JP2020156261A - Rotor of surface-attached permanent magnet rotary electric machine and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、表面貼付型永久磁石回転電機の技術に係り、特に永久磁石の外周面に保持リングを配置して永久磁石を回転子シャフトに固定するようにした表面貼付型永久磁石回転電機の回転子およびその製造方法に関する。 The present invention relates to the technology of a surface-attached permanent magnet rotating electric machine, and in particular, the rotation of a surface-attached permanent magnet rotating electric machine in which a holding ring is arranged on the outer peripheral surface of the permanent magnet to fix the permanent magnet to the rotor shaft. Regarding the child and its manufacturing method.
永久磁石回転電機には、磁石を回転子シャフトの表面に貼り付ける表面貼付型永久磁石(SPM:Surface Permanent Magnet)回転電機と、磁石を回転子の内部に埋め込む埋込型永久磁石(IPM:Interior Permanent Magnet)回転電機の2種類がある。 Permanent magnets The rotating electric machine includes a surface-attached permanent magnet (SPM) that attaches a magnet to the surface of the rotor shaft, and an embedded permanent magnet (IPM: Interior) that embeds the magnet inside the rotor. Permanent Magnet) There are two types of rotating electric machines.
SPM回転電機は、回転子シャフトの表面に磁石が配置されているため、磁石磁束を有効活用できることやトルクリプルが小さいという利点を有するが、回転子の回転時の遠心力により磁石が剥がれるおそれがあるという問題があり、高速回転用途のSPM回転電機ではこの問題を解決するため、永久磁石の外周にカーボン繊維強化プラスチックからなるリング(以下、CFRPリング)を配置することが公知となっている(例えば、下記特許文献1参照)。 Since the magnet is arranged on the surface of the rotor shaft, the SPM rotary electric machine has the advantages that the magnet magnetic flux can be effectively used and the torque ripple is small, but the magnet may be peeled off due to the centrifugal force during rotation of the rotor. In order to solve this problem, SPM rotary electric machines for high-speed rotation are known to arrange a ring made of carbon fiber reinforced plastic (hereinafter referred to as CFRP ring) on the outer circumference of a permanent magnet (for example, CFRP ring). , See Patent Document 1 below).
ところが、前述のCFRPリングは非磁性体であるため、永久磁石の外周にCFRPリングを設けることで、回転子磁石と固定子鉄心とのギャップが増加し回転磁束の低下など、回転電機の特性低下につながっていた。 However, since the CFRP ring described above is a non-magnetic material, by providing the CFRP ring on the outer circumference of the permanent magnet, the gap between the rotor magnet and the stator core increases and the characteristics of the rotating electric machine deteriorate, such as a decrease in rotational magnetic flux. Was connected to.
これに対し、永久磁石の外周部に細幅のリング状の電磁鋼板を軸方向に所定枚数積層して円筒状とした積層筒体を嵌着するようにした永久磁石電動機も公知となっている(例えば、下記特許文献2参照)。なお、このような積層筒体としては、一般的に無方向性電磁鋼板が用いられる。無方向性電磁鋼板は回転子鉄心にも利用される磁性体であるため、CFRPリングとは異なり、回転磁束の低下を抑制でき、さらに積層した電磁鋼板を採用することで渦電流損失の問題もほとんどないという利点がある。 On the other hand, there is also known a permanent magnet electric motor in which a predetermined number of narrow ring-shaped electromagnetic steel sheets are laminated in the axial direction on the outer peripheral portion of the permanent magnet to fit a cylindrical laminated cylinder. (For example, see Patent Document 2 below). As such a laminated cylinder, a non-oriented electrical steel sheet is generally used. Since non-oriented electrical steel sheets are magnetic materials that are also used for rotor cores, unlike CFRP rings, the decrease in rotational magnetic flux can be suppressed, and by using laminated electrical steel sheets, there is also the problem of eddy current loss. It has the advantage of being almost nonexistent.
しかしながら、近年、回転電機の高効率化が求められているのに対し、上記特許文献2に開示された技術であっても、磁性体(積層筒体)から漏れ磁束が発生し、回転電機の効率が低下するという問題があった。 However, in recent years, there has been a demand for higher efficiency of rotary electric machines, but even with the technology disclosed in Patent Document 2, leakage flux is generated from the magnetic material (laminated cylinder), and the rotary electric machine There was a problem that efficiency was reduced.
このようなことから本発明は、漏れ磁束を抑制し、さらなる高効率化を図ることを可能とした表面貼付型永久磁石回転電機の回転子およびその製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, it is an object of the present invention to provide a rotor of a surface-attached permanent magnet rotary electric machine capable of suppressing leakage flux and further improving efficiency, and a method for manufacturing the rotor.
上記の課題を解決するための第1の発明に係る表面貼付型永久磁石回転電機の回転子は、
軸心を中心として回転する回転体と、前記回転体の外表面に少なくとも周方向に沿って配設され固定される複数の永久磁石と、前記永久磁石の外表面全体を覆う円筒状の保持リングとを備える表面貼付型永久磁石回転電機の回転子において、
前記保持リングが、方向性電磁鋼板からなる環状体を軸方向に複数積層して形成される
ことを特徴とする。
The rotor of the surface-attached permanent magnet rotating electric machine according to the first invention for solving the above problems is
A rotating body that rotates around the axis, a plurality of permanent magnets that are arranged and fixed to the outer surface of the rotating body at least along the circumferential direction, and a cylindrical holding ring that covers the entire outer surface of the permanent magnet. In the rotor of a surface-attached permanent magnet rotating electric machine equipped with
The holding ring is characterized in that a plurality of annular bodies made of grain-oriented electrical steel sheets are laminated in the axial direction.
また、上記の課題を解決するための第2の発明に係る表面貼付型永久磁石回転電機の回転子は、第1の発明において、
前記保持リングは、磁化容易軸方向が前記回転体の軸心と磁極の中心とを通る直線と同一となるように配設される
ことを特徴とする。
Further, in the first invention, the rotor of the surface-attached permanent magnet rotating electric machine according to the second invention for solving the above problems is used.
The holding ring is characterized in that the easy-to-magnetize axial direction is arranged so as to be the same as a straight line passing through the axial center of the rotating body and the center of the magnetic pole.
また、上記の課題を解決するための第3の発明に係る表面貼付型永久磁石回転電機の回転子は、第2の発明において、
周方向に2極の前記永久磁石を備える
ことを特徴とする。
Further, in the second invention, the rotor of the surface-attached permanent magnet rotating electric machine according to the third invention for solving the above problems is used.
It is characterized by including the permanent magnet having two poles in the circumferential direction.
また、上記の課題を解決するための第4の発明に係る表面貼付型永久磁石回転電機の回転子は、第1から第3のいずれか一つの発明において、
前記回転体が回転子シャフトである
ことを特徴とする。
Further, the rotor of the surface-attached permanent magnet rotating electric machine according to the fourth invention for solving the above problems is described in any one of the first to third inventions.
The rotating body is a rotor shaft.
また、上記の課題を解決するための第5の発明に係る表面貼付型永久磁石回転電機の回転子の製造方法は、
軸心を中心として回転する回転体の外表面に少なくとも周方向に沿って複数の永久磁石を配設して固定し、前記永久磁石の外表面全体を焼き嵌めまたは圧入により円筒状の保持リングで覆う表面貼付型永久磁石回転電機の回転子の製造方法において、
前記保持リングが、方向性電磁鋼板からなる環状体を軸方向に複数積層して形成される
ことを特徴とする。
Further, a method for manufacturing a rotor of a surface-attached permanent magnet rotating electric machine according to a fifth invention for solving the above problems is described.
A plurality of permanent magnets are arranged and fixed on the outer surface of a rotating body rotating around the axis at least along the circumferential direction, and the entire outer surface of the permanent magnets is shrink-fitted or press-fitted with a cylindrical holding ring. In the method of manufacturing a rotor of a surface-attached permanent magnet rotating electric machine to cover
The holding ring is characterized in that a plurality of annular bodies made of grain-oriented electrical steel sheets are laminated in the axial direction.
また、上記の課題を解決するための第6の発明に係る表面貼付型永久磁石回転電機の回転子の製造方法は、第5の発明において、
前記保持リングは、磁化容易軸方向が前記回転体の軸心と磁極の中心とを通る直線と同一となるように配設される
ことを特徴とする。
Further, a method for manufacturing a rotor of a surface-attached permanent magnet rotating electric machine according to a sixth invention for solving the above problems is described in the fifth invention.
The holding ring is characterized in that the easy-to-magnetize axial direction is arranged so as to be the same as a straight line passing through the axial center of the rotating body and the center of the magnetic pole.
また、上記の課題を解決するための第7の発明に係る表面貼付型永久磁石回転電機の回転子の製造方法は、第6の発明において、
周方向に2極の前記永久磁石を配設し、固定する
ことを特徴とする。
Further, the method for manufacturing a rotor of a surface-attached permanent magnet rotating electric machine according to the seventh invention for solving the above problems is described in the sixth invention.
It is characterized in that the two-pole permanent magnets are arranged and fixed in the circumferential direction.
また、上記の課題を解決するための第8の発明に係る表面貼付型永久磁石回転電機の回転子の製造方法は、第5から第7のいずれか一つの発明において、
前記回転体が回転子シャフトである
ことを特徴とする。
Further, the method for manufacturing a rotor of a surface-attached permanent magnet rotating electric machine according to the eighth invention for solving the above problems is described in any one of the fifth to seventh inventions.
The rotating body is a rotor shaft.
本発明に係る表面貼付型永久磁石回転電機の回転子及びその製造方法によれば、無方向性電磁鋼板により保持リングを形成した場合に比較して、漏れ磁束を抑制し、さらなる高効率化を図ることが可能となる。 According to the rotor of the surface-attached permanent magnet rotary electric machine and the manufacturing method thereof according to the present invention, the leakage flux is suppressed and the efficiency is further improved as compared with the case where the holding ring is formed by the non-oriented electrical steel sheet. It becomes possible to plan.
以下、図1から図5を用いて本発明の一実施形態に係る表面貼付型永久磁石回転電機の回転子およびその製造方法について説明する。
本実施形態の表面貼付型永久磁石回転電機は、N極とS極を一対だけ形成する2極の回転電機であって、図1から図4に示すように、回転子10と、この回転子10の径方向外側にギャップを介して設けられた固定子20とを備えている。
Hereinafter, the rotor of the surface-attached permanent magnet rotary electric machine according to the embodiment of the present invention and the manufacturing method thereof will be described with reference to FIGS. 1 to 5.
The surface-attached permanent magnet rotary electric machine of the present embodiment is a two-pole rotary electric machine forming only a pair of N pole and S pole, and as shown in FIGS. 1 to 4, the
回転子10は、軸心を中心として回転する円柱状の回転子シャフト11と、回転子シャフト11の表面に軸方向及び周方向に沿って配設・固定される複数の永久磁石12と、複数の永久磁石12の外表面全体を覆って各永久磁石12を回転子シャフト11に固定する保持リング13とを含んで構成されている。
The
永久磁石12は、回転子シャフト11の外表面に軸方向及び周方向に沿って複数個敷き詰められ、接着剤により回転子シャフト11に固定されている。
A plurality of
また、保持リング13は、方向性電磁鋼板を環状に打ち抜いて形成した環状体13aを軸方向に複数積層して円筒状にしたものであり、焼き嵌めまたは圧入により複数の永久磁石12の外表面全体を覆った状態で回転子シャフト11に固定されている。保持リング13は、当該保持リング13を構成する方向性電磁鋼板の磁化容易軸方向が、回転子10(回転子シャフト11及び永久磁石12)の軸心Oと磁極中心(機械角90deg)とを結ぶ直線と同一となるように配設される。なお、保持リング13は、方向性電磁鋼板からなる複数の環状体13aを各々焼き嵌めまたは圧入して回転子シャフト11に固定してもよく、複数の環状体13aを予め樹脂含浸や接着、溶接、治具などにより円筒状に一体形成したものを焼き嵌めまたは圧入して回転子シャフト11に固定してもよく、または焼き嵌めと圧入を併用して回転子シャフト11に固定してもよい。
Further, the
固定子20は、回転子10側の対向面に周方向に等間隔に形成された複数のティースを有する固定子鉄心21と、周方向に隣接するティース間(スロット)に収められた電機子コイル22とを含んで構成されている。
The
図5に、下表1に示す条件で表面貼付型永久磁石回転電機を構成して磁束密度を求めた結果を示す。図5において、実線は方向性電磁鋼板により保持リング13(基本波実効値:0.88p.u.)を形成した場合の磁束密度の変化を示し、破線は無方向性電磁鋼板により保持リング(基本波実効値:0.83p.u.)を形成した場合の磁束密度の変化を示す。 FIG. 5 shows the results of determining the magnetic flux density by configuring a surface-attached permanent magnet rotary electric machine under the conditions shown in Table 1 below. In FIG. 5, the solid line shows the change in the magnetic flux density when the holding ring 13 (fundamental wave effective value: 0.88 p.U.) Is formed by the grain-oriented electrical steel sheet, and the broken line shows the change in the magnetic flux density by the grain-oriented electrical steel sheet. The change in magnetic flux density when the fundamental wave effective value: 0.83 p.U.) is formed is shown.
保持リング13を方向性電磁鋼板により形成した場合、無方向性電磁鋼板を採用した場合(図5に破線で示す特性)に比較して、図5に示す領域Aのような磁極の端部(0deg前後および180deg前後(図5に示す例では、おおよそ0〜25deg、155〜205deg、335〜360deg))では磁化容易軸方向と磁束が同一方向となって図4の右側に二点鎖線で示すように磁束が漏れやすくなるものの、図5に示す領域Bのような磁極の端部以外の部分では図4の左側に二点鎖線で示すように磁束が漏れにくくなっており、これにより磁極中心(機械角90deg)に磁束が集中し、最大磁束密度が向上している。これにより基本波実効値が向上して電機子電流を抑制することが可能となり、無方向性電磁鋼板により保持リングを形成した場合に比較して、高効率化が可能となる。
When the
なお、上述した実施形態では、回転体としての回転子シャフト11の外表面に複数の永久磁石12を軸方向及び周方向に沿って複数個貼り付ける例を示したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、回転体として回転子シャフト11とこの回転子シャフト11の外周に設けられる回転子鉄心とを備える構成とし、回転子鉄心の外表面に永久磁石12を貼り付けても良く、また、永久磁石は少なくとも二つを周方向に沿って配置すればよい(二つの永久磁石で2極を構成してもよく、4以上の永久磁石で2極を構成してもよい)。
In the above-described embodiment, a plurality of
10 回転子
11 回転子シャフト
12 永久磁石
13 保持リング
13a 環状体
20 固定子
21 固定子鉄心
22 電機子コイル
10
Claims (8)
前記保持リングが、方向性電磁鋼板からなる環状体を軸方向に複数積層して形成される
ことを特徴とする表面貼付型永久磁石回転電機の回転子。 A rotating body that rotates around the axis, a plurality of permanent magnets that are arranged and fixed to the outer surface of the rotating body at least along the circumferential direction, and a cylindrical holding ring that covers the entire outer surface of the permanent magnet. In the rotor of a surface-attached permanent magnet rotating electric machine equipped with
A rotor of a surface-attached permanent magnet rotating electric machine, wherein the holding ring is formed by laminating a plurality of annular bodies made of grain-oriented electrical steel sheets in the axial direction.
ことを特徴とする請求項1に記載の表面貼付型永久磁石回転電機の回転子。 The surface-attached permanent magnet according to claim 1, wherein the holding ring is arranged so that the axial direction for easy magnetization is the same as a straight line passing through the axial center of the rotating body and the center of the magnetic pole. Rotor of rotating electric machine.
ことを特徴とする請求項2に記載の表面貼付型永久磁石回転電機の回転子。 The rotor of a surface-attached permanent magnet rotating electric machine according to claim 2, further comprising the permanent magnet having two poles in the circumferential direction.
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の表面貼付型永久磁石回転電機の回転子。 The rotor of a surface-attached permanent magnet rotating electric machine according to any one of claims 1 to 3, wherein the rotating body is a rotor shaft.
前記保持リングが、方向性電磁鋼板からなる環状体を軸方向に複数積層して形成される
ことを特徴とする表面貼付型永久磁石回転電機の回転子の製造方法。 A plurality of permanent magnets are arranged and fixed on the outer surface of a rotating body rotating around the axis at least along the circumferential direction, and the entire outer surface of the permanent magnets is shrink-fitted or press-fitted with a cylindrical holding ring. In the method of manufacturing a rotor of a surface-attached permanent magnet rotating electric machine to cover
A method for manufacturing a rotor of a surface-attached permanent magnet rotating electric machine, wherein the holding ring is formed by laminating a plurality of annular bodies made of grain-oriented electrical steel sheets in the axial direction.
ことを特徴とする請求項5に記載の表面貼付型永久磁石回転電機の回転子の製造方法。 The surface-attached permanent magnet according to claim 5, wherein the holding ring is arranged so that the axial direction for easy magnetization is the same as a straight line passing through the axial center of the rotating body and the center of the magnetic pole. A method for manufacturing a rotor of a rotating electric machine.
ことを特徴とする請求項6に記載の表面貼付型永久磁石回転電機の回転子の製造方法。 The method for manufacturing a rotor of a surface-attached permanent magnet rotating electric machine according to claim 6, wherein the two-pole permanent magnet is arranged and fixed in the circumferential direction.
ことを特徴とする請求項5から請求項7のいずれか1項に記載の表面貼付型永久磁石回転電機の回転子の製造方法。 The method for manufacturing a rotor of a surface-attached permanent magnet rotating electric machine according to any one of claims 5 to 7, wherein the rotating body is a rotor shaft.
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