JP2006014520A - 回転電機の外転型回転子 - Google Patents

Abstract

【課題】 強度的に弱い回転子鉄心であっても十分に補強及び固定させ、その特性を安定させる。
【解決手段】 熱硬化性樹脂とは異なり、種類が豊富で、更に添加剤の種類も豊富な熱可塑性樹脂としての、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）に対して、ガラス繊維（のフィラー）を２０重量％〜４０重量％添加してモールド材１８を得る。そして、このモールド材１８にて、フレーム６、軸支持体７、回転子鉄心９、Ｎｄ磁石１４等を互いに一体化する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回転子鉄心に形成された磁石挿入孔に永久磁石を挿入して構成される回転電機の外転型回転子に関する。

回転電機としては、例えば外転型（アウターロータタイプ）の永久磁石式電動機（永久磁石型モータ）がある。このものは、スロットにコイルが収納されて略円筒状に形成された固定子と、この固定子の周囲にギャップ（隙間）を介して対向するように位置した回転子とを有する。そして、回転子の内周面には当該前記内周面に沿うように円弧状に成形された複数の磁極用永久磁石が、例えば接着で固定され、以って固定子に対して磁極を形成するようになっている。このような回転子において、磁極用永久磁石としては、一般的に、成形（形状）の自由度が高く、強度を有するフェライト磁石が広く使用されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平８−１８２２８２号公報

ところで、昨今では家電機器を初めとして、広い分野で様々な機器の高効率化が促進されることに伴い回転電機の高効率化も求められてきている。これに対応するために、従来より磁極用永久磁石として、磁気特性の高い、希土類を含有した磁石、例えばＮｄ磁石（ネオジム磁石）を使用した回転子の回転電機が供されている。ここで、前記Ｎｄ磁石は、一般的に成形（形状）の自由度が低く、また脆いため、通常は長方体に形成されるようになっている。従って、これに対応させて、回転子鉄心（積層鉄心）には、前記Ｎｄ磁石を挿入可能な矩形状の磁石挿入孔を形成し、この磁石挿入孔にＮｄ磁石を挿入することにより回転子として構成するようになっている。

このように構成された回転子は磁気特性が高くなる反面、製造時に回転子鉄心に対して複数の磁石挿入孔が形成されているため全体的な強度が弱くなってしまう。従って、一般的には回転子鉄心の補強、そしてこの回転子鉄心とＮｄ磁石との固定のために、磁石挿入孔にＮｄ磁石が挿入された状態で射出成形型により各部材を樹脂（モールド材）にて一体化するようになっている。この樹脂としては、通常は安価で、また流動性に優れた熱硬化性樹脂が使用される。しかし、熱硬化性樹脂は、その種類自体が少ない上、物性を向上させるための添加剤の種類も少ない等、その成形条件においてあまり幅を有していないため、樹脂そのものの物性（強度や流動性等）を適当に変化させにくい。従って、例えば積層枚数が多く強度的に弱い回転子鉄心等に対しては、前述のような熱硬化性樹脂では、時に十分な補強及び固定を行うことができない場合があった。そして、これに起因して前記回転子自体の特性に悪影響が出たり、延いては回転電機の特性にも悪影響を与えてしまう恐れがあった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、モールド材を熱可塑性樹脂としてその物性を適当に変化させることができるようにして、強度的に弱い回転子鉄心であっても十分に補強及び固定させ、その特性を安定させることができる回転電機の外転型回転子を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の回転電機の外転型回転子は、軸支持体と、この軸支持体と共に回転するように設けられ永久磁石を挿入する磁石挿入孔を有する回転子鉄心と、この回転子鉄心の磁石挿入孔に挿入された永久磁石とを備え、樹脂製のモールド材により前記回転子鉄心に対して永久磁石を一体化すると共にその回転子鉄心自体を一体化するようにした外転型回転子において、前記樹脂を熱可塑性樹脂としたことを特徴とする（請求項１の発明）。

この構成によれば、樹脂の種類や、樹脂に添加する添加剤等を適宜調整して、前記樹脂の物性を適当に変更させることができるので、回転子の強度に応じて適切な補強及び固定を行うことができる。

以上のように、本発明の回転電機の外転型回転子によれば、樹脂を熱可塑性樹脂としてその物性を適当に変化させることにより、強度的に弱い回転子鉄心であっても十分に補強及び固定させ、その特性を安定させることができるという優れた効果を奏する。

以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
回転電機、例えば外転型（アウターロータタイプ）の永久磁石式電動機（永久磁石型モータ）において、図２に示すように、固定子１は、多数個のティース２を放射状に有する固定子鉄心３と、この固定子鉄心３を覆うように設けられた固定子用樹脂Ｘと、前記各ティース２に巻回された固定子巻線４とから構成されている。一方、回転子５は、前記回転子１とギャップＹを介して位置するものであり、その製造方法の詳細は後述するが、円形容器状をなす磁性体製のフレーム６と、このフレーム６の中央に位置し当該フレーム６と一体的に固定された軸支持体７と、前記フレーム６の外周部の開口部側に設けられた環状壁６ａの内周部に配置された回転子鉄心８とを有している。回転子鉄心８は、まず鋼板（電磁鋼板）を打抜き成形ことにより鉄心用抜き板９を形成し、そしてこの鉄心用抜き板９を複数枚積層して構成されるものである。なお、図２においては、説明の便宜上、後述する樹脂は図示していない。

前記打抜きされた鉄心用抜き板９は、図３に示すように、ヨーク部１０と磁極部１１とを有し、当該ヨーク部１０と磁極部１１との間には矩形状の磁石挿入孔１２（１２ａ、１２ｂ）が形成されている。磁極挿入孔１２（１２ａ、１２ｂ）には半円状の樹脂導入部１０ａも形成されている。また、積層される前記鉄心用抜き板９のうち、最初（図３中、最下段）と最後（図３中、最上段）の鉄心用抜き板９ａと９ｂとには、前記ヨーク部１０と磁極部１１とを繋ぐがごときブリッジ部１３が形成されている。また、前記最初の鉄心用抜き板９ａは、他の磁石挿入孔１２ａよりも幅狭な磁石挿入孔１２ｂを有する（図１及び図４参照、なお説明の便宜上、図１では最上段、図４では最下段に位置する）。なお、前記磁石挿入孔１２ａ及び１２ｂは、鉄心用抜き板９が積層されることにより長方体の磁石挿入孔１２として構成される。

そして、回転子鉄心８の磁石挿入孔１２には、図３で示すように、永久磁石、例えばＮｄ磁石１４が矢印Ａ方向から挿入される。この場合、Ｎｄ磁石１４は、希土類、例えばＮｄ（ネオジム）を含有する磁性粉が焼結されて矩形状に成形されている。回転子鉄心８は、図３に示したように磁石挿入孔１２にＮｄ磁石１４が挿入された状態で、図４に示すように、上型１５及び下型１６によって形成されたキャビティ１７内にスペーサＣを介して収納され、その外側にフレーム６が配設される。そして、上型１５の射出口１５ａから、熱可塑性樹脂たるポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のモールド材（図１中、墨付き部）１８が射出される。これにより、モールド材１８が、磁石挿入孔１２とＮｄ磁石１４との間（特には、前記樹脂導入部１３）や、フレーム６と回転子鉄心８との間、或いはフレーム６の端面６ｂ（図１や図４参照）と両型１５、１６との間（このとき、前記軸支持体７がフレーム６と一体的に固定される。）等に流れ込み、互いの部材の全体を覆ってモールドすることにより固定子鉄心８同士、或いは回転子鉄心８とＮｄ磁石１４と等をそれぞれ固定し、これに伴い回転子５が構成されるものである。なお、図１と図３は、説明の便宜上、上下方向が逆になっている。

ここで、前記モールド材１８の基材である前記ポリエチレンテレフタレートの物性は図５〜図８で示す範囲のものが好適であり、その詳細を説明する。まず、図５は、ギャップＹ（図２参照）の寸法（ｍｍ）と引張強さ（ＭＰａ）との関係を示すものである。ギャップＹの寸法は、永久磁石式電動機の特性に影響を与えるために、一般的に平均１．０（ｍｍ）程度がよいとされており、最低でも０．６（ｍｍ）程度は必要とされている。従って、本実施例におけるポリエチレンテレフタレートの物性は、例えば回転子５の内周方向へ１００（ＭＰａ）程度の引張力（磁気吸引力による内周方向の引張力も含まれる。）を加えた場合においても、０．６（ｍｍ）程度のギャップＹが維持できるものがよい。１００（ＭＰａ）程度の引張を加えてギャップＹの寸法が０．６（ｍｍ）程度が維持できない物性のポリエチレンテレフタレートでは、回転子５に対して十分な補強や固定が行えない。

図６は、耐ヒートショック（サイクル）と伸び率（％）との関係を示すものである。伸び率（％）は、樹脂の流動性に影響を与えるものであるため、一般的には３．０％以上が良いとされている。従って、本実施例におけるポリエチレンテレフタレートの物性は、例えば２００（サイクル）以上の耐ヒートショックを与えても、３．０（％）程度、好ましくは３（％）以上の伸び率を維持できるものがよい。３．０（％）程度が維持できないと、樹脂がキャビティ１７内の隅々まで行き渡ることができず、回転子５に対する確実な補強や固定が行えない上、回転子鉄心８との熱収縮の差によってクラック等が生じてしまう。

また、図７は、ギャップＹ（ｍｍ）と曲げ弾性（ＧＰａ）との関係を示すものである。この曲げ弾性（ＧＰａ）においても、本実施例のポリエチレンテレフタレートの物性は、例えば回転子５の内周方向へ６．０（ＭＧａ）程度の曲げ応力（磁気吸引力による内周方向の引張も含まれる）を加えた場合においても、０．６（ｍｍ）程度のギャップＹが維持できるものがよい。０．６（ｍｍ）程度が維持できない物性のポリエチレンテレフタレートでは、回転子５に対して十分な補強や固定が行えない。図８は、ギャップＹ（ｍｍ）と衝撃強さ（Ｊ／ｍ）との関係を示すものである。この衝撃強さ（Ｊ／ｍ）においても、本実施例のポリエチレンテレフタレートは、例えば回転子５の内周方向へ１２０（Ｊ／ｍ）程度の衝撃応力を加えた場合においても、０．６（ｍｍ）程度のギャップＹを維持できるものがよい。０．６（ｍｍ）程度が維持できない物性のポリエチレンテレフタレートでは、回転子５に対して十分な補強や固定が行えない。

ここで、前記モールド材１８は、上記図５〜図８のような物性を有するポリエチレンテレフタレートにおいて、添加剤として、例えばガラス繊維（のフィラー）を添加して構成されるものである。このときの、モールド材１８に対するガラス繊維の添加量（ガラス繊維比率）を図９を参照して説明する。図９は、回転子５に対しＮｄ磁石１４による内周方向への磁気吸引力を加えた場合のギャップＹ（ｍｍ）とガラス繊維比率（重量％）との関係を示す図である。この図９から明らかなように、２０（重力％）〜４０（重量％）程度のガラス繊維を添加すると、Ｎｄ磁石１４の磁気吸引力が加わっても０．６（ｍｍ）程度のギャップＹを維持でき、十分に強度を有するモールド材１８を得ることができる。ガラス繊維比率が、２０（重量％）未満だとその特性の変化があまり見られず、逆に４０（重量％）よりも多いと適度な流動性が得られず、これによりキャビティ１７内に空洞が生じ、回転子５全体が強度的に低下してしまう恐れがある。

以上のように構成されたモールド材１８により、回転子鉄心８やＮｄ磁石１４等はキャビティ１７内にて互いが一体化されるものである。
このような構成の回転電機の外転型回転子５によれば、まず樹脂を熱可塑性樹脂であるポリエチレンテレフタレートとし、この樹脂の物性を、引張強さ１００ＭＰａ以上、伸び３．０％以上、曲げ弾性６．０ＧＰＡａ以上、衝撃強さ１２０Ｊ／ｍ以上とし、更にこの樹脂には２０重量％〜４０重量％のガラス繊維を添加しモールド材１８を得た。このため、十分な強度を有するモールド材１８とすることができ、これにより回転子鉄心８が積層鉄心であり、回転子鉄心８に磁石挿入孔１２等が形成されることにより、強度的に弱い場合であったりしても、十分にその補強や各部材の固定を行うことができるので、外転型回転子５の特性を安定させることができる。

また、熱可塑性樹脂は、ポリエチレンテレフタレート等、その種類、或いは添加剤の種類、量等により、流動性を適度に調整できるため、型の合わせ目に生じるバリを低減させることができる。更に、熱可塑性樹脂は、硬化時間も熱硬化性樹脂と比較すると短縮することができる。
なお、回転子５としては、フレーム６を有さない構成としてもよい。

また、熱可塑性樹脂としては、ポリブチレンテレフタレート等、前記図５〜図８に示したような物性を有するものであればよく、添加剤もガラス繊維のフィラーに限らず、基材の強度を適度に向上させるものであればよい。

本発明の一実施例を示すもので、回転電機の一部を拡大して示す破断斜視図 回転電機の破断斜視図 鉄心用抜き板を積層した状態の一部及び磁極用永久磁石の挿入方法を示す断面斜視図 型内に位置した回転子の断面図 樹脂の物性を説明するもので、ギャップの長さと引張強さとの関係を示す図 耐ヒートショックと伸び率との関係を示す図５相当図 ギャップと曲げ弾性との関係を示す図５相当図 ギャップと衝撃強さとの関係を示す図５相当図 Ｎｄ磁石による磁気吸引力を加えた場合のギャップとガラス繊維比率との関係を示す図５相当図

符号の説明

図面中、５は回転子（外転型回転子）、７は軸支持体、８は回転子鉄心、１２は磁石挿入孔、１４はＮｄ磁石（永久磁石）、１８はモールド材である。

Claims (4)

1. 軸支持体と、この軸支持体と共に回転するように設けられ永久磁石を挿入する磁石挿入孔を有する回転子鉄心と、この回転子鉄心の磁石挿入孔に挿入された永久磁石とを備え、
   樹脂のモールド材により前記回転子鉄心に対して永久磁石を一体化すると共にその回転子鉄心自体を一体化するようにした外転型回転子において、
   前記樹脂を熱可塑性樹脂としたことを特徴とする回転電機の外転型回転子。
2. 前記磁極用永久磁石は、希土類を含有する磁性粉を焼結して形成されていることを特徴とする請求項１記載の回転電機の外転型回転子。
3. 前記樹脂の物性は、引張強さ１００ＭＰａ以上、伸び３．０％以上、曲げ弾性６．０ＧＰａ以上、衝撃強さ１２０Ｊ／ｍ以上であり、この樹脂には２０重量％〜４０重量％のガラス繊維が添加されていることを特徴とする請求項１または２記載の回転電機の外転型回転子。
4. 前記樹脂はポリブチレンテレフタレート或いはポリエチレンテレフタレートであることを特徴とする請求項１ないし３いずれかに記載の回転電機の外転型回転子。
   
   

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