JP2008301540A - 永久磁石型回転電機及びその回転子 - Google Patents

Abstract

【課題】回転軸方向に延びる複数の孔を含み、その孔内に複数の永久磁石片を配置して構成される回転子を有する永久磁石回転電機において、簡易な構造により、容易に永久磁石片を孔内に固定することができるようにする。
【解決手段】各永久磁石片２４，２６，２８は、台形形状であり、それぞれ下底に該当する部分が孔１４から突出しているので、図示される矢印のように、孔１４内に向かう方向に吸引力が発生する。この吸引力が隣り合う永久磁石片において互いに向かい合って生ずるので、隣り合う永久磁石片が互いに押し付け合って密着する。さらに、各永久磁石片２４，２６，２８が互いに押し付けあう傾斜面には、それぞれ反力が発生し、この反力により、永久磁石片２４，２８が孔内壁１４ａに向けて付勢され、容易に孔１４内に固定される。
【選択図】図３

Description

本発明は、永久磁石を配置した回転子と、これの周囲に配置された固定子とを有する永久磁石型回転電機に関し、特に永久磁石を内部に配置する回転子の構造に関する。

回転子が、これの内部に永久磁石を配置して構成され、その回転子と回転磁界との間に発生する電磁的作用により回転子を回転させる永久磁石型回転電機が知られている。

下記特許文献１には、回転子が回転軸方向に延びる孔を複数有し、その孔内に永久磁石を配置して構成される回転子を有する永久磁石型回転電機が記載されている。この永久磁石型回転電機においては、永久磁石に発生する渦電流を低減するため、各孔内に配置される永久磁石が周方向に配列された複数の永久磁石片から構成される。

また、下記特許文献２には、複数の永久磁石片を互いに接着剤により接着して一体化し、一体化された永久磁石片を回転子の孔内に配置する永久磁石型回転電機の製造方法が記載されている。

特開２０００−２２８８３８号公報 特開２００３−１６４０８３号公報

上記各特許文献の永久磁石型回転電機に限らず、回転子の孔内に永久磁石片を配置する場合、接着剤により、永久磁石片を孔内に固定する方法が広く採用される。しかし、この方法では、例えば孔の内壁に接する永久磁石片の側面に接着剤を塗布してから、永久磁石片を孔内に固定しなければならず、手間がかかってしまう。

本発明の目的は、簡易な構造により、容易に永久磁石片を回転子の孔内に固定することができる永久磁石型回転電機及びその回転子を提供することにある。

本発明は、回転軸方向に延びる複数の孔を含み、その孔内に永久磁石を配置して構成される回転子と、前記回転子の周囲に配置された固定子と、を有する永久磁石型回転電機であって、個々の前記永久磁石は、周方向に配列された複数の永久磁石片から構成され、 前記複数の永久磁石片は、それぞれ、回転軸方向の一端である第一端部と、回転軸方向の他端であり、周方向における長さが前記第一端部より長い第二端部と、第一端部と第二端部とを結ぶ側面と、を有し、隣接する前記永久磁石片の対向する側面は、前記第一端部から前記第二端部に向けて徐々に広がるように形成され、互いに対向する傾斜面を有し、前記複数の永久磁石片は、前記孔の一端において第一端部と第二端部とが交互に配列されることを特徴とする。

さらに、前記複数の永久磁石片を、前記第二端部が前記孔から突出するよう配置することができる。

また、前記複数の永久磁石片を、前記第一端部を上底と、前記第二端部を下底とする台形形状にすることができる。

また、本発明は、回転軸方向に延びる複数の孔を含み、その孔内に永久磁石を配置して構成される永久磁石型回転電機の回転子であって、個々の前記永久磁石は、周方向に配列された複数の永久磁石片から構成され、前記複数の永久磁石片は、それぞれ、回転軸方向の一端である第一端部と、回転軸方向の他端であり、周方向における長さが前記第一端部より長い第二端部と、第一端部と第二端部とを結ぶ側面と、を有し、隣接する前記永久磁石片の対向する側面は、前記第一端部から前記第二端部に向けて徐々に広がるように形成され、互いに対向する傾斜面を有し、前記複数の永久磁石片は、前記孔の一端において第一端部と第二端部とが交互に配列されることを特徴とする。

また、前記複数の永久磁石片を、前記第二端部が前記孔から突出するよう配置することができる。

さらに、前記複数の永久磁石片を、前記第一端部を上底と、前記第二端部を下底とする台形形状にすることができる。

上記構成により、永久磁石回転電機の回転子に配置される複数の永久磁石片は、第一端部から第二端部に向けて徐々に広がるように形成され、互いに対向する傾斜面を有するので、いわゆるくさびの役割を果す。このくさびの役割により、各永久磁石片は、互いに傾斜面を押し付け合いながら、隙間なく差し込まれて孔内に固定される。このように、本発明の永久磁石回転電機及びその回転子によれば、簡易な構造により、容易に永久磁石片を回転子の孔内に固定することができる。

以下、本発明の実施形態について、図に従って説明する。図１は、本実施形態に係る永久磁石型回転電機１０の要部構成を示す図である。図１には、永久磁石型回転電機１０に含まれる回転子１２と固定子１６がそれらの全体の１／４の部分だけ示されているが、他の３／４の部分も同様な構成である。

回転子１２は、回転軸と同心の円筒状の磁性体であり、例えば鋼板を回転軸方向に積層して構成される。回転子１２には、回転軸方向に延びる孔１４が図に示す範囲において２個形成されている。なお、孔１４の数は一例であって、本発明は孔１４の数に限定されない。孔１４内には、それぞれ、永久磁石２２が配置される。個々の永久磁石２２は、３つの永久磁石片２４，２６，２８から構成され、これらが孔１４内において、周方向に配列される。回転子１２の中心部には、回転軸と同軸の回転シャフト（図示せず）が配置され、これに回転子１２が固定される。回転シャフトは、回転子１２と固定子１６を収容する永久磁石型回転電機１０のハウジング（図示せず）に回転可能に支持される。

固定子１６は、回転子１２の周囲に僅かな間隙３０を空けて配置される。固定子１６には、これの内周側に突出し、周方向に所定の間隔を空けて配列される磁極１８を有する。この磁極１８の間の空間であるスロット２０には、導線を磁極１８に巻きつけて形成されるコイル（図示せず）が配置される。このコイルの通電により、固定子１６に回転磁界が発生し、この回転磁界に吸引される力が永久磁石２２を有する回転子１２に発生して、回転子１２が回転する。

次に永久磁石２２について図に従って説明する。図２は、回転子１２の孔１４内に配置される永久磁石２２を示す図である。図３は、図１においてＡ−Ａから見たとき回転子１２を示す断面図である。

永久磁石２２は、例えばネオジウム磁石またはフェライト磁石である。孔１４内に配置される永久磁石２２は、図３に示されるように、Ａ−Ａ断面において断面長方形状であり、永久磁石片２４，２６，２８を配列して構成される。永久磁石片２４，２６，２８は、それぞれ、第一端部２４ａ，２６ａ，２８ａを上底と、第二端部２４ｂ，２６ｂ，２８ｂを下底とする台形形状である。第二端部２４ｂ，２６ｂ，２８ｂは、それぞれに対応する第一端部２４ａ，２６ａ，２８ａより長い。例えば、図２に示されるように、永久磁石片２６の第二端部２６ｂの長さＭは、第一端部２６ａの長さＬより長い。台形形状である永久磁石片２４，２６，２８は、いわゆる台形の高さが回転軸方向における孔１４の長さより大きくなるように形成されている。例えば、図３に示されるように、永久磁石片２４は、第一端部２４ａと第二端部２４ｂとを回転軸方向に結ぶ長さ、すなわち台形の高さＨが回転軸方向における孔１４の長さＮより長くなるように形成されている。

また、永久磁石片２４，２６，２８は、それぞれ、第一端部２４ａ，２６ａ，２８ａと第二端部２４ｂ，２６ｂ，２８ｂとを結ぶ側面を有する。

永久磁石片２４は、孔１４の内壁である孔内壁１４ａの対向する側面２４ｃと、隣接する永久磁石片２６の対向する側面２４ｄとを有する。側面２４ｃは、第一及び第二端部２４ａ，２４ｂに対し垂直に交差するよう形成されている。一方、側面２４ｄは、第一及び第二端部２４ａ，２４ｂに対し傾斜して交差するよう形成された傾斜面を有する。側面２４ｄとこれに対向する側面２４ｃの間隔は、第一端部２４ａから第二端部２４ｂに向けて徐々に広がっている。

永久磁石片２６は、隣接する永久磁石片２４の対向する側面２６ｃと、隣接する永久磁石片２８の対向する側面２６ｄとを有する。側面２６ｃ，２６ｄは、ともに第一及び第二端部２６ａ，２６ｂに対し傾斜して交差するよう形成された傾斜面を有する。側面２６ｃとこれに対向する側面２６ｄの間隔は、第一端部２６ａから第二端部２６ｂに向けて徐々に広がっている。

永久磁石片２８は、隣接する永久磁石片２６の対向する側面２８ｃと、孔内壁１４ａの対向する側面２８ｄとを有する。側面２８ｃは、第一及び第二端部２８ａ，２８ｂに対し傾斜して交差するよう形成された傾斜面を有する。一方、側面２８ｄは、第一及び第二端部２８ａ，２８ｂに対し垂直に交差するよう形成されている。側面２８ｃとこれに対向する側面２８ｄの間隔は、第一端部２８ａから第二端部２８ｂに向けて徐々に広がっている。

永久磁石片２４の側面２４ｄと永久磁石片２６の側面２６ｃとが互いに対向するので、側面２４ｄと側面２６ｃとが有する傾斜面は、互いに対向する。また、永久磁石片２６の側面２６ｄと永久磁石片２８の側面２８ｃとが互いに対向するので、側面２６ｄと側面２８ｃとが有する傾斜面は、互いに対向する。

永久磁石片２４，２６，２８は、孔１４の一端において上底と下底とが交互に配列されている。すなわち、図３に示されるように、孔１４の一端において、永久磁石片２４，２６，２８は、第二端部２４ｂ，第一端部２６ａそして第二端部２８ｂとが順に配列され、孔１４の他端において、第一端部２４ａ，第二端部２６ｂそして第一端部２８ａとが順に配列されている。また、回転軸方向における長さが孔１４より長い永久磁石片２４，２６，２８は、第二端部２４ｂ，２６ｂ，２８ｂが、それぞれ、孔１４から突出するように孔１４内に配置されている。すなわち、隣り合う永久磁石片は、それらの第二端部が回転子１２のコアの別々の端から突出して配置されている。

次に、永久磁石片２４，２６，２８を孔１４に固定する方法について説明する。孔１４内に配置された個々の永久磁石２２は、着磁用の磁界を発生させる着磁用コイル、例えば固定子１６のコイルの通電により、着磁される。すなわち、永久磁石２２を構成する永久磁石片２４，２６，２８がそれぞれ着磁される。着磁された永久磁石片２４，２６，２８には、磁性体である回転子１２に対して近づこうとする磁力（以降、吸引力と記す）が発生する。この吸引力は、孔１４から回転軸方向に隙間をあけて永久磁石片２４，２６，２８を配置した場合、それらを孔１４の中に引き込むように発生する。孔１４内に配置された永久磁石片２４，２６，２８においては、第二端部２４ｂ，２６ｂ，２８ｂがそれぞれ孔１４から突出、すなわち孔１４から回転軸方向に離れて位置しているので、第二端部２４ｂ，２６ｂ，２８ｂを孔１４の中に引き込むように吸引力が発生する。すなわち、図３に示される矢印のように、永久磁石片２４，２６，２８においては、第二端部２４ｂ，２６ｂ，２８ｂ側から孔１４内に向かう方向に吸引力が発生する。上述したように隣り合う永久磁石片の第二端部が回転子１２のコアの別々の端から突出しているので、隣り合う永久磁石片の吸引力は、回転軸方向において互いに向かい合う。この対向する吸引力により、隣り合う永久磁石片が互いに押し付け合って密着する。すなわち、永久磁石片２４の側面２４ｄと、これに対向する永久磁石片２６の側面２６ｃとが押し付け合い、永久磁石片２６の側面２６ｄと、これに対向する永久磁石２８の側面２８ｃとが押し付け合って密着する。

また、密着した後においても、第二端部２４ｂ，２６ｂ，２８ｂが孔１４から突出しているので、永久磁石片２４，２６，２８には、それぞれ、図３に示される矢印の方向に吸引力が発生する。これらの吸引力により、孔１４内に配列される永久磁石片２４，２６，２８においては、台形形状の永久磁石片２６がくさびの役割を果す。すなわち、吸引力により、永久磁石片２４，２８の間に永久磁石片２６が隙間なく差し込まれる。このとき、永久磁石片２４，２８の側面２４ｄ，２８ｃには反力が生じる。この反力は、側面２４ｄ，２８ｃが有する傾斜面により、孔内壁１４ａに直交する成分を有する。この成分、すなわち孔内壁１４ａへ向かう力により、永久磁石片２４，２８が孔内壁１４ａに向けて付勢され、永久磁石片２４，２８は孔１４内に固定される。したがって、永久磁石片２４，２６，２８は、互いに密着しながら、孔１４内に固定される。以上のように、本発明の永久磁石型回転電機１０によれば、簡易な構造により、容易に永久磁石片２４，２６，２８を密着させ、かつ、孔１４内に固定することができる。また、孔１４内の永久磁石片２４，２６，２８が着磁された後に、孔１４と永久磁石片２４，２６，２８との隙間に接着剤を注入することもできる。接着剤を注入することにより、より強固に永久磁石片２４，２６，２８を孔１４内に固定することができる。接着剤を注入する作業は、従来の接着剤の固定方法より簡略化することができる。

本実施形態においては、回転子１２の孔１４内に永久磁石片が３個配列された場合について説明したが、２個以上であればよい。ある永久磁石片に対し、くさびの役割を果す永久磁石片が１個あれば、互いの永久磁石片が孔１４内に固定される。

本実施形態において、くさびの役割を果す永久磁石片２６が台形形状である場合について説明したが、この構成に限定されるものではない。第一端部を頂点にした三角形状であってもよい。永久磁石片が有する互いに対向する側面の間隔が、第一端部から第二端部に向けて広がっていれば、その永久磁石片がくさびの役割を果す。また、永久磁石片の側面の少なくとも一部に傾斜面が形成されていても、その永久磁石片がくさびの役割を果すことができる。すなわち、その傾斜面とこれに対向する側面の間隔が、第一端部から第二端部に向けて広がり、その傾斜面が隣接する永久磁石片のそれに対向していれば、その永久磁石片がくさびの役割を果すことができる。

本実施形態に係る永久磁石型回転電機の要部構成を示す図である。 回転子の孔内に配置される永久磁石を示す図である。 図１においてＡ−Ａから見たとき回転子を示す断面図である。

符号の説明

１０ 永久磁石型回転電機、１２ 回転子、１４ 孔、２２ 永久磁石、２４，２６，２８ 永久磁石片、２４ａ，２６ａ，２８ａ 第一端部、２４ｂ，２６ｂ，２８ｂ 第二端部、２４ｃ，２６ｃ，２８ｃ 第一側面、２４ｄ，２６ｄ，２８ｄ 第二側面。

Claims (6)

1. 回転軸方向に延びる複数の孔を含み、その孔内に永久磁石を配置して構成される回転子と、
   前記回転子の周囲に配置された固定子と、
   を有する永久磁石型回転電機であって、
   個々の前記永久磁石は、周方向に配列された複数の永久磁石片から構成され、
   前記複数の永久磁石片は、それぞれ、
   回転軸方向の一端である第一端部と、
   回転軸方向の他端であり、周方向における長さが前記第一端部より長い第二端部と、
   第一端部と第二端部とを結ぶ側面と、
   を有し、
   隣接する前記永久磁石片の対向する側面は、前記第一端部から前記第二端部に向けて徐々に広がるように形成され、互いに対向する傾斜面を有し、
   前記複数の永久磁石片は、前記孔の一端において第一端部と第二端部とが交互に配列される、
   ことを特徴とする永久磁石型回転電機。
2. 請求項１記載の永久磁石型回転電機において、
   前記複数の永久磁石片は、前記第二端部が前記孔から突出するよう配置される、
   ことを特徴とする永久磁石型回転電機。
3. 請求項１または２に記載の永久磁石型回転電機において、
   前記複数の永久磁石片は、前記第一端部を上底と、前記第二端部を下底とする台形形状である、
   ことを特徴とする永久磁石型回転電機。
4. 回転軸方向に延びる複数の孔を含み、その孔内に永久磁石を配置して構成される永久磁石型回転電機の回転子であって、
   個々の前記永久磁石は、周方向に配列された複数の永久磁石片から構成され、
   前記複数の永久磁石片は、それぞれ、
   回転軸方向の一端である第一端部と、
   回転軸方向の他端であり、周方向における長さが前記第一端部より長い第二端部と、
   第一端部と第二端部とを結ぶ側面と、
   を有し、
   隣接する前記永久磁石片の対向する側面は、前記第一端部から前記第二端部に向けて徐々に広がるように形成され、互いに対向する傾斜面を有し、
   前記複数の永久磁石片は、前記孔の一端において第一端部と第二端部とが交互に配列される、
   ことを特徴とする永久磁石型回転電機の回転子。
5. 請求項４記載の永久磁石型回転電機の回転子において、
   前記複数の永久磁石片は、前記第二端部が前記孔から突出するよう配置される、
   ことを特徴とする永久磁石型回転電機の回転子。
6. 請求項４または５に記載の永久磁石型回転電機の回転子において、
   前記複数の永久磁石片は、前記第一端部を上底と、前記第二端部を下底とする台形形状である、
   ことを特徴とする永久磁石型回転電機の回転子。

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