JP4890215B2

JP4890215B2 - 回転電機用回転子

Info

Publication number: JP4890215B2
Application number: JP2006322716A
Authority: JP
Inventors: 一之山本; 公康古澤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-11-30
Filing date: 2006-11-30
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2026-11-30
Also published as: JP2008141799A

Description

本発明は、中心部にシャフトが貫通する貫通孔が設けられた略円筒状の積層鉄心を備え、この積層鉄心の外周部の周方向に沿って略円弧状の磁石が複数配設されてなる回転電機用回転子に関する。

従来、この種の回転電機用回転子において、回転子鉄心の外周部に沿って略円弧状の磁石を複数配設する場合、回転子鉄心の表面と磁石の接合部に接着剤を塗布することで磁石を固定している。しかし、磁石を固定するための接着剤は製造上の管理が難しく、例えば、回転子鉄心として略円板状の鋼板を積層した積層鉄心を用いる場合は、接着剤の塗布前に鉄心表面を十分に洗浄しても、接着材の硬化を阻害する油性分などの硬化阻害物質が鉄心すきまに残存し易く、これが接着剤塗布後に積層隙間の奥から染み出てきて接着硬化を阻害し、回転電機の回転中に磁石が剥がれるといった問題を生じる。

そこで、この問題に対処するため、従来技術では、回転子鉄心の固定子との対向面に薄肉部を残して磁石を装着する磁石装着穴を設け、この磁石装着穴に磁石を軸方向から挿入して固定したものが提供されている（例えば、特許文献１参照）。

また、他の従来技術では、回転子鉄心の外周部から突出する突起部を設け、磁石を軸方向からこれらの突起部間に挿入して磁石を固定している（例えば、特許文献２参照）。

特開２００１−３０９５９１号公報特開２００１−１６９４８５号公報

しかし、特許文献１のものでは、磁石を覆う薄肉部が磁石から発生した磁束の経路に位置しているため、固定子との対向面の距離（エアーギャップ）が増大し、エアーギャップに生じる磁束が低下することから、磁石のもつ磁力特性を十分に発揮させることができない問題が生じる。また、薄肉部を薄くする場合でも、板厚以下の厚さにすることは鉄心プレスを用いる製法においては非常に難しい問題がある。

また、特許文献２においては、磁石表面に磁石から発生する磁束の経路を阻害する部分がないものの、突起部間に磁石を軸方向から挿入するために必要な僅かな隙間を確保する必要がある。このため、磁石挿入後は、その隙間により磁石が振動して破損することを防ぐために、磁石と回転子鉄心との間に樹脂部材を挿入して隙間を充填する必要が生じる。このため、製造工程が複雑になるとともに、部材が増えてコストが増大するばかりでなく、樹脂部材は磁石のバックヨーク側の磁路中に存在することになるため、樹脂部材の厚さ分により、磁石の特性を十分発揮できない問題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、磁石の特性を十分に発揮することができ、また、簡易な製造工程によって磁石を確実に固定することができ、しかも安価な回転電機用回転子を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、中心部にシャフトが貫通する貫通孔が設けられた略円筒状の積層鉄心を備え、この積層鉄心の外周部には周方向に沿って略円弧状の磁石が複数配設された回転電機用回転子において、次の構成を採用している。

すなわち、第１の発明では、上記積層鉄心は、その中心部に上記シャフトの挿通穴が形成された略円板状の鋼板を多数積層して構成されており、これらの各鋼板の内には、周方向において互いに隣接する磁石間に位置し、かつ上記貫通孔に上記シャフトが挿入されることでその両側の磁石に当接して当該磁石を押圧固定する磁石係止用の爪状突起部が外周部の一箇所にのみ形成されてなる突起部形成鋼板が含まれており、互いに隣接する磁石間に上記爪状突起部が少なくとも一箇所介在されるように上記突起部形成鋼板がいずれかの層に設けられていることを特徴としている。
また、第２の発明では、上記積層鉄心は、その中心部に上記シャフトの挿通穴が形成された略円板状の鋼板を多数積層して構成されており、これらの各鋼板の内には、周方向において互いに隣接する磁石間に位置し、かつ上記貫通孔に上記シャフトが挿入されることでその片側の磁石のみに当接して当該磁石を押圧固定する磁石係止用の爪状突起部が外周部の二箇所に形成されてなる突起部形成鋼板が含まれており、互いに隣接する磁石間に上記爪状突起部が少なくとも二箇所介在されるように上記突起部形成鋼板がいずれかの層に設けられていることを特徴としている。

本発明によれば、シャフトを積層鉄心の貫通孔に圧入するだけで、各磁石を積層鉄心の外周部に確実に固定することができる。このため、従来のように接着剤を用いたり、磁石を覆う薄肉部を設けたりする必要がない。また、爪状突起部間に磁石を軸方向から挿入することなく磁石を固定できるため、爪状突起部間に磁石を挿入するための余分な隙間を必要とせず、隙間を充填するための樹脂部材や接着剤を別途必要としない。そのため、磁石の特性を十分に発揮しつつ、長期にわって確実に磁石５を積層鉄心１に固定でき、しかも、簡易な製造工程によって磁石の固定ができるので、安価な回転電機用回転子を提供することが可能となる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１における回転電機用回転子の全体を示す斜視図、図２は同回転子を軸方向から見た平面図、図３は同回転子の積層鉄心の１層分の鋼板を示す平面図、図４は積層鉄心を各層ごと分解した状態を示す斜視図、図５は積層鉄心に磁石を固定した状態を周方向に沿って展開した状態を示す図である。

この実施の形態１の回転電機用回転子は、略円筒状の積層鉄心１を備え、この積層鉄心１の中心部に設けられた貫通孔２にシャフト３が挿通されている。また、積層鉄心１の外周部には周方向に沿う複数箇所（本例では１０箇所）に略円弧状の磁石５が等間隔に配置され、各磁石５が後述する爪状突起部１３によって固定されている。

上記の積層鉄心１は、ケイ素鋼板等からなる略円板状の鋼板１１を軸方向に沿って多数積層して構成されている。そして、各層の鋼板１１には、その中央部にシャフト３の挿通穴１２が形成されている。また、本例では、各磁石５の厚さ方向の底面が平面状に形成されているため、各層の鋼板１１の外周部は、１０箇所が直線状に切り欠かれて全体が正１０角形状になっており、その外周部の一つの角部には互いに隣接する磁石５間に位置してその両側の磁石５に同時に当接する磁石係止用の爪状突起部１３が設けられている。

さらに、各層の鋼板１１は、挿通穴１２を中心として周方向に沿って３６度毎に順次位相がずれた状態で配置されている。これにより、本例では、周方向に互いに位相をずらせて配置された１０層分の鋼板１１を１単位として、これが積層方向に同じ状態で繰り返される。したがって、図５に示すように、爪状突起部１３の位置に着目すると、互いに隣接する磁石５間には１０層分につき一つの爪状突起部１３が配置され、また、周方向に沿って見た場合、爪状突起部１３は３６度毎に一層分ずつ軸方向にずれながら螺旋状に配置されていることになる。このように、この実施の形態１では、各鋼板１１に爪状突起部１３が形成されているので、全ての鋼板１１が特許請求の範囲における突起部形成鋼板となっている。

ここで、図６（ａ）に示すように、積層鉄心１は各層の鋼板１１の爪状突起部１３をそれぞれ貫通孔２の中心から離れる方向に引き出すことで、各層の爪状突起部１３間の磁石配置空間を広げることができる。したがって、図６（ｂ）に示すように、この状態で磁石５を外周から貫通孔２の中心に向かう方向に挿入することができる。

次に、上記構成の回転電機用回転子において、積層鉄心１に磁石５を固定する手順について、図７を参照して説明する。

まず、積層鉄心１の各鋼板１１の爪状突起部１３を貫通孔２の中心から離れる方向に引き出す。これにより、互いに隣接する爪状突起部１３間の隙間を広げることができるので、このように広げられた爪状突起部１３間の空間に磁石５を配置する（同図（ａ），（ｂ）参照）。

次に、磁石５を貫通孔２の中心に押し付けながら、同時に引き出した爪状突起部１３も貫通孔２の中心方向に押し戻すことで、各磁石５が隣接する爪状突起部１３間に隙間なく位置決めされる（同図（ｃ）参照）。続いて、貫通孔２内にシャフト３を圧入することで、各鋼板１１が一体化されて積層鉄心１として構成されると同時に、各磁石５が爪状突起部１３により積層鉄心１の表面に押し付けられて固定される（同図（ｄ）参照）。

このように、この実施形態１によれば、シャフト３を貫通孔２に圧入するだけで、各磁石５を積層鉄心１の外周部に確実に固定することができる。このため、従来のように接着剤を用いたり、磁石５を覆う薄肉部を設けたりする必要がない。また、爪状突起部１３間に磁石を軸方向から挿入することなく磁石を固定できるため、爪状突起部１３間に磁石を挿入するための余分な隙間を必要とせず、隙間を充填するための樹脂部材や接着剤を別途必要としない。そのため、磁石５の特性を十分に発揮しつつ、長期にわって確実に磁石５を積層鉄心１に固定でき、しかも、簡易な製造工程によって磁石５の固定ができるので、安価な回転電機用回転子を提供することが可能となる。

なお、この実施の形態１では、各層の全ての鋼板に爪状突起部１３を形成して突起部形成鋼板１１とし、各層の突起部形成鋼板１１を周方向に沿って順次３６度毎に位相をずらして規則正しく配置したが、爪状突起部１３は磁石５を安定して固定できる数だけ各磁石５間に介在されるようにすればよいので、各層全てを突起部形成鋼板１１とする必然性はなく、互いに隣接する磁石５間に少なくとも一つの爪状突起部１３が介在されるように、例えば、回転子を周方向に沿って展開した図８に示すように、爪状突起部１３を形成しない突起部非形成鋼板４１が複数層積層された間に、爪状突起部１３を形成した突起部形成鋼板１１を適宜に挿入配置した構成とすることも可能である。

実施の形態２．
図９は回転電機用回転子の積層鉄心の１層分の鋼板を示す平面図、図１０は積層鉄心を各層ごと分解した状態を示す斜視図、図１１は同回転子を軸方向から見た平面図であり、図１ないし図７に示した実施の形態１と対応もしくは相当する構成部分には同一の符号を付す。

図９および図１０に示すように、積層鉄心を構成する各層の鋼板１１は、その中央部にシャフト３の挿通穴１２が形成され、また、外周部の２箇所には爪状突起部１３が形成されている。この場合の２つの爪状突起部１３は、その間隔が各磁石５の周方向の幅よりも僅かに大きくなるように設定されている。しかも、図１１に示すように、両爪状突起部１３間に配置される磁石５に関しては、その磁石５を直接固定することができず、両爪状突起部１３のそれぞれ外側に位置する磁石５の側面部に各爪状突起部１３が当接して磁石５を固定する役目を果たすようになっている。

例えば、図１０において、上から２層目の鋼板１１の２つの爪状突起部１３間に位置することとなる磁石は、その左側面に１層目の鋼板１１の右側の爪状突起部１３が当接し、また、その右側面に３層目の鋼板１１の左側の爪状突起部１３が当接することにより固定される。

このように、各層の各鋼板１１を磁石５の位相角度（この場合３６度）分ずつ周方向に沿ってずらして配置することで、爪状突起部１３は積層鉄心１の円周表面に螺旋状に配置されることになり、実施の形態１と同様にシャフト３を圧入することで磁石５が固定される。

すなわち、積層鉄心１に磁石５を固定するには、図１２に示すように、まず、積層鉄心１の各鋼板１１の爪状突起部１３を貫通孔２の中心から離れる方向に引き出して互いに隣接する爪状突起部１３間の隙間を広げた上で（同図（ａ）参照）、爪状突起部１３間の空間に磁石５を配置する（同図（ｂ）参照）。

次に、磁石５を貫通孔２の中心に押し付けながら、同時に引き出した爪状突起部１３も貫通孔２の中心方向に押し戻すことで、各磁石５が隣接する爪状突起部１３間に隙間なく位置決めされる（同図（ｃ）参照）。続いて、貫通孔２内にシャフト３を圧入することで、各鋼板１１が一体化されて積層鉄心１として構成されると同時に、各磁石５が爪状突起部１３により積層鉄心１の表面に押し付けられて固定される。

このように、上記の実施形態２においても、実施の形態１と同様、シャフト３を貫通孔２に圧入するだけで、各磁石５を積層鉄心１の外周部に確実に固定することができるため、接着剤を用いることが不要である。また、爪状突起部１３間に磁石５を軸方向から挿入することなく磁石５を配置することができるため、爪状突起部１３間に磁石５を挿入するための隙間は不要であり、隙間を埋めるための樹脂材や接着剤を別途必要としない。そのため、簡易な製造工程によって磁石５を固定できるので、安価な回転電機用回転子を提供することができる。

実施の形態３．
図１３は本発明の実施の形態３における回転電機用回転子の積層鉄心の１層分の鋼板を示す平面図、図１４は図１３のＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線に沿った断面図、図１５は積層鉄心を各層ごと分解した状態を示す斜視図であり、図１ないし図７に示した実施の形態１と対応もしくは相当する構成部分には同一の符号を付す。

この実施の形態３の特徴は、積層鉄心１を構成する各鋼板１１同士を一体的に連結するために、各鋼板１１の挿通穴１２の周縁部に、半抜き状にかしめて平面視円形に形成された凸部１５、およびこの凸部１５よりも口幅が大きくかつ上記挿通穴１２の周縁部に沿った形状の長穴１６がそれぞれ２箇所形成されている。そして、凸部１５と長穴１６とは、磁石５の周方向の配置角度θ（本例では３６度）と同じ角度θだけ周方向に沿って位置をずらせて設けられ、また、凸部１５同士および長穴１６同士は、挿通穴１２の中心Ｏに対して互いに対向配置されている。
その他の構成は実施の形態１の場合と同様である。

各層の鋼板１１を、挿通穴１２を中心として周方向に沿って３６度毎に位相がずれた状態で配置してこれらの鋼板１１を積層すると、図１５および図１６（ａ１），（ａ２）に示すように、上側の鋼板１１の凸部１５が下側の鋼板１１の長穴１６（破線で示す）に嵌合される。また、下側の鋼板１１の凸部１５はさらに一層下の鋼板１１の長穴１６に嵌合される。このようにして、各層の上下間の鋼板１１同士が凸部１５と長穴１６とによって互いに連結されて、積層鉄心１全体が一体化される。

したがって、積層鉄心１に磁石５を取り付ける際に、図１６（ｂ１），（ｂ２）に示すように、積層鉄心１の各鋼板１１の爪状突起部１３を挿通穴１２の中心から離れる方向に引き出すと、各凸部１５が長穴１６の形状に沿って移動するので、各層の鋼板１１を互いに連結した状態に保ちながら互いに隣接する爪状突起部１３間の隙間を広げて磁石５を装着することができる。

このように、この実施の形態２では、凸部１５が長穴１６に沿って移動できるので、爪状突起部１３間の磁石配置空間の広狭の調整を容易に行える。また、鉄心金型で製造された積層鉄心１をプレス工程で製作すると、以降は一体化した状態で扱うことができるので、ばらばらの鋼板を取り扱うよりも鋼板１１の扱いが容易となり、生産性が向上する。

実施の形態４．
図１７は本発明の実施の形態４における回転電機用回転子の積層鉄心の１層分の鋼板を示す平面図であり、図１ないし図７に示した実施の形態１と対応もしくは相当する構成部分には同一の符号を付す。

この実施の形態４の特徴は、実施の形態１と同様に、各層の鋼板１１に一つの爪状突起部１３が設けられているが、爪状突起部１３の根元において鋼板１１の一部をＵ字状に切り欠いて薄肉部１８が形成されており、これによって爪状突起部１３が弾性をもつように構成されていることである。また、図示のように、爪状突起部１３自体もＵ字状に一部切り欠すれば、周方向に対してさらに弾性を持たせることができる。
その他の構成は実施の形態１と同様である。

周方向の２つの爪状突起部１３の間に確保される磁石設置空間に対して、磁石５の厚さや幅方向寸法が大きくばらついた場合、磁石５のまわりに隙間が空いたり、また、磁石５の周辺部において、爪状突起部１３との接触具合によって応力が集中する場合があり、最悪、磁石５の一部が破損して脱落する恐れがある。

これに対して、この実施の形態４のように、爪状突起部１３の根元を一部切り欠いて薄肉部１８を形成すると、磁石５に対して爪状突起部１３を弾性的に接触させることができるため、常に隙間のない状態で磁石５を固定することができ、磁石５を応力集中のない状態で確実に固定することが可能となる。

なお、図１７に示した構成に限らず、例えば図１８に示すように、爪状突起部１３の根元において鋼板１１を円弧状に一部切り欠いて薄肉部１８を形成することも可能であり、同様な作用効果を奏することができる。さらに、図１９に示すように、鋼板１１の外周部に２つの爪状突起部１３が形成されている場合にも、これらの爪状突起部１３の根元において鋼板１１を円弧状に一部切り欠いて薄肉部１８を形成することも可能であり、同様な作用効果を奏することができる。

実施の形態５．
図２０は本発明の実施の形態５における回転電機用回転子の全体を示す斜視図、図２１は同回転子を軸方向から見た平面図であり、図１ないし図７に示した実施の形態１と対応もしくは相当する構成部分には同一の符号を付す。

この実施の形態５の特徴は、積層鉄心１の軸方向の上下端に各磁石５の軸方向端面に当接するスラスト規制部材としての鋼板２１がそれぞれ設けられていることである。すなわち、上下の各鋼板２１は、その外周部に各磁石５の軸方向の端面に当接する突起２２が形成されている。これにより、各磁石５は周方向の移動のみならず軸方向への移動も規制されるため、積層鉄心１に対して各磁石５をより一層確実に固定することが可能となる。
その他の構成は、実施の形態１の場合と同様である。

なお、この実施の形態５ではスラスト規制部材として突起２２を有する鋼板２１を設けているが、スラスト規制部材を各磁石５の軸方向端面に当接する単純な円板や正多角形板で構成することも可能である。

本発明は上記の各実施の形態１〜５の構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において各種の変形を加えることが可能である。例えば、上記の実施の形態１〜５では、積層鉄心１に１０個の磁石５を配置しているが、本発明はこのような磁石５の数に限定されるものではなく、複数個の磁石５を配置したものに適用することが可能である。また、実施の形態１〜５の構成を適宜組み合わることも可能である。

本発明の実施の形態１における回転電機用回転子の全体を示す斜視図である。同回転子を軸方向から見た平面図である。同回転子の積層鉄心の１層分の鋼板を示す平面図である。同回転子の積層鉄心を各層ごと分解した状態を示す斜視図である。同回転子の積層鉄心に磁石を固定した状態を周方向に沿って展開した状態を示す図である。同回転子の積層鉄心に磁石を固定する場合の説明図である。同回転子の積層鉄心に磁石を固定する手順の説明図である。本発明の実施の形態１における回転電機用回転子の変形例を示すもので、積層鉄心に磁石を固定した状態を周方向に沿って展開した状態を示す図である。本発明の実施の形態２における回転電機用回転子の積層鉄心の１層分の鋼板を示す平面図である。同回転子の積層鉄心を各層ごと分解した状態を示す斜視図である。同回転子を軸方向から見た平面図である。同回転子の積層鉄心に磁石を固定する手順の説明図である。本発明の実施の形態３における回転電機用回転子の積層鉄心の１層分の鋼板を示す平面図である。図１３のＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線に沿った断面図である。本発明の実施の形態３において、積層鉄心を各層ごと分解した状態を示す斜視図である。同回転子において、積層鉄心の各層の鋼板同士の連結状態を示すもので、同図（ａ１）は平面図、同図（ａ２）は同図（ａ１）のＣ−Ｃ線に沿った断面図、同図（ｂ１）は平面図、同図（ｂ２）は同図（ｂ１）のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。本発明の実施の形態４における回転電機用回転子の積層鉄心の１層分の鋼板を示す平面図である。本発明の実施の形態４の回転電機用回転子の積層鉄心の１層分の鋼板の変形例を示す平面図である。本発明の実施の形態４の回転電機用回転子の積層鉄心の１層分の鋼板の他の変形例を示す平面図である。本発明の実施の形態５における回転電機用回転子の全体を示す斜視図である。同回転子を軸方向から見た平面図である。

符号の説明

１積層鉄心、２貫通孔、３シャフト、５磁石、
１１鋼板（突起部形成鋼板）、１２挿通穴、１３爪状突起部、１５凸部、
１６長穴、１８薄肉部、２１鋼板（スラスト規制部材）。

Claims

中心部にシャフトが貫通する貫通孔が設けられた略円筒状の積層鉄心を備え、この積層鉄心の外周部には周方向に沿って略円弧状の磁石が複数配設された回転電機用回転子において、上記積層鉄心は、その中心部に上記シャフトの挿通穴が形成された略円板状の鋼板を多数積層して構成されており、これらの各鋼板の内には、周方向において互いに隣接する磁石間に位置し、かつ上記貫通孔に上記シャフトが挿入されることでその両側の磁石に当接して当該磁石を押圧固定する磁石係止用の爪状突起部が外周部の一箇所にのみ形成されてなる突起部形成鋼板が含まれており、互いに隣接する磁石間に上記爪状突起部が少なくとも一箇所介在されるように上記突起部形成鋼板がいずれかの層に設けられていることを特徴とする回転電機用回転子。
中心部にシャフトが貫通する貫通孔が設けられた略円筒状の積層鉄心を備え、この積層鉄心の外周部には周方向に沿って略円弧状の磁石が複数配設された回転電機用回転子において、上記積層鉄心は、その中心部に上記シャフトの挿通穴が形成された略円板状の鋼板を多数積層して構成されており、これらの各鋼板の内には、周方向において互いに隣接する磁石間に位置し、かつ上記貫通孔に上記シャフトが挿入されることでその片側の磁石のみに当接して当該磁石を押圧固定する磁石係止用の爪状突起部が外周部の二箇所に形成されてなる突起部形成鋼板が含まれており、互いに隣接する磁石間に上記爪状突起部が少なくとも二箇所介在されるように上記突起部形成鋼板がいずれかの層に設けられていることを特徴とする回転電機用回転子。
上記各鋼板の上記挿通穴の周縁部には、鋼板連結用の円形の凸部、およびこの凸部よりも口幅が大きくかつ上記挿通穴の周縁に沿った形状の長穴が共に形成され、上記凸部と長穴とは上記磁石の周方向の配置角度と同じ角度だけ互いに周方向に沿って位置をずらせて設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機用回転子。
上記爪状突起部の根元には上記鋼板の一部を切り欠いた薄肉部が形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の回転電機用回転子。
上記積層鉄心の軸方向の上下端には、上記各磁石の軸方向の端面に当接するスラスト規制部材が設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の回転電機用回転子。