JP2004173375A

JP2004173375A - 永久磁石付き積層鉄心

Info

Publication number: JP2004173375A
Application number: JP2002334288A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Mitsui; 孝昭三井
Original assignee: Mitsui High Tec Inc
Current assignee: Mitsui High Tec Inc
Priority date: 2002-11-18
Filing date: 2002-11-18
Publication date: 2004-06-17

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

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。
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。