JP2005057865A

JP2005057865A - 回転子の構造

Info

Publication number: JP2005057865A
Application number: JP2003285054A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kato; 崇加藤; Minoru Arimitsu; 有満　　稔; Hiroyuki Tsuboi; 浩之坪井
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-08-01
Filing date: 2003-08-01
Publication date: 2005-03-03

Abstract

【課題】スキューして構成した磁石間での磁束の短絡を防止することができ、回転電機の性能を向上することができる回転子の構造を提供する。
【解決手段】磁性体の板を積層してなる積層コア２、３の積層方向に複数の磁石５を貫通して設けた構造であって、積層コアの中央部で磁石位置をスキューさせた構造の回転子１１において、スキュー部分に非磁性体の層４を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば駆動用の回転電機等に用いられる、磁性体の板を積層してなる積層コアの積層方向に複数の磁石を貫通して設けた構造であって、積層コアの中央部で磁石位置をスキューさせた構造の回転子に関するものである。

従来、例えば産業機器等の駆動用として用いられるＡＣサーボモータの一例として、回転軸を有し、複数のリング型極異方性マグネットの磁極を所定量ずらして（スキューして）設置した構造の回転子と、この回転子の周囲に固定して設けられた固定子と、からなるモータが知られている（例えば、特許文献１）。本例では、複数のリング型極異方性マグネットの磁極を所定量ずらして設置した構造の回転子により、コギングトルクを低減したＡＣサーボモータを得ている。

また、このリング型極異方性マグネットからなる回転子の代わりに、図５にその一例を示すように、磁性体からなる板を積層してなる積層コア５１（図では、便宜上、積層された磁性体からなる板の部分を透明とする）の積層方向に複数の磁石５２を貫通して設けた構造であって、積層コア５１の中央部で磁石５２の軸方向の位置を角度θのスキュー角度でスキューさせた構造の回転子を使用した回転電機も知られている。
特開平８−３４０６５２号公報

図５に示す構造の回転電機では、本来、軸と直交する磁束φｐが回転電機に回転を与える。ところが、図６に示すように、一方の磁石５２と他方の磁石５２とをスキューすることにより、一方の磁石５２のＳ極と他方の磁石５２のＮ極とが近くなり、軸方向（紙面に垂直な方向）に磁束φｖが流れ、その分が回転のための磁束φｐから差し引かれてしまう問題があった。その結果、回転電機の出力が低下し、性能低下につながっていた。

本発明の目的は上述した課題を解消して、スキューして構成した磁石間での磁束の短絡を防止することができ、回転電機の性能を向上することができる回転子の構造を提供しようとするものである。

本発明の回転子の構造は、磁性体の板を積層してなる積層コアの積層方向に複数の磁石を貫通して設けた構造であって、積層コアの中央部で磁石位置をスキューさせた構造の回転子において、スキュー部分に非磁性体の層を形成したことを特徴とするものである。

本発明の回転子の構造にあっては、回転子のコギングトルクを低減すべく軸方向の中央部で回転子の積層コア及び磁石がスキューしている構造において、スキューにより周方向位相のずれた磁石間で磁束の短絡が発生してしまうという問題があったが、スキュー部分に非磁性体の層を形成することで磁束の短絡を防止することができ、回転電機の性能を向上することができる。

なお、本発明の回転子の構造にあっては、非磁性体の層が空気の層であっても良い。このように構成すれば、簡単に非磁性体の層を構成することができる。

また、本発明の回転子の構造にあっては、非磁性体の層がステンレス板からなる層であっても良い。このように構成すれば、ステンレス板は積層コアを構成する電磁鋼板とほぼ同様の強度や熱膨張係数を有しているため、電磁鋼板中にステンレス板を挟んで積層コアを構成しても両者の材料の差に基づく不具合が発生しない。

さらに、本発明の回転子の構造にあっては、ステンレス板の両面にノッチを立て、ノッチをステンレス板の両面に接する積層コアのノッチ位置決め孔に係合させることで、非磁性体の層を挟む両磁石の間のスキュー角度を規定しても良い。このように構成すれば、回転子のスキュー部分に挟まれたステンレス板にはプレス成型等により両面にノッチが設けられ、積層コアの永久磁石と積層鋼板間のエアギャップ部分がある場合は、そのエアギャップ部分をノッチ位置決め孔として使用してノッチを突き当てることで、簡単に積層コアのスキュー角度の位置出しができる。

図１（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明に係る回転子の構造の一例を説明するための図であり、図１（ａ）はその軸断面図（図面を見やすくするために、すべての部材の断面にはハッチングを付していない）の一例を示し、図１（ｂ）は非磁性体の層の一例を示している。図１（ａ）、（ｂ）に示す例において、回転子１１は、出力軸１に、電磁鋼板を積層して形成された積層コア２と、同じく電磁鋼板を積層して形成された積層コア３と、二つの積層コア２および３の間の積層コアの中央部分に設けられた非磁性体のステンレス板４と、が焼嵌めされて構成されるとともに、積層コア２および３の積層方向に設けられた穴部には、複数の永久磁石５が固定されて構成されている。ここで、ステンレス板４は、図１（ｂ）に示すように、中心に回転軸１が貫通する穴部を有する円板形状を有している。

また、本発明の回転子１１では、積層コア２と積層コア３とが周方向角度位置においてスキューして形成されている。すなわち、図２（ａ）、（ｂ）にその一例を示すように、回転子１１に固定される永久磁石５を、積層コア２と積層コア３に対応させて軸方向で分割し、周方向のずれ角度であるスキュー角がθとなるようなスキューを持たせることにより、図示しない固定子と回転子間のコギングトルクを低減させている。さらに本例では、積層コア２および積層コア３に構成した穴部に永久磁石５を固定する際、穴部の形状と永久磁石５の形状とを一致させず、エアギャップ６が形成されている。このように、スキューを持つ積層コア２と積層コア３との間、言い換えると、積層コア２と積層コア３とで構成される積層コア全体の中央部において、非磁性体の層としてのステンレス板４を設ける点が本発明の特徴となる。

本発明の回転子の構造では、上述したように、磁性体の板を積層してなる積層コア２、３の積層方向に複数の磁石５を貫通して設けるとともに、積層コア２、３の中央部で磁石位置をスキューさせた構造であって、スキュー部分に非磁性体の層（ここではステンレス板４）を形成した点が特徴となる。このような構造を有する回転子では、スキュー部分に非磁性体の層を形成することで磁束の短絡を防止することができ、回転のために利用される磁束量が増加することで、回転電機の性能を向上することができる。

なお、上述した例では、非磁性体の層としてステンレス板４を使用したが、他のものから非磁性体の層を形成することもできる。一例として、積層コア２、３の間を空間とし、空気の層から非磁性体の層を構成しても、上述した回転子の構造と同様の効果を得ることができる。

次に、他の実施例について説明する。図３は本発明の回転子の構造の他の例を説明するための図であり、図４（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図３に示す回転子で利用するステンレス板の他の構成を説明するための図である。本例では、非磁性体の層としてのステンレス板４に、積層コア２、３のスキュー角度θの位置決め機構を付加した例を示している。すなわち、積層コア２及び積層コア３の間に設置させる非磁性体であるステンレス板４には、両面にプレス成形等により形成された互いに反対方向を向くノッチ４ａ、４ｂが設けられている。そして、ノッチ４ａ及び４ｂは、各々積層コア２及び積層コア３の穴部内の永久磁石５との隙間に形成されたエアギャップ６に挿入される。ノッチ４ａ及び４ｂに積層コア２及び積層コア３を周方向に突き当てることによって、積層コア２、３間のスキュー角度θの位置決めができる構造となっている。

本例では、磁束の短絡防止のために設けたステンレス板４に、積層コア２、３間のスキュー角度θの位置決め機構を付与することで、簡単に積層コアのスキュー角度の位置出しを行うことができる。なお、上述した例では、ノッチ４ａ、４ｂを係合させるために積層コア２、３のエアギャップ６をノッチ位置決め孔として利用したが、エアギャップ６を設けない構成のものや、エアギャップ６を利用したくない場合もある。そのような場合は、現在エアーギャップ６の存在する近傍の積層コア２、３に、別途、ノッチ位置決め孔を設け、ノッチ位置決め孔にノッチ４ａ、４ｂを係合させることもできる。

コギングトルクを低減するため、磁性体の板を積層してなる積層コアの積層方向に複数の磁石を貫通して設けた構造であって、積層コアの中央部で磁石位置をスキューさせた構造の回転子は、スキュー部分に非磁性体の層を形成することで、スキュー部分での磁石の短絡を防止でき、産業機器等の駆動用に用いられる各種モータの回転子として適用することができる。

（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明に係る回転子の構造の一例を説明するための図である。（ａ）、（ｂ）はそれぞれスキューして配置された積層コアの一例を説明するための図である。本発明の回転子の構造の他の例を説明するための図である。（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図３に示す回転子で利用するステンレス板の他の構成を説明するための図である。従来のモータに利用する回転子の一例を説明するための図である。図５に示す従来のモータに利用する回転子における問題を説明するための図である。

符号の説明

１出力軸、
２、３積層コア
４ステンレス板
４ａ、４ｂノッチ
５永久磁石
１１回転子

Claims

磁性体の板を積層してなる積層コアの積層方向に複数の磁石を貫通して設けた構造であって、積層コアの中央部で磁石位置をスキューさせた構造の回転子において、スキュー部分に非磁性体の層を形成したことを特徴とする回転子の構造。
前記非磁性体の層が空気の層である請求項１に記載の回転子の構造。
前記非磁性体の層がステンレス板からなる層である請求項１に記載の回転子の構造。
前記ステンレス板の両面にノッチを立て、ノッチをステンレス板の両面に接する積層コアのノッチ位置決め孔に係合させることで、非磁性体の層を挟む両磁石の間のスキュー角度を規定する請求項３に記載の回転子の構造。