(57)【要約】【課題】所望のトルクまたは回転速度が得られ、より低コストで製造でき得る電動機を提供する。【解決手段】スリット１０３の全長に渡り、磁石材料１１５を埋め込む、そして、誘起電圧に応じて磁石材料１１５の一部分を着磁する。これによりスリット１０３の空洞部分がなくなるので、スリット１０３部分が拘束され、応力集中が緩和される。電気絶縁性樹脂等の別部材を充填する工程が無くなるため、作業工程の増加によるコストアップが抑制される。【選択図】図１ａ
2014045533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高透磁率材料で構成され、複数のスリットが形成された同期電動機の回転子であって、
各スリットは、周方向において互いに隣接する磁極と磁極との間に形成され、
少なくとも一つのスリットには、その一部が着磁された磁石材料が埋め込まれている、
ことを特徴とする同期電動機の回転子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同期電動機の回転子のスリット構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
図３は、下記特許文献１の図６に開示されている同期電動機の回転子を示した図である。この回転子は、円板状の高透磁率材料にプレス加工を施して成型された回転子素片１０１を回転軸方向に複数枚積層し、固着して作られる。この回転子では、回転子素片１０１の互いに直交する２本の直径線１０２に対して対称なスリット１０３を複数形成することで、複数の磁路１０４，１０６を形成し、回転子の円周方向に磁気抵抗分布を発生させる。そして、前記直径線１０２の近傍に固定子円周部で結集した低磁気抵抗部分が４個の磁極１０５をなして、回転磁界内で回転軸回りに回転する。このとき隣接する磁路は互いに分離され、磁気的に絶縁された状態であった方が磁極の磁気抵抗差が大きくなるためモータのトルクは向上するが、回転子の形状維持のため、隣接する磁路は磁路１０４と磁路１０６のように回転子外周部のごく一部で結合部１０７を設け結合してある。
【０００３】
図４は、下記特許文献２の図７に開示されている同期電動機の回転子を示す図である。この回転子と図３の回転子との異なる点は、複数のスリット１０３に永久磁石１１０を埋め込み構成している点である。このように永久磁石１１０を埋め込む目的は、スリット１０３を通り抜けてしまう漏れ磁束に対して逆方向の磁束を磁石１１０によって発生させることによって漏れ磁束を抑え、リラクタンストルクを増大させるためである。また、永久磁石１１０による磁束とステータ巻線に流れる電流との間にローレンツ力が生じるため、更に出力トルクを増大することができる。
【０００４】
また、図４においては、永久磁石１１０をスリット１０３に部分的に埋め込んでいるが、下記特許文献３の図１に示すように、スリット全体に永久磁石１１０を埋め込み構成している同期電動機の回転子もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２６１９３０号公報
【特許文献２】特開２００６−２０３７６号公報
【特許文献３】特開平８−３３１７８３号公報
【特許文献４】特開２０１０−７６７５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献３で示された回転子のように、スリット全体に着磁した磁石が入れてあると、マグネットトルクは向上し、トルクはアップする。しかし磁束密度が高くなり誘起電圧を抑えることが出来ないため高速回転が困難になる。誘起電圧は電動機の回転数に比例する。誘起電圧が電源電圧より高くなるとモータに電流を印加出来なくなるため、電動機の回転数が低下することになる。
【０００７】
例えば高速回転が必要な場合は、特許文献１のように磁石を廃止したり、特許文献２のように、磁石の大きさを小さくしたりして、マグネットトルクを小さくすれば良い。又、トルクを向上させたい場合は磁石を大きくすればよい。ただし、この２つの特性のモータを1台で実現するのは難しく、２種類のモータを設計する必要があった。このように２種類のモータを製造すると、例えば磁石の金型も２種類必要なため、コストアップとなる。又、製造ロットも１／２になるため、生産効率が落ち、コストアップになる。
【０００８】
別の課題として、スリットに空洞が出来てしまうことで結合部１０７に応力集中が掛かり、高速回転が困難になる。理由は、スリット内に永久磁石が挿入されていない場合、モータが回転し、回転子に遠心力が掛かると、スリット部分が永久磁石で拘束されず自由に変形してしまうためである。図３で説明すると、結合部１０７が大きく変形し、応力が集中する。その変形を防ぐため、特許文献４では、スリットの空洞に電気絶縁性樹脂を充填しているが、その場合、磁石挿入作業に加え電気絶縁性樹脂を充填する作業工程が増え、コストアップとなる。
【０００９】
そこで、本発明では、所望のトルクまたは回転速度が得られ、より低コストで製造でき得る電動機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
高透磁率材料で構成され、複数のスリットが形成された同期電動機の回転子であって、各スリットは、周方向において互いに隣接する磁極と磁極との間に形成され、少なくとも一つのスリットには、その一部が着磁された磁石材料が埋め込まれている、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
スリットに磁石材料を入れ、着磁する範囲を変更することで同じ構造で特性の異なるモータを容易に製造することができる。これによりサイズの異なる磁石製作が不要となり、磁石製作を行なう金型費のコストアップを抑制することができる。さらに、モータの製造ロット数が増えるため、効率的に生産することが可能になり、コストアップを抑制することができる。
【００１２】
またスリット全体に磁石材料を入れ一体成形することで、スリット部分が拘束されるため、結合部に掛かる応力集中が緩和されるとともに電気絶縁性樹脂等の別部材を充填する工程が無くなり、作業工程の増加によるコストアップを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１ａ】本発明の実施形態における、同期電動機回転子の断面図である。
【図１ｂ】他の回転子の一部拡大図である。
【図１ｃ】他の回転子の一部拡大図である。
【図１ｄ】他の回転子の一部拡大図である。
【図１ｅ】他の回転子の一部拡大図である。
【図１ｆ】他の回転子の一部拡大図である。
【図２】本発明の他の実施形態における、同期電動機回転子の断面図である。
【図３】従来の同期電動機の回転子を示す図である。
【図４】従来の同期電動機の回転子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。図１ａは、本発明の実施形態における、同期電動機回転子の断面図である。この回転子は、円板状の高透磁率材料にプレス加工を施して成型された回転子素片１０１を回転軸方向に複数枚積層し、固着して作られる。回転子素片１０１の互いに直交する２本の直径線１０２に対して、対称に複数のスリット１０３を形成することで、複数の磁路１２５，１２６，１２７を形成し、回転子の円周方向に磁気抵抗分布を発生させる。そして、前記直径線１０２の近傍に固定子円周部で結集した低磁気抵抗部分が４個の磁極をなして、回転磁界内で回転軸回りに回転する。このとき隣接する磁路１２５，１２６，１２７は互いに分離され、磁気的に絶縁された状態であった方が磁極の磁気抵抗差が大きくなるためモータのトルクは向上するが、回転子の形状維持のため、各スリット１０３の端部と回転子素片１０１の周縁との間には隣接する磁路１２５，１２６，１２７同士を接続する結合部１２０，１２１，１２２を設けている。以上の構造については、図３と同様である。
【００１５】
本実施形態では、複数のスリット１０３に、全長にわたり磁石材料１１５を埋め込んでいる。磁石材料１１５は、予めスリット１０３と同形状に製作されたものをスリット１０３に挿入し接着する方法や、ボンド磁石をスリット１０３に充填して一体成形する方法でスリット１０３に埋め込まれる。そして、磁石材料１１５の一部分には着磁が施され、他の部分は着磁されないままとなっている。図１ａにおいては、各スリット１０３の中央部（符号１１６で示した箇所）が着磁された着磁部１１６である。上述した磁石材料１１５は、各スリット１０３の断面形状に合わせて成形されている。また、磁石材料１１５の軸方向の長さは、電磁鋼板の積層の厚みに合わせて決定される。磁石材料１１５の着磁は、電磁鋼板に組み付ける前に必要部分の着磁を行ってもよいし、電磁鋼板に組み付けた後で着磁してもよい。
【００１６】
この着磁の範囲は、誘起電圧に応じて、設定されることが望ましい。なお、誘起電圧は、電動機の回転数（回転速度）に比例するため、誘起電圧は、電動機の定格回転速度などから推測することができる。そして、誘起電圧（回転数）が大きいほど、磁束密度が小さくなるように、着磁の範囲を小さくすることが望ましい。なお、具体的な着磁範囲は、実験などにより求めることができる。
【００１７】
このように、スリット１０３と同形状の磁石材料１１５をスリット１０３に埋め込んだうえで、当該磁石材料１１５の着磁する範囲を変更することで、同じ構造でありながら特性の異なるモータを容易に製造することができる。これによりサイズの異なる磁石製作が不要となり、磁石製作を行なう金型費のコストアップを抑制することができる。更にモータの製造ロット数が増えるため、効率的に生産することが可能になり、コストアップを抑制することができる。
【００１８】
またスリット１０３全体に磁石材料１１５を入れ一体成形することで、スリット１０３の形状が拘束されるため、結合部１２０，１２１，１２２に掛かる応力集中が緩和されるとともに電気絶縁性樹脂等の別部材を充填する工程が無くなり、作業工程の増加によるコストアップを抑制することができる。
【００１９】
なお、図１ａでは、全ての磁石材料１１５に着磁部１１６を設けているが、磁束密度を調整するために、一部の磁石材料１１５にのみ着磁部１１６を設けるようにしてもよい。例えば、図１ｂ〜図１ｅに示すように、一部の磁石材料１１５にのみ着磁部１１６を設けてもよい。
【００２０】
また、図１ｆに示すように、外周部に空隙部１３５を設けてもよい。このように、スリット１０３の大半（スリット１０３の両端近傍以外の部分）に磁石材料１１５が挿入されていれば、外周部に空隙部１３５があったとしても、スリット１０３の変形が効果的に防止でき、ひいては、結合部１２０，１２１，１２２への応力集中を緩和することが出来るためである。その一方で、外周部に空隙部１３５を設けることにより、磁石材料１１５の端部形状をスリット１０３の円周方向に直角にするなど単純形状に出来るため、磁石材料１１５の製作が容易となり、安価に製作できる。
【００２１】
また、回転子の外周に近いスリット１０３の磁石材料１１５のみ省略してもよい。この理由を説明する。回転子が回転した場合、最内周のスリット１０３の両端に位置する結合部１２０は、磁路１２５，１２６，１２７に掛かる遠心力を保持する必要がある。一方、中間のスリット１０３の両端に位置する結合部１２１は、磁路１２５，１２６に掛かる遠心力、最外周のスリット１０３の両端に位置する結合部１２２は、磁路１２５に掛かる遠心力を保持すればよい。よって、結合部に掛かる応力は、結合部１２０が一番大きく、次に結合部１２１、結合部１２２の順になる。すなわち結合部１２２に掛かる応力は、結合部１２０より小さいので回転子の外周に近いスリット１０３は磁石材料１１５を入れて補強しなくても材料の許容応力以下となることがあり、この場合は、磁石材料１１５を省略できる。
【００２２】
図２は、本発明の他の実施形態における、電動機回転子の断面図である。図１との違いは、スリット１０３の中央付近に繋ぎ部１３０を設けている点である。この繋ぎ部１３０により回転子が補強されるため、図１の回転子より、更に高速回転が可能となる。
【００２３】
図１，２の同期電動機は、磁気抵抗となる複数のスリット１０３を設けることで、磁極１０５から隣あう磁極１０５に磁路１２５，１２６，１２７を形成することで、トルクを発生させる。従って、スリット１０３を横断する方向に磁束が生成されると、発生トルクは低下する。図２のように繋ぎ部１３０を設けると、このスリット１０３を横断する方向に漏れ磁束が発生することになるため、トルクが低下する。また、一つのスリット１０３に挿入される磁石材料１１５が分割されるため、磁石の挿入工数が増加するというデメリットもあるが、上述したように、回転数の向上には効果がある。なお、図２の形態では、一つのスリット１０３に繋ぎ部１３０を一つしか設けていないが、繋ぎ部１３０は、より多数であってもよい。
【符号の説明】
【００２４】
１０１  回転子素片、１０２  直径線、１０３  スリット、１０４，１０６，１２５，１２６，１２７  磁路、１０５  磁極、１０７，１２０，１２１，１２２  結合部、１１０  永久磁石、１１５  磁石材料、１１６  着磁部、１３０  繋ぎ部、１３５  空隙部。
【図１ａ】
2014045533.tif 000003
【図１ｂ】
2014045533.tif 000004
【図１ｃ】
2014045533.tif 000005
【図１ｄ】
2014045533.tif 000006
【図１ｅ】
2014045533.tif 000007
【図１ｆ】
2014045533.tif 000008
【図２】
2014045533.tif 000009
【図３】
2014045533.tif 000010
【図４】
2014045533.tif 000011