JP5359526B2 - 永久磁石同期電動機の回転子 - Google Patents

Description

本発明は、埋込型永久磁石同期電動機の回転子に関する。

従来の永久磁石同期電動機の回転子としては、回転子鉄心として回転軸の軸方向にわたって薄板からなる電磁鋼板を積層し、この回転子鉄心に設けられた磁石を挿入するためのスロットに着磁済みの磁石を挿入し、磁石を端板で固定した後、アルミダイカストにより回転子鉄心と磁石とを一体的に結合するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、複数の電磁鋼板を積層し、これらをダイカストにより一体的に固定して回転子鉄心を形成し、この回転子鉄心に設けられた貫通孔に未着磁の永久磁石を装着してこれを接着剤で固定した後、永久磁石に対する着磁を行うものもある（例えば、特許文献２参照）。また、複数の電磁鋼板を積層し、これらをシメガネとボルトを用いて一体的に固定することにより構成された回転子鉄心に着磁済みの永久磁石を挿入するようにしたものもある。

特開平９−３０８１９５号公報 特開２００４−２３６３９９号公報

しかしながら、上述したように端板、またはシメガネを用いて永久磁石を固定する場合、部品点数が増えコストが増加するという問題があった。また、接着剤を用いて永久磁石を固定する場合、硬化時間を要して作業効率が低下するという問題があった。

このようなことから本発明は、リードタイムを短縮することができるとともに、組み立てが簡易な永久磁石同期電動機の回転子を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための第１の発明に係る永久磁石同期電動機の回転子は、板状の電磁鋼板を軸方向に複数積層してなる回転子鉄心と、前記回転子鉄心に形成された貫通孔に装着される永久磁石と、前記回転子鉄心の軸方向両端に設けられダイカストにより形成される環状のエンドリングとを一体的に固定してなる永久磁石同期電動機の回転子であって、前記永久磁石はその周方向両側に空隙を有するように前記貫通孔に挿入され、前記エンドリングは前記永久磁石の一部を覆うようにその外径を設定され、且つ、前記空隙への鋳造金属の充填を防止する金属充填防止手段を備えることを特徴とする。

上記の課題を解決するための第２の発明に係る永久磁石同期電動機の回転子は、第１の発明に係る永久磁石同期電動機の回転子において、前記金属充填防止手段が、前記回転子鉄心の軸方向両端からそれぞれ所定距離離間した位置にある前記電磁鋼板間に挿入されて前記空隙の軸方向両端側と中心側とを分断する仕切板であることを特徴とする。

上記の課題を解決するための第３の発明に係る永久磁石同期電動機の回転子は、第１の発明に係る永久磁石同期電動機の回転子において、前記金属充填防止手段が、非磁性体からなり前記空隙に嵌入される棒状の仕切部材であることを特徴とする。

上述した第１の発明に係る永久磁石同期電動機の回転子によれば、板状の電磁鋼板を軸方向に複数積層してなる回転子鉄心と、回転子鉄心に形成された貫通孔に装着される永久磁石とを、回転子鉄心の軸方向両端に設けられダイカストにより形成される環状のエンドリングにより一体的に固定してなる永久磁石同期電動機の回転子であって、永久磁石はその周方向両側に空隙を有するように貫通孔に挿入され、エンドリングは永久磁石の一部を覆うようにその外径を設定され、且つ、空隙への鋳造金属の充填を防止する金属充填防止手段を備えるので、端板やシメガネを用いることなく永久磁石と回転子鉄心とを同時に固定することができる。また、回転子鉄心をボルト等でかしめる、又は貫通孔に挿入された永久磁石を接着剤で固定する等の必要がなくなり、リードタイムを短縮することができる。更に、未着磁の永久磁石を回転子鉄心と同時に固定して回転子を構成し、回転子の組立後に永久磁石に対する着磁を行うことができるため、回転子の組み立てを容易に行うことが可能となる。

また、第２の発明に係る永久磁石同期電動機の回転子によれば、金属充填防止手段が、回転子鉄心の軸方向両端からそれぞれ所定距離離間した位置にある電磁鋼板間に挿入されて空隙の軸方向両端側と中心側とを分断する仕切板であるので、ダイカストの際に永久磁石の周方向両側に設けられる空隙に鋳造金属が充填されることを防止することができる。

また、第３の発明に係る永久磁石同期電動機の回転子によれば、金属充填防止手段が、非磁性体からなり空隙に嵌入される棒状の仕切部材であるので、ダイカストの際に永久磁石の周方向両側に設けられる空隙に鋳造金属が充填されることを防止することができる。

本発明の実施例１に係る永久磁石同期電動機の回転子の正面図である。 図１のII−II矢視断面図である。 本発明の実施例１に係る仕切板の正面図である。 本発明の実施例２に係る永久磁石同期電動機の回転子の正面図である。 図４のV−V矢視断面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る永久磁石同期電動機の回転子の詳細を説明する。

図１乃至図３に基づいて本発明に係る永久磁石同期電動機の回転子の第１の実施例について説明する。図１は本実施例に係る永久磁石同期電動機の回転子の正面図、図２は図１のII−II矢視断面図、図３は本実施例に係る仕切板の正面図である。

図１及び図２に示すように、本実施例に係る永久磁石同期電動機の回転子において、回転子鉄心１１は、シャフト１２の軸方向に複数積層された概ね円盤状の電磁鋼板１１Ａから構成されている。

電磁鋼板１１Ａは、角柱状の永久磁石１３を挿入するための複数（図１では４つ）の磁石用貫通孔１１ａと、鋳造金属を充填するための複数（図１では１６個）の固定用貫通孔１１ｂとを備えている。

磁石用貫通孔１１ａは正面視概ね矩形状であり、ここに挿入される永久磁石１３が、シャフト１２の径方向に磁束を発生して周方向に複数（図１では４つ）の磁極を形成するように、シャフト１２の軸心を中心とする同一円周上に等間隔に配設されている。さらに、この磁石用貫通孔１１ａは、永久磁石１３が挿入されたときにこの永久磁石１３の周方向両側にフラックスバリアとなる空隙１７が形成されるように、永久磁石１３の大きさに比較して周方向の幅が長くなっている。

ここで、フラックスバリアとは、永久磁石１３の磁束の流れを制限するために設けられる部分であり、このフラックスバリアを設けることにより磁束が回転子の周方向に流れることなく径方向へ流れるようになっている。

一方、固定用貫通孔１１ｂは正面視概ね円形状であり、磁石用貫通孔１１ａに比較して径方向内側であって、且つ、シャフト１２の軸心を中心とした同一円周上に等間隔に配設されている。

更に、本実施例においては、複数の電磁鋼板１１Ａからなる回転子鉄心１１の軸方向両端から所定距離（例えば、５〜１０ｍｍ程度）離間した位置に、それぞれ円盤状に形成された金属充填防止手段としての仕切板１５が介装されている。これにより、端部のみ金属を充填し、磁石が周方向へ動くことを防止する。図３に示すように、仕切板１５は電磁鋼板１１Ａと概ね同一形状に形成されている。すなわち、仕切板１５は、永久磁石１３を挿入するための複数（図３では四つ）の磁石用貫通孔１５ａと、鋳造金属を充填するための複数（図３では１６個）の固定用貫通孔１５ｂとを備えている。

ただし、磁石用貫通孔１５ａは、回転子鉄心１１を構成する電磁鋼板１１Ａに形成された磁石用貫通孔１１ａに比較して周方向の長さが短く、永久磁石１３の外周形状と概ね同一形状となっている。すなわち、磁石用貫通孔１５ａは電磁鋼板１１Ａの磁石用貫通孔１１ａに比較して、空隙１７に対応する部分が閉塞された形状となっている。そのため、仕切板１５の両側に配置される電磁鋼板１１Ａの空隙１７はこの仕切板１５によって分断された状態となる。

そして、このように二枚の仕切板１５が介装された回転子鉄心１１には、磁石用貫通孔１１ａ，１５ａに永久磁石１３が挿入される一方、その両端に、該回転子鉄心１１と同軸上に配置されて永久磁石１３を固定する環状のエンドリング１４が設けられている。エンドリング１４は永久磁石１３の一部を覆うように、換言すると、フラックスバリアとなる空隙１７の少なくとも一部が露出するように、その外径を設定されている。

以下に、本実施例に係る永久磁石同期電動機の回転子１を作製する手順について簡単に説明する。本実施例に係る永久磁石同期電動機の回転子１を作製する際は、まず、複数の電磁鋼板１１Ａを仮軸に積層する。このとき、軸方向の両端に位置する電磁鋼板１１Ａから所定距離離間した位置にそれぞれ仕切板１５を介装する。

続いて、磁石用貫通孔１１ａ，１５ａに無着磁の永久磁石１３を挿入した後、回転子鉄心１１の軸方向両端をダイカスト用エンドリング型でそれぞれ押さえる。このとき、エンドリング１４は永久磁石１３の端面を完全に覆わず、永久磁石１３は一部が露出した状態となる。

このようにしてエンドリング型により回転子鉄心１１に対して永久磁石１３を固定し、この状態でダイカストを行う。これにより、回転子鉄心１１の両端にエンドリング１４が形成され、電磁鋼板１１Ａの一体化と永久磁石１３の回転子鉄心１１への固定とを同時に行うことができる。その後、回転子鉄心１１の外側から磁束を通すことにより永久磁石１３への着磁を行う。

ここで、本実施例では仕切板１５を設けたことにより、永久磁石１３の両側に形成される空隙１７が仕切板１５によって軸方向両端側と中心側とで分断されている。そのため、ダイカスト時には仕切板１５の軸方向外側に位置する空隙１７に金属１６が充填される一方、二つの仕切板１５間に位置する空隙１７には金属１６が充填されことはなく、この部分がフラックスバリアとして作用する。

このように構成される本実施例に係る永久磁石同期電動機の回転子によれば、ダイカスト時にフラックスバリアに鋳造金属１６が充填されることを防止することができる。また、着磁磁束を阻害せずに磁石１３と回転子鉄心１１を構成する電磁鋼板１１Ａとを同時に固定することができる。このとき、回転子鉄心１１をボルト等でカシメたり、永久磁石１３を接着剤で固定する必要がないため、部品点数を削減し、リードタイムを短縮することができる。更に、永久磁石１３の径方向外側に導体が存在しないため回転子鉄心１１の組立後に永久磁石１３の着磁を行うことができ、組立が容易になる。

なお、上述した実施例は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることはいうまでもない。例えば、上述した実施例では固定用貫通孔１１ｂ，１５ｂを正面視円形状にする例を示したが、固定用貫通孔１１ｂ，１５ｂの形状は上述した実施例に限定されるものではなく、四角形状や三角形状としてもよい。

図４及び図５を用いて本発明に係る永久磁石同期電動機の回転子の第２の実施例について説明する。本実施例は、図２及び図３に示し上述した実施例１の仕切板１５に代えて、図４及び図５に示す仕切部材１８を用いるものである。その他の構成は上述した実施例１で説明したものと概ね同様であり、以下、同一の部材には同一の符合を付して重複する説明は省略し、異なる点を中心に説明する。

図４及び図５に示すように、本実施例に係る永久磁石同期電動機の回転子において、回転子鉄心１１は、シャフト１２の軸方向に複数積層された概ね円盤状の電磁鋼板１１Ａから構成されている。

電磁鋼板１１Ａは、角柱状の永久磁石１３を挿入するための複数（図４では４つ）の磁石用貫通孔１１ａと、鋳造金属を充填するための複数（図４では１６個）の固定用貫通孔１１ｂとを備えている。

磁石用貫通孔１１ａは正面視概ね矩形状であり、ここに挿入される永久磁石１３が、シャフト１２の径方向に磁束を発生して周方向に複数（図４では４つ）の磁極を形成するように、シャフト１２の軸心を中心とする同一円周上に等間隔に配設されている。さらに、この磁石用貫通孔１１ａは、永久磁石１３が挿入されたときにこの永久磁石１３の周方向両側にフラックスバリアとなる空隙１７が形成されるように、永久磁石１３の大きさに比較して周方向の幅が長くなっている。

そして、図５に示すように、回転子鉄心１１には、磁石用貫通孔１１ａ，１５ａに永久磁石１３が挿入されるとともに、永久磁石１３の周方向両側に非磁性体からなる棒状の仕切部材１８が挿入されている。更に、回転子鉄心１１の軸方向両端には、該回転子鉄心１１と同軸上に配置されて永久磁石１３を固定する環状のエンドリング１４が設けられている。エンドリング１４は永久磁石１３の一部を覆うように、換言すると、フラックスバリアとなる空隙１７の少なくとも一部が露出するように、その外径を設定されている。

以下に、本実施例に係る永久磁石同期電動機の回転子１を作製する手順について簡単に説明する。本実施例に係る永久磁石同期電動機の回転子１を作製する際は、まず、複数の電磁鋼板１１Ａを仮軸に積層する。続いて、磁石用貫通孔１１ａ，１５ａに無着磁の永久磁石１３を挿入するとともに、永久磁石１３の周方向両側に仕切部材１８を挿入し、その後、回転子鉄心１１の軸方向両端をダイカスト用エンドリング型でそれぞれ押さえる。このとき、エンドリング１４は永久磁石１３の端面を完全に覆わず、永久磁石１３は一部が露出した状態となる。

このようにしてエンドリング型により回転子鉄心１１に対して永久磁石１３を固定し、この状態でダイカストを行う。これにより、回転子鉄心１１の両端にエンドリング１４が形成され、電磁鋼板１１Ａの一体化と永久磁石１３及び仕切部材１８の回転子鉄心１１への固定とを同時に行うことができる。その後、回転子鉄心１１の外側から磁束を通すことにより永久磁石１３への着磁を行う。ここで、本実施例では仕切部材１８を挿入した状態でダイカストを行うようにしたため、フラックスバリアに金属１６が充填されることがない。

このように構成される本実施例に係る永久磁石同期電動機の回転子によれば、フラックスバリアに仕切部材１８を挿入した状態でダイカストを行うようにしたことにより、フラックスバリアに金属１６が充填されることを防止することができる。また、着磁磁束を阻害せずに磁石１３と回転子鉄心１１を構成する電磁鋼板１１Ａとを同時に固定することができる。このとき、回転子鉄心１１をボルト等でカシメたり、永久磁石１３を接着剤で固定する必要がないため、部品点数を削減し、リードタイムを短縮することができる。更に、永久磁石１３の径方向外側に導体が存在しないため回転子鉄心１１の組立後に永久磁石１３の着磁を行うことができ、組立が容易になる。

本発明は永久磁石同期電動機の回転子に適用して好適なものである。

１ 回転子
１１ 回転子鉄心
１１ａ 磁石用貫通孔
１１ｂ 固定用貫通孔
１２ 仮軸（シャフト）
１３ 永久磁石
１５ エンドリング
１４ 仕切板
１４ａ 磁石用貫通孔
１４ｂ 固定用貫通孔
１６ 鋳造金属
１７ 空隙
１８ 仕切部材

Claims (3)

1. 板状の電磁鋼板を軸方向に複数積層してなる回転子鉄心と、前記回転子鉄心に形成された貫通孔に装着される永久磁石と、前記回転子鉄心の軸方向両端に設けられダイカストにより形成される環状のエンドリングとを一体的に固定してなる永久磁石同期電動機の回転子であって、
   前記永久磁石はその周方向両側に空隙を有するように前記貫通孔に挿入され、
   前記エンドリングは前記永久磁石の一部を覆うようにその外径を設定され、
   且つ、前記空隙への鋳造金属の充填を防止する金属充填防止手段を備える
   ことを特徴とする永久磁石同期電動機の回転子。
2. 前記金属充填防止手段が、前記回転子鉄心の軸方向両端からそれぞれ所定距離離間した位置にある前記電磁鋼板間に挿入されて前記空隙の軸方向両端側と中心側とを分断する仕切板である
   ことを特徴とする請求項１記載の永久磁石同期電動機の回転子。
3. 前記金属充填防止手段が、非磁性体からなり前記空隙に嵌入される棒状の仕切部材である
   ことを特徴とする請求項１記載の永久磁石同期電動機の回転子。

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