JP2009077469A - 埋込磁石型モータとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 単純な構造で小型の回転子にも適用でき、洩れ磁束が小さく、小型でも最大トルクの大きな埋込磁石型モータおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】 固定子コアと、前記固定子コアに装着した固定子巻線とを備えた固定子と、固定子に径方向のギャップを介して対向する回転子を有し、回転子はその内部に永久磁石を有する埋込磁石型モータにおいて、回転子を、シャフトと、永久磁石と、磁極毎に分離されたポールシューを構成する複数の電磁鋼板とを、樹脂で一体化して構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、固定子と、前記固定子に径方向のギャップを介して対向する回転子を有し、前記回転子がその内部に永久磁石を有する構成をしている埋込磁石型モータに関するものである。

（第１の従来技術）
第１の従来技術における埋込磁石型モータは、固定子コアと、前記固定子コアのティース部に装着した固定子巻線とを備えた固定子と、前記固定子と径方向のギャップを介して対向する回転子とを有し、前記回転子は、複数の電磁鋼板を積層して回転子コアを構成するとともに、中央部にシャフトを有している。また、前記積層された電磁鋼板の内部に永久磁石埋め込み部を有するとともに、前記永久磁石埋め込み部に永久磁石を埋め込んで、前記電磁鋼板を磁極毎に分離してポールシューを構成している。前記積層された電磁鋼板は、シャフトに固定され、永久磁石にかかる駆動トルクを、電磁鋼板を介してシャフトに伝達している（例えば、特許文献１参照）。
図１３は、第１の従来技術における埋込磁石型モータのロータを示す正断面図である。
図１３において、図示されていない固定子に径方向のギャップを介して対向する回転子は、前記積層された電磁鋼板１の溝部７に永久磁石２を装着し、前記電磁鋼板１はシャフト３に固定している。前記永久磁石２は前記電磁鋼板１に保持されているため、前記永久磁石２にかかる駆動トルクは、前記電磁鋼板１を介して前記シャフト３に伝達される。

（第２の従来技術）
また、永久磁石にかかる駆動トルクを、積層された電磁鋼板からロッドと端板を介してシャフトに伝達するものもある（例えば、特許文献２参照）。
図１４は、第２の従来技術における埋込磁石型モータのロータを示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面である。
図１４において、図示されていない固定子に径方向のギャップを介して対向する回転子は、積層された電磁鋼板１６と永久磁石１４を交互に配置し、前記電磁鋼板１６はロッド２２に装着され、前記ロッド２２は端板２４に、前記端板２４は前記シャフト１２に固定されている。前記電磁鋼板１６は、１極ごとに分割し、直接シャフト１２へは装着していない。そのため、永久磁石１４にかかる駆動トルクは、電磁鋼板１６からロッド２２、端板２４を介してシャフト１２に伝達される。
特開平８−９５９９号公報（図１） 特許３２２４８９０号公報（図１）

しかしながら、このような従来の技術においては、次のような問題があった。
（１） 図１３に示した、第１の従来技術における埋込磁石型モータは、電磁鋼板内部に永久磁石を装着する必要上、電磁鋼板の各極を構成するポールシューとシャフトに近接する環状部５が連結しているため、永久磁石より発生する磁束の一部は、ギャップに達せず、環状部側をショートカットする洩れ磁束となる。このことは、ギャップ磁束密度を低下させ、モータが発生し得る最大トルクを大きく低下させる。

（２） 図１４に示した、第２の従来技術における埋込磁石型モータでは、電磁鋼板は、１極ごとに分割し、直接シャフトへは装着していない。そのため、永久磁石より発生する磁束のほとんどがギャップに向い、洩れ磁束の小さい回転子を構成できる。
しかし、電磁鋼板を保持するロッドや端板を要する複雑な構造であるため、例えば、外径が５０ｍｍ以下の、比較的小型の回転子への適用は困難である。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、単純な構造で小型の回転子にも適用でき、洩れ磁束が小さく、小型でも最大トルクの大きな埋込磁石型モータおよびその製造方法を提供することを目的とするものである。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１に記載の埋込磁石型モータの発明は、固定子コアと、前記固定子コアに装着した固定子巻線とを備えた固定子と、前記固定子と径方向のギャップを介して対向する回転子とを有し、前記回転子は、複数の電磁鋼板を積層して回転子コアを構成するとともに、中央部にシャフトを有し、かつ、前記積層された電磁鋼板の内部に永久磁石埋め込み部を有するとともに、前記永久磁石埋め込み部に永久磁石を埋め込んで、前記電磁鋼板を磁極毎に分離してポールシューを構成し、さらに、前記回転子は、前記シャフトと、前記永久磁石と、前記複数の電磁鋼板とを、樹脂で一体に構成したことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、前記回転子は、前記シャフトと、前記永久磁石と、前記複数の電磁鋼板とを、接着で一体に構成したことを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、前記回転子は、前記シャフトと、前記永久磁石と、前記複数の電磁鋼板とを、熱収縮チューブの収縮と接着とで一体に構成したことを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、前記回転子は、前記シャフトと、前記永久磁石と、前記複数の電磁鋼板とを、射出インサート樹脂成形で一体に構成したことを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、前記回転子は、各極の中央の電磁鋼板からなるポールシューとその両側に放射状に配置された極数と同数の永久磁石を有することを特徴とするものである。
請求項６に記載の埋込磁石型モータの製造方法の発明は、固定子コアと、前記固定子コアのティース部に装着した固定子巻線とを備えた固定子と、前記固定子と径方向のギャップを介して対向する回転子とを有し、前記回転子は、複数の電磁鋼板を積層して回転子コアを構成するとともに、中央部にシャフトを有し、かつ、前記積層された電磁鋼板の内部に永久磁石埋め込み部を有するとともに、前記永久磁石埋め込み部に永久磁石を埋め込んで、前記電磁鋼板を磁極毎に分離してポールシューを構成し、さらに、前記回転子は、前記シャフトと、前記永久磁石と、前記複数の電磁鋼板とを、接着剤を用いて一体に構成し、外側を熱収縮チューブで覆い、加熱処理して密着させ、着磁してなることを特徴とするものである。
請求項７に記載の発明は、前記回転子は、前記シャフトと、前記永久磁石と、前記複数の電磁鋼板とを、前記熱収縮チューブの中で配置し、加熱処理して密着させ、含浸性接着剤を用いて一体に構成し、着磁してなることを特徴とするものである。
請求項８に記載の発明は、前記回転子は、前記シャフトと、前記永久磁石と、前記複数の電磁鋼板とを、接着剤を用いて一体に構成し、射出インサート樹脂成形し、着磁してなることを特徴とするものである。

本発明によれば、次のような効果がある。
請求項１に記載の埋込磁石型モータの発明によると、回転子は、シャフトと、永久磁石と、磁極毎に分離されたポールシューを構成する複数の電磁鋼板とを、樹脂で一体に構成してなるため、単純な構造で小型の回転子にも適用でき、洩れ磁束が小さく、小型でも最大トルクの大きな埋込磁石型モータを提供することができる。
請求項２に記載の発明によると、回転子は、シャフトと、永久磁石と、磁極毎に分離されたポールシューを構成する複数の電磁鋼板とを、接着剤を用い、一体に構成してなるため、単純な構造で小型の回転子にも適用でき、洩れ磁束が小さく、小型でも最大トルクの大きな埋込磁石型モータを提供することができる。
請求項３に記載の発明によると、回転子は、シャフトと、永久磁石と、磁極毎に分離されたポールシューを構成する複数の電磁鋼板とを、熱収縮チューブと接着剤を用い、一体に構成してなるため、単純な構造で小型の回転子にも適用でき、洩れ磁束が小さく、小型でも最大トルクの大きな埋込磁石型モータを提供することができる。
請求項４に記載の発明によると、回転子は、シャフトと、永久磁石と、磁極毎に分離されたポールシューを構成する複数の電磁鋼板とを、射出インサート樹脂成形し、一体に構成してなるため、単純な構造で小型の回転子にも適用でき、洩れ磁束が小さく、小型でも最大トルクの大きな埋込磁石型モータを提供することができる。
請求項５に記載の発明によると、各極の中央の電磁鋼板からなるポールシューとその両側に放射状に配置された極数と同数の永久磁石を有するため、大きなギャップ磁束密度を得ながら、単純な構造で、小型の回転子を提供することができる。
請求項６に記載の埋込磁石型モータの製造方法の発明によると、回転子は、シャフトと、永久磁石と、磁極毎に分離されたポールシューを構成する複数の電磁鋼板とを、接着剤を用いて一体に構成し、外側を熱収縮チューブで覆い、加熱処理して密着させ、着磁して製造するため、部品の配置工程において、永久磁石が着磁されてなく、取り扱いが容易な歩留まりの高い製造工程となし得る。
請求項７に記載の発明によると、回転子は、シャフトと、永久磁石と、磁極毎に分離されたポールシューを構成する複数の電磁鋼板とを、熱収縮チューブの中で配置し、加熱処理して密着させ、含浸性接着剤を用いて一体に構成し、着磁して製造するため、部品の配置工程において、永久磁石が着磁されてなく、取り扱いが容易な歩留まりの高い製造工程となし得る。
請求項８に記載の発明によると、回転子は、シャフトと、永久磁石と、磁極毎に分離されたポールシューを構成する複数の電磁鋼板とを、接着剤を用いて一体に構成し、射出インサート樹脂成形し、着磁して製造するため、部品の配置工程において、永久磁石が着磁されてなく、取り扱いが容易な歩留まりの高い製造工程となし得る。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は本発明の第１の実施例における埋込磁石型モータを示す正断面図である。
図１において、本発明の実施例を示す埋込磁石型モータ１００は、固定子１０１と、前記固定子に径方向のギャップを介して対向する回転子１０２を有し、前記回転子１０２は、ステンレス製シャフト１１０と、永久磁石１１１と、磁極毎に分離されたポールシューを構成する固定子コアとしての複数の電磁鋼板１１２とを、樹脂の１種であるエポキシ樹脂接着剤を用い、一体に構成してなる。前記電磁鋼板１１２は、磁極毎に分割された扇形であり、軸方向に積層された状態で接着される。
そのため、前記永久磁石１１１にかかる駆動トルクは、従来の埋込磁石型モータのように電磁鋼板を介さず、接着材の粘結力をもって、シャフト１１０へと伝達される。
なお、図１において、１１３は後述するトルク受け部材である。

図２は、本発明の第１の実施例における埋込磁石型モータを示す側断面図である。回転子は、わかりやすくするために、永久磁石１１１のある部分の断面を上側にして示している。また、電磁鋼板１１２のある部分の断面を下側にして示している。
図２において、本発明の実施例を示す埋込磁石型モータ１００は、固定子１０１と、前記固定子に径方向のギャップを介して対向する回転子１０２を有する。前記固定子１０１は、フレーム１０４に固定され、前記回転子１０２は、負荷側軸受１０５と反負荷側軸受１０８により、負荷側ブラケット１０６と反負荷側ブラケット１０７に回転自在に支持されている。なお、１０３は反負荷側に配置されたエンコーダ部である。

図３は、本発明の第１の実施例における埋込磁石型モータの回転子を示す正断面図である。
図３において、回転子１０２は、ステンレス製シャフト１１０と、永久磁石１１１と、磁極毎に分離されたポールシューを構成する複数の電磁鋼板１１２とを、エポキシ樹脂接着剤１１６を用い、一体に構成してなる。前記電磁鋼板１１２は、磁極毎に分割された扇形であり、軸方向に積層された状態で接着される。前記回転子１０２は、例えば１０極を有し、各極の中央の電磁鋼板１１２からなる磁極部とその両側に放射状に配置された極数と同数の永久磁石１１１を有する。
前記シャフト１１０には、外周に突起を有するステンレス製トルク受け部材１１３が圧入され、前記トルク受け部材１１３の突起１１３aは、接着される電磁鋼板１１２と永久磁石１１１の、位置決めとトルクの伝達を容易にするとともに、永久磁石１１１より発生する磁束の一部が、前記回転子１の内周側へショートカットする洩れ磁束となることを防いでいる。
そのため、前記永久磁石１１１より発生する磁束のほとんどがギャップに向い、ギャップ磁束密度を増大させ、モータが発生し得る最大トルクを大きくする。

図４は、本発明の第１の実施例における埋込磁石型モータの回転子を示す分解斜視図である。
図４において、回転子は、トルク受け部材１１３をステンレス製シャフト１１０に圧入し、永久磁石１１１と、磁極毎に分離されたポールシューを構成する複数の電磁鋼板１１２とを、エポキシ樹脂接着剤を用い、一体に構成してなる。永久磁石の固定位置を正確にするため、接着作業時に用いる治具に永久磁石１１１を位置決めする形状を設けるが、トルク受け部材１１３の両側に永久磁石保持部材１１４を装着し、その穴に永久磁石１１１を嵌合させてもよい。

図５は、本発明の第１の実施例における埋込磁石型モータの回転子の製造方法を示す説明図である。
前述したように、回転子は、トルク受け部材１１３をステンレス製シャフト１１０に圧入し、永久磁石１１１と、磁極毎に分離されたポールシューを構成する複数の電磁鋼板１１２とを、エポキシ樹脂接着剤を用い、一体に構成しているが、より高回転または高トルク化を要求される場合は、図５に示すように、熱収縮チューブ１１５を回転子に被せて補強してもよい。
または、図６に示すように、トルク受け部材１１３を圧入したステンレス製シャフト１１０と、永久磁石１１１と、磁極毎に分離されたポールシューを構成する複数の電磁鋼板１１２とを、熱収縮チューブ１１５で一体に保持し、その後、図７に示すように、樹脂の１種である含浸性接着剤１１７を用いて、強固に一体としてもよい。

図８は、以上説明した熱収縮チューブを用いる場合の、回転子を製造する処理手順を示すフローチャートである。
図８において、Ａプロセスに示す前記埋込磁石型モータの回転子は、シャフトと、永久磁石と、磁極毎に分離されたポールシューを構成する複数の電磁鋼板とを、接着剤を用いて一体に構成し、外側を熱収縮チューブで覆い、加熱処理して密着させ、着磁して製造する。
または、Ｂプロセスに示す前記埋込磁石型モータの回転子は、シャフトと、永久磁石と、磁極毎に分離されたポールシューを構成する複数の電磁鋼板とを、熱収縮チューブの中で配置し、加熱処理して密着させ、含浸性接着剤を用いて一体に構成し、着磁して製造する。

図９は、本発明の第２の実施例における埋込磁石型モータの回転子の正断面図である。また、図１０は、本発明の第２の実施例における埋込磁石型モータの回転子を示す分解斜視図である。
図９及び図１０において、回転子は、ステンレス製シャフト１２０と、永久磁石１２１と、磁極毎に分離されたポールシューを構成する複数の電磁鋼板１２２とを、射出インサート樹脂成形し、一体に構成してなる。前記電磁鋼板１２２は磁極毎に分割された扇形であり、軸方向に積層された状態で接着される。回転子は、１０極を有し、各極の中央の電磁鋼板１２２からなる磁極部とその両側に放射状に配置された極数と同数の永久磁石１２１を有する。
樹脂１２６は、回転子の外側を覆い、電磁鋼板１２２と永久磁石１２１の内側に充填される。シャフトの外形状は、対称に２ヶ所のＤカット部１２０aを有する円形であり、樹脂による電磁鋼板１２２と永久磁石１２１のトルクの伝達を容易にしている。また、樹脂１２６の突起１２６aは、接着される電磁鋼板１２２と永久磁石１２１のトルクの伝達を容易にするとともに、永久磁石１２１より発生する磁束の一部が、回転子の内周側へショートカットする洩れ磁束となることを防いでいる。

永久磁石１２１の固定位置を正確にするため、樹脂成形時に用いる型に永久磁石１２１を位置決めする形状を設けるが、図１０に示すように、電磁鋼板１２２の両側に永久磁石保持部材１２４を装着し、その穴に永久磁石１２１を嵌合させてもよい。その場合、図１１に示すように、成形前の樹脂１２６aは、シャフト１２０のＤカット部１２０aと永久磁石保持部材１２４との隙間より、電磁鋼板１２２と永久磁石１２１の内側に充填される。
第１の実施例に対し、本実施例では、より高回転化に対応する方法として、熱収縮チューブを用いるのではなく、射出インサート樹脂成形を用い、一体に構成した部分を異にする。

図１２は、以上説明した射出インサート樹脂成形を用いる場合の、回転子を製造する処理手順を示すフローチャートである。
図１２において、前記埋込磁石型モータの回転子は、シャフト１２０と、永久磁石１２１と、磁極毎に分離されたポールシューを構成する複数の電磁鋼板１２２とを、接着剤を用いて一体に構成し、射出インサート樹脂成形し、着磁して製造する。

本発明が特許文献１および２の、従来の埋込磁石型モータと異なる部分は、永久磁石１２１にかかる駆動トルクは、電磁鋼板１２２を介して直接シャフト１２０に、または、電磁鋼板１２２からロッド、端板を介してシャフト１２０に伝達されるのではなく、樹脂の粘結力をもって、シャフト１２０へと伝達されるべく、シャフト１２０と、永久磁石１２１と、磁極毎に分離されたポールシューを構成する複数の電磁鋼板１２２とを、樹脂で一体に構成した部分である。

本発明の第１の実施例における埋込磁石型モータを示す正断面図である。 本発明の第１の実施例における埋込磁石型モータを示す側断面図である。 本発明の第１の実施例における、埋込磁石型モータの回転子を示す正断面図である。 本発明の第１の実施例における埋込磁石型モータの回転子を示す分解斜視図である。 本発明の第１の実施例における埋込磁石型モータの回転子の製造方法を示す説明図である。 本発明の第１の実施例における埋込磁石型モータの回転子の他の製造方法を示す説明図である。 図６の製造方法の後工程を示す説明図である。 本発明の第１の実施例における、埋込磁石型モータの回転子を製造する処理手順を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施例における埋込磁石型モータの回転子を示す正断面図である。 本発明の第２の実施例における埋込磁石型モータの回転子を示す分解斜視図である。 本発明の第２の実施例における埋込磁石型モータの回転子の製造方法を示す説明図である。 本発明の第２の実施例における、埋込磁石型モータの回転子を製造する処理手順を示すフローチャートである。 第１の従来技術における埋込磁石型モータのロータを示す正断面図である。 第２の従来技術における埋込磁石型モータのロータを示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面である。

符号の説明

１００ 埋込磁石型モータ
１０１ 固定子
１０２ 回転子
１０３ エンコーダ部
１０４ フレーム
１０５ 負荷側軸受
１０６ 負荷側ブラケット
１０７ 反負荷側ブラケット
１０８ 反負荷側軸受
１１０ シャフト
１１１ 永久磁石
１１２ 電磁鋼板
１１３ トルク受け部材
１１４ 永久磁石保持部材
１１５ 熱収縮チューブ

Claims (8)

1. 固定子コアと、前記固定子コアに装着した固定子巻線とを備えた固定子と、
   前記固定子と径方向のギャップを介して対向する回転子とを有し、
   前記回転子は、
   複数の電磁鋼板を積層して回転子コアを構成するとともに、中央部にシャフトを有し、
   かつ、前記積層された電磁鋼板の内部に永久磁石埋め込み部を有するとともに、前記永久磁石埋め込み部に永久磁石を埋め込んで、前記電磁鋼板を磁極毎に分離してポールシューを構成し、
   さらに、前記回転子は、前記シャフトと、前記永久磁石と、前記複数の電磁鋼板とを、樹脂で一体に構成したことを特徴とする埋込磁石型モータ。
2. 前記回転子は、前記シャフトと、前記永久磁石と、前記複数の電磁鋼板とを、接着で一体に構成したことを特徴とする請求項１に記載の埋込磁石型モータ。
3. 前記回転子は、前記シャフトと、前記永久磁石と、前記複数の電磁鋼板とを、熱収縮チューブの収縮と接着とで一体に構成したことを特徴とする請求項１に記載の埋込磁石型モータ。
4. 前記回転子は、前記シャフトと、前記永久磁石と、前記複数の電磁鋼板とを、射出インサート樹脂成形で一体に構成したことを特徴とする請求項１に記載の埋込磁石型モータ。
5. 前記回転子は、各極の中央の電磁鋼板からなるポールシューとその両側に放射状に配置された極数と同数の永久磁石を有することを特徴とする請求項１に記載の埋込磁石型モータ。
6. 固定子コアと、前記固定子コアのティース部に装着した固定子巻線とを備えた固定子と、
   前記固定子と径方向のギャップを介して対向する回転子とを有し、
   前記回転子は、
   複数の電磁鋼板を積層して回転子コアを構成するとともに、中央部にシャフトを有し、
   かつ、前記積層された電磁鋼板の内部に永久磁石埋め込み部を有するとともに、前記永久磁石埋め込み部に永久磁石を埋め込んで、前記電磁鋼板を磁極毎に分離してポールシューを構成し、
   さらに、前記回転子は、前記シャフトと、前記永久磁石と、前記複数の電磁鋼板とを、接着剤を用いて一体に構成し、外側を熱収縮チューブで覆い、加熱処理して密着させ、着磁してなることを特徴とする埋込磁石型モータの製造方法。
7. 前記回転子は、前記シャフトと、前記永久磁石と、前記複数の電磁鋼板とを、前記熱収縮チューブの中で配置し、加熱処理して密着させ、含浸性接着剤を用いて一体に構成し、着磁してなることを特徴とする請求項６に記載の埋込磁石型モータの製造方法。
8. 前記回転子は、前記シャフトと、前記永久磁石と、前記複数の電磁鋼板とを、接着剤を用いて一体に構成し、射出インサート樹脂成形し、着磁してなることを特徴とする請求項６に記載の埋込磁石型モータの製造方法。

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