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JP2012050292A - Permanent magnet embedded rotor - Google Patents

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JP2012050292A
JP2012050292A JP2010192195A JP2010192195A JP2012050292A JP 2012050292 A JP2012050292 A JP 2012050292A JP 2010192195 A JP2010192195 A JP 2010192195A JP 2010192195 A JP2010192195 A JP 2010192195A JP 2012050292 A JP2012050292 A JP 2012050292A
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JP
Japan
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rotor
permanent magnet
magnetic piece
motor
contact
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2010192195A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hidekazu Igarashi
英一 五十嵐
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2010192195A priority Critical patent/JP2012050292A/en
Publication of JP2012050292A publication Critical patent/JP2012050292A/en
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Abstract

【課題】簡易な構成で弱め界磁制御を実現できる永久磁石埋め込み型ロータを提供する。
【解決手段】回転数が高いときにロータ14のブリッジ部36の内面に磁性体片38が接触する一方で回転数が低いときに磁性体片38がブリッジ部36と非接触になる磁性体片接離機構30を、モータのロータ14の内部に埋め込まれた永久磁石24のロータ周方向端部24aに隣接して設ける。
【選択図】図3
A permanent magnet embedded rotor capable of realizing field-weakening control with a simple configuration is provided.
A magnetic piece is in contact with the inner surface of a bridge portion of a rotor when the rotational speed is high, while the magnetic piece is in non-contact with the bridge portion when the rotational speed is low. The contact / separation mechanism 30 is provided adjacent to the rotor circumferential end 24a of the permanent magnet 24 embedded in the rotor 14 of the motor.
[Selection] Figure 3

Description

本発明は、モータに用いられる永久磁石埋め込み型ロータに関する。   The present invention relates to a permanent magnet embedded rotor used in a motor.

従来、モータのロータに永久磁石を埋め込んだ永久磁石埋め込み型のロータ(以下、適宜にIPM(Interior Permanent Magnet)ロータという)が知られている。このようなIPMロータは、筒状をなすスタータ内に回転可能に配置される。そして、スタータ内周部に周方向に配列されたティース部に巻装されているステータコイルに例えば交流電流を流すことによってステータ内に回転界磁が形成され、これによりIPMロータは回転駆動される。   2. Description of the Related Art Conventionally, a permanent magnet embedded rotor in which a permanent magnet is embedded in a rotor of a motor (hereinafter, appropriately referred to as an IPM (Interior Permanent Magnet) rotor) is known. Such an IPM rotor is rotatably arranged in a cylindrical starter. A rotating field is formed in the stator by, for example, passing an alternating current through a stator coil wound around a tooth portion arranged in the circumferential direction on the inner peripheral portion of the starter, whereby the IPM rotor is driven to rotate. .

永久磁石型モータの最大回転数を上げるためには、永久磁石を埋め込んだロータの回転によりステータコイルに発生する誘起電圧(逆起電力)を小さくする必要がある。モータが低速度で回転している場合には、永久磁石による界磁によりステータコイルに誘起される電圧は小さいためにモータの回転に及ぼす影響はほとんどない。しかし、モータの回転が上昇して誘起電圧がモータに供給可能な最大電圧に等しくなると、モータへの電流供給が不可能となるために回転数を上げることはできず、モータのロータのトルクは零に低下する。つまり、誘起電圧(逆起電力)がモータ供給最大電圧と等しくなるときのモータの回転数が最高回転数となる。   In order to increase the maximum rotational speed of the permanent magnet type motor, it is necessary to reduce the induced voltage (back electromotive force) generated in the stator coil by the rotation of the rotor embedded with the permanent magnet. When the motor is rotating at a low speed, since the voltage induced in the stator coil by the field by the permanent magnet is small, there is almost no influence on the rotation of the motor. However, when the rotation of the motor increases and the induced voltage becomes equal to the maximum voltage that can be supplied to the motor, the current cannot be supplied to the motor, so the rotation speed cannot be increased, and the torque of the motor rotor is Drops to zero. That is, the rotation speed of the motor when the induced voltage (back electromotive force) becomes equal to the maximum motor supply voltage is the maximum rotation speed.

永久磁石型モータでは、ステータコイルに流す電流が低くても、ロータに設けた永久磁石による界磁を強くすればマグネットトルクの増大によりモータトルクを大きくすることが可能である。ところが、界磁を強くすればモータの最高回転数が低くなるという問題が生じる。近年、希土類磁石の高性能化により、永久磁石型モータに希土類磁石が使用されることが多い。しかし、高性能の希土類磁石を使用すると、低速域では高トルクを得ることができるがモータの最大回転数が極端に低くなるという問題が生じる。   In the permanent magnet type motor, even if the current flowing through the stator coil is low, the motor torque can be increased by increasing the magnet torque if the field by the permanent magnet provided on the rotor is increased. However, if the field is strengthened, there arises a problem that the maximum rotational speed of the motor is lowered. In recent years, rare earth magnets are often used in permanent magnet type motors due to high performance of rare earth magnets. However, when a high-performance rare earth magnet is used, a high torque can be obtained at a low speed range, but there arises a problem that the maximum rotational speed of the motor becomes extremely low.

このため、ステータコイルに流れる電流の電気角位相を調整して、ステータ内に形成される界磁を減少させる弱め界磁制御が行われている。この弱め界磁制御により、モータの最高回転数を上げることができる。また、この弱め界磁制御では、磁石トルクが低下するもののリアクタンストルクが増加することでトータルとしてのモータトルクも高くすることができる。   For this reason, field weakening control is performed in which the electric angle phase of the current flowing in the stator coil is adjusted to reduce the field formed in the stator. By this field weakening control, the maximum number of revolutions of the motor can be increased. In this field weakening control, although the magnet torque is reduced, the reactance torque is increased, so that the total motor torque can be increased.

これに関連する先行技術文献として特開2002−204541号公報(特許文献1)には、複数の永久磁石を有する回転子と、この回転子を囲むように同心状に設けた固定子とを備えた永久磁石型回転電動機において、互いに対して回転可能な状態に組み合わされた内輪と外輪とで回転子を構成し、回転時に作用する遠心力によって内輪および外輪に相対回転移動を生じさせ、これによりそれぞれに埋め込んである永久磁石の位置をずらすことで、回転子の永久磁石による界磁を弱めて固定子巻線の電流を操作せずに弱め界磁制御を行うことが記載されている。   JP-A-2002-204541 (Patent Document 1) as a related art document related to this includes a rotor having a plurality of permanent magnets and a stator provided concentrically to surround the rotor. In the permanent magnet type rotary electric motor, the inner ring and the outer ring that are combined in a rotatable state with respect to each other constitute a rotor, and the inner ring and the outer ring are caused to rotate relative to each other by the centrifugal force acting at the time of rotation. It is described that field control by the permanent magnets of the rotor is weakened by shifting the positions of the permanent magnets embedded in each of them, and the field weakening control is performed without operating the current of the stator winding.

特開2002−204541号公報JP 2002-204541 A

しかしながら、特許文献1の永久磁石型回転電動機では、回転子を内輪と外輪の二重輪で構成するとともに、内輪および外輪に相対回転移動を生じさせる機構が必要となるため、構成が複雑になるという問題がある。また、弱め界磁制御中にステータコイルに流れる電流を抑制することがコイルひいてはモータの発熱を抑制するうえで好ましい。   However, the permanent magnet type rotary electric motor disclosed in Patent Document 1 requires a mechanism in which the rotor is constituted by a double ring of an inner ring and an outer ring, and a relative rotational movement is generated between the inner ring and the outer ring, and thus the configuration is complicated. There is a problem. In addition, it is preferable to suppress the current flowing through the stator coil during field weakening control in order to suppress the coil and thus the heat generation of the motor.

本発明は、より簡易な構成で弱め界磁制御を実現できるIPMロータを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an IPM rotor capable of realizing field-weakening control with a simpler configuration.

本発明に係るロータは、回転数が高いときにロータのブリッジ部の内面に磁性体片が接触する一方で回転数が低いときに前記磁性体片が前記ブリッジ部と非接触になる磁性体片接離機構を、モータのロータの内部に埋め込まれた永久磁石のロータ周方向端部に隣接して設けたものである。   In the rotor according to the present invention, the magnetic piece is in contact with the inner surface of the bridge portion of the rotor when the rotational speed is high, while the magnetic piece is not in contact with the bridge portion when the rotational speed is low. The contact / separation mechanism is provided adjacent to the rotor circumferential end of a permanent magnet embedded in the rotor of the motor.

本発明に係るロータにおいて、前記磁性片接離機構は、前記永久磁石のロータ周方向端部に隣接してロータ内部に形成される空間内に移動可能に配置される前記磁性片と、ロータ回転時に前記磁性片に作用する遠心力によって長さが変わる弾性体とを含んでもよい。   In the rotor according to the present invention, the magnetic piece contact / separation mechanism includes the magnetic piece arranged to be movable in a space formed inside the rotor adjacent to the rotor circumferential end of the permanent magnet, and the rotor rotation It may sometimes include an elastic body whose length is changed by a centrifugal force acting on the magnetic piece.

本発明に係るロータでは、高速回転時には磁性体片がロータのブリッジ部内面に接触して永久磁石の端部における漏れ磁束経路が形成される。これにより、永久磁石からの漏れ磁束が多くなるため、永久磁石による界磁が弱められる。一方、低速回転時には磁性体片をロータのブリッジ部内面から離して位置させることにより、上記漏れ磁束経路が形成されなくなる。したがって、永久磁石による界磁は弱められず、永久磁石の磁力に応じた磁石トルクを得ることができる。   In the rotor according to the present invention, the magnetic piece contacts the inner surface of the bridge portion of the rotor during high speed rotation to form a leakage magnetic flux path at the end of the permanent magnet. Thereby, since the leakage magnetic flux from a permanent magnet increases, the field by a permanent magnet is weakened. On the other hand, the leakage flux path is not formed by positioning the magnetic piece away from the inner surface of the bridge portion of the rotor during low-speed rotation. Therefore, the field by the permanent magnet is not weakened, and a magnet torque according to the magnetic force of the permanent magnet can be obtained.

このように本発明に係るロータによれば、回転時の遠心力によって磁性体片がブリッジ部内面に接離する機構を永久磁石に隣接して設けるという簡易な構成によって、弱め界磁制御を実現することが可能になる。   Thus, according to the rotor according to the present invention, the field-weakening control can be realized by a simple configuration in which a mechanism that allows the magnetic piece to contact and separate from the inner surface of the bridge portion by the centrifugal force during rotation is provided adjacent to the permanent magnet. Is possible.

また、上記のように高速回転時に弱め界磁制御を行えることでステータコイルに生じる誘起電圧を抑制することができる。これにより、ステータコイルに流す電流を調整して弱め界磁制御を行う場合、コイル電流を低減することができる。その結果、ステータコイルの発熱、ひいては、モータの発熱を効果的に抑制することができる。   In addition, by performing field-weakening control during high-speed rotation as described above, an induced voltage generated in the stator coil can be suppressed. As a result, when the field weakening control is performed by adjusting the current flowing through the stator coil, the coil current can be reduced. As a result, the heat generation of the stator coil and the heat generation of the motor can be effectively suppressed.

本発明の一実施形態であるロータを含むモータの軸方向端面を示す図である。It is a figure which shows the axial direction end surface of the motor containing the rotor which is one Embodiment of this invention. 低速回転時における図1中のA部の拡大図である。It is an enlarged view of the A section in FIG. 1 at the time of low speed rotation. 高速回転時における図1中のA部の拡大図である。It is an enlarged view of the A section in FIG. 1 at the time of high speed rotation. 変形例のロータを示す図2と同様の図である。It is a figure similar to FIG. 2 which shows the rotor of a modification.

以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。   Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In this description, specific shapes, materials, numerical values, directions, and the like are examples for facilitating the understanding of the present invention, and can be appropriately changed according to the application, purpose, specification, and the like.

以下において、「軸方向」とはロータの回転中心軸に沿う方向をいい、「径方向」とは前記回転中心軸に直交する方向をいい、「周方向」とは前記回転中心軸を中心として直交平面上に描かれる円の円周方向に沿う方向をいう。   In the following, “axial direction” refers to the direction along the rotation center axis of the rotor, “radial direction” refers to the direction perpendicular to the rotation center axis, and “circumferential direction” refers to the rotation center axis as the center. A direction along the circumferential direction of a circle drawn on an orthogonal plane.

図1は、本発明の一実施の形態であるモータ10の軸方向端面を示す。モータ10は、筒状をなすステータ12と、ステータ12の内側に設けられた円柱状のロータ14とを備える。また、モータ10は、図示しないケースまたはハウジング内に収容されている。   FIG. 1 shows an axial end surface of a motor 10 according to an embodiment of the present invention. The motor 10 includes a cylindrical stator 12 and a columnar rotor 14 provided inside the stator 12. The motor 10 is housed in a case or housing (not shown).

ステータ12は、たとえば、打ち抜き加工により円環状に形成された珪素鋼板を軸方向に多数枚積層して一体に連結されてなるステータコア13によって構成されている。ステータコア13の内周には、複数(本実施形態では8つ)のティース部16が周方向に均等間隔で配列され且つ径方向内側にむかってそれぞれ突設されている。そして、隣接する2つのティース部16間にはスロット部18が形成されている。これらティース部16およびスロット部18は、ステータコア13と同じ軸方向長さを有して軸方向に延伸している。ティース部16の径方向内側の先端面とロータ14の外周面との間には、ロータ回転時に両者が緩衝しない程度の狭い隙間が形成されている。   The stator 12 is constituted by a stator core 13 formed by, for example, laminating a large number of silicon steel plates formed in an annular shape by punching in the axial direction and integrally connecting them. On the inner periphery of the stator core 13, a plurality (eight in this embodiment) of teeth portions 16 are arranged at equal intervals in the circumferential direction and protruded radially inward. A slot portion 18 is formed between two adjacent tooth portions 16. The teeth portion 16 and the slot portion 18 have the same axial length as the stator core 13 and extend in the axial direction. A narrow gap is formed between the distal end surface on the radially inner side of the tooth portion 16 and the outer peripheral surface of the rotor 14 so that they do not cushion when the rotor rotates.

ステータコア13の各ティース部16に周囲には、ステータコイル20がそれぞれ巻装されている。ステータコイル20は、周方向に隣接するコイル同士が電気的に接続されてもよいし、あるいは、周方向に所定数おき毎のコイル同士が接続されて複数相コイルを構成してもよい。図1中には示されていないが、各ステータコイル20は、ステータコア13の軸方向両端面から外側へそれぞれ突出しており、この突出部分がコイルエンド部とも呼ばれる。   A stator coil 20 is wound around each tooth portion 16 of the stator core 13. The stator coil 20 may be configured such that coils adjacent in the circumferential direction are electrically connected to each other, or a plurality of coils are connected every predetermined number in the circumferential direction to form a multi-phase coil. Although not shown in FIG. 1, each stator coil 20 protrudes outward from both axial end surfaces of the stator core 13, and this protruding portion is also called a coil end portion.

このような構成からなるステータ12において、モータ外部からステータコイル20に電圧が印加されるとステータコイル20により励磁されるティース部16によって、ステータ12内に回転磁界が形成されるようになっている。この回転磁界に引き付けられて、後述するIPMロータが回転駆動されることになる。   In the stator 12 having such a configuration, when a voltage is applied to the stator coil 20 from the outside of the motor, a rotating magnetic field is formed in the stator 12 by the teeth portion 16 excited by the stator coil 20. . An IPM rotor, which will be described later, is rotationally driven by being attracted to the rotating magnetic field.

なお、ステータ12は一体のステータコア13から構成されるものとして説明するが、これに限定されず、周方向に複数に分割される分割コアを環状に連ねて締結することによって構成されてもよい。この場合、分割コアは、たとえば圧粉磁心により構成に形成されることができる。また、ステータコイルは、丸線状の導電線を巻回して構成されてよいし、あるいは、帯状平板を巻回してエッジワイズコイルとして形成されもよい。さらに、ステータ12へのコイルの巻き方は、いわゆる集中巻きである場合に限らず、いわゆる分布巻きであってもよい。   In addition, although the stator 12 is demonstrated as what is comprised from the integral stator core 13, it is not limited to this, You may be comprised by connecting the division | segmentation core divided | segmented into multiple in the circumferential direction in a ring shape. In this case, the split core can be formed by a dust core, for example. Further, the stator coil may be configured by winding a round conductive wire, or may be formed as an edgewise coil by winding a strip-shaped flat plate. Further, the winding method of the coil around the stator 12 is not limited to the so-called concentrated winding, but may be so-called distributed winding.

次に、もう1つのモータ構成要素であるロータ14について説明する。   Next, the rotor 14 which is another motor component will be described.

ロータ14は、円柱状または円筒状をなすロータコア15と、ロータコア15の中心に固定されたロータシャフト22とを含む。ロータコア15は、上述したステータコア13と同様に構成されることができる。すなわち、たとえば、円盤状に打ち抜き加工された珪素鋼板を軸方向に多数枚積層して、かしめ、接着、溶接等の手法によって一体に連結されて構成されている。   The rotor 14 includes a rotor core 15 having a columnar shape or a cylindrical shape, and a rotor shaft 22 fixed to the center of the rotor core 15. The rotor core 15 can be configured similarly to the stator core 13 described above. That is, for example, a large number of silicon steel plates punched into a disk shape are stacked in the axial direction and integrally connected by a method such as caulking, bonding, or welding.

ロータコア15の中心穴を貫通して固定されるロータシャフト22の軸方向の両端部は、図示しないモータケースに取り付けられた軸受部材によって回転可能にそれぞれ支持されている。図1において、ロータシャフト22の回転中心軸Xが点として示されている。   Both ends in the axial direction of the rotor shaft 22 fixed through the central hole of the rotor core 15 are rotatably supported by bearing members attached to a motor case (not shown). In FIG. 1, the rotation center axis X of the rotor shaft 22 is shown as a point.

また、ロータコア15には、複数の永久磁石24がコア内部に埋め込まれている。本実施形態のロータ14では、4つの永久磁石24がロータコア15の内部であって外周面近傍の位置で且つ周方向に均等配置で固定されている。永久磁石24は、軸方向端面が細長い矩形をなす扁平な板状のものである。ロータコア15の内部には、磁石挿入穴26が軸方向に延伸して形成されており、この磁石挿入穴26にロータコア15の軸方向端面から挿入された永久磁石24が樹脂等によって接着されて穴内の所定位置に固定されている。   The rotor core 15 has a plurality of permanent magnets 24 embedded in the core. In the rotor 14 of the present embodiment, four permanent magnets 24 are fixed inside the rotor core 15 at a position in the vicinity of the outer peripheral surface and evenly arranged in the circumferential direction. The permanent magnet 24 is a flat plate having an elongated end in the axial direction. A magnet insertion hole 26 is formed in the rotor core 15 so as to extend in the axial direction, and a permanent magnet 24 inserted from the axial end surface of the rotor core 15 is bonded to the magnet insertion hole 26 by a resin or the like. It is fixed at a predetermined position.

このようにロータ14では、ロータコア15の内部に永久磁石24が埋め込まれて固定されているため、高速回転時に遠心力によって永久磁石24がロータ14から離脱することがなく、また、磁石挿入穴26内に接着等によって固定されているため永久磁石24がロータコア15内で軸方向に移動することもない。   As described above, in the rotor 14, the permanent magnet 24 is embedded and fixed inside the rotor core 15, so that the permanent magnet 24 does not separate from the rotor 14 due to centrifugal force during high-speed rotation, and the magnet insertion hole 26 The permanent magnet 24 does not move in the axial direction in the rotor core 15 because it is fixed by bonding or the like.

ロータコア15に形成される磁石挿入穴26は、永久磁石24の厚みに対応する縦幅(または径方向長さ)は、永久磁石24を挿入可能な程度に若干大きく形成されている。これに対し、磁石挿入穴26の横幅(または径方向と直交する方向の長さ)は永久磁石24よりも長く形成されている。これにより、磁石挿入穴26内部に固定された永久磁石24の径方向両端部に隣接して空間が形成され、その空間内に磁性体片接離機構30が設けられている。   The magnet insertion hole 26 formed in the rotor core 15 has a longitudinal width (or radial length) corresponding to the thickness of the permanent magnet 24 that is slightly large enough to allow the permanent magnet 24 to be inserted. On the other hand, the lateral width of the magnet insertion hole 26 (or the length in the direction orthogonal to the radial direction) is longer than that of the permanent magnet 24. As a result, a space is formed adjacent to both ends in the radial direction of the permanent magnet 24 fixed inside the magnet insertion hole 26, and the magnetic piece separating / separating mechanism 30 is provided in the space.

続いて、図2,3を参照して磁性体片接離機構30について説明する。図2は低速回転時における図1中のA部の拡大図であり、図3は高速回転時における図1中のA部の拡大図である。   Next, the magnetic piece separating / separating mechanism 30 will be described with reference to FIGS. 2 is an enlarged view of portion A in FIG. 1 during low-speed rotation, and FIG. 3 is an enlarged view of portion A in FIG. 1 during high-speed rotation.

図2を参照すると、上述したようにロータコア15の磁石挿入穴26に固定された永久磁石24の周方向端部24aに隣接して空間32が形成されている。この空間32は、ロータコア15の軸方向の全長にわたって延伸して形成されている。空間32を形成する径方向外側の内壁面34とロータコア15の外周面15aとの間の狭い部分がロータ14のブリッジ部36となっている。   Referring to FIG. 2, a space 32 is formed adjacent to the circumferential end 24a of the permanent magnet 24 fixed to the magnet insertion hole 26 of the rotor core 15 as described above. The space 32 is formed to extend over the entire axial length of the rotor core 15. A narrow portion between the radially inner wall surface 34 forming the space 32 and the outer peripheral surface 15 a of the rotor core 15 is a bridge portion 36 of the rotor 14.

このように低透磁率で磁気抵抗となる空間32を永久磁石24の周方向端部24aに隣接して設けることで、永久磁石24の周方向端部24aにおける漏れ磁束を抑制する効果がある。図2において永久磁石24から出る磁力線25a,25bを点線で模式的に示す(図3,4についても同様)。永久磁石24の端部24aの径方向外側面(たとえばN極面)から出た磁力線25aが、永久磁石24の裏側面(たとえばS極面)に回り込むことなくロータ14の外側へと延びている様子が示されている。   Thus, by providing the space 32 having low magnetic permeability and magnetic resistance adjacent to the circumferential end 24a of the permanent magnet 24, there is an effect of suppressing the leakage magnetic flux at the circumferential end 24a of the permanent magnet 24. In FIG. 2, lines of magnetic force 25a and 25b emerging from the permanent magnet 24 are schematically shown by dotted lines (the same applies to FIGS. 3 and 4). The magnetic lines of force 25a from the radially outer side surface (for example, the N pole surface) of the end 24a of the permanent magnet 24 extend to the outside of the rotor 14 without going around the back side surface (for example, the S pole surface) of the permanent magnet 24. The situation is shown.

上記空間32内に設けられた磁性体片接離機構30は、磁性体片38と弾性体40とを含む。磁性体片38にはたとえば鉄片を好適に用いることができるが、他の磁性材料からなる金属片等が用いられてもよい。磁性体片38は、永久磁石24とほぼ同じ軸方向長さを有して、空間32内に延伸して配置されている。   The magnetic piece contacting / separating mechanism 30 provided in the space 32 includes a magnetic piece 38 and an elastic body 40. For example, an iron piece can be suitably used as the magnetic piece 38, but a metal piece made of another magnetic material or the like may be used. The magnetic piece 38 has substantially the same axial length as the permanent magnet 24, and is arranged extending in the space 32.

弾性体40には、たとえばコイルばねが好適に用いられる。弾性体40の径方向外側の端部は、磁性体片38に連結されている。一方、弾性体40の径方向内側の端部は、空間32を挟んでブリッジ部36に対向する内壁面に固定されている。これにより、弾性体40は、ロータ14の回転時に磁性体片38に作用する遠心力によって長さが変わる。すなわち、弾性体40は、ロータ14の高速回転時には、磁性体片38に作用する遠心力によって伸び、ロータ14の停止時または低速回転時には縮んだ状態になる。なお、弾性体40には、コイルばね以外の弾性体、たとえば板ばね、ゴム等が用いられてもよい。   For example, a coil spring is preferably used as the elastic body 40. The radially outer end of the elastic body 40 is connected to the magnetic piece 38. On the other hand, the radially inner end of the elastic body 40 is fixed to the inner wall surface facing the bridge portion 36 with the space 32 interposed therebetween. Thus, the length of the elastic body 40 is changed by the centrifugal force acting on the magnetic piece 38 when the rotor 14 rotates. That is, the elastic body 40 is stretched by the centrifugal force acting on the magnetic piece 38 when the rotor 14 rotates at a high speed, and is contracted when the rotor 14 is stopped or rotated at a low speed. The elastic body 40 may be an elastic body other than a coil spring, such as a leaf spring or rubber.

磁性体片38は、たとえば略直角をなすように尖った頂部39を有している。これに応じて空間32の内壁面34も凹んだ形状に形成されている。これにより、図3に示すように、ロータ14の高速回転時に弾性体40が伸びたとき、磁性体片38の頂部39が空間32の内壁面34、すなわちブリッジ部36と密着した状態にほぼ隙間無く接触するようになっている。なお、磁性体片38とブリッジ部36との接触面形状はどのような面状であってもよく、たとえば円弧状に湾曲突出した頂部と円弧状に凹んだ内壁面としてもよい。   The magnetic piece 38 has, for example, a sharp apex 39 so as to form a substantially right angle. Accordingly, the inner wall surface 34 of the space 32 is also formed in a recessed shape. Thus, as shown in FIG. 3, when the elastic body 40 is extended during the high-speed rotation of the rotor 14, the top 39 of the magnetic piece 38 is substantially in contact with the inner wall surface 34 of the space 32, that is, the bridge portion 36. It comes to contact without. The shape of the contact surface between the magnetic piece 38 and the bridge portion 36 may be any surface shape, for example, a top portion that curves and protrudes in an arc shape and an inner wall surface that is recessed in an arc shape.

続いて、上記構成からなる磁性体片接離機構30の動作について説明する。   Subsequently, the operation of the magnetic piece contacting / separating mechanism 30 having the above configuration will be described.

ロータ14が低速回転するとき、図2に示すように弾性体40は縮んだままの状態にあり、磁性体片38はロータ14のブリッジ部36から離れている。これにより、上述したように永久磁石24の周方向端部24aから出た磁力線25aは裏面に回りこむことなくロータ14の外側に伸びる。その結果、永久磁石24による界磁は弱められず、永久磁石24の磁力に応じた磁石トルクを得ることができる。   When the rotor 14 rotates at a low speed, the elastic body 40 remains in a contracted state as shown in FIG. 2, and the magnetic piece 38 is separated from the bridge portion 36 of the rotor 14. As a result, as described above, the magnetic lines of force 25a emitted from the circumferential end 24a of the permanent magnet 24 extend to the outside of the rotor 14 without going around the back surface. As a result, the field by the permanent magnet 24 is not weakened, and a magnet torque according to the magnetic force of the permanent magnet 24 can be obtained.

一方、ロータ14が高速回転するとき、図3に示すように弾性体40が磁性体片38に作用する遠心力によって伸びる。そして、磁性体片38が空間32内を矢印B方向に移動して、ブリッジ部36と接触した状態になる。これにより、永久磁石24の端部24aに隣接して磁性体片38を通る漏れ磁束経路が形成される。その結果、永久磁石24の端部24aから出た磁力線25aがブリッジ部36に接触した位置にある磁性体片38を介して裏面側に回り込む漏れ磁束が発生し、その分、永久磁石24によってロータ外部に形成される界磁が弱くなる。このように本実施形態のロータ14では、回転時の遠心力によって磁性体片38がブリッジ部36の内面34に接離する機構を永久磁石24に隣接して設けるという簡易な構成によって、弱め界磁制御を実現することが可能になる。   On the other hand, when the rotor 14 rotates at a high speed, the elastic body 40 extends due to the centrifugal force acting on the magnetic piece 38 as shown in FIG. Then, the magnetic piece 38 moves in the direction of the arrow B in the space 32 and comes into contact with the bridge portion 36. Thereby, a leakage magnetic flux path passing through the magnetic piece 38 adjacent to the end 24a of the permanent magnet 24 is formed. As a result, a leakage magnetic flux is generated in which the magnetic line of force 25a emitted from the end 24a of the permanent magnet 24 goes around to the back side via the magnetic piece 38 at the position in contact with the bridge portion 36. The field formed outside is weakened. Thus, in the rotor 14 of the present embodiment, field weakening control is achieved by a simple configuration in which a mechanism for bringing the magnetic piece 38 into and out of contact with the inner surface 34 of the bridge portion 36 by a centrifugal force during rotation is provided adjacent to the permanent magnet 24. Can be realized.

また、上記のようにロータ14の高速回転時に弱め界磁制御を行えることでステータコイル20に生じる誘起電圧を抑制することができる。これにより、ステータコイル20に流す電流を調整して弱め界磁制御を行う場合、コイル電流を低減することができる。その結果、ステータコイル20の発熱、ひいては、モータ10の発熱を効果的に抑制することができる。   In addition, since the field weakening control can be performed when the rotor 14 rotates at high speed as described above, the induced voltage generated in the stator coil 20 can be suppressed. As a result, when the field weakening control is performed by adjusting the current flowing through the stator coil 20, the coil current can be reduced. As a result, the heat generation of the stator coil 20 and the heat generation of the motor 10 can be effectively suppressed.

なお、ロータ14が中速回転するとき、磁性体片38に作用する遠心力によって弾性体40は少しは伸びるものの、ブリッジ部36に対して磁性体片38が非接触の状態を維持する。したがって、空間32は漏れ磁束抑制機能を発揮することから、磁石トルクを低下させることはない。   When the rotor 14 rotates at medium speed, the elastic body 40 is slightly extended by the centrifugal force acting on the magnetic piece 38, but the magnetic piece 38 maintains a non-contact state with respect to the bridge portion 36. Therefore, since the space 32 exhibits the leakage magnetic flux suppressing function, the magnet torque is not reduced.

本発明に係るロータは、上述した実施形態のものに限定されず、種々の改良または変更が可能である。   The rotor according to the present invention is not limited to that of the above-described embodiment, and various improvements or changes can be made.

たとえば、図4に示すように、永久磁石24と磁性体片38との間に仕切壁42を設けてもよい。この仕切壁42は、樹脂層等により好適に構成されることができる。このような仕切壁42を設けることで、磁性体片38が永久磁石24に直に接触して漏れ磁束経路が形成されてしまうのを防止することができる。また、仕切壁42を設けることで、磁性体片38の矢印B方向への円滑な移動性を確保しつつ、空間32内で磁性体片38が振動して騒音を生じるのを抑制することができる。   For example, as shown in FIG. 4, a partition wall 42 may be provided between the permanent magnet 24 and the magnetic piece 38. The partition wall 42 can be suitably configured by a resin layer or the like. By providing such a partition wall 42, it is possible to prevent the magnetic body piece 38 from coming into direct contact with the permanent magnet 24 to form a leakage magnetic flux path. In addition, by providing the partition wall 42, it is possible to prevent the magnetic piece 38 from vibrating and generating noise in the space 32 while ensuring the smooth mobility of the magnetic piece 38 in the arrow B direction. it can.

また、上記においては、磁性体片38がロータ回転数にかかわらず永久磁石24の側方に位置しているものとして説明または図示するが、これに限定されず、ロータ低速回転時には磁性体片が永久磁石から径方向内方へ離れて位置し、ロータ高速回転時に径方向外方へ迫り出してきて図3に示すブリッジ部との接触位置となるように磁性体片接離機構を構成してもよい。   In the above description, the magnetic piece 38 is described or illustrated as being located on the side of the permanent magnet 24 regardless of the rotor rotational speed. However, the present invention is not limited thereto, and the magnetic piece is not limited to the low-speed rotation of the rotor. A magnetic piece contacting / separating mechanism is configured so that it is located away from the permanent magnet radially inward and protrudes radially outward during high-speed rotation of the rotor to come into contact with the bridge portion shown in FIG. Also good.

10 モータ、12 ステータ、13 ステータコア、14 ロータ、15 ロータコア、15a ロータ外周面、16 ティース部、18 スロット部、20 ステータコイル、22 ロータシャフト、24 永久磁石、24a ロータ周方向端部、25a,25b 磁力線、26 磁石挿入穴、30 磁性体片接離機構、32 空間、34 内壁面または内面、36 ブリッジ部、38 磁性体片、39 頂部、40 弾性体、42 仕切壁、X 回転中心軸。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Motor, 12 Stator, 13 Stator core, 14 Rotor, 15 Rotor core, 15a Rotor outer peripheral surface, 16 teeth part, 18 slot part, 20 Stator coil, 22 Rotor shaft, 24 Permanent magnet, 24a Rotor circumferential direction end, 25a, 25b Magnetic field line, 26 Magnet insertion hole, 30 Magnetic body piece contact / separation mechanism, 32 Space, 34 Inner wall surface or inner surface, 36 Bridge part, 38 Magnetic body piece, 39 Top part, 40 Elastic body, 42 Partition wall, X Rotation center axis.

Claims (2)

回転数が高いときにロータのブリッジ部の内面に磁性体片が接触する一方で回転数が低いときに前記磁性体片が前記ブリッジ部と非接触になる磁性体片接離機構を、モータのロータの内部に埋め込まれた永久磁石のロータ周方向端部に隣接して設けた、ロータ。   A magnetic piece contacting / separating mechanism in which the magnetic piece comes into contact with the inner surface of the bridge portion of the rotor when the rotational speed is high while the magnetic piece is not in contact with the bridge portion when the rotational speed is low. A rotor provided adjacent to a rotor circumferential end of a permanent magnet embedded in the rotor. 請求項1に記載のロータであって、
前記磁性片接離機構は、前記永久磁石のロータ周方向端部に隣接してロータ内部に形成される空間内に移動可能に配置される前記磁性片と、ロータ回転時に前記磁性片に作用する遠心力によって長さが変わる弾性体とを含む、ロータ。
The rotor according to claim 1,
The magnetic piece contact / separation mechanism acts on the magnetic piece movably disposed in a space formed inside the rotor adjacent to the rotor circumferential end of the permanent magnet and the magnetic piece when the rotor rotates. A rotor including an elastic body whose length is changed by centrifugal force.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102710044A (en) * 2012-05-23 2012-10-03 黑龙江大学 Self-adaptive passive flux-weakening permanent magnet synchronous rotor
CN109450137A (en) * 2018-12-25 2019-03-08 北斗航天汽车(北京)有限公司 Rotor and magneto with automatic weak-magnetic structure

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