JP5864227B2 - 電動機のロータ構造 - Google Patents

Description

本発明は、電動機のロータ構造に関し、詳しくは、電磁鋼板により略円環状に形成されたコア部材を積層してなるロータコアを有するロータと、内径がロータコアの外径よりも若干大きくなるよう形成されたステータコアを有するステータと、を備える電動機のロータ構造に関する。

従来、この種の電動機のロータ構造としては、外表面を樹脂でコーティングした磁石をロータコアの磁石孔に挿入した状態で、磁石孔と磁石との隙間を樹脂を充填して磁石を固定することによりロータを形成するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この電動機のロータ構造では、磁石の外表面を樹脂でコーティングすることにより、磁石とコアとの接触を防止し、磁石とコアとの接触することによって渦電流が発生し、損失が大きくなるのを抑制している。

また、磁石をロータコアの磁石孔に挿入した状態で、磁石と磁石孔の隙間に非導電性材料により形成された粒子を混在させた樹脂を充填して磁石を固定することによりロータを形成するものも提案されている（例えば、特許文献２参照）。この電動機のロータ構造では、磁石と磁石孔との隙間に非導電性材料により形成された粒子が介在することにより、磁石とコアとの接触を防止し、磁石とコアとの接触することによって渦電流が発生し、損失が大きくなるのを抑制している。

特開２００５−０９４８４５号公報 特開２００２−２７２０３３号公報

しかしながら、外表面を樹脂でコーティングした磁石をロータコアの磁石孔に挿入する前者の電動機のロータ構造では、予め磁石の外表面を樹脂でコーティングする必要があり、電動機を製造する工数が増加してしまう。また、コーティングの厚みの分だけ、磁石孔を大きく形成する必要があり、磁石とコアとのクリアランスが増加してしまう。磁石とコアとのクリアランスが増加すると、電動機からの出力トルクが低下する場合が生じ、電動機の性能の低下させてしまう。

また、非導電性材料により形成された粒子を混在させた樹脂により磁石を固定する後者の電動機のロータ構造では、非導電性材料により形成された粒子を磁石と磁石孔との隙間に均等に混在させる必要から、磁石孔を大きく形成する必要があり、磁石とコアとのクリアランスが増加し、電動機の性能を低下させてしまう。

本発明の電動機のロータ構造は、電動機を製造する際の工数を減少させつつ磁石とコアとの接触により発生する渦電流による損失を抑制することを主目的とする。

本発明の電動機のロータ構造は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の電動機のロータ構造は、
電磁鋼板により略円環状に形成されたコア部材を積層してなるロータコアを有するロータと、内径が前記ロータコアの外径よりも若干大きくなるよう形成されたステータコアを有するステータと、を備える電動機のロータ構造において、
前記コア部材は、磁石を埋め込むための磁石孔が磁石を埋め込んだときに磁石に接触しない程度のクリアランスを有するよう第１の磁石孔形状に形成された第１のコア部材と、磁石を埋め込むための磁石孔が磁石を埋め込んだときに磁石に一部が接触して磁石を保持するよう第２の磁石孔形状に形成されていると共に磁石孔の形状以外は前記第１のコア部材と同一形状に形成された第２のコア部材と、の少なくとも２種類であり、
前記ロータコアは、複数の前記第１のコア部材と少なくとも１枚の第２のコア部材とを磁石孔が整合するよう積層し、該積層した状態で磁石孔に磁石を配置した状態で磁石孔と磁石との隙間に樹脂を充填してなる、
ことを要旨とする。

この本発明の電動機のロータ構造では、磁石を埋め込むための磁石孔が磁石を埋め込んだときに磁石に接触しない程度のクリアランスを有するよう第１の磁石孔形状に形成された第１のコア部材と、磁石を埋め込むための磁石孔が磁石を埋め込んだときに磁石に一部が接触して磁石を保持するよう第２の磁石孔形状に形成されていると共に磁石孔の形状以外は第１のコア部材と同一形状に形成された第２のコア部材と、を予め準備しておき、複数の第１のコア部材と少なくとも１枚の第２のコア部材とを磁石孔が整合するよう積層して積層体を形成し、この積層体の磁石孔に磁石を配置した状態で磁石孔と磁石との隙間に樹脂を充填して磁石を固定することにより、ロータコアを製造する。積層体には、第２のコア部材が少なくとも１枚混在するため、積層体の磁石孔に磁石を配置したときには、磁石は第２のコア部材の磁石孔に接触することにより、多数の第１のコア部材の磁石孔とは接触しないよう位置決めされる。この位置決めされた状態で磁石孔と磁石との隙間に樹脂が充填されて磁石が固定されるため、磁石は第２のコア部材に接触しているものの多数の第１のコア部材とは接触しないよう固定されることになる。磁石とコアとの接触により生じる渦電流による損失（渦損）は磁石とコアとの接触面積の２乗に比例するから、本発明の電動機のロータ構造における渦損は、第１のコア部材の磁石孔と磁石との接触面積に応じたものとなる。したがって、本発明の電動機のロータ構造では、磁石の位置決めを行なわずに樹脂を充填して固定することにより磁石が多くのコアに接触した状態で固定されたものに比して、渦損を小さく抑制することができる。また、予め磁石の外表面を樹脂でコーティングするものではないから、こうしたコーティングを施すものに比して、ロータの製造工数、即ち電動機の製造する際の工数を減少させることができる。さらに、磁石孔は磁石を固定するために必要な隙間だけ磁石のサイズより大きく形成されていればよいから、磁石孔と磁石とのクリアランスを必要以上に大きくする必要がない。このため、磁石孔と磁石とのクリアランスが増加することにより電動機の性能が低下するのを抑制することができる。

こうした本発明の電動機のロータ構造において、前記第２のコア部材は前記ロータコアの略中央となるよう配置されてなる、ものとすることもできる。こうすれば、磁石の位置決めが容易なものとなる。また、本発明の電動機のロータ構造において、前記第２の磁石孔形状は、前記第２の磁石孔形状は、磁石に接触する接触部として前記第１の磁石孔形状に対して内側に凸となる凸部が複数形成された形状である、ものとすることもできる。こうすれば、磁石の位置決めが容易なものとなる。

実施例の電動機のロータ構造に用いられる第１のコア部材２０の構成の概略を示す構成図である。 実施例の電動機のロータ構造に用いられる第２のコア部材３０の構成の概略を示す構成図である。 第２のコア部材３０を１枚だけ第１のコア部材２０を積層してなる積層体の略中央に配置して第１の磁石孔２２と第２の磁石孔３２とにより形成される磁石孔に磁石４０を配置したときの構成の一部を模式的に示す構成図である。 図３における第２のコア部材３０の面の第２の磁石孔３２の部分を示す平面図である。 第２のコア部材３０を用いずに第１のコア部材２０だけを用いて得られた積層体の磁石孔に磁石４０を配置したときの構成の一部を模式的に示す構成図である。 変形例の第２の磁石孔３２Ｂを例示する説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

本発明の一実施例としてのロータ構造を備える電動機は、電磁鋼板により略円環状に形成されたコア部材を積層してなるロータコアを有するロータと、内径がロータコアの外径よりも若干大きくなるよう形成されたステータコアを有するステータと、を備えるＰＭ型同期発電電動機として構成されている。ロータコアは、複数の第１のコア部材２０と少なくとも１枚の第２のコア部材３０とを、第２のコア部材３０が略中央に位置するように積層することにより形成される。ステータは、一般的な周知の構造として形成されており、本発明の中核をなさないため、その図示およびその詳細な説明は省略する。以下、本発明の中核をなすロータ、特にロータコアを構成するコア部材の構成について説明する。図１は実施例の電動機のロータ構造に用いられる第１のコア部材２０の構成の概略を示す構成図であり、図２は実施例の電動機のロータ構造に用いられる第２のコア部材３０の構成の概略を示す構成図である。

第１のコア部材２０は、図１に示すように、無方向性電磁鋼板を打ち抜き加工等により略円管状に形成されており、外周縁近傍には、２個一対で計１６個の矩形形状の第１の磁石孔２２ａ〜２２ｐが形成されている。第１の磁石孔２２ａ〜２２ｐは、同一形状に形成されており、ここに挿入する磁石４０の外形に対して樹脂を充填して磁石４０を固定するのに必要なクリアランス（隙間）が設けることができるサイズに調整されている。なお、第１の磁石孔２２ａ〜２２ｐを代表して称するときには第１の磁石孔２２と記す。

第２のコア部材３０は、図２に示すように、第１のコア部材２０と同一の無方向性電磁鋼板を打ち抜き加工等により第２の磁石孔３２ａ〜３２ｐの形状を除いて第１のコア部材２０と同一形状となるよう形成されている。第２の磁石孔３２ａ〜３２ｐは、矩形形状の第１のコア部材２０の第１の磁石孔２２ａ〜２２ｐの２つの長辺に凸部３４ａ〜３４ｄが形成された形状をしている。第２の磁石孔３２ａ〜３２ｐは、同一形状に形成されており、ここに磁石４０を挿入すると、凸部３４ａ〜３４ｄが磁石４０に接触するように凸部３４ａ〜３４ｄのサイズが調整されている。なお、第２の磁石孔３２ａ〜３２ｐを代表して称するときには第２の磁石孔３２と記す。

実施例の電動機のロータは、第２のコア部材３０を１枚だけ積層体の略中央に配置されるよう多数の第１のコア部材３０を第１の磁石孔２２ａ〜２２ｐおよび第２の磁石孔３２ａ〜３２ｐが整合するように積層して積層体を構成し、第１の磁石孔２２ａ〜２２ｐおよび第２の磁石孔３２ａ〜３２ｐにより形成された多数の第１のコア部材２０および１枚の第２のコア部材２０を貫通する磁石孔に磁石４０を配置して磁石孔と磁石４０とのクリアランス（隙間）に樹脂を充填して磁石４０を固定することによりロータコアを形成し、このロータコアに回転軸を取り付けることによって構成されている。図３は、第２のコア部材３０を１枚だけ積層体の略中央に配されるように多数の第１のコア部材２０を第１の磁石孔２２および第２の磁石孔３２が整合するよう積層体を構成し、磁石孔に磁石４０を配置したときの構成の一部を模式的に示す構成図であり、図４は図３における第２のコア部材３０の面の第２の磁石孔３２の部分を部分的に示す平面図である。図３に示すように、磁石４０は、積層体の略中央に配置された第２のコア部材３０の凸部３４ａ〜３４ｄが接触することにより、軸方向の芯出しが行なわれる。実施例では、この状態で磁石４０と磁石孔との隙間に樹脂を充填して磁石４０を固定する。したがって、磁石４０は、第２のコア部材３０の凸部３４ａ〜３４ｄが接触することにより軸方向の芯出しが行なわれた状態で、即ち積層体を構成する第２のコア部材３０以外の多数の第１のコア部材２０とは接触していない状態で樹脂により固定される。樹脂は、第２のコア部材３０の第２の磁石孔３２ａ〜３２ｐでは、凸部３４ａ〜３４ｄの間の隙間を通って下方の第１のコア部材３０の第１の磁石孔２２ａ〜２２ｐと磁石４０との隙間に充填される。

図５は、第２のコア部材３０を用いずに第１のコア部材２０だけを用いて第１の磁石孔２２ａ〜２２ｐが整合するように積層体を構成し、磁石孔に磁石４０を配置したときの構成の一部を模式的に示す構成図である。図示するように、第１のコア部材２０だけを用いて積層体を構成したときには、磁石４０は磁石孔の一辺または二辺に接触した状態となり易く、そのままの状態で樹脂が充填されて固定される場合も生じる。このように、図５に例示する比較例では、磁石４０が第１のコア部材３０の多くに接触するため、発生する渦電流による損失（渦損）も大きくなり、電動機の性能を低下させる。一方、実施例では、図３に示すように、磁石４０は第２のコア部材３０に接触するものの、多数の第１のコア部材２０には接触しないため、第２のコア部材３０に接触する面積に応じた渦損だけに止まる。

以上説明した実施例の電動機のロータ構造によれば、磁石４０に接触するように凸部３４ａ〜３４ｄが形成された第２の磁石孔３２ａ〜３２ｐを有する第２のコア部材３０を１枚だけ積層体の略中央に配置されるよう磁石４０に接触しない程度のクリアランスをもって形成された矩形形状の第１の磁石孔２２ａ〜２２ｐを有する第１のコア部材３０を第１の磁石孔２２ａ〜２２ｐおよび第２の磁石孔３２ａ〜３２ｐが整合するように多数積層して積層体を構成し、第１の磁石孔２２ａ〜２２ｐおよび第２の磁石孔３２ａ〜３２ｐにより形成された磁石孔に磁石４０を配置して磁石孔と磁石４０とのクリアランス（隙間）に樹脂を充填して磁石４０を固定してロータコアを形成することにより、磁石４０は第２のコア部材３０の第２の磁石孔３２ａ〜３２ｐの凸部３４ａ〜３４ｄには接触するが多数の第１のコア部材２０の第１の磁石孔２２ａ〜２２ｐには接触しない状態とし、磁石４０が第２のコア部材３０の第２の磁石孔３２ａ〜３２ｐの凸部３４ａ〜３４ｄに接触することによる渦電流は生じるものの、磁石４０が多数の第１のコア部材２０の第１の磁石孔２２ａ〜２２ｐに接触することによる渦電流の発生を抑制することができる。渦電流による損失（渦損）は、磁石４０と第１のコア部材２０や第２のコア部材３０との接触面積の２乗に比例するから、磁石４０と第２のコア部材３０との接触面積の２乗に応じたものに抑制することができる。これにより、渦電流による損失（渦損）を抑制し、電動機の性能が低下するのを抑制することができる。しかも、磁石４０の外表面に樹脂によるコーティングを施す必要がないから、電動機を製造する際の工数を減少させることができる。また、外表面に樹脂によるコーティングを施した磁石を磁石孔に配置するものや、非導電性材料により形成された粒子を樹脂に混在させたものを磁石と磁石孔との隙間に充填するものでは、磁石孔と磁石とのクリアランス（隙間）が大きくなるため、電動機のトルクが低下するという電動機の性能を低下させるが、実施例の電動機のロータ構造では、磁石孔と磁石とのクリアランスは樹脂を充填できる程度でよいから、磁石孔と磁石とのクリアランスを大きくすることによって生じる電動機のトルクの低下や電動機の性能の低下を抑制することができる。

実施例の電動機のロータ構造に用いる第２のコア部材３０では、第２の磁石孔３２ａ〜３２ｐに磁石４０に接触するための４つの凸部３４ａ〜３４ｄが形成されているものとしたが、図６の変形例の第２の磁石孔３２Ｂに例示するように、磁石４０Ｂに接触するための３つの凸部３４Ｂａ〜３４Ｂｃが形成されているものとしてもよい。

実施例の電動機のロータ構造では、第２のコア部材３０を１枚だけ積層体の略中央に配置されるよう多数の第１のコア部材３０を積層して積層体を構成するものとしたが、第２のコア部材３０の積層体における配置は、略中央に限定されるものではなく、上から１／４の位置や１／３の位置、下から１／４の位置や１／３の位置など、種々の位置としてもよい。

実施例の電動機のロータ構造では、第２のコア部材３０を１枚だけ積層体の略中央に配置されるよう多数の第１のコア部材３０を積層して積層体を構成し、磁石孔に磁石４０を配置して樹脂の充填により磁石４０を固定することにより得られるロータコアを備えるものとしたが、第２のコア部材３０を２枚または３枚あるいは数枚だけ積層体に適当に配置されるよう多数の第１のコア部材３０を積層して積層体を構成し、形成された磁石孔に磁石４０を配置して樹脂の充填により磁石４０を固定することにより得られるロータコアを備えるものとしてもよい。この場合、第２のコア部材３０の積層体における配置は、略中央に限られず、如何なる位置に配置するものとしてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、第１のコア部材２０が「第１のコア部材」に相当し、第２のコア部材３０が「第２のコア部材」に相当し、第２のコア部材３０を１枚だけ積層体の略中央に配置されるよう多数の第１のコア部材３０を積層して積層体を構成し、形成された磁石孔に磁石４０を配置して樹脂の充填により磁石４０を固定することにより得られるロータコアが「ロータコア」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、電動機の製造産業などに利用可能である。

２０ 第１のコア部材、２２、２２ａ〜２２ｐ 第１の磁石孔、３０ 第２のコア部材、３２，３２ａ〜３２ｐ，３２Ｂ 第２の磁石孔、３４ａ〜３４ｄ，３４Ｂａ〜３４Ｂｃ 凸部、４０，４０Ｂ 磁石。

Claims (3)

1. 電磁鋼板により略円環状に形成されたコア部材を積層してなるロータコアを有するロータと、内径が前記ロータコアの外径よりも若干大きくなるよう形成されたステータコアを有するステータと、を備える電動機のロータ構造において、
   前記コア部材は、直方体の磁石を埋め込むための磁石孔が磁石を埋め込んだときに磁石に接触しない程度のクリアランスを有するよう第１の磁石孔形状に形成された第１のコア部材と、直方体の磁石を埋め込むための磁石孔が磁石を埋め込んだときに磁石における前記コア部材の積層方向に延在する４面のうち隣り合わない２面のそれぞれに一部が接触して磁石を保持する接触部を同一平面内で有するよう第２の磁石孔形状に形成されていると共に磁石孔の形状以外は前記第１のコア部材と同一形状に形成された第２のコア部材と 、の少なくとも２種類であり、
   前記ロータコアは、複数の前記第１のコア部材と少なくとも１枚の第２のコア部材とを磁石孔が整合するよう積層し、該積層した状態で磁石孔に磁石を配置した状態で磁石孔と磁石との隙間に樹脂を充填してなる、
   電動機のロータ構造。
2. 請求項１記載の電動機のロータ構造であって、
   前記第２のコア部材は、前記ロータコアの略中央となるよう配置されてなる、
   電動機のロータ構造。
3. 請求項１または２記載の電動機のロータ構造であって、
   前記第２の磁石孔形状は、前記接触部として前記第１の磁石孔形状に対して内側に凸となる凸部が複数形成された形状である、
   電動機のロータ構造。