(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0012】
図1に本発明の実施形態の永久磁石モータの横断面図を示す。
図2に本発明の実施形態の永久磁石モータの縦断面図を示す。
図3に本発明の実施形態の永久磁石モータロータの1極分の外観図を示す。
図4に本発明の実施の形態の永久磁石モータロータの1極分の永久磁石取付け前の外観図を示す。
図5に本発明の実施形態の永久磁石モータロータの縦断面の拡大図,
図6に本発明の実施形態の永久磁石モータロータに永久磁石の無い状態での上面図を示す。
【0013】
図1に示すように,本実施の形態の永久磁石モータはロータ1がロータコア11と永久磁石12から構成されている多極のアウターロータ型のモータである。ロータコア11には溝が形成され,そこに永久磁石12が配置されるようになっている。ステータ2にはステータコア21にステータコイル22が施された集中巻きの構成で,ステータコア分割位置31にて複数のステータコアに分割されている。
【0014】
図2に示すように,本実施の形態の永久磁石モータは,ステータコイル22を巻いたステータコア21から成るステータ2がフレーム23に圧入され,フレーム23には固定シャフト24が圧入されており,この固定シャフト24に対して,永久磁石12を設けたロータコア11とが固定されて成るロータ1が軸受13によって回転自在に支承されている。
【0015】
この実施の形態では,永久磁石12が40個,ステータコイルが48個と,スロット数対極数が48対40すなわち,12対10の系列の多極集中巻きモータを構成している。
【0016】
このスロット数極数については,モータの用途の回転数,出力等に応じて,種々選定することができるのはいうまでも無く,本実施の形態で開示しているのはその一例に過ぎない。本実施の形態では,ロータコアと永久磁石の構成に着目して,以下,詳細を説明する。
【0017】
図3に本実施形態の永久磁石モータのロータコアの1極分の外観図について示すように,永久磁石12はロータコア11の凹状の溝部14に接着剤を介して接着固定されている。
図4に本発明の永久磁石モータのロータコアの1極分について,永久磁石12を固定する前の外観図を示すが,ロータコア11の最下部に磁石固定部位15が設けられている。このロータコアは,最下部の1枚の電磁鋼板についてのみ,当該溝部14の当該部位の部分を張り出させるような形状として打ち抜いたものであり,当該電磁鋼板を最下部に配置し,その上に通常の溝形状をほどこした電磁鋼板を必要枚数打ち抜き,積層したものである。
【0018】
図5に本実施形態の永久磁石モータのロータの断面図を示す。この図のように,ロータ1の円筒部位に対して,ロータコア11,永久磁石12が順次固定され,ロータを形成する。ここで,ロータは回転体を構成するためにロータコア11,永久磁石12が形成される円筒部位のみでなく,それらを出力軸に対して連結するために円板状の構造物と一体となって,概略カップ形状を成している。例えば,
図2に示すように,ロータコア11の被取付体としてのロータ1がステータコア21を覆うようにして延在しており,ステータ2の外周部に突出するロータコア取付部の形状とあわせてカップ形状となっている。
【0019】
先に述べたように,本永久磁石モータをエレベータ装置等に用いるには,モータを薄型にする必要がある。
図4で示すと上下方向の寸法を小さくする必要がある。このため,モータの機能特性上必須であるロータコア,永久磁石の上下方向の寸法,すなわち積厚は必要十分な寸法を確保し,また,ロータはその使用状況から必要とする強度確保するために板の厚さを保たねばならない。よって,モータの積厚方向の寸法を小さく,薄型にするためには,
図5上で示している永久磁石とロータ板との距離Aを極力小さくすることが重要となることは明白である。
【0020】
ところで,通常,ロータ1は強度の観点から鋳鉄等で成形されており,磁性体である。したがって,永久磁石12とロータ1の間には磁気的吸引力が発生する。永久磁石12は接着材にてロータコア11に接着固定されるが,接着材が硬化するまでに若干の時間が要する。その間,永久磁石12がロータ1に引きつけられて,永久磁石12のロータコア11への取付け工程において,永久磁石12の位置がずれてしまう可能性がある。そこで,本実施形態のようにロータの円板上部分に近い側の電磁鋼板の一部を溝部14に張り出すような形状として,永久磁石12を保持することにより,永久磁石12がロータ1側にずれないようにできる。この形状を設ける電磁鋼板は1枚で十分であるため,以下では1枚の電磁鋼板の一部を溝部14に張り出す形状を設けたものとして説明する。
【0021】
各部品の寸法により異なるが,永久磁石寸法として数十mm角で,厚さ十mm以下程度では,距離が数mm程度であれば,永久磁石12とロータ1との間の磁気吸引力は,数N程度であり,十分電磁鋼板の一部により永久磁石を保持することは可能である。
【0022】
図6に本発明の実施の形態の永久磁石モータロータの永久磁石が無い状態での上面図を示す。仮想的な永久磁石を点線で示し,その永久磁石の厚さDmに対して,ロータコア11の溝部14に積層電磁鋼板の最下部の1枚の電磁鋼板によりもうけた永久磁石固定部位15が永久磁石厚さ方向にH1,永久磁石の幅方向(ロータの回転方向)にL1の辺を有する三角形の形状を成して形成されている。H1は永久磁石厚さDmに対して,以下の関係がある。
【0023】
Dm>2×H1 ・・・(1)
すなわち,H1はDmの略二分の一以下である。
【0024】
また,L1は,永久磁石幅Lmの略四分の一以下である。
【0025】
この程度であれば,永久磁石の磁路を短絡するような影響も少なく,永久磁石の発揮する磁束を低減させて,モータ特性を悪化させるということもほとんど無い。
【0026】
また,
図6に示す溝部位の幅Lcに対して,永久磁石が溝からはみ出ることがないように,永久磁石の幅Lmはマイナス公差で形成されている。したがって,永久磁石は図の左右方向に若干バラついて取付けられる。この際,永久磁石固定部位15の長さL1はこのバラつきを考慮した余裕のある寸法を選択することはいうまでも無い。
【0027】
更に,永久磁石固定部位15は,概略三角形を形成しており,永久磁石固定部位15の張り出し部分に対してその根元部分を大きめに配分しているので,永久磁石固定部位15の図の奥行き方向への外力に対する強度を高めることができ,永久磁石のロータへの吸引力による変位を十分抑制することができる。
【0028】
図7に本発明の実施形態を実現するための磁石固定部位が設けられたコア形状概略図を示し、
図8に本発明の実施形態を実現するための専用の形状調整用の抜き型形状概略図を示し、
図9に本発明の実施形態を実現するための磁石固定部位が設けられていないコア形状概略図を示す。
【0029】
磁石固定部位15が設けられた電磁鋼板の形状と設けられていない電磁鋼板の形状は違うため、抜き型も別のものを用意する必要があり,2種類の型が必要となる。しかし、専用の形状調整用の抜き型を用意することにより、1種類の型で,本発明の実施形態が実現可能となる。具体的には次の通りである。
【0030】
初めに、
図7のように1種類の型にて,永久磁石固定部位15が設けられた形状の電磁鋼板を作成する。その後、
図8に点線で示した専用の形状調整用の抜き型16を用いて電磁鋼板を抜く。この抜き型16は局所的に形成された永久磁石固定部位15を取り除くために用いられる補助的な型であり、これにより、
図9のような磁石固定部位15が設けられていない形状の電磁鋼板が作成でき,
図7と
図9の形状の電磁鋼板を組み合わせて積層することで本発明の実施形態に係るコアが作成できる。すなわち、補助的な型16を用い、二段階のステップでコア形状を形成することにより、1種類の主型で二種類のコアを作成することが可能となる。
【0031】
専用の形状調整用の抜き型16の寸法は、永久磁石厚さ方向の長さをDb,永久磁石の幅方向(ロータの回転方向)の長さをLbとしたとき、DbはH1以上、LbはL1以上とするのが望ましい。なお、このコア形状作成方法は一例であり、作成方法はこれに限らない。
【0032】
図10に,本発明の他の実施形態の永久磁石ロータの永久磁石の無い状態での上面図を示す。
【0033】
これは,ロータコア11に永久磁石固定部位15として,積層電磁鋼板の最下部の1枚の電磁鋼板について,溝の両端に概略矩形の部位を突出させたものである。その永久磁石厚さ方向の寸法H1は永久磁石厚さDmの略二分の一以下で,永久磁石幅方向の寸法L1は,永久磁石幅Lmの略四分の一以下である。
【0034】
この程度であれば,永久磁石の磁路を短絡するような影響も少なく,永久磁石の発揮する磁束を低減させて,モータ特性を悪化させるということもほとんど無い。
【0035】
また,出張り寸法H1,L1を
図6の実施形態の永久磁石固定部位15と同一としても,
図6での永久磁石固定部位15の形状の場合よりも永久磁石を保持する面積が大きくなるので,永久磁石固定の機能を確実に実現できるという効果がある。
【0036】
図11に,本発明の他の実施形態の永久磁石ロータの永久磁石の無い状態での上面図を示す。
【0037】
これは,ロータコア11に永久磁石固定部位15として,積層電磁鋼板の最下部の1枚の電磁鋼板について,溝の中央部に概略矩形の部位を局所的に突出させたものである。その永久磁石厚さ方向の寸法H1は,永久磁石厚さDmの略二分の一以下で,永久磁石幅方向の寸法L1は,永久磁石幅Lmの略二分の一以下である。
【0038】
この程度であれば,永久磁石の磁路を短絡するような影響も少なく,永久磁石の発揮する磁束を低減させて,モータ特性を悪化させるということもほとんど無い。
【0039】
また,
図6乃至,
図10の実施形態の永久磁石固定部位15と比較して,溝中央部に配置されるので,永久磁石の溝に対する幅方向のズレが多少存在しても,永久磁石を確実に固定できるという効果がある。
【0040】
図9に,本発明の他の実施形態の永久磁石ロータの永久磁石の無い状態での上面図を示す。
【0041】
これは,ロータコア11に永久磁石固定部位15として,積層電磁鋼板の最下部の1枚の電磁鋼板について,溝の全幅に渡って概略矩形の部位を突出させたものである。その永久磁石厚さ方向の寸法H1は,永久磁石厚さDmの略二分の一以下である。
【0042】
この程度であれば,永久磁石の磁路を短絡するような影響も少なく,永久磁石の発揮する磁束を低減させて,モータ特性を大きく悪化させるということは無い。ただし,
図6,乃至
図10,
図11の実施形態の永久磁石固定部位15に比べて,その面積が大きくなるので,若干の特性への影響が生じる可能性は否めない。
【0043】
ただし,薄型化のために永久磁石とロータ間距離を極力切り詰めるためには有効な構造であり,特性と寸法のトレードオフを鑑みて,本構成を採用することもありえる。
【0044】
図13に,本発明の実施形態を応用した永久磁石モータのロータコアの1極分を示す。この例は,積厚方向に複数の永久磁石を並べて貼り付けるロータを対象としている。そして、積層方向に互いに隣り合う永久磁石の間に中間磁石固定部位17を設けたものである。このため、永久磁石12が複数配置される部分の電磁鋼板は、既に述べた方法で作成された固定部位15と同様の形状であり、これを中間磁石固定部位17として利用するものとなっている。
【0045】
中間磁石固定部位17により、各々の永久磁石12に対し中間磁石固定部位17が隣接するため、積厚方向位置が固定され、積厚方向に並ぶ全ての永久磁石の積厚方向位置決めが可能となる。また、永久磁石12は磁石固定部位に挟まれる構造になるため、永久磁石12が積厚方向両方の位置決めが可能となる。
【0046】
中間磁石固定部位17は、
図7や
図10〜
図12に示した磁石固定部位15の大きさや形状でも同様な効果が得られることはいうまでも無い。また、
図11は積厚方向に1個のロータだけ増加させた図であるが、それ以上に増加させても同様の効果が得られることはいうまでも無い。
【0047】
図14に、本発明の他の実施形態を示す。
図14も
図13と同様に永久磁石モータのロータコアの1極分を示している。この例は、
図3で示したロータコアの溝部に段差18を設けた構造である。この段差18は、ロータコア11の凹状の溝部14からさらに凹形状を設けたものであり、溝部14の表面からさらに窪んだ段差となっている。また、段差18の形成位置は
図14に示す位置に限られないが、溝部14の周方向の両端部に形成するのが好ましい。この場合でもロータコア11の端面を形成する電磁鋼板には段差を設けずに磁石固定部位15が存在している。
【0048】
この構造により、接着剤を余分に塗布した場合でも段差18が受け口となり、永久磁石12が余分に塗布された接着剤によって浮き出すことを抑制できる。また、段差18部分が接着剤の流動路となったとしても、磁石固定部位15が余分な接着剤が流出するのを妨げる壁となり、ロータコアの溝部14から接着剤が漏れ出すことを防止することができる。
【0049】
図15に、本発明の他の実施形態を応用した永久磁石ロータの永久磁石の無い状態での上面図を示す。段差18が永久磁石厚さ方向にDa,永久磁石の幅方向(ロータの回転方向)にLaとしたとき,Daは永久磁石の厚さDmの略四分の一以下,またLaも永久磁石幅Lmの略四分の一以下程度にすれば,永久磁石の磁路を短絡するような影響も少なく,永久磁石の発揮する磁束を低減させて,モータ特性を悪化させるということもほとんど無い。
【0050】
また、段差18はリサイクル時の永久磁石取り外し用の工具挿入部としても利用でき、ロータコア11から永久磁石12を引き剥がす時に有効となることが言える。
【0051】
段差18を付加した電磁鋼板の形状も、
図8に示した塗部形状の専用の形状調整用の抜き型16を用いてコアを抜くことで作成できる。段差18を付加したコアを作成する際は、
図8に示した塗部形状小型の型の寸法Dbを大きくしてコア部でオーバーハングさせて抜くことで作成できる。
【0052】
専用の形状調整用の抜き型16が小さいとコアに突部が残るので磁石を設置する障害となる。したがって,専用の形状調整用の抜き型16は寸法公差として-0,+αのように,マイナス側はゼロとして,プラス側に公差をとるように設定するのが望ましく,実態としてオーバーハングせざるを得ない。したがって,段差18が出現するのが一般的である。本実施形態はこの段差18を敢えて形成させ、これを利用するものといえる。
【0053】
なお、このコア形状作成方法は一例であり、作成方法はこれに限らない。
【0054】
本発明では,アウターロータの構成について実施形態を示し,説明したが,インナーロータの構成であっても,薄型化を測るためには外筐との寸法を切り詰めねばならず,同様な永久磁石固定部位を電磁鋼板に最端部に用いて,磁石を固定することを採用してもよい。その場合,同様な効果が得られることはいうまでも無い。