JP2015082860A - 回転電機及び回転子鉄心の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転子鉄心の漏れ磁束を低減すると共に永久磁石を十分に接着可能とする。
【解決手段】固定子２と回転子３を備えた回転電機１であって、複数の空隙２５を備えた回転子鉄心２０と、空隙２５に接着剤により固定された複数の永久磁石２１と、回転子鉄心２０の外周面に形成され、空隙２５に配置された永久磁石２１の回転軸方向における一部領域を露出するように構成された開口部２７と、を有する。開口部２７は、回転方向に沿って永久磁石２１ごとに互い違いになるように、回転子鉄心２０の外周面に配置される。
【選択図】図６

Description

開示の実施形態は、回転電機及び回転子鉄心の製造方法に関する。

特許文献１には、隣接する磁極の中間に放射状に設けられた空隙に、永久磁石を挿入して配置する回転電機の回転子が記載されている。

特開昭６３−１４０６４４号公報

特許文献１に記載のように回転子鉄心の空隙に永久磁石を配置する場合、回転子鉄心よりも軸方向に短い永久磁石を使用し、永久磁石の軸方向両端に接着剤溜まりを形成することが考えられる。しかしながら、この場合には回転子鉄心と永久磁石の軸方向の長さの差異により漏れ磁束が生じ、磁気特性が低下するという問題がある。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、漏れ磁束を低減すると共に永久磁石を十分に接着することができる回転電機及び回転子鉄心の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、固定子と回転子を備えた回転電機であって、複数の空隙を備えた回転子鉄心と、前記空隙に接着剤により固定された複数の永久磁石と、前記回転子鉄心の外周面に形成され、前記空隙に配置された前記永久磁石の回転軸方向における一部領域を露出するように構成された開口部と、を有する回転電機が適用される。

また、本発明の別の観点によれば、永久磁石が挿入される複数の空隙を回転方向に等間隔に備えた回転子鉄心の製造方法であって、外周側が開放された前記空隙と外周側が閉塞された前記空隙とが前記回転方向に交互に配置された鋼板を所定数積層することと、積層された前記鋼板に対し、隣接配置された前記空隙間の角度だけ相対的に回転させた状態で、前記鋼板を所定数積層することと、を有する回転子鉄心の製造方法が適用される。

また、本発明のさらに別の観点によれば、固定子と回転子を備えた回転電機であって、回転方向に等間隔に配置された複数の磁極部及び前記磁極部間に位置する複数の凹部を備えた回転子鉄心と、前記凹部に接着剤により固定された複数の永久磁石と、前記永久磁石の外周側において前記回転方向に隣り合う前記磁極部同士を回転軸方向における一部領域において連結するように構成された連結部と、を有する回転電機が適用される。

また、本発明のさらに別の観点によれば、固定子と回転子を備えた回転電機であって、複数の空隙を備えた回転子鉄心と、前記空隙に接着剤により固定された複数の永久磁石と、前記回転子鉄心に備えられ、外周側より前記永久磁石の回転軸方向における一部領域に注入される接着剤の注入口となる手段と、を有する回転電機が適用される。

本発明によれば、漏れ磁束を低減すると共に永久磁石を十分に接着することができる回転電機及び回転子鉄心の製造方法を提供できる。

実施形態に係る回転電機の全体概略構成を表す軸方向断面図である。 実施形態に係る回転電機の横断面図である。 回転電機の回転子の側面図である。 回転子の回転子鉄心を構成する電磁鋼板の平面図である。 回転子鉄心の製造方法の一例を表す説明図である。 製造された回転子鉄心の斜視図である。

以下、一実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

＜回転電機の構成＞
図１及び図２を用いて、本実施形態に係る回転電機１の構成について説明する。図１に示すように、回転電機１は、固定子２と、回転子３とを備え、回転子３を固定子２の内側に備えたインナーロータ型のモータである。

固定子２は、回転子３と径方向に対向するようにフレーム４の内周面に環状の積層鉄心リング１７を介して設けられている。この固定子２は、固定子鉄心５と、固定子鉄心５に装着されたボビン６と、ボビン６に巻き回されたコイル線７とを有している。ボビン６は、固定子鉄心５とコイル線７とを電気的に絶縁するために、絶縁性材料で構成されている。ボビン６の軸方向（回転軸方向）の一方側（図１中左側）には基板８が設けられており、この基板８に設けられた回路とボビン６に巻き回されたコイル線７とが、角棒状の２つのピン端子９を介して電気的に接続されている。コイル線７の巻き始め及び巻き終わりの端部７ａは、対応するピン端子９に巻き付けられ、図示を省略する半田等によって固定されている。

固定子鉄心５は、半径方向外方に突出した放射状の突起部１８を複数（例えば、図２では１２個）備え、各突起部１８にコイル線７が巻き回されたボビン６が外側から装着される。図２に示すように、隣り合う２つの突起部１８の間の凹部１９には、それぞれの突起部１８に装着したボビン６のコイル線７の巻回層の相対する側部が間隙を空けて配置される。固定子２は、コイル線７が巻き回されたボビン６を固定子鉄心５に装着した後、当該固定子鉄心５を環状の積層鉄心リング１７の内周に固定することにより組み立てられ、フレーム４の内周面に取り付けられる。その後、凹部１９内に樹脂が圧入され、ボビン６やコイル線７等が樹脂でモールドされる。

回転子３は、回転軸１０の外周面に設けられ、固定子２と磁気的ギャップを空けて対向配置されている。回転軸１０は、フレーム４の負荷側（図１中右側）に設けられた負荷側ブラケット１１に外輪が嵌合された負荷側軸受１２と、フレーム４の反負荷側（図１中左側）に設けられた反負荷側ブラケット１３に外輪が嵌合された反負荷側軸受１４とにより回転自在に支持されている。回転軸１０の反負荷側端部には、エンコーダ１５が設けられている。エンコーダ１５は、エンコーダカバー１６によって覆われている。回転子３は、略円筒体状の回転子鉄心２０と、回転子鉄心２０に埋め込まれた複数（この例では１０個）の永久磁石２１と、を備えている。複数の永久磁石２１は、回転方向に隣り合う２つの永久磁石２１の同じ磁極同士が互いに対向するように、回転子鉄心２０に放射状に配置されている。

＜回転子鉄心の構成＞
図２（後述の図６も参照）に示すように、回転子鉄心２０は、平面状の平坦部２２ａと円弧状の曲面部２２ｂとが回転方向に交互に配置された外周面を有する、略円筒体に形成される。平坦部２２ａの数は永久磁石２１と同数（この例では１０）である。また回転子鉄心２０は、永久磁石２１と同数（この例では１０個）の磁極部２３を回転方向に等間隔に有し、これら磁極部２３の径方向内側に、中心穴２４ａを有する円筒部２４を有する。回転子鉄心２０は、中心穴２４ａを貫通した回転軸１０に固定される。

回転子鉄心２０には、軸方向に貫通する複数（この例では１０個）の空隙２５が中心穴２４ａの周りに放射状に設けられている。空隙２５の径方向外側は、回転軸方向における一部領域が回転子鉄心２０の外周面の平坦部２２ａに開口している。永久磁石２１は空隙２５に挿入され、接着剤により固定される。回転子鉄心２０の径方向内側には、隣り合う空隙２５の間に軸方向に貫通する漏洩磁束防止用穴部２６が設けられている。

図３（後述の図６も参照）に示すように、回転子鉄心２０の外周面の平坦部２２ａには、空隙２５に配置された永久磁石２１ごとに開口部２７が少なくとも１つ設けられている。本実施形態では、各永久磁石２１に対し３つの開口部２７が設けられている。なお、開口部２７の数は３以外でもよい。空隙２５は、平坦部２２ａで外周側が閉塞された第１空隙部２５ａと、開口部２７によって外周側が開放された第２空隙部２５ｂとが、軸方向に交互に連続した構成となっている。各空隙２５に配置された永久磁石２１は、軸方向における一部領域が開口部２７により露出される。永久磁石２１ごとの開口部２７は、回転方向に隣り合う２つの開口部２７同士が軸方向に互いにずれて位置することによって、回転方向に沿って互い違いとなるように配置されている。なお、開口部２７が接着剤の注入口となる手段の一例に相当する。

また、永久磁石２１ごとに設けられた開口部２７は、回転方向に１つ置きに等間隔に配置された永久磁石２１の各々に対応した開口部２７の開口面積の合計が互いに等しくなるように構成されている。すなわち、本実施形態では、永久磁石２１の数が１０で磁極数（磁極部２３の数）が１０となるので、回転方向に１つ置きの７２°（＝３６０°÷１０×２）の間隔で位置する開口部２７同士で、開口面積の合計が互いに等しい。したがって、例えば永久磁石２１の個数が８で磁極数が８の場合は、９０°（＝３６０°÷８×２）の間隔の位置の開口部２７同士が、開口面積の合計が互いに等しくなるように、開口部２７を設ければよい。

なお、平坦部２２ａに開口部２７を設けた構成は、空隙２５を永久磁石２１を固定するための凹部と見た場合、凹部に固定された永久磁石２１の外周側において回転方向に隣り合う磁極部同士を軸方向における一部領域において連結した構成とも言える。この連結部を図３に符号２８で示す。連結部２８は、言い換えれば、平坦部２２ａの永久磁石２１の外周側に位置する部分のうち、開口部２７以外の領域である。

＜回転子鉄心の製造方法＞
図４及び図５を用いて、回転子鉄心２０の製造方法の一例を説明する。図４は、回転子鉄心２０を構成する電磁鋼板３０を表す平面図である。図４に示すように、電磁鋼板３０（鋼板）は、外周面に複数（この例では１０）の平坦部２２ａ１が設けられ、平坦部２２ａ１と平坦部２２ａ１以外の円弧状の曲面部２２ｂ１とが周方向に交互に配置された、略円形板に形成されている。電磁鋼板３０は、中心穴２４ａ１を有するとともに、放射状に設けられた複数（この例では１０個）の空隙を備えている。複数の空隙は、外周側が平坦部２２ａ１によって閉塞された第１空隙２５ａ１と、平坦部２２ａ１が部分的に切り欠かれることで形成された開口部２７ａによって外周側が開放された第２空隙２５ｂ１とで構成されている。これら第１空隙２５ａ１と第２空隙２５ｂ１とは、電磁鋼板３０の周方向に交互に配置されている。

図５を用いて、電磁鋼板３０を積層して回転子鉄心２０を製造する方法について説明する。なお、図５では、既に複数枚の電磁鋼板３０を積層した積層体３０Ａを４段に重ねた途中経過を示している。まず、１段目の積層体３０Ａが、複数枚の電磁鋼板３０を第２空隙２５ｂ１同士（第１空隙２５ａ１同士でもよい）を一致させて軸方向に積層することにより、形成される。これにより得られた積層体３０Ａでは、複数枚の電磁鋼板３０の第１空隙２５ａ１が軸方向（図５の上下方向）に連なることで、回転子鉄心２０おける第１空隙部２５ａが形成され、複数枚の電磁鋼板３０の第２空隙２５ｂ１が軸方向に連なることで、回転子鉄心２０おける第２空隙部２５ｂが形成される。また、複数枚の電磁鋼板３０の第２空隙２５ｂ１の外周側の開口部２７ａが軸方向に連なることで、回転子鉄心２０おける開口部２７が形成される。なお、図５に示す例では、最下段の積層体３０Ａが他の積層体３０Ａよりも積層枚数が少なくなっているが、このような構成に限定するものではなく、全ての積層体３０Ａの積層枚数を一致させてもよいし、互いに異なる積層枚数としてもよい。

上記１段目の積層体３０Ａに対し、電磁鋼板３０の隣接配置された空隙２５ａ１，２５ｂ１間の角度（この例では３６°）だけ相対的に回転させた状態で、複数枚の電磁鋼板３０を積層し、２段目の積層体３０Ａが形成される。同様にして、２段目の積層体３０Ａに対し相対的に回転させた状態で、複数枚の電磁鋼板３０を積層して３段目の積層体３０Ａが形成される。このようにして、最下段の第１段目から最上段（この例では第６段目）まで電磁鋼板３０の積層体３０Ａを積層することにより、図６に示すように、外周面に回転方向に沿って互い違いに開口部２７が配置された回転子鉄心２０が形成される。

その後、回転子鉄心２０の空隙２５に永久磁石２１が挿入され、開口部２７より接着剤が注入されて、永久磁石２１が固定される。接着剤としては、例えば金属嵌合間で、硬化する嫌気性接着剤が使用可能であるが、これに限定するものではない。

＜実施形態の効果＞
以上説明したように、本実施形態の回転電機１では、回転子鉄心２０の外周面に開口部２７が形成される。この開口部２７は、空隙２５に配置された永久磁石２１の回転軸方向における一部領域を露出する。これにより、永久磁石２１を回転子鉄心２０の空隙２５に接着する際に、永久磁石２１を空隙２５に挿入した後、接着剤を回転子鉄心２０の開口部２７を介して外周側より注入することができる。その結果、永久磁石２１への接着剤の塗布が容易になると共に、開口部２７より注入した接着剤が永久磁石２１と空隙２５との隙間にしみ込んで拡がるので、十分な接着力を確保することができる。

また、十分な接着力が得られる結果、例えば永久磁石２１を空隙２５より短くして空隙２５の軸方向両端に接着剤溜まりを形成したり、回転子鉄心２０の内部において空隙２５の回転方向における側面に接着剤の注入溝を形成する等が不要となるので、このような構成とする場合に比べて漏れ磁束を低減できる。

さらに、開口部２７は永久磁石２１の軸方向一部領域を露出するように設けられるので、永久磁石２１の外周側の開口部２７以外の一部の領域は回転子鉄心２０（前述の連結部２８）により閉塞される。これにより、例えば永久磁石２１の外周側を全て開放させた（言い換えれば空隙２５を凹部とした）構造に比べて回転子鉄心２０の強度を確保できると共に、遠心力による永久磁石２１の脱落を防止でき、回転電機１の信頼性を向上できる。

また、本実施形態では特に、開口部２７が永久磁石２１ごとに少なくとも１個ずつ配置される。これにより、全ての永久磁石２１について接着力を十分に確保できると共に、漏れ磁束を低減することができる。また、開口部２７が回転方向に沿って永久磁石２１ごとに互い違いとなるように配置されることにより、開口部２７を局所的に集中させずに均一に配置することができる。これにより、開口部２７により強度が低下する箇所を分散させ、回転子鉄心２０の強度の低下を抑制することができる。

また、本実施形態では特に、開口部２７は、回転方向に等間隔に配置された永久磁石２１の各々に対応した開口部２７の開口面積の合計が互いに等しくなるように構成される。これにより、回転子鉄心２０の回転方向の重量バランスが悪くなるのを防止できる。

また、本実施形態では特に、回転子鉄心２０は、外周側が開放された第２空隙２５ｂ１と外周側が閉塞された第１空隙２５ａ１とが回転方向に交互に配置された複数の電磁鋼板３０が積層されることにより構成される。これにより、同じ形状の電磁鋼板３０のみを使用して回転子鉄心２０を構成することができるので、異なる形状を有する２種以上の鋼板を使用する場合に比べて（金型が１種類で済むので）コストを低減できる。

また、本実施形態では特に、複数の永久磁石２１が、回転方向に隣り合う永久磁石２１の同じ磁極同士が互いに対向するように回転子鉄心２０に放射状に配置される。このような配置構成とすることにより、永久磁石２１の投入量を増大し、磁束を磁極部２３に集中させることが可能となり、小型で高性能な回転電機を実現できる。

＜変形例＞
なお、実施形態は上述の態様に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。

例えば、上記実施形態では、回転子鉄心２０が、平坦部２２ａと円弧状の曲面部２２ｂとが回転方向に交互に配置された外周面を有する略円筒体である場合を一例として説明したが、これに限定されるものではなく、回転子鉄心２０が、外周面に平坦部２２ａを有さず、外周面が曲面部２２ｂのみからなる円筒体であってもよい。

また以上では、回転電機がモータである場合を一例として説明したが、本実施形態は、回転電機が発電機である場合にも適用することができる。

なお、以上の説明における「等しい」とは、厳密な意味ではない。すなわち、「等しい」とは、設計上、製造上の公差、誤差が許容され、「実質的に等しい」という意味である。

また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。

その他、一々例示はしないが、上記実施形態は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。

１ 回転電機
２ 固定子
３ 回転子
２０ 回転子鉄心
２１ 永久磁石
２２ａ 平坦部
２２ｂ 曲面部
２３ 磁極部
２５ 空隙（凹部）
２５ａ１ 第１空隙（外周側が閉塞された空隙）
２５ｂ１ 第２空隙（外周側が開放された空隙）
２７ 開口部（接着剤の注入口となる手段）
２８ 連結部
３０ 電磁鋼板（鋼板）

Claims (7)

1. 固定子と回転子を備えた回転電機であって、
   複数の空隙を備えた回転子鉄心と、
   前記空隙に接着剤により固定された複数の永久磁石と、
   前記回転子鉄心の外周面に形成され、前記空隙に配置された前記永久磁石の回転軸方向における一部領域を露出するように構成された開口部と、を有する
   ことを特徴とする回転電機。
2. 前記開口部は、
   前記永久磁石ごとに少なくとも１個ずつ配置され、回転方向に沿って前記永久磁石ごとに互い違いとなるように前記外周面に配置される
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記開口部は、
   前記回転方向に等間隔に配置された複数の前記永久磁石の各々に対応した前記開口部の開口面積の合計が互いに等しくなるように構成される
   ことを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
4. 前記回転子鉄心は、
   外周側が開放された前記空隙と外周側が閉塞された前記空隙とが回転方向に交互に配置された複数の鋼板が積層されて構成される
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回転電機。
5. 前記複数の永久磁石は、
   回転方向に隣り合う前記永久磁石の同じ磁極同士が互いに対向するように前記回転子鉄心に放射状に配置される
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回転電機。
6. 永久磁石が挿入される複数の空隙を回転方向に等間隔に備えた回転子鉄心の製造方法であって、
   外周側が開放された前記空隙と外周側が閉塞された前記空隙とが前記回転方向に交互に配置された鋼板を所定数積層することと、
   積層された前記鋼板に対し、隣接配置された前記空隙間の角度だけ相対的に回転させた状態で、前記鋼板を所定数積層することと、を有する
   ことを特徴とする回転子鉄心の製造方法。
7. 固定子と回転子を備えた回転電機であって、
   回転方向に等間隔に配置された複数の磁極部及び前記磁極部間に位置する複数の凹部を備えた回転子鉄心と、
   前記凹部に接着剤により固定された複数の永久磁石と、
   前記永久磁石の外周側において前記回転方向に隣り合う前記磁極部同士を回転軸方向における一部領域において連結するように構成された連結部と、
   を有することを特徴とする回転電機。

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