JP6802087B2 - ロータ - Google Patents

Description

本発明は、埋込磁石型構造のロータに関する。

従来より、ＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ、埋込磁石型）構造のロータが知られている。このロータは、例えば、複数の永久磁石が周方向に離間してロータコアに埋め込まれる。複数の永久磁石がロータコアに埋め込まれることにより、永久磁石によるトルクだけではなく、界磁の磁気抵抗の非対称性によるトルク（リラクタンストルク）を用いて高出力を得ることができる。さらには、永久磁石が埋め込まれているので、永久磁石の脱落を抑制することができる。

ところで、それぞれの永久磁石は、高出力を得る面で、ロータコアの径方向外方に向けて磁束を集中できるように形成及び配置されていることが好ましい。そこで、永久磁石が略Ｖ字状又は略Ｕ字状に形成され、両端がロータコアの径方向外方に配置されたロータが提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

実用新案登録第３１４５５１０号公報 特開２０１６−９６６６５号公報

特許文献１に記載されたロータでは、略Ｕ字状に形成された焼結磁石が永久磁石として採用されている。そして、略Ｕ字状の永久磁石は、両端がロータコアの径方向外方を向くように、配置されている。これにより、永久磁石の磁束をロータコアの径外方向に集中させることができる。しかしながら、焼結磁石は、ロータの回転時に発生する熱により収縮することから、永久磁石に応力ひずみが発生することが考えられる。発生する応力ひずみを考慮すると、十分に湾曲させた焼結磁石を採用することは難しかった。

特許文献２に記載されたロータでは、略Ｕ字状に形成されたボンドマグネットが永久磁石として採用されている。そして、略Ｕ字状の永久磁石は、特許文献１に記載の永久磁石と同様に、両端がロータコアの径方向外方を向くように、配置される。これにより、十分に湾曲した永久磁石を用いて磁束を集中させることができる。しかしながら、ボンドマグネットは、ロータの回転時に発生する熱により乾燥して割れてしまうことがあった。

本発明は、永久磁石のひずみを吸収しつつ、永久磁石の曲率をより大きくすることが可能なロータを提供することを目的とする。

（１）本発明は、埋込磁石型構造のロータであって、埋込磁石型構造のロータ（例えば、後述するロータ１）であって、回転軸（例えば、後述する回転軸１０）を回転中心として回転するロータコア（例えば、後述するロータコア２０）であって、周方向（例えば、後述する周方向Ｄ１）に配列する複数のスロット（例えば、後述するスロット２１）を有するロータコアと、複数の前記スロットそれぞれに収容される複数の磁石部（例えば、後述する磁石部３０）と、を備え、前記磁石部は、前記回転軸に直交する面で切断した断面視において棒状の一対の第１焼結磁石（例えば、後述する第１焼結磁石３１）であって、前記ロータコアの径方向内方（例えば、後述する径方向内方Ｄ２）に向かうにしたがって他方の前記第１焼結磁石に近づくように配置される一対の第１焼結磁石と、前記断面視において弧状に湾曲した湾曲形状を有する第２焼結磁石（例えば、後述する第２焼結磁石３２）であって、その両端面がそれぞれ一対の前記第１焼結磁石の径方向内方の端面に対向する第２焼結磁石と、樹脂から形成され、一対の前記第１焼結磁石のそれぞれと前記第２焼結磁石とを連結する連結部材（例えば、後述する連結部材３３）と、を備えるロータに関する。

（２）（１）に記載のロータでは、前記断面視において、前記連結部材は、前記スロットの内面、一対の前記第１焼結磁石及び前記第２焼結磁石の表面に接触して配置されてもよい。

（３）（２）に記載のロータでは、前記断面視において、前記連結部材は、前記スロットの内面と前記第１焼結磁石及び前記第２焼結磁石との間の空隙を埋めるように、配置されてもよい。

（４）（１）〜（３）に記載のロータでは、前記断面視において、前記第１焼結磁石の形状は長方形であり、且つ、前記第２焼結磁石の形状は略Ｕ字形状であってもよい。

本発明によれば、永久磁石のひずみを吸収しつつ、永久磁石の曲率をより大きくすることが可能なロータを提供することができる。

本発明の一実施形態に係るロータを示す断面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。

以下、本発明の一実施形態に係るロータ１ついて、図１及び図２を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るロータ１を示す断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。

本実施形態に係るロータ１は、ＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ、埋込磁石型）モータに組み込まれるロータ１である。このロータ１は、図１及び図２に示すように、回転軸１０と、ロータコア２０と、磁石部３０と、を備える。

回転軸１０は、軸方向Ｄ４に延びる棒状に形成される。回転軸１０は、軸心（軸方向Ｄ４）の周りに回転可能に構成される。

ロータコア２０は、円柱状（円筒状）に形成される。ロータコア２０は、例えば、電磁鋼板（図示せず）が、図２に示すように、回転軸１０の軸方向Ｄ４に沿って積層されることにより構成される。このロータコア２０は、回転軸１０とともに回転可能に回転軸１０に固定される。ロータコア２０は、周方向Ｄ１に配列する複数のスロット２１を備える。

スロット２１は、ロータコア２０の軸方向Ｄ４に沿って延びるように形成される。また、スロット２１は、図１に示すように、ロータコア２０の周方向Ｄ１に離間して複数配置される。本実施形態において、スロット２１は、断面視において略Ｕ字形状に形成される。本発明において「断面視」とは、特に説明が無い限り、「回転軸１０（の軸方向Ｄ４）に直交する面で切断した断面視」のことである。

磁石部３０は、複数設けられる。複数の磁石部３０それぞれは、複数のスロット２１に収容される。この磁石部３０のそれぞれは、第１焼結磁石３１と、第２焼結磁石３２と、連結部材３３と、を備える。以下の第１焼結磁石３１、第２焼結磁石３２及び連結部材３３の説明は、断面視における説明ではないことが明らかな場合を除き、前記断面視における説明である。

第１焼結磁石３１は、一対に設けられる。第１焼結磁石３１のそれぞれは、棒状である。具体的には、第１焼結磁石３１の形状は、長方形である。第１焼結磁石３１のそれぞれは、ロータコア２０の径方向に対して傾斜して配置される。具体的には、第１焼結磁石３１のそれぞれは、図１に示すように、ロータコア２０の径方向内方Ｄ２に向かうにしたがって他方の第１焼結磁石３１に近づくように配置される。

第２焼結磁石３２は、弧状に湾曲した湾曲形状を有する。具体的には、第２焼結磁石３２の形状は、略Ｕ字形状である。ここでいう「略Ｕ字形状」とは、全体として湾曲している形状であって、両端部それぞれが向く方向が平行の場合に制限されず、両端部それぞれが向く方向が９０度以内であればよい。第２焼結磁石３２は、その両端面のそれぞれが一対の第１焼結磁石３１の径方向内方Ｄ２側の端面に対向する。

連結部材３３は、樹脂から形成される。具体的には、連結部材３３は、射出成形に用いることが可能な樹脂で形成される。連結部材３３は、例えば、ナイロン６６系（グリロン）から形成される。連結部材３３は、一対の第１焼結磁石３１のそれぞれと第２焼結磁石３２とを連結する。連結部材３３は、例えば、一対の第１焼結磁石３１と第２焼結磁石３２とを一体化すべく、一対の第１焼結磁石３１と、第２焼結磁石３２とを囲うように配置される。即ち、連結部材３３は、一対の第１焼結磁石３１のそれぞれの周面と、第２焼結磁石３２の周面とに接しつつ、一対の第１焼結磁石３１及び第２焼結磁石３２の周面に沿って配置される。

本実施形態において、連結部材３３は、スロット２１内に充填されている。これにより、連結部材３３は、スロット２１の内面と一対の第１焼結磁石３１及び第２焼結磁石３２の周面とに接触して配置される。別の見方をすると、連結部材３３は、スロット２１の内面と第１焼結磁石３１及び第２焼結磁石３２との間の空隙を埋めるように、配置される。

以上のロータ１は、以下のように動作する。
第１焼結磁石３１の磁束Ｍは、図１に示すように、ロータコア２０の径方向に対して傾斜して配置される第１焼結磁石３１により、一対の第１焼結磁石３１の中間線Ｌ（一対の第１焼結磁石３１からの距離が等しい線）の位置に集中する。また、第２焼結磁石３２の磁束Ｍは、両端面のそれぞれが一対の第１焼結磁石３１の一端面に対向するので、一対の第１焼結磁石３１の場合と同様に、中間線Ｌ（一対の第１焼結磁石３１からの距離が等しい線）の位置に集中する。即ち、磁束流は、中間線Ｌに沿う径方向外方Ｄ３へ集中する。

ロータコア２０の回転により、第１焼結磁石３１及び第２焼結磁石３２には熱が発生し、第１焼結磁石３１及び第２焼結磁石３２は収縮する。これにより、第１焼結磁石３１及び第２焼結磁石３２の間の距離や、第１焼結磁石３１及び第２焼結磁石３２とスロット２１の表面との間の距離は変化する。連結部材３３は、第１焼結磁石３１、第２焼結磁石３２、及び、スロット２１の内面の間に発生する応力ひずみを吸収するように変形する。

次に、ロータ１の製造方法について説明する。
まず、回転軸１０に対して複数のスロット２１を有するロータコア２０が固定される。次に、スロット２１のそれぞれの内部に、別途作製された第１焼結磁石３１及び第２焼結磁石３２が配置される。このとき、第１焼結磁石３１及び第２焼結磁石３２は、相対位置が上記のようになるように配置される。

次に、第１焼結磁石３１及び第２焼結磁石３２は、治具（図示せず）によってロータコア２０のスロット２１に挿入されて固定される。そして、ロータコア２０におけるスロット２１の内面と第１焼結磁石３１及び第２焼結磁石３２との間の空隙に、樹脂が充填されることにより、連結部材３３が射出成形される。本実施形態では、連結部材３３は、スロット２１の内面と、第１焼結磁石３１及び第２焼結磁石３２の表面との間の空隙を埋めるように形成される。

本実施形態のロータ１によれば、例えば以下の効果が奏される。
（１）埋込磁石型構造のロータ１を、回転軸１０を回転中心として回転するロータコア２０であって、周方向Ｄ１に配列する複数のスロット２１を有するロータコア２０と、複数のスロット２１それぞれに収容される複数の磁石部３０と、を含み構成した。また、磁石部３０を、回転軸１０に直交する面で切断した断面視において棒状の一対の第１焼結磁石３１であって、ロータコア２０の径方向内方Ｄ２に向かうにしたがって他方の第１焼結磁石３１に近づくように配置される一対の第１焼結磁石３１と、断面視において弧状に湾曲した第２焼結磁石３２であって、その両端面のそれぞれが一対の第１焼結磁石３１の径方向内方Ｄ２側の端面に対向する第２焼結磁石３２と、樹脂から形成され、一対の第１焼結磁石３１のそれぞれと第２焼結磁石３２とを連結する連結部材３３と、を含んで構成した。これにより、第１焼結磁石３１及び第２焼結磁石３２が熱により収縮したとしても、樹脂から形成された連結部材３３が両焼結磁石の収縮に起因して発生する応力ひずみを吸収することができる。従って、第２焼結磁石３２の曲率をより大きくすることができ、磁束Ｍを集中させてトルクアップを図ることができる。

（２）連結部材３３を、断面視において、スロット２１の内面、一対の第１焼結磁石３１及び第２焼結磁石３２の表面に接触して配置した。従って、第１焼結磁石３１及び第２焼結磁石３２を連結部材３３によりスロット２１内に固定できるとともに、第１焼結磁石３１及び第２焼結磁石３２の応力ひずみを連結部材３３により吸収することができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変更及び変形が可能である。例えば、上記実施形態において、連結部材３３は、スロット２１の表面と、第１焼結磁石３１及び第２焼結磁石３２の表面の間の空隙の全部を埋めているように、配置されているが、これに制限されない。例えば、連結部材３３は、前記空隙の一部を埋めるように、配置されていてもよい。

また、第１焼結磁石３１及び第２焼結磁石３２は、同じ磁束密度をもつ磁石に限定されず、異なる磁束密度や材料で形成されていてもよい。

また、複数のスロットは、実施形態では、ロータコアの周方向に離間して配置されているが、複数のスロット同士の一部が繋がっている形状のスロットを排除するものではない。即ち、個々の磁石部それぞれが挿入される部分がスロットであり、隣接するスロット間が繋がって形成されているスロットも含むものである。

１ ロータ
１０ 回転軸
２０ ロータコア
２１ スロット
３０ 磁石部
３１ 第１焼結磁石
３２ 第２焼結磁石
３３ 連結部材
Ｄ１ 周方向
Ｄ２ 径内方向

Claims (3)

1. 埋込磁石型構造のロータであって、
   回転軸を回転中心として回転するロータコアであって、周方向に配列する複数のスロットを有するロータコアと、
   複数の前記スロットそれぞれに収容される複数の磁石部と、
   を備え、
   前記磁石部は、
   前記回転軸に直交する面で切断した断面視において棒状の一対の第１焼結磁石であって、前記ロータコアの径方向内方に向かうにしたがって他方の前記第１焼結磁石に近づくように配置される一対の第１焼結磁石と、
   前記断面視において弧状に湾曲した湾曲形状を有する第２焼結磁石であって、その両端面がそれぞれ一対の前記第１焼結磁石の径方向内方の端面に所定の間隔を開けて対向する第２焼結磁石と、
   樹脂から形成され、一対の前記第１焼結磁石のそれぞれと前記第２焼結磁石とを連結する連結部材であって、前記断面視において、前記スロットの内面の全体、一対の前記第１焼結磁石のそれぞれの全表面、及び前記第２焼結磁石の全表面のいずれにも接触して配置され、前記第２焼結磁石の周面の湾曲に沿って配置される連結部材と、
   を備えるロータ。
2. 前記断面視において、前記連結部材は、前記スロットの内面、一対の前記第１焼結磁石のそれぞれ、及び前記第２焼結磁石の間のうちのいずれか２者間のすべての組み合わせに対する空隙の全てを埋めるように、配置される、請求項１に記載のロータ。
3. 前記断面視において、前記第１焼結磁石の形状は長方形であり、且つ、前記第２焼結磁石の形状は略Ｕ字形状である、請求項１又は２に記載のロータ。

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