JP2002209350A - Motor or rotor of power generator - Google Patents
Motor or rotor of power generatorInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電動機の回転子に関
し、特に永久磁石形同期電動機又は発電機に適用して有
用なものである。
【０００２】
【従来の技術】永久磁石を回転子鉄心に埋め込んで界磁
とする回転界磁形の回転電機として永久磁石形同期電動
機（発電機；以下の説明は電動機に関するものとする
が、発電機に対しても全く同様に当てはまる。）が知ら
れている。図７は従来技術に係る永久磁石形同期電動機
の回転子を示す断面図である。同図に示すように、この
永久磁石同期電動機において、正弦波誘導電圧を得る、
つまり誘導電圧の歪みを低減させるために、回転子鉄心
１の外周部を円形にしている。これにより、トルクリッ
プルを低減させる効果がある。また、回転子鉄心１の永
久磁石挿入スロット（以下、単にスロット２と称す。）
の側壁１ａの漏れ磁束を低下させるため、側壁１ａの
幅ｔを狭くするとともに、永久磁石３と側壁１ａとの
間に空隙４を設けている。かかる、の構成によっ
て、回転子中の漏れ磁束が減少するとともに、固定子側
への磁束が増加して大きなトルクが得られる。なお、図
中、５は回転軸である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記、の
構成によって、図７の側壁１ａ部分での磁束が急激に減
少するために、誘起電圧のトルクリップルが増加してし
まうという問題がある。このときの誘起電圧を図８に一
点鎖線で示す。誘導電圧のトルクリップルの増加という
問題は、一極当たりのスロット数が少ない場合程、その
影響が大きい。
【０００４】また、上述の如き非正弦波誘起電圧の電動
機は、弱め界磁制御をおこなって主磁束を減少させても
高調波成分が減少しないために電圧ピークが低下せず、
これにより運転可能速度領域が減少する。さらに、誘起
電圧の高調波成分による固定子鉄損が増大するという問
題も生起する。
【０００５】本発明は、上記従来技術に鑑み、空隙の磁
束密度を高めると同時に、ギャップ磁束分布を正弦波に
近付けることができる電動機の回転子を提供することを
目的とする。
【０００６】上記目的を達成する本発明の構成は、次の
点を特徴とする。
【０００７】１）回転子鉄心に永久磁石を埋め込んで界
磁を形成した埋め込み形電動機又は発電機において、鉄
心の磁極部を傘形に形成し、この傘形磁極の柄部に、両
端部に狭窄部となった磁路を残してスロットを形成し、
このスロットに永久磁石を埋め込んだこと。
【０００８】２）上記１）に記載する電動機又は発電機
の回転子において、永久磁石を２個以上に分割し、これ
らを隣接させて配設することにより磁極を形成したこ
と。
【０００９】３）上記１）に記載する電動機又は発電機
の回転子において、永久磁石をＶ字形に配設することに
より磁極を形成したこと。
【００１０】４）上記１）に記載する電動機又は発電機
の回転子において、永久磁石をＶ字形に２層配設するこ
とにより磁極を形成したこと。
【００１１】５）上記１）に記載する電動機又は発電機
の回転子において、永久磁石は磁極の外周形状に対応す
る円弧状に形成したこと。
【００１２】６）上記１）乃至上記５）の何れか一つに
記載する電動機又は発電機の回転子において、柄部を含
む傘形磁極の外周部である磁極端に金属又はモールド材
を充填した補強部を形成したこと。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
基づき詳細に説明する。なお、各実施の形態において同
一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【００１４】図１は本発明の第１の実施の形態に係る回
転子の一部を示す断面図である。同図に示すように、本
形態に係る回転子は、磁極部である回転子鉄心１１の外
周部を傘形に形成したもので、この傘形の柄部１１ａに
形成したスロットに永久磁石１２を嵌入して構成したも
のである。すなわち、柄部１１ａには、狭窄部となった
磁路を両端部に残してスロットが形成してあり、このス
ロットに永久磁石が嵌入してある。
【００１５】これによって、磁極の端部の磁路を狭くし
て磁極の端部磁束を増大させると同時に、磁極の端部に
おける固定子１３との間のギャップを狭くしてこの部分
の磁気抵抗を下げることができる。この結果、ギャップ
磁束の正弦波分布化が可能となり、図９に実線で示すよ
うに、誘起電圧も綺麗な正弦波となる。
【００１６】図１に示す第１の実施の形態を変更して、
図２に示すように構成しても良い。これを第２の実施の
形態として説明する。図２に示すように、本形態におい
ては、永久磁石２２ａ、２２ｂを２つに分けている。分
割数は２つとは限らないが、このように２つ以上に分け
ることにより、回転子鉄心２１の遠心力に対する強度を
高めることができる。
【００１７】図１に示す第１の実施の形態を変更して、
図３に示すように構成しても良い。これを第３の実施の
形態として説明する。図３に示すように、本形態におい
ては、永久磁石３２ａ、３２ｂを２つに分け、これらを
回転子鉄心３１にＶ字状に配設している。このようにＶ
字状に配設することより、トルクに対する強度を高め、
また永久磁石３２ａ、３２ｂの面積を広く取ることがで
きるので、ギャップ磁束を高めることができる。
【００１８】図３に示す第３の実施の形態を変更して、
図４に示すように構成しても良い。これを第４の実施の
形態として説明する。図４に示すように、本形態に係る
回転子鉄心４１においては、Ｖ字に配設された永久磁石
３２ａ、３２ｂのさらに上部にＶ字形に永久磁石４２
ａ、４２ｂを配置したものである。このことにより、第
３の実施の形態よりもさらに界磁磁束を高めることがで
きる。
【００１９】図１に示す第１の実施の形態を変更して、
図５に示すように構成しても良い。これを第５の実施の
形態として説明する。図５に示すように、本形態におい
ては、永久磁石５２を、回転子鉄心５１の磁極の外周形
状に対応する円弧状に形成した。このことにより、磁極
鉄心の傘部５１ｂを通る横軸（ｑ軸）磁束の量が少なく
なる（横方向における磁路が狭くなる。）ために、電機
子反作用の影響を減少させることができる。すなわち、
一般に、負荷時において、回転子磁石上部の鉄心を横方
向に貫く電機子巻線の磁束が、磁石の磁束に影響を与
え、トルクの飽和を引き起こすが、本形態の如く永久磁
石５２を円弧状に形成することにより、電機子反作用の
影響を減少させることができる。
【００２０】図１に示す第１の実施の形態を変更して、
図６に示すように構成しても良い。本形態は、上述の第
１乃至第５の実施の形態において、周方向に作用するト
ルクに対して柄部（例えば１１ａ）の強度が懸念される
が、この解決策として提案するものである。すなわち、
本形態においては、図６に示すように、回転子鉄心６１
の柄部６１ａを含む傘形磁極の外周部である磁極端に金
属又はモールド材を充填して補強部６４を形成し、当該
部分を補強したものである。
【００２１】
【発明の効果】以上実施の形態とともに詳細に説明した
通り、本発明によれば空隙の磁束密度を高めると同時に
ギャップ磁束分布を正弦波に近付けることができ、トル
クの増大、トルクリップル、固定子鉄損の低減に寄与す
ることができる。さらに、〔請求項２〕乃至〔請求項
４〕に記載する発明によれば、回転子強度を増大するこ
ともできる。一方、〔請求項５〕に記載する発明によれ
ば、電機子反作用の影響を減少させることができ、〔請
求項６〕に記載する発明によれば、無負荷時の正弦波分
布を維持しながらリラクタンストルクのを増大を図るこ
とができる。また、〔請求項７〕に記載する発明によれ
ば、磁極の柄部の強度を高めることができる。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rotor for a motor, and more particularly, to a rotor which is useful when applied to a permanent magnet synchronous motor or a generator. 2. Description of the Related Art Permanent magnet type synchronous motors (generators) are used as rotating field type rotary electric machines in which permanent magnets are embedded in a rotor core to form a magnetic field. The same applies to machines.) FIG. 7 is a sectional view showing a rotor of a permanent magnet type synchronous motor according to the related art. As shown in the figure, in this permanent magnet synchronous motor, a sine wave induced voltage is obtained.
That is, in order to reduce the distortion of the induced voltage, the outer peripheral portion of the rotor core 1 is circular. This has the effect of reducing torque ripple. Further, a permanent magnet insertion slot of the rotor core 1 (hereinafter, simply referred to as a slot 2).
In order to reduce the leakage magnetic flux of the side wall 1a, the width t of the side wall 1a is reduced, and a gap 4 is provided between the permanent magnet 3 and the side wall 1a. With this configuration, the leakage magnetic flux in the rotor is reduced, and the magnetic flux to the stator is increased, so that a large torque is obtained. In the figure, reference numeral 5 denotes a rotating shaft. [0003] However, the above configuration has a problem that the torque ripple of the induced voltage increases because the magnetic flux in the side wall 1a in FIG. 7 is rapidly reduced. is there. The induced voltage at this time is shown by a dashed line in FIG. The problem of increasing the torque ripple of the induced voltage has a greater effect as the number of slots per pole is smaller. Further, in the motor having a non-sinusoidal induced voltage as described above, even if the field weakening control is performed to reduce the main magnetic flux, the harmonic component does not decrease, so that the voltage peak does not decrease.
This reduces the operable speed range. Further, a problem arises in that stator iron loss increases due to harmonic components of the induced voltage. SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above prior art, an object of the present invention is to provide a rotor of a motor capable of increasing the magnetic flux density of a gap and at the same time, making the gap magnetic flux distribution close to a sine wave. The structure of the present invention that achieves the above object has the following features. 1) In an embedded motor or generator in which a permanent magnet is embedded in a rotor core to form a magnetic field, a magnetic pole portion of the iron core is formed in an umbrella shape. A slot is formed leaving a magnetic path that has become a constriction,
The permanent magnet is embedded in this slot. [0008] 2) In the rotor of the electric motor or the generator described in the above 1), the permanent magnet is divided into two or more, and these are arranged adjacent to each other to form magnetic poles. 3) In the rotor of the motor or generator described in 1) above, the magnetic poles are formed by disposing permanent magnets in a V-shape. 4) In the rotor of the electric motor or the generator described in 1) above, the magnetic poles are formed by arranging two permanent magnets in a V-shape. 5) In the rotor of the electric motor or the generator described in 1) above, the permanent magnet is formed in an arc shape corresponding to the outer peripheral shape of the magnetic pole. 6) In the rotor of the electric motor or the generator according to any one of 1) to 5) above, a metal or molding material is filled in a magnetic pole, which is the outer peripheral portion of the umbrella-shaped magnetic pole including the handle. That a reinforced part was formed. Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In each of the embodiments, the same portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. FIG. 1 is a sectional view showing a part of a rotor according to a first embodiment of the present invention. As shown in the figure, the rotor according to the present embodiment has an umbrella-shaped outer peripheral portion of a rotor core 11, which is a magnetic pole portion, and a permanent magnet 12 is formed in a slot formed in the umbrella-shaped handle portion 11a. Is inserted. That is, a slot is formed in the handle 11a, leaving a magnetic path that has become a narrowed portion at both ends, and a permanent magnet is fitted into this slot. Thus, the magnetic path at the end of the magnetic pole is narrowed to increase the magnetic flux at the end of the magnetic pole, and at the same time, the gap between the end of the magnetic pole and the stator 13 is narrowed so that the magnetic resistance at this end is reduced. Can be lowered. As a result, a sine wave distribution of the gap magnetic flux becomes possible, and the induced voltage also becomes a beautiful sine wave as shown by a solid line in FIG. By changing the first embodiment shown in FIG.
It may be configured as shown in FIG. This will be described as a second embodiment. As shown in FIG. 2, in the present embodiment, the permanent magnets 22a and 22b are divided into two. Although the number of divisions is not limited to two, it is possible to increase the strength of the rotor core 21 against the centrifugal force by dividing it into two or more. By modifying the first embodiment shown in FIG.
It may be configured as shown in FIG. This will be described as a third embodiment. As shown in FIG. 3, in the present embodiment, the permanent magnets 32a and 32b are divided into two, and these are arranged on the rotor core 31 in a V-shape. Thus V
By arranging in a letter shape, the strength against torque is increased,
In addition, since the area of the permanent magnets 32a and 32b can be made large, the gap magnetic flux can be increased. By changing the third embodiment shown in FIG.
It may be configured as shown in FIG. This will be described as a fourth embodiment. As shown in FIG. 4, in the rotor core 41 according to the present embodiment, a V-shaped permanent magnet 42 is further provided above the V-shaped permanent magnets 32 a and 32 b.
a, 42b. Thus, the field magnetic flux can be further increased as compared with the third embodiment. By changing the first embodiment shown in FIG.
It may be configured as shown in FIG. This will be described as a fifth embodiment. As shown in FIG. 5, in the present embodiment, the permanent magnet 52 is formed in an arc shape corresponding to the outer peripheral shape of the magnetic pole of the rotor core 51. As a result, the amount of magnetic flux on the horizontal axis (q-axis) passing through the umbrella portion 51b of the magnetic pole core is reduced (the magnetic path in the horizontal direction is narrowed), so that the effect of armature reaction can be reduced. That is,
In general, at the time of load, the magnetic flux of the armature winding penetrating the iron core above the rotor magnet in the lateral direction affects the magnetic flux of the magnet and causes the saturation of the torque. , The influence of the armature reaction can be reduced. By changing the first embodiment shown in FIG.
It may be configured as shown in FIG. In this embodiment, in the above-described first to fifth embodiments, the strength of the handle portion (for example, 11a) is concerned with respect to the torque acting in the circumferential direction, but this is proposed as a solution. That is,
In the present embodiment, as shown in FIG.
The metal pole or the mold material is filled in the magnetic pole end, which is the outer peripheral portion of the umbrella-shaped magnetic pole including the handle 61a, to form the reinforcing portion 64, and the portion is reinforced. As described above in detail with the embodiments, according to the present invention, the magnetic flux density in the air gap can be increased and the gap magnetic flux distribution can be approximated to a sine wave, so that the torque can be increased and the torque ripple can be increased. This can contribute to a reduction in stator iron loss. Further, according to the inventions described in [claims 2] to [4], the strength of the rotor can be increased. On the other hand, according to the invention described in [Claim 5], the effect of the armature reaction can be reduced, and according to the invention described in [Claim 6], the sine wave distribution at the time of no load is maintained. However, the reluctance torque can be increased. According to the invention described in [Claim 7], the strength of the handle portion of the magnetic pole can be increased.
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る回転子の一部
を抽出して示す正面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る回転子の一部
を抽出して示す正面図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る回転子の一部
を抽出して示す正面図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態に係る回転子の一部
を抽出して示す正面図である。
【図５】本発明の第５の実施の形態に係る回転子の一部
を抽出して示す正面図である。
【図６】本発明の第６の実施の形態に係る回転子の一部
を抽出して示す正面図である。
【図７】従来機技術に係る回転子を示す正面図である。
【図８】従来技術に係る回転子と本願発明に係る回転子
とを有する回転電機において誘起される誘起電圧を示す
波形図である。
【符号の説明】
１１、２１、３１、４１、５１、６１ 回転子鉄心
１１ａ、６１ａ 柄部
１２、２２ａ、２１ｂ、３２ａ、３２ｂ、４２ａ、４２
ｂ、５２ 永久磁石
６４ 補強部材BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a front view showing a part of a rotor according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a front view showing a part of a rotor according to a second embodiment of the present invention. FIG. 3 is a front view showing a part of a rotor according to a third embodiment of the present invention. FIG. 4 is a front view showing a part of a rotor according to a fourth embodiment of the present invention. FIG. 5 is a front view showing a part of a rotor according to a fifth embodiment of the present invention. FIG. 6 is a front view showing a part of a rotor according to a sixth embodiment of the present invention. FIG. 7 is a front view showing a rotor according to the related art. FIG. 8 is a waveform diagram showing an induced voltage induced in a rotating electric machine having a conventional rotor and a rotor according to the present invention. [Description of Signs] 11, 21, 31, 41, 51, 61 Rotor cores 11a, 61a Handles 12, 22a, 21b, 32a, 32b, 42a, 42
b, 52 permanent magnet 64 reinforcing member
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｋ 1/24 Ｈ０２Ｋ 1/24 Ａ 19/10 19/10 Ａ 21/14 21/14 Ｚ Ｆターム(参考） 5H002 AA04 AC07 AE07 AE08 5H619 AA01 AA07 AA10 BB01 BB06 BB15 BB24 PP08 5H621 AA02 BB07 GA01 GA04 JK05 5H622 AA02 AA03 CA02 CA05 CA07 CA10 CA13 CB01 CB03 CB05 PP10 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H02K 1/24 H02K 1/24 A 19/10 19/10 A 21/14 21/14 Z F term (reference ) 5H002 AA04 AC07 AE07 AE08 5H619 AA01 AA07 AA10 BB01 BB06 BB15 BB24 PP08 5H621 AA02 BB07 GA01 GA04 JK05 5H622 AA02 AA03 CA02 CA05 CA07 CA10 CA13 CB01 CB03 CB05 PP10
Claims (1)
を形成した埋め込み形電動機又は発電機において、 鉄心の磁極部を傘形に形成し、この傘形磁極の柄部に、
両端部に狭窄部となった磁路を残してスロットを形成
し、このスロットに永久磁石を埋め込んだことを特徴と
する電動機又は発電機の回転子。 【請求項２】 〔請求項１〕に記載する電動機又は発電
機の回転子において、 永久磁石を２個以上に分割し、これらを隣接させて配設
することにより磁極を形成したことを特徴とする電動機
又は発電機の回転子。 【請求項３】 〔請求項１〕に記載する電動機又は発電
機の回転子において、 永久磁石をＶ字形に配設することにより磁極を形成した
ことを特徴とする電動機又は発電機の回転子。 【請求項４】 〔請求項１〕に記載する電動機又は発電
機の回転子において、 永久磁石をＶ字形に２層配設することにより磁極を形成
したことを特徴とする電動機又は発電機の回転子。 【請求項５】 〔請求項１〕に記載する電動機又は発電
機の回転子において、 永久磁石は磁極の外周形状に対応する円弧状に形成した
ことを特徴とする電動機又は発電機の回転子。 【請求項６】 〔請求項１〕乃至〔請求項５〕の何れか
一つに記載する電動機又は発電機の回転子において、 柄部を含む傘形磁極の外周部である磁極端に金属又はモ
ールド材を充填した補強部を形成したことを特徴とする
電動機又は発電機の回転子。Claims: 1. An embedded motor or generator in which a permanent magnet is embedded in a rotor core to form a field, wherein a magnetic pole portion of the core is formed in an umbrella shape, and a handle of the umbrella-shaped magnetic pole is provided. In the department,
A rotor for an electric motor or a generator, wherein a slot is formed while leaving a magnetic path that is a narrowed portion at both ends, and a permanent magnet is embedded in the slot. 2. A rotor for a motor or a generator according to claim 1, wherein a permanent magnet is formed by dividing a permanent magnet into two or more magnets and disposing them adjacent to each other. Motor or generator rotor. 3. The rotor for a motor or generator according to claim 1, wherein the permanent magnets are arranged in a V-shape to form magnetic poles. 4. A motor or generator rotor according to claim 1, wherein permanent magnets are formed in two layers in a V-shape to form magnetic poles. Child. 5. The rotor for an electric motor or generator according to claim 1, wherein the permanent magnet is formed in an arc shape corresponding to the outer peripheral shape of the magnetic pole. 6. The rotor of an electric motor or a generator according to any one of claims 1 to 5, wherein metal or metal is added to a pole tip which is an outer peripheral portion of an umbrella-shaped magnetic pole including a handle. A rotor for an electric motor or a generator, wherein a reinforcing portion filled with a molding material is formed.
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