JPH05207690A - 同期電動機のロータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速回転時の磁石及びヨークの撓みを防止
し、高い剛性及び組立精度を有する安価な同期電動機の
ロータを提供する。 【構成】 このロータは、回転軸１０と、回転軸１０の
周囲に放射状に配置された複数の磁石１２と、隣接する
磁石１２間に配設された複数のヨーク１４とを備える。
回転軸１０の外周面と磁石１２及びヨーク１４の内周面
との間には、磁路の形成を防止する空隙部１６が形成さ
れる。空隙部１６には、空隙部１６の半径方向距離とほ
ぼ等しい厚さを有した非磁性材料からなる円筒部材１８
が挿設される。ヨーク１４の側面の外周部近傍には外フ
ック２０が周方向へ突設される。円筒部材１８の外周面
とヨーク１４の外フック２０とによって、磁石１２が半
径方向へ位置決めされる。円筒部材１８と磁石１２及び
ヨーク１４との間には、樹脂３６が含浸され、これによ
り磁石１２及びヨーク１４が半径方向及び周方向へ確実
に固定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は同期電動機のロータに関
し、特に、回転軸と、回転軸の周囲に放射状に配置され
た複数の永久磁石と、隣接する永久磁石間に配設されて
それぞれがロータの磁極を形成する複数のヨーク部材と
を備えたロータ構造の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】回転軸の周囲に複数の永久磁石（以下、
単に磁石という）を放射状に配置し、隣接する磁石間に
配設したヨーク部材（以下、単にヨークという）によっ
て複数の磁極を形成してなるロータコア構造を有した同
期電動機のロータは既に知られている。一般にこの種の
ロータにおいては、回転軸が鉄等の磁性材料からなる場
合、回転軸を包囲する磁石及びヨークの内周面と回転軸
の外周面との間に空隙部を形成し、磁石による磁界の回
転軸側への漏出を防止している。このとき、各磁石及び
ヨークの固定は次のようにして得るのが一般的である。
すなわち、磁石に当接するヨーク側面の外周部及び内周
部にそれぞれ外フック及び内フックを形成し、これらの
外フック及び内フックにより磁石の半径方向の位置決め
を行うとともに、各ヨークを、それらを軸線方向へ貫通
するタイロッドによって、軸線方向両端に配置された環
状の端板に固定する。このようにして組み立てられたロ
ータコアに、部材間を相互固定するための樹脂含浸工程
を施した後、回転軸を挿入して各端板を回転軸に焼嵌め
する。したがって、この種のロータにおける各磁石及び
ヨークの固定及び位置決めは、各ヨークを貫通するタイ
ロッドの端板への固定に依存している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記構成を有する従来
のロータにおいては、磁石及びヨークの内周面と回転軸
の外周面との間に形成される空隙部に起因して、ロータ
全体の剛性が低減する。特に、高速回転する同期電動機
において、遠心力によりロッドが半径方向外方へ撓み、
ヨークの外周面とロータを囲繞するステータの内周面と
の間隙寸法が変動して、ロータバランスが悪化するばか
りか、ヨークとステータとが接触する危惧が生じる。ま
た、ヨークの内周部に設けた内フックは、隣接するヨー
ク間での漏れ磁路を形成する傾向を有するので、排除す
ることが好ましい。これらの問題点を解決するために、
ステンレス等の高強度の非磁性金属材料からなる回転軸
を使用して、磁石及びヨークの内周面をこの回転軸に当
接させたロータ構造が提供されているが、この種の非磁
性材料は高価であり、製造コストを増加させる課題を有
する。

【０００４】本発明は、このような課題を解決するため
に鋭意、工夫改善を施したものであり、その目的は、高
速回転時の磁石及びヨークの撓みを防止し、かつ組立時
の磁石及びヨークの位置精度を向上させて、ロータの剛
性及びバランスを改善可能であるとともに、信頼性が高
く安価に製造可能な同期電動機のロータを提供すること
にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、回転軸と、この回転軸の周囲に放射状に
配置された複数の永久磁石と、隣接する永久磁石間に配
設されてそれぞれがロータの磁極を形成する複数のヨー
ク部材とを備え、回転軸の外周面と永久磁石及びヨーク
部材の内周面との間に、磁束を遮断するための略円筒状
の空隙部を形成した同期電動機のロータにおいて、上記
空隙部の半径方向距離と実質的に等しい厚さを有し、か
つ上記回転軸を囲繞して上記空隙部内に挿設された非磁
性材料からなる円筒部材と、この円筒部材と少なくとも
上記ヨーク部材との間に設けられ、それらを相互に固定
する固定手段と、上記ヨーク部材と上記永久磁石との間
に設けられ、永久磁石の半径方向外方への相対的変位を
防止する掛止手段とを具備し、上記円筒部材の外周面に
上記永久磁石及び上記ヨーク部材の内周面を当接させ固
定したことを特徴とする同期電動機のロータを提供す
る。

【０００６】本発明の好適な実施態様によれば、上記固
定手段は、上記円筒部材と上記永久磁石及び上記ヨーク
部材との間に含浸されて硬化する樹脂材料から構成され
る。あるいは上記固定手段を、上記円筒部材の外周面に
塗布された接着剤から構成することもできる。さらに上
記固定手段を、上記円筒部材の外周面と上記ヨーク部材
の内周面とのいずれか一方に形成された突部と、この突
部へ嵌合可能に上記円筒部材の外周面と上記ヨーク部材
の内周面との他方に形成された凹部とから構成してもよ
い。また、上記円筒部材をアルミニウムの押出し成形材
から構成することが好都合である。

【０００７】

【作用】回転軸の外周面と永久磁石及びヨーク部材の内
周面との間の空隙部に挿設した円筒部材は、回転軸方向
への磁束を遮断するとともに空隙部をほぼ完全に埋め、
ロータの剛性を向上させる。また、ロータの組立時に、
永久磁石及びヨーク部材を円筒部材へ突き当てつつ組み
立てることが可能となり、永久磁石及びヨーク部材の半
径方向への組立位置精度が改善される。円筒部材とヨー
ク部材との間に設けた固定手段は、永久磁石を半径方向
へ掛止する掛止手段と協働して、高速回転時の遠心力に
対して永久磁石及びヨーク部材を半径方向へ固定し、そ
れらの半径方向外方への撓みを防止する。

【０００８】

【実施例】以下、添付図面を参照して、本発明をその実
施例に基づきさらに詳細に説明する。図１及び図２は本
発明の第１実施例によるロータを示し、図３及び図４は
本発明の第２実施例によるロータ及びその変形例を示
す。全図において、同一の構成要素には同じ参照番号を
付す。

【０００９】図１及び図２に示したロータは、同期電動
機において使用されるものであり、回転軸１０と、回転
軸１０の周囲に放射状に配置された断面略矩形の複数
（図では８個）の永久磁石１２（以下、単に磁石１２と
いう）と、隣接する磁石１２間に配設された断面略扇形
の複数（８個）のヨーク１４とを備える。ヨーク１４
は、珪素鋼板の積層構造体からなり、磁石１２によって
磁化されてそれぞれがロータの磁極を形成する。

【００１０】回転軸１０は鉄製であり、したがって回転
軸１０の外周面と磁石１２及びヨーク１４の内周面との
間には、磁石１２から回転軸１０へ至る磁路の形成を防
止するために、略円筒形状の空隙部１６が形成される。
空隙部１６には、空隙部１６の半径方向距離と実質的に
等しい厚さを有した非磁性材料からなる円筒部材１８
が、空隙部１６を略完全に埋めるように挿設される。こ
れにより、円筒部材１８の内周面は回転軸１０の外周面
に接触し、円筒部材１８の外周面は磁石１２の直線状内
周面１２ａ及びヨーク１４の円弧状内周面１４ａに接触
する。

【００１１】各ヨーク１４の側面と隣接する磁石１２の
側面とは、相互に整合して密に接触する。また、ヨーク
１４の側面の外周部近傍には外フック２０が周方向へ突
設される。外フック２０は本発明の掛止手段を構成し、
円筒部材１８の外周面とヨーク１４の外フック２０とに
よって、磁石１２が半径方向へ位置決めかつ固定され
る。

【００１２】上記ロータの各ヨーク１４の軸線方向両端
には、環状の端板２２がそれぞれ配置される。各端板２
２は、そのスリーブ２３において回転軸１０に焼嵌めさ
れ、さらにスリーブ２３の外周へ固定リング２４を焼嵌
めすることによって回転軸１０に確実に固定される。さ
らに各ヨーク１４は、軸線方向へ貫通する１つの貫通穴
２６を備え、この貫通穴２６内にそれぞれタイロッド２
８が挿入される。各タイロッド２８はその両端で、各ヨ
ーク１４の貫通穴２６に整合する位置に各端板２２に設
けられた穴３０を貫通し、ロックワッシャ３２によって
各端板２２に固定される。このようにして、各ヨーク１
４はタイロッド２８を介して各端板２２に固定され、そ
れにより各磁石１２及び各ヨーク１４が、回転軸１０に
対して半径方向及び周方向へ位置決めかつ固定される。

【００１３】なお、上記実施例は図１に示したように、
磁石１２及びヨーク１４を軸線方向へ２段式に組み合わ
せた多段構造を有する。したがって、各磁石１２及びヨ
ーク１４の軸線方向の略中間位置に、磁束遮断用の仕切
板３４が介設されている。仕切板３４は、回転軸１０及
び各タイロッド２８の貫通する位置にそれぞれ開口部を
有し、磁石１２及びヨーク１４の半径方向への変位防止
を補助する作用も有する。この仕切板３４は、従来構造
においても使用されたものであり、本発明の構成には無
関係である。

【００１４】円筒部材１８は、好ましくはアルミニウム
からなる非磁性金属円筒であり、押出し成形により別工
程で製造される。円筒部材１８には他の非磁性金属材料
も使用可能であるが、押出し成形時の容易かつ高精度の
成形性や製造コストの低さに鑑みて、アルミニウムが最
も好ましい。

【００１５】上記ロータの製造工程を以下に説明する。
円筒部材１８は、設計上所与の値である空隙部１６の半
径方向距離と実質的に等しい厚さ、回転軸１０の外径と
実質的に等しい内径、及びヨーク１４の軸線方向長さと
実質的に等しい長さに、上記のように別工程で成形され
る。そしてまず、一方の端板２２のスリーブ２３内に回
転軸１０と相似の外形を有する治具（図示せず）を挿設
し、この治具を囲繞するように円筒部材１８を設置す
る。次いで、端板２２の各穴３０にタイロッド２８の一
端を挿入かつ固定し、各タイロッド２８に、積層体であ
るヨーク１４をそれぞれ嵌入する。このとき、各ヨーク
１４の円弧状内周面１４ａは、円筒部材１８の外周面に
当接する。次に、各ヨーク１４の間の空間に磁石１２を
挿入する。このとき、各磁石１２の直線状内周面１２ａ
も、同様に円筒部材１８の外周面に当接する。この後、
所望により仕切板３４を介設して磁石１２及びヨーク１
４を多段に組む。最後に、上記一方の端板２２との間に
磁石１２及びヨーク１４を挟持するように、磁石１２及
びヨーク１４の他端側に他方の端板２２を配置して、そ
の各穴３０にタイロッド２８の他端を挿入かつ固定す
る。このようにして形成されたロータコア組体に、従来
と同様に樹脂含浸工程により部材間の相互固着を施すこ
とによって、同時に円筒部材１８と磁石１２及びヨーク
１４とが固着される。含浸された樹脂３６は本発明の固
定手段を構成し、これにより磁石１２及びヨーク１４が
半径方向及び周方向へ確実に固定され、ロータコア組体
の高い剛性が得られる。また、上記のロータコア組体の
組立時に、磁石１２及びヨーク１４を円筒部材１８へ突
き当てつつ組み立てることができるため、磁石１２及び
ヨーク１４の半径方向への組立位置精度が改善される。
さらに、磁石１２及びヨーク１４の内周面は円筒部材１
８によって保持されるため、従来のヨークの内フックが
不要となり、内フックによる漏れ磁路の形成が回避され
る。

【００１６】上記実施例では、樹脂含浸工程により円筒
部材１８と磁石１２及びヨーク１４とを固着するように
したが、上記のロータコア組体の組立時に円筒部材１８
の外周面へ予めエポキシ系等の接着剤を塗布しておき、
磁石１２及びヨーク１４の組み立てと同時にそれぞれを
円筒部材１８へ接着するようにしてもよい。また、この
ような樹脂又は接着剤によって固定手段を構成する変わ
りに、ヨーク１４と円筒部材１８との間に相互嵌合構造
を設けることにより、磁石１２及びヨーク１４を固定す
ることもできる。この相互嵌合構造による固定手段を備
えた本発明の他の実施例を以下に説明する。

【００１７】図３に示したように、本発明の第２実施例
によるロータは、回転軸１０と、回転軸１０の周囲に放
射状に配置された８個の磁石１２と、隣接する磁石１２
間に配設された断面略扇形の８個のヨーク３８とを備え
る。ヨーク３８の内周部には、ヨーク３８の側面と鈍角
を成して周方向へ突出する傾斜面を有した爪部４０が形
成される。回転軸１０の外周面と磁石１２及びヨーク３
８の内周面との間に形成される空隙部４２には、空隙部
４２の断面と実質的に等しい断面形状及び寸法を有した
非磁性材料からなる円筒部材４４が挿設される。円筒部
材４４の外周面には、ヨーク３８の爪部４０に嵌合可能
な８個の溝部４６が形成され、爪部４０と溝部４６とに
よってヨーク３８と円筒部材４４との相互の固定手段が
構成される。このような嵌合構造による固定手段を設け
たことにより、前述のロータコア組体の組立時に、各ヨ
ーク３８の組立位置精度が半径方向のみならず周方向へ
も改善される。したがって、磁極を構成する各ヨークの
周方向位置のばらつきに起因したコギングトルクが低減
される。

【００１８】図４は、上記の嵌合構造による固定手段の
変形例を示す。図４のロータにおいて、ヨーク３８′の
内周部には、ヨーク３８′の内周面と鈍角を成す傾斜面
を有した凹部４８が形成される。他方、円筒部材４４′
の外周面には、ヨーク３８′の凹部４８に整合する８個
の突部５０が形成され、凹部４８と突部５０とによって
ヨーク３８′と円筒部材４４′との相互の固定手段が構
成される。この変形例によれば、図３の第２実施例にお
けるヨーク３８の爪部４０に起因した漏れ磁路の形成が
排除される。なお、図３及び図４の嵌合構造による固定
手段に、図１及び図２で説明した樹脂又は接着剤による
固定手段を合わせて実施可能であることは、言うまでも
ない。

【００１９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、回転軸の外周面と永久磁石及びヨーク部材の内周面
との間に磁束遮断のために形成された空隙部に、非磁性
材料からなる円筒部材を挿設し、回転軸方向への磁束を
遮断するとともに空隙部をほぼ完全に埋めてロータ剛性
を高め、さらに、円筒部材とヨーク部材との間に固定手
段を設け、ヨーク部材と永久磁石との間に掛止手段を設
けて、永久磁石及びヨーク部材の半径方向への変位を防
止する構成としたから、特に高速回転時の遠心力に対す
るロータの剛性が向上するとともに、ロータ組立時の、
永久磁石及びヨーク部材の組立位置精度が改善される。
また、従来のロータのヨークに設けられる内フックを排
除できるので、漏れ磁路の形成が抑制される。したがっ
て、同期電動機のロータの磁極位置精度に起因するコギ
ングトルクの発生が抑制されるとともに、高速回転時の
同期電動機の作動信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例によるロータの部分断面側
面図である。

【図２】図１のロータの部分断面正面図である。

【図３】本発明の第２実施例によるロータの部分断面正
面図である。

【図４】図３のロータの変形例の部分断面正面図であ
る。

【符号の説明】

１０…回転軸 １２…磁石 １４，３８，３８′…ヨーク １６，４２…空隙部 １８，４４，４４′…円筒部材 ２０…外フック ２２…端板 ２８…タイロッド ３６…樹脂 ４０…爪部 ４６…溝部 ４８…凹部 ５０…突部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸と、該回転軸の周囲に放射状に配
   置された複数の永久磁石と、隣接する該永久磁石間に配
   設されてそれぞれがロータの磁極を形成する複数のヨー
   ク部材とを備え、該回転軸の外周面と該永久磁石及び該
   ヨーク部材の内周面との間に、磁束を遮断するための略
   円筒状の空隙部を形成した同期電動機のロータにおい
   て、 前記空隙部の半径方向距離と実質的に等しい厚さを有
   し、かつ前記回転軸を囲繞して前記空隙部内に挿設され
   た非磁性材料からなる円筒部材と、 該円筒部材と少なくとも前記ヨーク部材との間に設けら
   れ、それらを相互に固定する固定手段と、 前記ヨーク部材と前記永久磁石との間に設けられ、該永
   久磁石の半径方向外方への相対的変位を防止する掛止手
   段、 とを具備し、前記円筒部材の外周面に前記永久磁石及び
   前記ヨーク部材の内周面を当接させ固定したことを特徴
   とする同期電動機のロータ。
2. 【請求項２】 前記固定手段は、前記円筒部材と前記永
   久磁石及び前記ヨーク部材との間に含浸されて硬化する
   樹脂材料からなる請求項１記載の同期電動機のロータ。
3. 【請求項３】 前記固定手段は、前記円筒部材の外周面
   に塗布された接着剤からなる請求項１記載の同期電動機
   のロータ。
4. 【請求項４】 前記固定手段は、前記円筒部材の外周面
   と前記ヨーク部材の内周面とのいずれか一方に形成され
   た突部と、該突部へ嵌合可能に前記円筒部材の外周面と
   前記ヨーク部材の内周面との他方に形成された凹部とか
   らなる請求項１〜３のいずれか１つに記載の同期電動機
   のロータ。
5. 【請求項５】 前記円筒部材がアルミニウムの押出し成
   形材からなる請求項１〜４のいずれか１つに記載の同期
   電動機のロータ。