JP2014236526A - 磁石埋込型回転子 - Google Patents

Abstract

【課題】スロットの樹脂埋込部への樹脂の充填性のよい磁石埋込型回転子を得ること。【解決手段】複数のスロット２１ａを外周に沿って等間隔に配置した円形の珪素鋼板２１ｂ，２１ｃを、多数積層して円柱状に形成し、厚さ及び幅が前記スロット２１ａの径方向の幅及び周方向の幅より小さい板状の磁石３０を前記スロット２１ａに埋込み、前記スロット２１ａと前記磁石３０との間の間隙に樹脂４０又は接着剤を充填して前記スロット２１ａ内に前記磁石３０を固定した磁石埋込型回転子２１において、前記スロット２１ａの所定の辺から前記スロット２１ａ内に突出し前記磁石３０を前記スロット２１ａ内で位置決めする突起２１ｄを、前記多数の珪素鋼板２１ｂ，２１ｃの一部にのみ設けた。【選択図】図２−４

Description

本発明は、工作機械等に用いられる電動機の磁石埋込型回転子に関する。

従来、周方向両側に樹脂埋込部を有する複数のスロットを外周に沿って等間隔に配置した円形の鋼板を、多数積層して円柱状に形成し、厚さ及び幅が前記スロットの径方向の幅及び周方向の幅より小さい板状の磁石を前記スロットに埋込み、前記樹脂埋込部に樹脂を充填して前記スロット内に前記磁石を固定した磁石埋込型回転子において、前記樹脂埋込部の径方向内側の辺から前記樹脂埋込部内に突出し前記磁石を係止する突起を前記鋼板に設けた磁石埋込型回転子が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−６３２７７号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された樹脂埋込部内に突出する突起は、樹脂埋込部の軸方向（積層鋼板の積上げ方向）の全長に亘って設けられている。

樹脂埋込部への樹脂の充填性は、充填時の圧力損失の大きさできまり、〔圧力損失∝ 流路長／流路面積〕で表されるので、高い充填性（流動性）を確保するには、流路面積の広い部分を長く、狭い部分を短くすることが必要である。特許文献１に記載された樹脂埋込部の構造では、樹脂を充填させて磁石を固定するとき、樹脂埋込部の軸方向の全長に亘って突起が設けられていて、突起の面積分、流路面積が狭くなるため、十分な樹脂の充填性を確保することができない、という問題がある。特に、流路長が長いほど、著しく充填性が悪くなる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、スロットの樹脂埋込部への樹脂の充填性のよい磁石埋込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、複数のスロットを外周に沿って等間隔に配置した円形の珪素鋼板を、多数積層して円柱状に形成し、厚さ及び幅が前記スロットの径方向の幅及び周方向の幅より小さい板状の磁石を前記スロットに埋込み、前記スロットと前記磁石との間の間隙に樹脂又は接着剤を充填して前記スロット内に前記磁石を固定した磁石埋込型回転子において、前記スロットの所定の辺から前記スロット内に突出し前記磁石を前記スロット内で位置決めする突起を、前記多数の珪素鋼板の一部にのみ設けたことを特徴とする。

この発明によれば、スロットの樹脂埋込部への樹脂の充填性のよい磁石埋込型回転子が得られる、という効果を奏する。

図１は、本発明に係る磁石埋込型回転子を備える電動機を示す縦断面図である。 図２−１は、実施の形態１の磁石埋込型回転子を示す斜視図である。 図２−２は、図２−１のＡ方向の矢視図である。 図２−３は、図２−１のＢ方向の一部破断矢視図である。 図２−４は、図２−２のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。 図２−５は、図２−３のＤ−Ｄ線に沿う横断面図である。 図２−６は、図２−３のＥ−Ｅ線に沿う横断面図である。 図２−７は、実施の形態１の磁石埋込型回転子の変形例を示す横断面図である。 図３は、実施の形態２の磁石埋込型回転子を示すスロットの縦断面図である。 図４は、実施の形態３の磁石埋込型回転子を示す横断面図である。 図５は、実施の形態４の磁石埋込型回転子を示す横断面図である。 図６は、実施の形態５の磁石埋込型回転子を示す横断面図である。

以下に、本発明にかか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、本発明に係る磁石埋込型回転子を備える電動機を示す縦断面図であり、図２−１は、実施の形態１の磁石埋込型回転子を示す斜視図であり、図２−２は、図２−１のＡ方向の矢視図であり、図２−３は、図２−１のＢ方向の一部破断矢視図であり、図２−４は、図２−２のＣ−Ｃ線に沿う断面図であり、図２−５は、図２−３のＤ−Ｄ線に沿う横断面図であり、図２−６は、図２−３のＥ−Ｅ線に沿う横断面図であり、図２−７は、実施の形態１の磁石埋込型回転子の変形例を示すスロットの縦断面図である。

図１に示すように、実施の形態１の電動機９１は、円筒状のフレーム１１と、フレーム１１内に嵌合された円筒状のステータ１２と、ステータ１２のティースに巻装されたコイル１３と、フレーム１１の両端部に固定された円盤状のブラケット１４と、ブラケット１４の中央に固定されたベアリング１５と、ベアリング１５に回転自在に支持されたシャフト１６と、シャフト１６に外嵌されステータ１２内に配置された実施の形態１の磁石埋込型回転子２１と、反負荷側のブラケット１４に取付けられ、シャフト１６の回転を検出する検出器１７と、を備えて成る。

図２−１〜図２−６に示すように、実施の形態１の磁石埋込型回転子２１は、四つ（複数）のスロット２１ａを外周に沿って等間隔に配置した円形の珪素鋼板２１ｂ、２１ｃ（図２−４参照）を、多数積層して円柱状に形成した積層鉄心２１ｍを備えている。円柱状の磁石埋込型回転子２１の中央には、シャフト１６が嵌合固定される軸孔が設けられている。スロット２１ａの径方向の幅及び周方向の幅（円弧幅）は、埋め込まれる磁石３０の径方向の厚さ及び周方向の幅（円弧幅）より大きく形成されている。

図２−５に示すように、珪素鋼板２１ｃには、スロット２１ａの周方向端部の辺からスロット２１ａ内に突出し磁石３０をスロット２１ａの中央に位置決めする矩形の突起２１ｄが設けられている。また、図２−６に示すように、珪素鋼板２１ｂには、スロット２１ａ内に突出する突起は設けられていない。積層鉄心２１ｍは、大部分が突起を有していない珪素鋼板２１ｂで構成され、一部分が突起２１ｄを有する珪素鋼板２１ｃで構成されている。

図２−４に示すように、実施の形態１の磁石埋込型回転子２１は、突起２１ｄを有する複数枚（例えば２枚）の珪素鋼板２１ｃを、磁石３０の軸方向両端部寄り｛突起が設けられていない複数枚（例えば２枚）の軸方向両端部の珪素鋼板２１ｂの内側｝に配置している。図２−４では、突起２１ｄと磁石３０との間に間隙が存在するが、実際には、間隙は無いか微小間隙となっている。他の図面も同様である。

突起２１ｄにガイドさせて、磁石３０をスロット２１ａ内に挿入し、スロット２１ａと磁石３０との間の間隙に樹脂４０を充填して固化させ、スロット２１ａ内に磁石３０を固定すれば、実施の形態１の磁石埋込型回転子２１が完成する。

実施の形態１の磁石埋込型回転子２１は、磁石３０をスロット２１ａの中央に位置決めする矩形の突起２１ｄを有する複数枚の珪素鋼板２１ｃを、磁石３０の軸方向両端部寄りに配置しているので、スロット２１ａ内の磁石３０の位置精度が高い。

また、スロット２１ａと磁石３０との間の間隙（流路）へ樹脂４０を充填するときの圧力損失は、各流路面積をＳｎ、各流路長をＬｎとすると、次の数式（１）で表される。

スロット２１ａと磁石３０との間の間隙（流路）への樹脂４０の充填性（流れ易さ）は、圧力損失が小さいほど良好であるが、実施の形態１の磁石埋込型回転子２１は、突起２１ｄを有する（流路面積Ｓｎの狭い）珪素鋼板２１ｃの流路長が短く、突起を有しない（流路面積Ｓｎの広い）珪素鋼板２１ｂの流路長が長いので、樹脂４０の充填性が良い。

実施の形態１の積層鉄心２１ｍは、突起を有していない珪素鋼板２１ｂと、突起２１ｄを有する珪素鋼板２１ｃで構成されており、突起２１ｄを配置したい位置に珪素鋼板２１ｃを積層することにより、突起２１ｄの配置位置を任意に変更することができる。また、珪素鋼板２１ｂの積層枚数を増減することにより、積層鉄心２１ｍの長さを任意に変更することができる。

図２−７に示すように、実施の形態１の磁石埋込型回転子２１の変形例として、珪素鋼板２１ｃに、スロット２１ａの周方向端部の辺からスロット２１ａ内に突出し磁石３０をスロット２１ａの周方向中央に位置決めする台形（先細）の突起２１ｅを設けると共に、スロット２１ａの径方向外側及び内側の辺からスロット２１ａ内に径方向に突出し磁石３０をスロット２１ａの径方向中央に位置決めする台形（先細）の突起２１ｆを設けてもよい。突起２１ｅ及び２１ｆを設けることにより、磁石３０をスロット２１ａの周方向及び径方向の中央に精密に位置決めすることができる。

実施の形態２．
図３は、実施の形態２の磁石埋込型回転子を示すスロットの縦断面図である。図３に示すように、実施の形態２の磁石埋込型回転子２２は、実施の形態１の磁石埋込型回転子２１よりも軸方向に長く形成され、スロット２２ａには、軸方向に複数の磁石３１が埋め込まれている。突起２２ｄを有する珪素鋼板２２ｃを、夫々の磁石３１の軸方向両端部寄りに１枚又は複数枚づつ配置し、他の部分は、突起を有さない珪素鋼板２２ｂを積層している。

実施の形態２の磁石埋込型回転子２２は、突起２２ｄを有する（流路面積Ｓｎの狭い）珪素鋼板２２ｃの流路長が短く、突起を有しない（流路面積Ｓｎの広い）珪素鋼板２２ｂの流路長が長いので、樹脂４０の充填性が良い。

実施の形態３．
図４は、実施の形態３の磁石埋込型回転子を示す横断面図である。図４に示すように、実施の形態３の磁石埋込型回転子２３の珪素鋼板２３ｃには、スロット２３ａの周方向端部の辺からスロット２３ａ内に突出し磁石３０をスロット２３ａの周方向の中央に位置決めする三角形（先細）の突起２３ｄが設けられている。

実施の形態３の珪素鋼板２３ｃの突起２３ｄは、三角形であり、実施の形態１の珪素鋼板２１ｃの矩形の突起２１ｄと比較して面積が狭いので、樹脂４０を充填するための流路面積が広くなり、樹脂４０の充填性がさらに改善されている。

実施の形態４．
図５は、実施の形態４の磁石埋込型回転子を示す横断面図である。図５に示すように、実施の形態４の磁石埋込型回転子２４の珪素鋼板２４ｃには、スロット２４ａの径方向外側の辺からスロット２４ａ内に突出し、磁石３２の凹部と嵌合して磁石３２をスロット２４ａの径方向外側、周方向中央に位置決めする矩形の突起２４ｄが設けられている。

実施の形態４の珪素鋼板２４ｃの突起２４ｄは、矩形であり、磁石３２の凹部と嵌合するので、磁石３２を高精度に位置決めすることができる。

実施の形態５．
図６は、実施の形態５の磁石埋込型回転子を示す横断面図である。図６に示すように、実施の形態５の磁石埋込型回転子２５の珪素鋼板２５ｃには、スロット２５ａの周方向の一端の辺からスロット２５ａ内に突出し、磁石３０の他端をスロット２５ａの周方向他端に位置決めする突起２５ｄが設けられている。なお、スロット２５ａの径方向の外側又は内側の辺からスロット２５ａ内に突出し、磁石３０の径方向の内側又は外側をスロット２５ａの径方向内側又は外側に位置決めする突起を設けてもよい。

実施の形態６．
実施の形態１〜５の磁石埋込型回転子２１〜２５のスロット２１ａ〜２５ａに充填する樹脂４０は、熱硬化性樹脂であっても、熱可塑性樹脂であってもよい。また、樹脂４０に替えて、接着剤を用いてもよい。

１１ フレーム、１２ ステータ、１３ コイル、１４ ブラケット、１５ ベアリング、１６ シャフト、１７ 検出器、２１，２２，２３，２４，２５ 磁石埋込型回転子、２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ，２５ａ スロット、２１ｂ，２１ｃ，２２ｂ，２２ｃ，２３ｃ，２４ｃ，２５ｃ 珪素鋼板、２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ，２２ｄ，２３ｄ，２４ｄ，２５ｄ 突起、２１ｍ 積層鉄心、３０，３１，３２ 磁石、４０ 樹脂、９１ 電動機。

Claims (8)

1. 複数のスロットを外周に沿って等間隔に配置した円形の珪素鋼板を、多数積層して円柱状に形成し、厚さ及び幅が前記スロットの径方向の幅及び周方向の幅より小さい板状の磁石を前記スロットに埋込み、前記スロットと前記磁石との間の間隙に樹脂又は接着剤を充填して前記スロット内に前記磁石を固定した磁石埋込型回転子において、
   前記スロットの所定の辺から前記スロット内に突出し前記磁石を前記スロット内で位置決めする突起を、前記多数の珪素鋼板の一部にのみ設けたことを特徴とする磁石埋込型回転子。
2. 前記突起を有する珪素鋼板を、前記磁石の軸方向両端部寄りに配置したことを特徴とする請求項１に記載の磁石埋込型回転子。
3. 前記スロットには、軸方向に複数の磁石が埋め込まれ、前記突起を有する珪素鋼板を、夫々の磁石の軸方向両端部寄りに配置したことを特徴とする請求項１に記載の磁石埋込型回転子。
4. 前記突起は、前記スロットの周方向端部の辺から前記スロット内に突出していることを特徴とする請求項１に記載の磁石埋込型回転子。
5. 前記突起は、前記スロットの径方向外側又は内側の辺から前記スロット内に突出していることを特徴とする請求項１に記載の磁石埋込型回転子。
6. 前記突起は、先細に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁石埋込型回転子。
7. 前記突起は、前記スロットの径方向外側の辺から前記スロット内に突出し、前記磁石に設けられた凹部と嵌合していることを特徴とする請求項１に記載の磁石埋込型回転子。
8. 前記突起は、スロットの周方向の一端の辺から前記スロット内に突出し、前記磁石の他端をスロットの周方向他端に位置決めすることを特徴とする請求項１に記載の磁石埋込型回転子。

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