JP2004274826A - 回転子ブロックおよび回転子 - Google Patents

Abstract

【課題】段スキューの形成を容易にするような回転子ブロック、および、この回転子ブロックを用いて段スキューが形成された回転子を提供する。
【解決手段】回転子ブロック１０ａは、裏返したときに回転子磁極がずれるように形成されている。このような回転子ブロック１０ａ、および、この回転子ブロック１０ａを裏返した裏返し回転ブロック１０ｂを重ね合わせて永久磁石３００を磁石の挿通孔３に挿入して回転子鉄心１００とし、この回転子鉄心１００を回転軸２００にマウントして磁石埋め込み型の回転子とする。この回転子では０．５スロットピッチずれた段スキューが形成される。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転子ブロック、および、この回転ブロックを多段に重ね合わせて形成する回転子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
永久磁石モータでは脈動成分であるコギングトルクが発生する。このコギングトルク低減のため、一般にスキューを行っている。スキューにより、１スロットピッチの周期で脈動状に発生するコギングトルクの位相を強制的に変え、コギングトルクを相殺する。
【０００３】
このようなスキューは固定子側および回転側双方に形成することができるが、本願発明は回転子に関するものであり、この従来技術でも回転子側のスキューについてのみ図を参照しつつ説明する。図８は、スキューが形成された回転子の構造図である。
【０００４】
スキューの一例として、図８（ａ）で示すような斜向スキーがある。斜向スキーは、回転子鉄心１００の磁極面１１０の回転子磁極を回転軸２００方向に対して斜向させるというものである。
スキュー量は固定子のスロットピッチの整数倍をとるが、一般的には１スロットピッチが選択されることが多い。
【０００５】
このような斜向スキューは、着磁型の回転子では容易に形成可能であるが、磁石埋め込み型の回転子では、斜向スキューの形成は製造上困難である。続いてこれら点について磁石埋め込み型の回転子構造に言及しつつ説明する。図９は磁石埋め込み型の回転子の構造および制作手順の説明図である。永久磁石モータの磁石埋め込み型の回転子は、通常は固定子と同様に電磁鋼板を積層した構造である。
【０００６】
その製作手順は、以下のようになる。
▲１▼金型を用いて鋼板を打ち抜き、図９（ａ）で示すような、中心孔１２０および磁石挿入孔１３０を穿設した鉄心円板１４０を形成する。
▲２▼多数の鉄心円板１４０を磁石挿入孔１３０を一致させつつ積層し、図９（ｂ）で示すような回転子鉄心１００を組み立てる。
▲３▼着磁された永久磁石３００を挿入し、接着する。
▲４▼回転軸２００に回転子鉄心１００をマウントし、図９（ｃ）で示すような磁石埋め込み型の回転子を形成する。
【０００７】
このような構造上の制約から、磁石挿入孔１３０を鉄心円板１４０を積層すると、回転子磁極も自動的に決定され、斜向スキューを形成することができない。そこで、積層構造による磁石埋め込み型の回転子では、図８（ａ）で示した斜向スキューと同様の効果を得るため、図８（ｂ），（ｃ），（ｄ）で示すような段スキューが行われる。
【０００８】
例えば、図８（ｂ）で示すような段スキューは、０．５スロットピッチの段差で階段状に２段階に形成されている。
また、図８（ｃ）で示すような他の段スキューは、０．５スロットピッチの段差で矩形波状に２段階に形成されている。
また、図８（ｄ）で示すような他の段スキューは、０．２５スロットピッチの段差で階段状に４段階に形成されている。
何れも図８（ａ）で示した斜向スキューと同様にコギングトルクを低減する効果が得られる。
【０００９】
また、このような積層構造による永久磁石埋め込み型の回転子にスキューを形成する他の従来技術として、例えば本出願人による特許出願に係る特許文献１に記載された発明がある。
特許文献１に記載された発明の永久磁石式同期機では、特許文献１の図２で示すように、回転子鉄心１を構成している打ち抜き鋼板の磁石挿入穴２が、スキュー角に併せて少しずつずらして打ち抜かれており、この磁石挿入穴２に平行四辺形の永久磁石３を挿入してスキューを形成するという永久磁石同期機である。
【００１０】
【特許文献１】
特開平２００２−３５４７２２号公報
（段落番号００１１，図２）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
図８（ｂ），（ｃ），（ｄ）で示した従来技術において、段スキューの場合は磁石挿入孔がずれるため、例えば、２段の場合は磁石を２等分にして両側より挿入する必要があり、また、４段の場合は磁石を４等分して中央の２段を先に組み立ててから両側の２段を組み立てる必要がある。
【００１２】
このため、上記した▲２▼、▲３▼の行程、つまり、
▲２▼多数の鉄心円板１４０を磁石挿入孔１３０を一致させつつ積層し、図８（ｂ）で示すような回転子鉄心１００を形成する、
▲３▼着磁された永久磁石３００を挿入し、接着する、
という工程が、２段階スキューでは２回、また、４段階スキューでは４回も必要であり作業が煩雑となるという問題点があった。
【００１３】
また、特許文献１に開示された回転子構造では、平行四辺形の永久磁石を挿入穴に埋め込んむことで斜向スキューを達成しているが、段スキューについて永久磁石の挿入回数を減らすという観点が開示されたものではなく、またこのような観点の先行技術はない。
【００１４】
そこで、本発明はこれら問題を解決するためになされたものであり、その目的は段スキューの形成を容易にするような回転子ブロック、および、この回転子ブロックを用いて段スキューが形成された回転子を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明の回転子ブロックによれば、
磁石挿入孔とその両側で連通する二個の極間対向孔とを含む挿通孔が、中心孔の周りにＭ個穿設されてなる鉄心円板を積層して形成した回転子ブロックであって、
Ｍ個の挿通孔により、鉄心円板の回転軸と重心が一致する正Ｍ角形（但しＭは偶数）が概略形成され、
Ｍ個の挿通孔の磁石挿入孔は、Ｍ角形の辺に含まれるように配置され、
Ｍ個の挿通孔の極間対向孔は、回転軸を基準に所定角度θ回転させたＭ角形の対角線上にある極間部を境として、隣接する極間対向孔と面するように配置されることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項２に係る発明の回転子によれば、
請求項１に記載した第１の回転子ブロックと、
請求項１に記載した第２の回転子ブロックと、
重ね合わせた第１，第２の回転子ブロックのＭ個の磁石挿入孔に貫通して埋め込まれるＭ個の永久磁石と、
重ね合わされた第１，第２の回転子ブロックの中心孔に挿通される回転軸と、
を備える回転子であって、
第１，第２の回転子ブロックの表面同士または裏面同士を重ね合わせて磁石挿入孔に永久磁石を挿通し、第１，第２の回転子ブロックでＭ極の回転子磁極を所定ピッチ変位させた段スキューを設けることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項３に係る発明の回転子によれば、
請求項１に記載した第１の回転子ブロックと、
請求項１に記載した第２の回転子ブロックと、
請求項１に記載した第３の回転子ブロックと、
請求項１に記載した第４の回転子ブロックと、
重ね合わせた第１，第２の回転子ブロックのＭ個の磁石挿入孔に貫通して埋め込まれるＭ個の永久磁石と、
重ね合わせた第３，第４の回転子ブロックのＭ個の磁石挿入孔に貫通して埋め込まれるＭ個の永久磁石と、
重ね合わされた第１，第２，第３，第４の回転子ブロックの中心孔に挿通される回転軸と、
を備える回転子であって、
第１，第２の回転子ブロックの表面同士または裏面同士を面して重ね合わせて磁石挿入孔に永久磁石を挿通し、第１，第２の回転子ブロックでＭ極の回転子磁極を所定ピッチ変位させた段スキューを設け、
第３，第４の回転子ブロックの表面同士または裏面同士を面して重ね合わせて磁石挿入孔に永久磁石を挿通し、第３，第４の回転子ブロックでＭ極の回転子磁極を所定ピッチ変位させた段スキューを設けることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項４に係る発明の回転子によれば、
請求項３に記載された回転子において、
第１，第２，第３，第４の回転子ブロックで４段の階段状の段スキューを設けることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項５に係る発明の回転子によれば、
請求項３に記載された回転子において、
第１，第２，第３，第４の回転子ブロックで２段の矩形波状の段スキューを設けることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の回転子ブロックおよび回転子の実施形態について説明する。図１は本発明の回転子ブロックに用いられる鉄心円板の構成図である。
本発明の実施形態の回転子ブロック１０ａ，１０ｂ（図３参照）は、図１で示す鉄心円板１を多数積層して形成するものである。この鉄心円板１は、詳しくは、図１で示すように、中心孔２と、Ｍ個（Ｍは偶数）の挿通孔３と、が形成されている。
図１で示す鉄心円板１は、回転子磁極の数Ｐ＝４極、つまりＭ＝４であり、回転子磁極の１極当たりの中心角θ＝３６０°／Ｐ＝９０°の場合を示す。
【００２１】
中心孔２は、鉄心円板１の中央に形成され、表面と裏面とを貫通する円孔である。
挿通孔３は、磁石挿入用の磁石挿入孔３ａ、および、この磁石挿入孔３ａの両側で連通するように形成される極間対向孔３ｂとからなり、鉄心円板１の表面と裏面とを貫通する。また、挿入される永久磁石３００の位置を決定するための突起である磁石位置決定部３ｃが形成されている。
【００２２】
この４個の挿通孔３の配置について法則がある。この配置則について説明する。図２は挿通孔の配置則を説明する説明図である。
（１）４個の挿通孔３により、鉄心円板１の回転軸と重心が一致する正四角形（正方形）が概略形成されている。
（２）４個の挿通孔３の磁石挿入孔３ａは、正方形の辺に含まれるように配置されている。
（３）鉄心円板１の回転軸（つまり正方形の重心）を基準に正方形の対角線を所定角度θ回転させ、この回転した対角線上にあるように極間部４を決定し、この極間部４を境として、二個の極間対向孔３ｂが面するように配置される。
【００２３】
このような鉄心円板１は、金型を用いて電磁鋼板を打ち抜いて形成される。さらに、鉄心円板１を多数積層して回転子ブロック１０ａ，１０ｂ（図３参照）を形成することとなる。なお、回転子ブロックの極数・段スキューの内容によって、回転子ブロックの厚さが異なる。これら点については後述する。
【００２４】
続いて、このような回転子ブロックを組み立てて形成した回転子について説明する。図３は、回転子ブロックを用いる回転子の構造図である。
鉄心円板１を積層形成した長さ０．５Ｌの２個の回転子ブロックを組み合わせて、２段の段スキューが形成された長さＬの回転子鉄心１００を、回転子は備えている。
【００２５】
図３（ａ）で示すように、第１の回転子ブロック１０ａおよび第２の回転子ブロック１０ｂを重ね合わせて回転子鉄心１００を形成する。この場合、第２の回転子ブロック１０ｂは、第１の回転子ブロック１０ａを裏返したブロックである。以下便宜上、第１の回転子ブロック１０ａを回転子ブロック１０ａと称し、また、第２の回転子ブロック１０ｂを裏返し回転ブロック１０ｂと称して説明する。回転子ブロック１０ａと裏返し回転ブロック１０ｂとを重ね合わせると裏面同士が重ね合わされる。これら回転子ブロック１０ａ，裏返し回転ブロック１０ｂの挿通孔３は先に説明したように一致している。この挿通孔３に長さがほぼＬの長方形の永久磁石３００を挿入する。そして中心孔２に回転軸２００をマウントして磁石埋め込み型の回転子を構成する。
【００２６】
挿入した永久磁石３００と回転子磁極の位置関係について図を参照しつつ説明する。図４は、回転子磁極の位置関係の説明図である。図４で示すようにｎは磁石のＮ極（面）、ｓはＳ極（面）である。そして永久磁石３００は、本図の表裏面を貫通する方向に、その各極面ｎ，ｓが回転軸２００に平行となるように磁石挿入孔３ａに挿入される。この場合、磁石位置決定部３ｃにより永久磁石３００は所定位置に誘導される。
【００２７】
この永久磁石３００によって回転子ブロック１０ａ，裏返し回転ブロック１０ｂの外周上に形成される回転子磁極は極間部４を境に隣接する回転子磁極間で互いに逆極性となるので、回転子磁極のＮ極を形成する永久磁石３００の磁化方向と、回転子磁極のＳ極を形成する隣接極の永久磁石３００の磁化方向とは回転子２００の径方向に対して互いに逆になっている。
【００２８】
さらに、回転子ブロック１０ａおよび裏返し回転ブロック１０ｂでは、磁石挿入孔３ａはずれることなく一致しているが、極間部４が２θずれており、回転子磁極のピッチも２θずれて形成される。
この２θのずれは図３（ｃ）で示すように固定子の０．５スロットピッチに相当するようになされている。
【００２９】
つまり、この回転子ブロックは、同じ形状であっても、裏面同士または表面同士を重ね合わせたときは、回転子磁極がずれるため、多段のスキューを形成することができる。
なお、本実施形態ではＰ＝４極、つまりＭ＝４であるものとして説明した。しかしながら、Ｐ＝４極に限定する趣旨でなく、Ｐ＝６極、８極等選択することができる。つまりＭ＝偶数とすることでこのような回転子の形成が可能である。これら回転子の極数は固定子等も勘案して適宜選択される。
【００３０】
続いて、このような回転子ブロック１０を組み立てて形成する他の回転子について説明する。図５，図６は、回転子ブロックを用いる他の回転子の構造図である。
図５で示すように、左から第１，第２，第３，第４の回転子ブロックが配置され、第１が回転子ブロック１０ａ、第２が裏返し回転子ブロック１０ｂ、第３が回転子ブロック１０ａ、第４が裏返し回転子ブロック１０ｂである。つまり、長さ０．２５Ｌの回転子ブロック１０ａおよび裏返し回転子ブロック１０ｂを交互に組み合わせて、０．５スロットピッチ段差で２段の矩形波状の段スキューが形成された長さＬの回転子鉄心１００を有する回転子とした。
【００３１】
また、図６（ａ）で示すように、左から第１，第２，第３，第４の回転子ブロックが配置され、第１が回転子ブロック１０ａ、第２が裏返し回転子ブロック１０ｂ、第３が裏返し回転子ブロック１０ｂ、第４が回転子ブロック１０ａである。つまり、長さ０．２５Ｌの回転子ブロック１０ａおよび裏返し回転子ブロック１０ｂを組み合わせて、０．５スロットピッチ段差で２段の矩形波状の段スキューが形成された長さＬの回転子鉄心１００としても良い。
【００３２】
さらにまた、図６（ｂ）で示すように、左から第１，第２，第３，第４の回転子ブロックが配置され、第１が裏返し回転子ブロック１０ｂ、第２が回転子ブロック１０ａ、第３が回転子ブロック１０ａ、第４が裏返し回転子ブロック１０ｂである。つまり、長さ０．２５Ｌの回転子ブロック１０ａおよび裏返し回転子ブロック１０ｂを組み合わせて、０．５スロットピッチ段差で２段の矩形波状の段スキューが形成された長さＬの回転子鉄心１００としても良い。
【００３３】
これら図５，図６で示した回転子は、２個の回転子ブロック１０ａおよび２個の裏返し回転子ブロック１０ｂを適宜組み合わせて、共通する磁石挿入孔３に長さＬの永久磁石３００を挿入する行程を一回行うというものであり、従来技術で２段のダンスキューを形成する場合と比較し、製造工程を減らすことができるという利点がある。
【００３４】
続いて、このような回転子ブロック１０を組み立てて形成する他の回転子について説明する。図７は、回転子ブロックを用いる他の回転子の構造図である。
左から第１，第２，第３，第４の回転子ブロックが配置され、第１が回転子ブロック１０ａ、第２が裏返し回転子ブロック１０ｂ、第３が回転子ブロック１０ａ、第４が裏返し回転子ブロック１０ｂである。
【００３５】
まず、長さ０．２５Ｌの回転子ブロック１０ａおよび裏返し回転子ブロック１０ｂを２個組み合わせて、２段の矩形歯状の段スキューが形成された長さＬ／２の回転子ブロック１０ｃ，１０ｄを２個形成する。
そして回転子ブロック１０ｃ，１０ｄをずれ量（所定角２θ）ずらして組み合わせる。これにより０．７５（＝３／４）スロットピッチで４段の階段状の段スキューを形成することができる。
【００３６】
図７で示した回転子は、回転子ブロック１０ａおよび裏返し回転子ブロック１０ｂを組み合わせて、共通する磁石挿入孔３に長さ０．５Ｌの永久磁石３００を挿入する行程を２回行うというものであり、従来技術で４段のダンスキューを形成する場合と比較し、製造工程を減らすことができるという利点がある。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、段スキューの形成を容易にするような回転子ブロック、および、この回転子ブロックを用いて段スキューが形成された回転子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の回転子ブロックに用いられる鉄心円板の構成図である。
【図２】挿通孔の配置則を説明する説明図である。
【図３】回転子ブロックを用いる回転子の構造図である。
【図４】回転子磁極の位置関係の説明図である。
【図５】回転子ブロックを用いる他の回転子の構造図である。
【図６】回転子ブロックを用いる他の回転子の構造図である。
【図７】回転子ブロックを用いる他の回転子の構造図である。
【図８】スキューが形成された回転子の構造図である。
【図９】磁石埋め込み型の回転子の構造および制作手順の説明図である。
【符号の説明】
１ 鉄心円板
２ 中心孔
３ 挿通孔
３ａ 磁石挿入孔
３ｂ 極間対向孔
３ｃ 磁石位置決定部
４ 極間部
１０ａ 回転子ブロック
１０ｂ 裏返し回転子ブロック
１０ｃ 回転子ブロック
１０ｄ 回転子ブロック
１００ 回転子鉄心
１１０ 磁極面
１２０ 中心孔
１３０ 磁石挿入孔
１４０ 鉄心円板
２００ 回転軸
３００ 永久磁石

Claims (5)

1. 磁石挿入孔とその両側で連通する二個の極間対向孔とを含む挿通孔が、中心孔の周りにＭ個穿設されてなる鉄心円板を積層して形成した回転子ブロックであって、
   Ｍ個の挿通孔により、鉄心円板の回転軸と重心が一致する正Ｍ角形（但しＭは偶数）が概略形成され、
   Ｍ個の挿通孔の磁石挿入孔は、Ｍ角形の辺に含まれるように配置され、
   Ｍ個の挿通孔の極間対向孔は、回転軸を基準に所定角度θ回転させたＭ角形の対角線上にある極間部を境として、隣接する極間対向孔と面するように配置されることを特徴とする回転子ブロック。
2. 請求項１に記載した第１の回転子ブロックと、
   請求項１に記載した第２の回転子ブロックと、
   重ね合わせた第１，第２の回転子ブロックのＭ個の磁石挿入孔に貫通して埋め込まれるＭ個の永久磁石と、
   重ね合わされた第１，第２の回転子ブロックの中心孔に挿通される回転軸と、
   を備える回転子であって、
   第１，第２の回転子ブロックの表面同士または裏面同士を重ね合わせて磁石挿入孔に永久磁石を挿通し、第１，第２の回転子ブロックでＭ極の回転子磁極を所定ピッチ変位させた段スキューを設けることを特徴とする回転子。
3. 請求項１に記載した第１の回転子ブロックと、
   請求項１に記載した第２の回転子ブロックと、
   請求項１に記載した第３の回転子ブロックと、
   請求項１に記載した第４の回転子ブロックと、
   重ね合わせた第１，第２の回転子ブロックのＭ個の磁石挿入孔に貫通して埋め込まれるＭ個の永久磁石と、
   重ね合わせた第３，第４の回転子ブロックのＭ個の磁石挿入孔に貫通して埋め込まれるＭ個の永久磁石と、
   重ね合わされた第１，第２，第３，第４の回転子ブロックの中心孔に挿通される回転軸と、
   を備える回転子であって、
   第１，第２の回転子ブロックの表面同士または裏面同士を面して重ね合わせて磁石挿入孔に永久磁石を挿通し、第１，第２の回転子ブロックでＭ極の回転子磁極を所定ピッチ変位させた段スキューを設け、
   第３，第４の回転子ブロックの表面同士または裏面同士を面して重ね合わせて磁石挿入孔に永久磁石を挿通し、第３，第４の回転子ブロックでＭ極の回転子磁極を所定ピッチ変位させた段スキューを設けることを特徴とする回転子。
4. 請求項３に記載された回転子において、
   第１，第２，第３，第４の回転子ブロックで４段の階段状の段スキューを設けることを特徴とする回転子。
5. 請求項３に記載された回転子において、
   第１，第２，第３，第４の回転子ブロックで２段の矩形波状の段スキューを設けることを特徴とする回転子。

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