JP4644922B2

JP4644922B2 - 同期電動機のロータ構造

Info

Publication number: JP4644922B2
Application number: JP2000290887A
Authority: JP
Inventors: 雄太郎金子; 真一郎北田; 俊雄菊池; 正和小林
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-09-25
Filing date: 2000-09-25
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2020-09-25
Also published as: JP2002101585A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石をロータコア中に埋め込んだ同期電動機のロータ構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９は特開平１１−１９６５５５号公報に記載された従来のロータの構造を示している。このロータ１１１は、回転軸１１６に対して固定された外周面が多角形状の磁性部材１１４と、この多角形状の磁性部材１１４の各辺に対応する外周面に配置された板状の永久磁石１１２と、これら永久磁石１１２の外側に固定された外周が円形状の磁性積層部材１１３と、この磁性積層部材１１３の外周に固定された非磁性材からなる補強部材１１５とからなり、永久磁石１１２と磁性積層部材１１３との隙間に樹脂材１１８を充填してこれらを一体化した構造のものである。このような構造とすることで、大きな遠心力、すなわち高速回転に耐え得る強度をロータ１１に持たせることが可能となる。
【０００３】
また、図１０は特開２０００−１５２５３８号公報に記載された従来の一般的なＩＰＭモータのロータの構造を示している。このロータ１３１は、磁性積層鋼板よりなるロータコア１３２の孔に永久磁石１３３を挿入したものである。永久磁石１３３の端部には、ロータ強度を確保するために磁性鋼板の薄肉部分１３４が確保されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図９に示すロータ１１１では、磁性部材１１４を取り囲むように永久磁石１１２が配置されているため、磁性部材１１４がリラクタンストルクにほとんど寄与しなくなっており、磁石トルクとリラクタンストルクの両方を得ることができるというＩＰＭ（磁石埋め込み）モータの利点を一部阻害することになっている。
【０００５】
これに対し、図１０に示される一般的なＩＰＭモータのロータ１３１では、十分なリラクタンストルクが得られる一方、永久磁石１３３の端部に残る磁性鋼板の薄肉部分１３４を介して漏れ磁束Φｍが発生し、磁石トルクを発生させるために有効な磁束Φが減少するという問題がある。漏れ磁束Φｍの発生を抑制するには薄肉部分１３４の幅を小さくすればよいが、その場合、ロータを高速回転させたときに、永久磁石１３３や磁性鋼板の磁石外側部分１３５に作用する遠心力で薄肉部分１３４が破断する恐れがある。
【０００６】
本発明は、上記事情を考慮し、永久磁石の内側の磁性部材（ロータコア）によるリラクタンストルクを有効に利用することで、良好な出力−トルク特性を得ることができる同期電動機のロータ構造を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記課題を解決するため、外周面に、ロータ中心から所定半径の円弧面と第１磁石当接面とが周方向に交互に形成され、ロータ中心に回転軸が固定される第１ロータコアと、一方の磁極面を前記第１磁石当接面に当接させて配置された永久磁石と、前記所定半径と同一半径の円弧面と第２磁石当接面とを有し、前記第２磁石当接面を前記永久磁石の他方の磁極面に当接させて配置された第２ロータコアと、前記第１ロータコアの円弧面と前記第２ロータコアの円弧面とに当接するようにロータ外周部に配置された非磁性体製の環状の補強部材とを備える。
【０００８】
請求項２記載の発明は、上記課題を解決するため、前記第１ロータコアの第１磁石当接面と前記永久磁石の一方の磁極面とが、周方向に係合する形状に形成されていることを要旨とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、上記課題を解決するため、前記第２ロータコアの第２磁石当接面と前記永久磁石の他方の磁極面とが、周方向に係合する形状に形成されていることを要旨とする。
【００１０】
請求項４記載の発明は、上記課題を解決するため、前記第２ロータコアの円弧面と前記補強部材の前記円弧面との当接面とが、周方向に係合する形状に形成されていることを要旨とする。
【００１１】
請求項５記載の発明は、上記課題を解決するため、前記第１ロータコアと前記第２ロータコアが、前記回転軸方向に磁性鋼板を積層した構造を有することを要旨とする。
【００１２】
請求項６記載の発明は、上記課題を解決するため、前記磁性鋼板を積層する際のガイドとなる孔が前記第２ロータコアを構成する各磁性鋼板に形成されていることを要旨とする。
【００１３】
請求項７記載の発明は、上記課題を解決するため、前記第２ロータコアを構成する磁性鋼板が、互いに接着されて一体化されていることを要旨とする。
【００１４】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、永久磁石の内側と外側に位置するロータコアを第１ロータコア及び第２ロータコアとして分離独立させ、内側に位置する第１ロータコアの外周面に円弧面と第１磁石当接面とを交互に形成して、第１ロータコアの第１磁石当接面に永久磁石の一方の磁極面を当接させ、永久磁石の外側に位置する第２ロータコアに形成した第２磁石当接面を永久磁石の他方の磁極面に当接させた構成としているから、永久磁石の内側と外側のロータコアによるリラクタンストルクを有効に活用することができる。また、第１ロータコアの円弧面と第２ロータコアの円弧面とに当接するようにロータ外周部に非磁性体製の環状の補強部材を配置したので、大きな遠心力、すなわち高速回転に耐え得る強度をロータに持たせることができると共に、永久磁石の外部を通る漏れ磁束を減らすことができる。従って、出力−トルク特性の向上を図ることができる。
【００１５】
また、請求項２記載の本発明によれば、第１ロータコアと永久磁石の当接面を周方向に係合する形状に形成しているので、永久磁石の位置決めが簡単にできるようになり、ロータ製作の容易化が図れる。
【００１６】
また、請求項３記載の本発明によれば、第２ロータコアと永久磁石の当接面を周方向に係合する形状に形成しているので、永久磁石の位置決めが簡単にできるようになり、ロータ製作の容易化が図れる。
【００１７】
また、請求項４記載の本発明によれば、第２ロータコアの円弧面と補強部材の当接面を周方向に係合する形状に形成しているので、補強部材に対する第２ロータコアの位置決めが簡単にできるようになり、補強部材に嵌め込みながら第２ロータコアの組み付けを行うことが可能となり、ロータ製作の容易化が図れる。
【００１８】
また、請求項５記載の本発明によれば、第１ロータコアと第２ロータコアを磁性鋼板の積層体として構成したので、第１、第２ロータコアによるリラクタンストルクを有効に活用することができる。
【００１９】
また、請求項６記載の本発明によれば、磁性鋼板を積層する際のガイドとなる孔を第２ロータコアを構成する各磁性鋼板に形成したので、その孔をガイドとして利用することにより、第１ロータコアを簡単に製作することが可能となり、ロータ製作の容易化が図れる。
【００２０】
また、請求項７記載の本発明によれば、第２ロータコアを構成する磁性鋼板を互いに接着することにより一体化したので、第２ロータコアを簡単に製作することが可能とになり、ロータ製作の容易化が図れる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２２】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る同期電動機のロータ構造が適応可能なロータ１１の構成を示す図である。
【００２３】
ロータ１１は外周方向に設けられているステータ（図示せず）の内部に設けられ、ステータから与えられる回転磁束に対して、各永久磁石１２に反力を発生させ、回転軸１６を中心に回転するように構成されている。隣接する永久磁石１２の磁極は互いに反対向きに設定されている。
【００２４】
このロータ１１では、永久磁石１２は２極対だけ配置されているが、本発明の極数はこれに限るものではない。
【００２５】
このロータ１１は、永久磁石１２と、永久磁石１２の内周側の第１ロータコア１４と、永久磁石１２の外周側の第２ロータコア１３と、ロータ１１の最外周部に配された非磁性体製の環状の補強部材１５とからなり、第１ロータコア１４の中心部に回転軸１６が固定されている。第１ロータコア１４及び第２ロータコア１３は、それぞれ独立した部材として構成されており、各々が、回転軸線方向（紙面に垂直な方向）に多数の磁性鋼板を積層することで構成されている。
【００２６】
永久磁石１２の内側に配された第１ロータコア１４は、外周面に、ロータ中心から所定半径の円弧面１４ａと平坦な第１磁石当接面１４ｂとを周方向に交互に有している。永久磁石１２は、ロータ１１の半径方向両端に両磁極面を持った板状に形成されると共に、板幅方向両端面が第１ロータコア１４の円弧面１４ａと同一半径の円弧面１２ａとして形成されたもので、一方の磁極面を第１磁石当接面１４ｂに当接させた状態で第１ロータコア１４の外周面に配置されている。
【００２７】
第２ロータコア１３は、第１ロータコア１４の円弧面１４ａと同一半径の円弧面１３ａと平坦な第２磁石当接面１３ｂとを有するもので、第２磁石当接面１３ｂを永久磁石１２の他方の磁極面に当接させた状態で、永久磁石１２の外周側に配置されている。そして、非磁性体製の環状の補強部材１５は、第１ロータコア１４の円弧面１４ａと、永久磁石１２の円弧面１２ａと、第２ロータコア１３ａの円弧面１３ａとにそれぞれ当接するようにロータ外周部に配置されている。
【００２８】
この補強部材１５は、例えばケプラーまたはカーボンの帯を巻き付けたり、非磁性ステンレスの円管を嵌合したりすることで構成することができる。
【００２９】
このように、永久磁石１２の内側と外側に位置するロータコアを第１ロータコア１４及び第２ロータコア１３として分離独立させ、内側に位置する第１ロータコア１４の外周面に円弧面１４ａと第１磁石当接面１４ｂとを交互に形成して、第１ロータコア１４の第１磁石当接面１４ｂに永久磁石１２の一方の磁極面を当接させ、永久磁石１２の外側に位置する第２ロータコア１３に形成した第２磁石当接面１３ｂを永久磁石１２の他方の磁極面に当接させ、最外周の環状の補強部材１５を第１ロータコア１４の円弧面１４ａと第２ロータコア１３の円弧面１３ａとに共に当接させているから、永久磁石１２の内側と外側のロータコア１４、１３によるリラクタンストルクを有効に活用することができる。
【００３０】
また、各永久磁石１２の端部に磁性体が存在していないので、永久磁石１２の外部を通る漏れ磁束を減らすことができる。従って、このロータ１１では、出力−トルク特性の向上を図ることができるとともに磁石量の削減に寄与することができる。
【００３１】
（第２の実施の形態）
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る同期電動機のロータ構造が適応可能なロータ２１の構成を示す図である。
【００３２】
本実施の形態の特徴は、図２に示すように、図１に示した第１ロータコア１４と永久磁石１２の当接面を、半径方向内方に凹んだ形状に形成することにより、第１ロータコア１４と永久磁石１２とを周方向に係合するように組み合わせたことにある。すなわち、第１ロータコア１４の第１磁石当接面１４ｂを凹面形状に形成し、永久磁石１２の一方の磁極面を凸面形状に形成し、凹面形状と凸面形状を互いに嵌め合わせたことにある。
【００３３】
このようになロータ２１では、第１の実施の形態と同じ効果を発揮するとともに、第１ロータコア１４と永久磁石１２の当接面を周方向に係合する形状に形成したことにより、永久磁石１２の位置決めが容易になる。また、凸形状の大きさによって、永久磁石１２の使用量の調整が容易にできるようになり、出力ートルク特性の向上に寄与することができる。
【００３４】
（第３の実施の形態）
図３は、本発明の第３の実施の形態に係る同期電動機のロータ構造が適応可能なロータ３１の構成を示す図である。
【００３５】
本実施の形態の特徴は、図３に示すように、図２に示した永久磁石１２と第２ロータコア１３の当接面を、半径方向内方に凹んだ形状に形成することにより、第２ロータコア１３と永久磁石１２とを周方向に係合するように組み合わせたことにある。すなわち、永久磁石１２の他方の磁極面を凹面形状に形成し、第２ロータコア１３の第２磁石当接面１３ｂを凸面形状に形成し、凹面形状と凸面形状を互いに嵌め合わせたことにある。
【００３６】
このようなロータ３１では、第１の実施の形態と同様の効果を発揮するとともに、第２ロータコア１３と永久磁石１２の当接面を周方向に係合する形状に形成したことにより、永久磁石１２に対する第２ロータコア１３の位置決めが容易になる。また、凸形状の大きさによって、第２ロータコア１３の容量を増やすことが容易にできるようになり、出力−トルク特性の向上に寄与することができる。
【００３７】
（第４の実施の形態）
図４は、本発明の第４の実施の形態に係る同期電動機のロータ構造が適応可能なロータ４１の構成を示す図である。
【００３８】
本実施の形態の特徴は、図４に示すように、図１に示した第１ロータコア１４と永久磁石１２の当接面を、半径方向外方に凸になった形状に形成することにより、第１ロータコア１４と永久磁石１２とを周方向に互いに係合するように組み合わせたことにある。すなわち、第１ロータコア１４の第１磁石当接面１４ｂを凸形状（図示例では第１磁石当接面１４ｂの幅方向中央に凸部を有する形状）に形成し、永久磁石１２の一方の磁極面を凹形状（図示例では一方の磁極面の幅方向中央に凹部を有する形状）に形成し、凸形状と凹形状を互いに嵌め合わせたことにある。
【００３９】
このように、第１ロータコア１４と永久磁石１２の当接面を周方向に係合する形状に形成したことにより、永久磁石１２の位置決めが容易になる。また、凹形状の大きさによって、永久磁石１２の使用量の調整が容易にできるようになり、出力ートルク特性の向上に寄与することができる。
【００４０】
（第５の実施の形態）
図５は、本発明の第５の実施の形態に係る同期電動機のロータ構造が適応可能なロータ５１の構成を示す図である。
【００４１】
本実施の形態の特徴は、図５に示すように、図２に示した永久磁石１２と第２ロータコア１３の当接面を、半径方向外方に凸となった形状に形成することにより、第２ロータコア１３と永久磁石１２とを周方向に互いに係合するように組み合わせたことにある。すなわち、永久磁石１２の他方の磁極面を凸形状（図示例では他方の磁極面の幅方向中央に凸部を有する形状）に形成し、第２ロータコア１３の第２磁石当接面１３ｂを凹形状（図示例では第２磁石当接面１３ｂの幅方向中央に凹部を有する形状）に形成し、凸形状と凹形状を互いに嵌め合わせたことにある。
【００４２】
このように、第２ロータコア１３と永久磁石１２の当接面を周方向に係合する形状に形成したことにより、永久磁石１２に対する第２ロータコア１３の位置決めが容易になる。また、凹形状の大きさによって、第２ロータコア１３の容量を減らすことが容易にできるようになり、出力−トルク特性の向上に寄与することができる。
【００４３】
（第６の実施の形態）
図６は、本発明の第６の実施の形態に係る同期電動機のロータ構造が適応可能なロータ６１の構成を示す図である。
【００４４】
本実施の形態の特徴は、図６に示すように、図３に示した第２ロータコア１３と補強部材１５の当接面を、半径方向内方に凹んだ形状に形成することにより、第２ロータコア１３と補強部材１５とを周方向に互いに係合するように組み合わせたことにある。すなわち、第２ロータコア１３の円弧面１３ａを凹形状（図示例では円弧面１３ａの幅方向中央に凹部を有する形状）に形成し、補強部材１５の内周面を凸形状（図示例では部分的に凸部を有する形状）に形成し、凹形状と凸形状を互いに嵌め合わせたことにある。
【００４５】
このように、第２ロータコア１３の円弧面１３ａと補強部材１５の当接面を周方向に係合する形状に形成したことにより、補強部材１５に対する第２ロータコア１３の位置決めが簡単にできるようになり、補強部材１５に第２ロータコア１３を嵌め込みながら第２ロータコア１３の組み付けを行うことが可能となり、ロータ製作の工数を削減して、ロータ製作の容易化が図れる。
【００４６】
（第７の実施の形態）
図７は、本発明の第７の実施の形態に係る同期電動機のロータ構造が適応可能なロータ７１の構成を示す図である。
【００４７】
本実施の形態の特徴は、図７に示すように、図３に示した第２ロータコア１３と補強部材１５の当接面を、半径方向外方に凸になった形状に形成することにより、第２ロータコア１３と補強部材１５とを周方向に互いに係合するように組み合わせたことにある。すなわち、第２ロータコア１３の円弧面１３ａを凸形状（図示例では円弧面１３ａの幅方向中央に凸部を有する形状）に形成し、補強部材１５の内周面を凹形状（図示例では部分的に凹部を有する形状）に形成し、凸形状と凹形状を互いに嵌め合わせたことにある。
【００４８】
このように、第２ロータコア１３の円弧面１３ａと補強部材１５の当接面を周方向に係合する形状に形成したことにより、補強部材１５に対する第２ロータコア１３の位置決めが簡単にできるようになり、補強部材１５に第２ロータコア１３を嵌め込みながら第２ロータコア１３の組み付けを行うことが可能となり、ロータ製作の容易化が図れる。また、凸部の大きさにより、第２ロータコア１３の量を増やすことが容易にできるため、凸部分で発生するリラクタンストルクを簡単に増加させることが可能となり、出力ートルク特性の向上に寄与することができる。
【００４９】
（第８の実施の形態）
図８は、本発明の第８の実施の形態に係る同期電動機のロータ構造が適応可能なロータ８１の構成を示す図である。
【００５０】
本実施の形態の特徴は、図８に示すように、図３に示した各第２ロータコア１３に三角形の孔１７を設けたことにある。この孔１７は、例えば空気、樹脂などの非磁性体にて埋められている。この第２ロータコア１３を磁性鋼板を積層して組み立てる際に、前記孔１７に通したガイドを用いることで、特殊な治具または製法を用いることなく、簡単に製作することができる。また、各孔１７を開けた部分は磁性鋼板材料ではなくなるため、ロータ８１の重量を軽減することができる。従って、重量が軽減する分だけ強度が向上し、高回転化、小型化に寄与することができる。
【００５１】
また、孔１７の部分に、非磁性体（例えば樹脂）で構成される棒状体（バー）（図示せず）を挿入し、各バーの両端を、ロータ８１の軸線方向両端に配したエンドプレート（図示せず）で支持することにより、一層の強度向上を図ることができ、高回転化に寄与することができる。
【００５２】
（第９の実施の形態）
本実施の形態の特徴は、磁性鋼板を積層して第２ロータコア１３を製作する際に、磁性鋼板を互いに接着して一体化したことにある。このように、第２ロータコア１３を接着にて製造することで、第２ロータコア１３の製造に特殊な治具または製法を用いる必要がなく、製作の容易化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る同期電動機のロータ構造が適応可能なロータの構成を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る同期電動機のロータ構造が適応可能なロータの構成を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る同期電動機のロータ構造が適応可能なロータの構成を示す図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態に係る同期電動機のロータ構造が適応可能なロータの構成を示す図である。
【図５】本発明の第５の実施の形態に係る同期電動機のロータ構造が適応可能なロータの構成を示す図である。
【図６】本発明の第６の実施の形態に係る同期電動機のロータ構造が適応可能なロータの構成を示す図である。
【図７】本発明の第７の実施の形態に係る同期電動機のロータ構造が適応可能なロータの構成を示す図である。
【図８】本発明の第８の実施の形態に係る同期電動機のロータ構造が適応可能なロータの構成を示す図である。
【図９】従来技術におけるロータの構成を示す図である。
【図１０】他の従来技術におけるロータの構成を示す図である。
【符号の説明】
１１，２１，３１，４１，５１，６１，７１，８１ロータ
１２永久磁石
１３第２ロータコア
１３ａ円弧面
１３ｂ第２磁石当接面
１４第１ロータコア
１４ａ円弧面
１４ｂ第１磁石当接面
１５補強部材
１６回転軸
１７孔

Claims

外周面に、ロータ中心から所定半径の円弧面と第１磁石当接面とが周方向に交互に形成され、ロータ中心に回転軸が固定される第１ロータコアと、
一方の磁極面を前記第１磁石当接面に当接させて配置された永久磁石と、
前記所定半径と同一半径の円弧面と第２磁石当接面とを有し、前記第２磁石当接面を前記永久磁石の他方の磁極面に当接させて配置された第２ロータコアと、
前記第１ロータコアの円弧面と前記第２ロータコアの円弧面とに当接するようにロータ外周部に配置された非磁性体製の環状の補強部材と、
を備え、
前記第２ロータコアの円弧面と前記補強部材の前記円弧面との当接面とが、周方向に係合する形状に形成されていることを特徴とする同期電動機のロータ構造。
前記第１ロータコアの第１磁石当接面と前記永久磁石の一方の磁極面とが、周方向に係合する形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の同期電動機のロータ構造。
前記第２ロータコアの第２磁石当接面と前記永久磁石の他方の磁極面とが、周方向に係合する形状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の同期電動機のロータ構造。
前記第１ロータコアと前記第２ロータコアが、前記回転軸方向に磁性鋼板を積層した構造を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の同期電動機のロータ構造。
前記磁性鋼板を積層する際のガイドとなる孔が前記第２ロータコアを構成する各磁性鋼板に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の同期電動機のロータ構造。
前記第２ロータコアを構成する磁性鋼板が、互いに接着されて一体化されていることを特徴とする請求項４または５に記載の同期電動機のロータ構造。