JP6806209B1 - Rotating machine end plate structure - Google Patents
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Abstract
【課題】回転機のエンドプレートでの渦電流の発生を簡易な構造で抑制し、損失の減少を図る。【解決手段】回転機の一対のエンドプレートは、ロータ軸の軸方向両端部に配置され、コア部7を挟み込んでいる。このエンドプレートの内周部8cは厚肉状に形成されている一方、外周部8bは薄肉状に形成されている。具体的には外周部8bの肉厚Tは、導体材料と電流の角周波数から定まる表皮深さの二倍以下に形成されている。【選択図】図2PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the loss by suppressing the generation of an eddy current in an end plate of a rotating machine with a simple structure. A pair of end plates of a rotating machine are arranged at both ends in the axial direction of a rotor shaft, and sandwich a core portion 7. The inner peripheral portion 8c of the end plate is formed in a thick-walled shape, while the outer peripheral portion 8b is formed in a thin-walled shape. Specifically, the wall thickness T of the outer peripheral portion 8b is formed to be twice or less the skin depth determined by the angular frequency of the conductor material and the electric current. [Selection diagram] Fig. 2
Description
本発明は、回転機のロータに埋め込まれた磁石の飛散を防止するエンドプレートの構造に関する。 The present invention relates to the structure of an end plate that prevents the magnets embedded in the rotor of a rotating machine from scattering.
電動機などの回転機は、ハウジング内に固定されたステータ(固定子)と、ステータの内径側に所定の空隙をおいて対向配置されてロータ軸に固定されたロータ(回転子)とを備えている。 A rotating machine such as an electric motor includes a stator (stator) fixed in a housing and a rotor (rotor) arranged opposite to each other with a predetermined gap on the inner diameter side of the stator and fixed to a rotor shaft. There is.
図6に基づき概略を説明すれば、ロータ5は周方向の複数個所に永久磁石が設置されたコア部7と、コア部7を挟み込むように前記ロータ軸の外周面に固定されたエンドプレート21とを備えている。
To explain the outline based on FIG. 6, the
ロータ5の軸方向の端部では、図7中の矢印Fに示すように、ロータ5・ステータ3間の磁束Bが軸方向に漏れ、エンドプレート21を通過する。この漏洩磁束Fは、ステータ3のスロット形状の影響やコイル4を流れる電流に重畳する高調波電流に応じて変動するため、エンドプレート21の外周部21aに渦電流が流れ、渦電流損が発生するおそれがある。
At the axial end of the
そこで、特許文献1のようにエンドプレート21においてコア部11aとの対向面の外周寄りに環状凹部を形成し、さらに環状凹部の内側を空間部として寸法を規定することで渦電流を抑制する技術が提案されているが、構造が複雑なため、製造工程が増加しコストの抑制が図れないおそれある。
Therefore, as in Patent Document 1, a technique of forming an annular recess near the outer periphery of the surface facing the core portion 11a in the
本発明は、このような従来の問題を解決するためになされ、回転機のエンドプレートの外周部における渦電流を簡単な構造で抑制することを解決課題としている。 The present invention has been made to solve such a conventional problem, and an object of the present invention is to suppress an eddy current at the outer peripheral portion of an end plate of a rotating machine with a simple structure.
(1)本発明は、回転機の回転子軸の軸方向両端部に配置され、
前記回転子軸の軸方向中間部の外周に設けられたロータのコア部を挟み込む一対のエンドプレートの構造であって、
前記各エンドプレートの内周部が厚肉状に形成されている一方、外周部が薄肉状に形成されていることを特徴としている。
(1) The present invention is arranged at both ends in the axial direction of the rotor shaft of the rotating machine.
It is a structure of a pair of end plates that sandwich the core portion of the rotor provided on the outer periphery of the axial intermediate portion of the rotor shaft.
The inner peripheral portion of each end plate is formed in a thick-walled shape, while the outer peripheral portion is formed in a thin-walled shape.
(2)本発明の一態様において、
前記コア部は、複数個所に磁石が周方向に配置されている一方、
前記外周部は、前記エンドプレートの外周縁から最外周の前記磁石に応じた位置までの範囲に形成されている。
(2) In one aspect of the present invention
In the core portion, magnets are arranged at a plurality of locations in the circumferential direction, while
The outer peripheral portion is formed in a range from the outer peripheral edge of the end plate to a position corresponding to the magnet on the outermost circumference.
(3)本発明の他の態様において、
前記コア部は、周方向の複数個所に形成された磁石収容孔と、該磁石収容孔に設置された永久磁石と、前記磁石収容孔に連続する磁気的空隙としてのフラックスバリアとを備える一方、
前記外周部は、前記エンドプレートの外周縁から前記フラックスバリアの外周部分に応じた位置の内周側までの範囲に形成されている。
(3) In another aspect of the present invention.
The core portion includes magnet accommodating holes formed at a plurality of locations in the circumferential direction, permanent magnets installed in the magnet accommodating holes, and a flux barrier as a magnetic gap continuous with the magnet accommodating holes.
The outer peripheral portion is formed in a range from the outer peripheral edge of the end plate to the inner peripheral side at a position corresponding to the outer peripheral portion of the flux barrier.
(4)本発明のさらに他の態様において、前記外周部の肉厚は、導体材料と電流の角周波数とから定まる表皮深さの二倍以下に形成されている。 (4) In still another aspect of the present invention, the wall thickness of the outer peripheral portion is formed to be twice or less the skin depth determined by the conductor material and the angular frequency of the electric current.
(5)本発明のさらに他の態様において、前記外周部の肉厚は、1mm〜2mmの範囲内に設定されている。 (5) In still another aspect of the present invention, the wall thickness of the outer peripheral portion is set within the range of 1 mm to 2 mm.
本発明によれば、回転機のエンドプレートの外周部における渦電流を簡単な構造で抑制することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to suppress the eddy current at the outer peripheral portion of the end plate of the rotating machine with a simple structure.
以下、本発明の実施形態を説明する。ここで渦電流は、流れる経路を小さくすることで抑制可能なものの、従来のエンドプレートは外周部が厚く、損失(渦電流損)の抑制ができていない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. Here, the eddy current can be suppressed by reducing the flow path, but the conventional end plate has a thick outer peripheral portion, and the loss (eddy current loss) cannot be suppressed.
そこで、本実施形態では、軸方向の漏れ磁束の多いエンドプレートの外周部の肉厚を薄くすることで渦電流を抑制する一方、ロータのバランス修正などで使用する内周部の肉厚を厚い形状とした。 Therefore, in the present embodiment, the eddy current is suppressed by reducing the wall thickness of the outer peripheral portion of the end plate having a large amount of leakage flux in the axial direction, while the wall thickness of the inner peripheral portion used for correcting the balance of the rotor is increased. The shape was used.
まず、図1に基づき本実施形態に係る前記エンドプレートの適用された回転機を説明する。この回転機1は、車両などに搭載されて電動機や発電機として使用され、ハウジング2内に固定されたステータ3と、ステータ3と所定の空隙をおいて内径側に対向配置されたロータ5とを備え、ロータ5はロータ軸6に固定され、ステータ3に対して回転可能となっている。
First, a rotating machine to which the end plate according to the present embodiment is applied will be described with reference to FIG. The rotating machine 1 is mounted on a vehicle or the like and used as an electric motor or a generator, and has a
ロータ5は、ロータ軸6の軸方向中間部の外周に設けられた筒状のコア部7と、コア部7の両端部を挟み込むようにロータ軸6の外周面に固定された一対の前記エンドプレート8とを備えている。このコア部7は、磁性鋼板を積層して構成されたロータ鉄心9と、ロータ鉄心9の周方向の複数個所の形成された磁石収容孔10(図3参照)内に配置された永久磁石11と、磁石収容孔10の両端部から連続形成された磁気的空隙としてのフラックスバリア12とを備えている。
The
なお、フラックスバリア12は、磁石収容孔10に連続する矩形状の空隙本体12aと、空隙本体12aから周方向に延設された外周部分12bとを有し、ロータ外周との間にブリッジ幅Pが設けられている。
The
≪エンドプレート8の構成≫
つぎに図1〜図3に基づき前記エンドプレート8の構成を説明する。具体的には前記エンドプレート8は、例えばアルミニウムや銅などの金属製の導電体(導体)により構成され、前述のようにコア部7を挟み込むことでコア部7の軸方向の変位を規制し、永久磁石11の飛散を防止している。また、前記エンドプレート8は円盤状に形成され、中心部にロータ軸6を挿入する孔部8aが形成され、孔部8aにロータ軸6を挿入してコア部7を挟み込むように外嵌されている。
<< Configuration of
Next, the configuration of the
前記エンドプレート8などの導体を流れる交流電流は、導体の表面で電流密度Jが高く、表面から離れると電流密度Jが低くなる(表皮効果)。この表皮効果は、特に周波数が高くなるほど顕著となり、電流が表面に集中する。このとき導体の電流密度Jは、深さ「σ」に対して式(1)に示すように減少する。
The alternating current flowing through a conductor such as the
式(1)中の「d」は表皮深さを示し、これは電流が表面電流の「1/e(約37%)」になる深さを表し、導体内を流れる電流の多くは表皮深さ内を流れる。この表皮深さ「d」は、前記エンドプレート8を構成する導体の材質(材料)と電流の角周波数から定まり、式(2)のように計算される。
“D” in the equation (1) indicates the skin depth, which represents the depth at which the current becomes “1 / e (about 37%)” of the surface current, and most of the current flowing in the conductor is the skin depth. It flows through the inside. The skin depth "d" is determined from the material (material) of the conductor constituting the
そこで、図2に示すように、前記エンドプレート8の外周部8bの肉厚Tを、その表皮深さ「d」の二倍以下に形成することで渦電流を抑制し、損失の大幅な減少を図っている。このとき外周部8bの肉厚Tの下限値は、外周部8bの剛性などの諸事情を考慮して定めればよい。
Therefore, as shown in FIG. 2, the eddy current is suppressed by forming the wall thickness T of the outer
例えばアルミ製の前記エンドプレート8であれば、キャリア周波数「5kHz」以上の場合、外周部8bの肉厚Tを「1mm〜2mm」の範囲に形成することが好ましい。なお、前記エンドプレート8の外周部8bを除く部分(内周部8c)は、従来通りの厚肉状としてもよいものとする。
For example, in the case of the
図3に基づき外周部8bの具体的位置を説明する。図3(a)中のCは、外周部8bの境界となる切落し部を示し、前記エンドプレート8の外周縁8dから切落し部Cまでの範囲が外周部8bとして薄肉状に形成されている。
The specific position of the outer
この切落し部Cは、図3(c)中の矢印Rに示すように、フラックスバリア12の外周部分12bに応じた位置の内周側(内径側)に形成されている。このときフラックスバリア12は磁石収容孔10に連続するため、外周部8bは前記エンドプレート8の外周縁8dから最外周の永久磁石11に応じた位置までの範囲に形成されているといえる。
As shown by the arrow R in FIG. 3C, the cut-off portion C is formed on the inner peripheral side (inner diameter side) at a position corresponding to the outer
≪作用効果≫
図4および図5に基づき前記エンドプレート8による作用効果を説明する。図4(a)中の矢印I1〜I4は、導体の肉厚が厚い場合(従来のエンドプレート21の外周部21aなど)の渦電流を示し、導体を流れる渦電流I1〜I4の大部分が表皮深さの部分を流れている。
≪Action effect≫
The action and effect of the
そこで前記エンドプレート8の外周部8bの肉厚Tを、前述のように表皮深さの二倍以下に形成した。この構成によれば、図4(b)に示すように、導体の上面を流れる電流I1と下面を流れる電流I3とが互いに打ち消しあうため、外周部8bの導体を流れる渦電流I1〜I4が抑制され、損失(渦電流損)を大幅に減少させることが可能となる。
Therefore, the wall thickness T of the outer
その結果、特許文献1のように複雑な構造を採用する必要が無く、エンドプレート8の外周部8bにおける渦電流を簡単(シンプル)な構造で抑制でき、この点で製造工程が簡素化でき、またコストの抑制を図ることもできる。
As a result, it is not necessary to adopt a complicated structure as in Patent Document 1, and the eddy current in the outer
このような前記エンドプレート8の作用効果は、図5の比較結果にも示されている。すなわち、図5の比較結果によれば、従来のエンドプレート21の損失比率を「100%」とした場合、前記エンドプレート8の損失比率は「25%」削減されている。この点で前記エンドプレート8の作用効果が確認されている。
Such an action and effect of the
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載刺された範囲内で変形して実施することができる。例えば前記エンドプレート8の外周部8bの肉厚Tを表皮深さの二倍以下に形成した場合に限らず、軸方向の漏れ磁束の多い外周部8bの肉厚Tを薄肉状するだけでも渦電流抑制による効果を得ることができる。
The present invention is not limited to the above embodiment, and can be modified and implemented within the range described in each claim. For example, not only when the wall thickness T of the outer
1…回転機
2…ハウジング
3…ステータ
4…コイル
5…ロータ
6…ロータ軸
7…コア部
8…エンドプレート
8a…中心孔
8b…外周部
8c…内周部
8d…外周縁
10…磁石収容孔
11…永久磁石
12…フラックスバリア
12a…空隙本体
12b…外周部分
13…コア部の外周縁
1 ... Rotating
Claims (3)
前記回転子軸の軸方向中間部の外周に設けられたロータのコア部を挟み込む一対のエンドプレートの構造であって、
前記各エンドプレートの内周部が厚肉状に形成されている一方、外周部が薄肉状に形成され、
前記コア部は、周方向の複数個所に形成された磁石収容孔と、該磁石収容孔に設置された磁石と、前記磁石収容孔から外周方向に連続した磁気的空隙としてのフラックスバリアとを備え、
前記内周部と前記外周部との境界は、前記フラックスバリアの外周部分に応じた位置に形成され、
前記外周部は、前記エンドプレートの外周縁から前記境界までの範囲に形成されている
ことを特徴とする回転機のエンドプレートの構造。 Arranged at both ends of the rotor shaft of the rotor in the axial direction,
It is a structure of a pair of end plates that sandwich the core portion of the rotor provided on the outer periphery of the axial intermediate portion of the rotor shaft.
The inner peripheral portion of each end plate is formed to have a thick wall shape, while the outer peripheral portion is formed to have a thin wall shape.
The core portion includes magnet accommodating holes formed at a plurality of locations in the circumferential direction, magnets installed in the magnet accommodating holes, and a flux barrier as a magnetic void continuous from the magnet accommodating holes in the outer peripheral direction. ,
The boundary between the inner peripheral portion and the outer peripheral portion is formed at a position corresponding to the outer peripheral portion of the flux barrier.
The structure of the end plate of a rotating machine, wherein the outer peripheral portion is formed in a range from the outer peripheral edge of the end plate to the boundary .
前記外周部の上下面を流れる電流が互いに打ち消しあうことを特徴とする請求項1に記載された回転機のエンドプレートの構造。 The wall thickness of the outer peripheral portion is formed to be less than twice the skin depth determined by the conductor material and the angular frequency of the electric current.
The structure of an end plate of a rotating machine according to claim 1, wherein the currents flowing on the upper and lower surfaces of the outer peripheral portion cancel each other out .
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