JP2008154299A - Rotor structure of permanent magnet-embedded type motor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ロータコアに磁石が埋め込まれた永久磁石埋込み型モータのロータ構造に関する。 The present invention relates to a rotor structure of a permanent magnet embedded motor in which a magnet is embedded in a rotor core.
従来例としては、特許文献1に示されているものがある。図1に構造を示す。ロータコアの収容孔に永久磁石が挿入され、ロータ強度を確保するために永久磁石の端部に薄肉部分(ブリッジ部)が確保されている。
また、特許文献2に示されているものがある。図2に全体図を示し、図3に収容孔に磁石が挿入された状態及びスリットの拡大図を示す。
図3(a)は、耐遠心力強度を向上するためにスリットを構成して、その中に樹脂を充填し、スリットかど部と磁石が接触して応力集中が起こるのを防いでいる。
図3(b)は、スリット部に非磁性体のコイルバネを備えて、左側のコイルバネは右側に、右側のコイルバネは左側にそれぞれ付勢することにより、磁石を中央に位置させ、かど部の接触を防ぎ、磁石の破損を防いでいる。
As a conventional example, there is one disclosed in
Moreover, there exists what is shown by patent document 2. FIG. FIG. 2 shows an overall view, and FIG. 3 shows a state where a magnet is inserted into the accommodation hole and an enlarged view of the slit.
In FIG. 3A, a slit is formed in order to improve the centrifugal strength, and the resin is filled therein to prevent stress concentration due to contact between the slit corner and the magnet.
FIG. 3 (b) shows a nonmagnetic magnetic coil spring in the slit, with the left coil spring biased to the right and the right coil spring biased to the left to position the magnet in the center and contact the corners. Prevents damage to the magnet.
しかしながら、図1に示すロータ構造には以下のような問題点がある。すなわち、ロータを高速回転させた場合に、磁石外側部分に作用する遠心力で引張応力と曲げ応力がかかり、薄肉部分が破断する恐れがあるという点と、磁石とギャップ間のロータコア部分(ブリッジ部)を2箇所の薄肉部分で支えることになり、過大な応力がかかりロータが破損する恐れがあるという点である。 However, the rotor structure shown in FIG. 1 has the following problems. That is, when the rotor is rotated at a high speed, the tensile force and bending stress are applied by the centrifugal force acting on the outer part of the magnet, and the thin part may be broken, and the rotor core part (bridge part) between the magnet and the gap ) Is supported by two thin-walled portions, and excessive stress is applied, which may damage the rotor.
また、図2及び図3に示すロータ構造には以下の問題点がある。すなわち、スリット部に樹脂を充填したり、コイルバネを備えたりすることにより、スリットのかど部と磁石が接触する際の応力集中を緩和しているが、樹脂やコイルバネが必要になりコストがかかるという点と、磁石のシャフト側の部分にはスリットが設けられておらず(つまり、スリットが磁石厚さの半分しか設けられていないということ。)、高速回転時には収容孔のかど部に過大な引張応力がかかり、ロータが破損する恐れがあるという点である。
本発明は上述のような事情に鑑み為されたものであり、モータが高速で回転する際に発生する過大な引張応力と曲げ応力を緩和することができる永久磁石埋込み型同期モータのロータ構造を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and has a rotor structure of a permanent magnet embedded synchronous motor that can relieve excessive tensile stress and bending stress generated when the motor rotates at high speed. The purpose is to provide.
本発明は、ロータの収容孔に磁石を埋め込んだ永久磁石埋込み型同期モータのロータ構造に関し、本発明の上記目的は、前記収容孔及び前記磁石のかど部をR加工し、該Rの半径を前記磁石厚さの半分と略同一とすることによって達成される。 The present invention relates to a rotor structure of a permanent magnet embedded synchronous motor in which a magnet is embedded in a rotor receiving hole, and the object of the present invention is to process the receiving hole and the corner of the magnet by R machining, This is achieved by making it approximately the same as half the magnet thickness.
また、本発明の上記目的は、前記収容孔の長手方向の一端にブリッジ部を設け、かつ、前記ブリッジ部に前記磁石を固定するための突起部を少なくとも1つ設けることによって達成される。
さらに、本発明の上記目的は、前記ブリッジ部の丸み部(R部)の長さを前記磁石厚さの半分以上とすることにより、或いは、隣接する同じ極性の磁石間にリブを設けるとともに、前記ブリッジ部を該リブとは反対側の端に設けることによって効果的に達成される。
Further, the above object of the present invention is achieved by providing a bridge portion at one end in the longitudinal direction of the accommodation hole and providing at least one protrusion for fixing the magnet to the bridge portion.
Furthermore, the object of the present invention is to make the length of the round portion (R portion) of the bridge portion more than half of the magnet thickness, or to provide a rib between adjacent magnets of the same polarity, This is effectively achieved by providing the bridge portion at the end opposite to the rib.
本発明に係る永久磁石埋込み型同期モータのロータ構造によれば、磁石かど部と収容孔をR形状とすることにより、収容孔と磁石が接触した際の応力集中を緩和することができ、磁石の破損を防ぐことができる。
また、応力があまりかかっていない部分に磁石を固定するための突起部を設けることにより、ブリッジ部を設けた状態でも応力集中を起こさず磁石を固定することができる。
さらに、磁石間にリブを設けることにより、磁石とギャップ間のロータ部分を少なくとも3箇所以上で支えることになるため、応力を緩和することができ、高速回転時にロータが破損することを防ぐことができる。
またさらに、ブリッジ部のRの長さを磁石厚さの半分以上とすることにより、高速回転時に発生する過大な引張応力と曲げ応力を緩和することができる。
According to the rotor structure of a permanent magnet embedded synchronous motor according to the present invention, the magnet corner portion and the accommodation hole have an R shape, so that stress concentration when the accommodation hole and the magnet come into contact can be reduced. Can prevent damage.
Further, by providing a protrusion for fixing the magnet in a portion where stress is not so much applied, the magnet can be fixed without causing stress concentration even in a state where the bridge portion is provided.
Furthermore, by providing ribs between the magnets, the rotor portion between the magnet and the gap is supported at least at three locations, so stress can be relaxed and the rotor can be prevented from being damaged during high-speed rotation. it can.
Furthermore, by setting the length of R of the bridge portion to more than half of the magnet thickness, it is possible to relieve excessive tensile stress and bending stress generated during high-speed rotation.
図4に本発明に係るロータ構造を有する埋め込み磁石型同期モータの実施例の断面図であり、4極24スロットの埋め込み磁石型同期モータの例である。ステータはコイルを収めるためのスロットが24個備えられており、渦電流損を低減するために、積層銅板により形成されている。ロータ構造の違いによっていくつかの実施態様に分かれる。 FIG. 4 is a cross-sectional view of an embodiment of an embedded magnet type synchronous motor having a rotor structure according to the present invention, and is an example of a 4 pole 24 slot embedded magnet type synchronous motor. The stator is provided with 24 slots for receiving coils, and is formed of a laminated copper plate in order to reduce eddy current loss. There are several embodiments depending on the rotor structure.
[実施態様1]
図5は本発明に係るロータ構造の第1の実施態様(以下、実施態様1という。以下同じ)を示すものである。シャフトにロータコアが取り付けられており、ロータコアは積層銅板により形成されている。ロータコアには収容孔が設けられており、この部分には界磁となるNd−Fe−B系焼結磁石が挿入される。収容孔には、ロータが回転することにより発生する引張応力及び曲げ応力を緩和するためのブリッジ部が設けられており、また、磁石かど部をR形状とすることにより、収容孔と磁石が接触した際の応力集中を緩和し、磁石の破損を防ぐようにしている。なおR形状とは丸み形状のことを意味する。さらには、1極分の磁石を2つに分割し、平行に配置している。二つに分割することにより、磁石とギャップ間のロータ部分を3箇所で支えることになり、分割していない場合と比べて応力を緩和することができる。なお、分割された二つの磁石間部をリブと呼ぶ。
図6に磁石部の拡大図を示す。本実施形態では、ロータ外径のRとブリッジ部のRを略同心円とし(すなわち薄肉部分の厚みが一定ということ)、ブリッジ部のRの長さを磁石厚さと略同一とすることにより、高速回転時にロータが破損することを防いでいる。
また、応力がほとんどかからない部分に突起部が設けられており、ブリッジ部を設けた場合でも応力集中を防ぎ磁石を固定している。この突起部は磁石を嵌挿する場合にバネの役目も果たし、磁石が収納孔にしっかりと固定されるようになっている。
従来例1のようにスリットを設けないタイプ(図7)と実施態様1(図5)の形状の応力を有限要素法で解析した結果を表1に示す。値は、従来例1の応力値で割ったものを示している。表2にブリッジ部の寸法を示す。図6に寸法の箇所を示している。値は、磁石の厚さで割ったものである。なお、ロータ径、シャフト径、磁石の大きさ、材質、回転数は同条件で解析を行っている。この解析は、ロータ径80mm、回転数50000rpmで行った結果である。従来例2はブリッジ部のRの長さを0.4(対磁石厚比)とした場合のものである。
FIG. 5 shows a first embodiment of the rotor structure according to the present invention (hereinafter referred to as
FIG. 6 shows an enlarged view of the magnet portion. In this embodiment, the rotor outer diameter R and the bridge portion R are substantially concentric circles (that is, the thickness of the thin portion is constant), and the length of the bridge portion R is substantially the same as the magnet thickness. The rotor is prevented from being damaged during rotation.
Further, a protrusion is provided in a portion where the stress is hardly applied, and even when the bridge portion is provided, stress concentration is prevented and the magnet is fixed. This protrusion also serves as a spring when the magnet is inserted, and the magnet is firmly fixed to the storage hole.
Table 1 shows the results of analyzing the stress of the shape of the type (FIG. 7) without the slit as in Conventional Example 1 and the shape of Embodiment 1 (FIG. 5) by the finite element method. The value shows the value divided by the stress value of Conventional Example 1. Table 2 shows the dimensions of the bridge portion. FIG. 6 shows the dimensions. The value is divided by the magnet thickness. The rotor diameter, shaft diameter, magnet size, material, and rotation speed are analyzed under the same conditions. This analysis is the result of a rotor diameter of 80 mm and a rotation speed of 50000 rpm. Conventional example 2 is a case where the length R of the bridge portion is 0.4 (magnet thickness ratio).
[実施態様2]
基本的な構造は実施態様1と同様である。図9に磁石部拡大図を示す。
ロータ外径のRとブリッジ部のRを略同心円とせず、ブリッジ部のRをロータ外径のRよりも小さくして、一部薄い部分を設けたことを特徴としている。R部の長さは磁石厚さと略同一である。これにより、薄い部分で引張応力及び曲げ応力が大きくなり許容最大回転数は下がるものの、薄い部分で磁束が飽和してショート磁束が少なくなるので、ステータに導かれる磁束量が増え発生トルクが大きくなるという利点がある。
[Embodiment 2]
The basic structure is the same as in the first embodiment. FIG. 9 shows an enlarged view of the magnet part.
The rotor outer diameter R and the bridge portion R are not substantially concentric circles, and the bridge portion R is made smaller than the rotor outer diameter R to provide a partially thin portion. The length of the R portion is substantially the same as the magnet thickness. As a result, although the tensile stress and bending stress increase in the thin part and the allowable maximum rotational speed decreases, the magnetic flux is saturated in the thin part and the short magnetic flux decreases, so the amount of magnetic flux guided to the stator increases and the generated torque increases. There is an advantage.
[実施態様3]
基本的な構造は実施態様1と同様である。図10に磁石部拡大図を示す。
ロータ外径のRとブリッジ部のRを略同心円とせず、ブリッジ部のRをロータ外径のRよりも大きくして、ブリッジ部の幅を厚くしていることを特徴としている。ブリッジ部Rの長さは磁石厚さと略同一である。これにより、ブリッジ部の幅を厚くしているので、ショート磁束が多くなり発生トルクは減少するものの、厚くなったことにより引張応力や曲げ応力が小さくなるため、許容最大回転数は上がるという特長がある。
[Embodiment 3]
The basic structure is the same as in the first embodiment. FIG. 10 shows an enlarged view of the magnet part.
The rotor outer diameter R and the bridge portion R are not substantially concentric circles, and the bridge portion R is made larger than the rotor outer diameter R to increase the width of the bridge portion. The length of the bridge portion R is substantially the same as the magnet thickness. As a result, the width of the bridge is increased, so the short-circuit magnetic flux increases and the generated torque decreases.However, because the tensile stress and bending stress decrease as the thickness increases, the maximum allowable rotational speed increases. is there.
[実施態様4]
実施態様1〜3では磁石配置を平行としていたが、2つの磁石配置をV字形状としても同様のことが成り立つ。リラクタンストルクを有効活用できるため、大トルクを必要とする場合に特に有効である。代表的な形状を図11に示す。
[Embodiment 4]
In
[実施態様5]
実施態様1〜3では磁石配置を平行としていたが、2つの磁石配置を表面磁石型の配置に近づけた場合の形状としても同様のことが成り立つ。この場合、ブリッジがない側の磁石間の応力が緩和されるため、より高速回転を必要とする場合に特に有効である。代表的な形状を図12に示す。
[Embodiment 5]
In
[実施態様6]
実施態様1〜5ではブリッジ部のRの長さを磁石厚さと略同一としていたが、比較的低回転用途のものであれば、図13に示すようなブリッジ部のRの長さを磁石厚さの半分としても、同様の効果が得られる。なお、図13に示すつなぎ部のRは磁石厚さの半分と同一としている。
[Embodiment 6]
In
図5では、磁石配置を平行としているが、もちろん実施態様4(図11)や実施態様5(図12)のような配置としても同様の効果が得られる。
実施態様1〜6では4極24スロットモータの例を示したが、これに限定されるものではなく、他のスロットコンビネーションであっても良い。
磁石材料はNd−Fe−B系焼結磁石の例を示したが、これに限定されるものではなく、他の磁石材料例えばフェライト磁石であっても良い。
ステータはスキューしていない場合の例を示したが、スキューしている場合でも同様のことが成り立つ。
実施態様1〜6では、リブを一つ設けた場合の例を示したが、これに限定されるものではなく、適宜変更することができる。
In FIG. 5, the magnets are arranged in parallel, but of course, the same effect can be obtained with the arrangements of the embodiment 4 (FIG. 11) and the embodiment 5 (FIG. 12).
In the first to sixth embodiments, an example of a 4-pole 24-slot motor has been described.
An example of the Nd—Fe—B sintered magnet is shown as the magnet material, but the present invention is not limited to this, and another magnet material such as a ferrite magnet may be used.
Although an example in which the stator is not skewed has been shown, the same is true even if the stator is skewed.
In
Claims (5)
前記収容孔及び前記磁石のかど部をR加工し、該Rの半径を前記磁石厚さの半分と略同一としたことを特徴とする永久磁石埋込み型同期モータのロータ構造。 In the rotor structure of the permanent magnet embedded synchronous motor in which the magnet is embedded in the rotor receiving hole,
A rotor structure of a permanent magnet embedded synchronous motor, wherein the housing hole and the corner of the magnet are R-processed, and the radius of the R is substantially the same as half of the magnet thickness.
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