(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層回転子鉄心に永久磁石片用開口部を有する回転電機の永久磁石回転子において、永久磁石として磁性材料粉末を樹脂で射出成形して作られる樹脂磁石を使用し、この樹脂磁石を積層回転子鉄心と共に一体に射出成形して界磁用磁石を形成し、前記積層回転子鉄心の永久磁石片用開口部と前記射出成形する樹脂磁石を星形状に形成することを特徴とする永久磁石回転子。
【請求項２】
積層回転子鉄心に永久磁石片用開口部を有する回転電機の永久磁石回転子において、積層回転子鉄心の永久磁石片用開口部を軸方向にスキューすると共に、永久磁石として磁性材料粉末を樹脂で射出成形して作られる樹脂磁石を使用し、この樹脂磁石を積層回転子鉄心と共に一体に射出成形して界磁用磁石を形成し、前記積層回転子鉄心の永久磁石片用開口部と前記射出成形する樹脂磁石を星形状に形成することを特徴とする永久磁石回転子。
【請求項３】
積層回転子鉄心に永久磁石片用開口部を有する回転電機の永久磁石回転子において、永久磁石として磁性材料粉末を樹脂で射出成形して作られる樹脂磁石を使用し、この樹脂磁石を積層回転子鉄心と共に一体に射出成形して界磁用磁石を形成し、前記樹脂磁石と前記積層回転子鉄心を射出成形する時に、前記積層回転子鉄心の端部に積層回転子鉄心を挟むように一体に形成した円板状補強部を設けることを特徴とする永久磁石回転子。
【請求項４】
積層回転子鉄心に永久磁石片用開口部を有する回転電機の永久磁石回転子において、積層回転子鉄心の永久磁石片用開口部を軸方向にスキューすると共に、永久磁石として磁性材料粉末を樹脂で射出成形して作られる樹脂磁石を使用し、この樹脂磁石を積層回転子鉄心と共に一体に射出成形して界磁用磁石を形成し、前記樹脂磁石と前記積層回転子鉄心を射出成形する時に、前記積層回転子鉄心の端部に積層回転子鉄心を挟むように一体に形成した円板状補強部を設けることを特徴とする永久磁石回転子。
【請求項５】
請求項３または請求項４において、前記円板状補強部の周縁部または外周部に磁気信号ＮＳを記録する着磁部を設け、前記積層回転子鉄心の速度或いは位置検出に用いることを特徴とする永久磁石回転子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、回転電機の永久磁石回転子に係り、特に、積層鉄心構造の回転子に永久磁石を有する永久磁石回転子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
永久磁石回転子としては、実開平５−９１４９号公報に記載されているように、積層回転子鉄心に設けられた複数個の永久磁石片用開口部に永久磁石片を圧入して構成される永久磁石回転子が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記公報に記載の永久磁石回転子は、積層回転子鉄心の永久磁石片用開口部に永久磁石片を圧入して形成するため、永久磁石の磁束密度を上げるには、永久磁石の加工精度が要求される。
また、この永久磁石回転子には、永久磁石片を用いるため、固定子鉄心の突極と永久磁石回転子間の吸引力の変化によって生じるコギングトルクを低減するスキュー構成を採用することができない。仮に、回転子にスキュー構成を採用できたとしても、永久磁石片の加工及び圧入作業が非常に困難であり、更には、永久磁石片用開口部と永久磁石片間の間隙が大きくなり、永久磁石の磁束が積層回転子鉄心に充分に伝わらないという問題が生ずる。
【０００４】
本発明の目的は、積層回転子鉄心に伝わる永久磁石の磁束密度が充分に高く、かつ、コギングトルクが小さく、加工形成が容易な永久磁石回転子を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、永久磁石として例えばフェライト粉末等の磁性材料粉末を樹脂で射出成形して作られる樹脂磁石を使用し、この樹脂磁石を積層回転子鉄心と共に一体に射出成形して界磁用磁石を形成し、積層回転子鉄心の永久磁石片用開口部と射出成形する樹脂磁石を星形状に形成すること、また、この際、積層回転子鉄心の永久磁石片用開口部を軸方向にスキューすることによって、達成される。
【０００６】
【作用】
本発明では、回転子の界磁用磁石は、積層回転子鉄心と共に樹脂磁石の射出成形により形成するので、積層回転子鉄心の永久磁石片用開口部の形状及びスキュー方向を任意に形成できると同時に、この形状及びスキュー方向に対応して容易に界磁用磁石を加工形成することができる。これにより、永久磁石片用開口部と永久磁石間の間隙を無くすることができ、このため、永久磁石の磁束が積層回転子鉄心に充分に伝わり、積層回転子鉄心の磁束密度が高くり、また、固定子鉄心の突極に対応して永久磁石用開口部のスキュー方向及び形状を定めることが可能となり、固定子鉄心の突極と永久磁石回転子間の吸引力の変化によって生じるコギングトルクを大幅に低減する。
【０００７】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
本発明の一実施例を図１〜図４を用いて説明する。図１は、本発明の対象とする回転電機の半切断面図である。図２は、図１に示した積層回転子鉄心の積層構造の斜視図である。図３は、図２に示した積層回転子鉄心を用いて本発明を実施した回転子構造の斜視図である。図４は、図３に示した永久磁石回転子の平面図である。
図１において、回転電機１の固定子２は、ハウジング９と、このハウジング９の内周面に固定された固定子鉄心４と、この固定子鉄心４に巻回された多相の固定子巻線５からなる。回転子３は、永久磁石片用開口部１２を具備し、この永久磁石片用開口部１２に永久磁石片７が挿入された、例えば積層珪素鋼板からなる積層回転子鉄心６とシャフト８で構成され、ベアリング１１，１１１とエンドブラケット１０，１０１によって固定子２に回転自在に取り付けられる。
図２は、図１に示した回転電機１の積層回転子鉄心６の斜視図を示し、積層回転子鉄心６は、珪素鋼板等をプレス打ち抜きし、積層して形成される。プレス打ち抜きされた珪素鋼板には、例えば４極の場合、永久磁石片を挿入するための永久磁石片用開口部１２，１２１，１２２及び１２３を形成し、また、シャフト８を挿入するシャフト挿入口１３を形成する。この様な珪素鋼板は、固定子突極（図示せず）と永久磁石回転子間に働く吸引力の変化によって生じる不要なコギングトルクを低減するため、所定の角度θＳだけスキューして積層する。
図３は、図２に示すようにスキューした積層回転子鉄心６に、例えば、フェライト粉末等の磁性材料粉末を樹脂で射出成形して作られる樹脂磁石を使用し、スキュー積層回転子鉄心６と共に一体に射出成形し、界磁用磁石７，７１，７２及び７３を形成する。前述したように、積層回転子鉄心６は永久磁石片用開口部１２，１２１，１２２及び１２３がθＳだけスキューされているため、積層回転子鉄心６の界磁用磁石端面７Ｔ，７１Ｔ，７２Ｔ及び７３Ｔと７Ｔ’，７１Ｔ’，７２Ｔ’及び７３Ｔ’は当然のことながら軸方向に対してθＳだけ傾きを持っている。
図４は、図３に示した本実施例による永久磁石回転子の平面図を示す。図３の様に形成された界磁用磁石７，７１，７２及び７３は、射出成形後、着磁装置で外部より図示のように、ＮＳ或いはＳＮの極性４極に着磁され、永久磁石回転子３を構成する。
【０００８】
ところで、従来のように永久磁石片を積層回転子鉄心の永久磁石片用開口部に圧入して形成する場合、永久磁石片開口部１２に永久磁石片７０を挿入するわけであるから、図５の様に永久磁石片用開口部１２と永久磁石７０間の間隙δ１及びδ２が生じる。特に、積層回転子鉄心６がスキュー構造の場合、間隙δ１及びδ２は更に大きくなる。そのため、永久磁石７０の磁束が充分に積層回転子鉄心６に伝わらない等の課題があった。
しかし、本実施例によれば、スキュー積層回転子鉄心６の永久磁石片用開口部１２に射出成形される樹脂磁石を用い、積層回転子鉄心と樹脂磁石を一体に射出成形するので、積層回転子鉄心６がスキューしているにもかかわらず、図６に示すように、永久磁石片用開口部１２と永久磁石（樹脂磁石）７間の間隙δ１及びδ２を完全に無くすことができ、このため、永久磁石７の磁束が十分に積層回転子鉄心６に伝わるようになり、積層回転子鉄心６の磁束密度を向上させることができる。
【０００９】
また、本実施例では、スキューの方向を軸方向にθＳ傾けた図２及び図３の構成としたが、図１２の様にＶ字状のスキューとしても良い。図１２において、永久磁石７をＶ字状のスキュー構成とする。ここで、図１２の符号７０は、スキュー前の永久磁石の構成を示す。
このように、本実施例では、スキューの方向及び形状を任意に形成することができるので、固定子鉄心の突極に対応して永久磁石用開口部のスキュー方向及び形状を定めることが可能となり、固定子鉄心の突極と永久磁石回転子間の吸引力の変化によって生じるコギングトルクを大幅に低減することができる。
尚、ここで、スキューの方向を軸方向にθＳ傾けた図２及び図３のスキュー構成と、図１２の様にＶ字状にしたスキュー構成について、軸方向の振動をみる。図２及び図３で示したスキュー構成では、図１１に示すように、軸方向の電磁力Ｆｙが働き、軸方向の加振源となり、振動増加の原因となってしまう。すなわち、固定子巻線（図示せず）に流れる電流とスキューされた永久磁石７の磁束による永久磁石の電磁力をＦとすると、電磁力Ｆは、回転方向の電磁力Ｆｘと軸方向の電磁力Ｆｙに分解される。ここで、Ｆｘは回転トルクとなるが、Ｆｙは軸方向の加振力となる。そこで、図１２に示した様に、Ｖ字状のスキューとすることにより、永久磁石は、スキュー方向が異なる永久磁石７の部分と永久磁石７’に分けて考えることができる。このため、軸方向の電磁力として、永久磁石７による軸方向電磁力Ｆｙと永久磁石７’による軸方向電磁力Ｆｙ’が生じるが、各軸方向電磁力ＦｙとＦｙ’はお互いに逆方向であるため、軸方向の電磁力をキャンセルすることができ、軸方向の振動を低減できる効果が得られる。ここで、図１１の符号７０は、スキュー前の永久磁石の構成を示す。
【００１０】
図７は、本発明の他の実施例を示す。本実施例は、永久磁石の磁束密度、すなわち、永久磁石の断面積を大きくするために、射出成形する樹脂磁石（永久磁石片開口部）を星形状に形成する。このような複雑な構成としても、永久磁石片開口部に射出成形される樹脂磁石を用いるので、樹脂磁石７−１，７−２，７−３，７−４，７−５，７−６，７−７及び７−８は、永久磁石片用開口部に間隙を生ずることなく形成することができる。すなわち、図４及び図７に示したように、積層回転子鉄心６の永久磁石片用開口部の形状が単純であっても、複雑であっても、作業性を損なうことがなく、コギングトルクの低減に有効な永久磁石回転子を提供できる。
ここで、積層回転子鉄心６の表面積をＳｃ、永久磁石の表面積をＳｐとした場合、Ｓｐ＞Ｓｃとすれば、更なる磁束量の向上が図れる。
【００１１】
図８は、本発明の他の実施例を示す。本実施例は、樹脂磁石と積層回転子鉄心６を射出成形する時に、積層回転子鉄心６の端部に積層回転子鉄心６を挟むように円板状補強部１４及び１４１を一体に形成することを特徴とする。この場合、円板状補強部１４及び１４１の外径を積層回転子鉄心６の外径と同様にして、積層回転子鉄心６の珪素鋼板端部の反りを抑止し、また、積層した珪素鋼板間の隙間を無くする。
これにより、本実施例では、珪素鋼板端部の反りまたは積層した珪素鋼板間の隙間により発生する積層回転子鉄心６のうず電流損等の損失及び電磁音を低減することができる。
【００１２】
図９は、本発明の他の実施例を示す。本実施例は、図８に示した円板状補強部１４及び１４１の少なくともどちらか一方の端面に磁気信号ＮＳを記録した磁気記録部１５を設けることを特徴とする。図９において、回転する磁気信号ＮＳをセンサ（図示せず）を用いて検知し、永久磁石回転子６の速度を検出する。或いは、図９の連続した磁気信号ＮＳの他に、例えば１回転１個の磁気信号ＮＳを記録し、この磁気信号ＮＳをセンサ（図示せず）を用いて検知し、永久磁石回転子６の位置を検出する。このようにすれば、速度或いは位置検出器を内蔵した回転電機１を提供できる。
また、前述した磁気記録部１５は、図１０の様に円板状補強部１４の外周に設けても良い。この場合、検出素子の信号調整が簡単にできる効果がある。更に、磁気記録部１５は、円板状補強部１４について説明したが、円板状補強部１４１と併用して、速度検出用と位置検出用とに分けて使用しても良い。
【００１３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、永久磁石回転子の界磁用磁石は、フェライト粉末等の磁性材料粉末を樹脂により射出成形して形成される樹脂磁石を用いるので、積層回転子鉄心の永久磁石用開口部と共に一体に構成することができ、このため、永久磁石用開口部の形状及び配置が複雑であっても、樹脂磁石を容易に加工形成することができ、また、永久磁石用開口部と樹脂磁石（永久磁石）の間隙を無くすることが可能となり、永久磁石の磁束は十分に積層回転子鉄心に伝わり、高い磁束密度を得ることができる。
また、永久磁石回転子の永久磁石用開口部を任意方向及び任意形状にスキュー構成できるため、固定子鉄心の突極に対応して永久磁石用開口部のスキュー方向及び形状を定めることが可能となり、固定子鉄心の突極と永久磁石回転子間の吸引力の変化によって生じる不要なコギングトルクを大幅に低減することができる。
また、永久磁石用開口部の形状により、永久磁石回転子の振動を抑制することができると共に、積層回転子鉄心を挟むように一体に形成する円板状補強部を設けることにより、積層回転子鉄心のうず電流損等の損失及び電磁音を低減することができる。
また、円板状補強部の周縁部または外周部に磁気信号ＮＳを記録する着磁部を設けることにより、積層回転子鉄心の速度或いは位置検出可能な永久磁石回転子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の対象とする回転電機の半切断面図である。
【図２】図１に示した積層回転子鉄心の積層構造を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施例を示す永久磁石回転子の斜視図である。
【図４】図３に示した永久磁石回転子の平面図である。
【図５】永久磁石片を挿入した従来の永久磁石回転子の一部拡大平面図である。
【図６】本発明の永久磁石回転子の一部拡大平面図である。
【図７】本発明の他の実施例を示す永久磁石回転子の平面図である。
【図８】本発明の他の実施例を示す永久磁石回転子の斜視図である。
【図９】本発明の他の実施例を示す永久磁石回転子の平面図である。
【図１０】本発明の他の実施例を示す永久磁石回転子の側面図である。
【図１１】スキュー永久磁石の一部概略構成図である。
【図１２】Ｖ字スキュー永久磁石の一部概略構成図である。
【符号の説明】
１  回転電機
２  固定子
３  回転子
４  固定子鉄心
５  固定子巻線
６  積層回転子鉄心
７，７１，７２，７３，７−１，７−２，７−３，７−４，７−５，７−６，７−７，７−８  樹脂磁石で形成された永久磁石
７Ｔ，７１Ｔ，７２Ｔ，７３Ｔ，７Ｔ’，７１Ｔ’，７２Ｔ’，７３Ｔ’  樹脂磁石で形成された永久磁石の端面
７０  スキュー前の永久磁石の構成
８  シャフト
９  ハウジング
１０，１０１  ：エンドブラケット
１１，１１１  ベアリング
１２，１２１，１２２，１２３  永久磁石片用開口部
１３  シャフト挿入用開口部
１４，１４１  円筒状補強部
１５  速度或いは位置検出用着磁部
【図１】
0003619885.tif 000002
【図２】
0003619885.tif 000003
【図３】
0003619885.tif 000004
【図４】
0003619885.tif 000005
【図５】
0003619885.tif 000006
【図６】
0003619885.tif 000007
【図７】
0003619885.tif 000008
【図８】
0003619885.tif 000009
【図９】
0003619885.tif 000010
【図１０】
0003619885.tif 000011
【図１１】
0003619885.tif 000012
【図１２】
0003619885.tif 000013