JP4515236B2 - 埋め込み磁石型のロータ - Google Patents

Description

この発明は、例えば、インナーロータ型のモータにおける埋め込み磁石型のロータに関するものである。

従来から、ロータ内部の孔に複数の永久磁石を配置した埋め込み磁石型のロータが知られている。この埋め込み磁石型のロータの中には、軸方向に沿って積層鋼板を貫通するように永久磁石が埋め込まれているものがあるが、軸長が長い場合には永久磁石内に過大な渦電流が流れて損失が発生し、永久磁石が発熱してしまう。最悪の場合は永久磁石が不可逆減磁してロータとしての機能を発揮できなくなる。このため、前記永久磁石を分割配置するとともに各永久磁石の間に絶縁材を圧入又は接着して設ける場合がある。（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−３２４７３６号公報

しかしながら、上記ロータでは永久磁石を分割して配置していることによって隣り合う永久磁石同士で反発力が生じるため、ロータ回転の振動や発熱により経時的に絶縁材が劣化した場合には、前記反発力により接着一体化した分割磁石がバラバラになり、配置ずれが発生してロータ外周面の発生磁界が不均一となり、この結果、モータトルクが低下するという問題がある。

そこで、この発明は、永久磁石の不可逆減磁を回避しつつ永久磁石の配置ずれを抑制してロータ外周面の発生磁界を均一化することで、モータトルクを向上させることができる埋め込み磁石型のロータを提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、ロータ（例えば、実施の形態におけるロータ本体５）に設けた孔部（例えば、実施の形態におけるスロット孔８）に磁石（例えば、実施の形態における永久磁石９）を配置する埋め込み磁石型のロータにおいて、前記ロータは、前記孔部を有する軸方向に分割された複数のロータ部材（例えば、実施の形態におけるロータ部材６）と、前記各ロータ部材の間に配置される仕切り板（例えば、実施の形態におけるセパレータ７）とを備え、前記複数のロータ部材と仕切り板とを軸方向に積層して一体的に形成され、前記仕切り板は、磁石が当接する位置に、前記仕切り板を貫通する開口部（例えば、実施の形態における孔１２）を有していることを特徴とする。
このように構成することで、磁石のサイズを小型化することができるとともに、例えば、ロータの振動等により磁石の配置がずれないようにすることができ、さらに、ロータ部材に磁石を組付けてユニット化してから組み合わせることができる。
また、仕切り板と磁石との接触面積を減少させることができる。

請求項２に記載した発明は、前記仕切り板が鋼板材であって絶縁層（例えば、実施の形態における絶縁コーティング１０）でコーティングされていることを特徴とする。
このように構成することで、磁石間の渦電流の導通を遮断して磁石の発熱を抑制し、減磁が生じないようにすることができる。

請求項３に記載した発明は、前記ロータ部材と前記仕切り板が同一素材の電磁鋼板で作られていることを特徴とする。
このように構成することで、通常前記ロータ部材を製作する工程中に前記仕切り板を製作する工程を含めて、工程の一つの流れの中で積層鋼板を製作することができる。

請求項４に記載した発明は、前記ロータ部材うち軸方向外側に配置された２つのロータ部材の内側面に各々絶縁コーティングされた仕切り板を設けると共に、前記ロータ部材のうち中央のロータ部材の両側面に絶縁コーティングされた仕切り板を設け、これら仕切り板の対向する面に絶縁コーティング層を設けることを特徴とする。

請求項１に記載した発明によれば、磁石のサイズを小型化することができるとともに、例えば、ロータの振動等により磁石の配置がずれないようにすることができ、さらに、ロータ部材に磁石を組付けてユニット化してから組み合わせることができるため、発熱を抑制するとともにトルクリップルや振動の発生を低減して信頼性を向上することができ、さらに、生産性を向上することができる効果がある。
また、仕切り板と磁石との接触面積を減少させることができるため、磁石の磁束の漏洩を低減することができる効果がある。

請求項２に記載した発明によれば、請求項１の効果に加え、磁石間の渦電流の導通を遮断して磁石の発熱を抑制し、減磁が生じないようにすることができるため、エネルギー効率を向上させることができる効果がある。

請求項３に記載した発明によれば、請求項１又は請求項２の効果に加え、通常前記ロータ部材を製作する工程中に前記仕切り板を製作する工程を含めて、工程の一つの流れの中で積層鋼板を製作することができるため、磁石のエネルギーが高く渦電流損の小さいロータを単一の工程で製作することができる効果がある。

請求項４に記載した発明によれば、請求項１、請求項２又は請求項３の効果に加え、仕切り板と磁石との接触面積を減少させることができるため、磁石の磁束の漏洩を低減することができる効果がある。

次に、この発明の第一の実施の形態を図面に基づいて説明する。この第一の実施の形態では本発明の埋め込み磁石型のロータをいわゆるインナーロータ型のＤＣブラシレスモータに適用している（以下、各実施の形態も同様）。
図１はモータの要部を示したものであり、同図において１はステータを示している。このステータ１は複数のティース２が周方向に配列された円環状のものであり、各ティース２はこの外周近傍に設けられた結合部３によって隣接するティース２と結合され、さらに、前記ティース２にはそれぞれ巻線４が巻装され固定子が構成されている。前記ステータ１の径方向内側には前記ティース２に対向する位置に円環状のロータ本体（ロータ）５が周方向に回転可能に設けられている。

図２、図３に示すように、前記ロータ本体５は、軸方向に分割された３つのロータ部材６とセパレータ（仕切り板）７とで構成されている。前記ロータ部材６は円環状の電磁鋼板を積層して形成したものであり、前記ロータ部材６の外周面近傍には前記ロータ部材６の側面に開口部を有した磁石設置用のスロット孔（孔部）８が軸方向に沿って形成されている。一方、前記セパレータ７は、前記各ロータ部材６の間を離間するために絶縁層（図示せず）がコーティングされたものであり、前記ロータ部材６と同様の円環状で、且つ、薄板状に形成された電磁鋼板を用いている。前記各ロータ部材６の間に前記セパレータ７を介装して前記ロータ部材６とセパレータ７とを軸方向に積層し一体的に結合することで前記ロータ本体５が構成されている。ここで、前記セパレータ７の内周縁と外周縁とは前記ロータ部材６の内周面と外周面とにそれぞれ面一に配置されている。

ところで、前記ロータ部材６のスロット孔８には平板状の永久磁石（磁石）９が装着されている。ここで、この永久磁石９のスロット孔８への固定は、永久磁石９とスロット孔８とのクリアランスを樹脂で埋める樹脂充填固定や、樹脂によってモールドした永久磁石９を樹脂を削りながら挿入するいわゆる軽圧入、又は、隙間嵌め固定、あるいは永久磁石９の隙間嵌め固定等の方法で固定することができる。

前記永久磁石９は、希土類やフェライト等の磁石を用いたものであり、ロータ本体５の外周面に前記永久磁石９からの磁束が向かうように配置されている。そして、この永久磁石９は、軸方向の長さが前記ロータ部材６の軸方向の長さと同一に設定され、前記ロータ部材６の側面と、前記永久磁石９の端面とが面一になるように固定されている。また、前記永久磁石９の極性はロータ本体５の径方向ではＮ極、Ｓ極が交互になるように配置され、一方、ロータ本体５の軸方向では、３つの永久磁石９が同一極となるように配置されている。

したがって、上記第一の実施の形態によれば、各ロータ部材６を絶縁層がコーティングされた電磁鋼板のセパレータ７により遮蔽することでロータ本体５の振動等により経時的に永久磁石９の配置がずれないようにすることができるため、モータのトルクリップルや振動の発生を低減して信頼性を向上することができる。

また、前記セパレータ７が絶縁層によってコーティングされているため、永久磁石９間に流れる渦電流を遮断することができ、この結果、前記永久磁石９の発熱を抑制することができる。 さらに、前記ロータ部材６とセパレータ７とが電磁鋼板で形成されており、ロータ部材６を製作する工程中に前記セパレータ７を製作する工程を容易に含めることができるため、製作工程の一つの流れの中でセパレータ７を含む積層鋼板を製作することができる

次に、図４〜図５に基づいて第二の実施の形態を説明する。尚、この第二の実施の形態では、前述の第一の実施の形態に対して、セパレータ７と絶縁層とを追加して設けたものであるため、同一部分に動一符号を付して説明する。
図４、図５は、前述した第一の実施の形態の図２と同様に、スロット孔８を備え、このスロット孔８に永久磁石９が装着された円環状の３つのロータ部材６を有したロータ本体５を示したものである。

これらのロータ部材６のうち、軸方向外側に配置された２つのロータ部材６ａの内側面には各々絶縁層でコーティングされた電磁鋼板で形成されたセパレータ７が取り付けられ、さらに、軸方向外側の各ロータ部材６ａに挟まれた中央のロータ部材６ｂには、この両側面に各々セパレータ７が取り付けられている。そして、これらのセパレータ７の対向する面には各々絶縁コーティング（絶縁層）１０が形成されており、これらの絶縁コーティング１０が前記永久磁石９と接触しないようになっている。すなわち、前記ロータ本体５は、前記３つのロータ部材６（６ａ，６ｂ）と４枚のセパレータ７とが軸方向に積層されて一体的に形成され、各ロータ部材６ａ，６ｂの間には各々２枚のセパレータ７，７と各セパレータ７の絶縁コーティング１０が介在しているのである。尚、絶縁コーティング１０は何れか一方のセパレータ７の面にのみ施しても良い。

したがって、上記第二の実施の形態によれば、各セパレータ７の間が絶縁コーティング１０によって絶縁処理して各ロータ部材６に埋め込まれた永久磁石９間の絶縁抵抗を増加することができるため、軸方向に沿って配置された各永久磁石９間に流れる渦電流の導通を遮断するとともに、前記永久磁石９の発熱を抑制し、前記永久磁石９が減磁しないようにすることができ、この結果、エネルギー効率の向上を図ることができる。ここで、前記絶縁コーティング１０は永久磁石９に接触していないので、絶縁コーティング１０が劣化して剥がれたりすることはない。

次に、図６に基づいて第三の実施の形態を説明する。尚、この第三の実施の形態では、前述の第一、第二の実施の形態のロータ部材６とセパレータ７と永久磁石９とをユニット化したものであるため、同一部分に同一符号を付して説明する。
図６は、ロータ本体５を分解して示したものである。同図に示すように、円環状のロータ部材６のスロット孔８には永久磁石９が装着され、さらに、このロータ部材６の側面にはセパレータ７が取り付けられている。そして、このロータ部材６に永久磁石９とセパレータ７とが組付けられてロータユニット１１が構成されている。すなわち、前記ロータ本体５は３つの前記ロータユニット１１を軸方向に一体的に積層して固定することで構成されている。尚、図示都合上、図６では、各ロータ部材６の間に介在するセパレータ７が１枚の場合（図６の紙面右側に示す）と２枚の場合（図６の紙面左側に示す）とを同一図面上に示している。

したがって、上記第三の実施の形態によれば、ロータ本体５を組付ける際に、積層構造のロータ部材６のスロット孔８に永久磁石９を装着し、さらに、前記ロータ部材６の片側面又は両側面に前記セパレータ７を固定して前記ロータユニット１１を構成してから、このロータユニット１１を積層して固定するだけでロータ本体５を構成することができるため、とりわけ、ロータ本体５の生産性を向上することができる点で有利となる。

次に、図７に基づいて第四の実施の形態を説明する。この第四の実施の形態は、前述の各実施の形態におけるセパレータ７に孔１２を設けたものであるため、同一部分に同一符号を付して説明する。
図７に示すように、前述した各実施の形態と同様に、ロータ本体５はロータ部材６とセパレータ７とが一体に組付けられて構成されている。前記ロータ部材６のスロット孔８（図１参照）には永久磁石９が軸方向に沿って配置されており、この永久磁石９の端面が円環状に形成されたセパレータ７に当接して配置されている。前記セパレータ７には、前記永久磁石９の端面の幅方向略中央に対応した位置に前記セパレータ７を貫通する孔（開口部）１２が形成されている。尚、前記セパレータ７には片側面にのみ永久磁石９が当接しているが、両側面に当接するようにしても良い。

したがって、第四の実施の形態によれば、とりわけ、孔１２によりセパレータ７と永久磁石９との接触面積を減少させることができるため、前記永久磁石９の磁束が漏洩するのを低減することができるという点で有利となる。また、前記セパレータ７に孔１２を形成する分だけ軽量化を図ることができる。

尚、この発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、ＤＣブラシレスモータ以外の種々のモータに用いることができる。また、ロータ本体を一体の円環状としたが、ロータ本体を周方向に分割可能にして、円環状のロータを構成してもよく、さらに、軸方向への分割数は３つに限られるものではなく複数であれば適宜選択してもよい。

また、上記実施の形態では絶縁層がコーティングされた電磁鋼板のセパレータについて説明したが、絶縁層をコーティングする以外に電磁鋼板自体を非導電体に置き換えてもよく、この場合、とりわけ永久磁石の両極間に短絡する磁束を抑制してロータ外周面の発生磁束を確保することができる点で有利となる。

本発明の第一の実施の形態におけるモータのロータの側面図である。 本発明の第一の実施の形態におけるロータの拡大斜視図である。 本発明の第一の実施の形態における図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 本発明の第二の実施の形態における図２に相当するロータの拡大斜視図である。 本発明の第二の実施の形態における図４のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 本発明の第三の実施の形態における図２に相当する分解斜視図である。 本発明の第四の実施の形態におけるセパレータの拡大斜視図である。

符号の説明

５ ロータ本体（ロータ）
８ スロット孔（孔部）
９ 永久磁石（磁石）
６ ロータ部材
７ セパレータ（仕切り板）
１０ 絶縁コーティング（絶縁層）
１２ 孔（開口部）

Claims (4)

1. ロータに設けた孔部に磁石を配置する埋め込み磁石型のロータにおいて、
   前記ロータは、前記孔部を有する軸方向に分割された複数のロータ部材と、
   前記各ロータ部材の間に配置される仕切り板とを備え、
   前記複数のロータ部材と仕切り板とを軸方向に積層して一体的に形成され、
   前記仕切り板は、磁石が当接する位置に、前記仕切り板を貫通する開口部を有していることを特徴とする埋め込み磁石型のロータ。
2. 前記仕切り板は鋼板材であって絶縁層でコーティングされていることを特徴とする請求項１に記載の埋め込み磁石型のロータ。
3. 前記ロータ部材と仕切り板は同一素材の電磁鋼板であることを特徴とする請求項２に記載の埋め込み磁石型のロータ。
4. 前記ロータ部材うち軸方向外側に配置された２つのロータ部材の内側面に各々絶縁コーティングされた仕切り板を設けると共に、前記ロータ部材のうち中央のロータ部材の両側面に絶縁コーティングされた仕切り板を設け、これら仕切り板の対向する面に絶縁コーティング層を設けることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の埋め込み磁石型ロータ。

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