JP2011055641A - 回転電機及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】永久磁石回転子を有する回転電機では、コギングトルクを減少させるために回転子をスキュー構造とすることが行われている。スキュー構造とするためには、軸方向に分割した永久磁石に対応して、回転子鉄心を分割し、所定の角度ずらせて組付け、永久磁石の挿入前または後に磁石挿入孔部に充填剤を注入し、永久磁石を挿入した後に、次の回転子鉄心の段を積み上げる、という作業を分割した段数分繰り返さなければならず、製造工程が煩雑になるという懸念があった。
【解決手段】本発明による永久磁石式回転電機のスキュー構造の回転子は、積層回転子鉄心の極間に形成された少なくとも１箇所の中間孔を、スキュー構造により位相角を有して配置された隣接する積層回転子鉄心の段の永久磁石挿入孔と、連通させていることを特徴とする。
【選択図】 図６

Description

本発明は、回転子鉄心の内部に複数個の永久磁石を埋め込んで構成される回転子を備えた永久磁石式回転電機に関する。

永久磁石式回転子を有する回転電機では、コギングトルクを減少させるために回転子をスキュー構造とすることが行われている。例えば、特許文献１には、積層回転子鉄心を永久磁石とともに、積層方向に複数個分割し、各分割回転子鉄心を所定の角度ずらせて組付けたものが記載されている。

特開２００１−１９００５０号公報

従来の永久磁石の回転子では、磁極として永久磁石が回転子鉄心の磁石挿入孔部に挿入されて構成される。永久磁石は、一般的には磁石挿入孔部に充填剤で接着して固定されている。

しかしながら、スキュー構造とするためには、軸方向に分割した永久磁石に対応して、回転子鉄心を分割し、所定の角度ずらせて組付け、永久磁石の挿入前または後に磁石挿入孔部に充填剤を注入し、永久磁石を挿入した後に、次の回転子鉄心の段を積み上げる、という作業を分割した段数分繰り返さなければならず、製造工程が煩雑になるという懸念があった。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、スキュー構造の回転子の製造工程を簡略化することができる永久磁石式回転電機を提供することである。

本発明による永久磁石式回転電機のスキュー構造の回転子は、積層回転子鉄心の極間に形成された少なくとも１箇所の中間孔を、スキュー構造により位相角を有して配置された隣接する積層回転子鉄心の段の永久磁石挿入孔と、連通させていることを特徴とする。

以上説明した様に、本発明によれば、回転子の極間に中間孔を設けることにより、永久磁石挿入孔への隙間充填剤の供給経路を確保することができるため、充填剤を注入する作業を削減し、製造コストを低減することができる。

また、全ての積層回転子鉄心を積み上げた後で、隙間充填剤を注入することにより、積層された鋼板の間に充填剤が入り込むことがなく、回転子外周面に充填剤が染み出し難くなり、製造品質の高い回転電機を提供することが可能になる。

本発明による回転電機の一実施形態を示す斜視図。 永久磁石式回転電機の回転子の縦断面図。 通常の回転子の断面図。 図３の回転子鉄心を所定の角度シフトした回転子の断面図。 スキュー構造の回転子の製法を示す回転子の断面図。 本発明の実施例における中間孔を有する回転子の断面図。 同実施例における中間孔と磁石挿入孔の関係を示す要部拡大図。 中間孔と磁石挿入孔が形成する充填剤注入経路についての説明図。 別例における中間孔と磁石挿入孔が形成する充填剤注入経路についての説明図。

以下、本発明の実施例の構成を図１から図８に基づいて説明する。

図１に示す回転電機１は、ハイブリット車両に用いられるもので、回転電機１の回転子６はシャフト７に嵌合され、クラッチ等の切換装置を介し、エンジンのクランクシャフト及びトランスミッションに連結される。また、ハウジング３を介し、エンジンまたはトランスミッションケースに固定される固定子４に対して回転可能とされている。そして、回転電機１は、電力の供給を受け、エンジンを補助駆動したり、回転電機１のみでトランスミッションを介し、車両を駆動したり、車両減速時には、車両の運動エネルギーの一部を電力に回生できるようになっている。本実施例では、回転電機１は、三相交流型で、固定子４に設けられた複数の固定子コイル５がＵ相，Ｖ相，Ｗ相，中性点に対応するように配電部品１０によってスター結線されている。この配電部品１０には、各相に対応する電力供給端子部１１が設けられ、この電力供給端子部１１において、バッテリーより、インバータを介して、各相の電力が、電力供給端子部１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗへと供給される。

図２は、回転子の縦断面図である。回転子６は、軸方向に複数段に分割され、シャフト７に固定された積層回転子鉄心８と、軸方向に複数分割されて積層回転子鉄心８に固定された永久磁石９とを備えており、積層回転子鉄心８及び永久磁石９の両外側端にはエンドリング１２が設けられている。シャフト７はその両端部が軸受支持されている。積層回転子鉄心８の材料としては、例えば珪素鋼板のような材料を用いる。

図３は、通常の回転子の断面図である。図３に示すように、回転子６の積層回転子鉄心８の外周近傍には、軸方向に延びて貫通する永久磁石挿入孔１４が円周方向に沿って等間隔に複数個設けられており、この永久磁石挿入孔１４には永久磁石９Ａ（９ａ１，９ａ２，９ａ３…）が、隣合うもの同士が円周方向に互いに逆極性になるようにして、配置されている。なお、永久磁石の個数（極数）は８極以外でもよいものである。

永久磁石挿入孔１４の外側端と積層回転子鉄心８の外周との差、すなわち永久磁石挿入孔１４が設けられている部分の積層回転子鉄心８の外周部付近の肉厚Ｔは、強度上少なくとも１mm以上、望ましくは２mm程度必要である。

永久磁石挿入孔１４の寸法は、永久磁石９の寸法よりも若干大きくなっており、永久磁石９と永久磁石挿入孔１４との間の微小隙間には、接着剤を兼ねる隙間充填剤１５が充填されている。したがって、各永久磁石９Ａは永久磁石挿入孔１４に埋め込まれて、積層回転子鉄心８と一体化されている。隙間充填剤１５としては、例えば、常温硬化型エポキシ樹脂が適している。

図４では、図３の回転子とほぼ同様の構成を有するものであって、永久磁石９の配置を変更した回転子を示す。ここで、図４の永久磁石９Ｂは、図３の永久磁石９Ａに対し、積層回転子鉄心８の円周方向に沿って所定の角度ｄだけシフトした位置関係になるようにして、積層回転子鉄心８に固定されている。

ここで説明する回転電機１は、軸方向に複数に分割した回転子を複数段積み上げることによって構成された回転子６を備える。本実施形態では特に段数に制限は設けないが、例えば、下段に図３の固定子を設け、上段に図４の回転子鉄心を周方向に所定の角度シフトした回転子を設けることで、上段と下段とでスキュー構造を作り出している。このスキュー構造によりコギングトルクの低減，騒音の低減が可能になる。

これを実現するための手段として、図５に回転電機の回転子の製法の一例を示す。まず図５（１）に示すように、エンドリング１２Ａと積層回転子鉄心段８Ａをシャフト７に固定する。次に、回転子を縦方向に置き、回転方向に沿って軸方向に延びる積層回転子鉄心段８Ａの永久磁石挿入孔１４に、適量の隙間充填剤１５を注入し、複数分割された永久磁石９の一片９Ａを挿入していき、１段目の全ての永久磁石９Ａを挿入する。次いで、図５（２）に示すように、２段目の積層回転子鉄心段８Ｂを積み上げ、隙間充填剤１５を注入し、２段目の永久磁石９Ｂを挿入していく。このような作業を、各積層回転子鉄心段毎に順次繰返し、全ての積層回転子鉄心段８ｎを積み上げ、隙間充填剤１５を注入し、永久磁石９ｎを挿入する。最後に、図５（３）に示すように、他方のエンドリング１２Ｂを固定して、作業を終了する。

しかしながら、図２，図３に示したようなスキュー構造の回転子では、軸方向に複数段に分割された積層回転子鉄心８の永久磁石挿入孔１４に、隙間充填剤１５を流し込む工程は、各積層回転子鉄心８の段毎に必要となり、製造コスト増加の原因となる。

図６は、上記の製造コスト増加を回避するため、積層回転子鉄心８に、永久磁石９を挿入する永久磁石挿入孔１４とは別に、極間に中間孔１６を形成した例である。この中間孔１６を有する積層回転子鉄心８を、周方向の位相角を有して配置するスキュー構造の回転子とすると、図７に示すように、永久磁石挿入孔１４Ａは、位相角を有して隣接する積層回転子鉄心８Ｂの中間孔１６Ｂと、オーバーラップして配置される。また同様に、中間孔１６Ａは、位相角を有して隣接する積層回転子鉄心８Ｂの永久磁石挿入孔１４Ｂと、オーバーラップして配置される。

すなわち、隣接する積層回転子鉄心８の段の中間孔１６と永久磁石挿入孔１４は連通する位置関係となり、図８に示すように、３段に分割された積層回転子鉄心８の段を持つ回転子６においては、最上段の積層回転子鉄心段８Ｃの中間孔１６Ｃを通路（流路）として、２段目の積層回転子鉄心段８Ｂの永久磁石挿入孔１４Ｂに隙間充填剤１５を流し込むことが可能となる。また、最上段の積層回転子鉄心段８Ｃの永久磁石挿入孔１４Ｃから、２段目の積層回転子鉄心段８Ｂの中間孔１６Ｂを通路として、最下段の積層回転子鉄心段８Ａの永久磁石挿入孔１４Ａに隙間充填剤１５を流し込むことが可能となる。

図９は、別例として、積層回転子鉄心８の段を４分割したスキューを持つ回転子６において、中間孔１６を極間に各２箇所ずつ配置した例を示している。この場合も、隣接する積層回転子鉄心８の段の中間孔１６と永久磁石挿入孔１４とを連通させることで、最上段から全ての段の永久磁石挿入孔１４に、隙間充填剤１５の通路を形成することができ、隙間充填剤１５を流し込むことが容易となる。さらに、中間孔１６を２箇所に分割することで、ｑ軸方向の磁路を確保し、リラクタンストルクを有効に利用することが可能となる。中間孔１６は、形状，個数を選択することで、磁路の確保や積層回転子鉄心に発生する応力を低減することができる。

なお、複数の段の全体に渡って、固定子鉄心の永久磁石挿入孔１４と中間孔１６とが交互に連通していることが望ましいが、一部において連通している場合でも、その部分においては中間孔１６は隙間充填剤１５の通路（流路）としての役割を果たす。

以下に実施例の効果を説明する。

上述した実施例によれば、全ての積層回転子鉄心８の段の、全ての永久磁石挿入孔１４は、最上段の積層回転子鉄心８の中間孔１６、もしくは永久磁石挿入孔１４と連通しているので、全ての積層回転子鉄心８の段を、所定の角度シフトして積み上げた後でも、全ての永久磁石挿入孔１４に、隙間充填剤１５を注入することができる。すなわち、スキュー構造の回転子における、永久磁石挿入孔１４に隙間充填剤１５を注入する作業を削減し、製造コストを低減することができる。

また、全ての積層回転子鉄心８を積み上げた後に、隙間充填剤１５を注入するので、積層回転子鉄心８の積層間に隙間充填剤１５が入り込むことがなく、回転子鉄心外周面に隙間充填剤１５が流出し難くなり、製造品質が向上する。

また、本実施形態は、回転子鉄心の極間に形成された少なくとも１箇所の中間孔から充填剤を注入することを特徴とする。この構成によれば、分割数が２である場合には、上から第１段目の積層回転子鉄心の中間孔から注入された充填剤は、第２段目の積層回転子鉄心の永久磁石挿入孔内に注入される。なお、更に分割数が多い構成であっても、奇数段目の積層回転子鉄心の中間孔を経由し、偶数段目の積層回転子鉄心の永久磁石挿入孔内に注入することができる。

また、本実施形態は、永久磁石挿入孔を充填剤注入部とすることも可能である。この構成によれば、上から第１段目の積層回転子鉄心の永久磁石挿入孔から注入された充填剤は、第２段目の積層回転子鉄心の中間孔を経由し、第３段目の積層回転子鉄心の永久磁石挿入孔内に注入される。更に、分割数が多い構成であっても、偶数段目の積層回転子鉄心の中間孔を経由し、奇数段目の積層回転子鉄心の永久磁石挿入孔内に注入することができる。上記の実施形態と合わせ、多段数のスキュー構造であっても全段積み上げた後から、全ての段の永久磁石挿入孔に充填剤を注入することができる。

また、本実施形態は、永久磁石により作られる極間に少なくとも１つの中間孔が設けられた回転子鉄心に対し、各段の間で周方向の位相角を有して配置するスキューを施す工程と、前記回転子鉄心に形成された挿入孔に永久磁石を挿入する工程と、各段において前記回転子鉄心を、挿入孔と中間孔とが連関するように積み上げる工程と、により回転電機を製造する。さらに、この回転電機の永久磁石挿入孔内に充填剤を注入することで、永久磁石を挿入孔に固定する。この方法によれば、積層回転子鉄心の極間に形成する中間孔を、隣接する積層回転子鉄心段の永久磁石挿入孔と連通させることにより、積層回転子鉄心最上段の中間孔または永久磁石挿入孔から、積層回転子鉄心最下段の永久磁石挿入孔にまで充填剤の供給経路を確保することができる。これにより充填剤注入工程を複数回実施することなく、回転子鉄心を積み上げた後に、充填剤を注入することができ、製造コストを低減することができる。

１ 回転電機
３ ハウジング
４ 固定子
５ 固定子コイル
６ 回転子
７ シャフト
８ 積層回転子鉄心
９ 永久磁石
１０ 配電部品
１１，１１Ｕ，１１Ｖ，１１Ｗ 電力供給端子部
１２ エンドリング
１４ 永久磁石挿入孔
１５ 隙間充填剤
１６ 中間孔

Claims (5)

1. 軸方向に複数段に分割し、各段の間で周方向の位相角を有して配置するスキューを施された回転子鉄心と、極を作る永久磁石とを有する回転子とを備えた回転電機において、
   前記回転子鉄心は、永久磁石を挿入するための挿入孔と、前記極間に設けられた少なくとも１箇所の中間孔を有し、
   各段において前記回転子鉄心の前記挿入孔と前記中間孔とが連通していることを特徴とする回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記中間孔は、前記永久磁石を挿入孔内に固定する充填剤の注入口であることを特徴とする回転電機。
3. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記中間孔は、前記永久磁石を挿入孔内に固定する充填剤を、前記中間孔より下段に設けられた挿入孔へ流すための流路であることを特徴とする回転電機。
4. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記中間孔は、前記永久磁石を挿入孔内に固定する充填剤を、前記中間孔より上段に設けられた挿入孔から、前記中間孔より下段に設けられた挿入孔へ流すための流路であることを特徴とする回転電機。
5. 回転子鉄心が軸方向に複数段に分割された回転子により構成された回転電機の製造方法であって、
   前記永久磁石により作られる極間に少なくとも１つの中間孔が設けられた前記回転子鉄心に対し、各段の間で周方向の位相角を有して配置するスキューを施す工程と、
   前記回転子鉄心に形成された挿入孔に永久磁石を挿入する工程と、
   各段において前記回転子鉄心を、前記挿入孔と前記中間孔とが連関するように積み上げる工程と、を有することを特徴とする回転電機の製造方法。

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