WO1993017483A1 - Rotor de moteur synchrone - Google Patents

Description

明細書 同期電動機のロータ 技術分野

本発明は同期電動機の口一夕に関し、 特に、 回転軸の周囲に放射 状に配置された複数の永久磁石と、 各永久磁石を周方向へ挟持して 回転軸の周囲に配設され、 それぞれが磁極を形成する複数の積層コ ァ部材と、 各永久磁石を隣接する積層コア部材間で半径方向の所定 位置に係止する係止手段とを備えた同期電動機のロータに関する。 背景技術

回転軸の周囲に放射状に配置された複数の永久磁石と、 各永久磁 石を周方向へ挟持して回転軸の周囲に配設され、 それぞれが磁極を 形成する複数の積層コア部材とを備え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、 複数の永久磁石及 び積層コア部材は次のようにして支持される。 永久磁石及び積層コ ァ部材の軸方向両端には、 回転軸に固定された環状の端板が配置さ れる。 各積層コア部材は、 それを軸線方向へ貫通しかつ両端で各端 板に連結されるロッ ド部材によって、 ロータ内で固定的に保持され る。 各永久磁石は、 隣接する積層コア部材側面の外周部及び内周部 にそれぞれ形成された外フック及び内フックにより、 半径方向へ位 置決めかつ固定支持される。

このような構造のロータでは、 特に、 高速回転型の同期電動機や- 軸方向へ複数のロータを連結してなる高トルク型の同期電動機の場 合に、 遠心力や駆動相手からの反作用による曲げトルクによって回 転軸及びロッ ド部材が半径方向外方へ橈みを生じる。 その結果、 口 —夕バランスが悪化するばかりか、 積層コア部材の外周面とロータ を囲繞するステ一夕の内周面との間隙寸法が変動して、 コギングト ルクの発生、 及び積層コア部材とステ一夕との接触の危惧が生じる。 外力によるロッ ド部材の撓みを防止する補強部材を、 例えば高ト ルク型同期電動機のロータに組込む試みは、 既に為されている。 こ ' の種のロー夕の一例を、 図 6 a及び図 6 bに示す。 この口一夕は、 共通の回転軸 1 に軸方向へ隣接して固定される 2つのコア組体 2を 有する。 各コア組体 2は、 複数の永久磁石 3及び積層コア部材 4を 備える。 口ッ ド部材 5は、 各コア組体 2の積曆コア部材 4を連続し て貫通し、 両端で端板 6に連結される。 各コア組体 2の間には、 回 転軸 1を嵌揷する軸孔とロッ ド部材 5を揷通する複数のロツ ド支持 孔とを備えた円板部材 7が介在される。 さらに、 各積層コア部材 5 には、 永久磁石 3を支持する外フック 8及び内フック 9が設けられ る。 円板部材 7は補強部材であり、 外力に対し各ロッ ド部材 5を機 械的に固定保持してロータ剛性を維持する。

—方、 上記のような従来のロータにおいて、 各積層コア部材の外 周面は、 ステ一夕の内周面との間の空隙部における磁束分布が回転 角に対して正弦波形状を呈するように、 所定の弧状に膨出形成され る。 故に、 極数すなわち積層コア部材の個数が少ない場合や、 永久 磁石が肉薄の場合に、 積層コア部材外周面の弧形状を理想形状にす ると、 弧の末端が隣接する永久磁石の外周面を被覆できず、 その結 果、 外フックの形成が困難となる場合がある。 しかしながら、 上記 の従来のロータでは、 永久磁石の特に半径方向外方への固定は、 積 層コア部材に設けた外フックに依存している。 そこでこのような場 合に、 ロータの構造信頼性を確保するためには、 理想の正弦波状磁 束分布を得ることを幾分か犠牲にして外フックを形成することとな る。 このような外フックの形成は、 コギングトルク等のロータ性能 の悪化を誘発する。 発明の開示

本発明の目的は、 冒頭に述べた構成の同期電動機のロー夕におい て、 積層コア部材に永久磁石を保持する外フックを形成できない場 ' 合にも、 半径方向外方への外力に対して複数の永久磁石を固定保持 することができ、 剛性及びバランスに優れた高い信頼性を有する同 期電動機のロータを提供することにある。

上記目的を達成するために、 本発明は、 回転軸と、 回転軸の周囲 に放射状に配置され、 かつ軸方向へ延設される複数の永久磁石と、 磁性薄板コアを軸方向へ積層して形成され、 かつ永久磁石の各々を 挟持して回転軸の周囲に配設され、 それぞれが磁極を形成する複数 の積層コア部材と、 複数の永久磁石及び複数の積層コア部材の軸方 向両端に配置され、 回転軸に固定される一対の端板と、 積層コア部 材の各々を軸方向へ貫通して両端で端板に連結される複数の口ッ ド 部材と、 複数の永久磁石を隣接する積層コア部材間で半径方向の所 定位置に係止する係止手段とを具備し、 係止手段は、 積層コア部材 の積層構造間の所定位置に介在される少なく とも 1つの円板部材を 備え、 円板部材が、 回転軸を嵌揷する軸孔と、 軸孔の周囲に配置さ れてそれぞれにロッ ド部材を揷通可能な複数のロッ ド支持孔と、 隣 合うロッ ド支持孔の間に配置されてそれぞれに永久磁石を揷通可能 な複数の磁石係止孔とを有し、 磁石係止孔が、 複数の永久磁石の各 々 と実質的に整合する位置で、 永久磁石の少なく とも半径方向外周 面に当接可能な周縁部分を有して円板部材に貫通形成される同期電 動機のロータを提供する。

円板部材を、 積層コア部材の積層構造の所定位置に介在すると、 複数の永久磁石は、 円板部材の複数の磁石係止孔の各々を貫通する。 このとき、 各磁石係止孔の周縁部分は、 各永久磁石の少なく とも半 径方向外周面に当接する。 この状態で回転軸を装着すると、 円板部 材は、 軸孔と回転軸との係合によって半径方向へ保持され、 かつ複 数の永久磁石は、 円板部材の各磁石係止孔の周縁部分によって半径 方向外方への変位を防止される。

本発明の好適な実施態様によれば、 円板部材が非磁性材料からな る同期電動機のロータが提烘される。 また、 円板部材が、 積層コア 部材の積層構造を多数に等分する位置にそれぞれ介在される構成と してもよい。 この場合、 円板部材を、 積層コア部材の積層構造の軸 方向略中間位置に介在することもできる。 円板部材の磁石係止孔は、 軸に直交する面における永久磁石の断面形状と略同一の輪郭を有す る周縁部を有して形成されることが好ましい。

複数の永久磁石は、 複数の積層コア部材の軸方向両端面から突出 する長さを有し、 係止手段は、 永久磁石の各々 と実質的に整合する 位置で、 永久磁石の端部を収容するとともに端部の少なく とも半径 方向外周面に当接可能な周壁部を有して端板の各々に形成された複 数の係止凹部をさらに備えることが好都合である。 また、 係止手段 は、 複数の積層コア部材の内周部にて永久磁石に当接する側面から 周方向へ突設される係止フックをさらに備えることができる。

複数の永久磁石の各々は、 積層コア部材の軸方向略全長に亙って 延びる連続体として形成することができる。 あるいは、 複数の永久 磁石の各々は、 積層コア部材に介在される所定の円板部材の磁石係 止孔内で分割されるようにしてもよい。 また、 複数の永久磁石、 複 数の積層コア部材、 一対の端板、 複数のロッ ド部材、 及び少なく と も 1つの円板部材を組み合わせてなるロータコア組体の、 各部材間 の隙間に含浸剤が含浸されることが好都合である。 図面の簡単な説明

本発明の上記及び他の目的、 特徵、 及び利点を、 添付図面に示す 実施例に基づいて説明する。 同添付図面において ；

図 1 は、 本発明の第 1実施例によるロータの、 一部分を図 2の線 I一 I に沿った断面で示す部分断面側面図、

図 2は、 図 1 の線 I I一 I Iに沿った断面図、

図 3は、 図 1のロータの円板部材の正面図、

図 4は、 図 1の対応図で、 本発明の第 2実施例による口一夕の部 分断面側面図、

図 5は、 図 1の対応図で、 本発明の第 3実施例によるロータの部 分断面側面図、

図 6 aは、 従来の口一夕の、 一部分を図 6 bの線 a— aに沿った 断面で示す部分断面側面図、 及び

図 6 bは、 図 6 aの線 b— bに沿った断面図である。 発明を実施するための最良の態様

図面を参照すると、 図 1及び図 2は、 本発明の第 1実施例による 同期電動機のロータを示す。 このロータは、 回転軸 1 0 と、 回転軸

1 0の周囲に放射状に配置された 6個の永久磁石 1 2 と、 各永久磁 石 1 2間に配設された 6個の積層コア部材 1 4 とを備える。 永久磁 石 1 2は、 積層コア部材 1 4の軸方向略全長に亙って連続体として 延設される。 積層コア部材 1 4は、 珪素鋼板からなる略扇形の薄板 コアを軸方向へ積層して形成され、 永久磁石 1 2の磁束を通してそ れぞれが磁極を構成する。 各積層コア部材 1 4の側面と隣接する永 久磁石 1 2の側面とは、 相互に密に接触する。 また、 積層コア部材

1 4の側面の内周部近傍には内フック 1 6が周方向へ突設される。 この口一夕では、 永久磁石 1 2が薄肉なので、 積層コア部材 1 4に 外フックは形成されない （図 2参照） 。

永久磁石 1 2及び積層コア部材 1 4の軸方向両端には、 環状の端 板 1 8がそれぞれ配置される。 各端板 1 8は、 回転軸 1 0に例えば 焼嵌めにより固定される。 さらに、 各積層コア部材 1 4は、 それぞ れの略中心に軸方向へ賞通する 1つの貫通穴 2 0 (図 2 ) を備え、 この貫通穴 2 0内にそれぞれ口ッ ド部材 2 2が揷入される。 各口ッ ド部材 2 2はその両端で、 各積層コァ部材 1 4の貫通穴 2 0に整合 する位置に各端板 1 8に設けられた穴 （図示せず） を貫通して各端 板 1 8に固定される。

図 1に示すように、 各積層コア部材 1 4は、 積層構造の略中間位 置に配置される円板部材 2 4によって 2つの部分に分割される。 円 板部材 2 4は、 好ましくはステンレス等の非磁性材料からなり、 図 3に示すように、 中心に回転軸 1 0を嵌揷する軸孔 2 6を、 軸孔 2 6の周囲に、 永久磁石 1 2を揷通する 6個の磁石係止孔 2 8を、 隣 接する各磁石係止孔 2 8の間に、 ロッ ド部材 2 2を密嵌可能な 6個 のロッ ド支持孔 3 0を備える。

軸孔 2 6の内径は回耘軸 1 0の外径に実質的に等しく、 それによ り円板部材 2 4が、 積層コア部材 1 4の積層構造間で回転軸 1 0に よって半径方向に固定支持される。

磁石係止孔 2 8は、 永久磁石 1 2の軸に直交する断面形状と略同 —輪郭の矩形周縁部 3 2を有し、 かつロータ内での 6個の永久磁石 1 2の配置と実質的に整合する位置にそれぞれ形成される。 したが つて、 積層コア部材 1 4間に挟持された各永久磁石 1 2は、 円板部 材 2 4の各磁石係止孔 2 8をそれぞれに賞通し、 磁石係止孔 2 8に よって半径方向の所定位置に係止される。 故に、 遠心力等による半 径方向外方への外力に対しても、 複数の永久磁石 1 2は円板部材 2 4によって固定的に保持される。 口ッ ド支持孔 3 0は、 口一夕内での各口ッ ド部材 2 2の配置と実 質的に整合する位置に形成される。 したがって各口ッ ド部材 2 2は、 軸方向略中間位置で円板部材 2 4の各ロッ ド支持孔 3 0を貫通し、 円板部材 2 4によって半径方向へ支持される。 このようにして各積 層コア部材 1 4は、 ロッ ド部材 2 2を介して、 一対の端板 2 0及び ' 円板部材 2 4に固定的に支持される。

上記のように、 磁石係止孔 2 8が永久磁石 1 2の断面形状と略同 —輪郭の矩形周縁部 3 2を有するので、 このロータでは積層コア部 材 1 4の内フック 1 6を所望により省略することができる。 その結 果、 内フック 1 6に起因した異磁極間での磁気漏洩が排除され、 円 板部材 2 4を非磁性材料から形成することにより、 ロータの磁気特 性が良好に改善される。

好ましくは上記ロータは、 回転軸 1 0を装着する前段階で、 従来 と同様に樹脂含浸により部材間の相互固着が施される。 それにより 永久磁石 1 2及び積層コア部材 1 4は、 ロー夕内で半径方向及び周 方向へ確実に固定され、 高い剛性を有した同期電動機のロータが得 れ o

また、 図から分かるように、 上記ロータは、 図 6 aに示す従来の 高トルク型ロータにおいて、 基準寸法 （軸方向長さ） の 2つのコア 組体 2のそれぞれの永久磁石 3を、 2つのコア組体 2に瓦る軸方向 への連続体として構成したものと見做すことができる。 したがって 本発明によれば、 高トルク型口一夕の永久磁石 1 2の個数を削減す ることが可能となる。 このように本発明に係るロー夕は、 ロータの 製造コス トを低減させる効果をも奏する。

図 4を参照すると、 本発明の第 2実施例によるロー夕は、 第 1 実

，》 施例によるロータと同様に、 回転軸 1 0 と、 回転軸 1 0の周囲に放 射状に配置された複数の永久磁石 3 4 と、 隣接する永久磁石 3 4間 に配設された複数の積層コア部材 1 4 と、 積層コア部材 1 4の積層 構造の略中間位置に介在された円板部材 2 4とを備える。 永久磁石 3 4は、 第 1実施例の永久磁石 1 2 と同一の断面形状と、 積層コア 部材 1 4の軸方向雨端部から僅かに突出する長さとを有する。 永久 磁石 3 4及び積層コア部材 1 4の軸方向両端部に配置される端板 3 6は、 積層コア部材 1 4に対向する面に、 軸方向へそれぞれ凹設さ れた複数の係止凹部 3 8を備える。 係止凹部 3 8は、 円板部材 2 4 の磁石係止孔 2 8 と同様に、 永久磁石 3 4 と略同一断面の矩形周縁 部 （図示せず） を有し、 かつロータ内での各永久磁石 3 4の配置と 実質的に整合する位置にそれぞれ形成される。 したがって第 2実施 例のロータでは、 複数の永久磁石 3 4は、 円板部材 2 4の各磁石係 止孔 2 8 と各端板 3 6の係止凹部 3 8 とによって、 半径方向の所定 位置に係止され、 遠心力等による半径方向外方への外力に対して固 定的に保持される。 なお、 この実施例において、 各端板 3 6の係止 凹部 3 8は、 各端板 3 6を軸線方向へ貫通する穴によって置き換え ることもできる。

図 5を参照すると、 本発明の第 3実施例によるロータは、 第 1実 施例によるロータの略 2倍の軸方向長さを有する複数の永久磁石 4 0及び積層コア部材 4 2を備える。 永久磁石 4 0は、 第 1実施例の 永久磁石 1 2と同一の断面形状と、 積層コア部材 4 2の軸方向略全 長に亙る長さとを有する。 積層コア部材 4 2は、 積層構造を 4等分 する位置にそれぞれ円板部材 2 4を介在する。 永久磁石 4 0は、 各 円板部材 2 4の磁石係止孔 2 8を貫通し、 磁石係止孔 2 8によって 半径方向の所定位置に係止される。 故に、 遠心力等による半径方向 外方への外力に対して、 各永久磁石 4 0は 3つの円板部材 2 4によ つて固定的に保持される。

第 3実施例のロータにおいて、 永久磁石 4 0を軸方向略中間位置 で 2等分し、 それぞれの端面を、 積層コア部材 4 2の中央に配置さ れた円板部材 2 4の磁石係止孔 2 8内で突き合わせた構成とするこ ともできる。 このように、 円板部材 2 4に永久磁石を揷通する磁石 係止孔 2 8を形成したことにより、 ロータに使用する永久磁石の長 さの選択が自由になり、 その結果、 特に高トルク型ロータに対する ' 製造コストの最適化を計ることが可能となる。 なお、 この実施例に、 第 2実施例における端板 3 6を組み合わせて、 永久磁石の係止効果 をさらに高めることができるのは言うまでもない。

上記の各実施例では、 円板部材 2 4の磁石係止孔 2 8は、 永久磁 石 1 2 ( 3 4 , 4 0 ) の断面形状と略同一輪郭の周縁部 3 2を有し て、 各永久磁石 1 2に実質的に整合する位置にそれぞれ形成された。 しかしながら、 磁石係止孔 2 8の周縁部 3 2は必ずしも永久磁石 1 2の断面と略同一輪郭を有する必要はなく、 少なく とも各永久磁石 1 2の半径方向外周面に当接する周縁部分を有すれば良い。 その場 合も、 遠心力等による半径方向外方への外力に対して、 各永久磁石 1 2を円板部材 2 4によって固定的に保持することができる。 この 場合、 各永久磁石 1 2の周方向及び半径方向内方への保持は、 隣接 する積層コア部材 1 4の側面及び内フック 1 6によって遂行される。 産業上の利用可能性

本発明は、 積層コア部材の積層構造間の所定位置に介在される少 なく とも 1つの円板部材に、 ロータ内の複数の永久磁石の各々 と実 質的に整合する位置で、 各永久磁石の少なく とも半径方向外周面に 当接可能な周縁部分を有して永久磁石を挿入可能な複数の磁石係止 孔を貫通形成し、 複数の永久磁石の半径方向外方への変位を、 円板 部材の各磁石係止孔の周縁部分によって係止する構成とした。 した がって、 永久磁石を保持するための外フックを積層コア部材に形成 できない場合でも、 この円板部材を使用することにより、 半径方向 外方への外力に対して複数の永久磁石を固定保持することが可能と なる。 それにより、 特に高速回転時の遠心力や磁気吸引力に対する ロータの剛性が改善され、 バランスに優れた高い作動信頼性を有す る同期電動機のロータが提供される。

Claims

請求の範囲

1 . 回転軸と、

前記回転軸の周囲に放射状に配置され、 かつ軸方向へ延設される 複数の永久磁石と、

磁性薄板コアを軸方向へ積層して形成され、 かつ前記永久磁石の 各々を挟持して回転軸の周囲に配設され、 それぞれが磁極を形成す る複数の積層コア部材と、

前記複数の永久磁石及び前記複数の積層コア部材の軸方向両端に 配置され、 前記回転軸に固定される一対の端板と、

前記積層コア部材の各々を軸方向へ貫通して両端で前記端板に連 結される複数の口ッ ド部材と、

前記複数の永久磁石を隣接する前記積層コア部材間で半径方向の 所定位置に係止する係止手段とを具備し、

前記係止手段は、 前記積層コア部材の積層構造間の所定位置に介 在される少なく とも 1つの円板部材を備え、 該円板部材が、 前記回 転軸を嵌挿する軸孔と、 該軸孔の周囲に配置されてそれぞれに前記 口ッ ド部材を揷通可能な複数の口ッ ド支持孔と、 隣合う該ロッ ド支 持孔の間に配置されてそれぞれに前記永久磁石を揷通可能な磁石係 止孔とを有し、 該磁石係止孔が、 該複数の永久磁石の各々 と実質的 に整合する位置で、 該永久磁石の少なく とも半径方向外周面に当接 可能な周縁部分を有して該円板部材に貫通形成される、

同期電動機のロータ。

2 . 前記円板部材が非磁性材料からなる請求項 1 に記載の同期電 動機のロー夕。

3 . 前記円板部材が、 前記積層コア部材の積層構造を多数に等分 する位置にそれぞれ介在される請求項 1 に記載の同期電動機のロー 夕。

4 . 前記円板部材が、 前記積層コア部材の積層構造の軸方向略中 間位置に介在される請求項 3に記載の同期電動機のロータ。

5 . 前記円板部材の前記磁石係止孔は、 軸に直交する面における 前記永久磁石の断面形状と略同一の輪郭を有する周縁部を有して形 ' 成される請求項 1に記載の同期電動機のロータ。

6 . 前記複数の永久磁石は、 前記複数の積層コア部材の軸方向両 端面から突出する長さを有し、 前記係止手段は、 該永久磁石の各々 と実質的に整合する位置で、 該永久磁石の端部を収容するとともに 該端部の少なく とも半径方向外周面に当接可能な周壁部を有して前 記端板の各々に形成された複数の係止凹部をさらに備える請求項 1 に記載の同期電動機の口一夕。

7 . 前記係止手段は、 前記複数の積層コア部材の内周部にて前記 永久磁石に当接する側面から周方向へ突設される係止フックをさら に備える請求項 1に記載の同期電動機のロータ。

8 . 前記禝数の永久磁石の各々は、 前記積層コア部材の軸方向略 全長に亙って延びる連続体として形成される請求項 1に記載の同期 電動機のロータ。

9 . 前記複数の永久磁石の各々は、 前記積層コア部材に介在され る所定の前記円板部材の前記磁石係止孔内で分割される請求項 1 に 記載の同期電動機のロータ。

1 0 . 前記複数の永久磁石、 前記複数の積層コア部材、 前記一対 の端板、 前記複数のロッ ド部材、 及び前記少なくとも 1つの円板部 材を組み合わせてなるロータコア組体の、 各部材間の隙間に含浸剤 が含浸される請求項 1 に記載の同期電動機の口一夕。