JPH09322447A - 電動機の回転子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 多数の薄鉄板を打ち抜いて積層して構成した
鉄心１ａと、この鉄心１ａの内部に環状に装着した複数
片の磁石６とを具備した電動機の回転子において、鉄心
の収容孔への磁石６の挿入を容易にするとともに、回転
子と固定子との接触事故をなくし、同時に電動機のトル
クを大幅に向上させる。 【構成】 鉄心１ａの外周部と磁石６の円弧状外周部と
の間に介在する鉄心ブリッジ部３の幅を、磁石６の１片
における周方向中央部と対向する部分を広幅に形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷凍機や空調機の圧縮
機駆動用電動機等に代表される永久磁石を装着した内転
型回転子に関し、特に回転子の鉄心の内部に磁石を埋め
込んで構成するいわゆるインテリアル・パーマネントマ
グネット・モータ（以下ＩＰＭと称す）の回転子に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】ＩＰＭの回転子として、一般に図８に示
す構成のものが知られている。この回転子は、軸孔５に
嵌入される軸によって支持されて、ケーシングに固定さ
れた電動機固定子の内側に配置され、鉄心１ｅの外周部
が固定子鉄心の内周部との間に所定の空隙を介して対向
するように構成される。鉄心１ｅは所定形状に打ち抜い
た０．３５ｍｍ，０．５０ｍｍ等の板厚の薄鉄板を多数
積層して形成されており、収納した磁石の軸方向両端部
を密閉するために端板１０，１０を装着し、軸方向に貫
通する複数のカシメピン９によって鉄心１ｅと端板１
０，１０とが固定されている。

【０００３】図８に示した回転子の断面を図９及び図１
０に示す。薄鉄板の打ち抜きによって形成された鉄心１
ｅは、磁石６の収容孔２、カシメピン９の挿通孔８及び
軸孔５を備え、各薄鉄板に設けた打ち出し突起による凹
凸部を軸方向に隣接する薄鉄板相互で嵌合させて固定す
る周知のカシメクランプ手段７によって固定されて構成
されている。積層後の鉄心１ｅの複数の収容孔２には、
これと略相似形の磁石６がすきまばめあるいは圧入等に
よって挿入され、しかる後、端板１０，１０がカシメピ
ン９によって固定されて蓋がなされるようになってい
る。

【０００４】複数片の磁石６は、主にフェライト磁石あ
るいは希土類磁石が用いられ、極と平行に磁気配向させ
た極異方性、あるいは径方向に磁気配向させたラジアル
異方性に形成され、１片の磁石が１極を形成するように
着磁されて界磁を形成するようになっており、実施例の
ものは４極の界磁構成の場合を示している。図９に示す
回転子において、磁石６の断面形状は、外径側が円弧状
で内径側が直線状の略蒲鉾形をなし、この磁石６の円弧
状外周部は鉄心１ｅの外周部と同心状の円弧に形成され
ている。この結果、図１１に示すように、鉄心１ｅにお
ける外周部と磁石６の外周部即ち収容孔２の円弧状外周
部との間に介在する鉄心部分（以下ブリッジ部と称す）
３は等幅に形成されている。そしてこのブリッジ部３
は、収容孔２の相互間に介在する鉄心部分（以下ガード
部と称す）４によって支持された構成となっている。

【０００５】磁石の形状としては、図９に示したもの以
外に、図１２に示すような形状のものも一般に多用され
ている。この磁石６ａは、外径側と内径側の双方を同心
の円弧状に形成した弓形をなしており、内径側が円弧状
である点を除いて図９に示した磁石６と同様の構成とな
っている。図１２に示す回転子の構成に関しては、図９
の場合と同様であるため、図９と同一の符号を付して重
複する説明は省略する。以上説明したような回転子は、
例えば特開平５−１７６４８７号公報等に開示されてい
る。

【０００６】上記回転子は、三相巻線を有する固定子と
ともに永久磁石型の同期電動機を構成し、インバータを
介して固定子巻線を励磁することによって回転を行うよ
うになっている。このようなＩＰＭの場合、逆突極性を
特徴としているため、低速域においては、これにより生
じるリラクタンストルクと磁石により生じる主磁束トル
クの双方の最大トルクポイントで駆動するいわゆる最大
トルク制御を行い、一方高速域においては、主磁束トル
クをリラクタンストルクにて補ういわゆる進み位相制御
を行うのが有効であり、前述の圧縮機等の駆動に用いら
れている。

【０００７】即ち、一般にＩＰＭのトルクＴは、主磁束
トルクをＴ１、リラクタンストルクをＴ２とすると、 Ｔ＝Ｔ１＋Ｔ２ ……（１） であり、磁石による磁束量をΦ、ｑ軸電流をＩｑ、ｄ軸
電流をＩｄ、ｑ軸インダクタンスをＬｑ、ｄ軸インダク
タンスをＬｄとすれば、 Ｔ１＝Φ・Ｉｑ ……（２） Ｔ２＝（Ｌｄ−Ｌｑ）Ｉｄ・Ｉｑ ……（３） で表される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ＩＰＭの場合、一般に
リラクタンストルクＴ２に比べて主磁束トルクＴ１の占
める割合が大きいため、図１１に示したような回転子鉄
心１ｅにおいては、主磁束の漏洩を少なくするために、
ブリッジ部３の径方向の幅は小さく設計する必要があ
る。回転子鉄心を構成する薄鉄板の打ち抜きは、順送プ
レス型を用いて行われ、図１３に示すように所定のクリ
アランスＷ１を有する上刃１２と下刃１３とによって板
厚がＷ２なる薄板材料１１を抜き落とすものであり、下
側の薄板１１ａが抜き落とされるとともに、上側の薄板
１１ｂが残されて次ステーションへ運ばれるようになっ
ている。ブリッジ部３を形成する場合、収容孔２を抜き
落とすステーションにおいてはブリッジ部３は図１３の
薄板１１ｂに相当し、鉄心１ｅの外周部を抜き落とすス
テーションにおいては薄板１１ａに相当することにな
る。

【０００９】このように打ち抜かれて積層された鉄心ブ
リッジ部３は、図１４に示すような形状となる。即ち、
各薄鉄板には鉄心の外周部１４と内周側の収容孔２との
間に幅がＷ３なるブリッジ部３が打ち抜かれており、こ
のブリッジ部３の内外周面のそれぞれはせん断面１５と
破断面１６によって形成されており、破断面１６の先端
にはバリ１７が生じている。また上刃１２または下刃１
３が打ち込まれる板面からせん断面１５にかけては薄板
材料が刃に引き込まれて生じるだれ込み部１８が生じ
る。従ってだれ込み部１８によって、ブリッジ部３の上
下板面はせん断方向へ傾斜して形成されることになる。

【００１０】積層直後の回転子鉄心は、図１４に示すよ
うに各薄鉄板に生じたバリ１７によって積層間が浮いた
状態となっていて積層密度が悪いため、一般に積層方向
に再加圧して増し締めがなされる。このとき鉄心のブリ
ッジ部３においては、幅寸法Ｗ３が小さいために、この
寸法Ｗ３に対する前述のだれ込み部１８による傾斜部分
の割合がかなり大きくなっており、この結果図１５に示
すように、加圧によってブリッジ部３の上下面が滑って
積層間にズレが生じたり、ブリッジ部３自体が傾斜して
収容孔２側あるいは外周部１４側へ突出するといったい
わゆる座屈現象を生じる。このようにブリッジ部３が本
来のブリッジ幅Ｗ３に対して径方向内外へ凹凸を生じる
ことにより、収容孔２への磁石６，６ａの挿入ができな
くなったり、回転子の外周部１４が固定子と接触して電
動機として回転不能となったりするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、多数の薄鉄板
を打ち抜いて積層して構成した鉄心の内部に、複数片の
磁石を環状に装着して構成する電動機の回転子におい
て、前記鉄心の外周部と前記磁石の円弧状外周部との間
に介在する鉄心ブリッジ部の幅を、前記磁石の１片にお
ける周方向中央部と対向する部分を広幅に形成するもの
である。

【００１２】この鉄心ブリッジ部に設ける広幅部の形状
は、内側へ向けた凸状または外側へ向けた凸状のどちら
でもよいが、内側へ向けた凸状とした場合は、広幅部の
凸状の先端は磁石の円弧状外周部に当接するような円弧
に形成し、それ以外の狭幅のブリッジ部は磁石から離間
した構成となる。また内側へ向けた凸状とした場合にお
いて、磁石の周方向中央部と対向する部分に加えて、周
方向端部近傍と対向する鉄心ブリッジ部に周方向に間欠
的に広幅部を設けるようにしてもよい。尚、前記鉄心ブ
リッジ部に設ける広幅部の幅は、前記鉄心を構成する薄
鉄板の板厚以上とすることが好ましい。

【００１３】

【作用】鉄心ブリッジ部の広幅部においては、打ち抜き
によるだれ込み部に対してブリッジ部の幅寸法が大きい
ために広幅部に平坦な板面が存在し、積層方向に鉄心を
再加圧して増し締めを行う際に前記平坦な板面で加圧力
を受けることができ、この結果ブリッジ部にズレや傾斜
が生じることがない。

【００１４】また、ブリッジ部の周方向中央部に存在す
る広幅部に磁石による主磁束が効率的に集中し、前述の
（２）式における磁束量Φが増加して主磁束トルクＴ１
が大きくなる。またこのように主磁束が広幅部に集中す
ることによりガード部を経由して漏洩する主磁束が減少
し、代わりにガード部を経由した固定子磁束の通過量が
増加し、同時に広幅部を経由する固定子磁束の磁路も形
成され、 （Ｌｄ−Ｌｑ）の絶対値が大きくなってリラ
クタンストルクＴ２が大きくなる。この結果、（Ｔ１＋
Ｔ２）によって構成されるＩＰＭのトルクＴが大幅に増
加する。

【００１５】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の代表的な一例を示す回転子鉄心の平面図
である。この鉄心１ａのブリッジ部３は、従来のように
等幅に形成されるのではなく、周方向中央部に広幅部３
ａを、そして周方向端部のガード部４近傍の部分には狭
幅部３ｂ，３ｂをそれぞれ設けてある。広幅部３ａは収
容孔２内へ突出した凸部によって形成されており、この
構成は各極におけるブリッジ部で均等構成となってい
る。

【００１６】広幅部３ａの内周部は鉄心１ａの外径１４
と同心状に形成され、図２に示すようにこの鉄心１ａの
収容孔２に磁石６を挿入したとき、広幅部３ａの内周部
と磁石６の円弧状外周部とは当接状態となり、狭幅部３
ｂ，３ｂと磁石６とは若干離間するように構成される。

【００１７】図１に示される鉄心１ａにおいて、鉄心を
構成する各薄鉄板を打ち抜く際、図１５にて説明しただ
れ込み部１８が生じるためにブリッジ部３の板面はせん
断方向へ傾斜して形成されるのであるが、従来のブリッ
ジ部と比較して広幅に形成された部分３ａにおいては、
だれ込み部に対するブリッジ幅Ｗ３の割合が大きくなる
ため、平坦な板面を多く残存させて打ち抜くことができ
る。このため積層方向に鉄心１ａを再加圧して増し締め
を行う際に、上記平坦な板面で加圧力を受けることがで
き、ブリッジ部３のズレや傾斜が発生することが防止さ
れる。

【００１８】上記効果を得るためのブリッジ部の広幅部
３ａの幅寸法は、概ね薄鉄板の板厚以上とすることによ
り、良好な効果が発揮されることが発明者らによって確
認されている。一方ブリッジ部３の狭幅部３ｂは、鉄心
のガード部４に近接しているため、この部分については
加圧によるズレや傾斜は発生しにくい構成となっている
ため、従来通りの幅に形成すればよく、必要に応じさら
に狭幅に形成することも可能である。

【００１９】図２に示す回転子を固定子と対向配置した
状態を図６に示す。固定子２４は、複数のスロット２１
を有する固定子鉄心１９に絶縁物を介して三相巻線２０
ａ，２０ｂが巻回されており、図示する巻線は模式的に
示してあるが、巻線群２０ａと巻線群２０ｂには互いに
逆方向の電流が通電されて、これにより２３ａ，２３ｂ
で示されるような磁束が生じている状態を表している。
一般にＩＰＭの固定子に対してなされる台形波１２０゜
通電は、Ｕ−Ｖ，Ｕ−Ｗ，Ｖ−Ｗ，Ｖ−Ｕ，Ｗ−Ｕ，Ｗ
−Ｖの６つの通電パターンより成り、各々の通電区間は
電気角６０゜となっている。従って、ある特定の巻線に
電気角６０゜の通電がなされる間、その特定の巻線によ
る電磁力と磁石による磁束との関係が最高のトルクを生
じる関係となるように通電制御されるようになってい
る。

【００２０】図７は、固定子に対して例えばＵ−Ｖ通電
を行い、回転子が停止した位置を０゜とし、Ｕ−Ｖ通電
を継続しつつ回転子を回転させていった場合に生じるト
ルクを示しており、θは回転の電気角、実線Ａは本発明
による回転子の場合、破線Ｂは従来の回転子の場合をそ
れぞれ示している。前述したように本発明の回転子の場
合は、ブリッジ部の広幅部３ａは磁石６と当接して磁石
の磁束が通過し易く構成され、狭幅部３ｂは磁石６と離
間しているとともに磁気飽和し易く構成されているため
に、必然的に磁石による主磁束は広幅部３ａへ集中し易
く構成されることになる。このような構成によって得ら
れる主磁束トルクＴ１は、図７の（ａ）におけるＡ線で
示されるようなものとなり、電気角θが９０゜の地点で
極大値となり、この近辺で従来品Ｂに比べて大きなトル
クが得られる。

【００２１】一方、リラクタンストルクの成分は固定子
巻線による磁束によって生じるものであり、この磁束は
図６の２３ａ，２３ｂのような磁路を形成する。即ち磁
束２３ｂは、固定子鉄心１９から空隙２２を経由して回
転子鉄心１ａのガード部４、磁石６の内側の鉄心部分、
磁石６を挟んだもう一方のガード部４をそれぞれ通って
再び空隙２２を経由して固定子鉄心１９に至る磁路を形
成し、これは従来のＩＰＭにおける一般的な磁路であ
る。本発明の特徴は、ブリッジ部の広幅部３ａの存在に
より、固定子鉄心１９から空隙２２を経由して広幅部３
ａを通る磁束２３ａが比較的大きな割合で寄与してくる
ことにある。またブリッジ部の広幅部３ａと狭幅部３ｂ
のそれぞれの作用により、前述したように磁石による主
磁束がブリッジ部の周方向中央部に集中することから、
ガード部４を経由した主磁束の漏洩が減少し、このこと
により固定子磁束２３ｂの磁路のパーミアンスが増加し
て磁束２３ｂも増加することになる。

【００２２】従って本発明品のリラクタンストルクＴ２
は図７の（ｂ）におけるＡ線で示されるようなものとな
り、従来品Ｂに比べて大きなものとなっている。この結
果ＩＰＭのトルクＴは、（１）式にて説明したようにＴ
１とＴ２の合成となるため、図７の（ｃ）のＡ線にて示
されるものとなる。このトルクＡの最大区間を形成する
２つの極大値間の角度θは約５０゜であり、この区間は
主磁束トルクＴ１とリラクタンストルクＴ２との成分比
によって移動するが、区間の角度幅は変化することはな
く、電気角６０゜の通電をこのトルクＴの最大区間で行
うことにより従来品Ｂよりも大きなトルクを得ることが
可能となる。

【００２３】図３は本発明の別の実施例を示し、ブリッ
ジ部３の周方向中央部の広幅部３ａに加えて、周方向端
部近傍にも広幅部３ｃ，３ｄを間欠的に設けたものであ
る。この場合、端部の広幅部３ｃ，３ｄの内径は、中央
部の広幅部３ａと同一に形成されている。図３のような
鉄心１ｂとすることにより、磁石の円弧状外周部と当接
する部分が周方向に分散できるため、回転子の回転に伴
って磁石に加わる遠心力が中央部の一点に集中するのを
回避し、回転子の耐遠心力強度を高めることが可能とな
る。

【００２４】図４は本発明のさらに別の実施例を示し、
図１に示した広幅部３ａに代えて、外側へ向けて突出し
た広幅部３ｅとしたものである。図４のような鉄心１ｃ
においても、図１に示した回転子と略同様の効果を得る
ことができる。尚、広幅部３ｅの突出によって回転子と
固定子間の空隙が縮小するが、前述したブリッジ部３の
ズレや傾斜が発生した場合に比べれば突出寸法は相対的
に小さなものであり、且つ寸法上の品質も安定している
ので、固定子との間に所定の空隙を維持して回転子が回
転を行うに際して支障は生じない。

【００２５】図５に示す鉄心１ｄは、図１２に示したよ
うな弓形の磁石を使用した回転子に本発明を適用した場
合の例を示しており、収容孔２の内径側が磁石形状に合
わせた円弧状である点以外は図１に示した鉄心１ａと同
様の構成であり、作用、効果に関しても何等変わること
はない。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、鉄心ブリッジ部の広幅
部の存在によって、積層方向に鉄心を加圧して増し締め
を行う際にブリッジ部に積層間のズレや傾斜が発生する
ことが防止される。この結果、鉄心の収容孔への磁石の
挿入が容易となって製造上の歩留まりが向上するととも
に、回転子の外周部が固定子と接触するといった事故を
なくすことができ、品質の良い回転子を提供できるもの
である。

【００２７】またブリッジ部の周方向中央部に存在する
広幅部に磁石による主磁束が効率的に集中して主磁束ト
ルク成分を増加させ、同時に該広幅部及び磁石間に介在
する鉄心部分であるガード部を経由して磁路を形成する
固定子磁束の通過量が増加してリラクタンストルク成分
を増加させ、これらの結果ＩＰＭのトルクが大幅に向上
し、電動機の小型化あるいは効率の向上等に大きく寄与
し得るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す回転子鉄心の要部平面
図。

【図２】図１の鉄心を使用した回転子の要部平面断面
図。

【図３】本発明の第２の実施例を示す回転子鉄心の要部
平面図。

【図４】本発明の第３の実施例を示す回転子鉄心の要部
平面図。

【図５】本発明の第４の実施例を示す回転子鉄心の要部
平面図。

【図６】図２の回転子を固定子と対向配置した状態を示
す説明図。

【図７】固定子に対する特定の通電パターン時における
回転子位置によるトルクの変化を示し、（ａ）は主磁束
トルク、（ｂ）はリラクタンストルク、（ｃ）はそれら
の合成トルクをそれぞれ示す特性図。

【図８】ＩＰＭの一般的な回転子を示す斜視図。

【図９】従来例を示す回転子の平面断面図。

【図１０】従来例を示す回転子の正面断面図。

【図１１】従来例を示す回転子鉄心の要部平面図。

【図１２】別の従来例を示す回転子の平面断面図。

【図１３】薄鉄板の打ち抜きを説明する正面断面図。

【図１４】打ち抜き後の鉄心ブリッジ部を示す正面断面
図。

【図１５】加圧された鉄心ブリッジ部を示す正面断面
図。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ 鉄心 ２ 収容孔 ３ ブリッジ部 ３ａ，３ｃ，３ｄ，３ｅ 広幅部 ３ｂ 狭幅部 ４ ガード部 ５ 軸孔 ６，６ａ 磁石 ７ カシメクランプ手段 ８ カシメピン挿通孔 ９ カシメピン １０ 端板 １８ だれ込み部 １９ 固定子鉄心 ２２ 空隙 ２３ａ，２３ｂ 固定子磁束

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多数の薄鉄板を打ち抜いて積層して構成
   した鉄心と、この鉄心の内部に環状に装着した複数片の
   磁石とを具備した電動機の回転子において、前記鉄心の
   外周部と前記磁石の円弧状外周部との間に介在する鉄心
   ブリッジ部の幅を、前記磁石の１片における周方向中央
   部と対向する部分を広幅に形成したことを特徴とする電
   動機の回転子。
2. 【請求項２】 前記鉄心ブリッジ部の広幅部は、内側へ
   向けた凸状をなし、前記凸状の先端は前記磁石の円弧状
   外周部に当接するような円弧に形成したことを特徴とす
   る請求項１に記載の電動機の回転子。
3. 【請求項３】 前記磁石の１片における周方向端部近傍
   と対向する前記鉄心ブリッジ部の幅を、周方向に間欠的
   に広幅に形成したことを特徴とする請求項２に記載の電
   動機の回転子。
4. 【請求項４】 前記鉄心ブリッジ部の広幅部は、外側へ
   向けた凸状としたことを特徴とする請求項１に記載の電
   動機の回転子。
5. 【請求項５】 前記鉄心ブリッジ部の広幅部の幅を、前
   記鉄心を構成する薄鉄板の板厚以上としたことを特徴と
   する請求項１乃至４のいずれかに記載の電動機の回転
   子。