JP2009055698A - Rotor for permanent magnet type motor - Google Patents

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Tomofumi Takahashi
伴文 高橋
Tetsuo Horie
哲夫 堀江
Minoru Kitabayashi
実 北林
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Aichi Elec Co
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotor for a permanent magnet type motor capable of preventing degradation of cogging performance after the permanent magnet type motor which is configured to have small cogging is assembled in a casing. <P>SOLUTION: In this rotor for the permanent magnet type motor having a stator and the rotor, the rotor is fixed to a rotating shaft and rotatably supported to the shaft in the center of an inner diameter of the stator, a permanent magnet is disposed in the rotor, poles on the rotor surface have a skew structure which is obliquely magnetized by shifting in a continuous state or a step state, and the rotating shaft fixing the rotor can move in a rotating-shaft direction. Movement amount (L) in which the rotor moves in the rotating-shaft direction is at and less than non-pole width (D) between the adjacent poles of which the poles are skewed. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、低コギングトルクに設計された永久磁石形電動機のコギングトルク性能を悪化させないようにした永久磁石形電動機の回転子に関する。   The present invention relates to a rotor of a permanent magnet motor that does not deteriorate the cogging torque performance of a permanent magnet motor designed for low cogging torque.

近年、電動機は小型化され、高出力、高トルクの電動機が求められている。特に、電気自動車等の車両用途に用いられる電動機等は車両搭載スペースから小型、軽量化が求められている。一方、この様な電動機においては高出力、高トルクが故に固定子と回転子との間に発生する磁気吸引力によりコギングトルクや、それに起因する音、振動等が発生している。これらの対策は従来より種々検討されてきており、例えば、円筒状の永久磁石を回転子の表面に貼り付けた永久磁石形回転子では回転軸に対して、捻って着磁をするスキュー着磁を施しコギングトルクを低減する方法が用いられている。しかしながら、このスキュー着磁を施した永久磁石形回転子は電動機の駆動時に、このスキュー着磁があるが故に回転軸方向にスラスト力が働き軸受け側の一方に回転子が押し付けられ、本来得られるべきコギングトルクの低減や、それを起因する音、振動等の低減が確実に行うことができなかった。   In recent years, electric motors have been miniaturized, and high-output, high-torque electric motors have been demanded. In particular, electric motors and the like used for vehicle applications such as electric vehicles are required to be smaller and lighter from the vehicle mounting space. On the other hand, in such an electric motor, because of high output and high torque, cogging torque, sound, vibration, and the like due to the magnetic attraction generated between the stator and the rotor are generated. Various countermeasures have been studied in the past. For example, in a permanent magnet type rotor in which a cylindrical permanent magnet is attached to the surface of a rotor, skew magnetization is performed by twisting the rotation axis. Is used to reduce the cogging torque. However, this skew magnetized permanent magnet type rotor is inherently obtained when the motor is driven, because of the skew magnetization, the thrust force acts in the direction of the rotation axis and the rotor is pressed against one of the bearings. Reduction of power cogging torque and reduction of sound, vibration, etc. caused by it could not be performed reliably.

このような問題を解決するために、特許文献1の特開平8−298735に開示されているように、円筒状の永久磁石を貼り付けた回転子の軸方向中央で2分割しV字型にスキュー着磁した永久磁石形回転子が想起されている。   In order to solve such a problem, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-298735 of Patent Document 1, it is divided into two at the center in the axial direction of the rotor to which a cylindrical permanent magnet is attached to form a V shape. A skew magnetized permanent magnet rotor is recalled.

特開平8−298735号公報JP-A-8-298735

しかしながら、回転子自身の可動と、負荷との接続によって負荷側からの応力を受けると固定子と回転子との磁気中心がずれてしまい想定していたコギングトルクの低減や、コギングトルクに起因する音、振動等を低減することができない場合があった。特に、電動パワーステアリング等に用いる車両用途の電動機に用いる場合は問題である。このように回転子に働く力を嫌う電動機においては、例えば回転子の軸受けの一方にベアリングの軸方向の動きを押さえるベアリング押さえ等を設けて強制的に動かないようにしているが、ケースや軸受け等の組み付け誤差により磁気中心がずれたまま固定されてしまう。また、回転軸方向にスラスト力が働き軸受け側の一方に回転子を押し付ける力が働くためベアリングや軸受けの耐久性も低下してしまう。   However, if stress from the load side is received due to the movement of the rotor itself and the connection with the load, the magnetic center of the stator and the rotor shifts, resulting in the reduction of the cogging torque assumed and the cogging torque. In some cases, sound, vibration, etc. could not be reduced. In particular, it is a problem when used for an electric motor for vehicles used for electric power steering or the like. In such an electric motor that dislikes the force acting on the rotor, for example, a bearing retainer that suppresses the axial movement of the bearing is provided on one of the bearings of the rotor so as not to forcibly move. Due to the assembly error such as the above, the magnetic center is fixed while being shifted. In addition, since a thrust force acts in the direction of the rotation axis and a force that presses the rotor against one of the bearings, the durability of the bearings and bearings also decreases.

固定子と回転子を有し、回転子は回転軸に固定し、固定子の内径中心で回転自在に軸支持された回転子であって、回転子には永久磁石が配置され回転子表面上の磁極は連続的もしくは階段状にずれて斜めに磁化されたスキュー構造であり、回転子を固定した回転軸が回転軸方向に移動可能とした永久磁石形電動機の回転子において、
回転軸に固定した回転子の回転軸方向に移動する移動量(L)が、磁極がスキューして隣接している磁極間の非磁極幅(D)以下とした永久磁石形電動機の回転子。
The rotor has a stator and a rotor, and the rotor is fixed to a rotating shaft and is rotatably supported around the inner diameter of the stator. In the rotor of a permanent magnet type electric motor in which the magnetic pole of the magnet is skewed continuously or stepwise and magnetized obliquely, and the rotating shaft to which the rotor is fixed is movable in the rotating shaft direction.
A rotor of a permanent magnet type motor in which a moving amount (L) of a rotor fixed to a rotating shaft in the direction of the rotating shaft is less than or equal to a non-magnetic pole width (D) between adjacent magnetic poles skewed.

尚、回転子は、回転子の軸方向の移動量(L)とし、磁極がスキューして隣接している磁極間の非磁極幅(D)とし、磁極間の変位量(d)、スキュー角(θ)とした場合、
d=L×tan(θ)
D≧d
である。
Note that the rotor has a movement amount (L) in the axial direction of the rotor, a non-magnetic pole width (D) between adjacent magnetic poles with the magnetic pole skewed, a displacement amount (d) between the magnetic poles, and a skew angle. (Θ)
d = L × tan (θ)
D ≧ d
It is.

このような回転子は、永久磁石を表面に配置した表面貼り付け形や、永久磁石を回転子内部に配置した永久磁石埋め込み形の永久磁石形電動機の回転子に用いることができる。   Such a rotor can be used for a rotor of a surface-attached type in which a permanent magnet is arranged on the surface, or a permanent magnet type electric motor of a permanent magnet embedded type in which a permanent magnet is arranged inside the rotor.

本発明は、永久磁石形回転子の回転子表面上の磁極を連続的もしくは階段状にずれて斜めに磁化されたスキュー構造の永久磁石形回転子を、永久磁石形回転子を固定した回転軸が回転軸方向に予め移動可能となるようにし、前記回転子の回転軸方向の移動可能とする移動量(L)を磁極がスキューして隣接している磁極間の非磁極幅(D)以下とすることにより、回転子自身の可動や負荷との接続によって負荷側からの応力を受けて固定子と回転子との磁気中心のずれや、永久磁石形回転子をケースや軸受け等に組み付ける際に発生する組み付け誤差等の磁気中心のずれによるコギングトルクや、コギングトルクに起因する音、振動等を低減することができる。また、永久磁石形回転子の非磁極幅(D)以下とし移動量(L)を規定しているので軸受け側の一方に回転軸が押し付けられる力が緩和されベアリングや軸受けの耐久性を上げることもできる。   The present invention relates to a permanent magnet rotor having a skew structure in which magnetic poles on a rotor surface of a permanent magnet rotor are continuously or stepwise shifted and magnetized obliquely, and a rotating shaft to which the permanent magnet rotor is fixed. Is movable in advance in the direction of the rotation axis, and the movement amount (L) that enables the rotor to move in the direction of the rotation axis is less than the non-magnetic pole width (D) between the adjacent magnetic poles with the magnetic pole skewing. When the rotor itself is moved or connected to the load, it receives stress from the load side and the magnetic center shifts between the stator and the rotor, or when the permanent magnet type rotor is assembled to the case or bearing. The cogging torque due to the deviation of the magnetic center such as the assembling error occurring in the sound, the sound, vibration, etc. due to the cogging torque can be reduced. In addition, since the amount of movement (L) is defined to be less than the non-magnetic pole width (D) of the permanent magnet rotor, the force with which the rotating shaft is pressed against one of the bearings is alleviated and the durability of the bearings and bearings is increased. You can also.

尚、永久磁石形回転子の回転軸方向の移動量(L)とし、磁極がスキューして非磁極幅(D)とし、磁極間の変位量(d)とし、スキュー角(θ)とした場合の関係は、
d=L×tan(θ)
D≧d
である。
When the permanent magnet rotor is moved in the direction of the rotation axis (L), the magnetic pole is skewed to the non-magnetic pole width (D), the displacement between the magnetic poles (d), and the skew angle (θ) The relationship
d = L × tan (θ)
D ≧ d
It is.

そして、このような回転子は永久磁石を表面に配置した表面貼り付け形や、永久磁石を回転子内部に配置した永久磁石埋め込み形の永久磁石形電動機の回転子に用いることにより効果を得ることができる。   Such a rotor can be used for a rotor of a surface-attached type in which a permanent magnet is arranged on the surface or a permanent magnet type electric motor with a permanent magnet embedded in the rotor. Can do.

本発明を図面を用いて説明する。図1には固定子2の歯部にコイル3が施され、この固定子2の内径中心で軸受けに支持されて回転自在に回転する永久磁石形回転子1を備えている。固定子2はケース5等に焼き嵌め、圧入、隙間嵌め等により固定されている。永久磁石形回転子1は回転軸8に固定子2と同様に焼き嵌め、圧入、隙間嵌め等により固定されている。この回転軸8を両側で支持する場合は、両側のブラッケト4に回転軸8を支持する軸受け部6a、6bが設けられベアリング7a、7bを介して回転軸8を支持している。また、片方で支持する場合は、どちらか一方のブラッケト4の軸受け部6a、6bにベアリング7a、7bを介して回転軸8が支持されている。   The present invention will be described with reference to the drawings. In FIG. 1, a coil 3 is applied to a tooth portion of a stator 2, and a permanent magnet type rotor 1 that is rotatably supported by a bearing at the center of the inner diameter of the stator 2 is provided. The stator 2 is fixed to the case 5 by shrink fitting, press fitting, gap fitting or the like. The permanent magnet rotor 1 is fixed to the rotary shaft 8 by shrink fitting, press fitting, gap fitting or the like in the same manner as the stator 2. When the rotating shaft 8 is supported on both sides, the brackets 6a and 6b for supporting the rotating shaft 8 are provided on the brackets 4 on both sides, and the rotating shaft 8 is supported via the bearings 7a and 7b. Moreover, when supporting by one side, the rotating shaft 8 is supported by the bearing parts 6a and 6b of one of the brackets 4 via the bearings 7a and 7b.

また、このような電動機では、先に述べたように、固定子2をケース5等に焼き嵌め、圧入、隙間嵌め等により固定し、同様に永久磁石形回転子1も回転軸8に焼き嵌め、圧入、隙間嵌め等により固定している関係上其々の部材との間に組み付け誤差を生じる。また、図1で示しているようにブラケット4の両側に設けた軸受け部6a、6bには、回転軸8の両サイドに取り付けたベアリング7a、7bが挿入されている。ベアリング7a、7bと軸受け部6a、6bとの間はある程度の組み付け誤差を考慮して移動可能な移動量Lが設けられている。この移動可能な移動量Lには波ワッシャー9等が挿入され軸受け部6a、6bとベアリング7a、7bとの間の緩衝材となっている。   In such an electric motor, as described above, the stator 2 is shrink-fitted into the case 5 or the like and fixed by press-fitting, gap fitting, or the like, and the permanent magnet rotor 1 is also shrink-fitted onto the rotary shaft 8. As a result of the fixing by press fitting, gap fitting, etc., an assembly error occurs between each member. As shown in FIG. 1, bearings 7 a and 7 b attached to both sides of the rotating shaft 8 are inserted into bearing portions 6 a and 6 b provided on both sides of the bracket 4. A movable amount L is provided between the bearings 7a and 7b and the bearing portions 6a and 6b in consideration of some assembly error. A wave washer 9 or the like is inserted into this movable amount L of movement, and serves as a cushioning material between the bearing portions 6a and 6b and the bearings 7a and 7b.

図1中の永久磁石形回転子1は、回転子鉄心100の表面に円筒形状のリング磁石10を貼り付けた表面貼付タイプの永久磁石形回転子1である。円筒形状のリング磁石10は、外部の着磁装置などによってスキュー角(θ)を持たせて着磁されている。この場合の磁石は、フェライト磁石、希土類磁石のどちらでも構わない。   A permanent magnet rotor 1 in FIG. 1 is a surface-attached type permanent magnet rotor 1 in which a cylindrical ring magnet 10 is attached to the surface of a rotor core 100. The cylindrical ring magnet 10 is magnetized with a skew angle (θ) by an external magnetizing device or the like. The magnet in this case may be a ferrite magnet or a rare earth magnet.

図1に示した永久磁石電動機の永久磁石形回転子1を図2で説明する。この永久磁石形回転子1を回転駆動する方向を図中の矢印で示している。この場合、永久磁石形回転子1は回転子外周表面に交互に磁極が形成できるように着磁されているので隣り合う磁極は異極となり極と極との極間、及びその近傍は、磁気的に見て中性極となり非磁極部Dとなっている。   The permanent magnet rotor 1 of the permanent magnet motor shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. The direction in which the permanent magnet rotor 1 is rotationally driven is indicated by arrows in the figure. In this case, the permanent magnet type rotor 1 is magnetized so that magnetic poles can be alternately formed on the outer peripheral surface of the rotor, so that the adjacent magnetic poles are different from each other, and the gap between the poles and the vicinity thereof are magnetic. As a result, it is a neutral pole and a non-magnetic pole portion D.

この中性極、即ち非磁極部Dは永久磁石10を着磁する際に着磁ヨーク20によって意識的に調整することができる。この非磁極部Dを構成する着磁を図3で示す。図3の着磁ヨーク20と対向している円筒状のリング磁石10bを備えた永久磁石回転子1bを着磁する際、図示しているように着磁ヨーク20と対向するように円筒状のリング磁石10bを備えた永久磁石回転子1bの表面に着磁ヨークの歯部が伸びている。この着磁ヨーク20の着磁用コイル30を巻き付けた歯部先端間の開口部の幅が非磁極部Dとなることにより非磁極部Dの幅を調整することができる。着磁用ヨーク20の隣り合う歯部が異極となるように着磁用ヨーク20の歯部に巻き付けた着磁用コイル30に着磁電流を流すことによりこの歯部と対向している円筒状のリング磁石10bを着磁することができる。一方この着磁用ヨーク20と対向していない円筒状のリング磁石10bの部分は磁力が弱く隣り合う極が異極性となるため磁力がキャンセルされ非磁極部Dとなる。これによりこの非磁極部Dを意識的に作り出すことが可能となる。   This neutral pole, that is, the non-magnetic pole portion D can be consciously adjusted by the magnetizing yoke 20 when the permanent magnet 10 is magnetized. The magnetization that constitutes the non-magnetic pole portion D is shown in FIG. When magnetizing the permanent magnet rotor 1b provided with the cylindrical ring magnet 10b facing the magnetizing yoke 20 of FIG. 3, the cylindrical shape is opposed to the magnetizing yoke 20 as shown. The teeth of the magnetized yoke extend on the surface of the permanent magnet rotor 1b provided with the ring magnet 10b. Since the width of the opening between the tips of the teeth around which the magnetizing coil 30 of the magnetizing yoke 20 is wound becomes the non-magnetic pole portion D, the width of the non-magnetic pole portion D can be adjusted. A cylinder facing this tooth portion by passing a magnetizing current through a magnetizing coil 30 wound around the tooth portion of the magnetizing yoke 20 so that adjacent tooth portions of the magnetizing yoke 20 have different polarities. Shaped ring magnet 10b can be magnetized. On the other hand, the portion of the cylindrical ring magnet 10b that is not opposed to the magnetizing yoke 20 has a weak magnetic force and the adjacent poles have different polarities, so the magnetic force is canceled and a non-magnetic pole portion D is formed. This makes it possible to consciously create this non-magnetic pole portion D.

このような永久磁石回転子1bを用いた永久磁石形電動機では円筒状のリング磁石10bの磁力に伴う突極性によりコギングトルクが発生し、また、このコギングトルクに起因する音、振動等も発生している。この問題に対して図4に示すように回転子鉄心100aに貼り付けた円筒状のリング磁石10aに適切な角度でスキュー着磁を施して斜めに磁化した磁極としている。これによりコギングトルクを低減することができ、そして、コギングトルクに起因する音、振動等も低減できる。   In such a permanent magnet type motor using the permanent magnet rotor 1b, cogging torque is generated due to the saliency associated with the magnetic force of the cylindrical ring magnet 10b, and sound, vibration, etc. due to the cogging torque are also generated. ing. To solve this problem, as shown in FIG. 4, a cylindrical ring magnet 10a affixed to the rotor core 100a is skewed at an appropriate angle to form a magnetic pole that is magnetized obliquely. As a result, the cogging torque can be reduced, and sound, vibration, and the like resulting from the cogging torque can also be reduced.

しかしながら、永久磁石形回転子1を図1及び図2に図示している矢印の方向へ回転駆動する場合、永久磁石形回転子1は軸方向へ磁気推力が働き(図1(及び図2)では波ワッシャー9を入れた軸受け部6b側に回転子が移動する)、スキュー着磁を施した位置がずれてしまい本来得られるはずであるコギングトルクの低減や、そのコギングトルクに起因した音、振動等の低減を達成することができない。   However, when the permanent magnet type rotor 1 is rotationally driven in the direction of the arrow shown in FIGS. 1 and 2, the permanent magnet type rotor 1 has a magnetic thrust acting in the axial direction (FIGS. 1 and 2). Then, the rotor moves to the bearing portion 6b side where the wave washer 9 is inserted), the position where the skew magnetization is performed shifts, and the cogging torque that should be originally obtained can be reduced, and the sound caused by the cogging torque, Reduction of vibration or the like cannot be achieved.

これは固定子2で構成されている電機子と、界磁を構成する永久磁石形回転子1との位置関係が軸方向にずれることにより固定子2と永久磁石形回転子1の斜めにスキュー着磁を施して磁化した磁極との位置関係が崩れコギングトルクが悪化するためである。このことからもわかるようにコギングトルク低減のために施される永久磁石形回転子1のスキューは軸方向に必要な移動可能な移動量(L)と非磁極部幅(D)との関係より成り立つことが解る。   This is because the stator 2 and the permanent magnet rotor 1 are skewed obliquely because the positional relationship between the armature composed of the stator 2 and the permanent magnet rotor 1 constituting the field is shifted in the axial direction. This is because the positional relationship with the magnetic pole magnetized by magnetization is lost and the cogging torque is deteriorated. As can be seen from this, the skew of the permanent magnet type rotor 1 applied to reduce the cogging torque is based on the relationship between the movable amount (L) necessary for movement in the axial direction and the non-magnetic pole portion width (D). I understand that it holds.

尚、移動量(L)と非磁極部幅(D)との関係を固定子側の電機子の構造において適用した場合、スキュー幅は励磁極間(歯部間)の等価な非磁路幅(非磁極部(D))でスキューを設けることにより成立する。この場合、固定子側の電機子でスキューを施しているので、回転子側でスキューを取る必要がなく永久磁石の着磁は軸方向と平行な非磁極部を形成すれば良いことになる。一方、固定子の励磁極間(歯部間)に等価な非磁路幅(非磁極部D)を設け、想定しているスキュー角度が取り切れない場合は、回転子側で、固定子で取り切ることのできなかったスキュー角度分を取ることもできる。   When the relationship between the amount of movement (L) and the non-magnetic pole part width (D) is applied to the armature structure on the stator side, the skew width is the equivalent non-magnetic path width between the excitation poles (between the tooth parts). This is established by providing a skew at (non-magnetic pole portion (D)). In this case, since the skew is applied by the armature on the stator side, it is not necessary to take the skew on the rotor side, and the permanent magnet can be magnetized by forming a non-magnetic pole portion parallel to the axial direction. On the other hand, if the equivalent non-magnetic path width (non-magnetic pole part D) is provided between the excitation poles (between teeth) of the stator and the assumed skew angle cannot be taken, It is also possible to take the skew angle that could not be removed.

このように設計された図1〜図4で説明した永久磁石形電動機のコギングトルクは図5に示すような結果を得る。図5は永久磁石形回転子1の回転軸方向のずれに対してコギングトルクが変動している状態を示している。図5からもわかるように回転軸方向への回転子の移動可能な移動量(L)を非磁極部幅(D)以下の場合、コギングトルクの変動が極めて僅かな変動で安定していることが解る。逆に、非磁極幅(D)以上に広くなるとコギングトルクは急激に増加している。つまり、回転子の回転軸方向の移動可能な移動量(L)が回転子の磁極面上において磁極のスキューの成す回転方向の距離において非磁極幅(D)以下とすればよいことになる。
従って、回転子の磁化されたスキューの非磁極幅(D)以下となるようにベアリング7bと軸受け部6bとの間の組み付け誤差を考慮した移動可能な移動量(L)とすることによりコギングトルクを低減することができ、またコギングトルクに起因する音、振動を低減することができる。
The cogging torque of the permanent magnet type motor described in FIGS. 1 to 4 designed as described above obtains a result as shown in FIG. FIG. 5 shows a state where the cogging torque fluctuates with respect to the displacement of the permanent magnet rotor 1 in the rotation axis direction. As can be seen from FIG. 5, when the moving amount (L) of the rotor in the direction of the rotation axis is equal to or less than the non-magnetic pole width (D), the fluctuation of the cogging torque is stable with a very slight fluctuation. I understand. On the contrary, the cogging torque increases abruptly when it becomes wider than the non-magnetic pole width (D). In other words, the amount of movement (L) of the rotor that can be moved in the direction of the rotation axis should be less than or equal to the non-magnetic pole width (D) in the distance in the rotation direction formed by the magnetic pole skew on the magnetic pole surface of the rotor.
Accordingly, the cogging torque is obtained by setting the movable movement amount (L) in consideration of the assembly error between the bearing 7b and the bearing portion 6b so as to be equal to or less than the non-magnetic pole width (D) of the magnetized skew of the rotor. In addition, noise and vibration caused by cogging torque can be reduced.

また、逆に磁極がスキューして隣接している磁極間の非磁極幅(D)を回転子の軸方向の移動可能な移動量(L)以上とする、つまり、回転子の非磁極幅(D)が回転軸方向に設定した移動量(L)の可動に応じて磁極のスキューの成す回転方向の距離以上にすることによっても同様の効果がある。但し、必要以上に広くすることは非磁極幅(D)が増えることになり、磁束量が減少することになるため永久磁石形電動機の性能上許される範囲とすることは言うまでもない。   Conversely, the non-magnetic pole width (D) between the adjacent magnetic poles skewed by the magnetic poles is set to be equal to or larger than the movement amount (L) in the axial direction of the rotor, that is, the non-magnetic pole width ( The same effect can be obtained by setting D) to be equal to or greater than the distance in the rotation direction formed by the skew of the magnetic poles according to the movement of the movement amount (L) set in the rotation axis direction. However, if the width is made larger than necessary, the non-magnetic pole width (D) increases and the amount of magnetic flux decreases, so it goes without saying that the range is allowed in terms of the performance of the permanent magnet motor.

前記で述べた内容を図2に示した記号を用いて数式で説明する。
非磁極幅(D)は先に説明したように磁極と磁極との間の非磁極部もしくは非着磁部である。回転子に磁極を形成し、コギングトルクを低減するためのスキュー角(θ)、回転子が回転軸方向に動く移動可能な移動量(L)、この回転子が回転軸方向に動く移動可能な移動量(L)動いた場合の極間の変位量(d)とした場合、式(1)、(2)のようになる。
d=L×tan(θ)・・・・・(1)
D≧d ・・・・・・・・・・・(2)
The contents described above will be described with mathematical expressions using the symbols shown in FIG.
As described above, the non-magnetic pole width (D) is a non-magnetic pole portion or a non-magnetized portion between the magnetic poles. A skew angle (θ) for reducing the cogging torque by forming a magnetic pole on the rotor, a movable amount (L) that the rotor can move in the direction of the rotational axis, and a movable amount that can move the rotor in the direction of the rotational axis When the displacement (d) is the displacement (d) between the poles when moved (L), the equations (1) and (2) are obtained.
d = L × tan (θ) (1)
D ≧ d (2)

以上図1〜図5については回転子鉄心100の表面に円筒状のリング磁石1を貼り付けた表面貼付タイプの回転子で説明してきたが他の実施形態について図を用いて説明する。
図6には、図1〜図5で説明した表面貼付タイプと同様の永久磁石形回転子であるが複数の永久磁石10f〜10kを多段積みにした永久磁石表面貼付タイプの回転子である。詳細図で示す様に回転子鉄心表面の円周方向に複数に分割した永久磁石10fa、10fb・・及び10ga、10gb・・の隣同士の極が異極となるように貼り付けられている。極と極との間は永久磁石が存在せず非磁極部(D1)となっている。回転子の回転軸方向には隣同士が同極である永久磁石10faと10ga、10fbと10gbが極力隙間がないように貼り付けられている。軸方向の隣同士の永久磁石10faと10ga、10fbと10gbがスキュー角(θ)になるように階段状に積まれている。磁極間のスキュー角(θ)は等価極間となっている。
1 to 5 have been described with respect to a surface-attached type rotor in which the cylindrical ring magnet 1 is attached to the surface of the rotor core 100, other embodiments will be described with reference to the drawings.
FIG. 6 shows a permanent magnet type rotor that is a permanent magnet type rotor similar to the surface sticking type described in FIGS. 1 to 5, but in which a plurality of permanent magnets 10 f to 10 k are stacked in multiple stages. As shown in the detailed view, the permanent magnets 10fa, 10fb,... And 10ga, 10gb,. There is no permanent magnet between the poles and the non-magnetic part (D1). In the rotation axis direction of the rotor, permanent magnets 10fa and 10ga, 10fb and 10gb, which are adjacent to each other and having the same polarity, are attached so that there is no gap as much as possible. The permanent magnets 10fa, 10ga, 10fb, and 10gb adjacent to each other in the axial direction are stacked stepwise so as to have a skew angle (θ). The skew angle (θ) between the magnetic poles is between the equivalent poles.

図7は、永久磁石10c(10ca、10cb)を回転子内部に配置した永久磁石埋め込み形回転子である。回転子内部には平板永久磁石10c(10ca、10cb)を埋め込むための磁石収容孔40c(40ca、40cb)が各極に設けられ4極を形成している。各極同じ構成であるので1極のみ説明して他の極に付いては説明を省略する。磁石収容孔40caは回転子外周と磁石収容孔40caとの間に外側鉄心部分100eが設けられ、磁石収容孔40caと回転子内径との間には内側鉄心部分100fが設けられている。また、磁石収容孔40caの両端部は回転子外周に面しており平板永久磁石10caと回転子外周との間には空隙50caが設けられている。この空隙50caと回転子外周との間には磁束が漏れない程度に回転子鉄心の幅を狭くしたブリッジ部60caが設けられた構造となっている。ブリッジ部60caは磁石収容孔40caの外側鉄心部分100eと、磁石収容孔40caの空隙50caと隣り合う磁石収容孔40cbの空隙50cbで挟まれるように設けられたリブ70cで繋がれている。永久磁石10caの埋め込みは磁石収容孔40caの回転子外周と磁石収容孔40caとの間の外側鉄心部分100eと、磁石収容孔40caの端部のブリッジ部60caとの境目まで挿入されている。   FIG. 7 shows a permanent magnet embedded rotor in which permanent magnets 10c (10ca, 10cb) are arranged inside the rotor. Inside the rotor, magnet accommodation holes 40c (40ca, 40cb) for embedding the plate permanent magnets 10c (10ca, 10cb) are provided in each pole to form four poles. Since each pole has the same configuration, only one pole will be described, and description of other poles will be omitted. The magnet housing hole 40ca is provided with an outer iron core portion 100e between the rotor outer periphery and the magnet housing hole 40ca, and an inner iron core portion 100f is provided between the magnet housing hole 40ca and the rotor inner diameter. Further, both end portions of the magnet housing hole 40ca face the rotor outer periphery, and a gap 50ca is provided between the flat plate permanent magnet 10ca and the rotor outer periphery. Between the gap 50ca and the outer periphery of the rotor, a bridge portion 60ca is provided in which the width of the rotor core is reduced to such an extent that magnetic flux does not leak. The bridge portion 60ca is connected to the outer core portion 100e of the magnet accommodation hole 40ca by a rib 70c provided so as to be sandwiched between the gap 50ca of the magnet accommodation hole 40cb adjacent to the gap 50ca of the magnet accommodation hole 40ca. The permanent magnet 10ca is embedded up to the boundary between the outer core portion 100e between the outer periphery of the rotor of the magnet housing hole 40ca and the magnet housing hole 40ca and the bridge portion 60ca at the end of the magnet housing hole 40ca.

この永久磁石埋め込み形回転子1cの非磁極部D2は、回転子外周と磁石収容孔40caとの間の外側鉄心部分100eと、磁石収容孔40caの端部のブリッジ部60caとの境目からリブ70cを挟んで隣の磁極の磁石収容孔40cbの端部のブリッジ部60cbと、回転子外周と磁石収容孔40cbとの間の外側鉄心部分100eとの境目までが非磁極部(D2)である。この非磁極部(D2)を表面貼付タイプの永久磁石形回転子と同様に、回転軸方向の隣同士の永久磁石がスキュー角(θ)になるように階段状に積まれている。磁極間のスキュー角(θ)は等価極間となっている。   The non-magnetic pole portion D2 of the permanent magnet embedded rotor 1c is formed of a rib 70c from the boundary between the outer core portion 100e between the outer periphery of the rotor and the magnet accommodation hole 40ca and the bridge portion 60ca at the end of the magnet accommodation hole 40ca. The non-magnetic pole portion (D2) extends from the bridge portion 60cb at the end of the magnet receiving hole 40cb of the adjacent magnetic pole to the boundary between the outer periphery of the rotor and the outer core portion 100e between the magnet receiving hole 40cb. The non-magnetic part (D2) is stacked stepwise so that the adjacent permanent magnets in the direction of the rotation axis have a skew angle (θ) as in the case of a surface-attached type permanent magnet rotor. The skew angle (θ) between the magnetic poles is between the equivalent poles.

図8は、図7と同様の永久磁石埋め込み形回転子である。永久磁石10d(10da、10db)を挿入する磁石収容孔40d(40da、40db)は各極に設けられ4極を形成している。各極同じ構成であるので1極のみ説明して他の極の磁石収容孔40d(40dc、40dd)に付いては説明を省略する。この場合は、磁石収容孔40daへの永久磁石10daの埋め込みは回転子外周と磁石収容孔40daとの間の外側鉄心部分100gと、磁石収容孔40daの端部のブリッジ部60daとの境目までには達していない。
この場合でも非磁極部(D3)の等価極間は、回転子外周と磁石収容孔40daとの間の外側鉄心部分100gと、磁石収容孔40daの端部のブリッジ部60daとの境目からリブ70dを挟んで隣の磁極の磁石収容孔40dbの端部のブリッジ部60dbと、回転子外周と磁石収容孔40dbとの間の外側鉄心部分100gとの境目までが非磁極部(D3)である。このように構成された永久磁石形回転子1dは軸方向の隣同士の永久磁石がスキュー角(θ)になるように階段状に積まれている。磁極間のスキュー角(θ)は等価極間となっている。
FIG. 8 shows a permanent magnet embedded rotor similar to FIG. Magnet housing holes 40d (40da, 40db) for inserting the permanent magnet 10d (10da, 10db) are provided in each pole to form four poles. Since each pole has the same configuration, only one pole will be described, and description of the other magnet receiving holes 40d (40dc, 40dd) will be omitted. In this case, the permanent magnet 10da is embedded in the magnet housing hole 40da before the boundary between the outer core portion 100g between the outer periphery of the rotor and the magnet housing hole 40da and the bridge portion 60da at the end of the magnet housing hole 40da. Has not reached.
Even in this case, the gap between the equivalent poles of the non-magnetic pole part (D3) is the rib 70d from the boundary between the outer core part 100g between the rotor outer periphery and the magnet accommodation hole 40da and the bridge part 60da at the end of the magnet accommodation hole 40da. The non-magnetic pole portion (D3) extends from the bridge portion 60db at the end of the magnet housing hole 40db of the adjacent magnetic pole to the boundary between the outer periphery of the rotor and the outer core portion 100g between the magnet housing hole 40db. The permanent magnet type rotor 1d configured as described above is stacked in a stepped manner so that adjacent permanent magnets in the axial direction have a skew angle (θ). The skew angle (θ) between the magnetic poles is between the equivalent poles.

また図9は、図8〜図7と同様の永久磁石埋め込み形回転子である。回転子内部に回転子外周に沿うように永久磁石10e(10ea、10eb)を挿入する磁石収容孔40e(40ea、40eb)が円弧状に設けられている。図9は、回転子内部に円弧状の永久磁石10e(10ea、10eb)を埋め込むための磁石収容孔40e(40ea、40eb)が各極に設けられ4極を形成している。各極同じ構成であるので1極のみ説明して他の極の磁石収容孔40e(40ec、40ed)に付いては説明を省略する。円弧状の磁石収容孔40eaの回転子外周は、回転子外周に沿うように設けられブリッジ部60eaで構成されている。円弧状の磁石収容孔40eaと回転子内径との間には内側鉄心部分100iが設けられている。また、円弧状の磁石収容孔40eaに埋め込まれた永久磁石10eaの端部には空隙50eaが設けられている。この空隙50eaと隣り合う磁極の円弧状の磁石収容孔40ebに埋め込まれた永久磁石10ebの端部の空隙50ebとの間に、回転子内径から磁極間に回転子外周方向へ伸びているリブ70eが設けられている。このリブ70eとブリッジ部60eaとが繋がっている。   FIG. 9 shows a permanent magnet embedded rotor similar to that shown in FIGS. Magnet accommodating holes 40e (40ea, 40eb) for inserting permanent magnets 10e (10ea, 10eb) are provided in an arc shape along the outer periphery of the rotor inside the rotor. In FIG. 9, magnet accommodation holes 40e (40ea, 40eb) for embedding the arc-shaped permanent magnet 10e (10ea, 10eb) in the rotor are provided in each pole to form four poles. Since each pole has the same configuration, only one pole will be described, and description of the other magnet receiving holes 40e (40ec, 40ed) will be omitted. The outer periphery of the rotor of the arc-shaped magnet housing hole 40ea is provided along the outer periphery of the rotor and is configured by a bridge portion 60ea. An inner core portion 100i is provided between the arc-shaped magnet housing hole 40ea and the rotor inner diameter. A gap 50ea is provided at the end of the permanent magnet 10ea embedded in the arc-shaped magnet housing hole 40ea. A rib 70e extending between the rotor inner diameter and the magnetic pole between the magnetic pole 50eb and the gap 50eb at the end of the permanent magnet 10eb embedded in the arc-shaped magnet housing hole 40eb of the adjacent magnetic pole. Is provided. The rib 70e and the bridge portion 60ea are connected.

この場合の非磁極部(D4)は、回転子外周部と回転子外周部に沿うように設けられた円弧状の磁石収容孔40eaとの間の幅が狭いブリッジ部60eaでは磁束が殆ど流れないため回転子の外側鉄心部分は磁束の流れに影響されることがないので円弧状の磁石収容孔40eaに埋め込まれている永久磁石10eaの端部からリブ70eを挟んで隣の磁極の円弧状の磁石収容孔40ebに埋め込まれた永久磁石10ebの端部までが非磁極部(D4)である。この非磁極部(D4)は図6〜図8の永久磁石形回転子と同様に、軸方向の隣同士の永久磁石10eがスキュー角(θ)になるように階段状に積まれている。磁極間のスキュー角(θ)は等価極間となっている。   In this case, in the non-magnetic pole part (D4), almost no magnetic flux flows in the bridge part 60ea having a narrow width between the rotor outer peripheral part and the arc-shaped magnet housing hole 40ea provided along the rotor outer peripheral part. Therefore, the outer core portion of the rotor is not affected by the flow of magnetic flux, so that the arc shape of the adjacent magnetic pole is sandwiched from the end of the permanent magnet 10ea embedded in the arc-shaped magnet housing hole 40ea with the rib 70e interposed therebetween. A portion up to the end of the permanent magnet 10eb embedded in the magnet housing hole 40eb is the non-magnetic pole portion (D4). This non-magnetic pole portion (D4) is stacked stepwise so that the adjacent permanent magnets 10e in the axial direction have a skew angle (θ), like the permanent magnet type rotors of FIGS. The skew angle (θ) between the magnetic poles is between the equivalent poles.

前記した永久磁石形回転子では、軸方向の隣同士の永久磁石がスキュー角(θ)になるように階段状に積みスキュー角(θ)の等価極間としているが、軸方向に連続的に構成してもよい。
例えば、永久磁石を軸方向に分割することなく1枚の永久磁石でスキュー角(θ)となるように構成することができる。また、永久磁石形回転子の永久磁石の磁気配向はラジアル配向やパラレル(平行)配向でもよく、特に円筒状の永久磁石では極異方性のリング磁石を用いることもできる。
In the permanent magnet type rotor described above, the permanent magnets adjacent to each other in the axial direction are stacked stepwise so as to have a skew angle (θ), and are set between the equivalent poles of the skew angle (θ). It may be configured.
For example, the permanent magnet can be configured to have a skew angle (θ) with a single permanent magnet without being divided in the axial direction. Further, the magnetic orientation of the permanent magnet of the permanent magnet type rotor may be a radial orientation or a parallel orientation, and a polar anisotropic ring magnet can be used particularly for a cylindrical permanent magnet.

本実施形態における永久磁石形電動機の回転子をケースに組み付けた図。The figure which assembled | attached the rotor of the permanent magnet type motor in this embodiment to the case. 図1で説明した永久磁石形電動機の回転子。The rotor of the permanent magnet type electric motor explained in FIG. 永久磁石形電動機の回転子の着磁の様子。Magnetization of the rotor of a permanent magnet motor. スキュー着磁をした円筒状のリング磁石を用いた永久磁石形電動機の回転子。A rotor of a permanent magnet motor using a cylindrical ring magnet with skew magnetization. 図4のようなスキュー着磁を施した永久磁石形回転子の回転軸方向のずれに対するコギングトルクの変動を示したグラフ。The graph which showed the fluctuation | variation of the cogging torque with respect to the shift | offset | difference of the rotating shaft direction of the permanent magnet type rotor which gave the skew magnetization like FIG. 別の実施形態を示した永久磁石形電動機の回転子。The rotor of the permanent magnet type electric motor which showed another embodiment. 別の実施形態を示した永久磁石形電動機の回転子。The rotor of the permanent magnet type electric motor which showed another embodiment. 別の実施形態を示した永久磁石形電動機の回転子。The rotor of the permanent magnet type electric motor which showed another embodiment. 別の実施形態を示した永久磁石形電動機の回転子。The rotor of the permanent magnet type electric motor which showed another embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1、1a、1b、1c、1d、1e・・・永久磁石形回転子
2・・・固定子
3・・・コイル
4・・・ブラケット
5・・・ケース
6a、6b・・・軸受け部
7a、7b・・・ベアリング
8・・・回転軸
9・・・波ワッシャー
10、10a〜10k、10ca〜10ea、10cb〜10eb、10fa、10fb、10ga、10gb・・・永久磁石
20・・・着磁用ヨーク
30・・・着磁用コイル
40、40a〜40e、40ca〜40ea、40cb〜40eb・・・磁石収容孔
50ca〜50ea、50cb〜50eb・・・空隙
60ca〜60ea、60cb〜60eb・・・ブリッジ部
70c〜70e・・・リブ部
100、100a、100b・・・回転子鉄心
100e、100g・・・外側鉄心部分
100f、100h、100i・・・内側鉄心部分
D、D1〜D4・・・非磁極部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e ... Permanent magnet type rotor 2 ... Stator 3 ... Coil 4 ... Bracket 5 ... Case 6a, 6b ... Bearing part 7a, 7b ... Bearing 8 ... Rotating shaft 9 ... Wave washer 10, 10a-10k, 10ca-10ea, 10cb-10eb, 10fa, 10fb, 10ga, 10gb ... Permanent magnet 20 ... For magnetization Yoke 30 ... Magnetizing coils 40, 40a to 40e, 40ca to 40ea, 40cb to 40eb ... Magnet housing holes 50ca to 50ea, 50cb to 50eb ... Gaps 60ca to 60ea, 60cb to 60eb ... Bridges Part 70c-70e ... rib part 100, 100a, 100b ... rotor core 100e, 100g ... outer core part 100f, 100h, 100i ... the inner core part D, D1~D4 ··· non-magnetic pole portion

Claims (4)

固定子と回転子を有し、前記回転子は回転軸に固定し、前記固定子の内径中心で回転自在に軸支持された回転子であって、前記回転子には永久磁石が配置され回転子表面上の磁極は連続的もしくは階段状にずれて斜めに磁化されたスキュー構造であり、
前記回転子を固定した回転軸が回転軸方向に移動可能とした永久磁石形電動機の回転子において、
前記回転子の回転軸方向に移動する移動量(L)が、磁極がスキューして隣接している磁極間の非磁極幅(D)以下としたことを特徴とする永久磁石形電動機の回転子。
A rotor having a stator and a rotor, the rotor being fixed to a rotation shaft and rotatably supported at the center of the inner diameter of the stator, wherein a permanent magnet is disposed on the rotor and rotated; The magnetic pole on the child surface is a skew structure that is magnetized diagonally, shifted continuously or stepwise,
In the rotor of the permanent magnet type motor in which the rotating shaft that fixed the rotor is movable in the rotating shaft direction,
A rotor of a permanent magnet type electric motor characterized in that a moving amount (L) of the rotor moving in the direction of the rotation axis is not more than a non-magnetic pole width (D) between adjacent magnetic poles skewed by magnetic poles. .
前記回転子は、回転子の軸方向の移動量(L)とし、磁極がスキューして隣接している磁極間の非磁極幅(D)とし、磁極間の変位量(d)、スキュー角(θ)とした場合、
d=L×tan(θ)
D≧d
であることを特徴とする請求項1項に記載の永久磁石形電動機の回転子。
The rotor has a movement amount (L) in the axial direction of the rotor, a non-magnetic pole width (D) between adjacent magnetic poles with the magnetic pole skewed, a displacement amount (d) between the magnetic poles, and a skew angle ( θ)
d = L × tan (θ)
D ≧ d
The rotor of a permanent magnet type electric motor according to claim 1, wherein
前記回転子は、永久磁石を表面に配置した表面貼り付け形であることを特徴とする請求項1項または請求項2項に記載の永久磁石形電動機の回転子。 The rotor of a permanent magnet type electric motor according to claim 1 or 2, wherein the rotor is a surface-attached type in which permanent magnets are arranged on the surface. 前記回転子は、永久磁石を回転子内部に配置した永久磁石埋め込み形であることを特徴とする請求項1項または請求項2項に記載の永久磁石形電動機の回転子。 The rotor of a permanent magnet type electric motor according to claim 1, wherein the rotor is a permanent magnet embedded type in which a permanent magnet is disposed inside the rotor.
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