JP2020036443A - Rotor of rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転電機のロータに係り、特に、磁石埋め込み型のIPM(Interior Permanent Magnet)モータのロータに関する。 The present invention relates to a rotor for a rotating electric machine, and more particularly to a rotor for an IPM (Interior Permanent Magnet) motor with a magnet embedded therein.
従来の回転電機のロータは、複数の円形の鋼板が積層されたロータコアを備えている。ロータコアの軸中心には、回転シャフトが配置され、その周りには、ロータコアの軸方向に貫通したスロットが形成されている。スロットには永久磁石が配置され、永久磁石は、エポキシ樹脂等からなる封止材によりスロット内に埋設されている。さらに、ロータコアの両端面にそれぞれ金属製の円形のエンドプレートが固着されて構成されている(例えば特許文献1参照)。 BACKGROUND ART A rotor of a conventional rotating electrical machine includes a rotor core in which a plurality of circular steel plates are stacked. A rotating shaft is arranged at the center of the axis of the rotor core, and a slot is formed around the rotating shaft in the axial direction of the rotor core. A permanent magnet is arranged in the slot, and the permanent magnet is embedded in the slot by a sealing material made of epoxy resin or the like. Further, a circular end plate made of metal is fixed to both end surfaces of the rotor core (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、例えば、特許文献1に示すロータの磁気特性を向上させようとした場合、板状の永久磁石の幅広面とロータコアの隙間において、永久磁石の表面に磁性被膜を被覆することが考えられるが、このような磁性被膜を被覆した永久磁石をスロットに挿入する際に、この磁性被膜が、スロットに接触し剥離するおそれがある。
However, for example, in order to improve the magnetic characteristics of the rotor disclosed in
このような点を考慮すると、封止樹脂に磁性粉末等を含有することも考えられるが、この場合には、ロータの回転軸方向の永久磁石にも磁束が発散するおそれがあり、ロータの磁気特性が却って阻害されてしまうことがある。 In consideration of such a point, it is conceivable that the sealing resin may contain magnetic powder or the like, but in this case, there is a possibility that magnetic flux may be diverged also to the permanent magnet in the rotation axis direction of the rotor, and the The characteristics may be hindered on the contrary.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、ロータとステータとの磁気特性を向上させ、永久磁石から発生する磁束を効率良くステータに流すことができ、回転電機の効率を高めることができるロータを提供することにある。 The present invention has been made in view of such a problem, and improves the magnetic characteristics of the rotor and the stator, allows the magnetic flux generated from the permanent magnet to efficiently flow through the stator, and reduces the efficiency of the rotating electric machine. It is to provide a rotor that can be raised.
前記目的を達成すべく、本発明に係る回転電機のロータは、複数の円形の鋼板が積層されたロータコアと、前記ロータコアの中心軸に沿って配設された回転シャフトと、前記ロータコアの軸方向に貫通したスロットと、前記スロットに埋設された板状の永久磁石と、を備えた回転電機のロータであって、前記永久磁石の表面は、絶縁性を有する不織布で覆われており、前記ロータコアの外周面側に向いており、前記永久磁石の磁極を形成した第1表面と、前記第1表面とは反対側に位置し、前記ロータコアの前記中心軸側に向いており、前記永久磁石の磁極を形成した第2表面は、磁性粉末を含有した前記不織布で覆われており、前記ロータコアの前記中心軸に対して垂直となる前記永久磁石の両端面は、前記磁性粉末を含有しない前記不織布で覆われていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a rotor of a rotating electric machine according to the present invention includes a rotor core having a plurality of circular steel plates stacked thereon, a rotating shaft disposed along a central axis of the rotor core, and an axial direction of the rotor core. And a plate-shaped permanent magnet buried in the slot, the rotor of the rotating electrical machine, wherein the surface of the permanent magnet is covered with non-woven fabric having an insulating property, the rotor core And a first surface on which the magnetic poles of the permanent magnet are formed, and a first surface which is located on the opposite side to the first surface and faces the center axis side of the rotor core. The second surface on which the magnetic poles are formed is covered with the nonwoven fabric containing a magnetic powder, and both end faces of the permanent magnet perpendicular to the central axis of the rotor core are formed of the non-woven fabric containing no magnetic powder. Weave Characterized in that it is covered by.
本発明によれば、永久磁石は、不織布で覆われているので、永久磁石とスロットとの間の絶縁性が不織布により保たれる。また、永久磁石の磁極を形成した第1および第2表面は、磁性粉末を含有した不織布で覆われているので、永久磁石の磁極から出る磁束に対する磁気抵抗を磁性粉末で低減することができる。これにより、ロータの磁気特性を向上することができ、回転電機の効率を向上できる。 According to the present invention, since the permanent magnet is covered with the nonwoven fabric, the insulation between the permanent magnet and the slot is maintained by the nonwoven fabric. Further, since the first and second surfaces on which the magnetic poles of the permanent magnet are formed are covered with the nonwoven fabric containing the magnetic powder, the magnetic powder can reduce the magnetic resistance to the magnetic flux from the magnetic poles of the permanent magnet. Thereby, the magnetic characteristics of the rotor can be improved, and the efficiency of the rotating electric machine can be improved.
さらに、永久磁石の両端面は、磁性粉末を含有しない不織布で覆われているので、この部分から磁束が発散することはない。また、永久磁石の膨張収縮を不織布がその厚さ方向に変形することにより緩和(緩衝)し、不織布とスロットの間に封止材を配置した際に封止材に亀裂が発生することを抑制できる。また、封止材の劣化を防止することができる。 Further, since both end surfaces of the permanent magnet are covered with a non-woven fabric containing no magnetic powder, no magnetic flux is emitted from this portion. In addition, the expansion and contraction of the permanent magnet is reduced (buffered) by deforming the nonwoven fabric in the thickness direction, thereby suppressing cracking of the sealing material when the sealing material is disposed between the nonwoven fabric and the slot. it can. In addition, deterioration of the sealing material can be prevented.
以下、本発明に係る回転電機のロータの一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
図1(a)は、本実施形態に係る回転電機のロータの斜視図、(b)は永久磁石の斜視図、図2(a)は、図1に示す回転電機のロータの平面図、(b)は(a)のC部の拡大断面図、(c)は永久磁石の磁極を示す説明図、図3は、図2(a)のA−A線に沿う要部断面図、図4は、図2(a)のB−B線に沿う要部断面図である。
Hereinafter, an embodiment of a rotor of a rotating electrical machine according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1A is a perspective view of a rotor of the rotary electric machine according to the present embodiment, FIG. 1B is a perspective view of a permanent magnet, FIG. 2A is a plan view of the rotor of the rotary electric machine shown in FIG. 2B is an enlarged sectional view of a portion C of FIG. 2A, FIG. 3C is an explanatory view showing magnetic poles of a permanent magnet, FIG. 3 is a sectional view of a main part taken along line AA of FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part along line BB in FIG.
図1〜4に示すIPMモータ用ロータ1(以下、ロータ1という)は、回転電機のロータであり、複数の円形の電磁鋼板などの鋼板10a,10a…が積層され、これらがかしめ等で連結固定されることでロータコア10が形成されている。ロータコア10の中心軸には平面視で円形の回転シャフト用スロット11が貫通して開設され、このスロット11に回転シャフト12が挿入され固定されている。ロータコア10の外周部には、回転シャフト12の軸方向に沿って永久磁石14用のスロット13,13…が貫通して開設され、各スロット13には、永久磁石14が挿入されている。各永久磁石14は絶縁性の不織布15で覆われ、封止材16によりスロット13内に埋設されている。
A
図1(b)および図2(b)および(c)に示すように、永久磁石14は、スロット13に挿入できるような板状に形成され、端面14a、14b、幅狭面14c、14d、幅広面14e、14fの6面を有している。永久磁石14は、例えば幅広面14e側がN極、幅広面14f側がS極に着磁され、幅広面14e、14fは磁極を形成した表面となっている。永久磁石14は、幅広面14e、14fは磁束J1が通る面であり、幅広面14eと幅広面14fを周回する磁力線(磁界)J2が形成される。
As shown in FIGS. 1 (b), 2 (b) and 2 (c), the
図2(a)〜(c)に示すように、幅広面14eは、ロータコア10の外周面10b側(すなわちステータ側)に向いて、永久磁石14の磁極(例えばS極)を形成した表面であり、本発明でいう「第1表面」に相当する。また、幅広面14fは、幅広面14eとは反対側に位置しており、ロータコア10の中心軸側に向いて、永久磁石14の磁極を形成した表面であり、本発明でいう「第2表面」に相当する。端面14a、14bは、ロータコア10の中心軸に対して垂直となる表面であり、これらは、本発明でいう「両端面」に相当する。
As shown in FIGS. 2A to 2C, the
本実施形態では、各スロット13は平面視で矩形であり、隣接する2つのスロット13,13が平面視で略V字状に開設され、永久磁石14,14が挿入されて1つの磁界を構成している。ロータコア10には、全体で16個のスロット13,13…に、16個の永久磁石14,14…が挿入されて、合わせて8つの磁極がロータコア10の外周部に形成されている。各スロット13に対して、各永久磁石14は僅かに小形に形成され、挿入しやすい形状となっている。
In this embodiment, each
具体的には、図3、図4に示すように、永久磁石14は縦幅L1、横幅W1、高さH1に形成され、スロット13は縦L2、横W2、高さH2に形成され、それぞれ永久磁石14の縦L1、横W1、高さH1より大きく形成されている。このため、スロット13と永久磁石14との間には、縦方向で(L2−L1)の隙間が形成され、横方向には(W2−W1)の隙間が形成され、高さ方向には(H2−H1)の隙間が形成されている。
Specifically, as shown in FIG. 3 and FIG. 4, the
永久磁石14の表面は、絶縁性を有した不織布15で覆われており、この不織布15が、縦方向の隙間、横方向の隙間および高さ方向の隙間に配置される。なお、不織布15は、この配置状態において、厚さ方向に弾性変形自在である。不織布15の材料としては、絶縁性を有した樹脂等を挙げることができる。
The surface of the
具体的には、永久磁石14は、軸方向に沿った断面形状が矩形であり、全体として縦長の直方体に形成されており、図5(a)に示すように、不織布15は永久磁石14の直方体の6面を覆うように形成されている。すなわち、不織布15は、端面被覆部15a,15b、幅狭面被覆部15c,15d、幅広面被覆部15e,15fを有しており、これらが1つのシートとして形成されている。
More specifically, the
絶縁性の不織布15は、永久磁石14の外面である6面を覆うものである。永久磁石14の磁極を形成した表面である幅広面14e、14fには、磁性粉末17が含有された不織布からなる幅広面被覆部15e,15fで覆われる。
The insulating
一方、永久磁石14の端面14a、14bは、磁性粉末17を含有しない不織布からなる端面被覆部15a,15bで覆われる。さらに、永久磁石14の幅狭面14c、14dは、幅狭面被覆部15c,15dで覆われ、幅狭面被覆部15c,15dは、磁性粉末17を含有しない不織布からなる。しかしながら、図5(b)に示すように、幅狭面被覆部15c,15dは、磁性粉末17を含有しない不織布からなってもよい。
On the other hand, the end surfaces 14a and 14b of the
磁性粉末17は、磁性材料であればよく、鉄粉などの金属粉を挙げることができ、その表面に絶縁性を有した被膜が形成されていることが好ましい。絶縁性を有した被膜として、シリコーンなどの樹脂、金属窒化物または金属酸化物などの材料を挙げることができる。
The
磁性粉末17の形状については特に限定されるものではないが、その平均粒径は、例えば、30〜100μmであることが好ましい。また、磁性粉末17の含有密度は、例えば0.06〜3g/cm2が好ましい。磁性粉末17を不織布15の所定の部位に含有させるには、磁性粉末17を不織布15の肉厚内の空間に配置し、例えば接着剤で固定してもよい。また、磁性粉末17を含む接着剤を不織布15の表面に塗工してもよい。
The shape of the
このようにして不織布15で表面を覆われた永久磁石14は、図5(c)に示されるように、ロータコア10の軸方向に貫通したスロット13に挿入される。前記のようにスロット13の高さに対して永久磁石14の高さが小さいため、永久磁石14がスロット13内に挿入されたとき、軸方向の両側に空間ができる。この空間に封止材16を注入して、スロット13内に永久磁石14を埋設する。
The
ロータコア10を回転電機として用いるときは、ロータコア10の外周面10bは、図示していないステータに近接して対向する円筒面である。磁性粉末17を含有する幅広面被覆部15e、15fが、N極およびS極の磁極を形成することにより、永久磁石14から出る磁束を、磁性粉末17を通して効率よく通過させステータに至る磁界を形成することができる。
When the
不織布15とスロット13との間には、封止材16が配置されている。すなわち、スロット13と永久磁石14との間の隙間には封止材16が充填され、スロット13の内部に、不織布15で覆われた永久磁石14が封止材16で埋設固定される。封止材16としては、例えばエポキシ樹脂が用いられ、各永久磁石14はスロット13内に封止材16で固定される。なお、封止材16は、エポキシ樹脂に限られるものでなく、他の樹脂を用いてもよい。
A sealing
スロット13と永久磁石14との間の隙間に封止材16を注入して充填する際に、永久磁石14周りに封止材16の厚さが均等になるようにすることが好ましい。具体的には、図3において、スロット13の縦寸法L2の中心に対して、永久磁石14の縦寸法L1の中心が一致するように永久磁石14を位置させ、スロット13の高さ寸法H2の中心に永久磁石14の高さ寸法H1の中心が合うようにして封止材16を充填する。この場合、永久磁石14の下方の封止材16の厚さH3と、永久磁石14の上方の封止材16の厚さH4とは等しくなる。
When filling and filling the gap between the
また、図4において、スロット13の横寸法W2の中心に永久磁石14の横寸法W1の中心が合うようにして封止材16を充填する。少なくとも、封止材16は、スロット13の両側の開口から(永久磁石14の端面側から)、永久磁石14を封止するように配置されている。なお、不織布15には封止材16が含浸されないので不織布15が、この配置状態において、厚さ方向に弾性変形自在である。このようにして、スロット13の内部空間の中央位置に永久磁石14を位置させてスロット13と不織布15で覆われた永久磁石14との隙間に封止材16を注入して充填することで、封止材16の縦方向の厚さ、横方向の厚さ、及び高さ方向の厚さを均等にすることができる。
In FIG. 4, the sealing
永久磁石14としては、希土類金属を含有する磁石が用いられている。希土類磁石としては、ネオジウム磁石、サマリウムコバルト磁石等の永久磁石を用いることが好ましい。なお、永久磁石14は希土類金属を含有する磁石に限られるものでなく、フェライト磁石、アルニコ磁石等、適宜の磁石を用いてもよい。
As the
前記の如く構成された本実施形態の回転電機のロータ1の製造方法およびその作用について以下に説明する。前記したように、複数の円形の鋼板10a,10a…が積層されたロータコア10を準備し、ロータコア10の軸中心に貫通して形成したスロット11に回転シャフト12を配設する。次に、ロータコア10の軸方向に貫通した複数のスロット13,13…に、複数の永久磁石14,14…を挿入して埋設する。
A method of manufacturing the
永久磁石14をスロット13に挿入する際に、板状の永久磁石14の6面を、不織布15で覆った状態で、スロット13内に長手方向に沿って挿入する。なお、図5(a)または(b)に示すように、不織布15には、上述した部位に、磁性粉末17を含有している。
When the
このあと、永久磁石14を覆う不織布15の周囲のスロット13内に封止材16を注入して充填する。これにより、不織布15とスロット13との間に封止材16が配置され、スロット13内に不織布15で覆われた永久磁石14が封止材16で固定される。エポキシ樹脂等からなる封止材16が完全に含浸することがなく、不織布15の内部に空気が含まれるため、不織布15は、厚さ方向に圧縮変形自在である。
Thereafter, a sealing
前記のように構成された本実施形態の回転電機のロータ1では、ロータコア10のスロット13内に挿入され埋設された永久磁石14は、絶縁性を有する不織布15で覆われている。このため、永久磁石14とロータコア10との絶縁が保たれる。
In the
また、不織布15は、少なくとも永久磁石14の磁極が形成される幅広面14e、14fは、磁性粉末17を含有した不織布からなる幅広面被覆部15e,15fで覆われており、磁性粉末17は絶縁性の皮膜で覆われているため、永久磁石14とロータコア10との絶縁は保たれる。
In the
また、永久磁石14の磁極が形成された面である幅広面14e、14fを覆う不織布15の幅広面被覆部15e,15fは、磁性粉末17が含有されているため、永久磁石14から発せられる磁束J1は、磁性粉末17を通して伝達され、隙間による磁束の減衰を防止でき、磁気特性の低下が防止される。このため、このロータコア10を回転電機として使用するとき、回転電機の効率の低下は防止される。
Further, the wide
つぎに、不織布の他の実施形態を、図6を参照して説明する。図6に示す不織布は、2部品構成となっている。一方の不織布35Aは、全体に均一に磁性粉末17を含有している。不織布35Aは、幅狭面被覆部35c、35dと、幅広面被覆部35e、35fと、を有し、これらが1つのシートとして連結されている。また、他方の不織布35Bは、磁性粉末17を含有しておらず、端面被覆部35a、35bと幅狭面被覆部35g、35hを有し、これが1つのシートとして連結されている。
Next, another embodiment of the nonwoven fabric will be described with reference to FIG. The nonwoven fabric shown in FIG. 6 has a two-part configuration. One
この実施形態では、不織布35Aと不織布35Bとを永久磁石14に巻きつけて外周の6面を覆う。これにより、不織布35Aの幅狭面被覆部35d(35c)と、不織布35Bの幅狭面被覆部35g(35h)とが重なるようになっている。
In this embodiment, the
そして、永久磁石14の磁極を形成した幅広面14e、14fを覆う不織布35Aの幅広面被覆部35e、35fは、磁性粉末17を含有している。これにより、永久磁石14の磁気抵抗が低減され、磁力線が弱まらないため、回転電機を高効率で回転させることができる。一方、永久磁石14の端面14a、14bを覆う端面被覆部35a、35bには磁性粉末は含有されていないので、端面被覆部35a、35bを緩衝材として作用させることができる。
The wide
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。 As described above, one embodiment of the present invention has been described in detail. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications may be made without departing from the spirit of the present invention described in the appended claims. Design changes can be made.
1:回転電機のロータ、10:ロータコア、10a:鋼板、11:回転シャフト用スロット、12:回転シャフト、13:永久磁石用のスロット、14:永久磁石、14a,14b:端面、14e:幅広面(第1表面)、14f:幅広面(第2表面)、15,15A:絶縁性の不織布、15e,15f:幅広面被覆部(磁性粉末が含有された不織布)、15a,15b:端面被覆部(磁性粉末を含有しない不織布)、16:封止材、17:磁性粉末、35A,35B:絶縁性の不織布、35a,35b:端面被覆部(磁性粉末を含有しない不織布) 1: Rotor of rotating electric machine, 10: Rotor core, 10a: Steel plate, 11: Slot for rotating shaft, 12: Rotating shaft, 13: Slot for permanent magnet, 14: Permanent magnet, 14a, 14b: End face, 14e: Wide face (First surface), 14f: wide surface (second surface), 15, 15A: insulating nonwoven fabric, 15e, 15f: wide surface coating portion (nonwoven fabric containing magnetic powder), 15a, 15b: end surface coating portion (Non-woven fabric containing no magnetic powder), 16: encapsulating material, 17: magnetic powder, 35A, 35B: insulating non-woven fabric, 35a, 35b: end surface coating portion (non-woven fabric containing no magnetic powder)
Claims (1)
前記永久磁石の表面は、絶縁性を有する不織布で覆われており、
前記ロータコアの外周面側に向いており、前記永久磁石の磁極を形成した第1表面と、前記第1表面とは反対側に位置し、前記ロータコアの前記中心軸側に向いており、前記永久磁石の磁極を形成した第2表面とは、磁性粉末を含有した前記不織布で覆われており、
前記ロータコアの前記中心軸に対して垂直となる前記永久磁石の両端面は、磁性粉末を含有しない前記不織布で覆われていることを特徴とする回転電機のロータ。 A rotor core in which a plurality of circular steel plates are stacked, a rotating shaft disposed along a central axis of the rotor core, a slot penetrating in an axial direction of the rotor core, and a plate-shaped permanent magnet embedded in the slot And a rotor of a rotating electric machine comprising:
The surface of the permanent magnet is covered with an insulating nonwoven fabric,
A first surface on which the magnetic poles of the permanent magnet are formed, and a first surface facing the outer peripheral surface side of the rotor core, and which is located on a side opposite to the first surface and faces the center axis side of the rotor core; The second surface on which the magnetic poles of the magnet are formed is covered with the nonwoven fabric containing magnetic powder,
A rotor for a rotating electric machine, wherein both end faces of the permanent magnet perpendicular to the central axis of the rotor core are covered with the nonwoven fabric containing no magnetic powder.
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