(57)【要約】【課題】  本発明の課題は、回転子鉄心外周側のスロットとの間の肉厚を薄くしてモータの効率向上を図りつつ、かつ、回転子鉄心の外周側に発生する応力を低減できる永久磁石式回転電機を提供することにある。【解決手段】  本発明では、上記課題を課題解決するために、永久磁石と回転子鉄心が接触する面の一部にスリットを設けると共に、前記永久磁石が移動するための支点を、前記永久磁石の重心よりも前記回転子鉄心の内周側に設けたことを特徴とする。【選択図】図４
2012157150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子コイルが巻回されている固定子鉄心を有する固定子と、該固定子と所定の間隙をもって対向配置され、シャフトと一体になって回転する回転子鉄心を有する回転子とを備え、前記回転子鉄心内には、永久磁石挿入用のスロットが、軸方向に伸延して複数個設けられ、前記各スロット中に各々永久磁石が挿入されている永久磁石式回転電機において、
前記永久磁石と回転子鉄心が接触する面の一部にスリットを設けると共に、前記永久磁石が移動するための支点を、前記永久磁石の重心よりも前記回転子鉄心の内周側に設けたことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の永久磁石式回転電機において、
前記スリットは、前記永久磁石挿入用のスロットにおける短辺の長さを、内周側の長さより外周側の長さを大きく形成し、前記スロット内に前記永久磁石を挿入した際に、前記スロットの外周側において、前記永久磁石とスロットの間に形成されることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項３】
請求項１に記載の永久磁石式回転電機において、
前記スリットは、前記永久磁石挿入用のスロットの外周側において、前記永久磁石と回転子鉄心が接触している最終端を支点とし、この支点から外周側に向かって末広がり状に形成されているスロットに前記永久磁石を挿入配置することで形成されることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項４】
請求項１に記載の永久磁石式回転電機において、
前記支点Ｃは、前記永久磁石７の断面おける長辺に対して重心を通るように引いた垂線より内側に位置していることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項５】
請求項１に記載の永久磁石式回転電機において、
前記永久磁石の外周側を円孤状で、かつ、内周側より大きく形成し、前記永久磁石の重心を永久磁石の中心位置より外周側に配置したことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項６】
固定子コイルが巻回されている固定子鉄心を有する固定子と、該固定子と所定の間隙をもって対向配置され、シャフトと一体になって回転する回転子鉄心を有する回転子とを備え、前記回転子鉄心内には、永久磁石挿入用のスロットが、軸方向に伸延して複数個設けられ、前記各スロット中に各々永久磁石が挿入されている永久磁石式回転電機において、
前記回転子鉄心のスロット及び永久磁石は、内周側に支点が突出する断面くの字に形成され、かつ、断面くの字の前記永久磁石の内周側が、遠心力が働く方向に対して抵抗が大きくなるように形成されていることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項７】
請求項６に記載の永久磁石式回転電機において、
前記回転子鉄心の外周側の前記スロットと永久磁石の間にスリットを設け、該スリットで前記永久磁石が前記回転子鉄心の外周側と接触しないように構成されていることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項８】
請求項６に記載の永久磁石式回転電機において、
前記永久磁石は、外周側より内周側が肉厚の厚い断面くの字に形成されていると共に、前記肉厚の厚い永久磁石７内に重心位置があり、かつ、前記スロットにスリットが設けられていることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項９】
固定子コイルが巻回されている固定子鉄心を有する固定子と、該固定子と所定の間隙をもって対向配置され、シャフトと一体になって回転する回転子鉄心を有する回転子とを備え、前記回転子鉄心内には、永久磁石挿入用のスロットが、軸方向に伸延して複数個設けられ、前記各スロット中に各々永久磁石が挿入されている永久磁石式回転電機において、
前記回転子鉄心のスロット及び永久磁石は、外周側を細く内周側を太く形成することで生じる段差が設けられ、かつ、細く形成されている外周側の前記永久磁石の先端部付近の前記スロットには、スリットが設けられていることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は永久磁石式回転電機に係り、特に、回転子に磁力源として永久磁石が採用されている例えば鉄道車両用モータに好適な永久磁石式回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両に使用される回転電機としては、これまで巻線型発電機や誘導電動機が用いられてきたが、近年、永久磁石の高性能化、低価格化や高性能なインバータの普及により、小型軽量化、高効率化を可能とする永久磁石式回転電機を採用する気運が高まっている。
【０００３】
図１は、一般的な鉄道車両用モータの構成を示すものである。該図に示す如く、鉄道車両用モータは、ケーシング３に固定され、固定子コイル６が巻回されている固定子鉄心２と、シャフト４と一体になって回転する回転子鉄心１とが、所定の間隙をもって対向配置され、かつ、ケーシング３がシャフト４にベアリング５を介して支持されて構成されている。また、回転子鉄心１及び固定子鉄心２は、ケイ素鋼板が軸方向の複数枚積層されて形成されている。
【０００４】
図１のＡ−Ａ’断面を図２に示す。該図に示す如く、回転子鉄心１内には、永久磁石挿入用のスロット８が、軸方向に伸延し、かつ、ハの字状に複数個設けられ、その各スロット８中に各々永久磁石７が挿入され設置されている。また、固定子鉄心２内には固定子コイル６が設けられ、この固定子コイル６に磁界の変化を与えることにより、回転子鉄心１及びシャフト４を回転させる構造になっている（特許文献１及び２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３３３６５６号公報
【特許文献２】特開２０１０−１６１８８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
通常、永久磁石７を挿入した回転子鉄心１は、運転時に高速で回転する。そのため、回転子鉄心１には遠心力が働き、永久磁石７には、外周側へ移動しようとする力が働く。この力を回転子鉄心１のスロット８の面の外周側で受けることになるため、回転子鉄心１の外周側のスロット８との間で肉厚の薄い部分が生じている従来の構成では、回転子鉄心１外周部の肉厚の薄い部位には、高い引張応力が生じることになる。
【０００７】
これを図３を用いて説明する。該図に示す如く、従来は、回転子鉄心１に設けたスロット８内に永久磁石７を挿入する構造であるため、回転子鉄心１と永久磁石７には隙間がなく、モータ回転時に永久磁石７に掛かる荷重は、図中のＢ、Ｂ'面で受けるようになっている。
【０００８】
そのため、図中に示すように、永久磁石７を挿入した回転子鉄心１外周側のスロット８との間の肉厚の薄い部分に、応力が集中してしまう。
【０００９】
これを防止するには、回転子鉄心１外周側のスロット８との間の肉厚を厚くすればよいが、これではモータの効率低下につながってしまう。
【００１０】
このように、回転子鉄心１外周側のスロット８との間の肉厚は、薄いほどモータの効率向上につながるため、いかにして肉厚を薄くし、かつ、応力を低減させるかが課題となっている。
【００１１】
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、回転子鉄心外周側のスロットとの間の肉厚を薄くしてモータの効率向上を図りつつ、かつ、回転子鉄心の外周側に発生する応力を低減できる永久磁石式回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の永久磁石式回転電機は、上記目的を達成するために、固定子コイルが巻回されている固定子鉄心を有する固定子と、該固定子と所定の間隙をもって対向配置され、シャフトと一体になって回転する回転子鉄心を有する回転子とを備え、前記回転子鉄心内には、永久磁石挿入用のスロットが、軸方向に伸延して複数個設けられ、前記各スロット中に各々永久磁石が挿入されている永久磁石式回転電機において、前記永久磁石と回転子鉄心が接触する面の一部にスリットを設けると共に、前記永久磁石が移動するための支点を、前記永久磁石の重心よりも前記回転子鉄心の内周側に設けるか、
或いは、前記回転子鉄心のスロット及び永久磁石は、内周側に支点が突出する断面くの字に形成され、かつ、断面くの字の前記永久磁石の内周側が、遠心力が働く方向に対して抵抗が大きくなるように形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、回転子鉄心外周側のスロットとの間の肉厚を薄くしてモータの効率向上を図りつつ、かつ、回転子鉄心の外周側に発生する応力を低減でき、結果的に、回転電機の体格を小さくでき、軽量化が期待できる永久磁石式回転電機を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明が適用される鉄道車両用モータの構成を示す断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図３】従来の構成における荷重を受け持つ面及び応力発生部位を示した回転子鉄心の部分断面図である。
【図４】本発明の永久磁石式回転電機の実施例１の構成における荷重を受け持つ面及び応力発生部位を示した回転子鉄心の部分断面図である。
【図５】図４に示した例の変形例の構成における荷重を受け持つ面を示した回転子鉄心の部分断面図である。
【図６】本発明の永久磁石式回転電機の実施例２の構成における荷重を受け持つ面を示した回転子鉄心の部分断面図である。
【図７】図６に示した例の変形例の構成における荷重を受け持つ面を示した回転子鉄心の部分断面図である。
【図８】図６に示した例の他の変形例の構成における荷重を受け持つ面を示した回転子鉄心の部分断面図である。
【図９】本発明の永久磁石式回転電機の実施例３の構成における荷重を受け持つ面を示した回転子鉄心の部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。尚、符号は従来と同一のものは同符号を使用し、その説明は省略する。
【実施例１】
【００１６】
図４は、本発明の永久磁石式回転電機の実施例１を示すものである。
【００１７】
該図に示すように、本実施例では、永久磁石挿入用のスロット８における短辺の長さを、内周側の長さ（ｌ１）より外周側の長さ（ｌ２）を大きく形成し、スロット８内に永久磁石７を挿入した際に、スロット８の外周側において、永久磁石７とスロット８の間にスリット９が形成されるように永久磁石７を配置している。
【００１８】
即ち、このスリット９は、スロット８の外周側において、永久磁石７と回転子鉄心１が接触している最終端を支点Ｃとし、そこから外周側に向かって末広がり状に形成され、そのスロット８に永久磁石７を挿入配置し、スリット９が形成されるようになっている。
【００１９】
しかも、上記支点Ｃは、永久磁石７の重心Ｇより内側、即ち、永久磁石７の断面おける長辺に対して重心Ｇを通るように引いた垂線より内側（図４の垂線より左側）に位置している。
【００２０】
このような構成の本実施例では、上記のようなスリット９を設け、永久磁石７と接触する支点Ｃを、永久磁石７の重心Ｇより内側に配置することで、回転に伴う遠心力を受けた際に、支点Ｃを軸に永久磁石７がスリット９側に移動し、支点Ｃ、面Ｂ'、面Ｄで永久磁石７に生じる力を受け持つことになる。
【００２１】
従って、本実施例では、従来例の図３に示したスロット８の面Ｂで受けていた荷重を、図４の面Ｄと面Ｂ０に分散させることが可能になり、回転子鉄心１の外周側のスロット８との間の肉厚の薄い部分に生じた高い応力を減少させることができる。
【００２２】
このように、運転時の遠心力で永久磁石７が外周側に移動しようとして、回転子鉄心１の外周に発生する応力を低減させることができ、回転子鉄心１外周の肉厚を薄くすることが可能になる。これにより、モータの効率が向上し、モータの効率が向上することでモータの体格を更に小さくでき、モータの軽量化が期待できる。
【００２３】
図５に、図４に示した実施例の変形例を示す。該図に示す本実施例では、永久磁石７の外周側を円孤状で、かつ、内周側より大きくし、重心Ｇを図４の重心Ｇの位置（永久磁石７の中心位置）より外周側に配置したものである。
【００２４】
このように構成することで、永久磁石７がスリット９側へ移動しやすくなり、面Ｄで受ける荷重が増え、更なる応力低下が見込める。また、永久磁石７の外周側を大きくすることで、永久磁石７の冷却が良くなり、温度上昇の防止にもつながる。
【実施例２】
【００２５】
図６は、本発明の永久磁石式回転電機の実施例２を示すものである。
【００２６】
該図に示すように、本実施例では、回転子鉄心１のスロット８及び永久磁石７を、内周側に支点Ｃが突出する断面くの字に形成し、遠心力により永久磁石７が外周側に移動しようとした時に掛かる荷重を受ける面Ｅを設けている。即ち、断面くの字の永久磁石７の内周側が、遠心力が働く方向に対して抵抗が大きくなるような面Ｅが形成されている
このように構成することにより、面Ｅで受ける荷重の負担が大きくなり、回転子鉄心１の外周側のスロット８との間の肉厚の薄い部分に生じる応力は少なくなり、従来例の図３で示した面Ｂ、面Ｂ'で受ける荷重の負担を小さくすることができる。
【００２７】
また、上述した面Ｅの回転子鉄心１の部位は、肉厚Ｌ１が薄肉部に肉厚Ｌ２より厚くなっているため、大きな荷重を受けても高い応力は発生しない。更に、回転子鉄心１の外周に生じる応力は、面Ｂ、面Ｂ’で受ける荷重が小さくなるため、減少させることが可能になる。
【００２８】
図７に、図６に示した実施例の変形例を示す。該図に示す本実施例では、回転子鉄心１のスロット８及び永久磁石７を、内周側に支点Ｃが突出する断面くの字に形成し、更に回転子鉄心１の外周側のスロット８と永久磁石７の間にスリット９を設け、永久磁石７が回転子鉄心１の外周側と接触しないように構成したものである。
【００２９】
このように構成することで、従来例の図３の面Ｂ'で受けていた荷重が小さくなり、かつ、面Ｂの荷重を受ける面も小さくなる。
【００３０】
これにより、肉厚の厚い面Ｅで大きな荷重を受けることができ、回転子鉄心１の外周側に生じる応力を低減させることが可能になる。
【００３１】
図８に、図６に示した実施例の他の変形例を示す。該図に示す本実施例では、回転子鉄心１のスロット８及び永久磁石７を、内周側に支点Ｃが突出する断面くの字に形成すると共に、スロット８にスリット９を設け、かつ、回転子鉄心１の外周より離れた側の永久磁石７（肉厚の厚い永久磁石７内）に重心を持たせるように構成したものである。
【００３２】
このように構成することで、永久磁石7には、図中の矢印方向に移動しようとする力が生じるが、その変形をスロット８のスリット９で吸収し、永久磁石７と回転子鉄心１の外周部が接触しなくなり、回転子鉄心１の外周部に生じる応力を低減させることが可能になる。
【実施例３】
【００３３】
図９は、本発明の永久磁石式回転電機の実施例３を示すものである。
【００３４】
該図に示すように、本実施例では、回転子鉄心１のスロット８及び永久磁石７に、外周側を細く内周側を太く形成することで生じる段差を設けると共に、細く形成されている外周側の永久磁石７の先端部付近のスロット８に、スリット９を設けたものである。
【００３５】
このように構成することで、上記した段差部で回転に伴う荷重を受けることができ、従来例の図３の面Ｂ’で受ける荷重を小さくすることが可能になり、回転子鉄心１の外周部に生じる応力を低減させることができる。
【００３６】
以上、種々の実施例で説明した本発明によれば、運転時の遠心力で永久磁石が外周側に移動しようとして、回転子鉄心の外周に発生する応力を低減させることができ、回転子鉄心外周の肉厚を薄くすることが可能になり、回転電機の効率が向上する。よって、回転電機の効率が向上することで、回転電機の体格を更に小さくでき、軽量化が期待できる。
【符号の説明】
【００３７】
１…回転子鉄心、２…固定子鉄心、３…ケーシング、４…シャフト、５…ベアリング、６…固定子コイル、７…永久磁石、８…スロット、９…スリット。
【図１】
2012157150.tif 000003
【図２】
2012157150.tif 000004
【図３】
2012157150.tif 000005
【図４】
2012157150.tif 000006
【図５】
2012157150.tif 000007
【図６】
2012157150.tif 000008
【図７】
2012157150.tif 000009
【図８】
2012157150.tif 000010
【図９】
2012157150.tif 000011