JP2010045893A - 表面磁石型回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】永久磁石をロウ材で固定した表面磁石型回転電機において、ロウ材の接合体に発生する渦電流を低減する。
【解決手段】回転軸に固定されたロータコア２２と、ロータコア２２の半径方向外側の表面に複数の永久磁石２３をロウ材ペースト２５によって接合したロータと、を備える表面磁石型回転電機であって、ロウ材ペースト２５は、各接合面で複数の領域に分離して配置された後、加熱、冷却されてロータコア２２の表面と各永久磁石２３のロータコア２２側面とを接合する。
【選択図】図３

Description

本発明は、表面磁石型回転電機の構造に関する。

ハイブリッド車両や電気自動車などの電動車両に搭載されるモータや発電機あるいはモータと発電機の双方の機能を備えるモータジェネレータなどの回転電機は、永久磁石が取り付けられたロータと、その周囲に配置されたステータとを備えている。ステータは電磁鋼板を積層して構成されるステータコアのスロットに巻き線を巻きつけたものである。モータまたはモータとして機能する際のモータジェネレータは、ステータの巻き線に通電してロータを回転させる回転力を取り出し、発電機または発電機として機能する際のモータジェネレータは、ロータの回転によってステータ巻き線に流れる電流を取り出す。

このような回転電機には、ロータの内部に永久磁石を配置したタイプとロータの表面に永久磁石を配置したタイプがある。ロータの表面に永久磁石を配置した表面磁石型の回転電機では、永久磁石と電磁鋼板を積層して形成したコアとを合成樹脂接着剤やロウ材によって接合、固定している。

例えば、特許文献１には、積層鋼板のコアの外面に永久磁石をロウ付けする場合に、積層鋼板を接合用の鋼板と、接合鋼板よりも一方側の端面を引き込ませた凹部用鋼板とを交互に積層し、接合鋼板の一方側端面と永久磁石との間に多めのロウ材を介在させて、加熱、冷却して接合する方法が提案されている。この方法では、凹部が過剰分のロウ材を受容し、また、冷却の際に、隣接する接合用鋼板の間隔が加熱前の間隔よりも広めとなることで接合部に発生する熱応力を緩和する、と述べられている。

また、特許文献２には、コアの表面近傍に永久磁石を配置し、磁石の外側に薄肉の金属管をはめ込み、軸方向両端には金属製の端板を設けたロータにおいて、金属管に渦電流が発生することによる損失を低減するために、金属管の内周または外周に凹凸部を設ける方法が提案されている。

特開平８−２９０２６５号公報 特開平７−２４５９２１号公報

ところで、回転電機のステータの巻線には、集中巻きと分布巻きとがある。集中巻きモータでは、ロータから見たステータへの磁気抵抗の変化が大きいため、ロータで大きな磁束変動を生じる。そしてその磁束変動に直交する方向に導体を挿入すると大きな渦電流を生じる。このため、図６に示すように、表面磁石型の回転電機において、永久磁石１２３のロータ１２０の表面への固定にロウ材ペースト１２５を用いると、ロウ材ペースト１２５を加熱、冷却した接合体１２４は、ロータ１２０の表面と永久磁石１２３との間の面で、磁束１４０の変動方向である磁石着磁方向に直交した導電面を構成することとなり、接合体１４０の内部に渦電流１２６が生じることとなる。そして、接合体１２４に渦電流１２６が発生すると、永久磁石１２３の温度が上昇し、磁力が減衰する減磁が発生し、回転電機の性能が低下するという問題があった。この渦電流１２６は接合体１２４の面積が大きい程ループが大きく、大きな渦電流１２６となるので、図６（ｂ）に示すように、ロウ材ペースト１２５が永久磁石１２３の全面に一様に塗布され、接合体１２４が永久磁石１２３の全面に形成された場合には、渦電流１２６の大きさも大きくなるという問題があった。

本発明は、永久磁石をロウ材で固定した表面磁石型回転電機において、ロウ材の接合体に発生する渦電流を低減することを目的とする。

本発明の表面磁石型回転電機は、回転軸に固定されたコアと、コアの半径方向外側の表面に複数の永久磁石をロウ材によって接合したロータと、を備える表面磁石型回転電機であって、各永久磁石当たりのロウ材が電気的に複数領域に分離されていること、を特徴とする。

本発明の表面磁石型回転電機において、ロウ材は、各接合面で複数の領域に分離して配置された後、加熱、冷却されてコア表面と各永久磁石のコア側面とを接合すること、としても好適であるし、ロウ材は断続的に配置されていること、としても好適であるし、ステータの巻線は集中巻きであること、としても好適である。

本発明は、永久磁石をロウ材で固定した表面磁石型回転電機において、ロウ材の接合体に発生する渦電流を低減することができるという効果を奏する。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本実施形態の表面磁石型回転電機であるモータジェネレータ１０は、中心軸１２の周りに回転するロータ２０と、ロータ２０の外周に配置されたステータ３０と、ロータ２０を回転自在に支持すると共にステータ３０を固定するケーシング１１とを備えている。

ロータ２０は回転軸であるシャフト２１と、シャフト２１に固定された円筒形のロータコア２２と、ロータコア２２の半径方向外周側の表面に固定された永久磁石２３とを備えている。ロータコア２２は電磁鋼板を中心軸１２の方向に積層して構成されており、永久磁石２３は、ロータコア２２の表面にロウ材の接合体２４を介して接合されている。

図１に示すように、ステータ３０はロータ２０の中心軸１２の方向に電磁鋼板を積層して構成されたステータコア３１とステータコア３１に設けられたスロットに巻きつけられた巻き線とを含んでいる。巻き線は集中巻きであり、ステータコア３１の中心軸１２方向の両端面で各スロット間を渡るコイルエンド３２を形成している。

図２に示すように、ロータ２０はロータコア２２の外周面上に複数の永久磁石２３が周方向に等間隔に取り付けられている。モータジェネレータ１０が回転すると磁束４０が発生する。

以下、図３、図４を参照しながら、モータジェネレータ１０のロータ２０にロウ材であるロウ材２５ペーストによって永久磁石２３を取り付ける方法について説明する。ロウ材ペースト２５は、例えば、銀ロウなどのロウ材成分を有機ペーストに混合したもので、加熱すると有機溶剤が揮発し、更に加熱するとロウ材成分が溶け、その後冷却することによって接合対象物を接合する接合体が形成されるものである。

図３（ａ）に示すように、永久磁石２３の接合面２８の上に複数の領域に分離して配置されるようロウ材ペースト２５を塗布する。ロウ材ペースト２５の各領域はそれぞれ分離しており、その間には隙間２７が設けられている。ロウ材ペースト２５の各塗布領域の大きさは永久磁石２３の接合面２８の大きさよりも小さい領域に分割されており、本実施形態では、接合面２８を１２の塗布領域に分離してロウ材ペースト２５を塗布している。

図３（ｂ）に示すように、ロータコア２２の永久磁石２３の取り付けられる接合面２９は、ロータコア２２の外表面から少しだけ凹んだ凹部となっている。図３（ｂ）に示すように、ロータコア２２の永久磁石２３との接合面２９には、永久磁石２３の接合面２８と同様の位置、大きさでロウ材ペースト２５が塗布されている。各ロウ材ペースト２５の塗布領域はそれぞれ分離しており、各塗布領域の間には隙間２７が設けられている。

永久磁石２３の接合面２８とロータコア２２の接合面２９とにロウ材ペースト２５それぞれ塗布したら、永久磁石２３を反転させて永久磁石２３の接合面２８をロータコア２２の接合面２９に重ね合せる。このように重ね合わせると、各接合面２８，２９に形成されていたロウ材ペースト２５の塗布領域が互いに重なり合う。

重ね合わせが終了したら、ロウ材ペースト２５に含まれているロウ材成分が溶けて液相状態または固液共存状態になる約６５０℃程度までロータコア２２と、永久磁石２３と、ロウ材ペースト２５とを加熱し、その後冷却し、図４に示すように、永久磁石２３とロータコア２２とを接合する接合体２４を形成する。

図４（ａ）に示すように、各接合面２８，２９に塗布したロウ材ペースト２５の位置にロータコア２２の接合面２９と永久磁石２３の接合面２８との間を接合する接合体２４が形成され、ロータコア２２に永久磁石２３が固定される。接合体２４は、各接合面２８，２９の上のロウ材ペースト２５が塗布された位置に形成されるので、各接合体２４の位置、大きさは各塗布領域と同様の位置となっている。また、各塗布領域の間の隙間２７はそのまま接合体２４の隙間２７となる。このため、接合体２４は各接合面２８，２９において複数の領域に電気的に分離した状態で形成される。

図４（ｂ）に示すように、各塗布領域に対応する各接合体２４の面積は各接合面２８，２９よりも小さく、各接合体２４の間に形成された隙間２７は、各接合体２４の渦電量経路を遮断する。このため、図４（ａ）に示す磁束４０の変化によってロウ材ペースト２５によって形成された接合体２４に発生する渦電流２６のループの大きさが図６に示したような永久磁石２３の全面に接合体１２４が形成された場合に比較して小さくなるので渦電流２６が低下し、渦電流２６による損失を低減することができるという効果を奏する。また、本実施形態は金属のロウ材ペースト２５を用いて接続し、金属の接合体２４を形成するので、例えば樹脂などの材料によって永久磁石２３を接着するよりも永久磁石２３の熱をロータコア２２に容易に伝達できるので、ロータコア２２の温度を監視することによって永久磁石２３の温度を制御することができるという効果を奏する。

以上説明した実施形態では、ロウ材ペースト２５を永久磁石２３とロータコア２２との各接合面２８，２９の複数の領域に分離して配置することとして説明したが、ロウ材ペースト２５が各接合面２８，２９に断片的に塗布され、塗布後のロウ材ペースト２５が断片的に配置されていてもよく、例えば、図５（ａ）に示すように、ロウ材ペースト２５を短冊状に塗布することとしても良いし、図５（ｂ）に示すように、ロウ材ペースト２５を複数の領域に離散的に塗布するようにしてもよい。この場合も各塗布領域の間に隙間２７を設けることによって、加熱、冷却後に形成される各塗布領域に対応する接合体２４の間にも隙間２７が形成される。この隙間２７は、各接合体２４の渦電量経路を遮断するので渦電流２６のループの大きさを小さくすることができ、渦電流２６を低下させ、渦電流２６による損失を低減することが出来るという効果を奏する。また、ロウ材ペースト２５は、永久磁石２３とロータコア２２とのいずれか一方の接合面にのみ塗布するようにして永久磁石の接合を行ってもよい。

また、ロウ材ペースト２５に代わって、箔状の薄板状ロウ材を図３、図５に示す塗布領域のような形状、大きさに切断して配置し、加熱、冷却して接合体２４を形成してもよい。

本発明の実施形態における表面磁石型回転電機の断面図である。 本発明の実施形態における表面磁石型回転電機を軸方向から見た図である。 本発明の実施形態における表面磁石型回転電機の永久磁石をロータコアに接合する工程を示す説明図である。 本発明の実施形態における表面磁石型回転電機のロウ材ペーストによって形成された接合体を示す説明図である。 本発明の他の実施形態における表面磁石型回転電機のロウ材ペーストの塗布領域とロウ材ペーストによって形成された接合材とを示す説明図である。 従来技術による表面磁石型回転電機のロウ材ペーストの塗布領域とロウ材ペーストによって形成された接合材とを示す説明図である。

符号の説明

１０ モータジェネレータ、１１ ケーシング、１２ 中心軸、２０ ロータ、２１ シャフト、２２ ロータコア、２３，１２３ 永久磁石、２４，１２４ 接合体、２５，１２５ ロウ材ペースト、２６，１２６ 渦電流、２７ 隙間、２８，２９ 接合面、３０ ステータ、３１ ステータコア、３２ コイルエンド、４０，１４０ 磁束。

Claims (4)

1. 回転軸に固定されたコアと、
   コアの半径方向外側の表面に複数の永久磁石をロウ材によって接合したロータと、
   を備える表面磁石型回転電機であって、
   各永久磁石当たりのロウ材が電気的に複数領域に分離されていること、
   を特徴とする表面磁石型回転電機。
2. 請求項１に記載の表面磁石型回転電機であって、
   ロウ材は、各接合面で複数の領域に分離して配置された後、加熱、冷却されてコア表面と各永久磁石のコア側面とを接合すること、
   を特徴とする表面磁石型回転電機。
3. 請求項１または２に記載の表面磁石型回転電機であって、
   ロウ材は断続的に配置されていること、
   を特徴とする表面磁石型回転電機。
4. 請求項２または３に記載の表面磁石型回転電機において、
   ステータの巻線は集中巻きであること、
   を特徴とする表面磁石型回転電機。

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