JP2012231578A - Embedded magnet rotary electric machine - Google Patents
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Description
本発明は、埋込磁石形回転電機に関する。 The present invention relates to an embedded magnet type rotating electrical machine.
従来の埋込磁石形回転電機には、概円筒形の回転子の外円筒面上に磁極を構成するにも拘わらず、回転子側面に永久磁石を装着するものがある。(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1の図1には、回転子側面に永久磁石を装着する埋込磁石形回転電機が示されている。この永久磁石は、回転子の外円筒面上に磁極を構成するために用いられている。
従来の別の埋込磁石形回転電機には、回転子鉄心に設置された永久磁石より発する磁束を集中し、高性能化を図るものがある。(例えば、特許文献2参照)。
特許文献2の図2には、回転子鉄心に磁極毎に略V字状に対向する2つの永久磁石を備えた回転子の構造が示されている。永久磁石は同じ磁極を向え合わせに装着されているため、対向する2つの永久磁石の磁束が回転子鉄心の磁極部表面に集中され、ギャップの磁束密度を増大させ、埋込磁石形回転電機の小型高性能化を推進している。
このように、従来の埋込磁石形回転電機に用いられる永久磁石は、回転子の磁極を構成するために用いられてきた。
Some conventional embedded magnet type rotating electrical machines have a permanent magnet mounted on the side surface of the rotor, although the magnetic poles are formed on the outer cylindrical surface of the substantially cylindrical rotor. (For example, refer to Patent Document 1).
FIG. 1 of
Another conventional embedded magnet type rotating electrical machine concentrates the magnetic flux generated from a permanent magnet installed in a rotor core to improve performance. (For example, refer to Patent Document 2).
FIG. 2 of
As described above, the permanent magnet used in the conventional embedded magnet type rotating electric machine has been used to configure the magnetic pole of the rotor.
しかしながら、従来の埋込磁石形回転電機の回転子に装着された永久磁石には、回転子側面からの洩れ磁束が近接するブラケットに誘発する渦電流損の低減を意図し、装着されたものはなかった。 However, permanent magnets mounted on the rotor of a conventional embedded magnet type rotating electrical machine are intended to reduce eddy current loss that is caused by leakage magnetic flux from the side of the rotor to be induced in the adjacent bracket. There wasn't.
産業用モータやEVモータ等に用いられる埋込磁石形回転電機は、今後さらに小型化や高効率化が望まれる。小型化を推進する手段として、特許文献2に示した磁束集中形の埋込磁石形回転電機が多用され、また回転子とブラケット間の空隙が縮小されることが想定される。磁束集中により回転子側面からの洩れ磁束が増大するとともに、近接するブラケットに誘発する渦電流損が増大する。高効率化を推進するためには、前記渦電流損の低減が必要になる。
The interior magnet type rotating electrical machine used for industrial motors, EV motors, and the like is desired to be further downsized and highly efficient in the future. As means for promoting downsizing, it is assumed that the magnetic flux concentration type embedded magnet type rotating electrical machine shown in
そこで、本発明は、小型化を推進しながら、回転子側面からの洩れ磁束を低減することで高効率化をも推進できる埋込磁石形回転電機を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an embedded magnet type rotating electrical machine that can promote high efficiency by reducing leakage magnetic flux from the rotor side surface while promoting miniaturization.
上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、固定子と、回転自在に支持された概円筒形の回転子を備えた埋込み磁石形回転電機において、磁極を構成する永久磁石とは別に、回転子側面に軸方向に磁化された永久磁石を磁極毎に設置したことを特徴とする埋込み磁石形回転電機が適用される。 In order to solve the above-described problem, according to one aspect of the present invention, in an embedded magnet type rotating electrical machine including a stator and a substantially cylindrical rotor that is rotatably supported, a permanent magnet that constitutes a magnetic pole; In addition, an embedded magnet type rotating electric machine is characterized in that a permanent magnet magnetized in the axial direction is provided for each magnetic pole on the rotor side surface.
本発明によれば、小型化を推進しながら、回転子側面からの洩れ磁束を低減することで高効率化をも推進できる埋込磁石形回転電機を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an embedded magnet type rotating electrical machine capable of promoting high efficiency by reducing leakage magnetic flux from the rotor side surface while promoting miniaturization.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。なお、同一の構成については同一の符号を付することにより、重複説明を適宜省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, about the same structure, the same code | symbol is attached | subjected and duplication description is abbreviate | omitted suitably.
<第1実施形態>
まず、図1を参照しつつ、本発明の第1実施形態に係る埋込磁石形回転電機の構成について説明する。図1は、サーボモータに供する、本発明の第1実施形態に係る埋込磁石形回転電機の軸方向断面図である。
<First Embodiment>
First, the configuration of an embedded magnet type rotating electrical machine according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is an axial cross-sectional view of an embedded magnet type rotating electrical machine according to a first embodiment of the present invention, which is used in a servo motor.
図1に示すように、本実施形態に係る埋込磁石形回転電機は、固定子鉄心13と固定子コイル14を設置した固定子と、永久磁石22が設置され回転自在に支持された概円筒形の回転子20と、前記回転子の回転位置を検出するエンコーダ部17とを有する。
回転子20は、回転子側面からの洩れ磁束を遮蔽する目的で、回転子側面に負荷側永久磁石28と反負荷側永久磁石29を備える。負荷側永久磁石28と反負荷側永久磁石29は、それぞれ非磁性材よりなる負荷側側板26と反負荷側側板27に保持されている。
回転子20は、負荷側軸受18と反負荷側軸受19を介して、負荷側ブラケット11と反負荷側ブラケット12に回転自在に保持されている。
反負荷側ブラケット12は、フレーム10とともに、図示しないボルトで、負荷側ブラケット11に締結されている。
As shown in FIG. 1, the embedded magnet type rotating electric machine according to the present embodiment is a substantially cylindrical in which a stator having a
The
The
The
図2は、本実施形態に係る埋込磁石形回転電機の径方向断面図である。
図2に示すように、固定子は12個に分割された固定子鉄心13の各々に固定子コイル14を装着して構成されている。固定子コイル14は、モールド樹脂15をもって、固定子鉄心13や負荷側ブラケット11と絶縁されている。
回転子20は、永久磁石装着孔23b に磁極毎に略V字状に対向する2つの永久磁石22を装着した回転子鉄心23を有し、10極の磁極を構成している。対向する2つの永久磁石22の磁束が回転子表面に集中されるため、ギャップの磁束密度を増大させ、固定子鉄心へ向かう有効な磁束Fを増大することで回転電機の小型高性能化を推進している。
FIG. 2 is a radial cross-sectional view of the interior magnet type rotating electric machine according to the present embodiment.
As shown in FIG. 2, the stator is configured by attaching a
The
回転子鉄心23は、永久磁石22や回転子鉄心の磁極部23a を、遠心力に対し支持するとともに、凹凸による契合部を持ってシャフトに契合固定されているため、強大なトルクにも耐え得る。
Since the
図3は、前記回転子の軸方向断面図である。
図において、永久磁石22装着した回転子鉄心23の側面には、負荷側永久磁石28と反負荷側永久磁石29を装着した負荷側側板26と反負荷側側板27が装着される。
本実施形態のように、磁束集中した埋込磁石形回転子では、固定子鉄心へ向かう有効な磁束Fに対し、回転子側面からの洩れ磁束Flが増大する。
この洩れ磁束によって、例えば図1に示した負荷側ブラケット11の回転子近接部11aでは、回転子の回転に伴い交番する洩れ磁束による有害な渦電流損を誘発する。従来は回転子側面とブラケット壁面との空隙距離を大きくすることで渦電流損の発生を低減したが、従来の方法では回転電機の小型化が推進できない。
FIG. 3 is an axial sectional view of the rotor.
In the figure, a
As in this embodiment, in an embedded magnet type rotor in which magnetic flux is concentrated, leakage magnetic flux Fl from the rotor side surface increases with respect to effective magnetic flux F directed to the stator core.
Due to this leakage flux, harmful eddy current loss due to leakage flux that alternates with the rotation of the rotor is induced, for example, in the rotor proximity portion 11a of the
回転子側面からの洩れ磁束Flを減衰させるために、回転子側面に磁束を対向させるように負荷側永久磁石28と反負荷側永久磁石29を設ける。側面の永久磁石による磁束Fcにより、回転子側面からの洩れ磁束Flを減衰させることができる。負荷側永久磁石28と反負荷側永久磁石29の厚みは、使用量に対し洩れ磁束Flが効果的に減衰するよう磁界解析により決定されている。
In order to attenuate the leakage magnetic flux Fl from the rotor side surface, the load side
図4は、前記回転子の部品構成説明図である。
図において、永久磁石22を装着した回転子鉄心23と負荷側永久磁石28を装着した負荷側側板26をシャフト21に装着したのち、反負荷側永久磁石29を装着した反負荷側側板27をシャフトに嵌合し、回転子が完成する。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a component configuration of the rotor.
In the figure, after the
反負荷側側板27には、反負荷側永久磁石29を装着するための窪みがあり、回転子鉄心の磁極部23a に対向するようにN極とS極が交互に設置されている。負荷側側板26も同様である。
負荷側側板26と反負荷側側板27は非磁性のステンレス製であり、N極とS極の磁束を側板で短絡させることはない。
The
The
図5は、本実施形態の回転電機を外部より駆動し、回転速度に対して要するトルクを比較で測定した無負荷トルク試験結果説明図である。
図において、本実施形態Cの無負荷トルクは十分に小さいが、負荷側と反負荷側の永久磁石装着なしAでは、無負荷トルクは2倍程度に増加する。回転子側面からの洩れ磁束Flによって、図1に示した負荷側ブラケットの回転子近接部11a等に有害な渦電流損を誘発したためである。この損失増加は回転電機の効率を低下させる。従来の手法にもとづき空隙を大きくとる方法として、前記回転子近接部11aを除去Bした場合でも、本実施形態より無負荷トルクは増加する。
つまり、磁極を構成する永久磁石22とは別に、本実施形態の回転子側面の永久磁石28,29を設置することで、磁束集中により埋込磁石形回転電機の小型化を推進しながら、回転子の軸方向の洩れ磁束を低減することで高効率化をも推進できる結果を得た。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a no-load torque test result in which the rotating electrical machine of the present embodiment is driven from the outside and the torque required for the rotational speed is measured by comparison.
In the figure, the no-load torque of the present embodiment C is sufficiently small, but the no-load torque increases about twice when the permanent magnets A are not installed on the load side and the anti-load side. This is because the leakage magnetic flux Fl from the rotor side surface induces harmful eddy current loss in the rotor proximity portion 11a of the load side bracket shown in FIG. This increase in loss reduces the efficiency of the rotating electrical machine. As a method of increasing the gap based on the conventional method, even when the rotor proximity portion 11a is removed B, the no-load torque is increased compared to the present embodiment.
That is, the
以上説明したように、本実施形態に係る埋込磁石形回転電機は、磁極を構成する永久磁石22とは別に、回転子側面の永久磁石28,29を設置することにより、磁束集中により小型化を推進しながら、回転子側面からの洩れ磁束を低減することで高効率化をも推進できる埋込磁石形回転電機を提供することができる。
As described above, the embedded magnet type rotating electrical machine according to the present embodiment is downsized by the concentration of magnetic flux by installing the
以上、本発明の実施形態について説明した。ただし、いわゆる当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、上記実施形態から適宜変更が可能であり、また、上記実施形態と変更例による手法を適宜組み合わせて利用することも可能である。すなわち、このような変更等が施された技術であっても、本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでもない。 The embodiment of the present invention has been described above. However, a so-called person skilled in the art can appropriately modify the above embodiment without departing from the gist of the present invention, and can appropriately combine the above embodiment and the method according to the modified example. It is. That is, it is needless to say that even a technique with such a change is included in the technical scope of the present invention.
例えば、上記実施形態では、磁極を構成する永久磁石は略V字状に配置したが、図6に示す、その他の埋込磁石の配置形態説明図のように、放射状に永久磁石32を装着(A)してもよく、放射状の永久磁石42b の内周側にさらに円周状に永久磁石42aを装着(B)してもよい。つまり、本発明の洩れ磁束の遮蔽板は、永久磁石に囲まれる大きな磁極部23a ,33a ,43a を有し、該磁極部が磁束の洩れる大きな側面となる埋込磁石の配置構造に対し同様な効果を有する。
For example, in the above embodiment, the permanent magnets constituting the magnetic poles are arranged in a substantially V shape, but the
本発明の埋込磁石形回転電機は、小型高効率化が可能となるため、電動機に限らず発電機を含めた広範囲な回転電機用途に適用できる。 Since the embedded magnet type rotary electric machine of the present invention can be made small and highly efficient, it can be applied to a wide range of rotary electric machine applications including a generator as well as an electric motor.
10 フレーム
11 負荷側ブラケット
11a 回転子近接部
12 反負荷側ブラケット
13 固定子鉄心
14 固定子コイル
15 モールド樹脂
16 結線部
17 エンコーダ部
18 負荷側軸受
19 反負荷側軸受
20 回転子
21 シャフト
22 永久磁石
23 回転子鉄心
26 負荷側側板
27 反負荷側側板
28 負荷側永久磁石
29 反負荷側永久磁石
F 磁束
Fl 洩れ磁束
Fc 側面の永久磁石による磁束
10 frames
11 Load side bracket 11a
13
15
17
19 Anti-load-
21
23
27 Anti-load side plate
28 Load-side permanent magnet
29 Anti-load side permanent magnet F Magnetic flux
Fl Leakage flux Fc Magnetic flux by the permanent magnet on the side
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