(57)【要約】【課題】簡単かつ安価な構成で、ロータコアに永久磁石を長期間に亘って安定に保持でき、高トルクモータや高速モータにも有効に適用できる永久磁石型同期モータのロータ構造を提供する。【解決手段】ロータコア２の筒状表面に周方向に離間して軸方向に延在する複数の磁石装着用溝３を形成し、その各磁石装着用溝３にロータコア２の径方向に磁極面を向けて永久磁石４を装着する永久磁石型同期モータのロータ構造において、磁石装着用溝３をロータコア２の内周側から外周側に向けて周方向幅が狭くなる断面略台形状に形成し、永久磁石４を磁石装着用溝３の断面形状とほぼ同寸法の断面略台形状に形成する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータコアの筒状表面に周方向に離間して軸方向に延在する複数の磁石装着用溝を形成し、該各磁石装着用溝にロータコアの径方向に磁極面を向けて永久磁石を装着する永久磁石型同期モータのロータ構造において、
上記磁石装着用溝は、上記ロータコアの内周側から外周側に向けて周方向幅が狭くなる断面略台形状であって、
上記永久磁石は、上記磁石装着用溝の断面形状とほぼ同寸法の断面略台形状であることを特徴とする永久磁石型同期モータのロータ構造。
【請求項２】
上記ロータコアは、上記磁石装着用溝の両側近傍に、軸方向に延在して周方向幅が上記磁石装着用溝の周方向幅よりも狭い細溝を有することを特徴とする請求項１に記載の永久磁石型同期モータのロータ構造。
【請求項３】
上記細溝は、上記磁石装着用溝の深さとほぼ同じ深さで、かつ上記ロータコアの内周側における周方向幅を外周側の周方向幅よりも広く形成したことを特徴とする請求項２に記載の永久磁石型同期モータのロータ構造。
【請求項４】
上記細溝に樹脂を充填したことを特徴とする請求項２または３に記載の永久磁石型同期モータのロータ構造。
【請求項５】
上記永久磁石を装着した上記ロータコアの外周面全周を樹脂によりモールドしたことを特徴とする請求項１または４に記載の永久磁石型同期モータのロータ構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石型同期モータのロータ構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の永久磁石型同期モータのロータ構造として、例えば図７に断面図で示すように、ロータコア５１の筒状表面５２に軸方向に沿って円弧状の磁石装着用溝５３を複数形成し、各々の磁石装着用溝５３に円弧状の永久磁石５４を、そのステータ側表面がロータコア５１の筒状表面５２と連続するように露出させて接着剤を介して保持した、いわゆる半埋め込み型のものが知られている。
【０００３】
また、他のロータ構造としては、例えば図８に断面図で示すように、ロータコア６１の筒状表面６２に円弧状の永久磁石６３を複数個配置したものがある。このロータ構造は、隣接する永久磁石６３の隙間６４が外周側に向けて広がるように、各永久磁石６３の周方向端部に傾斜面部分６３ａを形成し、また、ロータコア６１の筒状表面６２には、各隙間６４に対応して、周方向幅が外周側から内周側に向けて広くなる鳩尾状断面の溝６５を軸方向に延在して形成し、これら傾斜面部分６３ａを含む隙間６４及び対応する溝６５に成形樹脂部材６６を充填することにより、永久磁石６３をロータコア６１の筒状表面６２に保持するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−１９０９１号公報（段落番号００１１〜００１５、図２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記図７に示した従来の半埋め込み型のロータ構造にあっては、単に、永久磁石５４をロータコア５１の磁石装着用溝５３に接着保持する構造であるため、特に高トルクモータや高速モータに適用した場合には接着剤の経時変性による接着力の低下により、ロータ回転時に永久磁石５４に作用する磁気吸引力や遠心力等の半径方向の外力が接着力を超えて、永久磁石５４がロータコア５１の溝５３から脱落して飛散するおそれがある。
【０００６】
一方、上記図８に示したロータ構造は、隣接する永久磁石６３の隙間６４にロータコア６１から径方向に抜けないように成形樹脂部材６６を充填すると共に、この成形樹脂部材６６により隣接する永久磁石６３の端部を覆うようにして、永久磁石６３をロータコア６１の筒状表面６２に固定しているので、上記図７のロータ構造と比較してロータコア６１への永久磁石６３の機械的な保持力を高めることができ、高トルクモータや高速モータへの適用が有利となる。
【０００７】
しかし、このロータ構造にあっては、成形樹脂部材６６を充填する際に、隣接する永久磁石６３の隙間６４とロータコア６１に形成した溝６５とが一致するように、各永久磁石６３をロータコア６１の筒状表面６２に各々位置決めする必要があるため、その組み立てが面倒になり、コストアップを招くことが懸念される。
【０００８】
なお、図７に示したような半埋め込み型のロータ構造において、ロータコアからの永久磁石の脱落を防止するために、永久磁石を接着したロータコアの外周にグラスファイバー等のワイヤを巻き付けたり、永久磁石を接着したロータコアの外周を非磁性体の筒で覆ったりしたものが知られている。
【０００９】
しかし、ロータコアの外周にワイヤを巻き付ける構造にあっては、手作業に頼る部分が多いため、組み立て作業が厄介で生産性が悪く、コストアップを招くことが懸念される。また、非磁性体の筒でロータコアの周囲を覆う構造にあっては、非磁性体の筒の内周面に永久磁石を含むロータコアの外周面を密着させる必要があるため、非磁性体の筒の成形及びその筒の取り付けが厄介となり、やはりコストアップを招くことが懸念される。
【００１０】
従って、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、簡単かつ安価な構成で、ロータコアに永久磁石を長期間に亘って安定に保持でき、高トルクモータや高速モータにも有効に適用できる永久磁石型同期モータのロータ構造を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する請求項１に記載の永久磁石型同期モータのロータ構造の発明は、ロータコアの筒状表面に周方向に離間して軸方向に延在する複数の磁石装着用溝を形成し、該各磁石装着用溝にロータコアの径方向に磁極面を向けて永久磁石を装着する永久磁石型同期モータのロータ構造において、上記磁石装着用溝は、上記ロータコアの内周側から外周側に向けて周方向幅が狭くなる断面略台形状であって、上記永久磁石は、上記磁石装着用溝の断面形状とほぼ同寸法の断面略台形状であることを特徴とする。
【００１２】
請求項１の発明によると、ロータコアの磁石装着用溝及びこの磁石装着用溝に装着される永久磁石の各断面形状が、ロータコアの内周側から外周側に向けて周方向幅が狭くなる略台形状となっているので、ロータコアの外周にグラスファイバー等のワイヤを巻き付けたり、ロータコアの外周を非磁性体の筒で覆ったりすることなく、ロータコアからの永久磁石の脱落が確実に防止され、永久磁石をロータコアに長期間に亘って安定した状態に保持することが可能となる。
【００１３】
従って、簡単かつ安価にでき、高トルクモータや高速モータにも有効に適用することが可能となる。また、永久磁石を、ロータコアの内周側から外周側に向けて周方向幅が狭くなる断面略台形状とすることで、誘起電圧波形の正弦波化による振動低減が可能になり、静音化が図れると共に、磁石トルクに加えてリラクタンストルクを併用でき、高効率化を図ることが可能となる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１の永久磁石型同期モータのロータ構造において、上記ロータコアは、上記磁石装着用溝の両側近傍に、軸方向に延在して周方向幅が上記磁石装着用溝の周方向幅よりも狭い細溝を有することを特徴とする。
【００１５】
請求項２の発明によると、磁石装着用溝にロータ軸方向から永久磁石を挿入する際に、磁石装着用溝とその近傍の細溝との間のロータコア部分が細溝側に変形して、磁石装着用溝のロータコア外周側の溝幅が広がるので、永久磁石をロータコアに容易に装着でき、ロータの組み立て作業性が向上し、更に、組み立て後は細溝が磁気ギャップとして作用し、ロータコア表面からロータコア内部へ回り込む永久磁石の漏洩磁束が抑制されるので、コギングトルクが低減でき、より静音化を図ることが可能となる。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項２の永久磁石型同期モータのロータ構造において、上記細溝は、上記磁石装着用溝の深さとほぼ同じ深さで、かつ上記ロータコアの内周側における周方向幅を外周側の周方向幅よりも広く形成したことを特徴とする。
【００１７】
請求項３の発明によると、ロータコア内周側において磁石装着用溝と細溝とがより近接し、磁石装着用溝に永久磁石を挿入する際に、磁石装着用溝とその近傍の細溝との間のロータコア部分が、磁石装着用溝の外周側の溝幅が広がる方向により変形し易くなるので、ロータの組み立て作業性が更に向上する。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、請求項２または３の永久磁石型同期モータのロータ構造において、上記細溝に樹脂を充填したことを特徴とする。
【００１９】
請求項４の発明によると、細溝への樹脂の充填により、永久磁石の装着後における磁石装着用溝とその近傍の細溝との間のロータコア部分の変形が抑制されるので、永久磁石をロータコアにより確実に保持することが可能となる。特に、細溝の周方向幅が、外周側よりも内周側の方が広い場合には、細溝からの樹脂の脱落も防止できるので、高速モータに有利となる。
【００２０】
請求項５に記載の発明は、請求項１または４の永久磁石型同期モータのロータ構造において、上記永久磁石を装着した上記ロータコアの外周面全周を樹脂によりモールドしたことを特徴とする。
【００２１】
請求項５の発明によると、ロータコアからの永久磁石の脱落がより確実に防止され、高トルクモータや高速モータにより有効に適用することが可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による永久磁石型同期モータのロータ構造の実施の形態を図を参照して説明する。
【００２３】
（第１実施の形態）
図１乃至図５は、本発明の第１実施の形態を示すもので、図１はロータの断面図、図２は図１の要部拡大図、図３は側面図、図４はロータコアへの永久磁石の装着工程を説明するための斜視図、図５は細溝への樹脂の充填工程を説明するための断面図である。
【００２４】
図１乃至図３に示すように、本実施の形態のロータ１は、永久磁石型同期モータに使用するもので、薄板の電磁鋼板の積層体もしくは粉末の焼結或いは溶着により固化された電磁鋼帯からなるロータコア２と、このロータコア２の筒状表面に周方向に等間隔に離間して各々軸方向に延在して形成された８つの磁石装着用溝３と、各磁石装着用溝３にロータコア２の径方向に磁極面を向けて装着された永久磁石４とを有する、いわゆる半埋め込み型のロータ構造を有している。
【００２５】
磁石装着用溝３は、ロータコア２の内周側から外周側に向けて周方向幅が狭くなる断面略台形状に形成し、永久磁石４は磁石装着用溝３の断面形状とほぼ同寸法の断面略台形状に形成する。
【００２６】
更に、ロータコア２の各磁石装着用溝３の両側近傍には、各々軸方向に延在して、周方向幅が磁石装着用溝３の周方向幅よりも狭い細溝５を形成し、これら各細溝５に各々ＢＭＣ（Ｂｕｌｋ　Ｍｏｌｄｉｎｇ　Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）等の樹脂６を充填して硬化させる。なお、本実施の形態では、各細溝５を、磁石装着用溝３の深さとほぼ同じ深さで、かつロータコア２の内周側における周方向幅を外周側の周方向溝よりも広く形成する。
【００２７】
次に、本実施の形態のロータ１の製造方法について、図４及び図５を参照して説明する。
【００２８】
先ず、ロータコア２に磁石装着用溝３及び細溝５を形成した状態で、図４に示すように、断面略台形状の各磁石装着用溝３に、同様に断面略台形状の永久磁石４をロータ軸方向から挿入して装着する。ここで、ロータコア２の内周側では、各磁石装着用溝３とその近傍の細溝５とがより近接しているので、磁石装着用溝３に永久磁石４を挿入する際に、磁石装着用溝３とその近傍の細溝５との間のロータコア部分Ａ（図１及び図２参照）は、磁石装着用溝３の外周側の溝幅が広がる方向に変形し易くなる。従って、永久磁石４を磁石装着用溝３に容易に装着することができ、ロータ１の組み立て作業性が向上する。
【００２９】
磁石装着用溝３へ永久磁石４を装着したら、各永久磁石４を接着剤によりロータコア２に固定する。その後、図５に示すように、ロータコア２を、型１１のロータ外径とほぼ等しい内径の成形空洞１２内に配置して、ロータコア２の各細溝５にＢＭＣ等の樹脂６を射出成形機により加圧充填し、樹脂６の硬化後、型１１から取り出してロータ１を得る。
【００３０】
このように、本実施の形態では、ロータコア２の磁石装着用溝３及び磁石装着用溝３に装着する永久磁石４の各々の断面形状を、ロータコア２の内周側から外周側に向けて周方向幅が狭くなる略台形状としたので、ロータコア２の外周にグラスファイバー等のワイヤを巻き付けたり、ロータコア２の外周を非磁性体の筒で覆ったりすることなく、ロータコア２からの永久磁石４の脱落を確実に防止でき、永久磁石４をロータコア２に長期間に亘って安定した状態に保持することができる。従って、簡単かつ安価な構成で、高トルクモータや高速モータにも有効に適用することができる。
【００３１】
また、永久磁石４を、ロータコア２の内周側から外周側に向けて周方向幅が狭くなる断面略台形状とすることで、誘起電圧波形を正弦波状してモータの振動を低減でき、静音化を図ることができると共に、磁石トルクに加えてリラクタンストルクを併用できるので、モータの高効率化を図ることができる。
【００３２】
更に、各磁石装着用溝３の両側近傍に、磁石装着用溝３の深さとほぼ同じ深さで、周方向幅がロータコア２の外周側よりも内周側が広い細溝５を形成したので、上述したように永久磁石４を磁石装着用溝３に装着する際に、ロータコア部分Ａが変形して永久磁石４を磁石装着用溝３に容易に装着でき、ロータ１の組み立て作業性が向上する。
【００３３】
更に、磁石装着用溝３への永久磁石４の装着後は、細溝５に樹脂６を充填するので、ロータコア部分Ａの変形は抑制され、永久磁石４をロータコア２により確実に保持することができる。しかも、細溝５は、内周側が外周側よりも溝幅が広いので、細溝５からの樹脂６の脱落も防止でき、高速モータに有利となる。
【００３４】
また、ロータ１の組み立て後、細溝５は磁気ギャップとして作用するので、ロータコア表面からロータコア内部へ回り込む永久磁石４の漏洩磁束を抑制でき、これによりモータのコギングトルクを低減できるので、より静音化を図ることができる。
【００３５】
（第２実施の形態）
図６は本発明の第２実施の形態を示すロータの断面図である。本実施の形態のロータ２１は、第１実施の形態のロータ１において、永久磁石４を装着したロータコア２の外周面全周を細溝５に充填した樹脂６と同一樹脂６でモールドしたもので、その他の構成は第１実施の形態のロータ１と同様であるので、第１実施の形態と同一部分に同一符号を付してその説明を省略する。
【００３６】
かかる、ロータ２１は、第１実施の形態のロータ１の製造方法において、図５に示した樹脂の充填工程で用いる型１１の成形空洞１２の内径をロータコア２の外径よりも若干大きくし、細溝５への樹脂６の充填と同時に、ロータコア２の外周側の隙間にも樹脂６を充填することにより製造することができる。なお、ロータコア２の外周面全周をモールドする樹脂６の厚さは、当該ロータ２１を組み込むモータの回転速度に応じて適宜設定可能であるが、例えば０．５ｍｍ程度とする。
【００３７】
このように、本実施の形態では、永久磁石４を装着したロータコア２の外周面全周を樹脂６でモールドしたので、第１実施の形態の効果に加えて、ロータコア２からの永久磁石４の脱落をより確実に防止することができる。従って、更に高トルクのモータや高速のモータに適用することができる。
【００３８】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、ロータコア２に装着する永久磁石４の数は８個（極）に限らず、適宜の極数とすることができる。また、磁石装着用溝３の近傍に形成する細溝５の断面形状及び溝深さは、例えば同一溝幅で磁石装着用溝３よりも深く形成する等、適宜変更可能であると共に、このような細溝５を省略することもできる。更に、細溝５を省略した構成で、永久磁石４を装着したロータコア２の外周面全周を樹脂６でモールドすることもできる。
【００３９】
また、使用する樹脂６は、熱硬化性の代表であるＢＭＣに限らず、モータの使用条件や生産条件等を考慮し、適宜、適切なものを選択すればよい。ロータ温度が低く、樹脂６の耐熱性が満足するならば熱可塑性の樹脂を採用してもよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ロータコアの磁石装着用溝及びこの磁石装着用溝に装着する永久磁石の各の断面形状を、ロータコアの内周側から外周側に向けて周方向幅が狭くなる略台形状としたので、ロータコアの外周にグラスファイバー等のワイヤを巻き付けたり、ロータコアの外周を非磁性体の筒で覆ったりすることなく、簡単かつ安価な構成で、ロータコアからの永久磁石の脱落を確実に防止して、永久磁石をロータコアに長期間に亘って安定に保持することができ、高トルクモータや高速モータにも有効に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による永久磁石型同期モータのロータ構造の第１実施の形態を示すロータの断面図である。
【図２】同じく、図１の要部拡大図である。
【図３】同じく、ロータの側面図である。
【図４】図１に示すロータを製造する際のロータコアへの永久磁石の装着工程を説明するための斜視図である。
【図５】同じく、細溝への樹脂の充填工程を説明するための断面図である。
【図６】本発明による永久磁石型同期モータのロータ構造の第２実施の形態を示すロータの断面図である。
【図７】従来の永久磁石型同期モータのロータ構造を示すロータの断面図である。
【図８】同じく、従来の永久磁石型同期モータのロータ構造を示すロータの断面図である。
【符号の説明】
１　　ロータ
２　　ロータコア
３　　磁石装着用溝
４　　永久磁石
５　　細溝
６　　樹脂
１１　　型
１２　　成形空洞
２１　　ロータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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