JP2012249354A

JP2012249354A - 回転電機の回転子

Info

Publication number: JP2012249354A
Application number: JP2011116814A
Authority: JP
Inventors: Yosuke Sugino; 陽介杉野; Yusuke Funabiki; 雄介船引
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-05-25
Filing date: 2011-05-25
Publication date: 2012-12-13

Abstract

【課題】回転子鉄心の径方向から磁石を押すだけで磁石の位置決めが可能となり、また、回転子鉄心と磁石の位置が多少ずれても、自動的に調芯されて磁石が回転子鉄心に位置決めされる回転電機の回転子を得る。
【解決手段】回転軸４の外周に圧入れされた回転子鉄心２と、回転子鉄心２の外周に取り付けられた複数の磁石３とを備え、回転子鉄心２の前記外周と磁石３の中央部の何れか一方に凹部１５を形成すると共に、他方に凸部６を形成し、凹部１５に凸部６を嵌め合わせて磁石３を回転子鉄心２に取り付ける際に、凹部１５と凸部６が２点で当接する。
【選択図】図５

Description

この発明は、電動機または発電機として用いられる回転電機の回転子に係り、特に、回転軸の外周に圧入された回転子鉄心の外周面に取り付けられる磁石の位置決め構造に関するものである。

回転電機に用いられる回転子として、多数枚の鋼板を一つの軸線に沿う方向に積層して構成した回転子鉄心と、この回転子鉄心の周方向に等間隔をあけた状態で配置されて、回転子鉄心の外周に接着剤などで取り付けられた複数の磁石と、回転子鉄心の軸心部に圧入された回転軸とを備えたものが用いられている。

この種の回転子を用いた回転電機では、コギングトルクの低減を図るために、回転子及び固定子を構成する各部品に高い加工精度が要求され、部品の組み立てにも高い精度が要求される。回転子については、コギングトルクを低減するために、各磁石を正規位置に高い精度で位置決めした状態で回転子鉄心に固定することが要求される。

そのため、回転子鉄心を構成する各鋼板に磁石を位置決めするための突起を設けておいて、鉄心を構成する一連の鋼板を、それぞれの突起の位置を揃えた状態で（突起を軸線方向に整列させた状態で）積層することにより回転子鉄心の外周に軸線方向に連続して延びる突起を形成し、これらの突起に磁石を嵌め合せることにより各磁石の位置決めを図っている。

例えば、特開２００４−２２２３４４号公報（特許文献１）には、回転子鉄心を構成する鋼板のうち、積層方向の一端付近及び他端付近にそれぞれ配置される鋼板のみに磁石の位置決めの衝（位置決めの基準となる部分）となる突起または凹部を形成し、磁石は前記突起または凹部を衝として位置決めされて回転子鉄心に接着される回転電機用ロータが開示されている。その際、磁石は回転子鉄心の周方向の一方の側から前記突起に当接された状態で位置決めされる。

また、例えば、特開昭６１−４２２５７号公報（特許文献２）には、回転子鉄心を積層板で構成し、その外周部に円弧状の凸部を形成し、また、磁石には円弧状の凹部を形成してこれらを合致させた磁石回転型電動機が開示されている。

更にまた、例えば、特開２００１−３０９５８９号公報（特許文献３）には、回転軸を備えた磁性体からなる回転子鉄心と、この回転子鉄心の外周面に設けた偶数個のセグメントマグネットとを備え、このセグメントマグネットを円周方向に位置決めする左右対称の台形形状の突起部を前記回転子鉄心の外周面に均等角に設け、前記セグメントマグネットの内周側の両隅部形状を前記突起部と同じ角度のテーパ形状としたマグネットロータが開示されている。

特開２００４−２２３４４号公報（要訳の欄、図１）特開昭６１−４２２５７号公報（第３頁左下欄１０行−２０行、第１０図）特開２００１−３０９５８９号公報（要訳の欄、図２）

前記特許文献１に開示された回転電機用ロータによれば、回転子鉄心の積層方向の一端付近及び他端付近にそれぞれ配置される鋼板のみに、磁石を位置決めするための衝として用いる突起または凹部を設けることにより、鋼板を積層する際に位置決め用の突起または凹部の位置がずれる確率を少なくすることができるため、磁石の位置決め精度を高めることができる。

しかし、磁石を回転子鉄心の周方向に等間隔をあけた状態で配置するために、磁石を回転子鉄心の突起部に一方向から当接させるための人手もしくは設備が必要で、この人手もしくは設備により磁石を片寄せする工程が必要となり、工程数が多くなる課題がある。

また、磁石の周方向の位置精度は、磁石の対称度、回転子鉄心の突起部の間隔精度に加え、片寄せする工程の精度が加わってしまう課題がある。

また、前記特許文献２に開示された磁石回転型電動機によれば、磁石の組み付け性を考えると回転子鉄心の凸部の幅は磁石の凹部の幅よりも小さくする必要がある。そのため、回転子鉄心の凸部と磁石の凹部との間に周方向クリアランスが生じてしまう。その場合、回転子鉄心の周方向に対する磁石の位置精度はクリアランス分ばらついてしまうことになり、磁石の位置精度が低くなる課題がある。

更にまた、前記特許文献３に開示されたマグネットロータによれば、磁石が回転子鉄心の台形形状をした突起部のテーパに沿って位置決めされる場合、回転子鉄心の周方向に対する磁石の位置精度は回転子鉄心の２つの突起部の周方向の寸法で決まるので、例えば２つの磁石間の位置は３つの突起部の周方向の位置精度によって決まることになる。このため、磁石の位置精度が低くなる課題がある。

この発明は、前記の課題を解決することを目的とするもので、回転子鉄心の径方向から磁石を押すだけで磁石の位置決めが可能となり、また、回転子鉄心と磁石の位置が多少ずれても、自動的に調芯されて磁石が回転子鉄心に位置決めされる回転電機の回転子を得るものである。

この発明に係る回転電機の回転子は、回転軸の外周に圧入された回転子鉄心と、前記回転子鉄心の外周に取り付けられた複数の磁石を備え、前記回転子鉄心の前記外周と前記磁石の中央部の何れか一方に凹部を形成すると共に、他方に凸部を形成し、前記凹部に前記凸部を嵌め合わせて前記磁石を前記回転子鉄心に取り付ける際に、前記凹部のテーパ部と前記凸部が２点で当接するようにしたものである。

この発明に係る回転電機の回転子によれば、回転子鉄心と磁石の各々の凹凸部を合わせて、回転子鉄心の径方向から磁石を押すだけで磁石の位置決めが可能となり、片寄せの工程を減らすことが可能となることに加え、磁石の位置精度は回転子鉄心及び磁石の凹凸の位置精度のみで決まるため、回転子鉄心の周方向に対する磁石の位置精度は向上する。また、回転子鉄心と磁石の位置が多少ずれても、テーパ部により自動的に調芯され、磁石が回転子鉄心に位置決めできる効果が得られる。

この発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子を示す図である。この発明の実施の形態１に係る回転子鉄心を示す図である。この発明の実施の形態１に係る回転子鉄心の部分拡大図である。この発明の実施の形態１に係る永久磁石を示す図である。この発明の実施の形態１に係る回転子鉄心に永久磁石が取り付けられた状態を説明する図である。この発明の実施の形態２に係る回転子鉄心を示す図である。この発明の実施の形態２に係る回転子鉄心の部分拡大図である。この発明の実施の形態２に係る永久磁石を示す図である。この発明の実施の形態２に係る回転子鉄心に永久磁石が取り付けられた状態を説明する図である。

以下、添付の図面を参照して、この発明に係る回転電機の回転子について好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態により発明が限定されるものではなく、諸種の設計的変更を含むものである。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。図１に示すように、回転子１は、例えば、ブラシレス直流電動機に用いられるもので、多数枚の鋼板を一つの軸線に沿う方向に積層して構成した回転子鉄心２と、回転子鉄心２の周方向に等間隔をあけた状態で配置されて、回転子鉄心２の外周に接着剤などにより取り付けられた複数の磁石、例えば永久磁石３と、回転子鉄心２の軸心部に圧入れされた回転軸４とを備えている。

図２は、回転子鉄心２を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。この図２に示すように、回転子鉄心２の外周面５には、凸部６が永久磁石３の数だけ等間隔に形成されている。凸部６は、回転子鉄心２の軸方向一端部７及び他端部８に形成されており、図３の拡大図に見られるように、凸部６の先端辺９は寸法Ｌ１に形成されると共に、基端部がテーパ形状に、また、先端部が軸方向に垂直となる形状に形成されている。なお、この回転子鉄心２の構造は、回転子鉄心２が積層構造であるため、軸方向一端部７側の層部分１０と、他端部８側の層部分１１の数枚について凸部６を有する形状とし、中間層部１２については凸部６のない形状とすることにより容易に構成できる。即ち、凸部６を有する形状の鋼板と凸部６のない形状の鋼板の２種類の鋼板を適宜積層することにより構成することができる。

図４は、永久磁石３を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図の部分拡大図である。永久磁石３の軸方向一端部１３及び他端部１４の回転子鉄心２側には、回転子鉄心２に形成された凸部６に嵌り合う台形形状の凹部１５が形成されている。この凹部１５は、図４（ａ）、（ｃ）に見られるように、永久磁石３の幅方向中央部に形成されており、凹部１５の底部、即ち、図４における上辺１６と下辺１７はテーパ部１８でつながっている。そのうち、上辺１６の寸法はＬ２に形成されている。

ここで、回転子鉄心２に形成された凸部６と永久磁石３に形成された凹部１５の寸法関係は、Ｌ２＜Ｌ１となっている。このように、回転子鉄心２の凸部６と永久磁石３の凹部１５をＬ２＜Ｌ１の関係にすれば、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、回転子鉄心２の凸部６に永久磁石３の凹部１５を嵌め合わせる場合、回転子鉄心２の凸部６は永久磁石３の凹部１５に形成されたテーパ部１８と２ヶ所で当接することになり、回転子鉄心２と永久磁石３との間に回転子鉄心２の周方向クリアランスは生じない。従って、永久磁石３を径方向から真っ直ぐに押すだけで、永久磁石３のテーパ部１８にて自然と永久磁石３は位置決めされることになる。その際、回転子鉄心２と永久磁石３の凹凸が多少ずれたとしても、永久磁石３がテーパ部１８に沿って、自動的に調芯されて回転子鉄心２に位置決めされるため問題はない。

以上のように、実施の形態１に係る回転電機の回転子１によれば、永久磁石３を回転子鉄心２に取り付ける際に、回転子鉄心２の凸部６と永久磁石３の凹部１５を嵌め合せて、回転子鉄心２の径方向から押すだけで永久磁石３の位置が決まるため、永久磁石３を等間隔に設置するための片寄せ工程を減らすことができると共に、回転子鉄心２の凸部６のピッチ精度と永久磁石３の凹部１５の位置精度のみで永久磁石３の位置が決まるため、従来装置に比べ、回転子鉄心２の周方向に対する永久磁石３の位置精度が向上する。

また、前述したように、永久磁石３の幅方向中央部に位置決め用の凹部１５が形成されているので（図４参照）、永久磁石３を回転子鉄心２に取り付けると、回転子鉄心２の凸部６は、永久磁石３の中央部に位置することとなる(図５参照)。この場合、永久磁石３の間に位置決め用の凸部を設ける必要がないため、凸部へ磁束が漏れることがなくなり、回転電機の効率は向上することになる。

更に、回転子鉄心２には、一端部７及び他端部８のみに凸部６が形成されており、また、永久磁石３も一端部１３及び他端部１４のみに凹部１５が形成されているので、永久磁石３の軸方向の抜け止め効果が得られる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る回転電機の回転子について説明する。実施の形態１では、回転子鉄心に凸部を形成し、この回転子鉄心に取り付けられる永久磁石に凹部を形成した実施の形態を説明したが、回転子鉄心に凹部を形成し、永久磁石に凸部を形成しても同様の効果が得られる。実施の形態２は、この形態を説明するものである。

図６は、回転子鉄心２０を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。この図２に示すように、回転子鉄心２０の外周面２１には、図７の拡大図に見られるように、凹部２２が後述する永久磁石２３の数だけ等間隔に形成されている。この凹部２２は、回転子鉄心２０の軸方向一端部２４及び他端部２５に形成されており、凹部２２の底部、即ち、図７における上辺２６と下辺２７は外側に広がる逆テーパ部２８でつながっている。そのうち、下辺２７の寸法はＬ３に形成されている。なお、この構造は、回転子鉄心２０が積層構造であるため、回転子鉄心２０の軸方向一端部２４側の層部分２９と、他端部２５側の層部分３０の数枚について凹部２２を有する形状とし、中間層部３１については凹部２２のない形状とすることにより容易に構成できる。即ち、凹部２２を有する形状の鋼板と凹部２２のない形状の鋼板の２種類の鋼板を適宜積層することにより構成することができる。

図８は、永久磁石２３を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図の部分拡大図である。永久磁石２３の軸方向一端部３２及び他端部３３の回転子鉄心２０側には、回転子鉄心２０に形成された凹部２２に嵌り合う台形形状の凸部３４が形成されている。この凸部３４は、図８（ａ）、（ｃ）に見られるように、永久磁石２３の幅方向中央部に形成されており、凸部３４の先端辺３５は寸法Ｌ４に形成されている。そして、凸部６は、図８（ｃ）の拡大図に見られるように、基端部がテーパ形状に、また、先端部が軸方向に垂直となる形状に形成されている。

ここで、回転子鉄心２０に形成された凹部２２と永久磁石２３に形成された凸部３４の寸法関係は、Ｌ３＜Ｌ４となっている。このように、回転子鉄心２０の凹部２２と永久磁石２３の凸部３４をＬ３＜Ｌ４の関係にすれば、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、回転子鉄心２０の凹部２２に永久磁石２３の凸部３４を嵌め合わせる場合、永久磁石２３の凸部３４は、回転子鉄心２０の凹部２２に形成された逆テーパ部２８と２ヶ所で当接することになり、回転子鉄心２０と永久磁石２３との間に回転子鉄心２０の周方向クリアランスは生じない。従って、永久磁石２３を径方向から真っ直ぐに押すだけで、回転子鉄心２０の逆テーパ部２８にて自然と永久磁石２３は位置決めされることになる。その際、回転子鉄心２０と永久磁石２３の凹凸が多少ずれたとしても、回転子鉄心２０の逆テーパ部２８に沿って、自動的に調芯されて位置決めされるため問題はない。

以上のように、実施の形態２に係る回転電機の回転子２０においても、実施の形態１と同様に次の効果を得ることができる。即ち、永久磁石２３を回転子鉄心２０に取り付ける際に、回転子鉄心２０の凹部２２と永久磁石２３の凸部３４を嵌め合せて、回転子鉄心２０の径方向から押すだけで永久磁石２３の位置が決まるため、永久磁石２３を等間隔に取り付けるための片寄せ工程を減らすことができると共に、永久磁石２３の凸部３４のピッチ精度と回転子鉄心２０の凹部２２の位置精度のみで永久磁石２３の位置が決まるため、従来装置に比べ、回転子鉄心２０の周方向に対する永久磁石２３の位置精度が向上する。

また、前述したように、永久磁石２３の幅方向中央部に位置決め用の凸部３４が形成されているので（図８参照）、永久磁石２３を回転子鉄心２０に取り付けると、回転子鉄心２０の凹部２２は、永久磁石２３の中央部に位置することとなる(図９参照)。この場合、永久磁石２３の間に位置決め用の凸部を設ける必要がないため、凸部へ磁束が漏れることがなくなり、回転電機の効率は向上することになる。

更に、回転子鉄心２０には、一端部２４及び他端部２５のみに凹部２２が形成されており、また、永久磁石２３も一端部３２及び他端部３３のみに凸部３４が形成されているので、永久磁石２３の軸方向の抜け止め効果が得られる。

１回転子２、２０回転子鉄心
３、２３永久磁石４回転軸
５、２１外周面６、３４凸部
７、１３、２４、３２一端部８、１４、２５、３３他端部
９、３５先端辺１０、１１、２９、３０層部分
１２、３１中間層部１５、２２凹部
１６、２６上辺１７、２７下辺
１８テーパ部２８逆テーパ部

Claims

回転軸の外周に圧入された回転子鉄心と、前記回転子鉄心の外周に取り付けられた複数の磁石を備え、
前記回転子鉄心の前記外周と前記磁石の中央部の何れか一方に凹部を形成すると共に、他方に凸部を形成し、
前記凹部に前記凸部を嵌め合わせて前記磁石を前記回転子鉄心に取り付ける際に、前記凹部のテーパ部と前記凸部が２点で当接することを特徴とする回転電機の回転子。
前記回転子鉄心に前記凸部を形成し、前記磁石に前記凹部を形成したことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の回転子。
前記凸部の基端部をテーパ形状に形成し、先端部を前記回転軸の軸線方向に対して垂直形状に形成すると共に、前記凹部を台形形状に形成し、
前記凸部の先端部分の幅方向寸法をＬ１、前記凹部の底部の幅方向寸法をＬ２とした時、Ｌ２＜Ｌ１に形成したことを特徴とする請求項２に記載の回転電機の回転子。
前記回転軸の軸線方向における前記回転子鉄心の両端部に前記凸部を形成すると共に、前記磁石の前記凸部との嵌め合い箇所に前記凹部を形成したことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の回転電機の回転子。
前記回転子鉄心に前記凹部を形成し、前記磁石に前記凸部を形成したことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の回転子。
前記凸部の基端部をテーパ形状に形成し、先端部を前記回転軸の軸線方向に対して垂直形状に形成すると共に、前記凹部を台形形状に形成し、
前記凹部の底部の幅方向寸法をＬ３、前記凸部の先端部分の幅方向寸法をＬ４とした時、Ｌ３＜Ｌ４に形成したことを特徴とする請求項５に記載の回転電機の回転子。
前記回転軸の軸線方向における前記回転子鉄心の両端部に前記凹部を形成すると共に、前記磁石の前記凹部との嵌め合い箇所に前記凸部を形成したことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の回転電機の回転子。