JP2006115663A - Permanent magnet rotor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転トルクの向上を図ることができる永久磁石回転子に関する。 The present invention relates to a permanent magnet rotor capable of improving rotational torque.
図11は、永久磁石回転電機100の横断面図を示し、この図11において、円環状に形成された珪素鋼板を積層してなる固定子鉄心101には、所定間隔を有して複数のスロット101aが設けられ、それぞれのスロット101a内には、固定子巻線102が収納され、以って固定子103が構成されている。さらに、固定子鉄心101の内周側には、円環状に形成された珪素鋼板を積層してなる回転子鉄心104が配設されている。この回転子鉄心104の外周部には、所定間隔を有して複数の磁石挿入孔部105が設けられ、この磁石挿入孔部105には永久磁石106が挿入され、以って永久磁石回転子107が構成されている。
FIG. 11 shows a cross-sectional view of the permanent magnet rotating
そして、固定子巻線102に電流を流すことにより移動磁極を発生させ、移動磁極の磁気的吸引力により回転子107にトルクが発生するのである。その動作原理により高い運転効率を維持できる。
A moving magnetic pole is generated by passing a current through the stator winding 102, and torque is generated in the
回転子107側で磁気的吸引力に寄与する要因のひとつには、永久磁石106が発生する磁力(磁石トルク)があり、この磁力が強い程磁気的吸引力が増大し、運転効率を向上させると共に出力密度の増大を図ることができる。このような永久磁石としては、高いエネルギー密度を有する希土類焼結磁石が存在する。例えば、フェライト磁石と希土類焼結磁石のひとつであるネオジム磁石を磁力について比較すると、同一体積においてネオジム磁石の磁力はフェライト磁石の磁力の3倍程度を有している。そのため、吸引力は格段の差を生じることが明らかである。このことから大出力回転機には、概ねネオジム磁石が使用されている。続いて、コストについて比較すると、フェライト磁石は酸化鉄の一種であるため非常に安く、ネオジム磁石は希少金属を使用していることからフェライト磁石の約10倍程度のグラム単価を有している。そのため、希土類焼結磁石の回転機への普及について絶えず障壁となっている要因のひとつである。
One of the factors contributing to the magnetic attraction force on the
ところで、磁気的吸引力に寄与するもうひとつの要因には、リラクタンストルクがある。一般に埋め込み磁石型の永久磁石回転子107は回転子鉄心104のスロット105内に永久磁石106を埋め込むため、永久磁石106の固定が簡単であると共に、外周側に存在する固定子鉄心101との主間隙を狭くすることができ、出力密度を大きく取れることができる。そこで、最近では、埋め込み磁石型の永久磁石回転子107の突極構造を活用して、通電された固定子巻線102の電磁石としての力を保有しながらもリラクタンストルクを積極的に利用することで、トルク向上の試みもなされている。ここで、突極構造とは、永久磁石回転子107のように、固定子103側からみて、磁束が永久磁石106を通る部分(磁束が通り難い部分である磁気的凸部)と磁束が永久磁石106を通らない部分(永久磁石106相互間を通る磁束が通り易い部分である磁気的凹部)とを交互に有する構造をいう。
Meanwhile, reluctance torque is another factor contributing to the magnetic attractive force. In general, the
永久磁石回転電機100の製造コスト面を考慮すると、リラクタンストルクを極力増やし、その上昇分だけ磁石トルクを減らす即ち磁石使用量を減らす方法が賢明である。特に希土類焼結磁石を使用した永久磁石回転電機では、このような方法に基づいて製造されることになる。また、フェライト磁石を使用した永久磁石回転電機では、フェライト磁石の弱い磁石トルクをリラクタンストルクで補うといった方法に基づいて製造されることになる。
Considering the manufacturing cost of the permanent magnet rotating
現在は、磁石トルクとリラクタンストルクとを合わせたトータルトルクを発生トルクとする永久磁石回転電機が主流を占めつつある。 At present, a permanent magnet rotating electric machine that uses a total torque including a magnet torque and a reluctance torque as a generated torque is becoming mainstream.
ところで、非特許文献1には、リラクタンストルクの活用度合による回転子形状の使い分けについて、回転電機運転特性に対応させながら記載されている。この非特許文献1には、これら種々の回転子形状が紹介されているが、リラクタンストルクを活用する構造は、どれも永久磁石を回転子に完全に埋め込んでいるので、回転子鉄心には、永久磁石の外周側においても鉄心部分(図11の104a参照)が存する構成となっている。
従来技術の構成によれば、回転子107に永久磁石106の外周側に位置して鉄心部分104aが存在するので、この鉄心部分104aで永久磁石106の磁束の一部が固定子1073側に向かわずにショートカット状態となり、また、固定子103側の電磁石による磁束の一部も回転子107の中心方向に向かわずにショートカット状態になり、結果的に、磁束が漏洩してトータルトルクが減少する問題がある。
According to the configuration of the prior art, the
このよう問題を解決するためには、永久磁石106の磁束はその永久磁石106の周方向に幅寸法に比例することから、その幅寸法を大きくして磁石トルクを増加させるか、或いは、永久磁石106相互間の間隔を広げてリラクタンストルクを増加させることが考えられる。しかしながら、例えば、永久磁石106の幅寸法を小さくすると、リラクタンストルクは増加するが、永久磁石106としての磁石トルクは減少することになる。そこで、トータルトルクを上げるためには、永久磁石106の磁束は、永久磁石106の厚み寸法にも比例することから、その永久磁石106の径方向の厚み寸法を増やすことが好ましい。しかしながら、永久磁石106の幅を変えず単純にその厚さを増やすことにより体積が増加すると、それに伴うコスト増加が発生するといったジレンマに陥る。
In order to solve such a problem, since the magnetic flux of the
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、コスト増加をできる限り抑制して、トータルトルクを向上できる永久磁石回転子を提供することにある。 This invention is made | formed in view of the said situation, The objective is to suppress the increase in cost as much as possible and to provide the permanent magnet rotor which can improve a total torque.
本発明の永久磁石回転子は、回転子鉄心と、前記回転子鉄心の外周部に設けられ、外周側が開放する複数の磁石挿入孔部と、前記磁石挿入孔部に挿入された永久磁石とを備えたことを特徴とする(請求項1)。
このような構成によれば、回転子鉄心には、永久磁石の外側に位置する鉄心部分が存在しないので、永久磁石による磁束及び固定子の電磁石による磁束の漏洩は阻止される。
A permanent magnet rotor according to the present invention includes a rotor core, a plurality of magnet insertion holes provided on an outer peripheral portion of the rotor core, the outer peripheral side being opened, and a permanent magnet inserted into the magnet insertion hole. (Claim 1).
According to such a configuration, since there is no iron core portion located outside the permanent magnet in the rotor core, leakage of the magnetic flux by the permanent magnet and the magnetic flux by the electromagnet of the stator is prevented.
本発明の永久磁石回転子は、前記永久磁石は、同一形状の複数の単位磁石により構成され、前記磁石挿入孔部には、前記単位磁石を径方向に積み重ねて配置されていることを特徴とする(請求項6)。
この場合、前記磁石挿入孔部の外周側に、1つの単位磁石が配置され、残りの単位磁石の少なくとも1つの代わりに同形状の鉄ブロックが配置されることを特徴とする(請求項8)。
The permanent magnet rotor according to the present invention is characterized in that the permanent magnet is composed of a plurality of unit magnets having the same shape, and the unit magnets are stacked in the radial direction in the magnet insertion hole. (Claim 6).
In this case, one unit magnet is disposed on the outer peripheral side of the magnet insertion hole, and an iron block having the same shape is disposed in place of at least one of the remaining unit magnets. .
本発明は、前記永久磁石は、異なる形状の複数の単位磁石により構成され、前記磁石挿入孔部には、前記単位磁石を径方向に積み重ねて配置されていることを特徴とする(請求項7)。
この場合、前記磁石挿入孔部の外周側に、1つの単位磁石が配置され、残りの単位磁石の少なくとも1つの代わりに同形状の鉄ブロックが配置されることを特徴とする(請求項8)。
According to the present invention, the permanent magnet is composed of a plurality of unit magnets having different shapes, and the unit magnets are arranged in a radial direction in the magnet insertion hole. ).
In this case, one unit magnet is disposed on the outer peripheral side of the magnet insertion hole, and an iron block having the same shape is disposed in place of at least one of the remaining unit magnets. .
このような構成によれば、永久磁石が複数個の単位磁石を配置すると共に磁石挿入孔部の外周側に1つの単位磁石を配置し、残りの単位磁石の少なくとも1つの代わりに同形状の鉄ブロックを配置することにより、所望の出力に合わせて単位磁石と鉄ブロックとを組み合わせて永久磁石を構成するので、複数の出力を発生する回転子をひとつの回転子鉄心により共通化することができ、製造コストを抑制することができる。 According to such a configuration, the permanent magnet has a plurality of unit magnets, one unit magnet is arranged on the outer peripheral side of the magnet insertion hole, and iron of the same shape instead of at least one of the remaining unit magnets. By arranging blocks, a permanent magnet is configured by combining unit magnets and iron blocks according to the desired output, so a rotor that generates multiple outputs can be shared by a single rotor core. The manufacturing cost can be suppressed.
本発明によれば、回転子鉄心には、永久磁石の外周側に位置する鉄心部分が存在しないので磁束の漏洩が発生せず、永久磁石及び電磁石の磁束を効率よく利用することができて、コスト増加をできるだけ抑制しながらトータルトルクを向上させることができる。 According to the present invention, since there is no core portion located on the outer peripheral side of the permanent magnet in the rotor core, leakage of magnetic flux does not occur, and the magnetic flux of the permanent magnet and the electromagnet can be used efficiently. The total torque can be improved while suppressing the cost increase as much as possible.
(第1の実施例)
以下、本発明の第1の実施例について、図1を参照しながら説明する。
この図1において、永久磁石回転子(以下単に回転子という)1は、円環状の多数の鉄心材として珪素鋼板を積層して構成される回転子鉄心2を有する。回転子鉄心2の外周部には、所定間隔を有して外周側が開放する複数(図では4つ)の磁石挿入孔部3が形成されており、これらの磁石挿入孔部3には、永久磁石として例えば扇状に形成されたフェライト磁石4が挿入されて、接着等により固定されている。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
In FIG. 1, a permanent magnet rotor (hereinafter simply referred to as a rotor) 1 has a rotor core 2 formed by laminating silicon steel plates as a large number of annular cores. A plurality (four in the figure) of
さらに、回転子1において、フェライト磁石4が配置された部分が図示しない固定子の電磁石による磁束の通り難い磁気的凹部(q軸)1aであり、フェライト磁石4,4間の鉄心部分が磁束の通り易い磁気的凸部(d軸)1bであり、これらの磁気的凹部1a、磁気的凸部1bは円周方向に所定間隔を有して交互に形成されている。
Further, in the rotor 1, the portion where the
さて、図示しない回転軸、回転子鉄心2及び端板が一体化されて回転子1が組み立てられる。このようにして、回転子1は、図示しない固定子巻線が施された固定子内に配置され、以って永久磁石式リラクタンス型回転電機が構成されるようになっている。そして、固定子巻線に電流を流すことにより、回転子1には、回転子鉄心2外周面と略同一周面に揃えられて配置されたフェライト磁石4と、固定子の移動磁極との間に発生する磁気吸引力及び磁気反発力によって、磁石トルクが発生する。また、回転子1には、磁気的凹部(q軸)1aと磁気的凸部(d軸)1bとが形成されているので、これらの磁気的凸部1bおよび磁気的凹部1a上の空隙部分で、固定子巻線に電流を流すことにより蓄えられる磁気エネルギーが異なり、この磁気エネルギーの変化によりリラクタンストルクが発生する。これら磁石トルクとリラクタンストルクとを合わせたトータルトルクにより、回転子1が回転するようになる。
Now, the rotating shaft, the rotor core 2 and the end plate (not shown) are integrated to assemble the rotor 1. In this way, the rotor 1 is arranged in a stator on which a stator winding (not shown) is provided, so that a permanent magnet type reluctance type rotating electrical machine is configured. Then, by passing an electric current through the stator winding, the rotor 1 is provided between the
このような構成によれば、回転子鉄心2の外周部には、所定間隔を有して外周側が開放する複数の磁石挿入孔部3が形成され、それぞれの磁石挿入孔部3には、永久磁石としてフェライト磁石4が挿入されている。フェライト磁石4の外周側には回転子鉄心2の鉄心部分(図11の104aに相当)が存在していなく、フェライト磁石4の磁束およびリラクタンス磁束(固定子の電磁石による磁束)が、前記鉄心部分を通るショートカットにより漏洩することが抑制されている。これにより、本来のフェライト磁石4の磁束が有効に活用されると共に、リラクタンス磁束についても、フェライト磁石4の幅方向寸法を変化させていないので、低下を招くことがない。従って、リラクタンス磁束の低下させることなく、磁石の体積増加を抑えてコスト増加を抑制しながらも磁石トルクを向上させ、磁石トルクとリラクタンストルクとのトータルトルクを向上させることができる。
According to such a configuration, the outer periphery of the rotor core 2 is formed with a plurality of magnet insertion holes 3 having a predetermined interval and opened on the outer periphery, and each
(第2の実施例)
図2は本発明の第2の実施例であり、前記第1の実施例と異なるところは、回転子鉄心2に変わる回転子鉄心5の外周部には、所定間隔を有して外周側が開放する複数の磁石挿入孔部6が形成され、この磁石挿入孔部6には、開放部の幅寸法が小となるような湾曲形状の抜止部7が設けられている。磁石挿入孔部6には、永久磁石として例えば当該磁石挿入孔部6と同一形状に形成されたフェライト磁石8が挿入されている。その他の構成は、前記第1の実施例と同様である。
(Second embodiment)
FIG. 2 shows a second embodiment of the present invention, which is different from the first embodiment in that the outer peripheral portion of the rotor core 5 that changes to the rotor core 2 is open at a predetermined interval on the outer periphery. A plurality of magnet
このような構成によれば、磁石挿入孔部6は、開放部の幅寸法が小となるように湾曲形状に形成された抜止部7が設けられ、この磁石挿入孔部6には、当該磁石挿入孔部6と同一形状に形成されたフェライト磁石8が挿入されているので、固定子巻線に電流を流すことにより、磁石トルク及びリラクタンストルクが発生して回転子1が回転したとしても、フェライト磁石8が磁石挿入孔部6より抜け出してしまうことを防止することができる。尚、上記実施例と同様の効果を得ることは勿論である。
According to such a configuration, the
(第3の実施例)
図3は本発明の第3の実施例であり、前記第2の実施例と異なるところは、湾曲形状の抜止部7の代わりに、磁石挿入孔部6の外周側端部にチップを内側に張り出させたチップ形状の抜止部9が設けられている。そして、磁石挿入孔部6にフェライト磁石8を挿入し、ポンチング或いはプレス等で抜止部9に押圧力を加えて変形させることにより、その抜止部9によい、フェライト磁石8の抜け止めを行ない、回転子鉄心5に拘束させる。その他の構成は、前記第2の実施例と同様である。
(Third embodiment)
FIG. 3 shows a third embodiment of the present invention. The difference from the second embodiment is that a chip is placed inside the outer end of the
このような構成によれば、チップ形状の抜止部9によりフェライト磁石8は拘束されているので、回転電機製造時の運搬中や回転電機の運転時に、振動により破損することや重心バランスの崩れにより偏心して振動が発生する危険性を防止することができ、回転子1のアンバランスを抑制してトータルトルクを最大限に発揮することができる。尚、前記実施例2と同様の効果を得ることは勿論である。 According to such a configuration, since the ferrite magnet 8 is constrained by the chip-shaped retaining portion 9, it may be damaged by vibration or collapse of the balance of the center of gravity during transportation during operation of the rotating electrical machine or during operation of the rotating electrical machine. The risk of occurrence of vibration due to eccentricity can be prevented, and the unbalance of the rotor 1 can be suppressed and the total torque can be maximized. Needless to say, the same effects as those of the second embodiment can be obtained.
(第4の実施例)
図4は本発明の第4の実施例であり、図3と同一部分に同一符号を付して示し、以下異なるところを説明する。この実施例では、抜止部9を硬化処理した場合を示しており、その硬化方法としては、レーザによる焼入れ、浸炭処理あるいは窒化処理等があげられ、これら硬化方法を使用すれば抜止部9周辺(斜線部分)の硬化をあげて強度を向上させることができる。一般に電磁鋼板は非常に柔らか材質を有している。磁気特性を発揮するためには強度的にも軟質でなければならないが、磁石の遠心力に打ち勝つためには高い降伏点即ち硬質でなければならない。この相反する特性を両立させることは非常に難しく材質も限られている。また、高価な第3元素を組成に添加することになり、電磁鋼板自体も高くなるのが一般である。
(Fourth embodiment)
FIG. 4 shows a fourth embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and different points will be described below. In this embodiment, the case where the retaining portion 9 is cured is shown, and examples of the curing method include laser quenching, carburizing treatment, nitriding treatment, and the like. The strength can be improved by increasing the curing of the hatched portion. In general, electrical steel sheets have a very soft material. To exhibit magnetic properties, it must be soft in strength, but to overcome the centrifugal force of the magnet, it must have a high yield point or hard. It is very difficult to make these contradictory characteristics compatible, and the materials are limited. In addition, an expensive third element is added to the composition, and the electromagnetic steel sheet itself is generally high.
これによれば、磁気的に柔らかい即ち強度の低い材料を使い、磁気抵抗を低下させて磁束の流れを改善し、且つ鉄損を低減し、高い強度を必要とする抜止部9のみ硬化処理をして強度向上を行っている。磁石間の鉄心部位が狭くなる、或いは、抜止部9が強度を維持するために大きな曲がりを有する場合、前記部位には応力集中が起こり、降伏点を超える個所が出てくると、運転中に前記鉄心部位は金属疲労を生じて破断に至り、磁石が飛散して回転電機が破損する虞があるが、抜止部に硬化処理をすることで強度を向上させることができるのである。 According to this, a magnetically soft material, ie, a low strength material is used, the magnetic resistance is lowered to improve the flow of magnetic flux, the iron loss is reduced, and only the retaining portion 9 requiring high strength is cured. And strength is improved. When the iron core part between the magnets becomes narrow or the retaining part 9 has a large bend to maintain strength, stress concentration occurs in the part, and if a part exceeding the yield point comes out, during operation Although the iron core portion may be broken due to metal fatigue, the magnet may scatter and the rotating electrical machine may be damaged, but the strength can be improved by hardening the retaining portion.
(第5の実施例)
図5は本発明の第5の実施例であり、前記第2の実施例と異なるところを説明する。永久磁石としてのフェライト磁石8の代わりに、フェライト磁石10を用いられ、フェライト磁石10は、底辺側先端に向かって順次幅寸法が小となるテーパを有すると共に先端側は回転子鉄心5の円周と同一面に揃うように(かまぼこ形状)形成された複数の単位磁石として例えば2つのフェライト単位磁石10a,10aにより構成される。このフェライト単位磁石10a,10aの底辺部をそれぞれ合致させてひとつのフェライト磁石10が構成される。さらに、回転子鉄心5には、フェライト単位磁石10a,10aが径方向に積み重ねられたフェライト磁石10と同一形状に形成された磁石挿入孔部11が形成されており、この磁石挿入孔部11は、フェライト単位磁石10aのテーパ面と合致するテーパ形状の抜止部12が設けられている。そして、フェライト磁石10が挿入されて配置された後に着磁される。その他の構成は、前記第2の実施例と同様である。
(Fifth embodiment)
FIG. 5 shows a fifth embodiment of the present invention, and the differences from the second embodiment will be described. Instead of the ferrite magnet 8 as a permanent magnet, a
このような構成によれば、同一形状に形成された複数として2つのフェライト単位磁石10a,10aが、磁石挿入孔部11に回転子鉄心2の径方向に積み重ねられているので、回転機が必要とする磁石磁束を発生させるために2つの単位磁石を使用したとしても、異種形状の磁石を2つ用意する場合に比しコストを抑制することができると共に、前記第1及び2の実施例と同様の効果を得ることができる。
According to such a configuration, two
(第6の実施例)
図6は本発明の第6の実施例であり、前記第1の実施例と異なるところを説明する。永久磁石としてのフェライト磁石4を用いた代わりに、フェライト磁石13を用いられる。フェライト磁石13は、複数として2つのフェライト単位磁石13aとフェライト単位磁石13bとを含んで構成され、フェライト単位磁石13aは、磁石底辺側から先端部に向かって順次幅寸法が小となるテーパを有すると共に上端側は回転子1の円周と同一面に揃うように(かまぼこ形状)形成され、フェライト単位磁石13bは、フェライト単位磁石13aの底辺幅より長辺幅寸法が小さい直方体形状に形成されている。さらに、回転子鉄心2の磁石挿入孔部14には、フェライト単位磁石13aが径方向外周側に配置され、フェライト単位磁石13bがその内側に積み重ねられて配置される。磁石挿入孔部14は、フェライト単位磁石13aのテーパ面と合致するテーパ形成の抜止部15が設けられている。そして、フェライト磁石13は、磁石挿入孔部14に挿入されて配置された後に着磁される。その他の構成は、前記第1の実施例と同様である。
(Sixth embodiment)
FIG. 6 shows a sixth embodiment of the present invention, and the differences from the first embodiment will be described. Instead of using the
このような構成によれば、異なる形状の複数として2つのフェライト単位磁石13a,13bにより構成され、かまぼこ形状のフェライト単位磁石13aの径方向内周側に直方体形状のフェライト単位磁石13bが積み重ねられて配置されている。例えば、回転子1が小型になると、永久磁石13間に存在する回転子鉄心2の鉄心部位が内周側になる程極端に狭くなってしまう。当該鉄心部分は、磁気的凸部(d軸)であるためにリラクタンス磁束が流れることから、狭くなりすぎると磁気的飽和を発生し、リラクタンス磁束を減少させてしまう虞があり、結果として磁石トルクが増えたとしてもそれ以上にリラクタンストルクが減少してトータルトルクが減少する虞がある。しかしながら、内周側に配置するフェライト単位磁石13bはフェライト単位磁石13b間に存在する鉄心部分を磁気飽和させないように幅寸法がフェライト単位磁石13aより小さく形成されているので、磁石トルクを低下させることなく当該鉄心部位の磁気飽和によるリラクタンストルクの減少を抑制することができ、大きなトータルトルクを発生させることができる。さらに、フェライト単位磁石13bは、直方形状であるために安価に製造することができる。その他前記第1の実施例と同様の効果を得ることができる。
According to such a configuration, a plurality of
(第7の実施例)
以下本発明の第7の実施例を説明する。
永久磁石リラクタンス型回転電機において、一般に固定子巻線に流れる電流と磁石磁束とが作用することによりトルクが発生するが、電流による磁界は回転子磁極中心に向かって径方向に付加される。この磁界は磁石に対して反磁化方向即ち減磁する方向に加わる。従って、磁石はその減磁に打ち勝つ保磁力或いは厚さを有する必要がある。図7に示すような形状であって分割されていない永久磁石の場合は、中央から両端に近づく程磁石厚は少なくなる。固定子巻線に流れる電流による減磁界は、永久磁石の両端側にもある程度加わっているが、その減磁界が、永久磁石の保磁力(厚さも考慮に入れた)に勝って強い場合は、前記永久磁石両端部が減磁されてしまうことになる。また、十分な磁石厚さがあったとしても、磁石両端部は回転子鉄心の鉄心部分と接しているため、この永久磁石部分に加わる減磁界量が小さくても、前記鉄心部分に向けて加わる減磁界成分が、永久磁石の狭い厚さ部分を貫通して加わる虞もあり、予期しない減磁を生じてしまう可能性もある。よって、減磁を防止するために磁石厚さに関して、両端部の減磁界を基に設計することもできるが、その結果、所定以上のトルクを得てしまう程の磁石量になってしまうと不経済である。
(Seventh embodiment)
The seventh embodiment of the present invention will be described below.
In a permanent magnet reluctance type rotating electrical machine, torque is generally generated by the action of a current flowing in a stator winding and a magnet magnetic flux, but a magnetic field due to the current is applied in a radial direction toward the center of the rotor magnetic pole. This magnetic field is applied to the magnet in the direction of demagnetization, that is, the direction of demagnetization. Therefore, the magnet needs to have a coercive force or thickness that can overcome the demagnetization. In the case of a permanent magnet that has a shape as shown in FIG. 7 and is not divided, the magnet thickness decreases as it approaches the both ends from the center. The demagnetizing field due to the current flowing through the stator winding is also applied to some extent on both ends of the permanent magnet. The both end portions of the permanent magnet will be demagnetized. Even if there is a sufficient magnet thickness, both ends of the magnet are in contact with the core part of the rotor core, so even if the amount of demagnetizing field applied to the permanent magnet part is small, it is applied toward the core part. There is a possibility that the demagnetizing field component may be applied through a narrow thickness portion of the permanent magnet, which may cause unexpected demagnetization. Therefore, in order to prevent demagnetization, the magnet thickness can be designed based on the demagnetizing fields at both ends, but as a result, the amount of magnet is not sufficient to obtain a torque exceeding a predetermined value. It is an economy.
そこで、本発明の第7の実施例では、以下のようにして減磁を抑制するようにした。
図7は本発明の第7の実施例を示し、前記第2の実施例と異なるところについて説明する。前記第2の実施例においては、フェライト磁石8を用いたが、代わりに、永久磁石として例えばフェライト磁石16を中央部磁石16aとその周方向両側に配置される側部磁石16b,16bとの3つに分割して用いる構成とした。
Therefore, in the seventh embodiment of the present invention, demagnetization is suppressed as follows.
FIG. 7 shows a seventh embodiment of the present invention, and different points from the second embodiment will be described. In the second embodiment, the ferrite magnet 8 is used, but instead, as a permanent magnet, for example, a
中央部磁石16aは、周方向の両側部が、幅寸法が外周に向かうに従って順次小となるテーパ状に形成されると共に、磁化方向が径方向に向けて着磁して配置されている。側部磁石16bは、幅寸法が外周に向かうに従って順次大となるテーパ状に形成されて、中央部磁石16aの周方向の両側部と合致すると共に、磁化方向が周方向に向けて着磁して配置されている。どの磁石の磁化も磁極中心に向かって同極(NorS極)となるように着磁されている。即ち、磁極中央に配置する中央部磁石16aとは別の磁石を、磁石の減磁が厳しい部位である両端部に側部磁石16bとして設けるようにした。
The
側部磁石16bの磁化方向は、周方向に向けて配置されている。磁石の減磁は、磁化方向軸に対して加わった減磁界成分の大きさによる。従って、磁化方向に対して直角に加わる減磁界成分によって磁石は減磁することがない。即ち、側部磁石16bは、いくら幅が狭くても減磁界は磁化に対して直角方向に加わるため、減磁することはない。また、周方向に磁化が向いている側部磁石16bから発生する磁束は、磁極中央に向かって流れるため、中央部磁石16aの発生する磁束に相乗することができる。従って、中央部磁石16aの厚さは、この中央部磁石16aの両端に配置された側部磁石16bの減磁を考慮せず決定できるため、必要とされる所定トルクに対して、最適量の磁石を配置することができる。さらに、中央部磁石16aと側部磁石16bはテーパ形状に形成されているため、中央部磁石16aが遠心力で飛散しないように側部磁石16bが押さえ込む役目を果たすと共に側部磁石16bが遠心力で飛散しないように抜止部7により飛散が防止される。減磁によるトータルトルクの低下を抑制することができると共に、前記実施例と同様の効果を得ることができる。
The magnetization direction of the
(第8の実施例)
図8及び図9は本発明の第8に実施例を示し、上記第7の実施例と異なるところは、中央部磁石16a及び側部磁石16bをフェライト磁石で形成した代わりに、中央部磁石17aは高エネルギー磁石で形成され、側部磁石17bは高保磁力磁石で構成される。さらに、中央部磁石17a及び側部磁石17bの磁化方向は径方向に着磁されている。その他の構成は、前記第7の実施例と同様である。
(Eighth embodiment)
8 and 9 show an eighth embodiment of the present invention. The difference from the seventh embodiment is that instead of the
このような構成によれば、前述のように磁石の両端部は減磁に弱い可能性があるため、この両端部に配置する側部磁石17bは、優れた減磁性能を有する高保磁力磁石を用いられ、磁極中央の大きなトルクを誘起する中央部磁石17aには、磁束発生量の大きな高エネルギー磁石を用いることで、側部磁石17bの減磁を考慮する必要がなくなると共に、少ない磁石量で所定のトルクを発揮することができるのである。
According to such a configuration, since both ends of the magnet may be vulnerable to demagnetization as described above, the
(変形例)
例えば、中央部磁石17aは高エネルギー磁石として体積の大なるフェライト磁石で形成し、側部磁石17bを、希土類系磁石として例えば高エネルギー高保磁力のネオジム磁石で形成する。
(Modification)
For example, the
図9はフェライト系磁石と希土類系磁石の特性比較結果を示し、この図9において、フェライト系磁石はフェライト磁石を示し、磁束密度が0.45(T)、保磁力が450(KA/m)、密度が4.7(g/cm3)、グラム単価が0.8(円)である。希土類系磁石は、添加元素により特性を変化させたネオジム磁石であり、高エネルギーのネオジム磁石A及び高保磁力のネオジム磁石Bに分類される。高保磁力のネオジム磁石Bは、主成分の他に添加元素として例えばCo、Tb及びDy等の元素を添加して保磁力を改善したもので、磁束密度が1.30(T)、保磁力が2800(KA/m)、密度が7.5(g/cm3)、グラム単価が13(円)である。また、前記添加元素(不純物)の添加を少なくし、所謂ネオジムの純度を向上させたものが高エネルギーのネオジム磁石Aであり、高エネルギーのネオジム磁石は、磁束密度が1.43(T)、保磁力が1200(KA/m)、密度が7.5(g/cm3)、グラム単価が12(円)である。他に、高保磁力磁石としては、SmCo(サマリウム・コバルト)磁石があり、磁束密度が1.00(T)、保磁力が2500以上(KA/m)、密度が8.4(g/cm3)、グラム単価が25(円)である。 FIG. 9 shows a result of comparison of characteristics between a ferrite magnet and a rare earth magnet. In FIG. 9, the ferrite magnet is a ferrite magnet, the magnetic flux density is 0.45 (T), and the coercive force is 450 (KA / m). The density is 4.7 (g / cm 3 ) and the gram unit price is 0.8 (yen). The rare earth magnet is a neodymium magnet whose characteristics are changed by an additive element, and is classified into a high energy neodymium magnet A and a high coercivity neodymium magnet B. The high coercivity neodymium magnet B has an improved coercive force by adding elements such as Co, Tb and Dy as an additive element in addition to the main component, and has a magnetic flux density of 1.30 (T) and a coercive force. The density is 2800 (KA / m), the density is 7.5 (g / cm 3 ), and the gram unit price is 13 (yen). Further, the addition of the additive element (impurities) is reduced to improve the purity of so-called neodymium is a high energy neodymium magnet A, and the high energy neodymium magnet has a magnetic flux density of 1.43 (T), The coercive force is 1200 (KA / m), the density is 7.5 (g / cm 3 ), and the gram unit price is 12 (yen). In addition, as a high coercive force magnet, there is a SmCo (samarium cobalt) magnet, a magnetic flux density is 1.00 (T), a coercive force is 2500 or more (KA / m), and a density is 8.4 (g / cm 3). ) Unit price of gram is 25 (yen).
このような構成によれば、図9より明らかなように、高エネルギーのネオジム磁石はフェライト磁石と比較して、3倍程度の磁束発生力(磁束密度)、3倍程度の耐減磁性能(保磁力)であることから、3倍程度の体積のフェライト磁石に相当することになる。また、フェライト磁石は、ネオジム磁石と比較して、主磁石として大きな体積を占めたとしても密度が小さいため、それほどの重量にはならない。 According to such a configuration, as is clear from FIG. 9, the high-energy neodymium magnet has a magnetic flux generating force (magnetic flux density) that is about three times that of the ferrite magnet, and a demagnetization resistance (about three times) Therefore, it corresponds to a ferrite magnet having a volume about three times as large. Moreover, even if the ferrite magnet occupies a large volume as a main magnet compared with a neodymium magnet, since the density is small, it does not become so much weight.
従って、中央部磁石17aは、比較的大きな磁石形状となり厚さを大きくできることからエネルギーの低いフェライト磁石であっても磁束量を暑さでかせぐことができ、主磁石が大きく減少することはない。フェライト磁石は、希土類系磁石と比較して、大きな重量とならないため、回転機の運転時に発生する遠心力による飛散に対する拘束力は少なくてすみ、機械強度の問題の緩和となる。さらに、グラム単価が、一桁以上安価であるため、低コストにて回転電機を製造することができる。
Therefore, the
また、側部磁石17bは、中央部磁石17aと比較して体積が小さくなるが、高エネルギーを有するネオジム磁石であることから、フェライト磁石と同等程度の磁束を発生しながらも、動体積のフェライト磁石と比較して、高保磁力であることから厚さが小さくても減磁することはない。
The
よって、磁石の飛散を効率よく防止しながらも、減磁を抑制し、低コストで所定のトータルトルクを得ることができる。さらに、前記実施例と同様の効果を得ることもできる。尚、中央部磁石17aを小体積に設定する場合には、中央部磁石17aにネオジム磁石Aを用い、側部磁石17bにネオジム磁石B或いはSmCo磁石を用いるようにしてもよい。
Therefore, demagnetization can be suppressed and predetermined total torque can be obtained at low cost while efficiently preventing scattering of the magnet. Furthermore, the same effect as in the above embodiment can be obtained. When the
(第9の実施例)
図10は本発明の第9の実施例を示す。
永久磁石リラクタンス型回転電機においては、一般的に永久磁石の磁化を径方向に向けていることから、磁極中央の磁石は大きなトルクを誘起する磁束を発生する。しかしながら、一部の磁石磁束は磁石間に存する鉄心部分に流れ、固定子巻線と鎖交せず、磁石トルクに寄与しない、いわゆる漏れ磁束となる。
(Ninth embodiment)
FIG. 10 shows a ninth embodiment of the present invention.
In the permanent magnet reluctance type rotating electrical machine, since the magnetization of the permanent magnet is generally directed in the radial direction, the magnet in the center of the magnetic pole generates a magnetic flux that induces a large torque. However, a part of the magnetic flux flows in the iron core portion existing between the magnets, and does not interlink with the stator windings, and becomes a so-called leakage magnetic flux that does not contribute to the magnet torque.
そこで、以下のようにして漏れ磁束を抑制する構成とした。
図10は本発明第9の実施例を示し、前記第7の実施例と異なるところについて説明する。前記第7の実施例と異なるところは、側部磁石16bの代わりに、非磁性材として例えば高抵抗率材であるセラミック体及び樹脂ブロックなどの間隔片16cを用いて構成したことである。尚、間隔片16cは、中央部磁石16aのテーパに合わせた外周側に大のテーパが設けられている。
Therefore, the configuration for suppressing the leakage magnetic flux is as follows.
FIG. 10 shows a ninth embodiment of the present invention, and different points from the seventh embodiment will be described. The difference from the seventh embodiment is that, instead of the
このような構成によれば、磁石磁束が鉄心部分に漏れ出さないように非磁性材からなる間隔片16cで中央部磁石16aと回転子鉄心5の鉄心部分との間を離す役目を担っている。間隔片16cは磁束を通さない効果を有しているので、中央部磁石16aの磁束はすべてが固定子巻線と鎖交することになり、磁石トルクの向上に貢献する。さらに、間隔片16cと中央部磁石16aとはテーパ形状となっているため、中央部磁石16aが遠心力で飛散しないように間隔片16cが押さえ込む役目を果たしている。従って、中央部磁石16aの磁束の漏れを抑制して強い磁石トルクを得ることのでき、そして、前記実施例と同様の効果を得ることができる。
According to such a configuration, the
(その他の実施例)
尚、本発明は、上記し且つ図面に示す実施例にのみ限定されるものではなく、次のような拡張または変形が可能である。
上記第1の実施例において、永久磁石としてフェライト磁石3は、円弧状に形成される構成としたが、フェライト磁石は、かまぼこ形状に形成されてもよい。
上記第1,2,3,4の実施例において、永久磁石としてフェライト磁石3を用いて構成したが、永久磁石としてネオジム磁石(高エネルギー或いは高保磁力のどちらでも可)を用いて構成してもよい。
(Other examples)
The present invention is not limited to the embodiments described above and shown in the drawings, and can be expanded or modified as follows.
In the first embodiment, the
In the first, second, third, and fourth embodiments, the
上記実施例において、抜止部7,9は、磁石挿入孔部6の開放部の幅寸法が小となるような湾曲形状或いは磁石挿入孔部6の外周側端部に張り出したチップ形状に形成される構成としたが、抜止部7,9は、磁石挿入孔部6の開放部の幅寸法が順次小となるテーパ形状に形成される構成であってもよい。
In the above-described embodiment, the retaining
上記第5の実施例において、フェライト単位磁石10aの底辺部を合わせて径方向に積み重ねて配置する構成としたが、内周側に存在するフェライト単位磁石10aの上端部が径外周方向を向くように積み重ねた配置してもよく、この場合、回転子鉄心2形状は複雑になるが、運転時に1つの抜止部12だけではフェライト単位磁石10aにかかる遠心力により応力集中を受けることで飛散を防止できない場合であっても、2つの抜止部により回転時の応力集中を分散させることができ、安定して信頼性の高い運転を実現することができる。
上記第5及び第6の実施例において、複数の単位磁石として2つの単位磁石で構成したが、2つ以上ならいくつの単位磁石を用いて構成してもよい。
上記第5または6の実施例において、回転子鉄心5または2の内周側にフェライト単位磁石10aまたは13bを配置する代わりに、鉄ブロックを挿入してもよい。
In the fifth embodiment, the bottom portion of the
In the fifth and sixth embodiments, two unit magnets are used as the plurality of unit magnets, but any number of unit magnets may be used as long as there are two or more.
In the fifth or sixth embodiment, instead of arranging the
ここで、回転子鉄心5または2に設けた複数の磁石挿入孔部11または4に挿入するフェライト単位磁石10または13のうち内周側に入れる単位磁石を増やすほど磁石トルクは向上するが、フェライト磁石10,13に所定以上の磁石トルクを付帯させることはコスト増加を抑制する点からは不利である。そこで、フェライト単位磁石10aまたは13bを配置する必要がなかった場合、空隙ができてしまい、リラクタンス磁束の流れを妨げることになるが、その空隙に鉄ブロックを挿入して配置することで、磁気回路が形成され、前記磁束の流れを妨げないようにすることできる。これにより、比較的広い出力トルクの範囲にわたって回転子を共有化することができると共に、出力トルクの調節をフェライト単位磁石10a,13aの挿入個数を変えることで調節することができる。
上記実施例において、抜止部7,12,15を硬化処理してもよい。
Here, the magnet torque increases as the number of unit magnets inserted on the inner peripheral side among the
In the above embodiment, the retaining
図面中、1は固定子鉄心、1aは磁気的凹部、1bは磁気的凸部、2,5は回転子鉄心、3,6,11,14は磁石挿入孔部、4,10,13はフェライト磁石、7,9,12,15は抜止部、8,16はフェライト磁石、10a,13a,13bはフェライト単位磁石、16a,17aは中央部磁石、16b,17bは側部磁石、16cは間隔片を示す。
In the drawings, 1 is a stator core, 1a is a magnetic recess, 1b is a magnetic projection, 2, 5 is a rotor core, 3, 6, 11, and 14 are magnet insertion holes, and 4, 10, and 13 are ferrites.
Claims (15)
前記回転子鉄心の外周部に設けられ、外周側が開放する複数の磁石挿入孔部と、
前記磁石挿入孔部に挿入された永久磁石とを備えたことを特徴とする永久磁石回転子。 The rotor core,
A plurality of magnet insertion holes provided on the outer peripheral portion of the rotor core, the outer peripheral side being opened; and
A permanent magnet rotor comprising a permanent magnet inserted into the magnet insertion hole.
前記磁石挿入孔部には、前記単位磁石が径方向に積み重ねて配置されていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の永久磁石回転子。 The permanent magnet is composed of a plurality of unit magnets having the same shape,
The permanent magnet rotor according to any one of claims 1 to 5, wherein the unit magnets are stacked in the radial direction in the magnet insertion hole.
前記磁石挿入孔部には、前記単位磁石が径方向に積み重ねて配置されていることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の永久磁石回転子。 The permanent magnet is composed of a plurality of unit magnets having different shapes,
The permanent magnet rotor according to any one of claims 1 to 5, wherein the unit magnets are arranged in the radial direction in the magnet insertion hole.
残りの単位磁石の少なくとも1つの代わりに同形状の鉄ブロックが配置されることを特徴とする請求項6または7記載の永久磁石回転子。 One unit magnet is disposed on the outer peripheral side of the magnet insertion hole,
The permanent magnet rotor according to claim 6 or 7, wherein an iron block having the same shape is arranged instead of at least one of the remaining unit magnets.
前記側部磁石は、前記中央部磁石の周方向の両側部と合致する逆テーパ状に形成されていることを特徴とする請求項10記載の永久磁石回転子。 The central magnet is formed in a tapered shape in which both side portions in the circumferential direction become smaller as the width dimension goes toward the outer circumference,
The permanent magnet rotor according to claim 10, wherein the side magnets are formed in a reverse taper shape that matches both sides in the circumferential direction of the central magnet.
前記側部磁石は、磁化方向が周方向に設定されていることを特徴とする請求項10または11記載の永久磁石回転子。 In the central magnet, the magnetization direction is set to the radial direction,
The permanent magnet rotor according to claim 10 or 11, wherein the side magnet has a magnetization direction set in a circumferential direction.
前記側部磁石は、高保磁力磁石であることを特徴とする請求項10または11記載の永久磁石回転子。 The central magnet is a high energy magnet,
The permanent magnet rotor according to claim 10, wherein the side magnet is a high coercive force magnet.
前記側部磁石は、希土類系磁石であることを特徴とする請求項10ないし12のいずれかに記載の永久磁石回転子。 The central magnet is a ferrite magnet,
The permanent magnet rotor according to claim 10, wherein the side magnet is a rare earth magnet.
The permanent magnet rotor according to any one of claims 1 to 5, wherein the permanent magnet includes a central magnet and non-magnetic spacing pieces on both sides in the circumferential direction.
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