JP7471580B1 - A rotor, a stator, an embedded magnet type synchronous machine including the rotor and the stator, and a manufacturing method of the rotor core and the stator core - Google Patents
A rotor, a stator, an embedded magnet type synchronous machine including the rotor and the stator, and a manufacturing method of the rotor core and the stator core Download PDFInfo
- Publication number
- JP7471580B1 JP7471580B1 JP2024000682A JP2024000682A JP7471580B1 JP 7471580 B1 JP7471580 B1 JP 7471580B1 JP 2024000682 A JP2024000682 A JP 2024000682A JP 2024000682 A JP2024000682 A JP 2024000682A JP 7471580 B1 JP7471580 B1 JP 7471580B1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- rotor
- magnet
- stator
- magnetic
- rotor core
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 title claims abstract description 49
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 17
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 168
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 46
- 150000002910 rare earth metals Chemical group 0.000 claims abstract description 44
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims abstract description 33
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 15
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 claims description 26
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 21
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 19
- 239000008358 core component Substances 0.000 claims description 11
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 10
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 238000010030 laminating Methods 0.000 claims description 8
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 7
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 claims description 4
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 20
- 239000000243 solution Substances 0.000 abstract description 2
- 239000011162 core material Substances 0.000 description 113
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 30
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 20
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 15
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 15
- 230000008569 process Effects 0.000 description 11
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical group [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 10
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 10
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 10
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 9
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 7
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 7
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 6
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 5
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 5
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 4
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000006249 magnetic particle Substances 0.000 description 3
- 229910001172 neodymium magnet Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 229910000976 Electrical steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 2
- 239000000306 component Substances 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 2
- 229910000576 Laminated steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000106 Liquid crystal polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004977 Liquid-crystal polymers (LCPs) Substances 0.000 description 1
- 229920000877 Melamine resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004640 Melamine resin Substances 0.000 description 1
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 239000004962 Polyamide-imide Substances 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004734 Polyphenylene sulfide Substances 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000005097 cold rolling Methods 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000005347 demagnetization Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 229920006240 drawn fiber Polymers 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000004093 laser heating Methods 0.000 description 1
- 239000006247 magnetic powder Substances 0.000 description 1
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N neodymium atom Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229920002312 polyamide-imide Polymers 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 238000005482 strain hardening Methods 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
Abstract
【課題】回転子コアの誘起変態タイプの磁石へのラジアル異方の附与よび回転子コアと固定子コアを同一化学組成の素材とすることである。【解決手段】内包磁石型の同期機の回転子は、回転子コアとその内包部内に射出成形された希土類ボンド磁石と極異方着磁とからなり、回転子コアは誘起変態マルテンサイト組織の磁石よりなる回転子コア部品の積層体からなり、かつラジアル異方性に配向着磁されている。固定子コアは、回転子コアと同一化学組成を有して、熱処理された等方性軟磁性特性を有する固定子コアの積層体からなる。【選択図】図1[Problem] To impart radial anisotropy to an induced transformation type magnet in a rotor core, and to make the rotor core and stator core out of materials of the same chemical composition. [Solution] The rotor of an embedded magnet type synchronous machine is made of a rotor core, a rare earth bonded magnet injection molded into its embedded portion, and polar anisotropically magnetized, and the rotor core is made of a laminate of rotor core parts made of magnets with induced transformation martensite structure, and is magnetized with radial anisotropic orientation. The stator core is made of a laminate of stator cores that have the same chemical composition as the rotor core and are heat-treated to have isotropic soft magnetic properties. [Selected Figure] Figure 1
Description
本発明は、誘起変態マルテンサイト組織の磁石よりなるラジアル異方性の回転子コアと等方性の固定子コアとからなり、かつ回転子コアと固定子コアが同一化学組成からなり、回転子に設けられた内包部に希土類ボンド磁石を形成し、隣り合ったN極とS極が極異方性着磁されている内包磁石型同期機に関する。 The present invention relates to an internal magnet type synchronous machine that is composed of a radially anisotropic rotor core made of magnets with an induced transformation martensite structure, and an isotropic stator core, the rotor core and the stator core having the same chemical composition, a rare earth bonded magnet formed in the internal portion of the rotor, and adjacent north and south poles magnetized with polar anisotropy.
電動機(発電機を含めて単に「モータ」という。)には種々のタイプがある。最近では、インバータ制御の発達と高磁気特性の希土類磁石の普及に伴い、省電力で高効率であり高トルクまたは高出力が望める同期機が注目されている。 There are various types of electric motors (including generators, simply called "motors"). Recently, with the development of inverter control and the widespread use of rare earth magnets with high magnetic properties, synchronous machines, which are energy-saving, highly efficient, and can provide high torque or high output, have been attracting attention.
同期機は、界磁用の永久磁石を回転子(ロータ)に有し、電機子巻線(コイル)を固定子(ステータ)に有するモータであって、その電機子巻線に多相交流(AC)を供給することにより固定子に回転磁界が生じて回転するACモータである。同期機は、永久磁石を回転子の表面に配設した表面磁石型モータ(SPM)と、永久磁石を回転子の内部に埋め込んだ埋込磁石型モータ(IPM)とに大別されるが、出力トルクが大きく、磁石の飛散防止を図れて信頼性が高いIPMが現在の主流となりつつある。さらにIPMモータの出力を増加させるために、回転数の増加が図られている。
現在永久磁石としてはNd焼結磁石が主に使用されているが、高速回転化に伴い発熱問題が深刻となり、希土類ボンド磁石への変更が検討されている。
A synchronous machine is a motor that has a permanent magnet for a field on the rotor and an armature winding (coil) on the stator, and is an AC motor that rotates by generating a rotating magnetic field in the stator by supplying polyphase alternating current (AC) to the armature winding. Synchronous machines are broadly classified into surface permanent magnet motors (SPM), in which permanent magnets are arranged on the surface of the rotor, and interior permanent magnet motors (IPM), in which permanent magnets are embedded inside the rotor. IPM, which has high output torque and is highly reliable because it prevents magnets from scattering, is currently becoming mainstream. In order to further increase the output of IPM motors, efforts are being made to increase the rotation speed.
Currently, neodymium sintered magnets are mainly used as permanent magnets, but as the rotation speed increases, the heat generation problem becomes more serious, and a change to rare earth bonded magnets is being considered.
さらにNd焼結磁石の問題点として、従来のIPMは、所定の寸法に切削、研磨等され飽和着磁された焼結磁石をロータに設けたスロット(内包部)へ挿入して構成していた。ところが、着磁した強力な希土類焼結磁石をスロットに挿入する際に、その磁石に欠損等が生じやすい。
そこで特許文献1では、従来の焼結磁石から希土類磁石と樹脂からなる溶融ストランドをロータのスロットへ磁場中で射出充填し、冷却固化させる射出成形タイプの希土類ボンド磁石へ置換することを開示している。
以上の事情から、IPMモータの高速回転化と出力アップのために、Nd焼結磁石を変更した射出成形タイプの希土類ボンド磁石の採用が検討されている。
Another problem with sintered Nd magnets is that conventional IPMs are constructed by inserting sintered magnets that have been cut and ground to a specified size and magnetized to saturation into slots (contained parts) in the rotor. However, when inserting a strong magnetized rare earth sintered magnet into a slot, the magnet is prone to damage.
Therefore,
In view of the above, in order to increase the rotation speed and output of IPM motors, the adoption of injection molded rare earth bonded magnets, which are an alternative to sintered Nd magnets, is being considered.
特許文献6には、上記問題を解決するために、射出成形タイプの希土類ボンド磁石を用い、高速回転化を図り、同時にロータコアに誘起変態タイプの磁石と磁石端部を非磁性にすることによって出力アップを図ることができることが開示されている。
しかし、ロータコアの誘起変態タイプの磁石にラジアル異方性をどう付与するのかの問題が未解決であり、またステータコアに従来素材を使用した場合、二つのコア素材として異なる材料を使用する場合には大幅なコストアップとなってしまうという問題が生じてしまう。これらの問題の解決が求められていた。
However, the problem of how to impart radial anisotropy to the induced transformation type magnet of the rotor core remains unsolved, and if conventional materials are used for the stator core, using different materials for the two core materials would result in a significant increase in cost.
もっとも特許文献1は、単にIPMの希土類焼結磁石を希土類ボンド磁石に置換することを提案している留まり、希土類ボンド磁石の磁場中射出成形に適したロータやスロットの構成等に関して何ら触れていない。
However,
特許文献2では、鉄心であるロータの一部に非磁性部を設けることが従来から提案されている。これにより、漏れ磁束が低減され、モータ出力に寄与する有効磁束(鎖交磁束)が増加しうる。もっとも、このような非磁性部は、モータ運転時のロータとステータとの間に形成される磁気回路に着目して配設されているに過ぎず、後述するような希土類ボンド磁石の射出成型時の配向磁場とは関係ない。
特許文献3では、希土類ボンド磁石を構成する希土類異方性磁石粒子は、組成によらず、一般的に多用されているフェライト磁石粒子と比較して、磁束密度のみならず保磁力がはるかに高いため、射出成形時の配向にフェライト磁石粒子より高い配向磁場が必要である。従って高性能なIPMを効率的に生産するためには、希土類異方性ボンド磁石の射出成形時に印加する配向磁場を、そのボンド磁石が収まるロータコアのスロットへ有効に作用させる方法が開示されている。
非磁性部の改質は合金元素を転嫁するレーザ溶接などで行なっているが、改質部は凹凸が激しいうえに形状も変化するので、表面研削や形状修正加工などの改質後の処理が複雑で実用的とは言えない。実際には、本件出願は審査請求されることなく放棄されている。当然ながら産業上は使用されていない。
しかし、希土類ボンド磁石はNd焼結磁石に比べて磁石性能の点で落ちるのでモータトルクの点で低下しがちであり、トルクアップ方策が期待されている。
In
The non-magnetic parts are modified by laser welding, which transfers alloy elements, but the modified parts are very uneven and the shape changes, so the post-modification processing, such as surface grinding and shape correction, is complicated and not practical. In fact, this application was abandoned without a request for examination. Naturally, it is not used industrially.
However, rare earth bonded magnets are inferior in magnetic performance to sintered Nd magnets, and therefore tend to have lower motor torque, so measures to increase torque are desired.
特許文献6では、射出成形タイプの希土類ボンド磁石を用い、高速回転化を図り、同時にロータコアに誘起変態タイプの磁石と磁石端部を非磁性にすることによって出力アップを図ることができることを開示している。
つまり、発明者らは、2019年に誘起変態タイプの磁石の発明を開示した(特許文献4)。さらに、特許文献5に示すように、磁石式義歯アタッチメントのプレート部品を磁性材料から誘起変態タイプの磁石に変更したところ吸着力が50%も増加した経験を踏まえて、さらに誘起変態タイプの磁石の比抵抗は、72μΩcmと、IPMモータの磁性材料として用いられている3%珪素鋼板の32μΩcmに比べて、2倍以上あることに着目して、IPMモータの回転子の磁性材料を誘起変態タイプの磁石に変更することを検討した。
試行錯誤を重ねた結果、Ni系ステンレス鋼の組織を100%のオーステナイト組織からマルテンサイト組織を80%以上有する組織に変化させて半硬質磁性材料とし、かつ飽和着磁後の磁石性能は、室温において、12,000~16,000Gの飽和磁化と、80~300Oeの保磁力と、残留磁気Br6,000~8,000G、0.2~4MGOeの最大エネルギー積を有する誘起変態タイプの磁石を採用し、さらにロータコアの特定域を改質により非磁性とすることにより、回転子の本体素材を磁性材料で非磁性改質をしていないロータに比べてモータトルクを30%以上増加できることを見出した。しかも、非磁性箇所はレーザや高周波による加熱法で900℃以上に加熱することで、外周部の形状を変化させることなくオーステナイト相に回復して非磁性に改質されることを確認した。
That is, the inventors disclosed an invention of an induced transformation type magnet in 2019 (Patent Document 4). Furthermore, as shown in
As a result of repeated trial and error, it was found that by changing the structure of Ni-based stainless steel from 100% austenite to one containing 80% or more martensite to create a semi-hard magnetic material, and by adopting an induced transformation type magnet with a saturation magnetization of 12,000 to 16,000 G, a coercive force of 80 to 300 Oe, a residual magnetization Br of 6,000 to 8,000 G, and a maximum energy product of 0.2 to 4 MGOe at room temperature as the magnetic performance after saturation magnetization, and further by modifying specific areas of the rotor core to make them nonmagnetic, it was possible to increase the motor torque by 30% or more compared to a rotor whose main body material has not been modified to be nonmagnetic with a magnetic material. Moreover, it was confirmed that by heating the nonmagnetic parts to 900°C or more using a laser or high-frequency heating method, the austenite phase is restored and the parts are modified to be nonmagnetic without changing the shape of the outer periphery.
しかし、ロータコアの誘起変態タイプの磁石にラジアル異方性をどう付与するのかの問題が未解決であり、またステータコアに従来素材を使用した場合、二つのコア素材を別種とすると大幅なコストアップとなってしまうという問題が生じてしまう。これらの問題の解決が求められていた。 However, the problem of how to impart radial anisotropy to the induced transformation type magnets in the rotor core remains unsolved, and if conventional materials are used for the stator core, using different materials for the two cores would result in a significant increase in costs. A solution to these problems was needed.
本発明は、特許文献6における問題点を解決することを目的とするものである。
The present invention aims to solve the problems in
発明者らは、回転子コア(ロータコア)および固定子コア(ステータコア)は薄板部品を積層することが必要であるとの前提に立って、ラジアル異方性が求められる回転子コアに対しては、一軸異方性を有する誘起変態タイプの半硬質磁性板(半硬質磁性材料の薄板)を積層する際に、角度を付けて積層することでラジアル異方性が確保できることに思い至った。つまり磁極が6極の場合には、6枚の一軸異方性の薄板磁石を60度ずつ回転左折組み立てればよいことを見出した。ラジアル異方性を付与した回転子コアを製作し、一軸異方性のものと比較した場合、モータトルクが増加し、かつコギングトルクが大幅に減少することが確認できた。 Based on the premise that rotor cores and stator cores require lamination of thin plate components, the inventors came up with the idea that for rotor cores requiring radial anisotropy, radial anisotropy can be ensured by laminating induced transformation type semi-hard magnetic plates (thin plates of semi-hard magnetic material) with uniaxial anisotropy at an angle. In other words, they discovered that in the case of six magnetic poles, six uniaxial anisotropic thin plate magnets can be assembled by rotating them 60 degrees to the left. They produced a rotor core with radial anisotropy and confirmed that compared to one with uniaxial anisotropy, the motor torque increased and the cogging torque was significantly reduced.
上記誘起変態組織を有する半硬質磁性材料は、焼きなまし熱処理によって再結晶フェライト組織にすると前記磁石と同一化学組成を有する軟磁性素材となる。この点に着目して、誘起変態タイプの磁性板から回転子コアと固定子コアとを同軸を保ってプレス加工して作製し、固定子コア部品は焼きなまし熱処理をして、軟磁性素材にして、それを積層して固定子コアを製作した。ケイ素鋼板からなる従来のものと比較した場合、透磁率がやや劣るという特性があるが、比抵抗は2倍と優れており、総合的効果で同等のモータトルクを得ることができた。 When the semi-hard magnetic material with the induced transformation structure is annealed to form a recrystallized ferrite structure, it becomes a soft magnetic material with the same chemical composition as the magnet. Focusing on this point, a rotor core and a stator core were made from an induced transformation type magnetic plate by pressing while maintaining the same axis, and the stator core parts were annealed to form a soft magnetic material, which was then laminated to produce the stator core. Compared to conventional silicon steel plates, the magnetic permeability is slightly inferior, but the resistivity is twice as high, and the overall effect was to obtain the same motor torque.
ラジアル異方性を有する積層回転子コアおよび等方性の軟磁性特性を有する積層固定子コアの製造方法は、
(1)非磁性のオーステナイト組織を有するFe系合金の板部材を、低温で冷間加工し、80%以上のマルテンサイト組織を誘起させて半硬質磁性板部材として、
(2)圧延方向に形成し、延伸した繊維組織に沿って張力を付加して熱処理を行い、磁気異方性を強化して磁石特性を改善し、
(3)プレス加工で、上記板部材(張力熱処理板部材)から回転子コア部品と固定子コア部品を共通の軸で打ち抜き、高い歩留まりを確保し、
(4)回転子コアは、一軸異方性を有する半硬質磁性板からなる回転子コア部品をコア全体として、ラジアル異方性特性となるように角度を付けて積層して、ラジアル異方性を有する円筒状とし、
(5)固定子コアは、固定子コア部品を再結晶熱処理によりフェライト組織として等方性軟磁性としたうえで、積層して円筒状として、
回転子コアと固定子コアを製造することができることを見出した。
The method for manufacturing a laminated rotor core having radial anisotropy and a laminated stator core having isotropic soft magnetic properties comprises:
(1) A plate member of an Fe-based alloy having a non-magnetic austenitic structure is cold worked at a low temperature to induce 80% or more of a martensite structure to form a semi-hard magnetic plate member.
(2) Forming in the rolling direction, applying tension along the drawn fiber structure and heat treating it, strengthening the magnetic anisotropy and improving the magnetic properties;
(3) By pressing, the rotor core parts and the stator core parts are punched out from the plate member (the tension heat-treated plate member) on a common axis, thereby ensuring a high yield rate;
(4) The rotor core is formed into a cylindrical shape having radial anisotropy by laminating rotor core parts made of semi-hard magnetic plates having uniaxial anisotropy at angles so as to have radial anisotropy as a whole core;
(5) The stator core is formed by subjecting the stator core components to a recrystallization heat treatment to give them a ferrite structure with isotropic soft magnetic properties, and then laminating them to form a cylindrical shape.
It has been found that it is possible to manufacture rotor cores and stator cores.
(1)内包磁石型同期機の回転子と固定子コア
回転子は、誘起変態マルテンサイト組織の磁石と回転中心軸の周囲に軸対称的に配置された空隙からなる偶数個の内包部を有し、内包部に設けられた偶数個の永久磁石を備える。
永久磁石の端部から回転子の本体の外周端に至る磁石端部域は非磁性部からなる。また、一つの永久磁石の一端部から回転子の本体の外周端に至る磁石端部域、隣接する永久磁石の他端部から回転子の本体の外周端に至る磁石端部域および磁石端部を連結する連結領域よりなる本体の磁石端部外周側領域は非磁性部からなる。
永久磁石は、配向磁場が印加された内包部内で射出成形された希土類ボンド磁石からなる。
固定子コアは、前記磁石と同一化学組成を有する軟磁性素材からなる。
(1) The rotor and stator core of an encapsulated magnet type synchronous machine have an even number of encapsulated portions consisting of magnets with induced martensite structure and gaps arranged axially symmetrically around the central axis of rotation, and are equipped with an even number of permanent magnets provided in the encapsulated portions.
The magnet end regions extending from the ends of the permanent magnets to the outer circumferential edge of the rotor body are made of nonmagnetic parts. Also, the magnet end outer circumferential region of the body, which is made up of the magnet end region extending from one end of one permanent magnet to the outer circumferential edge of the rotor body, the magnet end region extending from the other end of an adjacent permanent magnet to the outer circumferential edge of the rotor body, and a connecting region connecting the magnet ends, is made of nonmagnetic parts.
The permanent magnets consist of rare earth bonded magnets that are injection molded within an envelope that has an aligning magnetic field applied to it.
The stator core is made of a soft magnetic material having the same chemical composition as the magnets.
本発明の回転子は、極異方的に配向させた永久磁石(希土類ボンド磁石)とラジアル異方性を有する誘起変態タイプの磁石部からなり、両者は一体となって射出成型時に極異方性着磁され、同時に同一化学成分を有する軟磁性材料からなる固定子コアと組み合わされて、内包磁石型同期機の高トルク化とコギングトルクの低減という高性能化に寄与する。この理由は次のように考えられる。 The rotor of the present invention is composed of a polar anisotropically oriented permanent magnet (rare earth bonded magnet) and an induced transformation type magnet section with radial anisotropy, both of which are integrated and polar anisotropically magnetized during injection molding, and are simultaneously combined with a stator core made of a soft magnetic material with the same chemical composition, contributing to the high performance of the encapsulated magnet type synchronous machine by increasing the torque and reducing the cogging torque. The reasons for this are thought to be as follows.
先ず本発明の回転子では、図4(b)に示すように、内包部に収納される永久磁石の端部から本体の外周端までが非磁性部となっている場合(磁石端部域の非磁性部という。)と、図4(c)に示すように、内包部に収納される永久磁石の端部から延在して本体(ロータコア)の外周端までと、隣接する他の永久磁石の端部から延在して本体の外周端までと、両者の外周端を連結する外周側領域が、非磁性部となっている場合(磁石端部外周側領域の非磁性部という。)がある。
このような非磁性外周側領域を伴う内包部へ射出成形時に配向磁場が印加されると、配向磁場は、永久磁石の内側磁極部から外側磁極部に流れ、続いて隣接する永久磁石の外側磁極部から内側磁極部に流れる。
しかし、この時に磁石端部の非磁性部が存在しないと、希土類異方性磁石粉末の配向に寄与しない永久磁石の内側磁極から外側磁極に直接流れる大きな漏れ磁束が存在し、配向磁場が弱まることになる。
逆に磁石端部の非磁性部が存在すると、漏れ磁束が激減し、配向磁場が強められることになる。また、磁石端部外周側領域の非磁性部が存在すると、永久磁石の内側磁極から外側磁極に直接流れる大きな漏れ磁束がさらに低減されるので、配向磁場がより強くなる。
逆に言うと、射出成形時に外部から回転子へ印加した配向磁場は、回転子の内包部内および誘起変態タイプの磁石部に高密度に分布するようになり、希土類異方性磁石粉末の配向に寄与する有効磁束が大幅に増加する。従って、本発明に係る希土類異方性ボンド磁石は、1T以上の配向磁場が作用した状態で射出成形することが可能となる。
First, in the rotor of the present invention, as shown in Figure 4(b), there is a case where the non-magnetic part extends from the end of the permanent magnet stored in the internal portion to the outer peripheral end of the main body (referred to as the non-magnetic part of the magnet end region), and as shown in Figure 4(c), there is a case where the outer peripheral side region extending from the end of the permanent magnet stored in the internal portion to the outer peripheral end of the main body (rotor core) and extending from the end of another adjacent permanent magnet to the outer peripheral end of the main body is a non-magnetic part (referred to as the non-magnetic part of the magnet end outer peripheral side region).
When an aligning magnetic field is applied to an inner encapsulation portion with such a non-magnetic outer peripheral region during injection molding, the aligning magnetic field flows from the inner magnetic pole portion of the permanent magnet to the outer magnetic pole portion, and then flows from the outer magnetic pole portion of the adjacent permanent magnet to the inner magnetic pole portion.
However, if there were no nonmagnetic portion at the end of the magnet, a large leakage magnetic flux would flow directly from the inner magnetic pole to the outer magnetic pole of the permanent magnet, which would not contribute to the alignment of the rare earth anisotropic magnet powder, weakening the aligning magnetic field.
Conversely, if there is a non-magnetic portion at the end of the magnet, the leakage flux is drastically reduced and the aligning magnetic field is strengthened. Also, if there is a non-magnetic portion at the outer peripheral region of the end of the magnet, the large leakage flux that flows directly from the inner magnetic pole to the outer magnetic pole of the permanent magnet is further reduced, so the aligning magnetic field becomes even stronger.
Conversely, the aligning magnetic field applied externally to the rotor during injection molding becomes distributed at high density within the rotor's internal portion and in the induced transformation type magnet portion, greatly increasing the effective magnetic flux that contributes to the alignment of the rare earth anisotropic magnet powder. Therefore, the rare earth anisotropic bonded magnet of the present invention can be injection molded with an aligning magnetic field of 1 T or more acting on it.
コギングトルクが低減できる理由は、回転子コアの磁石と内包部に射出成形で形成された磁石が、一体となって、極異方着磁をされて、優れた軸対称性着磁されるためである。また回転子コアの磁石がラジアル異方性を有するため、どの方向にも極異方性着磁の磁力が軸対象となるためである。 The reason that cogging torque can be reduced is that the magnets in the rotor core and the magnets formed by injection molding in the internal portion are integrated and polar anisotropically magnetized, resulting in excellent axial symmetry. In addition, because the magnets in the rotor core have radial anisotropy, the magnetic force of the polar anisotropic magnetization is axially symmetric in all directions.
また、1T以上の印加配向磁場の場合にその希土類ボンド磁石は飽和着磁された状態で成形される。飽和着磁される理由は、射出成型温度が200℃以上と高いために、希土類磁石の磁粉の保磁力が0.5T程度に小さくなっているためである。射出成形の終了後のも飽和着磁の状態は維持されるので、射出成形後の着磁(後着磁)も不要となり得る。これは、後着磁工程で3T程度の着磁磁界が必要な難配向性磁石粉末である希土類異方性磁石粉末(例えばNd-Fe-B系磁石粉末等)からなる希土類異方性ボンド磁石の場合に特に有効である。 In addition, when an orientation magnetic field of 1T or more is applied, the rare earth bonded magnet is molded in a saturated magnetized state. The reason for the saturated magnetization is that the injection molding temperature is high at 200°C or more, so the coercive force of the magnetic powder of the rare earth magnet is reduced to about 0.5T. The saturated magnetized state is maintained even after injection molding is completed, so magnetization after injection molding (post-magnetization) may not be necessary. This is particularly effective in the case of rare earth anisotropic bonded magnets made of rare earth anisotropic magnet powder (such as Nd-Fe-B magnet powder), which is a difficult-to-align magnet powder that requires a magnetizing magnetic field of about 3T in the post-magnetization process.
同時に、誘起変態タイプの磁石材料から形成したラジアル異方性を有する積層回転子コアも、希土類磁石のN極からS極に向かう配向磁場によって半硬質磁性特性から配向飽和着磁されて永久磁石になり、ロータの磁極から発する磁束は、回転子のコア素材を磁性材料から誘起変態タイプの磁石への変更によって10%程度増加する。これによりモータトルクは10%程度増加する。 At the same time, the laminated rotor core with radial anisotropy formed from induced transformation type magnet material is magnetized from its semi-hard magnetic properties to oriented saturation by the oriented magnetic field from the north pole to the south pole of the rare earth magnet, becoming a permanent magnet, and the magnetic flux emanating from the rotor's magnetic poles increases by about 10% by changing the rotor core material from a magnetic material to an induced transformation type magnet. This increases the motor torque by about 10%.
さらに、永久磁石の異なる磁極面である端部(端面)の位置から回転子本体の外周端までの延在する磁石端部域を非磁性化(図4(b)に示す。)することによって、または永久磁石の異なる磁極面である端部(端面)の位置からロータ本体の外周端まで延在する磁石端部域と他の永久磁石の異なる磁極面である端部(端面)の位置からロータ本体の外周端まで延在する他の磁石端部域と、それら2つの磁石端部域を連結する連結領域からなる磁石端部外周側領域を非磁性(図4(c)に示す。)にすることによって、その磁束は30%程度増加する。これによりモータトルクは30%程度増加する。 Furthermore, by demagnetizing the magnet end region that extends from the end (end face) of the permanent magnet, which is the different magnetic pole surface, to the outer circumferential edge of the rotor body (as shown in FIG. 4(b)), or by demagnetizing the magnet end outer circumferential edge region that consists of the magnet end region that extends from the end (end face) of the permanent magnet, which is the different magnetic pole surface, to the outer circumferential edge of the rotor body, another magnet end region that extends from the end (end face) of the other permanent magnet, which is the different magnetic pole surface, to the outer circumferential edge of the rotor body, and a connecting region that connects these two magnet end regions (as shown in FIG. 4(c)), the magnetic flux increases by about 30%. This increases the motor torque by about 30%.
なお当然ながら、本発明では、回転子に内包される永久磁石がボンド磁石であるため、焼結磁石を埋め込む場合と比較して、多くの利点を有する。例えば、希少で高価な希土類の使用を抑制できる。また、焼結磁石を用いる場合、精密研削加工や着磁が必要であるが、射出成形磁石の場合そのような加工は不要である。加えて加工屑も生じないので、希少で高価な希土類を無駄にすることもない。 Naturally, in this invention, the permanent magnets contained in the rotor are bonded magnets, which has many advantages over embedding sintered magnets. For example, it is possible to reduce the use of rare earth elements, which are scarce and expensive. Also, when using sintered magnets, precision grinding and magnetization are required, but injection molded magnets do not require such processing. In addition, no processing waste is generated, so rare and expensive rare earth elements are not wasted.
他方、焼結磁石を用いる場合、内包部(スロット)へ焼結磁石を挿入する際に内包部内に固定する接着剤が必要となり、その結果磁石と回転子の磁性材料の間に非磁性の間隙が生じて磁気抵抗を大きくして磁束の流れを損なうことになる。また永久磁石を飽和着磁して内包部内に設置する必要があり、そのため永久磁石と回転子の磁性材料に衝突して欠損等を生じたりするトラブルが発生する。
しかし、内包部内に一体成形されるボンド磁石なら、自ずとスロット内に強固に密着固定されるため、焼結磁石のような欠点がない。
On the other hand, when using sintered magnets, adhesive is required to fix the sintered magnets in the encapsulation part (slot) when they are inserted into the encapsulation part, which results in a non-magnetic gap between the magnet and the magnetic material of the rotor, increasing the magnetic resistance and impairing the flow of magnetic flux. In addition, the permanent magnets must be magnetized to saturation before being installed in the encapsulation part, which can cause problems such as collisions between the permanent magnets and the magnetic material of the rotor, resulting in defects.
However, bonded magnets, which are integrally molded within the encapsulation portion, are naturally and firmly fixed within the slot, so they do not have the drawbacks of sintered magnets.
また、同期機の運転時、焼結磁石には大きな渦電流による鉄損が生じ得る。回転数が増加するほど渦電流損はその二乗で大きくなり、それに伴って磁石が発熱し、保磁力が低下し、ついには電磁石からの反磁界で減磁することになってしまう。
他方、ボンド磁石は各磁石粒子が絶縁体であるバインダ樹脂で絶縁された状態になっているため、生じる渦電流による鉄損は非常に小さい。従ってボンド磁石を内包した回転子からなる同期機は効率的である。またボンド磁石は、各磁石粒子がバインダ樹脂で被覆された状態となっているため、表面処理等を行うまでもなく高い耐酸化性を有する。
Furthermore, when a synchronous machine is in operation, large eddy currents can cause iron loss in the sintered magnets. As the rotation speed increases, the eddy current loss increases exponentially, causing the magnet to heat up and reduce its coercive force, eventually resulting in demagnetization due to the demagnetizing field from the electromagnet.
On the other hand, in bonded magnets, each magnetic particle is insulated by the binder resin, which is an insulator, so the iron loss caused by the eddy current is very small. Therefore, synchronous machines with rotors containing bonded magnets are efficient. In addition, since each magnetic particle in bonded magnets is covered with the binder resin, they have high oxidation resistance without the need for surface treatment.
<内包磁石型同期機>
(1)本発明は上述した回転子コアと固定子コアを有する内包磁石型同期機である。すなわち本発明は、上述した回転子と、その回転子の外周囲に均等に配設されたコイルとそのコイルの外周側で磁気回路を構成するヨークとを有する固定子と、を備える内包磁石型同期機でもよい。なお、適宜、ヨークはコイル内にあるティースを含むことができる。
<Enclosed magnet type synchronous machine>
(1) The present invention is an encapsulated magnet type synchronous machine having the rotor core and stator core described above. That is, the present invention may be an encapsulated magnet type synchronous machine including the rotor described above and a stator having coils evenly arranged around the rotor and a yoke that forms a magnetic circuit on the outer periphery of the coils. The yoke may include teeth inside the coils as appropriate.
同期機は、基本的に、回転子に設けた永久磁石により形成される磁極と固定子により回転子の外周囲に形成される回転磁界とで生じる吸引力および反発力に基づいて回転力(マグネットトルク)を生じる。もっとも、表面磁石型同期機と異なり埋込磁石型(内包磁石型)同期機の場合、磁極に生じるインダクタンス(Ld)と磁極間に生じるインダクタンス(Lq)との差異を生じ易いため、吸引力に基づくリラクタンス
トルクも回転子に生じることが多い。特にLd<Lqとなる場合、リラクタンストルクとマグネットトルクは同じ方向となり、出力トルクが増大し得る。
Synchronous machines basically generate a rotational force (magnetic torque) based on the attractive and repulsive forces generated by the magnetic poles formed by the permanent magnets on the rotor and the rotating magnetic field formed around the rotor by the stator. However, unlike surface magnet type synchronous machines, embedded magnet type (contained magnet type) synchronous machines tend to have a difference between the inductance (Ld) generated at the magnetic poles and the inductance (Lq) generated between the magnetic poles, so reluctance torque based on the attractive force is often generated in the rotor. In particular, when Ld<Lq, the reluctance torque and magnetic torque are in the same direction, and the output torque can increase.
そこで本発明に係る回転子も、回転子中における永久磁石(内包部)の形状や配置等を調整して、例えば、永久磁石により形成される隣接する磁極間に、この磁極により生じるマグネットトルクと同一方向に作用するリラクタンストルクを生じさせる突極を有するものであると好適である。
同期機の出力は回転数に比例するので、回転数の増加を図ることが望ましい。Nd焼結磁石の場合、高速回転するほど発熱が大きくなり、回転数を3万RPM以上に増加させることは困難である。従って希土類射出成型ボンド磁石を使用する本発明は3万RPM以上の回転数を有する同期機により適している。
Therefore, it is preferable that the rotor of the present invention also has a salient pole between adjacent magnetic poles formed by the permanent magnets, which generates a reluctance torque acting in the same direction as the magnet torque generated by the magnetic poles, by adjusting the shape and arrangement of the permanent magnets (enclosed portion) in the rotor.
Since the output of a synchronous machine is proportional to the number of revolutions, it is desirable to increase the number of revolutions. In the case of sintered Nd magnets, the faster they rotate, the more heat they generate, making it difficult to increase the number of revolutions to 30,000 RPM or more. Therefore, the present invention, which uses rare earth injection molded bonded magnets, is more suitable for synchronous machines with a number of revolutions of 30,000 RPM or more.
<内包磁石型同期機の製造方法>
さらに本発明は、上述した内包磁石型同期機としてのみならず、その回転子コアと固定コアの製造方法としても把握できる。すなわち本発明は、(1)非磁性のオーステナイト組織を有するFe系合金の板部材を、低温で冷間圧延加工し、80%以上のマルテンサイト組織を誘起させて半硬質磁性板部材として、(2)圧延方向に形成し、延伸した繊維組織に沿って張力を付加して熱処理を行い、磁気異方性を強化して磁石特性を改善し、(3)プレス加工で、上記の張力熱処理を施した板材から回転子コア部品と固定子コア部品を共通の軸で打ち抜き、高い歩留まりを確保し、(4)回転子コアは、一軸異方性を有する磁石からなる回転子コア部材をコア全体として、ラジアル異方性特性となるように角度を付けて積層して、ラジアル異方性を有する円筒状とし、次いでその円筒の内包部と回転子表面の中間領域または外周側領域をレーザ加熱により非磁性部とし、
(5)固定子コアは、固定子コア部品を再結晶熱処理によりフェライト組織として等方性軟磁性としたうえで、積層して円筒状として、固定コアと回転子コアを製造することを特徴とする製造方法である。
<Manufacturing method of encapsulated magnet type synchronous machine>
Furthermore, the present invention can be understood not only as the above-mentioned encapsulated magnet type synchronous machine, but also as a manufacturing method for the rotor core and the fixed core.That is, the present invention is as follows: (1) a plate member of an Fe-based alloy having a non-magnetic austenite structure is cold-rolled at a low temperature to induce 80% or more of a martensite structure to form a semi-hard magnetic plate member; (2) the plate member is formed in the rolling direction, tension is applied along the stretched fiber structure, and heat treatment is performed to strengthen the magnetic anisotropy and improve the magnetic properties; (3) the rotor core parts and the stator core parts are punched out from the plate material subjected to the above-mentioned tension heat treatment with a common axis by press processing, and a high yield is ensured; (4) the rotor core is formed into a cylindrical shape having radial anisotropy by laminating the rotor core parts made of magnets having uniaxial anisotropy at an angle so that the entire core has radial anisotropy characteristics, and then the encapsulated part of the cylinder and the intermediate region or the outer peripheral region of the rotor surface are made into a non-magnetic part by laser heating;
(5) The method for producing the stator core is characterized in that the stator core components are subjected to a recrystallization heat treatment to form a ferrite structure with isotropic soft magnetic properties, and then stacked into a cylindrical shape to produce the stator core and the rotor core.
円筒状の回転子コアは、回転中心軸の周囲に軸対称的に配置された空隙からなる内包部を有している。空隙の端部から回転子コアの表面の中間領域または外周側領域を加熱して非磁性部としたうえで、空隙部に溶融したバインダ樹脂中に希土類異方性磁石粉末を分散させた溶融混合物を配向磁場中で射出充填して、希土類異方性ボンド磁石を成形すると同時に、飽和着磁して回転子とする。
ここで、中間領域とは永久磁石の端部から回転子コアの外周端に至る磁石端部域と定義することができる。また、外周側領域とは、永久磁石の一端部から回転子コアの外周端に至る磁石端部域、永久磁石に隣接する他の永久磁石の他端部から回転子コアの外周端に至る磁石端部域および磁石端部域を連結する連結領域よりなる磁石端部外周側領域と定義することもできる。
The cylindrical rotor core has an internal portion consisting of gaps arranged symmetrically around the central axis of rotation. The intermediate or outer peripheral area of the rotor core surface is heated from the end of the gap to form a non-magnetic portion, and then a molten mixture of rare earth anisotropic magnet powder dispersed in a molten binder resin is injected into the gap in an aligning magnetic field to form a rare earth anisotropic bonded magnet, which is then magnetized to saturation to form a rotor.
Here, the intermediate region can be defined as a magnet end region extending from an end of the permanent magnet to the outer circumferential edge of the rotor core, and the outer circumferential edge region can be defined as a magnet end outer circumferential edge region including a magnet end region extending from one end of the permanent magnet to the outer circumferential edge of the rotor core, a magnet end region extending from the other end of another permanent magnet adjacent to the permanent magnet to the outer circumferential edge of the rotor core, and a connecting region connecting the magnet end regions.
固定子コアに界磁用コイルを取り付けて固定子とする。上記回転子と組み合わせて内包磁石型同期機を製造することができる。 The stator is made by attaching a field coil to the stator core. By combining this with the rotor, an internal magnet type synchronous machine can be manufactured.
本発明により、3万RPM以上の回転を有するIPMモータにおいて、着磁状態の軸異方性が改善されて、モータトルクを30%以上の増加し、コギングトルクの低減をはかることができる。 The present invention improves the axial anisotropy of the magnetized state in an IPM motor with a rotation speed of 30,000 RPM or more, increasing motor torque by 30% or more and reducing cogging torque.
本発明の内包磁石型同期機の回転子コアは、一軸異方性を有する誘起変態タイプの磁石からなり、回転中心軸を有し、その回転軸の周囲に軸対称的に配置された空隙からなる偶数個の内包部を有し、内包部の数(以下、6個の内包部の例とする。)に応じて一軸異方性異方性を有する磁石板を図9に示すように30度で6回ほど回転させ、図10に示すように積層してラジアル異方性を有する。
回転子本体は、積層タイプの回転子コアの前記内包部に設けられた偶数個の永久磁石を備え、前記永久磁石の端部から前記回転子の本体の外周端に至る磁石端部域は非磁性部からなり、前記永久磁石は、配向磁場が印可された前記内包部内で射出成型され、配向磁場に沿って配向されると同時に飽和着磁している希土類異方性ボンド磁石からなることを特徴とする。
The rotor core of the encapsulated magnet type synchronous machine of the present invention consists of an induced transformation type magnet with uniaxial anisotropy, has a central axis of rotation, and has an even number of encapsulated parts consisting of gaps arranged axially symmetrically around the rotation axis.Depending on the number of encapsulated parts (hereinafter, an example is given of six encapsulated parts), the magnet plate having uniaxial anisotropy is rotated about six times at 30 degrees as shown in Figure 9, and stacked as shown in Figure 10 to have radial anisotropy.
The rotor body comprises an even number of permanent magnets provided in the internal encapsulation portion of a laminated type rotor core, and the magnet end region extending from the end of the permanent magnet to the outer peripheral end of the rotor body is made of a non-magnetic portion, and the permanent magnet is made of a rare earth anisotropic bonded magnet that is injection molded within the internal encapsulation portion to which an aligning magnetic field is applied, and is oriented along the aligning magnetic field while simultaneously being saturated magnetized.
また、内包磁石型同期機の回転子コアの非磁性部は、
前記永久磁石の一端部から前記回転子の本体の外周端に至る磁石端部域、前記永久磁石に隣接する他の前記永久磁石の他端部から前記回転子の本体の外周端に至る磁石端部域および前記磁石端部域を連結する連結領域よりなる磁石端部外周側領域は非磁性部からなることを特徴とする。
以下、図1~図4を用いて詳細に説明する。
In addition, the non-magnetic part of the rotor core of the encapsulated magnet type synchronous machine is
The magnet end outer circumferential region, which consists of a magnet end region extending from one end of the permanent magnet to the outer circumferential edge of the rotor body, a magnet end region extending from the other end of another permanent magnet adjacent to the permanent magnet to the outer circumferential edge of the rotor body, and a connecting region connecting the magnet end regions, is made of a non-magnetic part.
A detailed explanation will be given below with reference to FIG. 1 to FIG.
<内包磁石型同期機の回転子>
(1)本体(回転子)
回転子の本体11は、誘起変態タイプの磁石10からなり、その材質は問わないが、常温で非磁性のオーステナイト相で、冷間加工後に磁性のマルテンサイト相となる半硬質磁性材料のCr-Ni系ステンレス鋼やMn系非磁性鋼などのFe系合金材料が好ましい。形状は、通常、両面を絶縁被覆した薄板の積層体からなる。
これにより、局部加熱による部分改質により非磁性部を容易に形成することができる。
<Rotor of encapsulated magnet type synchronous machine>
(1) Main body (rotor)
The
This makes it possible to easily form non-magnetic portions by partial modification through local heating.
(2)内包部
回転子11の内包部12、121~126は、上記本体11中に設けられ、永久磁石を配設するための空隙からなる。内包部12、121~126は、磁極となる永久磁石を内包するため、少なくとも2以上あり、通常、これらは本体の回転中心軸周りに対称に配置される。
(2) The
内包部の形状は、内包部全体に高い配向磁場を均一的に作用させることができるように内周側に凸な形状をした凸型内包部で、滑らかな曲線形状からなる。
なお、内包部の形状は同期機の仕様等に応じて適宜調整される。例えば、磁極数が6極の場合において、内包部12、121~126は、中心から半径方向へ直線状に延在する放射型内包部(12、121~126)でもよい。また内包部は均一的な溝幅からなると好ましい。逆にいうと、印加した配向磁場が局所的集中しやすい急激な形状変化や寸法変化がないほど好ましい。
The shape of the inner packet part is a convex shape that is convex on the inner circumference so that a strong aligning magnetic field can be applied uniformly throughout the entire inner packet part, and is formed into a smooth curved shape.
The shape of the inner encapsulation part is adjusted appropriately according to the specifications of the synchronous machine. For example, in the case where the number of magnetic poles is six, the
さらに内包部は、半径方向に複数ある多層型内包部でもよい。多層型内包部にすると、リラクタンストルクの増大を図れる。多層型内包部の層数は問わないが、2層または3層が同期機の特性と生産性の両立を図る上で好ましい。 Furthermore, the inner encapsulation portion may be a multi-layered inner encapsulation portion with multiple layers in the radial direction. A multi-layered inner encapsulation portion can increase the reluctance torque. The number of layers in the multi-layered inner encapsulation portion is not important, but two or three layers are preferred in terms of achieving both the characteristics and productivity of the synchronous machine.
本発明では、永久磁石が射出成形された希土類ボンド磁石(以下、ボンド磁石という。)からなるため内包部がどのような形状であっても、永久磁石は内包部の形状に基本的に沿ったものとなる。但し、内包部にスペーサー等を介在させて射出成形することも可能なため、内包部の形状と永久磁石の形状が一致しないこともある。ボンド磁石には等方性タイプと異方性タイプの2種類があるが、異方性タイプの採用が好ましい。
これにより、回転子の磁界分布・バラツキや局所発熱を解消し、回転子の高速回転を可能ならしめてIPMモータの出力アップが可能となる。
In the present invention, the permanent magnet is made of an injection-molded rare earth bonded magnet (hereinafter referred to as a bonded magnet), so regardless of the shape of the contained part, the permanent magnet will basically conform to the shape of the contained part. However, since it is possible to injection-mold the contained part with a spacer or the like interposed therebetween, the shape of the contained part and the shape of the permanent magnet may not match. There are two types of bonded magnets: isotropic and anisotropic, and it is preferable to use the anisotropic type.
This eliminates the magnetic field distribution and variation in the rotor and localized heat generation, enabling the rotor to rotate at high speeds and increasing the output of the IPM motor.
(3)非磁性部
非磁性部14は、透磁率が1.2以下となる箇所である。回転子本体11を構成する誘起変態タイプの磁石10に飽和磁化させる前の半硬質磁性材料を部分的に改質した改質部により非磁性部14、141~146は構成される。
これにより、磁気回路を効率化することが可能となり、モータトルクが30%向上することが期待できる。
(3) Non-magnetic Parts The
This makes it possible to improve the efficiency of the magnetic circuit, and it is expected that motor torque will increase by 30%.
ここで半硬質磁性材料の改質は、強磁性を有するマルテンサイト組織からなる半硬質磁性材料を非磁性なオーステナイト組織に回復させることにより行える。このような改質は、900℃以上の局部的な加熱、レーザや電子ビーム等の照射や高周波誘導加熱等により安定的に行うことができる。 The semi-hard magnetic material can be modified by restoring the semi-hard magnetic material, which is made of a ferromagnetic martensite structure, to a non-magnetic austenite structure. Such modification can be stably performed by localized heating at 900°C or higher, irradiation with a laser or electron beam, high-frequency induction heating, etc.
図4により非磁性部の形成について、6極の磁極数からなる部分図にて説明する。
(a)内包部を形成した打ち抜き材
半硬質磁性材料111の薄板から回転子予備体(予備本体)110を打ち抜きにより作製する。その外周を外周端111eとする。
内包部121、隣接する122には、その端面(端部)はそれぞれ2ケ所あり、一端面を121a、他端面を121bおよび122a、122bとする。
内包部121の端部121aから外周端111eまで延在する領域を磁石端部域121amとする。以下、同様に内包部の端部から外周端まで延在する領域を磁石端部域とする。
The formation of the non-magnetic portion will be explained with reference to FIG. 4, which is a partial view of six magnetic poles.
(a) A rotor pre-body (pre-main body) 110 is produced by punching out a thin plate of a semi-hard magnetic material 111 having an inner portion formed therein. The outer periphery of the rotor pre-body (pre-main body) is defined as an outer periphery end 111e.
Each of the
The region extending from the end 121a of the
(b)磁石端部域の非磁性部
半硬質磁性材料よりなる磁石端部域121a、121b、122a、122bを局部加熱してマルテンサイト組織からオーステナイト組織に改質して非磁性部141a、141b、142a、142bを形成する。
この改質による非磁性部は、1個の内包部につき両端部に形成することから2ケ所形成される。
(b) Non-magnetic portions of magnet end regions The magnet end regions 121a, 121b, 122a, 122b made of a semi-hard magnetic material are locally heated to change the martensite structure to an austenite structure, thereby forming non-magnetic portions 141a, 141b, 142a, 142b.
The non-magnetic portions are formed at two locations by this modification, at both ends of each inner capsule.
(c)磁石端部外周側領域の非磁性部
内包部121の一端部121aと内包部122の他端部122bとは隣接していることから、内包部121の磁石端部域121amと隣接する内包部122の磁石端部域122b(図での符号略)および両者の磁石端部域を連結している連結領域からなる3ケ所の領域を磁石端部外周側領域として1回の局部加熱により改質して非磁性部141を形成する。
この方法では、1個の内包部に1ケ所の非磁性部を形成することが可能となり、局部加熱の回数を半減することができる。
(c) Since one end 121a of the non-magnetic portion contained in the
This method makes it possible to form one non-magnetic portion in one inner packet, thereby reducing the number of times local heating is performed by half.
ところで本発明に係る非磁性部14は、ボンド磁石が射出成形される部分(内包部121~126)へ、高い配向磁場が均一的に誘導されるように、隣接する永久磁石(ボンド磁石)の間で外周側領域のマルテンサイト組織を加熱により改質して非磁性部とする。
これにより、本体の外部から印加された配向磁場の流れにおいて、内側磁極側から外側磁極側に端部の外周側領域の特定部分を介して直接流れる漏洩磁束を激減させて、配向に寄与する配向磁場を強めることができる。非磁性部は図4(b)より図4(c)の方がより漏洩磁束を小さくすることができるので好ましい。
The
This allows the flow of the aligning magnetic field applied from the outside of the body to be greatly reduced in the leakage magnetic flux that flows directly from the inner magnetic pole to the outer magnetic pole via a specific portion of the outer peripheral region of the end, thereby strengthening the aligning magnetic field that contributes to the alignment. The non-magnetic portion in Fig. 4(c) is preferable to that in Fig. 4(b) because it can reduce the leakage magnetic flux even more.
上述の非磁性部は、Cr-Ni系ステンレス鋼などからなり、機械的性質に優れているとともに局部加熱による改質されているに過ぎないことから回転子本体の作製時の精度がそのまま維持されており、回転子の高速回転に好適である。 The non-magnetic parts mentioned above are made of Cr-Ni stainless steel and have excellent mechanical properties. As they are merely modified by localized heating, the precision of the rotor body at the time of manufacture is maintained, making them ideal for high-speed rotation of the rotor.
<希土類異方性ボンド磁石>
(1)原料
希土類異方性ボンド磁石は、基本的に希土類異方性磁石粉末とバインダ樹脂からなる。希土類異方性磁石粉末は、その種類等が特に限定されず、例えばNd-Fe-B系磁石粉末、Sm-Fe-N系磁石粉末、Sm-Co系磁石粉末等がある。これら希土類異方性磁石粉末は、一種のみならず複数種からなってもよい。
<Rare earth anisotropic bonded magnet>
(1) The raw rare earth anisotropic bonded magnet basically consists of rare earth anisotropic magnet powder and binder resin. The rare earth anisotropic magnet powder is not particularly limited in type, and examples include Nd-Fe-B magnet powder, Sm-Fe-N magnet powder, Sm-Co magnet powder, etc. These rare earth anisotropic magnet powders may consist of one type or multiple types.
バインダ樹脂には、ゴムを含む公知の材料を用いることができる。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、液晶ポリマー、ポリアミドイミド等の熱可塑性樹脂を用いると好ましい。またエポキシ樹脂、網の樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン等の熱硬化性樹脂を適宜用いることができる。 The binder resin may be any known material containing rubber. For example, it is preferable to use thermoplastic resins such as polyethylene, polypropylene, polyamide, liquid crystal polymer, and polyamide-imide. Thermosetting resins such as epoxy resin, mesh resin, melamine resin, and polyurethane may also be used as appropriate.
(2)射出成形
本発明に係る希土類異方性ボンド磁石は、上記原料からなるペレット等を加熱溶融させた溶融混合物を、配向磁場を印加した内包部へ射出成形した後、冷却固化して成形される。射出成形の各条件は、原料の特性、充填量、内包部の冷却性等を考慮して適宜調整される。例えば、射出成型時の加熱温度(溶融混合物の温度)は、希土類異方性磁石粉末のキュリー点未満が好ましい。
(2) Injection Molding The rare earth anisotropic bonded magnet according to the present invention is molded by heating and melting pellets or the like made of the above-mentioned raw materials, injecting the molten mixture into an encapsulating part to which an aligning magnetic field is applied, and then cooling and solidifying the mixture. The conditions for injection molding are appropriately adjusted taking into consideration the characteristics of the raw materials, the filling amount, the cooling properties of the encapsulating part, etc. For example, the heating temperature during injection molding (the temperature of the molten mixture) is preferably lower than the Curie point of the rare earth anisotropic magnet powder.
また配向磁場は、溶融混合物の固化前に印加されている必要があるが、その開始は射出成型の当初からでも、射出成形の途中からでもよい。例えば、配向磁場源に永久磁石を用いる場合は射出成型の当初からとし、電磁石を用いる場合は射出成形の途中からとしてもよい。配向磁場の印加形態(回転子内に形成させる磁束密度の分布)は、内包部の形状ひいては同期機の仕様に応じて適宜調整される。 The aligning magnetic field must be applied before the molten mixture solidifies, but it may be applied from the beginning of the injection molding or halfway through the injection molding. For example, if a permanent magnet is used as the aligning magnetic field source, it may be applied from the beginning of the injection molding, and if an electromagnet is used, it may be applied halfway through the injection molding. The application form of the aligning magnetic field (distribution of magnetic flux density formed within the rotor) is adjusted appropriately according to the shape of the encapsulation portion and ultimately the specifications of the synchronous machine.
<固定子>
固定子コアは、上記誘起変態タイプの磁石素材から回転子コアと同時にプレス打ち抜きして一枚の薄板固定子コア部品を製作する。その後600℃から850℃の焼きなまし熱処理をして、フェライト再結晶組織として、半硬質磁気特性を軟磁気特性に改質する。それを積層して固定子コアとする。固定子の所定の部位に界磁用コイルを取り付けて固定子を製作する。
<Stator>
The stator core is made by pressing and punching the above-mentioned induced transformation type magnet material together with the rotor core to produce a thin plate stator core component. It is then annealed at 600°C to 850°C to form a ferrite recrystallized structure, which changes the semi-hard magnetic properties to soft magnetic properties. This is then laminated to produce the stator core. The field coil is attached to a designated location on the stator to complete the stator production.
上記回転子と固定子を組み合して、内包磁石型同期機を製作する。 The above rotor and stator are combined to produce an internal magnet type synchronous machine.
<内包磁石型同期機とその用途>
本発明は、3万RPMの回転速度を有する内包磁石型同期機(IPMモータ)への適用が適している。その用途は、電機自動車、ハイブリッド車若しくは鉄道車両等に用いられる車両駆動用モータ、エアコン、冷蔵庫若しくは洗濯機等に用いられる家電製品用モータなどに好適である。しかし、上記用途に限定されるものではない。
<Enclosed magnet type synchronous machine and its applications>
The present invention is suitable for application to an internal magnet type synchronous machine (IPM motor) having a rotation speed of 30,000 RPM. Its applications include vehicle drive motors used in electric automobiles, hybrid vehicles, and railroad cars, and motors for home appliances used in air conditioners, refrigerators, washing machines, etc. However, it is not limited to the above applications.
本発明の回転子コアおよび固定子コアの製造方法について、図5のフロー図を用いて詳細に説明する。
なお、偶数個の内包部の一例として6個の内包部で説明する。
<工程201>
母材は、非磁性のオーステナイト組織を有するFe系合金材料で、Cr-Ni系ステンレス鋼やMn系非磁性鋼などからなる。厚さは1mm程度の鋼板からなる。
The method for manufacturing the rotor core and the stator core of the present invention will be described in detail with reference to the flow chart of FIG.
In the following description, six inner packet parts will be used as an example of an even number of inner packet parts.
<Step 201>
The base material is an Fe-based alloy material having a non-magnetic austenitic structure, and is made of Cr-Ni-based stainless steel, Mn-based non-magnetic steel, etc. The base material is made of a steel plate having a thickness of about 1 mm.
<工程202>
冷間圧延加工にて、オーステナイト組織のFe系合金の板部材から80%以上のマルテンサイト組織を誘起させて半硬質磁性材からなる厚さ0.2~0.5mm薄板部材(半硬質磁性板部材)を製作する工程である。この工程で、圧延方向に形成された延伸するマルテンサイト組織からなる一軸方向の繊維状組織が形成される。これにより、回転子コア部品は、飽和着磁により磁石を作製することができる。
なお、図6~図9において、一軸方向の繊維状組織は圧延方向を鎖線(- - - - -)で示している。
<Step 202>
This is a process for producing a 0.2 to 0.5 mm thick thin plate member (semi-hard magnetic plate member) made of semi-hard magnetic material by inducing 80% or more of martensite structure from a plate member of an Fe-based alloy with an austenitic structure by cold rolling. In this process, a uniaxial fibrous structure is formed from an elongated martensite structure formed in the rolling direction. This allows the rotor core parts to be magnetized to saturation to produce magnets.
In addition, in Figs. 6 to 9, the rolling direction of the uniaxial fibrous structure is indicated by a chain line (- - - -).
<工程203>
圧延方向に形成し、延伸した繊維状組織に沿って張力を付加した熱処理を行なう工程である。
張力熱処理は、20~80kg/mm2の張力にて400~600℃の熱処理を行なう。これにより、磁気異方性を強化して磁石特性が改善される。
<Step 203>
This is a process in which a heat treatment is performed in which tension is applied along the fibrous structure formed in the rolling direction and stretched.
The tension heat treatment is performed at 400 to 600° C. under a tension of 20 to 80 kg/mm 2. This strengthens the magnetic anisotropy and improves the magnetic properties.
<工程204>
プレス加工で、回転子コア部品と固定子コア部品を共通の軸で打ち抜く工程である。
図6により説明する。
張力熱処理された半硬質磁性板部材300(圧延方向は左右方向の鎖線301で示す。)をプレス加工にて、まず回転子コア部品310の打ち抜きに先立って不要な内包部312、中心孔(シャフト用)313およびスロット部323を1、2回で打ち抜いて空隙とする。回転子コア部品310を打ち抜いて製作した後、固定子コア部品320を打ち抜いて製作する。
<Step 204>
This is a press process in which the rotor core parts and the stator core parts are punched out around a common axis.
This will be explained with reference to FIG.
The tension heat-treated semi-hard magnetic plate member 300 (the rolling direction is indicated by the horizontal chain line 301) is pressed, and before the
<工程205>
プレス加工により製作された回転子コア部品310を図7で示す。
回転子コア部品310は、薄板の円板311からなり、希土類ボンド磁石が射出成形される内包部312、シャフト挿入用の中心孔313は打ち抜かれて空隙となっている。
<Step 205>
FIG. 7 shows a
The
<工程206>
回転子コア部品310をラジアル積層して回転子コアを製作する工程である。
図9および図10により説明する。
一軸異方性を有する半硬質磁性板(薄板の円板)からなる回転子コア部品をコア全体として、ラジアル異方性特性となるように角度をつけて積層して、ラジアル異方性を有する円筒状に製作する工程である。
内包部312は6個を有する6軸より、図9に示すように、1段目には圧延方向に平行とし、2段目には圧延方向から右回転で30度回転した方向とし、3段目にはさらに30度回転した計60度回転の方向とし、以下4段目から6段目にはそれぞれ30度回転させて90℃回転、120度回転そして150度回転させてラジアル異方性特性を形成するように積層する。
円筒状に積層した回転子コア400の斜視図を図10に示す。
これにより、誘起変態タイプの磁石にラジアル特性が付与され、高速回転が可能となる。
<Step 206>
This is a process for manufacturing a rotor core by radially laminating
This will be explained with reference to FIG. 9 and FIG.
This is the process of manufacturing rotor core components made of semi-hard magnetic plates (thin circular plates) with uniaxial anisotropy into a cylindrical shape with radial anisotropy by stacking them at an angle so that the entire core has radial anisotropy characteristics.
The
FIG. 10 is a perspective view of a cylindrically
This gives radial characteristics to the induced transformation type magnet, enabling high speed rotation.
<工程207>
プレス加工により製作された固定子コア部品320を図8で示す。
固定子コア部品320は、薄板のリング321からなり、界磁用コイルが巻回されるティース322を有し、スロット323は打ち抜かれて空隙である。
<Step 207>
FIG. 8 shows a
The
<工程208>
固定子コア部品に、600℃~850℃、好ましくは500~700℃にて再結晶熱処理を行なってフェライト組織として等方性軟磁性とする熱処理工程である。
これにより、固定子としての機能を発揮でき、従来の内包磁石型同期機に使用されている電磁鋼板と遜色ないものとなる。
<Step 208>
This is a heat treatment process in which the stator core parts are subjected to a recrystallization heat treatment at 600° C. to 850° C., preferably 500° C. to 700° C., to give them a ferrite structure with isotropic soft magnetic properties.
This allows the material to function as a stator, and is comparable to the electromagnetic steel sheets used in conventional embedded magnet type synchronous machines.
<工程209>
熱処理工程により等方性軟磁性特性を有している固定子コア部品を積層し、円筒状にして固定子コアを製作する工程である。
<Step 209>
This is a process in which stator core parts having isotropic soft magnetic properties due to a heat treatment process are laminated and formed into a cylindrical shape to produce a stator core.
以上の回転子コアおよび固定子コアの製造方法より、
1)回転子コア(ロータコア)の誘起変態タイプの磁石へのラジアル異方性を付与することができるとともに、
2)固定子コア(ステータコア)は、回転子コアの化学組成と同一の素材を使用することができことにより大幅なコストダウンを図ることができる。
From the above-mentioned manufacturing method of the rotor core and the stator core,
1) It is possible to impart radial anisotropy to the induced transformation type magnet of the rotor core,
2) The stator core can be made of materials with the same chemical composition as the rotor core, which allows for significant cost reductions.
本発明の内包磁石型同期機に係る実施例について、母材として非磁性オーステナイト組織よりなる18Cr-8Ni系ステンレス鋼を用いて、図1~図10により説明する。
図1は同期モータSMの要部断面図を示し、図2は回転子予備体を構成する半硬質磁性材料、内包部および非磁性部の平面図を示し、図3は回転子を構成する誘起変態タイプの磁石、永久磁石および非磁性部の平面図を示し、図4は図3の回転子予備体の部分図であって、(a)内包部を形成した打ち抜き材、(b)磁石端部域の非磁性部、(c)磁石端部外周側領域の非磁性部を示す平面図を示す。
図5は回転子コアと固定子コアの製造工程のフロー図を示し、図6は半硬質磁性板
から回転子コアと固定子コアの同時打ち抜き加工の方法を示し、図7は打ち抜き加工
により作製した回転子コア部品の平面図を示し、図8は打ち抜き加工により作製した
固定子コア部品の平面図を示し、図9はラジアル異方性を有する回転子コアの積層方
法を示し、図10は回転子コアの積層状態を示す斜視図である。
図1に示す同期モータSMは、6極18スロットルタイプである。
以下、ステータSおよびロータ1について詳しく説明する。
An embodiment of an internal magnet type synchronous machine of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 10, in which 18Cr-8Ni stainless steel having a nonmagnetic austenitic structure is used as a base material.
FIG. 1 shows a cross-sectional view of a main portion of a synchronous motor SM, FIG. 2 shows a plan view of the semi-hard magnetic material, encapsulated portion and non-magnetic portion that constitute the rotor preform, FIG. 3 shows a plan view of the induced transformation type magnets, permanent magnets and non-magnetic portion that constitute the rotor, and FIG. 4 is a partial view of the rotor preform of FIG. 3, showing (a) the punched material that forms the encapsulated portion, (b) the non-magnetic portion in the magnet end region, and (c) the non-magnetic portion in the outer circumferential region of the magnet end.
Figure 5 shows a flow chart of the manufacturing process for the rotor core and stator core, Figure 6 shows a method of simultaneously punching a rotor core and a stator core from a semi-hard magnetic plate, Figure 7 shows a plan view of a rotor core component made by punching, Figure 8 shows a plan view of a stator core component made by punching, Figure 9 shows a method of laminating a rotor core having radial anisotropy, and Figure 10 is an oblique view showing the laminated state of the rotor core.
The synchronous motor SM shown in FIG. 1 is a 6-pole, 18-throttle type.
The stator S and the
(1)ステータ
ステータSは、図1に示すように、18Cr-8Ni系ステンレス鋼フェライト組織よりなる積層鋼板からなり、環状のヨークSaと、ヨークSaから中心方向に向けて均等に突出したティースSbと、隣接するティースSb間に形成されたスロットScからなる。
各スロットScには、ティースSbの周囲に分布巻きされた電磁コイル(図略)が収納される。各電磁コイルへインバータ制御された三相交流が供給されることにより、その周波数と極数に応じた同期速度の回転磁界がステータSに発生する。
(1) Stator As shown in FIG. 1, the stator S is made of laminated steel plates of 18Cr-8Ni stainless steel ferritic structure, and comprises an annular yoke Sa, teeth Sb protruding evenly from the yoke Sa toward the center, and slots Sc formed between adjacent teeth Sb.
Each slot Sc houses an electromagnetic coil (not shown) that is wound around the teeth Sb in a distributed manner. When an inverter-controlled three-phase AC current is supplied to each electromagnetic coil, a rotating magnetic field is generated in the stator S at a synchronous speed according to the frequency and number of poles.
(2)回転子コア部品
回転子コア部品110は、図2に示すように、中心孔151とその中心まわりに6つ均等に軸対称的に配置された内周側に湾曲した形状(凸な形状)で貫通した等幅な長溝よりなる内包部121~126とを有する円板状の半硬質磁性材料111が内包部の数に対応した角度だけ回転して積層(図9、図10)されてなる。
この半硬質磁性材料111が積層されることにより、ラジアル異方性を有する回転子コア110が形成され、長溝よりなる内包部121~126は永久磁石Mが射出成形される同方向に延びる貫通した内包部となり、中心孔151は同期モータSMのシャフト(図略)が嵌入される方向へ延びるシャフト孔151となる。
(2) Rotor Core Component The
By stacking this semi-hard magnetic material 111, a
内包部の端部は、半硬質磁性材料からなる予備本体110の外周端を、非磁性のオーステナイト組織へ改質した改質部141~146(非磁性部)となっている。この改質処理は、処理対象部分である予備本体110の外周領域をレーザで900℃以上に加熱して、局所加熱により行った。
The ends of the inner container are modified parts 141-146 (non-magnetic parts) in which the outer circumferential end of the
(2)回転子
この改質部141~146を両端の外周側に有する内包部12(121~126)内に、磁場中射出成形により希土類異方性ボンド磁石からなる永久磁石Mを形成した。
具体的には、先ず、予備本体110を磁場中射出充填装置(図略)にセットし、隣接する内包部12間で極性が交互に異なる配向磁場を、内包部12に向けて印加する。
さらに、永久磁石M(121M~126M)を形成すると同時に半硬質非磁性材料からなる予備本体を飽和磁化させて誘起変態タイプの18Cr-8Ni系ステンレス磁石を形成した。こうして回転子本体11が作製された。
(2) Rotor: Within the encapsulation portion 12 (121-126) having the modified portions 141-146 on the outer periphery at both ends, permanent magnets M made of rare earth anisotropic bonded magnets were formed by injection molding in a magnetic field.
Specifically, first, the
Furthermore, at the same time as forming the permanent magnets M (121M to 126M), a preliminary body made of a semi-hard non-magnetic material was magnetized to saturation to form an induced transformation type 18Cr-8Ni stainless steel magnet. In this way, the
すなわち、これら内包部12へ、Nd-Fe-B系異方性磁石粉末、Sm-Fe-N系磁石粉末およびポリフェニレンサルファイド樹脂(バインダ樹脂)からなるペレットを、加熱溶融してなる溶融混合物を射出充填する。この後、磁場中射出充填装置の金型内で冷却されることにより内包部12内の溶融混合物が固化し、内包部12内に一体成形された永久磁石Mが形成された。こうして、内周側に湾曲した永久磁石Mを環状均等に内包したロータ1が得られた。
That is, a molten mixture obtained by heating and melting pellets made of Nd-Fe-B anisotropic magnet powder, Sm-Fe-N magnet powder, and polyphenylene sulfide resin (binder resin) is injected and filled into the
なお本実施例では、溶融混合物の充填開始時から充填終了時まで、スロット12へ配向磁場を印加した。この際、配向磁場:0.7T、溶融混合物の温度:300℃、射出圧力:80MPa、射出速度:80mm/secとした。
In this embodiment, an aligning magnetic field was applied to the
これにより永久磁石M中の磁石粒子は、磁場中射出成型時に配向するのみならず、同時に着磁もされ、永久磁石Mは既に高磁束密度を発揮する状態となっていた。このため本実施例では、後着磁を行なう必要がなかった。 As a result, the magnetic particles in the permanent magnet M are not only oriented during injection molding in a magnetic field, but are also magnetized at the same time, so that the permanent magnet M already has a high magnetic flux density. For this reason, in this embodiment, there was no need to perform post-magnetization.
固定子コアは、上記誘起変態タイプの磁石素材板から回転子コアと同時にプレス加工打ち抜きを行う。これにより固定子コアと回転子コア素材の材料歩留まりを改善した。次にそれを650℃、30分間の焼きなまし熱処理により軟磁気特性を有するフェライト再結晶組織とした。積層して固定子コアとした。固定子コアの所定の位置に界磁コイルを取り付けて固定子を製作した。固定子と回転子を組み合わせて内包磁石型同期機を製作した。 The stator core was press-punched out from the above-mentioned induced transformation type magnet material plate at the same time as the rotor core. This improved the material yield of the stator core and rotor core material. It was then annealed at 650°C for 30 minutes to create a ferrite recrystallized structure with soft magnetic properties. The pieces were then laminated to create the stator core. A field coil was attached to the designated position of the stator core to create the stator. The stator and rotor were combined to create an internal magnet type synchronous machine.
(3)モータ
永久磁石Mを内包したロータ1のシャフト孔19に、シャフト(図略)を嵌入して取り付ける。このロータ1をステータS内に回動自在に配設する。この際、ロータ1の外周端面とティースSbの内端面との間に形成されるギャップが一定となるようにした。この同期モータSMが得られた。この同期モータSMをインバータ制御された電源に接続し、ステータSに回転磁界を発生させると、それに同期してロータ1が回転するようになる。
(3) A shaft (not shown) is fitted into the shaft hole 19 of the
なお、同期モータSMでは、永久磁石Mの中央を通るd軸方向のインダクタンスLd1よりも、そのd軸方向からπ/2(電気角)ずれたq軸方向のインダクタンスLq1が大きくなる。このため同期モータSM1には、永久磁石M1によるマグネットトルクTm1のみならず、インダクタンス差(Lq1-Ld1)に基づくリラクタンストルクTr1もマグネットトルクTm1と同方向に発生する。従って同期モータSM1は、より大きな出力を発揮する。またコギングトルクが減少した。なお、以降の実施例でもd軸およびq軸の定義は同様とする。 In the synchronous motor SM, the inductance Lq1 in the q-axis direction, which is shifted by π/2 (electrical angle) from the d-axis direction, is greater than the inductance Ld1 in the d-axis direction that passes through the center of the permanent magnet M. Therefore, in the synchronous motor SM1, not only is the magnet torque Tm1 due to the permanent magnet M1 generated, but also the reluctance torque Tr1 based on the inductance difference (Lq1-Ld1) is generated in the same direction as the magnet torque Tm1. Therefore, the synchronous motor SM1 exerts a greater output. Also, the cogging torque has been reduced. Note that the definitions of the d-axis and q-axis are the same in the following examples.
電気自動車、ハイブリッド車若しくは鉄道車両等に用いられる車両駆動用モータ、エアコン、冷蔵庫若しくは洗濯機等に用いせれる家電製品用モータ、各種ロボット機器の駆動モータなど幅広く利用され得る。 It can be widely used as a vehicle drive motor for electric vehicles, hybrid vehicles, or railroad cars, as a motor for home appliances such as air conditioners, refrigerators, or washing machines, and as a drive motor for various robotic devices.
SM:同期モータ(内包磁石型同期機)
1:回転子
10:誘起変態タイプの磁石(板)、12:内包部、14:非磁性部、15:シャフト
M:永久磁石(希土類異方性ボンド磁石)
d:永久磁石Mの中心を通る軸方向
q:d軸方向からπ/2(電気角)ずれた軸方向
2:ステータ
Sa:環状ヨーク、Sb:ティース、Sc:スロット
SM: Synchronous motor (contained magnet type synchronous machine)
1: rotor 10: induced transformation type magnet (plate), 12: encapsulated part, 14: non-magnetic part, 15: shaft M: permanent magnet (rare earth anisotropic bonded magnet)
d: Axial direction passing through the center of the permanent magnet M, q: Axial direction shifted by π/2 (electrical angle) from the d-axis direction, 2: Stator, Sa: Annular yoke, Sb: Teeth, Sc: Slot
110:回転子の予備体(予備本体)
111:半硬質磁性材料、121~126:内包部、141~146:非磁性部、
151:シャフト孔
110: Spare rotor body (spare main body)
111: semi-hard magnetic material, 121 to 126: inner part, 141 to 146: non-magnetic part,
151: Shaft hole
11:回転子(本体)
10:誘起変態タイプの磁石(誘起変態タイプの磁石部)
110:本体の外周端
121M~126M:永久磁石
121Ma:永久磁石の一端部
122Mb:永久磁石の他端部
141~146:非磁性部
151:シャフト孔
11: Rotor (main body)
10: Induced transformation type magnet (induced transformation type magnet part)
110: Outer periphery of
30:内包部を打ち抜き形成した半硬質磁性材料
111:半硬質磁性材料(予備本体)
111e:予備本体の外周端
121~122:内包部
121a:内包部121の一端部
121am:内包部121の磁石端部域
121b:内包部121の他端部
122a:内包部122の一端部
122b:内包部122の他端部
30A:磁石端部域の非磁性部
121~122:内包部
141a:磁石端部域121amを改質した非磁性部
141b:磁石端部域121bm(図の符号なし)を改質した非磁性部
142a:磁石端部域122am(図の符号なし)を改質した非磁性部
142b:磁石端部域122bm(図の符号なし)を改質した非磁性部
30B:磁石端部域外周側領域の非磁性部
121~122:内包部
141:磁石端部域外周側領域(121am、122bmおよび両者の連結領域)
の非磁性部
142:磁石端部域外周側領域の非磁性部
146:磁石端部域外周側領域の非磁性部
30: Semi-hard magnetic material formed by punching the inner part 111: Semi-hard magnetic material (spare body)
111e: Outer periphery of spare body 121-122: Inner containment part 121a: One end of
Non-magnetic portion 142: Non-magnetic portion in the outer peripheral region of the end region of the magnet; Non-magnetic portion 146: Non-magnetic portion in the outer peripheral region of the end region of the magnet
300:回転子コアと固定子コアの同時打ち抜き加工
301:張力熱処理された半硬質磁性板部材
302:圧延方向(鎖線)
310:回転子コア部品
311:薄板の円板
312:内包部
313:中心孔
320:固定子コア部品
321:薄板のリング
322:ティース
323:スロット
400:回転子コア(円筒状にラジアル積層)
300: Simultaneous punching of rotor core and stator core 301: Tension heat-treated semi-hard magnetic plate member 302: Rolling direction (chain line)
310: Rotor core part 311: Thin plate disc 312: Encapsulated part 313: Central hole 320: Stator core part 321: Thin plate ring 322: Teeth 323: Slot 400: Rotor core (radially laminated in a cylindrical shape)
Claims (5)
前記回転子コアは、一軸異方性を有する誘起変態マルテンサイト組織の磁石よりなる回転子コア部品の積層体からなり、回転中心軸の周囲に軸対称的に配置された空隙からなる偶数個の内包部を有し、
かつ前記内包部の数に応じて一軸異方性を有する磁石板を回転させ、積層してラジアル異方性を有し、
前記永久磁石は、前記内包部に偶数個が配設されており、配向磁場が印可された前記内包部内で射出成形された希土類異方性ボンド磁石からなり、
前記永久磁石の端部から前記回転子コアの外周端に至る磁石端部域は、非磁性部であることを特徴とする回転子。
The rotor of an internal magnet type synchronous machine consists of a rotor core and a permanent magnet.
The rotor core is made of a laminate of rotor core parts made of magnets with induced transformation martensite structures having uniaxial anisotropy , and has an even number of encapsulation portions each consisting of voids arranged axially symmetrically around a central axis of rotation,
And the magnet plate having uniaxial anisotropy is rotated and stacked according to the number of the inner encapsulation parts to have radial anisotropy;
The permanent magnets are arranged in an even number in the inner container, and are made of rare earth anisotropic bonded magnets that are injection molded in the inner container to which an aligning magnetic field is applied;
A rotor, characterized in that a magnet end region extending from an end of the permanent magnet to an outer peripheral end of the rotor core is a non-magnetic portion.
前記永久磁石の一端部から前記回転子コアの外周端に至る磁石端部域、前記永久磁石に隣接する他の前記永久磁石の他端部から前記回転子コアの外周端に至る磁石端部域および前記磁石端部域を連結する連結領域よりなる磁石端部外周側領域は非磁性部からなることを特徴とする回転子。 In claim 1,
A rotor characterized in that a magnet end outer circumferential region consisting of a magnet end region extending from one end of the permanent magnet to the outer circumferential edge of the rotor core, a magnet end region extending from the other end of another permanent magnet adjacent to the permanent magnet to the outer circumferential edge of the rotor core, and a connecting region connecting the magnet end regions, is made of a non-magnetic part.
前記固定子の固定子コアは、請求項1に記載の回転子コアと同一化学組成を有し、
熱処理された固定子コア部品の積層体からなることを特徴とする固定子。 In the stator of an internal magnet type synchronous machine,
The stator core of the stator has the same chemical composition as the rotor core of claim 1;
A stator comprising a laminate of heat treated stator core components.
(1)非磁性のオーステナイト組織を有するFe系合金の板部材を、低温で冷間圧延加工し、80%以上のマルテンサイト組織を誘起させて半硬質磁性板部材とし、
(2)圧延方向に形成・延伸した繊維組織に沿って張力を付加して熱処理を行ない、
(3)プレス加工で、板部材から回転子コア部品と固定子コア部品とを共通の軸で打ち抜き、
(4)回転子コアは、一軸異方性を有する磁石からなる回転子コア部品をコア全体として、ラジアル異方性特性となるように角度を付けて積層して、ラジアル異方性を有する円筒状とし、
(5)固定子コアは、固定子コア部品を再結晶熱処理によりフェライト組織として等方性軟磁性としたうえで、積層して円筒状とし、
回転子コアと固定子コアとを製造することを特徴とする製造方法。
A method for manufacturing a rotor core and a stator core of a stator that constitute an internal magnet type synchronous machine, comprising:
(1) A plate member of an Fe-based alloy having a non-magnetic austenitic structure is cold-rolled at a low temperature to induce 80% or more of a martensite structure to form a semi-hard magnetic plate member;
(2) applying tension along the fiber structure formed and stretched in the rolling direction and carrying out a heat treatment;
(3) A rotor core part and a stator core part are punched out of a plate member by a press working, with a common axis;
(4) The rotor core is formed into a cylindrical shape having radial anisotropy by laminating rotor core parts made of magnets having uniaxial anisotropy at an angle so that the core as a whole has radial anisotropy characteristics;
(5) The stator core is formed by laminating the stator core components into a cylindrical shape after subjecting them to a recrystallization heat treatment to give them a ferrite structure with isotropic soft magnetic properties.
A manufacturing method comprising the steps of: manufacturing a rotor core and a stator core.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2024000682A JP7471580B1 (en) | 2024-01-05 | 2024-01-05 | A rotor, a stator, an embedded magnet type synchronous machine including the rotor and the stator, and a manufacturing method of the rotor core and the stator core |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2024000682A JP7471580B1 (en) | 2024-01-05 | 2024-01-05 | A rotor, a stator, an embedded magnet type synchronous machine including the rotor and the stator, and a manufacturing method of the rotor core and the stator core |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP7471580B1 true JP7471580B1 (en) | 2024-04-22 |
Family
ID=90735778
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2024000682A Active JP7471580B1 (en) | 2024-01-05 | 2024-01-05 | A rotor, a stator, an embedded magnet type synchronous machine including the rotor and the stator, and a manufacturing method of the rotor core and the stator core |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7471580B1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000175387A (en) | 1998-09-30 | 2000-06-23 | Shin Etsu Chem Co Ltd | Multistage, long and multipole polarizing cylindrical magnet rotor and permanent magnet motor |
JP2004270011A (en) | 2003-03-11 | 2004-09-30 | Jfe Steel Kk | Method for producing high magnetic flux density non-directional magnetic steel sheet for rotary machine |
JP2005269840A (en) | 2004-03-22 | 2005-09-29 | Denso Corp | Rotary electric machine and method for manufacturing its rotor |
JP2008050686A (en) | 2006-07-27 | 2008-03-06 | Nippon Steel Corp | Nonoriented silicon steel sheet having excellent strength and magnetic property and its production method |
-
2024
- 2024-01-05 JP JP2024000682A patent/JP7471580B1/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000175387A (en) | 1998-09-30 | 2000-06-23 | Shin Etsu Chem Co Ltd | Multistage, long and multipole polarizing cylindrical magnet rotor and permanent magnet motor |
JP2004270011A (en) | 2003-03-11 | 2004-09-30 | Jfe Steel Kk | Method for producing high magnetic flux density non-directional magnetic steel sheet for rotary machine |
JP2005269840A (en) | 2004-03-22 | 2005-09-29 | Denso Corp | Rotary electric machine and method for manufacturing its rotor |
JP2008050686A (en) | 2006-07-27 | 2008-03-06 | Nippon Steel Corp | Nonoriented silicon steel sheet having excellent strength and magnetic property and its production method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2013103118A1 (en) | Internal magnet-type synchronous machine and rotor therefor | |
EP2299558B1 (en) | Permanent magnet type rotating electric machine | |
WO2005101614A1 (en) | Rotor and process for manufacturing the same | |
US8659199B2 (en) | Axial gap permanent magnet motor, rotor used for the same, and production method of the rotor | |
WO2008018354A1 (en) | Permanent magnet type rotary electric device rotor | |
WO2008023413A1 (en) | Permanent magnetic type electric motor | |
CN100392946C (en) | Built-in mixed rotor magnetic circuit structural controllable flux permanent magnetic synchronous machine | |
JP2008289300A (en) | Permanent-magnet rotary electric machine | |
JP6308205B2 (en) | Method for manufacturing anisotropic magnet, method for manufacturing anisotropic soft magnetic material, and method for manufacturing rotor of rotating electrical machine | |
WO2019050050A1 (en) | Rotor and dynamo-electric machine | |
JP4701641B2 (en) | Composite bond magnet, method for producing composite bond magnet, rotor of DC brushless motor equipped with composite bond magnet. | |
JP2012029563A (en) | Permanent magnet type rotary electric machine | |
JP5708745B2 (en) | Apparatus for manufacturing rotor for internal magnet type motor and method for manufacturing the same | |
CN100426628C (en) | Controllable flux permament magnetic synchronous motor of built-in mixed rotor magnetic path structure | |
JP7471580B1 (en) | A rotor, a stator, an embedded magnet type synchronous machine including the rotor and the stator, and a manufacturing method of the rotor core and the stator core | |
JP5911358B2 (en) | Rare earth permanent magnet, method of manufacturing rare earth permanent magnet, and motor | |
JP2004023085A (en) | Method of orienting anisotropically bonded magnet for motor | |
JP6107299B2 (en) | Method for manufacturing outer rotor of internal magnet type synchronous machine | |
JP7275707B2 (en) | MAGNET MEMBER MANUFACTURING APPARATUS AND MANUFACTURING METHOD THEREOF | |
JP7394427B1 (en) | Internal magnet type synchronous machine and its rotor | |
JP6801327B2 (en) | Permanent magnet type rotary electric machine and its manufacturing method | |
JP2006180677A (en) | Integrated skew magnetic rotor with core, and its manufacturing method | |
JP6712518B2 (en) | Polar anisotropic magnet, manufacturing method thereof, and permanent magnet type motor generator | |
JP2005269734A (en) | Rotor for ipm motor, method of manufacturing rotor for ipm motor using the same, and its ipm motor | |
US20240039349A1 (en) | Rotary electric machine and manufacturing method therefor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20240116 |
|
A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20240116 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240228 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240308 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20240328 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20240401 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7471580 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |