JPH09163647A - 永久磁石回転子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁束利用効率を向上させ、かつ、高寸法精度
・高信頼性の永久磁石回転子を提供する。 【解決手段】 鋼板を全体として柱状に積層した回転子
鉄心３に、横断面円弧状の永久磁石４を回転軸に対して
凸となる向きに回転軸と平行に複数個配設し、各永久磁
石４の外側の鉄心外ヨーク部分１１に磁束の通過を阻む
スリット６を設けた永久磁石回転子において、スリット
６を打ち抜いた鉄心外ヨーク１１の残りの桟幅のうち、
外周側桟幅Ｗ1 が鋼板の板厚ｔとほほ等しい寸法とな
り、かつ、外周側桟幅Ｗ1 と内周側桟幅Ｗ2 の関係がＷ
1 ＞Ｗ2 となるように、スリット６の大きさ及び打抜き
位置を調整した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ケイ素鋼板を積層
した回転子鉄心を有し、この回転子鉄心中に永久磁石を
挿入・固定した永久磁石形モータの永久磁石回転子に係
り、特に固定子巻線電流によって生じた磁束のうち、回
転駆動力に寄与しない回転子鉄心を通る磁束の割合を減
少させるスリットを設けた永久磁石回転子に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、磁極の磁束を集中させて回転数
の制御を容易した永久磁石回転子が使用されている。こ
の永久磁石回転子は、ケイ素鋼板を円柱状に積層して回
転子鉄心を形成し、この回転子鉄心中に永久磁石片を複
数挿入したものである。このように鉄心中に永久磁石片
を挿入することにより、永久磁石の端部との距離が短い
回転子外周面に磁束が集中し、回転数の制御が容易にな
る。

【０００３】このタイプの永久磁石回転子は、固定子巻
線電流によって磁束を発生し、その磁束を永久磁石の磁
極に作用させて大きな駆動力を発生させる。しかし、固
定子巻線電流によって生じた磁束の一部は、回転子鉄心
（鋼板部分）を通過して永久磁石の磁極部の吸引・反発
に寄与せず、磁束の利用効率を低下させる。この磁束の
利用効率改良のために従来から種々の提案がされてい
た。

【０００４】本願出願人は、上記永久磁石回転子の磁束
効率を高めるため、回転子鉄心に逆円弧状の永久磁石片
を挿着し、永久磁石の外側の鉄心外ヨーク部分に半径方
向に長い開口形状のスリットを設けた永久磁石回転子
を、先に提案した。

【０００５】図６は、本願出願人が提案した永久磁石回
転子を有する永久磁石形モータの横断面を示している。
図６において、永久磁石回転子２０は、円形のケイ素鋼
板を積層した回転子鉄心２１を有し、この回転子鉄心２
１に横断面円弧状の４個の永久磁石２２を回転中心Ｏに
対して凸となるように、かつ、回転軸に平行に配設して
いる。

【０００６】各永久磁石２２の半径方向外側の鉄心外ヨ
ーク２３には、それぞれ１つの半径方向に長い細長い開
口形状のスリット２４が打ち抜かれている。

【０００７】永久磁石回転子２０の外側には、固定子が
設けられて、固定子の磁極２４は永久磁石回転子２０の
外周面とわずかの間隙を開けて配置されている。

【０００８】この永久磁石回転子によれば、スリット２
４がない場合にこの部分を通過する固定子巻線２５によ
る磁束φは、スリット２４によって通過を阻止される。
スリット２４によって通過を阻止された磁束は、一部ス
リット２４の外周側桟２６と内周側桟２７を通過する
が、大部分は永久磁石２４の磁極を通過し、永久磁石回
転子２０の回転に寄与するようになる。

【０００９】これにより、固定子巻線２５によって生じ
た磁束の利用効率が向上させ、高効率の永久磁石形モー
タを得ることができた。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記出願人が
提案した永久磁石回転子は、永久磁石回転子の寸法精
度、製造性等については未解決の部分があった。

【００１１】すなわち、先に提案した永久磁石回転子で
は、スリットの形状や半径方向の抜き位置が未定であっ
たため、スリットの半径方向外端部を可能な限り回転子
鉄心の外周面に近づけようとする傾向があった。すなわ
ち、スリットを打ち抜いた鉄心外ヨークの残りの桟幅の
うち、外側の桟幅を可能な限り小さくする傾向があっ
た。

【００１２】これは、スリットの外側の桟幅が、通過す
る磁束の数にほぼ比例し、外側桟幅が小さいほど回転子
鉄心を通過する磁束の数が少なくなり、磁束の利用効率
が高くなるからであった。

【００１３】しかし、回転子鉄心の外周に接近してスリ
ットを打ち抜いた場合、スリットを打ち抜くためのプレ
ス力によって回転子鉄心の外周面の一部が膨出すること
があった。

【００１４】回転子鉄心の外周面と固定子の内周面間の
間隙は、モータの出力を向上させるために、一般的に可
能な限る小さくしている。このため、前記回転子鉄心の
外周面に膨出部がある場合、不良品が発生したり、膨出
部を考慮した結果、回転子鉄心の外周面と固定子の内周
面間の間隙を広く設定して、かえってモータの効率を低
下させる原因となった。

【００１５】また、スリットの外側の桟幅が強度上必要
以上に狭くなっている場合は、永久磁石回転子の高速回
転時の遠心力によって回転子鉄心の一部が破損する可能
性があった。

【００１６】そこで、本願発明が解決しようとする課題
は、上記従来技術を鑑み、磁束利用効率を向上させ、か
つ高寸法精度・高信頼性の永久磁石回転子を提供するこ
とにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本願請求項１に係る永久磁石回転子は、鋼板を全体
として柱状に積層した回転子鉄心に、横断面円弧状の永
久磁石を回転軸に対して凸となる向きに回転軸と平行に
複数個配設し、各永久磁石の外側の鉄心外ヨーク部分に
磁束の通過を阻むスリットを設けた永久磁石回転子にお
いて、前記スリットを打ち抜いた前記鉄心外ヨークの残
りの桟幅のうち、外周側桟幅Ｗ1 が鋼板の板厚ｔとほほ
等しい寸法となり、かつ、外周側桟幅Ｗ1 と内周側桟幅
Ｗ2 の関係がＷ1 ＞Ｗ2 となるように、前記スリットの
大きさ及び打抜き位置を調整したことを特徴とするもの
である。

【００１８】上記請求項１の永久磁石回転子によれば、
外周側桟幅Ｗ1 を鋼板の板厚ｔとほぼ等しくしているの
で、十分な強度を有し、スリットの打ち抜きのプレスの
力によって回転子鉄心の外周面が膨出することを防止す
ることができる。

【００１９】また、外周側桟を通過する磁束の数を制限
でき、これによって固定子巻線によって生じた磁束の利
用効率を向上させることができる。

【００２０】さらに、内周側桟幅Ｗ2 ＜外周側桟幅Ｗ1
としてので、内周側桟幅Ｗ2 はプレスによって永久磁石
挿入用の孔の内方に膨出し、この膨出部は永久磁石の挿
入を容易にするとともに、挿入後の永久磁石と係合して
その脱落を防止することができる。

【００２１】本願請求項２に係る永久磁石回転子は、上
記請求項１の永久磁石回転子において、前記スリットの
周方向両側に前記回転子鉄心の鋼板を結合するカシメ突
起を設けたことを特徴とするものである。

【００２２】上記請求項２の永久磁石回転子によれば、
スリットの周方向両側に設けたカシメ突起は、鋼板同士
を結合させると共に、スリットの両側にあって外周側桟
を補強し、外周側桟の膨出を防止することができる。

【００２３】本願請求項３に係る永久磁石回転子は、上
記請求項２に係る永久磁石回転子において、前記カシメ
突起は、結合するために隣接する鋼板に一部圧入される
剪断力作用面を有し、この剪断力作用面は回転子の回転
中心を通る半径方向直線とほぼ９０゜の角度をなすこと
を特徴とするものである。

【００２４】上記請求項３の永久磁石回転子によれば、
カシメ突起の剪断力作用面が回転子の回転中心を通る半
径方向直線とほぼ９０゜の角度をなしている。剪断力作
用面は、鋼板の厚さ方向に段差を形成し、これによっ
て、磁束の通過を困難にすることができる。すなわち、
本永久磁石回転子によれば、鉄心外ヨークを通過する磁
束を横断する形に剪断力作用面が配設され、これによっ
て、この部分を通過する多くの磁束を阻止し、磁束の利
用効率を向上させることができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態について
願書に添付した図面を用いて以下に説明する。図１は、
本発明による永久磁石回転子の一実施態様を示してい
る。このうち、図１（ｂ）は永久磁石回転子の全体、図
１（ａ）は、永久磁石回転子の回転軸と直交する横断面
を示している。

【００２６】本実施態様の永久磁石回転子１は、円形の
ケイ素鋼板２を多数積層した円柱状の回転子鉄心３に、
横断面円弧状の４つの永久磁石４を挿入・固定したもの
である。

【００２７】ケイ素鋼板２は、ケイ素鋼板をプレスによ
り、外形、永久磁石挿入用孔５、磁束の通過を阻止する
スリット６、回転軸用孔７、通しボルト用孔８、永久磁
石係止用孔９を打ち抜き、同時に、カシメ突起１０によ
って型内で順次積層されて、回転子鉄心３を形成する。

【００２８】永久磁石４は、永久磁石挿入用孔５と整合
する円弧状の横断面を有し、回転子鉄心３の永久磁石挿
入用孔５に回転軸とほぼ平行に軽圧入される。この際、
永久磁石係止用孔９の外側部分は永久磁石を弾力的に係
止することができる。

【００２９】回転子鉄心３に永久磁石４を挿着した後
は、図示しない端板によって回転子鉄心３の両端面を覆
い、さらに通しボルトによってこれらを一体に緊結して
永久磁石回転子１が完成する。

【００３０】図２は、スリット６周辺の構成を拡大して
示している。本実施形態のスリット６は、永久磁石４の
半径方向外側の鋼板部分（この部分を鉄心外ヨーク１１
という）に打ち抜かれ、永久磁石回転子１の半径方向に
長い細長い開口形状を有している。

【００３１】スリット６を打ち抜いた鉄心外ヨーク１１
の残りの桟幅のうち、外周側桟幅Ｗ1 は、ケイ素鋼板の
板厚ｔとほほ等しい寸法を有し、かつ、外周側桟幅Ｗ1
と内周側桟幅Ｗ2 は、Ｗ1 ＞Ｗ2 の関係を有している。

【００３２】また、カシメ突起１０は、図３に示すよう
に、結合するために隣接するケイ素鋼板に一部圧入され
る剪断力作用面１２を有し、この剪断力作用面１２は図
２に示すように、回転子の回転中心Ｏを通る半径方向の
直線Ｘ−Ｘ’とほぼ９０゜の角度をなしている。

【００３３】次に上記構成の永久磁石回転子１の作用に
ついて図４を用いて以下に説明する。本実施形態の永久
磁石回転子１のように、スリット６の外周側桟幅Ｗ1
を、ケイ素鋼板の板厚ｔとほほ等しい寸法とし、かつ、
外周側桟幅Ｗ1 ＞内周側桟幅Ｗ2 とすることにより、外
周側桟幅部分は十分な強度を有し、回転子鉄心３の外周
面に膨出部を形成することがない。本実施形態では、さ
らにスリット６の周方向両側にカシメ突起１０を設けて
いるので、カシメ突起１０が外周側桟幅部分を補強し、
回転子鉄心３の外周面が膨出することを防止することが
できる。

【００３４】これにより、永久磁石回転子１の寸法精度
が向上し、固定子側磁極１４と回転子鉄心３外周面の間
隙を可能な限り最小になり、これによって高効率の永久
磁石形モータを構成することができる。

【００３５】また、外周側桟幅Ｗ1 をほぼ板厚ｔと等し
くすることにより、この部分を通過する磁束を所定数以
下に抑えることができる。これは、外周側桟幅はｔ×ｔ
の断面積のみを有しているので、一定数の磁束が通過し
た後は磁束の飽和状態になり、それ以上に磁束が通過す
ることがないからである。

【００３６】また、内周側桟幅Ｗ2 は、外周側桟幅Ｗ1
より狭い幅を有しているので、スリット６を打ち抜くプ
レスの力によって図４に示すように永久磁石挿入用孔５
の内方に突出する膨出部１３を形成することができる。
この膨出部１３は、永久磁石４の挿入を容易にすると共
に、挿入された永久磁石４の外側の面と係合し、永久磁
石４の脱落を防止することができる。

【００３７】さらに、上記構成を有する永久磁石回転子
１は、鉄心外ヨーク１１を通過する磁束を制限すること
ができる。すなわち、図４に点線で示す磁束は、本願発
明によるスリット６やカシメ突起１０がなければ、鉄心
外ヨーク１１をそのまま通過し、固定子巻線電流によっ
て生じた磁束の利用効率を低下させる。

【００３８】しかし、図４に示すように、外周側桟幅Ｗ
1 を通過する磁束φ1 は、外周側桟幅Ｗ1 の断面積が限
られているので、所定数以上には通過することができな
い。また、スリット６を打ち抜いた部分を通過する磁束
φ2 は、スリット６によって通過が阻まれる。さらに、
カシメ突起１０を設けた部分を通過する磁束φ3 は、カ
シメ突起１０の剪断力作用面１２によって通過が阻まれ
る。

【００３９】これらの通過ができない磁束は多少湾曲し
ながら、結局永久磁石４の磁極を通過するようになる。
これにより、永久磁石４に力を作用させることができ、
磁束の利用効率を向上させることができる。

【００４０】上述実施形態では、１つの鉄心外ヨークに
つき、半径方向に長い細長い開口形状のスリットを１つ
設けた永久磁石回転子について説明したが、本発明は上
記形状のスリットに限られない。

【００４１】図５にすでに説明した実施形態の永久磁石
回転子と、種々の開口形状のスリットを有する永久磁石
回転子とを比較して示す。なお、同一部分については同
一の符号を付して示す。

【００４２】図５（ａ）は、すでに説明した永久磁石回
転子であって、半径方向に長い細長い開口形状のスリッ
ト６を１つ有して場合である。これに対して図５（ｂ）
は、１つの鉄心外ヨーク１１に半径方向に長い細長い開
口形状のスリット１５を３つ設けた場合を示している。
次に、図５（ｃ）は、半径方向に拡開するスリット１６
を１つ設けた場合を示している。次に、図５（ｄ）は、
回転中心Ｏに向かって放射状に広がる３つのスリット１
７を設けた場合を示している。さらに、図５（ｅ）は、
Ｔ字状のスリット１８を１つ設けた場合を示している。
最後に図５（ｆ）は、両カシメ突起１０の内側に回転中
心Ｏに向かって放射状に広がるスリット１９を一対設け
た場合を示している。

【００４３】上記いずれの場合も、外周側桟幅Ｗ1 と内
周側桟幅Ｗ2 は、Ｗ1 が鋼板の板厚とほぼ等しいとした
ときに、Ｗ1 ＞Ｗ2 の関係を満たし、鉄心外ヨーク１１
を通過する磁束の数を制限する作用・効果は変わらな
い。

【００４４】

【発明の効果】上記説明から明らかなように、本願請求
項１による永久磁石回転子によれば、外周側桟幅Ｗ1 と
内周側桟幅Ｗ2 の関係を、Ｗ1 が鋼板の板厚ｔとほぼ等
しいとしたときに、外周側桟幅Ｗ1 ＞内周側桟幅Ｗ2 と
したので、外周側桟部分の構造上の強度が増大し、スリ
ット打抜きによる永久磁石回転子外周面の膨出を防止す
ることができると共に、内周側桟部分に永久磁石を係止
する膨出部を形成することができる。

【００４５】また、本願出願人が先に提案した永久磁石
回転子同様、スリットと、幅の狭い外周側桟と、内周側
桟とにより、鉄心外ヨークを通過する磁束を阻止でき、
固定子巻線電流によって生じた磁束の利用効率を向上さ
せることができる。

【００４６】以上により、高寸法精度、高製造性、高効
率の永久磁石回転子を得ることができる。

【００４７】本願請求項２の永久磁石回転子によれば、
上記請求項１の永久磁石回転子において、スリットの周
方向両側にカシメ突起を設けているので、外周側桟部分
が半径方向外側に膨出することを確実に防止でき、本願
発明の永久磁石回転子を高い信頼性の下に得ることがで
きる。

【００４８】本願請求項３の永久磁石回転子によれば、
上記請求項２の永久磁石回転子において、カシメ突起の
剪断力作用面を回転中心を通る半径方向直線とほぼ９０
゜の角度をなすように設けているので、磁束の通過を剪
断力作用面によって阻止し、さらに磁束の利用効率の向
上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による永久磁石回転子の全体と横断面を
示した図。

【図２】本発明による永久磁石回転子の鉄心外ヨーク部
分を拡大して示した図。

【図３】本発明による永久磁石回転子のカシメ突起の半
径方向の縦断面図。

【図４】本発明による永久磁石回転子の作用と効果を説
明した図。

【図５】種々の開口形状のスリットを有する永久磁石回
転子を例示した横断面図。

【図６】本願出願人が先に提案した永久磁石回転子を有
する永久磁石形モータの横断面図。

【符号の説明】 １ 永久磁石回転子 ２ ケイ素鋼板 ３ 回転子鉄心 ４ 永久磁石 ６ スリット １０ カシメ突起 １１ 鉄心外ヨーク １２ 剪断力作用面 １３ 膨出部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋼板を全体として柱状に積層した回転子鉄
   心に、横断面円弧状の永久磁石を回転軸に対して凸とな
   る向きに回転軸と平行に複数個配設し、各永久磁石の外
   側の鉄心外ヨーク部分に磁束の通過を阻むスリットを設
   けた永久磁石回転子において、 前記スリットを打ち抜いた前記鉄心外ヨークの残りの桟
   幅のうち、外周側桟幅Ｗ1 が鋼板の板厚ｔとほほ等しい
   寸法となり、かつ、外周側桟幅Ｗ1 と内周側桟幅Ｗ2 の
   関係がＷ1 ＞Ｗ2 となるように、前記スリットの大きさ
   及び打抜き位置を調整したことを特徴とする永久磁石回
   転子。
2. 【請求項２】前記スリットの周方向両側に前記回転子鉄
   心の鋼板を結合するカシメ突起を設けたことを特徴とす
   る請求項１に記載の永久磁石回転子。
3. 【請求項３】前記カシメ突起は、結合するために隣接す
   る鋼板に一部圧入される剪断力作用面を有し、この剪断
   力作用面は回転子の回転中心を通る半径方向直線とほぼ
   ９０゜の角度をなすことを特徴とする請求項２に記載の
   永久磁石回転子。