(57)【要約】【課題】磁石挿入穴にボンド磁石流動体を充填、硬化させる埋め込み磁石型ロータは、ロータコアの軸方向両端部から漏れ磁束が生じるため、ステータ側に流れる磁束が減少し、トルクに寄与する有効磁束量が減少するという課題がある。【解決手段】回転軸方向に積層された複数の打ち抜き鋼板からなるロータコアと、ロータコアの磁石挿入穴に充填されたボンド磁石を備え、ボンド磁石はロータコアの内部に位置し、ロータコアの回転軸に直交する方向の断面において、前記回転軸方向に向けて凸状の埋設部と、ロータコアの両端面に位置し、回転軸に向けて凸状の外縁部が一体として構成した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸方向に積層された複数の打ち抜き鋼板からなるロータコアと、前記ロータコアの磁石挿入穴に充填されたボンド磁石を備え、
前記ボンド磁石は、
前記ロータコアの内部に位置し、前記ロータコアの回転軸に直交する方向の断面において、前記回転軸方向に向けて凸状の埋設部と、
前記ロータコアの両端面に位置し、前記回転軸に向けて凸状の外縁部が一体として構成されたことを特徴とする埋め込み磁石型ロータ。
【請求項２】
前記埋設部は前記回転軸と直交する方向に着磁され、前記外縁部は軸方向成分を有するように着磁されていることを特徴とする請求項１に記載の埋め込み磁石型ロータ。
【請求項３】
前記ロータコアの両端面に、磁性体からなるバックヨークを設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の埋め込み磁石型ロータ。
【請求項４】
前記バックヨークの材料が、ケイ素鋼板または圧粉鉄心または冷間圧延鋼板であることを特徴とする請求項３に記載の埋め込み磁石型ロータ。
【請求項５】
前記バックヨークの厚さをＡ、前記外縁部の厚さをＢとしたとき、Ａ／Ｂが０．５以上であることを特徴とする請求項３または４に記載の埋め込み磁石型ロータ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の埋め込み磁石型ロータを備えた電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータコアに複数のボンド磁石を充填した埋め込み磁石型ロータおよびそれを備えた電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の永久磁石型電動機は、回転磁界を発生する略円筒状のステータと、ステータ内周側にギャップを介して配置され、永久磁石により磁極を形成したロータが、ロータ内周側に設けられたシャフトを中心に回転する構成が一般的である。
【０００３】
また、ロータは、高速回転する際に加わる遠心力に対する強度確保、および、永久磁石の配置により突極性を持たせ、リラクタンストルクを発生させるため、ロータコアに設けた磁石挿入穴に永久磁石を挿入して構成される磁石埋め込み型ロータが広く使用されている。
【０００４】
ところで、永久磁石は、鋳造、焼結などにより形成されたセグメント磁石を使用することが多いが、ロータ組立時の作業性向上のために、ロータコアに設けた磁石挿入穴は、セグメント磁石外形よりも少し大きい形状で構成させるため、ロータコアと永久磁石との間にある隙間によりロータ表面磁束密度が低下したり、また、セグメント磁石が硬く脆い性質であるために磁石形状を複雑にできないという課題を有している。
【０００５】
この課題解決のため、特許文献１に開示されるように、磁石挿入穴に、高いエネルギー密度を有する鋳造または焼結磁石の小片を入れた後、樹脂材料を混合したボンド磁石を充填、硬化させて構成される埋め込み磁石型ロータが考案されている。
【０００６】
樹脂材料を混合したボンド磁石は、鋳造または焼結磁石よりもエネルギー密度が低くなるため、磁石挿入穴に、エネルギー密度の高い鋳造または焼結磁石小片を入れた後、ボンド磁石を充填、硬化させることにより、ロータの表面磁束密度低下を抑制させている。
【０００７】
また、ボンド磁石はロータコアに設けた磁石挿入穴の形状にあわせて隙間なく形成されるため、磁石挿入穴との隙間によるロータの表面磁束密度低下を防ぐことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−３０４６１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、磁石挿入穴にボンド磁石の流動体を充填、硬化させる埋め込み磁石型ロータは、ロータコアの軸方向両端部から漏れ磁束が生じるため、ステータ側に流れる磁束が減少する。これにより、トルクに寄与する有効磁束量が減少するという課題がある。
【００１０】
本発明は、このような課題を解決するものであり、ロータコアの軸方向両端部からの漏れ磁束を抑制し、ステータ側に流れる磁束を増加させ、トルクに寄与する有効磁束量を増加させることができる埋め込み磁石型ロータ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】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の埋め込み磁石型ロータは、回転軸方向に積層され
た複数の打ち抜き鋼板からなるロータコアと、ロータコアの磁石挿入穴に充填されたボンド磁石を備え、ボンド磁石は、ロータコアの内部に位置し、ロータコアの回転軸に直交する方向の断面において、回転軸方向に向けて凸状の埋設部と、ロータコアの両端面に位置し、回転軸に向けて凸状の外縁部が一体として構成されたことを特徴とする。
【００１２】
そして、埋設部は前記回転軸と直交する方向に着磁され、外縁部は軸方向成分を有するように着磁されていることを特徴とする。
【００１３】
以上のような構成により、ロータコアの軸方向両端部からの漏れ磁束を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ロータコアの軸方向両端部からの漏れ磁束を抑制することで、ステータ側に流れる磁束を増加させ、トルクに寄与する有効磁束量を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態１に係る電動機の概略図
【図２】（ａ）本発明の実施形態１に係る埋め込み磁石型ロータの斜視図、（ｂ）同埋め込み磁石型ロータの断面斜視図
【図３】（ａ）同埋め込み磁石型ロータのロータコアの斜視図、（ｂ）同埋め込み磁石型ロータのボンド磁石の斜視図
【図４】誘起電圧および永久磁石単位体積当たりの誘起電圧を示す図
【図５】本発明の実施形態２に係る埋め込み磁石ロータの斜視図
【図６】同埋め込み磁石ロータの断面図
【図７】バックヨークの軸方向の厚さＡと永久磁石の厚さＢとの比率Ｘと、誘起電圧の関係を示す図
【図８】従来の埋め込み磁石型ロータの斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施形態における永久磁石型電動機（以下、単に電動機という）の断面図である。電動機１は、巻線２を巻回されたステータ３と、ステータ３の内側に微小隙間を介して配置された埋め込み磁石型ロータ４を備えている。埋め込み磁石型ロータ４の中心にシャフト５が固定され、シャフト５は２つのベアリング６で回転自在に保持されている。
【００１８】
図２（ａ）は、埋め込み磁石型ロータ４の斜視図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す二点鎖線で切断した場合の断面斜視図である。また、図３（ｂ）は埋め込み磁石型ロータ４を構成するロータコア４１の斜視図で、図３（ｂ）はボンド磁石４２の斜視図である。
【００１９】
埋め込み磁石型ロータ４は、複数の打ち抜き鋼板を回転軸方向に積層されたロータコア４１と、ロータコア４１を貫通するように設けれた、複数の磁石挿入穴４３と、複数の磁石挿入穴４３に充填された、永久磁石であるボンド磁石４２から構成されている。
【００２０】
ボンド磁石４２は、ロータコア４１の両端面に位置し、回転軸であるシャフト中心に向かって凸の円弧とロータコア４１の外周とで囲まれる、半円状（正確に言えば、月齢２０
の月の形状をしている）をした外縁部４２ａと、ロータコア４１の内部に埋設されるように位置し、回転軸に直交する面での断面形状が、シャフト中心に向かって凸の円弧状の埋設部４２ｂからなる。外縁部４２ａと埋設部４２ｂは一体として構成されており、埋設部４２ｂの回転軸方向の両端を外縁部４２ａで覆ったような形状となっている。
【００２１】
なお、外縁部４２ａの積厚は、埋設部４２ｂの軸方向の積厚よりも小さく、埋設部４２ｂは略軸方向に直交する方向に着磁され、外縁部４２ａは、図３（ｂ）の矢印に示すように、軸方向成分を有するように着磁されている。
【００２２】
従来は、図８の埋め込み磁石型ロータの斜視図に示すように、埋め込み磁石型ロータ１０１の軸方向の両端面で、ボンド磁石１０２から発生した磁束が、ロータコア１０３の軸方向の両端面から空気に漏れ、隣接するボンド磁石１０２に戻る短絡磁路（図中の矢印）が形成されるため、ロータ表面磁束が減少し、トルクに寄与する有効磁束量が減少するという課題があった。
【００２３】
これに対し、本実施形態の埋め込み磁石型ロータ４においては、ロータコア４１の軸方向の両端面は軸方向成分を有するように着磁されたボンド磁石４２で覆われるため、ロータコア４１の軸方向の両端面から空気に漏れる磁束量を減少させることができる。
【００２４】
これを確認するために、有限要素法による磁界の数値解析を実施した。図４は、本実施形態と従来例について、誘起電圧と単位永久磁石体積当たりの誘起電圧の計算結果の比較を示している。図４からわかるように、本形態の埋め込み磁石型ロータは、従来のロータ構造よりも誘起電圧を増加させ、さらに単位永久磁石体積あたりの誘起電圧も増加させることができる。
【００２５】
なお、本形態では、磁石埋め込み型ロータの極数は６（磁石挿入穴４３の数が６）で示しているが、この数に限定されるものではなく、２ｎ倍（ｎは自然数）であれば適用できる。また、ボンド磁石４２の埋設部４２ｂの断面形状は、円弧形状の場合を示したが、こちらもこの形状に限定されるものではなく、コの字状やＵ字状やＶ字状などであっても良い。
【００２６】
（実施の形態２）
図５は実施の形態２に係る埋め込み磁石型ロータの斜視図で、図６は埋め込み磁石型ロータの回転軸方向の断面図である。
【００２７】
本形態の埋め込み磁石型ロータ７は、実施の形態１で示した埋め込み磁石型ロータ４の両端面にバックヨーク８をさらに設けたものである。
【００２８】
このように構成された埋め込み磁石型ロータ７においては、前述したように、ロータコアの軸方向の両端面から空気に漏れる磁束量が減少するのに加え、更に、隣接するボンド磁石４２間では、図５の矢印で示すような磁束の渡り磁路が形成されるが、ボンド磁石４２からの磁束は磁気抵抗の小さいバックヨーク８を通ることにより、隣接するボンド磁石４２間の磁気抵抗を低減することができるので、ロータ表面磁束が増加し、トルクに寄与する有効磁束量をさらに増加させることができる。
【００２９】
また、バックヨーク８の外径寸法をロータコア４１の外径寸法より小さくすることで、ロータ表面磁束が空気に漏れ、バックヨーク８に戻る短絡磁路（図６の矢印）が形成されることによって、トルクに寄与する有効磁束量が減少することを抑えることができる。
【００３０】
さらに、バックヨーク８の軸方向の厚さと、ボンド磁石４２の外縁部４２ａの軸方向の
厚さを適切な関係とすることで、トルクに寄与する有効磁束量の増加効果を高めることができる。図７は有限要素法による磁界の数値解析の計算結果であり、バックヨーク８の軸方向の厚さをＡ、外縁部４２ａの厚さをＢとしたとき、Ｂに対するＡの比率Ｘと、従来例のロータ構造を用いた電動機の誘起電圧の関係を示している。図７より、Ｘが０．５以上のとき、大きな誘起電圧増加効果が得られることがわかる。
【００３１】
なお、バックヨークの材質は特定の材質に限定されるものではなく、ケイ素鋼板、圧粉鉄心、冷間圧延鋼板など任意の磁性体であればよい。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
以上のように、本発明の電動機によれば、ロータコアの軸方向両端部からの漏れ磁束を抑制し、ステータ側に流れる磁束を増加させ、トルクに寄与する有効磁束量を増加させることができ、安定した特性を得ることができるため、特に用途を限定されることなく、エアコンなどの家電機器やロボットなどの産業機器など、各種電気機器に適用可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１  電動機
２  巻線
３  ステータ
４、７  埋め込み磁石型ロータ
４１  ロータコア
４２  ボンド磁石
４２ａ  外縁部
４２ｂ  埋設部
４３  磁石挿入穴
５  シャフト
６  ベアリング
８  バックヨーク
【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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