JP5493792B2 - IPM motor rotor and IPM motor - Google Patents
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Description
本発明は、ステータの内側に配されたロータ内に磁石が埋設されている、IPMモータ用ロータと該ロータを具備するIPMモータに関するものである。 The present invention relates to a rotor for an IPM motor, in which a magnet is embedded in a rotor disposed inside a stator, and an IPM motor including the rotor.
自動車産業においては、ハイブリッド自動車や電気自動車のさらなる走行性能の向上を目指して、駆動用モータの高出力化、軽量化、小型化への開発が日々進められている。また、家電製品メーカーにおいても、各種家電製品に内蔵されるモータのさらなる小型化、高性能化への開発に余念がない。 In the automobile industry, with the aim of further improving the running performance of hybrid cars and electric cars, developments for driving motors with higher output, lighter weight, and smaller size are in progress every day. In addition, home appliance manufacturers have no choice but to develop further miniaturization and higher performance of motors incorporated in various home appliances.
上記するモータには、ステータ内部に配されたロータが回転するインナーロータ型モータと、ステータの外周に筒状のロータが回転するアウターロータ型モータが存在する。 Among the motors described above, there are an inner rotor type motor in which a rotor disposed inside the stator rotates, and an outer rotor type motor in which a cylindrical rotor rotates on the outer periphery of the stator.
ところで、インナーロータ型であって、永久磁石がロータ内に埋設されてなるIPMモータにおいては、永久磁石の端部とロータ内周面(ステータに対応する側面)との距離を可及的に狭くすることでこの領域における磁束を流れ難くし、漏れ磁束を低減して磁石の磁束をより有効利用することでモータのトルク性能の向上を図ろうとしている。これを図7を参照して説明すると、ロータR内に平面視でV字状に配された磁石穴E,Eに配された永久磁石に関し、その端部からロータ側面までの領域(領域Aでアウターブリッジと称される)の距離:Lを短くすることにより、漏れ磁束Mを生じ難くするというものである。 By the way, in an IPM motor which is an inner rotor type and has a permanent magnet embedded in the rotor, the distance between the end of the permanent magnet and the inner peripheral surface of the rotor (side surface corresponding to the stator) is as narrow as possible. This makes it difficult for the magnetic flux in this region to flow, reduces leakage magnetic flux, and more effectively uses the magnetic flux of the magnet to improve the torque performance of the motor. This will be described with reference to FIG. 7. With respect to the permanent magnets arranged in the magnet holes E, E arranged in a V shape in a plan view in the rotor R, the region from the end to the side surface of the rotor (region A) (Referred to as “outer bridge”): By shortening L, leakage magnetic flux M is hardly generated.
しかし、上記のごとく、磁石穴E(永久磁石)の端部からロータ側面までの距離:L、すなわちアウターブリッジの幅を短くすることにより、漏れ磁束は流れ難くなる一方、今度は領域Aが狭くなるためにロータ強度が低下することは理解に易い。特に、この領域Aには、ロータ回転によって永久磁石に遠心力が作用し、この永久磁石の遠心力が直接的に作用する部位であることから、当該領域Aには十分な強度が要求されている。そこで、領域Aを可及的に狭くしながらもその強度を向上させるために、たとえばロータを構成する電磁鋼板自体の強度を向上させようとすると、今度はロータの磁気特性が悪化し、モータのトルク性能を低下させることになってしまう。 However, as described above, the distance from the end of the magnet hole E (permanent magnet) to the side surface of the rotor: L, that is, by reducing the width of the outer bridge, the leakage magnetic flux becomes difficult to flow, but this time the area A is narrowed. Therefore, it is easy to understand that the rotor strength decreases. In particular, in this region A, a centrifugal force acts on the permanent magnet by the rotation of the rotor, and the centrifugal force of this permanent magnet acts directly. Therefore, the region A requires a sufficient strength. Yes. Therefore, in order to improve the strength while narrowing the region A as much as possible, for example, when trying to improve the strength of the electromagnetic steel sheet itself constituting the rotor, the magnetic characteristics of the rotor will deteriorate, The torque performance will be reduced.
そこで、上記する漏れ磁束を低減するべく、隣接する永久磁石同士の間や、永久磁石とロータ端部の間、等に高磁気抵抗部を設けたロータ(回転子)が特許文献1に開示されている。また、他の公開技術として、V字状に配された磁石穴のうち、内側の隙間(センターブリッジと称される)に臨む端辺にネック部を設け、これによって該センターブリッジ部の強度が高められたロータが特許文献2に開示されている。
Therefore,
特許文献1に開示の回転子によれば、永久磁石側方の鉄心に相対的に高磁気抵抗部を設けることで、このような高磁気抵抗部を具備しない永久磁石に比して、該永久磁石の側方からの漏れ磁束を低減することはできる。また、特許文献2に開示のロータによれば、一見、センターブリッジ部の幅を狭くするネック部を設けたことで遠心力に対するロータコア強度が低下するように考えられるが、実験の結果、逆にロータコア強度が向上するというものである。
According to the rotor disclosed in
しかし、上記するいずれの文献に開示のロータ(回転子)ともに、永久磁石の側方は、依然として鉄心に連通しており、漏れ磁束を完全に解消することはできないことから、この回転子もしくはロータを具備するモータのトルク性能は、漏れ磁束が完全に解消できるロータを具備するモータのトルク性能に比して格段に劣るものである。 However, in both the rotors (rotors) disclosed in the above-mentioned documents, the side of the permanent magnet is still in communication with the iron core, and the leakage magnetic flux cannot be completely eliminated. The torque performance of the motor provided with is much inferior to the torque performance of the motor provided with the rotor capable of completely eliminating the leakage magnetic flux.
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、高強度が保障され、しかも、永久磁石からの漏れ磁束を効果的に解消することのできる、IPMモータ用ロータと該ロータを具備するIPMモータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and includes a rotor for an IPM motor that can guarantee high strength and can effectively eliminate a leakage magnetic flux from a permanent magnet, and the rotor. An object is to provide an IPM motor.
前記目的を達成すべく、本発明によるIPMモータ用ロータは、円柱状のロータコアにおいて、その側面に凹溝が形成されており、前記凹溝と非接触の姿勢で、該凹溝内に配された分割磁石を該凹溝とともに挟持し、鋼板が積層してなる複数の分割体から構成された抑え材を備え、積層方向で隣接する前記分割磁石の間、および隣接する前記分割体の間、のそれぞれに、前記ロータコアの一部が張り出してなる張り出し箇所が介層されており、ロータコアの端部に配される2つのエンドプレートにより、少なくとも前記抑え材が固定されているものである。 In order to achieve the above object, the rotor for an IPM motor according to the present invention has a cylindrical rotor core, and a groove is formed on a side surface thereof, and the rotor is disposed in the groove so as not to contact the groove. The split magnets are sandwiched together with the concave grooves, and are provided with a suppressor composed of a plurality of split bodies formed by laminating steel plates, between the split magnets adjacent in the stacking direction, and between the adjacent split bodies, In each of these, an overhanging portion formed by overhanging a part of the rotor core is interposed, and at least the restraining material is fixed by two end plates arranged at the end of the rotor core.
本発明のIPMモータ用ロータは、磁極を構成する磁石を非接触で完全に縁切りされたロータコアと抑え材とで挟み、エンドプレートでこれらを締結したものであり、磁石の側方にロータコアが存在しないことで、少なくとも上記するアウターブリッジを完全に廃し、もって、磁石からの漏れ磁束を完全に解消することのできるIPMモータ用ロータである。なお、ここでいう「非接触」とは、分割磁石の側方領域、すなわち、上記するアウターブリッジやセンターブリッジに相当する領域においてロータコアと抑え材が非接触であることを意味しており、ロータコアを構成する張り出し箇所と抑え材(を構成する分割体)とは接触している。 The rotor for an IPM motor of the present invention is obtained by sandwiching a magnet that constitutes a magnetic pole between a non-contacting and completely edged rotor core and a restraining material, and fastening them with an end plate, and there is a rotor core on the side of the magnet. By not doing so, at least the outer bridge described above is completely abolished, so that the leakage magnetic flux from the magnet can be completely eliminated. The term “non-contact” as used herein means that the rotor core and the pressing member are not in contact with each other in the side region of the divided magnet, that is, the region corresponding to the outer bridge or the center bridge described above. The overhanging part that constitutes and the holding member (the divided body that constitutes) are in contact.
より具体的な構成として、凹溝を有するロータコアにおいて、ロータコアの一部がこの凹溝内に張り出してなる張り出し箇所を複数設けておき、隣接する張り出し箇所の間の隙間に分割磁石を介装し、鋼板が積層してなる複数の分割体を介装することで、ロータコアの凹溝壁面と分割体にて分割磁石を挟み込んで固定するとともに、分割体は、その両端(上下)のロータコアの張り出し箇所にて挟み込まれて固定される構造を呈するものである。たとえば、ロータコアの周方向に設けられ、その全高さに亘って形成された凹溝から、薄板状の張り出し箇所がロータコアの高さ方向に所定の間隔を置いて複数設けられた構成を挙げることができる。 As a more specific configuration, in a rotor core having a recessed groove, a plurality of protruding portions are formed by projecting a part of the rotor core into the recessed groove, and a split magnet is interposed in a gap between adjacent protruding portions. By sandwiching a plurality of divided bodies formed by laminating steel plates, the divided magnets are sandwiched and fixed between the concave groove wall surface of the rotor core and the divided bodies, and the divided bodies protrude from the rotor core at both ends (upper and lower sides). It has a structure that is sandwiched and fixed at a location. For example, there may be mentioned a configuration in which a plurality of thin plate-like projecting portions are provided at predetermined intervals in the height direction of the rotor core from concave grooves formed over the entire height of the rotor core. it can.
また、ロータコアに形成される凹溝の形状は任意であるが、たとえば平面視矩形の永久磁石がVの字配置でロータコア内に固定されて一つの磁極を形成する形態においては、略円弧状の側面(直線部と湾曲部が連続した複合面)を有する凹溝を形成しておき、抑え材の形状も、双方がVの字配置の2つの永久磁石を挟んだ姿勢において、この凹溝の形状に対応する略円弧状の側面と、ロータコアの外周面となる側面を有する円弧状の側面と、を有する形態を適用できる。本発明のロータの構造を適用することで、2つの永久磁石とロータコアの端部の間のアウターブリッジに加えて、2つの永久磁石間のセンターブリッジも廃することができる。 The shape of the groove formed in the rotor core is arbitrary. For example, in a form in which a permanent magnet having a rectangular shape in plan view is fixed in the rotor core in a V-shaped arrangement to form one magnetic pole, A concave groove having a side surface (composite surface in which a straight portion and a curved portion are continuous) is formed, and the shape of the restraining material is such that both of the concave grooves are in a posture sandwiching two permanent magnets arranged in a V shape. A form having a substantially arc-shaped side surface corresponding to the shape and an arc-shaped side surface having a side surface serving as an outer peripheral surface of the rotor core can be applied. By applying the rotor structure of the present invention, the center bridge between the two permanent magnets can be eliminated in addition to the outer bridge between the two permanent magnets and the end of the rotor core.
ここで、永久磁石よりもステータ側となる抑え材は、モータ駆動時にトルクに寄与する磁束(ティースから抑え材を通って隣接ティースに向かうリラクタンストルクに寄与する磁束や、永久磁石側面からステータ側に向かう磁束)が通過する領域であるとともに、磁束の変動も激しい一方で、永久磁石よりもロータコアの内側領域(ここでは、凹溝が形成されたロータコア本体)は、上記する磁束変動もなく、この領域の磁気特性がモータのトルク性能等に与える影響は極めて低い。そこで、抑え材は、電磁鋼板もしくは高グレード電磁鋼板等の鋼板が積層した構造を適用する一方で、ロータコアは、コア自体の剛性を確保できればよく、磁束の流れを考慮すれば抑え材に比して高い磁気特性は要求されないことを考慮して、たとえば鋳鉄系磁性材料から一体成形したり(薄板状で凹溝内に張り出す張り出し箇所も一体に成形される)、抑え材よりも磁気特性が劣る鋼板を積層してなる鋼板積層体から形成するのが経済的である。なお、「鋳鉄系磁性材料」とは、鉄を主成分とした炭素含有の材料のことであり、その一例として鋳鉄や鋼を挙げることができ、さらには、これに添加元素である、ケイ素、ニッケル、コバルト、アルミニウム、バナジウム、ボロン(ホウ素)、タングステン、モリブデン、チタン及びリンなどを含む材料であり、電磁鋼板等に比して廉価であり、これを使用して鋳造することで、多様な形状のコア体(ロータコア)を容易に成形することができる。 Here, the restraining material on the stator side relative to the permanent magnet is a magnetic flux contributing to the torque when the motor is driven (magnetic flux contributing to the reluctance torque from the teeth to the adjacent teeth through the restraining material, or from the side of the permanent magnet to the stator side. While the magnetic flux fluctuates significantly, the inner region of the rotor core (here, the rotor core main body in which the concave grooves are formed) has no magnetic flux variation as described above. The influence of the magnetic characteristics of the region on the torque performance of the motor is extremely low. Therefore, while the suppressor uses a structure in which steel sheets such as electromagnetic steel sheets or high grade electromagnetic steel sheets are laminated, the rotor core only needs to secure the rigidity of the core itself, and compared with the suppressor if the flow of magnetic flux is taken into consideration. In consideration of the fact that high magnetic properties are not required, for example, it is integrally molded from cast iron-based magnetic materials (thin plates are also formed integrally with the overhanging portion that protrudes into the concave groove), or the magnetic properties are higher than that of the suppressor. It is economical to form from a steel sheet laminate formed by laminating inferior steel sheets. Incidentally, the “cast iron-based magnetic material” is a carbon-containing material containing iron as a main component, and examples thereof include cast iron and steel, and further, an additive element such as silicon, It is a material containing nickel, cobalt, aluminum, vanadium, boron (boron), tungsten, molybdenum, titanium, phosphorus, etc., and it is cheaper than electromagnetic steel sheets, etc. A core body (rotor core) having a shape can be easily formed.
ロータコアの凹溝内に張り出した複数の張り出し箇所の間に、分割磁石と抑え材を構成する分割体を配し、ロータコアの両端部を、たとえば、非磁性素材であるアルミニウムや銅、それらの合金、真鍮などから形成されるエンドプレートにて挟み込み、全体をかしめる等することにより、本発明のIPMモータ用ロータが形成される。 A split body that constitutes a split magnet and a restraining material is arranged between a plurality of protruding portions that protrude into the concave groove of the rotor core, and both ends of the rotor core are, for example, nonmagnetic materials such as aluminum and copper, and alloys thereof. The rotor for an IPM motor according to the present invention is formed by sandwiching it with an end plate made of brass or the like and caulking the whole.
このロータでは、既述するように、従来構造のロータが有するアウターブリッジ等を廃することができるため、分割磁石(永久磁石)からの漏れ磁束を完全に解消することができ、もって、回転効率に優れ、トルク性能、回転性能に優れたIPMモータに供することができる。 In this rotor, as described above, since the outer bridge and the like of the rotor having the conventional structure can be eliminated, the leakage magnetic flux from the split magnet (permanent magnet) can be completely eliminated, and the rotation efficiency can be reduced. It can be used for an IPM motor with excellent torque performance and rotational performance.
加えて、ロータコアと抑え材の間に介層される磁石が分割磁石であることより、分割磁石でない一般の永久磁石に比して磁束通過面積を狭小化でき、磁石内に生じ得る渦電流の低減をも図ることができるものである。 In addition, since the magnet interposed between the rotor core and the holding member is a split magnet, the magnetic flux passage area can be reduced compared to a general permanent magnet that is not a split magnet, and eddy currents that can occur in the magnet are reduced. Reduction can also be achieved.
ここで、ロータコアの前記張り出し箇所と、前記分割体および前記分割磁石とが、接着固定されている形態であってもよい。 Here, the protruding portion of the rotor core, the divided body, and the divided magnet may be bonded and fixed.
エポキシ系接着剤等の耐熱性に優れた接着剤にて、ロータコアの張り出し箇所と抑え材の分割体、張り出し箇所と分割磁石のそれぞれが接着固定されていることで、かしめ等の際に鋼板積層体からなる抑え材の各鋼板に過度の応力が作用し、鋼板の磁気特性を低下させてしまうといった問題は生じ得ない。 Lamination of steel cores during caulking, etc., with adhesives with excellent heat resistance, such as epoxy adhesives, where the overhanging part of the rotor core and the split body of the restraining material are bonded and fixed. Excessive stress acts on each steel plate of the restraining material composed of the body, and the problem that the magnetic properties of the steel plate are deteriorated cannot occur.
また、抑え材をエンドプレートによって固定する際の固定強度を一層高めるための方策として、前記抑え材およびロータコアの前記張り出し箇所が位置決めされた姿勢において、これらを貫く貫通孔が形成されて前記2つのエンドプレート側の両端に臨んでおり、前記貫通孔に棒材が貫挿され、該棒材が前記2つのエンドプレートに固定されている形態であってもよい。 Further, as a measure for further increasing the fixing strength when fixing the pressing member with the end plate, in the posture where the protruding portion of the pressing member and the rotor core is positioned, a through hole is formed so as to penetrate the two protruding members. It may face both ends on the end plate side, a bar may be inserted through the through hole, and the bar may be fixed to the two end plates.
たとえば、エンドプレートに貫通孔を開設しておき、少なくとも、各分割体の合計厚および各張り出し箇所の合計厚の総厚よりも長い棒材を該抑え材に形成された貫通孔に挿通させ、抑え材のエンドプレート側端面から突出する棒材の端部をエンドプレートの貫通孔に挿通する等の形態を挙げることができる。 For example, a through hole is opened in the end plate, and at least a bar longer than the total thickness of each divided body and the total thickness of each overhanging portion is inserted into the through hole formed in the holding member, The form which inserts the edge part of the bar material which protrudes from the end plate side end surface of a suppression material to the through-hole of an end plate can be mentioned.
そして、上記する棒材は、相対的に小断面の線材が束ねられたもの、もしくは、相対的に小断面の面材が積層されたもの、のいずれか一方であるのが好ましい。小断面の線材もしくは面材から形成されていることにより、この棒材を磁束が通過する際の通過面積を可及的に小さくでき、生じ得る鉄損を抑制できるためである。 And it is preferable that the above-mentioned bar is either one in which wire rods having relatively small cross sections are bundled or one in which face materials having relatively small cross sections are laminated. This is because the passage area when the magnetic flux passes through the bar can be made as small as possible by being formed of a wire or face having a small cross section, and possible iron loss can be suppressed.
たとえば、電磁鋼板を積層して棒材を形成し、この積層方向が抑え材の長手方向(棒材の挿通方向)に直交する方向となるようにし、さらに、各電磁鋼板の積層面がステータ側に沿うようにして(ロータコアの径方向)当該棒材を貫通孔に挿通させることで、鉄損の防止に加えて、棒材の最も高い断面剛性(曲げ剛性)を期待することができる。すなわち、2つのエンドプレートでその両端が拘束された棒材に関し、ロータ回転時に永久磁石に作用する遠心力が外力として抑え材を介して棒材に作用する場合において、最も高い曲げ剛性断面にてこの外力に抗し得ることができる。 For example, magnetic steel plates are laminated to form a bar material, and this laminating direction is set to be a direction orthogonal to the longitudinal direction of the restraining material (bar material insertion direction), and the laminated surface of each electromagnetic steel plate is on the stator side In addition to the prevention of iron loss, the highest cross-sectional rigidity (bending rigidity) of the bar can be expected by inserting the bar through the through-hole (in the radial direction of the rotor core). That is, with respect to a bar whose both ends are constrained by two end plates, when the centrifugal force acting on the permanent magnet as the external force acts on the bar via the suppressor as the external force, the highest bending rigidity cross section is obtained. This external force can be resisted.
なお、上記のごとく、棒材にて抑え材とエンドプレートを固定する形態においては、前記抑え材のうち、該抑え材の内部の磁束流れと干渉しない位置に前記棒材が配設されているのが望ましい。 As described above, in the form in which the holding member and the end plate are fixed with the bar, the bar is disposed at a position that does not interfere with the magnetic flux flow inside the holding member. Is desirable.
以上の説明から理解できるように、本発明のIPMモータ用ロータとこれを具備するIPMモータによれば、ロータの外周と磁石(永久磁石)との間のブリッジ部(アウターブリッジ)を完全に廃すことができ、2つの永久磁石がVの字配置で一つの磁極を形成する形態においては、さらにセンターブリッジをも廃することができるため、ロータコアの十分な強度(剛性)を確保しながら、磁石からの漏れ磁束を完全に抑止でき、もってトルク性能に優れたIPMモータを得ることができる。 As can be understood from the above description, according to the rotor for the IPM motor of the present invention and the IPM motor having the rotor, the bridge portion (outer bridge) between the outer periphery of the rotor and the magnet (permanent magnet) is completely eliminated. In the form in which two permanent magnets form one magnetic pole with a V-shaped arrangement, the center bridge can also be eliminated, so that sufficient strength (rigidity) of the rotor core is secured, The magnetic flux leakage from the magnet can be completely suppressed, and thus an IPM motor with excellent torque performance can be obtained.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、図示するロータは、2つの永久磁石(分割磁石)がVの字状に配されて一つの磁極を形成するものであるが、一つの磁極を形成する一つの永久磁石(分割磁石)が不図示のステータのティースに正対し、これがロータコアの周方向に磁極数だけ配設されたロータであってもよいことは勿論のことである。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the illustrated rotor, two permanent magnets (divided magnets) are arranged in a V shape to form one magnetic pole, but one permanent magnet (divided magnet) that forms one magnetic pole is provided. Of course, it may be a rotor that faces the teeth of a stator (not shown) and is arranged in the circumferential direction of the rotor core by the number of magnetic poles.
図1は、本発明のIPMモータ用ロータの一実施の形態の分解斜視図、図2は、図1のロータの組立て斜視図であり、図3は、図1に対応する形で本発明のIPMモータ用ロータの他の実施の形態の分解斜視図、図4は、図3のロータの組立て斜視図である。 1 is an exploded perspective view of an embodiment of the rotor for an IPM motor of the present invention, FIG. 2 is an assembled perspective view of the rotor of FIG. 1, and FIG. 3 is a view corresponding to FIG. FIG. 4 is an exploded perspective view of another embodiment of the rotor for the IPM motor, and FIG. 4 is an assembled perspective view of the rotor of FIG.
図1,2で示すロータ100は、鋳鉄系磁性材料が一体成形されてなるロータコア10と、このロータコア10の側面であってその周方向に複数設けられた凹溝11,…と、それぞれの凹溝11内に配設される複数の分割磁石2a,2b(これで1つの磁極20を形成)と、凹溝11の側面との間で分割磁石2a,2bを挟み込んで固定する抑え材40(を構成する分割体)と、分割磁石2a,2b、抑え材40を位置決め固定するとともにロータ構成部材を一体に形成するためのエンドプレート30,30と、から大略構成されている。そして、このロータ100を構成するエンドプレート30の中央に開設されたシャフト孔、ロータコア10の中央に開設されたシャフト孔10aが図2で示すロータ完成形において同軸に位置決めされ、これに回転シャフトが挿通されるようになっている。
A
ここで、ロータコア10を形成する鋳鉄系磁性材料としては、たとえば鉄を主成分とした炭素含有の材料のことであり、その一例として鋳鉄や鋼を挙げることができ、さらには、これに添加元素である、ケイ素、ニッケル、コバルト、アルミニウム、バナジウム、ボロン(ホウ素)、タングステン、モリブデン、チタン及びリンなどを含む材料である。このような材料が成形型内で加圧成形されてロータコア10が成形される。
Here, the cast iron-based magnetic material forming the
また、抑え材40を構成する各分割体は、電磁鋼板4,…が積層してなる鋼板積層体から形成されている。ステータ側へ発生する磁石の磁束等が通過する抑え材40を磁気特性に優れた電磁鋼板積層体から形成し、磁束変動がほとんどなく、トルクに寄与する磁束の通過もほとんどないロータコア10を比較的安価な鋳鉄等から成形することで、磁気特性に優れ(したがってモータのトルク性能が高い)、可及的に安価なIPMモータ用ロータ100を製作することができる。
Moreover, each division body which comprises the suppressing
ここで、ロータコア10の凹溝11内には、複数の板状の張り出し箇所12が張り出しており、この張り出し箇所12と分割磁石2a,2bが耐熱性能に優れたエポキシ系接着剤にて接着され、さらに、これら分割磁石2a,2bをロータコア10とともに挟持する抑え材40も、この張り出し箇所12と接着固定される。また、図2で示すロータの完成形において、エンドプレート30と、コアの端部に位置する分割磁石2a,2bおよび抑え材40もまた、接着固定されている。
Here, a plurality of plate-like projecting
なお、接着剤によって各部材を接着固定する形態のほかにも、たとえば図2で示すロータの完成形において、両端のエンドプレート30,30間をかしめる等することで、構成部材全体の一体化が図られる形態であってもよい。
In addition to the form in which each member is bonded and fixed with an adhesive, for example, in the completed form of the rotor shown in FIG. 2, the entire constituent members are integrated by caulking between the
通常一般の円筒状のロータコアに比して、図示するロータコア10が凹溝11やこの凹溝11内に延びる張り出し箇所12を有する複雑な形状を呈しているものであっても、このロータコア10は上記する鋳鉄系磁性材料等で一体に成形されることより、ロータコア10専用の成形型が作成されてしまえば、その製造は何等困難なものとはならない。
Even if the illustrated
図1,2で示すロータ100によれば、各磁極を形成する分割磁石2a,2b間のセンターブリッジ、分割磁石2a,2bの端部とロータコアの間のアウターブリッジがともに廃されていることで、従来構造のロータが有している課題、すなわち、各ブリッジを介して永久磁石からロータコア内へ磁束が漏れ、この漏れ磁束によってモータ効率やモータトルクが低下するといった課題は効果的に解消される。さらに、磁極を形成する磁石が分割磁石であることより、磁束通過面積を可及的に狭小化して渦電流損失の低減を図ることもできる。これらの相互作用により、従来構造のロータを具備するIPMモータに比して、トルク性能、回転性能、および回転効率に優れたIPMモータの製造に寄与することができる。
According to the
加えて、各分割磁石2a,2bはその内側のロータコア10とその外側の抑え材40(を構成する分割体)とで挟み込まれ、これらはエンドプレート30、30にて強固に一体化されることから、ブリッジレス構造であってもロータ100の強度は十分に保障される。
In addition, each of the divided
次に、図3,4で示す他の実施の形態のロータを概説する。このロータ100Aと図1,2で示すロータ100の構成上の相違点は、分割磁石2a,2bをロータコア10とともに挟持する抑え材40Aを、棒材50を介してエンドプレート30Aに固定する構成を適用した点である。
Next, the rotor according to another embodiment shown in FIGS. The difference in configuration between the
より具体的には、抑え材40Aを構成する各分割体の適所に貫通孔4aを開設しておき、ロータ完成形においてこの貫通孔4aに対応するエンドプレート位置にも固定孔32を開設しておき、これら貫通孔4a、固定孔32から形成される貫通孔に棒材50を挿通して全体の一体化を図るものである。
More specifically, a through
ここで、棒材50は、電磁鋼板5,…を積層した鋼板積層体であり、これを抑え材40Aに開設された貫通孔4aに挿通する際に、その電磁鋼板5の広幅面がロータコア10の径方向、すなわち、ステータ側に沿う方向に配設されるようにして挿通される。
Here, the
このような配設態様で棒材50が貫通孔4a内に挿通されることで、ロータ回転時に永久磁石2a,2bに遠心力が作用し、これが抑え材40Aを介して棒材50に作用した際の、該棒材50における最も高い曲げ剛性を期待することができる。
By inserting the
そして、抑え材40Aにおける貫通孔4aの最適な開設位置、言い換えれば、抑え材40Aにおける棒材50の最適な挿通位置は、図5で示すように、各分割磁石2a,2bから不図示のステータ側に流れる磁束Jの束と干渉しない位置(図中の、非干渉位置HA)に設定されているのが望ましい。
Then, the optimum opening position of the through
[本発明のロータを具備するモータの解析モデル(実施例)と、従来構造のロータを具備するモータの解析モデル(比較例)の各トルクを比較した磁場解析とその結果]
本発明者等は、図2で示す本発明のロータを具備するモータの解析モデル(実施例)と、従来構造のロータ(図7で模式的に示すブリッジ部が存在するロータ)を具備するモータの解析モデル(比較例)をそれぞれコンピュータ内で形成し、1Tで周波数が1000Hzの磁気を作用させた磁場解析をおこない、双方の最大トルクを求めて比較した。その結果を図6に示している。なお、同図では、比較例の最大トルクを1に正規化し、実施例のトルクをそれに対する比率で示している。
[Analysis model (example) of a motor having a rotor of the present invention and a magnetic field analysis comparing the torques of an analysis model (comparative example) of a motor having a conventional rotor structure)
The inventors have analyzed an analysis model (example) of a motor having the rotor of the present invention shown in FIG. 2 and a motor having a rotor having a conventional structure (a rotor having a bridge portion schematically shown in FIG. 7). Each of these analysis models (comparative examples) was formed in a computer, a magnetic field analysis was performed by applying magnetism having a frequency of 1000 Hz at 1T, and the maximum torques of both were obtained and compared. The result is shown in FIG. In the figure, the maximum torque of the comparative example is normalized to 1, and the torque of the embodiment is shown as a ratio to that.
同図より、比較例に比して実施例は、トルクが10%も向上することが実証されている。 From the figure, it is proved that the torque is improved by 10% in the example as compared with the comparative example.
以上の解析結果等より、本発明のIPMモータ用ロータを具備するモータでは、従来構造のモータに比してトルクが10%程度も向上すること、ロータコアの多くの部分を可及的に安価な鋳鉄等で成形できることでその全体の製造コストも安価となること、という多くの効果が奏されるものである。 From the above analysis results and the like, in the motor having the rotor for the IPM motor of the present invention, the torque is improved by about 10% compared to the motor of the conventional structure, and many parts of the rotor core are made as cheap as possible. Since it can be formed of cast iron or the like, many effects are achieved such that the entire manufacturing cost is reduced.
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。 The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and there are design changes and the like without departing from the gist of the present invention. They are also included in the present invention.
10…ロータコア、11…凹溝、12…張り出し箇所、12a…孔、2…分割磁石(永久磁石)、20…磁極、30,30A…エンドプレート、31…シャフト孔、32…固定孔、4…電磁鋼板、4a…貫通孔、40,40A…抑え材(の分割体)、5…電磁鋼板、50…棒材、100,100A…IPMモータ用ロータ
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記凹溝と非接触の姿勢で、該凹溝内に配された分割磁石を該凹溝とともに挟持し、鋼板が積層してなる複数の分割体から構成された抑え材を備え、
積層方向で隣接する前記分割磁石の間、および隣接する前記分割体の間、のそれぞれに、前記ロータコアの一部が張り出してなる張り出し箇所が介層されており、
ロータコアの端部に配される2つのエンドプレートにより、少なくとも前記抑え材が固定されている、IPMモータ用ロータ。 In the cylindrical rotor core made of a magnetic material , a concave groove is formed on the side surface,
In a non-contact posture with the concave groove, a split magnet disposed in the concave groove is sandwiched with the concave groove, and includes a suppressor composed of a plurality of divided bodies formed by stacking steel plates,
Between each of the divided magnets adjacent in the stacking direction, and between the adjacent divided bodies, a protruding portion formed by protruding a part of the rotor core is interposed,
A rotor for an IPM motor, wherein at least the restraining material is fixed by two end plates arranged at an end of a rotor core.
前記貫通孔に棒材が貫挿され、該棒材が前記2つのエンドプレートに固定されている、請求項1または2に記載のIPMモータ用ロータ。 In a posture in which the overhanging portion of the holding member and the rotor core is positioned, a through-hole penetrating them is formed facing both ends on the two end plates side,
The rotor for an IPM motor according to claim 1 or 2, wherein a bar is inserted into the through hole, and the bar is fixed to the two end plates.
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