JPH07107719A - Permanent magnet electric rotating machine - Google Patents

Permanent magnet electric rotating machine

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Publication number
JPH07107719A
JPH07107719A JP24898793A JP24898793A JPH07107719A JP H07107719 A JPH07107719 A JP H07107719A JP 24898793 A JP24898793 A JP 24898793A JP 24898793 A JP24898793 A JP 24898793A JP H07107719 A JPH07107719 A JP H07107719A
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JP
Japan
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permanent magnet
magnetic
magnetic flux
electric machine
iron core
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Application number
JP24898793A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuto Sakai
和人 堺
Toshiro Hasebe
寿郎 長谷部
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a permanent magnet electric rotary machine, in which the lowering of the quantity of diametral magnetic flux interlinked with a stator is inhibited even when there is a rataining ring and cogging torque and electromagnetic loss are reduced. CONSTITUTION:A retaining ring 7 fixing a permanent magnet 6 is formed of a magnetic material having low saturation magnetic flux density, relative permeability is brought to 100 or more in magnetic flux density of 0.5-0.8(T) and to 100 or less in magnetic flux density of 1.6(T) at that time, a new permanent magnet is arranged to the interpole section of the permanent magnet 6 in the orthogonal magnetizing direction, a magnetic wedge fitted into a slot is manufactured of a silicon steel plate, an amorphous material or a material of specific permeability of 100 or more in magnetic flux density of 0.5-0.8(T) or a material of relative permeability of 100 or less in magnetic flux density of 1.6(T) or more, and a cylindrical body covering the slot from the inside is also prepared of the same material.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、超高速回転や高温環境
下にて運転される永久磁石式回転電機に関し、更にステ
ータの鉄心スロットによる弊害を是正した永久磁石式回
転電機に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a permanent magnet type rotating electric machine that operates in an ultra-high speed rotation or a high temperature environment, and further relates to a permanent magnet type rotating electric machine in which the adverse effect of the iron core slot of the stator is corrected.

【0002】[0002]

【従来の技術】回転電機を超高速、一例として2000
0rpm以上の高速にて運転する場合、誘導機や一般の
回転界磁の同期機では、ロータの遠心力がかなり大きく
なってロータのコイルはこの遠心力に耐えられず、また
ロータのコイルによる熱にてロータが歪んだり軸方向に
伸びてしまい高速回転に耐えられないという問題があ
る。
2. Description of the Related Art A rotary electric machine is operated at a very high speed, for example, 2000.
When operating at a high speed of 0 rpm or more, in an induction machine or a general rotating field synchronous machine, the centrifugal force of the rotor is considerably large, and the rotor coil cannot withstand this centrifugal force. However, there is a problem that the rotor is distorted or stretches in the axial direction and cannot withstand high speed rotation.

【0003】ところが、ロータの界磁として永久磁石を
用いた回転電機にあっては、ロータにコイルが存在しな
いため熱は発生せず、超高速回転は比較的容易である
が、前述の如き遠心力が永久磁石に働き、永久磁石をロ
ータ鉄心に固定する接着剤がこの遠心力の引っ張り強度
に耐えられず飛散することもあるので、外側から永久磁
石の固定手段が施されている。
However, in a rotary electric machine using a permanent magnet as a field of the rotor, heat is not generated because there is no coil in the rotor, and ultra-high speed rotation is relatively easy. The force acts on the permanent magnets, and the adhesive for fixing the permanent magnets to the rotor core may not be able to withstand the tensile strength of this centrifugal force and may scatter, so that the permanent magnet fixing means is provided from the outside.

【0004】永久磁石式回転電機の構成例としては、図
20に示すようにステータ鉄心2とコイル3とを有する
ステータ1、シャフトのまわりのロータ鉄心5とその表
面外周に永久磁石6を備えたロータ4を有する。そし
て、前述の遠心力による永久磁石6の飛散を防止するた
め、永久磁石6を外側から固定する非磁性材の保持環7
が備えられている。
As an example of the construction of a permanent magnet type rotary electric machine, as shown in FIG. 20, a stator 1 having a stator core 2 and a coil 3, a rotor core 5 around a shaft and a permanent magnet 6 on the outer periphery of the surface thereof are provided. It has a rotor 4. Then, in order to prevent the permanent magnets 6 from scattering due to the centrifugal force, the holding ring 7 made of a non-magnetic material for fixing the permanent magnets 6 from the outside.
Is provided.

【0005】この場合、保持環7として、ヨークに用い
られるS45C等の磁性材を用いる場合には、保持環7
と永久磁石6とロータ鉄心5とにより閉磁路が形成さ
れ、界磁磁束の多くはステータコイル3と鎖交せず回転
電機の出力としては非常に小さい。したがって、保持環
7としては、SUS304とかインコネル等の非磁性鋼
材からなるかなりの厚さのものが用いられ、更には、タ
ングステンワイヤとかケプラ繊維等の線材、エポキシガ
ラステープ等を巻き付けることによっても形成され得
る。
In this case, when a magnetic material such as S45C used for the yoke is used as the holding ring 7, the holding ring 7
A closed magnetic circuit is formed by the permanent magnet 6 and the rotor core 5, and most of the field magnetic flux does not interlink with the stator coil 3 and the output of the rotating electric machine is very small. Therefore, the holding ring 7 is made of a non-magnetic steel material such as SUS304 or Inconel and has a considerable thickness, and is further formed by winding a tungsten wire, a wire material such as Kepra fiber, or an epoxy glass tape. Can be done.

【0006】また、永久磁石式回転電機を例えば200
℃以上の高温環境下にて使用する場合には、ロータ鉄心
5に永久磁石6を固定するための接着剤は熱劣化して接
着力がなくなるので、前述の超高速回転における遠心力
対策と同様、保持環7を設けて永久磁石6を固定すると
いう手段が採られる。
In addition, a permanent magnet type rotary electric machine is provided with, for example, 200
When used in a high temperature environment of ℃ or higher, the adhesive for fixing the permanent magnets 6 to the rotor core 5 deteriorates due to heat and loses its adhesive strength. The means for fixing the permanent magnet 6 by providing the retaining ring 7 is adopted.

【0007】次に、永久磁石式回転電機にあってステー
タ鉄心におけるスロットについて考察するに、図21に
示すように永久磁石式回転電機のステータ鉄心2の内周
には、コイル3が配置されたスロット3aが存在する。
そして、このスロット3aの鉄心空隙面に臨む開口部
は、大容量機の場合には開口スロット、小容量機の場合
は半閉スロットであるが、その開口部には例えばフェラ
イト材や鉄分を含有したエポキシ樹脂からなる磁性楔3
bが配置されている。この磁性楔3bはスロット3aに
よる回転電機特性への影響を緩和するためのものであ
る。
Next, considering slots in the stator iron core of the permanent magnet type rotating electric machine, as shown in FIG. 21, a coil 3 is arranged on the inner circumference of the stator iron core 2 of the permanent magnet type rotating electric machine. There is a slot 3a.
The opening facing the void surface of the iron core of the slot 3a is an opening slot in the case of a large capacity machine and a semi-closed slot in the case of a small capacity machine, but the opening contains, for example, a ferrite material or an iron component. Magnetic wedge 3 made of epoxy resin
b is arranged. The magnetic wedge 3b is provided for alleviating the influence of the slot 3a on the rotary electric machine characteristics.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかし、永久磁石式回
転電機にあって、超高速回転に対応させるための非磁性
材の保持環7の存在は、ステータ1とロータ4との空隙
部の空隙長を長くし、空隙部間で起磁力が大きく低下
し、空隙磁束密度は低下してしまい回転電機としての出
力低下をもたらす。
However, in the permanent magnet type rotary electric machine, the existence of the non-magnetic material retaining ring 7 for coping with the ultra-high speed rotation is caused by the gap between the stator 1 and the rotor 4. The length is increased, the magnetomotive force is greatly reduced between the air gaps, and the air gap magnetic flux density is reduced, resulting in a reduction in output as a rotating electric machine.

【0009】このことは、高温環境下における熱劣化に
ともなう非磁性材の保持環の存在によっても、全く同様
の現象が生ずる。また、永久磁石式回転電機ではそのス
テータ鉄心2にスロット3aがあるため、永久磁石6の
中心が歯2aと対向する位置にあるか、スロット3aと
対向する位置にあるかによって、空隙パーミアンスが変
化する。このため、無励磁であってもロータ4を保持し
ようとするコギングトルクが発生し、このコギングトル
クはモータ出力軸における駆動トルクや回転速度の脈動
を起こす。特に、開口スロットの回転電機においては、
コギングトルクは非常に大きくなってしまう。また、磁
石表面を局部的にみるとき、スロット3aと歯2aとの
位置によって永久磁石6の動作点及び空隙磁束密度が大
きく変化し、そのため、永久磁石6に渦電流が生じた
り、ヒステリシス損等の電磁気的損失が発生する。
The same phenomenon occurs due to the presence of the retaining ring made of a non-magnetic material which accompanies thermal deterioration in a high temperature environment. Further, since the stator iron core 2 of the permanent magnet type rotating electric machine has the slot 3a, the air gap permeance changes depending on whether the center of the permanent magnet 6 is located at a position facing the tooth 2a or at the position facing the slot 3a. To do. For this reason, a cogging torque for holding the rotor 4 is generated even when it is not excited, and this cogging torque causes pulsation of the driving torque and the rotation speed of the motor output shaft. In particular, in rotating electrical machines with open slots,
The cogging torque becomes very large. Further, when the magnet surface is viewed locally, the operating point of the permanent magnet 6 and the air gap magnetic flux density change greatly depending on the positions of the slots 3a and the teeth 2a, so that an eddy current is generated in the permanent magnet 6, hysteresis loss, etc. Electromagnetic loss occurs.

【0010】本発明は、上述の問題に鑑み、超高速回転
のための保持環があってもステータと鎖交する界磁の磁
束量を低下させず、また回転電機の体積を大きくするこ
となく、永久磁石をロータ鉄心に強固に固定できる永久
磁石式回転電機の提供を目的とする。
In view of the above problems, the present invention does not reduce the amount of magnetic flux of the field interlinking with the stator and does not increase the volume of the rotating electric machine even if there is a retaining ring for ultra-high speed rotation. An object of the present invention is to provide a permanent magnet type rotating electric machine capable of firmly fixing a permanent magnet to a rotor core.

【0011】また、本発明は、ステータによるスロット
の存在に基づくコギングトルクの抑制及び電磁的損失の
軽減を図り、特性の良い永久磁石式回転電機の提供を目
的とする。
It is another object of the present invention to provide a permanent magnet type rotating electric machine having excellent characteristics by suppressing cogging torque and electromagnetic loss due to the existence of slots by the stator.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明は、磁性材の鉄心にコイルを巻いて電機子と
したステータと、磁性材の鉄心の表面円周方向に配置さ
れた永久磁石を飽和磁束密度の低い磁性材にて作った保
持環にて覆い固定したロータと、を有することを要旨と
する。
In order to achieve the above object, the present invention has a stator in which a coil is wound around an iron core of a magnetic material to form an armature, and the iron core of the magnetic material is arranged in the circumferential direction of the surface. The gist of the present invention is to have a rotor in which a permanent magnet is covered and fixed by a retaining ring made of a magnetic material having a low saturation magnetic flux density.

【0013】また、本発明は、保持環は、磁束密度が
0.5〜0.8(T)にて比透磁率が100以上であ
り、かつ磁束密度が1.6(T)以上にて比透磁率が1
00以下である磁気特性を有する磁性材からなることを
要旨とする。
According to the present invention, the retaining ring has a magnetic flux density of 0.5 to 0.8 (T), a relative magnetic permeability of 100 or more, and a magnetic flux density of 1.6 (T) or more. Relative permeability is 1
The gist is that the magnetic material is made of a magnetic material having a magnetic property of 00 or less.

【0014】さらに、本発明は、磁性材の鉄心の表面円
周方向に配置される永久磁石の極間部に更に新たな永久
磁石を配置し、しかもこの新たな永久磁石の磁化方向を
極間部を形成するものと永久磁石の磁化方向に対して直
交するように配置したことを要旨とする。
Further, according to the present invention, a new permanent magnet is further arranged in a gap between the permanent magnets arranged in the circumferential direction of the surface of the iron core of the magnetic material, and the magnetization direction of the new permanent magnet is changed to the gap between the poles. The gist is that they are arranged so as to be orthogonal to the magnetizing direction of the permanent magnet and the magnet forming the part.

【0015】また、本発明は、スロットと歯とが形成さ
れた鉄心を有するステータと、鉄心表面に永久磁石を配
置したロータと、を有する永久磁石式回転電機におい
て、上記スロットの開口部にけい素鋼板よりなる磁性楔
を配置したことを要旨とする。
Further, according to the present invention, in a permanent magnet type rotating electric machine having a stator having an iron core having slots and teeth formed therein, and a rotor having a permanent magnet arranged on the surface of the iron core, the rotary electric machine of the present invention is provided with a slot. The gist is that a magnetic wedge made of a plain steel plate is arranged.

【0016】また、本発明は、スロットと歯とが形成さ
れた鉄心を有するステータと、鉄心表面に永久磁石を配
置したロータと、を有する永久磁石式回転電機におい
て、上記スロットの開口部にアモルファス磁性材よりな
る磁性楔を配置したことを要旨とする。
Further, according to the present invention, in a permanent magnet type rotating electric machine having a stator having an iron core having slots and teeth formed therein, and a rotor having a permanent magnet arranged on the surface of the iron core, an amorphous portion is provided at an opening of the slot. The gist is that a magnetic wedge made of a magnetic material is arranged.

【0017】また、本発明は、スロットと歯とが形成さ
れた鉄心を有するステータと、鉄心表面に永久磁石を配
置したロータと、を有する永久磁石式回転電機におい
て、上記スロットの開口部に、磁束密度が0.5〜0.
8(T)で比透磁率が100以上でありしかも磁束密度
が1.6(T)以上で比透磁率が100以下である磁気
特性を有する軟磁性材の磁性楔を配置したことを要旨と
する。
Further, according to the present invention, in a permanent magnet type rotating electric machine having a stator having an iron core having slots and teeth formed therein, and a rotor having permanent magnets arranged on the surface of the iron core, an opening portion of the slot is provided. The magnetic flux density is 0.5 to 0.
A magnetic wedge made of a soft magnetic material having a magnetic characteristic of 8 (T) and a relative magnetic permeability of 100 or more, a magnetic flux density of 1.6 (T) or more and a relative magnetic permeability of 100 or less is arranged. To do.

【0018】また、本発明は、内周にスロットと歯とが
形成された鉄心を有するステータと、鉄心表面に永久磁
石を配置したロータと、を有する永久磁石式回転電機に
おいて、上記ステータの鉄心内周側に上記ロータと対向
して、けい素鋼板の円筒体を配置したことを要旨とす
る。
Further, the present invention provides a permanent magnet type rotating electric machine having a stator having an iron core having slots and teeth formed on the inner periphery thereof, and a rotor having permanent magnets arranged on the surface of the iron core. The gist is that a cylindrical body of a silicon steel plate is arranged facing the rotor on the inner peripheral side.

【0019】また、本発明は、内周にスロットと歯とが
形成された鉄心を有するステータと、鉄心表面に永久磁
石を配置したロータと、を有する永久磁石式回転電機に
おいて、上記ステータの鉄心内周側に上記ロータと対向
して、アモルファス磁性材をスパイラル状に巻いた円筒
体を配置したことを要旨とする。
Further, the present invention provides a permanent magnet type rotating electrical machine having a stator having an iron core having slots and teeth formed on the inner periphery thereof, and a rotor having permanent magnets arranged on the surface of the iron core. The gist of the present invention is to dispose a cylindrical body of spirally wound amorphous magnetic material facing the rotor on the inner peripheral side.

【0020】さらに、本発明は、内周にスロットと歯と
が形成された鉄心を有するステータと、鉄心表面に永久
磁石を配置したロータと、を有する永久磁石式回転電機
において、上記ステータの鉄心内周側に上記ロータと対
向して、磁束密度が0.5〜0.8(T)で比透磁率が
100以上であり、しかも磁束密度が1.6以上で比透
磁率が100以下である磁気特性を有する軟磁性材の円
筒体を配置したことを要旨とする。
Further, the present invention provides a permanent magnet type rotating electrical machine having a stator having an iron core having slots and teeth formed on the inner circumference thereof, and a rotor having permanent magnets arranged on the surface of the iron core. The magnetic flux density is 0.5 to 0.8 (T) and the relative magnetic permeability is 100 or more, and the magnetic flux density is 1.6 or more and the relative magnetic permeability is 100 or less. The gist is that a cylindrical body of a soft magnetic material having a certain magnetic characteristic is arranged.

【0021】[0021]

【作用】保持環は、それ自体金属板を環状に加工するこ
とにより作っており、例えば約30kgf/mm2 以上の
ものを用いることにより充分強度がとれる。したがっ
て、回転時に発生する永久磁石の遠心力に十分耐えるこ
とができて、永久磁石はロータ鉄心表面に強固に固定さ
れると共に、接着剤が使用できない高温環境下において
も保持環で永久磁石をロータ鉄心に機械的に固定でき
る。
The holding ring is made by processing a metal plate itself into a ring shape. For example, if the holding ring has a weight of about 30 kgf / mm 2 or more, sufficient strength can be obtained. Therefore, it can sufficiently withstand the centrifugal force of the permanent magnet generated during rotation, the permanent magnet is firmly fixed to the surface of the rotor core, and the permanent magnet is used to hold the permanent magnet by the retaining ring even in a high temperature environment where an adhesive cannot be used. It can be mechanically fixed to the iron core.

【0022】設計上保持環が無い状態での永久磁石によ
る空隙の磁束密度は、例えば0.8(T)とされるの
で、これに合わせて保持環をこの磁束密度近傍では比透
磁率が比較的高い磁性材にて作ることにより、磁極部分
の径方向においては磁気的な空隙とせず、一方周方向磁
界については磁性材の保持環により周方向の磁束が漏れ
るが、永久磁石の極間部に近づくにつれて磁石表面より
保持環を通して漏れた磁束が集まり、永久磁石の周方向
端部付近にて磁束量が増えるが、この増大した磁束量、
例えば1.6(T)での比透磁率を低くすることによ
り、極間部での磁気抵抗を大きくし、周方向の磁束漏れ
は小量にて飽和する。
Since the magnetic flux density of the air gap by the permanent magnet without the retaining ring is designed to be 0.8 (T), the relative permeability of the retaining ring is compared in the vicinity of this magnetic flux density. By making it with a magnetic material that is relatively high, magnetic gaps are not created in the radial direction of the magnetic poles, while magnetic flux in the circumferential direction leaks due to the retaining ring of the magnetic material in the circumferential magnetic field, but there is a gap between the permanent magnets. As the magnetic flux leaks from the magnet surface through the retaining ring as it approaches, the amount of magnetic flux increases near the circumferential end of the permanent magnet.
For example, by lowering the relative permeability at 1.6 (T), the magnetic resistance in the inter-electrode portion is increased, and the magnetic flux leakage in the circumferential direction is saturated by a small amount.

【0023】したがって、径方向の磁束密度では比透磁
率が高く磁極端部での高磁束密度では比透磁率が低い、
いわゆる飽和磁束密度の低い磁性材にて保持環を形成す
ることにより、ステータと鎖交する磁束数を極端に減少
させることがなく、回転電機の体積も大きくする必要が
なくなる。
Therefore, the relative magnetic permeability is high in the radial magnetic flux density, and the relative magnetic permeability is low in the high magnetic flux density at the magnetic pole end.
By forming the retaining ring with a magnetic material having a low so-called saturation magnetic flux density, the number of magnetic fluxes interlinking with the stator is not extremely reduced, and it is not necessary to increase the volume of the rotating electric machine.

【0024】しかも、永久磁石の極間部へ新たな永久磁
石を更に配置した場合には、新たな永久磁石の磁束はも
との永久磁石の端部に向っているため、もとの界磁永久
磁石の漏れ磁束は極間部磁石の磁束と逆方向となる。こ
の結果、もとの永久磁石の漏れようとする磁束は極間部
磁石に反発され、空隙を通りステータと鎖交する有効磁
束量は更に増大する。
In addition, when a new permanent magnet is further arranged in the gap between the permanent magnets, since the magnetic flux of the new permanent magnet is directed to the end of the original permanent magnet, the original field The leakage flux of the permanent magnet is in the opposite direction to the flux of the inter-pole magnet. As a result, the magnetic flux of the original permanent magnet that is about to leak is repelled by the inter-pole magnet, and the amount of effective magnetic flux that passes through the air gap and links with the stator further increases.

【0025】また、ステータ鉄心にはスロットと歯とが
交互に形成され空隙のパーミアンスが変化し、空隙磁束
は歯と対向する部分に集中して磁束密度分布は歯とスロ
ットとの間で急激に変化するが、永久磁石表面の磁性材
の保持環により歯を通る磁束がなめらかに分布し、この
ため磁気エネルギの変化率が小さくなりコギングトルク
が小さくなる。
Further, the slots and teeth are alternately formed in the stator core, and the permeance of the air gap changes, and the air gap magnetic flux concentrates on the portion facing the teeth, and the magnetic flux density distribution sharply changes between the teeth and the slots. Although changing, the magnetic flux passing through the teeth is distributed smoothly by the retaining ring of the magnetic material on the surface of the permanent magnet, which reduces the rate of change in magnetic energy and reduces the cogging torque.

【0026】更に、界磁である永久磁石を起磁力源とし
て、永久磁石と磁気的に接続された保持環、空隙、ステ
ータ鉄心、及びロータ鉄心からなる磁気回路を考えた場
合、径方向に厚みがあって周方向に連続する保持環が永
久磁石と直列に配置されるので、永久磁石からみた外部
磁気回路のパーミアンスは回転位置に拘らず一定とな
る。こうして、コギングトルクはわずかとなる。また、
回転電機の磁気回路状態において、永久磁石の磁気特性
曲線(磁束密度−磁化力特性)上の動作点は略一定とな
り、永久磁石の磁気損失は小さくなる。
Further, considering a magnetic circuit composed of a retaining ring magnetically connected to the permanent magnet, a gap, a stator core, and a rotor core, using a permanent magnet, which is a field magnet, as a magnetomotive force source, the thickness in the radial direction is considered. Therefore, since the retaining ring continuous in the circumferential direction is arranged in series with the permanent magnet, the permeance of the external magnetic circuit viewed from the permanent magnet is constant regardless of the rotational position. Thus, the cogging torque is small. Also,
In the magnetic circuit state of the rotating electric machine, the operating point on the magnetic characteristic curve (magnetic flux density-magnetizing force characteristic) of the permanent magnet is substantially constant, and the magnetic loss of the permanent magnet is small.

【0027】更に、本発明においては、スロット開口部
に比較的透磁率の高い磁性楔を配置したことにより空隙
周方向に沿った磁気抵抗は比較的均一となり、空隙磁束
密度分布の部分的落ち込みが小さく、滑らかになる。
Further, in the present invention, by disposing a magnetic wedge having a relatively high magnetic permeability in the slot opening, the magnetic resistance along the circumferential direction of the air gap becomes relatively uniform, and a partial drop in the air gap magnetic flux density distribution occurs. Small and smooth.

【0028】[0028]

【実施例】ここで、本発明による実施例を図1〜図19
を参照して説明する。第1の実施例として保持環に関す
るものを説明する。図1は永久磁石式回転電機の一実施
例の軸に沿った断面図、図2は図1のA−A断面図であ
る。図1、図2において、1はけい素鋼板を積層したス
テータ、2はステータ鉄心であり、その内周側にはステ
ータ鉄心2の歯2aとスロット3aとが交互に形成さ
れ、このスロット3a内にコイル3が挿入されている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT An embodiment according to the present invention will now be described with reference to FIGS.
Will be described with reference to. A description will be given of a holding ring as a first embodiment. 1 is a sectional view taken along the axis of an embodiment of a permanent magnet type rotating electric machine, and FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA of FIG. In FIGS. 1 and 2, 1 is a stator in which silicon steel plates are laminated, 2 is a stator iron core, and teeth 2a and slots 3a of the stator iron core 2 are alternately formed on the inner peripheral side thereof, and inside this slot 3a The coil 3 is inserted in.

【0029】他方、ロータ4を形成するロータ鉄心5は
S45Cの磁性材からなり、このロータ鉄心5の外周表
面には径方向に着磁された永久磁石6が配置されてい
る。本例では2極を構成する2個の磁石6が配置されて
いる。そして、永久磁石6の外周面には、磁性材の保持
環7が配置されている。保持環7の材質としては、磁束
密度が0.5〜0.8(T)にて比透磁率が100以上
であり、しかも磁束密度が1.6(T)以上で比透磁率
が10近くであるSUS630を用いる。
On the other hand, the rotor core 5 forming the rotor 4 is made of a magnetic material of S45C, and a radially magnetized permanent magnet 6 is arranged on the outer peripheral surface of the rotor core 5. In this example, two magnets 6 forming two poles are arranged. A retaining ring 7 made of a magnetic material is arranged on the outer peripheral surface of the permanent magnet 6. The material of the retaining ring 7 is such that the magnetic flux density is 0.5 to 0.8 (T) and the relative magnetic permeability is 100 or more, and the magnetic flux density is 1.6 (T) or more and the relative magnetic permeability is close to 10. SUS630 is used.

【0030】この保持環7であるSUS630なる材質
は、耐力が約100kgf/mm2 あって、強度が非常に
大きく、回転時に発生する遠心力に十分耐えることがで
き、永久磁石6がロータ鉄心5に強固に固定される。
The material of SUS630, which is the retaining ring 7, has a proof stress of about 100 kgf / mm 2 , has a very high strength, and can sufficiently withstand the centrifugal force generated during rotation. It is firmly fixed to.

【0031】図3は本実施例における永久磁石式回転電
機の一例に適用する保持環の磁気特性を示しており、磁
化力に対する磁束密度の増加傾向を表わしている。更
に、図4では保持環の磁束密度に対する比透磁率の関係
を示している。この図4ではS45CとSUS630と
を比較しており、保持環7が無い場合に永久磁石6が発
生する空隙の磁束密度を磁気設計上の0.8(T)にお
いたとき、この0.8(T)におけるSUS630の比
透磁率は120程であり、よって磁極部分の径方向にお
いては保持環7は磁気的な空隙とならず、磁束密度の低
下もわずかとなる。
FIG. 3 shows the magnetic characteristics of the retaining ring applied to an example of the permanent magnet type rotary electric machine according to the present embodiment, and shows the tendency of increase in the magnetic flux density with respect to the magnetizing force. Further, FIG. 4 shows the relationship between the relative magnetic permeability and the magnetic flux density of the retaining ring. In FIG. 4, S45C and SUS630 are compared, and when the magnetic flux density of the air gap generated by the permanent magnet 6 when the retaining ring 7 is not present is 0.8 (T) in terms of magnetic design, the magnetic flux density is 0.8%. The relative magnetic permeability of SUS630 in (T) is about 120. Therefore, the retaining ring 7 does not form a magnetic gap in the radial direction of the magnetic pole portion, and the decrease in magnetic flux density is slight.

【0032】一方、周方向磁界では、保持環7が磁性材
であるためこの保持環7に沿って周方向に磁束が漏れる
が、極間部に近づくにつれて磁石表面より保持環7を通
して漏れた磁束が集まってくるため、磁束量が増え、磁
束密度は磁石6の周方向端部付近の保持環7で1.6
(T)以上となり、極間部付近では2(T)以上とな
る。ところが、図4に示すように本実施例の保持環7で
は1.6(T)以上の比透磁率は10近くであり、極間
部での磁気抵抗はかなり大きくなり、周方向の磁束の漏
れは飽和する。
On the other hand, in the circumferential magnetic field, since the retaining ring 7 is a magnetic material, magnetic flux leaks in the circumferential direction along the retaining ring 7, but the magnetic flux leaks from the magnet surface through the retaining ring 7 as it approaches the inter-pole portion. , The magnetic flux density increases, and the magnetic flux density is 1.6 in the retaining ring 7 near the end of the magnet 6 in the circumferential direction.
(T) or more, and 2 (T) or more near the gap. However, as shown in FIG. 4, in the retaining ring 7 of this embodiment, the relative magnetic permeability of 1.6 (T) or more is close to 10, and the magnetic resistance in the gap between the poles is considerably large, and the magnetic flux in the circumferential direction becomes large. The leak saturates.

【0033】図6,7,8は、図5に示す解析対象領域
を定めたロータにつき磁界解析の結果を示しており、こ
の場合、保持環7によるロータからの磁束の漏れを検討
するため、ステータのスロットは省きコアのみとした。
また、磁束分布は磁極の中心で対称であるため、図5に
示す1極の1/2極(図5の解析対象領域)で検討して
いる。
FIGS. 6, 7 and 8 show the results of the magnetic field analysis for the rotor having the analysis target area shown in FIG. 5. In this case, in order to examine the leakage of magnetic flux from the rotor by the retaining ring 7, The stator slot was omitted and only the core was used.
Further, since the magnetic flux distribution is symmetric about the center of the magnetic pole, the examination is performed with one pole of 1/2 pole (analysis target area of FIG. 5) shown in FIG.

【0034】図6は本実施例によるSUS630の保持
環を用いた場合の磁束線図、図7はロータ鉄心と同一材
であるS45Cの磁性材を保持環とした場合の磁束線
図、図8は非磁性材の保持環を用いた場合の磁束線図で
ある。解析によるステータ鉄心内径面の磁束密度分布
は、図6の場合の本実施例では0.75(T)、図7に
示すS45Cの保持環では0.65(T)、図8に示す
非磁性材の保持環では0.59(T)となり、本実施例
では従来と比較して1.27倍大きな磁束密度となって
いる。すなわち、径方向のステータと鎖交する磁束量が
大きく、換言すればわずかな磁束量の低下に抑えること
ができる。
FIG. 6 is a magnetic flux diagram when a retaining ring of SUS630 according to this embodiment is used, and FIG. 7 is a magnetic flux diagram when a magnetic material of S45C, which is the same material as the rotor core, is used as a retaining ring. FIG. 4 is a magnetic flux diagram when a retaining ring made of a non-magnetic material is used. The magnetic flux density distribution on the inner surface of the stator core obtained by the analysis is 0.75 (T) in the present embodiment in the case of FIG. 6, 0.65 (T) in the retaining ring of S45C shown in FIG. 7, and the nonmagnetic property shown in FIG. The material retaining ring has a magnetic flux density of 0.59 (T), which is 1.27 times larger in the present embodiment than in the conventional case. That is, the amount of magnetic flux interlinking with the radial stator is large, in other words, it is possible to suppress a slight decrease in the amount of magnetic flux.

【0035】図2に戻り、ステータ鉄心2にはスロット
3aと歯2aとが交互に設けられており、このため空隙
のパーミアンスが変化する。すなわち、空隙磁束として
は歯2aと対応する部分に集中し、歯2aとスロット3
aとの間で磁束密度分布は急激に変化するのが、一般的
である。ところが、本実施例では永久磁石6の表面に保
持環7があるため、歯2aを通る磁束がこの保持環7に
てなめらかに分布し、このため磁気エネルギの変化率が
小さくなって、コギングトルクは小さくなる。
Returning to FIG. 2, the stator core 2 is provided with the slots 3a and the teeth 2a alternately, so that the permeance of the air gap changes. That is, the air gap magnetic flux concentrates on the portion corresponding to the tooth 2a, and the tooth 2a and the slot 3
It is general that the magnetic flux density distribution changes abruptly with a. However, in this embodiment, since the retaining ring 7 is provided on the surface of the permanent magnet 6, the magnetic flux passing through the teeth 2a is smoothly distributed in the retaining ring 7, and thus the rate of change in magnetic energy becomes small and the cogging torque is reduced. Becomes smaller.

【0036】また、界磁の閉磁路に着目し、永久磁石6
を起磁力源として保持環7、空隙9、ステータ鉄心2、
ロータ鉄心5からなる磁気回路を考えたとき、径方向に
厚さを有しかつ周方向に連続する磁性材である保持環7
が永久磁石6と直列に配置された構造では、永久磁石6
からみた外部磁気回路のパーミアンスは回転位置に拘ら
ず一定となる。このため、コギングトルクはわずかとな
る。
Further, paying attention to the closed magnetic circuit of the field, the permanent magnet 6
As a magnetomotive force source, the retaining ring 7, the gap 9, the stator core 2,
Considering a magnetic circuit including the rotor core 5, a retaining ring 7 that is a magnetic material that has a thickness in the radial direction and is continuous in the circumferential direction.
Is arranged in series with the permanent magnet 6, the permanent magnet 6
The permeance of the external magnetic circuit as viewed is constant regardless of the rotational position. Therefore, the cogging torque becomes small.

【0037】さらに、回転電機の磁気回路状態におい
て、永久磁石6の磁気特性曲線(磁束密度対磁化力特
性)上の動作点はほぼ一定であり、永久磁石材の磁気的
損失(ヒステリシス損等)が小さくなる。
Further, in the magnetic circuit state of the rotating electric machine, the operating point on the magnetic characteristic curve (magnetic flux density vs. magnetizing force characteristic) of the permanent magnet 6 is almost constant, and the magnetic loss (hysteresis loss etc.) of the permanent magnet material. Becomes smaller.

【0038】以上説明の如く本実施例では、磁気特性を
選択した保持環7を永久磁石6表面に配置したことによ
り磁束量を減少させず、コギングトルクを抑え、磁気的
損失を小さくできた。
As described above, in this embodiment, the retaining ring 7 having the selected magnetic characteristics is arranged on the surface of the permanent magnet 6, so that the magnetic flux amount is not reduced, the cogging torque is suppressed, and the magnetic loss can be reduced.

【0039】次に、図9にて第2実施例を示す。この図
9に示す第2実施例では、界磁となる永久磁石6の極間
部をあけて、その間に新たな永久磁石10を配置してい
る。そして、この極間部での新たな永久磁石10の磁化
方向は、もとの永久磁石6の磁化方向と略直角方向とな
り、極性については、永久磁石6の空隙9面側の極と永
久磁石6と接する側の極間部の新たな永久磁石10の極
を同極とする。
Next, FIG. 9 shows a second embodiment. In the second embodiment shown in FIG. 9, the permanent magnet 6 serving as a field is provided with a gap between the poles, and a new permanent magnet 10 is arranged therebetween. Then, the magnetization direction of the new permanent magnet 10 in this inter-pole portion is substantially perpendicular to the magnetization direction of the original permanent magnet 6, and the polarity is the same as the pole on the side of the air gap 9 of the permanent magnet 6 and the permanent magnet. The pole of the new permanent magnet 10 on the side of the pole contacting with 6 is made the same pole.

【0040】極間部の新たな永久磁石10の磁束は、も
との永久磁石6の端部側面方向に向いているため、保持
環7に沿ったもとの永久磁石6の漏れ磁束は新たな永久
磁石10の磁束と逆方向となり、このため漏れようとす
る磁束は極間部磁石10に反発されて空隙を通りステー
タ鉄心2と鎖交する。よって有効磁束量が更に増加す
る。
Since the magnetic flux of the new permanent magnet 10 in the inter-pole portion is directed toward the end side surface of the original permanent magnet 6, the leakage flux of the original permanent magnet 6 along the retaining ring 7 becomes a new permanent magnet. The magnetic flux in the direction opposite to the magnetic flux of the magnet 10 is caused. Therefore, the magnetic flux that is about to leak is repelled by the inter-electrode magnet 10 and passes through the air gap to interlink with the stator core 2. Therefore, the effective magnetic flux amount further increases.

【0041】図10は実際の解析結果を示し、前述した
ように永久磁石6の漏れようとする磁束が、極間部の新
たな永久磁石10に反発されてステータ鉄心2と鎖交し
ている。この実施例では従来と比較して1.3倍程大き
くなっている。本実施例においても、耐超高速回転、耐
高温時の機械的固定は充分であり、コギングトルク、磁
気的損失についても、前述の第1実施例と同様の効果が
ある。
FIG. 10 shows an actual analysis result. As described above, the magnetic flux that is about to leak from the permanent magnet 6 is repulsed by the new permanent magnet 10 in the inter-electrode portion and is linked to the stator core 2. . In this embodiment, it is about 1.3 times larger than the conventional one. Also in this embodiment, mechanical fixing at the time of resistance to ultra-high speed and resistance to high temperature is sufficient, and cogging torque and magnetic loss have the same effects as those of the first embodiment.

【0042】なお、第1、第2実施例共2極を例示した
のであるが、多極であっても、また、永久磁石式のリニ
アモータでも同様である。本実施例の応用として図11
に示すように、駆動モータとファンとの間の磁気カップ
リングに適用でき、外転ロータ13のヨーク14内周側
に備えた永久磁石6と保持環7、内転ロータ15のヨー
ク16外周側に備えた永久磁石6と保持環7、相互に適
用することができる。なお、17は隔壁である。
Although two poles are illustrated in both the first and second embodiments, the same applies to a multi-pole type and a permanent magnet type linear motor. As an application of this embodiment, FIG.
The permanent magnet 6 and the retaining ring 7 provided on the inner peripheral side of the yoke 14 of the outer rotor 13 and the outer peripheral side of the yoke 16 of the inner rotor 15 can be applied to the magnetic coupling between the drive motor and the fan. The permanent magnet 6 and the retaining ring 7 provided in the above can be applied to each other. In addition, 17 is a partition.

【0043】こうして、第1、第2実施例にあっては、
超高速回転時においても高温環境下においても遠心力に
充分耐えることができて永久磁石を機械的にロータ表面
に強固に固定できるのみならず、この実施例の保持環に
より空隙磁束密度がわずかしか低下しない。
Thus, in the first and second embodiments,
Not only can it sufficiently withstand centrifugal force at both ultra-high speed rotation and high temperature environment to mechanically firmly fix the permanent magnet to the rotor surface, but the holding ring of this embodiment can reduce the air gap magnetic flux density to only a small amount. Does not fall.

【0044】しかも、特性上コギングトルクと磁気的損
失とが保持環にて小さくでき、特性の良い永久磁石式回
転電機を得ることができる。上記第1、第2実施例にお
いては、空隙磁束密度を抑えることを主眼として、コギ
ングトルクや磁気的損失を低減する効果も得られたので
あるが、以下の実施例では、コギングトルクを抑えるこ
とを主眼とする。
In addition, the cogging torque and the magnetic loss can be reduced by the retaining ring in terms of characteristics, and a permanent magnet type rotating electric machine with excellent characteristics can be obtained. In the first and second embodiments described above, the effect of reducing the cogging torque and the magnetic loss was obtained mainly with the aim of suppressing the air gap magnetic flux density. However, in the following embodiments, the cogging torque is suppressed. Is the main focus.

【0045】図12は、第3実施例を示しており、ロー
タ4として例えばS45Cの磁性材からなるロータ鉄心
5に4極の永久磁石6を備えたものを例示する。この図
12において、ロータ4に対向するステータ1のけい素
鋼板からなる鉄心2には歯2aとスロット3aとがその
内周に交互に形成されている。このスロット3a内には
コイル3が収納されることになり、コイル3を押え固定
するためスロット3aの開口部分には磁性楔20が備え
られている。
FIG. 12 shows a third embodiment, and exemplifies a rotor 4 provided with a 4-pole permanent magnet 6 on a rotor core 5 made of, for example, a magnetic material of S45C. In FIG. 12, teeth 2a and slots 3a are alternately formed on the inner circumference of an iron core 2 made of a silicon steel plate of the stator 1 facing the rotor 4. The coil 3 is accommodated in the slot 3a, and a magnetic wedge 20 is provided in the opening portion of the slot 3a for pressing and fixing the coil 3.

【0046】ここで、磁性楔20は図13のように回転
軸方向に長い楔小片21を周方向に積層した構造で、厚
さ1mm〜2mm程度の軟磁性材のけい素鋼板からなる。ま
た、この磁性楔20の材質としては、磁束密度が0.5
〜0.8(T)で比透磁率が100以上でありかつ磁束
密度が1.6(T)以上で比透磁率が10近くの図4に
示す如きSUS630の磁性材で形成しても良い。
Here, the magnetic wedge 20 has a structure in which wedge small pieces 21 that are long in the direction of the rotation axis are laminated in the circumferential direction as shown in FIG. 13, and is made of a silicon steel plate of a soft magnetic material having a thickness of about 1 mm to 2 mm. The magnetic wedge 20 has a magnetic flux density of 0.5.
4 to 0.8 (T), the relative magnetic permeability is 100 or more, the magnetic flux density is 1.6 (T) or more, and the relative magnetic permeability is close to 10. The magnetic material may be SUS630 as shown in FIG. .

【0047】更に、他の磁性楔20の材質としては、図
14に示すCo基アモルファス10μm〜30μmを1
00層程度積層したものを用いても良い。また、磁性楔
20の形状としても図15に示すように周方向に長い楔
小片21を回転軸方向に積層した構造とすることもでき
る。
Further, as the material of the other magnetic wedge 20, the Co-based amorphous material 10 μm to 30 μm shown in FIG. 14 is used.
You may use what laminated about 100 layers. Further, as the shape of the magnetic wedge 20, as shown in FIG. 15, a wedge small piece 21 which is long in the circumferential direction may be laminated in the rotational axis direction.

【0048】図16は第4実施例を示しており、図12
に示すスロット3aの開口部分の磁性楔20の代りにロ
ータ鉄心5の内周面に磁性の円筒体22を密着して配置
・固定したものを示している。
FIG. 16 shows a fourth embodiment, and FIG.
Instead of the magnetic wedge 20 at the opening portion of the slot 3a shown in FIG. 3, a magnetic cylindrical body 22 is closely arranged and fixed to the inner peripheral surface of the rotor core 5.

【0049】そして、この磁性の円筒体22の構造は、
図17に示すように回転軸方向に長い楔小片23を周方
向に積層したものとか、図18に示すようにロータ鉄心
の内周面に密着する大きさの円形薄板23を軸方向に積
層したものがある。
The structure of the magnetic cylinder 22 is as follows.
As shown in FIG. 17, a wedge small piece 23 that is long in the rotation axis direction is laminated in the circumferential direction, or as shown in FIG. 18, circular thin plates 23 of a size that closely adheres to the inner peripheral surface of the rotor core are laminated in the axial direction. There is something.

【0050】また、この磁性の円筒体22の材質は、前
述の第3実施例と同様、軟磁性材のけい素鋼板の場合、
磁束密度が0.5〜0.8(T)で比透磁率が100以
上でありかつ磁束密度が1.6(T)以上で比透磁率が
10近くのSUS630の如き磁性材の場合、あるいは
Co基アモルファスの場合等が用いられる。なお、アモ
ルファスの場合には10μm〜30μmのものを100
層程度スパイラル状に巻いたものを用いれば良い。
The material of the magnetic cylindrical body 22 is the same as in the third embodiment, in the case of the silicon steel plate of soft magnetic material,
In the case of a magnetic material such as SUS630 having a magnetic flux density of 0.5 to 0.8 (T) and a relative magnetic permeability of 100 or more and a magnetic flux density of 1.6 (T) or more and a relative magnetic permeability of approximately 10, or The case of Co-based amorphous is used. In the case of amorphous, 100 μm to 10 μm to 30 μm is used.
A spirally wound layer may be used.

【0051】また、楔小片21,23や円形薄板23の
積層手法としては、電子ビーム溶接、レーザ溶接、接着
剤、樹脂による一体モールドによる手法がある。かかる
第3、第4の実施例においては、磁性楔20や円筒体2
2がなければステータ鉄心2にはスロット3aと歯2a
とが交互に形成されているため空隙の磁気抵抗が変化し
空隙磁束は歯2aと対向する部分に集中し、磁束密度分
布は歯2aとスロット3aとの間で急激に変化するので
あるが、この実施例では磁性楔20や円筒体22により
空隙周方向に沿った磁気抵抗は比較的均一となる。磁界
解析によりシミュレーションを行なった結果である空隙
磁束密度分布を図19に示す。図19に示す点線や一点
鎖線で示すように従来の永久磁石式回転電機の磁束密度
分布はスロット3aによる大きな落ち込みがあるが、実
線で示す本実施例の回転電機では空隙磁束密度のスロッ
ト3aによる落ち込みが緩和され、磁束密度分布が滑ら
かになっている。
As a method of laminating the wedge small pieces 21 and 23 and the circular thin plate 23, there are methods of electron beam welding, laser welding, integral molding using an adhesive and resin. In the third and fourth embodiments, the magnetic wedge 20 and the cylindrical body 2 are used.
Without 2, the stator core 2 has slots 3a and teeth 2a.
Since the and are alternately formed, the magnetic resistance of the air gap changes, the air gap magnetic flux concentrates on the portion facing the tooth 2a, and the magnetic flux density distribution changes abruptly between the tooth 2a and the slot 3a. In this embodiment, the magnetic wedge 20 and the cylindrical body 22 make the magnetic resistance along the circumferential direction of the air gap relatively uniform. FIG. 19 shows the air gap magnetic flux density distribution which is the result of simulation by magnetic field analysis. As shown by the dotted line and the one-dot chain line in FIG. 19, the magnetic flux density distribution of the conventional permanent magnet type rotary electric machine has a large drop due to the slot 3a, but in the rotary electric machine of this embodiment shown by the solid line, it depends on the slot 3a of the air gap magnetic flux density. The drop is alleviated and the magnetic flux density distribution is smooth.

【0052】したがって、コギングトルクは非常に小と
なり、回転電機は回転変動、出力変動が低減される。同
時に、スロット3aと歯2aの磁気抵抗変化により永久
磁石等で発生する渦電流が低減される。
Therefore, the cogging torque becomes very small, and the rotational electric machine has reduced rotational fluctuation and output fluctuation. At the same time, the eddy current generated in the permanent magnet or the like is reduced due to the change in the magnetic resistance of the slot 3a and the tooth 2a.

【0053】つぎに、界磁の永久磁石6を起磁力源とし
て、永久磁石6、空隙9、ステータ鉄心2、ロータヨー
クからなる磁気回路を考える。楔20及び円筒体22に
より電機子内径面は永久磁石6からみると周方向に連続
な磁性材があることになり、永久磁石6からみた外部磁
気回路のパーミアンスは回転位置に関わらず一定とな
る。したがって、永久磁石6の磁気特性曲線(磁束密度
対磁化力特性)上の動作点はほぼ一定であり、永久磁石
6の磁気的損失(ヒステリシス損等)が小となる。
Next, consider a magnetic circuit including the permanent magnet 6, the air gap 9, the stator core 2, and the rotor yoke, using the field permanent magnet 6 as a magnetomotive force source. Due to the wedge 20 and the cylindrical body 22, the inner diameter surface of the armature has a continuous magnetic material in the circumferential direction when viewed from the permanent magnet 6, and the permeance of the external magnetic circuit viewed from the permanent magnet 6 is constant regardless of the rotational position. . Therefore, the operating point on the magnetic characteristic curve (magnetic flux density vs. magnetizing force characteristic) of the permanent magnet 6 is almost constant, and the magnetic loss (hysteresis loss, etc.) of the permanent magnet 6 is small.

【0054】以上より、コギングトルクやスロット3a
による損失を抑制した特性の良い永久磁石式回転電機を
提供できる。また、本実施例でも有効磁束の低下抑制が
行なわれる。
From the above, the cogging torque and the slot 3a
It is possible to provide a permanent magnet type rotating electric machine with excellent characteristics that suppresses the loss due to. In addition, the reduction of the effective magnetic flux is suppressed also in this embodiment.

【0055】本実施例の回転電機が無負荷の状態の場合
の作用を述べる。本実施例の極薄いけい素鋼板、アモル
ファス磁性材、SUS630材の磁性材を適用した場
合、磁束の一部(周方向成分)は鉄心内径の部分(歯2
aと楔20部分または、磁性円筒体22)を円周方向に
沿って流れるが、N極とS極の極間部に近づくにつれて
磁石より発生した漏れ磁束が集まってくるため、磁束量
が増えて、極間部近傍の楔20、または磁性円筒体22
の磁束密度は1.5〜3(T)近くになり、磁気飽和す
る。例えば本発明のSUS630の楔20または円筒体
22の場合、図4に示すようにSUS630材は1.6
(T)以上で比透磁率が10近くとなり、極間部の磁気
抵抗はかなり大となるため、周方向の磁束の漏れは少量
で飽和する。
The operation when the rotary electric machine of this embodiment is in a no-load state will be described. When the ultrathin silicon steel sheet, the amorphous magnetic material, and the magnetic material of SUS630 material of this embodiment are applied, a part of the magnetic flux (circumferential component) is the part of the inner diameter of the iron core (tooth 2).
a and the wedge 20 portion or the magnetic cylindrical body 22) flow along the circumferential direction, but the amount of magnetic flux increases because the leakage magnetic flux generated from the magnet gathers as it approaches the interpolar portion between the N pole and the S pole. The wedge 20 or the magnetic cylindrical body 22 near the gap
Has a magnetic flux density of about 1.5 to 3 (T) and is magnetically saturated. For example, in the case of the wedge 20 or the cylindrical body 22 of the SUS630 of the present invention, the SUS630 material is 1.6 as shown in FIG.
Above (T), the relative permeability becomes close to 10, and the magnetic resistance in the gap between the electrodes becomes considerably large, so leakage of magnetic flux in the circumferential direction is saturated with a small amount.

【0056】したがって極間部で漏れる磁束が少量に抑
制され、コイル3と鎖交する有効磁束の低下を抑制でき
る。一方、径方向の磁束については、永久磁石式回転電
機の空隙磁束密度が0.6〜1(T)であるため、極間
部近傍を除いた本発明の楔20及び円筒体22は磁気飽
和しておらず、コイル3と鎖交する磁束量の低下は僅か
となる。例えば、空隙磁束密度が0.8(T)近傍にな
るよう磁気設計され、楔20または円筒体22がSUS
630である回転電機の場合、本発明の楔20、または
円筒体22を用いると図4に示すように、磁束密度0.
8(T)における楔20、または円筒体22の比透磁率
は120であり、磁極部分の径方向においては楔20、
または円筒体22が磁気的な空隙とならず、磁束密度の
低下も僅かである。
Therefore, the magnetic flux leaking in the gap between the electrodes is suppressed to a small amount, and the reduction of the effective magnetic flux interlinking with the coil 3 can be suppressed. On the other hand, regarding the magnetic flux in the radial direction, since the air gap magnetic flux density of the permanent magnet type rotary electric machine is 0.6 to 1 (T), the wedge 20 and the cylindrical body 22 of the present invention excluding the vicinity of the gap are magnetically saturated. Therefore, the decrease in the amount of magnetic flux interlinking with the coil 3 is slight. For example, the air gap magnetic flux density is magnetically designed to be near 0.8 (T), and the wedge 20 or the cylindrical body 22 is made of SUS.
In the case of the rotary electric machine of 630, when the wedge 20 or the cylindrical body 22 of the present invention is used, as shown in FIG.
8 (T), the relative permeability of the wedge 20 or the cylindrical body 22 is 120, and the wedge 20 in the radial direction of the magnetic pole portion,
Alternatively, the cylindrical body 22 does not form a magnetic gap, and the decrease in magnetic flux density is slight.

【0057】次に、コイル3に電流を流した負荷状態を
考えると、ブラシレスDCモータでは界磁磁束が最大の
状態になる(界磁磁極中心と対向する)位置のコイル3
に最大電流を流すため、電機子が作る磁束が最大となる
ポイントは界磁の磁極間付近となり、極間部近くの楔2
0、円筒体22の磁束密度が大となり、磁気飽和は無負
荷時よりもさらに生じ易くなる。したがって、無負荷、
負荷時とも極間部で漏れる磁束が少量に抑制され、コイ
ル3と鎖交する有効磁束の低下を抑制できる。
Next, considering the load state in which a current is applied to the coil 3, the coil 3 at the position where the field magnetic flux is in the maximum state (opposed to the center of the field magnetic pole) in the brushless DC motor.
Since the maximum current flows through the armature, the point where the magnetic flux created by the armature is maximum is near the magnetic poles of the field, and the wedge 2 near the interpolar portion is used.
0, the magnetic flux density of the cylindrical body 22 is large, and magnetic saturation is more likely to occur than when there is no load. Therefore, no load,
The magnetic flux leaking in the gap between the electrodes is suppressed to a small amount even when the load is applied, and the reduction of the effective magnetic flux interlinking the coil 3 can be suppressed.

【0058】また、アモルファス磁性材を使用した場
合、このアモルファス材は磁束密度が1(T)以下で透
磁率が5000〜200000程度あり、非常に透磁率
が高く、かつ磁束密度が1〜1.2(T)で磁気飽和す
る。図14に示すように本実施例で採用したCo基アモ
ルファス材は磁束密度が0.3〜1(T)の範囲で透磁
率が10000から200000あり、飽和磁束密度は
1〜1.2(T)程度である。
When an amorphous magnetic material is used, the amorphous material has a magnetic flux density of 1 (T) or less and a magnetic permeability of about 5,000 to 200,000, which is extremely high and has a magnetic flux density of 1 to 1. Magnetic saturation occurs at 2 (T). As shown in FIG. 14, the Co-based amorphous material used in this example has a magnetic permeability of 10,000 to 200,000 and a saturation magnetic flux density of 1 to 1.2 (T) in the range of magnetic flux density of 0.3 to 1 (T). ) Is about.

【0059】従って、周方向の漏れ磁束による極間部近
傍の磁気飽和は、漏れ磁束の量が少なくても生じるた
め、鎖交磁束量は僅かな低下となる。一方、極間部以外
のアモルファスがある部分ではアモルファスの透磁率が
非常に高いため、コギングトルクはほとんど発生せず、
電磁気的損失は僅かとなる。
Therefore, magnetic saturation in the vicinity of the interelectrode portion due to leakage flux in the circumferential direction occurs even if the amount of leakage flux is small, so the amount of interlinkage magnetic flux is slightly reduced. On the other hand, since the amorphous magnetic permeability is extremely high in the part where the amorphous material is present other than between the electrodes, cogging torque hardly occurs,
Electromagnetic losses are negligible.

【0060】ロータが高速で回転する場合には、多極の
回転電機の場合は、磁性楔20、磁性円筒体22に渦電
流が発生して損失が生じる。このため、前記磁性楔2
0、磁性円筒体22をロータの界磁磁束に対して平行に
分割積層して構成することにより渦電流を低減する。
When the rotor rotates at a high speed, in the case of a multi-pole rotating electric machine, an eddy current is generated in the magnetic wedge 20 and the magnetic cylindrical body 22 to cause a loss. Therefore, the magnetic wedge 2
0, the magnetic cylinder 22 is divided and laminated in parallel to the field magnetic flux of the rotor to reduce the eddy current.

【0061】以上より、本発明を用いることにより、径
方向のステータと鎖交する界磁の磁束量を僅かな低下に
抑えることができるため、回転電機の体積を大とするこ
と無く、コギングトルク、及び電磁気的損失を低減した
永久磁石式回転電機を提供できる。
As described above, by using the present invention, the magnetic flux amount of the field interlinking with the radial stator can be suppressed to a slight decrease. Therefore, the cogging torque can be increased without increasing the volume of the rotating electric machine. It is possible to provide a permanent magnet type rotating electric machine with reduced electromagnetic loss.

【0062】本発明では永久磁石式回転界磁の回転電機
について述べたが、直流モータに代表されるステータ側
を永久磁石界磁とし、ロータを回転電機子としても同様
な効果が得られる。また、本実施例では永久磁石式回転
電機について述べたが永久磁石式のリニアモータでも同
様に可能である。また、界磁極表面と電機子表面間の磁
束漏れによる出力低下よりも、トルク脈動の低減を優先
する場合は、一般の巻線形界磁の同期機にも適用可能で
ある。
In the present invention, the rotary electric machine of the permanent magnet type rotating field has been described, but the same effect can be obtained by using the permanent magnet field magnet on the stator side represented by a DC motor and the rotary armature on the rotor side. Further, although the permanent magnet type rotary electric machine is described in the present embodiment, a permanent magnet type linear motor can be similarly used. Further, when priority is given to reduction of torque pulsation rather than reduction of output due to magnetic flux leakage between the surface of the field pole and the surface of the armature, the present invention can be applied to a general winding type synchronous machine.

【0063】[0063]

【発明の効果】以上説明したように本発明の永久磁石界
磁の回転電機は、ステータコイルと鎖交する界磁の径方
向磁束量を僅かな低下に抑え、かつ、回転電機の体積を
大とすること無く、電機子鉄心のスロットと歯により発
生するコギングトルク、スロットによる電磁気的損失を
低減した特性の良い永久磁石式回転電機を提供できる。
As described above, the rotary electric machine of the permanent magnet field according to the present invention suppresses the radial magnetic flux amount of the field interlinking with the stator coil to a slight decrease, and increases the volume of the rotary electric machine. It is possible to provide a permanent magnet type rotating electric machine having excellent characteristics in which the cogging torque generated by the slots and teeth of the armature core and the electromagnetic loss due to the slots are reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1実施例の回転電機を軸方向に沿っ
て切断した断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a rotary electric machine according to a first embodiment of the present invention, taken along the axial direction.

【図2】図1のA−A線部分断面図である。FIG. 2 is a partial cross-sectional view taken along the line AA of FIG.

【図3】保持環の磁気特性線図である。FIG. 3 is a magnetic characteristic diagram of a retaining ring.

【図4】磁性材(SUS630,S45C)の透磁率と
磁束密度との関係を示す特性線図である。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between magnetic permeability and magnetic flux density of magnetic materials (SUS630, S45C).

【図5】ロータの解析対象領域の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of an analysis target area of a rotor.

【図6】SUS630の保持環の解析結果を示す磁束線
図である。
FIG. 6 is a magnetic flux diagram showing an analysis result of a retaining ring of SUS630.

【図7】S45Cの保持環の解析結果を示す磁束線図で
ある。
FIG. 7 is a magnetic flux diagram showing the analysis result of the retaining ring in S45C.

【図8】非磁性材の保持環の解析結果を示す磁束線図で
ある。
FIG. 8 is a magnetic flux diagram showing an analysis result of a retaining ring made of a non-magnetic material.

【図9】本発明の第2実施例のロータを径方向に沿って
切断した断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view of a rotor according to a second embodiment of the present invention cut along the radial direction.

【図10】SUS630の保持環を用いた図9による構
成の解析結果を示す磁束線図である。
FIG. 10 is a magnetic flux diagram showing an analysis result of the configuration according to FIG. 9 using a retaining ring of SUS630.

【図11】磁気カップリングに適用した構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram applied to a magnetic coupling.

【図12】本発明の第3実施例の回転電機を径方向に沿
って切断した断面図である。
FIG. 12 is a sectional view of a rotary electric machine according to a third embodiment of the present invention, taken along the radial direction.

【図13】軸方向に長い小片を積層した磁性楔の一例の
構成図である。
FIG. 13 is a configuration diagram of an example of a magnetic wedge in which small pieces that are long in the axial direction are stacked.

【図14】アモルファス磁性材の磁気特性線図である。FIG. 14 is a magnetic characteristic diagram of an amorphous magnetic material.

【図15】軸方向に積層した磁性楔の一例の構成図であ
る。
FIG. 15 is a configuration diagram of an example of magnetic wedges stacked in the axial direction.

【図16】本発明の第4実施例の回転電機の断面図であ
る。
FIG. 16 is a sectional view of a rotary electric machine according to a fourth embodiment of the present invention.

【図17】軸方向に長い小片を積層した円筒体の構成図
である。
FIG. 17 is a configuration diagram of a cylindrical body in which small pieces that are long in the axial direction are stacked.

【図18】円板を積層した円筒体の構成図である。FIG. 18 is a configuration diagram of a cylindrical body in which discs are laminated.

【図19】磁界解析を行なった結果である一極当りの空
隙磁束密度分布図である。
FIG. 19 is a void magnetic flux density distribution diagram for one pole, which is the result of magnetic field analysis.

【図20】従来の非磁性の保持環を利用した回転電機の
構成図である。
FIG. 20 is a configuration diagram of a rotary electric machine using a conventional non-magnetic retaining ring.

【図21】従来の磁性楔を用いた場合の構成図である。FIG. 21 is a configuration diagram when a conventional magnetic wedge is used.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ステータ 2 ステータ鉄心 2a 歯 3 コイル 3a スロット 4 ロータ 5 ロータ鉄心 6,10 永久磁石 7 保持環 9 空隙 20 磁性楔 21 楔小片 22 円筒体 23 楔小片(円形薄板) 1 stator 2 stator iron core 2a tooth 3 coil 3a slot 4 rotor 5 rotor iron core 6,10 permanent magnet 7 retaining ring 9 void 20 magnetic wedge 21 wedge small piece 22 cylindrical body 23 wedge small piece (circular thin plate)

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 磁性材の鉄心にコイルを巻いて電機子と
したステータと、 磁性材の鉄心の表面円周方向に配置された永久磁石を飽
和磁束密度の低い磁性材にて作った保持環にて覆い固定
したロータと、 を有する永久磁石式回転電機。
1. A holding ring made of a magnetic material having a low saturation magnetic flux density, and a stator used as an armature by winding a coil around a magnetic material iron core, and a permanent magnet arranged in a circumferential direction of a surface of the magnetic material iron core. A permanent magnet type rotating electrical machine having a rotor fixed and covered with.
【請求項2】 保持環は、磁束密度が0.5〜0.8
(T)にて比透磁率が100以上であり、かつ磁束密度
が1.6(T)以上にて比透磁率が100以下である磁
気特性を有する磁性材からなる請求項1記載の永久磁石
式回転電機。
2. The retaining ring has a magnetic flux density of 0.5 to 0.8.
2. The permanent magnet according to claim 1, wherein the permanent magnet is made of a magnetic material having a magnetic characteristic of having a relative magnetic permeability of 100 or more at (T) and a relative magnetic permeability of 100 or less at a magnetic flux density of 1.6 (T) or more. Rotary electric machine.
【請求項3】 磁性材の鉄心の表面円周方向に配置され
る永久磁石の極間部に更に新たな永久磁石を配置し、し
かもこの新たな永久磁石の磁化方向を極間部を形成する
ものと永久磁石の磁化方向に対して直交するように配置
した請求項1又は2記載の永久磁石式回転電機。
3. A new permanent magnet is further arranged in the interelectrode portion of the permanent magnet arranged in the circumferential direction of the surface of the iron core of the magnetic material, and the magnetization direction of this new permanent magnet forms the interelectrode portion. The permanent magnet type rotating electric machine according to claim 1 or 2, wherein the permanent magnet type rotating electric machine and the permanent magnet are arranged so as to be orthogonal to the magnetization direction of the permanent magnet.
【請求項4】 スロットと歯とが形成された鉄心を有す
るステータと、鉄心表面に永久磁石を配置したロータ
と、を有する永久磁石式回転電機において、 上記スロットの開口部にけい素鋼板よりなる磁性楔を配
置したことを特徴とする永久磁石式回転電機。
4. A permanent magnet type rotating electric machine having a stator having an iron core having slots and teeth formed therein, and a rotor having a permanent magnet arranged on the surface of the iron core, wherein the opening of the slot is made of a silicon steel plate. A permanent magnet type rotating electric machine having a magnetic wedge.
【請求項5】 スロットと歯とが形成された鉄心を有す
るステータと、鉄心表面に永久磁石を配置したロータ
と、を有する永久磁石式回転電機において、 上記スロットの開口部にアモルファス磁性材よりなる磁
性楔を配置したことを特徴とする永久磁石式回転電機。
5. A permanent magnet type rotating electric machine having a stator having an iron core having slots and teeth formed therein, and a rotor having permanent magnets arranged on the surface of the iron core, wherein an opening of the slot is made of an amorphous magnetic material. A permanent magnet type rotating electric machine having a magnetic wedge.
【請求項6】 スロットと歯とが形成された鉄心を有す
るステータと、鉄心表面に永久磁石を配置したロータ
と、を有する永久磁石式回転電機において、 上記スロットの開口部に、磁束密度が0.5〜0.8
(T)で比透磁率が100以上でありしかも磁束密度が
1.6(T)以上で比透磁率が100以下である磁気特
性を有する軟磁性材の磁性楔を配置したことを特徴とす
る永久磁石式回転電機。
6. A permanent magnet type rotary electric machine comprising: a stator having an iron core having slots and teeth formed therein; and a rotor having a permanent magnet arranged on the surface of the iron core, wherein the magnetic flux density is 0 at the opening of the slot. .5-0.8
A magnetic wedge made of a soft magnetic material having magnetic characteristics of (T) having a relative magnetic permeability of 100 or more, a magnetic flux density of 1.6 (T) or more and a relative magnetic permeability of 100 or less is arranged. Permanent magnet type rotating electric machine.
【請求項7】 内周にスロットと歯とが形成された鉄心
を有するステータと、鉄心表面に永久磁石を配置したロ
ータと、を有する永久磁石式回転電機において、 上記ステータの鉄心内周側に上記ロータと対向して、け
い素鋼板の円筒体を配置したことを特徴とする永久磁石
式回転電機。
7. A permanent magnet type rotating electric machine comprising: a stator having an iron core having slots and teeth formed on the inner periphery thereof; and a rotor having permanent magnets arranged on the surface of the iron core. A permanent magnet type rotating electric machine, characterized in that a cylindrical body of a silicon steel plate is arranged facing the rotor.
【請求項8】 内周にスロットと歯とが形成された鉄心
を有するステータと、鉄心表面に永久磁石を配置したロ
ータと、を有する永久磁石式回転電機において、 上記ステータの鉄心内周側に上記ロータと対向して、ア
モルファス磁性材をスパイラル状に巻いた円筒体を配置
したことを特徴とする永久磁石式回転電機。
8. A permanent magnet type rotating electric machine comprising: a stator having an iron core having slots and teeth formed on the inner circumference thereof; and a rotor having permanent magnets arranged on the surface of the iron core. A permanent magnet type rotating electric machine, wherein a cylindrical body formed by winding an amorphous magnetic material in a spiral shape is arranged to face the rotor.
【請求項9】 内周にスロットと歯とが形成された鉄心
を有するステータと、鉄心表面に永久磁石を配置したロ
ータと、を有する永久磁石式回転電機において、 上記ステータの鉄心内周側に上記ロータと対向して、磁
束密度が0.5〜0.8(T)で比透磁率が100以上
であり、しかも磁束密度が1.6以上で比透磁率が10
0以下である磁気特性を有する軟磁性材の円筒体を配置
したことを特徴とする永久磁石式回転電機。
9. A permanent magnet type rotary electric machine comprising: a stator having an iron core having slots and teeth formed on the inner circumference thereof; and a rotor having a permanent magnet arranged on the surface of the iron core. Facing the rotor, the magnetic flux density is 0.5 to 0.8 (T), the relative magnetic permeability is 100 or more, and the magnetic flux density is 1.6 or more and the relative magnetic permeability is 10 or more.
A permanent magnet type rotating electric machine comprising a cylindrical body of a soft magnetic material having a magnetic characteristic of 0 or less.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU181894U1 (en) * 2017-06-06 2018-07-26 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации ELECTRIC MACHINE
CN109983658A (en) * 2017-09-21 2019-07-05 株式会社东芝 Magnetic wedge and rotating electric machine

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