JP2010004647A

JP2010004647A - 回転子

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Publication number: JP2010004647A
Application number: JP2008160766A
Authority: JP
Inventors: Keiji Aota; 桂治青田; Yoshihito Sanko; 義仁三箇; Akio Yamagiwa; 昭雄山際
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2008-06-19
Filing date: 2008-06-19
Publication date: 2010-01-07
Anticipated expiration: 2028-06-19
Also published as: JP5332335B2

Abstract

【課題】界磁磁石に生じる渦電流を低減しつつも、製造コストを低減できる回転子を提供する。
【解決手段】界磁磁石２は複数の単位磁石２０を有している。複数の単位磁石２０は隣接方向Ｄ１に沿って隣接して配置される。単位磁石２０の各々は第１磁石部分２１と第２磁石部分２２とを備えている。第１磁石部分２１と第２磁石部分２２とは隣接方向Ｄ１に直交する方向に並んでいる。隣接方向Ｄ１における第２磁石部分２２の熱膨張係数は第１磁石部分２１の熱膨張係数よりも大きい。第２磁石部分２２は隣り合う単位磁石２０と接触している。
【選択図】図２

Description

本発明は回転子に関し、特に永久磁石が埋め込まれる回転子に関する。

特許文献１には、複数の永久磁石と、これらの永久磁石が回転軸を中心に環状に埋設される回転子コアとを備える回転子が記載されている。永久磁石に生じる渦電流を低減するために、一つの永久磁石は複数の磁石片（単位磁石）で構成されている。そして、隣接された磁石片同士の間の面に、２つ以上の凸部を設けることで、磁石片の間に絶縁層としての空隙を設けている。

なお本発明に関連する技術として特許文献２，３が開示されている。

特開２０００−２４５０８５号公報特開平９−１７２５７５号公報特開２０００―１５０２１７号公報

磁石片に設けられる２つ以上の凸部は例えば切削などの加工によって実現されていた。このような加工は磁石片の製造コストの上昇を招く。

そこで、本発明は、単位磁石の相互間に空隙を形成しつつも、製造コストを低減できる回転子を提供することを目的とする。

本発明に係る回転子の第１の態様は、所定の軸(P)の周りで回転する回転子であって、前記軸の周りで環状に配置された界磁磁石貫挿孔(11)を有する回転子コア(1)と、前記軸に沿った軸方向又は前記軸を中心とした周方向である隣接方向(D1)で相互に隣接して配置される複数の単位磁石(20)を有し、前記界磁磁石貫挿孔に貫挿される界磁磁石(2)とを備え、前記単位磁石の各々は、前記隣接方向において第１熱膨張係数を有する前記第１磁石部分(21)と、前記隣接方向において隣り合う他の前記単位磁石と接触し、前記隣接方向において前記第１熱膨張係数よりも大きい第２熱膨張係数を有し、前記隣接方向（Ｄ１）に直交する方向で前記第１磁石部分と並ぶ第２磁石部分(22)とを有する。

本発明に係る回転子の第２の態様は、第１の態様に係る回転子であって、前記隣接方向(D1)は前記軸方向であって、前記第２磁石部分(22)は前記軸を中心とした周方向において前記単位磁石(20)の端に位置し、前記第１磁石部分(21)と前記第２磁石部分(22)とは前記周方向において並んでおり、前記軸(P)を中心とした径方向における前記第１磁石部分(21)の第３熱膨張係数は前記径方向における前記第２磁石部分の第４熱膨張係数よりも小さい。

本発明に係る回転子の第３の態様は、第１又は第２の態様に係る回転子であって、前記単位磁石(2)が有する前記第２磁石部分(22)は２つあって、前記隣接方向に直交する前記方向において前記第１磁石部分(21)は前記第２磁石部分の間に介在する。

本発明に係る回転子の第４の態様は、第１の態様に係る回転子であって、前記隣接方向(D1)は前記軸方向であって、前記第２磁石部分(22)は前記周方向における前記単位磁石の端に位置し、前記第２磁石部分の保持力は前記第１磁石部分(21)よりも大きい。

本発明に係る回転子の第１の態様によれば、回転子の温度は、例えば軸の周りでの回転に起因して上昇する。第２熱膨張係数は第１熱膨張係数よりも大きいので、隣接する単位磁石同士の間で第２磁石部分は第１磁石部分に対して隣接方向に突出する。よって、単位磁石同士の間には空隙が生じる。これによって、界磁磁石に生じる渦電流を低減できる。

以上のように、界磁磁石の相互間に空隙を設けるために、隣接方向に突出した形状に単位磁石を加工する必要がない。よって、製造コストを低減できる。

本発明に係る回転子の第２の態様によれば、第４熱膨張係数は第３熱膨張係数よりも大きいので、第１磁石部分に対して第２磁石部分が径方向に突出する。よって、周方向における単位磁石の端で径方向における幅が増大する。

減磁耐力は磁石の保持力と磁石の幅に依存するところ、保持力は温度上昇に伴って低下する。一方、上述したように周方向の端において単位磁石の幅は温度上昇に伴って増大するので、温度上昇に伴う当該端での減磁耐力の低下を抑制できる。

以上のように、減磁耐力の低下を抑制するために、単位磁石の端において径方向に突出する形状に加工する必要がない。よって製造コストを低減できる。

本発明に係る回転子の第３の態様によれば、回転子の温度上昇に伴って、２つの第２磁石部分は隣接する単位磁石に向かって突出し、これらが隣接する単位磁石に当接する。よって、単位磁石同士のがたつきを抑制できる。

本発明に係る回転子の第４の態様によれば、単位磁石の端で減磁耐力を向上できる。

第１の実施の形態．
図１は第１の実施の形態に係る回転子の概念的な構成の一例を示す断面図であり、回転子の回転軸Ｐに垂直な断面を示す。図２は図１に示すＡ−Ａ断面における回転子の概念的な構成の一例を示す断面図である。

回転子は、回転子コア１と、複数の界磁磁石２とを備えている。

回転子コア１は例えば回転軸Ｐを中心とする円柱状の形状を有した磁性体であって、複数の界磁磁石貫挿孔１１と、シャフト孔１２とを備えている。

シャフト孔１２は例えば回転軸Ｐを含む領域で回転子コア１を回転軸Ｐに沿った軸方向（以下、単に軸方向と呼ぶ）に貫通している。シャフト孔１２には図示せぬシャフトが貫通配置される。なお、シャフト孔１２は必須の要件ではない。例えば軸方向における回転子コア１の両端に端板（図示せず）を取り付け、当該端板にシャフトが取り付けられる場合であれば、シャフト孔１２は不要である。

界磁磁石貫挿孔１１は回転軸Ｐの周りで環状に配置されている。なお、界磁磁石貫挿孔１１は回転軸Ｐを中心とする周方向（以下、単に周方向と呼ぶ）を長手方向とする長方形の形状を有しているが、これに限らず、例えばＶ字形状であってもよく、その他の形状であっても構わない。

界磁磁石２はそれぞれ界磁磁石貫挿孔１１に貫挿される。複数の界磁磁石２は周方向で交互に異なる極性を呈する。図１においては４つの界磁磁石貫挿孔１１に４つの界磁磁石２がそれぞれ貫挿された、いわゆる４極の回転子が示されているが、２極であってもよく、４極以上であってもよい。

また図２も参照して、界磁磁石２の各々は複数の単位磁石２０を有している。複数の単位磁石２０はそれぞれ隣接方向Ｄ１で相互に隣接して配置されている。図１，２においては、隣接方向Ｄ１として軸方向を採用した場合が例示されている。

単位磁石２０の各々は第１磁石部分２１と、第２磁石部分２２とを備えている。第２磁石部分２２は隣接方向Ｄ１で隣り合う他の単位磁石２０と接触している。第２磁石部分２２は第１磁石部分２１と回転軸Ｐに直交する方向で並んでいる。図１，２においては当該方向として周方向が採用されている。また第１磁石部分２１と第２磁石部分２２とは一体で成形されている。

第１磁石部分２１は隣接方向Ｄ１において熱膨張係数α１を有している。第２磁石部分２２は隣接方向Ｄ１において熱膨張係数α１よりも大きい熱膨張係数α２を有している。

このような熱膨張係数が相互に異なる第１磁石部分２１と第２磁石部分２２とを有する単位磁石２０は、第２磁石部分２２を例えば希土類（例えばネオジム）と、鉄と、ホウ素とをそれぞれ所定の組成比で構成し、第１磁石部分２１を例えば希土類（例えばネオジム）と、鉄と、ホウ素と、アルミニウムとをそれぞれ所定の組成比で構成することで実現される。より具体的な一例として上記特許文献３に示された表１の実施例及び比較例をそれぞれ第１磁石部分２１、第２磁石部分２２として採用してもよい。

このような回転子に対して回転軸Ｐとは反対側から回転子コア１と対面するように電機子（図示せず）を配置することで、回転電機を構成できる。そして、電機子からの磁束変化を受けて回転子は回転軸Ｐを中心として回転する。

回転子の温度は例えば回転軸Ｐを中心とした回転に伴って上昇する。回転電機の種類や回転速度によってその温度は変わるが、例えば１００度程度まで上昇する。図３は回転に伴って回転子が上昇した場合の、回転子の概念的な構成の一例を示している。但し、熱による界磁磁石２の変形を誇張して示している。熱膨張係数α２は熱膨張係数α１よりも大きいので、隣接する単位磁石２０同士の間で第２磁石部分２２は第１磁石部分２１に対して隣接方向Ｄ１に沿って突出する。言い換えると、第２磁石部分２２が凸部を形成する。

これによって、単位磁石２０同士の間には絶縁体としての空隙が形成される。よって、界磁磁石２の内部で発生する渦電流損を低減できる効果がある。特に、界磁磁石２として焼結のネオジム系の希土類磁石を採用した場合には、その導電率が高いので上記効果は顕著となる。

また、回転子の温度上昇に伴って第２磁石部分２２が凸部を形成するので、当該凸部を形成するための切削などの加工を単位磁石２０に施す必要がない。よって製造コストを低減できる。また、図１〜３に示すように、単位磁石２０同士の間の表面２０ａとして、製造が容易な平面形状を採用することができる。よって製造コストを更に低減できる。

なお、図１〜３においては表面２０ａとして平面が示されているが、所定の温度（例えば回転電機が運転しているときの回転子の温度の最小値）に達したときに第２磁石部分２２のみが隣り合う他の単位磁石２０と接触する形状であればよい。

また図１〜３に示す単位磁石２０はそれぞれ２つの第２磁石部分２２を有している。そして、第１磁石部分２１は２つの第２磁石部分２２の間に介在している。よって、回転子の温度上昇に伴って、２つの第２磁石部分２２は隣り合う他の単位磁石２０に向かって突出し、当該単位磁石２０に当接する。言い換えると、単位磁石２０の相互間において２箇所で第２磁石部分２２が凸部を形成する。よって、単位磁石２０同士のがたつきを抑制できる。

図４は図２と同じ断面での回転子の概念的な構成の他の一例を示している。図１〜３に示す回転子と比較して、単位磁石２０は周方向で相互に隣接している。言い換えると、隣接方向Ｄ１として周方向を採用している。そして、第１磁石部分２１と第２磁石部分２２とは軸方向で並んで配置されている。

図５は回転に伴って回転子の温度が上昇した場合の、図３に示す回転子の概念的な構成の一例を示している。この場合であっても、第２磁石部分２２は第１磁石部分２１に対して隣接方向Ｄ１に沿って突出するので、単位磁石２０同士の間に空隙を形成できる。よって、図１〜３に示す回転子と同様に、製造コストを低減できる。

図６は、単位磁石２０の概念的な他の一例を示す斜視図である。図１〜５に示す単位磁石と比較して、第２磁石部分２２が相違している。図１〜図５に示す単位磁石２０においては、第２磁石部分２２が隣接方向Ｄ１に沿った単位磁石２０の全域に渡って設けられていた。

図６においては、第２磁石部分２２は隣接方向Ｄ１の一方の側にのみ設けられている。このような単位磁石２０の複数は、第２磁石部分２２が隣接方向Ｄ１の同じ側に位置するように、隣接方向Ｄ１で相互に隣接して配置される。

これによって、回転子の温度上昇に伴って、単位磁石２０同士の相互間に空隙を形成することができる。

第２の実施の形態．
第２の実施の形態においては、界磁磁石２に逆磁界が印加された場合の減磁耐力の観点について述べる。一般的に、逆磁界は周方向における界磁磁石２の端に集中する。よって、当該端における減磁耐力が問題となる。

図７は第２の実施の形態にかかる回転子の概念的な構成の一例を示す断面図である。第１の実施の形態と比較して、まず界磁磁石貫挿孔１１の形状が相違している。周方向における界磁磁石貫挿孔１１の端１１ａでの、その径方向における幅が周方向における中央に比べて広い。

単位磁石２０は軸方向で相互に隣接している。第１磁石部分２１と第２磁石部分２２とは周方向で並んで配置されている。第２磁石部分２２は周方向における単位磁石２０の端に位置している。径方向における第１磁石部分２１の熱膨張係数α３は、径方向における第２磁石部分の熱膨張係数α４よりも小さい。

このような第１磁石部分２１、第２磁石部分２２として、第１の実施の形態と同様に、例えば上記特許文献３に示された表１の実施例及び比較例を採用してもよい。

これによって、回転子の温度上昇に伴って、第２磁石部分２２は第１磁石部分２１に対して径方向に沿って突出する。よって、温度上昇に伴って、周方向における界磁磁石２の端において、径方向における界磁磁石２の幅が増大する。

一般的に、界磁磁石２は、自身の内部の温度が上昇するに伴って保持力が低下するために、減磁耐性が劣化する。減磁耐性は保持力と径方向における界磁磁石２の幅とに基づいて決定される。

本回転子によれば、温度の上昇に伴って、周方向における界磁磁石２の端で径方向における幅が広がるので、当該端において温度上昇に伴う減磁耐力の低下を抑制できる。また減磁耐力の低下を抑制するために、単位磁石２０の端において径方向に突出する形状に加工する必要がない。よって製造コストを低減できる。

第３の実施の形態．
第３の実施の形態に係る回転子の概念的な構成は図１〜３で示した回転子と同様である。即ち、単位磁石２０は軸方向で相互に隣接している。第２磁石部分２２は周方向における単位磁石２０の端に位置している。本実施の形態においては更に、第２磁石部分の保持力は第１磁石部分の保持力に比べて大きい。このような保持力の異なる第１磁石部分２１と第２磁石部分２２とを有する単位磁石２０は、例えば第２磁石部分２２のみに、ジスプロシウム、マンガン、マグネシウム、銅、炭素、タングステン、ジルコニウム、チタンなどの元素を添加することで実現される。

これによって、界磁磁石２の端において減磁耐力を向上できる。

なお、第３の実施の形態においても第１又は第２の実施の形態の技術を適用しても構わない。これによって、界磁磁石２の端において減磁耐力を更に向上できる。

第１の実施の形態に係る回転子の概略的な一例を示す断面図である。図１におけるＡ−Ａ断面を示す概念的な構成図である。回転子の温度が上昇したときの回転子の概念的な構成を示す断面図である。第１の実施の形態に係る回転子の他の一例を示す断面図である。回転子の温度が上昇したときの回転子の概念的な構成を示す断面図である。単位磁石の概念的な一例を示す斜視図である。第２の実施の形態に係る回転子の概念的な一例を示す断面図である。

符号の説明

１回転子コア
１１界磁磁石貫挿孔
２界磁磁石
２０単位磁石
２１第１磁石部分
２２第２磁石部分
Ｄ１隣接方向
α１〜α４熱膨張係数

Claims

所定の軸(P)の周りで回転する回転子であって、
前記軸の周りで環状に配置された界磁磁石貫挿孔(11)を有する回転子コア(1)と、
前記軸に沿った軸方向又は前記軸を中心とした周方向である隣接方向(D1)で相互に隣接して配置される複数の単位磁石(20)を有し、前記界磁磁石貫挿孔に貫挿される界磁磁石(2)と
を備え、
前記単位磁石の各々は、
前記隣接方向において第１熱膨張係数を有する前記第１磁石部分(21)と、
前記隣接方向において隣り合う他の前記単位磁石と接触し、前記隣接方向において前記第１熱膨張係数よりも大きい第２熱膨張係数を有し、前記隣接方向（Ｄ１）に直交する方向で前記第１磁石部分と並ぶ第２磁石部分(22)と
を有する、回転子。
前記隣接方向(D1)は前記軸方向であって、前記第２磁石部分(22)は前記軸を中心とした周方向において前記単位磁石(20)の端に位置し、前記第１磁石部分(21)と前記第２磁石部分(22)とは前記周方向において並んでおり、
前記軸(P)を中心とした径方向における前記第１磁石部分(21)の第３熱膨張係数は前記径方向における前記第２磁石部分の第４熱膨張係数よりも小さい、請求項１に記載の回転子。
前記単位磁石(2)が有する前記第２磁石部分(22)は２つあって、
前記隣接方向に直交する前記方向において前記第１磁石部分(21)は前記第２磁石部分の間に介在する、請求項１又は２に記載の回転子。
前記隣接方向(D1)は前記軸方向であって、前記第２磁石部分(22)は前記周方向における前記単位磁石の端に位置し、
前記第２磁石部分の保持力は前記第１磁石部分(21)よりも大きい、請求項１に記載の回転子。