JP6200920B2 - 永久磁石モータ - Google Patents

Description

本発明は永久磁石モータに関し，特に表面型永久磁石を設けたロータ構造に係る。

従来のモータでは，例えば，特許文献１に記載のように，永久磁石を設けたロータ鉄心の軸方向両端に非磁性の当板を設けて，この当板により永久磁石の軸方向のズレを防止する構成が示されている。

特開２０１０−１１０１１７号公報

従来例では永久磁石の軸方向へのズレを抑えるために非磁性の当板をロータの両側に取付けている。本来，永久磁石は接着材によりロータに取付けられるので，接着材が硬化後には永久磁石の軸方向へのズレは生じない。あえて，永久磁石の移動防止手段をこのように二重に講じることにより信頼性を向上させているのである。

しかしながら，専用の当板を設けるため，そのための寸法が必要となり，モータが大きくなるという問題がある。また，当板取付けの手間がかかるという問題もある。

本発明を適用するモータは小型化・薄型化を指向するもので，例えばエレベータ装置の巻上機に用いることを想定すると，そのような用途では，エレベータの乗りかごが昇降する昇降路内の限られた空間にモータを組み込んだ巻上機を設置せざるを得ない。したがって，モータの小型，薄型の要求は顕著である。

この場合，モータ寸法を大きくするのは避けなければならない。特に，単に当板を追加すると，軸長方向の寸法が大きくなり，モータの薄型化を実現することができない。

したがって，永久磁石の軸長方向のズレを抑える構造を，薄型化を満足できる範囲で実現できることが本発明の課題である。

巻線を施したステータに対向して永久磁石を設けたロータを有する永久磁石モータであって，該ロータには積層電磁鋼板からなるロータコアに永久磁石を接着することにより固定し，該積層電磁鋼板の最端部にある１枚の電磁鋼板に，前記永久磁石の積厚方向の移動を防止する構造を設けるために，前記積層電磁鋼板は，前記永久磁石の周方向幅と略同一もしくは若干大きい幅で，前記永久磁石の厚さの略二分の一以下の深さの溝を有し，前記積層電磁鋼板の最端部の１枚の電磁鋼板には，前記溝の部位に前記永久磁石の端部に直接接するように迫出した面を有し，当該面のモータ径方向に延びた長さは，永久磁石の厚さの略二分の一以下であり，かつ当該面のモータ周方向に延びた長さは溝幅の略二分の一以
下であることにより，上記課題は解決できる。

本発明によれば，ロータを構成する積層電磁鋼板内の端部の１枚の電磁鋼板自体に突起を設けて永久磁石の軸長方向の移動を阻止することができるので，薄型構造を保ったまま永久磁石固定を実現できるという効果がある。

本発明の実施形態の永久磁石モータの横断面図 本発明の実施形態の永久磁石モータの縦断面図 本発明の実施形態の永久磁石モータロータの１極分の外観図 本発明の実施形態の永久磁石モータロータの１極分の永久磁石取付け前の外観図 本発明の実施形態の永久磁石モータロータの縦断面の拡大図 本発明の実施形態の永久磁石モータロータの永久磁石の無い状態での上面図 本実施形態を実現するための磁石固定部位が設けられたコア形状概略図 専用の形状調整用の抜き型形状概略図 本実施形態を実現するための磁石固定部位が設けられていないコア形状概略図 本発明の他の実施形態の永久磁石ロータの永久磁石の無い状態での上面図 本発明の他の実施形態の永久磁石ロータの永久磁石の無い状態での上面図 本発明の他の実施形態の永久磁石ロータの永久磁石の無い状態での上面図 実施形態を応用した１極分の永久磁石取付け前の外観図 他の実施形態の構造を示した永久磁石取付け前の外観図 実施形態を応用した永久磁石ロータモータの永久磁石の無い状態での上面図

図１に本発明の実施形態の永久磁石モータの横断面図を示す。図２に本発明の実施形態の永久磁石モータの縦断面図を示す。図３に本発明の実施形態の永久磁石モータロータの１極分の外観図を示す。図４に本発明の実施の形態の永久磁石モータロータの１極分の永久磁石取付け前の外観図を示す。図５に本発明の実施形態の永久磁石モータロータの縦断面の拡大図，図６に本発明の実施形態の永久磁石モータロータに永久磁石の無い状態での上面図を示す。

図１に示すように，本実施の形態の永久磁石モータはロータ１がロータコア１１と永久磁石１２から構成されている多極のアウターロータ型のモータである。ロータコア１１には溝が形成され，そこに永久磁石１２が配置されるようになっている。ステータ２にはステータコア２１にステータコイル２２が施された集中巻きの構成で，ステータコア分割位置３１にて複数のステータコアに分割されている。

図２に示すように，本実施の形態の永久磁石モータは，ステータコイル２２を巻いたステータコア２１から成るステータ２がフレーム２３に圧入され，フレーム２３には固定シャフト２４が圧入されており，この固定シャフト２４に対して，永久磁石１２を設けたロータコア１１とが固定されて成るロータ１が軸受１３によって回転自在に支承されている。

この実施の形態では，永久磁石１２が４０個，ステータコイルが４８個と，スロット数対極数が４８対４０すなわち，１２対１０の系列の多極集中巻きモータを構成している。

このスロット数極数については，モータの用途の回転数，出力等に応じて，種々選定することができるのはいうまでも無く，本実施の形態で開示しているのはその一例に過ぎない。本実施の形態では，ロータコアと永久磁石の構成に着目して，以下，詳細を説明する。

図３に本実施形態の永久磁石モータのロータコアの１極分の外観図について示すように，永久磁石１２はロータコア１１の凹状の溝部１４に接着剤を介して接着固定されている。図４に本発明の永久磁石モータのロータコアの１極分について，永久磁石１２を固定する前の外観図を示すが，ロータコア１１の最下部に磁石固定部位１５が設けられている。このロータコアは，最下部の１枚の電磁鋼板についてのみ，当該溝部１４の当該部位の部分を張り出させるような形状として打ち抜いたものであり，当該電磁鋼板を最下部に配置し，その上に通常の溝形状をほどこした電磁鋼板を必要枚数打ち抜き，積層したものである。

図５に本実施形態の永久磁石モータのロータの断面図を示す。この図のように，ロータ１の円筒部位に対して，ロータコア１１，永久磁石１２が順次固定され，ロータを形成する。ここで，ロータは回転体を構成するためにロータコア１１，永久磁石１２が形成される円筒部位のみでなく，それらを出力軸に対して連結するために円板状の構造物と一体となって，概略カップ形状を成している。例えば，図２に示すように，ロータコア１１の被取付体としてのロータ１がステータコア２１を覆うようにして延在しており，ステータ２の外周部に突出するロータコア取付部の形状とあわせてカップ形状となっている。

先に述べたように，本永久磁石モータをエレベータ装置等に用いるには，モータを薄型にする必要がある。図４で示すと上下方向の寸法を小さくする必要がある。このため，モータの機能特性上必須であるロータコア，永久磁石の上下方向の寸法，すなわち積厚は必要十分な寸法を確保し，また，ロータはその使用状況から必要とする強度確保するために板の厚さを保たねばならない。よって，モータの積厚方向の寸法を小さく，薄型にするためには，図５上で示している永久磁石とロータ板との距離Ａを極力小さくすることが重要となることは明白である。

ところで，通常，ロータ１は強度の観点から鋳鉄等で成形されており，磁性体である。したがって，永久磁石１２とロータ１の間には磁気的吸引力が発生する。永久磁石１２は接着材にてロータコア１１に接着固定されるが，接着材が硬化するまでに若干の時間が要する。その間，永久磁石１２がロータ１に引きつけられて，永久磁石１２のロータコア１１への取付け工程において，永久磁石１２の位置がずれてしまう可能性がある。そこで，本実施形態のようにロータの円板上部分に近い側の電磁鋼板の一部を溝部１４に張り出すような形状として，永久磁石１２を保持することにより，永久磁石１２がロータ１側にずれないようにできる。この形状を設ける電磁鋼板は１枚で十分であるため，以下では１枚の電磁鋼板の一部を溝部１４に張り出す形状を設けたものとして説明する。

各部品の寸法により異なるが，永久磁石寸法として数十ｍｍ角で，厚さ十ｍｍ以下程度では，距離が数ｍｍ程度であれば，永久磁石１２とロータ１との間の磁気吸引力は，数Ｎ程度であり，十分電磁鋼板の一部により永久磁石を保持することは可能である。

図６に本発明の実施の形態の永久磁石モータロータの永久磁石が無い状態での上面図を示す。仮想的な永久磁石を点線で示し，その永久磁石の厚さＤｍに対して，ロータコア１１の溝部１４に積層電磁鋼板の最下部の１枚の電磁鋼板によりもうけた永久磁石固定部位１５が永久磁石厚さ方向にＨ１，永久磁石の幅方向（ロータの回転方向）にＬ１の辺を有する三角形の形状を成して形成されている。Ｈ１は永久磁石厚さＤｍに対して，以下の関係がある。

Ｄｍ＞２×Ｈ１ ・・・（１）
すなわち，Ｈ１はＤｍの略二分の一以下である。

また，Ｌ１は，永久磁石幅Ｌｍの略四分の一以下である。

この程度であれば，永久磁石の磁路を短絡するような影響も少なく，永久磁石の発揮する磁束を低減させて，モータ特性を悪化させるということもほとんど無い。

また，図６に示す溝部位の幅Ｌｃに対して，永久磁石が溝からはみ出ることがないように，永久磁石の幅Ｌｍはマイナス公差で形成されている。したがって，永久磁石は図の左右方向に若干バラついて取付けられる。この際，永久磁石固定部位１５の長さＬ１はこのバラつきを考慮した余裕のある寸法を選択することはいうまでも無い。

更に，永久磁石固定部位１５は，概略三角形を形成しており，永久磁石固定部位１５の張り出し部分に対してその根元部分を大きめに配分しているので，永久磁石固定部位１５の図の奥行き方向への外力に対する強度を高めることができ，永久磁石のロータへの吸引力による変位を十分抑制することができる。

図７に本発明の実施形態を実現するための磁石固定部位が設けられたコア形状概略図を示し、図８に本発明の実施形態を実現するための専用の形状調整用の抜き型形状概略図を示し、図９に本発明の実施形態を実現するための磁石固定部位が設けられていないコア形状概略図を示す。

磁石固定部位１５が設けられた電磁鋼板の形状と設けられていない電磁鋼板の形状は違うため、抜き型も別のものを用意する必要があり，２種類の型が必要となる。しかし、専用の形状調整用の抜き型を用意することにより、１種類の型で，本発明の実施形態が実現可能となる。具体的には次の通りである。

初めに、図７のように１種類の型にて，永久磁石固定部位１５が設けられた形状の電磁鋼板を作成する。その後、図８に点線で示した専用の形状調整用の抜き型１６を用いて電磁鋼板を抜く。この抜き型１６は局所的に形成された永久磁石固定部位１５を取り除くために用いられる補助的な型であり、これにより、図９のような磁石固定部位１５が設けられていない形状の電磁鋼板が作成でき，図７と図９の形状の電磁鋼板を組み合わせて積層することで本発明の実施形態に係るコアが作成できる。すなわち、補助的な型１６を用い、二段階のステップでコア形状を形成することにより、１種類の主型で二種類のコアを作成することが可能となる。

専用の形状調整用の抜き型１６の寸法は、永久磁石厚さ方向の長さをDb，永久磁石の幅方向（ロータの回転方向）の長さをLbとしたとき、DbはH1以上、LbはL1以上とするのが望ましい。なお、このコア形状作成方法は一例であり、作成方法はこれに限らない。

図１０に，本発明の他の実施形態の永久磁石ロータの永久磁石の無い状態での上面図を示す。

これは，ロータコア１１に永久磁石固定部位１５として，積層電磁鋼板の最下部の１枚の電磁鋼板について，溝の両端に概略矩形の部位を突出させたものである。その永久磁石厚さ方向の寸法Ｈ１は永久磁石厚さＤｍの略二分の一以下で，永久磁石幅方向の寸法Ｌ１は，永久磁石幅Ｌｍの略四分の一以下である。

この程度であれば，永久磁石の磁路を短絡するような影響も少なく，永久磁石の発揮する磁束を低減させて，モータ特性を悪化させるということもほとんど無い。

また，出張り寸法Ｈ１，Ｌ１を図６の実施形態の永久磁石固定部位１５と同一としても，図６での永久磁石固定部位１５の形状の場合よりも永久磁石を保持する面積が大きくなるので，永久磁石固定の機能を確実に実現できるという効果がある。

図１１に，本発明の他の実施形態の永久磁石ロータの永久磁石の無い状態での上面図を示す。

これは，ロータコア１１に永久磁石固定部位１５として，積層電磁鋼板の最下部の１枚の電磁鋼板について，溝の中央部に概略矩形の部位を局所的に突出させたものである。その永久磁石厚さ方向の寸法Ｈ１は，永久磁石厚さＤｍの略二分の一以下で，永久磁石幅方向の寸法Ｌ１は，永久磁石幅Ｌｍの略二分の一以下である。

この程度であれば，永久磁石の磁路を短絡するような影響も少なく，永久磁石の発揮する磁束を低減させて，モータ特性を悪化させるということもほとんど無い。

また，図６乃至，図１０の実施形態の永久磁石固定部位１５と比較して，溝中央部に配置されるので，永久磁石の溝に対する幅方向のズレが多少存在しても，永久磁石を確実に固定できるという効果がある。

図９に，本発明の他の実施形態の永久磁石ロータの永久磁石の無い状態での上面図を示す。

これは，ロータコア１１に永久磁石固定部位１５として，積層電磁鋼板の最下部の１枚の電磁鋼板について，溝の全幅に渡って概略矩形の部位を突出させたものである。その永久磁石厚さ方向の寸法Ｈ１は，永久磁石厚さＤｍの略二分の一以下である。

この程度であれば，永久磁石の磁路を短絡するような影響も少なく，永久磁石の発揮する磁束を低減させて，モータ特性を大きく悪化させるということは無い。ただし，図６，乃至図１０，図１１の実施形態の永久磁石固定部位１５に比べて，その面積が大きくなるので，若干の特性への影響が生じる可能性は否めない。

ただし，薄型化のために永久磁石とロータ間距離を極力切り詰めるためには有効な構造であり，特性と寸法のトレードオフを鑑みて，本構成を採用することもありえる。

図１３に，本発明の実施形態を応用した永久磁石モータのロータコアの１極分を示す。この例は，積厚方向に複数の永久磁石を並べて貼り付けるロータを対象としている。そして、積層方向に互いに隣り合う永久磁石の間に中間磁石固定部位１７を設けたものである。このため、永久磁石１２が複数配置される部分の電磁鋼板は、既に述べた方法で作成された固定部位１５と同様の形状であり、これを中間磁石固定部位１７として利用するものとなっている。

中間磁石固定部位１７により、各々の永久磁石１２に対し中間磁石固定部位１７が隣接するため、積厚方向位置が固定され、積厚方向に並ぶ全ての永久磁石の積厚方向位置決めが可能となる。また、永久磁石１２は磁石固定部位に挟まれる構造になるため、永久磁石１２が積厚方向両方の位置決めが可能となる。

中間磁石固定部位１７は、図７や図１０〜図１２に示した磁石固定部位１５の大きさや形状でも同様な効果が得られることはいうまでも無い。また、図１１は積厚方向に１個のロータだけ増加させた図であるが、それ以上に増加させても同様の効果が得られることはいうまでも無い。

図１４に、本発明の他の実施形態を示す。図１４も図１３と同様に永久磁石モータのロータコアの１極分を示している。この例は、図３で示したロータコアの溝部に段差１８を設けた構造である。この段差１８は、ロータコア１１の凹状の溝部１４からさらに凹形状を設けたものであり、溝部１４の表面からさらに窪んだ段差となっている。また、段差１８の形成位置は図１４に示す位置に限られないが、溝部１４の周方向の両端部に形成するのが好ましい。この場合でもロータコア１１の端面を形成する電磁鋼板には段差を設けずに磁石固定部位１５が存在している。

この構造により、接着剤を余分に塗布した場合でも段差１８が受け口となり、永久磁石１２が余分に塗布された接着剤によって浮き出すことを抑制できる。また、段差１８部分が接着剤の流動路となったとしても、磁石固定部位１５が余分な接着剤が流出するのを妨げる壁となり、ロータコアの溝部１４から接着剤が漏れ出すことを防止することができる。

図１５に、本発明の他の実施形態を応用した永久磁石ロータの永久磁石の無い状態での上面図を示す。段差１８が永久磁石厚さ方向にDa，永久磁石の幅方向（ロータの回転方向）にLaとしたとき，Daは永久磁石の厚さＤｍの略四分の一以下，またLaも永久磁石幅Ｌｍの略四分の一以下程度にすれば，永久磁石の磁路を短絡するような影響も少なく，永久磁石の発揮する磁束を低減させて，モータ特性を悪化させるということもほとんど無い。

また、段差１８はリサイクル時の永久磁石取り外し用の工具挿入部としても利用でき、ロータコア１１から永久磁石１２を引き剥がす時に有効となることが言える。

段差１８を付加した電磁鋼板の形状も、図８に示した塗部形状の専用の形状調整用の抜き型１６を用いてコアを抜くことで作成できる。段差１８を付加したコアを作成する際は、図８に示した塗部形状小型の型の寸法Dbを大きくしてコア部でオーバーハングさせて抜くことで作成できる。

専用の形状調整用の抜き型１６が小さいとコアに突部が残るので磁石を設置する障害となる。したがって，専用の形状調整用の抜き型１６は寸法公差として-0，+αのように，マイナス側はゼロとして，プラス側に公差をとるように設定するのが望ましく，実態としてオーバーハングせざるを得ない。したがって，段差１８が出現するのが一般的である。本実施形態はこの段差１８を敢えて形成させ、これを利用するものといえる。

なお、このコア形状作成方法は一例であり、作成方法はこれに限らない。

本発明では，アウターロータの構成について実施形態を示し，説明したが，インナーロータの構成であっても，薄型化を測るためには外筐との寸法を切り詰めねばならず，同様な永久磁石固定部位を電磁鋼板に最端部に用いて，磁石を固定することを採用してもよい。その場合，同様な効果が得られることはいうまでも無い。

積層電磁鋼板に溝を設けて永久磁石を接着固定する永久磁石モータにおいて，当該積層電磁鋼板の最端部の１枚の電磁鋼板に対して，永久磁石の軸長方向の移動を防止する永久磁石固定部位を突出させることにより，永久磁石モータのロータへの磁気吸引力による移動を防止し，薄型の永久磁石モータを容易に構成できる。

特に，乗りかごが昇降する昇降路内に巻上機を配置する機械室レスエレベータ用の薄型巻上機用のモータに利用可能である。

１…ロータ、１１…ロータコア、１２…永久磁石、１３…軸受、１４…溝部、１５…永久磁石固定部位、１６…抜き型、１７…中間磁石固定部位、１８…段差、２…ステータ、２１…ステータコア、２２…ステータコイル、２３…フレーム。

Claims (6)

1. アウターローター型のモータであって、
   巻線を施した固定子と、
   前記固定子からの磁束により、前記固定子と共有する回転軸を中心として回転する回転子と、を有し、
   前記回転子は、複数の電磁鋼板を積層したコアと、前記コアの径方向内側に固定され前記固定子の外周と対向して位置する永久磁石と、を備え、
   前記コアは、回転軸方向に延伸する溝部と、前記溝部の両端に形成し前記溝部の底面よりも窪んだ段差部と、を備え、
   前記永久磁石と前記溝部の底面とが接触し、
   複数の前記電磁鋼板のうち少なくとも１枚は、前記溝部の内側に張出した面である張出面を有し、前記張出面と前記永久磁石の軸方向端面の少なくとも一部とが接触するものであるアウターローター型モータ。
2. 請求項１において、
   前記溝部の前記コアの内周面からの深さは、前記永久磁石の回転軸心方向の厚さの略二分の一以下であり、
   前記段差部の前記溝部の底面からの深さは、前記永久磁石の回転軸心方向の厚さの略四分の一以下であるアウターローター型モータ。
3. 請求項１において、
   前記張出面は、前記段差部の回転軸方向端面を覆うものであるアウターローター型モータ。
4. 概略円板形状を有し、中央が回転軸に接続されたロータと、巻線を施したステータとを有するアウターローター型モータであって、
   前記ロータが、
   回転軸方向に積層された複数の電磁鋼板からなるロータコアと、該ロータコアの内径側の周面に固定された複数の永久磁石とを回転軸方向の一方端面側に有し、
   複数の前記電磁鋼板のうち、回転軸方向でロータ側に配置された少なくとも一つの電磁鋼板が、前記内径側の周面に永久磁石が固定された電磁鋼板よりも迫出した面を内径側に有し、
   前記永久磁石の軸方向端面の少なくとも一部が、前記迫出した面と接触し、
   前記電磁鋼板は、前記永久磁石の周方向幅と略同一もしくは大きい幅の第１の溝と、前記第１の溝の周方向両端に第２の溝と、有し、
   前記第１の溝の前記ロータコアの内周面からの深さよりも、前記第２の溝の前記ロータコアの内周面からの深さの方が深いものであり、
   前記迫出した面の回転軸心方向にのびた長さは、前記永久磁石の厚さの略二分の一以下であり、かつ前記迫出した面のモータ周方向に延びた長さは前記第１の溝幅の略四分の一以下であるアウターローター型モータ。
5. 請求項４において、
   前記第２の溝の前記第１の溝底面からの深さは、前記永久磁石の回転軸心方向の厚さの略四分の一以下であるアウターローター型モータ。
6. 請求項４において、
   前記迫出した面は、前記第２の溝の回転軸方向端面を覆うものであるアウターローター型モータ。

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