embedded depth of the permanent magnets 19 and 20 sufficiently shallow so that the end of the magnetic force line guiding portion 17a is saturated regardless of the advance phase θ of the armature current, the IPM motor 10 is operated at a high rotational speed. In this case, an increase in the horizontal axis inductance is prevented, thereby preventing a decrease in output torque.

更に、上述のように、永久磁石１９が端１９ｃにおいてロータ側面１２ａに最近接し、永久磁石２０が端２０ｃにおいてロータ側面１２ａに最近接することは、磁力線誘導部分１７ａの端部を飽和しやすくするため好適である。 Furthermore, as described above, the permanent magnet 19 is closest to the rotor side surface 12a at the end 19c, and the permanent magnet 20 is closest to the rotor side surface 12a at the end 20c in order to easily saturate the end of the magnetic force line induction portion 17a. Is preferred.

永久磁石１９、２０の埋め込み深さをなるべく浅くするために、界磁の１極を構成する永久磁石１９、２０は、ロータ鉄心１７の１スロットピッチに対応する領域の中に埋め込まれ、更に、ロータ鉄心１７には、永久磁石１９、２０の間を通過して磁力線誘導部分１７ａをロータ鉄心本体１７ｂにブリッジするブリッジ部分１７ｃが設けられる。即ち、図４に示されているように、永久磁石１９、２０は、永久磁石１９の端１９ｃと永久磁石２０の端２０ｃとからロータ中心１２ｂを見込む角θ_Ｍがスロットピッチθ_Ｓよりも小さくなるように配置され、更に、図２に示されているように、ブリッジ部分１７ｃにより、磁力線誘導部分１７ａがロータ鉄心本体１７ｂに連結される。 In order to reduce the embedding depth of the permanent magnets 19 and 20 as much as possible, the permanent magnets 19 and 20 constituting one pole of the field are embedded in a region corresponding to one slot pitch of the rotor core 17, The rotor core 17 is provided with a bridge portion 17c that passes between the permanent magnets 19 and 20 and bridges the magnetic force line guiding portion 17a to the rotor core body 17b. That is, as shown in FIG. 4, in the permanent magnets 19 and 20, the angle θ _{M at} which the rotor center 12b is viewed from the end 19c of the permanent magnet 19 and the end 20c of the permanent magnet 20 is smaller than the slot pitch θ _S. Further, as shown in FIG. 2, the magnetic force line guiding portion 17a is connected to the rotor core body 17b by the bridge portion 17c.

永久磁石１９、２０がロータ鉄心１７の１スロットピッチに対応する領域の中に埋め込まれる程度に小型化されることにより、構造上、永久磁石１９、２０をロータ鉄心１７に浅く埋め込むことが可能になる。 The permanent magnets 19 and 20 can be embedded in the rotor core 17 shallowly in structure because the permanent magnets 19 and 20 are reduced in size so as to be embedded in a region corresponding to one slot pitch of the rotor core 17. Become.

更に、図２に示されているように、磁力線誘導部分１７ａをロータ鉄心本体１７ｂにブリッジするブリッジ部分１７ｃが設けられることにより、機械的な強度の観点からも、永久磁石１９、２０をロータ鉄心１７に浅く埋めることが可能になる。永久磁石１９、２０の埋め込み深さを薄くする上での一つの問題は、磁力線誘導部分１７ａとロータ鉄心本体１７ｂとの間の機械的強度である。永久磁石１９、２０の埋め込み深さが薄くなると、ロータ鉄心１７の、永久磁石１９の端１９ｃと永久磁石２０の端２０ｃとの近傍の部分の機械的強度が弱くなる。このため、磁力線誘導部分１７ａの端部が破断して磁力線誘導部分１７ａがロータ鉄心本体１７ｂから分離しやすくなる。上述のブリッジ部分１７ｃは、磁力線誘導部分１７ａがロータ鉄心本体１７ｂに接合する強度を高め、永久磁石１９、２０の埋め込み深さが薄くても、必要な機械的強度を確保することを可能にする。 Further, as shown in FIG. 2, by providing a bridge portion 17c for bridging the magnetic force line induction portion 17a to the rotor core body 17b, the permanent magnets 19 and 20 are also connected to the rotor core from the viewpoint of mechanical strength. 17 can be buried shallowly. One problem in reducing the embedding depth of the permanent magnets 19 and 20 is the mechanical strength between the magnetic force line guiding portion 17a and the rotor core body 17b. When the embedding depth of the permanent magnets 19 and 20 is reduced, the mechanical strength of the portion of the rotor core 17 in the vicinity of the end 19c of the permanent magnet 19 and the end 20c of the permanent magnet 20 is reduced. For this reason, the end of the magnetic force line guiding portion 17a is broken, and the magnetic force line guiding portion 17a is easily separated from the rotor core body 17b. The bridge portion 17c described above increases the strength with which the magnetic force line induction portion 17a is joined to the rotor core body 17b, and makes it possible to ensure the necessary mechanical strength even if the embedding depth of the permanent magnets 19 and 20 is thin. .

永久磁石１９、２０がロータ鉄心１７の１スロットピッチに対応する領域の中に埋め込まれることは、マグネットトルクの増大にも有効である。永久磁石１９、２０がロータ鉄心１７の１スロットピッチに対応する領域の中に埋め込まれることにより、永久磁石１９、２０が一の電機子歯１３と正対しやすくなる。これは、永久磁石１９、２０が発生する磁力線の多くを、一の電機子歯１３に鎖交させることを可能にし、マグネットトルクを有効に増大する。このように、永久磁石１９、２０がロータ鉄心１７の１スロットピッチに対応する領域の中に埋め込まれることは、構造上、永久磁石１９、２０を浅く埋めることを可能にし、更に、マグネットトルクの増大にも有効であり、一石二鳥である。 The permanent magnets 19 and 20 being embedded in the region corresponding to one slot pitch of the rotor core 17 is also effective for increasing the magnet torque. Since the permanent magnets 19 and 20 are embedded in a region corresponding to one slot pitch of the rotor core 17, the permanent magnets 19 and 20 can easily face one armature tooth 13. This makes it possible to link many of the lines of magnetic force generated by the permanent magnets 19 and 20 to one armature tooth 13 and effectively increase the magnet torque. As described above, the permanent magnets 19 and 20 are embedded in the region corresponding to one slot pitch of the rotor core 17, so that the permanent magnets 19 and 20 can be buried shallowly. It is also effective in increasing, two birds with one stone.

上述のように、一般的なＩＰＭモータとは異なり、ＩＰＭモータ１０は、マグネットトルクがＩＰＭモータ１０の出力トルクの主成分であり、リラクタンストルクが出力トルクの補助的な成分である。これは、永久磁石１９、２０の埋め込み深さが浅いことに起因している。 As described above, unlike a general IPM motor, the IPM motor 10 has a magnet torque as a main component of the output torque of the IPM motor 10 and a reluctance torque as an auxiliary component of the output torque. This is because the embedding depth of the permanent magnets 19 and 20 is shallow.

このようなＩＰＭモータ１０の特殊性を生かすためには、ロータ１２の極数ｎ_１と、スロット１４の数ｎ_２（即ち、電機子歯１３の数）とが、下記組み合わせ：
ｎ_１＝１２，ｎ_２＝９，
ｎ_１＝１４，ｎ_２＝１２，
ｎ_１＝１６，ｎ_２＝１２，
ｎ_１＝１６，ｎ_２＝１８，
ｎ_１＝２０，ｎ_２＝１５，
ｎ_１＝２０，ｎ_２＝１８，
ｎ_１＝２０，ｎ_２＝２１，
ｎ_１＝２２，ｎ_２＝２４，
ｎ_１＝２４，ｎ_２＝１８，
ｎ_１＝２４，ｎ_２＝２７，
ｎ_１＝２６，ｎ_２＝２４，
ｎ_１＝２８，ｎ_２＝２４，
ｎ_１＝３０，ｎ_２＝２７，
のいずれかであることが好適である。当業者にとって周知であるように、３相のＩＰＭモータは、極数ｎ_１は偶数であり、スロット数ｎ_２は３の倍数であり、且つ、極数ｎ_１とスロット数ｎ_２とは異ならなくてはならない。極数ｎ_１とスロット数ｎ_２は、これらの条件を満たす様々な組み合わせが考えられる。しかし、上述の組み合わせは、永久磁石１９、２０の埋め込み深さが浅いＩＰＭモータ１０において特異的に有利である。その理由が、以下に説明される。 In order to take advantage of the peculiarity of the IPM motor 10, the number of poles n ₁ of the rotor 12 and the number n _{2 of} slots 14 (that is, the number of armature teeth 13) are combined as follows:
n ₁ = 12, n ₂ = 9,
n ₁ = 14, n ₂ = 12,
n ₁ = 16, n ₂ = 12,
n ₁ = 16, n ₂ = 18,
n ₁ = 20, n ₂ = 15,
n ₁ = 20, n ₂ = 18,
n ₁ = 20, n ₂ = 21,
n ₁ = 22, n ₂ = 24,
n ₁ = 24, n ₂ = 18,
n ₁ = 24, n ₂ = 27,
n ₁ = 26, n ₂ = 24,
n ₁ = 28, n ₂ = 24,
n ₁ = 30, n ₂ = 27,
It is preferable that it is either. As is well known to those skilled in the art, in a three-phase IPM motor, the number of poles n ₁ is an even number, the number of slots n ₂ is a multiple of 3, and the number of poles n ₁ is different from the number of slots n _2. Must-have. Various combinations satisfying these conditions can be considered for the number of poles n ₁ and the number of slots n ₂ . However, the above combination is particularly advantageous in the IPM motor 10 in which the embedded depth of the permanent magnets 19 and 20 is shallow. The reason is explained below.

第１に、これらの組み合わせは、いずれも、極数ｎ_１が比較的に大きい。既述の特許文献１に記載されているように、極数ｎ_１が大きいことは、界磁が発生する磁力線のうち電機子コイルに鎖交する成分を多くし、ＩＰＭモータ１０の出力トルクの主成分たるマグネットトルクを増加するために有効である。 First, these combinations are both is relatively high number n ₁ poles. As described in Patent Document 1 described above, the fact that the number of poles n ₁ is large increases the number of components interlinked with the armature coil among the lines of magnetic force generated by the field, and the output torque of the IPM motor 10 increases. This is effective for increasing the magnet torque, which is the main component.

第２に、これらの組み合わせは、極数ｎ_１とスロット数ｎ_２との差が小さいため、界磁の１極を構成する永久磁石１９、２０を、単一の電機子歯１３と正対しやすくする。具体的には、上記組み合わせでは、極数ｎ_１とスロット数ｎ_２との差は高々５である。これは、ＩＰＭモータ１０の出力トルクの主成分たるマグネットトルクを増加するために有効である。極数ｎ_１とスロット数ｎ_２との差が小さいことは、巻線係数を大きくするためにも有効である。巻線係数が大きいことは、永久磁石１９、２０が発生する磁力線をより多く電機子コイル１５に鎖交させ、マグネットトルクを増加させる。定量的には、上記組み合わせは、いずれも、巻線係数を０．９４以上にすることを可能にする。 Secondly, in these combinations, since the difference between the number of poles n ₁ and the number of slots n ₂ is small, the permanent magnets 19 and 20 constituting one pole of the field are opposed to the single armature tooth 13. Make it easier. Specifically, in the above combination, the difference between the number of poles n ₁ and the number of slots n ₂ is at most 5. This is effective for increasing the magnet torque which is the main component of the output torque of the IPM motor 10. The small difference between the number of poles n ₁ and the number of slots n ₂ is also effective for increasing the winding coefficient. A large winding coefficient causes more magnetic lines of force generated by the permanent magnets 19 and 20 to be linked to the armature coil 15 to increase the magnet torque. Quantitatively, any of the above combinations allows the winding factor to be 0.94 or higher.

第３に、これらの組み合わせは、ステータ起磁力の基本波成分に対する巻線係数を大きくし、かつ高調波成分にたいする巻線係数を小さく設計することを可能にする。このため、特にこれらの組み合わせは、ＩＰＭモータ１０の出力を大きくする。 Third, these combinations make it possible to increase the winding coefficient for the fundamental wave component of the stator magnetomotive force and to design a small winding coefficient for the harmonic component. For this reason, especially these combinations increase the output of the IPM motor 10.

上記の極数ｎ_１とスロット数ｎ_２との組み合わせは、これらの有利性を全て具備しており、永久磁石１９、２０の埋め込み深さが浅いＩＰＭモータ１０において有利である。 The combination of the number of poles n ₁ and the number of slots n ₂ has all of these advantages, and is advantageous in the IPM motor 10 in which the permanent magnets 19 and 20 have a shallow embedding depth.

（実施の第２形態）
図５に示されているように，実施の第２形態では，本発明が５相のＩＰＭモータ３０に適用される。５相のＩＰＭモータは，３相のＩＰＭモータよりも，それを駆動するのに必要なインバータの能力及びキャパシタの容量を小さくできるためで好適である。ＩＰＭモータ３０は，ステータ３１とロータ３２とを備えている。 (Second embodiment)
As shown in FIG. 5, in the second embodiment, the present invention is applied to a 5-phase IPM motor 30. The 5-phase IPM motor is more suitable than the 3-phase IPM motor because it can reduce the capacity of the inverter and the capacity of the capacitor required to drive it. The IPM motor 30 includes a stator 31 and a rotor 32.

ステータ３１は，電機子歯３３を含む。電機子歯３３は、同一円周上に等間隔に配置されている。隣接する２つの電機子歯３３の間には、スロット３４が形成されている。スロット１４は、同一円周上に等間隔に配置されることになる。本実施の形態では、スロットの数ｎ_２は、２０であり、スロットピッチは、１８°である。電機子歯３３のそれぞれには，電機子コイル３５が巻かれている。ステータ１１の内側に回転磁界を発生するために、電機子コイル３５には，５相の電機子電流が供給される。 The stator 31 includes armature teeth 33. The armature teeth 33 are arranged at equal intervals on the same circumference. A slot 34 is formed between two adjacent armature teeth 33. The slots 14 are arranged at equal intervals on the same circumference. In the present embodiment, the number of slots n ₂ is 20, and the slot pitch is 18 °. An armature coil 35 is wound around each armature tooth 33. In order to generate a rotating magnetic field inside the stator 11, a five-phase armature current is supplied to the armature coil 35.

ロータ３２の構造は，界磁磁石１８の数（即ち，永久磁石１９、２０の数）が異なる点以外，実施の第１形態のロータ１２の構造と同一である。永久磁石１９、２０は、ロータ１２の半径ｒと極数ｎ_１とを用いて、その埋め込み深さの最大値ｘが、下記式：
ｘ≦Ｄ／１０，
Ｄ＝２πｒ／ｎ_１，
を満足するような浅い位置に埋め込まれる。図２に示されているように，永久磁石１９、２０の埋め込み深さをなるべく浅くするために、界磁の１極を構成する永久磁石１９、２０は、ロータ鉄心１７の１スロットピッチに対応する領域の中に埋め込まれ、更に、ロータ鉄心１７には、永久磁石１９、２０の間を通過して磁力線誘導部分１７ａをロータ鉄心本体１７ｂにブリッジするブリッジ部分１７ｃが設けられる。永久磁石１９、２０がロータ鉄心１７の１スロットピッチに対応する領域の中に埋め込まれることは、マグネットトルクの増大に有効である。 The structure of the rotor 32 is the same as the structure of the rotor 12 of the first embodiment except that the number of field magnets 18 (that is, the number of permanent magnets 19 and 20) is different. The permanent magnets 19 and 20 use the radius r of the rotor 12 and the number of poles n _1, and the maximum value x of the embedded depth is given by the following formula:
x ≦ D / 10,
D = 2πr / n ₁ ,
It is embedded in a shallow position that satisfies As shown in FIG. 2, in order to make the embedded depth of the permanent magnets 19, 20 as small as possible, the permanent magnets 19, 20 constituting one field pole correspond to one slot pitch of the rotor core 17. Further, the rotor core 17 is provided with a bridge portion 17c that passes between the permanent magnets 19 and 20 and bridges the magnetic force line induction portion 17a to the rotor core body 17b. It is effective for increasing the magnet torque that the permanent magnets 19 and 20 are embedded in a region corresponding to one slot pitch of the rotor core 17.

ロータ３２の極数ｎ_１と、スロット３４の数ｎ_２（即ち、電機子歯３３の数）とは、下記組み合わせ：
ｎ_１＝１２，ｎ_２＝１０，
ｎ_１＝１４，ｎ_２＝１０，
ｎ_１＝２２，ｎ_２＝１０，
ｎ_１＝１８，ｎ_２＝２０，
ｎ_１＝２４，ｎ_２＝２０，
ｎ_１＝２６，ｎ_２＝２０，
ｎ_１＝２８，ｎ_２＝２０，
ｎ_１＝２６，ｎ_２＝３０，
ｎ_１＝２８，ｎ_２＝３０，
のいずれかであることが好適である。当業者にとって周知であるように、５相のＩＰＭモータは、極数ｎ_１は偶数であり、スロット数ｎ_２は１０の倍数であり、且つ、極数ｎ_１とスロット数ｎ_２とは異ならなくてはならない。極数ｎ_１とスロット数ｎ_２は、これらの条件を満たす様々な組み合わせが考えられる。しかし、上述の組み合わせは、永久磁石１９、２０の埋め込み深さが浅いＩＰＭモータ３０において特異的に有利である。 The number of poles n ₁ of the rotor 32 and the number n _{2 of} slots 34 (that is, the number of armature teeth 33) are the following combinations:
n ₁ = 12, n ₂ = 10,
n ₁ = 14, n ₂ = 10,
n ₁ = 22, n ₂ = 10,
n ₁ = 18, n ₂ = 20,
n ₁ = 24, n ₂ = 20,
n ₁ = 26, n ₂ = 20,
n ₁ = 28, n ₂ = 20,
n ₁ = 26, n ₂ = 30,
n ₁ = 28, n ₂ = 30,
It is preferable that it is either. As is well known to those skilled in the art, in a 5-phase IPM motor, the number of poles n ₁ is an even number, the number of slots n ₂ is a multiple of 10, and the number of poles n ₁ is different from the number of slots n _2. Must-have. Various combinations satisfying these conditions can be considered for the number of poles n ₁ and the number of slots n ₂ . However, the above-described combination is particularly advantageous in the IPM motor 30 in which the embedded depth of the permanent magnets 19 and 20 is shallow.

第１に、これらの組み合わせは、いずれも、極数ｎ_１が比較的に大きい。既述の特許文献１に記載されているように、極数ｎ_１が大きいことは、界磁が発生する磁力線のうち電機子コイルに鎖交する成分を多くし、ＩＰＭモータ３０の出力トルクの主成分たるマグネットトルクを増加するために有効である。 First, these combinations are both is relatively high number n ₁ poles. As described in Patent Document 1 described above, the fact that the number of poles n ₁ is large increases the number of components interlinked with the armature coil among the lines of magnetic force generated by the field, and the output torque of the IPM motor 30 increases. This is effective for increasing the magnet torque, which is the main component.

第２に、これらの組み合わせは、界磁の１極を構成する永久磁石１９、２０を、単一の電機子歯３３と正対しやすくする。これは、ＩＰＭモータ１０の出力トルクの主成分たるマグネットトルクを増加するために有効である。これらの組み合わせは，永久磁石１９、２０が発生する磁力線をより多く電機子コイル３５に鎖交させ、マグネットトルクを増加させる。 Secondly, these combinations make it easy for the permanent magnets 19 and 20 constituting one pole of the field to face the single armature tooth 33. This is effective for increasing the magnet torque which is the main component of the output torque of the IPM motor 10. These combinations increase the magnet torque by linking more lines of magnetic force generated by the permanent magnets 19 and 20 to the armature coil 35.

第３に、これらの組み合わせは、ステータ起磁力の基本波成分に対する巻線係数を大きくし、かつ高調波成分にたいする巻線係数を小さく設計することを可能にする。このため、特にこれらの組み合わせは、ＩＰＭモータ３０の出力を大きくする。 Third, these combinations make it possible to increase the winding coefficient for the fundamental wave component of the stator magnetomotive force and to design a small winding coefficient for the harmonic component. For this reason, especially these combinations increase the output of the IPM motor 30.

上記の極数ｎ_１とスロット数ｎ_２との組み合わせは、これらの有利性を全て具備しており、永久磁石１９、２０の埋め込み深さが浅いＩＰＭモータ３０において有利である。 The combination of the number of poles n ₁ and the number of slots n ₂ has all these advantages, and is advantageous in the IPM motor 30 in which the embedded depth of the permanent magnets 19 and 20 is shallow.

（変形例）
実施の第１形態及び第２形態のいずれにおいても，図６に示されているように、永久磁石１９、２０の間に一以上の永久磁石２１が追加され、一の界磁磁石１８が３つ以上の永久磁石１９、２０、２１で構成される（即ち、界磁の１極が、３つ以上の永久磁石で構成される）ことが可能である。図５は、一の永久磁石２１が追加されている場合のロータ１２の構成を示している。一の界磁磁石１８が３つ以上の永久磁石で構成される場合にも、永久磁石１９、２０、２１がロータ鉄心１７の１スロットピッチに対応する領域の中に
埋め込まれることに留意されたい。 (Modification)
In either of the first embodiment and the second embodiment, as shown in FIG. 6, one or more permanent magnets 21 are added between the permanent magnets 19 and 20, and one field magnet 18 is three. It is possible to be composed of two or more permanent magnets 19, 20, 21 (that is, one field pole is composed of three or more permanent magnets). FIG. 5 shows the configuration of the rotor 12 when one permanent magnet 21 is added. It should be noted that even when one field magnet 18 is composed of three or more permanent magnets, the permanent magnets 19, 20, 21 are embedded in a region corresponding to one slot pitch of the rotor core 17. .

一の界磁磁石１８が３つ以上の永久磁石１９、２０、２１で構成される場合、永久磁石１９と永久磁石２１との間の空間と、永久磁石２１と永久磁石２０との間の空間と、及び２以上の永久磁石２１が設けられる場合にはそれらの間の空間とを貫通する複数のブリッジ部１７ｃが設けられる。複数のブリッジ部１７ｃが設けられることは、磁力線誘導部分１７ａがロータ鉄心本体１７ｂに接合される機械的強度を高めるために好適である。 When one field magnet 18 is composed of three or more permanent magnets 19, 20, 21, a space between the permanent magnet 19 and the permanent magnet 21 and a space between the permanent magnet 21 and the permanent magnet 20. When two or more permanent magnets 21 are provided, a plurality of bridge portions 17c that penetrates the space between them are provided. Providing the plurality of bridge portions 17c is suitable for increasing the mechanical strength at which the magnetic force line guiding portion 17a is joined to the rotor core body 17b.

一の界磁磁石１８が３つ以上の永久磁石で構成される場合、出力トルクの増大のためには、図６に示されているように、界磁磁石１８の両端に位置しない永久磁石２１の半径方向外側の磁極面２１ａが、永久磁石１９、２０の半径方向外側の磁極面１９ａ、２０ａよりも半径方向外側に飛び出していることが好適である。このような構造は、永久磁石２１の埋め込み深さを浅くする。永久磁石１９、２０と同一の原理により、永久磁石２１の埋め込み深さが浅いことは、出力トルクの増大に有効である。 When one field magnet 18 is composed of three or more permanent magnets, a permanent magnet 21 that is not located at both ends of the field magnet 18 is used to increase the output torque, as shown in FIG. It is preferable that the radially outer magnetic pole surface 21 a protrudes radially outward from the radially outer magnetic pole surfaces 19 a and 20 a of the permanent magnets 19 and 20. Such a structure makes the embedding depth of the permanent magnet 21 shallow. The shallow embedding depth of the permanent magnet 21 based on the same principle as the permanent magnets 19 and 20 is effective for increasing the output torque.

一方、磁力線誘導部分１７ａがロータ鉄心本体１７ｂに接合される機械的強度を高めるためには、図７に示されているように、界磁磁石１８の両端に位置しない永久磁石２１の半径方向外側の磁極面２１ａが、永久磁石１９、２０の半径方向外側の磁極面１９ａ、２０ａよりも半径方向内側に飛び出していることが好適である。このような構造は、磁力線誘導部分１７ａとブリッジ部１７ｃとの機械的結合の強度と、ブリッジ部１７ｃとロータ鉄心本体１７ｂとの機械的結合の強度を高める。 On the other hand, in order to increase the mechanical strength at which the magnetic force line induction portion 17a is joined to the rotor core body 17b, the outer side in the radial direction of the permanent magnet 21 that is not located at both ends of the field magnet 18 as shown in FIG. It is preferable that the magnetic pole surface 21a protrudes radially inward from the magnetic pole surfaces 19a, 20a on the radially outer side of the permanent magnets 19, 20. Such a structure increases the strength of the mechanical coupling between the magnetic force line guiding portion 17a and the bridge portion 17c and the strength of the mechanical coupling between the bridge portion 17c and the rotor core body 17b.

図１は、本発明によるＩＭＰ回転電機の実施の第１形態を示す。FIG. 1 shows a first embodiment of an IMP rotating electric machine according to the present invention. 図２は、ロータ１２の拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view of the rotor 12. 図３は、電機子電流の位相が進められたときの電機子歯１３と永久磁石１９、２０の位置を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the positions of the armature teeth 13 and the permanent magnets 19 and 20 when the phase of the armature current is advanced. 図４は、永久磁石１９、２０の配置を説明する図である。FIG. 4 is a diagram for explaining the arrangement of the permanent magnets 19 and 20. 図５は、本発明によるＩＭＰ回転電機の実施の第１形態を示す。FIG. 5 shows a first embodiment of the IMP rotating electric machine according to the present invention. 図６は、本発明によるＩＰＭ回転電機の変形例を示す。FIG. 6 shows a modification of the IPM rotating electrical machine according to the present invention. 図７は、本発明によるＩＰＭ回転電機の他の変形例を示す。FIG. 7 shows another modification of the IPM rotating electrical machine according to the present invention. 図８は、本発明によるＩＰＭ回転電機の更に他の変形例を示す。FIG. 8 shows still another modification of the IPM rotating electrical machine according to the present invention.

Explanation of symbols

１０，３０：ＩＰＭモータ
１１，３１：ステータ
１２，３２：ロータ
１３，３３：電機子歯
１４，３４：スロット
１５，３５：電機子コイル
１６：シャフト
１７：ロータ鉄心
１７ａ：磁力線誘導部分
１７ｂ：ロータ鉄心本体
１７ｃ：ブリッジ部分
１８：界磁磁石
１９、２０、２１：永久磁石
１９ａ、１９ｂ、２０ａ、２０ｂ、２１ａ：磁極面
１９ｃ、２０ｃ：端 10, 30: IPM motor 11, 31: Stator 12, 32: Rotor 13, 33: Armature tooth 14, 34: Slot 15, 35: Armature coil 16: Shaft 17: Rotor core 17a: Magnetic field line induction portion 17b: Rotor Iron core body 17c: Bridge portion 18: Field magnet 19, 20, 21: Permanent magnet 19a, 19b, 20a, 20b, 21a: Magnetic pole surface 19c, 20c: End

Claims

A rotor,
A stator having a plurality of slots arranged at equal intervals on the same circumference,
The rotor is
Rotor core,
Including field,
One pole of the field magnet is constituted by a permanent magnet embedded adjacently in the circumferential direction of the rotor in a region corresponding to one slot pitch of the rotor core.

A rotor,
A stator having a plurality of slots arranged at equal intervals on the same circumference,
The rotor is
Rotor core,
Including field,
One pole of the field is composed of a plurality of permanent magnets embedded adjacent to each other in the circumferential direction of the rotor in a region corresponding to one slot pitch of the rotor core.

In the IPM rotating electrical machine according to claim 2,
The rotor has a rotor side surface facing the stator;
The permanent magnet has a magnetic pole surface on the outer side in the radial direction of the rotor,
The rotor core is
A rotor core body,
A line of magnetic force induction located between the rotor side surface and the magnetic pole surface;
An IPM rotating electrical machine including a bridge portion that passes between the plurality of permanent magnets constituting one pole of the field and bridges the magnetic field line induction portion and the rotor core body.

In the IPM rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 3,
The rotor has a rotor side surface facing the stator;
The permanent magnet has a magnetic pole surface on the outer side in the radial direction of the rotor,
When the radius of the rotor core is r and the number of poles of the field is n ₁ , the maximum value x of the distance from the rotor side surface to the rotor side surface is expressed by the following formula:
x ≦ D / 10,
D = 2πr / n ₁
IPM rotating electrical machines that satisfy

In the IPM rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 3,
The stator further includes armature coils arranged at equal intervals on the same circumference,
The rotor has a rotor side surface facing the stator;
The permanent magnet has a magnetic pole surface on the outer side in the radial direction of the rotor,
When the leading phase of the armature current flowing through the armature coil is θ, the permanent magnet has a magnetic force line induction portion located between the rotor side surface and the magnetic pole surface of the rotor core 0 ° <θ <90. An IPM rotating electrical machine that is always saturated in the range of °.

In the IPM rotating electrical machine according to claim 4 or 5,
The stator is supplied with a three-phase current,
The number of poles n ₁ and the number of slots n ₂ are the following combinations:
n ₁ = 12, n ₂ = 9,
n ₁ = 14, n ₂ = 12,
n ₁ = 16, n ₂ = 12,
n ₁ = 16, n ₂ = 18,
n ₁ = 20, n ₂ = 15,
n ₁ = 20, n ₂ = 18,
n ₁ = 20, n ₂ = 21,
n ₁ = 22, n ₂ = 24,
n ₁ = 24, n ₂ = 18,
n ₁ = 24, n ₂ = 27,
n ₁ = 26, n ₂ = 24,
n ₁ = 28, n ₂ = 24,
n ₁ = 30, n ₂ = 27,
An IPM rotating electrical machine.

In the IPM rotating electrical machine according to claim 4 or 5,
The stator is supplied with a five-phase current,
The number of poles n ₁ and the number of slots n ₂ are the following combinations:
n ₁ = 12, n ₂ = 10,
n ₁ = 14, n ₂ = 10,
n ₁ = 22, n ₂ = 10,
_{_{n 1 = 18, n 2 =}} 20,
n ₁ = 24, n ₂ = 20,
n ₁ = 26, n ₂ = 20,
n ₁ = 28, n ₂ = 20,
n ₁ = 26, n ₂ = 30,
n ₁ = 28, n ₂ = 30,
An IPM rotating electrical machine.

In the IPM rotating electrical machine according to claim 2 or claim 3,
The number of the permanent magnets constituting the one pole of the field is 3 or more,
The bridge portion is provided to pass through each of the spaces between the permanent magnets constituting the one pole.

In the IPM rotating electrical machine according to claim 8,
Of the permanent magnets constituting the one pole of the field, the magnetic pole surfaces of the first permanent magnets that are not located at both ends are more outward in the radial direction than the magnetic pole surfaces of the second permanent magnets that are located at both ends. IPM rotating electric machine popping out.

In the IPM rotating electrical machine according to claim 8,
Of the permanent magnets constituting the one pole of the field, the magnetic pole surfaces of the first permanent magnets that are not located at both ends are more radially inward than the magnetic pole surfaces of the second permanent magnets that are located at both ends. IPM rotating electric machine popping out.