JP6269195B2 - 回転子の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は回転子を製造する技術に関し、特にいわゆるラジアルギャップ形の回転電機に採用される回転子を製造する技術に関する。

特許文献１には、磁石を内蔵したロータにおいて、そのＮ極からＳ極への磁束の短絡を防ぐ技術が紹介される。具体的にはロータコアにおいて磁石が埋設される磁石配置開口穴が形成される。磁石配置開口穴の一部によって空隙部が形成される。空隙部とロータコアの外周面との間や空隙部同士の間のブリッジの幅を狭くする。

特許文献１では更に、磁石と磁石配置開口穴との間の外周側空隙部や内周側空隙部には非磁性の樹脂等が充填できる。更に外周側空隙部や内周側空隙部には凝固層が設けられる。凝固層の形成によって、コアを形成する電磁鋼板に圧縮応力を作用させる。これにより、ブリッジの磁束の通過を妨げている。

なお、本発明に関連する先行技術文献として、特許文献２〜４を挙げる。これらはいずれもロータコアのスリット内に樹脂磁石を充填する技術を開示する。

特開２０１２−７５２５６号公報 特許第４７２６１０５号公報 特開２０１３−１２３３０３号公報 特開２０１３−２４０２０７号公報

特許文献１では磁石の埋設とは別に、ブリッジに応力を作用させるために新たに凝固層を設けており、工程の増加、繁雑を招来する。

よって本願は、永久磁石が発生する磁束がコア内部で短絡的に流れることを抑制するために必要な工程を簡略化することを目的とする。

この発明は、回転子（１）を製造する方法である。当該方法は、第１工程と第２工程とを備える。

前記回転子は、電機子たる固定子（２）に囲まれて前記固定子と共に回転電機（３）に備えられる。前記回転子は前記回転電機の回転軸（Ｊ）に対する径方向において前記固定子と空隙（ｄ）を介して対向する。前記回転子は、前記回転軸に沿って延在するコア（１１）及び前記コアに埋め込まれた永久磁石（１２）を有する。

前記第１工程は、軟磁性体（１０）を変形させて前記コアを得る。前記軟磁性体は、外周面（１０ａ，１０ｂ）を有して中心軸（Ｐ）に沿って延在する。前記軟磁性体は、前記中心軸に沿って見た端部（１３ｂ）が前記外周面に最も近づいて前記中心軸の周りに配列されるスロット（１３）の複数が空く。

前記第１工程は、前記スロットへ磁石材料（１４）を射出して前記軟磁性体を変形させる。当該変形により、前記外周面と前記端部との間の位置での前記軟磁性体を変形させ、当該位置での前記軟磁性体（１０１）の磁気特性を劣化させて前記コアを得る。

前記第２工程は、前記磁石材料を着磁して前記永久磁石を得る。

望ましくは前記端部は前記中心軸から見て、前記外周面に対して凸状を呈する。

あるいは望ましくは、前記第１工程と前記第２工程とは並行して実行される。

あるいは望ましくは、前記回転子（１）には、シャフトが填め込まれるシャフト貫通孔（１５）が空く。そして前記第１工程では、前記シャフト貫通孔に対応した、前記軟磁性体（１０）のシャフト貫通孔（１５）において前記軟磁性体が保持される。

この発明にかかる回転子の製造方法で得られた回転子を、その中心軸を回転電機の回転軸に一致させることにより、当該回転子と固定子とで回転電機を構成する。外周面とスロットの端部との間の位置での軟磁性体の磁気特性が劣化するので、永久磁石が発生する磁束がコア内部で短絡的に流れることを抑制する効果が向上する。しかも永久磁石が発生する磁束がコア内部で短絡的に流れることを抑制するために必要な工程を簡略化できる。

また前記端部が前記外周面に対して凸状であるときには、軟磁性体が変形する際、外周面と端部との間の位置で軟磁性体にかかる応力が広範に及ぶので、その磁気特性の劣化も広範に及び、磁束がコア内部で短絡的に流れることを抑制する効果が向上する。

本実施の形態にかかる回転電機の構成を示す断面図である。 従来のロータの構成の断面図である。 回転子を製造する工程を説明する断面図である。 回転子を製造する工程を説明する断面図である。 回転子を製造する工程を説明する断面図である。 回転子の形状を拡大して示す断面図である。 スロットの端部の他の形状を示す断面図である。 スロットの端部の他の形状を示す断面図である。 他の態様を示す断面図である。 他の態様を示す断面図である。 他の態様を示す断面図である。

図１は回転電機３の構成を示す断面図である。回転電機３は回転子１と固定子２とを備えており、これらは簡略化して示されている。

固定子２は電機子であるが、電機子が通常有する電機子巻線、当該電機子巻線が巻回されるティースは省略し、単なる円筒形状として概略を示す。

回転子１は、回転電機３の回転軸Ｊに沿って延在するコア１１と、永久磁石１２とを有する。永久磁石１２はコア１１に埋め込まれる。コア１１の回転軸Ｊ近傍にはシャフト（図示省略）が填め込まれるシャフト貫通孔１５が空けられる。

回転子１は固定子２に囲まれる。より具体的には、回転子１は、回転軸Ｊに対する径方向において、固定子２と空隙ｄを介して対向する。

後述するように回転子１の回転軸Ｊから見た外径は円ではない。よって空隙ｄは回転軸Ｊに対する周方向において一定ではない。但し図１では図の繁雑を避けるため、そのような回転子１の外径の変動の詳細は示していない。よって空隙ｄの変動の詳細も示していない。

ブリッジにおける磁束の短絡の防止を説明するため、従来のロータの構成の断面図を図２に示す。当該断面はロータの回転軸に対して垂直である。

軟磁性体１０には、永久磁石１２を埋設するスロット１３が設けられる。スロット１３の端部１３ｂと軟磁性体１０の外周面１０ａとの間の軟磁性体１０が、ブリッジ１０１として機能する。

ブリッジ１０１は、隣接する永久磁石１２よりも外周面１０ａ側の軟磁性体１０を連結する。よって永久磁石１２のＮ極（図中では「Ｎ」を丸で囲んで示す）とＳ極（図中では「Ｓ」を丸で囲んで示す）との間を軟磁性体１０において短絡的に流れる磁束（以下、「短絡磁束」と称する）は、ブリッジ１０１を経由する。

短絡磁束を抑制するために、ブリッジ１０１は、回転軸に対する径方向の幅が狭い薄肉部となっている。

本実施の形態では短絡磁束を更に抑制するために、ブリッジ１０１を変形させ、その磁気特性を劣化させる。

図３は図１にかかる回転子１を製造する工程を説明する断面図である。軟磁性体１０は、外周面１０ａ（破線で示す）を有して中心軸Ｐに沿って延在する。例えば外周面１０ａは中心軸Ｐに沿って見てほぼ真円を呈する。後に説明する工程により、外周面１０ａは外周面１０ｂへと変形する。

軟磁性体１０にはスロット１３の複数が空いており、スロット１３も中心軸Ｐに沿って延在する。スロット１３は中心軸Ｐの周りに配列される。中心軸Ｐから見たスロット１３は、その一対の端部１３ｂが外周面１０ａに最も近づいている。

軟磁性体１０には中心軸Ｐ近傍にシャフト貫通孔１５が空いており、これが回転子１のシャフト貫通孔１５に相当する。よってこれらのシャフト貫通孔１５は同じ符号を用いて示した。

磁石材料１４がスロット１３に射出され、これによって磁石材料１４はスロット１３の形状に沿って成形される。このような射出成形は特許文献２等で周知であるので、その詳細を省略する。磁石材料１４としては例えばボンド磁石の材料を採用することができる。

通常、特許文献３，４に示唆されるように、その射出によるロータコアの変形は望ましくないとされてきた。しかし本願では、磁石材料１４の射出による軟磁性体１０の変形を肯定的に利用して、回転子１の望ましい形状を得る。

具体的には、スロット１３に磁石材料１４を射出することにより、外周面１０ａは部分的に径方向外側に突出して外周面１０ｂとなる。

より具体的には、位置４１，４２を導入して以下のように説明される。位置４１は、隣接する端部１３ｂの間の、中心軸Ｐに対する周方向の位置である。位置４２は、スロット１３の、端部１３ｂから離れた周方向の位置である。スロット１３には磁石材料１４が射出されるので、後述するように磁石材料１４から永久磁石１２を得ることにより、位置４１は磁極間として、位置４２は磁極中心として、それぞれ把握することができる。

外周面１０ａは、スロット１３に磁石材料１４を射出することに伴って、位置４１よりも位置４２において、より中心軸Ｐから遠ざって外周面１０ｂとなる。このようにして変形した軟磁性体１０はコア１１となる。

このように部分的に軟磁性体１０が変形する理由としては次の二つが考えられる。第１には、位置４１においては径方向にスロット１３が存在しないことにより、軟磁性体１０が変形しにくいことである。第２には、位置４２においては径方向にスロット１３が存在するので、スロット１３の端部１３ｂ以外の部分（中央部１３ａ）が磁石材料１４の射出によって拡がることである。

磁石材料１４から永久磁石１２を得るためには、周知の着磁技術を採用することができる。例えば磁石材料１４をスロット１３へ射出する工程と並行して、当該着磁を行う工程を行ってもよい。あるいは射出する工程の後に、着磁を行ってもよい。

またスロット１３への磁石材料１４の射出の際、シャフト貫通孔１５において軟磁性体１０を保持することにより、外周面１０ａが外周面１０ｂへと変形することは妨げられない。

以上のようにして、軟磁性体１０は変形してコア１１となり、磁石材料１４は永久磁石１２となって、回転子１が作製される。

図４及び図５は、上述の工程をより詳細に示す断面図である。図４では磁石材料１４を射出する前の軟磁性体１０が示されている。図５では磁石材料１４を射出した後の軟磁性体１０が示されている。このようにブリッジ１０１が変形することにより、その磁気特性が劣化し、短絡磁束を抑制する効果が向上する。

しかもこのブリッジ１０１の変形は、永久磁石１２の材料である磁石材料１４を射出する工程で行われる。よって短絡磁束を抑制するために必要な工程を簡略化できる。

図６は回転子１の形状を拡大して示す断面図である。位置４１及びその近傍ではコア１１は径方向外側へと膨らんではいないのに対して、位置４１から離れて位置４２へ向かうに連れて外周面１０ｂが膨らんでいる。これに伴いブリッジ１０１も変形する。

このようなブリッジ１０１の変形をもたらすためには、磁石材料１４をスロット１３へ射出する際に、その射出量を増大させることが望ましい。しかもそのような射出量の増大は、回転子１に設けられる永久磁石１２の体積を増大させ、以て回転子１が発生する磁束量を増大させる観点においても、また望ましい。

しかも、軟磁性体１０の変形を防止するという観点であれば、スロット１３への磁石材料１４の射出量は控えることになる。これに対して、射出量の増大は、磁石材料１４とスロット１３との接触面積の増大を招来する。これは磁石材料１４と軟磁性体１０との密着性、引いては永久磁石１２とコア１１との密着性が向上するという観点でも、また望ましい。

以上のようにして作製された回転子１は、その中心軸Ｐを、回転軸Ｊと一致させることにより、回転電機３が得られる。

なお、外周面１０ａから外周面１０ｂへの変形は弾性変形であるか、塑性変形であるかを問わない。

図７及び図８は、端部１３ｂの他の形状を示す断面図である。図７では磁石材料１４を射出する前の軟磁性体１０が示されている。図８では磁石材料１４を射出した後の軟磁性体１０が示されている。図４及び図５で示された構成と比較して、端部１３ｂが中心軸Ｐ（図３参照）から見て、外周面１０ａに対して凸状を呈する。

このような形状を有することにより、軟磁性体１０にかかる応力が広範に及ぶ。よってブリッジ１０１を含め、その近傍での軟磁性体１０の磁気特性の劣化も広範に及ぶ。これれは短絡磁束を抑制する効果が向上する観点で望ましい。

また、図４及び図５で示された構成と比較して、端部１３ｂにかかる応力が分散される。よって図４及び図５で示された構成と比較して、軟磁性体１０の変形によるブリッジ１０１の破損が発生しにくい。

図１乃至図８ではスロット１３が、中心軸Ｐあるいは回転軸Ｊに沿って見て、外周面１０ａ，１０ｂに対して凹となる形状である場合が図示された。但しスロット１３は、端部１３ｂを有し、これらがスロット１３のうち、最も外周面１０ａ，１０ｂに近ければ、図示された以外の形状でもよい。

図９は他の態様を示す断面図である。中心軸Ｐに沿って見て、スロット１３が外周面１０ｂに対して凹となる形状を呈し、よって磁石材料１４（ひいては永久磁石１２も）同様の形状を呈する。

図１０は更に他の態様を示す断面図である。このように、スロット１３が呈する形状は直線状であってもよい。

あるいはスロット１３が呈する形状は、外周面１０ａ，１０ｂに対して傾斜している形状であってもよい。図１１はこのような変形を例示する断面図であり、外周面１０ａ，１０ｂに対して、中央部が欠けたＶ字型の形状を呈する。

なお、図１１に示されたように位置４２近傍においてスロット１３が連続していない場合、位置４２において外周面１０ｂは中心軸Ｐに対して膨らまない場合もある。位置４２近傍でのスロット１３同士の間が軟磁性体１０の変形を阻むからである。

しかしそのような場合であっても、端部１３ｂは位置４２から離れているので、ブリッジ１０１の変形は得られる。

１ 回転子
１０ 軟磁性体
１０ａ，１０ｂ 外周面
１１ コア
１２ 永久磁石
１３ スロット
１３ｂ 端部
１４ 磁石材料
１５ シャフト貫通孔
２ 固定子
３ 回転電機
４１，４２ 位置
Ｊ 回転軸
Ｐ 中心軸

Claims (4)

1. 電機子たる固定子（２）に囲まれて前記固定子と共に回転電機（３）に備えられ、前記回転電機の回転軸（Ｊ）に対する径方向において前記固定子と空隙（ｄ）を介して対向し、前記回転軸に沿って延在するコア（１１）及び前記コアに埋め込まれた永久磁石（１２）を有する回転子（１）を製造する方法であって、
   外周面（１０ａ，１０ｂ）を有して中心軸（Ｐ）に沿って延在し、前記中心軸に沿って見た端部（１３ｂ）が前記外周面に最も近づいて前記中心軸の周りに配列されるスロット（１３）の複数が空いた軟磁性体（１０）において、前記スロットへ磁石材料（１４）を射出して前記軟磁性体を変形させることにより、前記外周面と前記端部との間の位置での前記軟磁性体を変形させ、当該位置での前記軟磁性体（１０１）の磁気特性を劣化させて前記コアを得る第１工程と、
   前記磁石材料を着磁して前記永久磁石を得る第２工程と
   を備える、回転子の製造方法。
2. 前記端部は前記中心軸から見て、前記外周面に対して凸状を呈する、請求項１記載の回転子の製造方法。
3. 前記第１工程と前記第２工程とは並行して実行される、請求項１又は請求項２記載の回転子の製造方法。
4. 前記回転子（１）には、シャフトが填め込まれるシャフト貫通孔（１５）が空き、
   前記第１工程では、前記シャフト貫通孔に対応した、前記軟磁性体（１０）のシャフト貫通孔（１５）において前記軟磁性体が保持される、請求項１乃至３のいずれか一つに記載の回転子の製造方法。

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