[发明专利]永磁式同步电动机的转子、电动机及机床

说明书

技术领域

本发明涉及埋入磁铁型永磁式同步旋转电动机的转子。

另外，本发明还涉及安装了该转子的电动机、及安装了该电动机的机床。

背景技术

广泛使用埋入磁铁型同步电动机。这种电动机是直接组装在例如机床的主轴上而对主轴进行直接驱动的装入式电动机，要求比较大的内径及高速旋转。

装入式电动机的转子一般利用热装等方法固定在主轴的外径上。因此，要求装入式电动机的转子的内径与主轴的外径大致相同。

并且，根据被加工的被加工物的尺寸精度及表面粗糙度等，对机床的主轴要求微米等级的加工精度。例如，在主轴的刚性低的场合主轴振动，其结果，对被加工物的精加工尺寸的精度及表面的粗糙度、美观度产生影响。这与主轴性能差有关。

主轴的刚性例如根据主轴的直径来决定。一般来说，主轴其直径越大，断面惯性矩越大，其结果，主轴的刚性提高。因此，主轴的直径优选在主轴的最高转速容许的范围内为大。

如上所述，装入式电动机的转子利用热装等方法直接组装在主轴上。因此，也要求装入式电动机的转子具有与主轴的直径对应的比较大的内径。

在此，考虑使作为装入式电动机的转子的空心的圆筒绕其中心轴线旋转。在外径相同的圆筒的场合，越是内径大的圆筒在圆筒上产生的应力也越大。并且，转子能够承受的最高转速伴随该应力的上升而下降。埋入磁铁型同步电动机的转子的场合也相同，内径越大，在各部产生的最大应力也越大，能旋转的最高转速会下降。

因此，如上所述，对埋入磁铁型同步电动机、尤其组装在机床的主轴上的装入式电动机形式的电动机的转子要求兼具高速旋转与大内径。然而，如上所述，若大内径化，则在旋转时产生的应力增大，因此需要降低能旋转的最高转速。即，高速旋转化与大内径化是原本相反的技术要素。

图17是表示现有技术的埋入磁铁型同步电动机的、代表的磁铁插槽形状的横向剖视图。在图17中，在铁芯110上沿圆周方向配置有由八个磁铁M构成的八极。如图17所示，磁铁M以磁极交替地呈现NSNS…的方式沿圆周方向配置。在图17中，各极由轴向一列的磁铁构成。

另外，图18是放大表示图17所示的电动机的一个磁极的局部放大图。如图18所示，一般来说，与一个磁极对应的磁铁插槽300是一个。并且，与各个磁极对应的磁铁M的轴向磁极在相同方向上配置在一列、即一个磁铁插槽300内。

但是，随着转速上升，离心力也增大，在磁铁M的两端的对铁芯部分的强度的负担增加。并且，若由旋转产生的应力超过铁芯的容许值，则铁芯110破损。因此，在提高最高转速方面有界限。

为了避免这种情况，将同极内的磁铁插槽分割为多个，在被分割的磁铁插槽间的区域配置铁芯。图19是表示现有技术的埋入磁铁型同步电动机的、代表的磁铁插槽形状的另一剖视图。在图19中，配置在被分割的磁铁插槽310、320中的两个磁铁M1、M2构成一个磁极。并且，在分别配置有磁铁M1、M2的磁铁插槽310、320之间设有铁芯部120。利用该铁芯部120，在图19中，提高对离心力的强度。并且，在不需要最高转速太高，不需要增大转子的内径，且应力集中的程度小的场合，设置图19所示的铁芯部120即可。

但是，在该形状中，在需要更高速化、更大内径化的场合，在铁芯部120的径向内侧周边与磁铁M1、M2的端部周边的铁芯110上的应力更大，会早早地到达界限。

为了解决这种问题，例如在日本特开2002-281700号公报中公开有意识了高速旋转时的应力抑制的埋入磁铁型永磁式同步电动机的转子的磁铁插槽的形状。在日本特开2002-281700号公报中，公开了在同极磁铁之间的径向延伸的铁芯部（以后称为同极磁铁插槽间铁芯部）与其附近的形状。在日本特开2002-281700号公报中，利用该铁芯部抑制应力集中，提高最高转速。

在电动机旋转时，在相对于磁铁位于径向外侧的外侧铁芯部分，因离心力而产生负荷，该离心力由磁铁的质量与该外侧铁芯部分自身的质量产生。并且，该负荷的大小与转速一起增大。

在日本特开2002-281700号公报所公开的插槽形状中，同极磁铁插槽间铁芯部分担由离心力产生的径向的负荷。因此，能够减少在磁铁两端外周部产生的应力，其结果，能提高转速。即，在日本特开2002-281700号公报所公开的方法对转速高的电动机来说具有一定效果。

如上所述，具有要求更大的内径的转子，并且要求高速旋转的场合。