JP2004064887A - 永久磁石電動機 - Google Patents
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Abstract
【課題】集中巻きの固定子巻線を施した固定子を備え、運転時における騒音が小さく、電動機効率が低くなってしまうことのない永久磁石電動機を提供する。
【解決手段】６個の磁極歯を有して集中巻きの固定子巻線が施され、４個の極が形成される固定子と、４個の極に対応する永久磁石が配置された回転子２６を備えた永久磁石電動機で、回転子２６に設けられた永久磁石が、断面形状を回転子２６の外周円弧に沿う部分円弧状とした複数の円弧状希土類ボンド磁石３０で形成されており、さらに円弧状希土類ボンド磁石３０は、弧状形状が回転子２６の外周円弧に沿うように該回転子２６の所定位置に均等に形成された円弧状孔部２９に挿入するようにして配置してある。
【選択図】 図３
【解決手段】６個の磁極歯を有して集中巻きの固定子巻線が施され、４個の極が形成される固定子と、４個の極に対応する永久磁石が配置された回転子２６を備えた永久磁石電動機で、回転子２６に設けられた永久磁石が、断面形状を回転子２６の外周円弧に沿う部分円弧状とした複数の円弧状希土類ボンド磁石３０で形成されており、さらに円弧状希土類ボンド磁石３０は、弧状形状が回転子２６の外周円弧に沿うように該回転子２６の所定位置に均等に形成された円弧状孔部２９に挿入するようにして配置してある。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石電動機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術を図１８乃至図２１を参照して説明する。図１８は第１の従来技術の永久磁石電動機を示す正面図であり、図１９は第１の従来技術における端板、回転軸を省略して示す回転子の斜視図であり、図２０は第２の従来技術における端板、回転軸を省略して示す回転子の斜視図であり、図２１は第３の従来技術における端板を省略して示す回転子の正面図である。
【０００３】
先ず、第１の従来技術の永久磁石電動機を、図１８及び図１９を参照して説明する。
【０００４】
図１８及び図１９において、永久磁石電動機１は、３ｎ個（ｎを２以上の整数、以下同じ）、例えば６つの磁極歯２を有する固定子鉄心３に、集中巻きによる固定子巻線４を施した固定子５を備え、運転時に、固定子巻線４が図示しない駆動回路によって励磁されることで、２ｎ個、例えば４つの極が形成されるものとなっている。また、固定子鉄心３の中心開口部分には、図示しない軸受により軸支され、固定子鉄心３との間に所定微小隙間を設けるようにして回転子６が回転可能に支持されている。なお、７は回転子６の回転子鉄心８に形成された孔８ａに圧入するようにして設けられた回転軸である。
【０００５】
また回転子６は、電磁鋼板を軸方向に所定枚数積層することによって円柱状とした回転子鉄心８を備え、この回転子鉄心８の外周部には、断面形状が外周円弧に沿った形状の部分円弧状の断面形状を有し、軸方向に沿って形成された４つの円弧状孔部９が設けられている。さらに、それぞれの円弧状孔部９には、同じく断面形状が部分円弧状の円弧状フェライト磁石１０でなる永久磁石が挿入されている。またさらに回転子６には、その両端面に端板１１がリベット１２により回転子鉄心８に固定されており、円弧状孔部９から円弧状フェライト磁石１０が抜け出さないようになっている。
【０００６】
そして、固定子巻線４を図示しない駆動回路によって励磁して４つの磁極を各磁極歯２に順次形成することで、円弧状フェライト磁石１０の永久磁石を備える回転子６が回転する。
【０００７】
このように構成されたものでは、回転子６における電機子反作用磁束が少なく、運転時の騒音は小さなものとなるが、突極性に起因したリラクタンストルクが発生せず、また円弧状フェライト磁石１０の残留磁束密度も小さいために、十分な磁束が確保できず、電動機効率が低いものとなっていた。
【０００８】
次に、第２の従来技術の永久磁石電動機を、図２０を参照して説明する。なお、固定子は第１の従来技術と同じ構成であるため説明を省略して説明する。
【０００９】
図２０において、永久磁石電動機の回転子１３は、電磁鋼板を軸方向に所定枚数積層することによって円柱状とした回転子鉄心１４を備え、この回転子鉄心１４の外周部に、断面形状が外周円弧とは逆形状となる部分逆円弧状の断面形状を有し、軸方向に沿って形成された４つの逆円弧状孔部１５が形成されている。そして、それぞれの逆円弧状孔部１５には、同じく断面形状が部分逆円弧状の逆円弧状フェライト磁石１６でなる永久磁石が挿入されている。さらに回転子１３には、第１の従来技術と同様に、その両端面に図示しない端板がリベットにより回転子鉄心１４に固定されており、逆円弧状孔部１５から逆円弧状フェライト磁石１６が抜け出さないようになっている。なお、１４ａは図示しない回転軸を圧入する孔である。
【００１０】
このように構成されたものでは、集中巻きの固定子巻線を有する固定子と突極性がある回転子１３との組み合わせとなるため、運転時における電機子反作用磁束に起因して騒音が大きなものとなっていた。なお、これは、運転時に形成される集中巻きの固定子での極数と、磁極歯の数とがアンバランスとなることから、磁極の電磁力分布が歪み、固定子鉄心の振動モードが低次となり、騒音が大きなものとなってしまうためである。
【００１１】
次に、第３の従来技術の永久磁石電動機を、図２１を参照して説明する。なお、固定子は第１の従来技術と同じ構成であるため説明を省略して説明する。
【００１２】
図２１において、永久磁石電動機の回転子１７は、電磁鋼板を軸方向に所定枚数積層することによって円柱状とした回転子鉄心１８を備え、この回転子鉄心１８の外周部に、断面形状が回転子鉄心１８の外周円弧とは逆形状となる外方に向って開角するＶ字状の断面形状を有し、軸方向に沿って形成された４つのＶ字状孔部１９が形成されている。そして、それぞれのＶ字状孔部１９には、短冊状の２枚の板状希土類焼結磁石２０でなる永久磁石がＶ字をなすように挿入されている。さらに回転子１７には、第１の従来技術と同様に、その両端面に図示しない端板がリベットにより回転子鉄心１８に固定されており、Ｖ字状孔部１９から板状希土類焼結磁石２０が抜け出さないようになっている。なお、１８ａは回転軸７を圧入する孔である。
【００１３】
このように構成されたものでは、第２の従来技術におけると同様に、集中巻きの固定子巻線を有する固定子と突極性がある回転子１７との組み合わせとなるため、運転時における電機子反作用磁束に起因して騒音が大きなものとなっていた。
【００１４】
さらに、図示しないが、永久磁石を希土類焼結磁石とし、これを第１の従来技術のように回転子の回転子鉄心の外周部に、断面形状が外周に沿う部分円弧状となる円弧形に配置した場合には、充分な磁束を確保することができる。しかし、一般的に希土類焼結磁石は金属磁石で電気抵抗が低く、回転子の外周面近くに配置した場合には、運転時、電機子反作用磁束に起因して磁石内部に大きな渦電流損失が発生し、電動機効率が低いものとなってしまう。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような状況に鑑みて本発明はなされたもので、その目的とするところは集中巻きによる固定子巻線を施した固定子を備えたもので、運転時における騒音が小さく、また電動機効率が低いものとなってしまうことのない永久磁石電動機を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の永久磁石電動機は、３ｎ個（ｎは２以上の整数）の磁極歯を有して集中巻きの巻線が施され、２ｎ個の極が形成される固定子と、前記極に対応する永久磁石が配置された回転子を備えた永久磁石電動機において、前記永久磁石は、希土類ボンド磁石で形成された断面形状を前記回転子の外周円弧に沿う部分円弧状とした複数の円弧状磁石材でなり、さらに前記円弧状磁石材は、弧状形状が前記回転子の外周円弧に沿うようにして該回転子の所定位置にそれぞれ配置してあることを特徴とするものであり、
また、３ｎ個（ｎは２以上の整数）の磁極歯を有して集中巻きの巻線が施され、２ｎ個の極が形成される固定子と、前記極に対応する永久磁石が配置された回転子を備えた永久磁石電動機において、前記永久磁石は、希土類ボンド磁石で形成された円筒状磁石材でなり、また該円筒状磁石材は、前記回転子の電磁鋼板を積層した鉄心の外周に嵌合してあると共に、該円筒状磁石材の外周には、前記鉄心と同時に打抜き加工され、積層された円筒状の積層筒体が嵌着してあることを特徴とするものであり、
さらに、前記積層筒体は、打抜き加工と積層を加工金型内で行なうと共に、該加工金型内でレーザ溶接により打抜かれた各電磁鋼板を固着して形成したものであることを特徴とするものであり、
また、３ｎ個（ｎは２以上の整数）の磁極歯を有して集中巻きの巻線が施され、２ｎ個の極が形成される固定子と、前記極に対応する永久磁石が配置された回転子を備えた永久磁石電動機において、前記永久磁石は、希土類ボンド磁石で形成された円筒状磁石材でなり、また前記回転子は、電磁鋼板を積層した内鉄心部と、この内鉄心部より大径で軸中心を同じくする円筒状積層部と、片端部に設けた電磁鋼板でなり、前記内鉄心部と円筒状積層部を連結する連結板とで形成した回転子鉄心の前記内鉄心部と円筒状積層部の間に、前記円筒状磁石材を嵌挿したものであって、且つ前記回転子鉄心が、前記内鉄心部と円筒状積層部の各抜き板をそれぞれ前記電磁鋼板の同一の打抜き加工によって同時に形成し、各打抜き加工での各抜き板を積層し、さらに積層片端部分に前記連結板を固着して一体としたものであることを特徴とするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００１８】
先ず第１の実施形態を図１乃至図５により説明する。図１は永久磁石電動機を示す正面図であり、図２は回転軸を省略して示す回転子の斜視図であり、図３は端板、回転軸を省略して示す回転子の斜視図であり、図４は回転子鉄心の斜視図であり、図５は円弧状希土類ボンド磁石の斜視図である。
【００１９】
図１乃至図５において、永久磁石電動機２１は、３ｎ個（ｎを２以上の整数、以下同じ）、例えば６つの磁極歯２２を有する電磁鋼板を積層して形成した固定子鉄心２３に、集中巻きによる固定子巻線２４を施した固定子２５を、図示しないフレームに固定するようにして備えており、運転時に、固定子巻線２４が図示しない駆動回路によって励磁されることで、２ｎ個、例えば４つの極が形成されるものとなっている。
【００２０】
また、固定子鉄心２３の中心開口部分には、フレームに固定された図示しないブラケットに支持された軸受により軸支され、固定子鉄心２３との間に所定の微小隙間を設けるようにして、回転子２６が回転可能に支持されている。なお、２７は回転子２６の回転子鉄心２８に形成された孔２８ａに圧入するようにして設けられた回転軸である。
【００２１】
また回転子２６は、電磁鋼板を軸方向に所定枚数積層することによって円柱状とした回転子鉄心２８を備えており、この回転子鉄心２８の外周部には、断面形状が外周円弧に沿った形状の部分円弧状の断面形状を有し、軸方向に沿って形成された４つの円弧状孔部２９が周方向に均等に設けられている。これにより、回転子鉄心２８には、外周部に、細幅の同幅に形成された外周リング状部２８ｂと内鉄心部２８ｃ、両部を接続する接続部２８ｄが形成される。
【００２２】
また、それぞれの円弧状孔部２９には、同じく断面形状が部分円弧状で、希土類磁石の例えばサマリウムコバルト（ＳｍＣｏ５）などの合金磁石粉等と、電気絶縁性を有する合成樹脂とを所定割合で混合し、所定形状に射出成形等で成形するようにして形成した永久磁石の円弧状磁石材である同形状の円弧状希土類ボンド磁石３０が挿入されている。
【００２３】
さらに回転子２６には、その両端面に端板３１がリベット３２により回転子鉄心２８に固定されており、円弧状孔部２９から円弧状希土類ボンド磁石３０が軸方向に抜け出さないようになっている。なお、運転時に円弧状希土類ボンド磁石３０に加わる遠心力は、接続部２８ｄによって内鉄心部２８ｃに接続されている外周リング状部２８ｂで支えるようになっている。また回転子鉄心２８には、回転軸２７を圧入する孔２８ａの他に、図示しないリベット３２の打込み孔等が形成されている。
【００２４】
また、永久磁石電動機２１は、固定子巻線２４を図示しない駆動回路によって励磁して４つの磁極を各磁極歯２２に順次形成することで、円弧状希土類ボンド磁石３０の永久磁石を備える回転子２６が回転する。
【００２５】
そして、このように構成されたものでは、回転子２６に、その外周円弧に沿うよう永久磁石の円弧状希土類ボンド磁石３０の円弧形状を合わせて配置するものであるから、回転子鉄心２８の外周リング状部２８ｂと内鉄心部２８ｃを接続する各円弧状孔部２９間の接続部２８ｄの影響で僅かな突極性は残るものの、全体として、突極性は殆どなくなり、電機子反作用磁束が少なく、運転時の騒音は小さなものとなる。
【００２６】
さらに、回転子２６の円弧状孔部２９に挿入されている円弧状磁石材が円弧状希土類ボンド磁石３０で、希土類ボンド磁石の永久磁石であるため、円弧状の分割した永久磁石であっても充分な磁束を得ることができる。またさらに、円弧状希土類ボンド磁石３０は、希土類磁石と電気絶縁性の高い合成樹脂とを所定割合で混合して射出成形等によって形成した永久磁石であるので、電気抵抗が高く、運転時に、金属磁石の希土類焼結磁石におけるような大きな渦電流損が内部に発生することもなく、電動機効率が低下してしまうといったこともなく、良好な特性を得ることができる。
【００２７】
次に、第２の実施形態を、図６を参照して説明する。図６は端板、回転軸を省略して示す回転子の斜視図である。なお、固定子は第１の実施形態と同じ構成であるため説明を省略して説明する。
【００２８】
図６において、永久磁石電動機の回転子３３は、図示しないが固定子の中心開口部分に、ブラケットに支持された軸受により軸支され、固定子鉄心との間に所定微小隙間を設けるようにして回転可能に支持されるもので、電磁鋼板を軸方向に所定枚数積層することによって円柱状とした回転子鉄心３４を備えている。そして、回転子鉄心３４に形成された孔３４ａには、軸支するための図示しない回転軸が圧入される。
【００２９】
さらに、回転子鉄心３４の外周部には、内径が回転子鉄心３４の外径に対して軽圧入可能な程度の寸法に形成された、例えばサマリウムコバルト（ＳｍＣｏ５）などの合金磁石等の希土類磁石粉と電気絶縁性を有する合成樹脂とを所定割合で混合して、所定形状に射出成形等してなる永久磁石の円筒状磁石材である円筒状希土類ボンド磁石３５が嵌着されている。
【００３０】
またさらに、回転子３３には、その両端面には第１の実施形態と同様に、図示しない端板がリベットにより回転子鉄心３４に固定されており、回転子鉄心３４から円筒状希土類ボンド磁石３５が、軸方向に抜け出さないようになっている。なお、回転子鉄心３４には、回転軸を圧入する孔３４ａの他に、図示しないリベットの打込み孔等が形成されている。
【００３１】
また、図示しないが、このような回転子３３を設けてなる永久磁石電動機は、固定子巻線を駆動回路によって励磁して４つの磁極を各磁極歯に順次形成することで、円筒状希土類ボンド磁石３５の永久磁石を備える回転子３３が回転する。
【００３２】
そして、このように構成されたものでは、回転子３３は、その回転子鉄心３４の外周部に、円筒状磁石材の円筒状希土類ボンド磁石３５を嵌着してなるものであるから、突極性はなくなり、電機子反作用磁束が、第１の実施形態に比べてさらに少なく、これに基づく運転時の騒音は非常に小さなものとなる。
【００３３】
さらに、回転子３３の回転子鉄心３４の外周部に嵌着されている永久磁石が円筒状磁石材の円筒状希土類ボンド磁石３５であるため、第１の実施形態におけるよりも充分な磁束を得ることができ、また第１の実施形態と同様に、運転時に内部に発生する渦電流損が非常に少なく、電動機効率が低下してしまうといったこともなく、良好な特性を得ることができる。
【００３４】
次に、第３の実施形態を、図７を参照して説明する。図７は端板、回転軸を省略して示す回転子の斜視図である。なお、固定子は第１の実施形態と同じ構成であるため説明を省略して説明する。
【００３５】
図７において、永久磁石電動機の回転子３６は、図示しないが固定子の中心開口部分に、ブラケットに支持された軸受により軸支され、固定子鉄心との間に所定微小隙間を設けるようにして回転可能に支持されるもので、電磁鋼板を軸方向に所定枚数積層することによって円柱状とした回転子鉄心３７を備えている。そして、回転子鉄心３７に形成された孔３７ａには、軸支するための図示しない回転軸が圧入される。
【００３６】
さらに、回転子鉄心３７の外周部には、内径が回転子鉄心３７の外径に対して軽圧入可能な程度の寸法に形成された、例えばサマリウムコバルト（ＳｍＣｏ５）などの合金磁石等の希土類磁石粉と電気絶縁性を有する合成樹脂とを所定割合で混合して、所定形状に射出成形等してなる永久磁石の円筒状磁石材である円筒状希土類ボンド磁石３８が嵌着されている。
【００３７】
また嵌着された円筒状希土類ボンド磁石３８の外周部には、金属薄板で形成された円筒状補強部材３９が緊密に嵌着されており、運転時に円筒状希土類ボンド磁石３８に加わる遠心力を、円筒状補強部材３９で支えるようになっている。さらに回転子３６には、その両端面には第１の実施形態と同様に、図示しない端板がリベットにより回転子鉄心３７に固定されており、回転子鉄心３７から円筒状希土類ボンド磁石３８が、軸方向に抜け出さないようになっている。なお、回転子鉄心３６には、回転軸を圧入する孔３６ａの他に、図示しないリベットの打込み孔等が形成されている。
【００３８】
そして、図示しないが、このような回転子３６を設けてなる永久磁石電動機は、固定子巻線を駆動回路によって励磁して４つの磁極を各磁極歯に順次形成することで、円筒状希土類ボンド磁石３８の永久磁石を備える回転子３６が回転する。
【００３９】
また、このように構成されたものでは、回転子３６は、円筒状希土類ボンド磁石３８の外周部に円筒状補強部材３９が緊密に嵌着されているので、第２の実施形態よりも、さらに高速の回転に耐えることができる。なお、円筒状補強部材３９を金属薄板で形成するようにしたが、強化プラスチック等で形成するようにしてもよい。
【００４０】
また、回転子３６は、その回転子鉄心３７の外周部に、円筒状磁石材の円筒状希土類ボンド磁石３９を嵌着してなるものであるから、第２の実施形態と同様に突極性はなくなり、電機子反作用磁束が、第１の実施形態に比べてさらに少なく、これに基づく運転時の騒音は非常に小さなものとなる。
【００４１】
さらに、回転子３６の回転子鉄心３７の外周部に嵌着されている永久磁石が円筒状磁石材の円筒状希土類ボンド磁石３８であるため、第２の実施形態におけると同様、充分な磁束を得ることができ、また運転時に円筒状希土類ボンド磁石３８の内部に発生する渦電流損が非常に少なく、電動機効率が低下してしまうといったこともなく、良好な特性を得ることができる。
【００４２】
次に、第４の実施形態を、図８乃至図１１を参照して説明する。図８は端板、回転軸を省略して示す回転子の斜視図であり、図９は回転子鉄心の斜視図であり、図１０は円筒状積層体の斜視図であり、図１１は円筒状希土類ボンド磁石の斜視図である。なお、固定子は第１の実施形態と同じ構成であるため説明を省略して説明する。
【００４３】
図８乃至図１１において、永久磁石電動機の回転子４０は、図示しないが固定子の中心開口部分に、ブラケットに支持された軸受により軸支され、固定子鉄心との間に所定微小隙間を設けるようにして回転可能に支持されるもので、電磁鋼板を軸方向に所定枚数積層することによって円柱状とした回転子鉄心４１を備えている。そして、回転子鉄心４１に形成された孔４１ａには、軸支するための図示しない回転軸が圧入される。
【００４４】
さらに、回転子鉄心４１の外周部には、内径が回転子鉄心４１の外径に対して軽圧入可能な程度の寸法に形成された、例えばサマリウムコバルト（ＳｍＣｏ５）などの合金磁石等の希土類磁石粉と電気絶縁性を有する合成樹脂とを所定割合で混合して、所定形状に射出成形等してなる永久磁石の円筒状磁石材である円筒状希土類ボンド磁石４２が嵌着されている。
【００４５】
また嵌着された円筒状希土類ボンド磁石４２の外周部には、細幅のリング状の電磁鋼板を軸方向に所定枚数積層することによって円筒状とした積層筒体４３が緊密に嵌着された状態になっており、運転時に円筒状希土類ボンド磁石４２に加わる遠心力を、積層筒体４３で支えるようになっている。さらに回転子４０には、その両端面には第１の実施形態と同様に、図示しない端板がリベットにより回転子鉄心４１に固定されており、回転子鉄心４１から円筒状希土類ボンド磁石４２が、軸方向に抜け出さないようになっている。なお、回転子鉄心４１には、回転軸を圧入する孔４１ａの他に、図示しないリベットの打込み孔等が形成されている。
【００４６】
また、このような回転子４０を設けてなる永久磁石電動機は、図示しないが、固定子巻線を駆動回路によって励磁して４つの磁極を各磁極歯に順次形成することで、円筒状希土類ボンド磁石４２の永久磁石を備える回転子４０が回転する。
【００４７】
また、このような回転子４０の回転子鉄心４１と積層筒体４３とは、次のような加工工程を経て形成されている。すなわち、先ずフープ状の電磁鋼板帯を、所定の金型を用いたプレス加工装置での同一の打抜き加工で、同時に回転子鉄心４１を形成する中心部分に回転軸を圧入するための孔４１ａとリベット打込み孔等が形成された略円板状の抜き板と、積層筒体４３を形成する細幅のリング状の抜き板とを形成する。さらに、各抜き板を連続して所定枚数打抜き加工しながら金型内で積層した後、積層した各抜き板を、それぞれに設けたかしめ突起により固着し、あるいは金型内でレーザ溶接によって積層した各抜き板をピンポイントで複数箇所溶着して、回転子鉄心４１、積層筒体４３を形成する。
【００４８】
そして、このような構成の回転子４０を設けてなる永久磁石電動機では、回転子４０が、円筒状希土類ボンド磁石４２の外周部に電磁鋼板で形成された積層筒体４３が緊密に嵌着されているので、上記の金属薄板で形成した円筒状補強部材を嵌着した第３の実施形態のものよりも、貫通磁束の変動に起因して発生する渦電流損失が少ないものとなる。
【００４９】
そして、第３の実施形態と同様に、高速の回転に耐えることができ、また運転時の騒音が非常に小さなものとなり、円筒状希土類ボンド磁石４２の内部に発生する渦電流損が非常に少なくなるために、電動機効率が低下してしまうといったこともなく、良好な特性を得ることができる。
【００５０】
なお、抜き板を積層して積層筒体４３を形成する際に、各抜き板をレーザ溶接によってピンポイントで溶着するようにすれば、かしめ突起により固着する場合に比べ、リング状の抜き板の幅をより細いものとすることができ、電動機としての特性をさらに良好なものとすることができる。
【００５１】
次に、第５の実施形態を、図１２乃至図１７を参照して説明する。図１２は端板、回転軸を省略して示す回転子の片端部側からの斜視図であり、図１３は端板、回転軸を省略して示す回転子の他端部側からの斜視図であり、図１４は回転子鉄心の片端部側からの斜視図であり、図１５は回転子鉄心の円筒状積層部の斜視図であり、図１６は回転子鉄心の内鉄心部の斜視図であり、図１７は回転子鉄心の連結板の斜視図である。なお、固定子は第１の実施形態と同じ構成であるため説明を省略して説明する。
【００５２】
図１２乃至図１７において、永久磁石電動機の回転子４４は、図示しないが固定子の中心開口部分に、ブラケットに支持された軸受により軸支され、固定子鉄心との間に所定微小隙間を設けるようにして回転可能に支持されるもので、電磁鋼板を軸方向に所定枚数積層してなる回転子鉄心４５と円筒状希土類ボンド磁石４６を備えている。そして、回転子鉄心４５に形成された孔４５ａには、軸支するための図示しない回転軸が圧入される。
【００５３】
回転子４４を構成する回転子鉄心４５は、それぞれ電磁鋼板を軸方向に所定枚数積層して形成した円柱状の内鉄心部４７と、これより大径の円筒状積層部４８とを同軸に配し、さらに片端部に同じく電磁鋼板で形成した連結板４９を設けて形成されている。すなわち、内鉄心部４７は、中心部分に回転軸を圧入するための孔４５ａとリベット打込み孔等が形成された略円板状の抜き板を積層したものであり、円筒状積層部４８は、細幅のリング状の抜き板を積層したものであり、部分閉塞板４９は、内鉄心部４７の略円板状抜き板と同形状部分４９ａと、円筒状積層部４８の細幅リング状抜き板と同形状部分４９ｂと、これら部分４９ａ，４９ｂを接続する均等に配した複数の接続部分４９ｃとを有するものとなっている。
【００５４】
また、このような構成の回転子鉄心４５は、次のような加工工程を経て形成されている。すなわち、先ずプレス加工装置で、フープ状の電磁鋼板帯を、所定の金型を用いた同一の打抜き加工で、同時に内鉄心部４７を形成する略円板状の抜き板と、円筒状積層部４８を形成する細幅のリング状の抜き板とを形成する。そして、１つの内鉄心部４７及び円筒状積層部４８を形成するのに要する枚数の各抜き板を連続して打抜き加工する。これら各抜き板の所定同一枚数の打抜き加工を行った後、続いて電磁鋼板帯を別の所定の金型を用いた打抜き加工で、１枚の連結板４９を形成する。
【００５５】
その後、加工された所定の同一枚数の各抜き板と１枚の連結板４９を金型から取り出し、同一枚数積層した略円板状の抜き板とリング状の抜き板をそれぞれレーザ溶接等により固着して、略円板状抜き板による積層体と、これと軸方向寸法が同一のリング状抜き板による積層体とを形成する。なお、これらの各積層体は、前記第４の実施形態と同様に、金型内でそれぞれ固着してもよい。さらに両積層体を同軸に位置させ端部を揃えた状態で、両積層体の片端部に連結板４９をレーザ溶接等で固着し、片端部が連結板４９で部分閉塞され、他端部が開放された状態の回転子鉄心４５を形成する。
【００５６】
一方、プレス加工装置では、複数の回転子鉄心４５を形成するために、先の所定枚数の各抜き板を打抜き加工し、これに同期して１枚の連結板４９を打抜き加工する工程を行った後、同様の略円板状の抜き板とリング状の抜き板の所定同一枚数の打抜き加工と、これに同期して行なう１枚の連結板４９の打抜き加工の工程が繰り返し実行される。なお、連結板４９は、内鉄心部７及び円筒状積層部４８とはまった別個に形成してもよい。
【００５７】
また、円筒状希土類ボンド磁石４６は、例えばサマリウムコバルト（ＳｍＣｏ５）などの合金磁石等の希土類磁石粉と電気絶縁性を有する合成樹脂とを所定割合で混合して、所定形状に射出成形等してなる永久磁石の円筒状磁石材である。そして、その内径が内鉄心部４７の外径に対し、また外径が円筒状積層部４８の内径に対しそれぞれ軽圧入可能な程度の寸法に形成されており、回転子鉄心４５の内鉄心部４７と円筒状積層部４８との間に他端部側から嵌挿され、片端部の連結板４９により片端部方向への抜け止めがなされる。
【００５８】
また円筒状希土類ボンド磁石４６は、回転子鉄心４５の内鉄心部４７と円筒状積層部４８との間に嵌挿されることで、運転時、円筒状希土類ボンド磁石４６に加わる遠心力が、円筒状積層部４８で支えられる。さらに、回転子４４には、その両端面には第１の実施形態と同様に、図示しない端板がリベットにより回転子鉄心４５に固定され、これにより回転子鉄心４５からの円筒状希土類ボンド磁石４６の軸方向への抜け出しが防止される。
【００５９】
また、このような回転子４４を設けてなる永久磁石電動機は、図示しないが、固定子巻線を駆動回路によって励磁して４つの磁極を各磁極歯に順次形成することで、円筒状希土類ボンド磁石４６の永久磁石を備える回転子４４が回転する。
【００６０】
そして、このような構成の回転子４４を設けてなる永久磁石電動機では、回転子４４が、円筒状希土類ボンド磁石４６の外周部に電磁鋼板で形成された円筒状積層部４８が緊密に嵌着されたものであるので、上記の第４の実施形態と同様に、貫通磁束の変動に起因して発生する渦電流損失が少ないものとなる。また第３の実施形態と同様に、高速の回転に耐えることができ、また運転時の騒音が非常に小さなものとなり、円筒状希土類ボンド磁石４６の内部に発生する渦電流損が非常に少なくなるために、電動機効率が低下してしまうといったこともなく、良好な特性を得ることができる。
【００６１】
なお、内鉄心部４７と円筒状積層部４８を連結板４９で連結するため、回転子鉄心４５の取り扱いが容易であり、また積層枚数に差が生じることがないため、積層した際の軸方向寸法が同一のものなって端部に段差が生じず、端板を回転軸に正確に直交するようリベットで固定することができる。
【００６２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、集中巻きによる固定子巻線を施した固定子を備えたものでの運転時における騒音を小さくすることができ、また電動機効率を向上したものとすることができる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態である永久磁石電動機を示す正面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における回転軸を省略して示す回転子の斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における端板、回転軸を省略して示す回転子の斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における回転子鉄心の斜視図である。
【図５】本発明の第１の実施形態における円弧状希土類ボンド磁石の斜視図である。
【図６】本発明の第２の実施形態における端板、回転軸を省略して示す回転子の斜視図である。
【図７】本発明の第３の実施形態における端板、回転軸を省略して示す回転子の斜視図である。
【図８】本発明の第４の実施形態における端板、回転軸を省略して示す回転子の斜視図である。
【図９】本発明の第４の実施形態における回転子鉄心の斜視図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態における筒状積層体の斜視図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態における円筒状希土類ボンド磁石の斜視図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態における端板、回転軸を省略して示す回転子の片端部側からの斜視図である。
【図１３】本発明の第５の実施形態における端板、回転軸を省略して示す回転子の他端部側からの斜視図である。
【図１４】本発明の第５の実施形態における回転子鉄心の片端部側からの斜視図である。
【図１５】本発明の第５の実施形態における回転子鉄心の円筒状積層部の斜視図である。
【図１６】本発明の第５の実施形態における回転子鉄心の内鉄心部の斜視図である。
【図１７】本発明の第５の実施形態における回転子鉄心の連結板の斜視図である。
【図１８】第１の従来技術の永久磁石電動機を示す正面図である。
【図１９】第１の従来技術における端板、回転軸を省略して示す回転子の斜視図である。
【図２０】第２の従来技術における端板、回転軸を省略して示す回転子の斜視図である。
【図２１】第３の従来技術における端板を省略して示す回転子の正面図である。
【符号の説明】
２２…磁極歯
２４…固定子巻線
２５…固定子
２６，３３，３６，４０，４４…回転子
２８，３４，３７，４１，４５…回転子鉄心
２９…円弧状孔部
３０…円弧状希土類ボンド磁石
３５，３８，４２，４６…円筒状希土類ボンド磁石
３９…円筒状補強部材
４３…積層筒体
４７…内鉄心部
４８…筒状積層部
４９…連結板
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石電動機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術を図１８乃至図２１を参照して説明する。図１８は第１の従来技術の永久磁石電動機を示す正面図であり、図１９は第１の従来技術における端板、回転軸を省略して示す回転子の斜視図であり、図２０は第２の従来技術における端板、回転軸を省略して示す回転子の斜視図であり、図２１は第３の従来技術における端板を省略して示す回転子の正面図である。
【０００３】
先ず、第１の従来技術の永久磁石電動機を、図１８及び図１９を参照して説明する。
【０００４】
図１８及び図１９において、永久磁石電動機１は、３ｎ個（ｎを２以上の整数、以下同じ）、例えば６つの磁極歯２を有する固定子鉄心３に、集中巻きによる固定子巻線４を施した固定子５を備え、運転時に、固定子巻線４が図示しない駆動回路によって励磁されることで、２ｎ個、例えば４つの極が形成されるものとなっている。また、固定子鉄心３の中心開口部分には、図示しない軸受により軸支され、固定子鉄心３との間に所定微小隙間を設けるようにして回転子６が回転可能に支持されている。なお、７は回転子６の回転子鉄心８に形成された孔８ａに圧入するようにして設けられた回転軸である。
【０００５】
また回転子６は、電磁鋼板を軸方向に所定枚数積層することによって円柱状とした回転子鉄心８を備え、この回転子鉄心８の外周部には、断面形状が外周円弧に沿った形状の部分円弧状の断面形状を有し、軸方向に沿って形成された４つの円弧状孔部９が設けられている。さらに、それぞれの円弧状孔部９には、同じく断面形状が部分円弧状の円弧状フェライト磁石１０でなる永久磁石が挿入されている。またさらに回転子６には、その両端面に端板１１がリベット１２により回転子鉄心８に固定されており、円弧状孔部９から円弧状フェライト磁石１０が抜け出さないようになっている。
【０００６】
そして、固定子巻線４を図示しない駆動回路によって励磁して４つの磁極を各磁極歯２に順次形成することで、円弧状フェライト磁石１０の永久磁石を備える回転子６が回転する。
【０００７】
このように構成されたものでは、回転子６における電機子反作用磁束が少なく、運転時の騒音は小さなものとなるが、突極性に起因したリラクタンストルクが発生せず、また円弧状フェライト磁石１０の残留磁束密度も小さいために、十分な磁束が確保できず、電動機効率が低いものとなっていた。
【０００８】
次に、第２の従来技術の永久磁石電動機を、図２０を参照して説明する。なお、固定子は第１の従来技術と同じ構成であるため説明を省略して説明する。
【０００９】
図２０において、永久磁石電動機の回転子１３は、電磁鋼板を軸方向に所定枚数積層することによって円柱状とした回転子鉄心１４を備え、この回転子鉄心１４の外周部に、断面形状が外周円弧とは逆形状となる部分逆円弧状の断面形状を有し、軸方向に沿って形成された４つの逆円弧状孔部１５が形成されている。そして、それぞれの逆円弧状孔部１５には、同じく断面形状が部分逆円弧状の逆円弧状フェライト磁石１６でなる永久磁石が挿入されている。さらに回転子１３には、第１の従来技術と同様に、その両端面に図示しない端板がリベットにより回転子鉄心１４に固定されており、逆円弧状孔部１５から逆円弧状フェライト磁石１６が抜け出さないようになっている。なお、１４ａは図示しない回転軸を圧入する孔である。
【００１０】
このように構成されたものでは、集中巻きの固定子巻線を有する固定子と突極性がある回転子１３との組み合わせとなるため、運転時における電機子反作用磁束に起因して騒音が大きなものとなっていた。なお、これは、運転時に形成される集中巻きの固定子での極数と、磁極歯の数とがアンバランスとなることから、磁極の電磁力分布が歪み、固定子鉄心の振動モードが低次となり、騒音が大きなものとなってしまうためである。
【００１１】
次に、第３の従来技術の永久磁石電動機を、図２１を参照して説明する。なお、固定子は第１の従来技術と同じ構成であるため説明を省略して説明する。
【００１２】
図２１において、永久磁石電動機の回転子１７は、電磁鋼板を軸方向に所定枚数積層することによって円柱状とした回転子鉄心１８を備え、この回転子鉄心１８の外周部に、断面形状が回転子鉄心１８の外周円弧とは逆形状となる外方に向って開角するＶ字状の断面形状を有し、軸方向に沿って形成された４つのＶ字状孔部１９が形成されている。そして、それぞれのＶ字状孔部１９には、短冊状の２枚の板状希土類焼結磁石２０でなる永久磁石がＶ字をなすように挿入されている。さらに回転子１７には、第１の従来技術と同様に、その両端面に図示しない端板がリベットにより回転子鉄心１８に固定されており、Ｖ字状孔部１９から板状希土類焼結磁石２０が抜け出さないようになっている。なお、１８ａは回転軸７を圧入する孔である。
【００１３】
このように構成されたものでは、第２の従来技術におけると同様に、集中巻きの固定子巻線を有する固定子と突極性がある回転子１７との組み合わせとなるため、運転時における電機子反作用磁束に起因して騒音が大きなものとなっていた。
【００１４】
さらに、図示しないが、永久磁石を希土類焼結磁石とし、これを第１の従来技術のように回転子の回転子鉄心の外周部に、断面形状が外周に沿う部分円弧状となる円弧形に配置した場合には、充分な磁束を確保することができる。しかし、一般的に希土類焼結磁石は金属磁石で電気抵抗が低く、回転子の外周面近くに配置した場合には、運転時、電機子反作用磁束に起因して磁石内部に大きな渦電流損失が発生し、電動機効率が低いものとなってしまう。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような状況に鑑みて本発明はなされたもので、その目的とするところは集中巻きによる固定子巻線を施した固定子を備えたもので、運転時における騒音が小さく、また電動機効率が低いものとなってしまうことのない永久磁石電動機を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の永久磁石電動機は、３ｎ個（ｎは２以上の整数）の磁極歯を有して集中巻きの巻線が施され、２ｎ個の極が形成される固定子と、前記極に対応する永久磁石が配置された回転子を備えた永久磁石電動機において、前記永久磁石は、希土類ボンド磁石で形成された断面形状を前記回転子の外周円弧に沿う部分円弧状とした複数の円弧状磁石材でなり、さらに前記円弧状磁石材は、弧状形状が前記回転子の外周円弧に沿うようにして該回転子の所定位置にそれぞれ配置してあることを特徴とするものであり、
また、３ｎ個（ｎは２以上の整数）の磁極歯を有して集中巻きの巻線が施され、２ｎ個の極が形成される固定子と、前記極に対応する永久磁石が配置された回転子を備えた永久磁石電動機において、前記永久磁石は、希土類ボンド磁石で形成された円筒状磁石材でなり、また該円筒状磁石材は、前記回転子の電磁鋼板を積層した鉄心の外周に嵌合してあると共に、該円筒状磁石材の外周には、前記鉄心と同時に打抜き加工され、積層された円筒状の積層筒体が嵌着してあることを特徴とするものであり、
さらに、前記積層筒体は、打抜き加工と積層を加工金型内で行なうと共に、該加工金型内でレーザ溶接により打抜かれた各電磁鋼板を固着して形成したものであることを特徴とするものであり、
また、３ｎ個（ｎは２以上の整数）の磁極歯を有して集中巻きの巻線が施され、２ｎ個の極が形成される固定子と、前記極に対応する永久磁石が配置された回転子を備えた永久磁石電動機において、前記永久磁石は、希土類ボンド磁石で形成された円筒状磁石材でなり、また前記回転子は、電磁鋼板を積層した内鉄心部と、この内鉄心部より大径で軸中心を同じくする円筒状積層部と、片端部に設けた電磁鋼板でなり、前記内鉄心部と円筒状積層部を連結する連結板とで形成した回転子鉄心の前記内鉄心部と円筒状積層部の間に、前記円筒状磁石材を嵌挿したものであって、且つ前記回転子鉄心が、前記内鉄心部と円筒状積層部の各抜き板をそれぞれ前記電磁鋼板の同一の打抜き加工によって同時に形成し、各打抜き加工での各抜き板を積層し、さらに積層片端部分に前記連結板を固着して一体としたものであることを特徴とするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００１８】
先ず第１の実施形態を図１乃至図５により説明する。図１は永久磁石電動機を示す正面図であり、図２は回転軸を省略して示す回転子の斜視図であり、図３は端板、回転軸を省略して示す回転子の斜視図であり、図４は回転子鉄心の斜視図であり、図５は円弧状希土類ボンド磁石の斜視図である。
【００１９】
図１乃至図５において、永久磁石電動機２１は、３ｎ個（ｎを２以上の整数、以下同じ）、例えば６つの磁極歯２２を有する電磁鋼板を積層して形成した固定子鉄心２３に、集中巻きによる固定子巻線２４を施した固定子２５を、図示しないフレームに固定するようにして備えており、運転時に、固定子巻線２４が図示しない駆動回路によって励磁されることで、２ｎ個、例えば４つの極が形成されるものとなっている。
【００２０】
また、固定子鉄心２３の中心開口部分には、フレームに固定された図示しないブラケットに支持された軸受により軸支され、固定子鉄心２３との間に所定の微小隙間を設けるようにして、回転子２６が回転可能に支持されている。なお、２７は回転子２６の回転子鉄心２８に形成された孔２８ａに圧入するようにして設けられた回転軸である。
【００２１】
また回転子２６は、電磁鋼板を軸方向に所定枚数積層することによって円柱状とした回転子鉄心２８を備えており、この回転子鉄心２８の外周部には、断面形状が外周円弧に沿った形状の部分円弧状の断面形状を有し、軸方向に沿って形成された４つの円弧状孔部２９が周方向に均等に設けられている。これにより、回転子鉄心２８には、外周部に、細幅の同幅に形成された外周リング状部２８ｂと内鉄心部２８ｃ、両部を接続する接続部２８ｄが形成される。
【００２２】
また、それぞれの円弧状孔部２９には、同じく断面形状が部分円弧状で、希土類磁石の例えばサマリウムコバルト（ＳｍＣｏ５）などの合金磁石粉等と、電気絶縁性を有する合成樹脂とを所定割合で混合し、所定形状に射出成形等で成形するようにして形成した永久磁石の円弧状磁石材である同形状の円弧状希土類ボンド磁石３０が挿入されている。
【００２３】
さらに回転子２６には、その両端面に端板３１がリベット３２により回転子鉄心２８に固定されており、円弧状孔部２９から円弧状希土類ボンド磁石３０が軸方向に抜け出さないようになっている。なお、運転時に円弧状希土類ボンド磁石３０に加わる遠心力は、接続部２８ｄによって内鉄心部２８ｃに接続されている外周リング状部２８ｂで支えるようになっている。また回転子鉄心２８には、回転軸２７を圧入する孔２８ａの他に、図示しないリベット３２の打込み孔等が形成されている。
【００２４】
また、永久磁石電動機２１は、固定子巻線２４を図示しない駆動回路によって励磁して４つの磁極を各磁極歯２２に順次形成することで、円弧状希土類ボンド磁石３０の永久磁石を備える回転子２６が回転する。
【００２５】
そして、このように構成されたものでは、回転子２６に、その外周円弧に沿うよう永久磁石の円弧状希土類ボンド磁石３０の円弧形状を合わせて配置するものであるから、回転子鉄心２８の外周リング状部２８ｂと内鉄心部２８ｃを接続する各円弧状孔部２９間の接続部２８ｄの影響で僅かな突極性は残るものの、全体として、突極性は殆どなくなり、電機子反作用磁束が少なく、運転時の騒音は小さなものとなる。
【００２６】
さらに、回転子２６の円弧状孔部２９に挿入されている円弧状磁石材が円弧状希土類ボンド磁石３０で、希土類ボンド磁石の永久磁石であるため、円弧状の分割した永久磁石であっても充分な磁束を得ることができる。またさらに、円弧状希土類ボンド磁石３０は、希土類磁石と電気絶縁性の高い合成樹脂とを所定割合で混合して射出成形等によって形成した永久磁石であるので、電気抵抗が高く、運転時に、金属磁石の希土類焼結磁石におけるような大きな渦電流損が内部に発生することもなく、電動機効率が低下してしまうといったこともなく、良好な特性を得ることができる。
【００２７】
次に、第２の実施形態を、図６を参照して説明する。図６は端板、回転軸を省略して示す回転子の斜視図である。なお、固定子は第１の実施形態と同じ構成であるため説明を省略して説明する。
【００２８】
図６において、永久磁石電動機の回転子３３は、図示しないが固定子の中心開口部分に、ブラケットに支持された軸受により軸支され、固定子鉄心との間に所定微小隙間を設けるようにして回転可能に支持されるもので、電磁鋼板を軸方向に所定枚数積層することによって円柱状とした回転子鉄心３４を備えている。そして、回転子鉄心３４に形成された孔３４ａには、軸支するための図示しない回転軸が圧入される。
【００２９】
さらに、回転子鉄心３４の外周部には、内径が回転子鉄心３４の外径に対して軽圧入可能な程度の寸法に形成された、例えばサマリウムコバルト（ＳｍＣｏ５）などの合金磁石等の希土類磁石粉と電気絶縁性を有する合成樹脂とを所定割合で混合して、所定形状に射出成形等してなる永久磁石の円筒状磁石材である円筒状希土類ボンド磁石３５が嵌着されている。
【００３０】
またさらに、回転子３３には、その両端面には第１の実施形態と同様に、図示しない端板がリベットにより回転子鉄心３４に固定されており、回転子鉄心３４から円筒状希土類ボンド磁石３５が、軸方向に抜け出さないようになっている。なお、回転子鉄心３４には、回転軸を圧入する孔３４ａの他に、図示しないリベットの打込み孔等が形成されている。
【００３１】
また、図示しないが、このような回転子３３を設けてなる永久磁石電動機は、固定子巻線を駆動回路によって励磁して４つの磁極を各磁極歯に順次形成することで、円筒状希土類ボンド磁石３５の永久磁石を備える回転子３３が回転する。
【００３２】
そして、このように構成されたものでは、回転子３３は、その回転子鉄心３４の外周部に、円筒状磁石材の円筒状希土類ボンド磁石３５を嵌着してなるものであるから、突極性はなくなり、電機子反作用磁束が、第１の実施形態に比べてさらに少なく、これに基づく運転時の騒音は非常に小さなものとなる。
【００３３】
さらに、回転子３３の回転子鉄心３４の外周部に嵌着されている永久磁石が円筒状磁石材の円筒状希土類ボンド磁石３５であるため、第１の実施形態におけるよりも充分な磁束を得ることができ、また第１の実施形態と同様に、運転時に内部に発生する渦電流損が非常に少なく、電動機効率が低下してしまうといったこともなく、良好な特性を得ることができる。
【００３４】
次に、第３の実施形態を、図７を参照して説明する。図７は端板、回転軸を省略して示す回転子の斜視図である。なお、固定子は第１の実施形態と同じ構成であるため説明を省略して説明する。
【００３５】
図７において、永久磁石電動機の回転子３６は、図示しないが固定子の中心開口部分に、ブラケットに支持された軸受により軸支され、固定子鉄心との間に所定微小隙間を設けるようにして回転可能に支持されるもので、電磁鋼板を軸方向に所定枚数積層することによって円柱状とした回転子鉄心３７を備えている。そして、回転子鉄心３７に形成された孔３７ａには、軸支するための図示しない回転軸が圧入される。
【００３６】
さらに、回転子鉄心３７の外周部には、内径が回転子鉄心３７の外径に対して軽圧入可能な程度の寸法に形成された、例えばサマリウムコバルト（ＳｍＣｏ５）などの合金磁石等の希土類磁石粉と電気絶縁性を有する合成樹脂とを所定割合で混合して、所定形状に射出成形等してなる永久磁石の円筒状磁石材である円筒状希土類ボンド磁石３８が嵌着されている。
【００３７】
また嵌着された円筒状希土類ボンド磁石３８の外周部には、金属薄板で形成された円筒状補強部材３９が緊密に嵌着されており、運転時に円筒状希土類ボンド磁石３８に加わる遠心力を、円筒状補強部材３９で支えるようになっている。さらに回転子３６には、その両端面には第１の実施形態と同様に、図示しない端板がリベットにより回転子鉄心３７に固定されており、回転子鉄心３７から円筒状希土類ボンド磁石３８が、軸方向に抜け出さないようになっている。なお、回転子鉄心３６には、回転軸を圧入する孔３６ａの他に、図示しないリベットの打込み孔等が形成されている。
【００３８】
そして、図示しないが、このような回転子３６を設けてなる永久磁石電動機は、固定子巻線を駆動回路によって励磁して４つの磁極を各磁極歯に順次形成することで、円筒状希土類ボンド磁石３８の永久磁石を備える回転子３６が回転する。
【００３９】
また、このように構成されたものでは、回転子３６は、円筒状希土類ボンド磁石３８の外周部に円筒状補強部材３９が緊密に嵌着されているので、第２の実施形態よりも、さらに高速の回転に耐えることができる。なお、円筒状補強部材３９を金属薄板で形成するようにしたが、強化プラスチック等で形成するようにしてもよい。
【００４０】
また、回転子３６は、その回転子鉄心３７の外周部に、円筒状磁石材の円筒状希土類ボンド磁石３９を嵌着してなるものであるから、第２の実施形態と同様に突極性はなくなり、電機子反作用磁束が、第１の実施形態に比べてさらに少なく、これに基づく運転時の騒音は非常に小さなものとなる。
【００４１】
さらに、回転子３６の回転子鉄心３７の外周部に嵌着されている永久磁石が円筒状磁石材の円筒状希土類ボンド磁石３８であるため、第２の実施形態におけると同様、充分な磁束を得ることができ、また運転時に円筒状希土類ボンド磁石３８の内部に発生する渦電流損が非常に少なく、電動機効率が低下してしまうといったこともなく、良好な特性を得ることができる。
【００４２】
次に、第４の実施形態を、図８乃至図１１を参照して説明する。図８は端板、回転軸を省略して示す回転子の斜視図であり、図９は回転子鉄心の斜視図であり、図１０は円筒状積層体の斜視図であり、図１１は円筒状希土類ボンド磁石の斜視図である。なお、固定子は第１の実施形態と同じ構成であるため説明を省略して説明する。
【００４３】
図８乃至図１１において、永久磁石電動機の回転子４０は、図示しないが固定子の中心開口部分に、ブラケットに支持された軸受により軸支され、固定子鉄心との間に所定微小隙間を設けるようにして回転可能に支持されるもので、電磁鋼板を軸方向に所定枚数積層することによって円柱状とした回転子鉄心４１を備えている。そして、回転子鉄心４１に形成された孔４１ａには、軸支するための図示しない回転軸が圧入される。
【００４４】
さらに、回転子鉄心４１の外周部には、内径が回転子鉄心４１の外径に対して軽圧入可能な程度の寸法に形成された、例えばサマリウムコバルト（ＳｍＣｏ５）などの合金磁石等の希土類磁石粉と電気絶縁性を有する合成樹脂とを所定割合で混合して、所定形状に射出成形等してなる永久磁石の円筒状磁石材である円筒状希土類ボンド磁石４２が嵌着されている。
【００４５】
また嵌着された円筒状希土類ボンド磁石４２の外周部には、細幅のリング状の電磁鋼板を軸方向に所定枚数積層することによって円筒状とした積層筒体４３が緊密に嵌着された状態になっており、運転時に円筒状希土類ボンド磁石４２に加わる遠心力を、積層筒体４３で支えるようになっている。さらに回転子４０には、その両端面には第１の実施形態と同様に、図示しない端板がリベットにより回転子鉄心４１に固定されており、回転子鉄心４１から円筒状希土類ボンド磁石４２が、軸方向に抜け出さないようになっている。なお、回転子鉄心４１には、回転軸を圧入する孔４１ａの他に、図示しないリベットの打込み孔等が形成されている。
【００４６】
また、このような回転子４０を設けてなる永久磁石電動機は、図示しないが、固定子巻線を駆動回路によって励磁して４つの磁極を各磁極歯に順次形成することで、円筒状希土類ボンド磁石４２の永久磁石を備える回転子４０が回転する。
【００４７】
また、このような回転子４０の回転子鉄心４１と積層筒体４３とは、次のような加工工程を経て形成されている。すなわち、先ずフープ状の電磁鋼板帯を、所定の金型を用いたプレス加工装置での同一の打抜き加工で、同時に回転子鉄心４１を形成する中心部分に回転軸を圧入するための孔４１ａとリベット打込み孔等が形成された略円板状の抜き板と、積層筒体４３を形成する細幅のリング状の抜き板とを形成する。さらに、各抜き板を連続して所定枚数打抜き加工しながら金型内で積層した後、積層した各抜き板を、それぞれに設けたかしめ突起により固着し、あるいは金型内でレーザ溶接によって積層した各抜き板をピンポイントで複数箇所溶着して、回転子鉄心４１、積層筒体４３を形成する。
【００４８】
そして、このような構成の回転子４０を設けてなる永久磁石電動機では、回転子４０が、円筒状希土類ボンド磁石４２の外周部に電磁鋼板で形成された積層筒体４３が緊密に嵌着されているので、上記の金属薄板で形成した円筒状補強部材を嵌着した第３の実施形態のものよりも、貫通磁束の変動に起因して発生する渦電流損失が少ないものとなる。
【００４９】
そして、第３の実施形態と同様に、高速の回転に耐えることができ、また運転時の騒音が非常に小さなものとなり、円筒状希土類ボンド磁石４２の内部に発生する渦電流損が非常に少なくなるために、電動機効率が低下してしまうといったこともなく、良好な特性を得ることができる。
【００５０】
なお、抜き板を積層して積層筒体４３を形成する際に、各抜き板をレーザ溶接によってピンポイントで溶着するようにすれば、かしめ突起により固着する場合に比べ、リング状の抜き板の幅をより細いものとすることができ、電動機としての特性をさらに良好なものとすることができる。
【００５１】
次に、第５の実施形態を、図１２乃至図１７を参照して説明する。図１２は端板、回転軸を省略して示す回転子の片端部側からの斜視図であり、図１３は端板、回転軸を省略して示す回転子の他端部側からの斜視図であり、図１４は回転子鉄心の片端部側からの斜視図であり、図１５は回転子鉄心の円筒状積層部の斜視図であり、図１６は回転子鉄心の内鉄心部の斜視図であり、図１７は回転子鉄心の連結板の斜視図である。なお、固定子は第１の実施形態と同じ構成であるため説明を省略して説明する。
【００５２】
図１２乃至図１７において、永久磁石電動機の回転子４４は、図示しないが固定子の中心開口部分に、ブラケットに支持された軸受により軸支され、固定子鉄心との間に所定微小隙間を設けるようにして回転可能に支持されるもので、電磁鋼板を軸方向に所定枚数積層してなる回転子鉄心４５と円筒状希土類ボンド磁石４６を備えている。そして、回転子鉄心４５に形成された孔４５ａには、軸支するための図示しない回転軸が圧入される。
【００５３】
回転子４４を構成する回転子鉄心４５は、それぞれ電磁鋼板を軸方向に所定枚数積層して形成した円柱状の内鉄心部４７と、これより大径の円筒状積層部４８とを同軸に配し、さらに片端部に同じく電磁鋼板で形成した連結板４９を設けて形成されている。すなわち、内鉄心部４７は、中心部分に回転軸を圧入するための孔４５ａとリベット打込み孔等が形成された略円板状の抜き板を積層したものであり、円筒状積層部４８は、細幅のリング状の抜き板を積層したものであり、部分閉塞板４９は、内鉄心部４７の略円板状抜き板と同形状部分４９ａと、円筒状積層部４８の細幅リング状抜き板と同形状部分４９ｂと、これら部分４９ａ，４９ｂを接続する均等に配した複数の接続部分４９ｃとを有するものとなっている。
【００５４】
また、このような構成の回転子鉄心４５は、次のような加工工程を経て形成されている。すなわち、先ずプレス加工装置で、フープ状の電磁鋼板帯を、所定の金型を用いた同一の打抜き加工で、同時に内鉄心部４７を形成する略円板状の抜き板と、円筒状積層部４８を形成する細幅のリング状の抜き板とを形成する。そして、１つの内鉄心部４７及び円筒状積層部４８を形成するのに要する枚数の各抜き板を連続して打抜き加工する。これら各抜き板の所定同一枚数の打抜き加工を行った後、続いて電磁鋼板帯を別の所定の金型を用いた打抜き加工で、１枚の連結板４９を形成する。
【００５５】
その後、加工された所定の同一枚数の各抜き板と１枚の連結板４９を金型から取り出し、同一枚数積層した略円板状の抜き板とリング状の抜き板をそれぞれレーザ溶接等により固着して、略円板状抜き板による積層体と、これと軸方向寸法が同一のリング状抜き板による積層体とを形成する。なお、これらの各積層体は、前記第４の実施形態と同様に、金型内でそれぞれ固着してもよい。さらに両積層体を同軸に位置させ端部を揃えた状態で、両積層体の片端部に連結板４９をレーザ溶接等で固着し、片端部が連結板４９で部分閉塞され、他端部が開放された状態の回転子鉄心４５を形成する。
【００５６】
一方、プレス加工装置では、複数の回転子鉄心４５を形成するために、先の所定枚数の各抜き板を打抜き加工し、これに同期して１枚の連結板４９を打抜き加工する工程を行った後、同様の略円板状の抜き板とリング状の抜き板の所定同一枚数の打抜き加工と、これに同期して行なう１枚の連結板４９の打抜き加工の工程が繰り返し実行される。なお、連結板４９は、内鉄心部７及び円筒状積層部４８とはまった別個に形成してもよい。
【００５７】
また、円筒状希土類ボンド磁石４６は、例えばサマリウムコバルト（ＳｍＣｏ５）などの合金磁石等の希土類磁石粉と電気絶縁性を有する合成樹脂とを所定割合で混合して、所定形状に射出成形等してなる永久磁石の円筒状磁石材である。そして、その内径が内鉄心部４７の外径に対し、また外径が円筒状積層部４８の内径に対しそれぞれ軽圧入可能な程度の寸法に形成されており、回転子鉄心４５の内鉄心部４７と円筒状積層部４８との間に他端部側から嵌挿され、片端部の連結板４９により片端部方向への抜け止めがなされる。
【００５８】
また円筒状希土類ボンド磁石４６は、回転子鉄心４５の内鉄心部４７と円筒状積層部４８との間に嵌挿されることで、運転時、円筒状希土類ボンド磁石４６に加わる遠心力が、円筒状積層部４８で支えられる。さらに、回転子４４には、その両端面には第１の実施形態と同様に、図示しない端板がリベットにより回転子鉄心４５に固定され、これにより回転子鉄心４５からの円筒状希土類ボンド磁石４６の軸方向への抜け出しが防止される。
【００５９】
また、このような回転子４４を設けてなる永久磁石電動機は、図示しないが、固定子巻線を駆動回路によって励磁して４つの磁極を各磁極歯に順次形成することで、円筒状希土類ボンド磁石４６の永久磁石を備える回転子４４が回転する。
【００６０】
そして、このような構成の回転子４４を設けてなる永久磁石電動機では、回転子４４が、円筒状希土類ボンド磁石４６の外周部に電磁鋼板で形成された円筒状積層部４８が緊密に嵌着されたものであるので、上記の第４の実施形態と同様に、貫通磁束の変動に起因して発生する渦電流損失が少ないものとなる。また第３の実施形態と同様に、高速の回転に耐えることができ、また運転時の騒音が非常に小さなものとなり、円筒状希土類ボンド磁石４６の内部に発生する渦電流損が非常に少なくなるために、電動機効率が低下してしまうといったこともなく、良好な特性を得ることができる。
【００６１】
なお、内鉄心部４７と円筒状積層部４８を連結板４９で連結するため、回転子鉄心４５の取り扱いが容易であり、また積層枚数に差が生じることがないため、積層した際の軸方向寸法が同一のものなって端部に段差が生じず、端板を回転軸に正確に直交するようリベットで固定することができる。
【００６２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、集中巻きによる固定子巻線を施した固定子を備えたものでの運転時における騒音を小さくすることができ、また電動機効率を向上したものとすることができる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態である永久磁石電動機を示す正面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における回転軸を省略して示す回転子の斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における端板、回転軸を省略して示す回転子の斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における回転子鉄心の斜視図である。
【図５】本発明の第１の実施形態における円弧状希土類ボンド磁石の斜視図である。
【図６】本発明の第２の実施形態における端板、回転軸を省略して示す回転子の斜視図である。
【図７】本発明の第３の実施形態における端板、回転軸を省略して示す回転子の斜視図である。
【図８】本発明の第４の実施形態における端板、回転軸を省略して示す回転子の斜視図である。
【図９】本発明の第４の実施形態における回転子鉄心の斜視図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態における筒状積層体の斜視図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態における円筒状希土類ボンド磁石の斜視図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態における端板、回転軸を省略して示す回転子の片端部側からの斜視図である。
【図１３】本発明の第５の実施形態における端板、回転軸を省略して示す回転子の他端部側からの斜視図である。
【図１４】本発明の第５の実施形態における回転子鉄心の片端部側からの斜視図である。
【図１５】本発明の第５の実施形態における回転子鉄心の円筒状積層部の斜視図である。
【図１６】本発明の第５の実施形態における回転子鉄心の内鉄心部の斜視図である。
【図１７】本発明の第５の実施形態における回転子鉄心の連結板の斜視図である。
【図１８】第１の従来技術の永久磁石電動機を示す正面図である。
【図１９】第１の従来技術における端板、回転軸を省略して示す回転子の斜視図である。
【図２０】第２の従来技術における端板、回転軸を省略して示す回転子の斜視図である。
【図２１】第３の従来技術における端板を省略して示す回転子の正面図である。
【符号の説明】
２２…磁極歯
２４…固定子巻線
２５…固定子
２６，３３，３６，４０，４４…回転子
２８，３４，３７，４１，４５…回転子鉄心
２９…円弧状孔部
３０…円弧状希土類ボンド磁石
３５，３８，４２，４６…円筒状希土類ボンド磁石
３９…円筒状補強部材
４３…積層筒体
４７…内鉄心部
４８…筒状積層部
４９…連結板
Claims (4)
- ３ｎ個（ｎは２以上の整数）の磁極歯を有して集中巻きの巻線が施され、２ｎ個の極が形成される固定子と、前記極に対応する永久磁石が配置された回転子を備えた永久磁石電動機において、前記永久磁石は、希土類ボンド磁石で形成された断面形状を前記回転子の外周円弧に沿う部分円弧状とした複数の円弧状磁石材でなり、さらに前記円弧状磁石材は、弧状形状が前記回転子の外周円弧に沿うようにして該回転子の所定位置にそれぞれ配置してあることを特徴とする永久磁石電動機。
- ３ｎ個（ｎは２以上の整数）の磁極歯を有して集中巻きの巻線が施され、２ｎ個の極が形成される固定子と、前記極に対応する永久磁石が配置された回転子を備えた永久磁石電動機において、前記永久磁石は、希土類ボンド磁石で形成された円筒状磁石材でなり、また該円筒状磁石材は、前記回転子の電磁鋼板を積層した鉄心の外周に嵌合してあると共に、該円筒状磁石材の外周には、前記鉄心と同時に打抜き加工され、積層された円筒状の積層筒体が嵌着してあることを特徴とする永久磁石電動機。
- 前記積層筒体は、打抜き加工と積層を加工金型内で行なうと共に、該加工金型内でレーザ溶接により打抜かれた各電磁鋼板を固着して形成したものであることを特徴とする請求項２記載の永久磁石電動機。
- ３ｎ個（ｎは２以上の整数）の磁極歯を有して集中巻きの巻線が施され、２ｎ個の極が形成される固定子と、前記極に対応する永久磁石が配置された回転子を備えた永久磁石電動機において、前記永久磁石は、希土類ボンド磁石で形成された円筒状磁石材でなり、また前記回転子は、電磁鋼板を積層した内鉄心部と、この内鉄心部より大径で軸中心を同じくする円筒状積層部と、片端部に設けた電磁鋼板でなり、前記内鉄心部と円筒状積層部を連結する連結板とで形成した回転子鉄心の前記内鉄心部と円筒状積層部の間に、前記円筒状磁石材を嵌挿したものであって、且つ前記回転子鉄心が、前記内鉄心部と円筒状積層部の各抜き板をそれぞれ前記電磁鋼板の同一の打抜き加工によって同時に形成し、各打抜き加工での各抜き板を積層し、さらに積層片端部分に前記連結板を固着して一体としたものであることを特徴とする永久磁石電動機。
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-
2002
- 2002-07-29 JP JP2002219755A patent/JP2004064887A/ja active Pending
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