JP4631361B2 - Embedded magnet type rotor, manufacturing method thereof, and motor using the embedded magnet type rotor - Google Patents
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Description
本発明は、各種の産業用途や民生用途に使用されるモータに取付けられる低鉄損の埋め込み磁石型ロータとその製造方法、およびその埋め込み磁石型ロータを用いることによって効率を高めたモータに関するものである。 The present invention relates to a low iron loss embedded magnet rotor attached to a motor used in various industrial applications and consumer applications, a method for manufacturing the same, and a motor whose efficiency is increased by using the embedded magnet rotor. is there.
一般にモータは同期モータと誘導モータに大別される。モータに取付けられる回転子(いわゆるロータ)の構造は、モータの種類に応じて異なる。同期モータのロータは、内部に永久磁石を埋め込んだロータ(以下、埋め込み磁石型ロータという)や表面に永久磁石を貼り付けたロータ(以下、表面磁石型ロータという)等がある。 In general, motors are roughly classified into synchronous motors and induction motors. The structure of the rotor (so-called rotor) attached to the motor differs depending on the type of motor. Examples of the rotor of the synchronous motor include a rotor having a permanent magnet embedded therein (hereinafter referred to as an embedded magnet type rotor), a rotor having a permanent magnet attached to the surface thereof (hereinafter referred to as a surface magnet type rotor), and the like.
表面磁石型ロータは、回転中に永久磁石が剥離してロータの回転が不安定になるおそれがあり、さらに剥離した永久磁石が飛散すると重大な設備故障の原因になる。したがってガラス繊維入りテープやステンレス管等を用いて永久磁石を固定し、永久磁石の剥離を防止する必要がある。 In the surface magnet type rotor, the permanent magnet may be peeled off during rotation and the rotation of the rotor may be unstable, and if the peeled permanent magnet is scattered, it causes a serious equipment failure. Therefore, it is necessary to fix the permanent magnet using a glass fiber-containing tape, a stainless steel tube, or the like to prevent the permanent magnet from peeling off.
一方、埋め込み磁石型ロータは、非特許文献1に開示されているように、永久磁石がロータの内部に配置される。したがって永久磁石の剥離は起こらず、高速かつ安定した回転が得られる。しかも永久磁石を固定するためのガラス繊維入りテープやステンレス管等を使用する必要がないので、固定子(いわゆるステータ)とロータとの間隔(以下、ギャップという)を縮小でき、モータの効率を高めることができる。
On the other hand, in the embedded magnet type rotor, as disclosed in Non-Patent
さらに埋め込み磁石型ロータでは、ガラス繊維入りテープやステンレス管等を使用しない故に、ロータの鉄心がギャップ側に露出する。そのため、埋め込まれた永久磁石の中央部における垂直方向(いわゆるd軸)と、永久磁石同士の隙間の中央部における垂直方向(いわゆるq軸)とのインダクタンスに差が生じる。このようなインダクタンスの差に起因してリラクタンストルクが発生する。したがって埋め込み磁石型ロータは、永久磁石によって発生するトルクに加えて、リラクタンストルクを活用することによって、モータの効率を高めることができる。 Furthermore, since the embedded magnet type rotor does not use a glass fiber-containing tape or a stainless steel tube, the rotor core is exposed to the gap side. Therefore, there is a difference in inductance between the vertical direction (so-called d-axis) in the central portion of the embedded permanent magnet and the vertical direction (so-called q-axis) in the central portion of the gap between the permanent magnets. A reluctance torque is generated due to such a difference in inductance. Therefore, the embedded magnet type rotor can increase the efficiency of the motor by utilizing the reluctance torque in addition to the torque generated by the permanent magnet.
しかしながら、埋め込み磁石型ロータは、ロータ内の磁束分布が複雑で、しかも磁束の変動が大きいので、ロータの鉄損が増大する。
本発明は上記のような問題を解消し、低鉄損の埋め込み磁石型ロータとその製造方法、およびその埋め込み磁石型ロータを用いることによって効率を高めたモータを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-described problems and to provide a low iron loss embedded magnet type rotor, a method for manufacturing the same, and a motor with improved efficiency by using the embedded magnet type rotor.
本発明者らは、埋め込み磁石型ロータにて鉄損が発生する原因を調査した。その結果、ロータに埋め込まれた永久磁石とギャップ側に露出する面(すなわちステータに対向する面)との間で渦電流が生じて、鉄損が発生することを見出した。さらに、該当の部位に塑性歪を付与することによって、渦電流を低減できることが判明した。本発明は、これらの知見に基づいてなされたものである。 The present inventors investigated the cause of iron loss in an embedded magnet type rotor. As a result, it has been found that eddy current is generated between the permanent magnet embedded in the rotor and the surface exposed to the gap side (that is, the surface facing the stator), and iron loss occurs. Furthermore, it has been found that eddy current can be reduced by applying plastic strain to the corresponding part. The present invention has been made based on these findings.
すなわち本発明は、モータに配設されるロータの内部に永久磁石を埋め込んだ埋め込み磁石型ロータであって、該ロータが薄鋼板を前記ロータの形状に打ち抜き加工した鉄心を積層したものであり、該鉄心における前記永久磁石の埋め込み位置とステータに対向する面との間で且つ前記永久磁石の埋め込み位置から離隔した領域に渦電流を低減する凹部を設けて下記の(1)式で算出される0.1〜3%の塑性歪を有する変形領域を備えたことを特徴とする埋め込み磁石型ロータである。
記
塑性歪(%)= 100×h/t ・・・ (1)
h:凹部の深さ(mm)
t:鉄心の厚さ(mm)
That is, the present invention is an embedded magnet type rotor in which a permanent magnet is embedded in a rotor disposed in a motor, and the rotor is formed by stacking iron cores obtained by punching a thin steel plate into the shape of the rotor, A recess for reducing eddy current is provided between the embedded position of the permanent magnet in the iron core and the surface facing the stator and spaced from the embedded position of the permanent magnet, and is calculated by the following equation (1). An embedded magnet type rotor having a deformation region having a plastic strain of 0.1 to 3%.
Record
Plastic strain (%) = 100 x h / t (1)
h: Depth of recess (mm)
t: Iron core thickness (mm)
また本発明は、モータに配設されるロータの内部に永久磁石を埋め込んだ埋め込み磁石型ロータの製造方法において、薄鋼板をロータの形状に打ち抜き加工し、ロータの内部に設けられた永久磁石の埋め込み位置とステータに対向する面との間で且つ前記永久磁石の埋め込み位置から離隔した領域に渦電流を低減する凹部を設けて下記の(1)式で算出される0.1〜3%の塑性歪を付与して鉄心とし、次いで前記鉄心を積層して、埋め込み位置に前記永久磁石を埋め込むことを特徴とする埋め込み磁石型ロータの製造方法である。
記
塑性歪(%)= 100×h/t ・・・ (1)
h:凹部の深さ(mm)
t:鉄心の厚さ(mm)
Further, the present invention provides a method for manufacturing an embedded magnet type rotor in which a permanent magnet is embedded in a rotor disposed in a motor, and a thin steel plate is punched into the shape of the rotor, and the permanent magnet provided inside the rotor is manufactured. A plastic strain of 0.1 to 3% calculated by the following equation (1) by providing a recess for reducing eddy current between the embedding position and the surface facing the stator and in a region separated from the embedding position of the permanent magnet. Is provided, and then the iron core is laminated, and the permanent magnet is embedded in the embedded position.
Record
Plastic strain (%) = 100 x h / t (1)
h: Depth of recess (mm)
t: Iron core thickness (mm)
また本発明は、上記した埋め込み磁石型ロータと、埋め込み磁石型ロータの周囲に配設されたステータとを有するモータである。 Further, the present invention is a motor having the above-described embedded magnet type rotor and a stator disposed around the embedded magnet type rotor.
本発明によれば、埋め込み磁石型ロータの鉄損を低減することができる。したがって、本発明の埋め込み磁石型ロータを用いることによって、モータの効率を高めることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the iron loss of an embedded magnet type | mold rotor can be reduced. Therefore, the efficiency of the motor can be increased by using the embedded magnet type rotor of the present invention.
図1は、本発明の埋め込み磁石型ロータの例を模式的に示す平面図である。この埋め込み磁石型ロータ1を製造するにあたって、まず打ち抜き加工を行ない、薄鋼板(たとえば電磁鋼板等)を鉄心2の形状に加工する。次いで、永久磁石3の埋め込み位置とステータに対向する面との間に塑性歪を有する変形領域5を設ける。なお、図1にはステータを図示していないが、ステータがロータの外側に配設されることは言うまでもない。
FIG. 1 is a plan view schematically showing an example of an embedded magnet type rotor of the present invention. In manufacturing the embedded
変形領域5には、鉄心2にプレス加工を行なって、図2に示すような凹部を設けることによって塑性歪を付与することができる。その塑性歪は下記の (1)式で算出される値である。
In the
塑性歪(%)= 100×h/t ・・・ (1)
h:凹部の深さ(mm)
t:鉄心の厚さ(mm)
本発明者らは、変形領域5に付与する塑性歪の量を種々変化させて実験を行ない、塑性歪とモータの効率との関係を調査した。モータは容量 750Wで、ロータ極数12,ステータスロット数24である。材料はJIS規格35A360とした。その結果は図3に示す通りである。なお、モータの効率は下記の (2)式で算出される値である。
Plastic strain (%) = 100 x h / t (1)
h: Depth of recess (mm)
t: Iron core thickness (mm)
The inventors conducted experiments by varying the amount of plastic strain applied to the
モータの効率(%)= 100×Pout /Pin ・・・ (2)
Pout :機械出力
Pin :電気入力
図3から明らかなように、塑性歪が 0.1〜3%の範囲内でモータの効率が向上している。塑性歪が 0.1%未満では、渦電流防止効果が不十分なので、鉄損が増大し、モータの効率が低下する。一方、塑性歪が3%を超えると、歪によってヒステリシス損が増大し、モータの効率が低下する。したがって、変形領域5に付与する塑性歪は 0.1〜3%の範囲内を満足する必要がある。
Motor efficiency (%) = 100 × P out / P in ··· (2)
P out : Mechanical output P in : Electrical input As is clear from FIG. 3, the efficiency of the motor is improved when the plastic strain is in the range of 0.1 to 3%. If the plastic strain is less than 0.1%, the effect of preventing eddy currents is insufficient, so the iron loss increases and the efficiency of the motor decreases. On the other hand, when the plastic strain exceeds 3%, the hysteresis loss increases due to the strain, and the efficiency of the motor decreases. Accordingly, the plastic strain applied to the
このようにして鉄心2に、 0.1〜3%の塑性歪を有する変形領域5を設けた後、鉄心2を積層し、さらに埋め込み位置に永久磁石3を埋め込むことによって、低鉄損の埋め込み磁石型ロータ1を製造できる。さらに、この埋め込み磁石型ロータ1をモータに取り付けることによって、モータの効率が向上する。
Thus, after providing the
なお変形領域5は、永久磁石3の埋め込み位置とステータに対向する面との間に設けるものであるが、ステータに対向する面に近付けて設けることが望ましい。
The
また図1には、永久磁石3を4個配置する例を示したが、本発明では、鉄心2に埋め込む永久磁石3の個数は限定しない。ただし、高速回転が要求される用途に使用する場合は、永久磁石3の個数は少ない方が望ましい。一方、円滑な回転が要求される用途に使用する場合は、永久磁石3の個数は多い方が望ましい。
FIG. 1 shows an example in which four
つまり鉄心2に埋め込む永久磁石3の個数は、埋め込み磁石型ロータ1を取り付けたモータの用途や永久磁石3の寸法等に応じて、適宜設定すれば良い。ただし、N極とS極の組み合わせを1対にして配置しなければならないので、永久磁石3の個数が偶数であることは言うまでもない。
That is, the number of
[実施例1]
厚さ0.35mmの電磁鋼板(JIS規格35A300相当)をステータとロータの形状に打ち抜いて、容量 500Wのモータ(12スロット,4極)を2台製作した。そのうちの1台のロータは、図1に示すように、永久磁石3を4個配置し、さらに永久磁石3の埋め込み位置とステータに対向する面との間に塑性歪を有する変形領域5を4ケ所設けた埋め込み磁石型ロータ1とした。変形領域5は、図2に示すように、プレス加工を行ない凹部を設けることによって 0.8%の塑性歪を付与した。その塑性歪の量は (1)式で算出される値である。これを発明例とする。
[Example 1]
A 0.35 mm thick electromagnetic steel sheet (equivalent to JIS standard 35A300) was punched into the shape of the stator and rotor, and two motors with a capacity of 500 W (12 slots, 4 poles) were produced. As shown in FIG. 1, one of the rotors includes four
一方、他の1台は比較例として、変形領域5を設けず、永久磁石3を4個配置して埋め込み磁石型ロータとした。
On the other hand, as another comparative example, as a comparative example, the
発明例と比較例のモータを出力 500Wで稼動させ、モータの効率を調査した。その結果は、表1に示す通りである。なお、モータの効率は (2)式で算出した値である。表1から明らかなように、発明例のモータの効率は94.6%であったのに対して、比較例のモータの効率は93.4%であり、発明例の方が高効率であった。 The motors of the inventive example and the comparative example were operated at an output of 500 W, and the efficiency of the motor was investigated. The results are as shown in Table 1. The motor efficiency is the value calculated by equation (2). As is apparent from Table 1, the efficiency of the motor of the invention example was 94.6%, whereas the efficiency of the motor of the comparative example was 93.4%, and the efficiency of the invention example was higher.
[実施例2]
厚さ0.50mmの電磁鋼板(JIS規格50A470相当)をステータとロータの形状に打ち抜いて、容量3kWのモータ(12スロット,8極)を2台製作した。そのうちの1台のロータは、永久磁石3を8個配置し、さらに永久磁石3の埋め込み位置とステータに対向する面との間に塑性歪を有する変形領域5を8ケ所設けた埋め込み磁石型ロータ1とした。変形領域5は、図2に示すように、プレス加工を行ない凹部を設けることによって 2.5%の塑性歪を付与した。その塑性歪の量は (1)式で算出される値である。これを発明例とする。
[Example 2]
A 0.50 mm thick electromagnetic steel sheet (equivalent to JIS standard 50A470) was punched into the shape of the stator and rotor, and two motors (12 slots, 8 poles) with a capacity of 3 kW were manufactured. One of the rotors is an embedded magnet type rotor in which eight
一方、他の1台は比較例として、変形領域5を設けず、永久磁石3を8個配置して埋め込み磁石型ロータとした。
On the other hand, as another comparative example, as a comparative example, the
発明例と比較例のモータを出力3kWで稼動させ、モータの効率を調査した。その結果は、表2に示す通りである。なお、モータの効率は (2)式で算出した値である。表2から明らかなように、発明例のモータの効率は95.2%であったのに対して、比較例のモータの効率は94.1%であり、発明例の方が高効率であった。 The motors of the inventive example and the comparative example were operated at an output of 3 kW, and the efficiency of the motor was investigated. The results are as shown in Table 2. The motor efficiency is the value calculated by equation (2). As apparent from Table 2, the efficiency of the motor of the invention example was 95.2%, whereas the efficiency of the motor of the comparative example was 94.1%, and the efficiency of the invention example was higher.
1 埋め込み磁石型ロータ
2 鉄心
3 永久磁石
4 回転シャフト
5 変形領域
DESCRIPTION OF
Claims (3)
記
塑性歪(%)= 100×h/t ・・・ (1)
h:凹部の深さ(mm)
t:鉄心の厚さ(mm) An embedded magnet type rotor in which a permanent magnet is embedded in a rotor disposed in a motor, wherein the rotor is formed by laminating an iron core obtained by punching a thin steel plate into the shape of the rotor, and the permanent core in the iron core A recess for reducing eddy current is provided between the magnet embedding position and the surface facing the stator , and in a region separated from the permanent magnet embedding position, and 0.1 to 3% calculated by the following equation (1) : An embedded magnet rotor comprising a deformation region having plastic strain.
Record
Plastic strain (%) = 100 x h / t (1)
h: Depth of recess (mm)
t: Iron core thickness (mm)
記
塑性歪(%)= 100×h/t ・・・ (1)
h:凹部の深さ(mm)
t:鉄心の厚さ(mm) In a manufacturing method of an embedded magnet type rotor in which a permanent magnet is embedded in a rotor disposed in a motor, a thin steel plate is punched into the shape of the rotor, and the embedded position of the permanent magnet provided in the rotor A recess for reducing eddy current is provided in a region separated from the embedding position of the permanent magnet and between the surface facing the stator and 0.1 to 3% of plastic strain calculated by the following equation (1). Then, the iron core is laminated, and then the permanent magnet is embedded in the embedded position.
Record
Plastic strain (%) = 100 x h / t (1)
h: Depth of recess (mm)
t: Iron core thickness (mm)
A motor comprising the embedded magnet type rotor according to claim 1 and a stator disposed around the embedded magnet type rotor.
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