JP2010081754A - Permanent magnet rotary machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、永久磁石式回転機に関し、特に、回転子コアの内部に複数の永久磁石を有する永久磁石式回転機に関する。 The present invention relates to a permanent magnet type rotating machine, and more particularly to a permanent magnet type rotating machine having a plurality of permanent magnets inside a rotor core.
永久磁石式回転機には回転子コアの外周面に永久磁石を配設したものと回転子コアの内部に永久磁石を埋め込んだものとがあり、後者の永久磁石式回転機は、従来、図19に示すような構造の回転子11を備えて構成されている。
図19に示される回転子11は例えば透磁率の高い複数の鋼板を積層してなる回転子コア12を有しており、この回転子コア12の外周部には、ほぼ長方形状をなす複数のスロット13が回転子コア12の中心部に設けられた回転子軸14を取り囲むように形成されている。これらのスロット13は例えば回転子コア12を形成する鋼板を所定の形状に打ち抜いて形成されており、各スロット13内には、それぞれ永久磁石15が磁極を回転子コア12の径方向に向けて設けられている。
Permanent magnet type rotating machines include those in which permanent magnets are arranged on the outer peripheral surface of the rotor core and those in which permanent magnets are embedded inside the rotor core. A
A
このような回転子11を備えた永久磁石式回転機は、永久磁石15で発生した磁束が固定子の励磁コイル(図示せず)と鎖交する磁束量に応じて発生するマグネットトルクに加え、回転子コア12の磁気抵抗を利用したリラクタンストルクを利用できるため、小型で高出力の回転機として広く用いられている。しかし、回転子11の内部温度が過負荷などによって高くなると、スロット13と永久磁石15との間に充填された非磁性の接着剤が溶解し、接着剤による永久磁石15の固定が不十分となるため、スロット13内で永久磁石15ががたつくことによって騒音などが発生するという問題が生じる。
In addition to the magnet torque generated according to the amount of magnetic flux that the magnetic flux generated by the
また、回転子外周面11aと永久磁石15との間の回転子コア外周部は、スロット13の両端部と回転子外周面11aとの間に形成された二つの薄肉鉄心部16(図19参照)によって支えられているため、回転子11の高速回転時に大きな遠心力が回転子コア外周部に作用すると、薄肉鉄心部16が破損して永久磁石15がスロット13内から飛び出てしまうという問題もある。
Further, the rotor core outer peripheral portion between the rotor outer
そこで、かかる問題を解決するため、回転子コアに形成されたスロットの両端部に突起片を設け、これらの突起片を永久磁石側に折り曲げて永久磁石をスロット内に固定する技術や、スロットを永久磁石が挿入される磁石挿入部と該磁石挿入部の両端部に薄肉鉄心部を介して形成される二つの空隙部とで形成することによって、永久磁石をスロット内に堅固に固定すると共に薄肉鉄心部の破損を防ぐ技術などが提案されている(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。
しかしながら、特許文献1に記載された技術のように、スロットの両端部に設けた突起片を折り曲げて永久磁石をスロット内に固定すると、突起片の付け根部分にひずみが生じ、回転子コアの機械的強度が弱くなる。このため、突起片に大きな応力が高速回転時などに加わると、突起片が破損してしまい、永久磁石をスロット内に強固に固定して騒音などの発生を防止することができなくなるおそれがあった。 However, when the protruding pieces provided at both ends of the slot are bent and the permanent magnet is fixed in the slot as in the technique described in Patent Document 1, the root portion of the protruding piece is distorted, and the rotor core machine The target strength is weakened. For this reason, if a large stress is applied to the protruding piece during high-speed rotation, the protruding piece may be damaged, and it may not be possible to prevent the generation of noise by firmly fixing the permanent magnet in the slot. It was.
また、特許文献2に記載された技術では、薄肉鉄心部の数が増加することによって薄肉鉄心部を通過する漏れ磁束量が増大し、励磁コイルと鎖交する磁束量が減少するため、マグネットトルクの減少を招いてしまうという問題があった。
本発明は上述した問題点に鑑みてなされたものであり、回転子コアに形成されたスロット内での永久磁石のがたつきを抑制して騒音などの発生を防止することのできる永久磁石式回転機を提供することを目的とするものである。
Further, in the technique described in Patent Document 2, since the amount of leakage magnetic flux passing through the thin-walled iron core portion increases as the number of thin-walled iron core portions increases, the amount of magnetic flux interlinked with the exciting coil decreases, so that the magnet torque There was a problem of inviting a decrease.
The present invention has been made in view of the above-described problems, and is a permanent magnet type capable of preventing the occurrence of noise and the like by suppressing the rattling of the permanent magnet in the slot formed in the rotor core. The object is to provide a rotating machine.
上記課題を解決するため、請求項1記載の発明に係る永久磁石式回転機は、回転子コアの内部に複数の永久磁石を有する永久磁石式回転機において、前記永久磁石を前記回転子コアの内部に埋め込むための複数のスロットを1磁極当りのスロット数が2以上となるように前記回転子コアに形成し、前記永久磁石を前記スロット内に1個ずつ設けるとともに、前記回転子コアの径方向に突出して前記永久磁石の端面に係合する突起を前記スロットの両端部に設けたことを特徴とするものである。
請求項2記載の発明に係る永久磁石式回転機は、請求項1記載の永久磁石式回転機において、前記永久磁石を前記回転子コアの内部に埋め込むための複数のスロットを1磁極当りのスロット数が2個となるように前記回転子コアに形成したことを特徴とするものである。
In order to solve the above-mentioned problems, a permanent magnet type rotating machine according to the invention described in claim 1 is a permanent magnet type rotating machine having a plurality of permanent magnets inside a rotor core. A plurality of slots for embedding in the interior are formed in the rotor core such that the number of slots per magnetic pole is 2 or more, one permanent magnet is provided in each slot, and the diameter of the rotor core Protrusions that protrude in the direction and engage with the end faces of the permanent magnets are provided at both ends of the slot.
A permanent magnet type rotating machine according to a second aspect of the present invention is the permanent magnet type rotating machine according to the first aspect, wherein a plurality of slots for embedding the permanent magnet in the rotor core are slots per magnetic pole. The rotor core is formed so that the number is two.
請求項3記載の発明に係る永久磁石式回転機は、請求項1記載の永久磁石式回転機において、前記複数のスロットのうち互いに隣り合う二つのスロットが前記回転子コアの中心部に向けて略V字形状をなすように前記スロットが前記回転子コアに形成されていることを特徴ものである。
請求項4記載の発明に係る永久磁石式回転機は、請求項3記載の永久磁石式回転機において、前記永久磁石を前記回転子コアの内部に埋め込むための複数のスロットを1磁極当りのスロット数が2個となるように前記回転子コアに形成したことを特徴とするものである。
A permanent magnet rotating machine according to a third aspect of the present invention is the permanent magnet rotating machine according to the first aspect, wherein two slots adjacent to each other among the plurality of slots are directed toward the center of the rotor core. The slot is formed in the rotor core so as to form a substantially V shape.
A permanent magnet rotating machine according to a fourth aspect of the present invention is the permanent magnet rotating machine according to the third aspect, wherein a plurality of slots for embedding the permanent magnet in the rotor core are slots per magnetic pole. The rotor core is formed so that the number is two.
請求項1記載の発明に係る永久磁石式回転機によると、回転子コアの径方向に突出して永久磁石の端面に係合する突起をスロットの両端部に設けたことで、スロット内での永久磁石のがたつきが突起によって抑制される。これにより、回転子の内部温度が過負荷などによって高くなっても永久磁石がスロット内でがたつくことがないので、騒音などの発生を防止することができる。 According to the permanent magnet type rotating machine of the first aspect of the present invention, the protrusions that protrude in the radial direction of the rotor core and engage with the end faces of the permanent magnets are provided at both end portions of the slot, so The rattling of the magnet is suppressed by the protrusion. As a result, even if the internal temperature of the rotor increases due to overload or the like, the permanent magnet does not rattle in the slot, so that it is possible to prevent noise and the like from occurring.
また、スロットの両端部に設けた突起を磁石側に折り曲げる必要がなく、これにより、突起の付け根部分にひずみが生じることもないので、回転子コアの機械的強度が低下することを防止することができる。
さらに、1磁極当りのスロット数が2以上となるように複数のスロットを回転子コアに形成したことで、回転子外周面とスロットとの間の回転子コア外周部を支える薄肉鉄心部の数が増加し、これにより、回転子の高速回転時に大きな遠心力が回転子コア外周部に作用しても薄肉鉄心部が破損し難くなるので、回転子の高速回転時に薄肉鉄心部が破損して永久磁石がスロット内から飛び出てしまうことを防止することができる。
In addition, it is not necessary to bend the protrusions provided at both ends of the slot to the magnet side, thereby preventing distortion at the base of the protrusions, thereby preventing the mechanical strength of the rotor core from being lowered. Can do.
Furthermore, by forming a plurality of slots in the rotor core so that the number of slots per magnetic pole is 2 or more, the number of thin cores that support the outer periphery of the rotor core between the outer periphery of the rotor and the slots As a result, even if a large centrifugal force acts on the outer periphery of the rotor core during high-speed rotation of the rotor, the thin-walled iron core is less likely to be damaged. It is possible to prevent the permanent magnet from jumping out of the slot.
請求項2記載の発明に係る永久磁石式回転機によると、回転子コアの内部に永久磁石を埋め込むための複数のスロットを1磁極当りのスロット数が2個となるように回転子コアに形成したことで、スロットを永久磁石が挿入される磁石挿入部と該磁石挿入部の両端部に薄肉鉄心部を介して形成される二つの空隙部とで形成した場合のように、薄肉鉄心部を通過する漏れ磁束量によって固定子の励磁コイルと鎖交する磁束量が大きく減少することがないので、漏れ磁束量の増大によるマグネットトルクの減少を抑制することができる。 According to the permanent magnet type rotating machine of the second aspect of the invention, the rotor core is formed with a plurality of slots for embedding the permanent magnet in the rotor core so that the number of slots per magnetic pole is two. As a result, the thin core portion is formed as in the case where the slot is formed by a magnet insertion portion into which the permanent magnet is inserted and two gap portions formed at both ends of the magnet insertion portion via the thin core portion. Since the amount of magnetic flux passing through the stator does not greatly reduce the amount of magnetic flux interlinked with the exciting coil of the stator, a decrease in magnet torque due to an increase in the amount of magnetic flux leakage can be suppressed.
請求項3記載の発明に係る永久磁石式回転機によると、1磁極当りのスロット数が2以上のスロットを回転子軸に向けて略V字形状をなすように回転子コアに形成したことで、回転子コアの磁気抵抗差が大きくなり、これにより、リラクタンストルクが増大するとともに、磁束の流れを整流してトルクリプルの減少を図ることができる。
請求項4記載の発明に係る永久磁石式回転機によると、スロットを永久磁石が挿入される磁石挿入部と該磁石挿入部の両端部に薄肉鉄心部を介して形成される二つの空隙部とで形成した場合のように、薄肉鉄心部を通過する漏れ磁束量によって固定子の励磁コイルと鎖交する磁束量が大きく減少することがないので、漏れ磁束量の増大によるマグネットトルクの減少を抑制することができる。
According to the permanent magnet type rotating machine according to the third aspect of the present invention, the slots having two or more slots per magnetic pole are formed in the rotor core so as to form a substantially V shape toward the rotor shaft. The magnetic resistance difference of the rotor core increases, thereby increasing the reluctance torque and rectifying the flow of magnetic flux to reduce the torque ripple.
According to the permanent magnet type rotating machine according to the invention of claim 4, the slot has a magnet insertion part into which the permanent magnet is inserted, and two gaps formed at both ends of the magnet insertion part via the thin core part. The amount of magnetic flux interlinked with the stator exciting coil is not greatly reduced by the amount of magnetic flux leaking through the thin-walled iron core, as in can do.
図1は、本発明の第1実施形態に係る永久磁石式回転機の回転子を示す断面図である。図1に示されるように、第1実施形態に係る永久磁石式回転機の回転子11は、例えば透磁率の高い複数の鋼板を積層してなる回転子コア12を有しており、この回転子コア12の外周部には、ほぼ長方形状をなす複数のスロット13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13hが回転子コア12の中心部に設けられた回転子軸14を取り囲むように形成されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a rotor of a permanent magnet type rotating machine according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the
スロット13a〜13hは回転子外周面11aとの間に薄肉鉄心部16が形成されるように回転子コア12に形成されており、各スロット13a〜13h内には、平板形状をなす永久磁石15が磁極を回転子コア12の径方向に向けて1個ずつ設けられている。また、スロット13a〜13hは1磁極当りのスロット数が2個となるように回転子コア12に形成されており、これらのスロット13a〜13hのうち互いに隣り合う二つのスロット間(例えばスロット13a,13b間、スロット13c,13d間、スロット13e,13f間、スロット13g,13h間)には、それぞれ薄肉鉄心部16が形成されている。
The
永久磁石15はスロット13a〜13hの両端側に端面15aを有しており、これらの永久磁石15が挿入されるスロット13a〜13hの両端部には、突起17がそれぞれ設けられている。これらの突起17は回転子コア12の外径方向に突出しており、各突起17は永久磁石15の端面15aと係合している。
上述のように、回転子コア12の外径方向に突出して永久磁石15の端面15aと係合する突起17をスロット13a〜13hの両端部に設けると、スロット13a〜13h内での永久磁石15のがたつきが突起17によって抑制される。これにより、回転子11の内部温度が過負荷などによって高くなっても永久磁石15がスロット13a〜13h内でがたつくことがないので、騒音などの発生を防止することができる。
The
As described above, when the
また、スロット13a〜13hの両端部に設けた突起17を磁石側に折り曲げる必要がなく、これにより、突起17の付け根部分にひずみが生じることもないので、回転子コア12の機械的強度が低下することを防止することができる。
さらに、1磁極当りのスロット数が2個となるようにスロット13a〜13hを回転子コア12に形成したことで、回転子外周面11aとスロット13a〜13hとの間の回転子コア外周部を支える薄肉鉄心部16の数が増加する。これにより、回転子11の高速回転時に大きな遠心力が回転子コア外周部に作用しても薄肉鉄心部16が破損し難くなるので、回転子11の高速回転時に薄肉鉄心部16が破損して永久磁石15がスロット13a〜13h内から飛び出てしまうことを防止することができる。
Further, it is not necessary to bend the
Furthermore, by forming the
また、スロットを永久磁石が挿入される磁石挿入部と該磁石挿入部の両端部に薄肉鉄心部を介して形成される二つの空隙部とで形成した場合のように、薄肉鉄心部16を通過する漏れ磁束量によって固定子の励磁コイルと鎖交する磁束量が大きく減少することがないので、漏れ磁束量の増大によるマグネットトルクの減少を抑制することができる。
図1に示した第1実施形態では、回転子の回転子コアとして透磁率の高い複数の鋼板を積層してなるものを例示したが、これに限られるものではなく、回転子コアは例えば磁性鉄粉を所定の形状に成形してなるものであってもよい。
Further, the slot passes through the
In the first embodiment shown in FIG. 1, the rotor core of the rotor is exemplified by laminating a plurality of steel plates having high magnetic permeability. However, the present invention is not limited to this, and the rotor core is, for example, magnetic. It may be formed by molding iron powder into a predetermined shape.
また、図1に示した第1実施形態では、複数のスロットを1磁極当りのスロット数が2個となるように回転子コアに形成したが、これに限られるものではなく、1磁極当りのスロット数が2個以上となるように複数のスロットを回転子コアに形成してもよい。
さらに、図1に示した第1実施形態では、スロットの両端部に設けられる突起として回転子コアの外径方向に突出するものを例示したが、これに限られるものではない。例えば、図2に示す第2実施形態や図4に示す第4実施形態のように、各スロットの両端部に設けられる二つの突起17のうち一方の突起17を回転子コア12の外径方向に突出させ、他方の突起17を回転子コア12の内径方向に突出させてもよいし、あるいは図3に示す第3実施形態のように、回転子コア12の内径方向に突出する突起17を各スロットの両端部に設けてもよい。
In the first embodiment shown in FIG. 1, the plurality of slots are formed in the rotor core so that the number of slots per magnetic pole is two. However, the present invention is not limited to this, and the number of slots per magnetic pole is not limited to this. A plurality of slots may be formed in the rotor core so that the number of slots is two or more.
Furthermore, in 1st Embodiment shown in FIG. 1, although what protruded in the outer-diameter direction of a rotor core was illustrated as a protrusion provided in the both ends of a slot, it is not restricted to this. For example, as in the second embodiment shown in FIG. 2 and the fourth embodiment shown in FIG. 4, one of the two
図1〜図4に示した各実施形態では、回転子コアの径方向に突出する突起を各スロットの両端部に1個ずつ設けたものを示したが、これに限られるものではない。例えば、図5〜図8に示す第5乃至第8の実施形態のように、各スロットの両端部に設けられる突起17の数は3個であってもよいし、あるいは図9に示す第9実施形態のように、各スロット13の両端部に突起17を2個ずつ設けてもよい。
In each of the embodiments shown in FIGS. 1 to 4, one protrusion is provided at each end of each slot that protrudes in the radial direction of the rotor core. However, the present invention is not limited to this. For example, as in the fifth to eighth embodiments shown in FIGS. 5 to 8, the number of
図10は本発明の第10実施形態に係る永久磁石式回転機の回転子を示す断面図であり、この第10実施形態が第1実施形態と異なる点は、スロット13a〜13hのうち薄肉鉄心部16を介して隣り合う二つのスロット(例えば、スロット13aとスロット13b、スロット13cとスロット13d、スロット13eとスロット13f、スロット13gとスロット13h)が回転子コア12の中心部に向けて略V字形状をなすように、スロット13a〜13hを回転子コア12に形成した点である。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a rotor of a permanent magnet type rotating machine according to the tenth embodiment of the present invention. The tenth embodiment is different from the first embodiment in that the thin-walled iron core among the
このように、薄肉鉄心部16を介して隣り合う二つのスロットが回転子コア12の中心部に向けて略V字形状をなすように、複数のスロット13a〜13hを回転子コア12に形成すると、回転子コア12の磁気抵抗差が大きくなる。これにより、リラクタンストルクが増大するとともに、磁束の流れを整流してトルクリプルの減少を図ることができる。
As described above, when the plurality of
図10に示した第10実施形態では、スロットの両端部に設けられる突起として回転子コアの外径方向に突出するものを例示したが、これに限られるものではない。例えば、図11に示す第11実施形態や図13に示す第13実施形態のように、各スロットの両端部に設けられる二つの突起17のうち一方の突起17を回転子コア12の外径方向に突出させ、他方の突起17を回転子コア12の内径方向に突出させてもよいし、あるいは図12に示す第12実施形態のように、回転子コア12の内径方向に突出する突起17を各スロットの両端部に設けてもよい。
In the tenth embodiment shown in FIG. 10, the protrusions provided at both ends of the slot are illustrated as protruding in the outer diameter direction of the rotor core. However, the present invention is not limited to this. For example, as in the eleventh embodiment shown in FIG. 11 and the thirteenth embodiment shown in FIG. 13, one of the two
図10〜図13に示した各実施形態では、回転子コアの径方向に突出する突起を各スロットの両端部に1個ずつ設けたものを示したが、これに限られるものではない。例えば、図14〜図17に示す第14乃至第17の実施形態のように、各スロットの両端部に設けられる突起17の数は3個であってもよいし、あるいは図18に示す第18実施形態のように、各スロットの両端部に突起17を2個ずつ設けてもよい。
In each of the embodiments shown in FIGS. 10 to 13, one protrusion is provided at each end of each slot that protrudes in the radial direction of the rotor core. However, the present invention is not limited to this. For example, as in the fourteenth to seventeenth embodiments shown in FIGS. 14 to 17, the number of
11 回転子
12 回転子コア
13,13a〜13h スロット
14 回転子軸
15 永久磁石
16 薄肉鉄心部
17 突起
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記永久磁石を前記回転子コアの内部に埋め込むための複数のスロットを1磁極当りのスロット数が2以上となるように前記回転子コアに形成し、前記永久磁石を前記スロット内に1個ずつ設けるとともに、前記回転子コアの径方向に突出して前記永久磁石の端面に係合する突起を前記スロットの両端部に設けたことを特徴とする永久磁石式回転機。 In the permanent magnet type rotating machine having a plurality of permanent magnets inside the rotor core,
A plurality of slots for embedding the permanent magnet in the rotor core are formed in the rotor core so that the number of slots per magnetic pole is 2 or more, and one permanent magnet is provided in the slot. A permanent magnet type rotating machine characterized in that a protrusion that protrudes in the radial direction of the rotor core and engages with an end face of the permanent magnet is provided at both ends of the slot.
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