JP2010226785A - 板状部材の製造方法と、板状部材、および板状部材を用いたロータとこのロータを有する埋込磁石型回転電機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 ロータコア内部にマグネットを装着するロータを有する埋込磁石型回転電機において、前記埋込磁石型回転電機のロータコアを構成する板状部材は、同一部材中に強磁性部と弱磁性部とを有する複合磁性材からなり、板状部材の弱磁性部は、強磁性部に加熱したこてを押し当て、加熱処理して形成する。
【選択図】 図1
Description
一般的に、高出力化と低コスト化を両立させることは困難な課題であるが、マグネット装着孔周りのブリッジ部の透磁率を低下させることにより、マグネットの洩れ磁束を低減し、耐遠心力強度を損なうことなしに、高トルク化、またはマグネット使用量の低減を図る技術がある(例えば、特許文献1参照)。
図10は、特許文献1の図1に示されている、従来の埋込磁石型回転電機のロータの構造図である。
従来の一般的な電磁鋼板を用いたロータコアの、マグネット装着孔5周りのブリッジ部10の透磁率を、機械的または熱的処理により低下させようとするものである。従来の電磁鋼板を用いることで材料費の上昇がなく、耐遠心力を損なうことなしに、強磁性材である電磁鋼板のブリッジ部のみの磁性を、ある程度低下させることができる。
このように、従来の埋込磁石型回転電機のロータコアは、洩れ磁束低減による高出力化と低コスト化の改良が図られてきたのである。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、複合磁性材をロータに用い、高出力化と低コスト化を両立させ得る、埋込磁石型回転電機のロータコアを構成する板状部材の安価な製造方法と、前記製造方法により製造された板状部材、前記板状部材を用いたロータ、前記ロータを有する埋込磁石型回転電機を提供することを目的とするものである。
請求項1に記載の発明は、
板状部材を積層して構成したロータコアの内部にマグネットを装着するロータを有する埋込磁石型回転電機において、前記板状部材は、同一部材中に強磁性部と弱磁性部とを有する複合磁性材からなり、前記板状部材の弱磁性部は、前記強磁性部に加熱したこてを押し当て、加熱処理で形成することを特徴とする板状部材の製造方法とするものである。
また、請求項2に記載の発明は、
板状部材を積層して構成したロータコアの内部にマグネットを装着するロータを有する埋込磁石型回転電機において、前記板状部材は、予め全体を強磁性材で構成されるとともに、設定の部分を加熱処理して形成された弱磁性部を有する複合磁性材からなることを特徴とする板状部材とするものである。
また、請求項3に記載の発明は、
前記板状部材は、積層する各々の積層面に、非導電性の皮膜または表面処理による非導電性の化合層を有することを特徴とする、請求項2に記載の板状部材とするものである。
また、請求項4に記載の発明は、
前記弱磁性部は、ロータコアの外形状に接する外接円に接しない、前記外接円より内側に設けられることを特徴とする、請求項3に記載の板状部材とするものである。
また、請求項5に記載の発明は、
請求項2ないし請求項4のいずれかの項に記載の板状部材を積層して構成されたロータコアの内部に、マグネットを装着してロータを構成したことを特徴とするものである。
また、請求項6に記載の発明は、
ステータとロータを備えた埋め込み磁石型回転電機において、前記ロータが請求項6に記載のロータで構成されたことを特徴とするものである。
また、請求項7に記載の発明は、
板状部材を積層して構成したロータコアの内部に、1極に対し2個のマグネットを略V字状に配置する埋め込み磁石型回転電機において、前記板状部材は、同一部材中に、強磁性部と、加熱処理によって構成された弱磁性部とを有する複合磁性材からなり、マグネット装着孔の外周側に極数と同数の外側弱磁性部を設け、前記マグネット装着孔より内周側全てに内側弱磁性部を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項8に記載の発明は、
板状部材を積層して構成したロータコアの内部に、1極に対し1個のマグネットを放射状に配置する埋め込み磁石型回転電機において、前記板状部材は、同一部材中に、強磁性部と、加熱処理によって構成された弱磁性部とを有する複合磁性材からなり、マグネット装着孔の外周側に極数と同数の外側弱磁性部を設け、前記マグネット装着孔より内周側全てに内側弱磁性部を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項9に記載の発明は、
1極に対し1個のマグネットを放射状に配置し、前記マグネットの間の内周側に、別に各1個のマグネットを磁極を径方向に向けて配置する埋め込み磁石型回転電機において、マグネット装着孔の外周側に極数と同数の外側弱磁性部を設け、前記2種類のマグネット装着孔の3辺に囲まれた部分に、内側弱磁性部を設けたことを特徴とする、請求項1記載の製造方法によってなる前記板状部材とするものである。
また、請求項10に記載の発明は、
板状部材を積層して構成したロータコアの内部に、1極に対し1個のマグネットを放射状に配置し、前記マグネットの間の内周側に、別に各1個のマグネットを、磁極を径方向に向けて配置するロータコアを有する埋め込み磁石型回転電機において、前記板状部材は、マグネット装着孔の外周側に極数と同数の外側弱磁性部を設け、前記2種類のマグネット装着孔の3辺に囲まれた部分に、内側弱磁性部を設けたことを特徴とするものである。
また、請求項11に記載の発明は、
板状部材を積層して構成したロータコアの内部に、1極に対し1個のマグネットを、磁極を径方向に向けて並べて配置するロータコアを有する埋め込み磁石型回転電機において、前記板状部材は、磁極の境部のマグネット装着孔の2辺と外形状に囲まれた部分に弱磁性部を設けたことを特徴とするものである。
前記埋込磁石型回転電機のロータコアを構成する板状部材は、同一部材中に強磁性部と弱磁性部とを有する複合磁性材からなり、板状部材の弱磁性部は、加熱したこてを押し当て、加熱処理されるため、前記板状部材の加熱処理は瞬時に行われ、高出力化と低コスト化を両立させ得る、埋込磁石型回転電機を実現できる。
また、請求項2に記載の発明によると、
前記板状部材は、前記複合磁性材を予め全体を強磁性材とし、後に、設定の部分を加熱処理して弱磁性部となすため、素材が強磁性材の複合磁性材に対し、弱磁性化のための治具を工程に備えるだけでよく、工程設備を簡素に構成できる。
また、請求項3に記載の発明によると、
前記板状部材は、積層する各々の積層面に、非導電性の皮膜または表面処理による非導電性の化合層を有するため、従来の電磁板状部材と同様に渦電流による鉄損の増加を防止できる。
また、請求項4に記載の発明によると、
前記弱磁性部は、ロータコアの外形状に接する外接円に接しない、前記外接円より内側に設けられるため、弱磁性部の位置誤差が、コギングトルクの増大に与える影響を小さく留め得る。
また、請求項5に記載の発明によると、
請求項2ないし請求項4のいずれかの項に記載の板状部材を積層してなるロータコア内部にマグネットを装着するロータとするため、洩れ磁束が小さく、安価なロータコアを製造できる。
また、請求項6に記載の発明によると、
ステータとロータを備えた埋め込み磁石型回転電機において、前記ロータが請求項6に記載のロータで構成されているため、請求項5記載のロータを有する埋め込み磁石型回転電機とするため、高出力化と低コスト化を両立させ得る。
また、請求項7に記載の発明によると、
板状部材を積層して構成したロータコアの内部に、1極に対し2個のマグネットを略V字状に配置する埋め込み磁石型回転電機において、前記板状部材は、同一部材中に、強磁性部と、加熱処理によって構成された弱磁性部とを有する複合磁性材からなり、マグネット装着孔の外周側に極数と同数の外側弱磁性部を設け、前記マグネット装着孔より内周側全てに内側弱磁性部を設けるようにするため、内周側に間隔をあけて加熱処理による弱磁性部を設ける設計に比べ、加熱処理による内径真円度の悪化を低減できる。
また、請求項8に記載の発明によると、
板状部材を積層して構成したロータコアの内部に、1極に対し1個のマグネットを放射状に配置する埋め込み磁石型回転電機において、前記板状部材は、同一部材中に、強磁性部と、加熱処理によって構成された弱磁性部とを有する複合磁性材からなり、マグネット装着孔の外周側に極数と同数の外側弱磁性部を設け、前記マグネット装着孔より内周側全てに内側弱磁性部を設けているため、内周側に間隔をあけて加熱処理による弱磁性部を設ける設計に比べ、内径の真円度を向上できる。
また、請求項9に記載の発明によると、
板状部材を積層して構成したロータコアの内部に、1極に対し1個のマグネットを放射状に配置し、前記マグネットの間の内周側に、別に各1個のマグネットを、磁極を径方向に向けて配置するロータコアを有する埋め込み磁石型回転電機において、前記板状部材は、マグネット装着孔の外周側に極数と同数の外側弱磁性部を設け、前記2種類のマグネット装着孔の3辺に囲まれた部分に、内側弱磁性部を設けるようにするため、従来のブリッジ部を設けて洩れ磁束を低減するロータ設計に比べ、耐遠心力強度及び耐高トルク強度を向上できる。
また、請求項10に記載の発明によると、
板状部材を積層して構成したロータコアの内部に、1極に対し2個のマグネットを、磁極を径方向に向けて並べて配置するロータコアを有する埋め込み磁石型回転電機において、前記板状部材は、磁極の境部のマグネット装着孔の2辺と外形状に囲まれた部分に外側弱磁性部を設け、並んだマグネット装着孔の間に内側弱磁性部を設けるようにするため、従来のブリッジ部を設けて洩れ磁束を低減するロータ設計に比べ、耐遠心力強度及び耐高トルク強度を向上できる。
また、請求項11に記載の発明によると、
板状部材を積層して構成したロータコアの内部に、1極に対し1個のマグネットを、磁極を径方向に向けて並べて配置するロータコアを有する埋め込み磁石型回転電機において、前記板状部材は、磁極の境部のマグネット装着孔の2辺と外形状に囲まれた部分に弱磁性部を設けるようにするため、従来のブリッジ部を設けて洩れ磁束を低減するロータ設計に比べ、耐遠心力強度及び耐高トルク強度を向上できる。
図において、前記埋込磁石型回転電機は、ロータコア32内部にマグネット33を装着するロータを有し、ロータは、シャフト31に設置された負荷側ベアリング26と反負荷側ベアリング27を介して、負荷側ブラケット24と反負荷側ブラケット25に回転自在に支持されている。
ステータは、ステータコア21とステータコイル22よりなり、フレーム23に保持され、フレームは負荷側ブラケットに、反負荷側ブラケットとともに、締結ボルト30で固締結されている。ステータコイルへの通電はステータコイルのリード線28を通して行われ、ロータの反負荷側には、回転位置検出のためのエンコーダ部29が設置されている。
図において、前記ロータは、ロータコア32のマグネット装着孔にマグネット33を装着し、ロータコアはシャフト31に嵌合し、負荷側側板34と反負荷側側板35により軸方向を固定されている。
本実施例のロータは、ロータコアの1極に対し2個のマグネットを前記V字状に配置する構造であり、2個のマグネットの挟角を充分狭く設計し、マグネットより発生する磁束をロータ表面に集中させることにより、高いギャップ磁束密度を得る設計としている。
図において、前記板状部材は、1極に対し2個のマグネットを前記V字状に配置するマグネット装着孔32aを備え、図示しないマグネットは、前記V字状のマグネット装着孔に、一部示すように、同じ磁極を向かい合わせに装着される。そのため、前記板状部材とマグネットにより構成させるロータは、N極とS極の磁極が交互に配置される10極の埋込磁石型ロータとなる。
複合磁性材を用いることで、従来の強磁性材である電磁鋼板を用いた、ブリッジ部を設け洩れ磁束を低減するロータ設計に比べ、耐遠心力強度及び耐高トルク強度を向上でき、高速回転化と高トルク化をなし得る。マグネット磁極面より発生した磁束は、弱磁性部に洩れ磁束となりにくく、殆どがロータ外周面へ導かれるため、従来ブリッジ部での洩れ磁束を補うためのマグネット使用量の追加分が不要になることが、複合磁性材という特殊な鋼板を用いる材料費の上昇分を相殺し、ロータを安価のまま製造できる。また、電機子反作用に対するギャップ磁束の減磁も小さいため、最大トルクを向上できる。
そのため、マグネット装着孔より内周側全てを、一体に内側弱磁性部32cに設けることで、例えば、特許文献2に示されているような、内周側に間隔をあけて弱磁性部を設ける設計に比べ、加熱処理による内径真円度の悪化を低減できる。
図において、ロータコアを構成する板状部材32pを、設定の形状に加工し、図示しない治具台に固定した状態で、前記板状部材の両側から、加熱したこてを押し当て、設定の部分を加熱処理して弱磁性部となす。
こては、加熱電源による誘導加熱により1200℃以上に加熱され、厚み0.5mm以下の前記板状部材に対し、十分大きな熱容量を有し、両側より押し当てるため、前記板状部材の加熱処理は瞬時に行われ、例えば特許文献2に示されているようなレーザ照射による加熱に比べ、短時間で、正確な範囲を加熱できる。よって処理工程に要する時間、及び加工費は、量産可能なレベルとなし得るのである。
また、より広範囲を一度に加熱することも可能であるため、弱磁性部全てを一度に加熱しても良いし、マグネット装着孔より内周側全てを、一体に内側弱磁性部に設けた本実施例のような設計も可能になる。
図において、前記板状部材は、1極に対し1個のマグネットを放射状に配置するマグネット装着孔42aを備え、図示しないマグネットは、放射状のマグネット装着孔に、一部示すように、同じ磁極を向かい合わせに装着される。そのため、前記板状部材とマグネットにより構成させるロータは、N極とS極の磁極が交互に配置される12極の埋込磁石型ロータとなる。
本実施例では、マグネット装着孔42aの外周側に極数と同数の外側弱磁性部42bを設け、マグネット装着孔より内周側全てを一体に内側弱磁性部42cに設ける。
そのため、マグネット装着孔より内周側全てを、一体に内側弱磁性部に設けることで、内周側に間隔をあけて弱磁性部を設ける設計に比べ、加熱処理による内径真円度の悪化を低減できる。
図において、前記板状部材は、1極に対し1個のマグネットを放射状に配置し、前記マグネットの間の内周側に、別に各1個のマグネットを磁極を径方向に向けて配置するマグネット装着孔52aを備え、図示しないマグネットは、マグネット装着孔に、一部示すように、同じ磁極を向かい合わせに装着される。そのため、前記板状部材とマグネットにより構成させるロータは、N極とS極の磁極が交互に配置される8極の埋込磁石型ロータとなる。
本実施例では、マグネット装着孔52aの外周側に極数と同数の外側弱磁性部52bを設け、前記2種類のマグネット装着孔の3辺に囲まれた部分に、内側弱磁性部52cを設ける。
前記外側弱磁性部52bは、ロータコアの外形状に接する外接円に接しない、前記外接円より内側に設けられるため、弱磁性部の位置誤差が、コギングトルクの増大に与える影響を小さく留め得る。前記加熱処理方法は、レーザ照射による加熱に比べ、短時間で、正確な範囲を加熱できるが、弱磁性部の位置誤差に対しコギングトルクの大きさは敏感であるため、弱磁性部をステータコアより遠ざけることで、コギングトルクの増大に与える影響をより小さく留め得るのである。
図において、前記板状部材は、1極に対し2個のマグネットを、磁極を径方向に向けて並べて配置するマグネット装着孔62aを備え、図示しないマグネットは、マグネット装着孔に、一部示すように、磁極を交互に外側に向けて装着される。そのため、前記板状部材とマグネットにより構成させるロータは、N極とS極の磁極が交互に配置される6極の埋込磁石型ロータとなる。
本実施例では、磁極の境部のマグネット装着孔の2辺と外形状に囲まれた部分に外側弱磁性部62bを設け、並んだマグネット装着孔の間に内側弱磁性部62cを設ける。
前記外側弱磁性部62bは、ロータコアの外形状に接する外接円に接しない、前記外接円より内側に設けられるため、弱磁性部の位置誤差が、コギングトルクの増大に与える影響を小さく留め得る。
図において、前記板状部材は、1極に対し1個のマグネットを、磁極を径方向に向けて並べて配置するマグネット装着孔72aを備え、図示しないマグネットは、マグネット装着孔に、一部示すように、磁極を交互に外側に向けて装着される。そのため、前記板状部材とマグネットにより構成させるロータは、N極とS極の磁極が交互に配置される16極の埋込磁石型ロータとなる。
本実施例では、磁極の境部のマグネット装着孔の2辺と外形状に囲まれた部分に弱磁性部72bを設ける。
前記弱磁性部72bは、ロータコアの外形状に接する外接円に接しない、前記外接円より内側に設けられるため、弱磁性部の位置誤差が、コギングトルクの増大に与える影響を小さく留め得る。
22 ステータコイル
23 フレーム
24 負荷側ブラケット
25 反負荷側ブラケット
26 負荷側ベアリング
27 反負荷側ベアリング
28 ステータコイルのリード線
29 エンコーダ部
30 締結ボルト
31 シャフト
32 ロータコア
32a マグネット装着孔
32b 外側弱磁性部
32c 内側弱磁性部
32p 板状部材
33 マグネット
34 負荷側側板
35 反負荷側側板
Claims (11)
- 板状部材を積層して構成したロータコアの内部にマグネットを装着するロータを有する埋込磁石型回転電機において、
前記板状部材は、同一部材中に強磁性部と弱磁性部とを有する複合磁性材からなり、前記板状部材の弱磁性部は、前記強磁性部に加熱したこてを押し当て、加熱処理で形成することを特徴とする、板状部材の製造方法。 - 板状部材を積層して構成したロータコアの内部にマグネットを装着するロータを有する埋込磁石型回転電機において、
前記板状部材は、予め全体を強磁性材で構成されるとともに、設定の部分を加熱処理して形成された弱磁性部を有する複合磁性材からなることを特徴とする、板状部材。 - 前記板状部材は、積層する各々の積層面に、非導電性の皮膜または表面処理による非導電性の化合層を有することを特徴とする、請求項2に記載の板状部材。
- 前記弱磁性部は、ロータコアの外形状に接する外接円に接しない、前記外接円より内側に設けられたことを特徴とする、請求項3に記載の板状部材。
- 請求項2ないし請求項4のいずれかの項に記載の板状部材を積層して構成されたロータコアの内部に、マグネットを装着して構成したことを特徴とする、ロータ。
- ステータとロータを備えた埋め込み磁石型回転電機において、前記ロータが請求項5に記載のロータで構成されたことを特徴とする、埋め込み磁石型回転電機。
- 板状部材を積層して構成したロータコアの内部に、1極に対し2個のマグネットを略V字状に配置する埋め込み磁石型回転電機において、
前記板状部材は、同一部材中に、強磁性部と、加熱処理によって構成された弱磁性部とを有する複合磁性材からなり、マグネット装着孔の外周側に極数と同数の外側弱磁性部を設け、前記マグネット装着孔より内周側全てに内側弱磁性部を設けたことを特徴とする、埋め込み磁石型回転電機。 - 板状部材を積層して構成したロータコアの内部に、1極に対し1個のマグネットを放射状に配置する埋め込み磁石型回転電機において、
前記板状部材は、同一部材中に、強磁性部と、加熱処理によって構成された弱磁性部とを有する複合磁性材からなり、マグネット装着孔の外周側に極数と同数の外側弱磁性部を設け、前記マグネット装着孔より内周側全てに内側弱磁性部を設けたことを特徴とする、埋め込み磁石型回転電機。 - 板状部材を積層して構成したロータコアの内部に、1極に対し1個のマグネットを放射状に配置し、前記マグネットの間の内周側に、別に各1個のマグネットを、磁極を径方向に向けて配置するロータコアを有する埋め込み磁石型回転電機において、
前記板状部材は、マグネット装着孔の外周側に極数と同数の外側弱磁性部を設け、前記2種類のマグネット装着孔の3辺に囲まれた部分に、内側弱磁性部を設けたことを特徴とする、埋め込み磁石型回転電機。 - 板状部材を積層して構成したロータコアの内部に、1極に対し2個のマグネットを、磁極を径方向に向けて並べて配置するロータコアを有する埋め込み磁石型回転電機において、
前記板状部材は、磁極の境部のマグネット装着孔の2辺と外形状に囲まれた部分に外側弱磁性部を設け、並んだマグネット装着孔の間に内側弱磁性部を設けたことを特徴とする、埋め込み磁石型回転電機。 - 板状部材を積層して構成したロータコアの内部に、1極に対し1個のマグネットを、磁極を径方向に向けて並べて配置するロータコアを有する埋め込み磁石型回転電機において、
前記板状部材は、磁極の境部のマグネット装着孔の2辺と外形状に囲まれた部分に弱磁性部を設けたことを特徴とする、埋め込み磁石型回転電機。
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