JP7232695B2 - Ｓｐｍ形回転電機の回転子 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、ＳＰＭ形回転電機の回転子に関する。

例えばエレベータの巻上機の駆動源に使用されるモータとして、ＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）形のモータが知られている（例えば特許文献１参照）。この種のＳＰＭ形のモータの回転子は、回転子鉄心の外周部に、円周方向に並んで、複数個のスロットを外周面で開口するように設け、それら各スロット内に夫々永久磁石を収容し、接着剤により接着固定して構成される。この場合、永久磁石の表面即ち外周面が露出して、固定子に近接配置されることにより、駆動トルク、或いはダイナミックブレーキ時のブレーキトルクを大きく発生させることができる。

特開２０１３－２１８２６号公報

上記のようなＳＰＭ形モータの回転子にあっては、長期間の使用に伴う接着剤の劣化により永久磁石の固定強度が低下し、回転時の遠心力の作用により、永久磁石の一部がスロットから外周方向に離脱するといった虞が考えらえる。そのため、永久磁石の固定に関する信頼性を高めることが要望される。

そこで、回転子鉄心の外周に永久磁石を露出するように設けたものにあって、永久磁石の固定を安定して行うことができ、信頼性を高めることができるＳＰＭ形回転電機の回転子を提供する。

実施形態に係るＳＰＭ形回転電機の回転子は、回転子鉄心の外周部に、外周側に開口する複数のスロットを有し、それら各スロット内に、永久磁石を該回転子鉄心の外周面から突出した形態に配置して構成されるものであって、前記回転子鉄心の前記スロットの内面のうち、円周方向を向く両側面には、前記永久磁石の外周方向への抜止め用の凸部が設けられており、前記永久磁石には、前記凸部に嵌合する切込み部が形成されており、前記永久磁石の切込み部と、前記スロットの凸部との間には、接着剤が収容される溝部が設けられ、前記溝部は、前記永久磁石の前記切込み部の底部から凹むようにして形成されている。

第１の実施形態を示すもので、回転子の縦断面図 １個のスロット部分の拡大断面図 １個のスロット部分の分解状態の拡大断面図 ＳＰＭ形モータの全体構成を概略的に示す断面図 第２の実施形態を示すもので、１個のスロット部分の拡大断面図 第３の実施形態を示すもので、１個のスロット部分の拡大断面図 第４の実施形態を示すもので、１個のスロット部分の拡大断面図

（１）第１の実施形態
以下、例えばエレベータの巻上機の駆動源として用いられるＳＰＭ形モータに適用した第１の実施形態について、図１から図４を参照しながら説明する。尚、便宜上、図１～図３におけるハッチングを省略している。図４は、ＳＰＭ形回転電機としてのＳＰＭ形モータ１の全体構成を概略的に示している。このＳＰＭ形モータ１は、全体として円筒状をなすフレーム２内に、固定子３及び回転子４を備えて構成される。前記回転子４には、回転軸５が固定されている。回転子４の詳細については後述する。

前記フレーム２は、円筒状の胴部２ａの両端にモータブラケット６、７を備えて構成されている。前記固定子３は、固定子鉄心８に巻線９を巻装して構成され、前記胴部２ａの内周面に取付けられている。また、前記モータブラケット６、７には、夫々軸受１０、１１が取付けられている。これら軸受１０、１１により、前記回転軸５が回転自在に支持されている。図示はしないが、回転軸５の先端部（図で左側）には、シーブと称される滑車が取付けられる。また、フレーム２の後端側には、前記回転軸５にブレーキ力を付与する周知のディスクブレーキ装置１２が設けられている。

ここで、図１から図３も参照して、本実施形態に係る回転子４について説明する。本実施形態では、図４に示すように、回転子４は、回転子鉄心１３の外周部に複数個例えば２０個の永久磁石１４を露出状態に備えて構成される回転子ブロック１５を、軸方向に４段に重ねた状態で結合して構成される。４つの回転子ブロック１５は、同等の構成を備えており、以下、１個の回転子ブロック１５について述べる。

図１に示すように、回転子鉄心１３は、例えば電磁鋼板を所定の形状即ちほぼ円板状に打抜いて単位鉄心板を得、その打抜いた単位鉄心板を複数枚積層して構成されている。回転子鉄心１３の中心部には、前記回転軸５が挿入される中心孔１３ａが形成されている。そして、回転子鉄心１３の外周部には、各永久磁石１４が夫々取付けられるスロット１６が、隣同士で僅かな間隔を置きながら円周方向に並んで複数個この場合２０個が設けられている。図２、図３にも示すように、このスロット１６は、外周側に開口する形態で、比較的浅い深さの凹状をなし、回転子鉄心１３の軸方向全体に延びて設けられている。

図１～図３に示すように、前記永久磁石１４は、例えばネオジム磁石からなり、矩形の薄板状をなすと共に、上面即ち外周側を向く面が、外周側に凸となる緩やかな湾曲面とされている。この永久磁石１４は、材料粉末を成形型を用いて必要形状に成形し、成形品を焼き固めて形成される。図１に示すように、この永久磁石１４は、外周面側をＳ極に磁化したものと、Ｎ極に磁化したものとの２種類が、前記各スロット１６内に円周方向に沿って交互に配置される。永久磁石１４は、前記スロット１６の内面に、図示しない接着剤により接着ざれる。このとき、各永久磁石１４は、回転子鉄心１３の外周面から外周側に突出している。

ちなみに、本実施形態では、図３に示すように、前記永久磁石１４の径方向の高さ寸法Ｈ１は、例えば５ｍｍとされ、円周方向の幅寸法Ｗは例えば３０ｍｍとされている。これに対し、前記スロット１６の深さ寸法Ｈ２は、永久磁石１４の高さ寸法Ｈ１の半分以下、例えば２ｍｍ程度とされている。従って、永久磁石１４は、その厚みの半分以上の部分は、回転子鉄心１３の外周面から外周に突出した形態とされている。

さて、本実施形態では、図２、図３に示すように、前記回転子鉄心１３の各スロット１６の内面のうち、円周方向を向く両側面に、永久磁石１４の外周方向への抜止め用の凸部１７が、回転子鉄心１３の軸方向に平行に延びて一体に設けられている。これに対し、前記永久磁石１４の両側面には、前記凸部１７に嵌合する切込み部１８が、回転子鉄心１３の軸方向に平行に延びて形成されている。このとき、単位鉄心板の段階で、スロット１６並びに凸部１７に対応した部分を形成するようになっている。また、永久磁石１４についても、成形型に切込み部１８に対応した部分を形成しておくことにより、容易に形成できる。

本実施形態では、図３に示すように、前記凸部１７は、断面が半円形に近い形状で形成されているのであるが、図で下側の面が、スロット１６の底面と平行に延びる接触面１７ａとされている。前記切込み部１８は、前記凸部１７に対応した形状、即ち断面がほぼ半円形の溝状に形成されており、図で下側に位置する面即ち前記接触面１７ａに対応した面が、永久磁石１４の底面と平行に延びる接触面１８ａとされている。従って、凸部１７と切込み部１８とは、該回転子鉄心１３の径方向に対向しながら面接触する部分である、接触面１７ａと接触面１８ａとを夫々有した形態に設けられている。

更に本実施形態では、図２、図３に示すように、永久磁石１４の切込み部１８と、スロット１６の凸部１７との間には、回転子鉄心１３の軸方向に延びて接着剤が収容される溝部１８ｂが設けられている。本実施形態では、溝部１８ｂは、永久磁石１４の各切込み部１８の底部から更に凹むようにして、細幅に形成されている。また、スロット１６の底部中央部にも、回転子鉄心１３の軸方向に延びて、永久磁石１４の底面との間に接着剤が収容される溝部１６ａが設けられている。

上記回転子ブロック１５ひいては回転子４は、次のように組立てられる。即ち、まず、単位鉄心板を積層して得られた回転子鉄心１３に対し、各永久磁石１４を、夫々、回転子鉄心１３の端面側からスロット１６に軸方向に挿入して、接着固定する。このとき、接着剤の一部は、溝部１８ｂや溝部１６ａ内に収容されるようになる。次いで、図４に示すように、４個の回転子ブロック１５を連結して回転子４を構成し、その回転子４に回転軸５を固定する。その後、その回転軸５を軸受け１０、１１に支持させて、回転子４をフレーム２内の固定子３の内周側に組付ける。これにて、回転子４の各永久磁石１４の表面つまり外周面は、固定子鉄心８に僅かな隙間を存して対向するように位置される。

上記のように構成された本実施形態の回転子４によれば、次のような作用、効果を得ることができる。即ち、回転子鉄心１３のスロット１６の内面のうち、円周方向を向く両側面には、永久磁石１４の外周方向への抜止め用の凸部１７を設けると共に、前記永久磁石１４には、前記凸部１７に嵌合する切込み部１８を形成した。これにより、永久磁石１４は、その切込み部１８が、抜止め用の凸部１７に嵌合した状態で、スロット１６内に収容されて固定される。

このとき、例えば接着剤の劣化により回転子鉄心１３に対する永久磁石１４の固定強度が低下した場合でも、切込み部１８が凸部１７に嵌合していることにより、永久磁石１４がスロット１６から外周方向に外れてしまうことを防止することができる。この場合、スロット１６や永久磁石１４において、多少の寸法精度のばらつきがあっても、永久磁石１４の抜け出しを防止する効果を確保することができる。この結果、本実施形態によれば、回転子鉄心１３の外周に永久磁石１４を露出するように設けたものにあって、永久磁石１４の固定を安定して行うことができ、信頼性を高めることができるという優れた効果を得ることができる。

またこの場合、回転子鉄心１３は、ケイ素鋼板を打ち抜いた単位鉄心板を積層して構成されるので、単位鉄心板の製造にスロット１６並びに凸部１７に対応した部分を形成するような打ち抜き型を用いることにより、スロット１６並びに凸部１７を容易に形成することができる。永久磁石１４についても、材料となる粉末を成形型を用いて必要形状に成形し、成形品を焼き固めて形成されるので、切込み部１８の形成を容易に行うことができる。つまり、上記した高い寸法精度を必要としないことと併せて、比較的簡単な構成で済ませることが可能となる。

尚、この種の回転子４においては、永久磁石１４が、回転子鉄心１３の外周面から突出した形態に配置されるが、隣り合う永久磁石１４間での磁気の短絡を抑制して、永久磁石１４の磁力をより有効活用する観点からは、永久磁石１４のうちなるべく多くの部分が、スロット１６から外周方向にはみ出ていることが望ましい。本実施形態では、永久磁石１４の直径方向寸法の半分以上が、スロット１６から突出している。これにより、永久磁石１４の保持に必要な部分を確保しながら、スロット１６の深さ寸法を極力小さくすることができ、永久磁石１４の磁力を有効活用することが可能となる。

そして、特に本実施形態では、スロット１６の凸部１７に、スロット１６の底面と平行な接触面１７ａを設け、切込み部１８に永久磁石１４の底面と平行な接触面１８ａを設けたので、凸部１７に切込み部１８が嵌合した状態で、接触面１７ａと接触面１８ａとが径方向に対向しながら面接触するようになる。この構成により、永久磁石１４の、回転子鉄心１３のスロット１６に対する直径方向の位置決めがなされ、永久磁石１４が、外周方向にそれ以上行かない位置に止まるような位置決めがなされる。この結果、永久磁石１４の表面である外周面と固定子３との間のギャップの管理などが容易且つ高精度で確実に行うことができ、永久磁石１４の磁気特性を十分に発揮させることができるようになる。

また、本実施形態では、永久磁石１４の各切込み部１８の底部から更に凹むようにして、スロット１６の凸部１７との間に位置して、接着剤が収容される溝部１８ｂを設けるようにした。溝部１８ｂに接着剤が収容されることにより、接着に十分な量の接着剤を確保することができ、永久磁石１４の接着強度に対する信頼性をより高めることができる。尚、スロット１６の底部中央部にも、接着剤が収容される溝部１６ａを設けたので、この部分においても十分な量の接着剤を保持することができ、接着剤による接着性能に関する信頼性を高めることができる。

（２）第２～第４の実施形態、その他の実施形態
図５、図６、図７は、夫々第２、第３、第４の実施形態を示している。これら第２～第４の実施形態においては、スロットに形成される凸部、及び、永久磁石に形成される切込み部の形状が、上記第１の実施形態と異なっており、以下、第１の実施形態と異なる点について述べる。

図５は、第２の実施形態を示している。この実施形態では、回転子鉄心２１のスロット２２に形成される凸部２３は、山形言い換えると断面Ｖ字型をなしており、永久磁石２４に形成される切込み部２５は、それに対応した断面Ｖ字型とされている。このような第２の実施形態においても、回転子鉄心２１の外周に永久磁石２４を露出するように設けたものにあって、永久磁石２４の固定を安定して行うことができ、信頼性を高めることができるという優れた効果を得ることができる。

図６は、第３の実施形態を示している。この実施形態では、回転子鉄心３１のスロット３２に形成される凸部３３は、断面ほぼ半円形状をなしており、永久磁石３４に形成される切込み部３５は、それに対応したＵ字状とされている。このような第３の実施形態においても、回転子鉄心３１の外周に永久磁石３４を露出するように設けたものにあって、永久磁石３４の固定を安定して行うことができ、信頼性を高めることができるという優れた効果を得ることができる。

図７は、第４の実施形態を示している。この実施形態では、回転子鉄心４１のスロット４２に形成される凸部４３は、断面が半円形に近い形状で形成されているのであるが、上記第１の実施形態の凸部１７とは逆に、図で上側の面が、スロット４２の底面と平行な面とされている。永久磁石４４に形成される切込み部４５は、その凸部４３に対応した断面がほぼ半円形の溝状に形成されており、図で上側に位置する面即ち前記面に対応した面が、永久磁石４４の底面と平行な面とされている。このような第４の実施形態においても、回転子鉄心４１の外周に永久磁石４４を露出するように設けたものにあって、永久磁石４４の固定を安定して行うことができ、信頼性を高めることができるという優れた効果を得ることができる。

尚、上記第２～第４の実施形態では説明しなかったが、これら実施形態においても、上記第１の実施形態と同様に、スロットの凸部との間に位置して、接着剤が収容される溝部を設けるようにしても良く、更には、スロットの底部にも、接着剤が収容される溝部を設けることができる。上記各実施形態においては、永久磁石を、回転子鉄心の軸方向に平行に延びるように配置したが、永久磁石を、回転子鉄心の軸方向に対して傾けて配置するいわゆるスキュー配置を行う構成としても良い。また、回転子鉄心としては、回転子ブロックを複数組み合わせた形態に限られず、一つの鉄心で構成するものでも良い。スロットや永久磁石の個数、形状などについても、様々な変更が可能である。

その他、ＳＰＭ形回転電機の用途としても、エレベータ用に限らず、発電機を含んで様々な用途に適用することができる。以上説明した実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

図面中、１はＳＰＭ形モータ（ＳＰＭ形回転電機）、３は固定子、４は回転子、５は回転軸、１３、２１、３１、４１は回転子鉄心、１４、２４、３４、４４は永久磁石、１５は回転子ブロック、１６、２２、３２、４２はスロット、１６ａは溝部、１７，２３、３３、４３は凸部、１７ａは接触面、１８、２５、３５、４５は切込み部、１８ａは接触面、１８ｂは溝部を示す。

Claims (2)

1. 回転子鉄心の外周部に、外周側に開口する複数のスロットを有し、それら各スロット内に、永久磁石を該回転子鉄心の外周面から突出した形態に配置して構成されるものであって、
   前記回転子鉄心の前記スロットの内面のうち、円周方向を向く両側面には、前記永久磁石の外周方向への抜止め用の凸部が設けられており、
   前記永久磁石には、前記凸部に嵌合する切込み部が形成されており、
   前記永久磁石の切込み部と、前記スロットの凸部との間には、接着剤が収容される溝部が設けられ、
   前記溝部は、前記永久磁石の前記切込み部の底部から凹むようにして形成されているＳＰＭ形回転電機の回転子。
2. 前記凸部と前記切込み部とは、該回転子鉄心の径方向に対向しながら面接触する部分を有した形態に設けられている請求項１記載のＳＰＭ形回転電機の回転子。

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