JP2010239803A - Rotor of motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、永久磁石を配置したモータのロータに関する。 The present invention relates to a rotor of a motor in which permanent magnets are arranged.
ロータコアに永久磁石を周方向に等間隔に埋め込み、この永久磁石をステータの磁極に対向させてロータを回転させる永久磁石式ブラシレスDCモータが公知である。そのうち磁石埋込型(Interior Parmanent Magnet型、略してIPM型ともいう)と呼ばれる複数の永久磁石をロータコアの周方向に等間隔に固定する通常の構造のものでは、永久磁石が形成する磁束の不適当な回り込み(すなわち漏洩磁束)の増大を防ぎ、磁束の有効利用を図るために永久磁石の周方向の両側に空隙が形成されている。すなわち長孔の周方向の幅を永久磁石の周方向の幅よりも大きく設定し、永久磁石の両側に設けた空隙により永久磁石の磁束が周方向に拡大するのを防いでいる。そしてこの長孔内に、この長孔よりも周方向に幅が狭い永久磁石が固定されている。このとき永久磁石は、確実に固定されるよう様々な工夫がされ、永久磁石が位置ずれすることにより発生する磁気特性の変動や、永久磁石が長孔内で動き、長孔内壁と衝突することにより発生する永久磁石の破損等が防止されている。 A permanent magnet brushless DC motor is known in which permanent magnets are embedded in a rotor core at equal intervals in the circumferential direction, and the rotor is rotated with the permanent magnets opposed to the magnetic poles of a stator. Among them, in a normal structure in which a plurality of permanent magnets called interior permanent magnet types (also called IPM types for short) are fixed at equal intervals in the circumferential direction of the rotor core, the magnetic flux generated by the permanent magnets is not affected. Air gaps are formed on both sides in the circumferential direction of the permanent magnet in order to prevent an appropriate increase in wraparound (that is, leakage magnetic flux) and to effectively use the magnetic flux. That is, the circumferential width of the long hole is set to be larger than the circumferential width of the permanent magnet, and the magnetic flux of the permanent magnet is prevented from expanding in the circumferential direction by the gaps provided on both sides of the permanent magnet. A permanent magnet having a narrower width in the circumferential direction than the long hole is fixed in the long hole. At this time, various measures are taken to ensure that the permanent magnet is fixed, and fluctuations in magnetic characteristics caused by the displacement of the permanent magnet, or the permanent magnet moves in the long hole and collides with the inner wall of the long hole. The damage of the permanent magnets generated by the above is prevented.
例えば、特許文献1に示すものでは、コアの磁石挿入穴に磁石が挿入されている。そして磁石挿入穴の周方向両側に設けられた、磁束漏れを防ぐための空隙に非磁性金属パイプが挿入されて、パイプ両端を磁石よりも突出させ、これらの突出端を塑性変形させることによって磁石の動きを規制し長孔内に固定している。 For example, in the one shown in Patent Document 1, a magnet is inserted into the magnet insertion hole of the core. And a non-magnetic metal pipe is inserted in the gap for preventing magnetic flux leakage provided on both sides in the circumferential direction of the magnet insertion hole, both ends of the pipe protrude beyond the magnet, and the protruding end is plastically deformed to magnet The movement is regulated and fixed in the slot.
また特許文献2に示すものでは、永久磁石の表面に接着剤を付け、所定の方法によって硬化させながらプレスすることで磁石表面に接着剤シートを形成し、その後コアの磁石挿入穴に挿入する。そしてロータコアを加熱して接着剤シートを発泡させることで磁石を挿入穴に接着して固定している。 Moreover, in what is shown to patent document 2, an adhesive agent is attached to the surface of a permanent magnet, an adhesive sheet | seat is formed on the magnet surface by pressing it, making it harden | cure by a predetermined method, Then, it inserts in the magnet insertion hole of a core. The rotor core is heated to foam the adhesive sheet, thereby adhering and fixing the magnet to the insertion hole.
しかしながら、特許文献1に示すものでは、ロータコアの磁石挿入穴が、高温(例えば160℃)時には膨張し拡大する。しかし磁石挿入穴に挿入されている永久磁石よりロータコアの熱膨張係数の方が大きいため拡大量に差が生じる。よって高温時においては、ロータコアの磁石挿入穴の内壁と永久磁石との間で、隙間が発生する可能性があり、これによってモータ回転時に発生する様々な振動により永久磁石がロータコアの磁石挿入穴内で揺動され摩損されて、モータの性能低下や寿命低下を引起したり、破損される虞がある。 However, in the one shown in Patent Document 1, the magnet insertion hole of the rotor core expands and expands at a high temperature (for example, 160 ° C.). However, since the coefficient of thermal expansion of the rotor core is larger than that of the permanent magnet inserted into the magnet insertion hole, a difference occurs in the amount of expansion. Therefore, at high temperatures, there may be a gap between the inner wall of the rotor core magnet insertion hole and the permanent magnet, which causes the permanent magnet to move within the rotor core magnet insertion hole due to various vibrations generated during motor rotation. There is a risk that the motor will be rocked and worn, causing a reduction in motor performance and life, or damage.
低温時(例えば−30℃)においては、永久磁石よりも大きな熱膨張係数をもつ非磁性金属パイプが、大きく収縮し永久磁石の固定が困難になる。これにより高温時と同様にモータ回転時に永久磁石が激しく揺動され摩損されて、モータの性能低下や寿命低下を引起したり、破損される虞がある。また、固定用パイプを設けることにより磁束の漏れが発生しやすくモータ効率を悪化させる可能性もある。 At a low temperature (for example, −30 ° C.), the nonmagnetic metal pipe having a thermal expansion coefficient larger than that of the permanent magnet is greatly contracted and it is difficult to fix the permanent magnet. As a result, the permanent magnets are vigorously swung and worn when the motor is rotated, as in the case of high temperatures, and there is a possibility that the performance and life of the motor may be reduced or damaged. Further, by providing the fixing pipe, magnetic flux leakage is likely to occur, and the motor efficiency may be deteriorated.
また、特許文献2に示すものは、永久磁石と、永久磁石表面に形成された接着剤シートの熱膨張係数が大きく異なる(約十数倍)ので、高、低温時の膨張、収縮の繰り返しによって接着剤と永久磁石及びロータコアとの界面にクラックが発生し、接着剤によって磁石を固定する能力が低下する虞がある。これにより、モータ回転時に発生する様々な振動によって永久磁石がロータコアの磁石挿入穴内で揺動され摩損されて、モータの性能低下や寿命低下を引起したり、破損される虞がある。また接着剤の熱伝導率が低いため、接着剤が永久磁石の断熱層として作用してしまいモータ発熱時に放熱を妨げ、モータの性能低下や信頼性低下の要因となる虞もある。 Moreover, since the thermal expansion coefficient of the permanent magnet and the adhesive sheet formed on the surface of the permanent magnet is significantly different (about ten times), the one shown in Patent Document 2 is subject to repeated expansion and contraction at high and low temperatures. Cracks may occur at the interface between the adhesive, the permanent magnet, and the rotor core, and the ability to fix the magnet with the adhesive may be reduced. As a result, the permanent magnet may be swung and worn in the magnet insertion hole of the rotor core due to various vibrations generated during the rotation of the motor, which may cause a reduction in performance or life of the motor, or may be damaged. Further, since the thermal conductivity of the adhesive is low, the adhesive acts as a heat insulating layer for the permanent magnet, which may prevent heat dissipation when the motor generates heat, which may cause a reduction in motor performance and reliability.
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、モータの使用される温度環境下において、永久磁石をロータに確実に固定できる、低コストで信頼性の高いモータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a low-cost and highly reliable motor that can securely fix a permanent magnet to a rotor in a temperature environment where the motor is used. To do.
上記課題を解決するため、請求項1に係る発明の特徴は、積層された薄板のコアプレートの中央部に貫通孔が形成されたロータコアと、前記ロータコアに円周方向に並列して所定ピッチで軸線方向に貫通して形成された複数の磁石固定孔にそれぞれ固定された複数の永久磁石と、前記ロータコアの貫通孔に嵌着されるシャフトと、を有するモータのロータにおいて、前記永久磁石が嵌着される挿入孔が形成された非磁性金属製のケースと、前記ケースを前記磁石固定孔に機械的に固定する固定手段と、を備えたことである。 In order to solve the above-mentioned problem, a feature of the invention according to claim 1 is that a rotor core having a through-hole formed in a central portion of a laminated thin plate core plate and a predetermined pitch parallel to the rotor core in a circumferential direction. In a rotor of a motor having a plurality of permanent magnets respectively fixed to a plurality of magnet fixing holes formed penetrating in the axial direction and a shaft fitted in the through hole of the rotor core, the permanent magnet is fitted. A non-magnetic metal case having an insertion hole to be attached; and a fixing means for mechanically fixing the case to the magnet fixing hole.
請求項2に係る発明の特徴は、請求項1において、前記永久磁石は、前記ケースの挿入孔に高温時においても所定の嵌合代が確保されるように常温時の嵌合代が設定されて圧入され、又は焼嵌めされており、前記永久磁石の熱膨張係数をαmとし、前記ケースの熱膨張係数をαkとすると、αk>αmであることである。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the permanent magnet is provided with a fitting allowance at normal temperature so that a predetermined fitting allowance is secured in the insertion hole of the case even at a high temperature. When the thermal expansion coefficient of the permanent magnet is αm and the thermal expansion coefficient of the case is αk, αk> αm.
請求項3に係る発明の特徴は、請求項2において、前記固定手段は、前記永久磁石を嵌着された前記ケースが前記磁石固定孔に圧入されていることであり、前記ロータコアの熱膨張係数をαcとすると、前記αk>前記αc>前記αmであることである。 A feature of the invention according to claim 3 is that, in claim 2, the fixing means is that the case fitted with the permanent magnet is press-fitted into the magnet fixing hole, and the thermal expansion coefficient of the rotor core Is αc, αc> αc> αm.
請求項4に係る発明の特徴は、請求項3において、前記ケースは、前記永久磁石が嵌着される前記挿入孔が形成された薄肉の周縁部と、該周縁部の両側端面から前記ロータコアの円周方向に突出された肉厚の突起部とを有することである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect, the case includes a thin peripheral portion in which the insertion hole into which the permanent magnet is fitted is formed, and the rotor core from both side end surfaces of the peripheral portion. And having a thick protrusion protruding in the circumferential direction.
請求項5に係る発明の特徴は、請求項1又は2において、前記永久磁石を嵌着された前記ケースが前記磁石固定孔に挿入された後、前記ケースに形成されたカシメ部が前記ロータコアの両端面に圧着するようにカシメられていることである。 The invention according to claim 5 is characterized in that, in claim 1 or 2, the caulking portion formed in the case is inserted into the magnet fixing hole after the case fitted with the permanent magnet is inserted into the rotor core. It is that it is crimped so that it may crimp on both end surfaces.
請求項6に係る発明の特徴は、請求項1乃至請求項5のいずれか1項において、前記ケースには、前記挿入孔に前記永久磁石が嵌着された後に、前記挿入孔から前記永久磁石が抜け出ることを防止するための永久磁石固定部が備えられることである。 According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, the permanent magnet is inserted into the case from the insertion hole after the permanent magnet is fitted into the insertion hole. Is provided with a permanent magnet fixing part for preventing the slipping out.
請求項1に係る発明によれば、破損されやすく固定しにくい永久磁石が非磁性金属製のケースに嵌着された後に、ロータコアの磁石固定孔に機械的に固定されている。これにより、従来に比して簡素な構造によって低コストで、永久磁石を保護しつつ、かつガタ無く強固に固定できる。 According to the first aspect of the present invention, the permanent magnet that is easily damaged and difficult to fix is mechanically fixed in the magnet fixing hole of the rotor core after being fitted into the nonmagnetic metal case. As a result, it is possible to securely fix the permanent magnet without any play while protecting the permanent magnet at a low cost with a simple structure as compared with the conventional structure.
請求項2に係る発明によれば、熱膨張係数が小さい永久磁石が、熱膨張係数の大きいケースの挿入孔に嵌合代が高温時においても十分残留されるように設定され圧入または焼嵌めされている。これにより、高温時においてはケースの膨張量が、永久磁石の膨張量よりも大きくてもケースと永久磁石との間は離間することなく圧接され、永久磁石は確実にケースに固定され信頼性の向上が図られる。また低温時においては、熱膨張係数の大きいケースが収縮し、熱膨張係数が小さい永久磁石を締め付けるのでケースの永久磁石に対する保持力が大きくなる。焼嵌めによって固定する場合には圧入が困難な弾性係数を有する材料にも適用できるので選択肢が広がり設計が有利になる。 According to the invention of claim 2, the permanent magnet having a small coefficient of thermal expansion is set and press-fitted or shrink-fitted so that the fitting allowance remains sufficiently even at a high temperature in the insertion hole of the case having a large coefficient of thermal expansion. ing. As a result, even when the expansion amount of the case is larger than the expansion amount of the permanent magnet at a high temperature, the case and the permanent magnet are pressed against each other without being separated, and the permanent magnet is securely fixed to the case and reliable. Improvement is achieved. Further, at a low temperature, the case having a large thermal expansion coefficient contracts and the permanent magnet having a small thermal expansion coefficient is tightened, so that the holding force of the case with respect to the permanent magnet is increased. In the case of fixing by shrink fitting, since it can be applied to a material having an elastic coefficient that is difficult to press fit, the options are widened and the design is advantageous.
請求項3に係る発明によれば、ケースの熱膨張係数αk>ロータコアの熱膨張係数αc>永久磁石の熱膨張係数αmの関係があるので、低温時においては、ケースが最も大きく収縮しようとするが、ケース内に固定された熱膨張係数の小さい永久磁石に阻まれケースは永久磁石と略同量しか収縮できない。そしてケースの外側からは永久磁石よりも熱膨張係数が大きいロータコアが収縮してくるため、ケースはケース内の永久磁石と、外側のロータコアとに圧接され、ロータコアとケースと永久磁石とは強固に固定される。これによってロータの回転や振動等によって発生する永久磁石の摩損や破損等が防止される。 According to the invention of claim 3, since there is a relationship of thermal expansion coefficient αk of the case> thermal expansion coefficient αc of the rotor core> thermal expansion coefficient αm of the permanent magnet, the case tends to contract most greatly at low temperatures. However, the case can be shrunk by substantially the same amount as the permanent magnet because it is blocked by the permanent magnet having a small thermal expansion coefficient fixed in the case. Since the rotor core, which has a larger thermal expansion coefficient than the permanent magnet, contracts from the outside of the case, the case is pressed against the permanent magnet in the case and the outer rotor core, and the rotor core, the case, and the permanent magnet are firmly Fixed. As a result, the permanent magnet is prevented from being worn or damaged by rotation or vibration of the rotor.
請求項4に係る発明によれば、ケースから突出された肉厚の突起部が、ロータコアの円周方向に突出されている。これによって高温時においてはロータコアの熱膨張係数αcより大きい熱膨張係数αkをもつケースの突起部が膨張しようとするが突起部外側にあるロータコアに阻まれ膨張できずロータコアとケースとはお互い圧接され強固に固定される。
According to the invention which concerns on
請求項5に係る発明によれば、永久磁石が嵌着されカシメ部を備えたケースが、磁石固定孔に挿入され、ロータコアの両端面でカシメられて固定されている。これによりケースを、磁石固定孔に圧入するための精度の高い加工や厳重な寸法管理が不要となりコストの低減が図れる。 According to the invention which concerns on Claim 5, the case where the permanent magnet was fitted and it was equipped with the crimping | crimped part is inserted in the magnet fixing hole, and it is crimped and fixed by the both end surfaces of a rotor core. This eliminates the need for highly accurate processing and strict dimensional control for press-fitting the case into the magnet fixing hole, thereby reducing costs.
請求項6に係る発明によれば、永久磁石が抜け出ることを防止するための永久磁石固定部がケースに設けられるため、ケースに嵌着された永久磁石がケースから抜け出る虞はなく、信頼性の更なる向上を図ることができる。 According to the invention of claim 6, since the permanent magnet fixing portion for preventing the permanent magnet from coming out is provided in the case, there is no possibility that the permanent magnet fitted to the case comes out of the case, and the reliability is improved. Further improvement can be achieved.
以下、本発明のモータを具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。また、本発明におけるモータは、永久磁石埋込型モータ(以下、「IPM(Interior Permanent Magnet)モータ」と称する)として説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment in which a motor of the present invention is embodied will be described with reference to the drawings. The motor in the present invention will be described as a permanent magnet embedded motor (hereinafter referred to as an “IPM (Interior Permanent Magnet) motor”).
第1の実施形態であるIPMモータ10について、図1〜図4を参照して説明する。図1は、第一実施形態のIPMモータ10の回転軸方向から見た部分平面図である。図2は、本発明に係るロータの斜視図であり、図3は、図1の一部を示す拡大図である。また図4は、図1の4−4断面図である。
The
IPMモータ10は、ステータ20と、ステータ20に対して円柱状のシャフト11の回転軸を中心とし回転自在に設けられるロータ30とを備える。ステータ20は、周方向に所定ピッチで複数のティース22が形成されたステータコア21を有する。ステータコア21は、電磁鋼板をロータ30の軸線方向に積層して形成されている。ステータ20は、各ティース22に巻装された巻線(図示しない)に電流を流すことにより、ステータ20の内部に磁界を形成している。
The
ロータ30は、ロータコア31と、ケース37と、永久磁石32と、シャフト11と、エンドプレート40とを有する。ロータ30は、ステータ20の内側にエアギャップを介在させ、ステータ20に対して回転自在に設けられている。ロータ30は、ステータ20の巻線に電流が流されることにより磁極となったステータコア21のティース22から磁力を受けて、シャフト11の回転軸を中心に回転する。これにより、IPMモータ10は、所定のトルクをシャフト11回転軸から出力する。
The
ロータコア31は、中央部に貫通孔を備える薄板の電磁鋼板であるコアプレート36が回転軸線方向に積層されて形成されている。ロータコア31は、磁石固定孔33と、中央部の貫通孔31aと、ロータコア本体38とを有する。貫通孔31aには貫通孔31a中心に向って突設されたキー部31bが、ロータコア31の両端面に亘って軸線と平行に2本対向して設けられている。そしてロータコア31とシャフト11とが、ロータコア31のキー部31bと、シャフト11の全長に亘って刻設された軸線と平行な2本の溝部11aとが係合されることによって嵌着され相対回転を規制されている。
The
磁石固定孔33は、ロータコア31の円周方向に所定ピッチで並列し軸線方向に複数貫設されており、本実施形態においては8個設けられている。磁石固定孔33は、図3に示すようにロータコア31における径方向の内方に配置される内面である磁極内面33aと、ロータコア31における径方向の外方に配置される内面である磁極内面33bと、停止部33cと、空隙部33fを形成する略楕円状に形成された両側内面33dと、停止部33cと両側内面33dとをつなぐ連結部33eとから形成されている。なお、磁石固定孔33において磁極内面33bと、連結部33eとの間は、スロット部31eとされ、後述するケース37の突起部37aが圧入される。
A plurality of
永久磁石32は、平板形状に形成され、厚み方向に磁化されている磁石であり、例えばネオジム磁石等によって形成される。そして隣合うロータコア31の磁石固定孔33には、極性が反転された永久磁石32が配置され固定される。
The
一般的に永久磁石は機械的な強度が低いため、大きな圧入荷重には耐えられない。そこで、本発明においては永久磁石32を均一な圧入面が形成されていない虞のあるロータコア31の磁石固定孔33には直接圧入しない。これは磁石固定孔33が薄板の電磁鋼板が積層されることによって形成されているためである。そしてまず縦弾性係数が比較的低く圧入のし易い例えばアルミ合金で形成されたケース37の挿入孔37cに圧入し固定する。こうすることにより永久磁石32はケース37に保護され取り扱いも容易になる。
Generally, a permanent magnet has a low mechanical strength and cannot withstand a large press-fit load. Therefore, in the present invention, the
そして永久磁石32がケース37に嵌着された状態で、ケース37を機械的に固定手段である圧入によって磁石固定孔33に固定している。このときケース37のロータコア31における径方向の内方では、ケース37の内面37fと磁石固定孔33の磁極内面33aとが圧接され、またロータコア31における径方向の外方では、ケース37の外面37gと磁石固定孔33の磁極内面33bとが圧接され固定されている。
Then, with the
ケース37は、ステータ20によって発生される磁束に影響を及ぼさないように非磁性金属製である上述した例えばアルミ合金(その他SUS、銅系金属等でもよい)によって形成されている。ケース37は、図3に示すように薄肉の周縁部37bと、挿入孔37cと、肉厚の突起部37aと、停止部37dと、からなる。
The
薄肉の周縁部37bは略均一な厚みをもち周囲を囲繞することによって挿入孔37cを形成している。なお、本実施形態において周縁部37bの厚みは永久磁石32の圧入のし易さを考慮して、永久磁石32の厚みの1/10以下とする。
The thin
挿入孔37cは永久磁石32が圧入によって嵌着されるための空間である。挿入孔37c入口部長方形の短辺の長さおよび永久磁石32の厚みはIPMモータ10の最高使用温度を例えば160℃とし、該最高使用温度においても挿入孔37cに圧入された永久磁石32と、ケース37との間で所定の保持力(または嵌合代)が確保されるよう設定される。また永久磁石32の熱膨張係数をαmとし、ケース37の熱膨張係数をαkとすると、αmとαkとの間の関係はαk>αmとなるよう構成されている。
The
肉厚の突起部37aは、磁石固定孔33のスロット部31eに圧入され、常温を上回る高温時におけるケース37とロータコア本体38との間の相対移動を規制し強固に固定する機能を持つ。突起部37aは、薄肉の周縁部37bの、ロータコア31の円周方向においての両側端面から所定量だけロータコア31の円周方向に延在され、ケース37の圧入方向全長に亘って形成されている。突起部37aのロータコア31における径方向の厚みは永久磁石32の厚みと略同等寸法で形成されている。
The
停止部37dは、ロータコア31においてケース37の円周方向の移動を規制する機能を持つ。停止部37dは、ロータコア31の円周方向において、ケース37の周縁部37bの両側端面の一部が兼用され、ロータコア本体38の磁石固定孔33に設けられた停止部33cに当接されて移動が規制されている。
The
ロータコア31において磁石固定孔33の径方向外方には厚肉部39が設けられている。厚肉部39は、磁石固定孔33に永久磁石32が固定されることにより磁極となる。ロータコア31周方向において、厚肉部39の両端部外方にはブリッジ35が形成されている。そしてブリッジ35は、磁石固定孔33を形成する両側内面33dのA点で最も肉厚が薄くなり、薄肉部35aを形成している。
In the
このブリッジ35の薄肉部35aは、漏れ磁束を低減させるフラックスバリアとして機能するものである。漏れ磁束とは、磁石固定孔33に固定された永久磁石32による磁束のうち、隣の磁石固定孔33に固定された永久磁石32による磁束の一部と短絡する磁束のことである。漏れ磁束は、ロータ30の回転駆動に寄与しないため、漏れ磁束を低減させることにより磁気特性の向上を図ることができる。薄肉部35aの形状は、ロータコア31の直径や永久磁石32磁束密度による磁気回路を考慮して適宜設定される。
The
そして上記のように構成されたロータ30を構成する永久磁石32、ケース37及びロータコア31の熱膨張係数をそれぞれ、αm、αk及びαcとすると、各熱膨張係数αm、αk、αcはαk>αc>αmの関係となるよう構成されている。
When the thermal expansion coefficients of the
エンドプレート40は、図4に示すように、ロータコア31の軸方向両端において、複数の磁石固定孔33を塞ぐように取り付けられる板状部材であり、第1の実施形態においては省略してもよい。
As shown in FIG. 4, the
次に、本実施形態において、上述した構成からなるIPMモータ10の作用効果について説明する。IPMモータ10の実用状態では、まず、ステータ20の巻線に電流を流すことにより、ステータ20の内部に磁界が形成される。そして、ロータ30は、ステータ20の磁界と、ロータ30に収容された8個の永久磁石32との間の磁気力によりトルクを発生し、ステータ20に対して一定方向に回転駆動する。
Next, in this embodiment, the effect of the
そしてIPMモータ10が回転駆動を続けることによって発熱し温度が上昇し、使用最高使用温度である例えば160℃まで到達する場合がある。そこでまず常温(例えば25℃とする)を上回る、最高温度を例えば160℃とする高温側の永久磁石32の挙動について説明する。
When the
本実施形態においては、永久磁石32とケース37とは、上述したように温度が160℃+ΔT℃の状態においてロータ30径方向の嵌合代が0になるように設定され圧入されている。このときΔT℃は任意の温度とする。またケース37は磁石固定孔33との間で、ロータ30径方向に若干の嵌合代が確保された状態で圧入されている。またケース37に設けられている突起部37aも、磁石固定孔33のスロット部31eに、ロータ30径方向に若干の嵌合代が確保された状態で圧入されている。そして永久磁石32の熱膨張係数αmと、ケース37の熱膨張係数αkと、ロータコア31の熱膨張係数αcとはαk>αc>αmの関係となるよう構成されている。
In the present embodiment, the
このように構成された第1の実施形態において、IPMモータ10が常温状態から温度上昇を開始すると、永久磁石32、ケース37、磁石固定孔33は、それぞれ各熱膨張係数αm、αk、αcに従って熱膨張を開始する。
In the first embodiment configured as described above, when the
このとき永久磁石32とケース37との間においては、温度が160℃+ΔT℃の状態においてロータ30径方向の嵌合代が0になるように設定され圧入されているので、160℃に到達しても所定の嵌合代が残留されている。よって160℃に到達するまでの間は、残留される所定の嵌合代により、ケース37から永久磁石32が脱落したり、永久磁石32との間で隙間が発生し、振動等によって永久磁石32の揺動が発生し摩損や破損が発生する虞はない。
At this time, between the
次にケース37とケース37が圧入される磁石固定孔33との関係について説明する。まず熱によって膨張される伸び量をΔLとすると、伸び量ΔLは、ΔL=熱膨張係数α×常温時長さ(肉厚)L×常温からの温度変化量ΔTで計算できる。
Next, the relationship between the
これより永久磁石32は、図3に示すように、常温時の厚みをLmとすると、常温を上回る温度P℃においての厚みの伸び量ΔLmは、常温を例えば25℃とした場合、ΔLm=Lm×αm×(P℃−25℃)となる。
As shown in FIG. 3, the
同様にケース37の薄肉の周縁部37bの常温時の厚みをL1kとすると、常温を上回る温度P℃における周縁部37bの片側の厚みの伸び量ΔL1kは、ΔL1k=L1k×αk×(P℃−25℃)となる。
Similarly, if the thickness of the thin
これより高温時におけるケース37のトータルの伸び量ΔLkTは、ケース37の薄肉の周縁部37bの両側の伸び量ΔL1k×2と、ケース37の挿入孔37cに圧入された永久磁石32の伸び量ΔLmとの合計となるため、ΔLkT=ΔLm+ΔL1k×2となる。
The total elongation amount ΔLkT of the
次に磁石固定孔33は温度上昇に伴って磁石固定孔33を構成する各内面が膨張され孔形状が拡大される。このとき図3に示すように常温時の磁石固定孔33の磁極内面33aと磁極内面33bとの間の距離をLc3とすると、常温を上回る温度P℃におけるLc3の伸び量ΔLc3は、ΔLc3=Lc3×αc×(P℃−25℃)となる。
Next, as the temperature rises, the inner surface of the
以上の結果から高温時におけるケース37と磁石固定孔33との嵌合の状態を求めるためには、(P℃−25℃)におけるケース37のトータル伸び量ΔLkT(=ΔLm+ΔL1k×2)と、(P℃−25℃)における磁石固定孔33の磁極内面33aと磁極内面33bとの間の伸び量ΔLc3(=Lc3×αc×(P℃−25℃))との比較をしてやればよい。
From the above results, in order to obtain the fitting state between the
そこで例えば永久磁石32の熱膨張係数αm=6.3E−6/℃(ネオジム系磁石の熱膨張係数参照)、ケース37の熱膨張係数αk=23.6E−6/℃(アルミ合金の熱膨張係数参照)、及びロータコア31の熱膨張係数αc=11.7E−6/℃(鉄の熱膨張係数参照)とする。また前述の通りケース37の周縁部37bの厚みL1kは永久磁石32の厚みLmの1/10とする。そして永久磁石32の厚みLmに所定の値を代入し、また温度P℃にも所定の値を代入して計算することにより、ΔLkT>ΔLc3の関係が得られる。
Therefore, for example, the thermal expansion coefficient αm of the
これにより、IPMモータ10の温度上昇に伴ってケース37は磁石固定孔33を形成する磁極内面33aと磁極内面33bとを、ケース37外側の37f面および37g面で圧接して常時固定することになる。よって磁石固定孔33からケース37が脱落したり、ケース37との間で隙間が発生し、振動等によってケース37が揺動することによって、永久磁石32が摩損したり破損されることはない。ただし、上記において磁石固定孔33に圧入されるケース37の周縁部37bは薄肉である。よってΔLkT>ΔLc3においてΔLkTの値がΔLc3よりも極端に大きくなることはない。しかしケース37が磁石固定孔33に固定されるには十分な固定力であることが確認されている。
Thereby, as the temperature of the
次に図3によってケース37に設けられた突起部37aと、突起部37aが圧入された磁石固定孔33のスロット部31eとの関係について説明する。
Next, the relationship between the
突起部37aは常温時において、永久磁石32の常温時の厚みLmと略同等寸法の厚みLkを備えている。そしてスロット部31eに突起部37aの側面が若干の嵌合寸法で圧入されている。また突起部37aはロータコア31の熱膨張係数αcよりも大きな熱膨張係数αkを持つ。よって常温を上回る高温P℃における突起部37aの伸び量ΔLkは、ΔLk=Lk×αk×(P℃−25℃)となる。
The
また、常温時のスロット部31eの幅をLc2とすると、高温P℃におけるLc2の伸び量ΔLc2は、ΔLc2=Lc2×αc×(P℃−25℃)となる。そして上述の通り、Lk≒Lc2とし、ΔLkとΔLc2とを比較すると、熱膨張係数αcとαkの違いによる分だけ、つまりαk/αc倍だけ突起部37aの厚みLkの伸び量がスロット部31eの幅Lc2の伸び量より大きいことがわかる。
If the width of the
これより、IPMモータ10の温度上昇に伴って、突起部37aはスロット部31eよりも(αk/αc)倍の速度で膨張し、突起部37aはスロット部31eに常時、圧接される。よって高温時において、ケース37と磁石固定孔33とは強固に確実に固定される。
Thus, as the temperature of the
次に常温を下回る低温Q℃の場合について説明する。IPMモータ10が常温状態よりも低温の環境に置かれた場合、永久磁石32、ケース37及び磁石固定孔33は、それぞれ各熱膨張係数αm、αk、αcに従って、上述した高温時における熱膨張とは逆方向に収縮する。なお、低温Q℃時においては、高温時の伸び量ΔL=L×α×ΔTの計算式に対し、温度変化量ΔTがΔtへと、変更になるだけであるので以下においては計算式を省略して説明する。
Next, the case of a low temperature Q ° C. below normal temperature will be described. When the
まず初めにケース37と、ケース37の内部に圧入された永久磁石32との関係について説明する。ケース37と、永久磁石32との間では、永久磁石32の熱膨張係数αmより大きい熱膨張係数αkを持つケース37が永久磁石32よりも速く収縮しようとする。しかしケース37は永久磁石32に阻まれ永久磁石32の収縮量ΔLmを大きく超えて収縮できない。よって低温Q℃時においては、永久磁石32はケース37によって常温時よりも強く締付けられる。これによりケース37から永久磁石32が脱落したり、永久磁石32との間で隙間が発生し、振動等によって永久磁石32の揺動が発生し摩損されたり破損されることはない。
First, the relationship between the
次にケース37とケース37が圧入される磁石固定孔33との関係について説明する。常温を下回る低温Q℃時においては上述したようにケース37の収縮量ΔLkTは永久磁石32の収縮量ΔLmを大きく超えて収縮できず、ΔLmと略同量となる。しかしケース37が圧入される磁石固定孔33の熱膨張係数αcは、永久磁石32の熱膨張係数αmよりも大きい。よって磁石固定孔33の収縮量をΔLc3とすると、高温時と同様の計算式によって、ケース37の収縮量ΔLkT(≒ΔLm)<磁石固定孔33の収縮量ΔLc3の関係が得られる。
Next, the relationship between the
これにより磁石固定孔33の磁極内面33a及び磁極内面33bはケース37の各面37f、37gの収縮に追いつき圧接してケース37を強固に固定する。よって常温を下回る低温Q℃時においては、磁石固定孔33からケース37が脱落したり、ケース37との間で隙間が発生し、振動等によってケース37が揺動することによってケース37が摩損されたり破損されることはない。延いてはケース37に圧入される永久磁石32が摩損されたり破損されることはない。
As a result, the magnetic pole
次に図3によって、ケース37に設けられた突起部37aと、磁石固定孔33のスロット部31eとの関係について説明する。
Next, with reference to FIG. 3, the relationship between the
高温時に説明したとおり突起部37aはロータコア本体38の熱膨張係数αcよりも大きな熱膨張係数αkを持つ。また突起部37aは、永久磁石32の常温時の厚みLmと略同等寸法の厚みLkを備えている。そして常温を下回る低温Q℃における突起部37aの収縮量をΔLkとする。また常温時のスロット部31eの幅をLc2とし、低温Q℃におけるスロット部31eの幅の収縮量をΔLkとする。
As described at the high temperature, the
そしてLk≒Lc2とし、高温時と同様にΔLkとΔLc2とを比較すると、熱膨張係数αcとαkの違いによる分だけ、つまり(αk/αc)倍だけ突起部37aの収縮量が大きいことがわかる。これにより低温Q℃時においては、突起部37aは厚みLkがスロット部31eの幅Lc2よりも大きな速度で収縮し、スロット部31eの幅Lc2から離間していくので固定力は無くなる。
When Lk≈Lc2 and ΔLk and ΔLc2 are compared in the same manner as at high temperature, it can be seen that the amount of contraction of the
これにより常温を下回る低温Q℃時においては永久磁石32が内部に嵌着されたケース37が、磁石固定孔33に圧入され固定されている部分のみによってケース37はロータコア31に固定される。
As a result, at a low temperature Q ° C. below normal temperature, the
これにより常温を下回る低温Q℃時においても磁石固定孔33からケース37が脱落したり、ケース37との間で隙間が発生し、振動等によってケース37が揺動してケース37が摩損されたり破損されることはない。延いてはケース37に圧入される永久磁石32が摩損されたり破損される虞はない。
As a result, the
なお、第1の実施形態においては、永久磁石32は非磁性体金属によって形成されたケース37内に圧入によって固定された。しかし永久磁石32は、圧入ではなく、ケース37を加熱し焼嵌めによってケース37内に固定してもよい。このときも常温時の永久磁石32とケース37との嵌合代は、圧入のときと同様の嵌合寸法になるように設定してやればよく、これによっても圧入時と同様の効果が期待できる。
In the first embodiment, the
また、第1の実施形態においては、ケース37には図3に示すような形状の厚肉の突起部37aが設けられた。しかし突起部37aは図5の変形例1に示す突起部37hのような形状でもよい。図5の変形例に示すものでは、突起部37hは、ケース37の両側端面の略中央部からロータコア31の円周方向に、所定量延在され、突起部37hのロータコア31径方向における外方及び内方の2箇所に停止部37j、37kが設けられている。これによっても第1の実施形態と同様の効果が得られる。
Further, in the first embodiment, the
さらに、図6の変形例2、図7の変形例3に示すように、ケース37に突起部37a、37hを設けない形状としてもよい。この場合、高温時のケース37の固定は、ケース37に永久磁石32が圧入された部分のみで対応することになる。第1の実施形態において説明したように、磁石固定孔33に圧入されるケース37の周縁部37bは薄肉である。これよりケース37の伸び量ΔLkT>磁石固定孔33伸び量ΔLc3において、ΔLkTの値がΔLc3よりも極端に大きくなることはない。よって突起部37a、37hを設けた場合と比較し、ケース37を固定する力は減少するが、実用上十分な固定力が確保されることが確認されており、これらによっても効果は十分得られる。
Furthermore, as shown in Modification 2 in FIG. 6 and Modification 3 in FIG. 7, the
上述から明らかなように、第1の実施形態においては破損されやすく固定しにくい永久磁石32が非磁性金属製のケース37に嵌着された後に、ロータコア31の磁石固定孔33に機械的に固定されている。これにより、従来に比して簡素な構造によって低コストで、永久磁石を保護しつつ、かつガタ無く強固に固定できる。
As is apparent from the above description, in the first embodiment, the
また、第1の実施形態においては、熱膨張係数が小さい永久磁石32が、熱膨張係数の大きいケース37の挿入孔37cに嵌合代が、高温時である例えば160℃においても十分残留されるように設定され圧入または焼嵌めされている。これにより、高温時においてはケース37の伸び量ΔL1kが、永久磁石32の伸び量ΔLmよりも大きくてもケース37と永久磁石32との間は離間することなく圧接され、永久磁石32は確実にケース37に固定され信頼性の向上が図られる。また低温時においては、熱膨張係数の大きいケース37が収縮し、熱膨張係数が小さい永久磁石32を締め付けるのでケース37の永久磁石32に対する保持力が大きくなる。また焼嵌めによって固定する場合には圧入が困難な弾性係数を有する材料にも適用できるので選択肢が広がり設計が有利になる。
Further, in the first embodiment, the
また、第1の実施形態においては、ケース37の熱膨張係数αk>ロータコアの熱膨張係数αc>永久磁石の熱膨張係数αmの関係がある。よって低温時においては、ケース37が最も大きく収縮しようとするが、ケース37内に固定された熱膨張係数の小さい永久磁石32に阻まれケース37は永久磁石32と略同量しか収縮できない。そしてケース37の外側からは永久磁石32よりも熱膨張係数が大きい磁石固定孔33(ロータコア31)が収縮してくるため、ケース37はケース37内の永久磁石32と、外側の磁石固定孔33とに圧接され、ロータコア31とケース37と永久磁石32とは強固に固定される。これによってロータ30の回転や振動等によって発生する永久磁石の摩損や破損等が防止される。
In the first embodiment, the thermal expansion coefficient αk of the
さらに、第1の実施形態においては、ケース37から突出された肉厚の突起部37aが、ロータコア31の円周方向に突出されている。これによって常温を上回る高温P℃時においてはロータコア31の熱膨張係数αcより大きい熱膨張係数αkをもつケース37の突起部37aが膨張しようとする。しかし突起部37a外側にあるロータコア31のスロット部31eに阻まれ膨張できずロータコア31とケース37とはお互い圧接され強固に固定される。
Furthermore, in the first embodiment, a
次に第2の実施形態について図8に基づいて説明する。第2の実施形態は第1の実施形態に対し、ロータコア31の磁石固定孔33にケース37を固定する固定手段が、圧入ではなくカシメである点のみが異なる。第1の実施形態と同様の部品には同符号を付し説明は省略するとともに、同様の作用についても説明を省略し、変更点についてのみ説明する。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. The second embodiment differs from the first embodiment only in that the fixing means for fixing the
第2の実施形態においては図8に示すように、常温時において、ケース47の挿入孔47cに第1の実施形態と同様の嵌合代にて永久磁石32が圧入され嵌着されている。ケース47は非磁性金属製である例えばアルミ合金で形成されている。そして永久磁石32を嵌着されたケース47が磁石固定孔33に挿入された後、ケース47に形成されたカシメ部48がロータコア31の両端面に圧着するようにカシメられ、ケース47がロータコア31に強固に固定されている。
In the second embodiment, as shown in FIG. 8, the
ケース47は、図8に示すように薄肉の周縁部47bと、挿入孔47cと、肉厚の突起部47aと、停止部47dと、カシメ部48とからなる。
As shown in FIG. 8, the
薄肉の周縁部47bは略均一な厚みをもち周囲を囲繞することによって挿入孔47cを形成している。なお、本実施形態において周縁部47bの厚みは、永久磁石32の圧入のし易さを考慮して、永久磁石32の厚みの1/10以下とする。
The thin
挿入孔47cは永久磁石32が圧入によって嵌着されるための空間である。挿入孔47cの入口部長方形の短辺の長さおよび永久磁石32の厚みはIPMモータ10の最高使用温度を例えば160℃とし、該最高使用温度においても挿入孔37cに圧入された永久磁石32と、ケース47との間で所定の保持力(または嵌合代)が確保されるよう設定される。また永久磁石32の熱膨張係数をαmとし、ケース47の熱膨張係数をαkとすると、αmとαkとの間の関係はαk>αmとなるよう構成されている。
The
肉厚の突起部47aは、磁石固定孔33のスロット部31eに圧入され、常温を上回る高温時におけるケース47とロータコア本体38との間の相対移動を規制し強固に固定する機能を持つ。突起部47aは、薄肉の周縁部47bの、ロータコア31の円周方向においての両側端面から所定量だけロータコア31の円周方向に延在され、ケース47の圧入方向全長に亘って形成されている。突起部47aのロータコア31における径方向厚みは永久磁石32の厚みと略同等寸法で形成されている。
The
停止部47dは、ケース47のロータコア31において円周方向の移動を規制する機能を持つ。停止部47dは、ロータコア31の円周方向において、ケース47の周縁部47bの両側端面の一部が停止部47dとして兼用され、ロータコア本体38の磁石固定孔33に設けられた停止部33cに当接され移動が規制されている。
The
カシメ部48は、ロータコア31の磁石固定孔33に挿入されたケース47を強固に固定する機能を持つ。カシメ部48は、初期、薄肉の周縁部47bの長手部の略中央部から周縁部47bの一部が所定量立設され形成される。またカシメ部48は、ロータコア31の両端部でカシメられるために、ケース47の開口部両端部に設けられている。
The
そしてケース47は貫通された磁石固定孔33に挿入され、ロータコア31の両端面から突出されたカシメ部48が、図8に示すようにカシメられることにより、ケース47が磁石固定孔33に強固に固定される。つまりロータコア31の両端面のカシメ部48をカシメ部48の根元部から直角にロータコア31の端面方向に折り曲げることによってカシメ部48の平面部とロータコア31の両端面とが圧着される。そしてロータコア31の両端面をカシメ部48の平面部で挟持することによってケース47を磁石固定孔33に強固に固定する。
The
以上より、第2の実施形態においても、第1の実施形態と同様の理由により低温時及び高温時において、ケース47と、ケース47に圧入される永久磁石32との間に隙間が発生される虞はない。またケース47と磁石固定孔33との間についても、ケース47はカシメによって強固に磁石固定孔33固定され移動が規制されている。これにより低温時及び高温時において、ケース47が脱落したり、ケース47と磁石固定孔33との間でガタが発生し、振動等によってケース47の揺動が発生しケース47が摩損したり破損されることはない。また、延いてはケース47に圧入される永久磁石32が摩損されたり破損されることはない。さらにはケース47を、磁石固定孔33に圧入するための、磁石固定孔33の各内面33a、33bへの精度の高い加工や厳重な寸法管理が不要となりコストの低減が図れる。
As described above, also in the second embodiment, a gap is generated between the
次に第3の実施形態について図9に基づいて説明する。第3の実施形態は、第1及び第2の実施形態に対し、ケース37に永久磁石32をさらに強固に固定するための永久磁石固定部であるカシメ部47eを追加した点のみが異なる。第1及び第2の実施形態と同様の部品には同符号を付し説明は省略するとともに、同様の作用についても説明を省略し、変更点についてのみ説明する。なお、説明には第2の実施形態を利用するが第1の実施形態についても同様に適用できるものである。
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. The third embodiment is different from the first and second embodiments only in that a
第3の実施形態においては図9に示すように、カシメ部47eは、ケース47の薄肉の周縁部47bの対向する2箇所の長手部の両端部から周縁部47bの一部が2箇所ずつ所定量立設され形成される。またカシメ部47eは、永久磁石32の上端面、及び下端面でカシメられるために、ケース47の開口部の両端部に同様に設けられている。
In the third embodiment, as shown in FIG. 9, the
そして、常温時において、ケース47の挿入孔47cに第1、第2の実施形態と同様の嵌合代にて永久磁石32が圧入され嵌着される。永久磁石32が挿入孔47cに嵌着された後に、永久磁石32の上端面、及び下端面から突出されたケース47のカシメ部47eが、図9に示すように永久磁石32の上端面、及び下端面に圧着するようにカシメられ、永久磁石32がケース47に強固に固定される。
Then, at normal temperature, the
なお、上述した第3の実施形態において、カシメ部47eは、ケース47の薄肉の周縁部47bの対向する長手部両端部から2箇所ずつの合計4箇所が立設され形成された。しかしこれに限らず、立設された4箇所のカシメ部47eのうち1箇所以上が形成され、カシメされてもよく、これによっても十分な効果が得られる。
In the third embodiment described above, the
また、カシメ部47eは永久磁石32の上端面、及び下端面に圧着されて永久磁石32とケース47とを強固に固定している。しかしこれに限らず、カシメ部47eの平面部と、永久磁石32の上端面、及び下端面との間に隙間があるよう構成されてもよい。これによってもケース47から永久磁石32が抜け出ることを防止する効果は十分得られる。
Further, the
上述の説明から明らかなように、第3の実施形態においては、第1、第2の実施形態と同様の効果が得られるのに加え、ケース47に圧入される永久磁石32がケース47から抜け出る虞がなく、信頼性の更なる向上が図られる。
As apparent from the above description, in the third embodiment, the same effects as those in the first and second embodiments can be obtained, and the
なお、第1、第2及び第3の実施形態においては、ステータ20の内側にロータ30が配置されるインナーロータ型のモータ10について説明したが、これに限らずステータが中央に配置され、ステータの周りに回転されるロータが配置されるいわゆるアウタロータ型のモータにも適用できる。
In the first, second, and third embodiments, the inner
10・・・モータ、11・・・シャフト、20・・・ステータ、21・・・ステータコア、22・・・ティース、30・・・ロータ、31・・・ロータコア、32・・・永久磁石、33・・・磁石固定孔、35・・・ブリッジ、37・・・ケース、37a・・・厚肉の突起部、37b・・・薄肉の周縁部、38・・・ロータコア本体、39・・・厚肉部、47・・・ケース、47e・・・永久磁石固定部(カシメ部)、48・・・カシメ部、Lm・・・永久磁石厚み、Lk・・・突起部厚み、Lc2・・・スロット部幅、Lc3・・・磁石固定孔幅、L1k・・・薄肉の周縁部厚み。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記ロータコアに円周方向に並列して所定ピッチで軸線方向に貫通して形成された複数の磁石固定孔にそれぞれ固定された複数の永久磁石と、
前記ロータコアの貫通孔に嵌着されるシャフトと、を有するモータのロータにおいて、
前記永久磁石が嵌着される挿入孔が形成された非磁性金属製のケースと、
前記ケースを前記磁石固定孔に機械的に固定する固定手段と、を備えたことを特徴とするモータのロータ。 A rotor core having a through hole formed in the center of the laminated thin plate core plate;
A plurality of permanent magnets respectively fixed to a plurality of magnet fixing holes formed in parallel to the rotor core in the circumferential direction and penetrating in the axial direction at a predetermined pitch;
In a rotor of a motor having a shaft fitted in the through hole of the rotor core,
A non-magnetic metal case in which an insertion hole into which the permanent magnet is fitted is formed;
And a fixing means for mechanically fixing the case to the magnet fixing hole.
前記永久磁石の熱膨張係数をαmとし、前記ケースの熱膨張係数をαkとすると、αk>αmであることを特徴とするモータのロータ。 In Claim 1, the permanent magnet is press-fitted or shrink-fitted into the insertion hole of the case with a fitting allowance at room temperature set so that a predetermined fitting allowance is secured even at high temperatures. ,
A motor rotor, wherein αk> αm, where αm is a thermal expansion coefficient of the permanent magnet and αk is a thermal expansion coefficient of the case.
前記ロータコアの熱膨張係数をαcとすると、前記αk>前記αc>前記αmであることを特徴とするモータのロータ。 In claim 2, the fixing means is that the case fitted with the permanent magnet is press-fitted into the magnet fixing hole,
The rotor of the motor, wherein αc>αc> αm, where αc is a coefficient of thermal expansion of the rotor core.
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