JP2013223403A - 連続スキュー構造を有するロータの着磁ヨーク、及び該ロータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータ構造の完成後に、連続スキューの方向が途中で反転するように該ロータを着磁する着磁ヨーク、及び該着磁ヨークを用いたロータの製造方法の提供。
【解決手段】着磁ヨーク２０は、略円筒状の鉄心２２と、鉄心２２の内周面に形成された巻線用スロット２４と、巻線スロット２４に巻き付けられた巻線２６とを有する。巻線スロット２４は、着磁ヨーク２０を用いて着磁すべきロータの第１のスキュー部の第１のスキュー角度と同じ角度で軸方向に対して傾斜した第１の巻線用スロット２８と、ロータの第２のスキュー部の第２のスキュー角度と同じ角度で軸方向に対して傾斜した第２の巻線用スロット３０とを有し、第１の巻線用スロット２８及び第２の巻線用スロット３０はスキュー方向が反転する部位において連結されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、永久磁石型電動機のロータの磁石を、ロータ構造体の完成後に着磁する着磁ヨークに関し、特には、ロータの磁極位置が連続的にスキューした構造のロータの着磁ヨーク、及び該ロータの製造方法に関する。

一般に、永久磁石型電動機では、回転中にトルクが変動するコギングトルクやトルクリップルという現象が発生し、ロータの滑らかな回転が妨げられることがある。この解決手段として、例えば図１に示すロータ２のような、隣接するＮ極４とＳ極６との間の境界線８がロータ２の回転軸（シャフト）１０の軸方向に対して斜めになるように磁極位置をずらす、いわゆる連続スキュー構造が知られている。連続スキュー構造により、コギングトルクやトルクリップルをずらして発生させ、トルクを平均化させて安定なトルクに変え、モータを滑らかに回転させることができる。

連続スキュー構造の例として、特許文献１に記載の永久磁石型モータがあり、ここでは、１つの埋設孔部に装着する１つの永久磁石を２極着磁かつスキューを設ける、と記載されている。

またスキュー構造のロータでは、コギングトルクやトルクリップルを最適に打ち消すために、スキューの方向を途中から反転させることがある。例えば特許文献２には、コギングトルク及びトルクリップルを低減するために、永久磁石にスキュー着磁を施し、前記スキュー着磁の方向を少なくとも２回にわたり反転させた構成が記載されている。

特開２００７−２２８７７１号公報 特開２００６−０７４９７６号公報

図１に示したような連続スキュー構造のロータを着磁するための手段として、例えば図２に示すような着磁ヨーク１２が挙げられる。着磁ヨーク１２は、略円筒状の鉄心１４と、鉄心１４の内周面に形成された巻線スロット１６と、巻線スロット１６に巻き付けられた巻線１８とを有し、巻線スロット１６が軸方向（図面では上下方向）に対して傾斜して直線状に延びている。このような着磁ヨーク１２にロータを挿入して着磁ヨークに電流を流すことにより、ロータの磁石を磁化することができる。

連続スキューを途中から反転させた構成のロータを製造する場合、ロータ鉄心及び磁石からなるロータブロックを複数用意し、それらを軸方向に積み重ねてロータを形成することができる。具体的には、図２に示したような着磁ヨークを用いてある方向に連続スキューした磁極構成を有する第１のロータブロックを作製し、さらに図２とはスキュー方向が逆の着磁ヨークを用いて、第１のロータブロックとは逆方向に連続スキューした磁極構成を有する第２のロータブロックを作製し、第１及び第２のロータブロックを積み重ねることで、連続スキューが途中から反転した構成のロータを得ることができる。

上述のように、連続スキューの方向が途中から反転する構成のロータを製造する際は、スキュー方向が異なるロータブロックをそれぞれ予め着磁させておき、それらのロータブロックを積み重ねて結合することが一般的であった。しかしこの方法では、ロータブロックの個数と同じ回数の着磁作業が必要となり、製造工数の増加につながる。

一方、図２に示した着磁ヨーク１２と、着磁ヨーク１２とはスキュー方向が異なる（勝手違い）の着磁ヨーク（図示せず）とを用意し、これら２つの着磁ヨークを軸方向に積み重ねたものを用いてロータの着磁をすることにより、スキュー方向が反転した磁極構成のコアを製造することもできる。しかしその場合、コアの軸方向略中間において、巻線の存在により着磁が不十分な箇所ができてしまうので、電動機としての性能が不十分となる虞がある。

そこで本発明は、ロータ構造の完成後に、連続スキューの方向が途中で反転するように該ロータを着磁する着磁ヨーク、及び該着磁ヨークを用いたロータの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本願第１の発明は、磁極位置を回転方向に連続的にずらした第１のスキュー部と、前記第１のスキュー部とは逆方向に磁極位置を連続的にずらした第２のスキュー部とを軸方向に連結し、前記第１のスキュー部の磁極位置と前記第２のスキュー部の磁極位置とが一致するようにした構成のロータを着磁する着磁ヨークであって、前記ロータの磁極位置と対向する内周面を備えた鉄心と、前記第１のスキュー部の第１のスキュー角度と同じ角度で傾斜した第１の巻線用スロットと、前記第２のスキュー部の第２のスキュー角度と同じ角度で傾斜した第２の巻線用スロットと、前記第１の巻線用スロット及び前記第２の巻線用スロットの双方に連続的に巻き付けられている巻線と、を有することを特徴とする着磁ヨークを提供する。

第２の発明は、第１の発明において、前記巻線は、前記第１の巻線用スロットから前記第２の巻線用スロットを経由し、さらに前記第２の巻線用スロットに隣接する他の第２の巻線用スロット、及び前記第１の巻線用スロットに隣接する他の第１の巻線用スロットを経由するように巻回されて、前記ロータの各磁極に対応する内周面を画定する、電動機を提供する。

第３の発明は、永久磁石を備えたロータコアを請求項１又は２に記載の着磁ヨークを用いて着磁し、磁極位置を回転方向に連続的にずらした第１のスキュー部と、前記第１のスキュー部とは逆方向に磁極位置を連続的にずらした第２のスキュー部とを軸方向に連結し、前記第１のスキュー部の磁極位置と前記第２のスキュー部の磁極位置とが一致するようにした構成のロータを製造する、ロータの製造方法を提供する。

第４の発明は、第３の発明において、前記ロータコア全体を１回の着磁操作で着磁する、電動機の製造方法を提供する。

本発明によれば、ロータの磁極位置と着磁ヨークの磁極位置とを一致させて着磁することにより、スキュー方向が途中で反転する磁極構成のロータを高精度に製造することができる。またロータを１つの着磁ヨークを用いた一度の着磁操作で製造することができ、製造コストの低下が図れる。

一般的な連続スキュー構造のロータの概略構成を示す図である。 図１のロータを着磁するための着磁ヨークの構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る着磁ヨークの概略構成を示す図である。 図３の着磁ヨークを用いて着磁された、スキュー方向が反転する連続スキューロータの概略構成を示す図である。 スキュー方向が反転する連続スキューロータの他の例を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る着磁ヨークの概略構成及び該着磁ヨークを用いたロータの製造方法について説明する。図３に示す着磁ヨーク２０は、略円筒状の鉄心２２と、鉄心２２の内周面に形成された巻線用スロット２４と、巻線スロット２４に巻き付けられた巻線２６とを有する。巻線スロット２４は、着磁ヨーク２０を用いて着磁すべきロータ４０（図４参照）の第１のスキュー部４２の第１のスキュー角度と同じ角度で軸方向（図３では上下方向）に対して傾斜した第１の巻線用スロット２８と、ロータ４０の第２のスキュー部４４の第２のスキュー角度と同じ角度で軸方向に対して傾斜した第２の巻線用スロット３０とを有し、第１の巻線用スロット２８及び第２の巻線用スロット３０はスキュー方向が反転する部位（図３の例では鉄心２２の軸方向略中間）において連結されている。巻線２６は、第１の巻線用スロット２８及び第２の巻線用スロット３０の双方に連続的に巻きつけられる。

上述のような巻線用スロット構成により、複数組（図示例では８組）の巻線２６の各々は、着磁ヨークの軸方向の略全長に亘って、第１の巻線用スロット２８及び第２の巻線用スロット３０の連結箇所で折れ曲がった形態で巻線用スロット２４に巻き付けられる。詳細には、参照符号２６で示す巻線は、第１の巻線用スロット２８から第２の巻線用スロット３０、さらに第２の巻線用スロット３０に隣接する他の第２の巻線用スロット３０′、及び第１の巻線用スロット２８に隣接する他の第１の巻線用スロット２８′を経由するように巻回されて、ロータの１つの磁極（Ｎ極又はＳ極）に対応する１つのヨーク面（内周面）３２を画定する１つの巻線ループを形成する。このようにして、ロータの各磁極に対応する着磁ヨークの内周面が形成される。

鉄心２２の内周面に巻線用スロット２４を形成する手法としては、高精度の加工が可能なワイヤカット（放電加工）が好適である。しかし通常、鉄心２２の内周面に対してワイヤカットを行う場合は直線状のスロットしか形成できないので、例えば破線３４及び３６で示す分割線に沿って鉄心２２を軸方向に分割できる構造としておくことが好ましい。すなわち、第１の鉄心部２２ａにワイヤカットで直線状の第１の巻線用スロット２８、２８′等を形成しておき、第２の鉄心部２２ｂにワイヤカットで直線状の第２の巻線用スロット３０、３０′等を形成しておき、その後鉄心部２２ａ及び２２ｂを第１及び第２の巻線用スロットが合致するように接合し、さらに巻線２６を巻線用スロット２４に巻き付けることにより、図３に示すような着磁ヨーク２０が得られる。

次に、図３の着磁ヨーク２０を用いたコアの製造方法について説明する。ここでは、図４に示すコア４０のような、第１のスキュー角度で磁極位置が回転方向に連続的にずらされた第１のスキュー部４２と、第１のスキュー角度とは逆方向の第２のスキュー角度で磁極位置が回転方向に連続的にずらされた第２のスキュー部４４とを備え、各スキュー部の磁極位置が合致する（それぞれのＮ極同士、Ｓ極同士がずれなく隣接する）ように第１のスキュー部４２及び第２のスキュー部４４が軸方向に結合されたコアの製造を考える。

先ず永久磁石を備えたロータコア４６を用意し、図３の着磁ヨーク２０内に挿入する。ロータコア４６は、例えば円板状の電磁鋼板を軸方向に積層し、該積層体に永久磁石を埋め込むか、該積層体の周面に永久磁石を貼り付けることによって形成できる。このとき、図４に示すようにロータ４０に着磁すべき各磁極（Ｎ極及びＳ極）の位置と、各磁極に対応する着磁ヨーク２０の内周面に形成されたヨーク面３２との位置を整合配置させる。

次に、所定時間に亘って着磁ヨーク２０（巻線２６）に所定の電流を流すことにより、ロータコア４６の永久磁石が着磁され、所望のロータ４０が完成する。従って本願発明では、一回の着磁操作で、連続スキューが反転する構成のコアを着磁することができる。

図５は、本発明の応用例を示す図である。図５に示すロータ５０は、スキュー角度が３箇所で反転しており、換言すれば図４のロータコア４６を、軸方向に２つ連結してなるロータコア５６を有する。このようなロータ５０は、図３に示した着磁ヨーク２０を軸方向に２つ連結したものに近い着磁ヨーク（図示せず）を用いれば、１回の着磁操作で着磁可能である。但し、図５のロータを着磁する着磁ヨークは、図３の着磁ヨーク２０を単純に２つ連結したものではなく、４つの分割鉄心部２２ａ、２２ｂ、２２ａ及び２２ｂをこの順で接合した後に巻線を巻線用スロットに巻き付けたものとなる。このように本願発明では、種々の軸方向長さのロータに対しても、分割鉄心部の個数を変更するのみで、１回又は従来より少ない回数の着磁操作でロータ全体を着磁できる着磁ヨークを構成することができる。また巻線スロットの直線長さ（スキュー方向反転部位間の距離）を一定にすれば、永久磁石、ブロック化したロータコア、及び着磁ヨークを最小限の構成で製造することが可能となり、製造設備を簡略化することができる。

２、４０、５０ ロータ
２０ 着磁ヨーク
２２ 鉄心
２４ 巻線用スロット
２６ 巻線
３２ 内周面

Claims (4)

1. 磁極位置を回転方向に連続的にずらした第１のスキュー部と、前記第１のスキュー部とは逆方向に磁極位置を連続的にずらした第２のスキュー部とを軸方向に連結し、前記第１のスキュー部の磁極位置と前記第２のスキュー部の磁極位置とが一致するようにした構成のロータを着磁する着磁ヨークであって、
   前記ロータの磁極位置と対向する内周面を備えた鉄心と、
   前記第１のスキュー部の第１のスキュー角度と同じ角度で傾斜した第１の巻線用スロットと、
   前記第２のスキュー部の第２のスキュー角度と同じ角度で傾斜した第２の巻線用スロットと、
   前記第１の巻線用スロット及び前記第２の巻線用スロットの双方に連続的に巻き付けられている巻線と、
   を有することを特徴とする着磁ヨーク。
2. 前記巻線は、前記第１の巻線用スロットから前記第２の巻線用スロットを経由し、さらに前記第２の巻線用スロットに隣接する他の第２の巻線用スロット、及び前記第１の巻線用スロットに隣接する他の第１の巻線用スロットを経由するように巻回されて、前記ロータの各磁極に対応する内周面を画定する、請求項１に記載の着磁ヨーク。
3. 永久磁石を備えたロータコアを請求項１又は２に記載の着磁ヨークを用いて着磁し、磁極位置を回転方向に連続的にずらした第１のスキュー部と、前記第１のスキュー部とは逆方向に磁極位置を連続的にずらした第２のスキュー部とを軸方向に連結し、前記第１のスキュー部の磁極位置と前記第２のスキュー部の磁極位置とが一致するようにした構成のロータを製造する、ロータの製造方法。
4. 前記ロータコア全体を１回の着磁操作で着磁する、請求項３に記載のロータの製造方法。

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