JP6326662B2 - 永久磁石式回転電機及びその磁石固定方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の永久磁石を固定する際の作業性を改善するようにした永久磁石式回転電機及びその磁石固定方法に関する。

一般的に、永久磁石式回転電機においては、複数の永久磁石を回転子の表面にねじ止めや接着等によって固定する構造が採用されている。このとき、永久磁石に対する位置決め精度は、回転電機の効率に直接的に影響するものであるため、回転子を組み立てる上で、非常に重要な要素となっている。

そこで、複数の永久磁石を回転子に固定する場合には、回転子の磁石固定位置に、永久磁石を嵌め込むための凹部を形成したり、永久磁石を収納保持するためのケースやフレームを設けたりするようにしている。これにより、永久磁石を磁石固定位置に対して高精度に位置決めすることができる。

そのうち、複数の磁石をマグネットフレームを用いて固定するようにした、従来の永久磁石式回転電機としては、例えば、特許文献１に開示されている。この特許文献１に開示された永久磁石式回転電機は、所謂、アウターロータ型の回転電機となっており、複数の永久磁石を回転子の内周面に固定した構造となっている。

特許第３９８９４６２号公報

しかしながら、上記従来の永久磁石式回転電機においては、マグネットフレームを複数の部材から構成しているため、永久磁石の固定作業が煩雑になってしまう。特に、磁化済みの永久磁石を固定する場合には、永久磁石と回転子との間や、磁石同士の間で、磁気吸着力が作用するため、永久磁石の取り扱いが面倒となり、その固定作業がより一層煩雑になるおそれがある。

従って、本発明は上記課題を解決するものであって、永久磁石を容易に固定することができる永久磁石式回転電機及びその磁石固定方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る永久磁石式回転電機は、
固定フレームに固定される固定子と、
回転可能に支持され、前記固定子の周囲を径方向外側から囲む複数の永久磁石が、内周面に周方向において等間隔で固定される回転子と、
前記回転子の内周面に固定され、前記永久磁石を軸方向及び周方向に位置決めするマグネットホルダとを備え、
前記マグネットホルダは、
外周面が前記回転子の内周面に対接し、枠状をなす枠部と、
前記枠部の枠内に形成され、前記永久磁石を収納する収納部と、
前記収納部内に連通するように軸方向に延在すると共に、底面が前記回転子の内周面よりも径方向内側で、且つ、前記枠部の内周面よりも径方向外側に位置するように径方向外側に向けて凹み、前記永久磁石を前記収納部内に向けて軸方向に沿って案内する案内溝とを有し、
前記案内溝は、前記枠部の軸方向一端であって、前記永久磁石を差し込む方向に対して前記収納部の上流側に形成されている
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係る永久磁石式回転電機は、
前記マグネットホルダは、
前記回転子の一端に軸方向において係止する係止部を有する
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係る永久磁石式回転電機は、
前記マグネットホルダは、
軸方向に向けて突出し、前記回転子の内周面に形成される嵌合孔と嵌合する突部を有する
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第４の発明に係る永久磁石式回転電機は、
前記マグネットホルダは、
前記案内溝が形成された前記枠部を、周方向において一定の間隔で複数有する
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第５の発明に係る永久磁石式回転電機の磁石固定方法は、
固定子の周囲を径方向外側から囲む複数の永久磁石を、回転子の内周面に固定するのに先立って、前記永久磁石を軸方向及び周方向に位置決めするためのマグネットホルダを、前記回転子の内周面に固定し、
前記マグネットホルダの本体を構成する枠部の軸方向一端であって、前記永久磁石を滑らせる方向に対して前記収納部の上流側に軸方向に沿って形成された案内溝内に、前記永久磁石を差し込み、
前記永久磁石を、前記永久磁石の外周面と前記回転子の内周面との間における径方向の隙間を維持しながら、前記案内溝内において前記枠部の枠内空間となる収納部内に向けて滑らせた後、前記収納部内に嵌め込んで、前記回転子の内周面に固定する
ことを特徴とする。

従って、本発明に係る永久磁石式回転電機によれば、回転子の内周面に固定可能としたマグネットホルダに、永久磁石を収納部内に向けて案内する案内溝を設けることにより、永久磁石を収納部内に容易に収納することができる。よって、永久磁石を容易に固定することができる。

また、本発明に係る永久磁石式回転電機の磁石固定方法によれば、永久磁石を、その外周面と固定子の内周面との間における径方向の隙間を維持しながら、案内溝内において収納部内に向けて滑らせることにより、永久磁石を収納部内に容易に収納することができる。よって、永久磁石を容易に固定することができる。

本発明の一実施例に係る永久磁石式回転電機の正面図である。 図１のＡ矢視図である。 マグネットホルダを外周面側から見た斜視図であって、（ａ）は係止部及び案内溝が形成される一端側から見た斜視図、（ｂ）は突部が形成される他端側から見た斜視図である。 マグネットホルダを内周面側から見た平面図である。 マグネットホルダの側面図である。 図５のＢ−Ｂ矢視断面図である。 本発明の一実施例に係る磁石固定方法を示した斜視図である。 図７に続く磁石固定方法を示した斜視図である。 図８に続く磁石固定方法を示した断面図である。 図９に続く磁石固定方法を示した断面図である。

以下、本発明に係る永久磁石式回転電機及びその磁石固定方法について、図面を用いて詳細に説明する。

図１及び図２に示した永久磁石式回転電機１は、例えば、エレベータ用の昇降装置（巻き上げ機）に適用されるものであって、固定子１１と、この固定子１１の径方向外側に配置される回転子１２とを有している。即ち、永久磁石式回転電機１は、回転子１２が固定子１１の周囲を回転する、所謂、アウターロータ型の回転電機となっている。

なお、固定子１１は、環状をなしており、外周部の周方向等間隔位置に形成された複数の磁極に、励磁用コイルが巻き付けられた構造となっている。そして、固定子１１の中心孔内には、固定軸１３が嵌入されており、この固定軸１３は、上記昇降装置の固定フレームに固定されている。

これに対して、図１及び図２に示すように、回転子１２は、全体として、カップ状（椀状）をなしており、中空軸部２１及び円筒部２２を有している。これらの中空軸部２１と円筒部２２とは、一体的に形成されている。

中空軸部２１は、回転子１２の中心部に位置しており、その中空孔内には、固定軸１３が嵌入されている。そして、中空軸部２１の中空孔と固定軸１３の外周面との間には、複数の軸受１４が介在されている。即ち、回転子１２は、嵌入された固定軸１３に対して、回転可能に支持されており、当該固定軸１３を回転中心として回転可能となっている。

また、円筒部２２は、有底円筒状をなしている。つまり、円筒部２２の一端には、底部２２ａが形成されており、この底部２２ａの中心部には、中空軸部２１が貫通している。一方、円筒部２２の他端は、開放端２２ｂとなっており、この開放端２２ｂの径方向内側には、固定子１１が配置されている。

更に、図１、図２、図８、図１０に示すように、円筒部２２の内周面２２ｃには、複数の永久磁石（以下、磁石と称す）３０が、周方向において等間隔で固定されている。これらの磁石３０は、固定子１１の磁極と径方向において対向しており、円筒部２２の内周面２２ｃに接着剤によって固着されている。なお、全ての磁石３０は、磁化済み（着磁状態）となっており、磁石３０の数量は、固定子１１における磁極の数量と同じ数量となっている。

このとき、磁石３０は、マグネットホルダ４０を介して、円筒部２２の内周面２２ｃに固定されている。このマグネットホルダ４０は、樹脂等の非磁性体材料を用いて、後述する各部位が一体的に形成されるものであって、その内部に磁石３０を１つずつ収納保持することによって、当該磁石３０を内周面２２ｃの磁石固定位置に対して位置決めするものとなっている。

即ち、複数のマグネットホルダ４０は、磁石３０を円筒部２２の内周面２２ｃに固定するのに先立って、当該内周面２２ｃに予め固定されている。このように、磁石３０を円筒部２２の内周面２２ｃに固定する際に、その磁石３０を位置決めするためのマグネットホルダ４０を予め固定しておくことにより、磁石３０を軸方向及び周方向において高精度に位置決めすることが可能となっている。

そして、磁石３０は、全体の形状として、矩形薄板状となるものの、幅方向において、内周面２２ｃの周方向に沿って湾曲するような、円弧状をなしている。これに対応して、マグネットホルダ４０においても、全体の形状として、矩形薄板状となるものの、幅方向おいて、内周面２２ｃの周方向に沿って湾曲するような、円弧状をなしている。これにより、マグネットホルダ４０内において固定された磁石３０においては、外周面３０ａが、内周面２２ｃに隙間なく密着する一方、内周面３０ｂが、固定子１１の磁極との間において、径方向における所定量の微小隙間を常時維持している。

以上より、固定子１１の磁極に巻き付けられた励磁用コイルに、駆動電流を通電して、回転磁界を発生させることにより、回転子１２を固定子１１の周囲に回転させることができる。

なお、上述したマグネットホルダ４０においては、１つ以上の磁石３０を収納して位置決可能となれば良く、複数の磁石３０を同時に収納して位置決め可能となる構造としても構わない。そこで、図１、図２、図７乃至図１０に示した固定状態のマグネットホルダ４０については、４つの磁石３０を周方向において等間隔で収納可能とした、４連のマグネットホルダとしている。また、図３乃至図６に示した単体のマグネットホルダ４０については、２つの磁石３０を周方向において等間隔で収納可能とした、２連のマグネットホルダとしている。

次に、マグネットホルダ４０の構造について、図３乃至図６、図１０を用いて詳細に説明する。

図３乃至図６に示すように、マグネットホルダ４０は、ホルダ本体を構成する収納枠部４１を有している。この収納枠部４１は、矩形枠状をなしており、その収納枠部４１の内壁面４１ｃによって形成される矩形枠内空間は、１つの磁石３０を収納可能となる収納空間となっている。即ち、収納枠部４１の枠内には、磁石３０を収納するための収納部４２が形成されている。そして、収納枠部４１の外周面４１ａは、円筒部２２の内周面２２ａに隙間なく密着可能となっているため、収納部４２は、その収納枠部４１に囲まれた内周面２２ａの磁石固定位置に対接可能となっている（図１０参照）。

ここで、収納枠部４１の軸方向一端（長さ方向一端）には、係止部４３が形成されている。この係止部４３は、収納枠部４１の軸方向一端における周方向全域に形成されており、当該軸方向一端から径方向外側に向けて延びている。言い換えれば、係止部４３は、収納枠部４１の外周面４１ａよりも径方向外側に突出している。これにより、係止部４３は、円筒部２２の開放端２２ｂに対して軸方向外側から係止可能となっている。

そして、係止部４３には、ねじ孔４４が形成されている。このねじ孔４４には、係止部４３を軸方向に貫通しており、ねじ５０が挿入可能となっている。よって、ねじ５０を、開放端２２ｂに係止された係止部４３のねじ孔４４を介して、開放端２２ｂ内に締め付けることにより、マグネットホルダ４０を円筒部２２に締結させることができる。

また、収納枠部４１の軸方向一端には、案内溝４５が軸方向に沿って形成されている。この案内溝４５は、径方向外側に向けて凹んでおり、収納部４２と軸方向において段差なく連通している。そして、案内溝４５の溝幅は、収納部４２の周方向幅と一致しており、磁石３０の幅よりも若干幅広となっている。つまり、案内溝４５は、径方向において対向し、且つ、軸方向に延びる各内壁面４１ｃと面一になるように形成されている。これにより、案内溝４５は、磁石３０を収納部４２に向けて、軸方向に沿って案内可能となっている。

更に、案内溝４５は、係止部４３と軸方向において同じ位置に配置されており、その底面４５ａは、収納枠部４１の外周面４１ａ及び係止部４３よりも径方向内側で、且つ、収納枠部４１の内周面４１ｂよりも径方向外側に配置されている。

即ち、図１０に示すように、内周面２２ｃに固定されたマグネットホルダ４０の案内溝４５内において、磁石３０を収納部４２に向けて案内させる場合には、底面４５ａが内周面２２ｃよりも径方向内側に配置される分、その底面４５ａ上を案内される外周面３０ａと、内周面２２ｃとの間には、径方向における所定量の隙間Ｓが形成されることになる。つまり、案内溝４５は、外周面３０ａと内周面２２ｃとの間における隙間Ｓを維持しながら、磁石３０を収納部４２に向けて案内させることができる。

一方、収納枠部４１の軸方向他端（長さ方向他端）には、突部４６が形成されている。この突部４６は、その軸方向他端から軸方向外側に向けて突出している。これに対して、円筒部２２の内周面２２ｃには、嵌合孔２２ｄが形成されている（図７参照）。この嵌合孔２２ｄは、開放端２２ｂ側に向けて開口している。これにより、突部４６は、嵌合孔２２ｄに対して開放端２２ｂ側から軸方向において嵌合可能となっている。

よって、マグネットホルダ４０においては、係止部４３を円筒部２２の開放端２２ｂに係止させると共に、突部４６を円筒部２２の嵌合孔２２ｄに嵌合させた状態で、ねじ５０を、ねじ孔４４を介して、円筒部２２の開放端２２ｂに締め付けることにより、円筒部２２の内周面２２ｃに固定されることになる。そして、このような固定状態のマグネットホルダ４０の収納部４２内に、磁石３０を収納することにより、当該磁石３０を軸方向及び周方向に位置決めすることができる。

次に、磁石３０の固定方法について、図７乃至図１０を用いて詳細に説明する。

先ず、図７に示すように、マグネットホルダ４０を円筒部２２の内周面２２ｃに着座させる。即ち、係止部４３を円筒部２２の開放端２２ｂに係止させると共に、突部４６を円筒部２２の嵌合孔２２ｄに嵌合させる。これにより、収納枠部４１の外周面４１ａは、円筒部２２の内周面２２ｃに密着し、収納部４２は、内周面２２ｃの磁石固定位置と径方向において対接する。

次いで、ねじ５０を、ねじ孔４４を介して、円筒部２２の開放端２２ｂに締め付ける。これにより、マグネットホルダ４０は、円筒部２２の内周面２２ｃに固定されたことになる。続いて、収納部４２内における内周面２２ｃの磁石固定位置に対して、接着剤を塗布する。

そして、図８及び図９に示すように、磁石３０の長さ方向一端（軸方向一端）を、開放端２２ｂの軸方向外側から案内溝４５内に向けて差し込んだ後、当該磁石３０を、案内溝４５内において、収納部４２内に向けて滑らす。このとき、図９に示すように、磁石３０の外周面３０ａと円筒部２２の内周面２２ｃとの間には、隙間Ｓが形成されているため、その外周面３０ａが内周面２２ｃの磁石固定位置と必要以上に接触しないため、磁石３０を収納部４２内に向けて容易に滑らすことができる。

次いで、図１０に示すように、磁石３０を更に滑らせて、その長さ方向一端を収納枠部４１の内壁面４１ｃに突き当てた後、当該磁石３０を収納部４２内に嵌め込む。これにより、収納部４２内に嵌め込まれた磁石３０は、内周面２２ｃの磁石固定位置に固着される。

なお、磁石３０を案内溝４５内において滑らす場合には、図９の２点鎖線で示すように、磁石３０を前傾状態として、その長さ方向一端を内周面２２ｃ上において滑らすようにしても構わない。また、その場合に、径方向において対向し、且つ、軸方向に延びる内壁面４１ｃを、磁石３０の幅方向両側部（周方向両側部）を案内するための案内面として使用しても構わない。

従って、本発明に係る永久磁石式回転電機１によれば、回転子１２の内周面２２ｃに固定可能としたマグネットホルダ４０に、案内溝４５を設けることにより、磁石３０の収納部４２内への案内時において、磁石３０の外周面３０ａと内周面２２ｃとの間に、隙間Ｓを形成させることができる。これにより、磁石３０が磁化済みであっても、磁石３０の外周面３０ａを、内周面２２ｃの磁石固定位置に対して必要以上に接触させることがなく、更に、固定しようとする磁石３０を、固定子１１における内周面２２ｃ及びこれ以外の部位や、既に固定済みの磁石３０に吸着させてしまうおそれが無いので、当該磁石３０を収納部４２内に容易に収納することができる。よって、磁石３０を容易に固定することができる。

更に、マグネットホルダ４０に、係止部４３及び突部４６を形成することにより、マグネットホルダ４０を軸方向及び周方向において高精度に位置決めすることができる。これにより、マグネットホルダ４０の収納部４２内に収納された磁石３０についても、軸方向及び周方向において高精度に位置決めすることができる。

また、本発明に係る磁石固定方法によれば、磁石３０を、隙間Ｓを維持しながら、案内溝４５内において収納部４２内に向けて滑らせることができる。これにより、磁石３０が磁化済みであっても、磁石３０の外周面３０ａを、内周面２２ｃの磁石固定位置に対して必要以上に接触させることがなく、更に、固定しようとする磁石３０を、固定子１１における内周面２２ｃ及びこれ以外の部位や、既に固定済みの磁石３０に吸着させてしまうおそれが無いので、当該磁石３０を収納部４２内に容易に収納することができる。よって、磁石３０を容易に固定することができる。

１ 永久磁石式回転電機
１１ 固定子
１２ 回転子
１３ 固定軸
１４ 軸受
２１ 中空軸部
２２ 円筒部
２２ａ 底部
２２ｂ 開放端
２２ｃ 内周面
２２ｄ 嵌合孔
３０ 永久磁石
３０ａ 外周面
３０ｂ 内周面
４０ マグネットホルダ
４１ 収納枠部
４１ａ 外周面
４１ｂ 内周面
４１ｃ 内壁面
４２ 収納部
４３ 係止部
４４ ねじ孔
４５ 案内溝
４５ａ 底面
４６ 突部
５０ ねじ
Ｓ 隙間

Claims (5)

1. 固定フレームに固定される固定子と、
   回転可能に支持され、前記固定子の周囲を径方向外側から囲む複数の永久磁石が、内周面に周方向において等間隔で固定される回転子と、
   前記回転子の内周面に固定され、前記永久磁石を軸方向及び周方向に位置決めするマグネットホルダとを備え、
   前記マグネットホルダは、
   外周面が前記回転子の内周面に対接し、枠状をなす枠部と、
   前記枠部の枠内に形成され、前記永久磁石を収納する収納部と、
   前記収納部内に連通するように軸方向に延在すると共に、底面が前記回転子の内周面よりも径方向内側で、且つ、前記枠部の内周面よりも径方向外側に位置するように径方向外側に向けて凹み、前記永久磁石を前記収納部内に向けて軸方向に沿って案内する案内溝とを有し、
   前記案内溝は、前記枠部の軸方向一端であって、前記永久磁石を差し込む方向に対して前記収納部の上流側に形成されている
   ことを特徴とする永久磁石式回転電機。
2. 請求項１に記載の永久磁石式回転電機において、
   前記マグネットホルダは、
   前記回転子の一端に軸方向において係止する係止部を有する
   ことを特徴とする永久磁石式回転電機。
3. 請求項１または２に記載の永久磁石式回転電機において、
   前記マグネットホルダは、
   軸方向に向けて突出し、前記回転子の内周面に形成される嵌合孔と嵌合する突部を有する
   ことを特徴とする永久磁石式回転電機。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の永久磁石式回転電機において、
   前記マグネットホルダは、
   前記案内溝が形成された前記枠部を、周方向において一定の間隔で複数有する
   ことを特徴とする永久磁石式回転電機。
5. 固定子の周囲を径方向外側から囲む複数の永久磁石を、回転子の内周面に固定するのに先立って、前記永久磁石を軸方向及び周方向に位置決めするためのマグネットホルダを、前記回転子の内周面に固定し、
   前記マグネットホルダの本体を構成する枠部の軸方向一端であって、前記永久磁石を滑らせる方向に対して前記収納部の上流側に軸方向に沿って形成された案内溝内に、前記永久磁石を差し込み、
   前記永久磁石を、前記永久磁石の外周面と前記回転子の内周面との間における径方向の隙間を維持しながら、前記案内溝内において前記枠部の枠内空間となる収納部内に向けて滑らせた後、前記収納部内に嵌め込んで、前記回転子の内周面に固定する
   ことを特徴とする永久磁石式回転電機の磁石固定方法。

Images