JP2010239800A - 回転電機の回転子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安定した磁石の保持強度や接着強度を確保することができ、信頼性の高い回転電機の回転子を得る。
【解決手段】永久磁石回転電機１の回転子８において、セグメント状磁石１２と回転子コア１０の外周面の接着部は、回転子軸方向中心に対して軸対称に設けられると共に、セグメント状磁石１２と回転子コア１０外周面との接触面積の半分以上の接着面積を有しており、且つ、セグメント状磁石１２外周にはリング１４によって付勢力が与えられている。
【選択図】図１

Description

この発明は、回転電機の回転子、特には、永久磁石回転電機の回転子の構造及びその製造方法に関するものである。

従来の回転電機の回転子として、永久磁石の着磁の際の磁石割れを防止するために、永久磁石の軸端面及び／又は周端面に接着剤を設けるものが知られている。
（例えば、特許文献１参照）

特開２００５−６５３８８号公報

永久磁石の着磁の際や製品稼動時には大きな外力が磁石にかかるが、セグメント状磁石と回転子コアとの接着強度が軸方向に偏っていると、磁石には大きなモーメントが負荷されるため折損にいたる恐れがある。また、接着の状態が悪いと回転子コアからの磁石の剥離が生じたり、上記と同様に着磁の際や製品稼動時に磁石には大きなモーメントが負荷される要因となる。
特許文献１に記載のものは、永久磁石の着磁の際の永久磁石の割れを防止するために、永久磁石の軸端面及び／又は周端面に接着剤を設けている。しかしながら、永久磁石の軸端面及び／又は周端面のみに接着剤を設けているので、充分な接着強度が得られない場合がある。更に、結果的に接着剤の塗布精度に接着強度が大きく影響される。
しかるに特許文献１には、接着強度自体を向上する構成や、思想は開示されてはいない。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、容易に、安定した磁石の保持強度や接着強度を確保することができ、信頼性の高い回転電機の回転子およびその製造方法を得ることを目的としている。

この発明に関わる回転電機の回転子は、回転軸の外周に嵌合された回転子コアと、この回転子コアの外周部に、極間に任意の隙間を有する複数のセグメント状磁石が接着剤により接着、配設されて形成される回転子、前記回転子の回転軸をベアリングを介して回転自在に支持するブラケット、このブラケットに固定され、固定子鉄心と固定子巻線を有する固定子を備えた回転電機において、前記回転子のセグメント状磁石と回転子コア外周面との接着剤による接着部は、回転子軸方向中心に対して軸対称に設けられると共に、セグメント状磁石と回転子コア外周面との接触面積の半分以上の接着面積を有しており、かつ、前記セグメント状磁石の外周部には非磁性のリングが嵌合され、該リングによってセグメント状磁石が回転子コア側に付勢されて固定されるように構成したものである。

また、前記回転電機の回転子の製造方法において、セグメント状磁石は回転子コアの径方向から接着されるようにしたものである。

また、前記回転電機の回転子の製造方法において、リングはセグメント状磁石外周部に圧入するようにしたものである。

また、前記回転電機の回転子の製造方法において、リングはセグメント状磁石外周部に焼き嵌めするようにしたものである。

この発明によれば、十分な接着強度と、着磁等の外力によっても磁石を折損するようなモーメントの発生を抑制でき、更に、リングによる径方向の付勢力によって、接着剤硬化時の磁石の傾きや発泡現象を抑制できる、信頼性の高い回転電機の回転子およびその製造方法を得ることができる。

上述した、またその他の、この発明の目的、特徴、効果は、以下の実施の形態における詳細な説明および図面の記載からより明らかとなるであろう。

この発明の実施の形態1の回転電機の回転子を示すもので、図１（ａ）は電動パワーステアリング装置用モータに適用した一例を示す断面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）の回転子のみを示した図、図１（ｃ）は、回転子の回転子コアと磁石の接着状態を示した図である。 この発明の実施の形態２における回転子の各磁石の外周外接円径とリング内径との関係を示す図である。 この発明の実施の形態３における回転子の磁石外径に装着されるリングの形状を示す図である。 この発明の実施の形態４の回転電機の回転子を示すもので、図４（ａ）は、回転子の磁石外径に装着されるリングの形状の一例を示す図、図４（ｂ）は、回転子の磁石外径に装着されるリングの形状の他の一例を示す図、図４（ｃ）は、回転子の磁石外径に装着されるリングの形状の更に他の一例を示す図である。 この発明の実施の形態５における回転電機の回転子を示すもので、図５（ａ）は、回転子の磁石が貼り付けられる回転子コアの側面形状の例を示す図、図５（ｂ）は、回転子の磁石が貼り付けられる回転子コアの側面形状の他の例を示す図、図５（ｃ）は、回転子の磁石が貼り付けられる回転子コアの側面形状の更に他の一例を示す図である。 この発明の実施の形態６における回転子の回転子コアと磁石軸方向長さの関係を示す図である。 この発明の実施の形態７における回転子の回転子コアと磁石との間にある接着剤の状態を示す図である。 この発明の実施の形態８における回転子の磁石の表面処理について示した図である。 この発明の実施の形態９の回転電機の回転子を示すもので、図９（ａ）は、回転子の回転子コアの構造を示す図、図９（ｂ）は、接着剤と回転子コアの状態を示した模式図である。 この発明の実施の形態１０における回転子の磁石接着に関する製造方法を説明した図である。 この発明の実施の形態１１における回転子のリングの組み付けに関する製造方法を説明した図である。 この発明の実施の形態１２における回転子のリングの組み付けに関する製造方法を説明した図である。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して詳述する。なお、各図中、同一符号は、同一または相当部分を示すものとする。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態1の回転電機の回転子を示すもので、図１（ａ）は電動パ
ワーステアリング装置用モータに適用した一例を示す断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の回転子構造の詳細図、図１（ｃ）はセグメント状磁石と回転子コアとの接着状態を示した図である。図１（ａ）（ｂ）（ｃ）において、回転電機１は永久磁石回転電機であり、電磁鋼板を積層して形成された固定子鉄心３には、樹脂製のインシュレータ４を介して３相の固定子巻線５が巻回されている。各相の巻線は樹脂製のターミナルホルダ７内に収められた巻線ターミナル６によってＹまたはΔ結線されている。固定子鉄心３は鉄製のフレーム１９に圧入等によって固定され、回転電機１の固定子２をなしている。フレーム１９の一端部には底面があり、底部の中央部には回転子８の一端を支持するリアベアリング１６を収納するベアボックス部２１が形成されている。フレーム１９の他端部は開口しており、ブラケット１７にはフレーム１９の開口部と嵌合するためのインロー部が形成され、中央部には回転子８の他端を支持するフロントベアリング１５を収納するベアボックス部１８が形成されている。回転子８の回転軸９の両端には前記リアベリング１６及びフロントベアリング１５が取り付けられており、回転軸９は回転自在に支持されている。

回転子８の回転軸９に圧入等で固定された回転子コア１０の外周面には、極間に任意の隙間を有する複数のセグメント状磁石１２が接着剤１３によって固定、配設されており、セグメント状磁石１２の外周部は、非磁性のリング１４によって覆われている。
セグメント状磁石１２の接着部Ｓ’は、回転子８の軸方向中心に対して軸対称に設けられると共に、セグメント状磁石１２と回転子コア１０の接触面積Ｓの半分以上の接着面積を有しており、且つ、リング１４は、セグメント状磁石１２を回転子コア１０の径方向側に付勢している。

以上のように構成された実施の形態１の回転電機の回転子によれば、回転子コア１０とセグメント状磁石１２の接着部Ｓ’は、回転子８の軸方向中心に対して軸対称となるように接着されているため、着磁の際に接着強度のアンバランスによってセグメント状磁石１２に大きなモーメントが負荷されず、セグメント状磁石１２の折損や回転子コア１０からの剥離を防ぐことができる。

更に、セグメント状磁石１２と回転子コア１０の接触面積Ｓの半分以上の接着面積Ｓ’を確保することで、軸方向中央部を支持部としてセグメント状磁石１２の軸方向端部に大きなモーメントが加わらず、セグメント状磁石１２の折損や回転子コア１０からの剥離を防ぐことができる。

また、セグメント状磁石１２はリング１４によって回転子コア１０側に付勢されているため、更に、径方向の変位量を抑制することができるため、モーメントの発生を抑制することができる。

更に、リング１４にてセグメント状磁石１２に付勢力を与えた状態で接着剤１３の硬化も行えるため、接着剤１３硬化時にセグメント状磁石１２が動くことなく、安定した接着位置と接着強度を確保することができる。

実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２の回転子構造の詳細図であり、回転子の各磁石の外周外接円径とリング内径との関係を示す図である。
すなわち、この実施の形態２においては、リング１４の内径φＤｒｉは、回転子コア１０の外周面に接着固定された各セグメント状磁石１２の外周外接円径φＤｍより小さく、適当な締め代を持った状態でセグメント状磁石１２を回転子コア１０の径方向側に付勢している。

このように構成された実施の形態２の回転電機の回転子によれば、リング１４には周方向に引張力が発生するが、この弾性力とセグメント状磁石１２と回転子コア１０の間に介在する接着剤１３の弾性力によって、セグメント状磁石１２が弾性を持って支持されるので、着磁の際や製品稼動時にセグメント状磁石１２に与えられる外力に対して大きな応力の発生を抑制することができる。

また、セグメント状磁石１２の外周外接円径とリング１４の内径の寸法管理だけで安定した付勢力をコントロ−ル出来るので、工作性が容易である。

実施の形態３．
図３は、この発明の実施の形態３の回転子構造の詳細図であり、回転子の磁石外径に装着されるリングの形状を示す図である。
すなわち、この実施の形態３においては、リング１４は各セグメント状磁石１２の外周形状に沿って多角形形状に形成されている。

上記構成の実施の形態３の回転電機の回転子によれば、リング１４の形状が、各セグメント状磁石１２の外周面に沿って、多角形形状であることで、径方向の付勢力に加えて周方向の付勢力も与えることが出来ることから、着磁の際や製品稼動時にセグメント状磁石１２に与えられる外力に対して大きな応力の発生を抑制でき、更に、接着剤１３の硬化時にセグメント状磁石１２が周方向に動くこともなく、安定した接着位置と接着強度を確保できる。

実施の形態４．
図４はこの発明の実施の形態４の回転電機の回転子を示すもので、図４（ａ）は、回転子の磁石外径に装着されるリングの形状の一例を示す回転子構造の詳細図である。
図４（ａ）において、リング１４は、各セグメント状磁石１２の外周形状に沿った波形形状で、その数は磁石極数と同じ等ピッチで形成されており、磁石極数ｎに対して、
θ＝３６０°／ｎとなっている。

なお、リング１４の他の形状として、図４（ｂ）に示すように、リング１４の内周側に径方向に向かって凸部１４ａを複数突出させることで、セグメント状磁石１２が等ピッチに配設されるよう周方向に位置決めしても良い。

また、リング１４の更に他の形状として、図４（ｃ）に示すように、リング１４の一部をリング内径方向に切り曲げて凸部１４ａを複数突出させることで、セグメント状磁石１２が等ピッチに配設されるよう周方向に位置決めしても良い。

上記構成の実施の形態４の回転電機の回転子によれば、リング１４の形状によってセグメント状磁石１２を等ピッチで位置決め固定しているので、各セグメント状磁石１２への保持力が均等になり、所定の位置に位置規制し易く、接着剤１３も均等に広がり易く、安定した接着強度を確保できる。

実施の形態５．
図５はこの発明の実施の形態５の回転電機の回転子を示すもので、図５（ａ）は回転子の磁石が貼り付けられる回転子コアの側面形状の一例を示す回転子構造の詳細図である。図５（ａ）において、回転子８の回転子コア１０の外周には、セグメント状磁石１２が貼り付けられる側面の位置に、周方向の位置決めを行う凸部１０ａが備えられている。

なお、図５（ａ）では、位置決め用の凸部１０ａがセグメント状磁石１２が貼付けられる側面の両側に備えられているが、周方向の位置決めができれば、図５（ｂ）に示すよう
に、片側のみでも構わない。また、凸部１０ａは回転子コア１０の軸方向全てに備えられてなくてもよく、図５（ｃ）に示すように間欠的に設けても構わない。

上記構成の実施の形態５の回転電機の回転子によれば、回転子コア１０によって周方向の付勢力を確実に与えることができるため、着磁の際や製品稼動時にセグメント状磁石１２に与えられる外力に対して大きな応力の発生を抑制でき、更に、接着剤１３の硬化時にセグメント状磁石１２が周方向に動くこともなく、安定した接着位置と接着強度を確保することができる。

実施の形態６．
図６はこの発明の実施の形態６の回転電機の回転子を示すもので、回転子の回転子コアと磁石軸方向長さの関係を示す回転子構造の詳細図である。
図６において、回転子コア１０の磁石貼付面の回転軸方向長さＨ、セグメント状磁石１２の貼付面の回転軸方向長さＨ’の関係は、常にＨ＞Ｈ’となっている。

上記構成のこの発明の実施の形態６の回転電機の回転子によれば、回転子コア１０の磁石貼付面の回転軸方向長さよりセグメント状磁石１２の回転軸方向長さを短く設定することで、着磁の際や製品稼動時にセグメント状磁石１２に与えられる周方向の外力に対して大きな応力の発生を抑制できる。

また、接着剤１３をセグメント状磁石１２の両端部まで塗布したい場合、セグメント状磁石１２の回転軸方向長さの方が回転子コア１０の回転軸方向長さより短いため、回転子コア１０とセグメント状磁石１２の間に確実に接着剤１３を安定して塗布、固着できる。

実施の形態７．
図７はこの発明の実施の形態７の回転電機の回転子を示すもので、回転子の回転子コアと磁石との間にある接着剤の状態を示す接着部の詳細図である。
図７において、セグメント状磁石１２と回転子コアの固定に使用される接着剤１３は、シリコーン樹脂からなっている。

上記構成のこの発明の実施の形態７の回転電機の回転子によれば、接着剤１３としてシリコーン樹脂を用いることで、耐熱性に優れると共に、セグメント状磁石１２を回転子コア１０に適度な弾性力を持った状態で保持できる。

また、回転子コア１０やリング１４と線膨張係数が大きく異なる磁石、例えば、Ｎｄ−Ｆｅ系希土類磁石等が接着されている場合においても、接着剤１３自身が大きな弾性を持っているため、温度変化に対して接着部に発生する応力が緩和されるので、磁石割れや欠けを防止することができる。

実施の形態８．
図８はこの発明の実施の形態８を示すもので、回転子の磁石の表面処理について示した図である。
すなわち、この発明の実施の形態８は、図８に示すように、図７に示すセグメント状磁石１２の表面にニッケルメッキ処理が施されたものである。

上記構成の実施の形態８の回転電機の回転子によれば、磁石表面にニッケルメッキ処理を施すことで防錆機能を保つと共に、安定したメッキであるため、シリコーン系接着剤を使用した場合において、接着強度低下の要因の一つである接着層の発泡現象を抑制することができ、安定した接着強度を確保できる。

実施の形態９．
図９はこの発明の実施の形態９の回転電機の回転子を示すもので、図９（ａ）は、回転子の回転子コアの構造を示す詳細図である。
図９（ａ）において、回転子コア１０は複数の鋼板１１を積層することによって構成されている。

上記構成の実施の形態９の回転電機の回転子によれば、接着剤１３の硬化時において接着層から発生する気体が、各鋼板１１の間に逃げ易くなっている。このため、接着強度低下の要因の一つである接着層の発泡現象を抑制することができ、安定した接着強度を確保できる。また、回転子コア１０の径方向付勢力によって各鋼板１１の隙間に接着剤１３が入り込み易いので、図９（ｂ）に示すように、くさび効果によってより安定した接着強度を確保できる。

実施の形態１０．
図１０はこの発明の実施の形態１０の回転電機の回転子の製造方法を示すもので、回転子の磁石接着に関する製造方法を説明した図である。
すなわち、実施の形態１０の回転子の製造方法においては、図１０に示すように、回転子コア１０の磁石貼付部に対して、セグメント状磁石１２は回転子の径方向から組み付け、接着されている。

上記実施の形態１０の製造方法によれば、回転子コア１０に対して径方向からセグメント状磁石１２が組み付き当接することで、あらかじめ回転子コア１０及びセグメント状磁石１２に塗布された接着剤がそのままの状態で広がっていくので、接着層厚みが均等になり易く、安定した接着強度を確保することができる。また、回転子の軸方向からセグメント状磁石１２をずらしながら回転子コア１０に組み付けると接着層厚みが不均一になるが、径方向からの組み付け、接着でそれを防ぐことができる。

実施の形態１１．
図１１はこの発明の実施の形態１１の回転電機の回転子の製造方法を示すもので、回転子のリングの組み付けに関する製造方法を説明した図である。
すなわち、実施の形態１１の回転子の製造方法においては、図１１に示すように、リング１４はセグメント状磁石１２の外周の外接円径に対して圧入されている。

上記実施の形態１１の製造方法によれば、圧入工程という簡易な工法で各セグメント状磁石１２に付勢力を与えることができる。また、リング１４自身が圧入されることで径方向に伸びることでセグメント状磁石１２に付勢力を与えているので、回転子の外径及びリング１４内径の寸法バラツキを吸収することができる。

実施の形態１２．
図１２はこの発明の実施の形態１２の回転電機の回転子の製造方法を示すもので、回転子のリングの組み付けに関する他の製造方法を説明した図である。
すなわち、この実施の形態１２の回転子の製造方法においては、図１２に示すように、リング１４はセグメント状磁石１２の外周部に対して焼き嵌めされるものである。
なお、φＤｒｉはリング１４の内径、φＤｍはセグメント状磁石１２の外周外接円径であり、常温時は、φＤｍ＞φＤｒｉ、焼嵌時は、φＤｍ＜φＤｒｉである。

上記実施の形態１２の製造方法によれば、組み付け前のリング１４の形状を単純な円管状にでき、組み付け時は各セグメント状磁石１２の外周部対して隙間を持って入れることが出来るため、セグメント状磁石１２のずれを抑制することができ、製造が容易である。
また、熱応力によって付勢力を与えることができるので、セグメント状磁石１２に対して
より効果的に付勢力を与えることができる。

１ 回転電機
２ 固定子
８ 回転子
９ 回転軸
１０ 回転子コア
１０ａ 回転子コアの位置決め凸部
１１ 鋼板
１２ セグメント状磁石
１３ 接着剤
１４ リング
１４ａ リングの位置決め凸部
１７ ブラケット
１９ フレーム

Claims (12)

1. 回転軸の外周に嵌合された回転子コアと、この回転子コアの外周部に、極間に任意の隙間を有する複数のセグメント状磁石が接着剤により接着、配設されて形成される回転子、前記回転子の回転軸をベアリングを介して回転自在に支持するブラケット、このブラケットに固定され、固定子鉄心と固定子巻線を有する固定子を備えた回転電機において、
   前記回転子のセグメント状磁石と回転子コア外周面との接着剤による接着部は、回転子軸方向中心に対して軸対称に設けられると共に、セグメント状磁石と回転子コア外周面との接触面積の半分以上の接着面積を有しており、かつ、前記セグメント状磁石の外周部には非磁性のリングが嵌合され、該リングによってセグメント状磁石が回転子コア側に付勢されて固定されたことを特徴とする回転電機の回転子。
2. 前記リングにより、前記セグメント状磁石を回転子コアの径方向に締め代をもって付勢していることを特徴とする請求項1に記載の回転電機の回転子。
3. 前記リングは、前記各セグメント状磁石の外形形状に沿って、多角形形状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の回転電機の回転子。
4. 前記セグメント状磁石は、前記回転子コアの周方向に等ピッチで配設されていることを特徴とする請求項1〜請求項３のいずれか１項に記載の回転電機の回転子。
5. 前記回転子コアは、前記セグメント状磁石を貼り付ける面の少なくとも一方の周方向側面の位置に、周方向位置決め手段を備えることを特徴とする請求項1〜請求項４のいずれ
   か１項に記載の回転電機の回転子。
6. 前記セグメント状磁石は、前記回転子コアの磁石貼付部の回転軸方向長さに対し、磁石の軸方向長さが短いことを特徴とする請求項1〜請求項５のいずれか１項に記載の回転電
   機の回転子。
7. 前記回転子コアと前記セグメント状磁石とを固定する接着材は、シリコーン樹脂からなることを特徴とする請求項1〜請求項６のいずれか１項に記載の回転電機の回転子。
8. 前記セグメント状磁石の表面にはニッケルメッキが施されていることを特徴とする請求項７に記載の回転電機の回転子。
9. 前記回転子コアは、複数の積層板から構成されていることを特徴とする請求項1〜請求
   項８のいずれか１項に記載の回転電機の回転子。
10. 前記請求項１〜請求項９の回転子の製造方法において、セグメント状磁石は回転子コアの径方向から接着されることを特徴とする回転電機の回転子の製造方法。
11. 前記請求項１〜請求項９の回転子の製造方法において、リングはセグメント状磁石外周部に圧入されることを特徴とする回転電機の回転子の製造方法。
12. 前記請求項１〜請求項９の回転子の製造方法において、リングはセグメント状磁石外周部に焼き嵌めされることを特徴とする回転電機の回転子の製造方法。

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