JP6673236B2 - 回転電機のロータ - Google Patents

Description

本発明は、回転電機のロータに関し、特にその構造に関する。

電気エネルギを回転の運動エネルギに変換する電動機、回転の運動エネルギを電気エネルギに変換する発電機、さらに電動機と発電機どちらにも機能する電気機器が知られている。以下において、これらの電気機器を回転電機と記す。回転電機は、同軸に配置されて相対的に回転する二つの部材を有する。通常は、一方が固定され、他方が回転し、固定された要素はステータ、回転する要素はロータと呼ばれる。典型的な回転電機は、円環または円筒形状のステータと、ステータの内側に配置されたロータを含む。

ロータコア内に永久磁石が埋め込まれた永久磁石埋込型の回転電機のロータが知られている。ロータコアには、所望の磁路を形成するために空隙が設けられる場合がある。下記特許文献１には、Ｖ字形に配置された対をなす永久磁石（２３）で１つの磁極が形成されるロータ（２０）が示されている。ロータコア（２１）には、Ｖ字形に配置された永久磁石（２３）の外側の端（第１バリア側側面２３ａ）に隣接して第１の空隙（第１バリア２４）が形成されている。さらに、ロータコア（２１）には、対の永久磁石の互いに対向する端（第２バリア側側面２３ｂ）に隣接し、さらにロータ（２０）の径方向内側に広がる第２バリア（２５）が形成されている。第１の空隙（２４）の径方向内側壁面から第１保持部（２７）が延び、その先端が永久磁石の外側の端（２３ａ）に当接している。永久磁石（２３）のもう一方の端において、図３に示される態様では、第２の空隙（２５）の径方向外側壁面から第２保持部（２８）が延び、その先端が永久磁石の内側の端（２３ｂ）に当接している。第１および第２保持部（２７，２８）により、永久磁石（２３）が磁石収容孔（２２）内にて保持されている。第１および第２保持部（２７，２８）はそれぞれ、永久磁石（２３）との間に凹溝（２７ａ，２８ａ）を形成している。なお、（ ）内の部材名および符号は、下記特許文献１で用いられている部材名および符号であり、符号は、本願の実施形態の説明で用いられる符号等とは関連しない。

下記特許文献２，３には、Ｖ字形に配置された対の永久磁石により磁極を構成し、ロータコアには永久磁石の両端に対向する空隙が形成されたロータが開示されている。

特開２０１５−９７４３７号公報 特開２０１４−６０８３６号公報 特開２０１４−３８１５号公報

上記特許文献１の図３に示された第２保持部と永久磁石の間に形成された空隙である凹溝は小さいため、ロータの径方向外側に位置するステータからの磁力を十分に遮蔽できない。このため、永久磁石に永久磁石の磁界とは逆向きの磁界が作用し、減磁が生じる場合がある。

本発明は、永久磁石に作用する逆向きの磁界を減少させることを目的とする。

本発明に係るインナーロータ型の回転電機のロータは、ロータコアと、ロータコア内に埋め込まれ、対で１つの磁極を構成する永久磁石を有する。１つの磁極を構成する対の永久磁石は、ロータ軸線直交断面において、互いに間隔をあけ、径方向外側に開いたＶ字形に配置される。ロータコアには、対の永久磁石の互い対向する内端面にそれぞれ隣接して内端空隙が形成され、対の永久磁石のＶ字の外側の外端面にそれぞれ隣接して外端空隙が形成される。ロータコアは、内端空隙を２つに分けるように内端空隙の径方向内側壁面から延び、かつ永久磁石の内端面に先端が当接する内端保持部と、外端空隙を２つに分けるように外端空隙の径方向内側壁面から延び、かつ永久磁石の外端面に先端が当接する外端保持部と、を有する。

永久磁石に当接する内端保持部および外端保持部がロータの径方向内側に位置するため、径方向外側の空隙を大きく採ることができる。これにより、ステータの磁界による永久磁石に逆向きに作用する磁界を減少させることができる。

本発明に係る実施形態のロータの一部を示す軸線直交断面図である。 ロータコアの一部を示す軸線直交断面図である。

以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図１は、インナーロータ型回転電機のロータ１０の一部を示す図である。ロータ１０は、概略円柱または円板形状を有し、その周囲を取り囲むようにステータが配置される。図１において、ロータ１０は、ロータの回転軸線に直交する断面の外周部分の一部、特に１つの磁極に相当する部分が示されている。図１において、上方向がロータ１０の径方向の外向きである。図２は、ロータコア１２のみを示す図である。以降、特段の断りがない限り、ロータ１０の回転軸線を「軸線」、この軸線に直交する方向を「径方向」、この軸線の周りを周回する方向を「周方向」と記す。

ロータ１０は、ロータコア１２と、ロータコア１２の外周近傍に埋め込まれた永久磁石１４を含む。永久磁石１４は、ロータコア１２の外周部に設けられた磁石収容孔１６に収容されている。永久磁石１４は、２個で１つの磁極を構成し、１つの磁極を構成する対をなす永久磁石１４は、図１に示される永久磁石１４Ａ，１４Ｂのように互いに間隔をあけ径方向外側に開いたＶ字形に配置される。永久磁石１４の形状は直方体であり、軸線直交断面は長方形となる。図示するように、永久磁石１４は、長方形の長手方向がＶ字形の２辺の方向に沿って配置される。Ｖ字形に配置された永久磁石１４の対が、周方向に配列される。対をなす永久磁石１４の互いに対向する端面、つまりＶ字の谷の部分に対応する端面を、以下、内端面１８と記す。一方、内端面１８とは反対側の端面、つまりＶ字の外側の端面を外端面２０と記す。これらの内端面１８および外端面２０は、永久磁石１４の軸線直交断面の形状である直方形の短辺に対応する面である。この長方形の長辺に対応する永久磁石１４の面を側面、特に径方向において内方に向いた側面を内向き側面２２、外方に向いた側面を外向き側面２４と記す。

ロータコア１２に設けられた磁石収容孔１６の径方向内側の壁面（以下、収容孔内側壁面２６と記す。）は、永久磁石１４が収容されたとき、永久磁石１４の内向き側面２２に対向する。また、磁石収容孔１６の径方向外側の壁面（以下、収容孔外側壁面２８と記す。）は、永久磁石１４が収容されたとき、永久磁石１４の外向き側面２４に対向する。収容孔内側壁面２６および収容孔外側壁面２８は、永久磁石１４の長手方向に沿って延びる平面であり、永久磁石１４との間に、永久磁石１４を挿入可能にするわずかな隙間が形成されていてよい。

ロータコア１２には、永久磁石１４の内端面１８および外端面２０にそれぞれ隣接するように空隙が設けられている。内端面１８に隣接する空隙を内端空隙３０、外端面２０に隣接する空隙を外端空隙３２と記す。内端空隙３０は、磁石収容孔１６に連続して形成され、永久磁石１４を収容したときに、永久磁石１４（特に内端面１８）とロータコア１２により画定される空隙である。また、外端空隙３２も、磁石収容孔１６に連続して形成され、永久磁石１４を収容したときに、永久磁石１４（特に外端面２０）とロータコア１２により画定される空隙である。内端空隙３０の径方向内側の壁面（以下、内端空隙内側壁面３４と記す。）および外端空隙３２の径方向内側の壁面（以下、外端空隙内側壁面３６と記す。）は、収容孔内側壁面２６と滑らかに連続する面で構成される。内端空隙３０の径方向外側の壁面（以下、内端空隙外側壁面３８と記す。）および外端空隙３２の径方向外側の壁面（以下、外端空隙外側壁面４０と記す。）は、収容孔外側壁面２８と滑らかに連続する面で構成される。

内端空隙３０内には、ロータコア１２と一体に形成され、先端が永久磁石１４の内端面１８に当接する内端保持部４２が配置されている。内端保持部４２は、内端空隙内側壁面３４から延び、先端が永久磁石の内端面１８の中央部分に当接している。これにより、内端空隙３０は、内端保持部４２により、内端空隙内側部分３０ａと内端空隙外側部分３０ｂに二分されている。内端保持部４２は、内端空隙内側壁面３４から略円弧状に延びてもよい。内端保持部４２の先端は、永久磁石の内向き側面２２および外向き側面２４から離れた位置に当接している。これにより、磁束の漏れを抑えることができる。また、内端保持部４２が、内端空隙内側壁面３４から延びていることにより、内端空隙外側部分３０ｂが、内端空隙内側部分３０ａよりも大きくなる。これにより、永久磁石１４に作用する、永久磁石１４の発生する磁界とは逆向きの磁界（反磁界）を減じることができる。また、内端保持部４２は、２個の内端空隙３０の間のブリッジ部分から延びているものではないので、内端保持部４２を介してブリッジ部分に力が加わることがない。

外端空隙３２内には、ロータコア１２と一体に形成され、先端が永久磁石１４の外端面２０に当接する外端保持部４４が配置されている。外端保持部４４は、外端空隙内側壁面３６から延び、先端が永久磁石の外端面２０の中央部分に当接している。これにより、外端空隙３２は、外端保持部４４により、外端空隙内側部分３２ａと外端空隙外側部分３２ｂに二分されている。外端保持部４４は、外端空隙内側壁面３６から略円弧状に延びてもよい。外端保持部４４の先端は、永久磁石の内向き側面２２および外向き側面２４から離れた位置に当接している。これにより、磁束の漏れを抑えることができる。また、外端保持部４４が、外端空隙内側壁面３６から延びていることにより、外端空隙外側部分３２ｂが、外端空隙内側部分３２ａよりも大きくなる。これにより、永久磁石１４に作用する、永久磁石１４の発生する磁界とは逆向きの磁界（反磁界）を減じることができる。

１０ ロータ、１２ ロータコア、１４ 永久磁石、１６ 磁石収容孔、１８ 内端面、２０ 外端面、２２ 内向き側面、２４ 外向き側面、２６ 収容孔内側壁面、２８ 収容孔外側壁面、３０ 内端空隙、３０ａ 内端空隙内側部分、３０ｂ 内端空隙外側部分、３２ 外端空隙、３２ａ 外端空隙内側部分、３２ｂ 外端空隙外側部分、３４ 内端空隙内側壁面、３６ 外端空隙内側壁面、３８ 内端空隙外側壁面、４０ 外端空隙外側壁面、４２ 内端保持部、４４ 外端保持部。

Claims (1)

1. インナーロータ型の回転電機のロータであって、
   ロータコアと、
   ロータコア内に埋め込まれ、対で１つの磁極を構成する永久磁石であって、１つの磁極を構成する永久磁石は、ロータ軸線直交断面において、互いに間隔をあけ、径方向外側に開いたＶ字形に配置される、永久磁石と、
   を有し、
   ロータコアには、対の永久磁石の互いに対向する内端面にそれぞれ隣接して内端空隙が形成され、対の永久磁石のＶ字の外側の外端面にそれぞれ隣接して外端空隙が形成され、
   ロータコアは、内端空隙を２つに分けるように内端空隙の径方向内側壁面から延び、永久磁石の内端面に先端が当接する内端保持部と、外端空隙を２つに分けるように外端空隙の径方向内側壁面から延び、永久磁石の外端面に先端が当接する外端保持部と、
   を有し、
   内端保持部の先端は、永久磁石の内端面の径方向において中央部分に当接し、永久磁石の内端面の、内端保持部が当接した部分の径方向において両側は、内端空隙に面し、
   外端保持部の先端は、永久磁石の外端面の径方向において中央部分に当接し、永久磁石の外端面の、外端保持部が当接した部分の径方向において両側は、外端空隙に面する、
   回転電機のロータ。