JP2012023900A - 永久磁石形回転機の回転子 - Google Patents

Abstract

【課題】磁石埋め込み型回転電機の回転子を対象に、部品種類の削減，製造コストの低減が図れるように改良した回転子構造を提供する。
【解決手段】コアプレート２の積層ブロック１に永久磁石３を埋め込み、積層ブロックの両端に端板４を重ねてボルト５で締結した上で、回転子軸６にマウントした永久磁石形回転機の回転子で、そのコアプレートには磁石挿入穴２ａ，回転子軸穴，締結ボルト穴，および回転子軸穴の周上にキー溝２ｄを打ち抜き形成したものにおいて、コアプレート２のキー溝と２ｄ磁石挿入穴２ａの中心位置との間に周方向の相対的ズレ角度θを設定した上で、キー溝２ｄを基準に積層ブロック１はコアプレート２を同じ向きに揃えて積層し、積層ブロック１の両端には磁石抜け止め用の端板４として、積層ブロックのコアプレート２と表裏逆向きにしたコアプレートを重ね合わせて一体にボルト締結する。
【選択図】図１

Description

本発明は、永久磁石形回転電機の回転子構造に関する。

永久磁石形回転電機の回転子として、円盤状コアプレートの積層ブロックに永久磁石を埋め込み、かつ前記積層ブロックの両端に端板を重ねて一体にボルト締結した上で、回転子コアの組立体を回転子軸にマウントした磁石埋め込み型回転子が知られている（例えば、特許文献１参照）。

次に、磁極数６，スキュー無しの磁石埋め込み型回転子を例に、その従来構造を図４に示す。図４（ａ）〜（ｃ）において、１は円盤状のコアプレート２（電磁鋼板）を軸方向に積層した回転子コアの積層ブロック、３は積層ブロック１に埋め込んだ立方体形状の永久磁石、４は積層ブロック１の両端に重ねて永久磁石３を抜け止めする端板、５は積層ブロック１と端板４を一体に締結する締結ボルト、５ａはナット、６は回転子軸、７は回転子コア組立体を回転子軸６に結合するキー（沈みキー）である。

ここで、図４（ｃ）で示すように、コアプレート２には円盤の中心Ｏを基準に磁極数（６極）に対応する磁石挿入穴２ａ、４本の締結ボルト５を通すボルト穴２ｂ、回転子軸６を通す回転子軸穴２ｃ、および回転子軸穴２ｃの周上に外接するキー溝２ｄが打ち抜き形成されている。なお、磁石挿入穴２ａについては、永久磁石３の外形に対応する穴が正六角形の各辺を形成するようにコアプレート２の外周に沿って割り付けられている。また、ボルト穴２ｂはコアプレート２の中心Ｏに対し９０°間隔で４箇所に穿孔されている。

一方、コア積層ブロック１の両端に配して磁石挿入穴２ａの端面を塞ぐ磁石抜け止め用の端板４は、永久磁石３の漏れ磁束を防ぐために、真鍮，銅，ステンレスなどの非磁性材製として端板４自身が漏れ磁束の磁路を形成しないようにしている。

特開２００２−３５４７２２号公報（図３、図４）

前記した従来の回転子構造では、永久磁石３の漏れ磁束を防ぐためにコア積層ブロック１の両端に配した端板４をステンレスなどの非磁性材で構成している。このために、組立部品の種類が増え、端板の製作コストも加わって回転子の製品コストがアップする。

なお、先記した特許文献１には、非磁性材の端板を用いる代わりに、回転子コア全体を樹脂モールドして永久磁石を抜け止めするようにした構成が開示されているが、製造，組立ラインに樹脂モールド設備を要するなど、実際には製造コストの低減化が困難である。

本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、部品種類の削減，製造コストの低減化を狙いに従来構造における非磁性材の端板を不要とし、その代わりに回転子コアの積層部品であるコアプレートを端板に転用して埋め込み磁石の抜け止め，および漏れ磁束の低減を確保し、併せて段スキューの形成にも簡単に対応できるように改良した永久磁石形回転機の回転子を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、円盤状コアプレートの積層ブロックに永久磁石を埋め込み、かつ前記積層ブロックの両端に端板を重ねて一体にボルト締結した上で、回転子軸にマウントした構成になる永久磁石形回転機の回転子で、そのコアプレートに磁石挿入穴，回転子軸穴，締結ボルト穴，および回転子軸穴の周上にキー溝を打ち抜き形成したものにおいて、
前記コアプレートのキー溝と磁石挿入穴の中心位置との間に周方向の相対的ズレ角度θを設定した上で、そのキー溝を基準に前記積層ブロックはコアプレートを同じ向きに揃えて積層するとともに、該積層ブロックの両端には、磁石抜け止め用の端板として積層ブロックのコアプレートと表裏逆向きにしたコアプレートを重ね合わせて一体にボルト締結する（請求項１）。

また、前記の回転子コア組立構造において、コアプレートの積層ブロックを軸方向で二つのブロックに区分した上で、その一方のブロックはコアプレートを表向き，他方のブロックはコアプレートを裏向きに積層して、そのブロック相互間にコアプレートのズレ角度θに相応する段スキュー角２×θを形成する（請求項２）。

上記のように、キー溝と磁石挿入穴の中心位置との間に周方向の相対的ズレ角度θを設定した形状のコアプレートを積層コアの部品として、そのキー溝を基準にコアプレートを表裏逆向きに重ね合わせると、前記ズレ角度θによって磁石挿入穴同士が互いに斜めに交差し合うようになる。そこで、本発明ではコアプレートの積層ブロックに永久磁石を埋め込んだ状態で、その積層ブロックの両端に表裏逆向きにしたコアプレートを重ね合わせて一体にボルト締結する。これにより、積層ブロックの両端に配したコアプレートが永久磁石の抜け止め端板としての役目を果たすことになる。

これにより、従来構造のようにコア積層ブロックの両端に非磁性材で作られた別部品の端板を配置することなく、回転子コアの積層部品であるコアプレートをそのまま端板に転用して回転子コアの積層ブロックに埋め込んだ永久磁石を抜け止め保持することができ、これにより回転子を構成する部品種類の削減，製造コストの低減化が図れる。

しかも、コアプレートにはその略全周域に亙って磁石挿入穴が形成されているので、端板として積層ブロックの両端に配したコアプレート（電磁鋼板）に対しては、前記磁石挿入穴が磁路の空隙となって永久磁石の漏れ磁束が低減する。

また、コア積層ブロックを軸方向で二つのブロックに区分けした上で、その一方のブロックはコアプレートを表向き，他方のブロックはコアプレートを裏向きに積層して回転子コアを組立てることにより、そのブロック相互間には前記のズレ角度θに相応した段スキュー角２×θが形成されて永久磁石形回転機のコギングトルク，トルクリップルを抑制できる。

本発明の実施例１に係わる回転子の構成図であって、（ａ）は回転子軸方向に沿った回転子組立体の断面図、（ｂ），（ｃ）はそれぞれ（ａ）における矢視Ａ−Ａ，Ｂ−Ｂの断面図である。 図１におけるコアプレートの形状を表す図であって、（ａ），（ｂ）はそれぞれコアプレートの表向き，裏向きの平面図である。 本発明の実施例２に係わる回転子の構成図であって、（ａ）は回転子軸方向に沿った回転子組立体の断面図、（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）はそれぞれ（ａ）における矢視Ａ−Ａ，Ｂ−Ｂ，Ｃ−Ｃ，Ｄ−Ｄの断面図である。 磁石埋め込み型回転電機の従来における回転子構成図であって、（ａ）は回転子軸方向に沿った回転子組立体の断面図、（ｂ），（ｃ）はそれぞれ（ａ）における矢視Ａ−Ａ，Ｂ−Ｂの断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図３に示す実施例に基づいて説明する。なお、実施例の図中で図４に対応する部材には同じ符号を付してその説明は省略する。

まず、図４と同様な６極，スキュー無しの磁石埋め込み型回転子を例に、本発明の実施例１に係わる回転子構造を図１（ａ）〜（ｃ）で説明する。
図示実施例の回転子は基本的に図４の従来構造と同じであるが、コア積層ブロック１を構成する電磁鋼板のコアプレート２、および積層ブロック１の両端に配して永久磁石３を抜け止めする端板４については、磁石挿入穴２ａ，ボルト穴２ｂ，回転子軸穴２ｃ，およびキー溝２ｄが次記のような関係位置に打ち抜き形成されている。

すなわち、図２（ａ），（ｂ）に示す実施例のコアプレート２においては、プレート周域に割り付けて形成した磁石挿入穴２ａの中心位置Ｐとプレート２の中心Ｏからキー溝２ｄを通る半径方向の仮想線との間には周方向に所定のズレ角度θ（例えば、θ＝２．５°）が設定されている。なお、図示実施例では、キー溝２ｄを基準にしてコアプレート２の表向き（図２（ａ）参照）では前記ズレ角度θが時計方向に設定されており、このコアプレート２の向きを裏返すと（図２（ｂ）参照）前記ズレ角度θは反時計方向に反転する。これにより、キー溝２ｄを基準に図２（ａ）の表向きコアプレートと図２（ｂ）の裏向きコアプレートを重ね合わせると、ボルト穴２ｂ，回転子軸穴２ｃ，キー溝２ｄの位置は合致するが、磁石挿入穴２ａは互いに斜めに交差し合うようになる。

そして、前記コアプレート２を積層して図１の回転子コアを組み立てるには、まず前記コアプレート２のプレート面を表向き（図２（ａ））に揃えた上で、キー軸２ｄ，またはボルト穴２ｂを基準にコアプレート２を軸方向に積層して積層ブロック１を構築し、この積層状態で磁石挿入穴２ａに直方体の永久磁石３を側方から挿入して積層ブロック１に埋め込む。なお、積層ブロック１の組立てには、例えばボルト穴２ｂに立てた棒状の治具にコアプレート２を順に挿入して積層するようにし、永久磁石３は接着剤などを塗布して磁石挿入穴２ａに装荷する。

次に、永久磁石３を埋め込んだコア積層ブロック１の両端には、磁石抜け止め用の端板４として１枚ないし数枚のコアプレート２を裏向き（図２（ｂ）参照）に重ね合わせ（キー溝２ｄを基準に重ね合わせる）、この状態でボルト穴２ｂに締結ボルト５を嵌挿し、ナット５ａを締め付けて回転子コアを組み立てる。

この回転子コアの組立状態では、図１（ｃ）で示すように積層ブロック１に埋め込んだ永久磁石３（図１（ｂ）参照）に対して、その軸方向の両端で裏向きに重ね合わせたコアプレート２（図２（ｂ）参照）の磁石挿入穴２ａが斜め交差して永久磁石３を部分的に外側から覆う。これにより、積層ブロック１に埋め込んだ永久磁石３は軸方向への抜けが阻止されて埋め込み位置に保持される。

次に、前記工程で仮組立した回転子コアの組立体に回転子軸６を通し、キー溝２ｄにキー７（沈みキー）を差し込んで回転子軸６に固着する。なお、キー７を使わずに、回転子コア組立体を回転子軸６に焼き嵌めして固着する方法も採用できる。

上記した回転子の組立構造によれば、図４の従来構造で使用していた非磁性材の端板を排除し、その代わりにコア積層ブロック１の積層部品である電磁鋼板のコアプレート２を流用して裏向きに重ねることで、コア積層ブロック１に埋め込んだ永久磁石３を抜け止め保持することができ、これにより従来構造と比べて部品の種類削減，製造コストの低減が図れる。

なお、磁石の抜け止め端板４としてコア積層ブロック１の両端に配した電磁鋼板製のコアプレート２には、その周域に形成した磁石挿入穴２ａがそのまま磁路の空隙となるので、永久磁石３の漏れ磁束を低減して回転子コアの良好な磁気特性を確保できる。

次に、先記した実施例１の応用実施例として、本発明の請求項２に対応する実施例２の構成を図３に基づいて説明する。なお、図３の図中で図１に対応する部材には同じ符号を付している。

この実施例２は、コアプレート２の磁石挿入穴２ａとキー溝２ｄとの間に設定した周方向の相対的なズレ角度θ（例えば、θ＝２．５°）を活用して回転子コアの積層ブロック１に段スキューを形成し、コギングトルク，トルクリップルの軽減化を図るようにしている。

すなわち、図３（ａ）〜（ｅ）においては、コアプレート２の積層体になる積層ブロック１が軸方向で二つのブロック１Ａと１Ｂとに区分されている。ここで、ブロック１Ａは、コアプレート２を表向き（図２（ａ）参照）に積層し、ブロック１Ｂはコアプレート２を裏向き（図２（ｂ）参照）に積層し、この二つのブロック１Ａと１Ｂはキー溝２ｄを基準に組み合わせた上で、各ブロック１Ａ，１Ｂごとにそのコアプレート２の磁石挿入穴２ａに永久磁石３を挿入する。さらに、積層ブロック１の両端には実施例１で述べたと同様に、永久磁石３の抜け止め用端板４としてブロック１Ａの左側端面には裏向きのコアプレート２（図２（ｂ）参照）を重ね、ブロック１Ｂの右側端面には表向きのコアプレート２（図２（ａ）参照）をそれぞれ重ね合わせた上で、ボルト穴２ｂに嵌挿したボルト５で一体に締結して回転子コアの組立体を構成する。

このコア組立体によれば、図３（ｂ），（ｃ）で表すように、ブロック１Ａの磁石挿入穴２ａに装荷した永久磁石３とブロック１Ｂの磁石挿入穴２ａに装荷した永久磁石３との間には、先記した時計方向，反時計方向のズレ角度θに相応した段スキュー角２×θが設定される。また、ブロック１Ａ，１Ｂに埋め込んだ永久磁石３は、図３（ｄ），（ｅ）で表すように、積層ブロック１の端板４としてブロック１Ａ，１Ｂの端面に重ね合わせた表裏逆向きのコアプレートで抜け止めされる。

なお、図示実施例１，２では、回転子の磁極数を６極、コアプレート２の磁石挿入穴２ａとキー溝２ｄとの相対的なズレ角度θ＝２．５°に設定して、実施例２では段スキュー角２×θ＝５°を形成しているが、磁極数，ズレ角度θはこれに限定されるものではない。

１ 回転子コアの積層ブロック。
１Ａ，１Ｂ ブロック区分
２ コアプレート
２ａ 磁石挿入穴
２ｂ 締結ボルト穴
２ｃ 回転子軸穴
２ｄ キー溝
３ 永久磁石
４ 端板
５ 締結ボルト
６ 回転子軸
７ キー
θ 磁石挿入穴／キー溝間の相対的ズレ角度

Claims (2)

1. 円盤状コアプレートの積層ブロックに永久磁石を埋め込み、かつ前記積層ブロックの両端に端板を重ねて一体にボルト締結した上で、回転子軸にマウントした構成になる永久磁石形回転機の回転子であり、前記コアプレートには磁石挿入穴，回転子軸穴，締結ボルト穴，および回転子軸穴の周上にキー溝を打ち抜き形成したものにおいて、
   前記コアプレートのキー溝と磁石挿入穴の中心位置との間に周方向の相対的ズレ角度θを設定した上で、前記積層ブロックはキー溝を基準にコアプレートを同じ向きに積層するとともに、該積層ブロックの両端には、磁石抜け止め用の端板としてプレートの向きを積層ブロックと表裏逆向きにしたコアプレートを重ね合わせて一体にボルト締結したことを特徴とする永久磁石形回転機の回転子。
2. 請求項１に記載の回転子において、コアプレートの積層ブロックを軸方向で二つのブロックに区分けした上で、その一方のブロックはコアプレートを表向き，他方のブロックはコアプレートを裏向きに積層して、そのブロック相互間にコアプレートのズレ角度θに相応する段スキュー角２×θを形成したことを特徴とする永久磁石形回転機の回転子。