WO2017057302A1 - ロータ - Google Patents

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WO2017057302A1
WO2017057302A1 PCT/JP2016/078329 JP2016078329W WO2017057302A1 WO 2017057302 A1 WO2017057302 A1 WO 2017057302A1 JP 2016078329 W JP2016078329 W JP 2016078329W WO 2017057302 A1 WO2017057302 A1 WO 2017057302A1
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magnet
core
magnet hole
rotor
hole
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PCT/JP2016/078329
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浅野 能成
善紀 安田
平野 正樹
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ダイキン工業株式会社
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    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
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    • H02K1/274Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
    • H02K1/2766Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM] having a flux concentration effect
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    • H02K15/02Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
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Definitions

  • the present invention relates to a rotor used in a rotating electrical machine.
  • the rotor includes a rotor core in which a plurality of core sheets made of electromagnetic steel sheets are laminated, a magnet hole formed in the rotor core, and a magnet embedded in the magnet hole.
  • the magnet hole is directed from one end to the other end in a direction parallel to the rotation axis of the rotor (hereinafter referred to as “axial direction”) as in Patent Document 1 below. Accordingly, a rotor that is shifted (skewed) in the circumferential direction of the rotor (that is, the circumferential direction with respect to the rotation axis) is disclosed.
  • the rotor with the magnet hole skewed changes in the circumferential direction as the magnetic pole center moves from one end to the other end in the axial direction of the rotor.
  • reluctance fluctuations and stepwise changes in magnetomotive force due to the rotational position of the rotor are reduced. This reduces the cogging torque and torque ripple and suppresses noise.
  • the rotor with a step skew has a non-magnetic material arranged at the boundary where the magnet hole is skewed to prevent leakage magnetic flux.
  • the bonded magnet is injection-molded in the magnet hole, it is preferable to form the bonded magnet by one injection molding. For that purpose, it is necessary to open a magnet hole also in said nonmagnetic material. Bond magnets are formed in the respective magnet holes of the core sheet and the non-magnetic material.
  • the non-magnetic part is not affected by the magnetic field and cannot form a magnetic pole on the outer periphery. Therefore, the bonded magnet formed in the non-magnetic magnet hole cannot contribute to the torque of the rotor.
  • An object of the present invention is to provide a rotor in which magnets that cannot contribute to torque are reduced.
  • the rotor (10; 40) of the present invention includes a rotor core (24; 44) and a bonded magnet (26).
  • the rotor core includes a first core block (14a; 14b), a second core block (14b; 14c), and the first core block and the second core block in an axial direction parallel to the rotation axis (J) of the rotor.
  • Each of the first core block and the second core block includes a plurality of stacked first core sheets (12) made of electromagnetic steel sheets along the axial direction.
  • the partition core includes a plurality or a plurality of second core sheets (18) made of electromagnetic steel sheets in the axial direction.
  • a first magnet hole (16a; 16b) extends through the first core block along the axial direction.
  • a second magnet hole (16b; 16c) extends through the second core block along the axial direction.
  • a third magnet hole (22d; 22e) communicating with the first magnet hole and the second magnet hole extends through the partition core along the axial direction. The positions of the first magnet hole, the second magnet hole, and the third magnet hole are shifted in the circumferential direction (K) with respect to the rotation axis. The bonded magnet fills the first magnet hole, the second magnet hole, and the third magnet hole.
  • the first surface (16an) opposite to the rotation axis (J) of the first magnet hole (16a) is the rotation axis of the second magnet hole (16b).
  • the third surface (16bn) opposite to the rotation axis of the second magnet hole without intersecting the second surface (16bs) on the same side as the rotation axis (J) of the first magnet hole.
  • the fourth surface (16as) on the same side as does not intersect the third surface but intersects the second surface.
  • the shape of the second magnet hole (22d) projected onto the plane orthogonal to the axial direction is the same as the shape projected onto the plane of the first magnet hole (16a) and the second magnet hole (16b).
  • the shape projected on the plane is superimposed on the shape.
  • the second magnet hole (16b) the width w, d the maximum value of the distance between the first surface and the third surface, when the thickness of the partition core (22 d) and t, t are ⁇ d (2w-d) ⁇ 1 / it is 2 or more.
  • the one second magnet hole communicating with the one first magnet hole does not communicate with the other first magnet hole.
  • the portion (30) facing the second core block (14b) is magnetized in the axial direction.
  • the bonded magnet has anisotropy.
  • the second core sheet forming the partition core is a magnetic steel sheet, and is not a non-magnetic material as in the past. Due to the magnetic flux of the bond magnet filled in the third magnet hole, the rotor magnetic pole is also arranged at the partition core portion. Therefore, the magnet which does not contribute to the torque which was in the conventional rotor is reduced.
  • the shape limited by the width w described above makes it difficult for demagnetization to occur even in the partition core, so that the necessary magnetic flux can be easily obtained even in the partition core.
  • the magnetic flux density can be increased as compared with an isotropic bonded magnet.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the rotor at position II-II in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the rotor at position III-III in FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the rotor at position IV-IV in FIG. 1.
  • It is a top view which overlaps and shows the magnet hole of two core blocks.
  • It is a top view which shows the magnet hole of a partition core.
  • It is sectional drawing which shows the relationship of the shape of the magnet in the magnet hole of two core blocks, and the magnet hole of a partition core.
  • It is sectional drawing which shows a rotary electric machine.
  • It is a perspective view showing a rotor in which a plurality of magnet holes are skewed in one direction and the other direction.
  • the rotor according to this embodiment will be described with reference to the drawings.
  • the rotor is used in a rotating electric machine, for example, an IPM (Interior / Permanent / Magnet) motor.
  • the rotating electrical machine can be applied to a compressor or the like, as in the past.
  • FIG. 1 is a perspective view of a rotor 10 according to this embodiment.
  • the rotor 10 includes a rotor core 24 and a bond magnet 26.
  • the rotor core 24 includes two core blocks 14a and 14b in which a plurality of first core sheets 12 are stacked, and a partition core 20d.
  • the direction in which the first core sheets 12 are stacked is the thickness direction of each, and is an axial direction parallel to the rotation axis J of the rotor 10.
  • the partition core 20d is sandwiched between the core blocks 14a and 14b in the axial direction.
  • the magnet block 16a has a magnet hole 16a
  • the core block 14b has a magnet hole 16b
  • the partition core 20d has a magnet hole 22d extending in the axial direction.
  • One magnet hole 22d communicates with one magnet hole 16a and one magnet hole 16b.
  • a set of three magnet holes 16a, 16b, and 22d communicating with each other forms one magnet hole 28.
  • the bonded magnet 26 fills the magnet hole 28.
  • the bond magnet 26 has bond magnets 26a, 26b, and 26d, and fills the magnet holes 16a, 16b, and 22d, respectively.
  • the number of the magnet holes 28 is arbitrary, but the bonded magnets 26 are filled so that the N poles and the S poles are alternately formed on the outer periphery of the rotor core 24.
  • the first core sheet 12 is provided with a through hole. By laminating the first core sheet 12, the through hole realizes the magnet holes 16a and 16b.
  • the core block 14a has four magnet holes 16a, and the core block 14b has four magnet holes 16b.
  • the partition core 20 d is composed of the second core sheet 18.
  • the number of the second core sheets 18 used for the partition core 20d may be one, or may be a plurality of sheets stacked in the axial direction.
  • the second core sheet 18 is provided with a through hole. When the number of the second core sheets 18 included in the partition core 20d is one, the through hole functions as the magnet hole 22d.
  • the through holes realize the magnet holes 22d.
  • the magnet holes 22d are provided in the same number as the magnet holes 16a and 16b. Here, the number of the magnet holes is four.
  • the first core sheet 12 and the second core sheet 18 can be obtained by punching soft magnetic electromagnetic steel sheets.
  • the thickness of the first core sheet 12 and the second core sheet 18 is, for example, about 0.2 to 1 mm, and preferably about 0.3 to 0.5 mm.
  • the surfaces of the first core sheet 12 and the second core sheet 18 are covered with an insulating film to prevent eddy currents between the laminated first core sheets 12 and between the second core sheets 18.
  • the outer peripheral shapes of the first core sheet 12 and the second core sheet 18 are circular or almost circular.
  • the rotor core 24 has a cylindrical shape as a whole. Since the partition core 20d is sandwiched between the core block 14a and the core block 14b, the core blocks 14a and 14b are disposed at both ends of the rotor core 24 in the axial direction.
  • FIG. 2 3 and 4 are cross-sectional views perpendicular to the axial direction of the rotor 10 at positions II-II, III-III and IV-IV in FIG. 1, respectively.
  • the axial direction is the direction perpendicular to the paper surface.
  • Positions II-II, III-III, and IV-IV indicate axial positions at which the core block 14a, the partition core 20d, and the core block 14b exist, respectively.
  • a step skew is provided in the core block 14a.
  • the position in the circumferential direction K of the magnet hole 16a is constant
  • in the core block 14b the position in the circumferential direction K of the magnet hole 16b is constant
  • in the partition core 20d the position in the circumferential direction K of the magnet hole 22d is It is constant.
  • the positions in the circumferential direction K of one magnet hole 22d, the magnet hole 16a communicating with the magnet hole 22d, and the magnet hole 16b communicating with the magnet hole 22d are shifted from each other. 2, 3, and 4, the position of the rotor core 24 in the circumferential direction K is aligned in order to clarify the step skew.
  • FIG. 5 is a plan view seen along the axial direction, showing magnet holes 16a and 16b communicating with the same magnet hole 22d.
  • FIG. 6 is a plan view showing the one magnet hole 22d as seen along the axial direction. In both FIG. 5 and FIG. 6, the axial direction is perpendicular to the paper surface.
  • the shape in which the magnet hole 22d is projected on a plane orthogonal to the axial direction is a shape in which the shape in which the magnet hole 16a is projected on the plane and the shape in which the magnet hole 16b is projected on the plane are superimposed.
  • magnet hole 16 a has a surface 16 as on the same side as rotation axis J and a surface 16 an on the opposite side to rotation axis J, and magnet hole 16 b is on the same side as rotation axis J.
  • the outer periphery of the magnet hole 22d is connected to the outer periphery of the magnet hole 16a that communicates with the outer periphery of the magnet hole 16a.
  • 16b coincides with the widest portion when superimposed (see FIGS. 5 and 6): the surface 16an does not intersect the surface 16bs but intersects the surface 16bn, and the surface 16as does not intersect the surface 16bn Crosses the surface 16bs.
  • the bonded magnet 26 is formed, for example, by filling a magnet material into the magnet hole 28 by injection molding and magnetizing.
  • a bonded magnet having anisotropy is used as the bonded magnet 26.
  • the magnet material is obtained by mixing magnetic powder or magnetic particles in a binder resin.
  • the binder resin is polyamide, polybutylene terephthalate, polyethylene terephthalate, poniphenylene sulfide, liquid crystal polymer, or the like.
  • magnetic powder or magnetic particles include anisotropy magnetic powder or magnetic particles including neodymium, such as NdFeB. Not only magnetic powder or magnetic particles of NdFeB but also magnetic powder or magnetic particles such as SmFeN may be mixed and used.
  • a plurality of magnet holes 28 are provided. However, when viewed from the stacking direction of the first core sheet 12 of the two core blocks 14a and 14b sandwiching the partition core 20d, the magnet hole 16a in which one bond magnet 26 is embedded has another bond magnet 26 embedded therein. It does not overlap with the magnet hole 16b. Therefore, one magnet hole 28 and the other magnet hole 28 do not communicate with each other.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing the magnetization direction of the bonded magnet 26d in the magnet hole 22d.
  • the axial direction m is also shown.
  • the portion 30 facing the core block 14b is magnetized in the axial direction m.
  • the bond magnet 26 is not magnetized alone, but is magnetized while being injected into the rotor core 24. Therefore, when the magnet material is magnetized, the magnetization direction is perpendicular to the core block 14b in contact with the magnet material.
  • the bond magnet 26 has anisotropy, magnetization is generated in a direction perpendicular to the core block 14b by applying a magnetic field to the magnet material used to form the bond magnet 26 during injection molding. .
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing the relationship of the shapes of the bonded magnets 26a, 26b, and 26d in the magnet holes 16a, 16b, and 22d communicating with each other. However, a cross section parallel to the axial direction at the position in the following region is shown, and the axial direction is adopted in the up and down direction of FIG. Area to be used (see also FIG. 5).
  • the width of the magnet hole 16b is w
  • the maximum value of the displacement of the magnet hole 16b from the magnet hole 16a is d
  • the thickness of the partition core 20d is t.
  • the magnitude of the demagnetization of the bond magnet 26b is determined by the width w.
  • the width w As the width w is reduced, the bond magnet 26b is more easily demagnetized, and it is difficult to obtain a desired magnetic flux. Therefore, it is desirable that the width w be thicker than the thickness at which the necessary magnetic flux can be obtained from the bonded magnet 26b.
  • the distance L When L ⁇ w, the necessary magnetic flux can be easily obtained for the bonded magnet 26d. That is, the partition core 20d desirably has a thickness t of ⁇ d (2w ⁇ d) ⁇ 1/2 or more. Furthermore, although a larger number of magnets are used than in the case where the present invention is not adopted, a magnetic pole area corresponding to the magnet can be obtained, so that the axial thickness of the entire rotor core 24 can be reduced.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing the rotating electrical machine 6 using the rotor 10 and the stator 7, and shows a cross section perpendicular to the axial direction.
  • a rotation shaft hole 32 is formed in the center of the rotor core 24.
  • the rotary shaft 8 is inserted into the rotary shaft hole 32 and fixed.
  • the rotating shaft 8 extends to a compression mechanism (not shown) and also functions as a rotating shaft of the compressor.
  • the stator 7 is arranged so as to surround the side of the rotor 10, and thus the radially outer side of the rotor core 24.
  • the stator 7 includes a coil (not shown), and the rotor 10 is rotated by a magnetic field generated by passing a current through the coil.
  • the core blocks 14a and 14b and the partition core 20d are fixed to each other.
  • a fastening hole (not shown) is provided in the first core sheet 12 and the second core sheet 18, and a fixing member (not shown) is inserted into the hole to fix the core blocks 14a, 14b and the partition core 20d to each other.
  • the fixing member is a bolt and nut, or a rivet, and the bolt or rivet is fixed by inserting the shaft of the bolt or rivet into a fastening hole.
  • the first core sheet 12 and the second core sheet 18 may be fixed by caulking.
  • the shape of the magnet hole 22d is, for example, a shape obtained by superimposing the projection of the magnet hole 16a and the projection of the magnet hole 16b at positions shifted along the circumferential direction K. Therefore, a common mold for forming the magnet holes 16a and 16b may be used, and the second core sheet 18 may be punched twice.
  • the magnet hole 22d can be formed by shifting the second core sheet 18 along the circumferential direction K in the first and second punching processes.
  • first core sheet 12 and the second core sheet 18 need a rotation shaft hole 32 and a fastening hole, and these holes are also formed by punching.
  • the rotor core 24 is formed.
  • the rotor core 24 is formed by (a) stacking a predetermined number of first core sheets 12 to form a core block 14b, and (b) stacking a predetermined number of second core sheets 18 thereon to form a partition core 20d. (C) Further, a predetermined number of first core sheets 12 are laminated thereon to form a core block 14a. While the first core sheet 12 and the second core sheet 18 are stacked, the partition core 20d is stacked between the core blocks 14a and 14b.
  • the two core blocks 14 a and 14 b sandwiching the partition core 20 d are stacked such that the magnet holes 16 a and 16 b are displaced from each other in the circumferential direction K of the rotor core 24.
  • a rotor core in which a required number of core blocks and partition cores are stacked is formed by repeating (b) and (c) as necessary.
  • the cores may be stacked so that the partition cores are sandwiched between a pair of core blocks.
  • Filling the bonded magnet 26 is realized by pouring the above-described magnet material into the magnet hole 28 by injection molding, applying a magnetic field from the outside, and magnetizing the magnet material that has been poured.
  • the rotor 10 is manufactured by the above process.
  • the rotor 10 is disposed inside the annular stator 7, and the rotating electrical machine 6 is obtained.
  • the second core sheet 18 forming the partition core 20d is an electromagnetic steel sheet, and is not a non-magnetic material as in the prior art. Therefore, the magnet which does not contribute to the torque which was in the conventional rotor is reduced.
  • the partition core 20d can obtain a shape that is not affected by demagnetization, and thus the necessary magnetic flux can be obtained from the partition core 20d. Since the bonded magnet 26 can be integrally formed in one magnet hole 28, the manufacturing is easy. By using the bond magnet 26 having anisotropy, the magnetic flux density can be increased as compared with the isotropic bond magnet. Since the magnet hole 28 is skewed, the cogging torque is smaller and the rotor torque is higher than that of the unskewed rotor.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment.
  • the shape seen along the axial direction of the magnet hole 16a and the magnet hole 16b is not limited to an arc shape, and may be a straight line shape.
  • the shape of the magnet hole 22d is also changed according to the shape of the magnet holes 16a and 16b.
  • FIG. 10 is a perspective view showing the configuration of the rotor 40.
  • the rotor 40 includes a rotor core 44 and bond magnets 26a, 26b, 26c, 26d, and 26e.
  • the rotor core 44 has three core blocks 14a, 14b, 14c and two partition cores 20d, 20e. In the axial direction, the core blocks 14a and 14b sandwich the partition core 20d, and the core blocks 14b and 14c sandwich the partition core 20e.
  • the core block 14c is obtained in the same manner as the core blocks 14a and 14b, and the partition core 20e is obtained in the same manner as the partition core 20d.
  • a magnet hole 16c penetrates the core block 14c in the axial direction, and the magnet hole 16c is filled with a bonded magnet 26c.
  • a magnet hole 22e penetrates the partition core 20e in the axial direction, and the magnet hole 22e is filled with a bond magnet 26e.
  • the positional relationship between the magnet hole 22e and the magnet holes 16b and 16c is the same as the positional relationship between the magnet hole 22d and the magnet holes 16a and 16b.
  • the magnet hole 16b is skewed in one direction R1 in the circumferential direction K with respect to the magnet hole 16a.
  • the magnet hole 16c is skewed in the other direction R2 in the circumferential direction K with respect to the magnet hole 16b. That is, the magnet hole 28 skews in one direction R1 while moving from one end of the rotor core 44 in the axial direction to the other end, and then skews in the other direction R2.
  • the direction in which the magnet holes 16a, 16b, and 16c are skewed is not limited.
  • the actual skew of the magnet hole 28 is shifted by half the angle of the cogging cycle of the rotating electrical machine.
  • the core block is laminated so that its magnet hole is deviated by 15 ° about the rotation axis.
  • the angle for shifting the magnet hole of the core block is an angle from one end to the other end along the axial direction of the rotor core.
  • the core blocks 14a and 14b are laminated so that the magnet hole 16b is deviated by 15 ° with respect to the magnet hole 16a.
  • the core blocks are stacked such that the magnet holes of the core block are sequentially shifted by 5 ° along the axial direction.
  • the magnet hole 16b is shifted by 15 ° in one direction R1 with respect to the magnet hole 16a, and the magnet hole 16c is shifted in the other direction R2 with respect to the magnet hole 16b. Shift by 15 °. In the case of skewing in one direction R1 and the other direction R2, it is only necessary that the maximum deviation amount is 15 ° in one magnet hole 28.
  • the rotor 10 shown in FIG. 1 and the rotor 40 shown in FIG. 10 were both inner rotors (see also FIG. 9). However, the present application may be applied to the outer rotor.
  • the outer rotor employs a rotor core in which at least one partition core and a plurality of core blocks sandwiching the partition core in the axial direction are stacked.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

Abstract

トルクに寄与できない磁石が削減されるロータが提供される。ロータ(10)は、ロータコア(24)とボンド磁石(26)とを備える。ロータコア(24)は、コアブロック(14a,14b)と、軸方向においてこれらに挟まれる仕切りコア(20d)とを有する。コアブロック(14a,14b)および仕切りコア(20d)には、それぞれ磁石孔(16a,16b,22d)が軸方向に沿って貫かれ、磁石孔(22d)は磁石孔(16a,16b)と連通する。磁石孔(16a,16b)の周方向(K)の一は互いにずれる。ボンド磁石(26)は磁石孔(16a,16b,22d)を充填する。

Description

ロータ
 本発明は、回転電機に使用されるロータに関する。
 従来、円柱状のロータの周囲に環状のステータを備えた回転電機が種々開発されている。ロータは、電磁鋼板からなる複数のコアシートを積層させたロータコア、ロータコアに形成された磁石孔、および磁石孔に埋め込まれた磁石を備える。
 ロータが回転した際に発生する騒音を減少させるために、下記特許文献1のように、磁石孔をロータの回転軸に平行な方向(以下「軸方向」と称す)の一端から他端に向かうにつれてロータの周方向(つまり回転軸に関する周方向)にずらせた(スキュー(skew)させた)ロータが開示されている。
 磁石孔をスキューさせたロータは、磁極中心がロータの軸方向の一端から他端に向かうにつれて周方向に変化する。これによりロータの回転位置によるリラクタンスの変動および起磁力の段階的な変化が小さくなる。これはコギングトルクやトルクリップルを小さくし、騒音が抑えられる。スキューはコアシートの1枚ずつについておこなう場合と、複数枚ずつ段階的におこなう場合(段スキュー(step skew))とがある。
 段スキューのロータは、磁石孔をスキューさせた境界に非磁性体を配置し、漏れ磁束を防いでいる。磁石孔にボンド磁石を射出成形する場合、1回の射出成形でボンド磁石を形成することが好ましい。そのためには、上記の非磁性体にも磁石孔を開ける必要がある。ボンド磁石はコアシートおよび非磁性体のそれぞれの磁石孔に形成される。
 しかし非磁性体の部分は磁場の影響を受けず、外周に磁極を形成できない。そのため、非磁性体の磁石孔に形成されたボンド磁石は、ロータのトルクに寄与できない。
特開2006-254598号公報
 本発明は、トルクに寄与できない磁石を削減したロータを提供することを目的とする。
 本発明のロータ(10;40)は、ロータコア(24;44)とボンド磁石(26)とを備える。前記ロータコアは第1コアブロック(14a;14b)と、第2コアブロック(14b;14c)と、前記ロータの回転軸(J)に平行な軸方向において前記第1コアブロックと前記第2コアブロックとに挟まれる仕切りコア(20d;20e)とを有する。前記第1コアブロックおよび前記第2コアブロックはいずれも、電磁鋼板からなる第1コアシート(12)の複数枚の前記軸方向に沿った積層を含む。前記仕切りコアは電磁鋼板からなる第2コアシート(18)の複数枚の前記軸方向における積層もしくは1枚を含む。前記第1コアブロックには前記軸方向に沿って第1磁石孔(16a;16b)が貫かれる。前記第2コアブロックには前記軸方向に沿って第2磁石孔(16b;16c)が貫かれる。前記仕切りコアには前記第1磁石孔および前記第2磁石孔と連通する第3磁石孔(22d;22e)が前記軸方向に沿って貫かれる。前記第1磁石孔と、前記第2磁石孔と、前記第3磁石孔との位置が、前記回転軸に関する周方向(K)にずれる。前記ボンド磁石は前記第1磁石孔と、前記第2磁石孔と、前記第3磁石孔とを充填する。
 例えば、前記軸方向に沿って見て、前記第1磁石孔(16a)の前記回転軸(J)と反対側の第1面(16an)は、前記第2磁石孔(16b)の前記回転軸と同じ側の第2面(16bs)と交差せずに前記第2磁石孔の前記回転軸と反対側の第3面(16bn)と交差し、前記第1磁石孔の前記回転軸(J)と同じ側の第4面(16as)は、前記第3面と交差せずに前記第2面と交差する。
 例えば、前記第2磁石孔(22d)の、前記軸方向に直交する平面に投影した形状は、前記第1磁石孔(16a)の前記平面に投影した形状と、前記第2磁石孔(16b)の前記平面に投影した形状とを重ね合わせた形状である。
 例えば、前記軸方向に沿って見て前記第2面(16bs)と前記第3面(16bn)との間に前記第1面(16an)が位置する領域において、前記第2磁石孔(16b)の幅をw、前記第1面と前記第3面との間の距離の最大値をd、前記仕切りコア(22d)の厚みをtとすると、tは{d(2w-d)}1/2以上である。
 例えば、前記第1磁石孔(16a;16b)、前記第2磁石孔(16b;16c)、前記第3磁石孔(22d;22e)がいずれも複数であり、一の前記第3磁石孔を介して一の前記第1磁石孔と連通する一の前記第2磁石孔は、他の前記第1磁石孔とは連通しない。
 例えば、第3磁石孔(22d)に埋め込まれた前記ボンド磁石(26d)は、前記第2コアブロック(14b)に面した部分(30)が前記軸方向に磁化している。
 例えば、前記ボンド磁石は異方性を有する。
 仕切りコアを形成する第2コアシートは電磁鋼板であり、従来のように非磁性体ではない。第3磁石孔に充填されたボンド磁石の磁束によって、仕切りコアの部分でもロータ磁極が配置される。よって、従来のロータにあったトルクに寄与しない磁石が削減される。
 例えば上記の幅wで限定された形状によって、仕切りコアでも減磁の影響が出にくいので、仕切りコアでも必要な磁束が得易い。例えば異方性を有するボンド磁石を使用することにより、等方性のボンド磁石よりも磁束密度が高められる。
 この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
本発明のロータを示す斜視図である。 図1の位置II-IIにおけるロータの断面図である。 図1の位置III-IIIにおけるロータの断面図である。 図1の位置IV-IVにおけるロータの断面図である。 2つのコアブロックの磁石孔を重ねて示す平面図である。 仕切りコアの磁石孔を示す平面図である。 仕切りコアの磁石孔におけるボンド磁石の磁化の方向を示す断面図である。 二つのコアブロックの磁石孔と仕切りコアの磁石孔とにおける磁石の形状の関係を示す断面図である。 回転電機を示す断面図である。 複数の磁石孔が一方向と他方向とにスキューしたロータを示す斜視図である。
 本実施の形態にかかるロータについて図面を用いて説明する。ロータは回転電機、例えばIPM(Interior Permanent Magnet)モータに用いられる。回転電機は、従来と同様に、圧縮機などに適用できる。
 図1に本実施の形態にかかるロータ10の斜視図を示す。ロータ10は、ロータコア24とボンド磁石26とを備える。ロータコア24は、第1コアシート12を複数枚積層した二つのコアブロック14a,14bと、仕切りコア20dとを有する。第1コアシート12が積層される方向は、それぞれの厚さ方向であって、かつロータ10の回転軸Jに平行な軸方向である。仕切りコア20dは、軸方向において、コアブロック14a,14bに挟まれる。
 コアブロック14aには磁石孔16aが、コアブロック14bには磁石孔16bが、仕切りコア20dには磁石孔22dが、それぞれ軸方向に沿って貫かれる。一つの磁石孔22dは、一つの磁石孔16aおよび一つの磁石孔16bと連通する。これら互いに連通する3つで一組の磁石孔16a,16b,22dは、一つの磁石孔28を形成する。
 ボンド磁石26は磁石孔28を充填する。具体的にはボンド磁石26はボンド磁石26a,26b,26dを有し、それぞれ磁石孔16a,16b,22dを充填する。磁石孔28の数は任意であるが、ロータコア24の外周にN極とS極が交互に形成されるようにボンド磁石26が充填される。
 第1コアシート12には貫通孔が設けられる。第1コアシート12が積層されることで、当該貫通孔は磁石孔16a,16bを実現する。このロータ10ではコアブロック14aに磁石孔16aが、コアブロック14bに磁石孔16bが、いずれも4個設けられている。
 仕切りコア20dは第2コアシート18で構成される。仕切りコア20dに使用される第2コアシート18の枚数は、1枚の場合もあるし、軸方向に積層された複数枚の場合もある。第2コアシート18には貫通孔が設けられる。仕切りコア20dが含む第2コアシート18が1枚の場合には当該貫通孔が磁石孔22dとして機能する。
 仕切りコア20dが積層された複数の第2コアシート18を含む場合には、当該貫通孔が磁石孔22dを実現する。磁石孔22dは、磁石孔16a,16bと同数設けられ、ここではその個数が4個の場合が例示されている。
 第1コアシート12および第2コアシート18は軟磁性体の電磁鋼板を打ち抜き加工して形成して得ることができる。第1コアシート12および第2コアシート18の厚みは、例えば約0.2~1mmであり、好ましくは約0.3~0.5mmである。第1コアシート12および第2コアシート18の表面には絶縁膜が被覆され、積層された第1コアシート12間、および第2コアシート18間の渦電流を防止する。第1コアシート12および第2コアシート18の外周形状は、円形またはほぼ円形になっている。
 ロータコア24は全体として円筒形状をしている。コアブロック14aとコアブロック14bとの間に仕切りコア20dが挟まれるので、ロータコア24の軸方向の両端にコアブロック14a,14bが配置される。
 図2、図3、図4は、それぞれ図1の位置II―II,III-III,IV-IVにおけるロータ10の軸方向に垂直な断面図である。これらの図において軸方向は紙面垂直方向となる。位置II―II,III-III,IV-IVはそれぞれコアブロック14a、仕切りコア20d、コアブロック14bが存在する軸方向の位置を示す。
 ロータコア24では段スキューが設けられる。コアブロック14aでは磁石孔16aの周方向Kの位置は一定であり、コアブロック14bでは磁石孔16bの周方向Kの位置は一定であり、仕切りコア20dでは磁石孔22dの周方向Kの位置は一定である。1つの磁石孔22dと、当該磁石孔22dに連通する磁石孔16aと、当該磁石孔22dに連通する磁石孔16bとは、周方向Kの位置が互いにずれている。図2、図3、図4ではかかる段スキューを明確にするため、ロータコア24の周方向Kの位置が揃っている。
 図5は一つの同じ磁石孔22dと連通する磁石孔16a,16bを重ねて示す、軸方向に沿って見た平面図である。図6は当該一つの磁石孔22dを示す、軸方向に沿って見た平面図である。図5、図6のいずれにおいても軸方向は紙面垂直となる。磁石孔22dを軸方向に直交する平面に投影した形状は、磁石孔16aを当該平面に投影した形状と、磁石孔16bを当該平面に投影した形状とを重ね合わせた形状である。
 図2、図3、図4を参照して、磁石孔16aは回転軸Jと同じ側の面16asおよび回転軸Jと反対側の面16anを有し、磁石孔16bは回転軸Jと同じ側の面16bsおよび回転軸Jと反対側の面16bnを有する。そしてこれらの面16as,16an,16bs,16bnの間に軸方向に沿って見て下記の位置関係がある場合には、磁石孔22dの外周は、これと連通する磁石孔16aの外周と磁石孔16bとを重ねた際に最も広くなった部分と一致する(図5、図6参照):面16anは面16bsと交差せずに面16bnと交差し、面16asは面16bnと交差せずに面16bsと交差する。
 ボンド磁石26は、例えば磁石孔28の中に射出成形によって磁石材料を充填し、着磁によって形成される。ボンド磁石26には異方性を有するボンド磁石を使用する。磁石材料は、バインダ樹脂に磁性粉または磁性粒を混入したものである。バインダ樹脂は、ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポニフェニレンサルファイド、液晶ポリマーなどである。磁性粉または磁性粒としてネオジムを含む異方性を有する磁性粉または磁性粒が挙げられ、例えばNdFeBが挙げられる。NdFeBの磁性粉または磁性粒のみではなく、SmFeNなどの磁性粉または磁性粒を混合しても用いてもよい。
 磁石孔28は複数設けられる。但し、仕切りコア20dを挟む2つのコアブロック14a,14bの第1コアシート12の積層方向から見て、一のボンド磁石26が埋め込まれた磁石孔16aは、他のボンド磁石26が埋め込まれた磁石孔16bと重ならない。従って一の磁石孔28と他の磁石孔28が連通することは無い。
 回転軸Jについての径方向において、コアブロック14aに複数の磁石孔16aが、コアブロック14bに複数の磁石孔16bが、仕切りコア20dに複数の磁石孔22dが、それぞれ設けられても同様のことが言える。つまり、一つの磁石孔22dを介して一つの磁石孔16aと連通する一つの磁石孔16bは、他の磁石孔16aとは連通しない。
 図7は磁石孔22dにおけるボンド磁石26dの磁化の方向を示す断面図である。図7において軸方向mを併記した。磁石孔22dに埋め込まれたボンド磁石26dは、コアブロック14bに面した部分30が、軸方向mに磁化している。ボンド磁石26は単体で着磁するのではなく、ロータコア24内に射出された状態で着磁される。よって磁石材料が磁化するときに、磁石材料に接するコアブロック14bに対して垂直方向に磁化の方向が向く。ボンド磁石26が異方性を有する場合には、当該ボンド磁石26を形成するのに採用される磁石材料を射出成形時に磁場を掛けることで、コアブロック14bに対して垂直方向に磁化が発生する。
 図8は、互いに連通する磁石孔16a,16b,22dにおけるボンド磁石26a,26b,26dの形状の関係を示す断面図である。但し、下記領域での位置における軸方向に平行な断面が示され、軸方向を図8の上下方向に採用した:軸方向に沿って見て面16bsと面16bnとの間に面16anが位置する領域(図5も参照)。
 磁石孔16bの幅をwとし、磁石孔16bの磁石孔16aに対するずれ(当該領域においては面16an,bn間の距離)の最大値をd、仕切りコア20dの厚みをtとする。図5では磁石孔16a,16bはいずれも回転軸Jに対して凸となる弧状を呈する(図1~図4も参照)ので、最大値dは、面16an,16bnのそれぞれの端部の間で得られる。また当該領域ではd<wとなる。
 図8の断面で考えると、ボンド磁石26dの減磁の大きさは、面16anの軸方向における磁石孔22d側の端と、面16bsの軸方向における磁石孔22d側の端との間の距離Lで決定される。L={(w-d)+t1/2である。
 ボンド磁石26bの減磁の大きさは幅wで決定される。幅wが薄くなるほどボンド磁石26bは減磁しやすくなり、所望の磁束を得にくくなる。したがって、幅wは、ボンド磁石26bから必要な磁束が得られる厚みよりも厚くすることが望ましい。距離Lについても同様であり、L≧wであると、ボンド磁石26dについても必要な磁束が得られ易い。つまり、仕切りコア20dは{d(2w-d)}1/2以上の厚みtを有することが望ましい。さらには、本発明を採用しない場合に比べて磁石を多く使うことになるが、それに応じた磁極面積を得られるため、ロータコア24全体の軸方向の厚さを小さくすることさえ可能である。
 図9は,ロータ10とステータ7とを用いた回転電機6を示す断面図であり、軸方向に垂直な断面を示す。但し、図面の簡略のため、ロータ10およびステータ7のいずれについても詳細な構成は省略した。図1も参照して、ロータコア24の中心に回転軸用孔32が開けられる。回転軸用孔32には回転シャフト8が入れられて固定される。回転電機6が圧縮機に適用される場合、当該回転シャフト8は圧縮機構(不図示)まで延び、当該圧縮機の回転シャフトとしても機能する。ステータ7はロータ10の、従ってロータコア24の径方向外側の側方を囲んで配置される。ステータ7はコイル(図示省略)を備え、コイルに電流を流して発生させた磁場によって、ロータ10が回転する。
 コアブロック14a,14bと仕切りコア20dとは互いに固定される。例えば、第1コアシート12、および第2コアシート18に締結用孔(図示省略)を設け、これに固定部材(図示省略)を挿入してコアブロック14a,14bと仕切りコア20dとを互いに固定する。例えば、固定部材はボルトとナット、またはリベットなどであり、ボルトあるいはリベットは、の軸が締結用孔に入れられて固定される。また、第1コアシート12、および第2コアシート18同士をカシメによって固定しても良い。
 次に、ロータ10の製造方法について説明する。(1)電磁鋼板を準備し、これを所定形状に打ち抜く加工(「打ち抜き加工」)をおこない、第1コアシート12、および第2コアシート18を形成する。第1コアシート12と第2コアシート18とは外形が同じであるので、それぞれに共通の外形を形成した後、磁石孔16a,16b,22dを、別々の工程で打ち抜き加工して得ても良い。
 上記のように磁石孔22dの形状は、例えば周方向Kに沿ってずれた位置にある磁石孔16aの投影と磁石孔16bの投影とを重ね合わせた形状である。したがって、磁石孔16a,16bを形成する共通の金型を使用し、第2コアシート18に対して2回の打ち抜き加工をおこなっても良い。1回目と2回目の打ち抜き加工において第2コアシート18を周方向Kに沿ってずらすことで、磁石孔22dを形成することができる。
 なお、第1コアシート12、および第2コアシート18には、回転軸用孔32や締結用孔が必要であり、これらの孔も打ち抜き加工で形成する。
 (2)ロータコア24を形成する。ロータコア24を形成する方法は、(a)第1コアシート12を所定枚数積層してコアブロック14bを形成し、(b)その上に第2コアシート18を所定枚数積層して仕切りコア20dを形成し、(c)さらにその上に第1コアシート12を所定枚数積層してコアブロック14aを形成する。第1コアシート12、および第2コアシート18を積層しながら、コアブロック14a,14bで仕切りコア20dが挟まれるように積層していく。
 仕切りコア20dを挟み込む2つのコアブロック14a,14bは、磁石孔16a,16bがロータコア24の周方向Kにおいて互いにずれるように積層される。
 上記(c)の後、必要に応じて(b)と(c)を繰り返すことで、必要な数のコアブロックと仕切りコアとが積層されたロータコアが形成される。
 なお、所定個数のコアブロックと仕切りコアとを形成した後に、一対のコアブロックで仕切りコアが挟まれるように積層しても良い。
 (3)第1コアシート12、および第2コアシート18が積層されただけでは第1コアシート12と第2コアシート18とが外れるため、上述した固定部材で固定する。更に、回転軸用孔32に回転シャフト8(図9参照)を入れて、固定する。
 (4)磁石孔28にボンド磁石26を充填する。ボンド磁石26の充填は、上述した磁石材料を射出成形によって磁石孔28に流し込み、外部から磁場を印加して着磁し、流し込まれた磁石材料を硬化させることで実現される。
 上記工程によってロータ10を製造する。ロータ10は、環状のステータ7の内側に配置され、回転電機6が得られる。
 上記のように仕切りコア20dを形成する第2コアシート18は電磁鋼板であり、従来のように非磁性体ではない。よって従来のロータにあったトルクに寄与しない磁石が削減される。
 上記のように仕切りコア20dでも減磁の影響が出ない形状が得られるので、仕切りコア20dからも必要な磁束が得られる。1つの磁石孔28にボンド磁石26を一体成型できるため、製造が容易である。異方性を有するボンド磁石26を使用することで、等方性のボンド磁石よりも磁束密度を高めることができる。磁石孔28がスキューしているので、スキューしていないロータに比べてコギングトルクが小さく、ロータのトルクが高い。
 以上のように本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されない。例えば、磁石孔16aや磁石孔16bの軸方向に沿って見た形状は円弧状に限定されず、直線状であっても良い。磁石孔16a,16bの形状に合わせて、磁石孔22dの形状も変更する。
 コアブロックの数が3以上であってもよい。この場合、磁石孔をスキューさせる方向は一定とは限らない。図10はロータ40の構成を示す斜視図である。ロータ40はロータコア44と、ボンド磁石26a,26b,26c,26d,26eとを備える。
 ロータコア44は三つのコアブロック14a,14b,14cと、二つの仕切りコア20d,20eとを有する。軸方向においてコアブロック14a,14bは仕切りコア20dを、コアブロック14b,14cは仕切りコア20eを、それぞれ挟む。
 コアブロック14cはコアブロック14a,14bと同様にして、仕切りコア20eは仕切りコア20dと同様にして、それぞれ得られる。コアブロック14cには磁石孔16cが軸方向に貫き、磁石孔16cにはボンド磁石26cが充填される。仕切りコア20eには磁石孔22eが軸方向に貫き、磁石孔22eにはボンド磁石26eが充填される。
 スキューの方向を除き、磁石孔22eの磁石孔16b,16cに対する位置関係は、磁石孔22dの磁石孔16a,16bに対する位置関係と同様である。
 磁石孔16bは磁石孔16aに対して周方向Kの一方向R1にスキューする。磁石孔16cは磁石孔16bに対して周方向Kの他方向R2にスキューする。つまり磁石孔28はロータコア44の軸方向の一端から他端に向かう間に、一方向R1にスキューし、その後に他方向R2にスキューする。磁石孔16a,16b,16cをスキューさせる方向は限定されない。
 実際の磁石孔28のスキューのさせ方は、回転電機のコギング周期の半分の角度ずつずらすことが考えられる。例えば、4極6スロット集中巻の回転電機の場合、コアブロックはその磁石孔が回転軸を中心として15°ずれるように積層される。コアブロックの磁石孔をずらす角度は、ロータコアの軸方向に沿った一端から他端にかけての角度である。
 例えば、二つのコアブロック14a,14bが設けられるロータコア24では磁石孔16bが磁石孔16aに対して15°ずれるように、コアブロック14a,14bが積層される。また、ロータコアに四つのコアブロックが設けられる場合には、一定方向にスキューを設けるのであれば、コアブロックの磁石孔が軸方向に沿って順次5°ずつずれるようにコアブロックが積層される。
 図10のように磁石孔28を一方向と他方向にスキューさせる場合、磁石孔16bを磁石孔16aに対して一方向R1に15°ずらし、磁石孔16cを磁石孔16bに対して他方向R2に15°ずらす。一方向R1と他方向R2にスキューさせる場合、1本の磁石孔28において、最大のずれ量が15°になれば良い。
 図1で示されたロータ10、および図10で示されたロータ40は、いずれもインナーロータであった(図9も参照)。しかしアウターロータに本願を適用しても良い。アウターロータにおいて、少なくとも一つの仕切りコアと、仕切りコアを軸方向に挟む複数のコアブロックとが積層されたロータコアを採用する。
 その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。
 この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

Claims (7)

  1.  ロータコア(24;44)とボンド磁石(26)とを備えるロータ(10;40)であって、
     前記ロータコアは
     第1コアブロック(14a;14b)と、
     第2コアブロック(14b;14c)と、
     前記ロータの回転軸(J)に平行な軸方向において前記第1コアブロックと前記第2コアブロックとに挟まれる仕切りコア(20d;20e)と
    を有し、
     前記第1コアブロックおよび前記第2コアブロックはいずれも、電磁鋼板からなる第1コアシート(12)の複数枚の前記軸方向に沿った積層を含み、
     前記仕切りコアは電磁鋼板からなる第2コアシート(18)の複数枚の前記軸方向における積層もしくは1枚を含み、
     前記第1コアブロックには前記軸方向に沿って第1磁石孔(16a;16b)が貫かれ、
     前記第2コアブロックには前記軸方向に沿って第2磁石孔(16b;16c)が貫かれ、
     前記仕切りコアには前記第1磁石孔および前記第2磁石孔と連通する第3磁石孔(22d;22e)が前記軸方向に沿って貫かれ、
     前記第1磁石孔と、前記第2磁石孔と、前記第3磁石孔との位置が、前記回転軸に関する周方向(K)で互いにずれ、
     前記ボンド磁石は前記第1磁石孔と、前記第2磁石孔と、前記第3磁石孔とを充填する
    ロータ。
  2.  前記軸方向に沿って見て、
     前記第1磁石孔(16a)の前記回転軸(J)と反対側の第1面(16an)は、前記第2磁石孔(16b)の前記回転軸と同じ側の第2面(16bs)と交差せずに前記第2磁石孔の前記回転軸と反対側の第3面(16bn)と交差し、
     前記第1磁石孔の前記回転軸(J)と同じ側の第4面(16as)は、前記第3面と交差せずに前記第2面と交差する、請求項1記載のロータ。
  3.  前記第2磁石孔(22d)を前記軸方向に直交する平面に投影した形状は、前記第1磁石孔(16a)を前記平面に投影した形状と、前記第2磁石孔(16b)を前記平面に投影した形状とを重ね合わせた形状である請求項2記載のロータ。
  4.  前記軸方向に沿って見て前記第2面(16bs)と前記第3面(16bn)との間に前記第1面(16an)が位置する領域において、前記第2磁石孔(16b)の幅をw、前記第1面と前記第3面との間の距離の最大値をd、前記仕切りコア(22d)の厚みをtとすると、tが{d(2w-d)}1/2以上である請求項3記載のロータ。
  5.  前記第1磁石孔(16a;16b)、前記第2磁石孔(16b;16c)、前記第3磁石孔(22d;22e)がいずれも複数であり、
     一の前記第3磁石孔を介して一の前記第1磁石孔と連通する一の前記第2磁石孔は、他の前記第1磁石孔とは連通しない請求項1から4のいずれか一つに記載のロータ。
  6.  前記第3磁石孔(22d)に埋め込まれた前記ボンド磁石(26d)は、前記第2コアブロック(14b)に面した部分(30)が前記軸方向に磁化している請求項5記載のロータ。
  7.  前記ボンド磁石は異方性を有する、請求項1から6のいずれか一つに記載のロータ。
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