JP2006304407A - Permanent magnet type rotary electric machine, and method for producing rotor of the same - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、回転子に永久磁石が取り付けられている永久磁石式回転電機に関するものである。 The present invention relates to a permanent magnet type rotating electrical machine in which a permanent magnet is attached to a rotor.
従来装置では、円環状の固定子と回転子とが同軸に配置されている。回転子の周面には、軸方向に２段の永久磁石が取り付けられている。永久磁石の各段間は、コギングトルクを低減するために、回転子の周方向に段スキュー角だけ互いにずらされている（例えば、特許文献１参照）。 In the conventional apparatus, the annular stator and the rotor are arranged coaxially. Two-stage permanent magnets are attached to the circumferential surface of the rotor in the axial direction. The steps of the permanent magnets are shifted from each other by a step skew angle in the circumferential direction of the rotor in order to reduce cogging torque (see, for example, Patent Document 1).
上記のような従来の永久磁石モータの回転子では、回転子ヨークのサイズが比較的小さい等の場合に、打ち抜き電磁鋼板の積層材を用いて、回転子ヨークを構成することが有効であるとされているが、非積層材でない場合には、回転子ヨークに磁石の貼付面と周上の突起とを機械加工する必要があり、その結果として加工時間が長くかかるという問題があった。 In the rotor of the conventional permanent magnet motor as described above, when the size of the rotor yoke is relatively small, it is effective to configure the rotor yoke using a laminated material of punched electromagnetic steel sheets. However, when the material is not a non-laminated material, it is necessary to machine the magnet sticking surface and the circumferential protrusion on the rotor yoke, resulting in a long machining time.
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、高調波の発生を低減させつつ、製造時のコストをより低減させることができる永久磁石式回転電機を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a permanent magnet type rotating electrical machine that can further reduce the production cost while reducing the generation of harmonics. Is to provide.
この発明に係る永久磁石式回転電機は、周方向に互いに間隔を置いて配置された複数の巻線部を有する環状の固定子、及び平面状の複数のヨーク側取付面が巻線部と対向するように周方向に沿って周縁部に設けられた環状のヨーク部と、ヨーク部の軸方向及び周方向に互いにずらされて各ヨーク側取付面上に配置された複数の永久磁石とを有し、固定子と同軸に配置される回転子を備える。 In the permanent magnet type rotating electrical machine according to the present invention, an annular stator having a plurality of winding portions spaced apart from each other in the circumferential direction, and a plurality of planar mounting surfaces on the yoke side face the winding portions. The annular yoke portion provided at the peripheral portion along the circumferential direction and a plurality of permanent magnets arranged on each yoke side mounting surface that are shifted from each other in the axial direction and the circumferential direction of the yoke portion. And a rotor arranged coaxially with the stator.
この発明の永久磁石式回転電機によれば、複数の永久磁石は、各ヨーク側取付面上に互いにヨーク部の軸方向及び周方向にずらされて配置されているので、高調波の発生を低減させることができる。また、永久磁石が設けられるヨーク側取付面は、平面状にされているので、永久磁石がヨーク側取付面に取り付けられたときに、ヨーク側取付面と対向する永久磁石の磁石側取付面を平面状にすることができ、結果として、ヨーク部又は磁石の加工が容易となり、コストを低減させることができる。 According to the permanent magnet type rotating electrical machine of the present invention, the plurality of permanent magnets are arranged on each yoke side mounting surface so as to be shifted from each other in the axial direction and the circumferential direction of the yoke portion, thereby reducing the generation of harmonics. Can be made. In addition, since the yoke-side mounting surface on which the permanent magnet is provided is flat, when the permanent magnet is mounted on the yoke-side mounting surface, the magnet-side mounting surface of the permanent magnet that faces the yoke-side mounting surface As a result, the yoke portion or the magnet can be easily processed, and the cost can be reduced.
以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による永久磁石式回転電機を示す正面図である。図において、回転子１は、固定子２の径方向内側に配置されている。また、回転子１は、固定子２と同軸に配置されている。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
Embodiment 1 FIG.
1 is a front view showing a permanent magnet type rotating electric machine according to Embodiment 1 of the present invention. In the figure, the rotor 1 is disposed on the radially inner side of the stator 2. Further, the rotor 1 is arranged coaxially with the stator 2.
図示はしないが、回転子１の径方向内側には、回転軸が配置されており、回転軸は、円板を介して回転子１に接続されている。回転子１は、回転軸を中心に回転可能である。 Although not shown, a rotating shaft is disposed inside the rotor 1 in the radial direction, and the rotating shaft is connected to the rotor 1 via a disk. The rotor 1 is rotatable around a rotation axis.
回転子１は、複数の磁石取付溝４が周方向に沿って外周に設けられた円環状のヨーク部５と、磁石取付溝４に取り付けられた複数の永久磁石６とを有している。この実施の形態では、永久磁石式回転電機の磁極数は３６である。磁石取付溝４は、永久磁石式回転電機の磁極数だけ設けられている。
The rotor 1 has an
固定子２は、円環状の鉄心部８、複数のティース部９、及び複数の固定子巻線部１０を有している。
The stator 2 has an annular
ティース部９は、鉄心部８の周方向に互いに間隔を置いて配置されている。また、ティース部９は、鉄心部８の内周から鉄心部８の径方向内側に突出している。各ティース部９間には、スロット９ａが設けられている。ここで、ティース部９及びスロット９ａの数は、５４個である。固定子巻線部１０は、ティース部９に巻き付けられている。即ち、固定子巻線部１０は、スロット９ａ内に設けられている。
The
永久磁石式回転電機が駆動動作されるときには、各固定子巻線部１０は適宜通電され、磁界が発生され、その各固定子巻線部１０で発生された磁界と各永久磁石６の磁界とが、互いに反発し合い（又は引き付け合い）、回転子１が回転される。
When the permanent magnet type rotating electrical machine is driven, each
ここで、固定子２の内径はφ４００ｍｍであり、ヨーク部５の外径はφ３９６ｍｍである。即ち、この実施の形態での回転子１及び固定子２の径は一般的なものよりも大きくされている。
Here, the inner diameter of the stator 2 is φ400 mm, and the outer diameter of the
次に、図２は、図１の固定子２を分解して示す正面図であり、ティース部９に固定子巻線部１０が巻き付けられる前の状態を示している。図において、固定子２は、複数の分割鉄心８ａを有している。ティース部９は、各分割鉄心８ａに設けられている。鉄心部８は、各分割鉄心８ａが環状に連結されることで形成される。固定子巻線部１０は、各分割鉄心８ａが環状に連結される前に、ティース部９に巻き付けられる。
Next, FIG. 2 is an exploded front view of the stator 2 of FIG. 1 and shows a state before the
ここで、一般に鉄心部８が一円のものを積層して製造されている場合、ヨーク部５は、鉄心部８を打ち抜いた電磁鋼板の残材からさらに打ち抜いた鉄心を積層して製造されることが多い。
Here, in general, when the
しかし、この実施の形態では、回転子１及び固定子２は、径が大きいので、鉄心部８は、分割鉄心８ａにより形成され、ヨーク部５は、鉄系合金である鋳鉄又は鋼を原材料とし、円環状に鋳造された鋳物材（中実構造材）を加工することで得られる。換言すると、ヨーク部５は、非積層材を加工することで得られる。
However, in this embodiment, since the rotor 1 and the stator 2 have a large diameter, the
次に、図３は、図１の磁石取付溝４から永久磁石６が取り外されている状態のヨーク部５外周を拡大して示す平面図である。図において、各磁石取付溝４には、ヨーク側取付面１１と、ヨーク側取付面１１の幅方向両側に配置された土手１２が設けられている。
Next, FIG. 3 is an enlarged plan view showing the outer periphery of the
ヨーク側取付面１１は、ヨーク部５外周の接線面と平行な平面である。また、ヨーク側取付面１１には、同一平面上に設けられた第１のヨーク側取付面１１ａと第２のヨーク側取付面１１ｂとが設けられている。第１のヨーク側取付面１１ａと、第２のヨーク側取付面１１ｂとは、互いにヨーク部５の軸方向及び周方向にずらされている。土手１２は、ヨーク部５の外周から径方向外側に突出している。
The yoke-
ここで、磁石取付溝４の製造方法について説明する。図４は、図１の磁石取付溝４を製造するための手順を示す説明図である。磁石取付溝４は、円環状に鋳造された鋳物材の外周が切削（フライス加工）されることで製造される。 Here, a manufacturing method of the magnet mounting groove 4 will be described. FIG. 4 is an explanatory view showing a procedure for manufacturing the magnet mounting groove 4 of FIG. The magnet mounting groove 4 is manufactured by cutting (milling) the outer periphery of a casting material cast in an annular shape.
具体的には、鋳物材を回転しないように固定した後に、鋳物材の外周に対して垂直に配置されたエンドミルを、鋳物材の軸方向端面から軸方向に水平移動させることで第１のヨーク側取付面１１ａを設ける（円Ｉから円ＩＩ）。次に、第１のヨーク側取付面１１ａに沿うように鋳物材の外周の接線面と平行に移動させ（円ＩＩから円ＩＩＩ）、その後に、再び鋳物材の軸方向に水平移動させ、第１のヨーク側取付面１１ａと同一平面上に第２のヨーク側取付面１１ｂを設ける（円ＩＩＩから円ＩＶ）。次に、鋳物材の固定を解き、鋳物材を周方向に所定角度だけ回転させた後に、再び固定しフライス加工を行う。そして、フライス加工を鋳物材の周方向に等間隔を置いて行い、複数のヨーク側取付面１１と、それら各ヨーク側取付面１１の幅方向両側に配置された土手１２を設ける。鋳物材は、外周に複数の磁石取付溝４が加工されることで、ヨーク部５となる。なお、ヨーク部５は、磁石取付溝４に永久磁石６が取り付けられることで回転子１となる。
Specifically, after fixing the casting material so as not to rotate, the first yoke is moved horizontally in the axial direction from the axial end surface of the casting material by moving the end mill arranged perpendicular to the outer periphery of the casting material. A
次に、図５は、図１の永久磁石６を拡大して示す斜視図である。図において、永久磁石６は、磁石取付溝４に取り付けられたときにヨーク側取付面１１と対向する磁石側取付面（底面）、幅方向の側面、及び奥行き方向の端面が平面状にされ、底面と反対側の面（上面）が円筒面とされている６面体である。磁石側取付面は、長方形である。
Next, FIG. 5 is an enlarged perspective view showing the
永久磁石６としては、例えば希土類系焼結磁石が用いられる。永久磁石６の形状には、高い精度が要求される。永久磁石６は、プレス成形された後に精密に研磨加工され成形される。
As the
次に、図６は、図３の磁石取付溝４に永久磁石６が取り付けられている状態のヨーク部５の外周を示す平面図である。図７は、図６の磁石取付溝４に取り付けられた永久磁石６周辺を示す正面図である。
Next, FIG. 6 is a plan view showing the outer periphery of the
図において、磁石取付溝４には、ヨーク部５の軸方向に２段の永久磁石６が取り付けられている。即ち、永久磁石６は、第１のヨーク側取付面１１ａに取り付けられた第１の永久磁石１５と、第２のヨーク側取付面１１ｂに取り付けられた第２の永久磁石１６とを有している。即ち、第１の永久磁石１５は、第２の永久磁石１６と同一平面上に配置されている。
In the figure, a two-stage
第１及び第２の永久磁石１５，１６の幅方向の大きさは、土手１２間に嵌り込む大きさにされている。第１の永久磁石１５の磁石側取付面は、例えば接着剤等によって、第１のヨーク側取付面１１ａに固定されている。同様に、第２の永久磁石１６の磁石側取付面は、例えば接着剤等によって、第２のヨーク側取付面１１ｂに固定されている。
The size of the first and second
次に、図８は、図５の第１及び第２の永久磁石１５，１６の磁極を示す説明図である。図において、１つのヨーク側取付面１１、即ち同一平面上に取り付けられた第１及び第２の永久磁石１５，１６は、ヨーク部５の径方向外側の磁極が同じになるように配置されている。また、ヨーク部５の周方向について隣り合うヨーク側取付面１１に取り付けられた永久磁石６は、ヨーク部５の径方向外側の磁極が異なるように配置されている。即ち、ヨーク部５の周方向には、Ｓ極とＮ極とが交互に配置されている。
Next, FIG. 8 is an explanatory diagram showing the magnetic poles of the first and second
次に、図９は、図１のヨーク部５の一部を拡大して示す正面図である。図において、第１の永久磁石１５と第２の永久磁石１６とは、ヨーク部５の周方向に互いにスキュー角θ１だけずらされている。即ち、ヨーク部５の径方向外側での第１の永久磁石１５の頂点、及び回転子１の回転軸間を結ぶ直線と、ヨーク部５の径方向外側での第２の永久磁石１６の頂点、及び回転子１の回転軸間を結ぶ直線とは、ヨーク部５の周方向に互いにスキュー角θ１だけずらされている。スキュー角θ１は、物理的な角度（機械角）ではなく、電気角（＝機械角×極数÷２）で定義する。
Next, FIG. 9 is an enlarged front view showing a part of the
次に、作用について説明する。図１０は、２段スキューのスキュー角θ１とスキュー係数との関係を示すグラフである。図において、スキュー角θ１の変化に応じて、基本波及び高調波のスキュー係数が変化している。スキュー係数とは、巻線配置による誘導起電力の変化率である。即ち、基本波のスキュー係数を高く保ち、高調波のスキュー係数を低くすることで、出力トルクを大きく保ちつつ、トルク脈動を小さくすることができる。 Next, the operation will be described. Figure 10 is a graph showing the relationship between a skew angle theta 1 and the skew factor of the two-stage skew. In the figure, according to the change of the skew angle theta 1, skew coefficient of the fundamental wave and the harmonics are changed. The skew coefficient is the rate of change of the induced electromotive force due to the winding arrangement. That is, by keeping the fundamental wave skew coefficient high and lowering the harmonic skew coefficient, the torque pulsation can be reduced while keeping the output torque large.
一般に、Ｙ結線の三相回転電機では、高調波として５次高調波が最も大きく発生し、次いで７次高調波が大きく発生するので、トルク脈動を効果的に小さくするためには、５次及び７次高調波を小さくする必要がある。従って、この実施の形態では、スキュー角θ１を、５次高調波のスキュー係数が０となる２６°と、７次高調波のスキュー係数が０となる３６°との間に設定する。即ち、第１及び第２の永久磁石１５，１６は、回転子１の回転軸を中心に、電気角で２６°〜３６°の範囲でヨーク部５の周方向に互いにずらされて配置されている。
In general, in a Y-connected three-phase rotating electrical machine, the fifth harmonic is the largest and the seventh harmonic is the largest as the harmonic, so the fifth and the fifth harmonics are effective for reducing torque pulsation effectively. It is necessary to reduce the seventh harmonic. Therefore, in this embodiment, the skew angle θ 1 is set between 26 ° at which the skew coefficient of the fifth harmonic becomes 0 and 36 ° at which the skew coefficient of the seventh harmonic becomes 0. That is, the first and second
このような永久磁石式回転電機では、第１及び第２の永久磁石１５，１６は、各ヨーク側取付面１１上に、互いにヨーク部５の軸方向及び周方向にずらされて配置されているので、高調波の発生を低減させることができ、トルク脈動を低減させることができる。また、図１１〜図１３の従来例を参照の通り、ヨーク側取付面１１は、平面状にされているので、第１及び第２の永久磁石１５，１６が磁石取付溝４に取り付けられたときに、ヨーク側取付面１１と対向する第１及び第２の永久磁石１５，１６の磁石側取付面を平面状にすることができ、磁石取付溝４をヨーク部５の周縁部に設けるための加工（土手１２の加工）を容易にすることができる。従って、製造時のコストを低減させることができる。
In such a permanent magnet type rotating electric machine, the first and second
また、このような永久磁石式回転電機では、第１の永久磁石１５と第２の永久磁石１６とは、回転子１の回転軸を中心に電気角で２６°〜３６°の範囲で互いにずらされて配置されているので、基本波を大きく保ちつつ、５次及び７次高調波の発生を減少させることができ、出力トルクを大きく保ちつつ、トルク脈動の発生を抑制することができる。
Further, in such a permanent magnet type rotating electrical machine, the first
さらに、このような永久磁石式回転電機では、固定子２は、複数の分割鉄心８ａを有しているので、ティース部９に固定子巻線部１０を集中的に巻き付けることができ、コイルエンドを小さくすることができる。
Further, in such a permanent magnet type rotating electrical machine, the stator 2 has a plurality of divided
さらにまた、ヨーク部５は、鋳鉄又は鋼の中実構造材を加工することで得られるので、土手１２を後付する場合に比べ、部品点数を抑えることができる。
Furthermore, since the
さらにまた、このような永久磁石式回転電機の製造方法では、円環状の鋳物材の外周を周方向に間隔を置いて切削することで、磁石取付溝４を製造するので、第１及び第２のヨーク側取付面１１ａ，１１ｂと土手１２とをヨーク部５の周方向により正確に配置することができ、永久磁石６をより正確に配置することができる。従って、トルク脈動の発生を抑制することができる。また、図１４に示すように、一度の切削加工で第１及び第２のヨーク側取付面１１ａ，１１ｂを設けることができるので、ヨーク部５の製造時間をより短くすることができ、製造時のコストを低減させることができる。さらに、エンドミルは一般に円筒状であるので、第１のヨーク側取付面１１ａと第２のヨーク側取付面１１ｂとを、ヨーク部５の周方向に面の角度をずらして設ける場合には、互いが干渉しないように間に軸方向に隙間（隔壁）を設ける必要があるが、実施の形態１のような永久磁石式回転電機では、第１のヨーク側取付面１１ａと第２のヨーク側取付面１１ｂとは同一平面上に設けられるので、その間に隙間を設けなくてよく、回転子１の軸方向の寸法をより小さくすることができる。
Furthermore, in such a method of manufacturing a permanent magnet type rotating electrical machine, the magnet mounting groove 4 is manufactured by cutting the outer periphery of the annular casting material at intervals in the circumferential direction. The yoke-side mounting surfaces 11a and 11b and the
なお、実施の形態１では、各ヨーク側取付面１１には、ヨーク部５の軸方向に２段の永久磁石６が設けられると説明したが、３段以上でもよい。
In the first embodiment, it has been described that each of the yoke-side mounting surfaces 11 is provided with the two-stage
実施の形態２．
図１５は、この発明の実施の形態２による永久磁石式回転電機を示す正面図である。図において、回転子２０は、固定子２１の径方向内側に配置されている。また、回転子２０は、固定子２１と同軸に配置されている。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 15 is a front view showing a permanent magnet type rotating electric machine according to Embodiment 2 of the present invention. In the drawing, the
図示はしないが、回転子２０の径方向内側には、回転軸が配置されており、回転軸は、回転子２０に接続されている。即ち、回転子２０は、回転軸を中心に回転される。
Although not shown, a rotating shaft is disposed inside the
回転子２０は、外周に複数の磁石取付溝２５が互いに間隔を置いて設けられた円環状のヨーク部２６と、磁石取付溝２５に取り付けられた複数の永久磁石６とを有している。この実施の形態では、永久磁石式回転電機の磁極数は３２である。
The
固定子２１は、円環状の鉄心部８、複数のティース部９、及び複数の固定子巻線部１０を有している。ティース部９及びスロット９ａの数は、４８個である。
The
ここで、回転子２０及び固定子２１は、実施の形態１の回転子１及び固定子２と同様に一般的なものよりも大きくされており、鉄心部８は、分割鉄心８ａにより形成され、ヨーク部５は、鉄系合金である鋳鉄を材料とし、鋳造される。
Here, the
次に、図１６は、図１５の磁石取付溝２５から永久磁石６が取り外されている状態のヨーク部２６を径方向外側から見たときの正面図である。図１７は、図１５の磁石取付溝２５から永久磁石６が取り外されている状態のヨーク部２６を軸方向から見たときの正面図である。
Next, FIG. 16 is a front view of the
図において、各磁石取付溝２５には、ヨーク側取付面２８と、ヨーク側取付面２８の幅方向両側に配置された土手２９とが設けられている。ヨーク側取付面２８及び土手２９は、磁極の数だけ設けられている。ヨーク側取付面２８及び土手２９は、ヨーク部２６の材料である鋳物材の外周が、ヨーク部２６の軸方向に対して斜めに切削され製造される。
In the figure, each
ヨーク側取付面２８は、ヨーク部２６外周の接線面と平行な平面である。土手２９は、ヨーク部２６外周から径方向外側に突出している。各土手２９は、その奥行き方向がヨーク部２６の軸方向に対してずらされて配置されている。ヨーク側取付面２８の平面形状は、四隅の角が９０°でない平行四辺形である。
The yoke-
次に、図１８は、図１６の磁石取付溝２５に永久磁石６が取り付けられている状態のヨーク部２６を径方向外側から見たときの正面図である。図において、各ヨーク側取付面２８には、永久磁石６が取り付けられている。各永久磁石６の磁石側取付面は、例えば接着剤などによって、ヨーク側取付面２８に固定されている。永久磁石６の幅方向の大きさは、土手２９間に嵌り込む大きさにされている。永久磁石６は、土手２９に沿って配置される。
Next, FIG. 18 is a front view when the
次に、図１９は、図１８の永久磁石６の磁極を示す説明図である。図において、隣り合うヨーク側取付面２８に取り付けられた永久磁石６は、ヨーク部２６の径方向外側の磁極が異なるように配置されている。即ち、ヨーク部２６の周方向には、Ｓ極とＮ極とが交互に配置されている。
Next, FIG. 19 is an explanatory view showing the magnetic poles of the
次に、図２０は、図１５のヨーク部２６の一部を拡大して示す正面図である。図２１は、図２０の永久磁石６の前面と背面との位置関係を示す説明図である。図において、永久磁石６は、ヨーク部２６周方向について隣の永久磁石６側の磁石側取付面の辺が、ヨーク部２６の周縁部で回転子２０の回転軸と平行な直線に対して傾斜されるように配置されている。換言すると、各永久磁石６は、それらの奥行き方向（長手方向）がヨーク部２６の径方向を中心に同じ角度だけ回転されてヨーク部２６外周に設けられている。
Next, FIG. 20 is an enlarged front view showing a part of the
ヨーク部２６周方向について隣の永久磁石６側の磁石側取付面の辺の両端間は、回転子２０の回転軸を中心に互いにスキュー角θ２（電気角）だけずらされている。なお、図１６では、煩雑になることを防ぐために、磁石側取付面の辺の両端間と平行な永久磁石６の奥行き方向端面の頂点間を用いてスキュー角θ２を図示している。即ち、永久磁石６の奥行き方向の両端面頂点間は、回転子２０の回転軸を中心に互いにスキュー角θ２（電気角）だけずらされている。
With respect to the circumferential direction of the
次に、作用について説明する。図２２は、連続スキューのスキュー角θ２とスキュー係数との関係を示すグラフである。図において、スキュー角θ２の変化に応じて、基本波及び高調波のスキュー係数が変化している。 Next, the operation will be described. Figure 22 is a graph showing the relationship between a skew angle theta 2 and the skew factor of the continuous skew. In the figure, according to the change of the skew angle theta 2, the skew factor of the fundamental wave and the harmonics are changed.
一般に、Ｙ結線の三相回転電機では、高調波として５次高調波が最も大きく発生し、次いで７次高調波が大きく発生するので、トルク脈動を効果的に小さくするためには、５次及び７次高調波を小さくする必要がある。 In general, in a Y-connected three-phase rotating electrical machine, the fifth harmonic is the largest and the seventh harmonic is the largest as the harmonic, so the fifth and the fifth harmonics are effective for reducing torque pulsation effectively. It is necessary to reduce the seventh harmonic.
従って、この実施の形態では、スキュー角θ２を、５次高調波のスキュー係数が０となる５１°と、７次高調波のスキュー係数が０となる７２°との間に設定する。即ち、ヨーク部２６周方向について隣の永久磁石６側の磁石側取付面の辺の両端間は、回転子２０の回転軸を中心に電気角で５１°〜７２°の範囲で互いにずらされている。なお、図１６では、スキュー角θ２を電気角で６０°としている。
Therefore, in this embodiment, the skew angle θ 2 is set between 51 ° at which the skew coefficient of the fifth harmonic becomes 0 and 72 ° at which the skew coefficient of the seventh harmonic becomes 0. That is, both ends of the side of the magnet-side mounting surface on the side of the adjacent
ここで、図１０と図２２とを比べると、磁石側取付面の辺の両端間を回転子２０の回転軸を中心にずらして、永久磁石６を配置することで、５次及び７次高調波だけでなく、１１次及び１３次高調波もより小さくできることがわかる。なお、１１次及び１３次高調波は、５次及び７次高調波に次いで大きくなりやすい高調波である。
Here, when FIG. 10 is compared with FIG. 22, the fifth and seventh harmonics are obtained by disposing the
このような永久磁石式回転電機では、永久磁石６は、ヨーク部２６周方向について隣の永久磁石６側の磁石側取付面の辺が、ヨーク部２６の周縁部で回転子２０の回転軸と平行な直線に対して傾斜されるように配置されているので、５次及び７次高調波だけでなく１１次及び１３次高調波の発生も低減させることができる。これによって、磁極数と固定子２１のスロット９ａの数との関係、そしてスロット９ａの形状により発生するコギングトルクと、通電したときに発生するトルク脈動全てを同時により低減させることができる。また、従来の永久磁石式回転電機に用いられている円筒状の回転子の外周に、永久磁石の奥行き方向に伸びる側辺をヨーク部の軸方向に対してずらして、永久磁石を配置しようとすると、その永久磁石の形状は非常に複雑になってしまうが、この実施の形態２のような永久磁石式回転電機では、ヨーク側取付面２８は平面状にされているので、永久磁石６が磁石取付溝２５に取り付けられたときに、ヨーク側取付面２８と対向する永久磁石６の磁石側取付面を平面状にすることができ、永久磁石６のプレス成形及び研磨加工をより容易にすることができる。従って、製造時のコストを低減させることができる。
In such a permanent magnet type rotating electric machine, the
また、このような永久磁石式回転電機では、ヨーク部２６周方向について隣の永久磁石側の上記磁石側取付面の辺の両端間は、回転子２０の回転軸を中心に電気角で５１°〜７２°の範囲で互いにずらされているので、基本波を大きく保ちつつ、５次、７次、１１次及び１３次高調波の発生を減少させることができ、出力トルクを大きく保ちつつ、トルク脈動の発生を抑制することができる。
Further, in such a permanent magnet type rotating electrical machine, between the ends of the magnet side mounting surface on the side of the adjacent permanent magnet in the circumferential direction of the
さらに、実施の形態１に比べ、永久磁石６の個数を少なくすることができるので、永久磁石６のヨーク部２６への取付作業に要する作業時間を短縮することができ、製造時のコストをより低減させることができる。
Furthermore, since the number of
なお、図２３は、図２０の永久磁石６をヨーク部２６の内周方向より見たときの永久磁石６と固定子２１の位置関係を示す図であるが、この実施の形態２では、固定子２１の軸方向の寸法である固定子鉄心長と、永久磁石６の側辺の長さである磁石長とが同等にされている。従って、その永久磁石６が回転子２０の回転軸と平行な直線に対して斜めに張られることで、永久磁石６の端面と固定子２１の端面とがそろわず、固定子２１の軸方向範囲から部分的に永久磁石６が突出している。また、上記で示したスキュー係数は円周方向へのずれ角に対して計算されているが、この実施の形態２では平面内で斜めに貼り付けられている。これらのことは、スキューの効果の誤差として作用するが、通常は大勢に影響はなく、多極になるほど誤差の影響は無視できる。
FIG. 23 is a diagram showing the positional relationship between the
実施の形態３．
図２４は、この発明の実施の形態３による回転子を径方向外側から見たときの正面図である。図２５は、図２４の回転子を軸方向から見たときの正面図である。図において、磁石取付溝２５には、永久磁石３１が取り付けられている。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 24 is a front view of a rotor according to Embodiment 3 of the present invention when viewed from the outside in the radial direction. FIG. 25 is a front view of the rotor of FIG. 24 viewed from the axial direction. In the figure, a
ヨーク部２６の軸方向側の永久磁石３１の端面は、ヨーク部２６の軸方向端面と平行となるようにされている。即ち、永久磁石３１の奥行き方向の端面は、固定子２１の軸方向端面と平行となるようにされている。
The end surface of the
換言すると、永久磁石３１奥行き方向の端面は、ヨーク部２６周方向について隣の永久磁石６側の磁石側取付面の辺が、ヨーク部２６の周縁部で回転子２０の回転軸と平行な直線に対して傾斜されるように配置されたときに、固定子２１の軸方向端面と平行となるようにされている。また、永久磁石３１の磁石側取付面は、ヨーク側取付面２８の形状に沿うように、四隅の角が９０°でない平行四辺形にされている。その他の構成は、実施の形態２と同様である。
In other words, the end surface of the
このような永久磁石式回転電機では、ヨーク部２６の軸方向側の永久磁石３１の端面は、固定子２１の軸方向端面と平行となるようにされているので、固定子２１からの磁束と永久磁石３１からの磁束との漏れがより少なくなり、効率的に磁束を利用することができる。
In such a permanent magnet type rotating electrical machine, the end surface of the
実施の形態４．
図２６は、この発明の実施の形態４による回転子を径方向外側から見たときの正面図である。図２７は、図２６の回転子を軸方向から見たときの正面図である。図において、各ヨーク側取付面２８には、平板状の永久磁石３０が取り付けられている。即ち、永久磁石３０は、直方体であり、固定子内周面（図２３に二点鎖線で示す）に対向する永久磁石３０の頂面は平面状である。その他の構成は、実施の形態２と同様である。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 26 is a front view of a rotor according to Embodiment 4 of the present invention as viewed from the outside in the radial direction. FIG. 27 is a front view of the rotor of FIG. 26 as viewed from the axial direction. In the figure, a flat
このような永久磁石式回転電機では、永久磁石３０の形状が平板状であっても、その永久磁石３０の奥行き方向に伸びる側辺がヨーク部２６の軸方向に対してずらされて配置されているので、高次の奇数高調波の発生を低減させることができる。即ち、実施の形態２と同等の効果を得ることができる。
In such a permanent magnet type rotating electrical machine, even if the shape of the
また、このような永久磁石式回転電機では、永久磁石３０の形状が平板状であるので、永久磁石３０のプレス成形及び研磨加工をより容易にすることができ、製造時のコストをより低減させることができる。
In such a permanent magnet type rotating electrical machine, since the shape of the
実施の形態５．
図２８は、この発明の実施の形態５によるトラクション式のエレベータ用巻上機の断面図である。図において、支持板３４には、ハウジング３５が取り付けられている。ハウジング３５には、固定軸部３５ａが設けられている。固定軸部３５ａには、軸受け３６を介して回転体３７が回転可能に取り付けられている。回転体３７は、綱車部４０及び回転子２０を有している。
FIG. 28 is a sectional view of a traction type elevator hoist according to
綱車部４０には、外周に複数の巻掛溝４０ａが設けられている。図示はしないが、巻掛溝４０ａには、複数本の主索が巻き掛けられており、その主索によって、かご及び釣合おもりが昇降路内に吊り下げられている。かご及び釣合おもりは、綱車部４０、即ち回転体３７が回転されることで昇降される。
The
回転子２０は、外周に複数の磁石取付溝２５が互いに間隔を置いて設けられた円環状のヨーク部２６と、磁石取付溝２５に取り付けられた複数の永久磁石６とを有している。綱車部４０は、ヨーク部２６と一体に鋳造されている。
The
磁石取付溝２５には、図１６のように、ヨーク側取付面２８と、ヨーク側取付面２８の幅方向両側に配置された土手２９が設けられている。ヨーク側取付面２８及び土手２９は、磁極の数だけ設けられている。ヨーク側取付面２８及び土手２９は、ヨーク部２６の材料である鋳物材の外周が周方向に等間隔を置いて切削されることで製造されている。
As shown in FIG. 16, the
永久磁石６は、図１８及び図２０のように、ヨーク側取付面２８に固定されている。また、永久磁石６は、永久磁石６は、ヨーク部２６周方向について隣の永久磁石６側の磁石側取付面の辺が、ヨーク部２６の周縁部で回転子２０の回転軸と平行な直線に対して傾斜されるように配置されている。即ち、ヨーク部２６周方向について隣の永久磁石側の上記磁石側取付面の辺の両端間は、回転子２０の回転軸を中心に互いにスキュー角θ２（電気角）だけずらされている。換言すると、永久磁石６の奥行き方向の両端面頂点間は、回転子２０の回転軸を中心に互いにスキュー角θ２（電気角）だけずらされている。
The
また、ハウジング３５内には、固定子２１とブレーキ装置４１とが配置されている。固定子２１は、ハウジング３５内に固定されている。また、固定子２１は、回転体３７と同軸に配置されている。さらに、固定子２１は、図２のような扇状の複数の分割鉄心８ａに固定子巻線部１０が巻き付けられ、それぞれの分割鉄心８ａが環状に連結されることで形成される。
A
ブレーキ装置４１は、回転体の回転を制動する。図示はしないが、ブレーキ装置４１は、回転体の回転が制動されるときに回転子２０の内周に対して押し当てられる複数のブレーキシューを有している。即ち、ブレーキ装置４１は、ドラムブレーキである。
The
このようなエレベータ用巻上機では、永久磁石６は、ヨーク部２６周方向について隣の永久磁石６側の磁石側取付面の辺が、ヨーク部２６の周縁部で回転子２０の回転軸と平行な直線に対して傾斜されるように配置されているので、高調波の発生が低減され、トルク脈動が抑えられる。従って、かご及び釣合おもりをスムーズに昇降させることができ、エレベータ利用者に対して滑らかな乗り心地を提供することができる。
In such an elevator hoisting machine, the
なお、実施の形態５では、永久磁石６は、ヨーク部２６周方向について隣の永久磁石６側の磁石側取付面の辺が、ヨーク部２６の周縁部で回転子２０の回転軸と平行な直線に対して傾斜されるように配置されていると説明したが、図６及び図９のように、ヨーク側取付面１１に第１及び第２の永久磁石１５，１６を取り付け、それら第１及び第２の永久磁石１５，１６を、互いにヨーク部５の軸方向及び周方向にずらして配置してもよい。即ち、第１及び第２の永久磁石１５，１６を、ヨーク部５の径方向外側での第１の永久磁石１５の頂点、及び回転子１の回転軸間を結ぶ直線と、ヨーク部５の径方向外側での第２の永久磁石１６の頂点、及び回転子１の回転軸間を結ぶ直線とがヨーク部５の周方向に互いにスキュー角θ１だけずれるように配置してもよい。このように第１及び第２の永久磁石１５，１６を配置することでも、実施の形態５と同等の効果を得ることができる。
In the fifth embodiment, in the
また、実施の形態２〜５では、ヨーク側取付面２８は四隅の角が９０°でない平面状の平行四辺形であると説明したが、ヨーク側取付面の形状は、ヨーク部２６周方向について隣の永久磁石６側の磁石側取付面の辺が、ヨーク部２６の周縁部で回転子２０の回転軸と平行な直線に対して傾斜させることができる平面であればよい。
In the second to fifth embodiments, it has been described that the yoke-
さらに、実施の形態１〜５では、ヨーク部５，２６は、円環状に鋳造された鋳物材を加工することで得られると説明したが、ヨーク部の材料の製造方法は、鋳造に限定されることなく、鍛造及び削り出しでもよい。また、ヨーク部の材料は、環状の複数の鋼板が軸方向に積層されたものでもよく、ヨーク側取付面は、環状の複数の鋼板が軸方向に積層されたものの外周を切削して製造してもよい。もちろん、非積層材であってもよい。
Further, in the first to fifth embodiments, it has been described that the
さらにまた、実施の形態１〜５では、ヨーク部５，２６に磁石取付溝４，２５、即ちヨーク側取付面１１，２８及び土手１２，２９が設けられていると説明したが、ヨーク部には、ヨーク側取付面が設けられているだけでもよい。
Furthermore, in Embodiments 1 to 5, it has been described that the
また、実施の形態１〜５では、回転子１，２０は、固定子２，２１の径方向内側に配置されるように説明したが、回転子は、固定子の径方向外側に配置されてもよい。また、回転子が固定子の径方向外側に配置される場合には、ヨーク側取付面は、回転子の内周に設けられてもよい。即ち、この発明は、回転子が固定子の内周側に配置されるインナーロータ回転電機だけでなく、アウタロータ回転電機にでも実施することができる。
In the first to fifth embodiments, the
さらに、実施の形態１〜５では、永久磁石式回転電機は駆動力を発する電動機であるように説明したが、発電機としてもよい。 Furthermore, although Embodiment 1-5 demonstrated that a permanent-magnet-type rotary electric machine was an electric motor which emits a driving force, it is good also as a generator.
１，２０ 回転子、２，２１ 固定子、４，２５ 磁石取付溝、５，２６ ヨーク部、６，３０，３１ 永久磁石、８ 鉄心部、８ａ 分割鉄心、９ ティース部、９ａ スロット、１０ 固定子巻線部、１１，２８ ヨーク側取付面、１１ａ，１１ｂ 第１及び第２のヨーク側取付面、１５，１６ 第１及び第２の永久磁石。 1,20 Rotor, 2,21 Stator, 4,25 Magnet mounting groove, 5,26 Yoke part, 6, 30, 31 Permanent magnet, 8 Iron core part, 8a Split iron core, 9 teeth part, 9a slot, 10 fixed Child winding part, 11, 28 Yoke side mounting surface, 11a, 11b First and second yoke side mounting surfaces, 15, 16 First and second permanent magnets.
Claims (9)
平面状の複数のヨーク側取付面が上記巻線部と対向するように周方向に沿って周縁部に設けられた環状のヨーク部と、上記ヨーク部の軸方向及び周方向に互いにずらされて上記各ヨーク側取付面上に配置された複数の永久磁石とを有し、上記固定子と同軸に配置される回転子
を備えていることを特徴とする永久磁石式回転電機。 An annular stator having a plurality of winding portions spaced apart from each other in the circumferential direction, and a peripheral portion along the circumferential direction so that a plurality of planar yoke-side mounting surfaces face the winding portions And a plurality of permanent magnets arranged on the respective yoke-side mounting surfaces so as to be shifted from each other in the axial direction and the circumferential direction of the yoke portion, and coaxial with the stator. A permanent magnet type rotating electrical machine comprising a rotor to be disposed.
上記第１の永久磁石と上記第２の永久磁石との上記ヨーク部の周方向へのずれは、電気角で２６°〜３６°の範囲とされていることを特徴とする請求項１記載の永久磁石式回転電機。 The permanent magnet includes a first permanent magnet, and a second permanent magnet arranged to be shifted in the axial direction and the circumferential direction of the yoke portion with respect to the first permanent magnet,
The deviation of the yoke portion in the circumferential direction between the first permanent magnet and the second permanent magnet is in the range of 26 ° to 36 ° in electrical angle. Permanent magnet type rotating electrical machine.
平面状の複数のヨーク側取付面が上記巻線部と対向するように周縁部に設けられた環状のヨーク部と、上記各ヨーク側取付面上に取り付けられた永久磁石とを有し、上記固定子と同軸に配置される回転子
を備え、
上記永久磁石は、上記ヨーク側取付面上に取り付けられたときに上記ヨーク側取付面に対向する磁石側取付面を有し、
上記ヨーク部周方向について隣の永久磁石側の上記磁石側取付面の辺は、上記ヨーク部の周縁部で上記回転子の回転軸と平行な直線に対して傾斜されていることを特徴とする永久磁石式回転電機。 An annular stator having a plurality of winding portions arranged at intervals in the circumferential direction, and an annular portion provided on the peripheral portion so that a plurality of planar yoke-side mounting surfaces face the winding portions And a rotor arranged on the same axis as the stator, and a permanent magnet mounted on each yoke-side mounting surface.
The permanent magnet has a magnet side mounting surface facing the yoke side mounting surface when mounted on the yoke side mounting surface;
The side of the magnet side mounting surface on the side of the permanent magnet adjacent to the circumferential direction of the yoke part is inclined with respect to a straight line parallel to the rotation axis of the rotor at the peripheral part of the yoke part. Permanent magnet type rotating electrical machine.
上記第１及び第２の溝内に、永久磁石を取り付ける工程
を含むことを特徴とする永久磁石式回転電機の回転子の製造方法。 By cutting the peripheral portion of the annular member in the axial direction of the annular member, a first groove having a first yoke-side attachment surface is provided, and the circle is formed along the first yoke-side attachment surface. By cutting in a direction perpendicular to the axial direction of the ring member and again cutting in the axial direction of the annular member, a second yoke-side mounting surface that is flush with the first yoke-side mounting surface is provided. A rotor of a permanent magnet type rotating electrical machine, comprising: a step of providing two grooves and using the annular member as a yoke portion; and a step of attaching a permanent magnet in the first and second grooves. Production method.
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