JP5818949B2 - Rotating electric machine - Google Patents
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この発明は例えば電動機や発電機などとして好適に用いることができる回転電機に関するものである。 The present invention relates to a rotating electrical machine that can be suitably used as, for example, an electric motor or a generator.
従来の回転電機として、軸心に沿って配設されるシャフトと、該シャフトの外周側に固定されるヨークと、該ヨークに配設される永久磁石と、該永久磁石の軸方向端部に隣接して配置され、該永久磁石の軸方向への移動を規制する端面板と、前記シャフトの円筒状の外周面に圧入されて該端面板を固定する、円環状の内周面を有した固定部材を備え、前記固定部材は、前記シャフトの線膨張係数と略同一のものからなり、前記端面板は、前記シャフトより線膨張係数の大きい非磁性体により形成されるロータを備えるようにした電動機がある(例えば特許文献1参照)。 As a conventional rotating electric machine, a shaft disposed along an axis, a yoke fixed to the outer peripheral side of the shaft, a permanent magnet disposed on the yoke, and an axial end of the permanent magnet An end face plate that is arranged adjacently and restricts movement of the permanent magnet in the axial direction, and an annular inner peripheral face that is press-fitted into the cylindrical outer peripheral face of the shaft to fix the end face plate. A fixing member is provided, and the fixing member is substantially the same as the linear expansion coefficient of the shaft, and the end face plate includes a rotor formed of a nonmagnetic material having a larger linear expansion coefficient than the shaft. There is an electric motor (see, for example, Patent Document 1).
上記のような従来の技術においては、永久磁石の軸方向への移動を規制する端面板がSUS304、SUS305などのステンレス鋼や、アルミ等の非磁性体を使用しているため、材料コストが高くなり、さらにそれら非磁性体は磁磁性体のSPCC等の鋼板に比べ、加工が難しいという課題があった。 In the prior art as described above, the end plate that restricts the movement of the permanent magnet in the axial direction uses a stainless steel such as SUS304 or SUS305, or a non-magnetic material such as aluminum, so that the material cost is high. Furthermore, these non-magnetic materials have a problem that they are difficult to process as compared with steel plates such as SPCC, which is a magnetic material.
この発明は上記のような課題を解消するためになされたものであり、加工が容易でしかも安価に製造することができる回転電機を得ることを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to obtain a rotating electrical machine that can be easily processed and can be manufactured at low cost.
この発明に係る回転電機は、シャフトに装着されたロータコアと、前記ロータコアに埋め込まれ軸方向の端部が該ロータコアの軸方向の端面部に露出された永久磁石と、前記ロータコアの軸方向の端面部に配設され前記永久磁石の軸方向の移動を規制する端板と、前記端板を前記シャフトに対して固定する固定部材を備えたロータを有する回転電機であって、前記ロータコアの軸方向の両端面部に設けられた一対の前記端板の内、少なくとも一方は、前記永久磁石と対向する部分の厚さTが前記ロータコアの外周面と前記永久磁石との最短距離であるブリッジ距離Lよりも薄い磁性体によって構成すると共に、該磁性体でなる端板に対応する前記固定部材の前記シャフト近傍の厚さを該磁性体でなる端板の前記厚さTよりも厚く形成したものにおいて、前記端板と前記固定部材とは互いに独立した部品からなり、前記固定部材は前記シャフトと同様の材質からなり、前記磁性体でなる端板は、前記永久磁石と対向された部分に前記端板による磁束の漏れを小さくする空間が形成されるように凹凸が設けられていることを特徴とするものである。 A rotating electrical machine according to the present invention includes a rotor core mounted on a shaft, a permanent magnet embedded in the rotor core and having an axial end portion exposed at an axial end surface portion of the rotor core, and an axial end surface of the rotor core A rotary electric machine having a rotor provided with an end plate disposed in a portion for restricting movement of the permanent magnet in the axial direction and a fixing member for fixing the end plate to the shaft, the axial direction of the rotor core At least one of the pair of end plates provided on both end surface portions of the base plate is from a bridge distance L in which the thickness T of the portion facing the permanent magnet is the shortest distance between the outer peripheral surface of the rotor core and the permanent magnet. In addition, the thickness of the fixing member corresponding to the end plate made of the magnetic material is greater than the thickness T of the end plate made of the magnetic material. Oite, said end plate and consists of mutually independent parts and the fixing member, the fixing member is made of the same material as the shaft, an end plate made of the magnetic body, the permanent magnet facing portion Irregularities are provided so as to form a space for reducing leakage of magnetic flux by the end plate .
この発明においては、前記端板の少なくとも一方を磁性体によって構成すると共に、端板の永久磁石と対向する部分の厚さTを前記ブリッジ距離Lよりも薄くし、固定部材のシャフト近傍の厚さを前記端板の厚さTよりも厚く形成するようにしたことにより、固定部材、端板とも単純な形状とすることができるため、製作が容易となりしかも端板を非磁性体で形成したものよりも安価に提供できるものであって、しかも、磁性体でなる端板の永久磁石と対向された部分に凹凸によって前記端板による磁束の漏れを小さくする空間が形成されていることにより、磁束漏れを小さくできるため、モータ効率への影響をより小さくすることができる。
In the present invention, at least one of the end plates is made of a magnetic material, and the thickness T of the portion of the end plate facing the permanent magnet is made thinner than the bridge distance L so that the thickness of the fixing member near the shaft. Is formed thicker than the thickness T of the end plate, so that both the fixing member and the end plate can be made in a simple shape, so that the manufacture is easy and the end plate is formed of a non-magnetic material. In addition, a space that reduces the leakage of magnetic flux by the end plate is formed by unevenness in the portion of the end plate that is made of a magnetic material facing the permanent magnet. Since the leakage can be reduced, the influence on the motor efficiency can be further reduced.
実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1に係る回転電機としてのモータを示す断面図である。図2は図1に示されたロータを概略的に示す図であり、(a)は正面側から見た図、(b)は側面側から見た断面図である。図3は図2(b)のA−A線における矢視断面図である。図において、回転電機としてのモータは、回転軸で成るシャフト1、軸O方向に延在する複数の永久磁石2(図3に図示)がこの例では周方向にジグザグ状に埋め込まれた状態に積層されてなり、シャフト1の外周に圧入固定されたロータコア3、ロータコア3の軸方向(図1の左右方向)端部に配設されて永久磁石2の移動や飛散を防止するドーナツ円板状の端板4、および端板4をロータコア3との間に軸方向に挟み込んで固定するリング状の固定部材5などからなるロータ6と、ロータ6の周りを包囲するように配設され、コイル7が設けられているステータ8と、ステータ8を保持するフレーム9と、フレーム9に固定されてロータ6を軸受10を介して支承するブラケット11などを備えている。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a motor as a rotating electrical machine according to
なお、永久磁石2は接着材(図示省略)を用いてロータコア3に固定されている。前記端板4は例えばJISに規定されたSPCC等の鋼板を用いた磁性体からなり、磁束の漏れを最小限とするため薄肉であって、具体的にはその厚さTはロータコア3の外周面と永久磁石2との最短距離であるブリッジ距離L(図3に図示)よりも薄い0.3mm程度となっている。固定部材5は磁性体であり、その外径Rは永久磁石2が配置されている部分の最小内径よりも小さく、板厚は端板4の厚さTよりも厚く形成されており、シャフト1に対して圧入によって固着されている。なお、固定部材5とシャフト1の線膨張係数はほぼ同等であり、設計上の使用温度限界として設定された低温から高温にわたる範囲内で固定部材5はシャフト1に対する固定状態が保持される。その他の構成は従来のものと同様であるので説明を省略する。
The
上記のように構成された実施の形態1においては、SUS304、SUS305などのステンレス鋼やアルミ等の非磁性体を使用しないため、用いる材料費を安価にできる。また、固定部材5、および端板4とも単純な形状となるため、それらをプレス加工等で容易に製作できるので、固定部材5、および端板4の加工に要する作業が簡単で構成部材を安価にすることができる。また、固定部材5をシャフト1に対して圧入するだけで端板4をロータ6に固定できるので、組立作業も容易であり、製品を安価にできる。
In the first embodiment configured as described above, a non-magnetic material such as stainless steel such as SUS304 or SUS305 or aluminum is not used, so that the material cost to be used can be reduced. Moreover, since both the
また、端板4の厚さTよりも板厚の厚い磁性体からなる固定部材5は永久磁石2が配置されている部分よりも内径側にしか存在させていないため、永久磁石2の磁束の漏れを最小限に抑えることができる。また、永久磁石2の移動を規制する部材は、端板4とこの端板4を固定する固定部材5の2部品に分けて構成されているため、それぞれの部材の形状が単純となり、加工が容易でコスト低減につながる。例えば、薄肉リング状の円板からなる端板4はプレスで加工でき、リング状の固定部材5も板金のプレス加工または鋼管の切断加工等で容易に製作することができる。
The
実施の形態2.
図4は本発明の実施の形態2に係る回転電機のロータを概略的に示す断面図、図5は図4のB−B線における矢視断面図である。図において、固定部材5Aは、外径がロータコア3の外径と同一かそれよりも若干小さく形成され、かつ、ロータコア3の端面に露出されている永久磁石2(図3参照)に対応する部分には、該永久磁石2の形状に対応する形状の、軸方向に貫通された複数の窓穴5aが形成されている。図5に示すように、窓穴5aからは端板4が見えている。固定部材5Aの材質および厚さ、並びに端板4の材質および厚さなどを含むその他の構成は実施の形態1と同様であるので説明を省略する。
4 is a cross-sectional view schematically showing a rotor of a rotating electrical machine according to
上記のように構成された実施の形態2においては、ロータコア3の端面部分に露出する永久磁石2の軸方向外側には薄厚の端板4が設置されているのみで、肉厚の固定部材5Aには永久磁石2の端面形状に倣うように形成された窓穴5aが設けられているので、固定部材5Aによる磁束の漏れが起こり難くロータの特性が損なわれる恐れは実施の形態1と同様に軽微である。実施の形態2では、固定部材5Aの外径が実施の形態1よりも大きく形成されて、外周側にも肉厚の固定部材5Aが存在するため、ロータ6のバランス修正がし易い。すなわち、外周に近い部分である磁石配置部より外周側でバランス修正ができるという更なる効果が得られる。さらに、ロータコア3をシャフト1に圧入する際に、ロータコア3の積層部分が反る可能性があるが、固定部材5が外周部まで存在するので、端板4とともにロータコア3の反りを防止する効果が期待できる。
In the second embodiment configured as described above, the
実施の形態3.
図6は本発明の実施の形態3に係る回転電機のロータを概略的に示す図であり、(a)は正面側から見た図、(b)は側面側から見た断面図である。図において、実施の形態1、2と同様の材質および板厚からなる端板4Aは、永久磁石2と対向された部分に空間が形成されるように、該永久磁石2の形状に倣うようにモータフロント側ないしは正面側(図6(b)の左側)から見て複数の凹部4aからなる凹凸が形成されている。凹部4aは、端板4Aが永久磁石2に対向する部分のみに形成され、ロータコア3に対向ないしは当接する部分には形成されていない。凹部4aはプレス加工によって容易に形成することができる。なお、凹部4aからなる凹凸が形成された端板4Aは、ロータコア3の軸方向の両端部に配設されている。その他の構成は実施の形態1と同様であるので説明を省略する。
6A and 6B are diagrams schematically showing a rotor of a rotary electric machine according to
上記のように構成された実施の形態3においては、磁性体でなる端板4Aの永久磁石2との当接部に凹部4aからなる空間が設けられているため、実施の形態1の場合よりも磁束の漏れを小さくすることができるため、モータ効率への影響をより小さくすることができる。また、全ての部材を非磁性体で製造するよりも安価に製造できる。
なお、端板4Aの本来の目的である永久磁石2の軸方向への移動を規制する機能については、例えば凹部4aの大きさを永久磁石2の端面の大きさよりも小さくする等により、永久磁石2と端板4Aとが部分的に当接するように形成することによって、容易に確保することができる。例えば、凹部4aを円周方向に波状に形成し、あるいは軸Oを中心とする同心円のリンブ状に形成しても良い。
In the third embodiment configured as described above, since the space formed by the
In addition, about the function which regulates the movement to the axial direction of the
実施の形態4.
図7は本発明の実施の形態4に係る回転電機のロータを概略的に示す側面側から見た断面図である。図において、シャフト1Aのモータフロント側には、該シャフト1と一体的に形成された鍔1aが設けられている。鍔1aは固定部材5の機能を備えるように構成されており、鍔1aの軸方向の位置は固定部材5の固定位置と同様で、鍔1aの外径も固定部材5の外径と同様に形成されている。フロント側の端板4Fはシャフト1の鍔1aとロータコア3の端面で挟まれて固定されている。端板4Fは非磁性体によって構成されており、磁束の漏れを防止している。一方、リア側(図7の右側)の端板4Rは実施の形態1と同様、磁束の漏れを最小限とするため、板厚0.3mm程度の薄肉の磁性体によって形成されている。その他の構成は実施の形態1と同様である。
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing a rotor of a rotating electrical machine according to
上記のように構成された実施の形態4においては、シャフト1に設けられた鍔1aが端板4Fを固定する固定部材の機能を有しているため、固定部材5がリア側の一つで済み、部品点数が削減でき、低コスト化につながる。また、一対の端板の内、一方の端板4Fを非磁性体によって構成したので、他方の端板4Rは磁性体であるが、双方とも磁性体で構成した実施の形態1よりも磁束の漏れを軽減できるので、両方が磁性体の端板である場合と比較して、モータ性能の低下が小さいという効果が得られる。
In the fourth embodiment configured as described above, since the
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態の一部または全部を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。例えば、永久磁石2の配置の仕方や設置個数、ブリッジ距離L、端板4の寸法(厚みT)などは実施の形態に限定されるものではない。また、何れも磁性体からなる端板4(4A、4R)と固定部材5(5A)を2部品で構成したが、双方を1つの部品として一体化した形で構成しても良い。また、実施の形態では電動機として構成したが、発電機や発電電動機としても同様に用いることができることは言うまでもない。
It should be noted that within the scope of the present invention, a part or all of each embodiment can be freely combined, or each embodiment can be appropriately modified or omitted. For example, the arrangement method and number of
1、1A シャフト、1a 鍔、2 永久磁石、3 ロータコア、4、4A、4R 端板(磁性体)、4F 端板(非磁性体)、4a 凹部、5、5A 固定部材、5a 窓穴、6 ロータ、7 コイル、8 ステータ、9 フレーム、10 軸受、11 ブラケット、L ブリッジ距離、T 厚さ、O 軸。 1, 1A shaft, 1a rod, 2 permanent magnet, 3 rotor core, 4, 4A, 4R end plate (magnetic body), 4F end plate (non-magnetic body), 4a recess, 5, 5A fixing member, 5a window hole, 6 Rotor, 7 coils, 8 stator, 9 frame, 10 bearing, 11 bracket, L bridge distance, T thickness, O axis.
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