JP4679052B2 - Permanent magnet type reluctance type rotating electrical machine - Google Patents
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Description
本発明は、永久磁石を複合した永久磁石式リラクタンス型回転電機に関する。 The present invention relates to a permanent magnet type reluctance type rotating electrical machine in which permanent magnets are combined.
永久磁石式リラクタンス型回転電機は、磁束が通り易い磁気的凸部(d軸と称する)と磁束が通り難い磁気的凹部(q軸と称する)とが形成され、且つ、永久磁石を有する回転子を備えており、回転子は、固定子巻線が施された固定子内に配置されている。そして、回転子においては、磁気的凸部(d軸)では空隙磁束密度が高く、磁気抵抗の大きい磁気的凹部(q軸)では空隙磁束密度が低くなり、この磁束密度の変化によってリラクタンストルクが発生し、又、永久磁石と固定子の磁極との間の磁気吸引力および磁気反発力によってもトルクが発生する。 A permanent magnet type reluctance type rotating electrical machine is a rotor in which a magnetic convex portion (referred to as d-axis) that allows easy passage of magnetic flux and a magnetic concave portion (referred to as q-axis) that does not easily pass magnetic flux are formed, and a rotor having a permanent magnet. The rotor is arranged in a stator provided with a stator winding. In the rotor, the magnetic flux density is high in the magnetic convex portion (d-axis), and the magnetic flux density is low in the magnetic concave portion (q-axis) having a large magnetic resistance. Torque is also generated by a magnetic attractive force and a magnetic repulsive force between the permanent magnet and the magnetic pole of the stator.
図13および図14は従来の永久磁石式リラクタンス型回転電機の回転子を示すもので、8極の場合である。ここで、図13は回転軸を省略して示す縦断正面図、図14は縦断側面図である。即ち、図13において、回転子100は、円環状の多数の珪素鋼板を積層してなる回転子鉄心101を有する。回転子鉄心101の外周部には、図13に示すように、略長方形の一対の磁石挿入孔部102、102が形成されており、この一対の磁石挿入孔部102、102に永久磁石103、103が挿入固定されている。さらに、回転子鉄心101の外周部には、図13に示すように、一対の永久磁石103、103間に位置して孔部104が形成されており、この孔部104は、略三角形状をなしている。そして、回転子100において、一対の磁石挿入孔部102、102および永久磁石103、103並びに孔部104が設けられた部分が磁束の通り難い磁気的凹部(q軸)105であり、磁気的凹部105、105間の部分が磁束の通り易い磁気的凸部(d軸)106であり、これらの磁気的凹部105、磁気的凸部106は所定の角度を存して交互に形成されている(例えば特許文献1参照)。
従来の回転子100は、図14に示すように、回転子鉄心101を中空状の回転子軸107に嵌め込み固定して構成され、回転子軸107は図示しない軸受部に支承されるようになっているが、上述したように回転子100は、多数の珪素鋼板からなる回転子鉄心101、多数の永久磁石103および回転子軸107からなる重量物であるので、軸受部での機械的損失が大きく、効率が悪いという問題がある。
As shown in FIG. 14, the
また、回転子100の冷却は、回転子軸107中に冷却媒体例えば冷却油を通すことにより行なわれるようになっているが、回転子鉄心101の熱は回転子軸107を介して冷却油に伝えられることになるので、冷却性能が悪いという問題もある。
本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転子の軽量化及び冷却性能の向上を図ることができる永久磁石式リラクタンス型回転電機を提供することにある。
The cooling of the rotating
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a permanent magnet type reluctance type rotating electrical machine capable of reducing the weight of the rotor and improving the cooling performance.
本発明の永久磁石式リラクタンス型回転電機は、固定子巻線を有する固定子と、回転子鉄心を有する回転子とを具備し、
前記回転子は、前記回転子鉄心の外周部に設けられ、外周に向かうに従って対向距離が順次大となる略長方形の一対の磁石挿入孔部と、これらの一対の磁石挿入孔部に挿入固定された永久磁石と、前記回転子鉄心に前記一対の永久磁石間に位置して設けられた孔部と、前記回転子鉄心に設けられ、磁路の影響の少なく且つ遠心力による応力限界により決定されたエリアに位置する空洞部と、を備え、前記空洞部は、前記回転子鉄心を冷却する冷却媒体が流通するように形成され、前記磁石挿入孔部と前記永久磁石と前記孔部とからなる磁気的凹部が所定の角度を存して複数個所設けられた前記回転子鉄心において、前記磁気的凹部間に形成される磁気的凸部の中心を通る中心線上に位置し、前記磁気的凸部に隣接する前記磁気的凹部の中心線に平行な2つの線と、前記回転子鉄心の内径と同心状の線と、隣接する前記永久磁石の長辺に平行な2つの線とを結んで形成される略五角形のエリアに設けられていることを特徴とする。
The permanent magnet type reluctance type rotating electrical machine of the present invention comprises a stator having a stator winding, and a rotor having a rotor core.
The rotor is provided on an outer peripheral portion of the rotor core, and is inserted and fixed to a pair of substantially rectangular magnet insertion hole portions whose opposing distances sequentially increase toward the outer periphery, and the pair of magnet insertion hole portions. A permanent magnet, a hole provided in the rotor core between the pair of permanent magnets, and provided in the rotor core, which is less influenced by a magnetic path and is determined by a stress limit due to centrifugal force. And the cavity is formed so that a cooling medium for cooling the rotor core flows therethrough, and includes the magnet insertion hole, the permanent magnet, and the hole. In the rotor core provided with a plurality of magnetic concave portions at a predetermined angle, the magnetic convex portion is located on a center line passing through the center of the magnetic convex portion formed between the magnetic concave portions. The center line of the magnetic recess adjacent to It is provided with two lines parallel, and the inner diameter concentric lines of the rotor core, to a substantially pentagonal area formed by connecting the two lines parallel to the long sides of the permanent magnets adjacent It is characterized by that.
本発明の永久磁石式リラクタンス型回転電機よれば、回転子鉄心に空洞部を設けるようにしたので、それだけ回転子の軽量化を図り得て、軸受部での機械的損失を少なくし得、効率をよくすることができる。また、空洞部を回転子鉄心の冷却に利用できるので、回転子の冷却性能の向上を図ることができる。 According to the permanent magnet type reluctance type rotating electrical machine of the present invention, since the cavity is provided in the rotor core, the rotor can be reduced in weight, the mechanical loss in the bearing can be reduced, and the efficiency can be reduced. Can be better. Further, since the hollow portion can be used for cooling the rotor core, the cooling performance of the rotor can be improved.
(第1の実施例)
以下、本発明の第1の実施例について、図1ないし図4を参照しながら説明する。
まず、図1ないし図3は、永久磁石式リラクタンス型回転電機の回転子の一例を示すもので、8極の場合である。ここで、図1は回転子軸を省略して示す縦断正面図、図2は正面図、図3は図2のX−X線に沿う断面図である。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
First, FIG. 1 to FIG. 3 show an example of a rotor of a permanent magnet type reluctance type rotating electrical machine, which is a case of 8 poles. Here, FIG. 1 is a longitudinal front view showing the rotor shaft omitted, FIG. 2 is a front view, and FIG. 3 is a sectional view taken along line XX of FIG.
回転子1は、円環状の多数の珪素鋼板を積層してなる回転子鉄心2を有する。回転子鉄心2の外周部には、外周に向かうに従って対向距離が順次大となる略長方形の一対の磁石挿入孔部3、3が軸方向に延びるように形成されており(従って、一対の磁石挿入孔部3、3は、外周側からみてハ字形になっている。)、この一対の磁石挿入孔部3、3に永久磁石4、4が挿入されて接着により固定されている。
The
さらに、回転子鉄心2の外周部には、一対の永久磁石4、4間に位置して孔部5が形成されており、この孔部5は、一対の永久磁石4、4に平行な二辺部と外周に沿う辺部とを有する略三角形状をなしている。そして、回転子1において、一対の磁石挿入孔部3、3および永久磁石4、4並びに孔部5が設けられた部分が磁束の通り難い磁気的凹部(q軸)6であり、磁気的凹部6、6間の部分が磁束の通り易い磁気的凸部(d軸)7である。そして、回転子鉄心2の内周には、180度の間隔を存して2個のキー8が軸方向に延びるようにして形成されている。
Further, a
そして、回転子鉄心2には、所定の角度を存して円形状の8個の空洞部9が軸方向に延びるように形成されており、これらは、後述するように、各磁気的凸部7の中心を通る中心線La上に位置するようになっている。なお、回転子鉄心2には、8個の空洞部9の1個置きの空洞部9に対応し且つそれより外周側に位置して珪素鋼板結束用のタック10 (計4個)が形成されている。なお、回転子鉄心2には円環状の端板11、12(図3参照)が配置されている。
The
回転子軸13は、図3に示すように、中空状をなすもので、その外周の途中部位には、鍔部14が一体に形成され、外周の鍔部14から一方の端部(図3では左端部)にかけて前記2個のキー8に対応して2個のキー溝15が形成され、そして、左端部の外周には、ねじ部16が形成されている。
ここで、回転子軸13に回転子鉄心2、端板11および12を組み込み固定する手順について述べる。まず、回転子軸13に端板11をその左端部側から嵌め込んで鍔部14に当接するまで移動させる。つぎに、回転子軸13に回転子鉄心2を、そのキー8をキー溝15に合致させながら嵌め込んで右端部が端板11に当接するまで移動させる。そして、回転子軸13の左端部に端板12を嵌め込んだ後、回転子軸13のねじ部16にワッシャ17を介してナット18を螺合させて締め付け、以て、回転子1の組立てを完了する。なお、端板11、12にも回転子鉄心2とキー8と同様のキーが形成されている。
As shown in FIG. 3, the
Here, a procedure for incorporating and fixing the
図2および図3において、端板11および12の回転子鉄心2の両端面と接する面部には、回転子鉄心2の8個の空洞部9と連通する円形の環状凹部11aおよび12aが形成されている。また、端板11および12には、回転子鉄心2の8個の空洞部9にそれぞれ対応し且つ環状凹部11aおよび12aを介して連通する8個の流出孔11bおよび12bが形成されている。さらに、端板11の回転子鉄心2の端面と接する面部には、180度位置がずれた2個の流出孔11bに対応し且つ環状凹部11aを介して連通する2個の導入凹部11c(図2参照)が形成されている。そして、回転子軸13には、その回転子軸13の中空部内を前記2個の導入凹部11cに連通する2個の導入孔13aが形成されている。
2 and 3, circular
しかして、回転子1は、図4に示すように、スロット19a内に図示しない固定子巻線が収納して巻装された固定子19内に配置され、回転子軸13は図示しない軸受部に支承されるようになっており、以て、永久磁石式リラクタンス型回転電機20が構成されている。
As shown in FIG. 4, the
つぎに、本実施例の作用につき図4も参照して説明する。
回転子1には、磁束が通り難い磁気的凹部(q軸)6と磁束が通り易い磁気的凸部(d軸)7とが形成されているので、これらの磁気的凹部6及び磁気的凸部7上の空隙部分で、固定子巻線に電流を流すことにより蓄えられる磁気エネルギーが異なり、この磁気エネルギーの変化によりリラクタンストルクが発生する。また、回転子1には、永久磁石4、4も設けられているので、永久磁石4、4と固定子19の磁極との間の磁気吸引力及び磁気反発力によってもトルクが発生する。これにより、回転子1が回転するようになる。
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG.
Since the
図4は、永久磁石式リラクタンス型回転電機20を運転状態にした場合おける固定子巻線および永久磁石4による回転子1および固定子19の磁束の流れ(磁路)をコンピュータ解析(シミュレーション)した結果を示すものである。この図4において、寸法aは磁気的凹部6の中心を通る中心線Lbを基準とする距離、寸法bは回転子1の半径寸法を基準とする距離、寸法cは永久磁石4の長辺を基準とする距離を示し、寸法a、bは回転子1に作用する遠心力により発生する応力限界により決定され、寸法cは磁路に対して影響が少ないところを判断して決定される。そして、寸法aを有して中心線Lbに平行な線と、寸法bを有して回転子1の内径と同心状の線と、寸法cを有して永久磁石4の長辺に平行な線とを結んだ略五角形のエリアEを想定した場合に、前記空洞部9はこのエリアE内に位置するように設定されている。この結果、エリアEは、磁気的凸部7の中心を通る中心線La上に位置することにもなる。なお、珪素鋼板結束用のタック10もこのエリアE内に位置するように設定されている。
FIG. 4 shows a computer analysis (simulation) of the magnetic flux flow (magnetic path) of the
しかして、永久磁石式リラクタンス型回転電機20が運転状態にある場合には、回転子1の回転子軸13の中空部内を冷却媒体として冷却油が流通するようになっており、回転子1の回転遠心力により、冷却油は、図3に矢印で示すように、導入孔13a、導入凹部11cを経て環状凹部11aに流入し、さらに、空洞部9を流通して環状凹部12aに流入した後、流出孔12bから外部に流出する。この場合、冷却油は、回転子軸13の中空部内を流通するときに回転子軸13を冷却するとともに回転子軸13を介して回転子鉄心2を冷却し、また、空洞部9を流通するときに回転子鉄心2を直接冷却するようになる。以上は、冷却油の主たる流れを示したものである。
Thus, when the permanent magnet type reluctance type rotating
このような本実施例によれば、回転子鉄心2に8個の空洞部9を形成するようにしたので、その分だけ本来重量物であった回転子1の軽量化を図ることができ、回転子軸13を支承する軸受部での機械的損失を少なくし得て、効率よくすることができる。この場合、空洞部9は、回転子1に作用する遠心力により発生する応力限界により決定される寸法aおよびbと、磁路に対して影響が少ないところを判断して決定される寸法cとにより設定されたエリアE内に位置して形成されているので、回転遠心力に対する機械的強度を損なうことがなく、また、固定子19の固定子巻線および回転子1の永久磁石による磁束の流れ(磁路)を阻害することがなくて、特性に悪影響を与えることもない。
しかも、上述した回転子鉄心2の空洞部9に回転子軸13を流通する冷却油を取り入れて流通させることができるので、回転子鉄心2を直接冷却することができて、回転子1の冷却性能の向上を図ることができる。
According to the present embodiment, since the eight
In addition, since the cooling oil flowing through the
(第2の実施例)
図5は本発明の第2の実施例を示すもので、第1の実施例と異なるところは、回転子鉄心2に、空洞部9より外周側に位置してその空洞部9より小径の空洞部21が設けられた構成にある。この場合、空洞部21もエリアE(図4参照)内に位置するようになっている。なお、この第2の実施例では、タック10(図1参照)は、第1の実施例とは異なる位置に形成されることになる。
(Second embodiment)
FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is that the
この第2の実施例によれば、第1の実施例に比し、空洞部21の分だけ回転子1の一層の軽量化と冷却性能の向上を図ることができる。
(第3ないし第5の実施例)
図6は本発明の第3の実施例を示すもので、第1の実施例と異なるところは、8個の空洞部9の代わりに、角部に丸みをもつ略五角形をなす空洞部22が8個形成された構成にある。この空洞部22もエリアE(図4参照)内に位置するようになっている。
According to the second embodiment, as compared with the first embodiment, it is possible to further reduce the weight of the
(Third to fifth embodiments)
FIG. 6 shows a third embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is that instead of the eight
これに対して、本発明の第4の実施例を示す図7では、90度の間隔を存して4個の空洞部22が形成され、本発明の第5の実施例を示す図7では、180度の間隔を存して2個の空洞部22が形成されている。
これらの第3ないし第5の実施例によっても第1の実施例と略同様の効果を得ることができる。
On the other hand, in FIG. 7 showing the fourth embodiment of the present invention, four
The effects similar to those of the first embodiment can be obtained by the third to fifth embodiments.
(第6ないし第9の実施例)
図9は本発明の第6の実施例を示すもので、第1の実施例と異なるところは、空洞部9の代わりに、角部に丸みをもつ略三角形をなす空洞部23(合計8個)が形成された構成にある。
図10ないし図12は本発明の第7ないし第9の実施例を示すもので、以下、第6の実施例と異なるところを説明する。
(Sixth to ninth embodiments)
FIG. 9 shows a sixth embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is that, instead of the
FIGS. 10 to 12 show the seventh to ninth embodiments of the present invention, and the differences from the sixth embodiment will be described below.
図10に示す第7の実施例では、空洞部23の代わりに、この空洞部23の大きさより小で角部に丸みをもつ略三角形をなす一対の空洞部24、24が形成されている。
図11に示す第8の実施例は、空洞部23の代わりに、角部に丸みをもつ略五角形をなす一対の空洞部25、25が形成されている。
図12に示す第9の実施例では、空洞部23と、これより内周側に位置して角部に丸みをもつ長方形をなす空洞部26とが形成されている。
In the seventh embodiment shown in FIG. 10, instead of the
In the eighth embodiment shown in FIG. 11, instead of the
In the ninth embodiment shown in FIG. 12, a
なお、上記空洞部23、24、25および26もそれぞれエリアE(図4参照)内に位置するようになっている。
これらの第6ないし第9の実施例によっても第1の実施例と略同様の効果を得ることができる。
なお、本発明は上記しかつ図面に示す実施例にのみ限定されるものではなく、要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施し得ることは勿論である。
The
According to these sixth to ninth embodiments, substantially the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
In addition, this invention is not limited only to the Example shown above and shown in drawing, Of course, it can change suitably and implement in the range which does not change a summary.
図面中、1は回転子、2は回転子鉄心、3は磁石挿入孔部、4は永久磁石、5は孔部、6は磁気的凹部、7は磁気的凸部、9は空洞部、11および12は端板、13は回転子軸、19は固定子、20は永久磁石式リラクタンス型回転電機、21ないし26は空洞部を示す。
In the drawings, 1 is a rotor, 2 is a rotor core, 3 is a magnet insertion hole, 4 is a permanent magnet, 5 is a hole, 6 is a magnetic recess, 7 is a magnetic projection, 9 is a cavity, 11 And 12 are end plates, 13 is a rotor shaft, 19 is a stator, 20 is a permanent magnet type reluctance type rotating electrical machine, and 21 to 26 are cavities.
Claims (1)
前記回転子は、
前記回転子鉄心の外周部に設けられ、外周に向かうに従って対向距離が順次大となる略長方形の一対の磁石挿入孔部と、
これらの一対の磁石挿入孔部に挿入固定された永久磁石と、
前記回転子鉄心に前記一対の永久磁石間に位置して設けられた孔部と、
前記回転子鉄心に設けられ、磁路の影響の少なく且つ遠心力による応力限界により決定されたエリアに位置する空洞部と、を備え、
前記空洞部は、前記回転子鉄心を冷却する冷却媒体が流通するように形成され、前記磁石挿入孔部と前記永久磁石と前記孔部とからなる磁気的凹部が所定の角度を存して複数個所設けられた前記回転子鉄心において、前記磁気的凹部間に形成される磁気的凸部の中心を通る中心線上に位置し、前記磁気的凸部に隣接する前記磁気的凹部の中心線に平行な2つの線と、前記回転子鉄心の内径と同心状の線と、隣接する前記永久磁石の長辺に平行な2つの線とを結んで形成される略五角形のエリアに設けられていることを特徴とする永久磁石式リラクタンス型回転電機。 Comprising a stator having a stator winding and a rotor having a rotor core;
The rotor is
A pair of substantially rectangular magnet insertion holes provided on the outer periphery of the rotor core, the opposing distance sequentially increasing toward the outer periphery;
A permanent magnet inserted and fixed in the pair of magnet insertion holes;
A hole provided between the pair of permanent magnets in the rotor core;
A cavity portion that is provided in the rotor core and is located in an area that is less affected by a magnetic path and that is determined by a stress limit due to centrifugal force; and
The hollow portion is formed so that a cooling medium for cooling the rotor core flows , and a plurality of magnetic recesses including the magnet insertion hole portion, the permanent magnet, and the hole portion exist at a predetermined angle. In the rotor core provided at a location, the rotor core is located on a center line passing through the center of the magnetic convex portion formed between the magnetic concave portions and parallel to the center line of the magnetic concave portion adjacent to the magnetic convex portion. and two lines such, the inner diameter concentric lines of the rotor core, that is provided in a substantially pentagonal area formed by connecting the two lines parallel to the long sides of the permanent magnets adjacent Permanent magnet type reluctance type rotating electric machine.
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