JP2013074694A - Permanent magnet buried electric motor - Google Patents
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Abstract
Description
本願発明は、ロータに永久磁石を埋設した永久磁石埋設型電動モータに関する。 The present invention relates to a permanent magnet embedded electric motor in which a permanent magnet is embedded in a rotor.
特許文献1には、強度を確保しつつ、磁気特性を向上させることができる永久磁石埋込式回転電機の提供を目的とする発明が開示されている。特許文献1に開示された回転子では、回転子の外側に向かって広がるように配置された2つの永久磁石を一極分として、回転子の内部に複数極分が埋め込まれている。また、永久磁石を埋め込む回転子は、構成の異なる2種類の第1及び第2積層鋼板を交互に積層した構成である。
即ち、第1積層鋼板には、2つの永久磁石を保持する2つの第1保持穴部と、2つの第1保持穴部の間に配置した2つの第1空洞部と、2つの永久磁石及び隣接する他の2つの永久磁石の間に配置した2つの第2空洞部とを一極分として、複数極分が形成されている。第2積層鋼板には、2つの永久磁石を保持する2つの第2保持穴部と、2つの第2保持穴部の間に配置した2つの第3空洞部と、第1積層鋼板の第2空洞部と重なるように配置されるとともに回転子の外縁まで通じる2つの切欠部とを一極分として、複数極分が形成されている。回転子の鉄心は、第1積層鋼板と第2積層鋼板とを交互に積層することにより構成されている。また、第2積層鋼板の存在により外縁部における磁束短絡が低減される。 That is, the first laminated steel sheet includes two first holding holes for holding two permanent magnets, two first cavities disposed between the two first holding holes, two permanent magnets, and A plurality of poles are formed with two second cavities arranged between two other adjacent permanent magnets as one pole. The second laminated steel plate includes two second holding hole portions for holding two permanent magnets, two third cavity portions arranged between the two second holding hole portions, and a second of the first laminated steel plate. A plurality of poles are formed with two notches that are arranged so as to overlap the cavity and communicate with the outer edge of the rotor as one pole. The iron core of the rotor is configured by alternately laminating a first laminated steel plate and a second laminated steel plate. Moreover, the magnetic flux short circuit in an outer edge part is reduced by presence of a 2nd laminated steel plate.
第2積層鋼板の構成では、2つの切欠部の存在により、2つの永久磁石と回転子の外縁とで囲まれる鉄心部分は、中央支持部として説明されている2つの永久磁石の間に位置する鉄心部分によって支持される。従って、中央支持部には、回転子の遠心力に伴う荷重による応力集中が生じ、中央支持部を破損し易いという問題がある。このため、中央支持部の面積を広く取り、強度を高める必要があるが、逆に、中央支持部を広くすると、磁束漏れを生じ易くなるという問題がある。 In the configuration of the second laminated steel sheet, the iron core portion surrounded by the two permanent magnets and the outer edge of the rotor is located between the two permanent magnets described as the central support portion due to the presence of the two notches. Supported by the core part. Therefore, the central support portion has a problem that stress concentration due to a load caused by the centrifugal force of the rotor occurs, and the central support portion is easily damaged. For this reason, it is necessary to increase the area of the central support portion and increase the strength, but conversely, if the central support portion is widened, there is a problem that magnetic flux leakage is likely to occur.
本願発明は、ロータコアを構成する鋼板における磁束漏れと応力集中の抑制を可能にした永久磁石埋設型電動モータを提供する。 The present invention provides a permanent magnet embedded electric motor that can suppress magnetic flux leakage and stress concentration in a steel plate constituting a rotor core.
請求項1は、回転軸を有するロータ及びコイルを有するステータを備え、前記ロータは前記回転軸の軸方向に鋼板を複数枚積層して形成したロータコアと前記ロータコアに埋設された永久磁石によって構成される永久磁石埋設型電動モータにおいて、前記鋼板のうち少なくとも1枚は外縁に向けて広がるように穿設された一対の磁石挿入孔を複数対有し、前記磁石挿入孔のq軸側端部には、外縁に開口する切欠き部が接続され、前記磁石挿入孔のd軸側端部には空隙部が存在し、前記鋼板の外縁側には、一対の前記磁石挿入孔及び前記切欠き部により囲まれるコア領域が形成され、一対の前記空隙部の間には前記コア領域を支持する支持部が形成され、前記空隙部のd軸方向の両端の縁部はd軸から離れるように曲線状に形成されていることを特徴とする。 The first aspect includes a rotor having a rotating shaft and a stator having a coil, and the rotor is constituted by a rotor core formed by laminating a plurality of steel plates in the axial direction of the rotating shaft and a permanent magnet embedded in the rotor core. In the permanent magnet-embedded electric motor, at least one of the steel plates has a plurality of pairs of magnet insertion holes drilled so as to spread toward the outer edge, and at the end of the magnet insertion hole on the q-axis side. Is connected to a notch that opens to the outer edge, a gap exists at the d-axis side end of the magnet insertion hole, and a pair of the magnet insertion hole and the notch are provided on the outer edge of the steel plate. Is formed between the pair of gaps, and a support part for supporting the core area is formed between the pair of gaps, and the edges at both ends in the d-axis direction of the gaps are curved away from the d-axis. It is specially formed To.
請求項1によれば、一対の永久磁石と支持部との間に空隙部を形成することにより磁束漏れの抑制を図るとともに空隙部に挟まれた支持部の両端を曲線状にすることにより応力集中の抑制を可能にした。 According to the first aspect of the present invention, the gap is formed between the pair of permanent magnets and the support portion, thereby suppressing the leakage of magnetic flux, and the both ends of the support portion sandwiched between the gap portions are curved. Made it possible to suppress concentration.
請求項2は、前記空隙部について、d軸方向の両端以外の縁部はd軸と平行な直線で構成されたことを特徴とする。請求項2によれば、支持部の強度上の必要幅を保ちながら、空隙部の領域を最も広く形成することができ、漏れ磁束をより効果的に減少させることができる。 A second aspect of the present invention is characterized in that the edge of the gap portion other than both ends in the d-axis direction is configured by a straight line parallel to the d-axis. According to the second aspect, the gap region can be formed most widely while maintaining the necessary width in terms of the strength of the support portion, and the leakage magnetic flux can be reduced more effectively.
請求項3は、前記磁石挿入孔に前記永久磁石が挿入された状態において、前記永久磁石のd軸側端部には面取り加工が施されていることを特徴とする。請求項3によれば、空隙部の内部にも永久磁石の端部を挿入させることができるので、磁石の幅を実質的に長くすることができる。このため、ロータコアを大型化することなく、モータ効率を高めることができ、電動モータの運転効率を高めることができる。 According to a third aspect of the present invention, in the state where the permanent magnet is inserted into the magnet insertion hole, the d-axis side end portion of the permanent magnet is chamfered. According to the third aspect, since the end of the permanent magnet can be inserted into the gap, the width of the magnet can be substantially increased. For this reason, motor efficiency can be raised without enlarging a rotor core, and the operating efficiency of an electric motor can be raised.
請求項4は、前記切欠き部は、前記磁石挿入孔からd軸側へと屈曲して延長され、前記鋼板の外縁に開口することを特徴とする。請求項4によれば、コア領域の面積を可能な限り小さくすることができる。このため、コア領域の遠心力を小さくし、支持部へかかる応力をより小さくすることができる。
A fourth aspect of the present invention is characterized in that the notch is bent and extended from the magnet insertion hole to the d-axis side and opens at an outer edge of the steel plate. According to
本願発明は、ロータコアにおいて、磁束漏れを抑制し、ロータの回転時に発生する応力集中を抑制することができる。 The present invention can suppress magnetic flux leakage in the rotor core and suppress stress concentration that occurs during rotation of the rotor.
(第1の実施形態)
第1の実施形態は、車両に搭載される永久磁石埋設型電動モータに本願発明を実施した例を示すもので、図1〜図4に基づき説明する。図1において、永久磁石埋設型電動モータ1は、ロータ2とロータ2の外周に配置されるステータ3を備えている。ロータ2を構成するロータコア4は磁性体からなる鋼板を複数枚積層することにより構成されている。また、ロータコア4の中心に形成した回転軸孔5には、回転軸(図示せず)が挿入され、圧入あるいは接着剤、キー等の適宜手段により固定される。なお、図1〜図4に示したd軸は後述する一対の永久磁石30(他の対の永久磁石においても同様)間の中心を通り、回転軸孔5の中心に交差する仮想軸である。また、q軸は後述する隣接する磁極の異なる永久磁石30の間の中心を通り、回転軸孔5の中心に交差する仮想軸である。d軸およびq軸は永久磁石埋設型電動モータの性能評価で広く用いられるものである。また、ステータ3には、コイル3Aが巻線されている。
(First embodiment)
1st Embodiment shows the example which implemented this invention to the permanent-magnet embedded electric motor mounted in a vehicle, and demonstrates based on FIGS. 1-4. In FIG. 1, a permanent magnet embedded
ロータコア4をなす鋼板には、図2に示すように、2つの磁石挿入孔6が一対となってd軸に線対称となるように配置され、鋼板の外縁4Aに向けてV字状に広がるように穿設されている。ロータコア4の全域には、8対の磁石挿入孔6〜13が均等に配置されるように穿設されている。q軸側端部において、一対の磁石挿入孔6には、それぞれ所定の角度に屈曲する形で延長され、外縁4Aに開口される2つの切欠き部14が一対となるように接続されている。同様に他の7対の磁石挿入孔7〜13には、切欠き部14と同一形状の一対の切欠き部15〜21がそれぞれ接続されている。
In the steel plate forming the
また、一対の磁石挿入孔6には、それぞれ切欠き部14と反対側(d軸側端部)に形成された2つの空隙部22が一対となるように形成されている。同様に他の7対の磁石挿入孔7〜13には、空隙部22と同一形状の一対の空隙部23〜29がそれぞれ接続されている。空隙部22は、ロータコア4の外縁4A側(d軸における外側)に位置する磁石挿入孔6の縁部6Aと接続する縁部22A及びロータコア4の回転軸孔5側(d軸における内側)に位置する縁部6Bと接続する縁部22Bを備え、d軸方向の両端の縁部22A、22Bはd軸から離れるように曲線状に形成されている。また、縁部22A及び縁部22Bのd軸方向の両端以外は、それぞれd軸に平行な直線で形成された縁部22Cにより接続されている。d軸と平行な縁部22Cの形成は、縁部22Cがd軸に平行でない場合に比し、最低限の強度を確保しつつ空隙部22が形成される領域を最も広く設定することが可能である。
The pair of
鋼板の外縁4A側には、一対の切欠き部14の形成により分断され、一対の磁石挿入孔6により囲まれるコア領域Xが形成され、一対の空隙部22の間、即ち一対の空隙部22の各縁部22Cの間に幅L1を有する支持部Yが形成される。支持部Yはコア領域Xを支持し、ロータ2の回転時にコア領域Xの遠心力に伴う荷重が全てかかる位置となる。このため、支持部Yの幅L1は、コア領域Xの遠心力による負荷に対応可能な大きさに設定されている。なお、コア領域X及び支持部Yは、他の各対をなす磁石挿入孔7〜13、切欠き部15〜21及び空隙部23〜29においても同様に形成されている。
On the
図4に示すように、各対の磁石挿入孔6〜13には、それぞれネオジム磁石等の希土類磁石で構成される平板状の永久磁石30が埋設されている。一対の磁石挿入孔6に埋設された2つの永久磁石30は一対で1極分を構成し、ロータコア4には8対の永久磁石30が埋設され、8極分が形成されている。なお、永久磁石30は、希土類磁石に限らず、合金磁石やフェライト磁石等の他の磁石を用いることが可能である。また、本願明細書及び特許請求の範囲で説明する磁石挿入孔6〜13とは、永久磁石30が埋設された時の永久磁石30と鋼板の接触領域の幅L2に相当する幅の空間部分を指すものとする。この場合に、幅L2とは、鋼板の外縁4Aに向けてV字状に延びる方向を指すものとする。
As shown in FIG. 4, in each pair of
一対の磁石挿入孔6を延長して一対の切欠き部14を形成する構成は、鋼板の外縁4A側において、一対の永久磁石30と、隣接する磁極の異なる永久磁石30との間(q軸)における磁束漏れを抑制する利点がある。また、図3に示すように、一対の切欠き部14が一対の磁石挿入孔6から屈曲してロータコア4の外縁4Aに開口する構成は、一対の切欠き部14が一対の磁石挿入孔6の直線的な延長線上に形成される構成に比して、コア領域Xの面積を可能な限り小さくすることができる。このため、コア領域Xの遠心力を小さくし、支持部Yへかかる応力をより小さくすることが可能である。
The configuration in which the pair of magnet insertion holes 6 are extended to form the pair of
支持部Yの領域が大きくなると、一対の永久磁石30の間において支持部Yを経由した磁束の短絡が生じ易くなり、磁束漏れが増大する。しかし、支持部Yと永久磁石30との間に形成された空隙部22〜29はd軸に平行な縁部22Cにより曲線状の縁部22A、22Bを接続する構成としたため、空隙部22〜29の各領域を最も広く形成することができ、磁束漏れの抑制機能をより高めることができる。従って、磁束漏れの抑制はモータ効率を高め、永久磁石埋設型電動モータ1の効率の良い運転を可能とする。
When the region of the support portion Y becomes large, a short circuit of the magnetic flux via the support portion Y is likely to occur between the pair of
一方、ロータ2の回転中に、支持部Yには、コア領域Xの遠心力に伴う荷重による応力が発生する。しかし、この応力は、空隙部22〜29の各縁部22A及び各縁部22Bが共に曲線状に形成されているため、特定の箇所に応力集中する恐れが無く、支持部Yが破断してモータが故障するリスクが低減される利点がある。
On the other hand, during the rotation of the
本願発明は、前記した各実施形態の構成に限定されるものではなく、本願発明の趣旨の範囲内で種々の変更が可能であり、次のように実施することができる。 The present invention is not limited to the configuration of each of the embodiments described above, and various modifications are possible within the scope of the gist of the present invention, and can be implemented as follows.
(1)第1の実施形態における空隙部22〜29は、図5に示した第2の実施形態に変更することが可能である。第2の実施形態における空隙部42〜49(図5には、一対の空隙部42及び一対の空隙部43、49の一部のみを示している)は、支持部Yの幅L1を空けてd軸に平行な縁部50と、磁石挿入孔6〜13における鋼板の外縁4A側(d軸における外側)及び回転軸孔5側(d軸における内側)に位置する縁部に接続する曲面状の縁部51、52を備えている。回転軸孔5側の曲面状の縁部52は、第1の実施形態と同様に、磁石挿入孔6〜13の幅方向に膨らみを有するように形成されているが、外縁4A側の曲面状の縁部51は、磁石挿入孔6〜13の厚み方向に膨らみを有するように形成されている。なお、曲面状の縁部51、52は、膨らみ方向の形成を図5の例と逆の位置に形成するか、共に磁石挿入孔6〜13の幅方向と交差する方向に形成しても良い。第2の実施形態のように空隙部42〜49を形成しても、第1の実施形態と同様に、支持部Yにおける磁束漏れ及び応力集中を抑制することができる。
(1) The
(2)第1の実施形態における永久磁石30は、図6に示した第3の実施形態に変更することが可能である。第3の実施形態における永久磁石64は、磁石挿入孔6〜13(図6には、一対の磁石挿入孔6及び一対の磁石挿入孔7、13の一部のみを示している)に挿入した時、d軸側端部に位置する角部65、66に面取りを施した形状に構成されている。第3の実施形態における永久磁石64は、角部65、66に面取りを施した形状であるため、空隙部22〜29の空間内にその一部を進入させることができ、永久磁石64の幅を実質的に長くすることができる。このため、ロータコア4を大型化することなく、モータ効率を高めることができ、永久磁石埋設型電動モータ1の運転効率を高めることができる。角部65、66の形状は面取り加工に限らず、円弧面等の曲面やその他の形状に加工することも可能である。
(2) The
(3)前記各実施形態に示された空隙部22〜29及び42〜49は、樹脂を充填して構成することができる。充填された樹脂は、隣接する一対の永久磁石30、64間における磁束の短絡を抑制し、磁束漏れを低減することができる。また、樹脂は、永久磁石30、64を磁石挿入孔6〜13に固定する機能を得ることができる。
(3) The
(4)ロータコア4は磁性体からなる鋼板を複数枚積層することにより構成されているが、実施形態に示した形状の鋼板のみを積層した構造だけに限定されず、永久磁石を装入できるのであれば、他の形状の鋼板を混合して積層しても良い。
(4) Although the
1 永久磁石埋設型電動モータ
2 ロータ
3 ステータ
4 ロータコア
4A 外周面
6〜13 磁石挿入孔
6A、6B、22A、22B、22C、50、51、52、61 縁部
14〜21 切欠き部
22〜29、42〜49 空隙部
30、64 永久磁石
65、66 角部
L1 支持部の幅
L2 永久磁石の幅
X コア領域
Y 支持部
Z 中心線
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記鋼板のうち少なくとも1枚は外縁に向けて広がるように穿設された一対の磁石挿入孔を複数対有し、前記磁石挿入孔のq軸側端部には、外縁に開口する切欠き部が接続され、前記磁石挿入孔のd軸側端部には空隙部が存在し、前記鋼板の外縁側には、一対の前記磁石挿入孔及び前記切欠き部により囲まれるコア領域が形成され、一対の前記空隙部の間には前記コア領域を支持する支持部が形成され、前記空隙部のd軸方向の両端の縁部はd軸から離れるように曲線状に形成されていることを特徴とする永久磁石埋設型電動モータ。 A rotor having a rotating shaft and a stator having a coil, wherein the rotor includes a rotor core formed by laminating a plurality of steel plates in the axial direction of the rotating shaft, and a permanent magnet embedded type constituted by a permanent magnet embedded in the rotor core. In the electric motor,
At least one of the steel plates has a plurality of pairs of magnet insertion holes formed so as to spread toward the outer edge, and a notch portion that opens to the outer edge at the q-axis side end of the magnet insertion hole Are connected, and there is a gap at the d-axis side end of the magnet insertion hole, and on the outer edge side of the steel plate, a core region surrounded by a pair of the magnet insertion hole and the notch is formed, A support portion that supports the core region is formed between the pair of gap portions, and edges at both ends in the d-axis direction of the gap portion are formed in a curved shape so as to be separated from the d-axis. A permanent magnet buried type electric motor.
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