JP4339721B2 - 誘導同期機の回転子及びその製作方法 - Google Patents

Description

本発明は誘導同期機に関し、更に詳しくは、回転子の回転抵抗を減少させて同期化性能を向上させ、組立工程を簡便に行い得るようにした誘導同期機の回転子及びその製作方法に関するものである。

一般に、誘導電動機は、固定子の内部に巻回されたコイルに電流が印加されると、このコイルに電流が供給されることによって回転磁場が発生し、この回転磁場により、固定子の内部に回転自在に係合された回転子に起電力が誘導されるので、回転子が回転するようになる。

一方、誘導電動機の回転子に永久磁石が結合された構造のものを誘導同期機といい、この誘導同期機は、起動時に回転子に誘起される電圧により発生される２次電流と、固定子の巻線コイルから発生される磁束との相互作用によりトルクが発生することにより駆動される。ここで、トルクは、回転子の形状(Cage)によるトルク成分、リラクタンストルク成分及び永久磁石によるトルク成分の合成トルクである。

また、誘導同期機は、起動後の定格運転時、回転子に結合された永久磁石の磁束と固定子から発生される磁束との相互同期化により、固定子の回転磁界が変化されることによって運転され、このとき、トルクの大部分は、永久磁石によるトルク成分である。

このような誘導同期機は、位置センサやドライブを付加的に使用することなく、商用電源で運転し得るという利点があり、且つ、誘導電動機とは異なって、励磁電流が不要であるだけでなく、同期速度の際、回転子に電流が流れないので、２次側の銅損が減少されるため、誘導電動機に比べて効率が高いという利点がある。

一方、誘導同期機は、回転子の構造によって回転抵抗が変化して、回転子のトルクに影響を与えるため、これが誘導同期機の同期化性能に影響を与える要因となる。

図７は、従来の誘導同期機の回転子を示した縦断面図であり、図８は、図７の左側面図であり、図９は、図７の右側面図である。図示されたように、従来の誘導同期機の回転子においては、内部中央に軸が嵌合される中空円筒状の積層コア１０の両方側に、互いに非対称的に形成された第１、第２エンドリング２０、３０がそれぞれ結合されている。それら第１、第２エンドリング２０、３０は、積層コア１０の周縁部位に複数放射状に設けられた連結部２１により連結されている。且つ、積層コア１０は、所定長さを有する中空円筒体１１の中央に、回転軸が嵌合される軸孔１２が穿孔形成され、円筒体１１の周壁に、連結部２１が挿合される複数の第１貫通孔１３がそれぞれ放射状に穿孔形成され、それら第１貫通孔１３の内側の円筒体１１の内部に、複数の第２貫通孔１４及び矩形状貫通孔１５が形成されている。且つ、積層コア１０は、所定の厚さを有する薄板が複数枚積層された積層体である。

第１エンドリング２０は、所定の厚さを有する環状体部２２と、この環状体部２２の一側に形成されて、各第２貫通孔１４にそれぞれ挿通されるリベット部２３と、を包含して構成される。一方、第２エンドリング３０は、所定の厚さを有する環状体部３１と、この環状体部３１の内部に形成された円形でない六角形の挿通溝３２と、を包含して構成される。そして、第１エンドリング２０の環状体部２２と第２エンドリング３０の環状体部３１とは、前述の複数の連結部２１により連結されている。

従って、積層コア１０及び第１、第２エンドリング２０、３０により、一つの電気回路が構成され、このとき、積層コア１０の各矩形状貫通孔１５には、永久磁石４０がそれぞれ挿合されている。

また、第１エンドリング２０と積層コア１０の間の側面には、永久磁石４０を保持する保持板５０が設けられ、第２エンドリング３０と積層コア１０の間の側面には、永久磁石４０を覆蓋するための覆蓋板６０が設けられている。保持板５０は、所定の厚さを有しており、積層コア１０の一方の側面と相応するように形成される。また、覆蓋板６０は、永久磁石４０を覆蓋するように六角形板の中央に軸孔６１が穿孔形成されたものであり、この軸孔６１を挟んで対向する位置には、リベット部２３が挿入されるリベット孔６２がそれぞれ穿孔形成される。この構成により、覆蓋板６０は、リベット孔６２から突出する第１エンドリング２０のリベット部２３により、第２エンドリング３０の挿通溝３２を通してリベット締めされる。

以下、このように構成された従来の誘導同期機の回転子の製作方法について説明する。

図１０は、従来の誘導同期機の回転子の製作方法を示した順序図である。図７乃至図１０に示したように、従来の誘導同期機の回転子の製作方法においては、まず、所定の厚さを有する薄板を複数枚積層して積層コア１０を形成し、この積層コア１０の一方側の面に保持板５０を当接して金型に挿入した状態で、積層コア１０に第１、第２エンドリング２０、３０をアルミニウムによりダイカスティングして成形する。このとき、保持板５０により、積層コア１０の矩形状貫通孔１５にアルミニウムが流入されないようになる。次いで、第２エンドリング３０の挿通溝３２側を通して積層コア１０の各矩形状貫通孔１５に永久磁石４０をそれぞれ挿合した後、覆蓋板６０を第２エンドリングの挿通溝３２に当接することにより、複数の永久磁石４０を全て覆蓋する。このとき、覆蓋板６０のリベット孔６２は、第１エンドリングのリベット部２３に挿合され、リベット部２３をリベット締めすることで、覆蓋板６０を固定させる。

このように製作された回転子は、誘導同期機を構成する固定子に回転自在に係合され、回転子の軸孔１２には軸が挿合固定される。

且つ、誘導同期機の回転子は、この誘導同期機の動作によって、電磁気的作用により回動しながら、回転力を他のシステムに伝達する。

しかしながら、このような従来の誘導同期機の回転子においては、積層コア１０の一方側に結合される第２エンドリング３０に、永久磁石４０及び覆蓋板６０が被覆されるように形成されることで、第２エンドリング３０の内部に貫通形成された挿通溝３２の形状が回転中心に対して非対称に形成されるだけでなく、第２エンドリング３０の形状と第１エンドリング２０の形状とが異なるように形成されるため、回転子の回転時、回転不均衡が発生すると共に、第２エンドリング３０の挿通溝３２の形状により第２エンドリング３０の断面積が減少するので、２次抵抗が大きくなって同期化性能が低下するという不都合な点があった。且つ、永久磁石４０を覆蓋する覆蓋板６０がリベット締めにより締結されるため、組立構造が複雑になって、組立生産性が低下するという不都合な点もあった。

本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、回転子の回転抵抗による２次側の抵抗を減少させて同期化性能を向上させ、組立工程を簡便に行い得るようにした誘導同期機の回転子及びその製作方法を提供することを目的とする。

このような目的を達成するため、本発明に係る誘導同期機の回転子においては、軸が嵌合される軸孔及び軸孔の周辺に複数の磁石結合孔が放射状に穿孔形成されたコアと、コアの各磁石結合孔にそれぞれ挿入して結合される複数の永久磁石と、環状体の内部に永久磁石がそれぞれ通過できる複数の磁石通路が穿孔形成され、環状体の中心がコアの中心と一致するようにコアの一方側面に結合された第２エンドリングと、環状体からなり、環状体の中心がコアの中心と一致するようにコアの他方側面に結合され、コアに貫通挿入されて第２エンドリングに連結される連結部に連結されて回路を構成する第１エンドリングと、コアの他方側面と第１エンドリングとの間に設けられることで、永久磁石の離脱を防止する磁石保持板と、第２エンドリングの磁石通路に挿合されて、永久磁石の離脱を防止する固定部材と、を包含して構成されることを特徴とする。

所定形状を有する薄板を複数積層して、内部に軸が嵌合される軸孔と、複数の磁石結合孔と、複数の貫通孔とが備えられたコアを形成する段階と、コアの一方側面に磁石保持板を保持させる段階と、ダイカスティングにより、磁石保持板が位置されたコアの一方側面に、環状体の内部に複数の磁石通路が備えられた第２エンドリングを成形すると共に、コアの他方側面に、環状体からなり、コアの各貫通孔に充填されて成形された連結部により第２エンドリングに連結される第１エンドリングを成形する段階と、第２エンドリングの磁石通路を通してコアの磁石結合孔に複数の永久磁石を挿合して結合する段階と、各永久磁石の離脱を防止するため、第２エンドリングの磁石通路に固定部材をそれぞれ挿入して結合する段階と、
を順次行うことを特徴とする。

本発明に係る誘導同期機の回転子及びその製作方法によれば、回転子の回転時の回転抵抗が最小化されることで、同期化性能が向上されて誘導同期機の効率を高めることができるし、且つ、製作工程及び構造が簡単になることで、製作原価を減少させると共に、生産性を向上し得るという効果がある。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。

図１は、本発明に係る誘導同期機の回転子を示した縦断面図であり、図２は、図１の左側面図であり、図３は図１の右側面図である。図示されたように、本発明に係る誘導同期機の回転子においては、軸が嵌合される軸孔１１０及びこの軸孔１１０の周辺に複数の磁石結合孔１２０が穿孔形成された中空円筒状のコア１００と、それらコア１００の各磁石結合孔１２０にそれぞれ挿入して結合される複数の永久磁石２００と、それら永久磁石２００がそれぞれ通過する複数の磁石通路３１０が貫通形成され、コア１００の一方側面に結合された第２エンドリング３００と、この第２エンドリング３００の外形と同様に形成されることで、コア１００の他方側面に結合された第１エンドリング４００と、コア１００の他方側面と第１エンドリング４００との間に設けられることで永久磁石２００の離脱を防止する磁石保持板５００と、第２エンドリングの磁石通路３１０に挿合されて永久磁石２００の離脱を防止する固定部材６００と、を包含して構成されている。

コア１００は、所定の長さ及び外径を有する中空円筒状の円筒体１３０の中央内部に、回転軸が嵌合される軸孔１１０が穿孔形成される。且つ、円筒体１３０の側壁周縁には複数の貫通孔１４０が円筒体１３０の横手方向に穿孔形成され、軸孔１１０と複数の貫通孔１４０との間には複数の磁石結合孔１２０がそれぞれ穿孔形成される。このとき、磁石結合孔１２０の断面は矩形状を有して二つずつ対向するように配置されることで、ほぼ六角形状をなしている。また、コア１００は、円筒体１３０の側面の形状と相応する所定の厚さの複数の薄板が積層された積層体に構成されるが、これに限定されず、コア１００は、非積層体の加工された形態に構成することもできる。

永久磁石２００は、所定の長さを有し、その断面が各磁石結合孔１２０と相応するように矩形状に形成されることで、コアの各磁石結合孔１２０にそれぞれ挿合されて結合される。

第２エンドリング３００は、図１及び図２に示したように、所定の幅を有する環状体３２０の内部に、永久磁石２００が通過する磁石通路３１０がそれぞれ穿孔形成される。第２エンドリング３００の磁石通路３１０は、コア１００の磁石結合孔１２０の位置に対応して穿孔形成され、その断面は矩形状をなし、コア１００側の孔は小さく、その反対側の外側に開口する孔は大きくなるように、傾斜してテーパ状に形成される。従って、磁石通路３１０のコア１００側の孔の大きさは、コア１００の磁石結合孔１２０の大きさ以上である。従って、第２エンドリング３００は、各磁石通路３１０とコア１００の各磁石結合孔１２０とが一致するように結合される。

磁石通路３１０に挿合される固定部材６００は、第２エンドリング３００と同様な材料を用いて、磁石通路３１０と同様な形状に形成されるが、このとき、固定部材６００は、第２エンドリングの磁石通路３１０の深さと同様な長さを有し、底面側（コア側）の断面積が上面側（外側）の断面積より小さいウェッジ状に形成される。

第１エンドリング４００の外形は、図３に示したように、第２エンドリング３００の外形と同様に所定の幅を有するリング状の環状体４１０に形成され、第１エンドリング４００の内径は、回転子の軸線に対して放射状に配置された各永久磁石２００の内側に接する円の直径よりも小さく形成され、第１エンドリング４００の外径は、回転子の軸線に対して放射状に配置された各永久磁石２００の一部と交わる最も大きな円の直径よりも大きく形成される。

第２エンドリング３００と第１エンドリング４００とは、コア１００の各貫通孔１４０に、後述する成形の際、それぞれ挿合して成形される連結部４２０により連結される。これら第１及び第２エンドリング３００、４００と連結部４２０とは、同様な材料により成形される。また、コア１００、第１、第２エンドリング３００、４００及び連結部４２０により、一つの回路が構成される。

磁石保持板５００は、所定の厚さを有する円形板５１０の中央に軸孔５２０が穿孔形成され、縁部にコア１００の貫通孔１４０と相応する複数の貫通孔５３０が形成される。且つ、円形板５１０には、永久磁石２００の磁束漏洩を遮断するために所定の幅及び所定の長さを有するスリット５４０が、永久磁石２００に対応して穿孔形成される。このとき、スリット５４０の幅及び深さは、永久磁石２００の幅及び深さよりも小さく形成される。

以下、このように構成された本発明に係る誘導同期機の回転子の製作方法について説明する。

図４は、本発明に係る誘導同期機の回転子の製作方法を示した順序図である。図示されたように、本発明に係る誘導同期機の回転子の製作方法においては、まず、所定形状を有する薄板を複数枚積層してコア１００を形成した後、このコア１００の一方側面に磁石保持板５００を当接させる。

次いで、磁石保持板５００が当接されたコア１００の両方側面に、同様な外形になるように、第１及び第２エンドリング３００、４００をアルミニウムによりダイカスティングして成形する。即ち、所定形状の金型に磁石保持板５００が当接されたコア１００を挿入した後、溶融されたアルミニウムを金型に注入することで、第１及び第２エンドリング３００、４００を成形する。その後、第２エンドリング３００の磁石通路３１０を通して、コア１００の各磁石結合孔１２０に永久磁石２００をそれぞれ圧入して固定する。次いで、第２エンドリング３００の磁石通路３１０に固定部材６００をそれぞれ挿合して結合する。

このように製作された回転子は、誘導同期機を構成する固定子の内部に回転自在に係合され、回転子の軸孔には回転軸が嵌合される。且つ、固定子には巻線コイルが装着される。

以下、本発明に係る誘導同期機の回転子、及びその製作方法の作用効果について説明する。

まず、本発明に係る誘導同期機の回転子が具備された誘導同期機は、起動時、回転子に誘起される電圧により発生される２次電流と固定子の巻線コイルから発生される磁束との相互作用により発生されるトルクにより回転子が駆動される。且つ、起動後の定格運転時には、回転子に結合された永久磁石２００の磁束と固定子から発生される磁束との相互同期化により、固定子の回転磁界が変化されることで回転子が回転される。次いで、この回転子の回転力は、回転軸を通して他のシステムに伝達される。

このとき、回転子は均衡をなして、外形が緩やかに構成されているため、回転子の回転時の回転抵抗が最小化される。即ち、回転子を構成する第２エンドリング３００と第１エンドリング４００とが同様な外形及び重量を有して形成されるため、回転子が均衡をなすようになり、且つ、第２エンドリング３００の側面に固定部材６００が挿合されたとき、第２エンドリング３００の側面と平面をなすため、回転子の回転時の回転抵抗が最小化される。従って、図６に示したように、同期化速度に近接した速度の際、従来のトルクより更に大きいトルクを発生することで、同期化性能が向上される。

また、本発明は、製作の際、固定部材６００が第２エンドリング３００に圧入されて永久磁石２００が固定されるため、従来のような、覆蓋板６０を結合して覆蓋板６０をリベット締めして固定する工程が省かれて、構造及び製作工程が簡単になる。

本発明に係る誘導同期機の回転子を示す断面図である。 図１の左側面図である。 図１の右側面図である。 本発明に係る誘導同期機の回転子の製作方法を示す順序図である。 本発明に係る誘導同期機を示す斜視図である。 従来の同期化性能と本発明の同期化性能とを比較して示すグラフである。 従来の誘導同期機の回転子を示す断面図である。 図７の左側面図である。 図７の右側面図である。 従来の誘導同期機の回転子の製作方法を示す順序図である。

符号の説明

１００…コア
１１０…軸孔
１２０…磁石結合孔
２００…永久磁石
３００…第２エンドリング
３１０…磁石通路
４００…第１エンドリング
４２０…連結部
５００…磁石保持板
５４０…スリット
６００…固定部材

Claims (10)

1. 軸が嵌合される軸孔及び該軸孔の周辺に複数の磁石結合孔が放射状に穿孔形成されたコアと、
   該コアの各磁石結合孔にそれぞれ挿入して結合される複数の永久磁石と、
   環状体の内部に前記永久磁石がそれぞれ通過できる複数の磁石通路が穿孔形成され、前記環状体の中心が前記コアの中心と一致するように前記コアの一方側面に結合された第２エンドリングと、
   環状体からなり、該環状体の中心が前記コアの中心と一致するように前記コアの他方側面に結合され、前記コアに貫通挿入されて前記第２エンドリングに連結される連結部に連結されて回路を構成する第１エンドリングと、
   前記コアの他方側面と前記第１エンドリングとの間に設けられることで、前記永久磁石の離脱を防止する磁石保持板と、
   前記第２エンドリングの磁石通路に挿合されて、前記永久磁石の離脱を防止する固定部材と、
   を包含して構成されることを特徴とする誘導同期機の回転子。
2. 前記コアは、所定の厚さを有する円形薄板が複数枚積層された積層体であることを特徴とする請求項１記載の誘導同期機の回転子。
3. 前記第１及び第２エンドリングの内径は、回転子の軸線に対して放射状に配置された前記各永久磁石の内側に接する円の直径よりも小さく形成されることを特徴とする請求項１記載の誘導同期機の回転子。
4. 前記第１及び第２エンドリングの外径は、回転子の軸線に対して放射状に配置された前記各永久磁石の一部と交わる最も大きな円の直径よりも大きく形成されることを特徴とする請求項１記載の誘導同期機の回転子。
5. 前記第２エンドリングの磁石通路は、前記コア側の開口部よりも、その反対側の開口部が大きくなるように傾斜してテーパ状に形成され、前記磁石通路に挿合される固定部材は、前記磁石通路の形状と同様なウェッジ状に形成されることを特徴とする請求項１記載の誘導同期機の回転子。
6. 前記第２エンドリングの磁石通路の深さと、前記固定部材の長さとは、同様に形成されることを特徴とする請求項１記載の誘導同期機の回転子。
7. 前記固定部材は、前記第１及び第２エンドリングと同様な材料から形成されることを特徴とする請求項１記載の誘導同期機の回転子。
8. 前記永久磁石は、前記コアの磁石結合孔に圧入されて結合されることを特徴とする請求項１記載の誘導同期機の回転子。
9. 前記磁石保持板には、前記永久磁石の磁束漏洩を遮断するために所定幅及び長さを有するスリットが、前記永久磁石に対応して穿孔形成されることを特徴とする請求項１記載の誘導同期機の回転子。
10. 所定形状を有する薄板を複数積層して、内部に軸が嵌合される軸孔と、複数の磁石結合孔と、複数の貫通孔とが備えられたコアを形成する段階と、
    前記コアの一方側面に磁石保持板を保持させる段階と、
    ダイカスティングにより、前記磁石保持板が位置されたコアの一方側面に、環状体の内部に複数の磁石通路が備えられた第２エンドリングを成形すると共に、前記コアの他方側面に、環状体からなり、前記コアの各貫通孔に充填されて成形された連結部により前記第２エンドリングに連結される第１エンドリングを成形する段階と、
    前記第２エンドリングの磁石通路を通して前記コアの磁石結合孔に複数の永久磁石を挿合して結合する段階と、
    前記各永久磁石の離脱を防止するため、前記第２エンドリングの磁石通路に固定部材をそれぞれ挿入して結合する段階と、
    を順次行うことを特徴とする誘導電動機の回転子の製作方法。

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