JP2010279155A - 永久磁石型回転機の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転機駆動時の固定子内径真円度の劣化によるコギングトルクの増大を防止することができる永久磁石型回転機の製造方法を提供する。
【解決手段】
励磁コイル１６を巻装した磁極ティース１３を有する固定子３と、該固定子３と所定のエアギャップ４を隔てて対向して回転する永久磁石２２を有する回転子５とを備えた永久磁石型回転機の製造方法であって、前記固定子３を加熱装置３１で回転機駆動時温度に加熱した状態で、前記磁極ティース１３の前記回転子５と対向する内周面を精密加工装置３２で精密加工する。
【選択図】図２

Description

本発明は、固定子と所定の空隙を有して対向して回転する回転子とを備えた永久磁石型回転機の製造方法に関する。

この種の永久磁石型回転機ではコギングトルクと呼ばれる一種のトルク脈動が発生することが良く知られている。永久磁石型回転機においてコギングトルクが大きい場合、回転機の制御性能を悪化させたり、騒音を発生したりといった問題が生じる。
このコギングトルクの発生要因の一つとして、固定子と回転子間のエアギャップの不均一性が挙げられる。

このエアギャップの不均一性を解消するために、固定子コアのヨーク部を分割する構造を有し、その分割されたヨーク部コアに組立後に固定子コア外周部に内径方向に均等に応力を加えることによって、組立後のコア寸法精度の矯正を行い、その状態を確保したままコアを固定してステータコアを得、内径真円度の確保については組立時に、内径寸法をガイドしてティースの突出を抑制し、且つティース先端部のスロットオープンをガイドにしてティースの角度ピッチを拘束する金型を使用するようにした電動機が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、モータカバーに回転自在に支持されたロータと、このロータの外周に固定された回転駆動用永久磁石と、前記回転駆動用永久磁石に対向しつつ、前記モータカバーのモータヨークの内周面に固定されたモータステータとを備えてなり、当該ステータが前記モータヨーク内周面に装入された後、前記ステータの前記ロータ側の内周面に研削加工を施した電動パワーステアリング装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００１−２１８４２９号公報 特開２００５−３１８７４４号公報

しかしながら、一般に、固定子は積層鉄心で構成され、よく知られているように鉄に磁束が流れるとヒステリシス損失や渦電流損失が発生する。実際の回転機駆動時には、これら損失により発熱し、固定子温度が上昇するため、鉄の線膨張率に従って固定子が膨張することになる。それゆえ、前述した特許文献１および特許文献２に記載された従来例にあっては、回転機駆動時に固定子の内径真円度が崩れてしまい、エアギャップの均一性を確保することができず、コギングトルクの増大が懸念される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、回転機駆動時の固定子内径真円度の劣化によるコギングトルクの増大を防止することができる永久磁石型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型回転機の製造方法は、励磁コイルを巻装した磁極ティースを有する固定子と、該固定子と所定の空隙を隔てて対向して回転する永久磁石を有する回転子とを備えた永久磁石型回転機の製造方法であって、前記固定子を加熱装置で回転機駆動時温度に加熱した状態で、前記磁極ティースの前記回転子と対向する内周面を精密加工装置で精密加工するようにしたことを特徴としている。

また、本発明の他の形態に係る永久磁石型回転機の製造方法は、前記加熱装置が、前記精密加工装置を内装した恒温槽で構成されていることを特徴としている。
さらに、本発明の他の形態に係る永久磁石型回転機の製造方法は、前記加熱装置は、前記固定子の外周側から加熱する誘導加熱装置及びバンドヒータの何れかで構成されていることを特徴としている。

さらに、本発明の他の形態に係る永久磁石型回転機の製造方法は、前記加熱装置は、前記固定子の内周面を外部に臨ませる開口を有する電熱ヒータで構成されていることを特徴としている。
さらに、本発明の他の形態に係る永久磁石型回転機の製造方法は、前記精密加工装置は、ブローチ盤であることを特徴としている。

本発明によれば、固定子の回転子に対向する内周面をブローチ加工等で精密加工する際に、固定子を回転機駆動時温度に加熱した状態で、精密加工を行うことにより、実際に回転機を駆動したときに、固定子の内周面と回転子との間のエアギャップを均一化してコギングトルクを低減することができるという効果が得られる。

本発明を適用しうる永久磁石型同期回転機の一例を示す断面図である。 固定子を精密加工する加工装置の一例を示す断面図である。 誘導加熱装置を適用した場合の一実施形態を示す説明図である。 電熱線加熱ヒータを適用した場合の一実施形態を示す説明図である。 バンドヒータを適用した場合の一実施形態を示す説明図である。

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は本発明を適用し得る永久磁石型同期回転機を示す断面図である。この図１において、永久磁石型同期回転機１は表面磁石型同期回転機で構成されている。この永久磁石型同期回転機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エアギャップ４を介して対向する積層鋼板で形成された回転子５が配置されている。この回転子５は回転軸６に支持されて回転自在に配置されている。

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。
各磁極ティース１３にはその磁脚部１３ａに１つの励磁コイル１６が巻装された集中巻構成とされている。

一方、回転子５は、固定子３の内周面との間に所定のエアギャップ４を形成して対向している。この回転子５は、円筒状の回転子コア２１の外周面となる表面に円周方向に隣接する磁極が異極性となるように例えば６極構成の永久磁石２２が配設された構成を有する。ここで、永久磁石２２は希土類磁石で構成されている。
そして、分割された９個の固定子コア１１を、フレーム２内に、それらのヨーク１２の円周方向端部を互いに連結させて配設して嵌合、溶接、接着等の任意の固定方法でフレーム２と固定子コア１１とを固定することにより固定子３を組立てた状態で、この固定子３を図２に示すように、恒温槽３１内に配設された精密加工装置としての立型ブローチ盤３２に装着して、固定子３の回転子５と対向する内周面を内面ブローチ加工を行う。

ここで、恒温槽３１は、永久磁石型同期回転機１の通常使用時における回転機駆動時温度と略等しい温度に自動制御されている。ここで、回転機駆動時温度は、厳密な一定温度である必要はなく、永久磁石型同期回転機１の構成によっても変化するものであり、実際に回転機を駆動したときの温度を、使用環境を変化させて種々測定して、最適温度を設定すればよい。

また、立型ブローチ盤３２は、図２に示すように、ブローチリフタ３３に支持されたリトリュービングヘッド３４にブローチ３５の上端を把持した状態で、ブローチ３５の下端より下側に位置するワーク移動用スライド３６上に固定子３を固定支持する。
この状態で、ブローチリフタ３３を加工させて、ブローチ３５の下端を固定子３の内周面を通過してワーク移動用スライド３６の下端側に配置したプルヘッド３７に把持させる。ブローチ３５の下端がプルヘッド３７に把持されるとブローチリフタ３３のリトリュービングヘッド３４によるブローチ３５の上端の把持を解除し、ブローチリフタ３３を上端の待機位置に復帰させる。

次いで、ブローチ移動用アクチュエータ３８を作動させて、プルヘッド３７を装着したブローチ移動用スライド３９を下降させると同時にワーク移動用アクチュエータ４０を動作させてワーク移動用スライド３６を上昇させる。これにより、ブローチ３５で固定子３の内周面を切削するブローチ加工を行い、ブローチ３５の上端が固定子３の内周面から抜け出した状態で、ブローチ移動用アクチュエータ３８及びワーク移動用アクチュエータ４０の作動を停止させて、ワーク移動用スライド３６上から固定子３を取り外す。この状態で、ブローチ移動用アクチュエータ３８及びワーク移動用アクチュエータ４０を原位置に復帰させ、ブローチ３５をリトリュービングヘッド３４に把持させた後、プルヘッド３７による把持を解除して加工開始状態に復帰させる。

このようにして、固定子３の内周面の精密加工が完了すると、固定子３を恒温槽３１から外部に取り出して、図示しない巻線機によって、固定子コア１１の磁極ティース１３の磁脚部１３ａ及び鍔部１３ｂとヨーク１２とで構成されるコイル巻装領域に励磁コイル１６を集中巻きして固定子３を完成させる。
そして、完成した固定子３の内周側に回転子５を回転軸６で回転自在に配置することにより、永久磁石型同期回転機１を構成することができる。

なお、ブローチ加工を行う前の固定子３は予め恒温槽３１内に所定時間滞留させることにより、固定子３の内周面の温度を回転駆動温度に正確に一致させた状態でブローチ盤３２にセットしてブローチ加工することが好ましい。
このように、構成された永久磁石型同期回転機１は、表面永久磁石型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。

このように永久磁石型同期回転機１を回転駆動することにより、固定子３を構成する積層鉄心に磁束が流れることにより、ヒステリシス損失や渦電流損失が発生し、これら損失により発熱し、固定子温度が上昇して、鉄の線膨張率に従って固定子３が膨張する。
ところが、前述したように、固定子３の製造過程で、固定子３の内周面のブローチ盤３２によるブローチ加工を回転機駆動時温度に制御された恒温槽３１内で行っているので、固定子３が回転機駆動時温度に達した時点で、固定子３の内周面の内径真円度が精密加工時の高精度に維持されることになり、回転子５の外周面との間のエアギャップの均一性を確保することができ、コギングトルクの増大を確実に防止することができる。

なお、上記第１の実施形態においては、ブローチ盤３２をブローチ３５及び固定子３の双方が同時に逆方向に昇降されて、ブローチ加工時間を短縮する構成であ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、固定子３を支持する支持台を固定してブローチ３５のみを昇降させるか、又はブローチ３５を固定支持して固定子３を昇降させる構成を採用するようにしてもよい。

次に、本発明の第２の実施形態を図３について説明する。
この第２の実施形態では、固定子３の内周面を精密加工する際に、恒温槽３１に代えて固定子３を非接触状態で加熱するようにしたものである。
すなわち、第２の実施形態では、図３に示すように、前述したブローチ盤３２のワーク移動用スライド３６固定子３を支持する支持位置の回りに着脱自在に誘導加熱コイル４１を配設し、この誘導加熱コイル４１を加熱制御装置４２に接続して、この加熱制御装置４２で固定子３が回転機駆動時温度になるように加熱制御する。

この第２の実施形態によると、前述した第１の実施形態と同様にブローチ加工を行う際に、誘導加熱コイル４１によって、固定子３を誘導加熱することにより、固定子３を回転機駆動時温度に制御することができるので、恒温槽３１のように大型の装置を用意することなく小型の加熱装置で固定子を加熱することができる。しかも、固定子３を非接触状態で均等に加熱することができる。

なお、上記第２の実施形態においては、固定子３の加熱装置として誘導加熱装置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、図４に示すように、固定子３の軸方向の上下に内周面に対向する開口５１を有する電熱線ヒータ５２ａ，５２ｂを接触配置し、これら電熱線ヒータ５２ａ及び５２ｂによって固定子３の内周面を回転機駆動時温度に制御した状態で、ブローチ加工するようにしてもよい。

また、図５に示すように、固定子３の外周面にバンドヒータ６１を装着し、このバンドヒータ６１をバンドヒータ制御装置６２で、固定子３の内周面を回転機駆動時温度に制御するようにしてもよい。
なお、上記第１及び第２の実施形態においては、固定子３の内周面をブローチ加工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、固定子３の内周面を回転自在に支持された砥石を使用する研磨加工、超仕上加工、マシニング加工、放電加工等の任意の精密加工方法を適用することができ、要は固定子３の内周面の精密加工時に固定子内周面を回転機駆動時温度に維持するようにすればよいものである。

また、上記第１及び第２の実施形態においては、分割された固定子コア１１で固定子３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、円筒状のヨークに円周方向に等間隔で半径方向に突出する磁極ティースを一体形成した固定子コアを適用することもできる。
また、上記第１及び第２の実施形態においては、回転子５を表面磁石型回転子で構成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、永久磁石を回転子コア２１内に埋込んだ埋込磁石型回転子で構成することもできる。

さらに、上記実施形態においては、上記実施形態においては、本発明を固定子３の磁極ティース１３及びスロット１４を９個とし、回転子５の永久磁石２２の極数を６とする回転機に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、永久磁石２２の極数を２ｎ（ｎは正の整数）としたときに、スロット数を３ｎとする回転機に本発明を適用することができる。

１…永久磁石型同期回転機、３…固定子、４…エアギャップ、５…回転子、６…回転軸、１１…固定子コア、１２…ヨーク、１３…磁極ティース、１３ａ…磁脚部、１３ｂ…鍔部、１４…スロット、１５…開口部、１６…励磁コイル、２１…回転子コア、２２…永久磁石、３１…恒温槽、３２…立型ブローチ盤、４１…誘導加熱コイル、４２…加熱制御装置、５１…開口、５２ａ，５２ｂ…電熱線ヒータ、６１…バンドヒータ、６２…バンドヒータ制御装置。

Claims (5)

1. 励磁コイルを巻装した磁極ティースを有する固定子と、該固定子と所定の空隙を隔てて対向して回転する永久磁石を有する回転子とを備えた永久磁石型回転機の製造方法であって、
   前記固定子を加熱装置で回転機駆動時温度に加熱した状態で、前記磁極ティースの前記回転子と対向する内周面を精密加工装置で精密加工するようにしたことを特徴とする永久磁石型回転機の製造方法。
2. 前記加熱装置は、前記精密加工装置を内装した恒温槽で構成されていることを特徴とする請求項1に記載の永久磁石型回転機の製造方法。
3. 前記加熱装置は、前記固定子の外周側から加熱する誘導加熱装置及びバンドヒータの何れかで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石型回転機の製造方法。
4. 前記加熱装置は、前記固定子の内周面を外部に臨ませる開口を有する電熱ヒータで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石型回転機の製造方法。
5. 前記精密加工装置は、ブローチ盤であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の永久磁石型回転機の製造方法。

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