JP2015231253A - Magnet and dynamo-electric machine including the same - Google Patents
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Description
本発明はマグネット及びこれを備えた回転電機にかかり、特に、表面永久磁石界磁式回転電機(SPM)に有効に適用することが可能なマグネット及びこれを備えた回転電機に関するものである。 The present invention relates to a magnet and a rotating electrical machine including the magnet, and more particularly to a magnet that can be effectively applied to a surface permanent magnet field rotating electrical machine (SPM) and a rotating electrical machine including the magnet.
回転電機の一つとして、永久磁石を界磁として使用した永久磁石式の同期モータが一般的に知られている。
このような回転電機では、回転子に永久磁石が配設され、この回転子を囲むように設置される固定子に配設された磁界との相互作用により回転子が回転するように構成されている。
回転子に永久磁石を組み込む方法としては、表面磁石型(SPM)及び埋込磁石型(IPM)等の形式が知られている。
このように永久磁石を使用したモータにおいては、コスト低減のために磁石使用量等を低減させる必要があり、このため効率的に磁石に磁束を発生させる必要があった。
例えば、図4(c)に示すように、磁石にパラレル配向をもたせる技術や、永久磁石から、より有効に磁力を取り出すために、その他の様々な方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
As one of rotating electric machines, a permanent magnet type synchronous motor using a permanent magnet as a field is generally known.
In such a rotating electrical machine, a permanent magnet is disposed on the rotor, and the rotor is configured to rotate by interaction with a magnetic field disposed on a stator that is installed so as to surround the rotor. Yes.
As a method for incorporating a permanent magnet into a rotor, types such as a surface magnet type (SPM) and an embedded magnet type (IPM) are known.
As described above, in a motor using a permanent magnet, it is necessary to reduce the amount of magnet used in order to reduce the cost. For this reason, it is necessary to efficiently generate a magnetic flux in the magnet.
For example, as shown in FIG. 4 (c), various other methods have been proposed for obtaining a magnetic force from a permanent magnet or a technique for giving a magnet a parallel orientation (for example, Patent Document 1). reference).
特許文献1には、回転電機のロータについての技術が開示されている。
当該技術における複数の磁石は、ロータコアの外周面に、N極とS極とが交互となるように固定されている。
そして、各磁石は、回転軸の軸線と直交する断面において、径方向外側ほどその磁極中心線に近づくように傾斜する磁束が生じる構成とされている。
つまり、各磁石は、その外側に配置された磁極中心線上の一点を通る放射状の磁束が生じる構成とされている。
よって、特性の良い回転電機のロータを提供することが可能となる。
The plurality of magnets in the technology are fixed to the outer peripheral surface of the rotor core so that N poles and S poles are alternately arranged.
And each magnet is set as the structure which the magnetic flux which inclines so that the cross section orthogonal to the axis line of a rotating shaft may approach the magnetic pole center line may be set to radial direction outer side.
That is, each magnet is configured to generate a radial magnetic flux that passes through one point on the magnetic pole center line disposed outside the magnet.
Therefore, it is possible to provide a rotor of a rotating electrical machine with good characteristics.
このように、特許文献1に記載されたような技術によると、確かに、磁石磁束を効率良くステータのティースへ集めることができる。
しかし、より、効率良く磁石磁束を集めるためには、磁極幅に対して任意の一点に磁束配向を集中させるほうが効率がよく、このような方法もまた提案されている。
例えば、SPMロータにおいて、磁極幅に対して任意の一点に磁束配向を集中させて、有効磁束を多くし、発生トルクを増大させる方法が様々に知られており、これらの方法としては、例えば、極異方配向(図4(a)参照)、ハルバッハ配向(図4(b)参照)、逆ラジアル配向(図4(d)、特許文献1参照)等がある。
As described above, according to the technique described in
However, in order to collect the magnetic flux more efficiently, it is more efficient to concentrate the magnetic flux orientation at an arbitrary point with respect to the magnetic pole width, and such a method has also been proposed.
For example, in the SPM rotor, there are various known methods for increasing the effective magnetic flux and increasing the generated torque by concentrating the magnetic flux orientation at an arbitrary point with respect to the magnetic pole width. As these methods, for example, There are polar anisotropic orientation (see FIG. 4A), Halbach orientation (see FIG. 4B), reverse radial orientation (see FIG. 4D, Patent Document 1), and the like.
これらの中で、最も安価で容易な方法として、逆ラジアル配向が挙げられる。
この逆ラジアル配向においては、磁石の構造や形状は、通常のSPMロータに使用される弓状のままでよく、成形時の型構成を変更するのみで製造できるとともに、比較的容易に取付けを行うことが可能であり、コスト面において有利である。
これに比して、極異方配向においては磁石厚さに下限があり、ハルバッハ配向では、磁石数が多く必要となるため組付けコストが増大する、という問題がある。
しかし、この逆ラジアル配向を採用するにあたっても、種々の問題があった。
Among these, reverse radial alignment is mentioned as the cheapest and easiest method.
In this reverse radial orientation, the structure and shape of the magnet may remain the arc shape used in a normal SPM rotor, and it can be manufactured simply by changing the mold configuration at the time of molding, and it can be mounted relatively easily. This is advantageous in terms of cost.
On the other hand, there is a lower limit on the magnet thickness in the polar anisotropic orientation, and the Halbach orientation has a problem that the assembly cost increases because a large number of magnets are required.
However, there are various problems in adopting this reverse radial orientation.
つまり、通常のSPMモータに用いられる磁石形状は、弓型若しくは瓦状のものが一般的であるため、その形状に対して逆ラジアル配向を適用すると、永久磁石の両端部(特に角部)において配向方向のマグネット厚が極端に薄くなってしまうという問題点があった。
このため、外部磁界又は温度変化に対する配向の保持性が劣化し、減磁耐力が低下することとなるため、当該問題を解消する必要があった。
In other words, the shape of a magnet used in a normal SPM motor is generally an arc shape or a tile shape. Therefore, when reverse radial orientation is applied to the shape, both ends (particularly corners) of the permanent magnet are used. There is a problem that the magnet thickness in the orientation direction becomes extremely thin.
For this reason, since the retention of orientation against an external magnetic field or temperature change is deteriorated and the demagnetization resistance is lowered, it is necessary to solve the problem.
本発明の目的は、上記各問題点を解決することにあり、表面永久磁石界磁式モータ(SPM)において、逆ラジアル配向を採用するにあたり、効率良く磁束を収束させ、減磁耐力を向上させることが可能なマグネット及びこれを備えた回転電機を提供することにある。 An object of the present invention is to solve the above-described problems, and in adopting reverse radial orientation in a surface permanent magnet field motor (SPM), the magnetic flux is efficiently converged and the demagnetization resistance is improved. An object of the present invention is to provide a magnet that can be used and a rotating electric machine including the magnet.
上記課題は、本発明に係るマグネットによれば、回転子コアの周方向に配設されるマグネットであって、該マグネットは、磁極中心線上であって、前記回転子コアの径方向外側に設定された任意の集向点に磁束が集束するように配向されるとともに、前記マグネットにおける、前記回転子コアの周方向両端部であって、前記回転子コアの径方向外側に位置する両角部分は、面取りされた面取り部となっていることにより解決される。 According to the magnet of the present invention, the above-described problem is a magnet disposed in the circumferential direction of the rotor core, and the magnet is set on the magnetic pole center line and on the radially outer side of the rotor core. The magnetic cores are oriented so that the magnetic flux is focused on an arbitrary concentrating point, and both corners of the magnet in the circumferential direction of the rotor core, which are located on the radially outer side of the rotor core, are This is solved by having a chamfered chamfered portion.
このように本発明では、磁極中心線上であって、回転子コアの径方向外側に設定された任意の集向点に磁束が集束するように配向されており、このため、有効鎖交磁束を増大することができ、磁気回路部の体格を小さくすることができるが、更に、回転子コアの周方向両端部であって、回転子コアの径方向外側に位置する両角部分を面取りしているため、効率良く集向点に磁束を集束させることができる。
よって、マグネットの両端部において配向方向のマグネット厚を極端に薄くする必要がなく、効率的に磁束を集束させることができる。
As described above, in the present invention, the magnetic flux is oriented so that the magnetic flux is focused on an arbitrary focusing point set on the magnetic pole center line and outside the rotor core in the radial direction. Although it can be increased and the size of the magnetic circuit part can be reduced, both corners of the rotor core in the circumferential direction and chamfered at both corners located radially outside the rotor core Therefore, the magnetic flux can be efficiently focused on the focusing point.
Therefore, it is not necessary to extremely reduce the magnet thickness in the orientation direction at both ends of the magnet, and the magnetic flux can be efficiently focused.
また、このとき、請求項2に記載のように、前記面取り部は、前記マグネット全体から前記集向点へと向かう逆放射状の配向ベクトルに沿う角度で面取りされていると好適である。
このように構成されていると、面取り部の斜面角度と配向ベクトルの角度が一致するため、より効率良く磁束を集向させることができるため好適である。
Further, at this time, as described in
Such a configuration is preferable because the angle of the chamfered portion and the angle of the orientation vector coincide with each other, so that the magnetic flux can be more efficiently concentrated.
更に、このとき、具体的には、請求項3に記載のように、前記マグネットは、フェライトマグネット又はネオジオマグネットであるとよい。
また、更に具体的には、請求項4に記載のように、前記マグネットは、コンシクエントポール型ロータに使用され、一方の磁極を形成するものであるよう構成されていてもよい。
また、本発明に係る回転電機は、回転中心軸となるシャフトと、該シャフトに固定されて共に回転可能に支持される前記回転子コアと、該回転子コアの外側面周方向に配置された請求項1乃至請求項4いずれか一項に記載のマグネットと、を備えた回転子と、該回転子の外側面を覆うように配設され、電源装置より電源が供給されることにより、回転磁界を発生させる固定子と、を少なくとも備える。
Furthermore, at this time, specifically, as described in
More specifically, as described in claim 4, the magnet may be configured to be used in a continuous pole type rotor and to form one magnetic pole.
Further, the rotating electrical machine according to the present invention is arranged in the circumferential direction of the outer surface of the rotor core, the shaft serving as the rotation center axis, the rotor core fixed to the shaft and supported rotatably. A rotor provided with the magnet according to any one of
本発明によれば回転子コアの周方向両端部であって、回転子コアの径方向外側に位置する両角部分を面取りしているため、効率良く集向点に磁束を集束させることができ、よって、マグネットの両端部において配向方向のマグネット厚を極端に薄くする必要がない。
このため、外部磁界や温度変化に対する配向の保持性が良好となり、減磁耐力もまた向上する。
更に、面取り角度を配向ベクトルに沿わせることにより、集向点への磁束の集束をより効率的なものとし、よって、上記効果をより高く奏することとなる。
このように、本発明によれば、表面永久磁石界磁式モータ(SPM)において、逆ラジアル配向を採用するにあたり、効率良く磁束を収束させ、減磁耐力を向上させることができることとなる。
According to the present invention, since both end portions in the circumferential direction of the rotor core are chamfered at both corners located on the outer side in the radial direction of the rotor core, the magnetic flux can be efficiently focused on the focusing point, Therefore, it is not necessary to extremely reduce the magnet thickness in the orientation direction at both ends of the magnet.
For this reason, the orientation retention with respect to an external magnetic field and a temperature change is improved, and the demagnetization resistance is also improved.
Furthermore, by making the chamfer angle along the orientation vector, the magnetic flux can be more efficiently focused on the converging point, and thus the above effect can be enhanced.
As described above, according to the present invention, in adopting the reverse radial orientation in the surface permanent magnet field motor (SPM), the magnetic flux can be efficiently converged and the demagnetization resistance can be improved.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、以下に説明する構成は本発明を限定するものでなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
本実施形態は、表面永久磁石界磁式モータ(SPM)において、逆ラジアル配向を採用するにあたり、効率良く磁束を収束させ、減磁耐力を向上させることが可能なマグネットと、当該マグネットが採用されたモータに関するものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
Note that the configuration described below does not limit the present invention and can be variously modified within the scope of the gist of the present invention.
In the present embodiment, in adopting reverse radial orientation in a surface permanent magnet field motor (SPM), a magnet capable of efficiently converging a magnetic flux and improving demagnetization resistance is adopted. Related to the motor.
図1乃至図3は、本発明の一実施形態を示すものであり、図1は回転電機の径方向断面を示す説明図、図2はマグネットの配向方向を示す説明図、図3は図2のX部拡大図及び改変例に係る当該相当箇所を示す図である。
なお、図4は従来例を示す説明図である。
1 to 3 show an embodiment of the present invention. FIG. 1 is an explanatory view showing a radial section of a rotating electrical machine, FIG. 2 is an explanatory view showing an orientation direction of a magnet, and FIG. It is a figure which shows the said equivalent location which concerns on the X section enlarged view of, and a modification.
FIG. 4 is an explanatory view showing a conventional example.
最初に、図1により、本実施形態に係るマグネット32が搭載されるモータM(「回転電機」に相当)の構成の一例について簡単に説明する。
このモータMは、表面永久磁石界磁式モータ(SPMモータ)であり、マグネット32はロータ3の側面に複数配設されている。
モータMは、出力軸となるシャフト1と、ステータ2(「固定子」に相当)と、ロータ3(「回転子」に相当)と、を備えて構成されている。
First, an example of the configuration of a motor M (corresponding to “rotary electric machine”) on which the
The motor M is a surface permanent magnet field motor (SPM motor), and a plurality of
The motor M includes a
ステータ2は、略円筒状に形成されており、図示は省略するが、径方向内側に延びる複数のティースと、そのティースに巻回された巻線と、を備えて構成されている。
このステータ2を構成する巻線には、図示しない電源装置より電源が供給され、これによりステータ2には回転磁界が発生することとなり、この回転磁界によりロータ3が回転する。
The
Power is supplied to a winding constituting the
ロータ3の中心には軸方向に貫通するシャフト1が固定されているとともに、このロータ3はステータ2の内側に回転可能に支持されている。
ロータ3は、略円筒状のロータコア31(「回転子コア」に相当)と、ロータコア31の外周側面に固定された複数のマグネット32と、を有して構成されている。
本実施形態においては、N極が5個、S極が5個の10個のマグネット32が使用されており、ロータコア31の外周側面周方向に沿って、N極とS極が交互となるよう等間隔に配置(突設)されている。
このように、本実施形態においては、表面磁石型(SPM)のロータ3が使用されている。
A
The
In this embodiment, ten
Thus, in this embodiment, the surface magnet type (SPM)
マグネット32は、ロータコア31周方向中央部分は、ロータ3の円弧形状に沿うように湾曲した形状に形成されているとともに、マグネット32の周方向両端側であって、径方向外側の角部は、面取りされている。
つまり、当該角部は、傾斜面(断面平面視においては直線状)となっている。
なお、当該面取り部分を「面取り部32a」と以下記す。
更に、マグネット32は、逆ラジアル配向となるように形成されている。
The
That is, the corner is an inclined surface (linear shape in a cross-sectional plan view).
The chamfered portion is hereinafter referred to as a “chamfered
Further, the
このように構成されているため、図示しない電源装置より電源が供給されると、ステータ2に回転磁界が発生し、ロータ3に組み込まれた複数のマグネット32との相互作用により、ロータ3が回転する。
この回転力はシャフト1により出力される。
With this configuration, when power is supplied from a power supply device (not shown), a rotating magnetic field is generated in the
This rotational force is output by the
次いで、図2及び図3(a)により、マグネット32について説明する。
上記の通り、マグネット32の周方向両端側であって、径方向外側の角部には、面取り部32a,32aが各々形成されている。
そして、マグネット32は、逆ラジアル配向となるように形成されていることから、磁極中心線L(ロータ3の径方向に沿い、各マグネット32の周方向中心を通る線である)に近づくように傾斜する磁束が生じ、この磁束は磁極中心線L上の集向点O(磁極中心線L上の、ロータコア31径方向外側に集向する)に集向する。
Next, the
As described above, the
And since the
このとき、マグネット32には、面取り部32a,32aが形成されているため、図3に示すように、効率良く集向点Oに磁束を集向させることができる。
このとき、面取り部32aの面取り角度は、マグネット32の配向角度と一致させると好適である。
つまり、マグネット32の配向角度に伴う集向点Oの位置(集向点O1〜O3)に応じて面取り角度を設定すると好適である。
At this time, since the
At this time, it is preferable that the chamfering angle of the chamfered
That is, it is preferable to set the chamfering angle according to the position of the converging point O (concentrating points O1 to O3) according to the orientation angle of the
このように、マグネット32を、集向点Oに磁束を集向させる形状としたことにより、表面磁束の形状が正弦波に近い形状となるため、誘起電圧の歪みを低減することができる。
また、面取り部32aを形成することによって、マグネット32の周方向端部において磁束ベクトルが成す角度が大きくなるため、極間短絡磁束が低減し、有効鎖交磁束が増加する。
As described above, since the
Further, since the angle formed by the magnetic flux vector at the circumferential end of the
更に、面取り部32aを形成することによって、組付け時にマグネット32端部の割れや欠けを防止することができるとともに、マグネット量が減るため、ロータ3の慣性を低減することができる。
なお、マグネット32の種類としては、本願発明の趣旨を逸脱しない範囲において、どのようなものが使用されていてもよいが、フェライトマグネット、ネオジマグネットが好適に使用される。
Furthermore, by forming the chamfered
In addition, as a kind of the
また、図3(b)にコンシクエントポール型のロータ3の例を改変例として示した。
図3(b)に例示するロータ3においては、N極又はS極のマグネット32が複数使用されており、マグネット32,32間には突極33が配置される。
このように、ロータ3として、図3(b)に示すように、コンシクエントポール型のロータ3を採用した場合であっても、一方磁極のマグネット32に上記構成は、有効に適用される。
Further, FIG. 3B shows an example of a continuous
In the
As described above, as shown in FIG. 3B, even when the continuous
このように、本実施形態においては、逆ラジアル配向を採用するにあたり、マグネット32の両端部において、配向方向の厚さを極端に薄く形成することなく、面取りするのみで、有効磁束を増大させることができる。
よって、外部温度変化に対する配向保持を実現し、減磁耐性を確保することが可能となる。
As described above, in the present embodiment, when adopting the reverse radial orientation, the effective magnetic flux is increased only by chamfering at both ends of the
Therefore, it is possible to maintain orientation against external temperature changes and ensure demagnetization resistance.
1・・シャフト、2・・ステータ(固定子)、3・・ロータ(回転子)、
31・・ロータコア(回転子コア)、
32・・マグネット、32a・・面取り部、33・・突極、
L・・磁極中心線、O・・集向点、M・・モータ(回転電機)
1 ..
31. Rotor core (rotor core),
32 .. Magnet, 32a ... Chamfer, 33 ... Salient pole,
L ... Magnetic pole center line, O ... Concentration point, M ... Motor (rotary electric machine)
Claims (5)
該マグネットは、磁極中心線上であって、前記回転子コアの径方向外側に設定された任意の集向点に磁束が集束するように配向されるとともに、前記マグネットにおける、前記回転子コアの周方向両端部であって、前記回転子コアの径方向外側に位置する両角部分は、面取りされた面取り部となっていることを特徴とするマグネット。 A magnet disposed in a circumferential direction of the rotor core,
The magnet is oriented so that the magnetic flux is focused on an arbitrary focusing point set on the magnetic pole center line and radially outside the rotor core. The magnet is characterized in that both corner portions located at both ends in the direction and located radially outside the rotor core are chamfered chamfered portions.
該シャフトに固定されて共に回転可能に支持される前記回転子コアと、該回転子コアの外側面周方向に配置された請求項1乃至請求項4いずれか一項に記載のマグネットと、を備えた回転子と、
該回転子の外側面を覆うように配設され、電源装置より電源が供給されることにより、回転磁界を発生させる固定子と、を少なくとも備えたことを特徴とする回転電機。
A shaft serving as a rotation center axis;
The rotor core fixed to the shaft and rotatably supported together, and the magnet according to any one of claims 1 to 4 disposed in a circumferential direction of the outer surface of the rotor core. A rotor with
A rotating electrical machine comprising at least a stator disposed so as to cover an outer surface of the rotor and generating a rotating magnetic field when power is supplied from a power supply device.
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