JP2010200573A - Permanent magnet type synchronous motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、積層鋼板で形成された固定子コアと、この固定子コアの外周面を支持するフレームと、固定子コア内に回転自在に配設された永久磁石を有する回転子コアとを備えた永久磁石形同期電動機に関する。 The present invention includes a stator core formed of laminated steel sheets, a frame that supports an outer peripheral surface of the stator core, and a rotor core having a permanent magnet that is rotatably disposed in the stator core. The present invention relates to a permanent magnet type synchronous motor.
近年、モータの高効率化のため、従来から用いられている誘導電動機に変わり、永久磁石を用いた永久磁石形同期電動機が注目を浴び、その適用が増加している。
このような永久磁石形同期電動機の損失に着目すると、巻線コイルに発生する銅損、永久磁石の損失、回転子コアや固定子コアの損失(以下、コアロスと称す)、軸受摩擦損や漂遊負荷損に分類できる。
In recent years, permanent magnet type synchronous motors using permanent magnets have been attracting attention and their application has been increasing in place of conventionally used induction motors in order to increase the efficiency of motors.
Paying attention to such permanent magnet type synchronous motor loss, copper loss generated in winding coil, permanent magnet loss, rotor core and stator core loss (hereinafter referred to as core loss), bearing friction loss and stray Can be classified as load loss.
ここで、固定子コアに用いられている電磁鋼板は、積層鋼板に圧縮応力を印加することにより鉄損すなわちコアロスが増加するということが知られている(例えば、非特許文献1参照)。
つまり、固定子コアにフレームを焼嵌めすると、これにより固定子コアに圧縮応力が印加され、コアロスがカタログ値よりも増加することになる。
Here, it is known that the magnetic steel sheet used for the stator core increases iron loss, that is, core loss, by applying compressive stress to the laminated steel sheet (see, for example, Non-Patent Document 1).
That is, when the frame is shrink-fitted to the stator core, a compressive stress is applied to the stator core, and the core loss is increased from the catalog value.
このため、従来、コアロスの増加を抑制する目的で、固定子コアに作用する応力を軽減するために、固定子コアの外周面にフレームと接する個所と非接触の個所とを設けることが記載されている(例えば、特許文献1及び2参照)。
ここで、特許文献1に記載された従来例は、固定鉄心を、週方向に配置される複数のスロットと、隣接するスロットの間に形成され、コイルが巻装される磁極ティースと、磁極ティースの径方向中心線により周方向に分割される複数の領域と、複数の領域の中の所定数の領域で、周方向に一定間隔で配置される密閉容器の内周面と接触する接触領域と、接触領域の間に形成される非接触領域とを備えた固定子が記載されている。
For this reason, conventionally, in order to reduce the stress acting on the stator core in order to suppress the increase in core loss, it is described that the outer peripheral surface of the stator core is provided with a portion in contact with the frame and a non-contact portion. (For example, see
Here, in the conventional example described in
しかしながら、上記特許文献1及び2に記載の従来例にあっては、固定子コアに密閉容器の内周面に接触する接触部と非接触部とを形成するようにしているので、新たな製品を開発する場合には電磁鋼板を打ち抜く新たな金型を製作するので問題はないが、製品化されている永久磁石型同期電動機に適用する場合には、電磁鋼板を打ち抜く金型を変更しなければならない。このように金型を変更する場合には、新たな金型の製作費が発生し、さらに設備置き換えまでに長い期間を要するという未解決の課題がある。
However, in the conventional examples described in
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、固定子コアの形状を変更することなく、固定子コアに作用する応力を緩和することができる永久磁石形同期電動機を提供することを目的としている。 Therefore, the present invention has been made by paying attention to the unsolved problems of the above-described conventional example, and can reduce the stress acting on the stator core without changing the shape of the stator core. The object is to provide a synchronous motor.
上記目的を達成するために、請求項1に係る永久磁石形同期電動機は、積層鋼板で形成された固定子コアと、該固定子コアの外周面を支持する円筒状フレームと、前記固定コア内に回転自在に配設された永久磁石を有する回転子コアとを備えた永久磁石形同期電動機であって、該フレームの固定子コアと対面する内周面に前記固定子コアと非接触状態となる応力緩和部が円周方向に所定間隔を保って形成されていることを特徴としている。
In order to achieve the above object, a permanent magnet type synchronous motor according to
この構成によると、フレーム側の固定子コアの外周面と対面する内周面に固定子コアと非接触状態となる応力緩和部が形成されているので、この応力緩和部で固定子コアに与える応力を緩和することができる。
また、請求項2に係る永久磁石形同期電動機は、前記応力緩和部は、凹部で構成されていることを特徴としている。
According to this configuration, since the stress relaxation portion that is in a non-contact state with the stator core is formed on the inner peripheral surface facing the outer peripheral surface of the stator core on the frame side, the stress relaxation portion gives the stator core. Stress can be relaxed.
Further, the permanent magnet type synchronous motor according to
この構成によると、凹部で応力緩和部を構成することにより、凹部位置でのフレームの曲げ応力を小さくし、フレーム全体で固定子コアに作用する圧縮応力を軽減することができる。
また、請求項3に係る永久磁石形同期電動機は、前記固定子コアのスロット数と前記応力緩和部の数とが同数に設定されていることを特徴としている。
According to this configuration, by forming the stress relaxation portion with the concave portion, the bending stress of the frame at the concave portion position can be reduced, and the compressive stress acting on the stator core can be reduced in the entire frame.
The permanent magnet synchronous motor according to
この構成によると、固定子コアのスロット数と応力緩和部の数とが同数に設定されているので、固定子コアに作用する応力を均一化することができる。
また、請求項4に係る永久磁石形同期電動機は、請求項3に係る発明において、前記固定子コアは、円周方向に前記スロットを構成する分割された分割コアを円環状に連接させて構成されていることを特徴としている。
According to this configuration, since the number of slots of the stator core and the number of stress relaxation portions are set to the same number, the stress acting on the stator core can be made uniform.
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the permanent magnet type synchronous motor according to the third aspect of the invention, wherein the stator core is formed by connecting the divided cores constituting the slots in a circumferential direction in an annular shape. It is characterized by being.
この構成によれば、分割コアと応力緩和部の数とが同数となるので、各分割コアに作用する応力を均一化して緩和することができる。
また、請求項5に係る永久磁石形同期電動機は、前記応力緩和部に熱伝導性を有する合成樹脂材が充填されていることを特徴としている。
この構成によると、固定子コアと非接触状態となる応力緩和部に熱伝導性を有する合成樹脂材を充填することにより、応力緩和部でも固定子コアで発生する熱をフレームに伝導して放熱効果を向上させることができる。
According to this configuration, since the number of divided cores and the number of stress relaxation portions are the same, the stress acting on each divided core can be made uniform and relaxed.
The permanent magnet synchronous motor according to claim 5 is characterized in that the stress relaxation portion is filled with a synthetic resin material having thermal conductivity.
According to this configuration, by filling the stress relaxation part that is not in contact with the stator core with a synthetic resin material having thermal conductivity, the heat generated in the stator core is also conducted to the frame in the stress relaxation part to dissipate heat. The effect can be improved.
また、請求項6に係る永久磁石形同期電動機は、前記固定子コアは外周面に前記フレームの内周面と非接触状態となる応力緩和部を備えていることを特徴としている。
この構成によると、固定子コアにも応力緩和部を形成するので、応力緩和効果をより向上させることができる。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a permanent magnet type synchronous motor, wherein the stator core is provided with a stress relaxation portion on the outer peripheral surface thereof so as not to be in contact with the inner peripheral surface of the frame.
According to this configuration, since the stress relaxation portion is also formed in the stator core, the stress relaxation effect can be further improved.
本発明によれば、固定子コアの外周面を支持するフレームの内周面に等間隔で応力緩和部を形成したので、この応力緩和部によって固定子コアに与える圧縮応力を緩和することができ、固定子コアのコアロスを低減して高効率の永久磁石形同期電動機を提供することができるという効果が得られる。 According to the present invention, since the stress relaxation portions are formed at equal intervals on the inner peripheral surface of the frame that supports the outer peripheral surface of the stator core, the compressive stress applied to the stator core can be relaxed by the stress relaxation portions. Thus, the effect of reducing the core loss of the stator core and providing a highly efficient permanent magnet type synchronous motor can be obtained.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は本発明の第1の実施形態を示す断面図であって、図中、1は永久磁石形同期電動機である。この永久磁石形同期電動機1は、固定子コア2と、この固定子コア2の内周面側に所定の隙間を介して回転自在に配設された回転子コア3と、固定子コア2の外周面を支持する円筒状フレーム4とで構成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of the present invention, in which 1 is a permanent magnet type synchronous motor. The permanent magnet
固定子コア2は、高透磁率の電磁鋼板を積層したT字形の分割コア11を例えば12個円環状に連接させた構成を有する。
各分割コア11の夫々は、外周面がフレーム4と同曲率の円弧状に形成されて円周方向に延長する固定子ヨーク12と、この固定子ヨーク12の内周面における円周方向の中央部に内方にすなわち法線方向に中心軸に向かって延長するティース部13とでT字形に形成されている。そして、ティース部13の先端にハット部14が形成されている。そして、隣接する分割コア11のティース部13間でスロット15が形成されている。このスロット15内にティース部13に巻回された励磁コイル16が巻装されている。ハット部14は、互いに隣接する分割コア11間で、比較的狭いスロット開口17を形成するように形状が設定されている。
The
Each of the
回転子コア3は、固定子コア3と同様に高透磁率の電磁鋼板を打ち抜いた回転子用コアプレート21が積層されて形成された4つの磁極22を有する。この回転子コア3は、軸方向に貫通して形成された複数例えば4個のスロット24と、これらスロット24内に周方向に隣り合う磁極22が異極性となるように挿入した永久磁石25とを備えている。ここで、永久磁石25は希土類磁石で構成されている。そして、回転コア3の中心位置に回転軸26が嵌挿されている。
As with the
また、円筒状フレーム4は、その内周面に固定子コア2のスロット15の数12個と同数の12個の応力緩和部としての凹部31が所定間隔を保って例えば切削加工によって形成されている。この円筒状フレーム4の内周面に、分割コア11を円環状に連結させた固定子コア2が焼嵌めによって固定されている。
Further, the cylindrical frame 4 is formed with twelve
次に、上記実施形態の作用を説明する。
永久磁石形同期電動機1が埋込磁石形の永久磁石形同期電動機の構成を有するので、回転子コア3の磁極22における永久磁石25間の円周方向の中央部と回転軸26の軸心とを結ぶ線がd軸となる。また、回転子コア3の隣接する磁極22間における異なる磁極の永久磁石25間と回転軸26の軸心とを結ぶ線がq軸となる。このため、d軸方向の磁束の磁路にはエアギャップGと同じ磁気抵抗の大きな永久磁石25が存在し、磁束は通りにくいが、q軸方向の磁束は回転子コア3を通ることができるため、この方向の磁気抵抗は小さくなり、d軸インダクタンスLdとq軸インダクタンスLqとがLd<Lqの突極性を有する。このため、電機子巻線の自己インダクタンス及び相互インダクタンスは回転角の2倍で変化し、さらに永久磁石の電機子鎖交磁束も回転子4の回転角の余弦で変化する。
Next, the operation of the above embodiment will be described.
Since the permanent magnet type
したがって、マグネットトルクにリラクタンストルクを加算した高トルク化を図ることができる。ここでマグネットトルクは、永久磁石の電機子鎖交磁束のみの変化によりエネルギ変換が行なわれて発生するトルクである。また、リラクタンストルクは電機子自己及び相互インダクタンスの変化に応じてエアギャップGに貯えられた磁気エネルギが機械エネルギに変換されて発生するトルクである。 Therefore, the torque can be increased by adding the reluctance torque to the magnet torque. Here, the magnet torque is a torque generated by energy conversion due to a change in only the armature linkage magnetic flux of the permanent magnet. The reluctance torque is a torque generated by converting magnetic energy stored in the air gap G into mechanical energy in accordance with changes in the armature self and mutual inductance.
そして、フレーム4と分割コア11を円環状に連接した固定子コア2とは焼嵌めによって固定する。このとき、フレーム4によって固定子コア2に対して圧縮応力を与えることになる。しかしながら、フレーム4の内周面には、固定子コア2のスロット数と同数すなわち分割コア11の数と同数の凹部31が形成されている。このため、凹部31の位置では固定子コア2の外周面とフレーム4の内周面とが非接触状態であり、この部分では圧縮応力が固定子コア2に作用しないことになる。このため、フレーム4と固定子コア2との接触面積が減少し、フレーム4が固定子コア2に与える圧縮応力を緩和することができる。このため、固定子コア2が受ける圧縮応力が減少することにより、圧縮応力によるコアロスの増加を抑制することができる。
The frame 4 and the
しかも、応力緩和部となる凹部31の数が固定子コア2のスロット数と同数すなわち分割コア11の数と同数に設定されているので、各分割コア11に与える圧縮応力を均一化することができ、圧縮応力がアンバランスとなることを防止することができる。
さらに、応力緩和部となる凹部31を分割コア11同士の接合部に設けたので、この接合部に圧縮応力が作用することがなく、分割コア11の接合部で位置ずれを生じることを防止することができる。
In addition, since the number of
Furthermore, since the recessed
しかも、応力緩和部となる凹部31をフレーム4の内周面に形成するので、固定子コア2の形状を変更することなく、圧縮応力の緩和を行うことができるので、永久磁石形同期電動機1を市販している場合に、固定子コア2を打ち抜く金型を製作し直す必要がなく、フレーム4に凹部31を形成するだけでよいので、金額が嵩む金型製作費を削減してコアロスの増加を抑制する永久磁石形同期電動機を製作することができる。また、フレーム4に形成する応力緩和部となる凹部31は切削加工によって容易に形成することができ、製作コストアップを抑制することができる。
In addition, since the
次に、本発明の第2の実施形態を図2について説明する。
この第2の実施形態では、応力緩和部としての凹部31を、固定子コア2を構成する分割コア11の固定子ヨーク12の円周方向の中央部に形成するようにしたことを除いては前述した第1の実施形態と同様の構成を有し、図1との対応部分には同一符号を付し、その詳細説明はこれを省略する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the second embodiment, except that the
この第2の実施形態によっても、フレーム4に応力緩和部となる凹部31を形成したので、上述した第1の実施形態と同様の作用効果を得ることができる他、凹部31が分割コア11の固定子ヨーク12の円周方向の中央部に対向する位置に形成したので、この固定子ヨーク12の中央部にかかる圧縮応力を緩和することができ、分割コア11に対する圧縮応力の緩和効果を偏ることなく確実に発揮することができる。因に、第1の実施形態では分割コア11同士の接合部に凹部31を形成したので、組付時に凹部31の円周方向の中央位置と接合部とがずれた場合には、分割コア11の固定子ヨーク12の両端で圧縮応力が異なるアンバランスを生じることになるが、この第2の実施形態では、分割コア11の固定子ヨーク12毎に凹部31が対向することになり、分割コア11に対して正確な応力緩和効果を発揮することができる。
Also according to the second embodiment, since the
なお、上記第2の実施形態においては、分割コア11の固定子ヨーク12の円周方向の中央部に凹部31を対向させた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、分割コア11の固定子ヨーク12の円周方向の中央部から外れた位置に凹部31を対向させるようにしてもよい。
In the second embodiment, the case where the
次に、本発明の第3の実施形態を図3について説明する。
この第3の実施形態では、前述した第1の実施形態において、応力緩和部となる凹部31内に熱伝導性を有する合成樹脂材等の熱伝導部材32を充填したことを除いては図1と同様の構成を有し、図1との対応部分には同一符号を付し、その詳細説明はこれを省略する。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This third embodiment is the same as that of the first embodiment described above except that a heat conductive member 32 such as a synthetic resin material having thermal conductivity is filled in the
この第3の実施形態によると、応力緩和部となる凹部31内に熱伝導性を有する合成樹脂材等の熱伝導部材32を充填したので、応力緩和部となる凹部31を設けることにより、フレーム4と固定子コア2との接触面積が減少し、この分放熱効果が低下することになるが、この凹部31内に熱伝導部材32を充填することにより、凹部31内でも固定子コア2でコアロスにより発生する熱を、熱伝導部材32を介してフレーム4に伝導することができ、放熱効果をより向上させることができる。
According to the third embodiment, since the heat conductive member 32 such as a synthetic resin material having thermal conductivity is filled in the
因に、固定子コアとフレームとの間に凹部31が存在しない場合には、固定子コア2がコアロスによる温度上昇によって発熱することになるが、通常は発熱がフレームを介して空気中に放熱される。しかし、固定子コアとフレームとの間に凹部31が存在し、この凹部内に空気が存在する場合には、接触面積の減少により熱抵抗が上がり、固定子コア2の全周がフレームと接触している場合に比べ、放熱特性が悪化することになる。しかしながら、上記第3の実施形態のように凹部31内に熱伝導部材を充填することにより、凹部31での熱伝導も行うことができ、放熱効果をより向上させることができる。
Incidentally, when the
なお、上記第3の実施形態においては、前述した第1の実施形態の凹部31に熱伝導部材32を充填した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、第2の実施形態の凹部31内に熱伝導部材を充填するようにしてもよい。
また、上記第1〜第3の実施形態においては、応力緩和部として凹部31を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、断面半円状や断面台形状等の任意の断面形状の溝部を適用することもでき、要は固定子コア2の外周面に対して非接触状態となれば良いものである。
In the third embodiment, the case where the
Moreover, in the said 1st-3rd embodiment, although the case where the recessed
また、上記第1〜第3の実施形態においては、フレーム4にのみ凹部31を形成した場合について説明したが、図4に示すように、固定子コア2の分割コア11にも応力緩和部となる凹部33を形成するようにしてもよい。この場合には固定コア2の応力緩和効果をより発揮することができる。
また、上記第1〜第3の実施形態においては、固定子コア2が分割コア11で構成されている場合について説明したが、これに限定されるものではなく、固定子ヨークを円環状に形成した一体型の固定子コアを適用するようにしてもよい。
Moreover, in the said 1st-3rd embodiment, although the case where the recessed
Moreover, in the said 1st-3rd embodiment, although the case where the
また、上記第1〜第3の実施形態においては、本発明を埋込磁石構造(IPM:Interior Permanent Magnet)の永久磁石形同期電動機に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、回転子コアの外周面に永久磁石を配置した表面磁石構造(SPM:Surface Permanent Magnet)の永久磁石形同期電動機にも本発明を適用することができる。
さらに、上記第1〜第3の実施形態においては、固定子コア2が12スロットで、回転子コア3の磁極12が4個である場合について説明したが、これに限定されるものではなく、固定子コア2のスロット数及び回転子コア3の磁極数は同期電動機を回転駆動が可能な任意の組合せに設定することができる。
In the first to third embodiments, the case where the present invention is applied to an interior permanent magnet (IPM) permanent magnet synchronous motor has been described, but the present invention is not limited to this. The present invention can also be applied to a permanent magnet type synchronous motor having a surface magnet structure (SPM: Surface Permanent Magnet) in which permanent magnets are arranged on the outer peripheral surface of the rotor core.
Furthermore, in the first to third embodiments, the case where the
1…永久磁石形同期電動機、2…固定子コア、3…回転子コア、4…フレーム、11…分割コア、12…固定子ヨーク、13…ティース部、14…ハット部、15…スロット、16…励磁コイル、21…回転子コアプレート、22…磁極、24…スロット、25…永久磁石、31…凹部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
該フレームの固定子コアと対面する内周面に前記固定子コアと非接触状態となる応力緩和部が円周方向に所定間隔を保って形成されている
ことを特徴とする永久磁石形同期電動機。 A permanent core comprising a stator core formed of laminated steel sheets, a rotor core having a permanent magnet rotatably disposed in the fixed core, and a cylindrical frame that supports the outer peripheral surface of the stator core. A magnet-type synchronous motor,
A permanent magnet type synchronous motor characterized in that stress relaxation portions that are in a non-contact state with the stator core are formed at a predetermined interval in the circumferential direction on an inner peripheral surface facing the stator core of the frame. .
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