(57)【要約】【課題】保護管の種類を増やすことなく、回転電気機械の特性への悪影響を抑えつつ、ロータに設けられた永久磁石の減磁の低減を図る。【解決手段】ロータコア（101）の外周に設けられた永久磁石部（102）と、永久磁石部（102）の外周に設けられた保護リング（103）とを備えたロータにおいて、永久磁石部（102）はロータコア（101）の軸方向に所定の隙間（S）をもって並ぶ複数の永久磁石（111）で構成する。保護リング（103）の隙間（S）に対応する部分には保護リング（103）の表面積を増大させて放熱を促進させる放熱手段（103a,103c,103d）を形成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータコア（101）と、上記ロータコア（101）の外周に設けられた永久磁石部（102）と、非磁性材料によって構成され上記永久磁石部（102）の外周に設けられた円筒状の保護リング（103）とを備えたロータにおいて、
上記永久磁石部（102）は、上記ロータコア（101）の軸方向に所定の隙間（S）をもって並ぶ複数の永久磁石（111）によって構成され、
上記保護リング（103）の外周において上記隙間（S）に対応する部分には、該保護リング（103）の表面積を増大させて放熱を促進させる放熱手段（103a,103c,103d）が形成されていることを特徴とするロータ。
【請求項２】
請求項１のロータにおいて、
上記放熱手段（103a,103c,103d）は、リング状に形成された複数のフィン（103a）であることを特徴とするロータ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２のロータにおいて、
上記永久磁石（111）は、上記ロータコア（101）の外周に沿う円弧状の磁石で形成され、所定数の永久磁石（111）が円筒状になるように組み合わせられて、ロータコア（101）の外周面に配置されることを特徴とするロータ。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れかのロータと、
コイル（202）を備えたステータ（12）と、
を備えたことを特徴とする回転電気機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石を有したロータ、及び回転電気機械に関し、特にロータの永久磁石の熱減磁対策に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モータなどの回転電気機械に用いられるロータには、ロータコアの表面に永久磁石を設けた構造のものがあり、回転が高速なモータでは、永久磁石の飛散防止用に、磁石の外側に保護リングを設けたロータを採用することが多い（例えば特許文献１を参照）。このような保護リングには、渦電流が発生することがあるが、特許文献１の例では、保護リングの外周に多数の溝を設けて渦電流を低減させている。これにより、渦電流によって発生する熱が低減し、永久磁石の減磁を防止できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２０１０−２８３９２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の例では、保護管が２種類必要であり、部品点数が増加する。
【０００５】
本発明は上記の問題に着目してなされたものであり、保護管の種類を増やすことなく、回転電気機械の特性への悪影響を抑えつつ、ロータに設けられた永久磁石の減磁の低減を図ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するため、第１の発明は、
ロータコア（101）と、上記ロータコア（101）の外周に設けられた永久磁石部（102）と、非磁性材料によって構成され上記永久磁石部（102）の外周に設けられた円筒状の保護リング（103）とを備えたロータにおいて、
上記永久磁石部（102）は、上記ロータコア（101）の軸方向に所定の隙間（S）をもって並ぶ複数の永久磁石（111）によって構成され、
上記保護リング（103）の外周において上記隙間（S）に対応する部分には、該保護リング（103）の表面積を増大させて放熱を促進させる放熱手段（103a,103c,103d）が形成されていることを特徴とする。
【０００７】
この構成では、保護リング（103）における渦電流によって発生した熱が、放熱手段（103a,103c,103d）によって、放熱させられる。それにより、保護リング（103）から永久磁石部（102）に伝わる熱が低減する。
【０００８】
また、永久磁石部（102）は、ロータコア（101）の軸方向に所定の隙間（S）をもって並ぶ複数の永久磁石（111）によって構成されているので、永久磁石部（102）における渦電流の経路は、隙間（S）において分断される。その結果、保護リング（103）における渦電流が低減する。
【０００９】
また、第２の発明は、
第１の発明のロータにおいて、
上記放熱手段（103a,103c,103d）は、リング状に形成された複数のフィン（103a）であることを特徴とする。
【００１０】
この構成では、フィン（103a）によって保護リング（103）の放熱が促進される
また、第３の発明は、
第１又は第２の発明のロータにおいて、
上記永久磁石（111）は、上記ロータコア（101）の外周に沿う円弧状の磁石で形成され、所定数の永久磁石（111）が円筒状になるように組み合わせられて、ロータコア（101）の外周面に配置されることを特徴とする。
【００１１】
この構成では、組み合わせられた永久磁石（111）の間では、渦電流の経路が分断される。そのため、この点からも渦電流の低減が可能になる。
【００１２】
また、第４の発明は、
第１から第３の発明の何れかのロータと、
コイル（202）を備えたステータ（12）と、
を備えたことを特徴とする回転電気機械である。
【発明の効果】
【００１３】
第１から第４の発明のそれぞれによれば、保護管の種類を増やすことなく、回転電気機械の特性への悪影響を抑えつつ、ロータに設けられた永久磁石の減磁の低減を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、実施形態１に係る回転電気機械の横断面を示す。
【図２】図２は、実施形態１に係る回転電気機械の縦断面を示す。
【図３】図３は、ロータの縦断面を示す。
【図４】図４は、ロータコア、永久磁石部、及び保護リングの斜視図である。
【図５】図５は、実施形態２に係るロータの斜視図である。
【図６】図６は、実施形態２に係るロータの縦断面を示す。
【図７】図７は、実施形態３に係るロータの斜視図である。
【図８】図８は、実施形態３に係るロータの縦断面を示す。
【図９】図９は、実施形態４に係るロータの縦断面を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【００１６】
《発明の実施形態１》
図１及び図２は、本発明の実施形態１に係る回転電気機械（10）の横断面および縦断面をそれぞれ示す。回転電気機械（10）は、例えば、空気調和機の圧縮機（図示を省略）を駆動するためのモータとして用いられる。本実施形態の回転電気機械（10）は、表面磁石型モータ（ＳＰＭモータ）である。回転電気機械（10）は、ロータ（11）、ステータ（12）、及び駆動軸（13）を備え、ケーシング（30）（例えば、圧縮機のケーシング）に収容されている。
【００１７】
なお、以下の説明において、「軸方向」とは、駆動軸（13）の軸心（すなわち、ロータコア（101）の回転軸の中心）の方向のことであり、「径方向」とは、駆動軸（13）の軸方向と直交する方向のことである。また、「外周側」および「径方向外方」とは、駆動軸（13）の軸心からより遠い側のことであり、「内周側」とは、駆動軸（13）の軸心により近い側のことである。また、「縦断面」とは、軸方向に沿った断面のことであり、「横断面」とは、軸方向に直交する断面のことである。
【００１８】
〈ステータ〉
ステータ（12）は、円筒状のステータコア（201）と、コイル（202）とを備えている。
【００１９】
−ステータコア−
ステータコア（201）は、電磁鋼板をプレス加工によって打ち抜いて積層板を作製し、複数の積層板を軸方向に積層することにより構成された積層コアである。ステータコア（201）は、バックヨーク部（211）と、複数のティース部（212,212,…）と、複数のツバ部（213,213,…）とを備えている。
【００２０】
バックヨーク部（211）は、ステータコア（201）の外周部に形成され、円環状に形成されている。バックヨーク部（211）の外周は、ケーシング（30）の内面に固定されている。
【００２１】
ティース部（212）は、バックヨーク部（211）の内周面から径方向に伸びる直方体状に形成されている。ティース部（212,212,…）の間には、コイル（202）が収容されるコイル用スロット（S200,S200,…）が形成されている。
【００２２】
ツバ部（213）は、ティース部（212）の内周側に連続形成されている。ツバ部（213）は、ティース部（212）よりも幅（周方向の長さ）が大きく構成され、内周側の面が円筒面に形成されている。ツバ部（213）の円筒面は、ロータ（11）の外周面（円筒面）と所定の距離（エアギャップ）をもって対向している。
【００２３】
−コイル−
コイル（202）は、いわゆる分布巻方式により、ティース部（212）に巻回されて形成されている。巻回されたコイル（202）は、コイル用スロット（S200）内に収容されている。これにより、ティース部（212,212,…）の各々において電磁石が形成されている。
【００２４】
〈ロータ〉
図３は、ロータ（11）の縦断面を示す。ロータ（11）は、ロータコア（101）、永久磁石部（102）、及び保護リング（103）を備えている。図４は、ロータコア（101）、永久磁石部（102）、及び保護リング（103）の斜視図である。
【００２５】
−ロータコア−
ロータコア（101）は、円柱状に形成されている。より具体的には、ロータコア（101）は、電磁鋼板をプレス加工によって打ち抜いて積層板を作製し、複数の積層板を軸方向に積層することにより構成されているか、もしくは磁性体の構造部材で構成される。ロータコア（101）の中心には、軸穴（110）が形成されている。軸穴（110）には、焼き嵌めなどによって駆動軸（13）が固定されている。
【００２６】
−永久磁石部−
永久磁石部（102）は、複数（この例では４つ）の永久磁石（111）によって構成されている。それぞれの永久磁石（111）は、例えば、希土類金属を用いた永久磁石（例えば、ネオジム鉄ボロン系の磁石や、フェライト磁石など）によって構成されている。また、それぞれの永久磁石（111）は、円筒を縦割りしたような形態を有している。すなわち、それぞれの永久磁石（111）は、ロータコア（101）の外周に沿う円弧状の磁石である。
【００２７】
そして、本実施形態では、外側がＮ極の永久磁石（111）と、外側がＳ極の永久磁石（111）が略円筒状になるように組み合わせられて、ロータコア（101）の外周面に接着されている（図４参照）。以下では、説明の便宜のため、略円筒状に組み合わせた２つの永久磁石（111）を、円筒磁石部（107）と呼ぶ。円筒磁石部（107）では、２つの永久磁石（111）間の渦電流経路が分断されることになる。なお、円筒磁石部（107）を構成する永久磁石（111）の数は例示である。例えば、４つの永久磁石（111）で構成することもできる。
【００２８】
このロータ（11）には、２つの円筒磁石部（107）が存在している。図３及び図４に示すように、ロータ（11）では、２つの円筒磁石部（107）（複数の永久磁石（111））が、ロータコア（101）の軸方向に所定の隙間（S）をもって並んでいる。
【００２９】
〈保護リング〉
保護リング（103）は、円筒磁石部（107）（永久磁石（111））の外周を覆うように円筒状に形成されている。保護リング（103）は、非磁性材料によって構成されている。具体的には、例えばステンレスで保護リング（103）を構成する。保護リング（103）は、円筒磁石部（107）の外周に、例えば焼き嵌めされている。
【００３０】
また、保護リング（103）の外周の一部分には、該保護リング（103）の表面積を増大させて放熱を促進させる複数のフィン（103a）が形成されている。これらのフィン（103a）は、本発明の放熱手段の一例である。図３に示すように、それぞれのフィン（103a）は、隙間（S）に対応する部分に形成されている。
【００３１】
<本実施形態における渦電流>
例えば、ロータ（11）の回転速度が高速になるほど、保護リング（103）における渦電流損が多くなる。一般的には、保護リング（103）の渦電流損が多くなるほど、保護リング（103）における発熱量が多くなる。そして、保護リング（103）の熱が永久磁石（111）へ伝達されてしまうとすれば、永久磁石（111）の熱減磁が増加し、回転電気機械（10）の磁気特性が劣化してしまうことになる。
【００３２】
しかしながら、本実施形態では、保護リング（103）の表面積を増大させて放熱を促進させる複数のフィン（103a）を設けてある。そのため、保護リング（103）から永久磁石部（102）へ伝達される熱が低減する。すなわち、本実施形態では、保護リング（103）における渦電流損を原因とした永久磁石（111）の熱減磁を低減できる。
【００３３】
また、例えば、このようなフィン（103a）を保護リング（103）の全長にわたって多数設けたとすれば、保護リングによる磁気シールド効果が減少し、ステータ（12）からの磁束により磁石に渦電流が発生し回転電気機械（10）の特性に悪影響を及ぼす可能性がある。しかしながら、本実施形態では、フィン（103a）が設けられているのは、保護リング（103）の外周の一部分であり、磁石部分は保護リングにより磁気シールドされるため、磁石に発生する渦電流を低減できる。
【００３４】
しかも、本実施形態のフィン（103a）が隙間（S）に対応する部分に形成されているので保護リングに発生する渦電流（すなわち熱）は小さくできる。そのため、本実施形態では、フィン（103a）において、より効果的に保護リング（103）の放熱を行わせることが可能になる。
【００３５】
また、本実施形態では、円筒磁石部（107）が、ロータコア（101）の軸方向に所定の隙間（S）をもって並んでいる。そのため、本実施形態では、永久磁石部（102）における渦電流の経路は、２つの円筒磁石部（107）の間に設けられた隙間（S）において分断されることになる。これにより、各永久磁石（111）における渦電流（すなわち発生する熱）は、より小さくなる。すなわち、本実施形態では、永久磁石（111）において発生する渦電流を原因とした永久磁石（111）の熱減磁を低減できる。なお、円筒磁石部（107）では、該円筒磁石部（107）を構成する２つの永久磁石（111）間の渦電流経路が分断されるので、この点からも磁石の渦電流の低減が可能になる。
【００３６】
〈本実施形態における効果〉
以上のように、本実施形態によれば、保護管の種類を増やすことなく、回転電気機械の特性への悪影響を抑えつつ、ロータ（11）に設けられた永久磁石（111）の減磁の低減を図ることが可能になる。
【００３７】
《発明の実施形態２》
図５は、本発明の実施形態２に係るロータ（11）の斜視図である。また、図６は、実施形態２に係るロータ（11）の縦断面を示す。この例では、保護リング（103）には、実施形態１で説明したフィン（103a）に代えて、複数の凹部（103c）を備えている。それぞれの凹部（103c）は、平面視で円形である。この例においても、それぞれの凹部（103c）は、保護リング（103）の外周において隙間（S）に対応する部分に設けられている。
【００３８】
この構成においても、凹部（103c）によって保護リング（103）の表面積を増大させて放熱を促進させることができる。すなわち、凹部（103c）は、本発明の放熱手段の一例である。そして、本実施形態においても、保護管の種類を増やすことなく、回転電気機械の特性への悪影響を抑えつつ、ロータの永久磁石の減磁対策を図ることが可能になる。
【００３９】
また、本実施形態の凹部（103c）は、隙間（S）に対応する部分に形成されているので、凹部（103c）に作用する磁束は他の部分よりも小さい。その結果、凹部（103c）に発生する渦電流（すなわち熱）は小さく、本実施形態では、凹部（103c）において、より効果的に保護リング（103）の放熱を行わせることが可能になる。
【００４０】
《発明の実施形態３》
図７は、本発明の実施形態３に係るロータ（11）の斜視図である。また、図８は、実施形態３に係るロータ（11）の縦断面を示す。この例では、保護リング（103）には、実施形態１で説明したフィン（103a）に代えて、複数の円柱状の凸部（103d）を備えている。この例においても、それぞれの凸部（103d）は、保護リング（103）の外周において隙間（S）に対応する部分に設けられている。
【００４１】
この構成においても、凸部（103d）によって保護リング（103）の表面積を増大させて放熱を促進させることができる。すなわち、凸部（103d）は、本発明の放熱手段の一例である。そして、本実施形態においても、回転電気機械の特性への悪影響を抑えつつ、ロータの永久磁石の減磁対策を図ることが可能になる。
【００４２】
また、本実施形態の凸部（103d）は、隙間（S）に対応する部分に形成されているので、凸部（103d）に作用する磁束は他の部分よりも小さい。その結果、凸部（103d）に発生する渦電流（すなわち熱）は小さく、本実施形態では、凸部（103d）において、より効果的に保護リング（103）の放熱を行わせることが可能になる。
【００４３】
《発明の実施形態４》
実施形態１〜実施形態３の各保護リング（103）には、その外周面において円筒磁石部（107）に対応する箇所に、円周状の溝を形成することも可能である。図９は、実施形態４に係るロータ（11）の縦断面を示す。同図の例は、実施形態１の保護リング（103）に対して、８本の円周状の溝（103b）を設けたものである。これらの溝は、４本が一方の円筒磁石部（107）に対応する位置に設けられ、残りの４本が他方の円筒磁石部（107）に対応する位置に設けられている。
【００４４】
本実施形態では、保護リング（103）に設けた溝（103b）によって、該保護リング（103）における渦電流の経路が分断される。その結果、保護リング（103）における渦電流が低減する。これらの溝（103b）は、ステータ（12）からの磁束を広げて回転電気機械（10）の特性に影響を及ぼすが、本実施形態では、放熱手段としてフィン（103a）を備えたことにより、従来の回転電気機械と比べ、溝（103b）の本数をより少なくできる。すなわち、保護管の種類を増やすことなく、回転電気機械（10）（モータ）の特性への悪影響を抑ええつつ渦電流を低減できる。
【００４５】
《その他の実施形態》
なお、ロータ（11）は、３つ以上の円筒磁石部（107）が軸方向に並ぶように構成してもよい。
【００４６】
また、円筒磁石部（107）間の隙間（S）内には、樹脂などを充填してもよい。この樹脂により、永久磁石（111）を確実に固定できる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、永久磁石を有したロータ、及び回転電気機械に関し、特にロータの永久磁石の熱減磁対策として有用である。
【符号の説明】
【００４８】
１０      モータ（回転電気機械）
１２      ステータ
１０１      ロータコア
１０２      永久磁石部
１０３      保護リング
１０３ａ    フィン
１０３ａ    フィン（放熱手段）
１０３ｃ      凹部（放熱手段）
１０３ｄ      凸部（放熱手段）
１１１      永久磁石
２０２      コイル
【図１】
2015061447.tif 000003
【図２】
2015061447.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2015061447.tif 000008
【図７】
2015061447.tif 000009
【図８】
2015061447.tif 000010
【図９】
2015061447.tif 000011