JP2013176259A - 永久磁石型回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】磁石損失を低減し、ロータコア２の劣化を抑制する永久磁石型回転電機を提供する。
【解決手段】１極が複数の永久磁石によって形成される永久磁石型回転電機であって、径方向に複数の磁石孔を有するロータコア２と、軸方向に沿って分割した第１磁石片３ａによって形成され、第１磁石孔６に挿入される第１永久磁石３と、軸方向と交差する方向に沿って分割した第２磁石片によって形成され、第１磁石孔６よりも径方向外側に位置する第２磁石孔７に挿入される第２永久磁石４とを備え、第１永久磁石３と第２永久磁石４とによって１極が形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は永久磁石型回転電機に関するものである。

従来、軸方向に沿って分割した磁石片をロータコアの磁石孔に挿入した永久磁石型回転電機が特許文献１に開示されている。また、軸方向に垂直な方向に沿って分割した磁石片をロータコアの磁石孔に挿入した永久磁石型回転電機が特許文献２に開示されている。

特開２０００−２２８８３８号公報 特開２０００−３２４７３６号公報

しかし、軸方向に沿って分割した磁石片をロータコアの磁石孔に挿入した場合には、ロータが回転すると、遠心力によって磁石片の一部がロータコアと接触し、接触箇所に応力が集中する。磁石片とロータコアの外周壁との厚さが薄い場合には、接触箇所に応力が集中することで、接触箇所近辺でロータコアが劣化するおそれがある。

一方、軸方向に垂直な方向に沿って分割した磁石片をロータコアの磁石孔に挿入し、永久磁石型回転電機の軸方向に長い場合には、軸方向に沿って分割した磁石片を使用する場合と比較して、渦電流によって生じる熱が大きくなり、磁石損失の低減量が小さくなる。

本発明はこのような問題点を解決するために発明されたもので、永久磁石型回転電機において、ロータコアの劣化を抑制しつつ、磁石損失を低減することを目的とする。

本発明のある態様に係る永久磁石型回転電機は、１極が複数の永久磁石によって形成される永久磁石型回転電機である。永久磁石型回転電機は、径方向に複数の磁石孔を有するロータコアと、軸方向に沿って分割した第１磁石片によって形成され、第１磁石孔に挿入される第１永久磁石と、軸方向と交差する方向に沿って分割した第２磁石片によって形成され、第１磁石孔よりも径方向外側に位置する第２磁石孔に挿入される第２永久磁石とを備える。第１永久磁石と第２永久磁石とによって１極が形成される。

この態様によると、軸方向に沿って分割した第１磁石片によって第１永久磁石を形成するので、磁石損失を低減することができる。また、軸方向に交差する方向に沿って分割した第２磁石片によって第２永久磁石を形成し、第２永久磁石を第１永久磁石よりも径方向と外側に配置するので、ロータコアの劣化を抑制することができる。

実施形態の永久磁石型回転電機のロータを示す図である。 ロータの一部を拡大する図である。 第１永久磁石の斜視図である。 第２永久磁石の斜視図である。 永久磁石の分割方法と分割数と磁石損失との関係を示す図である。 軸方向に沿って分割した永久磁石をロータコアの外周壁側に形成した磁石孔に挿入した場合の応力分布を示す図である。 本実施形態の変形例を示す図である。

本発明の実施形態の永久磁石型回転電機のロータについて図１、図２を用いて説明する。図１は、永久磁石型回転電機のロータをロータの回転軸方向に見た正面図である。図２はロータの一部を拡大した図である。

ロータ１は、ロータコア２と、第１永久磁石３と、第２永久磁石４とを備える。ロータ１では、２つの第１磁石孔６に挿入される２つの第１永久磁石３と、１つの第２磁石孔７に挿入される１つの第２永久磁石４とによって１つの極が形成される。

ロータコア２は、薄型の電磁鋼板を複数枚、軸方向に積層して形成される。電磁鋼板には複数の孔が形成されており、電磁鋼板を積層することで、ロータコア２には、回転軸が挿入される軸孔５と、第１永久磁石３が挿入される第１磁石孔６と、第２永久磁石４が挿入される第２磁石孔７とが形成される。

１つの極を形成する第１永久磁石３が挿入される２つの第１磁石孔６は、径方向内側となるにつれて、２つの第１磁石孔６の距離が短くなるように形成されており、軸方向から見ると略Ｖ字状に形成される。

第２磁石孔７は、径方向外側に形成される。２つの第１永久磁石３とともに１つの極を形成する第２永久磁石４が挿入される第２磁石孔７は、２つの第１磁石孔６の間に形成される。

１つの極を形成する第１永久磁石３または第２永久磁石４が挿入される第１磁石孔６と第２磁石孔７とを軸方向から見ると、略三角形状となる。

第１永久磁石３は、図３に示すように永久磁石を永久磁石の長手方向に沿って分割し、分割した第１磁石片３ａを並べて形成される。なお、永久磁石の長手方向と軸方向とは一致している。第１磁石片３ａは、第１磁石孔６に挿入される前に、例えば接着剤などによって一体化されていない。第１磁石片３ａは径方向内側よりの第１磁石孔６に挿入される。第１磁石片３ａには、防錆のためのコーティングが施される。１極を形成する２つの第１永久磁石３は、径方向内側となるにつれて第１永久磁石３間の距離が短くなる。

第２永久磁石４は、図４に示すように永久磁石を永久磁石の長手方向に対して交差する方向、具体的には垂直方向に沿って分割し、分割した第２磁石片４ａの分割面を合わせて例えば接着剤などによって接着して一体化して形成される。第２永久磁石４は、第２磁石片４ａを一体化した状態で第２磁石孔７に挿入される。第２永久磁石４には、防錆のためのコーティングが施されている。

第１永久磁石３と第２永久磁石４とを比較すると、第２永久磁石４は第１永久磁石３よりも径方向外側に位置する。１つの極を形成する２つの第１永久磁石３と第２永久磁石４とを軸方向から見ると、略三角形状となる。本実施形態では、永久磁石からロータコア２の外周壁までの厚さが厚い第１永久磁石３には軸方向に沿って分割した第１磁石片３ａを用い、永久磁石からロータコア２の外周壁までの厚さが薄い第２永久磁石４には軸方向に垂直な方向に沿って分割した第２磁石片４ａを用いる。

本発明の実施形態の効果について説明する。

磁石孔に挿入される永久磁石を分割する方法として、永久磁石の長手方向に沿って分割する方法と、長手方向に垂直な方向に沿って分割する方法とがある。２つの分割方法によって分割した場合に渦電流によって生じる熱による磁石損失を図５に示す。図５では、永久磁石の長手方向に沿って分割した場合の分割数と磁石損失との関係を実線で示し、永久磁石の長手方向に垂直な方向に沿って分割した場合の分割数と磁石損失との関係を破線で示す。

図５によると、分割数が同じ場合には、永久磁石の長手方向に沿って分割した永久磁石の方が、永久磁石の長手方向に垂直な方向に沿って分割した永久磁石よりも磁石損失が小さいことがわかる。

しかし、径方向外側に形成された磁石孔に永久磁石の長手方向に沿って分割した永久磁石を挿入し、ロータが高速回転速度で回転した場合には、図６に示すように永久磁石２０と当接するロータコア２１に遠心力による応力が集中する。図６では、色が濃い箇所は応力が集中していることを示す。このようにしてロータコア２１の一部に応力が集中すると、応力が集中する箇所を中心にロータコア２１が劣化するおそれがある。

永久磁石の長手方向に沿って分割した磁石片同士を接着剤で固定することで、図６に示すようなロータコアの劣化を抑制することも可能である。しかし、ロータが高回転速度で回転することで、遠心力によって永久磁石が撓み、磁石片が剥がれると、同様の問題が発生し、ロータコアが劣化するおそれがある。

また、磁石片同士を接着している接着剤が剥がれると、防錆のコーティングが施されていない接着剤を塗布した面から磁石片が錆びるおそれもある。

本実施形態では、１つの極を第１永久磁石３と第１永久磁石３よりも径方向外側に位置する第２永久磁石４とによって形成し、第１永久磁石３は永久磁石を軸方向に沿って分割した第１磁石片３ａによって形成される。また、第２永久磁石４は永久磁石を軸方向に垂直な方向に沿って分割した第２磁石片４ａによって形成される。これにより、径方向内側に位置する第１永久磁石３における磁石損失を小さくすることができる。特に軸方向に長い永久磁石型回転電機の場合には磁石損失を小さくする効果が大きい。また、第１永久磁石３よりも径方向外側に位置する第２永久磁石４ではロータコア２の一部に応力が集中することが抑制され、ロータコア２が劣化することを抑制することができる。さらに、第２永久磁石４の第２磁石片４ａを接着している接着材が剥がれることを抑制し、第２永久磁石４が錆びることを抑制することができる。

なお、第１永久磁石３を軸方向に沿って分割しているが、第１永久磁石３からロータコア２の外周壁までの厚さが厚いので、ロータ１が高回転速度で回転しても第１永久磁石３にかかる遠心力でロータコア２が劣化することはない。

径方向内側となるにつれて、１つの極を形成する２つの第１永久磁石３の距離が短くなるように配置し、２つの第１永久磁石３と第２永久磁石４とが軸方向から見た場合に略三角形状となるように配置する。これにより、第１永久磁石３と第２永久磁石４との間のロータコア２をｑ軸磁路として活用することができ、これによりリラクタンストルクが増加するので、トルク密度を向上させることができる。

第１永久磁石３を例えば接着剤などによって一体化せずに、第１磁石片３ａを第１磁石孔６に挿入するので、一体化するための接着剤などが不要となり、コストを削減することができる。また、第１磁石片３ａを接着する工程を省くことができ、生産性を向上することができる。

第１磁石片３ａを一体化せずに第１磁石孔６へ挿入すると、第１磁石片３ａの寸法公差が積み上げられるため、最大寸法の第１磁石片３ａが用いられた場合でも第１磁石公に挿入可能となるように公差を小さくするか、ノミナル寸法を小さくする必要がある。

本実施形態では、第１永久磁石３の分割数を少なくすることで、磁石片の寸法公差の積み上がりによる影響を小さくし、第１磁石孔６へ第１永久磁石３を容易に挿入することができる。

図７に本実施形態の変形例を示す。図７では第１永久磁石１０と第２永久磁石４と径方向に並設する。この変形例では、１つの第１永久磁石３と、１つの第２永久磁石１０とにより１極が形成される。

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは言うまでもない。

第１永久磁石３の分割数を第２永久磁石４の分割数よりも少なくしてもよい。図５に示すように、永久磁石を軸方向に沿って分割した場合には、永久磁石を軸方向に垂直な方向に沿って分割した場合と比較して、同じ磁石損失となる分割数は少ない。そのため、第１永久磁石３の分割数を少なくしても、軸方向に垂直な方向に沿って分割する場合と同等の磁石損失効果を得ることができる。第１永久磁石３の分割数を少なくすることで、作業効率を向上することができる。また、分割数を多くすると磁石片が折れるなどにより、使用できない磁石片が生じる可能性があるが、第１永久磁石３の分割数を少なくすることで、使用できない磁石片の発生を抑制することができる。これにより、コストを低減することができる。

上記実施形態では、第１永久磁石３を軸方向に沿って分割された第１磁石片３ａによって構成したが、さらに軸方向に交差する方向、具体的には軸方向に垂直な方向に沿って分割した磁石片によって構成してもよい。

２ ロータコア
３、１０ 第１永久磁石
３ａ 第１磁石片
４ 第２永久磁石
４ａ 第２磁石片
６ 第１磁石孔
７ 第２磁石孔

Claims (4)

1. １極が複数の永久磁石によって形成される永久磁石型回転電機であって、
   径方向に複数の磁石孔を有するロータコアと、
   軸方向に沿って分割した第１磁石片によって形成され、第１磁石孔に挿入される第１永久磁石と、
   前記軸方向と交差する方向に沿って分割した第２磁石片によって形成され、前記第１磁石孔よりも径方向外側に位置する第２磁石孔に挿入される第２永久磁石とを備え、
   前記第１永久磁石と前記第２永久磁石とによって前記１極が形成されることを特徴とする永久磁石型回転電機。
2. 前記第１永久磁石は、前記第２永久磁石よりも分割数が少ないことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石型回転電機。
3. ２つの前記第１永久磁石は、径方向内側となるにつれて前記第１永久磁石間の距離が短くなるように配置され、
   ２つの前記第１永久磁石および前記第２永久磁石は、軸方向から見た場合に略三角形状となることを特徴とする請求項１または２に記載の永久磁石型回転電機。
4. 前記第１永久磁石は、前記第１磁石片を一体化せずに前記第１磁石孔に挿入して形成されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の永久磁石型回転電機。