JP5281133B2

JP5281133B2 - 永久磁石回転子

Info

Publication number: JP5281133B2
Application number: JP2011205722A
Authority: JP
Inventors: 成志中村; 博久横田; 省吾岡本; 正哉井上
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-09-21
Filing date: 2011-09-21
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2031-09-21
Also published as: CN103023178A; US9166450B2; JP2013070471A; CN103023178B; US20130069468A1

Description

この発明は、電動機の回転子に永久磁石（以下単に磁石とも呼ぶ）を挿入して構成した永久磁石回転子（以下単に回転子とも呼ぶ）に関するものである。

永久磁石回転子を得るため、電動機回転子の内部スロットに磁石を挿入し固定する方法として、内部スロットと永久磁石の間にエポキシ系樹脂等の接着剤を塗布、硬化させることで磁石を固定する方法が考えられている。しかし、この手法では接着剤の硬化のために熱硬化工程が必要であり、量産性の面では改良の余地があった。これに代わる方法として、内部スロットの内周部に溝を設け、磁石をスロット内部に挿入した後に前記溝部に磁石固定用の金属製の割ピンを挿入することにより、煩雑な工程を必要としない方法が提案されている（特許文献１）。

特開平５−８３８９２号公報

特許文献１の構造では、磁石や割ピンが共振等により振動した場合に、金属製の割りピンが磁石に当たり、磁石が破損する恐れがある。特に自動車に搭載される電動機においては、車両及びエンジン等の振動にさらされることから、磁石の振動を低減することが望まれる。これに対処するために、金属製の割りピンの代わりにゴム等の緩衝部材を挿入し、振動を低減する方法が考えられるが、ゴムの摩擦の強さによってスロットへの圧入が難しいため、ゴムに外力を加えて弾性変形させながら挿入する等の工夫を行う必要があり、工程が煩雑になるという問題があった。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、磁石固定に係る工程を簡便にして量産性を向上させると共に、振動条件の下で磁石が共振した場合においても共振を低減することにより、磁石の破損を防止できる永久磁石回転子を提供することを目的とする。

この発明に係る永久磁石回転子は、回転軸を中心として積層された回転子コアを有し、前記回転子コアの前記回転軸から等距離の位置に設けられた複数個の永久磁石埋込スロットのそれぞれに永久磁石を挿入して構成される永久磁石回転子において、前記各永久磁石埋込スロットは、磁石収納部と、この磁石収納部に連なる緩衝部材等収納部を備え、前記磁石収納部に永久磁石を、また、前記緩衝部材等収納部に前記永久磁石固定用の緩衝部材及び付勢部材をそれぞれ収納したものである。

この発明によれば、上記の構成にすることで磁石の振動を減衰させることが可能であり、振動による磁石の破損を防止できる。また、固定に要する部品の形状は単純であり、組立工程も簡便であることから、低コストで量産も容易である。

この発明に係る永久磁石回転子を示す斜視図。この発明の実施の形態１に係る永久磁石回転子の磁石埋込スロット周辺部を示す正面図である。実施の形態１における磁石埋込スロットへの磁石挿入手順を示す、スロット周辺部の回転軸方向に平行な断面図である。実施の形態２に係る永久磁石回転子の磁石埋込スロット周辺部を示す正面図である。実施の形態２で使用される付勢部材をを示す斜視図である。実施の形態２における磁石埋込スロットへの磁石挿入手順を示す、スロット周辺部の回転軸方向に平行な断面図である。この発明の実施の形態３に係る永久磁石回転子の磁石埋込スロット周辺部を示す正面図である。実施の形態３における磁石埋込スロットへの磁石挿入手順を示す、スロット周辺部の回転軸方向に平行な断面図である。

実施の形態１．
図１はこの発明に係る永久磁石回転子１を示す斜視図である。回転子１は回転軸３に回転子コア２を嵌合固定した構成となっている。回転子コア２は、金型により打ち抜かれた珪素鋼板等の磁性材の板を積層して構成し、外周に近い位置に永久磁石を埋め込むための永久磁石埋込スロット（以下単に磁石埋込スロットまたはスロットとも呼ぶ）４が等間隔に複数個、軸３に平行に形成されている。

図２は磁石埋込スロット４周辺部の詳細図である。磁石埋込スロット４は、磁石の形状に合わせた矩形状の磁石収納部４ａと、この磁石収納部４ａの長辺のほぼ中央において磁石収納部４ａに連なる、緩衝部材等収納部４ｂとからなり、磁石収納部４ａと緩衝部材等収納部４ｂとは打ち抜きにより同時に形成される。緩衝部材等収納部４ｂは、磁石収納部４ａに近い幅広の近傍側４ｂ１と、磁石収納部４ａから遠いやや幅の狭い遠方側４ｂ２とからなり、近傍側４ｂ１と遠方側４ｂ２との境に段５が形成される。

磁石収納部４ａの長辺の長さをＺとすると、緩衝部材等収納部４ｂの近傍側４ｂ１の幅ＸはＺの１０分の１以下程度として、磁石７の磁力低下を少なくする。遠方側４ｂ２の幅Ｙは段５を形成するためＸよりやや小さくする。近傍側４ｂ１の深さは後述する緩衝部材を余裕をもって収納できる寸法を有し、また、遠方側４ｂ２の深さは後述する付勢部材を収納できる寸法になっている。

磁石埋込スロット４の磁石収納部４ａ内部には、断面がほぼ矩形の永久磁石7が挿入される。磁石埋込スロット４の緩衝部材等収納部４ｂの近傍側４ｂ１には平板形状の緩衝部材８が挿入される。緩衝部材８はゴムのような弾性材が望ましい。さらに、磁石埋込スロット４の緩衝部材等収納部４ｂの遠方側４ｂ２には、例えば樹脂あるいは金属製の割ピンである付勢部材９が圧入される。一般に、付勢部材９は緩衝部材８よりも硬い材質のものを用いる。付勢部材９は回転軸３に平行な方向の長さ（以下軸方向長さと呼ぶ）が緩衝部材８の軸方向長さよりも短いものを使用する。これは、付勢部材９が緩衝部材８にめり込むことにより、付勢部材９の抜けを防止するためである。以上の構成により、磁石７は、緩衝部材８及び付勢部材９により、磁石収納部４ａ内にしっかりと固定される。がたや寸法公差は弾性材からなる緩衝部材８が吸収するため、磁石７への衝撃が防止される。磁石７の幅を磁石収納部４ａの幅Ｚに合わせておけば、磁石７はさらに安定する。

続いて、各部材の挿入手順を説明する。図３（ａ）〜（ｃ）は各部材の挿入要領を示す図である。図３（ａ）において、磁石収納部４ａに磁石７を挿入し、その後、緩衝部材等収納部４ｂの段５上に緩衝部材８を挿入する。挿入の際、段５が緩衝部材８のガイドとなって、位置決めがし易い。さらにその後、図３（ｂ）及び（ｃ）のように、付勢部材９を緩衝部材８の下に、回転子コア２の中央部まで圧入する。その結果、緩衝部材８は圧縮されて近傍側４ｂ１の幅方向に伸びるように変形し、近傍側４ｂ１の側面に密着固定されるため、磁石７が磁石収納部４ａに対して傾くような荷重（モーメント荷重）がかかった場合でも、磁石７は傾くことはない。磁石７は緩衝部材８及び付勢部材９の付勢力によって固定される。付勢部材９は磁石７に直接接しないから、付勢部材９は挿入時に磁石７表面を損傷することはない。また、図３（ｃ）に示すように、付勢部材９の挿入後は、付勢部材９の両端が緩衝部材８にめり込むため、付勢部材９の脱落が防止される。

本実施の形態１によれば、回転子コアの打抜き後、積層して、磁石及び緩衝部材等を挿入するという単純な工程のみでスロット内の磁石固定構造を実現することが可能である。また、磁石７は緩衝部材８と付勢部材９により固定されているため、共振等による振動を減衰させ、磁石７の破損を防止することができる。また、緩衝部材８は、緩衝部材等収納部４ｂに対して余裕を持たせた寸法にすることにより、緩衝部材８の挿入時に、緩衝部材８は緩衝部材等収納部４ｂと接触する面積が少なくなり、挿入は容易であると共に、付勢部材９の挿入も楽に行なえるものである。

実施の形態２．
図４〜図６はこの発明の実施の形態２を示すもので、図１〜図３と共通する要素には同一の符号を付している。実施の形態２に係る永久磁石回転子は、付勢部材が実施の形態１と異なっている。実施の形態２の永久磁石回転子の磁石埋込スロット４は、図４に示すように、磁石７の形状に合わせた矩形状の磁石収納部４ａと、この磁石収納部４ａの長辺のほぼ中央において磁石収納部４ａに連なる矩形状の、緩衝部材等収納部４ｃとからなり、磁石収納部４ａと緩衝部材等収納部４ｃとは打ち抜きにより同時に形成される。緩衝部材等収納部４ｃは矩形形状をしているが、実施の形態１と同様に段付きの形状でも勿論よい。緩衝部材等収納部４ｃの幅は、磁石収納部４ａの長辺方向の長さの１０分の１以下程度にして、磁石の磁力低下を少なくする。

磁石埋込スロット４の磁石収納部４ａには永久磁石７が挿入されている。緩衝部材等収納部４ｃには、磁石７を下から支え固定するように、例えばゴム製の平板形状からなる緩衝部材８と弾性金属、例えばばね鋼からなる付勢部材９ａが挿入されている。

ゴム製の平板形状からなる緩衝部材８は、後述の図６に示すように、軸方向長さが磁石７の軸方向長さよりも短くなされている。弾性金属からなる付勢部材９ａは、図５の斜視図に示すように、断面がほぼ半円形の樋状をなし、両端に切起し９ｂを形成できるように２条の切込み９ｃが設けられている。付勢部材９ａの軸方向長さは、緩衝部材８の軸方向長さよりも長く、緩衝部材８の両端を切起し９ｂで挟み込めるように設定されている。

続いて、各部材の挿入手順を説明する。図６（ａ）〜（ｄ）は各部材の挿入要領を示す図である。図６（ａ）において、磁石埋込スロット４の磁石収納部４ａに磁石７を挿入し、その後、緩衝部材等収納部４ｃに緩衝部材８を挿入する。さらにその後、図６（ｂ）、（ｃ）のように、付勢部材９ａを回転子コア２の軸方向中央部まで圧入する。その結果、緩衝部材８は圧縮されて緩衝部材等収納部４ｃの幅方向に伸びるように変形し、緩衝部材等収納部４ｃの側面に密着固定され、磁石７は付勢力によって固定される。さらに、図６（ｄ）において、付勢部材９ａの両端を切り起こし、切起し９ｂにより緩衝部材８を両端から挟み込み固定する。これにより、付勢部材９ａが緩衝部材８を挟み込んで、両部材の抜けや位置ずれが防止可能となる。なお、図４及び図５（ａ）は付勢部材９ａに切起し９ｂを形成する前の図であり、図５（ｂ）及び図６（ｄ）は付勢部材９ａに切起し９ｂを形成した後の図である。

実施の形態２によれば、実施の形態１と共通する効果に加えて、付勢部材９ａが緩衝部材８を挟み込んで、両部材の抜けや位置ずれを防止できるから、振動に強い一層安定した回転子を得ることができる。

実施の形態３．
図７及び図８は実施の形態３に係る永久磁石回転子の磁石埋込スロット周辺部を示すものである。実施の形態１及び実施の形態２では、緩衝部材８と付勢部材９または９ａとは別部品であり、組立に際しては、緩衝部材８の挿入後に付勢部材９または９ａを挿入している。これに対して本実施の形態３では、平板形状の緩衝部材８と樹脂あるいは金属製の割ピンである付勢部材９を接着剤１０で予め一体にした緩衝・付勢部材１１を用いる。その他の構成は実施の形態１または実施の形態２と同様なので、相当する要素に同一符号を付して説明を省略する。なお、図７では割ピン形状の付勢部材９と緩衝部材８で緩衝・付勢部材１１を形成しているが、図５に示す樋状の付勢部材９ａと緩衝部材８を一体にして緩衝・付勢部材を形成しても同様な効果を奏することは勿論である。

各部材の挿入手順を図８（ａ）〜（ｃ）により説明する。図８（ａ）において、磁石埋込スロット４の磁石収納部４ａに磁石７を挿入し、その後、緩衝部材等収納部４ｃに緩衝・付勢部材１１を圧入する。その結果、緩衝部材８は圧縮されて緩衝部材等収納部４ｃの幅方向に伸びるように変形し、緩衝部材等収納部４ｃの側面に密着固定され、磁石７は緩衝・付勢部材１１の付勢力によって固定される。

本実施の形態３によれば、実施の形態１及び実施の形態２と共通する効果に加えて、煩雑な緩衝部材及び付勢部材の挿入工程を減らし、量産性に優れた回転子を得ることができる。

１回転子、２回転子コア、
３回転軸、４磁石埋込スロット、
４ａ磁石収納部、４ｂ緩衝部材等収納部、
４ｂ１近傍側、４ｂ２遠方側、
４ｃ緩衝部材等収納部、５段、
７永久磁石、８緩衝部材、
９付勢部材、９ａ付勢部材、
９ｂ切起し、９ｃ切込み、
１０接着剤、１１緩衝・付勢部材。

Claims

回転軸を中心として積層された回転子コアを有し、前記回転子コアの前記回転軸から等距離の位置に設けられた複数個の永久磁石埋込スロットのそれぞれに永久磁石を挿入して構成される永久磁石回転子において、前記各永久磁石埋込スロットは、磁石収納部と、この磁石収納部に連なる緩衝部材等収納部を備え、前記磁石収納部に永久磁石を、また、前記緩衝部材等収納部に前記永久磁石固定用の緩衝部材及び付勢部材をそれぞれ収納したことを特徴とする永久磁石回転子。
前記緩衝部材等収納部は、前記磁石収納部より幅の狭い近傍側と、段を介して前記近傍側より幅の狭い遠方側とからなることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石回転子。
前記緩衝部材等収納部の前記近傍側に緩衝部材を、前記遠方側に付勢部材を収納したことを特徴とする請求項２に記載の永久磁石回転子。
前記緩衝部材等収納部の幅は、磁石収納部の幅の１０分の１以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の永久磁石回転子。
前記永久磁石と前記付勢部材との間に前記緩衝部材が介在していることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石回転子。
前記緩衝部材は弾性材料で構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の永久磁石回転子。
前記緩衝部材は略平板形状であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の永久磁石回転子。
前記緩衝部材は、その両側端面が前記緩衝部材等収納部の側面に当接していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の永久磁石回転子。
前記付勢部材の軸方向の長さは、前記緩衝部材の軸方向の長さよりも短く、かつ前記緩衝部材は前記付勢部材よりも柔軟な材料で構成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の永久磁石回転子。
前記付勢部材の両端に切起し形成用の切込みが設けられ、前記切込みに沿って形成された切起しが前記緩衝部材を両側から挟むようになされたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の永久磁石回転子。
前記付勢部材と前記緩衝部材とは、前記緩衝部材等収納部への挿入前に一体に形成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の永久磁石回転子。