JP5589418B2

JP5589418B2 - 永久磁石形回転機の製造方法

Info

Publication number: JP5589418B2
Application number: JP2010027389A
Authority: JP
Inventors: 英樹大口; 雅夫首藤
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2010-02-10
Publication date: 2014-09-17
Anticipated expiration: 2030-02-10
Also published as: JP2011166951A

Description

本発明は、固定子と所定の空隙を有して対向して回転し表面に永久磁石を配設した回転子コアを有する回転子とを備えた永久磁石形回転機の製造方法に関する。

近年、電動モータの高効率化のため、従来から用いられている誘導電動機に代えて、永久磁石を用いた永久磁石形同期電動機が注目を浴び、その適用が拡大している。
永久磁石形同期電動機は磁石配置によって２種類に大別され、回転子コアの表面に永久磁石を貼り付けた構成の表面磁石形同期電動機と、回転子コアに磁石挿入孔を設け、そこに永久磁石を挿入する埋込磁石形同期電動機とがある。

このような永久磁石形同期電動機においては、コギングトルクと呼ばれる一種のトルク脈動を低減するために、回転子を複数段の回転子で構成し、各段の位置を円周方向にずらしてスキューを施す場合が多い。
回転子の永久磁石を着磁するには、通常、完成した回転子すなわち回転子コアの外周面に所定形状に成形した永久磁石材料を貼り付けて回転子を構成した状態で、着磁ヨーク内に挿入して永久磁石材料を着磁して永久磁石を形成するようにしている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

特開平１１−９８７７６号公報特開２００５−２０４４７７号公報

しかしながら、上記特許文献１及び２に記載された従来例にあっては、永久磁石材料を回転子コアに貼り付けて回転子を構成した状態で永久磁石材料を着磁するようにしているので、スキュー角を変更する場合には、変更するスキュー角に応じた着磁ヨークを新たに製作する必要がある。このため、複数のスキュー角を有する回転子を製造する場合には、スキュー角の数に応じた数の着磁ヨークを製作する必要がある。また、回転子の段数を変更してモータ容量を変更する場合にも、モータ容量毎に着磁ヨークを必要とする。

このように、スキュー角度の変更やモータ容量を変更する場合に着磁ヨークを製作する必要があり、製造設備費が嵩むという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、スキュー角度の変更やモータ容量の変更を行う場合でも、１つの着磁装置で回転子を形成することができる永久磁石形回転機の製造方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の一の形態に係る永久磁石形回転機の製造方法は、コイルを巻装した固定子と、前記固定子との対向する回転子コアと、該回転子コアの前記固定子との対向面に円周方向に隣接させた異なる極性の永久磁石とを有し、前記固定子と所定の空隙を隔てて対向して回転する回転子とを備えた永久磁石形回転機の製造方法であって、前記回転子コア及び前記永久磁石を組立てて複数の回転子ブロックを形成し、形成した複数の回転子ブロックを個別に着磁装置で着磁し、着磁した複数の回転子ブロックを複数の前記回転子ブロックに回転軸を挿通する際に、前記回転子ブロック及び回転軸に形成したキー溝と、両キー溝に係合するキーとによって、軸方向の一端から他端に行くに従い順次回転子ブロックを円周方向に所定角度ずらしてスキューを施すように円周方向に固定したこと特徴としている。

また、本発明の一の形態に係る永久磁石形回転機の製造方法は、コイルを巻装した固定子と、前記固定子との対向する回転子コアと、該回転子コアの前記固定子との対向面に円周方向に隣接させた異なる極性の永久磁石とを有し、前記固定子と所定の空隙を隔てて対向して回転する回転子とを備えた永久磁石形回転機の製造方法であって、前記回転子コアと、前記永久磁石と、全前記永久磁石の外周側に装着する飛散防止部材とを組み立てて複数の回転子ブロックを形成し、形成した複数の回転子ブロックを個別に着磁装置で着磁し、着磁した複数の回転子ブロックを複数の前記回転子ブロックに回転軸を挿通する際に、前記回転子ブロック及び回転軸に形成したキー溝と、両キー溝に係合するキーとによって、軸方向の一端から他端に行くに従い順次回転子ブロックを円周方向に所定角度ずらしてスキューを施すように円周方向に固定したことを特徴としている。

本発明によれば、回転子コアのステータ対向面に永久磁石を固定した回転子ブロックを形成し、所要数の回転子ブロックに回転軸を挿通して回転子を構成するようにしているので、スキュー角度の変更に対しては、複数の回転子ブロックの円周方向にずらすことにより、任意のスキュー角度を形成することができる。

本発明により製造する永久磁石形同期回転機を示す断面図である。第１の実施形態における回転子を示す斜視図である。回転子を構成する回転子ブロックを示す平面図である。未着時の回転子ブロックを示す斜視図である。回転子ブロックを着磁する着磁装置を示す平面図である。回転軸を示す斜視図ある。第２の実施形態を示す回転子ブロックの平面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の実施形態によって製造した永久磁石形同期回転機を示す断面図である。
この図１において、永久磁石形同期回転機１は表面磁石形同期回転機で構成されている。この永久磁石形同期回転機１は、円筒状フレーム２を有する。この円筒状フレーム２の内周側には円筒状の積層鋼板で形成された固定子３が固定され、この固定子３の内周側には所定の空隙を介して対向する積層鋼板で形成された回転子４が配置されている。この回転子４は中心に挿通された回転軸５が円筒状フレーム２に形成された軸受（図示せず）によって回転自在に支持されている。

固定子３は、円筒状フレーム２の内周側に円周方向に９分割された固定子コア１１を円周方向に連結して配置した構成を有する。各固定子コア１１は、外周面が円筒面に形成され、内周面が９角筒内面とされた９個のヨーク１２と、このヨーク１２の内周面の円周方向の中央部から半径方向に突出形成された磁極ティース１３とから構成されている。
磁極ティース１３は、ヨーク１２に連接する一定幅Ｔｗの磁脚部１３ａと、この磁脚部１３ａの先端から円周方向に突出する楔状の鍔部１３ｂとで構成されている。

そして、隣接する固定子コア１１のヨーク１２及び磁極ティース１３とで９個のスロット１４が形成され、隣接する磁極ティース１３の鍔部１３ｂ間にスロット開口部１５が形成されている。
磁極ティース１３にはその磁脚部１３ａに励磁コイル１６が集中巻されている。
一方、回転子４は、図２に示すように、回転子ブロック２０を所要数例えば３段に積み重ねた状態で回転軸５を挿通して構成されている。

回転子ブロック２０は、図３に示すように、中心開口２１ａを有し、積層鋼板で形成された円筒状の回転子コア２１と、その外周面となる表面に円周方向に８個の内周面及び外周面が円筒面とされた永久磁石２２が所定間隙を空けて例えば接着等の固定手段で固定されている。ここで、回転子コア２１の中心開口２１ａには、キー溝２１ｂが形成されている。
また、永久磁石２２は例えば希土類磁石材料を成形した磁性材料を着磁することにより形成されている。
この永久磁石２２の着磁は、図４に示すように、回転子コア２１に成形した未着時の磁性部材２９を固定した状態で、図５に示す着磁装置３０によって磁性部材２９を着磁処理する。

この着磁装置３０は、積層鋼板で比較的扁平な八角筒状に形成されたコア部３１と、このコア部３１の内周面から一体に中心に向かって突出する８個の磁気ヨーク部３２と、各磁気ヨーク部３２に巻装された着磁コイル部３３とを備えた着磁ヨーク３４で構成されている。ここで、磁気ヨーク部３２は、コア部３１の内周面に一体に形成された角柱状の基部３２ａと、この基部３２ａの先端に形成された回転子ブロック２０の外周面と所定の間隔を保って対向する円筒面を形成した磁界発生部３２ｂとで構成されている。

この着磁ヨーク３４を使用して、回転子コア２１に固定された磁性部材２９を着磁するには、着磁ヨーク３４の磁気ヨーク部３２の中心部に回転子ブロック２０をその磁性部材２９が磁界発生部３２ｂに所定間隙を保って対向するように配置する。
そして、円周方向の１つ置きの着磁コイル３３の巻き方向を逆にすることにより、円周方向の１つ置きの磁界発生部３２ｂから磁性部材２９に向かう磁界を発生させるとともに、残りの磁界発生部３２ｂでは、磁性部材２９から磁界発生部３２ｂに向かう磁界を発生させる。これによって、回転子ブロック２０の隣接する磁性部材２９で異なる磁極となるように着磁させて永久磁石２２を形成する。

この状態で、着磁コイル部３３に例えばコンデンサー式着磁電源装置から高電流（例えば１０００Ａ〜３００００Ａ程度）を供給することにより、磁気ヨーク部３２の基部３２ａ、磁界発生部３２ｂ、磁性部材２９、回転子コア２１、隣接する磁性部材２９、隣接する磁気ヨーク部３２の磁界発生部３２ｂ、基部３２ａ及びコア部３１で磁気回路を形成する。

このように形成した回転子ブロック２０の回転子コア２１の中心開口２１ａに回転軸５を挿通することにより、回転子４を構成する。このとき、回転軸５には、図６に示すように、装着する３段の回転子ブロック２０の夫々に対応する位置に円周方向に例えばステータ３のスロット角の１／２の角度だけずれたキー溝４１ａ、４１ｂ及び４１ｃが形成されている。各キ―溝４１ａ〜４１ｃの夫々は、軸方向の長さが回転子ブロック２０の軸方向の厚みと略等しく設定されている。

そして、回転軸５の例えばキー溝４１ｃにキー４２を係合させた状態で、回転軸５を回転子ブロック２０の回転子コア２１の中心開口２１ａに挿通して、キー４２と中心開口２１ａに形成したキー溝２１ｂとを係合させる。
次いで、回転軸のキー溝４１ｂにキー４２を係合させて、回転軸５を次の回転子ブロック２０の回転子コア２１の中心開口２１ａに挿通して、キー４２と中心開口２１ａに形成したキー溝２１ｂとを係合させる。

最後に、回転軸のキー溝４１ａにキー４２を係合させて、回転軸５を次の回転子ブロック２０の回転子コア２１の中心開口２１ａに挿通して、キー４２と中心開口２１ａに形成したキー溝２１ｂとを係合させる。
これによって、図２に示すように、３段の回転子ブロック２０が所望のスキュー角で回転軸５に装着され、これら回転子ブロック２０の装着状態で、接着剤、溶接等の固定手段で、回転軸５に各回転子ブロック２０を固定することにより、スキューを施した回転子４が構成される。

そして、上記構成を有する回転子４を固定子３内に組込み、回転軸５を図示しない軸受で円筒状フレーム２に回転自在に支持することにより永久磁石形回転機１を組み立てることができる。
このように、上記第１の実施形態によると、永久磁石形同期回転機１が表面永久磁石形回転機の構成を有するので、回転子４の永久磁石２２の円周方向の中央部がｄ軸と隣接する永久磁石２２間がｑ軸となって、励磁コイル１６に通電してｄ−ｑ軸電流制御することにより、回転子４を回転駆動することができる。

このとき、上述したように、回転子ブロック２０を形成する場合に、回転子コア２１に未着時の磁性部材２９を円周方向に所定間隔を保って固定した状態で、磁性部材２９を着磁装置３０で着磁することにより、永久磁石２２を形成するようにしており、回転子ブロック２０自体で１つの回転子を構成することができるとともに、磁性部材２９の着磁を正確に行って永久磁石２２を形成することができる。

このため、複数の回転子ブロック２０を重ねて回転軸５に装着する際に、隣接する回転子ブロック２０間で円周方向の角度をずらして装着することにより、任意のスキュー角を形成することができる。このときに、回転子ブロック２０では既に着磁処理によって永久磁石２２が形成されているので、任意のスキュー角を形成する場合に、別途スキュー角に対応する着磁装置３０を設ける必要がなく、製造装置の簡略化を行うことができるとともに、設備費の低減することができ、さらに部品の共通化を行ってコストダウンを可能な永久磁石形同期電動機の製造方法を提供することができる。

同様に、モータ容量を変更するために、回転子ブロック２０の段数を変更する場合でも、上述したように回転子ブロック２０には永久磁石２２が形成されているので、単に回転子ブロック２０を所要段数積み重ねるだけでよく、回転子ブロック２０の段数に応じた着磁装置３０を設ける必要がなく、この点でも設備費を低減することができる。
したがって、回転子ブロック２０の段数を任意に設定することにより、必要なモータ容量を得ることができ、積み重ねた複数の回転子ブロック２０の隣接する回転子ブロック２０を円周方向にずらすことにより、任意のスキュー角を得ることができ、コギングトルクを低減することができる。

また、永久磁石形同期電動機に発生するコギングトルクは、極数及びスロット数の最小公倍数が大きいほど小さくなるので、８極９スロット構成とする最小公倍数が７２となり、小さなコギングトルクの永久磁石形同期回転機を提供することができる。
なお、上記第１の実施形態においては、８極９スロットの表面磁石形同期電動機を構成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、６極９スロットの表面磁石形同期電動機や４極６スロットの表面磁石形同期電動機等のように、他の異なる極数及びスロット数の表面磁石形同期電動機に本発明を適用することができる。

また、上記第１の実施形態においては、スキュー角をスロット角の１／２に設定した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、回転子ブロック２０を回転軸５に装着した状態で、誘起電圧を確保しながらコギングトルクが最小となるスキュー角に設定することが好ましい。
さらに、上記第１の実施形態においては、円筒状フレーム２を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、他の筒状のフレームを適用することができる。

次に、本発明の第２の実施形態を図７について説明する。
この第２の実施形態では、回転子ブロックに形成した永久磁石の飛散防止を行うようにしたものである。
第２の実施形態では、図７に示すように、前述した第１の実施形態の構成を有する回転子ブロック２０における永久磁石２２の外周面に非磁性材料で形成された飛散防止部材としての円筒状リング５０が圧入されている。

この円筒状リング５０は、通常、永久磁石２２を回転子コア２１に接着剤で固定するようにしており、接着剤の劣化等によって回転子４を高速回転させたときに、遠心力が大きくなると永久磁石２２が回転子コア２１から剥がれて飛散することになるため、この永久磁石２２の飛散を防止するものである。
この第２の実施形態によると、回転子ブロック２０自体に、永久磁石２２の外周面に飛散防止部材としての円筒状リングが圧入されているので、永久磁石２２の飛散を確実に防止することができる。このため、前述した第１の実施形態のように複数の回転子ブロック２０を積み重ねて回転軸５に装着して回転子４を構成した後に、円筒状リングを装着する必要がなくなる。

回転子を構成した後に、円筒状リングを装着する場合のように、回転子ブロック２０の段数に応じた軸方向長さを有する円筒状リングを種々用意する必要がなく、一種類の円筒状リングを用意するだけで、永久磁石２２の飛散を防止することができ、部品の共通化を図ってよりコストダウンを可能とすることができる。また、回転子ブロック２０の厚みが回転子４に対して薄いので、円筒状リング５０を装着する圧入作業を容易に行うことができる利点がある。
なお、上記第２の実施形態においては、飛散防止部材として円筒状リングを適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、バインドテープで固定したり、熱収縮チューブで固定したりすることができ、任意の飛散防止部材を適用することができる。

１…永久磁石形同期回転機、２…円筒状フレーム、３…固定子、４…回転子、５…回転軸、１１…固定子コア、１２…ヨーク、１３…磁極ティース、１４…スロット、１６…励磁コイル、２０…回転子ブロック、２１…回転子コア、２１ａ…中心開口、２１ｂ…キー溝、２２…永久磁石、２９…磁性部材、３０…着磁装置、４１ａ〜４１ｃ…キー溝、４２…キー、５０…円筒状リング

Claims

コイルを巻装した固定子と、前記固定子との対向する回転子コアと、該回転子コアの前記固定子との対向面に円周方向に隣接させた異なる極性の永久磁石とを有し、前記固定子と所定の空隙を隔てて対向して回転する回転子とを備えた永久磁石形回転機の製造方法であって、
前記回転子コア及び前記永久磁石を組立てて複数の回転子ブロックを形成し、
形成した複数の回転子ブロックを個別に着磁装置で着磁し、
着磁した複数の回転子ブロックを複数の前記回転子ブロックに回転軸を挿通する際に、前記回転子ブロック及び回転軸に形成したキー溝と、両キー溝に係合するキーとによって、軸方向の一端から他端に行くに従い順次回転子ブロックを円周方向に所定角度ずらしてスキューを施すように円周方向に固定した
こと特徴とする永久磁石形回転機の製造方法。
コイルを巻装した固定子と、前記固定子との対向する回転子コアと、該回転子コアの前記固定子との対向面に円周方向に隣接させた異なる極性の永久磁石とを有し、前記固定子と所定の空隙を隔てて対向して回転する回転子とを備えた永久磁石形回転機の製造方法であって、
前記回転子コアと、前記永久磁石と、全前記永久磁石の外周側に装着する飛散防止部材とを組み立てて複数の回転子ブロックを形成し、
形成した複数の回転子ブロックを個別に着磁装置で着磁し、
着磁した複数の回転子ブロックを複数の前記回転子ブロックに回転軸を挿通する際に、前記回転子ブロック及び回転軸に形成したキー溝と、両キー溝に係合するキーとによって、軸方向の一端から他端に行くに従い順次回転子ブロックを円周方向に所定角度ずらしてスキューを施すように円周方向に固定した
ことを特徴とする永久磁石形回転機の製造方法。