JP2015107051A - 永久磁石回転子 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気漏れの少ないブラシレスモータ用ＩＰＭ回転子を提供すること。【解決手段】ブラシレスモータ用回転子は、軸、回転子鉄心、及び複数の永久磁石を含む。回転子鉄心は、内側環状部及び外側環状部を含む。内側環状部は、軸を受け入れるための中央穴を有する。外側環状部は、リング状に配列された複数のセクタセグメントを含み、隣接するセクタセグメントは、それらの間に、対応する永久磁石を受け入れるためのスロットを有する。隣接するセクタセグメントの半径方向外側端部は、コネクタによって相互結合される。セクタセグメントは、交互に配列された第１のセクタセグメントと第２のセクタセグメントとを含む。第１のセクタセグメントは、内側環状部から分離される。第２のセクタ【選択図】図４

Description

本発明は、ブラシレス電気モータに関し、詳細には、内部永久磁石（ＩＰＭ）形のブラシレスモータ用永久磁石回転子に関する。

ブラシレスモータは、一般的に軸を有する回転子と、軸に固定される回転子鉄心と、回転子鉄心に固定される永久磁石とを含む。ＩＰＭ形回転子では、磁石は、回転子鉄心の外側表面に固定されるのではなく、回転子鉄心に埋め込まれる。ＩＰＭ形回転子の鉄心は、内側環状部と外側環状部とを含む。内側環状部は、軸を取り付けるための中央貫通穴を有する。外側環状部は、リング状に配列される複数のセクタセグメントを含む。各セクタセグメントは、ブリッジによって内側環状部に結合されている。各永久磁石は、２つの対応する隣接セクタセグメントの間に配置される。

しかしながら、上記のブラシレスモータには、モータの性能に影響を及ぼすかなりの磁気漏れがある。

従って、磁気漏れが少ないブラシレスモータ用ＩＰＭ回転子に対する要望がある。

従って、１つの態様では、本発明は電気モータ用回転子を提供し、この回転子は、軸と、該軸に固定される回転子鉄心と、複数の永久磁石とを備え、回転子鉄心は、軸を受け入れるための中央穴を有する内側環状部と、リング状に配列される複数のセクタセグメントを含む外側環状部とを含み、セクタセグメントは、複数の第１のセクタセグメントと複数の第２のセクタセグメントとを含み、第１のセクタセグメントの内側半径方向端部は、内側環状部から分離され、第２のセクタセグメントの内側半径方向端部は、それぞれの結合アームによって内側環状部に結合され、隣接するセクタセグメントは、それらの間に磁石が配置される磁石取り付け位置を規定する。

好ましくは、結合アームの各々の少なくとも一部は、回転子鉄心の前記半径方向に対して傾斜する。

好ましくは、結合アームの各々は、真っ直ぐである。

代替的に、結合アームの各々は、曲線形状とすることができる。

好ましくは、回転子鉄心は、一緒に積み重ねられた複数の積層体を含み、第１のセクタセグメントの各々は、締結具の挿入のための貫通穴を備える。

好ましくは、複数の弾性部材は、永久磁石の内側半径方向端部と前記回転子鉄心の前記内側環状部との間に圧縮状態で配置される。

好ましくは、第１のセクタセグメント及び第２のセクタセグメントは、回転子鉄心の円周方向に交互に配列され、永久磁石は、隣接する第１のセクタセグメントと第２のセクタセグメントと間に配置された状態で回転子鉄心に埋め込まれ、回転子鉄心の半径方向及び軸方向に延びる。

好ましくは、複数の弾性部材が設けられ、各々は、対応する前記第１のセクタセグメントの両側に配置された２つの永久磁石の内側半径方向端部に当接する２つの横方向端部を有し、弾性部材はＷ形断面を有している。

好ましくは、第１のセクタセグメント及び第２のセクタセグメントは、回転子鉄心の円周方向に交互に配列され、各第１のセクタセグメントの外側半径方向端部は、コネクタによって少なくとも１つの隣接する第２のセクタセグメントの外側半径方向端部に結合する。

好ましくは、各コネクタの半径方向厚さは、隣接するセクタセグメントから遠ざかる方向に漸減し、それにより、各コネクタにおいて漸減した外径を有する回転子がもたらされる。

好ましくは、内側環状部の中央穴は、段付き穴である。

好ましくは、回転子鉄心は、一緒に積み重ねられた複数の積層体を含み、各積層体は、単一片の打ち抜き金属片である。

第２の態様によれば、本発明は電気モータ用回転子を提供し、この回転子は、軸と、複数の永久磁石と、該軸に固定される回転子鉄心とを備える、回転子鉄心は、軸を受け入れるための中央穴を有する内側環状部と、リング状に配列される複数のセクタセグメントを含む外側環状部とを含み、セクタセグメントは、交互に配列される複数の第１のセクタセグメントと複数の第２のセクタセグメントとを含み、隣接するセクタセグメントは、それらの間に、磁石を収容するためのスロットを有し、第１のセクタセグメントの内側半径方向端部は、内側環状部から分離され、第２のセクタセグメントの内側半径方向端部は、それぞれの結合アームによって内側環状部に結合され、永久磁石の各々は、スロットのうちの対応する１つの中にそれぞれ配置され、回転子鉄心の半径方向及び軸方向に延び、複数の弾性部材は、永久磁石の内側半径方向端部と回転子鉄心の内側環状部との間に圧縮状態で配置される。

好ましくは、各弾性部材は、対応する第１のセクタセグメントの両側に配置された２つの永久磁石の半径方向内側端部に当接する２つの横方向端部を有し、各弾性部材は、Ｗ形断面を有する。

別の態様によれば、本発明は、上述の回転子を組み込んだ電気モータを提供する。好ましくは、このモータは、固定子鉄心と該固定子鉄心のそれぞれの端部に取り付けられたエンドキャップとを含む固定子を備えるブラシレス電気モータであり、固定子鉄心は、環状部と、該環状部から内向き及び半径方向に延びる複数の歯とを有する。回転子の軸は、軸受によってエンドキャップに取り付けられる。

本発明の実施形態では、セクタセグメントと内側環状部とを結合するための結合アームの数が少なくなるので、モータの磁気漏れが低減され、モータの性能が向上する。

本発明の好ましい実施形態は、以下に添付図面を参照して例示的に説明する。図面において、２つ以上の図面に現れる同一の構造、要素、又は部品には、全体として、それらが現れる全ての図面において同じ参照番号が付与されている。図示の構成要素及び特徴部の寸法は、概して便宜的に説明を明確にするために選択されており、必ずしも縮尺通りではない。以下に図面を列挙する。

本発明の好ましい実施形態によるブラシレス電気モータの概略図であり、固定子鉄心及び回転子鉄心を示している。 図１の固定子鉄心を上方から見た図である。 図１の回転子鉄心を示す。 図１の回転子鉄心を上方から見た図である。 第２の好ましい実施形態による変更された回転子鉄心を上方から見た図である。

図１及び図２を参照すると、本発明の１つの実施形態によるブラシレス直流モータは、固定子と回転子とを含む。固定子は、歯１５が半径方向内向きに延びる環状のリング又はヨーク１３を有する固定子鉄心１１を含む。巻線（図示せず）は、固定子鉄心１１の歯１５の周りに巻かれ、エンドキャップ（図示せず）は、固定子鉄心１１の端部に取り付けられる。エンドキャップは、軸を取り付けるための軸受を支持する。穴１４は、ヨーク１３を貫通して延び、エンドキャップを固定するため、又はモータを取り付けるために用いることができる。

回転子は、軸（図示せず）と、軸に固定される回転子鉄心２１と、回転子鉄心２１に埋め込まれる複数の永久磁石２９とを含む。回転子の軸は、軸受（図示せず）を介してエンドキャップに取り付けられ、それにより固定子に回転自在に連結される。

図３及び図４に明瞭に示すように、回転子鉄心２１は、内側環状部２２と外側環状部（符号を付与せず）とを含む。内側環状部２３は、軸を係合可能に受け入れる中央穴（符号を付与せず）を有する。本発明では、中央穴は、内部に形成された段部２３を備えた段付き穴である。軸を支持するための軸受は、中央穴の拡大部に収容することができる。これによりモータの軸長が短くなる。軸受の外径は、中央穴の大穴径端部の内径よりも小さい。従って、軸受と回転子鉄心２１との間の干渉が回避される。

外側環状部は、リング状に配列される複数のセクタセグメントを含む。永久磁石２９を取り付けるための取り付け位置（受け入れスロット）は、隣接するセクタセグメント間に形成される。隣接するセクタセグメントの外側半径方向端部は回転子の円周方向に延びるコネクタ２６によって結合される。各コネクタ２６は、対応する永久磁石２９の外側半径方向端部に当接する。一部のセクタセグメントの内側半径方向端部は、内側環状部２２から分離され、このようなセクタセグメントは、第１のセクタセグメント２４と呼ぶ。他のセクタセグメントの内側半径方向端部は、結合アーム２７を介して内側環状部２２に結合され、このような他のセクタセグメントは、第２のセクタセグメント２５と呼ぶ。セクタセグメントと内側環状部２２とを結合するための結合アーム２７の数は、先行技術に比べて少なくなっており、モータの磁気漏れが低減され、モータの性能が向上する。

更に、結合アーム２７の少なくとも一部は、振動及び騒音を低減するために、回転子鉄心２１の半径方向に対して傾斜している。本実施形態において、各結合アーム２７は真っ直ぐであり、回転子鉄心２１の半径方向に対して傾斜している。好ましくは、結合アーム２７の全てが、回転子鉄心２１の半径方向に対して同じ角度及び傾斜方向を有する。代替的実施形態において、結合アーム２７は曲線形状とすることができることに留意されたい。

本実施形態では、第１のセクタセグメント２４及び第２のセクタセグメント２５は、回転子鉄心２１の円周方向に交互に配列される。各永久磁石２９は、対応する第１と第２のセクタセグメント２４、２５の間に埋め込まれる。各第１のセクタセグメント２４の外側半径方向端部は、それぞれのコネクタ２６によって、２つの隣接する第２のセクタセグメント２５の外側半径方向端部に結合される。

更に、複数の弾性部材２８は、永久磁石２９の内側半径方向端部と内側環状部２２との間に圧縮状態で配置される。圧縮された弾性部材２８を用いると、永久磁石２９を固定するための接着剤を省くことができ、モータの組み立てが簡素化されるので、モータの製造効率が向上する。

本実施形態では、弾性部材２８は、板状又は薄片状のバネである。弾性部材２８の断面（図４に示すような）は、弾性部材がＷ形を有することを示している。弾性部材２８は、モータの軸方向に延び、対応する第１のセクタセグメント２４の両側の２つの隣接する永久磁石２９の内側半径方向端部に当接する２つの対向する横方向端部を有する。弾性部材２８の２つの端部の間に位置する中央部分は、内側環状部２２と対応する第１のセクタセグメント２４との間で圧縮を受ける。

更に、各コネクタ２６の半径方向厚さは、第２のセクタセグメント２５から遠ざかる方向に漸減する。すなわち、回転子鉄心２１は、コネクタ２６の中央部において最小外径を有する。このような構成は、磁気漏れを更に低減するのに有益である。磁気漏れを更に一層低減するために、各第１のセクタセグメント２４は、コネクタ２６によって、隣接する第２のセクタセグメント２５のうちの１つのみに結合することができる。換言すれば、図５に示すように、コネクタ２６のうちの半分は、その中央部において途切れる。好ましくは、途切れたコネクタ２６と途切れていないコネクタ２６とは、交互に配列される。途切れたコネクタに対応するスロットは開放スロットであるが、途切れていないコネクタに対応するスロットは閉鎖スロットである。

本実施形態において、各永久磁石２９は、回転子の円周方向に極性が与えられ、隣接する永久磁石２９は、反対方向の極性が与えられ、これにより２つの隣接する永久磁石２９の対向面は、両方ともＳ極性となるか、又は両方ともＮ極性となる。好ましくは、永久磁石２９を受け入れるための受け入れスロットの中心線は、回転子鉄心２１の中心Ｏを通過する。従って、永久磁石２９の半径方向及び厚さ方向に垂直に延びる各永久磁石２９の中心線は、回転子鉄心２１の中心Ｏを通過する。ここでは、永久磁石２９の厚さ方向は、永久磁石２９の極性方向を指す。

本実施形態では、回転子鉄心２１は、回転子の軸方向に積み重ねられた複数の積層体を含む。各第１のセクタセグメント２４は、貫通穴２４２を備えており、これにピンなどの締結具を貫通挿入して積層体を全体として固定する。

回転子鉄心２１の各積層体は、単一片として一体に形成され、例えば、打ち抜き工程でシート材料から形成される。すなわち、内側環状部２２、第１及び第２のセクタセグメント２４、２５、コネクタ２６、及び結合アーム２７は、単一片として一体に形成される。

本実施形態では、回転子は、１０個の永久磁石２９を有し、固定子は、１２個の歯１５を有する。従って、本ブラシレスモータは、１０の磁極及び１２のスロットを提供する。１０の磁極及び１２のスロットを有するモータは、冷蔵庫及び空調装置のコンプレッサに用いるのに特に適している。

本出願の明細書及び特許請求の範囲では、動詞「備える」、「含む」、「包含する」、及び「有する」の各々、並びにこれらの変化形は、記載した要素又は特徴の存在を明記するために包括的な意味で用いるが、追加の要素又は特徴の存在を排除するものではない。

明確にするために別々の実施形態との関連で説明する本発明の特定の特徴は、単一の実施形態において組み合わせて提供することもできることが認識される。逆に、簡潔にするために単一の実施形態との関連で説明する本発明の種々の特徴は、別々に、又は任意の適切な部分的組み合わせでもって提供することもできる。

前述の実施形態は、例示的に提示され、他の種々の修正形態は、特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲から逸脱することなく、当業者には明らかとなろう。

２１ 回転子鉄心
２２ 内側環状部
２３ 段部
２４ 第１のセクタセグメント
２５ 第２のセクタセグメント
２６ コネクタ
２７ 結合アーム
２８ 弾性部材
２９ 永久磁石
２４２ 貫通穴

Claims (13)

1. 電気モータ用回転子であって、
   軸と、
   複数の永久磁石と、
   前記軸を受け入れるための中央穴を有する内側環状部と、リング状に配列される複数のセクタセグメントを含む外側環状部とを含み、前記軸に固定される回転子鉄心と、
   を備え、
   前記セクタセグメントは、交互に配列される複数の第１のセクタセグメントと複数の第２のセクタセグメントとを含み、隣接するセクタセグメントは、それらの間に、前記磁石を収容するためのスロットを有し、前記第１のセクタセグメントの内側半径方向端部は、前記内側環状部から分離され、前記第２のセクタセグメントの内側半径方向端部は、それぞれの結合アームによって前記内側環状部に結合され、
   前記永久磁石の各々は、前記スロットのうちの対応する１つの中にそれぞれ配置され、前記回転子鉄心の半径方向及び軸方向に延び、
   複数の弾性部材は、前記永久磁石の内側半径方向端部と前記回転子鉄心の前記内側環状部との間に圧縮状態で配置される、
   ことを特徴とする回転子。
2. 前記結合アームの各々の少なくとも一部は、前記回転子鉄心の前記半径方向に対して傾斜する、請求項１に記載の回転子。
3. 前記結合アームの各々は、真っ直ぐである、請求項１又は２に記載の回転子。
4. 前記結合アームの各々は、曲線形状である、請求項１に記載の回転子。
5. 前記回転子鉄心は、一緒に積み重ねられた複数の積層体を含み、前記積層体の各々は、単一片の打ち抜き金属片である、請求項１から４のいずれか１項に記載の回転子。
6. 前記永久磁石は、各々が隣接する前記第１のセクタセグメントと前記第２のセクタセグメントとの間に配置された状態で、前記回転子鉄心に埋め込まれ、前記回転子鉄心の半径方向及び軸方向に延びる、請求項１から５のいずれか１項に記載の回転子。
7. 前記弾性部材の各々は、対応する前記第１のセクタセグメントの両側に配置された２つの永久磁石の内側半径方向端部に当接する２つの横方向端部を有し、前記弾性部材は、Ｗ形断面を有する、請求項１から６のいずれか１項に記載の回転子。
8. 前記第１のセクタセグメントの各々の外側半径方向端部は、コネクタによって少なくとも１つの隣接する前記第２のセクタセグメントの外側半径方向端部に結合される、請求項１から７のいずれか１項に記載の回転子。
9. 前記第１のセクタセグメントの各々は、前記コネクタのそれぞれによって、隣接する前記第２のセグメントの両方に結合される、請求項８に記載の回転子。
10. 前記コネクタの各々の半径方向厚さは、隣接する前記セクタセグメントから遠ざかる方向に漸減し、これにより、前記回転子は、前記コネクタの各々において減少した外径を有する、請求項８又は９に記載の回転子。
11. 前記第１のセクタセグメントの各々は、締結具の挿入のための貫通穴を有する、請求項１から１０のいずれか１項に記載の回転子。
12. 請求項１から１１のいずれか１項に定義された回転子を組み込んだ電気モータ。
13. ブラシレス電気モータであって、
    環状部と、該環状部から内向き及び半径方向に延びる複数の歯とを含む固定子鉄心と、該固定子鉄心のそれぞれの端部に取り付けられるエンドキャップとを含む、固定子と、
    請求項１から１１のいずれか１項に定義された回転子と、
    を備え、前記回転子の軸は、軸受によって前記エンドキャップに取り付けられることを特徴とする、ブラシレス電気モータ。

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