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DE102019110013A1 - PERMANENT MAGNETIC ROTARY MACHINE AND ELECTRICAL ROTATION MACHINE - Google Patents

PERMANENT MAGNETIC ROTARY MACHINE AND ELECTRICAL ROTATION MACHINE Download PDF

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DE102019110013A1
DE102019110013A1 DE102019110013.5A DE102019110013A DE102019110013A1 DE 102019110013 A1 DE102019110013 A1 DE 102019110013A1 DE 102019110013 A DE102019110013 A DE 102019110013A DE 102019110013 A1 DE102019110013 A1 DE 102019110013A1
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DE
Germany
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permanent magnets
rotor core
rotor
permanent magnet
magnetic flux
Prior art date
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Application number
DE102019110013.5A
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German (de)
Inventor
Takao Yabumi
Yoshiaki Kano
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Daido Educational Inst
Daido Educational Institutions
Daido Electronics Co Ltd
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Daido Educational Inst
Daido Educational Institutions
Daido Electronics Co Ltd
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
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    • H02K1/27Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706Inner rotors
    • H02K1/272Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • H02K1/2766Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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Abstract

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen eines Permanentmagnetrotors, der dazu in der Lage ist, harmonische Komponenten der Wellenform der im Luftspalt einer elektrischen Rotationsmaschine vorliegenden magnetischen Flussdichteverteilung zu verringern, wie auch einer elektrischen Rotationsmaschine mit einem solchen Permanentmagnetrotor.An object of the present invention is to provide a permanent magnet rotor capable of reducing harmonic components of the waveform of the magnetic flux density distribution present in the air gap of a rotary electric machine, as well as a rotary electric machine having such a permanent magnet rotor.

Description

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Permanentmagnetrotor und eine elektrische Rotationsmaschine (Elektromotor). Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Permanentmagnetrotor, in welchem Permanentmagnete in einen Rotorkern eingebettet sind, und einen Elektromotor mit einem solchen Permanentmagnetrotor.The present invention relates to a permanent magnet rotor and a rotary electric machine (electric motor). In particular, the present invention relates to a permanent magnet rotor in which permanent magnets are embedded in a rotor core, and an electric motor having such a permanent magnet rotor.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Elektromotoren, die einen Permanentmagnetrotor verwenden, wie der Interior Permanent Magnet (IPM)-Motor, haben vorzugsweise eine geringe Drehmomentwelligkeit (engl. torque ripple), welche im Betrieb Vibrationen und Geräusch verursacht, und einen geringen Eisenverlust, welcher die Motoreffizienz verringert. Zu diesem Zweck ist es effektiv, die Wellenform einer in dem Luftspalt zwischen dem Permanentmagnetrotor und dem Stator ausgebildeten magnetischen Flussdichteverteilung näher an einer Sinus-Welle auszubilden, wodurch harmonische Komponenten der Wellenform verringert werden.Electric motors using a permanent magnet rotor, such as the Interior Permanent Magnet (IPM) motor, preferably have a low torque ripple, which causes vibration and noise during operation, and low iron loss, which reduces engine efficiency. For this purpose, it is effective to form the waveform of a magnetic flux density distribution formed in the air gap between the permanent magnet rotor and the stator closer to a sine wave, thereby reducing harmonic components of the waveform.

Beispielsweise beschreibt Patentdokument 1, welches einen Permanentmagnetrotor betrifft, in welchem Permanentmagnete in mehreren Lagen für jeden Magnetpol in einem Rotorkern eingebettet sind, Beziehungen zwischen Dimensionen und der Remanenz (residualen magnetischen Flussdichte) der Permanentmagnete der jeweiligen Lage und anderen Parametern, die die magnetische Flussdichteverteilung im Luftspalt näher zu einer Sinus-Welle auszubilden, wodurch die Welligkeit des Drehmoments und das Rastmoment (engl. cogging torque) verringert werden. In einer beispielhaften Ausführungsform sind Leer-Schlitz-Bereiche, in welchen kein Permanentmagnet eingebettet wird, jeweils in einem Teil jedes der Schlitze gebildet, in welchen Permanentmagnete angeordnet sind, ausgenommen diejenigen Permanentmagnete, die die äußerste Lage an der Umfangsseite der Rotorkerns bilden, und zwar derart, dass die Leer-Schlitz-Bereiche in ihrer Größe mit ihrer Lage von der äußeren Umfangsseite zur inneren Umfangsseite des Rotorkerns zunimmt, und dass eine gesamte von den Permanentmagnetlagen erzeugte magnetische Flussdichte in dem Fall, dass die Permanentmagnetlagen in einen Elektromotor eingebaut sind, so eingestellt ist, dass sie umso größer ist, je weiter die Position der Permanentmagnetlage von der äußeren Umfangsseite zur inneren Umfangsseite des Rotorkerns fortschreitet. In einer anderen beispielhaften Ausführungsform ist die Remanenz der Permanentmagnete so eingestellt, dass sie mit der Position der Permanentmagnetlage in dem Maße abnimmt, wie sie von der äußeren Umfangsseite zur inneren Umfangsseite des Rotorkerns fortschreitet, und so, dass die gesamte von den Permanentmagnetlagen bereitgestellte magnetische Flussdichte in dem Fall, dass die Permanentmagnetlagen in einen Elektromotor eingebaut sind, so eingestellt ist, dass sie umso größer ist, je weiter die Position der Permanentmagnetlage von der äußeren Umfangsseite zur inneren Umfangsseite des Rotorkerns fortschreitet.For example, Patent Document 1, which relates to a permanent magnet rotor in which permanent magnets are embedded in multiple layers for each magnetic pole in a rotor core, describes relationships between dimensions and the remanence (residual magnetic flux density) of the permanent magnets of the respective layer and other parameters that govern the magnetic flux density distribution in the Forming air gap closer to a sine wave, whereby the ripple of the torque and the cogging torque (English cogging torque) can be reduced. In an exemplary embodiment, dummy slot regions in which no permanent magnet is embedded are respectively formed in a part of each of the slots in which permanent magnets are disposed except those permanent magnets which form the outermost layer on the peripheral side of the rotor core such that the blank slot areas increase in size with their location from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the rotor core, and that a total magnetic flux density generated by the permanent magnet layers in the case where the permanent magnet layers are built in an electric motor so is set to be larger, the further the position of the permanent magnet layer from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the rotor core progresses. In another exemplary embodiment, the remanence of the permanent magnets is set to decrease with the position of the permanent magnet layer as it progresses from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the rotor core, and so that the total magnetic flux density provided by the permanent magnet layers in the case where the permanent magnet layers are built in an electric motor, the larger the position of the permanent magnet layer proceeds from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the rotor core, the larger it is set.

Patentdokument 1: JP-A-2002-78259 Patent Document 1: JP-A-2002-78259

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNGBRIEF SUMMARY OF THE INVENTION

Wie oben beschrieben, ist in Patentdokument 1 die Wellenform einer magnetischen Flussdichteverteilung im Luftspalt ist annähernd an eine Sinuswelle ausgebildet, indem der gesamte von den Permanentmagnetlagen erzeugte magnetische Fluss in dem Fall, dass die Permanentmagnetlagen in einen Elektromotor eingebaut sind, so eingestellt ist, dass der gesamte magnetische Fluss umso höher ist, je weiter die Position der Permanentmagnetlage von der äußeren Umfangsseite zur inneren Umfangsseite des Rotorkerns fortschreitet, indem die Längen und die Remanenzen der in Lagen im Rotorkern angeordneten Permanentmagnete angepasst werden. Allerdings haben die vorliegenden Erfinder bei Untersuchungen gefunden, dass eine weitere Verringerung der harmonischen Komponenten möglich ist, die durch die in der oben beschriebenen Weise erfolgende Einstellung der Beziehung zwischen den gesamten magnetischen Flüssen der jeweiligen Permanentmagnetischen Lagen nicht erreicht werden kann.As described above, in Patent Document 1, the waveform of a magnetic flux density distribution in the air gap is approximately formed on a sine wave by setting the entire magnetic flux generated by the permanent magnet layers in the case where the permanent magnet layers are built in an electric motor The higher the position of the permanent magnet layer from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the rotor core, the higher the total magnetic flux is, by adjusting the lengths and the remanences of the permanent magnets disposed in layers in the rotor core. However, the present inventors have found in investigations that a further reduction of the harmonic components is possible which can not be achieved by the adjustment of the relationship between the total magnetic fluxes of the respective permanent magnetic layers as described above.

Eine von der vorliegenden Erfindung zu lösende Aufgabe ist die Bereitstellung eines Permanentmagnetrotors, der in der Lage ist, harmonische Komponenten der Wellenform einer im Luftspalt eines Elektromotors gebildeten magnetischen Flussdichteverteilung zu verringern, sowie ein Elektromotor mit einem solchen Permanentmagnetrotor.An object to be achieved by the present invention is to provide a permanent magnet rotor capable of reducing harmonic components of the waveform of a magnetic flux density distribution formed in the air gap of an electric motor, and an electric motor having such a permanent magnet rotor.

Zur Lösung der oben gestellten Aufgabe schlägt die vorliegende Erfindung einen ersten Permanentmagnetrotor vor, mit:

  • einem Rotorkern; und
  • mehreren Permanentmagneten, die in den Rotorkern eingebettet sind und jeweils einen Magnetpol bilden,
  • wobei die mehreren Permanentmagneten jeweils eine Bogenform aufweisen, die zu einer inneren Umfangsseite der Rotorkerns hin konvex ist, und in drei oder mehr Lagen von einer äußeren Umfangsseite zur inneren Umfangsseite des Rotorkerns angeordnet sind, und
  • Öffnungswinkel θM1 , θM2 und θM3 der Bogenformen der in der ersten, zweiten bzw. dritten Lage von der äußeren Umfangsseite zur inneren Umfangsseite des Rotorkerns angeordneten Permanentmagnete die folgende Beziehung erfüllen: θ M 3 < θ M 2 < θ M 1  wenn R θ < R ( 1 + cos θ r ) / 2 cos θ r ,
    Figure DE102019110013A1_0001
    oder
θ M 3 θ M 1 < θ M 2  wenn R θ R ( 1 + cos θ r ) / 2 cos θ r
Figure DE102019110013A1_0002
wobei Rθ ein Abstand vom Rotationszentrum des Rotorkerns bis zu einer mittleren Position der Brennpunkte (Krümmungsmittelpunkte) der Bogenformen der in der ersten, zweiten bzw. dritten Lage angeordneten Permanentmagnete ist, R ein Abstand vom Rotationszentrum des Rotorkerns zum äußeren Umfang der Rotorkerns ist, n die Anzahl der Magnetpole ist, und θr = 180°/n ist.To achieve the above object, the present invention proposes a first permanent magnet rotor, comprising:
  • a rotor core; and
  • a plurality of permanent magnets embedded in the rotor core and each forming a magnetic pole,
  • wherein the plurality of permanent magnets each have an arcuate shape that is convex toward an inner peripheral side of the rotor cores, and are arranged in three or more layers from an outer peripheral side to the inner peripheral side of the rotor core, and
  • opening angle θ M1 . θ M2 and θ M3 the arc shapes of the permanent magnets disposed in the first, second and third positions from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the rotor core, respectively, satisfy the following relationship: θ M 3 < θ M 2 < θ M 1 if R θ < R ( 1 + cos θ r ) / 2 cos θ r .
    Figure DE102019110013A1_0001
    or
θ M 3 θ M 1 < θ M 2 if R θ R ( 1 + cos θ r ) / 2 cos θ r
Figure DE102019110013A1_0002
in which R θ is a distance from the center of rotation of the rotor core to a middle position of the foci (centers of curvature) of the arc shapes of the permanent magnets disposed in the first, second and third layers, respectively; R is a distance from the center of rotation of the rotor core to the outer circumference of the rotor core, n is the number of magnetic poles, and θ r = 180 ° / n.

Hierbei erfüllen die Remanenzen Br1, Br2 und Br3 der in der ersten, zweiten bzw. dritten Lage von der äußeren Umfangsseite des Rotorkerns angeordneten Permanentmagnete vorzugsweise die folgende Beziehung: Br 3 < Br 2 < Br 1  wenn R θ < R ( 1 + cos θ r ) / 2 cos θ r ,

Figure DE102019110013A1_0003
oder Br 3 Br 1 < Br 2  wenn R θ R ( 1 + cos θ r ) / 2 cos θ r .
Figure DE102019110013A1_0004
Here, the remanences meet Br1 . Br2 and Br3 Preferably, the permanent magnets disposed in the first, second, and third layers from the outer circumferential side of the rotor core have the following relationship: br 3 < br 2 < br 1 if R θ < R ( 1 + cos θ r ) / 2 cos θ r .
Figure DE102019110013A1_0003
or br 3 br 1 < br 2 if R θ R ( 1 + cos θ r ) / 2 cos θ r ,
Figure DE102019110013A1_0004

Außerdem ist ein zweiter Permanentmagnetrotor gemäß der vorliegenden Erfindung ein Permanentmagnetrotor mit:

  • einem Rotorkern; und
  • Mehreren Permanentmagneten, die in dem Rotorkern eingebettet sind und jeweils einen Magnetpol darstellen,
  • wobei die mehreren Permanentmagnete jeweils eine Bogenform aufweisen derart, dass sie zu einer inneren Umfangsseite des Rotorkerns hin konvex sind, und in drei oder
  • mehr Lagen von einer äußeren Umfangsseite zur inneren Umfangsseite des Rotorkerns angeordnet sind, und
  • Remanenzen Br1, Br2 und Br3 der in der ersten, zweiten bzw. dritten Lage von der äußeren Umfangsseite des Rotorkerns angeordneten Permanentmagnete die folgende Beziehung erfüllen: Br 3 < Br 2 < Br 1  wenn R θ < R ( 1 + cos θ r ) / 2 cos θ r ,
    Figure DE102019110013A1_0005
    oder
Br 3 Br 1 < Br 2  wenn R θ R ( 1 + cos θ r ) / 2 cos θ r
Figure DE102019110013A1_0006
wobei Rθ ein Abstand vom Rotationszentrum des Rotorkerns zu einer mittleren Position der Brennpunkte der Bogenformen der in der ersten, zweiten bzw. dritten Lage angeordneten Permanentmagnete ist, R ein Abstand vom Rotationszentrum des Rotorkerns zum äußeren Umfang des Rotorkerns ist, n die Anzahl der Magnetpole ist, und θr = 180°/n ist.In addition, a second permanent magnet rotor according to the present invention is a permanent magnet rotor comprising:
  • a rotor core; and
  • A plurality of permanent magnets embedded in the rotor core and each representing a magnetic pole,
  • wherein the plurality of permanent magnets each have an arc shape such that they are convex toward an inner peripheral side of the rotor core, and in three or three
  • more layers are arranged from an outer peripheral side to the inner peripheral side of the rotor core, and
  • remanence Br1 . Br2 and Br3 the permanent magnets disposed in the first, second and third positions, respectively, from the outer peripheral side of the rotor core satisfy the following relationship: br 3 < br 2 < br 1 if R θ < R ( 1 + cos θ r ) / 2 cos θ r .
    Figure DE102019110013A1_0005
    or
br 3 br 1 < br 2 if R θ R ( 1 + cos θ r ) / 2 cos θ r
Figure DE102019110013A1_0006
in which R θ is a distance from the center of rotation of the rotor core to a middle position of the focal points of the arcuate shapes of the permanent magnets disposed in the first, second and third layers, respectively; R a distance from the center of rotation of the rotor core to the outer circumference of the rotor core, n is the number of magnetic poles, and θ r = 180 ° / n.

Ferner ist ein dritter Permanentmagnetrotor gemäß der vorliegenden Erfindung ein Permanentmagnetrotor mit:

  • einem Rotorkern; und
  • mehreren Permanentmagneten, welche in dem Rotorkern eingebettet sind und jeweils einen Magnetpol darstellen,
  • wobei die mehreren Permanentmagnete jeweils eine derartige Bogenform aufweisen, dass sie zu einer inneren Umfangsseite des Rotorkerns hin konvex sind, und in zwei Lagen von der äußeren Umfangsseite zur inneren Umfangsseite angeordnet sind, und Öffnungswinkel θM1 und θM2 der Bogenformen der in der ersten bzw. zweiten Lage von der äußeren Umfangsseite des Rotorkerns angeordneten Permanentmagnete die folgende Beziehung erfüllen: θ M 2 < θ M 1 .
    Figure DE102019110013A1_0007
Further, a third permanent magnet rotor according to the present invention is a permanent magnet rotor comprising:
  • a rotor core; and
  • a plurality of permanent magnets which are embedded in the rotor core and each represent a magnetic pole,
  • wherein the plurality of permanent magnets each have such an arcuate shape as to be convex toward an inner peripheral side of the rotor core, and are arranged in two layers from the outer peripheral side to the inner peripheral side, and opening angles θ M1 and θ M2 the arc shapes of the permanent magnets disposed in the first and second positions from the outer circumferential side of the rotor core satisfy the following relationship: θ M 2 < θ M 1 ,
    Figure DE102019110013A1_0007

Hierbei erfüllen die Remanenzen Br1 und Br2 der in der ersten bzw. zweiten Lage von der äußeren Umfangsseite des Rotorkerns angeordneten Permanentmagnete vorzugsweise die folgende Beziehung: Br 2 < Br 1.

Figure DE102019110013A1_0008
Here, the remanences meet Br1 and Br2 Preferably, the permanent magnets disposed in the first and second layers from the outer peripheral side of the rotor core have the following relationship: br 2 < br 1.
Figure DE102019110013A1_0008

Außerdem ist es bevorzugt, dass die Brennpunkte (Krümmungsmittelpunkte) der Bogenformen der mehreren Permanentmagnete separat von der äußeren Umfangsseite zur inneren Umfangsseite des Rotorkerns in derselben Reihenfolge wie die mehreren Permanentmagnete von der äußeren Umfangsseite zur inneren Umfangsseite des Rotorkerns angeordnet sind.In addition, it is preferable that the foci (centers of curvature) of the arc shapes of the plurality of permanent magnets are arranged separately from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the rotor core in the same order as the plurality of permanent magnets from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the rotor core.

Ferner ist es bevorzugt, dass die mehreren Permanentmagnete Metallmagnete beinhalten.Further, it is preferable that the plurality of permanent magnets include metal magnets.

Eine elektrische Rotationsmaschine (Elektromotor) gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Elektromotor mit:

  • dem oben beschriebenen Permanentmagnetrotor; und
  • einem Stator, welcher derart angeordnet ist, dass ein Luftspalt zwischen dem Permanentmagnetrotor und dem Stator gebildet wird.
An electric rotary machine (electric motor) according to the present invention is an electric motor having:
  • the above-described permanent magnet rotor; and
  • a stator which is arranged such that an air gap between the permanent magnet rotor and the stator is formed.

Hierbei, ist es bevorzugt, dass der Elektromotor eine gesamte harmonische Verzerrung von weniger als, oder gleich 23 % in einer Wellenform der durch die mehreren Permanentmagnete in dem Luftspalt gebildeten magnetischen Flussdichteverteilung aufweist.Here, it is preferable that the electric motor has an overall harmonic distortion of less than or equal to 23% in a waveform of the magnetic flux density distribution formed by the plurality of permanent magnets in the air gap.

In den oben beschriebenen ersten, zweiten und dritten Permanentmagnetrotoren gemäß der vorliegenden Erfindung sind die mehreren bogenförmigen Permanentmagnete in Lagen im Rotorkern angeordnet, und die Öffnungswinkel der Permanentmagnete der jeweiligen Lagen und/oder ihre Remanenzen erfüllen die vorgeschriebene Beziehung. Wenn somit der Permanentmagnetrotor in einen Elektromotor eingebaut wird, werden die harmonischen Komponenten in der durch die Permanentmagneten im Luftspalt zwischen den Permanentmagneten und dem Stator gebildeten magnetischen Flussdichteverteilung reduziert, und eine Wellenform nahe einer Sinuswelle kann erhalten werden. Demzufolge können Drehmomentwelligkeit und Eisenverlust in dem Elektromotor verringert werden.In the first, second and third permanent magnet rotors according to the present invention described above, the plurality of arc-shaped permanent magnets are disposed in layers in the rotor core, and the opening angles of the permanent magnets of the respective layers and / or their remanences satisfy the prescribed relationship. Thus, when the permanent magnet rotor is installed in an electric motor, the harmonic components in the magnetic flux density distribution formed by the permanent magnets in the air gap between the permanent magnets and the stator are reduced, and a waveform near a sine wave can be obtained. As a result, torque ripple and iron loss in the electric motor can be reduced.

In dem Fall, dass die Brennpunkte (Krümmungsmittelpunkte) der Bogenformen der mehreren Permanentmagnete separat voneinander von der äußeren Umfangsseite zur inneren Umfangsseite des Rotorkerns in derselben Reihenfolge wie die mehreren Permanentmagnete angeordnet sind, wird der Zwischenlagenabstand zwischen den Permanentmagneten umso größer, je näher die Position einer Rotor-d-Achse entlang der Längsrichtung der Bogenformen der Permanentmagnete kommt. Infolgedessen wird ein in dem Permanentmagnetrotor erzeugtes Reluktanz-Drehmoment (reluctance torque) erhöht. Dieses Merkmal hat ebenfalls eine Auswirkung auf die Verringerung der Drehmomentwelligkeit.In the case that the foci (centers of curvature) of the arc shapes of the plurality of permanent magnets are arranged separately from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the rotor core in the same order as the plurality of permanent magnets, the closer the position of one becomes, the closer the inter-gap between the permanent magnets becomes Rotor-d axis along the longitudinal direction of the arc shapes of the permanent magnets comes. As a result, a reluctance torque generated in the permanent magnet rotor is increased. This feature also has an effect on reducing torque ripple.

In dem Fall, dass die mehreren Permanentmagnete Metallmagnete beinhalten, können die Remanenzen der Permanentmagnet hoch sein. Somit kann ein großes magnetisches Drehmoment sichergestellt werden, selbst wenn die Permanentmagnete dünner gemacht werden. Infolgedessen können die Dicken der Permanentmagnete kleiner gemacht werden als die Werte, jenseits derer das Reluktanz-Drehmoment verringert wird, und dadurch kann die Verringerung des Reluktanz-Drehmoments unterdrückt werden.In the case that the plural permanent magnets include metal magnets, the remanence of the permanent magnet may be high. Thus, a large magnetic torque can be ensured even if the permanent magnets are thinned. As a result, the thicknesses of the permanent magnets can be made smaller than the values beyond which the reluctance torque is reduced, and thereby the reduction of the reluctance torque can be suppressed.

Der Elektromotor gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet einen der oben beschriebenen ersten, zweiten oder dritten Permanentmagnetrotoren gemäß der vorliegenden Erfindung. Somit werden harmonische Komponenten in der durch die Permanentmagneten in dem Luftspalt zwischen dem Permanentmagnetrotor und dem Stator erzeugten magnetischen Flussdichteverteilung, und eine Wellenform nahe einer Sinuswelle kann erhalten werden. Infolgedessen werden die Drehmomentwelligkeit und der Eisenverlust des Elektromotors verringert, und folglich sind das Ausmaß an Vibrationen und Geräuschentwicklung niedrig und der Wirkungsgrad ist hoch.The electric motor according to the present invention includes any one of the above-described first, second or third permanent magnet rotors according to the present invention. Thus, harmonic components in the magnetic flux density distribution generated by the permanent magnets in the air gap between the permanent magnet rotor and the stator, and a waveform near a sine wave can be obtained. As a result, the torque ripple and the iron loss of the electric motor are reduced, and hence the amount of vibration and noise are low and the efficiency is high.

In dem Fall, dass die gesamte harmonische Verzerrung in einer Wellenform der durch die mehreren Permanentmagnete in dem Luftspalt erzeugten magnetischen Flussdichteverteilung kleiner als oder gleich 23 % ist, werden die harmonischen Komponenten in der magnetischen Flussdichteverteilung ausreichend verringert, weil die Öffnungswinkel und/oder die Remanenzen der Permanentmagnete der jeweiligen Lagen in dem Permanentmagnetrotor die obige Beziehung erfüllen, und daher kann der Elektromotor hinsichtlich Vibrationen und Geräusch effektiv reduziert werden.In the case that the total harmonic distortion in a waveform of the magnetic flux density distribution generated by the plurality of permanent magnets in the air gap is less than or equal to 23%, the harmonic components in the magnetic flux density distribution are sufficiently reduced because the aperture angles and / or the remanences the permanent magnets of the respective layers in the permanent magnet rotor satisfy the above relationship, and therefore the electric motor can be effectively reduced in vibration and noise.

Figurenlistelist of figures

  • 1 ist eine horizontale Querschnittsansicht, die die Konfigurationen eines Permanentmagnetrotors und einen Elektromotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. 1 FIG. 10 is a horizontal cross-sectional view showing the configurations of a permanent magnet rotor and an electric motor according to an embodiment of the present invention. FIG.
  • 2 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils von 1 als Querschnittsansicht. 2 is an enlarged view of a part of 1 as a cross-sectional view.
  • 3 ist ein Diagramm zur Beschreibung von Parametern, die eine Anordnung und Formen von Permanentmagneten definieren. 3 is a diagram for describing parameters that define an arrangement and shapes of permanent magnets.
  • 4 ist ein Diagramm zur Beschreibung von Wellenform-Parametern zur Verwendung bei der Untersuchung einer Wellenform der magnetischen Flussdichteverteilung, und zeigt eine initiale Wellenform, die den Beispielen zugrunde gelegt wurde. 4 Fig. 12 is a diagram for describing waveform parameters for use in examining a waveform of the magnetic flux density distribution, and shows an initial waveform that is based on the examples.
  • 5 ist ein Graph, der die Verteilung der gesamten harmonischen Verzerrung zeigt, wenn die Wellenform-Parameter α und β variiert werden. 5 is a graph showing the distribution of the total harmonic distortion when the waveform parameters α and β be varied.
  • 6 ist ein Graph, der die Verteilung der gesamten harmonischen Verzerrung zeigt, wenn die Wellenform-Parameter α und γ variiert werden. 6 is a graph showing the distribution of the total harmonic distortion when the waveform parameters α and γ be varied.
  • 7 ist ein Graph, der die Verteilung der gesamten harmonischen Verzerrung zeigt, wenn die Wellenform-Parameter A und B variiert werden. 7 is a graph showing the distribution of the total harmonic distortion when the waveform parameters A and B be varied.
  • 8A und 8B zeigen eine Anordnung der Permanentmagnete bzw. eine Wellenform der magnetischen Flussdichteverteilung in Modell 1. 8A and 8B show an arrangement of the permanent magnets or a waveform of the magnetic flux density distribution in model 1 ,
  • 9A und 9B zeigen eine Anordnung der Permanentmagnete bzw. eine Wellenform der magnetischen Flussdichteverteilung in Modell 2. 9A and 9B show an arrangement of the permanent magnets or a waveform of the magnetic flux density distribution in model 2 ,
  • 10A und 10B zeigen eine Anordnung der Permanentmagnete bzw. eine Wellenform der magnetischen Flussdichteverteilung in Modell 3. 10A and 10B show an arrangement of the permanent magnets or a waveform of the magnetic flux density distribution in model 3 ,
  • 11 ist ein Graph zum Vergleich zwischen Eisenverlusten ohne Verbraucher der Modelle 1 bis 3. 11 is a graph comparing iron losses without consumers of the models 1 to 3 ,
  • 12A bis 12E zeigen Anordnungen der Permanentmagnete, die Wellenformen der magnetischen Flussdichteverteilung bereitstellen, bei welchen die Beiträge der harmonischen Komponenten klein sind, für diverse Positionen der Mitte der Bogenformen der Permanentmagnete; die Position der Mitte der Bogenformen der Permanentmagnete wandert in der Reihenfolge der 12A, 12B, 12C, 12D und 12E vom Rotorkern weg. 12A to 12E Fig. 12 shows arrangements of the permanent magnets which provide magnetic flux density distribution waveforms in which the contributions of the harmonic components are small for various positions of the center of the arc shapes of the permanent magnets; the position of the center of the arc shapes of the permanent magnets migrates in the order of 12A . 12B . 12C . 12D and 12E away from the rotor core.
  • (a) bis (f) in 13 zeigen Rotorkernmodelle mit diversen Arten der Magnetanordnung, nämlich (a) Einzellage, V-förmige Anordnung-1, (b) Einzellage, V-förmige Anordnung-2, (c) Einzellage, V-förmige Anordnung-3, (d) Doppellage, V-förmige Anordnung, (e) V-Anordnung und (f) Dreifachlage, kreisbogenförmige Anordnung.(a) to (f) in 13 show rotor core models with various types of magnet arrangement, namely (a) single layer, V-shaped arrangement 1 , ( b ) Single layer, V-shaped arrangement- 2 , (c) single layer, V-shaped arrangement- 3 , ( d ) Double layer, V-shaped arrangement, ( e ) V-arrangement and ( f ) Triple layer, circular arc arrangement.
  • (a) bis (f) in 14 zeigen Wellenformen der magnetischen Flussdichteverteilung der jeweiligen Modelle.(a) to (f) in 14 show waveforms of the magnetic flux density distribution of the respective models.
  • (a) bis (f) in 15 sind Graphen, die die Anteile einer Fundamentalwelle und harmonischer Komponenten der in (a) bis (f) in 14 gezeigten Wellenformen zeigen. (a) to (f) in 15 are graphs representing the contributions of a fundamental wave and harmonic components of the ( a ) to ( f ) in 14 show waveforms shown.
  • 16 ist ein Graph zum Vergleich zwischen den Werten der gesamten harmonischen Verzerrung der in (a) bis (f) in 14 gezeigten Wellenformen. 16 is a graph for comparison between the values of the total harmonic distortion of in ( a ) to ( f ) in 14 shown waveforms.
  • (a) bis (f) in 17 sind Graphen, die jeder die Beiträge einer Fundamentalwelle und harmonischer Komponenten zum Eisenverlust ohne Verbraucher im jeweiligen Modell zeigen.(a) to (f) in 17 are graphs that each show the contributions of a fundamental wave and harmonic components to iron loss without consumers in each model.
  • 18 ist ein Graph zum Vergleich zwischen Eisenverlusten ohne Verbraucher der jeweiligen Modelle. 18 is a graph to compare iron losses without consumers of the respective models.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Ein Permanentmagnetrotor 10 und ein Elektromotor 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend genauer unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.A permanent magnet rotor 10 and an electric motor 1 according to one embodiment of the present invention will be described below in more detail with reference to the drawings.

[Konfiguration des Elektromotors][Configuration of the electric motor]

1 illustriert schematisch den Elektromotor 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Elektromotor 1 beinhaltet den Permanentmagnetrotor 10 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Obgleich diese Beschreibung sich auf den Fall bezieht, dass die elektrische Rotationsmaschine 1 ein Motor ist, ist dieselbe Konfiguration auch anwendbar, wenn es sich um einen Generator handelt. 1 schematically illustrates the electric motor 1 according to the embodiment of the present invention. The electric motor 1 includes the permanent magnet rotor 10 according to the embodiment of the present invention. Although this description refers to the case that the rotary electric machine 1 is a motor, the same configuration is also applicable when it is a generator.

Der Elektromotor 1 ist als Motor mit internem Permanentmagnet (IPM) konfiguriert. Der Motor 1 beinhaltet einen Stator (Ständer) 30, der wie ein Hohlzylinder geformt ist, und den Rotor (Permanentmagnetrotor; Läufer) 10, der in dem Hohlraum des Stators 30 konzentrisch mit dem Stator 30 angeordnet, und um die Achse drehbar gehaltert ist.The electric motor 1 is configured as a motor with internal permanent magnet (IPM). The motor 1 includes a stator (stand) 30 , which is shaped like a hollow cylinder, and the rotor (permanent magnet rotor, rotor) 10 which is in the cavity of the stator 30 concentric with the stator 30 arranged, and is rotatably supported about the axis.

Der Stator 30 beinhaltet einen Statorkern 31 und Spulen (nicht dargestellt). Der Statorkern 31 ist durch Stapeln mehrerer Lagen von elektromagnetischen Stahlplatten gebildet und beinhaltet integral einen Kreisring-förmigen Jochbereich (back yoke portion) 31a und mehrere Zähne 31b, die von dem Jochbereich 31a hervorstehen. Um die Außenumfänge der Zähne 31b sind jeweils Spulen gewunden.The stator 30 includes a stator core 31 and coils (not shown). The stator core 31 is formed by stacking several layers of electromagnetic steel plates and integrally includes a circular yoke portion (back yoke portion) 31a and several teeth 31b coming from the yoke area 31a protrude. Around the outer perimeters of the teeth 31b each coils are wound.

Der Rotor 10 beinhaltet einen Rotorkern 11 mit einer annähernd zylindrischen Außenform und mehreren Permanentmagneten 16, 17 und 18, die im Rotorkern 11 eingebettet sind. Ein Hohlbereich 12, durch welchen eine Welle 40 eingesetzt werden kann, durchsetzt den Rotorkern 11 mittig. Ein Luftspalt 50 ist zwischen den Zähnen 31b des Statorkerns 31 und der Außenumfangsfläche 11a des Rotorkern 11 solcherart freigehalten, dass der Rotor 10 in dem Hohlraum des Stators 30 konzentrisch dazu aufgenommen ist. Als Nächstes wird die Konfiguration des Rotors 10 genauer beschrieben.The rotor 10 includes a rotor core 11 with an approximately cylindrical outer shape and a plurality of permanent magnets 16 . 17 and 18 in the rotor core 11 are embedded. A hollow area 12 through which a wave 40 can be used, passes through the rotor core 11 center. An air gap 50 is between the teeth 31b of the stator core 31 and the outer peripheral surface 11a of the rotor core 11 kept such that the rotor 10 in the cavity of the stator 30 is recorded concentrically. Next is the configuration of the rotor 10 described in more detail.

[Umriss der Konfiguration des Permanentmagnetrotors][Outline of the configuration of the permanent magnet rotor]

Wie oben beschrieben, beinhaltet der Rotor (Permanentmagnetrotor) 10 den Rotorkern 11 und die Permanentmagnete 16, 17 und 18. 1 und 2 zeigen die Konfiguration des Rotors 10, und 2 zeigt einen Magnetpol des Rotors 10. Die in 1 gezeigte allgemeine Konfiguration des Rotors 10 ist dergestalt, dass mehrere (in diesem Beispiel acht) Magnetpole nacheinander in einer rotationssymmetrischen Weise solcherart angeordnet sind, dass die Polaritäten der Sätze der Permanentmagnete 16, 17 und 18 der jeweiligen Magnetpole abwechseln. In der folgenden Beschreibung bedeuten Ausdrücke, die Richtungen eines Drehkörpers wie „Umfangsrichtung“, „Innenumfang“, „Außenumfang“ und „Radialrichtung“ Richtungen in Bezug auf den Rotorkern 11, wenn nichts anderes angegeben ist.As described above, the rotor (permanent magnet rotor) includes 10 the rotor core 11 and the permanent magnets 16 . 17 and 18 , 1 and 2 show the configuration of the rotor 10 , and 2 shows a magnetic pole of the rotor 10 , In the 1 shown general configuration of the rotor 10 is such that a plurality of (in this example eight) magnetic poles are successively arranged in a rotationally symmetric manner such that the polarities of the sets of the permanent magnets 16 . 17 and 18 alternate the respective magnetic poles. In the following description, expressions, the directions of a rotating body such as "circumferential direction", "inner circumference", "outer circumference" and "radial direction" mean directions with respect to the rotor core 11 unless otherwise stated.

Der Rotorkern 11 ist durch Stapeln mehrerer elektromagnetischer Stahlbleche gebildet und weist eine annähernd zylindrische Außenumfangsoberfläche 11a auf. Schlitze 13, 14 und 15 und Flusssperren 20 sind in dem Rotorkern 11 als Räume gebildet, die ihn in der Axialrichtung durchsetzen oder in ihm ausgehöhlt sind. Die Permanentmagnete 16, 17 und 18 sind in die entsprechenden Schlitze 13, 14 und 15 eingebettet.The rotor core 11 is formed by stacking a plurality of electromagnetic steel sheets and has an approximately cylindrical outer peripheral surface 11a on. slots 13 . 14 and 15 and river barriers 20 are in the rotor core 11 formed as spaces that pass through it in the axial direction or are hollowed out in it. The permanent magnets 16 . 17 and 18 are in the corresponding slots 13 . 14 and 15 embedded.

Die Schlitze 13, 14 und 15 weisen jeweils eine Bogenform auf, die zur Innenumfangsseite (Seite des Rotationszentrums) des Rotorkerns 11 hin konvex ist. Die Permanentmagnete 16, 17 und 18, die in den jeweiligen Schlitzen 13, 14 bzw. 15 angeordnet sind, weisen auch jeweils eine Bogenform auf, die zur Innenumfangsseite des Rotorkerns 11 hin konvex ist, so dass sie zur Gestalt der Schlitze 13, 14 bzw. 15 konform sind. Es besteht keine besondere Beschränkung der Gestalt der Schlitze 13, 14 und 15 und der Permanentmagnete 16, 17 und 18, solange jede davon eine Bogenform aufweist, die zur Innenumfangsseite des Rotorkerns 11 hin konvex ist, nämlich eine leicht gekrümmte Gestalt aufweist, so dass sie nur einen konvexen Bereich aufweist, der in einem horizontalen Querschnitt des Rotors 10 von der Außenumfangsseite des Rotorkerns 11 zur Innenumfangsseite hin konvex ist. In der Ausführungsform weist jeder der Schlitze 13, 14 und 15 und der Permanentmagnete 16, 17 und 18 eine annähernde Kreisbogengestalt auf.The slots 13 . 14 and 15 each have an arc shape to the inner peripheral side (side of the rotation center) of the rotor core 11 is convex. The permanent magnets 16 . 17 and 18 in the respective slots 13 . 14 respectively. 15 are arranged, also each have an arc shape, the inner peripheral side of the rotor core 11 is convex, so that they become the shape of the slits 13 . 14 respectively. 15 are compliant. There is no particular limitation on the shape of the slots 13 . 14 and 15 and the permanent magnets 16 . 17 and 18 as long as each of them has an arc shape facing the inner peripheral side of the rotor core 11 is convex, namely has a slightly curved shape, so that it has only a convex portion in a horizontal cross section of the rotor 10 from the outer peripheral side of the rotor core 11 towards the inner peripheral side is convex. In the embodiment, each of the slots has 13 . 14 and 15 and the permanent magnets 16 . 17 and 18 an approximate circular arc shape.

Es besteht keine besondere Beschränkung der Anzahl der Lagen für jeden Satz von Schlitzen 13, 14 und 15 und jeden Satz von Permanentmagneten 16, 17 und 18, solange jeder Satz von Schlitzen 13, 14 und 15 und jeder Satz von Permanentmagneten 16, 17 und 18 in zwei oder mehr Lagen vorliegt; in der Ausführungsform liegt jeder Satz von Schlitzen 13, 14 und 15 und jeder Satz von Permanentmagneten 16, 17 und 18 in drei Lagen vor. Insbesondere sind die Schlitze 13, 14 und 15 in dieser Reihenfolge von der Außenumfangsseite des Rotorkerns 11 in einer ersten Lage, einer zweiten Lage bzw. einer dritten Lage angeordnet, und die Permanentmagnete 16, 17 und 18 sind in den jeweiligen Schlitzen 13, 14 und 15 eingebettet. Die Permanentmagnete 16, 17 und 18, die einen Magnetpol konstituieren, weisen dieselbe Polarität auf.There is no particular limitation on the number of layers for each set of slots 13 . 14 and 15 and every set of permanent magnets 16 . 17 and 18 as long as each set of slots 13 . 14 and 15 and every set of permanent magnets 16 . 17 and 18 is present in two or more layers; in the embodiment, each set of slots is located 13 . 14 and 15 and every set of permanent magnets 16 . 17 and 18 in three layers. In particular, the slots 13 . 14 and 15 in this order from the outer peripheral side of the rotor core 11 arranged in a first layer, a second layer or a third layer, and the permanent magnets 16 . 17 and 18 are in the respective slots 13 . 14 and 15 embedded. The permanent magnets 16 . 17 and 18 , which constitute a magnetic pole, have the same polarity.

Jeder der Schlitze 13, 14 und 15 der ersten Lage, der zweiten Lage und der dritten Lage ist in der Umfangsrichtung des Rotorkerns 11 in zwei Bereiche geteilt. Zwei Teilbereiche jedes der Permanentmagnete 16, 17 und 18 sind in den jeweiligen Teilbereichen des zugehörigen der Schlitze 13, 14 und 15 eingebettet. In jeder der ersten Lage und der zweiten Lage sind die Teilbereiche des Schlitzes 13 bzw. 14 in der Umfangsrichtung des Rotorkerns 11 einander benachbart 11, mit einer dazwischen angeordneten Brücke 21. In der dritten Lage sind Flusssperren 20 zwischen den beiden Teilbereichen des Schlitzes 15 angeordnet. In der Ausführungsform ist jedes der konstituierenden Elemente des Rotors, wie jeder der Schlitze 13, 14 und 15 der jeweiligen Lage, jeder der Permanentmagnete 16, 17 und 18, oder dem Paar von Flusssperren, in Bezug auf eine sich in radialer Richtung des Rotorkerns erstreckende „d“-Achse (in 2 durch das Symbol „ d' “ gekennzeichnet) symmetrisch ausgebildet.Each of the slots 13 . 14 and 15 the first layer, the second layer, and the third layer is in the circumferential direction of the rotor core 11 divided into two areas. Two sections of each of the permanent magnets 16 . 17 and 18 are in the respective subregions of the associated one of the slots 13 . 14 and 15 embedded. In each of the first layer and the second layer are the subregions of the slot 13 respectively. 14 in the circumferential direction of the rotor core 11 adjacent to each other 11 with a bridge in between 21 , In the third location are river barriers 20 between the two sections of the slot 15 arranged. In the embodiment, each of the constituent elements of the rotor is like each of the slots 13 . 14 and 15 the respective position, each of the permanent magnets 16 . 17 and 18 , or the pair of flow barriers, with respect to a "d" axis extending in the radial direction of the rotor core (in FIG 2 by the symbol " d 'Marked) formed symmetrically.

Die Schlitze 13, 14 oder 15 und die Permanentmagnete 16, 17 oder 18 jeder Lage müssen nicht immer in zwei Bereiche geteilt sein und können stattdessen ein durchgehender Schlitz bzw. Permanentmagnet sein. Im letzteren Fall können die weiter unten für die Teilbereiche der Permanentmagnete 16, 17 und 18 definierten Parameter wie Öffnungswinkel θM1 bis θM3 und Fokalpunkte (Krümmungsmittelpunkte) c1 bis c3 ebenso für die gesamten, durchgehenden Permanentmagnete 16, 17 und 18 definiert werden.The slots 13 . 14 or 15 and the permanent magnets 16 . 17 or 18 Each layer need not always be divided into two areas and may instead be a continuous slot or permanent magnet. In the latter case, those below can be used for the subregions of the permanent magnets 16 . 17 and 18 defined parameters such as opening angle θ M1 to θ M3 and focal points (centers of curvature) c1 to c3 as well for the entire, continuous permanent magnets 16 . 17 and 18 To be defined.

Es besteht keine besondere Beschränkung für die Zusammensetzung der Permanentmagnete 16, 17 und 18; in der Ausführungsform beinhalten die Permanentmagnete 16, 17 und 18 Metallmagnete. Das heißt, es sind keine Metalloxide oder organische Verbindungen absichtlich in den Permanentmagneten 16, 17 und 18 enthalten, ausgenommen in der Nähe der Oberflächen, und es handelt sich um durchgehende Körper aus einem Metallmagnetmaterial.There is no particular limitation on the composition of the permanent magnets 16 . 17 and 18 ; in the embodiment, the permanent magnets include 16 . 17 and 18 Metal magnets. That is, there are no metal oxides or organic compounds intentionally in the permanent magnets 16 . 17 and 18 except in the vicinity of the surfaces, and are continuous bodies of a metal magnetic material.

Eine Hervorstehung (z.B. Hervorstehung 15a) steht von einer Außenkante jedes Teilbereichs jedes Schlitzes 13, 14 oder 15 einwärts hervor und ist in Kontakt mit der Endoberfläche des Teilbereichs des zugehörigen Permanentmagneten 16, 17 bzw. 18 zum Positionieren und Festhalten des Teilbereichs des Permanentmagneten 16, 17 bzw. 18 in dem Teilbereich des Schlitzes 13, 14 bzw. 15. In den zweiten und dritten Lagen ist bei jedem Teilbereich des Schlitzes 14 bzw. 15 ein Raum 22, der nicht von irgendeinem Teil des zugehörigen Permanentmagneten 17 bzw. 18 belegt ist, als ein Endbereich freigehalten, und zwar an der Seite der d-Achse des Rotors. Die Räume 22 spielen eine Rolle bei der Erhöhung des Reluktanz-Drehmoments, durch effektives Ausnutzen der durch die Permanentmagnete 17 und 18 erzeugten magnetischen Flüsse.An emergence (eg emergence 15a) is from an outer edge of each portion of each slot 13 . 14 or 15 inwardly and in contact with the end surface of the portion of the associated permanent magnet 16 . 17 respectively. 18 for positioning and holding the partial area of the permanent magnet 16 . 17 respectively. 18 in the partial area of the slot 13 . 14 respectively. 15 , In the second and third layers is at each portion of the slot 14 respectively. 15 a room 22 that does not depend on any part of the associated permanent magnet 17 respectively. 18 is occupied, as an end portion kept free, on the side of the d-axis of the rotor. The rooms 22 play a role in increasing the reluctance torque by effectively taking advantage of the permanent magnets 17 and 18 generated magnetic fluxes.

In den Flusssperren 20, die zwischen den Teilbereichen des Schlitzes 15 der dritten Lage gebildet sind, sind keine Permanentmagnete eingebettet, wodurch die Flusssperren 20 hohl gehalten werden. Alternativ sind die Flusssperren 20 mit einem nichtmagnetischen Material gefüllt. Die Flusssperren 20 spielen eine Rolle bei der Erhöhung des in dem Rotor 10 erzeugten Reluktanz-Drehmoments, in dem sie den magnetischen Widerstand eines Magnetpfads der d-Achse des Rotors 10 erhöhen. Die Flusssperren 20 sind nicht wesentlich und nicht auf eine bestimmte Form beschränkt, selbst wenn sie ausgebildet sind.In the river barriers 20 between the sections of the slot 15 are formed of the third layer, no permanent magnets are embedded, whereby the flow barriers 20 be kept hollow. Alternatively, the river locks 20 filled with a non-magnetic material. The river locks 20 play a role in increasing the in the rotor 10 generated reluctance torque, in which it detects the magnetic resistance of a magnetic path of the d-axis of the rotor 10 increase. The river locks 20 are not essential and are not limited to any particular form, even if they are trained.

Brücken 21 sind integral mit dem Rotorkern 11 an solchen Positionen gebildet, dass jede Brücke 21 einen an der Innenumfangsseite des Schlitzes 13, 14 bzw. 15 oder der Flusssperre 20 befindlichen Bereich und einen an seiner bzw. ihrer Außenumfangsseite befindlichen Bereich verbindet. Jede Brücke 21 spielt eine Rolle beim Verhindern, dass der an der Außenumfangsseite des Schlitzes 13, 14 bzw. 15 oder der Flusssperre 20 befindliche Teil des Rotorkerns 11 sich durch Zentrifugalkräfte von den Bereichen des Rotorkerns 11 an seiner bzw. ihrer Innenumfangsseite ablöst und beim Verhindern, dass der in dem Schlitz 13, 14 bzw. 15 eingebettete Permanentmagnet 16, 17 bzw. 18 durch die Zentrifugalkraft wegfliegt, wenn der Rotor 10 um seine Achse gedreht wird.bridges 21 are integral with the rotor core 11 formed at such positions that every bridge 21 one on the inner peripheral side of the slot 13 . 14 respectively. 15 or the river barrier 20 and an area located on its or its outer peripheral side connects. Every bridge 21 plays a role in preventing that on the outer circumferential side of the slot 13 . 14 respectively. 15 or the river barrier 20 located part of the rotor core 11 by centrifugal forces from the areas of the rotor core 11 on its or its inner peripheral side peels off and in preventing that in the slot 13 . 14 respectively. 15 embedded permanent magnet 16 . 17 respectively. 18 flies away by the centrifugal force when the rotor 10 is rotated about its axis.

Die Außenumfangsoberfläche 11a des Rotorkerns 11 ist mit Dellen 11b versehen, welche wie Rillen zur Innenumfangsseite hin zurückspringen, und zwar in der Nähe seiner Achsen (nachfolgend als q'-Achsen bezeichnet (siehe 2)), die von der d-Achse des Rotors um 90° im Sinne eines elektrischen Winkels beabstandet sind, nämlich in der Nähe der Außenumfangsseiten-Enden des Schlitzes 15 der dritten Lage. Die Dellen 11b sind nicht wesentlich, und der durch die gebildeten Dellen 11b verursachte Einfluss wird weiter unten beschrieben.The outer peripheral surface 11a of the rotor core 11 is with dents 11b which, like grooves, spring back toward the inner peripheral side, near its axes (hereinafter referred to as q 'axes) (see 2 )), which are spaced from the d-axis of the rotor by 90 ° in terms of an electrical angle, namely in the vicinity of the outer peripheral side ends of the slot 15 the third location. The dents 11b are not essential, and by the formed dents 11b caused influence is described below.

[Konfiguration der Permanentmagnete][Configuration of permanent magnets]

In dem Rotor 10 gemäß der Ausführungsform sind die bogenförmigen Permanentmagnete 16, 17 und 18 in mehreren Lagen angeordnet und die Formen, das Layout und die Remanenzen (residualen magnetischen Flussdichten) der Permanentmagnete 16, 17 und 18 der jeweiligen Lagen sind so eingestellt, dass vorgeschriebene Beziehungen erfüllt werden, wodurch harmonische Komponenten in der Wellenform einer durch die Permanentmagnete 16, 17 und 18 in dem Luftspalt 50 zwischen dem Stator 30 und dem Rotor 10 des Motors 1 erzeugten magnetischen Flussdichteverteilung reduziert werden können. Wie weiter unten in den Beispielen beschrieben, können die harmonischen Komponenten durch Anordnen der bogenförmigen Permanentmagnete 16, 17 und 18 der mehreren Lagen in einer vorgeschriebenen Art und Weise effektiver verringert werden als in den Fällen, in denen die V-förmige Anordnung, die V-förmige Anordnung etc. eingesetzt werden, welche als zur Verringerung von harmonischen Komponenten günstige Anordnungen von Permanentmagneten vorgeschlagen worden sind.In the rotor 10 According to the embodiment, the arc-shaped permanent magnets 16 . 17 and 18 arranged in multiple layers and the shapes, the layout and the remanences (residual magnetic flux densities) of the permanent magnets 16 . 17 and 18 the respective layers are set so that prescribed relationships are satisfied, whereby harmonic components in the waveform of one through the permanent magnets 16 . 17 and 18 in the air gap 50 between the stator 30 and the rotor 10 of the motor 1 generated magnetic flux density distribution can be reduced. As described below in the examples, the harmonic components can be obtained by arranging the arc-shaped permanent magnets 16 . 17 and 18 of the multiple layers are reduced more effectively in a prescribed manner than in the cases where the V-shaped arrangement, the V-shaped arrangement, etc. are used, which have been proposed as arrangements of permanent magnets favorable to the reduction of harmonic components.

Die Konfiguration der Permanentmagnete wird hauptsächlich unter Bezugnahme auf 2 und 3 genauer beschrieben, mit dem Hauptaugenmerk auf dem oben beschriebenen Fall des Bereitstellens der Permanentmagnete 16, 17 und 18 in drei Lagen. Obgleich in dem Rotor 10 gemäß der Ausführungsform die Anzahl der Pole gleich acht ist, wie oben erwähnt, besteht keine besondere Beschränkung der Anzahl der Pole, solange es eine gerade Zahl ist, die größer oder gleich vier ist; sie kann z.B. vier oder sechs sein. In der nachfolgenden Beschreibung werden aber die Beziehungen in Hinblick auf die Öffnungswinkel der Bogenformen und die magnetischen Flussdichten der Permanentmagnete 16, 17 und 18 der jeweiligen Lagen in Abhängigkeit von der Anzahl n Pole beschrieben.The configuration of the permanent magnets will be explained mainly with reference to FIG 2 and 3 more specifically, with the main focus on the above-described case of providing the permanent magnets 16 . 17 and 18 in three layers. Although in the rotor 10 according to the embodiment, the number of poles is equal to eight, as mentioned above, there is no particular limitation on the number of poles as long as it is an even number greater than or equal to four; it can be four or six, for example. In the following description, however, the relationships become as to the opening angles of the arc shapes and the magnetic flux densities of the permanent magnets 16 . 17 and 18 the respective positions as a function of the number n poles described.

Öffnungswinkel der PermanentmagneteOpening angle of the permanent magnets

In dem Rotor 10 gemäß der Ausführungsform weisen die Öffnungswinkel θM1 , θM2 und θM3 der Bogenformen der Permanentmagnete 16, 17 und 18 der drei Lagen eine vorgeschriebene Beziehung. Die Öffnungswinkel θM1 , θM2 und θM3 der Bogenformen der Permanentmagnete 16, 17 und 18 der ersten Lage, der zweiten Lage und der dritten Lage bedeuten die Zentrumswinkel von Kreisbögen, die Annäherungen an die Bogenformen der Permanentmagnete 16, 17 und 18 darstellen. Das heißt, jeder der Öffnungswinkel θM1 , θM2 und θM3 ist ein Winkel, der gebildet wird von geraden Linien, die den Mittenpunkt (Fokalpunkt) c1, c2 bzw. c3 eines Kreisbogens als Annäherung der Bogenform des Permanentmagneten 16, 17 bzw. 18 und die beiden Enden des Permanentmagneten 16, 17 bzw. 18 in seiner longitudinalen Richtung miteinander verbinden.In the rotor 10 According to the embodiment, the opening angles θ M1 . θ M2 and θ M3 the arc shape of the permanent magnets 16 . 17 and 18 the three layers a prescribed relationship. The opening angle θ M1 . θ M2 and θ M3 the arc shape of the permanent magnets 16 . 17 and 18 The first position, the second position and the third position mean the center angles of circular arcs, the approximations to the arc shapes of the permanent magnets 16 . 17 and 18 represent. That is, each of the opening angles θ M1 . θ M2 and θ M3 is an angle that is formed by straight lines that are the center point (focal point) c1 . c2 respectively. c3 a circular arc as an approximation of the arc shape of the permanent magnet 16 . 17 respectively. 18 and the two ends of the permanent magnet 16 . 17 respectively. 18 connect together in its longitudinal direction.

Obgleich in dem in 2 gezeigten Modus die Zentren (Fokalpunkte) c1, c2 und c3 der Bogenformen der Permanentmagnete 16, 17 und 18 voneinander beabstandet sind, wird zunächst eine Beschreibung eines Modus gegeben, in dem die Zentren (Fokalpunkte) c der Bogenformen der Permanentmagnete 16, 17 und 18 wie in 3 gezeigt zusammenfallen.Although in the in 2 shown mode the centers (focal points) c1 . c2 and c3 the arc shape of the permanent magnets 16 . 17 and 18 are spaced apart, a description will first be given of a mode in which the centers (focal points) c the arc shape of the permanent magnets 16 . 17 and 18 as in 3 shown coincide.

Wie in 3 gezeigt, wird der Abstand vom Rotationszentrum O des Rotorkerns 11 zum Zentrum c der Bogenformen der Permanentmagnete 16, 17 und 18 mit Rθ bezeichnet. Der Abstand vom Rotationszentrum O des Rotorkerns 11 zur Außenumfangsoberfläche 11a, also der Radius des Rotorkerns 11, wird mit R bezeichnet. Die Anzahl der Magnetpole des Rotors 10 wird mit n bezeichnet, und 180°/n wird mit θr bezeichnet. In der Ausführungsform ist n gleich 8 und θr ist gleich 22,5°. Der Parameter θr bedeutet den halben Zentrumswinkel eines Magnetpols.As in 3 shown, the distance from the center of rotation O of the rotor core 11 to the center c the arc shape of the permanent magnets 16 . 17 and 18 With R θ designated. The distance from the center of rotation O of the rotor core 11 to the outer peripheral surface 11a , that is the radius of the rotor core 11 , will with R designated. The number of magnetic poles of the rotor 10 is denoted by n, and 180 ° / n is used with θ r designated. In the embodiment, n is equal to 8 and θ r is equal to 22.5 °. The parameter θ r means half the center angle of a magnetic pole.

Ferner wird ein Grenzabstand R0 als R0 = R(1 + cosθr)/2cosθr definiert. Wie in 3 gezeigt, ist ein Punkt r, der im Abstand R0 vom Rotationszentrum O auf der Achse (d-Achse des Rotors) liegt, die durch die Mitte des Rotorkerns 11 geht, der Mittenpunkt zwischen einem Punkt r' auf der Tangente an den Rotorkern 11 am Ende des Magnetpols und dem Punkt auf dem Außenumfang des Rotorkerns 11.Furthermore, a limit distance R0 R0 = R (1 + cos r) / 2cosθ r defined. As in 3 shown is a point r that in the distance R0 from the center of rotation O located on the axis (d-axis of the rotor) passing through the center of the rotor core 11 goes, the midpoint between a point r 'on the tangent to the rotor core 11 at the end of the magnetic pole and the point on the outer circumference of the rotor core 11 ,

In dem Rotor 10 gemäß der Ausführungsform erfüllen die Öffnungswinkel θM1 , θM2 und θM3 der Permanentmagnete 16, 17 und 18 die eine oder die andere der folgenden Beziehungen: θ M 3 < θ M 2 < θ M 1   ( wenn R θ < R0 )

Figure DE102019110013A1_0009
θ M 3 θ M 1 < θ M 2   ( wenn R θ R0 ) .
Figure DE102019110013A1_0010
In the rotor 10 According to the embodiment, the opening angles satisfy θ M1 . θ M2 and θ M3 the permanent magnets 16 . 17 and 18 one or the other of the following relationships: θ M 3 < θ M 2 < θ M 1 ( if R θ < R0 )
Figure DE102019110013A1_0009
θ M 3 θ M 1 < θ M 2 ( if R θ R0 ) ,
Figure DE102019110013A1_0010

Da in dem Rotor 10 gemäß der Ausführungsform die Öffnungswinkel θM1 , θM2 und θM3 der Permanentmagnete 16, 17 und 18 die Beziehung der obigen Ungleichung (1) oder (2) je nach der Position des Zentrums c erfüllen, können harmonische Komponenten in der Wellenform der magnetischen Flussdichteverteilung, die durch alle Permanentmagnete 16, 17 und 18 im Luftspalt 50 des Motors 1 verursacht werden, mehr verringert werden, das heißt, die Wellenform der magnetischen Flussdichteverteilung kann näher zu einer Sinuswelle gebracht werden, als in Fällen, in denen die Öffnungswinkel θM1 , θM2 und θM3 andere Beziehungen aufweisen.Because in the rotor 10 According to the embodiment, the opening angle θ M1 . θ M2 and θ M3 the permanent magnets 16 . 17 and 18 the relationship of the above inequality (1) or (2) depending on the position of the center c can satisfy, harmonic components in the waveform of the magnetic flux density distribution, by all permanent magnets 16 . 17 and 18 in the air gap 50 of the motor 1 can be caused to be more reduced, that is, the waveform of the magnetic flux density distribution can be brought closer to a sine wave, than in cases where the opening angles θ M1 . θ M2 and θ M3 have other relationships.

Die Wellenform der in dem Luftspalt 50 erzeugten magnetischen Flussdichteverteilung ist eine Funktion des elektrischen Winkels des Rotors 10, und ihre Fundamentalwelle ist eine Sinuswelle, deren Periode 360° in Hinblick auf den elektrischen Winkel und 360°/(Anzahl der Polpaare) in Hinblick auf den mechanischen Winkel beträgt. Die Anzahl der Polpaare ist gleich der Hälfte der Anzahl n der Magnetpole und ist in der Ausführungsform gleich 4. Da die Permanentmagnete 16, 17 und 18 in Lagen eingebettet sind, ist die magnetische Flussdichteverteilung eine gestufte Wellenform wie in 4 etc. gezeigt. Die Anteile der sinusoidalen Fundamentalwelle und harmonischer Wellen der jeweiligen Ordnungen dieser Wellenform können durch eine Frequenzanalyseberechnung wie eine Fouriertransformation abgeschätzt werden. Verringerte harmonische Komponenten bedeutet einen Zustand, in dem die Beiträge aller harmonischen Wellen zur Wellenform klein sind. Die Beiträge von harmonischen Komponenten können beispielsweise durch Verwendung der gesamten harmonischen Verzerrung, „Total Harmonic Distortion (THD)“, als Index ermittelt werden. Die gesamte harmonische Verzerrung wird als Verhältnis der Summe der Anteile aller harmonischen Wellen zum Anteil der Fundamentalwelle in der betreffenden Wellenform plus der Summe der Anteile aller harmonischen Wellen ermittelt. Der Anteil harmonischer Komponenten wird umso kleiner, je geringer die gesamte harmonische Verzerrung wird.The waveform of in the air gap 50 generated magnetic flux density distribution is a function of the electrical angle of the rotor 10 and its fundamental wave is a sine wave whose period is 360 ° in terms of the electrical angle and 360 ° / (number of pole pairs) in terms of the mechanical angle. The number of pole pairs is equal to half the number n of the magnetic poles and is the same in the embodiment 4 , Because the permanent magnets 16 . 17 and 18 embedded in layers, the magnetic flux density distribution is a stepped waveform as in FIG 4 etc. shown. The proportions of the fundamental sinusoidal wave and harmonic waves of the respective orders of this waveform can be estimated by a frequency analysis calculation such as a Fourier transform. Reduced harmonic components means a state in which the contributions of all harmonic waves to the waveform are small. For example, the contributions of harmonic components can be obtained by using the entire harmonic distortion, "Total Harmonic Distortion ( THD ) ", As an index. The total harmonic distortion is determined as the ratio of the sum of the proportions of all harmonic waves to the proportion of the fundamental wave in the waveform of interest plus the sum of the proportions of all the harmonic waves. The proportion of harmonic components decreases the smaller the total harmonic distortion becomes.

Der Grund, warum harmonische Komponenten einer magnetischen Flussdichteverteilung in dem Luftspalt 50 verringert werden können, indem die Öffnungswinkel θM1 , θM2 und θM3 der Permanentmagnete 16, 17 und 18 die Beziehung der Ungleichung (1) oder (2) erfüllen, kann wie folgt erklärt werden. Je größer die Öffnungswinkel θM1 , θM2 und θM3 der Permanentmagnete 16, 17 und 18 werden, desto größer werden die longitudinalen Längen der Bogenformen der Permanentmagnete 16, 17 und 18, und magnetische Flüsse, die Produkte der Remanenzen der Permanentmagnete 16, 17 und 18 mit deren Querschnittsflächen sind, werden größer. Das heißt, ihr Beitrag zur magnetischen Flussdichteverteilung im Luftspalt 50 steigt.The reason why harmonic components of a magnetic flux density distribution in the air gap 50 can be reduced by the opening angle θ M1 . θ M2 and θ M3 the permanent magnets 16 . 17 and 18 satisfy the relation of inequality (1) or (2) can be explained as follows. The larger the opening angle θ M1 . θ M2 and θ M3 the permanent magnets 16 . 17 and 18 The larger the longitudinal lengths of the arc shapes of the permanent magnets become 16 . 17 and 18 , and magnetic fluxes, the products of remanence of permanent magnets 16 . 17 and 18 with their cross-sectional areas are getting larger. That is, their contribution to the magnetic flux density distribution in the air gap 50 increases.

Die magnetische Flussdichteverteilung im Luftspalt 50 nimmt einen Maximalwert oder einen Minimalwert an, wenn der elektrische Winkel einer Position entspricht, die dem Magnetpol gerade gegenüberliegt, nämlich, wenn der elektrische Winkel der d-Achse des Rotors entspricht. Bei diesem elektrischen Winkel trägt der von dem Permanentmagnet 16 der ersten Lage ausgehende magnetische Fluss am meisten zur magnetischen Flussdichte im Luftspalt 50 bei, und der Beitrag zur magnetischen Flussdichte nimmt ab, je weiter der betreffende Permanentmagnet einwärts liegt, in der Reihenfolge des Permanentmagneten 17 (zweite Lage) und des Permanentmagneten 18 (dritte Lage). Andererseits steigt, je weiter sich der elektrische Winkel von der d-Achse des Rotors entfernt, allmählich der Beitrag des Permanentmagneten 17 (zweite Lage). Je mehr sich der elektrische Winkel noch weiter von der d-Achsenrichtung des Rotors entfernt, erhöht sich auch der Beitrag des Permanentmagneten 18 (dritte Lage).The magnetic flux density distribution in the air gap 50 assumes a maximum value or a minimum value when the electrical angle corresponds to a position just opposite to the magnetic pole, namely, when the electrical angle corresponds to the d-axis of the rotor. At this electrical angle carries the of the permanent magnet 16 Magnetic flux emanating from the first position most to the magnetic flux density in the air gap 50 at, and the contribution to the magnetic flux density decreases, the farther the respective permanent magnet is inward, in the order of the permanent magnet 17 (second layer) and the permanent magnet 18 (third layer). On the other hand, the farther the electrical angle from the d-axis of the rotor, the contribution of the permanent magnet gradually increases 17 (second layer). The more the electrical angle is further away from the d-axis direction of the rotor, the contribution of the permanent magnet also increases 18 (third layer).

In dem Fall, dass Rθ < R0 erfüllt ist, wenn also das Zentrum c der Permanentmagneten 16, 17 und 18 an einer relativ einwärts gelegenen Position liegt, die sich nahe am Außenumfang des Rotorkerns 11 befindet, sind die Krümmungen der Bogenformen der Permanentmagnete 16, 17 und 18 groß und die Unterschiede zwischen den Krümmungen der jeweiligen Lagen sind ebenfalls groß. In diesem Fall kann, weil der Permanentmagnet 16 der ersten Lage eine besonders große Krümmung aufweist und mit dem Außenumfang des Rotorkerns 11 einen großen Winkel bildet, ein vom Permanentmagnet 16 der ersten Lage ausgehender magnetischer Fluss kaum zur Erzeugung der magnetischen Flussdichteverteilung im Luftspalt 50 beitragen. Damit der Permanentmagnet 16 der ersten Lage ausreichend zur Erzeugung der magnetischen Flussdichteverteilung im Luftspalt 50 beiträgt, ist es erforderlich, den Öffnungswinkel θM1 zu vergrößern und den Betrag des vom Permanentmagneten 16 der ersten Lage erzeugten magnetischen Flusses zu erhöhen. Ferner neigen, wenn der elektrische Winkel von der d-Achsenrichtung des Rotors entfernt ist, der Permanentmagnet 17 (zweite Lage) und der Permanentmagnet 18 (dritte Lage) dazu, starker zur Bildung der magnetischen Flussdichteverteilung im Luftspalt 50 beizutragen. Somit nähert sich die Wellenform der magnetischen Flussdichteverteilung im Luftspalt 50 in dem Fall, dass sich die Öffnungswinkel θM1 , θM2 und θM3 in der Reihenfolge (θM3 < θM2 < θM1) verringern, also in dem Maß, wie die Position des Permanentmagneten in der Reihenfolge der ersten Lage, der zweiten Lage und der dritten Lage einwärts wandert, einer Sinuswelle an, so dass also ihr Wert allmählich abnimmt, je weiter die Position sich von der d-Achse des Rotors entfernt.In the case that R θ <R0 is satisfied, that is, if the center c the permanent magnet 16 . 17 and 18 is located at a relatively inward position, which is close to the outer periphery of the rotor core 11 are the curvatures of the arc shapes of the permanent magnets 16 . 17 and 18 large and the differences between the curvatures of the respective layers are also large. In this case, because of the permanent magnet 16 the first layer has a particularly large curvature and with the outer circumference of the rotor core 11 forms a large angle, one from the permanent magnet 16 The magnetic flux flowing out of the first layer hardly generates the magnetic flux density distribution in the air gap 50 contribute. So that the permanent magnet 16 the first layer sufficient for generating the magnetic flux density distribution in the air gap 50 contributes, it is necessary to the opening angle θ M1 to increase and the amount of the permanent magnet 16 to increase the first layer generated magnetic flux. Further, when the electrical angle is removed from the d-axis direction of the rotor, the permanent magnet tends 17 (second Position) and the permanent magnet 18 (third layer) to, stronger for forming the magnetic flux density distribution in the air gap 50 contribute. Thus, the waveform approaches the magnetic flux density distribution in the air gap 50 in the case that the opening angle θ M1 . θ M2 and θ M3 in the order (θ M3M2M1 ), that is, as the position of the permanent magnet in the order of the first layer, the second layer, and the third layer inwardly decreases, reduces to a sine wave, so that their Value gradually decreases as the position moves away from the d axis of the rotor.

Andererseits sind in dem Fall, dass Rθ ≥ R0 erfüllt ist, wenn sich also das Zentrum c der Permanentmagnete 16, 17 und 18 an einer relative weit außen liegenden Position befindet, die vom Außenumfang des Rotorkerns 11 weit entfernt liegt, die Krümmungen der Bogenformen der Permanentmagnete 16, 17 und 18 klein, und die Unterschiede zwischen den Krümmungen der jeweiligen Lagen sind ebenfalls klein. In diesem Fall tragen der Permanentmagnet 17 (zweite Lage) und der Permanentmagnet 18 (dritte Lage), je mehr sich der elektrische Winkel von der d-Achse des Rotors entfernt, umso weniger zur Erzeugung der magnetischen Flussdichteverteilung im Luftspalt 50 bei. Wenn die Öffnungswinkel θM2 und θM3 des Permanentmagneten 17 (zweite Lage) und des Permanentmagneten 18 (dritte Lage) klein sind, nimmt die magnetische Flussdichte steil ab, wenn sich der elektrische Winkel um einen gewissen Betrag von der d-Achse des Rotors entfernt.On the other hand, in the case that R θ ≥ R0 is satisfied, that is, if the center c the permanent magnets 16 . 17 and 18 is located at a relative far outward position, from the outer periphery of the rotor core 11 far away, the curvatures of the arc shapes of the permanent magnets 16 . 17 and 18 small, and the differences between the curvatures of the respective layers are also small. In this case, wear the permanent magnet 17 (second layer) and the permanent magnet 18 (Third layer), the more the electrical angle of the d-axis of the rotor, the less the generation of the magnetic flux density distribution in the air gap 50 at. When the opening angle θ M2 and θ M3 of the permanent magnet 17 (second layer) and the permanent magnet 18 (Third layer) are small, the magnetic flux density decreases sharply when the electrical angle by a certain amount from the d-axis of the rotor.

Bei einer Sinuswelle ist jedoch die Variationsrate ihres Wertes in der Umgebung des Maximalwertes und des Minimalwertes am kleinsten. Um ein solches Verhalten bei einer magnetischen Flussdichteverteilung im Luftspalt 50 zu realisieren, ist es erforderlich, zu vermeiden, dass sich die magnetische Flussdichte in der Nähe der d-Achse des Rotors stark ändert. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der durch den Permanentmagnet 17 (zweite Lage) erzeugte magnetische Fluss, der zur Bildung einer magnetischen Flussdichteverteilung bei einem elektrischen Winkel beiträgt, der um einen gewissen Winkel von der d-Achse des Rotors beabstandet ist, größer eingestellt wird als der magnetische Fluss, der von dem Permanentmagnet 16 (erste Lage) erzeugt wird. Das heißt, eine Einstellung θM1 < θM2 sollte eingehalten werden. Andererseits ist bei einer Sinuswelle die Variationsrate ihres Wertes in der Umgebung ihres Wendepunktes am größten, der in der Mitte zwischen einer Maximumsposition und einer Minimumsposition liegt. Um ein solches Verhalten bei einer magnetischen Flussdichteverteilung im Luftspalt 50 zu realisieren, ist es erforderlich, den durch den Permanentmagneten 18 (dritte Lage) erzeugten magnetischen Fluss, der stärker zur Erzeugung der magnetischen Flussdichteverteilung bei einem elektrischen Winkel in der Nähe der q'-Achse beiträgt, die um 90° von der d-Achse des Rotors beabstandet ist, kleiner eingestellt wird als der durch den Permanentmagnet 17 (zweite Lage) erzeugte magnetische Fluss. Das heißt, eine Einstellung θM3 < θM2 sollte eingehalten werden.With a sine wave, however, the variation rate of its value is smallest in the vicinity of the maximum value and the minimum value. To such a behavior with a magnetic flux density distribution in the air gap 50 To realize, it is necessary to avoid that the magnetic flux density in the vicinity of the d-axis of the rotor changes greatly. This can be achieved by passing through the permanent magnet 17 (Second layer) generated magnetic flux, which contributes to the formation of a magnetic flux density distribution at an electrical angle, which is spaced by a certain angle from the d-axis of the rotor is set greater than the magnetic flux from the permanent magnet 16 (first layer) is generated. That is, a setting θ M1 < θ M2 should be respected. On the other hand, in a sine wave, the variation rate of its value is greatest in the vicinity of its inflection point, which is midway between a maximum position and a minimum position. To such a behavior with a magnetic flux density distribution in the air gap 50 It is necessary to realize this through the permanent magnet 18 (Third layer) generated magnetic flux, which contributes more to generating the magnetic flux density distribution at an electrical angle in the vicinity of the q 'axis, which is spaced 90 ° from the d-axis of the rotor, is set smaller than that by the permanent magnet 17 (second layer) generated magnetic flux. That is, a setting θ M3 < θ M2 should be respected.

Während bei dem Permanentmagneten 16 (erste Lage) und dem Permanentmagneten 18 (dritte Lage) auf einer Seite in der Dickenrichtung (d. h. der radialen Richtung des Rotorkerns 11) kein Permanentmagnet vorhanden ist, sind die Permanentmagneten 16 und 18 zu beiden Seiten, in der Dickenrichtung, des Permanentmagneten 17 (zweite Lage) angeordnet. Somit muss ein vom zweiten Permanentmagnet 17 (zweite Lage) ausgehender magnetischer Fluss sowohl auf dem vom Permanentmagnet 17 ausgehenden Pfad zum Luftspalt 50 als auch auf dem Rückkehrpfad zum Permanentmagent 17 durch einen schmalen magnetischen Pfad im Rotorkern 11 treten. Somit muss, damit ein vom zweiten Permanentmagnet 17 (zweite Lage) ausgehender magnetischer Fluss ausreichend zur Erzeugung der magnetischen Flussdichteverteilung im Luftspalt 50 beiträgt, der Öffnungswinkel θM2 groß eingestellt werden.
In dem Fall, dass das Zentrum c der Permanentmagnete 16, 17 und 18 nahe am Außenumfang des Rotorkerns 11 liegt, wie in dem oben beschriebenen Fall von Rθ < R0, wird der Sicherstellung des erforderlichen Beitrags des Permanentmagneten 16 (erste Lage) zur Erzeugung der magnetischen Flussdichteverteilung im Luftspalt 50, durch Einstellen eines großen Öffnungswinkels θM1 , Priorität eingeräumt gegenüber Sicherstellen des Beitrags des Permanentmagneten 17 (zweite Lage) zur Erzeugung der magnetischen Flussdichteverteilung im Luftspalt 50, durch Einstellen eines großen Öffnungswinkels θM2 .
While with the permanent magnet 16 (first layer) and the permanent magnet 18 (Third layer) on one side in the thickness direction (ie, the radial direction of the rotor core 11 ) no permanent magnet is present, are the permanent magnets 16 and 18 on both sides, in the thickness direction, of the permanent magnet 17 (second layer) arranged. Thus, one of the second permanent magnet 17 (second layer) outgoing magnetic flux both on the permanent magnet 17 outgoing path to the air gap 50 as well as on the return path to the permanentmagent 17 through a narrow magnetic path in the rotor core 11 to step. Thus, one of the second permanent magnet must 17 (second layer) outgoing magnetic flux sufficient to generate the magnetic flux density distribution in the air gap 50 contributes, the opening angle θ M2 be set large.
In the event that the center c the permanent magnets 16 . 17 and 18 close to the outer periphery of the rotor core 11 is, as in the case of R θ <R0 described above, the assurance of the required contribution of the permanent magnet 16 (first layer) for generating the magnetic flux density distribution in the air gap 50 , by setting a large opening angle θ M1 , Priority given to ensuring the contribution of the permanent magnet 17 (second layer) for generating the magnetic flux density distribution in the air gap 50 , by setting a large opening angle θ M2 ,

Wie oben beschrieben werden die Öffnungswinkel θM1 , θM2 und θM3 der Permanentmagnete 16, 17 und 18 in dem Fall, dass die Beziehung Rθ ≥ R0 erfüllt ist und daher das Zentrum c der Permanentmagnete 16, 17 und 18 vom Außenumfang des Rotorkerns 11 entfernt liegt, so eingestellt, dass die Ungleichungs-Beziehung (2) erfüllt ist, dass also θM3 ≤ θM1 < θM2, wodurch der Beitrag des Permanentmagneten 17 (zweite Lage) zur Erzeugung der magnetischen Flussdichteverteilung im Lustspalt 50 relativ groß ist. Infolgedessen variiert, in der Wellenform der magnetischen Flussdichteverteilung, die magnetische Flussdichte zuerst nicht sehr, wenn sich der elektrische Winkel sich von der Richtung der d-Achse des Rotors (d'-Achse) entfernt, und danach variiert die magnetische Flussdichte stark, wenn sich der elektrische Winkel weiter von der Richtung der d-Achse des Rotors (d'-Achse) entfernt und sich der Richtung der q'-Achse annähert; die Wellenform der magnetischen Flussdichteverteilung verhält sich also wie eine Sinuswelle.As described above, the opening angles θ M1 . θ M2 and θ M3 the permanent magnets 16 . 17 and 18 in the case that the relation R θ ≥ R0 is satisfied and hence the center c the permanent magnets 16 . 17 and 18 from the outer circumference of the rotor core 11 away, set so that the inequality relationship ( 2 ), that is, θ M3 ≤ θ M1M2 , thereby reducing the contribution of the permanent magnet 17 (second layer) for generating the magnetic flux density distribution in the loss gap 50 is relatively large. As a result, in the waveform of the magnetic flux density distribution, first, the magnetic flux density does not vary much as the electrical angle is away from the d axis direction of the rotor (d'axis), and thereafter, the magnetic flux density greatly varies as the electrical angle is further away from the direction of the d-axis of the rotor (d'-axis) and approaches the direction of the q'-axis; the waveform of the magnetic flux density distribution thus behaves like a sine wave.

Insbesondere ist das Einstellen der Öffnungswinkel θM1 , θM2 und θM3 der Permanentmagnete 16, 17 und 18 derart, dass die Ungleichung (2) erfüllt ist, in dem Fall, dass die Beziehung Rθ ≥ R/cosθr erfüllt ist, hinsichtlich des Effekts der Verringerung harmonischer Wellen der magnetischen Flussdichteverteilung im Luftspalt 50 überlegen. Eine Position, an der die Beziehung Rθ ≥ R/cosθr erfüllt ist, entspricht dem in 3 gezeigten Punkt r' auf der Tangente zum Rotorkern 11 am Ende des Magnetpols. In particular, adjusting the opening angle θ M1 . θ M2 and θ M3 the permanent magnets 16 . 17 and 18 such that the inequality (2) is satisfied, in the case that the relationship R θ ≥ R / cos θ r is satisfied, with regard to the effect of reducing harmonic waves of the magnetic flux density distribution in the air gap 50 think. A position where the relation R θ ≥ R / cos θ r is satisfied corresponds to that in FIG 3 Point shown r 'on the tangent to the rotor core 11 at the end of the magnetic pole.

Wie oben beschrieben ist es möglich, harmonische Komponenten der im Luftspalt 50 erzeugten magnetischen Flussdichteverteilung zu verringern und ihre Wellenform einer Sinuswelle näher zu machen, indem die Öffnungswinkel θM1 , θM2 und θM3 der Permanentmagnete 16, 17 und 18 der jeweiligen Lagen die Beziehung der Ungleichung (1) oder (2) erfüllen, je nach der Position ihres Zentrums c. Harmonische Komponenten der magnetisches Flussdichteverteilung sind eine Ursache für die Erzeugung von Drehmoment-Welligkeit im Motor 1 und verursachen Vibrationen und Geräusch. Ferner erhöhen harmonische Komponenten den Eisenverlust des Rotorkerns 11. Somit ermöglicht es die Verringerung von harmonischen Komponenten der magnetischen Flussdichteverteilung, die Drehmoment-Welligkeit und den Eisenverlust zu verringern und Vibrationen und Geräusch des Motors 1 zu unterdrücken. Beispielsweise ist es möglich, wie nachfolgend als Simulationsergebnis beschrieben, die harmonischen Komponenten der magnetischen Flussdichteverteilung so weit zu verringern, dass die gesamte harmonische Verzerrung kleiner als, oder gleich 23 % wird.As described above, it is possible to use harmonic components of the air gap 50 to reduce the magnetic flux density distribution generated and to make its waveform closer to a sine wave by adjusting the aperture angles θ M1 . θ M2 and θ M3 the permanent magnets 16 . 17 and 18 of the respective layers satisfy the relation of inequality (1) or (2), depending on the position of their center c , Harmonic components of the magnetic flux density distribution are a cause for the generation of torque ripple in the motor 1 and cause vibrations and noise. Furthermore, harmonic components increase the iron loss of the rotor core 11 , Thus, the reduction of harmonic components of the magnetic flux density distribution makes it possible to reduce torque ripple and iron loss, and vibration and noise of the motor 1 to suppress. For example, as described below as a simulation result, it is possible to reduce the harmonic components of the magnetic flux density distribution to such an extent that the total harmonic distortion becomes less than or equal to 23%.

Ob Rθ < R0 erfüllt wird, also das Zentrum c der Bogenformen der Permanentmagnete 16, 17 und 18 sich an einer relative weit innen liegenden Position befindet, so dass die Öffnungswinkel θM1 , θM2 und θM3 die Beziehung der Ungleichung (1) erfüllen, oder Rθ ≥ R0 erfüllt wird, also das Zentrum c der Bogenformen der Permanentmagnete 16, 17 und 18 sich an einer relativ weit außen liegenden Position befindet, so dass die Öffnungswinkel θM1 , θM2 , θM3 die Beziehung der Ungleichung (2) erfüllen, kann je nach den spezifischen Anforderungen des Motors 1 ausgewählt werden.
In dem Fall, dass das Zentrum c der Bogenformen der Permanentmagnete 16, 17 und 18 außerhalb angeordnet ist, wie in dem Fall, dass Rθ ≥ R0, wird das Reluktanz-Drehmoment des Motors 1 groß. Im Bereich von Rθ ≥ R0 nimmt das Reluktanz-Drehmoment als Funktion des Abstands Rθ vom Zentrum c der Bogenformen der Permanentmagnete 16, 17 und 18 einen Maximalwert an. Bis der Maximalwert erreicht ist, indem das Zentrum c nach außen wandert, steigen die Krümmungsradien der Permanentmagnete 16, 17 und 18 und machen die Magnetpfade der Permanentmagneten 16, 17 und 18 geeigneter, entlang der Gestalt eines q-Achsen-Magnetflusses zu verlaufen, und dadurch wird das Reluktanz-Drehmoment erhöht.
In dem Fall, dass Rθ ≥ R/cosθr erfüllt ist, wird das Reluktanz-Drehmoment besonders groß. Allerdings ist in dem Fall, dass das Zentrum c noch weiter außen angeordnet ist, der Maximalwert überschritten, und das Reluktanz-Drehmoment wird sich umgekehrt verringern. Somit ist es allgemein bevorzugt, das seine Beziehung Rθ < R(3 - 2cosθr)/cosθr oder sogar eine Beziehung Rθ < R(2 - cosθr)/cosθr erfüllt ist. Eine Position, an der Rθ < R(3 - 2cosθr)/cosθr erfüllt ist und eine Position, an der Rθ < R(2 - cosθr)/cosθr erfüllt ist, sind Positionen, die vom Außenumfang des Rotorkerns 11 um das Dreifache bzw. das Zweifache des Abstands des in 3 gezeigten Punkts r' (d. h. der Punkt auf der Tangente an den Rotorkern 11 an jedem Ende des Magnetpols) entfernt sind.
Whether R θ <R0 is satisfied, ie the center c the arc shape of the permanent magnets 16 . 17 and 18 is located at a relative far inner position, so that the opening angle θ M1 . θ M2 and θ M3 satisfy the relation of inequality (1), or R θ ≥ R0 is satisfied, that is, the center c the arc shape of the permanent magnets 16 . 17 and 18 is located at a relatively far outward position, so that the opening angle θ M1 . θ M2 . θ M3 can satisfy the relationship of inequality (2), depending on the specific requirements of the engine 1 to be selected.
In the event that the center c the arc shape of the permanent magnets 16 . 17 and 18 is arranged outside, as in the case that R θ ≥ R0, becomes the reluctance torque of the motor 1 large. In the range of R θ ≥ R0, the reluctance torque increases as a function of the distance R θ from the center c the arc shape of the permanent magnets 16 . 17 and 18 a maximum value. Until the maximum value is reached by the center c wandering outwards, the radii of curvature of the permanent magnets increase 16 . 17 and 18 and make the magnetic paths of the permanent magnets 16 . 17 and 18 more suitable to run along the shape of a q-axis magnetic flux, and thereby the reluctance torque is increased.
In the case that R θ ≥ R / cos θ r is satisfied, the reluctance torque becomes particularly large. However, in the case that is the center c is further out, the maximum value is exceeded, and the reluctance torque will decrease conversely. Thus, it is generally preferred that its relationship R θ <R (3-2 cosθ r ) / cosθ r or even a relation R θ <R (2-cosθ r ) / cosθ r is satisfied. A position where R θ <R (3-2 cosθ r ) / cosθ r is satisfied and a position where R θ <R (2-cosθ r ) / cosθ r is satisfied are positions that are from the outer periphery of the rotor core 11 three times or twice the distance of the in 3 shown point r '(ie the point on the tangent to the rotor core 11 at each end of the magnetic pole) are removed.

In dem Fall, dass die Beziehung Rθ < R0 erfüllt ist, ist es bevorzugt, dass eine Beziehung Rθ > 0.8R erfüllt ist, um in genügendem Grad sicherzustellen, dass die bogenförmigen Permanentmagnete 16, 17 und 18, die zur Innenumfangsseite des Rotorkerns 11 konvex sind, in der Richtung von der Außenumfangsseite zur Innenumfangsseite des Rotorkerns 11 in Lagen angeordnet sind. Es ist sogar bevorzugt, dass eine Beziehung Rθ > R erfüllt ist, das Zentrum c der Bogenformen der Permanentmagnete 16, 17 und 18 also außerhalb des Rotorkerns 11 angeordnet ist.In the case that the relation R θ <R0 is satisfied, it is preferable that a relation R θ > 0.8R is satisfied to sufficiently ensure that the arc-shaped permanent magnets 16 . 17 and 18 leading to the inner peripheral side of the rotor core 11 are convex, in the direction from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the rotor core 11 are arranged in layers. It is even preferable that a relation R θ > R is satisfied, the center c the arc shape of the permanent magnets 16 . 17 and 18 outside the rotor core 11 is arranged.

Die obige Beschreibung betrifft den Fall, dass die Zentren c der Permanentmagnete 16, 17 und 18 zusammenfallen. Allerdings kann das Reluktanz-Drehmoment erhöht werden, indem die jeweiligen Zentren c1, c2 und c3 der Bogenformen der Permanentmagneten 16, 17 und 18 der drei Lagen voneinander abweichen. In dem Fall, dass die Zentren c1, c2 und c3 der Bogenformen der Permanentmagneten 16, 17 und 18 voneinander abweichen, kann die Beziehung der Ungleichung (1) oder (2) angewendet werden, nachdem die Position eines durchschnittlichen Zentrums c der Zentren c1, c2 und c3 der Bogenformen der Permanentmagneten 16, 17 und 18 der drei Lagen bestimmt wird, durch Berechnen eines Abstands Rθ des Zentrums c vom Rotationszentrum O des Rotorkerns 11 und Setzen eines Grenzabstands R0. In ähnlicher Weise können die Position eines durchschnittlichen Zentrums c der Zentren c1, c2 und c3 und ein Grenzabstand R0 für die Beziehung zwischen den Remanenzen Br1, Br2 und Br3 der (später beschriebenen) Ungleichungen (4) und (5) gesetzt werden.The above description concerns the case that the centers c the permanent magnets 16 . 17 and 18 coincide. However, the reluctance torque can be increased by the respective centers c1 . c2 and c3 the arc shape of the permanent magnet 16 . 17 and 18 of the three layers differ from each other. In the event that the centers c1 . c2 and c3 the arc shape of the permanent magnet 16 . 17 and 18 differ, the relation of inequality (1) or (2) can be applied after the position of an average center c the centers c1 . c2 and c3 the arc shape of the permanent magnet 16 . 17 and 18 of the three layers is determined by calculating a distance R θ of the center c from the center of rotation O of the rotor core 11 and setting a threshold distance R0 , Similarly, the position of an average center c the centers c1 . c2 and c3 and a margin distance R0 for the relationship between the remanences Br1 . Br2 and Br3 the inequalities (4) and (5) described later.

Die obige Beschreibung betrifft den Fall, dass die Permanentmagneten 16, 17 und 18 in drei Lagen angeordnet sind und die Beziehung zwischen ihren Öffnungswinkeln θM1 , θM2 und θM3 eingestellt wird. Allerdings gibt es, wie oben beschrieben, keine besondere Beschränkung der Anzahl der Lagen der Permanentmagnete, so lange sie größer als, oder gleich zwei ist. In dem Fall, dass Permanentmagnete in vier oder mehr Lagen angeordnet sind, genügt es, dass die Öffnungswinkel θM1 , θM2 und θM3 der Permanentmagnete 16, 17 und 18 der ersten bis dritten Lage von der Außenumfangsseite des Rotorkerns 11 die Ungleichung (1) bzw. (2) erfüllen, je nach der Position des Zentrums c. Harmonische Komponenten der magnetischen Flussdichteverteilung im Luftspalt 50 können ausreichend verringert werden, selbst wenn irgendwelche Öffnungswinkel für die vierten und weitere innenseitigen Permanentmagneten eingestellt werden. Dies deshalb, weil der Beitrag zur magnetischen Flussdichteverteilung im Luftspalt 50 umso kleiner wird, je weiter die Position des Permanentmagneten einwärts wandert, und die inneren Permanentmagneten haben keinen großen Einfluss auf die Wellenform der magnetischen Flussdichteverteilung, egal, wie ihre Öffnungswinkel eingestellt sind, so lange die Öffnungswinkel der äußeren Permanentmagnets die vorgeschriebene Beziehung erfüllen.The above description relates to the case where the permanent magnets 16 . 17 and 18 arranged in three layers and the relationship between their opening angles θ M1 . θ M2 and θ M3 is set. However, as described above, there is no particular limitation on the number of layers of the permanent magnets. as long as it is greater than, or equal to two. In the event that permanent magnets are arranged in four or more layers, it is sufficient that the opening angle θ M1 . θ M2 and θ M3 the permanent magnets 16 . 17 and 18 the first to third layers from the outer peripheral side of the rotor core 11 satisfy inequality (1) or (2), depending on the position of the center c , Harmonic components of the magnetic flux density distribution in the air gap 50 can be sufficiently reduced even if any opening angles are set for the fourth and further inside permanent magnets. This is because the contribution to the magnetic flux density distribution in the air gap 50 the smaller the position of the permanent magnet moves inward, and the inner permanent magnets have no great influence on the waveform of the magnetic flux density distribution, no matter how their aperture angles are set, as long as the aperture angles of the outer permanent magnet satisfy the prescribed relationship.

Andererseits können in dem Fall, dass die Anzahl der Lagen von Permanentmagneten zwei ist, harmonische Komponenten der im Luftspalt 50 erzeugten magnetischen Flussdichteverteilung verringert werden, wenn die Öffnungswinkel θM1 und θM2 der Bogenformen der Permanentmagnete der ersten und zweiten Lage so eingestellt sind, dass sie die folgende Ungleichung (3) erfüllen, allerdings zu einem geringeren Grad als in dem Fall, in dem die Öffnungswinkel θM1 , θM2 und θM3 der Permanentmagnete 16, 17 und 18 der drei äußeren Lagen so eingestellt werden, dass sie die oben beschriebene Beziehung erfüllen. In dem Fall, dass die Anzahl der Lagen der Permanentmagnete zwei ist, werden ihre Öffnungswinkel θM1 und θM2 so eingestellt, dass sie die folgende Ungleichung (3) erfüllen: θ M 2 < θ M 1

Figure DE102019110013A1_0011
unabhängig von den Positionen der Zentren der Bogenformen der jeweiligen Permanentmagneten.On the other hand, in the case where the number of layers of permanent magnets is two, harmonic components of those in the air gap may be used 50 generated magnetic flux density distribution can be reduced when the opening angle θ M1 and θ M2 the arc shapes of the permanent magnets of the first and second layers are set so as to satisfy the following inequality (3), but to a lesser degree than in the case where the aperture angles θ M1 . θ M2 and θ M3 the permanent magnets 16 . 17 and 18 the three outer layers are set to satisfy the above-described relationship. In the case where the number of layers of the permanent magnets is two, their opening angles become θ M1 and θ M2 adjusted to satisfy the following inequality (3): θ M 2 < θ M 1
Figure DE102019110013A1_0011
regardless of the positions of the centers of the arc shapes of the respective permanent magnets.

In dem Rotor 10 gemäß der Ausführungsform ist die Außenumfangs-Oberfläche 11a des Rotorkerns 11 mit Dellen 1 1b ausgebildet. Die Dellen 11b spielen auch eine Rolle beim Verringern der harmonischen Komponenten der magnetischen Flussdichteverteilung im Luftspalt 50. Dies deshalb, weil die Sättigung der magnetischen Flussdichte, welche zu einer Erhöhung der harmonischen Komponenten führt, durch Vergrößern der Breite des Luftspalts 50 (d.h. des Abstands zwischen dem Rotor 10 und dem Stator 30) unterdrückt werden kann. Allerdings erhöht die Ausbildung der Dellen 11b die äquivalente Luftspaltbreite und kann das Drehmoment verringern. In dem Rotor 10 gemäß der Ausführungsform kann die Außenumfangs-Oberfläche 11a des Rotorkerns 11 zur weiteren Verringerung der harmonischen Komponenten mit den Dellen 11b ausgebildet werden, also zusätzlich zur Verringerung aufgrund des Effekts der Öffnungswinkel θM1 , θM2 und θM3 der Permanentmagnete 16, 17 und 18, die so eingestellt werden, dass sie Ungleichung (1) oder (2) erfüllen. Alternativ können die Dellen 11b weggelassen werden, um eine Verringerung des Drehmoments zu vermeiden, weil die harmonischen Komponenten effektiv durch Erfüllen der Ungleichung (1) oder (2) verringert werden können.In the rotor 10 According to the embodiment, the outer peripheral surface 11a of the rotor core 11 with dents 1 1b educated. The dents 11b also play a role in reducing the harmonic components of the magnetic flux density distribution in the air gap 50 , This is because the saturation of the magnetic flux density, which leads to an increase in the harmonic components, by increasing the width of the air gap 50 (ie the distance between the rotor 10 and the stator 30 ) can be suppressed. However, the education of dents increases 11b the equivalent air gap width and can reduce the torque. In the rotor 10 According to the embodiment, the outer peripheral surface 11a of the rotor core 11 to further reduce the harmonic components with the dents 11b be formed, so in addition to the reduction due to the effect of the opening angle θ M1 . θ M2 and θ M3 the permanent magnets 16 . 17 and 18 which are set to satisfy inequality (1) or (2). Alternatively, the dents 11b may be omitted to avoid a decrease in torque because the harmonic components can be effectively reduced by satisfying the inequality (1) or (2).

(2) Remanenzen (residuale magnetische Flussdichten) der Permanentmagnete Der von jedem der Permanentmagnete 16, 17 und 18 erzeugte magnetische Fluss ist gegeben durch das Produkt der Remanenz und der Querschnittsfläche des Permanentmagneten. Somit können in dem Fall, dass die Remanenzen Br1, Br2 und Br3 der Permanentmagneten 16, 17 und 18 gleich sind, harmonische Komponenten der magnetischen Flussdichteverteilung im Luftspalt 50 dadurch verringert werden, dass die Öffnungswinkel θM1 , θM2 und θM3 , welche die Querschnittsflächen der Permanentmagnete 16, 17 und 18 bestimmen, so eingestellt werden, dass sie die Ungleichung (1) oder (2) erfüllen. Selbst in dem Fall, dass die Remanenzen Br1, Br2 und Br3 der Permanentmagnete 16, 17 und 18 voneinander verschieden sind, ohne irgendeine Beziehung untereinander, können harmonische Komponenten der magnetischen Flussdichteverteilung im Luftspalt 50 durch Einstellen der Öffnungswinkel θM1 , θM2 und θM3 so, dass sie die Ungleichung (1) oder (2) erfüllen, kleiner erhalten werden, als in einem Fall, in dem weder die Ungleichung (1) noch Ungleichung (2) erfüllt sind.( 2 Remanences (residual magnetic flux densities) of the permanent magnets of each of the permanent magnets 16 . 17 and 18 generated magnetic flux is given by the product of the remanence and the cross-sectional area of the permanent magnet. Thus, in the event that the remanences Br1 . Br2 and Br3 the permanent magnet 16 . 17 and 18 are equal, harmonic components of the magnetic flux density distribution in the air gap 50 be reduced by that the opening angle θ M1 . θ M2 and θ M3 , which are the cross-sectional areas of the permanent magnets 16 . 17 and 18 be set to satisfy inequality (1) or (2). Even in the event that the remanences Br1 . Br2 and Br3 the permanent magnets 16 . 17 and 18 are different from each other, without any relationship to each other, can harmonic components of the magnetic flux density distribution in the air gap 50 by adjusting the opening angle θ M1 . θ M2 and θ M3 so that they satisfy the inequality (1) or (2), smaller than in a case where neither the inequality (1) nor the inequality (2) are satisfied.

Alternativ können harmonische Komponenten der magnetischen Flussdichteverteilung im Luftspalt 50 durch Einstellen der Remanenzen Br1, Br2 und Br3 der Permanentmagnete 16, 17 und 18 so, dass sie in derselben Reihenfolge angeordnet sind wie ihre Öffnungswinkel θM1 , θM2 und θM3 (Ungleichung (1) oder (2)), anstatt die Öffnungswinkel θM1 , θM2 und θM3 der Permanentmagnete 16, 17 und 18 so einzustellen, dass sie die Ungleichung (1) oder (2) erfüllen.
Als weitere Alternative können harmonische Komponenten der magnetischen Flussdichteverteilung im Luftspalt 50 effizienter verringert werden, als in dem Fall, dass nur die Maßnahme des Einstellens der Öffnungswinkel θM1 , θM2 und θM3 so, dass sie die Ungleichung (1) oder (2) erfüllen, ergriffen wird, indem die Remanenzen Br1, Br2 und Br3 der Permanentmagnete 16, 17 und 18 so eingestellt werden, dass sie in derselben Reihenfolge sind wie die Öffnungswinkel θM1 , θM2 und θM3 (Ungleichung (1) oder (2)), zusätzlich dazu, dass die Öffnungswinkel θM1 , θM2 und θM3 der Permanentmagnete 16, 17 und 18 so eingestellt werden, dass sie die Ungleichung (1) oder (2) erfüllen.
Alternatively, harmonic components of the magnetic flux density distribution in the air gap 50 by adjusting the remanences Br1 . Br2 and Br3 the permanent magnets 16 . 17 and 18 such that they are arranged in the same order as their opening angles θ M1 . θ M2 and θ M3 (Inequality (1) or (2)), instead of the opening angle θ M1 . θ M2 and θ M3 the permanent magnets 16 . 17 and 18 to be set to satisfy inequality (1) or (2).
As a further alternative, harmonic components of the magnetic flux density distribution in the air gap 50 be reduced more efficiently than in the case that only the measure of adjusting the opening angle θ M1 . θ M2 and θ M3 so that they fulfill the inequality (1) or (2), is taken by the remanence Br1 . Br2 and Br3 the permanent magnets 16 . 17 and 18 be set so that they are in the same order as the opening angle θ M1 . θ M2 and θ M3 (Inequality (1) or (2)), in addition to the opening angle θ M1 . θ M2 and θ M3 the permanent magnets 16 . 17 and 18 be set to satisfy inequality (1) or (2).

Das heißt, die Remanenzen Br1, Br2 und Br3 der Permanentmagnete 16, 17 und 18 der ersten, zweiten und dritten Lage werden so eingestellt, dass sie die nachfolgend angegebene Ungleichung (4) oder (5) erfüllen, anstelle der oder zusätzlich zur Einstellung der Öffnungswinkel θM1 , θM2 und θM3 der Permanentmagnete 16, 17 und 18 so, dass sie die Ungleichung (1) oder (2) erfüllen: Br 3 < Br 2 < Br 1   ( wenn R θ < R0 )

Figure DE102019110013A1_0012
Br 3 Br 1 < Br 2   ( wenn R θ R0 ) .
Figure DE102019110013A1_0013
That is, the remanences Br1 . Br2 and Br3 the permanent magnets 16 . 17 and 18 the first, second and third positions are set to satisfy the following inequality (4) or (5) instead of or in addition to the adjustment of the opening angle θ M1 . θ M2 and θ M3 the permanent magnets 16 . 17 and 18 such that they fulfill the inequality (1) or (2): br 3 < br 2 < br 1 ( if R θ < R0 )
Figure DE102019110013A1_0012
br 3 br 1 < br 2 ( if R θ R0 ) ,
Figure DE102019110013A1_0013

In dem Fall, dass die Remanenzen Br1, Br2 und Br3 so eingestellt werden, dass sie die Beziehung der Ungleichung (4) oder (5) je nach der Position des (durchschnittlichen) Zentrums c der Bogenformen der Permanentmagnete 16, 17 und 18 der jeweiligen Lage erfüllen, verhält sich, wenn der elektrische Winkel θ sich ändert, die Wellenform der magnetischen Flussdichteverteilung im Luftspalt 50 in derselben Weise, wie in dem Fall, dass Öffnungswinkel θM1 , θM2 und θM3 so eingestellt werden, dass die die Ungleichung (1) oder (2) erfüllen. Somit können harmonische Komponenten der Wellenform der magnetischen Flussdichteverteilung im Luftspalt 50 verringert werden, und die Wellenform kann dadurch näher an einer Sinuswelle gestaltet werden. Infolge dessen wird es möglich, in dem Motor 1, die Drehmomentwelligkeit und Eisenverluste zu verringern, Vibrationen und Geräusch zu unterdrücken, und die Effizienz des Motors zu erhöhen.In the event that the remanences Br1 . Br2 and Br3 be set to match the relation of inequality (4) or (5) according to the position of the (average) center c the arc shape of the permanent magnets 16 . 17 and 18 meet the particular situation, behaves when the electrical angle θ changes, the waveform of the magnetic flux density distribution in the air gap 50 in the same way as in the case that opening angle θ M1 . θ M2 and θ M3 be set to satisfy the inequality (1) or (2). Thus, harmonic components of the waveform of the magnetic flux density distribution in the air gap 50 can be reduced, and the waveform can thereby be made closer to a sine wave. As a result, it becomes possible in the engine 1 To reduce the torque ripple and iron loss, suppress vibration and noise, and increase the efficiency of the engine.

Bislang wurde der Modus beschrieben, bei dem die Permanentmagnete 16, 17 und 18 in drei Lagen angeordnet sind und die Beziehung zwischen ihren Remanenzen Br1, Br2 und Br3 eingestellt wird. In dem Fall, dass Permanentmagnete in vier oder mehr Lagen angeordnet sind, genügt es, dass die Remanenzen Br1, Br2 und Br3 der Permanentmagnete 16, 17 und 18 der ersten bis dritten Lage von der Außenumfangsseite des Rotorkerns 11 je nach der Position des (durchschnittlichen) Zentrums c die Ungleichung (4) oder (5) erfüllen. Weil der Beitrag der vierten und weiterer innerer Permanentmagnet zur Bildung der magnetischen Flussdichteverteilung im Luftspalt 50 klein ist, können harmonische Komponenten der Wellenform der magnetischen Flussdichteverteilung im Luftspalt 50 selbst dann ausreichend verringert werden, wenn die Remanenzen der vierten und weiterer innerer Permanentmagnete beliebige Wert annehmen.So far, the mode has been described, in which the permanent magnets 16 . 17 and 18 arranged in three layers and the relationship between their remanences Br1 . Br2 and Br3 is set. In the event that permanent magnets are arranged in four or more layers, it is sufficient that the remanences Br1 . Br2 and Br3 the permanent magnets 16 . 17 and 18 the first to third layers from the outer peripheral side of the rotor core 11 depending on the position of the (average) center c satisfy the inequality (4) or (5). Because the contribution of the fourth and further inner permanent magnet to the formation of the magnetic flux density distribution in the air gap 50 is small, harmonic components of the waveform of the magnetic flux density distribution in the air gap 50 are sufficiently reduced even if the remanences of the fourth and further inner permanent magnets take any value.

Andererseits können in dem Fall, dass die Anzahl der Lagen von Permanentmagneten zwei ist, harmonische Komponenten der magnetischen Flussdichteverteilung im Luftspalt 50 verringert werden, wenn die Remanenzen Br1 und Br2 der Permanentmagnete der ersten und zweiten Lage so eingestellt werden, dass die Beziehung der folgenden Ungleichung (6) erfüllt ist, wenn auch zu einem geringeren Grad als in dem Fall, dass die Remanenzen Br1, Br2 und Br3 der Permanentmagnete 16, 17 und 18 der drei äußeren Lagen so eingestellt werden, dass sie die oben beschriebene Beziehung erfüllen. In dem Fall, dass die Anzahl der Lagen von Permanentmagneten zwei ist, werden ihre Remanenzen Br1 und Br2 so eingestellt, dass die folgende Ungleichung (6) erfüllt ist: Br 2 < Br 1

Figure DE102019110013A1_0014
Unabhängig von den Positionen der Zentren der Bogenformen der jeweiligen Permanentmagnete.On the other hand, in the case that the number of layers of permanent magnets is two, harmonic components of the magnetic flux density distribution in the air gap can be made 50 be reduced if the remanence Br1 and Br2 the permanent magnets of the first and second layers are set so as to satisfy the relation of the following inequality (6), though to a lesser degree than in the case where the remanences Br1 . Br2 and Br3 the permanent magnets 16 . 17 and 18 the three outer layers are set to satisfy the above-described relationship. In the case that the number of layers of permanent magnets is two, their remanences become Br1 and Br2 adjusted so that the following inequality (6) is satisfied: br 2 < br 1
Figure DE102019110013A1_0014
Regardless of the positions of the centers of the arc shapes of the respective permanent magnets.

Die Remanenzen Br1 und Br2 werden so eingestellt, dass sie die Ungleichung (6) erfüllen, anstatt die Öffnungswinkel θM1 und θM2 der Permanentmagnete der beiden Lagen so einzustellen, dass die die Ungleichung (3) erfüllen. Alternativ werden die Remanenzen Br1 und Br2 so eingestellt, dass sie die Ungleichung (6) erfüllen, zusätzlich zum Einstellen der Öffnungswinkel θM1 und θM2 der Permanentmagneten der beiden Lagen so, dass sie die Ungleichung (3) erfüllen. The remanences Br1 and Br2 are set to satisfy the inequality (6) instead of the opening angles θ M1 and θ M2 To set the permanent magnets of the two layers so that meet the inequality (3). Alternatively, the remanences Br1 and Br2 adjusted to satisfy inequality (6), in addition to adjusting the opening angle θ M1 and θ M2 the permanent magnet of the two layers so that they meet the inequality (3).

Die Absolutwerte der Remanenzen Br1, Br2 und Br3 der Permanentmagnete 16, 17 und 18 (bzw. der Remanenzen Br1 und Br2) sind nicht besonders spezifiziert, so lange sie die Ungleichung (4) oder (5), bzw. Ungleichung (6) erfüllen. Allerdings ist es umso einfacher, das gewünschte Drehmoment des Motors 1 zu erhalten, selbst wenn die Dicke (d. h. die Dimension zwischen der Außenumfangsseitenkante und der Innenumfangsseitenkante der Bogenform) jedes der Permanentmagnete 16, 17 und 18 verringert wird, je mehr die Remanenzen Br1, Br2 und Br3 der Permanentmagnete 16, 17 und 18 erhöht werden. In dem Fall, dass die Dicke jedes der Permanentmagnete 16, 17 und 18 verringert wird, wird der q-Achsen-Magnetflusspfad breiter, wodurch das Reluktanz-Drehmoment des Motors 1 erhöht werden kann. Infolge dessen kann ein großes Ausgangs-Drehmoment erhalten werden, in der Weise, dass das Reluktanz-Drehmoment sich zum magnetischen Drehmoment addiert.The absolute values of the remanences Br1 . Br2 and Br3 the permanent magnets 16 . 17 and 18 (or the remanences Br1 and Br2 ) are not particularly specified as long as they satisfy the inequality (4) or (5) or inequality (6). However, it is all the easier, the desired torque of the engine 1 even if the thickness (ie, the dimension between the outer peripheral side edge and the inner peripheral side edge of the arc shape) of each of the permanent magnets 16 . 17 and 18 is reduced, the more the remanences Br1 . Br2 and Br3 the permanent magnets 16 . 17 and 18 increase. In the case that the thickness of each of the permanent magnets 16 . 17 and 18 is decreased, the q-axis magnetic flux path becomes wider, whereby the reluctance torque of the motor 1 can be increased. As a result, a large output torque can be obtained in such a manner that the reluctance torque adds to the magnetic torque.

Wie oben beschrieben enthalten die Permanentmagneten 16, 17 und 18 in der Ausführungsform Metallmagnete. Wie in Patentdokument 1 beschrieben, weisen, obgleich herkömmlicherweise gebondete Magnete vielfach als Permanentmagnete in gewöhnlichen Rotoren mit eingebetteten Permanentmagneten verwendet werden, Metallmagnete eine höhere Remanenz auf als gebondete Magneten. Somit ermöglicht es die Verwendung von Metallmagneten, die Permanentmagneten 16, 17 und 18 dünner zu machen und das Reluktanz-Drehmoment zu erhöhen, während ein großes Magnet-Drehmoment erhalten bleibt. Insbesondere ermöglicht es die Verwendung von Metallmagneten, das Reluktanz-Drehmoment effektiv in tiefen feldschwächenden Regionen mit hochdrehendem Rotor 10 zu erhöhen, und dadurch einen hochdrehenden drehmomentstarken Motor 1 zu realisieren.As described above, the permanent magnets include 16 . 17 and 18 in the embodiment, metal magnets. As described in Patent Document 1, although conventionally bonded magnets are widely used as permanent magnets in ordinary rotors with embedded permanent magnets, metal magnets have a higher remanence than bonded magnets. Thus, the use of metal magnets allows the permanent magnets 16 . 17 and 18 to make thinner and increase the reluctance torque while maintaining a large magnetic torque. In particular, the use of metal magnets effectively enables the reluctance torque in deep field weakening regions with high rotor rotation 10 to increase, and thus a high-torque high-torque motor 1 to realize.

Fokalpunkt-Positionen der PermanentmagneteFocal point positions of the permanent magnets

In dem Rotor 10 gemäß der in 2 gezeigten Ausführungsform liegen die Fokalpunkte der Permanentmagnete 16, 17 und 18 der drei Lagen, also die Zentren c1, c2 und c3 ihrer Formen, die annähernd wie Kreisbögen geformt sind, an verschiedenen Stellen der d Achse des Rotors. Genauer gesagt, das Zentrum c1 des Permanentmagneten 16 (erste Lage), das Zentrum c2 des Permanentmagneten 17 (zweite Lage) und das Zentrum c3 des Permanentmagneten 18 (dritte Lage) sind in dieser Reihenfolge an verschiedenen Positionen entlang der d-Achse des Rotors von der Außenumfangsseite zur Innenumfangsseite des Rotorkerns 11 angeordnet.In the rotor 10 according to the in 2 the embodiment shown are the focal points of the permanent magnets 16 . 17 and 18 the three layers, so the centers c1 . c2 and c3 their shapes, which are shaped approximately like circular arcs, at different points of the d axis of the rotor. More precisely, the center c1 of the permanent magnet 16 (first location), the center c2 of the permanent magnet 17 (second location) and the center c3 of the permanent magnet 18 (Third layer) are in this order at different positions along the d-axis of the rotor from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the rotor core 11 arranged.

Weil die Zentren (Fokalpunkte) c1, c2 und c3 der Permanentmagnete 16, 17 und 18 der drei Lagen voneinander in dieser Reihenfolge abweichen, variieren die Zwischenlagen-Abstände L1 bzw. L2 zwischen jedem Paar von benachbarten der Permanentmagnete 16, 17 und 18 entlang der Längsrichtung ihrer Bogenformen. Genauer gesagt, der Zwischenlagen-Abstand L1 bzw. L2 ist groß an der Seite nahe der d-Achse des Rotors (d'-Achse) und nimmt mit fortschreitender Position weg von der d-Achse des Rotors, und näher zur q'-Achse, ab.Because the centers (focal points) c1 . c2 and c3 the permanent magnets 16 . 17 and 18 of the three layers deviate from each other in this order, the interlayer distances vary L1 respectively. L2 between each pair of adjacent ones of the permanent magnets 16 . 17 and 18 along the longitudinal direction of their arch forms. Specifically, the liner distance L1 respectively. L2 is large at the side near the d-axis of the rotor (d'-axis) and decreases as the position progresses away from the d-axis of the rotor, and closer to the q'-axis.

Weil, wie oben beschrieben, die Zwischenlagen-Abstände L1 bzw. L2 zwischen den Permanentmagneten 16, 17 und 18 in ihrer Längsrichtung variieren, tritt ein gewisser Unterschied zwischen magnetischen Flussdichten des Magnetfluss-Pfads der d-Achse des Rotors und des Magnetfluss-Pfads der q-Achse auf, und folglich kann das in dem Rotorkern 11 auftretende Reluktanz-Drehmoment groß gemacht werden.
Wenn es außerdem eine Position gibt, an der der Zwischenraum zwischen jedem Paar von benachbarten der Permanentmagnete 16, 17 und 18 schnell abnimmt, tritt eine lokale Konzentration des Magnetflusses in dem Rotorkern 11 auf, wodurch irreversible Flussverluste der Permanentmagnete 16, 17 und 18 begünstigt werden. Allerdings sind in dem Rotor 10 gemäß der Ausführungsform solche lokalen Konzentrationen des Magnetflusses nicht begünstigt, weil die Zwischenlagen-Abstände L1 und L2 zwischen den Permanentmagneten 16, 17 und 18 nur allmählich entlang den Bogenformen der Permanentmagnete 16, 17 und 18 variieren.
Because, as described above, the interlayer distances L1 respectively. L2 between the permanent magnets 16 . 17 and 18 vary in their longitudinal direction, some difference occurs between magnetic flux densities of the magnetic flux path of the d-axis of the rotor and the magnetic flux path of the q-axis, and thus, in the rotor core 11 occurring reluctance torque can be made large.
If there is also a position where the gap between each pair of adjacent ones of the permanent magnets 16 . 17 and 18 decreases rapidly, a local concentration of magnetic flux occurs in the rotor core 11 on, causing irreversible flux losses of the permanent magnets 16 . 17 and 18 be favored. However, in the rotor 10 According to the embodiment, such local concentrations of magnetic flux are not favored because the interlayer distances L1 and L2 between the permanent magnets 16 . 17 and 18 only gradually along the arc shapes of the permanent magnets 16 . 17 and 18 vary.

Während in der Ausführungsform alle Zentren c1, c2 und c3 der Permanentmagnete 16, 17 und 18 der drei Lagen auf der d Achse des Rotors liegen, können die Zentren c1, c2 und c3 auch von der d Achse des Rotors beabstandet sein, so lange sie in dieser Reihenfolge von der Außenumfangsseite zur Innenumfangsseite des Rotorkerns 11 angeordnet sind. Selbst in dem Fall, dass die Permanentmagnete 16, 17 und 18 der drei Lagen nicht annähernd als Kreisbögen geformt sind, ist es zweckmäßig, die Fokalpunkte (Zentren) von Kreisbögen oder Ellipsen als Näherungen ihrer Bogenformen an Positionen einzustellen, die in der oben beschriebenen Weise voneinander abweichen.While in the embodiment all centers c1 . c2 and c3 the permanent magnets 16 . 17 and 18 of the three layers lying on the d axis of the rotor, the centers can c1 . c2 and c3 also be spaced from the d axis of the rotor as long as they are in this order from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the rotor core 11 are arranged. Even in the case that the permanent magnets 16 . 17 and 18 Of the three layers are not formed approximately as circular arcs, it is appropriate to set the focal points (centers) of circular arcs or ellipses as approximations of their arc shapes at positions that differ in the manner described above.

Bislang wurde der Modus beschrieben, bei dem die Permanentmagnete 16, 17 und 18 in drei Lagen angeordnet sind und ihre Fokalpunkte c1, c2 und c3 voneinander verschieden angeordnet sind. Allerdings ist es in dem Fall, dass die Anzahl der Lagen von Permanentmagneten gleich zwei ist, zweckmäßig, den Fokalpunkt c1 des äußersten (d. h., der ersten Lage) Permanentmagneten 16 in der radialen Richtung außerhalb des Fokalpunkts c2 des zweite-Lage Permanentmagneten 17 zu legen. In dem Fall, dass die Anzahl der Lagen von Permanentmagneten gleich vier oder mehr ist, kann, wenn die Fokalpunkte der äußersten und zweitäußersten Permanentmagnete oder der äußersten, zweitäußersten und drittäußersten Permanentmagnete in derselben Reihenfolge wie die Permanentmagnete von der Außenumfangsseite zur Innenumfangsseite des Rotorkerns 11 angeordnet sind, so gesetzt werden, dass zwischen ihnen Abstände verbleiben, der Effekt der Drehmoment-Welligkeits-Verringerung und Reluktanz-DrehmomentErhöhung ausreichend sein, sogar wenn die Fokalpunkte der innenliegenden vierten und weiteren Permanentmagnete an beliebigen Stellen gesetzt werden, weil die vierten und weiteren inneren Permanentmagnete nur einen geringen Beitrag zur magnetischen Flussdichteverteilung im Luftspalt 50 leisten. Diese Effekte können vergrößert werden, indem die Fokalpunkte der vierten und weiteren inneren Permanentmagnete derart gesetzt werden, dass die Fokalpunkte der Permanentmagnete umso näher zur Innenumfangsseite des Rotorkerns 11 gesetzt werden, je weiter innen der jeweilige Permanentmagnet angeordnet ist.So far, the mode has been described, in which the permanent magnets 16 . 17 and 18 arranged in three layers and their focal points c1 . c2 and c3 are arranged differently from each other. However, in the case where the number of layers of permanent magnets is equal to two, it is appropriate to use the focal point c1 the outermost (ie, the first layer) permanent magnet 16 in the radial direction outside the focal point c2 of the second-position permanent magnet 17 to lay. In the case where the number of layers of permanent magnets is four or more, when the focal points of the outermost and second outermost permanent magnets or the outermost, second outermost and third outermost permanent magnets may be in the same order as the permanent magnets from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the rotor core 11 are set so as to leave gaps therebetween, the effect of torque ripple reduction and reluctance torque increase may be sufficient even if the focal points of the inner fourth and further permanent magnets are set at arbitrary positions, because the fourth and further inner permanent magnets only a small contribution to the magnetic flux density distribution in the air gap 50 Afford. These effects can be increased by setting the focal points of the fourth and further inner permanent magnets such that the focal points of the permanent magnets are closer to the inner peripheral side of the rotor core 11 are set, the further inside the respective permanent magnet is arranged.

Andere Parameters bezüglich Formen, Anordnung etc. der Permanentmagnete - Dicke der PermanentmagneteOther parameters regarding shapes, arrangement, etc. of the permanent magnets - thickness of the permanent magnets

Es bestehen keine besonderen Beschränkungen zu spezifischen Dimensionen der Permanentmagnete 16, 17 und 18 der drei Lagen. Allerdings ist es bevorzugt, dass die Dicken T1, T2 und T3 (jeweils die Dimension zwischen der Kante an der Außenumfangsseite des Rotorkerns 11 und der Kante an der Innenumfangsseite) der Permanentmagnete 16, 17 und 18 der ersten, zweiten und dritten Lage eine Beziehung T1 ≤ T2 ≤ T3 erfüllen. Es ist mehr bevorzugt, wenn sie eine Beziehung T1 ≤ T2 < T3 oder T1 < T2 < T3 erfüllen.There are no particular restrictions on specific dimensions of the permanent magnets 16 . 17 and 18 the three layers. However, it is preferable that the thicknesses T1 . T2 and T3 (Each dimension between the edge on the outer peripheral side of the rotor core 11 and the edge on the inner peripheral side) of the permanent magnets 16 . 17 and 18 the first, second and third layers satisfy a relationship T1 ≦ T2 ≦ T3. It is more preferable if they satisfy a relationship T1 ≦ T2 <T3 or T1 <T2 <T3.

In dem Fall, dass die Anzahl von Lagen von Permanentmagneten gleich zwei ist, ist es bevorzugt, dass die Dicke T1 des äußeren Permanentmagneten und die Dicke T2 des inneren Permanentmagneten die Beziehung T1 ≤ T2 erfüllen, oder, mehr bevorzugt, T1 < T2. In dem Fall, dass die Anzahl der Lagen von Permanentmagneten gleich vier oder mehr ist, genügt es, wenn die Dicken T1, T2 und T3 des äußersten, zweitäußersten und drittäußersten Permanentmagneten die Beziehung T1 ≤ T2 ≤ T3, T1 ≤ T2 < T3 oder T1 < T2 < T3 erfüllen. Was weiter innenliegende Permanentmagneten betrifft, ist es zweckmäßig, wenn ihre Dicken umso größer sind, je weiter innen sie angeordnet sind.In the case that the number of layers of permanent magnets is two, it is preferable that the thickness T1 of the outer permanent magnet and the thickness T2 of the inner permanent magnet satisfy the relationship T1 ≦ T2, or more preferably, T1 <T2. In the case that the number of layers of permanent magnets is four or more, it suffices if the thicknesses T1 . T2 and T3 of the outermost, second outermost and third outermost permanent magnets satisfies the relation T1 ≦ T2 ≦ T3, T1 ≦ T2 <T3 or T1 <T2 <T3. As far as inner permanent magnets are concerned, it is expedient if their thicknesses are greater, the further inward they are arranged.

Wie oben beschrieben, kann in dem Rotor 10 das Phänomen auftreten, dass Magnetflüsse sich lokal zwischen den Permanentmagneten 16, 17 und 18 konzentrieren und irreversible Flussverluste der Permanentmagnete 16, 17 und 18 verursachen. Solche lokalen Konzentrationen des Magnetflusses treten besonders leicht in einem in der radialen Richtung innenliegenden Bereich des Rotorkerns 11 auf. Es ist daher möglich, das Auftreten von irreversiblen Flussverlusten weniger wahrscheinlich zu machen, indem die Dicken von Permanentmagneten in radial innen liegenden Lagen größer eingestellt werden.As described above, in the rotor 10 the phenomenon occur that magnetic fluxes are local between the permanent magnets 16 . 17 and 18 concentrate and irreversible flux losses of the permanent magnets 16 . 17 and 18 cause. Such local concentrations of the magnetic flux are particularly liable to occur in a radially inner portion of the rotor core 11 on. It is therefore possible to make the occurrence of irreversible flow losses less likely by increasing the thicknesses of permanent magnets in radially inner layers.

- Zwischenlagenabstände der Permanentmagnete- Interlayer distances of the permanent magnets

In dem Fall, dass die Permanentmagnete 16, 17 und 18 in drei Lagen angeordnet sind, kann der Abstand L1 zwischen dem erste-Lage-Permanentmagnet 16 und dem zweite-Lage-Permanentmagnet 17 gleich dem Abstand L2 zwischen dem zweite-Lage-Permanentmagnet 17 und dem dritte-Lage-Permanentmagnet 18, aber es ist bevorzugt, dass der Abstand L1 größer ist als der Abstand L2 (L1 > L2). Dies deshalb, weil die Zwischenlagenabstände L1 und L2 durch den Unterschied zwischen den Zentrumswinkeln θ1 und θ2 des erste-Lage-Permanentmagneten 16 und des zweite-Lage-Permanentmagneten 17 bzw. den Unterschied zwischen den Zentrumswinkeln θ2 und θ3 des zweite-Lage-Permanentmagneten 17 und des dritte-Lage-Permanentmagneten 18 (siehe 3) bestimmt sind. Wie später beschrieben werden wird, entsprechen die Zentrumswinkel θ1, θ2 und θ3 annähernd den mechanischen Winkeln α, β bzw. γ von Stufen einer stufenweisen magnetischen Flussdichteverteilungs-Wellenform. Um die Wellenform einer in dem Luftspalt 50 gebildeten stufenweisen magnetischen Flussdichteverteilung näher zu einer Sinuswelle zu machen, ist es bevorzugt, dass der Unterschied zwischen den Zentrumswinkeln θ1 und θ2 größer ist als der Unterschied zwischen den Zentrumswinkeln θ2 und θ3. In diesem Fall besteht die Beziehung L1 > L2.In the case that the permanent magnets 16 . 17 and 18 arranged in three layers, the distance can be L1 between the first-layer permanent magnet 16 and the second-layer permanent magnet 17 equal to the distance L2 between the second-layer permanent magnet 17 and the third-layer permanent magnet 18 but it is preferable that the distance L1 is greater than the distance L2 (L1> L2). This is because the interlayer distances L1 and L2 by the difference between the center angles θ1 and θ2 of the first-layer permanent magnet 16 and the second-layer permanent magnet 17 or the difference between the center angles θ2 and θ3 of the second-layer permanent magnet 17 and the third-layer permanent magnet 18 (please refer 3 ) are determined. As will be described later, the center angles correspond θ1 . θ2 and θ3 close to the mechanical angles α . β respectively. γ of steps of a stepwise magnetic flux density distribution waveform. To the waveform of a in the air gap 50 It is preferable that the difference between the center angles be made closer to a sine wave as formed stepwise magnetic flux density distribution θ1 and θ2 is greater than the difference between the center angles θ2 and θ3 , In this case, the relationship is L1> L2.

Wie oben beschrieben variieren in dem Fall, dass die Positionen der Zentren (Fokalpunkte) c1, c2 und c3 der Permanentmagnete 16, 17 und 18 der drei Lagen voneinander abweichen, die Zwischenlagenabstände L1 und L2 zwischen den Permanentmagneten 16, 17 und 18 in der longitudinalen Richtung der Permanentmagneten 16, 17 und 18. Sogar in diesem Fall ist es bevorzugt, dass die jeweiligen Durchschnittswerte der Abstände L1 und L2 die Beziehung L1 > L2 erfüllen. In dem Fall, dass vier oder mehr Permanentmagnete vorhanden sind, genügt es, dass die Zwischenlagenabstände zwischen dem äußersten, zweitäußerten und drittäußersten Permanentmagneten die Beziehung L1 > L2 erfüllen. Was weiter innenliegende Permanentmagnete betrifft, ist es zweckmäßig, dass die Zwischenlagenabstände zwischen benachbarten Permanentmagnets abnehmen, je weiter ihre Position einwärts liegt.As described above, in the case that the positions of the centers (focal points) vary c1 . c2 and c3 the permanent magnets 16 . 17 and 18 the three layers deviate from each other, the spacing between the layers L1 and L2 between the permanent magnets 16 . 17 and 18 in the longitudinal direction of the permanent magnets 16 . 17 and 18 , Even in this case, it is preferable that the respective average values of the distances L1 and L2 satisfy the relationship L1> L2. In the case where there are four or more permanent magnets, it is sufficient that the inter-gap distances between the outermost, second-external and third-outermost permanent magnets satisfy the relationship of L1> L2. As far as inner permanent magnets are concerned, it is desirable that the spacing of the spacers between adjacent permanent magnets decreases the farther their position is inward.

- Magnetisierungsrichtungen der Permanentmagnete- Magnetization directions of the permanent magnets

Es ist bevorzugt, dass die Permanentmagnete 16, 17 und 18 Magnetisierungsrichtungen von radialer Ausrichtung aufweisen, also derart, dass die Magnetisierungsrichtungen jedes der Permanentmagnete 16, 17 und 18 auf radialen Linien liegen, die sich von seinem Fokalpunkt erstrecken. Außerdem ist es bevorzugt, dass der Fokalpunkt der Magnetisierungsrichtungen jedes der Permanentmagnete 16, 17 und 18 mit dem Fokalpunkt (Zentrum) c1, c2 bzw. c3 seiner Bogenform zusammenfällt. Die Maßnahmen ermöglichen es, harmonische Komponenten der Wellenform der magnetischen Flussdichteverteilung im Luftspalt 50 zu verringern, während das Ausgangsdrehmoment des Motors 1 groß bleibt.It is preferred that the permanent magnets 16 . 17 and 18 Have magnetization directions of radial alignment, so that the magnetization directions of each of the permanent magnets 16 . 17 and 18 lie on radial lines that extend from its focal point. In addition, it is preferable that the focal point of the magnetization directions of each of the permanent magnets 16 . 17 and 18 with the focal point (center) c1 . c2 respectively. c3 its arch shape coincides. The measures allow harmonic components of the waveform of the magnetic flux density distribution in the air gap 50 decrease while the output torque of the motor 1 stays big.

Außerdem ist die Entmagnetisierungsbeständigkeit jedes Magneten erhöht, weil Magnet-Magnetisierungsrichtungen von radialer Ausrichtung sich mit inversen, auf den Magneten wirkenden Magnetfeldern, die von Magnetflüssen der Spulen stammen, unter einem Winkel nahe 90° kreuzen. Die Magnetisierungsrichtungen der Permanentmagnete 16, 17 und 18 können bei der Herstellung durch Steuerung der Kristallisierungsrichtung eingestellt werden.In addition, the demagnetization resistance of each magnet is increased because magnetic magnetization directions of radial alignment intersect with inverse magnetic fields acting on the magnets originating from magnetic fluxes of the coils at an angle close to 90 °. The magnetization directions of the permanent magnets 16 . 17 and 18 can be adjusted in manufacture by controlling the direction of crystallization.

[Ermittlung der Wellenform der magnetischen Flussdichteverteilung auf der Grundlage der Konfiguration der Permanentmagnete][Determination of Waveform of Magnetic Flux Density Distribution on the Basis of Permanent Magnet Configuration]

Wie oben beschrieben, werden in dem Rotor 10 gemäß der Ausführungsform die Sätze der Konfigurationsparameter der Permanentmagnete 16, 17 und 18 wie ihre Gestalten, ihre Anordnung und die Remanenzen vom Gesichtspunkt der Verringerung der harmonischen Komponenten der Wellenform der magnetischen Flussdichteverteilung im Luftspalt 50 eingestellt. Um die harmonischen Komponenten der Wellenform der magnetischen Flussdichteverteilung effektiv zu verringern, ist es wichtig, die Korrelation zwischen den Sätzen der Konfigurationsparameter der Permanentmagnete 16, 17 und 18 und der Wellenform der magnetischen Flussdichteverteilung zusätzlich zum geeigneten Einstellen der Sätze von Konfigurationsparametern der Permanentmagnete 16, 17 und 18, korrekt zu evaluieren.As described above, in the rotor 10 According to the embodiment, the sets of configuration parameters of the permanent magnets 16 . 17 and 18 such as their shapes, their arrangement and the remanences, from the viewpoint of reducing the harmonic components of the waveform of the magnetic flux density distribution in the air gap 50 set. In order to effectively reduce the harmonic components of the magnetic flux density distribution waveform, it is important to know the correlation between the sets of configuration parameters of the permanent magnets 16 . 17 and 18 and the waveform of the magnetic flux density distribution in addition to appropriately setting the sets of configuration parameters of the permanent magnets 16 . 17 and 18 to evaluate correctly.

Um eine Konfiguration des Rotors 10 zu ermitteln, die es ermöglicht, harmonische Komponenten der Wellenform der magnetischen Flussdichteverteilung im Luftspalt 50 durch Berücksichtigung der Korrelation zwischen den Sätzen von Konfigurationsparametern der Permanentmagnete 16, 17 und 18 und der Wellenform der magnetischen Flussdichteverteilung kann man beispielsweise zunächst, als Ziel-Wellenform, eine Wellenform der magnetischen Flussdichteverteilung annehmen, bei welcher harmonische Komponenten auf vorgegebene Niveaus verringert sind.To a configuration of the rotor 10 to determine which allows harmonic components of the waveform of the magnetic flux density distribution in the air gap 50 by taking into account the correlation between the sets of configuration parameters of the permanent magnets 16 . 17 and 18 and the magnetic flux density distribution waveform, for example, one may first assume, as a target waveform, a magnetic flux density distribution waveform in which harmonic components are reduced to predetermined levels.

Danach werden die Sätze von Konfigurationsparametern der Permanentmagnete 16, 17 und 18 der jeweiligen Lagen, wie die Öffnungswinkel θM1 , θM2 und θM3 der Bogenformen und die Positionen der Zentren c1, c2 und c3 eingestellt, eine Wellenform der durch die Permanentmagnete 16, 17 und 18 mit diesen Sätzen der Konfigurationsparameter im Luftspalt 50 gebildeten magnetischen Flussdichteverteilung simuliert, und es wird geprüft, ob die durch die Simulation erhaltene Wellenform eine Reproduktion der angenommenen Ziel-Wellenform ist. Wenn die erhaltene Wellenform keine geeignete Reproduktion der angenommenen Ziel-Wellenform ist, werden die Sätze der Konfigurationsparameter der Permanentmagnete 16, 17 und 18 angepasst, so dass die simulierte Wellenform näher der Ziel-Wellenform wird.Thereafter, the sets of configuration parameters of the permanent magnets become 16 . 17 and 18 the respective layers, such as the opening angle θ M1 . θ M2 and θ M3 the bow forms and the positions of the centers c1 . c2 and c3 set a waveform through the permanent magnets 16 . 17 and 18 with these sets of configuration parameters in the air gap 50 is simulated and checks whether the waveform obtained by the simulation is a reproduction of the assumed target waveform. If the obtained waveform is not a suitable reproduction of the assumed target waveform, the sets of the configuration parameters of the permanent magnets become 16 . 17 and 18 adjusted so that the simulated waveform becomes closer to the target waveform.

Eine magnetische Flussdichteverteilung, bei welcher harmonische Komponenten effektiv verringert sind, kann erhalten werden, indem die Sätze der Konfigurationsparameter der Permanentmagnete 16, 17 und 18 mit der magnetischen Flussdichteverteilung korreliert werden und die Sätze der Konfigurationsparameter derart auf spezifische Werte gesetzt werden, und ihre Interrelationen mittels Durchführen von Simulationen so eingestellt werden, dass die sich ergebende Wellenform näher an der Ziel-Wellenform ist.A magnetic flux density distribution at which harmonic components are effectively reduced can be obtained by using the sets of configuration parameters of the permanent magnets 16 . 17 and 18 are correlated with the magnetic flux density distribution and the sets of configuration parameters are set to specific values, and their interrelations are adjusted by performing simulations such that the resulting waveform is closer to the target waveform.

Beispielsweise kann eine Simulation durch eine elektromagnetische Feldanalyse mittels einer Finite-Elemente-Methode (FEM) durchgeführt werden. In einer Simulation wird eine magnetische Flussdichteverteilung im Luftspalt 50 abgeschätzt, wobei ein „Lecken“ von Magnetflüssen der Permanentmagnete 16, 17 und 18 (Kurzschließen, im Rotorkern 11, von Magnetflüssen, die durch die Brücken 21 treten) berücksichtigt wird.For example, a simulation can be performed by an electromagnetic field analysis using a finite element method (FEM). In a simulation, a magnetic flux density distribution in the air gap 50 estimated, wherein a "leakage" of magnetic fluxes of the permanent magnets 16 . 17 and 18 (Shorting, in the rotor core 11 , of magnetic flux flowing through the bridges 21 taking into account).

Beim Abschätzen der Sätze von Konfigurationsparametern der Permanentmagnete 16, 17 und 18 durch Simulationen ist es zunächst erforderlich, als Ziel-Wellenform eine Wellenform der magnetischen Flussdichteverteilung im Luftspalt 50 einzustellen. Wie in 4 gezeigt, ist die magnetische Flussdichteverteilung im Luftspalt 50 eine periodische Funktion, die wiederholt abnimmt und zunimmt, wobei ein Zyklus 360° als elektrischer Winkel beträgt und 360°/(Anzahl der Polpaare) als mechanischer Winkel beträgt (wobei im Beispiel 90° diskutiert werden). Die periodische Funktion nimmt in dreifach abgestufter Form zu und ab, was dem Umstand entspricht, dass die Permanentmagnete 16, 17 und 18 eine dreilagige Struktur aufweisen und in dem Rotor 10 eingebettet sind.In estimating the sets of configuration parameters of the permanent magnets 16 . 17 and 18 by simulations, it is first necessary, as a target waveform, a waveform of the magnetic flux density distribution in the air gap 50 adjust. As in 4 shown is the magnetic flux density distribution in the air gap 50 a periodic function that decreases and increases repeatedly, where one cycle is 360 ° as an electrical angle and 360 ° / (number of pole pairs) as a mechanical angle (where Example 90 ° are discussed). The periodic function increases and decreases in threefold graded form, which corresponds to the fact that the permanent magnets 16 . 17 and 18 have a three-layered structure and in the rotor 10 are embedded.

In der folgenden Beschreibung ist bei der magnetischen Flussdichteverteilung die magnetische Flussdichte Bg im Luftspalt 50 auf der vertikalen Achse normalisiert, so dass sie eine maximale Amplitude von „1“ hat. In der stufigen Wellenform werden die den Stufen entsprechenden Winkel durch θ = α, β bzw. γ (von oben) dargestellt, und die Höhen der Stufen werden durch Bg = 1, A, B bzw. 0 (von oben) dargestellt.In the following description, in the magnetic flux density distribution, the magnetic flux density Bg is in the air gap 50 normalized on the vertical axis so that it has a maximum amplitude of "1". In the stepped waveform, the angles corresponding to the steps are represented by θ = α, β and γ (from above), respectively, and the heights of the steps are represented by Bg = 1, A, B and 0, respectively (from above).

Die magnetische Flussdichteverteilungs-Wellenform im Spalt wird auf verschiedene Weise variiert, durch Wechseln der Kombination von Werten der Wellenformparameter α, β, γ, A und B, welche die magnetische Flussdichteverteilungs-Wellenform bestimmen. Anteile der Fundamentalwelle und harmonischer Wellen der jeweiligen Ordnungen können mittels Durchführen einer Fourier-Transformation auf der erhaltenen Wellenform abgeschätzt werden. Ein Wert der gesamten harmonischen Verzerrung (total harmonic distortion, THD), also das Verhältnis der Summe der Anteile aller harmonischer Wellen zum Anteil der Fundamentalwelle plus der Summe der Anteile aller harmonischer Wellen, kann berechnet werden.
Eine geeignete Kombination von solchen Werten der Wellenformparameter α, β, γ, A und B wird gesucht, dass der so erhaltene THD-Wert einen minimalen Wert annimmt oder kleiner oder gleich einem vorgegebenen oberen Grenzwert wird. Dies kann in einer solchen Weise vollzogen werden, dass, wie später in Beispielen beschrieben werden wird, eine Kombination von Werten der Wellenformparameter α, β, γ, A und B, die einen relativ kleinen THD-Wert ergibt, grob gefunden wird und ein Mapping durchgeführt wird, indem THD-Werte berechnet werden und dabei α, β, γ, A und B um diese Kombination herum variiert werden. Ein Minimum oder ein Bereich, in dem der THD-Wert kleiner als oder gleich dem vorgegebenen oberen Grenzwert ist, wird bestimmt und die Ziel-Wellenform wird als die Wellenform eingestellt, die dem Minimum bzw. dem Bereich entspricht.
The magnetic flux density distribution waveform in the gap is varied in various ways by changing the combination of values of the waveform parameters α . β . γ . A and B which determine the magnetic flux density distribution waveform. Portions of the fundamental wave and harmonic waves of the respective orders can be estimated by performing a Fourier transform on the obtained waveform. A value of the total harmonic distortion (THD), ie the ratio of the sum of the proportions of all harmonic waves to the proportion of the fundamental wave plus the sum of the proportions of all harmonic waves, can be calculated.
An appropriate combination of such values of the waveform parameters α . β . γ . A and B a search is made for the resulting THD value to become a minimum value or less than or equal to a predetermined upper limit value. This can be done in such a way that, as will be described later in Examples, a combination of values of the waveform parameters α . β . γ . A and B which gives a relatively small THD value, is coarsely found, and mapped by calculating THD values, and thereby α . β, γ . A and B be varied around this combination. A minimum or a range in which the THD value is less than or equal to the predetermined upper limit is determined, and the target waveform is set as the waveform corresponding to the minimum and the range, respectively.

Danach wird ein Modell des Rotors 10 erstellt, indem Werte für die Sätze der Konfigurationsparameter (Gestalten, Anordnungen, Remanenzen, etc.) der Permanentmagnete 16, 17 und 18 angenommen werden. Wie in 3 gezeigt, beinhalten Beispiele der Sätze von Konfigurationsparametern der Permanentmagnete 16, 17 und 18 die Zentrumswinkel θ1, θ2 und θ3, die Öffnungswinkel θM1 , θM2 und θM3 , die Positionen der Zentren c1, c2 und c3 (in dem Modus von 3 fallen sie mit dem Zentrum c zusammen), die Radien R1, R2 und R3 und die Dicken T1, T2 und T3 (in dem Modus von 3 sind diese jeweils alle identisch).After that, a model of the rotor 10 created by adding values for the sets of configuration parameters (shapes, arrangements, remanences, etc.) of the permanent magnets 16 . 17 and 18 be accepted. As in 3 show examples of the sets of configuration parameters of the permanent magnets 16 . 17 and 18 the center angle θ1 . θ2 and θ3 , the opening angle θ M1 . θ M2 and θ M3 , the positions of the centers c1 . c2 and c3 (in the mode of 3 they fall to the center c together), the radii R1 . R2 and R3 and the thicknesses T1 . T2 and T3 (in the mode of 3 they are all identical).

Eine Wellenform der magnetischen Flussdichteverteilung im Luftspalt 50 wird für das so erstellte Modell des Rotors 10 durch Durchführen einer Simulation mittels elektromagnetischer Feldanalyse abgeschätzt. Dann wird beurteilt, ob eine der angenommenen Ziel-Wellenform nähere Wellenform erhalten wurde, indem die abgeschätzte Wellenform mit der Ziel-Wellenform verglichen wird. Dies kann dadurch erfolgen, dass THD-Werte der durch die Simulation erhaltenen Wellenform und der Ziel-Wellenform verglichen werden. Wenn keine Wellenform erhalten wird, die der Ziel-Wellenform näher ist, wird erneut eine Simulation durchgeführt, nachdem die Sätze der Konfigurationsparameter der Permanentmagnete 16, 17 und 18 angepasst wurde, und es wird geprüft, ob die neue Wellenform näher an der Ziel-Wellenform liegt. Werte der Sätze von Konfigurationsparameter der Permanentmagnete 16, 17 und 18, die eine magnetische Flussdichteverteilungs-Wellenform ergeben, die nahe an der Ziel-Wellenform liegt, können auf diese Weise bestimmt werden.A waveform of the magnetic flux density distribution in the air gap 50 is for the model of the rotor thus created 10 estimated by performing a simulation by electromagnetic field analysis. Then, it is judged whether or not one of the assumed target waveforms has been obtained by comparing the estimated waveform with the target waveform. This can be done by comparing THD values of the waveform obtained by the simulation and the target waveform. If no waveform is obtained that is closer to the target waveform, a simulation is performed again after the sets of configuration parameters of the permanent magnets 16 . 17 and 18 has been adjusted, and it is checked if the new waveform is closer to the target waveform. Values of the sets of configuration parameters of the permanent magnets 16 . 17 and 18 which give a magnetic flux density distribution waveform close to the target waveform can be determined in this way.

In der Ziel-Wellenform werden die Stufenwinkel α, β und γ, soweit sie mechanischen Winkeln entsprechen, fallen annähernd mit den Zentrumswinkeln θ1, θ2 und θ3 der Permanentmagnete 16, 17 und 18 zusammen, das heißt, den Winkeln von der d-Achse des Rotors zu den Enden, in der longitudinalen Richtung, der Außenumfangs-Seitenkanten der Permanentmagnete 16, 17 bzw. 18; und die Unterschiede zwischen den Stufenhöhen 1, A und B entsprechen annähernd den Öffnungswinkeln θM1 , θM2 und θM3 der Permanentmagnete 16, 17 bzw. 18. Unter Verwendung von Werten dieser Parameter als Anhaltspunkt wird eine Anfangs-Anordnung der Permanentmagnete 16, 17 und 18 zur Verwendung für eine Simulation gesetzt und die Sätze der Konfigurationsparameter der Permanentmagnete 16, 17 und 18 werden auf der Grundlage der Anfangs-Anordnung angepasst.In the target waveform, the step angles α, β and γ as far as they correspond to mechanical angles approximately coincide with the center angles θ1, θ2 and θ3 of the permanent magnets 16 . 17 and 18 together, that is, the angles from the d-axis of the rotor to the ends, in the longitudinal direction, of the outer peripheral side edges of the permanent magnets 16 . 17 respectively. 18 ; and the differences between the step heights 1 , A and B correspond approximately to the opening angles θ M1 . θ M2 and θ M3 the permanent magnets 16 . 17 respectively. 18 , Using values of these parameters as a guide, an initial arrangement of the permanent magnets becomes 16 . 17 and 18 set for use for a simulation and the sets of configuration parameters of the permanent magnets 16 . 17 and 18 are adjusted based on the initial arrangement.

Durch Setzen der Ziel-Wellenform so, dass sie nahe einer Sinuswelle ist, und Abschätzen von Sätzen von Konfigurationsparametern der Permanentmagnete 16, 17 und 18 derart, in der oben beschriebenen Weise, dass sie die Ziel-Wellenform reproduzieren, wie später in Beispielen beschrieben werden wird, wird gefunden, dass die Beziehung zwischen den Öffnungswinkeln θM1 , θM2 und θM3 der Permanentmagnete 16, 17 und 18, die in der Lage ist, die Ziel-Wellenform zu reproduzieren, je nach der Position des Zentrums c. Das heißt, eine einer Sinuswelle nahe Ziel-Wellenform kann durch Einstellen der Öffnungswinkel θM1 , θM2 und θM3 derart, dass die Beziehung der obigen Ungleichung (1) oder (2) erfüllt ist, reproduziert werden.By setting the target waveform to be close to a sine wave and estimating sets of configuration parameters of the permanent magnets 16 . 17 and 18 thus, as described above, reproducing the target waveform as will be described later in Examples, it is found that the relationship between the opening angles θ M1 . θ M2 and θ M3 the permanent magnets 16 . 17 and 18 which is able to reproduce the target waveform, depending on the position of the center c , That is, one A sine wave near target waveform can be adjusted by adjusting the opening angle θ M1 . θ M2 and θ M3 such that the relationship of the above inequality (1) or (2) is satisfied.

Harmonische Komponenten einer magnetischen Flussdichteverteilung können effektiv verringert werden, indem Werte der Sätze von Konfigurationsparametern der Permanentmagnete 16, 17 und 18 geeignet bestimmt werden, eine Wellenform der magnetischen Flussdichteverteilung im Luftspalt 50 durch eine Simulation auf der Grundlage der so bestimmten Werte der Sätze der Konfigurationsparameter der Permanentmagnete 16, 17 und 18 abgeschätzt wird, und die abgeschätzte Wellenform in dem Setzen der Werte der Sätze von Konfigurationsparametern der Permanentmagnete 16, 17 und 18 abgebildet wird. Außerdem kann sogar der Einfluss von solchen Parametern, deren Korrelation mit der magnetischen Flussdichteverteilung analytisch schwierig zu formulieren ist, auf die magnetische Flussdichteverteilung ermittelt werden, indem die Beziehung zwischen den Sätzen der Konfigurationsparameter der Permanentmagnete 16, 17 und 18 und der magnetischen Flussdichteverteilung mittels einer Simulation ermittelt wird.Harmonic components of a magnetic flux density distribution can be effectively reduced by taking values of the sets of configuration parameters of the permanent magnets 16 . 17 and 18 appropriately determined, a waveform of the magnetic flux density distribution in the air gap 50 by a simulation on the basis of the thus determined values of the sets of the configuration parameters of the permanent magnets 16 . 17 and 18 and the estimated waveform in setting the values of the sets of configuration parameters of the permanent magnets 16 . 17 and 18 is shown. In addition, even the influence of those parameters whose correlation with the magnetic flux density distribution is analytically difficult to formulate on the magnetic flux density distribution can be determined by taking the relationship between the sets of configuration parameters of the permanent magnets 16 . 17 and 18 and the magnetic flux density distribution is determined by means of a simulation.

Allerdings ist es möglich, analytisch die Beziehung zwischen den Sätzen der Konfigurationsparameter der Permanentmagnete 16, 17 und 18 und der magnetischen Flussdichteverteilung zu ermitteln. Beispielsweise können die Sätze von Konfigurationsparametern der Permanentmagnete 16, 17 und 18 analytisch abgeschätzt werden, indem eine magnetische Äquivalenz-Schaltung mit den Permanentmagneten 16, 17 und 18 von drei Lagen und dem Luftspalt 50 angenommen wird, und die Gleichungen für geschlossene Magnetpfade gelöst werden. In der magnetischen Äquivalenz-Schaltung sind die Öffnungswinkel θM1 , θM2 und θM3 in den magnetischen Widerständen der Permanentmagnete 16, 17 und 18 inbegriffen, und die Zentrumswinkel θ1, θ2 und θ3 sind in dem magnetischen Widerstand des Luftspalts 50 inbegriffen.However, it is possible to analytically determine the relationship between the sets of configuration parameters of the permanent magnets 16 . 17 and 18 and to determine the magnetic flux density distribution. For example, the sets of configuration parameters of the permanent magnets 16 . 17 and 18 be analytically estimated by a magnetic equivalent circuit with the permanent magnets 16 . 17 and 18 of three layers and the air gap 50 and the equations for closed magnetic paths are solved. In the magnetic equivalent circuit, the aperture angles are θ M1 . θ M2 and θ M3 in the magnetic resistances of the permanent magnets 16 . 17 and 18 included, and the center angle θ1 . θ2 and θ3 are in the magnetic resistance of the air gap 50 included.

In Patentdokument 1 werden die gesamten, durch die jeweiligen PermanentmagnetLagen erzeugten Magnetflüsse ϕ in Anspruch 7 etc. formuliert, und eine einer Sinuswelle nahekommende magnetische Flussdichteverteilung wird unter Verwendung der gesamten Magnetflüsse ϕ der Permanentmagnete als Anhaltspunkt erhalten. Allerdings ist es, um die Wellenform der in dem Luftspalt 50 gebildeten magnetischen Flussdichteverteilung korrekt zu ermitteln, erforderlich, die Beiträge von Magnetflüssen der Permanentmagnete 16, 17 und 18 in Form der magnetischen Flussdichten B, anstelle der gesamten Magnetflüsse ϕ zu berücksichtigen.
Wenn die gesamten Magnetflüsse der Permanentmagnete 16, 17 und 18 gleich ϕ1, ϕ2 und ϕ3 sind, sind die magnetischen Flussdichten B1, B2 bzw. B3 gegeben durch: B 1 = ϕ 1 / ( R θ 1 L ) ,

Figure DE102019110013A1_0015
B 2 = ϕ 2 / { R ( θ 2 θ 1 ) L } ,
Figure DE102019110013A1_0016
B 3 = ϕ 3 / { R ( θ 3 θ 2 ) L } ,
Figure DE102019110013A1_0017
wobei θ1, θ2 und θ3 die Zentrumswinkel der Permanentmagnete 16, 17 und 18 der ersten, zweiten bzw. dritten Lage sind, R der Radius des Rotorkerns 11 ist und L die Dicke des Rotorkerns 11 ist (d. h. seine Dimension in der Richtung senkrecht zur Papierebene in 3).In Patent Document 1, the entire magnetic fluxes φ generated by the respective permanent magnet layers are formulated in claim 7, etc., and a magnetic flux density distribution close to a sine wave is obtained by using the total magnetic fluxes φ of the permanent magnets as a guide. However, it's about the waveform in the air gap 50 To correctly determine the formed magnetic flux density distribution, the contributions of magnetic fluxes of the permanent magnets 16 . 17 and 18 in the form of magnetic flux densities B , to take into account instead of the total magnetic fluxes φ.
When the total magnetic fluxes of the permanent magnets 16 . 17 and 18 are equal to φ1, φ2 and φ3, are the magnetic flux densities B1 . B2 respectively. B3 given by: B 1 = φ 1 / ( R θ 1 L ) .
Figure DE102019110013A1_0015
B 2 = φ 2 / { R ( θ 2 - θ 1 ) L } .
Figure DE102019110013A1_0016
B 3 = φ 3 / { R ( θ 3 - θ 2 ) L } .
Figure DE102019110013A1_0017
in which θ1 . θ2 and θ3 the center angle of the permanent magnets 16 . 17 and 18 the first, second and third positions, respectively, R the radius of the rotor core 11 is and L the thickness of the rotor core 11 is (ie its dimension in the direction perpendicular to the paper plane in 3 ).

BeispieleExamples

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen genauer beschrieben.The present invention will be described more specifically below by way of examples.

Beziehung zwischen der Wellenform der magnetischen Flussdichteverteilung und Sätzen von Konfigurationsparametern der PermanentmagneteRelationship between the waveform of the magnetic flux density distribution and sets of configuration parameters of the permanent magnets

In dem Rotor 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden harmonische Komponenten der Wellenform der in dem Luftspalt 50 erzeugten magnetischen Flussdichteverteilung dadurch verringert, dass die bogenförmigen Permanentmagnete in mehreren Lagen angeordnet werden und die Zwischenlagen-Beziehungen zwischen den Sätzen von Konfigurationsparametern der Permanentmagnet, wie die Öffnungswinkel, bestimmt werden. Im Folgenden wird beschrieben werden, wie die Beziehungen zwischen der Wellenform der magnetischen Flussdichteverteilung und den Sätzen von Konfigurationsparametern der Permanentmagnete untersucht werden, indem eine Ziel-Wellenform angenommen wird, die nahe an einer Sinuswelle ist, und die Sätze von Konfigurationsparametern der Permanentmagnete werden erläutert, die geeignet sind, eine magnetische Flussdichteverteilung zu erzeugen, die die Ziel-Wellenform reproduziert.In the rotor 10 According to one embodiment of the present invention, harmonic components of the waveform in the air gap become 50 reduces the magnetic flux density distribution produced by arranging the arcuate permanent magnets in multiple layers and determining the interlayer relationships between the sets of permanent magnet configuration parameters, such as the opening angles. In the following it will be described how the relationships between the waveform of the magnetic flux density distribution and the sets of configuration parameters of the permanent magnets are examined by assuming a target waveform close to one Sine wave, and the sets of configuration parameters of the permanent magnets are explained, which are adapted to generate a magnetic flux density distribution, which reproduces the target waveform.

Vorgeben der Ziel-WellenformSpecify the target waveform

Wie oben beschrieben, nimmt in dem Fall, dass die Permanentmagnete 16, 17 und 18 der drei Lagen in dem Rotorkern 11 eingebettet sind, die Wellenform der magnetischen Flussdichteverteilung eine dreistufige Form an. Somit wird eine Anfangs-Wellenform wie in 4 als stufige Wellenform angenommen, die zu einem gewissen Grad nahe einer Sinuswelle (Fundamentalwelle) ist. In dieser Wellenform sind die Wellenformparameter α, β, γ, A und B, die die Wellenform bestimmen, als 35°, 57°, 79°, 0,73 bzw. 0,39 gesetzt.As described above, in the case that the permanent magnets take 16 . 17 and 18 the three layers in the rotor core 11 embedded, the waveform of the magnetic flux density distribution to a three-stage shape. Thus, an initial waveform as in 4 is assumed to be a stepped waveform that is to some extent near a sine wave (fundamental wave). In this waveform are the waveform parameters α . β . γ . A and B , which determine the waveform, set as 35 °, 57 °, 79 °, 0.73 and 0.39, respectively.

Dann werden die Parameter α, β, γ, A und B in der Anfangs-Wellenform um die obigen Werte herum variiert. Die gesamte harmonische Verzerrung (THD-Werte) werden für die erhaltenen Wellenformen abgeschätzt. Obgleich dies in der Weise geschehen kann, dass alle Parameter gleichzeitig variiert werden, werden in diesem Beispiel die Parameter paarweise variiert, um die Visualisierung der Ergebnisse zu vereinfachen.Then the parameters α . β . γ . A and B varies in the initial waveform around the above values. The total harmonic distortion (THD values) are estimated for the obtained waveforms. Although this can be done by simultaneously varying all the parameters, in this example the parameters are varied in pairs to simplify the visualization of the results.

Jede der 5 bis 7 zeigt, wie sich die THD-Werte verhalten, wenn zwei Parameter variiert werden, zusammen mit typischen Wellenformen. 5 bis 7 zeigen, wie sich die THD-Werte verhalten, wenn Paare von Parametern, nämlich α und β, α und γ bzw. A und B variiert werden.Each of the 5 to 7 shows how the THD values behave when two parameters are varied, along with typical waveforms. 5 to 7 show how the THD values behave when pairs of parameters, namely α and β, α and γ respectively A and B be varied.

In jeder der 5 bis 7 sind die Werte der beiden in der Anfangs-Wellenform verwendeten Wellenformparameter in der Nähe eines Bereichs angeordnet, in dem die THD ein Minimum aufweist. Somit ist bestätigt, dass die Werte des Paars von in der Anfangs-Wellenform verwendeten Wellenformparametern als Werte geeignet sind, eine stufenförmige Wellenform zu erzeugen, die nahe an einer Sinuswelle ist. Es ist auch erkennbar, dass, wenn irgend einer der Wellenformparameter von dem Bereich abweicht, in dem die THD ein Minimum aufweist, der THD-Wert ansteigt und die Wellenform verzerrt wird, so dass sie sehr von einer Sinuswelle abweicht.In each of the 5 to 7 For example, the values of the two waveform parameters used in the initial waveform are located near a range where the THD has a minimum. Thus, it is confirmed that the values of the pair of waveform parameters used in the initial waveform are suitable as values to produce a stepped waveform close to a sine wave. It will also be appreciated that if any one of the waveform parameters deviates from the range in which the THD has a minimum, the THD value increases and the waveform is distorted to be very different from a sine wave.

An den Ergebnissen der 5 bis 7 ist ersichtlich, dass die THD klein wird und eine Wellenform nahe an einer Sinuswelle erhalten werden kann, wenn die Wellenformbestimmenden Parameter sich innerhalb der folgenden geeigneten Bereiche bewegen:

  • α: 25° bis 45°
  • β: 55° bis 65°
  • γ: 75° bis 85°
  • A: 0,58 bis 0,78
  • B: 0,25 bis 0,45
At the results of 5 to 7 It can be seen that the THD becomes small and a waveform close to a sine wave can be obtained when the waveform-determining parameters move within the following suitable ranges:
  • α: 25 ° to 45 °
  • β: 55 ° to 65 °
  • γ: 75 ° to 85 °
  • A: 0.58 to 0.78
  • B: 0.25 to 0.45

Sätze von Konfigurationsparametern der Permanentmagnete, die die Ziel-Wellenform ergebenSets of configuration parameters of the permanent magnets that yield the target waveform

Danach werden Werte für Sätze der Konfigurationsparameter der Permanentmagnete abgeschätzt, die eine Wellenform der magnetischen Flussdichteverteilung ergeben, die durch Werte der Wellenformparameter dargestellt wird, die in den im obigen Abschnitt erhaltenen geeigneten Bereichen liegen, und nahe einer Sinuswelle ist.Thereafter, values for sets of the configuration parameters of the permanent magnets which give a waveform of the magnetic flux density distribution represented by values of the waveform parameters which are in the appropriate ranges obtained in the above section and close to a sine wave are estimated.

In dieser Untersuchung wurden drei Sorten von Modellen erstellt, nämlich Modell 1, Modell 2 und Modell 3, als Modelle des Rotors 10 zur Verwendung für Simulationen. Für jedes Modell wurde die Wellenform der in dem Luftspalt 50 erzeugten magnetischen Flussdichteverteilung durch Durchführen einer Simulation durch elektromagnetische Feldanalyse nach einer Finite Elemente Methode (FEM) abgeschätzt.In this study, three types of models were created, namely model 1 , Model 2 and model 3 , as models of the rotor 10 for use in simulations. For each model, the waveform was in the air gap 50 generated magnetic flux density distribution by performing a simulation by electromagnetic field analysis according to a finite element method (FEM) estimated.

In dieser Untersuchung wurde der Radius R des Rotorkerns in allen Modellen als 83 mm gesetzt, und die Anzahl der Pole wurde als acht gesetzt. Die Dicke T wurde als 3,0 mm für alle Permanentmagnete gesetzt, und es wurde angenommen, dass sie dieselbe Remanenz aufweisen. In allen Modellen wurden die Zentren c der Kreisbogenformen der Permanentmagnete der drei Lagen an dieselbe Position gesetzt, und der Abstand Rθ wurde als 85 mm gesetzt. In jedem Modell wurde keine Flusssperre vorgesehen. Jeder der Permanentmagnete war in dem zugeordneten Schlitz an der in der longitudinalen Richtung äußersten Position angeordnet. Die Magnetisierungsrichtung jedes der Permanentmagnete wurde so eingestellt, dass sie mit der radialen Richtung (radiale Ausrichtung) zusammenfällt, und der Fokalpunkt der Magnetisierungsrichtungen wurde so eingestellt, dass er mit dem Fokalpunkt der Formen zusammenfällt.In this study, the radius R of the rotor core was set to 83 mm in all models, and the number of poles was set to eight. The fat T was set as 3.0 mm for all permanent magnets and was assumed to have the same remanence. In all models became the centers c the circular arc shapes of the permanent magnets of the three layers set to the same position, and the distance R θ was set as 85 mm. No flow barrier was provided in each model. Each of the permanent magnets was disposed in the associated slot at the outermost position in the longitudinal direction. The magnetization direction of each of the permanent magnets was set to coincide with the radial direction (radial orientation), and the focal point of the magnetization directions was set to coincide with the focal point of the shapes.

In den Simulationen eingehaltene Bedingungen sind in der folgenden Tabelle 1 zusammengefasst.
Tabelle 1 äußerer Rotordurchmesser (mm) 166 äußerer Statordurchmesser (mm) 264 Breite des Luftspalts (mm) 0.8 Anzahl der (Teilungs)Schlitze 48 Anzahl der Pole 8 Laminierungsdicke (mm) 50 Permanentmagnete Nd-Fe-B-Magnete Maximaler Strom (Arms) 170 Maximale Drehzahl (Upm) 13500 Kernmaterial Siliziumstahl
Conditions met in the simulations are summarized in the following Table 1.
Table 1 outer rotor diameter (mm) 166 outer stator diameter (mm) 264 Width of the air gap (mm) 0.8 Number of (division) slots 48 Number of poles 8th Lamination Thickness (mm) 50 permanent magnets Nd-Fe-B magnets Maximum current (A rms ) 170 Maximum speed (rpm) 13500 nuclear material silicon steel

Die 8A und 8B bis 10A und 10B zeigen Anordnungen der in den Modell 1 bis Modell 3 verwendeten Permanentmagnete und durch Simulationen erhaltene magnetische Flussdichteverteilungen.
Die hauptsächlichen der Konfigurationsparameter der in Modell 1 bis Modell 3 verwendeten Permanentmagnete sind in Tabelle 2 zusammengefasst. Werte der Wellenformparameter α, β, γ, A und B, die aus den durch Simulationen erhaltenen Wellenformen abgelesen sind, sind ebenfalls in Tabelle 2 gezeigt.
Tabelle 2 Modell 1 Modell 2 Modell 3 θ1 (°) 8.7 4.8 8.7 θ2 (°) 14.5 16.5 14.5 θ3 (°) 18.8 20.1 18.8 θM1 (°) 45.0 50.0 30.0 θM2 (°) 42.5 50.0 40.0 θM3 (°) 38.75 55.0 50.0 R1 (mm) 16.0 10.6 16.0 R2 (mm) 24.3 27.2 24.3 R3 (mm) 30.45 32.3 30.45 α(°) 35 24 60 β(°) 60 72 60 γ(°) 80 87 78 A 0.72 0.66 1.00 B 0.40 0.59 0.87
The 8A and 8B to 10A and 10B show arrangements in the model 1 to model 3 used permanent magnets and obtained by simulations magnetic flux density distributions.
The main configuration parameters in the model 1 to model 3 used permanent magnets are summarized in Table 2. Values of waveform parameters α . β . γ . A and B , which are read from the waveforms obtained by simulations, are also shown in Table 2.
Table 2 Model 1 Model 2 Model 3 θ1 (°) 8.7 4.8 8.7 θ2 (°) 14.5 16.5 14.5 θ3 (°) 18.8 20.1 18.8 θ M1 (°) 45.0 50.0 30.0 θ M2 (°) 42.5 50.0 40.0 θ M3 (°) 38.75 55.0 50.0 R1 (mm) 16.0 10.6 16.0 R2 (mm) 24.3 27.2 24.3 R3 (mm) 30.45 32.3 30.45 α (°) 35 24 60 β (°) 60 72 60 γ (°) 80 87 78 A 0.72 0.66 1:00 B 12:40 12:59 0.87

In Modell 1 ist, wie in 8B gezeigt, die durch Simulation erhaltene Wellenform der magnetischen Flussdichteverteilung dergestalt, dass die magnetische Flussdichte um das Maximum und das Minimum herum wenig variiert und relativ steil um einen zwischen dem Maximum und dem Minimum liegenden Mittenpunkt herum variiert, und somit nahe einer Sinuswelle ist; und, wie in Tabelle 2 gezeigt, fallen die Werte der Wellenformparameter α, β, γ, A und B innerhalb der jeweiligen, im Abschnitt (1-1) erhaltenen geeigneten Bereiche, in denen die THD klein gemacht werden kann. Insbesondere sind die Werte von α, β und γ annähernd gleich den Mittenwerten der geeigneten Bereiche.In model 1 is how in 8B 10, the waveform of the magnetic flux density distribution obtained by simulation is such that the magnetic flux density varies little around the maximum and the minimum and varies relatively steeply around a midpoint between the maximum and minimum, and thus is close to a sine wave; and, as shown in Table 2, the values of the waveform parameters fall α . β . γ . A and B within the respective, in section ( 1 - 1 ), in which the THD can be made small. In particular, the values of α . β and γ approximately equal to the center values of the appropriate ranges.

Weil, wie oben erwähnt, R = 83 mm und Rθ = 85 mm, ist R0 = R(1 + cosθr)/2cosθr gleich 86.4 mm. Somit ist in Modell 1 der Abstand Rθ des Zentrums c der Kreisbogenformen der Permanentmagnete kleiner als R0. In Modell 1 erfüllen, wie in Tabelle 2 gezeigt, die Öffnungswinkel θM1 , θM2 und θM3 der Permanentmagnete der jeweiligen Lagen die Beziehung der Ungleichung (1), welche erfüllt sein sollte, wenn Rθ < R0; nämlich θM3 < θM2 < θM1.Because, as mentioned above, R = 83 mm and R = 85 mm θ is R0 = R (1 + cos r) / 2cosθ r equal to 86.4 mm. Thus, in model 1 the distance R θ of the center c the circular arc shapes of the permanent magnets smaller than R0 , In model 1 meet, as shown in Table 2, the opening angle θ M1 . θ M2 and θ M3 the permanent magnets of the respective layers have the relation of the inequality (1) which should be satisfied when R θ <R0; namely, θ M3M2M1 .

Andererseits steht in Modell 2, wie in 9B gezeigt, die Wellenform der magnetischen Flussdichteverteilung um das Maximum und das Minimum herum hervor. In Modell 3 weist die Wellenform der magnetischen Flussdichteverteilung, wie in 10B gezeigt, flache Bereich und steile Bereiche auf. Insofern ist die Wellenform der magnetischen Flussdichtdichteverteilung in Modell 2 und Modell 3 sehr verschieden von einer Sinuswelle. Außerdem fallen die Wellenformparameter α, β, γ und B, wie in Tabelle 2 gezeigt, in Modell 2 nicht in den jeweiligen im obigen Abschnitt (1-1) erhaltenen geeigneten Bereich. In Modell 3 fällt keiner der Wellenformparameter α, β, γ, A und B in den jeweiligen geeigneten Bereich.On the other hand, in model 2 , as in 9B shown, the waveform of the magnetic flux density distribution around the maximum and the minimum around. In model 3 indicates the waveform of the magnetic flux density distribution as in 10B shown, flat area and steep areas. In this respect, the waveform of the magnetic flux density distribution is in model 2 and model 3 very different from a sine wave. In addition, the waveform parameters fall α . β . γ and B as shown in Table 2, in model 2 not in the respective ones in the above section ( 1 - 1 ) obtained appropriate range. In model 3 none of the waveform parameters falls α, β . γ . A and B in the appropriate area.

In Modell 2 gehorchen die Öffnungswinkel θM1 , θM2 und θM3 der Permanentmagnete der jeweiligen Lagen der Beziehung θM1 = θM2 < θM3. In Modell 3 gehorchen die Öffnungswinkel θM1 , θM2 und θM3 der Permanentmagnete der Beziehung θM1 < θM2 < θM3. Die Beziehung der Ungleichung (1), welche erfüllt sein sollte, wenn Re < R0, ist in beiden Fällen nicht erfüllt.In model 2 obey the opening angle θ M1 . θ M2 and θ M3 the permanent magnets of the respective layers of the relationship θ M1 = θ M 2 <θ M3 . In model 3 obey the opening angle θ M1 . θ M2 and θ M3 the permanent magnet of the relationship θ M1M2M3 . The relation of inequality (1), which should be satisfied if Re <R0, is not satisfied in both cases.

Wie oben beschrieben, kann eine Anordnung der Permanentmagnete, die eine Wellenform der magnetischen Flussdichteverteilung ergibt, in welcher harmonische Komponenten verringert sind, bestimmt werden, indem erreicht wird, dass die Wellenformparameter α, β, γ, A und B innerhalb der jeweiligen, im Abschnitt (1-1) abgeschätzten geeigneten Bereichen liegen, und zwar durch eine durch Simulation erhaltene Wellenform der magnetischen Flussdichteverteilung, bei der die Werte der Sätze von Konfigurationsparametern der Permanentmagnete geeignet gesetzt werden, wie die Öffnungswinkel θM1 , θM2 und θM3 . Solch eine Anordnung der Permanentmagnete erfüllt die Beziehung zwischen den Öffnungswinkeln θM1 , θM2 und θM3 , die durch die Ungleichung (1) gegeben ist, wenn Rθ < R0. Wenn in ähnlicher Weise Rθ ≥ R0, wurde bestätigt, dass die Beziehung zwischen den Öffnungswinkeln θM1 , θM2 und θM3 , die durch die Ungleichung (2) gegeben ist, durch eine Anordnung der Permanentmagnete erfüllt ist, mit welcher die Wellenformparameter in die geeigneten Bereiche fallen.As described above, an arrangement of the permanent magnets that gives a waveform of the magnetic flux density distribution in which harmonic components are reduced can be determined by making the waveform parameters α . β . γ . A and B within the respective, in section ( 1 - 1 ) by a simulation waveform of the magnetic flux density distribution, in which the values of the sets of configuration parameters of the permanent magnets are appropriately set, such as the opening angles θ M1 . θ M2 and θ M3 , Such an arrangement of the permanent magnets satisfies the relationship between the opening angles θ M1 . θ M2 and θ M3 given by the inequality (1) when R θ <R0. Similarly, when R θ ≥ R0, it was confirmed that the relationship between the opening angles θ M1 . θ M2 and θ M3 given by the inequality (2) is satisfied by an arrangement of the permanent magnets with which the waveform parameters fall within the appropriate ranges.

Außerdem wurden Eisenverluste, die auftreten, wenn die Rotoren 10 der Modelle 1-3 in den Motor eingesetzt werden, durch Simulationen ermittelt. 11 ist ein Graph zum Vergleich zwischen den unbelasteten Eisenverlusten, die erhalten wurden, wenn die jeweiligen Rotoren mit einer Drehzahl von 13000 Upm betrieben wurden. In 11 wurden die unbelasteten Eisenverluste der Modelle 1-3 auf den Wert des Modells 1 normalisiert (dessen Eisenverlust wurde als„1“ angenommen).In addition, iron losses that occur when the rotors 10 the models 1 - 3 be used in the engine, determined by simulations. 11 Figure 11 is a graph comparing the unloaded iron losses obtained when the respective rotors were operated at a speed of 13000 rpm. In 11 were the unloaded iron losses of the models 1 - 3 on the value of the model 1 normalized (its iron loss was assumed to be "1").

Wie in 11 gezeigt, ist der Eisenverlust des Modells 1 kleiner als die Eisenverluste von Modell 2 und Modell 3. Der Eisenverlust von Modell 1 ist nur etwa 70 % des Eisenverlusts von Modell 2, das unter den Modellen 1-3 den größten aufweist. Dies zeigt an, dass der Eisenverlust des Motors verringert werden und die Effizienz des Motors dadurch erhöht werden kann, dass die Werte der Konfigurationsparameter der Permanentmagnete so ausgewählt werden, dass sich eine Wellenform der magnetischen Flussdichteverteilung ergibt, bei der die Beiträge der harmonischen Komponenten klein sind.As in 11 shown is the iron loss of the model 1 smaller than the iron losses of model 2 and model 3 , The iron loss of model 1 is only about 70% of the iron loss of the model 2 that under the models 1 - 3 has the largest. This indicates that the iron loss of the motor can be reduced and the efficiency of the motor can be increased by selecting the values of the configuration parameters of the permanent magnets so as to give a waveform of the magnetic flux density distribution in which the contributions of the harmonic components are small ,

(1-3) Öffnungswinkel und Zentrumspositionen der bogenförmigen Permanentmagnete Als Nächstes wird eine Korrelation zwischen den Positionen der Zentren der Bogenformen der Permanentmagnete der jeweiligen Lagen und den Öffnungswinkeln θM1 , θM2 und θM3 der Permanentmagnete untersucht.(1-3) Opening angle and center positions of the arc-shaped permanent magnets Next, a correlation will be made between the positions of the centers of the arc shapes of the permanent magnets of the respective layers and the opening angles θ M1 . θ M2 and θ M3 the permanent magnets examined.

Genauer gesagt wurde eine Wellenform der magnetischen Flussdichteverteilung im Luftspalt simuliert, während die Positionen der Zentren der Bogenformen der Permanentmagnete variiert wurden. Die Öffnungswinkel θM1 , θM2 und θM3 der Permanentmagnete der jeweiligen Lagen wurden so gesetzt, dass sich Werte der Wellenformparameter ergeben, die in die in Abschnitt (1-1) abgeschätzten geeigneten Bereiche fallen. Die Positionen der Zentren der Kreisbogenformen der Permanentmagnete der drei Lagen wurden als dieselbe gesetzt, und der Abstand vom Rotationszentrum O des Rotorkerns zum Zentrum c der Kreisbogenformen der Permanentmagnete wurde durch Rθ repräsentiert.More specifically, a waveform of the magnetic flux density distribution in the air gap was simulated while the positions of the centers of the arc shapes of the permanent magnets were varied. The opening angle θ M1 . θ M2 and θ M3 the permanent magnets of the respective layers have been set to give values of the waveform parameters which are listed in the 1 - 1 ) estimated appropriate areas. The positions of the centers of the circular arc shapes of the permanent magnets of the three layers were set as the same, and the distance from the center of rotation O of the rotor core to the center c The circular arc shapes of the permanent magnets was through R θ represents.

Wie in Abschnitt (1-2) wurde der Radius R des Rotorkerns unabhängig von der Position des Zentrums c der Kreisbogenformen der Permanentmagnete auf 83 mm gesetzt. Die Anzahl der Pole wurde auf acht gesetzt. Die Dicke T wurde auf 3,0 mm in allen Permanentmagneten gesetzt, und es wurde angenommen, dass sie dieselbe Remanenz haben. Die Zentrumswinkel θ1, θ2 und θ3 der Permanentmagnete wurden auf 8,7°, 14,5° bzw. 18,8° gesetzt, und die Radien R1, R2 und R3 der Kreisbogenformen der Permanentmagnete wurden auf 16,0 mm, 24,3 mm bzw. 30,45 mm gesetzt, unabhängig von der Position des Zentrums c der Kreisbogenformen der Permanentmagnete.As in section ( 1 - 2 ), the radius R of the rotor core became independent of the position of the center c the circular arc shapes of the permanent magnets set to 83 mm. The number of poles was set to eight. The fat T was set to 3.0 mm in all permanent magnets and was assumed to have the same remanence. The center angle θ1 . θ2 and θ3 the permanent magnets were set at 8.7 °, 14.5 ° and 18.8 °, and the radii R1 . R2 and R3 The circular arc shapes of the permanent magnets were on 16.0 mm, 24.3 mm and 30.45 mm respectively, regardless of the position of the center c the circular arc shapes of the permanent magnets.

Die 12A bis 12E zeigen Anordnungen von Permanentmagneten bei welchen der Abstand Rθ vom Rotationszentrum O des Rotorkerns zum Zentrum c der Kreisbogenformen der Permanentmagnete auf 85,0 mm, 87,5 mm, 90,0 mm, 92,5 mm bzw. 95,0 mm gesetzt wurde, und für welche es bestätigt wurde, dass die Wellenformparameter in die geeigneten Bereiche fielen. Tabelle 3 zeigt Werte der Öffnungswinkel θM1 , θM2 und θM3 der Permanentmagnete jeder der drei Lagen für jeden der obigen Werte des Abstands Rθ .
Tabelle 3 Rθ 85,0 mm 87,5 mm 90,0 mm 92,5 mm 95,0 mm θM1 (°) 41.25 36.7 33.3 32.5 32.1 θM2 (°) 38.75 37.5 35.0 36.0 34.5 θM3 (°) 35.0 33.3 32.5 32.5 31.8 Beziehung θM3 < θM2 < θM1 θM3 ≤ θM1 < θM2
The 12A to 12E show arrangements of permanent magnets in which the distance R θ from the center of rotation O of the rotor core to the center c of the circular arc shapes of the permanent magnets was set to 85.0 mm, 87.5 mm, 90.0 mm, 92.5 mm and 95.0 mm, respectively, and for which it was confirmed that the waveform parameters fell within the appropriate ranges. Table 3 shows values of the opening angles θ M1 . θ M2 and θ M3 the permanent magnets of each of the three layers for each of the above values of the distance R θ ,
Table 3 R θ 85.0 mm 87.5 mm 90.0 mm 92.5 mm 95.0 mm θ M1 (°) 41.25 36.7 33.3 32.5 32.1 θ M2 (°) 38.75 37.5 35.0 36.0 34.5 θ M3 (°) 35.0 33.3 32.5 32.5 31.8 relationship θ M3M2M1 θ M3 ≤ θ M1M2

Für alle der Modelle, für welche Simulationen durchgeführt wurden, gilt R0 = R(1 + cosθr)/2cosθr = 86.4 mm. In dem Modell, bei welchem Rθ = 85.0 mm und eine Beziehung Rθ < R0 erfüllt ist, erfüllen die Öffnungswinkel θM1 , θM2 und θM3 der Permanentmagnete der jeweiligen Lagen eine Beziehung θM3 < θM2 < θM1. Andererseits erfüllen bei den Modellen, bei welchen Rθ = 87,5 bis 95,0 mm und Rθ ≥ R0 erfüllt ist, die Öffnungswinkel θM1 , θM2 und θM3 der Permanentmagnete der jeweiligen Lagen eine Beziehung θM3 ≤ θM1 < θM2.For all of the models were for which simulations carried out, applies R0 = R (1 + cos r) / 2cosθ r = 86.4 mm. In the model in which R θ = 85.0 mm and a relation R θ <R0 is satisfied, the opening angles satisfy θ M1 . θ M2 and θ M3 The permanent magnets of the respective layers have a relation θ M3 <θ M 2 <θ M1 . On the other hand, in the models in which R θ = 87.5 to 95.0 mm and R θ ≥ R0 is satisfied, the opening angles are satisfied θ M1 . θ M2 and θ M3 the permanent magnets of the respective layers have a relation θ M3 ≤ θ M1M2 .

Der obigen Beschreibung ist entnehmbar, dass eine Wellenform der magnetischen Flussdichteverteilung im Luftspalt des Motors, bei welcher die Beiträge der harmonischen Komponenten verringert sind, erhalten werden kann, indem eine Beziehung zwischen den Öffnungswinkeln θM1 , θM2 und θM3 der Permanentmagnete in Abhängigkeit von der Position des Zentrums c der Kreisbogenformen der Permanentmagnete bestimmt wird. Man erkennt nämlich, dass die Beziehung zwischen den Öffnungswinkeln θM1 , θM2 und θM3 der jeweiligen Permanentmagnete lauten sollte: θ M 3 < θ M 2 < θ M 1   ( wenn R θ < R0 )

Figure DE102019110013A1_0018
oder θ M 3 θ M 1 < θ M 2   ( wenn R θ R0 ) .
Figure DE102019110013A1_0019
From the above description, it can be understood that a waveform of the magnetic flux density distribution in the air gap of the engine, at which the contributions of the harmonic components are reduced, can be obtained by taking a relationship between the opening angles θ M1 . θ M2 and θ M3 the permanent magnets depending on the position of the center c the circular arc shapes of the permanent magnets is determined. It can be seen that the relationship between the opening angles θ M1 . θ M2 and θ M3 the respective permanent magnets should read: θ M 3 < θ M 2 < θ M 1 ( if R θ < R0 )
Figure DE102019110013A1_0018
or θ M 3 θ M 1 < θ M 2 ( if R θ R0 ) ,
Figure DE102019110013A1_0019

(2) Vergleich mit anderen Arten der Anordnung von Permanentmagneten Wie oben beschrieben, wird in dem Rotor gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Verringerung der harmonischen Komponenten der Wellenform der in dem Luftspalt erzeugten magnetischen Flussdichteverteilung erreicht, indem die mehreren bogenförmigen Permanentmagnete geeignet angeordnet, und die Sätze von Konfigurationsparametern der Permanentmagnet geeignet eingestellt werden. Andererseits sind bislang verschiedene Arten von Strukturen eines Rotorkerns zur Verringerung harmonischer Komponenten der Wellenform der magnetischen Flussdichteverteilung vorgeschlagen worden. Die Effekte der Verringerung der harmonischen Komponenten dieser Arten von Strukturen eines Rotorkerns werden nachfolgend verglichen.(2) Comparison with Other Types of Arrangement of Permanent Magnets As described above, in the rotor according to the embodiment of the present invention, reduction of the harmonic components of the waveform of the magnetic flux density distribution generated in the air gap is achieved by appropriately arranging the plurality of arc-shaped permanent magnets, and the sets of configuration parameters of the permanent magnet are set appropriately. On the other hand, various types of structures of a rotor core for reducing harmonic components of the waveform of the magnetic flux density distribution have heretofore been proposed. The effects of reducing the harmonic components of these types of structures of a rotor core are compared below.

Sechs Rotorkern-Modelle, die wie in (a) bis (f) von 13 gestaltet sind, werden im Folgenden zugrunde gelegt:

  1. (a) Einzellage, V-förmige Anordnung #1: Ein dicker Flachplatten-Permanentmagnet ist in einer Lage in V Form angeordnet. Der Rotorkern weist Flusssperren auf. Die Außenumfangsoberfläche des Rotorkerns weist Dellen auf.
  2. (b) Einzellage, V-förmige Anordnung #2: Dieses Modell weicht von Modell (a) insofern ab, als die Außenumfangsoberfläche des Rotorkerns keinerlei Dellen aufweist.
  3. (c) Einzellage, V-förmige Anordnung #3: Ein dünner Flachplatten-Permanentmagnet ist in einer Lage in V-Form angeordnet. Der Rotorkern weist keinerlei Flusssperren auf und die Außenumfangsoberfläche des Rotorkerns weist keinerlei Dellen auf.
  4. (d) Doppellage, V-förmige Anordnung: Ein V-förmiger Flachplatten-Permanentmagnet ist der Außenumfangsseite des Permanentmagneten von Modell (c) hinzugefügt.
  5. (e) V-Anordnung: Ein Permanentmagnet ist zwischen den äußeren Enden, in ihrer longitudinalen Richtung, der beiden Teil-Permanentmagnete von Modell (c) eingefügt, die in V-Form angeordnet sind. Die drei Permanentmagnete sind im Dreieck angeordnet.
  6. (f) Dreifachlage, Kreisbogen-förmige Anordnung: Dies ist die in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzte Anordnung. Alle Permanentmagnete erzeugen dieselbe magnetische Flussdichte.
Six rotor core models, as in ( a ) to ( f ) from 13 are designed as follows:
  1. (a) Single Layer, V-Shape # 1: A thick flat-plate permanent magnet is placed in a V-shape layer. The rotor core has flow barriers. The outer peripheral surface of the rotor core has dents.
  2. (b) Single Layer, V-Shape # 2: This model differs from Model (a) in that the outer circumferential surface of the rotor core does not have any dents.
  3. (c) Single Layer, V-Shape # 3: A thin flat-plate permanent magnet is disposed in a V-shape layer. The rotor core has no flux barriers and the outer peripheral surface of the rotor core has no dents.
  4. (d) Double Layer, V-shaped Arrangement: A V-shaped flat-plate permanent magnet is the outer peripheral side of the permanent magnet of Model ( c ) added.
  5. (e) V-arrangement: a permanent magnet is between the outer ends, in their longitudinal direction, of the two partial permanent magnets of model ( c ), which are arranged in V-shape. The three permanent magnets are arranged in a triangle.
  6. (f) Triple sheet, circular arc-shaped arrangement: This is the arrangement used in the embodiment of the present invention. All permanent magnets produce the same magnetic flux density.

Die Volumina der Sätze der Permanentmagneten der jeweiligen Modelle sind so angesetzt, dass die Anzahl Flussverbindungen der Permanentmagnete bei den jeweiligen Modellen annähernd dieselbe ist.The volumes of the sets of permanent magnets of the respective models are set so that the number of flux connections of the permanent magnets in the respective models is approximately the same.

In jedem Modell wurde eine Wellenform der magnetischen Flussdichteverteilung im Luftspalt abgeschätzt, indem eine Simulation unter Verwendung eines Finite-Elemente-Methode (oben beschrieben durchgeführt wurde). Die in den Simulationen angewendeten Bedingungen sind in der folgenden Tabelle 4 zusammengefasst. Die Permanentmagnete wiesen Magnetisierungsrichtungen von radialer Ausrichtung auf, und die Fokalpunkte der Magnetisierungsrichtungen jedes der Permanentmagnete fiel mit dem Fokalpunkt seiner Form zusammen.
Tabelle 4 äußerer Rotordurchmesser (mm) 160 äußerer Statordurchmesser (mm) 264 Breite des Luftspalts (mm) 0.8 Anzahl der (Teilungs-) Schlitze 48 Anzahl der Pole 8 Laminierungsdicke (mm) 50 Permanentmagnete Nd-Fe-B-Magnete Maximaler Strom (Arms) 170 Maximale Drehzahl (Upm) 13500 Kernmaterial Siliziumstahl
In each model, a waveform of the magnetic flux density distribution in the air gap was estimated by performing a simulation using a finite element method (described above). The conditions used in the simulations are summarized in the following Table 4. The permanent magnets had magnetization directions of radial orientation, and the focal points of the magnetization directions of each of the permanent magnets coincided with the focal point of its shape.
Table 4 outer rotor diameter (mm) 160 outer stator diameter (mm) 264 Width of the air gap (mm) 0.8 Number of (division) slots 48 Number of poles 8th Lamination Thickness (mm) 50 permanent magnets Nd-Fe-B magnets Maximum current (A rms ) 170 Maximum speed (rpm) 13500 nuclear material silicon steel

(a) bis (f) in 14 zeigen Simulationsergebnisse. In den Simulationen wurde ein Stator vom Closed-slot-Typ angenommen, bei dem die Zähne miteinander zu einem einstückigen Körper verbunden sind. Wie in (a) bis (f) in 14 gezeigt, erzeugen die Modelle verschiedene Wellenformen. Es ist klar, dass die Wellenformen von wenigstens (b) Einzellage, V-förmige Anordnung #2, (c) Einzellage, V-förmige Anordnung #3 und (e) V-Anordnung stark von einer Sinuswelle abweichen.(a) to (f) in 14 show simulation results. In the simulations, a closed-slot type stator was assumed in which the teeth are connected together to form a one-piece body. As in ( a ) to ( f ) in 14 As shown, the models generate different waveforms. It is clear that the waveforms of at least ( b ) Single layer, V-shaped arrangement # 2, ( c ) Single layer, V-shaped arrangement # 3 and ( e ) V-arrangement deviate strongly from a sine wave.

(a) bis (f) in 15 zeigen Ergebnisse einer Analyse, die Anteile einer Fundamentalwelle und harmonischer Wellen der jeweiligen Ordnungen durch Fourier-Transformieren jeder der in (a) bis (f) in 14 gezeigten Wellenformen berechnet. In (a) bis (f) in 15 sind Anteile der magnetischen Flussdichten Bn von Wellen der jeweiligen Ordnung n in Form von mit der magnetischen Flussdichte B1 einer Fundamentalwelle (n = 1) normalisierten Werten dargestellt. Man erkennt, dass die Anteile der magnetischen Flussdichten Bn von harmonischen Komponenten bei (b) Einzellage, V-förmige Anordnung #2, (c) Einzellage, V-förmige Anordnung #3, und (e) V-Anordnung bedeutend größer sind als bei den anderen Anordnungen. Man erkennt ebenfalls, dass die Anteile von harmonischen Wellen relativ niederer Ordnung, nämlich harmonischen Wellen dritter und fünfter Ordnung, bei (a) Einzellage, V-förmige Anordnung #1 und (d) Doppellage, V-förmige Anordnung größer sind als bei (f) dreilagige, bogenförmige Anordnung.(a) to (f) in 15 show results of analysis, the fractions of a fundamental wave and harmonic waves of the respective orders by Fourier transforming each of (a) to (f) in FIG 14 calculated waveforms calculated. In ( a ) to ( f) in 15 are ratios of the magnetic flux densities Bn of respective order n waves in terms of magnetic flux density B1 of a fundamental wave (n = 1) normalized values. It can be seen that the proportions of the magnetic flux densities Bn of harmonic components in ( b ) Single layer, V-shaped arrangement # 2, ( c ) Single layer, V-shaped arrangement # 3, and (e) V-arrangement are significantly larger than in the other arrangements. It can also be seen that the proportions of harmonic waves of relatively low order, namely harmonic waves of the third and fifth order, in (a) single layer, V-shaped device # 1 and (d) double layer, V-shaped device are larger than in (f ) three-layer, arcuate arrangement.

16 ist ein Graph, der die aus den in (a) bis (f) in 15 gezeigten Ergebnissen berechneten Werten der gesamten harmonischen Verzerrung zeigt. Jeder Wert der gesamten harmonischen Verzerrung wurde als Verhältnis der Summe aller harmonischer Wellen (n ≥ 2) zur Summe davon und dem Anteil der Fundamentalwelle (n = 1) berechnet. Man erkennt aus 16, dass der gesamte harmonische Anteil bei (f) dreilagige, bogenförmige Anordnung am kleinsten ist (etwa 20 %) unter den gesamten harmonischen Anteilen aller Moden. Der gesamte harmonische Anteil ist bei (a) Einzellage, V-förmige Anordnung #1 am zweitkleinsten, und der gesamte harmonische Anteil ist bei (f) dreilagiger, bogenförmiger Anordnung um immerhin etwa 14 % kleiner als bei der Anordnung (a). 16 is a graph corresponding to that of (a) to (f) in 15 shown results of the total harmonic distortion. Each value of the total harmonic distortion was calculated as the ratio of the sum of all harmonic waves (n ≥ 2) to the sum thereof and the proportion of the harmonic waves Fundamental wave (n = 1) calculated. One recognizes 16 that the total harmonic component in ( f ) three-layered, arcuate arrangement is smallest (about 20%) among the total harmonic components of all modes. The entire harmonic component is at ( a ) Single layer, V-shaped arrangement # 1 on the second smallest, and the entire harmonic component is at ( f ) three-layered, arcuate arrangement at least about 14% smaller than in the arrangement ( a ).

Die Anteile harmonischer Wellen an der Wellenform der magnetischen Flussdichteverteilung im Luftspalt ist eng verwandt mit dem Eisenverlust im Rotorkern. (a) bis (f) in 17 sind Graphen, wobei jeder davon Werte für den unbelasteten Eisenverlust zeigt, die durch eine Simulation abgeschätzt wurden, bei der die Beiträge der Fundamentalwelle und die Beiträge der harmonischen Wellen separat dargestellt sind. Die Beiträge der Fundamentalwelle (erster Ordnung) sind als Zahlenwert in jeder Figur angegeben.The proportion of harmonic waves in the waveform of the magnetic flux density distribution in the air gap is closely related to the iron loss in the rotor core. (a) to (f) in 17 are graphs, each of which shows values for the unloaded iron loss estimated by a simulation in which the contributions of the fundamental wave and the contributions of the harmonic waves are shown separately. The contributions of the fundamental wave (first order) are given as a numerical value in each figure.

Man erkennt aus (a) bis (f) in 17, dass der Eisenverlust durch die Fundamentalwelle bei (f) dreilagige, bogenförmige Anordnung am zweitgrößten ist, nächst dem bei (c) Einzellage, V-förmige Anordnung #3. Allerdings sind die Eisenverluste durch harmonische Wellen bei (f) dreilagige, bogenförmige Anordnung bedeutend kleiner als bei den anderen Modellen.One recognizes ( a ) to ( f ) in 17 that the iron loss by the fundamental wave at ( f ) three-layered, arcuate arrangement is the second largest, next to at ( c ) Single layer, V-shaped arrangement # 3. However, the iron losses are due to harmonic waves at ( f ) Three-layer, arcuate arrangement significantly smaller than the other models.

18 ist ein Graph zum Vergleich zwischen unbelasteten Eisenverlusten der jeweiligen Modelle, deren jeder unbelastete Eisenverluste der Fundamentalwelle und aller harmonischer Wellen beinhaltet. Die Abfolge der Erhöhung der unbelasteten Eisenverluste der jeweiligen Modelle in 18 fällt zusammen mit der Abfolge der Erhöhung der Werte der gesamten harmonischen Verzerrung des jeweiligen Modells in 16, was bedeutet, dass die unbelasteten Eisenverluste mit den Anteilen aller harmonischer Wellen der Wellenform der magnetischen Flussdichteverteilung hoch korreliert sind. 18 is a graph for comparing the unloaded iron losses of the respective models, each containing unencumbered iron losses of the fundamental wave and all harmonic waves. The sequence of increase of the unloaded iron losses of the respective models in 18 coincides with the sequence of increasing the values of the total harmonic distortion of the respective model 16 , which means that the unloaded iron losses are highly correlated with the proportions of all harmonic waves of the magnetic flux density distribution waveform.

Die unbelasteten Eisenverluste bei (f) dreilagige, bogenförmige Anordnung sind ebenso am kleinsten, wie es ihr Wert der gesamten harmonischen Verzerrung ist. Der unbelastete Eisenverlust bei (f) dreilagige, bogenförmige Anordnung ist um etwa 9 % kleiner als der (zweitkleinste) unbelastete Eisenverlust bei (a) Einzellage, V-förmige Anordnung #1.The unloaded iron losses at ( f ) Three-ply arc-shaped arrangement are also the smallest, as is their value of total harmonic distortion. The unloaded iron loss at ( f ) three-layered, arcuate arrangement is about 9% smaller than the (second smallest) unstressed iron loss at ( a ) Single layer, V-shaped arrangement # 1.

Es wird aus der obigen Diskussion geschlossen, dass harmonische Komponenten der Wellenform einer im Luftspalt gebildeten magnetischen Flussdichteverteilung verringert werden können, und zwar durch Verwenden einer (f) dreilagigen, bogenförmigen Anordnung, nämlich durch Anordnen Kreisbogen-förmiger Permanentmagnet in drei Lagen. Die Verringerung von harmonischen Komponenten durch Verwenden von Permanentmagneten mit diesen Formen und dieser Anordnung führt zur Unterdrückung von durch harmonische Wellen verursachten Phänomenen, wie Eisenverlusten und Drehmoment-Welligkeit.It is concluded from the above discussion that harmonic components of the waveform of a magnetic flux density distribution formed in the air gap can be reduced by using a (FIG. f ) three-layer, arcuate arrangement, namely by arranging circular arc-shaped permanent magnet in three layers. The reduction of harmonic components by using permanent magnets having these shapes and arrangement suppresses phenomena caused by harmonic waves such as iron loss and torque ripple.

Obgleich die Ausbildung von Dellen im Außenumfangsbereich des Rotorkerns wie in (a) Einzellage, V-förmige Anordnung #1 und die Anwendung der (e) V-Anordnung effektiv bei der Verringerung von harmonischen Wellen sind, neigen sie dazu, zu einer Verringerung des Ausgangs-Drehmoments des Motors (Rotors) zu führen. Genauer gesagt neigt die Ausbildung von Dellen im Außenumfangsbereich des Rotors dazu, das Reluktanz-Drehmoment durch Erhöhen der äquivalenten Luftspaltbreite zu verringern. Bei (e) V-Anordnung tritt lokale magnetische Sättigung im Rotor auf und die neigt dazu, das Reluktanz-Drehmoment zu verringern. Im Gegensatz dazu können, in dem Fall, dass harmonische Komponenten durch Verwenden von (f) dreilagige, bogenförmige Anordnung verringert werden, die harmonischen Komponenten der Wellenform der magnetischen Flussdichteverteilung verringert werden, während das Reluktanz-Drehmoment groß gehalten wird.Although the formation of dents in the outer peripheral area of the rotor core as in ( a ) Single layer, V-shaped arrangement # 1 and the application of ( e ) Are effective in reducing harmonic waves, they tend to result in a reduction in the output torque of the motor (rotor). More specifically, the formation of dents in the outer peripheral area of the rotor tends to reduce the reluctance torque by increasing the equivalent air gap width. At ( e V-arrangement, local magnetic saturation occurs in the rotor and tends to reduce the reluctance torque. In contrast, in the case that harmonic components can be generated by using ( f ) three-layered arcuate arrangement, the harmonic components of the waveform of the magnetic flux density distribution are reduced while the reluctance torque is made large.

Obgleich die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung genau beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt, und verschiedene Weiterbildungen sind möglich, ohne vom Gedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen.Although the embodiment of the present invention has been described in detail, the present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications are possible without departing from the spirit of the present invention.

Bei dem Permanentmagnetrotor 10 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welcher den Rotorkern 11 und mehrere Permanentmagnete 16, 17 und 18 beinhaltet, die im Rotorkern 11 eingebettet sind und jeweils einen Magnetpol bilden, weisen die Permanentmagnete 16, 17 und 18 jeder eine Bogenform dergestalt auf, dass sie zur Innenumfangsseite des Rotorkerns 11 hin konvex und in zwei oder mehr Lagen von der Außenumfangsseite zur Innenumfangsseite des Rotorkerns 11 angeordnet sind, und die Öffnungswinkel θM1 , θM2 und θM3 der Bogenformen der Permanentmagnete 16, 17 und 18 und/oder ihre Remanenzen Br1, Br2 und Br3 eine vorgeschriebene Beziehung erfüllen, wodurch der Effekt der Verringerung von harmonischen Komponenten der Wellenform der im Luftspalt 50 erzeugten magnetischen Flussdichteverteilung erhalten wird.
Allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf den Fall beschränkt, dass die Öffnungswinkel θM1 , θM2 und θM3 der Bogenformen der Permanentmagnete 16, 17 und 18 und/oder ihre Remanenzen Br1, Br2 und Br3 die vorgeschriebene Beziehung erfüllen. In einem Permanentmagnetrotor, welcher den Rotorkern 11 und mehrere Permanentmagnete 16, 17 und 18 beinhaltet, die in dem Rotorkern 11 eingebettet sind, und die jeden Magnetpol bilden, deren jeder einer derartige Bogenform aufweist, dass er zur Innenumfangsseite des Rotorkerns 11 hin konvex ist, und die in zwei oder mehr Lagen (insbesondere in drei Lagen) von der Außenumfangsseite zur Innenumfangsseite des Rotorkerns 11 angeordnet sind, weisen die Permanentmagnete 16, 17 und 18 Magnetisierungsrichtungen auf, die radial ausgerichtet sind, und außerdem fallen die Fokalpunkte der Magnetisierungsrichtungen der Permanentmagnete 16, 17 und 18 mit den Fokalpunkten ihrer Formen zusammen. Dieser Permanentmagnetrotor stellt auch den Effekt der Verringerung der harmonischen Komponenten der Wellenform der in dem Luftspalt erzeugten magnetischen Flussdichteverteilung bereit.
In the permanent magnet rotor 10 according to the embodiment of the present invention, which the rotor core 11 and several permanent magnets 16 . 17 and 18 includes that in the rotor core 11 are embedded and each forming a magnetic pole, have the permanent magnets 16 . 17 and 18 each has an arc shape such that it faces the inner peripheral side of the rotor core 11 convex and in two or more layers from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the rotor core 11 are arranged, and the opening angle θ M1 . θ M2 and θ M3 the arc shape of the permanent magnets 16 . 17 and 18 and / or their remanence Br1 . Br2 and Br3 satisfy a prescribed relationship, reducing the effect of reducing harmonic components of the waveform in the air gap 50 generated magnetic flux density distribution is obtained.
However, the present invention is not limited to the case that the opening angle θ M1 . θ M2 and θ M3 the arc shape of the permanent magnets 16 . 17 and 18 and / or their remanence Br1 . Br2 and Br3 the fulfill prescribed relationship. In a permanent magnet rotor, which is the rotor core 11 and several permanent magnets 16 . 17 and 18 that involves in the rotor core 11 are embedded, and form each magnetic pole, each having such an arc shape that it to the inner peripheral side of the rotor core 11 is convex, and in two or more layers (especially in three layers) from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the rotor core 11 are arranged, have the permanent magnets 16 . 17 and 18 Magnetization directions that are radially aligned, and also fall the focal points of the magnetization directions of the permanent magnets 16 . 17 and 18 with the focal points of their forms together. This permanent magnet rotor also provides the effect of reducing the harmonic components of the waveform of the magnetic flux density distribution generated in the air gap.

Die vorliegende Anmeldung beruht auf der japanischen Patentanmeldung No. 2018-079151 , eingereicht am 17. April 2018, deren Inhalt hiermit durch Inbezugnahme eingeschlossen wird.The present application is based on Japanese Patent Application No. 2018-079151 , filed on Apr. 17, 2018, the contents of which are hereby incorporated by reference.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1:1:
Motor (elektrische Rotationsmaschine)Motor (electric rotary machine)
10:10:
Rotor (Permanentmagnetrotor)Rotor (permanent magnet rotor)
11:11:
Rotorkernrotor core
11a:11a:
Außenumfangsoberfläche des RotorkernsOuter peripheral surface of the rotor core
11b:11b:
Delledent
12:12:
Hohler BereichHollow area
13:13:
Schlitz der ersten LageSlit of the first layer
14:14:
Schlitz der zweiten LageSlot of the second layer
15:15:
Schlitz der dritten LageSlit of the third layer
16:16:
Erste-Lage-PermanentmagnetFirst sheet permanent magnet
17:17:
Zweite-Lage-PermanentmagnetSecond sheet permanent magnet
18:18:
Dritte-Lage-PermanentmagnetThird position permanent magnet
20:20:
Flusssperrecheck valve
21:21:
Brückebridge
22:22:
Raumroom
30:30:
Statorstator
50:50:
Luftspaltair gap
c:c:
Zentrum (Fokalpunkt) jedes PermanentmagnetenCenter (focal point) of each permanent magnet
c1:c1:
Zentrum (Fokalpunkt) des Erste-Lage-PermanentmagnetenCenter (focal point) of the first-position permanent magnet
c2:c2:
Zentrum (Fokalpunkt) des Zweite-Lage-PermanentmagnetenCenter (focal point) of the second position permanent magnet
c3:c3:
Zentrum (Fokalpunkt) des Dritte-Lage-PermanentmagnetenCenter (focal point) of the third-position permanent magnet
d':d ':
d Achse des Rotorsd axis of the rotor
q':q ':
Achse (q'-Achse), die von der d-Achse des Rotors um 90° in elektrischem Winkel versetzt istAxis (q'-axis) which is offset by 90 ° from the d-axis of the rotor at an electrical angle
L1, L2:L1, L2:
ZwischenlagenabstandInterlayer distance
θM1:θ M1 :
Erste-Lage-ÖffnungswinkelFirst sheet opening angle
θM2:θ M2 :
Zweite-Lage-ÖffnungswinkelSecond sheet angle
θM3:θ M3 :
Dritte-Lage-ÖffnungswinkelThird-capable opening angle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • JP 2002078259 A [0004]JP 2002078259 A [0004]
  • JP 2018079151 [0137]JP 2018079151 [0137]

Claims (9)

Permanentmagnetrotor mit: einem Rotorkern; und mehreren Permanentmagneten, die in den Rotorkern eingebettet sind und jeweils einen Magnetpol darstellen, wobei die mehreren Permanentmagnete jeweils eine derartige Bogenform aufweisen, dass sie konvex zu einer inneren Umfangsseite des Rotorkerns ist, und sie in drei oder mehr Lagen von einer äußeren Umfangsseite zur inneren Umfangsseite des Rotorkerns angeordnet sind, und Öffnungswinkel θM1, θM2 und θM3 der Bogenformen der in der ersten, zweiten bzw. dritten Lage von der äußeren Umfangsseite des Rotorkerns angeordneten Permanentmagnete die folgende Beziehung erfüllen: θ M 3 < θ M 2 < θ M 1  wenn R θ < R ( 1 + cos θ r ) / 2 cos θ r ,
Figure DE102019110013A1_0020
oder θ M 3 θ M 1 < θ M 2  wenn R θ R ( 1 + cos θ r ) / 2 cos θ r
Figure DE102019110013A1_0021
wobei Rθ ein Abstand von einem Rotationszentrum des Rotorkerns zu einer durchschnittlichen Position der Brennpunkte der Bogenformen der in der ersten, zweiten bzw. dritten Lage angeordneten Permanentmagnete ist, R ein Abstand vom Rotationszentrum des Rotorkerns zum Außenumfang des Rotorkerns ist, n die Anzahl der Magnetpole ist, und θr = 180°/n.
Permanent magnet rotor comprising: a rotor core; and a plurality of permanent magnets embedded in the rotor core and each constituting a magnetic pole, the plurality of permanent magnets each having an arcuate shape to be convex to an inner peripheral side of the rotor core and stacked in three or more layers from an outer peripheral side to the inner one And the opening angles θ M1 , θ M2, and θ M3 of the arc shapes of the permanent magnets disposed in the first, second, and third positions, respectively, from the outer circumferential side of the rotor core satisfy the following relationship: θ M 3 < θ M 2 < θ M 1 if R θ < R ( 1 + cos θ r ) / 2 cos θ r .
Figure DE102019110013A1_0020
or θ M 3 θ M 1 < θ M 2 if R θ R ( 1 + cos θ r ) / 2 cos θ r
Figure DE102019110013A1_0021
wherein R θ is a distance from a rotation center of the rotor core to an average position of the focal points of the arc shapes of the permanent magnets disposed in the first, second and third layers, R is a distance from the center of rotation of the rotor core to the outer periphery of the rotor core, n is the number of magnetic poles is, and θ r = 180 ° / n.
Permanentmagnetrotor gemäß Anspruch 1, wobei die Remanenzen Br1, Br2 und Br3 der in der ersten, zweiten bzw. dritten Lage von der äußeren Umfangsseite des Rotorkerns angeordneten Permanentmagnete die folgende Beziehung erfüllen: Br 3 < Br 2 < Br 1  wenn R θ < R ( 1 + cos θ r ) / 2 cos θ r ,
Figure DE102019110013A1_0022
oder Br 3 Br 1 < Br 2  wenn R θ R ( 1 + cos θ r ) / 2 cos θ r .
Figure DE102019110013A1_0023
Permanent magnet rotor according to Claim 1 wherein the remanences Br1, Br2 and Br3 of the permanent magnets disposed in the first, second and third positions, respectively, from the outer circumferential side of the rotor core satisfy the following relationship: br 3 < br 2 < br 1 if R θ < R ( 1 + cos θ r ) / 2 cos θ r .
Figure DE102019110013A1_0022
or br 3 br 1 < br 2 if R θ R ( 1 + cos θ r ) / 2 cos θ r ,
Figure DE102019110013A1_0023
Permanentmagnetrotor mit: einem Rotorkern; und mehreren Permanentmagneten, die in den Rotorkern eingebettet sind und jeweils einen Magnetpol darstellen, wobei die mehreren Permanentmagnete jeweils eine derartige Bogenform aufweisen, dass sie konvex zu einer inneren Umfangsseite des Rotorkerns ist, und sie in drei oder mehr Lagen von einer äußeren Umfangsseite zur inneren Umfangsseite des Rotorkerns angeordnet sind, und Remanenzen Br1, Br2 und Br3 der in der ersten, zweiten bzw. dritten Lage von der Außenumfangsseite des Rotorkerns angeordneten Permanentmagnete die folgende Beziehung erfüllen: Br 3 < Br 2 < Br 1  wenn R θ < R ( 1 + cos θ r ) / 2 cos θ r ,
Figure DE102019110013A1_0024
oder Br 3 Br 1 < Br 2  wenn R θ R ( 1 + cos θ r ) / 2 cos θ r
Figure DE102019110013A1_0025
wobei Rθ ein Abstand von einem Rotationszentrum des Rotorkerns zu einer durchschnittlichen Position der Brennpunkte der Bogenformen der in der ersten, zweiten bzw. dritten Lage angeordneten Permanentmagnete ist, R ein Abstand vom Rotationszentrum des Rotorkerns zum Außenumfang des Rotorkerns ist, n die Anzahl der Magnetpole ist, und θr = 180°/n.
Permanent magnet rotor with: a rotor core; and a plurality of permanent magnets embedded in the rotor core and each constituting a magnetic pole, the plurality of permanent magnets each having an arcuate shape to be convex to an inner peripheral side of the rotor core and stacked in three or more layers from an outer peripheral side to the inner one Are arranged on the circumferential side of the rotor core, and remanences Br1, Br2 and Br3 of the arranged in the first, second and third layer from the outer peripheral side of the rotor core permanent magnets satisfy the following relationship: br 3 < br 2 < br 1 if R θ < R ( 1 + cos θ r ) / 2 cos θ r .
Figure DE102019110013A1_0024
or br 3 br 1 < br 2 if R θ R ( 1 + cos θ r ) / 2 cos θ r
Figure DE102019110013A1_0025
wherein R θ is a distance from a rotation center of the rotor core to an average position of the focal points of the arc shapes of the permanent magnets disposed in the first, second and third layers, R is a distance from the center of rotation of the rotor core to the outer periphery of the rotor core, n is the number of magnetic poles is, and θ r = 180 ° / n.
Permanentmagnetrotor mit: einem Rotorkern; und mehreren Permanentmagneten, die in den Rotorkern eingebettet sind und jeweils einen Magnetpol darstellen, wobei die mehreren Permanentmagnete jeweils eine derartige Bogenform aufweisen, dass sie konvex zu einer inneren Umfangsseite des Rotorkerns ist, und in zwei Lagen von einer äußeren Umfangsseite zur inneren Umfangsseite des Rotorkerns angeordnet sind, und Öffnungswinkel θM1 und θM2 der Bogenformen der in der ersten bzw. zweiten Lage von der äußeren Umfangsseite des Rotorkerns angeordneten Permanentmagnete die folgende Beziehung erfüllen: θ M 2 < θ M 1 .
Figure DE102019110013A1_0026
Permanent magnet rotor comprising: a rotor core; and a plurality of permanent magnets embedded in the rotor core and each constituting a magnetic pole, the plurality of permanent magnets each having an arcuate shape to be convex to an inner peripheral side of the rotor core, and two layers from an outer peripheral side to the inner peripheral side of the rotor core and opening angles θ M1 and θ M2 of the arc shapes of the permanent magnets disposed in the first and second layers from the outer circumferential side of the rotor core, respectively, satisfy the following relationship: θ M 2 < θ M 1 ,
Figure DE102019110013A1_0026
Permanentmagnetrotor gemäß Anspruch 4, wobei Remanenzen Br1 und Br2 der in der ersten bzw. zweiten Lage von der äußeren Umfangsseite des Rotorkerns angeordneten Permanentmagnete die folgende Beziehung erfüllen: Br 2 < Br 1.
Figure DE102019110013A1_0027
Permanent magnet rotor according to Claim 4 wherein remanences Br1 and Br2 of the permanent magnets disposed in the first and second positions from the outer circumferential side of the rotor core, respectively, satisfy the following relationship: br 2 < br 1.
Figure DE102019110013A1_0027
Permanentmagnetrotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Brennpunkte der Bogenformen der mehreren Permanentmagnete getrennt voneinander in derselben Reihenfolge von der äußeren Umfangsseite zur inneren Umfangsseite des Rotorkerns angeordnet sind wie die mehreren Permanentmagnete.Permanent magnet rotor according to one of Claims 1 to 5 wherein the foci of the arc shapes of the plurality of permanent magnets are arranged separately in the same order from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the rotor core as the plurality of permanent magnets. Permanentmagnetrotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die mehreren Permanentmagnete Metallmagnete umfassen.Permanent magnet rotor according to one of Claims 1 to 6 wherein the plurality of permanent magnets comprise metal magnets. Elektrische Rotationsmaschine mit: dem Permanentmagnetrotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7; und einen Stator, welcher derart angeordnet ist, dass er einen Luftspalt zwischen dem Permanentmagnetrotor und dem Stator lässt.Electric rotary machine comprising: the permanent magnet rotor according to any one of Claims 1 to 7 ; and a stator disposed so as to leave an air gap between the permanent magnet rotor and the stator. Elektrische Rotationsmaschine gemäß Anspruch 8, welche eine gesamte harmonische Verzerrung der durch die mehreren Permanentmagnete gebildeten Wellenform der magnetischen Flussdichteverteilung in dem Luftspalt von weniger als oder gleich 23 % aufweist.Electric rotary machine according to Claim 8 which has an overall harmonic distortion of the magnetic flux density distribution waveform formed by the plurality of permanent magnets in the air gap of less than or equal to 23%.
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