JP5556400B2 - Rotor core member and permanent magnet fixing method - Google Patents
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本発明は、モータの回転子として積層して使用される回転子鉄心部材及び当該回転子鉄心部材に永久磁石を装着して固定する永久磁石固定方法に関し、特に埋め込み型永久磁石モータに好適なものである。 The present invention relates to a rotor core member used as a rotor of a motor and a permanent magnet fixing method for fixing a permanent magnet to the rotor core member, and particularly suitable for an embedded permanent magnet motor. It is.
埋め込み型永久磁石モータでは、回転子を構成する積層式の回転子鉄心部材に永久磁石埋め込み穴を形成し、この永久磁石埋め込み穴に永久磁石を装着し、固定する。この永久磁石の固定は埋め込み型永久磁石モータにとって大きな課題である。永久磁石をしっかりと固定しないままモータを運転すると、永久磁石が動き、振動したり騒音を出したり、割れたりする問題が生じる。一方、永久磁石埋め込み穴と永久磁石との間には隙間(公差)が必要で、隙間がなければそもそも磁石の挿入ができない。更に、永久磁石は脆い性質であり、ちょっとした応力集中によってすぐに割れてしまうため、その固定方法には制約がある。接着剤を用いる方法もあるが、熱膨張差に対する追従性の対策(接着層厚さの管理など)や、化学的不安定性に対する対策などが必要となる。 In the embedded permanent magnet motor, a permanent magnet embedded hole is formed in a laminated rotor core member constituting the rotor, and the permanent magnet is mounted and fixed in the permanent magnet embedded hole. The fixing of the permanent magnet is a big problem for the embedded permanent magnet motor. When the motor is operated without firmly fixing the permanent magnet, there arises a problem that the permanent magnet moves, vibrates, generates noise, or cracks. On the other hand, a gap (tolerance) is required between the permanent magnet embedding hole and the permanent magnet. If there is no gap, the magnet cannot be inserted in the first place. Furthermore, since permanent magnets are brittle and break immediately due to a slight stress concentration, there are restrictions on the fixing method. Although there is a method using an adhesive, it is necessary to take measures against the thermal expansion difference (management of the adhesive layer thickness, etc.) and measures against chemical instability.
下記特許文献1では、永久磁石を長方形の永久磁石埋め込み穴に挿入した後、当該永久磁石埋め込み穴の長辺の両端部に突設した突子を折り曲げて塑性変形し、その折り曲げた突子で永久磁石の両磁極面を挟持するようにして固定する。つまり、この特許文献1に記載される永久磁石装着固定方法は、永久磁石の挿入時には隙間を設けておき、永久磁石の装入後に隙間を小さくして永久磁石を固定するものであり、接着剤に関する対策も不要としている。 In the following Patent Document 1, after inserting a permanent magnet into a rectangular permanent magnet embedding hole, the protrusions projecting from both ends of the long side of the permanent magnet embedding hole are bent and plastically deformed. It fixes so that both magnetic pole surfaces of a permanent magnet may be pinched. That is, in the permanent magnet mounting and fixing method described in Patent Document 1, a gap is provided when the permanent magnet is inserted, and the permanent magnet is fixed by reducing the gap after the permanent magnet is inserted. It is also unnecessary to take measures.
しかしながら、前記特許文献1では、折り曲げた突子を永久磁石の磁極面に押し付けるようにして塑性変形させても、弾性変形分の戻り、所謂スプリングバックがあるため、突子と永久磁石の磁極面との間には隙間が残存する。この隙間は減らすことはできても、なくすことは原理的にできない。そのため、突子によって永久磁石を固定する力はゼロであり、外力が加わると永久磁石が変位してしまう。また、熱膨張時には突子と永久磁石との間の隙間が拡大し、永久磁石はより動きやすくなってしまう。
本発明はこれらの諸問題を解決すべくなされたものであり、予め設定された保持力で永久磁石を固定することができる回転子鉄心部材及び永久磁石固定方法を提供することを目的とするものである。
However, in Patent Document 1, even if the bent protrusion is pressed against the magnetic pole surface of the permanent magnet and plastically deformed, there is a return of elastic deformation, so-called spring back, so the magnetic pole surface of the protrusion and the permanent magnet. A gap remains between them. Although this gap can be reduced, it cannot be eliminated in principle. Therefore, the force for fixing the permanent magnet by the protrusion is zero, and the external magnet is displaced when an external force is applied. Further, the gap between the protrusion and the permanent magnet is enlarged during thermal expansion, and the permanent magnet becomes easier to move.
The present invention has been made to solve these problems, and an object thereof is to provide a rotor core member and a permanent magnet fixing method capable of fixing a permanent magnet with a preset holding force. It is.
以上の課題を解決するため、本発明の回転子鉄心部材は、モータの回転子として積層して使用される回転子鉄心部材であって、回転子の極数分、円周方向に、等間隔に弦状に設けられ且つ円周方向を長辺とし且つ径方向を短辺とする矩形で且つ軸方向に貫通する永久磁石埋め込み穴を有し、前記永久磁石埋め込み穴の夫々に、磁極面を当該永久磁石埋め込み穴の短辺側として互いに隣接する磁極が異なるように永久磁石を装着して固定する回転子鉄心部材において、前記永久磁石埋め込み穴の長辺の両端部にあって且つ当該永久磁石埋め込み穴に装着される前記永久磁石の磁極面間の長さより所定長だけ短い当該永久磁石埋め込み穴長辺方向内側位置に、弾性復元力で当該永久磁石の磁極面を押圧して当該永久磁石を固定する弾性固定突子を突設したことを特徴とするものである。 In order to solve the above problems, the rotor core member of the present invention is a rotor core member used as a rotor of a motor, and is equally spaced in the circumferential direction by the number of poles of the rotor. Each of the permanent magnet embedded holes is formed in a rectangular shape having a long side in the circumferential direction and a short side in the radial direction and penetrating in the axial direction. In the rotor core member for mounting and fixing a permanent magnet so that the magnetic poles adjacent to each other are different on the short side of the permanent magnet embedded hole, both ends of the long side of the permanent magnet embedded hole and the permanent magnet The permanent magnet is pressed by an elastic restoring force to the inner side in the long side direction of the permanent magnet embedded hole, which is shorter by a predetermined length than the length between the magnetic pole surfaces of the permanent magnet mounted in the embedded hole. The elastic fixed protrusion to be fixed It is characterized in that it has set.
また、前記永久磁石埋め込み穴に連接してフラックスバリア穴を形成する場合、前記弾性固定突子のフラックスバリア穴側に当該弾性固定突子を傾斜するための傾斜用爪を突設したことを特徴とするものである。
また、本発明の永久磁石固定方法は、前記回転子鉄心部材の永久磁石埋め込み穴に永久磁石を装着して固定する方法であって、前記傾斜用爪にジグをあてがって前記弾性固定突子をフラックスバリア穴側に弾性変形領域内で傾斜し、その状態で永久磁石埋め込み穴に永久磁石を差し込み、次いで前記ジグによる弾性固定突子の傾斜を解除して、当該弾性固定突子の弾性復元力で前記永久磁石の磁極面を押圧して当該永久磁石を固定することを特徴とするものである。
In addition, when the flux barrier hole is formed to be connected to the permanent magnet embedding hole, an inclination claw for inclining the elastic fixed protrusion is provided on the elastic barrier protrusion on the flux barrier hole side. It is what.
The permanent magnet fixing method of the present invention is a method of fixing a permanent magnet in a permanent magnet embedding hole of the rotor core member by attaching a jig to the tilting claw, and fixing the elastic fixing protrusion. Inclined in the elastic deformation region to the flux barrier hole side, insert a permanent magnet into the permanent magnet embedding hole in that state, then release the inclination of the elastic fixed protrusion by the jig, and the elastic restoring force of the elastic fixed protrusion And pressing the magnetic pole surface of the permanent magnet to fix the permanent magnet.
而して、本発明の回転子鉄心部材によれば、永久磁石埋め込み穴の長辺の両端部にあって且つ当該永久磁石埋め込み穴に装着される永久磁石の磁極面間の長さより所定長だけ短い当該永久磁石埋め込み穴長辺方向内側位置に弾性固定突子を突設し、この弾性固定突子の弾性復元力で永久磁石の磁極面を押圧して当該永久磁石を固定する構成としたため、予め設定された保持力で永久磁石を固定することができる。 Thus, according to the rotor core member of the present invention, the rotor core member is located at both ends of the long side of the permanent magnet embedding hole and by a predetermined length from the length between the magnetic pole surfaces of the permanent magnet mounted in the permanent magnet embedding hole. Because it is configured to project an elastic fixed protrusion on the inner side of the short permanent magnet embedded hole long side direction, and to fix the permanent magnet by pressing the magnetic pole surface of the permanent magnet with the elastic restoring force of the elastic fixed protrusion, The permanent magnet can be fixed with a preset holding force.
また、永久磁石埋め込み穴に連接してフラックスバリア穴を形成する場合、弾性固定突子のフラックスバリア穴側に当該弾性固定突子を傾斜するための傾斜用爪を突設したことにより、例えばジグを傾斜用爪にあてがって弾性固定突子をフラックスバリア穴側に弾性変形領域内で傾斜し、その状態で永久磁石埋め込み穴に永久磁石を差し込み、次いでジグによる弾性固定突子の傾斜を解除すれば、当該弾性固定突子の弾性復元力で永久磁石の磁極面を押圧して固定することが可能となる。 Further, when forming a flux barrier hole connected to the permanent magnet embedding hole, an inclination claw for inclining the elastic fixed protrusion is provided on the flux barrier hole side of the elastic fixed protrusion, for example, a jig. Is attached to the claw for tilting, and the elastic fixed protrusion is inclined to the flux barrier hole side in the elastic deformation region. In this state, the permanent magnet is inserted into the permanent magnet embedding hole, and then the inclination of the elastic fixed protrusion by the jig is released. For example, the magnetic pole surface of the permanent magnet can be pressed and fixed by the elastic restoring force of the elastic fixing protrusion.
また、本発明の永久磁石固定方法によれば、回転子鉄心部材の永久磁石埋め込み穴に永久磁石を装着して固定するにあたり、傾斜用爪にジグをあてがって弾性固定突子をフラックスバリア穴側に弾性変形領域内で傾斜し、その状態で永久磁石埋め込み穴に永久磁石を差し込み、次いでジグによる弾性固定突子の傾斜を解除して、当該弾性固定突子の弾性復元力で永久磁石の磁極面を押圧して当該永久磁石を固定することにより、予め設定された保持力で永久磁石を容易に固定することができる。 Further, according to the permanent magnet fixing method of the present invention, when the permanent magnet is mounted and fixed in the permanent magnet embedding hole of the rotor core member, the elastic fixing protrusion is attached to the flux barrier hole side by attaching a jig to the inclination claw. In this state, the permanent magnet is inserted into the permanent magnet embedding hole, and then the inclination of the elastic fixed protrusion by the jig is released, and the magnetic force of the permanent magnet is released by the elastic restoring force of the elastic fixed protrusion. By pressing the surface and fixing the permanent magnet, the permanent magnet can be easily fixed with a preset holding force.
図1、図2は、本発明の回転子鉄心部材を用い、本発明の永久磁石固定方法によって組立られた埋め込み型永久磁石モータの一実施形態を示すものである。この埋め込み型永久磁石モータは、外側構造体4に固定される固定子1と、固定子1の内側に配設される永久磁石埋め込み型の回転子2と、回転子2を支持し、外側構造体4に挿通される回転軸3と、外側構造体4に対して回転軸3を回転自在に支持するための軸受部材5とを備えて構成される。
1 and 2 show an embodiment of an embedded permanent magnet motor assembled by the permanent magnet fixing method of the present invention using the rotor core member of the present invention. This embedded permanent magnet motor supports a stator 1 fixed to the
固定子1は、積層された固定子鉄心部材6に三相巻線7が施され、リード線8によって電源ユニットに接続されるように構成されている。固定子鉄心部材6は、珪素鋼板を所定の形状、例えば内周面に36個のスロット開口部9を備えた形状に打ち抜き加工されたものである。固定子鉄心部材6のスロット開口部9の個数と極性は、特性を考慮して適宜設定すべきである。
The stator 1 is configured such that a three-
回転子2は、積層された回転子鉄心部材10と、その積層された回転子鉄心部材10に形成されている永久磁石埋め込み穴11に装着固定された極数分の永久磁石12とを備えて構成される。回転子鉄心部材10は、珪素鋼板を所定の形状に打ち抜き加工して構成されている。また、永久磁石12はネオジウム系希土類磁石やフェライト磁石で構成することができる。なお、図2の符号13は、前記永久磁石埋め込み穴11に連接して開設されたフラックスバリア穴である。このフラックスバリア穴13は、埋め込み型永久磁石モータの回転子内部での磁束の回り込みを防いで、ギャップを通して固定子と鎖交する磁束を増やすためのものであり、回転子回転方向の磁気抵抗差を形成するものである。
The
図3は、図2の回転子2の詳細を示す正面図であり、(a)は全体図、(b)は(a)のA部詳細図である。図では、永久磁石12が4個用いられているので、回転子2の極数は4極である。永久磁石埋め込み穴11は、回転子2の極数分、この場合は4つ、円周方向に、等間隔に、円形の回転子鉄心部材10に対して弦状に設けられている。また、個々の永久磁石埋め込み穴11は、円周方向を長辺とし且つ径方向を短辺とする矩形である。そして、積層される全ての回転子鉄心部材10の永久磁石埋め込み穴11が軸方向に貫通形成されている。この4つの永久磁石埋め込み穴11の夫々に永久磁石12を装着固定するのであるが、その際、永久磁石12の磁極面14を永久磁石埋め込み穴11の短辺側とし、且つ互いに隣接する磁極が異なるようにして装着固定する。なお、本実施形態では、永久磁石埋め込み穴11の短辺側にフラックスバリア穴13が連設されているので、当該永久磁石埋め込み穴11の短辺は、例えば図3bの永久磁石12の磁極面14の位置に仮想的に存在するものとみなす。また、前記永久磁石埋め込み穴11の長辺方向のうち、当該永久磁石埋め込み穴11の長辺の中央に近い側を内側、当該中央から遠ざかる側を外側と定義する。
FIG. 3 is a front view showing details of the
図4は、回転子鉄心部材10の単体状態を示す正面図であり、(a)は全体図、(b)は(a)のB部詳細図である。図に二点鎖線で示すのは永久磁石埋め込み穴11に装着される永久磁石12を仮想して描いたものであり、前述したように、矩形の永久磁石埋め込み穴11の短辺は、永久磁石12の磁極面14の位置に仮想的に存在している。本実施形態では、この永久磁石埋め込み穴11の長辺の両端部、つまり短辺の近傍にあって、永久磁石12の磁極面14間の長さ、例えば図4では左右方向の幅より所定長、例えば片側1mmだけ短い永久磁石埋め込み穴長辺方向内側位置に、回転子鉄心部材10の径方向内側から外側に向けて、弾性固定突子15を突設している。更に、この弾性固定突子15のフラックスバリア穴13側面の中央部には傾斜爪16を突設している。これら弾性固定突子15及び傾斜爪16は、何れも回転子鉄心部材10の打ち抜き加工時に当該回転子鉄心部材10と一体に形成されたものである。
4A and 4B are front views showing a single state of the
前記弾性固定突子15は、前記永久磁石埋め込み穴11の長辺方向に短く、当該永久磁石埋め込み穴11の短辺方向に長い長方形であり、その永久磁石埋め込み穴長辺方向内側の根元部には切欠き17が形成されており、特に弾性固定突子15のフラックスバリア穴13側への傾斜を容易にしている。また、弾性固定突子15と傾斜爪16の連結部分には隅Rが設けられており、後述するジグによる傾斜爪16の押圧時の応力集中を緩和するようにしてある。なお、図中の符号3aは、前記回転軸3を挿通するために回転子鉄心部材10に開設された円穴である。
The elastic fixed
図5は、前記珪素鋼板を打ち抜き加工して形成された回転子鉄心部材10を厚さ方向に積層し、積層方向に貫通する永久磁石埋め込み穴11内に永久磁石12を装着、固定した状態を示しているが、前述したように永久磁石埋め込み穴11の長手方向両端部には、永久磁石12の磁極面14間の長さより所定長だけ短い、永久磁石埋め込み穴長手方向内側位置に弾性固定突子15が突設されているから、前述のように永久磁石12が脆性であることも合わせて、そのままでは永久磁石埋め込み穴11内に永久磁石12を差し込むことができない。そこで、永久磁石12を差し込む前に、図5に示すように、回転子鉄心部材10の積層方向に貫通しているフラックスバリア穴13内に断面が長円状の棒材からなるジグ18を挿通する。
FIG. 5 shows a state in which the
図6aは、永久磁石12を永久磁石埋め込み穴11に装着、固定する前の積層された回転子鉄心部材10のフラックスバリア穴13内に長円断面の棒材からなるジグ18を挿通した状態を示している。この状態から、例えば長円断面の棒材からなるジグ18を図の時計回り方向に捻るように回転すると、当該ジグ18が傾斜爪16に当接し、更にジグ18を回転すると、図6bに示すように、傾斜爪16が図の下方に押し下げられ、それに伴って弾性固定突子15がフラックスバリア穴13側に傾斜する。このとき弾性固定突子15の永久磁石埋め込み穴長辺方向内側の根元に形成された切欠き17が、当該弾性固定突子15のフラックスバリア穴13側、つまり永久磁石埋め込み穴長辺方向外側への傾斜を容易にする。
FIG. 6 a shows a state in which a
このように弾性固定突子15がフラックスバリア穴13側に傾斜すると、永久磁石埋め込み穴11に永久磁石12の磁極面14間の長さが確保されるので、その状態で図6bに二点鎖線で示すように永久磁石12を永久磁石埋め込み穴11内に差し込む。このように永久磁石埋め込み穴11内に永久磁石12を差し込み終えたら、図6cに示すように、例えば長円断面棒材からなるジグ18を反時計回りに回転し、弾性固定突子15のフラックスバリア穴13側への傾斜を解除すると、当該弾性固定突子15が弾性復元して永久磁石12の磁極面14に当接する。なお、図では、永久磁石埋め込み穴11の長辺方向の一方の端部でのみ弾性固定突子15をフラックスバリア穴13側に傾斜させていないが、実際には永久磁石埋め込み穴11の長辺方向の両方の端部で弾性固定突子15をフラックスバリア穴13側に傾斜する必要がある。
When the elastic fixed
前記弾性固定突子15は、永久磁石埋め込み穴11の長辺の両端部、つまり短辺の近傍にあって、永久磁石12の磁極面14間の長さより所定長だけ短い永久磁石埋め込み穴長辺方向内側位置に突設されているので、弾性固定突子15が永久磁石12に当接している部分では、前記所定長相当の弾性変形、還元すれば弾性復元力が残存する。つまり、永久磁石12は、両磁極面14を弾性固定突子15の弾性復元力で挟持されていることになり、この永久磁石12を挟持する弾性復元力が永久磁石12を固定する力となる。
The elastic fixed
この弾性復元力は、勿論、公差分の変動はあるものの、前記永久磁石12の磁極面14間の長さより短い所定長に応じてほぼ決まっており、従って永久磁石12を固定する力も一定で、安定している。前記特許文献1に記載される永久磁石固定方法では、永久磁石を挟持する力がほぼゼロであることに加えて、突子を折り曲げる工程での折り曲げ量とか折り曲げ強さといったものに応じて永久磁石を保持する力が変化してしまう。これに対し、本実施形態の永久磁石固定方法では、永久磁石12を保持する力が一定で、安定しているという利点がある。
This elastic restoring force is of course determined in accordance with a predetermined length shorter than the length between the magnetic pole faces 14 of the
しかも、本実施形態では、弾性固定突子15を、永久磁石埋め込み穴11の回転子鉄心部材径方向内側から外側に向けて突設しているため、当該弾性固定突子15が前述のように弾性復元して永久磁石12に当接するのは、磁極面14の全体ではなく、磁極面14の回転子鉄心部材径方向内側隅部に当接するため、永久磁石12を永久磁石埋め込み穴11の回転子鉄心部材径方向外側面に押し付けることができ、永久磁石12の固定位置を規定して安定させることができ、これにより回転子2自体の回転バランスを安定させることができる。
In addition, in the present embodiment, the elastic fixed
このように本実施形態の回転子鉄心部材10では、永久磁石埋め込み穴11の長辺の両端部にあって且つ当該永久磁石埋め込み穴11に装着される永久磁石12の磁極面14間の長さより所定長だけ短い当該永久磁石埋め込み穴長辺方向内側位置に弾性固定突子15を突設し、この弾性固定突子15の弾性復元力で永久磁石12の磁極面14を押圧して当該永久磁石12を固定することとしたため、予め設定された保持力で永久磁石12を固定することができる。
As described above, in the
また、永久磁石埋め込み穴11に連接してフラックスバリア穴13を形成する場合、弾性固定突子15のフラックスバリア穴13側に当該弾性固定突子15を傾斜するための傾斜用爪16を突設したことにより、ジグ18を傾斜用爪16にあてがって弾性固定突子15をフラックスバリア穴13側に弾性変形領域内で傾斜し、その状態で永久磁石埋め込み穴11に永久磁石12を差し込み、次いでジグ18による弾性固定突子15の傾斜を解除すれば、当該弾性固定突子15の弾性復元力で永久磁石12の磁極面14を押圧して固定することが可能となる。
Further, when the
また、本実施形態の永久磁石固定方法では、回転子鉄心部材10の永久磁石埋め込み穴11に永久磁石12を装着して固定するにあたり、傾斜用爪16にジグ18をあてがって弾性固定突子15をフラックスバリア穴13側に弾性変形領域内で傾斜し、その状態で永久磁石埋め込み穴11に永久磁石12を差し込み、次いでジグ18による弾性固定突子15の傾斜を解除して、当該弾性固定突子15の弾性復元力で永久磁石12の磁極面14を押圧して当該永久磁石12を固定することにより、予め設定された保持力で永久磁石12を容易に固定することができる。
なお、前記実施形態では、埋め込み型永久磁石モータの例として、4極の一文字型永久磁石モータを挙げたが、本発明の適用可能な埋め込み型永久磁石モータは、これに限定されるものではない。
Further, in the permanent magnet fixing method of the present embodiment, when the
In the above-described embodiment, a four-pole single-character permanent magnet motor is described as an example of the embedded permanent magnet motor. However, the embedded permanent magnet motor to which the present invention is applicable is not limited to this. .
1は固定子、2は回転子、3は回転軸、4は外側構造体、5は軸受部材、6は固定子鉄心部材、7は三相巻線、8はリード線、9はスロット開口部、10は回転子鉄心部材、11は永久磁石埋め込み穴、12は永久磁石、13はフラックスバリア穴、14は磁極面、15は弾性固定突子、16は傾斜爪、17は切欠き、18はジグ 1 is a stator, 2 is a rotor, 3 is a rotating shaft, 4 is an outer structure, 5 is a bearing member, 6 is a stator core member, 7 is a three-phase winding, 8 is a lead wire, and 9 is a slot opening. 10 is a rotor core member, 11 is a permanent magnet embedding hole, 12 is a permanent magnet, 13 is a flux barrier hole, 14 is a magnetic pole surface, 15 is an elastic fixed protrusion, 16 is an inclined claw, 17 is a notch, 18 is a notch Jig
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