(57)【要約】【課題】モータが高速で回転する際に発生する過大な引張応力と曲げ応力を緩和すること。【解決手段】ロータの収容孔に磁石を埋め込んだ永久磁石埋込み型同期モータのロータ構造において、収容孔及び磁石のかど部をＲ加工し、Ｒの半径を磁石厚さの半分と略同一とする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータの収容孔に磁石を埋め込んだ永久磁石埋込み型同期モータのロータ構造において、
前記収容孔及び前記磁石のかど部をＲ加工し、該Ｒの半径を前記磁石厚さの半分と略同一としたことを特徴とする永久磁石埋込み型同期モータのロータ構造。
【請求項２】
前記収容孔の長手方向の一端にブリッジ部を設け、かつ、前記ブリッジ部に前記磁石を固定するための突起部を少なくとも1つ設けたことを特徴とする請求項１に記載の永久磁石埋込み型同期モータのロータ構造。
【請求項３】
前記ブリッジ部の丸み部（Ｒ部）の長さを前記磁石厚さの半分以上としたことを特徴とする請求項２に記載の永久磁石埋込み型同期モータのロータ構造。
【請求項４】
隣接する同じ極性の磁石間にリブを設けるとともに、前記ブリッジ部は該リブとは反対側の端に設けられるものである、請求項２又は３に記載の永久磁石埋込み型同期モータのロータ構造。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載のロータ構造を持つロータを備えた永久磁石埋込み型同期モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ロータコアに磁石が埋め込まれた永久磁石埋込み型モータのロータ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来例としては、特許文献１に示されているものがある。図１に構造を示す。ロータコアの収容孔に永久磁石が挿入され、ロータ強度を確保するために永久磁石の端部に薄肉部分（ブリッジ部）が確保されている。
また、特許文献２に示されているものがある。図２に全体図を示し、図３に収容孔に磁石が挿入された状態及びスリットの拡大図を示す。
図３（ａ）は、耐遠心力強度を向上するためにスリットを構成して、その中に樹脂を充填し、スリットかど部と磁石が接触して応力集中が起こるのを防いでいる。
図３（ｂ）は、スリット部に非磁性体のコイルバネを備えて、左側のコイルバネは右側に、右側のコイルバネは左側にそれぞれ付勢することにより、磁石を中央に位置させ、かど部の接触を防ぎ、磁石の破損を防いでいる。
【０００３】
しかしながら、図１に示すロータ構造には以下のような問題点がある。すなわち、ロータを高速回転させた場合に、磁石外側部分に作用する遠心力で引張応力と曲げ応力がかかり、薄肉部分が破断する恐れがあるという点と、磁石とギャップ間のロータコア部分（ブリッジ部）を２箇所の薄肉部分で支えることになり、過大な応力がかかりロータが破損する恐れがあるという点である。
【０００４】
また、図２及び図３に示すロータ構造には以下の問題点がある。すなわち、スリット部に樹脂を充填したり、コイルバネを備えたりすることにより、スリットのかど部と磁石が接触する際の応力集中を緩和しているが、樹脂やコイルバネが必要になりコストがかかるという点と、磁石のシャフト側の部分にはスリットが設けられておらず（つまり、スリットが磁石厚さの半分しか設けられていないということ。）、高速回転時には収容孔のかど部に過大な引張応力がかかり、ロータが破損する恐れがあるという点である。
【特許文献１】特開2000−152538号公報
【特許文献２】特開2002−359942号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上述のような事情に鑑み為されたものであり、モータが高速で回転する際に発生する過大な引張応力と曲げ応力を緩和することができる永久磁石埋込み型同期モータのロータ構造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】
【０００６】
本発明は、ロータの収容孔に磁石を埋め込んだ永久磁石埋込み型同期モータのロータ構造に関し、本発明の上記目的は、前記収容孔及び前記磁石のかど部をＲ加工し、該Ｒの半径を前記磁石厚さの半分と略同一とすることによって達成される。
【０００７】
また、本発明の上記目的は、前記収容孔の長手方向の一端にブリッジ部を設け、かつ、前記ブリッジ部に前記磁石を固定するための突起部を少なくとも1つ設けることによって達成される。
さらに、本発明の上記目的は、前記ブリッジ部の丸み部（Ｒ部）の長さを前記磁石厚さの半分以上とすることにより、或いは、隣接する同じ極性の磁石間にリブを設けるとともに、前記ブリッジ部を該リブとは反対側の端に設けることによって効果的に達成される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る永久磁石埋込み型同期モータのロータ構造によれば、磁石かど部と収容孔をＲ形状とすることにより、収容孔と磁石が接触した際の応力集中を緩和することができ、磁石の破損を防ぐことができる。
また、応力があまりかかっていない部分に磁石を固定するための突起部を設けることにより、ブリッジ部を設けた状態でも応力集中を起こさず磁石を固定することができる。
さらに、磁石間にリブを設けることにより、磁石とギャップ間のロータ部分を少なくとも３箇所以上で支えることになるため、応力を緩和することができ、高速回転時にロータが破損することを防ぐことができる。
またさらに、ブリッジ部のＲの長さを磁石厚さの半分以上とすることにより、高速回転時に発生する過大な引張応力と曲げ応力を緩和することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図４に本発明に係るロータ構造を有する埋め込み磁石型同期モータの実施例の断面図であり、４極２４スロットの埋め込み磁石型同期モータの例である。ステータはコイルを収めるためのスロットが２４個備えられており、渦電流損を低減するために、積層銅板により形成されている。ロータ構造の違いによっていくつかの実施態様に分かれる。
【００１０】
［実施態様１］
図５は本発明に係るロータ構造の第１の実施態様（以下、実施態様１という。以下同じ）を示すものである。シャフトにロータコアが取り付けられており、ロータコアは積層銅板により形成されている。ロータコアには収容孔が設けられており、この部分には界磁となるNd−Fe−B系焼結磁石が挿入される。収容孔には、ロータが回転することにより発生する引張応力及び曲げ応力を緩和するためのブリッジ部が設けられており、また、磁石かど部をＲ形状とすることにより、収容孔と磁石が接触した際の応力集中を緩和し、磁石の破損を防ぐようにしている。なおＲ形状とは丸み形状のことを意味する。さらには、１極分の磁石を２つに分割し、平行に配置している。二つに分割することにより、磁石とギャップ間のロータ部分を３箇所で支えることになり、分割していない場合と比べて応力を緩和することができる。なお、分割された二つの磁石間部をリブと呼ぶ。
図６に磁石部の拡大図を示す。本実施形態では、ロータ外径のＲとブリッジ部のＲを略同心円とし（すなわち薄肉部分の厚みが一定ということ）、ブリッジ部のＲの長さを磁石厚さと略同一とすることにより、高速回転時にロータが破損することを防いでいる。
また、応力がほとんどかからない部分に突起部が設けられており、ブリッジ部を設けた場合でも応力集中を防ぎ磁石を固定している。この突起部は磁石を嵌挿する場合にバネの役目も果たし、磁石が収納孔にしっかりと固定されるようになっている。
従来例１のようにスリットを設けないタイプ（図７）と実施態様１（図５）の形状の応力を有限要素法で解析した結果を表１に示す。値は、従来例１の応力値で割ったものを示している。表２にブリッジ部の寸法を示す。図６に寸法の箇所を示している。値は、磁石の厚さで割ったものである。なお、ロータ径、シャフト径、磁石の大きさ、材質、回転数は同条件で解析を行っている。この解析は、ロータ径80mm、回転数50000rpmで行った結果である。従来例２はブリッジ部のＲの長さを0．4（対磁石厚比）とした場合のものである。
【表１】
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【表２】
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図８より、ブリッジ部Ｒの長さを長くすることにより、応力は低減できることが分かる。ブリッジ部Ｒの長さを0．5（対磁石厚比）以上とすることにより、ブリッジ部応力を約６割以下に減らすことができて、従来の構造では実現できなかった回転数でも回すことが出来る。
【００１１】
［実施態様２］
基本的な構造は実施態様１と同様である。図９に磁石部拡大図を示す。
ロータ外径のＲとブリッジ部のＲを略同心円とせず、ブリッジ部のＲをロータ外径のＲよりも小さくして、一部薄い部分を設けたことを特徴としている。Ｒ部の長さは磁石厚さと略同一である。これにより、薄い部分で引張応力及び曲げ応力が大きくなり許容最大回転数は下がるものの、薄い部分で磁束が飽和してショート磁束が少なくなるので、ステータに導かれる磁束量が増え発生トルクが大きくなるという利点がある。
【００１２】
［実施態様３］
基本的な構造は実施態様１と同様である。図１０に磁石部拡大図を示す。
ロータ外径のＲとブリッジ部のＲを略同心円とせず、ブリッジ部のＲをロータ外径のＲよりも大きくして、ブリッジ部の幅を厚くしていることを特徴としている。ブリッジ部Ｒの長さは磁石厚さと略同一である。これにより、ブリッジ部の幅を厚くしているので、ショート磁束が多くなり発生トルクは減少するものの、厚くなったことにより引張応力や曲げ応力が小さくなるため、許容最大回転数は上がるという特長がある。
【００１３】
［実施態様４］
実施態様１〜３では磁石配置を平行としていたが、２つの磁石配置をＶ字形状としても同様のことが成り立つ。リラクタンストルクを有効活用できるため、大トルクを必要とする場合に特に有効である。代表的な形状を図１１に示す。
【００１４】
［実施態様５］
実施態様１〜３では磁石配置を平行としていたが、２つの磁石配置を表面磁石型の配置に近づけた場合の形状としても同様のことが成り立つ。この場合、ブリッジがない側の磁石間の応力が緩和されるため、より高速回転を必要とする場合に特に有効である。代表的な形状を図１２に示す。
【００１５】
［実施態様６］
実施態様１〜５ではブリッジ部のＲの長さを磁石厚さと略同一としていたが、比較的低回転用途のものであれば、図１３に示すようなブリッジ部のＲの長さを磁石厚さの半分としても、同様の効果が得られる。なお、図１３に示すつなぎ部のＲは磁石厚さの半分と同一としている。
【００１６】
図５では、磁石配置を平行としているが、もちろん実施態様４（図１１）や実施態様５（図１２）のような配置としても同様の効果が得られる。
実施態様１〜６では４極２４スロットモータの例を示したが、これに限定されるものではなく、他のスロットコンビネーションであっても良い。
磁石材料はNd−Fe−B系焼結磁石の例を示したが、これに限定されるものではなく、他の磁石材料例えばフェライト磁石であっても良い。
ステータはスキューしていない場合の例を示したが、スキューしている場合でも同様のことが成り立つ。
実施態様１〜６では、リブを一つ設けた場合の例を示したが、これに限定されるものではなく、適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来例１（特許文献１）のロータ構造の拡大図である。
【図２】従来例２（特許文献２）のロータ構造の拡大図である。
【図３】従来例２（特許文献２）のロータ構造の磁石部分の拡大図である。
【図４】本発明に係るロータ構造を具備したモータの全体図である。
【図５】本発明の実施態様１のロータ構造の拡大図である。
【図６】本発明の実施態様１の磁石部拡大図である。
【図７】本発明を適用しない場合のロータ形状の例である。
【図８】ブリッジ部の長さによる応力の変化を示すグラフである。
【図９】本発明の実施態様２の磁石部拡大図である。
【図１０】本発明の実施態様３の磁石部拡大図である。
【図１１】本発明の実施態様４の代表例を示す図である。
【図１２】本発明の実施態様５の代表例を示す図である。
【図１３】本発明の実施態様６の磁石部拡大図である。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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