JP2007124742A - Rotor with permanent magnet, and motor using the same - Google Patents

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Kazuaki Irie
一明 入江
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotor with a permanent magnet large in freedom of design, capable of enlarging a magnet and preventing a crack from occuring in the magnet and the adhesive strength from being reduced at high temperature. <P>SOLUTION: In the rotor with a permanent magnet where a magnet 2 having concentric or eccentric arc shaps is bonded to the periphery of the rotor core 1, the magnet 2 is divided at the center 4 of the circular arc into two or more parts in the axial direction of the rotor 1. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、永久磁石付ロータおよびこれを用いた電動機に関し、特にそのマグネットに関するものである。   The present invention relates to a rotor with a permanent magnet and an electric motor using the same, and more particularly to the magnet.

永久磁石形電動機の回転子には表面に同心状または偏芯状のマグネットを接着する構造を採用しているものが多い。この場合、マグネットは一定の接着層の厚さで同心円のロータコアまたはシャフトに接着することで固定されていた（特許文献１参照）。
特開２００１−８４２３号公報 Many rotors of permanent magnet motors employ a structure in which concentric or eccentric magnets are bonded to the surface. In this case, the magnet is fixed by adhering to a concentric rotor core or shaft with a constant adhesive layer thickness (see Patent Document 1).
JP 2001-8423 A

図４（ａ）は従来の永久磁石付ロータの斜視図を示している。
図において、４０は永久磁石付ロータで、永久磁石付ロータ４０は、鉄などの高透磁率材または積層された鉄板等からなる円筒形のロータコア４１の外周面に、複数個の同心円弧又は偏心円弧状の永久磁石４２を等分に配置しており、１個の永久磁石形状は、円筒形状を回転方向に略等分してできた形状を軸方向に引き伸ばした形状である。永久磁石４２はロータコア４１の外周面に接着剤で固定されている。 FIG. 4A is a perspective view of a conventional rotor with a permanent magnet.
In the figure, reference numeral 40 denotes a rotor with a permanent magnet. The rotor 40 with a permanent magnet is formed by a plurality of concentric arcs or eccentricities on the outer peripheral surface of a cylindrical rotor core 41 made of a high permeability material such as iron or a laminated iron plate. Arc-shaped permanent magnets 42 are equally arranged, and one permanent magnet shape is a shape obtained by extending a shape obtained by substantially equally dividing a cylindrical shape in the rotation direction in the axial direction. The permanent magnet 42 is fixed to the outer peripheral surface of the rotor core 41 with an adhesive.

ところが、永久磁石形電動機の大型化に伴い、使用されるマグネットの寸法が大きくなり、接着するマグネットとロータコアまたはシャフトとの線膨張係数の違いからくる冷却時に発生する熱ストレスによりマグネットに割れが生じることがあった。
また、マグネットの大型化によってマグネット部で発生する渦電流損も大きくなり、回転子部の温度上昇を高くなり、高温時の接着強度を低下させた。
これらの欠点を回避するためには同心状または偏芯状のマグネットを大型化することをやめて、小型にしなければならず、そうすると設計上の制約が大きくなってしまった。
本発明の目的は、これらの欠点を解決するためになされたもので、マグネットの大型化が可能で、しかもマグネットに割れが生じることのない、高温時の接着強度を低下させることのない、設計の自由度の大きな永久磁石付ロータを提供することにある。 However, with the increase in the size of permanent magnet motors, the size of the magnet used increases, and the magnet is cracked by the thermal stress generated during cooling due to the difference in the linear expansion coefficient between the magnet to be bonded and the rotor core or shaft. There was a thing.
Moreover, the eddy current loss generated in the magnet portion is increased due to the increase in size of the magnet, the temperature rise of the rotor portion is increased, and the adhesive strength at high temperature is decreased.
In order to avoid these drawbacks, the concentric or eccentric magnets must be made smaller and smaller, and design constraints have increased.
The object of the present invention is to solve these drawbacks, and it is possible to increase the size of the magnet and to prevent the magnet from cracking and to reduce the adhesive strength at high temperatures. It is to provide a rotor with a permanent magnet having a large degree of freedom.

上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、永久磁石付ロータに係り、ロータに対して同心状または偏芯状の円弧外形を有するマグネットを外周に接着する永久磁石付ロータにおいて、前記マグネットを前記円弧の中央部でロータの軸方向に分割したことを特徴としている。
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の永久磁石付ロータにおいて、前記分割による分割溝を１本又は複数本としたことを特徴としている。
また、請求項３記載の発明は、電動機に係り、請求項２記載の永久磁石付ロータと、前記永久磁石付ロータを内部空間に回転可能に収納し巻線を備えた固定子とから成ることを特徴としている。 In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 relates to a rotor with a permanent magnet, and in a rotor with a permanent magnet that adheres a magnet having a concentric or eccentric arc outer shape to the rotor to the outer periphery. The magnet is divided in the axial direction of the rotor at the center of the arc.
According to a second aspect of the present invention, in the rotor with a permanent magnet according to the first aspect of the present invention, one or a plurality of division grooves are formed by the division.
According to a third aspect of the present invention, there is provided an electric motor comprising: the rotor with a permanent magnet according to the second aspect; and a stator having a winding in which the rotor with the permanent magnet is rotatably housed in an internal space. It is characterized by.

上記のような構成により、接着する同心状または偏芯状のマグネットを円弧を１本または複数の細い分割溝で細分化することで、マグネットにかかる熱ストレスを小さくして割れを抑え、渦電流の発生を小さくして回転子の温度上昇を抑えることができるので、マグネットの大型化が可能で、設計の自由度の大きな永久磁石付ロータが得られる。   With the above configuration, the concentric or eccentric magnets to be bonded are subdivided into arcs by one or more thin dividing grooves to reduce the thermal stress applied to the magnets and suppress cracking, and eddy current Therefore, it is possible to increase the size of the magnet and to obtain a rotor with a permanent magnet with a high degree of design freedom.

以下に発明の実施例を図１に基づいて説明する。
図１は本発明による永久磁石付ロータ（１本の分割溝）の正面図である。
図において、１はロータコア、２は偏芯状の円弧外形を有するマグネット（以下、偏心マグネット）、３は接着剤である。マグネット２はその内径を「ロータコア１の外径＋接着層３の厚さ」で成型された状態で接着層によってロータコア１に接着されている。
このようなものにおいて、本発明によると、偏心マグネット２を偏心円弧の中央部２Ｃでロータコア１の軸方向（図で紙面に垂直方向）に１本の溝切りをして左右に２分割したことを特徴としている。このように１本の分割溝４で偏心マグネット２を２分割することにより、膨張・収縮の際に偏心マグネット２の端部に加わる応力が従来装置と比べて小さくなり、マグネットに割れが生じることがなくなる。 An embodiment of the invention will be described below with reference to FIG.
FIG. 1 is a front view of a rotor with a permanent magnet (one division groove) according to the present invention.
In the figure, 1 is a rotor core, 2 is a magnet having an eccentric circular arc shape (hereinafter referred to as an eccentric magnet), and 3 is an adhesive. The magnet 2 is bonded to the rotor core 1 by the adhesive layer in a state where the inner diameter is molded as “the outer diameter of the rotor core 1 + the thickness of the adhesive layer 3”.
In such a case, according to the present invention, the eccentric magnet 2 is divided into two parts on the right and left sides by cutting one groove in the axial direction (perpendicular to the paper surface in the drawing) of the rotor core 1 at the central portion 2C of the eccentric arc. It is characterized by. By dividing the eccentric magnet 2 into two by the single dividing groove 4 in this way, the stress applied to the end of the eccentric magnet 2 during expansion / contraction is smaller than in the conventional device, and the magnet is cracked. Disappears.

以下、従来のロータと本発明のロータとを同一図面に記載して、比較検討することにする。
図２は永久磁石付ロータの硬化時（高温）の正面図で、（ａ）は従来のロータ、（ｂ）は本発明のロータである。
図において、高温の硬化時にはロータコア１は膨張しており、そのときのロータコア１の半径はＲＨであり、マグネット２の内径はＲＭである。このときのマグネット２とロータコア１との間の間には厚みδ０の接着剤が介在していて、（ａ）の従来のロータにおいても、（ｂ）の本発明のロータにおいても、マグネットに加わる力Ｆはゼロである。なお、図の点線で示す円弧は膨張前のロータコア１の大きさ（標準）である。 Hereinafter, the conventional rotor and the rotor of the present invention will be described in the same drawing for comparison.
FIG. 2 is a front view of the rotor with a permanent magnet at the time of curing (high temperature), (a) is a conventional rotor, and (b) is a rotor of the present invention.
In the figure, the rotor core 1 is expanded during curing at a high temperature, the radius of the rotor core 1 at that time is RH, and the inner diameter of the magnet 2 is RM. An adhesive having a thickness δ0 is interposed between the magnet 2 and the rotor core 1 at this time, and is applied to the magnet both in the conventional rotor of (a) and the rotor of the present invention of (b). The force F is zero. In addition, the circular arc shown with the dotted line of a figure is the magnitude | size (standard) of the rotor core 1 before expansion | swelling.

次に、図２の硬化時（高温）から図３の冷却時に温度が変化すると、マグネット２は線膨張係数がほぼ０で収縮しないのに対して、ロータコア１は鋼製のため線膨張係数は１２×１２-6であり、収縮する。したがって、ロータコア１の半径の変化は、両図で硬化時（図２）の半径はＲＨから冷却時（図３）の半径はＲＣに収縮するため、マグネット２の幅の中央部よりも両側の接着層にマグネットの内径ＲＭの曲率とコア１の外径ＲＭの曲率の差に相当する伸びを生じさせ、接着剤のヤング率に応じた応力がマグネット２にかかることになる。
その応力の大きさを従来のロータの場合と本発明のロータの場合を比較すると、
〈従来のロータの応力Ｆ２の大きさ〉
従来のロータの構成は１個のマグネット２の円弧方向の幅が広いため、下記式（１）による力Ｆ２の力がマグネットにかかることになる。

Ｆ２＝Ｅ（δ２−δ０）・・・・（１）

この応力Ｆ２がマグネット２の強度を超えたとき亀裂を生じさせることにある。
〈本発明のロータの応力Ｆ１の大きさ〉
本発明のロータでは１個のマグネット２をマグネット２の円弧方向に分割溝４（図２）で互いに分離しているため、ロータコア１が収縮しても変形量が小さく、同心状または偏芯状の形状を変えることは殆どない。
下記式（２）による力Ｆ１の力がマグネットにかかることになる。
Ｆ１＝Ｅ（δ１−δ０）・・・・（２）
したがって、式（３）の関係が生じている。
Ｆ１＜Ｆ２・・・・（３） Next, when the temperature changes from the time of hardening (high temperature) in FIG. 2 to the time of cooling in FIG. 3, the magnet 2 has a linear expansion coefficient of almost zero, whereas the rotor core 1 is made of steel, so the linear expansion coefficient is 12 × 12 −6 and shrinks. Therefore, the change in the radius of the rotor core 1 is shown in both figures because the radius during curing (FIG. 2) shrinks from RH to the radius during cooling (FIG. 3) to RC. An elongation corresponding to the difference between the curvature of the inner diameter RM of the magnet and the curvature of the outer diameter RM of the core 1 is generated in the adhesive layer, and a stress corresponding to the Young's modulus of the adhesive is applied to the magnet 2.
When comparing the magnitude of the stress between the conventional rotor and the rotor of the present invention,
<Size of stress F2 of conventional rotor>
Since the configuration of the conventional rotor has a wide width in the arc direction of one magnet 2, the force F2 according to the following formula (1) is applied to the magnet.

F2 = E (δ2-δ0) (1)

When the stress F2 exceeds the strength of the magnet 2, a crack is caused.
<Magnitude of stress F1 of the rotor of the present invention>
In the rotor of the present invention, one magnet 2 is separated from each other by the dividing groove 4 (FIG. 2) in the arc direction of the magnet 2, so that even if the rotor core 1 contracts, the amount of deformation is small and concentric or eccentric. There is almost no change in the shape.
The force F1 by the following formula (2) is applied to the magnet.
F1 = E (δ1-δ0) (2)
Therefore, the relationship of Formula (3) has arisen.
F1 <F2 (3)

このように、本発明によれば、設計上の制約をうけることなくマグネットの亀裂は抑えられた。同時に細分化によって渦電流の発生を抑えられる副効果も得られた。   Thus, according to the present invention, cracks in the magnet were suppressed without any design restrictions. At the same time, the secondary effect of suppressing the generation of eddy current by subdivision was obtained.

なお、分割溝４は狭ければ狭いほど良い。実際は加工のし易さから、０．０５〜０．５ｍｍが推奨される。
また、分割溝４は上記実施例では１本設けたが、複数本設けることも可能である。実験によれば、むしろ分割溝４の本数が多ければ多いほど（加工の手間がかかるけれども）、応力の発生、渦電流の発生では好ましいことが判明した。 The narrower the dividing groove 4 is, the better. Actually, 0.05 to 0.5 mm is recommended for ease of processing.
In addition, one dividing groove 4 is provided in the above embodiment, but a plurality of dividing grooves 4 may be provided. According to an experiment, it has been found that the more the number of the dividing grooves 4 is, the more preferable (although processing time is required), in terms of the generation of stress and the generation of eddy current.

図４（ｂ）は上述した本発明の永久磁石付ロータの斜視図を示している。
図において、１０は永久磁石付ロータで、永久磁石付ロータ１０は、鉄などの高透磁率材または積層された鉄板等からなるロータコア１の外周面に複数個の同心円弧又は偏心円弧状の永久磁石２を等分に接着剤３で接着配置している。
そして、本発明により、各永久磁石２はその中央部でロータの軸方向に分割溝４が形成されて、各永久磁石２を図の左右に２分割している。
これにより、応力の発生、渦電流の発生が抑制される。 FIG. 4B shows a perspective view of the rotor with permanent magnets of the present invention described above.
In the figure, reference numeral 10 denotes a rotor with permanent magnets. The rotor 10 with permanent magnets has a plurality of concentric arcs or eccentric arcs of permanents on the outer peripheral surface of a rotor core 1 made of a high permeability material such as iron or laminated iron plates. The magnet 2 is equally bonded with the adhesive 3.
According to the present invention, each permanent magnet 2 has a split groove 4 formed in the central portion of the permanent magnet 2 in the axial direction of the rotor.
Thereby, generation | occurrence | production of stress and generation | occurrence | production of an eddy current are suppressed.

このような本発明の永久磁石付ロータ１０を固定子の内部空間に回転可能に収納して電動機を作成したところ、マグネットに割れが生じることがなく、高温時の接着強度を低下させることがなく、設計の自由度の大きな電動機が得られた。   Such a rotor 10 with a permanent magnet according to the present invention is housed rotatably in the internal space of the stator to produce an electric motor. The magnet is not cracked and the adhesive strength at high temperatures is not lowered. An electric motor with a large degree of design freedom was obtained.

図１は本発明による永久磁石付ロータ（１本の分割溝）の正面図である。FIG. 1 is a front view of a rotor with a permanent magnet (one division groove) according to the present invention. 永久磁石付ロータの硬化時（高温）の正面図で、（ａ）は従来のロータ、（ｂ）は本発明のロータである。It is a front view at the time of hardening (high temperature) of a rotor with a permanent magnet, (a) is a conventional rotor, (b) is a rotor of the present invention. 永久磁石付ロータの冷却時の正面図で、（ａ）は従来のロータ、（ｂ）は本発明のロータである。It is a front view at the time of cooling of a rotor with a permanent magnet, (a) is a conventional rotor, (b) is a rotor of this invention. 永久磁石付ロータの斜視図で、（ａ）は従来のロータ、（ｂ）は本発明のロータである。It is a perspective view of a rotor with a permanent magnet, (a) is a conventional rotor, (b) is a rotor of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

１０．永久磁石付ロータ
１．ロータコア
２．マグネット
３．接着剤
４．分割溝 10. Rotor with permanent magnet Rotor core Magnet 3. Adhesive 4. Dividing groove

Claims (3)

ロータに対して同心状または偏芯状の円弧外形を有するマグネットを外周に接着する永久磁石付ロータにおいて、前記マグネットを前記円弧の中央部でロータの軸方向に分割したことを特徴とする永久磁石付ロータ。   A rotor with a permanent magnet for adhering a magnet having a concentric or eccentric arc outer shape to the rotor to the outer periphery, wherein the magnet is divided in the axial direction of the rotor at the center of the arc. With rotor. 前記分割による分割溝は、１本又は複数本としたことを特徴とする請求項１記載の永久磁石付ロータ。   The rotor with a permanent magnet according to claim 1, wherein the division groove by the division is one or plural. 請求項２記載の永久磁石付ロータと、前記永久磁石付ロータを内部空間に回転可能に収納し巻線を備えた固定子とから成ることを特徴とする電動機。   3. An electric motor comprising: the rotor with a permanent magnet according to claim 2; and a stator that is housed rotatably in an internal space and includes a winding.
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