JP5514600B2

JP5514600B2 - 永久磁石回転電機及びその組立て方法

Info

Publication number: JP5514600B2
Application number: JP2010070240A
Authority: JP
Inventors: 勧也藤澤; 俊彦酒井
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2010-03-25
Filing date: 2010-03-25
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2030-03-25
Also published as: JP2011205781A

Description

本発明は、埋込磁石式回転電機に関わり、特に大出力や大トルクを発生させて射出成形機の射出軸やプレス機械の加圧ラムなどに要求される高加速動作を実現するための駆動用モータを主たる対象とする永久磁石回転電機に関する。

埋込磁石式回転電機は、堅牢、高効率を特徴として加工機のスピンドル軸駆動や電気自動車の駆動モータなどで検討および実用が進んでいる。この構造は、所定の設計形状の電磁鋼板を積層して作った回転子コアに設けた磁石挿入用空間に永久磁石を挿入し、樹脂や接着剤を隙間に充填して固定したものが主流である。

しかしこの構造では、樹脂や接着剤の硬化に時間がかかり、作業効率が悪かった。また充填にも時間を要し、その再現性も悪く接着剤の充填具合のばらつきなどによる品質低下などの欠点があった。このため硬化によらない固定方法が望まれてきた。

特許文献１である特開２０００−３４１９２０号公報には、空隙に固定用バネを圧入して、これにより磁石を一方向に押し付けて、位置のばらつきを無くすとともに、動作時の磁石のがたつきを防止したものがある。

特開２０００−３４１９２０号公報

しかしながら、特許文献１に示されるものは、固定用バネの別部品を必要としてコストが掛かり、追加の作業を必要とする問題がある。また、金属製の固定用バネを用いているため、金属同士の摺動で永久磁石の表面に傷が付いたり塗装剥がれの問題がある。すなわち、永久磁石や電磁鋼板に傷や塗装剥れがあると、磁気的品質が不均一となり、又、錆びが生じる恐れがある。また、挿入溝に複数の磁石を圧入する場合は、挿入に手間がかかるなどの問題がある
本発明の目的は、上記従来の問題点を解消し、永久磁石を傷を付けることなく挿入することにより、工程が簡便で低コストで磁気特性の安定した永久磁石回転電機及びその組立方法を提供することにある。

本発明は、電磁鋼板を所定の形状に加工し積層したコア構造体に設けた磁石挿入用穴に永久磁石を挿入して組立てた回転子と、複数個の巻線構造体から形成された固定子を有する永久磁石回転電機において、
上記回転子は予め挿入方向の上下端面に弾性のゴムの薄板が仮固定された複数個の永久磁石と、上記磁石挿入用穴に上記複数個の永久磁石の直列挿入が完了した後に前記弾性のゴムの薄板に圧縮力がかかるように回転子の軸方向の両端から締付力を与える締結板を備えたことを特徴とする。

また、上記に記載の永久磁石回転電機において、上記締結板は上記回転子の軸方向に貫通する通しボルトで締付けられたことを特徴とする。

また、上記に記載の永久磁石回転電機において、上記締結板は軸方向の両端から締付力を与えられた状態で回転子の回転軸に固定されたことを特徴とする。

また、上記に記載の永久磁石回転電機において、上記弾性の薄板は締付けにより厚みが０．１〜０．２ｍｍ程度に圧縮されるように締付けられたことを特徴とする。

また、回転子コアに設けた磁石挿入用空間に永久磁石を挿入する際に、それぞれの永久磁石においてモータ回転軸方向の両端にある２つの端面にゴムの薄板を仮固定したうえで永久磁石を順次挿入し、回転軸方向に積上げた複数個または１個の磁石の挿入後に、この磁石端面上のゴムが圧縮力を受けるように回転子を回転子コアごと両端から締め上げて回転子構造体とすることを特徴とする。

また、本発明は、電磁鋼板を所定の形状に加工し積層したコア構造体に設けた磁石挿入用穴に永久磁石を挿入して組立てた回転子と、複数個の巻線構造体から形成された固定子を有する永久磁石回転電機の組立方法において、
上記永久磁石は複数個からなり挿入方向の上下端面にあらかじめ弾性のゴムの薄板が仮固定され、上記磁石挿入用穴に上記複数個の永久磁石の直列挿入が完了した後に、締結板により前記弾性のゴムの薄板に圧縮力がかかるように回転子の軸方向の両端から締付力を与えることを特徴とする。

なお、各永久磁石の上下端面のうち、上下の２つの永久磁石が対向する面については、どちらかに弾性薄板がついていればよい。

本発明によれば、回転子のコアに挿入した磁石を簡便かつ確実に固定ができ、磁気特性を安定させることができる。

本発明実施例の永久磁石の挿入時の状態を示す説明図。同じく永久磁石の構成の詳細図。同じく磁石挿入後の締付け過程の説明図。同じく回転電機の構成を示す断面図。

本発明の実施例を図１〜図４に示す。図４で１１は電磁鋼板からなる固定子で、半径方向の内側に向って固定子外周から放射状に突出形成された複数のティース部１２と、このティース部１２を巻回するコイル１４が挿入されるスロット部１３を有する。１は電磁鋼板を所定の形状に加工し積層したコア構造体による回転子で、磁石挿入用穴２に矩形の永久磁石３を挿入して組立てられ、この永久磁石は上記固定子１１のティース部１２に対向するように、外周部に沿って複数個埋め込まれている。

図３は磁石挿入後の締付け過程の説明図である。回転子１は電磁鋼板の薄板を円筒状に積層されており、中心に回転軸（図示せず）の挿入孔１０が軸方向に設けられ、外周に沿って永久磁石３の複数の挿入穴２（後述）が軸方向に設けられている。７は回転子１の上記永久磁石３の内側に位置させて設けられた、回転子１に軸方向にボルト９を通すためのボルト孔である。５は回転子１の軸方向の両端側から積層方向に締付力を与える締結板で、上記ボルト孔７に連通するボルト孔６と、回転軸（図示せず）の挿入孔１０に連通する挿入孔８を備えている。

図１に示すように、それぞれの永久磁石３には、その挿入方向の端面である上面及び図示しないが下面に弾性体のゴムの薄板４が仮固定されている。なお、ゴムの薄板４は隣接する磁石３の間に１個有れば良く、各磁石の両端面に設けなくても良い。組立時には、これらの磁石３を複数個（図では３個）順次、回転子コア１に設けられた磁石挿入用穴２に直列に挿入する。この挿入では、磁石挿入用穴２に挿入後、磁石３が落下して先に挿入されている磁石３と端面同士で衝突することがある。しかしこのようなときでも、ゴムの薄板４が緩衝材となるので、磁石３同士で傷を付けることが無い。

同様の作業で、全ての極の各磁石挿入用穴２に所定個数の磁石３を挿入する。磁石３は電動機の容量により挿入される個数が異なってくる。全ての挿入孔に磁石３の挿入が完了した後、回転子１の上下面に当てた締結板５に外力を与えて締付ける。締結板５の間に挟まれた回転子１及び磁石３は、回転子の積層方向に圧縮力を受け、磁石３については間隙に仮固定されたゴム４が弾性変形して軸方向の寸法誤差を吸収し、強固に固定される。この固定状態においては、ゴムの薄板４が緩衝材となるので、磁石３同士が傷を付け合うことが無い。また、電動機の稼動時には磁石の遊びが無く振動しても騒音が発生することなく安定して運転できる。

ここで、締付けの外力を与える方法としては、図３に示すように上下の締結板５同士を通しボルト９とナット（図示せず）で締付ける方法と、回転子の回転軸（図示せず）を挿入孔８、１０に挿入した状態で、回転軸に締結板５を焼嵌め固定できるように構成し、焼嵌め時に締結板５を上下からプレスして圧縮状態としたうえで固定する方法がある。

通しボルト９による固定方法は、電動機の使用後の任意の時点でも再分解ができるので、リサイクル性に優れる。他方、回転軸への焼嵌め固定方法は、通しボルト用の穴６、７が不要になり、また、締結板５の締付け力を均一に回転子１に与えることができるので、応力集中が小さくなって強度的に優れる。

いずれの方法でも、磁石は軸方向に上下の端面から締付け力を受けた状態で自由な移動が規制されるため、簡便な磁石の固定でありながら、磁気特性の品質にばらつきが生じない磁石モータの回転子が得られる。

図２は、磁石及びゴムの薄板の詳細寸法関係を示す。ゴムの薄板４は、締付け力を受けた状態で磁石３の挿入方向の端面全体にゴムが広がった状態が、磁石３の端面への傷防止の効果が大きい。そして、実験によれば端面全体に広がった状態のゴムの薄板４の厚みが、０．１ｍｍから０．２ｍｍ程度となるのが好ましい。このため、ゴムの薄板の幅Ｗ２と奥行きＤ２と高さＨ２との積を、磁石３の挿入方向の端面の幅Ｗ１と奥行きＤ１との積で割った値、すなわち、磁石３の挿入方向の端面全体にゴムが広がったときのゴムの薄板の厚みが、０．１ｍｍから０．２ｍｍ程度となるように、ゴムの薄板の幅Ｗ２と奥行きＤ２と高さＨ２の値を設定するのが好ましい。

また、磁石３の形状は図２に示すように、挿入方向に長い長方形をしており、穴２への挿入に際して姿勢の傾きは起こり難く、挿入は容易になされる。従って、挿入に際して磁石３が挿入孔２の壁に擦れることも少なく、磁石３への傷も付き難い。

以上説明したように、本実施例によれば回転子のコアに挿入した磁石を簡便かつ確実に固定ができ、低コストで特性の安定したモータが実現できる。

１…回転子、２…磁石挿入用穴、３…磁石、４…弾性の薄板、５…締結板、６、７…ボルト孔、８、１０…回転軸挿入孔、９…通しボルト、１１…固定子。

Claims

電磁鋼板を所定の形状に加工し積層したコア構造体に設けた磁石挿入用穴に永久磁石を挿入して組立てた回転子と、複数個の巻線構造体から形成された固定子を有する永久磁石回転電機において、
上記回転子は予め挿入方向の上下端面に弾性のゴムの薄板が仮固定された複数個の永久磁石と、上記磁石挿入用穴に上記複数個の永久磁石の直列挿入が完了した後に前記弾性のゴムの薄板に圧縮力がかかるように回転子の軸方向の両端から締付力を与える締結板を備えたことを特徴とする永久磁石回転電機。
請求項１に記載の永久磁石回転電機において、上記締結板は上記回転子の軸方向に貫通する通しボルトで締付けられたことを特徴とする永久磁石回転電機。
請求項１に記載の永久磁石回転電機において、上記締結板は軸方向の両端から締付力を与えられた状態で回転子の回転軸に固定されたことを特徴とする永久磁石回転電機。
請求項１〜３のいずれかに記載の永久磁石回転電機において、上記弾性のゴムの薄板は締付けにより厚みが０．１〜０．２ｍｍ程度に圧縮されるように締付けられたことを特徴とする永久磁石回転電機。
電磁鋼板を所定の形状に加工し積層したコア構造体に設けた磁石挿入用穴に永久磁石を挿入して組立てた回転子と、複数個の巻線構造体から形成された固定子を有する永久磁石回転電機の組立方法において、
上記永久磁石は複数個からなり挿入方向の上下端面にあらかじめ弾性のゴムの薄板が仮固定され、上記磁石挿入用穴に上記複数個の永久磁石の直列挿入が完了した後に、締結板により前記弾性のゴムの薄板に圧縮力がかかるように回転子の軸方向の両端から締付力を与えることを特徴とする永久磁石回転電機の組立方法。
請求項５に記載の永久磁石回転電機の組立方法において、上記締結板は上記回転子の軸方向の両端を通しボルトで締付けることを特徴とする永久磁石回転電機の組立方法。
請求項５に記載の永久磁石回転電機の組立方法において、上記締結板は軸方向の両端から締付力を与えられた状態で回転子の回転軸に焼嵌め固定されたことを特徴とする永久磁石回転電機の組立方法。