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JP2015226371A - Permanent magnet embedded rotary electric machine - Google Patents

Permanent magnet embedded rotary electric machine Download PDF

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JP2015226371A
JP2015226371A JP2014109353A JP2014109353A JP2015226371A JP 2015226371 A JP2015226371 A JP 2015226371A JP 2014109353 A JP2014109353 A JP 2014109353A JP 2014109353 A JP2014109353 A JP 2014109353A JP 2015226371 A JP2015226371 A JP 2015226371A
Authority
JP
Japan
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rotor
permanent magnet
notch
pole
electric machine
Prior art date
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Pending
Application number
JP2014109353A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
英樹 大口
Hideki Oguchi
英樹 大口
敏治 持田
Toshiharu Mochida
敏治 持田
雅夫 首藤
Masao Shudo
雅夫 首藤
西村 博文
Hirobumi Nishimura
博文 西村
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.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to JP2014109353A priority Critical patent/JP2015226371A/en
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  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce windage loss of a rotor, in a permanent magnet embedded dynamo-electric machine including a rotor not having a side bridge.SOLUTION: Two slots 2 penetrating in the direction of the rotational axis are provided per pole in the circumferential direction of a rotor 1 for a plurality of poles, and a permanent magnet 3 is embedded in each slot 2. The rotor 1 has a notch 10 for interconnecting the end on the side of an adjacent pole with the outer periphery of the rotor 1 in the two slots 2 of each pole. The notch 10 is filled with a filling member 4 composed of a nonmagnetic material. The notch 10 plays a role for interrupting passage of leakage flux. The filling member 4 plays a role for reducing windage loss of the rotor 1 during rotation.

Description

本発明は、電動機や発電機等、ロータを有する回転電機に係り、特にロータに永久磁石が埋め込まれた永久磁石埋め込み式回転電機に関する。   The present invention relates to a rotating electrical machine having a rotor, such as an electric motor and a generator, and more particularly to a permanent magnet embedded rotating electrical machine in which a permanent magnet is embedded in a rotor.

図6は、この種の永久磁石埋め込み式回転電機の固定子11と回転子1cの1極分の構成を示す断面図である。この永久磁石埋め込み式回転電機において、回転子1cの回転子コア5cには、1極を構成するために2個のスロット2が形成され、この2個のスロット2の中に2個の永久磁石3が埋め込まれている。ここで、1極における2個のスロット2の間には、回転子コア5cの薄肉部分であるセンタブリッジ9があり、2個のスロット2におけるセンタブリッジ9と反対側の端部と回転子コア5cの外周との間にも同様な回転子コア5cの薄肉部分であるサイドブリッジ14がある。そして、回転子コア5cにおいて、スロット2の内周側の領域とスロット2の外周側の領域は、センタブリッジ9およびサイドブリッジ14を介して繋がっている。   FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration of one pole of the stator 11 and the rotor 1c of this type of permanent magnet embedded rotary electric machine. In this permanent magnet-embedded rotating electric machine, two slots 2 are formed in the rotor core 5c of the rotor 1c to form one pole, and two permanent magnets are formed in the two slots 2. 3 is embedded. Here, between the two slots 2 in one pole, there is a center bridge 9 which is a thin portion of the rotor core 5c, and the end of the two slots 2 opposite to the center bridge 9 and the rotor core. Between the outer periphery of 5c, there is a side bridge 14 which is the same thin portion of the rotor core 5c. In the rotor core 5 c, the inner peripheral area of the slot 2 and the outer peripheral area of the slot 2 are connected via a center bridge 9 and a side bridge 14.

固定子11は、中空円筒状の固定子コア12を有している。この固定子コア12の内側に、回転子1cが挿通されている。固定子コア12には、周方向に沿って複数のスロットが設けられ、それらのスロット内に固定子コイル13が巻装されている。   The stator 11 has a hollow cylindrical stator core 12. The rotor 1 c is inserted inside the stator core 12. The stator core 12 is provided with a plurality of slots along the circumferential direction, and a stator coil 13 is wound in these slots.

回転子コア5cの永久磁石3から生ずる磁束は固定子コア12を介して、異極の永久磁石3へ流れる。しかし、永久磁石3から生ずる磁束の一部は、固定子コア12を経由することなく、センタブリッジ9やサイドブリッジ14を介して流れ、磁束の短絡状態を招く。一般的には、この短絡する磁束を漏れ磁束と呼んでいる。この漏れ磁束が発生することで、永久磁石埋め込み式回転電機の出力トルクの低下を招く。   The magnetic flux generated from the permanent magnet 3 of the rotor core 5 c flows to the permanent magnet 3 having a different polarity via the stator core 12. However, a part of the magnetic flux generated from the permanent magnet 3 flows through the center bridge 9 and the side bridge 14 without passing through the stator core 12 and causes a short circuit state of the magnetic flux. In general, this short-circuited magnetic flux is called leakage magnetic flux. Generation | occurrence | production of this leakage magnetic flux causes the fall of the output torque of a permanent magnet embedding type rotary electric machine.

漏れ磁束を抑制するためには、センタブリッジ9やサイドブリッジ14を極力細くすることが望ましい。しかし、センタブリッジ9やサイドブリッジ14を細くすると、回転子1cの回転中に生じる遠心力に対する耐力が低下する。そのため、回転子1cの回転速度に応じてセンタブリッジ9やサイドブリッジ14の太さを設計する必要がある。しかし、センタブリッジ9やサイドブリッジ14を有する限り、漏れ磁束をゼロとすることはできない。   In order to suppress the leakage magnetic flux, it is desirable to make the center bridge 9 and the side bridge 14 as thin as possible. However, if the center bridge 9 and the side bridge 14 are made thinner, the resistance to centrifugal force generated during the rotation of the rotor 1c is reduced. Therefore, it is necessary to design the thickness of the center bridge 9 and the side bridge 14 according to the rotational speed of the rotor 1c. However, as long as the center bridge 9 and the side bridge 14 are provided, the leakage magnetic flux cannot be made zero.

この問題を解決するための技術を開示した文献として、特許文献1がある。図7は、この特許文献1に開示された永久磁石埋め込み式回転電機の回転子1dの構成を示す断面図である。なお、この図7において前掲図6の各部と対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。この回転子1dの回転子コア5dは、図6におけるサイドブリッジ14に相当するものを有していない。回転子コア5dには、スロット2を回転子コア5dの外周に連通させる切り欠き部10が形成されている。この切り欠き部10は、スロット2内の永久磁石3の例えばN極から生じた磁束が、固定子コア(図示略)を経由しない回転子コア5d内の閉じた磁路を経由して同永久磁石3の例えばS極に至る漏れ磁束を阻止するフラックスバリアとして機能する。この回転子1dによれば、切り欠き部10を設けたことにより、漏れ磁束をほぼゼロとすることができので、図6のサイドブリッジ14がある回転子1cを備えた永久磁石埋め込み式回転電機に比べてマグネットトルクを大きくすることができる。   As a document disclosing a technique for solving this problem, there is Patent Document 1. FIG. 7 is a cross-sectional view showing the configuration of the rotor 1d of the permanent magnet embedded rotary electric machine disclosed in Patent Document 1. As shown in FIG. In FIG. 7, parts corresponding to those in FIG. 6 are given the same reference numerals and explanations thereof are omitted. The rotor core 5d of the rotor 1d does not have the one corresponding to the side bridge 14 in FIG. The rotor core 5d is formed with a notch 10 that communicates the slot 2 with the outer periphery of the rotor core 5d. The notch 10 has the same permanent magnetic flux generated from, for example, the N pole of the permanent magnet 3 in the slot 2 via a closed magnetic path in the rotor core 5d that does not pass through the stator core (not shown). It functions as a flux barrier that prevents the magnetic flux leaking to, for example, the south pole of the magnet 3. According to the rotor 1d, since the notch 10 is provided, the leakage magnetic flux can be made substantially zero. Therefore, the permanent magnet embedded rotary electric machine having the rotor 1c with the side bridge 14 of FIG. The magnet torque can be increased compared to

特開2013−46421号公報JP2013-46421A

J.E.Vrackcik,“Predictiоn оf windage pоwer lоss in alternatоrs”,NASA Technical Nоte D−4849(1968)J. et al. E. Vraccik, “Predictin® software winders in alternator”, NASA Technical Net D-4849 (1968)

ところで、図7に示す回転子コア5dは、切り欠き部10を有するため、図6に示す回転子コア5cに比べて、回転時に空気抵抗によって失われるエネルギーである風損が大きい。また、図7に示す回転子コア5dは、回転中に永久磁石3が破損した場合に、永久磁石3がスロット2から切り欠き部10を介して回転子1dの外部へ飛散し、固定子コアに接触する可能性がある。また、図7に示す回転子コア5dは、スロット2内の永久磁石3が回転子コア5dの回転軸方向に移動可能である。このため、永久磁石3の脱落を防止するための端板を回転子コア5dの回転軸方向両端に設ける必要がある。   By the way, since the rotor core 5d shown in FIG. 7 has the notch part 10, the wind loss which is energy lost by air resistance at the time of rotation is large compared with the rotor core 5c shown in FIG. Further, in the rotor core 5d shown in FIG. 7, when the permanent magnet 3 is broken during the rotation, the permanent magnet 3 is scattered from the slot 2 to the outside of the rotor 1d through the notch 10, and the stator core There is a possibility of contact. In the rotor core 5d shown in FIG. 7, the permanent magnet 3 in the slot 2 is movable in the direction of the rotation axis of the rotor core 5d. For this reason, it is necessary to provide end plates for preventing the permanent magnet 3 from falling off at both ends of the rotor core 5d in the rotation axis direction.

図8は、このような端板7を備えた回転子1dの構成例を示す側面図である。この図8において、回転子コア5dを回転軸であるシャフト8が貫通しており、この回転子コア5dの回転軸方向両端に2枚の端板7が固定されている。このように従来の永久磁石埋め込み式回転電機は、永久磁石3の脱落を防止するために、回転子コア5dの回転軸の軸方向両端に端板7を設ける必要があり、端板7に関するコストアップを招く問題があった。   FIG. 8 is a side view showing a configuration example of a rotor 1d having such an end plate 7. As shown in FIG. In FIG. 8, a shaft 8 that is a rotation shaft passes through the rotor core 5d, and two end plates 7 are fixed to both ends of the rotor core 5d in the rotation axis direction. Thus, the conventional permanent magnet embedded rotary electric machine needs to provide the end plates 7 at both ends in the axial direction of the rotating shaft of the rotor core 5d in order to prevent the permanent magnet 3 from falling off. There was a problem that caused an up.

この発明は、以上説明した事情に鑑みてなされたものであり、その第1の目的は、サイドブリッジを排した回転子を備えた永久磁石埋め込み式回転電機において、回転子の風損を低下させ、出力トルクの低下を防止することにある。また、この発明の第2の目的は、永久磁石埋め込み式回転電機において、回転子から永久磁石が脱落するのを防止するための端板を不要にすることにある。   The present invention has been made in view of the circumstances described above, and a first object of the invention is to reduce the windage loss of the rotor in a permanent magnet embedded rotary electric machine including a rotor that excludes a side bridge. This is to prevent the output torque from being lowered. A second object of the present invention is to eliminate the need for an end plate for preventing the permanent magnet from falling off the rotor in the permanent magnet embedded type rotating electrical machine.

この発明は、回転軸方向に貫通するスロットを1極当たり2個ずつ回転子の周方向に複数極分形成し、各スロットに永久磁石を埋め込んでなり、前記回転子は、各極の2個のスロットにおいて隣の極の側の端部を前記回転子の外周に連通させる切り欠き部を有し、前記切り欠き部に非磁性材からなる補充部材を充填してなることを特徴とする永久磁石埋め込み式回転電機を提供する。   In the present invention, two slots per pole are formed in the circumferential direction of the rotor, and two slots are embedded in each slot, and permanent magnets are embedded in each slot. A slot having a notch for communicating the end on the side of the adjacent pole with the outer periphery of the rotor, and the notch is filled with a replenishing member made of a non-magnetic material. A magnet embedded rotary electric machine is provided.

好ましい態様では、前記補充部材が前記永久磁石を前記スロット内に固定し、前記永久磁石が前記スロットから回転軸方向に脱落するのを防止する。   In a preferred embodiment, the replenishing member fixes the permanent magnet in the slot, and prevents the permanent magnet from falling off the slot in the direction of the rotation axis.

この発明によれば、スロットが回転子の外周と連通した部分に非磁性材からなる補充部材を充填することで、回転子の風損を減少させ、永久磁石埋め込み式回転電機の出力トルクの低下を防止することができる。また、この発明において、補充部材が永久磁石をスロット内に固定し、永久磁石がスロットから回転軸方向に脱落するのを防止するようにした場合、永久磁石の脱落防止のための端板が不要になる利点がある。   According to the present invention, the portion where the slot communicates with the outer periphery of the rotor is filled with the supplementary member made of a non-magnetic material, thereby reducing the windage loss of the rotor and lowering the output torque of the permanent magnet embedded rotary electric machine. Can be prevented. In the present invention, when the replenishing member fixes the permanent magnet in the slot and prevents the permanent magnet from falling off the slot in the direction of the rotation axis, an end plate for preventing the permanent magnet from falling off is unnecessary. There is an advantage to become.

この発明の第1実施形態である永久磁石式電動機の回転子の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the rotor of the permanent magnet type electric motor which is 1st Embodiment of this invention. 突極型回転子の断面図である。It is sectional drawing of a salient pole type | mold rotor. 突極型回転子の斜視図である。It is a perspective view of a salient pole type rotor. 真円回転子と突極型回転子について風損の計算結果を示したグラフである。It is the graph which showed the calculation result of the windage loss about a perfect circle rotor and a salient pole type rotor. この発明の第2実施形態である永久磁石式電動機の回転子の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the rotor of the permanent magnet type electric motor which is 2nd Embodiment of this invention. 従来の永久磁石埋め込み式回転電機の固定子と回転子の1極分の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure for 1 pole of the stator and rotor of the conventional permanent magnet embedding type rotary electric machine. 従来のサイドブリッジを排した永久磁石埋め込み式回転電機の回転子の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the rotor of the permanent magnet embedding type rotary electric machine which excluded the conventional side bridge. 同回転子の構成を示す側面図である。It is a side view which shows the structure of the same rotor.

以下、図面を参照しつつこの発明の実施形態について説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

<第1実施形態>
図1は、この発明の第1実施形態である永久磁石埋め込み式回転電機の回転子1の構成を示す断面図である。なお、図1において前掲図6、図7の各部と対応する部分には同一の符号が付されている。また、図1では、シャフト8の図示は省略されている。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a rotor 1 of a permanent magnet embedded rotary electric machine according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, parts corresponding to those in FIGS. 6 and 7 are given the same reference numerals. In FIG. 1, the shaft 8 is not shown.

回転子1は、回転子コア5を有する。この回転子コア5は、珪素鋼板を積層してなるものである。なお、単純な鉄ブロックを切削加工することにより回転子コア5が構成される場合もある。回転子コア5には、1極当たり2個のスロット2が回転軸方向に貫通しており、この2個のスロット2の中に2個の永久磁石3が埋め込まれている。1極分の2個のスロット2に埋め込まれた2個の永久磁石3は、固定子コア(図示略)に対して同じ極性の磁極を対向させている。また、回転子コア5の隣接する極間では、一方の極の2個の永久磁石3と、他方の極の2個の永久磁石3は、極間で互いに異なる磁極を固定子コア(図示略)に対向させている。永久磁石3としては、ネオジム磁石やフェライト磁石が好適であるが、必ずしもこれらに限定するものではない。なお、図1に示す回転子コア5では、16個のスロット2により8極が形成されているが、回転子コア5に形成する極数は、8極に限定されるものではない。また、固定子に対するコイルの巻き方は大別すると集中巻と分布巻に分けられるが、どちらの巻き方であってもよい。また、図1では、回転子1の中心軸を下側に見た場合にV字形状をなすように1極分の2個のスロット2が配列されているが、1極分の2個のスロット2は、一文字状に配列されてもよく、逆V字状に配列されてもよい。   The rotor 1 has a rotor core 5. The rotor core 5 is formed by laminating silicon steel plates. The rotor core 5 may be configured by cutting a simple iron block. In the rotor core 5, two slots 2 per pole penetrate in the direction of the rotation axis, and two permanent magnets 3 are embedded in the two slots 2. Two permanent magnets 3 embedded in two slots 2 for one pole have magnetic poles of the same polarity facing a stator core (not shown). In addition, between the adjacent poles of the rotor core 5, the two permanent magnets 3 on one pole and the two permanent magnets 3 on the other pole have different magnetic poles between the poles. ). The permanent magnet 3 is preferably a neodymium magnet or a ferrite magnet, but is not necessarily limited thereto. In the rotor core 5 shown in FIG. 1, eight poles are formed by the 16 slots 2, but the number of poles formed in the rotor core 5 is not limited to eight. Further, the way of winding the coil around the stator is roughly classified into concentrated winding and distributed winding, but either winding method may be used. In FIG. 1, two slots 2 for one pole are arranged so as to form a V shape when the central axis of the rotor 1 is viewed downward, but two slots for one pole are arranged. The slots 2 may be arranged in a single letter shape or in an inverted V shape.

回転子コア5において、1極分の2個のスロット2の間には、回転子コア5の薄肉部分であるセンタブリッジ9がある。また、1極における2個のスロット2のセンタブリッジ9と反対側には、当該スロット2を回転子コア5の外周に連通させる切り欠き部10が形成されている。この切り欠き部10は、漏れ磁束の通過を阻止するフラックスバリアとして機能する。そして、この切り欠き部10に補充部材4が充填されている。この補充部材4は、回転子コア5の回転時の風損を低減する役割を果たす。補充部材4は、非磁性材からなる樹脂である。補充部材4を非磁性材とするのは、切り欠き部10のフラックスバリアとしての機能を損なわないためである。好ましい態様において、補充部材4は、それが充填された状態の回転子コア5の断面が凸凹のない真円をなすよう充填される。しかし、補充部材4が充填された状態の回転子コア5の断面は、必ずしも真円である必要はなく、風損の原因となる回転子コア5の外周面の凸凹の差が小さくなるようにすればよい。   In the rotor core 5, there is a center bridge 9 that is a thin portion of the rotor core 5 between the two slots 2 for one pole. Further, on the opposite side of the two slots 2 in one pole to the center bridge 9, a notch portion 10 is formed that communicates the slot 2 with the outer periphery of the rotor core 5. This notch 10 functions as a flux barrier that prevents passage of leakage magnetic flux. The notch 10 is filled with the replenishing member 4. The replenishing member 4 plays a role of reducing windage loss when the rotor core 5 rotates. The replenishing member 4 is a resin made of a nonmagnetic material. The reason why the replenishing member 4 is made of a nonmagnetic material is that the function of the notch 10 as a flux barrier is not impaired. In a preferred embodiment, the replenishing member 4 is filled so that the cross section of the rotor core 5 in the filled state forms a perfect circle with no irregularities. However, the cross section of the rotor core 5 filled with the replenishing member 4 is not necessarily a perfect circle, and the difference in unevenness of the outer peripheral surface of the rotor core 5 that causes the windage loss is reduced. do it.

本実施形態において、永久磁石埋め込み式回転電機の回転子1には、次式に示すトルクTが発生する。
T=Pn×Ψm×iq+Pn×(Ld−Lq)×id×iq ……(1)
上記式(1)において、Pnは回転子1の極対数、Ψmは永久磁石3が発生する磁束のうち固定子のコイルと鎖交する磁束、idは固定子のコイルに流れるd軸電流、iqは固定子のコイルに流れるq軸電流、Ldはd軸インダクタンス、Lqはq軸インダクタンスである。そして、上記式(1)の右辺第1項がマグネットトルクであり、右辺第2項がリラクタンストルクである。
In the present embodiment, the torque T shown in the following equation is generated in the rotor 1 of the permanent magnet embedded rotary electric machine.
T = Pn × Ψm × iq + Pn × (Ld−Lq) × id × iq (1)
In the above formula (1), Pn is the number of pole pairs of the rotor 1, Ψm is a magnetic flux interlinked with the stator coil among the magnetic flux generated by the permanent magnet 3, id is a d-axis current flowing through the stator coil, iq Is a q-axis current flowing in the stator coil, Ld is a d-axis inductance, and Lq is a q-axis inductance. The first term on the right side of the above formula (1) is the magnet torque, and the second term on the right side is the reluctance torque.

ここで、磁束Ψmと誘起電圧Vemfの関係は次式のようになる。
Ψm=Vemf/(2πf) ……(2)

上記式(2)において、fは固定子のコイルに流れる電流の周波数、Vemfは同周波数fにおける誘起電圧である。
Here, the relationship between the magnetic flux Ψm and the induced voltage Vemf is as follows.
Ψm = Vemf / (2πf) (2)

In the above formula (2), f is the frequency of the current flowing through the stator coil, and Vemf is the induced voltage at the same frequency f.

上記式(1)と(2)より、同一のマグネットトルクを得る場合、磁束Ψmが高いほどq軸電流iqを低減することができる。本実施形態のように回転子1からサイドブリッジを排してフラックスバリアを設けた場合、フラックスバリアの働きにより漏れ磁束を減らして磁束Ψmを増加させることができる。このため、本実施形態によれば、図6のようにサイドブリッジ14がある場合に比してq軸電流iqを低減することができる。   From the above formulas (1) and (2), when the same magnet torque is obtained, the q-axis current iq can be reduced as the magnetic flux Ψm increases. When the flux barrier is provided by removing the side bridge from the rotor 1 as in the present embodiment, the magnetic flux Ψm can be increased by reducing the leakage magnetic flux by the action of the flux barrier. For this reason, according to the present embodiment, the q-axis current iq can be reduced as compared with the case where the side bridge 14 is provided as shown in FIG.

また、本実施形態では、フラックスバリアとしての切り欠き部10に充填した補充部材4が風損を低減する効果をもたらす。以下、この効果の理解を容易にするため、参考例を示す。非特許文献1には、図2および図3に例示するような突極型回転子1aに生じる風損が説明されている。なお、図2は突極型回転子1aの断面図、図3は突極型回転子1aの斜視図であり、スロットや磁石の図示は省略されている。   Moreover, in this embodiment, the replenishment member 4 with which the notch part 10 as a flux barrier was filled brings about the effect which reduces a windage loss. In order to facilitate understanding of this effect, a reference example is shown below. Non-Patent Document 1 describes the windage loss that occurs in the salient pole rotor 1a as exemplified in FIGS. 2 is a cross-sectional view of the salient pole type rotor 1a, and FIG. 3 is a perspective view of the salient pole type rotor 1a. Slots and magnets are not shown.

非特許文献1によると、突極型回転子1aに発生する風損の真円回転子に発生する風損に対する増分割合Kは、次式のように表すことができる。
K=8.5(H/R)+2.2 ……(3)
上記式(3)において、Rは回転軸中心15aから突極部16aを含めた突極型回転子コア5aの外周までの長さである回転子半径、Hは突極部16aの径方向長さである。ただし、H/R>0.06である。
According to Non-Patent Document 1, the increment ratio K of the windage loss generated in the salient pole rotor 1a to the windage loss generated in the perfect circle rotor can be expressed by the following equation.
K = 8.5 (H / R) +2.2 (3)
In the above formula (3), R is the rotor radius that is the length from the rotation axis center 15a to the outer periphery of the salient pole type rotor core 5a including the salient pole part 16a, and H is the radial length of the salient pole part 16a. That's it. However, H / R> 0.06.

図4は、真円回転子と突極型回転子1aについて風損の計算結果を示したグラフである。図4では、回転子半径Rを100mm、回転子軸方向長さを100mm、突極部径方向長さHを10mmとして計算を行った。ただし、空気の密度と動粘度係数は温度25℃の値を用いた。この場合、H/R=0.1となり、上記式(3)にこのH/R=0.1を代入すると、K=3.05となる。従ってこの場合、真円回転子に対する突極型回転子1aの風損は3.05倍となる。図4では、真円回転子および突極型回転子1aを例えば12000r/minの回転速度で回転させた場合、真円回転子に発生する風損が500Wであるのに対し、突極型回転子1aに発生する風損は1521Wとなっている。図7に示すようなサイドブリッジ14を排した回転子1dについても同様であり、真円回転子に比して、風損が非常に大きくなる。   FIG. 4 is a graph showing the calculation results of windage loss for the perfect circle rotor and the salient pole type rotor 1a. In FIG. 4, the calculation was performed with the rotor radius R being 100 mm, the rotor axial length being 100 mm, and the salient pole radial length H being 10 mm. However, values of a temperature of 25 ° C. were used for the air density and the kinematic viscosity coefficient. In this case, H / R = 0.1, and if H / R = 0.1 is substituted into the above equation (3), K = 3.05. Therefore, in this case, the windage loss of the salient pole type rotor 1a with respect to the perfect circle rotor is 3.05 times. In FIG. 4, when the perfect circle rotor and the salient pole type rotor 1a are rotated at a rotational speed of 12000 r / min, for example, the wind loss generated in the true circle rotor is 500 W, whereas the salient pole type rotation is performed. The windage loss generated in the child 1a is 1521W. The same applies to the rotor 1d from which the side bridge 14 as shown in FIG. 7 is eliminated, and the windage loss is very large as compared to a perfect circle rotor.

本実施形態では、切り欠き部10に補充部材4を充填したことにより、回転子1の風損を真円回転子と同等の風損に低減することができる。なお、補充部材4が充填過多もしくは充填過少であると回転子1の外周表面に凹凸が生じるが、このような場合であっても、補充部材4の充填を全く行わない図7の回転子1dに比べると回転子1の風損は低減する。   In this embodiment, by filling the notch 10 with the replenishing member 4, the windage loss of the rotor 1 can be reduced to the same windage loss as that of the perfect circle rotor. If the replenishing member 4 is overfilled or underfilled, the outer peripheral surface of the rotor 1 is uneven. Even in such a case, the refilling member 4 is not filled at all with the rotor 1d shown in FIG. The windage loss of the rotor 1 is reduced compared to.

また、本実施形態によれば、回転子コア5の切り欠き部10に補充部材4を充填したため、他にも効果が生じる。まず、補充部材4が切り欠き部10に充填されているので、回転子1の回転中にスロット2内の永久磁石3が破損しても、永久磁石3が回転子1外部への飛散することがなく、永久磁石3が固定子コアに接触するのを防止することができる。   Moreover, according to this embodiment, since the replenishment member 4 was filled in the notch part 10 of the rotor core 5, there exists another effect. First, since the replenishing member 4 is filled in the notch portion 10, even if the permanent magnet 3 in the slot 2 is damaged during the rotation of the rotor 1, the permanent magnet 3 is scattered outside the rotor 1. It is possible to prevent the permanent magnet 3 from coming into contact with the stator core.

また、切り欠き部10に補充部材4を充填することにより永久磁石3が錆難くなる。永久磁石3は鉄系材料を用いる場合が多いので、永久磁石3が空気中に晒されていると、永久磁石3の鉄に空気中の酸素が結合して錆が発生しやすくなる。しかし、補充部材4が切り欠き部10に充填されていると、永久磁石3が空気に接することが少なくなり、永久磁石3が錆難くなる。   Moreover, the permanent magnet 3 becomes difficult to rust by filling the notch 10 with the replenishing member 4. Since the permanent magnet 3 often uses an iron-based material, if the permanent magnet 3 is exposed to the air, oxygen in the air is bound to iron of the permanent magnet 3 and rust is likely to occur. However, if the replenishing member 4 is filled in the cutout portion 10, the permanent magnet 3 is less likely to come into contact with air, and the permanent magnet 3 becomes difficult to rust.

また、補充部材4の充填により回転子1の回転軸方向に対するバランス取りが行えるようになる。さらに詳述すると、回転子1とシャフトの締り嵌めの工程において、回転子1の回転軸とシャフトの中心軸がずれて締り嵌めされると、回転軸に対する回転子コア5の重量バランスが不均一となる。従来技術の下では、このような場合に、回転子1の軸方向両端に設けられた端板7(図8参照)の重量を調整してバランスを均一にしていた。しかしながら、本実施形態では、回転子1の補充部材4の一部を削るあるいは切り欠き部10への補充部材4の充填量を調整することが可能である。このように補充部材4の量でバランスを調整することにより、永久磁石埋め込み式回転電機の回転子1のバランス取りを容易に行うことができる。   Further, the filling of the replenishing member 4 makes it possible to balance the rotor 1 in the direction of the rotation axis. More specifically, if the rotation axis of the rotor 1 and the center axis of the shaft are offset and fitted in the interference fitting process of the rotor 1 and the shaft, the weight balance of the rotor core 5 with respect to the rotation axis is uneven. It becomes. Under the prior art, in such a case, the balance is made uniform by adjusting the weights of the end plates 7 (see FIG. 8) provided at both ends of the rotor 1 in the axial direction. However, in the present embodiment, it is possible to cut a part of the replenishing member 4 of the rotor 1 or to adjust the filling amount of the replenishing member 4 into the notch 10. Thus, by adjusting the balance by the amount of the replenishing member 4, the rotor 1 of the permanent magnet embedded rotary electric machine can be easily balanced.

また、本実施形態では、切り欠き部10に充填される補充部材4が永久磁石3をスロット2内に固定するので、永久磁石3が回転軸方向に移動して回転子コア5から脱落するのを防止することができる。従って、本実施形態では、永久磁石3の脱落を防止するために図8に示すような端板7を回転子1に設ける必要がない。従って、本実施形態によれば、端板7の分だけ回転子1の製造コストを低減することができる。   In this embodiment, the replenishing member 4 filled in the notch 10 fixes the permanent magnet 3 in the slot 2, so that the permanent magnet 3 moves in the direction of the rotation axis and falls off the rotor core 5. Can be prevented. Therefore, in this embodiment, it is not necessary to provide the rotor 1 with the end plate 7 as shown in FIG. 8 in order to prevent the permanent magnet 3 from falling off. Therefore, according to this embodiment, the manufacturing cost of the rotor 1 can be reduced by the amount of the end plate 7.

<第2実施形態>
図5は、この発明の第2実施形態である永久磁石埋め込み式回転電機の回転子1bの構成を示す断面図である。なお、この図5において前掲図1の各部と対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
Second Embodiment
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration of a rotor 1b of a permanent magnet embedded rotary electric machine according to a second embodiment of the present invention. In FIG. 5, parts corresponding to those shown in FIG. 1 are given the same reference numerals, and explanation thereof is omitted.

本実施形態における回転子1bは、上記第1実施形態(図1)における回転子1に対してその外周側にリング6を追加した構成となっている。このリング6は、中空円筒形状をなし、回転子コア5の外径とほぼ一致する内径を有している。そして、リング6は、その内周を回転子コア5の外周に接触させ、回転子コア5を覆っている。   The rotor 1b in the present embodiment has a configuration in which a ring 6 is added to the outer peripheral side of the rotor 1 in the first embodiment (FIG. 1). The ring 6 has a hollow cylindrical shape, and has an inner diameter that substantially matches the outer diameter of the rotor core 5. The ring 6 has its inner periphery in contact with the outer periphery of the rotor core 5 and covers the rotor core 5.

本実施形態によれば、上記第1実施形態と同様、スロット2を回転子コア5の外周に連通させる切り欠き部10に非磁性材からなる補充部材4を充填したので、上記第1実施形態と同様な効果が得られる。また、本実施形態によれば、さらにリング6により回転子コア5の外周を覆ったので、上記第1実施形態に比べて、さらに回転子1の外周表面の凹凸を少なくし、風損を低減することができ、より真円回転子の風損に近づけることができる。   According to the present embodiment, as in the first embodiment, the notch 10 that communicates the slot 2 with the outer periphery of the rotor core 5 is filled with the replenishment member 4 made of a nonmagnetic material. The same effect can be obtained. Further, according to the present embodiment, since the outer periphery of the rotor core 5 is further covered by the ring 6, the unevenness on the outer peripheral surface of the rotor 1 is further reduced and windage loss is reduced as compared with the first embodiment. Can be made closer to the windage loss of a perfect circular rotor.

以上、この発明の第1および第2実施形態について説明したが、この発明には他にも実施形態が考えられる。例えば次の通りである。   Although the first and second embodiments of the present invention have been described above, other embodiments are conceivable for the present invention. For example:

上記第1実施形態では、回転子1の断面が真円状になるように切り欠き部10への補充部材4の充填を行ったが、回転子1の断面が真円状になる分量よりも少ない分量の補充部材4を切り欠き部10に充填し、または当該分量よりも多い分量の補充部材4を切り欠き部10に充填してもよい。この態様においても、補充部材4を全く充填しない従来の回転子1cに比べると、風損の減少が望め、永久磁石埋め込み式回転電機の出力トルクの増大が望める。   In the first embodiment, the notch 10 is filled with the replenishing member 4 so that the cross section of the rotor 1 becomes a perfect circle, but the amount of the cross section of the rotor 1 becomes a perfect circle. A small amount of the replenishment member 4 may be filled in the notch 10, or a larger amount of the replenishment member 4 may be filled in the notch 10. Also in this aspect, the windage loss can be reduced and the output torque of the permanent magnet embedded rotary electric machine can be increased as compared with the conventional rotor 1c in which the replenishment member 4 is not filled at all.

1,1b,1c,1d……回転子、1a……突極型回転子、2……スロット、3……永久磁石、4……補充部材、5,5b,5c,5d……回転子コア、5a……突極型回転子コア、6……リング、7……端板、8……シャフト、9……センタブリッジ、10……切り欠き部、11……固定子、12……固定子コア、13……コイル、14……サイドブリッジ、15a……回転軸中心、16a……突極部、R……回転子半径、H……突極部径方向長さ、K……風損増分割合。
1, 1b, 1c, 1d ... Rotor, 1a ... Salient pole type rotor, 2 ... Slot, 3 ... Permanent magnet, 4 ... Replenishing member, 5, 5b, 5c, 5d ... Rotor core 5a ... salient pole type rotor core, 6 ... ring, 7 ... end plate, 8 ... shaft, 9 ... center bridge, 10 ... notch, 11 ... stator, 12 ... fixed Child core, 13 ... Coil, 14 ... Side bridge, 15a ... Center of rotation axis, 16a ... Salient pole, R ... Rotor radius, H ... Radial length of salient pole, K ... Wind Loss increment percentage.

Claims (3)

回転軸方向に貫通するスロットを1極当たり2個ずつ回転子の周方向に複数極分形成し、各スロットに永久磁石を埋め込んでなり、
前記回転子は、各極の2個のスロットにおいて隣の極の側の端部を前記回転子の外周に連通させる切り欠き部を有し、前記切り欠き部に非磁性材からなる補充部材を充填してなることを特徴とする永久磁石埋め込み式回転電機。
Two slots per pole are formed in the circumferential direction of the rotor, and two slots per pole are formed in the circumferential direction, and permanent magnets are embedded in each slot.
The rotor has a notch for communicating the end of the adjacent pole in two slots of each pole with the outer periphery of the rotor, and a replenishing member made of a nonmagnetic material is provided in the notch. A permanent magnet embedded rotary electric machine characterized by being filled.
前記回転子の外周に内周が接触した非磁性材のリングを具備することを特徴とする請求項1に記載の永久磁石埋め込み式回転電機。   2. The permanent magnet embedded rotating electric machine according to claim 1, further comprising a ring made of a nonmagnetic material having an inner periphery in contact with an outer periphery of the rotor. 前記補充部材が前記永久磁石を前記スロット内に固定し、前記永久磁石が前記スロットから回転軸方向に脱落するのを防止することを特徴とする請求項1または2に記載の永久磁石埋め込み式回転電機。
3. The permanent magnet embedded rotation according to claim 1, wherein the replenishing member fixes the permanent magnet in the slot and prevents the permanent magnet from falling off from the slot in the rotation axis direction. Electric.
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