JP2010220359A - Rotor core, manufacturing method thereof, rotor, and embedded magnet type rotary electric machine having rotor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ロータコア内部にマグネットを装着するロータを有する埋込磁石型回転電機に関するものである。 The present invention relates to an embedded magnet type rotating electrical machine having a rotor for mounting a magnet inside a rotor core.
従来の、ロータコア内部にマグネットを装着するロータを有する埋込磁石型回転電機は、常に高出力化と低コスト化の改良がなされてきた。高出力化の手段の1つに高速回転化と高トルク化があり、低コスト化の手段の1つに高価なマグネットの使用量の低減がある。
一般的に、高出力化と低コスト化を両立させることは困難な課題であるが、マグネット装着孔周りのブリッジ部の透磁率を低下させることにより、マグネットの洩れ磁束を低減し、耐遠心力強度を損なうことなしに、高トルク化、またはマグネット使用量の低減を図る技術がある(例えば、特許文献1参照)。
図18は、特許文献1における図1に示されている、従来の埋込磁石型回転電機のロータの構造図である。
従来の一般的な電磁鋼板を用いたロータコアの、マグネット装着孔5周りのブリッジ部10の透磁率を、機械的または熱的処理により低下させようとするものである。従来の電磁鋼板を用いることで材料費の上昇がなく、耐遠心力を損なうことなしに、強磁性材である電磁鋼板のブリッジ部のみの磁性を、ある程度低下させることができる。
このように、従来の埋込磁石型回転電機のロータコアは、洩れ磁束低減による高出力化と低コスト化の改良が図られてきたのである。
Conventional embedded magnet type rotating electric machines having a rotor in which a magnet is mounted inside a rotor core have always been improved in terms of high output and low cost. One of the means for increasing the output is high speed rotation and high torque, and one of the means for reducing the cost is reducing the amount of expensive magnets used.
In general, it is difficult to achieve both high output and low cost, but by reducing the permeability of the bridge around the magnet mounting hole, the leakage flux of the magnet is reduced, and the anti-centrifugal force There is a technique for increasing torque or reducing the amount of magnet used without losing strength (see, for example, Patent Document 1).
FIG. 18 is a structural diagram of a rotor of a conventional embedded magnet type rotating electrical machine shown in FIG.
The magnetic permeability of the
As described above, the rotor core of the conventional embedded magnet type rotating electric machine has been improved in high output and low cost by reducing leakage magnetic flux.
従来の埋込磁石型回転電機において、一般的な電磁鋼板を用いたロータコアでは、特殊な鋼板を用いないため、材料費の上昇を避けることは容易であるが、洩れ磁束の低減による高トルク化が十分でない。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、複合磁性材をロータに用い、高出力化と低コスト化を両立させ得る、埋込磁石型回転電機のロータコアの安価な製造方法と、該製造方法により製造されたロータコア、該ロータコアを用いたロータ、該ロータを有する埋込磁石型回転電機を提供することを目的とするものである。
In a conventional embedded magnet type rotating electrical machine, a rotor core using a general electromagnetic steel plate does not use a special steel plate, so it is easy to avoid an increase in material costs, but a higher torque is achieved by reducing leakage flux. Is not enough.
The present invention has been made in view of such problems, and inexpensive production of a rotor core of an embedded magnet type rotating electrical machine that can achieve both high output and low cost by using a composite magnetic material for a rotor. It is an object of the present invention to provide a method, a rotor core manufactured by the manufacturing method, a rotor using the rotor core, and an embedded magnet type rotating electric machine having the rotor.
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項1に記載の発明は、
ロータコア内部にマグネットを装着するロータを有する埋込磁石型回転電機において、前記埋込磁石型回転電機のロータコアは、同一部材中に強磁性部と弱磁性部とを有する複合磁性材の板状部材を積層してなり、前記複合磁性材を予め強磁性材として設定の形状に加工し、積層した後、設定の部分を加熱処理することにより弱磁性部となすことを特徴とするロータコアの製造方法とするものである。
また、請求項2に記載の発明は、
前記ロータコアの設定の部分の加熱処理は、マグネット装着孔に高温ガスを通じてなされることを特徴とする、請求項1記載のロータコアの製造方法とするものである。
また、請求項3に記載の発明は、
前記高温ガスは、火炎であることを特徴とする、請求項1記載のロータコアの製造方法とするものである。
また、請求項4に記載の発明は、
ロータコア内部にマグネットを装着するロータを有する埋込磁石型回転電機において、 前記埋込磁石型回転電機のロータコアは、同一部材中に強磁性部と弱磁性部とを有する複合磁性材の板状部材を積層して構成したことを特徴とするロータコアとするものである。
また、請求項5に記載の発明は、
積層された前記複合磁性材は、設定の形状に形成された強磁性材であり、所定の部分に弱磁性部を有することを特徴とする、請求項4に記載のロータコアとするものである。
また、請求項6に記載の発明は、
前記ロータコアは、マグネット装着孔周りのブリッジ部の少なくとも一部分が弱磁性部であり、その他の部分が強磁性部であることを特徴とする、請求項5記載に記載のロータコアとするものである。
また、請求項7に記載の発明は、
前記板状部材は、積層する各々の積層面に、非導電性の皮膜または表面処理による非導電性の化合層を有することを特徴とする、請求項4に記載のロータコアとするものである。
また、請求項8に記載の発明は、
前記弱磁性部を有するブリッジ部は、ロータコアの外形状に接する外接円に接しない、該外接円より内側に設けられたことを特徴とする、請求項6に記載のロータコアとするものである。
また、請求項9に記載の発明は、
請求項3ないし請求項8のいずれかの項に記載のロータコアの内部にマグネットを装着して構成したことを特徴とするロータとするものである。
また、請求項10に記載の発明は、
ステータとロータを備えた埋め込み磁石型回転電機において、前記ロータが請求項9に記載のロータで構成されたことを特徴とする埋め込み磁石型回転電機とするものである。
また、請求項11に記載の発明は、
1極に対し2個のマグネットを略V字状に配置するロータコアを有する埋め込み磁石型回転電機において、マグネット装着孔の外側のブリッジ部と内側のブリッジ部の少なくとも一部分を弱磁性部とし、その他の部分を強磁性部としたことを特徴とするロータコアとするものである。
また、請求項12に記載の発明は、
1極に対し1個のマグネットを放射状に配置するロータコアを有する埋め込み磁石型回転電機において、マグネット装着孔の外側のブリッジ部と内側のブリッジ部の少なくとも一部分を弱磁性部とし、その他の部分を強磁性部としたことを特徴とするロータコアとするものである。
また、請求項13に記載の発明は、
1極に対し1個のマグネットを放射状に配置し、前記マグネットの間の内周側に、別に各1個のマグネットを、磁極を径方向に向けて配置するロータコアを有する埋め込み磁石型回転電機において、 マグネット装着孔の外側のブリッジ部と内側のブリッジ部の大部分、またはブリッジ部の一部分を弱磁性部とし、その他の部分を強磁性部としたことを特徴とするロータコアとするものである。
また、請求項14に記載の発明は、
1極に対し2個のマグネットを、磁極を径方向に向けて並べて配置するロータコアを有する埋め込み磁石型回転電機において、
マグネット装着孔の磁極の境部のブリッジ部と、並んだマグネット装着孔の間のブリッジ部の大部分、またはブリッジ部の一部分を弱磁性部とし、その他の部分を強磁性部としたことを特徴とするロータコアとするものである。
また、請求項15に記載の発明は、
1極に対し1個のマグネットを、磁極を径方向に向けて並べて配置するロータコアを有する埋め込み磁石型回転電機において、マグネット装着孔の磁極の境部のブリッジ部の大部分、またはブリッジ部の一部分を弱磁性部とし、その他の部分を強磁性部としたことを特徴とするロータコアとするものである。
In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.
The invention described in claim 1
In an embedded magnet type rotating electrical machine having a rotor in which a magnet is mounted inside the rotor core, the rotor core of the embedded magnet type rotating electrical machine is a plate member of a composite magnetic material having a ferromagnetic part and a weak magnetic part in the same member A rotor core manufacturing method, wherein the composite magnetic material is processed into a set shape as a ferromagnetic material in advance and laminated to form a weak magnetic portion by heat-treating the set portion. It is what.
The invention according to
2. The method of manufacturing a rotor core according to claim 1, wherein the heat treatment of the setting portion of the rotor core is performed through high-temperature gas through the magnet mounting hole.
The invention according to
2. The method of manufacturing a rotor core according to claim 1, wherein the high-temperature gas is a flame.
The invention according to claim 4
In an embedded magnet type rotating electrical machine having a rotor in which a magnet is mounted inside a rotor core, the rotor core of the embedded magnet type rotating electrical machine is a plate member of a composite magnetic material having a ferromagnetic part and a weak magnetic part in the same member The rotor core is characterized by being laminated.
The invention according to claim 5
5. The rotor core according to claim 4, wherein the laminated composite magnetic material is a ferromagnetic material formed in a predetermined shape, and has a weak magnetic portion in a predetermined portion.
The invention according to claim 6
6. The rotor core according to claim 5, wherein at least a part of the bridge part around the magnet mounting hole is a weak magnetic part and the other part is a ferromagnetic part.
The invention according to claim 7
5. The rotor core according to claim 4, wherein each of the plate-like members has a non-conductive film or a non-conductive compound layer formed by surface treatment on each laminated surface to be laminated.
Further, the invention according to
7. The rotor core according to claim 6, wherein the bridge portion having the weak magnetic portion is provided on an inner side of the circumscribed circle not in contact with the circumscribed circle in contact with the outer shape of the rotor core.
The invention according to
A rotor characterized in that a magnet is mounted inside the rotor core according to any one of
The invention according to
An embedded magnet type rotating electrical machine including a stator and a rotor, wherein the rotor is constituted by the rotor according to
The invention according to claim 11 is
In an embedded magnet type rotating electrical machine having a rotor core in which two magnets are arranged in a substantially V shape with respect to one pole, at least a part of the outer bridge portion and the inner bridge portion of the magnet mounting hole is used as a weak magnetic portion. The rotor core is characterized in that the portion is a ferromagnetic part.
Further, the invention according to claim 12 is
In an embedded magnet type rotating electrical machine having a rotor core in which one magnet is radially arranged for one pole, at least a part of the outer bridge part and the inner bridge part of the magnet mounting hole is a weak magnetic part, and the other part is strong. The rotor core is characterized by being a magnetic part.
The invention according to claim 13 is
In an embedded magnet type rotating electrical machine having a rotor core in which one magnet is arranged radially with respect to one pole, and one magnet is arranged on the inner peripheral side between the magnets with the magnetic poles oriented in the radial direction. The rotor core is characterized in that the outer bridge portion and the inner bridge portion of the magnet mounting hole, most of the bridge portion, or a part of the bridge portion is a weak magnetic portion, and the other portion is a ferromagnetic portion.
The invention as set forth in claim 14
In an embedded magnet type rotating electrical machine having a rotor core in which two magnets are arranged for one pole, and magnetic poles are arranged in a radial direction,
The bridge part at the boundary of the magnetic pole of the magnet mounting hole and the bridge part between the magnet mounting holes side by side, or a part of the bridge part is a weak magnetic part, and the other part is a ferromagnetic part And a rotor core.
The invention according to claim 15 is
In an embedded magnet type rotating electrical machine having a rotor core in which one magnet is arranged for one pole and the magnetic poles are arranged in the radial direction, most of the bridge portion at the boundary of the magnetic pole of the magnet mounting hole, or a part of the bridge portion Is a weak magnetic part, and the other part is a ferromagnetic part.
請求項1、請求項4、および請求項5に記載の発明によると、
前記埋込磁石型回転電機のロータコアは、同一部材中に強磁性部と弱磁性部とを有する複合磁性材の板状部材を積層してなり、積層した後、一括して加熱処理するため、生産効率が大変よく、高出力化と低コスト化を両立させ得る、埋込磁石型回転電機を実現できる。
また、請求項2に記載の発明によると、
前記ロータコアの設定の部分の加熱処理は、マグネット装着孔に高温ガスを通じてなされるため、マグネット装着孔周りのブリッジ部を効率よく加熱処理することができる。
また、請求項3に記載の発明によると、
前記高温ガスは、火炎であるため、汎用的な可燃ガスを用いて、安価に、十分な加熱を行うことができる。
また、請求項6に記載の発明によると、
前記ロータコアは、マグネット装着孔周りのブリッジ部の大部分、またはブリッジ部の一部分を弱磁性部とし、その他の部分を強磁性部としたため、高出力化と低コスト化を両立させ得る、埋込磁石型回転電機を実現できる。
また、請求項7に記載の発明によると、
前記ロータコアを構成する板状部材は、積層する各々の積層面に、非導電性の皮膜または表面処理による非導電性の化合層を有するため、従来の電磁板状部材と同様に渦電流による鉄損の増加を防止できる。
また、請求項8に記載の発明によると、
前記弱磁性部を有するブリッジ部は、ロータコアの外形状に接する外接円に接しない、該外接円より内側に設けられたことを特徴とする、請求項1記載の製造方法により製造されたロータコアため、弱磁性部の位置誤差が、コギングトルクの増大に与える影響を小さく留め得る。
また、請求項9に記載の発明によると、
請求項1記載の製造方法により製造されたロータコア内部にマグネットを装着するロータとするため、洩れ磁束が小さく、安価なロータコアを製造することができる。
また、請求項10に記載の発明によると、
請求項7記載のロータを有する埋め込み磁石型回転電機とするため、高出力化と低コスト化を両立させ得る、埋込磁石型回転電機を製造することができる。
また、請求項11に記載の発明によると、
1極に対し2個のマグネットを略V字状に配置する埋め込み磁石型回転電機において、マグネット装着孔の外側のブリッジ部と内側のブリッジ部の大部分、またはブリッジ部の一部分を弱磁性部とし、その他の部分を強磁性部としたため、従来の、ブリッジ部を細く設け洩れ磁束を低減するロータ設計に比べ、高トルク化を向上できる。
また、請求項12に記載の発明によると、
1極に対し1個のマグネットを放射状に配置する埋め込み磁石型回転電機において、マグネット装着孔の外側のブリッジ部と内側のブリッジ部の大部分、またはブリッジ部の一部分を弱磁性部とし、その他の部分を強磁性部としたため、従来の、ブリッジ部を細く設け洩れ磁束を低減するロータ設計に比べ、高トルク化を向上できる。
また、請求項13に記載の発明によると、
1極に対し1個のマグネットを放射状に配置し、前記マグネットの間の内周側に、別に各1個のマグネットを磁極を径方向に向けて配置する埋め込み磁石型回転電機において、マグネット装着孔の外側のブリッジ部と内側のブリッジ部の大部分、またはブリッジ部の一部分を弱磁性部とし、その他の部分を強磁性部としたため、従来の、ブリッジ部を細く設け洩れ磁束を低減するロータ設計に比べ、高トルク化を向上できる。
また、請求項14に記載の発明によると、
1極に対し2個のマグネットを、磁極を径方向に向けて並べて配置する埋め込み磁石型回転電機において、マグネット装着孔の磁極の境部のブリッジ部と、並んだマグネット装着孔の間のブリッジ部の大部分、またはブリッジ部の一部分を弱磁性部とし、その他の部分を強磁性部としたため、従来の、ブリッジ部を細く設け洩れ磁束を低減するロータ設計に比べ、高トルク化を向上できる。
また、請求項15に記載の発明によると、
1極に対し1個のマグネットを、磁極を径方向に向けて並べて配置する埋め込み磁石型回転電機において、マグネット装着孔の磁極の境部のブリッジ部の大部分、またはブリッジ部の一部分を弱磁性部とし、その他の部分を強磁性部としたため、従来の、ブリッジ部を細く設け洩れ磁束を低減するロータ設計に比べ、高トルク化を向上できる。
According to the invention of claim 1, claim 4 and claim 5,
The rotor core of the embedded magnet type rotating electrical machine is formed by laminating a plate member of a composite magnetic material having a ferromagnetic part and a weak magnetic part in the same member, and after the lamination, heat treatment is performed collectively. It is possible to realize an embedded magnet type rotating electrical machine that has very good production efficiency and can achieve both high output and low cost.
According to the invention of
Since the heat treatment of the setting portion of the rotor core is performed through high-temperature gas through the magnet mounting hole, the bridge portion around the magnet mounting hole can be efficiently heat-treated.
According to the invention of
Since the high-temperature gas is a flame, sufficient heating can be performed inexpensively using a general-purpose combustible gas.
According to the invention of claim 6,
Since the rotor core has a weak magnetic part in the bridge part around the magnet mounting hole or a part of the bridge part and a ferromagnetic part in the other part, it is possible to achieve both high output and low cost. A magnet-type rotating electrical machine can be realized.
According to the invention of claim 7,
Since the plate-like member constituting the rotor core has a non-conductive film or a non-conductive compound layer by surface treatment on each lamination surface, the iron by eddy current is provided in the same manner as the conventional electromagnetic plate-like member. Increase in loss can be prevented.
According to the invention of
2. The rotor core manufactured by the manufacturing method according to claim 1, wherein the bridge portion having the weak magnetic portion is provided inside the circumscribed circle so as not to contact a circumscribed circle that contacts the outer shape of the rotor core. The influence of the position error of the weak magnetic part on the increase of the cogging torque can be kept small.
According to the invention of
Since the rotor in which the magnet is mounted inside the rotor core manufactured by the manufacturing method according to claim 1 is used, an inexpensive rotor core with a small leakage magnetic flux can be manufactured.
According to the invention of
In order to provide an embedded magnet type rotating electrical machine having the rotor according to claim 7, it is possible to manufacture an embedded magnet type rotating electrical machine capable of achieving both high output and low cost.
According to the invention of claim 11,
In an embedded magnet type rotating electrical machine in which two magnets are arranged in a substantially V shape with respect to one pole, the outer bridge portion and most of the inner bridge portion of the magnet mounting hole, or a part of the bridge portion is a weak magnetic portion. Since the other part is a ferromagnetic part, higher torque can be improved compared to the conventional rotor design in which the bridge part is narrowed to reduce the leakage magnetic flux.
According to the invention of claim 12,
In an embedded magnet type rotating electrical machine in which one magnet is radially arranged for one pole, the outer bridge part and the inner bridge part of the magnet mounting hole, or a part of the bridge part is a weak magnetic part. Since the portion is a ferromagnetic portion, higher torque can be improved compared to a conventional rotor design in which a bridge portion is narrowed to reduce leakage magnetic flux.
According to the invention of claim 13,
In an embedded magnet type rotating electrical machine in which one magnet is arranged radially with respect to one pole, and another magnet is arranged on the inner peripheral side between the magnets with the magnetic poles directed in the radial direction. Because most of the outer and inner bridge parts, or a part of the bridge part are weak magnetic parts and the other parts are ferromagnetic parts, a conventional rotor design with a narrow bridge part to reduce leakage magnetic flux. Compared to the above, higher torque can be improved.
According to the invention of claim 14,
In an embedded magnet type rotating electrical machine in which two magnets are arranged for one pole with the magnetic poles arranged in the radial direction, the bridge portion at the boundary of the magnetic pole of the magnet mounting hole and the bridge portion between the aligned magnet mounting holes Therefore, a part of the bridge part or a part of the bridge part is a weak magnetic part, and the other part is a ferromagnetic part. Therefore, the torque can be increased compared to the conventional rotor design in which the bridge part is narrowed to reduce the leakage magnetic flux.
According to the invention of claim 15,
In an embedded magnet type rotating electrical machine in which one magnet is arranged for one pole and the magnetic poles are arranged side by side in the radial direction, most of the bridge portion at the boundary of the magnetic pole of the magnet mounting hole or a part of the bridge portion is weakly magnetized. Since the other portion is a ferromagnetic portion, higher torque can be improved compared to a conventional rotor design in which a bridge portion is narrowed to reduce leakage magnetic flux.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図5及び図6は、本発明の第1実施例を示す埋込磁石型回転電機の径方向断面図と軸方向断面図である。
図において、前記埋込磁石型回転電機は、ロータコア32内部にマグネット33を装着するロータを有し、ロータは、シャフト31に設置された負荷側ベアリング26と反負荷側ベアリング27を介して、負荷側ブラケット24と反負荷側ブラケット25に回転自在に支持されている。
ステータは、ステータコア21とステータコイル22よりなり、フレーム23に保持され、フレームは負荷側ブラケットに、反負荷側ブラケットとともに、締結ボルト30で固締結されている。ステータコイルへの通電はステータコイルのリード線28を通して行われ、ロータの反負荷側には、回転位置検出のためのエンコーダ部29が設置されている。
5 and 6 are a radial cross-sectional view and an axial cross-sectional view of the interior permanent magnet rotating electric machine according to the first embodiment of the present invention.
In the figure, the embedded magnet type rotating electric machine has a rotor in which a
The stator is composed of a
図4は、本発明の第1実施例を示す埋込磁石型回転電機のロータの径方向断面図と軸方向断面図である。
図において、前記ロータは、ロータコア32のマグネット装着孔にマグネット33を装着し、ロータコアはシャフト31に嵌合し、負荷側側板34と反負荷側側板35により軸方向を固定されている。
本実施例のロータは、ロータコアの1極に対し2個のマグネットを略V字状に配置する構造であり、2個のマグネットの挟角を充分狭く設計し、マグネットより発生する磁束をロータ表面に集中させることにより、高いギャップ磁束密度を得る設計としている。
FIG. 4 is a radial cross-sectional view and an axial cross-sectional view of a rotor of an embedded magnet type rotating electric machine showing the first embodiment of the present invention.
In the figure, the rotor has a
The rotor of the present embodiment has a structure in which two magnets are arranged in a substantially V shape with respect to one pole of the rotor core, and the angle between the two magnets is designed to be sufficiently narrow so that the magnetic flux generated from the magnets is transferred to the rotor surface. By concentrating on, it is designed to obtain a high gap magnetic flux density.
図3は、本発明の第1実施例を示す埋込磁石型回転電機のロータの径方向断面の拡大図である。
図において、マグネット33は、ロータコア32の略V字状のマグネット装着孔に、一部示すように、同じ磁極を向かい合わせに装着され、本ロータは、外周にN極とS極の磁極が交互に配置される10極の埋込磁石型ロータとなっている。
FIG. 3 is an enlarged view of the radial cross section of the rotor of the interior permanent magnet rotating electrical machine showing the first embodiment of the present invention.
In the figure, the
図2は、本発明の第1実施例を示す埋込磁石型回転電機のロータコアの外観図である。
図において、マグネット装着孔32aの外周側には、外側ブリッジ部38が設けられ、内周側には、内側ブリッジ部39が設けられている。
ロータコアは、同一部材中に強磁性部と弱磁性部とを有する複合磁性材の板状部材を積層してなり、前記複合磁性材を予め強磁性材として設定の形状に加工し、積層した後、設定の部分を加熱処理することにより弱磁性部とする。
FIG. 2 is an external view of the rotor core of the interior magnet type rotating electrical machine showing the first embodiment of the present invention.
In the figure, an
The rotor core is formed by laminating a plate member of a composite magnetic material having a ferromagnetic portion and a weak magnetic portion in the same member, and after processing and laminating the composite magnetic material into a set shape as a ferromagnetic material in advance. The set portion is heat-treated to form a weak magnetic portion.
図1は、本発明の第1実施例を示す埋込磁石型回転電機のロータコアの形状を示す拡大図である。
加熱処理するロータコアの設定の部分は、マグネット装着孔32a周りの外側ブリッジ部38と内側ブリッジ部39の大部分、またはブリッジ部の一部分であり、図において、外側弱磁性部38aと、内側弱磁性部39aで示されている。ロータコアを構成する複合磁性材は、単一組成でありながら強磁性と弱磁性の両方の磁気特性を実現できる材料である。
複合磁性材を用いることで、従来の強磁性材である電磁鋼板を用いた、ブリッジ部を設け洩れ磁束を低減するロータ設計に比べ、弱磁性化したことでブリッジ部を従来ほど細く設ける必要が無く、耐遠心力強度及び耐高トルク強度を向上でき、高速回転化と高トルク化をなし得る。マグネット磁極面より発生した磁束は、ブリッジ部に洩れ磁束となりにくく、殆どがロータ外周面へ導かれるため、従来ブリッジ部での洩れ磁束を補うためのマグネット使用量の追加分が不要になることが、複合磁性材という特殊な鋼板を用いる材料費の上昇分を相殺し、ロータを安価のまま製造できる。また、電機子反作用に対するギャップ磁束の減磁も小さいため、最大トルクを向上できる。
FIG. 1 is an enlarged view showing the shape of a rotor core of an embedded magnet type rotating electrical machine according to the first embodiment of the present invention.
The setting portion of the rotor core to be heat-treated is the
By using a composite magnetic material, it is necessary to provide a bridge portion that is thinner than the conventional one by using a magnetic material that is a ferromagnetic material and reducing the leakage magnetic flux compared to a rotor design that reduces the leakage flux. In addition, the strength against centrifugal force and the strength against high torque can be improved, and high speed rotation and high torque can be achieved. Magnetic flux generated from the magnetic pole surface is unlikely to leak into the bridge part, and most of it is guided to the outer peripheral surface of the rotor, so that it is not necessary to add an additional amount of magnet to supplement the leakage flux in the conventional bridge part. This makes it possible to offset the increase in material costs using a special steel plate called a composite magnetic material and to manufacture the rotor at a low cost. Moreover, since the demagnetization of the gap magnetic flux with respect to the armature reaction is small, the maximum torque can be improved.
前記外側弱磁性部32bは、ロータコアの外形状に接する外接円に接しない、該外接円より内側に設けられるため、弱磁性部の位置誤差が、コギングトルクの増大に与える影響を小さく留め得る。弱磁性部の位置誤差に対しコギングトルクの大きさは敏感であるため、弱磁性部をステータコアより遠ざけることで、コギングトルクの増大に与える影響をより小さく留め得るのである。 Since the outer weak magnetic portion 32b is provided on the inner side of the circumscribed circle that does not contact the circumscribed circle that contacts the outer shape of the rotor core, the influence of the position error of the weak magnetic portion on the increase of the cogging torque can be kept small. Since the magnitude of the cogging torque is sensitive to the position error of the weak magnetic part, the influence on the increase of the cogging torque can be kept smaller by moving the weak magnetic part away from the stator core.
ロータコアを構成する板状部材には、予め非導電性の無機皮膜が施されている。そのため、ロータコアに積層されても、従来の電磁板状部材と同様に渦電流による鉄損の増加を防止できる。 A non-conductive inorganic film is applied in advance to the plate-like member constituting the rotor core. Therefore, even when laminated on the rotor core, an increase in iron loss due to eddy current can be prevented as in the case of a conventional electromagnetic plate member.
図7は、本発明の埋込磁石型回転電機のロータコアのブリッジ部の形状について、ブリッジ部に設けられる弱磁性部の範囲を明確にする説明図である。
ブリッジ部は、従来マグネットのN極からS極へ、洩れ磁束として、磁束がショートカットすることを防ぐために、磁束の隘路とするため細く設けられてきた。
本発明は、ブリッジ部の大部分、またはブリッジ部の一部分を弱磁性部とすることで、図中、洩れ磁束のイメージとして示された、磁束のショートカットを、激減させるものである。
図は、ロータコアの形状によって、ブリッジ部の大部分と、一部分の意味を、単一のブリッジ部の場合と、連結したブリッジ部の場合について説明している。
FIG. 7 is an explanatory diagram for clarifying the range of the weak magnetic portion provided in the bridge portion with respect to the shape of the bridge portion of the rotor core of the embedded magnet type rotating electric machine of the present invention.
Conventionally, the bridge portion has been narrowly provided as a magnetic flux bottleneck in order to prevent the magnetic flux from being short-circuited as a leakage magnetic flux from the N pole to the S pole of the magnet.
The present invention drastically reduces the magnetic flux shortcut shown as an image of leakage magnetic flux in the figure by making most of the bridge portion or a part of the bridge portion a weak magnetic portion.
The figure explains the meaning of most and part of the bridge portion depending on the shape of the rotor core in the case of a single bridge portion and the case of a connected bridge portion.
図8は、本発明の埋込磁石型回転電機のロータコアの加熱処理方法を示す説明図である。
ロータコアは、複合磁性材板材を設定の形状に加工して積層後、マグネット装着孔に高温ガスを通じて、前記ブリッジ部の大部分、またはブリッジ部の一部分を加熱処理する。本実施例では、高温ガスとして酸素アセチレンガスの燃焼火炎を用いている。
図において、ロータコア32を、入口側導風治具36と出口側導風治具37との間に装着し、火炎を入口側導風治具からロータコアのマグネット装着孔32aに通過させる。入口側導風治具は、ロータコアに接する側で火炎の通路をロータコアの全てのマグネット装着孔に分岐し、火炎がマグネット装着孔32以外の部分に極力接しない構造となっている。出口側導風治具も同様である。
FIG. 8 is an explanatory view showing a heat treatment method of the rotor core of the interior magnet type rotating electric machine of the present invention.
The rotor core is formed by processing and laminating a composite magnetic material plate into a set shape, and then heats most of the bridge part or a part of the bridge part through high-temperature gas through the magnet mounting hole. In this embodiment, a combustion flame of oxyacetylene gas is used as the high temperature gas.
In the figure, the
火炎をマグネット装着孔に通過させ、1200℃程度に加熱した後、熱の拡散を利用し自然急冷する。火炎による加熱は、図1に示したロータコアの外側ブリッジ部38、内側ブリッジ部39のような熱容量の小さい局部に適した加熱方法であり、マグネット装着孔を導風孔に兼ねることで、焼入れ処理に要する熱量が最小でよい。また、外側ブリッジ部と内側ブリッジ部を同時に加熱処理できるため、処理に要する手間も少なく、ロータコアを構成する板状部材を、個々に加熱処理するのではなく、積層後に一括して加熱処理できるため、ロータコアを安価に製造できる。また、加熱時間の加減により、ブリッジ部の弱磁性化する範囲を、調整し易い加熱方法でもある。
The flame is passed through the magnet mounting hole, heated to about 1200 ° C., and then naturally quenched using heat diffusion. The heating by the flame is a heating method suitable for a local portion having a small heat capacity such as the
本実施例のロータコアは、ブリッジ部に比較して、大きな熱容量を有するため、熱の拡散を利用し自然急冷却したが、比較的小さな熱容量のロータコアでは、火炎による加熱後、冷却風を通じて急冷しても良い。
ロータコアの洩れ磁束が生じる部分を弱磁性部とした、本実施例のロータコアの設計においては、ロータコア全てが強磁性部である従来のブリッジ部のように、洩れ磁束を低減するために、ブリッジ部を細く設ける必要がない。本発明においては、マグネット装着孔に、高温ガスを通じて加熱処理する方法とマッチングさせることによって、高温ガスの吹付け箇所を特定化させるなどの面倒な処理をすることなく、細いブリッジ形状であるがゆえ、他のマグネット装着孔周りの箇所よりも早く高温にして、ブリッジ部のみを弱磁性部とすることができるようにしたのである。
The rotor core of the present embodiment has a large heat capacity compared to the bridge portion, and thus naturally cooled rapidly using heat diffusion. However, in a rotor core having a relatively small heat capacity, it is rapidly cooled through cooling air after being heated by a flame. May be.
In the design of the rotor core of the present embodiment in which the portion where the leakage magnetic flux of the rotor core is generated is a weak magnetic portion, the bridge portion is used to reduce the leakage magnetic flux as in the conventional bridge portion in which the entire rotor core is a ferromagnetic portion. It is not necessary to provide a thin. In the present invention, the magnet mounting hole is matched with a method of performing a heat treatment through a high-temperature gas, so that it has a thin bridge shape without performing a troublesome process such as specifying a sprayed portion of the high-temperature gas. Thus, the temperature of the bridge is made faster than other parts around the magnet mounting hole so that only the bridge portion can be made a weak magnetic portion.
図9は、本発明の埋込磁石型回転電機のロータコアの製造方法を含む、ロータの製造工程図である。
ロータコアの製造方法としては、予め強磁性材とした複合磁性材板材を、設定の形状に打抜き加工し、積層し、加熱処理する。
加熱処理は、積層後に一括して短時間で行われるため、例えば特許文献2に示されているような、板状部材を、個々に、レーザ照射により加熱する方法に比べ、十分に、量産可能なレベルとなし得るのである。
その後、ロータコアは、負荷側側板が圧入されたシャフトに組付けられ、ロータコアのマグネット装着孔にマグネットを接着し、反負荷側側板を圧入して、ロータは完成する。
FIG. 9 is a manufacturing process diagram of a rotor including a method for manufacturing a rotor core of an embedded magnet type rotating electric machine according to the present invention.
As a method of manufacturing the rotor core, a composite magnetic material plate material that has been made a ferromagnetic material in advance is punched into a set shape, laminated, and heat-treated.
Since heat treatment is performed in a short time after lamination, for example, as shown in
Thereafter, the rotor core is assembled to the shaft into which the load side plate is press-fitted, the magnet is bonded to the magnet mounting hole of the rotor core, and the anti-load side plate is press-fitted to complete the rotor.
図10は、本発明の第2実施例を示す埋込磁石型回転電機のロータの径方向断面図である。
図において、ロータコア42は、1極に対し1個のマグネット43を放射状に配置するマグネット装着孔を備え、マグネットは、マグネット装着孔に、一部示すように、同じ磁極を向かい合わせに装着される。そのため、ロータコアとマグネットにより構成させるロータは、N極とS極の磁極が交互に配置される12極の埋込磁石型ロータとなる。
FIG. 10 is a radial sectional view of a rotor of an embedded magnet type rotating electric machine showing a second embodiment of the present invention.
In the figure, the
図11は、本発明の第2実施例を示す埋込磁石型回転電機のロータコアの形状を示す拡大図である。
埋込磁石型回転電機のロータコア42は、第1実施例と同じ複合磁性材からなる。
本実施例では、加熱処理するロータコアの設定の部分は、マグネット装着孔42a周りの外側ブリッジ部48と内側ブリッジ部49の大部分、またはブリッジ部の一部分であり、図において、外側弱磁性部48aと、内側弱磁性部49aで示されている。
前記外側弱磁性部48aは、ロータコアの外形状に接する外接円に接しない、該外接円より内側に設けられるため、弱磁性部の位置誤差が、コギングトルクの増大に与える影響を小さく留め得る。
本実施例のロータコアの設計においては、ロータコア全てが強磁性部である従来のブリッジ部のように、洩れ磁束を低減するために、ブリッジ部を細く設ける必要がなく、空隙42bも、必要はない。マグネット装着孔に、高温ガスを通じて加熱処理する方法を可能とするために、空隙42bを、敢えて設けているのである。
FIG. 11 is an enlarged view showing the shape of the rotor core of the interior magnet type rotating electrical machine showing the second embodiment of the present invention.
The
In this embodiment, the setting portion of the rotor core to be heat-treated is the
Since the outer weak
In the design of the rotor core of the present embodiment, it is not necessary to provide a narrow bridge portion and the
本実施例の前記板状部材のレイアウトは、第1実施例に比べ、多極でシャフト径が小さくて良い場合の、本発明の製造方法によってなるロータコア内部にマグネットを装着するロータの設計例を示すものである。 The layout of the plate-like member of the present embodiment is a design example of a rotor in which a magnet is mounted inside a rotor core formed by the manufacturing method of the present invention when the shaft diameter may be smaller than that of the first embodiment. It is shown.
図12は、本発明の第3実施例を示す埋込磁石型回転電機のロータの径方向断面図である。
図において、ロータコア52は、1極に対し1個のマグネットを放射状に配置し、前記マグネットの間の内周側に、別に各1個のマグネットを磁極を径方向に向けて配置するマグネット装着孔52aを備え、マグネット53は、マグネット装着孔に、一部示すように、同じ磁極を向かい合わせに装着される。そのため、ロータコアとマグネットにより構成させるロータは、N極とS極の磁極が交互に配置される8極の埋込磁石型ロータとなる。
FIG. 12 is a radial cross-sectional view of a rotor of an embedded magnet type rotary electric machine showing a third embodiment of the present invention.
In the figure, the
図13は、本発明の第3実施例を示す埋込磁石型回転電機のロータコアの形状を示す拡大図である。
埋込磁石型回転電機のロータコア52は、第1実施例と同じ複合磁性材からなる。
本実施例では、加熱処理するロータコアの設定の部分は、マグネット装着孔52a周りの外側ブリッジ部48と内側ブリッジ部49の大部分、またはブリッジ部の一部分であり、図において、外側弱磁性部48aと、内側弱磁性部49aで示されている。
前記外側弱磁性部48aは、ロータコアの外形状に接する外接円に接しない、該外接円より内側に設けられるため、弱磁性部の位置誤差が、コギングトルクの増大に与える影響を小さく留め得る。
FIG. 13 is an enlarged view showing the shape of the rotor core of the interior magnet type rotating electrical machine showing the third embodiment of the present invention.
The
In this embodiment, the setting portion of the rotor core to be heat-treated is the
Since the outer weak
本実施例の前記板状部材のレイアウトは、第1実施例に比べ、やや少極でシャフト径がやや大きい場合の、本発明の製造方法によってなるロータコア内部にマグネットを装着するロータの設計例を示すものである。 The layout of the plate-like member of the present embodiment is a design example of a rotor in which a magnet is mounted inside the rotor core according to the manufacturing method of the present invention when the shaft diameter is slightly smaller and the shaft diameter is slightly larger than that of the first embodiment. It is shown.
図14は、本発明の第4実施例を示す埋込磁石型回転電機のロータの径方向断面図である。
図において、ロータコア62は、1極に対し2個のマグネット63を、磁極を径方向に向けて並べて配置するマグネット装着孔62aを備え、マグネットは、マグネット装着孔に、一部示すように、磁極を交互に外側に向けて装着される。そのため、前記板状部材とマグネットにより構成させるロータは、N極とS極の磁極が交互に配置される6極の埋込磁石型ロータとなる。
FIG. 14 is a radial cross-sectional view of a rotor of an embedded magnet type rotary electric machine showing a fourth embodiment of the present invention.
In the figure, the
図15は、本発明の第4実施例を示す埋込磁石型回転電機のロータコアの形状を示す拡大図である。
埋込磁石型回転電機のロータコア62は、第1実施例と同じ複合磁性材からなる。
本実施例では、加熱処理するロータコアの設定の部分は、マグネット装着孔62a周りの境部のブリッジ部68と間のブリッジ部69の大部分、またはブリッジ部の一部分であり、図において、境部の弱磁性部68aと、間の弱磁性部69aで示されている。
前記境部の弱磁性部68aは、ロータコアの外形状に接する外接円に接しない、該外接円より内側に設けられるため、弱磁性部の位置誤差が、コギングトルクの増大に与える影響を小さく留め得る。
FIG. 15 is an enlarged view showing the shape of the rotor core of the interior magnet type rotating electrical machine showing the fourth embodiment of the present invention.
The
In the present embodiment, the setting portion of the rotor core to be heat-treated is the most part of the
Since the weak
本実施例の前記板状部材のレイアウトは、第1実施例に比べ、より少極でシャフト径が大きい場合の、本発明の製造方法によってなる前記板状部材を積層してなるロータコア内部にマグネットを装着するロータの設計例を示すものである。 The layout of the plate-like member of the present embodiment is a magnet in the rotor core formed by laminating the plate-like member formed by the manufacturing method of the present invention when the shaft diameter is smaller and the pole is larger than the first embodiment. 2 shows a design example of a rotor on which is mounted.
図16は、本発明の第5実施例を示す埋込磁石型回転電機のロータの径方向断面図である。
図において、ロータコア72は、1極に対し1個のマグネット73を、磁極を径方向に向けて並べて配置するマグネット装着孔を備え、マグネットは、マグネット装着孔に、一部示すように、磁極を交互に外側に向けて装着される。そのため、前記板状部材とマグネットにより構成させるロータは、N極とS極の磁極が交互に配置される16極の埋込磁石型ロータとなる。
FIG. 16 is a radial sectional view of a rotor of an embedded magnet type rotating electric machine showing the fifth embodiment of the present invention.
In the figure, the
図17は、本発明の第2実施例を示す埋込磁石型回転電機のロータコアの形状を示す拡大図である。
埋込磁石型回転電機のロータコア72は、第1実施例と同じ複合磁性材からなる。
本実施例では、加熱処理するロータコアの設定の部分は、マグネット装着孔72a周りの境部のブリッジ部78の大部分、またはブリッジ部の一部分であり、図において、境部の弱磁性部78aで示されている。
前記境部の弱磁性部78aは、ロータコアの外形状に接する外接円に接しない、該外接円より内側に設けられるため、弱磁性部の位置誤差が、コギングトルクの増大に与える影響を小さく留め得る。
FIG. 17 is an enlarged view showing the shape of the rotor core of the interior magnet type rotating electric machine showing the second embodiment of the present invention.
The
In the present embodiment, the setting portion of the rotor core to be heat-treated is the most part of the
Since the weak
本実施例の前記板状部材のレイアウトは、第1実施例に比べ、非常に多極でシャフト径が特に大きい場合の、本発明の製造方法によってなる前記板状部材を積層してなるロータコア内部にマグネットを装着するロータの設計例を示すものである。 The layout of the plate-like member of the present embodiment is the same as that of the first embodiment. Shows a design example of a rotor to which a magnet is attached.
本発明が、特許文献1と異なる部分は、ロータコアの材質として、従来の一般的な電磁鋼板ではなく、複合磁性材を用いていた部分である。
本発明が、特許文献2と異なる部分は、積層後に一括して、高温ガスを用いて行う、ロータコアの製造方法である。
The part where the present invention is different from Patent Document 1 is a part in which a composite magnetic material is used as a material of the rotor core instead of a conventional general electromagnetic steel sheet.
The part where the present invention differs from
本発明の埋込磁石型回転電機は、高速回転化と高トルク化が可能となるため、工作機主軸や電気自動車用モータという用途にも適用できる。 Since the embedded magnet type rotating electrical machine of the present invention can be rotated at a high speed and increased in torque, it can be applied to a machine tool spindle or an electric vehicle motor.
21 ステータコア
22 ステータコイル
23 フレーム
24 負荷側ブラケット
25 反負荷側ブラケット
26 負荷側ベアリング
27 反負荷側ベアリング
28 ステータコイルのリード線
29 エンコーダ部
30 締結ボルト
31 シャフト
32 ロータコア
32a マグネット装着孔
33 マグネット
34 負荷側側板
35 反負荷側側板
36 入口側導風治具
37 出口側導風治具
38 外側ブリッジ部
38a 外側弱磁性部
39 内側ブリッジ部
39a 内側弱磁性部
21
Claims (15)
前記埋込磁石型回転電機のロータコアは、同一部材中に強磁性部と弱磁性部とを有する複合磁性材の板状部材を積層してなり、前記複合磁性材を予め強磁性材として設定の形状に加工し、積層した後、設定の部分を加熱処理することにより弱磁性部となすことを特徴とするロータコアの製造方法。 In an embedded magnet type rotating electric machine having a rotor for mounting a magnet inside a rotor core,
The rotor core of the embedded magnet type rotating electric machine is formed by laminating a plate member of a composite magnetic material having a ferromagnetic portion and a weak magnetic portion in the same member, and the composite magnetic material is set as a ferromagnetic material in advance. A method for manufacturing a rotor core, wherein after processing into a shape and stacking, the setting portion is heat-treated to form a weak magnetic portion.
前記埋込磁石型回転電機のロータコアは、同一部材中に強磁性部と弱磁性部とを有する複合磁性材の板状部材を積層して構成したことを特徴とするロータコア。 In an embedded magnet type rotating electric machine having a rotor for mounting a magnet inside a rotor core,
The rotor core of the embedded magnet type rotating electric machine is configured by laminating a plate member of a composite magnetic material having a ferromagnetic portion and a weak magnetic portion in the same member.
マグネット装着孔の外側のブリッジ部と内側のブリッジ部の少なくとも一部分を弱磁性部とし、その他の部分を強磁性部としたことを特徴とするロータコア。 In an embedded magnet type rotating electrical machine having a rotor core in which two magnets are arranged in a substantially V shape with respect to one pole,
A rotor core characterized in that at least a part of the outer bridge part and the inner bridge part of the magnet mounting hole is a weak magnetic part, and the other part is a ferromagnetic part.
マグネット装着孔の外側のブリッジ部と内側のブリッジ部の少なくとも一部分を弱磁性部とし、その他の部分を強磁性部としたことを特徴とするロータコア。 In an embedded magnet type rotating electrical machine having a rotor core in which one magnet is radially arranged for one pole,
A rotor core characterized in that at least a part of the outer bridge part and the inner bridge part of the magnet mounting hole is a weak magnetic part, and the other part is a ferromagnetic part.
マグネット装着孔の外側のブリッジ部と内側のブリッジ部の大部分、またはブリッジ部の一部分を弱磁性部とし、その他の部分を強磁性部としたことを特徴とするロータコア。 In an embedded magnet type rotating electrical machine having a rotor core in which one magnet is arranged radially with respect to one pole, and one magnet is arranged on the inner peripheral side between the magnets with the magnetic poles oriented in the radial direction. ,
A rotor core characterized in that most of the outside bridge portion and inside bridge portion of the magnet mounting hole, or a part of the bridge portion is a weak magnetic portion, and the other portion is a ferromagnetic portion.
マグネット装着孔の磁極の境部のブリッジ部と、並んだマグネット装着孔の間のブリッジ部の大部分、またはブリッジ部の一部分を弱磁性部とし、その他の部分を強磁性部としたことを特徴とするロータコア。 In an embedded magnet type rotating electrical machine having a rotor core in which two magnets are arranged for one pole, and magnetic poles are arranged in a radial direction,
The bridge part at the boundary of the magnetic pole of the magnet mounting hole and the bridge part between the magnet mounting holes side by side, or a part of the bridge part is a weak magnetic part, and the other part is a ferromagnetic part Rotor core.
マグネット装着孔の磁極の境部のブリッジ部の大部分、またはブリッジ部の一部分を弱磁性部とし、その他の部分を強磁性部としたことを特徴とするロータコア。 In an embedded magnet type rotating electrical machine having a rotor core in which one magnet is arranged for one pole, and magnetic poles are arranged in a radial direction,
A rotor core characterized in that most of a bridge part at a boundary part of a magnetic pole of a magnet mounting hole or a part of the bridge part is a weak magnetic part and the other part is a ferromagnetic part.
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