(57)【要約】【課題】スキューによる磁束密度の低下による回転電機の性能低下を抑制し、製作が容易な回転子コア、永久磁石回転子および永久磁石形同期回転電機を提供する。【解決手段】回転子コア３の軸方向対し斜めに形成された永久磁石挿入溝３４の内部に永久磁石２を挿入し、隣り合う磁石２は同極が対向するように配置して回転子１を構成する。この回転子１と空隙を介して対向するように固定子を配設し、回転子１と固定子が相対的に回転可能となるように支持することでコギングトルクの生じない高性能の永久磁石型モータが得られる。【選択図】図２
2009050099.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直方体の永久磁石を挿入収納するための直方体状の挿入溝が回転軸方向の一端から他端に向けて貫通してなり、かつ前記挿入溝が複数個放射状に形成された回転子コアにおいて、
前記直方体状の挿入溝が前記回転軸方向に対して斜めに形成されたことを特徴とする回転子コア。
【請求項２】
前記回転軸方向に対して斜めに形成された前記挿入溝が、その挿入溝の回転軸方向中央で前記回転軸を横切っていることを特徴とする請求項１記載の回転子コア。
【請求項３】
直方体の永久磁石を挿入収納するための直方体状の挿入溝が回転軸方向の一端から他端に向けて貫通してなり、かつ前記挿入溝が複数個放射状に形成された回転子コアにおいて、
前記挿入溝が前記回転子コアの両端から中間点に向けて回転軸方向に対して斜めに形成されかつ前記中間点で互いに貫通していることを特徴とする回転子コア。
【請求項４】
前記両端から前記中間点まで回転軸方向に対して斜めに形成された前記各挿入溝がそれぞれ前記各挿入溝の回転軸方向の中央で前記回転軸を横切っていることを特徴とする請求項３記載の回転子コア。
【請求項５】
前記回転子コアが圧粉磁性体で形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の回転子コア。
【請求項６】
請求項１または２記載の回転子コアと、前記回転子コアの前記複数の挿入溝にそれぞれ挿入された直方体の永久磁石と、を備えた永久磁石回転子において、
前記直方体の永久磁石が、隣り合う同士の極性が互いに同極となるように対向配置されたことを特徴とする永久磁石回転子。
【請求項７】
請求項３または４記載の回転子コアと、前記回転子コアの前記複数の挿入溝にそれぞれ挿入された直方体の永久磁石と、を備えた永久磁石回転子において、
前記直方体の永久磁石が、隣り合う同士の極性が互いに同極となるように対向配置されたことを特徴とする永久磁石回転子。
【請求項８】
永久磁石回転子と、前記永久磁石回転子と空隙を介して対向配置した固定子とを有し、前記永久磁石回転子と前記固定子が相対的に回転可能となるように支持されており、かつ前記固定子が固定子コアと多相の電機子コイルを備えてなる永久磁石形同期回転電機において、
前記永久磁石回転子が請求項６または７記載の永久磁石回転子であることを特徴とする永久磁石形同期回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内部に界磁用の永久磁石を配置するための回転子コア、永久磁石回転子および永久磁石形同期回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は同期電動機および同期発電機に適用できるものであるが、以下では同期電動機の例で説明する。
従来、永久磁石形電動機の回転子コアに設けた内磁形の永久磁石形電動機として、回転子に設けた永久磁石挿入溝に永久磁石を挿入した構造のものがある。
図７は第１従来例を示す内磁形の永久磁石形電動機に用いられる回転子の概略斜視図を示している。図において、１は回転子、２は直方形の永久磁石、３は回転子コア、４はシャフトである。永久磁石２は回転子コア３の端面３１から他端の端面３２に向けて開けられた永久磁石挿入溝３４に挿入されている。
図８は図７の回転子コアにおける永久磁石の配置を示す正面図である。図において、隣り合う永久磁石２ａと２ｂはその同極が対向するように配置され、回転子１の半径方向に向けて放射状に配置されている。モータ軸方向を回転子端面３１から３２（図７）に向かう方向とすると、永久磁石２はモータ軸方向に対し平行（図で紙面に垂直方向）に配置されている。
このような回転子１にスキューを形成する方法として、回転子１をモータ軸方向に分割し、分割した回転子を一定角度づつずらして階段状にしたものがある(例えば、特許文献１参照)。
図９は第２従来例を示す永久磁石形電動機に用いられる回転子の概略斜視図である。
図において、１は回転子、２は永久磁石、３は回転子コアである。１１〜１３はモータ軸方向に複数に分割した回転子コアと永久磁石を配置した分割回転子であり、回転子１は分割回転子１１〜１３を所定の角度でずらせて組み合わせることにより構成されている。
第１従来例は直方体の永久磁石を細長い溝に挿入して成る回転子であったが、第３従来例として、永久磁石挿入穴に樹脂製永久磁石を射出成形することによりスキューを構成したものがある。
図１０は第３従来例を示す永久磁石形電動機に用いられる回転子の概略斜視である。図において、１は回転子、２は永久磁石、３は回転子コアである。回転子コア３には永久磁石挿入溝３４が設けられており、樹脂製の永久磁石２を永久磁石挿入溝３４に射出成形することによって形成している。
図１１は図１０の回転子コア端面における永久磁石の配置を示す正面図であり、回転子コア端面３１，３２をモータ軸方向に見た図である。２１は回転子コア端面３１における永久磁石２の端面（実線）であり、２２は回転子コア端面３２における永久磁石２の端面（点線）である。永久磁石２は回転子コアに対し放射状に配置され、かつ回転子コア端面３１から３２に向けて連続的なスキューを構成しているのが判る。
【特許文献１】特開昭６３−１４０６４５号公報（第２ページ、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の内磁形の永久磁石モータでは、回転子と固定子間にコギングトルクが発生する。コギングトルクを低減するためには回転子にスキューを施す方法が有効である。
第２従来例に示すごとく、回転子をモータ軸方向に分割し、分割した回転子を一定角度づつずらし階段状にしてスキューを構成する場合では、コギングトルクが発生しなくなるものの、回転子がモータ軸方向に分割されているため、永久磁石の挿入および組み立て工数が増加するという問題があった。
また、第３従来例に示すごとく、射出成形で作成された樹脂製の永久磁石を用いてスキューを構成する場合、樹脂製の永久磁石は永久磁石としての性能が低いため、永久磁石の磁束密度が低くなり、モータの性能が低下するという問題があった。
また、樹脂製の永久磁石は成形後に着磁を行う必要があるが、永久磁石が軸方向に連続的にねじれているため、Ｎ・ＳあるいはＳ・Ｎの極性を正確にかつ十分に着磁することが難しいという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、スキューによる磁束密度の低下による回転電機の性能低下を抑制し、製作が容易な回転子コア、永久磁石回転子および永久磁石形同期回転電機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】
【０００４】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１記載の回転子コアの発明は、直方体の永久磁石を挿入収納するための直方体状の挿入溝が回転軸方向の一端から他端に向けて貫通してなり、かつ前記挿入溝が複数個放射状に形成された回転子コアにおいて、前記直方体状の挿入溝が前記回転軸方向に対して斜めに形成されたことを特徴としている。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の回転子コアにおいて、前記回転軸方向に対して斜めに形成された前記挿入溝がその挿入溝の回転軸方向中央で前記回転軸を横切っていることを特徴としている。
請求項３記載の回転子コアの発明は、直方体の永久磁石を挿入収納するための直方体状の挿入溝が回転軸方向の一端から他端に向けて貫通してなり、かつ前記挿入溝が複数個放射状に形成された回転子コアにおいて、前記挿入溝が前記回転子コアの両端から中間点に向けて回転軸方向に対して斜めに形成されかつ前記中間点で互いに貫通していることを特徴としている。
請求項４記載の発明は、請求項３記載の回転子コアにおいて、前記両端から前記中間点まで回転軸方向に対して斜めに形成された前記各挿入溝がそれぞれ前記各挿入溝の回転軸方向の中央で前記回転軸を横切っていることを特徴としている。
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項記載の回転子コアにおいて、前記回転子コアが圧粉磁性体で形成されることを特徴としている。
請求項６記載の永久磁石回転子の発明は、請求項１または２記載の回転子コアと、前記回転子コアの前記複数の挿入溝にそれぞれ挿入された直方体の永久磁石と、を備えた永久磁石回転子において、前記直方体の永久磁石が、隣り合う同士の極性が互いに同極となるように対向配置されたことを特徴としている。
請求項７記載の永久磁石回転子の発明は、請求項３または４記載の回転子コアと、前記回転子コアの前記複数の挿入溝にそれぞれ挿入された直方体の永久磁石と、を備えた永久磁石回転子において、前記直方体の永久磁石が、隣り合う同士の極性が互いに同極となるように対向配置されたことを特徴としている。
請求項８記載の永久磁石形同期回転電機の発明は、永久磁石回転子と、前記永久磁石回転子と空隙を介して対向配置した固定子とを有し、前記永久磁石回転子と前記固定子が相対的に回転可能となるように支持されており、かつ前記固定子が固定子コアと多相の電機子コイルを備えてなる永久磁石形同期回転電機において、前記永久磁石回転子が請求項６または７記載の永久磁石回転子であることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００５】
請求項１記載の発明によると、永久磁石の挿入および組み立て工数が増加することなくコギングが低減できる回転子コアが得られる。
請求項２記載の発明によると、永久磁石の配置を回転子のコア両端で対称となるので、コギングトルクを低減することができるとともに、モータ軸方向のトルクや吸引力のアンバランスを低減できる回転子コアが得られる。
請求項３記載の発明によると、永久磁石の挿入および組み立て工数が増加することなくコギングが低減できる回転子コアが得られる。
請求項４記載の発明によると、永久磁石の配置を回転子のコア両端で対称となるので、コギングトルクを低減することができるとともに、モータ軸方向のトルクや吸引力のアンバランスを低減できる回転子コアが得られる。
請求項５記載の発明によると、回転子コアを圧粉磁性体で形成したので、永久磁石の挿入溝をプレス成形などにより容易に形成することができる。
請求項６記載の発明によると、直方体の永久磁石をモータ軸方向に斜めに配置することによりスキューを形成したので永久磁石の挿入および組み立て工数が増加することなくコギングが低減できる。また、永久磁石の形状を直方体としているので、着磁も容易に行うことができる。
請求項７記載の発明によると、挿入溝が回転子コアの両端から中間点に向けて回転軸方向に対して斜めに形成されかつ中間点で互いに貫通しているので、この挿入溝にそれぞれ永久磁石を挿入するとモータ軸方向に対してＶ字形に配置することになり、スキューを形成し、永久磁石の挿入および組み立て工数が増加することなくコギングが低減できる。また、永久磁石の形状を直方体としているので、着磁も容易に行うことができる。
請求項８記載の発明によると、請求項６または７記載の回転子を使用しているのでコギングトルクを低減した回転電機を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００７】
図１は本発明の第１実施例に係る永久磁石回転子の概略斜視図を示している。
図において、１は回転子、２は永久磁石、３は回転子コア、４はシャフトである。回転子コア３は積層コアで構成されており、永久磁石２を挿入するための溝３４が軸方向に対して斜めに設けられている。シャフト４は回転子コア３の中央中空部に挿入され、焼きばめなどの手段により回転子コア３と連結されている。
永久磁石２の形状は直方体であり、希土類系の焼結磁石を用いている。
図２は第１実施例の永久磁石回転子のコアの溝への永久磁石の挿入を模式的に示した図である。図２に示すように永久磁石２はあらかじめＮ・Ｓの着磁を行った後、回転子コア３の永久磁石挿入溝３４の中に挿入される。
本発明が従来技術と異なる部分は、直方体の永久磁石を回転子軸方向に対し斜めに配置している点である。
図３は第１実施例の永久磁石の配置を示す図で、（ａ）は回転子コアの一端面における永久磁石の配置関係を示した正面図、（ｂ）は回転子コアの他端面における永久磁石の配置関係を示した正面図である。
２１，２２は回転子コア端面３１，３２（図１参照）における永久磁石２の側面であり、本実施例では、回転子コア端面３１では永久磁石側面２１の中心線と回転子コアの半径方向の中心軸が一致するように放射状に配置し、回転子コア端面３２では永久磁石側面２２の中心線が回転子の半径方向の中心軸から所定の距離ｇ離れるように永久磁石２を配置している。
このように永久磁石２を斜めに挿入することでスキューを構成できるので、コギングを低減することができる。
また、直方体の永久磁石２を用いているので着磁が容易であり、かつ高性能の希土類磁石を適用することができるため、この回転子を使用したモータはそのモータの特性を向上させることができる。
また、永久磁石２の形状が直方体であるため、永久磁石２の溝３４への挿入も容易であり、工数増加を抑えられる。
【実施例２】
【０００８】
図４は本発明の第２実施例を示す永久磁石回転子の斜視図である。
図において、回転子コア３に設けられた永久磁石挿入溝３４を回転子コアの両端３１、３２から中間点に向けて回転軸方向に対して斜めに形成し、かつ中間点で互いに貫通させて、全体でモータ軸方向に対しＶ字になるよう構成している。
このように構成することで、永久磁石２を回転子コア３の両端部から挿入するので挿入抵抗が図１と比べて半分になり挿入し易くなる。また、Ｖ字形のスキューを構成できるので、コギングを低減することができる。
【実施例３】
【０００９】
図５は第３実施例の永久磁石の配置を示す図で、（ａ）は回転子コアの一端面における永久磁石の配置関係を示した正面図、（ｂ）は回転子コアの他端面における永久磁石の配置関係を示した正面図である。
本実施例と第１実施例と異なるのは、本実施例では、回転子コア端面３１では永久磁石側面２１の中心線を通る永久磁石２を回転子コアの半径方向の中心軸からから所定距離「＋ｄ」離れて配置し、他方の回転子コア端面３２では永久磁石側面２２の中心線を「−ｄ」離れて配置している点である。
このように、永久磁石におけるモータ軸方向の磁気分布をモータ軸に対して均等にしているのでコギングを低減すると同時にモータの磁気吸引力のアンバランスを抑制できる。
【実施例４】
【００１０】
図６は本発明の第４実施例を示す永久磁石回転子概略斜視図である。
本実施例が第１実施例と異なるのは、本実施例では回転子コアを圧粉磁性体を用いて構成している点である。このように圧粉磁性体を用いると永久磁石挿入溝をプレス成形等により製作することができるため、回転子コアの製作が容易となる。
【００１１】
以上のように、本発明によれば、挿入溝が回転子コアの端面から回転軸方向に対して斜めに形成されかつこの挿入溝に永久磁石を挿入するので、スキューを形成し、永久磁石の挿入および組み立て工数が増加することなくコギングが低減できる。また、永久磁石の形状を直方体としているので、着磁も容易に行うことができる。
本発明は工作機やロボットなどに用いる回転型モータの回転子として適用できる。また、同じ理由から回転型発電機の回転子としても適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施例を示す永久磁石回転子の概略斜視図である。
【図２】第１実施例の永久磁石回転子のコアの溝への永久磁石の挿入を模式的に示した図である。
【図３】第１実施例の永久磁石の配置を示す正面図である。
【図４】本発明の第２実施例を示す永久磁石回転子の斜視図である。
【図５】本発明の第３実施例を示す永久磁石回転子における永久磁石の配置を示す正面図である。
【図６】本発明の第４実施例を示す永久磁石回転子概略斜視図である。
【図７】第１従来例を示す内磁形の永久磁石形電動機に用いられる回転子の概略斜視図である。
【図８】図７の回転子コアにおける永久磁石の配置を示す正面図である。
【図９】第２従来例を示す永久磁石形電動機に用いられる回転子の概略斜視図である。
【図１０】第３従来例を示す永久磁石形電動機に用いられる回転子の概略斜視である。
【図１１】図１０の回転子コア端面における永久磁石の配置を示す正面図である。
【符号の説明】
【００１３】
１  回転子
１１  分割回転子
２  永久磁石
２１  回転子コアの一端面３１における永久磁石側面
２２  回転子コアの他端面３２における永久磁石側面
３  回転子コア
３１  回転子コアの一端面
３２  回転子コアの他端面
３３  シャフト挿入穴
３４  永久磁石挿入溝
４  シャフト
【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】
2009050099.tif 000009
【図８】
2009050099.tif 000010
【図９】
2009050099.tif 000011
【図１０】
2009050099.tif 000012
【図１１】
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