JP3576295B2 - 同期電動機のロータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は同期電動機に関し、特に、ロータコアの筒状表面に複数の永久磁石を固定してなる同期電動機のロータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記種類の同期電動機のロータにおいては、複数の永久磁石は、例えば接着剤等の接着手段によってロータコアの筒状表面に固定されていた。このとき一般に各永久磁石は、ロータの組立作業者の目視によって、ロータコアの筒状表面上の所定位置に位置決めされていた。
【０００３】
したがってこの種のロータを組立てたときには、軸とロータコアとの軸心のずれや複数の永久磁石の重量のばらつき等の成形精度に関する要因だけでなく、ロータコアの筒状表面上所定位置からの永久磁石の配置ずれを生じるような組立作業性に関する要因により、ロータの重心がその回転軸線上から比較的容易に逸脱してしまう傾向がある。このような不釣合いを有するロータでは、電動機作動時に振動、騒音、回転むら等を生じ易くなるだけでなく、高速回転を続けることによりロータが破壊してしまう危惧も生じる。
【０００４】
そこで従来、ロータの不釣合いを修正するために、ロータ組立後に、例えばロータコアの所定箇所を所定分量だけ機械加工式に除去したり、ロータコアの軸方向端面に金属製又は樹脂製の環状部材を配置してこの環状部材の所定箇所を所定分量だけ機械加工式に除去したり、ロータコアの軸方向端面の所定位置に金属製又は樹脂製の所定質量の錘を固着する方法が採られていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ロータコアの所定箇所を機械加工式に除去する方法では、ロータの磁気特性に影響を及ぼしたり、ロータの機械的強度を低下させたりする課題が生じる。ロータコアの軸方向端面に配置した環状部材を機械加工する方法によれば、このような課題は解決できるものの、ロータの組立工数及び部品点数の増加により製造コストが増大する。また錘を用いる場合は、錘の固着手段として一般に接着剤が使用されるが、特に毎分１万回転に達するような高速回転時に、錘に作用する遠心力が接着力を超えると接着界面が剥離し、錘が脱落、飛散する危惧がある。
【０００６】
したがって本発明の目的は、ロータコアの筒状表面に複数の永久磁石を固定してなる同期電動機のロータにおいて、ロータの磁気特性に影響を及ぼしたり機械的強度を低下させたりすることなく、容易かつ安価な方法によりロータに形成でき、しかも確実かつ安全にロータの釣合いを保持することができる釣合せ構造を備えたロータを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、ロータコアの筒状表面に複数の永久磁石を周方向離間配置で固定してなる同期電動機のロータにおいて、ロータコアの筒状表面上で隣合う永久磁石の間に形成される複数の溝部のうち少なくとも１つの溝部に配置され、ロータの不釣合いを修正する樹脂製の釣合せ部材と、複数の永久磁石を囲繞する筒状部を有して、釣合せ部材を溝部内の所定位置に固定的に支持する管状部材とを具備し、管状部材は、筒状部の軸方向一端で半径方向内方へ延設されるフランジ部を有し、フランジ部が、釣合せ部材を配置した溝部の軸方向一端の開口を閉鎖すること、を特徴とする同期電動機のロータを提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明をその実施形態に基づきさらに詳細に説明する。各図面において、同一又は類似の構成要素には共通の参照符号を付す。
図１〜図３は、本発明の一実施形態による同期電動機のロータ１０を示す。ロータ１０は、軸１２に例えば焼嵌めによって固定される略円筒状のロータコア１４と、ロータコア１４の筒状表面１６に固定される複数（図示実施形態では４個）の永久磁石１８とを備える。各永久磁石１８は、いずれも略同一の瓦形状を有し、ロータコア１４の筒状表面１６に密接する円筒切片状の内周面２０と、内周面２０に略平行に延びてステータ（図示せず）に対向する円筒切片状の外周面２２と、内周面２０と外周面２２とを連結する略平坦な各一対の側面２４及び軸方向端面２６とを備える。
【０００９】
周方向へ隣合う永久磁石１８の間には、ロータコア１４の筒状表面１６と各永久磁石１８の側面２４とによって溝部２８が画成される。理想的には全ての永久磁石１８は、隣合う永久磁石１８の間に同一形状の溝部２８を介して、ロータコア１４の筒状表面１６の所定位置に周方向へ等間隔に配置される。
【００１０】
ロータ１０はさらに、複数の永久磁石１８をロータコア１４の筒状表面１６上の所定位置に固定するための管状部材３０を備える。好ましくは管状部材３０は、アルミニウムやステンレス等の非磁性金属材料からなり、永久磁石１８による磁界に影響を及ぼさないようになっている。管状部材３０は、ロータコア１４に固定された永久磁石１８の外周面２２の径に略等しい内径と、各永久磁石１８の軸方向長さに略等しい軸方向長さとを有する円筒形状を備え、その内周面３２で全ての永久磁石１８の外周面２２に密接してそれら永久磁石１８を囲繞する。管状部材３０は、遠心力や磁気吸引力等の半径方向外方への外力に抗して、複数の永久磁石１８をロータコア１４の筒状表面１６に固定的に保持するに充分な剛性を有する。したがってロータ１０は、毎分１万回転に達するような高速の電動機にも好適に使用できるものである。
【００１１】
ロータ１０を組立てる際には、軸１２にロータコア１４を固定し、ロータコア１４の筒状表面１６上の所定位置に、作業者の目視により位置決めしつつ複数の永久磁石１８を配置する。このとき、例えば簡単な接着剤により、各永久磁石１８をロータコア１４の筒状表面１６に仮固定する。その状態で、複数の永久磁石１８の一方の軸方向端面２６側から、管状部材３０を永久磁石１８の外周面２２に摺動式に装着する（図４参照）。
【００１２】
このような組立工程においては、軸１２とロータコア１４との軸心のずれ、複数の永久磁石１８の重量のばらつき、仮固定作業時に生じるロータコア１４の筒状表面１６上所定位置からの永久磁石１８の配置ずれ、等に起因して、ロータ１０の重心がその回転軸線上から比較的容易に逸脱してしまう傾向がある。そこでロータ１０では、このような重心のずれを補正してロータの釣合いを保持するために、隣合う永久磁石１８間の溝部２８に樹脂製の釣合せ部材３４を配置する。
【００１３】
前述したように、溝部２８は、ロータコア１４の筒状表面１６と、隣合う各永久磁石１８の側面２４と、管状部材３０の内周面３２とによって画成される。すなわち、溝部２８の半径方向開口は管状部材３０によって閉鎖され、溝部２８は軸方向両端の開口のみにてロータ１２の周囲環境に連通される。釣合せ部材３４は、このようにして画成された溝部２８に、その軸方向一端の開口を介して樹脂材料を充填することにより形成される。
【００１４】
図５に示すように、釣合せ部材３４は、外部の樹脂供給源（図示せず）に連結されたノズル３６を介して溝部２８に樹脂材料を充填し、この樹脂材料を例えば加熱硬化させることにより形成できる。釣合せ部材３４を形成するのに適した樹脂材料は、例えば熱硬化性のエポキシ系樹脂である。
【００１５】
溝部２８に釣合せ部材３４を配置する際には、所与の釣合い試験機により、前述のようにして組立てられたロータ１０の不釣合いの大きさ及び角度位置を検出し、その検出結果に基づいて、指定された少なくとも１つの溝部２８に指定された量の樹脂材料を充填する。このとき樹脂材料の粘性の選択により、樹脂材料は、溝部２８の長手方向に流れてしまうことなく、ロータコア１４の筒状表面１６と各永久磁石１８の側面２４と管状部材３０の内周面３２とに一様に接触する状態（図２参照）に充填されることが好ましい。さらに、このような状態で充填された樹脂材料が、溝部２８内で流動する前に硬化されることが有利である。
【００１６】
釣合せ部材３４を、上記のように溝部２８を画成する各面に一様に接触した状態で形成したときには、２つ以上の溝部２８に釣合せ部材３４を配置する場合、各溝部２８内に異なる荷重を付与するために、図３に示すように軸方向寸法の異なる釣合せ部材３４が各溝部２８内に形成されることになる。なお、釣合いを正確に得るためには、図５に示すようにノズル３６の先端を溝部２８内にその軸方向一端の開口から挿入し、ロータコア１４の軸方向略中央位置に釣合せ部材３４を配置することが好ましい（図３参照）。
【００１７】
樹脂材料から硬化成形された釣合せ部材３４を、ロータ１０の回転時に作用する遠心力に抗して溝部２８内の所定位置に固定的に支持するために、ロータ１０では、複数の永久磁石１８をロータコア１４の筒状表面１６上所定位置に固定するための管状部材３０が、釣合せ部材３４の支持手段として作用する。管状部材３０がこのような支持作用を確実に発揮するためには、上記したように釣合せ部材３４が溝部２８を画成する各面に一様に接触した状態に形成されることが有利である。
【００１８】
このような構成によれば、ロータコア１４に機械加工を施す必要がないので、ロータ１０の磁気特性に影響を及ぼしたり機械的強度を低下させたりすることなく、ロータ１０の不釣合いを修正することが可能となる。また、ロータ１０の組立時に複数の永久磁石１８間に必然的に形成される溝部２８を利用して、樹脂材料の充填により釣合せ部材３４を形成するので、ロータ１０の組立工数や部品点数の増加が極力抑えられ、以て製造コストの増大が防止される。また、永久磁石１８を固定するための管状部材３０が釣合せ部材３４を固定的に支持するので、高速回転時にも遠心力による釣合せ部材３４の脱落、飛散が確実に防止される。
【００１９】
なお管状部材３０は、ロータ回転時の磁気吸引力や遠心力等の半径方向外方への外力に抗して複数の永久磁石１８を固定的に保持するものであり、その磁石固定力は永久磁石１８と管状部材３０との間の締め代によって決まる。このとき、管状部材３０による磁石固定力が複数の永久磁石１８をロータコア１４の筒状表面１６上で周方向へ固定するには不充分であっても、上記したように溝部２８を画成する各面に一様に接触して形成された釣合せ部材３４は、永久磁石１８を周方向へ固定的に保持する作用を果たす。この場合、全ての溝部２８に所望の強度を発揮できるだけの釣合せ部材３４を形成できるように、樹脂材料の充填量を調整する必要があるのは言うまでもない。
【００２０】
図６は、上記ロータ１０における管状部材の変形例を示す。図６に示す管状部材３８は、永久磁石１８の軸方向長さよりも短い軸方向長さを有する円筒状部材であり、永久磁石１８の外周面２２の軸方向略中心位置に固定的に配置される。釣合せ部材３４は、このように配置された管状部材３８に覆われる溝部２８内の位置に形成される。このような構成によっても、管状部材３８は釣合せ部材３４を溝部内２８の所定位置に固定的に支持する支持手段として作用し、釣合せ部材３４によりロータ１０の釣合いが確実に保持される。なおこの場合、溝部２８に充填された樹脂材料、及びその樹脂材料から硬化形成される釣合せ部材３４を視認し易いという利点がある。
【００２１】
図７は、上記ロータ１０における管状部材の他の変形例を示す。図７に示す管状部材４０は、永久磁石１８の軸方向長さに略等しい軸方向長さを有する円筒状部材であり、その軸方向一端には半径方向内方へ延びる円環状のフランジ４２が形成される。管状部材４０のフランジ４２は、その内縁部分の内面にてロータコア１４の軸方向一端面に接触し、それにより各溝部２８の軸方向一端の開口を閉鎖する。このような構成によれば、図示のようにロータ１０の軸１２を直立させた状態で、溝部２８に軸方向他端の開口からノズル３６を介して釣合せ部材３４の樹脂材料を充填する場合に、樹脂材料が流動して溝部２８から流出してしまうことを防止できる。
【００２２】
図８及び図９は、本発明の他の実施形態による同期電動機のロータ５０を示す。ロータ５０は、軸５２に固定される略円筒状のロータコア５４と、ロータコア５４の筒状表面５６に固定される複数（図示実施形態では８個）の永久磁石５８とを備える。各永久磁石５８は、いずれも略同一の瓦形状を有し、ロータコア５４の筒状表面５６に密接する円筒切片状の内周面６０と、内周面６０に略平行に延びてステータ（図示せず）に対向する円筒切片状の外周面６２と、内周面６０と外周面６２とを連結する各一対の側面６４及び軸方向端面６６とを備える。
【００２３】
永久磁石５８の側面６４は、その半径方向略中央で一様に周方向へ突出する折曲面形状を有し、内周面６０に隣接する略平坦な内側面６４ａと、外周面６２に隣接する略平坦な外側面６４ｂとからなる。したがって周方向へ隣合う永久磁石５８の間には、ロータコア５４の筒状表面５６と各永久磁石５８の内側面６４ａとによって、略三角形断面の溝部６８が画成される。理想的には全ての永久磁石５８は、隣合う永久磁石５８の間に同一形状の溝部６８を介して、ロータコア５４の筒状表面５６の所定位置に周方向へ等間隔に配置される。
【００２４】
ロータ５０では、複数の永久磁石５８は接着剤等の接着手段のみによってロータコア５４の筒状表面５６に固定される。したがってロータ５０は、図１のロータ１０に比べて実用回転速度の低い電動機に好適に使用されるものである。
【００２５】
さらにロータ５０では、ロータ不釣合いを修正するために、隣合う永久磁石５８間の溝部６８に樹脂製の釣合せ部材７０が配置される。釣合せ部材７０は、溝部６８に樹脂材料を充填し、この樹脂材料を例えば加熱硬化させることにより形成される。この場合樹脂材料は、例えば外部の樹脂供給源（図示せず）に連結されたノズル７２により、図示のように溝部６８の半径方向開口から充填することができる。
【００２６】
釣合せ部材７０を形成する際には、釣合い試験の結果に基づいて、指定された少なくとも１つの溝部６８に指定された量の樹脂材料が充填される。このとき樹脂材料の粘性の選択により、樹脂材料は、溝部６８の長手方向に流れてしまうことなく、ロータコア５４の筒状表面５６と各永久磁石５８の内側面６４ａとに一様に接触する状態（図９参照）に充填されることが好ましい。さらに、このような状態で充填された樹脂材料が、溝部６８内で流動する前に硬化されることが有利である。
【００２７】
釣合せ部材７０を、上記のように溝部６８を画成する各面に一様に接触した状態で形成したときには、２つ以上の溝部６８に釣合せ部材７０を配置する場合、各溝部６８内に異なる荷重を付与するために、軸方向寸法の異なる釣合せ部材７０が各溝部６８内に形成されることになる。なお、釣合いを正確に得るためには、ロータコア５４の軸方向略中央位置に釣合せ部材７０を配置することが好ましい。
【００２８】
ロータ５０においては、樹脂材料から硬化成形された釣合せ部材７０を、ロータ５０の回転時に作用する遠心力に抗して溝部６８内の所定位置に固定的に支持するために、各永久磁石５８の内側面６４ａが釣合せ部材７０の支持手段として作用する。内側面６４ａがこのような支持作用を確実に発揮するためには、上記したように釣合せ部材７０が溝部６８を画成する各面に一様に接触した状態に形成されることが有利である。
【００２９】
このような構成によっても、ロータ５０の磁気特性に影響を及ぼしたり機械的強度を低下させたりすることなく、釣合せ部材７０をロータ５０に形成できる。しかも、永久磁石５８の内側面６４ａが釣合せ部材７０の支持手段として作用するので、図１の実施形態における管状部材を排除して、ロータの製造コストをさらに低減することができる。毎分数千回転といった低／中速回転時には、永久磁石５８の内側面６４ａは、釣合せ部材７０を遠心力に抗して確実に溝部６８内に支持する。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明は、ロータコアの筒状表面上で隣合う永久磁石の間に形成される複数の溝部のうち少なくとも１つの溝部に、ロータの不釣合いを修正する樹脂製の釣合せ部材を配置し、この釣合せ部材を支持手段により固定的に支持する構成としたので、ロータの不釣合いを修正するために、ロータコアへ機械加工を施すことを排除でき、ロータの磁気特性に影響を及ぼしたり機械的強度を低下させたりすることを防止できる。また釣合せ部材は、樹脂材料を溝部に充填し、硬化させることにより、容易かつ安価に形成できる。しかも支持手段が、遠心力に抗して釣合せ部材を所定位置に固定的に支持するので、確実かつ安全にロータの釣合いを保持することができる。したがって本発明によれば、製造が容易で高い作動信頼性を有する同期電動機のロータが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による同期電動機のロータを示す斜視図である。
【図２】図１のロータの線ＩＩ−ＩＩに沿った断面図である。
【図３】図２の線 ＩＩＩ−ＩＩＩ に沿った断面図である。
【図４】図１のロータの組立工程の１つの段階を示す分解斜視図である。
【図５】図１のロータの組立工程の他の段階を示す斜視図である。
【図６】図１のロータにおける管状部材の変形例を示す図で、図１に対応した斜視図である。
【図７】図１のロータにおける管状部材の他の変形例を示す図で、図３に対応した断面図である。
【図８】本発明の他の実施形態による同期電動機のロータの斜視図である。
【図９】図８のロータの線ＩＸ−ＩＸに沿った断面図である。
【符号の説明】
１０、５０…ロータ
１２、５２…軸
１４、５４…ロータコア
１６、５６…筒状表面
１８、５８…永久磁石
２２、６２…外周面
２４、６４…側面
２８、６８…溝部
３０、３８、４０…管状部材
３４、７０…釣合せ部材
６４ａ…内側面

Claims (1)

1. ロータコアの筒状表面に複数の永久磁石を周方向離間配置で固定してなる同期電動機のロータにおいて、
   前記ロータコアの筒状表面上で隣合う前記永久磁石の間に形成される複数の溝部のうち少なくとも１つの溝部に配置され、ロータの不釣合いを修正する樹脂製の釣合せ部材と、
   前記複数の永久磁石を囲繞する筒状部を有して、前記釣合せ部材を前記溝部内の所定位置に固定的に支持する管状部材とを具備し、
   前記管状部材は、前記筒状部の軸方向一端で半径方向内方へ延設されるフランジ部を有し、該フランジ部が、前記釣合せ部材を配置した前記溝部の軸方向一端の開口を閉鎖すること、
   を特徴とする同期電動機のロータ。

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