JP6104335B2 - Electric equipment equipped with an electric motor - Google Patents
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Description
本発明は、電動機を搭載した電気機器に関する。 The present invention relates to an electric device equipped with an electric motor.
永久磁石埋込型の電動機の回転子は、永久磁石が回転子内部に埋込まれた形状であり、永久磁石端部に空隙を設けることで永久磁石からの漏れ磁束を抑制している。この構成では、回転子外周と空隙との間に存在する薄肉部の径方向幅が小さいほど漏れ磁束が低減されることから、薄肉部の径方向幅をできる限り小さくするよう設計することが多い。 The rotor of the permanent magnet embedded type electric motor has a shape in which the permanent magnet is embedded in the rotor, and suppresses leakage magnetic flux from the permanent magnet by providing a gap at the end of the permanent magnet. In this configuration, since the leakage magnetic flux is reduced as the radial width of the thin portion existing between the outer periphery of the rotor and the gap is smaller, it is often designed to make the radial width of the thin portion as small as possible. .
また、永久磁石は回転子表面に存在すると永久磁石内部に発生する渦電流が大きくなり、損失が増加することから、回転子内周側に埋込む場合がある。この場合は、薄肉部の径方向幅を小さくするために、空隙は永久磁石端部から回転子外周方向に向かって延びる形状となる。 In addition, if the permanent magnet is present on the rotor surface, an eddy current generated inside the permanent magnet is increased and loss is increased. Therefore, the permanent magnet may be embedded on the inner peripheral side of the rotor. In this case, in order to reduce the radial width of the thin wall portion, the air gap has a shape extending from the end of the permanent magnet toward the outer periphery of the rotor.
また、特許文献1では、永久磁石埋込型電動機の回転子において、永久磁石端部の空隙を回転子内周方向に屈曲させることで、回転時の遠心力による応力集中を低減している。 Moreover, in patent document 1, in the rotor of a permanent magnet embedded type electric motor, the stress concentration by the centrifugal force at the time of rotation is reduced by bending the space | gap of a permanent magnet edge part to a rotor inner peripheral direction.
しかしながら、上記永久磁石埋込型の電動機の回転子において、薄肉部の径方向幅を小さくした場合、電動機の運転中の電磁加振力および遠心力に対する強度が弱くなるなど、その強度が弱くなるという課題がある。 However, in the rotor of the embedded permanent magnet type motor, when the radial width of the thin portion is reduced, the strength against electromagnetic excitation force and centrifugal force during operation of the motor is weakened. There is a problem.
また、永久磁石を回転子内周側に埋込む構成とした場合、永久磁石よりも外周側に存在する回転子コアの量が大きくなることから、遠心力が大きくなり、薄肉部に掛かる応力が大きくなり、強度が弱くなってしまうという課題がある。 In addition, when the permanent magnet is embedded in the inner circumferential side of the rotor, the amount of the rotor core existing on the outer circumferential side of the permanent magnet is increased, so that the centrifugal force is increased and the stress applied to the thin portion is increased. There is a problem that it becomes large and the strength becomes weak.
また、特許文献1に記載の永久磁石埋込型電動機の回転子では、回転時の遠心力による応力集中は低減されるが、永久磁石の両端部の空隙が回転子中心に向かって屈曲させているため、空隙と回転子外周との間にある薄肉部の径方向幅が大きくなり、漏れ磁束が大きくなるという課題がある。 In the rotor of the permanent magnet embedded motor described in Patent Document 1, stress concentration due to centrifugal force during rotation is reduced, but the gaps at both ends of the permanent magnet are bent toward the rotor center. Therefore, there is a problem that the radial width of the thin portion between the gap and the outer periphery of the rotor is increased, and the leakage magnetic flux is increased.
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、永久磁石端部の空隙と回転子外周との間の薄肉部に発生する応力を緩和し、薄肉部の強度を向上させることが可能な永久磁石埋込型の電動機を搭載した電気機器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and can relieve the stress generated in the thin portion between the gap at the end of the permanent magnet and the outer periphery of the rotor and improve the strength of the thin portion. It is an object of the present invention to provide an electric device equipped with a permanent magnet embedded motor.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電動機を搭載した電気機器は、周方向に沿って等間隔で配列された複数個の永久磁石挿入穴を有する回転子鉄心と、前記複数個の永久磁石挿入穴内にそれぞれ配置された複数個の永久磁石と、を備え、前記複数個の永久磁石の各々の前記周方向の両側には、当該永久磁石が前記永久磁石挿入穴内に配置された状態で、当該永久磁石挿入穴の一部として前記回転子鉄心の外周側に向かって延びる1対の空隙が設けられ、前記1対の空隙と前記回転子鉄心の外周との間には1対の薄肉部が設けられ、前記1対の空隙の各々には、前記外周側の二か所に丸みを帯びた一対の角部が設けられ、前記1対の空隙の各々では、前記一対の角部は異なる曲率半径であり、前記1対の空隙の各々では、前記一対の角部のいずれか一方の曲率半径が当該空隙の周方向幅の半分以上であり、前記一対の角部のいずれか一方での前記薄肉部の径方向幅は、前記一対の角部のいずれか他方での前記薄肉部の径方向幅よりも大きい。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, an electric device equipped with the electric motor according to the present invention includes a rotor core having a plurality of permanent magnet insertion holes arranged at equal intervals along the circumferential direction. A plurality of permanent magnets respectively disposed in the plurality of permanent magnet insertion holes, and the permanent magnets are disposed in the permanent magnet insertion holes on both sides in the circumferential direction of the plurality of permanent magnets. A pair of gaps extending toward the outer peripheral side of the rotor core as a part of the permanent magnet insertion hole, and between the pair of gaps and the outer circumference of the rotor core. Is provided with a pair of thin-walled portions, and each of the pair of gaps is provided with a pair of rounded corners at two locations on the outer peripheral side, and in each of the pair of gaps, The pair of corners have different radii of curvature, and each of the pair of gaps The radius of curvature of one of the pair of corners is half or more of the circumferential width of the gap, and the radial width of the thin portion of either of the pair of corners is the pair of corners. It is larger than the radial width of the thin portion at the other of the portions.
本発明によれば、永久磁石端部の空隙と回転子外周との間の薄肉部に発生する応力を緩和し、薄肉部の強度を向上させることができる、という効果を奏する。 According to the present invention, there is an effect that the stress generated in the thin portion between the gap at the end of the permanent magnet and the outer periphery of the rotor can be relieved and the strength of the thin portion can be improved.
以下に、本発明の実施の形態に係る電動機を搭載した電気機器を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Below, the electric equipment carrying the electric motor which concerns on embodiment of this invention is demonstrated in detail based on drawing. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
実施の形態.
図1は、本実施の形態に係る永久磁石埋込型の電動機の回転子1の横断面図、図2は、図1の磁極部の拡大図である。以下、図1および図2を参照して、回転子1の構成について説明する。
Embodiment.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a rotor 1 of an embedded permanent magnet electric motor according to the present embodiment, and FIG. 2 is an enlarged view of a magnetic pole portion of FIG. Hereinafter, the configuration of the rotor 1 will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
回転子1は、回転子鉄心2と、回転子鉄心2に埋め込まれた永久磁石4とを備えている。回転子1は、図示しない固定子の内側に回転自在に配置されている。
The rotor 1 includes a
回転子鉄心2は、横断面形状が略円形である。回転子鉄心2は、例えば薄板の電磁鋼板を金型で打ち抜き、この電磁鋼板を複数枚積層して形成することができる。
The
回転子鉄心2の外周部には、周方向に沿って例えば略等間隔で複数個(例えば6個)の永久磁石挿入穴3が形成されている。永久磁石挿入穴3には、永久磁石4が挿入される。永久磁石4は例えば平板状であり、永久磁石挿入穴3の横断面形状も永久磁石4の形状に応じた形となっている。永久磁石4はN極とS極とが周方向に交互になるように配置されており、これにより6極の回転子1を構成している。
A plurality of (for example, six) permanent
永久磁石挿入穴3よりも外周側の回転子鉄心2には、複数個のスリット6が周方向に所定の間隔で形成されている。スリット6は、磁極ごとに、磁極中心8に対して例えば左右対称に3個ずつ形成されている。なお、磁極中心8は、永久磁石4の磁極の周方向の中心、または、永久磁石挿入穴3の周方向の中心を表す。極間9は、隣り合う永久磁石4の磁極間、または、隣り合う永久磁石挿入穴3間を表す。
A plurality of
永久磁石挿入穴3の両端部には、永久磁石4が永久磁石挿入穴3に挿入された状態で、空隙5がそれぞれ形成されている。すなわち、空隙5は、永久磁石挿入穴3の一部であり、永久磁石端部空隙を構成する。空隙5は、永久磁石4の端部から回転子外周方向に向かって延びており、周方向幅は略一定(幅t2)である。ここで、回転子外周方向は、回転子鉄心2の外周方向(外径方向)である。このように、空隙5は、永久磁石挿入穴3のうち永久磁石4が挿入される部分に対して、回転子鉄心2の外周側(外径側)に向かって折れ曲がり、回転子鉄心2の径方向に沿って外側に向かって延びている。空隙5は、永久磁石4からの漏れ磁束を抑制する。回転子鉄心2の外周と空隙5との間には、薄肉部7が形成される。
At both ends of the permanent
空隙5は、上記のように回転子外周方向に向かって延びており、外周側の二か所に丸みを帯びた角部P1,P2を有する。角部P1は曲率半径R1の丸取りされた形状であり、角部P2は曲率半径R2の丸取りされた形状である。角部P1,P2は、薄肉部7の角部でもある。本実施の形態では、角部P1,P2に対して、R1≧t2/2またはR2≧t2/2とする。ここで、t2は空隙5の周方向幅である。図示例では、例えば、R1>t2/2としている。これにより、角部P1では、薄肉部7の径方向幅が他の箇所よりも大きくなっている。
The
回転子1が回転すると、遠心力が働き、回転子鉄心2の外周部に存在する薄肉部7に応力が発生する。その応力は薄肉部7の一点に集中するため、角部P1,P2のうち応力が集中する部分に近い方の曲率半径を大きくすることで薄肉部7の径方向幅が大きくなり、薄肉部7に発生する応力を緩和し、その強度を改善することができる。また、応力が薄肉部7の集中部分が薄肉部7の中心であるt2/2の位置まで広がる場合がある。この時は薄肉部7の中心も応力緩和する必要がある。そのため、角部P1,P2に対して、R1>t2/2またはR2>t2/2とすることで角部P1と角部P2との間における空隙5の中心側の形状も円弧で形成でき、中心側まで広がる薄肉部7に発生する応力を緩和することができる。
When the rotor 1 rotates, centrifugal force works, and stress is generated in the
また、本実施の形態では、極間9により近い角部P1と磁極中心8により近い角部P2とに対し、R1>R2としている。すなわち、極間9により近い方の角部P1の曲率半径R1をより大きくしている。薄肉部7の応力が集中する箇所は、極間部に近い部分に発生することが多く、そのような回転子においては、R2<R1とすることで応力緩和が可能となる。
In the present embodiment, R1> R2 is satisfied for the corner P1 closer to the
また、角部P1と角部P2との間における空隙5の形状は、例えば曲線とすることができる。角部P1と角部P2との間における当該曲線上の任意の点をP3とし、点P3における曲線の曲率半径をR3としたときに、例えば、R2<R3かつR1<R3とすることができる。R1,R2に対してR3を最も大きくすることで、薄肉部7の径方向幅の変化が小さくなる。その結果、永久磁石4から薄肉部7を通って漏れる漏れ磁束が小さくなり、磁束を有効に使用することができる。
Moreover, the shape of the space |
なお、角部P1と角部P2との間における空隙5の形状を直線とすることもできる。この場合は、曲線の場合と比べて、回転子鉄心2の製造に用いる金型の摩耗が小さくなり、金型の寿命を延ばすことができる。
Note that the shape of the
また、角部P1と角部P2との間における空隙5の形状を曲線とした場合において、薄肉部7の径方向幅が周方向に略一定となる領域を設けるようにすることもできる。薄肉部7の径方向の寸法が略一定である領域を設けることで、漏れ磁束を低減することができ、磁束を有効に利用することができる。
In addition, when the shape of the
また、回転子鉄心2の(最大)半径Rに対して、永久磁石4の埋込深さL1が0.1×R≦L1の関係を満たすものとすることができる。ここで、永久磁石4の埋込深さL1は、磁極中心8において、回転子鉄心2の外周面から永久磁石4に至る距離である。永久磁石4の埋込深さL1が大きいと、永久磁石4の外周側鉄心が大きくなり、薄肉部7にかかる応力が大きくなるため、本実施の形態をより効果的に適用することができる。
Further, the embedded depth L1 of the
また、永久磁石4の厚さt1に対して、空隙5の周方向幅t2がt1>t2の関係を満たすものとすることができる。t2が大きいと薄肉部7が大きくなり、応力が集中するため、t2の寸法を永久磁石4の厚さt1よりも小さくすることが望ましい。
Further, the circumferential width t2 of the
また、固定子ティースの先端と回転子1との間に存在する空隙の径方向寸法をGとしたとき、1.5×G≦t2とすることができる。t2が小さいと、磁束漏れが発生するため、t2を空隙の例えば1.5倍以上の大きくすることで磁束漏れを抑制することができる。なお、図3は、磁極部と固定子ティースの一部を示した拡大図である。図3では、図2で示した構成に加えて、固定子ティース10の一部と空隙の径方向寸法Gを示している。
Further, when the radial dimension of the gap existing between the tip of the stator tooth and the rotor 1 is G, 1.5 × G ≦ t2. When t2 is small, magnetic flux leakage occurs. Therefore, magnetic flux leakage can be suppressed by increasing t2 to, for example, 1.5 times or more of the gap. FIG. 3 is an enlarged view showing a part of the magnetic pole part and the stator teeth. 3, in addition to the configuration shown in FIG. 2, a part of the
図4は、本実施の形態の変形例に係る永久磁石埋込型の電動機の回転子1の横断面図である。なお、図4では、図2と同一の構成要素には同一の符号を付している。図4に示すように、本変形例では、空隙5が回転子外周に向かって広がっている形状である。すなわち、空隙5は、磁極中心8側および極間9側の各形状が略直線状であり、かつ、周方向幅が回転子外周に向かって増大している。また、空隙5は、角部P1と角部P2との間の形状が略直線状である。このような形状においては、空隙5の極間9側の直線および磁極中心8側の直線の各延長線と、角部P1と角部P2との間に存在する直線の延長線との交点間の周方向幅をt2とする。なお、角部P1と角部P2との間の形状が略円弧状である場合は、空隙5の極間9側の直線および磁極中心8側の直線の各延長線と、角部P1と角部P2との間に存在する円弧の延長線との交点間の周方向幅をt2とする。また、空隙5の極間9側または磁極中心8側の形状がすべて円弧などで形成される場合には、空隙5の周方向の最大幅をt2とする。また、空隙5の回転子外周側に存在する形状は、例えば3つ以上の曲線または1つの直線を含む2つ以上の曲線で構成される。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the rotor 1 of the permanent magnet embedded type electric motor according to a modification of the present embodiment. In FIG. 4, the same components as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals. As shown in FIG. 4, in this modification, the
以上のように、本実施の形態によれば、薄肉部7に発生する応力を緩和し、薄肉部7の強度を向上させることが可能な回転子1を得ることができる。
As described above, according to the present embodiment, it is possible to obtain the rotor 1 that can relieve the stress generated in the
また、本実施の形態によれば、回転子1を備えた電動機、およびこの電動機を搭載した電気機器(例えば、冷凍サイクル装置の圧縮機、空気調和機の送風機等)を得ることができる。 Moreover, according to this Embodiment, the electric motor provided with the rotor 1 and the electric equipment (for example, the compressor of a refrigerating cycle device, the air blower of an air conditioner, etc.) carrying this electric motor can be obtained.
なお、本実施の形態では、回転子1の形状を円形状としたが、これに限定されず、例えば楕円形状とすることもできる。また、極数は6極以外でもよい。いずれの場合も、本実施の形態と同様の効果を奏する。 In the present embodiment, the shape of the rotor 1 is circular, but is not limited to this, and may be, for example, elliptical. The number of poles may be other than six. In either case, the same effects as in the present embodiment can be obtained.
また、本実施の形態では、永久磁石4の外周側に複数個のスリット6を設けている。スリット6は、誘起電圧の高調波低減、およびトルクリップル低減に用いられる。このように、回転子鉄心2の外周部にスリット6を設けることで更に効果的である。すなわち、スリット6は空隙であることから、回転子鉄心2よりも軽く、遠心力の影響を低減することができる。
In the present embodiment, a plurality of
本実施の形態のその他の効果は既に説明したとおりである。 Other effects of the present embodiment are as described above.
以上のように、本発明は、永久磁石埋込型の電動機の回転子として有用である。 As described above, the present invention is useful as a rotor of a permanent magnet embedded type electric motor.
1 回転子、2 回転子鉄心、3 永久磁石挿入穴、4 永久磁石、5 空隙、6 スリット、7 薄肉部、8 磁極中心、9 極間、10 固定子ティース。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotor, 2 Rotor core, 3 Permanent magnet insertion hole, 4 Permanent magnet, 5 Space | gap, 6 Slit, 7 Thin part, 8 Magnetic pole center, Between 9 poles, 10 Stator teeth.
Claims (2)
前記複数個の永久磁石挿入穴内にそれぞれ配置された複数個の永久磁石と、
を備え、
前記複数個の永久磁石の各々の前記周方向の両側には、当該永久磁石が前記永久磁石挿入穴内に配置された状態で、当該永久磁石挿入穴の一部として前記回転子鉄心の外周側に向かって延びる1対の空隙が設けられ、
前記1対の空隙と前記回転子鉄心の外周との間には1対の薄肉部が設けられ、
前記1対の空隙の各々には、前記外周側の二か所に丸みを帯びた一対の角部が設けられ、
前記1対の空隙の各々では、前記一対の角部のうち極間により近い方の曲率半径が、前記一対の角部のうち磁極中心により近い方の曲率半径よりも大きく、
前記1対の空隙の各々では、前記一対の角部のいずれか一方の曲率半径が当該空隙の周方向幅の半分以上であり、
前記一対の角部のいずれか一方での前記薄肉部の径方向幅は、前記一対の角部のいずれか他方での前記薄肉部の径方向幅よりも大きく、
前記1対の空隙の各々が、周方向幅が一定である領域を有する電動機を搭載した電気機器。 A rotor core having a plurality of permanent magnet insertion holes arranged at equal intervals along the circumferential direction;
A plurality of permanent magnets respectively disposed in the plurality of permanent magnet insertion holes;
With
On both sides of each of the plurality of permanent magnets in the circumferential direction, the permanent magnets are disposed in the permanent magnet insertion holes and are disposed on the outer peripheral side of the rotor core as part of the permanent magnet insertion holes. A pair of gaps extending toward the
A pair of thin portions are provided between the pair of gaps and the outer periphery of the rotor core,
Each of the pair of gaps is provided with a pair of rounded corners at two locations on the outer peripheral side,
In each of the pair of gaps, the radius of curvature closer to the poles of the pair of corners is larger than the radius of curvature closer to the magnetic pole center of the pair of corners ,
In each of the pair of gaps, the radius of curvature of any one of the pair of corners is more than half of the circumferential width of the gap,
The radial width of the thin portion at one of the pair of corner portions is much larger than the radial width of the thin portion at the other of the pair of corner portions,
An electric device equipped with an electric motor in which each of the pair of gaps has a region having a constant circumferential width .
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