JP2017017913A - 回転子及び永久磁石同期モータ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、段スキュー構造を有する永久磁石同期モータにおいて、各段間境界面付近で軸方向に漏れる磁束を防ぎ、漏れ磁束によるコギングトルクを低減することである。【解決手段】本発明の永久磁石モータに用いられる回転子は、軸方向に複数段に分割され、各段の間でスキューを施された回転子鉄心と、前記回転子鉄心の周方向に配置された複数の永久磁石と、を備えた回転子であって、前記回転子鉄心は、周方向に隣接する複数の前記永久磁石の間に、径方向に突出する突起部が形成され、軸方向に分割された前記回転子鉄心の段間の境界面に対して一方側に配置される前記永久磁石の軸方向端面と当該境界面を挟んで対向するとともに、当該境界面に対して他方側に配置される前記突起部と対向する領域には、前記突起部よりも透磁率が低い低透磁率部が形成されることを特徴とする。【選択図】図５

Description

本発明は、回転子及び永久磁石同期モータに関する

段スキューを有するモータにおいて、漏れ磁束によるコギングトルクを低減する方法が特許文献１に記載されている。

特開平０８−２２８４４７号公報

段スキュー構造を有する永久磁石同期モータにおいて、各段間境界面付近で軸方向に漏れる磁束を防ぎ、漏れ磁束によるコギングトルクを低減する。特許文献１の回転子では、段スキューされた磁石間で隙間を設けているが、通電時のトルクを維持するために軸長を長くする必要があるといった問題があった。

前記課題を解決するための本発明は、軸方向に複数段に分割され、各段の間でスキューを施された回転子鉄心と、前記回転子鉄心の周方向に配置された複数の永久磁石と、を備えた回転子であって、前記回転子鉄心は、周方向に隣接する複数の前記永久磁石の間に、径方向に突出する突起部が形成され、軸方向に分割された前記回転子鉄心の段間の境界面に対して一方側に配置される前記永久磁石の軸方向端面と当該境界面を挟んで対向するとともに、当該境界面に対して他方側に配置される前記突起部と対向する領域には、前記突起部よりも透磁率が低い低透磁率部が形成されることを特徴とする。

本発明の回転子は、軸方向に漏れる磁束が発生しやすい、回転子各段の境界面付近の回転子鉄外周面において、透磁率が低い低透磁率部を形成することで、軸長を増やすことなく軸方向に漏れる磁束を低減し、軸方向に漏れる磁束によるコギングトルクを低減する。

回転子１の側面模式図である。 回転子１の平面図である。 コアプレート１０Ａの平面図である。 コアプレート１０Ｂの平面図である。 別の実施形態に係る回転子の側面模式図である。 回転子鉄心１０の外観斜視図である。 コアプレート１０Ｂの別の構成例に係る平面図である。 永久磁石モータの斜視図である。

図１は、第１の実施形態に係る回転子の側視図である。図中の上下方向が回転軸方向である。本実施形態の回転子１は、軸方向に２段に分割された回転子鉄心１０と、回転子鉄心の周方向に配置される複数の永久磁石２０と、を備える。永久磁石２０は、磁極の向きが互いに交互となるように周方向に配置される。回転子鉄心１０は、境界面１５を挟んで一方側と他方側とで分割され、周方向に所定の角度θだけスキューされている。

図２は、回転子１の回転軸方向に平行な方向から見た平面図である。永久磁石２０は、回転子鉄心１０の外周表面に配置される。本実施形態では、８極の永久磁石が配置される。永久磁石は残留磁束密度の高いものが好ましく、例えばネオジム磁石などが好ましい。

図３（ａ）は、図１のＡ−Ａ断面における回転子鉄心１０の断面図であり、図３（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ断面における回転子鉄心１０の断面図である。

回転子鉄心１０は、軸方向に複数のコアプレートを積層して構成される。図１のＡ−Ａ断面においては図３（ａ）に示すコアプレート１０Ａが配置され、図１のＢ−Ｂ断面においては図３（ｂ）に示すコアプレート１０Ｂが配置される。このように、本実施形態の回転子鉄心は、２種類のコアプレート１０Ａ、１０Ｂとを用いて構成される。コアプレート１０Ａ、１０Ｂは、ケイ素鋼板により形成される。

コアプレート１０Ａは、径方向に突出する複数の突起部１０ａが複数形成される。隣接する突起部１０ａと突起部１０ａとの間には、永久磁石が配置される平坦部が形成されている。突起部１０ａは、永久磁石２０の位置決め用の突起である。本実施形態では、永久磁石２０の個数に合わせ、８個の突起部１０ａが形成される。一方、コアプレート１０Ｂは、突起部１０ａが形成されない。

本実施形態における回転子１０は、図１に示すように、境界面１５から軸方向にコアプレート数枚分、例えば２〜３ｍｍの領域において、突起部１０ａを持たないコアプレート１０Ｂが積層される。そして、それ以外の領域には、突起部１０ａを有するコアプレート１０Ａが積層される。なお、本実施形態では、境界面を挟んで一方側の突起部１０ａと他方側の突起部１０ａは、軸方向に重ならないように配置されている。

このように、本実施形態の回転子は、境界面１５に対して一方側に配置される永久磁石２０の軸方向端面と境界面１５を挟んで対向するとともに、境界面１５に対して他方側に配置される突起部１０ａと対向する領域には、突起部１０ａが形成されていない領域が、コアプレート１０Ｂによって形成されている。空気の透磁率は、突起部１０ａの透磁率よりも低いため、当該領域の低透磁率部１０ｂが形成される。

低透磁率部１０ｂが形成されていない場合、段スキューを設けているために、境界面１５を挟んで永久磁石２０の軸方向端面と突起部１０ａとが近接して対向する。この場合、永久磁石２０から軸方向に漏れる磁束が発生しやすくなってしまう。

一方で本実施形態の回転子は、永久磁石２０の軸方向端面と対向する領域には低透磁率部が形成されているため、従来構造に比べて軸方向の磁束漏洩を抑制することができる。また、永久磁石と永久磁石の間に隙間を設けることなく回転子を構成することができるため、回転子の軸長が大きくなることを抑制することができる。したがって、本実施形態の回転子を用いた永久磁石モータは、永久磁石の磁束方向に漏れる磁束によって生じるコギングトルクを低減することができる。

図４は、第２の実施形態に係る回転子の側視図である。本実施形態においては、境界面１５を挟んで両側に低透磁率部１０ｂが形成されている。図５は、本実施形態に係る回転子鉄心の外観斜視図である。

これにより、図１の構造に比べて、軸方向の磁束の漏れを更に低減することができ、コギングトルクを低減することができる。

上述した実施形態においては、突起部を持たないコアプレート１０Ｂは、突起部を有するコアプレート１０Ａの突起部１０ａを切り欠いて形成される。これにより、コアプレートの共用化、製造工程の簡略化を図ることができる。ただし、コアプレート１０Ａとコアプレート１０Ｂとを別々に形成する工程としてもよい。

また、低透磁率部１０ｂを形成する方法としては、突起部１０ａを切り欠くことには限定されない。例えば、図６に示すように、突起部１０ａよりも透磁率の小さい材料によって突起部１０ａと略同一の形状の低透磁率部１０ｂを形成してもよい。本実施形態における低透磁率部１０ｂの材料は、透磁率が低く、かつ電気抵抗の大きい材料が好ましく、例えば樹脂やセラミクスなどを用いることができる。

図７は、上述の回転子を用いた永久磁石モータの要部斜視図である。本実施形態では、表面磁石型の永久磁石モータであり、８極１２スロットモータとなっている。

１：回転子
２：固定子
１０：回転子鉄心、
１０Ａ：突起部を持つコアプレート
１０ａ：突起部
１０Ｂ：突起部を持たないコアプレート
１０ｂ：低透磁率部
１５：境界面
２０：永久磁石

Claims (6)

1. 軸方向に複数段に分割され、各段の間でスキューを施された回転子鉄心と、
   前記回転子鉄心の周方向に配置された複数の永久磁石と、を備えた回転子であって、
   前記回転子鉄心は、周方向に隣接する複数の前記永久磁石の間に、径方向に突出する突起部が形成され、
   軸方向に分割された前記回転子鉄心の段間の境界面に対して一方側に配置される前記永久磁石の軸方向端面と当該境界面を挟んで対向するとともに、当該境界面に対して他方側に配置される前記突起部と対向する領域には、前記突起部よりも透磁率が低い低透磁率部が形成されることを特徴とする回転子。
2. 請求項１に記載の回転子であって、
   前記低透磁率部は、前記境界面を挟んだ両側に形成されることを特徴とする回転子。
3. 請求項１又は２のいずれかに記載の回転子であって、
   前記低透磁率部は、前記突起部を切り欠いて形成されることを特徴とする回転子。
4. 請求項１又は２のいずれかに記載の回転子であって、
   前記低透磁率部は、前記回転子鉄心よりも透磁率が低い部材により形成されることを特徴とする回転子。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の回転子であって、
   前記突起部は、前記永久磁石の位置決めをすることを特徴とする回転子。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の回転子と、
   前記回転子と径方向に所定の間隔を介して配置される固定子と、を備える永久磁石モータ。

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