JP2013070505A - 回転子 - Google Patents

Abstract

【課題】永久磁石の体積を削減することがない回転子を提供する。
【解決手段】ロータコア（１０）は、互いに回転方向に移動されて固定される第１の積層ブロック（１０ａ）と第２の積層ブロック（１０ｂ）とより構成され、磁石孔（３０）は、回転方向の一端部及び他端部に、永久磁石が存在しない第１の空隙部（３１ａ）及び第２の空隙部（３１ｂ）が形成され、第１の積層ブロックと第２の積層ブロックとが隣接する部分で、第１の空隙部同士、及び、第２の空隙部同士が連通するように、第１の空隙部と第２の空隙部との少なくとも一方の面積が拡大されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、埋込磁石型同期電動機における回転子に関する。

永久磁石を回転子の鉄心（ロータコア）に埋め込んで構成された埋込磁石型同期電動機（いわゆるＩＰＭモータ）において、回転子は次のような構造となっている。

回転子は、複数の磁石孔が空けられた電磁鋼板を積層して作られたロータコアと、磁石孔に挿入される永久磁石とにより構成される。磁石孔の周方向端部には、磁石の磁束の短絡防止のため、ロータコアの回転軸方向に延びる空隙部（フラックスバリア）が設けられている。また、磁石孔内の磁石を固定するために、上記空隙部には樹脂や接着剤等の充填材が充填されている。

このようなロータコアにおいて、ロータコアを積層方向に複数のブロックに分け、各ブロックに形成された磁石孔に永久磁石を挿入した基準ブロックを形成し、それぞれの基準ブロックを軸心を一致させたまま互いに回転方向にずらした状態で、回転子の回転軸方向に複数積層した、いわゆるスキュー構造としたロータ構造も知られている（特許文献１参照）。

特開２００７−２８２３９２号公報

前述のような従来技術では、各基準ブロックにおいて、磁石挿入孔の深さよりも短い磁石を使用することにより、基準ブロックを積層した際に各基準ブロックの磁石同士間に回転軸方向で隙間を設け、該隙間によって各基準ブロック同士の空隙部を連通することにより、空隙部に充填される樹脂等の充填剤の流通経路を確保している。この場合は、磁石挿入孔の深さと同じ長さの磁石を用いたロータコアに対して、モータのトルク密度が低下するという問題点があった。

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、スキュー構造とした回転子において、磁石の体積を減少することなく空隙部を連通した回転子を提供することを特徴とする。

本発明の一実施態様は、磁石孔が形成されたプレートを積層して形成されるロータコアと、ロータコアの磁石孔に挿入される永久磁石と、によって構成される、電動機の回転子に適用される。

この回転子において、ロータコアは、互いに回転方向に移動されて固定される第１の積層ブロックと第２の積層ブロックとより構成され、磁石孔の回転方向の一端部及び他端部に連通し、ロータコアの回転軸方向端面に開口すると共に回転軸方向に貫通する第１の空隙部及び第２の空隙部が形成される。そして、第１の積層ブロックと第２の積層ブロックとが隣接する部分で、第１の空隙部同士、及び、第２の空隙部同士が連通するように、第１の空隙部と第２の空隙部との少なくとも一方の開口面積が拡大されていることを特徴とする。

本発明によると、永久磁石の体積を削減することなく、第１及び第２の空隙部が異なる積層ブロックの間で連通することができるので、この回転子を用いた電動機のトルク密度が低下することを防止できる。

本発明の第１実施形態の回転子１の説明図である。 本発明の第１実施形態のロータコアの要部の断面図を示す。 本発明の実施形態の変形例であり、一つの磁石部に三つの永久磁石を配置した場合のロータコアの要部の説明図である 本発明の実施形態の別の変形例であり、一つの磁石部に二つの永久磁石を配置した場合のロータコアの要部の説明図である 本発明の実施形態のさらに別の変形例を示し、永久磁石の形状を変形した場合のロータコアの要部の説明図である。 本発明の実施形態のさらに別の変形例であり、スキューブロックを４段に積層させた場合のロータコアの説明図である。 本発明の第２実施形態のプレートの要部の説明図である。 本発明の第２実施形態のロータコア断面図を示す。 本発明の第３実施形態の回転子の説明図である。

以下に、本発明の実施形態の電動機の回転子について、図面を参照して説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態の回転子１の説明図である。図１（ａ）は回転子１の軸方向に対して垂直な面での断面図を示す。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図を示す。

回転子１は、ロータコア１０に形成された磁石孔３０に永久磁石２０が挿入されて構成されている。

ロータコア１０は、電磁鋼板からなる平板状のプレート１１を軸方向（回転子１の回転軸方向）に積層して構成される。プレート１１は、各々が図１（ａ）に示すように、中心部に軸が貫通する軸孔１２が穿設されると共に、軸孔１２の周囲に、ロータコア１０の端面に開口すると共に軸方向に貫通する磁石孔３０が、周方向に等間隔で穿設されている。

ロータコア１０において、それぞれの磁石孔３０に永久磁石２０が挿入される。永久磁石２０はロータコア１０の軸方向に長手の面を有する直方体形状に形成されている。磁石孔３０は、この直方体形状の永久磁石２０の軸方向断面と略同一の形状（好ましくは挿入を容易にするための若干の隙間を含める）を有する。

さらに、磁石孔３０は、永久磁石２０の周方向の端部側に、磁石孔３０に連通し、ロータコア１０の端面に開口すると共に軸方向に貫通する空隙部３１を有する。空隙部３１は、永久磁石２０の挿入を容易にするために磁石孔３０を変形させる緩衝として機能するほか、永久磁石２０の端部付近での磁束の回り込みによる効率の低下を防止するための、いわゆるフラックスバリアとしても機能する。空隙部３１には、空隙部３１に磁性を持たない樹脂や接着剤等の充填材（以下、充填材を樹脂として説明する）が充填されることによって永久磁石２０を固定することが一般的に行われている。

本実施形態の回転子１は、永久磁石２０を軸方向に２ないし数個を積層させ、これらを周方向に位置をずらす、いわゆるスキュー構造とした。

図１（ｂ）に示す例では、第１のスキューブロック１０ａと、第２のスキューブロック１０ｂとが軸方向に積層されて構成されている例を示す。これら第１のスキューブロック１０ａと第２のスキューブロック１０ｂとで、永久磁石２０の位置が周方向にずらされている。

このように、ロータコア１０をスキュー構造とすることによって、回転子１の外周に発生する磁界の強弱が緩和されて、回転に伴って発生するトルクの変動を抑えることができる。

ところで、ロータコア１０をスキュー構造としたときには、スキューブロック１０ａ、１０ｂの間で空隙部３１の位置が周方向にずれ、スキューブロック１０ａ、１０ｂの間で空隙部３１が連通しなくなる。このとき、前述のように樹脂を充填する場合には、ロータコア１０の一端側と他端側とから樹脂を充填する作業が発生し、作業工数が増加するという問題がある。

これに対して、スキューした各スキューブロック１０ａ、１０ｂが接する箇所において。各々の永久磁石２０を軸方向に若干削除して（永久磁石２０を軸方向寸法を、ロータコア１０の軸方向寸法よりも小さくして）、スキューブロック１０ａの永久磁石２０とスキューブロック１０ｂの永久磁石２０との間に、軸方向で隙間を設けることによって、空隙部３１を連通させることもできる。しかしながら、永久磁石２０を削除した場合は、永久磁石２０の体積が削減される。ロータコア１０の永久磁石２０の体積が減少されると、トルク密度が低下するという問題があった。

そこで本発明の実施の形態では、次のようにロータコア１０を構成することによって、永久磁石２０の体積を減少することなく、トルク密度の低下を防止した。

図２は、本実施形態のロータコア１０の要部の断面図を示す。図２（ａ）はロータコア１０の断面図であり、図２（ｂ）は、ロータコア１０の軸方向からの透視図を示す。

図２（ａ）において、ロータコア１０は、磁石孔３０に永久磁石２０が挿入されている。磁石孔３０は、永久磁石２０の周方向の端部それぞれに空隙部３１ａ、３１ｂが形成されている。そして、この空隙部３１の一方（３１ａ）の断面積（開口面積）を、他方（３１ｂ）の断面積（開口面積）よりも周方向に延長させた形状とした。すなわち、永久磁石２０の中心に対して、空隙部３１ａ、３１ｂの形状を非対称とした。

ロータコア１０を構成するプレート１１（積層鋼板）は、例えばケイ素鋼板等により構成され、それぞれに磁石孔３０及び空隙部３１ａ、３１ｂが穿設されている。図１（ｂ）において、スキューブロック１０ａに積層されるプレート１１と、スキューブロック１０ｂに積層されるプレート１１とは、同一の形状であり、かつ、表裏が逆に装着されている。すなわち、スキューブロック１０ａとスキューブロック１０ｂとは、積層方向で表裏が逆となっている。

ロータコア１０をこのように構成することにより、ロータコア１０を軸方向から透視した場合は、図２（ｂ）に示すように、実線で示すスキューブロック１０ａに対して、点線で示すスキューブロック１０ｂが存在することとなる。この場合、スキューブロック１０ａの空隙部３１ａが、スキューブロック１０ｂの空隙部３１ｂと必ず重なる箇所（網掛け部分で示す）が形成される。

すなわち、図１（ｂ）に示すように、ロータコア１０の軸方向全体に渡って、空隙部である空隙部３１が貫通する構造となる。

このように構成することによって、空隙部３１が異なるスキューブロック１０ａ、１０ｂの間で連通する。これにより、前述のように樹脂を充填する作業が一度で済ませることができる。すなわち、スキューブロック１０ａの空隙部３１ａの軸方向開口、もしくはスキューブロック１０ｂの空隙部３１ｂの開口の一方の開口から樹脂を流入させるだけで、スキューブロック１０ａ、１０ｂの両スキューブロックの空隙に樹脂（充填材）を充填させることができる。

また、永久磁石２０を、ロータコア１０の軸方向全体にわたって配置することができるので、永久磁石２０の体積が減少することなく、トルク密度が低下することを防止できる。

なお、ロータコア１０は、プレート１１を積層して形成され、その軸方向両端部には更に、一般的にエンドプレートと呼ばれる固定部材が設けられる。このエンドプレートに、ロータコア１０の空隙部３１の開口に相当する部分に樹脂装填孔を穿設し、この孔から樹脂等を流し込むことによって、空隙部３１に樹脂を充填してもよい。

次に、本実施形態の変形例を説明する。

図１及び２に示した例は、ロータコア１０において、一つの永久磁石２０を一つの磁石部として配置した例を示したが、これ限られない。例えば一つの磁石部に複数の永久磁石２０を配置してもよい。すなわち、磁石部を複数の永久磁石２０で形成してもよい。

図３は、本実施形態の変形例を示し、一つの磁石部に三つの永久磁石２０を配置した場合のロータコア１０の要部の説明図である。

図３（ａ）に示すように、磁石部に、三角形の各辺を構成するように三つの永久磁石２０ａ、２０ｂ、２０ｃを略三角形状に配置した。これら永久磁石２０ａ、２０ｂ、２０ｃに対応するように、ロータコア１０に磁石孔３０ａ、３０ｂ、３０ｃを形成した。

これら磁石孔３０ａ、３０ｂ、３０ｃのそれぞれに、前述のように空隙部３１が形成されている。これら空隙部３１は、図３（ｂ）に示すように、前述のようにスキューブロック１０ａ、１０ｂの間でスキューを行った場合にも、重なる箇所（網掛け部分）ができるように形成されている。

図４は、本実施形態の別の変形例を示し、一つの磁石部に二つの永久磁石２０を配置した場合のロータコア１０の要部の説明図である。

図４（ａ）に示すように、磁石部に、二つの永久磁石２０ａ、２０ｂ、を略Ｖ字状に配置した。これら永久磁石２０ａ、２０ｂに対応するように、ロータコア１０に磁石孔３０ａ、３０ｂを形成した。

これら磁石孔３０ａ、３０ｂのそれぞれに、前述のように空隙部３１が形成されている。これら空隙部３１は、図４（ｂ）に示すように、前述のようにスキューブロック１０ａ、１０ｂの間でスキューを行った場合にも、重なる箇所（網掛け部分）ができるように形成されている。

図５は、本実施形態のさらに別の変形例を示し、永久磁石２０の形状を変形した場合のロータコア１０の要部の説明図である。

図５（ａ）は、ロータコア１０の軸方向から見て永久磁石２０の外周側を膨出させたかまぼこ形状の永久磁石２０を装着するロータコア１０の例である。図５（ｂ）は、ロータコア１０の軸方向から見て永久磁石２０を内周側に湾曲させた弓形形状の永久磁石２０を装着するロータコア１０の例である。

このように、永久磁石２０の形状を変更した場合にも、磁石孔３０を永久磁石２０の外形に適う形状に形成する。この磁石孔３０に、前述のように空隙部３１が形成されている。空隙部３１は、前述のようにスキューブロック１０ａ、１０ｂの間でスキューを行った場合にも、重なる箇所（網掛け部分）ができるように形成されている。

図６は、本実施形態のさらに別の変形例であり、スキューブロックを４段に積層させた場合のロータコア１０の説明図である。

前述の図１（ｂ）に示す例では、スキューブロック１０ａ及び１０ｂの２段とした例を示したが、これに限られることはない。電動機の性能や特性を勘案して、さらに多段のスキューを設けてもよい。

図６に示す例では、スキューブロック１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの４段でスキュー構造とした例を示す。

このように、さらに多段のスキュー構造とした場合にも、磁石孔３０の空隙部３１を、スキューブロック１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの間で連通するように、空隙部の形状を前述の図２のように形成すればよい。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。

図７及び図８は、本発明の第２実施形態のロータコア１０の説明図である。

前述の第１実施形態では、同一形状のプレート１１を表裏を逆にして積層することによって、異なるスキューブロック１０ａ、１０ｂを構成した。これに対して、第２の実施形態では、異なるスキューブロック１０ａ、１０ｂの間に、連結ブロック１５を配置した。なお、第１の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。

図７（ａ）は、スキューブロック１０ａを構成するプレート１１ａの要部の説明図である。図７（ｂ）は、連結ブロック１５を構成するプレート１１ｂの要部の説明図である。図７（ｃ）は、スキューブロック１０ｂを構成するプレート１１ａの要部の説明図である。図７（ｄ）は、ロータコア１０の軸方向からの透視図を示す。

第１実施形態と同様に、スキューブロック１０ａを構成するプレート１１ａと、スキューブロック１０ｂを構成するプレート１１ｂは、表裏を逆とした同一形状とする。ここで、本実施形態では、プレート１１ａ、１１ｂいずれも、空隙部３１の形状を、周方向の一端側と他端側とで同一形状としている。

第１実施形態では、スキュー構造とすることによって樹脂の充填の作業工数が増加することを防ぐために、一端側の空隙部３１ａの形状を、他端側の空隙部３１ｂの形状よりも大きな開口面積としている。

これに対して、第２実施形態では、空隙部３１の形状を従来周知の形状、すなわち、磁石孔３０に対して対称とし、一端側の空隙部３１ａの形状と、他端側の空隙部３１ｂの形状とを略同一とした。そしてさらに、スキューブロック１０ａ、１０ｂの間に、それぞれの空隙部３１を連結するための拡大された空隙部３２を有するプレート１１ｃからなる連結ブロック１５を配置した。

図８に示すように、スキューブロック１０ａとスキューブロック１０ｂとの間に、プレート１１ｃを積層して構成した連結ブロック１５を介装する。連結ブロック１５は、スキューブロック１０ａの空隙部３１と、スキューブロック１０ｂの空隙部３１と、ロータコア１０の回転軸方向端面から見たときに、それぞれ包含する開口を有する空隙部３２ａ及び空隙部３２ｂを有している。

このような構成によって、第２実施形態では、前述の第１実施形態と同様に、空隙部３１が、スキューした各スキューブロック１０ａ、１０ｂの間で連通する。これにより、前述のように樹脂を充填する作業が一度で済ませることができる。

また、永久磁石２０を、ロータコア１０の軸方向全体にわたって配置することができるので、永久磁石２０の体積が減少することなく、トルク密度が低下することを防止できる。

特に、第２実施形態では、空隙部３１を従来周知の形状とすることができ、永久磁石２０を第１実施形態よりも周方向に大きく形成することができる。このため、永久磁石２０の体積が減少することなく、トルク密度が低下することを防止できる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明第３の実施形態について説明する。

図９は、本発明第３の実施形態のロータコア１０の説明図である。

図９（ａ）は、第３実施形態の永久磁石２１の斜視図である。図９（ｂ）は、ロータコア１０の図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面図を示す。なお、第１の実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、その説明は省略する。

第３実施形態では、永久磁石２１の形状を工夫することによって、異なるスキューブロック１０ａ、１０ｂの間で空隙部３１を連通させた。

具体的には、図９（ａ）に示すように、永久磁石２１の軸方向に水平な面でかつ周方向の一端側の面２２と、軸方向に垂直な一端側の面２３とが直交する部分に、切欠部２５を形成した。

そして、図９（ｂ）に示すように、切欠部２５が形成された面２０ｂをスキューブロック１０ａ、１０ｂが接する部分で互いに向かい合って接するように配置し、かつ、切欠部２５が周方向に互い違いとなるように配置した。各々の永久磁石２１は、スキューブロック１０ａ、１０ｂのスキューにより周方向にずれて配置されるが、このずれ量が切欠部２５の切欠形状と略一致するように構成することによって、スキューブロック１０ａ、１０ｂの間で空隙部３１が連通する。

なお、第３実施形態では、各スキューブロック１０ａ、１０ｂを構成するプレート１１は、第２実施形態と同様に、空隙部３１の形状を従来周知の形状、すなわち、磁石孔３０に対して対称とし、一端側の空隙部３１ａの形状と、他端側の空隙部３１ｂの形状とを略同一とした。

このような構成によって、第２実施形態では、前述の第１実施形態と同様に、空隙部３１が、スキューした各スキューブロック１０ａ、１０ｂの間で連通する。これにより、前述のように樹脂を充填する作業が一度で済ませることができる。

また、永久磁石２１を、ロータコア１０の軸方向全体にわたって配置することができるので、永久磁石２１の体積が減少することなく、トルク密度が低下することを防止できる。

特に第３実施形態では、永久磁石２１の形状のみを変更することによって、スキューブロック１０ａ、１０ｂ間で空隙部を連通するので、プレート１１の形状を従来周知の形状から設計変更を行う必要がない。また、永久磁石２１においては、バリ取り、面取り等の作業は通常行われており、切欠部２５に対応する箇所の面取り量を大きくするのみでよい。したがって、永久磁石２１の形状を変更することによるコストは増加しない。

１ 回転子
１０ ロータコア
１０ａ スキューブロック（第１の積層ブロック）
１０ｂ スキューブロック（第２の積層ブロック）
１１ プレート
１２ 軸孔
１５ 連結ブロック
２０ 永久磁石
２２ 永久磁石
２５ 切欠部
３０ 磁石孔
３１ 空隙部
３１ａ 空隙部（第１の空隙部）
３１ａ 空隙部（第２の空隙部）
３２ 空隙部（第３の空隙部、第４の空隙部）

Claims (5)

1. 磁石孔が形成されたプレートを積層して形成されるロータコアと、前記ロータコアの回転軸方向に貫通する磁石孔に挿入される永久磁石と、によって構成される、電動機の回転子であって、
   前記ロータコアは、互いに回転方向に移動されて固定される第１の積層ブロックと第２の積層ブロックとより構成され、
   前記磁石孔の回転方向の一端部及び他端部に連通し、ロータコアの回転軸方向端部に開口するとともにロータコアの回転軸方向に貫通する第１の空隙部及び第２の空隙部が形成され、
   前記第１の積層ブロックと前記第２の積層ブロックとが隣接する部分で、前記第１の空隙部同士、及び、前記第２の空隙部同士が連通するように、前記第１の空隙部と前記第２の空隙部との少なくとも一方の開口面積が拡大されていることを特徴とする回転子。
2. 前記第１の空隙部が前記第２の空隙部よりも大きな開口面積を有し、
   前記第１の積層ブロックと前記第２の積層ブロックとが隣接する部分で、前記第１の空隙部と前記第２の空隙部とが連通することを特徴とする請求項１に記載の回転子。
3. 前記第１の積層ブロックと前記第２の積層ブロックとの間に、連結プレートからなる連結ブロックを備え、
   前記連結ブロックは、第２の磁石孔及び第３の空隙部を有し、
   前記第３の空隙部は、前記第１の積層ブロックの第１の空隙部と前記第２の積層ブロックの第１の空隙部とを連通し、前記第１の積層ブロックの第２の空隙部と前記第２の積層ブロックの第２の空隙部とを連通し、
   前記第２の磁石孔は、前記第１の積層ブロック及び前記第２の積層ブロックの磁石孔を連通して、前記永久磁石が挿入されることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転子。
4. 前記永久磁石は、前記第１の積層ブロックと前記第２の積層ブロックとが隣接する部分で周方向の一端が切り欠かれた切欠部を有し、
   前記切欠部によって、前記第１の積層ブロックの第１の空隙部と前記第２の積層ブロックの第１の空隙部とが連通し、前記第１の積層ブロックの第２の空隙部と前記第２の積層ブロックの第２の空隙部とを連通することを特徴とする請求項１に記載の回転子。
5. 前記ロータコアの軸方向の一端部及び他端部に、前記第１の空隙部及び前記第２の空隙部に対応する箇所に孔を有するプレートを固定し、前記プレートの前記孔から、前記第１の空隙部及び前記第２の空隙部に樹脂を充填することを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の回転子。

Images