JP6482846B2 - 電動機 - Google Patents

Description

本発明は、電動機に関し、特に、アウターロータ型永久磁石電動機の回転子構造に関する。

従来のモータの分割コアの組立方法として、特許文献１には、円筒状のホルダに分割コアをプレス機等で圧入してホルダで固定し一体のコアを形成し、組立を行う構成が開示されている。また、分割コアを溶接し複数のコアを結合することにより一体のコアを形成し、組立を行う構成も公知である。

また、特許文献２には、アウターロータ型永久磁石電動機において、機械的固定手段を介してロータマグネットおよびバックヨークをハブ体に固着することが開示されている。

特開２０１３−２５５３０３号公報 特開平１１−４１８４５号公報

特許文献１の従来技術では、コアをホルダに圧入することにより機械的に分割コアを一体にし、コアの位置変動を抑制する構造としている。しかし、圧入には、プレス設備が必要である。また、固定精度がコア、ホルダの寸法精度に左右されるので、ホルダは高精度に加工を施す必要がある。

そこで、本発明は、分割コアのアウターロータ型の電動機において、大掛かりな設備投資が不要となるような、分割コアの固定手段を実現することを第１の目的とする。

なお、特許文献２には、機械的固定手段を介してバックヨークをハブ体に固着することが記載されているが、バックヨークは環状磁性部材からなるものであって、分割コアを用いることは記載されていない。

また、電動機については薄型化の要求がある。例えば、エレベータ巻上機に用いられる電動機においては、機械室を設けないエレベータの場合、昇降路内に全てのエレベータ機器を設置する必要がある。そのため、乗りかごと昇降路壁の隙間に巻上機を設置せねばならず、巻上機に組み込まれる電動機には薄型化が求められている。

電動機のトルクを確保しつつ薄型化を実現するには、アウターロータ型の電動機とするのが有力である。アウターロータ型の電動機は、比較的大きな体積を要するコイル部が内側に、簡便な構造のロータが外側になるので、ギャップの位置をより外側に移動できるため、ギャップ面積を大きく確保でき、薄型でも所望のトルクを得ることができる。

また、ロータコアは中空のドーナツ形状であるので、ロータコアをそのまま角型の電磁鋼板から作成すると、中空部の円形部分と、ロータコア外周の電磁鋼板角部が、残材として多量に発生し、歩留まりが極めて悪くなる。そこで、コアの材料の電磁鋼板の歩留まり改善のため、コア形状を角型に近付けられる分割コアを採用することが有力である。しかし、分割すると磁気吸引力の影響を考慮しなければならない。コア形状が一体型では全体で磁気吸引力を受ける構造となり、トータルの磁気吸引力のベクトルは０となるため、コアが変位する力は発生しない。しかし、分割コアでは、各々のコアで磁気吸引力を受ける構造となるため、分割コア毎に固定を施す場合、その固定が不十分であると磁気吸引力によってコアが変位する可能性がある。この場合、電動機の特性に多大な影響を与える。

そこで、本発明は、分割コアのアウターロータ型の電動機において、分割コアを固定する際に、磁気吸引力により分割コアが変位することを抑制することを第２の目的とする。

上記の第１の目的は、アウターロータ型永久磁石電動機において、分割ロータコアをロータベースにボルト締結により固定することにより実現できる、更に、上記の第２の目的は、ロータコアの倒れ防止手段を設けることにより達成される。

本発明の電動機の一例を挙げるならば、ロータベースと、当板にて補強され、金属板が軸方向に積層されている分割コアを環状に配置したロータコアと、前記ロータコアの内周側に設けられた永久磁石と、前記ロータコアの外周側であって、前記ロータベースに設けられた背もたれからなるロータを有するアウターロータ型永久磁石電動機において、前記背もたれの内径を基準にして、前記ロータコアを、該ロータコアを貫通する固定部材にて前記ロータベースに固定したことを特徴とするものである。

また、本発明の電動機は、更に、前記ロータコアの、前記ロータベース側の端部とは反対側の端部において、前記分割されたロータコアの倒れ防止手段を設けたものである。

本発明によれば、分割ロータコアをボルト締結という比較的簡便な手段で固定でき、かつ、磁気吸引力に対してもロータコア位置を維持できるアウターロータ型永久磁石電動機を得ることができる。

図１は、本発明の実施例１の電動機全体の横断面構造図である。 図２は、本発明の実施例１の電動機全体の軸方向断面構造図である。 図３Ａは、本発明の実施例２のロータの軸方向断面図である。 図３Ｂは、本発明の実施例２のロータの平面抜粋図である。 図４Ａは、図３Ａと類似したロータの軸方向断面図である。 図４Ｂは、図３Ｂと類似したロータの平面抜粋図である。 図５Ａは、本発明の実施例３のロータの軸方向断面図である。 図５Ｂは、本発明の実施例３のロータの平面抜粋図である。 図６Ａは、本発明の実施例４のロータの軸方向断面図である。 図６Ｂは、本発明の実施例４のロータの平面抜粋図である。 図７Ａは、図６Ａと類似したロータの軸方向断面図である。 図７Ｂは、図６Ｂと類似したロータの平面抜粋図である。 図８Ａは、図２の矢印Ｂの方向から見た、本発明の実施例５のロータの側面抜粋図である。 図８Ｂは、本発明の実施例５のロータの平面抜粋図である。 図９Ａは、図８Ａと類似したロータの側面図である。 図９Ｂは、図８Ｂと類似したロータの平面抜粋図である。 図１０Ａは、図２の矢印Ｂの方向から見た、本発明の実施例６のロータの側面図である。 図１０Ｂは、本発明の実施例６のロータの平面抜粋図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。なお、実施の形態を説明するための各図において、同一の構成要素には同一の名称、符号を付して、その繰り返しの説明を省略する。

図１及び図２に、アウターロータ型永久磁石電動機において、ロータコアを分割構造として当該ロータコアをボルト締結構造とした実施例１の断面概略図を示す。

図１に、電動機全体の横断面構造の一例を示す。図１において、内側にはステータ２が配置され、ステータ２の外側にはロータ１を配置して、アウターロータ型の電動機を構成している。ロータ側の構造について、永久磁石１１は、ロータコア分割位置３の箇所で分割されたロータコア１２に接着剤にて固定されている。ロータコア１２は、ボルト１３にて、同じく分割された当板１４を介してロータベース１０に固定されている。ロータコア１２の組付けの際、ロータベース１０に設けられた背もたれ１５を基準として、分割されたロータコア１２を組み付けることで、組立精度を向上させている。また、組立時の作業を可能とするために、隣接するロータコア１２間のロータコア分割位置３には若干の隙間を設けている。ステータ側の構造について、円環状のヨーク部と、ヨーク部から径方向外側に突出する複数のティース部から構成されるステータコア２１が、ステータフレーム２０に取り付けられている。そして、それぞれのティース部には、ステータコイル２２が装着されている。

図２に、図１の切断面Ａ-Ａを矢印方向から見た電動機全体の軸方向断面構造図を示す。ステータ２について、ステータフレーム２０にはステータコア２１が取り付けられており、ステータコア２１にはステータコイル２２が装着されている。ロータ１について、半径方向に延びる、略円盤状のロータベース１０には、軸方向に延びる背もたれ１５が一体に設けられている。ロータコア１２の内側には永久磁石１１が接着剤で取り付けられている。ロータコア１２の端部には当板１４が設けられており、ロータコア１２はボルト１３により締結面１６でロータベース１０に固定される。取り付け時には、ロータコア１２を背もたれ１５に当接して、位置決めを行う。

このように、ボルト１３の締結により分割したロータコア１２をロータベース１０に固定でき、比較的簡便にコアを組立てることができる。

図２において、電動機駆動の際、ロータとステータの間に磁気吸引力が働き、永久磁石１１及びロータコア１２に吸引力Ｆ１が働く。締結面１６においては摩擦力によりロータコア１２は位置を保持できるが、ロータコア１２の反対側は片持ち構造となっているため、磁気吸引力の強さによってはその部分が引き寄せられ、ロータコア１２の内側への倒れが発生する恐れがある。特に大出力の電動機とした場合は、ロータコア１２の積厚が長くなるので、この倒れ量が増加するという問題がある。分割したロータコア間に隙間を設けなければ、機械的に倒れを抑制できるが、組立可能とするには隙間が必要である。

図３Ａおよび図３Ｂに、ロータコアの倒れを抑止した、本発明の実施例２のアウターロータ型永久磁石電動機を示す。

図３Ａは本実施例の軸方向断面のロータ部品抜粋図、図３Ｂは横断面のロータ部品抜粋図である。図３Ａおよび図３Ｂに示すように、当板１４を径方向外周側に延長し、さらに背もたれ１５から突出した部分を背もたれ１５側に折り曲げる。この折り曲げ部５を背もたれ１５の外周面に係止することで、折り曲げ部５にてロータコア１２にかかる吸引力Ｆ１を受ける構造となり、ロータコア１２の倒れを抑制することができる。折り曲げ部５は、全周に設けても良いし、あるいは図３Ｂに示すように一部に設けても良い。

また、図４Ａおよび図４Ｂに、図３に類似した実施例を示す。図４において、図３で示した当板１４の形状を変更する代わりに、ロータコア１２を係止する係止部品４を追加する。すなわち、当板１４上から径方向外側に延長する係止部品４を設け、背もたれ１５から突出した係止部品の端部を背もたれ側に折り曲げて背もたれの外周面に係止する。実施例２と同様に折り曲げ部５を設けることで、同様の効果を得ることができる。

本実施例によれば、分割ロータコアをボルト締結という比較的簡便な手段で固定でき、かつ、当板の構成を変更することで磁気吸引力に対してもロータコアの倒れを抑制できるアウターロータ型永久磁石電動機を得ることができる。

図５Ａおよび図５Ｂに、ロータコアの倒れを抑止した、本発明の実施例３のアウターロータ型永久磁石電動機を示す。

図５Ａは本実施例の軸方向断面のロータ部品抜粋図、図５Ｂは横断面のロータ部品抜粋図である。図５Ａおよび図５Ｂに示すように、背もたれ１５の端面にねじ穴を設け、ボルト１７にて係止部品４と背もたれ１５を固定する。また、係止部品４を径方向内側に延長し、ロータコア１２内面から突出した部分をロータコア１２側に折り曲げる。この折り曲げ部５をロータコア１２の内面に係止することで、折り曲げ部５にてロータコア１２にかかる吸引力Ｆ１を受ける構造となり、ロータコア１２の倒れを抑制することができる。係止部品４は、全周に設けても良いし、あるいは図５Ｂに示すように、一部に設けても良い。

本実施例においても、分割ロータコアをボルト締結という比較的簡便な手段で固定でき、かつ、係止部品を追加することで磁気吸引力に対してもロータコアの倒れを抑制できるアウターロータ型永久磁石電動機を得ることができる。

図６Ａおよび図６Ｂに、ロータコアの倒れを抑止した、本発明の実施例４のアウターロータ型永久磁石電動機を示す。

図６Ａは本実施例の軸方向断面のロータ部品抜粋図、図６Ｂは横断面のロータ部品抜粋図である。図６Ａおよび図６Ｂに示すように、当板１４を径方向外側に背もたれ１５の端面にかかるまで延長し、背もたれ１５の端面に設けたねじ穴で当板１４と背もたれ１５をボルト１７にて固定する。また、同じ当板１４を介してロータコア１２とロータベース１をボルト１３にて固定することにより、ロータコア１２にかかる吸引力Ｆ１を背もたれ１５側に設けたボルト１７にて受ける構造となるため、ロータコア１２の倒れを抑制することができる。延長する部位は、全周でも良いし、あるいは図６Ｂに示すように、一部でも良い。

また、図７Ａおよび図７Ｂに、図６に類似した実施例を示す。図６で示した当板１４の形状を変更する代わりにロータコアを係止する係止部品４を追加する。すなわち、当板１４上から背もたれ１５上に延長する係止部品４を設け、背もたれの端面にねじ穴を設け、ねじ穴で係止部品４と背もたれ１５をボルト１７にて固定し、さらに係止部品４とロータコア１２をボルト１３にて固定する。実施例４と同様の固定方法とすることで、同様の効果を得ることができる。

本実施例においても、分割ロータコアをボルト締結という比較的簡便な手段で固定でき、かつ、当板の構成を変更する、或いは係止部品を追加することで磁気吸引力に対してもロータコアの倒れを抑制できるアウターロータ型永久磁石電動機を得ることができる。

図８Ａおよび図８Ｂに、ロータコアの倒れを抑止した、本発明の実施例５のアウターロータ型永久磁石電動機を示す。

図８Ａは、図２における矢印Ｂ方向から見た抜粋図であり、図８Ｂは上方から見た抜粋図である。図８Ａおよび図８Ｂに示すように、分割されたロータコア１２の隣接するコアに対し、１枚の当板１４を共有してボルト１３にて固定する。また、他の全てのロータコア１２の分割位置でも同様な構造とすることで、分割されたロータコア１２は機械的に一体となるため、ロータコア１２の倒れを抑制することができる。なお、１枚の当板１４を隣り合うロータコア１２のみで共有するのではなく、より複数のロータコア１２で共有しても同様の効果が得られるのは言うまでもない。

また、図９Ａおよび図９Ｂに、図８に類似した実施例を示す。図８で示した、当板１４を共有する代わりに、隣接するロータコア１２を連結する係止部品４を追加する。すなわち、隣接する当板１４上に連結する係止部品４を設け、それぞれボルト１３で係止部品４、当板１４およびロータコア１２を固定する。実施例５と同様の形状・固定方法とすることで、同様の効果を得ることができる。

本実施例によれば、分割ロータコアをボルト締結という比較的簡便な手段で固定でき、かつ、隣接するロータコアを当板或いは係止部品で連結することで磁気吸引力に対してもロータコアの倒れを抑制できるアウターロータ型永久磁石電動機を得ることができる。

図１０Ａおよび図１０Ｂに、ロータコアの倒れを抑止した、本発明の実施例６のアウターロータ型永久磁石電動機を示す。

図１０Ａは、図２における矢印Ｂ方向から見た抜粋図であり、図１０Ｂは上方から見た抜粋図である。図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように、ロータコア１２を軸方向に分割し、分割した上方の分割ロータコアを、下方の分割ロータコアに対して周方向にずらして、下方の隣接する分割ロータコア上に配置するレンガ積み構造とし、下方の分割ロータコアと上方のロータコアをボルト１３にて固定する。レンガ積みの構造とすることで、分割されたロータコア１２は機械的に一体物となるため、ロータコア１２の倒れを抑制することができる。なお、軸方向の分割数は２分割に限らず、３つ以上のより複数の分割数としても同様の効果が得られるのは言うまでもない。

本実施例によれば、分割ロータコアをボルト締結という比較的簡便な手段で固定でき、かつ、ロータコアを軸方向に分割し、レンガ積み構造とすることで磁気吸引力に対してもロータコアの倒れを抑制できるアウターロータ型永久磁石電動機を得ることができる。

上記各実施例では、特に薄型化の効果が期待できるエレベータ用巻上機に組み込まれた電動機の構成を示したが、本発明は、他の製品でも薄型化の必要がある電動機については同様に適用でき、同様な効果を得られるものである。

１ ロータ
１０ ロータベース
１１ 永久磁石
１２ ロータコア
１３ ボルト
１４ 当板
１５ 背もたれ
１６ 締結面
１７ ボルト
２ ステータ
２０ ステータフレーム
２１ ステータコア
２２ ステータコイル
３ ロータコア分割位置
４ 係止部品
５ 折り曲げ部
Ｆ１ 吸引力

Claims (10)

1. ロータベースと、当板にて補強され、金属板が軸方向に積層されている分割コアを環状に配置したロータコアと、前記ロータコアの内周側に設けられた永久磁石と、前記ロータコアの外周側であって、前記ロータベースに設けられた背もたれからなるロータを有するアウターロータ型永久磁石電動機において、
   前記背もたれの内径を基準にして、前記ロータコアを、該ロータコアを貫通する固定部材にて前記ロータベースに固定したことを特徴とする電動機。
2. 請求項１記載の電動機において、更に、
   前記ロータコアの、前記ロータベース側の端部とは反対側の端部において、前記分割されたロータコアの倒れ防止手段を設けたことを特徴とする電動機。
3. 請求項２記載の電動機において、
   前記ロータコアの倒れ防止手段は、前記当板を径方向外側に延長し、前記背もたれから突出した部分を前記背もたれ側に折り曲げて前記背もたれの外周面に係止したことを特徴とする電動機。
4. 請求項２記載の電動機において、
   前記ロータコアの倒れ防止手段は、前記当板上から径方向外側に延長する係止部品を設け、前記背もたれから突出した前記係止部品の端部を前記背もたれ側に折り曲げて前記背もたれの外周面に係止したことを特徴とする電動機。
5. 請求項２記載の電動機において、
   前記ロータコアの倒れ防止手段は、前記背もたれ上から径方向内側に延長する係止部品を設け、固定部材にて前記係止部品と前記背もたれを固定し、前記ロータコア内面から突出した前記係止部品の端部を前記ロータコア側に折り曲げて前記ロータコアの内面に係止したことを特徴とする電動機。
6. 請求項２記載の電動機において、
   前記ロータコアの倒れ防止手段は、前記当板を径方向外側に前記背もたれの端面に係るまで延長し、前記当板と前記背もたれを固定部材にて固定したことを特徴とする電動機。
7. 請求項２記載の電動機において、
   前記ロータコアの倒れ防止手段は、前記当板上から前記背もたれ上に延長する係止部品を設け、前記係止部品と前記背もたれを固定部材にて固定し、さらに前記係止部品と前記ロータコアを固定部材にて固定したことを特徴とする電動機。
8. 請求項２記載の電動機において、
   前記ロータコアの倒れ防止手段は、隣接する該ロータコアに対し、前記当板を共有して固定したことを特徴とする電動機。
9. 請求項２記載の電動機において、
   前記ロータコアの倒れ防止手段は、隣接する前記ロータコア上に係止部品を設け、隣接する前記ロータコアに対し、前記係止部品を共有して固定したことを特徴とする電動機。
10. 請求項１記載の電動機において、更に、
    前記ロータコアを軸方向にも分割し、前記ロータコアをレンガ積み構造で固定することにより形成される、ロータコアの倒れ防止手段を有することを特徴とする電動機。

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