JP4896664B2

JP4896664B2 - 回転電機用回転子

Info

Publication number: JP4896664B2
Application number: JP2006294117A
Authority: JP
Inventors: 一之山本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-10-30
Filing date: 2006-10-30
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2026-10-30
Also published as: JP2008113493A

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積層鉄心の隙間に残存し易く、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、本発明では、上記積層鉄心は、周方向に沿って複数に分割されてなる鉄心片を集合した鉄心片群を軸方向に沿って多数積層して構成され、上記各鉄心片の内には、上記シャフトの挿通穴が形成された穴形成鉄心片と、互いに隣接する磁石間に位置してその両側の磁石に当接する磁石係止用の爪状突起部が形成された突起部形成鉄心片とが含まれており、上記穴形成鉄心片は、各層の鉄心片群に必ず少なくとも一つ設けられる一方、上記突起部形成鉄心片は、互いに隣接する磁石間に少なくとも一つの上記爪状突起部が介在されるようにいずれかの層の鉄心片群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、複数の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、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、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を積層鉄心に固定でき、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は積層鉄心を各層ごと分解した状態を示す斜視図、図４は積層鉄心を構成する鉄心片の積層状態を示す斜視図である。

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６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１６を多数積層してなる突起部４の間に固定されている。

上記の積層鉄心１は、周方向に沿って複数に分割（本例では磁石５の数と同数の６分割）されてなる各鉄心片１１ａ〜１１ｆが集合されてなる略円板状の鉄心片群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、各層の互いに隣接する上下の鉄心片は各鉄心片１１ａ〜１１ｆに設けたかしめ部１５によって一体的に連結固定されている。したがって、各鉄心片１１ａ〜１１ｆは、図４に示すように、周方向において鉄心片同士が分離可能である一方、積層方向（軸方向）に沿って一体化されている。

そして、各層の鉄心片群１１に含まれる６つの鉄心片１１ａ〜１１ｆ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１６が個別に設けられている。そして、この爪状突起部１６が多数積層されることで前述の突起部４が構成されている。また、６つの鉄心片１１ａ〜１１ｆの内の一つの鉄心片１１ａには挿通穴１７が形成されている。そして、これらの挿通穴１７の積層方向の集合によって前述の貫通孔２が構成されている。

したがって、各層の鉄心片群１１に含まれる６つの鉄心片１１ａ〜１１ｆの内、一つの鉄心片１１ａが特許請求の範囲における突起部形成鉄心片と穴形成鉄心片とを兼用し、残りの５つの鉄心片１１ｂ〜１１ｆが特許請求の範囲における突起部形成鉄心片となっている。さらに、各層の鉄心片群１１は、挿通穴１７を中心として周方向に沿って６０度毎に位置がずれた状態で配置されている。これにより、本例では、周方向に互いに位置をずらせて配置された６層分の鉄心片群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。

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５を参照して説明する。

まず、積層鉄心１を６つの部分６ａ〜６ｆに分割する（以下、分割された各部を分割積層鉄心という）。この場合、分割積層鉄心６ａ〜６ｆを構成する積層方向（軸方向）の鉄心片同士は、かしめ部１５によって互いに一体化されている。これにより、各分割積層鉄心６ａ〜６ｆは、互いに中心から離れる方向に引き出し可能であるため、隣接する分割積層鉄心の突起部４間の隙間を広げることができる（同図（ａ）参照）。

そこで、次に、このように広げられた突起部４の隙間に磁石５を配置する（同図（ｂ）参照）。そして、各分割積層鉄心６ａ〜６ｆを中心方向に同時に押し戻すことで、各磁石５が隣接する突起部４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にシャフト３を圧入する（同図（ｄ）参照）。これにより、６つの分割積層鉄心６ａ〜６ｆが一体化されて積層鉄心１として構成され、同時に各磁石５が突起部４間に強固に固定される（同図（ｅ）参照）。

このように、この実施の形態１によれば、シャフト３を貫通孔２に圧入するだけで、複数の磁石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、突起部４間に磁石５を軸方向から挿入することなく磁石５を固定できるため、突起部４間に磁石５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、積層鉄心１を構成する各層の鉄心片群１１は、全て磁石５の数に対応させて６分割された鉄心片１１ａ〜１１ｆで構成したが、この構成に限らず、例えば図６に示すように、上から１層、３層、５層、…の各奇数層の鉄心片群１１は、６分割された鉄心片１１ａ〜１１ｆからなるが、２層、４層、６層、…の各偶数層の鉄心片群１２は、Ｙ字形をした一つの鉄心片１２ａと、扇形をした３つの鉄心片１２ｂ〜１２ｄとの４分割されたものを使用することも可能である。この構成の場合にも、図７に示すように３つの分割積層鉄心、例えば６ａ，６ｃ，６ｅを互いに中心から離れる方向に引き出すことで、各分割積層鉄心６ａ〜６ｆの突起部４間の隙間を広げて各隙間に磁石５を装着することができる。

実施の形態２．
図８は本発明の実施の形態２における回転電機用回転子の斜視図、図９は同回転子の積層鉄心の１層分の鉄心片群を取り出して示す平面図、図１０は積層鉄心を各層ごと分解した状態を示す斜視図であり、図１ないし図５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２の回転電機用回転子は、積層鉄心１を構成する各層の鉄心片群１３は、実施の形態１の場合と同様に６つの鉄心片１３ａ〜１３ｆからなるが、互いに隣接する磁石５間に配置される爪状突起部１６は、磁石５の数よりも少なく、６つの鉄心片１３ａ〜１３ｆの内の一つの鉄心片（本例では、穴形成鉄心片）１３ａのみに設けられている。そして、各層の鉄心片群１３は、挿通穴１７を中心として周方向に沿って６０度毎に位置がずれた状態で配置されている。

このように配置することにより、図８に示すように、各々の磁石５間には積層方向に連続的に爪状突起部１６が配置されず、各磁石５間には６層分につき一つの爪状突起部１６が配置され、これを１単位として積層方向に同じ状態で繰り返される。

回転子側の磁石５と固定子側の図示しないティースとの対向面間の距離等、エアーギャップの幾何関係によっては、積層鉄心１の爪状突起部１６に隣接する磁石５間の磁束の一部が無駄に流れる場合があり、この流れは磁石５の磁力を十分に有効に作用させない。

これに対して、この実施の形態２では、各磁石５間の軸方向の一部にのみ爪状突起部１６が配置されるようになるため、磁束の無駄な流れを最小限に抑えつつ、各磁石５を確実に固定することができるという利点が得られる。

なお、この実施の形態２では、挿通穴１７を形成した鉄心片１３ａに同時に爪状突起部１６を形成しているが、この鉄心片１３ａ以外の鉄心片１３ｂ〜１３ｆの一つに爪状突起部１６を形成してもよい。

また、この実施の形態２では、図１０に示したように、各層の鉄心片群１３を周方向に沿って６０度毎に位置をずらして規則正しく配置したが、爪状突起部１６は、磁石５を安定して固定できる数だけ互いに隣接する各磁石５間に介在されればよいので、必ずしも各層の鉄心片群１３ごとに一つずつ爪状突起部１６を設ける必然性はなく、互いに隣接する磁石５間に少なくとも一つ（好ましくは複数）の爪状突起部１６が介在されるように、いずれかの層の鉄心片群１３の内のいずれかの鉄心片に爪状突起部１６を設けることが可能である。

実施の形態３．
図１１は本発明の実施の形態３における回転電機用回転子の斜視図、図１２はこの実施の形態３において使用される磁石５を示す斜視図であり、図８ないし図１０に示した実施の形態２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。

上記の実施の形態２では、各々の磁石５間には各層ごとに爪状突起部１６が配置されずに、各磁石５間の軸方向の一部にのみ爪状突起部１６が配置されるようにしている。そこで、この実施の形態３では、実施の形態２のような構成を前提とした上で、図１２に示すように、各磁石５の周方向の幅を広くするとともに、磁石５の周方向の両側面部に爪状突起部１６に嵌合する凹部５ａが形成されている。

これにより、互いに隣接する磁石５が幅広になって密接するようになるため、磁石５の有効な磁束を増やすことができ、これによってより一層特性の優れた回転電機を得ることが可能となる。

実施の形態４．
図１３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層分の鉄心片群を取り出して示す平面図であり、図８ないし図１０に示した実施の形態２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では、実施の形態２と同様に、各層の鉄心片群１３を構成する鉄心片１３ａ〜１３ｆの内の一つの鉄心片１３ａに爪状突起部１６が設けられているが、本例の特徴は、この爪状突起部１６の根元において鉄心片１３ａ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１６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１６自体もＵ字状に一部を切り欠けば、周方向に対してさらに弾性を持たせることができる。

周方向の２つの爪状突起部１６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１６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１６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１６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１３に示した構成に限らず、例えば図１４に示すように、爪状突起部１６の根元において鉄心片１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１５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１６は同回転子を軸方向から見た平面図、図１７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５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鉄心片群１９がそれぞれ設けられていることである。すなわち、上下の各鉄心片群１９は、積層鉄心１を構成する鉄心片群１１と類似した形状の６個の鉄心片１９ａ〜１９ｆからなり、各鉄心片１９ａ〜１９ｆに設けた突起部２１が各磁石５の軸方向の端面に当接するように形成されている。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。

なお、この実施の形態５ではスラスト規制部材として鉄心片群１９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。また、この実施の形態５の構成は、実施の形態２〜４の構成を備えたものに対しても適用可能である。

本発明は上記の各実施の形態１〜５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、上記の各実施の形態１〜５では、積層鉄心１に６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。

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を構成する鉄心片の軸方向に沿った積層状態を示す斜視図である。同回転子において、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の積層鉄心の変形例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。図６の回転子の積層鉄心を周方向に分割した状態を示す斜視図である。本発明の実施の形態２における回転電機用回転子の斜視図である。同回転子の積層鉄心の１層分の鉄心片群を取り出して示す平面図である。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。本発明の実施の形態３における回転電機用回転子の斜視図である。この実施の形態３において使用される磁石を示す斜視図である。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層分の鉄心片群を取り出して示す平面図である。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層分の鉄心片群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。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。

符号の説明

１積層鉄心、２貫通孔、３シャフト、５磁石、５ａ凹部、１１鉄心片群、
１１ａ〜１１ｆ鉄心片、１２鉄心片群、１２ａ〜１２ａ鉄心片、１３鉄心片群、
１３ａ〜１３ｆ鉄心片、１５かしめ部、１６爪状突起部、１７挿通穴、
１８薄肉部、１９鉄心片群（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、周方向に沿って複数に分割されてなる鉄心片を集合した鉄心片群を軸方向に沿って多数積層して構成され、上記各鉄心片の内には、上記シャフトの挿通穴が形成された穴形成鉄心片と、互いに隣接する磁石間に位置してその両側の磁石に当接する磁石係止用の爪状突起部が形成された突起部形成鉄心片とが含まれており、上記穴形成鉄心片は、各層の鉄心片群に必ず少なくとも一つ設けられる一方、上記突起部形成鉄心片は、互いに隣接する磁石間に少なくとも一つの上記爪状突起部が介在されるようにいずれかの層の鉄心片群に設けられていることを特徴とする回転電機用回転子。
上記突起部形成鉄心片は、各層の鉄心片群内に含まれ、かつ、上記磁石の個数以下の個数分設けられていることを特徴とする請求項１記載の回転電機用回転子。
上記磁石にはその周方向の側面部に上記爪状突起部に嵌合する凹部が形成されていることを特徴とする請求項２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鉄心片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。