JP2016054619A

JP2016054619A - 埋め込み磁石型ロータおよびそれを備えた電動機

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Publication number: JP2016054619A
Application number: JP2014179872A
Authority: JP
Inventors: 治彦角; Haruhiko Sumi; 慎一堤; Shinichi Tsutsumi; 祐一吉川; Yuichi Yoshikawa; 植田　浩司; Koji Ueda; 浩司植田; 徹中丸; Toru Nakamaru
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-09-04
Filing date: 2014-09-04
Publication date: 2016-04-14

Abstract

【課題】ロータの表面磁束密度を増加させて、電動機の高性能化をはかること。【解決手段】回転軸と、複数の打ち抜き鋼板を積層したロータコアと、前記ロータコアの内部に設けられたボンド磁石を備え、前記ボンド磁石の磁極中心と軸中心を結ぶ線上における、前記ロータコア外周から前記ボンド磁石の外縁までの距離が、軸方向で異なるようにした。また、前記ボンド磁石の磁極中心と軸中心を結ぶ線上における前記ボンド磁石の厚みを、軸方向で同一とした。【選択図】図２

Description

本発明は、ロータコアの内部に複数の永久磁石を埋め込んだ埋め込み磁石型ロータと、それを備えた電動機に関する。

従来の永久磁石型電動機は、回転磁界を発生する略円筒状のステータの内周側に、永久磁石により磁極を形成したロータがギャップを介して配置される。そして、ロータはロータ内周側に設けられたシャフトを中心に回転する。ロータは、ロータコアに設けた磁石挿入穴に永久磁石を挿入した磁石埋め込み型ロータが広く使用されている。

ところで、永久磁石は、鋳造、焼結などにより形成されたセグメント磁石を使用することが多いが、ロータ組立時の作業性向上のために、磁石挿入穴はセグメント磁石の外形よりも少し大きい形状で構成されるため、ロータコアとセグメント磁石との隙間によりロータ表面磁束密度が低下する。また、セグメント磁石は硬く脆い性質であるために磁石形状を複雑にできないという課題を有している。

この課題解決のため、特許文献１に開示されるように、磁石挿入穴に、樹脂材料を混合したボンド磁石を充填、硬化させて構成される埋め込み磁石型ロータが考案されている。ボンド磁石はロータコアに設けた磁石挿入穴の形状にあわせて隙間なく形成されるため、磁石挿入穴との隙間によるロータ表面磁束密度の低下を防ぐことができる。

特開平１０−３０４６１０号公報

しかしながら、ボンド磁石は、鋳造または焼結磁石よりもエネルギー密度が低いため、鋳造または焼結磁石の小片をボンド磁石内に混ぜることで、エネルギー密度の向上を図ることができるが、鋳造または焼結磁石の小片は、希土類メタルを使用すると、高価になってしまうという課題がある。

本発明は、以上のような問題を解決するものであり、コストをかけずに、ロータの表面磁束密度の低減を抑制できる永久磁石埋め込み磁石型ロータを提供することを目的とする。

本発明の埋め込み磁石型ロータ（以降、単にロータと言う）は、回転軸と、複数の打ち抜き鋼板を積層したロータコアと、ロータコアの内部に設けられたボンド磁石を備える。ボンド磁石の磁極中心と軸中心を結ぶ線上における、ロータコア外周からボンド磁石の外縁までの距離が、軸方向で異なることを特徴とする。

この構成によれば、ロータコアを軸方向の断面で見た場合、ロータコア外周からボンド磁石外縁までの距離が大きい打ち抜き鋼板の軸方向段差面には、ロータコア外周からボンド磁石までの距離が小さい打ち抜き鋼板の磁石が存在することとなり、ボンド磁石のロータコア外周より見たロータコア半径方向の表面積に加え、軸方向にもボンド磁石の表面積が加算されることとなり、ロータの表面磁束密度を増加させることができる。

本発明によれば、ロータの表面磁束密度を増加させて、電動機の高性能化をはかることができる。

本発明の実施の形態１に係る電動機の概略図同電動機のロータの部分拡大図とその断面図本発明の実施の形態２に係る電動機のロータの部分拡大図とその断面図本発明の実施の形態１または２に係るロータの変形例を示す斜視図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る電動機の概略図である。電動機はロータ１０とステータ２０を備えている。ステータ２０のティース２１に巻線（図示せず）が巻回されている。ロータ１０は、打ち抜き鋼板を複数枚積層したロータコア１１と、ロータコア１１の内部に設けられた複数のボンド磁石１４と、ロータコア１１の中心に設けられた回転軸１２を備えている。ボンド磁石１４は、ロータコア１１の磁石挿入穴１３に樹脂材料を混合したボンド磁石流動体を充填し、硬化させて形成されている。

図１においては、磁石埋め込み型ロータの極数は「６」（磁石挿入穴の数が「６」）で示しているが、特に限定されるものではなく、２ｎ倍（ｎは自然数）であってもよい。また、磁石挿入穴１３およびボンド磁石１４は略円弧形状としているが、特に限定されるものではなく、略長方形状、略Ｖ字形状などであっても良い。

図２（ａ）はロータ１０の１磁極分を拡大したもので、図２（ｂ）はそのＹＹ断面（回転軸１２は省略している）である。回転軸中心Ｏと磁極中心とを通る線上の、ボンド磁石１４の外縁との交点をａ点、ロータコア１１の外周との交点をｂ点とし、ａ点とｂ点間の長さをＬとする。

図２（ｂ）に示すように、ロータコア１１は数枚の打ち抜き鋼板を一つのブロックとして、ブロック１〜４の４つのブロックに分けて構成されている。ブロック１のＬ寸法をＬ１、ブロック２のＬ寸法をＬ２、ブロック３のＬ寸法をＬ３、ブロック４のＬ寸法をＬ４とすると、それぞれのＬ寸法の関係は、Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３＞Ｌ４となっている。すなわち、図２（ａ）の破線で示すように、ボンド磁石１４の外縁が、軸方向で見た場合に徐々にロータコア１１の外周方向へ変形しており、ボンド磁石１４の厚みｔが徐々に大きくなるような形状となっている。

一般的な埋め込み磁石型ロータを用いた永久磁石型電動機では、永久磁石より発生する磁束φは、永久磁石のロータ外周側表面から、打ち抜き鋼板の内部を通り、ロータ外周表面まで到達する。磁束φの方向はロータ回転軸とほぼ垂直な向きである。

本形態では、隣り合うブロックの軸方向段差面Ｚには、ボンド磁石１４が存在する構成となることから、磁束φに加え、この軸方向段差面Ｚから打ち抜き鋼板の内部を通りロータ外周表面まで到達する磁束φＺが加算されることとなり、ロータの表面磁束密度を増加させることができる。

（実施の形態２）
図３（ａ）は、実施形態２に係る電動機のロータ１０の１磁極分を拡大したもので、図３（ｂ）はそのＹＹ断面（回転軸１２は省略している）を示している。基本的な構成は、実施形態１と同一であるが、ロータコア１１の各ブロックのボンド磁石１４の厚みｔを、全て等しくしている。すなわち、図３（ａ）の破線で示すように、ボンド磁石１４の外縁の変化（Ｌ寸法の変化）と同時に、ボンド磁石１４の内縁も変化するようにしている。

ボンド磁石１４の厚みｔを基準厚みよりも薄くする方向で変化させた場合、ボンド磁石１４の使用量は少なくなるため、ロータ１０は安価に構成することができるが、ロータの表面磁束密度が減少する。この影響をなくすため、ボンド磁石１４の厚みｔを一定とすることにより、ロータの表面磁束密度の減少を防止することができる。

さらに、実施形態１と同様に、隣り合うブロックの軸方向段差面Ｚには打ち抜き鋼板の内部を通りロータ表面まで到達する磁束φＺが加算されることとなり、ロータの表面磁束密度を増加させることが可能となる。

なお、上述した実施形態１もしくは実施形態２において、数枚の打ち抜き鋼板を一つのブロックとし、ブロック毎にＬ寸法を変化させる構成を説明したが、打抜き鋼板の１枚毎にＬ寸法を変化させてもよい。この場合は、打抜き鋼板の１枚毎に軸方向段差面Ｚが出現するので、全体として軸方向段差面Ｚの面積が大きくなるため、さらにロータの表面磁束密度を増加させることができる。

また、ロータコア１１の軸方向端面から１／３の区間においては、打抜き鋼板のＬ寸法がＬ１＞Ｌ２＞…＞Ｌｎ（ｎは任意の整数）となるようにし、１／３から２／３の区間においては、Ｌ１＝Ｌ２＝…＝Ｌｎ（ｎは任意の整数）となるようにし、残り２／３からロータコア１１の他端面までの区間においては、Ｌ１＜Ｌ２＜…＜Ｌｎ（ｎは任意の整数）となるように構成しても同様の効果が得られる。この構成では、ロータコア１１の軸方向断面が左右対称となるので、ロータ１０が回転する際に発生する遠心力に偏りを生じないという効果もある。

なお、上記構成では、図３（ｂ）に示すようなロータコア断面におけるボンド磁石１４の形状が山型となるが、逆にＶ字型（逆の山型）になるように構成しても良い。また各区間は１／３毎に限定されるものではなく、例えば、打抜き鋼板の１枚毎にＬ寸法を変化させてもよい。

また、別の形態として、実施形態１に実施形態２を組み合わせ、ボンド磁石１４の厚みｔを軸方向で部分的に等しくするような構成であってもよい。

さらに、別の形態として、図４に示すように、ロータコア１１は打ち抜き鋼板を回転、積層してロータスキューを施してもよい。この場合は、軸方向段差面Ｚが回転方向側にも出現するので、さらにロータの表面磁束密度を増加させることができる。

以上のように、本発明にかかる埋め込み磁石型ロータおよびそれを備えた電動機は、表面磁束密度を増加させ高性能化をはかることができるので、各種家庭用電気機器あるいは産業用機器など広範囲に利用することができる。

１０ロータ
１１ロータコア
１２回転軸
１３磁石挿入穴
１４ボンド磁石
２０ステータ
２１ティース

Claims

回転軸と、複数の打ち抜き鋼板を積層したロータコアと、前記ロータコアの内部に設けられたボンド磁石を備え、
前記ボンド磁石の磁極中心と軸中心を結ぶ線上における、前記ロータコア外周から前記ボンド磁石の外縁までの距離が、軸方向で異なることを特徴とする埋め込み磁石型ロータ。
前記ボンド磁石の磁極中心と軸中心を結ぶ線上における前記ボンド磁石の厚みを、軸方向で同一としたことを特徴とする請求項１に記載の埋め込み磁石型ロータ。
前記ロータコアは、打抜き鋼板を積層した複数のブロックからなり、前記ブロックごとに前記距離を異ならせたことを特徴とする請求項１または２に記載の埋め込み磁石型ロータ。
前記ロータコアにスキューを施したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の埋め込み磁石型ロータ。
請求項１〜４のいずれかに記載の埋め込み磁石型ロータを備えた電動機。