JP2020191710A - Embedded magnet type rotor and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、埋込磁石型ロータおよび埋込磁石型ロータの製造方法に関する。 The present invention relates to an embedded magnet type rotor and a method for manufacturing an embedded magnet type rotor.
従来、界磁源となる永久磁石が埋め込まれてなる埋込磁石型のロータが存在する。たとえば特許文献１に記載されるように、円筒状のロータには、その外周側へ向けて開くＵ字状をなす複数の磁石孔が周方向に並べて設けられている。これら磁石孔には、その内形形状に対応するＵ字状の磁石が埋め込まれている。磁石のＵ字先端の角部には、所定の半径を有する曲面が設けられている。ロータからステータへ向けた磁束の流れがより滑らかになることにより、モータのトルク変動が抑制される。 Conventionally, there is an embedded magnet type rotor in which a permanent magnet as a field source is embedded. For example, as described in Patent Document 1, a plurality of U-shaped magnet holes that open toward the outer peripheral side of a cylindrical rotor are provided side by side in the circumferential direction. A U-shaped magnet corresponding to the inner shape is embedded in these magnet holes. A curved surface having a predetermined radius is provided at the corner of the U-shaped tip of the magnet. The smoother flow of magnetic flux from the rotor to the stator suppresses torque fluctuations in the motor.
特許文献１のロータによれば、磁石のＵ字先端の角部に曲面を設けることによって、たしかにトルク変動を抑制することができるのかもしれない。しかし、特許文献１のロータにおいては、磁石のＵ字先端の角部に曲面が設けられないロータと比べて、当該曲面が設けられる分だけ磁石量が減少する。このため、磁石量の減少に応じてモータトルクが低下するおそれがある。 According to the rotor of Patent Document 1, it may be possible to suppress the torque fluctuation by providing a curved surface at the corner of the U-shaped tip of the magnet. However, in the rotor of Patent Document 1, the amount of magnet is reduced by the amount that the curved surface is provided, as compared with the rotor in which the curved surface is not provided at the corner of the U-shaped tip of the magnet. Therefore, the motor torque may decrease as the amount of magnet decreases.
本発明の目的は、モータトルクを確保しつつトルク変動を低減することができる埋込磁石型ロータを提供することにある。また、モータトルクを確保しつつトルク変動を低減することができる埋込磁石型ロータが得られる埋込磁石型ロータの製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an embedded magnet type rotor capable of reducing torque fluctuation while securing motor torque. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing an embedded magnet type rotor, which can obtain an embedded magnet type rotor capable of reducing torque fluctuation while securing motor torque.
上記目的を達成し得る埋込磁石型ロータは、円筒状のステータに対して相対回転可能に挿入される円柱状のコアと、前記コアに設けられた複数の磁石孔にそれぞれ埋め込まれる永久磁石とを備え、前記コアの軸方向からみて、前記磁石孔は前記コアの中心側から周面側へ向けて延びる延設部分を有している。前記コアの軸方向からみて、前記延設部分の幅は前記コアの周面側へ向けて狭くならないように設定されるものであって、前記コアにおける前記磁石孔の延設部分と前記コアの周面との間の部分である壁の厚みは、前記コアの周方向において最も近く隣り合う他の磁石孔へ向かうにつれて徐々に薄くなるように設定されている。 Embedded magnet type rotors that can achieve the above object include a cylindrical core that is rotatably inserted with respect to a cylindrical stator, and a permanent magnet that is embedded in a plurality of magnet holes provided in the core. The magnet hole has an extending portion extending from the center side of the core toward the peripheral surface side when viewed from the axial direction of the core. The width of the extended portion is set so as not to be narrowed toward the peripheral surface side of the core when viewed from the axial direction of the core, and the extended portion of the magnet hole in the core and the core The thickness of the wall, which is a portion between the peripheral surface and the peripheral surface, is set so as to gradually decrease toward the other magnet holes closest to each other in the circumferential direction of the core.
この構成によれば、壁の磁気抵抗は、コアの周方向において最も近く隣り合う他の磁石孔へ向かうにつれて徐々に大きくなる。このため、永久磁石から発せられる磁束が壁における前述した他の磁石孔と反対側の部分を通りやすくなる。したがって、コアとステータとの間の隙間内における磁束密度分布の高次成分が低減し、コギングトルク、ひいてはトルク変動が抑制される。また、壁の磁気抵抗がコアの周方向において最も近く隣り合う他の磁石孔へ向かうにつれて徐々に大きくなることにより、永久磁石から発せられる磁束のうち壁を通って前述した他の磁石孔に埋め込まれた永久磁石へ至る無駄な磁束である漏れ磁束が減少する。これにより、モータトルクを確保することができる。また、コアの軸方向からみて、延設部分の幅はコアの周面側へ向けて狭くならないように設定されるため、磁石孔に埋め込まれる永久磁石の延設部分に対応する部位の厚みも一定となる。永久磁石のパーミアンス係数が確保されるため、永久磁石は減磁しにくい。 According to this configuration, the reluctance of the wall gradually increases toward the other magnet holes closest to each other in the circumferential direction of the core. Therefore, the magnetic flux generated from the permanent magnet easily passes through the portion of the wall opposite to the other magnet holes described above. Therefore, the higher-order component of the magnetic flux density distribution in the gap between the core and the stator is reduced, and the cogging torque and thus the torque fluctuation are suppressed. In addition, the magnetic resistance of the wall gradually increases toward the other magnet holes that are closest to each other in the circumferential direction of the core, so that the magnetic flux emitted from the permanent magnet is embedded in the other magnet holes described above through the wall. Leakage magnetic flux, which is useless magnetic flux to the permanent magnet, is reduced. As a result, the motor torque can be secured. In addition, since the width of the extended portion is set so as not to narrow toward the peripheral surface side of the core when viewed from the axial direction of the core, the thickness of the portion corresponding to the extended portion of the permanent magnet embedded in the magnet hole is also set. It becomes constant. Since the permeance coefficient of the permanent magnet is secured, the permanent magnet is difficult to demagnetize.
上記の埋込磁石型ロータにおいて、前記延設部分における前記コアの周面に対応する内側面は、前記他の磁石孔へ向かうにつれて徐々に前記コアの周面に近接するように設けられていることが好ましい。 In the embedded magnet type rotor, the inner surface of the extended portion corresponding to the peripheral surface of the core is provided so as to gradually approach the peripheral surface of the core toward the other magnet holes. Is preferable.
この構成によれば、コアの軸方向からみて、壁の厚みをコアの周方向において最も近く隣り合う他の磁石孔へ向かうにつれて徐々に薄くすることができる。また、たとえば壁の厚みを一定とする場合に比べて、永久磁石の量を増大させることができる。永久磁石の量が増大する分だけ、モータトルクをより増大させることができる。 According to this configuration, the thickness of the wall can be gradually reduced toward the other magnet holes closest to each other in the circumferential direction of the core when viewed from the axial direction of the core. Further, the amount of permanent magnets can be increased as compared with the case where the wall thickness is constant, for example. The motor torque can be further increased by the amount of the permanent magnets.
上記の埋込磁石型ロータにおいて、前記延設部分における前記コアの周面に対応する内側面は、前記他の磁石孔との境界部分の中間を通って前記コアの半径方向に沿って延びる極間線上に設定される中心点を中心とした円弧面であることが好ましい。 In the embedded magnet type rotor, the inner surface of the extended portion corresponding to the peripheral surface of the core is a pole extending along the radial direction of the core through the middle of the boundary portion with the other magnet holes. It is preferably an arc surface centered on the center point set on the radius line.
この構成によれば、壁の厚みを効果的かつ簡単に変化させることができる。また、たとえば壁の厚みを一定とする場合に比べて、永久磁石の量をより増大させることができる。永久磁石の量が増大する分だけ、モータトルクをより増大させることができる。 According to this configuration, the thickness of the wall can be changed effectively and easily. Further, the amount of permanent magnets can be further increased as compared with the case where the wall thickness is constant, for example. The motor torque can be further increased by the amount of the permanent magnets.
上記目的を達成し得る埋込磁石型ロータの製造方法は、円筒状のステータに対して相対回転可能に挿入される円柱状のコアと、前記コアに設けられた複数の磁石孔にそれぞれ埋め込まれる永久磁石とを備え、前記コアの軸方向からみて、前記磁石孔は前記コアの中心側から周面側へ向けて延びる延設部分を有している埋込磁石型ロータの製造方法である。前記コアの軸方向からみて、前記延設部分の幅は前記コアの周面側へ向けて狭くならないように設定する。また、前記コアの軸方向からみて、前記コアにおける前記磁石孔の延設部分と前記コアの周面との間の部分である壁の厚みは、モータトルクとトルク変動とを考慮して、前記コアの周方向において最も近く隣り合う他の磁石孔へ向かうにつれて薄くなるように設定する。 A method for manufacturing an embedded magnet type rotor that can achieve the above object is to embed a cylindrical core that is rotatably inserted into a cylindrical stator and a plurality of magnet holes provided in the core. This is a method for manufacturing an embedded magnet type rotor, which includes a permanent magnet and has an extending portion extending from the center side of the core toward the peripheral surface side when viewed from the axial direction of the core. The width of the extended portion is set so as not to be narrowed toward the peripheral surface side of the core when viewed from the axial direction of the core. Further, the thickness of the wall, which is a portion between the extending portion of the magnet hole in the core and the peripheral surface of the core when viewed from the axial direction of the core, is described in consideration of motor torque and torque fluctuation. It is set so that it becomes thinner toward the other magnet holes that are closest to each other in the circumferential direction of the core.
上記の製造方法によれば、壁の厚みを、モータトルクおよびトルク変動を考慮した適切な厚みに設定することができる。そして上記の製造方法により得られる埋込磁石型ロータによれば、つぎの作用が得られる。すなわち、壁の磁気抵抗は、コアの周方向において最も近く隣り合う他の磁石孔へ向かうにつれて徐々に大きくなる。このため、永久磁石から発せられる磁束が壁における前述した他の磁石孔と反対側の部分を通りやすくなる。したがって、コアとステータとの間の隙間内における磁束密度分布の高次成分が低減し、コギングトルク、ひいてはトルク変動が抑制される。また、壁の磁気抵抗がコアの周方向において最も近く隣り合う他の磁石孔へ向かうにつれて徐々に大きくなることにより、永久磁石から発せられる磁束のうち壁を通って前述した他の磁石孔に埋め込まれた永久磁石へ至る無駄な磁束である漏れ磁束が減少する。これにより、モータトルクを確保することができる。また、コアの軸方向からみて、延設部分の幅はコアの周面側へ向けて狭くならないように設定されるため、磁石孔に埋め込まれる永久磁石の延設部分に対応する部位の厚みも一定となる。永久磁石のパーミアンス係数が確保されるため、永久磁石は減磁しにくい。 According to the above manufacturing method, the wall thickness can be set to an appropriate thickness in consideration of the motor torque and the torque fluctuation. Then, according to the embedded magnet type rotor obtained by the above manufacturing method, the following actions can be obtained. That is, the reluctance of the wall gradually increases toward the other magnet holes closest to each other in the circumferential direction of the core. For this reason, the magnetic flux generated from the permanent magnet easily passes through the portion of the wall opposite to the other magnet holes described above. Therefore, the higher-order component of the magnetic flux density distribution in the gap between the core and the stator is reduced, and the cogging torque and thus the torque fluctuation are suppressed. Further, the magnetic resistance of the wall gradually increases toward the other magnet holes closest to each other in the circumferential direction of the core, so that the magnetic flux emitted from the permanent magnet is embedded in the other magnet holes described above through the wall. Leakage magnetic flux, which is useless magnetic flux leading to the permanent magnet, is reduced. As a result, the motor torque can be secured. In addition, since the width of the extended portion is set so as not to narrow toward the peripheral surface side of the core when viewed from the axial direction of the core, the thickness of the portion corresponding to the extended portion of the permanent magnet embedded in the magnet hole is also set. It becomes constant. Since the permeance coefficient of the permanent magnet is secured, the permanent magnet is difficult to demagnetize.
上記の埋込磁石型ロータの製造方法において、前記コアは電磁鋼板が積層されてなるものであって、前記壁における最も薄い部分である最薄部の厚みは、前記電磁鋼板を打ち抜き加工することができる最小限の厚み、および前記電磁鋼板の製造公差に基づき設定することが好ましい。 In the method for manufacturing an embedded magnet type rotor, the core is made by laminating electromagnetic steel plates, and the thickness of the thinnest portion, which is the thinnest portion of the wall, is obtained by punching the electromagnetic steel plates. It is preferable to set the thickness based on the minimum thickness that can be obtained and the manufacturing tolerance of the electromagnetic steel sheet.
この製造方法によれば、壁の厚みをコアの製造工程を考慮した適切な厚みに設定することができる。 According to this manufacturing method, the wall thickness can be set to an appropriate thickness in consideration of the core manufacturing process.
本発明の埋込磁石型ロータによれば、モータトルクを確保しつつトルク変動を低減することができる。また、本発明の埋込磁石型ロータの製造方法によれば、モータトルクを確保しつつトルク変動を低減することができる埋込磁石型ロータが得られる。 According to the embedded magnet type rotor of the present invention, torque fluctuation can be reduced while ensuring motor torque. Further, according to the method for manufacturing an embedded magnet type rotor of the present invention, an embedded magnet type rotor capable of reducing torque fluctuation while securing motor torque can be obtained.
以下、埋込磁石型ロータの一実施の形態を説明する。まず埋込磁石型ロータが使用されるＩＰＭモータ（Interior Permanent Magnet Motor）の構造を説明する。
図１に示すように、ＩＰＭモータ１０は円筒状のケース１１、円筒状のステータ１２、出力軸１３および円柱状のロータ１４を有している。ステータ１２はケース１１の内周面に圧入された状態で固定されている。ステータ１２の内周面には図示しない複数のティースが形成されている。これらティースには、それぞれ導線が巻回されることにより３相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）に対応するコイル１２ａが設けられている。出力軸１３は図示しない軸受を介してケース１１に対して回転可能に支持されている。ロータ１４は出力軸１３の外周に固定されている。ロータ１４の外周面とステータ１２の内周面との間には全周にわたってエアギャップＧｐ（隙間）が形成されている。
Hereinafter, an embodiment of the embedded magnet type rotor will be described. First, the structure of an IPM motor (Interior Permanent Magnet Motor) in which an embedded magnet type rotor is used will be described.
As shown in FIG. 1, the IPM motor 10 has a cylindrical case 11, a cylindrical stator 12, an output shaft 13, and a cylindrical rotor 14. The stator 12 is fixed to the inner peripheral surface of the case 11 in a state of being press-fitted. A plurality of teeth (not shown) are formed on the inner peripheral surface of the stator 12. Each of these teeth is provided with a coil 12a corresponding to three phases (U phase, V phase, W phase) by winding a lead wire. The output shaft 13 is rotatably supported with respect to the case 11 via a bearing (not shown). The rotor 14 is fixed to the outer circumference of the output shaft 13. An air gap Gp (gap) is formed over the entire circumference between the outer peripheral surface of the rotor 14 and the inner peripheral surface of the stator 12.
つぎに、ロータ１４の構成を詳細に説明する。
図２に示すように、ロータ１４は、複数枚の電磁鋼板２０が積層されてなる円柱状のロータコア２１、およびロータコア２１の内部に埋め込まれた１０個の永久磁石２２を有している。
Next, the configuration of the rotor 14 will be described in detail.
As shown in FIG. 2, the rotor 14 has a columnar rotor core 21 formed by laminating a plurality of electromagnetic steel plates 20, and 10 permanent magnets 22 embedded inside the rotor core 21.
ロータコア２１の中心には、出力軸１３が挿入される挿入孔２３が設けられている。挿入孔２３はロータコア２１の軸方向に沿って貫通している。また、ロータコア２１における挿入孔２３の周囲には永久磁石２２と同数の１０個の磁石孔２４が設けられている。各磁石孔２４はロータコア２１の軸方向に沿って貫通している。ロータコア２１を軸方向からみて、各磁石孔２４はロータコア２１の円周方向に沿って一定間隔をあけて設けられている。また、ロータコア２１の軸方向からみて、各磁石孔２４はロータコア２１の内周面から外周面へ向かうにつれて開くＵ字状をなしている。 An insertion hole 23 into which the output shaft 13 is inserted is provided in the center of the rotor core 21. The insertion hole 23 penetrates along the axial direction of the rotor core 21. Further, 10 magnet holes 24, which are the same number as the permanent magnets 22, are provided around the insertion holes 23 in the rotor core 21. Each magnet hole 24 penetrates along the axial direction of the rotor core 21. When the rotor core 21 is viewed from the axial direction, the magnet holes 24 are provided at regular intervals along the circumferential direction of the rotor core 21. Further, when viewed from the axial direction of the rotor core 21, each magnet hole 24 has a U shape that opens from the inner peripheral surface to the outer peripheral surface of the rotor core 21.
各磁石孔２４には、永久磁石２２が埋め込まれている。永久磁石２２としては、たとえば樹脂結合型のボンド磁石が採用される。ボンド磁石は、磁性粉末とバインダ（結着剤）としての合成樹脂とを混合したものを所定の形状（ここでは、Ｕ字柱状）に成形して着磁することにより製造される。永久磁石２２は、たとえばＵ字の内側部分がＮ極、Ｕ字の外側部分がＳ極となるように着磁される。 A permanent magnet 22 is embedded in each magnet hole 24. As the permanent magnet 22, for example, a resin-bonded bond magnet is adopted. The bond magnet is manufactured by forming a mixture of magnetic powder and a synthetic resin as a binder (binding agent) into a predetermined shape (here, a U-shaped columnar shape) and magnetizing the magnet. The permanent magnet 22 is magnetized so that, for example, the inner portion of the U-shape is the north pole and the outer portion of the U-shape is the south pole.
図３に示すように、磁石孔２４は第１の孔部３１、第２の孔部３２および第３の孔部３３が互いに連結されてなる。第１の孔部３１および第２の孔部３２は、Ｕ字の２つの腕部に相当する部分であって、ロータコア２１の半径方向に沿った外周側に向かうにつれてロータコア２１の円周方向における対向距離が徐々に長くなるように設けられている。第３の孔部３３は、Ｕ字の底部に相当する部分であって、第１の孔部３１および第２の孔部３２におけるロータコア２１の半径方向における内周側の端部を連結するように設けられている。なお、第１の孔部３１および第２の孔部３２は、磁石孔２４におけるロータコア２１の中心側から周面側へ向けて延びる延設部分に相当する。 As shown in FIG. 3, the magnet hole 24 is formed by connecting the first hole portion 31, the second hole portion 32, and the third hole portion 33 to each other. The first hole 31 and the second hole 32 are portions corresponding to the two U-shaped arms, and are in the circumferential direction of the rotor core 21 toward the outer peripheral side along the radial direction of the rotor core 21. It is provided so that the facing distance gradually increases. The third hole 33 is a portion corresponding to the bottom of the U-shape, and connects the ends on the inner peripheral side in the radial direction of the rotor core 21 in the first hole 31 and the second hole 32. It is provided in. The first hole 31 and the second hole 32 correspond to the extending portions of the magnet hole 24 extending from the center side to the peripheral surface side of the rotor core 21.
ロータコア２１の軸方向からみて、第１の孔部３１における外周側の内側面３１ａとロータコア２１の外周面２１ａとの間の部分である壁３４の厚みは、ロータコア２１の円周方向において最も近く隣り合う他の磁石孔２４（図３中の右隣の磁石孔２４）へ向かうにつれて徐々に薄くなるように設定されている。換言すれば、ロータコア２１の軸方向からみて、壁３４の厚みは、ロータコア２１の周方向において、磁石孔２４のＵ字内側である極中心線Ｌ１側から磁石孔２４のＵ字外側である極間線Ｌ２側へ向かうにつれて徐々に薄くなるように設定されている。 The thickness of the wall 34, which is a portion between the outer peripheral side inner surface 31a of the first hole 31 and the outer peripheral surface 21a of the rotor core 21, is the closest in the circumferential direction of the rotor core 21 when viewed from the axial direction of the rotor core 21. It is set so that it gradually becomes thinner toward the other adjacent magnet holes 24 (the magnet holes 24 on the right side in FIG. 3). In other words, when viewed from the axial direction of the rotor core 21, the thickness of the wall 34 is the pole that is outside the U-shape of the magnet hole 24 from the pole center line L1 side that is inside the U-shape of the magnet hole 24 in the circumferential direction of the rotor core 21. It is set so that it gradually becomes thinner toward the L2 side of the line.
極中心線Ｌ１とは、ロータコア２１の軸方向からみて、ロータコア２１の半径方向に沿って延び、かつロータコア２１の中心を通る直線であって、磁石孔２４あるいは永久磁石２２の対称軸に一致する直線をいう。また、極間線Ｌ２とは、ロータコア２１の軸方向からみて、ロータコア２１の半径方向に沿って延び、かつロータコア２１の中心を通る直線であって、ロータコア２１の円周方向において隣り合う２つの磁石孔２４，２４の境界部分の中間を通る直線をいう。 The polar center line L1 is a straight line extending along the radial direction of the rotor core 21 and passing through the center of the rotor core 21 when viewed from the axial direction of the rotor core 21, and coincides with the axis of symmetry of the magnet hole 24 or the permanent magnet 22. A straight line. Further, the pole line L2 is a straight line extending along the radial direction of the rotor core 21 and passing through the center of the rotor core 21 when viewed from the axial direction of the rotor core 21, and two adjacent lines in the circumferential direction of the rotor core 21. A straight line passing through the middle of the boundary between the magnet holes 24 and 24.
ロータコア２１の軸方向からみて、壁３４の内側面でもある、第１の孔部３１における外周側の内側面３１ａは、極間線Ｌ２上に設定される中心点Ｐ０１を中心とする円弧面である。第１の孔部３１における外周側の内側面３１ａは、ロータコア２１の円周方向において、極中心線Ｌ１側から極間線Ｌ２側へ向かうにつれて、換言すれば磁石孔２４のＵ字内側からＵ字外側へ向かうにつれて、ロータコア２１の外周面に対して徐々に近接する。 The inner side surface 31a on the outer peripheral side of the first hole 31, which is also the inner side surface of the wall 34 when viewed from the axial direction of the rotor core 21, is an arc surface centered on the center point P01 set on the pole line L2. is there. The inner side surface 31a on the outer peripheral side of the first hole 31 is U from the inside of the U-shape of the magnet hole 24 as it goes from the pole center line L1 side to the pole center line L2 side in the circumferential direction of the rotor core 21. As it goes to the outside of the character, it gradually approaches the outer peripheral surface of the rotor core 21.
中心点Ｐ０１は、つぎのようにして設定される。すなわち、まず壁３４の最も厚い部分である最厚部３４ａの厚みｔ１と、壁３４の最も薄い部分である最薄部３４ｂの厚みｔ２とを設定する。次いで、第１の孔部３１における外周側の内側面３１ａと、ロータコア２１の円周方向において互いに対向する２つの内側面とが交わる２つの点Ｐ１，Ｐ２を通る円弧の中心を中心点Ｐ０１として極間線Ｌ２上に設定する。 The center point P01 is set as follows. That is, first, the thickness t1 of the thickest portion 34a, which is the thickest portion of the wall 34, and the thickness t2 of the thinnest portion 34b, which is the thinnest portion of the wall 34, are set. Next, the center of the arc passing through the two points P1 and P2 where the inner side surface 31a on the outer peripheral side of the first hole 31 and the two inner side surfaces facing each other in the circumferential direction of the rotor core 21 intersect is set as the center point P01. Set on the pole line L2.
最厚部３４ａの厚みｔ１は、たとえば電磁鋼板２０の厚みと同程度の厚みに設定される。最薄部３４ｂの厚みｔ２は、電磁鋼板２０の磁石孔２４に対応する孔の部分を打ち抜き加工することができる最小限の厚みに基づき設定される。 The thickness t1 of the thickest portion 34a is set to, for example, the same thickness as the thickness of the electromagnetic steel sheet 20. The thickness t2 of the thinnest portion 34b is set based on the minimum thickness at which the portion of the hole corresponding to the magnet hole 24 of the electromagnetic steel sheet 20 can be punched.
最薄部３４ｂの厚みｔ２は、次式（Ａ）で表される。
ｔ２＝ｔｍｉｎ±ε …（Ａ）
ただし、「ｔｍｉｎ」は壁３４の取り得る最小厚みである。最小厚みｔｍｉｎは、電磁鋼板２０の磁石孔２４に対応する孔の部分を打ち抜き加工することができる最小限の厚みの理論値であって、電磁鋼板２０の厚みによって決まる値である。最小厚みｔｍｉｎは、たとえば電磁鋼板２０の厚みから、その３０％〜５０％程度の値を減算した値に設定される。「ε」は製造公差であって、電磁鋼板２０をたとえばプレスによって打ち抜き加工する際に使用する金型の精度などによって決まる値である。
The thickness t2 of the thinnest portion 34b is represented by the following equation (A).
t2 = t min ± ε… (A)
However, "t min " is the minimum possible thickness of the wall 34. The minimum thickness t min is a theoretical value of the minimum thickness at which the portion of the hole corresponding to the magnet hole 24 of the electromagnetic steel sheet 20 can be punched, and is a value determined by the thickness of the electromagnetic steel sheet 20. The minimum thickness t min is set to a value obtained by subtracting a value of about 30% to 50% from the thickness of the electromagnetic steel sheet 20, for example. “Ε” is a manufacturing tolerance, which is a value determined by the accuracy of the die used when the electromagnetic steel sheet 20 is punched by, for example, a press.
たとえば電磁鋼板２０の厚みが「０．５ｍｍ」である場合、最小厚みｔｍｉｎは「０．３５ｍｍ」、製造公差εは「０．１４ｍｍ」となる。この場合、最薄部３４ｂの厚みｔ２の取り得る範囲は「０．２１ｍｍ〜０．４９ｍｍ」、望ましい範囲は「０．２８ｍｍ〜０．４２ｍｍ」、最適な範囲は「０．３２ｍｍ〜０．３８ｍｍ」である。 For example, when the thickness of the electromagnetic steel sheet 20 is "0.5 mm", the minimum thickness t min is "0.35 mm" and the manufacturing tolerance ε is "0.14 mm". In this case, the possible range of the thickness t2 of the thinnest portion 34b is "0.21 mm to 0.49 mm", the desirable range is "0.28 mm to 0.42 mm", and the optimum range is "0.32 mm to 0.38 mm". ".
なお、ロータコア２１の軸方向からみて、第２の孔部３２における外周側の内側面３２ａとロータコア２１の外周面２１ａとの間の部分である壁３５の厚みについても、先の壁３４と同様の観点に基づき設定される。すなわち、壁３５は、ロータコア２１の円周方向において最も近く隣り合う他の磁石孔２４（図３中の左隣の磁石孔２４）へ向かうにつれて徐々に薄くなるように設定されている。ロータコア２１の軸方向からみて、第２の孔部３２における外周側の内側面３２ａは、ロータコア２１の円周方向において最も近く隣り合う他の磁石孔２４（図３中の左隣の磁石孔２４）との間の極間線Ｌ３上に設定される中心点Ｐ０２を中心とする円弧面である。また、第２の孔部３２における外周側の内側面３２ａは、ロータコア２１の円周方向において、極中心線Ｌ１側から極間線Ｌ３側へ向かうにつれて、換言すれば磁石孔２４のＵ字内側からＵ字外側へ向かうにつれて、ロータコア２１の外周面に対して徐々に近接する。壁３５も、その最も厚い部分である最厚部３５ａ、および最も薄い部分である最薄部３５ｂを有している。 The thickness of the wall 35, which is a portion between the inner side surface 32a on the outer peripheral side of the second hole 32 and the outer peripheral surface 21a of the rotor core 21, when viewed from the axial direction of the rotor core 21, is the same as that of the previous wall 34. It is set based on the viewpoint of. That is, the wall 35 is set so as to gradually become thinner toward the other magnet holes 24 (the magnet holes 24 on the left side in FIG. 3) that are closest to each other in the circumferential direction of the rotor core 21. When viewed from the axial direction of the rotor core 21, the inner side surface 32a on the outer peripheral side of the second hole 32 is the other magnet hole 24 (the magnet hole 24 on the left side in FIG. 3) that is closest to each other in the circumferential direction of the rotor core 21. ) Is an arc plane centered on the center point P02 set on the pole line L3. Further, the inner side surface 32a on the outer peripheral side of the second hole 32 is, in other words, inside the U-shape of the magnet hole 24 as it goes from the polar center line L1 side to the polar line L3 side in the circumferential direction of the rotor core 21. Gradually approaching the outer peripheral surface of the rotor core 21 from the U-shape toward the outside. The wall 35 also has a thickest portion 35a, which is the thickest portion thereof, and a thinnest portion 35b, which is the thinnest portion thereof.
＜実施の形態の作用＞
つぎに、ロータ１４の実施例と比較例１〜比較例４との比較を通じて、本実施の形態の作用を説明する。実施例および比較例１〜比較例４において、電磁鋼板２０の厚みは同じであって、ここでは「０．５ｍｍ」に設定されている。また、ロータコア２１の壁３４，３５は同様の作用を奏するため、ここではロータコア２１の壁３４による作用を主として説明し、壁３５による作用についてはその詳細な説明を割愛する。
<Action of the embodiment>
Next, the operation of the present embodiment will be described through comparison between the example of the rotor 14 and the comparative examples 1 to 4. In the examples and Comparative Examples 1 to 4, the thickness of the electrical steel sheet 20 is the same, and is set to "0.5 mm" here. Further, since the walls 34 and 35 of the rotor core 21 have the same effect, the action of the wall 34 of the rotor core 21 will be mainly described here, and the detailed description of the action of the wall 35 will be omitted.
図４（ｃ）に示すように、実施例では、ロータコア２１における壁３４の厚みは、ロータコア２１の円周方向において磁石孔２４のＵ字内側からＵ字外側へ向かうに連れて徐々に薄くなるように設定されている。実施例では、壁３４の最厚部３４ａの厚みｔ１が「０．５ｍｍ」、最薄部３４ｂの厚みｔ２が「０．３５ｍｍ」に設定されている。 As shown in FIG. 4C, in the embodiment, the thickness of the wall 34 in the rotor core 21 gradually decreases from the inside of the U-shape to the outside of the U-shape of the magnet hole 24 in the circumferential direction of the rotor core 21. Is set to. In the embodiment, the thickness t1 of the thickest portion 34a of the wall 34 is set to "0.5 mm", and the thickness t2 of the thinnest portion 34b is set to "0.35 mm".
比較例１では、ロータコア２１における壁３４の厚みがその円周方向の全長にわたって一定の値に設定されている。壁３４の厚みは、実施例の最厚部３４ａと同じ「０．５ｍｍ」で一定である。 In Comparative Example 1, the thickness of the wall 34 in the rotor core 21 is set to a constant value over the entire length in the circumferential direction. The thickness of the wall 34 is constant at "0.5 mm", which is the same as the thickest portion 34a of the embodiment.
比較例２〜比較例４では、磁石孔２４における第１の孔部３１の外周側かつＵ字内側の角部（図４（ｃ）中の左上の角部）に曲面Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４が設けられている。これら曲面Ｓ２〜Ｓ４の半径Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の大小関係は次式（Ｂ）に示すとおりである。 In Comparative Examples 2 to 4, curved surfaces S2, S3, and S4 are formed on the outer peripheral side and U-shaped inner corner portion (upper left corner portion in FIG. 4C) of the first hole portion 31 in the magnet hole 24. It is provided. The magnitude relation of the radii R2, R3, R4 of these curved surfaces S2 to S4 is as shown in the following equation (B).
Ｒ２＜Ｒ３＜Ｒ４ …（Ｂ）
ここでは、曲面Ｓ２の半径Ｒ２は「１．０ｍｍ」、曲面Ｓ３の半径Ｒ３は「２．０ｍｍ」、曲面Ｓ４の半径Ｒ４は「２．９ｍｍ」に設定されている。
R2 <R3 <R4 ... (B)
Here, the radius R2 of the curved surface S2 is set to "1.0 mm", the radius R3 of the curved surface S3 is set to "2.0 mm", and the radius R4 of the curved surface S4 is set to "2.9 mm".
図４（ａ）のグラフに示すように、実施例および比較例１〜４のロータを有するＩＰＭモータの定格トルクを解析したところ、実施例のロータを使用したＩＰＭモータの定格トルクが最も大きい値となった。比較例１〜４のロータを有するＩＰＭモータの定格トルクは、比較例１，２、比較例３、比較例４の順に小さい値となった。すなわち、曲面Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の半径Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４が大きくなるほど、ＩＰＭモータの定格トルクの値が小さくなる。 As shown in the graph of FIG. 4A, when the rated torque of the IPM motor having the rotors of Examples and Comparative Examples 1 to 4 was analyzed, the rated torque of the IPM motor using the rotor of the example was the largest value. It became. The rated torque of the IPM motor having the rotors of Comparative Examples 1 to 4 became smaller in the order of Comparative Examples 1 and 2, Comparative Example 3, and Comparative Example 4. That is, as the radii R2, R3, R4 of the curved surfaces S2, S3, and S4 become larger, the value of the rated torque of the IPM motor becomes smaller.
これは、つぎの理由による。すなわち、実施例では、第１の孔部３１における外周側の内側面３１ａが磁石孔２４のＵ字内側からＵ字外側へ向かうにつれてロータコア２１の外周面に対して徐々に近接する円弧面状に設けられる。このため、壁３４の厚みは一定ではなくロータコア２１の円周方向において磁石孔２４のＵ字内側からＵ字外側へ向かうにつれて徐々に薄くなる。しかも、壁３４の最薄部３４ｂの厚みｔ２は、打ち抜き加工することができる最小限の厚みである最小厚みｔｍｉｎを基準として設定される。したがって、壁３４の厚みが最厚部３４ａの厚みｔ１から最薄部３４ｂの厚みｔ２へ向けて徐々に薄くされる分だけ磁石孔２４の容積が増加する。すなわち、実施例のロータによれば、比較例１〜比較例４のロータに比べて磁石孔２４に埋め込まれる永久磁石２２の量を増やすことが可能である。永久磁石２２の量が増大する分だけ、ＩＰＭモータの定格トルクの値も大きくなる。また、壁３４の厚みが最厚部３４ａの厚みｔ１から最薄部３４ｂの厚みｔ２へ向けて徐々に薄くされるところ、壁３４の厚みが薄くなるほど磁気抵抗が増大する。このため、特定の永久磁石２２から発せられる磁束のうち壁３４を通って隣接する永久磁石２２へ至る無駄な磁束である漏れ磁束が減少する。この漏れ磁束が減少する分だけ、ＩＰＭモータの定格トルクを確保することができる。 This is due to the following reasons. That is, in the embodiment, the inner side surface 31a on the outer peripheral side of the first hole 31 has an arcuate surface shape that gradually approaches the outer peripheral surface of the rotor core 21 as the magnet hole 24 moves from the inside of the U shape to the outside of the U shape. Provided. Therefore, the thickness of the wall 34 is not constant, and gradually decreases from the inside of the U-shape to the outside of the U-shape of the magnet hole 24 in the circumferential direction of the rotor core 21. Moreover, the thickness t2 of the thinnest portion 34b of the wall 34 is set with reference to the minimum thickness t min , which is the minimum thickness that can be punched. Therefore, the volume of the magnet hole 24 increases by the amount that the thickness of the wall 34 is gradually reduced from the thickness t1 of the thickest portion 34a to the thickness t2 of the thinnest portion 34b. That is, according to the rotor of the embodiment, it is possible to increase the amount of the permanent magnets 22 embedded in the magnet holes 24 as compared with the rotors of Comparative Examples 1 to 4. As the amount of the permanent magnets 22 increases, the value of the rated torque of the IPM motor also increases. Further, when the thickness of the wall 34 is gradually reduced from the thickness t1 of the thickest portion 34a to the thickness t2 of the thinnest portion 34b, the magnetic resistance increases as the thickness of the wall 34 becomes thinner. Therefore, among the magnetic fluxes emitted from the specific permanent magnets 22, the leakage flux, which is a useless magnetic flux that reaches the adjacent permanent magnets 22 through the wall 34, is reduced. The rated torque of the IPM motor can be secured by the amount that the leakage flux is reduced.
これに対して、比較例２〜比較例４のロータにおいては、第１の孔部３１の曲面Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の半径が大きくなるほど磁石孔２４の容積、ひいては磁石孔２４に埋め込まれる永久磁石２２の量が減少し、その永久磁石２２の量が減少する分だけＩＰＭモータの定格トルクが減少する。ちなみに、比較例１および比較例２のロータを使用したＩＰＭモータの定格トルクは、ほぼ同じ値である。すなわち、比較例２の曲面Ｓ２の半径Ｒ２が極小さい値に設定されているため、磁石量に対する曲面Ｓ２の影響はほとんどないと考えられる。 On the other hand, in the rotors of Comparative Examples 2 to 4, the larger the radius of the curved surfaces S2, S3, and S4 of the first hole 31, the volume of the magnet hole 24, and by extension, the permanent magnet embedded in the magnet hole 24. The amount of 22 is reduced, and the rated torque of the IPM motor is reduced by the amount of the permanent magnet 22 being reduced. Incidentally, the rated torques of the IPM motors using the rotors of Comparative Example 1 and Comparative Example 2 are almost the same values. That is, since the radius R2 of the curved surface S2 of Comparative Example 2 is set to a very small value, it is considered that the curved surface S2 has almost no effect on the amount of magnets.
図４（ｂ）のグラフに示すように、実施例および比較例１〜４のロータを有するＩＰＭモータの定格トルクに対するコギングトルクの割合を解析したところ、実施例および比較例４のロータを使用したＩＰＭモータのコギングトルク割合が比較例１〜比較例３のロータを使用したＩＰＭモータに比べて特に小さい値となった。 As shown in the graph of FIG. 4B, when the ratio of the cogging torque to the rated torque of the IPM motor having the rotors of Examples and Comparative Examples 1 to 4 was analyzed, the rotors of Examples and Comparative Examples 4 were used. The cogging torque ratio of the IPM motor was particularly small as compared with the IPM motor using the rotors of Comparative Examples 1 to 3.
これは、つぎの理由による。比較例４のロータを使用したＩＰＭモータについては、磁石孔２４における第１の孔部３１の外周側かつＵ字内側の角部に曲面Ｓ４が設けられている。この曲面Ｓ４は比較例１〜比較例４の中で最も大きい半径Ｒ４を有していて、第１の孔部３１のＵ字内側の内側面（図４（ｃ）中の左内側面）からＵ字外側の内側面（図４（ｃ）中の右内側面）に達するかたちで設けられている。この構成により、ＩＰＭモータのエアギャップＧｐ内の磁束密度の分布、具体的にはロータからステータへ向けた磁束の流れがより滑らかになるため、コギングトルクが減少する。 This is due to the following reasons. In the IPM motor using the rotor of Comparative Example 4, a curved surface S4 is provided on the outer peripheral side and the inner corner of the U-shape of the first hole 31 in the magnet hole 24. This curved surface S4 has the largest radius R4 in Comparative Examples 1 to 4, and is viewed from the inner U-shaped inner surface of the first hole 31 (the left inner surface in FIG. 4C). It is provided so as to reach the inner surface on the outer side of the U-shape (the right inner surface in FIG. 4C). With this configuration, the distribution of the magnetic flux density in the air gap Gp of the IPM motor, specifically, the flow of the magnetic flux from the rotor to the stator becomes smoother, so that the cogging torque is reduced.
実施例のロータを使用したＩＰＭモータについては、第１の孔部３１における外周側の内側面３１ａとロータコア２１の外周面２１ａとの間の部分である壁３４の厚みが、磁石孔２４のＵ字内側からＵ字外側へ向かうにつれて徐々に薄くなる。換言すれば、第１の孔部３１における外周側の内側面３１ａは、磁石孔２４のＵ字内側からＵ字外側へ向かうにつれてロータコア２１の外周面に対して徐々に近接する円弧面状をなしている。この構成により、比較例４の曲面Ｓ４と同様の作用が得られるため、コギングトルクが減少したと考えられる。 In the IPM motor using the rotor of the embodiment, the thickness of the wall 34, which is a portion between the inner side surface 31a on the outer peripheral side of the first hole 31 and the outer peripheral surface 21a of the rotor core 21, is the U of the magnet hole 24. It gradually becomes thinner from the inside of the character to the outside of the U shape. In other words, the inner surface 31a on the outer peripheral side of the first hole 31 forms an arc surface that gradually approaches the outer peripheral surface of the rotor core 21 from the inside of the U-shape to the outside of the U-shape of the magnet hole 24. ing. It is considered that the cogging torque is reduced because the same operation as that of the curved surface S4 of Comparative Example 4 can be obtained by this configuration.
実施例のロータを使用したＩＰＭモータにおいて、ロータの回転角とＩＰＭモータにおけるエアギャップ内の磁束密度との関係は、つぎの通りである。
図８のグラフに示すように、ロータ１４が１つの永久磁石２２に対応する角度だけ回転したとき、ＩＰＭモータ１０のエアギャップＧｐ内の磁束密度は、ロータの回転角の変化に対して頂部が凹んだ滑らかな台形状に変化する。すなわち、ロータの回転角が０°を基準として増大するにつれて磁束密度は急激に増大する。その後、ロータの回転角が増大するにつれて、磁束密度は下に凸となる滑らかな凹状の曲線を描くかたちで減少から増大へ転じ、やがて急激に減少する。図８のグラフから、ロータ１４の回転に対して、ＩＰＭモータ１０のエアギャップＧｐ内の磁束密度の分布が滑らかに変化することが見てとれる。
In the IPM motor using the rotor of the embodiment, the relationship between the rotation angle of the rotor and the magnetic flux density in the air gap in the IPM motor is as follows.
As shown in the graph of FIG. 8, when the rotor 14 is rotated by an angle corresponding to one permanent magnet 22, the magnetic flux density in the air gap Gp of the IPM motor 10 is such that the top of the rotor 14 changes with respect to the change of the rotation angle of the rotor. It changes to a dented and smooth trapezoidal shape. That is, the magnetic flux density increases sharply as the rotation angle of the rotor increases with reference to 0 °. After that, as the rotation angle of the rotor increases, the magnetic flux density changes from decreasing to increasing in the form of drawing a smooth concave curve that becomes convex downward, and then decreases sharply. From the graph of FIG. 8, it can be seen that the distribution of the magnetic flux density in the air gap Gp of the IPM motor 10 changes smoothly with the rotation of the rotor 14.
ここで、ＩＰＭモータ１０におけるエアギャップＧｐ内の磁束密度分布には、多くのひずみ（高調波成分）が含まれる。磁束密度分布のひずみは、ＩＰＭモータのコギングトルク、ひいてはトルク変動を増加させる要因にもなる。 Here, the magnetic flux density distribution in the air gap Gp in the IPM motor 10 includes a large amount of strain (harmonic components). The strain of the magnetic flux density distribution also becomes a factor that increases the cogging torque of the IPM motor and, by extension, the torque fluctuation.
図５のグラフに示すように、実施例および比較例１のロータを使用したＩＰＭモータのエアギャップ内の磁束密度分布を解析したところ、おおよその傾向として、実施例のロータを使用したＩＰＭモータのエアギャップ内の磁束密度分布における高次成分は、比較例１のロータを使用したＩＰＭモータに比べて小さな値となる。特に、実施例のロータを使用したＩＰＭモータのエアギャップ内の磁束密度分布における５次成分は、比較例１のロータを使用したＩＰＭモータに比べて大幅に減少している。このため、実施例のロータを使用したＩＰＭモータのコギングトルクは、比較例１のロータを使用したＩＰＭモータのコギングトルクよりも小さくなる。 As shown in the graph of FIG. 5, when the magnetic flux density distribution in the air gap of the IPM motor using the rotor of Example and Comparative Example 1 was analyzed, as a rough tendency, the IPM motor using the rotor of Example 1 was analyzed. The higher-order component in the magnetic flux density distribution in the air gap has a smaller value than that of the IPM motor using the rotor of Comparative Example 1. In particular, the fifth-order component in the magnetic flux density distribution in the air gap of the IPM motor using the rotor of Example 1 is significantly reduced as compared with the IPM motor using the rotor of Comparative Example 1. Therefore, the cogging torque of the IPM motor using the rotor of the embodiment is smaller than the cogging torque of the IPM motor using the rotor of Comparative Example 1.
図６のグラフに示すように、実施例および比較例１のロータを使用したＩＰＭモータにおけるロータの回転角に対するトルクの変化を実測したところ、実施例のロータを使用したＩＰＭモータが発生するトルクの平均値Ｔ０は、比較例１のロータを使用したＩＰＭモータが発生するトルクの平均値Ｔ１よりも大きい値となった。ＩＰＭモータの発生トルクについて、先の図４（ａ）に示される解析結果に近似した実測結果が得られた。 As shown in the graph of FIG. 6, when the change in torque with respect to the rotation angle of the rotor in the IPM motor using the rotor of Example and Comparative Example 1 was actually measured, the torque generated by the IPM motor using the rotor of Example 1 was measured. The average value T0 was larger than the average value T1 of the torque generated by the IPM motor using the rotor of Comparative Example 1. Regarding the torque generated by the IPM motor, an actual measurement result similar to the analysis result shown in FIG. 4 (a) above was obtained.
図７のグラフに示すように、実施例および比較例１のロータを使用したＩＰＭモータにおけるロータの回転角に対するコギングトルクの変化を実測したところ、実施例のロータを使用したＩＰＭモータのコギングトルクＡ０は、比較例１のロータを使用したＩＰＭモータのコギングトルクＡ１よりも小さい値となった。ちなみに、コギングトルクはロータとステータとの位置関係によって変動するところ、その変動の振幅として評価する。ＩＰＭモータのコギングトルクについて、先の図４（ｂ）に示される解析結果に対応した実測結果が得られた。 As shown in the graph of FIG. 7, when the change in the cogging torque with respect to the rotation angle of the rotor in the IPM motor using the rotor of the example and the comparative example 1 was actually measured, the cogging torque A0 of the IPM motor using the rotor of the example was measured. Was smaller than the cogging torque A1 of the IPM motor using the rotor of Comparative Example 1. By the way, the cogging torque fluctuates depending on the positional relationship between the rotor and the stator, and is evaluated as the amplitude of the fluctuation. Regarding the cogging torque of the IPM motor, the actual measurement results corresponding to the analysis results shown in FIG. 4 (b) above were obtained.
図４（ｂ）に示されるように、比較例４のロータを使用したＩＰＭモータのコギングトルク割合は、実施例のロータを使用したＩＰＭモータのコギングトルク割合に比べてわずかに小さい値となる。しかし、先の図４（ａ）のグラフに示されるように、ＩＰＭモータの定格トルクの点では、比較例４のロータを使用したＩＰＭモータは実施例のロータを使用したＩＰＭモータに大きく劣る。したがって、実施例のロータを使用したＩＰＭモータによれば、定格トルクを確保しつつ、トルク変動を低減することが可能である。 As shown in FIG. 4B, the cogging torque ratio of the IPM motor using the rotor of Comparative Example 4 is slightly smaller than the cogging torque ratio of the IPM motor using the rotor of the example. However, as shown in the graph of FIG. 4A above, the IPM motor using the rotor of Comparative Example 4 is significantly inferior to the IPM motor using the rotor of the embodiment in terms of the rated torque of the IPM motor. Therefore, according to the IPM motor using the rotor of the embodiment, it is possible to reduce the torque fluctuation while securing the rated torque.
＜実施の形態の効果＞
したがって、本実施の形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）ロータコア２１の軸方向からみて、磁石孔２４の第１の孔部３１における外周側の内側面３１ａとロータコア２１の外周面２１ａとの間の部分である壁３４の厚みは、磁石孔２４のＵ字内側からＵ字外側へ向かうにつれて徐々に薄くなるように設定されている。このため、壁３４における磁気抵抗は、磁石孔２４のＵ字内側からＵ字外側へ向かうに連れて徐々に大きくなる。永久磁石２２から発せられる磁束が壁３４におけるＵ字内側の部分を通りやすくなることにより、ＩＰＭモータ１０におけるエアギャップＧｐ内の磁束密度分布の高次成分、特に５次成分が低減する。したがって、ＩＰＭモータ１０のコギングトルク、ひいてはトルク変動が抑制される。壁３５によっても壁３４と同様の作用および効果が得られる。
<Effect of embodiment>
Therefore, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) When viewed from the axial direction of the rotor core 21, the thickness of the wall 34, which is a portion between the inner side surface 31a on the outer peripheral side of the first hole 31 of the magnet hole 24 and the outer peripheral surface 21a of the rotor core 21, is the thickness of the magnet hole. It is set so that it gradually becomes thinner from the inside of the U-shape of 24 toward the outside of the U-shape. Therefore, the magnetic resistance of the wall 34 gradually increases from the inside of the U-shape to the outside of the U-shape of the magnet hole 24. Since the magnetic flux generated from the permanent magnet 22 easily passes through the U-shaped inner portion of the wall 34, the higher-order component, particularly the fifth-order component of the magnetic flux density distribution in the air gap Gp in the IPM motor 10 is reduced. Therefore, the cogging torque of the IPM motor 10, and thus the torque fluctuation is suppressed. The wall 35 also provides the same action and effect as the wall 34.
（２）また、壁３４の磁気抵抗が磁石孔２４のＵ字内側からＵ字外側へ向かうにつれて徐々に増大することにより、特定の永久磁石２２から発せられる磁束のうち壁３４を通って最も近く隣接する永久磁石２２へ至る無駄な磁束である漏れ磁束が減少する。この漏れ磁束が減少する分だけ、ＩＰＭモータが発生するトルクを確保することができる。すなわち、ＩＰＭモータ１０のトルクを確保しつつトルク変動を低減することができる。壁３５によっても壁３４と同様の作用および効果が得られる。 (2) Further, the magnetic resistance of the wall 34 gradually increases from the inside of the U-shape to the outside of the U-shape of the magnet hole 24, so that the magnetic flux emitted from the specific permanent magnet 22 is closest through the wall 34. The leakage magnetic flux, which is a useless magnetic flux reaching the adjacent permanent magnet 22, is reduced. The torque generated by the IPM motor can be secured by the amount that the leakage flux is reduced. That is, it is possible to reduce the torque fluctuation while securing the torque of the IPM motor 10. The wall 35 also provides the same action and effect as the wall 34.
（３）また、第１の孔部３１における外周側の内側面３１ａは、磁石孔２４のＵ字内側からＵ字外側へ向かうにつれてロータコア２１の外周面２１ａに対して徐々に近接している。このため、たとえば壁３４の厚みを一定とする場合に比べて、永久磁石２２の量を増大させることができる。この永久磁石２２の量が増大する分だけ、ＩＰＭモータ１０が発生するトルクをより増大させることができる。第２の孔部３２における外周側の内側面３２ａによっても、第１の孔部３１における外周側の内側面３１ａと同様の作用および効果が得られる。 (3) Further, the inner surface 31a on the outer peripheral side of the first hole 31 gradually approaches the outer peripheral surface 21a of the rotor core 21 from the inside of the U-shape to the outside of the U-shape of the magnet hole 24. Therefore, the amount of the permanent magnets 22 can be increased as compared with the case where the thickness of the wall 34 is constant, for example. As the amount of the permanent magnets 22 increases, the torque generated by the IPM motor 10 can be further increased. The outer peripheral side inner surface 32a of the second hole 32 also has the same action and effect as the outer peripheral inner surface 31a of the first hole 31.
（４）しかも、第１の孔部３１における外周側の内側面３１ａは、極間線Ｌ２上に設定される中心点Ｐ０１を中心とする円弧面である。また、第２の孔部３２における外周側の内側面３２ａは、極間線Ｌ３上に設定される中心点Ｐ０２を中心とする円弧面である。このため、効果的に、かつ簡単に壁３４の厚みを変化させることができる。 (4) Moreover, the inner side surface 31a on the outer peripheral side of the first hole 31 is an arc surface centered on the center point P01 set on the pole line L2. Further, the inner side surface 32a on the outer peripheral side of the second hole 32 is an arc surface centered on the center point P02 set on the pole line L3. Therefore, the thickness of the wall 34 can be changed effectively and easily.
（５）磁石孔２４における第１の孔部３１、第２の孔部３２および第３の孔部３３の幅は、すべて同じ値に設定されている。すなわち、永久磁石２２の厚み（すなわち、永久磁石２２の磁化方向における長さ）は、Ｕ字の全長にわたって一定である。永久磁石２２のパーミアンス係数の値がＵ字の全長にわたって同じ値となるため、永久磁石２２は減磁しにくい。これに対し、先の図４（ｃ）に示される比較例２〜比較例４では、永久磁石のＵ字先端の厚みが他の部分の厚みよりも薄いためパーミアンス係数が低下する。したがって、比較例２〜比較例４のロータに使用される永久磁石は、実施例のロータに使用される永久磁石に比べて減磁しやすい。 (5) The widths of the first hole 31, the second hole 32, and the third hole 33 in the magnet hole 24 are all set to the same value. That is, the thickness of the permanent magnet 22 (that is, the length of the permanent magnet 22 in the magnetization direction) is constant over the entire length of the U-shape. Since the value of the permeance coefficient of the permanent magnet 22 is the same over the entire length of the U-shape, the permanent magnet 22 is difficult to demagnetize. On the other hand, in Comparative Examples 2 to 4 shown in FIG. 4 (c) above, the thickness of the U-shaped tip of the permanent magnet is thinner than the thickness of other portions, so that the permeance coefficient is lowered. Therefore, the permanent magnets used in the rotors of Comparative Examples 2 to 4 are more likely to be demagnetized than the permanent magnets used in the rotors of the examples.
ちなみに、パーミアンス係数とは、減磁界（磁界強度）と磁束密度との比をいう。パーミアンス係数は、自己減磁の影響を表す値でもあって、永久磁石２２の形状に依存する。また、減磁界とは、磁化された永久磁石の表面に生じる磁界はＮ極からＳ極へ向かうところ、永久磁石の内部で働く磁化の方向とは逆向きの磁界をいう。この減磁界は、永久磁石の寸法比によって異なり、磁化方向に細長い永久磁石ほど小さくなる。減磁界の影響は、実用的には減磁界と磁束密度の比の傾きで表わされる。 By the way, the permeance coefficient means the ratio of the demagnetizing field (magnetic field strength) and the magnetic flux density. The permeance coefficient is also a value representing the effect of self-demagnetization and depends on the shape of the permanent magnet 22. Further, the demagnetizing magnetic field means a magnetic field in which the magnetic field generated on the surface of the magnetized permanent magnet goes from the north pole to the south pole and is opposite to the direction of magnetization acting inside the permanent magnet. This demagnetizing field depends on the dimensional ratio of the permanent magnet, and becomes smaller as the permanent magnet is elongated in the magnetization direction. The effect of the demagnetizing field is practically expressed by the slope of the ratio of the demagnetizing field and the magnetic flux density.
（６）ロータコア２１の軸方向からみて、壁３４，３５の厚みは、モータトルクとトルク変動とを考慮して設定される。このため、壁３４，３５の厚みを、モータトルクおよびトルク変動を考慮した適切な厚みに設定することができる。 (6) The thicknesses of the walls 34 and 35 when viewed from the axial direction of the rotor core 21 are set in consideration of the motor torque and the torque fluctuation. Therefore, the thickness of the walls 34 and 35 can be set to an appropriate thickness in consideration of the motor torque and the torque fluctuation.
（７）壁３４，３５における最も薄い部分である最薄部３４ｂ，３５ｂの厚みは、電磁鋼板２０を打ち抜き加工することができる最小限の厚み、および電磁鋼板２０の製造公差に基づき設定される。このため、壁３４，３５の厚みをロータコア２１の製造工程を考慮した適切な厚みに設定することができる。 (7) The thickness of the thinnest portions 34b and 35b, which are the thinnest portions of the walls 34 and 35, is set based on the minimum thickness that allows the electromagnetic steel sheet 20 to be punched and the manufacturing tolerance of the electromagnetic steel sheet 20. .. Therefore, the thickness of the walls 34 and 35 can be set to an appropriate thickness in consideration of the manufacturing process of the rotor core 21.
＜他の実施の形態＞
なお、本実施の形態は、つぎのように変更して実施してもよい。
・永久磁石２２として、ボンド磁石に代えて、焼結磁石を採用してもよい。焼結磁石は、磁性粉末が高温で焼き固められてなる。
<Other embodiments>
The present embodiment may be modified as follows.
-As the permanent magnet 22, a sintered magnet may be used instead of the bond magnet. Sintered magnets are made by baking magnetic powder at a high temperature.
・ロータコア２１として、複数枚の電磁鋼板２０が積層されてなる積層鉄心に代えて、磁性粉末が圧縮成形されてなる圧粉磁心を採用してもよい。この場合、圧粉磁心の強度によっては、壁３４の取り得る最小厚みｔｍｉｎに基づく最薄部３４ｂの厚みｔ２を上記実施例よりも小さい値に設定することができる。 -As the rotor core 21, instead of the laminated iron core in which a plurality of electromagnetic steel sheets 20 are laminated, a dust core in which magnetic powder is compression-molded may be adopted. In this case, depending on the strength of the dust core, it is possible to set the minimum thickness t min thickness t2 of the thinnest portion 34b based on the possible wall 34 to a value smaller than the above embodiment.
・本実施の形態では、１０個の永久磁石２２を有する１０極構造のロータ１４を一例として挙げたが、ロータ１４の磁極数は特に限定されるものではなく適宜変更してもよい。
・図１０（ａ）に示すように、ロータコア２１に対して直方体状の永久磁石２２をロータ１４の軸方向からみてＶ字状をなすように埋め込んでもよい。この場合、永久磁石２２が埋め込まれる磁石孔２４は各々独立して設けてもよい。この場合、磁石孔２４は、ロータコア２１の中心側から周面側へ向けて延びる延設部分に相当する。また、図１０（ｂ）に示すように、永久磁石２２はロータコア２１の軸方向に直交する断面形状が角型のＵ字状をなしていてもよい。また、図示は割愛するが、永久磁石２２はロータコア２１の軸方向に直交する断面形状がＶ字状をなしていてもよい。
-In the present embodiment, the rotor 14 having a 10-pole structure having 10 permanent magnets 22 is given as an example, but the number of magnetic poles of the rotor 14 is not particularly limited and may be changed as appropriate.
As shown in FIG. 10A, a rectangular parallelepiped permanent magnet 22 may be embedded in the rotor core 21 so as to form a V shape when viewed from the axial direction of the rotor 14. In this case, the magnet holes 24 in which the permanent magnets 22 are embedded may be provided independently. In this case, the magnet hole 24 corresponds to an extending portion extending from the center side of the rotor core 21 toward the peripheral surface side. Further, as shown in FIG. 10B, the permanent magnet 22 may have a square U-shape in cross section orthogonal to the axial direction of the rotor core 21. Further, although not shown, the permanent magnet 22 may have a V-shaped cross section orthogonal to the axial direction of the rotor core 21.
・図９に示すように、ロータコア２１の軸方向からみて、磁石孔２４の第１の孔部３１における外周側の内側面３１ａを円弧面状ではなく平面状に設けてもよい。磁石孔２４の第２の孔部３２における外周側の内側面３２ａについても同様である。このようにしても、壁３４，３５の厚みは、磁石孔２４のＵ字内側からＵ字外側へ向かうにつれて徐々に薄くなる。このため、前記実施の形態の（１）〜（５）と同様の効果を得ることができる。 As shown in FIG. 9, the inner side surface 31a on the outer peripheral side of the first hole 31 of the magnet hole 24 may be provided in a flat shape instead of an arc surface shape when viewed from the axial direction of the rotor core 21. The same applies to the inner side surface 32a on the outer peripheral side of the second hole 32 of the magnet hole 24. Even in this way, the thickness of the walls 34 and 35 gradually decreases from the inside of the U-shape to the outside of the U-shape of the magnet hole 24. Therefore, the same effect as (1) to (5) of the above-described embodiment can be obtained.
・本実施の形態では、磁石孔２４における第１の孔部３１、第２の孔部３２および第３の孔部３３の幅をすべて同じ値（一定幅）に設定したが、ロータコア２１の軸方向からみて、少なくとも第１の孔部３１および第２の孔部３２の幅がロータコア２１の外周面側へ向けて狭くならないように設定すればよい。たとえばロータコア２１の軸方向からみて、第１の孔部３１および第２の孔部３２の幅をロータコア２１の外周面側へ向けて徐々に広くなるように設定してもよい。 In the present embodiment, the widths of the first hole portion 31, the second hole portion 32, and the third hole portion 33 in the magnet hole 24 are all set to the same value (constant width), but the shaft of the rotor core 21 When viewed from the direction, the widths of at least the first hole portion 31 and the second hole portion 32 may be set so as not to be narrowed toward the outer peripheral surface side of the rotor core 21. For example, the widths of the first hole 31 and the second hole 32 may be set so as to gradually increase toward the outer peripheral surface side of the rotor core 21 when viewed from the axial direction of the rotor core 21.
・ＩＰＭモータ１０は、たとえば電動パワーステアリング装置における操舵アシスト力の発生源、ステアバイワイヤ式の操舵装置における操舵反力の発生源あるいは車両の転舵輪を転舵させるための転舵力の発生源、または電気自動車あるいはハイブリッド自動車の走行用駆動源としての用に供してもよい。また、ＩＰＭモータ１０は、電動オイルポンプ（ＥＯＰ）の駆動源としての用に供してもよい。 The IPM motor 10 is, for example, a source of steering assist force in an electric power steering device, a source of steering reaction force in a steer-by-wire type steering device, or a source of steering force for steering a steering wheel of a vehicle. Alternatively, it may be used as a driving drive source for an electric vehicle or a hybrid vehicle. Further, the IPM motor 10 may be used as a drive source for an electric oil pump (EOP).
１２…ステータ、１４…埋込磁石型のロータ、２０…電磁鋼板、２１…ロータコア、２１ａ…ロータコアの外周面、２２…永久磁石、２４…磁石孔、３１…第１の孔部（延設部分）、３１ａ…内側面、３２…第２の孔部（延設部分）、３２ａ…内側面、３３…第３の孔部、３４，３５…壁、３４ａ，３５ａ…最厚部、３４ｂ，３５ｂ…最薄部、Ｌ２…極間線、Ｐ０１，Ｐ０２…中心点。 12 ... stator, 14 ... embedded magnet type rotor, 20 ... electromagnetic steel plate, 21 ... rotor core, 21a ... outer peripheral surface of rotor core, 22 ... permanent magnet, 24 ... magnet hole, 31 ... first hole (extended part) ), 31a ... Inner surface, 32 ... Second hole (extended portion), 32a ... Inner surface, 33 ... Third hole, 34, 35 ... Wall, 34a, 35a ... Thickest part, 34b, 35b ... thinnest part, L2 ... pole line, P01, P02 ... center point.
Claims (5)
前記コアの軸方向からみて、前記延設部分の幅は前記コアの周面側へ向けて狭くならないように設定されるものであって、前記コアにおける前記磁石孔の延設部分と前記コアの周面との間の部分である壁の厚みは、前記コアの周方向において最も近く隣り合う他の磁石孔へ向かうにつれて薄くなるように設定されている埋込磁石型ロータ。 A cylindrical core that is rotatably inserted into a cylindrical stator and a permanent magnet that is embedded in a plurality of magnet holes provided in the core are provided, and the magnet is viewed from the axial direction of the core. The hole is an embedded magnet type rotor having an extending portion extending from the center side of the core toward the peripheral surface side.
The width of the extended portion is set so as not to be narrowed toward the peripheral surface side of the core when viewed from the axial direction of the core, and the extended portion of the magnet hole in the core and the core An embedded magnet type rotor in which the thickness of the wall, which is a portion between the peripheral surface and the peripheral surface, is set to become thinner toward the other magnet holes closest to each other in the circumferential direction of the core.
前記コアの軸方向からみて、前記延設部分の幅は前記コアの周面側へ向けて狭くならないように設定する一方、前記コアにおける前記磁石孔の延設部分と前記コアの周面との間の部分である壁の厚みは、モータトルクとトルク変動とを考慮して、前記コアの周方向において最も近く隣り合う他の磁石孔へ向かうにつれて薄くなるように設定する埋込磁石型ロータの製造方法。 A cylindrical core that is rotatably inserted into a cylindrical stator and a permanent magnet that is embedded in a plurality of magnet holes provided in the core are provided, and the magnet is viewed from the axial direction of the core. The hole is a method for manufacturing an embedded magnet type rotor having an extending portion extending from the center side of the core toward the peripheral surface side.
The width of the extended portion is set so as not to be narrowed toward the peripheral surface side of the core when viewed from the axial direction of the core, while the extended portion of the magnet hole in the core and the peripheral surface of the core are set. In consideration of motor torque and torque fluctuation, the thickness of the wall, which is the intermediate portion, is set so as to become thinner toward the other magnet holes closest to each other in the circumferential direction of the core. Production method.
前記壁における最も薄い部分である最薄部の厚みは、前記電磁鋼板を打ち抜き加工することができる最小限の厚み、および前記電磁鋼板の製造公差に基づき設定する請求項４に記載の埋込磁石型ロータの製造方法。 The core is made by laminating electromagnetic steel plates.
The embedded magnet according to claim 4, wherein the thickness of the thinnest portion, which is the thinnest portion of the wall, is set based on the minimum thickness capable of punching the electromagnetic steel sheet and the manufacturing tolerance of the electromagnetic steel sheet. Mold rotor manufacturing method.
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