JP5611405B1

JP5611405B1 - 回転電機

Info

Publication number: JP5611405B1
Application number: JP2013086169A
Authority: JP
Inventors: 穣井倉
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-04-17
Filing date: 2013-04-17
Publication date: 2014-10-22
Anticipated expiration: 2033-04-17
Also published as: JP2014212582A

Abstract

【課題】加工が容易でしかも安価に製造することができる回転電機を得る。【解決手段】シャフト１に装着されたロータコア３と、前記ロータコアに埋め込まれ軸方向の端部が該ロータコアの軸方向の端面部に露出された永久磁石２と、前記ロータコアの軸方向の端面部に配設され前記永久磁石の軸方向の移動を規制する端板４と、前記端板を前記シャフトに対して固定する固定部材５を備えたロータ６を有する回転電機であって、前記ロータコアの軸方向の両端面部に設けられた一対の前記端板の内、少なくとも一方は、前記永久磁石と対向する部分の厚さＴが前記ロータコアの外周面と前記永久磁石との最短距離であるブリッジ距離Ｌよりも薄い磁性体によって構成すると共に、該磁性体でなる端板に対応する前記固定部材の前記シャフト近傍の厚さを該磁性体でなる端板の前記厚さＴよりも厚く形成した。【選択図】図２

Description

この発明は例えば電動機や発電機などとして好適に用いることができる回転電機に関するものである。

従来の回転電機として、軸心に沿って配設されるシャフトと、該シャフトの外周側に固定されるヨークと、該ヨークに配設される永久磁石と、該永久磁石の軸方向端部に隣接して配置され、該永久磁石の軸方向への移動を規制する端面板と、前記シャフトの円筒状の外周面に圧入されて該端面板を固定する、円環状の内周面を有した固定部材を備え、前記固定部材は、前記シャフトの線膨張係数と略同一のものからなり、前記端面板は、前記シャフトより線膨張係数の大きい非磁性体により形成されるロータを備えるようにした電動機がある（例えば特許文献１参照）。

特許第４８３７２８８号公報（第２〜３頁、図１、図２）

上記のような従来の技術においては、永久磁石の軸方向への移動を規制する端面板がＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０５などのステンレス鋼や、アルミ等の非磁性体を使用しているため、材料コストが高くなり、さらにそれら非磁性体は磁磁性体のＳＰＣＣ等の鋼板に比べ、加工が難しいという課題があった。

この発明は上記のような課題を解消するためになされたものであり、加工が容易でしかも安価に製造することができる回転電機を得ることを目的としている。

この発明に係る回転電機は、シャフトに装着されたロータコアと、前記ロータコアに埋め込まれ軸方向の端部が該ロータコアの軸方向の端面部に露出された永久磁石と、前記ロータコアの軸方向の端面部に配設され前記永久磁石の軸方向の移動を規制する端板と、前記端板を前記シャフトに対して固定する固定部材を備えたロータを有する回転電機であって、前記ロータコアの軸方向の両端面部に設けられた一対の前記端板の内、少なくとも一方は、前記永久磁石と対向する部分の厚さＴが前記ロータコアの外周面と前記永久磁石との最短距離であるブリッジ距離Ｌよりも薄い磁性体によって構成すると共に、該磁性体でなる端板に対応する前記固定部材の前記シャフト近傍の厚さを該磁性体でなる端板の前記厚さＴよりも厚く形成したものにおいて、前記端板と前記固定部材とは互いに独立した部品からなり、前記固定部材は前記シャフトと同様の材質からなるものであり、前記磁性体でなる端板に対応する前記固定部材は、該端板と略同様の外径に形成され、かつ該固定部材の前記永久磁石と対向された部分には、軸方向に貫通された窓穴が形成されていることを特徴とするものである。

この発明においては、前記端板の少なくとも一方を磁性体によって構成すると共に、端板の永久磁石と対向する部分の厚さＴを前記ブリッジ距離Ｌよりも薄くし、固定部材のシャフト近傍の厚さを前記端板の厚さＴよりも厚く形成するようにしたことにより、固定部材、端板とも単純な形状とすることができるため、製作が容易となりしかも端板を非磁性体で形成したものよりも安価に提供できるものであって、端板に対応する固定部材は、該端板と略同様の外径に形成され、かつ該固定部材の永久磁石と対向された部分には、軸方向に貫通された窓穴が形成されていることにより、永久磁石の配置部から外周側に存在する固定部材によって、ロータのバランス修正を容易に行えるとともに、ロータコアの反りを防止することができる。

本発明の実施の形態１に係る回転電機としてのモータを示す断面図。図１に示されたロータを概略的に示す図であり、（ａ）は正面側から見た図、（ｂ）は側面側から見た断面図。図２（ｂ）のＡ−Ａ線における矢視断面図。本発明の実施の形態２に係る回転電機のロータを概略的に示す断面図。図４のＢ−Ｂ線における矢視断面図。本発明の実施の形態３に係る回転電機のロータを概略的に示す図であり、（ａ）は正面側から見た図、（ｂ）は側面側から見た断面図。本発明の実施の形態４に係る回転電機のロータを概略的に示す側面側から見た断面図。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る回転電機としてのモータを示す断面図である。図２は図１に示されたロータを概略的に示す図であり、（ａ）は正面側から見た図、（ｂ）は側面側から見た断面図である。図３は図２（ｂ）のＡ−Ａ線における矢視断面図である。図において、回転電機としてのモータは、回転軸で成るシャフト１、軸Ｏ方向に延在する複数の永久磁石２（図３に図示）がこの例では周方向にジグザグ状に埋め込まれた状態に積層されてなり、シャフト１の外周に圧入固定されたロータコア３、ロータコア３の軸方向（図１の左右方向）端部に配設されて永久磁石２の移動や飛散を防止するドーナツ円板状の端板４、および端板４をロータコア３との間に軸方向に挟み込んで固定するリング状の固定部材５などからなるロータ６と、ロータ６の周りを包囲するように配設され、コイル７が設けられているステータ８と、ステータ８を保持するフレーム９と、フレーム９に固定されてロータ６を軸受１０を介して支承するブラケット１１などを備えている。

なお、永久磁石２は接着材（図示省略）を用いてロータコア３に固定されている。前記端板４は例えばＪＩＳに規定されたＳＰＣＣ等の鋼板を用いた磁性体からなり、磁束の漏れを最小限とするため薄肉であって、具体的にはその厚さＴはロータコア３の外周面と永久磁石２との最短距離であるブリッジ距離Ｌ（図３に図示）よりも薄い０．３ｍｍ程度となっている。固定部材５は磁性体であり、その外径Ｒは永久磁石２が配置されている部分の最小内径よりも小さく、板厚は端板４の厚さＴよりも厚く形成されており、シャフト１に対して圧入によって固着されている。なお、固定部材５とシャフト１の線膨張係数はほぼ同等であり、設計上の使用温度限界として設定された低温から高温にわたる範囲内で固定部材５はシャフト１に対する固定状態が保持される。その他の構成は従来のものと同様であるので説明を省略する。

上記のように構成された実施の形態１においては、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０５などのステンレス鋼やアルミ等の非磁性体を使用しないため、用いる材料費を安価にできる。また、固定部材５、および端板４とも単純な形状となるため、それらをプレス加工等で容易に製作できるので、固定部材５、および端板４の加工に要する作業が簡単で構成部材を安価にすることができる。また、固定部材５をシャフト１に対して圧入するだけで端板４をロータ６に固定できるので、組立作業も容易であり、製品を安価にできる。

また、端板４の厚さＴよりも板厚の厚い磁性体からなる固定部材５は永久磁石２が配置されている部分よりも内径側にしか存在させていないため、永久磁石２の磁束の漏れを最小限に抑えることができる。また、永久磁石２の移動を規制する部材は、端板４とこの端板４を固定する固定部材５の２部品に分けて構成されているため、それぞれの部材の形状が単純となり、加工が容易でコスト低減につながる。例えば、薄肉リング状の円板からなる端板４はプレスで加工でき、リング状の固定部材５も板金のプレス加工または鋼管の切断加工等で容易に製作することができる。

実施の形態２．
図４は本発明の実施の形態２に係る回転電機のロータを概略的に示す断面図、図５は図４のＢ−Ｂ線における矢視断面図である。図において、固定部材５Ａは、外径がロータコア３の外径と同一かそれよりも若干小さく形成され、かつ、ロータコア３の端面に露出されている永久磁石２（図３参照）に対応する部分には、該永久磁石２の形状に対応する形状の、軸方向に貫通された複数の窓穴５ａが形成されている。図５に示すように、窓穴５ａからは端板４が見えている。固定部材５Ａの材質および厚さ、並びに端板４の材質および厚さなどを含むその他の構成は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

上記のように構成された実施の形態２においては、ロータコア３の端面部分に露出する永久磁石２の軸方向外側には薄厚の端板４が設置されているのみで、肉厚の固定部材５Ａには永久磁石２の端面形状に倣うように形成された窓穴５ａが設けられているので、固定部材５Ａによる磁束の漏れが起こり難くロータの特性が損なわれる恐れは実施の形態１と同様に軽微である。実施の形態２では、固定部材５Ａの外径が実施の形態１よりも大きく形成されて、外周側にも肉厚の固定部材５Ａが存在するため、ロータ６のバランス修正がし易い。すなわち、外周に近い部分である磁石配置部より外周側でバランス修正ができるという更なる効果が得られる。さらに、ロータコア３をシャフト１に圧入する際に、ロータコア３の積層部分が反る可能性があるが、固定部材５が外周部まで存在するので、端板４とともにロータコア３の反りを防止する効果が期待できる。

実施の形態３．
図６は本発明の実施の形態３に係る回転電機のロータを概略的に示す図であり、（ａ）は正面側から見た図、（ｂ）は側面側から見た断面図である。図において、実施の形態１、２と同様の材質および板厚からなる端板４Ａは、永久磁石２と対向された部分に空間が形成されるように、該永久磁石２の形状に倣うようにモータフロント側ないしは正面側（図６（ｂ）の左側）から見て複数の凹部４ａからなる凹凸が形成されている。凹部４ａは、端板４Ａが永久磁石２に対向する部分のみに形成され、ロータコア３に対向ないしは当接する部分には形成されていない。凹部４ａはプレス加工によって容易に形成することができる。なお、凹部４ａからなる凹凸が形成された端板４Ａは、ロータコア３の軸方向の両端部に配設されている。その他の構成は実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

上記のように構成された実施の形態３においては、磁性体でなる端板４Ａの永久磁石２との当接部に凹部４ａからなる空間が設けられているため、実施の形態１の場合よりも磁束の漏れを小さくすることができるため、モータ効率への影響をより小さくすることができる。また、全ての部材を非磁性体で製造するよりも安価に製造できる。
なお、端板４Ａの本来の目的である永久磁石２の軸方向への移動を規制する機能については、例えば凹部４ａの大きさを永久磁石２の端面の大きさよりも小さくする等により、永久磁石２と端板４Ａとが部分的に当接するように形成することによって、容易に確保することができる。例えば、凹部４ａを円周方向に波状に形成し、あるいは軸Ｏを中心とする同心円のリンブ状に形成しても良い。

実施の形態４．
図７は本発明の実施の形態４に係る回転電機のロータを概略的に示す側面側から見た断面図である。図において、シャフト１Ａのモータフロント側には、該シャフト１と一体的に形成された鍔１ａが設けられている。鍔１ａは固定部材５の機能を備えるように構成されており、鍔１ａの軸方向の位置は固定部材５の固定位置と同様で、鍔１ａの外径も固定部材５の外径と同様に形成されている。フロント側の端板４Ｆはシャフト１の鍔１ａとロータコア３の端面で挟まれて固定されている。端板４Ｆは非磁性体によって構成されており、磁束の漏れを防止している。一方、リア側（図７の右側）の端板４Ｒは実施の形態１と同様、磁束の漏れを最小限とするため、板厚０．３ｍｍ程度の薄肉の磁性体によって形成されている。その他の構成は実施の形態１と同様である。

上記のように構成された実施の形態４においては、シャフト１に設けられた鍔１ａが端板４Ｆを固定する固定部材の機能を有しているため、固定部材５がリア側の一つで済み、部品点数が削減でき、低コスト化につながる。また、一対の端板の内、一方の端板４Ｆを非磁性体によって構成したので、他方の端板４Ｒは磁性体であるが、双方とも磁性体で構成した実施の形態１よりも磁束の漏れを軽減できるので、両方が磁性体の端板である場合と比較して、モータ性能の低下が小さいという効果が得られる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態の一部または全部を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。例えば、永久磁石２の配置の仕方や設置個数、ブリッジ距離Ｌ、端板４の寸法（厚みＴ）などは実施の形態に限定されるものではない。また、何れも磁性体からなる端板４（４Ａ、４Ｒ）と固定部材５（５Ａ）を２部品で構成したが、双方を１つの部品として一体化した形で構成しても良い。また、実施の形態では電動機として構成したが、発電機や発電電動機としても同様に用いることができることは言うまでもない。

１、１Ａシャフト、１ａ鍔、２永久磁石、３ロータコア、４、４Ａ、４Ｒ端板（磁性体）、４Ｆ端板（非磁性体）、４ａ凹部、５、５Ａ固定部材、５ａ窓穴、６ロータ、７コイル、８ステータ、９フレーム、１０軸受、１１ブラケット、Ｌブリッジ距離、Ｔ厚さ、Ｏ軸。

Claims

シャフトに装着されたロータコアと、前記ロータコアに埋め込まれ軸方向の端部が該ロータコアの軸方向の端面部に露出された永久磁石と、前記ロータコアの軸方向の端面部に配設され前記永久磁石の軸方向の移動を規制する端板と、前記端板を前記シャフトに対して固定する固定部材を備えたロータを有する回転電機であって、前記ロータコアの軸方向の両端面部に設けられた一対の前記端板の内、少なくとも一方は、前記永久磁石と対向する部分の厚さＴが前記ロータコアの外周面と前記永久磁石との最短距離であるブリッジ距離Ｌよりも薄い磁性体によって構成すると共に、該磁性体でなる端板に対応する前記固定部材の前記シャフト近傍の厚さを該磁性体でなる端板の前記厚さＴよりも厚く形成したものにおいて、前記端板と前記固定部材とは互いに独立した部品からなり、前記固定部材は前記シャフトと同様の材質からなるものであり、前記磁性体でなる端板に対応する前記固定部材は、該端板と略同様の外径に形成され、かつ該固定部材の前記永久磁石と対向された部分には、軸方向に貫通された窓穴が形成されていることを特徴とする回転電機。
前記ロータコアの軸方向の両端面部に設けられた一対の前記端板の内、一方は、前記永久磁石と対向する部分の厚さＴが前記ロータコアの外周面と前記永久磁石との最短距離であるブリッジ距離Ｌよりも薄い前記磁性体によって構成し、他方の前記端板は、非磁性体によって構成したことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
前記磁性体でなる端板に対応する前記固定部材の前記シャフト近傍の厚さは、前記シャフトに当接された部分から半径方向外側に前記永久磁石と対向された部分の手前まで連続していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機。
前記シャフトの外周部における前記ロータコアの装着部の一側部または他側部に径方向に突出された鍔が設けられ、前記鍔を前記固定部材の一つとしたことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の回転電機。