JPH11289729A - 電動機の回転子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転位置検出器の回転方向検出原点と回転子
の磁極位置を相対的に一定の値になるように精密に位置
決め可能な電動機の回転子を提供することを目的とす
る。 【解決手段】 内径にキー突部２１を設けた円盤状の電
磁鋼板１２をそれぞれ回転方向に微小量づつ回転させな
がら回転軸方向に積層し回転子１を構成する。一方回転
軸９の外周側面には、前記電磁鋼板１２の内径のキー突
部２１に嵌合する幅で、かつ前記積層した回転子１と同
一のリード角となるように回転軸側面に加工したスキュ
ーキー溝２２が加工されている。さらに、軸後端の回転
位置検出器取付部には回転軸９に加工したスキューキー
溝２２と相対的に一定の角度に回転位置検出器８の回転
方向位置決めを行うためのキー溝１７が加工されてい
る。従って、前記回転子鉄心１５の内径のキー突部２１
を回転軸９のスキューキー溝２２に沿わせるようにして
嵌合することにより、回転位置検出器８の回転方向検出
原点と回転子の磁極位置が相対的に一定の値になるよう
に位置決めされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動機の回転子、
特にスキュー角をもって積層配置された電動機の回転子
の構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】同期電動機の一種として、リラクタンス
型電動機は周知であり、通常の場合、所定時相で交番電
流が供給される巻線がそれぞれ固定子の複数のスロット
に巻回され、これによって、固定子は回転磁界を形成す
る。固定子の内部には回転子が回転自在に軸支されてお
り、この回転子は複数の電磁鋼板が積層された回転子鉄
心を有し、この電磁鋼板の表面に磁気抵抗の異なる複数
の磁極を形成することによって所望の位置制御及び速度
制御可能な同期回転を行うことが出来る。図４は従来の
リラクタンス型電動機の固定子２及び回転子１の縦断面
図、図５は前記リラクタンス型電動機の横断面図を示し
た図である。図４、図５に示したようなリラクタンス型
電動機では回転位置検出器８により、固定子２に対する
回転子磁極３の回転位置を正確に検出し、スロット４に
巻回した巻線５に最適な電流を流すことにより位置制
御、速度制御を行いながら電動機を駆動している。図４
の従来装置において、固定子２は２４個のスロット４を
含み、１２０度位相の異なる交番電流が順次各スロット
４に巻回された巻線５に供給され、所望の交番磁界を得
ている。一方、回転子１は複数の電磁鋼板１２を軸方向
に積層配置した鉄心構造を有し、各電磁鋼板１２の表面
には符号６で示されるスリットが複数設けられ、このス
リット６は磁気抵抗が大きいため、回転子１はその回転
方向に磁気抵抗の異なる回転子磁極３を形成することと
なり、図４に示した従来装置では４極の磁極が形成され
ている。従って、この回転子磁極３の位置を外部から正
しく検出するために、回転軸９の一端９ａには前述した
回転位置検出器８が固定されている。このため回転子に
関しては、回転位置検出器８の回転方向検出原点と、回
転子磁極３の回転位置が相対的に一定の値になるよう
に、回転軸９に対して回転位置検出器８と回転子１を正
確に位置決めするように固定する必要がある。

【０００３】図４，図５を用いて回転位置検出器８の回
転方向検出原点と回転子磁極３を相対的に一定の値にな
るように位置決めするための従来技術を説明する。一般
に、積層された電磁鋼板１２からなる回転子鉄心と回転
軸９とを正しく位置決めするためには、両者間をキー結
合すれば良いが、図示した従来のリラクタンス型電動機
においては、回転リップルなどを減少するために、積層
された電磁鋼板１２は回転軸９の軸方向に、それぞれわ
ずかずつスキューして回転軸９に取り付けられており、
このために後述するように回転子鉄心と回転軸９との間
の位置決め精度が著しく低下してしまうという問題があ
った。図４，図５においては、電磁鋼板１２を回転方向
に微小量づつ回転させながら回転軸方向に積層した回転
子１を、回転軸９に対してスキューして取付けたキー１
６に沿って軸に取り付けている。さらに、軸後端９ａの
回転位置検出器取付部にはキー１６と相対的に一定の角
度となるようにキー溝１７が加工されており、回転位置
検出器８の図示されていない位置決めピンがキー溝１７
に嵌合するように固定されることにより回転位置検出器
の回転方向検出原点と回転子磁極３が相対的に一定の値
に位置決めできるように構成されている。尚、図５に示
されるように、固定子２はフレーム１１に固定され、こ
のフレーム１１に設けた軸受１０に回転軸９が軸支され
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来技
術では、以下のような問題があった。

【０００５】従来技術において、回転子鉄心１５を量産
する場合には、通常順送り金型を使用したプレス加工で
加工された同一形状の電磁鋼板を、金型内でカシメを利
用して自動積層することにより安価に製作する方法が一
般的である。このような回転子鉄心１５を回転軸９に取
り付けたキー１６に沿って嵌めあわせる場合には、電磁
鋼板１２の内周部に加工した溝７がスキュー角を持って
ねじれて積層されているため、回転軸９に取り付けられ
たキーも同じようにリードを持ったねじれたキーを使用
する必要がある。しかし、このようなねじれたキーを加
工するためには高度な加工技術が必要となり非常に高価
な部品となるため、通常は別に製作された直線状の細長
角柱キー１６で代用するのが一般的である。このような
細長角柱キー１６をスキュー角をもって回転軸９の外周
に固定する時には両者が密に接触することが出来ない
が、ロウ付けあるいは接着等によって両者を一体的に固
定することが可能となる。しかし、このような直線状の
キー１６にリードを持って積層された回転子鉄心１５の
溝７を嵌合するためには、溝７の幅をキー１６の幅より
広く加工しなければならなくなる。すなわち、キー１６
が回転軸９から浮いた状態で表面に固定されているとこ
ろでは、実体的にキー１６が溝７より大きくなってしま
い、電磁鋼板１２の溝７は常に最大のキー断面と嵌合す
るように打ち抜き加工されなければならず、このため
に、一部の電磁鋼板１２はキー１６に嵌合した状態で両
者間に隙間が生じ、位置決め精度を著しく劣化させるこ
ととなる。したがって、固定子２に対する回転子磁極３
の回転方向磁極位置を、回転位置検出器８により正確に
検出できず、回転子磁極３の位置に応じた最適なスロッ
ト位置に電流を流すことができなくなるため、電動機の
出力の低下が発生するという問題があった。また、この
出力の低下を避けるために、電動機ごとに回転位置検出
器８の回転方向検出原点補正データを管理する手法もあ
るが、回転位置検出器８の交換が発生した場合には、再
度補正データの値を変更しなければならず、しかも、こ
の補正データは機械に搭載した状態では測定できないこ
とが多いために、前記電動機ごとの補正データを管理す
る手法は避けることが一般的である。このため回転位置
検出器８の回転方向検出原点と回転子磁極３を相対的に
一定の値になるように位置決めする手法の開発は重要で
あった。さらに、上記従来技術によれば、回転子鉄心１
５を積層した後に正確なスキュー角度で積層されている
かどうか別工程で検査を行う必要があり製作コストの上
昇を招いていた。

【０００６】本発明は上記の問題点を解決するもので、
回転位置検出器の回転方向検出原点と回転子磁極位置を
相対的に一定の値になるように精密に位置決め可能な電
動機の回転子を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の電動機の回転子は、所定時相で交番電流が
供給される巻線がそれぞれ巻回された複数のスロットを
有する固定子と、固定子内部に回転自在に軸支された回
転軸と、この回転軸に固定され、表面が磁気抵抗の異な
る複数の磁極を形成する複数の電磁鋼板が積層配置され
た回転子鉄心と、を有する回転子と、を含む電動機にお
いて、前記電磁鋼板には、回転軸と係合する内周孔には
内部に向かって突出したキー突部が設けられ、前記回転
軸にはその外周に前記電磁鋼板のキー突部と嵌合するキ
ー溝が所定のスキュー角をもって彫り込まれ、電磁鋼板
が回転軸に取り付けられた状態で所定のスキュー角をも
って積層されることを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施形態について説明する。

【０００９】図１は本発明の実施形態を示す電動機の回
転子の側面図である。図２は図１で示した電動機の回転
子を構成する回転子鉄心の断面図及びその側面図、図３
は図１で示した電動機の回転子を構成する回転軸の説明
図である。図１、図２、図３において１は回転子、９は
回転軸、１２は電磁鋼板、１３はバランス取用カラー、
１７は回転位置検出器の回転方向位置決めを行うための
キー溝、２１はキー突部、２２はスキューしたキー溝で
ある。本発明において特徴的なことは、同一形状に打ち
抜き形成される電磁鋼板１２は回転軸９と嵌合する内周
孔１２ａに内部に向かって突出したキー突部２１が設け
られていることである。このキー突部２１は電磁鋼板１
２を金型によって打ち抜き成形するときに同時に形成さ
れる。そして、このような電磁鋼板１２が自動積層され
ると、図２で示されるように前記キー突部２１には所定
のスキュー角が与えられた状態で自動的にカシメ積層さ
れることとになる。一方、回転軸９には図３に詳細に示
されるようにその外周に前記電磁鋼板１２のキー突部２
１と嵌合するスキューキー溝２２が所定のスキュー角を
持って彫り込まれている。従って、本発明によれば、回
転子鉄心１５は図２で示されるように一旦自動積層され
た状態で、これを回転軸９にはめ込み、このときキー突
部２１が回転軸９の外周に彫り込まれたスキューキー溝
２２と密接し、両者を確実に正しい位置にて固定配置す
ることが出来る。

【００１０】本実施形態において、内径にキー突部２１
を設けた円盤状の電磁鋼板１２をそれぞれ回転方向に微
小量づつ回転させながら回転軸方向に積層し回転子鉄心
１５を構成する。一方回転軸９の外周側面には、前記電
磁鋼板１２の内径のキー突部２１に嵌合する幅で、かつ
前記積層した回転子鉄心１５と同一のリード角となるよ
うに回転軸外周側面に加工したスキューキー溝２２が加
工されている。前記スキューキー溝２２の加工は、溝を
加工するための工具を回転軸と平行に動かしながら、同
時に回転軸９を回転子鉄心１５スキューに応じたリード
角度だけ回転させることにより行われる。さらに、軸後
端９ａの回転位置検出器取付部には回転軸９に加工した
スキューキー溝２２と相対的に一定の角度に回転位置検
出器８の回転方向位置決めを行うためのキー溝１７が加
工されている。従って、前記回転子鉄心１５の内径のキ
ー突部２１を回転軸９のスキューキー溝２２に沿わせる
ようにして嵌合することにより、回転位置検出器８の回
転方向検出原点と回転子の磁極位置が相対的に一定の値
になるように位置決めされる。尚、回転子鉄心１５を回
転軸９により堅固に固定するために、通常は回転子鉄心
１５を回転軸９に焼バメもしくは圧入するか接着するか
の方法を適用することが多い。尚、図３に示されるよう
に、スキューキー溝２２はその一端が回転軸９の端部で
外部に開放しており、この開放部から回転子鉄心１５あ
るいは一枚ずつの電磁鋼板１２を容易にスキューキー溝
２２へ導くことが可能である。さらに、回転子鉄心１５
は通常順送り金型内でカシメを用いて自動積層させる
が、金型による積層厚には限界があり、この限界積層厚
を越えた積層厚の電動機を製作する場合には本実施形態
に示すように、回転子鉄心１５を複数個回転軸方向に挿
入すればよい。さらに、回転子鉄心１５を構成しなくと
も、回転子鉄心１５を構成する電磁鋼板１２を一枚一枚
バラバラにプレス加工し回転軸９のスキューキー溝２２
に嵌合することによっても本実施形態と同様の回転子を
提供することが可能である。ただし、この場合は、電磁
鋼板１２を回転軸９に挿入する組立時間の増大と、焼バ
メ、圧入、接着といった固定方法の適用が難しくなるた
め量産対応には向かず少量生産品において適用する場合
が多い。さらに、本発明は実施形態に示したリラクタン
ス型電動機のみに適用可能な発明ではなく、円盤状の電
磁鋼板を回転軸方向に積層した構成の誘導電動機や永久
磁石式同期電動機等他の電動機にも同様に適用可能であ
る。尚、本発明で示す円盤状の電磁鋼板とは正確な円形
である必要は無く、外周に凹凸のある突極構造の電磁鋼
板や、本実施形態で示したようなスリット等の打ち抜き
穴を加工した形状の電磁鋼板も含むものである。

【００１１】

【発明の効果】本実施形態によれば、内径にキー突部を
設けた円盤状の電磁鋼板をそれぞれ回転方向に微小量づ
つ回転させながら回転軸方向に積層した回転子鉄心と、
前記電磁鋼板の内径のキー突部に嵌合する幅で、かつ前
記積層した回転子鉄心と同一のスキュー角となるように
回転軸外周側面に加工したスキューキー溝を有する回転
軸とを、一体に取り付けて回転子を構成したので、回転
位置検出器の回転方向検出原点と回転子の磁極位置を相
対的に一定の値になるように精密に位置決めできるよう
になる。これにより固定子の各スロットに回転子磁極位
置に応じた正確な電流を流すことができるため、電動機
の出力低下を防ぐことができる。また、回転子鉄心のリ
ード角度と回転軸外周側面に加工したスキューキー溝の
リード角度は正確に一致するように製作してあるため、
回転子鉄心が正確なリード角度で製作できているかどう
かの確認は、回転子鉄心単体で行う必要はなく、回転子
が回転軸に挿入できれば良品と判断できる。このため回
転子鉄心の検査工程を省き製作コストを低減することが
可能となる。

【００１２】尚、本発明は特に実施形態に示したリラク
タンス型電動機や回転子鉄心内に永久磁石を埋め込んだ
通称ＩＰＭ電動機の回転子と回転軸を結合する際には有
用な発明である。その理由は、誘導電動機等の回転子鉄
心自体に磁極を持たない構造の電動機に関しては、本発
明で示すような回転子鉄心と回転軸の結合の際に正確な
位置決めを行う必要が無い。また、永久磁石型同期電動
機は回転軸表面に永久磁石を張りつけた後に着磁を行っ
た方が磁石の扱いも容易なため、この場合も永久磁石の
貼り付け段階での回転方向位置決めは必要が無い。した
がって、これまでのように誘導電動機や永久磁石型同期
電動機が主に使用されている状況では、本発明のような
回転子鉄心と回転軸との正確な位置決め結合技術は通常
の場合重要ではなかった。しかしながら、本実施形態で
示したリラクタンス型電動機やＩＰＭ電動機のように、
回転子鉄心にあらかじめ磁極が形成されている電動機が
普及してくるにつれ、本発明で示したように回転子鉄心
と回転軸との正確な位置決め結合技術が必要となり重要
技術となってきた背景がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態を示す電動機の回転子の側
面図である。

【図２】 図１で示した電動機の回転子を構成する回転
子鉄心の断面図及び側面図である。

【図３】 図１で示した電動機の回転子を構成する回転
軸の説明図である。

【図４】 従来のリラクタンス型電動機の固定子及び回
転子の断面図である。

【図５】 従来のリラクタンス型電動機の断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 回転子、２ 固定子、３ 回転子磁極、４ スロッ
ト、５ 巻線、６ スリット、８ 回転位置検出器、９
回転軸、１２ 電磁鋼板、１５ 回転子鉄心、２１
キー突部、２２ スキューキー溝。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定時相で交番電流が供給される巻線が
   それぞれ巻回された複数のスロットを有する固定子と、 固定子内部に回転自在に軸支された回転軸と、 この回転軸に固定され、表面が磁気抵抗の異なる複数の
   磁極を形成する複数の電磁鋼板が積層配置された回転子
   鉄心と、 を有する回転子と、 を含む電動機において、 前記電磁鋼板には、回転軸と係合する内周孔には内部に
   向かって突出したキー突部が設けられ、 前記回転軸にはその外周に前記電磁鋼板のキー突部と嵌
   合するキー溝が所定のスキュー角をもって彫り込まれ、 電磁鋼板が回転軸に取り付けられた状態で所定のスキュ
   ー角をもって積層されることを特徴とする電動機の回転
   子。
2. 【請求項２】 請求項１記載の回転子において、 回転軸に彫り込まれたキー溝はその一端が回転軸端部に
   て開放されていることを特徴とする電動機の回転子。