JP2007151321A - 回転電機のロータ - Google Patents

Abstract

【課題】ロータに装着する永久磁石の回転軸方向における保持の信頼性を高めた回転電機のロータを提供する。
【解決手段】円環状に形成され周方向に沿って複数箇所の磁石装着部を有するロータコア、及び各磁石装着部に配置された複数の永久磁石を備えた回転電気のロータにおいて、各磁石装着部１４は、永久磁石１２を配置する際に永久磁石１２を挿入する方向に対しアンダーカット部１３ａを有する開口を備え、永久磁石１２は、周方向に沿って複数に分割した、周方向幅がアンダーカット部１３ａの周方向突出幅より狭くなく挿入方向において挿入幅が変化しない矩形状に形成された分割磁石片１６と、磁石装着部１４の平面形状から分割磁石片１６を除いた形状に、且つ、開口から磁石装着部１４へ挿入可能に周方向幅が開口より広くなく形成されている、２個の分割磁石片１５，１７とからなる。
【選択図】図１

Description

この発明は、回転電機のロータに関し、特に、ロータコアの磁石装着部がアンダーカット構造を有する回転電機のロータに関する。

従来、固定子と回転子の対向面が、回転軸の中心軸方向に対し垂直に配置されているアキシャルギャップ型モータが知られている。このようなアキシャルギャップ型モータとして、例えば、帯状の電磁鋼板をロール状に巻き込んで積層体を形成し、形成した積層体に永久磁石を設けた「アキシャルギャップ型モータのロータ及びその製造方法」（特許文献１参照）、或いは、ステータの磁極とロータの永久磁石を回転軸に平行な向きに対向配置した「アキシャル型永久磁石モータ」（特許文献２参照）がある。
特開２００５−１６８１２４号公報 特開２００５−９４９５５号公報

しかしながら、従来のアキシャルギャップ型モータにおいては、ロータに装着されている永久磁石の回転軸方向における保持の信頼性を向上することが求められている。永久磁石の固定方法としては、接着剤を用いて永久磁石をロータコアに接着するのが一般的であるが、接着剤の耐熱性及び信頼性を確保するのが困難であった。そのため、永久磁石の回転軸方向における保持の信頼性が十分ではなかった。
この発明の目的は、ロータに装着する永久磁石の回転軸方向における保持の信頼性を高めた回転電機のロータを提供することである。

上記目的を達成するため、この発明に係る回転電機のロータは、円環状に形成され周方向に沿って複数箇所の磁石装着部を有するロータコア、及び前記各磁石装着部に配置された複数の永久磁石を備えた回転電気のロータにおいて、前記各磁石装着部は、前記永久磁石を配置する際に前記永久磁石を挿入する方向に対しアンダーカット部を有する開口を備え、前記永久磁石は、周方向に沿って複数に分割した、周方向幅が前記アンダーカット部の周方向突出幅より狭くなく挿入方向において挿入幅が変化しない矩形状に形成された第１分割磁石片と、前記磁石装着部の平面形状から前記第１分割磁石片を除いた形状に、且つ、前記開口から前記磁石装着部へ挿入可能に周方向幅が前記開口より広くなく形成されている、少なくとも１個の第２分割磁石片とからなることを特徴としている。

この発明によれば、円環状に形成され周方向に沿って複数箇所の磁石装着部を有するロータコア、及び各磁石装着部に配置された複数の永久磁石を備えた回転電気のロータは、各磁石装着部が、永久磁石を配置する際に永久磁石を挿入する方向に対しアンダーカット部を有する開口を備えており、永久磁石が、周方向に沿って複数に分割した、周方向幅がアンダーカット部の周方向突出幅より狭くなく挿入方向において挿入幅が変化しない矩形状に形成された第１分割磁石片と、磁石装着部の平面形状から第１分割磁石片を除いた形状に、且つ、開口から磁石装着部へ挿入可能に周方向幅が開口より広くなく形成されている、少なくとも１個の第２分割磁石片とから構成される。この結果、ロータに装着する永久磁石の回転軸方向における保持の信頼性を高めることができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
図１は、この発明の一実施の形態に係る回転電機のロータの内周側端面における部分説明図である。図１に示すように、回転電機のロータ１０は、ロータコア１１と、ロータコア１１に装着された複数の永久磁石１２とを有している。この回転電機は、例えば、ステータ（図示しない）とロータ１０の対向面が、回転軸の中心軸方向に対して垂直に配置されているアキシャルギャップ型のモータである。

ロータコア１１は、円盤の中心が開口する円環状に形成されており、バックヨーク部１１ａに、ロータ周方向を略等間隔で複数箇所に分割すると共にロータコア内外周に達する、複数の壁部１３が突設されている。壁部１３は、ロータ周方向両側上端がロータ周方向に突出して、回転軸方向アンダーカット形状となるアンダーカット部１３ａ（図１参照）を有している。各壁部１３の間には、永久磁石１２をそれぞれ装着するための複数の磁石装着凹部（磁石装着部）１４が形成されている。磁石装着凹部１４は、平面形状が、ロータコア内周よりロータコア外周の方が長い扇形状を有し、エアギャップ面側に開口すると共に、アンダーカット部１３ａによって凹部内部より開口側が狭くなっている。

この回転軸方向にアンダーカット形状を有するロータコア１１は、例えば、予め磁石装着凹部１４のロータ周方向断面形状をプレスにより打ち抜いた帯状の薄板電磁鋼板を、ロータ径方向に積層した積層コアにより、形成することができる。また、焼結や圧粉成形や金属ガラス成形等によっても、同様のアンダーカット形状を有するロータコアを形成することができる。

各永久磁石１２は、ロータ周方向に沿って３分割した３個の分割磁石片１５，１６，１７からなり、磁石装着凹部１４に、３個が隙間無く、且つ、表面がロータコア表面と面一となる埋設状態に装着される。中央に配置する分割磁石片（第１分割磁石片）１６は、アンダーカット部１３ａのロータ周方向突出幅ａより狭くないロータ周方向幅を有すると共に、磁石装着凹部１４への挿入方向において挿入幅が変化しないロータ周方向幅が内周側（回転軸側）と外周側で等しい矩形状に形成されている。

分割磁石片１６の両側に配置する分割磁石片（第２分割磁石片）１５，１７は、磁石装着凹部１４の平面形状から分割磁石片１６を除いた扇形状をロータ周方向で二分して形成されていると共に、ロータ周方向外側の上部が、アンダーカット部１３ａに合わせた傾斜辺１５ａ，１７ａにより形成されている（図１参照）。
従って、磁石装着凹部１４に２個の分割磁石片１５，１７のみを装着した場合、磁石装着凹部１４には、ロータ周方向に、分割磁石片１６を挿入することができる、少なくとも分割磁石片１６のロータ周方向幅分の隙間ができる。

図２は、図１のロータコアとロータコアに装着される永久磁石を示し、（ａ）は外周壁を有するロータコアの斜視説明図、（ｂ）は内外周壁を有するロータコアの斜視説明図である。図２（ａ）に示すように、ロータコア１１は、外周の全域を覆い壁部１３と同一高さとなる外周壁１８を有している。従って、磁石装着凹部１４は、外周側が外周壁１８により閉じられ、回転軸と直交するエアギャップ側と共に内周側が開放されている。

このロータコア１１に、永久磁石１２を装着する場合、先ず、３個の分割磁石片１５，１６，１７の内の分割磁石片１５と分割磁石片１７を、エアギャップ側から磁石装着凹部１４内に配置し、各傾斜辺１５ａ，１７ａがそれぞれアンダーカット部１３ａに位置するように、各分割磁石片１５，１７を磁石装着凹部１４のロータ周方向両側の各内面（即ち、壁部１３側面）にそれぞれ接触させる。これにより、磁石装着凹部１４内の両分割磁石片１５，１７のロータ周方向間には、分割磁石片１６を挿入することができる隙間があく。

次に、両分割磁石片１５，１７の間に、分割磁石片１６をエアギャップ側或いは内周側から挿入する。分割磁石片１６を挿入することにより、磁石装着凹部１４に、３個の分割磁石片１５，１６，１７が隙間無く埋設状態に装着されることになる。
このように、分割磁石片１５，１６，１７により、扇形状を有し内周側より幅広の外周側が外周壁１８により閉じられ、且つ、アンダーカット部１３ａにより開口面が凹部内部より狭くなっている、磁石装着凹部１４に、永久磁石１２を、隙間無くロータ表面に面一となる埋設状態に装着することができる。

その上、磁石装着凹部１４に装着された永久磁石１２は、永久磁石１２が電磁力によって回転軸方向に外力を受けた場合にも、両分割磁石片１５，１７のエアギャップ側がアンダーカット部１３ａにより押さえ付けられていて、磁石装着凹部１４から抜け出てしまうことが無く、また、分割磁石片１６には回転軸方向への吸引力がロータ周方向両側から挟持する方向に作用するため、分割磁石片１６が抜け出てしまうことも無い。
つまり、磁石装着部に、複数の分割磁石片を順番に挿入配置することで、各分割磁石片は形状的に保持することができるので、ただ単に接着固定する場合に比較し、保持の信頼性を高めることができる。

また、図２（ｂ）に示すように、ロータコア１１が、外周壁１８に加え、内周の全域を覆い壁部１３と同一高さとなる内周壁１９を有しており、磁石装着凹部１４の外周側が外周壁１８により内周側が内周壁１９によりそれぞれ閉じられて、エアギャップ側のみが開放されている場合も、３個の分割磁石片１５，１６，１７からなる永久磁石１２であれば、隙間無くロータ表面に面一となる埋設状態に装着することができる。分割磁石片１６は、エアギャップ側から挿入する。そして、この場合も、外周壁１８のみの場合（図２（ａ）参照）と同様の作用を有し、同様の効果を得ることができる。

図３は、図１の各分割磁石片の配置方法を示し、（ａ）は配向が同一の場合のロータの内周側端面における部分説明図、（ｂ）は配向が異なる場合のロータの内周側端面における部分説明図である。図３に示すように、３個の分割磁石片１５，１６，１７は、全ての配向が回転軸方向に沿って同一になるように配置（（ａ）参照）する他、３個の分割磁石片１５，１６，１７を、それぞれ配向が異なるように配置（（ｂ）参照）しても良い。配向を異ならせる場合は、磁路が形成される方向に沿って配置（（ｂ）参照）する。

このように、３個の分割磁石片１５，１６，１７を、配向を異ならせて配置することで、トルク性能を向上させつつ、磁石保持強度を確保することができる。また、３個の分割磁石片１５，１６，１７の接合面に絶縁処理を施し、或いは最後に挿入して中央に配置する分割磁石片１６を絶縁体により形成することで、永久磁石１２に生じる渦電流損失を低減することができる。

図４は、図１の永久磁石の他の例を示す、図１と同様の部分説明図である。図４に示すように、ロータコア１１の磁石装着凹部１４が、外周壁１８を有し、エアギャップ側と共に内周側が開放されている（図２（ａ）参照）場合は、永久磁石１２を構成する３個の分割磁石片１５，１６，１７の内の中央に配置する分割磁石片１６を、上端より下端の方がコア周方向幅が広く三角形状断面となるテーパ形状を有する分割磁石片１６ａとしても良い。この場合、２個の分割磁石片１５，１７は、分割磁石片１６ａとの接触面を分割磁石片１６ａに対応する傾斜面により形成し、分割磁石片１６ａは、内周側から挿入する。これにより、永久磁石１２が電磁力によって回転軸方向に外力を受けた場合の、磁石装着凹部１４からの分割磁石片１６ａの抜け出しを、より困難にすることができる。

図５は、ロータコアとロータコアに装着される永久磁石の他の例を示し、（ａ）は磁石装着穴部を有するロータコアの斜視図、（ｂ）は磁石装着穴部に装着される永久磁石を図２（ａ）のロータコアに対応させた説明図である。図５に示すように、ロータコア２０は、磁石装着凹部１４に代えて、磁石装着凹部１４の外周側を閉じる外周壁１８及びエアギャップ側を塞ぐ蓋部２０ａと、アンダーカット部１３ａを有していない壁部１３と、バックヨーク部１１ａにより形成された、内周側のみを開放する溝状の磁石装着穴部（磁石装着部）２１を有している。また、永久磁石２２は、ロータ周方向に沿って２分割した分割磁石片（第１分割磁石片）２３と分割磁石片（第２分割磁石片）２４の２個からなる。その他の構成及び作用は、ロータコア１１及び永久磁石１２と同様である。

即ち、このロータは、ＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）構造であり、磁石装着穴部２１は、平面形状が扇形を有し、内周側にのみ開口２１ａを有している（（ａ）参照）。即ち、磁石装着穴部２１の平面形状は、ロータ周方向の一方の辺に対して他方の辺はロータ径方向に沿って傾斜しており、内周側の開口２１ａに対しロータ径方向アンダーカット形状となるアンダーカット部を有する（（ｂ）参照）ことになる。

また、２個の分割磁石片２３，２４の内の一方の分割磁石片２３は、ロータ周方向幅が、開口２１ａより広くなく、磁石装着穴部２１への挿入方向において挿入幅が変化しない内周側と外周側で等しい矩形状に形成され、他方の分割磁石片２４は、磁石装着穴部２１の平面形状から分割磁石片２３を除いた扇形状に形成されている。そして、扇形状の分割磁石片２４は、開口２１ａから磁石装着穴部２１へ挿入可能に、外周側端辺のロータ周方向幅が、開口２１ａより広くなく形成されている（（ｂ）参照）。

このロータコア２０に、永久磁石２２を装着する場合、先ず、２個の分割磁石片２３，２４の内の分割磁石片２４を、開口２１ａから外周側端辺を先にして挿入し、磁石装着穴部２１に格納する。磁石装着穴部２１に格納した分割磁石片２４は、分割磁石片２３と接触しない側の辺を磁石装着穴部２１のロータ周方向側の内面（即ち、壁部１３側面）に接触させる。これにより、磁石装着穴部２１内には、分割磁石片２３を挿入することができる隙間があく。

次に、分割磁石片２４を格納した後の磁石装着穴部２１の隙間に、開口２１ａから分割磁石片２３を挿入する。分割磁石片２３を挿入することにより、分割磁石片２３，２４の内周側端辺がロータコア２０の内周に一致した状態で、磁石装着穴部２１に、２個の分割磁石片２３，２４が隙間無く埋設状態に装着されることになる。
なお、分割磁石片２３，２４からなる永久磁石２２は、ロータコア２０の磁石装着凹部１４にも、磁石装着穴部２１と同様に、挿入配置することができる。この場合、分割磁石片２３，２４のロータ周方向外側の上部にも、アンダーカット部１３ａに合わせた傾斜辺１５ａ，１７ａを形成する。

このように、磁石装着穴部２１に、２個の分割磁石片２３，２４からなる永久磁石２２を、隙間無く埋設状態に装着することができ、その上、磁石装着穴部２１に格納状態に装着された永久磁石２２は、永久磁石２２が電磁力によって回転軸方向に外力を受けた場合にも、磁石装着穴部２１から抜け出てしまうことが無い。
なお、永久磁石２２の分割数は、２個に限らず、少なくとも１個の分割磁石片が、ロータ周方向幅が内周側と外周側で等しい矩形状に形成され、他の分割磁石片が、開口（内周側開口）２１ａから磁石装着穴部２１へ挿入可能に形成されていれば、３個以上でも良い。

上述したように、この発明に係る回転電機のロータは、円環状に形成され周方向に沿って複数箇所の磁石装着部を有するロータコア、及び前記各磁石装着部に配置された複数の永久磁石を備えた回転電気のロータにおいて、前記各磁石装着部は、前記永久磁石を配置する際に前記永久磁石を挿入する方向に対しアンダーカット部を有する開口を備え、前記永久磁石は、周方向に沿って複数に分割した、周方向幅が前記アンダーカット部の周方向突出幅より狭くなく挿入方向において挿入幅が変化しない矩形状に形成された第１分割磁石片と、前記磁石装着部の平面形状から前記第１分割磁石片を除いた形状に、且つ、前記開口から前記磁石装着部へ挿入可能に周方向幅が前記開口より広くなく形成されている、少なくとも１個の第２分割磁石片とからなることを特徴としている。

これにより、磁石装着部に、複数の分割磁石片を順番に挿入配置することで、各分割磁石片は形状的に保持することができるので、ただ単に接着固定する場合に比較し、保持の信頼性を高めることができる。
また、前記開口は、回転軸側及び前記回転軸と直交するエアギャップ側に設けられ、前記第１分割磁石片は、磁石配置時、最後に挿入して中央に配置される１個からなり、前記第２分割磁石片は、前記第１分割磁石片を挟み込んで両側に配置される２個からなることを特徴としている。これにより、先に、アンダーカット部に配置される磁石片（第２分割磁石片）の組を挿入し、最後に、その磁石片の組を磁石幅方向に保持する磁石小片（第１分割磁石片）を挿入するので、磁石がエアギャップ方向に荷重を受けると、アンダーカット部に位置する磁石片が磁石小片を挟持し、簡易、且つ、高強度に磁石を保持することができる。

また、前記磁石装着部の回転軸側にのみ前記開口を有し、前記第１分割磁石片は、磁石配置時、最後に挿入する１個からなり、前記第２分割磁石片は、前記第１分割磁石片に隣接して配置される１個からなることを特徴としている。これにより、アキシャルギャップ型でＩＰＭ形状のロータ構造で、磁石幅よりも小さい幅の内周側の開口から、磁石を分割挿入するので、より強固に磁石を保持することができる。
また、前記第１分割磁石片及び前記第２分割磁石片は、配向を異ならせて配置されていることを特徴としている。これにより、分割した磁石の固定手段（第１分割磁石片）と、トルク特性の優れたハルバッハ配列を兼ねることができる。
また、前記第１分割磁石片及び前記第２分割磁石片は、磁石接触面に絶縁処理を施していることを特徴としている。これにより、分割した磁石の間が絶縁されるので、固定手段（第１分割磁石片）によって２次的に磁石に生じる渦電流損失を低減することができる。

このように、この発明によれば、円環状に形成され周方向に沿って複数箇所の磁石装着部を有するロータコア、及び各磁石装着部に配置された複数の永久磁石を備えた回転電気のロータは、各磁石装着部が、永久磁石を配置する際に永久磁石を挿入する方向に対しアンダーカット部を有する開口を備えており、永久磁石が、周方向に沿って複数に分割した、周方向幅がアンダーカット部の周方向突出幅より狭くなく挿入方向において挿入幅が変化しない矩形状に形成された第１分割磁石片と、磁石装着部の平面形状から第１分割磁石片を除いた形状に、且つ、開口から磁石装着部へ挿入可能に周方向幅が開口より広くなく形成されている、少なくとも１個の第２分割磁石片とから構成されるので、ロータに装着する永久磁石の回転軸方向における保持の信頼性を高めることができる。

この発明の一実施の形態に係る回転電機のロータの内周側端面における部分説明図である。 図１のロータコアとロータコアに装着される永久磁石を示し、（ａ）は外周壁を有するロータコアの斜視説明図、（ｂ）は内外周壁を有するロータコアの斜視説明図である。 図１の各分割磁石片の配置方法を示し、（ａ）は配向が同一の場合のロータの内周側端面における部分説明図、（ｂ）は配向が異なる場合のロータの内周側端面における部分説明図である。 図１の永久磁石の他の例を示す、図１と同様の部分説明図である。 ロータコアとロータコアに装着される永久磁石の他の例を示し、（ａ）は磁石装着穴部を有するロータコアの斜視図、（ｂ）は磁石装着穴部に装着される永久磁石を図２（ａ）のロータコアに対応させた説明図である。

符号の説明

１０ ロータ
１１，２０ ロータコア
１１ａ バックヨーク部
１２，２２ 永久磁石
１３ 壁部
１３ａ アンダーカット部
１４ 磁石装着凹部
１５，１６，１６ａ，１７，２３，２４ 分割磁石片
１５ａ，１７ａ 傾斜辺
１８ 外周壁
１９ 内周壁
２０ａ 蓋部
２１ 磁石装着穴部
２１ａ 開口
ａ ロータ周方向突出幅

Claims (5)

1. 円環状に形成され周方向に沿って複数箇所の磁石装着部を有するロータコア、及び前記各磁石装着部に配置された複数の永久磁石を備えた回転電気のロータにおいて、
   前記各磁石装着部は、前記永久磁石を配置する際に前記永久磁石を挿入する方向に対しアンダーカット部を有する開口を備え、
   前記永久磁石は、周方向に沿って複数に分割した、周方向幅が前記アンダーカット部の周方向突出幅より狭くなく挿入方向において挿入幅が変化しない矩形状に形成された第１分割磁石片と、前記磁石装着部の平面形状から前記第１分割磁石片を除いた形状に、且つ、前記開口から前記磁石装着部へ挿入可能に周方向幅が前記開口より広くなく形成されている、少なくとも１個の第２分割磁石片と
   からなることを特徴とする回転電機のロータ。
2. 前記開口は、回転軸側及び前記回転軸と直交するエアギャップ側に設けられ、前記第１分割磁石片は、磁石配置時、最後に挿入して中央に配置される１個からなり、前記第２分割磁石片は、前記第１分割磁石片を挟み込んで両側に配置される２個からなることを特徴とする請求項１記載の回転電機のロータ。
3. 前記磁石装着部の回転軸側にのみ前記開口を有し、前記第１分割磁石片は、磁石配置時、最後に挿入する１個からなり、前記第２分割磁石片は、前記第１分割磁石片に隣接して配置される１個からなることを特徴とする請求項１記載の回転電機のロータ。
4. 前記第１分割磁石片及び前記第２分割磁石片は、配向を異ならせて配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の回転電機のロータ。
5. 前記第１分割磁石片及び前記第２分割磁石片は、磁石接触面に絶縁処理を施していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転電機のロータ。

Images