JP2023053646A - Ｓｐｍ形回転電機の回転子の製造方法及びｓｐｍ形回転電機の回転子 - Google Patents

Abstract

【課題】回転子鉄心の外周のスロットに永久磁石を設けるものにあって、永久磁石の組付け作業の簡単化を図ることができ、永久磁石の固定の信頼性を高める。【解決手段】実施形態に係るＳＰＭ形回転電機の回転子の製造方法は、回転子鉄心の外周部には、スロットの円周方向両側部に位置して永久磁石の側面を受ける係合部が設けられると共に、円周方向に隣り合うスロット間に位置する２つの係合部間に跨るようにしてパイプ収容部が設けられており、回転子鉄心のスロットに永久磁石を挿入する磁石挿入工程と、塑性変形可能な円筒パイプ状をなすパイプ部材をパイプ収容部内に収容させるパイプ収容工程と、パイプ収容部内に位置するパイプ部材の径を拡開させる拡管工程とを含み、拡管工程においては、パイプ部材の径が拡開されることにより、係合部を円周方向外側に押し拡げるように塑性変形させ、該係合部が永久磁石の側面に圧接して固定する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、ＳＰＭ形回転電機の回転子の製造方法及びＳＰＭ形回転電機の回転子に関する。

例えばエレベータの巻上機の駆動源に使用されるモータとして、ＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）形のモータが知られている（例えば特許文献１参照）。この種のＳＰＭ形のモータの回転子は、回転子鉄心の外周部に、円周方向に並んで、複数個のスロットを外周面で開口するように設け、それら各スロット内に夫々永久磁石を収容し、接着剤により接着固定して構成される。この場合、永久磁石の表面即ち外周面が露出して、固定子に近接配置されることにより、駆動トルク、或いはダイナミックブレーキ時のブレーキトルクを大きく発生させることができる。

特開２０１０－１３６５１４号公報

上記のようなＳＰＭ形モータの回転子にあっては、永久磁石を接着剤により固定する構成のため、永久磁石の取付けに、スロット内に接着剤を塗布したのち、永久磁石を挿入し、その後余分な接着剤を拭き取るといった面倒な工程が必要となっていた。また、長期間の使用に伴って接着剤が劣化するため、振動吸収性が低下し、ひいては永久磁石の割れや外れが発生したりする虞があった。

上記特許文献１では、永久磁石の剥離防止のために、回転子鉄心のスロットの両側に位置する凸部を、永久磁石の外周縁部に引っ掛かるように曲げ変形させ、抜止めを図ることが行われている。ところが、この構成では、永久磁石の組付け工程の一層の増加を招いてしまう。さらに、鉄心の凸部が永久磁石の側面全体を覆うことにより隣り合う永久磁石間での磁束漏れが大きくなったり、また、いわゆるスプリングバックによる固定強度の低下を招いたりする不具合がある。

そこで、回転子鉄心の外周のスロットに永久磁石を設けるものにあって、永久磁石の組付け作業の簡単化を図ることができ、永久磁石の固定の信頼性を高めることができるＳＰＭ形回転電機の回転子の製造方法及びＳＰＭ形回転電機の回転子を提供する。

実施形態に係るＳＰＭ形回転電機の回転子の製造方法は、回転子鉄心の外周部に、外周側に開口する複数のスロットを有し、それら各スロット内に、永久磁石を該回転子鉄心の外周面から突出した形態に配置して構成されるＳＰＭ形回転電機の回転子の製造方法であって、前記回転子鉄心の外周部には、前記スロットの円周方向両側部に位置して前記永久磁石の側面を受ける係合部が設けられると共に、円周方向に隣り合う前記スロット間に位置する２つの前記係合部間に跨るようにしてパイプ収容部が設けられており、前記回転子鉄心のスロットに、前記永久磁石を挿入する磁石挿入工程と、前記塑性変形可能な円筒パイプ状をなすパイプ部材を、前記パイプ収容部内に収容させるパイプ収容工程と、前記パイプ収容部内に位置するパイプ部材の径を拡開させる拡管工程とを含み、前記拡管工程においては、前記パイプ部材の径が拡開されることにより、前記係合部を円周方向外側に押し拡げるように塑性変形させ、該係合部が前記永久磁石の側面に圧接して固定するように構成されている。

実施形態に係るＳＰＭ形回転電機の回転子は、回転子鉄心の外周部に、外周側に開口する複数のスロットを有し、それら各スロット内に、永久磁石を該回転子鉄心の外周面から突出した形態に配置して構成されるものであって、前記回転子鉄心の外周部には、前記スロットの円周方向両側部に位置して前記永久磁石の側面を受ける係合部が設けられると共に、円周方向に隣り合う前記スロット間に位置する２つの前記係合部間に跨るようにしてパイプ収容部が設けられており、前記塑性変形可能な円筒パイプ状をなすパイプ部材が前記パイプ収容部内に拡開状態で収容されていることにより、前記係合部が円周方向外側に押し拡げるように塑性変形されて前記スロット内の永久磁石の側面に圧接して該永久磁石を固定するように構成されている。

一実施形態を示すもので、回転子の縦断面図 ＳＰＭ形モータの全体構成を概略的に示す断面図 １個のスロット部分の拡大断面図 永久磁石の組付け前の回転子鉄心の１個のスロット部分の拡大断面図 １個のスロット部分の分解斜視図 拡開工程の様子を示すスロット部分の分解斜視図 パイプ部材の拡開前の様子を示す要部の拡大断面図 パイプ部材の拡開後の様子を示す要部の拡大断面図

以下、例えばエレベータの巻上機の駆動源として用いられるＳＰＭ形モータに適用した一実施形態について、図面を参照しながら説明する。尚、便宜上、図１、図３～図８におけるハッチングを省略している。図２は、ＳＰＭ形回転電機としてのＳＰＭ形モータ１の全体構成を概略的に示している。このＳＰＭ形モータ１は、全体として円筒状をなすフレーム２内に、固定子３及び回転子４を備えて構成される。前記回転子４には、回転軸５が固定されている。回転子４の詳細については後述する。

前記フレーム２は、円筒状の胴部２ａの両端にモータブラケット６、７を備えて構成されている。前記固定子３は、固定子鉄心８に巻線９を巻装して構成され、前記胴部２ａの内周面に取付けられている。また、前記モータブラケット６、７には、夫々軸受１０、１１が取付けられている。これら軸受１０、１１により、前記回転軸５が回転自在に支持されている。図示はしないが、回転軸５の先端部（図で左側）には、シーブと称される滑車が取付けられる。また、フレーム２の後端側には、前記回転軸５にブレーキ力を付与する周知のディスクブレーキ装置１２が設けられている。

ここで、図１、図３から図８も参照して、本実施形態に係る回転子４について説明する。本実施形態では、図２に示すように、回転子４は、回転子鉄心１３の外周部に複数個例えば２０個の永久磁石１４を露出状態に備えて構成される回転子ブロック１５を、軸方向に４段に重ねた状態で結合して構成される。４つの回転子ブロック１５は、同等の構成を備えており、以下、１個の回転子ブロック１５について述べる。

図１に示すように、回転子鉄心１３は、例えば電磁鋼板を所定の形状即ちほぼ円板状に打抜いて単位鉄心板を得、その打抜いた単位鉄心板を複数枚積層して構成されている。回転子鉄心１３の中心部には、前記回転軸５が挿入される中心孔１３ａが形成されている。そして、回転子鉄心１３の外周部には、各永久磁石１４が夫々取付けられるスロット１６が、隣同士で僅かな間隔を置きながら円周方向に並んで複数個この場合２０個が設けられている。

図３～図８にも示すように、このスロット１６は、外周側に開口し、比較的浅い深さで、底面ほどやや拡がるようなほぼ台形の凹状をなし、回転子鉄心１３の軸方向全体に延びて設けられている。この場合、各スロット１６は、永久磁石１４が軸方向に挿入可能な大きさ、つまり、永久磁石１４の外形よりもわずかに大きく形成されている。そして、図４、図６等に示すように、回転子鉄心１３の外周部のうち、円周方向に隣り合うスロット１６同士間の部分には、外周で開口する切込み１７及びその切込み１７の底部に連続するパイプ収容部１８が形成され、係合部１９が設けられている。

このとき、図７、図８に示すように、前記切込み１７は、Ｖ字状の溝からなり、前記パイプ収容部１８は、Ｖ字状の切込み１７の底部に位置する隙間の狭い幅狭部１７ａを介してつながるほぼ円形に形成されている。これにより、切込み１７及びパイプ収容部１８の両側には、前記各スロット１６の円周方向両側に位置して、前記永久磁石１４の側面に係合する係合部１９、１９が設けられている。尚、前記パイプ収容部１８の内径寸法は、後述するパイプ部材２０の拡開前の外径寸法よりもやや大きく構成され、当該パイプ部材２０の軸方向の挿入が可能とされている。また、係合部１９やパイプ収容部１８は、上記した単位鉄心板の打抜き時に形成される。

そして、図３、図５～図８に示すように、回転子鉄心１３には、前記各切込み１７のパイプ収容部１８内に、永久磁石１４を固定するためのパイプ部材２０が収容されるようになっている。前記パイプ部材２０は、塑性変形可能な非磁性材料例えば銅からなり、前記切込み１７の幅狭部１７ａの幅寸法よりもやや径大であり、且つ、前記パイプ収容部１８の内径寸法よりもやや径小な円筒パイプ状に構成されている。また、パイプ部材２０の長さ寸法は、回転子ブロック１５の軸方向全体の長さ寸法に対応している。詳しくは後述するように、前記パイプ収容部１８には、パイプ部材２０が軸方向に挿入されて収容される。そして、前記スロット１６内に永久磁石１４を挿入した状態で、パイプ収容部１８内のパイプ部材２０を拡開させることにより、前記永久磁石１４の組付けが行われる。

前記永久磁石１４は、例えばネオジム磁石からなり、図１、図３、図５～図８に示すように、矩形の薄板状をなすと共に、両側面が９０度よりやや小さい角度で立ち上がって傾斜する台形状をなし、さらに上面即ち外周側を向く面が、外周側に凸となる緩やかな曲面状とされている。永久磁石１４は、例えば矩形ブロック状のものを切削して製作される。図１に示すように、この永久磁石１４は、外周面側をＳ極に磁化したものと、Ｎ極に磁化したものとの２種類が、前記各スロット１６内に円周方向に沿って交互に配置される。各永久磁石１４は、回転子鉄心１３の外周面よりも外周側に突出している。つまり、係合部１９の先端部は、永久磁石１４の外径よりも内側に位置している。

さて、本実施形態においては、次の作用説明でも述べるように、回転子４の製造において、回転子鉄心１３に永久磁石１４を組付けるにあたっては、次の３つの工程が実行される。即ち、永久磁石１４をスロット１６内に軸方向、例えば図５で矢印Ａ方向に挿入する磁石挿入工程と、パイプ部材２０をパイプ収容部１８内に軸方向例えば図５で矢印Ｂ方向に挿入して収容させるパイプ収容工程と、パイプ収容部１８内のパイプ部材２０の径を拡開させる拡管工程とが順に実行される。ただし、前記磁石挿入工程とパイプ収容工程とは、順序が逆でも良く、また、同時に行うようにしても良い。

本実施形態においては、前記拡管工程では、図６に示すように、拡管治具２１が用いられる。この拡管治具２１は、丸棒状をなすと共に、その先端部が、円錐面状をなすように尖った形態をなし、前記パイプ部材２０に対し、先端部から挿入されて圧入されることにより、パイプ部材２０の径を次第に拡大させるように塑性変形させる。このパイプ部材２０の拡開によって、前記パイプ収容部１８の内径を外周方向に押し広げる力が作用し、両側の係合部１９、１９が円周方向外側つまり図８で矢印Ｃ方向に押し拡げられるよう塑性変形される。

これにより、図８に示すように、係合部１９がスロット１６内の永久磁石１４の側面に圧接して該永久磁石１４が固定されるように構成されている。この場合、接着剤を用いることなく、永久磁石１４が組付けられる。本実施形態では、前記拡管工程においては、前記パイプ部材２０の両側からの拡管治具２１の挿入によって、パイプ部材２０の軸方向両端部分が拡開されるようになっている。

次に、本実施形態における、回転子４の製造方法、つまり回転子ブロック１５の製造方法について述べる。上記のように、回転子ブロック１５を製造するにあたっては、図４、図５に示すように、複数枚の単位鉄心板を積層して回転子鉄心１３を構成した後、永久磁石１４を組付けることが行われる。回転子鉄心１３に対し永久磁石１４を組付けるにあたっては、永久磁石１４を、回転子鉄心１３の端面側から各スロット１６に軸方向、例えば図５で矢印Ａ方向に挿入する磁石挿入工程が実行される。

この磁石挿入工程は、スロット１６の形状が、永久磁石１４の外形形状よりもやや大きいことにより、スムーズに行われる。これにて、図６、図７に示すように、永久磁石１４がスロット１６内に挿入されているものの、未だ固定されていない状態となる。次いで、パイプ部材２０を、パイプ収容部１８内に軸方向、例えば図５で矢印Ｂ方向に挿入して収容させるパイプ収容工程が実行される。このときも、パイプ収容部１８の内径寸法は、拡開前のパイプ部材２０の外径よりも大きいので、挿入をスムーズに行うことができる。これにて、図７に示すように、パイプ部材２０がパイプ収容部１８内に余裕をもって挿入された状態となる。

次いで、図６に示すように、パイプ収容部１８内のパイプ部材２０の径を拡開させる拡管工程が実行される。この拡管工程においては、図６に示すように、拡管治具２１を、パイプ部材２０の先端部から矢印Ｂ方向に挿入することによって、パイプ部材２０を拡開させるように塑性変形させる。この拡管治具２１の挿入が、パイプ部材２０の両端側から夫々行われ、パイプ部材２０の軸方向両端部分、例えば両端部の夫々全体の１／３の長さ程度の部分が拡開される。パイプ部材２０の拡開後は、拡管治具２１はパイプ部材２０から抜き出される。

このパイプ部材２０の拡開によって、図８に示すように、パイプ部材２０がパイプ収容部１８を外周方向に押し広げ、両側の係合部１９、１９が、円周方向外側つまり図８で矢印Ｃ方向に押し拡げられるよう塑性変形する。これにより、接着剤を使用せずに、係合部１９がスロット１６内の永久磁石１４の側面に圧接して、回転子鉄心１３に永久磁石１４が固定され、回転子ブロック１５が得られる。尚、この後、図２に示すように、例えば４個の回転子ブロック１５を連結して回転子４が構成される。

このような本実施形態の回転子４の製造方法及び回転子４によれば、次のような作用、効果を得ることができる。即ち、本実施形態の回転子４の製造方法においては、回転子鉄心１３のスロット１６内に永久磁石１４を挿入する磁石挿入工程と共に、パイプ部材２０をパイプ収容部１８内に収容するパイプ収容工程を行い、その後に、パイプ部材２０の径を拡開させる拡管工程が行われる。この拡管工程の実行により、パイプ部材２０を拡開させてその両側に位置する係合部１９を、円周方向外側に塑性変形させて永久磁石１４の側面に圧接状に係合させ、もって、永久磁石１４が固定される構成とした。

これにより、永久磁石１４の固定に接着剤を用いる場合と異なり、接着剤の塗布の工程や、余分な接着剤の拭き取りの工程が不要となり、パイプ部材２０を収容させて拡開させるといった比較的簡単な工程で済むので、その分、工程の簡単化を図ることができる。そして、接着剤を用いずに永久磁石１４を固定したことにより、接着剤を使用していた場合の不具合、つまり、経年劣化に伴う振動吸収性の低下、固着強度の低下に伴う永久磁石１４の割れや外れの発生を防止することができる。

しかも、パイプ部材２０が、パイプ収容部１８内に嵌合固定された状態となることにより、係合部１９のスプリングバックの防止効果を得ることができる。円筒状のパイプ部材２０内を空気が流通することによる、回転子鉄心１３の冷却効果も期待できる。従って、本実施形態によれば、回転子鉄心１３の外周のスロット１６に永久磁石１４を設けるものにあって、永久磁石１４の組付け作業の簡単化を図ることができ、永久磁石１４の固定の信頼性を高めることができるという優れた効果を得ることができる。

特に本実施形態では、係合部１９の外周側の端部が、永久磁石１４の側面の外周端部よりも内側に位置している構成としたので、係合部１９が永久磁石１４よりも外周方向に突出している場合と比べて、隣り合う永久磁石１４同士の横方向つまり円周方向への磁束漏れを抑制することができる。また、パイプ部材２０を非磁性材料から構成したことにより、パイプ部材２０部分がフラックスバリアとなり、永久磁石１４の磁束漏れの抑制効果をより高めることができる。

更に本実施形態では、拡管工程においては、パイプ部材２０の両端部分を拡開させる構成とした。これにより、スロット１６内の永久磁石１４を、少なくとも軸方向の両端部分で係合部１９が圧接することによって固定することができる。この場合、パイプ部材２０の両端部分について拡管工程を行えば済むので、工程をより簡単に済ませながら、永久磁石１４の固定の信頼性を得ることができる。しかも本実施形態では、拡管工程を、先端が尖った形態の棒状の拡管治具２１を用いて、その拡管治具２１をパイプ部材２０に挿入することにより行う構成とした。これにより、拡管工程を、簡単で安価な設備や工具で、作業を極めて簡単に行うことが可能となる。

尚、上記実施形態では、拡管工程において、パイプ部材２０の両端部分を拡開させるように構成したが、パイプ部材２０の長さ方向の全体にわたって拡開させるようにしても良い。また、上記実施形態では、パイプ部材２０を銅パイプから構成したが、アルミ等の他の非磁性材料から構成しても良い。上記実施形態においては、永久磁石を、回転子鉄心の軸方向に平行に延びるように配置したが、永久磁石を、回転子鉄心の軸方向に対して傾けて配置するいわゆるスキュー配置を行う構成としても良い。更には、回転子鉄心としては、回転子ブロックを複数組合せた形態に限られず、一つの鉄心で構成するものでも良い。スロットや永久磁石の個数等についても、様々な変更が可能である。

その他、拡管工程を、拡管治具２１を用いて行うことに代えて、油圧や空気圧等を用いて管を拡開させるように構成することも可能である。ＳＰＭ形回転電機の用途としても、エレベータ用に限らず、発電機を含んで様々な用途に適用することができる。以上説明した実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

図面中、１はＳＰＭ形モータ（ＳＰＭ形回転電機）、３は固定子、４は回転子、５は回転軸、１３は回転子鉄心、１４は永久磁石、１５は回転子ブロック、１６はスロット、１７は切込み、１７ａは幅狭部、１８はパイプ収容部、１９は係合部、２０はパイプ部材、２１は拡管治具を示す。

Claims (6)

1. 回転子鉄心の外周部に、外周側に開口する複数のスロットを有し、それら各スロット内に、永久磁石を該回転子鉄心の外周面から突出した形態に配置して構成されるＳＰＭ形回転電機の回転子の製造方法であって、
   前記回転子鉄心の外周部には、前記スロットの円周方向両側部に位置して前記永久磁石の側面を受ける係合部が設けられると共に、円周方向に隣り合う前記スロット間に位置する２つの前記係合部間に跨るようにしてパイプ収容部が設けられており、
   前記回転子鉄心のスロットに、前記永久磁石を挿入する磁石挿入工程と、
   前記塑性変形可能な円筒パイプ状をなすパイプ部材を、前記パイプ収容部内に収容させるパイプ収容工程と、
   前記パイプ収容部内に位置するパイプ部材の径を拡開させる拡管工程とを含み、
   前記拡管工程においては、前記パイプ部材の径が拡開されることにより、前記係合部を円周方向外側に押し拡げるように塑性変形させ、該係合部が前記永久磁石の側面に圧接して固定するように構成されているＳＰＭ形回転電機の回転子の製造方法。
2. 前記係合部の外周側の端部は、前記永久磁石の外周端部よりも内側に位置している請求項１記載のＳＰＭ形回転電機の回転子の製造方法。
3. 前記パイプ部材は、非磁性材料からなる請求項１又は２記載のＳＰＭ形回転電機の回転子の製造方法。
4. 前記拡管工程においては、前記パイプ部材の少なくとも両端部分が拡開される請求項１から３のいずれか一項に記載のＳＰＭ形回転電機の回転子の製造方法。
5. 前記拡管工程は、先端が尖った形態の棒状の拡管治具を用いて、前記拡管治具を前記パイプ部材に挿入することにより行われる請求項１から４のいずれか一項に記載のＳＰＭ形回転電機の回転子の製造方法。
6. 回転子鉄心の外周部に、外周側に開口する複数のスロットを有し、それら各スロット内に、永久磁石を該回転子鉄心の外周面から突出した形態に配置して構成されるＳＰＭ形回転電機の回転子であって、
   前記回転子鉄心の外周部には、前記スロットの円周方向両側部に位置して前記永久磁石の側面を受ける係合部が設けられると共に、円周方向に隣り合う前記スロット間に位置する２つの前記係合部間に跨るようにしてパイプ収容部が設けられており、
   前記塑性変形可能な円筒パイプ状をなすパイプ部材が前記パイプ収容部内に拡開状態で収容されていることにより、前記係合部が円周方向外側に押し拡げるように塑性変形されて前記スロット内の永久磁石の側面に圧接して該永久磁石を固定するように構成されているＳＰＭ形回転電機の回転子。

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