JP4005988B2 - 回転電機の回転子 - Google Patents

Description

この発明は、回転電機の回転子、特に、積層電磁鋼板からなる回転子に配設されるマグネットの位置決め構造に関するものである。

従来技術において、回転子は、シャフト１と、積層された電磁鋼板２等の板状電磁部材と、積層された電磁部材に固定子と向かい合う側の表層に回転方向に沿って軸方向へ延びる複数のマグネット挿入用の開口部３に、隣り合うもの同士が回転子の径方向に互いに逆極性になるよう装着される複数のマグネット４とから構成されている。そして、マグネット４を開口部３に挿入するため、開口部３の寸法はマグネット寸法より若干大きめに設定されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−７６１４６号公報

以上のように構成された回転子構造においては、隣り合うマグネット４の間にフラックスバリアが殆んど存在しないため、マグネット４の周方向端部の磁束が磁極間の電磁鋼板Ｓａを介して同じマグネットの反対の磁極や隣のマグネットに漏れて磁束量が低下し、特性が低下するという問題が発生していた。
また、フラックスバリアを設けるため、開口部の周方向幅をマグネットよりかなり大きくした場合、着磁時や回転時、振動等の外乱によりマグネットが周方向に動き、特性が変化したり、アンバランスの増加による騒音・振動の増加、および、マグネット位置の対称性が崩れることにより誘起電圧が歪み、高調波成分が増加してトルクリップルや騒音・振動が増加するという問題が発生していた。

この発明は、上記の問題点を解決しようとするものであり、板状電磁部材に対してマグネットを位置決めしてマグネットが動く量を規制することにより、騒音・振動やトルクリップルの増加を抑制し、且つ、磁束漏れによる特性の低下を最小限に抑えることを目的とするものである。

この発明に係る回転電機の回転子では、マグネット挿入用の開口部を有する板状電磁部材を複数枚積層して、マグネット用スロットを持つコアを構成するものにおいて、前記積層された複数枚の板状電磁部材のうち２枚以上の板状電磁部材のマグネット挿入用の開口部の周方向幅を、他の板状電磁部材のマグネット挿入用の開口部の周方向幅より小さくし、前記マグネットの位置を規制するようにしたものである。

この発明によれば、積層された複数枚の板状電磁部材のうち２枚以上の板状電磁部材のマグネット挿入用の開口部の周方向幅を、他の板状電磁部材のマグネット挿入用の開口部の周方向幅より小さくし、前記マグネットの位置を規制することにより、２枚以上の板状電磁部材のマグネット挿入用の開口部の周方向幅を小さくするという簡潔な構成で、騒音・振動やトルクリップルの増加を抑制し、且つ、磁束漏れによる特性の低下を最小限に抑えることができる。

実施の形態１．
この発明による実施の形態１を図１から図３までについて説明する。図１は実施の形態１における一構成部分を示す横断面図である。図２は実施の形態１における他の構成部分を示す横断面図である。図３は図１および図２のIII−III線における縦断面図である。

図１から図３までにおいて、シャフト１の軸方向に積層され回転子コア２を構成する電磁鋼板２ａ，２ｂからなる板状電磁部材には、マグネット４を挿入するためのマグネット挿入用開口部３ａ，３ｂが設けられ、マグネット用スロット３が構成されている。
図１は電磁鋼板２ａが配設された位置における横断面図を示すものであり、図２は電磁鋼板２ｂが配設された位置における横断面図を示すものである。

図１における電磁鋼板２ａのマグネット挿入用開口部３ａの周方向幅Ｗａは、マグネット４の周方向幅Ｗ４より若干大きくなっており、マグネット４は電磁鋼板２ａの周方向端部５によりその位置が規制されている。
一方、図２における電磁鋼板２ｂのマグネット挿入用開口部３ｂの周方向幅Ｗｂはマグネット４の周方向幅Ｗ４よりかなり大きく、空隙６がフラックスバリアとなっている。

図３に示されるように、電磁鋼板２ａはマグネット４の軸方向両端面付近の２点を保持するように２枚配置されており、その他は電磁鋼板２ｂで構成されている。

以上のように構成された回転子では、２枚の電磁鋼板２ａの周方向端部５によりマグネット４の位置が規制され、且つ規制位置がマグネット４の軸方向両端部であるため、着磁時や回転時、振動等の外乱によりマグネット４が動いても、その量は微小であるので特性はほとんど変化しない。また、アンバランスや誘起電圧の歪みによる高調波成分が抑制され、トルクリップルや騒音・振動を抑えることができる。
一方、磁束の漏れは、主に、電磁鋼板２ａの磁極間Ｓａから発生するが、使用している枚数が少ないことと、電磁鋼板２ｂには空隙６によるフラックスバリアがあるので、その量は最小限となり磁束漏れによる特性の低下を最小限に抑えることができる。

なお、この実施の形態では電磁鋼板２ａは２枚となっているが、回転子の回転により発生するマグネットの遠心力やマグネットの振動による繰り返し荷重に対して強度的に不十分な場合は、必要に応じて３枚以上用いてもよい。

この実施の形態１では、シャフト挿入用の開口部１ａとマグネット挿入用の開口部３ａ，３ｂを有する電磁鋼板２ａ，２ｂを複数枚積層して、マグネット４を収納可能なマグネット用スロット３を有する回転子において、２枚以上の電磁鋼板２ａのマグネット挿入用の開口部３ａの周方向幅Ｗａを、他の電磁鋼板２ｂのマグネット挿入用の開口部３ｂの周方向幅Ｗｂより小さくし、マグネット挿入用の開口部３ａが小なる電磁鋼板２ａの少なくとも１枚づつを、マグネット４の軸方向の両端面付近に配置することにより、マグネット挿入用の開口部が小なる電磁鋼板がマグネットの位置を規制し、且つ、規制位置がマグネットの軸方向両端部であるため、着磁時や回転時、振動等の外乱によりマグネットが動いても、その量は微小であるので特性はほとんど変化しない。また、アンバランスや誘起電圧の歪みによる高調波成分が抑制され、トルクリップルや騒音・振動を抑えることができる。一方、磁束の漏れは、主にマグネット挿入用の開口部３ａが小なる電磁鋼板の磁極間Ｓａより発生するが、使用している枚数が少ないことと、マグネット挿入用の開口部３ｂが大なる電磁鋼板にはフラックスバリアがあるので、その量は最小限となり磁束漏れによる特性の低下を最小限に抑えることができる。

この発明による実施の形態１によれば、シャフト１を挿入するためのシャフト挿入用の開口部１ａとマグネット４を挿入するためのマグネット挿入用の開口部３ａ，３ｂを有する電磁鋼板２ａ，２ｂからなる板状電磁部材を複数枚積層して、マグネット４を収納可能なマグネット用スロット３を持つコアを構成する回転子において、２枚以上の電磁鋼板２ａからなる板状電磁部材のマグネット挿入用の開口部３ａの周方向幅Ｗａを、他の電磁鋼板２ｂからなる板状電磁部材のマグネット挿入用の開口部３ｂの周方向幅Ｗｂより小さくしたので、板状電磁部材に対してマグネットを位置決めしてマグネットが動く量を規制することにより、騒音・振動やトルクリップルの増加を抑制し、且つ、磁束漏れによる特性の低下を最小限に抑えることができる。

また、この発明による実施の形態１によれば、前項に記載の回転子において、マグネット挿入用の開口部３ａの周方向幅Ｗａが小なる電磁鋼板２ａの少なくとも１枚づつを、マグネット４の軸方向の両端面付近にそれぞれ配置したので、板状電磁部材に対してマグネットを位置決めしてマグネットが動く量を規制することにより、騒音・振動やトルクリップルの増加を抑制し、且つ、磁束漏れによる特性の低下を最小限に抑えることができるとともに、マグネットの移動による特性変化が殆どないモータを得ることができる。

実施の形態２．
この発明による実施の形態２を図４について説明する。図４は実施の形態２における回転子の構成を示す軸方向と垂直な横断面図である。
この実施の形態２において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１と同一の構成内容を具備し、同様の作用効果を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

この実施の形態２では、実施の形態１における電磁鋼板２ａ（図１参照）に代えて図４に示す電磁鋼板２ｃが用いられる。
実施の形態１の電磁鋼板２ａと同様、電磁鋼板２ｃは２枚用いられており、その他は電磁鋼板２ｂ（図２参照）となっている。
電磁鋼板２ｃのマグネット挿入用開口部３ｃの周方向幅Ｗｃは、マグネット４の周方向幅より若干大きくなっており、マグネットは電磁鋼板２ｃの周方向端部５によりその位置が規制されている。また、電磁鋼板２ｃの隣り合う開口部３ｃの磁極間には貫通穴７が設けられており、これがフラックスバリアとなっている。

以上のように構成された回転子では、実施の形態１と同様の効果が得られることに加えて、マグネット位置を規制している電磁鋼板２ｃにもフラックスバリアがあるため、磁束の漏れは、主に電磁鋼板の内径側と外径側を繋ぐ極く僅かな幅を持ったＳｃ部からのみとなるため、更に磁束の漏れが低減でき、特性の低下を抑制することができる。

なお、この実施の形態では電磁鋼板２ｃは２枚となっているが、回転子の回転により発生するマグネットの遠心力やマグネットの振動による繰り返し荷重に対して強度的に不十分な場合は、必要に応じて３枚以上用いてもよい。

この発明による実施の形態２によれば、実施の形態１における構成において、前記マグネット挿入用の開口部４ｃの周方向幅Ｗｃが小なる電磁鋼板２ｃからなる板状電磁部材の隣り合う開口部４ｃ，４ｃの磁極間に貫通穴７を設けたので、板状電磁部材に対してマグネットを位置決めしてマグネットが動く量を規制することにより、騒音・振動やトルクリップルの増加を抑制し、且つ、磁束漏れによる特性の低下を最小限に抑えることができるとともに、磁束の漏れを更に低減でき特性低下を確実に抑制できるモータを得ることができる。

実施の形態３．
この発明による実施の形態３を図５について説明する。図５は実施の形態３における回転子の構成を示す軸方向に沿う縦断面図である。
この実施の形態３において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１または実施の形態２と同一の構成内容を具備し、同様の作用効果を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

図５において、回転子のコアは、コアブロック８ａ，８ｂ，８ｃとして軸方向に３分割されており、分割されたコアブロック８ａ，８ｂ，８ｃにおける各コアブロック８ａ，８ｂ，８ｃのそれぞれに属する１枚の電磁鋼板２ｄは、マグネット挿入用の開口部の周方向幅が、他の電磁鋼板のマグネット挿入用の開口部の周方向幅より小さくなっていて、マグネット位置規制用端部５が形成されており、電磁鋼板２ｄの軸方向の位置は、各コアブロック８ａ，８ｂ，８ｃの中央部付近となっている。
以上のように構成された回転子でも、実施の形態１と同様の効果が得られる。

この発明による実施の形態３によれば、実施の形態１における構成において、回転子のコアは軸方向に複数のコアブロック８ａ，８ｂ，８ｃに分割構成され、分割されたコアブロック８ａ，８ｂ，８ｃにおける各コアブロック８ａ，８ｂ，８ｃに属する少なくとも１枚の電磁鋼板２ｄからなる板状電磁部材は、マグネット挿入用の開口部の周方向幅が、他の板状電磁部材のマグネット挿入用の開口部の周方向幅より小さいので、複数のブロックに分割構成されたコアの板状電磁部材に対してマグネットを位置決めしてマグネットが動く量を規制することにより、騒音・振動やトルクリップルの増加を抑制し、且つ、磁束漏れによる特性の低下を最小限に抑えることができる。

実施の形態４．
この発明による実施の形態４を図６および図７について説明する。図６は実施の形態４における回転子コアのブロック分割状態を示す軸方向に沿う縦断面図である。図７は実施の形態４における回転子コアをシャフトに締結した際の構成を示す軸方向に沿う縦断面図である。
この実施の形態４において、ここで説明する特有の構成以外の構成については、先に説明した実施の形態１または実施の形態２と同一の構成内容を具備し、同様の作用効果を奏するものである。図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

図６において、回転子のコアは、コアブロック８ｄ，８ｅ，８ｆとして軸方向に３分割されており、分割されたコアブロック８ｄ，８ｅ，８ｆの１枚の電磁鋼板２ｅは、マグネット挿入用の開口部の周方向幅が、他の電磁鋼板のマグネット挿入用の開口部の周方向幅より小さくなっていて、マグネット位置規制用端部５が形成されており、電磁鋼板２ｅの軸方向の位置は、各コアブロック８ｄ，８ｅ，８ｆの片側の軸方向端面付近となっている。
各コアブロック８ｄ，８ｅ，８ｆをシャフト１に締結する際、図７のように、コアブロック８ｄを他のコアブロック８ｅ，８ｆに対して軸方向に反転させることにより、電磁鋼板２ｅのマグネット規制用端部５によるマグネット規制位置がマグネット４の軸方向両端部となる。
以上のように構成された回転子でも、実施の形態１と同様の効果が得られる。

なお、この実施の形態では分割されたコアブロック数を３、反転させるコアブロック数を１としているが、分割されたコアブロック数をｎ、反転させるコアブロック数をｎ'としたとき、次の式１および式２を満足する仕様であれば同様の構造となる。
（式１） ｎ'≦（ｎ−１）／２ （ｎが奇数の場合）
（式２） ｎ'≦ｎ／２ （ｎが偶数の場合）
ここで、ｎ：２以上の自然数、ｎ'：１以上の自然数とする。

この発明による実施の形態４によれば、回転子のコアは軸方向に複数のコアブロック８ｄ，８ｅ，８ｆに分割構成され、分割されたコアブロック８ｄ，８ｅ，８ｆにおけるコアブロック８ｄ，８ｅ，８ｆに属する少なくとも１枚の電磁鋼板２ｅからなる板状電磁部材は、マグネット挿入用の開口部の周方向幅が、他の板状電磁部材のマグネット挿入用の開口部の周方向幅より小さく構成されているとともに、分割されたコアブロックの一部であるコアブロック８ｄを他のコアブロック８ｅ，８ｆに対して軸方向に反転させたので、板状電磁部材に対してマグネットを位置決めしてマグネットが動く量を規制することにより、騒音・振動やトルクリップルの増加を抑制し、且つ、磁束漏れによる特性の低下を最小限に抑えることができるとともに、マグネットの移動による特性変化が殆どないモータを得ることができる。

この発明による実施の形態１における回転子の軸方向と垂直な横断面図である。 この発明による実施の形態１における回転子の軸方向と垂直な横断面図である。 この発明による実施の形態１における回転子の軸方向に沿う縦断面図である。 この発明による実施の形態２における回転子の軸方向と垂直な横断面図である。 この発明による実施の形態３における回転子の軸方向に沿う縦断面図である。 この発明による実施の形態４における回転子の軸方向に沿う縦断面図である。 この発明による実施の形態４における回転子の軸方向に沿う縦断面図である。

符号の説明

１ シャフト、２ コア、２ａ〜２ｅ 電磁鋼板、３ マグネット用スロット、３ａ〜３ｃ マグネット挿入用開口部、４ マグネット、５ 周方向端部、６ 空隙、７ 貫通穴、８ａ〜８ｆ コアブロック。

Claims (6)

1. マグネット挿入用の開口部を有する板状電磁部材を複数枚積層して、マグネットを収納可能なマグネット用スロットを持つコアを構成する回転子において、前記積層された複数枚の板状電磁部材のうち２枚以上の板状電磁部材のマグネット挿入用の開口部の周方向幅を、他の板状電磁部材のマグネット挿入用の開口部の周方向幅より小さくし、前記マグネットの位置を規制するようにしたことを特徴とする回転電機の回転子。
2. マグネット挿入用の開口部の周方向幅が小なる板状電磁部材の少なくとも１枚づつを、マグネットの軸方向の両端面付近にそれぞれ配置したことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の回転子。
3. マグネット挿入用の開口部の周方向幅が小なる板状電磁部材の隣り合う開口部の磁極間に貫通穴を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機の回転子。
4. 回転子のコアは軸方向に複数のコアブロックに分割構成され、分割されたコアブロックの各コアブロックにおける板状電磁部材の少なくとも１枚は、マグネット挿入用の開口部の周方向幅が、他の板状電磁部材のマグネット挿入用の開口部の周方向幅より小さいことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の回転電機の回転子。
5. 分割されたコアブロックの一部を他のコアブロックに対して軸方向に反転させたことを特徴とする請求項４に記載の回転電機の回転子。
6. 分割されたコアブロック数をｎ、反転させるコアブロック数をｎ'としたとき、次の式１および式２を満足することを特徴とする請求項５に記載の回転電機の回転子。
   （式１） ｎ'≦（ｎ−１）／２ （ｎが奇数の場合）
   （式２） ｎ'≦ｎ／２ （ｎが偶数の場合）
   ここで、ｎ：２以上の自然数、ｎ'：１以上の自然数、とする。

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