JP4127683B2 - 磁石埋め込み型ロータ - Google Patents

Description

本発明は、磁石埋め込み型ロータの構造に関するものである。

従来、略円筒形ロータ内部に軸方向に永久磁石を埋設してなる永久磁石埋め込み型ロータにおいて、各極の磁石のロータコア外周側付近からロータ表面付近に伸びる複数のスリットを有するものがあった。

そこでは、例えば上記複数のスリットを、極中心の半径方向に略平行に略等間隔に設けることにより、磁石から発生した磁束の磁路を確保し、ロータ表面に均一に磁束を発生させることができる。その結果磁石の磁束を有効に利用し、効果的にトルクリップルを小さくし、騒音、振動を低減させる（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−１８７５９７号公報

この発明に係る磁石埋め込み型ロータは、軸方向に分割された複数のロータコアと、各ロータコアの複数のスロットに収納される磁石とからなり、各ロータコアは、各磁石のロータコア外周側付近からロータコア表面付近に伸びる複数のスリットを有し、各スリットは磁石から発する磁束がロータコアの外側で収束する方向に向くように設けられ、その方向は、各ロータコアによって異なり、各ロータコアが一体となった際、磁束の収束する方向が軸方向に略等間隔にずれて順次回転していくように構成されている。

また上記スリットは極中心の半径方向に略平行に略等間隔に配置されているだけであるため、スキューの効果を持たず、磁束の切り替わりが円滑でない。つまり回転の円滑を欠き、トルクリップルによる騒音、振動の低減の効果が十分ではないという問題もあった。

本発明は上記のような従来の課題を解消するためになされたものであり、磁石埋め込み型ロータにおいて、スリットを設けることによって生じるロータ特性の低下を補うことを目的とする。

また、磁石埋め込み型ロータの磁束の切り替わりが円滑になるようにし、トルクリップルによる騒音、振動の低減を効果的に行うことを目的とする。

この発明に係る磁石埋め込み型ロータは、軸方向に分割された複数のロータコアと、各ロータコアの複数のスロットに収納される磁石とからなり、各ロータコアは、各磁石のロータコア外周側付近からロータコア表面付近に伸びる複数のスリットを有し、各スリットは磁石から発する磁束がロータコアの外側で収束する方向に向くように設けられ、その方向は、各ロータコアによって異なり、各ロータコアが一体となった際、各ロータコア毎に磁束の収束する方向が軸方向に略等間隔にずれて回転方向斜めになるように各スリットを設けている。

この発明に係る磁石埋め込み型ロータによれば、磁束の飽和によるロータの特性の低下分を補うことができ、また、トルクリップルによる騒音、振動を低減できる。

以下この発明を実施するための最良の形態を図に基づいて詳細に説明する。
実施の形態１．
図１〜図３はこの発明の実施の形態１による磁石埋め込み型ロータを構成する各ロータコアを示す平面図である。図１〜図３に示すように、各ロータコア１ａ、１ｂ、１ｃは、それぞれ薄板の電磁鋼板を複数枚積層したものであり、その中心にシャフト７を嵌合し、各ロータコアの円周方向に等間隔に磁石収納用の複数個（４個）のスロット２を形成している。そして、各スロット２にはそれぞれ断面長方形状の共通の磁石３〜磁石６が軸方向に埋設されている。尚、各ロータコア１ａ、１ｂ、１ｃの外側には、複数のティース２２を有する略円環形状のステータが存在する。

図５は、図１〜図３に示す各ロータコア１ａ、１ｂ、１ｃを軸方向に積層して、本実施の形態の磁石埋め込み型ロータを形成した様子を示す部分断面図である。

本実施の形態では、各ロータコア１ａ、１ｂ、１ｃにおいて、各磁石のロータコア外周付近からロータコア表面付近に伸びるスリット８ａ〜１２ａ、８ｂ〜１２ｂ、８ｃ〜１２ｃを設けている。

まず、ロータコア１ａのスリット８ａ〜１２ａの配設の仕方を、図４のロータコア１ａの一部拡大図に基づいて説明する。

図４において、ロータコア１ａのスリット８ａ〜１２ａの向きは、埋設された磁石３から発する磁束がロータコア１ａの外側に収束する方向に向くように配設する。本実施の形態では、磁束が収束する方向として、下記の収束ラインを考える。すなわち、磁石３に対して、周方向両端のスリット８ａおよび１２ａの中心線８０および１２０のなす角度をαとし、その角度αの２等分線１３ａを収束ラインと考える。そして、残りのスリット９ａ〜１１ａのそれぞれの中心線９０〜１１０が、前記収束ライン１３ａと交わるようにする。そして、その交わる範囲は、ロータコア１ａの外周より外側で、かつ、回転中心１４と、磁石３と隣接する磁石４の中心を結ぶライン１５、および磁石３と隣接する磁石６の中心を結ぶライン１６の角度内とする。

次に、ロータコア１ｂのスリット８ｂ〜１２ｂ、ロータコア１ｃのスリット８ｃ〜１２ｃの配設の仕方を、図２および図３のロータコア１ｂ、ロータコア１ｃの平面図に基づいて説明する。それぞれスリット８ｂ〜１２ｂ、８ｃ〜１２ｃの向きは、磁石３から発する磁束が各ロータコア１ｂ、１ｃの外側に収束する方向に向くように配設するが、各ロータコア１ｂ、１ｃによって、スリットの向きが異なっている。

すなわち、ロータコア１ｂのスリット８ｂ〜１２ｂの向きは、図２に示すように、それぞれのスリットの中心線が収束ライン１３ｂに交わるように配設する。そして、この収束ライン１３ｂは、回転中心１４と磁石３の中心を結ぶ線上にある。

また、ロータコア１ｃのスリット８ｃ〜１２ｃの向きは、図３に示すように、それぞれのスリットの中心線が収束ライン１３ｃに交わるように配設する。そして、この収束ライン１３ｃは、上記収束ライン１３ｂを軸とし、上記収束ライン１３ａと対称な位置に設けられている。

以上のように本実施の形態によれば、ロータコア１ａ、１ｂ、１ｃに上記のような向きのスリット８ａ〜１２ａ、８ｂ〜１２ｂ、８ｃ〜１２ｃを配設することにより、磁石から発する磁束をロータコア外側の収束ライン上に集中させることができる。これにより磁束を収束ライン上に集中させ、スリットを設けたことにより生じるモータ特性の低下分を、補うことができる。

また、ロータコア１ａ、１ｂ、１ｃを積層して形成した磁石埋め込み型ロータは、各ロータコア毎の収束ラインを軸方向に略等間隔で順次回転していくように設けているため、このロータにスキューを施したことと類似の構造となる。したがって、磁束の切り替わりが円滑になり、トルクリップルによる騒音、振動の低減を、効果的にすることができる。

尚、本実施の形態では、３個のロータコアを積層して磁石埋め込み型ロータを形成したが、ロータコアの個数は複数であればいくつでもよい。個数が多ければ各ロータコア毎の収束ラインを細かくずらしていけるため、磁束の切り替わりがより円滑になる。

また、磁石の個数についても、ここでは４個としているが、偶数であればいくつでもよい。

更に、各磁石当たりのスリットの本数についても、ここでは５本としているが、複数であればいくつでもよい。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、各ロータコアに設けたスリットの方向は、それぞれのスリットの中心線が所定の収束ラインと交わる方向とした。実施の形態２では、各ロータコアに設けたスリットの中心線が一点すなわち焦点へ収束するようにする。

図６〜図８はこの発明の実施の形態２によるロータコア１ｄ、１ｅ、１ｆを示す平面図である。図６〜図８に示す各ロータコア１ｄ、１ｅ、１ｆを軸方向に積層して、本実施の形態の磁石埋め込み型ロータを形成する。また、図９は、図６に示すロータコア１ｄと、図８に示すロータコア１ｆの各々のスリットの方向を比較するための参考図である。

図６〜図８に示すように、各ロータコア１ｄ、１ｅ、１ｆは、実施の形態１のロータコアとほぼ同様の構造である。しかし、各ロータコアのスリットの設け方が異なっている。

まず、図６に基づいて、ロータコア１ｄのスリット１７ａ〜２１ａの設け方を説明する。ここで、ロータコア１ｄの外側には、複数のティース２２を有する略円環形状のステータが存在する。

ロータコア１ｄのスリット１７ａ〜２１ａの向きは、磁石３から発する磁束がロータコア１ｄの外側に収束する方向に設けられる。本実施の形態では、磁束が収束する方向として、下記の焦点を考える。すなわち、スリット１７ａ〜２１ａの中心線が焦点１３ｄに収束するようにする。上記焦点１３ｄは回転中心１４を中心とする半径Ｒの円周上で、かつ上記ティース２２上の端部に位置する。

次に、図７および図８に基づいて、ロータコア１ｅのスリット１７ｂ〜２１ｂおよびロータコア１ｆのスリット１７ｃ〜２１ｃの向きを説明する。ロータコア１ｅおよびロータコア１ｆの各スリットの中心線は、上記ロータコア１ｄと同様、焦点に収束するが、当該焦点の位置が異なっている。

すなわち、図７に示すように、ロータコア１ｅのスリット１７ｂ〜２１ｂの焦点１３ｅは、上記回転中心１４を中心とする半径Ｒの円周上で、ティース２２の幅Ｌの中心に位置する。

また、図８に示すように、ロータコア１ｆのスリット１７ｃ〜２１ｃの焦点１３ｆは、上記回転中心１４を中心とする半径Ｒの円周上で、ティース２２の端部に位置する。なお、この端部は上記ロータコア１ｄの焦点１３ｄとは反対側の端部である。

以上のように本実施の形態によれば、ロータコア１ｄ、１ｅ、１ｆに上記スリット１７ａ〜２１ａ、１７ｂ〜２１ｂ、１７ｃ〜２１ｃを設けることにより、磁石から発する磁束を焦点上に集中させることができる。本実施の形態では、実施の形態１のロータコアと同様の効果が得られるだけでなく、より磁束を集中させるポイントを限定できるため、ロータコアの特性の低下分を更に補うことができる。

また、ロータコア１ｄ、１ｅ、１ｆを積層して形成した磁石埋め込み型ロータは、各ロータコア毎の焦点を軸方向等間隔で順次回転していくように設けているため、このロータにスキューを施したことと類似の構造となる。したがって磁束の切り替わりが円滑になり、トルクリップルによる騒音、振動の低減を効果的にすることができる。更にまた、各ロータコア１ｄ、１ｅ、１ｆの焦点１３ｄ、１３ｅ、１３ｆが半径Ｒ上にあるため、上記各ロータコアの焦点には同等の強さの磁束が収束することになり、更に磁束の切り替わりが滑らかなロータを形成することができる。

なお、本実施の形態では、３個のロータコアを積層して磁石埋め込み型ロータを形成したが、ロータコアの個数は複数であればいくつでもよい。最上位ロータコアのスリットの焦点を上記ティース２２端部に、最下位ロータコアのスリットの焦点をティース２２のもう一方の端部に設け、その間にあるロータコアのスリットの焦点はティース２２の端部からもう一方の端部へ向けて、軸方向に等間隔に順次回転させていくとよい。

ここで、図７に示すように、前記ティース２２の幅をＬ、前記半径Ｒの円とティース２２の交わる点のなす角をθとする。また、図９に示すように、回転中心１４とロータコア１ｄの焦点１３ｄ及びロータコア１ｆの焦点１３ｆを結ぶ角度をθ１とする。この時、Ｒ、Ｌ、θ、θ１は下記の（式１）および（式２）を満たしている。
Ｌ＝２Ｒ×ｓｉｎ（θ／２）・・・（式１）
θ１≦θ ・・・（式２）

なお、図９では、回転中心１４と焦点１３ｄおよび焦点１３ｆを結ぶ角度をθ１としているが、焦点１３ｄと焦点１３ｅ、焦点１３ｅと焦点１３ｆの角度をθ１としてもよく、いずれの場合においても上記（式１）及び上記（式２）を満たしている。

参考例．
図１０と図１１はこの発明の実施の形態３による各ロータコアを示す平面図である。図１０、図１１に示す各ロータコア１ｇ、１ｈを軸方向に積層して、本実施の形態の磁石埋め込み型ロータを形成する。図１２はこのように積層された磁石埋め込み型ロータを示す部分断面図である。

図１０、図１１に示すように、各ロータコア１ｇ、１ｈの構造は、上記実施の形態１で示すロータコアと同様である。

ここで、上記ロータコア１ｇと上記ロータコア１ｈは同じプレス手順で打ち抜きされており、図１０に示すロータコア１ｇを反転したものが、図１１に示すロータコア１ｈとなる。よって各収束ラインの位置も１３ｇから１３ｈに反転する。

本実施の形態による磁石埋め込み型ロータは、図１２に示すように、ロータの積層方向中心面２３に対して、上部にロータコア１ｇ、下部にロータコア１ｇを反転したロータコア１ｈを使用している。

以上のように本実施の形態による磁石埋め込み型ロータは、実施の形態１と同様の効果を持つ磁石埋め込み型ロータであり、ロータコアを反転して使用することで、部品の種類を削減できる。

尚、本実施の形態では、２個のロータコアを積層して磁石埋め込み型ロータを形成したが、ロータコアの個数は複数であればいくつでもよい。

ここで、分割数をｎ個（ｎ≧２）とすると、反転させるロータコアの数量ｎ１は（式３）、（式４）を満たす。
ｎ１＝（ｎ−１）／２ （ｎが奇数の場合）・・・（式３）
ｎ１＝ｎ／２ （ｎが偶数の場合）・・・（式４）
またｎが奇数の場合は、そのロータの軸方向中心にあるロータコアに対して反転させるとよい。

尚、本実施の形態では、実施の形態１のロータコア構造を基本として考えているが、実施の形態２のロータコア構造に適用しても、同様の効果を保ち、部品の種類を削減することができる。

この発明の実施の形態１による磁石埋め込み型ロータを構成するロータコア１ａを示す平面図である。 この発明の実施の形態１による磁石埋め込み型ロータを構成するロータコア１ｂを示す平面図である。 この発明の実施の形態１による磁石埋め込み型ロータを構成するロータコア１ｃを示す平面図である。 ロータコア１ａのスリットの配設の仕方を説明するための図１の一部拡大図である。 図１〜図３のに示す各ロータコアを軸方向に積層して、この発明の実施の形態１の磁石埋め込み型ロータを形成した様子を示す部分断面図である。 この発明の実施の形態２による磁石埋め込み型ロータを構成するロータコア１ｄを示す平面図である。 この発明の実施の形態２による磁石埋め込み型ロータを構成するロータコア１ｅを示す平面図である。 この発明の実施の形態２による磁石埋め込み型ロータを構成するロータコア１ｆを示す平面図である。 図６に示すロータコアと、図８に示すロータコアの各スリットの方向を比較するための参考図である。 この発明の実施の形態３による磁石埋め込み型ロータを構成するロータコア１ｇを示す平面図である。 この発明の実施の形態３による磁石埋め込み型ロータを構成するロータコア１ｈを示す平面図である。 図１０、図１１に示す各ロータコアを軸方向に積層して、この発明の実施の形態３の磁石埋め込み型ロータを形成した様子を示す部分断面図である。

符号の説明

１ａ〜１ｈ ロータコア、２ 磁石収納用スロット、３〜６ 磁石、７ シャフト、
８ａ〜１２ａ，８ｂ〜１２ｂ，８ｃ〜１２ｃ スリット、
８０〜１２０，８ａ〜１２ａ スリットの中心線、
１３ａ〜１３ｃ，１３ｇ，１３ｈ 収束ライン、１３ｄ〜１３ｆ 焦点、
１４ 回転中心、１５ 磁石３と磁石４の中心を結ぶライン、
１６ 磁石３と磁石６の中心を結ぶライン、
１７ａ〜２１ａ，１７ｂ〜２１ｂ，１７ｃ〜２１ｃ スリット、２２ ティース、
２３ ロータの積層方向中心面。

Claims (5)

1. 略円筒形ロータ内部に軸方向に複数の磁石を埋設してなる磁石埋め込み型ロータにおいて、
   前記ロータは軸方向に分割された複数のロータコアと、前記複数のロータコアに設けられた複数のスロットに収納される前記磁石とからなり、
   前記各ロータコアは、前記各磁石のロータコア外周側付近からロータコア表面付近に伸びる複数のスリットを有し、
   前記各スリットは、前記磁石から発する磁束が、前記各ロータコアの外側で収束する方向に向くように設けられ、
   前記磁束の収束する方向は、前記各ロータコアによって異なり、
   前記各ロータコアが一体となった際、前記磁束の収束する方向が、軸方向に略等間隔にずれて順次回転していくように構成されている磁石埋め込み型ロータ。
2. 請求項１に記載の磁石埋め込み型ロータにおいて、前記磁束の収束する方向は、対応する周方向の両端のスリットの中心線がなす角度の２等分線上にある磁石埋め込み型ロータ。
3. 請求項１に記載の磁石埋め込み型ロータにおいて、前記各スリットの中心線が、前記収束方向にある焦点に収束する磁石埋め込み型ロータ。
4. 請求項３記載の磁石埋め込み型ロータにおいて、前記焦点は、前記各ロータコアにおいて、前記ロータの回転中心を中心として半径Ｒ上にある磁石埋め込み型ロータ。
5. 請求項４記載の磁石埋め込み型ロータと、このロータの外側にあり、複数のティースを有する略円環形状のステータとを有する回転電機において、
   前記ティースの幅をＬ、前記半径Ｒの円とティースの交わる点のなす角をθ、回転中心と前記複数に分割された、あるロータコアの焦点と別のロータコアの焦点がなす角度をθ１とした時、（式１）及び（式２）を満たすことを特徴とする回転電機。
   Ｌ＝２Ｒ×ｓｉｎ（θ／２）・・・（式１）
   θ１≦θ ・・・（式２）

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