JP3619242B1 - 永久磁石回転子 - Google Patents

Abstract

【課題】 円筒を分割した形状の円弧状永久磁石を複数個組み合わせ、金属内周部材の外周かつ金属外殻部材の内側に配置し、永久磁石の防錆処理を兼ねた樹脂で一体化することにより、安価で高性能の永久磁石回転子を提供する。
【解決手段】 金属内周部材２の外周側に、少なくとも２個以上の円弧状永久磁石１０と、円筒状に配置された前記円弧状永久磁石１０の外周側を覆う少なくとも外周円筒部を有する金属外殻部材２０とを、前記永久磁石１０の防錆機能を兼ねた樹脂３０にて固着一体化する。前記外殻部材２０の一端と前記内周部材２の一端間に前記樹脂の漏れ防止用パッキンが配置されており、前記内周部材２の外周面に前記樹脂３０が入り込む凹部４を設けている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、永久磁石を用いた電動機、発電機等の永久磁石回転電機に使用する永久磁石回転子に関する。

従来、永久磁石回転電機、例えば永久磁石モータ（サーボモータ、ＤＣブラシレスモータ等）に使用される永久磁石回転子として、ラジアル配向の円筒状金属永久磁石（希土類永久磁石）を用い、シャフトに固定するためのヨーク体の外周に、そのラジアル配向の円筒状金属永久磁石を熱膨張対策で柔軟性のある接着剤にて固定一体化したものが知られている。

一般に、ラジアル配向の円筒状金属永久磁石は、磁石本来の特性を発揮できず、非常に高価なものである。また、焼結体であって欠け易いという性質があるため、特殊な接着剤で固定する必要があり、非常に高価な永久磁石回転子となっていた。

問題点を以下に列挙する。

(1) ラジアル配向の円筒状金属永久磁石は着磁の際の配向が低く、配向度が約８０〜９０％である。それに対して、横磁場金属永久磁石は配向度が９５％以上であり、磁石本来の機能をより利用可能である。

(2) ラジアル配向の円筒状金属永久磁石は内周面研磨が必要であり、非常に高価である。

(3) 金属永久磁石（希土類磁石）は、金属材料粉末を成型、焼結したものであるが、非常に錆びやすく、防錆処理が必要不可欠であり、メッキ等の防錆処理を施すとコストアップになる。

電動機のための永久磁石回転子の公知技術としては、下記特許文献１に提案されているものがあり、これは半円筒状永久磁石を２個組み合わせ、２成分系エポキシ樹脂でケーシングを形成して円筒形状となるように一体化している。

特開平７−５９３０４号公報 特許文献１のように樹脂ケーシングの場合、分割した永久磁石を保持する強度が不足する問題や、永久磁石回転子が高速回転、連続回転等により発熱したときの耐熱性の問題が生じる。また、強度不足を補うために、樹脂ケーシングの厚みを大きくすると、樹脂ケーシング表面での磁束密度が低下し、永久磁石回転子としての性能が低下することになる。

本発明は、上記の点に鑑み、円筒を分割した形状の円弧状永久磁石を複数個組み合わせ、金属内周部材の外周かつ金属外殻部材の内側に配置し、永久磁石の防錆処理を兼ねた樹脂で一体化することにより、安価で高性能の永久磁石回転子を提供することを目的とする。

本発明のその他の目的や新規な特徴は後述の実施の形態において明らかにする。

上記目的を達成するために、本願請求項１の発明は、金属内周部材の外周側に、少なくとも２個以上の円弧状希土類永久磁石と、円筒状に配置された前記円弧状希土類永久磁石の外周側を覆う少なくとも外周円筒部を有する金属外殻部材とを、前記永久磁石の防錆機能を兼ねた樹脂にて固着一体化した永久磁石回転子であって、
前記外殻部材の一端と前記内周部材の間に前記樹脂の漏れ防止用パッキンが配置され、前記外殻部材の他端と前記内周部材の間が前記樹脂で封止されていることを特徴としている。

本願請求項２の発明は、金属内周部材の外周側に、少なくとも２個以上の円弧状希土類永久磁石と、円筒状に配置された前記円弧状希土類永久磁石の外周側を覆う少なくとも外周円筒部を有する金属外殻部材とを、前記永久磁石の防錆機能を兼ねた樹脂にて固着一体化した永久磁石回転子であって、
前記外殻部材は前記外周円筒部の一端に連続して形成された端面部を有し、該端面部の内周面に前記内周部材の外周面が圧入されて、樹脂漏れ防止構造をなしており、前記外殻部材の他端と前記内周部材の間が前記樹脂で封止されていることを特徴としている。

本願請求項３の発明に係る永久磁石回転子は、請求項１又は２において、前記内周部材の外周面に前記樹脂に入り込む凸部又は前記樹脂が入り込む凹部を設けていることを特徴としている。

本願請求項４の発明に係る永久磁石回転子は、請求項１，２又は３において、各々の永久磁石の外周面の曲率半径を、前記外周円筒部の内周面の曲率半径よりも小さくし、かつ前記少なくとも２個以上の永久磁石に対する外接円の円周長よりも前記外周円筒部内周面の円周長を短くしたことを特徴としている。

以下、本発明を実施するための最良の形態として、実施の形態を図面に従って説明する。

図１及び図２は本発明に係る永久磁石回転子の実施の形態１を示す。これらの図において、永久磁石回転子１は、磁性又は非磁性材の金属内周部材２、少なくとも２個以上（図示の場合４個）の円弧状金属永久磁石（希土類磁石）１０、磁性又は非磁性の金属外殻部材２０、及び各永久磁石１０の防錆機能を兼ねた樹脂３０とを備えている。

磁性又は非磁性材の金属内周部材２は、比較的肉厚のある円筒形状であり、中心孔３にシャフトが圧入等で挿入一体化されるようになっている。あるいは図示しないがシャフトが一体に機械加工等で内周部材２に予め一体化されている構造でも差し支えない。

各円弧状金属永久磁石（希土類磁石）１０は円筒形状を分割した形状であり、防錆処理前のものをそのまま用い、金属内周部材２の外周面にそれぞれ配置して、全体として略円筒形状となるようにする。但し、各円弧状金属永久磁石１０間には樹脂３０が入る隙間を残しておく。円弧状金属永久磁石１０の着磁方向は厚み方向であり、外周面と内周面とにそれぞれ１つの磁極が形成されている。また、円弧状金属永久磁石１０は、外周面と内周面とにそれぞれ１つ以上の磁極を有する多極着磁も可能である。

磁性又は非磁性の金属外殻部材２０は外周円筒部２１を有し、この外周円筒部２１で、金属内周部材２の外周面にそれぞれ配置された各円弧状金属永久磁石１０の外周面を覆いかつ押さえ付ける。この金属外殻部材２０は所要の機械的強度を確保できる範囲でできるだけ薄いことが好ましい。

前記金属内周部材２と金属外殻部材２０間に円弧状金属永久磁石１０を固定するために樹脂３０を射出成形や充填（注入）で設けるが、その際に樹脂３０が外部に漏れ出さないように、樹脂３０の成形、充填時に底面側となる金属内周部材２及び金属外殻部材２０の一端間に図２（Ａ）,（Ｂ）に示す樹脂漏れ防止用パッキン（ゴム等の弾性体）５が予め配設されている。そして、樹脂漏れ防止用パッキン５の配置側を下側とし、金属内周部材２及び金属外殻部材２０の上側端より樹脂３０の成形や充填処理を行い、金属内周部材２、パッキン５、円弧状金属永久磁石１０、金属外殻部材２０の各部材を相互に固着一体化するとともに、防錆機能のために、金属内周部材２及び金属外殻部材２０の他端（上端）を封止する。これにより、円弧状金属永久磁石１０は金属内周部材２、パッキン５、金属外殻部材２０及び樹脂３０で周囲を完全に覆われて封止され、防錆処理が施されたことになる。

なお、永久磁石回転子１に加わるトルクにより、金属内周部材２に対して円弧状金属永久磁石１０の位置がずれる（空回りする）ことを防止するために、図１、図２（Ｂ）のように金属内周部材２に空転止め用凹部４を設けておき、樹脂３０が凹部４内に入り込むようにしている。

この実施の形態１によれば、次の通りの効果を得ることができる。

(1) 金属内周部材２の外周側に、少なくとも２個以上の円弧状金属永久磁石１０と、円筒状に配置された円弧状永久磁石１０の外周側を覆う外周円筒部２１を有する金属外殻部材２０とを、前記永久磁石１０の防錆機能を兼ねた樹脂３０にて固着一体化した構造であり、非常に高価なラジアル配向の円筒状金属永久磁石を使用しなくてもよく、コスト低減が可能である。また、円弧状金属永久磁石１０はラジアル配向の円筒状金属永久磁石よりも配向度を上げることができ、性能の向上を図ることができる。

(2) 金属外殻部材２０を用いることにより、永久磁石１０の欠け等の問題も解消でき、さらに樹脂ケーシングを用いる場合に比べて肉厚を薄くでき、永久磁石回転子１の表面磁束密度を高くできる。

(3) 金属内周部材２と金属外殻部材２０の端部開口部分は樹脂３０で封止され、これで防錆処理を達成できるため、各円弧状金属永久磁石１０は防錆処理をしない状態で使用でき、この点でもコスト低減に寄与できる。

(4) 金属内周部材２の外周面に凹部４を形成しておくことにより、金属内周部材２と金属外殻部材２０間に成形、充填された樹脂３０が前記凹部４内に入り込み、空転防止機能を果たすことができる。

図３は本発明に係る永久磁石回転子の実施の形態２を示す。この図において、磁性又は非磁性の金属外殻部材４０は、金属内周部材２の外周面にそれぞれ配置された各円弧状金属永久磁石１０の外周面を覆いかつ押さえ付ける外周円筒部４１と、この外周円筒部４１の一端に絞り加工によって連続して形成された端面部４２とを有している。

この場合、樹脂３０を射出成形や充填にて金属内周部材２と外周円筒部４１間に設ける際に、絞り加工部分である端面部４２の内周面に金属内周部材２の外周面を圧入することで、樹脂漏れ防止構造をなすことができる。つまり、実施の形態１におけるパッキン５を省略した構造とすることが可能となり、その端面部４２の内周面への金属内周部材２の圧入状態を維持して樹脂３０の成形、充填を行う。

なお、その他の構成は前述した実施の形態１と同様であり、同一又は相当部分に同一符号を付して説明を省略する。

この実施の形態２によれば、実施の形態１の効果に加えて、部品点数の削減が可能な利点がある。

図４は本発明に係る永久磁石回転子の実施の形態３であって、円弧状金属永久磁石１０（図示の場合、略半円筒形状）の金属内周部材２と金属外殻部材２０との間への挿入、配置を容易にし、かつ樹脂による成形、充填前における金属外殻部材２０による各円弧状金属永久磁石１０の仮固定を確実に行うことが可能な構造を示す。

この場合、各々の円弧状金属永久磁石１０の外周面の曲率半径Ｒ１を、金属外殻部材２０の外周円筒部２１の内周面の曲率半径Ｒ２よりも小さくし、かつ金属内周部材２の外周に配された全ての永久磁石１０に対する外接円（図中点線Ｐで示す）の円周長よりも外周円筒部２１の内周面の円周長を僅かに短く設定している。

金属内周部材２と金属外殻部材２０との間に円弧状金属永久磁石１０を挿入するときには、円弧状金属永久磁石１０の外周面の曲率半径Ｒ１が外周円筒部２１の内周面の曲率半径Ｒ２よりも小さいことから、円弧状金属永久磁石１０の端部において外周円筒部２１との間に隙間が発生するから、図４の矢印Ｆのように複数個の円弧状金属永久磁石１０間の隙間（樹脂が入る位置）の外側より金属外殻部材２０を押圧し、金属外殻部材２０の外周円筒部２１を図４の場合に横長の長円状に変形させる。これにより、金属内周部材２と金属外殻部材２０間に円弧状金属永久磁石１０を円滑に挿入できる。円弧状金属永久磁石１０の挿入後は矢印Ｆの押圧力を無くすことで、外周円筒部２１の断面は弾性で円形に戻ろうとし、外接円Ｐの円周長よりも外周円筒部２１の内周面の円周長を僅かに短く設定したことから、外周円筒部２１は各永久磁石１０を締め付け固定することができる。

このように、金属外殻部材２０で永久磁石１０を確実に仮止めした状態とし、以後樹脂の成形、充填が可能である。

なお、その他の構成は前述した実施の形態１又は２と同様であり、同一又は相当部分に同一符号を付して説明を省略する。

上記各実施の形態では、円弧状金属永久磁石１０のずれ防止（空転防止）のために、金属内周部材２の外周面に樹脂３０が入り込む凹部４を設けたが、逆に金属内周部材２の外周面に樹脂３０に入り込む凸部を一体に設けてもよい。

以上本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当業者には自明であろう。

本発明に係る永久磁石回転子の実施の形態１を示す平断面図である。 実施の形態１の正面又は側面側の断面を示し、（Ａ）は図１のＡ−Ａ半断面図、（Ｂ）は図１のＢ−Ｂ半断面図である。 実施の形態２の正面側よりみた半断面図である。 実施の形態３であって、樹脂の成形、充填前の平断面図である。

符号の説明

１ 永久磁石回転子
２ 金属内周部材
３ 中心孔
４ 凹部
５ パッキン
１０ 円弧状金属永久磁石
２０，４０ 金属外殻部材
２１，４１ 外周円筒部
３０ 樹脂
４２ 端面部

Claims (4)

1. 金属内周部材の外周側に、少なくとも２個以上の円弧状希土類永久磁石と、円筒状に配置された前記円弧状希土類永久磁石の外周側を覆う少なくとも外周円筒部を有する金属外殻部材とを、前記永久磁石の防錆機能を兼ねた樹脂にて固着一体化した永久磁石回転子であって、
   前記外殻部材の一端と前記内周部材の間に前記樹脂の漏れ防止用パッキンが配置され、前記外殻部材の他端と前記内周部材の間が前記樹脂で封止されていることを特徴とする永久磁石回転子。
2. 金属内周部材の外周側に、少なくとも２個以上の円弧状希土類永久磁石と、円筒状に配置された前記円弧状希土類永久磁石の外周側を覆う少なくとも外周円筒部を有する金属外殻部材とを、前記永久磁石の防錆機能を兼ねた樹脂にて固着一体化した永久磁石回転子であって、
   前記外殻部材は前記外周円筒部の一端に連続して形成された端面部を有し、該端面部の内周面に前記内周部材の外周面が圧入されて、樹脂漏れ防止構造をなしており、前記外殻部材の他端と前記内周部材の間が前記樹脂で封止されていることを特徴とする永久磁石回転子。
3. 前記内周部材の外周面に前記樹脂に入り込む凸部又は前記樹脂が入り込む凹部を設けてなる請求項１又は２記載の永久磁石回転子。
4. 各々の永久磁石の外周面の曲率半径を、前記外周円筒部の内周面の曲率半径よりも小さくし、かつ前記少なくとも２個以上の永久磁石に対する外接円の円周長よりも前記外周円筒部内周面の円周長を短くした請求項１，２又は３記載の永久磁石回転子。

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