JP2005304193A - 永久磁石式回転子とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 回転時に単位鉄心に加わる荷重を総ての単位鉄心にほぼ均等に分担させる。
【解決手段】 磁石収容孔１４を有する板状の単位鉄心１１を複数積層して積層鉄心１０が形成され、積層鉄心１０の磁石収容孔１４に永久磁石片２０が収容されてなる永久磁石式回転子１において、磁石収容孔１４には、単位鉄心１１毎に該単位鉄心１１と同じ厚みの永久磁石片２０が収容されている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、電動機等の回転電機に用いられる永久磁石式回転子とその製造方法に関するものである。

電動機や発電機等の回転電機に使用される回転子として、鉄心に永久磁石を埋め込んだ永久磁石式回転子が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。この種の回転子には、例えば図６および図７に示すように、外周部に多数の突極部９１および磁石収容孔９２を有する板状の単位鉄心９３を多数積層して積層鉄心９４が構成され、この積層鉄心９４において積層方向に貫通する磁石収容孔９２に永久磁石片９５を収容して構成されたものがある。

この回転子９０は図８に示される工程を経て製造される。すなわち、表面に絶縁コーティングを施してある電磁鋼板を所定形状に打ち抜き加工して単位鉄心９３を多数形成し（ステップＳ２０１）、これを必要枚数だけ型内に収容して積層し、積層方向にかしめて一体化し積層鉄心９４を形成する（ステップＳ２０２）。これと並行して、磁石素材を焼結し（ステップＳ２０３）、表面処理を施して、磁石収容孔９２より若干小さい断面で積層鉄心９４の積層厚さとほぼ同じ長さの板棒状の磁石を形成する（ステップＳ２０４）。そして、積層鉄心９４の磁石収容孔（ロータヨークスロット部）９２に板棒状の磁石９５ａを挿入した後（ステップＳ２０５）、この磁石９５ａを磁化して永久磁石片９５とし（ステップＳ２０６）、回転子９０は完成する。
特開平５−２８４６８０号公報 特開平６−２６９１４０号公報

しかしながら、前記従来の回転子の場合には、単位鉄心９３を積層し、かしめて積層鉄心９４とした時点において、組み立て誤差等により磁石収容孔９２を完全には一致させることができず、図７に示すように磁石収容孔９２に段差が生じている。そのため、回転子９０の回転に伴い磁石収容孔９２に挿入されている永久磁石片９５が遠心力により径方向外側に偏位すると、一部の単位鉄心９３の磁石収容孔９２内面だけに突き当たり、該一部の単位鉄心９３だけで永久磁石片９５を保持することとなる。その結果、永久磁石片９５を保持するための単位鉄心９３の１枚当たりの荷重分担が大きくなり、これに耐え得る強度にするために、突極部９１において磁石収容孔９２の周方向外側に位置する部分（以下、保持部という）９６の幅寸法を大きくしなければならなかった。

このように保持部９６の幅寸法を大きくすると、磁束短絡が大きくなり、渦電流が発生して、磁石発熱し易くなり、ひいては減磁し易くなる。また、保持部９６を大きくする分、重量が増大する。
そこで、この発明は、総ての単位鉄心で永久磁石片を保持することができ、磁束短絡も生じにくくすることができる永久磁石式回転子とその製造方法を提供するものである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、磁石収容孔（例えば、後述する実施例における磁石収容孔１４）を有する板状の単位鉄心（例えば、後述する実施例における単位鉄心１１）を複数積層して積層鉄心（例えば、後述する実施例における積層鉄心１０）が形成され、該積層鉄心の前記磁石収容孔に永久磁石片（例えば、後述する実施例における永久磁石片２０）が収容されてなる永久磁石式回転子（例えば、後述する実施例における永久磁石式回転子１）において、前記磁石収容孔には、前記単位鉄心毎に該単位鉄心と同じ厚みの永久磁石片が収容されていることを特徴とする。
このように構成することにより、永久磁石式回転子を回転しているときに、一部の単位鉄心に偏って永久磁石片の荷重が加わることがなく、総ての単位鉄心にほぼ均等に荷重を分担させることが可能になる。また、回転子の仕様変更やトルク定数の調整等が、単位鉄心の積層数を変更するだけで容易にできる。

請求項２に係る発明は、単位鉄心（例えば、後述する実施例における単位鉄心１１）を複数積層してなる積層鉄心（例えば、後述する実施例における積層鉄心１０）の磁石収容孔（例えば、後述する実施例における磁石収容孔１４）に永久磁石片（例えば、後述する実施例における永久磁石片２０）が収容されて構成された永久磁石式回転子（例えば、後述する実施例における永久磁石式回転子１）を製造する方法において、（ａ）磁石収容孔を有する単位鉄心を形成する単位鉄心形成工程と、（ｂ）前記単位鉄心の前記磁石収容孔に磁石素材を収容し、焼結して磁石片（例えば、後述する実施例における磁石片２１）を形成する磁石焼結工程と、（ｃ）前記磁石片を備えた単位鉄心を所定数積層して一体化する積層工程と、を備えることを特徴とする。
このように構成することにより、請求項１に記載の永久磁石式回転子を容易に製造することが可能になる。また、回転子の仕様変更やトルク定数の調整等が、単位鉄心の積層数を変更するだけで容易に行うことができる。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の発明において、（ｄ）前記磁石焼結工程と前記積層工程の間に、前記磁石片を備えた単位鉄心に絶縁コーティングを施す絶縁工程を備えることを特徴とする。
このように構成することにより、単位鉄心と磁石片の表面を同時に絶縁コーティングすることが可能になる。

請求項４に係る発明は、請求項２または請求項３に記載の発明において、（ｅ）前記積層工程後に前記磁石片を磁化して永久磁石片にする磁化工程を備えることを特徴とする。
このように構成することにより、多数の磁石片を同時に磁化し永久磁石片にすることが可能になる。

請求項５に係る発明は、単位鉄心（例えば、後述する実施例における単位鉄心１１）を複数積層してなる積層鉄心（例えば、後述する実施例における積層鉄心１０）の磁石収容孔（例えば、後述する実施例における磁石収容孔１４）に永久磁石片（例えば、後述する実施例における永久磁石片２０）が収容されて構成された永久磁石式回転子（例えば、後述する実施例における永久磁石式回転子１）を製造する方法において、（ａ）複数個の単位鉄心に相当する厚みを有しその厚み方向に磁石収容孔（例えば、後述する実施例における磁石収容孔３２）が貫通して設けられた鉄心母材（例えば、後述する実施例における鉄心母材３０）を形成する母材形成工程と、（ｂ）前記鉄心母材の磁石収容孔に、該磁石収容孔の全長に亘って一体に形成された磁石片（例えば、後述する実施例における磁石片３２）を収容する磁石片収容工程と、（ｃ）前記磁石片を備えた前記鉄心母材を板状に切断して磁石片付き単位鉄心を形成する単位鉄心形成工程と、（ｄ）前記磁石片付き単位鉄心を所定数積層して一体化する積層工程と、を備えることを特徴とする。
このように構成することにより、請求項１に記載の永久磁石式回転子を容易に製造することが可能になる。また、回転子の仕様変更やトルク定数の調整等が、単位鉄心の積層数を変更するだけで容易に行うことができる。

請求項６に係る発明は、請求項５に記載の発明において、（ｅ）前記積層工程後に前記磁石片を磁化して永久磁石片にする磁化工程を備えることを特徴とする。
このように構成することにより、多数の磁石片を同時に磁化し永久磁石片にすることが可能になる。

請求項１に係る発明によれば、永久磁石式回転子を回転しているときに、永久磁石片の荷重を総ての単位鉄心にほぼ均等に分担させることができるので、単位鉄心のオーバーデザインを防止することができる。特に、突極部を有し、該突極部に磁石収容孔が設けられている場合には、突極部において磁石収容孔の周方向外側に形成された保持部の幅寸法を必要最小限に小さく設定することができ、その結果、磁束短絡を抑制することができ、渦電流が発生しにくくなって、磁石発熱を抑制することができ、ひいては減磁し難くすることができる。

請求項２に係る発明によれば、請求項１に記載の永久磁石式回転子を容易に製造することが可能になる。また、回転子の仕様変更やトルク定数の調整等が、単位鉄心の積層数を変更するだけで容易に行うことができる。
請求項３に係る発明によれば、単位鉄心と磁石片の表面を同時に絶縁コーティングすることができるので、生産性が向上する。
請求項４に係る発明によれば、多数の磁石片を同時に磁化し永久磁石片にすることができるので、生産性が向上する。

請求項５に係る発明によれば、請求項１に記載の永久磁石式回転子を容易に製造することが可能になる。また、回転子の仕様変更やトルク定数の調整等が、単位鉄心の積層数を変更するだけで容易に行うことができる。
請求項６に係る発明によれば、多数の磁石片を同時に磁化し永久磁石片にすることができるので、生産性が向上する。

以下、この発明に係る永久磁石式回転子とその製造方法の実施例を図１から図５の図面を参照して説明する。
図１はこの発明に係る永久磁石式回転子（以下、回転子と略す）１の正面図、図２は図１におけるＡ−Ａ断面図である。回転子１は、ケイ素鋼板（電磁鋼板）からなる同一形状、同一寸法の単位鉄心１１を所定数積層して形成された積層鉄心１０と、積層鉄心１０に埋め込まれた複数の永久磁石片２０とを備えて構成されている。
単位鉄心１１の外周部には、複数の突極部１２と溝部１３が交互に設けられており、各突極部１２には単位鉄心１１の厚み方向に貫通する磁石収容孔１４が設けられている。各単位鉄心１１の各磁石収容孔１４には、単位鉄心１１と同じ厚みの永久磁石片２０が隙間なく収容されている。また、単位鉄心１１の中央にはロータシャフト（図示せず）固定用のシャフト孔１５が設けられている。単位鉄心１１および永久磁石片２０の表面には絶縁コーティングが施されている。
そして、この回転子１において、単位鉄心１１は積層方向に隣接する単位鉄心１１と面接触し、永久磁石片２０も積層方向に隣接する永久磁石片２０と面接触する。

このように構成された回転子１においては、単位鉄心１１毎に磁石収容孔１４に単位鉄心１１と同じ厚みの永久磁石片２０が収容されているので、回転子１を回転したときの遠心力による各永久磁石片２０の荷重を、個々の永久磁石片２０が収容されている単位鉄心１１で受けることができる。すなわち、回転子１を回転しているときに、一部の単位鉄心１１に偏って永久磁石片２０の荷重が加わることがなく、総ての単位鉄心１１にほぼ均等に荷重を分担させることができる。その結果、単位鉄心１１の強度設計が容易になり、オーバーデザインを防止することができる。また、単位鉄心１１の突極部１２において磁石収容孔１４と溝部１３との間の保持部１６の幅寸法（周方向寸法）を必要最小限まで小さく設定することができる。そして、保持部１６の幅を狭くすることができるので、磁束短絡を抑制することができ、渦電流が発生しにくくなって、磁石発熱を抑制することができ、減磁し難くすることができる。さらに、保持部１６の幅を狭くすることができるので、単位鉄心１１の軽量化、ひいては回転子１の軽量化を図ることができる。

次に、この回転子１の製造方法を図３および図４を参照して説明する。
まず初めに、ケイ素鋼板を打ち抜き加工して、突極部１２、溝１３、磁石収容孔１４、シャフト孔１５を有する単位鉄心１１を多数形成する（単位鉄心形成工程Ｓ１０１）。 次に、単位鉄心１１の磁石収容孔（ロータヨークスロット）１４に粉末の磁石素材を隙間なく収容し、焼結して磁石片２１を形成する（磁石焼結工程Ｓ１０２）。すなわち、単位鉄心１１の磁石収容孔１４を成形型として用いて磁石片２１を成形する。
次に、磁石片２１を備えた単位鉄心１１および該磁石片２１の表面に絶縁コーティングを施す（絶縁工程Ｓ１０３）。
次に、磁石片２１を備えた単位鉄心１１を必要な数だけ型に収めて積層し、積層方向にかしめて一体化する（積層工程Ｓ１０４）。
次に、積層された磁石片２１を同時に磁化して永久磁石片２０にする（磁化工程Ｓ１０５）。これにより回転子１が完成する。

この製造方法によれば、永久磁石片２０を磁石収容孔１４に隙間なく設けることが容易にできるとともに、永久磁石片２０の厚みを単位鉄心１１の厚みと同じにすることが容易にできる。
また、単位鉄心１１の表面と磁石片２１の表面に同時に絶縁コーティングを施すことができるので、生産性が向上する。
また、磁石片２１を有する単位鉄心１１の積層数を変更するだけで、簡単に積層鉄心の積層厚さが異なる回転子１を製造することができるので、回転子１の仕様変更やトルク定数の調整等を容易に実施できるというメリットもある。従来は、単位鉄心の積層数に応じて永久磁石片の長さを変えなければならず、仕様変更やトルク定数の調整等が容易でなかった。

なお、前述の製造方法では、単位鉄心１１の磁石収容孔１４に粉末の磁石素材を隙間なく収容し焼結して磁石片を形成したが、予め別の型を用いて磁石収容孔１４と同一形状、同一厚みの磁石片を形成しておき、この磁石片を各単位鉄心１１の各磁石収容孔１４に挿入し接着等で固定して、磁石片を備えた単位鉄心１１を形成してもよい。

また、回転子１は次の方法によっても製造することができる。
まず初めに、多数の単位鉄心に相当する厚みを有する以外は単位鉄心と同一形状、同一寸法の鉄心母材を形成する（母材形成工程）。なお、鉄心母材にはその厚み方向に貫通する磁石収容孔を設けておく。
次に、図５に示すように、鉄心母材３０の磁石収容孔３１に、磁石収容孔３１とほぼ同じ断面を有し鉄心母材３０とほぼ同じ長さの１本の磁石片３２を圧入する（磁石片収容工程）。すなわち、磁石片３２は、磁石収容孔３１の全長に亘って一体に形成されている。
次に、磁石片３２を備えた鉄心母材３０を、図５において二点鎖線で示すように板状に切断して磁石片付き単位鉄心を形成する（単位鉄心形成工程）。
次に、磁石片付き単位鉄心の表面に絶縁コーティングを施す（絶縁工程）。
次に、絶縁コーティングされた磁石片付き単位鉄心を必要な数だけ型に収めて積層し、積層方向にかしめて一体化する（積層工程）。
次に、積層された総ての磁石片を同時に磁化して永久磁石片にする（磁化工程）。これにより回転子１が完成する。

なお、鉄心母材３０の磁石収容孔３１に磁石片３２を圧入することにより磁石片３２を備えた鉄心母材３０を形成するのに代えて、鉄心母材３０の磁石収容孔３１に粉末の磁石素材を隙間なく収容して焼結することにより、磁石片３２を備えた鉄心母材３０を形成することも可能である。

〔他の実施例〕
なお、この発明は前述した実施例に限られるものではない。
例えば、前述した実施例では、磁石収容孔を積層鉄心の外周部に設けているが、磁石収容孔を積層鉄心の内周部に設けることも可能である。また、前述した実施例の回転子は突極部および溝部を備えているが、これらを備えていなくても、この発明は成立する。
また、前述した実施例は電動機に用いられる回転子の態様で説明したが、発電機の回転子に採用することも可能である。

この発明に係る永久磁石式回転子の正面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 この発明に係る永久磁石式回転子の製造方法を示す工程図である（実施例１）。 前記実施例１における永久磁石式回転子の製造方法を示す模式図である。 この発明に係る永久磁石式回転子の製造方法を説明するための図である（実施例２）。 従来の永久磁石式回転子の正面図である。 図６のＢ−Ｂ断面図である。 従来の永久磁石式回転子の製造方法を示す工程図である。

符号の説明

１ 永久磁石式回転子
１０ 積層鉄心
１１ 単位鉄心
１４ 磁石収容孔
２０ 永久磁石片
２１ 磁石片
３０ 鉄心母材
３１ 磁石収容孔
３２ 磁石片

Claims (6)

1. 磁石収容孔を有する板状の単位鉄心を複数積層して積層鉄心が形成され、該積層鉄心の前記磁石収容孔に永久磁石片が収容されてなる永久磁石式回転子において、
   前記磁石収容孔には、前記単位鉄心毎に該単位鉄心と同じ厚みの永久磁石片が収容されていることを特徴とする永久磁石式回転子。
2. 単位鉄心を複数積層してなる積層鉄心の磁石収容孔に永久磁石片が収容されて構成された永久磁石式回転子を製造する方法において、
   磁石収容孔を有する単位鉄心を形成する単位鉄心形成工程と、
   前記単位鉄心の前記磁石収容孔に磁石素材を収容し、焼結して磁石片を形成する磁石焼結工程と、
   前記磁石片を備えた単位鉄心を所定数積層して一体化する積層工程と、
   を備えることを特徴とする永久磁石式回転子の製造方法。
3. 前記磁石焼結工程と前記積層工程の間に、前記磁石片を備えた単位鉄心に絶縁コーティングを施す絶縁工程を備えることを特徴とする請求項２に記載の永久磁石式回転子の製造方法。
4. 前記積層工程後に前記磁石片を磁化して永久磁石片にする磁化工程を備えることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の永久磁石式回転子の製造方法。
5. 単位鉄心を複数積層してなる積層鉄心の磁石収容孔に永久磁石片が収容されて構成された永久磁石式回転子を製造する方法において、
   複数個の単位鉄心に相当する厚みを有しその厚み方向に磁石収容孔が貫通して設けられた鉄心母材を形成する母材形成工程と、
   前記鉄心母材の磁石収容孔に、該磁石収容孔の全長に亘って一体に形成された磁石片を収容する磁石片収容工程と、
   前記磁石片を備えた前記鉄心母材を板状に切断して磁石片付き単位鉄心を形成する単位鉄心形成工程と、
   前記磁石片付き単位鉄心を所定数積層して一体化する積層工程と、
   を備えることを特徴とする永久磁石式回転子の製造方法。
6. 前記積層工程後に前記磁石片を磁化して永久磁石片にする磁化工程を備えることを特徴とする請求項５に記載の永久磁石式回転子の製造方法。

Images