JP3753046B2

JP3753046B2 - 電動機の回転子構造

Info

Publication number: JP3753046B2
Application number: JP2001329268A
Authority: JP
Inventors: 真秀木村; 伸明阿久津
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2001-10-26
Filing date: 2001-10-26
Publication date: 2006-03-08
Anticipated expiration: 2021-10-26
Also published as: JP2003134705A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、回転軸の外周側に、回転軸とともに回転して永久磁石を備えた回転子鉄心および、この回転子鉄心の軸方向両側を保持するエンドプレートをそれぞれ備えた電動機の回転子構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電動機の回転子構造としては、図６に示すようなものがある。この電動機の回転軸１の外周側には、例えば板厚０．５ｍｍ程度の鉄などの磁性材料からなる薄板を回転軸１の軸方向に沿って多数積層して構成した回転子鉄心３が固定されている。回転子鉄心３には、軸方向に沿って貫通孔３ａが形成され、この貫通孔３ａには、永久磁石５が挿入されている。そして、回転子鉄心３の軸方向両側には、回転子鉄心３の多数の薄板の剥離を防止するための板厚５ｍｍ程度のエンドプレート７が配置されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記したエンドプレート７が鉄などの磁性材料である場合には、図６のＡ部の拡大図である図７に破線で示すように、永久磁石５の端末の磁束Ｍがエンドプレート７を介して短絡し、回転子外周に設けられる図示しない固定子への磁束が減少してしまう。このため、エンドプレート７は、通常アルミニウムなどの非磁性材料で構成する必要が生じ、材料費の高騰を招いている。
【０００４】
そこで、この発明は、永久磁石の端末から発生する磁束の短絡を防止しつつ、エンドプレートを安価な磁性材料で構成することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１の発明は、回転軸の外周側に、前記回転軸の軸方向に沿って複数の磁性材料が積層して構成されて前記回転軸とともに回転する回転子鉄心と、この回転子鉄心の前記回転軸の軸方向両側に配置されて、前記回転子鉄心を保持するエンドプレートとをそれぞれ設け、前記回転子鉄心および前記エンドプレートに、前記回転軸の軸方向に沿って永久磁石が挿入される貫通孔を設け、前記永久磁石における前記回転軸の軸方向端面を、前記エンドプレートにおける同軸方向外側面とほぼ同一面とし、前記エンドプレートに、前記永久磁石における軸方向端面を、前記エンドプレートにおける同軸方向外側面とほぼ同一面とした状態で押さえる保持部材を設けた構成としてある。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１の発明の構成において、前記保持部材は、前記永久磁石の軸方向端面を押さえる保持爪であり、前記エンドプレートと一体に形成される構成としてある。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項２の発明の構成において、前記保持爪は、前記貫通孔の回転子外周側から同内周側へ向けて突出する構成としてある。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１の発明の構成において、前記保持部材は、前記永久磁石の軸方向端面を押さえる端面押さえ部と、前記エンドプレートの前記回転子鉄心側の内面に係止される係止部と、この係止部と前記端面押さえ部とを連結して前記貫通孔に挿入される連結部とをそれぞれ備え、前記エンドプレートと別体に形成される構成としてある。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項４の発明の構成において、前記係止部は、前記貫通孔の回転子外周側部分と同内周側部分とから構成されるものとしてある。
【００１１】
請求項６の発明は、請求項４または５の発明の構成において、前記エンドプレートの前記係止部が係止される部位に、前記係止部が入り込んでこの係止部の板厚以上の深さ寸法を備えた凹部を設けた構成としてある。
【００１２】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、永久磁石における回転軸の軸方向端面を、エンドプレートの同軸方向外側面とほぼ同一面としたので、エンドプレートを磁性材料としても、永久磁石の端末付近から発生する磁束は、エンドプレートを通って回転子外周の固定子側へ向かうことになり、磁束の短絡を防止することができる。磁束の短絡を防止しつつ、エンドプレートを磁性材料で構成できるので、材料費の高騰を防止することができる。
また、回転子鉄心およびエンドプレートの貫通孔に挿入した永久磁石は、保持部材により、軸方向端面がエンドプレートにおける同軸方向外側面とほぼ同一面となる状態で押さえられて、貫通孔からの抜けを防止することができる。
【００１４】
請求項２の発明によれば、保持部材をエンドプレートと一体とすることで、部品点数の増加を招くことなく、永久磁石の貫通孔からの抜けを防止することができる。
【００１５】
請求項３の発明によれば、貫通孔の回転子外周側から同内周側へ向けて突出している保持爪により、貫通孔からの永久磁石の抜けを防止することができる。
【００１６】
請求項４の発明によれば、保持部材をエンドプレートと別体に設けたので、エンドプレートには特別な加工を必要とせず、安価な構成によって永久磁石の貫通孔からの抜けを防止することができる。
【００１７】
請求項５の発明によれば、保持部材は、貫通孔の回転子外周側部分と同内周側部分とにそれぞれ設けられた係止部により、エンドプレートに係止され、この状態で永久磁石を確実に保持することができる。
【００１８】
請求項６の発明によれば、保持部材の係止部が、エンドプレートの凹部に入り込むので、エンドプレートは、内側面が回転子鉄心に確実に当接し、回転子鉄心の保持を確実に行うことができる。
【００１９】
請求項７の発明によれば、エンドプレートと別体とした保持部材を、非磁性材料で構成したので、永久磁石の端末付近から発生する磁束が保持部材を通ることによる短絡を防止することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００２１】
図１は、この発明の第１の実施形態を示す電動機の回転子構造を示す断面図であり、図２は、図１のＢ矢視図である。電動機の回転軸９は、図示しない電動機ハウジングに対しベアリングを介して回転可能に支持されている。
【００２２】
回転軸９の外周側に固定される回転子鉄心１１は、従来のものと同様に、例えば板厚０．５ｍｍ程度の鉄などの磁性材料からなる薄板を回転軸９の軸方向（以後、軸方向とは回転軸９の軸方向とする。）に沿って積層して構成したもので、回転軸９が挿入される回転軸挿入孔１１ａを備えている。
【００２３】
回転子鉄心１１の軸方向両端面は、磁性材料で構成したエンドプレート１３によって挟持固定されている。エンドプレート１３は、回転子鉄心１１と同様に、回転軸９が挿入される回転軸挿入孔１３ａを備えて回転軸９の外周に固定される。
【００２４】
回転子鉄心１１には、その外周側近傍内に、軸方向に沿って貫通孔１１ｂが形成されている。この貫通孔１１ｂに対応して左右のエンドプレート１３には、貫通孔１３ｂが形成されている。この貫通孔１１ｂおよび１３ｂに永久磁石１７が挿入されている。貫通孔１１ｂ，１３ｂおよび永久磁石１７は、円周方向に複数設けられている。
【００２５】
上記した永久磁石１７の軸方向長さ寸法は、回転子鉄心１１の軸方向長さと２枚のエンドプレート１３の板厚分とを加えた寸法とほぼ同等となっている、つまり、永久磁石１７の軸方向端面１７ａは、エンドプレート１３の外側面１３ｃとほぼ同一面を構成している。
【００２６】
上記したエンドプレート１３の外側面１３ｃには、永久磁石１７の軸方向端面１７ａを押さえる保持部材としての保持爪１３ｄが、エンドプレート１３に一体に形成されている。この保持爪１３ｄは、貫通孔１３ｂの回転子外周側から同内周側へ向けて突出するもので、図２に示したように、円周方向に長く形成された永久磁石１７の長手方向ほぼ中心で、かつ外側（図２中で上部側）の一部を押さえている。
【００２７】
上記した電動機の回転子構造において、永久磁石１７のエンドプレート１３付近の端末から発生する磁束が、前記図７に示した従来のように短絡するためには、透磁率の低い空気層を通過しなければならない。ところが、磁束は透磁率のより高い部位を通過する特性を備えているため、前記端末から発生する磁束は、透磁率の高い磁性材料によって構成されたエンドプレート１３を通り、回転子外周に設けられた図示しない固定子方向へ向かうことになり、前記した磁束の短絡の発生は防止される。
【００２８】
このように、通常、材料費の高い非磁性材料で構成されるエンドプレートを、材料費の低い鉄などの磁性材料で構成しても、永久磁石１７の端末付近からの磁束の短絡を防止できるので、回転子の製造コストを低減することができる。また、この場合、保持爪１３ｄにより永久磁石１７の軸方向端面１７ａを押さえているので、永久磁石１７の貫通孔１１ｂおよび１３ｂからの抜けを防止することができる。また保持爪１３ｄは、エンドプレート１３と一体に構成されているので、上記した永久磁石１７の貫通孔１１ｂおよび１３ｂからの抜けを防止する構成とする際に、部品点数の増加を回避することができる。
【００２９】
ところで、電動機作動時における回転子の発生する回転トルクは、回転子から回転子外周に設けられた図示しない固定子方向へ向かう磁束である鎖交磁束の量によって左右される。したがって、上記した実施形態の回転子における鎖交磁束が発生する範囲は、図１に示すように、永久磁石１７の全長に対応する磁気回路範囲Ｌ₁となる。一方、前記図６に示した従来の回転子における鎖交磁束の範囲は、磁気回路範囲Ｌとなる。
【００３０】
ここで、磁気回路範囲Ｌ₁を従来の磁気回路範囲Ｌと等しくした場合、上記した本発明の実施形態の回転子においては、従来の回転子とほぼ同等の回転トルク性能を確保しながら、エンドプレートの板厚分小型化できるという効果も得られる。
【００３１】
図３は、この発明の第２の実施形態を示す電動機の回転子構造を示す断面図であり、図４は図３の側面図である。この実施形態は、永久磁石１７の軸方向端面１７ａを押さえる保持部材としての磁石保持具１９を、エンドプレート１３０と別体に構成している。各エンドプレート１３０の中心には、回転軸９が挿入される回転軸挿入孔１３０ａが形成されている。
【００３２】
この例においても、図１のものと同様に、永久磁石１７の軸方向長さ寸法は、回転子鉄心１１の軸方向長さと２枚のエンドプレート１３０の板厚分とを加えた寸法とほぼ同等となっている、つまり、永久磁石１７の軸方向端面１７ａは、エンドプレート１３０の外側面１３０ｂとほぼ同一面を構成している。
【００３３】
磁石保持具１９は、図５に拡大して示すように、永久磁石１７の軸方向端面１７ａを押さえる端面押さえ部１９ａと、エンドプレート１３０の内側面（図５中で左側面）における回転子外周側および同内周側にそれぞれ形成してある凹部１３０ｃおよび１３０ｄに入り込む係止部１９ｂおよび１９ｃと、端面押さえ部１９ａと係止部１９ｂ，１９ｃとを連結し、エンドプレート１３０の貫通孔１３０ｅに挿入される連結部としての側面部１９ｄ，１９ｅとを備えている。
【００３４】
上記したエンドプレート１３０の凹部１３０ｃ，１３０ｄは、係止部１９ｂ，１９ｃの板厚以上の深さに形成されているが、係止部１９ｂ，１９ｃと回転子鉄心１１との間に隙間Ｓが形成されることが望ましい。この凹部１３０ｃ，１３０ｄは、エンドプレート１３０をプレスなどで製造した後、切削などによって容易に形成できる。また、エンドプレート１３０の貫通孔１３０ｅは、図１に示した第１の実施形態の貫通孔１３ｂに比べ、磁石保持具１９の側面部１９ｄ，１９ｅの板厚分大きく形成されている。
【００３５】
なお、上記した磁石保持具１９は、永久磁石１７の端末付近からの磁束の短絡を防止するために、アルミニウムや樹脂などの非磁性材料で構成することが望ましい。
【００３６】
上記した第２の実施形態における電動機の回転子構造では、回転軸９に回転子鉄心１１を取り付けた後、回転子鉄心１１の貫通孔１１ｂに永久磁石１７を挿入する。このとき、永久磁石１７の両端末を回転子鉄心１１の両端面から突出させた状態とする。この状態で、永久磁石１７の両端末に磁石保持具１９を被せるようにして取り付けた後、エンドプレート１３０を回転子鉄心１１を挟持するように、回転軸９に固定することで組み立てる。
【００３７】
そして、この回転子構造においても、前記図１のものと同様に、永久磁石１７の軸方向端面１７ａが、エンドプレート１３０の外側面１３０ｂとほぼ同一面を構成しているので、永久磁石１７の端末から発生する磁束は、透磁率の高い磁性材料によって構成されたエンドプレート１３０を通り、回転子外周に設けられた図示しない固定子方向へ向かうことになり、磁束の短絡は防止される。
【００３８】
このため、通常、材料費の高い非磁性材料で構成されるエンドプレートを、材料費の低い鉄などの磁性材料で構成しても、永久磁石１７の端末付近からの磁束の短絡を防止できるので、回転子の製造コストを低減することができる。また、磁石保持具１９により、永久磁石１７の軸方向端面１７ａを押さえているので、永久磁石１７の貫通孔１１ｂ，１３０ｅからの抜けを防止することができる。
【００３９】
また、磁石保持具１９の係止部１９ｂ，１９ｃが、エンドプレート１３０の凹部１３０ｃ，１３０ｄに入り込んだ状態となるので、エンドプレート１３０は、内側面が回転子鉄心１１に確実に当接し、薄板を多数積層した回転子鉄心１１の剥離を防止でき、回転子鉄心１１の保持を確実に行うことができる。
【００４０】
さらに、上記した第２の実施形態においては、エンドプレート１３０は、プレスなどで製造した後、特別な加工を必要とすることなく、凹部１３０ｃ，１３０ｄを切削などによって容易に形成できるので、図１の係止部１３ｄをエンドプレート１３に一体化させる場合に比べ、製造が容易となる。
【００４１】
また、この第２の実施形態の回転子においても、第１の実施形態と同様に、磁気回路範囲Ｌ₁を従来の磁気回路範囲Ｌと等しくした場合、従来の回転子とほぼ同等の回転トルク性能を確保しながら、エンドプレートの板厚分小型化できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態を示す電動機の回転子構造を示す断面図である。
【図２】図１のＢ矢視図である。
【図３】この発明の第２の実施形態を示す電動機の回転子構造を示す断面図である。
【図４】図３の側面図である。
【図５】図３の要部の拡大された断面図である。
【図６】従来例を示す電動機の回転子構造を示す断面図である。
【図７】図６のＡ部における磁束の短絡状態を示す説明図である。
【符号の説明】
９回転軸
１１回転子鉄心
１３，１３０エンドプレート
１１ｂ貫通孔
１３ｂ，１３０ｅ貫通孔
１３ｃ，１３０ｂ軸方向外側面
１３ｄ保持爪（保持部材）
１７永久磁石
１７ａ軸方向端面
１９磁石保持具（保持部材）
１９ａ端面押さえ部
１９ｂ，１９ｃ係止部
１９ｄ，１９ｅ側面部（連結部）
１３０ｃ，１３０ｄ凹部

Claims

回転軸の外周側に、前記回転軸の軸方向に沿って複数の磁性材料が積層して構成されて前記回転軸とともに回転する回転子鉄心と、この回転子鉄心の前記回転軸の軸方向両側に配置されて、前記回転子鉄心を保持するエンドプレートとをそれぞれ設け、前記回転子鉄心および前記エンドプレートに、前記回転軸の軸方向に沿って永久磁石が挿入される貫通孔を設け、前記永久磁石における前記回転軸の軸方向端面を、前記エンドプレートにおける同軸方向外側面とほぼ同一面とし、前記エンドプレートに、前記永久磁石における軸方向端面を、前記エンドプレートにおける同軸方向外側面とほぼ同一面とした状態で押さえる保持部材を設けたことを特徴とする電動機の回転子構造。
前記保持部材は、前記永久磁石の軸方向端面を押さえる保持爪であり、前記エンドプレートと一体に形成されていることを特徴とする請求項１記載の電動機の回転子構造。
前記保持爪は、前記貫通孔の回転子外周側から同内周側へ向けて突出していることを特徴とする請求項２記載の電動機の回転子構造。
前記保持部材は、前記永久磁石の軸方向端面を押さえる端面押さえ部と、前記エンドプレートの前記回転子鉄心側の内面に係止される係止部と、この係止部と前記端面押さえ部とを連結して前記貫通孔に挿入される連結部とをそれぞれ備え、前記エンドプレートと別体に形成されていることを特徴とする請求項１記載の電動機の回転子構造。
前記係止部は、前記貫通孔の回転子外周側部分と同内周側部分とから構成されていることを特徴とする請求項４記載の電動機の回転子構造。
前記エンドプレートの前記係止部が係止される部位に、前記係止部が入り込んでこの係止部の板厚以上の深さ寸法を備えた凹部を設けたことを特徴とする請求項４または５記載の電動機の回転子構造。
前記保持部材は、非磁性材料で構成されていることを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１項に記載の電動機の回転子構造。