(57)【要約】【課題】接着剤を塗布する工程等の製造工程を増やすことなく、永久磁石を固定子鉄心の磁石挿入孔内に固定することができる永久磁石電動機の回転子を提供することを目的とする。【解決手段】磁石挿入孔２０ａ，２０ｂの極間鉄心部６ａ，６ｂ側の外径側端部には内径方向に突出する第１の磁石止め部２３ａ，２３ｂを形成し、磁石挿入孔２０ａ，２０ｂの磁石挿入孔間鉄心部８側の外径側端部には内径方向に突出する第２の磁石止め部２４ａ，２４ｂを形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子鉄心に１極当り複数個の磁石挿入孔を設け、この磁石挿入孔に永久磁石が挿入されてなる永久磁石電動機の回転子において、
前記永久磁石を内径側と外径側とに分割した場合に、前記永久磁石と前記磁石挿入孔との接触可能な表面積が内径側よりも外径側が広いことを特徴とする永久磁石電動機の回転子。
【請求項２】
回転子鉄心に１極当り複数個の磁石挿入孔を設け、この磁石挿入孔に永久磁石が挿入されてなる永久磁石電動機の回転子において、
前記磁石挿入孔の外径側両端に内径方向に突出する磁石止め部を設けることを特徴とする永久磁石電動機の回転子。
【請求項３】
請求項２に記載の永久磁石電動機の回転子において、前記磁石止め部の間隔は、前記永久磁石の周方向長さとほぼ同じ長さとすることを特徴とする永久磁石電動機の回転子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、永久磁石電動機の回転子に関し、特に、回転子鉄心に１極当り複数個の磁石挿入孔を設け、この磁石挿入孔に永久磁石が挿入されてなる永久磁石電動機の回転子に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転子鉄心に１極当り複数個の磁石挿入孔を設け、この磁石挿入孔それぞれに永久磁石を挿入した永久磁石電動機の回転子としては、例えば、特許文献１に示されているものが提案されている。
図４は、特許文献１に記載された永久磁石電動機の回転子の１極分を主体とした構造図である。以下、図面を参照して説明する。
永久磁石電動機の回転子１は、回転軸２と、鋼板等の磁性金属板材を回転軸方向に積層して形成された回転子鉄心３と、この回転子鉄心３に設けられた複数の磁石挿入孔４ａ，４ｂと、それぞれの磁石挿入孔４ａ，４ｂに埋め込まれた永久磁石５ａ，５ｂとを有している。永久磁石５ａ，５ｂは直方体状に形成されており、ｎは永久磁石５ａ，５ｂのＮ極，ｓは永久磁石５ａ，５ｂのＳ極であり、永久磁石５ａ，５ｂは各極面ｎ，ｓが回転軸２に対して平行になるように磁石挿入孔４ａ，４ｂに挿入されている。なお、図４は１極当り２個の永久磁石５ａ，５ｂを配置した場合を示したものである。
磁石挿入孔４ａ，４ｂの極間側の極間鉄心部６ａ，６ｂには第１のフラックスバリア７ａ，７ｂを形成するとともに、磁石挿入孔４ａと磁石挿入孔４ｂとの間の磁石挿入孔間鉄心部８には第２のフラックスバリア９ａ，９ｂを形成して磁束の漏洩，短絡を防止している。
【０００３】
さらに、極間鉄心部６ａ，６ｂの内径側には第１の磁石位置決め部１１ａ，１１ｂを形成し、磁石挿入孔間鉄心部８には第２の磁石位置決め部１２ａ，１２ｂを形成し、これら第１の磁石位置決め部１１ａ，１１ｂおよび第２の磁石位置決め部１２ａ，１２ｂにより永久磁石５ａ，５ｂの周方向の位置決めを行っている。
【特許文献１】特開２００２−２８１７００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
永久磁石電動機の回転子の製造過程において永久磁石５ａ，５ｂを磁石挿入孔４ａ，４ｂに挿入することになるが、磁石挿入孔４ａ，４ｂへの永久磁石５ａ，５ｂの挿入を円滑に行うために、通常は磁石挿入孔４ａ，４ｂの断面形状が永久磁石５ａ，５ｂの断面形状よりも若干大きくなるように形成している。このため、磁石挿入孔４ａ，４ｂと永久磁石５ａ，５ｂとの間には僅かな隙間を有することになる。
この隙間を有することにより、永久磁石５ａ，５ｂは磁石挿入孔４ａ，４ｂ内で外径側か内径側のいずれかに偏って張り付くことになるが、図４の場合、以下の理由により永久磁石５ａ，５ｂが磁石挿入孔４ａ，４ｂ内の内径側に張り付くことになる。
図５（ａ）は永久磁石５ａが磁石挿入孔４ａ内で外径側に偏った場合の構造図であり、図５（ｂ）は永久磁石５ａが磁石挿入孔４ａ内で内径側に偏った場合の構造図である。
図５（ａ）に示す永久磁石５ａが外径側に偏った場合の回転子鉄心３と永久磁石５ａとの間の空隙１４における磁束密度は、図５（ｂ）に示す永久磁石５ａが内径側に偏った場合の空隙１５に比べて磁束密度は高くなり、磁気エネルギーも大きくなる。これは第１の磁石位置決め部１１ａが存在することで磁石挿入孔４ａの内径側端部において回転子鉄心３と永久磁石５ａとの距離が磁石挿入孔４ａの外径側端部よりも近くなっているため、図５（ｂ）の状態のほうが永久磁石５ａと回転子鉄心３との間が平面で対向する図５（ａ）の状態よりも磁気抵抗が小さくなるからである。永久磁石５ａは最終的に磁気エネルギーが最も小さくなる位置に移動することから図５（ｂ）の状態で安定する。つまり、図４の場合、永久磁石５ａ，５ｂは磁石挿入孔４ａ，４ｂ内で内径側に偏って張り付いた状態となる。
【０００５】
このように永久磁石５ａが磁石挿入孔４ａ内で内径側に吸着していると、その吸着力よりも回転子１の回転に伴う遠心力が上回った場合、永久磁石５ａは磁石挿入孔４ａの外径側に移動することになるが、その後、回転子１の回転が弱まり遠心力が吸着力を下回ると、永久磁石５は磁石挿入孔４ａの内径側に移動する。
このように永久磁石５ａは、磁石挿入孔４ａ内で径方向の移動を繰り返すことになるため、回転子１の回転中に騒音が発生し、場合によっては永久磁石５ａに割れや欠けが発生することがある。
上記のような回転子１の回転に伴う永久磁石５ａの径方向の移動を防止するためには、接着剤等により永久磁石５ａを回転子鉄心３の磁石挿入孔４ａ内に固定する必要があるが、この場合、製造過程で接着剤を塗布する工程が余分に必要になるだけでなく、永久磁石５ａの磁石挿入孔ａへの挿入時に大きな力が必要になる。特に、電動機の出力が大きくなるとその分永久磁石５ａの埋め込み量も増えるために永久磁石電動機の製造がより困難になるという問題があった。
この発明は上記問題を解決し、製造工程を増やすことなく、永久磁石を固定子鉄心の磁石挿入孔内に固定することができる永久磁石電動機の回転子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】
【０００６】
上記課題を解決するため、この発明は、回転子鉄心に１極当り複数個の磁石挿入孔を設け、この磁石挿入孔に永久磁石が挿入されてなる永久磁石電動機の回転子において、前記永久磁石を内径側と外径側とに分割した場合に、前記永久磁石と前記磁石挿入孔との接触可能な表面積が内径側よりも外径側が広くなるようにするものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、永久磁石を内径側と外径側とに分割した場合に、永久磁石と磁石挿入孔との接触可能な表面積が内径側よりも外径側を広くすることにより、永久磁石は常に外径側に偏って張り付いた状態となるため、回転子の回転に伴う永久磁石の径方向への移動がなくなる。この結果、永久磁石電動機の回転子の製造過程において、接着剤等で永久磁石を固定する必要がなくなり、永久磁石を磁石挿入孔に挿入する作業が非常に容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、この発明の実施の形態を、図面を参照して説明するが、本明細書中の全図において相互に対応する部分には同一符号を付し、重複部分においては後述での説明を適宜省略する。
図１はこの発明の実施の形態を示す永久磁石電動機の回転子の１極分を主体とした構造図であり、１極当り２個の永久磁石を周方向に配置した場合を示している。
１は永久磁石電動機の回転子であり、回転子１は、鋼板等の磁性金属板材を回転軸方向に積層して形成された回転子鉄心３と、回転子鉄心３に形成された複数の磁石挿入孔２０ａ，２０ｂと、それぞれの磁石挿入孔２０ａ，２０ｂに埋め込まれた直方体状の永久磁石５ａ，５ｂとを有している。
磁石挿入孔２０ａは、図１の一点鎖線Ｘで示す中心線に沿って永久磁石５ａを内径側と外径側とに分割した場合に、永久磁石５ａと磁石挿入孔２０ａとの接触可能な表面積が、内径側よりも外径側が広くなるように形成されている。同様に、磁石挿入孔２０ｂも、図１の一点鎖線Ｘで示す中心線に沿って永久磁石５ｂを内径側と外径側とに分割した場合に、永久磁石５ｂと磁石挿入孔２０ｂとの接触可能な表面積が、内径側よりも外径側が広くなるように形成されている。
【０００９】
すなわち、磁石挿入孔２０ａ，２０ｂは、その極間鉄心部６ａ，６ｂ側の外径側端部には内径方向に突出する第１の磁石止め部２３ａ，２３ｂを形成し、磁石挿入孔２０ａ，２０ｂの磁石挿入孔間鉄心部８側の外径側端部には内径方向に突出する第２の磁石止め部２４ａ，２４ｂを形成している。ここで、第１の磁石止め部２３ａと第２の磁石止め部２４ａとの周方向の間隔は、永久磁石５ａの周方向長さとほぼ同じ長さにし、同様に、第１の磁石止め部２３ｂと第２の磁石止め部２４ｂとの周方向の間隔は、永久磁石５ｂの周方向長さとほぼ同じ長さにすることにより、永久磁石５ａ，５ｂが周方向へ移動するのを防止している。
また、磁石挿入孔２０ａ，２０ｂの極間側の極間鉄心部６ａ，６ｂには第１のフラックスバリア２１ａ，２１ｂが形成され、磁石挿入孔２０ａと磁石挿入孔２０ｂとの間の磁石挿入孔間鉄心部８には第２のフラックスバリア２２ａ，２２ｂが形成されている。なお、第２のフラックスバリア２２ａ，２２ｂの形状は、応力の集中を緩和するために角部分を円弧状としている。
上述のように、磁石挿入孔２０ａ，２０ｂの外径側両端に内径方向に突出する第１の磁石止め部２３ａ，２３ｂおよび第２の磁石止め部２４ａ，２４ｂを設けることにより、永久磁石５ａ，５ｂの周方向の移動を防止するとともに、以下の理由により永久磁石５ａ，５ｂが磁石挿入孔２０ａ，２０ｂ内の外径側に張り付くことになるので、回転子１の回転に伴う永久磁石５ａ，５ｂの径方向の移動も防止することができる。
【００１０】
図２（ａ）は永久磁石５ａが磁石挿入孔２０ａ内で外径側に偏った場合の構造図であり、図２（ｂ）は永久磁石５ａが磁石挿入孔２０ａ内で内径側に偏った場合の構造図である。
図２（ｂ）に示す永久磁石５ａが内径側に偏った場合の回転子鉄心３と永久磁石５ａとの間の空隙１５における磁束密度は、図２（ａ）に示す永久磁石５ａが外径側に偏った場合の空隙１４に比べて磁束密度は高くなり、磁気エネルギーも大きくなる。これは第１の磁石止め部２３ａおよび第２の磁石止め部２４ａが存在することで磁石挿入孔２０ａの外径側端部において回転子鉄心３と永久磁石５ａとの距離が磁石挿入孔２０ａの内径側端部よりも近くなっているため、図２（ａ）の状態のほうが永久磁石５ａと回転子鉄心３との間が平面で対向する図２（ｂ）の状態よりも磁気抵抗が小さくなるからである。永久磁石５ａは最終的に磁気エネルギーが最も小さくなる位置に移動することになるから図２（ａ）の状態で安定することになる。つまり、永久磁石５ａは磁石挿入孔２０ａ内で外径側に偏って張り付いた状態となる。
このため、永久磁石５ａは、回転子１が回転する／回転しないに係わらず常に磁石挿入孔２０ａ内の外形側鉄心に吸着された状態になり、永久磁石５ａの径方向の移動は起こらない。
【００１１】
図３は、この発明の異なる実施の形態を示す永久磁石電動機の回転子の１極分を主体とした構造図である。
この実施の形態は、１極当り３個の永久磁石５ａ，５ｂ，５ｃを周方向に配置した場合を示したものであり、その他の構成は図１の実施の形態と同じであり、図１と同一部材については同一の符号を付してその説明を省略する。
すなわち、図３において、２０ｃは永久磁石５ｃが挿入される磁石挿入孔であり、磁石挿入孔２０ｃの磁石挿入孔間鉄心部８ａ側の外径側端部には内径方向に突出する第３の磁石止め部２４ｃを形成するとともに、磁石挿入孔２０ｃの磁石挿入孔間鉄心部８ｂ側の外径側端部には内径方向に突出する第４の磁石止め部２４ｄを形成している。第３の磁石止め部２４ｃと第４の磁石止め部２４ｄとの周方向の間隔は、永久磁石５ｃの周方向長さとほぼ同じ長さにしている。
このように、磁石挿入孔２０ｃは、その外径側両端に内径方向に突出する第３の磁石止め部２４ｃおよび第４の磁石止め部２４ｄを設けることにより、永久磁石５ｃの周方向の移動を防止するとともに径方向の移動も防止する。
また、磁石挿入孔２０ｃと磁石挿入孔２０ａとの間の磁石挿入孔間鉄心部８ａ側には第３のフラックスバリア２２ｃが形成され、磁石挿入孔２０ｃと磁石挿入孔２０ｂとの間の磁石挿入孔間鉄心部８ｂ側には第４のフラックスバリア２２ｄが形成されている。第３のフラックスバリア２２ｃ，第４のフラックスバリア２２ｄの形状は、第２のフラックスバリア２２ａ，２２ｂと同様に応力の集中を緩和するために角部分を円弧状としている。
【００１２】
なお、図３の実施の形態では、１極当り３個の永久磁石を周方向に配置した場合を示したが、１極当り４個以上の永久磁石を配置するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態を示す永久磁石電動機の回転子の１極分を主体とした構造図
【図２】図２の部分拡大図であり、（ａ）は永久磁石が磁石挿入孔内で外径側に偏った場合の構造図であり、（ｂ）は永久磁石が磁石挿入孔内で内径側に偏った場合の構造図
【図３】この発明の異なる実施の形態を示す永久磁石電動機の回転子の１極分を主体とした構造図
【図４】従来の永久磁石電動機の回転子の１極分を主体とした構造図
【図５】図４の部分拡大図であり、（ａ）は永久磁石が磁石挿入孔内で外径側に偏った場合の構造図であり、（ｂ）は永久磁石が磁石挿入孔内で内径側に偏った場合の構造図
【符号の説明】
【００１４】
１・・・回転子
３・・・回転子鉄心
５ａ，５ｂ，５ｃ・・・永久磁石
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ・・・磁石挿入孔
２３ａ，２３ｂ・・・第１の磁石止め部
２４ａ，２４ｂ・・・第２の磁石止め部
【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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