JP2017112705A - Permanent magnet type rotating electrical machine and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】風損を大量に発生させずに漏れ磁束の低減と耐遠心力の向上を両立させた、最も端の2つの磁石スロットを回転子コアの外周面にそれぞれ連通路で連通させる構成を採用した永久磁石式回転電機及びその製造方法を提供する。【解決手段】永久磁石式回転電機1において、回転子コア21は、1つの磁極22あたり、並べて配置された複数の磁石スロット23と、最も端の2つの磁石スロット23を回転子コア21の外周面21aにそれぞれ連通させる2つの連通路27とを備える。2つの連通路27の各々に、各連通路27の幅を狭める突出部29a,29bを形成し、突出部29a,29bの一部もしくは全部が非磁性部となっている。【選択図】図2[PROBLEMS] To provide a configuration in which two outermost magnet slots are communicated with an outer peripheral surface of a rotor core through a communication path, which achieves both reduction of leakage magnetic flux and improvement of anti-centrifugal force without causing a large amount of windage loss. An adopted permanent magnet type rotating electrical machine and a method for manufacturing the same are provided. In a permanent magnet type rotating electrical machine 1, a rotor core 21 includes a plurality of magnet slots 23 arranged side by side per one magnetic pole 22 and two outermost magnet slots 23 on the outer periphery of the rotor core 21. And two communication passages 27 communicating with the surface 21a. Protruding portions 29a and 29b that narrow the width of each communicating passage 27 are formed in each of the two communicating passages 27, and part or all of the protruding portions 29a and 29b are nonmagnetic portions. [Selection] Figure 2
Description
本発明は、永久磁石式回転電機及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a permanent magnet type rotating electrical machine and a method for manufacturing the same.
永久磁石式回転電機は、誘導機などと比較して高トルク・高効率であることが知られており、近年その用途が拡大している。永久磁石式回転電機の中でもEV(Electric Vehicle)やHEV(Hybrid Electric Vehicle)の主機として用いられる電動機は、小型で大出力を得るために高速回転領域で使用されることが増えてきている。
永久磁石式回転電機を例えば20000rpm程度の高速回転領域で使用する場合、第一に問題となるのが回転子の破損である。
Permanent magnet type rotating electrical machines are known to have higher torque and higher efficiency than induction machines, and their applications are expanding in recent years. Among permanent magnet type rotating electric machines, electric motors used as main machines of EVs (Electric Vehicles) and HEVs (Hybrid Electric Vehicles) are increasingly used in a high-speed rotation region in order to obtain a small size and a large output.
When a permanent magnet type rotating electrical machine is used in a high-speed rotation range of, for example, about 20000 rpm, the first problem is damage to the rotor.
表面磁石型の回転電機の場合、永久磁石は接着剤で回転子コアに貼り付ける方法が一般的であるが、接着剤のみでは到底遠心力に耐えることができず、永久磁石が剥がれてしまう可能性が高い。そこで、磁石外周にバインドを巻き付けるという補強手法が考えられている。しかし、磁石外周にバインドを巻き付けると、磁気回路的なギャップが広がってトルクが低下してしまう。 In the case of a surface magnet type rotating electrical machine, it is common to attach a permanent magnet to the rotor core with an adhesive. However, the adhesive alone cannot withstand centrifugal force, and the permanent magnet may peel off. High nature. In view of this, a reinforcing method of winding a bind around the outer periphery of the magnet has been considered. However, when the binding is wound around the outer periphery of the magnet, the magnetic circuit gap widens and the torque decreases.
その一方、埋込磁石型の回転電機の場合、永久磁石は回転子コアの内部に形成された磁石スロット内に配置される。一般的に、埋込磁石型の回転電機の回転子コアには、1極あたり複数の磁石スロットを形成し、各磁石スロット内に永久磁石が配置される。そして、回転子コアは、磁石スロットの外側に形成される外周縁部と、磁石スロットの内側に形成される芯部とを備えている。外周縁部及び芯部は、隣接する磁石スロット間に形成される1つ又は複数のセンタブリッジと、最も端の2つの磁石スロットの、センタブリッジと反対側の縁に形成される2つのサイドブリッジとにより繋がっている。このため、埋込磁石型の回転電機において、磁石スロット内に配置される永久磁石は、センタブリッジとサイドブリッジとにより支えられているので、高速回転領域では埋込磁石型の回転電機の方が表面磁石型の回転電機よりも適しているといえる。 On the other hand, in the case of an embedded magnet type rotating electrical machine, the permanent magnet is disposed in a magnet slot formed inside the rotor core. Generally, a rotor core of an embedded magnet type rotating electrical machine has a plurality of magnet slots per pole, and a permanent magnet is disposed in each magnet slot. The rotor core includes an outer peripheral edge portion formed on the outer side of the magnet slot and a core portion formed on the inner side of the magnet slot. The outer peripheral edge and the core have one or more center bridges formed between adjacent magnet slots, and two side bridges formed at the edges of the two endmost magnet slots opposite to the center bridge And connected. For this reason, in a permanent magnet type rotating electrical machine, the permanent magnet disposed in the magnet slot is supported by the center bridge and the side bridge. It can be said that it is more suitable than a surface magnet type rotating electrical machine.
ここで、高速回転かつ大径の回転電機で発生する強大な遠心力に耐えるためには、前述の1極あたり2つのサイドブリッジのみならず、1つ又は複数のセンタブリッジによって遠心力を分散させ、かつ各ブリッジの幅を広くすることで遠心力に耐えられる構造とする必要がある。このようにブリッジの数を増やしたり幅を広げたりすると、各ブリッジを介して永久磁石からの磁束が漏れ、容易に高トルク化を実現することはできない。すなわち、各ブリッジにおける磁束漏れ低減と耐遠心力の向上を両立させることが高速回転の埋込磁石型回転電機の課題の1つである。 Here, in order to withstand the strong centrifugal force generated in a rotating machine with a high speed and a large diameter, the centrifugal force is dispersed not only by the two side bridges per pole as described above but also by one or more center bridges. And it is necessary to make it the structure which can endure centrifugal force by making the width | variety of each bridge wide. If the number of bridges is increased or the width is increased in this way, the magnetic flux from the permanent magnet leaks through each bridge, and high torque cannot be easily achieved. That is, it is one of the problems of the high speed rotating embedded magnet type rotating electrical machine to achieve both reduction of magnetic flux leakage and improvement of anti-centrifugal force in each bridge.
この課題に対して、特許文献1では、サイドブリッジをなくす構成を採用し、前述の課題を解決している。つまり、最も端の2つの磁石スロットが回転子コアの外周面にそれぞれ連通路で連通し、外周縁部及び芯部が1つのセンタブリッジのみによって繋がるようにしている。このように、最も端の2つの磁石スロットを回転子コアの外周面にそれぞれ連通路で連通させると、各連通路の部分は空気となり、比透磁率は1となるため、ブリッジにおける磁束漏れを低減することができる。また、最も端の2つの磁石スロットを回転子コアの外周面にそれぞれ連通路で連通させると、耐遠心力をも向上させることができる。これは、永久磁石をセンタブリッジのみで支えなくてはならないことを意味するため、一見矛盾しているようであるが、次のように説明することができる。 In order to solve this problem, Patent Document 1 adopts a configuration that eliminates the side bridge to solve the above-described problem. That is, the two endmost magnet slots communicate with the outer peripheral surface of the rotor core through the communication path, and the outer peripheral edge and the core are connected by only one center bridge. In this way, when the two endmost magnet slots are communicated with the outer peripheral surface of the rotor core through the communication passages, the portions of the communication passages become air and the relative permeability becomes 1, so that the magnetic flux leakage in the bridge is prevented. Can be reduced. In addition, when the two most end magnet slots are communicated with the outer peripheral surface of the rotor core through the communication path, the anti-centrifugal force can be improved. This means that the permanent magnet must be supported only by the center bridge, so it seems contradictory at first, but it can be explained as follows.
回転子コアとシャフトは焼きばめによって固定することが一般的である。焼きばめを行うと、回転子コアの内部には周方向に引張応力が発生する。高速回転時に発生する遠心力はこの焼きばめによって発生する引張応力に上乗せされるため、遠心力と焼きばめによって発生する引張応力の和が回転子コアの強度限界を超えないように設計する必要がある。しかも、高速回転に耐えられるように焼きばめシロを大きく設定すると、それに従って引張応力も増加する。ところが、最も端の2つの磁石スロットを回転子コアの外周面にそれぞれ連通路で連通させると、磁石スロットの外側に形成された外周縁部は、回転軸を中心とした円周の一部が切れているために変形が可能となり、焼きばめによる応力を逃がすことができる。つまり、磁石スロットよりも外側で焼きばめによる引張応力がほとんど発生しなくなるため、遠心力にのみ耐えることができればよい状況となる。このため、最も端の2つの磁石スロットを回転子コアの外周面にそれぞれ連通路で連通させると、強度的な問題は解決できる。 Generally, the rotor core and the shaft are fixed by shrink fitting. When shrink fitting is performed, tensile stress is generated in the circumferential direction inside the rotor core. Since the centrifugal force generated during high-speed rotation is added to the tensile stress generated by shrink fitting, the sum of the centrifugal force and tensile stress generated by shrink fitting should be designed not to exceed the rotor core strength limit. There is a need. Moreover, if the shrink fit size is set large so that it can withstand high-speed rotation, the tensile stress increases accordingly. However, when the two outermost magnet slots are communicated with the outer peripheral surface of the rotor core through the communication passages, the outer peripheral edge formed on the outer side of the magnet slot has a part of the circumference around the rotation axis. Since it is cut, it can be deformed, and stress due to shrink fitting can be released. That is, since tensile stress due to shrink fitting hardly occurs outside the magnet slot, it is only necessary to withstand only the centrifugal force. For this reason, if the two endmost magnet slots are communicated with the outer peripheral surface of the rotor core through the communication path, the strength problem can be solved.
以上より、サイドブリッジをなくす構成を採用し、最も端の2つの磁石スロットを回転子コアの外周面にそれぞれ連通路で連通させる構成を採用した埋込磁石型の永久磁石式回転電機は、高速回転用途として適しているといえる。 As described above, the permanent magnet type rotating electrical machine of the embedded magnet type adopting the configuration in which the side bridge is eliminated and adopting the configuration in which the two endmost magnet slots are communicated with the outer peripheral surface of the rotor core through the communication path, respectively. It can be said that it is suitable for rotating applications.
しかしながら、従来の特許文献1に示した永久磁石式回転電機などの、サイドブリッジをなくす構成を採用し、最も端の2つの磁石スロットを回転子コアの外周面にそれぞれ連通路で連通させる構成を採用した埋込磁石型の永久磁石式回転電機にあっては、以下の問題点があった。
即ち、かかる構成を採用した埋込磁石型の永久磁石式回転電機において、漏れ磁束を十分に低減するためには各連通路の幅を比較的大きくする必要がある。これは、各連通路の幅が狭いと、各連通路の比透磁率1の空気部分の磁気抵抗がさほど大きくならず、結局、磁束が漏れてしまうためである。
However, a configuration in which the side bridge is eliminated, such as the permanent magnet type rotating electrical machine shown in the conventional patent document 1, and the configuration in which the two endmost magnet slots are communicated with the outer peripheral surface of the rotor core through the communication path, respectively. The embedded magnet type permanent magnet type rotating electrical machine employed has the following problems.
That is, in an embedded magnet type permanent magnet type rotating electrical machine employing such a configuration, the width of each communication path needs to be relatively large in order to sufficiently reduce the leakage flux. This is because if the width of each communication path is narrow, the magnetic resistance of the air portion having a relative permeability of 1 in each communication path does not increase so much, and eventually the magnetic flux leaks.
一方、各連通路の幅が大きいと、高速回転時に過大な風損が発生するという問題が生じる。風損は、回転子と固定子のギャップ付近における回転子の回転時に固定子と回転子との間に発生する空気の流れや摩擦によって発生する機械的な損失であり、一般に回転速度の3〜4乗に比例して増加していく。そのため、一般産業用の低速回転モータで風損が問題となることはほとんどないのに対し、例えば、20000rpm程度の高速回転モータでは風損の影響が無視できなくなることが多い。また、回転子と固定子のギャップ部分が真円同士の二重円筒構造になっていないと乱流が発生し、風損がさらに増加してしまう。風損が増加すると、効率が低下するのはもちろん、ギャップ部分の過熱により絶縁破壊や永久磁石の減磁などから故障を引き起こす可能性もある。 On the other hand, if the width of each communication path is large, there arises a problem that excessive windage loss occurs during high-speed rotation. Wind loss is a mechanical loss caused by air flow or friction generated between the stator and the rotor when the rotor rotates in the vicinity of the gap between the rotor and the stator. It increases in proportion to the fourth power. For this reason, wind loss hardly poses a problem in a general industrial low-speed rotary motor, whereas in many cases, for example, a high-speed rotary motor of about 20000 rpm cannot ignore the influence of wind loss. Further, if the gap between the rotor and the stator does not have a perfect circular double cylinder structure, turbulent flow occurs and windage loss further increases. When the windage loss increases, not only the efficiency decreases, but also overheating of the gap portion may cause a failure due to dielectric breakdown or demagnetization of the permanent magnet.
従って、本発明はこの従来の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、風損を大量に発生させずに漏れ磁束の低減と耐遠心力の向上を両立させた、最も端の2つの磁石スロットを回転子コアの外周面にそれぞれ連通路で連通させる構成を採用した永久磁石式回転電機及びその製造方法を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made to solve this conventional problem, and its purpose is to achieve both reduction of leakage flux and improvement of centrifugal resistance without generating a large amount of windage loss. It is an object of the present invention to provide a permanent magnet type rotating electrical machine that employs a configuration in which two end magnet slots communicate with the outer peripheral surface of a rotor core through a communication path, and a manufacturing method thereof.
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る永久磁石式回転電機は、内周面が円筒状に形成される円筒状の固定子コア及び該固定子コアに設けられた複数のティースの各々に巻回された複数の巻線を備えた固定子と、前記固定子コアの内周側に所定のギャップを隔てて対向して回転自在に配置される回転子とを備え、該回転子が、外周面が円筒状に形成されて前記固定子コアの内周側に回転自在に配置される回転子コアであって、1つの磁極あたり、並べて配置された複数の磁石スロットと、複数の磁石スロットの外側に形成された外周縁部と、複数の磁石スロットの内側に形成された芯部と、隣接する磁石スロット間に形成され、前記外周縁部と前記芯部とを繋ぐ1つ又は複数のセンタブリッジと、最も端の2つの磁石スロットを前記回転子コアの外周面にそれぞれ連通させる2つの連通路とを備えた回転子コアと、前記複数の磁石スロットの各々内に配置された複数の永久磁石と、前記回転子コアに固定されたシャフトとを備え、前記2つの連通路の各々に、各連通路の幅を狭める突出部を形成し、該突出部の一部もしくは全部が非磁性部となっていることを要旨とする。 In order to achieve the above object, a permanent magnet type rotating electrical machine according to an aspect of the present invention includes a cylindrical stator core having an inner peripheral surface formed in a cylindrical shape and a plurality of teeth provided in the stator core. A stator having a plurality of windings wound around each of the stator core, and a rotor that is rotatably disposed opposite to the inner periphery of the stator core with a predetermined gap therebetween. The rotor is a rotor core having an outer peripheral surface formed in a cylindrical shape and rotatably disposed on the inner peripheral side of the stator core, and a plurality of magnet slots arranged side by side per magnetic pole, An outer peripheral edge portion formed on the outer side of the magnet slot, a core portion formed on the inner side of the plurality of magnet slots, and one formed between adjacent magnet slots and connecting the outer peripheral edge portion and the core portion. Or front multiple center bridges and two extreme magnet slots A rotor core having two communication passages communicating with the outer peripheral surface of the rotor core, a plurality of permanent magnets disposed in each of the plurality of magnet slots, and a shaft fixed to the rotor core And a projecting portion that narrows the width of each communicating passage is formed in each of the two communicating passages, and a part or all of the projecting portion is a non-magnetic portion.
また、本発明の別の態様に係る永久磁石式回転電機の製造方法は、内周面が円筒状に形成される円筒状の固定子コアを形成する工程と、該固定子コアに設けられた複数のティースの各々に複数の巻線を巻回する工程と、外周面が円筒状に形成される回転子コアであって、1つの磁極あたり、並べて配置された複数の磁石スロットと、複数の磁石スロットの外側に形成された外周縁部と、複数の磁石スロットの内側に形成された芯部と、隣接する磁石スロット間に形成され、前記外周縁部と前記芯部とを繋ぐ1つ又は複数のセンタブリッジと、最も端の2つの磁石スロットを前記回転子コアの外周面にそれぞれ連通させる2つの連通路と、該2つの連通路の各々に形成された、各連通路の幅を狭める突出部とを備えた回転子コアを形成する工程と、前記回転子コアにシャフトを固定する工程と、前記回転子コアを前記固定子コアの内周側に回転自在に配置する工程とを備え、前記回転子コアを形成する工程が、複数の板材を準備する板材準備工程と、前記複数の板材の各々に対して、外周面を円形にするとともに、前記シャフトが嵌め込まれる孔、前記複数の磁石スロットが形成される孔及び前記2つの連通路の各々に前記突出部を形成する孔を形成する板材加工工程と、前記複数の板材の各々の前記突出部に対応する部分の一部もしくは全部に非磁性化を行って複数の非磁性部を形成する非磁性化工程と、前記複数の板材を、前記シャフトが嵌め込まれる孔、前記複数の磁石スロットが形成される孔及び前記2つの連通路の各々に前記突出部を形成する孔が積層方向に整列するように、積層して固定する板材積層工程とを含むことを要旨とする。 In addition, a method of manufacturing a permanent magnet type rotating electrical machine according to another aspect of the present invention includes a step of forming a cylindrical stator core having an inner peripheral surface formed in a cylindrical shape, and the stator core. A step of winding a plurality of windings around each of a plurality of teeth, a rotor core having an outer peripheral surface formed in a cylindrical shape, a plurality of magnet slots arranged side by side per magnetic pole, and a plurality of An outer peripheral edge formed on the outer side of the magnet slot; a core formed on the inner side of the plurality of magnet slots; and one or more formed between adjacent magnet slots and connecting the outer peripheral edge and the core. A plurality of center bridges, two communication paths for communicating the two endmost magnet slots with the outer peripheral surface of the rotor core, and the width of each communication path formed in each of the two communication paths is narrowed Forming a rotor core with protrusions A step of fixing the shaft to the rotor core and a step of rotatably disposing the rotor core on an inner peripheral side of the stator core, and the step of forming the rotor core includes a plurality of plate members A plate material preparing step for preparing the plurality of plate materials, and a circular outer peripheral surface for each of the plurality of plate materials, a hole into which the shaft is fitted, a hole in which the plurality of magnet slots are formed, and the two communication paths A plate material processing step for forming a hole for forming the protruding portion in each, and a plurality of non-magnetic portions are formed by demagnetizing part or all of the portion corresponding to the protruding portion of each of the plurality of plate materials A demagnetizing step, a hole into which the shaft is fitted, a hole in which the plurality of magnet slots are formed, and a hole that forms the protrusion in each of the two communication paths in the stacking direction. To align , And summarized in that comprising a plate laminating step of fixing by lamination.
本発明に係る永久磁石式回転電機及びその製造方法によれば、風損を大量に発生させずに漏れ磁束の低減と耐遠心力の向上を両立させた、最も端の2つの磁石スロットを回転子コアの外周面にそれぞれ連通路で連通させる構成を採用した永久磁石式回転電機及びその製造方法を提供できる。 According to the permanent magnet type rotating electrical machine and the manufacturing method thereof according to the present invention, the two endmost magnet slots that rotate both the reduction of leakage flux and the improvement of the centrifugal force without causing a large amount of windage loss are rotated. It is possible to provide a permanent magnet type rotating electrical machine that employs a configuration in which the outer core of the child core is communicated with each other through a communication path, and a manufacturing method thereof.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
本発明の一実施形態に係永久磁石式回転電機は、図1に示されており、永久磁石式回転電機1は、4極24スロットの埋込磁石型同期電動機である。なお、本発明は、磁極の数やスロット数、その他の各部分の寸法などによって何ら制約を受けるものではない。
永久磁石式回転電機1は、図1に示すように、固定子10と、この固定子10の内周側に所定のギャップGを隔てて対向して回転自在に配置された回転子20とを備えている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
A permanent magnet type rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention is shown in FIG. 1, and the permanent magnet type rotating electrical machine 1 is an embedded magnet type synchronous motor having 4 poles and 24 slots. Note that the present invention is not limited by the number of magnetic poles, the number of slots, the dimensions of other parts, and the like.
As shown in FIG. 1, the permanent magnet type rotating electrical machine 1 includes a
ここで、固定子10は、円筒状のフレーム2と、フレーム2の内周側に配置された内周面11aが円筒状に形成された円筒状の固定子コア11とを備えている。固定子コア11の内周面11a側には、円周方向に等間隔で形成された24個のスロット12及び24個のティース13が形成される。各ティース13には、スロット12内に巻装された巻線14が巻回されている。
Here, the
また、回転子20は、積層鉄心で形成され、外周面21aが円筒状に形成された円筒状の回転子コア21と、この回転子コア21に円周方向に等間隔で設けられた4つの磁極22とを備えている。回転子20は、回転子コア21の中心部に嵌挿固定されたシャフト3によって回転する。
回転子コア21は、1つの磁極22あたり、図2に示すように、2つの磁石スロット23と、2つの磁石スロット23の外側に形成された外周縁部24と、2つの磁石スロット23の内側に設けられた芯部25と、隣接する磁石スロット23間に形成され、外周縁部24及び芯部25を繋ぐ1つのセンタブリッジ26とを備えている。2つの磁石スロット23は、それら2つの磁石スロット23間の中心C2と、回転子コア21(芯部25)の中心C1とを結ぶ線L1に対し、中心C2が線上にある2つの磁石スロット23の幅方向の中心線L2が垂直となるように、並べて配置されている。各磁石スロット23は、回転子コア21の軸方向の両端にまで貫通する略矩形状の貫通孔で形成される。
Further, the
As shown in FIG. 2, the
そして、各磁石スロット23内には直方体形状の永久磁石28が配置されて固定されている。従って、1つの磁極22あたり、2つの永久磁石28が前述の2つの磁石スロット23の配置形態で並べて配置されている。この2つの永久磁石28の磁極は、隣り合う磁極22における永久磁石28の磁極と異なるように配置される。
A rectangular parallelepiped
また、回転子コア21において、最も端の2つの磁石スロット23(本実施形態の場合、2つの磁石スロットのみ)を回転子コア21の外周面21aにそれぞれ連通させる2つの連通路27が形成されている。即ち、一方(図2において、左斜め上)の磁石スロット23のセンタブリッジ26とは反対側の端部から上方に延びて回転子コア21の外周面21aに連通する連通路27と、他方(図2において、右斜め下)の磁石スロット23のセンタブリッジ26とは反対側の端部から右方に延びて回転子コア21の外周面21aに連通する連通路27とが形成されている。各連通路27は、回転子コア21の軸方向の両端にまで貫通する。また、各連通路27は、各磁石スロット23のセンタブリッジ26とは反対側の端部から回転子コア21の外周面21aに向けて直線状に延び、後述する一対の突出部29a,29bを形成しない状態での幅Hは、各磁石スロット23の幅H1よりもやや小さい程度である。
Further, in the
そして、各連通路27には、図2に示すように、前述の各連通路27の幅Hを狭めるように互いに対向する一対の突出部29a,29bが形成されている。一対の突出部29a,29bは、連通路27の両壁部から突出するとともに連通路27が延びる方向に沿って延び、互いに対向する一対の突出部29a,29b間の幅hは、一対の突出部29a,29bを形成しない場合の連通路27の幅Hよりも狭くなっている。つまり、互いに対向する一対の突出部29a,29b間の幅hは、各磁石スロット23の幅H1よりも大幅に小さい。ここで、互いに対向する一対の突出部29a,29bは、連通路27の両壁部を構成する回転子コア21の壁面から上方から見た形状が長方形状に突出し、連通路27に沿う方向の長さは、連通路27の長さとほぼ同一となっている。また、各突出部29a,29bは、回転子コア21の軸方向の両端にまで延びている。
As shown in FIG. 2, each
このように、各連通路27に、各連通路27の幅Hを狭めるように互いに対向する一対の突出部29a,29bを形成することにより、各連通路27の幅Hを狭めない場合よりも風損を減少させることができる。また、各連通路27に、各連通路27の幅Hを狭めるように互いに対向する一対の突出部29a,29bを形成することにより、回転子コア21の外周面21aを、一対の突出部29a,29bを形成しない場合よりも真円に近づけることができ、回転子コア21と固定子コア11のギャップGの部分が真円同士の二重円筒構造に近づけることができ、乱流の発生を極力抑制して風損の増大を防ぐことができる。
Thus, by forming a pair of
そして、一対の突出部29a,29bのうち少なくとも一方の一部もしくは全部は、非磁性化された非磁性部となっている。各連通路27に、各連通路27の幅Hを狭めるように互いに対向する一対の突出部29a,29bを形成することにより、各連通路27の幅Hが狭くなり、各連通路27の空気部分の比透磁率1の部分の幅が狭くなるため、各連通路27の幅Hを狭めない場合より各永久磁石28からの磁束の漏れが大きくなる。しかし、一対の突出部29a,29bのうち少なくとも一方の一部もしくは全部を非磁性部としているため、各永久磁石28から一対の突出部29a,29bを介して漏れる磁束の量を低減することができる。このため、各連通路27の幅Hを狭めない場合と同等に磁束漏れを低減することができる。磁束漏れを回避する観点からは、一対の突出部29a,29bの双方の全部が非磁性部となっていることが好ましい。
A part or all of at least one of the pair of
ここで、非磁性部を規定する「非磁性」の意味は、常磁性、反磁性及び反強磁性のすべてを含む意であり、いわゆる弱磁性をも含む意である。
なお、各連通路27の幅を狭くしても各連通路27は残っているので、2つの磁石スロット23の外側に形成された外周縁部24は、回転子コア21の中心C1を中心とした外周面21aの一部が切れているために変形が可能となり、シャフト3の焼きばめによる応力を逃がすことができる。このため、回転子コア21における強度的な問題は解決できる。
Here, the meaning of “non-magnetic” that defines the non-magnetic portion includes all of paramagnetism, diamagnetism and antiferromagnetism, and also includes so-called weak magnetism.
Since each
従って、本実施形態に係る永久磁石式回転電機1によれば、風損を大量に発生させずに漏れ磁束の低減と耐遠心力の向上を両立させた、最も端の2つの磁石スロット23を回転子コア21の外周面21aにそれぞれ連通路27で連通させる構成を採用した永久磁石式回転電機1を提供することができる。
次に、本発明の一実施形態に係る永久磁石式回転電機の変形例を図3を参照して説明する。図3は、図1に示す永久磁石式回転電機の変形例における回転子の1つの磁極の部分の断面図である。図3において、図2に示す部材と同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略することがある。
Therefore, according to the permanent magnet type rotating electrical machine 1 according to the present embodiment, the two
Next, a modification of the permanent magnet type rotating electrical machine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view of one magnetic pole portion of the rotor in a modification of the permanent magnet type rotating electrical machine shown in FIG. 3, the same members as those shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof may be omitted.
図3に示す永久磁石式回転電機の変形例においては、図1に示す永久磁石式回転電機と同様に、回転子コア21において、最も端の2つの磁石スロット23を回転子コア21の外周面21aにそれぞれ連通させる2つの連通路27が形成されている。即ち、一方(図3において、左斜め上)の磁石スロット23のセンタブリッジ26とは反対側の端部から上方に延びて回転子コア21の外周面21aに連通する連通路27と、他方(図3において、右斜め下)の磁石スロット23のセンタブリッジ26とは反対側の端部から右方に延びて回転子コア21の外周面21aに連通する連通路27とが形成されている。各連通路27は、回転子コア21の軸方向の両端にまで貫通する。また、各連通路27は、各磁石スロット23のセンタブリッジ26とは反対側の端部から回転子コア21の外周面21aに向けて直線状に延び、後述する1つの突出部29aを形成しない状態での幅Hは、各磁石スロット23の幅H1よりもやや小さい程度である。
In the modification of the permanent magnet type rotating electrical machine shown in FIG. 3, as in the permanent magnet type rotating electrical machine shown in FIG. 1, in the
そして、各連通路27には、図1に示す永久磁石式回転電機1と異なり、図3に示すように、前述の各連通路27の幅Hを狭める1つの突出部29aが形成されている。突出部29aは、連通路27の一方の壁部から突出するとともに連通路27が延びる方向に沿って延び、突出部29aと連通路27の対向する壁部との間の幅hは、1つの突出部29aを形成しない場合の連通路27の幅Hよりも狭くなっている。つまり、突出部29aと連通路27の壁部との幅hは、各磁石スロット23の幅H1よりも大幅に小さい。ここで、突出部29aは、連通路27の一方の壁部を構成する回転子コア21の壁面から上方から見た形状が長方形状に突出し、連通路27に沿う方向の長さは、連通路27の長さとほぼ同一となっている。また、突出部29aは、回転子コア21の軸方向の両端にまで延びている。なお、本変形例における突出部29aと連通路27の壁部との間の幅hは、図2に示す互いに対向する一対の突出部29a,29b間の幅hとほぼ同一である。
In addition, unlike each permanent magnet type rotating electrical machine 1 shown in FIG. 1, each
このように、各連通路27に、各連通路27の幅Hを狭める突出部29aを形成することにより、各連通路27の幅Hを狭めない場合よりも風損を減少させることができる。また、各連通路27に、各連通路27の幅Hを狭める突出部29aを形成することにより、回転子コア21の外周面21aを、突出部29aを形成しない場合よりも真円に近づけることができ、回転子コア21と固定子コア11のギャップGの部分が真円同士の二重円筒構造に近づけることができ、乱流の発生を極力抑制して風損の増大を防ぐことができる。
In this way, by forming the protruding
そして、突出部29aの一部もしくは全部は、非磁性化された非磁性部となっている。各連通路27に、各連通路27の幅Hを狭める突出部29aを形成することにより、各連通路27の幅Hが狭くなり、各連通路27の空気部分の比透磁率1の部分の幅が狭くなるため、各連通路27の幅Hを狭めない場合より各永久磁石28からの磁束の漏れが大きくなる。しかし、突出部29aの一部もしくは全部を非磁性部としているため、各永久磁石28から突出部29aを介して漏れる磁束の量を低減することができる。このため、各連通路27の幅Hを狭めない場合と同等に磁束漏れを低減することができる。磁束漏れを回避する観点からは、突出部29aの全部が非磁性部となっていることが好ましい。
And a part or all of the
なお、各連通路27の幅を狭くしても各連通路27は残っているので、2つの磁石スロット23の外側に形成された外周縁部24は、回転子コア21の中心C1を中心とした外周面21aの一部が切れているために変形が可能となり、シャフト3の焼きばめによる応力を逃がすことができる。このため、回転子コア21における強度的な問題は解決できる。
Since each
従って、本変形例に係る永久磁石式回転電機によれば、風損を大量に発生させずに漏れ磁束の低減と耐遠心力の向上を両立させた、最も端の2つの磁石スロット23を回転子コア21の外周面21aにそれぞれ連通路27で連通させる構成を採用した永久磁石式回転電機1を提供することができる。
ここで、第1参考例に係る永久磁石式回転電機について、図4を参照して説明する。
Therefore, according to the permanent magnet type rotating electrical machine according to the present modification, the two
Here, the permanent magnet type rotating electrical machine according to the first reference example will be described with reference to FIG.
第1参考例に係る永久磁石式回転電機における回転子コア21は、1つの磁極22あたり、図4に示すように、2つの磁石スロット23と、2つの磁石スロット23の外側に形成された外周縁部24と、2つの磁石スロット23の内側に設けられた芯部25と、隣接する磁石スロット23間に形成され、外周縁部24及び芯部25を繋ぐセンタブリッジ26とを備えている。2つの磁石スロット23は、それら2つの磁石スロット23間の中心C2と、回転子コア21(芯部25)の中心C1とを結ぶ線L1に対し、中心C2が線上にある2つの磁石スロット23の幅方向の中心線L2が垂直となるように、並べて配置されている。各磁石スロット23は、回転子コア21の軸方向の両端にまで貫通する略矩形状の貫通孔で形成される。
As shown in FIG. 4, the
そして、各磁石スロット23内には直方体形状の永久磁石28が配置されて固定されている。従って、1つの磁極22あたり、2つの永久磁石28が前述の2つの磁石スロット23の配置形態で並べて配置されている。この2つの永久磁石28の磁極は、隣り合う磁極22における永久磁石28の磁極と異なるように配置される。
A rectangular parallelepiped
一方、この第1参考例に係る永久磁石式回転電機の場合、回転子コア21には、本実施形態の永久磁石式回転電機と異なり、最も端の2つの磁石スロット23(第1参考例の場合、2つの磁石スロットのみ)を回転子コア21の外周面21aにそれぞれ連通させる2つの連通路が形成されておらず、一方(図4において、左斜め上)の磁石スロット23のセンタブリッジ26とは反対側の端部に外周縁部24と芯部25とを繋ぐサイドブリッジ30が設けられ、他方(図4において、右斜め下)の磁石スロット23のセンタブリッジ26とは反対側の端部にも外周縁部24と芯部25とを繋ぐサイドブリッジ30が設けられている。
On the other hand, in the case of the permanent magnet type rotating electrical machine according to the first reference example, unlike the permanent magnet type rotating electrical machine of the present embodiment, the
このように、第1参考例に係る永久磁石式回転電機の場合には、磁石スロット23内に配置される永久磁石28は、センタブリッジ26とサイドブリッジ30とにより支えられているので、高速回転かつ大径の回転電機で発生する強大な遠心力に耐えることができる。
しかし、各永久磁石28からの磁束がサイドブリッジ30を介して漏れてしまう問題がある。
Thus, in the case of the permanent magnet type rotating electrical machine according to the first reference example, the
However, there is a problem that the magnetic flux from each
これに対して、図5に示す第2参考例に係る永久磁石式回転電機の場合には、各永久磁石28からの磁束がサイドブリッジ部分を介して漏れる問題を解決することができる。
即ち、第2参考例に係る永久磁石式回転電機における回転子コア21は、1つの磁極22あたり、図5に示すように、2つの磁石スロット23と、2つの磁石スロット23の外側に形成された外周縁部24と、2つの磁石スロット23の内側に設けられた芯部25と、隣接する磁石スロット23間に形成され、外周縁部24及び芯部25を繋ぐセンタブリッジ26とを備えている。2つの磁石スロット23は、それら2つの磁石スロット23間の中心C2と、回転子コア21(芯部25)の中心C1とを結ぶ線L1に対し、中心C2が線上にある2つの磁石スロット23の幅方向の中心線L2が垂直となるように、並べて配置されている。各磁石スロット23は、回転子コア21の軸方向の両端にまで貫通する略矩形状の貫通孔で形成される。
On the other hand, in the case of the permanent magnet type rotating electrical machine according to the second reference example shown in FIG. 5, the problem that the magnetic flux from each
That is, the
そして、各磁石スロット23内には直方体形状の永久磁石28が配置されて固定されている。従って、1つの磁極22あたり、2つの永久磁石28が前述の2つの磁石スロット23の配置形態で並べて配置されている。この2つの永久磁石28の磁極は、隣り合う磁極22における永久磁石28の磁極と異なるように配置される。
A rectangular parallelepiped
また、回転子コア21において、最も端の2つの磁石スロット23(第2参考例の場合、2つの磁石スロットのみ)を回転子コア21の外周面21aにそれぞれ連通させる2つの連通路27が形成されている。即ち、一方(図5において、左斜め上)の磁石スロット23のセンタブリッジ26とは反対側の端部から上方に延びて回転子コア21の外周面21aに連通する連通路27と、他方(図5において、右斜め下)の磁石スロット23のセンタブリッジ26とは反対側の端部から右方に延びて回転子コア21の外周面21aに連通する連通路27とが形成されている。各連通路27は、回転子コア21の軸方向の両端にまで貫通する。また、各連通路27は、各磁石スロット23のセンタブリッジ26とは反対側の端部から回転子コア21の外周面21aに向けて直線状に延び、その幅Hは、各磁石スロット23の幅H1よりもやや小さい程度である。
Further, in the
このように、第2参考例に係る永久磁石式回転電機の場合、回転子コア21において、最も端の2つの磁石スロット23を回転子コア21の外周面21aにそれぞれ連通させる2つの連通路27が形成されている。そして、各連通路27の幅Hが各磁石スロット23の幅H1よりもやや小さい程度に形成される。このため、各連通路27の部分は空気となり、比透磁率は1となるため、サイドブリッジにおける磁束漏れを低減することができる。
As described above, in the case of the permanent magnet type rotating electrical machine according to the second reference example, in the
しかし、第2参考例に係る永久磁石式回転電機の場合には、各連通路27の幅Hが大きいため(本実施形態の場合と比べて一対の突出部29a,29bが形成されていない分大きい、変形例と比べて1つの突出部29aが形成されていない分大きい)、高速回転時に過大な風損が発生するという問題が生じる。また、回転子コア21と固定子コアのギャップ部分が連通路27の存在によって真円同士の二重円筒構造とはならないため、乱流が発生し、風損がさらに増加してしまう問題がある。
However, in the case of the permanent magnet type rotating electrical machine according to the second reference example, the width H of each
これに対して、本実施形態の永久磁石式回転電機及び変形例の永久磁石式回転電機の場合、各連通路27に、各連通路27の幅Hを狭めるように互いに対向する一対の突出部29a,29bを、あるいは各連通路27に、各連通路27の幅Hを狭める1つの突出部29aを形成することにより、各連通路27のHを狭めない場合よりも風損を減少させることができる。また、各連通路27に、各連通路27の幅Hを狭めるように互いに対向する一対の突出部29a,29bを、あるいは各連通路27に、各連通路27の幅Hを狭める1つの突出部29aを形成することにより、回転子コア21の外周面21aを、一対の突出部29a,29bを、あるいは1つの突出部29aを形成しない場合よりも真円に近づけることができ、回転子コア21と固定子コア11のギャップGの部分が真円同士の二重円筒構造に近づけることができ、乱流の発生を極力抑制して風損の増大を防ぐことができる。
On the other hand, in the case of the permanent magnet type rotating electrical machine of this embodiment and the permanent magnet type rotating electrical machine of the modified example, a pair of projecting portions facing each other so as to narrow the width H of each communicating
また、本実施形態の永久磁石式回転電機の場合、一対の突出部29a,29bのうち少なくとも一方の一部もしくは全部が非磁性化された非磁性部となっており、変形例の永久磁石式回転電機の場合、1つの突出部29aの一部もしくは全部が非磁性化された非磁性部となっている。このため、各永久磁石28から一対の突出部29a,29bあるいは1つの突出部29aを介して漏れる磁束の量を低減することができる。これにより、各連通路27の幅を狭めない場合と同等に磁束漏れを低減することができる。
Further, in the case of the permanent magnet type rotating electrical machine of the present embodiment, at least one part or all of the pair of projecting
次に、図1に示す本実施形態に係る永久磁石式回転電機1の製造方法について説明する。
永久磁石式回転電機1の製造に際し、先ず、固定子10を製造する。
固定子10の製造工程は、内周面11aが円筒状に形成される円筒状の固定子コア11を形成する工程(固定子コア形成工程)と、固定子コア11に設けられた複数のティース13の各々に複数の巻線14を巻回する工程(巻線巻回工程)とを含む。
Next, a method for manufacturing the permanent magnet type rotating electrical machine 1 according to this embodiment shown in FIG. 1 will be described.
When manufacturing the permanent magnet type rotating electrical machine 1, first, the
The manufacturing process of the
ここで、固定子コア形成工程では、軟磁性材料からなる板材を複数のティース13を形成する部分を有する所定の2次元形状にプレス加工して打ち抜き、これを必要な枚数だけ積層してカシメや溶接によって積層方向に固定する。これにより、固定子コア11は形成される。軟磁性材料からなる板材としては、例えば、無方向性電磁鋼板が挙げられる。固定子コア11の形成に際し、軟磁性フェライト材を所定の3次元形状にプレスし、焼結してもよい。
Here, in the stator core forming step, a plate material made of a soft magnetic material is pressed into a predetermined two-dimensional shape having a portion for forming a plurality of
そして、巻線巻回工程では、巻線14の素材として、導電性を有し、表面が絶縁されているものを準備する。例えば、巻線14の素材として、一般的に使用されるマグネットワイヤが好適である。そして、巻線14の巻線方式は、図1に示す24スロットの場合には、分布巻方式を使用する。
そして、巻線巻回工程の後に、フレーム2によって固定子コア11を固定する。以上により、固定子10は製造される。
In the winding winding step, a material having conductivity and having an insulated surface is prepared as a material for the winding 14. For example, a generally used magnet wire is suitable as the material of the winding 14. The winding method of the winding 14 is the distributed winding method in the case of 24 slots shown in FIG.
Then, after the winding winding step, the
次に、回転子20を製造する。
回転子20の製造工程は、回転子コア21を形成する工程(回転子コア形成工程)と、回転子コア21にシャフト3を固定する工程(シャフト固定工程)とを備えている。
回転子コア形成工程は、外周面21aが円筒状に形成される回転子コア21であって、1つの磁極22あたり、並べて配置された2つの磁石スロット23と、2つの磁石スロット23の外側に形成された外周縁部24と、2つの磁石スロット23の内側に形成された芯部25と、隣接する磁石スロット23間に形成され、外周縁部24と芯部25とを繋ぐ1つのセンタブリッジ26と、最も端の2つの磁石スロット23を回転子コア21の外周面21aにそれぞれ連通させる2つの連通路27とを備えた回転子コア21を形成するものである。
そして、この回転子コア形成工程においては、複数の板材(図示せず)を準備する工程(板材準備工程)と、複数の板材の各々に対して、外周面を円形とするとともに、シャフト3が嵌め込まれる孔、2つの磁石スロット23が形成される孔及び2つの連通路27の各々に一対の突出部29a,29bを形成する孔を形成する工程(板材加工工程)と、複数の板材の各々の一対の突出部29a,29bに対応する部分のうち少なくとも一方の一部もしくは全部に非磁性化を行って複数の非磁性部を形成する工程(非磁性化工程)と、複数の板材を、シャフト3が嵌め込まれる孔、複数(本実施形態にあっては2つ)の磁石スロット23が形成される孔及び2つの連通路27の各々に一対の突出部29a,29bを形成する孔が積層方向に整列するように、積層して固定する工程(板材積層工程)とを含んでいる。
Next, the
The manufacturing process of the
The rotor core forming step is a
And in this rotor core formation process, while making the outer peripheral surface circular with respect to each of the process (plate material preparation process) of preparing a plurality of plate materials (not shown) and the plurality of plate materials, the shaft 3 A step of forming a hole to be fitted, a hole in which two
ここで、板材準備工程では、回転子コア21の素材となるマルテンサイト系ステンレス材からなる板材を複数枚準備する。板材としては、マルテンサイト系のステンレス材の他に珪素鋼板を用いることも可能である。但し、珪素鋼板を用いる場合には、非磁性化処理を行う際に改質物質の使用が必要となる。板材の板厚は、渦電流損を低減するという観点から0.35mm〜0.65mm程度まで薄くすることが好ましい。ステンレス材は、表面に酸化層が存在するため板間の絶縁はある程度取れているものの、渦電流損を確実に低減するために表面に無機もしくは有機物による絶縁コーティングを施してもよい。マルテンサイト系のステンレス材はフェライト相中に炭化物が分散した組織となっている焼きなまし状態で使用すると比較的軟磁気特性が高く、回転電機の高トルク化に寄与することができる。
Here, in the plate material preparation step, a plurality of plate materials made of martensitic stainless material that is a material of the
次に、板材加工工程では、複数の板材の各々に対して、回転子コア21の外周面21aとなる外周面を円形とするとともに、シャフト3が嵌め込まれる孔、2つの磁石スロット23が形成される孔及び前述の2つの連通路27の各々に一対の突出部29a,29bを形成する孔を形成する。板材の加工は、プレスによる打ち抜きの他にワイヤカットなどを挙げることができる。2つの連通路27の各々に一対の突出部29a,29bを形成する孔については、一対の突出部29a,29b間の間隔を、回転時に空気の乱流を作らないようにするためになるべく狭くすることが好ましい。但し、あまり狭くし過ぎると、シャフト3の焼きばめ時や非磁性化処理時のわずかな変形によって一対の突出部29a,29bが接触してしまう可能性があるため、一対の突出部29a,29b間の間隔は例えば1〜2mm程度が理想的である。また、加工された各板材の外周面は真円でなくてもよいが、風損を可能な限り低減するとう観点では真円もしくは真円に近い形状が好ましい。
Next, in the plate material processing step, for each of the plurality of plate materials, the outer peripheral surface to be the outer
次に、非磁性化工程では、前述の加工を行った複数の板材の各々の一対の突出部29a,29bに対応する部分のうち少なくとも一方の一部もしくは全部に非磁性化を行って複数の非磁性部を形成する。この非磁性化の手法は、簡便性などの観点からレーザ照射が最も好ましいが、局所的に加熱・急冷が可能な手法であれば何でも構わない。以下ではレーザ照射を行う場合について述べる。また、レーザ照射後に磁性が一部残る弱磁性化であっても本発明の効果は得られるが、レーザ照射時間を調整して十分に磁性を消失させる非磁性化を行うことが好ましい。
Next, in the demagnetization step, at least one part or all of the portions corresponding to the pair of
非磁性化を行う箇所は、各板材において、一対の突出部29a,29bに対応する部分のうち少なくとも一方の一部もしくは全部である。磁束漏れを回避する観点からは、一対の突出部29a,29bに対応する部分の双方の全部が非磁性部となっていることが好ましいが、各連通路27における磁気抵抗を十分に増やせるのであれば、各板材において、一対の突出部29a,29bに対応する部分のうち一方のみの一部もしくは全部に非磁性化を行ってもよい。また、レーザを照射する際は、非磁性化を行う箇所に一度に照射してもよいし、スポットの小さいレーザをスキャンしてもよい。また、レーザ照射後の急冷は、空冷で構わないが、必要に応じ水冷や油冷を行ってもよい。また、珪素鋼板を回転子コア21の板材の素材に用いる場合には、非磁性のオーステナイト相を安定化させるために、CrやCなどの改質物質の付与が必要である。具体的には、これらの物質を板材の表面に塗布してからレーザ照射をすればよい。ただし、この場合、レーザ照射時に改質物質を板材の内部に浸透させるには、少なくともレーザ照射部には絶縁コーティングを施さないほうがよい。
The portions to be demagnetized are part or all of at least one of the portions corresponding to the pair of
次に、板材積層工程では、前述の非磁性化を行った複数の板材を、シャフト3が嵌め込まれる孔、2つの磁石スロット23が形成される孔及び2つの連通路27の各々に一対の突出部29a,29bを形成する孔が積層方向に整列するように、積層して固定する。積層した板材同士の結着は、カシメや溶接によって行うことができる。これにより、回転子コア21が製造される。
Next, in the plate material laminating step, a plurality of plate materials subjected to the demagnetization described above are paired into a hole into which the
この後に行うシャフト固定工程では、回転子コア21の、シャフト3が嵌め込まれる孔にシャフト3を固定する。この際に、シャフト3を回転子コア21に焼きばめによって固定する。また、シャフト3を回転子コア21に固定した後、各磁石スロット23に永久磁石28を挿入し、接着剤により永久磁石28を固定する。そして、永久磁石28の着磁を行う。これにより、回転子20が製造される。
In the shaft fixing step performed thereafter, the
最後に、回転子20が製造されたならば、回転子コア21を図示しない軸受を介して固定子コア11の内側に回転自在に配置する(回転子コア配置工程)。これにより、永久磁石式回転電機1が製造される。
また、図3に示す変形例に係る永久磁石式回転電機の場合には、板材加工工程において、複数の板材の各々に対して、回転子コア21の外周面21aとなる外周面を円形とするとともに、シャフト3が嵌め込まれる孔、2つの磁石スロット23が形成される孔及び前述の2つの連通路27の各々に1つの突出部29aを形成する孔を形成する。また、非磁性化工程において、複数の板材の各々の突出部29aに対応する部分の一部もしくは全部に非磁性化を行って複数の非磁性部を形成する。それ以外の製造工程は、図1に示す本実施形態に係る永久磁石式回転電機1の製造方法と同様である。
Finally, when the
In the case of the permanent magnet type rotating electrical machine according to the modification shown in FIG. 3, in the plate material processing step, the outer peripheral surface to be the outer
以上説明したように、本実施形態に係る永久磁石式回転電機1、変形例に係る永久磁石式回転電機及びそれらの製造方法によれば、風損を大量に発生させずに漏れ磁束の低減と耐遠心力の向上を両立させた、最も端の2つの磁石スロット23を回転子コア21の外周面21aにそれぞれ連通路27で連通させる構成を採用した永久磁石式回転電機1及びその製造方法を提供できる。
As described above, according to the permanent magnet type rotating electrical machine 1 according to the present embodiment, the permanent magnet type rotating electrical machine according to the modification, and the manufacturing method thereof, it is possible to reduce the leakage magnetic flux without generating a large amount of windage loss. A permanent magnet type rotating electrical machine 1 adopting a configuration in which the two
また、複数の板材の各々の一対の突出部29a,29bに対応する部分のうち少なくとも一方の一部もしくは全部に行う非磁性化及び複数の板材の各々の突出部29aに対応する部分の一部もしくは全部に行う非磁性化は、非磁性化を行う箇所にレーザ照射によって局所的に加熱するともに当該箇所を急冷することにより行う。これにより、非磁性化をしたい箇所のみにレーザを照射することで容易に局所的な非磁性化を達成することができる。なお、一般的に鉄心の局所的非磁性化には高周波加熱などの手法も存在するが、サイドブリッジを切り離した複雑な構造、即ち、各連通路27に各連通路27の幅を狭めるように互いに対向する一対の突出部29a,29bを形成した構造あるいは各連通路27に各連通路27の幅を狭める1つの突出部29aを形成した構造をしていると、非磁性化を行いたい箇所のみに高周波加熱による電流を集中させることは困難である。
Further, demagnetization performed on at least one part or all of the parts corresponding to the pair of
また、回転子コア21を構成する複数の板材の各々の素材として、マルテンサイト系のステンレス材を用いている。マルテンサイト系のステンレス材は、加熱・急冷するだけでオーステナイト化されるため、比較的容易に磁性を消失もしくは弱めることができる。仮に、前述したように、珪素鋼板などを回転子コア21を構成する複数の板材の素材として用いた場合には、非磁性化を達成するために、CrやCなどの改質物質を塗布する必要があり、非磁性化工程が複雑になってしまう。なお、マルテンサイト系のステンレス材はCrを多量に含むために電気抵抗が高く、板厚が同等の場合は電磁鋼板と比較して遜色のない渦電流損特性を示すため、回転子コア21の中で非磁性化を行わない部分に求められる特徴をも有している。
Further, a martensitic stainless material is used as each material of the plurality of plate members constituting the
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに種々の変更、改良を行うことができる。
例えば、各連通路27の幅を狭める突出部は、図2に示す各連通路27の幅Hを狭めるように互いに対向する一対の突出部29a,29bあるいは図3に示す各連通路27の幅Hを狭める1つの突出部29aに限らず、各連通路27の幅を狭めるものであればその数は問わない。そして、各連通路27の幅を狭める突出部の一部あるいは全部が非磁性部となっていればよい。
As mentioned above, although embodiment of this invention has been described, this invention is not limited to this, A various change and improvement can be performed.
For example, the projecting portion that narrows the width of each
また、回転子コア21は、1つの磁極22あたり、2つの磁石スロット23を並べて配置しているが、3つ以上の磁石スロット23を並べて配置してもよい。この場合、隣接する磁石スロット23間のセンタブリッジ26は2つ以上となる。
また、1つのセンタブリッジの26の一部もしくは全部が、前述の場合、2つ以上のセンタブリッジ26の一部もしくは全部が非磁性部となっていてもよい。これにより、各永久磁石28からのセンタブリッジ26を介しての磁束漏れを抑制し、より一層の高トルク化を図ることができる。
In addition, although the
In addition, in the case described above, a part or all of one
そして、1つ又は複数のセンタブリッジの26の一部もしくは全部を非磁性部とする場合には、前述の非磁性化工程において、複数の板材の各々の一対の突出部29a,29bに対応する部分のうち少なくとも一方の一部もしくは全部に非磁性化を行うのみならず、複数の板材の各々の1つ又は複数のセンタブリッジ26に対応する部分の一部もしくは全部に非磁性化を行えばよい。
In the case where a part or all of one or a plurality of center bridges 26 are made nonmagnetic portions, in the above-described demagnetization step, each of the plurality of plate members corresponds to the pair of
1 永久磁石式回転電機
2 フレーム
3 シャフト
10 固定子
11 固定子コア
11a 内周面
13 ティース
14 巻線
20 回転子
21 回転子コア
21a 外周面
22 磁極
23 磁石スロット
24 外周縁部
25 芯部
26 センタブリッジ
27 連通路
28 永久磁石
29a,29b 突出部
G ギャップ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Permanent-magnet-type rotary electric machine 2
Claims (8)
該回転子が、外周面が円筒状に形成されて前記固定子コアの内周側に回転自在に配置される回転子コアであって、1つの磁極あたり、並べて配置された複数の磁石スロットと、複数の磁石スロットの外側に形成された外周縁部と、複数の磁石スロットの内側に形成された芯部と、隣接する磁石スロット間に形成され、前記外周縁部と前記芯部とを繋ぐ1つ又は複数のセンタブリッジと、最も端の2つの磁石スロットを前記回転子コアの外周面にそれぞれ連通させる2つの連通路とを備えた回転子コアと、前記複数の磁石スロットの各々内に配置された複数の永久磁石と、前記回転子コアに固定されたシャフトとを備え、
前記2つの連通路の各々に、各連通路の幅を狭める突出部を形成し、該突出部の一部もしくは全部が非磁性部となっていることを特徴とする永久磁石式回転電機。 A stator having a cylindrical stator core having an inner peripheral surface formed in a cylindrical shape, a plurality of windings wound around each of a plurality of teeth provided on the stator core, and the stator core A rotor disposed on the inner peripheral side of the rotor so as to be opposed to and spaced apart from a predetermined gap,
The rotor is a rotor core having an outer peripheral surface formed in a cylindrical shape and rotatably disposed on the inner peripheral side of the stator core, and a plurality of magnet slots arranged side by side per magnetic pole; The outer peripheral edge formed on the outer side of the plurality of magnet slots, the core formed on the inner side of the plurality of magnet slots, and formed between adjacent magnet slots, and connects the outer peripheral edge and the core. In each of the plurality of magnet slots, one or a plurality of center bridges and two communication paths that respectively connect the two endmost magnet slots to the outer peripheral surface of the rotor core. A plurality of permanent magnets arranged, and a shaft fixed to the rotor core,
A permanent magnet type rotating electrical machine characterized in that each of the two communication paths is formed with a protrusion that narrows the width of each communication path, and a part or all of the protrusion is a non-magnetic part.
前記回転子コアを形成する工程が、複数の板材を準備する板材準備工程と、前記複数の板材の各々に対して、外周面を円形にするとともに、前記シャフトが嵌め込まれる孔、前記複数の磁石スロットが形成される孔及び前記2つの連通路の各々に前記突出部を形成する孔を形成する板材加工工程と、前記複数の板材の各々の前記突出部に対応する部分の一部もしくは全部に非磁性化を行って複数の非磁性部を形成する非磁性化工程と、前記複数の板材を、前記シャフトが嵌め込まれる孔、前記複数の磁石スロットが形成される孔及び前記2つの連通路の各々に前記突出部を形成する孔が積層方向に整列するように、積層して固定する板材積層工程とを含むことを特徴とする永久磁石式回転電機の製造方法。 A step of forming a cylindrical stator core having an inner peripheral surface formed in a cylindrical shape, a step of winding a plurality of windings around each of a plurality of teeth provided on the stator core, and an outer peripheral surface A rotor core formed in a cylindrical shape, with a plurality of magnet slots arranged side by side per magnetic pole, an outer peripheral edge formed outside the plurality of magnet slots, and inside the plurality of magnet slots One or a plurality of center bridges that are formed between the formed core portion and adjacent magnet slots and connect the outer peripheral edge portion and the core portion, and two outermost magnet slots are arranged on the outer periphery of the rotor core. Forming a rotor core having two communication passages respectively communicating with the surface, and a projecting portion formed in each of the two communication passages to narrow the width of each communication passage; Fixing the shaft, and the rotor core And a step of rotatably disposed on the inner peripheral side of the stator core,
The step of forming the rotor core includes a plate material preparation step of preparing a plurality of plate materials, a circular outer peripheral surface for each of the plurality of plate materials, a hole into which the shaft is fitted, and the plurality of magnets A plate material processing step of forming a hole for forming a slot and a hole for forming the protruding portion in each of the two communication paths, and a part or all of a portion corresponding to the protruding portion of each of the plurality of plate materials A demagnetization step of forming a plurality of nonmagnetic portions by demagnetization, a plurality of plate members, a hole into which the shaft is fitted, a hole in which the plurality of magnet slots are formed, and the two communication paths A method of manufacturing a permanent magnet type rotating electrical machine, comprising: a plate material laminating step of laminating and fixing each of the holes forming the protruding portions so as to be aligned in the laminating direction.
The method for manufacturing a permanent magnet type rotating electrical machine according to any one of claims 4 to 7, wherein a martensitic stainless material is used as a material of each of the plurality of plate members.
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