JP5573109B2 - 永久磁石式電動機の回転子 - Google Patents

Description

本発明は、永久磁石式電動機における回転子に関するものである。

従来の永久磁石式電動機における回転子は、特許文献１に記載のように回転子鉄心の外周面に複数の溝を形成しておき、この溝に永久磁石を嵌め込んで接着したり、特許文献２に記載のように回転子鉄心の外周面に設けたねじ穴に永久磁石をねじ留めしたりしている。このようにして永久磁石を回転子鉄心の外周面の所定の位置に固定している。

特開２００７−１７４７９０号公報（第４頁、第２図） 特開２００２−１３６０８１号公報（第４頁、第1図）

しかしながら、回転子鉄心の外周面に上記溝やネジ穴を定められた間隔で加工するためには、回転子鉄心の回転中心に対して正確な距離と角度で加工しなければならず、加工が煩雑である。
さらに、回転子は負荷の特性などによって、永久磁石の大きさと数量が異なり、また、回転子のスキューの有無とスキュー角度も異なる。このため、回転子鉄心の種類が多くなり、取り扱いが煩雑であるという課題があった。

本発明は、かかる課題を解決するためになされたもので、回転子鉄心の加工を容易にし、回転子鉄心の種類を減らすことができる永久磁石式電動機の回転子を得ることを目的とする。

本発明に係る永久磁石式電動機の回転子は、固定子からの回転磁界に基づいて回転すると共に、回転軸を備えた回転子鉄心と、回転子鉄心の外周面に周方向に巻き付けられると共に、貫通された複数の位置決め穴を有する非磁性の１又は複数の位置決め板と、位置決め穴に嵌め込まれると共に、回転子鉄心の外周面に接着剤で接着された永久磁石と、を備えたものである。
尚、位置決め板の周方向の両端部は、互いに嵌合されていても良い。

かかる永久磁石式電動機の回転子によれば、貫通された複数の位置決め穴を有する非磁性の位置決め板が回転子鉄心の外周面に周方向に巻き付けられており、上記位置決め穴に永久磁石が嵌め込まれると共に、回転子鉄心の外周面に永久磁石が接着剤で接着されている。
従って、永久磁石の大きさと数量、或いは回転子のスキューに応じて位置決め板を加工すれば足りる。従来は回転子鉄心そのものを加工していたのに比較して加工が容易になる。

本発明の永久磁石式電動機の回転子は、永久磁石の大きさと数量、或いは回転子のスキューに応じて位置決め板を加工すれば足りるので、加工が容易になる。さらに、１種類の回転子鉄心と、位置決め穴を変化させた位置決め板との組み合わせにより、多くの永久磁石の配置に対応できるので、回転子鉄心の種類を削減できる。

本発明の第１の実施の形態を示す永久磁石式電動機の全体構成図である。 本発明の第１の実施の形態を示す永久磁石式電動機の回転子の全体構成斜視図である。 本発明の第１の実施の形態を示す図２の矢視Ａの部分拡大図である。 本発明の第１の実施の形態を示す図２の矢視Ｂ−Ｂで、回転子の部分断面図である。 本発明の第１の実施の形態を示す図２を分解した状態を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に示す位置決め板を展開した状態を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態を示す図５の矢視Ｃ−Ｃで、回転子鉄心の部分断面図である。 本発明の第１の実施の形態を示すスキュー有りの場合の回転子の全体構成斜視図である。 本発明の第１の実施の形態を示す位置決め板を２枚使用した場合の回転子の全体構成斜視図である。 本発明の第２の実施の形態を示す永久磁石式電動機の回転子の全体構成斜視図である。 本発明の第２の実施の形態を示す図１０を分解した状態を示す斜視図である。 本発明の第２の実施の形態に示す位置決め板を展開した状態を示す斜視図である。 本発明の第３の実施の形態の永久磁石式電動機の回転子を回転軸に垂直方向から見た全体構成図である。 本発明の第３の実施の形態を示す図１３の矢視Ｄ−Ｄで、回転子の部分断面図である。

実施の形態１.
本発明の第１の実施の形態を図１から図７にて説明する。図1は永久磁石式電動機の全体構成図、図２は本発明の第１の実施の形態を示す永久磁石式電動機の回転子の全体構成を示す斜視図、図３は図２に示す矢視Ａの部分拡大図、図４は図２に示す矢視Ｂ−Ｂで、回転子の部分断面図、図５は図２を分解した状態を示す斜視図、図６は位置決め板を展開した状態を示す斜視図、図７は図５に示す矢視Ｃ−Ｃで、回転子鉄心の部分断面図である。
永久磁石式電動機は、図１に示すように環状の固定子１と、その内側に回転可能に設けられた回転子２で構成されている。固定子１は複数の固定子鉄心１１が環状に組まれ、各固定子鉄心１１の内周側にはコイル１２が巻かれている。回転子２は回転軸２１を備えた回転子鉄心２５の外周面に永久磁石５が接着されている。

図２と図５に示す通り、回転軸２１を備えた回転子鉄心２５の外周面には、巻き付け板部材としてステンレス鋼などの非磁性の位置決め板７が巻き付けられて回転子鉄心２５に接着されている。図６は位置決め板７を平面に展開した図であるが、一端にあり溝７ａと、他端にありほぞ７ｂが設けられ、予め決められた位置に第１の孔として複数の位置決め穴７ｃが設けられている。そして、図３に示すように位置決め板７は回転子鉄心２５に巻き付けられた状態では、あり溝７ａとありほぞ７ｂが嵌合され、位置決め板７は円筒状になっている。

回転子鉄心２５の外周面には図７に示すように溝２５ａが設けられており、この溝幅は図４に示すように位置決め板７の幅とほぼ同じ寸法にされており、溝２５ａに位置決め板７が嵌め込まれている。位置決め板７には、永久磁石５を３個並べて嵌め込まれる大きさの複数の貫通した位置決め穴７ｃが設けられている。回転子鉄心２５の永久磁石接着面２５ｂに沿うように、かわら状の断面形状で厚さが一様な永久磁石５が回転子鉄心２５の永久磁石接着面２５ｂに接着されている。これらの永久磁石５は、位置決め板７の位置決め穴７ｃに嵌め込んで接着されている。

回転子２の組立順序を説明する。回転子鉄心２５の外周の溝２５ａに位置決め板７を嵌め込むように変形させながら巻き付け、両端のあり溝７ａとありほぞ７ｂを勘合させて位置決め板７を回転子鉄心２５に固定する。これにより位置決め板７の周方向と回転軸２１方向の位置が定まる。あり溝７ａとありほぞ７ｂの嵌合力だけでは嵌合部が外れてしまう場合は、嵌合部を溶接又は、カシメ加工して固定する。次に位置決め板７の位置決め穴７ｃから見えている永久磁石接着面２５ｂに接着剤９を塗布する。そして、位置決め穴７ｃに永久磁石５を嵌め込み接着する。

回転軸２１方向に３個の永久磁石５を並べて位置決め穴７ｃに嵌め込むことにより、永久磁石５同士が磁力で反発しあっても位置がずれることはない。また、接着剤９は永久磁石５により押し潰されて広がり、永久磁石接着面２５ｂと位置決め板７の間にも染み込み、位置決め板７も回転子鉄心２５に接着される。
尚、位置決め板７の素材として鉄などの磁性材料を使用すると永久磁石５が吸着して、位置決め穴７ｃへの嵌め込み作業が困難になるが、ステンレス鋼などの非磁性材料を使用しているため、位置決め穴７ｃへの嵌め込み作業は容易に行える。

このように構成された永久磁石式電動機の回転子２では、永久磁石の大きさと数量、回転子のスキューの有無、スキュー角度が変化するのに応じて位置決め板７の加工を変更すれば良い。回転子鉄心２５の外周面に永久磁石位置決め用の溝やねじ穴を加工する必要はない。位置決め板７の加工は、同一形状の位置決め穴７ｃをステンレス鋼などの板に複数開けるだけなので、プレス加工機で容易に加工することができる。また、位置決め板７をステンレス鋼などの薄板で製作しておけば、巻き付け作業は組立作業者が手作業で行うことができ、特別な組立設備は不要である。

さらに、１種類の回転子鉄心２５と、位置決め穴７ｃを変化させた位置決め板７との組み合わせにより、多くの永久磁石５の配置に対応できるので、回転子鉄心２５の種類を削減できる。
回転子鉄心２５の種類を減らせれば、回転子鉄心２５の在庫の保管場所と管理の手間を減らすことができる。

図８はスキュー有りの場合の回転子２ａの全体構成を示す斜視図である。位置決め板７1には、スキューに対応した位置形状の位置決め穴７１ｃが設けられており、この位置決め穴７１ｃに永久磁石５が嵌め込まれて回転子鉄心２５の永久磁石接着面２５ｂに接着されている。このように回転子鉄心２５についてはスキュー有りであっても、スキュー無しの場合と同じ回転子鉄心２５が使用できるので、回転子鉄心２５の種類を削減することができる。

図９は、回転子鉄心２６の外周面の溝２６ａに位置決め板７２を２枚巻き付けた場合の回転子２ｂの全体構成を示す斜視図である。このように回転軸２２方向に永久磁石５が６個並ぶ仕様の場合には、３個用の位置決め板７２を２枚使用した構成とすることができる。さらに、図示しないが、周方向にも位置決め板７２を複数枚並べて、それぞれのあり溝とありほぞを連結した構成とすることも可能である。このように構成することにより、回転子鉄心２６の回転軸２２方向長さや外径が異なる場合でも、同じ位置決め板７２を流用することができる。
従って、永久磁石５の大きさと数量、回転子のスキューの有無とスキュー角度が異なっても、その仕様毎に対応する位置決め板７２が必要な訳ではなく、共用化することができる。

実施の形態２.
本発明の第２の実施の形態を図１０から図１２にて説明する。図１０は第２の実施の形態の永久磁石式電動機の回転子の全体構成図、図１１は図１０を分解した状態を示す斜視図、図１２は第２の実施の形態の位置決め板を展開した状態を示す斜視図である。

図１０と図１１において、回転軸２３を備えた回転子鉄心２７の外周には、ステンレス鋼などの非磁性の位置決め板７３が巻き付けられて回転子鉄心２７に接着されている。図１２は第２の実施の形態の位置決め板７３を平面に展開した図であるが、一端にはあり溝７３ａが、他端にはありほぞ７３ｂが設けられている。そして、図１０に示す通り位置決め板７３は回転子鉄心２７に巻き付けられた状態では、あり溝７ａとありほぞ７ｂが嵌合されている。

位置決め板７３には、永久磁石５を３個並べて嵌め込まれる大きさの複数の貫通した位置決め穴７３ｃが設けられている。回転子鉄心２７の永久磁石接着面２７ｂに沿うように、かわら状の断面形状で厚さが一様な永久磁石５が回転子鉄心２７の永久磁石接着面２７ｂに接着されている。これらの永久磁石５は、位置決め板７３の位置決め穴７３ｃに嵌め込んで接着されている。位置決め板７３の回転軸２３方向両端にはボルト固定部７３ｄが設けられている。このボルト固定部７３ｄは回転子鉄心２７の外周面の両端部で回転子鉄心２７に沿って回転軸２３側に折り曲げられている。そして、ボルト固定部７３ｄにはボルト穴７３ｅが設けられており、ボルト穴７３ｅに対向する回転子鉄心２７にはねじ穴２７ａが設けられており、位置決め板７３はボルト１０で回転子鉄心２７に固定されている。
尚、回転子鉄心２７のねじ穴２７ａは、平面に加工するため容易に行なえる。

回転子２ｃの組立順序を説明する。回転子鉄心２７の外周面に位置決め板７３を変形させながら巻き付けると共に、位置決め板７３両端のボルト固定部７３ｄも回転子鉄心２７に沿って回転軸２３側へ折り曲げる。巻き付け後、位置決め板７３のあり溝７３ａとありほぞ７３ｂを勘合させて回転子鉄心２７に固定する。ボルト固定部７３ｄは回転子鉄心２７にボルト１０で固定する。これにより位置決め板７３の周方向と回転軸２３方向の位置が定まる。次に位置決め板７３の位置決め穴７３ｃから見えている永久磁石接着面２７ｂに接着剤９を塗布する。そして、位置決め穴７３ｃに永久磁石５を嵌め込み接着する。このとき、接着剤９は永久磁石５により押し潰されて広がり、永久磁石接着面２７ｂと位置決め板７３の間にも染み込み、位置決め板７３も回転子鉄心２７に接着される。

永久磁石５を回転子鉄心２７に固定している接着剤９が剥がれて、永久磁石５が磁力のみで回転子鉄心２７に吸着している場合には、位置決め板７３は永久磁石５の位置ズレを防止する役割がある。永久磁石５の接着剤９が剥がれた場合には位置決め板７３をボルト１０で固定することにより、接着しているだけの場合に比べて、より大きなズレ力にも対応可能となる。

実施の形態３.
本発明の第３の実施の形態を図１３と図１４にて説明する。図１３は第３の実施の形態の永久磁石式電動機の回転子を回転軸に垂直な方向から見た全体構成図、図１４は図１３に示す矢視Ｄ−Ｄで、回転子の部分断面図である。

図１３、図１４に示す通り、回転軸２１を備えた回転子鉄心２５の外周面に設けられた溝２５ａに、ステンレス鋼などの非磁性の位置決め板７が巻き付けられ、回転子鉄心２５に接着されている。位置決め板７の位置決め穴７ｃには、永久磁石５１が３個並べて嵌め込まれ、回転子鉄心２５の永久磁石接着面２５ｂに接着剤９で接着されている。

図１４に示すように、回転軸２１方向から見た永久磁石５１の断面形状は、接着側の長さＷ1が長く、先端側の長さが短い台形になっている。位置決め板７の外周面には、防止板部材として放散離脱防止板８が巻き付けられて位置決め板７に接着剤９で接着されている。放散離脱防止板８の周方向端部には、位置決め板７と同様にあり溝８ａ、ありほぞ８ｂが設けられ、互いに嵌合されて固定されている。放散離脱防止板８には、第２の孔として貫通した留め穴８ｃが設けられている。この留め穴８ｃの周方向の開口部長さＷ２と永久磁石５１の接着側の長さＷ１は、Ｗ１＞Ｗ２の関係に設定されている。

本実施の形態の組立順序は、まず回転子鉄心２５に位置決め板７と永久磁石５１を接着する。次に位置決め板７の外周面に接着剤９を塗布した後、放散離脱防止板８を変形させながら巻き付けて、あり溝８ａとありほぞ８ｂを勘合させ、位置決め板７の外周面に放散離脱防止板８が接着固定されている。

高速回転する電動機においては、永久磁石５１の吸着力より永久磁石５１に掛かる遠心力の方が大きい場合があり、永久磁石５１を固定している接着剤９が剥がれると、永久磁石５１が放散離脱してしまう。しかし、本実施の形態の場合は永久磁石５１は放散離脱防止板８の留め穴８ｃから抜け出ることはなく、放散離脱を防止できる。また、図１４に示すように、位置決め板７や放散離脱防止板８を接着することにより永久磁石５1の突出高さＨが低くなるので、高速回転時の空気抵抗が小さくなり、回転エネルギーの損失を小さくすることができる。

１ 固定子、 ２ 回転子、 ２ａ 回転子、 ２ｂ 回転子、 ２ｃ 回転子、 ２ｄ 回転子、 ５ 永久磁石、 ７ 位置決め板、 ７ｃ 位置決め穴、 ８ 放散離脱防止板、 ８ｃ 留め穴、 ２１ 回転軸、 ２３ 回転軸、 ２５ 回転子鉄心、 ２５ａ 溝、 ２７ 回転子鉄心、
５１ 永久磁石、 ７１ 位置決め板、 ７２ 位置決め板、 ７３ 位置決め板。

Claims (5)

1. 固定子からの回転磁界に基づいて回転すると共に、回転軸を備えた回転子鉄心と、
   前記回転子鉄心の外周面に周方向に巻き付けられると共に、貫通された複数の第１の孔を
   有する非磁性の１又は複数の巻き付け板部材と、
   前記第１の孔に嵌め込まれると共に、前記回転子鉄心の外周面に固着された永久磁石と、
   を備えたことを特徴とする永久磁石式電動機の回転子。
2. 前記巻き付け板部材が前記回転子鉄心の外周面に固着されていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石式電動機の回転子。
3. 前記回転子鉄心の外周面の周方向に、全周に渡って凹状に形成された溝を備え、
   前記溝部に前記巻き付け板部材が巻き付けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の永久磁石式電動機の回転子。
4. 前記巻き付け板部材の前記回転軸方向の両端部が折り曲げられて、前記両端部が前記回転子鉄心の側面部に固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の永久磁石式電動機の回転子。
5. 前記巻き付け板部材の外周面に周方向に巻き付けられて、前記巻き付け板部材の外周面に固着されると共に、貫通された複数の第２の孔を有する防止板部材を備え、
   前記永久磁石の周方向断面形状が台形で、前記永久磁石の固着面の周方向長さは、前記永久磁石の先端側外表面の周方向長さより長く、
   前記第２の孔の周方向長さは、前記永久磁石の前記固着面の周方向長さより短い、
   ことを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の永久磁石式電動機の回転子。

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