JP5418837B2 - 積層巻きコア及びこれを備えた回転子、回転電機 - Google Patents
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Description
本発明は、電動機、発電機等の回転電機に用いられる回転子の積層巻きコア、回転子コア、これを備えた永久磁石形同期回転電機用回転子、永久磁石形同期回転電機、およびこれを用いた車両、昇降機、加工機に関するものである。
従来、電動機、発電機等の回転電機に用いられる回転子の積層巻きコアとしては、図１０、図１１に示すものがある（例えば、特許文献１を参照）。
図１０は従来技術を示す回転子の積層巻きコアを構成するユニットコアであって、フープ材より打ち抜き製造された円弧状のユニットコアを折り曲げて当接した状態を示す正面図、図１１は図１０の円弧状のユニットコアを折り曲げる前の状態を示す正面図である。
図１０、図１１において、１０は積層巻きコア、１１はユニットコア、１２は磁石取付孔、１３は貫通孔、１４ａは凸部、１４ｂは凹部、１５は切欠凹部、１６は半抜き突き出しである。
積層巻きコア１０は、円弧状のユニットコア１１が各ユニットコア１１ａ、１１ｂ、・・・、１１ｇで構成されると共に、回転電機としての回転子の全周に形成された極数がｎ極(ｎ:２の倍数)を形成するように設定されている。
図１０は極数が２０極の事例である。
また、図１１において、円弧状のユニットコア１１は一般に珪素鋼板等の鋼板帯から打ち抜きで連続形成されると共に帯状に連結されており、磁極数をｍ極（ｍ：ｎの約数以外の自然数）としたものである。図１１は磁極数が３極の事例である。
また、円弧状のユニットコア１１の端部は、一端が半円形の凸部１４ａ、対応する他端が同じく半円形の凹部１４ｂを形成しており、磁極数ｍ極に対応して永久磁石を取り付けるためのｍ個の磁石取付孔１２を形成する。さらに、円弧状のユニットコア１１には、図示しないスリーブを取付けるための貫通孔１３を形成する。
このような構成における積層巻きコアの製造工程を説明する。
まず、帯状に連結された各ユニットコア１１ａ、１１ｂ、・・・、１１ｇ相互間を密着させ、各ユニットコア相互間を密着させる図示しないエンドプレートで挟む前に、積層しながら貫通孔１３に図示しないスリーブを挿入し、ユニットコアの端部を全周に設けた半抜き突き出し１６にてカシメ処理し、回転電機の回転子コアとして一体化され、コア積層後の磁石取付孔１２には図示しない永久磁石が挿入される。
なお、円弧状のユニットコア１１には、コア巻取りのための切欠凹部１５が形成されている。この切欠凹部１５は、円弧状のユニットコア１１を積層巻きするときに、帯状になっているユニットコア列を引き込み、順次組み付けるのに使用されるもので、円弧状のユニットコア１１に作用する回転に伴う遠心力を受ける貫通孔１３まわりの強度に影響しないような位置に設けられている。
上記の回転電機の積層巻きコア構造は、円弧状のユニットコア１１を巻き上げていくだけで、コア分割部位置（当接面位置）が巻上げ毎に周方向にずれ、チドリ積層が実現し、短時間で製造できるため、生産性が良いモータを実現できるものとなっている。
特開２００７−６８３１０
図１０は従来技術を示す回転子の積層巻きコアを構成するユニットコアであって、フープ材より打ち抜き製造された円弧状のユニットコアを折り曲げて当接した状態を示す正面図、図１１は図１０の円弧状のユニットコアを折り曲げる前の状態を示す正面図である。
図１０、図１１において、１０は積層巻きコア、１１はユニットコア、１２は磁石取付孔、１３は貫通孔、１４ａは凸部、１４ｂは凹部、１５は切欠凹部、１６は半抜き突き出しである。
積層巻きコア１０は、円弧状のユニットコア１１が各ユニットコア１１ａ、１１ｂ、・・・、１１ｇで構成されると共に、回転電機としての回転子の全周に形成された極数がｎ極(ｎ:２の倍数)を形成するように設定されている。
図１０は極数が２０極の事例である。
また、図１１において、円弧状のユニットコア１１は一般に珪素鋼板等の鋼板帯から打ち抜きで連続形成されると共に帯状に連結されており、磁極数をｍ極（ｍ：ｎの約数以外の自然数）としたものである。図１１は磁極数が３極の事例である。
また、円弧状のユニットコア１１の端部は、一端が半円形の凸部１４ａ、対応する他端が同じく半円形の凹部１４ｂを形成しており、磁極数ｍ極に対応して永久磁石を取り付けるためのｍ個の磁石取付孔１２を形成する。さらに、円弧状のユニットコア１１には、図示しないスリーブを取付けるための貫通孔１３を形成する。
このような構成における積層巻きコアの製造工程を説明する。
まず、帯状に連結された各ユニットコア１１ａ、１１ｂ、・・・、１１ｇ相互間を密着させ、各ユニットコア相互間を密着させる図示しないエンドプレートで挟む前に、積層しながら貫通孔１３に図示しないスリーブを挿入し、ユニットコアの端部を全周に設けた半抜き突き出し１６にてカシメ処理し、回転電機の回転子コアとして一体化され、コア積層後の磁石取付孔１２には図示しない永久磁石が挿入される。
なお、円弧状のユニットコア１１には、コア巻取りのための切欠凹部１５が形成されている。この切欠凹部１５は、円弧状のユニットコア１１を積層巻きするときに、帯状になっているユニットコア列を引き込み、順次組み付けるのに使用されるもので、円弧状のユニットコア１１に作用する回転に伴う遠心力を受ける貫通孔１３まわりの強度に影響しないような位置に設けられている。
上記の回転電機の積層巻きコア構造は、円弧状のユニットコア１１を巻き上げていくだけで、コア分割部位置（当接面位置）が巻上げ毎に周方向にずれ、チドリ積層が実現し、短時間で製造できるため、生産性が良いモータを実現できるものとなっている。
上述したように、特許文献１はユニットコア相互間の正確な位置決めを行い、良好な積層状態を維持し、かつ、機械的強度の高い積層巻きコアとするために、ユニットコアに複数個の半抜き突き出しのカシメ、または貫通穴を配置する構成となっている。
そのため、ユニットコアにはモータの磁気特性に問題の生じない位置に、必要な半抜き突き出しのカシメ、または貫通穴を最適な位置に配置することが重要である。
ところが、特許文献１は、ユニットコアの永久磁石取付部に対するカシメの配置については、モータの磁気特性を考慮した具体的な位置、配列関係については一切、記載も示唆もされていない。とりもなおさず、モータ設計上の観点からも、該かしめの位置をユニットコア上で最適に配置する点を怠れば、貫通穴、切り欠き凹部などの配置関係についても影響を与えることになり、モータの磁気特性上、積層コア材料の不要なコア面積が生じたり、あるいは生産性が低下したり、モータ製造コストが上昇するという問題があった。
そのため、ユニットコアにはモータの磁気特性に問題の生じない位置に、必要な半抜き突き出しのカシメ、または貫通穴を最適な位置に配置することが重要である。
ところが、特許文献１は、ユニットコアの永久磁石取付部に対するカシメの配置については、モータの磁気特性を考慮した具体的な位置、配列関係については一切、記載も示唆もされていない。とりもなおさず、モータ設計上の観点からも、該かしめの位置をユニットコア上で最適に配置する点を怠れば、貫通穴、切り欠き凹部などの配置関係についても影響を与えることになり、モータの磁気特性上、積層コア材料の不要なコア面積が生じたり、あるいは生産性が低下したり、モータ製造コストが上昇するという問題があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、モータの磁気特性に影響を与えることなく、必要な積層コア材料を少なくすることが可能で、回転子の積層巻きコア、回転子コア、これを備えた永久磁石形同期回転電機用回転子、永久磁石形同期回転電機、およびこれを用いた車両、昇降機、加工機を提供することを目的とする。
上記問題を解決するため、本発明は次のような構成にしたものである。
請求項１の発明は、永久磁石を配置する永久磁石取付部を有した回転子コアを形成するための円弧状のユニットコアと、前記ユニットコアをスパイラル状に所定枚数積層巻きしたときに、互いにかしめ結合により連結するように前記ユニットコアに形成された複数のかしめ部と、を備えた回転子の積層巻きコアにおいて、前記ユニットコアに配置された前記複数のかしめ部のうち、該ユニットコアの円弧状の中心から該永久磁石取付部の放射方向における中心軸側に配置されるかしめ部が、該ユニットコアの円弧状の中心から該永久磁石取付部の放射方向における前記中心軸よりも両端側に配置されるかしめ部に比べて、該永久磁石取付部の内周側に接近して設けられたことを特徴としている。
請求項１の発明は、永久磁石を配置する永久磁石取付部を有した回転子コアを形成するための円弧状のユニットコアと、前記ユニットコアをスパイラル状に所定枚数積層巻きしたときに、互いにかしめ結合により連結するように前記ユニットコアに形成された複数のかしめ部と、を備えた回転子の積層巻きコアにおいて、前記ユニットコアに配置された前記複数のかしめ部のうち、該ユニットコアの円弧状の中心から該永久磁石取付部の放射方向における中心軸側に配置されるかしめ部が、該ユニットコアの円弧状の中心から該永久磁石取付部の放射方向における前記中心軸よりも両端側に配置されるかしめ部に比べて、該永久磁石取付部の内周側に接近して設けられたことを特徴としている。
請求項２の発明は、請求項１記載の回転子の積層巻きコアにおいて、前記ユニットコアに配置された複数のかしめ部のうち、該ユニットコアの円弧状の中心から該永久磁石取付部の放射方向における略中心軸上に配置されるかしめ部が、該ユニットコアの円弧状の中心から該永久磁石取付部の放射方向における略両端位置に配置されるかしめ部に比べて、該永久磁石取付部の内周側に接近して設けられたことを特徴としている。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の回転子の積層巻きコアにおいて、前記ユニットコアは、該スパイラル状に巻回積層されたユニットコアの位置決めを行うためのパイロット孔を有しており、前記ユニットコアの放射方向における永久磁石取付部と反対側の面には、該回転子コアをシャフトに嵌合する際に位置決めを行うためのロータキー溝を有していることを特徴としている。
請求項４の発明は、請求項３に記載の回転子の積層巻きコアにおいて、前記パイロット孔は、前記ユニットコアにおける前記永久磁石取付部相互間の略中心軸上に形成したことを特徴としている。
請求項５の発明は、請求項３に記載の回転子の積層巻きコアにおいて、前記パイロット孔は、前記ユニットコアにおける前記永久磁石取付部の略中心軸上に形成したことを特徴としている。
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転子の積層コアにおいて、前記パイロット孔と前記ロータキー溝は、互いに周方向にずらして配置してあることを特徴としている。
請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の回転子の積層コアにおいて、前記永久磁石取付部は、前記ユニットコアの周方向の表面に形成されたことを特徴としている。
請求項８の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の回転子の積層コアにおいて、前記永久磁石取付部は、前記ユニットコアの周方向の内部に形成した永久磁石挿入孔で構成されたことを特徴としている。
請求項９の発明は、請求項８に記載の回転子の積層巻きコアにおいて、前記永久磁石挿入孔が配置される前記ユニットコアの磁極部分のみが、該ユニットコアの周方向に突出するように形成されたことを特徴としている。
請求項１０の発明は、請求項１〜９までの何れか１項に記載の積層巻きコアを、かしめ結合することで円筒状の積層体を形成してなる回転子コアであることを特徴としている。
請求項１１の発明は、請求項１０に記載の回転子コアと、前記回転子コアの永久磁石取付部に配設された界磁となる永久磁石と、を有する永久磁石形同期回転電機用回転子であることを特徴としている。
請求項１２の発明は、請求項１１に記載の回転子と、前記回転子にギャップを介して対向配置された固定子と、を有する永久磁石形同期回転電機であることを特徴としている。
請求項１３の発明は、請求項１２記載の永久磁石形同期回転電機において、前記固定子は、スパイラル状に積層巻回してなる積層巻きコアを、かしめ結合することで円筒状の積層体を形成してなる固定子コアを用いてあることを特徴としている。
請求項１４の発明は、請求項１２に記載の永久磁石形同期回転電機を、車輪を駆動するモータとして用いる、もしくは発電機として動作させる車両を特徴としている。
請求項１５の発明は、請求項１２に記載の永久磁石形同期回転電機を、綱車を駆動するモータとして用いる昇降機を特徴としている。
請求項１６の発明は、請求項１２に記載の永久磁石形同期回転電機を、駆動源として用いる加工機を特徴としている。
請求項１、２に記載の発明によれば、回転子の積層巻きコアにおけるユニットコアのカシメ位置を、磁束密度、磁束の流れを考慮して配置する事により、必要なモータの磁気特性を確保できると共に、回転子コアを提供する積層巻きコアに対して、必要最小限のコア材料とすることができ、しかも生産性が良く、安価な積層巻きコアも得ることができる。
また、かしめの最適配置は、磁気特性の影響を考慮することで、モータ出力性能への影響を最小限に留めることができる積層巻きコアを実現できる。
また、請求項３〜６に記載の発明によれば、回転子の積層巻きコアにおいて、パイロット孔をユニットコアにおける永久磁石取付部相互間の略中心軸上に形成し、あるいは、パイロット孔を、ユニットコアにおける前記永久磁石取付部の略中心軸上に形成したり、もしくはパイロット孔とロータキー溝を、互いに周方向にずらして配置したものであるから、請求項１、２の効果に加えて、磁路に影響することなく、電動機のコアとして磁気特性を低下させることがない。
また、請求項７〜９に記載の発明によれば、回転子の積層巻きコアにおいて、磁石取付部をユニットコアの周方向の表面に形成したり（表面磁石形同期電動機）、あるいはユニットコアの周方向の内部に形成することで（埋め込み磁石形同期電動機）、請求項１、２の効果に加えて、それぞれ表面磁石形同期電動機に用いられる回転子の積層巻きコアを得ることができる。
また、請求項１０に記載の発明によれば、請求項１〜９に記載の効果を加えた、回転子コアを得ることができる。
また、請求項１１に記載の発明によれば、請求項１０に記載の効果を加えた、永久磁石形同期回転電機用回転子を得ることができる。
また、請求項１２、１３に記載の発明によれば、請求項１１に記載の効果を加えた永久磁石形同期回転電機を得ることができる。
また、かしめの最適配置は、磁気特性の影響を考慮することで、モータ出力性能への影響を最小限に留めることができる積層巻きコアを実現できる。
また、請求項３〜６に記載の発明によれば、回転子の積層巻きコアにおいて、パイロット孔をユニットコアにおける永久磁石取付部相互間の略中心軸上に形成し、あるいは、パイロット孔を、ユニットコアにおける前記永久磁石取付部の略中心軸上に形成したり、もしくはパイロット孔とロータキー溝を、互いに周方向にずらして配置したものであるから、請求項１、２の効果に加えて、磁路に影響することなく、電動機のコアとして磁気特性を低下させることがない。
また、請求項７〜９に記載の発明によれば、回転子の積層巻きコアにおいて、磁石取付部をユニットコアの周方向の表面に形成したり（表面磁石形同期電動機）、あるいはユニットコアの周方向の内部に形成することで（埋め込み磁石形同期電動機）、請求項１、２の効果に加えて、それぞれ表面磁石形同期電動機に用いられる回転子の積層巻きコアを得ることができる。
また、請求項１０に記載の発明によれば、請求項１〜９に記載の効果を加えた、回転子コアを得ることができる。
また、請求項１１に記載の発明によれば、請求項１０に記載の効果を加えた、永久磁石形同期回転電機用回転子を得ることができる。
また、請求項１２、１３に記載の発明によれば、請求項１１に記載の効果を加えた永久磁石形同期回転電機を得ることができる。
１ 積層巻きコア、
２ ユニットコア、
３ａ 永久磁石取付部、
３ｂ 永久磁石挿入孔、
３ｃ 永久磁石挿入孔、
３ｄ 永久磁石位置決め用突起、
３ｅ コア磁極部、
４ パイロット孔、
５ スリット、
６ ロータキー溝、
７ かしめ部、
８ 橋絡部、
９ 永久磁石、
１０ 積層巻きコア、
１１ ユニットコア、
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ ユニットコア、
１２ 磁石取付孔、
１３ 貫通孔、
１４ａ 凸部、
１４ｂ 凹部、
１５ 切欠凹部、
１６ 半抜き突き出し、
２０ フープ材、
２１ 電動機、
２２ 固定子、
２３ 固定子コア、
２４ 固定子コイル、
２５ 回転子、
２６ 回転子コア、
２７ モータハウジング、
２８ シャフト、
２９ 軸受
２ ユニットコア、
３ａ 永久磁石取付部、
３ｂ 永久磁石挿入孔、
３ｃ 永久磁石挿入孔、
３ｄ 永久磁石位置決め用突起、
３ｅ コア磁極部、
４ パイロット孔、
５ スリット、
６ ロータキー溝、
７ かしめ部、
８ 橋絡部、
９ 永久磁石、
１０ 積層巻きコア、
１１ ユニットコア、
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ ユニットコア、
１２ 磁石取付孔、
１３ 貫通孔、
１４ａ 凸部、
１４ｂ 凹部、
１５ 切欠凹部、
１６ 半抜き突き出し、
２０ フープ材、
２１ 電動機、
２２ 固定子、
２３ 固定子コア、
２４ 固定子コイル、
２５ 回転子、
２６ 回転子コア、
２７ モータハウジング、
２８ シャフト、
２９ 軸受
以下、本発明の実施例を図に基づいて具体的に説明する。なお、本発明の第１実施例以降において、第１実施例と同一記号または同一符号は、同じ構成要素を示すものであって、その詳細な説明を省略し、主に相違点のみ説明する。
図1は、本発明の第１実施例を示す回転子の積層巻きコアを構成するユニットコアであって、(ａ)はフープ材より打ち抜き製造された円弧状のユニットコアを折り曲げて当接した状態を示す正面図、（ｂ）はフープ材より打ち抜く状態の円弧状のユニットコアの正面図である。
図１(ａ)、(ｂ)において、１は積層巻きコア、２はユニットコア、３ａは永久磁石取付部、３ｄは永久磁石位置決め用突起、４はパイロット孔、５はスリット、６はロータキー溝、７はかしめ部、８は橋絡部、２０はフープ材である。
本発明の特徴は以下のとおりである。
本実施例に係るユニットコア２は、該コアの周方向における外周表面に永久磁石を配設する永久磁石取付部３ａが等ピッチで形成された構成であり、いわゆる表面磁石形モータ（ＳＰＭ）用の回転子コアに適用される場合を示している。
すなわち、永久磁石を配置する永久磁石取付部３ａを有した回転子コアを形成するための円弧状のユニットコア２と、ユニットコア２をスパイラル状に所定枚数積層巻きしたときに、互いにかしめ結合により連結するようにユニットコア２に形成された複数のかしめ部７と、を備えた回転子の積層巻きコア１において、複数のかしめ部７は、永久磁石取付部３ａに対向するように、ユニットコア２内に回転子の磁束磁路に影響を受ける部位を回避して波状に並べて設けられた点である。ここで、ユニットコア２は電磁鋼板より構成されるフープ材２０より形成される。
具体的には、ユニットコア２に配置された複数のかしめ部７のうち、該ユニットコア２の円弧状の中心から該永久磁石取付部３ａの放射方向における略中心軸上に配置されるかしめ部（円弧中心Ｏから半径Ｒ１の位置）が、該ユニットコア２の円弧状の中心から該永久磁石取付部３ａの放射方向における略両端位置に配置されるかしめ部（円弧中心Ｏから半径Ｒ２の位置）に比べて、該永久磁石取付部３ａの内周側に接近して設けられたものとなっている（Ｒ１＞Ｒ２）。
また、ユニットコア２は、該スパイラル状に巻回積層されたユニットコア２の位置決めを行うためのパイロット孔４を有しており、ユニットコア２の放射方向における永久磁石取付部３ａと反対側の面には、回転子コアを図示しないシャフトに嵌合する際に位置決めを行うためのロータキー溝６を有している。
ここで、パイロット孔４は、ユニットコア２における永久磁石取付部３ａ相互間の略中心軸上（永久磁石位置決め用突起３ｄ）に形成したものとなっている。それから、パイロット孔４とロータキー溝６は、互いに周方向にずらして配置してある。
なお、ユニットコア２をスパイラル状に所定枚数積層巻きしたとき、該ユニットコア２同士が連続して当接するように、該ユニットコア２の端部の一側から他側にかけて先すぼまりのスリット５を設けてあり、該スリット５と該ユニットコア２の該他側との間に橋絡部８を設けてある。
次に、積層巻きコアの製作について説明する。
図１(ａ)、(ｂ)において、１は積層巻きコア、２はユニットコア、３ａは永久磁石取付部、３ｄは永久磁石位置決め用突起、４はパイロット孔、５はスリット、６はロータキー溝、７はかしめ部、８は橋絡部、２０はフープ材である。
本発明の特徴は以下のとおりである。
本実施例に係るユニットコア２は、該コアの周方向における外周表面に永久磁石を配設する永久磁石取付部３ａが等ピッチで形成された構成であり、いわゆる表面磁石形モータ（ＳＰＭ）用の回転子コアに適用される場合を示している。
すなわち、永久磁石を配置する永久磁石取付部３ａを有した回転子コアを形成するための円弧状のユニットコア２と、ユニットコア２をスパイラル状に所定枚数積層巻きしたときに、互いにかしめ結合により連結するようにユニットコア２に形成された複数のかしめ部７と、を備えた回転子の積層巻きコア１において、複数のかしめ部７は、永久磁石取付部３ａに対向するように、ユニットコア２内に回転子の磁束磁路に影響を受ける部位を回避して波状に並べて設けられた点である。ここで、ユニットコア２は電磁鋼板より構成されるフープ材２０より形成される。
具体的には、ユニットコア２に配置された複数のかしめ部７のうち、該ユニットコア２の円弧状の中心から該永久磁石取付部３ａの放射方向における略中心軸上に配置されるかしめ部（円弧中心Ｏから半径Ｒ１の位置）が、該ユニットコア２の円弧状の中心から該永久磁石取付部３ａの放射方向における略両端位置に配置されるかしめ部（円弧中心Ｏから半径Ｒ２の位置）に比べて、該永久磁石取付部３ａの内周側に接近して設けられたものとなっている（Ｒ１＞Ｒ２）。
また、ユニットコア２は、該スパイラル状に巻回積層されたユニットコア２の位置決めを行うためのパイロット孔４を有しており、ユニットコア２の放射方向における永久磁石取付部３ａと反対側の面には、回転子コアを図示しないシャフトに嵌合する際に位置決めを行うためのロータキー溝６を有している。
ここで、パイロット孔４は、ユニットコア２における永久磁石取付部３ａ相互間の略中心軸上（永久磁石位置決め用突起３ｄ）に形成したものとなっている。それから、パイロット孔４とロータキー溝６は、互いに周方向にずらして配置してある。
なお、ユニットコア２をスパイラル状に所定枚数積層巻きしたとき、該ユニットコア２同士が連続して当接するように、該ユニットコア２の端部の一側から他側にかけて先すぼまりのスリット５を設けてあり、該スリット５と該ユニットコア２の該他側との間に橋絡部８を設けてある。
次に、積層巻きコアの製作について説明する。
積層巻きコア１は、各円弧状のユニットコア２相互間を橋絡部８を中心にして折り曲げながら、スリット部５を当接すると共に、スパイラル状に所定枚数積層巻回するときに、かしめ部７の位置で順次かしめ結合することで円筒状の積層体として一体化される。この際、ユニットコアを軸方向に所定枚数積層巻回する時には、パイロット孔４に予め棒状のジグを挿入するが、積層体が完成後はジグをパイロット孔４から外すようにしている。
こうして、積層巻きコアより積層体として一体化されたものが回転子コアとして構成され、永久磁石取付部３ａに、永久磁石が挿入され、後述の回転子として完成する。ここで、回転子は、ユニットコアに設けたロータキー溝を利用して、シャフトに嵌合される。なお、かしめについては、各円弧状のユニットコア２相互間を折り曲げながら、スリット部を当接すると共に、スパイラル状に所定枚数積層巻回した後で、最後に、かしめ結合しても構わない。
ここで、従来技術（特許文献１）は、貫通孔にスリーブを取付け、その両端をカシメにより円弧状のユニットコア相互間で位置保持して積層巻きコアを構成するもので、基本的に、従来技術の貫通孔と、本実施例のパイロット孔の目的、機能が異なる。
したがって、第１実施例は、積層巻きコアのカシメ位置を、磁束密度、磁束の流れを考慮して配置する事により、必要なモータの磁気特性を確保できると共に、回転子コアを提供する積層巻きコアに対して、必要最小限のコア材料とすることができ、しかも生産性が良く、安価な積層巻きコアも得ることができる。また、かしめの最適配置は、磁気特性の影響を考慮することで、モータ出力性能への影響を最小限に留めることができる積層巻きコアを実現できる。
こうして、積層巻きコアより積層体として一体化されたものが回転子コアとして構成され、永久磁石取付部３ａに、永久磁石が挿入され、後述の回転子として完成する。ここで、回転子は、ユニットコアに設けたロータキー溝を利用して、シャフトに嵌合される。なお、かしめについては、各円弧状のユニットコア２相互間を折り曲げながら、スリット部を当接すると共に、スパイラル状に所定枚数積層巻回した後で、最後に、かしめ結合しても構わない。
ここで、従来技術（特許文献１）は、貫通孔にスリーブを取付け、その両端をカシメにより円弧状のユニットコア相互間で位置保持して積層巻きコアを構成するもので、基本的に、従来技術の貫通孔と、本実施例のパイロット孔の目的、機能が異なる。
したがって、第１実施例は、積層巻きコアのカシメ位置を、磁束密度、磁束の流れを考慮して配置する事により、必要なモータの磁気特性を確保できると共に、回転子コアを提供する積層巻きコアに対して、必要最小限のコア材料とすることができ、しかも生産性が良く、安価な積層巻きコアも得ることができる。また、かしめの最適配置は、磁気特性の影響を考慮することで、モータ出力性能への影響を最小限に留めることができる積層巻きコアを実現できる。
図２は、本発明の第２実施例を示す回転子の積層巻きコアを構成するユニットコアであって、(ａ)はフープ材より打ち抜き製造された円弧状のユニットコアを折り曲げて当接した状態を示す正面図、（ｂ）はフープ材より打ち抜く状態の円弧状のユニットコアの正面図ある。
図２(ａ)、(ｂ)において、３ｂは永久磁石挿入孔、３ｅはコア磁極部である。
第２実施例が第１実施例と異なる点は以下のとおりである。
すなわち、本実施例に係るユニットコア２は、該コア２の周方向における内部に永久磁石を挿入する永久磁石挿入孔３ｂが等ピッチで形成されると共に、該永久磁石挿入孔３ｂが配置されるユニットコア２の磁極部分（コア磁極部３ｅ）のみが、該ユニットコア２の径方向に突出するように形成された構成となっている。本例はいわゆる埋め込み磁石形モータ（ＩＰＭ）の回転子用コアに適用される場合を示している。
第２実施例は埋め込み磁石形モータの回転子用途の場合であるが、第１実施例同様に、積層巻きコアのカシメ位置を、磁束密度、磁束の流れを考慮して配置する事で、必要なモータの磁気特性を確保できると共に、積層巻きコアに対して必要最小限のコア材料とすることができ、しかも生産性が良く、安価な積層巻きコアも得ることができる。また、かしめの最適配置により、モータ出力性能への影響を最小限に留めることができる積層巻きコアを実現できる。
図２(ａ)、(ｂ)において、３ｂは永久磁石挿入孔、３ｅはコア磁極部である。
第２実施例が第１実施例と異なる点は以下のとおりである。
すなわち、本実施例に係るユニットコア２は、該コア２の周方向における内部に永久磁石を挿入する永久磁石挿入孔３ｂが等ピッチで形成されると共に、該永久磁石挿入孔３ｂが配置されるユニットコア２の磁極部分（コア磁極部３ｅ）のみが、該ユニットコア２の径方向に突出するように形成された構成となっている。本例はいわゆる埋め込み磁石形モータ（ＩＰＭ）の回転子用コアに適用される場合を示している。
第２実施例は埋め込み磁石形モータの回転子用途の場合であるが、第１実施例同様に、積層巻きコアのカシメ位置を、磁束密度、磁束の流れを考慮して配置する事で、必要なモータの磁気特性を確保できると共に、積層巻きコアに対して必要最小限のコア材料とすることができ、しかも生産性が良く、安価な積層巻きコアも得ることができる。また、かしめの最適配置により、モータ出力性能への影響を最小限に留めることができる積層巻きコアを実現できる。
図３は、本発明の第３実施例を示す回転子の積層巻きコアを構成するユニットコアであって、(ａ)はフープ材より打ち抜き製造された円弧状のユニットコアを折り曲げて当接した状態を示す正面図、（ｂ）はフープ材より打ち抜く状態の円弧状のユニットコアの正面図ある。
図３（ａ)、(ｂ)において、３ｃは永久磁石挿入孔である。
第３実施例が第２実施例と異なる点は、ユニットコア２の径方向に突出したコア磁極部３ｅ内部に永久磁石挿入孔３ｂを備えた第２実施例の構成に替えて、ユニットコア２を、コア磁極部３ｅが設けられていないユニットコア２の周方向の内部に永久磁石挿入孔３ｃを形成した構成としたものである。本実施例も同様に、埋め込み磁石形モータ（ＩＰＭ）の回転子用コアに適用される場合を示している。
したがって、第３実施例は第２実施例と同じく埋め込み磁石形モータの回転子用途の場合であるが、第２実施例同様に、積層巻きコアのカシメ位置を、磁束密度、磁束の流れを考慮して配置する事で、必要なモータの磁気特性を確保できると共に、積層巻きコアに対して必要最小限のコア材料とすることができ、しかも生産性が良く、安価な積層巻きコアも得ることができる。また、かしめの最適配置により、モータ出力性能への影響を最小限に留めることができる積層巻きコアを実現できる。
図３（ａ)、(ｂ)において、３ｃは永久磁石挿入孔である。
第３実施例が第２実施例と異なる点は、ユニットコア２の径方向に突出したコア磁極部３ｅ内部に永久磁石挿入孔３ｂを備えた第２実施例の構成に替えて、ユニットコア２を、コア磁極部３ｅが設けられていないユニットコア２の周方向の内部に永久磁石挿入孔３ｃを形成した構成としたものである。本実施例も同様に、埋め込み磁石形モータ（ＩＰＭ）の回転子用コアに適用される場合を示している。
したがって、第３実施例は第２実施例と同じく埋め込み磁石形モータの回転子用途の場合であるが、第２実施例同様に、積層巻きコアのカシメ位置を、磁束密度、磁束の流れを考慮して配置する事で、必要なモータの磁気特性を確保できると共に、積層巻きコアに対して必要最小限のコア材料とすることができ、しかも生産性が良く、安価な積層巻きコアも得ることができる。また、かしめの最適配置により、モータ出力性能への影響を最小限に留めることができる積層巻きコアを実現できる。
図４は、本発明の第４実施例を示す回転子の積層巻きコアを構成するユニットコアであって、(ａ)はフープ材より打ち抜き製造された円弧状のユニットコアを折り曲げて当接した状態を示す正面図、（ｂ）はフープ材より打ち抜く状態の円弧状のユニットコアの正面図ある。
第４実施例が第１実施例と異なる点は、パイロット孔４がユニットコア２における永久磁石取付部３ａの略中心軸上に形成されると共に、パイロット孔４とロータキー溝６は、互いに周方向にずらして配置してある点である。
具体的には、本実施例は、第１実施例の磁石取付部の略中心軸上に接近した位置に存在するかしめ部に替わり、パイロット孔４が設けられた構成であるが、ユニットコア２に配置されたパイロット孔４、複数のかしめ部７のうち、該ユニットコア２の円弧状の中心から該永久磁石取付部３ａの放射方向における略中心軸上に配置されるパイロット孔（円弧中心Ｏから半径Ｒ０の位置）が、該ユニットコア２の円弧状の中心から該永久磁石取付部３ａの放射方向における略両端位置に配置されるかしめ部（円弧中心Ｏから半径Ｒ２の位置）に比べて、該永久磁石取付部３ａの内周側に接近して設けられたものとなっている（Ｒ０＞Ｒ２）。
また、永久磁石取付部３ａの放射方向における略両端位置に配置されるかしめ部（円弧中心Ｏから半径Ｒ２の位置）と、該半径Ｒ２の位置のかしめ部よりも永久磁石取付部３ａの略中心軸側に接近した位置のかしめ部（円弧中心Ｏから半径Ｒ１の位置）との位置係は、Ｒ１＞Ｒ２としたものである。
したがって、第４実施例はパイロット孔４がユニットコア２における永久磁石取付部３ａの略中心軸上に形成してあるため、積層巻きコアにおけるパイロット孔の位置とカシメ位置を、磁束密度、磁束の流れを考慮して配置する事で、必要なモータの磁気特性を確保できると共に、積層巻きコアに対して必要最小限のコア材料とすることができ、しかも生産性が良く、安価な積層巻きコアも得ることができる。また、かしめの最適配置により、モータ出力性能への影響を最小限に留めることができる積層巻きコアを実現できる。
第４実施例が第１実施例と異なる点は、パイロット孔４がユニットコア２における永久磁石取付部３ａの略中心軸上に形成されると共に、パイロット孔４とロータキー溝６は、互いに周方向にずらして配置してある点である。
具体的には、本実施例は、第１実施例の磁石取付部の略中心軸上に接近した位置に存在するかしめ部に替わり、パイロット孔４が設けられた構成であるが、ユニットコア２に配置されたパイロット孔４、複数のかしめ部７のうち、該ユニットコア２の円弧状の中心から該永久磁石取付部３ａの放射方向における略中心軸上に配置されるパイロット孔（円弧中心Ｏから半径Ｒ０の位置）が、該ユニットコア２の円弧状の中心から該永久磁石取付部３ａの放射方向における略両端位置に配置されるかしめ部（円弧中心Ｏから半径Ｒ２の位置）に比べて、該永久磁石取付部３ａの内周側に接近して設けられたものとなっている（Ｒ０＞Ｒ２）。
また、永久磁石取付部３ａの放射方向における略両端位置に配置されるかしめ部（円弧中心Ｏから半径Ｒ２の位置）と、該半径Ｒ２の位置のかしめ部よりも永久磁石取付部３ａの略中心軸側に接近した位置のかしめ部（円弧中心Ｏから半径Ｒ１の位置）との位置係は、Ｒ１＞Ｒ２としたものである。
したがって、第４実施例はパイロット孔４がユニットコア２における永久磁石取付部３ａの略中心軸上に形成してあるため、積層巻きコアにおけるパイロット孔の位置とカシメ位置を、磁束密度、磁束の流れを考慮して配置する事で、必要なモータの磁気特性を確保できると共に、積層巻きコアに対して必要最小限のコア材料とすることができ、しかも生産性が良く、安価な積層巻きコアも得ることができる。また、かしめの最適配置により、モータ出力性能への影響を最小限に留めることができる積層巻きコアを実現できる。
図５は、本発明の第５実施例を示す回転子の積層巻きコアを構成するユニットコアであって、(ａ)はフープ材より打ち抜き製造された円弧状のユニットコアを折り曲げて当接した状態を示す正面図、（ｂ）はフープ材より打ち抜く状態の円弧状のユニットコアの正面図ある。
第５実施例が第２実施例と異なる点は、パイロット孔４がユニットコア２における永久磁石挿入孔３ｂの略中心軸上に形成されると共に、パイロット孔４とロータキー溝６は、互いに周方向にずらして配置してある点である。
したがって、第５実施例はパイロット孔４がユニットコア２における永久磁石挿入孔３ｂの略中心軸上に形成してあるため、積層巻きコアにおけるパイロット孔の位置とカシメ位置を、磁束密度、磁束の流れを考慮して配置する事で、必要なモータの磁気特性を確保できると共に、積層巻きコアに対して必要最小限のコア材料とすることができ、しかも生産性が良く、安価な積層巻きコアも得ることができる。また、かしめの最適配置により、モータ出力性能への影響を最小限に留めることができる積層巻きコアを実現できる。
第５実施例が第２実施例と異なる点は、パイロット孔４がユニットコア２における永久磁石挿入孔３ｂの略中心軸上に形成されると共に、パイロット孔４とロータキー溝６は、互いに周方向にずらして配置してある点である。
したがって、第５実施例はパイロット孔４がユニットコア２における永久磁石挿入孔３ｂの略中心軸上に形成してあるため、積層巻きコアにおけるパイロット孔の位置とカシメ位置を、磁束密度、磁束の流れを考慮して配置する事で、必要なモータの磁気特性を確保できると共に、積層巻きコアに対して必要最小限のコア材料とすることができ、しかも生産性が良く、安価な積層巻きコアも得ることができる。また、かしめの最適配置により、モータ出力性能への影響を最小限に留めることができる積層巻きコアを実現できる。
図６は、本発明の第６実施例を示す回転子の積層巻きコアを構成するユニットコアであって、(ａ)はフープ材より打ち抜き製造された円弧状のユニットコアを折り曲げて当接した状態を示す正面図、（ｂ）はフープ材より打ち抜く状態の円弧状のユニットコアの正面図ある。
第６実施例が第３実施例と異なる点は、パイロット孔４がユニットコア２における永久磁石挿入孔３ｃの略中心軸上に形成されると共に、パイロット孔４とロータキー溝６は、互いに周方向にずらして配置してある点である。
したがって、第６実施例はパイロット孔４がユニットコア２における永久磁石挿入孔３ｃの略中心軸上に形成してあるため、積層巻きコアにおけるパイロット孔の位置とカシメ位置を、磁束密度、磁束の流れを考慮して配置する事で、必要なモータの磁気特性を確保できると共に、積層巻きコアに対して必要最小限のコア材料とすることができ、しかも生産性が良く、安価な積層巻きコアも得ることができる。また、かしめの最適配置により、モータ出力性能への影響を最小限に留めることができる積層巻きコアを実現できる。
第６実施例が第３実施例と異なる点は、パイロット孔４がユニットコア２における永久磁石挿入孔３ｃの略中心軸上に形成されると共に、パイロット孔４とロータキー溝６は、互いに周方向にずらして配置してある点である。
したがって、第６実施例はパイロット孔４がユニットコア２における永久磁石挿入孔３ｃの略中心軸上に形成してあるため、積層巻きコアにおけるパイロット孔の位置とカシメ位置を、磁束密度、磁束の流れを考慮して配置する事で、必要なモータの磁気特性を確保できると共に、積層巻きコアに対して必要最小限のコア材料とすることができ、しかも生産性が良く、安価な積層巻きコアも得ることができる。また、かしめの最適配置により、モータ出力性能への影響を最小限に留めることができる積層巻きコアを実現できる。
図７は、本発明の第７実施例を示す回転子の積層巻きコアを用いた電動機の側断面図であり、モータハウジングに組み込んだ状態を表わしている。図８は、図７の電動機の正断面図である。図９は、本実施例で用いた電動機の磁界の解析図である。
図７、図８において、９は永久磁石、２１は電動機、２２は固定子、２３は固定子コア、２４は固定子コイル、２５は回転子、２６は回転子コア、２７はモータハウジング、２８はシャフト、２９は軸受である。
図７、図８は第１実施例〜第６実施例で示したユニットコアを回転子コアとして適用した永久磁石形同期電動機の事例である。回転子２５（永久磁石形同期電動機用回転子）は、積層巻きコアよりなる各ユニットコアを所定枚数連結して、かしめ結合により積層体として製作した回転子コア２６と、回転子コア２６の永久磁石取付部（図示せず）に配設された界磁となる永久磁石９と、より構成される。ここで、回転子コア２６は、かしめ結合して形成された円筒状の積層体を嵌合固定によりシャフト２８に取り付けるようになっている。
また、固定子２２は、固定子コア２３と、固定子コア２３に巻装された固定子コイル２４と、より構成される。回転子２５は、固定子２２にギャップを介して対向配置される。ここで、固定子は、回転子同様にスパイラル状に積層巻回してなる積層巻きコアを、かしめ結合することで円筒状の積層体を形成してなる固定子コアを用いたものとなっている。固定子に回転子同様に積層巻きコアを用いることで、生産性が良く、安価な積層巻きコアが得られることは言うまでもなく、モータ全体としてのコストダウンにつながる。
図９における本実施例で適用した電動機の磁界の解析図によると、かしめ部の取付位置は、磁束磁路が他の部分に比べて粗になっているため、磁束の影響を受けない箇所に最適配置されていることがわかる。
第７実施例は、かしめを最適配置した回転子コアを永久磁石形同期電動機用回転子に適用したので、モータ出力性能への影響を最小限に留めることができる。
図７、図８において、９は永久磁石、２１は電動機、２２は固定子、２３は固定子コア、２４は固定子コイル、２５は回転子、２６は回転子コア、２７はモータハウジング、２８はシャフト、２９は軸受である。
図７、図８は第１実施例〜第６実施例で示したユニットコアを回転子コアとして適用した永久磁石形同期電動機の事例である。回転子２５（永久磁石形同期電動機用回転子）は、積層巻きコアよりなる各ユニットコアを所定枚数連結して、かしめ結合により積層体として製作した回転子コア２６と、回転子コア２６の永久磁石取付部（図示せず）に配設された界磁となる永久磁石９と、より構成される。ここで、回転子コア２６は、かしめ結合して形成された円筒状の積層体を嵌合固定によりシャフト２８に取り付けるようになっている。
また、固定子２２は、固定子コア２３と、固定子コア２３に巻装された固定子コイル２４と、より構成される。回転子２５は、固定子２２にギャップを介して対向配置される。ここで、固定子は、回転子同様にスパイラル状に積層巻回してなる積層巻きコアを、かしめ結合することで円筒状の積層体を形成してなる固定子コアを用いたものとなっている。固定子に回転子同様に積層巻きコアを用いることで、生産性が良く、安価な積層巻きコアが得られることは言うまでもなく、モータ全体としてのコストダウンにつながる。
図９における本実施例で適用した電動機の磁界の解析図によると、かしめ部の取付位置は、磁束磁路が他の部分に比べて粗になっているため、磁束の影響を受けない箇所に最適配置されていることがわかる。
第７実施例は、かしめを最適配置した回転子コアを永久磁石形同期電動機用回転子に適用したので、モータ出力性能への影響を最小限に留めることができる。
なお、本発明の永久磁石形同期回転電機として、回転子コアに積層巻きコアを用いた電動機の事例を示したものであるが、本発明を実施する場合には、電動機に替えて回転電機としての双対性がある、多相出力を行う発電機とすることも可能である。
また、複数のかしめ部は、永久磁石取付部に対向するように、ユニットコア内に回転子の磁束磁路に影響を受ける部位を回避して波状に並べて設けた例を示したが、磁石形状あるいは配置が変化すると、波状に替えてＶ字状もしくはＷ字状に配列しても構わない。
また、積層巻きコアを構成するユニットコアは、回転子が固定子の内側に配置されて回転するインナーロータを想定した事例を用いて説明したが、回転子が固定子の外側に配置されて回転するアウターロータ形にしても何ら差し支えない。アウターロータ形の場合は、磁石取付部が、ユニットコアの内周側に配置され、かしめ部は磁石取付部の外周側に取り付けられることになる。
また、固定子コアについて、積層巻きコアを用いた点を述べたが、これに限定されず、円環状一体コア、セグメントコアでの固定子の組合せでも構わない。
また、複数のかしめ部は、永久磁石取付部に対向するように、ユニットコア内に回転子の磁束磁路に影響を受ける部位を回避して波状に並べて設けた例を示したが、磁石形状あるいは配置が変化すると、波状に替えてＶ字状もしくはＷ字状に配列しても構わない。
また、積層巻きコアを構成するユニットコアは、回転子が固定子の内側に配置されて回転するインナーロータを想定した事例を用いて説明したが、回転子が固定子の外側に配置されて回転するアウターロータ形にしても何ら差し支えない。アウターロータ形の場合は、磁石取付部が、ユニットコアの内周側に配置され、かしめ部は磁石取付部の外周側に取り付けられることになる。
また、固定子コアについて、積層巻きコアを用いた点を述べたが、これに限定されず、円環状一体コア、セグメントコアでの固定子の組合せでも構わない。
本発明によれば、回転子の積層巻きコアにおいて、複数のかしめ部を、永久磁石取付部に対向するように、ユニットコア内に回転子の磁束磁路に影響を受ける部位を回避して波状に並べて設けたので、モータ出力性能への影響を最小限に留めることが可能となる。その結果、起動時や急激な負荷変動に対しても大きなトルクを得ることが可能で効率を良好にすることができる永久磁石形同期回転電機に適用できることから、車輪を駆動するモータとして用いたり、もしくは発電機として動作させる車両（例えば、ハイブリッド型自動車、電気自動車、燃料電池自動車などの車両）、鉄道車両用の駆動用モータや発電機、無停電電源用発電機車に用いる発電機として有効である。また、永久磁石形同期回転電機を、綱車を駆動するモータとして用いるエレベータ、巻上機、立体駐車場等の昇降機、もしくは工作機械、射出成形機、半導体製造装置などの加工機等の産業用機械の駆動用モータとしても有効である。
Claims (16)
- 永久磁石を配置する永久磁石取付部を有した回転子コアを形成するための円弧状のユニットコアと、
前記ユニットコアをスパイラル状に所定枚数積層巻きしたときに、互いにかしめ結合により連結するように前記ユニットコアに形成された複数のかしめ部と、を備えた回転子の積層巻きコアにおいて、
前記ユニットコアに配置された前記複数のかしめ部のうち、該ユニットコアの円弧状の中心から該永久磁石取付部の放射方向における中心軸側に配置されるかしめ部が、該ユニットコアの円弧状の中心から該永久磁石取付部の放射方向における前記中心軸よりも両端側に配置されるかしめ部に比べて、該永久磁石取付部の内周側に接近して設けられたことを特徴とする回転子の積層巻きコア。 - 前記ユニットコアに配置された複数のかしめ部のうち、該ユニットコアの円弧状の中心から該永久磁石取付部の放射方向における略中心軸上に配置されるかしめ部が、該ユニットコアの円弧状の中心から該永久磁石取付部の放射方向における略両端位置に配置されるかしめ部に比べて、該永久磁石取付部の内周側に接近して設けられたことを特徴とする請求項１記載の回転子の積層巻きコア。
- 前記ユニットコアは、該スパイラル状に巻回積層されたユニットコアの位置決めを行うためのパイロット孔を有しており、
前記ユニットコアの放射方向における永久磁石取付部と反対側の面には、該回転子コアをシャフトに嵌合する際に位置決めを行うためのロータキー溝を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の回転子の積層巻きコア。 - 前記パイロット孔は、前記ユニットコアにおける前記永久磁石取付部相互間の略中心軸上に形成したことを特徴とする請求項３に記載の回転子の積層巻きコア。
- 前記パイロット孔は、前記ユニットコアにおける前記永久磁石取付部の略中心軸上に形成したことを特徴とする請求項３に記載の回転子の積層巻きコア。
- 前記パイロット孔と前記ロータキー溝は、互いに周方向にずらして配置してあることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転子の積層巻きコア。
- 前記永久磁石取付部は、前記ユニットコアの周方向の表面に形成されたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の回転子の積層巻きコア。
- 前記永久磁石取付部は、前記ユニットコアの周方向の内部に形成した永久磁石挿入孔で構成されたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の回転子の積層巻きコア。
- 前記永久磁石挿入孔が配置される前記ユニットコアの磁極部分のみが、該ユニットコアの周方向に突出するように形成されたことを特徴とする請求項８に記載の回転子の積層巻きコア。
- 請求項１〜９までの何れか１項に記載の積層巻きコアを、かしめ結合することで円筒状の積層体を形成してなることを特徴とする回転子コア。
- 請求項１０記載の回転子コアと、
前記回転子コアの永久磁石取付部に配設された界磁となる永久磁石と、
を有することを特徴とする永久磁石形同期回転電機用回転子。 - 請求項１１に記載の回転子と、
前記回転子にギャップを介して対向配置された固定子と、
を有することを特徴とする永久磁石形同期回転電機。 - 前記固定子は、スパイラル状に積層巻回してなる積層巻きコアを、かしめ結合することで円筒状の積層体を形成してなる固定子コアを用いてあることを特徴とする請求項１２記載の永久磁石形同期回転電機。
- 請求項１２に記載の永久磁石形同期回転電機を、車輪を駆動するモータとして用いる、もしくは発電機として動作させることを特徴とする車両。
- 請求項１２に記載の永久磁石形同期回転電機を、綱車を駆動するモータとして用いることを特徴とする昇降機。
- 請求項１２に記載の永久磁石形同期回転電機を、駆動源として用いることを特徴とする加工機。
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