JP2012157150A - Permanent magnet type rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は永久磁石式回転電機に係り、特に、回転子に磁力源として永久磁石が採用されている例えば鉄道車両用モータに好適な永久磁石式回転電機に関する。 The present invention relates to a permanent magnet type rotating electrical machine, and more particularly, to a permanent magnet type rotating electrical machine suitable for, for example, a motor for a railway vehicle in which a permanent magnet is employed as a magnetic source in a rotor.
鉄道車両に使用される回転電機としては、これまで巻線型発電機や誘導電動機が用いられてきたが、近年、永久磁石の高性能化、低価格化や高性能なインバータの普及により、小型軽量化、高効率化を可能とする永久磁石式回転電機を採用する気運が高まっている。 Winding generators and induction motors have been used as rotating electrical machines used in railway vehicles, but in recent years they have become smaller and lighter due to the higher performance and lower prices of permanent magnets and the spread of high-performance inverters. Motivation to adopt a permanent magnet type rotating electrical machine that enables higher efficiency and higher efficiency is increasing.
図1は、一般的な鉄道車両用モータの構成を示すものである。該図に示す如く、鉄道車両用モータは、ケーシング3に固定され、固定子コイル6が巻回されている固定子鉄心2と、シャフト4と一体になって回転する回転子鉄心1とが、所定の間隙をもって対向配置され、かつ、ケーシング3がシャフト4にベアリング5を介して支持されて構成されている。また、回転子鉄心1及び固定子鉄心2は、ケイ素鋼板が軸方向の複数枚積層されて形成されている。
FIG. 1 shows a configuration of a general railway vehicle motor. As shown in the drawing, the motor for a railway vehicle includes a
図1のA−A’断面を図2に示す。該図に示す如く、回転子鉄心1内には、永久磁石挿入用のスロット8が、軸方向に伸延し、かつ、ハの字状に複数個設けられ、その各スロット8中に各々永久磁石7が挿入され設置されている。また、固定子鉄心2内には固定子コイル6が設けられ、この固定子コイル6に磁界の変化を与えることにより、回転子鉄心1及びシャフト4を回転させる構造になっている(特許文献1及び2参照)。
FIG. 2 shows a cross section taken along the line A-A 'of FIG. As shown in the figure, a
通常、永久磁石7を挿入した回転子鉄心1は、運転時に高速で回転する。そのため、回転子鉄心1には遠心力が働き、永久磁石7には、外周側へ移動しようとする力が働く。この力を回転子鉄心1のスロット8の面の外周側で受けることになるため、回転子鉄心1の外周側のスロット8との間で肉厚の薄い部分が生じている従来の構成では、回転子鉄心1外周部の肉厚の薄い部位には、高い引張応力が生じることになる。
Usually, the
これを図3を用いて説明する。該図に示す如く、従来は、回転子鉄心1に設けたスロット8内に永久磁石7を挿入する構造であるため、回転子鉄心1と永久磁石7には隙間がなく、モータ回転時に永久磁石7に掛かる荷重は、図中のB、B'面で受けるようになっている。
This will be described with reference to FIG. As shown in the drawing, since the
そのため、図中に示すように、永久磁石7を挿入した回転子鉄心1外周側のスロット8との間の肉厚の薄い部分に、応力が集中してしまう。
Therefore, as shown in the drawing, stress concentrates on a thin portion between the outer periphery side of the
これを防止するには、回転子鉄心1外周側のスロット8との間の肉厚を厚くすればよいが、これではモータの効率低下につながってしまう。
In order to prevent this, the thickness between the outer periphery of the
このように、回転子鉄心1外周側のスロット8との間の肉厚は、薄いほどモータの効率向上につながるため、いかにして肉厚を薄くし、かつ、応力を低減させるかが課題となっている。
As described above, the thinner the thickness between the
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、回転子鉄心外周側のスロットとの間の肉厚を薄くしてモータの効率向上を図りつつ、かつ、回転子鉄心の外周側に発生する応力を低減できる永久磁石式回転電機を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned points, and an object of the present invention is to reduce the thickness between the slots on the outer periphery side of the rotor core and improve the efficiency of the motor, and to improve the rotor core. It is providing the permanent magnet type rotary electric machine which can reduce the stress which generate | occur | produces in the outer peripheral side.
本発明の永久磁石式回転電機は、上記目的を達成するために、固定子コイルが巻回されている固定子鉄心を有する固定子と、該固定子と所定の間隙をもって対向配置され、シャフトと一体になって回転する回転子鉄心を有する回転子とを備え、前記回転子鉄心内には、永久磁石挿入用のスロットが、軸方向に伸延して複数個設けられ、前記各スロット中に各々永久磁石が挿入されている永久磁石式回転電機において、前記永久磁石と回転子鉄心が接触する面の一部にスリットを設けると共に、前記永久磁石が移動するための支点を、前記永久磁石の重心よりも前記回転子鉄心の内周側に設けるか、
或いは、前記回転子鉄心のスロット及び永久磁石は、内周側に支点が突出する断面くの字に形成され、かつ、断面くの字の前記永久磁石の内周側が、遠心力が働く方向に対して抵抗が大きくなるように形成されていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a permanent magnet type rotating electrical machine according to the present invention has a stator having a stator core around which a stator coil is wound, a stator and a stator that are arranged to face each other with a predetermined gap. A rotor having a rotor core that rotates integrally, and a plurality of slots for inserting permanent magnets are provided in the rotor core so as to extend in the axial direction. In the permanent magnet type rotating electrical machine in which the permanent magnet is inserted, a slit is provided in a part of a surface where the permanent magnet and the rotor core contact, and a fulcrum for the permanent magnet to move is used as a center of gravity of the permanent magnet. Than the inner circumference of the rotor core,
Alternatively, the slot and the permanent magnet of the rotor core are formed in a cross-sectional shape with a fulcrum projecting on the inner peripheral side, and the inner peripheral side of the permanent magnet in the cross-sectional shape is in a direction in which centrifugal force acts. On the other hand, it is formed so that resistance becomes large.
本発明によれば、回転子鉄心外周側のスロットとの間の肉厚を薄くしてモータの効率向上を図りつつ、かつ、回転子鉄心の外周側に発生する応力を低減でき、結果的に、回転電機の体格を小さくでき、軽量化が期待できる永久磁石式回転電機を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to reduce the stress generated on the outer periphery side of the rotor core while reducing the thickness between the slots on the outer periphery side of the rotor core and improving the efficiency of the motor. Thus, a permanent magnet type rotating electrical machine can be obtained in which the size of the rotating electrical machine can be reduced and the weight can be reduced.
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。尚、符号は従来と同一のものは同符号を使用し、その説明は省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Incidentally, the same reference numerals are used for the same reference numerals as before, and the description thereof is omitted.
図4は、本発明の永久磁石式回転電機の実施例1を示すものである。 FIG. 4 shows Example 1 of the permanent magnet type rotating electrical machine of the present invention.
該図に示すように、本実施例では、永久磁石挿入用のスロット8における短辺の長さを、内周側の長さ(l1)より外周側の長さ(l2)を大きく形成し、スロット8内に永久磁石7を挿入した際に、スロット8の外周側において、永久磁石7とスロット8の間にスリット9が形成されるように永久磁石7を配置している。
As shown in the drawing, formed in this embodiment, the length of the short side in the
即ち、このスリット9は、スロット8の外周側において、永久磁石7と回転子鉄心1が接触している最終端を支点Cとし、そこから外周側に向かって末広がり状に形成され、そのスロット8に永久磁石7を挿入配置し、スリット9が形成されるようになっている。
That is, the
しかも、上記支点Cは、永久磁石7の重心Gより内側、即ち、永久磁石7の断面おける長辺に対して重心Gを通るように引いた垂線より内側(図4の垂線より左側)に位置している。
Moreover, the fulcrum C is located on the inner side of the center of gravity G of the
このような構成の本実施例では、上記のようなスリット9を設け、永久磁石7と接触する支点Cを、永久磁石7の重心Gより内側に配置することで、回転に伴う遠心力を受けた際に、支点Cを軸に永久磁石7がスリット9側に移動し、支点C、面B'、面Dで永久磁石7に生じる力を受け持つことになる。
In the present embodiment having such a configuration, the
従って、本実施例では、従来例の図3に示したスロット8の面Bで受けていた荷重を、図4の面Dと面B0に分散させることが可能になり、回転子鉄心1の外周側のスロット8との間の肉厚の薄い部分に生じた高い応力を減少させることができる。
Thus, in this embodiment, the load which has been received by the surface B of the
このように、運転時の遠心力で永久磁石7が外周側に移動しようとして、回転子鉄心1の外周に発生する応力を低減させることができ、回転子鉄心1外周の肉厚を薄くすることが可能になる。これにより、モータの効率が向上し、モータの効率が向上することでモータの体格を更に小さくでき、モータの軽量化が期待できる。
As described above, the
図5に、図4に示した実施例の変形例を示す。該図に示す本実施例では、永久磁石7の外周側を円孤状で、かつ、内周側より大きくし、重心Gを図4の重心Gの位置(永久磁石7の中心位置)より外周側に配置したものである。
FIG. 5 shows a modification of the embodiment shown in FIG. In this embodiment shown in the figure, the outer peripheral side of the
このように構成することで、永久磁石7がスリット9側へ移動しやすくなり、面Dで受ける荷重が増え、更なる応力低下が見込める。また、永久磁石7の外周側を大きくすることで、永久磁石7の冷却が良くなり、温度上昇の防止にもつながる。
By comprising in this way, the
図6は、本発明の永久磁石式回転電機の実施例2を示すものである。 FIG. 6 shows a second embodiment of the permanent magnet type rotating electrical machine of the present invention.
該図に示すように、本実施例では、回転子鉄心1のスロット8及び永久磁石7を、内周側に支点Cが突出する断面くの字に形成し、遠心力により永久磁石7が外周側に移動しようとした時に掛かる荷重を受ける面Eを設けている。即ち、断面くの字の永久磁石7の内周側が、遠心力が働く方向に対して抵抗が大きくなるような面Eが形成されている
このように構成することにより、面Eで受ける荷重の負担が大きくなり、回転子鉄心1の外周側のスロット8との間の肉厚の薄い部分に生じる応力は少なくなり、従来例の図3で示した面B、面B'で受ける荷重の負担を小さくすることができる。
As shown in the figure, in this embodiment, the
また、上述した面Eの回転子鉄心1の部位は、肉厚L1が薄肉部に肉厚L2より厚くなっているため、大きな荷重を受けても高い応力は発生しない。更に、回転子鉄心1の外周に生じる応力は、面B、面B’で受ける荷重が小さくなるため、減少させることが可能になる。
Further, part of the
図7に、図6に示した実施例の変形例を示す。該図に示す本実施例では、回転子鉄心1のスロット8及び永久磁石7を、内周側に支点Cが突出する断面くの字に形成し、更に回転子鉄心1の外周側のスロット8と永久磁石7の間にスリット9を設け、永久磁石7が回転子鉄心1の外周側と接触しないように構成したものである。
FIG. 7 shows a modification of the embodiment shown in FIG. In this embodiment shown in the figure, the
このように構成することで、従来例の図3の面B'で受けていた荷重が小さくなり、かつ、面Bの荷重を受ける面も小さくなる。 With this configuration, the load received on the surface B ′ of FIG. 3 of the conventional example is reduced, and the surface receiving the load of the surface B is also reduced.
これにより、肉厚の厚い面Eで大きな荷重を受けることができ、回転子鉄心1の外周側に生じる応力を低減させることが可能になる。
Thereby, it is possible to receive a large load on the thick surface E, and to reduce the stress generated on the outer peripheral side of the
図8に、図6に示した実施例の他の変形例を示す。該図に示す本実施例では、回転子鉄心1のスロット8及び永久磁石7を、内周側に支点Cが突出する断面くの字に形成すると共に、スロット8にスリット9を設け、かつ、回転子鉄心1の外周より離れた側の永久磁石7(肉厚の厚い永久磁石7内)に重心を持たせるように構成したものである。
FIG. 8 shows another modification of the embodiment shown in FIG. In this embodiment shown in the figure, the
このように構成することで、永久磁石7には、図中の矢印方向に移動しようとする力が生じるが、その変形をスロット8のスリット9で吸収し、永久磁石7と回転子鉄心1の外周部が接触しなくなり、回転子鉄心1の外周部に生じる応力を低減させることが可能になる。
With this configuration, a force is generated in the
図9は、本発明の永久磁石式回転電機の実施例3を示すものである。 FIG. 9 shows a third embodiment of the permanent magnet type rotating electric machine according to the present invention.
該図に示すように、本実施例では、回転子鉄心1のスロット8及び永久磁石7に、外周側を細く内周側を太く形成することで生じる段差を設けると共に、細く形成されている外周側の永久磁石7の先端部付近のスロット8に、スリット9を設けたものである。
As shown in the figure, in this embodiment, the
このように構成することで、上記した段差部で回転に伴う荷重を受けることができ、従来例の図3の面B’で受ける荷重を小さくすることが可能になり、回転子鉄心1の外周部に生じる応力を低減させることができる。
With this configuration, it is possible to receive a load accompanying rotation at the above-described stepped portion, and it is possible to reduce the load received on the surface B ′ of FIG. 3 of the conventional example, and the outer periphery of the
以上、種々の実施例で説明した本発明によれば、運転時の遠心力で永久磁石が外周側に移動しようとして、回転子鉄心の外周に発生する応力を低減させることができ、回転子鉄心外周の肉厚を薄くすることが可能になり、回転電機の効率が向上する。よって、回転電機の効率が向上することで、回転電機の体格を更に小さくでき、軽量化が期待できる。 As described above, according to the present invention described in the various embodiments, the stress generated on the outer periphery of the rotor core can be reduced as the permanent magnet tries to move to the outer peripheral side by the centrifugal force during operation, and the rotor core can be reduced. The thickness of the outer periphery can be reduced, and the efficiency of the rotating electrical machine is improved. Therefore, by improving the efficiency of the rotating electrical machine, it is possible to further reduce the size of the rotating electrical machine and reduce the weight.
1…回転子鉄心、2…固定子鉄心、3…ケーシング、4…シャフト、5…ベアリング、6…固定子コイル、7…永久磁石、8…スロット、9…スリット。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記永久磁石と回転子鉄心が接触する面の一部にスリットを設けると共に、前記永久磁石が移動するための支点を、前記永久磁石の重心よりも前記回転子鉄心の内周側に設けたことを特徴とする永久磁石式回転電機。 A stator having a stator core around which a stator coil is wound, and a rotor having a rotor core that is disposed to face the stator with a predetermined gap and rotates integrally with a shaft, In the rotor core, a permanent magnet insertion slot is provided with a plurality of slots extending in the axial direction, and a permanent magnet is inserted into each slot.
A slit is provided in a part of the surface where the permanent magnet and the rotor core contact, and a fulcrum for the permanent magnet to move is provided on the inner peripheral side of the rotor core from the center of gravity of the permanent magnet. Permanent magnet type rotating electrical machine characterized by
前記スリットは、前記永久磁石挿入用のスロットにおける短辺の長さを、内周側の長さより外周側の長さを大きく形成し、前記スロット内に前記永久磁石を挿入した際に、前記スロットの外周側において、前記永久磁石とスロットの間に形成されることを特徴とする永久磁石式回転電機。 In the permanent magnet type rotating electrical machine according to claim 1,
The slit is formed so that the length of the short side of the slot for inserting the permanent magnet is larger on the outer peripheral side than the inner peripheral side, and the slot is inserted when the permanent magnet is inserted into the slot. The permanent magnet type rotating electrical machine is formed between the permanent magnet and the slot on the outer peripheral side of the motor.
前記スリットは、前記永久磁石挿入用のスロットの外周側において、前記永久磁石と回転子鉄心が接触している最終端を支点とし、この支点から外周側に向かって末広がり状に形成されているスロットに前記永久磁石を挿入配置することで形成されることを特徴とする永久磁石式回転電機。 In the permanent magnet type rotating electrical machine according to claim 1,
The slit is a slot formed on the outer peripheral side of the slot for inserting the permanent magnet, with the final end where the permanent magnet and the rotor core are in contact as a fulcrum, and widening toward the outer periphery from the fulcrum. The permanent magnet rotating electrical machine is formed by inserting and arranging the permanent magnet.
前記支点Cは、前記永久磁石7の断面おける長辺に対して重心を通るように引いた垂線より内側に位置していることを特徴とする永久磁石式回転電機。 In the permanent magnet type rotating electrical machine according to claim 1,
The said fulcrum C is located inside the perpendicular drawn so that it may pass through a gravity center with respect to the long side in the cross section of the said permanent magnet 7, The permanent-magnet-type rotary electric machine characterized by the above-mentioned.
前記永久磁石の外周側を円孤状で、かつ、内周側より大きく形成し、前記永久磁石の重心を永久磁石の中心位置より外周側に配置したことを特徴とする永久磁石式回転電機。 In the permanent magnet type rotating electrical machine according to claim 1,
A permanent magnet type rotating electrical machine, wherein an outer peripheral side of the permanent magnet is formed in an arc shape and larger than an inner peripheral side, and a center of gravity of the permanent magnet is arranged on an outer peripheral side from a center position of the permanent magnet.
前記回転子鉄心のスロット及び永久磁石は、内周側に支点が突出する断面くの字に形成され、かつ、断面くの字の前記永久磁石の内周側が、遠心力が働く方向に対して抵抗が大きくなるように形成されていることを特徴とする永久磁石式回転電機。 A stator having a stator core around which a stator coil is wound, and a rotor having a rotor core that is disposed to face the stator with a predetermined gap and rotates integrally with a shaft, In the rotor core, a permanent magnet insertion slot is provided with a plurality of slots extending in the axial direction, and a permanent magnet is inserted into each slot.
The slot and the permanent magnet of the rotor core are formed in a cross-sectional shape with a fulcrum projecting on the inner peripheral side, and the inner peripheral side of the permanent magnet in the cross-sectional shape is in a direction in which centrifugal force acts. A permanent magnet type rotating electrical machine characterized in that the resistance is increased.
前記回転子鉄心の外周側の前記スロットと永久磁石の間にスリットを設け、該スリットで前記永久磁石が前記回転子鉄心の外周側と接触しないように構成されていることを特徴とする永久磁石式回転電機。 In the permanent magnet type rotating electrical machine according to claim 6,
A permanent magnet, wherein a slit is provided between the slot on the outer peripheral side of the rotor core and a permanent magnet so that the permanent magnet does not contact the outer peripheral side of the rotor core. Rotary electric machine.
前記永久磁石は、外周側より内周側が肉厚の厚い断面くの字に形成されていると共に、前記肉厚の厚い永久磁石7内に重心位置があり、かつ、前記スロットにスリットが設けられていることを特徴とする永久磁石式回転電機。 In the permanent magnet type rotating electrical machine according to claim 6,
The permanent magnet is formed in a thick cross-sectional shape on the inner peripheral side from the outer peripheral side, has a center of gravity position in the thick permanent magnet 7, and is provided with a slit in the slot. A permanent magnet type rotating electrical machine.
前記回転子鉄心のスロット及び永久磁石は、外周側を細く内周側を太く形成することで生じる段差が設けられ、かつ、細く形成されている外周側の前記永久磁石の先端部付近の前記スロットには、スリットが設けられていることを特徴とする永久磁石式回転電機。 A stator having a stator core around which a stator coil is wound, and a rotor having a rotor core that is disposed to face the stator with a predetermined gap and rotates integrally with a shaft, In the rotor core, a permanent magnet insertion slot is provided with a plurality of slots extending in the axial direction, and a permanent magnet is inserted into each slot.
The slot of the rotor core and the permanent magnet are provided with a step generated by forming the outer peripheral side narrower and the inner peripheral side thicker, and the slot near the tip of the permanent magnet on the outer peripheral side formed thin Is provided with a slit, and a permanent magnet type rotating electrical machine.
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