JP5292271B2 - 永久磁石式回転電機 - Google Patents

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Description

本発明は永久磁石式回転電機に係り、特に、回転子鉄心に永久磁石を備えているものに好適な永久磁石式回転電機に関する。
永久磁石式回転電機には、非特許文献１及び２で説明されているように、ケイ素鋼板を軸方向に積層したロータコアの外周に磁石を貼り付ける回転子構造を有する表面磁石型永久磁石式回転電機、及びロータコアの外周近傍の軸方向に穴（スロット）を開け、このスロットに永久磁石を挿入する回転子構造を有する埋め込み型永久磁石式回転電機などがある。
前者は回転速度に比例して誘導電圧が高くなるため、誘導電圧が電源電圧以内となる回転速度に最高回転速度が制限されるという欠点があり、後者ではこの欠点が改善される。
永久磁石の欠点の一つとして、強度的に脆い材料であることが挙げられる。また、回転子に設けられる永久磁石が挿入されるスロットは、積層される各ケイ素鋼板に打ち抜かれた穴が軸方向に重なったものであり、軸方向に凹凸が存在する。
このため、小さめの公差では挿入時の摩擦力が大きくなって挿入が不可能になる可能性があり、磁石の形状に対して大きめの穴加工がされて磁石とスロットとの間に隙間ができる原因となっている。
従って、磁気特性を低下させることなく、この脆い材料が運転中にスロット内を移動して割れなどが生じることがないようにロータコアに固定する方法が課題となっている。
永久磁石を回転子に固定する方法として、接着剤が強度・信頼性に対する要求が厳しくない主として小型の回転電機に使われているが、接着剤では経年劣化などによって接着力が低下する欠点がある。また、誘導電動機のロータコアのスロットに嵌挿されたロータバーと、これらのロータバーの先端に取り付けられた短絡環とで生じるねじり振動の固有振動数が低下するのを防止する方法として、ロータバーが、回転時に押しつけられる面に常時ロータバーを押圧する構造とすることによって、ねじり振動の固有振動数が低下するのを防止する技術が特許文献１に示されている。
図１０に示すような埋め込み型永久磁石式回転電機においては、磁気特性と遠心力を支えるための強度とのバランスを保って、永久磁石３の外周と固定子磁極との間隔を小さくするための技術が特許文献２に示されている。また、特許文献３及び４では、磁気特性を向上させるために、図１１に示すように、永久磁石３の外周をロータコア２から露出させ、非磁性の円筒で永久磁石３を固定するための技術が示されている。
特開２０００−３４１８９１号公報 特開２００９−２２０８９号公報 特開２００２−１０１５８５号公報 特開平９−８４２８３号公報
東芝レビューVol.55 No.9(2000) 電機 2007.6, p.12-14
回転子に設けられる永久磁石が挿入されるスロットは、積層される各ケイ素鋼板に打ち抜かれた穴が軸方向に重なったものであり、軸方向に凹凸が存在する。このため、小さめの公差では挿入時の摩擦力が大きくなって挿入が不可能になる可能性があり、磁石の形状に対して大きめの穴加工がされて磁石とスロットとの間に隙間ができる原因となっている。しかし、永久磁石が強度的に脆い材料であるために、磁石と磁石を埋め込むスロットとの間に隙間があると振動などで割れが生じる可能性がある。
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、強度的に脆い材料で形成された永久磁石であっても、運転中の振動などによってロータコアのスロット内を移動することがないようにして振動などで永久磁石が割れることが無い永久磁石式回転電機を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明の永久磁石式回転電機は、ケイ素鋼板が軸方向に積層されたロータコアの外周近傍に、該ロータコアの外周表面を開放させて開けられたスロットに永久磁石が挿入され、前記ロータコアの外周を非磁性の円筒で覆ってなる回転子と、該回転子と所定間隙をもって対向配置された固定子とを備えた永久磁石式回転電機において、前記スロットに径方向外側に広がる傾斜を設け、前記円筒から加えられる中心に向かう力と前記スロットに設けた傾斜による押圧によって前記永久磁石をスロットに固定することを特徴とする。
本発明によれば、強度的に脆い材料で形成された永久磁石であっても、スロット内での永久磁石のがたつきのない永久磁石式回転電機を得ることができる。
本発明の永久磁石式回転電機の実施例１を示すロータコアの部分断面図である。 本発明の永久磁石式回転電機の実施例２を示すロータコアの部分断面図である。 本発明の永久磁石式回転電機の実施例３を示すロータコアの部分断面図である。 本発明の永久磁石式回転電機の実施例４を示すロータコアの部分断面図である。 本発明の永久磁石式回転電機の実施例５を示すロータコアの部分断面図である。 本発明の永久磁石式回転電機の実施例６を示すロータコアの部分断面図である。 図６の一部拡大断面図である。 本発明の永久磁石式回転電機の実施例７を示すロータコアの部分断面図である。 本発明の永久磁石式回転電機の実施例８を示すロータコアの部分断面図である。 従来の永久磁石式回転電機の回転子構造を示す断面図である。 従来の別の永久磁石式回転電機の回転子構造を示す断面図である。 従来の永久磁石式回転電機のロータコアを示す部分断面図である。
以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。
図１は、本発明の永久磁石式回転電機の実施例１を説明する回転子を示すものである。
該図に示す本実施例の永久磁石式回転電機は、ケイ素鋼板が軸方向に積層されたロータコア２の外周近傍に、このロータコア２の外周表面を開放させて開けられたスロット４に永久磁石３が挿入され、ロータコア２の外周を非磁性の円筒７で覆ってなる回転子１と、この回転子１と所定間隙をもって対向配置された固定子（図示せず）とから構成されている。
そして、本実施例では、外周の表面が開放されて開けられたスロット４に径方向外側に広がる傾斜が付けられ、円筒７から加えられる中心に向かう力とスロット４に付けられた傾斜による押圧によって、永久磁石３をスロット４に固定するようにしている。
回転子１が回転している状態では、図１２に黒塗りの矢印で示すように、遠心力と電磁力の合力がロータコア２と永久磁石３に加わる。図１の場合、永久磁石３は黒の矢印の方向に移動し、非磁性体製の円筒７の内面とスロット４の上側で支えられる。
図１の実施例では、永久磁石３の外周端に締めしろを付け、円筒７のフープ応力によって永久磁石３に加えられるスロット４の中に押し込まれる力と、スロット４につけられた傾斜によって永久磁石３に初期の押圧を与える構造を示している。
このように、初期の押圧を与えて永久磁石３を保持することによって、永久磁石３とスロット４との隙間をなくし、回転子１に振動が生じても永久磁石３がスロット４内を移動して割れが生じることはない。
図２は、本発明の永久磁石式回転電機の実施例２を説明するロータコアの部分断面図である。
該図に示す如く、回転子１に設けられる永久磁石３を挿入するスロット４は、積層される各ケイ素鋼板に打ち抜かれた穴が軸方向に重なったものであり、軸方向に凹凸が存在する。このため、小さめの公差では挿入時の摩擦力が大きくなって挿入が不可能になる可能性があり、永久磁石３の形状に対して大きめの穴加工がされて、永久磁石３とスロット４との間に隙間ができる原因となっている。
図２の実施例では、回転中に永久磁石３が移動して接触するスロット４の面の反対側の面の外周側の部分を製造公差以上に削り取り（小さく）、中心部を小さめの公差にして磁石を反対面に押しつける力を生じさせるようにしたものである。
このようにすれば、実施例１の構成における効果の他に、公差を小さめにしても永久磁石３をスロット４に挿入することが容易となる効果がある。
図３は、本発明の永久磁石式回転電機の実施例３を説明するロータコアの部分断面図である。
該図に示す実施例では、永久磁石３を支えるスロット４の面の反対側の面の傾斜が、外周側でなだらかになっているものであり、このように構成することにより、永久磁石３をスロット４に挿入時の摩擦力を低減できる効果がある。
図４は、本発明の永久磁石式回転電機の実施例４を説明するロータコアの部分断面図である。
該図に示す実施例では、永久磁石３を支えるスロット４の面の反対側の面の中央部分が公差以上に大きく削り取られて小さくなっており、これにより永久磁石３をスロット４に挿入する時の摩擦力を低減することができ、外周部と中心部の二か所で永久磁石３を反対側のスロット４の面に押しつける力を生じるようにしている。
図５は、本発明の永久磁石式回転電機の実施例５を説明するロータコアの部分断面図である。
該図に示す実施例では、永久磁石３を支えるスロット４の面の反対側の面の中央部分以外が公差以上に大きく削り取られており、永久磁石３をスロット４に挿入する時の摩擦力を低減することができ、中央部の一か所で永久磁石３を反対側のスロット４の面に押しつける力を生じるようにしている。
図６は、本発明の永久磁石式回転電機の実施例６を説明するロータコアの部分断面図であり、図７は、図６の一部拡大図である。
永久磁石３に傾斜が付いていない場合、スロット４の永久磁石３を支える面の反対側の中心側端部に傾斜を設けて、永久磁石３の角部に反対側の面に押しつける力を生じるようにしている。
図８は、本発明の永久磁石式回転電機の実施例７を説明するロータコアの部分断面図である。
該図に示す本実施例は、円筒７と永久磁石３の開放側端部との間に弾性体１１を挿入し、永久磁石３をスロット４の中心に押しつける力をこの弾性体１１が保持するようにしたものである。
このように構成することにより、熱膨張などの熱変形差によって永久磁石３の外周端の締めしろの効果がなくなっても、弾性体１１の反力によって永久磁石３を保持することができる。また、図８では、永久磁石３の断面を台形としており、永久磁石３の外周端を回転子の外周に合わせて加工する必要がない。
図９は、本発明の永久磁石式回転電機の実施例８を説明するロータコアの部分断面図である。
該図に示す本実施例では、永久磁石３の外周端を外周よりも一定厚さだけ削り取り、一定厚さの弾性体１１を挿入するようにしたものである。
このようにすれば、永久磁石３の外周端に一様な面圧を加えることができる。
１ 回転子
２ ロータコア
３ 永久磁石
４ スロット
４ａ スロット４の磁石を支える面
５ 永久磁石の開放側端面に与えられる締めしろ
６ 応力集中緩和用円弧形状
７ 円筒
８ スロット４の内面と永久磁石３の外面間の隙間
９ スロット４の傾斜面
９ａ 永久磁石に押圧を加える面
９ｂ 公差以上に削って隙間をもたせた面
１０ 空洞
１１ 弾性体

Claims (7)

  1. ケイ素鋼板を軸方向に積層したロータコアの外周近傍に、周方向の厚さが外周側ほど厚くなっている永久磁石を挿入するための軸方向のスロットを備え、該スロットに永久磁石を挿入して固定する埋め込み磁石構造の回転子構造を有する永久磁石式回転電機において、
    前記スロットは、前記ロータコアの外表面に開放させたくさび状のスロット側面と応力集中を緩和するために円弧形状とされたスロット底面とを有する溝構造を有し、挿入される永久磁石の外表面を露出させると共に、前記ロータコアの外表面に接触するように挿入される高強度で非磁性な円筒の押圧によって非回転中にも前記永久磁石を前記くさび状のスロット側面に押し付けて固定する
    ことを特徴とする永久磁石式回転電機。
  2. 請求項１に記載の永久磁石式回転電機において、
    前記スロットは、回転中に生じる遠心力および電磁力の作用によって前記永久磁石が回転中心から遠ざかる方向に移動して接触する前記スロット側面の前記永久磁石を支える側とは反対側の面の外周側の摩擦抵抗力から定められた範囲をスロット加工の公差以上に削り取って前記永久磁石が前記スロットへ容易に挿入されるように、かつ、前記スロット底面で前記永久磁石を、前記スロット側面の前記永久磁石を支える側の面に、非回転中にも押しつける力を生じさせるように設けられる
    ことを特徴とする永久磁石式回転電機。
  3. 請求項１に記載の永久磁石式回転電機において、
    前記スロットは、回転中に生じる遠心力および電磁力の作用によって前記永久磁石が回転中心から遠ざかる方向に移動して接触する前記スロット側面の前記永久磁石を支える側とは反対側の面の傾斜を外周側の摩擦抵抗力から定められた範囲でなだらかにして前記永久磁石が前記スロットへ容易に挿入されるように、かつ、前記スロット底面で前記永久磁石を、前記スロット側面の前記永久磁石を支える側の面に、非回転中にも押しつける力を生じさせるように設けられる
    ことを特徴とする永久磁石式回転電機。
  4. 請求項１に記載の永久磁石式回転電機において、
    前記スロットは、回転中に生じる遠心力および電磁力の作用によって前記永久磁石が回転中心から遠ざかる方向に移動して接触する前記スロット側面の前記永久磁石を支える側とは反対側の面の中央部の摩擦抵抗力から定められた範囲をスロット加工の公差以上に削り取って前記永久磁石が前記スロットへ容易に挿入されるように、かつ、外周側および前記スロット底面の二か所で前記永久磁石を、前記スロット側面の前記永久磁石を支える側の面に、非回転中にも押しつける力を生じさせるように設けられる
    ことを特徴とする永久磁石式回転電機。
  5. 請求項１に記載の永久磁石式回転電機において、
    前記スロットは、回転中に生じる遠心力および電磁力の作用によって前記永久磁石が回転中心から遠ざかる方向に移動して接触する前記スロット側面の前記永久磁石を支える側とは反対側の面の中央部以外の摩擦抵抗力から定められた範囲をスロット加工の公差以上に削り取って前記永久磁石が前記スロットへ容易に挿入されるように、かつ、前記中央部の一か所で前記永久磁石を、前記スロット側面の前記永久磁石を支える側の面に、非回転中にも押しつける力を生じさせるように設けられる
    ことを特徴とする永久磁石式回転電機。
  6. ケイ素鋼板が軸方向に積層されたロータコアの外周近傍に、周方向の厚さが一様な永久磁石を挿入するための軸方向のスロットを備え、該スロットに永久磁石を挿入して固定する埋め込み磁石構造の回転子構造を有する永久磁石式回転電機において、
    前記スロットは、前記ロータコアの外表面に開放させた平行なスロット側面と応力集中を緩和するために円弧形状とされたスロット底面とを有する溝構造を有し、挿入される永久磁石の外表面を露出させると共に、前記平行なスロット側面に対して、回転中に生じる遠心力および電磁力の作用によって永久磁石が回転中心から遠ざかる方向に移動して接触するスロット側面とは反対側のスロット側面と前記溝構造の前記スロット底面との接合部に傾斜を設け、前記ロータコアの外周に接触するように挿入される高強度で非磁性な円筒の押圧によって永久磁石の角部に、回転中に遠心力および電磁力が作用する永久磁石を支える矩形状の前記溝構造の前記スロット側面に非回転中にも押しつける力を生じさせるように設けられる
    ことを特徴とする永久磁石式回転電機。
  7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の永久磁石式回転電機において、
    外周を覆う非磁性の円筒と永久磁石の開放側端部との間に弾性体を挿入し、円筒から加えられる中心に向かう力を保持できる構造を有する
    ことを特徴とする永久磁石式回転電機。
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