(57)【要約】【課題】強度を低下させることなしに安価で且つ短時間で回転子を提供する。【解決手段】回転子（３０）は、回転軸の周方向において複数の永久磁石（３１）のそれぞれを挟込む複数の磁極磁性体（３２）と、永久磁石および磁極磁性体よりも半径方向内側に配置された環状磁性体（３３）と、磁極磁性体の半径方向内側に形成された係合部（３４）と、環状磁性体に形成されていて係合部に係合する被係合部（３５）とを含む。係合部と被係合部とは、係合部と被係合部との間の隙間に配置された、非磁性材料からなる非磁性材料部分を介して互いに係合している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸周りに周方向に等間隔に配置された複数の永久磁石（３１）と、
前記回転軸の周方向において前記複数の永久磁石のそれぞれを挟込む複数の磁極磁性体（３２）と、
前記複数の永久磁石および前記複数の磁極磁性体よりも半径方向内側に配置された環状磁性体（３３）と、
前記複数の磁極磁性体のそれぞれの半径方向内側に形成された係合部（３４）と、
前記環状磁性体に形成されていて前記係合部に係合する被係合部（３５）と、を具備し、
前記係合部と前記被係合部とは、前記係合部と前記被係合部との間の隙間に配置された、非磁性材料からなる非磁性材料部分（４０）を介して互いに係合し、それにより、前記複数の永久磁石と前記複数の磁極磁性体と前記環状磁性体とを互いに固定するようにした、回転子。
【請求項２】
前記係合部が溝であり、前記被係合部が突起である請求項１に記載の回転子。
【請求項３】
前記係合部が突起で、前記被係合部が溝である請求項１に記載の回転子。
【請求項４】
前記溝の横断面は、前記周方向において前記溝の入り口部の幅よりも幅広な幅広溝部（３４ｂ）を含んでおり、前記突起の横断面は、前記周方向において前記突起の基端よりも幅広な幅広突起部（３５ａ）を含んでいる、請求項２または３に記載の回転子。
【請求項５】
前記複数の磁極磁性体と前記環状磁性体とが部分的に一体的に形成されている請求項１から４のいずれか一項に記載の回転子。
【請求項６】
前記非磁性材料は、組立てられた回転子の前記複数の磁性体の前記係合部と前記環状磁性体の前記被係合部との間の隙間に溶解した状態で充填されるようにした、請求項１から５のいずれか一項に記載の回転子。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の回転子を含む電動機。
【請求項８】
回転軸周りに複数の永久磁石（３１）を周方向に等間隔に配置し、
複数の磁極磁性体（３２）により前記回転軸の周方向において前記複数の永久磁石のそれぞれを挟込み、
環状磁性体（３３）を前記複数の永久磁石および前記複数の磁極磁性体よりも半径方向内側に配置し、
前記複数の磁極磁性体のそれぞれの半径方向内側に形成された係合部（３４）と前記環状磁性体に形成されていて前記係合部に係合する被係合部（３５）とを互いに係合させた状態で、前記複数の永久磁石と前記複数の磁極磁性体と前記環状磁性体とを型（５１）内に配置し、
前記係合部と前記非係合部との間に非磁性体を溶解した状態で充填し、それにより、非磁性材料部分（４０）を備えた回転子を形成するようにした、回転子の製造方法。
【請求項９】
前記複数の磁極磁性体と前記環状磁性体とが部分的に一体的に形成されている請求項８に記載の回転子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁石埋込形回転子およびそのような回転子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、磁石埋込形回転子は、複数の扇形の磁極磁性体と複数の永久磁石とを周方向に交互に接着すると共に、回転軸近傍に位置する環状体によりこれら磁極磁性体および永久磁石を固定している。
【０００３】
特許文献１には、環状体が磁性材料から形成された回転子が開示されている。そして、特許文献１においては、磁極磁性体から環状体まで延びていてその両端に幅広部を有する略Ｈ字形状の打抜孔が磁極磁性体と環状体との間に形成されている。
【０００４】
また、特許文献２には、環状体が非磁性材料から形成された回転子が開示されている。
【０００５】
また、特許文献３においては、磁極磁性体に形成された貫通孔にタイロッドを挿入し、複数の磁極磁性体を互いに締結させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開平3-97354号公報
【特許文献２】実開平3-97353号公報
【特許文献３】特開平4-334937号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１においては、打抜孔の幅広部によって永久磁石から回転子の内周側への磁束漏れを抑えることができる。しかしながら、磁束漏れをさらに抑えるためには、打抜孔の幅広部の寸法を大きくする必要がある。そして、打抜孔の幅広部の寸法を大きくするほど、回転子の強度は低下し、高速で回転させるのは困難である。
【０００８】
また、特許文献２のように非磁性材料からなる環状体の強度は、一般的に鉄製である磁極磁性体の強度よりも小さい。このため、非磁性材料からなる環状体を用いた回転子の強度は低下し、高速で回転させるのは困難である。また、そのような環状体をステンレスで作成すると、コスト高になるという問題もある。さらに、特許文献２の場合には、嵌合部を高精度で加工する必要があるという問題もある。
【０００９】
この点に関し、特許文献３のように貫通孔にタイロッドを挿入した場合には回転子の強度を高めることが可能である。しかしながら、特許文献３の場合には部品点数が大きくなるので、コスト高になり、また回転子を組立てるのに時間がかかるという問題がある。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、強度を低下させることなしに安価で且つ短時間で作成できる回転子およびそのような回転子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前述した目的を達成するために１番目の発明によれば、回転軸周りに周方向に等間隔に配置された複数の永久磁石と、前記回転軸の周方向において前記複数の永久磁石のそれぞれを挟込む複数の磁極磁性体と、前記複数の永久磁石および前記複数の磁極磁性体よりも半径方向内側に配置された環状磁性体と、前記複数の磁極磁性体のそれぞれの半径方向内側に形成された係合部と、前記環状磁性体に形成されていて前記係合部に係合する被係合部と、を具備し、前記係合部と前記被係合部とは、前記係合部と前記被係合部との間の隙間に配置された、非磁性材料からなる非磁性材料部分を介して互いに係合し、それにより、前記複数の永久磁石と前記複数の磁極磁性体と前記環状磁性体とを互いに固定するようにした、回転子が提供される。
２番目の発明によれば、１番目の発明において、前記係合部が溝であり、前記被係合部が突起である。
３番目の発明によれば、１番目の発明において、前記係合部が突起で、前記被係合部が溝である。
４番目の発明によれば、２番目または３番目の発明において、前記溝の横断面は、前記周方向において前記溝の入り口部の幅よりも幅広な幅広溝部を含んでおり、前記突起の横断面は、前記周方向において前記突起の基端よりも幅広な幅広突起部を含んでいる。
５番目の発明によれば、１番目から４番目のいずれかの発明において、前記複数の磁極磁性体と前記環状磁性体とが部分的に一体的に形成されている。
６番目の発明によれば、１番目から５番目のいずれかの発明において、前記非磁性材料は、組立てられた回転子の前記複数の磁性体の前記係合部と前記環状磁性体の前記被係合部との間の隙間に溶解した状態で充填されるようにした。
７番目の発明によれば、１番目から６番目のいずれかの発明の回転子を含む電動機が提供される。
８番目の発明によれば、回転軸周りに複数の永久磁石を周方向に等間隔に配置し、複数の磁極磁性体により前記回転軸の周方向において前記複数の永久磁石のそれぞれを挟込み、環状磁性体を前記複数の永久磁石および前記複数の磁極磁性体よりも半径方向内側に配置し、前記複数の磁極磁性体のそれぞれの半径方向内側に形成された係合部と前記環状磁性体に形成されていて前記係合部に係合する被係合部とを互いに係合させた状態で、前記複数の永久磁石と前記複数の磁極磁性体と前記環状磁性体とを型内に配置し、前記係合部と前記非係合部との間に非磁性体を溶解した状態で充填し、それにより、非磁性材料部分を備えた回転子を形成するようにした、回転子の製造方法が提供される。
９番目の発明によれば、８番目の発明において、前記複数の磁極磁性体と前記環状磁性体とが部分的に一体的に形成されている。
【発明の効果】
【００１２】
１番目の発明においては、環状磁性体を磁性材料、例えば鉄により形成しているので、回転子の強度を高めつつ、安価で回転子を作成することができる。また、磁性磁極体と環状磁性体との間に非磁性材料部分が配置されているので、磁束漏れを遮断することができる。また、磁極磁性体に貫通孔を形成したり、タイロッドを準備する必要がないので、部品点数および回転子を作成する工数が減り、回転子を短時間で作成することができる。
２番目および３番目の発明においては、係合部および被係合部を簡易に作成することができる。
４番目の発明においては、磁極磁性体と環状磁性体とを堅固に結合させられる。
５番目の発明においては、部品点数をさらに削減しつつ、作業性を向上させられると共に、コストを低減できる。
６番目の発明においては、係合部と被係合部との間に微少な凹凸が存在している場合であっても、非磁性材料が凹凸を充填するので、磁極磁性体と非磁性材料部分と環状磁性体とを隙間なく堅固に結合させられる。それゆえ、係合部および被係合部を高精度で作成する必要性を排除できる。
７番目の発明においては、電動機を安価で且つ短時間で作成できる。
８番目の発明においては、環状磁性体を磁性材料、例えば鉄により形成しているので、回転子の強度を高めつつ、安価で回転子を作成することができる。また、磁性磁極体と環状磁性体との間に非磁性材料部分が配置されているので、磁束漏れを遮断することができる。また、磁極磁性体に貫通孔を形成したり、タイロッドを準備する必要がないので、部品点数および回転子を作成する工数が減り、回転子を短時間で作成することができる。さらに、係合部と被係合部との間に微少な凹凸が存在している場合であっても、非磁性材料が凹凸を充填するので、磁極磁性体と非磁性材料部分と環状磁性体とを隙間なく堅固に結合させられる。また、係合部および被係合部を高精度で作成する必要性を排除できる。
９番目の発明においては、部品点数をさらに削減しつつ、作業性を向上させられると共に、コストを低減できる。
【００１３】
添付図面に示される本発明の典型的な実施形態の詳細な説明から、本発明のこれら目的、特徴および利点ならびに他の目的、特徴および利点がさらに明解になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は本発明に基づく電動機の端面図である。
【図２】本発明の第一の実施形態に基づく回転子の端面図である。
【図３】図２に示される回転子の部分拡大図である。
【図４】本発明の第二の実施形態に基づく回転子の端面図である。
【図５】本発明の第三の実施形態に基づく回転子の第一磁性体部の端面図である。
【図６】回転子の部分分解斜視図である。
【図７】本発明の第一の実施形態に基づく回転子の斜視図である。
【図８】本発明の第三の実施形態に基づく回転子の斜視図である。
【図９】本発明に基づく回転子を製造する状態を説明する部分破断分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の図面において同様の部材には同様の参照符号が付けられている。理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。
図１は本発明に基づく電動機の端面図である。図１に示される電動機１０は、固定子２０と、固定子２０内に配置された回転子３０とを主に含んでいる。固定子２０は複数の電磁鋼板が積層された固定子コアを含んでいる。固定子２０の内周面には複数のスロット２１が等間隔で形成されている。隣接するスロット２１の間のティース２２には、コイル（図示しない）が巻回されている。
【００１６】
図２は本発明の第一の実施形態に基づく回転子の端面図である。図１および図２に示されるように、回転子３０は、回転軸Ｏ周りに周方向に等間隔に配置された複数、例えば八つの永久磁石３１と、これら永久磁石３１の間に配置された略扇形の磁極磁性体３２とを含んでいる。永久磁石３１の数は電動機１０の極数に相当する。
【００１７】
図２に示されるように、これら八つの永久磁石３１のそれぞれは断面矩形形状であり、それぞれが回転子３０の半径方向に延びるよう配置されている。そして、隣接する二つの磁極磁性体３２が一つの永久磁石３１を挟込むように配置されている。
【００１８】
また、永久磁石３１の、回転子３０の半径方向内側に位置する端部のさらに内側には、環状磁性体３３が配置されている。磁極磁性体３２および環状磁性体３３は磁性材料、例えば鉄、電磁鋼板から形成されている。磁極磁性体３２および環状磁性体３３が磁性材料から形成されている限りにおいて、磁極磁性体３２および環状磁性体３３が互いに異なる材料から形成されていてもよい。
【００１９】
さらに、図２に示されるように、複数の磁極磁性体３２の、回転子３０の半径方向内側に位置する端部には、係合部３４が形成されている。また、環状磁性体３３の、回転子３０の半径方向外側に位置する外周面には、係合部３４に係合する被係合部３５が形成されている。図２に示される実施形態においては、係合部３４は回転軸Ｏに沿って延びる溝であり、被係合部３５は半径方向内側に突出する突起である。
【００２０】
図３は図２に示される回転子の部分拡大図である。図３に示されるように、回転軸Ｏに対して垂直な係合部３４の断面は逆台形であり、回転軸Ｏに対して垂直な被係合部３５の断面は、これに対応した台形である。従って、回転子３０の周方向において、溝としての係合部３４の底部３４ｂは入口部３４ａよりも幅広である。同様に、回転子３０の周方向において、突起としての被係合部３５の末端３５ａは基端３５ｂよりも幅広である。このような構成であるので、本発明では、係合部３４と被係合部３５とを互いに係合させると、磁極磁性体３２と環状磁性体３３とを堅固に固定させられる。また、磁極磁性体３２が扇形であるので、係合部３４と被係合部３５とを互いに係合させることにより、永久磁石３１を隣接する二つの磁極磁性体３２の間に堅固に固定させられる。
【００２１】
ところで、図４は本発明の第二の実施形態に基づく回転子の端面図である。図４に示される実施形態においては、磁極磁性体３２の係合部３４が突起であり、環状磁性体３３の被係合部３５が溝として形成されている。このため、図４に示される係合部３４および被係合部３５の形状は、図２に示される係合部３４および被係合部３５の形状とは異なる。しかしながら、このような場合であっても、磁極磁性体３２と環状磁性体３３とを同様に堅固に結合させられるのが分かるであろう。なお、係合部３４および被係合部３５は台形状である必要はなく、係合部３４および被係合部３５は互いに堅固に係合できるあらゆる形状であってよい。
【００２２】
また、図５は本発明の第三の実施形態に基づく回転子の第一磁性体部の端面図である。図５には、回転子３０の一部分である第一磁性体部３０ａが示されている。図５に示される第一磁性体部３０ａにおける複数の磁極磁性体３２のそれぞれと環状磁性体３３との間には、スリット３６が形成されている。図５から分かるように、スリット３６は略Ｕ字形状であり、その基部が磁極磁性体３２を向いている。言い換えれば、スリット３６の基部は略扇形の磁極磁性体３２の半径方向内側端部に隣接している。
【００２３】
しかしながら、図５から分かるように、スリット３６は磁極磁性体３２の半径方向内側端部全体に沿って形成されているわけではない。スリット３６の基部の両端部は磁極磁性体３２から所定距離だけ離間している。このため、図５に示される第一磁性体部３０ａにおいては、複数の磁極磁性体３２と環状磁性体３３とが少なくとも部分的に一体敵に形成されている。言い換えれば、第一磁性体部３０ａに複数のスリット３６を形成することにより、部分的に連結した磁極磁性体３２および環状磁性体３３を単一部材として作成することができる。
【００２４】
ここで、図６は回転子の部分分解斜視図である。図６は回転子３０を組立てる途中の状態であるので、図６には永久磁石３１は示されていない。図６においては、図５に示されるような磁極磁性体３２と環状磁性体３３とを含む第一磁性体部３０ａと、複数の電磁鋼板が軸方向に積層されてカシメにより互いに連結された第二磁性体部３０ｂとが示されている。図６に示されるように、第二磁性体部３０ｂの軸方向高さは第一磁性体部３０ａの軸方向高さよりも十分に大きい。そして、図６においては、第一磁性体部３０ａと第二磁性体部３０ｂとが互い違いに積層されている。
【００２５】
第二磁性体部３０ｂの電磁鋼板の構成は図２および図４に示されるのと概ね同様である。すなわち、第二磁性体部３０ｂにおいては磁極磁性体３２と環状磁性体３３とが互いに分離している。これに対し、図５を参照して説明したように、第一磁性体部３０ａにおいては磁極磁性体３２と環状磁性体３３とは互いに部分的に連結している。言い換えれば、第一磁性体部３０ａ自体は単一部材である。
【００２６】
このため、図６に示されるように第一磁性体部３０ａを第二磁性体部３０ｂと組み合わせて使用することにより、回転子３０を作成するのに必要な部品点数を少なくすると共に、組立工数を低減することができる。なお、複数の第一磁性体部３０ａを積層することによって、回転子３０を作成することも可能である。
【００２７】
再び図３を参照すると、磁極磁性体３２の係合部３４と環状磁性体３３の被係合部３５との間には非磁性材料部分４０が配置されている。図３に示される実施形態においては非磁性材料部分４０は係合部３４と被係合部３５との間の隙間全体に配置されている。非磁性材料部分４０は非磁性材料、例えば樹脂、アルミニウム、マグネシウム、銅である。なお、図４においても、非磁性材料部分４０が係合部３４と被係合部３５との間に形成されているものとする。また、図５においても、スリット３６内に非磁性材料部分４０が配置されているものとする。
【００２８】
図７は本発明の第一の実施形態に基づく回転子の斜視図である。図７に矢印で示されるように、回転子３０を組立てた後で、係合部３４と被係合部３５との間の隙間に、溶融状態の非磁性材料を充填し、非磁性材料部分４０を作成する。また、図８は本発明の第三の実施形態に基づく回転子の斜視図である。図８に矢印で示されるように、回転子３０を組立てた後で、スリット３６に、溶融状態の非磁性材料を流込んで充填し、非磁性材料部分４０を作成する。従って、本発明においては、極めて容易に非磁性材料部分４０を作成することができる。
【００２９】
ところで、図９は本発明に基づく回転子を製造する状態を説明する部分破断分解斜視図である。図９においては可動側型プレート５１と、固定側型プレート５３と、可動側型プレート５１および固定側型プレート５３の間に配置されたプレート５２とが示されている。固定側型プレート５３とプレート５２とは一体的に使用される。可動側型プレート５１には、回転子３０が軸方向に挿入される環状の挿入孔５１ａが形成されている。回転子３０を挿入孔５１ａに挿入すると、回転子３０の上端は挿入孔５１ａの端部と同一平面になり、また回転子３０は周方向に回転しないようになる。なお、挿入孔５１ａに挿入されるべき回転子３０には、永久磁石３１が組付けられているものとする。
【００３０】
固定側型プレート５３には、貫通孔としてのスプル５３ａが回転子３０と同軸に形成されている。スプル５３ａは回転子３０よりも十分に小さい。そして、固定側型プレート５３に隣接するプレート５２には、回転子３０の中心軸線から半径方向外側に延びて回転子３０に向かって軸方向に延びる複数、例えば八つのランナ５２ａが形成されている。ランナ５２ａは分岐通路５２ａと言い換えることもできる。これらランナ５２ａのそれぞれは可動側型プレート５１に隣接するプレート５２の他端で終端している。プレート５２の他端においてランナ５２ａのそれぞれは、回転子３０の係合部３４と被係合部３５の間の隙間またはスリット３６に対応した場所に位置している。
【００３１】
回転子３０を可動側型プレート５１の挿入孔５１ａに挿入し、次いで、一体的なプレート５２および固定側型プレート５３を可動側型プレート５１に当接させる。これにより、回転子３０は可動側型プレート５１とプレート５２との間に完全に収容される。そして、非磁性材料、例えば樹脂、アルミニウム、マグネシウム、銅を固定側型プレート５１のスプル５３ａに溶融状態で供給する。これにより、非磁性材料はスプル５３ａからランナ５２ａのそれぞれを通って回転子３０の係合部３４と被係合部３５の間の隙間またはスリット３６に流入するようになる（図７および図８を参照されたい）。
【００３２】
そして、可動側型プレート５１、プレート５２および固定側型プレート５３を自然冷却または強制的に冷却させると、非磁性材料が硬化して、非磁性材料部分４０が形成されるようになる。従って、本発明においては、非磁性材料部分４０を備えた回転子３０を極めて容易に作成することができる。
【００３３】
本発明では、溶融状態の非磁性材料を充填しているので、係合部３４と被係合部３５との間の隙間またはスリット３６に非磁性材料を満遍なく充填することができる。このため、係合部３４と被係合部３５との間にわずかな凹凸があったとしても、その凹凸も充填される。従って、本発明においては、係合部３４および被係合部３５を高精度で作成する必要がない。それゆえ、係合部３４および被係合部３５を簡易に作成できるのが分かるであろう。
【００３４】
また、本発明においては、磁極磁性体３２に貫通孔を形成したり、タイロッドを準備する必要がないので、部品点数および回転子３０を作成する工数が減り、回転子３０を短時間で作成することが可能である。さらに、磁極磁性体３２および環状磁性体３３の両方が磁性材料から形成されているので、回転子３０を安価に作成することも可能である。
【００３５】
典型的な実施形態を用いて本発明を説明したが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなしに、前述した変更および種々の他の変更、省略、追加を行うことができるのを理解できるであろう。
【符号の説明】
【００３６】
１０    電動機
２０    固定子
２２    ティース
３０    回転子
３１    永久磁石
３２    磁極磁性体
３３    環状磁性体
３４    係合部
３４ａ    入口部
３４ｂ    底部（幅広溝部）
３５    被係合部
３５ａ    末端（幅広突起部）
３５ｂ    基端
３６    スリット
４０    非磁性材料部分
５１    可動側型プレート
５１ａ    挿入孔
５２    プレート
５２ａ    ランナ
５３    固定側型プレート
５３ａ    スプル
【図１】
2016171675.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2016171675.tif 000007
【図６】
2016171675.tif 000008
【図７】
2016171675.tif 000009
【図８】
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【図９】
2016171675.tif 000011