JP5808445B2 - 回転子鉄心の外周面に貼り付けられた磁石を備える電動機の回転子、電動機、及び電動機の回転子の製造方法 - Google Patents

回転子鉄心の外周面に貼り付けられた磁石を備える電動機の回転子、電動機、及び電動機の回転子の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、回転子鉄心の外周面に貼り付けられた磁石を備える電動機の回転子、電動機、及び電動機の回転子に関する。
一般に、回転子鉄心の外周面に永久磁石を貼り付けたタイプの電動機をSPM(Surface Permanent Magnet)モータと称する。これに関連して、特許文献1には、セグメント型の永久磁石を熱硬化接着剤によって回転子鉄心の外周面に固着したSPMモータの回転子が記載されている。ところで、従来のSPMモータには、回転子鉄心に対向する対向面が、回転子鉄心の外周面に沿った曲面状である磁石と、上記の対向面が平面状である磁石のいずれか一方が採用される。特許文献1のSPMモータは前者の磁石を採用しているものの、このような磁石を製造するには、曲面状の対向面を形成するための追加の工程が必要となる。従って、製造コストの観点では、平面状の対向面を有する磁石の方が有利である。
ただし、平面状の対向面を有する磁石を回転子鉄心に対して正確に配置するためには、磁石を位置決めするガイド突起を回転子鉄心の外周面に予め形成しておく必要がある。図10は、複数の磁石Mを位置決めする複数のガイド突起Pを有する従来の回転子Rを示す斜視図である。便宜上、図10には1つの磁石Mのみが示されており、残りの磁石Mは省略されている。また、図11は、図10の回転子Rの回転軸線RAに垂直な平面に沿った断面図であり、1つの磁石Mの近傍を拡大して示している。図10のように、従来の回転子Rにおける回転子鉄心Cの外周面には、周方向に等間隔で配置された複数のガイド溝Gが形成されており、それらガイド溝Gの各々は、回転子鉄心Cの高さ方向の全長にわたって延在している。そして、隣接する2つのガイド溝G,Gの間に、個々のガイド突起Pが設けられている。このようなガイド溝Gを形成するためには、回転子鉄心Cの全長にわたって溝切り加工を施す必要があるので、加工工数が増加するとともに、加工工数の増加が製造コストの上昇を招来しうる。このような製造コストの上昇は、電動機の極数が多い場合に特に顕著になる。また、磁石Mを着磁してから回転子鉄心Cに接着する場合には、磁石Mの平面状の対向面CSが吸引力によってガイド溝Gの平面状の底面BSに密着するので、図11のように、接着剤Bがそれらの面CS,BSの間から排除されてしまう。その結果、磁石に作用する接着力が低下するので、回転子Rの回転運動に伴う遠心力が原因で磁石Mが回転子鉄心Cから飛散する虞がある。
特開2013−165548号公報
磁石を位置決めする突起を形成するための加工工数を削減できる電動機の回転子が求められている。
本発明の第1の態様によれば、円筒状の回転子鉄心と、回転子鉄心の外周面に所定間隔で配置された複数の磁石と、を備える電動機の回転子であって、回転子鉄心の外周面には、複数の磁石を回転子鉄心の周方向に位置決めする複数の突起が形成されており、複数の突起の各々が、回転子鉄心の回転軸線と平行な高さ方向における回転子鉄心の外周面の一部のみに延在しており、回転子鉄心が、複数の突起が延在する外周面を有する突起付き円筒部と、複数の突起が延在しない曲面状の外周面を有する突起無し円筒部と、を含み、隣接する2つの突起の間に位置する溝部が平面状の底面を有し、複数の磁石の各々の、回転子鉄心の外周面に対向する対向面が平面状であり、対向面が、突起付き円筒部では溝部の平面状の底面に対向し、突起無し円筒部では曲面状の外周面に接着されている、電動機の回転子が提供される。
本発明の第2の態様によれば、第1の態様において、突起付き円筒部が、高さ方向における回転子鉄心の両端部の各々に1つずつ配置されている、電動機の回転子。
本発明の第3の態様によれば、第1の態様において、突起付き円筒部が、高さ方向における回転子鉄心の中央部に配置されている、電動機の回転子が提供される。
本発明の第の態様によれば、第1〜第3の態様のいずれか1つにおいて、複数の磁石の各々の対向面が、隣接する2つの突起の間に位置する溝部の底面にさらに接着されている、電動機の回転子が提供される。
本発明の第の態様によれば、第1〜第の態様のいずれか1つにおいて、回転子鉄心の突起付き円筒部と突起無し円筒部が、互いに別個の部材である、電動機の回転子が提供される。
本発明の第の態様によれば、第の態様において、突起無し円筒部が、電磁鋼板の積層体である、電動機の回転子が提供される。
本発明の第の態様によれば、第1〜第の態様のいずれか1つにおける回転子を備える電動機が提供される。
本発明の第の態様によれば、第1〜第の態様のいずれか1つにおける電動機の回転子の製造方法であって、回転子鉄心に加工されるべき円筒体を用意し、円筒体の外周面に対する、円筒体の中心軸線回りの旋削加工によって、円筒体の小径部分と、小径部分よりも外径が大きい大径部分と、を形成し、円筒体の大径部分の外周面に対する、中心軸線に沿った溝切り加工によって、隣接する2つの突起の間に位置する溝部を形成することを含む、電動機の回転子の製造方法が提供される。
本発明の第の態様によれば、第または第の態様における電動機の回転子の製造方法であって、突起付き円筒部に加工されるべき円筒体を用意し、突起無し円筒部に加工されるべき他の円筒体を用意し、円筒体の外周面に対する、円筒体の中心軸線に沿った溝切り加工によって、隣接する2つの突起の間に位置する溝部を形成し、円筒体と他の円筒体を互いに接合することを含む、電動機の回転子の製造方法が提供される。
本発明の第1、第、及び第の態様によれば、複数の磁石を位置決めする複数の突起が形成される範囲が、回転子鉄心の高さ方向の一部のみに限定されるので、それら突起を形成するための加工工数を削減できる。さらに、本発明の第1、第7、及び第8の態様によれば、磁石の対向面と回転子鉄心の突起無し円筒部の外周面との間に、接着剤が進入しうる隙間が形成されるので、磁石に作用する接着力が不足することを防止できる。
本発明の第2の態様によれば、複数の磁石を位置決めする複数の突起が、回転子鉄心の高さ方向の両端部の各々に形成されるので、複数の磁石を回転子鉄心に対して正確に位置決めできる。
本発明の第3の態様によれば、複数の磁石を位置決めする複数の突起が、回転子鉄心の高さ方向の中央部に形成されるので、複数の磁石を回転子鉄心に対して正確に位置決めできる。
本発明の第の態様によれば、磁石の対向面が隣接する突起間の溝部の底面にさらに接着されるので、磁石を回転子鉄心に対して安定的に固定できる。
本発明の第及び第の態様によれば、回転子鉄心の突起無し円筒部を形成するための旋削加工を省略できるので、回転子の製造工程を簡素化できる。
本発明の第の態様によれば、回転子鉄心の内部に発生しうる渦電流が減少するので、回転子鉄心の発熱量を抑えることができる。
本発明の第1実施形態の例示的な回転子を備える電動機の断面図である。 図1の電動機における回転子の斜視図である。 図2の回転子における回転子鉄心の突起無し円筒部を拡大して示す断面図である。 本実施形態の回転子の変形例を示す斜視図である。 本実施形態の回転子の例示的な製造方法における鉄心形成工程について説明するための第1の図である。 本実施形態の回転子の例示的な製造方法における鉄心形成工程について説明するための第2の図である。 本実施形態の回転子の例示的な製造方法における鉄心形成工程について説明するための第3の図である。 本発明の第2実施形態の回転子における回転子鉄心の一例を示す分解斜視図である。 本実施形態の回転子における回転子鉄心の変形例を示す分解斜視図である。 従来の回転子を示す斜視図である。 図10の回転子における回転子鉄心の一部を拡大して示す断面図である。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の記載は、特許請求の範囲に記載される発明の技術的範囲や用語の意義等を限定するものではない。
先ず、図1〜図7を参照して、本発明の第1実施形態の回転子を備える電動機について説明する。本実施形態の回転子を備える電動機は、回転子と固定子とが協働して動力を発生させる電動機であり、より具体的には、回転子鉄心の外周面に永久磁石が貼り付けられた構造を有するSPMモータである。図1は、本実施形態の例示的な回転子2を備える電動機1の断面図である。図1のように、電動機1は、所定の回転軸線RA回りに回転可能な回転子2と、回転子2を取り囲むように回転子2と同心状に配置される固定子3と、を備えている。本例による固定子3は、円筒状の継鉄部31と、継鉄部31から回転子2に向かって突出する複数の歯部32と、を有しており、これら歯部32の各々には、図示しない固定子巻線が巻回されている。継鉄部31及び複数の歯部32は、例えば、電磁鋼板を積層することによって一体的に形成されうる。
図2は、図1の電動機1における回転子2の斜視図である。図1及び図2のように、本実施形態の回転子2は、円筒状の回転子鉄心20と、回転子鉄心20の外周面21に所定間隔で配置された複数の磁石4と、を有している。より具体的に、本例の回転子2は、回転子鉄心20の周方向に等間隔で配置された30個の磁石4を備えている。ただし、便宜上、図2には1個の磁石4のみが示されており、残りの磁石は省略されている。本例の磁石4は、ネオジム磁石又はフェライト磁石等の永久磁石である。図2のように、本例の磁石4は、回転子2の回転軸線RAと平行に延在する平板状の形態を有している。そして、本例の磁石4は、回転軸線RAと平行な回転子鉄心20の高さ方向の全長にわたって延在している。また、本例の磁石4は、回転子鉄心20の外周面21に対向する平面状の対向面を有している(図3も参照)。以下では、回転子鉄心20の半径方向を単に「半径方向」といい、回転子鉄心20の周方向を単に「周方向」ということがある。さらに、回転子鉄心20の高さ方向を単に「高さ方向」ということがある。
図2のように、本例の回転子鉄心20の外周面21には、複数の磁石4を周方向に位置決めする複数の突起22が形成されている。より具体的に、複数の突起22の各々は、隣接する2つの磁石4の間を通るように、回転子鉄心20の外周面21から半径方向の外向きに突出している。そのため、隣接する2つの突起22間の距離は、磁石4の幅方向の寸法と等しくなっている。ここでいう幅方向とは、回転子鉄心20の高さ方向及び半径方向の双方に垂直な方向を指す。そして、複数の磁石4の各々は、隣接する2つの突起22間に広がる溝23の中に保持されている。この溝23は平面状の底面を有する。
図2のように、複数の突起22の各々は、回転子鉄心20の高さ方向における外周面21の一部のみに延在している。従って、本例の回転子鉄心20は、複数の突起22が延在する外周面を有する円筒部と、複数の突起22が延在しない外周面を有する円筒部と、を含んでいる。これら複数の円筒部は、回転子鉄心20の高さ方向において互いに隣接するように配置される。以下では、回転子鉄心20における前者の円筒部を突起付き円筒部201と称し、後者の円筒部を突起無し円筒部202と称する。図1に示される回転子鉄心20の断面形状は、突起付き円筒部201の断面形状である。図2のように、本例の回転子鉄心20は、高さ方向の両端部の各々に1つずつ配置された2つの突起付き円筒部201,201と、それら突起付き円筒部201,201の間に配置された1つの突起無し円筒部202と、を含んでいる。本例の回転子鉄心20における3つの円筒部201,201,202は、種々の金属製の管材から一体に形成される。以下では、回転子鉄心20の外周面21のうちの、突起無し円筒部202に対応する領域を外周面212とする。
図3は、図2の回転子2における突起無し円筒部202の、回転軸線Rに垂直な平面に沿った拡大断面図であり、1つの磁石4の近傍を拡大して示している。図3のように、本例の磁石4は、少なくとも回転子鉄心20の突起無し円筒部202の外周面212に接着剤5によって接着されている。前述したように、磁石4の対向面41は平面状であるものの、突起無し円筒部202の外周面212は曲面状である。従って、それらの面41,212が互いに接触しても両者の間には一定の空隙が残存する。より具体的に、本例の磁石4の対向面41と突起無し円筒部202の外周面212との間には、周方向に並んだ一対の空隙6,6が残存している。図3のように、これら空隙6,6の内部に接着剤5を進入させることによって、磁石4の対向面41と回転子鉄心20の外周面21から接着剤5が排除されることを防止できる。従って、本例の回転子鉄心20によれば、磁石4に作用する接着力不足が原因で磁石4が飛散することを防止できる。
以上のように、本実施形態の回転子2によれば、磁石4を位置決めする突起22が形成される範囲が、回転子鉄心20の高さ方向の一部、より具体的には、突起付き円筒部201のみに限定される。従って、本実施形態の回転子2によれば、位置決め用の突起22の高さ方向の寸法を最小化できるので、これら突起22を形成するための加工工数を削減できるようになる。なお、本実施形態の回転子2における、回転子鉄心20の突起付き円筒部201と突起無し円筒部202の個数及び配置が、図2の例のみに限定されることはない。すなわち、回転子鉄心20におけるこれら円筒部の個数及び配置を変更した回転子2の種々の変形例が実現可能である。図4は、本実施形態の回転子2の1つの変形例を示す斜視図である。図4のように、本例の回転子2における回転子鉄心20は、その高さ方向の中央部に配置された1つの突起付き円筒部201と、その突起付き円筒部201を挟むように配置された一対の突起無し円筒部202,202と、を含んでいる。このような変形例おいても、位置決め用の突起22の高さ方向の寸法を最小化できるので、これら突起22を形成するための加工工数を削減できるようになる。
続いて、本実施形態の回転子2の製造方法について説明する。本実施形態の回転子2の製造方法は、上述した構造を有する回転子鉄心20を形成する鉄心形成工程を含んでいる。図5〜図7は、本実施形態の例示的な製造方法における鉄心形成工程について説明するための図である。図5のように、本例の鉄心形成工程では、先ず、回転子鉄心20に加工されるべき円筒体7が用意される。本例の円筒体7は、種々の金属製の管材をその延在方向に対して垂直に切断したものである。以下では円筒体7の中心軸線CAと平行な方向を円筒体7の高さ方向という。図6のように、本例の鉄心形成工程では、次いで、円筒体7の外周面71に対する旋削加工によって、円筒体7の小径部分7Sが形成されるとともに、小径部分7Sよりも外径が大きい円筒体7の大径部分7Lが形成される。より具体的に、上記の旋削加工では、中心軸線CAと平行に移動可能な旋削工具T1を、中心軸線CA回りに回転する円筒体7の外周面71に押し当てることによって円筒体7の外周面71を切削する。この際に、矢印A60で表されるように旋削工具T1の切り込み深さを変化させて外周面71を段差状に加工することによって、上述した円筒体7の小径部分7Sと大径部分7Lを形成する。図6の例では、円筒体7の旋削加工によって、円筒体7の高さ方向の両端部の各々に1つずつ配置された2つの大径部分7L,7Lと、それら大径部分7L,7Lの間に配置された1つの小径部分7Sが形成されている。ただし、本例の旋削加工によって形成されるべき小径部分7Sと大径部分7Lの個数及び配置等は、図6の例に限定されない。
図7のように、本例の鉄心形成工程では、次いで、円筒体7の大径部分7L,7Lの各々に対する溝切り加工によって、大径部分7Lの外周面に等間隔に配置された複数の溝73が形成される。より具体的に、上記の溝切り加工では、大径部分7Lの外周面を切削する切削工具T2を、矢印A70で表されるように中心軸線CAと平行に移動させることによって個々の溝73を形成する。そして、上記の溝切り加工の結果、複数の磁石4を位置決めする複数の突起72の各々が、隣接する2つの溝73の間に形成される。このように、上記の溝切り加工では、円筒体7の大径部分7L,7Lのみが切削工具T2によって加工されるので、複数の磁石4を位置決めする複数の突起72を形成するための加工工数を削減できる。
次に、図8及び図9を参照して、本発明の第2実施形態の回転子について説明する。本実施形態の回転子は、以下に具体的に説明される部分を除いて、上述した第1の実施形態の回転子と同様の構成を有する。従って、第1実施形態と同様の構成を有する部分には第1実施形態と同一の符号を用いることとし、それら同様の構成を有する部分についての説明は省略する。
図8は、本実施形態の回転子2における回転子鉄心20の一例を示す分解斜視図である。図8のように、本例の回転子鉄心20は、図2と同様に、その高さ方向の両端部の各々に1つずつ配置された2つの突起付き円筒部201,201と、それら円筒部201,201の間に配置された1つの突起無し円筒部202と、を含んでいる。ただし、本例の回転子鉄心20おける3つの円筒部201,201,202は、図2のように一体に形成される代わりに、互いに別個の部材として形成される。より具体的に、本例の回転子鉄心20における3つの円筒部201,201,202の各々は、種々の金属製の管材から別個に形成される。図8を参照して、本例の回転子鉄心20を形成する鉄心形成工程について説明する。本例の鉄心形成工程では、先ず、2つの突起付き円筒部201,201に加工されるべき2つの円筒体8,8が用意される。次いで、それら円筒体8,8の各々の外周面に対する溝切り加工によって、周方向に等間隔で配置された複数の溝81が形成される。これにより、複数の磁石4を位置決めする複数の突起82の各々が、隣接する2つの溝81の間に形成される。次いで、それら円筒体8,8の各々の高さ方向の一端面83に対するねじ切り加工によって、周方向に等間隔で配置された複数の貫通式のねじ穴84が形成される。
本例の鉄心形成工程では、次いで、1つの突起無し円筒部202に加工されるべき1つの他の円筒体9が用意される。次いで、他の円筒体9の高さ方向の両端面91に対するねじ切り加工によって、周方向に等間隔で配置された複数の非貫通式のねじ穴92が形成される。次いで、2つの円筒体8,8の各々が、1つの他の円筒体9に連結されることによって、2つの突起付き円筒部201,201と1つの突起無し円筒部202を含む回転子鉄心20が組み立てられる。この際、2つの円筒体8,8の各々は、複数の貫通式のねじ穴84の各々に挿通される、ねじ式の連結部材(図示しない)によって1つの他の円筒体9に連結される。以上のように、本例の回転子鉄心20によると、適切な寸法を有する2つの円筒体8,8及び1つの他の円筒体9を予め用意しておくことで、円筒体の小径部分と大系部分を形成する旋削加工を省略できるので、鉄心形成工程を簡略化できる。
図9は、本実施形態の回転子2における回転子鉄心20の変形例を示す分解斜視図である。本例の回転子鉄心20は、図8と同様に、その高さ方向の両端部の各々に1つずつ配置された2つの突起付き円筒部201,201と、それらの間に配置された1つの突起無し円筒部202と、を含んでおり、それら3つの円筒部201,201,202は、互いに別個の部材として形成されている。ただし、本例の突起無し円筒部202は、種々の金属製の管材から形成される代わりに、複数の電磁鋼板ESを積層した積層体LBから形成される。このように回転子鉄心20の一部分として電磁鋼板の積層体LBを採用することによって、回転子鉄心20の内部の渦電流が減少するので、回転子鉄心20の発熱量を抑えることができる。また、本例の回転子鉄心20では、突起無し円筒部202に加えて、或いは突起無し円筒部202の代わりに、2つの突起付き円筒部201,201の少なくともいずれか一方が、複数の電磁鋼板の積層体から形成されていてもよい。
本例の回転子鉄心20を形成する鉄心形成工程の手順は、前述した図8の回転子鉄心20を形成する鉄心形成工程の手順と同様である。ただし、本例の鉄心形成工程では、積層体LBに設けられた複数の貫通穴THの各々に、棒状の連結部材CRを挿通することによって複数の電磁鋼板ESを互いに固定している。図9のように、このような棒状の連結部材CRは、2つの円筒体8,8のいずれか一方に設けられた複数の貫通穴84の各々を介して、積層体LB側の複数の貫通穴THの各々に挿通されうる。また、棒状の連結部材CRの先端部は、2つの円筒体8,8の他方に設けられた複数の貫通穴84の各々にさらに挿入されうる。その結果、棒状の連結部材CRによって、突起無し円筒部202に相当する積層体LBが、2つの突起付き円筒部201に相当する2つの円筒体8,8の各々にさらに連結されうる。
本発明は、上記の実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内で種々改変されうる。また、上述した各部の寸法、形状、材質等は一例にすぎず、本発明の効果を達成するために多様な寸法、形状、材質等が採用されうる。
1 電動機
2 回転子
20 回転子鉄心
201 突起付き円筒部
202 突起無し円筒部
21 外周面
211 外周面
212 外周面
22 突起
23 溝
3 固定子
31 継鉄部
32 歯部
4 磁石
41 対向面
5 接着剤
6 空隙
7 円筒体
7S 小径部分
7L 大径部分
71 外周面
72 突起
73 溝
8 円筒体
81 溝
82 突起
83 端面
84 穴
9 他の円筒体
91 端面
92 穴
CA 中心軸線
CR 連結部材
ES 電磁鋼板
LB 積層体
RA 回転軸線
TH 貫通穴
T1 旋削工具
T2 切削工具

Claims (9)

  1. 円筒状の回転子鉄心と、前記回転子鉄心の外周面に所定間隔で配置された複数の磁石と、を備える電動機の回転子であって、
    前記回転子鉄心の外周面には、前記複数の磁石を前記回転子鉄心の周方向に位置決めする複数の突起が形成されており、
    前記複数の突起の各々は、前記回転子鉄心の回転軸線と平行な高さ方向における前記回転子鉄心の外周面の一部のみに延在しており、
    前記回転子鉄心は、前記複数の突起が延在する外周面を有する突起付き円筒部と、前記複数の突起が延在しない曲面状の外周面を有する突起無し円筒部と、を含み、
    隣接する2つの前記突起の間に位置する溝部が平面状の底面を有し、
    前記複数の磁石の各々の、前記回転子鉄心の外周面に対向する対向面が平面状であり、前記対向面が、前記突起付き円筒部では前記溝部の前記平面状の底面に対向し、前記突起無し円筒部では前記曲面状の外周面に接着されている、電動機の回転子。
  2. 前記突起付き円筒部が、前記高さ方向における前記回転子鉄心の両端部の各々に1つずつ配置されている、請求項1に記載の電動機の回転子。
  3. 前記突起付き円筒部が、前記高さ方向における前記回転子鉄心の中央部に配置されている、請求項1に記載の電動機の回転子。
  4. 前記複数の磁石の各々の前記対向面が、前記溝部の前記平面状の底面にさらに接着されている、請求項1〜3のいずれか1つに記載の電動機の回転子。
  5. 前記回転子鉄心の前記突起付き円筒部と前記突起無し円筒部が、互いに別個の部材である、請求項1〜のいずれか1つに記載の電動機の回転子。
  6. 前記突起無し円筒部が、電磁鋼板の積層体である、請求項に記載の電動機の回転子。
  7. 請求項1〜のいずれか1つに記載の回転子を備える電動機。
  8. 請求項1〜のいずれか1つに記載の電動機の回転子の製造方法であって、
    前記回転子鉄心に加工されるべき円筒体を用意し、
    前記円筒体の外周面に対する、前記円筒体の中心軸線回りの旋削加工によって、前記円筒体の小径部分と、前記小径部分よりも外径が大きい大径部分と、を形成し、
    前記円筒体の前記大径部分の外周面に対する、前記中心軸線に沿った溝切り加工によって、隣接する2つの前記突起の間に位置する溝部を形成することを含む、電動機の回転子の製造方法。
  9. 請求項またはに記載の電動機の回転子の製造方法であって、
    前記突起付き円筒部に加工されるべき円筒体を用意し、
    前記突起無し円筒部に加工されるべき他の円筒体を用意し、
    前記円筒体の外周面に対する、前記円筒体の中心軸線に沿った溝切り加工によって、隣接する2つの前記突起の間に位置する溝部を形成し、
    前記円筒体と前記他の円筒体を互いに接合することを含む、電動機の回転子の製造方法。
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