説明

回転子コア、回転子および回転電機

【課題】永久磁石の減磁を生じ難くすること。
【解決手段】実施形態にかかる回転子コアは、外周側へ向かって互いの間隔が拡がるように配置され、径方向に対する磁極の向きが同じである一対の永久磁石がそれぞれ挿入される一対の磁石穴を備える。磁石穴は、永久磁石の形状に沿って形成される第1の穴部と、第1の穴部に対して永久磁石が挿入された場合に、この永久磁石の角部のうち他方の永久磁石に最も近い角部を空隙を介して覆う第2の穴部とが連結した形状である。また、第2の穴部は、この第2の穴部と他方の第2の穴部との間に長手方向が径方向を向いた矩形状のブリッジ部を形成する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
開示の実施形態は、回転子コア、回転子および回転電機に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、電動機や発電機などの回転電機として、永久磁石式の回転電機が知られる。永久磁石式の回転電機は、回転子コアの周方向に並べて配設される複数の永久磁石を備える回転子と、回転子の外周面と空隙を介して対向配置される固定子とを備える回転電機である。
【0003】
この種の回転電機としては、回転子コアの外周面に対して永久磁石が配置されるSPM(Surface Permanent Magnet)型の回転電機のほか、回転子コアの内部に対して永久磁石が埋め込まれるIPM(Interior Permanent Magnet)型の回転電機がある。IPM型の回転電機は、特に、工作機械、電気自動車、ロボット等の分野において広く用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2005−039963号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、従来の回転電機には、永久磁石の減磁を生じ難くするという点でさらなる改善の余地がある。ここで、永久磁石の減磁とは、永久磁石の残留磁束が低下することである。永久磁石の減磁は、たとえば、電機子反作用による逆磁界の発生等によって生じる。
【0006】
永久磁石の減磁は、回転電機の性能低下の一因となり得るため、回転電機においては、永久磁石の減磁を生じさせないことが望ましい。
【0007】
実施形態の一態様は、永久磁石の減磁を生じ難くすることができる回転子コア、回転子および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】
【0008】
実施形態の一態様に係る回転子コアは、外周側へ向かって互いの間隔が拡がるように配置され、径方向に対する磁極の向きが同じである一対の永久磁石がそれぞれ挿入される一対の磁石穴を備える。磁石穴は、永久磁石の形状に沿って形成される第1の穴部と、第1の穴部に対して永久磁石が挿入された場合に、この永久磁石の角部のうち他方の永久磁石に最も近い角部を空隙を介して覆う第2の穴部とが連結した形状である。そして、第2の穴部は、この第2の穴部と他方の第2の穴部との間に長手方向が径方向を向いた矩形状のブリッジ部を形成する。
【発明の効果】
【0009】
実施形態の一態様によれば、永久磁石の減磁を生じ難くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】図1は、第1の実施形態に係るモータをシャフトの軸方向から見た模式図である。
【図2】図2は、第1の実施形態に係る回転子コアの構成を示す模式図である。
【図3】図3は、図2に示す磁石穴部周辺の拡大図である。
【図4】図4は、図3に示す第2の穴部周辺の拡大図である。
【図5A】図5Aは、第2の穴部の他の形状例を示す図である。
【図5B】図5Bは、第2の穴部の他の形状例を示す図である。
【図6】図6は、第2の実施形態に係るモータをシャフトの軸方向から見た模式図である。
【図7】図7は、第2の実施形態に係る回転子コアの構成を示す模式図である。
【図8】図8は、空洞部周辺の拡大模式図である。
【図9】図9は、磁石穴部の構成を示す模式図である。
【図10A】図10Aは、第2の穴部周辺の拡大模式図である。
【図10B】図10Bは、第2の穴部の構成を示す模式図である。
【図11A】図11Aは、空洞部の他の構成を示す模式図である。
【図11B】図11Bは、空洞部の他の構成を示す模式図である。
【図11C】図11Cは、空洞部の他の構成を示す模式図である。
【図11D】図11Dは、空洞部の他の構成を示す模式図である。
【図11E】図11Eは、空洞部の他の構成を示す模式図である。
【図11F】図11Fは、回転子コアの他の構成を示す模式図である。
【図12】図12は、第2の穴部の他の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、添付図面を参照して、本願の開示する回転子コア、回転子および回転電機の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。たとえば、以下では、本願の開示する回転電機がモータである場合の例について説明するが、本願の開示する回転電機は、たとえば発電機であってもよい。
【0012】
(第1の実施形態)
まず、第1の実施形態に係るモータの構成について図1を用いて説明する。図1は、第1の実施形態に係るモータをシャフトの軸方向から見た模式図である。図1に示すように、実施形態に係るモータ1は、回転子10と、固定子20と、シャフト30とを備える。
【0013】
回転子10は、回転子コア11と、永久磁石12とを備える。回転子コア11は、電磁鋼板などの薄板材(電磁鋼板形成体)を多数枚積層して形成される筒状の部材(電磁鋼板積層体)であり、内部には複数の永久磁石12が周方向に沿って配設される。回転子10は、シャフト30に取り付けられており、かかるシャフト30を中心軸として回転する。
【0014】
固定子20は、回転子10の外周面と空隙を介して対向配置される部材である。かかる固定子20は、固定子コア21と、固定子巻線22とを備える。
【0015】
固定子コア21は、略円筒状の部材であり、内周側には、径方向内側へ突出するティース211が周方向に沿って多数形成される。ティース211間の空間は、スロット212と呼ばれ、各スロット212内には、絶縁被覆電線を用いて巻装された固定子巻線22が収められる。なお、固定子巻線22は、分布巻線方式で巻装されるものとするが、集中巻線方式で巻装されてもよい。
【0016】
固定子20の固定子巻線22に電流が流れることにより、固定子20の内側には、回転磁界が発生する。この回転磁界と回転子10の永久磁石12が発生する磁界との相互作用によって回転子10が回転し、この回転子10の回転に伴ってシャフト30が回転する。
【0017】
第1の実施形態に係るモータ1は、1極を構成する永久磁石12が、第1の磁石12aおよび第2の磁石12bの2つで形成される。第1の磁石12aおよび第2の磁石12bは、径方向に対する磁極の向きが同じであり、互いの間隔が回転子コア11の外周側へ向かって拡がるV字状に配置される。
【0018】
たとえば、図1に示すように、第1の磁石12aがN極を外周側へ向けて配置される場合には、この第1の磁石12aのペアとなる第2の磁石12bもN極を外周側へ向けて配置される。
【0019】
また、隣接する永久磁石12同士は、径方向に対する磁極の向きが互いに逆向きとなるように配置される。たとえば、図1に示すように、第1の磁石12aおよび第2の磁石12bのN極が外周側を向く永久磁石12の隣には、第1の磁石12aおよび第2の磁石12bのN極が回転中心側を向く永久磁石12が配置される。
【0020】
ここで、従来の回転電機には、たとえば電機子反作用による固定子からの逆磁界によって永久磁石の減磁が生じる可能性があった。永久磁石の減磁は、回転電機の性能を低下させる一因となり得る。
【0021】
そこで、第1の実施形態に係るモータ1は、永久磁石12において減磁が生じ易い箇所の周辺に所定の空隙を設けることとした。具体的には、永久磁石12を挿入するために回転子コア11に形成される磁石穴に対して、永久磁石12が挿入されない部分(後述する第2の穴部112b,113b)を形成することとした。これにより、固定子20からの逆磁界が発生した場合であっても、永久磁石12の減磁を生じ難くすることができる。
【0022】
なお、従来の回転電機には、永久磁石間において磁束漏れが発生する可能性もあった。このため、モータ1は、隣接する永久磁石12同士によって挟まれる領域に対して空洞部111を形成することによって磁束漏れの低減を図っている。かかる点については、第2の実施形態において説明する。
【0023】
次に、回転子コア11の構成について具体的に説明する。図2は、第1の実施形態に係る回転子コア11の構成を示す模式図である。
【0024】
図2に示すように、回転子コア11には、第1の磁石穴112および第2の磁石穴113を1組とする磁石穴部114が、周方向に並んで形成される。それぞれの磁石穴部114は、45度の極ピッチ角で設けられる極ピッチ線Pに対して第1の磁石穴112と第2の磁石穴113とが線対称となるように配置される。
【0025】
第1の磁石穴112は、第1の磁石12a(図1参照)が挿入される磁石穴である。また、第2の磁石穴113は、第2の磁石12b(図1参照)が挿入される磁石穴である。第1の磁石穴112および第2の磁石穴113は、互いの間隔が外周側へ向かって拡がるV字状に配置される。
【0026】
なお、ここでは、回転子コア11に対して8組の磁石穴部114が形成される場合の例を示すが、回転子コア11に形成される磁石穴部114の組数は、8組に限定されない。
【0027】
次に、磁石穴部114の構成について図3を用いて具体的に説明する。図3は、磁石穴部114周辺の拡大図である。なお、図3には、第1の磁石穴112および第2の磁石穴113に対してそれぞれ第1の磁石12aおよび第2の磁石12bが挿入された状態を示している。
【0028】
図3に示すように、第1の磁石穴112は、第1の穴部112aと、第2の穴部112bと、第3の穴部112cとが連結した形状を有する。同様に、第2の磁石穴113も、第1の穴部113aと、第2の穴部113bと、第3の穴部113cとが連結した形状を有する。なお、第2の磁石穴113は、第1の磁石穴112と対称形状である。このため、以下では、第1の磁石穴112の形状についてのみ説明する。
【0029】
第1の穴部112aは、第1の磁石12aの形状に沿って形成される穴部である。具体的には、第1の磁石12aは矩形状の永久磁石であるため、第1の穴部112aも矩形状に形成される。第1の磁石12aは、この第1の穴部112aに対して挿入される。
【0030】
第2の穴部112bは、第1の磁石12aおよび第2の磁石12bが互いに最も近接する位置の近傍に形成される。具体的には、第2の穴部112bは、第1の磁石12aの角部のうち、第2の磁石12bに最も近い角部120aを覆う形状に形成される。
【0031】
かかる角部120aは、第1の磁石12aにおいて減磁が生じ易い箇所である。具体的には、電機子反作用等によって生じる逆向きの磁束、すなわち、固定子20から回転子コア11の中心へ向かって流れる磁束は、第1の磁石12aおよび第2の磁石12b間の領域に集中する傾向がある。このため、第2の磁石12bに最も近い第1の磁石12aの角部120aは、減磁の影響を受け易い。
【0032】
特に、第1の磁石12aの角部120aと、第1の磁石12aに最も近い第2の磁石12bの角部120bとの間の領域は、他の部分と比較して間隔が狭くなっているため、固定子20から回転子10の中心へ向かって流れる磁束がさらに集中し易い。
【0033】
これに対して第1の実施形態にかかる回転子コア11には、第1の磁石12aの角部120aを覆うように第2の穴部112bが形成されている。これにより、第1の磁石12aの角部120aと回転子コア11との間には空隙が形成されることとなる。空隙中の空気は、回転子コア11を形成する鉄等の金属と比較して透磁率が低い。したがって、第2の穴部112bが空隙を介して角部120aを覆うことによって、角部120aの減磁を生じ難くすることができる。
【0034】
次に、第2の穴部112bのより具体的な構成について図4を用いて説明する。図4は、図3に示す第2の穴部112b周辺の拡大図である。
【0035】
図4に示すように、第2の穴部112bは、第1の磁石12a(図3参照)の外周側の側面121の一部および第2の磁石12b(図3参照)と対向する第1の磁石12a(図3参照)の側面122の一部を覆う形状に形成される。なお、これら側面121および側面122の一部をそれぞれ含んだ部分が第1の磁石12aの角部120aである。
【0036】
ここで、第1の磁石穴112と第2の磁石穴113との間の領域をブリッジ部と称する。電機子反作用等によって生じた磁束は、かかるブリッジ部を主に通過する。
【0037】
角部120aは、かかるブリッジ部110から離れた位置に配置される。このため、角部120aは、ブリッジ部110と接する位置に配置される場合と比較して、減磁の影響を受け難くなる。
【0038】
また、第2の穴部112bは、外周側の側面60cと、第1の磁石12aにおける外周側に位置する側面121との間の距離L1が、ブリッジ部110へ向かうにつれて大きくなる形状に形成される。
【0039】
すなわち、第1の磁石12aは、第2の穴部112bの形状を大きくするほど、減磁の影響を受け難くなるが、一方で、第1の磁石12aから固定子20へ流れる有効磁束が第2の穴部112bによって阻害される可能性も高くなる。このため、第1の磁石12aの角部120aに近いほど距離L1が大きくなるように第2の穴部112bを形成することで、第1の磁石12aの角部120aの減磁を生じ難くしつつ、有効磁束の減少を抑えることができる。
【0040】
また、第1の実施形態では、角部120aがブリッジ部110から離れた位置に配置されるため、角部120aがブリッジ部110から離れた位置に配置されない場合と比べて角部120aが減磁しにくい。このため、角部120aがブリッジ部110から離れた位置に配置されない場合と比べて、距離L1を小さくすることができる。距離L1が小さくなるほど、有効磁束が第2の穴部112bによって阻害されにくくなるため、第1の実施形態によれば、有効磁束の減少をさらに抑えることができる。
【0041】
また、図4に示すように、第2の穴部112b,113bは、互いに対向する側面60a,60b同士が平行に形成される。
【0042】
すなわち、ブリッジ部110は、回転子コア11の中で相対的に強度の低い領域である。このため、側面60a,60b同士を平行に形成することで、ブリッジ部110の強度低下を抑えつつ、角部120aの減磁を生じ難くすることができる。
【0043】
なお、図4では、第2の穴部112b,113bの対向する側面60a,60b同士を平行に形成する場合の例を示したが、側面60a,60b同士は、必ずしも平行である必要はない。
【0044】
また、第1の実施形態では、第2の穴部112b,113b間におけるブリッジ部110において磁気飽和が生じるように第2の穴部112b,113bが形成される。磁気飽和が生じると、ブリッジ部110にはそれ以上の量の磁束が流れなくなる。すなわち、ブリッジ部110を流れる磁束の量が制限されるため、第1の磁石12aの漏れ磁束を低減させることができ、有効磁束の減少を抑えることができる。
【0045】
なお、ブリッジ部110が飽和すると、第1の磁石12aの漏れ磁束を低減させることができ、有効磁束の減少を抑えることができるが、角部120aが減磁し易い傾向になる。逆に、ブリッジ部110が飽和しないと、角部120aが減磁しにくい傾向になるが、第1の磁石12aの漏れ磁束が増え、有効磁束の減少する傾向になる。これらを考慮し、ブリッジ部110の幅が決定されればよく、第1の実施形態では、ブリッジ部110を飽和させるとしたが、これに限定されない。
【0046】
なお、ブリッジ部110を飽和させ易くする場合には、幅を狭くすればよい。逆に、ブリッジ部110を飽和させにくくする場合には、幅を広くすればよい。
【0047】
図5Aに、第2の穴部の他の形状例を示す。たとえば、図5Aに示すように、第2の穴部112b_1,113b_1の対向する側面60a_1,60b_1は、外周側へ向かうに従って遠ざかる形状に形成されてもよい。
【0048】
また、角部120aの減磁をより確実に生じ難くするためには、ブリッジ部110の長さを短くすることによって、ブリッジ部110にできるだけ多くの磁束を流すことが望ましい。これは、磁気飽和によりブリッジ部110を流れ切れなかった磁束が、第2の穴部112b等を流れることによって角部120aが減磁されることを防止することができるためである。
【0049】
このため、第2の磁石12bと対向する第1の磁石12aの側面122における、角部120aの頂点a1から第2の穴部112bの端部a3までの長さL2は、側面122の長さ(頂点a1〜頂点a2までの長さ)の1/2よりも短いことが望ましい。言い換えれば、長さL2は、第1の磁石12aにおける短手方向の側面の長さの1/2よりも短いことが望ましい。
【0050】
しかし、頂点a1から第2の穴部112bの端部a3までの長さは、これに限ったものではない。図5Bに、第2の穴部の他の形状例を示す。
【0051】
たとえば、図5Bに示すように、頂点a1から第2の穴部112b_2の端部a3_1までの長さL3は、第1の磁石12aの側面122の長さ(頂点a1〜頂点a2までの長さ)の1/2よりも長くてもよい。言い換えれば、長さL3は、第1の磁石12aにおける短手方向の側面の長さの1/2よりも長くてもよい。このようにすることで、ブリッジ部110_1に磁束が流れ難くなるため、通常運転時においてブリッジ部110_1を通過して第1の磁石12aへと回り込む漏れ磁束の量を低減することができる。
【0052】
図3に戻り、第3の穴部112cについて説明する。第3の穴部112cは、第1の穴部112aの端部を外周側へ向けて拡張させた穴部である。この第3の穴部112cは、回転子コア11の外周との間で磁気飽和を生じさせて漏れ磁束を低減するために形成される。
【0053】
かかる第3の穴部112cを設けることで、第1の磁石穴112と回転子コア11の外周との間の間隔が狭くなる。この結果、第3の穴部112cおよび回転子コア11の外周間の領域において磁気飽和が生じ易くなり、この領域を磁束が通り難くなる。漏れ磁束は、この領域を通過してS極へと流れるため、第3の穴部112cを設けることによって磁束漏れを低減することができる。
【0054】
上述してきたように、第1の実施形態に係る回転子コアは、外周側へ向かって互いの間隔が拡がるように配置され、径方向に対する磁極の向きが同じである一対の永久磁石がそれぞれ挿入される一対の磁石穴を備える。
【0055】
磁石穴は、永久磁石の形状に沿って形成される第1の穴部と、第1の穴部に対して永久磁石が挿入された場合に、この永久磁石の角部のうち他方の永久磁石に最も近い角部を所定の空隙を介して覆う第2の穴部とが連結した形状である。そして、第2の穴部は、この第2の穴部と他方の磁石穴における第2の穴部との間にブリッジ部を形成する。
【0056】
したがって、第1の実施形態に係る回転子コアによれば、永久磁石の減磁を生じ難くすることができる。
【0057】
(第2の実施形態)
ところで、回転子コアに形成される磁石穴等の形状は、上述した第1の実施形態において例示した形状に限ったものではない。そこで、以下では、回転子コアの他の形状例について説明する。図6は、第2の実施形態に係るモータをシャフトの軸方向から見た模式図である。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同様の部分については、既に説明した部分と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【0058】
図6に示すように、第2の実施形態に係るモータ1_1は、回転子10_1と、固定子20と、シャフト30とを備える。また、回転子10_1は、回転子コア11_1と、永久磁石12とを備える。そして、回転子コア11_1には、隣接する永久磁石12同士によって挟まれる領域に対して空洞部111_1が形成される。
【0059】
また、第2の実施形態に係るモータ1_1も、第1の実施形態に係るモータ1と同様、第1の磁石12aおよび第2の磁石12bが、回転子コア11_1の外周側へ向かって互いの間隔が拡がるV字状に配置される。
【0060】
なお、ここでは、モータ1_1が、第1の実施形態に係る永久磁石12と同一の永久磁石12を備える場合の例を示すが、モータ1_1は、永久磁石12と異なる永久磁石を備えていてもよい。また、ここでは、モータ1_1が、第1の実施形態に係る固定子20およびシャフト30と同一の固定子20およびシャフト30を備える場合の例を示すが、モータ1_1は、固定子20およびシャフト30とは異なる固定子およびシャフトを備えていてもよい。
【0061】
次に、第2の実施形態に係る回転子コア11_1の構成について図7を用いて説明する。図7は、第2の実施形態に係る回転子コア11_1の構成を示す模式図である。
【0062】
図7に示すように、回転子コア11_1には、第1の磁石穴112_1および第2の磁石穴113_1を1組とする磁石穴部114_1が、周方向に並んで形成される。それぞれの磁石穴部114_1は、45度の極ピッチ角で設けられる極ピッチ線Pに対して第1の磁石穴112_1と第2の磁石穴113_1とが線対称となるように配置される。
【0063】
第1の磁石穴112_1は、第1の磁石12aが挿入される磁石穴である。また、第2の磁石穴113_1は、第2の磁石12bが挿入される磁石穴である。第1の磁石穴112_1および第2の磁石穴113_1は、外周側へ向かって互いの間隔が拡がるV字状に配置される。
【0064】
図7に示すように、空洞部111_1は、領域Rに対して形成される。領域Rは、第1の磁石穴112_1と、この第1の磁石穴112_1に隣接し、磁極が逆向きである第2の磁石12bが挿入される第2の磁石穴113_1(すなわち、他の磁石穴部114_1が備える第2の磁石穴113_1)とで挟まれる領域である。
【0065】
具体的には、この領域Rは、仮想線L11と、仮想線L12と、上記2つの磁石穴112_1,113_1とによって囲まれる領域である。仮想線L11は、上記2つの磁石穴112_1,113_1の最も外周側に位置する点a11,a12同士を結ぶ仮想線である。また、仮想線L12は、上記2つの磁石穴112_1,113_1の最も回転中心O側に位置する点a13,a14同士を結ぶ仮想線である。
【0066】
ここで、空洞部111_1の具体的な配置および形状について図8を用いて説明する。図8は、空洞部111_1周辺の拡大模式図である。
【0067】
なお、図8の説明では、図7に示す第2の磁石穴113_1、すなわち、第1の磁石穴112_1に隣接する2つの第2の磁石穴113_1のうち、磁極が逆向きである第2の磁石12bが挿入される第2の磁石穴113_1を「第2の磁石穴113_1」と呼ぶ。
【0068】
図8に示すように、空洞部111_1は、領域R(図7参照)のうち、第1の磁石穴112_1と第2の磁石穴113_1とが近接する領域に形成される。これは、仮に、永久磁石12のN極からS極へと回り込む漏れ磁束が発生する場合、上記の領域を通る可能性が高いためである。
【0069】
ここで、たとえば第1の磁石穴112_1に挿入される第1の磁石12aに漏れ磁束が発生したと仮定すると、第1の磁石12aのS極へ到達する漏れ磁束は、第1の磁石穴112_1における点a16に近い位置ほど多く、点a16から第1の磁石穴112_1の側面65aに沿って遠ざかるほど少なくなる。点a16は、第1の磁石穴112_1と第2の磁石穴113_1とが最も近接する点の1つである。
【0070】
一方、第1の磁石穴112_1における点a18よりも点a14(図7参照)側に到達する漏れ磁束は僅かであり、モータ1_1の性能に影響を与えることはほとんどない。点a18は、点a16から点a14へ向かって1/3の距離にある点である。
【0071】
そこで、第2の実施形態では、図8に示すように、空洞部111_1を領域R1に形成することとした。領域R1は、第2の磁石穴113_1上の点a17と第1の磁石穴112_1上の点a18とを結ぶ仮想線L14よりも外周側、かつ、第2の磁石穴113_1上の点a15と第1の磁石穴112_1上の点a16とを結ぶ仮想線L13よりも回転中心O側の領域である。ここで、第2の磁石穴113_1における点a15は、第2の磁石12bの角部120bの頂点が位置する点であり、第1の磁石穴112_1と最も近接する点でもある。また、点a17は、点a15から点a13(図7参照)へ向かって1/3の距離にある点である。これにより、永久磁石12間の磁束漏れを効果的に低減することができる。
【0072】
また、具体的には図9を用いて説明するが、第1の磁石穴112_1には第3の穴部112c_1が形成される。第3の穴部112c_1は、第1の磁石12aが挿入された場合に第1の磁石12aとの間で空隙を形成する穴部である。
【0073】
第3の穴部112c_1を設けることで、第1の磁石穴112_1と回転子コア11_1の外周との間の間隔が狭くなる。この結果、第3の穴部112c_1および回転子コア11_1の外周間の領域において磁気飽和が生じ易くなり、この領域を磁束が通り難くなる。漏れ磁束は、この領域を通過してS極へと流れるため、第3の穴部112c_1を設けることによって磁束漏れを低減することができる。
【0074】
また、空洞部111_1は、第1の磁石穴112_1との間の最小間隔が、第1の磁石穴112_1と回転子コア11_1の外周との間の最小間隔と同一となるように配置される。空洞部111_1と第2の磁石穴113_1との間の最小間隔についても同様である。
【0075】
このように、空洞部111_1および磁石穴112_1,113_1間の間隔を、磁石穴112_1,113_1および回転子コア11_1の外周間の間隔と同程度とする。これにより、空洞部111_1および磁石穴112_1,113_1間においても磁気飽和が生じ易くなるため、磁束漏れをさらに低減することができる。
【0076】
また、空洞部111_1は、第1の磁石穴112_1と対向する側面50aが、空洞部111_1と対向する第1の磁石穴112_1の側面65aに対して平行に形成される。同様に、空洞部111_1は、第2の磁石穴113_1と対向する側面50bが、空洞部111_1と対向する第2の磁石穴113_1の側面65bに対して平行に形成される。なお、側面50aと側面65aとが平行、側面50bと側面65bとが平行としたが、平行に限定されるものではない。
【0077】
すなわち、空洞部111_1における側面50a,50bと磁石穴112_1,113_1における側面65a,65bとは、常に上述した最小間隔で接した状態で配置される。これにより、空洞部111_1および磁石穴112_1,113_1間における磁気抵抗が大きくなるため、磁気飽和がさらに起こり易くなる。したがって、磁束漏れをさらに低減することができる。なお、空洞部は、磁石穴と対向する側面の全てが平行であってもよいし、一部だけが平行であってもよい。
【0078】
次に、磁石穴部114_1の構成について図9を用いて説明する。図9は、磁石穴部114_1の構成を示す模式図である。
【0079】
図9に示すように、磁石穴部114_1は、第1の磁石穴112_1と第2の磁石穴113_1とで構成される。また、第1の磁石穴112_1は、第1の穴部112a_1と、第2の穴部112b_3と、第3の穴部112c_1とが連結した形状を有する。同様に、第2の磁石穴113_1も、第1の穴部113a_1と、第2の穴部113b_3と、第3の穴部113c_1とが連結した形状を有する。第2の磁石穴113_1は、第1の磁石穴112_1と対称形状であるため、以下では、第1の磁石穴112_1の形状についてのみ説明する。
【0080】
第1の穴部112a_1は、第1の磁石12aの形状に沿って形成される穴部である。第1の磁石12aは、この第1の穴部112a_1に対して挿入される。
【0081】
第2の穴部112b_3および第3の穴部112c_1は、第1の穴部112a_1に対して第1の磁石12aが挿入された場合に、第1の磁石12aとの間で空隙を形成する穴部である。
【0082】
第3の穴部112c_1は、第1の穴部112a_1の端部を外周側へ向けて拡張させた穴部である。この第3の穴部112c_1は、上述したように、回転子コア11_1の外周との間で磁気飽和を生じさせて漏れ磁束を低減するために形成される。
【0083】
第2の穴部112b_3は、第1の磁石穴112_1における第1の穴部112a_1と第2の磁石穴113_1における第1の穴部113a_1とが最も近接する位置の近傍に形成される。第2の穴部112b_3は、第1の磁石12aが減磁の影響を受け易い箇所に形成される。
【0084】
以下では、この第2の穴部112b_3の具体的な形状および配置について図10Aおよび図10Bを用いて説明する。図10Aは、第2の穴部112b_3周辺の拡大模式図である。また、図10Bは、第2の穴部112b_3の構成を示す模式図である。
【0085】
図10Aに示すように、第2の穴部112b_3は、第1の穴部112a_1の外周側に位置する側面65eの一部を外周側へ向けて拡張した形状を有する。
【0086】
ここで、第1の磁石12aは、外周側の側面のうち第2の磁石12bと最も近接する位置(第1の磁石穴112_1の点a20に相当する位置)に近いほど減磁の影響を受け易い。
【0087】
また、第2の穴部112b_3の形状を大きくするほど、減磁の発生を防ぎ易くなるが、第1の磁石12aから固定子20へ流れる有効磁束が第2の穴部112b_3によって阻害される可能性も高くなる。このため、第2の穴部112b_3は、第2の磁石穴113_1に最も遠い点a19から第2の磁石穴113_1に最も近い点a20へ向けて徐々に厚みが大きくなるように形成される。
【0088】
具体的には、図10Bに示すように、第2の穴部112b_3は、第1の穴部112a_1の側面65eを基準とする厚み分布が、第2の磁石穴113_1側へ寄った形状を有する。すなわち、第2の穴部112b_3は、点a19および点a20間の中点a21よりも点a20側に頂点が位置する略三角形形状を有する。
【0089】
このように、第2の穴部112b_3の形状を、第1の穴部112a_1の側面65eを基準とする厚み分布が他方の磁石穴113_1側へ寄った形状とすることで、有効磁束の減少を抑えつつ、第1の磁石12aの減磁を生じ難くすることができる。
【0090】
また、図10Aの例では、第2の穴部112b_3は、第1の穴部112a_1の側面65eを基準とする最大厚みT1が、第1の穴部112a_1における最大厚みT2に対して約1/2となるように形成される。これにより、第1の磁石12aにおける減磁の発生および有効磁束の減少の双方を適切に防止することができる。なお、最大厚みT1が最大厚みT2に対して約1/4〜約1/2の範囲内であると、より望ましい。
【0091】
また、第1の磁石穴112_1の第2の穴部112b_3および第2の磁石穴113_1の第2の穴部113b_3は、互いに対向する側面65c,65d同士が平行に形成される。
【0092】
すなわち、第1の磁石穴112_1と第2の磁石穴113_1とが最も近接する領域は、回転子コア11_1の中で相対的に強度の低い領域である。このため、第2の穴部112b_3,113b_3の対向する側面65c,65d同士を平行に形成することで、第1の磁石穴112_1と第2の磁石穴113_1とが最も近接する領域の強度の低下を可及的に抑えることができる。また、第2の穴部112b_3,113b_3の対向する側面65c,65d同士を平行に形成することで、これら側面65c,65d間の領域を通ってS極へと流れる漏れ磁束を低減することができる。
【0093】
上述してきたように、第2の実施形態に係る回転子コアは、複数の磁石穴と、空洞部とを備える。複数の磁石穴は、周方向に並んで形成され、永久磁石が挿入される。そして、空洞部は、複数の磁石穴のうち、互いに隣接し、かつ、磁極の向きが逆向きの永久磁石がそれぞれ挿入される2つの磁石穴によって挟まれる領域に対して形成される。したがって、永久磁石の磁束漏れを低減することができる。
【0094】
また、第2の実施形態に係る回転子コアは、磁石穴が、永久磁石の形状に沿って形成される第1の穴部と、第1の穴部に対して永久磁石が挿入された場合に永久磁石との間で空隙を形成する第2の穴部とが連結した形状を有する。そして、第2の実施形態に係る回転子コアは、第2の穴部が、第1の穴部同士が最も近接する位置の近傍に形成される。したがって、永久磁石の減磁を生じ難くすることができる。
【0095】
ところで、空洞部の配置や形状は、上述した空洞部111_1の配置や形状に限ったものではない。そこで、以下では、空洞部の配置や形状の他の例について説明する。図11A〜図11Eは、空洞部の他の構成を示す模式図であり、図11Fは、回転子コアの他の構成を示す模式図である。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同様の部分については、既に説明した部分と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【0096】
たとえば、第2の実施形態では、空洞部111_1と第1の磁石穴112_1との間の最小間隔が、第1の磁石穴112_1と回転子コア11_1の外周との間の最小間隔と同じである場合の例について説明した。しかし、空洞部と第1の磁石穴との間の最小間隔は、第1の磁石穴と回転子コアの外周との間の最小間隔より小さくてもよい。
【0097】
たとえば、図11Aに示すように、回転子コア11_2が備える空洞部111_2は、第1の磁石穴112_1との間の最小間隔T3が、第1の磁石穴112_1と回転子コア11_2の外周との間の最小間隔T4の約1/2に形成される。このように、空洞部111_2と第1の磁石穴112_1との間の最小間隔をさらに小さくすることで、漏れ磁束が空洞部111_2および第1の磁石穴112_1間の領域をさらに通り難くなるため、磁束漏れをさらに低減することができる。
【0098】
また、図8に示す領域R1から点a11,a12,a15,a16によって囲まれる領域へ向けて空洞部を延在させてもよい。たとえば、図11Bに示すように、回転子コア11_3は、図11Aに示す空洞部111_2の先端部を外周側へ向けて延在させた空洞部111_3を備える。このように、点a11,a12,a15,a16によって囲まれる領域にも空洞部を形成することで、磁束漏れをさらに低減することができる。
【0099】
なお、空洞部111_3は、第3の穴部112c_1と対向する側面50cおよびこの側面50cと対向する第3の穴部112c_1の側面65g間の最小間隔が、第1の穴部112a_1と対向する側面50aおよびこの側面50aと対向する第1の穴部112a_1の側面65a間の最小間隔と等しく形成される。これにより、空洞部111_3および第1の磁石穴112_1間における磁気抵抗をさらに大きくすることができ、磁束漏れをさらに低減することができる。
【0100】
また、第2の実施形態では、空洞部111_1が、第2の磁石穴113_1上の点a17と第1の磁石穴112_1上の点a18とで結ばれる仮想線L14よりも回転子コア11_1の外周側に形成される場合の例について説明した(図8参照)。しかし、空洞部は、かかる仮想線L14よりも回転中心O側に形成されてもよい。
【0101】
たとえば、図11Cに示すように、空洞部111_4は、領域Rのうち、仮想線L15よりも外周側であり、かつ、仮想線L13よりも回転中心O側の領域R2に形成される。ここで、仮想線L15は、領域Rを径方向に二分する仮想線である。すなわち、仮想線L11から仮想線L15までの距離T5は、仮想線L11から仮想線L12までの距離T6の半分である。
【0102】
このように、空洞部は、領域Rを径方向に二分する仮想線L15よりも外周側の領域R2に形成されてもよい。
【0103】
また、第2の実施形態では、空洞部を略三角形形状としたが、空洞部の形状は、これに限ったものではない。具体的には、空洞部は、磁石穴112_1,113_1と対向する側面の少なくとも一部が、磁石穴112_1,113_1の側面に対して平行であれば、その他の部分はどのような形状であってもよい。
【0104】
たとえば、図11Dに示すように、空洞部111_5は、回転中心O側の側面を外周側へ向けて凹ませた略ブーメラン形状であってもよい。また、図11Eに示すように、空洞部111_6は、第1の磁石穴112_1の側面および第2の磁石穴113_1の側面に対してそれぞれ平行に形成される2つの空洞部111_6a,111_6bに分割されてもよい。
【0105】
また、上述してきた各実施形態では、1極を構成する永久磁石12が、第1の磁石12aおよび第2の磁石12bの2つで構成される場合の例について説明したが、空洞部は、1つの永久磁石が1極を構成する回転子に対して形成されてもよい。
【0106】
たとえば、図11Fに示すように、回転子コア11_4は、周方向に並んで形成され、永久磁石が挿入される6つの磁石穴115を備える。これら磁石穴115のうち、互いに隣接する2つの磁石穴115には、径方向に対する磁極の向きが逆向きの永久磁石がそれぞれ挿入される。
【0107】
そして、空洞部111_7は、各磁石穴115によって挟まれる領域R3に形成される。具体的には、領域R3は、隣接する2つの磁石穴115,115の最も外周側に位置する点a22,a23同士を結ぶ仮想線L16および最も回転中心O側に位置する点a24,a25同士を結ぶ仮想線L17と、上記2つの磁石穴115,115とによって形成される領域である。
【0108】
このように、1つの永久磁石が1極を構成する回転子の回転子コア11_4に対して空洞部111_7を形成した場合にも、上述した各実施形態に係る空洞部と同様、永久磁石間の磁束漏れを低減することができる。
【0109】
また、上述してきた各実施形態では、空洞部内の空気によって漏れ磁束を通し難くする場合の例について説明した。しかし、これに限ったものではなく、本願の開示する回転子また回転電機は、空洞部内に、たとえば樹脂やアルミニウム等の非磁性部材を充填してもよい。同様に、第2の穴部内や、第3の穴部内に、たとえば樹脂やアルミニウム等の非磁性部材を充填してもよい。
【0110】
また、第1の磁石穴および第2の磁石穴が備える第2の穴部の形状も、第2の実施形態にかかる第2の穴部の形状に限ったものではない。そこで、第2の穴部の他の構成例について図12を用いて説明する。図12は、第2の穴部の他の構成を示す模式図である。
【0111】
たとえば、第2の実施形態では、回転子コア11_1の強度を確保するために、第2の穴部112b_3,113b_3の互いに対向する側面65c,65d同士を平行に形成する場合の例について説明した(図10A参照)。しかし、第2の穴部の対向する側面同士は、必ずしも平行である必要はない。
【0112】
たとえば、図12に示すように、第2の穴部112b_4および第2の穴部113b_4は、互いに対向する側面65h,65iが、回転子コアの外周側へ向かうに従って遠ざかるように形成されてもよい。
【0113】
このように、第2の穴部間の最小間隔が、第1の磁石穴および第2の磁石穴間の最小間隔を下回らないようにすることとすれば、第1の磁石穴と第2の磁石穴とが最も近接する領域の強度の低下を可及的に抑えることができる。
【0114】
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【0115】
1 モータ
10 回転子
11 回転子コア
110 ブリッジ部
111 空洞部
112 第1の磁石穴
112a 第1の穴部
112b 第2の穴部
112c 第3の穴部
113 第2の磁石穴
113a 第1の穴部
113b 第2の穴部
113c 第3の穴部
114 磁石穴部
12 永久磁石
12a 第1の磁石
12b 第2の磁石
120a 120b 角部
20 固定子
21 固定子コア
211 ティース
212 スロット
22 固定子巻線
30 シャフト

【特許請求の範囲】
【請求項1】
外周側へ向かって互いの間隔が拡がるように配置され、径方向に対する磁極の向きが同じである一対の永久磁石がそれぞれ挿入される一対の磁石穴
を備え、
前記磁石穴は、
前記永久磁石の形状に沿って形成される第1の穴部と、前記第1の穴部に対して前記永久磁石が挿入された場合に、該永久磁石の角部のうち他方の前記永久磁石に最も近い角部を空隙を介して覆う第2の穴部とが連結した形状であり、
前記第2の穴部は、
該第2の穴部と他方の前記磁石穴における前記第2の穴部との間に長手方向が径方向を向いた矩形状のブリッジ部を形成することを特徴とする回転子コア。
【請求項2】
前記第2の穴部は、
前記ブリッジ部において磁気飽和を生じさせる大きさに形成されることを特徴とする請求項1に記載の回転子コア。
【請求項3】
双方の前記第2の穴部は、
互いに対向する側面同士が、平行または前記外周側へ向かうに従って遠ざかる形状に形成されることを特徴とする請求項1または2に記載の回転子コア。
【請求項4】
前記第2の穴部は、
前記永久磁石の前記外周側に位置する側面との間の距離が、前記ブリッジ部へ向かうにつれて大きくなる形状に形成されることを特徴とする請求項1、2または3に記載の回転子コア。
【請求項5】
請求項1〜4のいずれか1つに記載の回転子コアと、
前記回転子コアが備える前記磁石穴に対して挿入される永久磁石と
を備えることを特徴とする回転子。
【請求項6】
請求項5に記載の回転子と、
前記回転子の外周面と空隙を介して対向配置される固定子と
を備えることを特徴とする回転電機。

【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5A】
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【図5B】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10A】
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【図10B】
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【図11A】
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【図11B】
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【図11C】
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【図11D】
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【図11E】
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【図11F】
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【図12】
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【公開番号】特開2013−116036(P2013−116036A)
【公開日】平成25年6月10日(2013.6.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−116814(P2012−116814)
【出願日】平成24年5月22日(2012.5.22)
【分割の表示】特願2011−262362(P2011−262362)の分割
【原出願日】平成23年11月30日(2011.11.30)
【出願人】(000006622)株式会社安川電機 (2,482)
【Fターム(参考)】