JP2008118817A - 磁石埋め込み型回転子 - Google Patents

Abstract

【課題】非磁性用孔と空隙部との間の肉薄のブリッジ部の高いコア剛性を保持して空隙部の利用率を改善し、かつ、安価で低磁束密度、低保磁力の磁石の採用を可能にすること。
【解決手段】回転子鉄心は、外周縁部付近に等間隔で複数の第１非磁性部を設けるとともに、これらのうち相隣る２つの第１非磁性部の間に、細溝弧状型第２非磁性部を設けた第１回転子鉄心と、外周縁部付近に等間隔で複数の第１非磁性部を設けるとともに、永久磁石収納孔を設けた第２回転子鉄心と、外周縁部付近に等間隔で複数の第１非磁性部を設けるとともに、これらのうち相隣る２つの第１非磁性部の間に、細溝弧状型第２非磁性部を設けた第３回転子鉄心とを具備する。同一径の回転子鉄心の外周縁部付近に設けた複数の第１非磁性部に、充填材を注入して一体に固定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、民生機器、産業機器などに使用される電動機や発電機において、回転子鉄心に永久磁石を埋め込み構成された磁石埋め込み型回転子に関するものである。

この種の磁石埋め込み型回転子を使用した一般的な電動機は、図７に示すように、固定子１０の内周部に、空隙部１２をもって回転子１１を配置したもので、前記回転子１１は、薄板状の珪素鋼板を多数枚積層した回転子鉄心１９に、４枚の永久磁石１６を略正方形に埋め込み、リベット１８で固定し、中心には、回転軸１３が取り付けられており、また、各永久磁石１６の両端部には磁束短絡防止のための空隙などの非磁性用孔１７が形成されてなるものである。そして、前記各永久磁石１６の外側に面した回転子鉄心１９の部分が突極部２０を構成している。
また、前記固定子１０は、例えば、６個の固定子歯部１４が６０度間隔で形成され、それぞれの固定子歯部１４に３相の固定子巻線１５が巻回されて構成されている。

また、図７のように回転子鉄心に４枚の永久磁石を略正方形に埋め込む形式の外に、１スタック毎の回転子鉄心１９の間に、ドーナッツ状の永久磁石１６を挟着した形式の回転子が知られている（特許文献１）。

このような誘導子歯回転子で積層鋼板を使用した磁石埋め込み型回転子は、非磁性用孔と空隙部との間のブリッジ部を可能な限り狭く構成することを要するなど、鋼板積層時の剛性の問題から積層が制約され、また、固定子に対抗する回転子の面積が少ないため、空隙部の利用率が低かった。
そこで、従来のＩＰＭ回転子では、高磁束密度、高保磁力を有する高価な希土類磁石を採用して減磁対策をし、高出力、高効率を実現していた。
特開２００４−２６０９１８号公報。

図７に示すものは、高価な希土類磁石を使用していたので、コスト高になるという問題があった。
また、非磁性用孔と空隙部との間のブリッジ部を可能な限り狭く構成すると、コア剛性が小さくなり、回転子組立時の作業性が悪く、さらに、運転時の耐遠心力、電磁力に対する強度が十分でないなどの問題があった。
本発明の目的は、誘導子歯回転子の磁路を工夫することにより、高いコア剛性、すなわち、磁石を保持している非磁性用孔と空隙部との間に形成される肉薄のブリッジ部部分の高いコア剛性を保持して空隙部の利用率を改善するとともに、安価で低磁束密度、低保磁力の磁石の採用を可能にすることを目的とするものである。言い換えれば、剛性を落とさずに固定子に対向する回転子の面積を増やすことを目的とする。

本発明による磁石埋め込み型回転子は、回転子鉄心に永久磁石を所定間隔で埋め込んで形成した磁石埋め込み型回転子において、前記回転子鉄心は、第１回転子鉄心、前記永久磁石を有する第２回転子鉄心、第３回転子鉄心を具備し、前記第１回転子鉄心は、外周縁部付近に等間隔で複数の第１非磁性部を設けるとともに、これらのうち相隣る２つの第１非磁性部の間に、細溝弧状型第２非磁性部を設けてなり、第２回転子鉄心は、外周縁部付近に等間隔で複数の第１非磁性部を設けるとともに、永久磁石収納孔を設けてなり、第３回転子鉄心は、外周縁部付近に等間隔で複数の第１非磁性部を設けるとともに、これらのうち相隣る２つの第１非磁性部の間に、細溝弧状型第２非磁性部を設けてなることを特徴とする。

また、第１回転子鉄心、第２回転子鉄心、第３回転子鉄心に設けた複数の第１非磁性部に、充填材を注入して一体に固定するようにしたことを特徴とする。

請求項１記載の発明は、回転子鉄心に永久磁石を所定間隔で埋め込んで形成した磁石埋め込み型回転子において、前記回転子鉄心は、第１回転子鉄心、前記永久磁石を有する第２回転子鉄心、第３回転子鉄心を具備し、前記第１回転子鉄心は、外周縁部付近に等間隔で複数の第１非磁性部を設けるとともに、これらのうち相隣る２つの第１非磁性部の間に、細溝弧状型第２非磁性部を設けてなり、第２回転子鉄心は、外周縁部付近に等間隔で複数の第１非磁性部を設けるとともに、永久磁石収納孔を設けてなり、第３回転子鉄心は、外周縁部付近に等間隔で複数の第１非磁性部を設けるとともに、これらのうち相隣る２つの第１非磁性部の間に、細溝弧状型第２非磁性部を設けたので、第１回転子鉄心、第２回転子鉄心、第３回転子鉄心及び永久磁石の組立時の位置合わせが正確に、かつ、簡単になり組立の自動化が可能になる。

請求項２記載の発明は、第１回転子鉄心、第２回転子鉄心、第３回転子鉄心に設けた複数の第１非磁性部に、充填材を注入して一体に固定するようにしたので、非磁性用孔と空隙部との間のブリッジ部を可能な限り狭く構成しても、充填材で補強され、コア剛性が大きくなり、回転子組立時の作業性がよく、さらに、運転時の耐遠心力、電磁力に対する強度が十分得られる。
また、安価な磁石を使用することができる。

請求項３記載の発明は、回転子鉄心は、第１回転子鉄心、永久磁石を有する第２回転子鉄心、第３回転子鉄心に加え、これらと同一直径の突極部と、これらより小径の小径部を有する第４回転子鉄心を具備したので、使用目的にあった回転子を得ることができる。

請求項４記載の発明は、回転子鉄心は、第１回転子鉄心、永久磁石を有する第２回転子鉄心、第３回転子鉄心をそれぞれ複数枚ずつ重ねて１スタックとした回転子ユニットと、逆向きに積層した回転子ユニットを交互に複数個積層してなり、隣接する回転子ユニットの間に、第４回転子鉄心を設けたので、大出力から小出力まで目的の出力の回転子を得ることができる。

請求項５記載の発明は、回転子鉄心は、第１回転子鉄心、永久磁石を有する第２回転子鉄心、第３回転子鉄心を重ねて１スタックとした回転子ユニットを同一向きに複数個積層してなり、隣接する回転子ユニットの間に、絶縁円盤心を設けたので、第４回転子鉄心に換わる絶縁円盤の構成が簡単で、かつ、回転子ユニット盤を同一向きに積層するので、組立に間違いがない。

請求項６記載の発明は、回転子鉄心は、第１回転子鉄心、永久磁石を有する第２回転子鉄心、第３回転子鉄心をそれぞれ複数枚ずつ重ねて１スタックとした回転子ユニットを円周方向にずらしてスキューを掛けたので、パワーを必要とするか、パワーより低ノイズとするかなど、使用目的に応じた回転子を得ることができる。

本発明は、回転子鉄心に永久磁石を所定間隔で埋め込んで形成した磁石埋め込み型回転子において、前記回転子鉄心は、第１回転子鉄心、前記永久磁石を有する第２回転子鉄心、第３回転子鉄心を具備し、前記第１回転子鉄心は、外周縁部付近に等間隔で複数の第１非磁性部を設けるとともに、これらのうち相隣る２つの第１非磁性部の間に、細溝弧状型第２非磁性部を設けてなり、第２回転子鉄心は、外周縁部付近に等間隔で複数の第１非磁性部を設けるとともに、永久磁石収納孔を設けてなり、第３回転子鉄心は、外周縁部付近に等間隔で複数の第１非磁性部を設けるとともに、これらのうち相隣る２つの第１非磁性部の間に、細溝弧状型第２非磁性部を設けてなる。
前記第１回転子鉄心、第２回転子鉄心、第３回転子鉄心に設けた複数の第１非磁性部に、充填材を注入して一体に固定する。
回転子鉄心は、第１回転子鉄心、永久磁石を有する第２回転子鉄心、第３回転子鉄心に加え、これらと同一直径の突極部と、これらより小径の小径部を有する第４回転子鉄心を具備してもよい。

以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。
図１乃至図３において、回転子１１は、薄板状（具体的には、厚さ０．３５ｍｍ）の珪素鋼板を多数枚積層した回転子鉄心１９と、ドーナッツ状で一側面がＮ極で他側面がＳ局の永久磁石１６と、中心の回転軸１３と、全体を固定的に保持する充填材２３とで構成されている。前記回転子鉄心１９は、高価な希土類磁石を使用することもできるが、本発明では、安価で低磁束密度、低保磁力の磁石の採用を可能にしている。
さらに詳しくは、この回転子鉄心１９は、それぞれ珪素鋼板を所定枚数ずつ積層された半径Ｒ（例えば６０．００ｍｍ）の４種類の第１回転子鉄心１９ａ、永久磁石１６を有する第２回転子鉄心１９ｂ、第３回転子鉄心１９ｃ、第４回転子鉄心１９ｄとで構成され、それぞれを積層することによって１スタックの回転子ユニット２８が構成され、この回転子ユニット２８を目的に応じて複数個積層して１つの磁石埋め込み型回転子が構成されるものである。

前記第１回転子鉄心１９ａは、図１（ａ）及び図２に示すように、中心に軸孔２４が穿設されている。また、外周近くには、具体的には、内径４７ｍｍ、外径５０ｍｍで、凡そ８５度から１８５度までと、凡そ２６５度から５度までに、弧状の細長い第１非磁性部としての非磁性用孔１７ａが形成され、また、これらの非磁性用孔１７ａの外周で９０度、１８０度、２７０度、０度に位置して第２非磁性部としての扇形の非磁性用孔１７ｂが形成されている。この非磁性用孔１７ａと非磁性用孔１７ｂの間及び非磁性用孔１７ｂと外周縁との間のブリッジ部２１は、可能な限り、具体的には、０．５ｍｍ程度に狭く形成して、一方の磁極が他方の磁極へできるだけ影響しないようになっている。

前記第２回転子鉄心１９ｂは、図１（ｂ）及び図２に示すように、外径６０ｍｍ、内径５０ｍｍのドーナッツ状をなし、外周近くに前記第１回転子鉄心１９ａと一致する非磁性用孔１７ｂが４箇所に形成されている。
この第２回転子鉄心１９ｂの内側の永久磁石収納孔２５には、外径が４７ｍｍで、中心に軸孔２４を有する一側面がＮ極で他側面がＳ局の永久磁石１６が収納される。

前記第３回転子鉄心１９ｃは、図１（ｃ）及び図２に示すように、前記第１回転子鉄心１９ａと同様に軸孔２４，非磁性用孔１７ａ，非磁性用孔１７ｂを有するが、非磁性用孔１７ａが前記第１回転子鉄心１９ａよりも凡そ９０度ずれて凡そ３５５度から９５度までと、凡そ１７５度から２６５度までに形成されている。

前記第４回転子鉄心１９ｄは、図１（ｄ）及び図２に示すように、中心に軸孔２４を穿設し、外径が６０ｍｍで、凡そ１０５度から１６５度までと凡そ２８５度から３４５度までの突極部２０を有し、それ以外の小径部２６は、外径が５０ｍｍとなっている。

次に図３に基づき組立を説明すると、第１回転子鉄心１９ａが約２ｍｍ、永久磁石１６を有する第２回転子鉄心１９ｂが約６ｍｍ、第３回転子鉄心１９ｃが約２ｍｍ、第４回転子鉄心１９ｄが約１ｍｍとなるように順次それぞれ積層して１スタックの回転子ユニット２８とし、次に、積層順序を、第４回転子鉄心１９ｄ、第３回転子鉄心１９ｃ、永久磁石１６を有する第２回転子鉄心１９ｂ、第１回転子鉄心１９ａなるように逆に積層して１スタックの回転子ユニット２８とする。このように１スタック毎の回転子ユニット２８に積層順序を逆向きとした複数スタックの回転子ユニット２８を回転軸１３に嵌合固着する。このように積層すると、図３（ａ）に示すように、永久磁石１６は、同一極が向かい合う状態となる。この図３（ａ）に示すように構成された回転子１１の回転子鉄心１９は、その外周面を展開した図３（ｂ）に示すように、Ｎ極とＳ極が９０度間隔で構成される。

回転軸１３に嵌合した後、それぞれの非磁性用孔１７ｂに、ＬＣＢ，ＰＢＳ，ＰＢＴなどの耐熱性、耐冷媒性、強度を有し、成型容易な合成樹脂などの充填材２３を充填して回転子鉄心１９、特にブリッジ部２１に高いコア剛性を持たせる。
非磁性用孔１７ａには、充填材２３を充填したが、充填しなくてもよい。

実施例１における第４回転子鉄心１９ｄは、図１（ｄ）及び図２に示すように、中心に軸孔２４を穿設し、外径が６０ｍｍで、凡そ１０５度から１６５度までと凡そ２８５度から３４５度までの突極部２０を有し、それ以外の小径部２６は、外径が５０ｍｍとなっているものを使用した。
しかし、鉄心に限られるものではなく、図４に示すように、例えば、外径が６０ｍｍ、厚さが２ｍｍ程度の絶縁円盤２７を用いることができる。この場合、第１回転子鉄心１９ａ、永久磁石１６を有する第２回転子鉄心１９ｂ、第３回転子鉄心１９ｃ、絶縁円盤２７を順次それぞれ積層して１スタックの回転子ユニット２８とし、この回転子ユニット２８と同じ積層順序とした複数スタックの回転子ユニット２８を回転軸１３に嵌合固着して回転子を構成する。このため、永久磁石１６は、異なる極が向かい合う状態に積層される。
この図４に示すように構成された回転子１１の回転子鉄心１９も、その外周面を展開した図３（ｂ）に示すように、Ｎ極とＳ極が９０度間隔で構成される。
なお、第１回転子鉄心１９ａ、第２回転子鉄心１９ｂ、第３回転子鉄心１９ｃの非磁性用孔１７ｂに充填材２３を充填しないときには、絶縁円盤２７に充填材２３を注入する孔を穿設する必要はないが、充填材２３を注入するときは、絶縁円盤２７に非磁性用孔１７ｂと同様の孔を穿設するか、絶縁円盤２７の外周に非磁性用孔１７ｂと連通する切り欠きを形成するようにしてもよい。

図５（ａ）（ｂ）は、バランスウエイト２２を取り付けたときに、このバランスウエイト２２を充填材２３で回転子鉄心１９に一体に取り付けるようにしたものである。すなわち、本発明の磁石埋め込み型回転子を使用したモータがコンプレッサに搭載されるときには、偏心軸使用によるコンプレッサの機械的構成部分のアンバランスを調整するため、バランスウエイト２２が取り付けられる。そのため、充填材２３を注入するときに、バランスウエイト２２を充填材２３によって一体に回転子鉄心１９に取り付けるようにする。

前記実施例において、非磁性用孔１７ｂの位置を少しずつずらしてスキューを掛けるときは、図６（ａ）に示すように、１スタック毎に所定角度で傾斜させる方法、（ｂ）に示すように、１スタック内で順次所定角度で傾斜させ、これを連続させる方法、（ｃ）に示すように、１スタック毎に交互に異なる方向に所定角度で傾斜させて連続する方法など、公知の方法が採用される。この場合、第４回転子鉄心１９ｄは必須であるので、第４回転子鉄心１９ｄに換えて絶縁円盤２７を使用した実施例２では採用できない。また、スキュー角度θは、大きなパワーを必要とするときは、小さくし、パワーは小さくてもノイズを軽減するときは大きくする。

本発明による磁石埋め込み型回転子の一実施例を示すもので、（ａ）は、第１回転子鉄心１９ａの正面図、（ｂ）は、永久磁石１６を有する第２回転子鉄心１９ｂの正面図、（ｃ）は、第３回転子鉄心１９ｃの正面図、（ｄ）は、第４回転子鉄心１９ｄの正面図である。 本発明による磁石埋め込み型回転子の分解斜視図である。 （ａ）は、本発明による磁石埋め込み型回転子の組立状態を示すもので、図２におけるＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は、（ａ）における外周面の展開図、（ｃ）は、（ａ）の部分拡大断面図である。 本発明による磁石埋め込み型回転子の実施例２の一部の断面図である。 （ａ）は、バランスウエイト２２を取り付けた発明による磁石埋め込み型回転子の実施例３の断面図、（ｂ）は、（ａ）の側方から見た断面図である。 （ａ）（ｂ）（ｃ）は、発明による磁石埋め込み型回転子の実施例４のそれぞれ異なるスキューの例を示す側面図である。 磁石埋め込み型回転子を使用した一般的な電動機の説明図である。

符号の説明

１０…固定子、１１…回転子、１２…空隙部、１３…回転軸、１４…固定子歯部、１５…固定子巻線、１６…永久磁石、１７、１７ａ、１７ｂ…非磁性用孔、１８…リベット、１９…回転子鉄心、１９ａ…第１回転子鉄心、１９ｂ…第２回転子鉄心、１９ｃ…第３回転子鉄心、１９ｄ…第４回転子鉄心、２０…突極部、２１…ブリッジ部、２２…バランスウエイト、２３…充填材、２４…軸孔、２５…永久磁石収納孔、２６…小径部、２７…絶縁円盤、２８…回転子ユニット。

Claims (6)

1. 回転子鉄心に永久磁石を所定間隔で埋め込んで形成した磁石埋め込み型回転子において、前記回転子鉄心は、第１回転子鉄心、前記永久磁石を有する第２回転子鉄心、第３回転子鉄心を具備し、前記第１回転子鉄心は、外周縁部付近に等間隔で複数の第１非磁性部を設けるとともに、これらのうち相隣る２つの第１非磁性部の間に、細溝弧状型第２非磁性部を設けてなり、第２回転子鉄心は、外周縁部付近に等間隔で複数の第１非磁性部を設けるとともに、永久磁石収納孔を設けてなり、第３回転子鉄心は、外周縁部付近に等間隔で複数の第１非磁性部を設けるとともに、これらのうち相隣る２つの第１非磁性部の間に、細溝弧状型第２非磁性部を設けてなることを特徴とする磁石埋め込み型回転子。
2. 第１回転子鉄心、第２回転子鉄心、第３回転子鉄心に設けた複数の第１非磁性部に、充填材を注入して一体に固定するようにしたことを特徴とする請求項１記載の磁石埋め込み型回転子。
3. 回転子鉄心は、第１回転子鉄心、永久磁石を有する第２回転子鉄心、第３回転子鉄心に加え、これらと同一直径の突極部と、これらより小径の小径部を有する第４回転子鉄心を具備したことを特徴とする請求項２記載の磁石埋め込み型回転子。
4. 回転子鉄心は、第１回転子鉄心、永久磁石を有する第２回転子鉄心、第３回転子鉄心をそれぞれ複数枚ずつ重ねて１スタックとした回転子ユニットと、逆向きに積層した回転子ユニットを交互に複数個積層してなり、隣接する回転子ユニットの間に、第４回転子鉄心を設けたことを特徴とする請求項２記載の磁石埋め込み型回転子。
5. 回転子鉄心は、第１回転子鉄心、永久磁石を有する第２回転子鉄心、第３回転子鉄心を重ねて１スタックとした回転子ユニットを同一向きに複数個積層してなり、隣接する回転子ユニットの間に、絶縁円盤心を設けたことを特徴とする請求項２記載の磁石埋め込み型回転子。
6. 回転子鉄心は、第１回転子鉄心、永久磁石を有する第２回転子鉄心、第３回転子鉄心をそれぞれ複数枚ずつ重ねて１スタックとした回転子ユニットを円周方向にずらしてスキューを掛けたことを特徴とする請求項２記載の磁石埋め込み型回転子。

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