(57)【要約】【課題】永久磁石式回転子の機械的強度を高める。【解決手段】外周部に突極部２３を有し突極部２３に磁石挿入孔２４が設けられたロータヨーク２０と、磁石挿入孔２４に挿入された永久磁石片４０と、ロータヨーク２０の端面に沿って配置され磁石挿入孔２４を閉塞する端面板３０Ａ，３０Ｂと、を備えた永久磁石式回転子において、端面板３０Ａ，３０Ｂは外周部にロータヨーク２０の軸線方向に突出する複数の係止爪３４を備え、この係止爪３４が突極部２３の段差部２６に係止されている。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周部に突極部を有し該突極部に磁石挿入孔が設けられたロータ鉄心と、前記磁石挿入孔に挿入された永久磁石片と、前記ロータ鉄心の端面に沿って配置され前記磁石挿入孔を閉塞する端面板と、を備えた永久磁石式回転子において、
前記端面板は外周部に前記ロータ鉄心の軸線方向に突出する複数の係止爪を備え、この係止爪が前記突極部の外周面に係止されていることを特徴とする永久磁石式回転子。
【請求項２】
前記突極部の外周面の端部に段差部が設けられ、この段差部に前記係止爪が係止されていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石式回転子。
【請求項３】
外周部に突極部を有し該突極部に磁石挿入孔が設けられたロータ鉄心と、前記磁石挿入孔に挿入された永久磁石片と、前記ロータ鉄心の端面に沿って配置され前記磁石挿入孔を閉塞する端面板と、を備えた永久磁石式回転子において、
前記端面板は前記ロータ鉄心の軸線方向に突出する複数の係止爪を備え、この係止爪が前記磁石挿入孔に挿入された永久磁石片の外周面に係止されていることを特徴とする永久磁石式回転子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ロータ鉄心に永久磁石を埋め込んだ永久磁石式回転子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電動機や発電機等の回転電機に使用される回転子として、ロータ鉄心に永久磁石を埋め込んだ永久磁石式回転子が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。従来の永久磁石式回転子は、例えば図７に示すように、珪素鋼板を多数積層してなるロータ鉄心９０の外周部に多数の突極部９１を設け、各突極部９１にロータ鉄心９０の軸線方向に貫通する磁石挿入孔９２を設け、各磁石挿入孔９２に永久磁石片９３を挿入配置して構成されている。ここで、突極部９１において磁石挿入孔９２の周方向外側に位置する部分（以下、保持部という）９４の幅寸法ｔは、回転子中の漏れ磁束を減少させる等のため、狭くするのが好ましいとされている（例えば、特許文献３参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−２８４６８０号公報
【特許文献２】
特開平６−２６９１４０号公報
【特許文献３】
特開２００２−２０９３５０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この保持部９４は、永久磁石式回転子が回転したときに遠心力による応力が集中する部分であり、保持部９４の幅寸法ｔを余り小さくすると機械的強度が低下してしまう。かといって、機械的強度を優先して保持部９４の幅寸法ｔを大きくすると、永久磁石片９３の磁束が短絡し、また、磁石発熱が大きくなって不利になる。
そこで、この発明は、磁気特性に優れ、発熱を抑制でき、且つ十分な機械的強度を備えた永久磁石式回転子を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、外周部に突極部（例えば、後述する実施の形態における突極部２３）を有し該突極部に磁石挿入孔（例えば、後述する実施の形態における磁石挿入孔２４）が設けられたロータ鉄心（例えば、後述する実施の形態におけるロータヨーク２０）と、前記磁石挿入孔に挿入された永久磁石片（例えば、後述する実施の形態における永久磁極片４０）と、前記ロータ鉄心の端面に沿って配置され前記磁石挿入孔を閉塞する端面板（例えば、後述する実施の形態における端面板３０Ａ，３０Ｂ）と、を備えた永久磁石式回転子（例えば、後述する実施の形態における永久磁石式回転子１）において、前記端面板は外周部に前記ロータ鉄心の軸線方向に突出する複数の係止爪（例えば、後述する実施の形態における係止爪３４）を備え、この係止爪が前記突極部の外周面に係止されていることを特徴とする。
【０００６】
このように構成することにより、遠心力によってロータ鉄心および永久磁石片に径方向外側へ引っ張る力が作用したときに、端面板の係止爪がこの力に抗することができる。すなわち、遠心力による応力の一部を端面板の係止爪で受けることができるので、磁石挿入孔に隣接する保持部における応力を低減することができ、保持部の幅寸法を小さくすることができる。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記突極部の外周面の端部に段差部（例えば、後述する実施の形態における段差部２６）が設けられ、この段差部に前記係止爪が係止されていることを特徴とする。
このように構成することにより、端面板の係止爪が突極部の外周面から出っ張ることがない。
【０００８】
請求項３に係る発明は、外周部に突極部（例えば、後述する実施の形態における突極部２３）を有し該突極部に磁石挿入孔（例えば、後述する実施の形態における磁石挿入孔２４）が設けられたロータ鉄心（例えば、後述する実施の形態におけるロータヨーク２０）と、前記磁石挿入孔に挿入された永久磁石片（例えば、後述する実施の形態における永久磁極片４０）と、前記ロータ鉄心の端面に沿って配置され前記磁石挿入孔を閉塞する端面板（例えば、後述する実施の形態における端面板３０Ａ，３０Ｂ）と、を備えた永久磁石式回転子（例えば、後述する実施の形態における永久磁石式回転子１）において、前記端面板は前記ロータ鉄心の軸線方向に突出する複数の係止爪（例えば、後述する実施の形態における係止爪３５）を備え、この係止爪が前記磁石挿入孔に挿入された永久磁石片の外周面に係止されていることを特徴とする。
【０００９】
このように構成することにより、遠心力によって永久磁石片に径方向外側へ引っ張る力が作用したときに、端面板の係止爪がこの力に抗することができる。すなわち、遠心力による応力の一部を端面板の係止爪で受けることができるので、磁石挿入孔に隣接する保持部における応力を低減することができ、保持部の幅寸法を小さくすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る永久磁石式回転子の実施の形態を図１から図６の図面を参照して説明する。
図１および図２は、電動機や発電機等の回転電機に使用可能な本発明に係る永久磁石式回転子（以下、回転子と略す）１の平面図と分解斜視図である。
回転子１は、ロータ１０と、ロータヨーク（ロータ鉄心）２０と、一対の端面板３０Ａ，３０Ｂと、多数の永久磁極片４０とから構成されている。
【００１１】
ロータ１０は中空ドラム状をなし鋳造または鍛造により一体に成形されており、円筒状のロータの外周面１１と一端面１２の境界部分となる角にはロータヨーク２０を圧入する際のガイド用に面取り１２ａが形成され、一方、ロータの外周面１１と他端面１３の境界部分となる角には、端面板３０Ａを、他端面１３から外方に延出して設けられる延出部１３ａに突き当てるための逃げ溝１３ｂが形成されている。ロータの外周面１１には周方向で等間隔に三本の溝１４が軸線方向に沿って形成されている。
【００１２】
端面板３０Ａ，３０Ｂは全く同じものであるが、軸線方向に沿う取付方向を互いに逆にされている。ここでは端面板３０Ａについて説明し、端面板３０Ｂの説明は省略する。端面板３０Ａは円環状をなし、板部３１の中央に形成された孔３２の内径は圧入する為にロータ１０の外周面１１の外径より若干小さく形成されている。また、板部３１の内周側端部には三つの突起３３が径方向内向きに設けられ、外周側端部には周方向所定間隔おきに多数の係止爪３４が厚さ方向に直角に起立して設けられている。すなわち、係止爪３４は端面板３０Ａの軸線方向に沿って突出している。尚、端面板３０Ａ，３０Ｂの材質は例えば、非磁性体であるオーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３０４で構成される。
【００１３】
ロータヨーク２０は、同一形状、同一寸法の電磁鋼板２８を多数積層して構成されたものであり円環状をなしている。ロータヨーク２０の中央には、ロータ１０が挿入される貫通孔２１が設けられており、その内周面には周方向等間隔に三つの突起２２が設けられている。
また、ロータヨーク２０はその外周部に多数の突極部２３が設けられており、各突極部２３の基部側には永久磁石片４０が挿入される磁石挿入孔２４が設けられている。
【００１４】
図３に示すように、突極部２３において磁石挿入孔２４の周方向外側に位置する部分（以下、保持部という）２５の幅寸法ｔは、永久磁極片４０の磁束の短絡を抑制するため、および発熱を抑制するために、極めて小さく設定されている。さらに、ロータヨーク２０の各突極部２３の外周端の周方向両端部には、端面板３０Ａ，３０Ｂの係止爪３４とほぼ同じ幅寸法で係止爪３４の厚みとほぼ同じ深さ寸法に形成された段差部２６，２６が設けられている。
【００１５】
この回転子１は例えば次のようにして組み立てられる。
まず、端面板３０Ａをロータ１０の一端面１２側からロータ１０の外周面１１に圧入して嵌め込む。その際、端面板３０Ａの突起３３をロータ１０の外周面１１の溝１４に係合させながら圧入する。
次に、ロータヨーク２０をロータ１０の一端面１２側からロータ１０の外周面１１に圧入して嵌め込む。その際、ロータヨーク２０の突起２２をロータ１０の外周面１１の溝１４に係合させながら圧入する。このように突起３３，２２を溝１４に係合させながら圧入することで、端面板３０Ａの突起３３とロータヨーク２０の突起２２が一致するように配置され、図４に示すように、端面板３０Ａの各係止爪３４はロータヨーク２０の突極部２３の段差部２６に係止される。これにより係止爪３４は突極部２３の外周面に係止されることとなる。
【００１６】
続いて、ロータヨーク２０の各磁石挿入孔２４にそれぞれ永久磁極片４０を一つずつ挿入し、その後、端面板３０Ｂをロータ１０の一端面１２側からロータ１０の外周面１１に圧入して嵌め込む。その際、端面板３０Ｂの突起３３をロータ１０の外周面１１の溝１４に係合させながら圧入する。従って、端面板３０Ａと同様に、端面板３０Ｂの突起３３とロータヨーク２０の突起２２が一致するように配置され、端面板３０Ｂの各係止爪３４はロータヨーク２０の突極部２３の段差部２６に係止される。これにより、端面板３０Ｂの係止爪３４も突極部２３の外周面に係止されることとなる。
【００１７】
以上のように組み立てることにより、ロータ１０と、ロータヨーク２０と永久磁極片４０と端面板３０Ａ，３０Ｂが一体化され、図１に示すような回転子１が完成する。このように組み立てられた回転子では、各磁石挿入孔２４の両端開口が端面板３０Ａ，３０Ｂによって塞がれ、永久磁極片４０がロータヨーク２０から離脱するのが阻止される。なお、係止爪３４はロータヨーク２０の軸線方向両端近傍に配置された複数枚の電磁鋼板２８の段差部２６にだけ係止しており、軸線方向中央部に配置されている電磁鋼板２８の段差部２６には係止していない。このように構成することにより、電磁鋼板２３ａは複数種用意する必要がなく１種類で済ませることが可能である。
【００１８】
このように構成された回転子１においては、ロータヨーク２０の突起２２および端面板３０Ａ，３０Ｂの突起３３がロータ１０の溝１４に係合しており、さらに、端面板３０Ａ，３０Ｂの係止爪３４がロータヨーク２０の外周に形成された段差部２６に係止しているので、ロータ１０とロータヨーク２０と端面板３０Ａ，３０Ｂは周方向に互いにずれることがない。
【００１９】
また、端面板３０Ａ，３０Ｂの係止爪３４がロータヨーク２０の外周に形成された段差部２６に係止しているので、回転子１が回転した時の遠心力によってロータヨーク２０の突極部２３および永久磁石片４０に径方向外側へ引っ張る力が作用したときに、端面板３０Ａ，３０Ｂの係止爪３４とロータヨーク２０の保持部２５がこの力に対抗し、保持部２５の破損を阻止する。つまり、遠心力による応力の一部を端面板３０Ａ，３０Ｂの係止爪３４が受けるようになるので、ロータヨーク２０の保持部２５における応力を低減することができる。その結果、保持部２５の幅寸法ｔを小さくすることができる。
なお、係止爪３４は段差部２６に係止しているので、係止爪３４の外面と突極部２３の外周面が面一になり、回転電機のステータとロータヨーク２０との隙間を広げないで済む。
【００２０】
したがって、この回転子１においては、保持部２５の幅寸法ｔを小さくしても回転子１の機械的強度を十分に高くすることができる。換言すると、保持部２５の幅寸法ｔを大きくすることなく回転子１の機械的強度を高くすることができる。また、保持部２５の幅寸法を小さくすることができるので、永久磁極片４０の磁束の短絡を抑制することができ、発熱を抑制することができる。
【００２１】
前述した実施の形態では、ロータヨーク２０の突極部２３に段差部２６を設け、端面板３０Ａ，３０Ｂの係止爪３４を段差部２６に係止するようにしているが、図５に示すように、端面板３０Ａ，３０Ｂの板部３１の所定部位に切り込みを入れて、この切り込みに囲まれた部分を軸線方向に突出させて係止爪３５とし、図６に示すように、ロータヨーク２０の各磁石挿入孔２４の両端部に径方向外側へ膨出する爪挿入孔２７を磁石挿入孔２４に連続して設け、係止爪３５を永久磁極片４０の外周面の両端部に係止させるようにしてもよい。
【００２２】
このようにすると、回転子１が回転した時の遠心力によって永久磁石片４０に径方向外側へ引っ張る力が作用したときに、端面板３０Ａ，３０Ｂの係止爪３５がこの力に対抗して永久磁極片４０が径方向外側に移動するのを阻止する。その結果、永久磁極片４０を径方向外側に引っ張る力はロータヨーク２０の突極部２３に作用しなくなり、保持部２５における遠心力による応力を低減することができるので、保持部２５の幅寸法ｔを小さくすることができる。
したがって、このように構成しても、保持部２５の幅寸法ｔを大きくすることなく回転子１の機械的強度を高くすることができ、また、保持部２５の幅寸法を小さくすることができるので、永久磁極片４０の磁束の短絡を抑制することができ、発熱を抑制することができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明するように、請求項１に係る発明によれば、遠心力による応力の一部を端面板の係止爪で受けることができるので、磁石挿入孔に隣接する保持部の応力を低減することができ、保持部の幅寸法を小さくすることができる。したがって、前記保持部の幅寸法を大きくすることなく永久磁石式回転子の機械的強度を十分に高くすることができ、また、保持部の幅寸法を小さくして、永久磁極片の磁束の短絡を抑制することができ、発熱を抑制することができるという優れた効果が奏される。
【００２４】
請求項２に係る発明によれば、請求項１の効果に加えて、端面板の係止爪が突極部の外周面から出っ張ることがないので、ロータ鉄心とステータとの隙間を広げずに済むという効果がある。
【００２５】
請求項３に係る発明によれば、遠心力による応力の一部を端面板の係止爪で受けることができるので、磁石挿入孔に隣接する保持部の応力を低減することができ、保持部の幅寸法を小さくすることができる。したがって、前記保持部の幅寸法を大きくすることなく永久磁石式回転子の機械的強度を十分に高くすることができ、また、保持部の幅寸法を小さくして、永久磁極片の磁束の短絡を抑制することができ、発熱を抑制することができるという優れた効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態における永久磁石式回転子の平面図である。
【図２】前記第１の実施の形態における永久磁石式回転子の分解斜視図である。
【図３】前記第１の実施の形態における永久磁石式回転子の要部断面図である。
【図４】前記第１の実施の形態における永久磁石式回転子の要部外観斜視図である。
【図５】この発明の第２の実施の形態における永久磁石式回転子に使用される端面板の要部外観斜視図である。
【図６】前記第２の実施の形態における永久磁石式回転子の要部断面図である。
【図７】従来の永久磁石式回転子の要部断面図である。
【符号の説明】
１  永久磁石式回転子
２０  ロータヨーク（ロータ鉄心）
２３  突極部
２４  磁石挿入孔
２６  段差部
３０Ａ，３０Ｂ  端面板
３４，３５  係止爪
４０  永久磁極片
【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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