JP2010093988A - Permanent magnet type rotating machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、同期電動機、発電機などに適用される永久磁石式回転機に関し、特に、回転子コアの外周面に複数の永久磁石が配設された表面磁石型と称される永久磁石式回転機に関する。 The present invention relates to a permanent magnet type rotating machine applied to a synchronous motor, a generator, and the like, and in particular, a permanent magnet type rotation called a surface magnet type in which a plurality of permanent magnets are arranged on an outer peripheral surface of a rotor core. Related to the machine.
一般に、表面磁石型と称される永久磁石式回転機は、埋込磁石型と称されるもののように、回転子コアの内部に複数の永久磁石を埋め込む必要がないため、製造が比較的容易であるなどの利点を有している。しかし、永久磁石の線膨張率は零レベル近辺(零に近い正や零または負)であり、回転子コアの線膨張率より小さいため、固定子の励磁コイルに通電された電流により発生する銅損や回転子に発生する鉄損などによって回転機の内部温度が上昇すると、回転子コアの線膨張率と永久磁石の線膨張率との違いにより永久磁石に応力が加わり、回転子コアの外周面に配設された永久磁石が破損してしまうなどの問題が生ずる。 Generally, a permanent magnet type rotating machine called a surface magnet type does not need to embed a plurality of permanent magnets inside a rotor core unlike a type called an embedded magnet type, so that it is relatively easy to manufacture. It has advantages such as. However, since the linear expansion coefficient of the permanent magnet is near zero level (positive or zero or negative close to zero) and smaller than the linear expansion coefficient of the rotor core, the copper generated by the current supplied to the excitation coil of the stator If the internal temperature of the rotating machine rises due to damage or iron loss generated in the rotor, stress is applied to the permanent magnet due to the difference between the linear expansion coefficient of the rotor core and that of the permanent magnet, and the outer periphery of the rotor core There arises a problem that the permanent magnet disposed on the surface is broken.
そこで、かかる問題を解決するため、回転子コアの外周面に配設される複数の永久磁石を回転子の軸方向に分割することによって永久磁石に加わる応力を分散して永久磁石の破損を防止したもの(特許文献1参照)や、永久磁石に加わる応力を回転子コアの外周面と永久磁石との間に介在する中間部材としてのステンレス系の発泡金属により吸収して永久磁石の破損を防止するようにした技術(特許文献2参照)などが提案されている。
しかしながら、特許文献1に開示された永久磁石式回転機では、分割された二つの永久磁石の間に分割溝が形成されるように永久磁石を回転子コアの外周面に接着しなければならないため、回転子の組立工数が増加してコストアップを招くという問題がある。
一方、特許文献2に開示された技術では、ステンレス系の発泡金属からなる中間部材を回転子コアの外周面と永久磁石との間に介在させなければならないため、回転子の部品点数が増加してコストアップを招くという問題がある。
本発明は上述した問題点に鑑みてなされたものであり、回転子コアの周方向に沿って回転子コアの外周面に配設された複数の永久磁石が回転子コアの線膨張率と永久磁石の線膨張率との違いにより破損することをコストの大幅な上昇を招くことなく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。
However, in the permanent magnet type rotating machine disclosed in Patent Document 1, it is necessary to bond the permanent magnet to the outer peripheral surface of the rotor core so that a divided groove is formed between the two divided permanent magnets. There is a problem that the number of assembling steps of the rotor is increased and the cost is increased.
On the other hand, in the technique disclosed in Patent Document 2, an intermediate member made of stainless steel foam metal has to be interposed between the outer peripheral surface of the rotor core and the permanent magnet, which increases the number of parts of the rotor. There is a problem of incurring cost increase.
The present invention has been made in view of the above-described problems, and a plurality of permanent magnets disposed on the outer peripheral surface of the rotor core along the circumferential direction of the rotor core are used for the linear expansion coefficient of the rotor core and the permanent magnet. It is an object of the present invention to provide a permanent magnet type rotating machine that can prevent breakage due to a difference from the linear expansion coefficient of a magnet without causing a significant increase in cost.
上記課題を解決するため、本発明に係る永久磁石式回転機は、環状に形成されたヨーク、該ヨークの外径方向に突出する複数のコイル装着部を前記ヨークの内側に有するティース及び該ティースのコイル装着部に装着された複数の励磁コイルを含んで構成される固定子と、該固定子に対して回転可能に設けられた回転子とを備え、前記回転子が前記ティースと空隙を隔てて対向する外周面を有する回転子コアと、該回転子コアの周方向に沿って前記回転子コアの外周面に配設された複数の永久磁石とを含んで構成される永久磁石式回転機であって、前記永久磁石が前記回転子コアの外周面に固着される円弧面を有し、該円弧面が前記回転子コアの外周面より大きい曲率半径を有することを特徴とするものである。 In order to solve the above-described problems, a permanent magnet type rotating machine according to the present invention includes a yoke formed in an annular shape, teeth having a plurality of coil mounting portions projecting in the outer diameter direction of the yoke, and the teeth. A stator including a plurality of exciting coils mounted on the coil mounting portion, and a rotor provided rotatably with respect to the stator, the rotor separating the teeth from the gap. And a plurality of permanent magnets arranged on the outer circumferential surface of the rotor core along the circumferential direction of the rotor core. The permanent magnet has an arc surface fixed to the outer peripheral surface of the rotor core, and the arc surface has a larger radius of curvature than the outer peripheral surface of the rotor core. .
本発明によると、回転子コアの外周面に固着される側の永久磁石の円弧面の曲率半径を回転子コアの外周面の曲率半径より大きくしたことで、回転子コアの外周面に固着される側の永久磁石の円弧面と回転子コアの外周面との間に隙間が形成され、これらの隙間により回転子コアと永久磁石の熱膨張量差を吸収して永久磁石に大きな応力が加わることを抑制することが可能となる。したがって、回転子コアと永久磁石の熱膨張量差による永久磁石の破損を防ぐために、永久磁石を回転子の軸方向に分割したり、あるいは回転子コアの外周面と永久磁石との間にステンレス系の発泡金属からなる中間部材を介在させたりする必要がないので、回転子コアの周方向に沿って回転子コアの外周面に配設された複数の永久磁石が回転子コアの線膨張率と永久磁石の線膨張率との違いにより破損することをコストの大幅な上昇を招くことなく防止することができる。 According to the present invention, the radius of curvature of the arc surface of the permanent magnet fixed to the outer peripheral surface of the rotor core is made larger than the radius of curvature of the outer peripheral surface of the rotor core, so that the permanent magnet is fixed to the outer peripheral surface of the rotor core. A gap is formed between the circular arc surface of the permanent magnet and the outer peripheral surface of the rotor core, and these gaps absorb a difference in thermal expansion between the rotor core and the permanent magnet to apply a large stress to the permanent magnet. This can be suppressed. Therefore, in order to prevent damage to the permanent magnet due to the difference in thermal expansion between the rotor core and the permanent magnet, the permanent magnet is divided in the axial direction of the rotor, or stainless steel is provided between the outer peripheral surface of the rotor core and the permanent magnet. Since there is no need to interpose an intermediate member made of foam metal, a plurality of permanent magnets arranged on the outer circumferential surface of the rotor core along the circumferential direction of the rotor core And damage due to the difference between the linear expansion coefficient of the permanent magnet can be prevented without causing a significant increase in cost.
以下、図1〜図5を参照して本発明に係る永久磁石式回転機について説明する。
図1は本発明の第1の実施形態に係る永久磁石式回転機を示す断面図であり、図1に示されるように、本発明の第1の実施形態に係る永久磁石式回転機は、固定子1と、この固定子1に対して回転可能に設けられた回転子5とを備えている。
固定子1はヨーク2、ティース3および複数の励磁コイル4を含んで構成されており、ヨーク2は環状に形成されている。上記ティース3はヨーク2の外径方向に突出する複数のコイル装着部3aをヨーク2の内側に有しており、励磁コイル4はティース3のコイル装着部3aに装着されている。
Hereinafter, the permanent magnet rotating machine according to the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a sectional view showing a permanent magnet type rotating machine according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the permanent magnet type rotating machine according to the first embodiment of the present invention is A stator 1 and a
The stator 1 includes a yoke 2, teeth 3 and a plurality of exciting coils 4, and the yoke 2 is formed in an annular shape. The tooth 3 has a plurality of
図2は本発明の第1の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、図2に示されるように、回転子5は回転子コア6、回転子軸7および複数(例えば八つ)の永久磁石8を含んで構成されている。
回転子コア6は例えば透磁率の高い複数の鋼板を積層して形成されており、この回転子コア6の中心部に回転子軸7が設けられている。また、回転子コア6は固定子1のティース3(図1参照)と空隙を隔てて対向する外周面6aを有しており、この回転子コア6の外周面6aに永久磁石8が回転子コア6の周方向に沿って等間隔で配設されている。また、回転子コア6は複数の凸部6bを外周面6aに有しており、これらの凸部6bは各永久磁石8の両端側に位置するように回転子コア6の外周面6aに形成されている。
FIG. 2 is a sectional view showing a rotor of the permanent magnet type rotating machine according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the
The
図3は本発明の第1の実施形態に係る永久磁石式回転機の回転子の一部を示す断面図であり、図3に示されるように、永久磁石8は引張せん断接着強さが30MPa程度の接着剤(例えば、住友スリーエム株式会社製 EW2020(製品名))によって回転子コア6の外周面6aに固着される円弧面8aを有している。ここで、回転子コア6の外周面6aの曲率半径をRyとすると、永久磁石8は円弧面8aの曲率半径RmがRm>Ryとなるように粉体状のマグネット素材を円弧状に射出成形または焼結成形して形成されている。
FIG. 3 is a sectional view showing a part of the rotor of the permanent magnet type rotating machine according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the
なお、永久磁石8は例えば図4に示す治具9、すなわち内周面に複数の磁石保持凹部12を有する半円筒状の磁石保持部材10,11と、これら磁石保持部材10,11の周方向両端部に形成されたフランジ13を介して磁石保持部材10,11を円筒状に締結するための一対のボルト14と、これらのボルト14に螺合する一対の締付ナット15とを備えてなる治具9を用いて回転子コア6の外周面に接着されている。また、永久磁石8を回転子コア6の外周面6aに接着する接着剤としては、弾性の大きいものを使用することが好ましい。
The
上述のように、回転子コア6の外周面6aに固着される側の永久磁石8の円弧面8aの曲率半径Rmを回転子コア6の外周面6aの曲率半径Ryより大きくすると(Rm>Ry)、図3に示すように、回転子コア6の外周面6aと永久磁石8の円弧面8aとの間に隙間16,17が形成され、これらの隙間16,17により回転子コア6と永久磁石8の熱膨張量差を吸収して永久磁石8に大きな応力が加わることを抑制することが可能となる。
As described above, when the radius of curvature Rm of the
したがって、前述したように、回転子コア6と永久磁石8の熱膨張量差による永久磁石8の破損を防ぐために、永久磁石を回転子の軸方向に分割したり、あるいは回転子コアの外周面と永久磁石との間にステンレス系の発泡金属からなる中間部材を介在させたりする必要がないので、回転子コア6の周方向に沿って回転子コア6の外周面に配設された複数の永久磁石8が回転子コア6の線膨張率と永久磁石8の線膨張率との違いにより破損することをコストの大幅な上昇を招くことなく防止することができる。
Therefore, as described above, in order to prevent the
また、上述した第1の実施形態のように、永久磁石8を回転子コア6の外周面6aに接着する接着剤として弾性の大きいものを用いると、回転子コア6の外周面6aと永久磁石8の円弧面8aとの間に形成された隙間16,17に多量の接着剤を充填しなくても永久磁石8を回転子コア6の外周面6aに接着することができ、接着剤の使用量が増大することを防止することができる。
Further, as in the first embodiment described above, when an adhesive having a large elasticity is used as an adhesive for bonding the
上述した第1の実施形態では、回転子コア6が外周面6aに複数の凸部6bを有する永久磁石式回転機について本発明を適用した場合を示したが、これに限られるものではなく、図5に示す第2の実施形態のように、回転子コア6が外周面6aに複数の凸部を有していない永久磁石式回転機についても本発明を適用することができる。
また、上述した第1の実施形態では回転子コアの外周面に配設される永久磁石として粉体状のマグネット素材を円弧状に射出成形または焼結成形されたものを用いたが、これに限られるものではなく、例えば、平板状の永久磁石を円弧状に削って形成されたものを使用してもよい。
In 1st Embodiment mentioned above, although the case where this invention was applied about the permanent magnet type rotary machine in which the
In the above-described first embodiment, the permanent magnet disposed on the outer peripheral surface of the rotor core is a powdered magnet material that is injection-molded or sintered in an arc shape. For example, a flat permanent magnet formed by cutting into a circular arc shape may be used.
1 固定子
2 ヨーク
3 ティース
3a コイル装着部
4 励磁コイル
5 回転子
6 回転子コア
7 回転子軸
8 永久磁石
8a 回転子コアの外周面に固着される永久磁石の円弧面
9 回転子コアの外周面に永久磁石を接着するときに用いられる治具
10,11 磁石保持部材
12 磁石保持凹部
13 フランジ
14 ボルト
15 ナット
16,17 回転子コアの外周面と永久磁石の円弧面との間に形成される隙間
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Stator 2 Yoke 3
Claims (1)
前記回転子が前記ティースと空隙を隔てて対向する外周面を有する回転子コアと、該回転子コアの周方向に沿って前記回転子コアの外周面に配設された複数の永久磁石とを含んで構成される永久磁石式回転機であって、
前記永久磁石が前記回転子コアの外周面に固着される円弧面を有し、該円弧面が前記回転子コアの外周面より大きい曲率半径を有することを特徴とする永久磁石式回転機。 An annularly formed yoke, a tooth having a plurality of coil mounting portions protruding in the outer diameter direction of the yoke inside the yoke, and a plurality of exciting coils mounted on the coil mounting portion of the tooth. A stator and a rotor provided rotatably with respect to the stator;
A rotor core having an outer peripheral surface that the rotor faces the teeth with a gap therebetween; and a plurality of permanent magnets disposed on the outer peripheral surface of the rotor core along a circumferential direction of the rotor core. A permanent magnet type rotating machine comprising:
The permanent magnet type rotating machine, wherein the permanent magnet has an arc surface fixed to the outer peripheral surface of the rotor core, and the arc surface has a larger radius of curvature than the outer peripheral surface of the rotor core.
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