JP3615014B2

JP3615014B2 - 磁石回転子及びその製造方法

Info

Publication number: JP3615014B2
Application number: JP05680297A
Authority: JP
Inventors: 寛尚澤西; 光彦佐藤
Original assignee: アイチエレック株式会社
Priority date: 1997-02-03
Filing date: 1997-02-03
Publication date: 2005-01-26
Anticipated expiration: 2017-02-03
Also published as: JPH10225031A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、冷凍機や空調機の圧縮機駆動用電動機等に代表される永久磁石を装着した内転型回転子に関し、特に回転子の鉄心の内部に磁石を装着したいわゆる埋込磁石構造（以下、ＩＰＭという）の磁石回転子に関するものであり、さらにはその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上記回転子として、図６及び図７に示す構成のものが、先に本出願人によって特願平８−３５３８５３号として提案されている。この回転子は、磁石５を挟んで軸心側に内側鉄心部１と固定子側である外周部に外側鉄心部２を備えており、通常のＩＰＭの回転子と異なり、磁石端部の磁束短絡防止用の空孔１２に連なる空隙部４によって、外側鉄心部２の外周部を形成する円弧面を切断して形成するものである。そして内側鉄心部１と外側鉄心部２は共に多数の薄鉄板の積層体よりなるとともに、切り起こし突起をからませる構成によるクランプ手段６ａ，６ｂによって各薄鉄板の積層間が固着され、またそれぞれの鉄心内を積層方向に貫通する複数のカシメピン７，８を積層方向両端部に配置した端板１０上でかしめることにより、内側鉄心部１と複数個の外側鉄心部２とは端板１０を介して結合一体化されている。
【０００３】
上記回転子は、軸孔９に嵌入される軸によって支持されて、三相巻線を有する固定子内に配置されて永久磁石型の同期電動機を構成し、インバータを介して固定子巻線を励磁することによって回転を行うようになっている。この場合、内側鉄心部１から磁石５相互間の極間部へ向けて放射方向へ突出する突起部３の先端と、外側鉄心部２の円弧状外周部の両者は、所定のエアギャップを介して固定子の内周部と対向している。
【０００４】
上記のように構成された回転子において、磁石５による主磁束は、磁束短絡防止用の空孔１２に加えて、外側鉄心部２を切断する空隙部４の存在によって極間部における漏洩が大幅に抑制され、これにより電動機の主磁束トルクが大幅に増加することになる。
【０００５】
一方、固定子巻線への通電によって生じる固定子磁束は、例えば図８に破線１１ａ，１１ｂ，１１ｃで示すように回転子内を流れてリラクタンストルクを発生する。この場合、内側鉄心部１の突起部３の存在によって１１ａのような磁路の固定子磁束が十分に得られるため、空隙部４の存在によるｑ軸インダクタンスＬｑの減少分を小さく抑えることができる。また空隙部４によってｄ軸インダクタンスＬｄも若干減少するため、（Ｌｄ−Ｌｑ）の絶対値は空隙部４の有無にかかわらず同程度に維持され、リラクタンストルクも同程度のものが得られる。この結果、従来の回転子と比較して、主磁束トルクが増加した分、電動機のトルクが大幅に増加することになり、電動機の高トルク化あるいは高効率化が達成できるものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図６及び図７に示したような回転子は、内側鉄心部１と外側鉄心部２の相互が分離した状態で鉄心部分が形成されるため、回転子の組立時において、従来のＩＰＭの回転子のように鉄心に設けられた孔部に磁石を挿入するといった簡単な工程とはならず、極数に等しい数に分割された外側鉄心部を精度良く組み付けることが必要となり、このための工数を要することから製造コストの増大を伴うものであった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、多数の薄鉄板を積層して形成した鉄心内に複数の磁石を埋設して構成される磁石回転子において、前記鉄心は前記磁石を挟んで軸心側に位置する内側鉄心部と、固定子側に位置する外側鉄心部とにより構成される。そして前記鉄心を形成する薄鉄板の層は、薄鉄板Ｌ１と薄鉄板Ｌ２との組み合わせによって構成される層と、薄鉄板Ｌ３単独によって構成される層とを備えている。前記薄鉄板Ｌ１とは、前記内側鉄心部を形成するとともにこの内側鉄心部から前記磁石の極間部へ向けて放射方向へ突出する突起部を備えた薄鉄板であり、前記薄鉄板Ｌ２とは、前記外側鉄心部を形成するとともに前記突起部の周方向両側で前記内側鉄心部と空隙部を介して分離された薄鉄板であり、また前記薄鉄板Ｌ３とは、前記磁石の極間部を介して前記内側鉄心部と前記外側鉄心部とが一体となった薄鉄板である。
【０００８】
また、前記薄鉄板Ｌ２の量産に適した形状として、薄鉄板Ｌ２の周方向両端部の前記空隙部に面した両縁部は、同薄鉄板Ｌ２における軸心側の前記磁石に面した縁部となす内角が鈍角に形成されるものである。
【０００９】
また本発明は、順送プレス型によって薄鉄板を打ち抜くと同時に、薄鉄板に形成した切り起こし突起をからませて積層するようにした鉄心の製造方法において、前記順送プレス型に複数の磁石の収容孔を打ち抜くステーションＳ１と、前記収容孔の両端部へ向けた凹部を円周上に有する外周部を打ち抜くステーションＳ２と、前記収容孔と前記凹部とを連結する空孔を打ち抜く刃型を備えたステーションＳ３とを備えるものである。そして前記鉄心の所定の層を打ち抜く際とそれ以外の層を打ち抜く際とで、前記空孔を打ち抜く刃型の介在の有無を違えるようにする。前記空孔を打ち抜く刃型が介在する層を打ち抜く場合、前記ステーションＳ２において、前記凹部を打ち抜く刃型によって前記収容孔の外側の分離した薄鉄板が内側へ移動するのを抑えてその位置を保持するとともに、前記空孔を打ち抜く刃型が介在しない層の打ち抜きによって、前記収容孔の内側と外側の部分が連結された薄鉄板を形成するものである。
【００１０】
また別の製造方法として、前記順送プレス型に複数の磁石の収容孔を打ち抜くステーションＳ１と、前記収容孔に加えてこの収容孔の周方向両端部から外周部へ向けた空孔を打ち抜くステーションＳ４と、前記収容孔の周方向両端部へ向けた凹部を円周上に有する外周部を打ち抜くステーションＳ２とを備えるものである。そして前記鉄心の所定の層を打ち抜く際とそれ以外の層を打ち抜く際とで、前記ステーションＳ１と前記ステーションＳ４を交互に介在させるようにする。前記ステーションＳ４が介在する層を打ち抜く場合、前記ステーションＳ２において、前記凹部を打ち抜く刃型によって前記収容孔の外側の分離した薄鉄板が内側へ移動するのを抑えてその位置を保持するとともに、前記ステーションＳ４が介在しない層の打ち抜きによって、前記収容孔の内側と外側の部分が連結された薄鉄板を形成するものである。
【００１１】
【作用】
前記薄鉄板Ｌ１の積層体よりなる内側鉄心部と、これと分離した状態にある前記薄鉄板Ｌ２の積層体よりなる外側鉄心部とが、前記薄鉄板Ｌ３によって結合されて鉄心が構成される。
【００１２】
また、磁石回転子の鉄心の製造において、前記空孔を打ち抜く刃型あるいはステーションＳ４の介在によって前記薄鉄板Ｌ１とＬ２が同一層に形成され、このとき前記ステーションＳ２において、前記凹部を打ち抜く刃型によって前記薄鉄板Ｌ２が内側へ移動することなくその位置が保持されて積層され、さらに前記空孔を打ち抜く刃型及びステーションＳ４が介在しない打ち抜きによって前記薄鉄板Ｌ３が形成されて、この薄鉄板Ｌ３を介して前記薄鉄板Ｌ１とＬ２の積層体が所定位置に保持されて一体化する。
【００１３】
【実施例】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。本発明による回転子の図７に相当する正面断面形状は、図７に示したものと概ね同様の形態であり、内側鉄心部１と外側鉄心部２のそれぞれの積層体の間に磁石５を挟み込む形態に装着し、積層方向両端部に円板状の端板１０を配置して、各鉄心部１，２のそれぞれの内部を積層方向に貫通する複数のカシメピン７，８を端板１０上でかしめることにより、各鉄心部１，２を端板１０を介して強固に結合して、回転時の遠心力等に耐え得るような強度に最終的に構成されるものである。
【００１４】
本発明の場合、回転子鉄心の積層体は、平面断面即ち軸に垂直な断面において図１及び図２に示す２種類の形状を備えている。図１に示す形状は、図６に示したものと同様、相互に分離した内側鉄心部１と外側鉄心部２とを有し、内側鉄心部１は極間部へ向けて放射方向へ突出する突起部３ａを備えており、この突起部３ａの周方向両側には磁石５の周方向端部に連なる空隙部４ａが存在して、外側鉄心部２が内側鉄心部１と分離されている。この内側鉄心部１及び外側鉄心部２は、それぞれ薄鉄板Ｌ１及びＬ２の積層体よりなり、これら薄鉄板に設けた切り起こし突起を積層方向に隣接する薄鉄板相互でからませて固着する周知のクランプ手段６ａ，６ｂによってそれぞれ固定されている。
【００１５】
一方図２に示す形状は、内側鉄心部１と外側鉄心部２とが磁石５の極間部に介在する鉄心部分２３を介して一体化された薄鉄板Ｌ３によって鉄心全体が形成されている。図２の薄鉄板Ｌ３におけるクランプ手段６ａ，６ｂは、同型の別の薄鉄板Ｌ３と相互に固着可能なほか、図１の薄鉄板Ｌ１及びＬ２のクランプ手段６ａ，６ｂと積層方向に重なる位置に設けてあるため、図１の内側鉄心部１及び外側鉄心部２とも相互に固着可能となっている。
【００１６】
上記説明のように、１個の回転子鉄心の積層体は、図１に示す薄鉄板Ｌ１とＬ２との組み合わせによって構成される層と、図２に示す薄鉄板Ｌ３単独によって構成される層の双方を備えて構成されるものである。但し薄鉄板Ｌ３においては、極間部の鉄心部分２３によって外側鉄心部２の周方向に隣接するもの同士が結合されており、磁石５による磁束が短絡して主磁束トルクを向上させるための本来の機能が損なわれる恐れがあり、従って、この薄鉄板Ｌ３の使用枚数はなるべく少なくすることが好ましい。具体的には、薄鉄板Ｌ３を例えば鉄心の積層方向両端部の数枚のみ、あるいは積層方向の適宜箇所に分散させて若干枚配置する等の構成であれば、他の大部分は薄鉄板Ｌ１とＬ２による層によって積層されて電動機の高トルク特性が維持され、同時に磁石５を装着したりカシメピン７，８を挿通する等の回転子完成までの後工程において、鉄心全体を一体的に結合された部品として維持し得るものである。
【００１７】
次に、上記回転子の鉄心の製造方法について説明する。この鉄心は０．３５ｍｍ厚や０．５０ｍｍ厚等の電磁鋼帯を順送プレス型によって所定形状の薄鉄板に打ち抜くと同時に、同型内において積層して形成されるものであり、各打ち抜きステーションにおける打ち抜き形状の例を図３及び図４に示す。図３は前述の薄鉄板Ｌ３よりなる層を打ち抜く場合、図４は薄鉄板Ｌ１とＬ２よりなる層を打ち抜く場合をそれぞれ示しており、同一材から同時に打ち抜かれる固定子鉄心等は省略し、回転子鉄心のみに着目して（ａ）〜（ｅ）の順序よりなる行程の一例を示したものである。
【００１８】
図３について説明すると、先ずステーション（ａ）にて磁石５を挿着するための複数の収容孔１３が打ち抜かれる。続くステーション（ｂ）にてカシメピン７，８を挿通するためのカシメピン挿通孔１４，１５がそれぞれ打ち抜かれる。続くステーション（ｃ）は、クランプ手段６ａ，６ｂのカット孔１７，１８をそれぞれ打ち抜くためのステーションであり、このステーションの介入によってカット孔１７，１８と同位置に設けられたクランプ手段６ａ，６ｂによる積層が遮断されるため、所定の積厚に達したときのみこのステーションが介入されるようになっている。続くステーション（ｄ）においては、クランプ手段６ａ，６ｂの切り起こしと軸孔９の打ち抜きがなされる。最後にステーション（ｅ）においては、鉄心の外周抜きがなされ、外周円弧とこの円弧から収容孔１３の周方向両端部へ向けた凹部１９とを有する外周部２０が打ち抜かれる。この結果形成された薄鉄板Ｌ３は、下型のダイ内へ押し込まれて外周部から側圧を受けるとともに、クランプ手段６ａ，６ｂが上型のパンチによって加圧されて一つ前に抜き落とされた薄鉄板と固着される。
【００１９】
次に図４について説明すると、ステーション（ａ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）については図３の打ち抜きの場合と同一型による打ち抜きとなっており、型が異なるのはステーション（ｂ）のみである。ステーション（ｂ）においては、カシメピン挿通孔１４、１５が打ち抜かれるほか、収容孔１３の周方向端部に連ねて外周方向へ向けて空孔１６が打ち抜かれるようになっている。この結果、最終ステーション（ｅ）において、収容孔１３と外周部２０の凹部１９とが空孔１６を介して連通し、薄鉄板Ｌ１とＬ２が分離してダイ内へ抜き落とされることになる。
【００２０】
図５は、図３及び図４に示す打ち抜きをより詳細に説明するものであり、図中斜線で示す部分が前述の空孔１６を打ち抜く際に刃型が当たる部分を表している。空孔１６の介在によって分離した一方の薄鉄板Ｌ１は、突起部３ａによってダイ内に保持され、先に打ち抜かれた別の薄鉄板Ｌ１またはＬ３とクランプ手段６ａによって固着されて積層される。もう一方の薄鉄板Ｌ２は、ダイ内で外周部から側圧を受けるが、この薄鉄板Ｌ２の周方向両端部の縁部２１と軸心側の縁部２２とがなす内角θが鈍角に形成してあるため、凹部１９を打ち抜くダイの刃型が薄鉄板Ｌ２の両側で外周部に向けて逆ハの字状に当接して該側圧に対抗し、この結果薄鉄板Ｌ２は内側へずれるのが抑えられてその位置が保持され、先に打ち抜かれた別の薄鉄板Ｌ２またはＬ３とクランプ手段６ｂによって固着されて積層される。
【００２１】
図３及び図４の例に示すように、ステーション（ｂ）において空孔１６を打ち抜く刃型を適宜出し入れすることによって、相互に分離した薄鉄板Ｌ１及びＬ２を打ち抜いて積層し、また適宜な層において収容孔１３の内側と外側の部分が連結された薄鉄板Ｌ３を打ち抜いて、薄鉄板Ｌ１による内側鉄心部１と薄鉄板Ｌ２による外側鉄心部２とを一体的に結合して鉄心を構成することができる。
【００２２】
尚、図３及び図４の例では、空孔１６を打ち抜く刃型をカシメピン挿通孔１４，１５を打ち抜く刃型と同一ステーションに設けたが、これに限るものではなく、ステーション（ａ）とステーション（ｅ）の間のどのステーションに設けてもよく、また空孔１６のみを単独に打ち抜くステーションを設けてもよい。
【００２３】
また打ち抜きステーションの別の構成例として、図３及び図４におけるステーション（ｂ）を、収容孔１３と空孔１６を一体に打ち抜く刃型を備えたステーションとして構成し、ステーション（ａ）の刃型とステーション（ｂ）の刃型とを交互に使用して打ち抜くようにしてもよい。即ち、薄鉄板Ｌ３の層を打ち抜く場合は、前記ステーション（ａ）を介在させるとともに前記ステーション（ｂ）を介在させないようにし、反対に薄鉄板Ｌ１及びＬ２の層を打ち抜く場合はその逆となるように、前記ステーション（ａ），（ｂ）それぞれの刃型を交互に出し入れするものである。この場合、図３及び図４のステーション（ｂ）におけるカシメピン挿通孔１４，１５の打ち抜きは別ステーションとした方がよく、また以降の行程の要領は図３及び図４にて説明した通りである。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、磁石を挟んで軸心側に位置する内側鉄心部と固定子側に位置する外側鉄心部とが分離した層を積層鉄心の大部分にわたって形成することができ、リラクタンストルク成分を維持しつつ主磁束トルク成分を大幅に増加させて高トルク、高効率の電動機が構成できる。そして内側鉄心部と外側鉄心部とが一体となった層を介して前記分離した鉄心部が結合されて一体化されるため、回転子の製作に際し、回転子完成までの後工程において一体的な部品として取り扱うことができ、組立工数が削減されて製造コストが低減されるものである。
【００２５】
また、鉄心の打ち抜き及び積層に際して、順送プレス型内で外側鉄心部が移動することなく、内側鉄心部との位置関係が精度良く保持されて鉄心として一体化されるため、作業工数を要することなく容易に鉄心を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す回転子の平面断面図。
【図２】本発明の実施例を示し、図１と別の断面を示す回転子の平面断面図。
【図３】本発明における鉄心の打ち抜きステーションの実施例を示す行程図。
【図４】本発明における鉄心の打ち抜きステーションの実施例を示す行程図。
【図５】図４及び図５における鉄心の打ち抜きの詳細を示す説明図。
【図６】従来例を示す回転子の平面断面図。
【図７】図１の中央を横断して示す回転子の正面断面図。
【図８】固定子磁束の流路を示す図６の要部拡大説明図。
【符号の説明】
１内側鉄心部
２外側鉄心部
３，３ａ，３ｂ突起部
４，４ａ空隙部
５磁石
６ａ，６ｂクランプ手段
７，８カシメピン
９軸孔
１０端板
１３磁石の収容孔
１４，１５カシメピン挿通孔
１６空孔
１９凹部
２０外周部

Claims

多数の薄鉄板を積層して形成した鉄心内に複数の磁石を埋設して構成される磁石回転子において、前記鉄心は前記磁石を挟んで軸心側に位置する内側鉄心部と、固定子側に位置する外側鉄心部とにより構成され、前記鉄心を形成する薄鉄板の層は、前記内側鉄心部を形成するとともにこの内側鉄心部から前記磁石の極間部へ向けて放射方向へ突出する突起部を備えた薄鉄板Ｌ１と、前記外側鉄心部を形成するとともに前記突起部の周方向両側で前記内側鉄心部と空隙部を介して分離された薄鉄板Ｌ２とによって構成される層と、前記磁石の極間部を介して前記内側鉄心部と前記外側鉄心部とが一体となった薄鉄板Ｌ３によって構成される層とを備えていることを特徴とする磁石回転子。
前記薄鉄板Ｌ２の周方向両端部の前記空隙部に面した両縁部は、軸心側の前記磁石に面した縁部となす内角が鈍角に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁石回転子。
順送プレス型によって薄鉄板を打ち抜くと同時に、前記薄鉄板に形成した切り起こし突起をからませて積層するようにした鉄心の製造方法において、前記順送プレス型に複数の磁石の収容孔を打ち抜くステーションＳ１と、前記収容孔の周方向両端部へ向けた凹部を円周上に有する外周部を打ち抜くステーションＳ２と、前記収容孔と前記凹部とを連結する空孔を打ち抜く刃型を備えたステーションＳ３とを備え、前記鉄心の所定の層を打ち抜く際とそれ以外の層を打ち抜く際とで前記空孔を打ち抜く刃型の介在の有無を違えるとともに、前記空孔を打ち抜く刃型が介在する層を打ち抜く場合、前記ステーションＳ２において、前記凹部を打ち抜く刃型によって前記収容孔の外側の分離した薄鉄板が内側へ移動するのを抑えてその位置を保持するとともに、前記空孔を打ち抜く刃型が介在しない層の打ち抜きによって、前記収容孔の内側と外側の部分が連結された薄鉄板を形成するようにしたことを特徴とする鉄心の製造方法。
順送プレス型によって薄鉄板を打ち抜くと同時に、前記薄鉄板に形成した切り起こし突起をからませて積層するようにした鉄心の製造方法において、前記順送プレス型に複数の磁石の収容孔を打ち抜くステーションＳ１と、前記収容孔に加えてこの収容孔の周方向両端部から外周部へ向けた空孔を打ち抜くステーションＳ４と、前記収容孔の周方向両端部へ向けた凹部を円周上に有する外周部を打ち抜くステーションＳ２とを備え、前記鉄心の所定の層を打ち抜く際とそれ以外の層を打ち抜く際とで前記ステーションＳ１と前記ステーションＳ４を交互に介在させるとともに、前記ステーションＳ４が介在する層を打ち抜く場合、前記ステーションＳ２において、前記凹部を打ち抜く刃型によって前記収容孔の外側の分離した薄鉄板が内側へ移動するのを抑えてその位置を保持するとともに、前記ステーションＳ４が介在しない層の打ち抜きによって、前記収容孔の内側と外側の部分が連結された薄鉄板を形成するようにしたことを特徴とする鉄心の製造方法。