JP2020137208A

JP2020137208A - 埋込磁石型ロータ

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Publication number: JP2020137208A
Application number: JP2019025804A
Authority: JP
Inventors: 駿竹内; Shun Takeuchi; 勝也藤崎; Katsuya Fujisaki
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2019-02-15
Filing date: 2019-02-15
Publication date: 2020-08-31
Anticipated expiration: 2039-02-15
Also published as: JP7024745B2; WO2020166574A1

Abstract

【課題】回転開始時の異音を抑制しつつブリッジ部にかかる負荷を低減可能な埋込磁石型ロータを提供する。【解決手段】ロータコア２３は、磁石挿入孔２４に対して径方向内側に位置する内側磁性部２６と、磁石挿入孔２４に対して径方向外側に位置し、磁極中心から周方向に離れるに従ってロータコア２３の外接円から径方向内側に離れるように形成された突極部２７と、突極部２７の周方向両側から内側磁性部２６側に延出しているブリッジ部２８とを有している。永久磁石２５は、内側磁性部２６に接触するとともに突極部２７に非接触である。永久磁石２５に対して周方向両側には、永久磁石２５の径方向外側とブリッジ部２８とが非接触になるように、周方向空隙部３１が形成されている。弾性部材３２は、永久磁石２５の両側にある２つの周方向空隙部３１のうち少なくとも一方に配置され、永久磁石２５を周方向に付勢して固定している。【選択図】図３

Description

本発明は、埋込磁石型ロータに関する。

従来、ロータコアの磁石挿入孔に永久磁石を設けるとともに、その永久磁石を弾性部材により磁石挿入孔の径方向外側の壁面に押しつけて固定する埋込磁石型ロータが知られている。特許文献１では、磁石挿入孔の径方向内側の角部に弾性材挿入溝を設け、その弾性材挿入溝に挿入した弾性材により永久磁石を径方向外側に付勢している。

特許第２０００−３４１９２０号公報

特許文献１では、永久磁石を弾性材により磁石挿入孔の径方向外側の壁面に押しつけて固定することで、埋込磁石型ロータの回転開始に永久磁石が周方向へ移動して磁石挿入孔の壁面に衝突することによる異音発生を抑制している。

ところが、突極部の周方向両側にブリッジ部を形成するロータコアにおいて上述のような磁石固定方法を採用した場合、弾性材による押付け力に加えて、永久磁石の磁力や遠心力が突極部に強く作用する。そのため、ブリッジ部に負荷がかかり、高回転化が困難であるという問題があった。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転開始時の異音を抑制しつつブリッジ部にかかる負荷を低減可能な埋込磁石型ロータを提供することである。

本発明の埋込磁石型ロータは、磁石挿入孔（２６）を有するロータコア（２５）と、磁石挿入孔に設けられ、横断面形状が長方形であり、厚み方向がロータコアの径方向に沿うように配置されている永久磁石（２７）と、磁石挿入孔に設けられ、永久磁石を磁石挿入孔の壁面に押しつけている弾性部材（３２）と、を備えている。

ロータコアは、磁石挿入孔に対して径方向内側に位置する内側磁性部（２６）と、磁石挿入孔に対して径方向外側に位置し、磁極中心から周方向に離れるに従ってロータコアの外接円から径方向内側に離れるように形成された突極部（２７）と、突極部の周方向両側から内側磁性部側に延出しているブリッジ部（２８）と、を有している。永久磁石は、内側磁性部に接触するとともに突極部に非接触である。永久磁石に対して周方向両側には、永久磁石の径方向外側とブリッジ部とが非接触になるように、周方向空隙部（３１）が形成されている。弾性部材は、永久磁石の両側にある２つの周方向空隙部のうち少なくとも一方に配置され、永久磁石を周方向に付勢して固定している。

これにより、永久磁石が内側磁性部（すなわち、磁気抵抗がより小さい側）で磁気的に安定するので、永久磁石の径方向の固定力はあまり必要ない。また、永久磁石と突極部との間に空隙があるので、突極部に作用する永久磁石の磁力や遠心力が抑えられる。そのため、ブリッジ部にかかる負荷を低減することができ、高回転化しやすくなる。

また、径方向において永久磁石と磁石挿入孔との間には隙間があるので、永久磁石の磁石挿入孔への挿入性が良好である。また、永久磁石が磁石挿入孔の径方向内側に配置されるので、埋込磁石型ロータのイナーシャを小さくすることができる。また、永久磁石が弾性部材により周方向に固定されているので、埋込磁石型ロータの回転開始における異音発生が抑制される。また、磁極に突極部を設けることで、ロータコアによって発生するトルクリプルと誘起電圧歪を小さくすることができる。また、突極部の周方向両側にブリッジ部を設けることで、隣接する磁極間での短絡磁束を抑制し、高トルク化が可能となる。また、永久磁石の横断面形状を長方形のような単純形状にすることで、永久磁石の加工費を抑えることができる。

図１は、第１実施形態による埋込磁石型ロータが適用された回転電機の断面図である。図２は、図１の埋込磁石型ロータの正面図である。図３は、図２のＩＩＩ部拡大図である。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。図５は、第２実施形態による埋込磁石型ロータの部分拡大図であって、第１実施形態の図３に対応する図である。

以下、埋込磁石型ロータの複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

［第１実施形態］
第１実施形態による埋込磁石型ロータ（以下、ロータ）は、図１に示す回転電機１０に適用されている。回転電機１０は、ハウジング１１、モータ軸１２、ステータ１３、およびロータ１４を備えている。

モータ軸１２は、軸受１５を介してハウジング１１により回転可能に支持されている。ステータ１３は、ハウジング１１に固定されているステータコア２１と、ステータコア２１に組み付けられている巻線２２とを有している。

図１、図２に示すように、ロータ１４は、磁性体からなり、モータ軸１２に嵌合して固定されているロータコア２３と、ロータコア２３の磁石挿入孔２４に設けられた複数の永久磁石２５とを有している。

以下、ロータ１４の径方向のことを単に「径方向」と記載し、ロータ１４の周方向（すなわち回転方向）のことを単に「周方向」または「回転方向」と記載し、ロータ１４の軸方向のことを単に「軸方向」と記載し、ロータ１４の横断面のことを単に「横断面」と記載する。

図３に示すように、ロータコア２３は、磁石挿入孔２４に対して径方向内側に位置する内側磁性部２６と、磁石挿入孔２４に対して径方向外側に位置し、磁極中心から周方向に離れるに従ってロータコア２３の外接円から径方向内側に離れるように形成された突極部２７と、突極部２７の周方向両側から内側磁性部２６側に延出しているブリッジ部２８とを有している。突極部２７の曲率半径は、上記外接円の曲率半径よりも小さい。永久磁石２５は、横断面形状が長方形であり、厚み方向が径方向に沿うように配置されている。

ロータ１４は、巻線２２の通電により生じる回転磁界に磁気的に吸引され又は反発して回転する。このようにしてロータ１４が回転開始するとき、永久磁石２５にはステータ１３からの周方向の電磁力が作用する。このとき、永久磁石２５がロータコア２３に固定されていないと、永久磁石２５が磁石挿入孔２４内で周方向へ移動し、磁石挿入孔２４の壁面に衝突して異音が発生する。

上述のような異音の発生を防止するため、従来では、永久磁石を弾性材により磁石挿入孔の径方向外側の壁面に押しつけて固定していた。ところが、突極部２７の周方向両側にブリッジ部２８を形成するロータコア２３において従来のような磁石固定方法を採用した場合、弾性材による押付け力に加えて、永久磁石２５の磁力や遠心力が突極部２７に強く作用する。そのため、ブリッジ部２８に負荷がかかり、高回転化が困難になる。

これに対して第１実施形態では、図３に示すように、永久磁石２５は、内側磁性部２６に接触するとともに突極部２７に非接触である。永久磁石２５に対して周方向両側には、永久磁石２５の径方向外側とブリッジ部２８とが非接触になるように、周方向空隙部３１が形成されている。永久磁石２５の両側にある２つの周方向空隙部３１のうち一方には、弾性部材３２が配置されている。弾性部材３２は、永久磁石２５を周方向に付勢して固定している。

第１実施形態では、永久磁石２５は、磁石挿入孔２４の壁部に形成された突起３３に押しつけられている。突起３３は、磁石挿入孔２４を区画する回転方向両側の壁部のうち、径方向内側部分から永久磁石２５側に突き出すように形成されている。突起３３の先端面３４は平面になっている。

ロータコア２３は、図示しない複数の電磁鋼板からなる積層体である。図２、図４では、煩雑になることを避けるため、ロータコア２３を１つの部材として図示している。図３に戻って、ブリッジ部２８は、突極部２７から周方向へ延出する周方向ブリッジ部３５と、周方向ブリッジ部３５から径方向内側へ延出する径方向ブリッジ部３６とを有している。電磁鋼板の厚みをｔ［ｍｍ］とし、周方向ブリッジ部３５の幅をｘ［ｍｍ］とし、径方向ブリッジ部３６の幅をｗ［ｍｍ］とすると、式（１）の関係が成り立つ。
０．３＜ｘ＜ｔ＝ｗ＜２・・・（１）

永久磁石２５は、磁石挿入孔２４のうち径方向内側の内側磁性部２６（すなわち、磁気抵抗がより小さい側）で磁力的に安定する。これにより、突極部２７と永久磁石２５との間には空隙（以下、径外方向空隙３７）が形成される。磁石挿入孔２４は、周方向空隙部３１と径外方向空隙３７とをつなぐ空隙３８を含んでいる。空隙３８は、永久磁石２５の角部との干渉を避けるための逃がし部である。

周方向ブリッジ部２８と突極部２７との隅部４１、周方向ブリッジ部３５の内側、および、周方向ブリッジ部３５と径方向ブリッジ部３６との隅部４２は、ラウンド形状である。ラウンド形状とは、横断面形状が凹曲線になる形状である。隅部４１の曲率半径をＲ［ｍｍ］とすると、式（２）の関係が成り立つ。
０．１５＜Ｒ＜０．４・・・（２）

図３、図４に示すように、弾性部材３２は、例えばステンレス等の非鉄金属あるいは樹脂などの非磁性材料からなるスプリングピンである。弾性部材３２は、軸方向端部が先細り形状になっている。弾性部材３２の軸方向長さは、永久磁石２５の軸方向長さの１／３以上である。

（効果）
以上説明したように、第１実施形態では、埋込磁石型ロータ１４は、磁石挿入孔２６を有するロータコア２５と、磁石挿入孔２４に設けられ、横断面形状が長方形であり、厚み方向がロータコア２３の径方向に沿うように配置されている永久磁石２７と、磁石挿入孔２４に設けられ、永久磁石２５を磁石挿入孔２４の壁面に押しつけている弾性部材３２とを備えている。

ロータコア２３は、磁石挿入孔２４に対して径方向内側に位置する内側磁性部２６と、磁石挿入孔２４に対して径方向外側に位置し、磁極中心から周方向に離れるに従ってロータコア２３の外接円から径方向内側に離れるように形成された突極部２７と、突極部２７の周方向両側から内側磁性部２６側に延出しているブリッジ部２８とを有している。永久磁石２５は、内側磁性部２６に接触するとともに突極部２７に非接触である。永久磁石２５に対して周方向両側には、永久磁石２５の径方向外側とブリッジ部２８とが非接触になるように、周方向空隙部３１が形成されている。弾性部材３２は、永久磁石２５の両側にある２つの周方向空隙部３１のうち少なくとも一方に配置され、永久磁石２５を周方向に付勢して固定している。

これにより、永久磁石２５が内側磁性部２６（すなわち、磁気抵抗がより小さい側）で磁気的に安定するので、永久磁石２５の径方向の固定力はあまり必要ない。また、永久磁石２５と突極部２７との間に径外方向空隙３７があるので、突極部２７に作用する永久磁石２５の磁力や遠心力が抑えられる。そのため、ブリッジ部２８にかかる負荷を低減することができ、高回転化しやすくなる。

また、径方向において永久磁石２５と磁石挿入孔２４との間には隙間があるので、永久磁石２５の磁石挿入孔２４への挿入性が良好である。また、永久磁石２５が磁石挿入孔２４の径方向内側に配置されるので、埋込磁石型ロータ１４のイナーシャを小さくすることができる。また、永久磁石２５が弾性部材３２により周方向に固定されているので、埋込磁石型ロータ１４の回転開始における異音発生が抑制される。また、磁極に突極部２７を設けることで、ロータコア２３によって発生するトルクリプルと誘起電圧歪を小さくすることができる。また、突極部２７の周方向両側にブリッジ部２８を設けることで、隣接する磁極間での短絡磁束を抑制し、高トルク化が可能となる。また、永久磁石２５の横断面形状を長方形のような単純形状にすることで、永久磁石２５の加工費を抑えることができる。

また、第１実施形態では、ロータコア２３は、複数の電磁鋼板からなる積層体である。ブリッジ部２８は、突極部２７から周方向へ延出する周方向ブリッジ部３５と、周方向ブリッジ部３５から径方向内側へ延出する径方向ブリッジ部３６とを有している。周方向ブリッジ部３５および径方向ブリッジ部３６は、前記式（１）の関係を満たすように形成される。このように幅ｘが厚みｔおよび幅ｗよりも小さいことにより、短絡磁束経路が狭くなるので、モータトルクを向上させることができる。

また、第１実施形態では、磁石挿入孔２４は、周方向空隙部３１と径外方向空隙３７とをつなぐ空隙３８を含む。これにより、永久磁石２５の角とロータコア２３との接触を避けることができる。そのため、永久磁石２５の角が鋭利な形状であったとしても、挿入時の欠けを防止することができる。したがって、永久磁石２５の角をラウンド形状にする加工が不要になり、永久磁石２５の加工費を抑えることができる。

また、第１実施形態では、周方向ブリッジ部３５と突極部２７との隅部４１の曲率半径Ｒは、前記式（２）の関係を満たす。このように寸法設定することで、永久磁石２５を磁石挿入孔２４に挿入しやすくなる。

また、第１実施形態では、弾性部材３２は非磁性材料からなるスプリングピンである。これにより、磁力の影響を受けずに永久磁石２５を固定することができる。また、弾性部材３２は、軸方向端部が先細り形状になっている。これにより、弾性部材３２が圧入しやすい。

［第２実施形態］
第２実施形態では、図５に示すように、弾性部材３２は、永久磁石２５の両側にある２つの周方向空隙部３１の両方に配置されている。これにより、永久磁石２５を磁極中心に配置し、磁極中心に対する左右の磁気的な差をなくすことができる。

［他の実施形態］
他の実施形態では、弾性部材は、スプリングピンに限らず、他の形成のスプリングであってもよいし、ゴム等の弾性体であってもよい。また、弾性部材は、軸方向において複数設けられてもよい。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１４：磁石埋込型ロータ
２３：ロータコア
２４：磁石挿入孔
２５：永久磁石
２６：内側磁性部
２７：突極部
２８：ブリッジ部
３１：周方向空隙部
３２：弾性部材

Claims

磁石挿入孔（２４）を有するロータコア（２３）と、
前記磁石挿入孔に設けられ、横断面形状が長方形であり、厚み方向が前記ロータコアの径方向に沿うように配置されている永久磁石（２５）と、
前記磁石挿入孔に設けられ、前記永久磁石を前記磁石挿入孔の壁面に押しつけている弾性部材（３２）と、
を備え、
前記ロータコアは、前記磁石挿入孔に対して径方向内側に位置する内側磁性部（２６）と、前記磁石挿入孔に対して径方向外側に位置し、磁極中心から周方向に離れるに従って前記ロータコアの外接円から径方向内側に離れるように形成された突極部（２７）と、前記突極部の周方向両側から前記内側磁性部側に延出しているブリッジ部（２８）と、を有し、
前記永久磁石は、前記内側磁性部に接触するとともに前記突極部に非接触であり、
前記永久磁石に対して周方向両側には、前記永久磁石の径方向外側と前記ブリッジ部とが非接触になるように、周方向空隙部（３１）が形成され、
前記弾性部材は、前記永久磁石の両側にある２つの前記周方向空隙部のうち少なくとも一方に配置され、前記永久磁石を周方向に付勢して固定している埋込磁石型ロータ。
前記ロータコアは、複数の電磁鋼板からなる積層体であり、
前記ブリッジ部は、前記突極部から周方向へ延出する周方向ブリッジ部（３５）と、前記周方向ブリッジ部から径方向内側へ延出する径方向ブリッジ部（３６）とを有し、
前記電磁鋼板の厚みをｔ［ｍｍ］とし、前記周方向ブリッジ部の幅をｘ［ｍｍ］とし、前記径方向ブリッジ部の幅をｗ［ｍｍ］とすると、
０．３＜ｘ＜ｔ＝ｗ＜２
である請求項１の埋込磁石型ロータ。
前記突極部と前記永久磁石との間の空隙を径外方向空隙（３７）とすると、
前記磁石挿入孔は、前記周方向空隙部と前記径外方向空隙とをつなぐ空隙（３８）を含む請求項２に記載の埋込磁石型ロータ。
前記周方向ブリッジ部と前記突極部との隅部（４１）の曲率半径をＲ［ｍｍ］とすると、
０．１５＜Ｒ＜０．４
である請求項２または３に記載の埋込磁石型ロータ。
前記弾性部材は非磁性材料からなるスプリングピンである請求項１〜４のいずれか一項に記載の埋込磁石型ロータ。
前記弾性部材は、前記永久磁石の両側にある２つの前記周方向空隙部の両方に配置されている請求項１〜５のいずれか一項に記載の埋込磁石型ロータ。