JP5580093B2 - 回転電機および回転電機の磁石固定方法 - Google Patents

Description

本発明は回転電機に関し、永久磁石式回転電機の磁石固定構造および磁石固定方法に関するものである。

従来の永久磁石式回転電機は円筒状に形成されたロータの一部に磁石を埋め込み又は接着剤で貼り付けた構成となっている場合が一般的である。永久磁石を貼付ける回転子の部位には周方向に固定する為の凹部（溝）を設け、永久磁石は凹部で周方向の位置決めを行い、接着剤を用い回転子に永久磁石を固定する場合が多い。軸方向及び径方向の固定は接着剤の接着力に依るが、更に信頼性を求める場合、回転電機の磁気特性を損なわない為、非磁性の当て板を設置していた。

従来例として特許文献１（特開平０８−１２６２３３号公報）を挙げることができる。本特許文献では、外転型回転子を持つアウターロータ型の永久磁石式電動機のロータに接着剤で永久磁石を固定するに際し、接着剤による磁気特性悪化を防止するため、接着剤に磁性粉末を混入する技術が示されている。

特開平０８−１２６２３３号公報

しかしながら、接着剤により磁石とロータ部材を固着する場合、接着剤は化学反応による結合力を得る為、温度、湿度等の作業環境や塗布量等の作業方法に起因する強度バラツキが発生し易く、磁石の固着強度の信頼性を低下させる要因となっていた。したがって製品の信頼性を高める為には、製作工程の厳格な管理、工程内での強度確認試験を行う等、製造工程が煩雑となっていた。また、非磁性の当て板を設置する場合にはその非磁性部品及び取り付け作業分がコストアップに繋がる事はいうまでも無い。

本発明は、この問題点を改善すべく、構成が簡単で、永久磁石の固着の信頼性の向上を図った回転電機および回転電機の磁石固定方法を提供するものである。

本発明は、上記課題を改善すべく、回転自在にフレームに固定され、円周上に永久磁石が複数個配置された積層鋼板からなる回転子と、上記回転子に対向するようにフレームに固定された固定子を備えた回転電機において、
上記回転子は永久磁石の位置決め用溝と、積層鋼板の両側端の鋼板に、永久磁石の径方向側面の一部に接して、該永久磁石を固定する固定突起を有することを特徴とする。

また、上記に記載の回転電機において、上記固定突起は積層鋼板の両側端の鋼板に爪状に形成され、永久磁石を積層方向に挟んだ状態で塑性変形されることにより永久磁石を上記位置決め用溝に固定することを特徴とする。

また、上記に記載の回転電機において、上記固定突起は積層鋼板の両側端の鋼板に爪状に複数個形成され、永久磁石を積層方向に挟んだ状態で塑性変形されることにより永久磁石を複数箇所で支えて固定することを特徴とする。

また、上記に記載の回転電機において、上記固定突起は積層鋼板の円周方向に複数個形成され、永久磁石を挟んだ状態で塑性変形されることにより永久磁石の円周方向の両端部を支えて固定することを特徴とする。

また、上記に記載の回転電機において、回転子は上記固定子の外周側に配置された外転型の回転子であることを特徴とする。

本発明は、回転自在にフレームに固定され、円周上に永久磁石が複数個配置された積層鋼板からなる回転子と、上記回転子に対向するようにフレームに固定された固定子を備えた回転電機の磁石固定方法において、上記回転子の積層鋼板の両側端の鋼板に、永久磁石の径方向側面の一部に接する固定突起を形成し、着磁前の磁石を上記固定突起で挟んだ状態で塑性変形させて回転子に固定し、次いで固定された磁石に着磁を行なうことを特徴とする。

本発明によれば、永久磁石の固定の効率化及び信頼性の向上を図る事が出来る。

本発明を適用した回転子の側面を示す部分図。 図１を拡大して示す詳細図。 図２から側端の積層板を取除いた状態を示す詳細図。 図２のＡ−Ａ断面から見た断面図。 外転型永久磁石式回転電機の断面図。 磁石の固定位置の説明図。

以下、図を用いて実施例を詳細に説明する。実施例の回転電機は回転子が固定子の外周側に配置された外転型回転子をもつ回転電機である。

図５において、固定フレーム３に環状の鋼板の積層体からなる固定子４が固定され、固定子４の外周の磁極４ｂにコイル４ａが巻回されている。３ａは回転子５（後述）の軸である。上記固定子４のコイル４ａに駆動電流を通電して回転磁界を生じさせることにより、回転子５が回転する。

上記磁極４ｂの外周側には、隙間を介して回転子５が回転自在に固定されている。回転子５は、その回転軸５ａがフレーム３の軸３ａにベアリング５ｂを介して回転自在に支えられている。回転子５の上記磁極４ｂの外周側に対向する部分には、鋼板を積層した環状の積層鋼板１が固定され、この積層鋼板１の内周に永久磁石２が周方向に複数個固定される。この永久磁石２と上記固定子４の磁極４ｂに隙間が介在するように、上記固定子４と回転子５が配置される。

図１〜図４において、回転子５の積層鋼板１は内側の鋼板１ｄとその両側端の鋼板１ｃで構成され、各鋼板には内周に永久磁石２の位置決め用溝１ｂが形成されている。上記両側端の鋼板１ｃは、各位置決め用溝１ｂの両端付近の内周側から鋼板の一部が伸びて爪状の固定突起１ａが形成されている。永久磁石２は上記各位置決め用溝１ｂに位置決めされた状態で、両側を上記固定突起１ａにより積層方向に支えられて固定される。

図４に示すように、永久磁石２の長さと積層鋼板１の積層厚さ（鋼板１ｃ間の長さ）が同一に設定されている。したがって、固定突起１ａは積層鋼板１の両側端の鋼板１ｃの一部が延びて形成されるに際し、延長部分が途中の１ｅ部分で湾曲して永久磁石２の側面に接するように伸び、そして先端が磁石の角部に沿って塑性変形できる長さに形成されている。永久磁石２を固定する両側端の積層鋼板１ｃは磁性材料なので、回転電機の磁気特性を悪化させず、また、積層鋼板１ｃ１枚は永久磁石２の断面積に対し磁気的に無視できる程度に薄いので、磁気的特性を悪化させない。このように、固定突起１ａは新たに設けることがないので、積層鋼板をそのまま利用することで積層方向の寸法を広げることなく、コスト的にも有利となる。

永久磁石の固定に際しては、上記位置決め用溝１ｂに周方向に位置決めされた磁石２を、上記固定突起１ａにより積層鋼板１の両側端で回転電機の軸方向に固定し、突起の爪状の先端部を折り曲げる事により、径方向に固定する事ができる。このように、磁石２は上記固定突起１ａと上記位置決め用溝１ｂにより、回転電機の軸方向、径方向および回転方向に移動しないように固定することができる。

さらに、回転電機として外転型回転子を持つので、回転子５の回転により永久磁石２には遠心力が働く。この遠心力は永久磁石２を積層鋼板１に押付ける方向となるので、永久磁石２を回転電機の径方向に固定する作用を果たす。したがって、固定突起１ａによる回転電機の径方向の永久磁石２に対する固定力をあまり大きくする必要がない。このため、固定突起１ａの剛性をあまり高める必要がなく、固定突起１ａの塑性変形が容易となり、永久磁石２の固定作業が容易となる。

上記では、磁化済の（着磁状態の）永久磁石２を固定する場合について説明したが、着磁前の磁石についても同様に固定できる。すなわち、着磁状態の磁石は鋼板との間で磁気吸着力が働くため、取扱が面倒な点がある。この取扱いの難しさを考慮し、回転電機の組立工程では、磁化していない（着磁前の）永久磁石２を積層鋼板１に固定する方が簡単で望ましい。

着磁前の磁石２の固定時には、回転子の積層鋼板１へ磁気吸着する力が働かない為、冶具等で簡単に支えることができる。この冶具で支えた状態で上記固定突起１ａの先端を磁石２に沿って塑性変形させて固定する。次いで、固定された磁石に着磁を行い磁化された永久磁石２とする。磁化された永久磁石２は、自身の磁力によって積層鋼板１との間で磁気吸引力が働き、この磁気吸引力と上記固定突起１ａの機械的固定とによって、積層鋼板１に強固に固定される。

このように本実施例では、永久磁石２の固定用の別部材及び、接着剤を削減する事ができ、かつ永久磁石固着に対しバラツキを発生させる要因を除き、固定の信頼性を向上させる事が出来る。そして、永久磁石２を機械的に固着する事により、接着剤の使用に伴う、管理工数を削減し、且つ信頼性の高い製品を供給する事が出来る。

また、本実施例によれば、永久磁石２の固定は永久磁石２の磁力及び、固定突起１ａの塑性変形により固着している為、接着した永久磁石２では難しかった、永久磁石２の交換が可能となる副次的効果もある。

積層鋼板１での固定突起１ａに構成する場所は、平板型の永久磁石２を用いる場合には、永久磁石の周方向の両端を押さえる構造が望ましい。図６の磁石の固定位置の説明図で示すと、上記固定子４の外周と上記積層鋼板１に固定された上記永久磁石２の隙間（エアギャップ）の距離は、永久磁石２の中央部分での距離Ｌ２より両端部での距離Ｌ１が大きくなる（Ｌ２＜Ｌ１）。永久磁石２の固定では固定突起１ａが上記隙間に突出するが、この突出量には誤差があるため、固定突起１ａと上記固定子４の外周と接触を避けるためには、できるだけ隙間の大きい距離Ｌ１付近の永久磁石の周方向の両端に固定突起１ａを配置するのが安全である。

なお、外転型回転子の他に内転型回転子の回転電機の場合は、回転子の外周に永久磁石を固定することになる。永久磁石は湾曲したカマボコ状に形成され、このカマボコ状磁石の周方向の両端付近を積層鋼板の一部に形成した固定突起で固定される。

１…積層鋼板、１ａ…固定突起、１ｂ…位置決め用溝、１ｃ…両側端の鋼板、１ｅ…湾曲部、２…磁石、３…フレーム、４…固定子、５…回転子。

Claims (6)

1. 回転自在にフレームに固定され、円周上に永久磁石が複数個配置された積層鋼板からなる回転子と、上記回転子に対向するようにフレームに固定された固定子を備えた回転電機において、
   上記回転子は永久磁石の位置決め用溝と、積層鋼板の両側端の鋼板に、永久磁石の径方向側面の一部に接して、該永久磁石を固定する固定突起を有することを特徴とした回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機において、上記固定突起は積層鋼板の両側端の鋼板に爪状に形成され、永久磁石を挟んだ状態で塑性変形されることにより永久磁石を上記位置決め用溝に固定することを特徴とした回転電機。
3. 請求項１または２に記載の回転電機において、上記固定突起は積層鋼板の両側端の鋼板に爪状に複数個形成され、永久磁石を挟んだ状態で塑性変形されることにより永久磁石を複数箇所で支えて固定することを特徴とした回転電機。
4. 請求項３に記載の回転電機において、上記固定突起は積層鋼板の円周方向に複数個形成され、永久磁石を挟んだ状態で塑性変形されることにより永久磁石の円周方向の両端部を支えて固定することを特徴とした回転電機。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転電機において、回転子は上記固定子の外周側に配置された外転型の回転子であることを特徴とした回転電機。
6. 回転自在にフレームに固定され、円周上に永久磁石が複数個配置された積層鋼板からなる回転子と、上記回転子に対向するようにフレームに固定された固定子を備えた回転電機の磁石固定方法において、
   上記回転子の積層鋼板の両側端の鋼板に、永久磁石の径方向側面の一部に接する固定突起を形成し、着磁前の磁石を上記固定突起で挟んだ状態で塑性変形させて回転子に固定し、次いで固定された磁石に着磁を行なうことを特徴とした回転電機の磁石固定方法。

Images