JP2010284023A - Permanent magnet rotary machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固定子と所定の空隙を有して対向して回転する回転子とを備えた永久磁石型回転機に関する。 The present invention relates to a permanent magnet type rotating machine that includes a stator and a rotor that rotates oppositely with a predetermined gap.
この種の永久磁石型回転機ではコギングトルクと呼ばれる一種のトルク脈動が発生することが良く知られている。永久磁石型回転機においてコギングトルクが大きい場合、回転機の制御性能を悪化させたり、騒音を発生したりといった問題が生じる。
永久磁石型回転機の固定子には、励磁コイルを巻装するスロットが閉じた閉スロットタイプ(例えば、特許文献1参照)と、スロットの回転子側が開口した開スロットタイプ(例えば、特許文献2参照)とがある。
It is well known that this kind of permanent magnet type rotating machine generates a kind of torque pulsation called cogging torque. When the cogging torque is large in the permanent magnet type rotating machine, problems such as deterioration in control performance of the rotating machine and generation of noise occur.
The stator of the permanent magnet type rotating machine includes a closed slot type in which a slot around which an exciting coil is wound is closed (for example, see Patent Document 1) and an open slot type in which the rotor side of the slot is open (for example, Patent Document 2). See).
コギングトルクは、回転子の回転に伴って磁気エネルギーが変化するために発生する。閉スロットタイプと開スロットタイプとを比較すると、開スロットタイプではスロット開口部の空気の磁気エネルギーの変化が大きく、コギングトルクが大きくなる。
一方、閉スロットタイプでは、図4に示すように、固定子101の回転子に対向する内径側に励磁コイル102を巻装するスロット103を閉塞するように隣接する磁極ティース104間の内径側を連結するブリッジ105が形成されている。この閉スロットタイプでは、スロット103が閉塞されているので、固定子内径の円周方向の空気の磁気エネルギーの変化が少なく、コギングトルクが小さくなる。しかし、ブリッジ105の磁気抵抗は空気に比べて非常に小さいため、回転子に配設された永久磁石の作る磁束の大部分は磁極ティース104及びヨーク106で構成される磁路ML1を通るが、その一部がブリッジ105を通じて流れる磁路ML2を形成してしまう。この磁路ML2を通る磁束は、回転機のトルク発生に寄与することはない。すなわち、トルクを有効に発生できない漏れ磁束となり、回転機のトルク発生に寄与する磁路ML1を通る磁束が減る分回転機で発生するトルクが減少するという課題がある。
Cogging torque is generated because the magnetic energy changes as the rotor rotates. When the closed slot type and the open slot type are compared, the change in the magnetic energy of the air in the slot opening is large and the cogging torque is large in the open slot type.
On the other hand, in the closed slot type, as shown in FIG. 4, the inner diameter side between the adjacent
このため、開スロットタイプ及び閉スロットタイプの利点を合わせて、コギングトルクを減少させるために、従来、磁極歯の先端部を隣の磁極歯の先端部と連結して閉スロットとした固定子鉄心片と、連結せずに開スロットとした固定子鉄心とを混在積層して固定子鉄心を構成した永久磁石型モータが提案されている(例えば、特許文献3参照)。 For this reason, in order to reduce the cogging torque by combining the advantages of the open slot type and the closed slot type, conventionally, the stator core is connected to the tip of the adjacent magnetic pole tooth to form a closed slot. There has been proposed a permanent magnet type motor in which a stator core is configured by mixing and laminating pieces and a stator core that is not connected and has an open slot (see, for example, Patent Document 3).
しかしながら、上記特許文献3に記載された従来例にあっては、開スロット構成の固定子鉄心片と閉スロット構成の固定子鉄心片とを混載積層するようにしているので、閉スロット構成の固定子鉄心片を形成するには、非常に高い寸法精度が要求され、製造コストが嵩むおそれがある。また、閉スロットのコアピースと閉スロットのコアピースとの2つの金型が必要となるため、設備の大型化が懸念されるという未解決の課題がある。
However, in the conventional example described in
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、漏れ磁束を減少させながらコギングトルクを低く抑えることが可能な永久磁石型回転機を提供することを目的としている。 Accordingly, the present invention has been made paying attention to the above-mentioned unsolved problems of the conventional example, and an object thereof is to provide a permanent magnet type rotating machine capable of keeping cogging torque low while reducing leakage magnetic flux. It is said.
上記目的を達成するために、本発明の一の形態に係る永久磁石型回転機は、励磁コイルを巻装した固定子と、該固定子と所定の空隙を隔てて対向して回転する永久磁石を有する回転子とを備えた永久磁石型回転機であって、
前記固定子は、所定数に分割された固定子コアを有し、該固定子コアはヨークの円周方向の中央部に半径方向に突出する磁極ティースを有し、前記固定子コアの前記ヨーク及び前記磁極ティースによってコイルが巻装されるスロットが形成され、該スロットの固定子内径側に開口部を有し、前記固定子の内径側に前記回転子に対して所定の空隙を隔てて対向する円筒リングを配設し、該円筒リングの前記開口部に対向する位置に開口面積を制限する透孔が形成されていることを特徴としている。
To achieve the above object, a permanent magnet type rotating machine according to an embodiment of the present invention includes a stator around which an exciting coil is wound, and a permanent magnet that rotates opposite to the stator with a predetermined gap therebetween. A permanent magnet type rotating machine comprising a rotor having
The stator has a stator core divided into a predetermined number, and the stator core has magnetic teeth protruding in a radial direction at a central portion in a circumferential direction of the yoke, and the yoke of the stator core And a slot in which a coil is wound is formed by the magnetic teeth, and has an opening on the stator inner diameter side of the slot, and faces the rotor on the inner diameter side of the stator with a predetermined gap. A cylindrical ring is provided, and a through hole for limiting an opening area is formed at a position facing the opening of the cylindrical ring.
また、本発明の他の形態に係る永久磁石型回転機は、前記固定子は、前記磁極ティースに1つの励磁コイルを巻装した集中巻構成とされていることを特徴としている。
さらに、本発明の他の形態に係る回転機は、前記回転機及び前記固定子の一方にスキューが施されていることを特徴としている。
Moreover, the permanent magnet type rotating machine according to another aspect of the present invention is characterized in that the stator has a concentrated winding configuration in which one excitation coil is wound around the magnetic pole teeth.
Furthermore, a rotating machine according to another embodiment of the present invention is characterized in that one of the rotating machine and the stator is skewed.
本発明によれば、固定子に開口部を有するスロットを形成し、この固定子の内周面にスロットの開口面積を制限する開口部を有する円筒リングを配設するようにしたので、閉スロットタイプのようにコギングトルクを低減させることができ、開スロットタイプのように漏れ磁束を低減することができる永久磁石型回転機を提供することができるという効果が得られる。 According to the present invention, the slot having the opening is formed in the stator, and the cylindrical ring having the opening for limiting the opening area of the slot is disposed on the inner peripheral surface of the stator. As in the type, it is possible to reduce the cogging torque, and it is possible to provide a permanent magnet type rotating machine capable of reducing the leakage magnetic flux as in the open slot type.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は本発明を永久磁石式同期回転機に適用した場合の第1の実施形態を示す断面図である。この図1において、永久磁石型同期回転機1は表面磁石型同期回転機で構成されている。この永久磁石式同期回転機1は、円筒状フレーム2を有する。この円筒状フレーム2の内周側には円筒状の積層鋼板で形成された固定子3が固定され、この固定子3の内周側には所定の空隙を介して対向する積層鋼板で形成された回転子4が配置されている。この回転子4は回転軸5に支持されて回転自在に配置されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment when the present invention is applied to a permanent magnet type synchronous rotating machine. In FIG. 1, a permanent magnet type synchronous rotating machine 1 is a surface magnet type synchronous rotating machine. The permanent magnet type synchronous rotating machine 1 has a cylindrical frame 2. A
固定子3は、円筒状フレーム2の内周側に円周方向に9分割された固定子コア11を円周方向に連結して配置した構成を有する。各固定子コア11は、図2に示すように、外周面が円筒面に形成され、内周面が9角筒内面とされたヨーク12と、このヨーク12の内周面の円周方向の中央部から半径方向に突出形成された磁極ティース13とから構成されている。
The
磁極ティース13は、ヨーク12に連接する磁脚部13aと、この磁脚部13aの先端から円周方向に突出する楔状の鍔部13bとで構成されている。
そして、隣接する固定子コア11のヨーク12及び磁極ティース13とでスロット14が形成され、隣接する磁極ティース13の鍔部13b間にスロット開口部15が形成されている。
The
A
各磁極ティース13にはその磁脚部13aに1つの励磁コイル16が巻装された集中巻構成とされている。
また、固定子3の内周面には磁性体製の円筒リング17が磁極ティース13の鍔部13bの先端と接触して固定されている。この円筒リング17には、図2に示すように、スロット14の開口部15に対向する位置に、開口部15の幅と等しい幅で高さが開口部15の高さより低い長方形状の透孔18が軸方向の中央部に形成されている。この透孔18によって、スロット14の開口部15の開口面積が制限されている。
Each
A
一方、回転子4は、円筒リング17と所定の空隙部を形成して対向している。この回転子4は、円筒状の回転子コア21の外周面となる表面に円周方向に隣接する磁極が異極性となるように例えば6極構成の永久磁石22が配設された構成を有する。ここで、永久磁石22は希土類磁石で構成されている。
また、回転子4の永久磁石22及び固定子3の磁極ティースの一方にスキューが施されている。
On the other hand, the rotor 4 is opposed to the
Further, one of the permanent magnet 22 of the rotor 4 and the magnetic pole teeth of the
次に、上記実施形態の動作を説明する。
このように、上記実施形態によると、永久磁石型同期回転機1が表面永久磁石型回転機の構成を有するので、回転子4の永久磁石22の円周方向の中央部がd軸と隣接する永久磁石22間がq軸となって、励磁コイル16に通電してd−q軸電流制御することにより、回転子4を回転駆動することができる。
Next, the operation of the above embodiment will be described.
Thus, according to the above embodiment, since the permanent magnet type synchronous rotating machine 1 has the configuration of the surface permanent magnet type rotating machine, the circumferential central portion of the permanent magnet 22 of the rotor 4 is adjacent to the d axis. The rotor 4 can be driven to rotate by setting the q axis between the permanent magnets 22 and energizing the
このとき、上述したように、固定子3の分割された固定子コア11の磁極ティース13における鍔部13bの内周面に円筒リング17が接触されて固定され、この円筒リング17のスロット14の開口部15に対向する位置に、開口部15の開口面積より小さい開口面積の透孔18が配設されている。このため、透孔18の軸方向の両端では、磁極ティース13の鍔部13b間を磁気的に連結する幅狭のブリッジ部19が形成されることになる。
At this time, as described above, the
したがって、円筒リング17によってスロット14の開口部15の開口面積が制限されると共に、一部にブリッジ部19が形成されることになる。このため、開口部15の開口面積が制限されることにより、開口部の空気の磁気エネルギー変化を抑制することができ、この分コギングトルクを小さく抑制することができる。また、ブリッジ部19が形成されていることにより、このブリッジ部19の位置では空気の磁気エネルギー変化を生じることはなく、且つブリッジ部19が幅狭であるので、漏れ磁束の発生を抑制することができる。
Accordingly, the opening area of the opening 15 of the
このため、閉スロットタイプのようにコギングトルクを低減でき、且つ開スロットタイプのように漏れ磁束を低減することができ、閉スロットタイプ及び開スロットタイプの利点を兼ね備えた永久磁石型回転機を提供することができる。
しかも、上記円筒リング17は、分割形の固定子コア11をフレーム2の内周面に嵌合させて固定することにより、開スロットタイプの固定子3を構成し、その後に固定子3の内周面に円筒リング17を嵌合させることで、閉スロットと開スロットとの組み合わせ構造を容易に構成することができる。このため、固定子コア11を加工する金型は一種類で済むと共に、高精度な寸法が要求されることがなく、特許文献3に記載された従来例に比較して製造コストを低減することができる。
For this reason, the cogging torque can be reduced as in the closed slot type, and the leakage magnetic flux can be reduced as in the open slot type, providing a permanent magnet type rotating machine that combines the advantages of the closed slot type and the open slot type. can do.
Moreover, the
また、回転子4の永久磁石22及び固定子3の磁極ティース13の一方にスキューが施されていることにより、このスキューによってコギングトルクの発生を抑制することができる。
なお、分割された固定子コア11で構成される固定子3に円筒リング17を嵌合させる際に、スロット14の開口部15と円筒リング17の透孔18との位置決めを行う必要があるので、少なくとも1つの透孔18の軸方向両端部の一方に開口部15に係合する突出量の小さい突起部を突出形成することにより、両者の位置決めを容易に行うことができる。
Further, since skew is applied to one of the permanent magnet 22 of the rotor 4 and the
When the
また、上記実施形態においては、円筒リング17の軸方向に1つの透孔18を形成した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図3に示すように、軸方向に長さの短い2つの透孔18a,18bを形成するようにしてもよく、3つ以上の透孔を形成するようにしてもよい。
さらに、円筒リング17に形成した透孔18の形状としては長方形状に限らず、長円形状や楕円形状、台形状としたり、長方形状の軸方向の両端部を端部に行くに従い幅狭となる台形状としたり、任意の形状を適用することができる。
Moreover, in the said embodiment, although the case where the one through-
Further, the shape of the through-
さらに、上記実施形態においては、ヨーク12の内周面が多角筒内面である場合について説明したが、これに限定されるものはなく、多角筒内面の各面を外径側に湾曲する湾曲面とするようにしてもよい。
また、上記実施形態においては、回転子4を表面磁石型回転子で構成した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、永久磁石を回転子コア21内に埋込んだ埋込磁石型回転子で構成することもできる。
Furthermore, in the above embodiment, the case where the inner peripheral surface of the
Further, in the above embodiment, the case where the rotor 4 is constituted by a surface magnet type rotor has been described. However, the present invention is not limited to this, and an embedded magnet in which a permanent magnet is embedded in the rotor core 21. It can also consist of a mold rotor.
さらに、上記実施形態においては、上記実施形態においては、本発明を固定子3の磁極ティース13及びスロット14を9個と、回転子4の永久磁石22の極数を6とする回転機に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、永久磁石22の極数を2n(nは正の整数)としたときに、スロット数を3nとする回転機に本発明を適用することができる。
Further, in the above embodiment, in the above embodiment, the present invention is applied to a rotating machine in which the
1…永久磁石式同期回転機、3…固定子、4…回転子、5…回転軸、11…固定子コア、12…ヨーク、13…磁極ティース、13a…磁脚部、13b…鍔部、14…スロット、15…開口部、16…励磁コイル、17…円筒リング、18…透孔、21…回転子コア、22…永久磁石
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Permanent magnet type synchronous rotating machine, 3 ... Stator, 4 ... Rotor, 5 ... Rotating shaft, 11 ... Stator core, 12 ... Yoke, 13 ... Magnetic pole teeth, 13a ... Magnetic leg part, 13b ... Gutter part, DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記固定子は、所定数に分割された固定子コアを有し、該固定子コアはヨークの円周方向の中央部に半径方向に突出する磁極ティースを有し、前記固定子コアの前記ヨーク及び前記磁極ティースによってコイルが巻装されるスロットが形成され、該スロットの固定子内径側に開口部を有し、前記固定子の内径側に前記回転子に対して所定の空隙を隔てて対向する円筒リングを配設し、該円筒リングの前記開口部に対向する位置に開口面積を制限する透孔が形成されていることを特徴とする永久磁石型回転機。 A permanent magnet type rotating machine comprising a stator around which an exciting coil is wound, and a rotor having a permanent magnet that rotates opposite to the stator across a predetermined gap,
The stator has a stator core divided into a predetermined number, and the stator core has magnetic teeth protruding in a radial direction at a central portion in a circumferential direction of the yoke, and the yoke of the stator core And a slot in which a coil is wound is formed by the magnetic teeth, and has an opening on the stator inner diameter side of the slot, and faces the rotor on the inner diameter side of the stator with a predetermined gap. A permanent magnet type rotating machine, characterized in that a cylindrical ring is disposed, and a through hole for limiting an opening area is formed at a position facing the opening of the cylindrical ring.
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