JP5904907B2 - 回転電機の回転子 - Google Patents
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Description
モータ出力を向上できる回転子として、回転子の永久磁石の外周面に直接永久磁石のSN極を結ぶ磁路が形成されにくいように永久磁石の周方向外側のブリッジ部を薄肉化したり、永久磁石を保持する部分であって、回転子の外周側に開口部を形成したりして、磁束が漏れにくい構成の回転子が提案されていた。
そこで特許文献1においては、スロット開口部に非磁性のストッパを挿入して、永久磁石を保持する回転子が示されている。
非磁性のストッパを挿入することで、機械的強度を確保しつつ漏れ磁束を低減する効果がある。
また、特許文献2においては、鉄心の永久磁石の外周側を加熱処理することで弱磁性とする回転子が示されている。
このように回転子のブリッジ部を弱磁性とすることで部品点数を増やすことなく機械的強度を確保することができ、漏れ磁束を低減できる回転子が提案されている。
また、部品の寸法バラツキによりストッパの挿入穴がストッパの寸法に対して大きくなった場合にはストッパにガタが生じ、小さくなった場合にはストッパの挿入作業性が著しく悪化するため、厳しい寸法管理が必要であった。
また、回転子のブリッジ部を加熱した際にブリッジ部以外の温度が上昇してしまい、鉄心全体の磁気特性が低下して回転電機の出力が低下してしまう問題があった。
さらに、回転子のブリッジ部の加熱が不均一になった場合には各磁極における漏れ磁束の量が不均一となりコギングトルクが増加するという問題があった。
鉄心の内部に、前記鉄心の周方向に等間隔に放射状に埋設された永久磁石を有する回転電機の回転子において、
前記永久磁石は、前記回転子の径方向に2列以上に並んで、前記回転子の軸方向に平行に延在する永久磁石挿入孔の中に保持され、
前記回転子の回転軸は、フランジ部を有し、
前記鉄心は、前記回転子の径方向に隣接する前記永久磁石挿入孔の間の隔壁内に前記回転子の軸方向に貫通するように設けた固定穴を有し、
前記鉄心は、前記固定穴に挿通した締結部材によって前記フランジ部に固定されているものである。
以下、本発明の実施の形態1に係る回転電機の回転子を、図を用いて説明する。
図1(a)は、回転電機の回転子100の正面図である。
図1(b)は、図1(a)の丸印部分の要部拡大図である。
図2は、図1(a)のB−B断面図である。
図2に示すように、回転子100は、フランジ部11を有する回転軸1に、磁性鋼板を打ち抜いて製造した鉄心片を回転軸1の軸方向に積層した積層コア2(鉄心)を装着して構成している。
積層コア2は、軸方向に貫通するように等間隔に開けた固定穴21に、締結部材としてのボルト3を挿入してフランジ部11に固定されている。
永久磁石挿入孔22a、22bは、それぞれ積層コア2の積層方向(軸方向)に平行に貫通している。
そして、それぞれの永久磁石挿入孔22a、22bには、同じ形状の永久磁石4が挿入されている。
また、内側の永久磁石4の、積層コア2の径方向内側部分であって、薄肉に永久磁石挿入孔22bの壁面を形成する部分をブリッジ部23bと称する。
そして、回転子100の径方向に並んだ2つの永久磁石4の中間部分であって、薄肉に永久磁石挿入孔22aと永久磁石挿入孔22bを隔離する隔壁を形成する部分をブリッジ部23c(特許請求の範囲では隔壁に相当)と称する。
そして、回転子100の周方向に隣り合う永久磁石4同士は、対向する磁極が互いに反発するように、逆向きに挿入されている。
このように永久磁石4を回転子100の径方向に複数配置することで、従来のように1つの大型永久磁石を使用する場合に比べて、永久磁石の1個あたりに作用する遠心力を小さくすることができる。
図3(a)は、従来例の、1本の永久磁石4pを使用した回転子100pの永久磁石4pにかかる遠心力を示す模式図である。
ブリッジ部23pにかかる遠心力をF1、回転子100pの中心から永久磁石4pの中心までの距離をR1、永久磁石4pの重量をM、永久磁石4pの径方向の長さをL、回転子100pの角速度をωとする。
この時、遠心力F1は、F1=MR1ω2で求められる。
図3(b)は、本実施の形態のおける2本の永久磁石4を使用した回転子100の外側の永久磁石4にかかる遠心力を示す模式図である。
回転子100の中心から外側の永久磁石4の中心までの距離をR2とする。
従来例における永久磁石4pを概略2分割したとして、永久磁石4pの重量Mおよび永久磁石4pの径方向長さLが半分になったと仮定し、同じ角速度ωで回転するとする。
この時、ブリッジ部23aにかかる遠心力F2は、F2=0.5M(R1+0.25L)ω2となる。
ここで遠心力低減効果をF2/F1によって定義すると、
F2/F1=0.5+0.125L/R1となる。
図3から分かるように、L/R1<1であれば、F2/F1<0.625となり、ブリッジ部23aに作用する遠心力F2は少なくとも37.5%以上低減することができる。
本実施の形態では、外側の永久磁石4と内側の永久磁石4を同じ永久磁石4とすることで、更に磁石の生産性を向上させることができる。
図4は、本実施の形態に係る他の回転電機の回転子の正面図である。
これまで、永久磁石4が、回転子100の径方向に2列に配置された例を用いて記載したが、図4に示すように永久磁石4bを3列以上に配置することでも同様の効果が得られる。
なお、本実施の形態においては、積層コア2を回転軸1のフランジ部11にボルト3で固定する構造を説明したが、圧入や焼き嵌めによって積層コア2を回転軸に固定する構成を採用しても同様の効果が得られる。
以下、本発明の実施の形態2に係る回転電機の回転子を図を用いて実施の形態1と異なる部分を中心に説明する。
図5(a)は、本実施の形態に係る回転電機の回転子200の正面図である。
図5(b)は、図5(a)の要部拡大図である。
図5(c)は、永久磁石挿入孔222a、222bの形状を示す図である。
本実施の形態に係る回転子200と実施の形態1に係る回転子100との異なる点は、実施の形態1における外側の永久磁石4と内側の永久磁石4との間のブリッジ部23c(隔壁)の中央部分に、積層コア202の軸方向に延在する開口部を有する点である。
即ち、積層コア2から周方向に対向して突出する2つの突起25a、25bが存在し、それらの間が外側と内側の2つの永久磁石挿入孔222aと222bを連通させる開口部を形成している。
そして、突起25a、25bが、それぞれの永久磁石4を回転子200の径方向に保持している。
これにより、空隙部26を通る漏れ磁束を低減することが可能となり、回転子200を使用する回転電機の出力を向上させることができる。
また、空隙部26には、接着剤等の充填材を充填しても良い。充填材を充填することにより、外側の永久磁石4および内側の永久磁石4をより強固に積層コア202内に固定することができる。
以下、本発明の実施の形態3に係る回転電機の回転子300を図を用いて実施の形態1と異なる部分を中心に説明する。
図6は、本実施の形態3に係る回転子300の正面図である。
回転子300が、実施の形態1で説明した回転子100と異なる点は、ブリッジ部323cに固定穴321を設けた点である。
積層コア302内に、径方向に並んだ外側の永久磁石間4と内側の永久磁石4の間に積層コア302と回転軸1との締結手段を有することで、締結部から永久磁石4(力の作用点)までの距離が短くなり、永久磁石4の保持強度を向上させ、内側の永久磁石4にかかる遠心力を確実に受け止めることができる。
2,202,302 積層コア、21,321 固定穴、
22a,22b,222a,222b 永久磁石挿入孔、
23a,23b,23c,23p,323c ブリッジ部、25a 突起、
26 空隙部、3 ボルト、4,4p 永久磁石、F1,F2 遠心力。
Claims (3)
- 鉄心の内部に、前記鉄心の周方向に等間隔に放射状に埋設された永久磁石を有する回転電機の回転子において、
前記永久磁石は、前記回転子の径方向に2列以上に並んで、前記回転子の軸方向に平行に延在する永久磁石挿入孔の中に保持され、
前記回転子の回転軸は、フランジ部を有し、
前記鉄心は、前記回転子の径方向に隣接する前記永久磁石挿入孔の間の隔壁内に前記回転子の軸方向に貫通するように設けた固定穴を有し、
前記鉄心は、前記固定穴に挿通した締結部材によって前記フランジ部に固定されている回転電機の回転子。 - 前記永久磁石は、当該永久磁石の前記回転子の周方向両端部に相当する部分がそれぞれ異なる磁極となるように着磁され、
前記回転子の径方向に隣接する前記永久磁石は、互いに、N極S極が同一方向となるように配置され、
前記回転子の周方向に隣接する前記永久磁石は、互いに、N極S極が反対方向となるように配置されている請求項1に記載の回転電機の回転子。 - 使用する前記永久磁石は全て同形状である請求項1又は請求項2に記載の回転電機の回転子。
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JP2012187456A JP5904907B2 (ja) | 2012-08-28 | 2012-08-28 | 回転電機の回転子 |
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