JPH11178296A

JPH11178296A - モータの回転子

Info

Publication number: JPH11178296A
Application number: JP36749297A
Authority: JP
Inventors: Tomofumi Takahashi; 伴文高橋; Minoru Kitabayashi; 実北林
Original assignee: Aichi Elec Co
Current assignee: Aichi Elec Co
Priority date: 1997-12-05
Filing date: 1997-12-05
Publication date: 1999-07-02

Abstract

(57)【要約】【目的】電磁鋼板から円形薄鉄板を打ち抜き、この薄
鉄板を多数積層して形成するモータの回転子において、
モータのトルク及び特性を向上させるとともに、トルク
脈動を抑制する。【構成】前記薄鉄板は、中心部に軸孔１２を備えると
ともに、複数の円弧状のスリット８ａ〜８ｃを該円弧の
凸側を軸心に向けて半径方向に間隔を置いて設けたスリ
ット群８を円周方向に複数配置して成り、各スリット群
８の円周方向中央の軸心から最も遠い部分には、半径方
向へ両凸に形成したスリット８ｄを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般にマルチフラック
スバリア形と称されるシンクロナスリラクタンスモータ
の構成に関するものであり、特に量産性に優れた回転子
の構成に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】シンクロナスリラクタンスモータは、ｄ
軸インダクタンスＬｄとｑ軸インダクタンスＬｑとの差
に依存してトルクを発生するようになっている。従っ
て、回転子構造は、ｄ軸となる極中央部のインダクタン
スを大きく、ｑ軸となる極間部のインダクタンスを小さ
くして突極比が大きくなるように構成するため、円弧状
に形成したフラックスバリアを該円弧の凸側を軸心側へ
向けて多層に配置して構成される。このようなリラクタ
ンスモータに関しては、例えば平成９年電気学会全国大
会講演論文集の論文番号１１５２に記載されている。

【０００３】上記回転子の構成は、フラックスバリアと
なる高磁気抵抗材と磁路となる高透磁率材とを交互に回
転軸と平行に積層してボルトや接着剤等によって固定す
る構成が一般的であるが、高速回転に供する場合の遠心
力や加減速に対する回転子強度が問題となることから、
強磁性体よりなる回転子鉄心の内部に軸方向に延びる複
数のスリットを設け、このスリット内に存在する空気や
スリット内へ挿着した高磁気抵抗材によってフラックス
バリアを形成するものが提案されている。この場合、順
送プレス型によって電磁鋼板からスリットを備えた回転
子用薄鉄板を打ち抜き、これを軸方向に多数積層して固
着する構成がコスト的に有利である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記スリットによるフ
ラックスバリアを備えた回転子においては、ｑ軸となる
極間部に鉄心を抜き残すと、ｑ軸インダクタンスが増加
して、突極比が小さくなってモータのトルクが低下して
しまう。またｑ軸となる極間部の鉄心を抜き落とすと、
回転子外周部に鉄心の凹凸が生じて、トルク脈動が大き
くなってモータの振動や騒音が増大するとともに、回転
子をオイル等の液中で回転させるモータ等の場合は、回
転抵抗が大きくなってモータ特性が悪化するといった欠
点が存在する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、電磁鋼板から
円形薄鉄板を打ち抜き、この薄鉄板を多数積層して形成
するモータの回転子において、次のような特徴を備えて
いる。即ち、前記薄鉄板は、中心部に軸孔を備えるとと
もに、複数の円弧状のスリットを該円弧の凸側を軸心に
向けて半径方向に間隔を置いて設けたスリット群を備え
ている。前記スリット群は、円周方向に極数に等しい数
配設される。そして前記各スリット群の円周方向中央、
即ちｑ軸における軸心から最も遠い部分には、半径方向
へ両凸に形成したスリットを設けるものである。

【０００６】また、前記半径方向へ両凸に形成したスリ
ットにおける半径方向外側の縁部と前記薄鉄板の円形外
周縁との間に、ほぼ均一且つ狭幅の鉄部分（以下、ブリ
ッジ部と称す）を抜き残すとともに、前記半径方向へ両
凸に形成したスリットの半径方向外側と内側の鉄部分を
橋絡する狭幅の鉄部分（以下、補強部と称す）を抜き残
すようにするものである。

【０００７】

【作用】上記半径方向へ両凸に形成したスリットの存在
によって、ｑ軸インダクタンスが減少し、突極比が大き
くなってモータのトルクが増加する。また、上記ブリッ
ジ部によって回転子外周部の磁気的な凹凸が緩和され
て、トルク脈動が抑制される。同時に、回転子外周部に
物理的な凹凸がないため、回転抵抗に起因する損失が小
さくなって、モータ効率等の特性が向上する。また、上
記補強部の存在によって、遠心力や衝撃に対するブリッ
ジ部の機械的強度が維持される。

【０００８】

【実施例】図１は本発明の実施例を示すシンクロナスリ
ラクタンスモータの平面断面図であり、固定子１と、こ
の固定子の内周部とエアギャップ６を介して対向する回
転子１０より構成されている。固定子１は、固定子鉄心
２の外周部が図示しないフレーム等に固定され、回転子
１０は、回転子鉄心７の中心に嵌入された軸１２が図示
しない軸受によって回動自在に支持されている。

【０００９】固定子鉄心１及び回転子鉄心７は、板厚が
０．３５ｍｍ，０．５０ｍｍ等の無方向性電磁鋼板を順
送プレス型によって所定形状に打ち抜き、この薄鉄板を
軸方向に多数積層することによって形成されており、各
薄鉄板に設けた切り起こし突起を積層方向に隣接する薄
鉄板相互でからませて固着する周知のクランプ手段１
３，１４によってそれぞれ固定されている。

【００１０】固定子鉄心２の内周部には、多数の歯部３
と、この各歯部間に打ち抜かれたスロット４がそれぞれ
設けられている。各スロット４には絶縁紙を介してコイ
ル５が巻装され、図１の実施例の場合、回転子の極数と
同数の４極のコイル構成が採用される。

【００１１】回転子鉄心７は、円形外周縁を有する薄鉄
板の積層体となっている。そして回転子鉄心７の内部に
はフラックスバリアとなる複数の円弧状のスリットが打
ち抜かれており、各円弧の凸側を軸心に向けて形成した
８ａ，８ｂ，８ｃの各スリットと、矢印ｑにて示される
ｑ軸における軸心から最も遠い部分に設けられた半径方
向へ両凸に形成したスリット８ｄの合計４個のスリット
を一つのスリット群８として、このスリット群８を円周
方向に４等配で配置してある。これら８ａ〜８ｄのスリ
ット間には、回転子鉄心７による円弧状の磁路９（９ａ
〜９ｄ）が抜き残されており、この結果、図中矢印ｄで
示される磁路９ａの中央を極中心とし、矢印ｑで示され
るスリット８ｄの中央を極間とする極が４個生じること
になる。

【００１２】図２は、図１のモータにおける回転子の要
部を示している。半径方向へ両凸に形成したスリット８
ｄの存在によって、ｑ軸の磁気抵抗が増大されるのでｑ
軸インダクタンスが減少し、突極比が大きくなってモー
タのトルクを増加させることができる。一方、スリット
８ｄの半径方向外側の縁部と回転子鉄心７の円形外周縁
との間には、ほぼ均一且つ狭幅のブリッジ部１５が抜き
残されており、このブリッジ部１５の存在によって、ス
リット８ｄを設けたことに伴う回転子外周部の磁気的な
凹凸が緩和されて、トルク脈動が抑制される効果が生じ
るようになっている。同時に、回転子外周部に物理的な
凹凸がないため、回転抵抗に起因する損失が小さくなっ
て、モータ効率等の特性が向上する。特に回転子をオイ
ル等の液中で回転させるようなモータにおいては、非常
に効果的な構成となる。

【００１３】尚、図１及び図２において、１１は回転子
鉄心７をかしめて強固に保持するためのカシメピンであ
り、回転子鉄心内を軸方向に貫通している。このカシメ
ピン１１は、必要に応じてスリット８ａ〜８ｄに高磁気
抵抗材を装着するような場合において、回転子鉄心７の
軸方向端部に端板を取り付けて蓋をするような構成にお
いては特に必要とされる。

【００１４】図３は、図２と異なる実施例を示すもので
あり、スリット８ｄの外側に位置するブリッジ部１５
と、内側に位置する磁路９ｄの両鉄部分を橋絡する狭幅
の補強部１６を抜き残したものである。このような構成
により、遠心力に対するブリッジ部１５の機械的強度を
大きくすることができる。また、モータの製造過程等に
おいて、回転子のブリッジ部１５を誤ってぶつけたり、
あるいは回転子を落下させたりしたとき、補強部１６の
存在によってブリッジ部１５にへこみ等が生じ難いた
め、回転子のバランスが崩れるのが防止されるものであ
る。一般にブリッジ部１５や補強部１６の幅は、狭く形
成して突極比を大きく設定するのが好ましいのである
が、上記機械的強度や、さらには打ち抜きの容易性等を
考慮して決定する。

【００１５】図４は、図２に示す回転子を用いた場合
と、図３に示す回転子を用いた場合のそれぞれのモータ
のトルクを比較した磁界解析結果であり、実線Ｔａは図
２の回転子の場合、破線Ｔｂは図３の回転子の場合をそ
れぞれ示している。このモータは、固定子が外径φ１０
５ｍｍで３相４極のコイル構成とし、回転子が外径φ５
５．４ｍｍであり、鉄心積層厚が６０ｍｍ、エアギャッ
プ寸法が０．３ｍｍとなっており、固定子に対して例え
ばＵ−Ｖ直流通電を行って回転子が静止する位置を０゜
とし、定格電流値近辺の一定電流にてＵ−Ｖ直流通電を
継続しつつ回転子を一定の方向へ回転させていった場合
に、回転子の回転した機械角θに対するトルクＴの絶対
値を示したものである。尚、補強部１６の幅は、回転子
鉄心７を構成する薄鉄板の板厚と同じ０．５ｍｍとし
た。

【００１６】図４に示す解析結果より、トルクＴａと比
較したトルクＴｂの落ち込みは非常に少ないものとなっ
ている。このようなモータにおいては、例えばＵ−Ｖ通
電区間は電気角６０゜即ち機械角３０゜の区間が設定さ
れ、一般に高トルクを得るためにトルクの山の中央部近
辺が通電区間に設定される。図４の場合、定格トルクに
対する平均トルクの落ち込みを計算すると１％未満であ
り、実用上支障のない範囲であることが確認された。

【００１７】尚、上記補強部１６は、回転子鉄心７を構
成する全ての薄鉄板に設けなくても、例えば数枚おきに
打ち抜くようにしたり、補強部１６を備えたものと備え
ないものとを交互に打ち抜くように構成してもよい。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、半径方向へ両凸に形成
したスリットの存在によって、回転子外周部は円形に維
持したままで、ｑ軸インダクタンスを減少させて突極比
を大きくすることができる。従って、モータのトルクが
増加するとともに、回転抵抗に起因する損失が小さくな
って、モータ効率等の特性を向上させることができる。
また、ブリッジ部の存在によって、回転子外周部の磁気
的な凹凸が緩和されてトルク脈動が抑制されて、モータ
の振動や騒音が低減される効果を奏する。

【００１９】また、補強部の存在によって、遠心力や衝
撃に対するブリッジ部の機械的強度が補強され、同時に
回転バランスの維持された回転子を構成できる。これら
の特長は、電磁鋼板からスリットを備えた薄鉄板を打ち
抜いて積層して構成するタイプの回転子において、製造
容易にして実現されるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すモータの平面断面図。

【図２】図１の回転子の詳細を示す要部平面断面図。

【図３】本発明の別の実施例を示す回転子の要部平面断
面図。

【図４】回転子位置に対するモータトルクの変化を示す
特性図。

【符号の説明】１…固定子、２…固定子鉄心、６…エアギャップ、７…
回転子鉄心、８…スリット群、８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ
…スリット、９…回転子磁路、１０…回転子、１２…
軸、１５…ブリッジ部、１６…補強部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電磁鋼板から円形薄鉄板を打ち抜き、こ
の薄鉄板を多数積層して形成するモータの回転子におい
て、前記薄鉄板は、中心部に軸孔を備えるとともに、複
数の円弧状のスリットを該円弧の凸側を軸心に向けて半
径方向に間隔を置いて設けたスリット群を円周方向に複
数配置して成り、前記各スリット群の円周方向中央の軸
心から最も遠い部分には、半径方向へ両凸に形成したス
リットを設けたことを特徴とするモータの回転子。
【請求項２】前記半径方向へ両凸に形成したスリット
における半径方向外側の縁部と前記薄鉄板の円形外周縁
との間に、ほぼ均一且つ狭幅の鉄部分を抜き残すととも
に、前記半径方向へ両凸に形成したスリットの半径方向
外側と内側の鉄部分を橋絡する狭幅の鉄部分を抜き残し
たことを特徴とする請求項１記載のモータの回転子。