(57)【要約】【課題】機械的強度を確保しながら、永久磁石から発生した界磁磁束の短絡を防ぐことが可能である、高トルク・高効率化が可能な永久磁石式回転電機を提供する。【解決手段】円筒状の鉄心の内部に電機子巻線を設けた固定子２と、固定子の内部に回転自在に保持された回転子６とを有し、当該回転子を、円盤状の電磁鋼板を積層してなる回転子鉄心５の一部に複数の永久磁石７を等間隔に埋め込んだ磁石埋め込み型回転子とした永久磁石式回転電機において、回転子鉄心５は、少なくとも、永久磁石を挿入するための磁石挿入孔１１と、当該磁石挿入孔の両端に磁束短絡防止用に形成したフラックスバリア用孔１２とを形成した第１の鉄板５１Ａと、磁石挿入孔と前記フラックスバリア用孔に加えて、更に、ｑ軸付近にｑ軸孔１３を形成した第２の鉄板５１Ｂとを積層して形成する。【選択図】図３
2012023876.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の鉄心の内部に電機子巻線を設けた固定子と、
前記固定子の内部に回転自在に保持された回転子とを有し、
当該回転子を、円盤状の電磁鋼板を積層してなる回転子鉄心の一部に複数の永久磁石を等間隔に埋め込んだ磁石埋め込み型回転子とした永久磁石式回転電機において、
前記回転子鉄心は、少なくとも、前記永久磁石を挿入するための磁石挿入孔と、当該磁石挿入孔の両端に磁束短絡防止用に形成したフラックスバリア用孔とを形成した第１の電磁鋼板と、前記磁石挿入孔と前記フラックスバリア用孔に加えて、更に、ｑ軸付近にｑ軸孔を形成した第２の電磁鋼板とを積層して形成したものであることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項２】
前記請求項１に記載した永久磁石式回転電機において、
前記回転子鉄心は、少なくともその両端に積層される電磁鋼板を、前記第１の電磁鋼板としたことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項３】
前記請求項２に記載した永久磁石式回転電機において、
前記回転子鉄心は、前記両端に積層された電磁鋼板に加えて、他の積層された電磁鋼板の一部にも前記第１の電磁鋼板を積層したことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項４】
前記請求項１〜３の何れか１項に記載した永久磁石式回転電機において、前記回転子鉄心を構成する前記第２の電磁鋼板に形成した前記ｑ軸孔の内部に、樹脂を充填したことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項５】
前記請求項１に記載した永久磁石式回転電機において、
前記第２の電磁鋼板は、前記形成した前記ｑ軸孔により、その外周側の磁路、及び、当該ｑ軸孔と前記フラックスバリア用孔との間に形成される磁路が、前記複数の永久磁石の隣り合う磁極間で短絡する磁束を飽和させるのに十分な狭さであり、かつ、その内周側が、前記永久磁石を内接する同心円dの半径から磁石の肉厚を差し引いて得られる半径の同心円eよりも外側になる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６】
前記請求項１に記載した永久磁石式回転電機において、
前記第２の電磁鋼板に形成された前記ｑ軸孔は、を磁気飽和しない程度の幅を持つ径方向の磁路によって複数に分割したことを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項７】
前記請求項１に記載した永久磁石式回転電機において、
前記第２の電磁鋼板に形成された前記ｑ軸孔は、その両側に隣接して形成された前記フラックスバリア用孔の何れか一方に連結さ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、広く家電用などに用いられる永久磁石式電動機に関し、特に、その回転子における磁気特性と共に機械的強度の向上を図るに好適な構造を備えた永久磁石式回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、永久磁石式電動機については、モータの高トルク・高効率化を目的として、例えば、以下の特許文献１や特許文献２に知られる構造が考案されている。即ち、特に、特許文献２の図１によれば、永久磁石式電動機は、回転磁界を発生する固定子（１）の内側に、所定のギャップを介して回転可能に取り付けられた回転子（１０）を有しており、かつ、この回転子（１０）には、外周面に沿って、複数の永久磁石（１１）が、その極数分だけ埋め込まれている。そして、前記永久磁石（１１）の両端には、当該永久磁石より発生した磁束がその端部付近で短絡することを防ぐ為に、所謂、フラックスバリアと呼ばれる切り欠き部（１２ａ）、（１２ｂ）が設けられると共に、更に、前記永久磁石（１１）のｑ軸上には、長方形の孔（１３）を設けられており、これにより、当該永久磁石（１１）のｄ軸を通過する固定子（１）からの磁束を阻害することで、ｄ軸インダクタンスを小さくし、かつ、前記永久磁石（１１）のｑ軸を通る固定子からの磁束の磁路を広く確保することにより、ｑ軸インダクタンスを大きくし、もって、回転子のリラクタンストルクを発生させる構造となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１０１６０８号公報
【特許文献２】特開２０００−２４５０８７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、上述した従来技術により知られた構造では、リラクタンストルクを発生させる為、ｑ軸の磁路を可能な限り広く設定する必要があるが、しかしながら、その場合、回転子の永久磁石から発生した界磁磁束が、固定子を通過せずに、当該回転子内で短絡してしまうことが考えられる。
【０００５】
そこで、本発明は、上述した従来技術における問題点に鑑みて達成されたものであり、永久磁石から発生した界磁磁束の短絡を防ぐ為の構造を提案することをその目的とする。なお、そのためには、ｑ軸上の孔を広く設ける等して、隣り合う永久磁石磁極間の磁路を磁束飽和する程度に狭くする必要があるが、その場合、コア板の機械的強度に問題が生じることから、特に、その機械的強度を確保しながら、永久磁石から発生した界磁磁束の短絡を防ぐことが可能な新規な構造を提案することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明では、まず、円筒状の鉄心の内部に電機子巻線を設けた固定子と、前記固定子の内部に回転自在に保持された回転子とを有し、当該回転子を、円盤状の電磁鋼板を積層してなる回転子鉄心の一部に複数の永久磁石を等間隔に埋め込んだ磁石埋め込み型回転子とした永久磁石式回転電機において、前記回転子鉄心は、少なくとも、前記永久磁石を挿入するための磁石挿入孔と、当該磁石挿入孔の両端に磁束短絡防止用に形成したフラックスバリア用孔とを形成した第１の電磁鋼板と、前記磁石挿入孔と前記フラックスバリア用孔に加えて、更に、ｑ軸付近にｑ軸孔を形成した第２の電磁鋼板とを積層して形成した永久磁石式回転電機が提供される。
【０００７】
また、本発明では、前記に記載した永久磁石式回転電機において、前記回転子鉄心は、少なくともその両端に積層される電磁鋼板を、前記第１の電磁鋼板とすることが好ましく、更に、前記回転子鉄心は、前記両端に積層された電磁鋼板に加えて、他の積層された電磁鋼板の一部にも前記第１の電磁鋼板を積層することが好ましい。そして、前記回転子鉄心を構成する前記第２の電磁鋼板に形成した前記ｑ軸孔の内部には、樹脂を充填することが好ましい。
【０００８】
加えて、本発明では、前記に記載した永久磁石式回転電機において、前記第２の電磁鋼板は、前記形成した前記ｑ軸孔により、その外周側の磁路、及び、当該ｑ軸孔と前記フラックスバリア用孔との間に形成される磁路が、前記複数の永久磁石の隣り合う磁極間で短絡する磁束を飽和させるのに十分な狭さであり、かつ、その内周側が、前記永久磁石を内接する同心円dの半径から磁石の肉厚を差し引いて得られる半径の同心円eよりも外側になるように構成されていることが好ましく、又は、前記第２の電磁鋼板に形成された前記ｑ軸孔は、を磁気飽和しない程度の幅を持つ径方向の磁路によって複数に分割すること、又は、前記第２の電磁鋼板に形成された前記ｑ軸孔は、その両側に隣接して形成された前記フラックスバリア用孔の何れか一方に連結することも可能である。
【発明の効果】
【０００９】
上述した本発明になる永久磁石式回転電機では、その回転子の回転子鉄心において、その機械的強度を確保しながら、永久磁石から発生した界磁磁束の短絡を防ぐことが可能であることから、高トルク・高効率化が可能な永久磁石式回転電機が提供されるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明になる永久磁石式電動機の全体構成を説明する径方向の断面図である。
【図２】上記永久磁石式電動機の回転子鉄心の詳細構造を示す全体斜視図である。
【図３】上記回転子鉄心を構成する鉄板の詳細な内部構造を示す一部拡大した展開斜視図である。
【図４】上記回転子鉄心を構成する鉄板のうちの第２の鉄板の詳細構造を示す一部拡大平面図である。
【図５】上記回転子鉄心を構成する鉄板の積層構造を示す図２のＡ−Ａ断面図である。
【図６】本発明の他の実施例になる永久磁石式電動機の回転子鉄心を構成する第２の鉄板の詳細構造を示す一部拡大平面図である。
【図７】本発明の更に他の実施例になる永久磁石式電動機の回転子鉄心を構成する第２の鉄板の詳細構造を示す一部拡大平面図である。
【００１１】
以下、本発明の一の実施になる永久磁石式回転電機について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１２】
まず、添付の図１には、本発明の一の実施になる永久磁石式回転電機の径方向の断面構造（回転軸方向に垂直な切断面）が示されており、この図において、永久磁石式電動機１は、略円筒状の外観を備えた固定子２と共に、その内部には、やはり円筒形をそなえた回転子６が、固定子の内周面との間に所定のギャップを介して配置されて回転可能に取り付けられている。
【００１３】
図からも明らかなように、例えば、予め所定の形状に形成された複数の電磁鋼鈑を積層した固定子２の鉄心には、複数のスロット３が設けられており、その内部には、ここでは図示しない集中巻きの電機子巻線が施されており、これにより、回転磁界を発生する。
【００１４】
一方、回転子６は、回転子鉄心５と、回転軸８とを備えており、更に、回転子鉄心５には、その極数に相当する数の永久磁石７（本例では、４）が外周に沿って等間隔で埋め込まれている。そして、当該回転子鉄心５は回転軸８に連結されており、当該回転軸８により、回転子鉄心５の外周面と固定子４の内周面との間に所定のギャップを維持しながら、上記固定子４に対して回転可能に取り付けられて、もって、その回転力を当該回転軸８を介して外部へ伝達することとなる。なお、図からも明らかなように、上記の永久磁石７は、それぞれ、回転子６を構成するコア（回転子鉄心５）の径方向へ磁界を発生させており、かつ、隣り合う永久磁石７は、極性が互いに異なるように（逆極性）配置されている。また、図中の符号１２は、以下にも説明するフラックスバリアを示している。
【００１５】
次に、添付の図２には、上述した永久磁石式回転電機の回転子鉄心５の詳細構造を示している。この図からも明らかなように、回転子鉄心５は、上記の固定子４と同様、予め所定の形状に形成された複数の電磁鋼鈑（鉄板）５１を積層して構成されており、各鋼鈑５１は、例えば、打ち抜き加工等により、円環状に形成されると共に、その外周に沿って、上述した永久磁石７を挿入するための長方形状の磁石挿入孔１１が形成されており、更に、その両端部には、当該磁石挿入孔１１から外側に僅かに外れた位置に、上記フラックスバリアとなる空孔１２が形成されている。
【００１６】
添付の図３には、上述した回転子鉄心５の更に詳細な内部構造、即ち、当該回転子鉄心５を構成する複数枚の鉄板５１の一部が示されている。即ち、図示のように、当該回転子鉄心５を構成する複数枚の鉄板は、それぞれ、異なる２種類の鉄板５１Ａと５１Ｂに分類される。まず、第１の鉄板５１Ａには、上述した磁石挿入孔１１と共に、その両端部には、上記フラックスバリアとなる空孔１２が形成されている。
【００１７】
他方、第２の鉄板５１Ｂには、まず、上述した第１の鉄板５１Ａに形成された磁石挿入孔１１とフラックスバリア用の空孔１２と共に、更に、その外周に沿って、ｑ軸付近には、ｑ軸孔１３が設けられている。
【００１８】
なお、このｑ軸孔１３の詳細は、添付の図４に示すように、その外周側に形成される磁路の幅ｄＯと、上記フラックスバリア用の空孔１２との間に形成される磁路の幅ｄＢは、隣り合う永久磁石の磁極間で短絡する磁束を飽和させるのに十分に狭く、かつ、ｑ軸孔１３の内周側は、前記永久磁石と内接する同心円dの半径から当該磁石の肉厚分（＝磁石挿入孔１１の幅ｄＭ）を差し引いて得られる半径の同心円eよりも、外側にあることが好ましい。
【００１９】
そして、本発明では、上述した２種類のコア用鉄板５１Ａ、５１Ｂを所定の枚数だけ積層することにより、上記回転子鉄心５を形成する。例えば、その例を、添付の図５に示す。なお、これらの図に示す断面図は、上記図２に示した回転子鉄心５において、上記ｑ軸孔１３が形成された部分を、図のＡ−Ａ断面に沿った断面を示すものである。
【００２０】
まず、図５（Ａ）は、上述した２種類のコア用鉄板５１Ａ、５１Ｂを、交互に（１枚おきに）積層して回転子鉄心５を形成して例を、図５（Ｂ）は、一枚の第１の鉄板５１Ａに対して２枚の第２の鉄板５１Ｂを積層した例を示している。なお、この場合、回転子鉄心５の両端（図の上下端）に位置する鉄板としては、上記鉄板５１Ａが配置されるように設定することが好ましい。更に、図５（Ｃ）には、回転子鉄心５の両端（図の上下端）に位置する鉄板を第１の鉄板５１Ａとし、そして、その間に位置する鉄板としては第２の鉄板５１Ｂを用いた例が示されている。
【００２１】
以上の説明からも明らかなように、本発明になる永久磁石式回転電機、特に、その回転子鉄心５では、フラックスバリア用の空孔１２が磁気障壁となり、永久磁石７の発する磁束が当該永久磁石７の端部を回りこんで短絡することを抑制する。更に、上述したように、回転子鉄心５を構成するコア用鉄板５１Ａ、５１Ｂの内、鉄板５１Ｂでは、ｑ軸付近に、上述したｑ軸孔１３が設けられている。このｑ軸孔１３は、永久磁石７の発する磁束が隣り合う永久磁石７の異極へ流れる磁路（の幅）を磁気飽和する程度に狭くすることから、隣り合う永久磁石７同士で磁束短絡を生じてしまうことを抑制することとなる。即ち、これによれば、永久磁石から発生した界磁磁束が、固定子を通過せずに、当該回転子内で短絡してしまうことが解消され（磁束短絡防止効果）、もって、永久磁石式電動機の高トルク・高効率化が可能となる。
【００２２】
また、上述したように、リラクタンストルクを発生させる為、上記ｑ軸の磁路を可能な限り狭く、即ち、上述したｑ軸孔１３の面積を出来る限り広く設定することが望ましいが、しかしながら、その場合、当該ｑ軸孔１３の形成によって、コア用鉄板５１Ｂの強度、特に、当該ｑ軸孔１３の形成位置の近傍における鉄板強度が低下してしまう。そこで、本発明では、上記図５（Ａ）又は図５（Ｂ）にも示すように、全てのコア用鉄板５１に上記ｑ軸孔１３を形成するのでなく、その一部の第２のコア用鉄板５１Ｂにのみ当該ｑ軸孔１３を形成することにより、回転子鉄心５に必要な機械的強度を確保している。
【００２３】
あるいは、上記図５（Ｃ）にも示すように、回転子鉄心５の両端（図の上下端）に位置する鉄板を第１の鉄板５１Ａを、そして、その間に位置する鉄板には第２の鉄板５１Ｂを用いる場合には、形成された上記ｑ軸孔１３の内部には、例えば、接着剤、硬化性の樹脂等を充填することが好ましい。これによれば、当該ｑ軸孔１３の内部に充填された樹脂により、回転子鉄心に必要な機械的強度を確保することが出来ると共に、コア用鉄板５１間の接合を強化することも可能となり、回転子鉄心の機械的強度を更に強化することが可能となる。なお、当該ｑ軸孔１３の内部への樹脂の充填は、上記図５（Ａ）又は図５（Ｂ）に示して構造においても、同様に、適用することが可能である。
【００２４】
以上に詳細に述べた本発明の一実施例になる永久磁石式回転電機によれば、特に、その回転子鉄心を構成するコア用鉄板５１において、永久磁石から発生する界磁磁束が磁束短絡する場合に磁気飽和し易い磁路、即ち、当該ｑ軸孔１３により狭められた磁路を通過しなくてはならない為、回転子内での磁束短絡を抑制すること、即ち、磁束短絡防止効果を更に高めることが出来る。また、その際、強度の弱い第２の鉄板５１Ｂだけではなく、比較的強度の強い第１の鉄板５１Ａをも加えて交互に積層することで、回転子の機械的強度が保たれる。更に、積層される第２のコア用鉄板５１Ｂを含む回転子の機械的強度は、当該ｑ軸孔１３に樹脂を充填することによっても確保することが出来、よって、磁束短絡の抑制と共に、回転子の機械的強度をも両立することが可能となる。
【００２５】
更に、本発明の他の実施例、特に、回転子を構成する第２のコア用鉄板５１Ｂに形成される上記ｑ軸孔１３の他の形状について、添付の図６及び図７を参照しながら、以下に説明する。
【００２６】
まず、図６に示すコア用鉄板５１Ｂに形成されるｑ軸孔１３は、図からも明らかなように、上記図４に示したｑ軸孔１３を２つの部分１３−１、１３−２に分割し、その間に、磁束飽和しない幅の磁路１３−３を設けることで、機械的強度の低下を防止するものである。即ち、かかる形状のｑ軸孔１３によれば、両側に隣接するフラックスバリア用孔１２と当該ｑ軸孔１３との間に形成される磁路が半分になる為、コア用鉄板５１Ｂによる磁束短絡防止効果を更に高めることができる。
【００２７】
また、図７には、当該ｑ軸孔１３とその両側のフラックスバリア用の空孔１２との間に形成される一対の磁路の一方を切断し、即ち、一方の空孔１２’を上記ｑ軸孔１３に連結し、もって、磁束短絡防止効果を増大するものである。なお、この場合においても、その内部には、例えば、接着剤、硬化性の樹脂等を充填することが、機械的強度を確保する上からも、好ましいであろう。
【符号の説明】
【００２８】
１…永久磁石式電動機、２…固定子、３…スロット、５…回転子鉄心、６…回転子、７…永久磁石、８…回転軸、１１…磁石挿入孔、１２、１２’…フラックスバリア（空孔）、１３、１３−１、１３−２…ｑ軸孔、１３−３…狭幅の磁路、５１、５１Ａ、５１Ｂ…コア用鉄板。
【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】
2012023876.tif 000008
【図７】
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