JP2015163006A - 回転電機及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の回転電機の問題点であった、永久磁石挿入後に積層ブロックと端板を締結するボルトが存在することにより回転子の磁束経路が狭くなり、回転電機のモータ特性が低下する点や、ボルト部材費が必要になることにより回転電機のコスト増につながる点を解決し、端板の突起部を変形させることで永久磁石を挿入するという簡易な方法を採用することで、安価に永久磁石を積層ブロックに固定可能で、かつ高効率な回転電機を提供する。【解決手段】回転電機１の回転子２０において、端板３１ａと３１ｂは空隙２４の一部を塞ぐ突起部３３を有し、永久磁石２３が空隙２４に挿入可能なように突起部３３を変形させ、永久磁石２３を空隙２４に挿入後、突起部３３を変形させることで永久磁石２３の抜止めをする。【選択図】 図２

Description

この発明は、回転電機及びその製造方法に関する。

従来の回転電機の回転子は、コアプレートの積層ブロックに永久磁石を埋め込み、積層ブロックの両端に端板を重ねてボルトで締結した上で、回転子軸にマウントした構成であり、そのコアプレートには磁石挿入穴、回転子軸穴、締結ボルト穴、及び回転子軸穴の周上にキー溝を打ち抜き形成し、コアプレートのキー溝と磁石挿入穴の中心位置との間に周方向の相対的ズレ角度θを設定した上で、キー溝を基準に積層ブロックはコアプレートを同じ向きに揃えて積層し、積層ブロックの両端には永久磁石の抜止め用の端板として、積層ブロックのコアプレートと表裏逆向きにしたコアプレートを重ね合わせて一体にボルト締結している（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−２３９００号公報（第７頁、第１図）

従来の回転電機の回転子は、以上のように構成されているので、永久磁石挿入後に積層ブロックと端板を溶接ではなくボルトで締結する必要がある。その結果、ボルトの存在により、回転子の磁束経路が狭くなり、回転電機のモータ特性が低下するといった問題点があると共に、ボルトの部材費が必要となるため、回転電機のコスト増につながるといった問題点がある。

また、積層ブロックの回転防止のために回転子軸穴にキー溝を打ち抜き形成しているが、このキー溝打ち抜き形成工程も追加工となるため、回転電機製造のうえで工程増につながり、さらにはキーの部材費が必要となるため、回転電機のさらなるコスト増につながるといった問題点がある。

この発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、その目的は、簡易な方法で、安価に永久磁石を積層ブロックに固定可能で高効率な回転電機を提供することを目的とする。

この発明に係る回転電機の回転子においては、薄板鋼板を積層して構成される積層鉄心と、積層鉄心を軸方向に貫通する複数の空隙と、空隙に挿入される複数の永久磁石と、永久磁石の抜止め用として積層鉄心の両端に設けた端板とを備え、端板は空隙の一部を塞ぐ突起部を有し、永久磁石が空隙に挿入可能なように突起部を変形させ、永久磁石を空隙に挿入後、突起部を変形させることで永久磁石の抜止めをする。

この発明は、回転子両端の端板に設けた突起部で永久磁石を抜止めするようにしたので、従来の回転電機では必要であった積層鉄心と端板を締結するボルト、積層鉄心と端板のボルト締結工程、さらにはキー、回転子軸穴へのキー溝打ち抜き形成工程が不要となるため、回転電機の原価低減が可能となると共に、回転電機の高効率化が可能となる。

この発明の実施の形態１を示す回転電機の構成図である。 この発明の実施の形態１を示す回転電機の回転子積層鉄心の構成図である。 この発明の実施の形態１を示す回転電機の回転子積層鉄心両端の端板の形状図である。 この発明の実施の形態１を示す回転電機の回転子積層鉄心中央部を構成する薄板鋼板の形状図である。 この発明の実施の形態１を示す回転電機の溶接止めされた積層鉄心を示す図である。 この発明の実施の形態１を示す回転電機の永久磁石挿入前の積層鉄心を示す図である。 この発明の実施の形態１を示す回転電機の永久磁石挿入中の積層鉄心を示す図である。 この発明の実施の形態１を示す回転電機の永久磁石挿入後の積層鉄心を示す図である。 この発明の実施の形態１を示す回転電機の突起部の拡大図である。 この発明の実施の形態２を示す回転電機の回転子積層鉄心両端の端板の形状図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１を示す回転電機の構成図である。図１において、１は回転電動機、１０は電機子である固定子、２０は界磁である回転子であり、回転電動機１は固定子１０と回転子２０を有し、回転子２０を固定子１０の内側に備えたインナーロータ型の回転電動機である。

１１はフレーム、１２は負荷側ブラケット、１３は負荷側軸受、１４は反負荷側ブラケット、１５は反負荷側軸受、１６は固定子１０側の積層鉄心であり、固定子１０は、固定子１０の外周側に設けられたフレーム１１と、フレーム１１の負荷側端部に設けられたブラケット１２と、負荷側ブラケット１２に外輪が嵌合された負荷側軸受１３と、反負荷側に設けられたブラケット１４と、反負荷側軸受１５と、フレーム１１の内周側に設けられた積層鉄心１６を有している。

２１は回転軸、２２は回転子２０側の積層鉄心、２３は永久磁石であり、回転子２０は、負荷側軸受１３と、反負荷側軸受１５により回転自在に支持された回転軸２１と、回転軸２１の外周に設けられた積層鉄心２２と、積層鉄心２２の軸方向に貫通された空隙に設置された永久磁石２３を有している。

図２は、この発明の実施の形態１を示す回転電機の回転子積層鉄心の構成図である。図２において、３１ａと３１ｂは端板、３２は薄板鋼板であり、積層鉄心２２は両端に端板３１ａと３１ｂ、中央部に複数枚の薄板鋼板３２を積層して構成されている。２４は永久磁石２３が挿入される空隙である。

図３は、この発明の実施の形態１を示す回転電機の回転子積層鉄心両端の端板の形状図、図４は、この発明の実施の形態１を示す回転電機の回転子積層鉄心中央部を構成する薄板鋼板の形状図である。図３において、３３は突起部であり、回転子１０の両端を構成する端板３１ａと３１ｂは永久磁石２３の抜止め目的で設けられた突起部３３を持つため、図４に示す積層鉄心２２の中央部を構成する薄板鋼板３２とは、外周形状は同一であるが、永久磁石２３の挿入部分の開口形状が異なる。

端板３１ａと３１ｂの板厚は、薄板鋼板３２の板厚と同じであっても異なっていても良い。永久磁石２３の抜止めをするために、折り曲げる変形作業性を考慮して板厚を薄くしても良いし、逆に永久磁石２３の抜止めをするための強度を確保するために、板厚を厚くしても良い。また、永久磁石２３の抜止めをするための強度をさらに上げるため、両端の端板３１ａと３１ｂを複数枚用いるようにしても良い。

次に、回転子２０を構成する積層鉄心２２の空隙２４への永久磁石２３の挿入方法について説明する。図５は、この発明の実施の形態１を示す回転電機の溶接止めされた積層鉄心を示す図、図６は、この発明の実施の形態１を示す回転電機の永久磁石挿入前の積層鉄心を示す図、図７は、この発明の実施の形態１を示す回転電機の永久磁石挿入中の積層鉄心を示す図、図８は、この発明の実施の形態１を示す回転電機の永久磁石挿入後の積層鉄心を示す図である。図５において、３３ａと３３ｂは端板３１ａと３１ｂに設けられている突起部であり、端板３１ａと３１ｂにおける永久磁石２３の挿入部分の開口に対して、突起部３３ａは回転軸２１から遠い径方向の外側に、突起部３３ｂは回転軸２１から近い径方向の内側に、それぞれ設けられている。

図５に示すように、端板３１ａと３１ｂと積層鉄心２２を構成する複数の薄板鋼板３２は溶接止めされて一体物として固定される。端板３１ａと３１ｂも積層鉄心２２の一部として溶接固定され、端板３１ａと３１ｂに設けられた突起部３３ａと３３ｂは空隙２４の一部を塞ぐような状態で存在し、この状態では空隙２４に永久磁石２３を挿入することはできない。

永久磁石２３を空隙２４に挿入可能にするために、まず、図６に示すように、端板３１ａの突起部３３ａと３３ｂを折り曲げて立ち上げる変形作業を行う。次に、図７に示すように、永久磁石２３を空隙２４に挿入する。挿入した反対側の端板３１ｂでは、突起部３３が挿入した永久磁石２３を押さえている。永久磁石２３を空隙２４に挿入完了後は、図８に示すように、挿入した側の端板３１ａに設けられた突起部３３ａと３３ｂを再び折り曲げて元に戻す変形作業を行い、永久磁石２３が空隙２４から抜け出ないように抜止めをする。この一連の作業をすることで、接着剤を使用したり新たに端板を追加したりせずに、空隙２４へ挿入した永久磁石２３を抜止め固定することができるため、回転電機の原価低減が可能となると共に、回転子の磁束経路が従来と比較して広くなるので回転電機の高効率化が可能となる。

なお、図５に示すように、端板３１ａに設けた突起部の数を回転子２０の回転軸２１から遠い径方向の外側に１ヶ所と、突起部３３ｂは回転軸２１から近い径方向の内側に１ヶ所の計２ヶ所に設けた場合について説明したが、永久磁石２３の形状、大きさ、強さに応じて、永久磁石２３を保持するために必要な強度は変わるため、突起部３３の位置や数を増やしても良い。

図９は、この発明の実施の形態１を示す回転電機の突起部の拡大図である。積層鉄心２２の両端を構成する端板３１ａと３１ｂの永久磁石２３の抜止めをする突起部３３の形状として、図２では三角の波型形状を用いて説明したが、これに限らず、図９に示すように、他の形状３３０〜３３２についても同様の効果を得ることができる。図９において、３３０は凸型、３３１は三角型、３３２は凸の波型形状、３５ａ〜３５ｄは波型形状を構成する凹部である。このように、突起部の形状を図９に示す形状にすることで、端板３１ａと３１ｂの加工は容易になる。特に、突起部の形状として図９に示す形状３３や３３２のように、突起部両端の付け根部分に、波型形状を構成する突起部の先端中央に対して対向するように窪んだ凹部３５ａ〜３５ｄを有する形状にすることで、突起部を折り曲げて変形させた後、永久磁石２３を挿入する開口を十分確保することが可能になり、永久磁石２３の空隙２４への挿入の作業性が向上する。

実施の形態２．
実施の形態１では、積層鉄心２２の両端を構成する端板３１ａと３１ｂの外周形状として、図４に示す積層鉄心２２の中央部を構成する薄板鋼板３２の外周形状と同一である場合について説明したが、端板における永久磁石２３の挿入部分の開口をなくし、突起部３３を回転軸２１から近い径方向の内側にのみに設けても同様の効果が得られる。

図１０は、この発明の実施の形態２を示す回転電機の回転子積層鉄心両端の端板の形状図であり、３１ｃは端板、３３ｃは突起部である。図１０に示すように、永久磁石２３の抜止めをするための突起部３３ｃを回転軸２１から近い径方向の内側のみに集めることで、端板３１ｃの外周部分は不要になり、端板３１ｃの構造を簡略化して、工作性を上げることが可能になる。その結果、回転電機の回転電機の原価低減が可能となる。

１ 回転電機、１０ 固定子、１１ フレーム、１２ 負荷側ブラケット、１３ 負荷側軸受、１４ 反負荷側ブラケット、１５ 反負荷側軸受、１６、２２ 積層鉄心、２０ 回転子、２１ 回転軸、２３ 永久磁石、２４ 空隙、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ 端板、３２ 薄板鋼板、３３、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３０、３３１、３３２ 突起部、３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ 凹部

Claims (4)

1. 複数の薄板鋼板を積層すると共に軸方向の両端に端板を設け当該軸方向に貫通する複数の空隙を有した積層鉄心と、前記空隙に挿入される複数の永久磁石を有する回転子を備えた回転電機において、
   前記端板は前記空隙の一部を塞ぐ突起部を有し、前記永久磁石が前記空隙に挿入可能なように前記突起部を変形させ、前記永久磁石を前記空隙に挿入後、前記突起部を変形させることで前記永久磁石の抜止めをすることを特徴とする回転電機。
2. 前記端板の外周形状は前記積層鉄心の外周形状と同一であることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記突起部の両端の付け根部分は前記突起部の先端中央に対して対向するように窪んだ凹部を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回転電機。
4. 軸方向に空隙を有する積層鉄心を、複数の薄板鋼板を前記軸方向に積層し、積層された前記薄板鋼板の前記軸方向の両端に、前記空隙の一部を塞ぐ突起部を有する端板を固定することで作製する工程と、
   永久磁石が前記空隙に挿入可能なように前記突起部を変形させる工程と、
   前記永久磁石を前記空隙に挿入する工程と、
   前記永久磁石を前記空隙に挿入後、前記突起部を変形させることで前記永久磁石の抜止めをする工程と、
   を有する回転電機の製造方法。

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