JPH09289745A - 回転機の磁極積層体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 渡り部から磁束がもれるのでモータ性能が低
下する。また渡り部の強度の確保が難しい。 【解決手段】 積層板を積層して形成される回転機の磁
極積層体において、各積層板５１は、周上に所定数の磁
極を形成する円板またはリング形状からなり、磁極間、
または磁極とその他積層板部分が幅狭の渡り部で結ばれ
ている。そして渡り部に圧縮変形による加工硬化部が設
けられている。この磁極積層体はロータに用いられ、こ
の場合、積層板５１の渡り部２７は磁石用開口部２５の
肩部とロータ外周の間の幅狭の部分である。また磁極積
層体は、ステータに用いられ、この場合、積層板の渡り
部は凸極間を内周側で連結する幅狭の連結部である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転機の磁極積層
体、特に、ロータやステータに用いられ、積層板を積層
して形成される回転機の磁極積層体に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、回転機（モータまたは発電機）の
ステータやロータに、積層板を積層して形成された磁極
積層体が用いられている。積層板としては、例えば高透
磁力材料からなる鋼板が用いられる。この積層構造によ
り、うず電流損を少なく抑えている。以下、従来技術と
して、このような積層構造のステータおよびロータを備
えたモータについて説明する。

【０００３】「従来技術１」図４は、従来より用いられ
ているモータの構成を示す断面図である。このモータ
は、ステータ１と、ステータ１に内挿されたロータ３を
備えており、ロータ３に永久磁石を設けた内磁型の永久
磁石モータである。

【０００４】ステータ１のステータ本体５は、板厚０．
５ミリ程度のリング形状のステータ積層板７を積層して
筒形状に形成されている。ステータ本体５には、内周側
に突出すようにして６個の凸極９が設けられている。６
個の凸極９は等間隔に設けられており、各々ステータ本
体５に一体に形成されている。各凸極９の内周面は円筒
面であり、ロータ３の外周面と一定の隙間を隔てて対向
するように設定されている。各凸極９に図示の如くステ
ータ巻線１１が巻回されることによりステータコイルが
形成されている。

【０００５】ロータ３のロータ本体１３は、板厚０．５
ミリ程度のリング形状のロータ積層板１５を積層して円
筒形状に形成されている。ロータ本体１３の中央には回
転軸１７が固定され、この回転軸１７は図示しないモー
タケースに軸支されている。また、ロータ本体１３の外
周面付近には、中心をはさんで向き合う２箇所（１８０
度位相をずらした位置）にロータ磁石１９が固定されて
いる。そして、ロータ本体１３におけるロータ磁石１９
の外周側の部分が磁極２１となっている。すなわち、ロ
ータ磁石１９に生じる磁束は、磁極２１を通ってロータ
３から出入する。

【０００６】図５は、ロータ積層板１５の平面図であ
る。ロータ積層板１５の中央には、回転軸１７を嵌入す
るための円形の軸取付穴２３が設けられている。また、
ロータ積層板１５の外周面付近には、ロータ磁石１９を
嵌入するための長方形の磁石用開口部２５が設けられて
いる。磁石用開口部２５の外周側は磁極２１ａである。
この磁極２１ａが積層されて、前述のロータ本体１３の
磁極２１が形成されている。ここで、磁石用開口部２５
の肩部とロータ外周の間の幅狭の部分を渡り部２７とす
る。渡り部２７は、磁極２１ａとその他のロータ積層板
１５部分とを結ぶ部分である。

【０００７】以上に図４に示した従来のモータの構成を
説明した。モータの運転時、ステータ巻線１１に交流電
流を供給することにより、回転磁界が発生する。一方ロ
ータ３では、ロータ磁石１９により磁極２１に磁界が発
生する。ステータ１の回転磁界とロータ３の磁界の磁気
作用によってロータ３に回転力が作用し、ロータ３が回
転する。

【０００８】「従来技術２」図６は、従来技術２のモー
タの構成を示す断面図である。このモータでは、ステー
タ３１におけるステータ本体３３の構成が従来技術１と
異なっている。ステータ本体３３は分割構造であり、ス
テータ外筒３５と、このステータ外筒３５に隙間なくは
め込まれたステータ内筒３７とからなる。

【０００９】ステータ外筒３５は、板厚０．５ミリ程度
のリング形状のステータ外筒積層板３９を積層して円筒
形状に形成されている。ステータ内筒３７も板厚０．５
ミリ程度のリング形状のステータ内筒積層板４１を積層
して筒形状に形成されている。ステータ内筒３７には、
周方向に等間隔に６個の凸極４３が設けられている。そ
して、連結部４５により、隣合う凸極４３が内周側で連
結されている。ステータ内筒３７の内周面（すなわち凸
極４３および連結部４５により形成される筒の内周面）
は円筒面であり、ロータ３の外周面と一定の隙間を隔て
て対向するように設定されている。また、ステータ内筒
３７の外周面（すなわち各凸極４３の外側の面）も円筒
面である。ステータ内筒３７はステータ外筒３５に圧入
されており、各凸極４３がステータ外筒３５と隙間なく
密着している。凸極４３とステータ外筒３５の間の隙間
をなくすことにより、両者の間に磁束が通りやすくなっ
ている。

【００１０】図７は、ステータ内筒積層板４１の平面図
である。ステータ内筒３７の断面形状に対応して、６個
の凸極４３ａが連結部４５ａにより連結されている。こ
の凸極４３ａおよび連結部４５ａが積層されて、各々前
述のステータ内筒３７の凸極４３および連結部４５が形
成されている。連結部４５ａは、隣合う凸極４３ａの間
を結ぶ渡り部である。

【００１１】図６のモータの場合、ステータ内筒３７を
ステータ外筒３５にはめ込む前にステータ巻線１１を凸
極４３に巻きつけることができる。ステータ巻線１１を
外側から巻き付けるので、従来技術１のように内側から
巻き付ける場合より巻付け作業が容易である。そして、
凸極間の空間におけるステータ巻線１１の占有率を高め
てステータコイルの巻数を増やすことができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】

「従来技術１についての課題」図８は、図４に円で示し
たＡ部分の詳細を示している。渡り部２７の半径方向の
最小幅寸法は図示のようにＷ１である。

【００１３】図８には、ロータ磁石１９から磁極２１ａ
を通り凸極９に至る磁束Φａが矢印で示されている。磁
束Φａの一部は凸極９に届かずに、もれ磁束Φｂとなっ
て渡り部２７からロータ積層板１５の他の部分にもれて
いる。磁極２１ａと凸極９の間に効率よく磁束を通して
モータの性能を向上させるためには、もれ磁束Φｂを極
力低減することが好ましい。ここで、磁石用開口部２５
をより外周側に配置して渡り部２７の半径方向の幅を狭
くすることで、効果的にもれ磁束を低減することができ
る。すなわち、渡り部２７の半径方向Ｗ１の幅を狭くす
ると、断面積の低減により渡り部２７の磁気抵抗が増す
ので、もれ磁束Φｂが低減する。

【００１４】一方、ロータ３が回転すると、図示の如
く、ロータ磁石１９に遠心力Ｆが作用する。遠心力Ｆに
より、渡り部２７に曲げモーメントが作用する。従って
曲げモーメントによって亀裂や破壊が生じないように、
渡り部２７の半径方向の幅を設定する必要がある。ま
た、遠心力Ｆはロータ回転数の２乗に比例して増大する
ので、ロータ回転数に応じて渡り部２７に作用する曲げ
モーメントも大きくなる。従って、モータの最高回転数
が、渡り部２７の曲げ強度（すなわち幅寸法）により制
限される。

【００１５】以上より、従来のモータでは、モータの性
能向上のために渡り部２７の半径方向の幅を狭くしても
れ磁束Φｂを低減することが好ましいが、曲げ強度確保
のためには渡り部２７の幅を狭くすることは難しい。

【００１６】「従来技術２についての課題」図９は、図
６に円で示したＢ部分の詳細を示している。連結部４５
ａの半径方向の最小幅寸法は図示のようにＷ２である。

【００１７】図９には、凸極４３ａから磁極２１ａに至
る磁束Φｃが矢印で示されている。磁束Φｃの一部は磁
極２１ａに届かずに、もれ磁束Φｄとなって連結部４５
ａにもれている。ここでも、前述と同様、凸極４３ａと
磁極２１ａの間に効率よく磁束を通してモータの性能を
向上させるためには、連結部４５ａの半径方向の幅を狭
くしてもれ磁束Φｄを極力低減することが効果的であ
る。

【００１８】一方、（１）モータ製造時、ステータ内筒
３７の取扱い中に連結部４５に亀裂や破壊が生じるのを
防止する必要がある。（２）また、ステータ１とロータ
３の隙間を小さくしてモータの性能を向上させるため、
ステータ内筒３７の内周面を機械加工にて仕上げる場合
がある。この場合、機械加工時による連結部４５の変形
を防ぐ必要がある。（３）さらにまた、前述のように、
ステータ内筒３７をステータ外筒３５に圧入するように
構成した場合、ステータ内筒３７の円環剛性を確保して
変形を防ぐ必要がある。また圧入により連結部４５に曲
げモーメントが作用するので、圧入時に連結部４５に亀
裂や破壊が発生するのを防ぐ必要がある。各ステータ積
層板４１の連結部４５ａの半径方向の幅は、（１）〜
（３）の要求に応えるようにある程度広く設定されてい
る。

【００１９】以上より、従来技術２のモータでは、モー
タの性能向上のためには連結部４５ａの半径方向の幅を
狭くしてもれ磁束Φｄを低減することが好ましい。しか
しながら、連結部４５ａの亀裂や破壊を防ぎ、圧入時の
ステータ内筒３７の変形を防ぐ必要があるので連結部４
５ａの幅を狭くすることは難しい。

【００２０】「本発明の目的」本発明は、上記の課題を
解決するためになされたもので、積層板を積層して形成
され、この積層板の周上に磁極を形成するような磁極積
層体に関する。本発明の目的は、各積層板の磁極間の渡
り部、または磁極とその他の磁極積層体部分の渡り部の
外力に対する強度を向上させるとともに、上記渡り部の
磁気抵抗を高めて磁束のもれを低減することが可能な磁
極積層体を提供することにある。そして、渡り部の強度
を確保して変形や破壊を防止することと、もれ磁束を低
減してモータ性能を向上することとを両立させることを
目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は、積層板を積層
して形成される回転機の磁極積層体において、各積層板
は、周上に所定数の磁極を形成する円板またはリング形
状からなり、磁極間、または磁極とその他積層板部分が
幅狭の渡り部で結ばれており、該渡り部圧縮変形による
加工硬化部が設けられている。

【００２２】上記によれば、各積層板の磁極間が渡り部
で結ばれ、または各積層板の磁極とその他の積層板部分
が渡り部で結ばれている。そしてこの渡り部に圧縮変形
による加工硬化部が設けられている。加工硬化部は渡り
部の全部に設けてもよく一部に設けてもよい。この加工
硬化部では、圧縮変形により外力に対する強度が高くな
っており、かつ透磁率が高くなって磁気抵抗が増してい
る。

【００２３】本発明の一態様では、該磁極積層体は、回
転機のステータに内挿されるロータに用いられ、前記積
層板には、ロータ外周付近にロータ磁石を嵌入するため
の磁石用開口部が設けられ、前記磁極を該磁石用開口部
の外側に形成し、前記渡り部は、前記磁石用開口部の肩
部とロータ外周の間の幅狭の部分である。

【００２４】上記は、本発明を回転機のロータに適用し
た形態である。積層板の磁石用開口部の外側に磁極が形
成されている。そして、磁石用開口部の肩部とロータ外
周の間の幅狭の部分が、磁極とその他の積層板部分を結
ぶ渡り部となっている。この渡り部に加工硬化部が設け
られている。

【００２５】また、本発明の一態様では、前記磁極積層
体は、回転機のステータに用いられ、前記積層板は、ス
テータ巻線を巻回するための複数の凸極を環状に配置し
てリング形状に形成され、前記渡り部は、前記凸極間を
内周側で連結する幅狭の連結部である。

【００２６】上記は、本発明を回転機のステータに適用
した形態である。各積層板において、隣合う凸極の間を
内周側で連結するように連結部が設けられ、この連結部
が磁極間を結ぶ渡り部である。そして、この渡り部に加
工硬化部が設けられている。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。なお、前述の図４〜図９に示す要
素に付した符号と同一符号を付した要素は同一機能を有
するので、説明を省略する。

【００２８】「実施形態１」本実施形態のモータは、前
述の従来技術１のモータに対して、ロータ３を構成する
ロータ積層板の構成のみが相違している。そこで、従来
技術１と共通する構成については説明を省略し、相違点
についてのみ説明する。

【００２９】図１は、実施形態１のロータ積層板５１の
構成を示している。同図（ａ）は、ロータ積層板５１の
平面図であって、図４の円Ａに相当する部分を拡大して
示している。そして図１（ａ）中の矢印Ｘ方向から見た
ロータ積層板５１の形状が同図（ｂ）に示されている。
同図（ｂ）は、ロータ積層板５１を積層した状態を示し
ている。

【００３０】図１（ａ）に示すように、本実施形態のロ
ータ積層板５１では、渡り部２７の一部に、圧縮変形処
理を施した加工硬化部５３が設けられており、その部分
の断面積は従来技術より小さく設定されている。図１
（ａ）に示すように、加工硬化部５３は磁石用開口部２
５の肩部隅を中心に設けられており、加工硬化部５３の
範囲は円周方向にＢである。また図１（ｂ）に示すよう
に、加工硬化部５３の最小肉厚はｔ１であり、ロータ積
層板５１の一般部の肉厚Ｔ１よりも薄くなっている。そ
して、加工硬化部５３の肉厚が一般部より薄いので、ロ
ータ積層板５１間に空隙５５が生じている。

【００３１】図２は、圧縮変形処理を施すことによる、
ロータ積層板５１用の鋼板の特性変化を示している。同
図は、圧縮変形処理として冷間圧延加工を施した場合の
特性を示している。同図において、横軸は変形度（圧縮
変形処理による変形の度合い）であり、縦軸は鋼板の引
張強度および透磁率である。同図に示すように、変形度
が増すほど引張強度が増している。引張強度の増加は、
圧縮変形時の加工硬化に基づくものである。また、変形
度が増すほど透磁率が低下している。このように、圧縮
変形処理を施すことにより、引張強度と透磁率という２
つの特性を同時に変化させることができる。

【００３２】図２から明らかなように、加工硬化部５３
では、ロータ積層板５１の一般部より引張強度が増して
おり、かつ透磁率が低くなる。加工硬化部５３にこのよ
うな特性を与えた結果、本実施形態では以下のような効
果が得られている。

【００３３】（１）渡り部２７の断面積を小さくしたに
もかかわらず、渡り部２７の曲げ強度が維持されてい
る。従って、ロータ磁石１９に作用する遠心力Ｆに基づ
く曲げモーメントに対しての強度が確保されている。以
上より、渡り部２７の半径方向の最小幅寸法ｗ１を図８
に示した従来技術１における最小幅寸法Ｗ１よりも小さ
くすることができる。

【００３４】なお、渡り部２７の幅寸法や圧縮変形の程
度の調整により、さらに曲げモーメントに対する強度を
増加させることもできる。その結果、渡り部２７の強度
に関して、モータ最高回転数の限界を高めることができ
る。

【００３５】（２）渡り部２７の磁気抵抗が下記理由
（ａ）〜（ｃ）により従来技術１と比較して増加してお
り、その結果、図８に説明したもれ磁束Φｂが従来より
も低減している。すなわち、（ａ）圧縮変形により透磁
率が低下しており、磁気抵抗は透磁率に反比例して増加
している。（ｂ）圧縮変形により薄肉になり渡り部２７
の断面積が小さくなっており、断面積に反比例して磁気
抵抗が増加している。（ｃ）圧縮変形によりロータ積層
板５１の間に空隙５５が生じている。空気の透磁率は非
常に小さいので、空隙の発生により磁気抵抗が増加して
いる。

【００３６】「実施形態２」本実施形態のモータは、前
述の従来技術２のモータに対して、ステータ内筒３７を
構成するステータ内筒積層板の構成のみが相違してい
る。そこで、従来技術２と共通する構成については説明
を省略し、相違点についてのみ説明する。

【００３７】図３は、実施形態２のステータ内筒積層板
６１の構成を示している。同図（ａ）は、ステータ内筒
積層板６１の平面図であって、図６の円Ｂに相当する部
分を拡大して示している。そして図中矢印Ｙ方向から見
たステータ内筒積層板６１の形状が同図（ｂ）に示され
ている。同図（ｂ）は、ステータ内筒積層板６１を積層
した状態を示している。

【００３８】そして連結部４５ａの一部に、圧縮変形処
理を施した加工硬化部６３が設けられており、連結部４
５ａの断面積は従来技術２より小さく設定されている。
図３（ａ）に示すように、加工硬化部６３は連結部４５
ａの中央に設けられており、加工硬化部６３の範囲は円
周方向にｂである。また図３（ｂ）に示すように、加工
硬化部６３の最小肉厚はｔ２であり、ステータ内筒積層
板６１の一般部の肉厚Ｔ２よりも薄くなっている。そし
て、加工硬化部６３の肉厚が薄くなったことによりステ
ータ内筒積層板６１間に空隙６５が生じている。

【００３９】実施形態１にて図２について説明したのと
同様に、加工硬化部６３では、ステータ内筒積層板６１
の一般部より引張強度が増しており、かつ透磁率が低く
なる。加工硬化部６３にこのような特性を与えた結果、
本実施形態では以下のような効果が得られている。

【００４０】（１）連結部４５ａの最小幅寸法を小さく
したにもかかわらず、連結部４５ａの曲げ強度が維持さ
れている。従って、取扱い時、加工時あるいは圧入時の
ステータ内筒３７の変形や破壊が回避されている。以上
より、渡り部（連結部４５ａ）の半径方向の最小幅寸法
ｗ２を図９の従来技術２におけるＷ２よりも小さくする
ことができる。

【００４１】（２）連結部４５ａの磁気抵抗が、実施形
態１に説明した理由（ａ）〜（ｃ）により従来技術２と
比較して増加しており、図９に説明したもれ磁束Φｄが
低減している。なお、連結部４５ａの幅寸法や圧縮変形
の程度調整により、さらに変形や破壊に対する強度を向
上することもできる。

【００４２】以上、本発明の好適な実施形態について説
明した。なお、本発明を発電機にも同様に適用可能なこ
とはもちろんである。また、ロータのみ、あるいはステ
ータのみを積層体とする回転機にも同様に適用可能であ
る。また、加工硬化部は、実施形態１、２に示した位置
に限られず、渡り部、連結部の他の場所に設けてもよ
く、また渡り部、連結部の全体に設けてもよい。

【００４３】その他、実施形態２に関し、ステータ内筒
３７をステータ外筒３５に圧入せずに嵌入する構成にお
いても本発明を同様に適用できる。さらにステータ内筒
３７の内周に機械加工を行う場合、行わない場合の双方
に本発明を適用できる。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、各積層板の磁極間、ま
たは磁極とその他の積層板部分を結ぶ渡り部に加工硬化
部を設けたことにより、この加工硬化部において、外力
に対する強度が高くなり、かつ透磁率が高くなるという
ように２つの特性が同時に変化している。従って、渡り
部の強度を確保して変形や破壊を防止し、かつ渡り部か
らのもれ磁束を低減してモータ性能を向上させるという
両効果を同時に奏することができる。

【００４５】本発明の一態様では、ロータに用いられる
磁極積層体を形成する積層板において、磁石用開口部の
肩部とロータ外周の間の幅狭の部分（すなわち渡り部）
に加工硬化部を設けたことにより、ロータ磁石に作用す
る遠心力に基づく曲げモーメントに対する渡り部の強度
が増加し、かつ、磁石用開口部の外側の磁極から渡り部
を通ってその他の積層板部分へもれるもれ磁束が低減す
る。

【００４６】また、本発明の一態様では、ステータに用
いられる磁極積層体を形成する積層板において、凸極間
を内周側で連結する幅狭の連結部に加工硬化部を設けた
ことにより、連結部の外力に対する強度が増加し、か
つ、連結部へもれるもれ磁束が低減する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態のモータのロータ積層
板の形状を示す説明図である。

【図２】 積層板の圧縮変形処理による特性の変化を示
す説明図である。

【図３】 本発明の第２実施形態のモータのステータ積
層板の形状を示す説明図である。

【図４】 従来技術１のモータの構成を示す断面図であ
る。

【図５】 図４のモータのロータ積層板の平面図であ
る。

【図６】 従来技術２のモータの構成を示す断面図であ
る。

【図７】 図６のモータのステータ内筒積層板の平面図
である。

【図８】 図４のモータの円Ａの部分の詳細図である。

【図９】 図６のモータの円Ｂの部分の詳細図である。

【符号の説明】

１，３１ ステータ、３ ロータ、５，３３ ステータ
本体、９，４３，４３ａ 凸極、１１ ステータ巻線、
１３ ロータ本体、１５，５１ ロータ積層板、１９
ロータ磁石、２１，２１ａ 磁極、２５ 磁石用開口
部、２７ 渡り部、３５ ステータ外筒、３７ ステー
タ内筒、４１，６１ ステータ内筒積層板、４５，４５
ａ 連結部、５３，６３ 加工硬化部、５５，６５ 空
隙。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 積層板を積層して形成される回転機の磁
   極積層体において、 各積層板は、周上に所定数の磁極を形成する円板または
   リング形状からなり、磁極間、または磁極とその他積層
   板部分が幅狭の渡り部で結ばれており、該渡り部に圧縮
   変形による加工硬化部が設けられていることを特徴とす
   る回転機の磁極積層体。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の回転機の磁極積層体に
   おいて、 該磁極積層体は、回転機のステータに内挿されるロータ
   に用いられ、 前記積層板には、ロータ外周付近にロータ磁石を嵌入す
   るための磁石用開口部が設けられ、前記磁極を該磁石用
   開口部の外側に形成し、 前記渡り部は、前記磁石用開口部の肩部とロータ外周の
   間の幅狭の部分であることを特徴とする回転機の磁極積
   層体。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の回転機の磁極積層体に
   おいて、 前記磁極積層体は、回転機のステータに用いられ、 前記積層板は、ステータ巻線を巻回するための複数の凸
   極を環状に配置してリング形状に形成され、 前記渡り部は、前記凸極間を内周側で連結する幅狭の連
   結部であることを特徴とする回転機の磁極積層体。