JP2014212589A - Dynamo-electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ロータコアにフラックスバリアが設けられる回転子及びその回転子を備える回転電機に関する。 The present invention relates to a rotor in which a flux barrier is provided on a rotor core and a rotating electrical machine including the rotor.
永久磁石がロータコアに埋め込む態様で設けられる回転子を備える回転電機、例えばIPMモータとして永久磁石が埋設されるロータコアの装着孔の周縁にフラックスバリアが形成されたものがある(例えば、特許文献1など)。特許文献1に開示される回転子は、ロータコアの軸方向に沿って形成された装着孔に板状の永久磁石が挿入されている。ロータコアは、永久磁石の磁化方向に対して垂直な方向の永久磁石の端部と対応する部分において、当該ロータコアを軸方向に貫設し装着孔と連通する貫通孔がフラックスバリアとして形成されている。フラックスバリアは、樹脂材料が充填されることによって、永久磁石の端部の周縁に生じ得る短絡磁束を抑制する樹脂充填部がフラックスバリア内に形成される。また、永久磁石は、フラックスバリア内に充填された樹脂材料によりロータコアに対して固定される。樹脂材料は、例えば、熱硬化性を有するエポキシ樹脂である。 A rotary electric machine including a rotor provided in a manner in which a permanent magnet is embedded in a rotor core, for example, an IPM motor in which a flux barrier is formed at the periphery of a mounting hole of a rotor core in which a permanent magnet is embedded (for example, Patent Document 1) ). In the rotor disclosed in Patent Document 1, a plate-like permanent magnet is inserted into a mounting hole formed along the axial direction of the rotor core. In the rotor core, a through hole that penetrates the rotor core in the axial direction and communicates with the mounting hole is formed as a flux barrier at a portion corresponding to the end of the permanent magnet in a direction perpendicular to the magnetization direction of the permanent magnet. . When the flux barrier is filled with a resin material, a resin-filled portion that suppresses a short-circuit magnetic flux that may be generated at the periphery of the end portion of the permanent magnet is formed in the flux barrier. The permanent magnet is fixed to the rotor core with a resin material filled in the flux barrier. The resin material is, for example, an epoxy resin having thermosetting properties.
ところで、上記した回転子は、製造コストの低減を図る観点ではフラックスバリア内に充填する樹脂材料をより少なくできる構造が望ましい。その一方で、フラックスバリアの形状は、モータの出力トルクなどの様々な性能に影響を及ぼす。例えば、フラックスバリアを大きくし樹脂充填部を拡張させると永久磁石の短絡磁束がより低減される一方で、フラックスバリアの大きさに応じてq軸及びd軸の磁路のインダクタンスが変化する。このため、フラックスバリアの形状は、例えば、永久磁石によるマグネットトルクやq軸及びd軸のインダクタンスの差に応じて生じるリラクタンストルクのうちより有効利用したいトルクの大きさ、あるいは各トルクを合計した出力トルクの大きさなどに基づいて決定される。従って、樹脂材料の低減を図るために単純にフラックスバリア及び樹脂充填部を小さくすと、回転電機を所望の性能に維持することが困難となる。 By the way, the above-described rotor preferably has a structure that can reduce the resin material filled in the flux barrier from the viewpoint of reducing the manufacturing cost. On the other hand, the shape of the flux barrier affects various performances such as the output torque of the motor. For example, when the flux barrier is enlarged and the resin filling portion is expanded, the short-circuit magnetic flux of the permanent magnet is further reduced, while the inductances of the q-axis and d-axis magnetic paths change according to the size of the flux barrier. For this reason, the shape of the flux barrier is, for example, the magnitude of the torque to be used more effectively among the reluctance torque generated according to the magnet torque by the permanent magnet or the difference between the q-axis and d-axis inductances, or the total output of each torque. It is determined based on the magnitude of the torque. Therefore, if the flux barrier and the resin filling portion are simply reduced in order to reduce the resin material, it becomes difficult to maintain the rotating electrical machine at a desired performance.
本発明は、ロータコアにフラックスバリアが設けられる回転子に関し、所望の性能が維持可能なフラックスバリアが設けられ、そのフラックスバリアに充填される樹脂材料を低減すことによって、製造コストの低減と高性能化の両立が図れる回転子及び回転電機を提供する。 The present invention relates to a rotor in which a flux barrier is provided on a rotor core, and a flux barrier capable of maintaining a desired performance is provided. By reducing the resin material filled in the flux barrier, the manufacturing cost is reduced and the performance is improved. Provided are a rotor and a rotating electrical machine that can be compatible with each other.
本発明の一側面に係る回転子は、回転軸に対して一体回転可能に設けられるロータコアと、ロータコアを軸方向に貫設される複数の装着孔と、装着孔に収容される複数の永久磁石と、ロータコアに軸方向に貫設され、永久磁石の磁化方向に対して垂直な方向の永久磁石の端部側に配置されるフラックスバリアと、フラックスバリアを軸方向に沿った複数の領域に区画し、フラックスバリアにおける、磁化方向に互いに対向する内面のうち一方の面側においてロータコアに連設される仕切部と、仕切部に区画されたフラックスバリア内の複数の領域のうち、装着孔に連通する領域に樹脂材料を充填して形成される樹脂充填部と、を備えることを特徴とする。 A rotor according to one aspect of the present invention includes a rotor core provided so as to be integrally rotatable with respect to a rotation shaft, a plurality of mounting holes penetrating the rotor core in the axial direction, and a plurality of permanent magnets accommodated in the mounting holes. A flux barrier that extends in the axial direction of the rotor core and is arranged on the end side of the permanent magnet in a direction perpendicular to the magnetization direction of the permanent magnet, and the flux barrier is divided into a plurality of regions along the axial direction. In the flux barrier, one of the inner surfaces facing each other in the magnetization direction is connected to the rotor hole, and the plurality of regions in the flux barrier partitioned by the partition communicate with the mounting hole. And a resin filling portion formed by filling a resin material in the region to be formed.
当該回転子では、ロータコアの装着孔に収容される永久磁石の磁化方向に対して垂直な方向の永久磁石の端部側にロータコアを貫設するフラックスバリアが設けられる。フラックスバリアは、仕切部により軸方向に沿った複数の領域に区画され、その複数の領域のうち、装着孔に連通する領域に樹脂材料を充填した樹脂充填部が形成される。このような構成では、当該回転子を備えた回転電機の性能への影響が大きいことからその形状の変更が困難なフラックスバリアの形をできるだけ変更せずに、フラックスバリア内に仕切部を設けて樹脂充填部を小さく、即ち、充填する樹脂材料が低減できる。また、フラックスバリア内には、仕切部に区画された領域のうち、樹脂材料が充填されていない領域に隙間を形成する、あるいは樹脂材料に比べて低廉な非磁性材料を設けるなどして磁気抵抗が比較的高い領域を形成することによって、永久磁石の端部の周縁に生じ得る短絡磁束が低減できる。 In the rotor, a flux barrier that penetrates the rotor core is provided on the end side of the permanent magnet in a direction perpendicular to the magnetization direction of the permanent magnet accommodated in the mounting hole of the rotor core. The flux barrier is partitioned into a plurality of regions along the axial direction by the partition portion, and a resin filling portion in which a resin material is filled in a region communicating with the mounting hole among the plurality of regions is formed. In such a configuration, a partition portion is provided in the flux barrier without changing the shape of the flux barrier, which is difficult to change the shape of the rotating electrical machine having the rotor, because it has a great influence on the performance. The resin filling portion can be made small, that is, the resin material to be filled can be reduced. In addition, in the flux barrier, a magnetic resistance is obtained by forming a gap in an area not filled with the resin material, or by providing a non-magnetic material that is less expensive than the resin material. By forming a relatively high area, it is possible to reduce the short-circuit magnetic flux that can be generated at the periphery of the end of the permanent magnet.
さらに、仕切部は、フラックスバリアにおける、磁化方向に互いに対向する内面のうち一方の面側においてロータコアに連設される。ここで、仕切部を、磁化方向に互いに対向するフラックスバリアの内面を接続するように形成した場合には、仕切部が短絡磁束の向きに沿うように形成されることとなり、永久磁石から生じる磁束が仕切部を流れて短絡し易くなる。その結果、仮に樹脂材料が削減できても所望の性能を維持することが困難となる。これに対し、当該回転子では、磁化方向に互いに対向する内面のうち一方の面側において仕切部がロータコアに連設されることによって、仕切部を通じて対向する内面の間を短絡磁束が流れるのを低減できる。その結果、ロータコアにフラックスバリアを設けたことにより回転電機の出力トルクの向上等の所望の高性能化に寄与でき、且つ、樹脂材料を減らすことによる製造コストの低減が図れるため、高性能化と製造コストの低減との両立が図れる回転子が構成できる。 Furthermore, the partition is connected to the rotor core on one side of the inner surfaces of the flux barrier that face each other in the magnetization direction. Here, when the partition portion is formed so as to connect the inner surfaces of the flux barriers facing each other in the magnetization direction, the partition portion is formed along the direction of the short-circuit magnetic flux, and the magnetic flux generated from the permanent magnet It becomes easy to short-circuit through the partition. As a result, even if the resin material can be reduced, it becomes difficult to maintain the desired performance. On the other hand, in the rotor, the short-circuit magnetic flux flows between the inner surfaces facing each other through the partition portion by connecting the partition portion to the rotor core on one surface side of the inner surfaces facing each other in the magnetization direction. Can be reduced. As a result, the provision of a flux barrier on the rotor core can contribute to a desired high performance such as an increase in the output torque of the rotating electrical machine, and the production cost can be reduced by reducing the resin material. A rotor capable of achieving both reduction in manufacturing cost can be configured.
また、本発明の他の側面に係る回転子は、請求項1に記載の回転子であって、仕切部は、永久磁石の端部を磁化方向に対して垂直な方向の外側から押さえる付勢部として形成されることを特徴とする。 A rotor according to another aspect of the present invention is the rotor according to claim 1, wherein the partition portion biases the end of the permanent magnet from the outside in the direction perpendicular to the magnetization direction. It is formed as a part.
当該回転子では、仕切部を付勢部として形成し永久磁石の端部を磁化方向に対して垂直な方向の外側から押さえることによって、永久磁石の位置ずれの防止を図ることが可能となる。 In the rotor, it is possible to prevent the displacement of the permanent magnet by forming the partition portion as an urging portion and pressing the end of the permanent magnet from the outside in the direction perpendicular to the magnetization direction.
また、本発明の他の側面に係る回転子は、請求項1又は請求項2のいずれかに記載の回転子であって、仕切部は、ロータコアと一体に形成され、その一部又は全体が非磁性化されてなることを特徴とする。
A rotor according to another aspect of the present invention is the rotor according to any one of
当該回転子では、仕切部がロータコアと一体形成される構成であるため、例えば、ロータコアを構成する電磁鋼板に対するプレス加工と同一工程で仕切部を形成でき、仕切部を別部材とする場合に比べて作業工数が削減できる。つまり、仕切部をロータコアと一体形成することによっても製造コストの低減が図れる。また、仕切部に非磁性化処理が施され磁気抵抗が高められることによって、仕切部に生じ得る短絡磁束が抑制できる。さらに、好適には、磁化方向の垂直方向における永久磁石の端部に近接する位置に非磁性化処理が施された仕切部を設けて永久磁石の端部と仕切部との間のみに樹脂充填部を形成することによって、樹脂材料を大幅に削減でき製造コストの低減が図れる。 In the rotor, since the partition portion is formed integrally with the rotor core, for example, the partition portion can be formed in the same process as the press processing for the electromagnetic steel sheet constituting the rotor core, and compared with the case where the partition portion is a separate member. Work man-hours can be reduced. That is, the manufacturing cost can also be reduced by forming the partition part integrally with the rotor core. Moreover, since the demagnetization process is performed on the partition portion and the magnetic resistance is increased, the short-circuit magnetic flux that can be generated in the partition portion can be suppressed. Furthermore, preferably, a partition portion that has been demagnetized is provided at a position close to the end portion of the permanent magnet in the direction perpendicular to the magnetization direction, and resin is filled only between the end portion of the permanent magnet and the partition portion. By forming the portion, the resin material can be greatly reduced, and the manufacturing cost can be reduced.
また、本発明の一側面に係る回転子は、回転軸に対して一体回転可能に設けられるロータコアと、ロータコアを軸方向に貫設される複数の装着孔と、装着孔に収容される複数の永久磁石と、ロータコアに軸方向に貫設され、永久磁石の磁化方向に対して垂直な方向の永久磁石の端部側に配置されるフラックスバリアと、ロータコアとは別部材で設けられ非磁性材料からなる板状に形成され、フラックスバリアを軸方向に沿った複数の領域に区画する仕切部と、仕切部に区画されたフラックスバリア内の複数の領域のうち、装着孔に連通する領域に樹脂材料を充填して形成される樹脂充填部と、を備え、フラックスバリアは、仕切部が軸方向に挿入される挿入溝が設けられ、樹脂充填部は、挿入溝に挿入された仕切部と永久磁石との間の領域に充填して形成されることを特徴とする。 In addition, a rotor according to one aspect of the present invention includes a rotor core provided so as to be integrally rotatable with respect to a rotation shaft, a plurality of mounting holes penetrating the rotor core in the axial direction, and a plurality of housings accommodated in the mounting holes. A non-magnetic material provided separately from the permanent magnet, a flux barrier that is axially penetrated into the rotor core, and is disposed on the end side of the permanent magnet in a direction perpendicular to the magnetization direction of the permanent magnet. A partition portion that partitions the flux barrier into a plurality of regions along the axial direction, and a region that communicates with the mounting hole among the plurality of regions in the flux barrier partitioned by the partition portion. A resin-filled portion formed by filling a material, and the flux barrier is provided with an insertion groove into which the partition portion is inserted in the axial direction, and the resin-filled portion is permanently connected to the partition portion inserted into the insertion groove. In the area between the magnets Hama and characterized in that it is formed by.
当該回転子では、仕切部は、非磁性材料からなる板状に形成され、フラックスバリアに設けられる挿入溝に挿入される。フラックスバリアは、挿入溝に挿入された仕切部と永久磁石との間の領域に樹脂材料を充填して形成される樹脂充填部が設けられる。このような構成では、挿入溝と仕切部を設ける位置を調整することで、フラックスバリア内の樹脂充填部を形成する領域を小さく、即ち、充填される樹脂材料を削減できる。これにより、樹脂材料を減らすことによる製造コストの低減と、挿入溝が形成されるのみの形状の変更で所望の形状が維持されたフラックスバリアを設けたことによる高性能化との両立が図れる。 In the rotor, the partition portion is formed in a plate shape made of a nonmagnetic material, and is inserted into an insertion groove provided in the flux barrier. The flux barrier is provided with a resin filling portion formed by filling a resin material in a region between the partition portion inserted into the insertion groove and the permanent magnet. In such a configuration, by adjusting the position where the insertion groove and the partitioning portion are provided, the region for forming the resin filling portion in the flux barrier can be reduced, that is, the resin material to be filled can be reduced. Thereby, it is possible to achieve both reduction in manufacturing cost by reducing the resin material and high performance by providing a flux barrier in which a desired shape is maintained only by changing the shape in which the insertion groove is formed.
また、本発明の一側面に係る回転子は、回転軸に対して一体回転可能に設けられるロータコアと、ロータコアを軸方向に貫設される複数の装着孔と、装着孔に収容される複数の永久磁石と、ロータコアに軸方向に貫設され、永久磁石の磁化方向に対して垂直な方向の永久磁石の端部側に配置されるフラックスバリアと、ロータコアと一体に形成されその一部又は全体が非磁性化され、フラックスバリアを軸方向に沿った複数の領域に区画する仕切部と、仕切部に区画されたフラックスバリア内の複数の領域のうち、装着孔に連通する領域に樹脂材料を充填して形成される樹脂充填部と、を備えることを特徴とする。 In addition, a rotor according to one aspect of the present invention includes a rotor core provided so as to be integrally rotatable with respect to a rotation shaft, a plurality of mounting holes penetrating the rotor core in the axial direction, and a plurality of housings accommodated in the mounting holes. A permanent magnet, a flux barrier that extends in the axial direction of the rotor core and is disposed on the end side of the permanent magnet in a direction perpendicular to the magnetization direction of the permanent magnet, and a part or the whole of the permanent magnet that is formed integrally with the rotor core Is made demagnetized, and a resin material is applied to a region that communicates with the mounting hole among a plurality of regions in the flux barrier partitioned by the partition portion and the partition portion that partitions the flux barrier in the axial direction. And a resin filling portion formed by filling.
当該回転子では、仕切部をロータコアと一体形成することで、例えばロータコアを構成する電磁鋼板に対するプレス加工と同一工程で仕切部を形成し作業工数を削減して製造コストの低減が図れる。また、仕切部は非磁性化処理が施され短絡磁束が抑制される。さらに、好適には、永久磁石に近接する位置に非磁性化処理が施された仕切部を設けることによって、フラックスバリア内に充填する樹脂材料を大幅に削減でき製造コストの低減が図れる。 In the rotor, by forming the partition part integrally with the rotor core, for example, the partition part can be formed in the same process as the press process for the electromagnetic steel sheet constituting the rotor core, thereby reducing the work man-hours and reducing the manufacturing cost. Moreover, the partition part is subjected to a demagnetization process to suppress a short-circuit magnetic flux. Furthermore, preferably, by providing a partition portion subjected to demagnetization processing at a position close to the permanent magnet, the resin material filled in the flux barrier can be greatly reduced, and the manufacturing cost can be reduced.
また、本発明の一側面に係る回転電機は、請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の回転子を備えることにより、フラックスバリア内に仕切部を設けて樹脂材料を削減し製造コストの低減と高性能化の両立が図れる回転電機が構成できる。 A rotating electrical machine according to one aspect of the present invention includes the rotor according to any one of claims 1 to 5, thereby providing a partition in the flux barrier to reduce the resin material and reduce the manufacturing cost. A rotating electrical machine that can achieve both reduction and high performance can be configured.
本発明によれば、ロータコアにフラックスバリアが設けられる回転子に関し、所望の性能が維持可能なフラックスバリアが設けられ、そのフラックスバリアに充填される樹脂材料を低減すことによって、製造コストの低減と高性能化の両立が図れる回転子及び回転電機を提供できる。 According to the present invention, with respect to a rotor in which a flux barrier is provided on a rotor core, a flux barrier capable of maintaining desired performance is provided, and by reducing the resin material filled in the flux barrier, the manufacturing cost can be reduced. It is possible to provide a rotor and a rotating electrical machine that can achieve both high performance.
以下、本発明を電動機に具体化した一実施形態を図1及び図2に従って、説明する。図1は電動機10の固定子(ステータ)11及び回転子(ロータ)14を示す断面である。図1に示すように、電動機10の固定子11は、円筒状に形成され、径方向の内側に向かって突出するティース12が内周部に形成されている。ティース12は、固定子11の周方向に沿って等間隔に複数個(本実施形態では48個)形成されている。ティース12の各々は、コイル(巻線)13が例えば分布巻きで巻装されている。コイル13は、例えば三相交流の各相(U相、V相及びW相)に対応して巻装され、各相の交流電流が供給されることによって回転磁束が発生する。
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is embodied in an electric motor will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a stator (stator) 11 and a rotor (rotor) 14 of an
固定子11の内側には、回転子14が設けられている。回転子14は、ロータコア15と、回転軸16と、永久磁石17とを備える。ロータコア15は、例えば、複数の円板状の電磁鋼板を積層して形成された略円筒状をなす。ロータコア15は、複数の電磁鋼板を積層しカシメ等により一体に連結して構成されている。回転子14は、ロータコア15の径方向の中央部に回転軸16が挿通され、ロータコア15が回転軸16に対して一体回転可能に固定されている。回転子14は、ロータコア15の外周面がティース12と径方向において所定間隔を隔てて対向する状態でハウジング(図示略)の軸受けにて回転軸16を介して回転可能に支持されている。
A
ロータコア15は、周方向に沿って等間隔に複数個(本実施形態では8個)の磁極が構成され、各磁極には一対の装着孔18が形成されている。一対の装着孔18の各々は、ロータコア15を軸方向に貫設し、ロータコア15の周方向に沿って互いになす角度が回転子14の外周側に向かうに従って拡がるV字状に形成されている。各装着孔18は、軸方向に対して直交する平面で切断した断面形状が略長方形状をなし、断面形状の長手方向がV字状をなす。各装着孔18には、板状に形成された永久磁石17が回転子14の径方向と交差する態様で埋め込まれている。従って、本実施形態の電動機10は、所謂IPMモータであり、ロータコア15に埋設された永久磁石17が一磁極当たり2個ずつ設けられV字状に配置されている。
The
一対の永久磁石17は、着磁方向が厚さ方向(断面形状の短手方向)となるように着磁されティース12に対向する外周側が同極をなす。また、永久磁石17は、ティース12に対向する外周側の磁極が、隣り合う磁極ごとに異なる。例えば、任意の一対のN極をなす永久磁石17は、周方向で隣り合う磁極の永久磁石17のティース12側がS極となっている。
The pair of
図2に示すように、1つの磁極を構成する一対の永久磁石17は、磁極の中心を通り径方向に沿ったd軸21に対して対称となる位置に固定されている。ロータコア15は、永久磁石17の磁化方向D1に対して垂直な垂直方向D2の永久磁石17の端部17Aと対応する部分において、当該ロータコア15を軸方向に貫設する貫通孔がフラックスバリア19として形成されている。フラックスバリア19は、装着孔18のd軸21に対して外側(q軸22側)の端部部分、換言すれば、垂直方向D2の永久磁石17の端部17A,17Bのうちd軸21からの距離が遠い外側部分の端部17Aにおいて装着孔18と連通している。
As shown in FIG. 2, the pair of
フラックスバリア19は、垂直方向D2の外側に向かって突出して形成されている。フラックスバリア19は、磁化方向D1に互いに対向する内壁19A,19Bのうちロータコア15の外周側の内壁19Aがロータコア15の外周面に沿うように形成され、内周側の内壁19Bが垂直方向D2に沿うように形成されており、垂直方向D2の外側に向かうに従って磁化方向D1に沿った幅が小さくなっている。フラックスバリア19は、フラックスバリア19内を区画する仕切部31が形成されている。仕切部31は、例えばロータコア15を構成する各電磁鋼板をプレス加工で打ち抜く工程において形成され、電磁鋼板の平面視において略同一の幅Lで形成される円弧状をなしている。仕切部31の幅Lは、極めて狭い幅、例えばプレス加工の打ち抜きの精度限界となる幅で形成されており、一例として、電磁鋼板の厚さ(例えば、0.3mm)に対して2倍の幅(この場合、0.6mm)の大きさで形成されている。
The
仕切部31は、各電磁鋼板を積層した後のロータコア15において円弧状の両端部31Aが内壁19Bに一体形成され軸方向に沿って同一形状をなしている。換言すれば、仕切部31は、フラックスバリア19において、磁化方向D1に互いに対向する内壁19A,19Bのうち内周側の内壁19Bに両端部31Aが連設されている。また、仕切部31は、内壁19Bに接続される両端部31Aの中点より永久磁石17側において永久磁石17の端部17Aに沿った円弧状に突出している。仕切部31は、ロータコア15を軸方向から視た場合に、永久磁石17側に膨らんだ形状となっており、永久磁石17の端部17Aに対向する外周面31Bが大きくなるように形成されている。
In the
永久磁石17の各々は、装着孔18との間に樹脂材料が充填された樹脂部33により固定されている。樹脂部33の樹脂材料は、例えば、エポキシ樹脂等の接着性の強い熱硬化性樹脂が好ましいが、熱可塑性樹脂などの他の樹脂材料を用いてもよい。樹脂部33は、永久磁石17が装着孔18に挿入されたロータコア15を金型に固定し射出成形などにより永久磁石17と装着孔18との間の隙間に樹脂材料を充填して形成される。なお、この際に、樹脂材料が充填される前の装着孔18内の永久磁石17は、仕切部31の外周面31Bによってq軸22側からd軸21に向かって付勢され位置決めされる。
Each of the
フラックスバリア19は、外周側の内壁19Aと仕切部31との間に樹脂材料が充填されており、樹脂部33と一体的に形成される樹脂充填部34が形成されている。また、フラックスバリア19は、内周側の内壁19Bと仕切部31との間には軸方向に貫設される隙間36が形成されている。従って、フラックスバリア19は、仕切部31により樹脂充填部34と隙間36とに区画されている。なお、図示しないが、ロータコア15は、永久磁石17の軸方向の端部を覆うように樹脂部33を形成して短絡磁束の抑制が図られた構成としてもよい。
The
上記した実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
<効果1>本実施形態の回転子14では、フラックスバリア19内の樹脂材料の低減を図りながら永久磁石17の短絡磁束が低減されている。詳述すると、回転子14は、仕切部31と外周側の内壁19Aとの間に樹脂材料からなる樹脂充填部34が形成されることによって、永久磁石17のN極から生じる磁束のうち、永久磁石17の端部17Aの周縁を流れてS極に向かう短絡磁束が低減される。また、仕切部31と内周側の内壁19Bとの間には、隙間36が形成されており、当該隙間36によっても短絡磁束が低減される。従って、本実施形態の回転子14では、電動機10の性能への影響が大きいことからその形状の変更が困難なフラックスバリア19の外周の形状を略同一としながら、フラックスバリア19内に仕切部31を設けて樹脂充填部34と隙間36とに区画し短絡磁束の低減を図りつつ樹脂充填部34に必要な樹脂材料が低減されている。つまり、樹脂材料を減らすことによる製造コストの低減と、所望の形状が維持されたフラックスバリア19を設けたことによる高性能化との両立が図られている。なお、本発明者らのシミュレーションの結果によれば、仕切部31を設けた回転子14が、仕切部31を設けていないものに比べて最大出力トルクの低減を2%に抑えることができ、且つ、充填に必要な樹脂材料を33%削減できる結果を得ている。
According to the above-described embodiment, the following effects can be obtained.
<Effect 1> In the
<効果2>仕切部31は、フラックスバリア19の内周側となる内壁19Bに両端部31Aが接続される円弧状に形成され、内壁19Bとの間に樹脂充填部34と区画された隙間36を形成している。ここで、磁化方向D1において互いに対向する内壁19A,19Bに仕切部31の端部31Aのそれぞれを接続する構成では、仕切部31が短絡磁束の向きに沿うように形成されることとなり、永久磁石17から生じる磁束が仕切部31を流れて短絡し易くなる。その結果、仮に樹脂材料が削減できても所望の性能を維持することが困難となる。これに対し、本実施形態の仕切部31では、仕切部31の両端部31Aを内周側の内壁19Bに接続することによって、仕切部31を通じて内壁19A,19Bの間を短絡磁束が流れるのを低減できる。これにより、製造コストの低減と高性能化の両立が図れる仕切部31をフラックスバリア19内に容易に形成することができる。
<
<効果3>仕切部31は、内壁19Bに接続される両端部31Aの中点より永久磁石17側において永久磁石17の端部17Aに沿って突出する円弧状をなし、永久磁石17側に膨らんだ形状となっている。ここで、フラックスバリア19が大きく形成されると装着孔18に収容された永久磁石17が樹脂材料を充填する前に傾いたり、軸方向の位置がずれたりする虞がある。これに対し、本実施形態の仕切部31は、永久磁石17の端部17Aに対向する外周面31Bを形成して永久磁石17をq軸22側からd軸21側に向かって付勢する。従って、仕切部31により永久磁石17の端部17Aを押さえて位置ずれの防止を図ることが可能となる。
<Effect 3> The
<効果4>仕切部31は、ロータコア15の軸方向から視た幅Lが極めて狭い幅で形成されている。これにより、仕切部31は、永久磁石17から生じて仕切部31を短絡し得る磁束によって内部が磁気飽和し易くなり、磁気抵抗を増加させて短絡磁束が生じるのを低減できる。
<Effect 4> The
<効果5>仕切部31は、ロータコア15を構成する各電磁鋼板に対するプレス加工と同一工程で形成されている。これにより、仕切部31を別部材とする場合に比べて作業工数が削減できる。つまり、仕切部31をロータコア15と一体形成することによっても製造コストの低減が図れる。
<Effect 5> The
以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変更が可能である。
例えば、上記実施形態では、仕切部31の両端部31Aを、ロータコア15の内周側の内壁19Bに一体形成する構成としたが、これに限定されない。例えば、図3に示す回転子14Aは、ロータコア15の仕切部31の両端部31Aが外周側の内壁19Aに接続されている。仕切部31は、回転子14Aを軸方向から視た場合に永久磁石17側に膨らんだ円弧状をなし、永久磁石17の端部17Aに対向する外周面31Bが大きくなるように形成されている。このような構成においても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
As described above, the present invention has been described based on the embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various improvements and modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
For example, in the above embodiment, the both
また、例えば、図4に示す回転子14Bのように、仕切部31の端部31Aの各々を内壁19A,19Bに接続する構成としてもよい。図4に示す回転子14Bの仕切部31は、永久磁石17に近接する位置で永久磁石17の磁化方向D1に沿って形成され、端部31Aが内壁19A,19Bの各々に一体形成されている。フラックスバリア19は、仕切部31と永久磁石17の端部17Aとの間の極めて狭い領域にのみ樹脂充填部34が形成され、仕切部31よりも外側の領域に隙間36が設けられている。因みに、図4に示す永久磁石17は、板状の永久磁石17の角部が面取りされており、回転子14Aの回転動作にともなって角部に集中する応力の緩和が図られている。
Further, for example, like the
また、図4に示す仕切部31では、非磁性化の処理が施され磁気抵抗が高められていることが好ましい(図4のハッチングで示す領域)。この非磁性化処理は、例えば、積層前の各電磁鋼板において仕切部31に対応する部分にレーザを照射する熱処理やショットピーニングなどの表面処理により実施してもよい。あるいは、装着孔18に永久磁石17を挿入し樹脂材料を充填した後に非磁性化処理を実施してもよい。例えば、充填後のロータコア15の仕切部31を、隙間36側から切削等により物理的に切断し仕切部31の途中に隙間を形成して磁気抵抗を高めてもよい。このような構成では、磁気抵抗を高めた仕切部31を永久磁石17に近接する位置に形成することができ、樹脂充填部34を極めて小さくして樹脂材料を大幅に削減することができる。また、本発明者らのシミュレーションの結果によれば、仕切部31を設けた回転子14Bが、仕切部31を設けていないものに比べて充填に必要な樹脂材料を67%削減できる結果を得ている。
Moreover, in the
また、1つの磁極に設けられる永久磁石17の数及び配置は、上記実施形態に限定されない。例えば、図5に示すように、V字状に配置された永久磁石17の間に永久磁石41を配置した構成してもよい。図5に示す電動機10Aの回転子14Cは、永久磁石17と同一形状の永久磁石41がV字状配置の一対の永久磁石17の内周側部分の間に設けられ、磁化方向D1が径方向に沿うようにして装着孔42(図5拡大図参照)に埋設されている。因みに、図5に示す電動機10Aの固定子11は、コイル13がティース12に対して集中巻されている。
The number and arrangement of the
図5の拡大図で示すように、装着孔42は、垂直方向D2の両端部41A,41Bに対応する位置にフラックスバリア43A,43Bが形成されている。端部41Aに対応するフラックスバリア43Aは、ロータコア15とは別体で形成される仕切部46が軸方向に挿入されている。なお、フラックスバリア43Bは、フラックスバリア43Aと同一構造であるため、その説明を適宜省略する。仕切部46は、例えば非磁性材料からなり、軸方向に沿った板状に形成されている。仕切部46の材料は、耐熱性を有する材料が好ましく、例えば、アルミニウム、銅、炭素繊維強化プラスチック等である。あるいは、仕切部46を、剛性を有する絶縁紙や鋼板を板状に形成して構成してもよい。
As shown in the enlarged view of FIG. 5, the mounting
ロータコア15は、フラックスバリア43Aの内壁47A,47Bの各々に仕切部46の形状に合わせて凹設された挿入溝48が形成されている。各挿入溝48は、ロータコア15の軸方向視においてフラックスバリア43Aから外側に突出して形成されている。仕切部46は、軸方向視において長手方向の端部が各フラックスバリア43A,43Bの挿入溝48に挿入されている。挿入後の仕切部46は、装着孔42に連通する領域に樹脂部51及び樹脂充填部52を射出成形などにより形成して固定される。樹脂充填部52は、フラックスバリア43A,43B内の仕切部46により永久磁石41側の領域のみに充填される。また、各フラックスバリア43A,43B内には、仕切部46よりも外側の領域に隙間53が形成されている。従って、フラックスバリア43A,43Bを区画する仕切部46を設ける位置を調整することで樹脂充填部52に必要な樹脂材料の量が変更される。仕切部46をより永久磁石41に近接する位置に設けることによって、樹脂材料が大幅に削減できる。また、フラックスバリア43A,43Bは、仕切部46を設ける前に比べて外周の形状に対する変更が挿入溝48を形成した部分のみの変更となっている。その結果、樹脂材料を減らすことによる製造コストの低減と、所望の形状が維持されたフラックスバリア43A,43Bを設けたことによる高性能化との両立が図れる。さらに、仕切部46をロータコア15と別部材としたことによって、仕切部46と挿入溝48との接続部分の磁気抵抗が高められ仕切部46内に生じ得る短絡磁束の低減が図れる。なお、1磁極に設けられる永久磁石17,41の数は、1つ(例えば、永久磁石41のみ)でもよく、4つ以上の複数個(例えば、永久磁石17が4つ)でもよい。また、図5に示す仕切部46が設けられたフラックスバリア43Aを、V字状配置の永久磁石17の装着孔18に連通させるようにロータコア15に形成してもよい。また、図5に示すフラックスバリア43A,43Bは、互いに異なる形状の仕切部46が設けられる構成としてもよい。
The
また、図5に示す別の実施形態では、挿入溝48をフラックスバリア43A,43Bの内壁47A,47Bに対して凹設して形成したが、図6に示すように、各内壁47A,47Bに凸部55A,55Bを設け、当該凸部55A,55Bで挟まれた部分に挿入溝48を形成してもよい。図6に示すフラックスバリア43A,43Bは、内壁47A,47Bの各々に永久磁石41の磁化方向D1に沿って突出した一対の凸部55A,55Bが形成されている。凸部55A,55Bは、磁化方向D1に突出する長さが同一の長さでもよく、互いに異なる長さでもよい。仕切部46は、各凸部55A,55Bに挟まれた部分に形成される挿入溝48に挿入されている。なお、図6に示す仕切部46は、磁化方向D1の長さが図5に示すものに比べて短くなっている。このような構成においても、上記した図5に示す構成と同様に、製造コストの低減と高性能化との両立が図れる。
Further, in another embodiment shown in FIG. 5, the
また、図5及び図6に示す別の実施形態では、ロータコア15とは別の部材として設けた仕切部46を板状に形成したが、これに限定されない。例えば、図7に示すように、仕切部46Aを、軸方向に沿った筒状の部材で構成してもよい。図7に示す仕切部46Aは、非磁性材料からなり、フラックスバリア43A,43Bの先端部分(図中の左右両側の端部)の形状に合わせて形成されている。フラックスバリア43A,43Bの各々の内壁47Bには、磁化方向D1に突出した係合部57が形成されている。仕切部46Aは、内壁47A,47Bに沿って嵌め込まれるようにフラックスバリア43A,43B内に挿入され、内側(永久磁石41側)の端部が係合部57により係止されている。挿入後の仕切部46Aは、装着孔42に連通する領域に樹脂部51及び樹脂充填部52が射出成形などにより形成され固定される。仕切部46Aと永久磁石41との間には、樹脂充填部52が形成される。また、仕切部46A内には、軸方向に沿った隙間53が形成される。このような構成においても、上記した図5に示す構成と同様に、製造コストの低減と高性能化との両立が図れる。
Further, in another embodiment shown in FIGS. 5 and 6, the
また、上記実施形態では、仕切部31を、永久磁石17に対してq軸22側からd軸21に向かって付勢する付勢部として構成したが、永久磁石17の端部17Aに当接して垂直方向D2への移動を規制する規制部として形成してもよい。即ち、仕切部31は、位置ずれを抑える力を付与する構成に限らず、永久磁石17の位置ずれに応じて当接するだけの構成としてもよい。
In the above embodiment, the
また、上記した図4に示す仕切部31に対する非磁性化処理は、仕切部31の一部分だけに処理を施してもよく、あるいはロータコア15を構成する複数の電磁鋼板のうち所定の枚数の電磁鋼板における仕切部31に相当する部分に処理を施してもよい。また、このような非磁性化処理は、他の仕切部31、例えば上記実施形態の円弧状の仕切部31に対して施してもよい。
また、上記実施形態において、隙間36に樹脂材料に比べて低廉な非磁性材料を設けてもよい。
また、上記実施形態において、1つのフラックスバリア19内に複数の仕切部31を設けてもよい。
また、上記実施形態では、本発明の回転電機として電動機10に具体化したが、発電機に具体化してもよい。
In addition, the demagnetization process for the
In the above embodiment, the
In the above embodiment, a plurality of
Moreover, in the said embodiment, although embodied in the
上記実施形態の構成は一例であり、形状・数等を適宜変更してもよい。例えば、装着孔18及びフラックスバリア19の形状・個数等は一例であり、適宜変更してもよい。また、固定子11のコイル13は三相交流で駆動されるものに限らず、単相交流や二相交流あるいは四相以上の多相交流で駆動されるものでもよい。また、ロータコア15を、電磁鋼板を積層して形成したが、鉄塊や粉末成形磁性体(SMC:Soft Magnetic Composites)で形成してもよい。
The configuration of the above embodiment is merely an example, and the shape, number, and the like may be changed as appropriate. For example, the shape and number of the mounting
因みに、電動機10は回転電機の一例として、回転子14,14A〜14Cは、回転子の一例として、ロータコア15は、ロータコアの一例として、回転軸16は、回転軸の一例として、永久磁石17,41は、永久磁石の一例として、装着孔18,42は、装着孔の一例として、端部17A,17B,41A,41Bは、永久磁石の端部の一例として、フラックスバリア19,43A,43Bは、フラックスバリアの一例として、内壁19A,19Bは、内面の一例として、仕切部31,46,46Aは、仕切部の一例として、樹脂充填部34,52は、樹脂充填部の一例として、隙間36,53は、隙間の一例として挙げることができる。
Incidentally, the
10 回転電機、14,14A〜14C 回転子、15 ロータコア、16 回転軸、17,41 永久磁石、18,42 装着孔、17A,17B,41A,41B 端部、19,43A,43B フラックスバリア、19A,19B 内壁、31,46,46A 仕切部、34,52 樹脂充填部、36,53 隙間、D1 磁化方向、D2 垂直方向。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記ロータコアを軸方向に貫設される複数の装着孔と、
前記装着孔に収容される複数の永久磁石と、
前記ロータコアに軸方向に貫設され、前記永久磁石の磁化方向に対して垂直な方向の前記永久磁石の端部側に配置されるフラックスバリアと、
前記フラックスバリアを前記軸方向に沿った複数の領域に区画し、前記フラックスバリアにおける、前記磁化方向に互いに対向する内面のうち一方の面側において前記ロータコアに連設される仕切部と、
前記仕切部に区画された前記フラックスバリア内の複数の領域のうち、前記装着孔に連通する領域に樹脂材料を充填して形成される樹脂充填部と、
を備えることを特徴とする回転子。 A rotor core provided so as to be integrally rotatable with respect to the rotation shaft;
A plurality of mounting holes penetrating the rotor core in the axial direction;
A plurality of permanent magnets housed in the mounting holes;
A flux barrier disposed in the rotor core in the axial direction and disposed on the end side of the permanent magnet in a direction perpendicular to the magnetization direction of the permanent magnet;
Partitioning the flux barrier into a plurality of regions along the axial direction, and a partition portion provided continuously to the rotor core on one side of the inner surfaces of the flux barrier facing each other in the magnetization direction;
A resin filling portion formed by filling a resin material in a region communicating with the mounting hole among a plurality of regions in the flux barrier partitioned by the partition;
A rotor characterized by comprising:
前記仕切部は、前記永久磁石の端部を前記磁化方向に対して垂直な方向の外側から押さえる付勢部として形成されることを特徴とする回転子。 The rotor according to claim 1,
The said partition part is formed as a biasing part which hold | suppresses the edge part of the said permanent magnet from the outer side of the direction perpendicular | vertical with respect to the said magnetization direction, The rotor characterized by the above-mentioned.
前記仕切部は、前記ロータコアと一体に形成され、その一部又は全体が非磁性化されてなることを特徴とする回転子。 The rotor according to claim 1 or 2,
The said partition part is integrally formed with the said rotor core, The one part or the whole is made non-magnetic, The rotor characterized by the above-mentioned.
前記ロータコアを軸方向に貫設される複数の装着孔と、
前記装着孔に収容される複数の永久磁石と、
前記ロータコアに軸方向に貫設され、前記永久磁石の磁化方向に対して垂直な方向の前記永久磁石の端部側に配置されるフラックスバリアと、
前記ロータコアとは別部材で設けられ非磁性材料からなる板状に形成され、前記フラックスバリアを前記軸方向に沿った複数の領域に区画する仕切部と、
前記仕切部に区画された前記フラックスバリア内の複数の領域のうち、前記装着孔に連通する領域に樹脂材料を充填して形成される樹脂充填部と、
を備え、
前記フラックスバリアは、前記仕切部が軸方向に挿入される挿入溝が設けられ、
前記樹脂充填部は、前記挿入溝に挿入された前記仕切部と前記永久磁石との間の領域に充填して形成されることを特徴とする回転子。 A rotor core provided so as to be integrally rotatable with respect to the rotation shaft;
A plurality of mounting holes penetrating the rotor core in the axial direction;
A plurality of permanent magnets housed in the mounting holes;
A flux barrier disposed in the rotor core in the axial direction and disposed on the end side of the permanent magnet in a direction perpendicular to the magnetization direction of the permanent magnet;
A partition part that is provided as a member different from the rotor core and is formed of a nonmagnetic material, and partitions the flux barrier into a plurality of regions along the axial direction;
A resin filling portion formed by filling a resin material in a region communicating with the mounting hole among a plurality of regions in the flux barrier partitioned by the partition;
With
The flux barrier is provided with an insertion groove into which the partition portion is inserted in the axial direction,
The resin filling portion is formed by filling a region between the partition portion inserted into the insertion groove and the permanent magnet.
前記ロータコアを軸方向に貫設される複数の装着孔と、
前記装着孔に収容される複数の永久磁石と、
前記ロータコアに軸方向に貫設され、前記永久磁石の磁化方向に対して垂直な方向の前記永久磁石の端部側に配置されるフラックスバリアと、
前記ロータコアと一体に形成されその一部又は全体が非磁性化され、前記フラックスバリアを前記軸方向に沿った複数の領域に区画する仕切部と、
前記仕切部に区画された前記フラックスバリア内の複数の領域のうち、前記装着孔に連通する領域に樹脂材料を充填して形成される樹脂充填部と、
を備えることを特徴とする回転子。 A rotor core provided so as to be integrally rotatable with respect to the rotation shaft;
A plurality of mounting holes penetrating the rotor core in the axial direction;
A plurality of permanent magnets housed in the mounting holes;
A flux barrier disposed in the rotor core in the axial direction and disposed on the end side of the permanent magnet in a direction perpendicular to the magnetization direction of the permanent magnet;
A partition part formed integrally with the rotor core, part or all of which is demagnetized, and partitions the flux barrier into a plurality of regions along the axial direction;
A resin filling portion formed by filling a resin material in a region communicating with the mounting hole among a plurality of regions in the flux barrier partitioned by the partition;
A rotor characterized by comprising:
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