WO2022149186A1

WO2022149186A1 - 同期電動機

Info

Publication number: WO2022149186A1
Application number: PCT/JP2021/000094
Authority: WO
Inventors: 友輔竜野; 亮宏佐久間
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2021-01-05
Filing date: 2021-01-05
Publication date: 2022-07-14
Also published as: JPWO2022149186A1; JP6949283B1

Abstract

回転子軸（１１）の軸方向に磁性鋼板を積層して形成される回転子鉄心（１２）と、周方向に複数の磁極を形成する複数の磁石（１４）と、回転子鉄心（１２）の軸方向の両側に配置される端板（１３）とを有する回転子（１０）において、端板（１３）は、回転子鉄心（１２）よりも径方向外側に突出する部分が設けられた複数の凸部（１３ｂ）を有し、凸部（１３ｂ）は、複数の磁石（１４）の内径側の一方の磁極を覆い、外径側の他方の磁極を覆っていない。

Description

同期電動機

　本開示は、磁石埋め込み型の同期電動機に関する。

　磁石埋め込み（ＩＰＭ：Interior　Permanent　Magnet）型の同期電動機では、回転子鉄心の開口部に配置された磁石の軸方向の動きを規制するために、回転子鉄心の軸方向の両端に端板が配置されている。同期電動機では、回転子鉄心を構成する積層鋼板同士を接続する機構を持たず、いわゆるバラコアの状態であることが多い。その上、同期電動機の回転子鉄心は磁石により固定子をひきつけてしまうため、固定子への挿入あるいは分解時に、固定子鉄心と回転子鉄心との接触が避けられず、積層鋼板間に隙間が生じるコアめくれなどの部品の損傷が発生していた。コアめくれが発生すると、磁石、接着剤が露出するため、運転中にこれらが飛散すると、思わぬ故障を招く可能性がある。

　また、端板は磁石の軸方向の直上に位置するため、電動機の駆動に寄与しない漏れ磁束の磁路となる。漏れ磁束に対しては、端板を非磁性材料で形成することが最も簡単な解決方法であるが、非磁性体材料は鉄系の磁性材料と比較して、強度が劣るため焼き嵌めで保持できず、他の保持方法が必要となり構造が煩雑となる、または磁性材料と比較してコストが高い、などの問題点がある。

　特許文献１には、漏れ磁束の要因となる磁石の軸方向直上は非磁性材料にて構成し、それ以外を磁性材料で構成している端板が示されている。また、特許文献１には、インダクタンスを増加させるために、端板の外径を回転子鉄心の外径より大きくすることが示されている。特許文献２には、外周側に切欠部が設けられ、磁極上および極間領域に切欠部以外の凸部が配置されるように形成された端板が示されている。

特開２００５－１０２４６１号公報特開２００５－３０４１７７号公報

　しかしながら、特許文献１では、二種の材料を組み合わせる必要があり、端板の構成が煩雑となる。また、特許文献１では、端板の外径を回転子鉄心の外径より大きくすることが開示されているが、その目的は回転子鉄心の保護のためではなく、インダクタンスを増加させるために過ぎない。特許文献２では、回転子鉄心の保護に関しては、対策がなされていない。また、特許文献２において、極間領域に配置される凸部は、磁石押さえにも回転子鉄心の保護にも寄与せず、漏れ磁束の原因となる。

　本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、磁性体で構成される端板によって、回転子鉄心を保護しかつ磁石押さえとして機能させ、端板による漏れ磁束を低減できる同期電動機を得ることを目的とする。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示の同期電動機は、周方向に間隔が置かれて配置された複数の磁石挿入孔を有し、回転子軸の軸方向に磁性鋼板を積層して形成される回転子鉄心と、磁化方向が径方向となるように磁石挿入孔に配置され、周方向に複数の磁極を形成する複数の磁石と、回転子鉄心の軸方向の両側に配置される磁性体である端板と、を有する回転子と、回転子の周りに配置される固定子とを備える。端板は、回転子鉄心よりも径方向外側に突出する部分が設けられた複数の凸部を有し、凸部は、複数の磁石の内径側の一方の磁極を覆い、複数の磁石の外径側の他方の磁極を覆っていない。

　本開示の同期電動機によれば、磁性体で構成される端板によって、回転子鉄心を保護しかつ磁石押さえとして機能させ、端板による漏れ磁束を低減できるという効果を奏する。

実施の形態１の同期電動機の概略構成例を示す断面図実施の形態１の同期電動機の回転子の概略構成例を示す平面図実施の形態１の同期電動機の回転子を図２の矢印Ａ方向から見た矢視図実施の形態１の同期電動機の回転子の変形例を示す図実施の形態２の同期電動機の回転子の概略構成例を示す平面図実施の形態３の同期電動機の回転子の概略構成例を示す平面図実施の形態３の同期電動機の回転子の変形例を示す図実施の形態４の同期電動機の回転子の概略構成例を示す拡大図

　以下、実施の形態にかかる同期電動機を図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
　図１は実施の形態１の同期電動機１の概略構成例を示す断面図である。図２は、実施の形態１の同期電動機１の回転子の概略構成例を示す平面図である。同期電動機１は、界磁束発生源である回転子１０と、回転子１０を回転させるための回転磁界を発生する固定子２０とを有する。固定子２０は、回転子１０の周りに間隔を置いて配置される固定子鉄心２２と、固定子鉄心２２に巻回される固定子巻線２１とを有する。回転子１０は、回転子軸１１と、回転子鉄心１２と、一対の端板１３と、複数の磁石１４とを備える。

　回転子鉄心１２は、回転子軸１１の軸方向に磁性鋼板を複数積層して形成され、回転子軸１１に焼き嵌めにより保持される。端板１３は、回転子鉄心１２の軸方向の両端に配され、回転子軸１１への焼き嵌めにより保持される。回転子鉄心１２には、複数の磁石挿入孔１６が回転子鉄心１２の周方向に沿って間隔を置いて形成されている。複数の磁石挿入孔１６はそれぞれ同一円周上に設けられる。複数の磁石挿入孔１６は、回転子鉄心１２を回転子軸１１の軸方向に貫通している。磁石挿入孔１６は、周方向の長さが径方向の長さより長い長尺形状を呈している。磁石１４は、平板状の永久磁石であり、回転子軸１１に垂直な断面形状が長尺形状を呈している。複数の磁石挿入孔１６には、磁石１４が埋め込まれている。

　図２に示されるように、回転子鉄心１２には、磁石１４が４極配置されている。各極には、磁石が２個ずつＶ字形状に配置されている。具体的には、各極を構成する２つの磁石挿入孔１６は、回転子軸１１から外径側に向かってＶ字型に開くように形成される。４極の磁石１４は、周方向に沿って異なる極性が交互になるように配列されている。また、各磁石１４は、磁化方向（着磁方向）が径方向となるように着磁されている。磁化方向は、回転子軸１１の軸方向に垂直な方向であって、長尺形状を呈している磁石１４の短手方向に沿った方向である。なお、図２では、磁極配置を４極でかつ各極に２個ずつ配置したＶ字形状としているが、他の磁極配置を採用してもよい。例えば、１つの磁石で１つの磁極を構成してもよいし、１極を３個以上の磁石で構成してもよい。各磁石は、基本的に、周方向に沿って配置される。

　２つの端板１３は、回転子鉄心１２の磁石挿入孔１６に配置された磁石１４に対して、回転子軸１１の軸方向の動きを規制する磁石押さえの役割を担っている。端板１３は、磁性体で構成されている。端板１３は、回転子軸１１を保持する中央部１３ａと、中央部１３ａから径方向外側に延びる複数の凸部１３ｂとを備える。複数の凸部１３ｂは、回転子鉄心１２よりも径方向外側に突出する部分が設けられている。凸部１３ｂの個数は、周方向に配置された磁極の個数に対応する。凸部１３ｂは、台形形状を呈している。中央部１３ａには、回転子鉄心１２と端板１３との周方向の位置決めのために複数の位置決め穴１５が設けられている。位置決め穴１５は、貫通孔あるいは底部を有する凹部の何れでもよい。回転子鉄心１２の軸方向の両端面には、位置決め穴１５に嵌合される複数の凸部（図示せず）が形成されている。

　端板１３の凸部１３ｂの外径、すなわち回転子軸１１の中心から凸部１３ｂの頂部までの長さは、回転子鉄心１２の外径より長く、かつ回転子軸１１の中心から固定子鉄心２２の内径までの長さより短い。

　また、端板１３の凸部１３ｂは、回転子鉄心１２の磁極と磁極との間の領域である極間領域に配置される。凸部１３ｂは、各磁石１４の磁化方向に垂直な第１の線分１７より内径側の領域１４ａを覆い、第１の線分１７より外径側の領域１４ｂを覆わないように配置されている。図２では、第１の線分１７は、磁石１４を磁化方向に関して２等分しているが、２等分しない位置でもよい。すなわち、端板１３は、複数の凸部１３ｂによって、各磁石１４の内径側の磁極を覆い、各磁石１４の外径側の磁極を覆わないように形成されている。

　図３は、実施の形態１の同期電動機１の回転子１０を図２の矢印Ａ方向から見た矢視図である。端板１３は、磁石１４の側の領域１４ａを覆い、磁石１４の外径側の領域１４ｂを覆っていないので、外径側の領域１４ｂの上側で磁路が形成されない。このため、漏れ磁束量を効率よく低減することができる。

　図４は、実施の形態１の同期電動機１の回転子１０の変形例を示す図である。回転子軸１１の中心と、端板１３の凸部１３ｂの中央を結ぶ中心線が極間領域の中央を通るように端板１３を配置している。このような構成は、漏れ磁束の低減により効果的である。

　このように実施の形態１では、端板１３の凸部１３ｂの外径を回転子鉄心１２の外径より長くしているので、固定子２０への挿入あるいは分解時に、回転子鉄心１２が保護され、コアめくれなどの回転子鉄心１２の損傷を未然に防止することができる。また、端板１３の凸部１３ｂは、各磁石１４の内径側の磁極を覆い、各磁石１４の外径側の磁極を覆わないように形成されているので、各磁石１４の外径側の磁極の上部で磁路が形成されず、漏れ磁束量を効率よく低減することができる。また、端板１３の凸部１３ｂは、各磁石１４の内径側の磁極を覆っているので、磁性体のみで構成される端板でも、磁石押さえとして機能させることができる。

実施の形態２．
　図５は実施の形態２の同期電動機の回転子３０の概略構成例を示す平面図である。実施の形態２では、実施の形態１の端板１３を端板３３に置換している。その他の構成要素は、実施の形態１と同様であり、重複する説明は省略する。実施の形態１の端板１３の外径形状は、直線で形成されていたが、実施の形態２の端板３３の外径形状は曲線を含んでいる。端板３３は、中央部３３ａおよび複数の凸部３３ｂを有する。端板３３は、複数の凸部３３ｂによって、各磁石１４の内径側の磁極を覆い、各磁石１４の外径側の磁極を覆わないように形成されている。凸部３３ｂの外径形状は、頂部以外曲線で構成されている。凸部３３ｂの外径、すなわち回転子軸１１の中心から凸部３３ｂの頂部までの長さは、回転子鉄心１２の外径より長く、かつ回転子軸１１の中心から固定子鉄心２２の内径までの長さより短い。

　実施の形態２では、端板３３の凸部３３ｂの外径を回転子鉄心１２の外径より長くしているので、回転子鉄心１２が保護され、コアめくれなどの回転子鉄心１２の損傷を未然に防止することができる。また、端板３３の凸部３３ｂは、各磁石１４の内径側の磁極を覆い、各磁石１４の外径側の磁極を覆わないように形成されているので、各磁石１４の外径側の磁極の上部で磁路が形成されず、漏れ磁束量を効率よく低減することができる。また、端板３３の凸部３３ｂは、各磁石１４の内径側の磁極を覆っているので、磁性体のみで構成される端板でも、磁石押さえとして機能させることができる。

実施の形態３．
　図６は実施の形態３の同期電動機の回転子４０の概略構成例を示す平面図である。実施の形態３では、実施の形態１の端板１３を端板４３に置換している。その他の構成要素は、実施の形態１と同様であり、重複する説明は省略する。端板４３は、中央部４３ａおよび複数の凸部４３ｂを有する。また、実施の形態３の回転子４０が適用される同期電動機の構成は、図１に示した同期電動機１と同じである。

　端板４３の凸部４３ｂは、回転子鉄心１２の磁石１４が配置された磁極領域に配置される。また、端板４３の凸部４３ｂの外径、すなわち回転子軸１１の中心から凸部４３ｂの頂部までの長さは、回転子鉄心１２の外径より長く、かつ回転子軸１１の中心から固定子鉄心２２の内径までの長さより短い。

　端板４３の４つの凸部４３ｂの各々は、４つの磁極の中央部を覆い、かつ４つの磁極の両端部および極間領域を覆わない。すなわち、端板４３は、各凸部４３ｂが、２個の磁石１４で構成される各磁極の周方向の中央部を覆うが、各磁極の周方向の両端部および極間領域は覆わないように配置されている。

　図７は、実施の形態３の同期電動機の回転子４０の変形例を示す図である。回転子軸１１の中心と、端板４３の凸部４３ｂの中央を結ぶ中心線が磁極の中央を通るように端板４３が配置されている。このような構成は、回転子鉄心１２の磁極領域の保護により効果的である。

　このように実施の形態３では、端板４３の凸部４３ｂの外径を回転子鉄心１２の外径より長くしているので、回転子鉄心１２が保護され、コアめくれなどの回転子鉄心１２の損傷を未然に防止することができる。また、端板４３の凸部４３ｂが磁極領域に配置されているので、回転子鉄心１２の磁極領域をより確実に保護することができる。また、端板４３の凸部４３ｂが、磁極の両端部および極間領域を覆わないように形成されているので、磁極の両端部および極間領域での漏れ磁束を低減することができる。また、端板４３の凸部４３ｂは、各磁石１４の中央部を覆っているので、磁性体のみで構成される端板でも、磁石押さえとして機能させることができる。

実施の形態４．
　図８は実施の形態４の同期電動機の回転子の概略構成例を示す拡大図である。実施の形態４では、実施の形態１の端板１３の凸部１３ｂの先端部である頂部において、端板１３の厚みが先端側ほど小さくなるテーパ面１３ｃが、端板１３の露出される主面側に形成されている。これにより、実施の形態４では、端板１３が他の部品に引っ掛かり難くなり、組み立て時あるいは分解時に回転子鉄心１２をより確実に保護することができ、組立作業性の向上を実現できる。同様のテーパ面１３ｃを、実施の形態２の端板３３または実施の形態３の端板４３にも適用してもよい。また、同様のテーパ面１３ｃを端板１３の先端部の回転子鉄心１２と接触する主面側に形成してもよい。

　以上の実施の形態に示した構成は、本開示の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本開示の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

　１　同期電動機、１０，３０，４０　回転子、１１　回転子軸、１２　回転子鉄心、１３，３３，４３　端板、１３ａ，３３ａ，４３ａ　中央部、１３ｂ，３３ｂ，４３ｂ　凸部、１３ｃ　テーパ面、１４　磁石、１５　位置決め穴、１６　磁石挿入孔、２０　固定子、２１　固定子巻線、２２　固定子鉄心。

Claims

　周方向に間隔が置かれて配置された複数の磁石挿入孔を有し、回転子軸の軸方向に磁性鋼板を積層して形成される回転子鉄心と、磁化方向が径方向となるように前記磁石挿入孔に配置され、周方向に複数の磁極を形成する複数の磁石と、前記回転子鉄心の前記軸方向の両側に配置される磁性体である端板と、を有する回転子と、
　前記回転子の周りに配置される固定子と、
　を備え、
　前記端板は、前記回転子鉄心よりも径方向外側に突出する部分が設けられた複数の凸部を有し、
　前記凸部は、前記複数の磁石の内径側の一方の磁極を覆い、前記複数の磁石の外径側の他方の磁極を覆っていないことを特徴とする同期電動機。
　前記凸部は、周方向に配置される複数の磁極の間の領域である極間領域に配置されることを特徴とする請求項１に記載の同期電動機。
　周方向に間隔が置かれて配置された複数の磁石挿入孔を有し、回転子軸の軸方向に磁性鋼板を積層して形成される回転子鉄心と、磁化方向が径方向となるように前記磁石挿入孔に配置され、周方向に複数の磁極を形成する複数の磁石と、前記回転子鉄心の前記軸方向の両側に配置される磁性体である端板と、を有する回転子と、
　前記回転子の周りに配置される固定子と、
　を備え、
　前記端板は、前記回転子鉄心よりも径方向外側に突出する部分が設けられた複数の凸部を有し、
　前記凸部は、周方向に形成された前記複数の磁極の周方向の中央部を覆い、周方向に形成された前記複数の磁極の周方向の両端部および周方向に形成された前記複数の磁極の間の領域である極間領域を覆わないことを特徴とする同期電動機。
　前記端板の前記凸部の先端部には、先端に行くほど厚みが小さくなるテーパ面が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の同期電動機。
　前記端板には、前記回転子鉄心との位置決めのための位置決め穴が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の同期電動機。