JP5573498B2 - 回転機の製造方法および回転機 - Google Patents
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Description
(ロ)埋込磁石型永久磁石式電動機は、回転子内部に永久磁石を備え、永久磁石から発生する磁束が固定子に備える巻線との鎖交磁束量に応じて発生するマグネットトルクに加えて、回転子コアの磁気抵抗によるリラクタンストルクも利用した電動機であり、小型高出力の電動機として広く用いられている。また、埋込磁石型永久磁石式電動機は、永久磁石を回転子内部に埋め込む構成であるため、高速回転時の遠心力による磁石割れ時の磁石飛散を防止することができる。
(a)まず、埋込磁石型永久磁石式電動機のトルクを増大させる第1の対策としては、回転子内部に埋め込む永久磁石の量を増加してマグネットトルクを増大させることが考えられる。
すなわち、埋込磁石型永久磁石式電動機においては、回転子にブリッジが存在することにより、例えば図12に示すようにトルクに寄与しない磁気回路が存在する。
(ハ)次に、リラクタンス型電動機は、回転子内部にフラックスバリアを備え、回転子コアの磁気抵抗によるリラクタンストルクを利用した電動機である。このようなリラクタンス型電動機においても、そのトルクを増大させる上で、上述の埋込磁石型永久磁石式電動機と同様な漏れ磁束の問題が有る。
しかしながら、埋込磁石型永久磁石式電動機のトルクを増大させる第1の対策においては、磁石量の増加により電動機の製造コストが大幅に増加するといった問題が生ずる。
さらに、埋込磁石型永久磁石式電動機のトルクを増大させる第3の対策においては、上記のように回転子コアを2種類以上の部材(すなわち電磁鋼板および非磁性の充填剤)から構成した場合、回転子コアの強度が低下して破損する可能性が高くなってしまう、という問題が有るとともに、製造工程が増えることにより製造コストが増加してしまう、といい問題も有る。
(ロ)また、リラクタンス型電動機においても、ブリッジ漏れ磁束問題を解決してリラクタンス型電動機のトルクを増大される対策が上述のように提案されている。
(ハ)埋込磁石型永久磁石式電動機やリラクタンス型電動機のトルクを増大させる対策を実施する上での上述のような問題点を考慮すると、コア(鉄心)の強度を確保できるともに製造コストの点でも問題のない漏れ磁束低減対策を提供することが重要と考えられる。なお、このような漏れ磁束低減対策に関する課題は、上述の埋込磁石型永久磁石式電動機やリラクタンス型電動機だけでなく、回転機全般に共通するものである。
(ニ)本発明は、上記課題を解決して、回転機においてコアの強度を確保しつつ,漏れ磁束が回転機の特性に与える影響を低減させることができるようにすること、さらには、埋込磁石型永久磁石式電動機およびリラクタンス型電動機について製造コストと回転子の強度を保ったままトルクを増大させることができるようにすることを目的とする。
[本発明の実施形態]
(第1の実施形態)
(a)対象となる回転機の構成:
本発明の第1の実施形態による回転機の製造方法は、埋込磁石型永久磁石式電動機を対象としたものであり、その回転子の構成例を図1に示す。図1において、中心部に回転子軸用穴11を備えた回転子1を構成する回転子コア2には、回転子コア2の軸方向に貫通した開口部である永久磁石挿入用スロット12が1磁極当たり複数形成されるとともに各永久磁石挿入用スロット12に永久磁石13がそれぞれ挿入され、隣接する永久磁石挿入用スロット12の端部同士の間にはブリッジ部14a,14bが形成されているとともに、各永久磁石挿入用スロット12の両端部のうち,より外径側に位置する端部と回転子コア2の外周との間にはブリッジ部14cが形成されている。ここで、隣接する永久磁石挿入用スロット12の端部同士の間に形成されるブリッジ部については、より内径側に位置するブリッジ部をブリッジ部14aとし、より外径側に位置するブリッジ部をブリッジ部14bとしている。
上述の非特許文献1によれば、電磁鋼板に対する打ち抜き時のクリアランスを増加させると、打ち抜きによる剪断箇所の近傍部分での透磁率はより低下する。これは、クリアランスを増加させると、打ち抜き時に磁気特性が劣化する部分の領域(幅)が増加するとともに、劣化する部分における比透磁率の低下具合もより顕著になるためとされている。なお、上記のクリアランスとは図4におけるクリアランス33を指す。ここで、図4は電磁鋼板30の打ち抜きの様子を示す図であり、電磁鋼板30が、クリアランス33を設定したプレス機の下側のダイ31と上側のパンチ32とにより打ち抜き加工される途中の様子を模式的に示している。
このような条件で打ち抜かれてなる回転子コア用電磁鋼板10を積層して回転子コア2を構成し、回転子軸用穴11に回転子軸を挿入し、さらには永久磁石挿入用スロット12に永久磁石13を挿入することで電動機の回転子1を作製する。このようにして作製された回転子を、固定子コアとコイルを有する固定子と組み合わせることで実施例1の埋込磁石型永久磁石式電動機を作製する。
(第2の実施形態)
(a)対象となる回転機の構成:
本発明の第2の実施形態による回転機の製造方法も、第1の実施形態と同様に、埋込磁石型永久磁石式電動機を対象としたものであり、その回転子の構成は上述の図1〜2で説明した構成と同様である。
上述の非特許文献2によれば、プレス金型に塗布する単位面積当たりの潤滑剤の塗布量を増やした場合にも、打ち抜きによる剪断箇所の近傍部分での透磁率はより低下する。これは単位面積当たりの潤滑剤の量を増やすことで摩擦力の減少による切断性能の低下が起き、打ち抜き時に磁気特性が劣化する部分の領域(幅)が増加するとともに、劣化する部分における比透磁率の低下具合もより顕著になるためとされている。
このような条件で打ち抜かれてなる回転子コア用電磁鋼板10を積層して回転子コア2を構成し、回転子軸用穴11に回転子軸を挿入し、さらには永久磁石挿入用スロット12に永久磁石13を挿入することで電動機の回転子1を作製する。このようにして作製された回転子を、固定子コアとコイルを有する固定子と組み合わせることで実施例2の埋込磁石型永久磁石式電動機を作製する。
(第3の実施形態)
(a)対象となる回転機の構成:
本発明の第3の実施形態による回転機の製造方法は、リラクタンス型電動機を対象としたものであり、その回転子の構成例を図8に示す。図8において、中心部に回転子軸用穴111を備えた回転子101を構成する回転子コア102には、フラックスバリア用スリット112a,112b,112c,112d,112eが1磁極当たり複数層に間隔をおいて配置されるとともに回転子コアの中心方向に凸型をなすように形成され、フラックスバリア用スリット112a,112b,112c,112d,112eの両端部と回転子コア102の外周との間にはブリッジ部114a,114b,114c,114d,114eが形成されている。そして、さらに、フラックスバリア用スリット112a,112b,112c,112d,112e内には、回転遠心力による半径方向の膨張を拘束するために、半径方向に一列に補助ブリッジ部115a,115b,115c,115d,115dが形成されている。ここで、回転子コア102は、複数の回転子コア用電磁鋼板110を厚さ方向(回転子軸方向)に積層して構成されたものである。また、リラクタンス型電動機の全体構成としては、回転子101の外径側に、図示されない、固定子コアとコイルとを有する固定子が設けられる。なお、本発明の対象となるリラクタンス型電動機におけるフラックスバリア用スリットの配置構成および開口形状は図8の構成に限定されるものではない。
本発明の第3の実施形態による回転機の製造方法における漏れ磁束低減対策の構成は、埋込磁石型永久磁石式電動機を対象として説明した第1の実施形態における漏れ磁束低減対策の構成と同様である。すなわち、ブリッジ部114a,114b,114c,114d,114e、補助ブリッジ部115a,115b,115c,115d,115dの各近傍に位置する(図8において楕円状の破線で示される)クリアランス調整部120B,120Cが、図1におけるクリアランス調整部20B,20Cに相当する。
(第4の実施形態)
(a)対象となる回転機の構成:
本発明の第4の実施形態による回転機の製造方法も、第3の実施形態と同様に、リラクタンス型電動機を対象としたものであり、その回転子の構成は上述の図8で説明した構成と同様である。
本発明の第4の実施形態による回転機の製造方法における漏れ磁束低減対策の構成は、埋込磁石型永久磁石式電動機を対象として説明した第2の実施形態における漏れ磁束低減対策の構成と同様である。すなわち、ブリッジ部114a,114b,114c,114d,114e、補助ブリッジ部115a,115b,115c,115d,115dの各近傍に位置する(図8において楕円状の破線で示される)潤滑剤塗布量調整部121B,121Cが、図1における潤滑剤塗布量調整部21B,21Cに相当する。
[実施例と比較例との対比]
上記実施例1〜2の製造方法による埋込磁石型永久磁石式電動機の特性と対比するものとして、下記比較例の製造方法による埋込磁石型永久磁石式電動機を作製した。
(比較例)
板厚が0.5mmの無方向性電磁鋼板30を、プレス機により実施例1〜2と同じく図1(および図2(a))に示すような形状に打ち抜く。プレス金型における単位面積当たりの潤滑剤塗布量は全ての部位にわたって0.2g/m2とし、プレス金型におけるクリアランスは全ての部位にわたって10μmとする。また、打ち抜き速度は100mm/secとする。
(試験例)
上記実施例1〜2と比較例との各製造方法により作製した各埋込磁石型永久磁石式電動機のトルクを比較した結果を図9に示す。図9には、本発明の実施例1および実施例2において作製された各埋込磁石型永久磁石式電動機のトルクが、いずれも、比較例において作製された埋込磁石型永久磁石式電動機のトルクより大きいことが示されており、これにより、本発明によるトルク増大の効果を確認することができる。
[本発明の適用対象]
以上、本発明の製造方法を埋込磁石型永久磁石式電動機およびリラクタンス型電動機に適用した構成例を説明したが、本発明は、その適用対象が上記各電動機に限定されるものではなく、固定子および回転子の少なくとも一方のコアが、電磁鋼板を積層して構成されるコアであるような回転機全般に適用可能である。
2:回転子コア
10:回転子コア用電磁鋼板
11:回転子軸用穴
12:永久磁石挿入用スロット
13:永久磁石
14a,14b,14c:ブリッジ部
20B,20C:クリアランス調整部
21B,21C:潤滑剤塗布量調整部
30:電磁鋼板
31:プレス機のダイ
32:プレス機のパンチ
33:クリアランス
40a,40b,40c:不要な磁気回路
101:回転子
102:回転子コア
110:回転子コア用電磁鋼板
111:回転子軸用穴
112a,112b,112c,112d,112e:フラックスバリア用スリット
114a,114b,114c,114d,114e:ブリッジ部
115a,115b,115c,115d,115d:補助ブリッジ部
120B,120C:クリアランス調整部
121B,121C:潤滑剤塗布量調整部
Claims (5)
- 固定子および回転子の少なくとも一方のコアが、その少なくとも一部分が電磁鋼板を積層して構成されるコアである回転機の製造方法において、
前記電磁鋼板をプレス成形する際に、
プレス金型における、前記コアの軸方向に貫通した開口部を打ち抜く部位のうち、前記コアの漏れ磁束が発生する漏れ磁束発生領域に含まれる部分の少なくとも一部を打ち抜く部位を,クリアランス調整部とし、このクリアランス調整部のクリアランスを、前記クリアランス調整部以外の部分のクリアランスよりも大きくする
ことを特徴とする回転機の製造方法。 - 固定子および回転子の少なくとも一方のコアが、その少なくとも一部分が電磁鋼板を積層して構成されるコアである回転機の製造方法において、
前記電磁鋼板をプレス成形する際に、
プレス金型における、前記コアの軸方向に貫通した開口部を打ち抜く部位のうち、前記コアの漏れ磁束が発生する漏れ磁束発生領域に含まれる部分の少なくとも一部を打ち抜く部位を,潤滑剤塗布量調整部とし、この潤滑剤塗布量調整部への単位面積当たりの潤滑剤塗布量を、前記潤滑剤塗布量調整部以外の部分への単位面積当たりの潤滑剤塗布量よりも大きくする
ことを特徴とする回転機の製造方法。 - 固定子コアとコイルとを有する固定子と、電磁鋼板を積層して構成される回転子コアを有する回転子とを備えた回転機であって、
請求項1または2に記載の回転機の製造方法により製造された
ことを特徴とする回転機。 - 請求項3に記載の回転機において、
前記回転機は、回転子コアに前記開口部よりなる永久磁石挿入用スロットが複数形成されるとともに各永久磁石挿入用スロットに永久磁石がそれぞれ挿入された埋込磁石型永久磁石式電動機である
ことを特徴とする回転機。 - 請求項3に記載の回転機において、
前記回転機は、回転子コアに前記開口部よりなるフラックスバリア用スリットが回転子コアの中心方向に凸型をなすように形成されたリラクタンス型電動機である
ことを特徴とする回転機。
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