JP2007143331A - Permanent-magnet-embedded rotor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、永久磁石埋設型ロータの磁気回路構成に関し、磁極間で発生する漏洩磁束を抑制するものである。 The present invention relates to a magnetic circuit configuration of a permanent magnet embedded rotor, and suppresses leakage magnetic flux generated between magnetic poles.
従来の永久磁石埋設型ロータについて、図を参照して説明する。図3において、31は埋設磁石型モータのロータ鉄心、32はロータ鉄心内部に挿入された永久磁石、33はスロット、34は埋設孔部である。ロータ鉄心31は、磁極間の漏洩磁束を低減するために、磁極間にスロット33を設けることが一般的に実施されている。
A conventional permanent magnet embedded rotor will be described with reference to the drawings. In FIG. 3, 31 is a rotor core of an embedded magnet type motor, 32 is a permanent magnet inserted into the rotor core, 33 is a slot, and 34 is an embedded hole. In order to reduce the leakage magnetic flux between the magnetic poles, the
一方、モータの大容量化、高速化、高性能化(高応答性、高トルク)及び低コスト化に対応するため、回転子鉄心の磁極を構成する頭部から円筒部に移行する継鉄部が頭部の中心に位置するように構成するとともに、この継鉄部の左右に2個の永久磁石を配設し、さらに頭部に対称な2個の長孔部を形成した磁石埋め込みタイプの永久磁石同期電動機形サーボモータが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
解決しようとする問題点は、永久磁石埋設型ロータの磁極間で発生する漏洩磁束であり、マグネットトルクを有効に活用するためには、磁極間をできるだけ縮めて、なおかつ、漏洩磁束がないことが理想である。しかしながら、磁極間の漏洩磁束を低減するために磁極間を切り取れば、ロータ鉄心が内外に切り離されて(分割されて)、ロータ鉄心として成立しなくなる。 The problem to be solved is the leakage magnetic flux generated between the magnetic poles of the permanent magnet embedded rotor. In order to effectively use the magnet torque, the gap between the magnetic poles must be reduced as much as possible, and there is no leakage magnetic flux. Ideal. However, if the gap between the magnetic poles is cut in order to reduce the leakage magnetic flux between the magnetic poles, the rotor core is separated (individed) into the inside and outside, and the rotor core is not established.
一方、永久磁石埋設型ロータは、リラクタンストルクによる電流の追従性遅れから制御性に課題があった。また、ステータ鉄心との間で発生するコギングトルクも、ロータ表面に永久磁石を設けたSPM型ロータに比べて大きかった。 On the other hand, the permanent magnet embedded type rotor has a problem in controllability due to a delay in follow-up of current due to reluctance torque. In addition, the cogging torque generated between the stator core and the stator iron core was larger than that of the SPM rotor provided with a permanent magnet on the rotor surface.
さらに、特許文献1に記載の永久磁石埋設型ロータでは、永久磁石を2分割する必要があるため、永久磁石の製作および埋設孔部に装着固定のための工数が増加してコストアップとなる。 Further, in the permanent magnet embedded rotor described in Patent Document 1, since it is necessary to divide the permanent magnet into two, man-hours for manufacturing the permanent magnet and mounting and fixing to the embedded hole are increased, resulting in an increase in cost.
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、安価な構成で磁極間の漏洩磁束を効果的に抑制でき、コギングトルクとリラクタンストルクが小さく制御性のよい磁石埋設型ロータおよびモータを提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and provides a magnetically embedded rotor and motor that can effectively suppress leakage magnetic flux between magnetic poles with a low-cost configuration, have low cogging torque and reluctance torque, and good controllability. For the purpose.
上記課題を解決するために本発明は、等間隔に永久磁石を配置するための埋設孔部を有する鉄心を積層したロータと、前記ロータの各埋設孔部に挿入する平板状の永久磁石とを備え、前記埋設孔部の鉄心外周側の中央部に磁気抵抗増大部を形成し、前記永久磁石は、略外周方向に2極着磁され、隣り合う埋設孔部間が同極で、かつ磁極境界を磁気抵抗増大部中心に設定することで、安価な構成で磁極間の漏洩磁束を効果的に抑制できる。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a rotor in which iron cores having embedded hole portions for arranging permanent magnets at equal intervals are laminated, and a flat permanent magnet inserted into each embedded hole portion of the rotor. A magnetic resistance increasing portion is formed at a central portion of the embedded hole portion on the outer peripheral side of the core, the permanent magnet is magnetized in two poles in a substantially outer peripheral direction, and the adjacent embedded hole portions have the same polarity and a magnetic pole By setting the boundary at the center of the magnetic resistance increasing portion, the leakage magnetic flux between the magnetic poles can be effectively suppressed with an inexpensive configuration.
本発明の永久磁石埋設型ロータによれば、1つの永久磁石を2極着磁して、磁極境界の外側に磁気抵抗増大部を形成したので漏洩磁束を効果的に抑制できる。また、磁気抵抗増
大部をスリットにすることで、漏洩磁束をさらに低減できる。
According to the permanent magnet embedded rotor of the present invention, one permanent magnet is magnetized in two poles, and the magnetic resistance increasing portion is formed outside the magnetic pole boundary, so that the leakage magnetic flux can be effectively suppressed. Moreover, the leakage magnetic flux can be further reduced by making the magnetic resistance increasing portion into a slit.
また、従来のように1つの鉄心頭部内に1極着磁の平板状の永久磁石を配設したものに比べて、コギングトルクおよびリラクタンストルクを抑制できるため、制御性を向上させることができる。 In addition, since the cogging torque and the reluctance torque can be suppressed as compared with the conventional one in which a single pole magnetized flat plate-like permanent magnet is disposed in one iron core head, controllability can be improved. .
さらに、10極の磁石埋設型ロータと、12個の突極鉄心に3相集中巻線を施したステータとを組み合わせることで、安価な構成で磁極間の漏洩磁束を抑制でき、さらにコギングトルクとトルクリップルが小さく制御性のよい永久磁石埋設型モータが得られる。 Furthermore, by combining a 10-pole magnet-embedded rotor and a stator having 12 salient cores with three-phase concentrated windings, leakage flux between magnetic poles can be suppressed with a low-cost configuration, and cogging torque and A permanent magnet embedded motor with small torque ripple and good controllability can be obtained.
等間隔に永久磁石を配置するための埋設孔部を有する鉄心を積層したロータと、前記ロータの各埋設孔部に挿入する平板状の永久磁石とを備え、前記埋設孔部の鉄心外周側の中央部に磁気抵抗増大部を形成し、前記永久磁石は、略外周方向に2極着磁され、隣り合う埋設孔部間が同極で、かつ磁極境界を磁気抵抗増大部中心に設定する。 A rotor in which iron cores having embedded hole portions for arranging permanent magnets at equal intervals are laminated, and a plate-like permanent magnet inserted into each embedded hole portion of the rotor, on the outer peripheral side of the core of the embedded hole portion A magnetic resistance increasing portion is formed in the central portion, and the permanent magnet is magnetized in two poles in a substantially outer circumferential direction, the adjacent buried hole portions have the same polarity, and the magnetic pole boundary is set at the center of the magnetic resistance increasing portion.
本発明の永久磁石埋設型ロータは、1つの埋設孔部に装着する1つの永久磁石を2極着磁して、埋設孔部の鉄心外周側に磁気抵抗増大部を設けたもので、磁気回路構成に特徴がある。 The permanent magnet embedded rotor according to the present invention is a magnetic circuit in which one permanent magnet to be installed in one embedded hole is magnetized in two poles and a magnetic resistance increasing portion is provided on the outer peripheral side of the core of the embedded hole. There is a characteristic in composition.
以下、図を参照しながら説明する。図1において、11はロータ鉄心、12は永久磁石、13は埋設孔部、14は磁気抵抗増大部、15は回転軸である。 Hereinafter, description will be given with reference to the drawings. In FIG. 1, 11 is a rotor core, 12 is a permanent magnet, 13 is a buried hole, 14 is a magnetic resistance increasing portion, and 15 is a rotating shaft.
ロータ鉄心11は、永久磁石2を収納するための長方形の埋設孔部13を等間隔に8個備え、さらに埋設孔部13の外周側中央部に磁気抵抗増大部14を設けて所定数量を積層している。また、隣り合う磁気抵抗増大部14間の鉄心頭部を略円弧状に設定している。
The
一方、1つの永久磁石12は、幅方向中心を境にして2極着磁され、隣り合う埋設孔部13間の内外が同極になるよう埋設孔部13に装着し、接着剤で固定する。この後、ロータ鉄心12の中央孔に回転軸15が装着され、永久磁石埋設型ロータとなる。
On the other hand, one
これにより、2極着磁した永久磁石12の磁極境界と磁気抵抗増大部14の中心が一致するため、磁極間で磁束が漏洩するのを抑制できる。
Thereby, since the magnetic pole boundary of the
また、特許文献1のように1極分の永久磁石を分割する必要がなく、従来と同様8個でよく、安価に構成できる。また、特許文献1のように埋設孔の片端が開放していないため装着作業が容易にできる。 Moreover, it is not necessary to divide the permanent magnet for one pole like patent document 1, and it may be 8 pieces like the past, and can be comprised at low cost. Moreover, since the one end of the embedding hole is not open like patent document 1, mounting work can be performed easily.
さらに、1極分の永久磁石は、1つの鉄心頭部内で2分割されて屈曲するため、従来のように1つの鉄心頭部内に1極着磁の平板状の永久磁石を配設したものに比べて、コギングトルクおよびリラクタンストルクを抑制できる。 Further, since the permanent magnet for one pole is divided into two parts and bent in one iron core head, a plate-like permanent magnet with one pole magnetism is arranged in one iron core head as in the prior art. Compared to those, cogging torque and reluctance torque can be suppressed.
実施例1の磁気抵抗増大部4は、プレス加工により形成した薄肉部を形成して容易に磁気飽和するように設定したもので、ロータ鉄心の機械的強度が得られるため、1つの永久磁石が大きく高速回転によって大きな遠心力が作用する大出力(径大)モータに適している。
The magnetic
一方、磁気抵抗増大部を薄肉部に替えて鉄心外周と連絡したスリットにしてもよく、さらに漏洩磁束を抑制できる。この場合、鉄心頭部は埋設孔部間のみで保持することになる
ため、永久磁石を装着する時に注意が必要である。
On the other hand, the magnetic resistance increasing portion may be replaced with a thin portion and a slit connected to the outer periphery of the iron core, and leakage magnetic flux can be further suppressed. In this case, since the iron core head is held only between the embedded holes, care must be taken when the permanent magnet is mounted.
また、サーボモータなどに用いる永久磁石は焼結磁石が多く、割れ欠けし易いため角部に小さな面取りなどを設けるため、埋設孔部にも同様に面取りあるいはrを施す。埋設孔部の面取りあるいはrを施すことで、埋設孔部間も補強され鉄心強度が向上する。 In addition, since permanent magnets used for servo motors and the like are often sintered magnets and are easily cracked and chipped, small chamfers are provided at the corners. By chamfering or r riding the buried hole portions, the space between the buried hole portions is also reinforced and the iron core strength is improved.
なお、永久磁石埋設型ロータの一方の最外端面だけ永久磁石の挿入孔部をなくしたロータ鉄心を配置してもよく、永久磁石の軸方向端面を当接させて固着するだけで軸方向の位置規制が簡単にできる。また、8極ロータで説明したがこれに限定するものではない。さらに、ロータ鉄心の花びら形状は、できるだけ永久磁石がロータ外周に近づくような円弧あるいは滑らかな曲線によって設定する。 In addition, a rotor core without a permanent magnet insertion hole may be disposed only on one outermost end surface of the permanent magnet embedded rotor, and the axial end surface of the permanent magnet may be fixed only by contacting the axial end surface. Easy position regulation. Moreover, although it demonstrated with the 8-pole rotor, it is not limited to this. Furthermore, the petal shape of the rotor iron core is set by an arc or a smooth curve so that the permanent magnet is as close to the rotor outer periphery as possible.
実施例2は、本発明の永久磁石埋設型ロータを用いた永久磁石埋設型モータである。 Example 2 is a permanent magnet embedded motor using the permanent magnet embedded rotor of the present invention.
実施例2の永久磁石埋設型ロータは、全10個の埋設孔部に10個の永久磁石を備えている。実施例1における磁気抵抗増大部を薄肉部からスリットにした点、埋設孔部および永久磁石の個数を8個から10個にした点を除き、磁気回路構成および効果は同様であり、ここでは詳細な説明を省略する。 The permanent magnet embedded rotor of Example 2 includes 10 permanent magnets in all 10 embedded holes. The magnetic circuit configuration and effects are the same except that the magnetic resistance increasing portion in Example 1 is changed from a thin portion to a slit, and the number of embedded holes and permanent magnets is changed from eight to ten. The detailed explanation is omitted.
以下、12個の突極鉄心に3相集中巻線を施したステータ(12スロット)とを組み合わせた永久磁石埋設型モータについて図を参照しながら説明する。 Hereinafter, a permanent magnet buried type motor in which 12 salient cores are combined with a stator (12 slots) having three-phase concentrated windings will be described with reference to the drawings.
図2において、21は永久磁石埋設型ロータ、22はステータである。ステータ22は、12個の突極鉄心23に巻線24を集中巻回したもので、10極ロータと組み合わせるため、隣り合う同相巻線の電流方向は逆向き、隣り合う異相巻線の電流方向は同じになるように巻回して3相Y結線している。それ以外は、従来のインナーロータ型モータの構成と同等であり、ステータ22の内側に永久磁石埋設型ロータ21を配置して、回転軸を回転自在に支承すればよい。
In FIG. 2, 21 is a permanent magnet embedded rotor, and 22 is a stator. The
8極ロータと12スロットステータを組み合わせた場合のコギングトルク発生次数が24であるのに対して、実施例2の組み合わせのモータでは、コギングトルク発生次数は60と大幅に高くなり、コギングトルクリップルは大幅に低減する。 When the 8-pole rotor and the 12-slot stator are combined, the cogging torque generation order is 24, whereas in the motor of the second embodiment, the cogging torque generation order is significantly high as 60, and the cogging torque ripple is Reduce significantly.
実施例1と同様に、永久磁石を埋設孔部に装着しながら漏洩磁束を抑制でき、コギングトルクとリラクタンストルクを抑制することができる。このため、高速回転域での永久磁石の飛散などの心配がなく信頼性が高く、高出力化が可能となる。加えて、実施例2では、コギングトルクをさらに抑制できるため、さらに制御性のよい永久磁石埋設型モータとなる。 As in the first embodiment, the leakage magnetic flux can be suppressed while the permanent magnet is mounted in the embedded hole, and the cogging torque and the reluctance torque can be suppressed. For this reason, there is no worry about scattering of the permanent magnets in the high-speed rotation region, and the reliability is high and the output can be increased. In addition, in Example 2, since the cogging torque can be further suppressed, a permanent magnet embedded motor with better controllability is obtained.
本発明の永久磁石埋設型ロータおよびモータは、高速化、大出力化に最適であり、制御性が重要なサーボモータなどに有用である。 The embedded permanent magnet rotor and motor of the present invention are optimal for high speed and high output, and are useful for servo motors and the like where controllability is important.
11 ロータ鉄心
12 永久磁石
13 埋設孔部
14 磁気抵抗増大部(薄肉部、スリット)
15 回転軸
21 永久磁石埋設型ロータ
22 ステータ
23 突極鉄心
24 巻線
11
15 Rotating
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