JP5217619B2 - アウターロータ型永久磁石式電動機 - Google Patents

Description

本発明はアウターロータ型永久磁石式電動機に関し、製造を容易にすると共に信頼性を高めるように工夫したものである。

エレベータの駆動源や、各種機器の駆動源として、アウターロータ型永久磁石式電動機が使用されている。
図７，図８は、アウターロータ型永久磁石式電動機１の従来の一例を示す。なお両図において、Ｒは電動機の回転軸芯を示しており、図７は回転軸芯Ｒの上半分側を示す断面図であり、図８は図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面のうちの半分を示した図である。

図７，図８に示すように、支持ブラケット１０には円筒状をなすボス部１１が形成されている。このボス部１１は、回転軸芯Ｒに対して同心状に配置されている。
このボス部１１の外周面には、軸受１２が配置されている。
更に、ボス部１１の外周側にはリング状のステータ取付部１３が形成されている。

ロータ２０のロータ鉄心２１は、いわば断面コの字型の円筒状になっている。
更に詳述すると、ロータ鉄心２１は、円筒状の外側ヨーク２１ａと、円筒状の内側ヨーク２１ｂと、外側ヨーク２１ａの一端部（図７では左側の部分）と内側ヨーク２１ｂの一端部（図７では左側の部分）とを連結するリング板部材２１ｃとが一体になって形成された部材である。
このようにして、外側ヨーク２１ａの内周側に内側ヨーク２１ｂが配置され、両ヨーク２１ａ，２１ｂの一端部側がリング板部材２１ｃにより閉塞されている。

そして、ロータ鉄心２１の内側ヨーク２１ｂの内周面と、ボス部１１の外周面との間に、軸受１２を介装して、ロータ２０が回転軸芯Ｒを回転中心として回転できるようになっている。

ロータ鉄心２１の外側ヨーク２１ａの内周面には、周方向に沿い間隔をとって複数の永久磁石２２が配置されている。

また図８に示すように、永久磁石２２の間にはスペーサ２３が取り付けられている。各スペーサ２３には、ねじ穴が半径方向に貫通して形成されており、ねじをねじ穴に差し込んでロータ鉄心２１（外側鉄心２１ａの内周側）にねじ込むことにより、各スペーサ２３がロータ鉄心２１（外側鉄心２１ａの内周側）に取り付けられている。

このようにして、ロータ鉄心２１の外側ヨーク２１ａの内周面側には、周方向に沿い、永久磁石２２とスペーサ２３とが交互に配置されている。

スペーサ２３は、永久磁石２２に作用するトルクを止めたり（受けたり）、永久磁石２２の位置決めをするための機能を果たしている。

ステータ３０は、外側ヨーク２１ａよりも内周側で、且つ、内側ヨーク２１ｂよりも外周側となる位置に配置されて、ステータ取付部１３に取り付けられている。
このため、外側ヨーク２１の内周面に配置された各永久磁石２２は、ギャップを介して、ステータ３０の外周面に対面することになる。

なお、各永久磁石２２の面のうち、外周側の面、即ち、外側ヨーク２１ａの内周面に接する面には、滑らかな湾曲面になるような加工（いわゆる「Ｒ加工」）が施されている。
またトルクリップルを低減するために、各永久磁石２２の面のうち、内周側の面、即ち、ステータ３０に対面する面を、Ｒ加工することもある。

特開２００３−１１１３２５号公報 特開２００４−３６０４９９号公報 特開２００７−２８２３３１号公報 特開２０００−１４０６０号公報 特許第３９８９４６２号公報

上述した従来のアウターロータ型永久磁石式電動機１では、次のような課題があった。
（１）永久磁石２２の外周側の面にＲ加工を施し、また場合によっては、永久磁石２２の内周側の面にＲ加工を施している。
Ｒ加工をするには、砥石で永久磁石２２を削る工程が別途必要であるため、面倒な加工が必要であり、加工や製造に手間がかかる。

（２）複数の各スペーサ２３にそれぞれ、ねじ穴を形成するための工程が必要であり、また、製造の際には、各スペーサ２３をねじで止めるための手間がかかる。

（３）上記の（１），（２）の問題を解決するには、外側ヨーク２１ａの内周面に、あり溝を形成し、このあり溝に永久磁石を挿入して取り付ける手段をとればよいとも考えられる。しかし、ロータ鉄心２１は、リング板部材２１ｃにより一端面側が閉塞しているため、スライサーによるあり溝加工は極めて困難であり、外側ヨーク２１ａの内周面にあり溝を形成することは現実的ではない。

（４）アウターロータ型永久磁石式電動機１を、エレベータ用モータとして使用する場合には、ロータ鉄心２１の外側ヨーク２１ａの外周面をブレーキドラムとして使用することがあるが、この場合には、ロータ鉄心２１、特に外側ヨーク２１ａが発熱してしまう。
このような発熱が大きい場合には、熱により永久磁石２２が減磁してしまう恐れがある。

本発明は、上記従来技術に鑑み、容易に製造ができると共に、磁石の減磁を防止することができる、アウターロータ型永久磁石式電動機を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の構成は、
円筒状の外側ヨークと、前記外側ヨークの内周側に配置された円筒状の内側ヨークと、前記外側ヨークの一端部と前記内側ヨークの一端部とを連結するリング板部材とが一体になって形成されたロータ鉄心と、前記外側ヨークの内周面側に周方向に沿い間隔をとって配置された複数の永久磁石を有するロータと、
前記外側ヨークよりも内周側で且つ前記内側ヨークよりも外周側に配置されて前記永久磁石と対面するステータと、
を備えたアウターロータ型永久磁石式電動機において、
前記外側ヨークの内周面に嵌入されて円筒状をなすと共に、内周面には周方向に沿う複数箇所に軸方向に伸びる磁石挿入溝が形成されたスペーサリングと、
前記スペーサリングの各磁石挿入溝に前記永久磁石が挿入・配置されており、
前記スペーサリングの外周面には、周方向に沿う複数箇所に軸方向に伸びる冷却溝が形成されていることを特徴とする

また本発明の構成は、
円筒状の外側ヨークと、前記外側ヨークの内周側に配置された円筒状の内側ヨークと、前記外側ヨークの一端部と前記内側ヨークの一端部とを連結するリング板部材とが一体になって形成されたロータ鉄心と、前記外側ヨークの内周面側に周方向に沿い間隔をとって配置された複数の永久磁石を有するロータと、
前記外側ヨークよりも内周側で且つ前記内側ヨークよりも外周側に配置されて前記永久磁石と対面するステータと、
を備えたアウターロータ型永久磁石式電動機において、
前記外側ヨークの内周面に嵌入されて円筒状をなすと共に、内周面には周方向に沿う複数箇所に軸方向に伸びる磁石挿入溝が形成されたスペーサリングと、
前記スペーサリングの各磁石挿入溝に前記永久磁石が挿入・配置されており、
前記スペーサリングの外周面には、周方向に沿う複数箇所に軸方向に伸びる冷却溝が形成されており、しかも、周方向に関して、前記冷却溝の中心位置と前記磁石挿入溝の中心位置とが一致していることを特徴とする。

また本発明の構成は、
前記磁石挿入溝は、その断面形状が矩形となっており、その底面は平面となっていることを特徴とする。

また本発明の構成は、
前記外側ヨークの外周面をブレーキドラムとして使用することを特徴とする。

本発明では、永久磁石をスペーサリングに取り付け、このスペーサリングをロータのヨークの内周面に嵌入する構成としたため、ねじ止めなどの面倒な加工を要することなく、また、ねじ緩みの恐れのない信頼性の高いアウターロータ型永久磁石式電動機を製造することができる。

また、磁石挿入溝の断面形状を矩形とすることにより、断面形状が矩形の永久磁石を磁石挿入溝に配置することができ、永久磁石に対して、Ｒ加工などの面倒な加工を施す必要がなくなる。

更に、スペーサリングの外周面に冷却溝を形成することにより、冷却効率を高めることができ、本願のアウターロータ型永久磁石式電動機をエレベータモータ等に使用した場合のブレーキの信頼性が向上する。

以下に本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づき詳細に説明する。

図１，図２は、本発明の実施例１に係るアウターロータ型永久磁石式電動機１０１を示す。なお両図において、Ｒは電動機の回転軸芯を示しており、図１は回転軸芯Ｒの上半分側を示す断面図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ断面のうちの半分を示した図である。

図１，図２に示すように、支持ブラケット１１０には円筒状をなすボス部１１１が形成されている。このボス部１１１は、回転軸芯Ｒに対して同心状に配置されている。
このボス部１１１の外周面には、軸受１１２が配置されている。
更に、ボス部１１１の外周側にはリング状のステータ取付部１１３が形成されている。

ロータ１２０のロータ鉄心１２１は、いわば断面コの字型の円筒状になっている。
更に詳述すると、ロータ鉄心１２１は、円筒状の外側ヨーク１２１ａと、円筒状の内側ヨーク１２１ｂと、外側ヨーク１２１ａの一端部（図１では左側の部分）と内側ヨーク１２１ｂの一端部（図１では左側の部分）とを連結するリング板部材１２１ｃとが一体になって形成された部材である。
このようにして、外側ヨーク１２１ａの内周側に内側ヨーク１２１ｂが配置され、両ヨーク１２１ａ，１２１ｂの一端部側がリング板部材１２１ｃにより閉塞されている。

そして、ロータ鉄心１２１の内側ヨーク１２１ｂの内周面と、ボス部１１１の外周面との間に、軸受１１２を介装して、ロータ１２０が回転軸芯Ｒを回転中心として回転できるようになっている。

ロータ鉄心１２１の外側ヨーク１２１ａの内周面には、鉄製のスペーサリング１４０が緊密に嵌入されている。このスペーサリング１４０は、斜視図である図３にも示すように、円筒状をなしている。
しかも、スペーサリング１４０の内周面には、周方向に沿う複数箇所に、軸方向に伸びる磁石挿入溝１４１が形成されている。つまり、スペーサリング１４０の内周面には、周方向に沿い一定間隔毎に磁石挿入溝１４１が形成されている。

各磁石挿入溝１４１は、その断面形状が矩形（長方形）となっており、その底面は平面となっている。ここで言う磁石挿入溝１４１の「断面形状」とは、図１のＩＩ−ＩＩ断面である図２に示す状態における断面形状である。また、磁石挿入溝１４１の「底面」とは、後述する永久磁石１２２の外周側の面が接する面のことをいう。

スペーサリング１４０の各磁石挿入溝１４１には、それぞれ永久磁石１２２が挿入して配置されている。各永久磁石１２２の断面形状（図２で示す断面形状）は、矩形（長方形）となっており、永久磁石１２２は、磁石挿入溝１４１に挿入されてスペーサリング１４０に密着している。
かくして、スペーサリング１４０の内周面において、周方向に沿い間隔をとって複数の永久磁石１２２が配置されている。

スペーサリング１４０は、永久磁石１２２に作用するトルクを止めたり（受けたり）、永久磁石１２２の位置決めをするための機能を果たしている。

ステータ１３０は、外側ヨーク１２１ａ及びスペーサリング１４０よりも内周側で、且つ、内側ヨーク１２１ｂよりも外周側となる位置に配置されて、ステータ取付部１１３に取り付けられている。
このため、スペーサリング１４０の内周面に配置された各永久磁石１２２は、ギャップを介して、ステータ１３０の外周面に対面することになる。

上記構成となっているアウターロータ型永久磁石式電動機１０１では、外側ヨーク１２１ａの内周面にスペーサリング１４０を嵌入するだけで、スペーサリング１４０の取付が完了するため、スペーサリング１４０の取り付けは簡単にできる。
つまり、スペーサに対して穴あけ加工をしたり、個別の複数のスペーサをねじ止め作業したりする必要がなくなる。そして、ねじ止めしていないため、ねじ緩みがなく信頼性が高い。

なおロータ鉄心１２１は一端部側がリング板部材１２１ｃにより閉塞されているが、電動機製造の際には、スペーサリング１４０を外側ヨーク１２１ａの内周面に嵌入するだけでよいので、ロータ鉄心１２１の一端部側が閉塞されていても何ら問題はない。

また、磁石挿入溝１４１の断面形状が矩形（長方形）となっており、断面形状が矩形となっている永久磁石１２２を、磁石挿入溝１４１に挿入・配置しているため、永久磁石１２２に対してＲ加工などの面倒な加工が不要になる。

次に本発明の実施例２に係るアウターロータ型永久磁石式電動機１０１Ａを、図４〜図６を参照して説明する。
なお、図４は回転軸芯Ｒの上半分側を示す断面図であり、図５は図４のＶ−Ｖ断面のうちの半分を示した図であり、図６は実施例２で用いるスペーサリング１４０を抽出して示す斜視図である。

実施例２では、スペーサリング１４０の外周面に冷却溝１４２を形成しており、他の部分は実施例１と同様な構成となっている。したがって、以下の説明では、冷却溝１４２について説明をし、他の重複する部分の説明は省略する。

冷却溝１４２は、スペーサリング１４０の外周面の周方向に沿う複数箇所に形成されており、各冷却溝１４２は軸方向に伸びている。
しかも、周方向に関して、冷却溝１４２の中心位置と、磁石挿入溝１４１の中心位置とが一致している。

このような冷却溝１４２を形成しているため、スペーサリング１４０を外側ヨーク１２１ａの内周面に挿入したときに、図５に示すように、冷却溝１４２が冷却空気通路として機能する。

したがって、このアウターロータ型永久磁石式電動機１０１Ａをエレベータ用モータとして使用し、外側ヨーク１２１ａの外周面をブレーキドラムとして使用した場合であっても、冷却溝１４２により放熱が行なわれると共に、ロータ１２０全体の放熱面積が冷却溝１４２の分だけ広くなり、効果的な放熱が行われる。
このため、ロータ鉄心１２１（外側ヨーク１２１ａ）側から永久磁石１２２への熱伝導が抑えられ、永久磁石１２２が減磁することを防止でき、電動機としての信頼性が高まる。
また、発熱を防止できるため、ブレーキの信頼性も高まる。

本実施例では、周方向に関して、冷却溝１４２の中心位置と磁石挿入溝１４１の中心位置とを一致させている。一方、永久磁石１２２による磁束Φは、図５に実線の矢印で示すように流れる。この結果、冷却溝１４２が形成された位置は、磁束密度が最も低い位置となる。
このため、冷却溝１４２を形成しても、永久磁石１２２による磁束Φに対して悪影響を与えることはなく、電動機としての運転機能を高いまま維持できる。

本発明の実施例１に係るアウターロータ型永久磁石式電動機を示す断面図。 図１のＩＩ−ＩＩ断面を示す断面図。 実施例１で用いるスペーサリングを示す斜視図。 本発明の実施例２に係るアウターロータ型永久磁石式電動機を示す断面図。 図４のＶ−Ｖ断面を示す断面図。 実施例２で用いるスペーサリングを示す斜視図。 従来のアウターロータ型永久磁石式電動機を示す断面図。 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面を示す断面図。

符号の説明

１，１０１，１０１Ａ アウターロータ型永久磁石式電動機
１０，１１０ 支持ブラケット
１１，１１１ ボス部
１２，１１２ 軸受
１３，１１３ ステータ取付部
２０，１２０ ロータ
２１，１２１ ロータ鉄心
２１ａ，１２１ａ 外側ヨーク
２１ｂ，１２１ｂ 内側ヨーク
２１ｃ，１２１ｃ リング板部材
２２，１２２ 永久磁石
２３ スペーサ
３０，１３０ ステータ
１４０ スペーサリング
１４１ 磁石挿入溝
１４２ 冷却溝

Claims (4)

1. 円筒状の外側ヨークと、前記外側ヨークの内周側に配置された円筒状の内側ヨークと、前記外側ヨークの一端部と前記内側ヨークの一端部とを連結するリング板部材とが一体になって形成されたロータ鉄心と、前記外側ヨークの内周面側に周方向に沿い間隔をとって配置された複数の永久磁石を有するロータと、
   前記外側ヨークよりも内周側で且つ前記内側ヨークよりも外周側に配置されて前記永久磁石と対面するステータと、
   を備えたアウターロータ型永久磁石式電動機において、
   前記外側ヨークの内周面に嵌入されて円筒状をなすと共に、内周面には周方向に沿う複数箇所に軸方向に伸びる磁石挿入溝が形成されたスペーサリングと、
   前記スペーサリングの各磁石挿入溝に前記永久磁石が挿入・配置されており、
   前記スペーサリングの外周面には、周方向に沿う複数箇所に軸方向に伸びる冷却溝が形成されていることを特徴とするアウターロータ型永久磁石式電動機。
2. 円筒状の外側ヨークと、前記外側ヨークの内周側に配置された円筒状の内側ヨークと、前記外側ヨークの一端部と前記内側ヨークの一端部とを連結するリング板部材とが一体になって形成されたロータ鉄心と、前記外側ヨークの内周面側に周方向に沿い間隔をとって配置された複数の永久磁石を有するロータと、
   前記外側ヨークよりも内周側で且つ前記内側ヨークよりも外周側に配置されて前記永久磁石と対面するステータと、
   を備えたアウターロータ型永久磁石式電動機において、
   前記外側ヨークの内周面に嵌入されて円筒状をなすと共に、内周面には周方向に沿う複数箇所に軸方向に伸びる磁石挿入溝が形成されたスペーサリングと、
   前記スペーサリングの各磁石挿入溝に前記永久磁石が挿入・配置されており、
   前記スペーサリングの外周面には、周方向に沿う複数箇所に軸方向に伸びる冷却溝が形成されており、しかも、周方向に関して、前記冷却溝の中心位置と前記磁石挿入溝の中心位置とが一致していることを特徴とするアウターロータ型永久磁石式電動機。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記磁石挿入溝は、その断面形状が矩形となっており、その底面は平面となっていることを特徴とするアウターロータ型永久磁石式電動機。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか一項において、
   前記外側ヨークの外周面をブレーキドラムとして使用することを特徴とするアウターロータ型永久磁石式電動機。

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