JP2010279157A - Permanent magnet type rotating machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固定子と所定の空隙を有して対向して回転する回転子とを備えた永久磁石型回転機に関する。 The present invention relates to a permanent magnet type rotating machine that includes a stator and a rotor that rotates oppositely with a predetermined gap.
従来の永久磁石型回転機を大別すると、表面磁石形回転機と埋込磁石形回転機とに分けられる。
表面磁石形回転機は、回転子表面に磁石を貼り付け、磁石から発生する磁束が固定子に備える励磁コイルとの鎖交磁束量に応じて発生するマグネットトルクを利用した回転機であり、高応答性等の特徴からサーボ用回転機を中心に広く用いられている。
Conventional permanent magnet type rotating machines are roughly classified into surface magnet type rotating machines and embedded magnet type rotating machines.
A surface magnet type rotating machine is a rotating machine that uses a magnet torque generated by sticking a magnet to the rotor surface, and the magnetic flux generated from the magnet is generated according to the amount of magnetic flux linkage with the exciting coil provided in the stator. It is widely used mainly for servo rotating machines because of its responsiveness.
一方、埋込磁石形回転機は、回転子内部に永久磁石を備え、上述したマグネットトルクに加えて、回転子鉄心の磁気抵抗を利用したリラクタンストルクを利用した回転機であり、固定子と回転子との間の空隙を表面磁石形回転機に比して狭くでき、小型高出力の回転機として広く用いられている。
この埋込磁石形回転機において、トルクを増大する方法の一つとしては、磁石量を増加してマグネットトルクを増大させる方法が考えられるが、回転機の電磁部材コストの内訳を見ると磁石価格が大部分を占め、近年の磁石価格高騰により、回転機製造コストが大幅に増加するという問題が生ずる。
On the other hand, an embedded magnet type rotating machine is a rotating machine that has a permanent magnet inside the rotor and uses reluctance torque using the magnetic resistance of the rotor core in addition to the magnet torque described above. The gap between the rotor and the rotor can be made narrower than that of a surface magnet type rotary machine, and it is widely used as a small high-power rotary machine.
One method of increasing the torque in this embedded magnet type rotating machine is to increase the magnet torque by increasing the amount of magnets. However, due to the recent increase in magnet prices, there is a problem in that the cost for manufacturing a rotating machine increases significantly.
上記問題を解決するために、従来、回転子内部に永久磁石を埋込むとともに、回転子内部外周面に永久磁石を埋込み、少量の永久磁石によってマグネットトルクを増大し、回転機のトルクを増大する施策が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 In order to solve the above problems, conventionally, a permanent magnet is embedded in the rotor, and a permanent magnet is embedded in the inner peripheral surface of the rotor, and the magnet torque is increased by a small amount of permanent magnets, thereby increasing the torque of the rotating machine. Measures have been proposed (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、上記特許文献1に記載された従来例にあっては、回転子内部に永久磁石を埋込むとともに、回転子の表面にも永久磁石を埋込む構成を有するので、回転子外周面において隣接する永久磁石間の回転子コアを構成する鉄心に、磁気飽和が起こり易く、高出力時のトルク性能が劣化するという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、回転子外周面における磁気飽和を抑制して、少ない磁石量で高トルクを得ることができる永久磁石型回転機を提供することを目的としている。
However, the conventional example described in Patent Document 1 has a configuration in which the permanent magnet is embedded in the rotor and the permanent magnet is embedded in the surface of the rotor. There is an unsolved problem that magnetic saturation is likely to occur in the iron core constituting the rotor core between the permanent magnets, and the torque performance at the time of high output deteriorates.
Therefore, the present invention has been made by paying attention to the unsolved problems of the above-described conventional example, and suppresses magnetic saturation on the outer peripheral surface of the rotor so that a high torque can be obtained with a small amount of magnets. The purpose is to provide a rotating machine.
上記目的を達成するために、本発明の一の形態に係る永久磁石型回転機は、励磁コイルを巻装した固定子と、該固定子と所定の空隙を隔てて対向して回転する回転子とを備えた永久磁石型回転機であって、
前記回転子は、回転子コアの表面に永久磁石を円周方向に隣接する極性が異なるように突出して配設した表面磁石部と、
前記回転子コア内を軸方向に貫通するスロットを前記表面磁石部の永久磁石と対応させて設け、該スロットに当該表面磁石部と同極性となるように永久磁石を挿入した埋込磁石部と
を備えたことを特徴としている。
In order to achieve the above object, a permanent magnet type rotating machine according to an embodiment of the present invention includes a stator around which an exciting coil is wound, and a rotor that rotates opposite to the stator with a predetermined gap therebetween. A permanent magnet type rotary machine with
The rotor has a surface magnet portion in which permanent magnets are arranged on the surface of the rotor core so as to protrude in the circumferential direction so as to have different polarities, and
A slot penetrating the rotor core in the axial direction in correspondence with the permanent magnet of the surface magnet portion, and an embedded magnet portion having a permanent magnet inserted into the slot so as to have the same polarity as the surface magnet portion; It is characterized by having.
また、本発明の他の形態に係る永久磁石型回転機は、前記スロットを複数に分割し、分割した各スロットに同極性の永久磁石を挿入したことを特徴としている。
さらに、本発明の他の形態に係る永久磁石型回転機は、前記スロットを二分割し、分割したスロットを軸方向端面から見たときに回転中心に対して凸としたV字形状に配置し、分割した各スロットに同極性の永久磁石を挿入したことを特徴としている。
A permanent magnet type rotating machine according to another embodiment of the present invention is characterized in that the slot is divided into a plurality of slots, and permanent magnets having the same polarity are inserted into the divided slots.
Furthermore, in the permanent magnet type rotating machine according to another aspect of the present invention, the slot is divided into two, and the divided slot is arranged in a V shape that is convex with respect to the center of rotation when viewed from the end surface in the axial direction. The permanent magnet of the same polarity is inserted into each of the divided slots.
本発明によれば、回転子が、回転子コアの表面に永久磁石を円周方向に隣接する極性が異なるように突出して配設した表面磁石部と、前記回転子コア内を軸方向に貫通するスロットを前記表面磁石部の永久磁石と対応させて設け、該スロットに当該表面磁石部と同極性となるように永久磁石を挿入した埋込磁石部とを備えているので、表面磁石部で表面磁石形回転機が有する高トルク性能を実現することができる。また、表面磁石部に併せて回転子内部に設けたスロットに永久磁石を挿入する埋込磁石部を構成したので、マグネットトルクの他にリラクタンストルクをも利用することができ、表面磁石部によるマグネットトルクと合わせて回転機全体のトルクを増大することができる。しかも、表面磁石部は回転子コアの外周面に永久磁石を突出させて配置するだけで良いので、組立を容易に行うことができるとともに、永久磁石の剛性が低下することもない。 According to the present invention, the rotor penetrates the rotor core in the axial direction, and the surface magnet portion in which the permanent magnets are protruded from the surface of the rotor core so as to have different polarities adjacent to each other in the circumferential direction. A slot to be provided corresponding to the permanent magnet of the surface magnet portion, and an embedded magnet portion into which the permanent magnet is inserted so as to have the same polarity as the surface magnet portion. The high torque performance of the surface magnet type rotating machine can be realized. In addition, since the embedded magnet part that inserts the permanent magnet into the slot provided inside the rotor is configured together with the surface magnet part, reluctance torque can be used in addition to the magnet torque. Together with the torque, the torque of the entire rotating machine can be increased. In addition, since the surface magnet portion only needs to be arranged with the permanent magnet protruding from the outer peripheral surface of the rotor core, the assembly can be easily performed and the rigidity of the permanent magnet is not lowered.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は本発明の第1の実施形態を示す断面図である。この図1において、永久磁石型回転機1は、円筒状フレーム2を有する。この円筒状フレーム2の内周側には固定子3が配置され、この固定子3の内周側には所定のエアギャップGを介して対向する回転子4が配置されている。この回転子4は回転軸5に支持されて回転自在に配置されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, a permanent magnet type rotating machine 1 has a
固定子3は、内周面側に円周方向に等間隔で12個のスロット6が形成されて12個の磁極ティース7が形成されている。各磁極ティース7にはスロット6内に巻装された励磁コイル8が巻回されている。ここで、励磁コイル8の巻き方については大別すると集中巻と分布巻とに分けられる。本発明は集中巻及び分布巻の両者において効果を発揮するものであり、図1によって巻き方を限定するものではない。
In the
一方、回転子4は、図2に拡大して示すように、積層鉄心で形成された回転子コア12と、この回転コア12の外周面に配設された表面磁石部13と、回転子コア12の内部に配設された埋込磁石部14とで構成されている。
表面磁石部13は、回転コア12の外周面に、その曲率と同一曲率の内周面を有する4つの断面円弧状の永久磁石21が円周方向に等間隔で且つ所定の間隙を空けて、回転コア12の外周面より外方に突出させて配設された構成を有する。ここで、各永久磁石21は、希土類磁石粉を焼結して一体に形成され、隣接する永久磁石21の外周面が異なる極性に着磁されている。また、各永久磁石21は回転子コア12の外周面に接着剤等によって貼着されている。
On the other hand, the
The
また、埋込磁石部14は、回転子コア12の内部に表面磁石部13の各永久磁石21に対応する位置にそれぞれ半径方向と直交して延長し、軸方向に貫通するスロット31が形成され、各スロット31に表面磁石部13の永久磁石21と同一方向に着磁された永久磁石32が挿入されて接着剤又は充填材によって固定された構成を有する。ここで、永久磁石32も前述した永久磁石21と同様に希土類磁石粉を焼結して一体に形成されている。
Further, the embedded
このように、上記第1の実施形態によると、永久磁石型回転機1の回転子4が表面磁石部13及び埋込磁石部14を有するので、回転子4の表面磁石部13の永久磁石21間の円周方向の中央部と回転軸5の軸心とを結ぶ線がd軸となる。また、表面磁石部13の異なる極性の永久磁石21間と回転軸5の軸心とを結ぶ線がq軸となる。このため、d軸方向の磁束の磁路にはエアギャップGと同じ磁気抵抗の大きな永久磁石14が存在し、磁束は通りにくいが、q軸方向の磁束は回転子コア12を通ることができるため、この方向の磁気抵抗は小さくなり、d軸インダクタンスLdとq軸インダクタンスLqとがLd<Lqの突極性を有する。このため、電機子巻線の自己インダクタンス及び相互インダクタンスは回転角の2倍で変化し、さらに永久磁石の電機子鎖交磁束も回転子4の回転角の余弦で変化する。
Thus, according to the first embodiment, since the
したがって、マグネットトルクにリラクタンストルクを加算した高トルク化を図ることができる。ここでマグネットトルクは、永久磁石の電機子鎖交磁束のみの変化によりエネルギ変換が行なわれて発生するトルクである。また、リラクタンストルクは電機子の自己及び相互インダクタンスの変化に応じてエアギャップGに貯えられた磁気エネルギが機械エネルギに変換されて発生するトルクである。 Therefore, the torque can be increased by adding the reluctance torque to the magnet torque. Here, the magnet torque is a torque generated by energy conversion due to a change in only the armature linkage magnetic flux of the permanent magnet. The reluctance torque is a torque generated by converting magnetic energy stored in the air gap G into mechanical energy in accordance with changes in the armature self and mutual inductance.
このように、永久磁石型回転機1の回転子4として回転子コア12に表面磁石部13及び埋込磁石部14を形成するようにしているので、表面磁石部13によって表面磁石形回転機が有する高トルク性能を発揮することができる。
また、表面磁石部13に併せて、回転子コア12の内部に設けたスロット31に永久磁石32を挿入して固定した埋込磁石部14を有するので、前述したようにマグネットトルクに加えてリラクタンストルクをも利用することができ、表面磁石部13のマグネットトルクと合わさって回転機全体のトルクを増大することができる。
Thus, since the
Further, since the
また、表面磁石部13は回転子コア12の外周面に直接永久磁石21を、接着剤等を使用して円周方向に所定の空隙を空けて固定するので、前述した従来例のように永久磁石間に回転子コアの鉄心が介在することがなく、磁気飽和の影響を受けることがないので、トルク性能が劣化することはない。また、表面磁石部13は組立作業を容易に行うことができるとともに、永久磁石21に外力が作用することはないので大きな剛性を必要としない。さらに、回転子コア12の外周面に永久磁石21を固定するので、永久磁石21の外周面の表面積を前述した従来例に比較して大きくすることができる。
Further, since the
因みに、回転子コア内に複数の焼結磁石をV字状にその外周端部側が回転コアから突出するように配設し、その回転子コアから突出した外周端部を積層したリング状の金属磁石で覆う構成とすることも考えられるが、この場合には、回転子の組立が複雑となる。また、リング状の金属磁石は焼結磁石を支持することから大きな剛性を必要するとともに、希土類磁石を使用できないので大きなマグネットトルクを得ることができない等の問題点を有する。しかしながら、上記第1の実施形態では、回転子コア12の外周面に表面磁石部13を直接形成するので、大きなマグネットトルクを得ることができるとともに、永久磁石21で埋込磁石部14を支える必要もないので、大きな剛性を必要とすることはない。
Incidentally, a ring-shaped metal in which a plurality of sintered magnets are arranged in a V shape in the rotor core so that the outer peripheral end portion protrudes from the rotary core, and the outer peripheral end portions protruding from the rotor core are laminated. Although it is conceivable to cover the magnet with a magnet, in this case, the assembly of the rotor becomes complicated. In addition, since the ring-shaped metal magnet supports the sintered magnet, it requires a large rigidity and has a problem that a large magnet torque cannot be obtained because a rare earth magnet cannot be used. However, in the first embodiment, since the
次に、本発明の第2の実施形態を図4について説明する。
この第2の実施形態は、前述した第1の実施形態における埋込磁石部14の構成を変更したものである。
すなわち、第2の実施形態では、図4に示すように、前述した第1の実施形態における埋込磁石部14のスロット31を分割して2つのスロット31a及び31bを形成し、各スロット31a及び31b内に永久磁石32a及び32bを挿入して接着剤や充填材等によって固定するようにしたものである。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the second embodiment, the configuration of the embedded
That is, in the second embodiment, as shown in FIG. 4, the
この第2の実施形態によると、埋込磁石部14のスロット31を2分割し、それぞれのスロット31a及び31bに永久磁石32a及び32bを挿入して接着剤や充填材等によって固定するので、大型機のように回転時における永久磁石32a及び32bに掛かる遠心力を緩和することができ、遠心力による磁石割れを防止することができる。
According to the second embodiment, the
次に、本発明の第3の実施形態を図5について説明する。
この第3の実施形態は、前述した第2実施形態における埋込磁石部14の構成を変更したものである。
すなわち、第3の実施形態では、図5に示すように、埋込磁石部14のスロット31a及び31bをそれらの隣接端部が回転子コア12の回転中心側に凸となるようにV字状に配設し、これらスロット31a及び31b内に、永久磁石32a及び32bを挿入して接着剤や充填材等によって固定するようにしたものである。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the third embodiment, the configuration of the embedded
That is, in the third embodiment, as shown in FIG. 5, the
この第3の実施形態によると、分割したスロット31a及び31bをV字状に配設したので、リラクタンストルクを増大させることができ、回転機全体のトルクを増大させることができるため、この分永久磁石32a及び32bを小さくすることができ、さらに安価な永久磁石型回転機を提供することができる。
この第3の実施形態においては、回転子4に8個のスロット31a,31bを形成した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、スロット自体をV字形状に形成することにより、半分のスロット数とすることもできる。
According to the third embodiment, since the divided
In the third embodiment, the case where the eight
なお、上記第1〜第3の実施形態においては、回転子4の磁極数を4極とし、固定子3の磁極ティース7を12個とした場合について説明した。しかしながら、上記構成に限定されるものではなく、回転子4の磁極数及び固定子3のティース数は任意に設定することができる。
In the first to third embodiments, the case where the number of magnetic poles of the
1…永久磁石型回転電機、2…円筒状フレーム、3…固定子、G…エアギャップ、4…回転子、5…回転軸、6…スロット、7…磁極ティース、8…励磁コイル、11…磁極、12…回転子コア、13…表面磁石部、14…埋込磁石部、21…永久磁石、31,31a,31b…スロット、32,32a,32b…永久磁石 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Permanent magnet type rotary electric machine, 2 ... Cylindrical frame, 3 ... Stator, G ... Air gap, 4 ... Rotor, 5 ... Rotating shaft, 6 ... Slot, 7 ... Magnetic pole teeth, 8 ... Excitation coil, 11 ... Magnetic pole, 12 ... Rotor core, 13 ... Surface magnet part, 14 ... Embedded magnet part, 21 ... Permanent magnet, 31, 31a, 31b ... Slot, 32, 32a, 32b ... Permanent magnet
Claims (3)
前記回転子は、回転子コアの表面に永久磁石を円周方向に隣接する極性が異なるように突出して配設した表面磁石部と、
前記回転子コア内を軸方向に貫通するスロットを前記表面磁石部の永久磁石と対応させて設け、該スロットに当該表面磁石部と同極性となるように永久磁石を挿入した埋込磁石部と
を備えたことを特徴とする永久磁石型回転機。 A permanent magnet type rotating machine comprising a stator around which an exciting coil is wound, and a rotor that rotates in opposition to the stator across a predetermined gap,
The rotor has a surface magnet portion in which permanent magnets are arranged on the surface of the rotor core so as to protrude in the circumferential direction so as to have different polarities, and
A slot that passes through the rotor core in the axial direction in correspondence with the permanent magnet of the surface magnet portion, and an embedded magnet portion in which the permanent magnet is inserted so as to have the same polarity as the surface magnet portion. A permanent magnet type rotating machine comprising:
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP7401737B2 (en) | 2019-09-30 | 2023-12-20 | ダイキン工業株式会社 | rotor, motor |
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- 2009-05-28 JP JP2009128911A patent/JP2010279157A/en active Pending
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