JP2009240109A - 電動モータ - Google Patents

Abstract

【課題】磁石挿入孔に永久磁石を容易に位置決め可能で、部品点数を少なくし構造を簡単化したロータ鉄心を備えた電動モータを提供すること。
【解決手段】電動モータ１は、ロータ軸３と、複数の珪素鋼薄板５ａ，５ｂ，５ｃを積層した珪素鋼薄板積層体からなり且つロータ軸３に外嵌固定されるロータ鉄心５と、このロータ鉄心５にロータ軸３の軸心と平行に形成された複数の磁石挿入孔７と、これら磁石挿入孔７に夫々装着された複数の永久磁石８とを有し、ロータ鉄心５の一端の珪素鋼薄板５ｂは、永久磁石８を受け止め可能に各磁石挿入孔７を塞ぐ封鎖部１０を備え、この封鎖部１０に永久磁石８を接着する接着剤の一部をリークさせる小孔１０ａを形成した。
【選択図】 図２

Description

本発明は、珪素鋼薄板積層体からなるロータ鉄心と、このロータ鉄心に形成された複数の磁石挿入孔と、これら磁石挿入孔に夫々装着された複数の永久磁石とを備えた電動モータに関し、特にロータ鉄心の一端に永久磁石が受け止め可能に各磁石挿入孔を塞ぐ封鎖部を備えたものに関する。

従来、回転子と固定子とを有する種々の電動モータが実用に供されている。回転子は、ロータ軸と、複数の珪素鋼薄板を積層した珪素鋼薄板積層体からなり且つ前記ロータ軸に外嵌固定されるロータ鉄心と、このロータ鉄心に装着された複数の永久磁石とを有し、固定子は、固定子巻線と固定子鉄心とを有し、回転子の外側に配置されている。

上記複数の永久磁石は、回転子の外周部に接着剤等で装着されていたが、この場合、モータ回転時の遠心力により永久磁石がロータ鉄心から剥離する虞があり信頼性に問題があった。図９に示す回転子では、ロータ鉄心３０にロータ軸３１の軸心と平行な複数の磁石挿入孔３２が形成され、この磁石挿入孔３２に複数の永久磁石３４が夫々装着され、複数の永久磁石３４は接着剤でロータ鉄心３０に接着されている。

図１０に示す回転子では、ロータ鉄心４０にロータ軸４１の軸心と平行な複数の磁石挿入孔４２が形成され、この磁石挿入孔４２に複数の永久磁石４４が夫々装着されている。ロータ鉄心４０の両端部に金属薄板４５ａ，４５ｂが設けられ、複数の永久磁石４４の軸方向位置が規制されている。
図１１に示す回転子では、ロータ鉄心５０にロータ軸５１の軸心と平行な複数の磁石挿入孔５２が形成され、この磁石挿入孔５２に複数の永久磁石５４が夫々装着されている。ロータ鉄心５０の一方の端部にだけ金属薄板５５が設けられ、永久磁石５４の軸方向位置が規制され、永久磁石５４は接着剤で挿入孔５２に接着されている。

他方、特許文献１の永久磁石式回転子のロータ鉄心３０は、複数の磁石挿入孔３２を有する第１積層群３０Ａと、複数の磁石挿入孔３２を有する第２積層群３０Ｂから構成されている。第１積層群３０Ａを第２積層群３０Ｂに対して周方向に数ｍｍずらすことで、磁石挿入孔３２に装着された永久磁石６０を第１積層群の磁石挿入孔３２Ａの内壁と第２積層群の磁石挿入孔３２Ｂの内壁によって挟持する。永久磁石６０の外周側側面６３を磁石挿入孔３２Ａ，３２Ｂの外周側内壁３５に密接させて固定されている。
特開２００７- ４９８０３号公報

しかし、図９の回転子では、永久磁石３４が磁石挿入孔３２内において軸方向に移動する虞がある。図１０の回転子では、ロータ鉄心４０とは別に金属薄板４５ａ，４５ｂが必要となるので、製作費が高価になるうえ、磁石挿入孔４２の内面と永久磁石４４との間に微小隙間が生じ、モータの加減速時に異音が発生するという問題がある。

図１１の回転子も図１０の回転子と同様に、ロータ鉄心５０とは別の金属薄板５５が必要となり製作費が高価になるうえ、磁石挿入時に永久磁石５５の先端部と金属薄板５５との間に溜まった接着剤の逃げ場がなくなるので永久磁石５５を正確に位置決めできないという問題がある。

上記特許文献１の回転子では、永久磁石を第１，第２積層群の磁石挿入孔３２に空隙があるため、長期の使用の間に永久磁石が磁石挿入孔内で回転子の軸心に対して傾斜状にぐらつく可能性がある。しかも、上記の空隙により磁路が小さくなって磁気抵抗が大きくなる。第１積層群と第２積層群とを結合する手段がないので、第１，第２積層群を接着等により固定する必要があり、手間がかかる。

上記特許文献１のロータ鉄心をロータ軸に外嵌固定するために、図２（特許文献１の図２）に示すように、係止部、１対の端面板、カラー等を採用する場合には、本願の図１０に示す回転子と同様に製作費が高価になる。特許文献１の図９に示すように、磁石挿入孔の両端を３枚程の珪素鋼薄板で閉塞することで端面板を省略できる。しかし、永久磁石をロータ鉄心の磁石挿入孔に配置してからロータ鉄心をロータ軸に固定する際に、ロータ鉄心を約４００〜５００℃にも加熱して焼き嵌めを行うと永久磁石の特性が劣化するため、焼き嵌め以外の手段によりロータ鉄心をロータ軸に固定しなければならなくなる。

本発明の目的は、複数の永久磁石を容易且つ確実に軸方向に位置決め可能であって部品点数を抑制できる簡単な構造のロータ鉄心を備えた電動モータを提供することである。

請求項１の電動モータは、ロータ軸と、複数の珪素鋼薄板を積層した珪素鋼薄板積層体からなり且つ前記ロータ軸に外嵌固定されるロータ鉄心と、このロータ鉄心に前記ロータ軸の軸心と平行に形成された複数の磁石挿入孔と、これら複数の磁石挿入孔に夫々装着された複数の永久磁石とを有する電動モータにおいて、前記ロータ鉄心の一端の珪素鋼薄板は、前記永久磁石を受け止め可能に各磁石挿入孔を塞ぐ封鎖部を備えたことを特徴としている。

前記ロータ鉄心に形成された複数の磁石挿入孔と、これら複数の磁石挿入孔に夫々装着された複数の永久磁石とを有する電動モータにおいて、前記複数の永久磁石を各磁石挿入孔に挿入する際に、各永久磁石の先端部が各封鎖部に受け止められることで軸方向に位置決めされる。

請求項２の電動モータは、請求項１の発明において、前記磁石挿入孔に装着された前記永久磁石が接着剤により前記ロータ鉄心に接着されたことを特徴としている。

請求項３の電動モータは、請求項２の発明において、前記各封鎖部に前記磁石挿入孔に連通する小孔が形成され、前記磁石挿入孔に前記永久磁石を挿入する際に前記小孔から接着剤の一部をリークさせることを特徴としている。

請求項１の発明によれば、ロータ軸と、このロータ軸に外嵌固定されるロータ鉄心と、このロータ鉄心に形成された複数の磁石挿入孔と、これら複数の磁石挿入孔に夫々装着された複数の永久磁石とを有する電動モータにおいて、前記ロータ鉄心の一端の珪素鋼薄板は、前記永久磁石を受け止め可能に各磁石挿入孔を塞ぐ封鎖部を備えたので、各永久磁石を磁石挿入孔に挿入し、各永久磁石の先端部を各封鎖部に当接するだけで確実に軸方向に位置決めすることができる。ロータ鉄心の一端の珪素鋼薄板に各磁石挿入孔を塞ぐ封鎖部を設けたので、位置決めする為の別部品を必要とせずに構成部品の点数を削減することができ、コストを抑制することが出来る。

請求項２の発明によれば、前記磁石挿入孔に装着された前記永久磁石が接着剤により前記ロータ鉄心に接着するため、各永久磁石を挿入孔に夫々固着して、加減速時の異音の発生を防止することができる。

請求項３の発明によれば、前記各封鎖部に前記磁石挿入孔に連通する小孔が形成され、前記磁石挿入孔に前記永久磁石を挿入する際に前記小孔から接着剤の一部をリークさせるので、各永久磁石を磁石挿入孔に夫々挿入した際に、接着剤が溜まらず小孔から外部に排出されるため、各永久磁石を封鎖部に当接させた状態にして固定することができる。

以下、本発明に係る電動モータを実施するための最良の形態について実施例に基づいて説明する。

図１〜図７に示すように、電動モータ１は、回転子２と、固定子２０と、ケース３０等で構成されている。回転子２は、ロータ軸３と、ロータ鉄心５と、複数の磁石挿入孔７と、複数の永久磁石８とを備えている。固定子２０は、複数の極形成部２１ａを有する固定子鉄心２１と、複数の固定子巻線２２と、合成樹脂製の絶縁カバー２３，２４を備えている。尚、ケース３０内においてロータ軸３に冷却用のファン２５が設けられている。

この電動モータ１は、駆動回路から固定子巻線２２に交流電流が通電されると、固定子鉄心２１に回転磁界が発生する。この回転磁界により回転子２を回転させる回転トルクが発生し、回転子２が交流電流と同じ周期で回転駆動される。尚、図１の左方を左方とし、右方を右方として説明する。

図１，図２に示すように、ロータ軸３は、その中心部にロータ軸３の両端部よりやや大径であってロータ鉄心５の貫通孔６とほぼ同径の鉄心装着部３ａを有する。このロータ軸３にロータ鉄心５を装着する際は、ロータ鉄心５を高温（例えば約４００〜５００℃）に加熱し、ロータ鉄心５を熱膨張させた状態で、貫通孔６に鉄心装着部３ａを挿入し、その後ロータ鉄心５を常温に戻して固定する焼き嵌めが行われる。このため、他の構成部品を必要とせずにロータ鉄心５をロータ軸３に装着することができる。

次に、ロータ鉄心５について説明する。
図１〜図５に示すように、ロータ鉄心５は、複数の珪素鋼薄板５ａ，５ｂ，５ｃとを積層した珪素鋼薄板積層体から形成され、ロータ軸３に外嵌固定されている。このロータ鉄心５の中心部には、ロータ軸３の鉄心装着部３ａが挿入される貫通孔６が設けられている。ロータ鉄心５の外周部には、部分円筒状の４つの極形成部９ａと、極形成部９ａ同士の間の４つの溝部９ｂとが周方向等間隔おきに形成されている。４つの極形成部９ａには、ロータ軸３の軸心と平行な４つの磁石挿入孔７が正方形の４辺に対応する位置に周方向等間隔おきに形成されている。

磁石挿入孔７の断面形状は偏平な長方形状であり、磁石挿入孔７は、永久磁石８を挿入可能に形成されている。即ち、磁石挿入孔７の幅は永久磁石８の幅よりも僅かに大きく形成され、磁石挿入孔７の径方向幅は永久磁石８の径方向厚さよりも僅かに大きく形成されている。これら磁石挿入孔７の右端は、後述するように、ロータ鉄心５の右端の珪素鋼板５ｂの封鎖部１０により塞がれている。各極形成部９ａにおいて、磁石挿入孔７の長手方向の連結壁部９ｃは狭幅に形成されている。

永久磁石８は、直方体状のフェライト磁石やネオジム磁石などで形成される永久磁石８である。４つの永久磁石８は４つの磁石挿入孔７に夫々挿入され、先端部８ａが珪素鋼薄板５ｂの封鎖部１０に当接されることで軸方向に位置決めされる（図７参照）。永久磁石８は、接着剤により磁石挿入孔７の内面に接着される。

次に、ロータ鉄心５を形成する珪素鋼薄板積層体について説明する。
図３〜図７に示すように、珪素鋼薄板積層体は、左端の珪素鋼薄板５ａと、右端の珪素鋼薄板５ｂと、左右端の珪素鋼薄板５ａ，５ｂの間に設けられた複数の珪素鋼薄板５ｃから形成されている。

図３，図４に示すように、珪素鋼薄板５ａには、１つの貫通孔６と、４つの磁石挿入孔７と、右側に隣接する珪素鋼薄板５ｃの小さな円形の係合凸部１１が嵌合される係合孔１３とが設けられている（図５参照）。溝部９ｂの内周側の部位に位置する４つの係合孔１３と、極形成部９ａのうちの磁石挿入孔７の外周側の部位に位置する４つの係合孔１３とが形成されている。ロータ鉄心５の珪素鋼薄板５ａ，５ｃ，５ｂをプレス加工して積層する際に、これら係合孔１３に隣接する珪素鋼薄板５ｃの８つの係合凸部１１が夫々嵌合され、珪素鋼薄板５ａと隣接する珪素鋼薄板５ｃとが一体化される。

図５に示すように、複数の珪素鋼薄板５ｃは全て同じ構造に形成されている。珪素鋼薄板５ｃには、貫通孔６と、４つの磁石挿入孔７と、８つの円形の係合凸部１１と、右側に隣接する珪素鋼薄板５ｃの８つの係合凸部１１を夫々係合させる為の８つの係合凹部１１ａが形成されている。尚、係合凹部１１ａは係合凸部１１を形成する際に係合凸部１１の反対面にほぼ同径に形成される。

図６に示すように、珪素鋼薄板５ｂは、貫通孔６と、８つの円形の係合凸部１１と、４つの磁石挿入孔７の右端を夫々塞ぐ４つの封鎖部１０と、４つの封鎖部１０の中央部に形成された４つの小孔１０ａを備えている。珪素鋼薄板５ａ，５ｂ，５ｃは、順送プレスにより順送りしながら複数の打ち抜き加工工程を経て製作される。そして、４つの封鎖部１０は、磁石挿入孔７を形成する打ち抜き加工工程を省略することで形成される。

図８に示すように、封鎖部１０は磁石挿入孔７に挿入された永久磁石８の右端を受け止め可能に磁石挿入孔７の右端を塞ぐものである。前記小孔１０ａは、磁石挿入孔７に永久磁石８を挿入する際に余分な接着剤の一部をリークさせる為のものである。

次に、電動モータの回転子２の作用、効果について説明する。
この電動モータ１のロータ鉄心５を組み立てる際に、複数の珪素鋼薄板５ａ，５ｂ，５ｃをプレス加工して積層する場合、珪素鋼薄板５ａの８つの係合孔１３に珪素鋼薄板５ｃの８つの係合凸部１１を嵌合させることにより珪素鋼薄板５ａ，５ｃが一体的に結合される。また、珪素鋼薄板５ｃの８つの係合凹部１１ａに隣接する珪素鋼薄板５ｃの８つの係合凸部１１を嵌合させることにより珪素鋼薄板５ｃ同士が一体的に結合される。また、珪素鋼薄板５ｃの８つの係合凹部１１ａに隣接する珪素鋼薄板５ｂの８つの係合凸部１１を嵌合させることにより珪素鋼薄板５ｃ，５ｂが一体的に結合される。

次に、ロータ軸３の鉄心装着部３ａにロータ鉄心５を焼き嵌めして固定する。
次に、ロータ鉄心５の４つの磁石挿入孔７に接着剤を注入し、各磁石挿入孔７に永久磁石８を挿入する。各永久磁石８の先端部８ａを封鎖部１０に当接させて、各永久磁石８を軸方向に精度よく位置決めする。このとき、封鎖部１０の小孔１０ａから接着剤の一部がリークするので、余分な接着剤が磁石挿入孔７内に溜まらず外部に排出され、各永久磁石８が封鎖部１０から離隔するのを確実に防止することができる。

ロータ鉄心５の一端（右端）の珪素鋼薄板５ｂに各磁石挿入孔７の右端を塞ぐ封鎖部１０を設けた。永久磁石８を磁石挿入孔７に挿入し、永久磁石８の先端部８ａを封鎖部１０に当接させるだけで確実に位置決めすることができる。永久磁石８を位置決めする為に珪素鋼薄板５ｂ以外の別部品を必要とせず、部品点数が増すことがなく、製作費を低減することができる。

磁石挿入孔７に装着された永久磁石８が接着剤によりロータ鉄心５に接着されるので、永久磁石８を磁石挿入孔７に夫々固着することができ、加減速時のカタカタという異音の発生を防止することができる。珪素鋼薄板５ａ，５ｂ，５ｃは、複数の係合孔１３、複数の係合凸部１１、複数の係合凹部１１ａを介して強固に結合することができるため、安価に結合することができる。

珪素鋼薄板５ａ，５ｂ，５ｃにおいて、磁石挿入孔７の外周側にも、係合孔１３、係合凸部１１、係合凹部１１ａを設けて結合するように構成したため、狭幅部９ｃの幅を小さくして極形成部９ａが歪みやすくなったとしても、極形成部９ａを密着状に積層することが可能となり、磁石挿入孔７の幅を極力大きくし、電動モータ１の性能を高めることができる。

次に、前記実施例を部分的に変更した変更例について説明する。
１］磁石挿入孔７と永久磁石８の数は、必ずしも４つである必要はなく、仕様に応じて適宜変更可能であり、それに伴い封鎖部１０の数も適宜変更される。
２］封鎖部１０は必ずしも右端面の珪素鋼薄板５ｂに設ける必要はなく、左端面の珪素鋼薄板５ａに設ける構成にしても良い。

本発明の実施例１の電動モータの断面図である。 回転子の断面図である。 回転子の斜視図である。 珪素鋼薄板５ａを示す図である。 珪素鋼薄板５ｃを示す図である。 珪素鋼薄板５ｂを示す図である。 ロータ鉄心の係合凸部と係合凹部の周辺の要部拡大図である。 ロータ鉄心の磁石挿入孔の右端部の周辺の要部拡大図である。 従来の電動モータの回転子の要部断面図である。 従来の別の電動モータの回転子の要部断面図である。 従来の別の電動モータの回転子の要部断面図である。

符号の説明

１ 電動モータ
２ 回転子
３ ロータ軸
５ ロータ鉄心
６ 貫通孔
７ 磁石挿入孔
８ 永久磁石
１０ 封鎖部
１０ａ 小孔
１１ 係合凸部

Claims (3)

1. ロータ軸と、複数の珪素鋼薄板を積層した珪素鋼薄板積層体からなり且つ前記ロータ軸に外嵌固定されるロータ鉄心と、このロータ鉄心に前記ロータ軸の軸心と平行に形成された複数の磁石挿入孔と、これら複数の磁石挿入孔に夫々装着された複数の永久磁石とを有する電動モータにおいて、
   前記ロータ鉄心の一端の珪素鋼薄板は、前記永久磁石を受け止め可能に各磁石挿入孔を塞ぐ封鎖部を備えたことを特徴とする電動モータ。
2. 前記磁石挿入孔に装着された前記永久磁石が接着剤により前記ロータ鉄心に接着されたことを特徴とする請求項１に記載の電動モータ。
3. 前記各封鎖部に前記磁石挿入孔に連通する小孔が形成され、前記磁石挿入孔に前記永久磁石を挿入する際に前記小孔から接着剤の一部をリークさせることを特徴とする請求項２に記載の電動モータ。

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