JP2015173545A - Rotor structure of rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、永久磁石型の回転電機のロータ構造に関する。 The present invention relates to a rotor structure of a permanent magnet type rotating electrical machine.
永久磁石型の回転電機のロータ構造として、例えば、特許文献1には一磁極あたり3つの帯板状の永久磁石を用いて、これをロータの軸方向にΔ状に貫通配置したものが知られている。
As a rotor structure of a permanent magnet type rotating electrical machine, for example,
具体的にはロータの永久磁石を、一対の帯板状の永久磁石をロータ外周面に向けてV字状の開き角度を持って配置したV字磁石と、該V字磁石が開いた部分にロータ外周面と平行に配置した帯板状の外側磁石と、で構成してΔ状の配置としたものである。 Specifically, the permanent magnet of the rotor is arranged with a V-shaped magnet having a pair of strip-shaped permanent magnets facing the outer peripheral surface of the rotor and having a V-shaped opening angle, and a portion where the V-shaped magnet is opened. A belt plate-like outer magnet arranged in parallel with the outer peripheral surface of the rotor, and a Δ-shaped arrangement.
これにより、V字磁石にてそのステータに対向する表面積を大きくし、鎖交磁束を増大して大きなマグネットトルクを得ると共に、V字磁石と外側磁石の配置によりq軸インダクタンスが増大し、d軸インダクタンスが減少することで大きなリラクタンストルクを得ようとするものである。 This increases the surface area of the V-shaped magnet facing the stator, increases the interlinkage magnetic flux to obtain a large magnet torque, and increases the q-axis inductance due to the arrangement of the V-shaped magnet and the outer magnet. A large reluctance torque is obtained by reducing the inductance.
特許文献1の開示技術では、各永久磁石のロータ外周側端部に対応する部分にフラックスバリアを空隙として設けることで、永久磁石の漏れ磁束とd軸磁束の回り込みを抑制しマグネットトルクとリラクタンストルクの増大を図っている。
In the disclosed technique of
しかし、この構成ではフラックスバリアとロータ外周面との間でコアが薄肉のブリッジ状となり、高速回転時の遠心力による応力集中のためロータ強度が確保できず、高トルク化と高速回転化の両立ができない。 However, in this configuration, the core is a thin bridge between the flux barrier and the outer peripheral surface of the rotor, and the rotor strength cannot be secured due to stress concentration due to centrifugal force during high-speed rotation, so both high torque and high-speed rotation are compatible. I can't.
そこで、本発明はロータにおける帯板状永久磁石の貫通部の幅方向端部に回転時の遠心力により応力が集中するのを緩和し、高トルク化と高速回転化とを両立することができる永久磁石型の回転電機のロータ構造を提供するものである。 Therefore, the present invention can relieve stress concentration due to centrifugal force during rotation at the end in the width direction of the penetrating portion of the strip-shaped permanent magnet in the rotor, and can achieve both high torque and high speed rotation. A rotor structure of a permanent magnet type rotating electrical machine is provided.
本発明の回転電機のロータ構造は、軸方向に貫通配置した永久磁石を周方向に複数備えてステータに内装されるロータであって、 The rotor structure of the rotating electrical machine of the present invention is a rotor that is provided in a stator with a plurality of permanent magnets arranged in the axial direction in the circumferential direction.
前記永久磁石は、一対の帯板状の永久磁石をロータ外周に向けてV字状の開き角度を持って配置したV字磁石と、該V字磁石が開いた部分にロータ外周面と略平行に配置した帯板状の外側磁石と、で構成している。 The permanent magnet includes a V-shaped magnet in which a pair of strip-shaped permanent magnets are arranged with a V-shaped opening angle toward the outer periphery of the rotor, and the rotor outer peripheral surface is substantially parallel to a portion where the V-shaped magnet is opened. And an outer magnet in the form of a strip plate arranged in the above.
そして、前記ロータの、前記V字磁石と前記外側磁石とで囲まれた領域に空洞を設定したことを主要な特徴としている。 The main feature is that a cavity is set in a region of the rotor surrounded by the V-shaped magnet and the outer magnet.
本発明によれば、ロータの帯板状の永久磁石を配置した貫通孔の幅方向端部には高速回転時に遠心力による応力が集中する傾向となるが、V字磁石と外側磁石とで囲まれた領域に空洞を設定してあることで該領域の質量が低減してこの応力が緩和され、回転電機の高速回転化が可能となって高トルク化との両立を実現できる。 According to the present invention, stress due to centrifugal force tends to concentrate at the end in the width direction of the through-hole in which the strip-shaped permanent magnet of the rotor is arranged, but surrounded by the V-shaped magnet and the outer magnet. By setting a cavity in the region, the mass of the region is reduced and this stress is relieved, so that the rotating electrical machine can be rotated at a high speed and a high torque can be achieved.
以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の対象とする永久磁石型の回転電機1におけるロータ2と、その周囲に所要の空隙をおいて配置したステータ3との配置関係を示している。
FIG. 1 shows an arrangement relationship between a
ロータ2は、磁性金属からなる複数のコア単板の積層体で構成され、その外周近傍には周方向に等ピッチで複数の永久磁石4を軸方向に貫通して圧入配置してある。
The
本実施形態は8極タイプの回転電機1を例示しており、永久磁石4を一磁極あたり3つの帯板状の永久磁石4a、4b、4cを用いてΔ配置とした構成として、これをロータ2の周方向に交互に極性を変えて等ピッチに配置している。
This embodiment exemplifies an 8-pole type rotating
図2に一磁極相当部分の永久磁石4の配置構造を拡大して示す。この永久磁石4は、一対の帯板状の永久磁石4a、4bをロータ2の外周面に向けてV字状の開き角度を持って配置して構成したV字磁石と、該V字磁石4a、4bが開いた部分にロータ2の外周面と略平行に配置した帯板状の外側磁石4cと、で該外側磁石4cを底辺とする三角形のΔ配置構成としている。
FIG. 2 shows an enlarged arrangement structure of the
図示する例ではV字磁石4a、4bと外側磁石4cの各幅方向端部に対応する位置に、漏れ磁束対策としてフラックスバリア5を設定している。
In the illustrated example,
フラックスバリア5は、V字磁石4a、4bと外側磁石4cを圧入したロータ2の各貫通孔6を幅方向に延長した空隙として形成してあり、ここにV字磁石4a、4bおよび外側磁石4cの各幅方向端部を臨設配置している。
The
フラックスバリア5の延設基部には、これらV字磁石4a、4bおよび外側磁石4cの各幅方向端部の圧入位置決めを行うための段部7を設けてある。
The extending base of the
そして、ロータ2の前記V字磁石4a、4bと外側磁石4cとで囲まれた領域に空洞8を設定してある。
A
図1、図2に示す例では空洞8をV字磁石4a、4bと外側磁石4cに平行な3辺を有する略三角形に形成している。
In the example shown in FIGS. 1 and 2, the
上述のようにロータ2の外周近傍に配設した永久磁石4を、帯板状のV字磁石4a、4bと外側磁石4cとでΔ配置とした構造にあっては、V字磁石4a、4bと外側磁石4cの各幅方向端部がロータ外周面に近接する部分、およびこれら幅方向端部同士が近接する部分に薄肉のブリッジ部9が生じる。
As described above, in the structure in which the
特に、本実施形態のように各磁石4a〜4cの幅方向端部に対応する位置にフラックスバリア5を空隙として設定した構造では、図2に示すようにブリッジ部9の薄肉化が助長される。
In particular, in the structure in which the
この薄肉のブリッジ部9では、回転電機1の回転時に遠心力により応力が集中するため高速回転が抑制されてしまうが、V字磁石4a、4bと外側磁石4cとで囲まれた領域に空洞8を設定することで該領域の質量が低減して各ブリッジ部9の応力を緩和し、回転電機1の高速回転化が可能となる。
In this
この結果、帯板状の永久磁石4a〜4cのΔ配置とそれらの幅方向端部でのフラックスバリア5の設定による回転電機1の高トルク化と高速回転化との両立を実現することができる。
As a result, it is possible to realize both high torque and high speed rotation of the rotating
ここで、V字磁石4a、4bと外側磁石4cとで囲まれた領域に空洞8を設定すると、電気子鎖交磁束φaの低下によるトルク性能の悪化が考えられる。
Here, if the
空洞8の設定とトルク性能は、空洞8とV字磁石4a、4bとの間の最短距離Da(mm)と、空洞8と外側磁石4cとの間の最短距離Db(mm)と、V字磁石4a、4bの残留磁束密度Br(T)とに密接に関係している。
The setting and torque performance of the
図3は本発明者の実験結果を示すもので、これらDa、Db、Brの間に、(Da+Db)/Br≧8、Da/Br≧1、Db/Br≧1の関係が成り立つように前記空洞8を適
切に設定することにより、トルクの低下率を殆ど無視できるほど小さく出来ることが判明している。
FIG. 3 shows the experiment results of the present inventors. The above-mentioned relationships are established so that the relationships of (Da + Db) / Br ≧ 8, Da / Br ≧ 1, and Db / Br ≧ 1 are established among these Da, Db, and Br. It has been found that by appropriately setting the
また、これと併せて図4に示す第2実施形態のように上述のDaとDbとの関係を、Da<Dbに設定することにより、Da≧Dbの範囲で空洞8を形成した場合に較べて該空洞8の体積を大きく出来るため、高速回転時の応力低減効果を大きくすることができる。しかも、d軸中心側(V字磁石4a、4bの内周側)のブリッジ部9を通る磁束を低減できるため、リラクタンストルクを向上することができる。
In addition to this, the relationship between Da and Db is set to Da <Db as in the second embodiment shown in FIG. 4, compared with the case where the
図2、図4に示す何れの実施形態にあってもV字磁石4a、4bの内周側のブリッジ部9は隣接のフラックスバリア5、5が近接しているため、ここが最大応力部となりうる。
In any of the embodiments shown in FIGS. 2 and 4, the
そこで、例えば前述のDa、Dbの関係をDa=Db=2.5mmとして空洞8を設定した図2の構造例と、Da=1.5mm、Db=3.5mmとして空洞8を設定した図4の構造例とした場合では、図5に示すように空洞8の無い比較例に対して、何れも高速回転時の最大応力を18%、21%の割合で低減できることが分かる。
Therefore, for example, the structure example of FIG. 2 in which the relationship between Da and Db is set to Da = Db = 2.5 mm and the
因みに、例えばBr=0.45Tのフェライト磁石をV字磁石4a、4bに用いた場合、図2、図4の構造例では共に(Da+Db)/Br=11.1(>8)mm/Tとなるため、空洞8が無いものと較べてトルク性能の低下は無い(図3参照)。
Incidentally, for example, when a ferrite magnet of Br = 0.45T is used for the V-
空洞8の構成態様は前記実施形態に限ることはなく、例えば図6、図7に示す変形例の
構成とすることもできる。
The configuration mode of the
図6の(A)は空洞8のV字磁石4a、4bに沿う辺をそれらと非平行として、V字磁石4a、4bと空洞8との距離がロータ外周面に向かって広がるようにした構造例を、(B)は空洞8をd軸中心からずらしてV字磁石4a、4bの一方に偏って形成した構造例を、(C)は空洞8の三角コーナー部を平坦にカットして多角形に形成した構造例を示している。
FIG. 6A shows a structure in which the sides of the
また、図7の(A)は空洞8を円形に形成した構造例を、(B)はV字磁石4a、4bおよび外側磁石4cを弧状の帯板形状とし、空洞8の各辺をそれらと平行に弧状に形成した構造例を、(C)は空洞8を複数の小さな円形孔をV字磁石4a、4bと外側磁石4cと平行に集合した形状として形成した構造例を示している。
7A shows an example of a structure in which the
ところで、このような永久磁石型の回転電機1では、稼働時における永久磁石4の発熱に起因して減磁することによるモータ運転効率の低下を抑制する必要がある。
By the way, in such a permanent magnet type rotating
そこで、前記空洞8を有効利用してこれを冷却油等の冷媒通路として構成することが可能で、この場合V字磁石4a、4bおよび外側磁石4cに近接して冷媒通路8を構成できるため、永久磁石4の冷却効率を高めてその発熱による減磁を抑制することができる。
Therefore, it is possible to effectively use the
なお、前記実施形態では帯板状の永久磁石4a〜4cの各幅方向端部にフラックスバリア5を空隙として設定した構造例を示したが、低透磁率の材料でフラックスバリア5を構成した構造や、フラックスバリア5を設定していないものにも適用することができる。
In the above embodiment, the structure example in which the
1…回転電機
2…ロータ
3…ステータ
4…永久磁石
4a、4b…V字磁石
4c…外側磁石
5…フラックスバリア
6…貫通孔
7…位置決め段部
8…空洞(冷媒通路)
9…ブリッジ部
DESCRIPTION OF
9 ... Bridge part
Claims (4)
前記永久磁石は、一対の帯板状の永久磁石をロータ外周面に向けてV字状の開き角度を持って配置したV字磁石と、該V字磁石が開いた部分にロータ外周面と略平行に配置した帯板状の外側磁石と、で構成し、
前記ロータの、前記V字磁石と前記外側磁石とで囲まれた領域に空洞を設定したことを特徴とする回転電機のロータ構造。 A rotor that is provided in the stator with a plurality of permanent magnets arranged in the axial direction in the circumferential direction,
The permanent magnet has a V-shaped magnet in which a pair of strip-shaped permanent magnets are arranged with a V-shaped opening angle toward the rotor outer circumferential surface, and the rotor outer circumferential surface substantially at a portion where the V-shaped magnet is opened. It is composed of a strip-shaped outer magnet arranged in parallel,
A rotor structure for a rotating electrical machine, wherein a cavity is set in a region surrounded by the V-shaped magnet and the outer magnet of the rotor.
前記空洞と前記外側磁石との間の最短距離Db(mm)と、
前記V字磁石の残留磁束密度Br(T)との間に、
(Da+Db)/Br≧8、Da/Br≧1、Db/Br≧1(mm/T)
の関係が成り立つように前記空洞を形成したことを特徴とする請求項1に記載の回転電機のロータ構造。 The shortest distance Da (mm) between the cavity and the V-shaped magnet;
The shortest distance Db (mm) between the cavity and the outer magnet;
Between the residual magnetic flux density Br (T) of the V-shaped magnet,
(Da + Db) / Br ≧ 8, Da / Br ≧ 1, Db / Br ≧ 1 (mm / T)
The rotor structure for a rotating electric machine according to claim 1, wherein the cavity is formed so as to satisfy the following relationship.
前記空洞と前記外側磁石との間の最短距離Db(mm)と、の間に、
Da<Db
の関係が成り立つように前記空洞を形成したことを特徴とする請求項1または2に記載の回転電機のロータ構造。 The shortest distance Da (mm) between the cavity and the V-shaped magnet;
Between the shortest distance Db (mm) between the cavity and the outer magnet,
Da <Db
The rotor structure for a rotating electric machine according to claim 1, wherein the cavity is formed so that the following relationship is established.
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