JP2011199947A - Permanent magnet embedded rotor for rotary electric machine, and rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転電機の永久磁石埋設型回転子及び回転電機に関する。 The present invention relates to a permanent magnet embedded rotor of a rotating electrical machine and a rotating electrical machine.
回転子のロータコアに埋設された複数の永久磁石によって複数の磁極を構成する永久磁石埋設型回転子では、隣り合う磁極が互いに異なっている。そのため、隣り合う磁極を構成する隣り合う永久磁石の磁石端部間で磁束の短絡が生じやすい。短絡磁束が多くなると、トルクが低下する。 In a permanent magnet embedded rotor in which a plurality of magnetic poles are constituted by a plurality of permanent magnets embedded in the rotor core of the rotor, adjacent magnetic poles are different from each other. Therefore, a short circuit of the magnetic flux is likely to occur between the magnet end portions of the adjacent permanent magnets constituting the adjacent magnetic poles. As the short-circuit magnetic flux increases, the torque decreases.
特許文献1に開示の回転子では、永久磁石の磁石端部に接すると共に、ロータコアの外周面に近接する位置まで延びるフラックスバリア(空隙)がロータコアに設けられている。フラックスバリアは、フラックスバリアとロータコアの外周面との間の部位(ブリッジ部)の幅を狭めるため、隣り合う永久磁石の磁石端部間での磁束の短絡が抑制されて短絡磁束が低減される。
In the rotor disclosed in
しかし、磁極中央部付近から出る磁束が回転子の回転方向側のブリッジ部に向かうため、回転子の回転方向側の磁極端部付近での磁気飽和が生じ易い。このような磁気飽和は、磁石端部におけるパーミアンス係数を低下させて磁石端部の減磁耐量を低下させる。 However, since the magnetic flux emitted from the vicinity of the magnetic pole central portion is directed to the bridge portion on the rotation direction side of the rotor, magnetic saturation is likely to occur near the magnetic pole end portion on the rotation direction side of the rotor. Such magnetic saturation reduces the permeance coefficient at the end of the magnet and reduces the demagnetization tolerance at the end of the magnet.
本発明は、永久磁石の磁極端部付近での磁気飽和を抑制して減磁耐量を向上できる永久磁石埋設型回転子を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a permanent magnet embedded type rotor capable of improving the demagnetization resistance by suppressing magnetic saturation in the vicinity of the magnetic pole end of the permanent magnet.
請求項1乃至請求項5の発明は、ロータコアに形成された収容孔に永久磁石が収容されている回転電機の永久磁石埋設型回転子を対象とし、請求項1の発明では、前記収容孔は、少なくとも、前記永久磁石が収容可能な永久磁石収容部及び前記永久磁石収容部のq軸側の空隙からなり、前記収容孔と前記ロータコアの外周面との間を始端として前記収容孔に向かう複数のスリットが前記ロータコアに形成されており、前記スリットは、前記永久磁石の磁極面と向き合う前記収容孔の磁極側対向面に沿って前記永久磁石収容部から前記空隙に向かう方向に間隔をおいて配置されており、前記スリットの長さは、前記空隙寄りになるにつれて長くなり、前記スリットの始端は、前記空隙寄りになるにつれて前記磁極側対向面から遠くにある。
The inventions of
このような複数のスリットは、磁極面の中央側から出る磁束が空隙とロータコアの外周面との間の部位に向かうのを抑制する。そのため、永久磁石の磁極端部付近での磁気飽和が抑制されて減磁耐量が向上する。 Such a plurality of slits prevents the magnetic flux from the center side of the magnetic pole surface from going to a portion between the air gap and the outer peripheral surface of the rotor core. Therefore, magnetic saturation near the magnetic pole end of the permanent magnet is suppressed, and the demagnetization resistance is improved.
好適な例では、前記スリットは、互いに平行に形成されている。
複数のスリットを平行とする構成は、スリット付きロータコアを形成するための型の形成を容易にする。
In a preferred example, the slits are formed in parallel to each other.
The configuration in which the plurality of slits are parallel facilitates the formation of a mold for forming the rotor core with slits.
好適な例では、前記スリットは、前記磁極側対向面に対して垂直に形成されている。
好適な例では、前記スリットは、前記収容孔から離れた位置に形成されている。
収容孔内の永久磁石と収容孔の形成面との間に樹脂を充填して永久磁石を固定する場合、樹脂がスリット内へ流入することはなく、永久磁石と収容孔の形成面との間の樹脂充填が良好に行なわれる。
In a preferred example, the slit is formed perpendicular to the magnetic pole side facing surface.
In a preferred example, the slit is formed at a position away from the accommodation hole.
When a permanent magnet is fixed by filling a resin between the permanent magnet in the accommodation hole and the formation surface of the accommodation hole, the resin does not flow into the slit, and between the permanent magnet and the formation surface of the accommodation hole. The resin is filled well.
好適な例では、前記複数のスリットと前記収容孔とが繋がっている。
磁極面の中央側から出る磁束が空隙とロータコアの外周面との間の部位に向かうのを抑制する効果が高くなる。
In a preferred example, the plurality of slits and the accommodation hole are connected.
The effect of suppressing the magnetic flux from the center side of the magnetic pole surface from going to the portion between the air gap and the outer peripheral surface of the rotor core is enhanced.
請求項6の発明は、ロータコアに形成された収容孔に永久磁石が収容されている永久磁石埋設型回転子を備えた回転電機を対象とし、前記永久磁石埋設型回転子は、請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の永久磁石埋設型回転子である。
The invention of claim 6 is directed to a rotating electrical machine including a permanent magnet embedded rotor in which a permanent magnet is accommodated in an accommodation hole formed in a rotor core, and the permanent magnet embedded rotor is defined in
本発明の永久磁石埋設型回転子は、永久磁石の磁極端部付近での磁気飽和を抑制して減磁耐量を向上できるという優れた効果を奏する。 The permanent magnet embedded rotor according to the present invention has an excellent effect that the demagnetization resistance can be improved by suppressing magnetic saturation in the vicinity of the magnetic pole end of the permanent magnet.
以下、本発明を具体化した一実施形態を図1及び図2に基づいて説明する。
図1(a)に示すように、永久磁石埋設型回転電機Mを構成する固定子11は、環状のステータコア12と、ステータコア12の内周に複数配列されたティース121間のスロット122に施されたコイル13とからなる。スロット122は、環状の固定子11の周方向に等ピッチで配列されている。
Hereinafter, an embodiment embodying the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
As shown in FIG. 1A, the
図1(b)に示すように、ステータコア12は、磁性体(鋼板)製の複数枚のコア板14を積層して構成されている。
図1(a)に示すように、永久磁石埋設型回転電機Mを構成する回転子15は、ロータコア16と、ロータコア16内に埋設された平板形状の複数対(本実施形態では8対)の永久磁石17A,17Bとからなる。対となるように隣り合う永久磁石17A,17Bは、全て同形同大である。複数対の永久磁石17A,17Bは、対単位で回転子15の回転軸線Cを中心とした回転対称に配置されている。
As shown in FIG. 1B, the stator core 12 is formed by laminating a plurality of core plates 14 made of a magnetic material (steel plate).
As shown in FIG. 1A, the
図1(b)に示すように、ロータコア16は、磁性体(鋼板)製の複数枚のコア板18を積層して構成されている。ロータコア16の中心部には軸孔161が貫設されている。軸孔161には出力軸(図示略)が通されて固定される。
As shown in FIG.1 (b), the
図2(a)に示すように、対の永久磁石17A,17Bは、軸孔161〔図1(a)参照〕の方向にロータコア16に貫設された永久磁石収容部19A,19Bに嵌入されている。永久磁石収容部19A,19B内の永久磁石17A,17Bは、永久磁石17A,17Bと永久磁石収容部19A,19Bの形成面との間に充填されて固化された樹脂(図示略)によって永久磁石収容部19A,19B内で固定されている。
As shown in FIG. 2A, the pair of
ロータコア16の外周面162側における永久磁石17Aの面170Aと永久磁石17Bの面170Bとは、同じ磁極の磁極面170A,170Bである。つまり、対の永久磁石17A,17Bが1つの磁極を構成しており、複数対の永久磁石17A,17Bは、対単位で周方向に交互に異なる磁極となるようにロータコア16内に磁極として埋設されている。永久磁石17Aにおける外周面162に近い方の端面171Aは、対の永久磁石17A,17Bの一方の磁石端面171Aである。永久磁石17Bにおける外周面162に近い方の端面171Bは、対の永久磁石17A,17Bの他方の磁石端面171Bである。磁極面170Aにおける外周面162に近い方の端部172Aは、対の永久磁石17A,17Bの一方の磁極端部172Aである。磁極面170Bにおける外周面162に近い方の端部172Bは、対の永久磁石17A,17Bの他方の磁極端部172Bである。
The
永久磁石収容部19Aにおける外周面162に近い方の端付近には空隙20Aが永久磁石収容部19Aに連なるように設けられている。永久磁石収容部19Bにおける外周面162に近い方の端付近には空隙20Bが永久磁石収容部19Bに連なるように設けられている。
An
永久磁石収容部19A,19Bに永久磁石17A,17Bが収容された状態では、永久磁石17A,17Bの両端側に磁束短絡防止用の空隙20A,20Bが残される。永久磁石17Aを収容可能な永久磁石収容部19Aと、永久磁石17Aの磁極端部172A側の空隙20Aとは、ロータコア16に形成された収容孔を構成する。永久磁石17Bを収容可能な永久磁石収容部19Bと、永久磁石17Bの磁極端部172B側の空隙20Bとは、ロータコア16に形成された収容孔を構成する。
In the state where the
図1(a)に示すd軸は、磁極がつくる磁束の方向(同磁極の永久磁石間の中心軸)を表し、q軸は、d軸と電気的、磁気的に直交する軸(異磁極の永久磁石間の軸)を表す。永久磁石17Aを収容する収容孔は、永久磁石収容部19A及び永久磁石収容部19Aのq軸側の空隙20Aからなる。永久磁石17Bを収容する収容孔は、永久磁石収容部19B及び永久磁石収容部19Bのq軸側の空隙20Bからなる。空隙20A,20Bは、フラックスバリア(磁束障壁)として磁石磁束を効果的にトルクに作用するものである。
The d-axis shown in FIG. 1A represents the direction of the magnetic flux generated by the magnetic pole (the central axis between the permanent magnets of the same magnetic pole), and the q-axis is an axis (different magnetic pole) orthogonal to the d-axis electrically and magnetically. Axis between the permanent magnets). The accommodation hole for accommodating the
図2(a)に示すように、一磁極当たりの永久磁石の個数は2個であり、磁極端部172A,172Bは、永久磁石17A,17Bのq軸側の磁極端部である。
永久磁石収容部19Aの形成面は、少なくとも、永久磁石17Aの磁極面170Aと向き合う磁極側対向面191Aと、永久磁石17Aの反磁極面173Aと向き合う反磁極側対向面192Aと、永久磁石17Aの磁石端面171Aと向き合う対向端面193Aとから構成されている。永久磁石収容部19Bの形成面は、少なくとも、永久磁石17Bの磁極面170Bと向き合う磁極側対向面191Bと、永久磁石17Bの反磁極面173Bと向き合う反磁極側対向面192Bと、永久磁石17Bの磁石端面171Bと向き合う対向端面193Bとから構成されている。
As shown in FIG. 2A, the number of permanent magnets per magnetic pole is two, and the magnetic
The formation surface of the permanent
空隙20A側の磁極端部172A付近の磁極面170Aとロータコア16の外周面162との間には複数のスリット21A,22A,23Aが回転軸線C〔図1(b)参照〕と平行な方向へロータコア16を貫通するように形成されている。複数のスリット21A,22A,23Aは、磁極側対向面191Aに沿って永久磁石収容部19Aから空隙20Aに向かう方向に間隔をおいて平行に配置されている。
Between the
複数のスリット21A,22A,23Aは、磁極側対向面191Aの空隙20A側の端194Aを通って磁極側対向面191Aに垂直、且つ回転軸線Cと平行な仮想平面S1と、磁極側対向面191Aの中央195Aを通って磁極側対向面191Aに垂直、且つ回転軸線Cと平行な仮想平面S2との間にある。スリット23Aは、仮想平面S1から離れた位置に形成されている。
The plurality of
図2(b)に示すように、複数のスリット21A,22A,23Aは、ロータコア16の外周面162から離れた位置を始端210A,220A,230Aとして磁極側対向面191Aに向かっている。始端210A,220A,230Aは、永久磁石17Aの収容孔とロータコア16の外周面162との間にある。スリット23Aの始端230Aは、スリット22Aの始端220Aよりも磁極側対向面191Aから遠くにある。スリット22Aの始端220Aは、スリット21Aの始端210Aよりも磁極側対向面191Aから遠くにある。つまり、スリット21A,22A,23Aの始端210A,220A,230Aは、空隙20A寄りになるにつれて磁極側対向面191Aから遠くにある。
As shown in FIG. 2B, the plurality of
スリット21A,22A,23Aは、磁極側対向面191Aに対して垂直であって磁極側対向面191Aから離れた位置に形成されている。スリット23A,22A,21Aの長さ(磁極側対向面191Aから遠ざかる方向の長さ)は、空隙20A寄りになるにつれて長くなる。つまり、スリット23Aの長さは、スリット22Aよりも長く、スリット22Aの長さは、スリット21Aよりも長い。つまり、複数のスリット23A,22A,21Aのうち1つのスリットに対して空隙20A側で隣り合うスリットの長さは、前記1つのスリットの長さよりも大きい。
The
図2(a)に示すように、空隙20B側にも複数のスリット21A,22A,23Aと同様の複数のスリット21B,22B,23Bが形成されている。複数のスリット21B,22B,23Bは、磁極側対向面191Bに沿って永久磁石収容部19Bから空隙20Bに向かう方向に間隔をおいて平行に配置されている。
As shown in FIG. 2A, a plurality of
複数のスリット21B,22B,23Bは、磁極側対向面191Bの空隙20Bの端194Bを通って磁極側対向面191Bに垂直である。又、複数のスリット21B,22B,23Bは、回転軸線C〔図1(b)参照〕と平行な仮想平面S3と、磁極側対向面191Bの中央195Bを通って磁極側対向面191Bに垂直、且つ回転軸線Cと平行な仮想平面S4との間にある。スリット23Bは、仮想平面S3から離れた位置に形成されている。
The plurality of
複数のスリット21B,22B,23Bは、ロータコア16の外周面162から離れた位置を始端210B,220B,230Bとして磁極側対向面191Bに向かっている。スリット23Bの始端230Bは、スリット22Bの始端220Bよりも磁極側対向面191Bから遠くにある。スリット22Bの始端220Bは、スリット21Bの始端210Bよりも磁極側対向面191Bから遠くにある。つまり、スリット21B,22B,23Bの始端210B,220B,230Bは、空隙20B寄りになるにつれて磁極側対向面191Bから遠くにある。
The plurality of
スリット21B,22B,23Bは、磁極側対向面191Bに対して垂直であって磁極側対向面191Bから離れた位置に形成されている。スリット23B,22B,21Bの長さ(磁極側対向面191Bから遠ざかる方向の長さ)は、空隙20B寄りになるにつれて長くなる。
The
コイル13への通電によって回転子15が図1(a)に矢印Rで示す方向に回転するとする。複数のスリット21A,22A,23Aは、永久磁石17Aの磁極面170Aの中央部からの磁束をロータコア16の外周面162へ向けさせる。つまり、永久磁石17Aの磁極面170Aの中央部からの磁束は、磁極端部172Aとロータコア16の外周面162との間へ向かうのを複数のスリット21A,22A,23Aによって抑制される。そのため、空隙20Aとロータコア16の外周面162との間での磁気飽和が抑制され、永久磁石17Aの減磁耐量が向上する。
It is assumed that the
コイル13への通電によって回転子15が図1(a)に矢印Rで示す方向とは反対方向に回転するとする。複数のスリット21B,22B,23Bは、永久磁石17Bの磁極面170Bの中央部からの磁束をロータコア16の外周面162へ向けさせる。つまり、永久磁石17Bの磁極面170Bの中央部からの磁束は、磁極端部172Bとロータコア16の外周面162との間へ向かうのを複数のスリット21B,22B,23Bによって抑制される。そのため、空隙20Bとロータコア16の外周面162との間での磁気飽和が抑制され、永久磁石17Bの減磁耐量が向上する。
It is assumed that the
本実施形態では以下の効果が得られる。
(1)複数のスリット21A,22A,23Aは、永久磁石17Aの磁極面170Aの中央側から出る磁束が磁極端部172Aとロータコア16の外周面162との間の部位に向かうのを抑制する。同様に、複数のスリット21B,22B,23Bは、永久磁石17Bの磁極面170Bの中央側から出る磁束が磁極端部172Bとロータコア16の外周面162との間の部位に向かうのを抑制する。そのため、対の永久磁石17A,17Bの磁極端部172A,172B付近での磁気飽和が抑制されて減磁耐量が向上する。
In the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) The plurality of slits 21 </ b> A, 22 </ b> A, and 23 </ b> A suppress the magnetic flux that exits from the center side of the magnetic pole surface 170 </ b> A of the permanent magnet 17 </ b> A toward the portion between the magnetic pole end 172 </ b> A and the outer
(2)複数のスリット21A,22A,23Aは、磁極側対向面191Aから離れた位置に形成されており、複数のスリット21B,22B,23Bは、磁極側対向面191Bから離れた位置に形成されている。そのため、永久磁石17A,17Bと永久磁石収容部19A,19Bの形成面との間に充填された樹脂がスリット21A,22A,23A,21B,22B,23B内へ流入することはない。その結果、永久磁石17A,17Bと永久磁石収容部19A,19Bの形成面との間の樹脂充填が良好に行なわれる。
(2) The plurality of
(3)複数のスリット21A,22A,23A,21B,22B,23Bは、ロータコア16を構成するコア板18をプレス成形することによって形成される。複数のスリット21A,22A,23A,21B,22B,23Bを平行とする構成は、コア板18をプレス成形するためのプレス型の形成を容易にする。
(3) The plurality of slits 21 </ b> A, 22 </ b> A, 23 </ b> A, 21 </ b> B, 22 </ b> B, 23 </ b> B are formed by press-molding the
(4)磁石端部付近における磁気飽和は、回転子15の回転方向側の磁石端部とロータコア16の外周面162との間に生じ易い。空隙20A,20Bのいずれの側にも複数のスリット21A,22A,23A及び複数のスリット21B,22B,23Bを設ける構成は、回転子15を両方に回転して使用する場合に好適である。
(4) Magnetic saturation near the magnet end tends to occur between the magnet end on the rotation direction side of the
本発明では以下のような実施形態も可能である。
○図3あるいは図4に示すように、複数のスリット21C,22C,23Cが磁極側対向面191Aに対して傾いていてもよく、複数のスリット21D,22D,23Dが磁極側対向面191Bに対して傾いていてもよい。
In the present invention, the following embodiments are also possible.
As shown in FIG. 3 or 4, the plurality of
○図5に示すように、複数のスリット21E,22E,23Eが磁極側対向面191A上に開口していてもよく、複数のスリット21F,22F,23Fが磁極側対向面191B上に開口していてもよい。つまり、スリット21E,22E,23Eは、空隙20A側の収容孔と繋がっていてもよく、スリット21F,22F,23Fは、空隙20B側の収容孔と繋がっていてもよい。このようにすれば、磁極中央部付近から出る磁束が磁極端部172A,172Bとロータコア16の外周面162との間の部位に向かうのを抑制する効果が更に高くなる。その結果、磁極端部172A,172Bとロータコア16の外周面162との間での磁気飽和の抑制効果が更に高くなる。
As shown in FIG. 5, a plurality of
○最も長いスリット23A,23Bが仮想平面S1,S3上にあってもよい。
○回転子15が一方向にのみ回転される場合には、回転子15の回転方向側の空隙側にのみ複数のスリットを設けてもよい。
The
In the case where the
○同じ磁極面を有する永久磁石の組み合わせは、1個であってもよいし、3個以上で一組であってもよい。
○単一の平板形状の永久磁石によって磁極を構成するようにした回転子に本発明を適用してもよい。この場合、仮想平面S2,S4は、単一の平板形状の永久磁石を収容する収容孔の磁極側対向面の端から磁極側対向面の長さの1/4の位置にある。この場合にも、(1)〜(4)項と同様の効果が得られる。
The number of combinations of permanent magnets having the same magnetic pole surface may be one, or three or more may be a set.
The present invention may be applied to a rotor in which a magnetic pole is constituted by a single flat plate-shaped permanent magnet. In this case, the imaginary planes S2 and S4 are located at 1/4 of the length of the magnetic pole side opposing surface from the end of the magnetic pole side opposing surface of the accommodation hole that accommodates a single flat plate-shaped permanent magnet. Also in this case, the same effects as the items (1) to (4) can be obtained.
15…回転子。16…ロータコア。17A,17B…対の永久磁石。170A,170B…磁極面。172A,172B…磁極端部。19A,19B…収容孔を構成する永久磁石収容部。191A,191B…磁極側対向面。192A,192B…反磁極側対向面。20A,20B…収容孔を構成する空隙。21A,22A,23A,21B,22B,23B,21C,22C,23C,21D,22D,23D,23E,23F…スリット。210A,220A,230A,210B,220B,230B…始端。M…永久磁石埋設型回転電機。 15 ... Rotor. 16 ... Rotor core. 17A, 17B ... A pair of permanent magnets. 170A, 170B: Magnetic pole surface. 172A, 172B ... Magnetic pole ends. 19A, 19B... Permanent magnet housing portions that form housing holes. 191A, 191B ... Magnetic pole side facing surface. 192A, 192B ... Anti-magnetic pole side facing surface. 20A, 20B: gaps that form the accommodation holes. 21A, 22A, 23A, 21B, 22B, 23B, 21C, 22C, 23C, 21D, 22D, 23D, 23E, 23F... Slit. 210A, 220A, 230A, 210B, 220B, 230B... M: Permanent magnet buried type rotating electric machine.
Claims (6)
前記収容孔は、少なくとも、前記永久磁石が収容可能な永久磁石収容部及び前記永久磁石収容部のq軸側の空隙からなり、
前記収容孔と前記ロータコアの外周面との間を始端として前記収容孔に向かう複数のスリットが前記ロータコアに形成されており、
前記スリットは、前記永久磁石の磁極面と向き合う前記収容孔の磁極側対向面に沿って前記永久磁石収容部から前記空隙に向かう方向に間隔をおいて配置されており、前記スリットの長さは、前記空隙寄りになるにつれて長くなり、前記スリットの始端は、前記空隙寄りになるにつれて前記磁極側対向面から遠くにある回転電機の永久磁石埋設型回転子。 In the permanent magnet embedded rotor of the rotating electrical machine in which the permanent magnet is accommodated in the accommodation hole formed in the rotor core,
The accommodation hole is composed of at least a permanent magnet accommodation portion capable of accommodating the permanent magnet and a gap on the q-axis side of the permanent magnet accommodation portion,
A plurality of slits are formed in the rotor core starting from the space between the housing hole and the outer peripheral surface of the rotor core toward the housing hole,
The slits are arranged at intervals in the direction from the permanent magnet housing portion toward the gap along the magnetic pole side facing surface of the housing hole facing the magnetic pole surface of the permanent magnet, and the length of the slit is The permanent magnet embedded rotor of a rotating electrical machine that becomes longer as it approaches the gap, and the starting end of the slit becomes farther from the magnetic pole side facing surface as it approaches the gap.
前記永久磁石埋設型回転子は、請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の永久磁石埋設型回転子である回転電機。 In a rotating electrical machine including a permanent magnet embedded rotor in which a permanent magnet is housed in a housing hole formed in a rotor core,
6. The rotating electrical machine according to claim 1, wherein the permanent magnet embedded rotor is a permanent magnet embedded rotor according to claim 1.
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JP2010061082A JP2011199947A (en) | 2010-03-17 | 2010-03-17 | Permanent magnet embedded rotor for rotary electric machine, and rotary electric machine |
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