JP2015119617A

JP2015119617A - 埋め込み型永久磁石同期モータ

Info

Publication number: JP2015119617A
Application number: JP2014086554A
Authority: JP
Inventors: ムン、サン−フン; Sang Hoon Moon; キム、キョン−ブム; Kyoung Bum Kim; キム、キ−ナム; Ki Nam Kim; チョ、ヒャン−ジュン; Hyoung Jun Cho; キム、ヨン−ホ; Yeon Ho Kim; キム、ジョン−シク; Jung Shik Kim
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2014-04-18
Publication date: 2015-06-25
Also published as: US20150171677A1; CN104734380A; EP2887504A2; KR101534706B1; EP2887504A3; KR20150071484A; US9825493B2; CN104734380B

Abstract

【課題】埋め込み型永久磁石同期モータを提供する。【解決手段】前記埋め込み型永久磁石同期モータは、固定子と、固定子と一定の空隙をおいて配置される回転子と、回転子に埋め込まれる複数の永久磁石とを含み、永久磁石の一方の表面には、回転子の回転方向に沿って形成された複数のスリットが等間隔で配置される。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、埋め込み型永久磁石同期モータに関するものであって、より詳細には、回転子に埋め込まれる永久磁石に関するものである。

一般に、親環境自動車と呼ばれるハイブリッド車両または電気自動車は、電気エネルギーで回転力を得る電気モータ（以下、「駆動モータ」という）によって駆動される。

ハイブリッド車両は、駆動モータの動力だけを利用する純粋電気自動車モードのＥＶ（ＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）モードで走行したり、エンジンと駆動モータの回転力をすべて動力として利用するＨＥＶ（ＨｙｂｒｉｄＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）モードで走行する。そして、一般的な電気自動車は、駆動モータの回転力を動力として利用して走行する。

親環境自動車の動力源として利用される駆動モータは、そのほとんどが永久磁石同期モータ（ｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍｏｔｏｒ：ＰＭＳＭ）を使用する。

永久磁石同期モータは、固定子と、その固定子と一定の空隙をおいて配置される回転子と、その回転子に設けられる永久磁石とを備える。

このような永久磁石同期モータは、永久磁石を回転子に設ける方法によって、回転子の表面に永久磁石を設けた表面型同期モータ（ＳＰＭＭ：ＳｕｒｆａｃｅＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇｎｅｔＭｏｔｏｒ）と、回転子内に永久磁石を内蔵させた埋め込み型同期モータ（ＩｎｔｅｒｉｏｒＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇｎｅｔＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＭｏｔｏｒ；ＩＰＭＳＭ）の２種類がある。

永久磁石同期モータのうち、表面型同期モータは、Ｄ軸とＱ軸のインダクタンスの差である突極比が０（Ｄ軸、Ｑ軸のインダクタンスが同一）であるので、リラクタンストルクを発生させない。しかし、埋め込み型同期モータは、突極比によるリラクタンストルクを発生する利点により、高い効率および出力密度を要求するハイブリッド車両、電気自動車またはエレベータの駆動モータとしてより多く適用されている。

このような永久磁石同期モータは、制約されたレイアウト条件で最大の性能を発揮するために、永久磁石の性能を極大化する必要がある。ここで、永久磁石内のネオジム（Ｎｄ）は永久磁石の強さを改善し、ジスプロシウム（Ｄｙ）は高温減磁（Ｄｅｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ）耐性を改善する。

しかし、このような永久磁石の希土類（Ｎｄ、Ｄｙ）成分は、中国など、一部の国に制限的に埋蔵されていて、非常に高価で、価格変動が激しい。最近、自動車業界では、中国などの希土類資源の武器化に対応するために、親環境自動車用駆動モータの希土類元素の使用量を低減する努力が加速化している。

一方、親環境自動車用駆動モータに適用される希土類永久磁石は、高温で磁石自体が耐えられない大きな逆磁界を受ける時、磁石の強さを失う不可逆減磁が発生する。

このような不可逆減磁現象は、固定子コイルによる逆磁界の影響を受ける永久磁石の表面つまり、固定子側の回転子の空隙方向の表面から発生する。これは、永久磁石の表面のうち、回転子の空隙方向の表面が不可逆減磁に脆弱であることを意味する。

また、駆動モータが持続的に運転すると、永久磁石は渦電流損によって内部温度が上昇するが、一般には、永久磁石の回転子の空隙方向への表面側の温度が高く上昇する。

これらの問題を改善するために、当業界では、保磁力の高い成分を有する永久磁石を適用したり、永久磁石を分離して永久磁石の内部渦電流損を低減させることにより、磁石の温度を設計基準温度以下に維持させる方法を適用している。

本発明の実施形態は、永久磁石の不可逆減磁に脆弱な回転子の空隙方向表面の保磁力を高めることができ、永久磁石の内部渦電流損を低減させることができる埋め込み型永久磁石同期モータを提供する。

また、本発明の実施形態は、永久磁石の回転子の空隙方向表面に方向性を付与し、回転子の製作性を向上させることができる埋め込み型永久磁石同期モータを提供する。

本発明の実施形態にかかる埋め込み型永久磁石同期モータは、固定子と、前記固定子と一定の空隙をおいて配置される回転子と、前記回転子に埋め込まれる複数の永久磁石とを含み、前記永久磁石の一方の表面には、前記回転子の回転方向に沿って形成された複数のスリットが等間隔で配置されるとよい。

また、本発明の実施形態にかかる前記埋め込み型永久磁石同期モータにおいて、前記スリットは、前記永久磁石の空隙方向表面に形成されるとよい。

また、本発明の実施形態にかかる前記埋め込み型永久磁石同期モータにおいて、前記スリットは、前記回転子に対する永久磁石の挿入方向に垂直な方向に形成されるとよい。

また、本発明の実施形態にかかる前記埋め込み型永久磁石同期モータにおいて、前記スリットは、前記回転子に対する永久磁石の挿入方向に沿って等間隔で形成されるとよい。

また、本発明の実施形態にかかる前記埋め込み型永久磁石同期モータにおいて、前記スリットは、前記永久磁石の厚さに対して５０％以上の深さとして形成されるとよい。

また、本発明の実施形態にかかる前記埋め込み型永久磁石同期モータにおいて、前記永久磁石は、空隙方向表面および両側角面の保磁力が残りの面の保磁力よりも大きいものになるとよい。

また、本発明の実施形態にかかる前記埋め込み型永久磁石同期モータにおいて、前記永久磁石は、空隙方向表面および両側角面に所定の塗布物が粒界拡散式で塗布されたものになるとよい。

また、本発明の実施形態にかかる前記埋め込み型永久磁石同期モータは、前記同期モータは、前記固定子の内側に回転子を配置した内転型タイプからなるとよい。

本発明の実施形態は、回転子に埋め込まれる永久磁石の空隙方向表面にスリットを形成し、永久磁石の空隙方向表面および両側角面に粒界拡散工法で塗布された塗布物を形成するため、固定子コイルによる逆磁界の影響を受ける永久磁石の空隙方向表面に対して保磁力を高めることができる。

したがって、本発明の実施形態では、永久磁石に対する不可逆減磁の発生を最小化させることができ、残留磁束密度および最大エネルギー積の低下を抑制させることができる。

また、本発明の実施形態では、永久磁石の空隙方向表面に等間隔でスリットを形成するため、永久磁石内部の渦電流損を低減させることにより、その空隙方向表面の温度上昇を抑制し、永久磁石の温度を設計基準温度以下に維持させることができる。

また、本発明の実施形態では、永久磁石自体を保磁力の高い成分で構成するのではなく、永久磁石の空隙方向表面および両側角面に粒界拡散方式で塗布物を形成すると共に永久磁石に複数のスリットを形成するため、比較的高価な希土類元素の使用量を減少させることができる。これにより、本発明の実施形態では、永久磁石の原価および製造費用を節減することができる。

さらに、本発明の実施形態では、永久磁石の空隙方向表面にスリットを形成するため、永久磁石に方向性を付与し、回転子の組み立て性能をより向上させることができる。

この図面は本発明の例示的な実施形態を説明するのに参照するためのものであるので、本発明の技術的思想を添付した図面に限定して解釈してはならない。
本発明の実施形態にかかる埋め込み型永久磁石同期モータを示した部分切断斜視図である。本発明の実施形態にかかる埋め込み型永久磁石同期モータに適用される永久磁石を示した斜視図である。本発明の実施形態にかかる埋め込み型永久磁石同期モータに適用される永久磁石を示した図２のＡ−Ａ線に沿った断面構成図である。本発明の実施形態にかかる埋め込み型永久磁石同期モータに適用される永久磁石を示した図２のＢ−Ｂ線に沿った断面構成図である。

以下、添付した図面を参考にして、本発明の実施形態について、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。しかし、本発明は、様々な異なる形態で実現可能であり、ここで説明する実施形態に限定されない。

本発明を明確に説明するために説明上不必要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同一の参照符号を付す。

図面に示された各構成の大きさおよび厚さは、説明の便宜のために任意に示したので、本発明が必ずしも図面に示されたところに限定されず、様々な部分および領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。

そして、下記の詳細な説明において、構成の名称を第１、第２などと区分したのは、その構成が同じ関係であってこれを区分するためのものであり、下記の説明において、必ずしもその順序に限定されるものではない。

明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とする時、これは特に反対となる記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに包含できることを意味する。

また、明細書に記載された「．．．ユニット」、「．．．手段」、「．．．部」、「．．．部材」などの用語は、少なくとも１つの機能や動作をする包括的な構成の単位を意味する。

図１は、本発明の実施形態にかかる埋め込み型永久磁石同期モータを示した部分切断斜視図である。

図１を参照すれば、本発明の実施形態にかかる埋め込み型永久磁石同期モータ（ＩｎｔｅｒｉｏｒＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇｎｅｔＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓＭｏｔｏｒ；ＩＰＭＳＭ）１００は、電気エネルギーで駆動力を発生させるハイブリッド自動車のような親環境自動車に適用可能である。

このような埋め込み型永久磁石同期モータ１００は、固定子１０と、その固定子１０と一定の空隙をおいて配置される回転子３０と、その回転子３０に設けられる複数の永久磁石５０とを含んでいる。

ここで、固定子１０は、複数枚の鋼板が積層された固定子コア１１を含み、その固定子コア１１には固定子コイル１３が巻線されている。回転子３０は、複数枚の鋼板が積層された回転子コア３１を含み、その回転子コア３１は、回転子固定手段を通してシャフト３３の外周面に固定されて設けられる。そして、永久磁石５０は、回転子コア３１の挿入ホール３５に埋め込み式で挿入設置される。

さらに、本発明の実施形態にかかる埋め込み型永久磁石同期モータ１００は、固定子１０の内側に回転子３０を配置した内転型タイプの同期モータに適用可能であり、固定子１０の外側に回転子３０を配置した外転型タイプの同期モータに適用されてもよい。

本発明の実施形態では、固定子１０が外側に備えられ、その固定子１０の内側で回転子３０が回転する内転型同期モータに適用されることを例として説明する。しかし、本発明の保護範囲が必ずしもこれに限定されると理解されてはならず、外転型タイプの同期モータにも本発明の技術的思想が適用されてもよいことを予め明らかにしておく。

本発明の実施形態にかかる埋め込み型永久磁石同期モータ１００は、永久磁石５０の不可逆減磁に脆弱な回転子の空隙方向表面の保磁力を高めることができ、永久磁石５０の内部渦電流損を低減させることができる構造からなる。

また、本発明の実施形態では、永久磁石５０の回転子の空隙方向表面に方向性を付与し、回転子の製作性を向上させることができる埋め込み型永久磁石同期モータ１００を提供する。

このために、本発明の実施形態にかかる埋め込み型永久磁石同期モータ１００は、一方の表面に複数のスリット６０を形成し、回転子コア３１の挿入ホール３５に埋め込まれる永久磁石５０を構成することができる。

図２は、本発明の実施形態にかかる埋め込み型永久磁石同期モータに適用される永久磁石を示した斜視図であり、図３は、本発明の実施形態にかかる埋め込み型永久磁石同期モータに適用される永久磁石を示した図２のＡ−Ａ線に沿った断面構成図である。

図１と共に図２および図３を参照すれば、本発明の実施形態において、前記永久磁石５０のスリット６０は、その永久磁石５０で固定子１０と回転子３０との間の空隙に向かう面である空隙方向表面５１に等間隔で離隔して形成されるとよい。

このように、前記スリット６０を永久磁石５０の空隙方向表面５１に形成する理由は、固定子コイル１３による逆磁界の影響を受ける永久磁石５０の空隙方向表面５１で不可逆減磁が発生するため、その不可逆減磁に脆弱な空隙方向表面５１に対して保磁力を高めるためである。

前記スリット６０は、永久磁石５０の空隙方向表面５１に回転子３０の回転方向に沿って形成されるので、その回転子３０に対する永久磁石５０の挿入方向に垂直な方向に形成できる。

つまり、前記スリット６０は、回転子コア３１の挿入ホール３５に挿入される永久磁石５０の挿入方向に沿って等間隔で形成されるとよい。

この場合、前記スリット６０は、固定子１０と回転子３０との間の空隙方向から回転子３０の中心方向に、永久磁石５０の厚さに対して５０％以上の深さとして形成される。

一方、本発明の実施形態において、前記永久磁石５０は、空隙方向表面５１および両側角面５２の保磁力が残りの面の保磁力よりも大きいものになる。

ここで、図２を基準として、前記空隙方向表面５１は上面を意味し、両側角面５２は左右両側面を意味し、残りの面は前後角面および下面を意味する。

このために、前記永久磁石５０は、図４のように、空隙方向表面５１および両側角面５２に所定の塗布物７０が粒界拡散工法によって塗布形成されたものになるとよい。

ここで、粒界拡散工法とは、磁石焼結体７１の表面にその塗布物７０として所定の化合物を塗布し、その化合物が拡散する温度で加熱する方法で、前記化合物は、例えばＲ_Ｈ粉末を含むことができる。

つまり、前記粒界拡散工法は、焼結体７１に存在する結晶粒の粒界を通して、Ｒ_Ｈ粉末が焼結体７１の内部に入って焼結体７１の結晶粒表面にＲ_Ｈ粉末が拡散する工法である。

このような永久磁石の製造に関与する前記粒界拡散工法は、当業界で広く知られている公知技術の工法であるので、本明細書でより詳細な説明は省略する。

したがって、前記のように構成される本発明の実施形態にかかる埋め込み型永久磁石同期モータ１００によれば、回転子３０に埋め込まれる永久磁石５０の空隙方向表面にその回転子３０の回転方向に沿って形成されたスリット６０を等間隔で配置し、永久磁石５０の空隙方向表面および両側角面に粒界拡散工法で塗布された塗布物７０を形成している。

これにより、本発明の実施形態では、固定子コイル１３による逆磁界の影響を受ける永久磁石５０の空隙方向表面に対して保磁力を高めることができるため、永久磁石５０に対する不可逆減磁の発生を最小化させることができ、残留磁束密度および最大エネルギー積の低下を抑制させることができる。

また、本発明の実施形態では、既存の回転方向分割方式とは異なり、永久磁石５０の空隙方向表面に等間隔でスリット６０を形成するため、永久磁石５０内部の渦電流損を低減させることにより、その空隙方向表面の温度上昇を抑制し、永久磁石５０の温度を設計基準温度以下に維持させることができる。

そして、本発明の実施形態では、永久磁石５０自体を保磁力の高い成分で構成するのではなく、その永久磁石５０の空隙方向表面および両側角面に粒界拡散方式で塗布物７０を形成すると共に永久磁石５０に複数のスリット６０を形成するため、比較的高価な希土類元素の使用量を減少させることができる。これにより、本発明の実施形態では、永久磁石５０の原価および製造費用を節減することができる。

さらに、本発明の実施形態では、永久磁石５０の空隙方向表面にスリット６０を形成するため、その永久磁石５０に方向性を付与し、回転子３０の製作性を向上させることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の技術的思想は本明細書で提示される実施形態に制限されず、本発明の技術的思想を理解する当業者は、同一の技術的思想の範囲内で、構成要素の付加、変更、削除、追加などにより他の実施形態を容易に提案することができるが、これも本発明の権利範囲内に属する。

１０：固定子
１１：固定子コア
１３：固定子コイル
３０：回転子
３１：回転子コア
３３：シャフト
３５：挿入ホール
５０：永久磁石
５１：空隙方向表面
５２：角面
６０：スリット
７０：塗布物
７１：焼結体

Claims

固定子と、前記固定子と一定の空隙をおいて配置される回転子と、前記回転子に埋め込まれる複数の永久磁石とを含む、埋め込み型永久磁石同期モータであって、
前記永久磁石の一方の表面には、前記回転子の回転方向に沿って形成された複数のスリットが等間隔で配置されることを特徴とする、埋め込み型永久磁石同期モータ。
前記スリットは、前記永久磁石の空隙方向表面に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の埋め込み型永久磁石同期モータ。
前記スリットは、前記回転子に対する永久磁石の挿入方向に垂直な方向に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の埋め込み型永久磁石同期モータ。
前記スリットは、前記回転子に対する永久磁石の挿入方向に沿って等間隔で形成されることを特徴とする、請求項３に記載の埋め込み型永久磁石同期モータ。
前記スリットは、前記永久磁石の厚さに対して５０％以上の深さとして形成されることを特徴とする、請求項１に記載の埋め込み型永久磁石同期モータ。
前記永久磁石は、空隙方向表面および両側角面の保磁力が残りの面の保磁力よりも大きいことを特徴とする、請求項２に記載の埋め込み型永久磁石同期モータ。
前記永久磁石は、空隙方向表面および両側角面に所定の塗布物が粒界拡散式で塗布されたことを特徴とする、請求項２に記載の埋め込み型永久磁石同期モータ。
前記同期モータは、前記固定子の内側に回転子を配置した内転型タイプからなることを特徴とする、請求項１に記載の埋め込み型永久磁石同期モータ。