JP2015023620A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】本明細書は、磁石が挿通されたロータコアを備えるモータにおいて、磁石の一部だけを絶縁体で覆い、絶縁材の使用量を減らしつつ、磁石における渦電流の発生を抑制する技術を提供する。【解決手段】本明細書が開示するモータ２では、ロータコア５に磁石８が挿通されている。磁石８は、ロータコア５の軸線ＣＬの方向に平行な側面のうち、軸線方向の両端の全周が絶縁被膜９で覆われている。また、磁石８は、その両端が絶縁被膜９を介してロータコア５に支持されている。さらに磁石８は、絶縁被膜９で覆われている両端の間の側面領域が絶縁被膜で覆われておらず、かつ、ロータコア５と非接触である。【選択図】図１

Description

本発明は、ロータコアに永久磁石が埋め込まれたモータ（電動機）に関する。ロータコアに磁石が埋め込まれたモータは、ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータと呼ばれる。なお、本明細書では、「ＩＰＭモータ」を単に「モータ」と称し、「永久磁石」を単に「磁石」と称する。

モータにおいては、ロータを通過する磁力により渦電流が発生する。渦電流はモータの効率を低下させるため、少ないことが望ましい。渦電流の発生を抑制するため、絶縁コーティングされた円盤状の電磁鋼板を多数積層したり、絶縁コーティングされた磁性粉体を圧縮成形してロータコアが作られる。前者の例が特許文献１−３に開示されており、後者の例が特許文献４に開示されている。ロータコアだけでなく、ロータコアに埋め込まれた磁石の内部や表面でも渦電流が発生し得る。磁石とロータコアの接触部位でロータコアの絶縁コーティングが破壊されて磁石とロータコアが導通すると、磁石で発生した渦電流がロータコアに流れ、モータの損失が増大する。

そこで、特許文献１−３では、ロータコアを絶縁コーティングするだけでなく、磁石を絶縁コーティングする、あるいは、ロータコアの磁石挿通孔と磁石の間に隙間を設けてその隙間を絶縁材で充填する、などの対策が提案されている。特に、特許文献１では、磁石の断面よりも一回り大きい磁石挿通孔をロータコアに形成し、磁石が挿入孔の軸線に対して傾斜するように磁石を配置する。挿入孔と磁石の間の隙間にはエポキシ樹脂やシリコン樹脂が充填される。磁石の両端は電磁鋼板に接触するが、傾斜して配置されているので、両端以外はロータコアに接触しない。ロータコアは、絶縁コーティングされた電磁鋼板を積層したものであり、両端のいずれかで電磁鋼板との絶縁が確保されていれば、磁石で発生した渦電流による損失を小さくすることができる。また、特許文献２では、磁石全体を樹脂でコーティングしてロータコアに埋め込む。特許文献３では、磁石全体を酸化被膜でコーティングしてロータコアに埋め込む。すなわち、樹脂や酸化被膜が、絶縁コーティング材として選定される。

国際公開ＷＯ２０１２／１６９０４３号公報 特開２００５−０９４８４５号公報 特開２０１０−１８３６９２号公報 特開２００４−１４０９５１号公報

特許文献１−３の技術ではいずれも、磁石全体が絶縁体で覆われるか、あるいは、磁石とロータコアの隙間全体が絶縁体で充填される。本明細書は、磁石の一部だけを絶縁体で覆い、絶縁材の使用量を減らしつつ、磁石にて発生する渦電流によるモータ損失を小さくする技術を提供する。

本明細書が開示するモータは、ロータコアに永久磁石が挿通されているモータであって、以下の特徴を有する。ロータコアにはその軸線方向に伸びる磁石挿通孔が形成されており、磁石はその挿通孔に挿通されている。磁石は、ロータの軸線方向に平行な側面のうち、軸線方向の両端が絶縁被膜で覆われている。また、その両端が、絶縁被膜を介してロータコアに支持されている。さらに、絶縁被膜で覆われている両端の間の側面領域が絶縁被膜で覆われておらず、かつ、ロータコアと非接触である。即ち、磁石両端の絶縁被膜がスペーサの役割を果たし、両端以外の領域では磁石側面と挿通孔内面との間に隙間を確保する。この隙間が絶縁層となり、磁石とロータコアの導通が防止される。なお、ロータコアは、前述したように、絶縁コーティングされた円盤状の複数の電磁鋼板が軸線方向に積層されたタイプであってもよいし、絶縁コーティングされた磁性粉体を圧縮成形するタイプであってもよい。

本明細書が開示するモータは、磁石全体を絶縁体で覆う必要がないので絶縁材の使用量を削減することができる。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例のモータの縦断面図である。 円盤状の電磁鋼板の斜視図である。 図１のIII−III線に沿ったロータの断面図である。 図１のIV−IV線に沿ったロータの断面図である。

図面を参照して実施例のモータの構造を説明する。図１は、モータ２の縦断面図（ロータの軸線ＣＬを含む断面図）である。モータ２は、ケース２２に収められたロータ３とステータ１２で構成される。ステータ１２は、電磁鋼板を積層したステータコア１３とコイル１４で構成される。モータ２は、ロータコアに磁石が挿通されたＩＰＭモータである。

ロータ３の構造について説明する。ロータ３は、シャフト４とロータコア５と複数の磁石（永久磁石）８で構成される。ロータコア５は、円筒形状であり、軸線方向に中央貫通孔５ａを有するとともに、周方向に中央貫通孔５ａを囲むように複数の磁石挿通孔５ｂを有する。中央貫通孔５ａにシャフト４が挿通されており、磁石挿通孔５ｂに磁石８（永久磁石）が挿通されている。ロータコア５は、軸線ＣＬに沿った両端をナット６で締め付けられており、シャフト４に固定されている。シャフト４は、ロータコア５の軸線方向の両端に伸びており、軸受２１を介してモータのケース２２に支持されている。なお、符号２３は、ケース２２と回転するシャフト４との間を封止するシール材である。

ロータコア５は、円板状の複数の電磁鋼板１５を積層して作られている。各電磁鋼板１５は、絶縁被膜されており、隣接する電磁鋼板とは絶縁されている。ロータコア５が相互に絶縁された電磁鋼板の積層体で作られていることにより、磁力が通過するときに発生する渦電流が大きくならないようになっている。図２に一枚の電磁鋼板１５の斜視図を示す。電磁鋼板１５は、中心に貫通孔１５ａを有するリング状の円盤である。電磁鋼板１５には、貫通孔１５ａを囲むように４箇所に矩形孔１５ｂが形成されている。

複数の電磁鋼板１５を積層したとき、矩形孔１５ｂが連なって断面が矩形の磁石挿通孔５ｂが構成される。その磁石挿通孔５ｂに磁石８が挿通される。矩形孔１５ｂの大きさ（軸線ＣＬの直交方向における大きさ）は、磁石８の断面より一回り大きい。すなわち、磁石挿通孔５ｂの大きさは、磁石８の断面よりも一回り大きい。

磁石挿通孔５ｂと磁石８の関係を図１、及び、図３と図４を参照して説明する。図３は、図１のIII−III線に沿ったロータ３の断面図を示しており、図４は図１のIV−IV線に沿ったロータ３の断面図を示している。磁石８はロータの軸線ＣＬの方向に長尺な直方体であり、軸線ＣＬに平行な側面のうち、その両端の全周に絶縁被膜９が施されている。絶縁被膜された領域の軸線方向の長さは、磁石８の軸線方向の全長の１／５０〜１／１０程度である。絶縁被膜の厚みは、１／１００ｍｍ〜１ｍｍ程度である。絶縁被膜９の厚みを含む磁石８の断面がほぼ磁石挿通孔５ｂの大きさに等しい。両端が被覆された磁石８を磁石挿通孔５ｂに通すと、両端の絶縁被膜９を施した部分が圧入状態となり、磁石８がロータコア５に固定される。別言すれば、磁石８は、軸線ＣＬに沿った両端が絶縁被膜９を介してロータコア５に支持される（図３参照）。また、磁石８の側面において、軸線ＣＬ方向の両端の間の領域（絶縁被膜された両端部位で挟まれた領域）は、絶縁被膜で覆われておらず、また、ロータコア５とも接していない（図４参照）。図４によく表されているように、磁石８の側面と矩形貫通孔５ｂの間には隙間Ｓｐが存在する。隙間Ｓｐの幅は、磁石両端の絶縁被膜の厚みに等しい。即ち、磁石両端の絶縁被膜９がスペーサの機能を果たし、隙間Ｓｐが確保される。ロータ３はロータコア５に４個の磁石８を有しているが、いずれの磁石も同様に絶縁被膜９を介して両端でロータコア５に支持され、両端の間はロータコア５と接していない。

モータ２の利点を説明する。図１、図３、図４に示されているように、磁石８は、その両端だけが絶縁被膜９で覆われており、両端の間の領域は絶縁被膜で覆われておらず露出している。モータ２は、磁石８の全部を絶縁被膜で覆う必要がないため、従来のモータと比較して絶縁被膜の材料が少量で済む。

一方、磁石両端の絶縁被膜の厚みにより、両端の間では、磁石８とロータコア５の磁石挿通孔５ｂの内面との間には隙間Ｓｐが確保される。この隙間Ｓｐにより、絶縁被膜が施されていない領域でも、磁石８とロータコア５の間の絶縁が保たれる。磁石８の両端では、磁石８に施された絶縁被膜９と、電磁鋼板１５に施された絶縁被膜の双方により、磁石８とロータコア５の間に高い絶縁性が確保される。このように、磁石８はロータコア５から確実に絶縁されるので、磁石８で発生した渦電流はロータコア５に大きな影響を与えない。それゆえ、磁石８で渦電流が発生してもモータの損失増大は抑制される。

実施例で説明したモータについての留意点を述べる。実施例のモータでは、ロータコア５は円盤状の電磁鋼板を積層したものであった。ロータコアは、そのようなタイプでなくともよく、例えば、絶縁被膜された磁性粉体と樹脂粉末を合わせて焼成したものであってもよい。

実施例のモータはロータコアに４個の直方体の磁石８（永久磁石）を備える。本明細書が開示する技術は、磁石の形状や個数に依存しない。たとえば、一つの極に対して軸線方向からみると「ヘの字」となるように細長い２つの直方体の磁石をロータコアに挿通したタイプであってもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：モータ
３：ロータ
４：シャフト
５：ロータコア
５ａ：中央貫通孔
５ｂ：矩形貫通孔
６：ナット
８：磁石
９：絶縁被膜
１２：ステータ
１３：ステータコア
１４：コイル
１５：電磁鋼板
１５ａ：貫通孔
１５ｂ：矩形孔
２１：軸受
２２：ケース
２３：シール材
ＣＬ：軸線
Ｓｐ：隙間

Claims (1)

1. ロータコアに磁石が挿通されているモータであって、
   前記磁石は、ロータコアの軸線方向に平行な側面のうち、前記軸線方向の両端が絶縁被膜で覆われているとともに前記両端が前記絶縁被膜を介してロータコアに支持されており、絶縁被膜で覆われている両端の間の側面領域が絶縁被膜で覆われておらず、かつ、ロータコアと非接触であることを特徴とするモータ。

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