(57)【要約】【課題】永久磁石を回転子鉄心の磁石埋設孔に信頼性の高い方法で固定することで、高いモータ特性と長期的な信頼性を有する回転子の構造を提供することを目的とする。【解決手段】回転子鉄心は積層された鋼板により構成されており、回転子鉄心に設けられた磁石埋設孔内に永久磁石が配されている。磁石埋設孔において、永久磁石は回転子鉄心の半径方向外側に配する壁面と接着剤５を介して固定されている。そして、隙間の空気層８を具備する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板を積層してなる電動機の回転子の鉄心に、永久磁石を挿入して埋設する複数の磁石埋設孔を有する磁石埋込型の回転子において、前記永久磁石と前記磁石埋設孔の回転子半径方向外側の壁面とが接する構造を具備し、かつ、前記永久磁石と前記磁石埋設孔の回転子内側壁面との間に空間層を具備する回転子。
【請求項２】
請求項１記載の回転子において、永久磁石と前記磁石埋設孔の回転子の円周方向の少なくとも片側の壁面との間に空間層を具備する回転子。
【請求項３】
請求項１記載の回転子において、永久磁石と磁石埋設孔の回転子半径方向外周側の壁面との間に樹脂層を具備する回転子。
【請求項４】
請求項１記載の回転子において、永久磁石と磁石埋設孔の回転子半径方向外周側の壁面との間の樹脂層の厚み寸法が、前記磁石埋設孔の各々において互いに略等しい値を具備する回転子。
【請求項５】
請求項１記載の回転子において、樹脂層の材質は熱硬化性樹脂接着剤である回転子。
【請求項６】
請求項１記載の回転子において、永久磁石の表面を覆う表層体を具備し、前記表層体の材質にニッケルを含む回転子。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の回転子を具備する電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転子の磁石埋設孔に永久磁石を埋設する構成を具備する電動機及び回転子に関する。
【背景技術】
【０００２】
家電分野や産業機器分野、電装分野等のモータにおいて、その運転効率の高さや堅牢さから磁石埋込型モータ（以降、ＩＰＭモータと記載）が用いられている。このＩＰＭモータは回転子は回転子鉄心の内部に永久磁石を埋設したものであり、磁石埋設孔への樹脂注入やカシメ方式により永久磁石を固定したものが一般的である。
【０００３】
図１、２を用いて代表的な産業機器用ＩＰＭモータの回転子構造の一例について説明する。図１は鋼板１を積層した回転子鉄心２に磁石埋設孔３を形成し、この磁石埋設孔３に永久磁石４を挿入して埋め込んだ構造である。図２は図１の回転子の軸方向に対して直交する面の断面図である。永久磁石及び永久磁石の埋設孔の形状は、平板型やかまぼこ型、半円型の断面形状等、様々な形状のものがある。
【０００４】
ＩＰＭモータの回転子鉄心に形成された磁石埋設孔に永久磁石を挿入して固定する際、各磁石埋設孔内で永久磁石の固定位置のばらつきが発生する。この永久磁石固定位置のずれに伴い、回転子のアンバランスやトルクリプルが増大し、モータ特性が悪化することが知られている。この課題を解決するため、従来より以下のような検討がなされてきた。
【０００５】
例えば特許文献１などには、回転子鉄心の磁石埋設孔の内側の角部に溝を設け、その溝に永久磁石を固定するためにバネ等の弾性体を圧入装着することで、永久磁石を磁石埋設孔の半径方向外側に付勢し、永久磁石を固定した回転子を有するモータが記載されている。
【０００６】
例えば特許文献２などには、回転子鉄心の磁石埋設孔と永久磁石の隙間に、回転子の軸方向に伸張した状態で紐状のゴム弾性体を挿入することにより、永久磁石を磁石埋設孔の半径方向外周側壁面に押圧した状態で保持した永久磁石埋込型の回転子の構造が記載されている。
【０００７】
例えば特許文献３などには、回転子鉄心の磁石埋設孔の内側に、磁石埋設孔と連通する樹脂注入用の孔部を設け、その孔部から金型を用いて樹脂を注入することで永久磁石を磁石埋設孔の半径方向外周側壁面に押圧した永久磁石埋込型の回転子の構造が記載されている。
【０００８】
例えば特許文献４などには、永久磁石と回転子鉄心の磁石埋設孔の間に接着剤シートを介することにより、永久磁石を磁石埋設孔に接着固定した回転子の構造が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−３４１９２０号公報
【特許文献２】特開２０１２−２４４６７７号公報
【特許文献３】特開２００２−３４１８７号公報
【特許文献４】特開平９−１６３６４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来技術における、磁石埋設孔の半径方向内側の壁面と永久磁石の間にバネやゴムのような弾性体を圧入装着する方法は、耐衝撃性や耐環境性の面から長期的な信頼性を確保することは困難性を伴う。また、永久磁石の磁束を有効に活用するために、回転子鉄心のブリッジ部の薄肉化した回転子では、上記の技術では弾性体を圧入する際に回転子鉄心を変形させ、モータ特性の低下を招くことも考察される。
【００１１】
また、従来技術においては、回転子鉄心の半径方向内側に磁石埋設孔と連通する樹脂注入用の孔部を設け、その孔部から成形金型を用いて樹脂を注入する方法は、樹脂成型時の成型圧により、回転子鉄心の積層した鋼板と鋼板の隙間に成型樹脂が流動し、回転子鉄心が変形させ、モータ特性の低下を招くことも考察される。また、回転子鉄心の孔部が完全に樹脂で充填されている場合は、永久磁石の周辺部位との熱抵抗が高い傾向になり易く、電動機の駆動が過負荷の場合には、永久磁石の発熱が過剰となり、減磁することも考察される。
【００１２】
さらに、従来技術においては、永久磁石を回転子鉄心の磁石埋設孔の中に接着剤シートで接着固定した場合に、接着剤シートの厚みで永久磁石が回転子の半径方向内側に寄るため、永久磁石とステータ鉄心の間のギャップが大きくなり、回転子の磁束を有効に活かすことができず、モータの性能低下を招く可能性も考察される。また、回転子の製造工程が複雑になり、量産性の乏しい傾向となる。
【００１３】
本発明は、上記の課題を解決するものであり、永久磁石を回転子鉄心の磁石埋設孔に信頼性の高い方法で固定することで、高いモータ特性と長期的な信頼性を有する回転子の構造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】
【００１４】
本発明は、鋼板を積層してなる電動機の回転子の鉄心に、永久磁石を挿入して埋設する複数の磁石埋設孔を有する磁石埋込型の回転子において、前記永久磁石と前記磁石埋設孔の回転子半径方向外側の壁面とが接する構造を具備し、かつ、前記永久磁石と前記磁石埋設孔の回転子内側壁面との間に空間層を具備する回転子である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、回転子の構造は、永久磁石が磁石埋設孔の回転子外側の壁面と接した構造を有しており、回転子のアンバランスやトルクリプルを低減することで誘起電圧の低下を抑制し、高いモータ特性を実現する回転子を提供可能である。また、永久磁石を固定するための押圧部材を用いることがないため、永久磁石へかかる応力を低減し、永久磁石の割れや抜けを防ぐことができ、信頼性の高い回転子を提供することが可能である。
【００１６】
このように、本発明の回転子構造は高いモータ特性及び信頼性を実現できる回転子であり、従来の回転子と比べて使用環境に制限されることが少なく、モータの小型化、薄型化及び高出力に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】従来の一般的な永久磁石埋込型の回転子を示す斜視図
【図２】従来の一般的な永久磁石埋込型の回転子の断面図
【図３】本発明の実施例１における永久磁石埋込型の回転子の断面図
【図４】本発明の実施例１における回転子製造工程の概要を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明について、図面及び表を参照しながら説明する。なお、以下の本実施例又は実施例によって本発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００１９】
図３は、本発明を用いた永久磁石埋込型の回転子の断面図を示したものである。回転子鉄心は積層された鋼板により構成されており、回転子鉄心に設けられた磁石埋設孔内に永久磁石が配されている。図３において、永久磁石及び磁石埋設孔の断面形状は平板となっているが、それぞれの形状はこれに限るものでない。磁石埋設孔において、永久磁石は回転子鉄心の半径方向外側に配する壁面と接着剤５を介して固定されている。
【００２０】
本実施形態に用いる接着剤としては、接着強度や耐薬品に優れたエポキシ系の接着剤を用いることが好ましい。
【００２１】
表１に接着剤の種類と性質について示す。嫌気性接着剤を用いた場合、回転子鉄心は鋼板を積層して形成されているために、各鋼板と鋼板の隙間の空気層８や磁石埋設孔の回転子鉄心軸方向端面部に存在する接着剤は硬化不良を起こす。同様に、湿気硬化型接着剤を用いた場合、鋼板と永久磁石の隙間等の空気に触れない箇所では接着剤の硬化不良が起こる。また、紫外線硬化型の接着剤を用いた場合、紫外線を照射しても磁石埋設孔内部に紫外線に晒されない部分が存在するため、接着剤の硬化不良が発生する。
【００２２】
【表１】
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以上のように硬化不良が発生した場合、モータを起動させ回転子を回転させた際に未硬化状態の接着剤が遠心力により、回転子から飛散し、モータをロックする等の不具合を起こす可能性があり、モータの信頼性を低下させる原因となる。また、２液性接着剤は作業性が悪く生産性を悪化させるため本実施例には適していない。
【００２３】
また、永久磁石にネオジウム磁石やサマリウム鉄窒素磁石等の希土類磁石を用いる場合、湿潤雰囲気中で錆びやすいため、防錆を目的とした表面処理が必須である。表２に希土類永久磁石の表面処理方法とエポキシ系接着剤の強度測定結果及び表面処理の耐食性を示す。これらの接着強度の結果から、回転子の信頼性を考慮した際、希土類磁石の表面処理方法としてニッケルを用いることが望ましい。
【００２４】
【表２】
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次に、上記のように構成される本実施例における回転子の製造方法について説明する。
本実施例では、永久磁石を磁石埋設孔内に挿入する前に、予め未着磁状態の永久磁石の回転子鉄心の半径方向外側に配する壁面に接着剤を適量塗布し、その後、磁石埋設孔内に挿入する。
【００２５】
図４は、本発明の本実施例における回転子製造時の断面図である。回転子と同じ局数の永久磁石７を埋設した治具６の中に回転子鉄心を挿入し、磁石埋設孔内の永久磁石を回転子鉄心の半径方向外側に配した状態を示している。回転子鉄心の磁石埋設孔内に挿入された永久磁石が、治具６に埋設された永久磁石７により磁気的に吸引され、磁石埋設孔の半径方向外側に配列される。この状態を保ちながら回転子鉄心に熱を加えることで、永久磁石に塗布された熱硬化性接着剤により回転子鉄心と永久磁石が固着し、永久磁石が磁石埋設孔内に固定される。
【００２６】
以上の方法を用いることにより、永久磁石を磁石埋設孔内で回転子鉄心の半径方向外側に配した状態で固定することが可能となり、永久磁石の磁束を有効に活用した設計をすることができ、誘起電圧の高いモータを提供することができる。さらに、上記のような治具６を用いることにより、磁石埋設孔内での永久磁石の円周方向の位置を規定することができる。これにより磁石埋設孔内での永久磁石の半径方向及び円周方向の位置を均一に定めることで、回転子のアンバランスやトルクリプルの増加を抑制し、モータ特性の向上とばらつき低減が可能になる。
【００２７】
また、本実施例の工程では、永久磁石の回転子鉄心の半径方向外側に配する壁面に熱硬化性接着剤を塗布し、熱を加えることで接着剤の粘度が低下し、回転子鉄心の半径方向外側に接着剤が流動した後、硬化する。これにより、回転子鉄心のブリッジ部の強度を向上する効果や、接着剤の投錨効果も期待することができ、信頼性の高い回転子を提供することができる。
【００２８】
近年、モータの小型化、高出力化に対する要望から、永久磁石の磁束を有効に活用するために回転子鉄心ブリッジ部の薄肉化が進められ、回転子鉄心の強度低下が懸念されている。本発明は回転子鉄心のブリッジ部の強度を向上することが可能であり、モータの小型化、高出力化に特に有用な発明である。さらに、永久磁石を磁石埋設孔の半径方向外側の壁面に接着固定することで、回転子が回転した時も接着面を引き剥がす方向の応力がかかることがないため、信頼性の高い回転子を提供することができる。
【００２９】
本実施例のように、永久磁石を磁石埋設孔内で回転子鉄心の半径方向外側に配した状態で固定することで、磁石埋設孔の回転子の半径方向内側に空間層を設けることができる。これにより、シャフトを回転子のシャフト挿通穴に圧入・固定する際に発生する、永久磁石へ応力を緩和することが可能となる。
【００３０】
従来技術のように、磁石埋設孔の回転子の半径方向内側に追加部材を設けて永久磁石を押圧する設計であれば、シャフトが圧入された際に生じる回転子鉄心への応力が、永久磁石へかかる可能性があり、永久磁石の割れや脱落といった不具合を発生させる原因となりうる。回転子が小型の場合は上記の不具合が発生する可能性が高いため、本発明は小型の回転子に特に有用な技術であることがわかる。
【００３１】
また、本実施例では、永久磁石と磁石埋設孔の間に回転子の半径方向内側と円周方向に空間層を有するため、回転子が回転した時に、永久磁石の発熱により温められた空間層の空気が周囲の空気と置換され、永久磁石の熱を効果的に放熱することができる。このため、モータ運転時に永久磁石が発熱し、熱減磁することを防ぐことも可能である。
上記の方法により、永久磁石を均一に固定することができ、信頼性の高い回転子を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の利用分野は、永久磁石を回転子鉄心に固定した回転子の構造に用いられるもので、小型化、高出力化が望まれるモータ等の回転子を有する機器の信頼性向上に特に有用である。
【符号の説明】
【００３３】
１  鋼板
２  回転子鉄心
３  磁石埋設孔
４  永久磁石
７  永久磁石
８  空気層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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