JPH10136595A - 磁石回転子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 多数の薄鉄板を積層して鉄心１を形成し、こ
の鉄心１には磁石を嵌入するための収容孔２を設け、こ
の収容孔２には少なくとも外周側に配置する部分を円弧
面に形成した磁石７を嵌入して構成する磁石回転子にお
いて、電動機の高トルク化や効率向上を達成し、同時に
製造コストを低減する。 【構成】 磁石７の外周側の円弧面の半径を、磁石嵌入
後にこの部分と対応する収容孔２の円弧面の半径よりも
小さく形成する。

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ＩＰＭと称される磁石回転子に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】上記回転子は、一般に多数の薄鉄板を積
層して鉄心を形成し、この鉄心には磁石を嵌入するため
の収容孔が複数設けてあり、この収容孔に磁石を嵌入し
て構成するものであり、公知例としては、例えば特開平
５−１７６４８７号公報等に開示されている。

【０００３】この回転子は、三相巻線を有する固定子内
に所定のエアギャップを介して対向するように配置され
て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。このように構成されるＩＰＭの電動機の場
合、逆突極性を特徴としているため、回転子位置による
磁気抵抗の相違によって生じるリラクタンストルクと、
磁石の磁束が固定子巻線と鎖交することによって生じる
主磁束トルクの双方を利用すべく制御駆動されるように
なっている。

【０００４】即ち、回転子の磁石の磁極中心と回転軸心
を結んだ方向をｄ軸とし、このｄ軸に対する電気角９０
゜位相をｑ軸とし、磁石による磁束量をΦ、ｄ軸電流を
Ｉｄ、ｑ軸電流をＩｑ、ｄ軸インダクタンスをＬｄ、ｑ
軸インダクタンスをＬｑとしたとき、電動機のトルクＴ
は一般に下式によって表される。 Ｔ＝Φ・Ｉｑ＋（Ｌｄ−Ｌｑ）Ｉｄ・Ｉｑ…（１）

【０００５】ＩＰＭの電動機においては、Ｌｄ＜Ｌｑな
る関係のいわゆる逆突極性を示し、主磁束Φが若干減少
する代わりにリラクタンストルク成分が得られることに
なり、このリラクタンストルクを有効に活用して大トル
ク化や高効率化を図ることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記ＩＰＭの磁石回転
子においては、鉄心に複数設ける収容孔の形状は、磁石
の断面形状と略相似形に設けられ、この収容孔には磁石
が例えば圧入等により嵌入されて構成される。この構成
において、磁石相互の極間部には鉄心部分が介在するた
め、この極間部に磁石による磁束が漏洩して該鉄心部分
の磁束密度は非常に高いものとなる。従ってこの部分に
は固定子磁束が流出入し難い状態が形成されており、こ
の結果、ｑ軸インダクタンスの値が小さく、突極比Ｌｑ
／Ｌｄが小さくなってリラクタンストルクの向上による
電動機効率のアップが望めない構成となっている。

【０００７】また収容孔と磁石とが相似形であるため、
両者の当接区域が全周長にわたって存在し、このため一
方のわずかなずれ、あるいは両方のずれの加算によって
はめあい不良が生じ易く、収容孔への磁石の挿入が不能
となったり、挿入工数を要するものとなる場合が多かっ
た。またこれを防止するためには、鉄心の打ち抜き寸法
の精度を維持するための打ち抜き型の研磨回数の増加
や、磁石寸法の精度を出すための研磨コストの増加等、
多大なコストを要するものであった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、多数の薄鉄板
を積層して鉄心を形成し、前記鉄心には磁石を嵌入する
ための収容孔を設け、前記収容孔には少なくとも外周側
に配置する部分を円弧面に形成した磁石を嵌入して構成
する磁石回転子において、前記磁石の外周側の円弧面の
半径を、磁石嵌入後にこの部分と対応する前記収容孔の
円弧面の半径よりも小さく形成するものである。

【０００９】また、上記構成の結果、前記磁石の外周側
の円弧面とこの部分と対応する前記収容孔の外周側の円
弧面とは周方向中央部分で当接するため、前記鉄心の外
周部と前記収容孔の外周側円弧面との間に介在する鉄心
ブリッジ部における周方向中央部分は、前記磁石の嵌入
前において前記鉄心の外径よりも窪ませて形成しておく
ものである。

【００１０】

【作用】磁石の嵌入によって、磁石の外周側の円弧面と
この部分と対応する収容孔の外周側の円弧面とは、周方
向中央部分で当接するとともに、周方向端部で隙間を生
じる構成となる。これにより、磁石による磁束は周方向
中央部分近辺を通過する割合が増すとともに、周方向端
部の極間部近辺において漏洩する量が減少してこの部分
の磁束密度が低くなる。従って極間部における磁石相互
間の鉄心部分には固定子磁束が流出入し易い状態が形成
され、この結果、ｑ軸インダクタンスの値が大きくなっ
て突極比Ｌｑ／Ｌｄが大きくなる。

【００１１】また前述のように、磁石と収容孔の外周側
の円弧面が周方向中央部分で当接するため、これにより
鉄心のブリッジ部の外周部が膨出する場合、ブリッジ部
の中央部分の窪みへ膨出することにより、所定の鉄心外
径よりも大きく突出することがない。

【００１２】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１に示す回転子において、１は鉄心であり、所定形状
に打ち抜いた薄鉄板を多数積層し、薄鉄板相互を切り起
こし突起によってかしめる周知のカシメクランプ手段６
によって固定されて形成されている。鉄心１の外周部は
エアギャップを介して固定子との対向面を形成してお
り、中心部には軸孔３が設けられている。外周近傍には
複数の収容孔２が環状に設けられており、それぞれの収
容孔２には磁石７が嵌入されて、１個の磁石が１極を形
成するように着磁されて界磁を形成している。４はカシ
メピン挿通孔であり、この挿通孔に挿通されたカシメピ
ン８によって鉄心１の積層方向両端部に端板を取り付け
て収容孔２を塞いで磁石７を密閉し、また必要に応じて
回転子端部にバランスウェイト等の付属部品を取り付け
たりするようになっている。

【００１３】磁石７は、外周側が円弧状で内周側が直線
状の断面形状に形成されたカマボコ状であって、この形
状はラジアル方向の厚みが大きいために磁束量及び減磁
耐力に優れた形状となっている。この磁石７は、鉄心１
の収容孔２へすきま嵌合によって挿入され、しかる後、
収容孔内において内周側から外周側へ向けて押圧されて
容易に動かないように固定されている。

【００１４】図２は図１の回転子の要部を誇張して示す
拡大断面図であり、図３及び図４は図２における鉄心１
及び磁石７の組立前の状態を示したものである。磁石７
の外周側の円弧面１７の半径Ｒ３は、この円弧面１７と
対応する収容孔２の円弧面１６の半径Ｒ１よりも小さく
形成されており、この結果図２に示すように、磁石の円
弧面１７と収容孔の円弧面１６とは周方向中央部分で当
接し、周方向の端部には隙間１２を生じることになる。

【００１５】この構成により、磁石による磁束はブリッ
ジ部１０の周方向中央部分１１の近辺を通過して流出入
する割合が増すとともに、周方向端部の極間部近辺にお
いては漏洩する量が減少してこの部分の磁束密度が低く
なる。従って極間部における磁石相互間の鉄心部分９に
は固定子磁束が流出入し易い状態が形成され、この結
果、ｑ軸インダクタンスの値が大きくなって突極比Ｌｑ
／Ｌｄが大きくなる。このため固定子磁束によるリラク
タンストルクが増加することになる。

【００１６】一方、前述のように磁石７の円弧面１７に
おける周方向中央部分のみが収容孔２の円弧面１６と当
接することによって、鉄心のブリッジ部１０の周方向中
央部分１１が変形して鉄心１の外周部が膨出し、回転子
が固定子と接触するようになったり、振れが生じて回転
時に大きな振動や騒音が発生する恐れが生じる。これに
対処するために、図５に拡大して示すように、ブリッジ
部１０の中央部分１１には破線で示す所定の鉄心外径１
５よりも窪ませて形成した凹部１３が予め設けてあり、
磁石の嵌入によってこの部分が外側へ変形しても、半径
Ｒ２にて形成される所定のの鉄心外径１５よりも突出し
ないか、もしくは突出してもその寸法が大きくならない
ようになっている。

【００１７】また上記磁石の押圧構造について説明する
と、図１及び図２における５は収容孔２の内周側に近接
して設けた長孔であり、収容孔２に磁石７を挿入した
後、この長孔５と収容孔２との間の鉄心部分１４を積層
方向または外径方向に押圧して径方向外側へ塑性変形さ
せることにより、径方向外側へ膨出した部分が磁石７に
圧接して収容孔２内に磁石７を固定するようになってい
る。別な方法として、収容孔２への磁石７の挿入前に前
記鉄心部分１４を押圧して収容孔２内へ膨出させてお
き、その後磁石７を収容孔２に圧入するようにしてもよ
い。

【００１８】周知のように、フェライトやネオジウム系
希土類等の磁石は、仕上がり寸法のばらつきが大きいた
め、最終工程で研磨によって寸法調整を施して形成され
ている。図１に示したようなカマボコ形の磁石の場合、
先ず内周側の直線部を研磨し、次にこの直線部分を基準
にして外周側の円弧を研磨するようにしているが、この
ように製作しても±０．０５ｍｍ程度の寸法上のばらつ
きを許容せざるを得ない。また鉄心に設けた収容孔はプ
レス型によって打ち抜かれて形成されるため、この場合
も±０．０５ｍｍ程度の寸法上のばらつきが生じる。

【００１９】従って、本発明において、磁石７の外周側
の円弧面の半径Ｒ３と収容孔２の外周側の円弧面の半径
Ｒ１は、それぞれ上記寸法上のばらつきを有している。
このため、実際の寸法設定に際しては、研磨加工におけ
るＲ３の公差の上限寸法値を、打ち抜きにおけるＲ１の
公差の下限寸法値よりも小さくなるようにしておけば、
本発明の目的とする形状が確実に得られることになる。

【００２０】また本発明の特徴として、前述のように磁
石７の円弧面１７と収容孔２の円弧面１６とは局部的に
当接するものであるため、この当接部分のしめしろが多
少大きくなっても収容孔への磁石の圧入に支障が生じる
ことがない。このため鉄心１の打ち抜き寸法及び磁石７
の研磨寸法の一方または両方の公差はさほど厳しい管理
を必要としない。

【００２１】図６は本発明の別の実施例を示すものであ
り、外周側と内周側の双方を円弧状に形成したＣ形状の
磁石７ａを用いた回転子の例を示している。図６の回転
子の場合においても、磁石７ａの外周側の円弧面の半径
は、この円弧面と対応する鉄心１ａの収容孔２ａの外周
側の円弧面の半径よりも小さく形成するものである。そ
の他の部分については、図１の回転子と同様であるの
で、図１に示したものと同一または相当部分に同一の符
号を付して重複する部分の説明は省略する。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、ｑ軸インダクタンスが
増加して突極比Ｌｑ／Ｌｄが大きくなり、この結果リラ
クタンストルクが増加し、電動機の高トルク化や効率向
上が達成されるものである。

【００２３】さらに磁石と収容孔の外周側の円弧面は局
部的に当接するようになるため、磁石の嵌入が容易とな
り、磁石の研磨寸法や鉄心の打ち抜き寸法の厳密な管理
が不要となり、製造コストが大幅に低減できる。また鉄
心ブリッジ部における周方向中央部分を鉄心外径よりも
窪ませて形成しておくことにより、磁石の嵌入によって
鉄心ブリッジ部に変形が生じた場合であっても、所定の
鉄心外径が概ね維持されて、固定子との接触や振動、騒
音の発生が防止できるといった効果が生じる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す回転子の平面断面図。

【図２】図１の要部を誇張して示す拡大図。

【図３】図２の回転子における組立前の鉄心を示す断面
図。

【図４】図２の回転子における組立前の磁石を示す断面
図。

【図５】図３の要部拡大図。

【図６】本発明の別の実施例を示す回転子の平面断面
図。

【符号の説明】

１，１ａ 鉄心 ２，２ａ 収容孔 ３ 軸孔 ６ カシメクランプ手段 ７，７ａ 磁石 ８ カシメピン ９ 磁石相互間の鉄心部分 １０ ブリッジ部 １３ 凹部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多数の薄鉄板を積層して鉄心を形成し、
   前記鉄心には磁石を嵌入するための収容孔を設け、前記
   収容孔には少なくとも外周側に配置する部分を円弧面に
   形成した磁石を嵌入して構成する磁石回転子において、
   前記磁石の外周側の円弧面の半径を、磁石嵌入後にこの
   部分と対応する前記収容孔の円弧面の半径よりも小さく
   したことを特徴とする磁石回転子。
2. 【請求項２】 前記鉄心の外周部と前記収容孔の外周側
   円弧面との間に介在する鉄心ブリッジ部における周方向
   中央部分は、前記磁石の嵌入前において前記鉄心の外径
   よりも窪ませて形成したことを特徴とする請求項１記載
   の磁石回転子。