JP5963479B2

JP5963479B2 - 磁石取付型回転子

Info

Publication number: JP5963479B2
Application number: JP2012050853A
Authority: JP
Inventors: 澤井　章能; 章能澤井; 道雄小川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-03-07
Filing date: 2012-03-07
Publication date: 2016-08-03
Anticipated expiration: 2032-03-07
Also published as: CN103312062B; JP2013188005A; CN103312062A

Description

本発明は、回転電機の回転子の外周面に永久磁石を取付けた磁石取付型回転子に関する。

従来、回転子ヨークの外周面上に複数個の界磁永久磁石を等間隔に載置した永久磁石回転子において、前記界磁永久磁石の外周表面を、伸縮自在な網目状で、かつ筒状の保護ネットで覆った永久磁石回転子の保護構造が開示されている（例えば、特許文献１参照）。前記保護ネットは、ガラス繊維、樹脂や接着剤などの含浸が可能な繊維、金属繊維、あるいは表面に樹脂または接着剤を塗布した金属繊維などからなる。

特開２００１−２３１２００号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、筒状の保護ネットを用いている。そのため、筒状の保護ネットを引き伸ばし、中に回転子を挿入するのが難しい、という問題がある。また、筒状の保護ネットが金属繊維やガラス繊維などの硬い素材である場合、回転子の挿入時に磁石表面が傷付く、という問題がある。磁石表面に生じた傷は、湿気環境下で錆を発生させ、磁石の磁気特性を劣化させたり、錆による外形異常により固定子と干渉したりする。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、永久磁石の保護部材の装着が容易で、保護部材の装着時に永久磁石の表面に傷を付けることのない磁石取付型回転子を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、外周部から周方向に等間隔に放射状に突出する複数の鉤形突起を有する円形の積層鋼板を複数枚積層して外周面に複数列の軸方向の鉤形突起列を形成した回転子鉄心と、外面が凸形曲面に形成され、接着面が前記外周面に沿う凹形曲面に形成され、かつ、中央部が側部よりも厚く形成され、前記回転子鉄心の鉤形突起列間の外周面に接着剤により接着された永久磁石と、前記永久磁石の外面に張力をかけながら巻付けられ、前記鉤形突起に網目を係止させた帯状の金属メッシュと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、永久磁石の保護部材としての金属メッシュの装着が容易で、金属メッシュの装着時に永久磁石の表面に傷を付けることのない磁石取付型回転子が得られる、という効果を奏する。

図１は、本発明に係る磁石取付型回転子の実施の形態１の積層鋼板を示す正面図である。図２は、実施の形態１の回転子鉄心を示す斜視図である。図３は、実施の形態１の磁石取付型回転子を示す正面図である。図４は、実施の形態１の磁石取付型回転子の金属メッシュの装着前を示す斜視図である。図５は、実施の形態１の磁石取付型回転子の金属メッシュの装着後を示す斜視図である。図６は、本発明に係る磁石取付型回転子の実施の形態２の積層鋼板を示す正面図である。図７は、実施の形態２の磁石取付型回転子を示す正面図である。図８は、実施の形態３の磁石取付型回転子を示す正面図である。図９は、実施の形態４の磁石取付型回転子を示す斜視図である。

以下に、本発明に係る磁石取付型回転子の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明に係る磁石取付型回転子の実施の形態１の積層鋼板を示す正面図であり、図２は、実施の形態１の回転子鉄心を示す斜視図であり、図３は、実施の形態１の磁石取付型回転子を示す正面図であり、図４は、実施の形態１の磁石取付型回転子の金属メッシュの装着前を示す斜視図であり、図５は、実施の形態１の磁石取付型回転子の金属メッシュの装着後を示す斜視図である。

図１に示すように、実施の形態１の積層鋼板１は、冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）などの積層用鋼板を金型で打抜き加工して成形されている。積層鋼板１の板厚は、０．３５ｍｍ、０．５ｍｍ又は１．０ｍｍが用いられる。積層鋼板１には、中心部に、図示しない回転軸が嵌合される軸孔１ｃが設けられている。

実施の形態１の積層鋼板１は、外周部が円形に形成され、外周部から周方向に等間隔に放射状に突出する４つの鉤形突起１ａを有している。従って周方向に隣合う鉤形突起１ａ間の角度は９０°となっている。鉤形突起１ａ及び軸孔１ｃは、積層鋼板１の金型打抜き加工時に成形される。実施の形態１の積層鋼板１の鉤形突起１ａは、Ｌ字形に形成されているが、Ｔ字形又は錨形としてもよい。また、実施の形態１の積層鋼板１では、鉤形突起１ａを周方向に等間隔に４本設けたが、鉤形突起１ａの数は、３本又は５本以上としてもよい。

図２に示すように、実施の形態１の回転子鉄心２は、複数枚の積層鋼板１を積層して形成されている。図２では、図を簡略化して、鉤形突起１ａの鉤部の図示を省略している。実施の形態１の回転子鉄心２は、積層鋼板１を、複数枚（２枚）毎に、周方向に４５°（周方向に隣合う鉤形突起１ａ間の角度の１／２の角度）位相をずらして積層することにより、外周面に８列（積層鋼板１に設けられた鉤形突起１ａの数の２倍）の鉤形突起１ａ列を形成している。１列中の鉤形突起１ａは、積層鋼板１の複数枚（２枚）の厚さ分づつ離間して配置される。

図３、図４及び図５に示すように、回転子鉄心２の鉤形突起１ａ列間の外周面には、永久磁石３が取付けられる。永久磁石３は、接着剤４により外周面に接着される。永久磁石３は、周方向に交互にＮ極とＳ極に磁化されている。永久磁石３が取付けられた回転子鉄心２は、磁石取付型回転子８１となる。

実施の形態１の磁石取付型回転子８１の磁極は８極であるが、例えば、図１に示す積層鋼板１を複数枚毎に、周方向に２２．５°（周方向に隣合う鉤形突起１ａ間の角度の１／４の角度）位相をずらして積層すれば、外周面に１６列（積層鋼板１に設けられた鉤形突起１ａの数の４倍）の鉤形突起１ａ列を形成することができ、１６極の磁極を有する磁石取付型回転子８１が得られる。

また、別の例として、積層鋼板１に、外周部から周方向に等間隔（７２°間隔）に放射状に突出する５つの鉤形突起１ａを設け、積層鋼板１を、複数枚毎に周方向に３６°位相をずらして積層すれば、外周面に１０列の鉤形突起１ａ列が形成され、１０極の磁極を有する磁石取付型回転子８１が得られる。

図３及び図５に示すように、実施の形態１の磁石取付型回転子９１は、上記の磁石取付型回転子８１の永久磁石３の外面に、帯状の金属メッシュ５を張力をかけながら巻付け、鉤形突起１ａに金属メッシュ５の網目を係止させることにより形成される。帯状の金属メッシュ５は、伸縮性のあるシート状態であり、金属繊維を織って形成されている。金属繊維の素材は、ニッケル、黄銅、アルミニウム、鉄、銅及びＳＵＳなどである。

図３及び図５に示すように、永久磁石３の形状は、外面が凸形曲面に形成され、接着面が回転子鉄心２の外周面に沿う凹形曲面形成された略弓形又は略三日月形であり、中央部が側部よりも厚く形成されている。永久磁石３の表面には、金属メッキ又は樹脂塗装が施されている。接着剤４としては、アクリル系接着剤、エポキシ系接着剤などを用いる。磁石取付型回転子９１の軸孔１ｃには、図示しない回転軸が圧入されて嵌合される。

図３に示すように、鉤形突起１ａの高さは、永久磁石３の中央部の厚さと接着剤４の厚さの和よりも低くなっている。磁石取付型回転子９１の最大直径は、永久磁石３の中央部における直径であり、その直径は、回転子鉄心２の直径＋接着剤４の厚さ×２＋永久磁石３の中央部の厚さ×２＋金属メッシュ５の厚さ×２となる。

磁石取付型回転子９１の最大直径と固定子とのエアーギャップは、１〜２ｍｍであり、エアーギャップが小さい（永久磁石３表面と固定子の間の距離が短い）ほど、モータ特性（回転トルクなど）は良くなる。鉤形突起１ａの高さを、永久磁石３の中央部の厚さと接着剤４の厚さの和よりも高くすると、エアーギャップを大きくせざるを得ず、モータ特性が犠牲になる。良好なモータ特性を得るために、鉤形突起１ａの高さを、永久磁石３の中央部の厚さと接着剤４の厚さの和よりも低くする必要がある。

また、鉤形突起１ａの高さを、永久磁石３の中央部の厚さと接着剤４の厚さの和よりも低くする第２の理由として、金属メッシュ５に張力をかけながら鉤形突起１ａに引っ掛けて（係止させて）巻き、その張力を維持することにより、永久磁石３を回転子鉄心２の外周面に保持する場合、鉤形突起１ａの高さが、永久磁石３の中央部の厚さと接着剤４の厚さの和よりも低い方が好都合である。なぜならば、鉤形突起１ａに引っ掛けられた金属メッシュ５には、磁極毎に、永久磁石３を回転子鉄心２の外周面に押圧する力が発生する。永久磁石３の両側に鉤形突起１ａがある場合、磁極毎の永久磁石３の押圧が可能であり、磁石取付型回転子９１の、回転運動により永久磁石３に作用する遠心力、及び、加減速により作用するせん断力を、接着剤４の接着力と金属メッシュ５の押圧力で分担することになり、接着剤４の負担が軽減される。

磁石取付型回転子８１に、帯状の金属メッシュ５を巻付けるときは、金属メッシュ５の巻始めと巻終わりを、鉤形突起１ａに係止させるようにすれば、鉤形突起１ａと金属メッシュ５を強固に接続することができ、金属メッシュ５が鉤形突起１ａから外れるのを防止することができる。また、巻終わり部において、金属メッシュ５同士を接合しても、同様の効果が得られる。この接合は、接着、ろう付け又は溶接により行なうことができる。

接着剤としては、紫外線硬化型接着剤又は二液常温硬化型接着剤が適しているが、これ以外の熱硬化型接着剤も用いることができる。紫外線硬化型接着剤は、アクリル系やエポキシ系の材料からなり、紫外線を照射すると１分以内に硬化が完了する。二液常温硬化型接着剤は主剤と硬化剤を混合することにより硬化反応が開始される。アクリル系とエポキシ系があるが、アクリル系は５分以内で硬化するのに対し、エポキシ系は、１時間以上の放置が必要である。

ろう材としては、銅ろう又は黄銅ろうが適しているが、これ以外のろう材も用いることができる。酸化膜を除去するフラックスを付け、ろう材を熱源で溶融し、自然冷却により凝固させればろう付けが完了する。

溶接の場合は、溶接ワイヤ（溶接棒）を溶融させ、溶融金属を鉤形突起１ａになじませ、自然冷却により凝固させれば完了する。上記の、接着、ろう付け又は溶接の何れの場合も、硬化又は凝固した接合材料が、金属メッシュ５の網目と鉤形突起１ａとに三次元的に絡み合うことにより、金属メッシュ５が鉤形突起１ａから外れるのを防止する。

以上説明したように、実施の形態１の磁石取付型回転子９１は、永久磁石３の外面に、帯状の金属メッシュ５を張力をかけながら巻付け、鉤形突起１ａに網目を係止させるので、永久磁石３の保護部材としての金属メッシュ５の装着が容易で、金属メッシュ５の装着時に永久磁石３の表面に傷を付けることはない。

実施の形態２．
図６は、本発明に係る磁石取付型回転子の実施の形態２の積層鋼板を示す正面図であり、図７は、実施の形態２の磁石取付型回転子を示す正面図である。

図６に示すように、実施の形態２の積層鋼板２１は、外周部が多角形（八角形）に形成され、外周部から周方向に等間隔に放射状に突出する４つの鉤形突起２１ａを有している。従って周方向に隣合う鉤形突起２１ａ間の角度は９０°となっている。鉤形突起２１ａ及び軸孔２１ｃは、積層鋼板２１の金型打抜き加工時に成形される。実施の形態２の積層鋼板２１の鉤形突起２１ａは、Ｌ字形に形成されているが、Ｔ字形又は錨形としてもよい。また、実施の形態２の積層鋼板２１では、鉤形突起２１ａを周方向に等間隔に４本設けたが、鉤形突起２１ａの数は、３本又は５本以上としてもよい。

図７に示すように、回転子鉄心２２の鉤形突起２１ａ列間の外周面には、永久磁石２３が取付けられる。永久磁石２３は、接着剤４により外周面に接着される。永久磁石２３は、周方向に交互にＮ極とＳ極に磁化されている。永久磁石２３が取付けられた回転子鉄心２２は、磁石取付型回転子８２となる。

図７に示すように、実施の形態２の磁石取付型回転子９２は、上記の磁石取付型回転子８２の永久磁石２３の外面に、帯状の金属メッシュ５を張力をかけながら巻付け、鉤形突起２１ａに金属メッシュ５の網目を係止させることにより形成される。帯状の金属メッシュ５は、伸縮性のあるシート状態であり、金属繊維を織って形成されている。金属繊維の素材は、ニッケル、黄銅、アルミニウム、鉄、銅及びＳＵＳなどである。

図７に示すように、永久磁石２３の形状は、外面が凸形曲面に形成され、接着面が平面に形成されている。永久磁石２３の表面には、金属メッキ又は樹脂塗装が施されている。接着剤４としては、アクリル系接着剤、エポキシ系接着剤などを用いる。磁石取付型回転子９２の軸孔２１ｃには、図示しない回転軸が圧入されて嵌合される。

図７に示すように、積層鋼板２１の中心から鉤形突起２１ａの先端までの距離は、積層鋼板２１の中心から前記永久磁石２３の外面中央部までの距離よりも短くなっている。磁石取付型回転子９２の最大直径は、永久磁石２３の中央部における直径であり、その直径は、多角形の回転子鉄心２２の辺中央部の直径＋接着剤４の厚さ×２＋永久磁石２３の中央部の厚さ×２＋金属メッシュ５の厚さ×２となる。

実施の形態２の磁石取付型回転子９２は、磁極毎の永久磁石２３の押圧が可能であり、磁石取付型回転子９２の、回転運動により永久磁石２３に作用する遠心力、及び、加減速により作用するせん断力を、接着剤４の接着力と金属メッシュ５の押圧力で分担することになり、接着剤４の負担が軽減される。

実施の形態３．
図８は、実施の形態３の磁石取付型回転子を示す正面図である。実施の形態３の磁石取付型回転子９３の回転子鉄心は、実施の形態２の回転子鉄心２２と同一である。

図８に示すように、実施の形態３の回転子鉄心２２の鉤形突起２１ａ列間の外周面には、永久磁石３３が取付けられる。永久磁石３３は、接着剤４により外周面に接着される。永久磁石３は、周方向に交互にＮ極とＳ極に磁化されている。永久磁石３３が取付けられた回転子鉄心２２は、磁石取付型回転子８３となる。

図８に示すように、実施の形態３の磁石取付型回転子９３は、上記の磁石取付型回転子８３の永久磁石３３の外面に、帯状の金属メッシュ５を張力をかけながら巻付け、鉤形突起２１ａに金属メッシュ５の網目を係止させることにより形成される。帯状の金属メッシュ５は、伸縮性のあるシート状態であり、金属繊維を織って形成されている。金属繊維の素材は、ニッケル、黄銅、アルミニウム、鉄、銅及びＳＵＳなどである。

図８に示すように、永久磁石３３の形状は、外面及び接着面が平面に形成され、永久磁石３３の表面には、金属メッキ又は樹脂塗装が施されている。接着剤４としては、アクリル系接着剤、エポキシ系接着剤などを用いる。磁石取付型回転子９３の軸孔２１ｃには、図示しない回転軸が圧入されて嵌合される。

図８に示すように、積層鋼板２１の中心から鉤形突起２１ａ先端までの距離は、積層鋼板２１の中心から永久磁石３３の外面角部までの距離よりも短くなっている。磁石取付型回転子９３の最大直径は、永久磁石３の外面角部における半径×２＋金属メッシュ５の厚さ×２となる。

実施の形態３の磁石取付型回転子９３は、磁極毎の永久磁石３３の押圧が可能であり、磁石取付型回転子９３の、回転運動により永久磁石３３に作用する遠心力、及び、加減速により作用するせん断力を、接着剤４の接着力と金属メッシュ５の押圧力で分担することになり、接着剤４の負担が軽減される。

実施の形態４．
図９に示すように、実施の形態４の磁石取付型回転子９４は、実施の形態１〜３の磁石取付型回転子８１〜８３、に、帯状の金属メッシュ５の替わりに、金属ワイヤ４５を張力をかけながら巻付け、夫々の鉤形突起１ａ、２１ａに１回以上巻付けて係止させることにより形成される。金属ワイヤ４５の素材は、ニッケル、黄銅、アルミニウム、鉄、銅及びＳＵＳなどである。実施の形態４の磁石取付型回転子９４は、金属メッシュ５に替えて金属ワイヤ４５を用いたこと以外は、実施の形態１〜３の磁石取付型回転子９１〜９３と変わるところはない。

実施の形態４の磁石取付型回転子９４は、磁極毎の永久磁石３、２３、３３の押圧が可能であり、磁石取付型回転子９４の、回転運動により永久磁石３、２３、３３に作用する遠心力、及び、加減速により作用するせん断力を、接着剤４の接着力と金属ワイヤ４５の押圧力で分担することになり、接着剤４の負担が軽減される。

１、２１積層鋼板
１ａ、２１ａ鉤形突起
１ｃ、２１ｃ軸孔
２、２２回転子鉄心
３、２３、３３永久磁石
４接着剤
５金属メッシュ
４５金属ワイヤ
８１、８２、８３磁石取付型回転子
９１、９２、９３、９４磁石取付型回転子

Claims

外周部から周方向に等間隔に放射状に突出する複数の鉤形突起を有する円形の積層鋼板を複数枚積層して外周面に複数列の軸方向の鉤形突起列を形成した回転子鉄心と、
外面が凸形曲面に形成され、接着面が前記外周面に沿う凹形曲面に形成され、かつ、中央部が側部よりも厚く形成され、前記回転子鉄心の鉤形突起列間の外周面に接着剤により接着された永久磁石と、
前記永久磁石の外面に張力をかけながら巻付けられ、前記鉤形突起に網目を係止させた帯状の金属メッシュと、
を備えることを特徴とする磁石取付型回転子。
前記鉤形突起の高さは、前記永久磁石の中央部の厚さと前記接着剤の厚さの和よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の磁石取付型回転子。
外周部から周方向に等間隔に放射状に突出する複数の鉤形突起を有する多角形の積層鋼板を複数枚積層して外周面に複数列の軸方向の鉤形突起列を形成した回転子鉄心と、
外面が凸形曲面に形成され、接着面が平面に形成され、前記回転子鉄心の鉤形突起列間の外周面に接着剤により接着された永久磁石と、
前記永久磁石の外面に張力をかけながら巻付けられ、前記鉤形突起に網目を係止させた帯状の金属メッシュと、
を備えることを特徴とする磁石取付型回転子。
前記積層鋼板の中心から前記鉤形突起の先端までの距離は、前記積層鋼板の中心から前記永久磁石の外面中央部までの距離よりも短いことを特徴とする請求項３に記載の磁石取付型回転子。
外周部から周方向に等間隔に放射状に突出する複数の鉤形突起を有する多角形の積層鋼板を複数枚積層して外周面に複数列の軸方向の鉤形突起列を形成した回転子鉄心と、
外面及び接着面が平面に形成され、前記回転子鉄心の鉤形突起列間の外周面に接着剤により接着された永久磁石と、
前記永久磁石の外面に張力をかけながら巻付けられ、前記鉤形突起に網目を係止させた帯状の金属メッシュと、
を備えることを特徴とする磁石取付型回転子。
前記積層鋼板の中心から前記鉤形突起の先端までの距離は、前記積層鋼板の中心から前記永久磁石の外面角部までの距離よりも短いことを特徴とする請求項５に記載の磁石取付型回転子。
前記回転子鉄心は、前記積層鋼板を、複数枚毎に、周方向に隣合う鉤形突起間の角度の１／２又は１／４の角度づつ位相をずらして積層することにより、外周面に、前記積層鋼板に設けた鉤形突起数の２倍又は４倍の鉤形突起列を形成することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の磁石取付型回転子。
前記鉤形突起は、Ｌ字形又はＴ字形であり、前記積層鋼板の外周部に４個以上設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の磁石取付型回転子。
前記金属メッシュは、前記鉤形突起に接合されたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の磁石取付型回転子。
外周部から周方向に等間隔に放射状に突出する複数の鉤形突起を有する積層鋼板を複数枚積層して外周面に複数列の軸方向の鉤形突起列を形成した回転子鉄心と、
前記回転子鉄心の鉤形突起列間の外周面に接着剤により接着された永久磁石と、
前記永久磁石の外面に張力をかけながら巻付けられ、前記鉤形突起に１巻以上巻かれた金属ワイヤと、
を備えることを特徴とする磁石取付型回転子。