JP4397466B2

JP4397466B2 - 永久磁石式回転電機

Info

Publication number: JP4397466B2
Application number: JP19200499A
Authority: JP
Inventors: 崇俊松下
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 1999-07-06
Filing date: 1999-07-06
Publication date: 2010-01-13
Anticipated expiration: 2019-07-06
Also published as: JP2001025192A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は永久磁石式回転電機及びその製造方法に関し、特に中、大形の回転電機に好適で安定した特性が得られ、製造時のエネルギー効率が良く、かつ生産性に優れた永久磁石式回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、従来の永久磁石式回転電機のロータの一般的な横断面図であり、この永久磁石式のロータ１においては、円筒状のロータヨーク２の表面上に磁極数に応じた個数の永久磁石３を周方向に分布させて配置し、それを接着材を用いてロータヨーク２の上に接着し、更に永久磁石３を接着したロータヨーク２を樹脂固定用治具（図示せず）内に入れ、その治具と永久磁石３との間の隙間に溶解した樹脂４を流し込み、冷却し固化させて永久磁石３をロータヨーク２上に固定する。
このようにして構成されたロータ１は、ステータコア１１のスロット１２内に巻回されたステータ巻線１３を有するステータコア１１の内側にギャップ１４を介して回転自在に配置される。
【０００３】
この種の永久磁石式のロータ１を界磁として持つ小形回転電機においては、回転電機の小形・高出力化を目標にエネルギー積の高いサマリウム−コバルト系や鉄−ネオジウム系の希土類磁石を主に用いるのが一般的である。ところが、これら高エネルギー積の永久磁石は、吸引力や反発力が強く、更に機械的に脆弱であるため取り扱いが困難である。それでも、小形回転電機に適用した場合は、磁石が小さいため着磁後の永久磁石３はロータヨーク２の表面に比較的容易に接着でき、また、着磁用電源容量も小さくて済むことから、着磁前の永久磁石３の磁性部材をロータヨーク２に接着固定し軸穴２ａをロータ軸（図示せず）に嵌合した後、ロータ１をステータ１０内に挿入してステータ１０側から着磁する方法も一般的に採用されている。
【０００４】
ところが、永久磁石３を界磁として持つ中、大形回転電機においては、それに使用される永久磁石３も小形回転電機に比較して大きくなるため、その取り扱いは更に困難となり、作業性も極端に悪化する。特に、永久磁石３の吸引力が大きいため、永久磁石３をロータヨーク２に接着固定する際に永久磁石３が割れたり、欠けが発生したりする可能性が高くなる。また、最近では有限要素法などの磁界解析手法により磁石形状の精密な最適設計を行い、トルクの脈動を軽減するなどの対策を講ずる傾向にあるが、その場合、設計どおりの特性を発揮する回転電機を実現するためには、永久磁石３の位置決めが非常に重要となる。
【０００５】
近年、永久磁石式回転電機に対しては、小形化、大容量化が求められており、これに伴い、回転電機内の温度が高くなる傾向にある。上記従来の回転電機の問題点を踏まえ、このような事態に対処すべく工夫されたものとして、例えば、特開昭６１−１０６０４９号公報に、軸方向に走る係止溝が磁極数に応じ周方向に分布して外周面部に形成されたロータヨークと、このロータヨークの係止溝にはめ込み係止された非磁性材からなる磁石固定具と、前記ロータヨークの外周面上の隣り合う磁石固定具間に磁石固定具を周方向係止部材として配設された永久磁石と、この永久磁石を固定するために隣り合う永久磁石間に介在された樹脂とを具備して、永久磁石の位置決め及び固定を正確かつ容易に、しかも高温硬化樹脂を用いて補強することなく確実に達成できるようにした回転電機の永久磁石ロータの発明が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特開昭６１−１０６０４９号公報記載の発明によって、従来から問題となっていた位置決め精度を向上させる問題は解決されるが、大形回転電機においては、依然として永久磁石をロータヨークに接着固定する際の割れや欠けの問題は未解決のまま残っており、更に詳述すれば次のとおりである。
▲１▼．永久磁石３をロータヨーク２に接着・位置決め固定する際に、永久磁石３の吸引力により相互に衝突して永久磁石３が割れ、欠けし、また、永久磁石３のメッキが剥がれて永久磁石３の特性を損なう恐れがある。
▲２▼．永久磁石３が軸方向に複数に分割されている場合、永久磁石３を形成するときに永久磁石３同士の反発力もしくは吸引力により作業性が著しく悪化し、その傾向は永久磁石３が大型化する程著しい。
▲３▼．ロータ１が大きくなると、これに伴い永久磁石３とロータヨーク２を接着する接着材を熱硬化させる設備が大型化し生産性が悪化する。
【０００７】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、磁極の位置決め・取り付けが容易・確実にできて安定した特性が得られ、かつ、生産性に優れた、特に、中・大形の回転電機に好適な永久磁石式回転電機を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る永久磁石式回転電機は、多数のスロットと各スロットに装着された巻線とを有するステータ及び上記ステータの内面とギャップを介して対向配置されると共に、外周面に磁極数と対応した数の永久磁石を装着したロータを有する永久磁石式回転電機において、ロータが、ロータ軸と一体化された磁性材からなり、外周部に磁極数と対応した数の軸方向に延在する磁極固定溝を有するロータヨークと、複数個の永久磁石が固定され、各磁極固定溝に装着される複数個の台板（以下、バックプレートという）とを備えたものである。また、当該永久磁石式回転電機は、バックプレートが、磁性材により形成されると共に、磁極固定溝への装着時に、複数個の永久磁石がロータ軸の延長方向に並ぶようにされているものである。また、当該永久磁石式回転電機は、磁性部材を熱硬化性の接着材によってバックプレートに固定した後、加熱硬化させるようにしたものである。
【００１０】
この発明に係る永久磁石式回転電機は、また、磁極固定溝を、断面形状がほぼ台形となるように形成しているものである。
【００１１】
この発明に係る永久磁石式回転電機は、また、バックプレートを、断面形状がほぼ台形となるように形成しているものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の一実施の形態につき図に基づいて説明する。図１はこの発明の実施の形態１である永久磁石式回転電機の部分横断面図、図２は図１における着磁前の磁極の斜視図、図３は図１に示すロータヨークの要部横断面図である。なお、各図中、同一符号は従来例におけるものと同一又は同等のものを示す。図１に示すように、本実施の形態１のロータ２１は、ロータ軸（図示せず）に嵌合され一体化されるロータヨーク２２の外周面に軸方向に向けて配置され磁極数に応じて周方向に設けられた、横断面形状がほぼ台形の磁極固定溝２３の内端の楔形の係止部２３ａに、永久磁石２４が接着固定されたバックプレート２５の端部２５ａが係止され、バックプレート２５の下面２５ｃは磁極固定溝２３の底面２３ｂに押圧され密着している。そして、図示されていないロータ軸上にロータヨーク２２が嵌合され一体化されて、ステータコア１１のスロット１２内に巻回されたステータ巻線１３を有するステータ１０の内側にギャップ１４を介して回転自在に配置される。
【００１５】
次に、上記のように構成されたロータ２１の製造工程について説明する。
まず、図２に示すように、着磁前に分割された磁性材からなる磁極ブロック２４ａが熱硬化性の接着材を塗布した鉄等の剛性を有する磁性材からなるバックプレート２５のロータ２１の外径側となる上面２５ｂに取り付けられる。更に、この着磁前の磁極ブロック２４ａとバックプレート２５を加熱炉（図示せず）に入れて接着材を熱硬化させ、磁極ブロック２４ａをバックプレート２５に接着固定する。その後、図示しない公知の着磁装置により磁極ブロック２４ａを着磁して所要の強さに磁化された永久磁石２４を形成し回転電機の磁極２６とする。そして、この永久磁石２４が固着されたバックプレート２５を磁極固定溝２３内に軸方向から挿入し端部２５ａを磁極固定溝２３の係止部２３ａに係止しバックプレート２５の下面２５ｃを磁極固定溝２３の底面２３ｂに押圧・密着させてロータ２１が完成する。この場合、バックプレート２５と磁極固定溝２３間を常温硬化性接着材で接着しておくと、軸方向のずれが生じにくくなり信頼性が増す。また、永久磁石２４とバックプレート２５を冷却すると、バックプレート２５を容易に磁極固定溝２３内へ挿入でき、ロータヨーク２２とバックプレート２５が同一温度になったとき磁極固定溝２３の空隙寸法が小さくなるように設計されると，冷やし嵌めの手法を適用することができる。この冷やし嵌めの手法を用いると、バックプレート２５のロータヨーク２２への固定の信頼性を更に向上させることができる。
【００１６】
以上のようにしてロータ２１を製作すれば、永久磁石２４を用いて構成した磁極２１の大きさの如何に影響されることなく、ロータ２１の磁極形成時に永久磁石２４に割れ、欠けを生じることなくロータヨーク２２への永久磁石２４の取り付けを行うことができる。また、取り扱い易い状態にある着磁前にある永久磁石２４の磁性部材を、精度良く加工されたバックプレート２５に正確に位置決め接着することができ、更に、精度良く加工されたロータヨーク２２の磁極固定溝２３に嵌合することができるので、設計どおりの回転電機を実現することができる。更にまた、接着材の熱加工は永久磁石２４とバックプレート２５で構成された単純な磁極２６の加熱となるため、永久磁石２４を直接ロータに接着する従来の回転電機と比較して接着材の熱硬化に要する加熱炉を小型化でき、エネルギー効率を高くできる。
【００１７】
本実施の形態１による回転電機の磁極２６に働く遠心力や回転力は、その殆どが永久磁石２４とバックプレート２５間の接着強度と永久磁石２４の吸引力で支持され、ロータヨーク２２と磁極２６は、ロータヨーク２２の磁極固定溝２３に固定されたくさび状のバックプレート２５の端部２５ａで係止される。ここで、運転中の振動、位置決め用として常温硬化性の接着材を用いてバックプレート２５と磁極固定溝２３のくさび溝壁間とを接着し軸方向に固定しておくと、信頼性が高まる。
なお、本実施の形態１においては、ロータヨーク２２を別体で製作して図示しないロータ軸に嵌合し一体化したものを示したが、ロータ軸を削り出してロータヨーク２２を形成しても良い。
【００１８】
【発明の効果】
この発明は以上のように構成したので、以下のような効果を奏する。
永久磁石をバックプレートに固着し、バックプレートを、ロータヨークの外周部に設けた磁極固定溝に装着するようにしたので、中・大形回転電機の永久磁石の位置決めが容易、かつ、正確に行うことができ、所要の安定した特性が得られる。
また、複数ブロックに分割された永久磁石をバックプレートに固定して一体化された構成としたので、中・大形回転電機の永久磁石を容易に得られる。
【００１９】
着磁前に磁性部材をバックプレートに固着した後、着磁装置を用いて磁性部材を磁化し永久磁石を形成するようにしたので、両者間に吸引力や反発力が作用する問題がなく、正確な位置決めを作業性良く行うことができ、従来のような取り付け時に永久磁石が破損することは大幅に減らすことができる。
また、磁性部材とバックプレートとの固定を、接着材を熱硬化させることにより行うようにしたので、小さな加熱炉を用いて効率良く強い接着が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１である永久磁石式回転電機の部分横断面図である。
【図２】図１における磁極の斜視図である。
【図３】図１におけるロータヨークの部分横断面図である。
【図４】従来の永久磁石式回転電機の部分横断面図である。
【符号の説明】
１０ステータ、１４ギャップ、２１ロータ、２２ロータヨーク、
２３磁極固定溝、２３ａ係止部、２３ｂ底面、２４永久磁石、
２４ａ磁極ブロック、２５バックプレート、２５ａ端部、
２５ｂ上面、２５ｃ下面。

Claims

多数のスロットと各スロットに装着された巻線とを有するステータ及び上記ステータの内面とギャップを介して対向配置されると共に、外周面に磁極数と対応した数の永久磁石を装着したロータを有する永久磁石式回転電機において、
上記ロータは、
ロータ軸と一体化された磁性材からなり、外周部に磁極数と対応した数の軸方向に延在する磁極固定溝を有するロータヨークと、
それぞれが磁性材により形成されて、それぞれが複数個の永久磁石がロータ軸の延長方向に互いに接触しながら並ぶように固定され、それぞれが上記各磁極固定溝に装着される複数個の台板と、
を備え、
上記永久磁石は、熱硬化性の接着剤によって固定された後に、加熱硬化させるように固定されていること、
を特徴とする永久磁石回転電機。
上記磁極固定溝は、断面形状がほぼ台形となるように形成されていることを特徴とする請求項１記載の永久磁石式回転電機。
上記台板は、断面形状がほぼ台形となるように形成されていることを特徴とする請求項１記載の永久磁石式回転電機。