JP4307423B2 - 回転電機の回転子およびその組立方法 - Google Patents

Description

この発明は、交流発電機あるいは電動機の回転子構造、特に爪状磁極の側面側からの磁束漏洩を防止する永久磁石の取付け構造に関するものである。

従来から爪状磁極を持つポールコア体を噛み合わせた回転子を有する回転電機の出力を向上させる技術として、回転子の周方向に隣接する爪状磁極間に磁石を装着し、爪状磁極間の漏れ磁束を低減することで回転電機の出力を向上させる技術が知られている。ポールコアの爪状磁極に磁石を固定する方法に関する例としては、各爪状磁極の側面に配置した磁石を、断面形状が略Ｍ形状や略Ｃ字状の補強体にて固定する。これにより磁石を補強体で囲んだ状態でこの爪状磁極に確実に固定でき、また磁石に掛かる遠心力や爪状磁極の扇動力を補強体で受けるため、永久磁石への影響を軽減できる。また、磁石が補強体の先端側、根元側に抜けることを防止する抜け止め構造を有して補強体からの磁石の脱落を防止している（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−８６７１５号公報

ところで、爪状磁極は周方向の面は根元側から先端側にいくにつれて細くなる略台形形状をしており、また側面も同様に根元側から先端側にいくにつれて細くなっている。
従来の抜け止め構造を有した補強体では、爪状磁極の側面に磁石を配置してから補強体を取り付ける場合に、磁石と補強体の抜け止め構造とが干渉し、取付が困難である。また補強体に磁石を固定した後に、この補強体を爪状磁極に取り付ける場合は、磁石と爪状磁極の側面との間に隙間ができて漏れ磁束が発生し、回転電機の性能が低下するという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解消するために成されたものであって、磁石を爪状磁極に確実に固定する磁石装着部材に、磁石が先端側、根元側に移動するのを防止する機能を有し、しかも爪状磁極の側面に磁石を配置してから、磁石装着部材を爪状磁極に容易に取付け可能と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は、磁束を発生するロータコイルと、このロータコイルを覆って設けられ、交互に噛み合うように突出される爪状磁極をそれぞれ有する第１のポールコア体及び第２のポールコア体から構成されたポールコアを有する。この回転電機の回転子は、上記爪状磁極の両側面に配置され、隣り合う爪状磁極の側面間を漏洩する磁束を低減する永久磁石と、前記永久磁石を前記爪状磁極の両側面に固定する磁石装着部材とを備える。上記磁石装着部材は、上記爪状磁極の軸心側傾斜面に沿う平板状の中間部と、該中間部の両側に形成され上記永久磁石を上記爪状磁極の側部に保持する磁石保持部とから成る断面Ｃ字状であり、上記両側の磁石保持部に取付けられて上記永久磁石が該磁石装着部材の先端側、根元側に移動しないように係止する係止部を有する。そして、該係止部は、傾きを可変にすることで上記永久磁石が移動しないように係止する係止機能を一時的に解除可能とするスナップ構造を有して構成されるものである。

また、この発明に係る回転電機の回転子の組立方法は、磁束を発生するロータコイルと、このロータコイルを覆って設けられ、交互に噛み合うように突出される爪状磁極をそれぞれ有する第１のポールコア体及び第２のポールコア体から構成されたポールコアを有する回転電機の回転子の組立方法である。該組立方法は、隣り合う上記爪状磁極の側面間を漏洩する磁束を低減する永久磁石を、上記爪状磁極の両側面にそれぞれ配置するステップと、次いで、上記爪状磁極の軸心側傾斜面に沿う平板状の中間部と、該中間部の両側に形成され上記永久磁石を上記爪状磁極の側部に保持する磁石保持部とから成る断面Ｃ字状であり、上記両側の磁石保持部に取付けられて上記永久磁石が該磁石装着部材の先端側、根元側に移動しないように係止する係止部を有する磁石装着部材を、上記爪状磁極に取付けるステップと、各爪状磁極の両側面に永久磁石を配して上記磁石装着部材を取付けた上記第１のポールコア体および上記第２のポールコア体を組み合わせて上記ポールコアを形成するステップとを備える。そして、上記磁石装着部材を上記爪状磁極に取付け時と、取付け完了時とで、上記係止部の形状あるいは取付け傾きによる状態を変化させ、上記取付け時には該係止部の上記永久磁石が移動しないように係止する機能を解除して取付けるものである。

この発明に係る回転電機の回転子では、磁石保持部に取付けられて永久磁石が該磁石装着部材の先端側、根元側に移動しないように係止する係止部が、傾きを可変にすることで上記永久磁石が移動しないように係止する係止機能を一時的に解除可能とするスナップ構造を有して構成されるため、爪状磁極の側面に磁石を配置した状態で磁石装着部材を爪状磁極に取付ける際に、上記係止部の係止機能を解除することができ、該係止部が永久磁石に干渉して磁石装着部材の爪状磁極への取付けの障害となることを回避できる。このため、永久磁石が側面に配置された爪状磁極に磁石装着部材を容易に取付け可能で、回転子の組立性が向上し、爪状磁極に組付け後は永久磁石の移動を確実に防止することができる。

またこの発明に係る回転電機の回転子の組立方法では、永久磁石を爪状磁極の両側面にそれぞれ配置した後、係止部を有する磁石装着部材を上記爪状磁極に取付ける際、磁石装着部材を爪状磁極に取付け時と、取付け完了時とで、係止部の形状あるいは取付け傾きによる状態を変化させ、取付け時には該係止部の係止機能を解除して取付けるため、該係止部が永久磁石に干渉して磁石装着部材の爪状磁極への取付けの障害となることを回避できる。このため、永久磁石が側面に配置された爪状磁極に磁石装着部材を容易に取付け可能で、回転子の組立性が向上し、爪状磁極に組付け後は永久磁石の移動を確実に防止することができる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１による回転電機の回転子を図について説明する。
図１は、この発明の実施の形態１による回転子の主要部斜視図である。図に示すように、第１のポールコア体１および第２のポールコア体２から構成されたポールコアが、磁束を発生するロータコイル（図示省略）を覆って設けられる。第１、第２のポールコア体１、２は、交互に噛み合うように突出される爪状磁極３、４をそれぞれ備え、各爪状磁極３、４の両側面に、隣り合う爪状磁極３、４の側面間を漏洩する磁束を低減する永久磁石５が配置される。また、永久磁石５を各爪状磁極３、４の両側面に固定する磁石装着部材６を備え、磁石装着部材６は、永久磁石５が回転電機の動作中などに移動して飛び出さないように係止する係止部７（先端側係止部７ａ、根元側係止部７ｂ）を有する。

図２は磁石装着部材６が取付けられた爪状磁極３、４を回転子の軸心側から見た図、図３は磁石装着部材６の構成を示す図である。図に示すように、磁石装着部材６は、爪状磁極３、４の軸心側傾斜面に沿う平板状の中間部６ａと、この中間部６ａの両側に形成され永久磁石５を爪状磁極３、４の側部に保持する磁石保持部６ｂとから成る断面Ｃ字状であり、両側の磁石保持部６ｂには、永久磁石５が磁石装着部材６の先端側に移動しないように係止する先端側係止部７ａが先端側端部に、永久磁石５が磁石装着部材６の根元側に移動しないように係止する根元側係止部７ｂが根元側端部にそれぞれ取付けられている。
このような磁石装着部材６は厚さ０．５ｍｍ程度のステンレス鋼をプレス加工により折り曲げて製作されるため容易に製作することができる。

根元側係止部７ｂは、図に示すようにスナップ構造を有し、磁石装着部材６を爪状磁極３、４に取付け時には変形し、永久磁石５が移動しないように係止する機能を解除して取付ける。磁石装着部材６の爪状磁極３、４への取付け時の様子を図４に示す。
図に示すように、磁石装着部材６は永久磁石５が両側に配置された爪状磁極３、４の先端側から被せるように軸方向８に移動させて爪状磁極３、４に取付ける。このとき、根元側係止部７ｂは、永久磁石５との接触により外側方向９に開いて係止機能を解除状態とし、取付け完了時には永久磁石５との接触を終了して元の状態に戻り、内部の永久磁石５の移動を防止するよう係止機能を復活させる。

この実施の形態では、永久磁石５が磁石装着部材６の先端側、根元側に移動しないように係止する先端側係止部７ａ、根元側係止部７ｂを磁石装着部材６に有し、根元側係止部７ｂは、変形により永久磁石５が移動しないように係止する機能を解除可能とした。このため、永久磁石５が両側に配置された爪状磁極３、４に磁石装着部材６に取り付ける際、根元側係止部７ｂは、永久磁石５との接触により外側方向９に開いて係止機能を解除状態とすることができる。これにより、根元側係止部７ｂが永久磁石５に干渉して磁石装着部材６の爪状磁極３、４への取付けの障害となることを回避できる。
従って、永久磁石５が側面に配置された爪状磁極３、４に磁石装着部材６を容易に取付け可能となり、回転子の組立性が向上し、爪状磁極３、４に磁石装着部材６を組付け後は、永久磁石５の移動を確実に防止することができる。また、爪状磁極３、４側面における漏洩磁束低減効果の高い位置に永久磁石５を固定してから、磁石装着部材６を取付けることが可能となるため、永久磁石５の漏洩磁束低減効果を有効に活用できる。

実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２による磁石装着部材６の構成を示す図である。
図に示すように、磁石装着部材６は、爪状磁極３、４の軸心側傾斜面に沿う平板状の中間部６ａと、この中間部６ａの両側に形成され永久磁石５を爪状磁極３、４の側部に保持する磁石保持部６ｂとから成る断面Ｃ字状であり、両側の磁石保持部６ｂには、永久磁石５が磁石装着部材６の先端側に移動しないように係止する先端側係止部１０ａが先端側端部に、永久磁石５が磁石装着部材６の根元側に移動しないように係止する根元側係止部１０ｂが根元側端部にそれぞれ取付けられている。

磁石装着部材６（磁石保持部６ｂ）に取付けられた根元側係止部１０ｂは、その取付けの傾きを変化させ、永久磁石５が移動しないように係止する機能を解除可能とする。そして、磁石装着部材６を爪状磁極３、４に取付け時には、根元側係止部１０ｂの取付け傾きを変化させ、上記係止機能を解除して取付ける。磁石装着部材６の爪状磁極３、４への取付け時の様子を図６に示す。
図に示すように、磁石装着部材６は永久磁石５が両側に配置された爪状磁極３、４の先端側から被せるように軸方向８に移動させて爪状磁極３、４に取付ける。このとき、根元側係止部１０ｂは、永久磁石５と接触しないように取付け傾きを外側に開くように設定して係止機能を解除状態とし、磁石装着部材６の取付け完了時には、根元側係止部１０ｂの取付け傾きを内側方向１１に変化させて、内部の永久磁石５の移動を防止するよう係止機能を復活させる。

この実施の形態では、永久磁石５が両側に配置された爪状磁極３、４に磁石装着部材６に取り付ける際、根元側係止部１０ｂは、永久磁石５と接触しないように外側に開いて係止機能を解除状態とする。これにより、根元側係止部１０ｂが永久磁石５に干渉して磁石装着部材６の爪状磁極３、４への取付けの障害となることを回避できる。
従って、永久磁石５が側面に配置された爪状磁極３、４に磁石装着部材６を容易に取付け可能となり、回転子の組立性が向上し、爪状磁極３、４に磁石装着部材６を組付け後は、永久磁石５の移動を確実に防止することができる。また、爪状磁極３、４側面における漏洩磁束低減効果の高い位置に永久磁石５を固定してから、磁石装着部材６を取付けることが可能となるため、永久磁石５の漏洩磁束低減効果を有効に活用できる。

なお、上記実施の形態２では、磁石装着部材６の爪状磁極３、４への取付け完了時には、根元側係止部１０ｂの取付け傾きを内側方向１１に変化させて、内部の永久磁石５の移動を防止するよう係止機能を復活させるものとしたが、根元側係止部１０ｂの取付け傾きを内側方向１１に変化させる工程は、図７に示すように、その後の第１のポールコア体１および第２のポールコア体２を組み合わせることで同時に行うことができる。
図に示すように、磁石装着部材６を爪状磁極３、４に取付け完了時に、第１のポールコア体１および第２のポールコア体２を、例えば第２のポールコア体２を矢印１２の方向に移動させて組み合わせると、各磁石装着部材６の根元側係止部１０ｂは、他方のポールコア体１、２の磁石装着部材６と接触して取付け傾きが内側方向１１に変化する。これにより、係止機能を復活させ、永久磁石５の移動を確実に防止することができる。
この場合、根元側係止部１０ｂの取付け傾きを内側方向１１に変化させる工程を別途設
ける必要がなく、回転子の組立性が向上する。

また、上記実施の形態１、２において、爪状磁極３、４の両側面に永久磁石５を配置する際、爪状磁極３、４の所定の位置に永久磁石５を接着剤で固定し、その後、磁石装着部材６を爪状磁極３、４に取付けても良い。
これにより、爪状磁極３、４側面における漏洩磁束低減効果の高い位置に永久磁石５を確実に配置できる。また、磁石装着部材６を爪状磁極３、４に取付ける際に永久磁石５がずれるのを防止でき、想定外の場所で磁石装着部材６と永久磁石５が干渉したり、係止部７ａ，１０ａの状態を変化させる時に永久磁石５と干渉したりすることがなく、永久磁石５や係止部７ａ，１０ａが破損することが防止できる。さらに、永久磁石５に掛かる回転子の動作時の外力は磁石装着部材６で受けるため、永久磁石５を爪状磁極３、４に固定する接着剤は耐熱性などを必要とせず安価で処理時間の短い接着剤でよく、コストを低減することができる。

また、上記実施の形態１、２において、磁石装着部材６を爪状磁極３、４に取付けた後、磁石装着部材６を爪状磁極３、４に溶接によって固定すると、磁石装着部材６を高い強度で確実に固定することができ耐久性が向上する。

さらに、上記実施の形態１、２において、回転子の組立工程で機械加工終了後、即ち、第１のポールコア体１および第２のポールコア体２を組み合わせてポールコアを形成後に、永久磁石５へ着磁を行うようにする。これにより、機械加工時に発生する切粉などの異物が永久磁石５に付着するを防止でき、異物によるコイルの断線、永久磁石５の破損などの不具合を防ぐことができる。

この発明の実施の形態１による回転子の主要部斜視図である。 この発明の実施の形態１による磁石装着部材が爪状磁極へ取付けられた状態を示す図である。 この発明の実施の形態１による磁石装着部材の構成を示す図である。 この発明の実施の形態１による磁石装着部材の爪状磁極への取付けの様子を示す図である。 この発明の実施の形態２による磁石装着部材の構成を示す図である。 この発明の実施の形態２による磁石装着部材の爪状磁極への取付けの様子を示す図である。 この発明の実施の形態２の別例による回転子の組み立て方法を示す図である。

符号の説明

１ 第１のポールコア体、２ 第２のポールコア体、３，４ 爪状磁極、
５ 永久磁石、６ 磁石装着部材、６ａ 中間部、６ｂ 磁石保持部、
７ａ 先端側係止部、７ｂ 根元側係止部、１０ａ 先端側係止部、
１０ｂ 根元側係止部。

Claims (10)

1. 磁束を発生するロータコイルと、このロータコイルを覆って設けられ、交互に噛み合うように突出される爪状磁極をそれぞれ有する第１のポールコア体及び第２のポールコア体から構成されたポールコアを有する回転電機の回転子において、
   上記爪状磁極の両側面に配置され、隣り合う爪状磁極の側面間を漏洩する磁束を低減する永久磁石と、前記永久磁石を前記爪状磁極の両側面に固定する磁石装着部材とを備え、
   上記磁石装着部材は、上記爪状磁極の軸心側傾斜面に沿う平板状の中間部と、該中間部の両側に形成され上記永久磁石を上記爪状磁極の側部に保持する磁石保持部とから成る断面Ｃ字状であり、上記両側の磁石保持部に取付けられて上記永久磁石が該磁石装着部材の先端側、根元側に移動しないように係止する係止部を有し、
   該係止部は、傾きを可変にすることで上記永久磁石が移動しないように係止する係止機能を一時的に解除可能とするスナップ構造を有して構成されることを特徴とする回転電機の回転子。
2. 上記係止部を、上記磁石装着部材の先端側に設けられた先端側係止部と、根元側に設けられた根元側係止部とで構成し、該根元側係止部のみ上記係止機能を解除可能としたことを特徴とする請求項１記載の回転電機の回転子。
3. 上記永久磁石は、上記爪状磁極の両側面にそれぞれ接着されることを特徴とする請求項１または２記載の回転電機の回転子。
4. 上記磁石装着部材は、上記爪状磁極に溶接されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の回転電機の回転子。
5. 磁束を発生するロータコイルと、このロータコイルを覆って設けられ、交互に噛み合うように突出される爪状磁極をそれぞれ有する第１のポールコア体及び第２のポールコア体から構成されたポールコアを有する回転電機の回転子の組立方法において、
   隣り合う上記爪状磁極の側面間を漏洩する磁束を低減する永久磁石を、上記爪状磁極の両側面にそれぞれ配置するステップと、
   次いで、上記爪状磁極の軸心側傾斜面に沿う平板状の中間部と、該中間部の両側に形成され上記永久磁石を上記爪状磁極の側部に保持する磁石保持部とから成る断面Ｃ字状であり、上記両側の磁石保持部に取付けられて上記永久磁石が該磁石装着部材の先端側、根元側に移動しないように係止する係止部を有する磁石装着部材を、上記爪状磁極に取付けるステップと、
   各爪状磁極の両側面に永久磁石を配して上記磁石装着部材を取付けた上記第１のポールコア体および上記第２のポールコア体を組み合わせて上記ポールコアを形成するステップとを備え、
   上記磁石装着部材を上記爪状磁極に取付け時と、取付け完了時とで、上記係止部の形状あるいは取付け傾きによる状態を変化させ、上記取付け時には該係止部の上記永久磁石が移動しないように係止する機能を解除して取付けることを特徴とする回転電機の回転子の組立方法。
6. 上記磁石装着部材は、上記永久磁石が両側に配置された上記爪状磁極の先端側から被せるように軸方向に移動させて上記爪状磁極に取付け、上記係止部は、該取付け時には上記永久磁石との接触により状態を変化させ、取付け完了時には上記永久磁石との接触を終了して所定の状態に戻すことを特徴とする請求項５記載の回転電機の回転子の組立方法。
7. 上記磁石装着部材は、上記永久磁石が両側に配置された上記爪状磁極の先端側から被せるように軸方向に移動させて上記爪状磁極に取付け、該取付け時に、上記係止部が上記永久磁石と接触しないように上記係止部の状態を変化させ、該取付け完了時には上記係止部を所定の状態に戻すことを特徴とする請求項５記載の回転電機の回転子の組立方法。
8. 上記磁石装着部材を上記爪状磁極に取付け完了時に、上記第１のポールコア体および第２のポールコア体を組み合わせることにより上記磁石装着部材の上記係止部を、他方のポールコア体側の上記磁石装着部材との接触により所定の状態に戻すことを特徴とする請求項７記載の回転電機の回転子の組立方法。
9. 上記永久磁石を上記爪状磁極の両側面にそれぞれ配置する際、上記永久磁石を上記爪状磁極に接着して固定することを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載の回転電機の回転子の組立方法。
10. 上記永久磁石は、第１のポールコア体および第２のポールコア体を組み合わせてポールコアを形成するステップが終了後に着磁されることを特徴とする請求項５〜９のいずれかに記載の回転電機の回転子の組立方法。

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