(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周円筒形の固定子内に回転可能に配置され円柱形の回転子コアの表面に周方向に貼り付けて固定された複数個の永久磁石片を有する同期機の回転子において、前記複数個の永久磁石片は、前記回転子コア表面に回転軸方向に平行に延在するように周方向に所定数形成したあり溝凹部にそれぞれ前記回転軸方向に摺動して嵌合する前記あり溝凹部と相補形の寸法形状を有しそれぞれ間隔をもって保持されるとともに前記回転子中心側に向けて両側面が拡開するテーパ面に形成された前記回転子周面側の部分と前記回転子中心側の面の両側端間の中央部に前記回転子中心側に向けて拡開したテーパ面に形成された前記回転子中心側の凸条部分とでなり、前記回転子コアのあり溝凹部は、前記永久磁石片の前記回転子周面側の部分に対応する相補形を有し前記周方向の両端において前記回転子中心側に向けて両側面が拡開したテーパ面に形成された凹溝と前記永久磁石片の前記凸条部分に対応する相補形を有し前記回転子中心側の面の前記凹溝の両側端間の中央部に前記回転子中心側に向けて両側面が拡開したテーパ面に形成された前記回転軸方向に伸びる所定深さの凹溝とでなることを特徴とする同期機ロータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械、例えばマシニングセンタ等の主軸装置、特に、主軸装置にビルトイン可能で高性能の小型、軽量で、制御性が良く、高速回転の可能な交流同期モータ，特にその回転子ロータに係わる。
【０００２】
【従来の技術】
最近の工作機械では、テーブル、ワーク等の送り制御用に直流モータから永久磁石形交流同期モータ、あるいはさらに各種のリニアモータが使用され、主軸用には主に交流誘導モータが使用されているのが多いようである。これは、主軸用モータでは、多くの場合、回転速度制御と特定位置割出し制御のみが必要で、送り制御ほどの制御の複雑さはないからで、構造が簡単で大出力を発生するかご型誘導モータの使用が多かった。
【０００３】
しかるに近時、主軸回転速度が数万ＲＰＭまたはそれ以上の超高速切削等の加工の要請に対し、回転モータを主軸構造と一体化したビルトイン形の所謂高周波モータが使用されるようになってきている。しかしながら斯種高周波モータ等による高速回転のためには、固定子等の強制冷却が必要なだけでなく、軸受に磁気式や流体圧方式の非接触軸受の使用が必要とされ、高速回転時における軸受剛性等が問題となるだけでなく、極めて精密、複雑な構成で、精細な保守制御が要請される。
【０００４】
これに対し、近時希土類合金系の永久磁石の高性能化開発が進み、最大エネルギ積が約２４０ＫＪ／ｍ３（≒３０ＭＧＯ）に及ぶＳｍ２Ｃｏ１７から、資源問題をも同時に解決する約３２０ＫＪ／ｍ３（≒４０ＭＧＯ）超のＮｄＦｅＢ系焼結磁石が開発されるに到り、制御性の良好な高性能の永久磁石形交流同期モータが得られるようになり、送り用モータとしてだけでなく、主軸用モータとしても使用されるようになってきている。
【０００５】
而して、斯種の永久磁石形の交流同期モータのロータとしては、ヨークを成すロータコアと永久磁石とを円周方向に交互に挟持構造で配置したラジアル形ロータと、円筒形のロータコアの外周面に複数の永久磁石片を貼り付け式に固定した表面貼り付け形ロータの２種が多く実用されている。本発明は、上記後者の表面貼り付け形ロータの構成を改良して、高速回転で必要とする主軸用のビルトイン交流同期モータとして使用できるようにしたものである。
【０００６】
上記の表面貼り付け形のロータは、一般に複数個のＮｄＦｅＢ合金系の焼結永久磁石片を、接着剤を用いて円筒形をしたロータコアの表面に磁気吸着と接着剤で、貼り付ける固定構造をとっている。この場合には、ロータの回転に伴う遠心力と固定子の磁界との磁気的相互作用に基づく磁気吸引力との両力を受けた状態で長時間回転する場合にも、永久磁石片がロータコアの表面から剥離しないためには、磁気吸着と接着剤の接着強度が各永久磁石片に作用する上記の遠心力と磁気吸引力との合力に充分に勝る強度であることが要求される。
【０００７】
このためには、永久磁石片の固定を磁気吸着と接着剤のみに頼ることを避け、ロータコアの外周表面に軸方向に延在するように凹所を形成し、この凹所内に永久磁石片の下底面側の一部以上を沈めることにより、凹所の側壁で永久磁石片の側面を保持するようになってきている。
そして、最近では、上記の凹所を回転軸の中心に向けて両側面が拡開したテーパ状に形成すると共に、永久磁石片を同凹所の相補形に接着面側が上面側より広がったテーパ面に形成し、各永久磁石片をロータコアの軸方向端面から凹所に差込み式に挿入位置決めし、必要に応じ接着剤を用い、固定した楔形剥離防止構造が採られるようになってきている（例えば、特開平５−１６１，２８７号公報等参照）。
【０００８】
また、さらに、上述のような永久磁石片の固定構造に於ける接着剤の老化に起因する問題を回避するために、前述テーパ広がりの永久磁石片を相補形のロータコア凹所に、両者の界面を拡散接合させたもの（例えば、特開平６−１０５，５０４号公報参照）、あるいはさらに、ロータコアの凹所に嵌着する永久磁石片を、永久磁石片を台金にろう付けした２層構造とし、この２層構造体をロータコアの凹所に焼きばめによって嵌着保持させるものもある（例えば、特開平８−８０，０１５公報参照）。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のようなロータ回転子にあっては、接着剤の老化等によってロータコアと永久磁石片間の剥離が生じてしまった場合、永久磁石片はロータコア凹所の両傾斜側面部の楔作用によって支えられるものの、高速回転で永久磁石片の曲げ応力が曲げ強度を上回ると、剥離、飛散による損壊は避けられない。
また、上述特開平６−１０５，５０４号公報に開示のものは、ロータコアと永久磁石片との固着に拡散接合法を用いており、両者の固着強度は高いものの、高価な設備を必要とし、製造コストが上昇してしまったり、せっかくの高性能磁石片の磁気特性を損なう可能性もあった。
また、さらに上述特開平８−８０，０１５号公報に開示のものは、ろう付けが硬ろうによる面間ろう付けで、また焼きばめはロータコア側全体の加熱であって、何れも比較的難作業であると共に高磁気特性の磁石およびロータコアへの熱影響の問題があった。
【００１０】
本発明は、このような問題を解決するものであって、前述両側面が傾斜して軸心方向に拡開したテーパ面を持つ希土類磁石等の高性能の永久磁石片を、相補形の軸方向に延在する凹所に摺動させ、接着剤を用いず、または用いて接着固定する方式の交流同期のロータコアに於ける磁石片剥離、脱落の欠点を解消することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前述の本発明の目的は、内周円筒形の固定子内に回転可能に配置され円柱形の回転子コアの表面に周方向に貼り付けて固定された複数個の永久磁石片を有する同期機の回転子において、複数個の永久磁石片（３）は、回転子コア（２）表面に回転軸方向に平行に延在するように周方向に所定数形成したあり溝凹部（４）にそれぞれ回転軸方向に摺動して嵌合するあり溝凹部（４）と相補形の寸法形状を有しそれぞれ間隔をもって保持されるとともに回転子中心側に向けて両側面が拡開するテーパ面（３Ａ）に形成された回転子周面側の部分（３Ｂ）と回転子中心側の面の両側端間の中央部に回転子中心側に向けて拡開したテーパ面（３Ｃ）に形成された回転子中心側の凸条部分（３Ｄ）とでなり、回転子コア（２）のあり溝凹部（４）は、永久磁石片（３）の回転子周面側の部分（３Ｂ）に対応する相補形を有し周方向の両端において回転子中心側に向けて両側面が拡開したテーパ面（５Ａ）に形成された凹溝（５）と永久磁石片（３）の凸条部分（３Ｄ）に対応する相補形を有し回転子中心側の面の凹溝（５）の両側端間の中央部に回転子中心側に向けて両側面が拡開したテーパ面（６Ａ）に形成された回転軸方向に伸びる所定深さの凹溝（６）とでなることを特徴とする同期機ロータとすることにより達成される。
【００１２】
特に、あり溝凹部（４）の相補形の永久磁石片（３）の凹溝（５）が回転子表面側の磁石部分であり、凸条部分（６）が回転子の中心側の保持部分からなる同期機ロータとすることにより達成される。
【００１３】
【実施例】
以下本発明の同期機の回転子ロータを図示実施例により説明する。図１は、第１の実施例の回転子ロータの軸直角断面図で、１は中空主軸、２は主軸と同軸の磁石保持材、そして３は永久磁石片で回転子を構成している。前記中空主軸１と磁石保持材２とは、各磁石片３間および回転子の外周表面と図示しない内周円筒形の固定子内面の微小間隔を置いて相対向する固定子鉄芯との間に良好な界磁磁場を形成するように、前者中空主軸１を所定強磁性体の鋼材製のものとし、これに対し、後者磁石保持材２を非強磁性の、例えば２．０％Ｃ以上のＦｅ−Ｃ系鋳鉄のような鉄系合金、または希にＣｕ−Ｂｅ系のような高強度銅合金を使用する。中空主軸１に対する磁石保持材２の取付けは、接着剤による接着、あるいは軸方向の所望複数箇所におけるねじ止めの両方または一方により行なわれているものとする。
【００１４】
上記永久磁石片３は、前述希土類合金磁石、好ましくはＮｄＦｅＢ合金系の焼結合金から成り、前記中空主軸１表面に磁気吸着するが、より好ましくは、接着剤による主軸１および保持材２との接着をも行わせるものである。
【００１５】
そして、本発明に於いては、永久磁石片３は図示の場合、磁石保持材２を介し、主軸１に機械的に保持される。
即ち、前記の各永久磁石片３は、中空主軸１と該主軸１を同軸に包皮する磁石保持材２から成る回転子コアの表面に、軸方向に相互に平行に延在するように周方向に所定数形成したあり溝凹部４に、軸方向に摺動して嵌合する相補形の寸法・形状を有し、そしてこのあり溝凹部４に於ける前記の相補形が、前記周方向の両端に於いて、回転子の中心側へ向けて両側面が拡開したテーパ面５Ａに回転子周面に形成された凹溝５であって、さらに、前記回転子中心側の面の両側端間の中央部に、回転子の中心側に向けて拡開したテーパ面６Ａに形成された軸方向に伸びる所定深さの凹溝６を有するものである。
【００１６】
従って、前記回転子コア表面に形成されたあり溝凹部４に軸方向に摺動して嵌合する各永久磁石片３は、図２に斜視図として示すように、前記凹溝５に対応する軸方向と直角方向の両端に於いて、回転子の中心側へ向けて両側面が拡開するテーパ面３Ａに形成された回転子周面の磁石部分３Ｂと、回転子中心側の面の両側端間の中央部に、回転子の中心側に向けて拡開したテーパ面３Ｃに形成された凸条部分３Ｄを有している。このため、永久磁石片３は、磁石部分３Ｂとこれに相補形の凹溝５間の接着剤による接着と、磁石部分３Ｂの両側端のテーパ面３Ａと回転子のテーパ面５Ａとの楔作用により保持されているが、接着剤老化による耐遠心力弱点部分、即ち磁石部分３Ｂの幅方向の中央部分が、回転子の中心側に於いて、凸条部分３Ｄのテーパ面３Ｃと回転子の凹溝６のテーパ面６Ａ間の楔作用により固定された状態に保持されているので、永久磁石片３は、回転子の高速回転によっては簡単に剥離しないことになる。
【００１７】
前記のあり溝凹部４に対応する磁石保持材２の、特に磁石片３摺動嵌合面は、機械的研削および研磨による外、好ましくは、永久磁石片３の切り出し成形に適用されるワイヤ電極を工具とするワイヤ放電加工の輪郭加工により切り出し成形加工するのが良い。また、前記永久磁石片３として、前記凸条部分３Ｄを強磁性体の鋼製として磁石部分３Ｂとろう付けしたものを用いるようにすると、磁石材の使用量を減少させ、また、ワイヤ放電加工を必要としないから、加工費を低減させることが出来る。
【００１８】
図３は、本発明の他の実施例の前述図１と同様な回転子ロータの直角断面図を示すもので、中心部分７が、中空柱状のセラミックス製で、該セラミックス７に同軸状に包皮して、強磁性体の鋼材等からなるロータヨーク８が設けられることにより回転子が形成され、該ロータヨーク８に前述図１のものと同一の永久磁石片３を摺動嵌着する前述あり溝凹部４がワイヤ放電加工により加工形成してあり、この永久磁石片３とあり溝凹部４間の相補形の嵌合、保持の関係等は、前述のものと同一のものである。なお、前記セラミックスとしては、窒化硅素Ｓｉ３Ｎ４等が好ましく、回転子を軽量に構成することができる。
【００１９】
図４は、本発明の、また他の実施例の回転子ロータの直角断面図で、全体としては前述図１の実施例のものと同一であるが、細部に於いて永久磁石片３０の断面形状や、その回転子の中心側に形成される保持凸条部分３０Ｄの形状および保持位置等の変更例を示している。即ち、磁石部分３０Ｂおよびそのテーパ面３０Ａ、これに対する磁石保持材２０およびその凹部５０保持テーパ面５０Ａとの関係は、前述図１のものとほぼ同等であるのに対し、上記磁石部分３０Ｂに回転子の中心側の幅方向の中央部に設けられる保持凸条部分３０Ｄが、中空主軸１０中に楔グリップ状に形成されており、該楔グリップ状の凸条部分３０Ｄは磁石部分３０Ｂの永久磁石にろう付けされた強磁性体鋼等の合金であっても良い。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の同期機ロータによれば、回転子の周表面に設けられる永久磁石片が、回転子表面側においては、周方向の両側端部におけるテーパ面により磁石保持材により保持されるだけでなく、回転子の中心側においては、幅方向の中央部における凸条部分の両側テーパ面と磁石保持材または主軸ロータコアの嵌合テーパ面とによって保持されているので、永久磁石片とロータコア間等の接着剤の老化があったとしても、上記永久磁石片は難剥離性とすることができ、従って、高制御性で、高速回転の工作機械のビルトイン主軸用同期機ロータとして使用して有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の同期機の回転子ロータの実施例の直角断面図。
【図２】同実施例に於ける永久磁石片の斜視図。
【図３】他の実施例の回転子ローラの直角断面図。
【図４】また、他の実施例の回転子ローラの直角断面図。
【符号の説明】
１、１０      回転主軸
２、２０      磁石保持材
３、３０      永久磁石片
４          あり溝凹部
５、６      凹溝
５Ａ、６Ａ  テーパ面
３Ａ、３Ｃ  テーパ面
３Ｂ、３０Ｂ  磁石部分
３Ｄ、３０Ｄ  凸条部分
【図１】
0004566336.tif 000002
【図２】
0004566336.tif 000003
【図３】
0004566336.tif 000004
【図４】
0004566336.tif 000005