JP2019080381A

JP2019080381A - ロータ及び電動機

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Publication number: JP2019080381A
Application number: JP2017203598A
Authority: JP
Inventors: 玲央新井; Reo Arai
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2017-10-20
Filing date: 2017-10-20
Publication date: 2019-05-23
Anticipated expiration: 2037-10-20
Also published as: CN208797797U; US10742081B2; CN109698591B; JP6622776B2; US20190123606A1; CN109698591A; DE102018007986A1

Abstract

【課題】製造時の工数を抑制できるロータ及び電動機を提供する。【解決手段】ロータ１０は、軸方向Ｄ１に隣接して回転軸１１に固定される筒状のロータコアブロック１２，１３であって、その軸方向Ｄ１の端面に間隔をあけて配置され、軸方向Ｄ１に延びる挿入部１２１，１３１と、周方向に間隔をあけて配置され、軸方向Ｄ１に沿って延びるスロット１２２，１３２と、を有し、隣接するロータコアブロック１２，１３において、挿入部１２１，１３１が対面して連続し且つスロット１２２，１３２が対面して連続する、複数のロータコアブロック１２，１３と、軸方向Ｄ１に直交する直交面方向に弾性を有し、軸方向Ｄ１に対面する挿入部１２１，１３１に挿入されて軸方向Ｄ１に隣接するロータコアブロック１２，１３を固定する複数の固定ピン１４と、複数のロータコアブロック１２，１３に跨ってスロット１２２，１３２に配置される複数のマグネット１５と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、ロータ及び電動機に関する。

従来、電動機（モータ）におけるロータ（回転子）の一つとして、環状（円盤状）の電磁鋼板が軸方向に積層されたロータコアが、回転軸（シャフト）に固定されて構成されるものがある。電磁鋼板には磁気異方性があり、電磁鋼板を単純に積み重ねただけでは、ロータに不要な磁気的方向性が生じてしまう。この磁気的方向性に加え、ステータのスロット数、ステータの形状、ステータの磁気異方性などが影響し合うことで、コギングトルクが悪化し、電動機の送りの滑らかさが損なわれることがある。

このようなことを回避するために、第１の手法として、電磁鋼板を１枚ずつ所定の角度ずつ回転させて積層した上で、電磁鋼板に形成されている貫通孔にマグネット（磁石）を装着することで、ロータコアを作成することがある（例えば、特許文献１参照）。作成されたロータコアは、回転軸に圧入される。

あるいは、第２の手法として、ロータコアを分割して、複数のロータコアブロックを作成する。マグネットは、分割したサイズに合わせた物が使用される。この場合、分割して作成した複数のロータコアブロックは、回転させられて重ねられた上で、回転軸に圧入される。

特開２００７−２８２３９２号公報

上記第１の手法では、電磁鋼板を１枚ずつ回転させて積層するので、その分の工数が増加して、ヒットレートを稼ぐことができない。また、電磁鋼板を回転させる専用の設備が必要になる。

通常、マグネットの数量は極数であるが、上記第２の手法においてマグネットは、極数にロータコアブロックの分割数を乗じた数量が必要であり、その分の工数が増加する。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、製造時の工数を抑制することができるロータ、及び電動機を提供することを目的とする。

（１）本発明は、回転軸（例えば、後述の回転軸１１）の軸方向（例えば、後述の軸方向Ｄ１）に隣接するように配置されて前記回転軸に固定される筒状の複数のロータコアブロック（例えば、後述の第１のロータコアブロック１２、及び第２のロータコアブロック１３）であって、前記ロータコアブロックの前記軸方向の端面に間隔をあけて配置され、前記軸方向に沿って延びる挿入部（例えば、後述する挿入部１２１，１３１）と、周方向（例えば、後述する周方向Ｄ２）に間隔をあけて配置され、前記軸方向に沿って延びるスロット（例えば、後述のスロット１２２，１３２）と、を有し、隣接する前記ロータコアブロックにおいて、前記挿入部が対面して連続すると共に前記スロットが対面して連続する、複数のロータコアブロックと、前記軸方向に直交する直交面方向に弾性を有し、前記軸方向に対面する前記挿入部の双方に挿入されて前記軸方向に隣接する前記ロータコアブロックを固定する複数の固定ピン（例えば、後述の固定ピン１４）と、前記複数のロータコアブロックに跨るように前記スロットに配置される複数のマグネット（例えば、後述のマグネット１５）と、を備えることを特徴とする、ロータ（例えば、後述のロータ１０）に関する。

（２）（１）に記載のロータにおいて、前記マグネットが配置された前記スロットに充填されて前記スロット内の前記マグネットとの隙間を塞ぐ樹脂（例えば、後述の樹脂１６）を備え、前記スロットは、前記軸方向に視た場合に、前記マグネットの前記軸方向に視た断面形状に沿った形状を有し、前記マグネットが配置されるスロット本体部（例えば、後述のスロット本体部１２２１，１３２１）と、前記スロット本体部と比較して幅（例えば、後述の幅Ｗ１１、Ｗ２１）が小さく、前記スロット本体部の前記周方向の端部から前記周方向又は径方向（例えば、後述の径方向Ｄ３）に延び、前記樹脂が充填される耳部（例えば、後述の耳部１２２２，１３２２）と、を有するものであってもよい。

（３）（２）に記載のロータにおいて、前記挿入部は、前記軸方向に視た場合に真円形状を有し、前記固定ピンは、前記軸方向に視た場合にＣ字型形状を有するものであってもよい。

（４）本発明は、（１）〜（３）のいずれかに記載のロータと、前記ロータが内部に配置された円筒状のステータ（例えば、後述のステータ２０）と、を備えることを特徴とする、電動機（例えば、後述の電動機１）に関する。

本発明によれば、製造時の工数を抑制することができるロータ及び電動機を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る電動機の概略構成を示す正面図である。図１のＡ−Ａ線断面図である。ロータが備える第１のロータコアブロックの正面図である。ロータが備える第２のロータコアブロックの正面図である。変形例に係る第１のロータコアブロックの正面図である（図３対応図）。

以下、本発明に係るロータ及び電動機の一実施形態について、図１、図２、図３及び図４を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る電動機１の概略構成を示す正面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。図３は、ロータ１０が備える第１のロータコアブロック１２の正面図である。図４は、ロータ１０が備える第２のロータコアブロック１３の正面図である。

図１及び図２に示す本実施形態の電動機１は、ロータ１０と、ロータ１０が内部に配置された円筒状のステータ２０と、を備える。本実施形態の電動機１は、ＩＰＭ（ＩｎｔｅｒｉｏｒＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇｎｅｔ）モータである。
ロータ１０は、回転軸１１と、第１のロータコアブロック１２と、第２のロータコアブロック１３と、複数の固定ピン１４と、複数のマグネット１５と、樹脂１６と、を備える。

回転軸１１は、棒状体である。回転軸１１は、軸方向両側において、軸受（図示せず）を介して電動機１のケース（図示せず）に回転可能に支持される。即ち、回転軸１１は、軸心周りに回転可能になっている。なお、図２では、回転軸１１の軸心ＣＬを一点鎖線で示す。また、以下の説明で、回転軸１１の軸方向を単に「軸方向Ｄ１」ともいう。

第１のロータコアブロック１２及び第２のロータコアブロック１３は、回転軸１１の軸方向Ｄ１に隣接するように配置されて回転軸１１に固定される。

図２及び図３に示すように、第１のロータコアブロック１２は筒状であり、複数の挿入部１２１と複数のスロット１２２とを有する。挿入部１２１は、軸方向Ｄ１の端面における周方向Ｄ２に間隔をあけた箇所に配置され、軸方向Ｄ１に沿って延びている。スロット１２２は、挿入部１２１よりも径方向Ｄ３の外側において周方向Ｄ２に間隔をあけて配置され、軸方向Ｄ１に沿って延びている。

図２及び図４に示すように、第２のロータコアブロック１３は筒状であり、複数の挿入部１３１と複数のスロット１３２とを有する。挿入部１３１は、軸方向Ｄ１の端面における周方向Ｄ２に間隔をあけた箇所に配置され、軸方向Ｄ１に沿って延びている。スロット１３２は、軸方向Ｄ１の端面における挿入部１３１よりも径方向Ｄ３の外側において周方向Ｄ２に間隔をあけた箇所に配置され、軸方向Ｄ１に沿って延びている。

隣接する第１のロータコアブロック１２及び第２のロータコアブロック１３においては、挿入部１２１，１３１が対面して連続すると共に、スロット１２２，１３２が対面して連続する。

挿入部１２１は、第２のロータコアブロック１３の端面と対面する第１のロータコアブロック１２の端面から、軸方向Ｄ１に沿って延びる有底の穴として形成され、軸方向Ｄ１に視た場合に真円形状を有し、略同じ断面積を有する。挿入部１２１は、第１のロータコアブロック１２の周方向Ｄ２に沿って間隔をあけて複数配置される。換言すると、挿入部１２１は、回転軸１１の軸心ＣＬ（第１のロータコアブロック１２及び第２のロータコアブロック１３の回転中心）を中心とする仮想円Ｒ１０上に略等間隔で配置される。「略等間隔」とは、厳密な等間隔のみならず、機能的に等間隔とみなせる間隔も含む（以下同様）。

挿入部１３１は、第１のロータコアブロック１２の端面と対面する第２のロータコアブロック１３の端面から、軸方向Ｄ１に沿って延びる有底の穴として形成され、軸方向Ｄ１に視た場合に真円形状を有し、略同じ断面積を有する。挿入部１３１は、第２のロータコアブロック１３の周方向Ｄ２に沿って間隔をあけて複数配置される。換言すると、挿入部１３１は、回転軸１１の軸心ＣＬを中心とする仮想円Ｒ２０上に略等間隔で配置される。

スロット１２２は、第１のロータコアブロック１２の一方の端面から他方の端面に向けて軸方向Ｄ１に沿って延びて貫通する孔として形成され、略同じ断面積を有し、スロット本体部１２２１と一対の耳部１２２２とを有する。スロット本体部１２２１は、軸方向Ｄ１に視た場合に、マグネット１５の軸方向に視た断面形状に沿った矩形状を有する。

図３に示すように、一対の耳部１２２２は、スロット本体部１２２１の径方向Ｄ３の幅Ｗ１０と比較して径方向Ｄ３の幅Ｗ１１が小さく、スロット本体部１２２１の周方向Ｄ２の端部の径方向Ｄ３の外側寄りの部分から周方向Ｄ２に延びる。スロット１２２は、挿入部１２１よりも径方向Ｄ３の外側において周方向Ｄ２に間隔をあけて配置される。換言すると、スロット１２２は、回転軸１１の軸心ＣＬを中心とし、挿入部１２１が配置される仮想円Ｒ１０よりも径の長い仮想円Ｒ１１上に複数配置される。スロット１２２は、仮想円Ｒ１１上に略等間隔で配置される。スロット１２２は、第１のロータコアブロック１２の回転時に、挿入部１２１と同じ位相となる位置に配置される。

スロット１３２は、第１のロータコアブロック１２の端面と対面する第２のロータコアブロック１３の端面から、軸方向Ｄ１に沿って延びる有底の穴として形成され、略同じ断面積を有し、スロット本体部１３２１と一対の耳部１３２２とを有する。スロット本体部１３２１は、軸方向Ｄ１に視た場合に、マグネット１５の軸方向に視た断面形状に沿った矩形状を有する。

図４に示すように、一対の耳部１３２２は、スロット本体部１３２１の径方向Ｄ３の幅Ｗ２０と比較して径方向Ｄ３の幅Ｗ２１が小さく、スロット本体部１３２１の周方向Ｄ２の端部の径方向Ｄ３の外側寄りの部分から周方向Ｄ２に延びる。スロット１３２は、挿入部１３１よりも径方向Ｄ３の外側において周方向Ｄ２に間隔をあけて配置される。換言すると、スロット１３２は、回転軸１１の軸心ＣＬを中心として挿入部１３１が配置される仮想円Ｒ２０よりも径の長い仮想円Ｒ２１上に複数配置される。スロット１３２は、仮想円Ｒ２１上に略等間隔で配置される。スロット１３２は、第２のロータコアブロック１３の回転時に、挿入部１３１と同じ位相となる位置に配置される。

固定ピン１４は、軸方向Ｄ１に対面する挿入部１２１，１３１の双方に圧入され、隣接する第１のロータコアブロック１２及び第２のロータコアブロック１３同士を固定する。固定ピン１４は、本実施形態では２本であって全ての挿入部１２１，１３１に圧入されるものではない。固定ピン１４は、仮想円Ｒ１０，Ｒ２０上に略等間隔で（本実施形態では１８０度あけて）配置される。固定ピン１４は、スプリングピン又はそれに準ずる物であり、軸方向Ｄ１に視た場合にＣ字型を有し、軸方向Ｄ１に直交する直交面方向に弾性を有する。

マグネット１５は、連続するスロット１２２，１３２に順次挿入されて、第１のロータコアブロック１２及び第２のロータコアブロック１３に跨るように、スロット１２２，１３２に配置される。マグネット１５は、全てのスロット１２２，１３２に挿入され、仮想円Ｒ１１、Ｒ２１上に略等間隔で配置される。マグネット１５は、軸方向Ｄ１に視た場合に、スロット本体部１２２１，１３２１に挿入可能な矩形状を有する。

樹脂１６は、マグネット１５が配置されたスロット１２２，１３２に充填されてスロット１２２，１３２内のマグネット１５との隙間を塞ぐ。

ステータ２０は、電動機１のケース（図示せず）に固定される。ステータ２０は、ステータコア２１と、コイル２２と、を備える。

ステータコア２１は、略円筒形状に形成される。ステータコア２１は、複数枚の電磁鋼板を軸方向Ｄ１に積層して形成される。

コイル２２は、ステータコア２１に巻き回しされる。コイル２２は、例えば、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相のコイル２２により形成される。それぞれのコイル２２のうち、ステータコア２１の軸方向Ｄ１の両側に突出する部分がコイルエンド２３とされる。なお、図１において、複数のコイル２２を模式的に一体的に円筒状に示している。

本実施形態のロータ１０及び電動機１によれば、例えば以下の効果が奏される。
本実施形態のロータ１０は、回転軸１１の軸方向Ｄ１に隣接するように配置されて回転軸１１に固定される筒状の複数のロータコアブロック１２，１３であって、ロータコアブロック１２，１３の軸方向Ｄ１の端面における周方向Ｄ２に間隔をあけた箇所に配置され、軸方向Ｄ１に沿って延びる挿入部１２１，１３１と、挿入部１２１，１３１よりも径方向Ｄ３の外側において周方向Ｄ２に間隔をあけて配置され、軸方向Ｄ１に沿って延びるスロット１２２，１３２と、を有し、隣接するロータコアブロック１２，１３において、挿入部１２１，１３１が対面して連続すると共にスロット１２２，１３２が対面して連続する、複数のロータコアブロック１２，１３と、軸方向Ｄ１に直交する直交面方向に弾性を有し、軸方向Ｄ１に対面する挿入部１２１，１３１の双方に挿入されて軸方向Ｄ１に隣接するロータコアブロック１２，１３を固定する複数の固定ピン１４と、複数のロータコアブロック１２，１３に跨るようにスロット１２２，１３２に配置される複数のマグネット１５と、を備える。

ロータ１０を製造する際に、ロータコアブロック１２，１３が回転させられて重ねられることになるが、多数の電磁鋼板が回転させられて重ねられる場合と比較して、工数を抑制することができる。また、複数のロータコアブロック１２，１３に跨るようにマグネット１５を配置するので、ロータコアブロック１２，１３毎にマグネットを別々に配置する場合と比較して、工数を抑制することができる。すなわち、本実施形態によれば、製造時の工数を抑制することができるロータ１０及び電動機１を提供することができる。

また、マグネット１５が配置されたスロット１２２，１３２に充填されてスロット１２２，１３２内のマグネット１５との隙間を塞ぐ樹脂１６を備え、スロット１２２，１３２は、軸方向Ｄ１に視た場合に、マグネット１５の軸方向Ｄ１に視た断面形状に沿った形状を有し、マグネット１５が配置されるスロット本体部１２２１，１３２１と、スロット本体部１２２１，１３２１と比較して幅Ｗ１１，Ｗ２１が小さく、スロット本体部１２２１，１３２１の周方向Ｄ２の端部から周方向Ｄ２に延び、樹脂１６が充填される耳部１２２２，１３２２と、を有する。
従って、スロット１２２，１３２が耳部１２２２，１３２２を有するので、マグネット１５のスロット１２２，１３２への配置が容易となると共に、スロット１２２，１３２内のマグネット１５との隙間を塞ぐ樹脂１６を充填することが容易となる。

また、挿入部１２１，１３１は、軸方向Ｄ１に視た場合に真円形状を有し、固定ピン１４は、軸方向Ｄ１に視た場合にＣ字型形状を有する。
従って、隣接するロータコアブロック１２，１３が多少のズレを有して連結していても、回転軸１１の圧入の際に、ロータコアブロック１２，１３がそのシャフト穴を中心として位置決めされる。その過程における挙動を以下に説明する。

挿入部１２１，１３１と固定ピン１４とを使用して、第１のロータコアブロック１２と第２のロータコアブロック１３とを位置決めをして仮固定状態で連結する。しかし、加工公差の問題で、第１のロータコアブロック１２と第２のロータコアブロック１３との間において、回転軸１１用のシャフト穴の位置に微小なズレが生じることがある。このズレが生じた状態で第１のロータコアブロック１２と第２のロータコアブロック１３とが完全に位置決めされた場合、シャフト穴の位置がズレないため、回転軸１１をシャフト穴に挿入する際に支障が生じる。しかし、弾性を有する固定ピン１４を使用し、第１のロータコアブロック１２と第２のロータコアブロック１３とが仮固定されていれば、回転軸１１をシャフト穴に挿入する際に固定ピン１４が変形し、第１のロータコアブロック１２と第２のロータコアブロック１３との間において、回転軸１１に倣って、シャフト穴の位置が揃う。結果的に複数のコアブロックが回転軸１１を中心としてスムーズに位置決めされる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変更及び変形が可能である。
例えば、上記実施形態において、複数のロータコアブロックとして第１のロータコアブロック１２及び第２のロータコアブロック１３を有したが、これに限定されない。つまり、複数のロータコアブロックは、２個のロータコアブロック１２，１３であることに限定されず、３個以上のロータコアブロックが軸方向Ｄ１に隣接するようにしてもよい。

また、上記実施形態において、挿入部１２１，１３１が有底の穴であるとしたが、これに限定されない。つまり、挿入部１２１は、第１のロータコアブロック１２の一端から他端に向けて貫通する孔であってもよく、挿入部１３１は、第２のロータコアブロック１３の一端から他端に向けて貫通する孔であってもよい。固定ピン１４の本数は、２本に制限されず、例えば、全ての挿入部に挿入させることができる。固定ピン１４は、直交面方向に弾性を有するものであれば、制限されない。固定ピンが挿入される挿入部は、従来から用いられているロータコア全体を貫通するピンが挿入される孔を利用してもよく、又は、当該孔とは別に設けられた孔であってもよい。

上記実施形態において、スロット１３２が有底の穴であるとしたが、これに限定されない。つまり、スロット１３２は、第２のロータコアブロック１３の一端から他端に向けて貫通する孔であってもよい。また、スロット１２２，１３２にマグネット１５を挿入した状態で、ロータコアブロック１２，１３を射出成型用金型にセットして、樹脂が洩れないように樹脂用の穴である耳部１２２２，１３２２に樹脂を充填後、ロータコアブロック１２，１３を金型から取り出せば、樹脂は適切に充填される。

前述の実施形態においては、耳部は、スロット本体部の周方向Ｄ２の端部の径方向Ｄ３の外側寄りの部分から周方向Ｄ２に延びているが、これに制限されない。図５は、変形例に係る第１のロータコアブロックの正面図である（図３対応図）。図５に示すように、耳部１２２２は、スロット本体部の周方向Ｄ２の端部の径方向Ｄ３の内側寄りの部分から径方向Ｄ３の内側に延びていてもよい。

詳述すると、図５に示すように、一対の耳部１２２２は、スロット本体部１２２１の径方向Ｄ３の幅Ｗ１０と比較して周方向Ｄ２の幅Ｗ１１が小さく、スロット本体部１２２１の周方向Ｄ２の端部の径方向Ｄ３の内側寄りの部分から径方向Ｄ３の内側に延びる。第２のロータコアブロック１３において、一対の耳部１３２２の構成も同様である。

上記実施形態において、スロット１２２，１３２は、挿入部１２１，１３１よりも径方向Ｄ３の外側に配置されているが、これに限定されない。つまり、スロット１２２，１３２は、挿入部１２１，１３１よりも径方向Ｄ３の内側に配置されていてもよい。上記実施形態において、挿入部１２１，１３１は、周方向Ｄ２に間隔をあけた箇所に配置されているが、これに限定されない。つまり、挿入部１２１，１３１は、周方向Ｄ２以外の方向に間隔をあけて配置されていてもよい。

１電動機
１０ロータ
１１回転軸
１２第１のロータコアブロック（ロータコアブロック）
１２１挿入部
１２２スロット
１２２１スロット本体部
１２２２耳部
１３第２のロータコアブロック（ロータコアブロック）
１３１挿入部
１３２スロット
１３２１スロット本体部
１３２２耳部
１４固定ピン
１５マグネット
１６樹脂
ＣＬ軸心
Ｄ１軸方向
Ｄ２周方向
Ｄ３径方向
Ｒ１０，Ｒ１１，Ｒ２０，Ｒ２１仮想円
Ｗ１０，Ｗ１１，Ｗ２０，Ｗ２１幅

Claims

回転軸の軸方向に隣接するように配置されて前記回転軸に固定される筒状の複数のロータコアブロックであって、前記ロータコアブロックの前記軸方向の端面に間隔をあけて配置され、前記軸方向に沿って延びる挿入部と、周方向に間隔をあけて配置され、前記軸方向に沿って延びるスロットと、を有し、隣接する前記ロータコアブロックにおいて、前記挿入部が対面して連続すると共に前記スロットが対面して連続する、複数のロータコアブロックと、
前記軸方向に直交する直交面方向に弾性を有し、前記軸方向に対面する前記挿入部の双方に挿入されて前記軸方向に隣接する前記ロータコアブロックを固定する複数の固定ピンと、
前記複数のロータコアブロックに跨るように前記スロットに配置される複数のマグネットと、を備えることを特徴とする、ロータ。
前記マグネットが配置された前記スロットに充填されて前記スロット内の前記マグネットとの隙間を塞ぐ樹脂を備え、
前記スロットは、
前記軸方向に視た場合に、前記マグネットの前記軸方向に視た断面形状に沿った形状を有し、前記マグネットが配置されるスロット本体部と、
前記スロット本体部と比較して幅が小さく、前記スロット本体部の前記周方向の端部から前記周方向又は径方向に延び、前記樹脂が充填される耳部と、を有することを特徴とする、請求項１に記載のロータ。
前記挿入部は、前記軸方向に視た場合に真円形状を有し、
前記固定ピンは、前記軸方向に視た場合にＣ字型形状を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載のロータ。
請求項１〜３のいずれかに記載のロータと、
前記ロータが内部に配置された円筒状のステータと、を備えることを特徴とする、電動機。