JP2007014158A - 回転子とその製造方法および電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】 永久磁石の位置決め接着固定の際に永久磁石に加えるバインドなどの外力による永久磁石の位置ずれを防止し、生産性が高く、品質の向上が可能な回転子および電動機を得る。
【解決手段】 本発明の回転子は、回転軸と、回転軸に固定する外周面の周方向に等間隔に突起部21が形成された鉄心板を積層した鉄心2と、突起部を有し回転軸に積層される鉄板5と、積層された鉄心の突起部間に固定された永久磁石4とを有するもので、鉄板5はその突起部が鉄心の形状と略同形状であり、かつその突起部の端部から円周方向に伸延し、軸方向に曲げ成形した爪部52が設けられたものである。

【選択図】 図１

Description

本発明は、永久磁石を回転子外周面上に固定した例えば同期電動機などの永久磁石付ロータの製造方法に関する。

従来、この種の技術においては永久磁石を円周方向に等分に位置決め、固定する際、従来技術として、軸に嵌挿固着された積層鉄心の円周上に等間隔に打抜かれ形成された突起を利用し、永久磁石の側面を位置決め当接し、接着固定する方法がとられている（例えば特許文献1）。
図８はその回転子の部分端面図である。図８において、軸に嵌挿固着された積層鉄心の外周部に等間隔に形成された突起の側面に永久磁石の側面を位置決め当接し、接着固定している。
また、他の従来技術として軸の所定部分にプレス加工などにより直接形成された突起を利用し、位置決めし、接着固定する方法などがとられている（例えば特許文献２）。
図９は他の従来技術における回転子の一部を切り開いた正断面図である。図９において、軸に直接形成された突起により永久磁石は位置決め当接され、接着固定されている。
特開平６−９８５１４（第５頁、第１図） 特開平６−２４５４１７（第４頁、第１図）

ところが、従来技術では、永久磁石を突起により位置決めする際、永久磁石の円周方向の寸法のバラツキを考慮し、突起部の各一対間の円周方向の寸法を永久磁石の円周方向の寸法よりも幾分大きくしている。この場合、位置決め当接している永久磁石の側面の反対側側面とそれに対向する突起部側面の間には隙間が生じることになる。また、一般的に固定には熱硬化性接着剤を使用する場合が多く、加熱途中に生じる前期熱硬化性接着剤の粘度低下による永久磁石の浮き上がり、位置ずれの発生を防止するため、あるいは、接着層を均一にするために、加熱する前に、あらかじめ永久磁石の外周を金属バンドなどでバインドするなどして永久磁石を拘束しておく必要がある。
この際、この拘束力により、隙間に起因した永久磁石の位置ずれが生じる場合があり、この場合、バインドを緩めるなどして永久磁石の位置修正を行い、再度バインドで拘束するなどの手直しが必要となり生産性の低下を招き、さらに、位置ずれのまま接着固定した場合には、回転特性が悪化するなどの品質上の問題が発生する。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、バインドなどによる拘束力を永久磁石に付加しても永久磁石の位置ずれが生じない状態で接着固定することにより、生産性が高く、品質の向上が可能な回転子および電動機を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は次のように構成したものである。
請求項１に記載の発明は、回転軸と、前記回転軸に固定される外周面の周方向に等間隔に突起部が形成された鉄心板を積層した鉄心と、突起部を有し前記回転軸に積層される鉄板と、前記鉄心の突起部間に固定された永久磁石とを有する回転子において、
前記鉄板は、その突起部が前記鉄心板の形状と略同形状であり、かつその突起部の端部から円周方向に伸延し軸方向に曲げ成形した爪部を設けたものである。
請求項２に記載の発明は、前記鉄板が前記鉄心の両側端部に設けられたものである。
請求項３に記載の発明は、前記鉄板が鉄心の積層途中に一定間隔をもって少なくとも２箇所設けられたものである。
請求項４に記載の発明は、前記一定間隔に設けられた前記鉄板および鉄心の位置を、周方向に一定の角度ずらせたものである。
請求項５に記載の発明は、回転軸と一体に形成され外周面の周方向に等間隔に突起部が形成された鉄心部と、前記鉄心部の突起部の間に固定された永久磁石とを有する回転子において、前記鉄心部の両端部に、突起部の形状が前記鉄心部の突起部の形状と略同形状であり、かつその突起部の端部から円周方向に伸延し、軸方向に曲げ成形した爪部が設けられた鉄板を備えたものである。
請求項６に記載の発明は、回転軸と、前記回転軸に設けられた鉄心部と、前記鉄心部の外周面に固定された永久磁石とを有する回転子において、前記鉄心部は外周面の周方向に等間隔に突起部が形成された別体の一体ものであり、前記鉄心部の両端部に突起部の形状が前記鉄心部の突起部の形状と略同形状であり、かつその突起部の端部から円周方向に伸延し、軸方向に曲げ成形し、爪部を設けた鉄板を備えたものである。
請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項６記載の回転子を用いて固定子に組み込まれた電動機である。
請求項８に記載の発明は、外周面の周方向に等間隔に突起部が形成された鉄心板を積層した鉄心を回転軸に固定し、突起部を有し前記回転軸に装着する鉄板を成形し、前記鉄板を前記回転軸に装着し、前記積層した鉄心の突起部間に永久磁石を接着して固定する回転子の製造方法において、前記鉄板の突起部を前記鉄心板の形状と略同形状に成形し、かつその突起部の端部から円周方向に伸延し、軸方向に曲げ成形して、爪部を設け、前記永久磁石を接着する際は、前記鉄心の突起部間の面または永久磁石の少なくとも一方に接着剤を塗布し、前記鉄板の爪部に前記永久磁石の一方の側面を押した状態で位置決めし、前記永久磁石が周方向に動かないように保持しながら装着するものである。
請求項９に記載の発明は、前記鉄板を前記回転軸に装着する位置が前記鉄心の両端部としたものである。
請求項１０に記載の発明は、前記鉄板を前記回転軸に装着する位置が前記鉄心の途中に一定間隔をもって少なくとも２箇所設けられたものである。
請求項１１に記載の発明は、前記一定間隔に設けられた前記鉄板および鉄心を、周方向に一定の角度ずらせた位置にするものである。
請求項１２に記載の発明は、回転軸と鉄心部とを一体に形成し、前記鉄心部の外周面の周方向に等間隔に突起部を形成し、前記鉄心部の突起部と突起部との間に永久磁石を固定する回転子の製造方法において、前記鉄心部の両端部に、突起部の形状が前記鉄心部の突起部の形状と略同形状であり、かつその突起部の端部から円周方向に伸延し、軸方向に曲げ成形して爪部を設けた鉄板を備えたものである。
請求項１３に記載の発明は、回転軸に鉄心部を設け、前記鉄心部の外周面に永久磁石を固定する回転子の製造方法において、前記鉄心部は外周面の周方向に等間隔に突起部を形成して別体のものとし、前記鉄心部の両端部に、突起部の形状が前記鉄心部の突起部の形状と略同形状とし、かつその突起部の端部から円周方向に伸延し、軸方向に曲げ成形して爪部を設けた鉄板を固定するものである。
請求項１４に記載の発明は、請求項８から請求項１３記載の回転子の製造方法を用いて固定子に組み込む電動機の製造方法である。

本発明によれば、突起部の端部から円周方向に伸延し、軸方向に曲げ成形した爪部を有する鉄板を設けることにより、永久磁石の装着時に対向側面への押圧力を保持できるので、永久磁石の位置ずれが起こらず正しく接着固定ができる。したがって、生産性が高く、高品質の回転子および電動機が得られる。
また、請求項４、１１に記載の発明によれば、一定間隔に設けられた鉄板および鉄心の位置を、周方向にずらせることができるので、上記効果に加え、スキューを形成することが可能となる。
また、請求項６、１３に記載の発明よれば、外周面の周方向に等間隔に突起部が形成された鉄心部を別体にすることにより、製造が容易になり、かつ回転軸の共用化ができる。したがって、回転子、電動機のコスト低下につながる。

以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施例1を示す回転子の側面図、図２はその正面図である。図において、１は回転子、２は鉄心、３は回転軸、４は永久磁石、５は鉄板、６はテープである。なお、図中、同じ機能には同一の符号を付している。本実施例の回転子１は、積層した鉄心２を回転軸３に設け、鉄心２の外周に永久磁石4を配置した構造である。
鉄心２は、その外周面の周方向に等間隔に突起部２１が複数個形成されている。
鉄板５の形状を図３および図４に示す。図３は成形する前の平面図であり、図４は図３の爪部５２の部分斜視図である。鉄板５は、図３に示すようにプレス加工などにより、突起部５１と突起部５１の端部から周方向に伸延する爪成形部５２ａとをもつ形状に成形されている。そして、爪成形部５２ａは、図４に示すようにプレス加工などによりほぼ９０度の角度で、曲げ根元部から先端部にかけ外側に凸形状になるように曲げた爪部５２に成形されている。
つぎに、本実施例の回転子の製造方法について説明する。
(1)工程１ 鉄心２を回転軸３に固定する。
軸方向の寸法が所定の寸法となるように複数個の鉄心板をその突起部２１が完全に重なるように積層し、鉄心２を形成し、鉄心２の内径部に回転軸３を圧入あるいは焼ばめなどの方法で挿入固定する。
(2) 工程２ 予め成形した鉄板５を回転軸３に固定する。
鉄板５を、鉄心２の両側に突起部２１が完全に重なり、爪部５２の曲げ根元部が軸方向外側に位置するように回転軸３に圧入固定する。
(3) 工程３ 鉄心２に永久磁石４を接着する。
鉄心２の永久磁石４の取り付け面(突起部２１と突起部２１との間の面)、あるいは永久磁石４の内径側の凹面に接着剤を塗布し、永久磁石４を軸方向から鉄心２の突起部２１および鉄板５の突起部５１の側面に沿って所定の位置まで押し入れる。この際、永久磁石４の一方側面は、爪部５２により鉄心２の突起部２１の側面側に押され、永久磁石４の反対側側面は鉄心２の突起部２１の側面に押し当てられた状態となり、周方向の位置ずれが生じない様になる。
(4) 工程４ 永久磁石４を鉄心２にバインド固定する。
接着層を均一にし、接着加熱硬化過程時に発生する可能性がある永久磁石４の浮き上がりを防止するため、永久磁石４の外周を金属バンドなどによりバインドして、永久磁石４を拘束し、所定の条件で接着剤を硬化させて永久磁石４の鉄心２の外周への固定を完了させる。
(5) 工程５ 永久磁石４をテーピングする。
永久磁石４の外周に熱硬化性ガラス入りプリプレグテープ８などを巻回、加熱硬化するなどして、永久磁石４の表面を保護する。

実施例１ではこのように、永久磁石４を鉄心２の外周面に接着固定する際、永久磁石４の一方側面は、爪部５２により突起部２１の側面側に押され、永久磁石４の反対側側面は突起部２１の対向側面に押し当てられた状態となっている。そのため、永久磁石４の外周をバインド、拘束し、接着層の均一化と接着加熱硬化過程時に発生する可能性がある永久磁石４の浮き上がりを防止する際、永久磁石４にバインドによる外力が加わっても永久磁石４の周方向の位置ずれを防止することができ、位置ずれに伴う位置の修正などの手間を省くことができる。また、位置ずれしたままで永久磁石４が接着固定されることによる品質上の問題発生を防止することができる。

図５は、本発明の実施例２を示す回転子の側面図である。本実施例は、実施例１における鉄心を回転軸と一体に形成したものである。図において、３１は回転軸３から成形した突起部である。突起部３１は、鉄心２と回転軸３が一体に形成され鉄心部の外周面の周方向に等間隔に形成されている。鉄板５は実施例１と同様にして作製され、突起部５１、爪成形部５２、爪部５２ａが形成されている。

つぎに、本実施例の回転子の製造方法について説明する。
(1)工程１ 回転軸３に突起部３１を形成する。
回転軸３と一体形成された鉄心２の外周面にプレス加工などで等間隔に突起部３１を形成する。
(2) 工程２ 予め成形した鉄板５を回転軸３に圧入固定する。
工程２から工程５は、実施例１と同じ方法であるため、説明を省略する。
(3) 工程３ 鉄心２に永久磁石４を接着する。
(4) 工程４ 永久磁石４をバインド固定する。
(5) 工程５ 永久磁石４をテーピングする。
このように回転子を製造することにより実施例１と同じ効果が得られる。
なお、本実施例では、回転軸３と一体に形成された鉄心２を用いたが、これに替えて突起を形成した別体の鉄心を使用することもできる。これにより、永久磁石４の周方向の位置ずれを防止できるため、位置ずれに伴う位置の修正などの手間を省くことができる。

図６は、本発明の実施例３を示す回転子の側面図である。
本実施例は、実施例１と同じく積層した鉄心２を回転軸３に設けたもので、積層途中に鉄板５を鉄心の所要積層寸法がほぼ３分割になるように配設したものである。
鉄心２および鉄板５は、実施例１と同じように作製されている。

つぎに、本実施例の回転子の製造方法について説明する。
(1)工程１ 鉄心２と鉄板５を回転軸３に固定する。
爪部５２を成形した鉄板５を２枚と、鉄心の所要積層寸法を鉄板５を含めてほぼ３分割するように３ピースに分割した積層鉄心を製作し、鉄板５が鉄心２をほぼ３分割する位置に配設する。３ピースに分割された積層鉄心と鉄板５を、突起部２１および突起部５１が完全に重なるように、順じ回転軸３に圧入あるいは焼きばめなどの方法で挿入固定する。この場合、鉄板５の軸方向の向きは、特に制限しない。
(2) 工程２ 鉄心２に永久磁石４を接着する。
工程２から工程４は、実施例１、２の工程３から工程５と同じ方法であるため、説明を省略する。
(3) 工程３ 永久磁石４をバインド固定する。
(4) 工程４ 永久磁石４をテーピングする。
このように回転子を製造することにより実施例１、２と同じ効果が得られる。
なお、本実施例では、鉄板５を積層鉄心２の途中に設けたが、さらに、実施例１における鉄心２の両側に配設した鉄板５を加えてもよい。このようにすれば、永久磁石４側面の押し付け力がさらに強くなり、永久磁石４の外周バインドにより永久磁石４に外力が加わっても、永久磁石４の周方向の位置ずれを強固に防止できる。

図７は、本発明の実施例４を示す側面図である。本実施例は、実施例３で述べた３分割にした積層鉄心を鉄板５とともに周方向に所定量ずつ位置をずらして配設したものである。
鉄心２の突起部２１および鉄板５は、実施例１、実施例３と同じである。
つぎに、本実施例の回転子の製造方法について説明する。
(1)工程１ 鉄心２を回転軸３に固定する。
まず、軸方向の寸法が所定の寸法となるように複数個の鉄心板を突起部２１が完全に重なるように積層し、１個目の鉄心２ａを形成し、鉄心２ａの内径部に回転軸３を圧入あるいは焼ばめなどの方法で挿入固定する。
(2) 工程２ 予め成形した鉄板５を回転軸３に圧入固定する。
工程２〜４は、実施例１、２の工程２〜４と同じ方法であるため、説明を省略する。
(3) 工程３ 鉄心２に永久磁石４を接着する。
(4) 工程４ 永久磁石４を鉄心２にバインド固定する。
(5) 工程５ 鉄心２を回転軸３に固定する。
工程１の１個目の鉄心２ａと同様に、軸方向の寸法が所定の寸法となるように複数個の鉄心板を積層し、２個目の鉄心２ｂを形成し、１個目の鉄心２ａに対して周方向に所定量位置をずらして回転軸３に圧入あるいは焼ばめなどの方法で１個目の鉄心２ａに当たるまで挿入し固定する。この際、１個目の鉄心２ａと接する側の鉄板５は、２個目の鉄心２ｂの挿入前に所定位置に挿入固定しておき、２個目の鉄心２ｂの挿入固定後に反対側の鉄板５を挿入固定する。この際、２個目の鉄心２ｂと鉄板５の位置関係は１個目の鉄心２ａでのこれらの位置関係と同じとする。
(6) 工程６
工程３、工程４を繰り返し、永久磁石４の外周をバインドして拘束するまで１個目の鉄心２ａに対して行った手順と同様の手順で作業を行う。
(7) 工程７
さらに２個目の鉄心２ｂに対して行った手順と同様の手順で、３個目の鉄心２ｃに対し永久磁石４を拘束するまで作業を行い、所定の条件で接着剤を硬化させて永久磁石４を各鉄心の外周に固着させる。
なお、接着剤を加熱硬化させる場合などは、各鉄心の永久磁石４外周へのバインド作業を各鉄心への永久磁石の位置決めがすべて完了した後に、まとめて行ってもかまわない。
(8) 工程８ 永久磁石４をテーピングする。
永久磁石４の外周に熱硬化性ガラス入りプリプレグテープ８などを巻回、加熱硬化するなどして、永久磁石４の表面を保護する。

実施例４ではこのように、鉄心を周方向に所定量ずつ位置をずらして軸方向に複数個配置するように構成する回転子の製造において、永久磁石４を各鉄心の外周面に接着固定する際、永久磁石４の一方側面は、爪部５２により突起部２１の側面側に押され、永久磁石４の反対側側面は突起部２１の対向側面に押し当てられた状態となっている。そのため、永久磁石４の外周をバインド、拘束し、接着層の均一化と接着加熱硬化過程時に発生する可能性がある永久磁石４の浮き上がりを防止する際、永久磁石４にバインドによる外力が加わっても永久磁石４の周方向の位置ずれを防止することができ、位置ずれに伴う位置の修正などの手間を省くことができる。また、位置ずれしたままで永久磁石４が接着固定されることによる品質上の問題発生を防止することができる。

なお、本実施例では、鉄板５を積層鉄心２ａ、２ｂ、２ｃそれぞれの両端に設けたが、さらに、実施例３のように、各鉄心の積層途中に鉄板５を加えてもよい。このようにすれば、永久磁石４側面の押し付け力がさらに強くなり、永久磁石４の外周バインドにより永久磁石４に外力が加わっても、永久磁石４の周方向の位置ずれを強固に防止できる。
以上、本発明の実施例１から実施例４に述べた回転子を用いてれば、品質が高く、コストの安価なモータを製造できる。

永久磁石を鉄心外周に設けた突起側面に沿って位置決めし、接着固定する際に、永久磁石の周方向の一方の側面を鉄心外周に設けた突起の側面に押し当て力を付加した状態で押し当てることができるように永久磁石の反対側側面を押し当てる部分を鉄心両端面部の鉄板に設け、接着層の均一化あるいは接着剤の加熱硬化過程で発生する可能性のある永久磁石の浮き上がり防止のためにバインドなどの外力を付加しても周方向の位置ずれが生じない状態で製造することができる。そのため、円周方向の幅寸法がある程度ばらついた永久磁石を使用して同期電動機などの永久磁石付回転子を製造する場合などに適用できる。

本発明の実施例１を示す回転子の側面図 図１の正面図 本発明の実施例に用いた曲げ成形前の鉄板の正面図 図３の突起部を示す部分斜視図 本発明の実施例２を示す回転子の側面図 本発明の実施例３を示す回転子の側面図 本発明の実施例４を示す回転子の側面図 従来の回転子の鉄心を示す部分正面図 従来の他の例を示す回転子の正断面図

符号の説明

１ 回転子
２、２ａ、２ｂ、２ｃ 鉄心
２１ 突起部
３ 回転軸
３１ 突起部
４ 永久磁石
５ 鉄板
５１ 突起部
５２ 爪部
５２ａ 爪成形部
６ テープ

Claims (14)

1. 回転軸と、前記回転軸に固定される外周面の周方向に等間隔に突起部が形成された鉄心板を積層した鉄心と、突起部を有し前記回転軸に積層される鉄板と、前記鉄心の突起部間に固定された永久磁石とを有する回転子において、
   前記鉄板は、その突起部が前記鉄心板の形状と略同形状であり、かつその突起部の端部から円周方向に伸延し軸方向に曲げ成形した爪部を設けたことを特徴とする回転子。
2. 前記鉄板は、前記鉄心の両側端部に設けられたものであることを特徴とする請求項１記載の回転子。
3. 前記鉄板は、鉄心の積層途中に一定間隔をもって少なくとも２箇所設けられたものであることを特徴とする請求項１または２記載の回転子。
4. 前記一定間隔に設けられた前記鉄板および鉄心を、周方向に一定の角度ずらせた位置にあることを特徴とする請求項３記載の回転子。
5. 回転軸と一体に形成され外周面の周方向に等間隔に突起部が形成された鉄心部と、前記鉄心部の突起部の間に固定された永久磁石とを有する回転子において、
   前記鉄心部の両端部に、突起部の形状が前記鉄心部の突起部の形状と略同形状であり、かつその突起部の端部から円周方向に伸延し、軸方向に曲げ成形した爪部が設けられた鉄板を備えたことを特徴とする回転子。
6. 回転軸と、前記回転軸に設けられた鉄心部と、前記鉄心部の外周面に固定された永久磁石とを有する回転子において、
   前記鉄心部は外周面の周方向に等間隔に突起部が形成された別体のものであり、前記鉄心部の両端部に突起部の形状が前記鉄心部の突起部の形状と略同形状であり、かつその突起部の端部から円周方向に伸延し、軸方向に曲げ成形し、爪部を設けた鉄板を備えたことを特徴とする回転子。
7. 請求項１から請求項６記載の回転子を用いて固定子に組み込まれたことを特徴とする電動機。
8. 外周面の周方向に等間隔に突起部が形成された鉄心板を積層した鉄心を回転軸に固定し、突起部を有し前記回転軸に装着する鉄板を成形し、前記鉄板を前記回転軸に装着し、前記積層した鉄心の突起部間に永久磁石を接着して固定する回転子の製造方法において、
   前記鉄板の突起部を前記鉄心板の形状と略同形状に成形し、かつその突起部の端部から円周方向に伸延し、軸方向に曲げ成形して、爪部を設け、
   前記永久磁石を接着する際は、前記鉄心の突起部間の面または永久磁石の少なくとも一方に接着剤を塗布し、前記鉄板の爪部に前記永久磁石の一方の側面を押した状態で位置決めし、前記永久磁石が周方向に動かないように保持しながら装着することを特徴とする回転子の製造方法。
9. 前記鉄板を前記回転軸に装着する位置は、前記鉄心の両端部としたことを特徴とする請求項８記載の回転子の製造方法。
10. 前記鉄板を前記回転軸に装着する位置は、前記鉄心の途中に一定間隔をもって少なくとも２箇所設けたことを特徴とする請求項８または９記載の回転子の製造方法。
11. 前記一定間隔に設けられた前記鉄板および鉄心を、周方向に一定の角度ずらせた位置にすることを特徴とする請求項１０記載の回転子の製造方法。
12. 回転軸と鉄心部とを一体に形成し、前記鉄心部の外周面の周方向に等間隔に突起部を形成し、前記鉄心部の突起部と突起部との間に永久磁石を固定する回転子の製造方法において、
    前記鉄心部の両端部に、突起部の形状が前記鉄心部の突起部の形状と略同形状であり、かつその突起部の端部から円周方向に伸延し、軸方向に曲げ成形して爪部を設けた鉄板を備えたことを特徴とする回転子の製造方法。
13. 回転軸に鉄心部を設け、前記鉄心部の外周面に永久磁石を固定する回転子の製造方法において、
    前記鉄心部は外周面の周方向に等間隔に突起部を形成して別体のものとし、前記鉄心部の両端部に、突起部の形状が前記鉄心部の突起部の形状と略同形状とし、かつその突起部の端部から円周方向に伸延し、軸方向に曲げ成形して爪部を設けた鉄板を固定することを特徴とする回転子の製造方法。
14. 請求項８から請求項１３記載の回転子の製造方法を用いて固定子に組み込むことを特徴とする電動機の製造方法。

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