JP2013198304A - Rotor structure of permanent magnet type rotary machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、永久磁石を使用した永久磁石形回転電機の回転子構造に関し、特に、永久磁石形回転電機の高磁束密度化を実現するための回転子構造に関する。 The present invention relates to a rotor structure of a permanent magnet type rotating electrical machine using a permanent magnet, and more particularly to a rotor structure for realizing a high magnetic flux density of a permanent magnet type rotating electrical machine.
従来、永久磁石形回転電機においては、高いギャップ磁束密度を実現する方法としてスポーク型に磁石を配置する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。そして、現在スポーク型に磁石を配置するための回転子構造としては、鉄心を完全に分割する完全分割鉄心構造と、鉄心を僅かにつなげておく完全一体鉄心構造との二種類の構造が考えられている。 Conventionally, in a permanent magnet type rotating electric machine, a technique of arranging a magnet in a spoke form is known as a method for realizing a high gap magnetic flux density (see, for example, Patent Document 1). There are currently two types of rotor structures that can be used to arrange magnets in the spoke type: a fully divided core structure that completely divides the iron core, and a fully integrated core structure that slightly connects the iron core. ing.
しかしながら、完全分割鉄心構造においては、完全に分割された回転子鉄心を精度よく一体化させるために多くの分割鉄心を固定するための部材および組み付け固定のための工数が必要となる問題があった。また、分割鉄心に軸方向に貫通する貫通穴を設け、さらに鉄心の両端面に板部材を設けて、丸棒等の支持部材を貫通穴に嵌入させて前記分割鉄心を固定することが考えられるが、この方法を鉄心積厚の長い回転機に適用した場合、前記支持部材も積厚に依存して長くなり、積厚に依存した前記分割鉄心の遠心力と回転力の大きさに対して前記支持部材の強度及び剛性が不足するという問題が考えられた。 However, in the completely divided core structure, there is a problem that a large number of members for fixing the divided core and man-hours for assembling and fixing are required in order to accurately integrate the completely divided rotor core. . Further, it is conceivable to provide a through-hole penetrating in the axial direction in the split iron core, further providing plate members on both end faces of the iron core, and fixing the split iron core by inserting a support member such as a round bar into the through-hole. However, when this method is applied to a rotating machine having a long core thickness, the support member also becomes long depending on the thickness, and the centrifugal force and the rotational force of the split core depending on the thickness are large. The problem of insufficient strength and rigidity of the support member was considered.
他の方法として分割鉄心を一体化させるために回転子外周に例えば非磁性体の円筒状部材(非磁性のリング部材)を設ける場合には、円筒状部材の肉厚と、その円筒状部材を回転子へ組付ける際の精度を考慮した分だけ回転機の固定子と回転子間のギャップが広がることになり、効果的にギャップ磁束密度を向上させることが難しいという問題があった。
回転子の回転時の遠心力に耐えるためには、分割鉄心を強固に一体化させるために円筒状部材の強度および剛性が必要となるが、これは円筒状部材の肉厚に依存する。つまり、円筒状部材の強度向上とギャップ磁束密度向上はトレードオフの関係となるという問題もあった。
As another method, for example, when a non-magnetic cylindrical member (non-magnetic ring member) is provided on the outer periphery of the rotor to integrate the divided iron cores, the thickness of the cylindrical member and the cylindrical member are The gap between the rotor and the rotor of the rotating machine widens by taking into account the accuracy when assembled to the rotor, and there is a problem that it is difficult to effectively improve the gap magnetic flux density.
In order to withstand the centrifugal force during the rotation of the rotor, the strength and rigidity of the cylindrical member are required to firmly integrate the split iron core, but this depends on the thickness of the cylindrical member. That is, there is a problem that the improvement of the strength of the cylindrical member and the improvement of the gap magnetic flux density are in a trade-off relationship.
また、分割鉄心と回転機軸は、鉄心端面の板部材を介して締結されることから、分割鉄心と回転機軸の締結強度は板部材のみが担うため、鉄心の積厚が増加するほど、構造の信頼性が低くなるという問題も考えられた。 Moreover, since the split iron core and the rotating machine shaft are fastened through the plate member on the end surface of the iron core, the fastening strength of the split iron core and the rotating machine shaft is solely borne by the plate member. There was also a problem of low reliability.
他方、上述した完全一体鉄心構造では、つながり部分において磁束の漏れが避けられないため、ギャップ磁束密度が低下してしまう。特に希土類を使用しない残留磁束密度の低い永久磁石(フェライト磁石など)を使用した場合では、鉄心のつながり部分を磁気飽和させることが困難になり、ギャップの磁束密度が大きく低下してしまうという問題があった。 On the other hand, in the above-described fully integrated iron core structure, leakage of magnetic flux is unavoidable at the connecting portion, and therefore the gap magnetic flux density is reduced. In particular, when a permanent magnet (such as a ferrite magnet) that does not use rare earth and has a low residual magnetic flux density is used, it is difficult to magnetically saturate the connecting portion of the iron core, and the magnetic flux density of the gap is greatly reduced. there were.
鉄心のつながり部分を磁気飽和させるには、つながり部分を極力細くする必要があり、ギャップの磁束密度向上は鉄心の製作上の精度およびつながり部分の強度とのトレードオフとなる。 In order to magnetically saturate the connecting portion of the iron core, it is necessary to make the connecting portion as thin as possible. Improvement in the magnetic flux density of the gap is a trade-off between accuracy in manufacturing the iron core and strength of the connecting portion.
また、磁束の漏れを低減させるため、通常つながり部分を細くすることから、つながり部分を強度部材として期待することは困難であり、鉄心と回転機軸との締結に関する強度的な問題点は完全分割鉄心構造とほとんど変わらない。 In order to reduce the leakage of magnetic flux, the connecting part is usually made thin, so it is difficult to expect the connecting part as a strength member. The strength problem related to the fastening between the iron core and the rotating machine shaft is a completely divided iron core. Almost the same as the structure.
このようなことから本発明は、完全分割鉄心構造及び完全一体鉄心構造双方の利点を兼ね備えた永久磁石形回転電機の回転子構造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 rotor structure of a permanent magnet type rotating electrical machine that has the advantages of both a fully divided iron core structure and a fully integrated iron core structure.
上記の課題を解決するための第1の発明に係る永久磁石形回転電機の回転子構造は、回転子鉄心と永久磁石とを周方向に交互に配置した構成を有する永久磁石形回転電機の回転子構造において、前記回転子鉄心が、それぞれ周方向に一極置きに配置される複数の一体鉄心片及び前記複数の一体鉄心片を径方向内側で一体的に連結する一体鉄心連結部からなる一体鉄心と、前記複数の一体鉄心片の軸方向一端面にそれぞれ重ね合わされる複数の分割鉄心とから構成されるN極鉄心及びS極鉄心とを備え、前記N極鉄心と前記S極鉄心とが、前記軸方向一端面が対向するように且つ前記N極鉄心と前記S極鉄心とが周方向に交互に配設されるように組み合わされたことを特徴とする。 The rotor structure of the permanent magnet type rotating electric machine according to the first invention for solving the above-mentioned problems is the rotation of the permanent magnet type rotating electric machine having a configuration in which the rotor cores and the permanent magnets are alternately arranged in the circumferential direction. In the child structure, the rotor core is an integrated unit composed of a plurality of integral core pieces arranged at every other pole in the circumferential direction and an integral core connecting portion that integrally couples the plurality of integral core pieces radially inward. An N-pole core and an S-pole core, each composed of an iron core and a plurality of divided iron cores superimposed on one axial end surface of the plurality of integral core pieces, and the N-pole core and the S-pole core are The N pole iron core and the S pole iron core are combined so that the one end surfaces in the axial direction face each other and are alternately arranged in the circumferential direction.
また、上記の課題を解決するための第2の発明に係る永久磁石形回転電機の回転子構造は、第1の発明に係る永久磁石形回転電機の回転子構造において、前記一体鉄心の軸方向の厚さに比較して前記分割鉄心の軸方向の厚さが軸方向への磁束漏れを防止する磁気抵抗を確保できる距離相当分以上である所定厚さだけ厚く構成されたことを特徴とする。 Further, a rotor structure of a permanent magnet type rotating electrical machine according to a second invention for solving the above-mentioned problems is the rotor structure of the permanent magnet type rotating electrical machine according to the first invention, wherein the axial direction of the integral iron core is the same. The axial thickness of the divided iron core is configured to be thicker by a predetermined thickness that is equal to or greater than a distance that can ensure a magnetic resistance that prevents magnetic flux leakage in the axial direction. .
また、上記の課題を解決するための第3の発明に係る永久磁石形回転電機の回転子構造は、第2の発明に係る永久磁石形回転電機の回転子構造において、軸方向に対し、前記N極鉄心と前記S極鉄心との間に前記所定厚さの円環状部材が介装されたことを特徴とする。 Further, a rotor structure of a permanent magnet type rotating electrical machine according to a third invention for solving the above-described problem is the rotor structure of the permanent magnet type rotating electrical machine according to the second invention, wherein The annular member having the predetermined thickness is interposed between the N pole iron core and the S pole iron core.
また、上記の課題を解決するための第4の発明に係る永久磁石形回転電機の回転子構造は、第1ないし第3のいずれか一つの発明に係る永久磁石形回転電機の回転子構造において、前記回転子鉄心が軸方向に複数積層されてなることを特徴とする。 A rotor structure of a permanent magnet type rotating electrical machine according to a fourth aspect of the present invention for solving the above problem is the rotor structure of the permanent magnet type rotating electrical machine according to any one of the first to third aspects of the invention. A plurality of the rotor cores are laminated in the axial direction.
また、上記の課題を解決するための第5の発明に係る永久磁石形回転電機の回転子構造は、第1ないし第4のいずれか一つの発明に係る永久磁石形回転電機の回転子構造において、前記回転子鉄心が径方向に対して前記一体鉄心連結部と前記分割鉄心との間に間隙を有し、前記間隙に径方向に着磁された他の永久磁石を配設したことを特徴とする。 In addition, a rotor structure of a permanent magnet type rotating electrical machine according to a fifth aspect of the present invention for solving the above problems is the rotor structure of the permanent magnet type rotating electrical machine according to any one of the first to fourth aspects of the invention. The rotor core has a gap between the integral core connecting portion and the split core with respect to the radial direction, and another permanent magnet magnetized in the radial direction is disposed in the gap. And
上述した本発明に係る永久磁石形回転電機の回転子構造によれば、従来の完全分割鉄心構造に比較して回転機軸との組付け精度の向上及び組み立ての容易化が可能であるとともに、従来の完全一体鉄心構造に比較して磁束の漏れを防止して高いギャップ磁束密度を得ることができる。 According to the rotor structure of the permanent magnet type rotating electric machine according to the present invention described above, the assembly accuracy with the rotating machine shaft can be improved and the assembly can be facilitated as compared with the conventional fully divided core structure. Compared with the fully integrated iron core structure, leakage of magnetic flux can be prevented and a high gap magnetic flux density can be obtained.
また、積層厚の大きい電動機に適用する場合であっても強度を維持しつつ容易に必要な積層厚を確保することが可能となる。 Further, even when applied to an electric motor having a large thickness, it is possible to easily secure a necessary thickness while maintaining strength.
また、一体鉄心連結部と分割鉄心との間に形成される間隙に径方向に着磁された他の永久磁石を配設すれば、永久磁石の内外径部に回転子鉄心による磁気回路が存在することとなり、回転子鉄心と回転機軸との締結強度を備えながらも効果的にギャップ磁束密度の向上を図ることができる。 In addition, if another permanent magnet magnetized in the radial direction is disposed in the gap formed between the integral core connecting portion and the split core, a magnetic circuit using the rotor core exists in the inner and outer diameter portions of the permanent magnet. Thus, the gap magnetic flux density can be effectively improved while providing the fastening strength between the rotor core and the rotating machine shaft.
以下、図面を参照しつつ本発明に係る永久磁石形回転電機の回転子構造を詳細に説明する。 Hereinafter, a rotor structure of a permanent magnet type rotating electrical machine according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(高ギャップ磁束密度を実現する回転子構造)
図1ないし図6を用いて本発明に係る永久磁石形回転電機の回転子構造の第1の実施例について説明する。
(Rotor structure realizing high gap magnetic flux density)
A first embodiment of a rotor structure of a permanent magnet type rotating electric machine according to the present invention will be described with reference to FIGS.
図1に示すように、本実施例に係る永久磁石形回転電機の回転子構造において、回転子鉄心1は、N極鉄心11と、S極鉄心12と、非磁性体からなる円環状部材13とを備えて構成されている。なお、本実施例では回転子鉄心1の一例として8極のものを示している。
As shown in FIG. 1, in the rotor structure of the permanent magnet type rotating electric machine according to the present embodiment, the
N極鉄心11とS極鉄心12とは、それぞれ周方向に等間隔に配置された四つの鉄心片11A,12Aを備えており、N極鉄心11とS極鉄心12とを周方向に一極分位相をずらして組み合わせることにより、N極鉄心11の鉄心片11Aと、S極鉄心12の鉄心片12Aとが周方向に交互に配置されるように構成されている。さらに、周方向に対して、N極鉄心11の鉄心片11AとS極鉄心12の鉄心片12Aとの間には永久磁石2が配設されており、これにより、回転子鉄心1と永久磁石2とが周方向に交互に配置された構成となっている。
The N-
図2ないし図4を用いてN極鉄心11及びS極鉄心12の構成について詳細に説明する。
The configurations of the
N極鉄心11は、図2に示すように、一つのN極側一体鉄心111と四つのN極側分割鉄心112とを軸方向に重ね合わせて構成されている。
As shown in FIG. 2, the
N極側一体鉄心111は、図3に示すように、周方向に一極置きに配置された四つのN極側一体鉄心片111Aと、それぞれのN極側一体鉄心片111Aを径方向内側で連結するN極側一体鉄心連結部111Bとから構成されている。
N極側一体鉄心片111Aはそれぞれ概ね扇形に形成されたN極側一体鉄心片本体部分111aと、該N極側一体鉄心片本体部分111aの径方向外側で周方向に沿って延びる二つのN極側一体鉄心外フランジ部111bと、N極側一体鉄心片本体部分111aの径方向内側で周方向に沿って延びるとともにN極側一体鉄心連結部111BにつながるN極側一体鉄心片基端部111cとから構成されている。
N極側一体鉄心連結部111Bは概ね環状に形成され、その内周111dの径は電動機軸3(図6参照)を嵌入可能に設定され、その外周111eの径は後述するN極側分割鉄心112の内接円に比較して小径に設定されている。
ここで、N極側一体鉄心111の回転機軸3の軸方向(以下、単に「軸方向」という)の厚さ(以下、一体鉄心厚という)をt1とする。
As shown in FIG. 3, the N-pole-side
Each of the N-pole-side
The N pole-side integrated
Here, the thickness in the axial direction (hereinafter simply referred to as “axial direction”) of the
また、N極側分割鉄心112は、図4に示すように、それぞれ概ね扇形に形成されたN極側分割鉄心本体部分112aと、N極側分割鉄心本体部分112aの径方向外側で周方向に沿って延びる二つのN極側分割鉄心外フランジ部112bと、N極側分割鉄心本体部分112aの径方向内側で周方向に沿って延びるN極側分割鉄心内フランジ部112cとから構成されている。
ここで、N極側分割鉄心112の軸方向の厚さ(以下、分割鉄心厚という)をt2とすると、分割鉄心厚t2は、一体鉄心厚t1より厚く、具体的には、t2=t1+t3(ただし、t3は円環状部材13の軸方向の厚さ)となるように形成されている。
N極側分割鉄心本体部分112a、N極側分割鉄心外フランジ部112bは、それぞれN極側一体鉄心片本体部分111a、N極側一体鉄心外フランジ部111bと軸方向の厚さを除き同形状に形成されている。
Further, as shown in FIG. 4, the N pole-
Here, when the thickness in the axial direction of the N-pole-side split core 112 (hereinafter referred to as the split core thickness) is t2, the split core thickness t2 is thicker than the integral core thickness t1, specifically, t2 = t1 + t3 ( However, t3 is formed so as to be the thickness of the
The N pole side split
本実施例においては、このように構成されるN極側一体鉄心111とN極側分割鉄心112とを、図2に示すように各N極側一体鉄心片111Aの軸方向の一端面にそれぞれN極側分割鉄心112を重ね合わせることによりN極鉄心11を構成している。なお、N極側一体鉄心片111AとN極側分割鉄心112とを例えばカシメ、接着または溶接などにより固定すれば、N極側一体鉄心111とN極側分割鉄心112とを一体的に形成することができる。
In the present embodiment, the N-pole-side
S極鉄心12は、N極鉄心11と同一形状であるので詳細な説明は省略するが、図2ないし図4に括弧で符号を示すように、一つのS極側一体鉄心121と四つのS極側分割鉄心122とを軸方向に重ね合わせて構成されている。
S極側一体鉄心121は、図3に示すようにそれぞれS極側一体鉄心片本体部121a、二つのS極側一体鉄心片外フランジ部121b、及びS極側一体鉄心片基端部121cを備える四つのS極側鉄心片121Aと、該S極側鉄心片121Aを径方向内側で連結するS極側一体鉄心連結部121Bとから構成されている。
また、S極側分割鉄心122は、図4に示すようにS極側分割鉄心本体部122aと、S極側分割鉄心外フランジ部122bと、S極側分割鉄心内フランジ部122cから構成されている。
Since the S
As shown in FIG. 3, the S-pole-side
Further, as shown in FIG. 4, the S pole
そして、S極鉄心12は、N極鉄心11と同様、図2に示すようにS極側一体鉄心121の各S極側一体鉄心片121Aの軸方向の一端面にそれぞれS極側分割鉄心122を重ね合わせることにより構成されている。S極側一体鉄心片121AとS極側分割鉄心122とをカシメ、接着または溶接などにより固定すれば、S極側一体鉄心121とS極側分割鉄心122とを一体的に形成することができる。
As in the case of the
また、円環状部材13は、その内径がN極側一体鉄心連結部111B及びS極側一体鉄心連結部121Bの内周面111d,121dの径と等しく、その外径がN極側一体鉄心連結部111B及びS極側一体鉄心連結部121Bの外周面111e,121eの径と等しくなるように形成されている。
Further, the inner diameter of the
本実施例に係る永久磁石形回転電機の回転子構造においては、上述したように構成されるN極鉄心11とS極鉄心12とを、図5に示すように円環状部材13を介して組み合わせ、一体的に固定することにより、回転子鉄心1を構成している。
In the rotor structure of the permanent magnet type rotating electric machine according to the present embodiment, the N-
より詳しくは、周方向に隣接するN極鉄心11の鉄心片11A間に、S極鉄心12の鉄心片12Aが位置するように、すなわち、円環状部材13を挟んでN極鉄心11とS極鉄心12のそれぞれN極側分割鉄心112、S極側分割鉄心122が重ね合わされる一端面側を対向させた状態から、例えばN極鉄心11を周方向に回転させて回転機極数の一極分位相をずらしたうえでN極鉄心11とS極鉄心12とを組み合わせ、一体的に固定することにより、回転子鉄心1を構成している。
More specifically, the
これにより、回転子1の軸方向の一方の端面においてはN極側分割鉄心112とS極側一体鉄心片121Aとが周方向に交互に配設され、他方の端面においてはN極側一体鉄心片111AとS極側分割鉄心122とが周方向に交互に配設された状態となる。
As a result, the N pole
ここで、N極鉄心11とS極鉄心12とは、円環状部材13を介して組み合わされている。上述したように円環状部材13は、内径が一体鉄心連結部111cの内径と同一に形成されるとともに外径が一体鉄心連結部111cの外径と同一に形成され、且つ軸方向の厚さが一体鉄心厚t1と分割鉄心厚t2との差であるt3となっている。
そのため、円環状部材13はN極側分割鉄心112及びS極側分割鉄心122の軸心側に形成される中空部に配設されることにより、N極鉄心11とS極鉄心12とを重ね合わせたときに、N極鉄心11の軸方向両端面とS極鉄心12の軸方向両端面とがそれぞれ同一面上に揃った状態となるようにすることができる。
Here, the N-
Therefore, the
なお、図1〜5に示す例では、N極側一体鉄心111とN極側分割鉄心112、S極側一体鉄心121とS極側分割鉄心122とを固定する方法としてカシメ固定を採用している。そのため、N極側一体鉄心111、N極側分割鉄心112、S極側一体鉄心121、及びS極側分割鉄心122はそれぞれカシメ固定を行うための貫通孔14を備えている。
In the examples shown in FIGS. 1 to 5, caulking is adopted as a method of fixing the N pole side integrated
このように構成される回転子鉄心1は一体鉄心111,121の内径部にて、図示しない非磁性のボスを介して回転機軸3に取り付けられるか、または非磁性の回転機軸3に直接取り付けられることで永久磁石の磁束の漏れを防止しながらも回転機軸3に回転力を伝達することができる。
The thus configured
回転子鉄心1の回転機軸3(又はボス)への締結方法の具体例としては一体鉄心111,121の内径部にてキー締結することで、回転子鉄心1を組み立てる際の位相制度を高めることができる。
また、一体鉄心111,121の内径部と回転機軸3(又はボス)にて収縮締結(圧入又は焼嵌め)も可能である。
As a specific example of a method of fastening the
Further, shrinkage fastening (press-fit or shrink fitting) is also possible with the inner diameter portions of the
上述した本発明に係る永久磁石形回転電機の回転子構造によれば、X−Y−Z三軸直交座標系において、軸方向をZ方向とした際のXY平面内では回転子1の異極間は分割されているため、XY面内方向の磁束の漏れを防止することができる。
According to the above-described rotor structure of the permanent magnet type rotating electrical machine according to the present invention, in the XYZ triaxial orthogonal coordinate system, the different polarity of the
さらに、分割鉄心厚t2を一体鉄心厚t1よりも厚くしておくことで対向するN極側一体鉄心111とS極側一体鉄心121との間における軸方向を経由する磁束の漏れを防止することができる。このことから、分割鉄心厚t2は一体鉄心厚t1に対して、軸方向への磁束漏れを防止できるだけの磁気抵抗を確保できる距離相当分以上厚くしておくことが望ましい。
Further, by making the divided core thickness t2 thicker than the integral core thickness t1, leakage of magnetic flux via the axial direction between the opposing north pole side
また、軸方向の厚さt3の非磁性体からなる円環状部材13を、N極側一体鉄心111とS極側一体鉄心121との間に組み込む構成としたことにより、N極鉄心11とS極鉄心12とを、N極鉄心11の軸方向両端面とS極鉄心12の軸方向両端面とがそれぞれ同一面上に揃った状態として回転子鉄心1の軸方向の積厚寸法を得ると同時に、N極側一体鉄心111とS極側一体鉄心121との磁気回路の短絡を回避することができる。
Further, since the
なお、本実施例に係る永久磁石形回転電機の回転子構造における他の回転子鉄心1の組立方法として、N極側一体鉄心111とN極側分割鉄心112、及びS極側一体鉄心121とS極側分割鉄心122をあらかじめ固定することなく、図6に示すようにN極側一体鉄心111、S極側一体鉄心121、N極側分割鉄心112、S極側分割鉄心122、及び板部材15,16を配置した後、これらを棒状支持部材17を用いて一括で固定することも可能である。
In addition, as an assembling method of the
ここで、板部材15,16は環状の板体でありそれぞれN極側分割鉄心112およびS極側分割鉄心122に対応する位置に上述した貫通孔14と同一形状に穿設された貫通孔15a,16aを有している。また、棒状支持部材17は円柱状に形成され貫通孔14及び貫通孔15a,16aに嵌入可能に形成されている。
Here, the
図6に示し上述した組み立て方法を用いれば、従来の完全分割鉄心を用いた回転子構造に比較して、一体鉄心111,121が存在するため、分割鉄心112,122に作用する遠心力による負荷を分散させることができ、より強固に分割鉄心112,122を保持することができるという利点が得られる。
これに対し、従来の完全分割鉄心を用いた回転子構造においては、分割鉄心を回転機軸(又はボス)に支持する部材は板部材のみであり、分割鉄心に作用する遠心力は丸棒等の棒状支持部材と板部材とに負荷されていたことから、棒状支持部材及び板部材に強度及び剛性が要求され、本実施例に係る永久磁石形回転電機の回転子構造に比較して強固に分割鉄心を保持することが困難であった。
なお、N極側一体鉄心111とN極側分割鉄心112、S極側一体鉄心121とS極側分割鉄心122をあらかじめ固定しておけば、より高強度な回転子鉄心を得ることができる。
If the assembly method shown in FIG. 6 and described above is used, the
In contrast, in a conventional rotor structure using a fully divided core, the member that supports the split core on the rotating machine shaft (or boss) is only a plate member, and the centrifugal force acting on the split core is a round bar or the like. Since the rod-like support member and the plate member are loaded, the rod-like support member and the plate member are required to have strength and rigidity, and are divided more firmly than the rotor structure of the permanent magnet type rotating electric machine according to this embodiment. It was difficult to hold the iron core.
Note that if the N-pole side integrated
このように、本実施例に係る永久磁石形回転電機の回転子構造は、従来の完全分割鉄心構造に比較して、回転機軸3との組付け精度を向上でき、また、従来の完全分割鉄心構造に比較して、組み立てが容易で量産が容易にできるという利点を有する。
Thus, the rotor structure of the permanent magnet type rotating electric machine according to the present embodiment can improve the assembly accuracy with the rotating
さらに、従来の完全一体鉄心構造と比較して、磁束の漏れを防止することができるため、高いギャップ磁束密度が得られる。 Furthermore, since the leakage of magnetic flux can be prevented as compared with the conventional fully integrated iron core structure, a high gap magnetic flux density can be obtained.
また、N極側一体鉄心111、S極側一体鉄心121の内径と回転機軸3(又はボス)とを締結するようにすれば、締結強度の信頼性が向上する。
Further, if the inner diameters of the N-pole side integrated
なお、上述した実施例においては、円環状部材13を用いて回転子鉄心1の軸方向の端面の位置決めを行う例を示したが、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、例えば、非磁性の回転機軸3(又はボス)に段付き部を設け、N極側一体鉄心111及びS極側一体鉄心121をこの段付き部に突き当てるなどして回転子鉄心1の軸方向の端面の位置決めを行うなどしてもよい。
In the above-described embodiment, the example in which the end surface in the axial direction of the
また、上述した実施例ではN極鉄心11、S極鉄心12をそれぞれ別体として形成されたN極側一体鉄心111とN極側分割鉄心112、S極側一体鉄心121とS極側分割鉄心122を重ね合わせることによって形成する例を示したが、N極鉄心11及びS極鉄心12は上述した構成に限定されるものではなく、例えば、N極側一体鉄心111とN極側分割鉄心112、S極側一体鉄心121とS極側分割鉄心122を圧粉鉄心などにより初めから一体物として製作するなど、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることは言うまでもない。
In the above-described embodiment, the
(積厚寸法の大きい回転機に適用)
図7ないし図9を用いて本発明に係る永久磁石形回転電機の回転子構造の第2の実施例について説明する。
(Applicable to rotating machines with large thickness)
A second embodiment of the rotor structure of the permanent magnet type rotating electric machine according to the present invention will be described with reference to FIGS.
本実施例は、上述した第1の実施例において説明した回転子鉄心1を軸方向に複数(本実施例では四つ)積層して積層型の回転子鉄心(以下、積層型回転子鉄心という)10を構成したものである。すなわち、図7に示すように、積層型回転子鉄心10は、四つの回転子鉄心1A〜1Dを軸方向に積層して構成されている。なお、図7及び図8に示す回転子鉄心1A〜1Dは、図1ないし図6に示し上述した回転子鉄心1と同一の構成を備えるものであり、以下、実施例1において説明した部材と同様の作用効果を奏する部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
In this embodiment, a plurality of
図8及び図9に示すように、回転子鉄心1Aと回転子鉄心1B、回転子鉄心1Bと回転子鉄心1C、回転子鉄心1Cと回転子鉄心1Dは軸方向に相互に鏡面対称に配置されている。換言すると、回転子鉄心1Aと回転子鉄心1C、回転子鉄心1Bと回転子鉄心1Dが同一の向きに配置されている。周方向においてN極鉄心11とS極鉄心12との間には永久磁石2が配設されている。
As shown in FIGS. 8 and 9, the
つまり、軸方向に相互に隣接する回転子鉄心1Aと回転子鉄心1B、回転子鉄心1Cと回転子鉄心1DとはN極側一体鉄心片111A同士及びS極側分割鉄心122同士が対向配置され、回転子鉄心1Bと回転子鉄心1CとはN極側分割鉄心112同士及びS極側一体鉄心片121A同士が対向配置されている。このように、本実施例に係る永久磁石形回転電機の回転子構造においては、軸方向において一体鉄心同士、又は分割鉄心同士が軸方向に隣り合うように配置されている。
That is, the
なお、本実施例に係る永久磁石形回転電機の回転子構造においては、N極側分割鉄心112及びS極側分割鉄心122に作用する遠心力および回転力はそれぞれN極側一体鉄心111及びS極側一体鉄心121が負担することとなる。そのため、N極側一体鉄心111とN極側分割鉄心112との固定部の強度、及びS極側一体鉄心121とS極側分割鉄心122との固定部の強度、及びN極側一体鉄心111、S極側一体鉄心121の強度に応じて一体鉄心厚t1及び分割鉄心厚t2を決定し、回転機として必要な厚さとなる個数だけ回転子鉄心1を軸方向に積層することで、積層型回転子鉄心10を構成するものとする。
In the rotor structure of the permanent magnet type rotating electric machine according to the present embodiment, the centrifugal force and the rotational force acting on the N pole
また、図7,8に示す例では、上述した実施例1同様、N極側一体鉄心111とN極側分割鉄心112、S極側一体鉄心122とS極側分割鉄心122とを固定する方法としてカシメ固定を採用している。そのため、N極側一体鉄心111、N極側分割鉄心112、S極側一体鉄心122、及びS極側分割鉄心122はそれぞれカシメ固定を行うための貫通孔14を備えている。
In the example shown in FIGS. 7 and 8, the method of fixing the N pole side integrated
このように構成される積層型回転子鉄心10はN極側一体鉄心111、S極側一体鉄心121の内径部にて、図示しない非磁性のボスを介して回転機軸3に取り付けられるか、または非磁性の回転機軸3に直接取り付けられることで永久磁石2の磁束の漏れを防止しながらも回転機軸3に回転力を伝達することができる。
The
積層型回転子鉄心10の回転機軸3(又はボス)への締結方法の具体例としては、第1の実施例と同様、N極側一体鉄心111、S極側一体鉄心121の内径部にてキー締結することで、積層型回転子鉄心10を組み立てる際の位相精度を高めることができる。
また、N極側一体鉄心111、S極側一体鉄心121の内径部と回転機軸3(又はボス)にて収縮締結(圧入又は焼嵌め)も可能である。
As a specific example of the method of fastening the
Further, shrinkage fastening (press-fit or shrink fitting) is also possible by the inner diameter portion of the N-pole side integrated
また、図9に示すように実施例1と同様、N極側一体鉄心111とN極側分割鉄心112、及びS極側一体鉄心121とS極側分割鉄心122をあらかじめ固定することなく、N極側一体鉄心111、S極側一体鉄心121、N極側分割鉄心112、S極側分割鉄心122、及び板部材15,16を配置した後、これらを棒状支持部材17を用いて一括で固定することも可能である。
Further, as shown in FIG. 9, similarly to the first embodiment, the N pole side integrated
図9に示すような構成とすれば、棒状支持部材17はN極側分割鉄心112、S極側分割鉄心122に対応する部分にのみ該N極側分割鉄心112、S極側分割鉄心122の遠心力による負荷がかかることとなるため、棒状支持部材17と各N極側一体鉄心111、S極側一体鉄心121との固定端にN極側分割鉄心112、S極側分割鉄心122の遠心力による応力を分散することが可能となり、従来の完全分割鉄心を用いた回転子構造に比較して、応力の絶対値を低減させることができる。
With the configuration shown in FIG. 9, the rod-shaped
これに対し、従来の完全分割鉄心を用いた回転子構造においては、全ての分割鉄心の遠心力による応力が棒状支持部材の軸方向両端面に配置される板部材との固定端の間に負荷される構成であったため、積層型回転子鉄心の積厚が増加するほど、径方向外側に撓みやすく、板部材との固定端にかかる応力が過大になっていた。 On the other hand, in the conventional rotor structure using a fully divided core, the stress due to the centrifugal force of all the split cores is applied between the fixed ends of the rod members that are arranged on both end surfaces in the axial direction. Therefore, the greater the thickness of the laminated rotor core, the more easily it is deflected radially outward and the stress applied to the fixed end with the plate member becomes excessive.
なお、N極側一体鉄心111とN極側分割鉄心112、S極側一体鉄心121とS極側分割鉄心122をあらかじめ固定しておくことにより、さらに高強度な積層型回転子鉄心10を得られることは、実施例1において説明したとおりである。
The N-pole side integrated
上述した本実施例に係る永久磁石形回転電機の回転子構造によれば、軸方向を経由する磁束の漏れを防止することができることに加え、実施例1において説明した回転子鉄心1を一つのユニットとして、該一つのユニットについて必要な強度を検討すればよく、強度的に回転機の必要鉄心積厚に依存しない回転子構造を得ることができる。換言すると、積層型回転子鉄心10全体の強度及び剛性が回転子鉄心1の積層数に依存しないため、回転子鉄心1が必要な強度を満たしてさえいれば、積層型回転子鉄心10全体について必要な強度を得られることとなる。
According to the rotor structure of the permanent magnet type rotating electrical machine according to the above-described embodiment, in addition to preventing leakage of magnetic flux passing through the axial direction, the
このように、鉄心積厚の大きい回転機に適用する場合には図1に示し上述した回転子鉄心1を一つのユニットとして、該ユニットの数を増加させることで対応でき、ユニット数に応じて積厚内にN極側一体鉄心111、S極側一体鉄心121も増加することとなるため、回転機軸3との締結強度も合わせて増加させることができる。すなわち、回転子鉄心1の積厚に対する棒状支持部材17の強度および剛性の依存性が低いため、積厚の大きい電動機にも容易に対応することができる。
Thus, when applied to a rotating machine having a large core thickness, the
(ギャップ磁束密度の向上)
図10および図11を用いて本発明に係る永久磁石形回転電機の回転子構造の第3の実施例について説明する。
(Improvement of gap magnetic flux density)
A third embodiment of the rotor structure of the permanent magnet type rotating electric machine according to the present invention will be described with reference to FIGS. 10 and 11.
図10に示すように、本実施例に係る永久磁石形回転電機の回転子構造は、上述した第2の実施例に係る永久磁石形回転電機の回転子構造において、N極側分割鉄心112とS極側一体鉄心連結部121Bとの間に形成される間隙、及び、N極側一体鉄心連結部111BとS極側分割鉄心122との間に形成される間隙に、径方向に着磁された永久磁石4を配設するものである。その他の構成については上述した第2の実施例に係る永久磁石形回転電機の回転子構造と同様であり、以下、同様の作用効果を奏する部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
As shown in FIG. 10, the rotor structure of the permanent magnet type rotating electric machine according to the present embodiment is the same as the rotor structure of the permanent magnet type rotating electric machine according to the second embodiment described above. It is magnetized in the radial direction in the gap formed between the south pole side integral
ここで、第2の実施例において説明したように、本実施例に係る永久磁石形回転電機の回転子構造においては、軸方向においてN極側一体鉄心111、S極側一体鉄心121同士、又はN極側分割鉄心112、S極側分割鉄心122同士が隣り合うように配置されている。
Here, as explained in the second embodiment, in the rotor structure of the permanent magnet type rotating electric machine according to the present embodiment, the N pole side integrated
そのため、本実施例においては図11に示すように、軸方向両端に位置する分割鉄心(図11ではN極側分割鉄心112)と一体鉄心連結部(図11ではS極側一体鉄心連結部121B)との間の間隙に配設される永久磁石4(以下、第一永久磁石41という)は軸方向の厚さをt2とする一方、軸方向両端以外ではN極側分割鉄心112、S極側分割鉄心122、N極側一体鉄心連結部121B、及びS極側一体鉄心連結部111Bはそれぞれ二つが軸方向に隣り合った状態となっているため、このN極側分割鉄心112とN極側一体鉄心連結部121B、またはS極側分割鉄心122とN極側一体鉄心連結部111Bの間に形成される間隙に配設される永久磁石4(以下、第二永久磁石42という)は軸方向の厚さをt2×2としている。
Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 11, the split cores (N pole
なお、本実施例のように回転子が複数の回転子鉄心1を積層してなる場合、実施例1において説明した回転子鉄心1を一つのユニットとして、それぞれのユニットを積層する過程において永久磁石4(41または42)を順次組み込むようにすればよい。
When the rotor is formed by laminating a plurality of
上述した本実施例に係る永久磁石形回転電機の回転子構造によれば、N極側分割鉄心112とN極側一体鉄心連結部121B、またはS極側分割鉄心122とN極側一体鉄心連結部111Bとの間に形成される間隙に径方向に着磁された永久磁石4(41または42)を配設することで、図10(b)に矢印で示すように永久磁石2の内外径部に回転子鉄心10による磁気回路が存在するため、回転子鉄心10と図示しない回転機軸(又はボス)との締結強度を備えながらも効果的にギャップ磁束密度の向上を図ることができる。
According to the rotor structure of the permanent magnet type rotating electric machine according to the above-described embodiment, the N pole
なお、本実施例においては、上述した第2の実施例に係る永久磁石形回転電機の回転子構造においてN極側分割鉄心112とN極側一体鉄心連結部121B、またはS極側分割鉄心122とN極側一体鉄心連結部111Bとの間隙に径方向に着磁された永久磁石4を配設する例を示したが、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、例えば、上述した第1の実施例に係る永久磁石形回転電機の回転子構造においてN極側分割鉄心112とN極側一体鉄心連結部121B、またはS極側分割鉄心122とN極側一体鉄心連結部111Bとの間隙に径方向に着磁された永久磁石4を配設する等、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることは言うまでもない。
In this embodiment, in the rotor structure of the permanent magnet type rotating electric machine according to the second embodiment described above, the N pole
本発明は、永久磁石形回転電機の回転子構造に適用して好適なものである。 The present invention is suitable for application to a rotor structure of a permanent magnet type rotating electrical machine.
1,1A〜1D,10 回転子鉄心
2 永久磁石
3 回転機軸
4 永久磁石
11 N極鉄心
11A 鉄心片
12 S極鉄心
12A 鉄心片
41 第一永久磁石
42 第二永久磁石
111 N極側一体鉄心
111A N極側一体鉄心片
111B N極側一体鉄心連結部
111a N極側一体鉄心片本体部分
111b N極側一体鉄心外フランジ部
111c N極側一体鉄心片基端部
111d N極側一体鉄心連結部内周
111e N極側一体鉄心連結部外周
112 N極側分割鉄心
112a N極側分割鉄心本体部分
112b N極側分割鉄心外フランジ部
112c N極側分割鉄心内フランジ部
121 S極側一体鉄心
121A S極側一体鉄心片
121B S極側一体鉄心連結部
121a S極側一体鉄心片本体部分
121b S極側一体鉄心外フランジ部
121c S極側一体鉄心片基端部
121d S極側一体鉄心連結部内周
121e S極側一体鉄心連結部外周
122 S極側分割鉄心
122a S極側分割鉄心本体部分
122b S極側分割鉄心外フランジ部
122c S極側分割鉄心内フランジ部
1, 1A to 1D, 10
Claims (5)
前記回転子鉄心が、それぞれ周方向に一極置きに配置される複数の一体鉄心片及び前記複数の一体鉄心片を径方向内側で一体的に連結する一体鉄心連結部からなる一体鉄心と、前記複数の一体鉄心片の軸方向一端面にそれぞれ重ね合わされる複数の分割鉄心とから構成されるN極鉄心及びS極鉄心とを備え、
前記N極鉄心と前記S極鉄心とが、前記軸方向一端面が対向するように且つ前記N極鉄心と前記S極鉄心とが周方向に交互に配設されるように組み合わされた
ことを特徴とする永久磁石形回転電機の回転子構造。 In the rotor structure of a permanent magnet type rotating electrical machine having a configuration in which a rotor core and permanent magnets are alternately arranged in the circumferential direction,
The rotor core is composed of a plurality of integral core pieces arranged at every other pole in the circumferential direction, and an integral core consisting of an integral core connecting portion that integrally connects the plurality of integral core pieces radially inward, and An N-pole iron core and an S-pole iron core each composed of a plurality of divided iron cores respectively superimposed on one axial end surface of the plurality of integral iron core pieces;
The N pole iron core and the S pole iron core are combined such that the one end surfaces in the axial direction face each other and the N pole iron core and the S pole iron core are alternately arranged in the circumferential direction. The rotor structure of the permanent magnet type rotating electric machine characterized by the above.
ことを特徴とする請求項1記載の永久磁石形回転電機の回転子構造。 Compared to the axial thickness of the integral iron core, the axial thickness of the divided core is configured to be thicker by a predetermined thickness that is equal to or more than a distance that can secure a magnetic resistance that prevents magnetic flux leakage in the axial direction. The rotor structure of the permanent magnet type rotating electric machine according to claim 1.
ことを特徴とする請求項2記載の永久磁石形回転電機の回転子構造。 The rotor structure of the permanent magnet type rotating electric machine according to claim 2, wherein an annular member having the predetermined thickness is interposed between the N pole iron core and the S pole iron core in the axial direction. .
ことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の永久磁石形回転電機の回転子構造。 The rotor structure of the permanent magnet type rotating electric machine according to any one of claims 1 to 3, wherein a plurality of the rotor cores are laminated in an axial direction.
前記間隙に径方向に着磁された他の永久磁石を配設した
ことを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の永久磁石形回転電機の回転子構造。 The rotor core has a gap between the integral core connecting portion and the split core with respect to the radial direction;
The rotor structure of the permanent magnet type rotating electric machine according to any one of claims 1 to 4, wherein another permanent magnet magnetized in a radial direction is disposed in the gap.
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