JP2007336671A - 永久磁石回転電機の回転子 - Google Patents

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Abstract

【課題】回転子鉄心の外径寸法を大きくすることなく、鉄ブリッジ部を通る永久磁石の漏れ磁束を低減し、高速回転化、高トルク化を図る。
【解決手段】永久磁石回転電機の回転子11は、電磁鋼板を積層した積層体または磁性材料の塊状体により形成された回転子鉄心12に、周方向に間隔をおいて複数個のスロット12aを形成し、各スロット12aに永久磁石14を挿入して構成されている。回転子鉄心12の各スロット12aには、凸部12eが形成され、また永久磁石14には、凸部12eに嵌合する凹部14aが形成されて嵌合部が構成されている。この嵌合部により永久磁石14が回転子鉄心12に強固に保持されるので、回転子鉄心12は、鉄ブリッジ部12cの幅寸法を小さくできる。
【選択図】図1

Description

本発明は、永久磁石を回転子鉄心内に挿入して構成した永久磁石回転電機の回転子に関するものである。
永久磁石回転電機である永久磁石界磁同期機は、高速回転化、高トルク化が可能であり、車両用、家電用、工作機械用などの様々な製品に多用されている。永久磁石回転電機の回転子鉄心は、けい素鋼板等の電磁材料を積層して形成した積層体や、軟磁性材料である純鉄や電磁軟鉄等の電磁材料によって単一体として形成された塊状体などの形態があり、この回転子鉄心に回転軸を焼き嵌めにより取り付けたり、あるいは回転子鉄心と回転軸とを削り出しや叩き出し等により一体に成形したりして構成されている。また回転子鉄心には、複数個のスロットが形成され、この各スロット内に磁極を構成する永久磁石が挿入されている。
図6は従来の永久磁石回転電機の回転子を示す横断面図である。永久磁石回転電機の回転子1は、主要構成要素として回転子鉄心2、回転子軸3および永久磁石4を備えている。回転子鉄心2には、横断面長方形の複数個のスロット2aが周方向に間隔をおいて形成されており、各スロット2aに横断面長方形の永久磁石4が挿入されて埋め込まれた状態に保持されている。回転子軸3は、回転子鉄心2の軸中心に形成された円形の嵌合孔2bに焼き嵌め等の手段により挿入されて一体に取り付けられている。
このような構造の永久磁石回転電機の回転子は、たとえば特許文献1に記載されている。
特開2001−339919号公報
ところで、上記のような永久磁石回転電機の回転子1においては、永久磁石4を回転子鉄心2内に保持して高速回転させるために、回転子鉄心2に所定の機械的強度を確保する必要がある。特に永久磁石4と回転子鉄心2の外周縁との間に位置する鉄ブリッジ部2cは、他の部分に比して幅寸法が小さいので、遠心力が作用する永久磁石4を保持するためには、この部分の幅寸法を大きくして機械的強度を高める必要がある。しかしながら、鉄ブリッジ部2cの幅寸法を大きくすると、回転子鉄心2の外径寸法が必然的に大きくなり、また鉄ブリッジ部2cを通る永久磁石4の漏れ磁束が増大して永久磁石回転電機のトルク低下を生じる問題がある。
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、回転子鉄心の外径寸法を大きくすることなく、鉄ブリッジ部を通る永久磁石の漏れ磁束を低減することができて高速回転化、高トルク化を図ることが可能な永久磁石回転電機の回転子を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明による永久磁石回転電機の回転子においては、回転子鉄心に周方向に間隔をおいて複数個のスロットを形成し、各スロットに永久磁石を挿入して構成した永久磁石回転電機の回転子において、前記回転子鉄心のスロットの少なくとも一箇所に凸部を形成するとともに前記永久磁石に凹部を形成して前記凸部および凹部を嵌合して構成したことを特徴とする。
本発明の永久磁石回転電機の回転子によれば、回転子鉄心のスロットに形成した凸部と永久磁石に形成した凹部との嵌合部に遠心力に対する強度を分担させることができる。これにより遠心力に対する鉄ブリッジ部の負担を軽減することができるので、鉄ブリッジ部の幅寸法を大きくする必要がなくなる。これにより、回転子鉄心の外径寸法を小さく抑えることができ、鉄ブリッジ部を通る永久磁石の漏れ磁束を低減することができて高速回転化、高トルク化を図ることが可能となる。
以下、本発明の実施形態を説明する。図1は本発明の第1の実施形態に係る永久磁石回転電機の回転子を示す横断面図である。図1において、11は永久磁石界磁同期機などの永久磁石回転電機の回転子である。この回転子11は、主要構成要素として回転子鉄心12、回転子軸13および永久磁石14を備えている。回転子鉄心12は、たとえばけい素鋼板などの電磁鋼板を積層した円柱状の積層体で構成されている。回転子鉄心12の軸中心に形成された嵌合孔12bに、切削加工あるいは研削加工等により形成された回転子軸13が焼き嵌め等の手段により強固に一体的に固定されている。なお、回転子鉄心12は、たとえば磁性材料の塊状体であってもよい。
また回転子鉄心12には、横断面V字状をなす複数個のスロット12aが周方向に間隔をおいて、たとえば4個形成されている。複数個のスロット12a間には所定の磁気路12dが形成されている。V字状のスロット12aの各長辺部には、それぞれ横断面長方形を有する永久磁石14が挿入されている。この永久磁石14は、たとえば希土類磁石あるいはフェライト磁石により形成されている。
各V字状のスロット12aの回転子軸13側に位置する屈曲部には、各長辺部に向けて突出する2個の凸部12eが形成されている。永久磁石14の回転子軸13側に位置する短辺側には、V字状のスロット12aの屈曲部に設けられた凸部12eに嵌合する凹部14aが形成されており、永久磁石14はこの凹部14aが回転子鉄心12の凸部12eと嵌合するようにスロット12a内に挿入されて位置決めされた状態に保持されている。また回転子鉄心12のスロット12aの屈曲部には、2個の永久磁石14の短辺間に位置して透磁率の低い空隙部12fが形成されている。
このように構成された永久磁石回転電機の回転子11は、回転中に発生する遠心力に対する強度を、鉄ブリッジ部12cのみならず、回転子鉄心12の凸部12eおよび永久磁石14の凹部14aによる嵌合部で分担して永久磁石14を強固に保持することができる。これにより鉄ブリッジ部12cの機械的強度を大きくする必要がなくなり、幅寸法を小さくできるので、回転子鉄心12の外径寸法を大きくする必要がなくなる。また従来のように鉄ブリッジ部だけでは機械的強度が足りず、V字状のスロットの屈曲部を鉄で繋いで分離したスロットとして構成する必要もなく、V字状のスロット12aの屈曲部に漏れ磁束の通り難い空隙部12fを形成した状態で永久磁石14を保持することができる。
このようにして鉄ブリッジ部12cを狭くすることができることにより、また、回転子鉄心12のスロット12aの屈曲部に空隙部12fを設けることができることにより、鉄ブリッジ部12cやV字状のスロット12aの屈曲部を通る漏れ磁束が低減できて永久磁石回転電機の高速回転化、高トルク化を図ることができる。
図2は本発明の第2の実施形態に係る永久磁石回転電機の回転子を示す横断面図である。本実施形態が第1の実施形態と異なる点は、回転子鉄心22の凸部22eと永久磁石24の凹部24aとの嵌合部を、V字状のスロット22aの外周側に位置する各先端部に設けたところにある。回転子鉄心22の各V字状スロット22aの先端部には、回転子軸中心方向に突出する凸部22eをそれぞれ形成し、各永久磁石24の外周側に位置する短辺側には、凸部22eに嵌合する凹部24aを形成し、V字状スロット22aの屈曲部には2個の永久磁石24の短辺間に位置する空隙部22fを形成している。
このように構成された永久磁石回転電機の回転子21においても、回転中に発生する遠心力に対する強度を、鉄ブリッジ部22cのみならず、回転子鉄心22の凸部22eおよび永久磁石24の凹部22aによる嵌合部で分担して永久磁石24を強固に保持することができる。これにより、第1の実施形態と同様に、鉄ブリッジ部22cの幅寸法を小さくでき、回転子鉄心22の外径寸法を大きくする必要がなくなる。またV字状のスロット22aの屈曲部に空隙部22fを形成した状態で永久磁石24を保持することができ、鉄ブリッジ部22cや空隙部22fの漏れ磁束が低減できる。
なお、本実施形態と第1の実施形態とを組み合わせて構成することもできる。
図3は本発明の第3の実施形態に係る永久磁石回転電機の回転子を示す横断面図である。
本実施形態が第1の実施形態と異なる点は、回転子鉄心32の凸部32eと永久磁石34の凹部34aとの嵌合部をV字状のスロット32aの長辺部に設けたところにある。回転子鉄心32の各V字状スロット32aの長辺部には、周方向に突出する凸部32eを、対向する面のそれぞれに形成し、各永久磁石34の長辺側には、凸部32eに嵌合する凹部34aをそれぞれ形成し、V字状スロット32aの屈曲部には2個の永久磁石34の短辺間に位置する台形状の空隙部32fを形成している。
このように構成された永久磁石回転電機の回転子31においても、回転中に発生する遠心力に対する強度を、鉄ブリッジ部32cのみならず、回転子鉄心32の凸部32eおよび永久磁石34の凹部32aによる嵌合部で分担して永久磁石34を強固に保持することができる。
これにより、第1の実施形態と同様に、鉄ブリッジ部32cの幅寸法を小さくでき、回転子鉄心32の外径寸法を大きくする必要がなくなる。またV字状のスロット32aの屈曲部に空隙部32fを形成した状態で永久磁石34を保持することができ、鉄ブリッジ部32cや空隙部32fの漏れ磁束が低減できる。
図4は本発明の第4の実施形態に係る永久磁石回転電機の回転子を示す横断面図である。本実施形態が第1の実施形態と異なる点は、回転子鉄心42に形成されたスロット42aを横断面略長方形に形成して周方向に間隔をおいて複数個(実施形態では4個)設け、この各スロット42a内にそれぞれ横断面長方形を有する永久磁石44を挿入したところにある。スロット42aの両短辺側には、それぞれ凸部42eを形成し、永久磁石44の両短辺側にそれぞれ凸部42eに嵌合する凹部44aを形成する。
このように構成された永久磁石回転電機の回転子41においても、回転中に発生する遠心力に対する強度を、鉄ブリッジ部42cのみならず、回転子鉄心42の凸部42eおよび永久磁石44の凹部44aによる嵌合部で分担して永久磁石44を強固に保持することができる。これにより、第1の実施形態と同様に、鉄ブリッジ部42cの幅寸法を小さくでき、回転子鉄心42の外径寸法を小さくすることができる。また、鉄ブリッジ部42cの漏れ磁束が低減できて永久磁石回転電機の高速回転化、高トルク化を図ることができる。
図5(a)ないし(c)は本発明の永久磁石回転電機の回転子における回転子鉄心と永久磁石との嵌合部の異なる実施形態を示す要部拡大横断面図である。上記各実施形態における回転子鉄心の凸部と永久磁石の凹部との嵌合部は、たとえば図5(a)に示すように半円状の凸部12eおよび凹部14aで構成した場合について説明したが、同図(b)に示すように三角形の凸部12eおよび凹部14aや同図(c)に示すように矩形の凸部12eおよび凹部14aなど、多角形で構成することもできる。
本発明の第1の実施形態に係る永久磁石回転電機の回転子を示す横断面図である。 本発明の第2の実施形態に係る永久磁石回転電機の回転子を示す横断面図である。 本発明の第3の実施形態に係る永久磁石回転電機の回転子を示す横断面図である。 本発明の第4の実施形態に係る永久磁石回転電機の回転子を示す横断面図である。 (a)ないし(c)は本発明の永久磁石回転電機の回転子における回転子鉄心と永久磁石との嵌合部の異なる実施形態を示す要部拡大横断面図である。 従来の永久磁石回転電機の回転子を示す横断面図である。
符号の説明
1,11,21,31,41…永久磁石回転電機の回転子
2,12,22,32,42…回転子鉄心
2a,12a,22a,32a,42a…スロット
2b,12b…嵌合孔
2c,12c,22c,32c,42c…鉄ブリッジ部
3,13,23,33,43…回転子軸
4,14,24,34,44…永久磁石
12d…磁気路
12e,22e,32e,42e…凸部
12f,22f,32f…空隙部
14a,24a,34a,44a…凹部

Claims (6)

  1. 回転子鉄心に周方向に間隔をおいて複数個のスロットを形成し、各スロットに永久磁石を挿入して構成した永久磁石回転電機の回転子において、
    前記回転子鉄心のスロットの少なくとも一箇所に凸部を形成するとともに前記永久磁石に凹部を形成して前記凸部および凹部を嵌合して構成したことを特徴とする永久磁石回転電機の回転子。
  2. 前記回転子鉄心に形成された各スロットを横断面V字状に形成して、この各V字状のスロット内にそれぞれ横断面長方形を有する2個の永久磁石を挿入し、前記V字状のスロットの回転子軸側に位置する屈曲部に前記凸部を形成し、前記永久磁石の回転子軸側に位置する短辺側に前記凸部に嵌合する凹部を形成し、前記V字状のスロットの屈曲部に前記2個の永久磁石の短辺間に位置する空隙部を形成したことを特徴とする請求項1に記載の永久磁石回転電機の回転子。
  3. 前記回転子鉄心に形成された各スロットを横断面V字状に形成して、この各V字状のスロット内にそれぞれ横断面長方形を有する2個の永久磁石を挿入し、前記V字状のスロットの各先端部にそれぞれ前記凸部を形成し、前記各永久磁石の外周側に位置する短辺側に前記凸部に嵌合する凹部をそれぞれ形成し、前記V字状のスロットの屈曲部に前記2個の永久磁石の短辺間に位置する空隙部を形成したことを特徴とする請求項1または2に記載の永久磁石回転電機の回転子。
  4. 前記回転子鉄心に形成された各スロットを横断面V字状に形成して、この各V字状のスロット内にそれぞれ横断面長方形を有する2個の永久磁石を挿入し、前記V字状のスロットの長辺部にそれぞれ前記凸部を形成し、前記永久磁石の長辺側に前記凸部に嵌合する凹部を形成し、前記V字状のスロットの屈曲部に前記2個の永久磁石の短辺間に位置する空隙部を形成したことを特徴とする請求項1に記載の永久磁石回転電機の回転子。
  5. 前記回転子鉄心に形成された各スロットを横断面長方形に形成して、この各スロット内にそれぞれ横断面長方形を有する永久磁石を挿入し、前記スロットの両短辺側にそれぞれ前記凸部を形成し、前記永久磁石の両短辺側にそれぞれ前記凸部に嵌合する凹部を形成したことを特徴とする請求項1に記載の永久磁石回転電機の回転子。
  6. 前記スロットの凸部および凹部の横断面形状を、半円形または多角形に形成したことを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の永久磁石回転電機の回転子。
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