JP2018088748A - ロータ端板及び埋込磁石型同期回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータ端板の軸方向寸法を短縮する。
【解決手段】ロータコア１２の磁石挿入孔１２ｂには永久磁石１４が挿入されている。ロータコア１２の端面にはロータ端板３０が接触して配置されている。ロータコア１２及びロータ端板３０は、焼き嵌めによりシャフト１７に固定されている。ロータ端板３０は、強度部材で形成した内周側リング体３１と、内周側リング体３１に対して同心状に配置して接合された非磁性材料で形成した外周側リング体３２とで形成されている。内周側リング体３１はトルク伝達をし、外周側リング体３２は磁石挿入孔１２ｂの端面を閉塞する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロータ端板及び埋込磁石型同期回転電機に関し、回転子の両端面に取り付けられるロータ端板の構造に工夫をしたものである。

永久磁石型同期モータの一種として埋込磁石型同期モータ（Interior Permanent Magnet Synchronous Motor：IPM同期モータ）がある。IPM同期モータでは、永久磁石がロータの内部に埋め込まれている。

ここで従来のIPM同期モータの一例を、図７を参照して説明する。IPM同期モータは、固定子（図示省略）と回転子１とを有している。図７に示す回転子１のロータコア２は、リング板状の多数枚の電磁鋼板を積層して形成されている。ロータコア２の径方向の中央部には、軸方向に伸びるシャフト貫通孔２ａが形成され、ロータコア２の周方向の複数箇所には、軸方向に延びる磁石挿入孔２ｂが形成されている。

ロータコア２の両端面には、リング板状のロータ締め金３（図８参照）が配置されている。ロータ締め金３の径方向の中央部には、シャフト貫通孔３ａが形成されている。このロータ締め金３は、強度部材（例えば、鋼）などにより形成されている。
そして、一端（右）側のロータ締め金３と他端（左）側のロータ締め金３は、ロータコア２を貫通するボルト（図示省略）により、両側のロータ締め金３相互が近づく向きに締め込まれている。このようにしているため、ロータコア２は、両端面に配置されたロータ締め金３により、軸方向に沿い締め付けられている。

ロータコア２に形成された各磁石挿入孔２ｂには、永久磁石４が挿入されている。なお、周方向に隣接する永久磁石４同士では、磁気極性（Ｎ極、Ｓ極）が異なるように、各永久磁石４が磁化されている。

ロータコア２の両端面には、リング板状のマグネットカバー５（図９参照）が取り付けられている。マグネットカバー５は、ロータ締め金３を内包することができる収容空間５ａを有し、その外径寸法はロータ締め金３の外径寸法よりも大きくなっている。マグネットカバー５の径方向の中央部には、シャフト貫通孔５ｂが形成されている。このマグネットカバー５は非磁性材料（例えば、アルミニウム合金）により形成されている。

このマグネットカバー５の収容空間５ａにより、ロータ締め金３を覆った（収容した）状態で、マグネットカバー５を、ボルト６によりロータ締め金３の外側端面（ロータコアの端面に接していない側の面）にボルト付けしている。このため、両端に配置したマグネットカバー５が、磁石挿入孔２ｂの両端面を閉塞し、両端に配置したマグネットカバー５が挿入済みの永久磁石４の両端面に当接する。これにより、永久磁石４を磁石挿入孔２ｂ内に接着固定するために、永久磁石４に塗布した接着剤が流出することを防止できる。また、永久磁石４の軸方向へのズレや脱落を防止することができる。マグネットカバー５は、非磁性材料により構成されているため、周方向に隣接する磁気極性が異なる永久磁石４同士が、マグネットカバー５を通して磁気短絡することはなく、漏れ磁束の発生を防止することができる。

ロータコア２に、ロータ締め金３、永久磁石４及びマグネットカバー５を組み付けた部材（ロータ本体）は、焼き嵌めによりシャフト７に固定されている。つまり、ロータ本体を加熱した状態で、シャフト７をロータコア２のシャフト貫通孔２ａ及びロータ締め金３のシャフト貫通孔３ａ並びにマグネットカバー５のシャフト貫通孔５ｂに挿通し、その後、ロータ本体が冷えることにより、焼き嵌めが完了する。このように焼き嵌めをすることにより、ロータ締め金３の内周面が、シャフト７に強固に固定・結合され、ロータ本体がシャフト７に固定される。

特開２０１３−１５８０７６号公報 特開２０１０−２５９２８７号公報

ところで上記従来技術では、マグネットカバー５を、ロータ締め金３の外側端面（ロータコアの端面に接していない側の面）にボルト付けしているため、回転子１の軸方向寸法が長くなっていた。図７の例で言えば、２×Ｌの寸法だけ、回転子１の軸方向寸法が長くなっていた。なお、Ｌは、マグネットカバー５の軸方向寸法から、ロータ締め金３の軸方向寸法を差し引いた寸法である。

本発明は、上記従来技術に鑑み、IPM同期モータを含めた埋込磁石型同期回転電機の軸方向寸法の短縮化を図ることができる、ロータ端板及び埋込磁石型同期回転電機を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明のロータ端板は、
永久磁石が挿入されたロータコアの端面に接触した状態で配置されるロータ端板であって、
前記ロータ端板は、
強度部材により形成されたリング板状の内周側リング体と、
非磁性材料により形成されたリング板状の外周側リング体と、
で形成されていることを特徴とする。

また本発明のロータ端板は、
前記内周側リング体と前記外周側リング体は、塑性流動結合または機械的結合または溶接により接合されていることを特徴とする。

また本発明のロータ端板は、
前記外周側リング体は、その内周面が前記内周側リング体の外周面に接合され且つ前記内周側リング体に対して同心状に配置されて、前記ロータコアの端面のうち前記永久磁石が挿入された部分を閉塞することを特徴とする。

また本発明のロータ端板は、
前記強度部材が鋼であり、前記非磁性材料がアルミニウム合金またはステンレスであることを特徴とする。

また本発明の埋込磁石型同期回転電機は、
永久磁石が挿入されたロータコアの端面に、前記のいずれか一のロータ端板を接触した状態で配置した回転子を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、ロータ端板は、内周側リング体と外周側リング体とが一体となったリング板状部材であるため、ロータ端板の軸方向寸法及び埋込磁石型同期回転電機の軸方向寸法を短縮化することができる。

本発明の実施例に係るIPM同期モータを示す断面図。 本発明の実施例に係るロータ端板を示す斜視図。 機械的結合により接合されたロータ端板の具体例を示す正面図。 機械的結合により接合されたロータ端板の具体例を示す断面図。 機械的結合により接合されたロータ端板の具体例の他の例を示す正面図。 機械的結合により接合されたロータ端板の具体例の他の例を示す断面図。 従来のIPM同期モータの一例を示す断面図。 従来技術で用いられているロータ締め金を示す斜視図。 従来技術で用いられているマグネットカバーを示す斜視図。

以下、本発明に係るロータ端板及びこのロータ端板を備えたIPM同期モータを、実施例に基づき詳細に説明する。

〔実施例〕
本発明の実施例に係るロータ端板及びこのロータ端板を備えたIPM同期モータを、図１及び図２を参照して説明する。

図１に示す実施例１に係るIPM同期モータは、固定子（図示省略）と回転子１１を有している。回転子１１のロータコア１２は、リング板状の多数枚の電磁鋼板を積層して形成されている。ロータコア１２の径方向の中央部には、軸方向に伸びるシャフト貫通孔１２ａが形成され、ロータコア１２の周方向の複数箇所には、軸方向に延びる磁石挿入孔１２ｂが形成されている。

ロータコア１２に形成された各磁石挿入孔１２ｂには、永久磁石１４が挿入されている。つまり、ロータコア１２に永久磁石１４が埋め込まれている。周方向に隣接する永久磁石１４同士では、磁気極性（Ｎ極、Ｓ極）が異なるように、各永久磁石１４が磁化されている。なお永久磁石１４を磁石挿入孔１２ｂに挿入する際には、永久磁石１４の表面に接着剤を塗布している。永久磁石１４を挿入した後に接着剤が固化することにより、永久磁石１４は磁石挿入孔１２ｂ内に接着・固定される。

リング板状のロータ端板３０（図２参照）は、ロータコア１２の両端面に接触した状態で配置されている。ロータ端板３０の径方向の中央部には、シャフト貫通孔３０ａが形成されている。このロータ端板３０の詳細構造は後述する。

ロータコア１２に、永久磁石１４及びロータ端板３０を組み付けた部材（ロータ本体）は、両側のロータ端板３０相互が近づく向きに加締めされた状態で、焼き嵌めによりシャフト１７に固定されている。つまり、加締めされたロータ本体を加熱した状態で、シャフト１７をロータコア１２のシャフト貫通孔１２ａ及びロータ端板３０のシャフト貫通孔３０ａに挿通し、その後、ロータ本体が冷えることにより、焼き嵌めが完了する。このように焼き嵌めをすることにより、ロータ端板３０の内周面が、シャフト１７に強固に固定・結合され、ロータ本体がシャフト１７に固定される。なお、焼き嵌め工程が完了した後は、加締めは解除されるが、ロータコア１２は、シャフト１７に固定・結合された両側のロータ端板３０により、両側のロータ端板３０相互が近づく向きに締め付けられている。

ロータ端板３０は、強度部材（例えば鋼）により形成されたリング板状の内周側リング体３１と、非磁性材料（例えばアルミニウム合金またはステンレス）により形成されたリング板状の外周側リング体３２とで形成されている。内周側リング体３１の外周面に外周側リング体３２の内周面が緊密に接合されており、内周側リング体３１と外周側リング体３２とが一体となって、１枚のリング板状のロータ端板３０が形成されている。換言すると、内周側リング体３１に対して外周側リング体３２が径方向に重ねられて（同心状に配置されて）、ロータ端板３０が形成されている。

内周側リング体３１（ロータ端板３０）の径方向中央部に形成されたシャフト貫通孔３０ａの径は、シャフト１７に焼嵌めができる寸法に設定している。
外周側リング体３２の径方向の寸法（内径寸法及び外径寸法）は、外周側リング体３２（ロータ端板３０）が、ロータコア１２の端面に接触して配置された際に、外周側リング体３２の端面が磁石挿入孔１２ｂの端面を閉塞できる寸法になっている。

内周側リング体３１は、強度部材により形成されているため、焼き嵌めによりシャフト１７に嵌め込まれる際に生ずる締め代による応力に耐えることができ、且つ、トルク伝達が可能である。
外周側リング体３２は、ロータコア１２の端面に配置された際に磁石挿入孔１２ｂを閉塞するため、永久磁石１４に塗布した接着剤の流出を防止することができ、また、永久磁石１４の軸方向へのズレや脱落を防止することができる。また、外周側リング体３２は、非磁性材料により形成されているため、永久磁石１４の端面に接触しても、周方向に隣接する磁気極性が異なる永久磁石１４どうしが、外周側リング体３２を通して磁気短絡することはなく、漏れ磁束の発生を防止することができる。

前述したように、ロータ端板３０は、内周側リング体３１と外周側リング体３２が径方向に重ねられて（同心状に配置されて）形成されているため、ロータ端板３０の軸方向の厚さが、従来技術に比べて薄くなる。
つまり、従来では図７に示すように、ロータ締め金３とマグネットカバー５が軸方向に沿い重ねられていたが、本実施例では、内周側リング体３１と外周側リング体３２が径方向に重ねられて（同心状に配置されて）形成されているため、軸方向の厚さが薄くなる。
このように、ロータ端板３０の軸方向寸法が小さくなるため、回転子１１の軸方向寸法を短縮することができ、IPM同期モータの軸方向寸法を短縮することができる。

なお、ロータ端板３０（外周側リング体３２）の外周部分の角部に、面取り加工をしていてもよい。このような面取り加工をしていれば、回転子１１を固定子に組み込む際に、固定子鉄心の内径やコイルを傷つけにくくなる。

次に、内周側リング体３１と外周側リング体３２の具体的材料と、接合方法について、具体的に説明する。

具体例１では、内周側リング体３１を鋼（Ｓ４５Ｃ等）とし、外周側リング体３２をアルミニウム合金とし、両者を異種金属接合する接合方法として、塑性流動結合を採用する。

具体例２では、内周側リング体３１を鋼（Ｓ４５Ｃ等）とし、外周側リング体３２をステンレス（オーステナイト系）とし、両者を異種金属接合する接合方法として、塑性流動結合を採用する。

具体例３では、内周側リング体３１を鋼（Ｓ４５Ｃ等）とし、外周側リング体３２をアルミニウム合金とし、両者を異種金属接合する接合方法として、機械的結合を採用する。機械的結合とは、ボルトやリベット等を用いて結合する手法である。
図３及び図４は、ボルト３３を用いて結合したものであり、内周側リング体３１の外周部と外周側リング体３２の内周部とを嵌め合わせて組み込み、ボルト３３により締結したものである。
図５及び図６は、リベット３４を用いて結合したものであり、内周側リング体３１の外周部と外周側リング体３２の内周部とを嵌め合わせて組み込み、リベット３４により締結したものである。

具体例４では、内周側リング体３１を鋼（Ｓ４５Ｃ等）とし、外周側リング体３２をステンレス（オーステナイト系）とし、両者を異種金属接合する接合方法として、機械的結合（ボルト締結やリベット締結等）を採用する。

具体例５では、内周側リング体３１を鋼（Ｓ４５Ｃ等）とし、外周側リング体３２をアルミニウム合金とし、両者を異種金属接合する接合方法として、溶接（融接、圧接、ろう接）を採用する。

具体例６では、内周側リング体３１を鋼（Ｓ４５Ｃ等）とし、外周側リング体３２をステンレス（オーステナイト系）とし、両者を異種金属接合する接合方法として、溶接（融接、圧接、ろう接）を採用する。

本発明は、埋込磁石型同期モータのみならず、埋込磁石型同期発電機にも適用することができる。

１，１１ 回転子
２，１２ ロータコア
２ａ，１２ａ シャフト貫通孔
２ｂ，１２ｂ 磁石挿入孔
３ ロータ締め金
３ａ シャフト貫通孔
４，１４ 永久磁石
５ マグネットカバー
５ａ 収容空間
５ｂ シャフト貫通孔
６ ボルト
７，１７ シャフト
３０ ロータ端板
３０ａ シャフト貫通孔
３１ 内周側リング体（強度部材）
３２ 外周側リング体（非磁性材）
３３ ボルト
３４ リベット

Claims (5)

1. 永久磁石が挿入されたロータコアの端面に接触した状態で配置されるロータ端板であって、
   前記ロータ端板は、
   強度部材により形成されたリング板状の内周側リング体と、
   非磁性材料により形成されたリング板状の外周側リング体と、
   で形成されていることを特徴とするロータ端板。
2. 請求項１において、
   前記内周側リング体と前記外周側リング体は、塑性流動結合または機械的結合または溶接により接合されていることを特徴とするロータ端板。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記外周側リング体は、その内周面が前記内周側リング体の外周面に接合され且つ前記内周側リング体に対して同心状に配置されて、前記ロータコアの端面のうち前記永久磁石が挿入された部分を閉塞することを特徴とするロータ端板。
4. 請求項１ないし請求項３の何れか一項において、
   前記強度部材が鋼であり、前記非磁性材料がアルミニウム合金またはステンレスであることを特徴とするロータ端板。
5. 永久磁石が挿入されたロータコアの端面に、請求項１ないし請求項４の何れか一項のロータ端板を接触した状態で配置した回転子を備えていることを特徴とする埋込磁石型同期回転電機。