JP4491211B2 - 永久磁石式回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、電磁鋼鈑の積層により形成される回転電機に関わるものである。

従来技術として、２極３スロット構造の場合で説明する。従来、回転子鉄心を固定するカシメ接続は、磁石磁束の中心軸のｄ軸と、これと磁気的に直交するｑ軸の線上に設置される。また、固定子鉄心の積層鉄板同士を固定するカシメ接続は、固定子鉄心を構成するティース部と対向する回転子表面の接線に対し、直交方向にカシメ接続の長手方向となるように設けられたものがあり、例えば特開平１１−２０６０５１号公報（以下、特許文献１と呼ぶ），特開２０００−６９６９３号公報（以下、特許文献２と呼ぶ）に示されている。

特開平１１−２０６０５１号公報 特開２０００−６９６９３号公報

カシメ接続は、鉄板同士の固定手段として簡便で、固定力が大きいので一般的に用いられているが、鉄板に対する塑性加工のため、磁路の阻害や鉄損増加といった悪影響が発生しがちである。

従来、回転子鉄心を固定するカシメ接続は、前述のように磁石磁極の中心軸のｄ軸と、これと磁気的に直交するｑ軸の線上に設置される。ｄ軸，ｑ軸上に設置したカシメ接続位置の磁束密度が高く、特に２極回転子のように磁束が回転子を貫通する場合には、磁束の流れを大きく阻害し、誘導起電力の低下などの悪影響が起きていた。一方、固定子鉄心の積層鉄板同士を固定するカシメ接続は、前述のように固定子鉄心を構成するティース部と対向する回転子表面の接線に対し、直交方向にカシメ接続の長手方向となるように設けられているが、磁束線の流れがティースと回転子表面接線の直交線の斜め方向であり、カシメ接続が磁束の流れを横切るため、磁路の阻害や鉄損増加など、モータ特性に与える悪影響が大きかった。

このように、従来のモータではモータ特性に影響が大きい、ｄ軸，ｑ軸上にカシメ接続を設けているので、磁束の流れの遮断や、鉄損が増加する可能性があった。

本発明の目的は、カシメ接続による回転電機の特性の悪化を防止することにある。

上記目的を達成するために本発明の特徴とするところは、カシメ接続位置を磁束密度が低く、かつ磁束変化の少ない所に設けたことにある。
また、上記目的を達成するために本発明の特徴とするところは、複数の磁石を回転子鉄心内に設けられたスロットの周方向に配置し、回転子の同磁極はスロットの周方向に隣接する複数の磁石で構成され、回転子鉄心を構成する電磁鋼鈑同士の固定手段を、磁石の磁束の中心軸、前記中心軸に磁気的に直交する軸、及び前記スロット中心以外で、かつ回転子の同磁極を構成し、隣接する複数の磁石間の径方向内周側の位置としたことにある。

なお、本発明のその他の特徴については、以下の「発明を実施するための最良の形態」で説明する。

本発明によれば、積層鉄板のカシメ接続による、モータ特性の低下を防止し、生産性の優れた永久磁石式回転電機の回転子鉄心並びに固定子鉄心を得ることが可能となる。

以下、本発明の実施形態の例を説明する。

本発明に係る回転電機の実施の形態について、図面を用いて以下２極３スロット構造の例で説明する。本実施例では、固定子鉄心１１の電磁鋼板の固定手段としてカシメ接続
３０を用いている。

図１には、本発明に係る回転電機のカシメ接続位置の説明図、図２には、本発明に係る回転電機の回転子のカシメ接続位置の詳細説明図を示す。

回転子１は、回転子鉄心２に設けたスロット３にＮ極側永久磁石６，Ｓ極側永久磁石７を埋設した構造とし、その中心には回転トルクを伝達するシャフト２０を設け、１磁極あたり永久磁石を３分割としてある。一方、固定子１０は、固定子鉄心１１と固定子鉄心
１１のティース部１５に直接巻装される巻線５とから成り、集中巻線方式としてある。

回転子鉄心２と固定子鉄心１１はいずれも、電磁鋼鈑を積層し、カシメ接続により電磁鋼鈑同士の固定を行った。カシメ接続数は、回転子側で４箇所（１磁極あたり２箇所，２磁極分）、固定子側で１２箇所（１相あたり４箇所，３相分）設け、鉄心の固定を十分強くしてある。

図５はモータの磁界解析結果の例であり、磁束密度の粗密の状況について、等高線を用いてマッピングしてある。図中、等高線が密集している所ほど磁束密度が高く、磁束の変化率も大きい。

カシメ接続位置は、回転子１の１磁極あたり３分割した磁石間で、径方向内周側としている。これは、図５のモータの磁界解析の結果より、この箇所の磁束密度は疎であることが明らかとなり、この位置でカシメ接続を行えば、モータ特性面の悪影響を少なくすることができるためである。一方、カシメ接続３０については、磁束の流れの妨げにならぬよう、固定子鉄心１１を構成するティース部１５と対向する回転子表面の接線に対し、傾斜させてある。

図２に示す本実施例に係る永久磁石式回転電機の回転子の断面構造を用い、カシメ接続位置について詳しく説明する。モータトルクはｄ軸に作用するマグネットトルクとｑ軸に作用するリラクタンストルクに大別されるが、磁束の流れを阻害するカシメ接続部位は、磁束が密集するｄ軸，ｑ軸上を避けた位置に設けてある。また、カシメ接続の数は、回転子鉄心２の強度確保の観点から４個以上は必要で、本実施例では、同磁極を構成する永久磁石を３分割としたので、磁束密度の疎なる箇所が、磁石間の径方向内周側に４箇所存在する。この部位を利用してカシメ接続を設けた。本実施例によれば、カシメ接続が磁束の流れの妨げにならず、回転子鉄心１１中をスムーズに磁束が通過するので、モータの鉄損を防止でき、モータの効率，出力を向上させることができる。

図３には、本発明に係る他の実施例を示す。回転子１に用いる永久磁石６，７を図２に示す実施例の永久磁石６，７よりも小さくして、さらに永久磁石６，７が磁極中心側に集中配置させた場合である。これより、磁石使用量を削減でき、モータを安価に提供できるメリットがある。この場合についても、カシメ接続位置は、同磁極を構成する磁石間で、径方向内周側とすることで、モータ特性面に与える悪影響を抑制できる。

なお、本実施例で、カシメ接続位置を回転子の磁石間の径方向外周側とせずに内周側としているのは、外周側とするとカシメ接続位置の大きさを十分大きくとることができず、コア同士の締結力が十分でなくなるためである。

図４に、本発明に係る他の実施例を示す。固定子鉄心１１を、コアバック部１６とティース部１５に分割した場合である。ティース部１５をコアバック部１６と分離可能とすることで、巻線５をティース部１５に巻装後、固定子１０を組み立てることができるようになるため、巻線５の占積率を高めることができることから、銅損低減になり高効率化とすることができるというメリットを有する。ティース部１５には少なくとも２箇所のカシメ接続３０を設け、磁束の流れの妨げにならないように、カシメ接続３０の長辺を固定子鉄心１１を構成するティース部１５と対向する回転子表面の接線に対し、傾斜させてある。

以上、本発明に係る永久磁石式回転電機の回転子鉄心と固定子鉄心の固定手段としてカシメ接続を用いる場合の、モータ特性への悪影響を抑えるカシメ接続位置に関する内容を述べた。回転子については、同磁極を構成する複数の永久磁石間の径方向内周側、また、固定子については、磁束の流れの妨げにならぬよう、固定子鉄心を構成するティース部と対向する回転子表面の接線に対し、傾斜させることで、モータ特性面の悪化を抑え、生産性の良好な永久磁石式回転電機を得ることができる。

本発明に係る永久磁石式回転電機の回転子および固定子における一実施例の構造を示す断面図である。 本発明に係る永久磁石式回転電機の回転子の断面構造の詳細説明図である。 本発明に係る他の実施例における、永久磁石式回転電機の回転子の断面構造の詳細説明図である。 本発明に係る他の実施例における、永久磁石回転電機の固定子の詳細断面図である。 モータの磁界解析結果の例である。

符号の説明

１…回転子、２…回転子鉄心、３…スロット、５…巻線、６…Ｎ極側永久磁石、７…Ｓ極側永久磁石、１０…固定子、１１…固定子鉄心、１５…ティース部、１６…コアバック部、２０…シャフト、３０…カシメ接続、４０…固定子鉄心分割部。

Claims (8)

1. 複数の巻線を施した固定子と、前記固定子の内側で回転可能に回転軸に支持される回転子鉄心と前記回転子鉄心内に設けられたスロット内に収納される複数の磁石とを備えた回転子を有する永久磁石式回転電機において、
   前記複数の磁石は前記スロットの周方向に配置され、
   前記回転子の同磁極は前記スロットの周方向に隣接する複数の磁石で構成され、
   前記回転子鉄心を構成する電磁鋼鈑同士の固定手段を、前記磁石の磁束の中心軸、前記中心軸に磁気的に直交する軸、及び前記スロット中心以外で、かつ前記回転子の同磁極を構成し、隣接する複数の磁石間の径方向内周側の位置としたことを特徴とする回転電機。
2. 請求項１において、
   前記固定子鉄心を構成する電磁鋼鈑同士の固定手段が、前記固定子鉄心を構成するティース部で、前記回転子に向かって間隔が広くなるハの字形状に傾斜したことを特徴とする回転電機。
3. 請求項１または２において、前記回転子の同磁極を構成する複数の磁石を磁極中心側に集中配置としたことを特徴とする回転電機。
4. 請求項２において、前記固定子鉄心は、ティース部とコアバック部に分割可能であり、ティース部に巻線を巻装した磁極をコアバック部に締結固定して固定子としたことを特徴とする回転電機。
5. 請求項１乃至４のいずれかにおいて、磁極数が２極の回転子としたことを特徴とする回転電機。
6. 請求項１乃至５のいずれかにおいて、前記ティース部に巻き回される巻線が、集中巻線方式であることを特徴とする回転電機。
7. 請求項１乃至６のいずれかにおいて、前記電磁鋼鈑同士の固定手段は、カシメ接続としたことを特徴とする回転電機。
8. 請求項１乃至７のいずれかにおいて、前記同磁極はそれぞれ３つの磁石から構成されることを特徴とする回転電機。

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