【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は電動機およびそれを用いた圧縮機に関し、さらに詳細にいえば、永久磁石を有する永久磁石回転子部分と、永久磁石を有せずｄ軸とｑ軸のリラクタンスの差によってリラクタンストルクを発生するリラクタンス回転子部分とを、軸方向に混在させてなる回転子を有する電動機およびそれを用いた圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リラクタンストルクを利用するシンクロナスリラクタンス電動機は、インダクションモータに比べ、２次銅損が発生しないため、近年注目されている。しかしながら、力率が悪く、また、永久磁石を用いたインバータ駆動の同期電動機と比べると、トルクが低いため、必要とするトルクが大きい用途では、大型化してしまうという欠点があった。一方、永久磁石を用いたインバータ駆動の同期電動機では、永久磁石による鎖交磁束が大きいほどトルクが大きくなるが、電圧制限により、高速がまわせないという欠点があった。
【０００３】
これらの課題を解決するために、例えば、特開２００２−４４９２０号公報では、半径方向に並ぶ多層スリットを有する回転子において、多層スリットの一部のスリットにのみ永久磁石を埋め込み、マグネットトルクとリラクタンストルクを利用するものが提案されている。上記公報によれば、永久磁石量を４分の１にしても、従来の永久磁石同期電動機と同等の効率、トルクが実現できる、とある。
【０００４】
また、特開２００１−３３９９２３号公報では、永久磁石を備えた第１の回転体部分を２つ設け、その間に磁気的突極性を備えた構造の第２の回転体部分を挿入し、回転軸の方向に連結した回転子を用いたモータであって、回転子の一部をリラクタンスモータとするものが提案されている。上記公報によれば、永久磁石量を減らすことができ、しかも、全体的なトルクを大きくし、高出力なモータとすることができる、とある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
通常、永久磁石を用いないシンクロナスリラクタンス電動機のトルクは、
Ｔ＝Ｐｎ（Ｌｄ−Ｌｑ）ｉｄｉｑ
で表される。ただし、Ｐｎ：極対数、Ｌｄ、Ｌｑ：ｄ、ｑ軸インダクタンス、ｉｄ、ｉｑ：ｄ、ｑ軸電流である。ここで第二項が負の成分であり、少なくとも第二項を打ち消す程度の鎖交磁束φａを付加することにより、発生トルクは、
Ｔ＝Ｐｎ｛Ｌｄｉｄｉｑ＋（φａ―Ｌｑｉｑ）ｉｄ｝
となる。また、限られたインバータ電圧において、電圧制限円は次式のようになる。
Ｖａ＝［｛（Ｒｉｑ＋ωＬｄｉｄ）２＋（Ｒｉｄ−ωＬｑｉｑ＋ωφａ）２｝］１／２
ただし、Ｒ：巻線抵抗、ω：回転角速度である。すなわち、高速まで回転可能で、かつ、高効率とするには、（Ｌｄ−Ｌｑ）を大きくしつつ、φａは、大きすぎてもいけなく、最適な値とすべきである。
【０００６】
特開２００２−４４９２０号公報においては、次のような欠点を有する。
【０００７】
第一に、永久磁石の埋め込む位置によっては、永久磁石の外側にスリットがあるため、磁束がスリット間の狭い磁路を通らねばならず、磁気飽和が発生しやすい。また、磁束が、磁極表面のうち、スリットに限定された範囲にしか流れず、コギングトルクの増大等の課題があった。
【０００８】
第二に、永久磁石の磁束により、永久磁石を埋め込んだスリットの前後の磁路が磁気飽和し、ｄ軸インダクタンスが低下してしまう。
【０００９】
第三に、多層スリット型シンクロナスリラクタンス電動機のスリットに永久磁石を埋め込むため、永久磁石の形状をスリットにあわせるか、スリットの形状を永久磁石にあわせるかしなければならず、永久磁石の形状に制限を受けるか、または、スリットの形状が最大の（Ｌｄ−Ｌｑ）を得るような設計が困難であるか、どちらかの弊害があった。
【００１０】
特開２００１−３３９９２３号公報においては、次のような欠点を有する。
【００１１】
主としてマグネットトルクを利用するモータであるから、コギングトルクが大きくなる。または、コギングトルク対策が必要であり、効率低下がある。
【００１２】
リラクタンス回転子に行くが、公報の図６のような形状では、パーミアンスの問題から、殆どが永久磁石回転子にかかると考えられる。また、図７、図８の場合にも、磁路が狭いため、消磁については、永久磁石回転子部分のみの場合とさほど変わらない。
【００１３】
弱め磁束制御を行う場合、リラクタンス回転子部分のｄ軸（永久磁石回転子部分から見ればｑ軸）磁路が容易に磁気飽和してしまい、高速での一定出力運転は困難である。
【００１４】
【発明の目的】
この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、永久磁石の磁束を有効に利用できるとともに、リラクタンスモータとしてのインダクタンスの差が磁気飽和により容易に低下してしまうことを防止することができる電動機およびそれを用いた圧縮機を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の電動機は、略円筒形の回転子と、回転子の磁極に対し、わずかな空隙を持って対向する固定子とからなるものであって、
前記回転子は、永久磁石を有する永久磁石回転子部分と、永久磁石を有せずｄ軸とｑ軸のリラクタンスの差によってリラクタンストルクを発生するリラクタンス回転子部分とを、軸方向に混在させ、リラクタンストルクと、それより小さいマグネットトルクとを利用して回転し、かつ、リラクタンス回転子部分の積厚を永久磁石回転子部分の積厚よりも大きく設定したものである。
【００１６】
請求項２の電動機は、前記回転子として、リラクタンス回転子部分、永久磁石回転子部分、リラクタンス回転子部分の順に、３段の回転子部分からなるものを採用するものである。
【００１７】
請求項３の電動機は、前記リラクタンス回転子部分のｄ軸とｑ軸のリラクタンスの差（Ｌｄ−Ｌｑ）を、同一積厚単一であったと仮定したときの前記永久磁石回転子部分のｄ軸とｑ軸のリラクタンスの差（Ｌｑ−Ｌｄ）より大きく設定したものである。
【００１８】
請求項４の電動機は、前記リラクタンス回転子部分として、回転子鉄心内部に半径方向に複数のスリットを有するものを採用したものである。
【００１９】
請求項５の電動機は、前記永久磁石回転子部分として、回転子鉄心表面に永久磁石を設けた表面磁石型回転子を採用するものである。
【００２０】
請求項６の電動機は、前記リラクタンス回転子部分の外径を、永久磁石回転子部分の外径より小さく設定したものである。
【００２１】
請求項７の電動機は、前記永久磁石回転子部分として、回転子鉄心内部に永久磁石を埋設した埋込磁石型回転子を採用するものである。
【００２２】
請求項８の電動機は、前記リラクタンス回転子部分の、永久磁石の軸方向投影面には、少なくともスリットがあるものである。
【００２３】
請求項９の電動機は、前記リラクタンス回転子部分の、永久磁石の軸方向投影面に位置するスリットは、少なくとも永久磁石脱落防止のため、永久磁石部の一部と対応する形状であるものである。
【００２４】
請求項１０の電動機は、前記永久磁石回転子部分のｑ軸が、前記リラクタンス回転子部分のｄ軸から電気角で４５°だけ回転方向前進側にあるものである。
【００２５】
請求項１１の電動機は、前記永久磁石回転子部分のｑ軸が、前記リラクタンス回転子部分のｄ軸から電気角で０°以上４５°未満の角度だけ回転方向前進側にあるものである。
【００２６】
請求項１２の電動機は、前記リラクタンス回転子部分と前記永久磁石回転子部分との間には、非磁性層が介在するものである。
【００２７】
請求項１３の圧縮機は、請求項１から請求項１２のいずれかに記載の電動機を備えたものである。
【００２８】
【作用】
請求項１の電動機であれば、略円筒形の回転子と、回転子の磁極に対し、わずかな空隙を持って対向する固定子とからなるものであって、
前記回転子は、永久磁石を有する永久磁石回転子部分と、永久磁石を有せずｄ軸とｑ軸のリラクタンスの差によってリラクタンストルクを発生するリラクタンス回転子部分とを、軸方向に混在させ、リラクタンストルクと、それより小さいマグネットトルクとを利用して回転し、かつ、リラクタンス回転子部分の積厚を永久磁石回転子部分の積厚よりも大きく設定したのであるから、高速運転が可能で、かつ、大トルク、高効率の電動機を提供でき、特に、永久磁石量を低減できる。また、リラクタンストルクを主として用い、永久磁石を補助的に用いることになり、コギングトルクを小さくすることができる。−ｉｄによる磁束は、あえて、割合の小さい永久磁石回転子部分に集中することはなく、消磁の可能性を低くすることができる。永久磁石による磁束が小さく、逆起電圧も無視できる程度であるから、強烈な弱め磁束制御をしなくても高速での一定出力運転を可能とすることができる。永久磁石回転子部分の働きは、電機子反作用による負トルクを解消し、リラクタンスモータの欠点である力率を改善することであり、主たるトルクを発生することではないから、永久磁石モータの欠点を殆ど伴うことなく、リラクタンスモータの欠点を解消することができる。
【００２９】
請求項２の電動機であれば、前記回転子として、リラクタンス回転子部分、永久磁石回転子部分、リラクタンス回転子部分の順に、３段の回転子部分からなるものを採用するのであるから、軸方向に電磁力が発生せず、騒音を小さく、また軸受への負荷も小さくできるほか、請求項１と同様の作用を達成することができる。
【００３０】
請求項３の電動機であれば、前記リラクタンス回転子部分のｄ軸とｑ軸のリラクタンスの差（Ｌｄ−Ｌｑ）を、同一積厚単一であったと仮定したときの前記永久磁石回転子部分のｄ軸とｑ軸のリラクタンスの差（Ｌｑ−Ｌｄ）より大きく設定したのであるから、永久磁石回転子部分の形状によらずリラクタンス回転子部分のｄ軸とｑ軸のリラクタンスの差（Ｌｄ−Ｌｑ）を最大となるようにする設計の自由度を増すことができ、また、永久磁石回転子部分が磁束を有効利用できるように設計することができるほか、請求項１または請求項２と同様の作用を達成することができる。
【００３１】
請求項４の電動機であれば、前記リラクタンス回転子部分として、回転子鉄心内部に半径方向に複数のスリットを有するものを採用したのであるから、リラクタンス回転子部分のｄ軸とｑ軸のリラクタンスの差（Ｌｄ−Ｌｑ）を大きくすることができるほか、請求項１から請求項３の何れかと同様の作用を達成することができる。
【００３２】
請求項５の電動機であれば、前記永久磁石回転子部分として、回転子鉄心表面に永久磁石を設けた表面磁石型回転子を採用するのであるから、リラクタンストルクは利用できないが、永久磁石回転子部分のギャップ磁束密度を正弦波に近づけることができ、振動を低減できるとともに、制御を容易にできるほか、請求項１から請求項４の何れかと同様の作用を達成することができる。
【００３３】
請求項６の電動機であれば前記リラクタンス回転子部分の外径を、永久磁石回転子部分の外径より小さく設定したものであるから、永久磁石の磁束がリラクタンス回転子部分を介して短絡することを防止できるほか、請求項５と同様の作用を達成することができる。
【００３４】
請求項７の電動機であれば、前記永久磁石回転子部分として、回転子鉄心内部に永久磁石を埋設した埋込磁石型回転子を採用するのであるから、永久磁石回転子部分であっても、リラクタンストルクを利用することができるほか、請求項１から請求項４の何れかと同様の作用を達成することができる。
【００３５】
請求項８の電動機であれば、前記リラクタンス回転子部分の、永久磁石の軸方向投影面には、少なくともスリットがあるのであるから、永久磁石の磁束がリラクタンス回転子部分を介して短絡することを防止できるほか、請求項７と同様の作用を達成することができる。
【００３６】
請求項９の電動機であれば、前記リラクタンス回転子部分の、永久磁石の軸方向投影面に位置するスリットは、少なくとも永久磁石脱落防止のため、永久磁石部の一部と対応する形状であるから、永久磁石の脱落防止手段を不要にできるほか、請求項８と同様の作用を達成することができる。
【００３７】
請求項１０の電動機であれば、前記永久磁石回転子部分のｑ軸が、前記リラクタンス回転子部分のｄ軸から電気角で４５°だけ回転方向前進側にあるのであるから、永久磁石回転子部分、リラクタンス回転子部分とも、同時に最大トルクが発生するような電流位相で運転できるほか、請求項５と同様の作用を達成することができる。
【００３８】
請求項１１の電動機であれば、前記永久磁石回転子部分のｑ軸が、前記リラクタンス回転子部分のｄ軸から電気角で０°以上４５°未満の角度だけ回転方向前進側にあるので、永久磁石回転子部分、リラクタンス回転子部分とも、同時に最大トルクが発生するような電流位相で運転できるほか、請求項７と同様の作用を達成することができる。
【００３９】
請求項１２の電動機であれば、前記リラクタンス回転子部分と前記永久磁石回転子部分との間に、非磁性層が介在するので、リラクタンス回転子と永久磁石回転子の形状を任意に選定でき、最適な設計が可能であり、かつ、永久磁石の磁束がリラクタンス回転子部分を介して短絡することを防止できるほか、請求項１から請求項１１の何れかと同様の作用を達成することができる。
【００４０】
請求項１３の圧縮機であれば、請求項１から請求項１２のいずれかに記載の電動機を備えているので、高温で運転された場合、磁石磁束に依存する部分が少ないことに起因して、効率の低下が小さく、空調、冷凍機器に適用される場合、急冷の必要性から、高速運転をする用途に適している。また、鉄損が少なくなるため、効率が高く、長時間運転するような圧縮機用途には最適である。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、この発明の電動機およびそれを用いた圧縮機の実施の形態を詳細に説明する。
【００４２】
実施形態の説明の前に、ｄ軸およびｑ軸の定義について触れておく。ｄ軸とは、磁極中心の軸を言う。リラクタンス回転子のｄ軸とは、突極性を有する部分が極であるため、スリットの端部付近がｄ軸となり（例えば、図１のリラクタンス回転子部分を参照）、インダクタンスはＬｄ＞Ｌｑとなる。一方、永久磁石回転子のｄ軸とは、永久磁石の極中心軸であり（例えば、図１の永久磁石回転子部分を参照）、埋込磁石型回転子の場合はインダクタンスはＬｑ＞Ｌｄである。従って、この発明に示すような形態とした場合、リラクタンス回転子と永久磁石回転子のｄ軸およびｑ軸が異なることになる（例えば、図１を参照）。そこで、これらを融合したときのｄ軸およびｑ軸は、永久磁石回転子に倣って表現するものとするが、前記表現との混同を避けるために、ｄ´軸、ｑ´軸とする。この場合、インダクタンスはＬｑ´＞Ｌｄ´である。なお、リラクタンス回転子および永久磁石回転子の機器定数は、それぞれ、積厚全てがリラクタンス回転子、または、永久磁石回転子であった場合の機器定数である。
（実施形態１）
図１を用いて、実施形態１を説明する。
【００４３】
回転子は，永久磁石１１を有する永久磁石回転子部分１と、永久磁石を有せずｄ軸とｑ軸のリラクタンスの差によってリラクタンストルクを発生するリラクタンス回転子部分２とを、軸方向に混在させてなる。その順序は、軸方向に、リラクタンス回転子部分２、永久磁石回転子部分１、リラクタンス回転子部分２の順となっており、上下のリラクタンス回転子部分２の形状および積厚は同一である。なお、１３、２３はボルト穴、１４、２４は回転子軸穴である。
【００４４】
リラクタンス回転子部分２は、回転子鉄心内部に半径方向に複数のスリット２１を有する。スリット２１は、回転子の内側に凸の円弧形状であり、略同心円状に配置されている。スリット形状や層数は任意であるが、磁路の磁束密度を考慮した形状とする必要がある。
【００４５】
一方、永久磁石回転子部分１は、リラクタンス回転子部分２の、最も内側にあるスリットの投影位置にあわせて永久磁石収納用スリット１２を有し、前記永久磁石収納用スリット１２に永久磁石１１を埋設してなる。即ち永久磁石１１の磁束が、リラクタンス回転子部分２を通して短絡することのないような位置に永久磁石１１が埋設されている。永久磁石１１の数は任意である。また、永久磁石収納用スリット１２は半径方向に多層であっても良い。リラクタンス回転子部分２のｄ軸とｑ軸のリラクタンスの差（Ｌｄ−Ｌｑ）は、永久磁石回転子部分１のｄ軸とｑ軸のリラクタンスの差（Ｌｑ−Ｌｄ）より大きく設計されている。つまり、リラクタンス回転子部分２は、ｄ軸とｑ軸のリラクタンスの差（Ｌｄ−Ｌｑ）を大きくし、リラクタンストルクを大きくすることを念頭に設計されていて、永久磁石回転子部分１は、鎖交磁束を十分に大きくすることを念頭に設計されている。電動機全体としての鎖交磁束は、回転子全体に対する永久磁石回転子部分１の割合によって調整することができる。また、リラクタンス回転子部分２の、永久磁石１１の軸方向投影面に位置するスリット２１は、少なくとも永久磁石脱落防止のため、永久磁石部全体がスリットには対応しないようにすると、永久磁石１１の位置が固定されて好適である。また、端板も不要となる。
【００４６】
ここで、永久磁石回転子部分１のｄ軸はリラクタンス回転子部分２のｑ軸に一致し、全体としてはｄ´軸と一致している。
【００４７】
図示しない固定子は、集中巻でも分布巻でも良いが、磁束の発生から考えると、固定子の電流により発生する磁束が等間隔となる分布巻のほうが，リラクタンストルクを有効に利用でき、好適である。また、電流位相β（ここで、βとは、ｑ´軸からの進角とし、電気角で表現）は、リラクタンス回転子部分２のトルクが最大となる４５°と、永久磁石回転子部分１のトルクが最大となる０°を越え、４５°未満との間で、最適な値を採用すればよい。少なくとも、０°を超え、４５°までの間で適当に選択すればよい。高速で、弱め磁束運転をする場合は、βが４５°を超える場合があってもよい。
【００４８】
この回転子の構成は、軸方向に関して上下対称であるため、軸方向に加振力が発生しない。しかしながら、ファンを駆動する場合のように一定方向に推進力が働く場合は、推進力とのバランスを考慮して、上下のリラクタンス回転子部分２の積厚を変えたり、リラクタンス回転子部分２、永久磁石回転子部分１の２段構成にしても良い。
【００４９】
次に、減磁について考えてみる。回転子に、大きな減磁界が発生した場合、永久磁石回転子部分１より、リラクタンス回転子部分２のほうに磁束が逃げるため、全部が永久磁石回転子部分の場合に比べると、永久磁石１１にかかる減磁界は小さくなる。
【００５０】
この構成は、永久磁石１１が少なく、かつ、永久磁石１１の磁束が流れる磁路幅が十分に確保されているため、鉄損が少なくなり、特に高速運転に適している。また、磁石磁束に依存する割合が小さいため、高温での用途に適している。従って、空調、冷凍機器に用いられる圧縮機に適しているといえる。
【００５１】
ここで、回転子全体に対する永久磁石回転子部分１の割合をｃ（０＜ｃ＜１）とすると、
Ｌｄ´＝Ｌｄ（永久磁石回転子部分）×ｃ＋Ｌｑ（リラクタンス回転子部分）×（１−ｃ）
Ｌｑ´＝Ｌｑ（永久磁石回転子部分）×ｃ＋Ｌｄ（リラクタンス回転子部分）×（１−ｃ）
φａ´＝φａ×ｃ
となる。したがって、リラクタンストルクの有効利用からすれば、ｃは必要最小限を下回らない範囲で小さいほど良く、運転範囲と必要トルクを考慮して決定すればよい。
（実施形態２）
図２を用いて、実施形態２を説明する。
【００５２】
リラクタンス回転子部分２および永久磁石回転子部分１の構成については、実施形態１と同様であるため，説明を省略する。
【００５３】
永久磁石回転子部分１は、Ｌｑ−Ｌｄ＞０であるため、リラクタンストルクを発生する。そのため、０＜β＜４５°の範囲で最大トルクが発生する。最高効率となるのは、鉄損の関係から、最大トルクが発生するβより若干進めた位相で実現される場合が多い。ここでβの定義は、実施形態１で用いたものを使用する。すなわち、永久磁石回転子部分１のｑ軸（すなわちｑ´軸）からの進角を示す。そして、トルク最大となるβを、βｍとする。
【００５４】
一方、リラクタンス回転子部分２は、β＝４５°（ここでいうβとは、リラクタンス回転子部分２のｄ軸からの進角を示す。この定義は、今回だけである）でトルク最大となる。
【００５５】
すなわち、リラクタンス回転子部分２と、永久磁石回転子部分１とは、最大トルクを発生する電流位相が異なる。そこで、リラクタンス回転子部分２も永久磁石回転子部分１も同時に最大トルクを発生するように配置させればよい。ここでは、最も良く用いる負荷点、または、最も大きいトルを必要とするような負荷点を考えればよい。
【００５６】
図３は、永久磁石回転子の発生トルクを模式的に示したものである。マグネットトルクとリラクタンストルクの合計が発生トルクとなる。最大トルクを発生する電流位相は、０＜β＜４５であり、この図の場合は、β＝２０〜３０°で最大となっている。図４はリラクタンストルク回転子の発生トルクを模式的に示したものである。この場合、最大トルクを発生する電流位相は、β＝４５°（βの定義は、ｄ軸からの進角とする）である。このまま、永久磁石回転子とリラクタンス回転子をある割合で足し合わせたとしても、お互いの最大トルク位相は異なるため、永久磁石回転子の最大トルクと、リラクタンス回転子の最大トルクの和にはならない。そこで、双方の最大トルク位相が一致するようにすれば、図５に示すように、永久磁石回転子の最大トルクと、リラクタンス回転子の最大トルクの和が、最大トルクとなる。
【００５７】
そこで、永久磁石回転子部分１のｑ軸を、リラクタンス回転子部分２のｄ軸から、電気角で０°以上４５°未満の角度だけ回転方向前進側に設けるとよい。具体的には、４５−βｍの角度だけ回転方向前進側に設けると総合トルクが最大となる。
【００５８】
このとき、永久磁石回転子部分１の、永久磁石１１の上に、必ずしもリラクタンス回転子部分２のスリット２１がくるとは限らない。つまり、永久磁石１１の磁束が短絡する恐れがある。そこで、リラクタンス回転子部分２と永久磁石回転子部分１との間には、非磁性層３を介在させると良い。具体的には、非磁性ステンレス、真鍮、樹脂等からなる非磁性層３が例示できる。
【００５９】
運転には、ｑ´軸から進めた位相で通電すると良く、通常、最大トルク制御、または、最大効率制御が行われる。また、高速運転時には、弱め磁束制御を行う。
（実施形態３）
図６を用いて、実施形態３を説明する。
【００６０】
リラクタンス回転子部分２の構成については、実施形態１と同様であるため，説明を省略する。
【００６１】
永久磁石回転子部分１は、回転子鉄心の表面に永久磁石１１を設けた表面磁石型回転子である。永久磁石１１は、瓦型として、複数個（通常極ごと）に分割されているが、リング状の永久磁石でも良い。永久磁石１１の磁束の短絡防止のためには、永久磁石回転子部分１の外径よりリラクタンス回転子部分２の外形を若干小さくしても良い。この場合には、エアギャップが大きくなり、トルクが減少するという弊害があるが、図７のように、固定子４の内径に段差を設け、リラクタンス回転子部分２に対向する部分の固定子は内径を小さくすることにより、上記の弊害を低減することができる。なお、５は回転子軸である。
【００６２】
このとき、永久磁石回転子部分１は、Ｌｑ−Ｌｄ＝０であるため、β＝０°で最大トルクが発生する。
【００６３】
一方、リラクタンス回転子部分２は、β＝４５°（ここでいうβとは、リラクタンス回転子のｄ軸からの進角を示す。この定義は、今回だけである）でトルク最大となる。
【００６４】
すなわち、リラクタンス回転子部分２と、永久磁石回転子部分１とは、最大トルクを発生する電流位相が異なる。そこで、リラクタンス回転子部分２も永久磁石回転子部分１も同時に最大トルクを発生するように配置させればよい。ここでは、最も良く用いる負荷点、または、最も大きいトルクを必要とするような負荷点を考えればよい。
【００６５】
そこで、永久磁石回転子部分１のｑ軸を、リラクタンス回転子部分２のｄ軸から、電気角で４５°だけ回転方向前進側に設けるとよい。
【００６６】
図８は、永久磁石回転子部分１のトルクとリラクタンス回転子部分２のトルクとその和を示している。この構成により、双方の最大トルク位相がβ＝０と一致するため、総合トルクも最大となる。
【００６７】
【発明の効果】
請求項１の発明は、高速運転が可能で、かつ、大トルク、高効率の電動機を提供でき、特に、永久磁石量を低減でき、また、リラクタンストルクを主として用い、永久磁石を補助的に用いることにより、コギングトルクを小さくすることができ、−ｉｄによる磁束は、あえて、割合の小さい永久磁石回転子部分に集中することはなく、消磁の可能性を低くすることができ、永久磁石による磁束が小さく、逆起電圧も無視できる程度であるから、強烈な弱め磁束制御をしなくても高速での一定出力運転を可能とすることができ、永久磁石回転子部分の働きは、電機子反作用による負トルクを解消し、リラクタンスモータの欠点である力率を改善することであり、主たるトルクを発生することではないから、永久磁石モータの欠点を殆ど伴うことなく、リラクタンスモータの欠点を解消することができるという特有の効果を奏する。
【００６８】
請求項２の発明は、軸方向に電磁力が発生しないため、騒音を小さくし、また軸受への負荷も少なくすることができるほか、請求項１と同様の効果を奏する。
【００６９】
請求項３の発明は、永久磁石回転子部分の形状によらずリラクタンス回転子部分のｄ軸とｑ軸のリラクタンスの差（Ｌｄ−Ｌｑ）を最大とすることができる、設計の自由度を増すことができ、また、永久磁石回転子を、磁束を有効利用できるように設計できるほか、請求項１または請求項２と同様の効果を奏する。
【００７０】
請求項４の発明は、リラクタンス回転子部分のｄ軸とｑ軸のリラクタンスの差（Ｌｄ−Ｌｑ）を大きくすることができるほか、請求項１から請求項３の何れかと同様の効果を奏する。
【００７１】
請求項５の発明は、リラクタンストルクは利用できないが、永久磁石回転子部分のギャップ磁束密度を正弦波に近づけることができるので、振動を低減できるとともに、制御を容易にすることができるほか、請求項１から請求項４の何れかと同様の効果を奏する。
【００７２】
請求項６の発明は、永久磁石の磁束がリラクタンス回転子部分を介して短絡することを防止できるほか、請求項５と同様の効果を奏する。
【００７３】
請求項７の発明は、永久磁石回転子部分であっても、リラクタンストルクを利用することができるほか、請求項１から請求項４の何れかと同様の効果を奏する。
【００７４】
請求項８の発明は、永久磁石の磁束がリラクタンス回転子部分を介して短絡することを防止できるほか、請求項７と同様の効果を奏する。
【００７５】
請求項９の発明は、永久磁石の脱落防止手段を不要にできるほか、請求項８と同様の効果を奏する。
【００７６】
請求項１０の発明は、永久磁石回転子部分、リラクタンス回転子部分とも、同時に最大トルクが発生するような電流位相で運転できるほか、請求項５と同様の効果を奏する。
【００７７】
請求項１１の発明は、永久磁石回転子、リラクタンス回転子とも、同時に最大トルクが発生するような電流位相で運転できるほか、請求項７と同様の効果を奏する。
【００７８】
請求項１２の発明は、リラクタンス回転子部分と永久磁石回転子部分との形状を任意に選定でき、最適な設計が可能であり、かつ、永久磁石の磁束がリラクタンス回転子部分を介して短絡することを防止できるほか、請求項１から請求項１１の何れかと同様の効果を奏する。
【００７９】
請求項１３の発明は、高温で運転された場合、磁石磁束に依存する部分が少ないことに起因して、効率の低下が小さく、空調、冷凍機器に適用される場合、急冷の必要性から、高速運転をする用途に適しており、また、鉄損が少なくなるため、効率が高く、長時間運転するような圧縮機用途には最適であるという特有の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の電動機の一実施形態の回転子の構成要素である永久磁石回転子部分およびリラクタンス回転子部分をそれぞれ示す平面図である。
【図２】この発明の電動機の他の実施形態の回転子を概略的に示す分解斜視図である。
【図３】永久磁石回転子の発生トルクを模式的に示す図である。
【図４】リラクタンス回転子の発生トルクを模式的に示す図である。
【図５】最大トルク位相を一致させた場合における発生トルクを模式的に示す図である。
【図６】この発明の電動機のさらに他の実施形態の回転子を概略的に示す分解斜視図である。
【図７】図６の回転子を採用した電動機の構成を概略的に示す中央縦断面図である。
【図８】最大トルク位相を一致させた場合における発生トルクを模式的に示す図である。
【符号の説明】
１ 永久磁石回転子部分
２ リラクタンス回転子部分
３ 非磁性層
１１ 永久磁石
２１ スリット[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric motor and a compressor using the same, and more specifically, generates a reluctance torque by a difference between a d-axis and a q-axis reluctance without a permanent magnet rotor portion having a permanent magnet and a permanent magnet. The present invention relates to a motor having a rotor in which a reluctance rotor portion is mixed in the axial direction, and a compressor using the same.
[0002]
[Prior art]
Synchronous reluctance motors that use reluctance torque have attracted attention in recent years because they do not generate secondary copper loss as compared with induction motors. However, the power factor is poor, and the torque is lower than that of an inverter-driven synchronous motor using a permanent magnet. On the other hand, in an inverter-driven synchronous motor using permanent magnets, the torque increases as the interlinkage magnetic flux generated by the permanent magnets increases.
[0003]
In order to solve these problems, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-44920, in a rotor having multilayer slits arranged in a radial direction, a permanent magnet is embedded in only a part of the multilayer slits to reduce magnet torque and reluctance. One that utilizes torque has been proposed. According to the above publication, even if the amount of permanent magnets is reduced to ４, efficiency and torque equivalent to those of a conventional permanent magnet synchronous motor can be realized.
[0004]
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-339923, two first rotator portions having permanent magnets are provided, and a second rotator portion having a structure having magnetic saliency is inserted between the first rotator portions. A motor using a rotor connected in the direction described above, and a part of the rotor being a reluctance motor has been proposed. According to the above publication, it is possible to reduce the amount of permanent magnets, increase the overall torque, and provide a high-output motor.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Usually, the torque of a synchronous reluctance motor that does not use a permanent magnet is
T = Pn(Ld-Lq) Idiq
Is represented by Where Pn: Number of pole pairs, Ld, Lq: D, q-axis inductance, id, Iq: D and q axis currents. Here, the second term is a negative component, and at least the linkage flux φ that cancels out the second termaBy adding, the generated torque is
T = Pn｛Ldidiq+ (Φa-Lqiq) Id｝
It becomes. Further, at a limited inverter voltage, the voltage limiting circle is given by the following equation.
Va = [｛(Riq+ ΩLdid)2+ (Rid-ΩLqiq+ Ωφa)2｝]1/2
Here, R: winding resistance, ω: rotational angular velocity. That is, in order to be able to rotate to high speed and achieve high efficiency, (Ld-Lq) While increasing φaShould not be too large and should be optimal.
[0006]
JP-A-2002-44920 has the following disadvantages.
[0007]
First, depending on the position where the permanent magnet is embedded, since there is a slit outside the permanent magnet, the magnetic flux must pass through a narrow magnetic path between the slits, and magnetic saturation is likely to occur. Further, the magnetic flux flows only in a range limited to the slit on the magnetic pole surface, and there is a problem such as an increase in cogging torque.
[0008]
Secondly, the magnetic flux before and after the slit in which the permanent magnet is embedded is magnetically saturated by the magnetic flux of the permanent magnet, and the d-axis inductance is reduced.
[0009]
Third, in order to embed a permanent magnet in the slit of a multilayer slit type synchronous reluctance motor, the shape of the permanent magnet must be matched to the slit, or the shape of the slit must be matched to the permanent magnet. Limited or the maximum slit shape (Ld-Lq) Is difficult to design, or there is either adverse effect.
[0010]
JP-A-2001-339923 has the following disadvantages.
[0011]
Since the motor mainly uses magnet torque, cogging torque increases. Alternatively, it is necessary to take measures against cogging torque, and the efficiency is reduced.
[0012]
It goes to the reluctance rotor, but in the shape as shown in FIG. 6 of the publication, it is considered that almost all of the shape is applied to the permanent magnet rotor due to the problem of permeance. 7 and 8, since the magnetic path is narrow, the demagnetization is not much different from the case of only the permanent magnet rotor.
[0013]
When performing the flux-weakening control, the d-axis (q-axis viewed from the permanent magnet rotor portion) magnetic path of the reluctance rotor portion is easily magnetically saturated, and it is difficult to perform high-speed constant output operation.
[0014]
[Object of the invention]
The present invention has been made in view of the above problems, and it is possible to effectively use the magnetic flux of a permanent magnet and to prevent a difference in inductance as a reluctance motor from being easily reduced by magnetic saturation. An object of the present invention is to provide a motor that can be used and a compressor using the same.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The electric motor according to claim 1 includes a substantially cylindrical rotor, and a stator opposed to a magnetic pole of the rotor with a small gap,
The rotor has a permanent magnet rotor portion having a permanent magnet and a reluctance rotor portion having no permanent magnet and generating a reluctance torque due to a difference in reluctance between the d-axis and the q-axis in the axial direction. Rotation is performed by using the reluctance torque and a smaller magnet torque, and the thickness of the reluctance rotor is set to be larger than the thickness of the permanent magnet rotor.
[0016]
The electric motor according to claim 2 employs, as the rotor, a three-stage rotor portion in the order of a reluctance rotor portion, a permanent magnet rotor portion, and a reluctance rotor portion.
[0017]
The electric motor according to claim 3, wherein the difference (Ld-Lq) between the reluctance of the d-axis and the q-axis of the reluctance rotor portion is the same as the thickness of the same thickness. It is set to be larger than the difference (Lq−Ld) between the reluctance on the axis and the q axis.
[0018]
According to a fourth aspect of the present invention, the reluctance rotor portion has a plurality of slits in a radial direction inside a rotor core.
[0019]
The electric motor according to claim 5 employs a surface magnet type rotor in which a permanent magnet is provided on a rotor core surface as the permanent magnet rotor portion.
[0020]
According to a sixth aspect of the present invention, the outer diameter of the reluctance rotor is set smaller than the outer diameter of the permanent magnet rotor.
[0021]
The electric motor according to claim 7 employs, as the permanent magnet rotor portion, an embedded magnet type rotor in which a permanent magnet is embedded inside a rotor core.
[0022]
In the electric motor according to claim 8, the reluctance rotor portion has at least a slit on an axial projection surface of a permanent magnet.
[0023]
In the electric motor according to the ninth aspect, the slit of the reluctance rotor portion located on the projection surface of the permanent magnet in the axial direction has a shape corresponding to a part of the permanent magnet portion at least to prevent the permanent magnet from falling off. .
[0024]
According to a tenth aspect of the present invention, in the electric motor, the q axis of the permanent magnet rotor portion is on the forward side in the rotational direction by 45 electrical degrees from the d axis of the reluctance rotor portion.
[0025]
An electric motor according to an eleventh aspect is configured such that the q axis of the permanent magnet rotor portion is on the forward side in the rotational direction by an electrical angle of 0 ° or more and less than 45 ° from the d axis of the reluctance rotor portion.
[0026]
According to a twelfth aspect of the present invention, the non-magnetic layer is interposed between the reluctance rotor portion and the permanent magnet rotor portion.
[0027]
A compressor according to a thirteenth aspect includes the electric motor according to any one of the first to twelfth aspects.
[0028]
[Action]
The motor according to claim 1, comprising a substantially cylindrical rotor, and a stator opposed to the magnetic poles of the rotor with a small gap,
The rotor has a permanent magnet rotor portion having a permanent magnet and a reluctance rotor portion that does not have a permanent magnet and generates reluctance torque due to a difference in reluctance between the d-axis and the q-axis. It rotates using the reluctance torque and the smaller magnet torque, and because the thickness of the reluctance rotor is set to be greater than the thickness of the permanent magnet rotor, high-speed operation is possible. In addition, a large torque and high efficiency motor can be provided, and in particular, the amount of permanent magnets can be reduced. In addition, reluctance torque is mainly used, and permanent magnets are used as auxiliary, so that cogging torque can be reduced. −idThe magnetic flux due to the magnetic flux does not dare concentrate on the permanent magnet rotor portion having a small ratio, and the possibility of demagnetization can be reduced. Since the magnetic flux due to the permanent magnet is small and the back electromotive voltage is negligible, high-speed constant output operation can be performed without performing strong weak magnetic flux control. The function of the permanent magnet rotor is to eliminate the negative torque due to the armature reaction and to improve the power factor, which is a drawback of the reluctance motor, and not to generate the main torque. The defect of the reluctance motor can be eliminated with almost no involvement.
[0029]
In the electric motor according to claim 2, since the rotor is composed of three stages of rotors in the order of the reluctance rotor, the permanent magnet rotor, and the reluctance rotor, the axial direction is adopted. As a result, no electromagnetic force is generated, noise can be reduced, and the load on the bearing can be reduced, and the same operation as that of the first aspect can be achieved.
[0030]
In the electric motor according to claim 3, the difference (Ld-Lq) between the reluctance of the d-axis and the q-axis of the reluctance rotor portion is the same as that of the permanent magnet rotor portion when it is assumed that the same thickness is the same. Since the reluctance difference between the d-axis and the q-axis (Lq-Ld) was set larger, the difference (Ld-Lq) between the d-axis and the q-axis reluctance of the reluctance rotor portion regardless of the shape of the permanent magnet rotor portion. ) Can be increased, and the permanent magnet rotor portion can be designed so that the magnetic flux can be used effectively. Action can be achieved.
[0031]
According to the electric motor of claim 4, since the reluctance rotor portion has a plurality of slits in the radial direction inside the rotor core, the reluctance of the d-axis and the q-axis reluctance of the reluctance rotor portion is adopted. The difference (Ld-Lq) can be increased, and the same operation as any one of claims 1 to 3 can be achieved.
[0032]
According to the electric motor of claim 5, since the permanent magnet rotor portion employs a surface magnet type rotor having a permanent magnet provided on the surface of a rotor core, reluctance torque cannot be used. The gap magnetic flux density of the portion can be approximated to a sine wave, vibration can be reduced, control can be facilitated, and the same operation as any one of claims 1 to 4 can be achieved.
[0033]
According to the electric motor of claim 6, since the outer diameter of the reluctance rotor is set smaller than the outer diameter of the permanent magnet rotor, the magnetic flux of the permanent magnet is short-circuited via the reluctance rotor. Can be prevented, and the same operation as the fifth aspect can be achieved.
[0034]
In the electric motor according to claim 7, since the permanent magnet rotor employs an embedded magnet type rotor in which a permanent magnet is embedded in a rotor core, even if the permanent magnet rotor is used, In addition to using the reluctance torque, the same operation as any one of claims 1 to 4 can be achieved.
[0035]
In the electric motor according to claim 8, since at least the slit is provided on the axial projection surface of the permanent magnet of the reluctance rotor portion, the magnetic flux of the permanent magnet is short-circuited via the reluctance rotor portion. In addition to the above, the same operation as the seventh aspect can be achieved.
[0036]
In the electric motor according to the ninth aspect, the slit of the reluctance rotor portion located on the projection surface of the permanent magnet in the axial direction has a shape corresponding to a part of the permanent magnet portion at least to prevent the permanent magnet from falling off. In addition to eliminating the means for preventing the permanent magnet from falling off, the same operation as that of the eighth aspect can be achieved.
[0037]
In the electric motor according to claim 10, since the q axis of the permanent magnet rotor portion is on the forward side in the rotational direction by 45 electrical degrees from the d axis of the reluctance rotor portion, the permanent magnet rotor portion is provided. , The reluctance rotor portion can be operated at a current phase at which the maximum torque is generated at the same time, and the same operation as in claim 5 can be achieved.
[0038]
In the electric motor according to the eleventh aspect, the q axis of the permanent magnet rotor portion is on the forward side in the rotation direction by an angle of 0 ° or more and less than 45 ° in electrical angle from the d axis of the reluctance rotor portion. Both the magnet rotor portion and the reluctance rotor portion can be operated at a current phase at which a maximum torque is generated at the same time, and the same operation as in claim 7 can be achieved.
[0039]
According to the electric motor of claim 12, since the nonmagnetic layer is interposed between the reluctance rotor portion and the permanent magnet rotor portion, the shapes of the reluctance rotor and the permanent magnet rotor can be arbitrarily selected, An optimum design is possible, and it is possible to prevent the magnetic flux of the permanent magnet from being short-circuited via the reluctance rotor portion, and it is possible to achieve the same operation as any one of the first to eleventh aspects.
[0040]
The compressor according to claim 13 is provided with the electric motor according to any one of claims 1 to 12, so that when the compressor is operated at a high temperature, a portion dependent on the magnet magnetic flux is small. When it is applied to air conditioning and refrigeration equipment with a small reduction in efficiency, it is suitable for high-speed operation because of the need for rapid cooling. Further, since the iron loss is reduced, the efficiency is high and it is most suitable for a compressor application that operates for a long time.
[0041]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a motor and a compressor using the same according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0042]
Before describing the embodiments, the definitions of the d-axis and the q-axis will be mentioned. The d axis refers to the axis at the center of the magnetic pole. With respect to the d axis of the reluctance rotator, since a portion having saliency is a pole, the vicinity of the end of the slit becomes the d axis (for example, see the reluctance rotator portion in FIG. 1), and the inductance becomes Ld> Lq. . On the other hand, the d axis of the permanent magnet rotor is the pole center axis of the permanent magnet (for example, see the permanent magnet rotor part in FIG. 1), and in the case of the embedded magnet type rotor, the inductance is Lq> Ld. is there. Therefore, in the case of the form shown in the present invention, the d-axis and the q-axis of the reluctance rotor and the permanent magnet rotor are different (for example, see FIG. 1). Therefore, the d-axis and the q-axis when these are fused are expressed in accordance with the permanent magnet rotor, but in order to avoid confusion with the above expression, the d-axis and the q-axis are used. In this case, the inductance is Lq '> Ld'. The device constants of the reluctance rotator and the permanent magnet rotator are device constants when the entire thickness is a reluctance rotator or a permanent magnet rotator.
(Embodiment 1)
Embodiment 1 will be described with reference to FIG.
[0043]
The rotor includes a permanent magnet rotor portion 1 having a permanent magnet 11 and a reluctance rotor portion 2 having no permanent magnet and generating reluctance torque due to a difference in reluctance between the d-axis and the q-axis in the axial direction. Let me do it. The order is such that the reluctance rotator portion 2, the permanent magnet rotator portion 1, and the reluctance rotator portion 2 are arranged in the axial direction, and the shape and thickness of the upper and lower reluctance rotator portions 2 are the same. In addition, 13 and 23 are bolt holes, and 14 and 24 are rotor shaft holes.
[0044]
Reluctance rotor part 2 has a plurality of slits 21 in the radial direction inside the rotor core. The slit 21 has a circular arc shape convex inside the rotor, and is arranged substantially concentrically. Although the slit shape and the number of layers are arbitrary, it is necessary to take the shape in consideration of the magnetic flux density of the magnetic path.
[0045]
On the other hand, the permanent magnet rotor part 1 has a permanent magnet storage slit 12 in accordance with the projection position of the innermost slit of the reluctance rotor part 2, and the permanent magnet 11 is inserted into the permanent magnet storage slit 12. Be buried. That is, the permanent magnet 11 is embedded at a position where the magnetic flux of the permanent magnet 11 does not short-circuit through the reluctance rotor portion 2. The number of the permanent magnets 11 is arbitrary. Further, the permanent magnet storage slits 12 may be multilayered in the radial direction. The difference (Ld−Lq) between the d-axis and the q-axis reluctance of the reluctance rotator part 2 is designed to be larger than the difference (Lq−Ld) between the d-axis and the q-axis reluctance of the permanent magnet rotator part 1. In other words, the reluctance rotor portion 2 is designed with a view to increasing the reluctance difference (Ld-Lq) between the d-axis and the q-axis and increasing the reluctance torque. It is designed with sufficiently high flux. The flux linkage of the entire motor can be adjusted by the ratio of the permanent magnet rotor portion 1 to the entire rotor. Further, the slit 21 of the reluctance rotator portion 2 located on the projection plane of the permanent magnet 11 in the axial direction is configured so that the entire permanent magnet portion does not correspond to the slit in order to at least prevent the permanent magnet from falling off. The position is preferably fixed. Further, an end plate is not required.
[0046]
Here, the d axis of the permanent magnet rotor portion 1 coincides with the q axis of the reluctance rotor portion 2, and as a whole, coincides with the d 'axis.
[0047]
The stator (not shown) may be a concentrated winding or a distributed winding, but from the viewpoint of the generation of magnetic flux, the distributed winding in which the magnetic flux generated by the stator current is at an equal interval can effectively utilize the reluctance torque, and is preferable. is there. The current phase β (here, β is an advance angle from the q ′ axis and is expressed in electrical angle) is 45 ° at which the torque of the reluctance rotor portion 2 becomes maximum, and the permanent magnet rotor portion 1 The optimal value may be adopted between 0 ° and less than 45 ° at which the torque of the maximum value becomes maximum. At least, it may be appropriately selected between 0 ° and 45 °. When the magnetic flux weakening operation is performed at a high speed, β may exceed 45 ° in some cases.
[0048]
Since the configuration of the rotor is vertically symmetric with respect to the axial direction, no exciting force is generated in the axial direction. However, when propulsion acts in a certain direction, such as when driving a fan, the thickness of the upper and lower reluctance rotor portions 2 is changed or the reluctance rotor portions 2 and The permanent magnet rotor portion 1 may have a two-stage configuration.
[0049]
Next, consider demagnetization. When a large demagnetizing field is generated in the rotor, the magnetic flux escapes from the permanent magnet rotor portion 1 to the reluctance rotor portion 2, so that the permanent magnet 11 has a larger magnetic flux than the permanent magnet rotor portion. Such a demagnetizing field becomes smaller.
[0050]
In this configuration, since the number of the permanent magnets 11 is small and the magnetic path width through which the magnetic flux of the permanent magnets 11 flows is sufficiently ensured, the iron loss is reduced, which is particularly suitable for high-speed operation. Further, since the ratio depending on the magnet magnetic flux is small, it is suitable for use at high temperatures. Therefore, it can be said that it is suitable for a compressor used for air conditioning and refrigeration equipment.
[0051]
Here, assuming that the ratio of the permanent magnet rotor portion 1 to the entire rotor is c (0 <c <1),
Ld ′ = Ld (permanent magnet rotor part) × c + Lq (reluctance rotor part) × (1-c)
Lq ′ = Lq (permanent magnet rotor part) × c + Ld (reluctance rotor part) × (1-c)
φa ′ = φa × c
It becomes. Therefore, from the viewpoint of effective use of the reluctance torque, it is better that c is smaller than a necessary minimum, and may be determined in consideration of the operation range and the required torque.
(Embodiment 2)
Embodiment 2 will be described with reference to FIG.
[0052]
The configurations of the reluctance rotor portion 2 and the permanent magnet rotor portion 1 are the same as those in the first embodiment, and thus description thereof is omitted.
[0053]
Since Lq−Ld> 0, the permanent magnet rotor portion 1 generates a reluctance torque. Therefore, the maximum torque is generated in the range of 0 <β <45 °. The highest efficiency is often realized in a phase slightly advanced from β at which the maximum torque occurs due to the iron loss. Here, the definition of β is the same as that used in the first embodiment. That is, it indicates the advance angle of the permanent magnet rotor portion 1 from the q axis (that is, the q ′ axis). Then, β at which the torque becomes maximum is set to βm.
[0054]
On the other hand, the reluctance rotator portion 2 has a maximum torque at β = 45 ° (where β represents the advance angle of the reluctance rotator portion 2 from the d-axis. This definition is only at this time). .
[0055]
That is, the reluctance rotor portion 2 and the permanent magnet rotor portion 1 have different current phases that generate the maximum torque. Therefore, the reluctance rotor portion 2 and the permanent magnet rotor portion 1 may be arranged so as to simultaneously generate the maximum torque. Here, the most frequently used load point or the load point that requires the largest torque may be considered.
[0056]
FIG. 3 schematically shows the torque generated by the permanent magnet rotor. The sum of the magnet torque and the reluctance torque is the generated torque. The current phase that generates the maximum torque is 0 <β <45, and in the case of this figure, the maximum occurs when β = 20 to 30 °. FIG. 4 schematically shows the torque generated by the reluctance torque rotor. In this case, the current phase that generates the maximum torque is β = 45 ° (β is defined as an advance angle from the d-axis). Even if the permanent magnet rotor and the reluctance rotor are added at a certain ratio, the maximum torque phases of the permanent magnet rotor and the reluctance rotor are different from each other, so that the sum of the maximum torque of the permanent magnet rotor and the maximum torque of the reluctance rotor is not obtained. Therefore, if the two maximum torque phases are made to match, the sum of the maximum torque of the permanent magnet rotor and the maximum torque of the reluctance rotor becomes the maximum torque as shown in FIG.
[0057]
Therefore, it is preferable that the q axis of the permanent magnet rotor portion 1 is provided on the rotation direction advance side with respect to the d axis of the reluctance rotor portion 2 by an electrical angle of 0 ° or more and less than 45 °. More specifically, if it is provided on the forward side in the rotation direction by an angle of 45-βm, the total torque becomes maximum.
[0058]
At this time, the slit 21 of the reluctance rotor part 2 does not always come on the permanent magnet 11 of the permanent magnet rotor part 1. That is, the magnetic flux of the permanent magnet 11 may be short-circuited. Therefore, a nonmagnetic layer 3 may be interposed between the reluctance rotor portion 2 and the permanent magnet rotor portion 1. Specifically, the non-magnetic layer 3 made of non-magnetic stainless steel, brass, resin, or the like can be exemplified.
[0059]
In the operation, it is preferable to energize in a phase advanced from the q ′ axis, and usually, maximum torque control or maximum efficiency control is performed. At the time of high-speed operation, magnetic flux weakening control is performed.
(Embodiment 3)
Embodiment 3 will be described with reference to FIG.
[0060]
The configuration of the reluctance rotator portion 2 is the same as that of the first embodiment, and thus the description is omitted.
[0061]
The permanent magnet rotor portion 1 is a surface magnet type rotor having a permanent magnet 11 provided on the surface of a rotor core. Although the permanent magnet 11 is divided into a plurality of tiles (usually for each pole), a ring-shaped permanent magnet may be used. To prevent short-circuiting of the magnetic flux of the permanent magnet 11, the outer shape of the reluctance rotor portion 2 may be slightly smaller than the outer diameter of the permanent magnet rotor portion 1. In this case, there is an adverse effect that the air gap becomes large and the torque is reduced. However, as shown in FIG. 7, a step is provided in the inner diameter of the stator 4 and the portion of the stator facing the reluctance rotor portion 2 is By reducing the inner diameter, the above-described adverse effects can be reduced. In addition, 5 is a rotor shaft.
[0062]
At this time, since the permanent magnet rotor portion 1 has Lq−Ld = 0, the maximum torque is generated at β = 0 °.
[0063]
On the other hand, the reluctance rotator portion 2 has a maximum torque at β = 45 ° (β represents an advance angle from the d-axis of the reluctance rotator. This definition is only performed this time).
[0064]
That is, the reluctance rotor portion 2 and the permanent magnet rotor portion 1 have different current phases that generate the maximum torque. Therefore, the reluctance rotor portion 2 and the permanent magnet rotor portion 1 may be arranged so as to simultaneously generate the maximum torque. Here, the most frequently used load point or the load point that requires the largest torque may be considered.
[0065]
Therefore, the q axis of the permanent magnet rotor portion 1 is preferably provided on the forward side in the rotational direction by an electrical angle of 45 ° from the d axis of the reluctance rotor portion 2.
[0066]
FIG. 8 shows the torque of the permanent magnet rotor portion 1, the torque of the reluctance rotor portion 2, and the sum thereof. According to this configuration, since the maximum torque phases of both coincide with β = 0, the total torque also becomes maximum.
[0067]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, it is possible to provide an electric motor capable of high-speed operation, large torque, and high efficiency. In particular, the amount of permanent magnets can be reduced, and reluctance torque is mainly used and permanent magnets are used as auxiliary. As a result, the cogging torque can be reduced, and -idThe magnetic flux due to this does not dare to concentrate on the permanent magnet rotor part where the ratio is small, the possibility of demagnetization can be reduced, the magnetic flux by the permanent magnet is small, and the back electromotive voltage is negligible, Constant output operation at high speed is possible without strong weak magnetic flux control, and the function of the permanent magnet rotor part is to eliminate negative torque due to armature reaction, which is a disadvantage of reluctance motor. Since this is an improvement in the rate, and does not generate a main torque, it has a unique effect that the defect of the reluctance motor can be eliminated with almost no defect of the permanent magnet motor.
[0068]
According to the second aspect of the present invention, since no electromagnetic force is generated in the axial direction, noise can be reduced, the load on the bearing can be reduced, and the same effects as those of the first aspect can be obtained.
[0069]
According to the third aspect of the invention, the difference (Ld-Lq) between the reluctance of the d-axis and the q-axis of the reluctance rotor portion can be maximized regardless of the shape of the permanent magnet rotor portion. In addition to being able to design the permanent magnet rotor so that the magnetic flux can be used effectively, the same effects as those of claim 1 or claim 2 can be obtained.
[0070]
The invention of claim 4 can increase the difference (Ld-Lq) between the reluctance of the d-axis and the q-axis of the reluctance rotator portion, and has the same effect as any one of claims 1 to 3.
[0071]
According to the invention of claim 5, although the reluctance torque cannot be used, the gap magnetic flux density of the permanent magnet rotor portion can be approximated to a sine wave, so that the vibration can be reduced and the control can be facilitated. The same effect as any of the first to fourth aspects is achieved.
[0072]
The invention of claim 6 can prevent the magnetic flux of the permanent magnet from being short-circuited via the reluctance rotator portion, and has the same effect as that of claim 5.
[0073]
According to the seventh aspect of the invention, the reluctance torque can be used even in the permanent magnet rotor portion, and the same effect as any one of the first to fourth aspects can be obtained.
[0074]
The invention of claim 8 can prevent the magnetic flux of the permanent magnet from being short-circuited via the reluctance rotator portion, and has the same effect as that of claim 7.
[0075]
According to the ninth aspect of the invention, the means for preventing the permanent magnet from falling off can be dispensed with, and the same effect as that of the eighth aspect can be obtained.
[0076]
According to the tenth aspect of the present invention, the permanent magnet rotor portion and the reluctance rotor portion can be operated at a current phase at which the maximum torque is generated at the same time, and have the same effects as those of the fifth aspect.
[0077]
According to the eleventh aspect of the present invention, both the permanent magnet rotor and the reluctance rotor can be operated at a current phase at which the maximum torque is generated at the same time, and have the same effects as the seventh aspect.
[0078]
According to the twelfth aspect of the invention, the shapes of the reluctance rotor portion and the permanent magnet rotor portion can be arbitrarily selected, an optimal design is possible, and the magnetic flux of the permanent magnet is short-circuited via the reluctance rotor portion. In addition to this, the same effect as any one of claims 1 to 11 can be obtained.
[0079]
The invention according to claim 13 is characterized in that when operated at a high temperature, the efficiency drop is small due to a small portion depending on the magnet magnetic flux, and when applied to air conditioning and refrigeration equipment, the need for rapid cooling It is suitable for use in high-speed operation, and has a unique effect that it is highly efficient because it reduces iron loss and is most suitable for compressor use that operates for a long time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a permanent magnet rotor portion and a reluctance rotor portion, which are constituent elements of a rotor of an electric motor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view schematically showing a rotor of another embodiment of the electric motor of the present invention.
FIG. 3 is a diagram schematically showing a generated torque of a permanent magnet rotor.
FIG. 4 is a diagram schematically showing a generated torque of a reluctance rotor.
FIG. 5 is a diagram schematically showing generated torque when the maximum torque phases are matched.
FIG. 6 is an exploded perspective view schematically showing a rotor of still another embodiment of the electric motor of the present invention.
FIG. 7 is a central longitudinal sectional view schematically showing a configuration of an electric motor employing the rotor of FIG. 6;
FIG. 8 is a diagram schematically showing generated torque when the maximum torque phases are matched.
[Explanation of symbols]
1 permanent magnet rotor
2 Reluctance rotor part
3 Non-magnetic layer
11 permanent magnet
21mm slit