JP2014003785A - Permanent magnet type rotary electrical machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固定子と、その固定子に対し所定の空隙を有して対向する回転子とを備えた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 including a stator and a rotor facing the stator with a predetermined gap.
永久磁石式回転電機の一例として埋込磁石形の回転電機を例示できる。埋込磁石形の永久磁石式回転電機は、円筒状フレームの内周側に固定子が配置され、この固定子の内周側に所定の空隙を隔てて回転子が配置される。回転子は回転軸に支持されて回転自在とされる。回転子は、その回転子鉄心内に自身軸方向に貫通して形成された複数の磁石挿入スロットを有し、各磁石挿入スロットに永久磁石が装着される。この種の永久磁石式回転電機は、永久磁石から発生する磁束を、固定子に備える励磁コイルとの鎖交磁束量に応じて発生するマグネットトルクと、回転子鉄心の磁気抵抗(リラクタンス)とを利用する。この種の永久磁石式回転電機は、小型で高出力、高効率な回転電機として広く用いられている。 An example of a permanent magnet type rotating electrical machine is an embedded magnet type rotating electrical machine. In the permanent magnet type rotating electric machine of the embedded magnet type, a stator is disposed on the inner peripheral side of the cylindrical frame, and the rotor is disposed on the inner peripheral side of the stator with a predetermined gap. The rotor is supported by a rotating shaft and is rotatable. The rotor has a plurality of magnet insertion slots formed in the rotor iron core so as to penetrate in the axial direction, and a permanent magnet is mounted in each magnet insertion slot. This type of permanent magnet type rotating electrical machine generates a magnetic torque generated from a permanent magnet according to the amount of magnetic flux linkage with an exciting coil provided in a stator, and a magnetic resistance (reluctance) of a rotor core. Use. This type of permanent magnet rotating electric machine is widely used as a rotating electric machine that is small, has a high output, and is highly efficient.
ところで、この種の永久磁石式回転電機において、特に耐振動用途、耐衝撃用途、高速回転用途などでは、回転子鉄心が、外部荷重や、遠心力、シャフトと回転子鉄心の締め代などにより発生する応力に耐えうる構造としなければならない。ここで、上記磁石挿入スロットの横断面形状が、例えば長方形等である場合、その長方形状の角部に応力が集中し、永久磁石の飛散や、回転子鉄心の破損が生じるおそれがある。 By the way, in this type of permanent magnet type rotating electrical machine, especially in vibration-proof applications, shock-proof applications, high-speed rotation applications, etc., the rotor core is generated by external load, centrifugal force, shaft and rotor core tightening margin, etc. The structure must be able to withstand the stress. Here, when the cross-sectional shape of the magnet insertion slot is, for example, a rectangle or the like, stress concentrates on the corners of the rectangle, and the permanent magnet may be scattered or the rotor core may be damaged.
以下、従来の回転子の横断面形状を図16および図17に示す例を参照して説明する。なお、図16、17では、永久磁石式回転電機のうち、回転子の一極分の図を表し、固定子を含む回転電機全体の図示は省略している。
図16に示すように、従来の回転子101は、磁石挿入スロット103内での永久磁石4の動きを拘束する係止部として、周方向に離隔して対向配置された一対の磁石ストッパー部9a,9bを有する。一対の磁石ストッパー部9a,9bは、相互の段部間に挿入された永久磁石4を段部で挟持することで永久磁石4を固定するようになっている。そのため、この磁石ストッパー部9a,9bの段部の角部に応力が集中する。
Hereinafter, the cross-sectional shape of a conventional rotor will be described with reference to the examples shown in FIGS. 16 and 17 show one pole of the rotor among the permanent magnet type rotating electric machines, and the entire rotating electric machine including the stator is not shown.
As shown in FIG. 16, the
ここで、磁石挿入スロット3が回転中心のシャフト5に向かって多角形状に配置されている場合、前記ストッパー部9a,9bの段部角部での応力集中は、各磁石挿入スロット3における磁極中央のブリッジ(分割部)6の基端部に形成されている磁石ストッパー部9aの角部に発生する。これは、複数の磁石挿入スロット3が全体として多角形状に配置されることで、磁極中央側の磁石ストッパー部9aの角部の、回転中心を基準とする径方向の位置R1が、周方向において反対側の磁石ストッパー部9bの角部の、回転中心を基準とする径方向の位置R2と比べて径方向寸法が小さい配置となり(図16参照)、R1<R2の関係が成り立つことによる。つまり、円筒形状の周方向締め代(δ)における応力(σ)は、以下の(式1)で概略表わされる。
σ=E×(δ/r)×(δ/R) (式1)
ただし、E:ヤング率、δ:締め代、r:内径、R:外径、である。
(式1)から、外径Rの値が小さいほど、締め代(δ)により発生する応力(σ)が大きくなることがわかる。
Here, when the
σ = E × (δ / r) × (δ / R) (Formula 1)
However, E: Young's modulus, δ: interference, r: inner diameter, R: outer diameter.
From (Equation 1), it can be seen that the smaller the value of the outer diameter R, the greater the stress (σ) generated by the interference (δ).
また、回転子の回転に伴う遠心力(F)は以下の(式2)で表される。
F=m・ra・ω2 (式2)
ただし、m:質量、ra:重心半径、ω:回転速度である。つまり、図17に示すように、回転子鉄心102に加わる遠心力の重心位置G、およびその重心位置Gと極中央側のブリッジ6との位置関係から、純粋な遠心力は極中央側のブリッジ6が負担することとなり、やはり磁石挿入スロット3の磁極中央側の磁石ストッパー部9aの角部の応力が高くなる。
Moreover, the centrifugal force (F) accompanying rotation of a rotor is represented by the following (Formula 2).
F = m · ra · ω 2 (Formula 2)
Where m is mass, ra is radius of center of gravity, and ω is rotational speed. That is, as shown in FIG. 17, from the position of the center of gravity G of the centrifugal force applied to the
このように、この種の永久磁石式回転電機においては、シャフト5と回転子鉄心102の締め代(δ)により発生する応力(σ)が極中央側のブリッジ6の近傍に発生するとともに、回転子の回転に伴う遠心力(F)から発生する応力が、主に極中央側のブリッジ6の近傍で高くなる。
そこで、近年、永久磁石式回転電機の磁石の固定方法の改良に関する技術が種々提案されている。例えば特許文献1記載の技術では、磁石挿入スロット(同文献では永久磁石埋め込み穴と呼称)の両端部を円弧形状とし、さらに、永久磁石を着磁方向のいずれか一方の面に設けた係止部で支持することにより、応力の軽減を図っている。
As described above, in this type of permanent magnet type rotating electrical machine, the stress (σ) generated by the interference (δ) between the
Therefore, in recent years, various techniques relating to improvement of the magnet fixing method of the permanent magnet type rotating electrical machine have been proposed. For example, in the technique described in
また、例えば特許文献2記載の技術では、永久磁石と回転子鉄心(同文献では透磁性積層部材と呼称)との隙間を含浸硬化された樹脂材で埋めて永久磁石を固定する構造としている。
また、例えば特許文献3記載の技術では、磁石挿入スロット(同文献では永久磁石埋め込み穴と呼称)の両端部に円弧形状の空隙部を残し、磁石ストッパー部(同文献では永久磁石位置決め用の突起と呼称)の付根をR形状に加工することで、磁石ストッパー部の角部の応力軽減を図っている。
また、例えば特許文献4記載の技術では、永久磁石と磁石挿入スロット(同文献では永久磁石挿入孔と呼称)の接触可能な表面積を、内径側よりも外径側に広くする磁石固定構造としている。
For example, in the technique described in
Further, for example, in the technique described in
Further, for example, in the technique described in
しかしながら、特許文献1記載の技術では、永久磁石を着磁方向のいずれか一方の面に設けた係止部で永久磁石を支持するため、回転子の回転に伴う遠心力により永久磁石が移動しようとするズレ方向と、永久磁石にかける圧力方向とがほぼ直角方向となる。そのため、磁石ストッパー部の係止部の基部に応力が集中するという問題が依然残されている。したがって、永久磁石の保持力を確保する上で未だ改善の余地がある。
また、特許文献2記載の技術では、樹脂材の含浸時および硬化時の温度と永久磁石の減磁温度との問題や、樹脂材の含浸後に着磁を実施するヨークの限界寸法から回転子外径が制約を受けるという問題、あるいは、含浸とヨークなどの設備投資に関する問題等がある。
However, in the technique described in
Further, in the technique described in
また、特許文献3記載の技術では、磁石ストッパー部の係止部の角部をR形状にすることから、磁石挿入スロット内における磁石ストッパー部が占める横断面積の割合が大きくなる。そのため、磁石挿入スロットに対して永久磁石の幅を有効的に広げることができないという問題がある。したがって、誘起電圧を高めることが困難である。
また、特許文献4記載のような構成によれば、回転子鉄心の締め代に対する応力は軽減されるものの、遠心力や外部荷重が高い場合には、依然として磁石ストッパー部の係止部の角部に応力が集中するという未解決の問題が残される。
Moreover, in the technique of
Further, according to the configuration described in
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、従来形成されていた磁極中央側の磁石係止部(磁石ストッパー部)を無くすことができ、回転子鉄心に発生する応力集中を防止または緩和し得る永久磁石式回転電機を提供することである。
また、本発明は、永久磁石を支持する部分の応力集中を防止または緩和しつつ、永久磁石の保持力の確保が容易な永久磁石式回転電機を提供することである。さらに、永久磁石を支持する部分の応力集中を防止または緩和しつつも、永久磁石の幅を有効的に広げて誘起電圧を高めることができる永久磁石式回転電機を提供することである。
Therefore, the present invention has been made paying attention to such a problem, and can eliminate the conventionally formed magnet locking portion (magnet stopper portion) on the magnetic pole center side, so that the rotor iron core can be removed. It is an object of the present invention to provide a permanent magnet type rotating electrical machine that can prevent or alleviate the stress concentration that occurs.
Another object of the present invention is to provide a permanent magnet type rotating electrical machine that can easily secure a holding force of a permanent magnet while preventing or alleviating stress concentration in a portion that supports the permanent magnet. It is another object of the present invention to provide a permanent magnet type rotating electrical machine capable of increasing the induced voltage by effectively widening the width of the permanent magnet while preventing or alleviating stress concentration in the portion supporting the permanent magnet.
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る永久磁石式回転電機は、励磁コイルを巻装した固定子と、該固定子に対し所定の空隙を隔てて対向配置される回転子とを備える永久磁石式回転電機であって、前記回転子は、自身の回転子鉄心内に軸方向に貫通して形成された複数の磁石挿入スロットと、各磁石挿入スロットそれぞれに対して周方向で隣り合う磁極が異極性となるように挿入された複数の永久磁石とを有し、前記複数の磁石挿入スロットは、周方向で隣り合う他の磁石挿入スロットに対して前記永久磁石の磁極の同極側で相互に分割され、該相互に分割された複数の磁石挿入スロット全体が前記回転子の中心軸に向けて多角形状に配置されており、前記各磁石挿入スロットは、前記複数の永久磁石の磁極の異極側となる磁極中央の位置に各磁石挿入スロット形状を分割する分割部を有するとともに、前記分割部の角の内周形状が、曲面形状とされるとともに、前記分割部と前記永久磁石との間に、バネ弾性を有する磁石保持部材が介装されていることを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, a permanent magnet type rotating electrical machine according to an aspect of the present invention includes a stator around which an exciting coil is wound, and a rotor disposed to face the stator with a predetermined gap therebetween. The rotor includes a plurality of magnet insertion slots formed in the rotor iron core so as to penetrate in the axial direction, and a circumferential direction with respect to each of the magnet insertion slots. A plurality of permanent magnets inserted such that adjacent magnetic poles have different polarities, and the plurality of magnet insertion slots are the same as the magnetic poles of the permanent magnets with respect to other magnet insertion slots adjacent in the circumferential direction. The plurality of magnet insertion slots divided into each other on the pole side are arranged in a polygonal shape toward the central axis of the rotor, and each of the magnet insertion slots includes the plurality of permanent magnets. Magnetic pole on the opposite side of the magnetic pole In addition to having a split portion that divides each magnet insertion slot shape at the center position, the inner peripheral shape of the corner of the split portion is a curved surface shape, and spring elasticity is provided between the split portion and the permanent magnet. The magnet holding member which has is interposed, It is characterized by the above-mentioned.
本発明の一態様に係る永久磁石式回転電機によれば、磁極中央側の分割部(ブリッジ)と永久磁石との間にバネ弾性を有する磁石保持部材を介装したので、従来形成されていた磁極中央側の磁石係止部(磁石ストッパー部)を無くし、回転子鉄心に発生する応力集中を防止または緩和することができる。よって、磁石挿入スロット内の永久磁石の飛散や、回転子鉄心の破損の防止またはその抑制が可能となる。 According to the permanent magnet type rotating electrical machine according to one aspect of the present invention, since the magnet holding member having spring elasticity is interposed between the split portion (bridge) on the magnetic pole center side and the permanent magnet, it has been conventionally formed. By eliminating the magnet locking part (magnet stopper part) on the magnetic pole center side, stress concentration occurring in the rotor core can be prevented or alleviated. Therefore, it is possible to prevent or suppress the scattering of the permanent magnets in the magnet insertion slot and the breakage of the rotor core.
また、本発明の一態様に係る永久磁石式回転電機によれば、遠心力により永久磁石が移動しようとする方向が、磁石保持部材によって永久磁石を保持する力の向きと平行となる。そのため、永久磁石を支持する部分の応力集中を防止または緩和しつつ、永久磁石の保持力を確保することが容易となる。さらに、分割部の角の内周形状を曲面形状としたので、応力集中を防止または緩和しつつも、永久磁石の幅を有効的に広げて誘起電圧を高めることができる。 Further, according to the permanent magnet type rotating electrical machine according to one aspect of the present invention, the direction in which the permanent magnet moves due to the centrifugal force is parallel to the direction of the force that holds the permanent magnet by the magnet holding member. Therefore, it becomes easy to ensure the holding force of the permanent magnet while preventing or alleviating stress concentration at the portion supporting the permanent magnet. Further, since the inner peripheral shape of the corners of the divided portions is a curved surface shape, the induced voltage can be increased by effectively widening the width of the permanent magnet while preventing or alleviating stress concentration.
ここで、本発明の一態様に係る永久磁石式回転電機において、前記磁石保持部材が、前記回転子の軸方向に沿って螺旋形状をなしていることは好ましい。このような構成であれば、螺旋の軸方向に磁石保持部材を引っ張ることで、螺旋の径を細くすることが可能であり、また、軸方向に圧縮することで、螺旋の径を太くすることが可能となる。これにより、永久磁石と分割部(ブリッジ)の隙間に容易に磁石保持部材を挿入し、永久磁石を保持することができる。また、特殊な加工を必要としないため、磁石保持部材の製造コストも抑えることができる。 Here, in the permanent magnet type rotating electrical machine according to one aspect of the present invention, it is preferable that the magnet holding member has a spiral shape along the axial direction of the rotor. With such a configuration, it is possible to reduce the diameter of the spiral by pulling the magnet holding member in the axial direction of the spiral, and to increase the diameter of the spiral by compressing in the axial direction. Is possible. Thereby, a magnet holding member can be easily inserted in the clearance gap between a permanent magnet and a division part (bridge), and a permanent magnet can be held. Further, since no special processing is required, the manufacturing cost of the magnet holding member can be reduced.
また、本発明の一態様に係る永久磁石式回転電機において、前記磁石保持部材が、前記回転子の軸方向に沿って連続する波形形状をなしていることは好ましい。このような構成であれば、波の連続する方向に磁石保持部材を引っ張ることで、波の高さ方向の寸法を小さく(波の幅を薄く)することが可能であり、また、波の連続する方向に圧縮することで、波の高さ方向の寸法を大きく(波の幅を厚く)することができる。これにより、永久磁石と分割部(ブリッジ)の隙間に容易に磁石保持部材を挿入して、永久磁石を保持することができる。また、特殊な加工を必要としないため、磁石保持部材の製造コストも抑えることができる。 In the permanent magnet type rotating electrical machine according to one aspect of the present invention, it is preferable that the magnet holding member has a waveform shape continuous along the axial direction of the rotor. With such a configuration, it is possible to reduce the dimension in the wave height direction (thinning the wave width) by pulling the magnet holding member in the wave continuous direction. By compressing in the direction in which the wave is compressed, the dimension in the wave height direction can be increased (the wave width is increased). Thereby, a permanent magnet can be hold | maintained by inserting a magnet holding member easily in the clearance gap between a permanent magnet and a division part (bridge). Further, since no special processing is required, the manufacturing cost of the magnet holding member can be reduced.
また、本発明の一態様に係る永久磁石式回転電機において、前記磁石保持部材が弾性体であり、前記磁石保持部材の横断面が、円、半円、四角形または三角形状であることは好ましい。このような構成であれば、用途に合わせて磁石保持力を適宜調整する上で好適である。
また、本発明の一態様に係る永久磁石式回転電機において、前記磁石保持部材は、素材が平板状の弾性体であり、該平板状の弾性体が軸方向とは直角方向に折り曲げて成形されていることは好ましい。このような構成であれば、軸方向に磁石保持部材を引っ張ることで、横断面積を狭くすることが可能であり、また、軸方向に圧縮することで、横断面積を広くすることが可能となる。さらに、弾性体は柔軟性に優れているため、複雑な隙間にも挿入できるというメリットがある。これにより、永久磁石と分割部(ブリッジ)の隙間に容易に磁石保持部材を挿入し、永久磁石を保持することが可能となる。また、特殊な加工を必要としないため、磁石保持部材の製造コストも抑えることができる。
In the permanent magnet type rotating electrical machine according to one aspect of the present invention, it is preferable that the magnet holding member is an elastic body, and a cross section of the magnet holding member is a circle, a semicircle, a quadrangle, or a triangle. Such a configuration is suitable for appropriately adjusting the magnet holding force according to the application.
Further, in the permanent magnet type rotating electrical machine according to one aspect of the present invention, the magnet holding member is made of a plate-like elastic body, and the plate-like elastic body is bent in a direction perpendicular to the axial direction. It is preferable. With such a configuration, it is possible to narrow the cross-sectional area by pulling the magnet holding member in the axial direction, and it is possible to widen the cross-sectional area by compressing in the axial direction. . Furthermore, since the elastic body is excellent in flexibility, there is an advantage that it can be inserted into a complicated gap. Thereby, it becomes possible to easily insert the magnet holding member into the gap between the permanent magnet and the divided portion (bridge) to hold the permanent magnet. Further, since no special processing is required, the manufacturing cost of the magnet holding member can be reduced.
また、本発明の一態様に係る永久磁石式回転電機において、前記回転子が、前記回転子鉄心に自身軸方向の両端に装着される端板を有し、該端板によって前記磁石保持部材が前記磁石挿入スロット内で自身軸方向が固定されていることは好ましい。このような構成であれば、磁石保持部材の自身軸方向での移動を拘束する構成として好適である。 Moreover, in the permanent magnet type rotating electrical machine according to one aspect of the present invention, the rotor has end plates attached to both ends of the rotor core in the axial direction, and the magnet holding member is provided by the end plates. It is preferable that the axial direction is fixed in the magnet insertion slot. Such a configuration is suitable as a configuration for restraining the movement of the magnet holding member in the axial direction.
上述のように、本発明によれば、従来形成されていた磁極中央側の磁石係止部(磁石ストッパー部)を無くし、回転子鉄心に発生する応力集中を防止または緩和することができる。また、永久磁石を支持する部分の応力集中を防止または緩和しつつ、永久磁石の保持力の確保が容易である。また、応力集中を防止または緩和しつつも、永久磁石の幅を有効的に広げて誘起電圧を高めることができる。 As described above, according to the present invention, the conventionally formed magnet locking portion (magnet stopper portion) on the magnetic pole center side can be eliminated, and stress concentration generated in the rotor core can be prevented or alleviated. In addition, it is easy to ensure the holding force of the permanent magnet while preventing or alleviating stress concentration at the portion supporting the permanent magnet. In addition, the induced voltage can be increased by effectively expanding the width of the permanent magnet while preventing or alleviating stress concentration.
以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。
この埋込磁石形の永久磁石式回転電機は、図1に要部の分解斜視図を示すように、円筒状フレーム20の内周側に固定子30が配置され、この固定子30の内周側に所定の空隙(エアギャップ)を隔てて回転子1が配置される。回転子1はシャフト5に支持されて回転自在になっている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate.
In this embedded magnet type permanent magnet type rotating electrical machine, as shown in an exploded perspective view of a main part in FIG. 1, a
回転子1は、図2に要部を拡大図示するように、回転子鉄心2内に形成された磁石挿入スロット3と、この磁石挿入スロット3に装着された永久磁石4とを備えている。そして、この永久磁石4から発生する磁束を、上記固定子30に備える励磁コイル(不図示)との鎖交磁束量に応じて発生するマグネットトルクと、回転子鉄心2の磁気抵抗(リラクタンス)とを利用して回転子1を回転させるようになっている。なお、励磁コイルの巻き方については大別すると集中巻と分布巻とに分けられる。本発明は、集中巻及び分布巻の両者において効果を発揮するものであり、巻き方を限定するものではない。
The
ここで、この回転子1は、回転子鉄心2内にシャフト5の軸方向(図2での紙面の方向)に貫通して形成された複数の磁石挿入スロット3と、磁石挿入スロット3に周方向に隣り合う磁極が異極性となるように一文字に挿入された一対の永久磁石4とを有する。なお、一対の永久磁石4の磁石配置は一文字に限定されず、例えばV字配置でもよい。永久磁石4の種類として、たとえばネオジム磁石やフェライト磁石が適用できるが、これらに限定されるものではない。
Here, the
複数の磁石挿入スロット3は、周方向で隣り合う他の磁石挿入スロット3に対して永久磁石4の磁極の同極側で相互に分割され、該相互に分割された複数の磁石挿入スロット3全体が回転子1の中心軸となるシャフト5に向けて多角形状(本実施形態は、図1に示すように、六角形状とされた6極機の例)に配置されている。なお、本実施形態は6極機の例であるが、これに限定するものではない。
The plurality of
各磁石挿入スロット3は、前記一対の永久磁石4の磁極の異極側となる磁極中央の位置に各磁石挿入スロット形状を左右に二分割する分割部であるブリッジ6を有する。なお、本実施形態は、同極内の磁石挿入スロット3が中央のブリッジ6で左右に二分割されている例を示すが、これに限定するものではない。そして、磁石挿入スロット3の磁極中央側のブリッジ6の内周6nを曲面形状(この例では略円弧状)とし、前記磁石挿入スロット3の磁極中央側のブリッジ6と永久磁石4の間にバネ弾性を有する磁石保持部材7が介装されている。なお、この例の磁石保持部材7の横断面の形状は、上記内周6nの曲面形状に倣う形状とされている。
Each
そして、磁極外周側(中央側とは反対側)には、永久磁石4の外側の端面に係合可能な段部を有する磁石ストッパー部9が形成されている。磁石ストッパー部9の段部の端面は、永久磁石4の外側の端面に対向する位置まで張り出している。これにより、介装された磁石保持部材7のバネ弾性で押圧された永久磁石4が磁石ストッパー部9の段部に突き当てられることで永久磁石4が保持されるようになっている。なお、本実施形態の例では、磁石ストッパー部9が、磁石挿入スロット3の径方向での内径側の角にのみ形成された例である。
A
ここで、回転子1は、図1に示すように、回転子鉄心2の軸方向両端にそれぞれ固定される円環状の端板10を有する。各端板10は、磁石保持部材7の端部を支持し、磁石保持部材7の取り付け位置を固定する構造を有する。本実施形態の例では、磁石保持部材7の端部を挿入可能に形成された有底の丸溝穴10aが、磁石保持部材7の端部に対向するように周方向に等配されている。そして、軸方向の両端に付設された二枚の端板10により、磁石保持部材7をその軸方向両側から圧縮することで、磁石保持部材7の軸方向の位置が保持され、これにより、磁石保持部材7の磁石挿入スロット3内での軸方向の移動が拘束される。なお、図1では、各端板10に形成された磁石保持部材7の取り付け構造を有底の丸溝穴10aとした例を示したが、これに限定するものではない。また、図1では、1つの磁石挿入スロット3の各永久磁石4当たりに1つの磁石保持部材7を取り付けている例を示しているが、磁石挿入スロット3や永久磁石4当たりの磁石保持部材7の対応する個数についてもこれに限定するものではない。
Here, as shown in FIG. 1, the
次に、上記の永久磁石式回転電機の作用効果について説明する。
上述したように、この永久磁石式回転電機によれば、磁極中央側の分割部であるブリッジ6と永久磁石4との間にバネ弾性を有する磁石保持部材7を介装したので、従来形成されていた磁極中央側の磁石係止部(磁石ストッパー部(図16参照))を無くすことで、回転子鉄心2に発生する応力集中を防止または緩和することができる。よって、磁石挿入スロット3内の永久磁石4の飛散や、回転子鉄心2の破損の防止またはその抑制が可能となる。
Next, the effect of the permanent magnet type rotating electrical machine will be described.
As described above, according to this permanent magnet type rotating electrical machine, since the
また、この永久磁石式回転電機によれば、遠心力により永久磁石4が移動しようとする方向(図2の矢印参照)が、磁石保持部材7によって永久磁石4を押圧して保持する力の向きと平行となる。そのため、永久磁石4を支持する部分での応力集中を防止または抑制しつつ、永久磁石4の保持力を確保することが容易となる。さらに、ブリッジ6の角の内周6aを曲面形状としたので、その部分での応力集中を防止または緩和しつつ、永久磁石4の幅を有効的に広げて誘起電圧を高めることができる。つまり、従来の構成である図16と、本実施形態の図2とを比較するとわかるように、本実施形態の永久磁石式回転電機によれば、応力の緩和を行うR加工を施した磁石ストッパー部9a(図16参照)を形成すること無く永久磁石4の保持が可能なので、磁石幅を十分に広げる自由度が多くなり、誘起電圧を高めることができるという効果がある。
In addition, according to this permanent magnet type rotating electrical machine, the direction in which the
なお、本発明に係る永久磁石式回転電機は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能であることは勿論である。
例えば、上記実施形態では、磁石ストッパー部9が、磁石挿入スロット3の径方向での内径側(図2での磁石挿入スロット3の下側)の角に形成された例で説明したが、これに限らず、例えば図3に変形例を示すように、磁石ストッパー部9を、磁石挿入スロット3の径方向での外径側(図3での磁石挿入スロット3の上側)の角に形成してもよい。なお、図3と図2とは、磁石ストッパー部9の位置のみ異なる。
The permanent magnet type rotating electrical machine according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above embodiment, the
また、例えば上記実施形態では、磁極中央側のブリッジ6と永久磁石4の間にバネ弾性を有する磁石保持部材7が介装されている例で説明したが、磁石保持部材7の構成(例えばその形状や磁石挿入スロット3への挿入方法)についても種々の形態を採用することができる。
例えば図4および図5に磁石保持部材7の形状の変形例を示す。
図4、5に示す例は、磁石保持部材7が、回転子1の軸方向に沿って螺旋形状をなしている例であり、図4は磁石保持部材7を形成する素材の横断面が円形状、図5は素材の横断面が長方形状の例である。図4、5に示した螺旋形状の磁石保持部材7は、素材として、例えばピアノ線、バネ鋼、ステンレス材、真鍮材、銅材などの延性金属材料で形成することができる。
Further, for example, in the above-described embodiment, the
For example, FIGS. 4 and 5 show modified examples of the shape of the
The examples shown in FIGS. 4 and 5 are examples in which the
このような構成であれば、磁石保持部材7が回転子1の軸方向に沿って螺旋形状であるため、螺旋の軸方向に磁石保持部材7を引っ張ることで、螺旋の径を細くすることが可能であり、また、軸方向に圧縮することで、螺旋の径を太くすることが可能となる。これにより、永久磁石4とブリッジ6aの隙間に容易に磁石保持部材7を挿入し、永久磁石4を保持することができる。また、特殊な加工を必要としないため、磁石保持部材7の製造コストも抑えることができる。なお、磁石保持部材7の形状がこれら変形例に限定されるものではない。また、螺旋形状のピッチについても、用途に合わせて磁石保持力を調整する必要があるため、限定されるものではない。
With such a configuration, since the
さらに、図6、7に、磁石保持部材7を回転子1の軸方向に沿って連続する波形形状とした例を示す。図6、7に示す例では、波形形状の断面は長方形をなしている。また、図7に示すように、波形形状の連続する方向に沿って所定の間隔で複数の貫通孔を空けることにより、永久磁石4の保持力を用途に合わせて調整することも可能である。なお、図7の例では、波形形状の幅方向についても複数(この例では二つ)の貫通孔を設けた例である。図6、7で示した波形形状は、素材として、例えばバネ鋼やステンレス材、あるいは真鍮材や銅材などの延性金属材料の平板の折り曲げ加工で形成することができる。なお、図6、7に示す波形形状の断面は長方形の例であるが、これに限定されるものではない。波のピッチについても、用途に合わせて磁石保持力を調整する必要があるため限定するものではない。また、波の形状も種々変形可能である。
Further, FIGS. 6 and 7 show examples in which the
このような構成であれば、磁石保持部材7が波形形状であるため、波の連続する方向に磁石保持部材7を引っ張ることで、波の高さ方向の寸法を小さく(波の幅を薄く)することが可能であり、また、波の連続する方向に圧縮することで、波の高さ方向の寸法を大きく(波の幅を厚く)することができる。これにより、永久磁石4とブリッジ6aの隙間に容易に磁石保持部材7を挿入して、永久磁石4を保持することができる。また、特殊な加工を必要としないため、磁石保持部材7の製造コストも抑えることができる。
With such a configuration, since the
さらにまた、図8に磁石保持部材7の横断面の形状を円形状(中実、中空)、楕円形状ないし長円形状(中実、中空)及び半円形状やU字形状等とした種々の変形例を示す。また、図9に磁石保持部材7の横断面の形状を四角形状(中実、中空)とした種々の例(長方形、台形、ひし形等)を示す。さらに、図10に、磁石保持部材7の横断面の形状を三角形状やアングル形とした種々の例、図11に素材が平板であり、その平板を板の厚み方向に折り曲げて成形した磁石保持部材7の形状の例を示す。このように、種々の横断面形状を磁石保持部材7に採用すれば、用途に合わせて磁石保持力を適宜調整する上で好適である。
Furthermore, FIG. 8 shows various shapes in which the cross-sectional shape of the
ここで、図8〜11で示した種々の磁石保持部材7は、例えば耐熱性に優れた弾性体であるゴム材などで製作することができる。このような構成であれば、磁石保持部材7がゴム材なので、軸方向に磁石保持部材7を引っ張ることで、横断面積を狭くすることが可能であり、また、軸方向に圧縮することで、横断面積を広くすることが可能となる。さらに、ゴム材は柔軟性に優れているため、複雑な隙間にも挿入できるというメリットがある。これにより、永久磁石4とブリッジ6aの隙間に容易に磁石保持部材7を挿入し、永久磁石4を保持することが可能となる。また、特殊な加工を必要としないため、磁石保持部材7の製造コストも抑えることができる。
Here, the various
本発明の効果を確認するために、磁石挿入スロットの構造解析を行った。その結果を図12〜15に示す。
本発明によれば、永久磁石と中央の分割部(ブリッジ)の隙間に磁石保持部材を挿入して永久磁石を保持する構成としているので、従来形成されていた磁極中央側の磁石係止部(磁石ストッパー部)を無くすことを可能とした。これにより、図12〜15に示す解析結果からもわかるように、回転子鉄心に発生する応力集中を緩和することができることが確認された。
In order to confirm the effect of the present invention, a structural analysis of the magnet insertion slot was performed. The results are shown in FIGS.
According to the present invention, since the permanent magnet is held by inserting the magnet holding member into the gap between the permanent magnet and the central divided portion (bridge), the conventionally formed magnet locking portion ( The magnet stopper part) can be eliminated. Thus, as can be seen from the analysis results shown in FIGS. 12 to 15, it was confirmed that the stress concentration generated in the rotor core can be relaxed.
1 回転子
2 回転子鉄心
2a 遠心力がブリッジに作用するおよその範囲
3 磁石挿入スロット
4 永久磁石
5 シャフト
6、6a 極中央側のブリッジ(分割部)
6b 外周側のブリッジ
7 磁石保持部材
G ブリッジに加わる遠心力の重心位置
109a 極中央側の磁石ストッパー部(従来の構成)
9、9b 外周側の磁石ストッパー部
10 端板
10a 磁石保持部材の固定溝
20 フレーム
21 固定子鉄心
30 固定子
DESCRIPTION OF
6b Bridge on the outer
9, 9b
Claims (6)
前記回転子は、自身の回転子鉄心内に軸方向に貫通して形成された複数の磁石挿入スロットと、各磁石挿入スロットそれぞれに対して周方向で隣り合う磁極が異極性となるように挿入された複数の永久磁石とを有し、
前記複数の磁石挿入スロットは、周方向で隣り合う他の磁石挿入スロットに対して前記永久磁石の磁極の同極側で相互に分割され、該相互に分割された複数の磁石挿入スロット全体が前記回転子の中心軸に向けて多角形状に配置されており、
前記各磁石挿入スロットは、前記複数の永久磁石の磁極の異極側となる磁極中央の位置に各磁石挿入スロット形状を分割する分割部を有するとともに、前記分割部の角の内周形状が、曲面形状とされるとともに、前記分割部と前記永久磁石との間に、バネ弾性を有する磁石保持部材が介装されていることを特徴とする永久磁石式回転電機。 A permanent magnet type rotating electrical machine comprising a stator around which an exciting coil is wound, and a rotor arranged to face the stator with a predetermined gap therebetween,
The rotor is inserted such that a plurality of magnet insertion slots formed in the rotor core in the axial direction penetrate through the rotor core and magnetic poles adjacent to each other in the circumferential direction have different polarities. A plurality of permanent magnets,
The plurality of magnet insertion slots are divided from each other on the same pole side of the magnetic pole of the permanent magnet with respect to other magnet insertion slots adjacent in the circumferential direction, and the plurality of magnet insertion slots divided into each other are It is arranged in a polygonal shape toward the center axis of the rotor,
Each of the magnet insertion slots has a division part that divides each magnet insertion slot shape at a position in the center of the magnetic pole on the side opposite to the magnetic pole of the plurality of permanent magnets, and the inner peripheral shape of the corner of the division part is A permanent magnet type rotating electrical machine having a curved surface shape, and a magnet holding member having spring elasticity interposed between the divided portion and the permanent magnet.
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