JP2009124852A - Rotor for rotary electric machine, and rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転電機のロータ及び回転電機に関するものである。 The present invention relates to a rotor of a rotating electrical machine and a rotating electrical machine.
従来、回転電機のインナロータでは、回転軸の軸線と直交する断面において磁場配向が径方向外側に向かって狭まるように放射状をなす磁石を備えたものがある(例えば特許文献1参照)。このようなロータでは、ステータと対向する磁石表面の磁束密度増加により強磁場が発生し、その結果、回転電機のトルク出力が向上するようになっている。
しかしながら、上記のようなロータにおいて、磁石における放射状の配向方向を結んだ一点(収束点)が磁石表面から近い、即ち、配向の径方向に対する傾斜が大きいと、大きなトルク向上効果が得られるが、磁石の配向傾斜を大きくしようとする程、その着磁が難しくなるという問題があり、この点においてなお改善の余地があった。 However, in the rotor as described above, when one point (convergence point) connecting the radial orientation directions in the magnet is close to the magnet surface, that is, when the inclination with respect to the radial direction of the orientation is large, a large torque improvement effect can be obtained. There is a problem that the magnetization becomes more difficult as the orientation gradient of the magnet is increased, and there is still room for improvement in this respect.
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、磁石の配向を径方向に対し傾斜させて高トルク化を図りつつも、容易に製造することができる回転電機のロータ及びこのロータを備えた回転電機を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and its object is to provide a rotating electrical machine that can be easily manufactured while increasing the torque by inclining the orientation of the magnet with respect to the radial direction. And providing a rotating electric machine including the rotor.
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、周方向に交互に異なる磁極配置とされた磁石が回転軸に一体回転可能に設けられてなる回転電機のロータであって、前記磁石は、各磁極においてその外周側に設定された磁極中心線上の一点を通る放射状の磁束が生じるように着磁され、前記回転軸の軸線から前記磁極中心線上の一点までの距離Rと、前記回転軸の軸線から前記磁石の表面までの距離rとの比の値(R/r)が、1.1以上に設定されたことをその要旨とする。
In order to solve the above problem, the invention according to
この発明では、周方向に交互に異なる磁極配置とされた磁石は、各磁極においてその外周側に設定された磁極中心線上の一点を通る放射状の磁束が生じるように着磁され、回転軸の軸線から磁極中心線上の一点までの距離Rと、回転軸の軸線から磁石の表面までの距離rとの比の値(R/r)が1.1以上に設定される。ここで、距離R,rの比の値(ラジアル配向中心位置)とトルクとの関係を示す関係図から(図4参照)、そのR/rの値が1.1以上の範囲では、回転軸の軸線から磁極中心線上の一点と磁石の表面とが接近しない、即ち、磁石の配向傾斜が大きくならないようにしつつも、配向が径方向に沿う場合(図4中、トルク比が「1」)より大きなトルクを得られる。これにより、磁石の配向を径方向に対し傾斜させて回転電機のトルク出力を向上させつつも容易に製造することが可能となる。 In the present invention, magnets having different magnetic pole arrangements alternately in the circumferential direction are magnetized so that a radial magnetic flux passing through one point on the magnetic pole center line set on the outer circumferential side of each magnetic pole is generated, and the axis of the rotating shaft The ratio value (R / r) between the distance R from the center of the magnetic pole to one point on the magnetic pole center line and the distance r from the axis of the rotation axis to the surface of the magnet is set to 1.1 or more. Here, from the relational diagram showing the relationship between the value of the ratio of the distances R and r (radial orientation center position) and the torque (see FIG. 4), the rotation axis is within the range where the value of R / r is 1.1 or more. When a point on the magnetic pole center line does not approach from the axis of the magnet and the surface of the magnet, that is, the orientation is along the radial direction while preventing the orientation gradient of the magnet from increasing (the torque ratio is “1” in FIG. 4). Greater torque can be obtained. Thereby, it becomes possible to manufacture easily while making the orientation of the magnet inclined with respect to the radial direction and improving the torque output of the rotating electrical machine.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の回転電機のロータにおいて、前記距離R,rの比の値(R/r)が、1.1以上、1.6以下に設定されたことをその要旨とする。
この発明では、距離R,rの比の値(R/r)が1.1以上、1.6以下に設定される。このため、容易に製造しつつも、R/rの値が1の場合、即ち、磁石の配向が最大で製造が最も困難となるとき以上の大きなトルク出力を得ることができる(図4参照)。
According to a second aspect of the present invention, in the rotor of the rotating electric machine according to the first aspect, a ratio value (R / r) of the distances R and r is set to 1.1 or more and 1.6 or less. This is the gist.
In the present invention, the ratio value (R / r) of the distances R and r is set to 1.1 or more and 1.6 or less. For this reason, while producing easily, when the value of R / r is 1, that is, when the orientation of the magnet is maximum and the production is most difficult, a larger torque output can be obtained (see FIG. 4). .
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の回転電機のロータにおいて、前記距離R,rの比の値(R/r)が、1.1以上、1.2以下に設定されたことをその要旨とする。
この発明では、距離R,rの比の値(R/r)を1.1以上、1.2以下に設定することで、1.1以上、1.6以下の範囲の中でもより一層の高トルク化に貢献できる。
According to a third aspect of the present invention, in the rotor of the rotating electric machine according to the second aspect, a ratio value (R / r) of the distances R and r is set to 1.1 or more and 1.2 or less. This is the gist.
In the present invention, the ratio value (R / r) of the distances R and r is set to 1.1 or more and 1.2 or less, so that it is even higher in the range of 1.1 or more and 1.6 or less. Can contribute to torque.
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載のロータと、前記ロータの周囲に設けられ、該ロータの回転のための磁界を発生させる巻線が巻回されてなるステータとを備えた回転電機であることをその要旨とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the rotor according to any one of the first to third aspects, and a winding that is provided around the rotor and that generates a magnetic field for rotating the rotor. The gist of the present invention is that the rotating electrical machine includes a stator.
この発明では、請求項1〜3のいずれか1項に記載のロータがステータの内側に設けられて回転電機が構成される。このため、磁石の配向を径方向に対し傾斜させて高トルク化を図りつつも、容易に製造することができる回転電機を提供することができる。
In this invention, the rotor according to any one of
従って、上記記載の発明によれば、磁石の配向を径方向に対し傾斜させて高トルク化を図りつつも、容易に製造することができる回転電機のロータ及びこのロータを備えた回転電機を提供することができる。 Therefore, according to the above-described invention, there is provided a rotor of a rotating electrical machine that can be easily manufactured while increasing the torque by inclining the orientation of the magnet with respect to the radial direction, and a rotating electrical machine including the rotor. can do.
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図1に示すように、回転電機としてのブラシレスモータ(以下、モータという)1は、ステータ2とロータ3とを備える。ステータ2は、略円筒状に形成され、径方向内側に延びる12個のティース4と、それらティース4にそれぞれ巻回された巻線5とを備える。ステータ2は、その巻線5に図示しない電源装置からの電源が供給されるとロータ3を回転させるための回転磁界を発生するように構成される。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, a brushless motor (hereinafter referred to as a motor) 1 as a rotating electrical machine includes a
ステータ2の内側に回転可能に支持されたロータ3は、回転軸6と、回転軸6に固着された略円筒状のロータコア7と、ロータコア7の外周面に固定された10個の磁石8a,8bとを備えている。各磁石8a,8bは、円弧状をなし同一形状に形成されるとともに、磁束方向(磁石中の矢印)が外側を向いて外周面がN極となっている磁石8aと、磁束方向が内周側を向いて外周面がS極となっている磁石8bとが周方向に交互に配置されている(図2参照)。尚、各磁石8a,8bは周方向において互いに当接している。
The
図2に示すように、磁石8a,8bは、回転軸6の軸線Lと直交する断面において、径方向外側ほどその磁極中心線CL(ロータ径方向に沿うとともに各磁石8a,8bの周方向中心を通る線)に近づくように傾斜する磁束が生じる構成とされている。換言すると、磁石8a,8bは、その外側に配置された磁極中心線CL上の一点Pを通る放射状の磁束が生じる構成とされている。尚、磁石8a,8bの周方向中心部においては径方向(磁極中心線CL)に沿う磁束が生じている。
As shown in FIG. 2, the
このような磁石8a,8bの製造態様について図3に従って説明する。
図3に示すように、磁石8aは、その製造に際し所謂着磁器の一対の鉄芯11,12に挟まれる。この一対の鉄芯11,12にはそれぞれコイル(図示略)が巻回されており、一方の鉄芯11は磁石8aの内周面全面に当接し、他方の鉄芯12は磁石8aの外側でその周方向を2等分する直線(磁極中心線CLに一致)に沿って延出成形されている。そして、各鉄芯11,12に巻回されたコイルへの通電によりそれら鉄芯11,12に磁石8aの外側に配置された前記直線(CL)上の一点(点Pに一致)を通る放射状の磁束を生じさせ、磁石8aは、前述したような外側に配置された点Pを中心とする放射状の配向に着磁される。尚、磁石8bの着磁は、各鉄芯11,12に生じさせる磁束の極性を反転させることを除き、概ね同様に行われるためその説明を割愛する。このような点Pを外側に配置する着磁では、その点Pを磁石8a,8bの外周面から遠い位置に設定すればする程、磁石8a,8bの配向傾斜が緩やかとなり容易に着磁可能となっている。
A manufacturing mode of
As shown in FIG. 3, the
上記のようなロータ3において、回転軸6の軸線Lから磁極中心線CL上の一点Pまでの距離を距離R、軸線Lから磁石8a,8bの外側の表面(外周面)までの距離を距離rとすると、磁石8a,8bのラジアル配向中心位置(点P)を表すこれら距離R,rの比の値(R/r)は、「1.125」に設定されている。
In the
ここで、本発明者は、図4に示すように、距離R,rの比の値(R/r)に対するトルク特性を調べた。尚、同一形状(軸線Lから磁石8a,8bの外周面までの距離rが一定)という条件において、磁石8a,8bを径方向に配向した場合のトルクを「1」としている。
Here, as shown in FIG. 4, the inventor examined the torque characteristics with respect to the ratio value (R / r) of the distances R and r. Note that the torque when the
この図4から明らかなように、距離R,rの比の値(R/r)が1以上であれば、トルク比が約1.3以上で保持されており、高トルク化が見込めることが確認される。この範囲中において、R/rの値が小さくならない、即ち、磁石8a,8bの配向傾斜が大きくならない範囲を含まない「1.1」以上の範囲では磁石8a,8bの着磁容易化に非常に有利となる。また、このようなR/rの値が「1.1」以上の範囲の中で「1.6」以下の範囲では、配向傾斜が最大で着磁が最も困難となるR/rの値が「1」のとき以上のトルクを得ることができる。そして、本実施形態のR/rの値は、この1.1〜1.6の範囲の中でも、特に顕著なトルク向上効果が見込める1.1〜1.2の範囲でトルク比がほぼ最大となる「1.125」に設定されている。
As is clear from FIG. 4, if the ratio value (R / r) of the distances R and r is 1 or more, the torque ratio is maintained at about 1.3 or more, and a high torque can be expected. It is confirmed. In this range, the value of R / r does not decrease, that is, the range of “1.1” or more that does not include the range in which the orientation inclination of the
また、図5には、距離R,rの比の値(R/r)を「1.125」とした場合のロータ3の表面磁束密度(図5中、実線で示す)と、磁石8a,8bを径方向に配向した場合のロータの表面磁束密度(図5中、2点鎖線で示す)とを比較して示す。この図5に示すように、距離R,rの比の値(R/r)を「1.125」とした場合のロータ3の表面磁束密度は、磁石8a,8bを径方向に配向した場合のロータの表面磁束密度と比較して高くなっている。即ち、本実施形態のモータ1の高トルク化が図られている。
5 shows the surface magnetic flux density of the rotor 3 (indicated by the solid line in FIG. 5) when the ratio value (R / r) of the distances R and r is “1.125”, and the
こうして構成される本実施形態のモータ1では、点Pが外側に配置されるよう磁石8a,8bの配向を径方向に対し傾斜させることで高トルク化を図りつつも着磁の容易化が図られ、このような磁石8a,8bを用いることで、ロータ3、ひいてはモータ1全体を容易に製造することが可能となっている。
In the
次に、本実施形態の特徴的な作用効果を記載する。
(1)本実施形態では、周方向に交互に異なる磁極配置とされた磁石8a,8bは、各磁極においてその外周側に設定された磁極中心線CL上の一点Pを通る放射状の磁束が生じるように着磁され、回転軸6の軸線Lから磁極中心線CL上の一点Pまでの距離Rと、回転軸6の軸線Lから磁石8a,8bの表面(外周面)までの距離rとの比の値(R/r)が1.1以上に設定される。図4に示す距離R,rの比の値(ラジアル配向中心位置)とトルクとの関係を示す関係図から、そのR/rの値が1.1以上の範囲では、回転軸6の軸線Lから磁極中心線CL上の一点Pと磁石8a,8bの表面とが接近しない、即ち、磁石8a,8bの配向傾斜が大きくならないようにしつつも、配向が径方向に沿う場合(図4中、トルク比が「1」)より大きなトルクを得られる。これにより、磁石8a,8bの配向を径方向に対し傾斜させてモータ1のトルク出力を向上させつつも容易に製造することが可能となる。
Next, characteristic effects of the present embodiment will be described.
(1) In the present embodiment, the
また、同図4に示すように、R/rの値が1.1以上、1.6以下の範囲では、その値が「1」の場合、即ち、磁石8a,8bの配向が最大で製造が最も困難となるとき以上の大きなトルク出力を得ることができる。そして、R/rの値が1.1以上、1.2以下の範囲では、1.1〜1.6の範囲の中でもより一層の高トルク化に貢献でき、更にその中でも「1.125」に設定する本実施形態では、ほぼ最大のトルク向上効果を得ることができる。
Further, as shown in FIG. 4, when the value of R / r is 1.1 or more and 1.6 or less, when the value is “1”, that is, the orientation of the
尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、距離R,rの比の値(R/r)が「1.125」に設定されたが、その値以外に1.1以上の範囲内で変更してもよい。尚、R/rの値を大きくする程、磁石8a,8bの着磁が容易となる。
In addition, you may change embodiment of this invention as follows.
In the above embodiment, the ratio value (R / r) of the distances R and r is set to “1.125”, but may be changed within a range of 1.1 or more in addition to the value. As the value of R / r is increased, the
・上記実施形態では、磁極毎に分割された全部で10個の磁石8a,8bを用いたが、磁極が10極形成された1個の環状磁石を用いてもよい。
・上記実施形態では、ステータ2の極数を12(スロット)とし、ロータ3の極数を10としたが、それぞれ適宜変更してもよい。
In the above embodiment, a total of ten
In the above embodiment, the number of poles of the
・上記実施形態では、ブラシレスモータ1に具体化したが、例えばブラシ付モータ等の他のモータに具体化してもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想を以下に追記する。
In the above embodiment, the
Next, a technical idea that can be grasped from the above embodiment and another example will be added below.
(イ)距離R,rの比の値(R/r)が、1.1以上、2.0以下に設定される。
この構成によれば、製造の容易化を図りつつも、回転電機のトルク出力を効率的に向上させることが可能となる(図4参照)。
(A) The ratio value (R / r) of the distances R and r is set to 1.1 or more and 2.0 or less.
According to this configuration, it is possible to efficiently improve the torque output of the rotating electrical machine while facilitating manufacture (see FIG. 4).
L…軸線、CL…磁極中心線、P…磁極中心線CL上の一点、1…回転電機としてのブラシレスモータ、2…ステータ、3…ロータ、5…巻線、6…回転軸、8a,8b…磁石。 L: Axis line, CL: Magnetic pole center line, P: One point on the magnetic pole center line CL, 1 ... Brushless motor as a rotating electric machine, 2 ... Stator, 3 ... Rotor, 5 ... Winding, 6 ... Rotating shaft, 8a, 8b …magnet.
Claims (4)
前記磁石は、各磁極においてその外周側に設定された磁極中心線上の一点を通る放射状の磁束が生じるように着磁され、
前記回転軸の軸線から前記磁極中心線上の一点までの距離Rと、前記回転軸の軸線から前記磁石の表面までの距離rとの比の値(R/r)が、1.1以上に設定されたことを特徴とする回転電機のロータ。 A rotor of a rotating electrical machine in which magnets having different magnetic pole arrangements alternately in the circumferential direction are provided on a rotating shaft so as to be integrally rotatable,
The magnet is magnetized so that a radial magnetic flux passing through one point on the magnetic pole center line set on the outer peripheral side of each magnetic pole is generated,
A ratio value (R / r) between a distance R from the axis of the rotating shaft to a point on the magnetic pole center line and a distance r from the axis of the rotating shaft to the surface of the magnet is set to 1.1 or more. A rotor of a rotating electrical machine characterized by being made.
前記距離R,rの比の値(R/r)が、1.1以上、1.6以下に設定されたことを特徴とする回転電機のロータ。 The rotor of the rotating electrical machine according to claim 1,
A rotor of a rotating electrical machine, wherein a ratio value (R / r) of the distances R and r is set to 1.1 or more and 1.6 or less.
前記距離R,rの比の値(R/r)が、1.1以上、1.2以下に設定されたことを特徴とする回転電機のロータ。 In the rotor of the rotating electrical machine according to claim 2,
A rotor of a rotating electrical machine, wherein a ratio value (R / r) of the distances R and r is set to 1.1 or more and 1.2 or less.
前記ロータの周囲に設けられ、該ロータの回転のための磁界を発生させる巻線が巻回されてなるステータと
を備えたことを特徴とする回転電機。 The rotor according to any one of claims 1 to 3,
A rotating electrical machine comprising: a stator provided around the rotor and wound with a winding that generates a magnetic field for rotating the rotor.
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JP2015154533A (en) * | 2014-02-12 | 2015-08-24 | Wolongモーター制御技術株式会社 | motor |
JP2016165185A (en) * | 2015-03-06 | 2016-09-08 | アイシン精機株式会社 | Electric motor |
WO2019219986A3 (en) * | 2019-03-11 | 2020-01-16 | Siemens Gamesa Renewable Energy A/S | Magnet assembly comprising magnet devices each having a focusing magnetic domain alignment pattern |
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2007
- 2007-11-14 JP JP2007295858A patent/JP2009124852A/en not_active Abandoned
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