JP2004173375A - 永久磁石付き積層鉄心 - Google Patents

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Abstract

【課題】回転トルクが脈動せずに安定した高トルクが得られ、また、温度上昇が抑制され、併せて、軽量化できる永久磁石付き回転子積層鉄心を固定子積層鉄心に組み込んだ積層鉄心を得る。
【解決手段】回転子鉄心片をかしめ積層し永久磁石が間隔をおいて設けられた回転子積層鉄心3を、固定子積層鉄心2の回転子収容穴に設置した積層鉄心において、外周内領域に永久磁石設置開口が間隔をおいて形成され、永久磁石設置開口同士の間を突極8とする回転子鉄心片を、かしめ積層してなる回転子積層鉄心3が前記固定子積層鉄心2の回転子収容穴内で回転する際の前記突極8の回転方向後半位置に空孔9が形成され、前記永久磁石設置開口内に永久磁石7が嵌入されている。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は永久磁石を回転子鉄心に設けた積層鉄心に関する。
【0002】
【従来の技術】
高出力の駆動装置としてのモータには、例えば特開平9−46946に開示されているように内部に永久磁石が間隔をおいて複数設けられた回転子鉄心が、固定子鉄心に組み込まれた鉄心を使用したものがある。
【0003】
回転子鉄心の外周領域内に永久磁石が間隔をおいて設けられたものは、永久磁石同士の間が突極として機能する。この永久磁石付き回転子鉄心を固定子鉄心に組み込んだモータは、固定子鉄心巻線の電流による永久磁石を貫く方向の磁束が回転子鉄心内を通り易く、永久磁石が回転磁界と作用して発生するトルクと、突極の中心を貫く軸のインダクタンスが永久磁石の中心を貫く軸のインダクタンスより大きいことによるリラクタンストルクとを利用し、大きな回転トルクを発生することができる。かかるモータは、効率がすぐれ大きな回転トルクを生じさせることができ、高出力を要する駆動装置や、同一出力を発揮できて小型化を強く要請される駆動装置等に使用される。
【0004】
【この発明が解決しようとする課題】
永久磁石を設けた回転子鉄心が固定子鉄心に組み込まれたモータは、前記のようにすぐれた機能を有するが、回転子鉄心が回転することにより固定子鉄心の磁極と当該回転子鉄心の突極及び永久磁石との相対的な位置関係の変化が生じることから、磁束の流れ易さが変わり出力トルクが変動することがある。出力トルクの変動は回転トルクの脈動となって表れる。
【0005】
また、回転子鉄心と固定子鉄心との間における磁束の流れ易さの変化は、渦電流を生じさせ、当該回転子鉄心や固定子鉄心を発熱させる。発熱がひどくなり温度がある温度以上になると、永久磁石は磁性を失ってしまい、永久磁石付き回転子鉄心を組み込んだモータとしての機能が無くなる。
【0006】
また、駆動装置等として使用されるモータは、高出力化とともに、重量の軽減、或いは省エネルギー等の点から軽量化することが望まれているが、従来のモータに組み込まれた永久磁石付き回転子鉄心は必ずしも軽量化に十分対応しきれているとは言えない。
【0007】
本発明は、回転トルクが脈動せずに安定した高トルクが得られ、また、温度上昇が抑制され、併せて、軽量化できる永久磁石付き回転子積層鉄心を固定子積層鉄心に組み込んだ積層鉄心を得ることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、回転子鉄心片をかしめ積層し永久磁石が間隔をおいて設けられた回転子積層鉄心を、固定子積層鉄心の回転子収容穴に設置した積層鉄心において、外周内領域に永久磁石設置開口が間隔をおいて形成され、永久磁石設置開口同士の間を突極とする回転子鉄心片を、かしめ積層してなる回転子積層鉄心が前記固定子積層鉄心の回転子収容穴内で回転する際の前記突極の回転方向後半位置に空孔が形成され、前記永久磁石設置開口内に永久磁石が嵌入されている永久磁石付き積層鉄心にある。
【0009】
また、前記回転子積層鉄心の突極の回転方向後半位置に形成の空孔は、当該回転子積層鉄心の円周方向より半径方向に長い形状の空孔であることが好ましい。
【0010】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の1実施の形態について図面を参照して詳細に述べる。
図1は本発明の1実施例における永久磁石付き積層鉄心を上面からみた図、図2は本発明の1実施例において永久磁石を設けた回転子積層鉄心を拡大して示す図、図3は本発明の1実施例における永久磁石付き積層鉄心の製造を説明するための図、図4は本発明の1実施例における永久磁石付き積層鉄心の製造過程で製造した回転子積層鉄心を示す図、図5は本発明の1実施例で製造した永久磁石付き積層鉄心を示す図である。
【0011】
図面において、1は永久磁石付き積層鉄心で、固定子積層鉄心2と、該固定子積層鉄心2の回転子収容穴に設置された回転子積層鉄心3から構成されている。なお、固定子積層鉄心2はヨーク4から内径方向に形成された磁極5に巻線が巻回されているが、該巻線は図示していない。固定子積層鉄心2については後述するが固定子鉄心片をかしめ部6を介してかしめ積層されたものである。
【0012】
回転子積層鉄心3は外周領域内に永久磁石7が間隔をおいて複数、この実施例では8個設けられ、該永久磁石7の設置によって、前記固定子積層鉄心2の磁極5に巻回の巻線(図示しない)に通じた電流により生じる磁束が回転子積層鉄心3内を通り易くし、回転磁界と作用してトルクを発生させる。また、永久磁石7同士の間の外周領域には突極8が形成され、該突極8は永久磁石7の中心を貫く軸(d軸)方向の前記電流による磁束が回転子積層鉄心内を通り易くし、突極8の中心を貫く軸(q軸)のインダクタンスを前記d軸のインダクタンスより大きくしてリラクタンストルクを発生させる。
【0013】
これら前記両トルクは回転子積層鉄心3に前記永久磁石7の設置と、突極8を形成したことにより発生することが公知であるが、永久磁石付き積層鉄心1では固定子積層鉄心2の回転磁界による回転子積層鉄心3の回転に際して、突極8と固定子積層鉄心3の磁極5との相対的な位置変化により、突極8と磁極5との間での磁束の密度が突極8の位置内で変わり、前記電流とは無関係に出力トルクが変動し、回転トルクが脈動することがある。本発明はこの問題をなくすために、回転子積層鉄心3の回転における突極8の回転方向Aの後半位置であって、且つ当該回転子積層鉄心3の外周領域内に空孔9を形成している。前記回転子積層鉄心3の回転方向Aとは、回転子積層鉄心3は正転・逆転ができるものであっても主に回転する正転方向を指している。前記空孔9は回転子積層鉄心3の円周方向より半径方向に長い方か好ましいが、断面形状はこの実施例のような擬似楕円状に限らず、図6に示すような逆2等辺三角形状や、半扇形状、長円形、等とすることができる。空孔9は回転子積層鉄心3が回転することにより前記固定子積層鉄心2の磁極5との位置関係の変化で生じていた突極8位置内での磁束密度の変化を減少させ、出力トルクの変動を防ぐ作用がある。
【0014】
前記空孔9はその部分に空気等の冷却用気体が入り込め、或いは流通でき、気体流通路として機能し、温度上昇を防ぐ作用がある。この温度上昇の防止は、前記突極8の位置内での磁束密度の変動を防ぐことによる温度上昇の防止と相俟って作用し、永久磁石7が消磁するようなことは皆無である。
【0015】
また、空孔9を形成したことでその分、回転子積層鉄心3の重量を減らすことができ軽量化する効果がある。この重量の軽減は、当該永久磁石付き積層鉄心1が例えば電気自動車等の駆動モータに使用された場合、重量の軽量化に直に作用し、また、省エネルギー等にも作用する。
【0016】
次に、永久磁石付き積層鉄心の製造について図3、図4、及び、図5を参照して述べる。図示しない順送り金型装置により被加工金属板Sに、ステーションAでガイドホール10が形成され、ステーションBで軸孔11が打抜き形成される。
【0017】
ステーションCでは永久磁石設置開口11が間隔をおいて回転子鉄心片の外形となる箇所より若干内径側に打抜き形成される。該永久磁石設置開口11には回転子鉄心片を外形抜きし、かしめ積層した後に永久磁石7が装着されるが、永久磁石7より僅か広幅に開口されていて、永久磁石7を装着したとき両側に隙間が形成されるようにしている。前記永久磁石設置開口11同士の間の外周領域は回転子鉄心片13を外形抜きした後には突極8となる
【0018】
ステーションDでは突極8の部分であって、後で回転子積層鉄心3として形成され、回転方向の後半位置に該当する箇所に空孔9が打抜き形成される。該空孔9は回転子鉄心片13の円周方向より半径方向に長く形成することが好ましいが、その形状は実施例の擬似楕円状に限らず前記にように変えることができる。
【0019】
ステーションEではかしめ部14が形成される。かしめ部14は積層1枚目となる回転子鉄心片13には貫通穴として形成され、積層2枚目以降の回転子鉄心片13にはかしめ突起として形成される。前記貫通穴とかしめ突起との形成替えはかしめ部用パンチ(図示しない)がストリッパー下面より突出する長さを公知のスライドカム等により変ることにより容易になされる。なお、かしめ部14の形態は切り起こしかしめ、半抜きかしめ、Vかしめ等、任意の形態が採用でき、また、かしめ部14の個数もこの実施例に限らず設定できる。
【0020】
ステーションFでは回転子鉄心片13が外形抜きされ、かしめ部14を介してかしめ積層される。図4に、かしめ積層した後、永久磁石設置開口に永久磁石7を装着した回転子積層鉄心3を示している。
【0021】
ステーションGでは固定子鉄心片15となる箇所にスロット16が複数打抜き形成される。該スロット16の個数は前記回転子積層鉄心3に設ける永久磁石7や突極8の数に関連つけて形成される。
【0022】
ステーションHでは固定子鉄心片15のかしめ部17が形成される。該かしめ部17の形成は前記回転子鉄心片13の場合と同様に、積層1枚面の固定子鉄心片15には貫通穴として、積層2枚目以降の固定子鉄心片15にはかしめ突起として形成される。
【0023】
ステーションIでは固定子鉄心片15が外形抜きされ、かしめ部17を介してかしめ積層される。図5にはかしめ積層した固定子積層鉄心2の回転子収容穴に前記回転子積層鉄心3を設置した永久磁石付き積層鉄心1を示している。
【0024】
上記のようにして本発明の1実施例による永久磁石付き積層鉄心1が順送り金型装置により製造される。
【0025】
前記1実施例では、回転子積層鉄心3に設けた永久磁石7は断面皿状であるが、この形状のものに限らず、断面長方形状、断面半円弧状、等の形状の永久磁石が採用できる。
【0026】
【発明の効果】
本発明は、回転子鉄心片をかしめ積層し永久磁石が間隔をおいて設けられた回転子積層鉄心を、固定子積層鉄心の回転子収容穴に設置した積層鉄心において、外周内領域に永久磁石設置開口が間隔をおいて形成され、永久磁石設置開口同士の間を突極とする回転子鉄心片を、かしめ積層してなる回転子積層鉄心が、前記固定子積層鉄心の回転子収容穴内で回転する際の前記突極の回転方向後半位置に空孔が形成されているので、回転子積層鉄心の回転に伴い突極と固定子積層鉄心の磁極との間の磁束密度が、突極の位置より変化するのが防止され、回転トルクに脈動が生じるのを抑え、安定した高トルクが得られる。また、前記空孔は空気通路として機能し、冷却作用があり温度上昇を抑制し、永久磁石が消磁することはない。さらに、空孔の形成により回転子積層鉄心は重量が軽減され軽量化できる等の多大な効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施例における永久磁石付き積層鉄心を上面からみた図。
【図2】本発明の1実施例の永久磁石付き積層鉄心において回転子積層鉄心を拡大して示す図。
【図3】本発明1実施例における永久磁石付き積層鉄心の製造を説明するための図。
【図4】本発明の1実施例における永久磁石付き積層鉄心の製造過程で製造した回転子積層鉄心を示す図。
【図5】本発明の1実施例で製造した永久磁石付き積層鉄心を示す図。
【図6】本発明の他の実施例における回転子積層鉄心に形成の空孔を示す図。
【符号の説明】
1 永久磁石付き積層鉄心
2 固定子積層鉄心
3 回転子積層鉄心
4 ヨーク
5 磁極
6 かしめ部
7 永久磁石
8 突極
9 空孔
10 ガイドホール
11 軸孔
12 永久磁石設置開口
13 回転子鉄心片
14 かしめ部
15 固定子鉄心片
16 スロット
17 かしめ部
18 逆2等辺三角形状の空孔

Claims (2)

  1. 回転子鉄心片をかしめ積層し永久磁石が間隔をおいて設けられた回転子積層鉄心を、固定子積層鉄心の回転子収容穴に設置した積層鉄心において、外周内領域に永久磁石設置開口が間隔をおいて形成され、永久磁石設置開口同士の間を突極とする回転子鉄心片を、かしめ積層してなる回転子積層鉄心が前記固定子積層鉄心の回転子収容穴内に設置されて回転する際の前記突極の回転方向後半位置に空孔が形成され、前記永久磁石設置開口内に永久磁石が嵌入されていることを特徴とする永久磁石付き積層鉄心。
  2. 前記突極の回転方向の後半位置に形成した空孔は、回転子積層鉄心の円周方向より半径方向に長い形状の空孔であることを特徴とする請求項1記載の永久磁石付き積層鉄心。
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