JP2016086570A - Rotor and motor using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ロータ、および、それを用いたモータに関する。 The present invention relates to a rotor and a motor using the rotor.
モータの中には、永久磁石を埋め込まれたロータを有するものがある。このような磁石埋込型ロータは、電流を通過させることによって磁束を発生させるための励磁コイルが取り付けられたステータと共に用いられる。 Some motors have a rotor with embedded permanent magnets. Such a magnet-embedded rotor is used with a stator to which an exciting coil for generating a magnetic flux by passing an electric current is attached.
磁石埋込型ロータは、ロータコアと永久磁石を有する。ロータコアは複数の磁石収容穴を有し、その各々が1つの永久磁石を収容する。ロータコアが収容する永久磁石の数に応じて、ロータは複数の磁極を有する。これらの磁極から発される磁束が、励磁コイルから発された磁束と相互作用することにより、ロータの回転が生み出される。 The embedded magnet rotor has a rotor core and a permanent magnet. The rotor core has a plurality of magnet accommodation holes, each of which accommodates one permanent magnet. Depending on the number of permanent magnets housed in the rotor core, the rotor has a plurality of magnetic poles. The magnetic flux generated from these magnetic poles interacts with the magnetic flux generated from the exciting coil, thereby generating rotation of the rotor.
このように、ロータとステータの相互作用によって、モータは動力を生み出す。したがって、ロータが有する磁極の一つから発される磁束が、ステータではなく、ロータ内の隣接する磁極と磁気的に短絡してしまうと、電気エネルギーから機械的動力エネルギーへの変換効率が悪化する。よって、ロータ内の隣接する磁極どうしは、磁気的に遮断されていることが好ましい。しかし、磁石埋込型ロータにおいては、隣接する磁石の間にロータコアの一部が介在しているため、磁気的な短絡が発生しやすい。 Thus, the motor generates power by the interaction between the rotor and the stator. Therefore, if the magnetic flux generated from one of the magnetic poles of the rotor is magnetically short-circuited with the adjacent magnetic poles in the rotor instead of the stator, the conversion efficiency from electrical energy to mechanical power energy deteriorates. . Therefore, it is preferable that adjacent magnetic poles in the rotor are magnetically interrupted. However, in a magnet-embedded rotor, since a part of the rotor core is interposed between adjacent magnets, a magnetic short circuit is likely to occur.
磁極間の磁気的な短絡を抑制する目的で、特許文献1(特開2013−188023号公報)は、ロータに「フラックスバリア」と呼ばれる貫通孔を設けることを提案している。しかし、このような穴の存在によって、ロータの回転や振動に起因して生じる応力に対するロータの耐久性が、悪化してしまう場合がある。 In order to suppress a magnetic short circuit between the magnetic poles, Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2013-188023) proposes to provide a through hole called a “flux barrier” in the rotor. However, the presence of such holes may deteriorate the durability of the rotor against stresses caused by the rotation and vibration of the rotor.
本発明の課題は、耐久性を有する磁石埋込型ロータ、および、そのようなロータを有するモータを提供することである。 An object of the present invention is to provide a magnet embedded rotor having durability, and a motor having such a rotor.
本発明の第1観点に係るロータは、ロータコアと、磁石と、を備える。ロータコアは、外縁を有する。ロータコアには、磁石収容穴と、空隙部と、が形成されている。磁石収容穴は、磁石を収容する。空隙部は、磁石収容穴から延びる。ロータコアは、ブリッジ部を有している。ブリッジ部は、空隙部と外縁との間に位置する。ブリッジ部は、複数のブリッジを有している。複数のブリッジは、第1ブリッジと、第2ブリッジと、第3ブリッジと、を有している。第2ブリッジは、第1ブリッジよりも径方向内側に位置する。第3ブリッジは、第2ブリッジよりも径方向内側に位置する。ブリッジ部には、複数の開口が形成されている。複数の開口は、第1開口と、第2開口と、を有している。第1開口は、第1ブリッジと第2ブリッジの間に位置する。第2開口は、第2ブリッジと第3ブリッジの間に位置する。第1ブリッジの幅よりも第2ブリッジの幅のほうが大きい。第2ブリッジの幅よりも第3ブリッジの幅のほうが大きい。 A rotor according to a first aspect of the present invention includes a rotor core and a magnet. The rotor core has an outer edge. A magnet housing hole and a gap are formed in the rotor core. A magnet accommodation hole accommodates a magnet. The gap portion extends from the magnet accommodation hole. The rotor core has a bridge portion. The bridge portion is located between the gap portion and the outer edge. The bridge unit has a plurality of bridges. The plurality of bridges include a first bridge, a second bridge, and a third bridge. The second bridge is located on the radially inner side than the first bridge. The third bridge is located on the radially inner side than the second bridge. A plurality of openings are formed in the bridge portion. The plurality of openings have a first opening and a second opening. The first opening is located between the first bridge and the second bridge. The second opening is located between the second bridge and the third bridge. The width of the second bridge is larger than the width of the first bridge. The width of the third bridge is larger than the width of the second bridge.
この構成によれば、応力に対して耐久性を有する磁石埋込型ロータを得ることができる。このようなロータは、高速モータにも利用できる可能性が高い。 According to this configuration, a magnet-embedded rotor having durability against stress can be obtained. Such a rotor is likely to be used for a high-speed motor.
本発明の第2観点に係るロータは、第1観点に係るロータにおいて、第1開口と第2開口とが、少なくとも部分的に、径方向に重なり合っている。 In the rotor according to the second aspect of the present invention, in the rotor according to the first aspect, the first opening and the second opening at least partially overlap in the radial direction.
この構成によれば、ロータの隣接する磁極間の磁気的な短絡を、より抑制できる。 According to this structure, the magnetic short circuit between the magnetic poles which a rotor adjoins can be suppressed more.
本発明の第3観点に係るロータは、第2観点に係るロータにおいて、空隙部が、第1開口と第2開口のいずれとも、少なくとも部分的に、径方向に重なり合っている。 In the rotor according to the third aspect of the present invention, in the rotor according to the second aspect, the gap portion overlaps at least partially in the radial direction with both the first opening and the second opening.
この構成によれば、ロータの隣接する磁極間の磁気的な短絡を、第2観点の構成よりもさらに抑制できる。 According to this configuration, the magnetic short circuit between the adjacent magnetic poles of the rotor can be further suppressed as compared with the configuration of the second aspect.
本発明の第4観点に係るモータは、第1観点から第3観点のいずれか1つに係るロータと、コイルと、を備える。コイルは、電流を通過させることによって、磁石と協同してロータを回転させることができる。 A motor according to a fourth aspect of the present invention includes the rotor according to any one of the first to third aspects and a coil. The coil can rotate the rotor in cooperation with the magnet by passing current through it.
この構成によれば、耐久性を有するモータを得ることができる。このようなモータは、ロータを高速で回転できる可能性が高い。 According to this configuration, a durable motor can be obtained. Such a motor is likely to rotate the rotor at high speed.
本発明の第1観点に係るロータは、応力に対して耐久性を有する。 The rotor according to the first aspect of the present invention has durability against stress.
本発明の第2観点または第3観点に係るロータは、ロータの隣接する磁極間の磁気的な短絡を抑制できる。 The rotor according to the second or third aspect of the present invention can suppress a magnetic short circuit between adjacent magnetic poles of the rotor.
本発明の第4観点に係るモータは、耐久性を有する。 The motor according to the fourth aspect of the present invention has durability.
以下、本発明に係るロータおよびモータの一実施形態について、図1から図4を用いて説明する。なお、本発明に含まれるロータおよびモータの具体的な構成は、下記に説明する実施形態に限られるものではない。具体的な構成は、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 Hereinafter, an embodiment of a rotor and a motor according to the present invention will be described with reference to FIGS. The specific configurations of the rotor and the motor included in the present invention are not limited to the embodiments described below. The specific configuration can be changed as appropriate without departing from the scope of the invention.
(1)全体構成
図1および図2に示すとおり、ロータ10は、全体として、中心軸Cを囲む円筒形状を有している。ロータ10は、ロータコア20と、4個の永久磁石50と、2枚の端板70とを有している。ただし、図1では、端板70は省略されている。
(1) Overall Configuration As shown in FIGS. 1 and 2, the
図3は、図1および図2に示されたロータ10を用いたモータ100である。
FIG. 3 shows a
(2)ロータ10の構成
(2−1)ロータコア20
図1および図2に示すとおり、ロータコア20は、全体として厚い円筒の形状を有し、例えば積層された複数の円盤状の鋼板からなる。図2に示すように、ロータコア20は、上面27、下面28、および、上面27と下面28をつなぐ外縁21を有する。
(2) Configuration of rotor 10 (2-1)
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図1に示すように、ロータコア20には、シャフト保持穴22、磁石収容穴23、空隙部24が形成されている。さらに、ロータコア20は、後述するブリッジ部25を有する。
As shown in FIG. 1, the
(2−1−1)シャフト保持穴22
シャフト保持穴22は、ロータコア20を中心軸Cと平行に貫く貫通孔であり、ロータ10の回転軸として機能するシャフト110(図3参照)を保持するためものである。
(2-1-1) Shaft
The
(2−1−2)磁石収容穴23
4つの磁石収容穴23は、いずれも、ロータコア20を中心軸Cと平行に貫く貫通孔であり、永久磁石50を収容するためのものである。
(2-1-2)
The four
(2−1−3)空隙部24
空隙部24は、ロータコア20を中心軸Cと平行に貫く貫通孔であり、かつ、磁石収容穴23の端部より延びた空間である。空隙部24は、永久磁石50を収容していない。
(2-1-3)
The
(2−1−4)ブリッジ部25
ブリッジ部25とは、ロータコア20の一部であり、外縁21と空隙部24の間に位置する比較的狭い箇所である。1つのブリッジ部25は、(2−2)節で後述する4つの磁極中心P1〜P4のうちの隣接する2つの間に位置する。ブリッジ部25の径方向の幅WB(図4参照)を狭くすることによって、当該隣接する2つの磁極中心をそれぞれ含む2つの磁極が、磁気的に短絡してしまうことを抑制できる。これにより、それぞれの永久磁石50が発する磁束は、ロータ10を囲むようにロータ10の外側に配置されたステータ120(図3参照)と、効率的に相互作用することができる。
(2-1-4)
The
概して、ブリッジ部25の径方向の幅WB(図4参照)が小さければ小さいほど、磁気的短絡の抑制効果は大きくなる。抑制効果については、(4)節で図4を参照しながら後述する。
In general, the smaller the width WB (see FIG. 4) in the radial direction of the
(2−2)永久磁石50
図1に示すように、永久磁石50は、ロータ10に磁極を与えるために、ロータコア20の磁石収容穴23の中に設置される。
(2-2)
As shown in FIG. 1, the
本実施形態においては、永久磁石50の数は4つである。しかし、設計上の要請に応じて、それ以外の数の永久磁石50および磁石収容穴23が設けられていてもよい。
In the present embodiment, the number of
磁極中心P1〜P4は、それぞれ、図1に示す外縁21の上で、いずれかの永久磁石50の中心に最も近い箇所に現れる。
Each of the magnetic pole centers P1 to P4 appears on the
(2−3)端板70
端板70は、例えば非磁性体であるステンレス鋼からなる、円盤である。図2に示すように、2枚の端板70がロータコア20の上面27と下面28に取り付けられており、磁石収容穴23の中に配置された永久磁石50が外に出るのを防いでいる。それぞれの端板70の中心には、シャフトを通過させるためのシャフト通過穴72が形成されている。
(2-3)
The
永久磁石50が端板70以外の何らかの方法によってロータコア20に固定されている場合には、端板70は必ずしも設けなくともよい。
When the
(2−4)その他
ロータコア20および端板70の相互の固定は、さまざまな方法により行うことができ、例えば、リベットなどの締結具によって行われてもよい。その場合、ロータコア20と端板70はそれぞれ、締結具を通過させるための貫通孔を有していてもよい。
(2-4) Others The
(3)モータ100の構成
図3は、図1および図2に示されたロータ10を用いたモータ100の構造の概略図である。
(3) Configuration of
モータ100は、ケーシング130を有し、その中にロータ10およびステータ120が設置されている。
The
ロータ10のシャフト保持穴22には、シャフト110が固定されている。シャフト110は、図示しないベアリングに支持されており、回転することができる。
A
ステータ120はロータ10を囲むように配置されている。ステータ120には、複数の励磁コイル125が設けられている。本実施形態においては、励磁コイル125の数は4つである。しかし、設計上の要請に応じて、それ以外の数の励磁コイル125が設けられていてもよい。
The
これら4つの励磁コイル125のそれぞれが、所定のシーケンスにしたがって順次選択的に励磁される。これにより、励磁された励磁コイル125とロータ10の磁極中心P1〜P4のいずれかとの間に、吸引力または反発力が発生し、ロータ10が回転させられる。
Each of these four
(4)特徴
(4−1)第1開口41および第2開口42の形成
図4に、ブリッジ部25の拡大図を示す。ブリッジ部25には、第1開口41と第2開口42が形成されている。第1開口41および第2開口42は、ロータコア20を貫く貫通孔であり、ロータ10の中心軸C(図1または図2参照)と平行に延びている。
(4) Features (4-1) Formation of
図4に示すとおり、第1開口41は、第2開口42よりも、外縁21の近くに位置する。第1開口41と第2開口42とは、少なくとも部分的に、径方向に重なり合っていることが好ましい。ここで、「少なくとも部分的に、径方向に重なる」とは、外縁21のある箇所から中心軸Cまで延びる1つの線分が、2つ以上の対象を貫くことを意味する。同様に、空隙部24は、第1開口41と、少なくとも部分的に、径方向に重なり合っていることが好ましい。加えて、空隙部24は、第2開口42と、少なくとも部分的に、径方向に重なり合っていることが好ましい。図4に示すロータコア20に関しては、外縁21のある箇所から中心軸Cまで延びる1つの線分が、第1開口41、第2開口42、および、空隙部24のすべてを貫く。
As shown in FIG. 4, the
第1開口41と第2開口42の存在により、ブリッジ部25には、それぞれ、第1ブリッジ31、第2ブリッジ32、および、第3ブリッジ33が形成されている。第1開口41は、第1ブリッジ31と第2ブリッジ32を隔てており、第2開口42は、第2ブリッジ32と第3ブリッジ33を隔てている。図4に示す、第1ブリッジ幅W1、第2ブリッジ幅W2、第3ブリッジ幅W3、第1開口幅WG1、第2開口幅WG2、および、ブリッジ部幅WBは、それぞれ、第1ブリッジ31、第2ブリッジ32、第3ブリッジ33、第1開口41、第2開口42、および、ブリッジ部25が有する、ロータコア20の径方向の幅である。本実施形態においては、第1ブリッジ幅W1、第2ブリッジ幅W2、第3ブリッジ幅W3、第1開口幅WG1、および、第2開口幅WG2の合計W1+W2+W3+WG1+WG2は、ブリッジ部幅WBと等しい。
Due to the presence of the
第1ブリッジ幅W1、第2ブリッジ幅W2、および、第3ブリッジ幅W3の合計W1+W2+W3が大きければ大きいほど、隣接磁極間の磁気的短絡の抑制効果は低減すると考えられる。図4に示した本実施形態のロータコア20が発揮できる磁気的短絡の抑制効果は、幅の大きさがW1+W2+W3である単一のブリッジを有し、かつ、開口を有しないロータコアが発揮できる磁気的短絡の抑制効果と、同程度であることが推測される。
It is considered that the effect of suppressing the magnetic short circuit between adjacent magnetic poles is reduced as the total W1 + W2 + W3 of the first bridge width W1, the second bridge width W2, and the third bridge width W3 is larger. The magnetic short-circuit suppressing effect that can be exhibited by the
発明者らは、同程度の抑制効果が期待できる、表1に示した2つのロータコア、すなわち、ロータコアAおよびロータコアBについて、応力解析シミュレーションを行った。その結果、開口を有しないロータコアAよりも、開口を有するロータコアBの方が高い応力耐性を有するという知見が得られた。 The inventors performed a stress analysis simulation for the two rotor cores shown in Table 1, that is, the rotor core A and the rotor core B, which can be expected to have a similar suppression effect. As a result, it was found that the rotor core B having an opening has higher stress resistance than the rotor core A having no opening.
(4−2)第1ブリッジ幅W1、第2ブリッジ幅W2,第3ブリッジ幅W3の大きさ
発明者らは、さらなる応力解析シミュレーションを行い、第1〜第3ブリッジ幅合計W1+W2+W3の大きさを一定に保ちながら、それぞれのブリッジの幅W1、W2、W3の大きさをどのように決定すべきかについて検証した。
(4-2) Sizes of the first bridge width W1, the second bridge width W2, and the third bridge width W3 The inventors perform further stress analysis simulation, and determine the size of the first to third bridge width total W1 + W2 + W3. It was verified how the widths W1, W2 and W3 of the respective bridges should be determined while keeping constant.
その結果、外縁21に近いブリッジほど小さい幅を有するロータコアの応力耐性が比較的高いという知見が得られた。図4に示したロータコア20は、この条件を満たしている。すなわち、第1ブリッジ幅W1は、第2ブリッジ幅W2よりも小さく、第2ブリッジ幅W2は、第3ブリッジ幅W3よりも小さい。
As a result, the knowledge that the stress resistance of the rotor core having a smaller width toward the bridge closer to the
(4−3)その他
本実施形態においては、ブリッジ部25におけるブリッジの数は3つであり、開口の数は2つである。しかし、本発明の構成におけるブリッジ部25が有するブリッジおよび開口の数は、これらに限定されない。
(4-3) Others In the present embodiment, the number of bridges in the
本発明は、あらゆる技術分野におけるモータに利用可能である。例えば、本発明は、空気調整装置に利用可能である。 The present invention is applicable to motors in all technical fields. For example, the present invention can be used for an air conditioning apparatus.
10 ロータ
20 ロータコア
21 外縁
22 シャフト保持穴
23 磁石収容穴
24 空隙部
25 ブリッジ部
27 上面
28 下面
31 第1ブリッジ
32 第2ブリッジ
33 第3ブリッジ
41 第1開口
42 第2開口
50 永久磁石
70 端板
72 シャフト通過穴
100 モータ
110 シャフト
120 ステータ
125 励磁コイル
130 ケーシング
C 中心軸
P1 磁極中心
P2 磁極中心
P3 磁極中心
P4 磁極中心
W1 第1ブリッジ幅
W2 第2ブリッジ幅
W3 第3ブリッジ幅
WG1 第1開口幅
WG2 第2開口幅
WB ブリッジ部幅
DESCRIPTION OF
Claims (4)
磁石(50)と、
を備えるロータ(10)であって、
前記ロータコアには、
前記磁石を収容する磁石収容穴(23)と
前記磁石収容穴から延びる空隙部(24)と、
が形成されており、
前記ロータコアは、
前記空隙部と前記外縁との間に位置するブリッジ部(25)、
を有しており、
前記ブリッジ部は、複数のブリッジ(31、32、33)を有しており、
前記複数のブリッジは、
第1ブリッジ(31)と、
前記第1ブリッジよりも径方向内側に位置する第2ブリッジ(32)と、
前記第2ブリッジよりも径方向内側に位置する第3ブリッジ(33)と、
を有しており、
前記ブリッジ部には、複数の開口(41、42)が形成されており、
前記複数の開口は、
前記第1ブリッジと前記第2ブリッジの間に位置する第1開口(41)と、
前記第2ブリッジと前記第3ブリッジの間に位置する第2開口(42)と、
を有しており、
前記第1ブリッジの幅(W1)よりも前記第2ブリッジの幅(W2)のほうが大きく、
前記第2ブリッジの幅(W2)よりも前記第3ブリッジの幅(W3)のほうが大きい、
ロータ(10)。 A rotor core (20) having an outer edge (21);
A magnet (50);
A rotor (10) comprising:
In the rotor core,
A magnet housing hole (23) for housing the magnet, and a gap (24) extending from the magnet housing hole;
Is formed,
The rotor core is
A bridge portion (25) located between the gap and the outer edge;
Have
The bridge part has a plurality of bridges (31, 32, 33),
The plurality of bridges are:
A first bridge (31);
A second bridge (32) located radially inward of the first bridge;
A third bridge (33) located radially inward of the second bridge;
Have
A plurality of openings (41, 42) are formed in the bridge portion,
The plurality of openings are
A first opening (41) located between the first bridge and the second bridge;
A second opening (42) located between the second bridge and the third bridge;
Have
The width (W2) of the second bridge is larger than the width (W1) of the first bridge,
The width (W3) of the third bridge is larger than the width (W2) of the second bridge,
Rotor (10).
電流を通過させることによって、前記磁石と協同して前記ロータを回転させることのできるコイル(125)と、
を備える、モータ。 A rotor according to any one of claims 1 to 3;
A coil (125) capable of rotating the rotor in cooperation with the magnet by passing an electric current;
Comprising a motor.
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