(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と、略Ｖ字状あるいは放射状に装着した永久磁石に挟まれる磁極部を有し、回転自在に支持された概円筒形の回転子を備えた埋込磁石形回転電機において、
回転子側面に、亜鉛めっき鋼板を打ち抜き成形して製作された概円盤状の磁束遮蔽板を、回転子鉄心の前記磁極部と一定の距離を隔てて固定したことを特徴とする埋込磁石形回転電機。
【請求項２】
前記磁束遮蔽板を、前記回転子を固定するシャフトと係合する内側部分を厚く形成する一方、外側を薄く形成して、前記回転子鉄心の磁極部との間に空隙を隔て設け、前記回転子側面からの永久磁石の洩れ磁束を弱めた上で、前記回転子外部に対し前記洩れ磁束を遮蔽することを特徴とする請求項１記載の埋込磁石形回転電機。
【請求項３】
前記磁束遮蔽板は、前記回転子に一体に固定されたことを特徴とする請求項１記載の埋込磁石形回転電機。
【請求項４】
前記磁束遮蔽板は、前記回転子鉄心との間に非磁性板を挟んで設けられたことを特徴とする請求項１記載の埋込磁石形回転電機。
【請求項５】
前記磁束遮蔽板は、前記回転子鉄心の磁極部との間に空隙を隔て設けられたことを特徴とする請求項１記載の埋込磁石形回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、埋込磁石形回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の埋込磁石形回転電機には、回転子鉄心に設置された永久磁石を軸方向に固定するために、回転子側面に側板を有するものがある。（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１の図１には、回転子側面に側板を装着する埋込磁石形回転電機が示されている。また、特許文献１には、従来より側板は磁束の短絡を防ぐため非磁性の材料が用いられることが記述されている。
従来の別の埋込磁石形回転電機には、回転子鉄心に設置された永久磁石より発する磁束を集中し、高性能化を図るものがある。（例えば、特許文献２参照）。
特許文献２の図２には、回転子鉄心に磁極毎に略Ｖ字状に対向する２つの永久磁石を備えた回転子の構造が示されている。永久磁石は同じ磁極を向え合わせに装着されているため、対向する２つの永久磁石の磁束が回転子表面に集中され、ギャップの磁束密度を増大させる。回転子に設置された側板は、回転子鉄心を軸方向に固定するために用いられている。
このように、従来の埋込磁石形回転電機には、回転子側面に金属性の側板を有するものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１９７２９０号公報
【特許文献１】特開２０１０−０７４９７５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、従来の埋込磁石形回転電機の回転子に設置された側板には、回転子側面からの洩れ磁束が近接するブラケットに誘発する渦電流損の低減を意図し、設置されたものはなかった。
【０００５】
産業用モータやＥＶモータ等に用いられる埋込磁石形回転電機は、今後さらに小型化や高効率化が望まれる。小型化を推進する手段として、特許文献２に示した磁束集中形の埋込磁石形回転電機が多用され、また回転子とブラケット間の空隙が縮小されることが想定される。磁束集中により回転子側面からの洩れ磁束が増大するとともに、近接するブラケットに誘発する渦電流損が増大する。高効率化を推進するためには、前記渦電流損の低減が必要になる。
【０００６】
そこで、本発明は、小型化を推進しながら、回転子側面からの洩れ磁束を低減することで高効率化をも推進できる埋込磁石形回転電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】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、固定子と、略Ｖ字状あるいは放射状に装着した永久磁石に挟まれる磁極部を有し、回転自在に支持された概円筒形の回転子を備えた埋込磁石形回転電機において、回転子側面に、亜鉛めっき鋼板を打ち抜き成形して製作された概円盤状の磁束遮蔽板を、回転子鉄心の前記磁極部と一定の距離を隔てて固定したことを特徴とする埋込磁石形回転電機が適用される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、小型化を推進しながら、回転子側面からの洩れ磁束を低減することで高効率化をも推進できる埋込磁石形回転電機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る埋込磁石形回転電機の軸方向断面図である。
【図２】同実施形態に係る埋込磁石形回転電機の径方向断面図である。
【図３】前記回転子の軸方向断面図である。
【図４】前記回転子の部品構成説明図である。
【図５】磁極の位置関係を示す説明図である。
【図６】前記回転子の組立説明図である。
【図７】本実施形態の無負荷トルク試験結果説明図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る埋込磁石形回転電機の軸方向断面図である。
【図９】本実施形態に係る埋込磁石形回転電機の径方向断面図である。
【図１０】その他の埋込磁石の配置形態説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。なお、同一の構成については同一の符号を付することにより、重複説明を適宜省略する。
【００１１】
＜第１実施形態＞
まず、図１を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る埋込磁石形回転電機の構成について説明する。図１は、サーボモータに供する、本発明の第１実施形態に係る埋込磁石形回転電機の軸方向断面図である。
【００１２】
図１に示すように、本実施形態に係る埋込磁石形回転電機は、固定子鉄心１３と固定子コイル１４を設置した固定子と、永久磁石２２が設置され回転自在に支持された概円筒形の回転子２０と、前記回転子の回転位置を検出するエンコーダ部１７とを有する。回転子２０は、回転子側面からの洩れ磁束を遮蔽する目的で、回転子側面に円盤状の鉄板からなる負荷側遮蔽板２８と反負荷側遮蔽板２９を備える。
回転子２０は、負荷側軸受１８と反負荷側軸受１９を介して、負荷側ブラケット１１と反負荷側ブラケット１２に回転自在に保持される。
反負荷側ブラケット１２は、フレーム１０とともに、図示しないボルトで、負荷側ブラケット１１に締結されている。
【００１３】
図２は、本実施形態に係る埋込磁石形回転電機の径方向断面図である。
図２に示すように、固定子は１２個に分割された固定子鉄心１３の各々に固定子コイル１４を装着して構成されている。固定子コイル１４は、モールド樹脂１５をもって、固定子鉄心１３や負荷側ブラケット１１と絶縁されている。
回転子２０は、磁極毎に略Ｖ字状に対向する２つの永久磁石２２と、前記２つの永久磁石の間に磁極毎に分離された外側の回転子鉄心２５を有し、１０極の磁極を構成している。対向する２つの永久磁石２２の磁束が回転子表面に集中されるばかりでなく、回転子鉄心は永久磁石２２の外側と内側で磁極毎に分離されているため、Ｎ極からＳ極へショートカットする洩れ磁束が少ない。そのため、ギャップの磁束密度を増大させる効果が高く、固定子鉄心へ向かう有効な磁束Ｆを増大することで一層の小型高性能化を推進している。
【００１４】
ロッド２３は、電磁鋼板を積層して磁極を構成する外側の回転子鉄心２５を貫通して、外側の回転子鉄心２５を保持している。内側の回転子鉄心２４は、永久磁石２２や外側の回転子鉄心２５を、作用するトルクに対し回転子の周方向に支持し、凹凸による係合部を持ってシャフトに係合固定されているため、強大なトルクに耐え得る。
【００１５】
図３は、前記回転子の軸方向断面図である。
図において、回転子は、永久磁石２２と外側の回転子鉄心２５を回転子の径方向に作用する遠心力に対し支持する負荷側側板２６と反負荷側側板２７を、回転子側面に有する。外側の回転子鉄心２５は、外側の回転子鉄心２５を軸方向に貫くロッド２３により、回転子側面の側板に支持されるため、遠心力に対し強固な構造の回転子とすることができる。
負荷側遮蔽板２８と反負荷側遮蔽板２９は、回転子側面の負荷側側板２６と反負荷側側板２７のさらに外側に装着されている。
【００１６】
図４は、前記回転子の部品構成説明図である。
図において、磁極毎に略Ｖ字状に対向する２つの永久磁石２２と、外側の回転子鉄心２５は、各々分離した部品である。永久磁石２２と外側の回転子鉄心２５は、内側の回転子鉄心２４に装着され、外側の回転子鉄心２５が磁極部を構成する。
内側の回転子鉄心２４は、内側の係合部を持って、シャフトに係合固定される。
負荷側側板２６は、シャフトに嵌合し、永久磁石２２と外側の回転子鉄心２５を貫くロッド２３を、永久磁石支持穴２６aとロッド支持穴２６bに嵌合固定する。
【００１７】
図５は、前記回転子の組立説明図である。
図において、シャフト２１に、永久磁石２２，外側の回転子鉄心２５，内側の回転子鉄心２４と負荷側側板２６を装着したのち、反負荷側側板２７をシャフトに嵌合し、永久磁石２２と外側の回転子鉄心２５を貫くロッド２３を、永久磁石支持穴２７aとロッド支持穴２７bに嵌合固定する。負荷側側板２６と反負荷側側板２７は非磁性のステンレス製であり、Ｎ極とＳ極の磁束を側板で短絡させることはない。
【００１８】
図６は、前記回転子の遮蔽板の組立説明図である。
図において、反負荷側側板２７まで装着した回転子の軸方向両側面に、鉄製の負荷側遮蔽板２８と反負荷側遮蔽板２９を装着して回転子が完成する。
本実施形態のように、高度に磁束集中した埋込磁石形回転子では、負荷側遮蔽板２８と反負荷側遮蔽板２９を装着しない回転子状態においては、固定子鉄心へ向かう有効な磁束Ｆに対し、回転子側面からの洩れ磁束Ｆｌが増大する。
この洩れ磁束によって、例えば負荷側ブラケットの回転子近接部１１aでは、回転子の回転に伴い交番する洩れ磁束による有害な渦電流損を誘発する。従来は特許文献１に示されるように、回転子側面とブラケット壁面との空隙距離を大きくすることで渦電流損の発生を低減したが、従来の方法では回転電機の小型化が推進できない。
【００１９】
本実施形態では、鉄製の負荷側遮蔽板２８と反負荷側遮蔽板２９を装着して、回転子側面からの洩れ磁束Ｆｌを回転子内に短絡させることで、回転子外部に対し洩れ磁束を遮蔽している。
負荷側遮蔽板２８と反負荷側遮蔽板２９は、回転子鉄心の磁極部である外側の回転子鉄心２５に密着させると洩れ磁束を増大させ、固定子鉄心へ向かう有効な磁束Ｆを減少させてしまうため、回転子鉄心の磁極部から隔てて装着しなければならない。
そのため、本実施形態では図３に示したように、負荷側遮蔽板２８と反負荷側遮蔽板２９は、回転子側面の非磁性のステンレス製である側板や空隙を介して装着し、回転子側面からの洩れ磁束Ｆｌを弱めた上で、回転子外部に対し洩れ磁束を遮蔽する。前記遮蔽板は、亜鉛めっき鋼板を打ち抜き成形して製作されるため、量産性がよく安価である。
【００２０】
図７は、本実施形態の回転電機を外部より駆動し、回転速度に対して要するトルクを比較で測定した無負荷トルク試験結果説明図である。
図において、本実施形態Ｃの無負荷トルクは十分に小さいが、負荷側と反負荷側の遮蔽板の装着なしＡでは、無負荷トルクは２倍程度に増加する。回転子側面からの洩れ磁束Ｆｌによって、図１に示した負荷側ブラケットの回転子近接部１１a等に有害な渦電流損を誘発したためである。この損失増加は回転電機の効率を低下させる。従来の手法にもとづき空隙を大きくとる方法として、前記回転子近接部１１aを除去Ｂした場合でも、本実施形態より無負荷トルクは増加する。
つまり、本実施形態の遮蔽板を設置することで、磁束集中により埋込磁石形回転電機の小型化を推進しながら、回転子の軸方向の洩れ磁束を低減することで高効率化をも推進できる結果を得た。
【００２１】
＜第２実施形態＞
以上、本発明の第１実施形態に係る埋込磁石形回転電機について説明した。次に、図８を参照しつつ、本発明の第２実施形態に係る埋込磁石形回転電機について説明する。図８は、本発明の第２実施形態に係る埋込磁石形回転電機の軸方向断面図である。
【００２２】
図８に示すように、この第２実施形態に係る埋込磁石形回転電機は、分離された回転子鉄心と側板の代わりに一体の回転子鉄心４４を有する点で、第１実施形態に係る埋込磁石形回転電機と異なり、他の構成は同様に構成される。従って、以下では、説明の便宜上、重複説明を適宜省略し、第１実施形態と異なる点を中心に説明することとする。
【００２３】
永久磁石装着孔４４aに永久磁石４２を備えた一体の回転子鉄心４４は、凹凸による係合部を持ってシャフト４１に係合固定されている。回転子４０は、回転子側面からの洩れ磁束を遮蔽する目的で、回転子側面に円盤状の鉄板からなる負荷側遮蔽板４８と反負荷側遮蔽板４９を備える。
【００２４】
図９は、本実施形態に係る埋込磁石形回転電機の径方向断面図である。
図９に示すように、回転子４０は、磁極毎に略Ｖ字状に対向する２つの永久磁石４２を回転子鉄心の永久磁石装着孔４４aに装着し、１０極の磁極を構成している。対向する２つの永久磁石４２の磁束が回転子表面に集中されるため、ギャップの磁束密度を増大させ、固定子鉄心へ向かう有効な磁束Ｆを増大することで回転電機の小型高性能化を推進している。
回転子鉄心４４は、回転子鉄心の磁極部４４b や永久磁石４２に作用するトルクに対し、凹凸による係合部を持ってシャフトに係合固定されているため、強大なトルクに耐え得る。
【００２５】
負荷側遮蔽板４８と反負荷側遮蔽板４９が、回転子の軸方向の洩れ磁束を回転子外部に対し遮蔽することは、第１実施形態と同じである。本実施形態では、第１実施形態における負荷側側板２６と反負荷側側板２７が不要であるため、負荷側遮蔽板４８と反負荷側遮蔽板４９を、回転子鉄心の磁極部４４bから隔てて装着した部分が異なる。
円盤状の鉄板からなる負荷側遮蔽板４８と反負荷側遮蔽板４９は、内側が厚く外側が薄く形成されている。内側を厚く形成し、回転子鉄心４４に密着させることで、シャフト４１に対し回転子鉄心４４を軸方向に固定する役目も果たしている。外側を薄く形成し、回転子鉄心の磁極部４４bから隔てて装着することで、回転子側面からの洩れ磁束Ｆｌを弱めた上で、回転子外部に対し洩れ磁束を遮蔽する。
【００２６】
以上説明したように、本実施形態に係る埋込磁石形回転電機は、回転子側面に円盤状の鉄板からなる遮蔽板を有することにより、磁束集中により小型化を推進しながら、回転子側面からの洩れ磁束を低減することで高効率化をも推進できる埋込磁石形回転電機を提供することができる。
【００２７】
以上、本発明の実施形態について説明した。ただし、いわゆる当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、上記実施形態から適宜変更が可能であり、また、上記実施形態と変更例による手法を適宜組み合わせて利用することも可能である。すなわち、このような変更等が施された技術であっても、本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでもない。
【００２８】
例えば、上記実施形態では、円盤状の鉄板を用いたが、磁束を遮蔽するためには磁性材であればよく、鉄製に限るものではない。同様に円盤状である必要もなく、回転子側面を覆う形状であればよい。板状である必要もなく、フィルム状でもよい。また、埋込磁石の配置形態については、図１０に示す、その他の埋込磁石の配置形態説明図のように、略Ｖ字状に限らず、放射状に永久磁石５２を装着（Ａ）してもよく、放射状の永久磁石６２b の内周側にさらに円周状に永久磁石６２aを装着（Ｂ）してもよい。つまり、本発明の洩れ磁束の遮蔽板は、永久磁石に囲まれる大きな磁極部２５，４４b ，５３a ，６３a を有し、該磁極部が磁束の洩れる大きな側面となる埋込磁石の配置構造に対し同様な効果を有する。
【００２９】
本発明の埋込磁石形回転電機は、小型高効率化が可能となるため、電動機に限らず発電機を含めた広範囲な回転電機用途に適用できる。
【符号の説明】
【００３０】
１０    フレーム                
１１    負荷側ブラケット
１１a   回転子近接部
１２    反負荷側ブラケット      
１３    固定子鉄心
１４    固定子コイル            
１５    モールド樹脂
１６    結線部                  
１７    エンコーダ部
１８    負荷側軸受              
１９    反負荷側軸受
２０    回転子                  
２１    シャフト
２２    永久磁石                
２３    ロッド
２４    内側の回転子鉄心        
２５    外側の回転子鉄心
２６    負荷側側板
２７    反負荷側側板            
２８    負荷側遮蔽板            
２９    反負荷側遮蔽板
Ｆ      磁束                    
Ｆｌ    洩れ磁束
【図１】
0005353928.tif 000002
【図２】
0005353928.tif 000003
【図３】
0005353928.tif 000004
【図４】
0005353928.tif 000005
【図５】
0005353928.tif 000006
【図６】
0005353928.tif 000007
【図７】
0005353928.tif 000008
【図８】
0005353928.tif 000009
【図９】
0005353928.tif 000010
【図１０】
0005353928.tif 000011