JP2011078225A - Permanent magnet synchronous motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、新幹線などの鉄道車両に使用される電動機に関し、特に、ロータに界磁用の永久磁石が設けられた永久磁石同期電動機に関する。 The present invention relates to an electric motor used for a railway vehicle such as a Shinkansen, and more particularly to a permanent magnet synchronous motor in which a permanent magnet for a field is provided on a rotor.
車両用駆動装置、例えば、鉄道車両用の駆動装置は、車輪の近傍で台車内にそれぞれ設置された複数の主電動機と、これらの主電動機を駆動する制御装置と、を備えている。近年、磁石の高性能化や磁束密度を向上させる技術の進歩により、主電動機として永久磁石同期電動機が適用されるようになってきた。この場合、主電動機と、電力を供給する制御装置とは1:1に対応する。そのため、制御装置は、各主電動機の近傍に設置、または主電動機と一体型にすることが可能となる。 2. Description of the Related Art A vehicle drive device, for example, a railroad vehicle drive device includes a plurality of main motors installed in a carriage in the vicinity of wheels and a control device that drives these main motors. In recent years, permanent magnet synchronous motors have come to be applied as main motors due to advances in technology for improving magnet performance and increasing magnetic flux density. In this case, the main motor and the control device that supplies power correspond to 1: 1. Therefore, the control device can be installed in the vicinity of each main motor or integrated with the main motor.
永久磁石同期電動機、例えば、インナーロータ型の永久磁石同期電動機は、一般に、回転軸に取り付けられた円筒形状の回転子鉄心と、回転子鉄心の周囲に配設された固定子鉄心と、を備えている。回転子鉄心の軸方向両端部は、回転軸に取り付けられた鉄心押え板により押さえられ、所定位置に位置決めされている。回転子鉄心に、複数の永久磁石が取り付けられている。 A permanent magnet synchronous motor, for example, an inner rotor type permanent magnet synchronous motor, generally includes a cylindrical rotor core attached to a rotating shaft, and a stator core disposed around the rotor core. ing. Both end portions in the axial direction of the rotor core are pressed by an iron core pressing plate attached to the rotating shaft and positioned at predetermined positions. A plurality of permanent magnets are attached to the rotor core.
特許文献1には、回転軸方向に沿って回転子鉄心の内部に設けた空洞部に複数の永久磁石を配置したリラクタンス型回転電機について記載されている。 Patent Document 1 describes a reluctance type rotating electrical machine in which a plurality of permanent magnets are arranged in a hollow portion provided inside a rotor core along the rotation axis direction.
しかしながら、特許文献1に記載の回転電機の構成では、磁気遮蔽板で抑制できなかった回転軸方向の漏れ磁束が鉄心押え板に誘導されてしまう。そのため、回転電機の特性が低下するという問題がある。 However, in the configuration of the rotating electrical machine described in Patent Document 1, leakage magnetic flux in the rotation axis direction that could not be suppressed by the magnetic shielding plate is induced to the iron core pressing plate. Therefore, there exists a problem that the characteristic of a rotary electric machine falls.
本発明は、以上の点に鑑み、回転軸方向の漏れ磁束を緩和し、特性を向上することができる永久磁石同期電動機を提供することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a permanent magnet synchronous motor that can alleviate leakage magnetic flux in the direction of the rotation axis and improve characteristics.
本発明の永久磁石同期電動機は、回転自在に支持された回転軸と、前記回転軸に取付けられ、前記回転軸と一体的に回転可能な円筒状の回転子鉄心と、前記回転子鉄心に取り付けられた永久磁石と、前記回転軸に取り付けられ、前記回転子鉄心の軸方向両端部をそれぞれ押えた押え板と、前記回転子鉄心の軸方向両端にそれぞれ対向して設けられ、それぞれ前記回転子鉄心と前記押え板との間に位置した磁気遮蔽板と、前記永久磁石と対向して設けられているとともに前記回転子鉄心と同軸的に設けられた固定子鉄心と、を備え、前記押え板は、前記永久磁石の中心線以下で前記回転軸方向に重なる位置に形成されている。 A permanent magnet synchronous motor according to the present invention includes a rotary shaft that is rotatably supported, a cylindrical rotor core that is attached to the rotary shaft and can rotate integrally with the rotary shaft, and is attached to the rotor core. Permanent magnets, presser plates attached to the rotary shaft and holding axially opposite ends of the rotor core, respectively, and opposed to both axial ends of the rotor core, respectively, and the rotor A magnetic shielding plate positioned between an iron core and the presser plate, and a stator iron core provided to face the permanent magnet and coaxially with the rotor iron core, the presser plate Is formed at a position overlapping with the rotation axis direction below the center line of the permanent magnet.
本発明によれば、回転子鉄心の機械的強度を確保しながら、回転軸方向および回転子鉄心外に誘導される磁束の漏れを緩和することにより、固定子鉄心へ流れる磁束量が増え、特性を向上させることができる。 According to the present invention, the amount of magnetic flux flowing to the stator core is increased by reducing leakage of magnetic flux induced outside the rotor core direction and the rotor core while ensuring the mechanical strength of the rotor core. Can be improved.
以下、図面を参照しながら、この発明の実施形態に係る永久磁石同期電動機について詳細にする。 Hereinafter, a permanent magnet synchronous motor according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、第1の実施形態に係る永久磁石同期電動機10の縦断面図であり、回転中心から上部を示している。図2は第1の実施形態における回転子鉄心18の軸方向の平面図である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a permanent magnet
図1に示すように、永久磁石同期電動機10は、両端が閉塞したほぼ円筒状のフレーム12と、フレーム12をほぼ同軸的に貫通して設けられた回転軸14とを備えている。フレーム12の両端部には、ブラケット13を介してベアリングブラケット15が取り付けられている。回転軸14の両端部は、それぞれ軸受16によりベアリングブラケット15に対して回転自在に支持されている。回転軸14の一端部はフレーム12から外方に突出し、出力端14aを構成している。
As shown in FIG. 1, the permanent magnet
図1および図2に示すように、フレーム12内において、回転軸14の軸方向中央部に、円筒状の回転子鉄心18が同軸的に固定されている。ロータとして機能する回転子鉄心18は、磁性材、例えば、珪素鋼板からなる環状の金属板を多数枚積層して構成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, in the
回転子鉄心18の軸方向両端面には、例えば、ステンレスで形成された環状の磁気遮蔽板20が密着して設けられている。各磁気遮蔽板20は、回転子鉄心18と同一の径に形成されている。回転子鉄心18は、回転軸14に固定された一対の鉄心押え板22により、軸方向両側から挟まれ、所定位置に支持および位置決めされている。各磁気遮蔽板20は、回転子鉄心18と鉄心押え板22との間に位置している。回転子鉄心18、磁気遮蔽板20、鉄心押え板22によりロータが構成される。磁気遮蔽板20は、回転子鉄心1の軸方向の両側面への磁束の漏れを低減する。
An annular
鉄心押え板22は、磁性材あるいは非磁性材により形成されている。また、各鉄心押え板22は、環状に形成され、その外径は、回転子鉄心18の外径よりも僅かに小さく形成されている。鉄心押え板22は、回転子鉄心18が高速回転する場合であっても、回転子鉄心18および永久磁石24を回転軸14に対して強固に固定する。鉄心押え板22の形状については後に詳述する。
The iron
回転子鉄心18には、界磁用の複数の永久磁石24が設けられている。各永久磁石24は細長い板状に形成され、回転子鉄心18の外周部に形成された空洞部28内に埋め込まれている。空洞部28は、回転子鉄心18を打ち抜いて加工されている。
The
図2に示すように、空洞部28は、回転子鉄心18の円周方向に等間隔を存して形成される磁極となる回転子鉄心18部分に、回転子鉄心18の外周側から回転子鉄心18内に向けて所定角度傾斜し、V字状をなすように設けられている。磁極は、V字状をなすように設けられた永久磁石24によって回転子鉄心18の外周側に形成される。
As shown in FIG. 2, the cavity 28 is formed on the
各空洞部28内に、永久磁石24が埋め込まれている。永久磁石24の軸方向の断面が矩形状である。永久磁石24は、回転子鉄心18の外周側から回転子鉄心18内に向けて長辺を有する。2つの永久磁石24を1組として、回転子鉄心18の円周方向に等間隔に6組設けられている。そして、回転子鉄心18には、磁極18a、18b、18c、18d、18e、18fが形成されている。
A
各永久磁石24は、回転軸14の軸方向に沿って延び、その軸方向長さは、回転子鉄心18の軸方向長さと等しく形成されている。そして、各永久磁石24は、その軸方向両端が、回転子鉄心18の軸方向両端と一致した状態で配置されている。複数の永久磁石24は、回転子鉄心18の円周方向に所定の間隔をおいて配設されている。なお、永久磁石24は、回転子鉄心18に埋め込まれた構成に限らず、回転子鉄心の外周面に貼付された構成としてもよい。
Each
図1に示すように、回転子鉄心18の外周側には微小のエアギャップ(空隙)を介して、円筒状の固定子鉄心30が設けられている。固定子鉄心30は、フレーム12の内周面に固定され、回転子鉄心18と同軸的に配置されている。固定子鉄心30は、磁性材、例えば、珪素鋼板からなる環状の金属板を多数枚積層して構成されている。固定子鉄心30の内周部には、それぞれ軸方向に延びた図示しない複数のスロットが形成され、これらのスロットに固定子コイル32が埋め込まれている。固定子コイル32のコイルエンドは固定子鉄心30の両端面から軸方向に張り出している。固定子鉄心30および固定子コイル32によりステータが構成されている。
As shown in FIG. 1, a
ブラケット13外面には、永久磁石同期電動機10を、例えば、電機車の台車フレームに取り付けるための図示しない台座、および他の機器と接続するための取付け座34が設けられている。
An outer surface of the
次に、第1の実施形態に係る永久磁石同期電動機10における鉄心押え板22の形状について説明する。第1の実施形態に係る図3に示す鉄心押え板22は、図7に示す鉄心押え板22の一部を切り欠いた形状である。図7の鉄心押え板22は、永久磁石24が設けられている径方向位置よりも大きな外径を有し、その最外周部分は永久磁石24と軸方向に重なる形状である。
Next, the shape of the iron
次に、図2を用いて、図3に示す鉄心押え板22の形状にために図7に示す鉄心押え板22から切り欠く部分について説明する。以降、回転子鉄心18、鉄心押え板22、永久磁石24の位置関係の説明では、それぞれ軸方向に対応していることを意味している。
Next, with reference to FIG. 2, a description will be given of a portion cut out from the
図2は、図7に示す鉄心押え板22の平面図を詳細に示した図である。円周方向に隣り合う磁極相互(磁極18aと磁極18b)を構成する隣り合う永久磁石24間の中心線をL1とする。同様に、円周方向に隣り合う磁極相互(磁極18aと磁極18f)を構成する隣り合う永久磁石24間の中心線をL2とする。磁極18aを構成する永久磁石24間の中心線と回転子鉄心18の外周の接点を通る線分をL3とする。
2 is a detailed plan view of the iron
L1とL3、L2とL3の交点をそれぞれC1、C2とする。交点C1から永久磁石24の角度傾斜と同一となる角度θで平行線L4を引くと、L4は、永久磁石24の回転子鉄心18の外周側から回転子鉄心18内に向かう辺と平行に永久磁石24の断面を2等分する中心線となる。同様に、交点C2から永久磁石24の角度傾斜と同一となる角度θで平行線L5を引くと、L5は、永久磁石24の回転子鉄心18の外周側から回転子鉄心18内に向かう辺と平行に永久磁石24の断面を2等分する中心線となる。
Assume that the intersections of L1 and L3 and L2 and L3 are C1 and C2, respectively. When a parallel line L4 is drawn from the intersection C1 at an angle θ that is the same as the angle of inclination of the
L4と鉄心押え板22の外周との交点をa1とする。L5と鉄心押え板22の外周との交点をa2とする。L4とL5の交点をbとする。図3に示す第1の実施形態における鉄心押え板22は、図7に示す鉄心押え板22のa1からa2までの円弧状の外縁を、a1とbを通る線分,bとa2を通る線分で結ぶ外縁となるように略扇形形状部分を切り欠く。鉄心押え板22のa1、a2、bにおける角部形状を変化させることも可能である。磁極24b、24c、24d、24e、24fをそれぞれ構成する隣り合う永久磁石24間について同様である。
The intersection of L4 and the outer periphery of the iron
つまり、鉄心押え板22は、永久磁石24の回転子鉄心18の外周側から回転子鉄心18内に向かう辺と平行に永久磁石24の断面を2等分する中心線よりも回転子鉄心18の外周側で永久磁石24と軸方向に重ならない形状である。
That is, the iron
ここで、図6は、図1に示す永久磁石同期電動機10の回転子鉄心18と固定子鉄心30の微小ギャップ間における軸方向の磁束分布を示している。横軸は、回転子鉄心18の軸方向における一端側から他端側へ向かう位置を示している。縦軸は、微小ギャップ間における磁束密度を示している。
Here, FIG. 6 shows the magnetic flux distribution in the axial direction between the minute gaps between the
図7に示す形状の鉄心押え板24を永久磁石同期電動機10に用いた場合に比べて、図3に示す第1の実施形態における鉄心押え板24を永久磁石同期電動機10に用いた方が微小ギャップ間を通る磁束が増加していることが確認できる。
Compared to the case where the iron
したがって、第1の実施形態によれば、鉄心押え板22が回転子鉄心18で発生する磁場を妨げることはない。さらに、回転子鉄心18の機械的強度を確保しながら、軸方向および回転子鉄心18外に誘導される磁束の漏れを緩和するため、固定子鉄心30へ流れる磁束量が増え、永久磁石同期電動機10の特性を向上することができる。
Therefore, according to the first embodiment, the iron
ここで、回転子鉄心18の軸方向長さを固定子鉄心30の軸方向長さより若干長くし、回転子鉄心18の軸方向両端部を固定子鉄心の軸方向両端部を越えて外側へ突出させることで、回転子鉄心の端部付近における磁束量の不足を極力少なくすることができる。これにより、回転子鉄心の軸方向端部付近の磁束低下を抑制し、電動機の性能向上を図ることが可能となる。この場合も、第1の実施形態により、鉄心押え板22を通る磁束漏れを低減し、電動機の特性向上を図ることが可能となる。
Here, the axial length of the
次に、この発明の他の実施形態に係る永久磁石同期電動機10について説明する。
Next, a permanent
図4は、第2の実施形態における回転子鉄心18および鉄心押え板22の軸方向の平面図である。
FIG. 4 is a plan view in the axial direction of the
図4に示すように、第2の実施形態に係る永久磁石同期電動機10によれば、鉄心押え板22は、回転子鉄心18の中心位置から永久磁石24が設けられている位置のうち最短となる径方向位置よりも小さな外径を有した円形の断面形状である。つまり、鉄心押え板22は、鉄心押え板22の外周が永久磁石24と軸方向に重ならない形状である。
As shown in FIG. 4, according to the permanent
鉄心押え板22は、鉄心押え板22の外径D2が図2に示すように、回転子鉄心18の中心位置から交点bまでの距離D3以下となる形状であってもよい。鉄心押え板22は、鉄心押え板22の外周が図2に示す永久磁石24の平行線L4およびL5と軸方向に重ならない範囲で永久磁石24と軸方向に重なる形状であってもよい。
The iron
第2の実施形態において、他の構成は第1の実施形態と同一であり、第1の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。 In the second embodiment, other configurations are the same as those in the first embodiment, and the same operational effects as those in the first embodiment can be obtained.
図5は、第3の実施形態における回転子鉄心18および鉄心押え板22の軸方向の平面図である。回転子鉄心18の中心位置から磁極18aを構成する2つの永久磁石24それぞれまでの距離が最小となる位置を結ぶ直線をL6とする。永久磁石24の中心線であるL3、L4を回転子鉄心18の中心位置に近づくように平行移動して永久磁石24の辺(もしくは点)と接する直線をそれぞれL7、L8とする。
FIG. 5 is a plan view of the
第3の実施形態に係る永久磁石同期電動機10によれば、鉄心押え板22は、L6、L7、L8および回転子鉄心18の外周で囲まれ、回転子鉄心18の中心位置を含まない部分と軸方向に重ならない形状である。磁極18b、18c、18d、18e、18fをそれぞれ構成する隣り合う永久磁石24間についても同様である。円周方向に隣り合う磁極相互で隣り合う永久磁石24の間では、鉄心押え板22の外縁は、L1上において永久磁石24と軸方向に重ならないようにして回転子鉄心18の外周に近づくように拡張させる。
According to the permanent
図6に示すように、図7に示す形状の鉄心押え板24を永久磁石同期電動機10に用いた場合に比べて、図5に示す第3の実施形態における鉄心押え板24を永久磁石同期電動機10に用いた方が微小ギャップ間を通る磁束が増加していることが確認できる。第3の実施形態における鉄心押え板24を用いた場合は、第1の実施形態における鉄心押え板24を用いた場合と同様の磁束量となる。
As shown in FIG. 6, compared with the case where the iron
鉄心押え板24は、L4、L5、L6および回転子鉄心18の外周で囲まれ、回転子鉄心18の中心位置を含まない部分と軸方向に重ならない形状であってもよい。
The iron
第3の実施形態において、他の構成は第1の実施形態と同一であり、第1の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。さらに、鉄心押え板22の回転子鉄心18と対向する面積を広くできるので、回転子鉄心18の回転軸14に対する機械強度が高まる。
In the third embodiment, other configurations are the same as those of the first embodiment, and the same operational effects as those of the first embodiment can be obtained. Furthermore, since the area facing the
この発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよいし、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. Some constituent elements may be deleted from all the constituent elements shown in the embodiments, or constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
この発明に係る永久磁石同期電動機は、車両用駆動装置の電動機に限らず、自動車用モータ、産業用モータ、発電機など種々の回転電動機に適用可能である。永久磁石同期電動機の構成要素の材質、寸法等は、上述した実施形態に限定されることなく、必要に応じて種々選択可能である。永久磁石同期電動機は、インナーロータ型に限らず、アウターロータ型にも適用可能である。 The permanent magnet synchronous motor according to the present invention is not limited to a motor for a vehicle drive device, but can be applied to various rotary motors such as an automobile motor, an industrial motor, and a generator. The material, dimensions, and the like of the constituent elements of the permanent magnet synchronous motor are not limited to the above-described embodiments, and can be variously selected as necessary. The permanent magnet synchronous motor is applicable not only to the inner rotor type but also to the outer rotor type.
10…永久磁石同期電動機、14…回転軸、18…回転子鉄心、20…磁気遮蔽板、22…鉄心押え板、24…永久磁石、30…固定子鉄心。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記回転軸に取付けられ、前記回転軸と一体的に回転可能な円筒状の回転子鉄心と、
前記回転子鉄心に取り付けられた永久磁石と、
前記回転軸に取り付けられ、前記回転子鉄心の軸方向両端部をそれぞれ押えた押え板と、
前記回転子鉄心の軸方向両端にそれぞれ対向して設けられ、それぞれ前記回転子鉄心と前記押え板との間に位置した磁気遮蔽板と、
前記永久磁石と対向して設けられているとともに前記回転子鉄心と同軸的に設けられた固定子鉄心と、を備え、
前記押え板は、前記永久磁石の中心線以下で前記回転軸方向に重なる位置に形成されていることを特徴とする永久磁石同期電動機。 A rotating shaft supported rotatably,
A cylindrical rotor core attached to the rotary shaft and rotatable integrally with the rotary shaft;
A permanent magnet attached to the rotor core;
A presser plate attached to the rotary shaft and holding both axial ends of the rotor core;
A magnetic shielding plate provided opposite to both axial ends of the rotor core, each positioned between the rotor core and the presser plate;
A stator core provided to face the permanent magnet and coaxially with the rotor core, and
The permanent magnet synchronous motor according to claim 1, wherein the presser plate is formed at a position overlapping with the rotation axis direction below the center line of the permanent magnet.
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