(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
励磁コイルが巻装されているステータと、このステータに所定のエアギャップをあけて相対回転自在に配置されたロータとを備え、前記ロータは、周方向に所定間隔をあけて複数の永久磁石が埋設されている埋込磁石形回転電機において、
前記ロータを、回転軸と、この回転軸の外周に一体形成したロータコアとで構成し、
前記ロータコアを、軸方向に所定間隔の隙間を設けて軸直方向に延在している複数の円盤部と、前記隙間を通過して前記複数の円盤部に埋設され、前記隙間を通過する空気に接触する複数の永久磁石とで構成したことを特徴とする埋込磁石形回転電機。
【請求項２】
請求項１記載の埋込形回転電機で使用するロータの製造方法であって、
大径円柱部の軸方向の端部から小径円柱部が突出した部材をワークとして使用し、前記小径円柱部を前記回転軸として形成する工程と、
前記大径円柱部に、所定厚み毎に径方向に向かう切込みを入れることで、軸方向に所定間隔の隙間を設けた複数の前記円盤部を形成する工程と、
各々の円盤部の周方向に所定間隔をあけてスロットを形成する工程と、
各々の円盤部の対応するスロットに、前記隙間を通過する空気に接触するように前記永久磁石を挿入固定する工程と、を備えたことを特徴とする埋込磁石形回転電機で使用するロータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータに永久磁石を埋め込んだ埋込磁石形回転電機及びそのロータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石形同期電動機の一例として埋込磁石形回転電機が挙げられる（例えば、特許文献１）。
図５及び図６は、従来の埋込磁石形回転電機の一例を示すものである。
この埋込磁石形回転電機１は、円筒状フレーム２と、この円筒状フレーム２の内周側に配置したステータ３と、このステータ３の内周側に所定のエアギャップＧを設けて対向するロータ４とで構成されており、ロータ４は、円筒状フレーム２に配設した一対の軸受５ａ，５ｂによって回転自在に支持された回転軸６の外周に装着されている。
【０００３】
ステータ３は、複数のステータ鋼板７を積層し、これら積層したステータ鋼板７の積層方向の両端部にコイルエンド８ａ，８ｂを配置したものであり、積層した複数のステータ鋼板７の内周面側に、円周方向に等間隔に複数のスロット９が形成されて複数のティース１０が設けられ、各ティース１０のスロット９内に励磁コイル１１が巻装されている。
ロータ４は、複数のロータ鋼板１２を積層して形成したロータコア１３と、ロータコア１３に埋設され、互いに周方向に所定間隔をあけて配置された複数の永久磁石１４とで構成されている。また、回転軸６は、ロータ４に形成した軸穴４ａに締まりばめにより嵌合されている。
【０００４】
そして、励磁コイル１１に流す電流のタイミングや強さを変化させることで、あたかも電磁石が回転しているように磁力を操ることができる。この回転磁界とロータ４の永久磁石１４の磁界とを向き合わせて引力・斥力を発生させてロータ４を回転させる。これが、マグネットトルクの発生メカニズムである。
また、永久磁石１４の配置とロータ鋼板１２の形状を工夫し、ロータ４に意図的に磁束が流れやすいところと流れ難いところを設けている。その上でステータ３側の回転磁界を操ることにより、電磁石（ステータ３側）が強いところに、磁束が流れやすいところ（ロータ４側）が引き寄せられる現象を利用してトルクを発生している。これが、リアクタンストルクの発生メカニズムである。
【０００５】
埋込磁石形回転電機１を一定速度で回転させる場合、上述したような理想的な回転磁界を作ることができれば、原理的には損失は発生しない。しかし、現実にはいびつな回転磁界しか発生せず、加減速運転も必要である。例えば、インバータであっても完全な正弦波電流を供給することは難しい。
このとき、ロータ４を通過する磁束の強さが変化することで渦電流が発生する。この渦電流は、ロータ４に埋設した永久磁石１４に発生し、永久磁石１４が発熱して損傷するおそれがある。
そこで、表面に絶縁層を形成したロータ鋼板１２をロータ４の構成部材とし、このロータ鋼板１２を積層することで絶縁層が渦電流を抑制し、永久磁石１４の発熱による損傷を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１３０６２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ロータ４の軸穴４ａと回転軸６との締まりばめによる嵌合は、回転軸６に対して強いトルク伝達が可能となるが、ロータ鋼板１２内部に大きな応力が発生する。
ロータ鋼板１２の強度には限界があり、ロータ鋼板１２の設計自由度を低減させる。
すなわち、応力を一定値以下に抑えるために、ロータ４に埋設されている永久磁石１４の大きさや配置が制限され、マグネットトルク及びリアクタンストルクが制限されてしまう。このため、従来の埋込磁石形回転電機１は、大容量、高効率化を図ることが難しい。
【０００８】
また、従来の埋込磁石形回転電機１は、永久磁石の発熱を抑制するために、表面に絶縁層を形成した高コストのロータ鋼板１２を使用しており、製造コストの面で問題がある。
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、製造コストの低減化を図りながら渦電流を抑制して永久磁石の発熱による損傷を防止するとともに、大容量、高効率化を図ることができる埋込磁石形回転電機及びそのロータの製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る埋込磁石形回転電機は、励磁コイルが巻装されているステータと、このステータに所定のエアギャップをあけて相対回転自在に配置されたロータとを備え、前記ロータは、周方向に所定間隔をあけて複数の永久磁石が埋設されている埋込磁石形回転電機において、前記ロータを、回転軸と、この回転軸の外周に一体形成したロータコアとで構成し、前記ロータコアを、軸方向に所定間隔の隙間を設けて軸直方向に延在している複数の円盤部と、前記隙間を通過して前記複数の円盤部に埋設され、前記隙間を通過する空気に接触する複数の永久磁石とで構成した。
【００１０】
この発明によると、ロータを、回転軸と、この回転軸の外周に一体形成したロータコアとで構成したことから、従来装置のように締まりばめによる嵌合箇所が存在せず、大きな応力が発生する箇所が存在しない。このため、ロータに埋設されている永久磁石の大きさや配置を自由に設計することができるので、所定の大きさのマグネットトルク及びリアクタンストルクを得ることができ、大容量、高効率の埋込磁石形回転電機とすることができる。
【００１１】
また、本発明のロータコアは、軸方向に所定間隔の隙間を設けて互いに平行に形成され複数の円盤部と、隙間を通過して複数の円盤部に埋設された複数の永久磁石とで構成されており、隙間を通過する空気が、渦電流が発生して発熱しようとする永久磁石を冷却するので、永久磁石の発熱による損傷を防止することができる。
【００１２】
また、埋込磁石形回転電機で使用するロータの製造方法は、上述した発明で使用するロータの製造方法であって、大径円柱部の軸方向の端部から小径円柱部が突出した部材をワークとして使用し、前記小径円柱部を前記回転軸として形成する工程と、前記大径円柱部に、所定厚み毎に径方向に向かう切込みを入れることで、軸方向に所定間隔の隙間を設けた複数の前記円盤部を形成する工程と、各々の円盤部の周方向に所定間隔をあけてスロットを形成する工程と、各々の円盤部の対応するスロットに、前記隙間を通過する空気に接触するように前記永久磁石を挿入固定する工程とを備えている。
この発明によると、ロータコアと回転軸とを一体形成したロータを容易に形成することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る埋込磁石形回転電機によると、製造コストの低減化を図りながら渦電流を抑制して永久磁石の発熱による損傷を防止するとともに、大容量、高効率化を図ることができる。
また、本発明に係る埋込磁石形回転電機で使用するロータの製造方法によると、ロータコアと回転軸とを一体形成したロータを容易に形成することができるので、さらに製造コストの低減化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る埋込磁石形回転電機の内部構造を示す軸方向に沿う断面図である。
【図２】本発明に係る埋込磁石形回転電機を構成するロータの要部を示す図である。
【図３】本発明に係る埋込磁石形回転電機を構成する円盤部に永久磁石を埋設した状態を示す図である。
【図４】本発明に係る埋込磁石形回転電機を構成するシャフト一体型のロータを形成する手順を示す図である。
【図５】従来の埋込磁石形回転電機の内部構造を示す軸方向に沿う断面図である。
【図６】従来の埋込磁石形回転電機の内部構造を示す軸直方向の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）を、図１から図４を参照しながら詳細に説明する。なお、図５及び図６で示した構成と同一構成部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
図１は、本発明に係る埋込磁石形回転電機２０の内部構造を示すものである。
本実施形態の埋込磁石形回転電機２０は、円筒状フレーム２と、この円筒状フレーム２の内周側に配置したステータ３と、このステータ３の内周側に所定のエアギャップＧを設けて対向するシャフト一体型のロータ２１とで構成されており、ロータ２１の回転軸２２が円筒状フレーム２に配設した一対の軸受５ａ，５ｂによって回転自在に支持されている。
【００１６】
ロータ２１は、図１に示すように、回転軸２２と、この回転軸２２の長手方向の中央部に一体形成されたロータコア２３とで構成されている。
ロータコア２３は、図２に示すように、複数の円盤部２３ａ…を備えており、これら複数の円盤部２３ａは、軸方向に所定間隔の隙間Ｈを設けて互いに平行に形成され、同一外径で同一厚さの部位である。
そして、図３に示すように、各円盤部２３ａ…には周方向に所定間隔をあけて複数のスロット２４が形成されており、各円盤部２３ａ…の同一周方向位置のスロット２４に、棒状の永久磁石２５が挿入固定されている。
【００１７】
次に、本実施形態のシャフト一体型のロータ２１を形成する手順について、図４を参照して説明する。
先ず、図４（ａ）に示すように、大径円柱部２６と、この大径円柱部２６の軸方向の両端部から小径円柱部２７が突出したワーク２８を用意する。
次いで、図４（ｂ）に示すように、旋盤等の加工手段を使用して大径円柱部２６の外周の切削加工を行い、大径円柱部２６の外径Ｄを、円盤部２３ａの外径と同一寸法に設定する。また、小径円柱部２７の外周を、軸受５ａ，５ｂによって支持可能な寸法に設定する。
【００１８】
次いで、図４（ｃ）に示すように、エッチング処理、放電加工、ワイヤカット、或いはタテフライス加工等の加工手段を使用し、大径円柱部２６に、所定厚み毎に径方向の切込み２９を入れ、この切込み２９を大径円柱部２６の全周に亙って形成することで円盤部２３ａを形成する。
次いで、大径円柱部２６を加工し、所定の隙間Ｈを設けて複数の円盤部２３ａ…を軸方向に隣接して形成した後、図４（ｄ）に示すように、ミル加工、ボーブ盤加工等の加工手段を使用し、各円盤部２３ａ…に周方向に所定間隔をあけて複数のスロット２４を形成し、各円盤部２３ａ…の同一周方向位置のスロット２４に、棒状の永久磁石２５を挿入する。
上記の手順を行なうことで、本実施形態のシャフト一体型のロータ２１が形成される。
【００１９】
次に、本実施形態の作用効果について述べる。
本実施形態の埋込磁石形回転電機２０を構成するロータ２１は、回転軸２２と、永久磁石２５を埋設したロータコア２３とを一体に形成した部材であり、従来装置のように締まりばめによる嵌合箇所が存在せず、大きな応力が発生する箇所が存在しない。このため、ロータ２１に埋設されている永久磁石２５の大きさや配置を自由に設計することができるので、所定の大きさのマグネットトルク及びリアクタンストルクを得ることができ、大容量、高効率の埋込磁石形回転電機２０とすることができる。
【００２０】
また、本実施形態のロータ２１のロータコア２３は、軸方向に所定間隔の隙間Ｈを設けて互いに平行に形成され、同一外径で同一厚さに形成した複数の円盤部２３ａ…と、周方向に所定間隔をあけて円盤部２３ａ…に埋設された複数の永久磁石２５とを備えており、隣接する円盤部２３ａ，２３ａの間に設けた隙間Ｈを通過する空気が、渦電流が発生して発熱しようとする永久磁石２５を冷却するので、永久磁石２５の発熱による損傷を防止することができる。
【００２１】
そして、本実施形態は、図５で示したように絶縁層を形成した高コストのロータ鋼板１２を使用しないので、埋込磁石形回転電機２０の製造コストの低減化を図ることができる。
また、本実施形態のロータ２１は、大径円柱部２６の軸方向の両端部から小径円柱部２７が突出したワーク２８を用意し、小径円柱部２７を回転軸２２として形成し、大径円柱部２６に所定厚み毎に径方向の切込み２９を入れることで、軸方向に所定間隔の隙間Ｈを設けた複数の円盤部２３ａ…を形成してロータコア２３とすることができるので、ロータコア２３と回転軸２２とを一体に形成したものを容易に形成することができる。
【符号の説明】
【００２２】
２…円筒状フレーム、３…ステータ、１１…励磁コイル、２０…埋込磁石形回転電機、２１…ロータ、２２…回転軸、２３…ロータコア、２３ａ…円盤部、２４…スロット、２５…永久磁石、２６…大径円柱部、２７…小径円柱部、２８…ワーク、Ｇ…エアギャップ，Ｈ…隙間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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