KR20230091971A

KR20230091971A - 영구 자석 동기 전동기 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20230091971A
Application number: KR1020237017040A
Authority: KR
Inventors: 슈이치 다미야; 하야토 다키사와; 미사토 사토
Original assignee: 가부시키가이샤 히다치 인더스트리얼 프로덕츠
Priority date: 2020-12-07
Filing date: 2021-05-07
Publication date: 2023-06-23
Also published as: EP4258521A1; WO2022123808A1; JP7461285B2; JP2022090407A

Abstract

각 자극에 영구 자석의 삽입 홀이 복수 있는 영구 자석 동기 전동기에 있어서, 영구 자석을 고정하는 수지 주입 작업을 개선 가능하게 하는 영구 자석 동기 전동기 및 그 제조 방법을 제공한다. 고정자와, 로터 코어의 둘레 방향으로 배치된 복수의 삽입 홀에 영구 자석이 삽입된 영구 자석 매입형의 회전자와, 회전자에 고정된 샤프트를 구비한 영구 자석 동기 전동기에 있어서, 로터 코어의 양단에 있어서 영구 자석의 양 단부면을 억누르는 한 쌍의 단판을 구비하고, 한 쌍의 단판의 한쪽은 복수의 삽입 홀에 대해 연통하고 있는 하나의 관통 홀인 제1 관통 홀을 구비하고, 제1 관통 홀 및 상기 복수의 삽입 홀이 수지로 충전되어 있다.

Description

영구 자석 동기 전동기 및 그 제조 방법

본 발명은, 영구 자석 동기 전동기 및 그 제조 방법에 관한 것이고, 특히, 각 자극에 영구 자석의 삽입 홀이 복수 설치된 영구 자석 동기 전동기 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

각 자극에 영구 자석의 삽입 홀이 복수 설치된 영구 자석 동기 전동기가 특허문헌 1에, 영구 자석 동기 전동기의 로터 코어에 영구 자석을 고정하는 방법이 특허문헌 2에 개시되어 있다.

특허문헌 1의 도 16에는, 고정자와, 코어에 매입된 영구 자석으로 N극과 S극이 구성된 영구 자석 매입형의 회전자와, 회전자가 고정된 샤프트를 구비한 영구 자석 동기 전동기에 있어서, 코어는 제1 코어와 제1 코어의 외주에 있는 제2 코어를 갖고, 코어의 각 자극은 제1 코어와 제2 코어를 접속하는 브리지와, 제1 코어, 제2 코어 및 브리지로 둘러싸이고, 영구 자석이 삽입된 복수의 삽입 홀을 갖고, 영구 자석은 브리지와의 사이에 삽입 홀의 극간을 갖는 영구 자석 동기 전동기가 개시되어 있다.

특허문헌 2의 도 7에는, 로터 코어에 영구 자석을 삽입하고, 단판(端板)을 로터 코어 양 사이드에 결합한 후에, 단판의 수지 주입부로부터 수지를 주입하는 것이 개시되어 있다.

일본국 특개2019-75923호 공보 일본국 특개2012-120422호 공보

특허문헌 1에서는, 각 자극에 영구 자석의 삽입 홀이 복수 있는 것은 개시되어 있지만, 접착제의 수지 주입 및 단판의 고정에 대해는 개시되어 있지 않다.

특허문헌 2에서는, 각 자극에 영구 자석의 삽입 홀이 복수 있는 것은 개시되어 있지 않고, 특허문헌 1의 구조에 대해, 효율적인 수지 주입 작업을 어떻게 해야 하는지의 지견은 개시되어 있지 않다.

본 발명의 목적은, 각 자극에 영구 자석의 삽입 홀이 복수 있는 영구 자석 동기 전동기에 있어서, 영구 자석을 고정하는 수지 주입 작업을 개선 가능하게 하는 영구 자석 동기 전동기 및 그 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 달성하기 위해, 본 발명의 영구 자석 동기 전동기 및 그 제조 방법은, 특허청구범위에 기재와 같이 구성한 것이다.

구체적으로는, 영구 자석 동기 전동기는, 예를 들면, 고정자와, 로터 코어의 둘레 방향으로 배치된 복수의 삽입 홀에 영구 자석이 삽입된 영구 자석 매입형의 회전자와, 회전자가 고정된 샤프트를 구비한 영구 자석 동기 전동기에 있어서, 로터 코어의 양단에 있어서 영구 자석의 양 단부면을 억누르는 한 쌍의 단판을 구비하고, 한 쌍의 단판의 한쪽은 복수의 삽입 홀에 대해 연통하고 있는 하나의 관통 홀인 제1 관통 홀을 구비하고, 제1 관통 홀 및 복수의 삽입 홀이 수지로 충전되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 영구 자석 동기 전동기의 제조 방법은, 예를 들면, 제1 클램프, 제1 단판, 로터 코어, 영구 자석, 제2 단판, 제2 클램프를 순차 위치 결정하면서 쌓아올리고, 회전축에 슈링크 피트(shrink fit)하는 제1 공정과, 상기 관통 홀을 가이드로 해서 시린지를 삽입해서, 접착제인 수지를 주입하는 제2 공정을 구비하고, 상기 제1 공정에 있어서, 상기 제1 단판으로서, 영구 자석 삽입 홀과 연통하는 관통 홀을 구비한 단판을 사용하고, 상기 제2 단판으로서,는 영구 자석 삽입 홀과 연통하는 관통 홀을 구비하고 있지 않은 단판을 사용하고, 상기 위치 결정으로서, 상기 영구 자석과 상기 삽입 홀 사이에 생기는 2개의 극간에 대해, 상기 제1 단판의 하나의 관통 홀인 제1 관통 홀을 연통시키고, 상기 제2 공정으로서, 상기 제1 관통 홀을 가이드로 해서 실링을 삽입하여 수지를 주입하고, 제1 관통 홀이 아닌 다른 관통 홀로부터 공기를 빼는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 각 자극에 영구 자석의 삽입 홀이 복수 있는 영구 자석 동기 전동기에 있어서, 영구 자석을 고정하는 수지 주입 작업을 효율적으로 행할 수 있다.

상기한 것 이외의 과제, 구성 및 효과는, 이하의 실시형태의 설명에 의해 명확해진다.

도 1은 영구 자석 동기 전동기(PMSM)의 회전축 방향 단면도.
도 2는 회전자의 분해 사시도.
도 3은 실시예 1의 회전자 단부면을 나타내는 도면.
도 4는 수지 주입 공정의 설명도.
도 5는 실시예 2의 회전자 단부면을 나타내는 도면.

실시예 1

본 실시예 1의 회전 전기(電機)는, 영구 자석이 회전자에 매입된 영구 자석 동기 전동기(PMSM)이다. 도 1은 영구 자석 동기 전동기(PMSM)의 회전축 방향 단면도, 도 2는 회전자의 분해 사시도, 도 3은 회전자 단부면을 나타내는 도면이다.

[기본 구성]

이 PMSM는, 회전축(SFT), 고정자(ST), 회전자(RT), 하우징(CASE)을 구비하고 있다.

하우징(CASE)은, 원통 형상이고, 내경면에 고정자(ST)가 격납, 고정되어 있다.

고정자(ST)는, 원통 형상이고, 스테이터 코어(SC)에 대해, 스테이터 코일(CL)이 삽입되어 있다.

회전자(RT)는, 원통 형상의 로터 코어(RC)에 대해, 영구 자석(PM)(PM1, PM2)이 외주에 둘레 방향으로 매입되어 있다. 본 실시예의 경우, 삽입 홀(HL1, HL2)에 영구 자석(PM1, PM2)을 동일한 방향으로 삽입하고, 인접하는 삽입 홀(HL1, HL2)에 역극성의 영구 자석(PM1, PM2)을 삽입하여, N극, S극을 번갈아 발현시킨다. 이 N극 중심선은 NC, S극 중심선은 SC로 된다.

회전축(SFT)은, 회전자(RT)가 회전축(SFT)에 슈링크 피트되어 있고, 하우징(CASE) 또는 도시하고 있지 않은 블랭킷에 고정된 베어링(도시생략)으로 지지되어 있다.

[회전자]

회전자(RT)는, 소정 각도의 자극 중심선(NC, SC)에 대해 좌우에, 한 쌍의 삽입 홀(HL1, HL2)이 설치되어 있다. 본 실시예에서 삽입 홀(HL1, HL2)은, 인접하는 삽입 홀을 향해 긴 형상을 하고 있고, 단축이 자극 중심선(NC, SC)과 거의 평행이 되는 배치로 했다.

각 삽입 홀(HL1, HL2)에는, 축 방향으로 복수의 영구 자석(PM1, PM2)이 삽입되고, 영구 자석(PM)의 단축이 자극 중심선(NC, SC)과 거의 평행이 되는 배치로 했다. 또한, 본 실시예에서는, 각 자극의 영구 자석(PM)은 한 쌍의 합계 2개소(PM1, PM2)로 했지만, 자극 중심선(NC, SC)에 대해 대칭 배치가 가능하면, 3개소 이상으로 하는 것도 가능하다.

또한, 로터 코어(RC)는, 삽입 홀(HL1, HL2)의 내측인 제1 코어(RC1), 동(同) 외측인 제2 코어(RC2), 이웃하는 자극의 삽입 홀끼리(N극의 삽입 홀(HL1)과 인접하는 S극의 삽입 홀(HL2))를 구획하는 넓은 제1 브리지(OBR), 동일한 자극 내의 삽입 홀끼리(N극의 삽입 홀(HL1)과 동일한 N극 내의 삽입 홀(HL2))를 구획하는 제2 브리지(IBR)를 구비하고 있다. 또한, 본 실시예의 제1 브리지(OBR)는 제1 브리지(OBR)보다 제2 브리지(IBR)의 쪽이 좁아져 있고, 제2 브리지(IBR)는 자극 중심선(NC, SC)이 지나는 위치에 배치되어 있다.

[극간]

영구 자석(PM1, PM2)과 제1 브리지(OBR), 제2 브리지(IBR) 사이에는 각각 극간이 있다. 본 실시예의 경우, 제1 브리지(OBR)와 영구 자석(PM1, PM2)의 극간(LLG, RRG)은, 제2 브리지(IBR)와 영구 자석(PM1, PM2)의 극간(LRG, RLG)보다 넓게 되어 있다(도시생략). 이것으로, 공기의 빠짐이 좋아지기 때문에, 단시간에 주입이 가능하고, 충전된 수지의 접착 능력을 높게 할 수 있다.

[단판]

도 1에 나타내는 바와 같이, 회전자(RT)의 우단부면(특히, 삽입 홀(HL1, HL2))은 도넛 형상의 단판(EP1)으로 덮이고, 회전자(RT)의 좌단부면(특히, 삽입 홀(HL1, HL2))은 도넛 형상의 단판(EP2)으로 덮여 있다.

단판(EP1)은, 로터 코어(RC)의 삽입 홀(HL1, HL2)에 대응한 위치에 관통 홀(OHL, IHL)의 2종류의 관통 홀을 구비하고 있다. 특히, 관통 홀(OHL)은 제1 브리지(OBR)와 영구 자석(PM1, PM2)의 극간(LLG, RRG)의 각각에 적어도 일부가 연통하고, 관통 홀(IHL)은 하나의 관통 홀이고, 제2 브리지(OBR)와 영구 자석(PM1, PM2)의 극간(LRG, RLG)의 양쪽에 적어도 일부가 연통하고 있다. 본 실시예의 경우, 관통 홀(IHL)은 관통 홀(OHL1, OHL2)보다 사이즈(직경 등)를 크게 했다.

단판(EP2)은, 로터 코어(RC)의 삽입 홀(HL1, HL2)에 대향하는 위치가 평면이며, 이들 삽입 홀(HL1, HL2)을 닫고 있다.

[회전자 조립 공정]

다음으로, 본 실시예의 회전자의 조립 공정을 설명한다. 우선, 클램프(CP2), 단판(EP2), 로터 코어(RC), 영구 자석(PM)을 위치 결정하면서 쌓아올린다. 다음으로, 단판(EP1)과 CP1을 위치 결정하면서 쌓아올린다. 클램프(CP1, CP2), 단판(EP1, EP2), 로터 코어(RC), 및 및 및 영구 자석(PM)을 샤프트(SFT)에 슈링크 피트하여 고정한다. 다음으로, 단판(EP1)의 관통 홀(IHL)을 가이드로 해서 시린지를 삽입해서, 접착제인 수지를 주입함으로써, 극간(LRG, RLG)에 수지를 충전한다.

[수지 주입 공정]

다음으로, 도 4의 수지 주입 공정 설명도를 사용해서, 본 실시예의 회전자 구조에 있어서 수지 주입 효율이 높아지는 원리를 설명한다. 또한, 도면은 회전자(RT)의 1극분의 자석 삽입구부의 회전축 방향 부분 단면도이다.

수지 주입 공정에서는, 회전자(RT)는 회전축(SFT)을 연직 방향, 단판(EP1)이 상면으로 되도록 설치된다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 본 실시예에서는 수지의 주입은 로터 코어(RC)의 2개의 극간(LRG, RLG)에 연통하고 있는 하나의 관통 홀(IHL)에, 수지를 주입하는 시린지구를 삽입함으로써 시린지를 안정시킬 수 있다. 하나의 관통 홀(IHL)로부터 주입된 수지는, 로터 코어(RC)의 극간(LRG, RLG)에 주입되고, 연직 방향으로 단부(단판(EP2)의 내면)까지 중력의 작용에 의해 주입된다. 로터 코어(RC)의 연직 방향 단부(단판(EP2)의 내면)까지 수지가 주입되면, 단판(EP2)의 내면이 평탄하므로, 영구 자석(PM)과 로터 코어(RC)의 극간(LRG, RLG)을 통해 수지는 수평 방향(둘레 방향)으로 퍼져, 영구 자석(PM)의 반대 측의 브리지(OBR)와의 극간(LLG, RRG)에도 주입되고, 영구 자석(PM)과 로터 코어(RC)의 극간 전체(LLG, LRG, RLG, RRG)에 수지가 침투한다. 이 때, 극간 내의 공기는 수지 주입에 사용하지 않은 단판(EP1)의 관통 홀(OHL)로부터 빠져가기 때문에, 수지가 재빠르게 극간 내를 충전함과 함께, 수지 내에 공기가 잔류하기 어려워진다.

또한, 본 실시예의 관통 홀(IHL)은 2개의 극간(LRG, RLG)의 양쪽에 적어도 일부가 연통하도록 배치되어 있으므로, 2개의 극간(LRG, RLG)의 양쪽의 가이드로서 기능하여, 일회의 시린지 삽입 동작으로, 동시에 수지를 주입할 수 있다. 그 때문에, 수지 주입 효율이 향상된다.

또한, 관통 홀(IHL, OHL)로부터 수지를 볼 수 있는 양의 수지를 주입하면, 수지 충전 완료의 회전자(RT)인 것을 눈으로 보고 확인할 수 있다. 수지 주입 전에 단판(ET1, ET2)이나 클램프(CP1, CP2)를 먼저 부착하는 공정을 채용했으므로, 수지 주입(영구 자석(PM)의 고정)이 완료되어 있는지 알기 어려워지지만, 관통 홀(IHL, OHL)로부터 수지를 눈으로 보고 확인할 수 있으면, 후공정으로 불량품을 흐르게 하는 것을 막을 수 있다.

실시예 2

실시예 1에서는, 영구 자석(PM)의 단축이 자극 중심선(NC, SC)과 대략 평행한 배치이지만, 실시예 2에서는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 영구 자석(PM)이나 관통 홀(HL1, HL2)의 단축이 자극 중심선을 향하는 배치이다. 즉, 인접하는 극간 중, 제1 브리지(OBR)를 개재해서 인접하는 극간(LLG, RRG)을 내경 측에, 제2 브리지를 IBR을 개재해서 인접하는 극간(LRG, RLG)을 외경측에 배치하고, 단판(EP1)의 관통 홀(OHL1, OHL2)을 내경 측에, 단판(EP1)의 관통 홀(IHL)을 외경측에 배치한 구조이다. 다른 구조, 회전자 조립 공정, 주입 방법은 모두 동일하다.

실시예 1과 마찬가지로, 극간(LRG, RLG)을 단판(EP1)의 하나의 관통 홀(IHL)에 연결되는 배치로 했으므로, 하나의 관통 홀(IHL)이 2개의 극간(LRG, RLG)의 양쪽의 가이드로서 기능하여, 일회의 시린지 삽입 동작으로, 동시에 수지를 주입할 수 있다. 그 때문에, 수지 주입 효율이 향상된다.

실시예 1과 마찬가지로, 극간 내의 공기는 수지 주입에 사용하지 않은 단판(EP1)의 관통 홀(OHL)로부터 빠져가기 때문에, 수지가 재빠르게 극간 내를 충전함과 함께, 수지 내에 공기가 잔류하기 어려워진다.

이상의 실시예 1, 2에서는, 제2 브리지(OBR)를 사이에 끼우는 극간(RRG, LLG)은 각각 관통 홀(OHL, OHL2)에 대해 1대1로 연통시키고 있지만, 관통 홀(OHL1, OHL2)을 하나의 관통 홀로 하는 것도 본 발명에 포함된다.

또한, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니고, 다양한 변형예가 포함된다.

예를 들면, 상기한 실시예는 본 발명을 알기 쉽게 설명하기 위해 상세히 설명한 것이고, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것은 아니다. 또한, 어느 실시예의 구성의 일부를 다른 실시예의 구성으로 치환하는 것이 가능하고, 또한, 어느 실시예의 구성에 다른 실시예의 구성을 더하는 것도 가능하다. 또한, 각 실시예의 구성의 일부에 대해, 다른 구성의 추가, 삭제, 치환을 하는 것이 가능하다.

SFT…회전축, ST…고정자, RT…회전자, CASE…하우징, SC…스테이터 코어, CL…스테이터 코일, RC…로터 코어, PM(PM1, PM2)…영구 자석, HL(HL1, HL2)…삽입 홀, NC…N극 중심선, SC…S극 중심선, OBR…제1 브리지, IBR…제2 브리지, LLG,RRG, LRG,RLG…극간, OHL(OHL1, OHL2)…관통 홀, CP(CP1, CP2)…클램프

Claims

고정자와, 로터 코어의 둘레 방향으로 배치된 복수의 삽입 홀에 영구 자석이 삽입된 영구 자석 매입형의 회전자와, 상기 회전자가 고정된 샤프트를 구비한 영구 자석 동기 전동기에 있어서,
상기 로터 코어의 양단에 있어서 상기 영구 자석의 양 단부면을 억누르는 한 쌍의 단판(端板)을 구비하고,
상기 한 쌍의 단판의 한쪽은, 상기 복수의 삽입 홀에 대해 연통하고 있는 하나의 관통 홀인 제1 관통 홀을 구비하고,
상기 제1 관통 홀 및 상기 복수의 삽입 홀이 수지로 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 영구 자석 동기 전동기.
제1항에 있어서,
상기 한 쌍의 단판의 다른 쪽은 평면인 것을 특징으로 하는 영구 자석 동기 전동기.
제2항에 있어서,
상기 복수의 삽입 홀 중, 제1 관통 홀에 연통하고 있는 복수의 삽입 홀에는, 동일한 자극의 영구 자석이 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 영구 자석 동기 전동기.
제3항에 있어서,
상기 복수의 삽입 홀 중, 상기 제1 관통 홀은, 자극 중심선이 지나는 위치에 있는 것을 특징으로 하는 영구 자석 동기 전동기.
제4항에 있어서,
상기 복수의 관통 홀은, 상기 복수의 삽입 홀에 연통하고 있는 제1 관통 홀보다 사이즈가 작은 제2 관통 홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 영구 자석 동기 전동기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 복수의 삽입 홀 단변(短邊)은 영구 자석과의 사이에 극간을 구비하고,
상기 제1 관통 홀은 극간의 일부에 연통하고 있는 것을 특징으로 하는 영구 자석 동기 전동기.
제6항에 있어서,
상기 복수의 삽입 홀은 인접하는 삽입 홀을 향해 긴 형상을 하고 있고,
상기 로터 코어는 동일한 자극 내에 있어서 인접하는 삽입 홀 단변 사이의 코어인 제1 브리지부를 구비하고,
상기 제1 관통 홀은, 상기 제1 브리지부와 상기 영구 자석의 극간에 연통하고 있는 것을 특징으로 하는 영구 자석 동기 전동기.
제7항에 있어서,
상기 제1 브리지부는 자극 중심선 상에 있는 것을 특징으로 하는 영구 자석 동기 전동기.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 로터 코어는, 서로 다른 자극의 인접하는 삽입 홀의 단변 간의 코어인 제2 브리지부를 구비하고,
상기 복수의 관통 홀은, 상기 제2 브리지부와 상기 영구 자석의 극간의 하나에만 연통하고 있는 관통 홀인 제2 관통 홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 영구 자석 동기 전동기.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 한 쌍의 단판을 끼워넣는 한 쌍의 클램프를 구비하는 것을 특징으로 하는 영구 자석 동기 전동기.
제1 클램프, 관통 홀을 구비한 제1 단판, 로터 코어, 영구 자석, 제2 단판, 제2 클램프를 순차 위치 결정하면서 쌓아올리고, 회전축에 슈링크 피트(shrink fit)하는 제1 공정과,
상기 관통 홀을 가이드로 해서 시린지를 삽입해서, 접착제인 수지를 주입하는 제2 공정을 구비하고,
상기 제1 공정에 있어서,
상기 제1 단판으로서, 영구 자석 삽입 홀과 연통하는 관통 홀을 구비한 단판을 사용하고,
상기 제2 단판으로서,는 영구 자석 삽입 홀과 연통하는 관통 홀을 구비하고 있지 않은 단판을 사용하고, 상기 위치 결정으로서, 상기 영구 자석과 상기 영구 자석 삽입 홀 사이에 생기는 2개의 극간에 대해, 상기 제1 단판의 하나의 관통 홀인 제1 관통 홀을 연통시키고,
상기 제2 공정으로서, 상기 제1 관통 홀을 가이드로 해서 실링을 삽입하여 수지를 주입하고, 제1 관통 홀이 아닌 다른 관통 홀로부터 공기를 빼는 것을 특징으로 하는 영구 자석 동기 전동기의 제조 방법.