JP5554272B2 - 磁石装着型回転子 - Google Patents

Description

本発明は、電動機の磁石装着型回転子に関する。

従来、回転軸と、該回転軸と一体回転するスペーサーと、該スペーサーの外面に設けられた複数の磁石とを備え、各磁石を樹脂モールド材にてスペーサーの外側面にモールドされてなるローターの構造において、前記スペーサーは、その外形を多角形柱状に形成し、前記各磁石は、そのスペーサー側当接面を平面状に形成し、前記スペーサーの各外側面にそれぞれ前記磁石を配置するようにし、前記各磁石のスペーサー側当接面と隣接する端部側面には表面積増大部（凹部）を設け、磁石の飛散を防止したローターの構造が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、板状磁性部材を積層して形成された積層鉄心と、上記積層鉄心の端面に周方向に所定の間隔を介して配置されるとともに軸方向に貫通して形成された複数の穴部と、上記穴部にそれぞれ嵌挿される永久磁石と、上記各穴部の上記積層鉄心の中心側に沿ってそれぞれ延在し上記永久磁石と対応する位置で上記穴部と連通して形成される注入穴部と、上記注入穴部を介して注入され上記穴部と上記永久磁石の間に充填される樹脂部材とを備えた磁石埋込型回転子が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００１−０６１２４４号公報（図４） 特開２００１−１５７３９４号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された従来の技術では、各磁石を樹脂モールド材にてスペーサーの外側面にモールドし、各磁石の側端部には表面積増大部（凹部）を設けている。この凹部は、磁石の軸方向に貫通した溝状の凹みとなっており、凹部に樹脂が充填されることによって、回転による遠心力に対する保持力を高める構造となっている。磁石の軸方向端部は外部に露出し、軸方向には、機械的に磁石を保持する構造部品がなく、軸方向の保持力は、磁石と樹脂の密着力のみに依存する構造となっている。

しかしながら、電動機は、自ら発生する熱と周囲環境からの熱により、高温下にさらされることが多く、樹脂と磁石の線膨張係数が異なるので、高温下では、樹脂と磁石の密着面に微細な隙間が発生し、密着力が著しく低下する。さらに、電動機は、自らの回転力だけでなく、電動機を搭載した装置から振動や衝撃を受ける。それ故、磁石は、軸方向に大きな外力を受けた場合でも、固定、保持されなければならない。

上記特許文献１に記載された従来の技術は、磁石の軸方向の保持力を、樹脂と磁石間の密着力のみに依存しているので、高温下では、保持力が弱い、という問題がある。また、磁石の側端部に、全長に亘る凹部を設けているので、磁石体積が凹部の分だけ損なわれ、電動機の性能が低下する、という問題がある。

また、上記特許文献２に記載された従来の技術は、積層鉄心の磁石用穴部に永久磁石を嵌挿し、磁石用穴部の軸方向端部を樹脂で塞いでいるが、樹脂で塞ぐ部分の長さ分、回転子の軸方向長さが長くなる、という問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、装着された永久磁石の保持力が強く、小形で高性能な電動機の磁石装着型回転子を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、円柱状に形成され、中心部に回転軸が嵌挿され、外縁部に、周方向に長く軸方向に貫通する複数の円弧状の磁石スロットが周方向に等間隔に設けられた回転子コアと、湾曲方形板状に形成され、端面に凹部が設けられ、夫々前記磁石スロットに埋設された複数の永久磁石と、前記磁石スロット内壁と永久磁石の間の間隙及び前記凹部に充填され、前記永久磁石を前記磁石スロット内に固定する樹脂と、を備え、前記凹部は、前記湾曲方形板状の永久磁石の軸方向端面と周方向端面が交わる４つの角部に設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、装着された永久磁石の保持力が強く、小形で高性能な電動機の磁石装着型回転子が得られる、という効果を奏する。

図１は、電動機の構造を示す縦断面図である。 図２は、本発明の磁石埋込型回転子の実施の形態１を示す側面図である。 図３は、実施の形態１の磁石埋込型回転子の正面図である。 図４は、図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図５は、実施の形態１の永久磁石を示す斜視図である。 図６は、本発明の磁石埋込型回転子の実施の形態２を示す側面図である。 図７は、実施の形態２の磁石埋込型回転子の正面図である。 図８は、図６のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 図９は、実施の形態２の永久磁石を示す斜視図である。 図１０は、実施の形態３の永久磁石を示す正面図である。 図１１は、図１０のＣ方向矢視図である。 図１２は、実施の形態４の永久磁石を示す正面図である。 図１３は、図１２のＤ方向矢視図である。 図１４は、実施の形態５の永久磁石を示す正面図である。 図１５は、実施の形態６の永久磁石を示す正面図である。 図１６は、実施の形態６の永久磁石を示す側面図である。

以下に、本発明に係る磁石埋込型回転子の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、電動機の構造を示す縦断面図であり、図２は、本発明の磁石埋込型回転子の実施の形態１を示す側面図であり、図３は、実施の形態１の磁石埋込型回転子の正面図であり、図４は、図２のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、図５は、実施の形態１の永久磁石を示す斜視図である。

図１に示すように、実施の形態の電動機９０は、円筒状に形成された固定子コア１と、固定子コア１に巻装されたコイル９と、固定子コア１を収容する円筒状のフレーム１０と、フレーム１０の両端部に装着され中央部でベアリング７を保持するブラケット６と、ベアリング７に回転自在に支持された回転軸５に装着され、固定子コア１内に配置された後述の回転子コア４１と、回転子コア４１に装着された後述の永久磁石３１と、回転軸５の反負荷側に装着されたロータリエンコーダ８と、を備えている。

図２〜図５に示すように、実施の形態１の磁石装着型回転子８１は、円板状の珪素鋼板を積層して円柱状に形成された回転子コア４１を備えている。回転子コア４１の中心部には回転軸５が嵌挿され、外縁部には、周方向に長く軸方向に貫通する複数（４つ）の円弧状の磁石スロット４１ａが、周方向に等間隔に設けられている。

夫々の磁石スロット４１ａには、湾曲方形板状に形成され、軸方向端面と周方向端面が交わる４つの角部に凹部３１ａが設けられた永久磁石３１が埋設されている。凹部３１ａは、軸方向にも周方向にも貫通していない。図２に、軸方向の貫通していない範囲Ｈ_１を示す。

磁石スロット４１ａ内壁と永久磁石３１の間の間隙及び凹部３１ａには、樹脂１１が充填され、永久磁石３１を磁石スロット４１ａ内に固定している。凹部３１ａに充填された樹脂１１が楔となり、永久磁石３１に働く軸方向の外力に対して機械的な保持力（樹脂１１のせん断応力）を発生し、永久磁石３１の変位を防ぎ、電動機９０に加わる振動、衝撃及び熱的ストレスに対する永久磁石３１の固定の耐久性、信頼性を向上させている。

凹部３１ａに充填された樹脂１１は、軸方向のみならず径方向に対する保持力も有しており、前記特許文献１に記載された貫通溝構造とは異なり、小さくかつ少数の凹部３１ａを設けるだけで、複数方向（軸方向及び径方向）の磁石保持機能を有している。また、永久磁石３１の欠陥体積を最小限に留めるので、電動機特性上も有利となる。また、回転子コア４１の軸方向端部に、樹脂やその他の構造部品を設けずに永久磁石３１を固定することができ、部品点数の削減と小形化にも貢献する。

実施の形態２．
図６は、本発明の磁石埋込型回転子の実施の形態２を示す側面図であり、図７は、実施の形態２の磁石埋込型回転子の正面図であり、図８は、図６のＢ−Ｂ線に沿う断面図であり、図９は、実施の形態２の永久磁石を示す斜視図である。

図６〜図９に示すように、実施の形態２の磁石装着型回転子８２は、永久磁石３２の形状が実施の形態１の永久磁石３１と異なっており、他の部分は実施の形態１の磁石装着型回転子８１と異なるところはないので、永久磁石３２について説明し、他の部分の説明は省略する。

回転子コア４１の夫々の磁石スロット４１ａには、湾曲方形板状に形成され、周方向端面の中央部に凹部３２ａが設けられた永久磁石３２が埋設されている。凹部３２ａは、軸方向にも周方向にも貫通していない。図６に、軸方向の貫通していない範囲Ｈ_２を示す。

磁石スロット４１ａ内壁と永久磁石３２の間の間隙及び凹部３２ａには、樹脂１１が充填され、永久磁石３２を磁石スロット４１ａ内に固定している。凹部３２ａに充填された樹脂１１が楔となり、永久磁石３２に働く軸方向の外力に対して機械的な保持力（樹脂１１のせん断応力）を発生し、永久磁石３２の変位を防ぎ、電動機９０に加わる振動、衝撃及び熱的ストレスに対する永久磁石３１の固定の耐久性、信頼性を向上させている。

凹部３２ａに充填された樹脂１１は、軸方向のみならず径方向に対する保持力も有しており、前記特許文献１に記載された貫通溝構造とは異なり、小さくかつ少数の凹部３２ａを設けるだけで、複数方向（軸方向及び径方向）の磁石保持機能を有している。また、永久磁石３２の欠陥体積を最小限（凹部３２ａ２個分）に留めるので、電動機特性上、実施の形態１よりも有利となる。また、回転子コア４１の軸方向端部に、樹脂やその他の構造部品を設けずに永久磁石３２を固定することができ、部品点数の削減と小形化にも貢献する。

実施の形態３．
図１０は、実施の形態３の永久磁石を示す正面図であり、図１１は、図１０のＣ方向矢視図である。図１０及び図１１に示すように、実施の形態３の永久磁石３３は、周方向端面の中央部及び軸方向両縁部に３つ（両側で合計６つ）の凹部３３ａが設けられている。凹部３３ａは、軸方向にも周方向にも貫通していない。６つの凹部３３ａは、永久磁石３３の保持力を増大させる。

実施の形態４．
図１２は、実施の形態４の永久磁石を示す正面図であり、図１３は、図１２のＤ方向矢視図である。図１２及び図１３に示すように、実施の形態４の永久磁石３４は、軸方向両端面の中央部に凹部３４ａが設けられている。凹部３４ａは、軸方向にも周方向にも貫通していない。永久磁石３４は、軸方向長さが回転子コア４１の軸方向長さより小さく形成される。

永久磁石３４は、回転子コア４１の夫々の磁石スロット４１ａに埋設され、磁石スロット４１ａ内壁と永久磁石３４の間の間隙、磁石スロット４１ａの軸方向端部と永久磁石３４の軸方向端部との間のスペース及び凹部３４ａに、樹脂１１を充填し、永久磁石３４を磁石スロット４１ａ内に固定する。

凹部３４ａに充填された樹脂１１が楔となり、永久磁石３４に働く周方向及び径方向の外力に対して機械的な保持力（樹脂１１のせん断応力）を発生し、永久磁石３４の変位を防ぎ、電動機９０に加わる振動、衝撃及び熱的ストレスに対する永久磁石３４の固定の耐久性、信頼性を向上させることができる。なお、永久磁石３４に働く軸方向の外力には、磁石スロット４１ａの軸方向端部と永久磁石３４の軸方向端部との間のスペースに充填された樹脂で対抗する。

実施の形態５．
図１４は、実施の形態５の永久磁石を示す正面図である。図１４に示すように、実施の形態４の磁石埋込型回転子８５は、円板状の珪素鋼板を積層して円柱状に形成された回転子コア４５を備えている。回転子コア４５の中心部には回転軸５が嵌挿され、外周部には、周方向に幅広で軸方向に貫通する複数（４つ）の円弧状の磁石溝４５ａが、周方向に等間隔に設けられている。

夫々の磁石溝４５ａには、湾曲方形板状に形成され、軸方向端面と周方向端面が交わる４つの角部に凹部３５ａが設けられた永久磁石３５が埋設されている。凹部３５ａは、軸方向にも周方向にも貫通していない。

磁石溝４５ａ内壁と永久磁石３５の間の間隙及び凹部３５ａには、樹脂１１が充填され、永久磁石３５を磁石溝４５ａ内に固定している。凹部３５ａに充填された樹脂１１が楔となり、永久磁石３５に働く軸方向の外力に対して機械的な保持力（樹脂１１のせん断応力）を発生し、永久磁石３５の変位を防ぎ、電動機９０に加わる振動、衝撃及び熱的ストレスに対する永久磁石３５の固定の耐久性、信頼性を向上させている。

凹部３５ａに充填された樹脂１１は、軸方向のみならず径方向に対する保持力も有しており、前記特許文献１に記載された貫通溝構造とは異なり、小さくかつ少数の凹部３５ａを設けるだけで、複数方向（軸方向及び径方向）の磁石保持機能を発揮する。また、永久磁石３５の欠陥体積を最小限に留めるので、電動機特性上も有利となる。また、回転子コア４５の外周部に、テープ等を巻いて構造強化する必要がなく、径方向の寸法を小さく抑えることができる。なお、永久磁石３５の替わりに、実施の形態２の永久磁石３２、実施の形態３の永久磁石３３を用いてもよい。

実施の形態６．
図１５は、実施の形態６の永久磁石を示す正面図であり、図１６は、実施の形態６の永久磁石を示す側面図である。実施の形態６の磁石装着型回転子（図示せず）は、円板状の珪素鋼板を積層して円柱状に形成された回転子コア（図示せず）を備えている。回転子コアの中心部には回転軸５（図２参照）が嵌挿されている。

円筒状に形成され、軸方向端面に凹部３６ａが設けられた永久磁石３６が、前記回転子コアに外嵌される。凹部３６ａは、軸方向にも周方向にも貫通していない。永久磁石３６の外周面、永久磁石３６及び回転子コアの軸方向端面、及び、凹部３６ａをモールド樹脂（図示せず）により一体的にモールドし、永久磁石３６と回転子コアとを固定すれば、実施の形態６の磁石装着型回転子が完成する。凹部３６ａに充填されたモールド樹脂が楔となり、永久磁石３６と回転子コアの相対回転を防止することができる。

１ 固定子コア
５ 回転軸
６ ブラケット
７ ベアリング
８ ロータリエンコーダ
９ コイル
１０ フレーム
１１ 樹脂
３１、３２、３３、３４、３５、３６ 永久磁石
３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａ、３５ａ、３６ａ 凹部
４１、４５ 回転子コア
４１ａ 磁石スロット
４５ａ 磁石溝
８１、８２、８５ 回転子
９０ 電動機

Claims (1)

1. 円柱状に形成され、中心部に回転軸が嵌挿され、外縁部に、周方向に長く軸方向に貫通する複数の円弧状の磁石スロットが周方向に等間隔に設けられた回転子コアと、
   湾曲方形板状に形成され、端面に凹部が設けられ、夫々前記磁石スロットに埋設された複数の永久磁石と、
   前記磁石スロット内壁と永久磁石の間の間隙及び前記凹部に充填され、前記永久磁石を前記磁石スロット内に固定する樹脂と、
   を備え、
   前記凹部は、前記湾曲方形板状の永久磁石の軸方向端面と周方向端面が交わる４つの角部に設けられていることを特徴とする磁石装着型回転子。

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