JP2023107355A - 永久磁石型回転機 - Google Patents

Abstract

【課題】回転トルクが大きく高効率性化が可能であるとともに、表面磁石部の遠心方向への飛び出しを防止でき、製造の作業性がよく、ボンド磁石のヒケやソリ、ボイドを防止することのできる永久磁石型回転機を提供すること。【解決手段】実施形態の永久磁石型回転機は、シャフトと、前記シャフトに装着された、ロータコアを有するロータとを含む。前記ロータコアは、外周面が略円筒状の電磁鋼板積層体であり、前記シャフトの軸方向に貫通する貫通孔を有する。前記ロータの周方向の一周全てを囲むように配置されたボンド磁石の表面磁石部と、前記ロータの内部に配置され、前記表面磁石部と連結し、前記表面磁石部と一体であるボンド磁石の内部磁石部とを有する。【選択図】図２

Description

本発明は、永久磁石型回転機に関する。

近年の、高効率化に対する社会の関心は増加傾向にあり、モータもその流れに追従するように高効率な製品の需要が高まってきている。

モータの場合、径方向や軸方向の寸法が増大することなく、つまり、大型化することなく、回転トルクが向上し、高効率性化が達成されるよう、従来から改良が行われている。

特許文献１には、回転子コアの表面に円周方向に隣接する極性が異なるように永久磁石が突出して配設された表面磁石部を備えた永久磁石型回転機が開示されている。また、表面磁石部の永久磁石と対応させて設けられた回転子コア内を軸方向に貫通するスロットに、表面磁石部と同極性となるように永久磁石が挿入された埋込磁石部が設けられている。

このような永久磁石型回転機によれば、表面磁石部の他に、回転子コアの内部に設けられた埋込磁石部を有するので、表面磁石部と埋込磁石部との両者が回転に寄与するため、回転トルクが増大する。また、マグネットトルクに加えてリラクタンストルクをも利用可能であり、表面磁石部のマグネットトルクと合わさって永久磁石型回転機全体の回転トルクが増大し、高効率性化が達成される。

特開２０１０－２７９１５７号公報

しかしながら、特許文献１の永久磁石型回転機では、表面磁石部は回転子コアの外周面に固着され、表面磁石部と埋込磁石部とが連結せずに離れて備えられているため、永久磁石型回転機の回転による遠心力によって、表面磁石部が遠心方向に飛び出してしまう（飛散する）恐れがあった。

また、特許文献１の永久磁石型回転機では、表面磁石部と埋込磁石部とがそれぞれ別々に装着されるものであり、製造時の作業性が悪化してしまうという問題があった。

一方、一般的に、この種の永久磁石型回転機では、永久磁石として、射出成型に適した樹脂材料が配合されたボンド磁石が用いられることが多い。しかし、射出成型によるボンド磁石の場合、ボンド磁石の厚みの増加により回転トルクの向上が図られるが、ある一定の厚みを超えると、ボンド磁石の成型の段階で、ヒケやソリ、ボイドが発生してしまう。そのため、単純にボンド磁石の厚みの増加による回転トルクの向上には限界があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、回転トルクが大きく高効率性化が可能であるとともに、表面磁石部の遠心方向への飛び出しを防止でき、製造の作業性がよく、ボンド磁石のヒケやソリ、ボイドを防止することのできる永久磁石型回転機を提供す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、本発明の一態様に係る永久磁石型回転機は、シャフトと、前記シャフトに装着された、ロータコアを有するロータとを含む。前記ロータコアは、外周面が略円筒状の電磁鋼板積層体であり、前記シャフトの軸方向に貫通する貫通孔を有する。前記ロータの周方向の一周全てを囲むように配置されたボンド磁石の表面磁石部と、前記ロータの内部に配置され、前記表面磁石部と連結し、前記表面磁石部と一体であるボンド磁石の内部磁石部とを有する。

本発明の一態様に係る永久磁石型回転機は、回転トルクが大きく高効率性化が可能であるとともに、表面磁石部の遠心方向への飛び出しを防止でき、製造の作業性がよく、ボンド磁石のヒケやソリ、ボイドを防止することができる。

図１は、一実施形態にかかる永久磁石型回転機の外観斜視図である。 図２は、図１の永久磁石型回転機のＺ－Ｚ断面図である。 図３は、図２の構成要素のうちロータコアのみを示す断面図である。 図４は、表面磁石部および内部磁石部の着磁の例を示す図である。 図５は、ロータの他の例を示す断面図（１）である。 図６は、ロータの他の例を示す断面図（２）である。 図７は、ロータの他の例を示す断面図（３）である。 図８は、比較例の永久磁石型回転機の断面図である。

以下、実施形態に係る永久磁石型回転機について図面を参照して説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面における各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、１つの実施形態や変形例に記載された内容は、原則として他の実施形態や変形例にも同様に適用される。

図１は、一実施形態にかかる永久磁石型回転機１の外観斜視図である。図２は、図１の永久磁石型回転機１のＺ－Ｚ断面図である。図３は、図２の構成要素のうちロータコア８のみを示す断面図である。

＜概要＞
図１において、永久磁石型回転機１は略円筒状のモータフレーム２を有しており、その一方の底面の略中央からは、シャフト３の一端が露出している。図２において、モータフレーム２の内側には、ステータコア５と、ステータコア５のティース５ａに巻回されたコイル６とから構成されるステータ４が設けられている。ステータ４の内側には、ロータ７が設けられている。ロータ７は、ロータコア８と、表面磁石部９および内部磁石部１０とから構成されている。ロータ７にはシャフト３が装着されている。

＜ロータコア８＞
図３において、所定形状にプレス加工された電磁鋼板によるコアが、所定枚数、軸方向（Ｚ軸方向）に積層され、コアどうしがカシメ固着されることで、電磁鋼板積層体からなるロータコア８が形成される。各コアおよびロータコア８の中央に形成された貫通孔８ｆは、ロータコア８の軸方向全長に渡って連通（貫通）している。この貫通孔８ｆには、図２に示されるように、シャフト３が挿入される。シャフト３の外周面には、結合力向上と回り止め防止のため、ローレット加工（アヤメ）が施されている。

図３において、ロータコア８の外周側には、円弧状の切込部８ｃ、８ｄにより外側コア部８ａと連結部８ｅと内側コア部８ｂとが形成されている。つまり、コアは、連結部８ｅによって外側コア部８ａと内側コア部８ｂとが接続され、一枚板で成型できるようになっている。図２において、ロータコア８の外周には表面磁石部９が形成され、切込部８ｃ、８ｄには内部磁石部１０が形成される。

＜表面磁石部９＞
図２において、表面磁石部９は、ロータ７の全周かつ、軸方向の一方の端部から他方の端部までを覆っている。表面磁石部９の径方向の厚さは３ｍｍ以下が好適である。表面磁石部９は、その径方向内側にて、複数の内部磁石部１０と連結している。連結している箇所は連結部１１である。

ロータ７の製造方法としては、電磁鋼板によるロータコア８が射出成型金型のキャビティにインサートされ、溶融ボンド磁石が射出成型金型へ射出される一般的な射出一体成型の方法である。異方性のボンド磁石が使用される場合は、射出成型金型のキャビティ外周に配向用磁石が設けられる。

＜内部磁石部１０＞
図２において、内部磁石部１０は、略円弧状に複数構成されており、径方向内側に突出し、それぞれ円周方向に一定の間隔で並んで配置されている。内部磁石部１０の径方向外側の端部は、表面磁石部９と連結部１１で連結されている。

また、内部磁石部１０の径方向内側は、ボンド磁石が充填されない非充填部１２（ロータコア８の連結部８ｅに対応）があり、この非充填部１２によって、外側コア部８ａと内側コア部８ｂとが連結されている。

＜ボンド磁石＞
図２において、表面磁石部９と内部磁石部１０は、ボンド磁石の一体の射出成型によって形成されている。その際の射出成型のゲート位置は、樹脂の流れやすさから、表面磁石部９と内部磁石部１０の連結部１１に位置させるのが望ましい（図示の例では、計１６箇所のゲート位置）。もしくは、互いに隣接する連結部１１のそれぞれの中間地点にゲート位置を設定することも考えられる。この場合、ゲート数を削減することができるので、残留ボンド磁石の廃棄に伴うコスト削減効果が得られる。

ここで、ボンド磁石としては、希土類磁石粉末が混合された磁石成形樹脂材が用いられる。希土類磁石としては、ＳｍＣｏ_５磁石、Ｓｍ_２Ｃｏ_１７磁石、希土類鉄系磁石（ＮｄＦｅＢ系磁石やＳｍＦｅＮ系磁石）、フェライト系磁石としては、バリウムフェライト（ＢａＯ・６Ｆｅ_２Ｏ_３）やストロンチウムフェライト（ＳｒＯ・６Ｆｅ_２Ｏ_３）等が用いられる。

また、ボンド磁石が異方性である場合、永久磁石である表面磁石部９および内部磁石部１０が形成された後、成形体が金型から取り出され、不規則な磁化の除去のために、予め、成形体が脱磁される。その後、着磁コイルが巻回された着磁ヨーク（不図示）に、脱磁された成形体がセットされ、着磁コイルにパルス電流が印加されて、ロータコア８の外周側から所定方向に磁化されるように着磁される。

図４は、表面磁石部９および内部磁石部１０の着磁の例を示す図である。図４において、着磁コイルは、径方向の内側に向かって突出する内部磁石部１０の周方向の両端に行きと戻りが配置され、表面磁石部９および内部磁石部１０は着磁コイルにより発生する磁束の経路に沿ってＮ極またはＳ極に着磁される。すなわち、表面磁石部９の外側には、内部磁石部１０が径方向の内側に向かって突出するのに合わせてＮ極、Ｓ極が交互に着磁され、表面磁石部９の内側には反対の極性が着磁される。同様に、内部磁石部１０の外側（外側コア部８ａ側）には、表面磁石部９の内側と反対の極性が着磁され、内部磁石部１０の内側（内側コア部８ｂ側）には反対の極性が着磁される。なお、本実施形態では着磁コイルの行きは、図面奥から手前に向かって電流が流れ、戻りはその逆方向に流れるように設定されている。

＜フラックスバリア＞
ロータコア８には、軸方向に貫通した孔によるフラックスバリアが設けられていても良い。図５は、ロータ７の他の例を示す断面図であり、外側コア部８ａにフラックスバリア１３が設けられた例である。図６は、ロータ７の他の例を示す断面図であり、内側コア部８ｂにフラックスバリア１３が設けられた例である。図７は、ロータ７の他の例を示す断面図であり、外側コア部８ａおよび内側コア部８ｂの両方にフラックスバリア１３が設けられた例である。

その際、外側コア部８ａに設けられる場合も、内側コア部８ｂに設けられる場合も、両方に設けられる場合も、フラックスバリア１３は非充填部１２に隣接させるとよい。非充填部１２は磁束漏れが発生しやすい箇所であるため、ここにフラックスバリア１３が隣接することで、漏れ磁束の経路の磁気抵抗が高まり、磁束漏れを防止する効果を有する。なお、図示の例ではフラックスバリア１３の形状は丸型とされているが、丸型のみに形状を限定する意図はなく、他の形状（楕円形、四角形、三角形、星形等）であってもよい。

＜比較例＞
図８は、比較例の永久磁石型回転機１’の断面図である。図８において、永久磁石型回転機１’は、回転子コア１２’の表面に円周方向に隣接する極性が異なるように永久磁石２１’が突出して配設された表面磁石部１３’を備えている。また、永久磁石型回転機１’は、表面磁石部１３’の永久磁石と対応させて設けられた回転子コア１２’内を軸方向に貫通するスロット３１’に、表面磁石部１３’と同極性となるように永久磁石３２’が挿入された埋込磁石部１４’が設けられている。なお、符号２’は円筒状フレームを示し、符号３’は固定子を示し、符号４’は回転子を示し、符号５’は回転軸を示し、符号６’はスロットを示し、符号７’は磁極ティースを示し、符号８’は励磁コイルを示している。符号Ｇはギャップを示している。Ｓ、Ｎは磁石の極性を示している。

図８において、表面磁石部１３’は回転子コア１２’の外周面に固着され、表面磁石部１３’と埋込磁石部１４’とが連結せずに離れて備えられているため、永久磁石型回転機１’の回転による遠心力によって、表面磁石部１３’が遠心方向に飛び出してしまう（飛散する）恐れがあった。

この点、図１～図７の実施形態における永久磁石型回転機１においては、表面磁石部９と内部磁石部１０とが一体の射出成型によるボンド磁石によって構成されているため、永久磁石型回転機１の回転による遠心力によって、表面磁石部９が遠心方向に飛び出してしまう（飛散する）恐れはなくなる。

また、図８において、表面磁石部１３’と埋込磁石部１４’とはそれぞれ別々に装着されるものであり、製造時の作業性が悪化してしまうという問題があった。

この点、図１～図７の実施形態における永久磁石型回転機１においては、表面磁石部９と内部磁石部１０とが一体に形成されるものであるため、製造時の作業性が悪化してしまうという問題はなくなる。

また、図８において、永久磁石型回転機１’は、表面磁石部１３’の他に、回転子コア１２’の内部に設けられた埋込磁石部１４’を有するので、表面磁石部１３’と埋込磁石部１４’との両者が回転に寄与するため、回転トルクが増大する。

この点、図１～図７の実施形態における永久磁石型回転機１においても、表面磁石部９と内部磁石部１０との両者が回転に寄与するため、回転トルクが増大する効果を維持することができる。そのため、表面磁石部９と内部磁石部１０をボンド磁石で構成する場合でも、厚みを増加させることなく回転トルクを向上させることができ、厚みを増加させることにより発生するヒケやソリ、ボイドを防止することができる。

また、図８において、永久磁石型回転機１’は、マグネットトルクに加えてリラクタンストルクをも利用可能であり、表面磁石部１３’のマグネットトルクと合わさって永久磁石型回転機全体の回転トルクが増大し、高効率性化が達成される。

この点、図１～図７の実施形態における永久磁石型回転機１においても、内部磁石部１０に併せて、ステータコア５の内部に設けられた内部磁石部１０を有するので、マグネットトルクに加えてリラクタンストルクをも利用することができる。そのため、表面磁石部９のマグネットトルクと合わさって永久磁石型回転機１全体の回転トルクを増大することができ、高効率性化が可能である。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

以上のように、実施形態に係る永久磁石型回転機は、シャフトと、シャフトに装着された、ロータコアを有するロータとを含み、ロータコアは、外周面が略円筒状の電磁鋼板積層体であり、シャフトの軸方向に貫通する貫通孔を有し、ロータの周方向の一周全てを囲むように配置されたボンド磁石の表面磁石部と、ロータの内部に配置され、表面磁石部と連結し、表面磁石部と一体であるボンド磁石の内部磁石部とを有する。これにより、回転トルクが大きく高効率性化が可能であるとともに、表面磁石部の遠心方向への飛び出しを防止でき、製造の作業性がよく、ボンド磁石のヒケやソリ、ボイドを防止することができる。

すなわち、表面磁石部と内部磁石部とが連結して構成されているため、回転機の回転による遠心力が表面磁石部に加わった際、内部磁石部が表面磁石部の遠心方向への変位を抑える役目を果たすことで、表面磁石部の遠心方向への飛び出しを防止することができる。

また、表面磁石部と内部磁石部は、連結しているうえに、射出成型等によって成型されるため、射出成型等により一度に、両方を成型することが可能であるため、製造時の作業性を悪化させることがない。

また、射出成型等によって成型される表面磁石部と内部磁石部とを両方備え、表面磁石部と内部磁石部との両者が回転に寄与するため、表面磁石部と内部磁石部の両者の厚みを増加させることなく回転トルクを向上させることができ、厚みを増加させることにより発生するヒケやソリ、ボイドを防止することができる。

また、表面磁石部に併せて、ロータコアの内部に設けられた内部磁石部を有するので、マグネットトルクに加えてリラクタンストルクをも利用することができ、表面磁石部のマグネットトルクと合わさって回転機全体の回転トルクを増大することができ、高効率性化が可能である。

また、表面磁石部と内部磁石部は、射出成型によって同時に成型される。これにより、表面磁石部および内部磁石部の製造が具体化される。

また、内部磁石部は、径方向の内側に向かって突出する略円弧状を呈しており、その径方向内側の中央部分には、ボンド磁石が充填されない箇所である非充填部が設けられている。これにより、ロータコアの一体的な構成が可能となる。

また、ロータには、軸方向に貫通する複数のフラックスバリアが設けられており、フラックスバリアは、非充填部に隣接して設けられている。これにより、非充填部の周囲の漏れ磁束の経路の磁気抵抗を高め、磁束漏れを防止して、回転トルクの低下を防止し、高効率性化を図ることができる。

また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１ 永久磁石型回転機，２ モータフレーム，３ シャフト，４ ステータ，５ ステータコア，５ａ ティース，６ コイル，７ ロータ，８ ロータコア，８ａ 外側コア部，８ｂ 内側コア部，８ｃ、８ｄ 切込部，８ｅ 連結部，８ｆ 貫通孔，９ 表面磁石部，１０ 内部磁石部，１１ 連結部，１２ 非充填部，１３ フラックスバリア

Claims (4)

1. シャフトと、前記シャフトに装着された、ロータコアを有するロータとを含み、
   前記ロータコアは、外周面が略円筒状の電磁鋼板積層体であり、前記シャフトの軸方向に貫通する貫通孔を有し、
   前記ロータの周方向の一周全てを囲むように配置されたボンド磁石の表面磁石部と、
   前記ロータの内部に配置され、前記表面磁石部と連結し、前記表面磁石部と一体であるボンド磁石の内部磁石部とを有する、
   永久磁石型回転機。
2. 前記表面磁石部と前記内部磁石部は、射出成型によって同時に成型される、
   請求項１に記載の永久磁石型回転機。
3. 前記内部磁石部は、径方向の内側に向かって突出する略円弧状を呈しており、
   その径方向内側の中央部分には、前記ボンド磁石が充填されない箇所である非充填部が設けられている、
   請求項１または２に記載の永久磁石型回転機。
4. 前記ロータには、軸方向に貫通する複数のフラックスバリアが設けられており、
   前記フラックスバリアは、前記非充填部に隣接して設けられている、
   請求項３に記載の永久磁石型回転機。

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