JP4084889B2 - Permanent magnet motor rotor - Google Patents

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JP4084889B2
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光彦 佐藤
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アイチエレック株式会社
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍機や空調機の圧縮機駆動用電動機等に代表される永久磁石(以下、磁石と称す)の界磁を有する永久磁石形の同期電動機に関し、特に回転子の鉄心の内部に磁石を埋め込んで構成するいわゆる埋め込み磁石構造の回転子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
上記回転子として、図5に示す構成のものが知られており、例えば特開平9−182332号公報等に開示されている。
【0003】
図5は回転子の軸方向に垂直な断面を示す平面断面図であって、図中1aは鉄心であり、軸孔10及び磁石を挿着するための複数の収容孔3aを備えた薄鉄板を軸方向に多数積層して形成されている。収容孔3aには平板形の磁石2aが軸方向に挿着されており、1個の磁石2aが1極を形成するように着磁されて、図示例の場合4極の界磁を構成するようになっている。磁石材料としては、主に希土類磁石が用いられる。
【0004】
収容孔3aの両端部には外周へ向けて空隙部4aが形成されており、磁石による磁束(以下、主磁束と称す)が隣接極間で短絡漏洩するのを防止するようになっている。そしてこの空隙部4aと回転子外周部との間には、極力幅を狭くしたブリッジ部5aが形成されている。
【0005】
このような構成の回転子の場合には、回転子の外周部に多くの鉄心部分が存在するために、q軸インダクタンスを大きくとることができる。従って、電動機固定子の通電巻線の電流とこれに鎖交する主磁束とによって得られる主磁束トルクに加えて、回転子位置による磁気抵抗の相違によって得られるリラクタンストルクを大いに利用できる特長を備えている。
【0006】
一般に電動機のトルクTは、主磁束トルクをT1、リラクタンストルクをT2とすると、
T=T1+T2 …(1)
で表され、磁石の磁極中心と回転軸心を結んだ方向をd軸とし、このd軸に対する電気角90°位相をq軸とし、主磁束量をΦ、d軸電流をId、q軸電流をIq、d軸インダクタンスをLd、q軸インダクタンスをLqとすれば、
T1=Φ・Iq …(2)
T2=(Ld−Lq)Id・Iq …(3)
で表される。(3)式において、Idがマイナスの値となるように制御すれば、Ldと比較してLqが大きくなるほどリラクタンストルクT2を大きくすることができる。
【0007】
図6は別の回転子の例を示しており、軸心に向けて凸状をなし、端部が回転子外周部に近接するように形成された略V字形の収容孔3b内に、平板形の磁石2bを2個挿着して各極の界磁を構成したものである。磁石材料としては、主にフェライト磁石が用いられるが、希土類磁石等であっても構わない。図5の例同様、主磁束の短絡を防止するために、ブリッジ部5bの幅は極力狭い方が好ましく、必要に応じて収容孔3bの両端部における磁石2bとブリッジ部5bとの間に空隙部を形成するように構成してもよい。このような回転子は、例えば特開平9−308148号公報等に開示されている。
【0008】
図6の例においても、回転子の外周部に多くの鉄心部分が存在するために、q軸インダクタンスLqが大きくなり、リラクタンストルクを大きく構成することができる。磁石の収容孔が軸心に向けて凸状をなすように形成するものとしては、この他に例えば特開平6−339241号公報等に開示されるように、断面が略C字形の収容孔及び磁石を用いた回転子があり、この場合も図5や図6の例と同様の効果を有している。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
従来の回転子においては、電動機のトルクを極力大きくするために、残留磁束密度の大きな希土類磁石等の高性能磁石を用いて主磁束トルクT1を大きくし、一方、q軸インダクタンスを極力大きくするようにして大きなリラクタンストルクT2を引き出すように構成する。このq軸インダクタンスを大きくするために、例えば図5に示すような回転子においては、空隙部4aの円周方向の幅を極力狭く形成するようにし、図6に示すような回転子においても、極間に空隙部を設ける場合は、磁石2bの外周側に僅かな空隙を設けるのみの構成となっている。
【0010】
しかしながら一方で、極間の空隙部を小さくすると、主磁束の短絡漏洩が増加して主磁束トルクが減少する恐れがあるため、上記リラクタンストルクとの兼ね合いが設計を難しいものとしている。一般にリラクタンストルクを利用する電動機においては、固定子と回転子間のエアギャップが極力小さくなるように構成するが、1〜2馬力クラスの圧縮機駆動用電動機等においては、構造上の制約からエアギャップ寸法は0.5〜0.7mm程度と比較的大きなものとなってしまう。従って、磁気抵抗が大きくなってリラクタンストルクを十分に引き出せないために、全トルクTに占めるリラクタンストルクT2の割合は2割程度に過ぎず、全トルクTは基本的には8割程度を占める主磁束トルクT1に負うところが大きい。ところが従来設計品はリラクタンストルク偏重の傾向にあり、希土類磁石等の高性能磁石を用いる場合においても、その構成上の傾向に変化は見られない。
【0011】
冷凍機や空調機に対する消費電力の低減化は地球環境保全の見地から早急な課題であり、これらを駆動する電動機に対しては、たとえ僅かでも高効率なものへ発展させていく使命が課せられている。図5や図6に示す従来構成のものは、主磁束トルクとリラクタンストルクの双方を利用する永久磁石形電動機の回転子としては無難な構成といえるが、高トルクあるいは高効率を追求して電動機の最大能力を引き出す上で、必ずしも最適且つ究極的な構成とはなっていないのが現状である。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明は、スロットを有する固定子に対向した状態で回転し、鉄心と、前記鉄心に形成された各極毎の収容孔に挿着された永久磁石を備え、前記鉄心の軸方向に垂直な断面において、前記収容孔と鉄心外周部との間隔が前記収容孔の中央部で広く、両端部で狭くなるように構成されている永久磁石形電動機の回転子において、前記収容孔の両端部には空隙部が設けられており、前記空隙部によって、隣接極との極間部に円周方向の幅がdである放射状の鉄心部分が残され、前記空隙部と前記鉄心外周部との間にブリッジ状の鉄心部分が残されているとともに、前記空隙部は、前記収容孔に挿着された永久磁石の軸心からの開角θ1より狭い開角θ2まで先端が極中心方向に張り出して形成されており、また、前記放射状の鉄心部分の円周方向の幅dは、前記固定子のスロットのスロット開口部の円周方向の幅以上に設定されている。
【0013】
【発明の実施の形態】
前記発明の実施の形態では、前記収容孔に、平板形の永久磁石または断面C形の永久磁石が挿着され、あるいは、前記収容孔は、凸面側を軸心に向けたV字形に形成され、あるいは、前記永久磁石として希土類磁石が用いられ、あるいは、前記空隙に、非磁性材料が充填される。
【0014】
上記構成によって、空隙部が磁石の開角より狭い範囲まで張り出すため、空隙部の面積が大きく形成でき、主磁束の短絡漏洩が削減されて電動機の主磁束トルク分が大きく増加する。同時に主磁束の磁路が極中心方向に誘導されて、固定子の励磁部分と有効に鎖交することになる。一方、極間部に残された放射状の鉄心部分及びブリッジ状の鉄心部分によって、q軸インダクタンスは大きい状態のまま維持されるため大きなリラクタンストルク分も得ることができる。これらの結果として、主磁束トルクとリラクタンストルクの和である電動機トルクが大きく向上するものであり、従来品と同一トルクで比較すれば、電流値が減少して銅損が削減され、電動機効率が大きくアップする。
【0015】
【実施例】
図1は本発明の実施例を示す電動機回転子の平面断面図であり、回転子の軸方向に垂直な断面を示している。鉄心1は、順送プレス型によって所定形状に打ち抜いた0.35mm厚,0.50mm厚等の薄鉄板をプレス型内で軸方向に多数積層したものであり、各薄鉄板に設けた切り起こし突起による凹凸部を軸方向に隣接するもの同士で嵌合させて固定する周知のクランプ手段等によって複数箇所で固定されている。この略円柱状の鉄心1の中心には軸孔10が設けられ、この軸孔10と平行に磁石を挿着するための複数の収容孔3及びカシメピンを挿通するための複数のピン孔6がそれぞれ設けられている。
【0016】
収容孔3は、各極毎に断面が略V字形に形成されており、軸心に向けて凸状をなして端部が回転子外周部に近接するように形成されている。この収容孔3と鉄心1の外周部との間隔は各収容孔の中央部で広く、両端部で狭くなるように構成され、各極のV字の凹部側には回転子の外周部にかけて厚肉の鉄心部分が存在するためにq軸インダクタンスLqが大きく、一方d軸インダクタンスは小さく構成されている。
【0017】
図2に示すように、鉄心1の各収容孔3には、各V字当たり2個の平板形の磁石2が軸方向から挿着され、各V字当たり1極を形成するように着磁されて、4極の界磁を構成するようになっている。磁石材料としては、一般的にフェライト磁石または希土類磁石の適用が可能であるが、図示例の場合は希土類磁石に適した形状を示している。即ち、Nd−Fe−B(ネオジウム−鉄−ホウ素)系磁石等の希土類磁石を用いることによって主磁束を極力大きなものとしている。また希土類磁石の場合、断面が円弧形状のものは高コストとなるため一般には平板状に形成され、従って図示するようなV字形の収容孔に装着するのに適している。
【0018】
磁石2を挿着した後、鉄心1の軸方向両端部には端板9が装着されて蓋がなされ、鉄心のピン孔6及び端板のピン孔11にそれぞれカシメピン7を挿通して固着一体化するものである。
【0019】
図1に戻って、鉄心1における収容孔3の両端部は、磁石2が収容されない空隙部4となっており、この空隙部4は磁石2の断面輪郭の延長線に対して屈曲するとともに、磁石2の軸心Oからの開角θ1より狭い開角θ2まで先端が極中心方向へ張り出して形成されている。そしてこの空隙部4によって、隣接極との極間部に幅がdなる放射状の鉄心部分8が残されており、また鉄心外周部との間にブリッジ部5が残されている。
【0020】
鉄心1における空隙部4がθ2<θ1となって極中心方向へ張り出して形成されていることにより、隣接極間での主磁束の漏洩短絡は従来品以上に削減され、電動機の主磁束トルク分が増加することになる。これは、特に希士類磁石等の高性能磁石を用いた場合には、磁束密度が高いために主磁束トルク分の増加は顕著となる。
【0021】
また、θ2<θ1なる関係に形成することにより、主磁束の磁路を極中心方向へ誘導することができる効果が生じる。即ち、このような電動機の固定子における通電切り換えは、一般に三相120°通電が採用されるため、電気角180°の範囲に形成される界磁各極の主磁束は、なるべく狭い角度範囲に集中させた方がトルクへの寄与が大きくなるからである。従ってこの点からも、上記空隙部4の存在によって主磁束トルク分を向上させることができる。
【0022】
一方、極間部に残された放射状の鉄心部分8によって、この部分を介して固定子磁束が回転子鉄心1内へ多量に流出入することができるため、q軸インダクタンスは相変わらず大きな値のまま維持され、空隙部4に起因する電動機のリラクタンストルク分の減少を低く抑えることができる。この場合、ブリッジ部5が漏斗のような作用をして、放射状の鉄心部分8あるいは収容孔3の外側の鉄心部分への固定子磁束の流出入を誘導する効果を奏する。
【0023】
ブリッジ部5の半径方向の幅は、狭い方が特性上好ましいのであるが、鉄心1を構成する薄鉄板の打ち抜き技術及びブリッジ部5の耐遠心力強度等を考慮して適切な幅に決定される。そして放射状の鉄心部分8及びブリッジ部5によって鉄心1が連結されているため、各薄鉄板は一体に打ち抜くことが可能となっている。但し、耐遠心力強度が不足する等の場合には、図示例のように、収容孔3の外側の鉄心部分にカシメピン7を挿通して補強し、品質的に安定したものとすることが好ましい。
【0024】
図3は、極間部に残された放射状の鉄心部分8の円周方向の幅dを変化させた場合における主磁束量Φの変化、及びq軸インダクタンスLqとd軸インダクタンスLdの比である突極比Lq/Ldの変化をそれぞれ示したものである。主磁束量Φは、回転子を電動機の固定子に対向させた状態で回転させたときの固定子巻線の誘起電圧を測定することによって知ることができる。一方、q軸インダクタンスLq及びd軸インダクタンスLdは、同様に回転子を電動機の固定子に対向させた状態で回転させたときの巻線のインダクタンスの最大値と最小値を測定することによって知ることができる。そして前述したように、主磁束量Φが大きいほど主磁束トルクT1が大きく、突極比Lq/Ldが大きいほどリラクタンストルクT2が大きく形成できるものである。
【0025】
図3において、P1で示すポイントは幅dが固定子のスロット開口部の円周方向の幅と等しいポイントを表しており、このポイントを境にしてΦの傾きはさほど変わらないのに対し、Lq/Ldの傾きは屈曲点を形成している。即ち、幅dをP1よりも狭くすると、固定子と回転子間の磁気抵抗が極端に大きくなってしまうため、リラクタンストルクの落ち込み分が主磁束トルクの増加分を上回るようになって好ましくない。従って、極間部に残された放射状の鉄心部分8の円周方向の幅dは、スロット開口部幅P1以上で且つP1近辺の値とすることによって、高トルクの電動機を得ることができる。
【0026】
図4は、収容孔両端部の空隙部4の開角θ2を変化させた場合における主磁束量Φの変化、及び突極比Lq/Ldの変化をそれぞれ示したものである。空隙部4の開角θ2が磁石2の開角θ1と等しくなるポイントを境にして、Lq/Ldの傾きはさほど変わらないのに対し、Φの傾きは屈曲点を形成していることが判る。即ち、θ2をθ1よりも狭くしていくと、隣接極間での主磁束Φの短絡漏洩が大きく減少し、同時に主磁束の磁路が極中心方向へ集中するようになり、これらの作用がθ1を境にして顕著となっていくものである。そして主磁束トルクの増加分がリラクタンストルクの落ち込み分を上回るため、θ2<θ1なる関係に形成することにより高トルクの電動機を得ることができる。
【0027】
尚、図4に示す傾向は、特に希土類磁石等の高性能磁石を用いた場合に一層顕著となるため、電動機の特性向上に大きく寄与するものである。また、空隙部4の開角θ2は小さい方が好ましいのであるが、鉄心1の打ち抜きや機械的強度、特にブリッジ部5の強度の関係からあまり小さくすることも好ましくなく、下限値に関しては主に製造上の都合によって決定される。
【0028】
また、本発明においては、収容孔両端部の空隙部に樹脂等の非磁性材料を充填した場合であっても同様の作用を生じるものであるため、必ずしも空隙に限定するものではない。さらに本発明は、断面V字形の磁石に限らず、図5に示したような各極当たり平板形の磁石1個によって構成するもの、あるいは断面C形の磁石を用いたもの等、収容孔と鉄心外周部との間隔が各収容孔の中央部で広く両端部で狭くなるように構成される永久磁石形電動機の回転子であれば適用可能である。
【0029】
【発明の効果】
本発明は、リラクタンストルクを偏重した従来の構成から視点を変え、極間部の空隙部に着目して主磁束トルクの向上を達成したものであり、これにより主磁束トルクとリラクタンストルクの和である電動機の全トルクを大幅に増加させ得るものであり、このことは、従来と同一トルクにて比較すれば、電動機の銅損が減少して電動機の効率を大きく向上させることができる。そして特に希土類磁石等の高性能磁石を用いた高トルクあるいは高効率を追求するタイプの電動機において、電動機の最大能力を引き出す上で効果的な構成を提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す回転子の平面断面図。
【図2】図1の回転子の分解斜視図。
【図3】極間部の放射状の鉄心部分の幅に対する主磁束量の関係、及び突極比の関係を示す特性図。
【図4】収容孔両端部の空隙部の開角に対する主磁束量の関係、及び突極比の関係を示す特性図。
【図5】従来例を示す回転子の平面断面図。
【図6】別の従来例を示す回転子の平面断面図。
【符号の説明】
1,1a,1b…鉄心、2,2a,2b…磁石、3,3a,3b…収容孔、4,4a…空隙部、5,5a,5b…ブリッジ状の鉄心部分、8…放射状の鉄心部分、10…軸孔。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a permanent magnet type synchronous motor having a field of a permanent magnet (hereinafter referred to as a magnet) typified by an electric motor for driving a compressor of a refrigerator or an air conditioner, and in particular, in the iron core of a rotor. The present invention relates to a rotor having a so-called embedded magnet structure in which a magnet is embedded.
[0002]
[Prior art]
As the rotor, one having the structure shown in FIG. 5 is known, and disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 9-182332.
[0003]
FIG. 5 is a plan sectional view showing a section perpendicular to the axial direction of the rotor. In FIG. 5, reference numeral 1a denotes an iron core, and a thin iron plate having a shaft hole 10 and a plurality of receiving holes 3a for inserting magnets. Are stacked in the axial direction. A flat magnet 2a is inserted in the housing hole 3a in the axial direction, and one magnet 2a is magnetized so as to form one pole, and forms a four-pole field in the illustrated example. It is like that. As the magnet material, rare earth magnets are mainly used.
[0004]
A gap portion 4a is formed at both ends of the accommodation hole 3a toward the outer periphery so as to prevent magnetic flux (hereinafter referred to as main magnetic flux) from the magnet from being short-circuited and leaked between adjacent poles. And between this space | gap part 4a and a rotor outer peripheral part, the bridge | bridging part 5a which narrowed the width as much as possible is formed.
[0005]
In the case of a rotor having such a configuration, a large q-axis inductance can be obtained because there are many iron core portions on the outer peripheral portion of the rotor. Therefore, in addition to the main magnetic flux torque obtained by the current of the energization winding of the motor stator and the main magnetic flux linked to this, it has the feature that the reluctance torque obtained by the difference in the magnetic resistance depending on the rotor position can be greatly utilized. ing.
[0006]
In general, the torque T of an electric motor is as follows: T1 is a main magnetic flux torque and T2 is a reluctance torque.
T = T1 + T2 (1)
The direction connecting the magnetic pole center of the magnet and the rotation axis is the d axis, the phase of the electrical angle with respect to the d axis is the q axis, the main magnetic flux amount is Φ, the d axis current is Id, Is Iq, d-axis inductance is Ld, and q-axis inductance is Lq,
T1 = Φ · Iq (2)
T2 = (Ld−Lq) Id · Iq (3)
It is represented by In the equation (3), if the control is performed so that Id becomes a negative value, the reluctance torque T2 can be increased as Lq becomes larger than Ld.
[0007]
FIG. 6 shows another example of the rotor, in which a flat plate is formed in a substantially V-shaped accommodation hole 3b formed so as to protrude toward the axial center and have an end portion close to the outer periphery of the rotor. Two magnets 2b are inserted to form a field of each pole. As a magnet material, a ferrite magnet is mainly used, but a rare earth magnet or the like may be used. As in the example of FIG. 5, in order to prevent a short circuit of the main magnetic flux, the width of the bridge portion 5b is preferably as narrow as possible, and a gap is provided between the magnet 2b and the bridge portion 5b at both ends of the accommodation hole 3b as necessary. You may comprise so that a part may be formed. Such a rotor is disclosed, for example, in JP-A-9-308148.
[0008]
Also in the example of FIG. 6, since many iron core portions exist on the outer peripheral portion of the rotor, the q-axis inductance Lq is increased, and the reluctance torque can be increased. In addition to this, the magnet housing hole is formed to have a convex shape toward the axial center, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-339241, and the like. There is a rotor using a magnet, and in this case, the same effect as in the examples of FIGS.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional rotor, in order to increase the torque of the electric motor as much as possible, the main magnetic flux torque T1 is increased using a high performance magnet such as a rare earth magnet having a large residual magnetic flux density, while the q-axis inductance is increased as much as possible. Thus, a large reluctance torque T2 is extracted. In order to increase the q-axis inductance, for example, in the rotor as shown in FIG. 5, the circumferential width of the gap 4a is formed as narrow as possible, and in the rotor as shown in FIG. In the case where a gap is provided between the poles, only a small gap is provided on the outer peripheral side of the magnet 2b.
[0010]
On the other hand, however, if the gap between the poles is reduced, the main magnetic flux short circuit leakage increases and the main magnetic flux torque may be reduced. Therefore, the balance with the reluctance torque makes designing difficult. In general, an electric motor using reluctance torque is configured such that the air gap between the stator and the rotor is as small as possible. However, in a motor for driving a compressor of 1 to 2 horsepower class, the air is limited due to structural limitations. The gap dimension is relatively large, about 0.5 to 0.7 mm. Accordingly, since the reluctance torque cannot be sufficiently extracted due to an increase in magnetic resistance, the ratio of the reluctance torque T2 to the total torque T is only about 20%, and the total torque T basically accounts for about 80%. A large part is imposed on the magnetic flux torque T1. However, the conventional design products tend to be reluctance torque biased, and even when high performance magnets such as rare earth magnets are used, there is no change in the trend in the configuration.
[0011]
Reducing power consumption for refrigerators and air conditioners is an urgent issue from the standpoint of global environmental conservation, and the motors that drive them are imperative to develop even more efficient ones. ing. The conventional configuration shown in FIGS. 5 and 6 can be said to be a safe configuration as a rotor of a permanent magnet type electric motor that uses both main magnetic flux torque and reluctance torque. The current situation is not necessarily the optimum and ultimate configuration for extracting the maximum capacity of the system.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present invention includes an iron core and a permanent magnet inserted into a receiving hole for each pole formed in the iron core, and rotates in a state of facing a stator having a slot, and is perpendicular to the axial direction of the iron core. In a cross section, in a rotor of a permanent magnet type electric motor configured such that the interval between the accommodation hole and the outer peripheral portion of the iron core is wide at the center portion of the accommodation hole and narrows at both end portions, Is provided with a gap, and a radial iron core portion having a circumferential width d is left in the gap between adjacent gaps by the gap, and the gap between the gap and the outer circumference of the core is left. In addition, a bridge-shaped iron core portion is left, and the gap portion protrudes toward the pole center to an opening angle θ2 narrower than the opening angle θ1 from the axis of the permanent magnet inserted into the receiving hole. Formed in the circumferential direction of the radial iron core portion. The width d is set to be equal to or larger than the circumferential width of the slot opening of the stator slot.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the embodiment of the present invention, a flat plate-shaped permanent magnet or a C-shaped permanent magnet is inserted into the receiving hole, or the receiving hole is formed in a V shape with the convex side facing the axis. Alternatively, a rare earth magnet is used as the permanent magnet, or the gap is filled with a nonmagnetic material.
[0014]
With the above configuration, since the gap extends to a range narrower than the opening angle of the magnet, the area of the gap can be formed large, the short-circuit leakage of the main magnetic flux is reduced, and the main magnetic flux torque of the electric motor is greatly increased. At the same time, the magnetic path of the main magnetic flux is guided toward the pole center, and effectively links with the excitation part of the stator. On the other hand, since the q-axis inductance is maintained in a large state by the radial iron core portion and the bridge-like iron core portion left in the inter-electrode portion, a large reluctance torque can be obtained. As a result, the motor torque, which is the sum of the main magnetic flux torque and the reluctance torque, is greatly improved. When compared with the conventional torque, the current value is reduced and the copper loss is reduced. Increase greatly.
[0015]
【Example】
FIG. 1 is a plan sectional view of an electric motor rotor showing an embodiment of the present invention, and shows a cross section perpendicular to the axial direction of the rotor. The iron core 1 is formed by laminating a large number of thin steel plates of 0.35 mm thickness, 0.50 mm thickness, etc., punched into a predetermined shape by a progressive press die in the axial direction in the press die. The protrusions and recesses are fixed at a plurality of locations by well-known clamping means or the like that are fitted and fixed together in the axial direction. A shaft hole 10 is provided in the center of the substantially cylindrical iron core 1, and a plurality of receiving holes 3 for inserting magnets in parallel with the shaft hole 10 and a plurality of pin holes 6 for inserting caulking pins are provided. Each is provided.
[0016]
The housing hole 3 has a substantially V-shaped cross section for each pole, and is formed so that its end is close to the outer periphery of the rotor with a convex shape toward the axis. The space between the housing hole 3 and the outer periphery of the iron core 1 is configured to be wide at the center of each housing hole and narrow at both ends, and the V-shaped concave portion side of each pole is thicker toward the outer periphery of the rotor. Since the meat core portion is present, the q-axis inductance Lq is large, while the d-axis inductance is small.
[0017]
As shown in FIG. 2, two flat magnets 2 for each V-shape are inserted in the respective receiving holes 3 of the iron core 1 from the axial direction so as to form one pole for each V-shape. Thus, a four-pole field is formed. As a magnet material, a ferrite magnet or a rare earth magnet can be generally used, but the illustrated example shows a shape suitable for a rare earth magnet. That is, the main magnetic flux is made as large as possible by using rare earth magnets such as Nd-Fe-B (neodymium-iron-boron) magnets. In the case of rare earth magnets, those having an arc shape in cross section are expensive and are generally formed in a flat plate shape. Therefore, they are suitable for mounting in a V-shaped accommodation hole as shown in the figure.
[0018]
After the magnet 2 is inserted, end plates 9 are attached to both ends in the axial direction of the iron core 1 to cover them, and the caulking pins 7 are inserted into the pin holes 6 of the iron core and the pin holes 11 of the end plate, respectively. It is to become.
[0019]
Returning to FIG. 1, both end portions of the accommodation hole 3 in the iron core 1 are void portions 4 in which the magnet 2 is not accommodated, and the void portion 4 is bent with respect to the extension line of the cross-sectional contour of the magnet 2. The tip of the magnet 2 is formed so as to project toward the pole center to an opening angle θ2 narrower than the opening angle θ1 from the axis O of the magnet 2. The gap 4 leaves a radial core portion 8 having a width d at the portion between the adjacent poles, and a bridge portion 5 between the outer periphery of the core.
[0020]
Since the gap 4 in the iron core 1 is formed so as to project toward the pole center so that θ2 <θ1, the leakage short circuit of the main magnetic flux between adjacent poles is reduced more than the conventional product, and the main magnetic flux torque component of the motor is reduced. Will increase. In particular, when a high-performance magnet such as a rare magnet is used, the increase in the main magnetic flux torque is significant because the magnetic flux density is high.
[0021]
Further, by forming the relationship θ2 <θ1, there is an effect that the magnetic path of the main magnetic flux can be guided toward the pole center. In other words, since the three-phase 120 ° energization is generally adopted for such energization switching in the stator of the electric motor, the main magnetic flux of each field pole formed in the range of the electrical angle of 180 ° is as narrow as possible. This is because the more concentrated, the greater the contribution to torque. Therefore, also from this point, the main magnetic flux torque can be improved by the presence of the gap 4.
[0022]
On the other hand, the radial iron core portion 8 left in the interpolar portion allows a large amount of stator magnetic flux to flow into and out of the rotor core 1 through this portion, so that the q-axis inductance remains as large as before. The reduction in the reluctance torque of the electric motor due to the gap 4 is maintained low. In this case, the bridge portion 5 acts like a funnel, and has an effect of inducing the flow of the stator magnetic flux into the radial iron core portion 8 or the iron core portion outside the accommodation hole 3.
[0023]
The width of the bridge portion 5 in the radial direction is preferably narrow in view of characteristics, but is determined to be an appropriate width in consideration of the punching technology of the thin iron plate constituting the iron core 1 and the centrifugal strength strength of the bridge portion 5. The And since the iron core 1 is connected by the radial iron core part 8 and the bridge | bridging part 5, each thin iron plate can be punched integrally. However, in the case where the centrifugal strength is insufficient, it is preferable that the caulking pin 7 is inserted into the iron core portion outside the accommodation hole 3 to be reinforced so as to stabilize the quality as shown in the illustrated example. .
[0024]
FIG. 3 shows the change of the main magnetic flux amount Φ and the ratio of the q-axis inductance Lq and the d-axis inductance Ld when the circumferential width d of the radial core portion 8 left in the inter-pole portion is changed. The change of salient pole ratio Lq / Ld is shown, respectively. The main magnetic flux amount Φ can be known by measuring the induced voltage of the stator winding when the rotor is rotated with the rotor facing the stator of the electric motor. On the other hand, the q-axis inductance Lq and the d-axis inductance Ld are similarly known by measuring the maximum value and the minimum value of the winding inductance when the rotor is rotated in a state of facing the stator of the motor. Can do. As described above, the main magnetic flux torque T1 increases as the main magnetic flux amount Φ increases, and the reluctance torque T2 increases as the salient pole ratio Lq / Ld increases.
[0025]
In FIG. 3, a point indicated by P1 represents a point where the width d is equal to the circumferential width of the slot opening of the stator, and the slope of Φ does not change so much at this point, whereas Lq The inclination of / Ld forms a bending point. That is, if the width d is narrower than P1, the magnetic resistance between the stator and the rotor becomes extremely large, which is not preferable because the drop in the reluctance torque exceeds the increase in the main magnetic flux torque. Therefore, by setting the circumferential width d of the radial core portion 8 left in the inter-pole portion to a value not less than the slot opening width P1 and in the vicinity of P1, a high torque electric motor can be obtained.
[0026]
FIG. 4 shows changes in the main magnetic flux amount Φ and changes in the salient pole ratio Lq / Ld when the opening angle θ2 of the gap 4 at both ends of the accommodation hole is changed. It can be seen that the inclination of Lq / Ld does not change much at the point where the opening angle θ2 of the gap 4 becomes equal to the opening angle θ1 of the magnet 2, whereas the inclination of Φ forms a bending point. . That is, when θ2 is made narrower than θ1, the short-circuit leakage of the main magnetic flux Φ between adjacent poles is greatly reduced, and at the same time, the magnetic path of the main magnetic flux is concentrated in the direction of the pole center. It becomes prominent with θ1 as a boundary. Since the increase in the main magnetic flux torque exceeds the decrease in the reluctance torque, a high torque electric motor can be obtained by forming the relationship θ2 <θ1.
[0027]
Note that the tendency shown in FIG. 4 becomes more conspicuous especially when a high-performance magnet such as a rare earth magnet is used, and thus greatly contributes to the improvement of the characteristics of the electric motor. In addition, it is preferable that the opening angle θ2 of the gap portion 4 is small, but it is not preferable to make it too small due to the punching of the iron core 1 or mechanical strength, particularly the strength of the bridge portion 5, and the lower limit value is mainly used. Determined by manufacturing convenience.
[0028]
Further, in the present invention, even when the gaps at both ends of the accommodation hole are filled with a nonmagnetic material such as a resin, the same action is produced, so that the gaps are not necessarily limited to the gaps. Further, the present invention is not limited to a magnet having a V-shaped cross section, and is configured by a single plate-shaped magnet for each pole as shown in FIG. 5 or using a magnet having a C-shaped cross section. Any rotor can be used as long as it is a rotor of a permanent magnet type motor configured such that the distance from the outer peripheral portion of the iron core is wide at the center of each housing hole and narrow at both ends.
[0029]
【The invention's effect】
In the present invention, the viewpoint is changed from the conventional configuration in which the reluctance torque is biased, and the improvement of the main magnetic flux torque is achieved by paying attention to the gap portion between the poles, whereby the main magnetic flux torque and the reluctance torque are The total torque of a certain motor can be greatly increased, which means that the copper loss of the motor can be reduced and the efficiency of the motor can be greatly improved as compared with the conventional torque. In particular, in an electric motor of a type that pursues high torque or high efficiency using a high-performance magnet such as a rare earth magnet, an effective configuration is provided for extracting the maximum capacity of the electric motor.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan sectional view of a rotor showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view of the rotor of FIG.
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the main magnetic flux amount and the salient pole ratio with respect to the width of the radial core portion between the poles.
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the amount of main magnetic flux and the relationship between salient pole ratios with respect to the opening angle of the gaps at both ends of the receiving hole.
FIG. 5 is a plan sectional view of a rotor showing a conventional example.
FIG. 6 is a plan sectional view of a rotor showing another conventional example.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1a, 1b ... Iron core, 2, 2a, 2b ... Magnet, 3, 3a, 3b ... Accommodating hole, 4, 4a ... Space | gap part, 5, 5a, 5b ... Bridge-like core part, 8 ... Radial core part 10 ... shaft hole.

Claims (6)

スロットを有する固定子に対向した状態で回転し、鉄心と、前記鉄心に形成された各極毎の収容孔に挿着された永久磁石を備え、前記鉄心の軸方向に垂直な断面において、前記収容孔と鉄心外周部との間隔が前記収容孔の中央部で広く、両端部で狭くなるように構成されている永久磁石形電動機の回転子において、  In a cross section perpendicular to the axial direction of the iron core, the iron core and a permanent magnet inserted into a receiving hole for each pole formed in the iron core, rotating in a state facing a stator having a slot, In the rotor of the permanent magnet type electric motor configured such that the interval between the housing hole and the outer periphery of the iron core is wide at the center of the housing hole and narrowed at both ends,
前記収容孔の両端部には空隙部が設けられており、前記空隙部によって、隣接極との極間部に円周方向の幅がdである放射状の鉄心部分が残され、前記空隙部と前記鉄心外周部との間にブリッジ状の鉄心部分が残されているとともに、前記空隙部は、前記収容孔に挿着された永久磁石の軸心からの開角θ1より狭い開角θ2まで先端が極中心方向に張り出して形成されており、また、前記放射状の鉄心部分の円周方向の幅dは、前記固定子のスロットのスロット開口部の円周方向の幅以上に設定されていることを特徴とする永久磁石形電動機の回転子。  A gap portion is provided at both ends of the accommodation hole, and the gap portion leaves a radial iron core portion having a circumferential width of d in the interval between the adjacent poles and the gap portion. A bridge-shaped iron core portion is left between the outer periphery of the iron core, and the gap portion has a distal end up to an opening angle θ2 narrower than an opening angle θ1 from the axis of the permanent magnet inserted into the receiving hole. And the radial width d of the radial core portion is set to be equal to or greater than the circumferential width of the slot opening of the stator slot. A rotor of a permanent magnet type electric motor characterized by
請求項1に記載の永久磁石形電動機の回転子において、前記収容孔には、平板形の永久磁石が挿着されていることを特徴とする永久磁石形電動機の回転子。  The rotor of the permanent magnet type electric motor according to claim 1, wherein a flat plate type permanent magnet is inserted into the accommodation hole. 請求項2に記載の永久磁石形電動機の回転子において、前記収容孔は、凸面側を軸心に向けたV字形に形成されていることを特徴とする永久磁石形電動機の回転子。  The rotor of a permanent magnet type electric motor according to claim 2, wherein the accommodation hole is formed in a V shape with the convex side facing the axis. 請求項1に記載の永久磁石形電動機の回転子において、前記収容孔には、断面C形の永久磁石が挿着されていることを特徴とする永久磁石形電動機の回転子。  2. The rotor of a permanent magnet type electric motor according to claim 1, wherein a permanent magnet having a C-shaped cross section is inserted into the accommodation hole. 請求項1〜4のいずれかに記載の永久磁石形電動機の回転子において、前記永久磁石として希土類磁石が用いられていることを特徴とする永久磁石形電動機の回転子。  The rotor of a permanent magnet type electric motor according to any one of claims 1 to 4, wherein a rare earth magnet is used as the permanent magnet. 請求項1〜5のいずれかに記載の永久磁石形電動機の回転子において、前記空隙部には非磁性材料が充填されていることを特徴とする永久磁石形電動機の回転子。  The rotor of a permanent magnet type electric motor according to any one of claims 1 to 5, wherein the gap portion is filled with a nonmagnetic material.
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