(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層電磁鋼板よりなるロータコア（５１）と、
前記ロータコア（５１）の軸穴（５１Ａ）に嵌合した回転軸（４）と、
前記ロータコア（５１）の両翼部に設けた漏洩磁束を防止するための抜き穴
（５８、５９）と、
前記抜き穴（５８、５９）間に前記ロータコア（５１）の中央部を切り残す
ように設けられ、かつ、左右に２分割してなる矩形のロータスロット（５２、５３）と、
前記ロータスロット（５２、５３）内に嵌合した矩形の界磁永久磁石（６Ａ、６Ｂ）と、
前記界磁永久磁石（６Ａ、６Ｂ）の上面に形成した突極部（５４）と、
前記ロータスロット（５２、５３）間に前記突極部（５４）と前記ロータコア（５１）を繋ぐように形成したブリッジ（５５）より構成され、
前記ロータスロット（５２、５３）は、一方の角部（５２Ｂ、５２Ｄ、５３Ｂ、５３Ｄ）に軸穴（５１Ａ）側に向かって形成した逃げ部（５２Ｌ、５２Ｎ、５３Ｌ、５３Ｎ）と、他方の角部（５２Ａ、５２Ｃ、５３Ａ、５３Ｃ）に突極部（５４）側に向かって形成した逃げ部（５２Ｋ、５２Ｍ、５３Ｋ、５３Ｍ）とを設けた永久磁石形同期電動機のロータにおいて、
前記ロータスロット（５２、５３）における前記ブリッジ（５５）側および前記軸穴（５１Ａ）側に形成した逃げ部（５２Ｌ、５３Ｌ）は、該逃げ部（５２Ｌ、５３Ｌ）に一箇所に集中している応力を分散させるよう、他の逃げ部（５２Ｋ、５２Ｍ、５２Ｎ、５３Ｋ、５３Ｍ、５３Ｎ）の形状と比較して、ロータスロット（５２、５３）の底部の長手方向に沿って該スロットの外側に大きく膨らむ矩形状のふくらみを有していることを特徴とする永久磁石形同期電動機のロータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石形同期電動機のロータに関し、特に、高速回転に耐え得るように設計されたロータコアの内部に永久磁石を備えたロータ構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ロータコアの内部に永久磁石を備えた永久磁石形同期電動機のロータは図３に示すようになっている。図３は、第１の従来技術を示す永久磁石形同期電動機の断面図であって、便宜上、実際のロータ、ステ-―タを４分の１にカットしたもので説明する。図において、１は電機子、２はステータスロット、３は巻線、４は回転軸、５はロータ、５１はロータコア、５１Ａは軸穴、５２、５３はロータスロット、５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄ、５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃ、５３Ｄは角部、５４は突極部、５５はブリッジ、５６、５７は薄肉部、５８、５９は抜き穴、６Ａ、６Ｂは永久磁石である。積層電磁鋼板よりなるコアに形成したステータスロット２内に多相・多極の巻線３を巻装して成る電機子１の内径に、空隙を介して積層電磁鋼板よりなるロータコア５１を設けてある。このロータコア５１の両翼部に漏洩磁束を防止するための抜き穴５８、５９を設けてある。また、抜き穴５８、５９の間にロータコア５１の中央部を切り残すように左右に２分割されると共に、極ピッチより僅かに狭い幅の矩形のロータスロット５２、５３を設けて、ロータスロット５２、５３内に一対の矩形の界磁永久磁石６Ａ、６Ｂを嵌合し、界磁永久磁石６Ａ、６Ｂの上面を突極部５４として構成してある。なお、界磁永久磁石６Ａ、６Ｂは、ロータスロット５２、５３の厚さと幅が等しい、おのおのが同極となるように径方向に着磁したものとなっている。さらに、ロータスロット５２、５３間には、突極部５４とロータスロット５２、５３を繋ぐように形成し、永久磁石６Ａ、６Ｂの間の極を分割するブリッジ５５を設けると共に、永久磁石６Ａと抜き穴５８の間並びに永久磁石６Ｂと抜き穴５９の間にそれぞれ薄肉部５６、５７を設け、フリッジ５５、薄肉部５６、５７の幅は、機械的な強度を保ち、かつ、電磁気的に磁路が飽和するような値にしてある。
【０００３】
従来技術では、ロータコア５１のロータスロット５２、５３間にブリッジ５５が存在し、あるいは薄肉部５６、５７が存在することにより、ロータスロット５２、５３のブリッジ５５側に角部５２Ａ、５２Ｂ、５３Ａ、５３Ｂ、薄肉部５６側に５２Ｃ、５２Ｄ、薄肉部５７側に５３Ｃ、５３Ｄも存在する。特に、軸穴５１Ａと回転軸４の嵌合部分の影響によりにこれらの角部で応力集中が現れるが、この点を考慮してロータ５を高速回転させるために、軸穴５１Ａと回転軸４の嵌合部分における締まりばめの締め代は、回転による軸穴５１Ａの径方向の膨張から回転による回転軸４の径方向の膨張を差し引いた分の長さ寸法以上が最低限必要であり、ロータの高速回転を達成しようとする場合、軸穴５１Ａと回転軸４の締まりばめの締め代を大きく取る必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、第１の従来技術では、角部５２Ｂ、５３Ｂにおいて、軸穴５１Ａと回転軸４の締まりばめの嵌合の影響により、特に角部５２Ｂ、５３Ｂの応力集中が大きく現れることから、角部５２Ｂ、５３Ｂの形状が軸穴５と回転軸６の締まりばめの締め代を決定する際の制限となり、ひいてはロータ５の回転速度への制限となるという問題があった。また、角部５２Ｃ、５３Ｃについても前記角部５２Ｂ、５３Ｂと同じ問題があった。
【０００５】
上記の第１の従来技術の問題を解消するため、他の永久磁石形同期電動機のロータが提案されている。図４は、第２の従来技術を示す永久磁石形同期電動機であって、（ａ）はその断面図、（ｂ）は（ａ）のロータスロットの逃げ部の位置を説明した拡大図である。図３と同様にロータ、ステ-―タを４分の１にカットしたものである。図において、第２の従来技術は、第１の従来技術で問題となった軸穴５１Ａと回転軸４の締まりばめの嵌合の影響により現れる角部の応力集中を軽減するため、ロータスロット５２および５３の角部５２Ｂ、５２Ｄ、５３Ｂ、５３Ｄに、軸穴５１Ａ側に向かって一定の半径で半円形にえぐるような形状をした逃げ部５２Ｌ、５２Ｎ、５３Ｌ、５３Ｎを形成すると共に、他方の角部５２Ａ、５２Ｃ、５３Ａ、５３Ｃに、突極部５４側に向かって同じく半円形にえぐるような形状をした逃げ部５２Ｋ、５２Ｍ、５３Ｋ、５３Ｍを形成したものである。しかしながら、このような構成でも軸穴５１Ａに近い角部５２Ｂ、５３Ｂは軸穴５１Ａと回転軸４の締まりばめの嵌合の影響による応力集中が特に大きく現れることから、前記逃げ部５２Ｌ、５２Ｎ、５３Ｌ、５３Ｎの半径をそれぞれ軸穴側に大きくするにも寸法的に制約があった。本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、高速回転時、ロータスロットの角部における遠心力による応力集中を緩和しロータコアの強度を維持できる永久磁石形同期電動機のロータを提供することを目的とする。
【０００６】
【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記載の本発明は、積層電磁鋼板よりなるロータコアと、前記ロータコアの軸穴に嵌合した回転軸と、前記ロータコアの両翼部に設けた漏洩磁束を防止するための抜き穴と、前記抜き穴間に前記ロータコアの中央部を切り残すように設けられ、かつ、左右に２分割してなる矩形のロータスロットと、前記ロータスロット内に嵌合した矩形の界磁永久磁石と、前記界磁永久磁石の上面に形成した突極部と、前記ロータスロット間に前記突極部と前記ロータコアを繋ぐように形成したブリッジより構成され、前記ロータスロットは、一方の角部に軸穴側に向かって形成した逃げ部と、他方の角部に突極部側に向かって形成した逃げ部とを設けた永久磁石形同期電動機のロータにおいて、前記ロータスロットにおける前記ブリッジ側および前記軸穴側に形成した逃げ部は、該逃げ部に一箇所に集中している応力を分散させるよう、他の逃げ部の形状と比較して、ロータスロット底部の長手方向に沿って該スロットの外側に大きく膨らむ矩形状のふくらみを有したものである。上記手段により、ロータスロットのブリッジ側および軸穴側に形成した逃げ部を、他の逃げ部と比較してロータスロットの底部の長手方向に沿って大きく形成すると、界磁永久磁石とロータスロットの角部における応力集中は逃げ部の軸穴側で分散される、
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。図１は本発明の第１の実施例を示す永久磁石形同期電動機の断面図である。なお、本発明が従来技術と同じ構成要素については、同一符号を付して説明を省略し、異なる点のみを説明する。図において、５２Ｅ、５３Ｅ、５２Ｆ、５３Ｆは段差である。本発明が第１の従来技術と異なる点は、以下のとおりである。すなわち、各々のロータスロット５２、５３はブリッジ５５側の端部の中央近傍とスロットの底に位置する角部５２Ｂ、５３Ｂとの間にブリッジ５５側に向かって略円弧状の軌跡を描くような突出した段差５２Ｅ、５３Ｅを設けた点である。また、各々のロータスロット５２、５３の薄肉部５６、５７側に、ロータスロット５２、５３の端部の中央近傍とスロットの先端に位置する角部（５２Ｃ、５３Ｃ）との間に薄肉部５６、５７側に向かって略円弧状の軌跡を描くような突出した段差５２Ｆ、５３Ｆを設けた点である。
【０００８】
次に、本発明による永久磁石形同期電動機のロータを適用するに際して、ＦＥＭ解析により応力変化率の解析を行った。これによると、従来、ロータスロット５２、５３の角部５２Ｂ、５３Ｂの円弧半径が０．３ｍｍであったものに対して、本発明の１．５５ｍｍを適用することにより、角部５２Ｂ、５３Ｂ近傍の応力変化率は従来比０．７８に減少するという結果が得られ、応力緩和の効果を確認することができた。また、ロータスロット５２、５３の角部５２Ｃ、５３Ｄについても、角部５２Ｂ、５３Ｂの円弧半径と同様の改良を加えることにより、応力変化率の減少による応力緩和の効果を確認することができた。
【０００９】
したがって、各々のロータスロット５２、５３のブリッジ５５側における端部の中央近傍とスロットの底に位置する角部５２Ｂ、５３Ｂとの間に、ブリッジ５５側に向かって突出する段差５２Ｅ、５３Ｅを設けたため、高速回転時、ロータスロット５２、５３の角部５２Ｂ、５３Ｂにおける遠心力による応力集中を分散することができ、その結果、軸穴５１Ａと回転軸４の締まりばめの嵌合の影響による応力集中が軽減されると共に、ロータコアの強度を維持することができる。また、各々のロータスロット５２、５３の薄肉部５６、５７側における端部の中央近傍とスロットの先端に位置する角部５２Ｃ、５３Ｃとの間に、薄肉部５６、５７側に向かって突出する段差５２Ｆ、５３Ｆを設けたため、高速回転時、ロータスロット５２、５３の角部５２Ｃ、５３Ｃにおける遠心力による応力集中を分散することができ、その結果、軸穴５１Ａと回転軸４の締まりばめの嵌合の影響による応力集中が軽減されると共に、ロータコアの強度を維持することができる。
【００１０】
次に、本発明の第２の実施例について説明する。図２は、本発明の第２の実施例を示す永久磁石形同期電動機であって、（ａ）はその断面図、（ｂ）は（ａ）のロータスロットの逃げ部の位置を説明した拡大図である。第１の実施例同様、本発明が従来技術と同じ構成要素については、同一符号を付して説明を省略し、異なる点のみを説明する。本発明の第２の実施例が、第２の従来技術と異なる点は以下のとおりである。すなわち、ブリッジ５５側および軸穴５１Ａ側に形成した逃げ部５２Ｌ、５３Ｌの形状を、他の逃げ部５２Ｋ、５２Ｍ、５２Ｎ、５３Ｋ、５３Ｍ、５３Ｎの形状と比較してロータスロット５２、５３の底部の長手方向に沿って大きくした点である。
【００１１】
次に、本発明による永久磁石形同期電動機のロータを適用するに際して、ＦＥＭ解析により応力変化率の解析を行った。これによると、本発明のブリッジ５５側および軸穴５１Ａ側に形成した逃げ部５２Ｌ、５３Ｌを適用することにより、角部５２Ｂ、５３Ｂ近傍の応力変化率は従来比０．８に減少するという結果が得られ、応力緩和の効果を確認することができた。
【００１２】
したがって、ブリッジ５５側および軸穴５１Ａ側に形成した逃げ部５２Ｌ、５３Ｌの形状を、他の逃げ部５２Ｋ、５２Ｍ、５２Ｎ、５３Ｋ、５３Ｍ、５３Ｎの形状と比較してロータスロット５２、５３の底部の長手方向に沿って大きくしたため、高速回転時、ロータスロット５２、５３の角部５２Ｂ、５３Ｂにおける遠心力による応力集中を分散することができ、その結果、軸穴５１Ａと回転軸４の締まりばめの嵌合の影響による応力集中が軽減されると共に、ロータコアの強度を維持することができる。
【００１３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の第１の実施例によれば、各々のロータスロットのブリッジ側に、ロータスロットの中央近傍と底に位置する角部との間において、ブリッジ側に向かって突出する段差を設けたので、高速回転時、ロータスロットの角部における遠心力による応力集中を分散することができ、その結果、軸穴と回転軸の締まりばめの嵌合の影響による応力集中が軽減されると共に、ロータコアの強度を維持することができる。また、各々のロータスロットの抜き穴側に、ロータスロットの中央近傍と先端に位置する角部との間において、薄肉部側に向かって突出する段差を設けたので、高速回転時、ロータスロットの角部における遠心力による応力集中を分散することができ、その結果、軸穴と回転軸の締まりばめの嵌合の影響による応力集中が軽減されると共に、ロータコアの強度を維持することができる。このように、高速回転に耐える永久磁石形同期電動機のロータを実現することができる。さらに、本発明の第２の実施例によれば、ブリッジ側および軸穴側に形成した逃げ部の形状を、他の逃げ部の形状と比較してロータスロットの底部の長手方向に沿って大きくしたため、高速回転時、ロータスロットの角部における遠心力による応力集中を分散することができ、その結果、軸穴と回転軸の締まりばめの嵌合の影響による応力集中が軽減されると共に、ロータコアの強度を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施例を示す永久磁石形同期電動機の断面図である。
【図２】  本発明の第２の実施例を示す永久磁石形同期電動機であって、（ａ）はその断面図、（ｂ）は（ａ）のロータスロットの逃げ部の位置を説明した拡大図である。
【図３】  第１の従来技術を示す永久磁石形同期電動機の断面図である。
【図４】  第２の従来技術を示す永久磁石形同期電動機であって、（ａ）はその断面図、（ｂ）は（ａ）のロータスロットの逃げ部の位置を説明した拡大図である。
【符号の説明】
１  電機子
２  ステータスロット
３  巻線
４  回転軸
５  ロータ
５１  ロータコア
５１Ａ  軸穴
５２  ５３  ロータスロット
５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄ、５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃ、５３Ｄ  角部
５２Ｅ、５３Ｅ  段差
５２Ｆ、５３Ｆ  段差
５２Ｋ、５２Ｌ、５２Ｍ、５２Ｎ、５３Ｋ、５３Ｌ、５３Ｍ、５３Ｎ：逃げ部
５４  突極部
５５  ブリッジ
５６、５７  薄肉部
５８、５９  抜き穴
６Ａ、６Ｂ  界磁永久磁石
【図１】
0004244111.tif 000002
【図２】
0004244111.tif 000003
【図３】
0004244111.tif 000004
【図４】
0004244111.tif 000005