JP5677212B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

この発明は、外周部に周方向に沿ってそれぞれ形成された各収容穴に永久磁石が収納されたロータを有する回転電機に関するものである。

埋込磁石型電動機では、ロータコア外周部の磁路を通じて、ロータ内の永久磁石の磁束が短絡する漏れ磁束が発生するために、出力が低下する。
埋込磁石型電動機の出力向上のためには、ロータコア外周部の短絡磁路の磁気抵抗を大きくし、漏れ磁束量を低減するために、永久磁石を収納した収納穴の外径側に開口部を形成したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この埋込磁石型電動機では、ロータ回転時の遠心力で永久磁石が脱落するのを防止するために、開口部にストッパを挿入して永久磁石を保持し、さらにはこのストッパを非磁性体で構成し、ロータコア外周部に生じる磁路における磁気抵抗を増加させて永久磁石の漏れ磁束を抑制し、埋込磁石型電動機の出力を向上させている。

特開２００９-１５３２９９号公報

しかしながら、上記構成の埋込磁石型電動機は、永久磁石の保持強度を高めるに、ストッパを開口部に挿入しなければならず、部品点数の増加によるロータ組立ての複雑化や、ストッパ圧入によるロータ外径寸法の悪化等の問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解消することを課題とするものであって、部品点数を増加させることなく磁石保持強度を確保しつつ、永久磁石の漏れ磁束の発生の抑制による出力向上を図ることができる回転電機を得ることを目的とする。

この発明に係る回転電機は、ステータと、このステータの内側に回転可能に設けられたロータとを備え、
前記ロータは、電磁鋼板が積層されたロータコアと、このロータコアの外周部に周方向に沿ってそれぞれ形成された各収容穴に収納された永久磁石とを有し、前記永久磁石からは、前記ステータと前記ロータとの間の空隙に流れる主磁束と、前記ロータコア内でＮ極からＳ極に短絡して流れる漏れ磁束が発生する回転電機であって、
前記ロータコアは、前記外周部であって前記漏れ磁束の短絡経路に、積層された前記電磁鋼板を機械的に結合した結合手段が設けられており、
前記永久磁石は、直方体形状であり、この永久磁石は、長手方向が径方向に指向して前記収容穴に埋設されており、
前記ロータコアの前記外周部には、前記空隙と前記収容穴とを連通する開口部が形成されており、
前記開口部及び前記結合手段は、前記永久磁石の対向した一対の長辺が径外側方向に延びた想像線で周方向において挟まれた領域に設けられている。

この発明に係る回転電機によれば、ロータコアは、外周部であって漏れ磁束の短絡経路に、積層された電磁鋼板を機械的に結合した結合手段を設けたので、結合手段により電磁鋼板の磁気特性が劣化するに伴い、短絡経路での磁気抵抗が増大し、その結果永久磁石の漏れ磁束の発生が抑制されるので、部品点数を増加させることなく磁石保持強度を確保しつつ、回転電機の出力を向上させることができる。

この発明の実施の形態１における埋込磁石型電動機を示す断面図である。 図２（ａ）は図１の埋込磁石型電動機の要部側面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の平面図である。 図１の埋込磁石型電動機の永久磁石に発生する磁束の概略図である。 この発明の実施の形態２における埋込磁石型電動機のロータを示す平断面図である。 図４のロータの部分斜視図である。 図４の埋込磁石型電動機の永久磁石に発生する磁束の概略図である。 図４のロータの変形例を示す平面図である。 この発明の実施の形態３における埋込磁石型電動機のロータを示す要部斜視図である。 図８の埋込磁石型電動機の永久磁石に発生する漏れ磁束の概略図である。 この発明の実施の形態４における埋込磁石型電動機のロータを示す要部斜視図である。 図１０の埋込磁石型電動機の永久磁石に発生する漏れ磁束の概略図である。

以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において、同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における回転電機である、埋込磁石型電動機を示す断面図、図２（ａ）は図１の埋込磁石型電動機の要部側面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の平面図である。
この埋込磁石型電動機は、電動パワーステアリング装置用の電動機であって、ステータ１と、このステータ１の内側に回転可能に設けられたロータ２とを備えている。
ステータ１は、周方向に間隔を空けて形成された各ティース３にコイル４が巻装された電磁石５を有している。
ロータ２は、電磁鋼板１０が積層され、軸用穴９に軸が貫通するロータコア６と、このロータコア６の外周部に周方向に沿ってそれぞれ形成された各収容穴７に収納された直方体形状の永久磁石８とを有している。
この永久磁石８は、長手方向が周方向に指向して収容穴７に埋設されており、軸用穴９の中心線を基点とした放射方向線に沿ってＳ極、Ｎ極が着磁されている。
永久磁石８からは、図３に示すように、ステータ１とロータ２との間の空隙に流れる主磁束イと、ロータコア６内でＮ極からＳ極に短絡して流れる漏れ磁束ロが発生する。

ロータコア６は、外周部であって漏れ磁束ロの短絡経路に、積層された電磁鋼板１０を機械的に結合した結合手段１２が設けられている。
この結合手段１２は、例えば電磁鋼板１０を貫通したボルト（図示せず）と、このボルトの先端部に螺着したナット（図示せず）とから構成された締結体である。
また、結合手段１２は、隣接した電磁鋼板１０のうち一方の電磁鋼板１０に形成された凹部（図示せず）と、他方の電磁鋼板１０に形成されこの凹部に嵌着した凸部（図示せず）とから構成されたカシメ体であってもよい。

この実施の形態による埋込磁石型電動機は、短絡経路に結合手段１２を設けたので、短絡経路の磁気抵抗が増大し、短絡経路における漏れ磁束の流れが抑制される。
即ち、結合手段１２が締結体の場合、ボルトは透磁率が電磁鋼板１０に比べて小さく、また透磁率の小さな空気の隙間がボルトの周面と電磁鋼板１０のボルト穴との周面との間に生じ、さらに電磁鋼板１０の穴あけ加工で残留応力が生じることにより、磁気特性が劣化し、ロータコア６の結合手段１２の部位は、他のロータコア６の部位と比較して磁気抵抗が増大する。
また、結合手段１２がカシメ体の場合、電磁鋼板１０は、弾性応力や塑性変形により圧縮変形部位に残留応力が生じるために、変形していない電磁鋼板１０の他の部位に比べて透磁率が小さくなり磁気特性が劣化し、磁気抵抗が増大する。

このように、漏れ磁束ロの短絡経路に、積層された電磁鋼板１０を機械的に結合した結合手段１２を設けることで、ロータコア６の機械的強度を確保しつつ、短絡経路の磁気抵抗が増大する。
従って、短絡経路における漏れ磁束ロの流れが抑制されるので、ロータコア６の外周部に発生する漏れ磁束ロが抑制され、相対的に主磁束イが増大し、ステータ１とロータ２との空隙に流れる主磁束イが多くなるので、埋込磁石型電動機の出力トルクが増大し、埋込磁石型電動機は小型、軽量化される。

また、この小型化、軽量化された埋込磁石型電動機は、電動パワーステアリング装置の電動機に用いられているので、電動パワーステアリング装置の小型、軽量化、高出力化により自動車の燃費を低減することができる。

実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２における埋込磁石型電動機のロータ２Ａを示す平断面図、図５は図４のロータ２Ａの部分斜視図、図６は図４の埋込磁石型電動機の永久磁石８に発生する磁束の概略図である
この永久磁石８は、長手方向が径方向に指向して収容穴７Ａに収納されており、周方向に沿ってＳ極、Ｎ極が着磁されている。
ロータコア６Ａの外周部には、ステータ１とロータ２Ａとの間の空隙と収容穴７Ａとを連通する開口部１１が形成されている。この開口部１１は、軸線方向に沿って直線上に延びている。
ロータコア６Ａは、外周部であって漏れ磁束ロの短絡経路に、積層された電磁鋼板１０を機械的に結合した結合手段１２が設けられている。
他の構成は、実施の形態１の埋込磁石型電動機と同じである。

この実施の形態による埋込磁石型電動機によれば、短絡経路における漏れ磁束ロの流れが結合手段１２により抑制されるので、ロータコア６Ａの外周部に発生する漏れ磁束ロが抑制され、相対的に主磁束イが増大する。
従って、ステータ１とロータ２との空隙に流れる主磁束イが多くなるので、埋込磁石型電動機の出力トルクが増大する。
また、短絡経路に開口部１１が形成されているので、短絡経路の磁気抵抗がさらに増大し、ステータ１とロータ２との空隙に流れる主磁束イが多くなるので、埋込磁石型電動機のトルクが増大し、埋込磁石型電動機の出力がさらに向上する。

なお、図７に示すように、遠心力に対する永久磁石８の保持を確実にするために、永久磁石８が放射方向線Ｒに対して傾いて配置してもよい。

実施の形態３．
図８はこの発明の実施の形態３の埋込磁石型電動機のロータ２Ｂを示す部分斜視図、図９は図８の埋込磁石型電動機の永久磁石８に発生する漏れ磁束の概略図である
この永久磁石８は、長手方向が径方向に指向して収容穴７Ａに収納されている。ロータコア６Ｂの外周部には、ステータ１とロータ２Ａとの間の空隙と収容穴７Ａとを連通する開口部１１Ａが形成されている。
開口部１１Ａは、各電磁鋼板１０毎に積層方向に沿って千鳥足状に形成されている。
ロータコア６Ｂは、外周部であって漏れ磁束ロの短絡経路に、積層された電磁鋼板１０を機械的に結合した結合手段１２が設けられている。この漏れ磁束ロは、積層した電磁鋼板１０の層間を短絡して流れる。
他の構成は、実施の形態１の埋込磁石型電動機と同じである。

この実施の形態による埋込磁石型電動機によれば、短絡経路における漏れ磁束ロの流れが結合手段１２により抑制されるので、ロータコア６Ｂの外周部に発生する漏れ磁束ロが抑制され、相対的に主磁束イが増大する。
従って、ステータ１とロータ２Ｂとの空隙に流れる主磁束イが多くなるので、埋込磁石型電動機のトルクが増大し、埋込磁石型電動機の出力が向上する。
また、開口部１１Ａは、各電磁鋼板１０毎に積層方向に沿って千鳥足状に形成されており、ロータコア６Ｂの外周部は、隣接した電磁鋼板１０同士で部分的に重ね合わされているので、永久磁石８の遠心力に対する保持力が増大する。

実施の形態４．
図１０はこの発明の実施の形態４の埋込磁石型電動機のロータ２Ｃを示す部分斜視図、図１１は図１０の埋込磁石型電動機の永久磁石８に発生する漏れ磁束ロの概略図である
この永久磁石８は、長手方向が径方向に指向して収容穴７Ａに収納されている。ロータコア６Ｃの外周部には、ステータ１とロータ２Ｃとの間の空隙と収容穴７Ａとを連通する開口部１１Ｂが形成されている。
開口部１１Ｂは、複数枚の電磁鋼板１０の鋼板ブロック毎に積層方向に沿って千鳥足状に形成されている。
ロータコア６Ｃは、外周部であって漏れ磁束ロの短絡経路に、積層された電磁鋼板１０を機械的に結合した結合手段１２が設けられている。この漏れ磁束ロは、積層した電磁鋼板１０の層間を短絡して流れる。
他の構成は、実施の形態１の埋込磁石型電動機と同じである。

この実施の形態による埋込磁石型電動機によれば、短絡経路における漏れ磁束ロの流れが結合手段１２により抑制されるので、ロータコア６Ｂの外周部に発生する漏れ磁束ロが抑制され、相対的に主磁束イが増大する。
従って、ステータ１とロータ２Ｂとの空隙に流れる主磁束イが多くなるので、埋込磁石型電動機の出力トルクが増大する。

また、開口部１１Ｂは、各鋼板ブロック毎に積層方向に沿って千鳥足状に形成されており、ロータコア６Ｂの外周部は、隣接した鋼板ブロック同士で部分的に重ね合わされている。
従って、積層方向に流れる漏れ磁束ロが開口部１１Ｂを介して対向した鋼板ブロックの部位に流れるときには、鋼板ブロック同士が重なったニの部位に集中するので、このニの部位では磁束集中による磁束飽和が発生して、磁気抵抗が大きくなる。
即ち、漏れ磁束ロが隣接した電磁鋼板１０の積層間を短絡して多く流れる実施の形態３の埋込磁石型電動機と比較して、ロータ２の外周部に発生する漏れ磁束ロが抑制され、相対的に主磁束イが多くなる。
このことから、この実施の形態の埋込磁石型電動機では、積層した電磁鋼板１０の層間を短絡して流れる漏れ磁束ロが多い実施の形態３と比較して、漏れ磁束ロがより抑制され、より高い出力トルクを得ることができる。

なお、実施の形態１の埋込磁石型電動機についても、ロータコア６の外周部に、空隙と収納穴７とを連通する開口部を形成し、漏れ磁束の短絡経路での磁気抵抗を大きくし、さらに出力トルクを向上させるようにしてもよい。
また、実施の形態２〜４の各埋込磁石型電動機では、ロータコア６Ａ，６Ｂ，６Ｃの外周部に各開口部１１，１１Ａ，１１Ｂを形成したが、これらの開口部１１，１１Ａ，１１Ｂについては、図３に示した実施の形態１の埋込磁石型電動機のように、ロータコアの外周部に設けないものであってもよい。
この場合、各実施の形態２〜４の各埋込磁石型電動機と比較して、短絡経路の磁気抵抗が小さくなり、埋込磁石型電動機の出力トルクが減少するも、遠心力に対する永久磁石８の保持力が増大する利点がある。
また、実施の形態３，４の埋込磁石型電動機についても、図７に示すように、遠心力に対する永久磁石８の保持を確実にするために、永久磁石８が放射方向線Ｒに対して傾いて配置してもよい。
また、上記各実施の形態では、回転電機として、電動パワーステアリング装置用の埋込磁石型電動機について説明したが、この発明は、他の用途の電動機でも適用できるし、また発電機にも適用できる。

１ ステータ、２，２Ａ，２Ｂ, ２Ｃ ロータ、３ ティース、４ コイル、５ 電磁石、６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ ロータコア、７，７Ａ 収容穴、８ 永久磁石、９ 軸用穴、１０ 電磁鋼板、１１，１１Ａ，１１Ｂ 開口部、１２ 結合手段、イ 主磁束、ロ 漏れ磁束。

Claims (9)

1. ステータと、このステータの内側に回転可能に設けられたロータとを備え、
   前記ロータは、電磁鋼板が積層されたロータコアと、このロータコアの外周部に周方向に沿ってそれぞれ形成された各収容穴に収納された永久磁石とを有し、前記永久磁石からは、前記ステータと前記ロータとの間の空隙に流れる主磁束と、前記ロータコア内でＮ極からＳ極に短絡して流れる漏れ磁束が発生する回転電機であって、
   前記ロータコアは、前記外周部であって前記漏れ磁束の短絡経路に、積層された前記電磁鋼板を機械的に結合した結合手段が設けられており、
   前記永久磁石は、直方体形状であり、この永久磁石は、長手方向が径方向に指向して前記収容穴に埋設されており、
   前記ロータコアの前記外周部には、前記空隙と前記収容穴とを連通する開口部が形成されており、
   前記開口部及び前記結合手段は、前記永久磁石の対向した一対の長辺が径外側方向に延びた想像線で周方向において挟まれた領域に設けられていることを特徴とする回転電機。
2. ステータと、このステータの内側に回転可能に設けられたロータとを備え、
   前記ロータは、電磁鋼板が積層されたロータコアと、このロータコアの外周部に周方向に沿ってそれぞれ形成された各収容穴に収納された永久磁石とを有し、前記永久磁石からは、前記ステータと前記ロータとの間の空隙に流れる主磁束と、前記ロータコア内でＮ極からＳ極に短絡して流れる漏れ磁束が発生する回転電機であって、
   前記ロータコアは、前記外周部であって前記漏れ磁束の短絡経路に、積層された前記電磁鋼板を機械的に結合した結合手段が設けられており、
   前記ロータコアの前記外周部には、前記空隙と前記収容穴とを連通する開口部が形成されており、
   前記開口部は、各前記電磁鋼板が部分的に重ね合されて積層方向に沿って千鳥足状に積層されて形成されていることを特徴とする回転電機。
3. ステータと、このステータの内側に回転可能に設けられたロータとを備え、
   前記ロータは、電磁鋼板が積層されたロータコアと、このロータコアの外周部に周方向に沿ってそれぞれ形成された各収容穴に収納された永久磁石とを有し、前記永久磁石からは、前記ステータと前記ロータとの間の空隙に流れる主磁束と、前記ロータコア内でＮ極からＳ極に短絡して流れる漏れ磁束が発生する回転電機であって、
   前記ロータコアは、前記外周部であって前記漏れ磁束の短絡経路に、積層された前記電磁鋼板を機械的に結合した結合手段が設けられており、
   前記ロータコアの前記外周部には、前記空隙と前記収容穴とを連通する開口部が形成されており、
   前記開口部は、積層された複数枚の前記電磁鋼板からなる鋼板ブロックが部分的に重ね合されて積層方向に沿って千鳥足状に積層されて形成されていることを特徴とする回転電機。
4. 前記永久磁石は、直方体形状であり、この永久磁石は、長手方向が周方向に指向して前記収容穴に埋設されていることを特徴とする請求項２または３に記載の回転電機。
5. 前記永久磁石は、直方体形状であり、この永久磁石は、長手方向が径方向に指向して前記収容穴に埋設されていることを特徴とする請求項２または３に記載の回転電機。
6. 前記永久磁石は、直方体形状であり、前記永久磁石は、前記ロータの中心線を基点した放射方向線に対して傾いて配置されていることを特徴とする請求項２または３に記載の回転電機。
7. 前記結合手段は、前記電磁鋼板を貫通したボルトと、このボルトの端部に螺着したナットとから構成された締結体であることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の回転電機。
8. 前記結合手段は、隣接した前記電磁鋼板のうち一方の電磁鋼板に形成された凹部と、他方の電磁鋼板に形成されこの凹部に嵌着した凸部とから構成されたカシメ体であることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の回転電機。
9. 前記回転電機は、電動パワーステアリング装置用の電動機であることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の回転電機。

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