JP4281217B2 - 自己始動形永久磁石式同期電動機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍冷蔵機器用及び空調機器用の電動圧縮機や一般産業用に使用される自己始動形永久磁石式同期電動機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自己始動形永久磁石式同期電動機は始動時には回転子の始動用かご形導体により誘導電動機として作動し、回転子が同期速度付近に達すると永久磁石による回転子磁極が回転子巻線が作る同期速度で回る回転磁界に引き込まれて同期運転を行うものであるが、定速度運転性及び高効率性等優れた性能を有している。従来特に電動機の回転子構造についてはさまざまな改良が施されてきた。
【０００３】
従来の自己始動形永久磁石式同期電動機の回転子の一例は特願平１１−２７２３９１号公報に示されているものがある。以下、図１０から図１３を参照しながら上記従来の自己始動形永久磁石式同期電動機の回転子について説明する。
【０００４】
図１０は自己始動形永久磁石式同期電動機の回転子の軸方向断面図であり、図１１は図１０のＡ−Ａ´に沿って断面した径方向断面図である。また、図１２は永久磁石保護用の端板である。図１０から図１２において、１は回転子、２は積層した電磁鋼板よりなる回転子鉄心である。３は導体バーであり、その両端に位置する短絡環４とアルミダイカストで一体成型されて始動用かご形導体を形成している。また、５は永久磁石であり、６は回転子鉄心２に設けた永久磁石埋設穴である。アルミダイカスト完了後、同極性の２個の平板状の永久磁石５を山形状に突き合わせるように永久磁石埋設穴６に挿入配置して１極の回転子磁極を形成し、回転子全体では２極の回転子磁極が形成されている。また、７は隣り合う異極の永久磁石間の磁束短絡を防ぐための磁束短絡防止用バリアであり、これもアルミダイカストで充填されている。８は非磁性材料からなる永久磁石保護用の端板であり、嵌合用穴８ａを設けてある。９は回転子鉄心２の軸方向に設けられた穴Ａであり、この中は始動用かご形導体とアルミダイカストで同時成型されたアルミ１０で充填されており、かつアルミ１０は回転子鉄心２の軸方向両端面から軸方向に突出して突起部１０ａを形成している。端板８は嵌合穴８ａを前記突起部１０ａに嵌合した後、突起部１０ａの先端を破線で示すように押圧拡大して、回転子鉄心２の端面に固定されている。また、１１は回転子鉄心の軸穴である。また、１２は電磁鋼板を積層するためのからませ部であり、図１３はからませ部１２の積層方向の部分拡大断面図である。図１３に示すように１枚づつの電磁鋼板を打ち抜いていく際に、プレスで突起部を作り、この部分を順次からませて積層し回転子鉄心を形成している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の構成は、始動用かご形導体をアルミダイカストで形成した後、回転子鉄心の両端面部に形成された短絡環が冷え、回転子鉄心内径方向に収縮する際に発生する応力は、回転子鉄心に設けた永久磁石埋設穴に作用することになる。すなわち、回転子鉄心の回転軸方向（積厚方向）中心近傍においては、短絡環から離れているため、作用する応力は小さく、永久磁石埋設穴は殆ど変形しない。しかし、回転子鉄心両端部に近づくにしたがい、応力は増加し、両端部近傍においては、磁石埋設穴が変形することになる。そのため回転子鉄心の軸方向の両端部における永久磁石埋設穴の径方向の穴幅はアルミダイカストする前の穴幅よりも狭くなる。その結果、永久磁石を挿入する際、永久磁石埋設穴との間の隙間が狭くなって、永久磁石の挿入に困難を来すという事態が生じる。これを防ぐため回転子鉄心の永久磁石埋設穴の径方向の穴幅を予め充分広く設定しておくと、回転子鉄心の軸方向の両端部より内側では短絡環の収縮応力が小さいため、穴幅は殆ど変化せず、永久磁石との間の隙間が過大となって、磁気回路のパーミアンス係数が小さくなり、永久磁石５から外部に取り出せる磁束量が減って電動機特性の低下を来すという課題があった。
【０００６】
また、電磁鋼板を打ち抜いてからませ部で積層していく際、からませ部が永久磁石埋設穴の近傍に設けられている場合には、からませ部と永久磁石埋設穴との間の電磁鋼板の挟撃部がプレス応力によって変形し、その一部が永久磁石埋設穴の内側にはみ出してしまい永久磁石の挿入が困難になるという課題も生じていた。
【０００７】
本発明は、回転子鉄心に埋設する永久磁石の永久磁石埋設穴への挿入を容易にした、高性能な電気特性を有する自己始動形永久磁石式同期電動機を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明は、回転子鉄心の軸方向の一方の端部の１枚又は複数枚の電磁鋼板Ｃには永久磁石穴を設けず、かつ軸方向の他方の端部の１枚又は複数枚の電磁鋼板Ｂの永久磁石埋設穴の径方向の穴幅を前記他方の端部より内側の電磁鋼板Ａの穴幅よりも広くする構成としたので、各電磁鋼板の組み合わせを少なくして回転子鉄心を構成することができ、より製造が容易でかつ高性能な電動機特性を得ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態及び参考の形態を説明する。
【００１０】
参考の形態１は、固定子鉄心に巻線を巻装した固定子と、前記固定子鉄心の内径円筒面に対向して自在に回転し、回転子鉄心の外周付近に位置する複数個の導体バーと前記回転子鉄心の軸方向の両端面に位置する短絡環とをアルミダイカストで一体成型して始動用かご形導体を形成するとともに、前記導体バーの内側に複数個の永久磁石を埋設した回転子とからなるものにおいて、前記回転子鉄心の軸方向両端部の１枚又は複数枚の電磁鋼板Ｂにおける永久磁石埋設穴の径方向の穴幅を、両端部より内側の電磁鋼板Ａの穴幅よりも広くしたことにより、アルミダイカストの短絡環の収縮応力が回転子鉄心の両端部にかかっても永久磁石と永久磁石埋設穴との隙間は適切な値が確保されて永久磁石の挿入が容易になり、かつ高性能な電動機特性を得ることができる。
【００１１】
また、参考の形態２は、固定子鉄心に巻線を巻装した固定子と、前記固定子鉄心の内径円筒面に対向して自在に回転し、回転子鉄心の外周付近に位置する複数個の導体バーと前記回転子鉄心の軸方向の両端面に位置する短絡環とをアルミダイカストで一体成型して始動用かご形導体を形成するとともに、前記導体バーの内側に複数個の永久磁石を埋設した回転子とからなるものにおいて、前記回転子鉄心における軸方向の一方の端部の１枚又は複数枚の電磁鋼板Ｃには永久磁石埋設穴を設けず、かつこれに隣接する１枚又は複数枚の電磁鋼板Ｂ及び軸方向の他方の端部の１枚又は複数枚の電磁鋼板Ｂの永久磁石埋設穴の径方向の穴幅を、両端部より内側の電磁鋼板Ａの穴幅よりも大きくしたことにより、参考の形態１と同様に永久磁石が容易に挿入でき、かつ高性能な電動機特性が得られるとともに、端板が１枚で済むため端板の材料費及び取り付け工数を半減することができる。
【００１２】
本発明の実施の形態は、固定子鉄心に巻線を巻装した固定子と、前記固定子鉄心の内径円筒面に対向して自在に回転し、回転子鉄心の外周付近に位置する複数個の導体バーと前記回転子鉄心の軸方向の両端面に位置する短絡環とをアルミダイカストで一体成型して始動用かご形導体を形成するとともに、前記導体バーの内側に複数個の永久磁石を埋設した回転子とからなるものにおいて、前記回転子鉄心における軸方向の一方の端部の１枚又は複数枚の電磁鋼板Ｃには永久磁石埋設穴を設けず、かつ軸方向の他方の端部の１枚又は複数枚の電磁鋼板Ｂの永久磁石埋設穴の径方向の穴幅を、前記他方の端部より内側の電磁鋼板Ａの穴幅よりも広くする構成としたことにより、端板が１枚で済むことに加えて、各電磁鋼板の組み合わせを少なくして回転子鉄心を構成することができ、より製造が容易でかつ高性能な電動機特性を得ることができるという作用を有する。
【００１３】
また、参考の形態３は、上述の各形態に加え、電磁鋼板Ｃの外側端面に形成する短絡環の内径寸法を、電磁鋼板Ａ及びＢに設けられた永久磁石埋設穴の全体又は一部よりも内側になるように設定したので短絡環の断面積が拡大でき、電動機の始動性能を向上させることができる。
【００１４】
また、参考の形態４は、固定子鉄心に巻線を巻装した固定子と、前記固定子鉄心の内径円筒面に対向して自在に回転し、回転子鉄心の外周付近に位置する複数個の導体バーと前記回転子の軸方向の両端面に位置する短絡環とをアルミダイカストで一体成型して始動用かご形導体を形成するとともに、前記導体バーの内側に複数個の永久磁石を埋設した回転子とからなるものにおいて、回転子鉄心の電磁鋼板Ｄの積層用のからませ部を永久磁石埋設穴の近傍に設けるとともに、前記からませ部付近の永久磁石埋設穴の径方向の穴幅をからませ部側に部分的に拡大する構成としたため、からませ部をプレス形成する際プレス応力によってからませ部付近の電磁鋼板が部分的にはみ出しても、永久磁石と永久磁石埋設穴との隙間は適切な値が確保できるので永久磁石の挿入は容易にでき、かつ高性能な電動機性能を得ることができる。
【００１５】
また、参考の形態５は、上述の各形態のいずれかに、さらに永久磁石を希土類磁石で形成したものであるため強い磁力が得られ、回転子や電動機全体を小型軽量化できる。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明による自己始動形永久磁石式同期電動機の実施例及び参考例について図面を参照しながら説明する。なお従来と同一の構成については同一の符号を付して詳細な説明は省略する。また、固定子は一般的な自己始動形永久磁石式同期電動機と同様の構成であるため固定子についての説明も省略する。
【００１７】
（参考例１）
図１から図３を用いて説明する。図１は参考例１による自己始動形永久磁石式同期電動機の回転子の軸方向断面図であり、図２は回転子鉄心の軸方向の両端部より内側に位置する電磁鋼板Ａの平面図である。図３は回転子鉄心の軸方向の両端部に位置する電磁鋼板Ｂの平面図である。
【００１８】
図１から図３において、１は回転子、２は積層した電磁鋼板Ａ２０及び電磁鋼板Ｂ２１よりなる回転子鉄心である。電磁鋼板Ａ２０及びＢ２１には導体バー用スロット２２、磁束短絡防止用バリアスロット２３、穴Ａ９及び軸穴２４が同位置に同一寸法で設けられている。６及び６ａは同位置に設けた永久磁石埋設穴であり、径方向の穴幅寸法をそれぞれＲ及びＳ（Ｒ＜Ｓ）に設定してある。
【００１９】
３は導体バー用スロット２２に充填されたアルミからなる導体バーであり、回転子鉄心２の軸方向の両端に位置する短絡環４とアルミダイカストで一体成型されて始動用かご形導体を形成している。５は永久磁石であり、従来例の図１０に示すのと同様にアルミダイカスト完了後同極性の２個の平板状の永久磁石５を山形状に突き合わせるように永久磁石埋設穴６及び６ａに挿入配置して１極の回転子磁極を形成しており、回転子全体では２極の回転子磁極が形成されている。また、磁束短絡防止用バリアスロット２３にはアルミダイカストでアルミが充填されており、隣り合う異極の永久磁石間の磁束短絡を防ぐ役割りを担っている。８は永久磁石５の保護用の非磁性の端板であり、嵌合用の穴８ａを設けてある。９は回転子鉄心２の軸方向に設けられた穴Ａであり、この中は始動用かご形導体とアルミダイカストで同時成型されたアルミ１０で充填されており、かつアルミ１０は回転子鉄心２の軸方向両端面から軸方向に突出して突起部１０ａを形成している。端板８は嵌合穴８ａを前記突起部１０ａに嵌合した後、前記突起部１０ａの先端を破線で示すように押圧拡大して回転子鉄心２の両端面に固定されている。また、１１及び２４は軸穴である。
【００２０】
なお、上記説明では着磁された永久磁石を挿入配置する場合を述べているが、無着磁の永久磁石を挿入配置して回転子を完成した後、着磁装置を使って着磁する場合も同様の回転子磁極を形成することができる。
【００２１】
上記のように構成される自己始動形永久磁石式同期電動機の回転子の製造工程において、アルミダイカスト後短絡環４が冷却していく際に回転子鉄心２の軸方向両端部の電磁鋼板Ｂ２１の永久磁石埋設穴６ａの外径側は内径方向の収縮応力を受けて変形収縮する。しかしながら永久磁石埋設穴６ａの穴幅Ｓは、短絡環４の収縮応力の小さい電磁鋼板Ａの永久磁石埋設穴６の穴幅Ｒよりも必要分広く設定してあるため、変形収縮して永久磁石５を挿入する際に永久磁石埋設穴６ａとの隙間が狭くなって挿入が困難になるという事態は発生しなくなる。
【００２２】
ここで永久磁石埋設穴６ａの穴幅Ｓは短絡環４の収縮応力を受けたとき穴幅Ｓの外径側の辺が永久磁石埋設穴６の穴幅Ｒの外径側の辺とほぼ並ぶだけのＲより僅かに大きい寸法に設定されているので、磁気回路のパーミアンス係数が小さくなって電動機特性の低下を来すということを防ぐことができる。
【００２３】
以上のように本実施例の自己始動形永久磁石式同期電動機はアルミダイカスト後永久磁石５の挿入が容易で、かつ高性能な電動機特性を維持することができる。
【００２４】
（参考例２）
図４、図５及び図２、図３を用いて説明する。図４は参考例２における自己始動形永久磁石式同期電動機の回転子の軸方向断面図である。図５は図４の回転子鉄心２の片方の端面の電磁鋼板Ｃの平面図である。図４及び図５において、回転子鉄心２の片方のＰ側の端部の１枚又は複数枚の電磁鋼板Ｃ３０には永久磁石埋設穴が設けられていない。また、回転子鉄心２の軸方向の両端部の電磁鋼板は前記した実施例１の図３と同じ電磁鋼板Ｂ２１が積層されており、両端部より内側は図２の電磁鋼板Ａ２０が積層されている。ここで電磁鋼板Ｃには永久磁石の軸方向の片側端面が当接するため、電磁鋼板Ｃの積層枚数は回転子鉄心と永久磁石との軸方向中心が一致するように設定される。
【００２５】
以上のように構成された参考例２の回転子１は回転子鉄心２の片方のＰ側の端部の１枚又は複数枚の電磁鋼板Ｃ３０には永久磁石埋設穴が設けられてないので、端板８は他方のＱ側の１枚で済むことになり材料費及び取り付け工数を半減することができる。また、回転子鉄心２の軸方向の両端部の電磁鋼板Ｂ２１の永久磁石埋設穴６ａの穴幅Ｓは両端部より内側の電磁鋼板Ａ２０の永久磁石埋設穴６の穴幅Ｒよりも必要分広く設定されているので、アルミダイカスト後短絡環４による内径方向の収縮応力を受けて内径方向収縮変形しても永久磁石５の挿入は何ら支障なしで行うことができ、かつ実施例１と同様に永久磁石５と回転子鉄心２の永久磁石埋設穴との隙間は適切に保たれるので高性能な電動機特性を維持することができる。
【００２６】
（実施例１）
図６及び図２、図３、図５を用いて説明する。図６は本発明の実施例１による自己始動形永久磁石式同期電動機の回転子の軸方向断面図である。図６において、回転子鉄心２の片方のＰ側の端部には１枚又は複数枚の前記図５に示した永久磁石埋設穴のない電磁鋼板Ｃ３０が積層されており、また、回転子鉄心２の軸方向の他方のＱ側の端部には１枚又は複数枚の永久磁石埋設穴の穴幅の大きな電磁鋼板Ｂ２１が積層されている。Ｐ側の端部の電磁鋼板Ｃ３０には永久磁石埋設穴がないので、短絡環４の収縮応力には無関係となり、永久磁石埋設穴６の穴幅の大きな電磁鋼板Ｂ２１はＱ側の片方だけに配置すれば永久磁石５は回転子鉄心２に容易に挿入することができる。このことにより、回転子鉄心２は各電磁鋼板Ａ２０、Ｂ２１及びＣ３０の組み合わせを少なくして構成でき、製造がより容易となり、かつ高性能な電動機特性を得ることができる。
【００２７】
（参考例３）
図７及び図８、図５を用いて説明する。図７は参考例３による自己始動形永久磁石式同期電動機の回転子の軸方向断面図であり、図８は図７のＰ側から見たときの側面図である。
【００２８】
本実施例４の回転子の基本的な構成は参考例２及び実施例１で述べた回転子と同様である。
【００２９】
図７及び図８において、Ｐ側の永久磁石埋設穴を設けていない図５に示す電磁鋼板Ｃ３０の外側端面には内径寸法を小さくした短絡環４ａがアルミダイカストで形成されている。短絡環４ａの内径寸法は図８の破線で示す電磁鋼板Ａ及びＢに設けられた永久磁石埋設穴６及び６ａの全体よりも内側になるか、又は図示はしないがその一部よりも内側になるように設定されている。ここで電磁鋼板Ｃ３０には永久磁石埋設穴６は設けられていないのでアルミダイカストの際、アルミが内側の電磁鋼板の永久磁石埋設穴６に侵入するという心配はなくなる。以上のことにより、短絡環４ａの断面積が拡大し、回転子の２次抵抗を低減することができるため、電動機が始動してから同期速度に到る途中の最大トルク及び最大トルク時の回転数が増大し、同期引き込みがより容易に行えるようになり電動機の始動性能を向上させることができる。
【００３０】
（参考例４）
図９を用いて説明する。図９は本発明の参考例４による自己始動形永久磁石式同期電動機の回転子の電磁鋼板Ｄの平面図である。
【００３１】
参考例４の回転子の基本的な構成は参考例１、参考例２、実施例１、参考例３に述べた回転子と同様である。図９において４１は電磁鋼板の積層のためのからませ部であり、この場合からませ部４１は永久磁石埋設穴４２の外側の近傍に設けられている。４２ａは永久磁石埋設穴４２のからませ部４１付近の径方向の穴幅を所要の寸法Ｔだけからませ部側に部分的に拡大した拡大部である。また、４３はからませ部４１と永久磁石埋設穴の拡大部４２ａに挟まれた電磁鋼板Ｄ４０の挟撃部である。
【００３２】
以上のように本実施例は、からませ部４１付近の永久磁石埋設穴の穴幅をからませ部４１側にＴ寸法だけ大きくした拡大部４２ａを設けてあるため、からませ部をプレス形成する際挟撃部４３がプレス応力によって変形し永久磁石埋設穴４２の内側にはみ出してもＴ寸法内に収まることとなり、永久磁石の挿入は何ら支障なく容易に行うことができる。また、拡大部４２ａの長さＵはからませ部４１の長さに対応させて小さく設定してあり、また、Ｔ寸法の設定値は小さくかつ挟撃部４３の内側への変形によってＴ寸法はさらに小さくなるので永久磁石との隙間は微小であり、磁気回路のパーミアンス係数も殆ど低下せず高性能な電動機特性を得ることができる。
【００３３】
なお、本実施例の説明ではからませ部４１が永久磁石埋設穴４２の外側にある場合を例にとって説明したが、内側にある場合も同様の施策をすれば同じ効果を得ることができる。
【００３４】
（参考例５）
図示はしないが、永久磁石をネオジウム・鉄・ボロン系のような希土類磁石で形成すれば強い磁力を得ることができるので、回転子や電動機全体を小型軽量化することができる。
【００３５】
なお、上記の実施例１においては、２極の例を用いたが、これに限られるものではなく、例えば４極等他の磁極数を形成するような回転子についても同様である。
【００３６】
また、上記の実施例１においては、２個の平板状の同極性の永久磁石を山形状に突き合わせて１極を構成したが、これに限られるものではなく、１個又は３個以上の複数個の平板状の同極性の永久磁石で１極を構成してもよく、さらに円弧状等他の形状の永久磁石を用いても同様の施策を講じることができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように本発明は、固定子鉄心に巻線を巻装した固定子と、前記固定子鉄心の内径円筒面に対向して自在に回転し、回転子鉄心の外周付近に位置する複数個の導体バーと前記回転子鉄心の軸方向の両端面に位置する短絡環とをアルミダイカストで一体成型して始動用かご形導体を形成するとともに、前記導体バーの内側に複数個の永久磁石を埋設した回転子とからなるものにおいて、前記回転子鉄心における軸方向の一方の端部の１枚又は複数枚の電磁鋼板Ｃには永久磁石埋設穴を設けず、かつ軸方向の他方の端部の１枚又は複数枚の電磁鋼板Ｂの永久磁石埋設穴の径方向の穴幅を、前記他方の端部より内側の電磁鋼板Ａの穴幅よりも大きくする構成としたので、端板が１枚で済むことに加えて、回転子鉄心の各電磁鋼板の組み合わせを少なくすることができ、製造がより容易にできるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 参考例１の自己始動形永久磁石式同期電動機の回転子の軸方向断面図
【図２】 同回転子鉄心の電磁鋼板Ａの平面図
【図３】 同回転子鉄心の両端部の電磁鋼板Ｂの平面図
【図４】 参考例２の自己始動形永久磁石式同期電動機の回転子の軸方向断面図
【図５】 同回転子鉄心の片側端面の電磁鋼板Ｃの平面図
【図６】 本発明の実施例１の自己始動形永久磁石式同期電動機の回転子の軸方向断面図
【図７】 参考例３の自己始動形永久磁石式同期電動機の回転子の軸方向断面図
【図８】 同側面図
【図９】 参考例４の自己始動形永久磁石式同期電動機の回転子の電磁鋼板Ｄの平面図
【図１０】 従来の自己始動形永久磁石式同期電動機の回転子の軸方向断面図
【図１１】 同径方向断面図
【図１２】 同端板の平面図
【図１３】 同からませ部の積層方向の部分拡大断面図
【符号の説明】
１ 回転子
２ 回転子鉄心
３ 導体バー
４、４ａ 短絡環
５ 永久磁石
６，６ａ，４２ 永久磁石埋設穴
２０ 電磁鋼板Ａ
２１ 電磁鋼板Ｂ
３０ 電磁鋼板Ｃ
４０ 電磁鋼板Ｄ
４１ からませ部
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍冷蔵機器用及び空調機器用の電動圧縮機や一般産業用に使用される自己始動形永久磁石式同期電動機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自己始動形永久磁石式同期電動機は始動時には回転子の始動用かご形導体により誘導電動機として作動し、回転子が同期速度付近に達すると永久磁石による回転子磁極が回転子巻線が作る同期速度で回る回転磁界に引き込まれて同期運転を行うものであるが、定速度運転性及び高効率性等優れた性能を有している。従来特に電動機の回転子構造についてはさまざまな改良が施されてきた。
【０００３】
従来の自己始動形永久磁石式同期電動機の回転子の一例は特願平１１−２７２３９１号公報に示されているものがある。以下、図１０から図１３を参照しながら上記従来の自己始動形永久磁石式同期電動機の回転子について説明する。
【０００４】
図１０は自己始動形永久磁石式同期電動機の回転子の軸方向断面図であり、図１１は図１０のＡ−Ａ´に沿って断面した径方向断面図である。また、図１２は永久磁石保護用の端板である。図１０から図１２において、１は回転子、２は積層した電磁鋼板よりなる回転子鉄心である。３は導体バーであり、その両端に位置する短絡環４とアルミダイカストで一体成型されて始動用かご形導体を形成している。また、５は永久磁石であり、６は回転子鉄心２に設けた永久磁石埋設穴である。アルミダイカスト完了後、同極性の２個の平板状の永久磁石５を山形状に突き合わせるように永久磁石埋設穴６に挿入配置して１極の回転子磁極を形成し、回転子全体では２極の回転子磁極が形成されている。また、７は隣り合う異極の永久磁石間の磁束短絡を防ぐための磁束短絡防止用バリアであり、これもアルミダイカストで充填されている。８は非磁性材料からなる永久磁石保護用の端板であり、嵌合用穴８ａを設けてある。９は回転子鉄心２の軸方向に設けられた穴Ａであり、この中は始動用かご形導体とアルミダイカストで同時成型されたアルミ１０で充填されており、かつアルミ１０は回転子鉄心２の軸方向両端面から軸方向に突出して突起部１０ａを形成している。端板８は嵌合穴８ａを前記突起部１０ａに嵌合した後、突起部１０ａの先端を破線で示すように押圧拡大して、回転子鉄心２の端面に固定されている。また、１１は回転子鉄心の軸穴である。また、１２は電磁鋼板を積層するためのからませ部であり、図１３はからませ部１２の積層方向の部分拡大断面図である。図１３に示すように１枚づつの電磁鋼板を打ち抜いていく際に、プレスで突起部を作り、この部分を順次からませて積層し回転子鉄心を形成している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の構成は、始動用かご形導体をアルミダイカストで形成した後、回転子鉄心の両端面部に形成された短絡環が冷え、回転子鉄心内径方向に収縮する際に発生する応力は、回転子鉄心に設けた永久磁石埋設穴に作用することになる。すなわち、回転子鉄心の回転軸方向（積厚方向）中心近傍においては、短絡環から離れているため、作用する応力は小さく、永久磁石埋設穴は殆ど変形しない。しかし、回転子鉄心両端部に近づくにしたがい、応力は増加し、両端部近傍においては、磁石埋設穴が変形することになる。そのため回転子鉄心の軸方向の両端部における永久磁石埋設穴の径方向の穴幅はアルミダイカストする前の穴幅よりも狭くなる。その結果、永久磁石を挿入する際、永久磁石埋設穴との間の隙間が狭くなって、永久磁石の挿入に困難を来すという事態が生じる。これを防ぐため回転子鉄心の永久磁石埋設穴の径方向の穴幅を予め充分広く設定しておくと、回転子鉄心の軸方向の両端部より内側では短絡環の収縮応力が小さいため、穴幅は殆ど変化せず、永久磁石との間の隙間が過大となって、磁気回路のパーミアンス係数が小さくなり、永久磁石５から外部に取り出せる磁束量が減って電動機特性の低下を来すという課題があった。
【０００６】
また、電磁鋼板を打ち抜いてからませ部で積層していく際、からませ部が永久磁石埋設穴の近傍に設けられている場合には、からませ部と永久磁石埋設穴との間の電磁鋼板の挟撃部がプレス応力によって変形し、その一部が永久磁石埋設穴の内側にはみ出してしまい永久磁石の挿入が困難になるという課題も生じていた。
【０００７】
本発明は、回転子鉄心に埋設する永久磁石の永久磁石埋設穴への挿入を容易にした、高性能な電気特性を有する自己始動形永久磁石式同期電動機を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明は、回転子鉄心の軸方向の一方の端部の１枚又は複数枚の電磁鋼板Ｃには永久磁石穴を設けず、かつ軸方向の他方の端部の１枚又は複数枚の電磁鋼板Ｂの永久磁石埋設穴の径方向の穴幅を前記他方の端部より内側の電磁鋼板Ａの穴幅よりも広くする構成としたので、各電磁鋼板の組み合わせを少なくして回転子鉄心を構成することができ、より製造が容易でかつ高性能な電動機特性を得ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態及び参考の形態を説明する。
【００１０】
参考の形態１は、固定子鉄心に巻線を巻装した固定子と、前記固定子鉄心の内径円筒面に対向して自在に回転し、回転子鉄心の外周付近に位置する複数個の導体バーと前記回転子鉄心の軸方向の両端面に位置する短絡環とをアルミダイカストで一体成型して始動用かご形導体を形成するとともに、前記導体バーの内側に複数個の永久磁石を埋設した回転子とからなるものにおいて、前記回転子鉄心の軸方向両端部の１枚又は複数枚の電磁鋼板Ｂにおける永久磁石埋設穴の径方向の穴幅を、両端部より内側の電磁鋼板Ａの穴幅よりも広くしたことにより、アルミダイカストの短絡環の収縮応力が回転子鉄心の両端部にかかっても永久磁石と永久磁石埋設穴との隙間は適切な値が確保されて永久磁石の挿入が容易になり、かつ高性能な電動機特性を得ることができる。
【００１１】
また、参考の形態２は、固定子鉄心に巻線を巻装した固定子と、前記固定子鉄心の内径円筒面に対向して自在に回転し、回転子鉄心の外周付近に位置する複数個の導体バーと前記回転子鉄心の軸方向の両端面に位置する短絡環とをアルミダイカストで一体成型して始動用かご形導体を形成するとともに、前記導体バーの内側に複数個の永久磁石を埋設した回転子とからなるものにおいて、前記回転子鉄心における軸方向の一方の端部の１枚又は複数枚の電磁鋼板Ｃには永久磁石埋設穴を設けず、かつこれに隣接する１枚又は複数枚の電磁鋼板Ｂ及び軸方向の他方の端部の１枚又は複数枚の電磁鋼板Ｂの永久磁石埋設穴の径方向の穴幅を、両端部より内側の電磁鋼板Ａの穴幅よりも大きくしたことにより、参考の形態１と同様に永久磁石が容易に挿入でき、かつ高性能な電動機特性が得られるとともに、端板が１枚で済むため端板の材料費及び取り付け工数を半減することができる。
【００１２】
本発明の実施の形態は、固定子鉄心に巻線を巻装した固定子と、前記固定子鉄心の内径円筒面に対向して自在に回転し、回転子鉄心の外周付近に位置する複数個の導体バーと前記回転子鉄心の軸方向の両端面に位置する短絡環とをアルミダイカストで一体成型して始動用かご形導体を形成するとともに、前記導体バーの内側に複数個の永久磁石を埋設した回転子とからなるものにおいて、前記回転子鉄心における軸方向の一方の端部の１枚又は複数枚の電磁鋼板Ｃには永久磁石埋設穴を設けず、かつ軸方向の他方の端部の１枚又は複数枚の電磁鋼板Ｂの永久磁石埋設穴の径方向の穴幅を、前記他方の端部より内側の電磁鋼板Ａの穴幅よりも広くする構成としたことにより、端板が１枚で済むことに加えて、各電磁鋼板の組み合わせを少なくして回転子鉄心を構成することができ、より製造が容易でかつ高性能な電動機特性を得ることができるという作用を有する。
【００１３】
また、参考の形態３は、上述の各形態に加え、電磁鋼板Ｃの外側端面に形成する短絡環の内径寸法を、電磁鋼板Ａ及びＢに設けられた永久磁石埋設穴の全体又は一部よりも内側になるように設定したので短絡環の断面積が拡大でき、電動機の始動性能を向上させることができる。
【００１４】
また、参考の形態４は、固定子鉄心に巻線を巻装した固定子と、前記固定子鉄心の内径円筒面に対向して自在に回転し、回転子鉄心の外周付近に位置する複数個の導体バーと前記回転子の軸方向の両端面に位置する短絡環とをアルミダイカストで一体成型して始動用かご形導体を形成するとともに、前記導体バーの内側に複数個の永久磁石を埋設した回転子とからなるものにおいて、回転子鉄心の電磁鋼板Ｄの積層用のからませ部を永久磁石埋設穴の近傍に設けるとともに、前記からませ部付近の永久磁石埋設穴の径方向の穴幅をからませ部側に部分的に拡大する構成としたため、からませ部をプレス形成する際プレス応力によってからませ部付近の電磁鋼板が部分的にはみ出しても、永久磁石と永久磁石埋設穴との隙間は適切な値が確保できるので永久磁石の挿入は容易にでき、かつ高性能な電動機性能を得ることができる。
【００１５】
また、参考の形態５は、上述の各形態のいずれかに、さらに永久磁石を希土類磁石で形成したものであるため強い磁力が得られ、回転子や電動機全体を小型軽量化できる。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明による自己始動形永久磁石式同期電動機の実施例及び参考例について図面を参照しながら説明する。なお従来と同一の構成については同一の符号を付して詳細な説明は省略する。また、固定子は一般的な自己始動形永久磁石式同期電動機と同様の構成であるため固定子についての説明も省略する。
【００１７】
（参考例１）
図１から図３を用いて説明する。図１は参考例１による自己始動形永久磁石式同期電動機の回転子の軸方向断面図であり、図２は回転子鉄心の軸方向の両端部より内側に位置する電磁鋼板Ａの平面図である。図３は回転子鉄心の軸方向の両端部に位置する電磁鋼板Ｂの平面図である。
【００１８】
図１から図３において、１は回転子、２は積層した電磁鋼板Ａ２０及び電磁鋼板Ｂ２１よりなる回転子鉄心である。電磁鋼板Ａ２０及びＢ２１には導体バー用スロット２２、磁束短絡防止用バリアスロット２３、穴Ａ９及び軸穴２４が同位置に同一寸法で設けられている。６及び６ａは同位置に設けた永久磁石埋設穴であり、径方向の穴幅寸法をそれぞれＲ及びＳ（Ｒ＜Ｓ）に設定してある。
【００１９】
３は導体バー用スロット２２に充填されたアルミからなる導体バーであり、回転子鉄心２の軸方向の両端に位置する短絡環４とアルミダイカストで一体成型されて始動用かご形導体を形成している。５は永久磁石であり、従来例の図１０に示すのと同様にアルミダイカスト完了後同極性の２個の平板状の永久磁石５を山形状に突き合わせるように永久磁石埋設穴６及び６ａに挿入配置して１極の回転子磁極を形成しており、回転子全体では２極の回転子磁極が形成されている。また、磁束短絡防止用バリアスロット２３にはアルミダイカストでアルミが充填されており、隣り合う異極の永久磁石間の磁束短絡を防ぐ役割りを担っている。８は永久磁石５の保護用の非磁性の端板であり、嵌合用の穴８ａを設けてある。９は回転子鉄心２の軸方向に設けられた穴Ａであり、この中は始動用かご形導体とアルミダイカストで同時成型されたアルミ１０で充填されており、かつアルミ１０は回転子鉄心２の軸方向両端面から軸方向に突出して突起部１０ａを形成している。端板８は嵌合穴８ａを前記突起部１０ａに嵌合した後、前記突起部１０ａの先端を破線で示すように押圧拡大して回転子鉄心２の両端面に固定されている。また、１１及び２４は軸穴である。
【００２０】
なお、上記説明では着磁された永久磁石を挿入配置する場合を述べているが、無着磁の永久磁石を挿入配置して回転子を完成した後、着磁装置を使って着磁する場合も同様の回転子磁極を形成することができる。
【００２１】
上記のように構成される自己始動形永久磁石式同期電動機の回転子の製造工程において、アルミダイカスト後短絡環４が冷却していく際に回転子鉄心２の軸方向両端部の電磁鋼板Ｂ２１の永久磁石埋設穴６ａの外径側は内径方向の収縮応力を受けて変形収縮する。しかしながら永久磁石埋設穴６ａの穴幅Ｓは、短絡環４の収縮応力の小さい電磁鋼板Ａの永久磁石埋設穴６の穴幅Ｒよりも必要分広く設定してあるため、変形収縮して永久磁石５を挿入する際に永久磁石埋設穴６ａとの隙間が狭くなって挿入が困難になるという事態は発生しなくなる。
【００２２】
ここで永久磁石埋設穴６ａの穴幅Ｓは短絡環４の収縮応力を受けたとき穴幅Ｓの外径側の辺が永久磁石埋設穴６の穴幅Ｒの外径側の辺とほぼ並ぶだけのＲより僅かに大きい寸法に設定されているので、磁気回路のパーミアンス係数が小さくなって電動機特性の低下を来すということを防ぐことができる。
【００２３】
以上のように本実施例の自己始動形永久磁石式同期電動機はアルミダイカスト後永久磁石５の挿入が容易で、かつ高性能な電動機特性を維持することができる。
【００２４】
（参考例２）
図４、図５及び図２、図３を用いて説明する。図４は参考例２における自己始動形永久磁石式同期電動機の回転子の軸方向断面図である。図５は図４の回転子鉄心２の片方の端面の電磁鋼板Ｃの平面図である。図４及び図５において、回転子鉄心２の片方のＰ側の端部の１枚又は複数枚の電磁鋼板Ｃ３０には永久磁石埋設穴が設けられていない。また、回転子鉄心２の軸方向の両端部の電磁鋼板は前記した実施例１の図３と同じ電磁鋼板Ｂ２１が積層されており、両端部より内側は図２の電磁鋼板Ａ２０が積層されている。ここで電磁鋼板Ｃには永久磁石の軸方向の片側端面が当接するため、電磁鋼板Ｃの積層枚数は回転子鉄心と永久磁石との軸方向中心が一致するように設定される。
【００２５】
以上のように構成された参考例２の回転子１は回転子鉄心２の片方のＰ側の端部の１枚又は複数枚の電磁鋼板Ｃ３０には永久磁石埋設穴が設けられてないので、端板８は他方のＱ側の１枚で済むことになり材料費及び取り付け工数を半減することができる。また、回転子鉄心２の軸方向の両端部の電磁鋼板Ｂ２１の永久磁石埋設穴６ａの穴幅Ｓは両端部より内側の電磁鋼板Ａ２０の永久磁石埋設穴６の穴幅Ｒよりも必要分広く設定されているので、アルミダイカスト後短絡環４による内径方向の収縮応力を受けて内径方向収縮変形しても永久磁石５の挿入は何ら支障なしで行うことができ、かつ実施例１と同様に永久磁石５と回転子鉄心２の永久磁石埋設穴との隙間は適切に保たれるので高性能な電動機特性を維持することができる。
【００２６】
（実施例１）
図６及び図２、図３、図５を用いて説明する。図６は本発明の実施例１による自己始動形永久磁石式同期電動機の回転子の軸方向断面図である。図６において、回転子鉄心２の片方のＰ側の端部には１枚又は複数枚の前記図５に示した永久磁石埋設穴のない電磁鋼板Ｃ３０が積層されており、また、回転子鉄心２の軸方向の他方のＱ側の端部には１枚又は複数枚の永久磁石埋設穴の穴幅の大きな電磁鋼板Ｂ２１が積層されている。Ｐ側の端部の電磁鋼板Ｃ３０には永久磁石埋設穴がないので、短絡環４の収縮応力には無関係となり、永久磁石埋設穴６の穴幅の大きな電磁鋼板Ｂ２１はＱ側の片方だけに配置すれば永久磁石５は回転子鉄心２に容易に挿入することができる。このことにより、回転子鉄心２は各電磁鋼板Ａ２０、Ｂ２１及びＣ３０の組み合わせを少なくして構成でき、製造がより容易となり、かつ高性能な電動機特性を得ることができる。
【００２７】
（参考例３）
図７及び図８、図５を用いて説明する。図７は参考例３による自己始動形永久磁石式同期電動機の回転子の軸方向断面図であり、図８は図７のＰ側から見たときの側面図である。
【００２８】
本実施例４の回転子の基本的な構成は参考例２及び実施例１で述べた回転子と同様である。
【００２９】
図７及び図８において、Ｐ側の永久磁石埋設穴を設けていない図５に示す電磁鋼板Ｃ３０の外側端面には内径寸法を小さくした短絡環４ａがアルミダイカストで形成されている。短絡環４ａの内径寸法は図８の破線で示す電磁鋼板Ａ及びＢに設けられた永久磁石埋設穴６及び６ａの全体よりも内側になるか、又は図示はしないがその一部よりも内側になるように設定されている。ここで電磁鋼板Ｃ３０には永久磁石埋設穴６は設けられていないのでアルミダイカストの際、アルミが内側の電磁鋼板の永久磁石埋設穴６に侵入するという心配はなくなる。以上のことにより、短絡環４ａの断面積が拡大し、回転子の２次抵抗を低減することができるため、電動機が始動してから同期速度に到る途中の最大トルク及び最大トルク時の回転数が増大し、同期引き込みがより容易に行えるようになり電動機の始動性能を向上させることができる。
【００３０】
（参考例４）
図９を用いて説明する。図９は本発明の参考例４による自己始動形永久磁石式同期電動機の回転子の電磁鋼板Ｄの平面図である。
【００３１】
参考例４の回転子の基本的な構成は参考例１、参考例２、実施例１、参考例３に述べた回転子と同様である。図９において４１は電磁鋼板の積層のためのからませ部であり、この場合からませ部４１は永久磁石埋設穴４２の外側の近傍に設けられている。４２ａは永久磁石埋設穴４２のからませ部４１付近の径方向の穴幅を所要の寸法Ｔだけからませ部側に部分的に拡大した拡大部である。また、４３はからませ部４１と永久磁石埋設穴の拡大部４２ａに挟まれた電磁鋼板Ｄ４０の挟撃部である。
【００３２】
以上のように本実施例は、からませ部４１付近の永久磁石埋設穴の穴幅をからませ部４１側にＴ寸法だけ大きくした拡大部４２ａを設けてあるため、からませ部をプレス形成する際挟撃部４３がプレス応力によって変形し永久磁石埋設穴４２の内側にはみ出してもＴ寸法内に収まることとなり、永久磁石の挿入は何ら支障なく容易に行うことができる。また、拡大部４２ａの長さＵはからませ部４１の長さに対応させて小さく設定してあり、また、Ｔ寸法の設定値は小さくかつ挟撃部４３の内側への変形によってＴ寸法はさらに小さくなるので永久磁石との隙間は微小であり、磁気回路のパーミアンス係数も殆ど低下せず高性能な電動機特性を得ることができる。
【００３３】
なお、本実施例の説明ではからませ部４１が永久磁石埋設穴４２の外側にある場合を例にとって説明したが、内側にある場合も同様の施策をすれば同じ効果を得ることができる。
【００３４】
（参考例５）
図示はしないが、永久磁石をネオジウム・鉄・ボロン系のような希土類磁石で形成すれば強い磁力を得ることができるので、回転子や電動機全体を小型軽量化することができる。
【００３５】
なお、上記の実施例１においては、２極の例を用いたが、これに限られるものではなく、例えば４極等他の磁極数を形成するような回転子についても同様である。
【００３６】
また、上記の実施例１においては、２個の平板状の同極性の永久磁石を山形状に突き合わせて１極を構成したが、これに限られるものではなく、１個又は３個以上の複数個の平板状の同極性の永久磁石で１極を構成してもよく、さらに円弧状等他の形状の永久磁石を用いても同様の施策を講じることができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように本発明は、固定子鉄心に巻線を巻装した固定子と、前記固定子鉄心の内径円筒面に対向して自在に回転し、回転子鉄心の外周付近に位置する複数個の導体バーと前記回転子鉄心の軸方向の両端面に位置する短絡環とをアルミダイカストで一体成型して始動用かご形導体を形成するとともに、前記導体バーの内側に複数個の永久磁石を埋設した回転子とからなるものにおいて、前記回転子鉄心における軸方向の一方の端部の１枚又は複数枚の電磁鋼板Ｃには永久磁石埋設穴を設けず、かつ軸方向の他方の端部の１枚又は複数枚の電磁鋼板Ｂの永久磁石埋設穴の径方向の穴幅を、前記他方の端部より内側の電磁鋼板Ａの穴幅よりも大きくする構成としたので、端板が１枚で済むことに加えて、回転子鉄心の各電磁鋼板の組み合わせを少なくすることができ、製造がより容易にできるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 参考例１の自己始動形永久磁石式同期電動機の回転子の軸方向断面図
【図２】 同回転子鉄心の電磁鋼板Ａの平面図
【図３】 同回転子鉄心の両端部の電磁鋼板Ｂの平面図
【図４】 参考例２の自己始動形永久磁石式同期電動機の回転子の軸方向断面図
【図５】 同回転子鉄心の片側端面の電磁鋼板Ｃの平面図
【図６】 本発明の実施例１の自己始動形永久磁石式同期電動機の回転子の軸方向断面図
【図７】 参考例３の自己始動形永久磁石式同期電動機の回転子の軸方向断面図
【図８】 同側面図
【図９】 参考例４の自己始動形永久磁石式同期電動機の回転子の電磁鋼板Ｄの平面図
【図１０】 従来の自己始動形永久磁石式同期電動機の回転子の軸方向断面図
【図１１】 同径方向断面図
【図１２】 同端板の平面図
【図１３】 同からませ部の積層方向の部分拡大断面図
【符号の説明】
１ 回転子
２ 回転子鉄心
３ 導体バー
４、４ａ 短絡環
５ 永久磁石
６，６ａ，４２ 永久磁石埋設穴
２０ 電磁鋼板Ａ
２１ 電磁鋼板Ｂ
３０ 電磁鋼板Ｃ
４０ 電磁鋼板Ｄ
４１ からませ部
Claims (1)
- 固定子鉄心に巻線を巻装した固定子と、前記固定子鉄心の内径円筒面に対向して自在に回転し、回転子鉄心の外周付近に位置する複数個の導体バーと前記回転子鉄心の軸方向の両端面に位置する短絡環とをアルミダイカストで一体成型して始動用かご形導体を形成するとともに、前記導体バーの内側に複数個の永久磁石を埋設した回転子とからなるものにおいて、前記回転子鉄心における軸方向の一方の端部の１枚又は複数枚の電磁鋼板Ｃには永久磁石埋設穴を設けず、かつ軸方向の他方の端部の１枚又は複数枚の電磁鋼板Ｂの永久磁石埋設穴の径方向の穴幅を、前記他方の端部より内側の電磁鋼板Ａの穴幅よりも大きくしたことを特徴とする自己始動形永久磁石式同期電動機。
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