JPH07312858A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】漏れ磁束を減らし、磁気飽和を防ぎ、磁気回路
のパーミアンスと回転力を増やす。 【構成】弧状に折曲した４対の電磁鋼板を積層した積層
鉄心２Ａ，２Ｂを、電磁鋼板が軸心と平行になるように
して回転軸１に挿入しボルト５で固定する。これらの積
層鉄心２Ａ，２Ｂの間には、環状の永久磁石３を挿入す
る。各積層鉄心２Ａ，２Ｂの対向面は、各積層鉄心２
Ａ，２Ｂを構成する各電磁鋼板の対向面が永久磁石３の
側面に密着する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に、回転子の鉄心構
成を改良した回転電機に関する。

【０００２】

【従来の技術】軸方向に鉄心を積層した従来のステッピ
ングモータの４極の回転子の一例を図７の斜視図に示
す。図７において、符号31は回転軸、符号32は回転軸１
と平行に弧状に積層された積層鉄心である。図示しない
固定子は、180 °間隔に内側に突設された一対の歯が一
組の相となるために、一対の歯に巻装されたコイルは並
列あるいは直列に接続されている。

【０００３】回転力を増やすために、ステッピングモー
タの回転子は、各突極部33の間に形成された凹極部34と
固定子巻線が巻装された歯との間の磁気抵抗が大きくな
り、固定子の歯の内側と突極部33の間の磁気抵抗が小さ
くなるように、珪素鋼板を積層した積層鉄心32を回転軸
31と平行な方向に形成している。ステッピングモータ
は、このように突極構造の回転子とすることにより、固
定子に対する突極部33と凹極部34の磁気抵抗の差を利用
して回転力を得ている。

【０００４】また、励磁電流は同一値でも、回転子の突
極部32と固定子に突設された歯の内面における空隙が狭
いほど、磁束密度が高く回転力は大きくなるので、突極
部32の外周は、弧状になっている。

【０００５】次に、従来のハイブリッド形ステッピング
モータの断面形状を図８に示し、このハイブリッド形ス
テッピングモータに組み込まれた回転子の斜視図を図９
に示す。図８及び図９において、符号41は回転軸、符号
42Ａ，42Ｂは珪素鋼板を積層した積層鉄心を回転軸41に
対して垂直な方向に形成した回転子鉄心である。また、
符号43は円筒形状で軸方向に磁化された永久磁石、符号
44は回転子鉄心42Ａ，42Ｂと同様に積層された固定子鉄
心で、フレーム46の内周に固定されている。

【０００６】回転子鉄心42Ａ，42Ｂの外周には、90度間
隔に突設された突極部42ｂの間に船底状の凹極部42ａが
それぞれ軸方向に形成され、突極部42ｂの両端部には、
突極部端部42ｃが形成されている。回転子鉄心42Ａ，42
Ｂには、成層鋼板で製作される場合と塊状鉄心で製作さ
れる場合がある。

【０００７】回転子は、永久磁石43が回転子鉄心42Ａと
回転子鉄心42Ｂの間に挿入されており、回転子鉄心42
Ａ，42Ｂは互いに離れているが、一方の鉄心の突極部42
ｂは他方の鉄心の突極部42ｂに対して図９に示すよう
に、１／２歯ピッチずらした状態で組み立てられてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
構成された従来のハイブリッド形ステッピングモータに
おいては、回転子鉄心42Ａ，42Ｂは、珪素鋼板を軸方向
に対して直交するようにして積層されており、珪素鋼板
の間には、僅かながら空隙があり、この空隙は軸方向に
磁化された永久磁石にとっては、磁気的抵抗部となり、
永久磁石43による磁束が減少する。

【０００９】さらに、回転子鉄心42Ａ，42Ｂを構成する
珪素鋼板のうち、永久磁石43に隣接した部分には、永久
磁石43の磁束が集中するので、磁気飽和し漏れ磁束が生
じて、回転力が低下する。

【００１０】また、永久磁石43による磁束と固定子巻線
45による磁束により、図９に示す回転子鉄心42Ａ，42Ｂ
の突極部端部42ｃでは、磁束が集中するため磁気飽和
し、前述した永久磁石43に隣接した珪素鋼板と同様に漏
れ磁束が発生する。

【００１１】また、固定子鉄心42Ａ，42Ｂの代りに塊状
鉄心を採用すると、コイルを励磁したときに、塊状鉄心
で渦電流が発生し、鉄損が大きくなる。

【００１２】次に、回転数の高い高速領域でモータの端
子電圧を低くするために弱め界磁を行う場合には、電機
子反作用により永久磁石43の磁束を反発させるが、その
反発される永久磁石43の磁束の磁路がオープン状態とな
り、磁気回路のパーミアンスが小さくなる。

【００１３】そこで、本発明の目的は、漏れ磁束を減ら
し、磁気飽和を防ぎ、磁気回路のパーミアンスと回転力
を増やすことのできる回転電機を得ることである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、固定子と同軸に貫設された回転軸と、この回転軸の
外周に電磁鋼板の方向を回転軸と平行に配設され外周に
複数の突極部と凹極部が交互に形成された複数の積層鉄
心と、この積層鉄心の間に挿着された永久磁石とからな
る回転電機である。

【００１５】また、請求項２に記載の発明は、固定子と
同軸に貫設された回転軸と、この回転軸の外周に電磁鋼
板の方向を回転軸と平行に配設され電磁鋼板の間に高磁
気抵抗材が挿入され外周に複数の突極部と凹極部が交互
に形成された複数の積層鉄心と、この積層鉄心の間に挿
着された永久磁石とからなる回転電機である。

【００１６】また、請求項３に記載の発明は、固定子と
同軸に貫設された回転軸と、この回転軸の外周に電磁鋼
板の方向を回転軸と平行に配設され電磁鋼板の間に高電
気抵抗材が挿入され外周に複数の突極部と凹極部が交互
に形成された複数の積層鉄心と、この積層鉄心の間に挿
着された永久磁石とからなる回転電機である。

【００１７】また、請求項４に記載の発明は、固定子と
同軸に貫設された回転軸と、この回転軸の外周に電磁鋼
板の方向を回転軸と平行に配設され外周に複数の突極部
と凹極部が交互に形成され突極部にオーバハング部が突
設された複数の積層鉄心と、この積層鉄心の間に挿着さ
れた永久磁石とからなる回転電機である。

【００１８】また、請求項５に記載の発明は、凹極部に
非磁性材の穴埋め片を備えた請求項１，請求項２，請求
項３又は請求項５に記載の回転電機である。

【００１９】さらに、請求項６に記載の発明は、固定子
の巻線がパルス電流で励磁される請求項１，請求項２，
請求項３，請求項４又は請求項５に記載の回転電機であ
る。

【００２０】

【作用】請求項１に記載の発明においては、永久磁石で
発生した磁束の磁路の一部となる永久磁石と積層鉄心と
の境界面では、積層鉄心の端面が永久磁石の側面に接触
する。

【００２１】また、請求項２に記載の発明においては、
永久磁石で発生した磁束の磁路の一部となる永久磁石と
積層鉄心との境界面では、積層鉄心の端面が永久磁石の
側面に接触し、積層鉄心の鉄損は、電磁鋼板の間に挿着
された高磁気抵抗材によって減少する。

【００２２】また、請求項３に記載の発明においては、
永久磁石で発生した磁束の磁路の一部となる永久磁石と
積層鉄心との境界面では、積層鉄心の端面が永久磁石の
側面に接触し、積層鉄心の鉄損は、電磁鋼板の間に挿着
された高電気抵抗材によって減少する。

【００２３】また、請求項４に記載の発明においては、
永久磁石で発生した磁束の磁路の一部となる永久磁石と
積層鉄心との境界面では、積層鉄心の端面が永久磁石の
側面に接触し、積層鉄心と永久磁石とで構成される磁路
のパーミアンスは、オーバハング部によって大きくな
る。

【００２４】また、請求項５に記載の発明においては、
穴埋め片によって回転子の風損が減少する。

【００２５】さらに、請求項６に記載の発明において
は、パルスモータの高トルク化と外形の小形化が達成さ
れる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の回転電機の一実施例を図面を
参照して説明する。図１は、請求項１，請求項２，請求
項３及び請求項６に記載の回転電機を示す横断面図で、
従来の技術で示した図８に対応する図、図２は図１で示
した回転電機の回転子を示す拡大斜視図で、同じく図７
に対応する図である。

【００２７】図１及び図２において、固定子は、積層さ
れた珪素鋼板からなり、内周に複数の図示しない歯部が
等間隔に突設された固定子鉄心７と、この固定子鉄心７
に突設された歯部に装着された固定子巻線７ａで構成さ
れている。回転子は、磁極軸方向または磁路方向にそっ
て珪素鋼板を弧状に積層した回転子鉄心２Ａ，２Ｂの外
周の凹極部２ａと突極部４が90度間隔に形成されてい
る。

【００２８】回転子鉄心２Ａ，２Ｂの間には、磁化され
た円筒形状の永久磁石３が挿入されている。各回転子鉄
心２Ａ，２Ｂは、各回転子鉄心２Ａ，２Ｂに形成された
凹極部２ａの中央部のボルト穴に挿入されたボルト５
で、回転軸１に固定されている。この回転軸１には、回
転子鉄心２Ａ，２Ｂの内側の曲率と同一曲率の面取りが
90度間隔に形成され、この面取りの中央部にめねじ穴が
形成されている。回転子鉄心２Ａ，２Ｂは、珪素鋼板を
弧状に折曲した帯板の板を重ねてかしめた積層片を４個
突き合せ、この突き合せ部をレーザ溶接構成している。

【００２９】固定子鉄心７は、円筒状のフレーム９の内
周に圧入され、このフレーム９は、このフレーム９の両
端に内面側の外周が挿入された軸受ブラケット６Ａ，６
Ｂに固定されている。軸受ブラケット６Ａ，６Ｂの中心
には、ころがり軸受８がそれぞれ挿入され、このころが
り軸受８には、回転軸１の両端が貫通して支えられてい
る。

【００３０】このように回転子が構成された回転電機に
おいては、固定子鉄心７の歯部に挿入された固定子巻線
７ａへの通電によって発生した磁束が、歯部から回転子
鉄心２Ａ，２Ｂの突極部４を通過するときには、磁路の
方向に折曲形成された積層片の圧延方向に磁束は通過す
るので、磁気抵抗が少なく、漏れ磁束を減らすことがで
きる。

【００３１】一方、固定子鉄心７の歯部と回転子鉄心２
Ａ，２Ｂの凹極部２ａが対向したときには、従来のステ
ッピングモータと同様に、固定子鉄心７の歯部の先端と
凹極部ａの底面間に形成された空隙によって磁気抵抗が
大きくなるので、回転力を増やすことができる。

【００３２】さらに、回転子鉄心２Ａ，２Ｂを構成する
積層片は、回転子鉄心２Ａ，２Ｂの対向側の端面が永久
磁石３の側面に直接接触しているので、各積層片の端面
から永久磁石３を経て各積層片の他側に至る磁路の磁気
抵抗を減らすことができ、各積層片の端面から永久磁石
に磁束が通過するので、各積層片を通過する磁束は均一
となり、積層片の部分的磁気飽和を防ぐことができ、漏
水磁束を減らし回転力を増やすことができる。

【００３３】なお、上記実施例においては、図７で示し
たステッピングモータと同様の回転電機の例で説明した
が、多相交流駆動の同期機やブラシレスＤＣモータにも
適用することができる。

【００３４】図３は、請求項１，請求項２及び請求項３
に記載の発明のステッピングモータの他の実施例を示す
断面図で、図１に対応する図である。図３に示すよう
に、図１，図２に述べた磁気回路を１スタックとする
と、複数のスタックで回転子を構成することで、ステッ
ピングモータの定格を上げることができる。

【００３５】図４は、請求項４に記載の発明のステッピ
ングモータを示す斜視図で、図５は図４の断面図であ
る。この場合には、一対の積層鉄心22Ａ，22Ｂの突極部
の対向部に、互いに対向側に突き出たオーバハング部を
形成することで、一対の積層鉄心22Ａ，22Ｂの外周間に
磁路を形成し、永久磁石３で発生した磁界の磁路のパー
ミアンスを大として弱め界磁の効果を上げ、高速回転を
更に容易にしたものである。

【００３６】さらに、図６は請求項５に記載の発明のス
テッピングモータを示す断面図で、図２で示したステッ
ピングモータの回転子の凹極部にアルミニウム材で製作
した穴埋め片をボルト５で固定した場合を示す。

【００３７】この穴埋め片10の片側は、積層鉄心２Ａ，
２Ｂの外側の凹極部の曲面と同一曲率に形成され、穴埋
め片10の他側は、積層鉄心２Ａ，２Ｂの突極部の曲面と
同一曲率に形成されている。この場合には、回転子の風
損を減らし、回転時の騒音を減らすことができる。な
お、穴埋め片10の材料はステンレス鋼材でもよい。

【００３８】このように構成された回転電機において
は、前述したように磁路の抵抗を減らすことができるの
で、従来の回転電機に組み込まれた永久磁石よりも小さ
な永久磁石を適用することができ、外形を小形化するこ
とができる。または、安価な永久磁石を適用した回転子
を有する回転電機を提供することができる。

【００３９】

【発明の効果】以上、請求項１に記載の発明によれば、
固定子と同軸に貫設された回転軸と、この回転軸の外周
に電磁鋼板の方向を回転軸と平行に配設され外周に複数
の突極部と凹極部が交互に形成された複数の積層鉄心
と、この積層鉄心の間に挿着された永久磁石とで回転電
機を構成し、永久磁石で発生した磁束の磁路の一部とな
る永久磁石と積層鉄心との境界面で積層鉄心の端面を永
久磁石の側面に接触させたので、漏れ磁束を減らし、磁
気飽和を防ぎ、磁気回路のパーミアンスと回転力を増や
すことのできる回転電機を得ることができる。

【００４０】また、請求項２に記載の発明によれば、固
定子と同軸に貫設された回転軸と、この回転軸の外周に
電磁鋼板の方向を回転軸と平行に配設され電磁鋼板の間
に高磁気抵抗材が挿入され外周に複数の突極部と凹極部
が交互に形成された複数の積層鉄心と、この積層鉄心の
間に挿着された永久磁石とで回転電機を構成し、永久磁
石で発生した磁束の磁路の一部となる永久磁石と積層鉄
心との境界面で積層鉄心の端面を永久磁石の側面に接触
させ、積層鉄心の鉄損は、電磁鋼板の間に挿着された高
磁気抵抗材によって減少させたので、漏れ磁束を減ら
し、磁気飽和を防ぎ、磁気回路のパーミアンスと回転力
を増やすことのできる回転電機を得ることができる。

【００４１】また、請求項３に記載の発明によれば、固
定子と同軸に貫設された回転軸と、この回転軸の外周に
電磁鋼板の方向を回転軸と平行に配設され電磁鋼板の間
に高電気抵抗材が挿入され外周に複数の突極部と凹極部
が交互に形成された複数の積層鉄心と、この積層鉄心の
間に挿着された永久磁石とで回転電機を構成し、永久磁
石で発生した磁束の磁路の一部となる永久磁石と積層鉄
心との境界面で積層鉄心の端面を永久磁石の側面に接触
させ、積層鉄心の鉄損は、電磁鋼板の間に挿着された高
電気抵抗材によって減少させたので、漏れ磁束を減ら
し、磁気飽和を防ぎ、磁気回路のパーミアンスと回転力
を増やすことのできる回転電機を得ることができる。

【００４２】また、請求項４に記載の発明によれば、固
定子と同軸に貫設された回転軸と、この回転軸の外周に
電磁鋼板の方向を回転軸と平行に配設され外周に複数の
突極部と凹極部が交互に形成され突極部にオーバハング
部が突設された複数の積層鉄心と、この積層鉄心の間に
挿着された永久磁石とで回転電機を構成し、永久磁石で
発生した磁束の磁路の一部となる永久磁石と積層鉄心と
の境界面で積層鉄心の端面を永久磁石の側面に接触さ
せ、積層鉄心と永久磁石とで構成される磁路のパーミア
ンスは、オーバハング部によって大きくしたので、漏れ
磁束を減らし、磁気飽和を防ぎ、磁気回路のパーミアン
スと回転力を増やすことのできる回転電機を得ることが
できる。

【００４３】また、請求項５に記載の発明によれば、凹
極部に非磁性材の穴埋め片を備えた請求項１，請求項
２，請求項３又は請求項５に記載の回転電機に備えるこ
とで、穴埋め片によって回転子の風損を減少させたの
で、漏れ磁束を減らし、磁気飽和を防ぎ、磁気回路のパ
ーミアンスと回転力を増やすことのできる回転電機を得
ることができる。

【００４４】さらに、請求項６に記載の発明によれば、
固定子の巻線がパルス電流で励磁される請求項１，請求
項２，請求項３，請求項４又は請求項５に記載の回転電
機を励磁することで、高トルク化と外形の小形化を達成
することのできる、パルスモータを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の請求項１，請求項２，請求項３及び請
求項６に記載の発明の回転電機の一実施例を示す断面
図。

【図２】図１に示した回転電機に組み込まれた回転子の
一例を示す拡大斜視図。

【図３】本発明の請求項１，請求項２，請求項３及び請
求項６に記載の発明の回転電機の他の実施例を示す断面
図。

【図４】本発明の請求項４に記載の発明の回転電機に組
み込まれる回転子の一実施例を示す斜視図。

【図５】図４のＡ−Ａ断面図。

【図６】本発明の請求項５に記載の発明の回転電機に組
み込まれる回転子の一実施例を示す断面図。

【図７】従来の回転電機に組み込まれる回転子の一例を
示す斜視図。

【図８】図７と異なる従来の回転電機の一例を示す断面
図。

【図９】図８の回転電機に組み込まれる回転子を示す斜
視図。

【符号の説明】

１，11，21…回転軸、２Ａ，２Ｂ，12Ａ，12Ｂ，22Ａ，
22Ｂ…積層鉄心、２ａ…凹極部，３，13Ａ，13Ｂ，13Ｃ
…永久磁石、４…突極部、５，25…ボルト、６Ａ，６
Ｂ，16Ａ，16Ｂ…軸受ブラケット、７，17…固定子、７
ａ…固定子巻線、８，18…軸受、９，19…フレーム、10
…穴埋め片、22ａ…オーバハング部。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定子と同軸に貫設された回転軸と、こ
   の回転軸の外周に電磁鋼板の方向を前記回転軸と平行に
   配設され外周に複数の突極部と凹極部が交互に形成され
   た複数の積層鉄心と、この積層鉄心の間に挿着された永
   久磁石とからなる回転電機。
2. 【請求項２】 固定子と同軸に貫設された回転軸と、こ
   の回転軸の外周に電磁鋼板の方向を前記回転軸と平行に
   配設され前記電磁鋼板の間に高磁気抵抗材が挿入され外
   周に複数の突極部と凹極部が交互に形成された複数の積
   層鉄心と、この積層鉄心の間に挿着された永久磁石とか
   らなる回転電機。
3. 【請求項３】 固定子と同軸に貫設された回転軸と、こ
   の回転軸の外周に電磁鋼板の方向を前記回転軸と平行に
   配設され前記電磁鋼板の間に高電気抵抗材が挿入され外
   周に複数の突極部と凹極部が交互に形成された複数の積
   層鉄心と、この積層鉄心の間に挿着された永久磁石とか
   らなる回転電機。
4. 【請求項４】 固定子と同軸に貫設された回転軸と、こ
   の回転軸の外周に電磁鋼板の方向を前記回転軸と平行に
   配設され外周に複数の突極部と凹極部が交互に形成され
   前記突極部にオーバハング部が突設された複数の積層鉄
   心と、この積層鉄心の間に挿着された永久磁石とからな
   る回転電機。
5. 【請求項５】 凹極部に非磁性材の穴埋め片を備えた請
   求項１，請求項２，請求項３又は請求項５に記載の回転
   電機。
6. 【請求項６】 固定子の巻線がパルス電流で励磁される
   請求項１，請求項２，請求項３，請求項４又は請求項５
   に記載の回転電機。