JPWO2012160841A1 - 永久磁石式回転電機 - Google Patents

Abstract

固定子(２０)が、回転子(３０)と対向するティース(２２)をそれぞれ有する複数の分割鉄心(２１ａ，２１ａａ)が周方向に隣接する分割鉄心同士が永久磁石式回転電機の回転軸方向の共通の軸周りに回転可能なように連結されて構成され、前記各分割鉄心のティースの略中央部に永久磁石または磁性体部材(２３)が設けられ、前記各分割鉄心がそれぞれティースの中央部の径方向の回転子と反対側の鉄心を薄肉形状および鉄心を無くした構造のいずれかにして磁気抵抗を大きくした磁気構造を有する永久磁石式回転電機。

Description

この発明は、永久磁石式回転電機、特にトルク密度の向上によるモータの小型化、および永久磁石式回転電機の固定子の製造方法に関する。また永久磁石式リニアモータとその可動子の製造方法に関する。

産業用や車載用モータ等の回転電機においては、小型化、高速化、使用速度範囲の広範囲化が求められている。これらの要求に応えるモータとしては、回転子構造をシンプルでかつ堅牢なモータ構造とし、固定子側に電機子巻線と永久磁石を用いた構造とするモータが提案されている。さらに、固定子側に永久磁石を用いたモータについては、使用速度範囲の拡大すなわち、電機子インダクタンスを低減するため、ティース部中央部付近に磁石を埋設したモータが提案されている(例えば、下記特許文献１〜３参照)。

特開２００２−１９９６７９号公報 米国特許出願公開第２０１０／００７２８３２号明細書 米国特許出願公開第２００９／００９１１９８号明細書

従来の例えば上記特許文献１の装置では、ティース中央部に永久磁石を埋設した構造となっており、コアバック部付近には永久磁石を埋設していないため、永久磁石の径方向の反回転子側(回転子と反対側)において短絡磁束が発生する。このため、トルク密度の低下が発生し、モータが大型化するという問題があった。また、ティース中央部に永久磁石を用いているためコギングトルクが大きく振動発生要因となることがあった。

また、上記特許文献２、３では、ティースを２つに分割し、コの字型(又はＵの字型)の鉄心を用いて固定子を構成しているが、コの字型の鉄心を用いているため巻線の占積率が向上できずにトルク密度が低下したり、スロット開口幅を小さくすることができないためコギングトルクが増加したりするという課題があった。

この発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、高速回転が可能なモータにおいて、高トルク化や低コギングトルク化等を可能にした永久磁石式回転電機およびその永久磁石式回転電機の固定子の製造方法を提供することを目的とする。
この発明はまた、これに関連する、永久磁石式リニアモータ、永久磁石式リニアモータの可動子の製造方法を提供することを目的とする。

この発明は、固定子が、回転子と対向するティースをそれぞれ有する複数の分割鉄心が周方向に隣接する分割鉄心同士が永久磁石式回転電機の回転軸方向の共通の軸周りに回転可能なように連結されて構成され、前記各分割鉄心のティースの略中央部に永久磁石または磁性体部材が設けられ、前記各分割鉄心がそれぞれティースの中央部の径方向の回転子と反対側の鉄心を薄肉形状および鉄心を無くした構造のいずれかにして磁気抵抗を大きくした磁気構造を有することを特徴とする永久磁石式回転電機等にある。

この発明によれば、ティース中央の径方向反回転子側の磁気抵抗が大きくなるような磁気構造としたことより、永久磁石の径方向反回転子側での短絡磁束を低減し、トルク密度を向上させることができる。また、隣接するティースを連結構造とすることで巻線の作業性を向上させ高密度巻線を実現し、コギングトルク低減も実現できる。

この発明の実施の形態１による永久磁石式回転電機の断面図である。 この発明の実施の形態１における固定子鉄心の断面図である。 この発明の実施の形態１における固定子鉄心の一部の断面図である。 この発明の実施の形態１における固定子鉄心の一部の斜視図と鉄心板の積層方法を示す図である。 電磁界解析シミュレーションを行った回転電機の固定子鉄心の断面図である。 電磁界解析シミュレーションにより算出した(外周側鉄心の厚み／電磁鋼板の板厚)とトルク比の関係を示す図である。 この発明の実施の形態１における固定子鉄心の一部の断面図である。 この発明の実施の形態１における固定子鉄心の一部の断面図である。 この発明の実施の形態１における固定子鉄心の一部の断面図である。 この発明の実施の形態１による固定子の製造方法を説明するための図である(永久磁石装着時)。 この発明の実施の形態１による固定子の製造方法を説明するための図である(永久磁石装着後)。 この発明の実施の形態１による固定子の製造方法を説明するための図である(巻線時)。 この発明の実施の形態１による固定子の製造方法を説明するための図である(巻線後)。 この発明の実施の形態２による永久磁石式回転電機の固定子の断面図である。 この発明の実施の形態２による永久磁石式回転電機の固定子の側面図である。 この発明の実施の形態３による永久磁石式回転電機の固定子鉄心の断面図である。 この発明の実施の形態３における永久磁石装着後の固定子を示す断面図である。 この発明の実施の形態４による永久磁石式回転電機の断面図である。 この発明の実施の形態４における固定子鉄心の断面図である。 この発明の実施の形態４による固定子の製造方法を説明するための図である(永久磁石装着時)。 この発明の実施の形態４による固定子の製造方法を説明するための図である(永久磁石装着後)。 この発明の実施の形態４による固定子の製造方法を説明するための図である(巻線後)。 この発明の実施の形態５による永久磁石式回転電機の固定子鉄心を示す断面図である。 この発明の実施の形態５における固定子鉄心の一部を示す断面図である。 この発明の実施の形態６による永久磁石式回転電機の固定子鉄心を示す断面図である。 この発明の実施の形態６における固定子鉄心の一部を示す断面図である。 この発明の実施の形態６における巻枠への巻線を示す図である。 この発明の実施の形態６における固定子鉄心への巻線の装着の様子を示す図である。 この発明の実施の形態７による永久磁石式回転電機の固定子鉄心を示す断面図である。 この発明の実施の形態７における固定子鉄心の一部を示す断面図である。 この発明の実施の形態８による永久磁石式回転電機の固定子鉄心を示す断面図である。 この発明の実施の形態９による永久磁石式回転電機の固定子を示す断面図である。 この発明の実施の形態９における固定子鉄心を示す断面図である。 この発明の実施の形態９における固定子鉄心の一部を示す断面図である。 この発明の実施の形態９による固定子の製造方法を説明するための図である(永久磁石装着時)。 この発明の実施の形態９による固定子の製造方法を説明するための図である(永久磁石装着後)。 この発明の実施の形態１０による永久磁石式リニアモータの一例の概略的な断面図である。 この発明の実施の形態１０による永久磁石式リニアモータの別の例の概略的な断面図である。

以下、この発明による永久磁石式回転電機、永久磁石式回転電機の固定子の製造方法を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による永久磁石式回転電機の断面図(回転電機の回転軸と直交する面の断面図)である。図は回転子突極数が１０、固定子ティース数および磁石数が１２の回転電機である。

図中、２０は固定子、２１は固定子２０を複数の分割鉄心２１ａに分割した固定子鉄心、２２は各分割鉄心２１ａに設けられたティース、２３はティース２２に設けられた永久磁石、２４はティース２２に施される巻線、２５は図の紙面に垂直な方向(後述する鉄心板の積層方向、または回転電機の回転軸方向)に凹凸するカシメである。なお、分割鉄心２１ａはティースが２分割されている分割鉄心である。カシメ２５(例えば円形カシメ)は周方向に隣接する分割鉄心２１ａ同士を紙面に垂直な方向(永久磁石式回転電機の回転軸方向)の共通な軸(カシメ２５)周りに回転可能なように連結する関節形構造を実現する。永久磁石２３は、ティース２２に対し、ティースの略中央部または中心に配置され、略周方向または周方向に着磁されると共に、周方向に隣接する永久磁石の着磁方向が互いに周方向逆向きとなるように設置されている。更に、巻線２４については全てのティースに施されている。

また、３０は回転子、３１は回転子鉄心、３２は回転子突極である。固定子鉄心２１を構成する各分割鉄心２１ａ、および回転子鉄心３１と回転子突極３２は例えば図４に示すように電磁鋼板等の鉄心板が積層されて構成されている。図２は固定子鉄心２１のみを示した図であり、図３は固定子鉄心の一部分(後述する連結半ピース分割鉄心２１ｂｂ)のみを示した断面図((ａ)(ｂ)では左右の合わせが逆)、図４の(ａ)は固定子鉄心の一部分(連結半ピース分割鉄心２１ｂｂ)のみを示した斜視図、(ｂ)は連結半ピース分割鉄心２１ｂｂを形成するための鉄心板の積層方法を示す図である。固定子鉄心２１は分割鉄心２１ａ(ここでは１２個)により構成されており、カシメ２５の凹凸形状により回転可能に連結されている。図４の(ｂ)に示すように左右の組み合わせが逆に連結される鉄心板をカシメながら交互に積層することで自由に開閉動作が可能な関節型構造となっている。自由に開閉動作が可能な関節型構造とすることで、後述する巻線の占積率および固定子鉄心の内周真円度を向上させることが可能となる。

また、分割された各々のティース２２について、永久磁石２３の配置面の外周側(径方向の回転子と反対側)に周方向に突出した凸部(凸形状)２６を設けた。これは、永久磁石２３の位置決めおよび高トルク化のために必要なものであり、その理由を以下に説明する。

図５に示す外周側の固定子鉄心の厚みｔをパラメータとして発生トルクのシミュレーションを行った。発生トルクのシミュレーション結果を図６に示す。図６の横軸は電磁鋼板(鉄心板)の板厚に対する外周側鉄心の厚みｔの比であり、縦軸は外周側鉄心の厚みがゼロを基準とした場合のトルク比を示している。図６より、外周側の鉄心の厚みｔが小さい程、トルク比が大きいことが分かる。これは固定子鉄心の外周部に鉄心が存在すると永久磁石の外周部にて短絡磁束が発生するためであり、これによりトルク低下を招いてしまう。
そのためこの発明では、固定子鉄心の永久磁石の配置面の外周部の磁気抵抗を可能な限り大きくすると共に、永久磁石の位置決めを行うため外周側については凸形状(凸部２６)とした。なお、永久磁石外周部での短絡磁束によるトルク低下の影響を６％以下とするためには、外周側鉄心の厚み比を約１．５以下とすることが必要であることが分かる。

更に、この実施の形態では、ティース２２の内周側の内側の両側(回転子側の永久磁石側)に周方向に突出した凸部(凸形状)２７および内周側の外側の両側(回転子側の永久磁石と反対側すなわち巻線側)に周方向に突出した凸部(凸形状)２８をそれぞれ設けた。凸部２７については、永久磁石の位置決めとコギングトルクの低減のためであり、凸部２８については、コギングトルクの低減のため凸形状とした。ティース２２の内周側(回転子側)の凸部２７，２８の形状の詳細についてはコギングトルク低減やトルク向上等を考慮した最適化により決定される。

次に永久磁石式回転電機の特に固定子の製造方法を説明する。例えば図１に示される固定子鉄心２１の各分割鉄心２１ａは、ティース２２の周方向の中央部または中心で径方向に沿って２分した２つの半ピース分割鉄心で構成され、２つの半ピース分割鉄心がティース側で間に永久磁石２３を挟むようにして固着されてなる。図７，８，９にこの発明の実施の形態１に用いる半ピース分割鉄心(鉄心ブロック)、および隣接する分割鉄心の隣接する半ピース分割鉄心の側端同士を積層方向の共通の軸周りに回転可能なようにカシメにより連結した連結半ピース分割鉄心(鉄心ブロック)を示す。これらの半ピース分割鉄心および連結半ピース分割鉄心は図１０〜１３に示すように繋げられる。図８は隣接する半ピース分割鉄心２１ｂの側端同士を積層方向の共通の軸周りに回転可能なようにカシメ２５により連結した連結半ピース分割鉄心２１ｂｂの断面図、図７，９は複数の連結半ピース分割鉄心２１ｂｂが繋げられた時の両側終端のための１組の終端半ピース分割鉄心２１ｃ，２１ｄの断面図を示す。終端半ピース分割鉄心２１ｃ，２１ｄは側端に互いに嵌合する凹部と凸部を有する。

最初に半ピース分割鉄心２１ｂを構成する２種類の半ピース分割鉄心板を用意し、連結される隣接する２つの半ピース分割鉄心毎に積層し、かつ積層しながら、関節型構造とするために、隣接する半ピース分割鉄心板の側端同士を積層方向の共通の軸周りに回転可能なようにカシメ２５で連結していき、複数毎の鉄心板を積層した連結半ピース分割鉄心２１ｂｂ(図８参照)を形成する。また、１組の終端半ピース分割鉄心２１ｃ，２１ｄについては、それぞれの終端半ピース分割鉄心を構成する終端半ピース分割鉄心板をそれぞれに積層して固定(接着またはカシメ等)して１組の終端半ピース分割鉄心２１ｃ，２１ｄを形成する(図７，９参照)。図７と図９の終端半ピース分割鉄心２１ｃ，２１ｄは１個ずつ、図９の連結半ピース分割鉄心２１ｂｂは１１個準備する。

次に１２個の永久磁石を準備し、図１０に示すようにそれぞれの隣接する連結半ピース分割鉄心２１ｂｂをティースの中央部側となる外側の間に永久磁石２３を挟んで固着しティースを形成するようにして複数の連結半ピース分割鉄心２１ｂｂを繋げ、さらに繋げられた複数の連結半ピース分割鉄心２１ｂｂの両側終端のティースの中央部側となる外側には、間に永久磁石２３を挟むようにして終端半ピース分割鉄心２１ｃ，２１ｄを繋げる。
永久磁石２３と鉄心２１ｂｂ，２１ｃ，２１ｄの固着(固定)には永久磁石２３の磁気吸引力または接着剤を用いる(以下同様)。固着の際には鉄心２１ｂｂ，２１ｃ，２１ｄのティース中央部側(永久磁石側)に設けた凸部２６，２７を用いることで位置決めを行う。永久磁石２３と鉄心２１ｂｂ，２１ｃ，２１ｄを固着後の断面図を図１１に示す。

次に、図８の連結半ピース分割鉄心２１ｂｂの関節型構造を利用し繋げられた鉄心２１ｂｂ，２１ｃ，２１ｄ(固定子鉄心)を図１２に示したように逆反り状態とし、隣接するティース間を開いた状態にして巻線機(図示省略)を用いて巻線２４の巻回作業を行う。この発明では、逆反り状態とすることで巻線の高密度化を実現することができる。巻線完了後の固定子を直線形状とした場合の断面形状を図１３に示す。図１３の固定子の内周(図面下側)形状が略円形状または円形状となるように変形させ、かつ両側終端の終端半ピース分割鉄心２１ｃ，２１ｄを連結、固定(接着剤、溶接等)することで図１に示した回転電機の固定子を製造することができる。

実施の形態２．
図１４はこの発明の実施の形態２による永久磁石式回転電機の固定子の断面図であり、図１５は永久磁石式回転電機の回転軸方向と直行する方向から前記固定子の外周側を見た側面図である。なおこの実施の形態の説明での分割鉄心２１ａ，２１ａａは、実施の形態１の鉄心板(図４参照)に相当する。この実施の形態では、図１４の(ａ)に示したティースの中央部の径方向の回転子と反対側の鉄心を薄肉形状として構成された分割鉄心２１ａａ(図３２−３４に関連)の層、図１４の(ｂ)に示したティースの中央部で径方向に沿って２分した２つの半ピース分割鉄心２１ｂで構成された分割鉄心２１ａの層(図２と同じ)を、図１５の(ａ)(ｂ)に２つの例を示したように積層方向に２種類用いている。積層方向の両端部では、ティースの中央部の径方向の回転子と反対側の鉄心を薄肉形状とした分割鉄心２１ａａの層、積層方向の中央部では、ティースの中央部で径方向に沿って２分した２つの半ピース分割鉄心で構成された分割鉄心２１ａの層としている。特に図１５の(ｂ)の例では、積層方向の両端部で分割鉄心２１ａａの層とし、積層方向の中央部では分割鉄心２１ａａの層と分割鉄心２１ａの層を交互に積層している。

この実施の形態では周方向に隣接する分割鉄心同士が回転電機の回転軸方向の軸周りに回転可能なように連結されて構成されているため、巻線後には分割鉄心の内周形状が略円形状または円形状となるように変形させるが、この際の内周形状の真円度確保が重要となる。これは、真円度が悪化すると真円度不良に対応したコギングトルクやトルクリップルが発生し、振動や騒音の原因となるためである。内周形状の真円度を確保するためには、ティース中央部の径方向の回転子と反対側の鉄心を薄肉であっても繋げておいたほうが良いが、実施の形態１で述べたようにティース中央部の径方向の回転子と反対側の鉄心を繋げるとトルクの低下を招く。そこで、この実施の形態では、積層方向に２種類の分割鉄心構造を用い、鉄心の内周真円度の確保とトルク向上の両立を図った。

また、この実施の形態では、積層方向の端部と中央部で分割鉄心構造を変化させたが、図１５の(ｂ)に示したように積層方向に交互に積層しても同様の効果を得ることができる。また、この構造の特徴は、この発明の他の実施の形態の構成にも適用することができる。また、永久磁石としては、磁力の強いネオジ焼結磁石は当然のことながら、磁力の弱いフェライト磁石等でも同様の効果を得ることができる。

実施の形態３．
図１６および図１７はこの発明の実施の形態３による永久磁石式回転電機の固定子鉄心の断面図である。図１６は固定子鉄心の全体図であり、図１７は磁石装着後に固定子を直線形状とした場合の図である。実施の形態１では、分割鉄心２１ａの積層方向の固着を接着もしくは連結部のカシメ２５の凹凸部のみで実施したものであるが、この実施の形態では、固着強度向上のためにはティース２２部にカシメ２５ａを設けている。鉄心板の積層方向の固着を丸や四角の凸凹形状とすることで、鉄心打ち抜き時に抜きカシメを行った。
鉄心板の軸方向(積層方向)の固着を抜きカシメにて実施したものがこの実施の形態であるが、製造方法に関しては、実施の形態１と同様である。

実施の形態４．
図１８はこの発明の実施の形態４による永久磁石式回転電機の断面図である。図１８の永久磁石式回転電機では、巻線２４について、巻線の有るティースと無いティースが交互となるように半数のティースに巻線２４が施されている。従って分割鉄心２１ａ、連結半ピース分割鉄心２１ｂｂは例えば４以上の偶数個または３相駆動の場合６以上の偶数個となる。図１９は固定子鉄心のみを示した図であり、実施の形態１と同様、関節型構造となっている。この実施の形態では、実施の形態１に比べ、巻線数が１／２となると共に、図８に示した連結半ピース分割鉄心２１ｂｂのみで構成されているため低コスト化が可能となる。

次にこの実施の形態の固定子の製造方法を説明する。この実施の形態では、図８に示した関節型構造の連結半ピース分割鉄心２１ｂｂのみを用いる。図８の連結半ピース分割鉄心２１ｂｂを１２個(上述のようにそれぞれ鉄心板を積層して形成されたもの)と永久磁石２３を１２個とを準備する。次に図２０に示したように連結半ピース分割鉄心２１ｂｂ間を永久磁石２３で固着して複数の連結半ピース分割鉄心２１ｂｂ間を繋げる。固着の際にはティース２２に設けた凸部２６，２７を用いることで位置決めを行う。永久磁石２３と連結半ピース分割鉄心２１ｂｂを固着後の断面図を図２１に示す。

次に、連結半ピース分割鉄心２１ｂｂの関節型構造を利用し鉄心を逆反り状態とする等して、巻線機にて巻線２４を施す。このため高密度の巻線を実現することができる。巻線完了後の固定子を直線形状とした場合の断面形状を図２２に示す。図２２の固定子の内周形状が略円形状または円形状となるように変形させ、かつ両側終端の連結半ピース分割鉄心２１ｂｂを永久磁石２３で固着することで図１８に示した回転電機の固定子を製造することができる。

実施の形態５．
図２３および図２４は、この発明の実施の形態５による永久磁石式回転電機の固定子鉄心の断面図である。図２３は固定子鉄心の全体図であり、図２４は１つの連結半ピース分割鉄心２１ｂｂを示す。連結半ピース分割鉄心２１ｂｂは、半ピース分割鉄心２１ｂが隣接する分割鉄心の半ピース分割鉄心２１ｂと、切り欠き部４１ａと薄肉部４１ｂからなる塑性変形部４１で繋がっている。この実施の形態では、図２４に示したように分割鉄心間、すなわちティース間に塑性変形部４１を設けた。製造方法は実施の形態１〜４と同様であるが、図２４に示す連結半ピース分割鉄心２１ｂｂを複数個用意し、間に永久磁石２３を介在させて繋ぎ、その後、巻線を施す。その後、連結半ピース分割鉄心２１ｂｂを複数繋げた固定子の内周形状が略円形形状となるように、各連結半ピース分割鉄心２１ｂｂの塑性変形部４１を塑性変形させる。このように半ピース分割鉄心間に塑性変形部４１を設けることで、鉄心の打ち抜き金型が簡易となり、生産性を向上させることが可能となる。

実施の形態６．
図２５および図２６はこの発明の実施の形態６による永久磁石式回転電機の固定子鉄心の断面図である。図２５は固定子鉄心の全体図であり、図２６は１つの連結半ピース分割鉄心２１ｂｂを示す。この実施の形態の連結半ピース分割鉄心２１ｂｂでは、実施の形態１でのティース２２の内周側の外側の両側(回転子側の巻線側)の凸部２８を無くした形状となっている。このような構造とすることでコギングトルクの低減効果は多少減少するが、生産性の向上が可能となる。具体的には、図２７に示した非磁性材料で製作した巻枠２９へ巻線２４を施し、その後、巻線済みの巻枠２９を図２８に示したようにティース２２に直接挿入可能となる。これにより、回転電機の生産性を向上すると共に、高密度巻線が可能となる。

実施の形態７．
図２９および図３０はこの発明の実施の形態７による永久磁石式回転電機の固定子鉄心の断面図である。図２９は固定子鉄心の全体図であり、図３０は１つの連結半ピース分割鉄心２１ｂｂを示す。この実施の形態の連結半ピース分割鉄心２１ｂｂでは、実施の形態１でのティース２２の内周側の内側の両側(回転子側の永久磁石側)の凸部２７、内周側の外側の両側(回転子側の永久磁石と反対側すなわち巻線側)の凸部２８、永久磁石の配置面の外周側(回転子と反対側)の凸部２６を無くした形状となっている。この構造とすることで、図２７に示した巻線済みの巻枠２９を使用できると共に、磁石量を大きくすることができトルク密度の向上が可能となる。

実施の形態８．
図３１はこの発明の実施の形態８による永久磁石式回転電機の固定子鉄心の断面図である。この実施の形態は実施の形態２の図１４の(ａ)の固定子鉄心に関連するもので、各分割鉄心２１ａａが、ティース２２に形成されたスリット２１ｅに永久磁石(図示省略)が嵌めこまれ、ティース２２の中央部の径方向の回転子と反対側の鉄心をスリット２１ｅにより薄肉形状部２１ｆとしている。薄肉形状部２１ｆの寸法はトルク密度の低下を回避するため、径方向の厚みを分割鉄心２１ａを形成するのに積層される鉄心板の板厚の１．５倍以下(範囲を限定するのであれば例えば１．５倍以下から０倍以上)とした。この構造とすることで、ティース２２での分割が無くなり、高精度に鉄心を組み立てることとが可能となる。

実施の形態９．
図３２はこの発明の実施の形態９による永久磁石式回転電機の固定子の断面図である。図３３は図３２の固定子の固定子鉄心の全体図であり、図３３は固定子を製造する際の単位ユニットとなる連結半ピース分割鉄心を示した図である。この実施の形態では、図３２、３３に示したように、隣接する分割鉄心をティースが２分割されている分割鉄心２１ａと、ティースが非分割の分割鉄心２１ａａとし、連結構造としている。

実施の形態１等によるティースが分割されている分割鉄心２１ａは、ティースの中央部で径方向に沿って２分した２つの半ピース分割鉄心２１ｂで構成され、２つの半ピース分割鉄心２１ｂがティース中央部側で間に永久磁石２３を挟むようにして固着されている。
実施の形態８による非分割の分割鉄心２１ａａは、ティース２２に形成されたスリット２１ｅに永久磁石２３が嵌めこまれ、ティース２２の中央部の径方向の回転子と反対側の鉄心がスリット２１ｅにより薄肉形状部２１ｆにされてなる。各分割鉄心２１ａ，２１ａａはカシメ２５による関節型構造で繋がれている。

図３４に示す２ティース分の鉄心である連結半ピース分割鉄心２１ｂｂは、第１鉄心部を構成する非分割の分割鉄心２１ａａと、分割鉄心２１ａａの両側にそれぞれ連結された第２鉄心部を構成する半ピース分割鉄心２１ｂからなる。

次にこの実施の形態の固定子の製造方法を説明する。この実施の形態では、図３４の連結半ピース分割鉄心２１ｂｂを６個、永久磁石２３を１２個、準備する。連結半ピース分割鉄心２１ｂｂは、分割鉄心２１ａａ(第１鉄心部)および両側の半ピース分割鉄心２１ｂ(第２鉄心部)を構成するための鉄心板を連結半ピース分割鉄心２１ｂｂ毎に積層し、かつ積層しながら分割鉄心２１ａａと両側の半ピース分割鉄心２１ｂ側端同士を積層方向の共通の軸周りに回転可能なようにカシメ２５により連結する。

次に、各分割鉄心２１ａａのスリット２１ｅに永久磁石２３を嵌めこんで固定し、またそれぞれの隣接する連結半ピース分割鉄心２１ｂｂのティース側となる外側の間に永久磁石２３を挟んで固着して、図３５に示したように各永久磁石２３と各連結半ピース分割鉄心２１ｂｂを固着させる。固着には永久磁石２３の磁気吸引力もしくは接着剤を用いる。
分割鉄心２１ａａのスリット２１ｅへの永久磁石２３の装着は回転電機の回転軸方向からの挿入で行い、連結半ピース分割鉄心２１ｂｂ間への永久磁石２３の装着はティース側面側(回転電機の回転軸と直行する方向)から行う。固着の際にはティース２２に設けた凸部を用いることで位置決めを行う。永久磁石２３と連結半ピース分割鉄心２１ｂｂを固着後の繋げられた状態の固定子を図３６に示す。

次に、関節型構造を利用し鉄心を逆反り状態(隣接するティース間を開いた状態)とし、実施の形態４と同様の巻線を施す。巻線完了後の固定子鉄心すなわち繋げられた複数の連結半ピース分割鉄心２１ｂｂを略円形状または円形状に変形させ両側終端を永久磁石２３で連結することでこの実施の形態での回転電機の固定子を製造することができる。

この実施の形態では、実施の形態４に比べ鉄心の分割数が１/２となり、使用する鉄心ブロック数すなわち連結半ピース分割鉄心２１ｂｂも１/２となるため、実施の形態４に比べ、組立工数を大幅に低減できる。

なお、上記各実施の形態では、回転子突極数が１０個、固定子ティース数および磁石数が１２個の回転電機の場合について説明したが、他の回転子突極数やティース数および磁石数の組み合わせ場合でも適用することが可能である。

また上記各実施の形態の永久磁石の代わりに着磁される前の磁性体部材を使用してもよい。この場合、磁気吸引力がないため鉄心間の固定には接着剤等を使用する。

またこの実施の形態は実施の形態２にも関連する。実施の形態２ではティースが２分割されている分割鉄心２１ａと非分割の分割鉄心２１ａａ(それぞれ他の実施の形態での鉄心板に相当する)を、積層する際の層で分けて配置したのに対し、この実施の形態では、１つの層にティースが２分割されている分割鉄心２１ａと非分割の分割鉄心２１ａａを混在させている。そこでこれらを組み合わせて、要求される条件に従って、ティースが２分割されている分割鉄心２１ａと非分割の分割鉄心２１ａａとを、各層の周方向および積層方向に配置することで、所望のバランスで鉄心の内周真円度の確保とトルク向上を図ることができる。

実施の形態１０．
図３７，３８はこの発明の実施の形態１０による永久磁石式リニアモータの概略的な断面図である。この永久磁石式リニアモータは可動子に、上述の各実施の形態の永久磁石式回転電機の固定子の構造、およびその製造方法を適用した場合のものである。但し、固定子鉄心を円形状に変形させて両側終端を連結させる工程を除く。図３７、３８の永久磁石式リニアモータは可動子２００のティース数が６個、固定子３００の突極数が５の場合のものであり、図３７は全てのティースに巻線２４０を施した場合の例えば実施の形態１と同様の例であり、図３８は半分のティースに巻線２４０を施した場合の例えば実施の形態４と同様の例である。ティースの形状(可動子２００および固定子３００の形状)が直線形状となっている点のみ上記実施の形態と異なっているが、製造方法等は同様である。

可動子２００が対向する固定子３００に沿って移動する永久磁石式リニアモータであり、可動子２００の可動子鉄心２１０が、固定子３００と対向するティースをそれぞれ有する複数の分割鉄心２１０ａが、移動方向に隣接する分割鉄心同士が繋がって構成され、各分割鉄心２１０ａのティースの略中央部に永久磁石または磁性体部材(２３０)が設けられ、各分割鉄心２１０ａがティースの中央部の対向方向の固定子３００と反対側の鉄心を薄肉形状および鉄心を無くした構造の少なくとも一方にして磁気抵抗を大きくした磁気構造を有する(図３７，３８では鉄心を無くした構造のもののみが示されている)。可動子２００の各分割鉄心２１０ａは、上記各実施の形態の固定子の分割鉄心と同じ構成を有し得る。

また可動子２００の製造方法としては、上記実施の形態の固定子の製造方法のように、概略まず、固定子３００と対向するティースをそれぞれ有し移動方向に連結されて可動子２００を構成する複数の分割鉄心２１０ａの各分割鉄心のティースの中央部で対向方向に沿って２分した半ピース分割鉄心を構成する半ピース分割鉄心板を、移動方向に隣接する分割鉄心の連結される隣接する半ピース分割鉄心毎に積層し、かつ積層しながら隣接する半ピース分割鉄心板の側端同士を積層方向(可動子の移動方向に対し固定子との対向面に平行な面内で垂直な方向)の共通の軸周りに回転可能なように連結していき複数の連結半ピース分割鉄心を形成する。なお、図３７，３８では各分割鉄心２１０ａの形状は概略的に示されている。

そしてそれぞれの隣接する連結半ピース分割鉄心の外側の間(連結半ピース分割鉄心間)に永久磁石または磁性体部材２３０を挟んで可動子ティースを形成するようにして複数の連結半ピース分割鉄心を繋げる。そして繋げられた複数の連結半ピース分割鉄心に対して、隣接するティース間を開いた状態にしてティースに巻線(２４０)を行う。
なお、この可動子２００の製造方法は、上記各実施の形態の固定子の、円形状に変形させて両側終端の連結を行うことを除く、固定子を製造する工程に従った可動子を製造する工程を含み得る。

なお、上記各実施の形態において、巻線は全てのティースに施してもよいし、また、巻線を施したティースと巻線を施さないティースがあるようにしてもよい。

また、この発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の特徴の可能な組み合わせを全て含むことは云うまでもない。

産業上の利用の可能性

この発明による永久磁石式回転電機、永久磁石式リニアモータおよびそれらの固定子または可動子の製造方法は、種々の分野の永久磁石式回転電機、永久磁石式リニアモータに適用可能である。

２０ 固定子、２１ 固定子鉄心、２１ａ ティースが２分割されている分割鉄心、２１ａａ ティースが分割されていない分割鉄心、２１ｂ 半ピース分割鉄心、２１ｂｂ 連結半ピース分割鉄心、２１ｃ，２１ｄ 終端半ピース分割鉄心、２１ｅ スリット、２１ｆ 薄肉形状部、２１ａ 分割鉄心、２２ ティース、２３ 永久磁石、２４ 巻線、２５，２５ａ カシメ、２６，２７，２８ 凸部、２９ 巻枠、３０ 回転子、３１ 回転子鉄心、３２ 回転子突極、４１ 塑性変形部、４１ｂ 薄肉部、４１ａ 切り欠き部、２００ 可動子、２１０ 可動子鉄心、２１０ａ 分割鉄心、２３０ 永久磁石、２４０ 巻線、３００ 固定子。

Claims (15)

1. 固定子が、回転子と対向するティースをそれぞれ有する複数の分割鉄心が周方向に隣接する分割鉄心同士が永久磁石式回転電機の回転軸方向の共通の軸周りに回転可能なように連結されて構成され、前記各分割鉄心のティースの略中央部に永久磁石または磁性体部材が設けられ、前記各分割鉄心がそれぞれティースの中央部の径方向の回転子と反対側の鉄心を薄肉形状および鉄心を無くした構造のいずれかにして磁気抵抗を大きくした磁気構造を有することを特徴とする永久磁石式回転電機。
2. 全ての分割鉄心においてティースの中央部の径方向の回転子と反対側の鉄心を無くし、各分割鉄心が、ティースの中央部で径方向に沿って２分した２つの半ピース分割鉄心で構成され、２つの前記半ピース分割鉄心が間に永久磁石または磁性体部材を挟むようにして固定されていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石式回転電機。
3. 各分割鉄心の永久磁石または磁性体部材側の回転子側に周方向に突出した凸部を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の永久磁石式回転電機。
4. 各分割鉄心のティース外側の固定子側に凸部を設けたことを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の永久磁石式回転電機。
5. 各分割鉄心が、ティースに形成されたスリットに永久磁石または磁性体部材が嵌めこまれ、ティースの中央部の径方向の回転子と反対側の鉄心を前記スリットにより薄肉形状部とし、前記各分割鉄心が複数の鉄心板を積層してなり、前記薄肉形状部の部分の径方向の厚みが前記鉄心板の板厚の１．５倍以下であることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石式回転電機。
6. 各分割鉄心が積層構造を有し、ティースの中央部で径方向に沿って２分した２つの半ピース分割鉄心で構成された分割鉄心の層と、ティースの中央部の径方向の回転子と反対側の鉄心を薄肉形状として構成された分割鉄心の層とが積層方向に積層されていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石式回転電機。
7. 各分割鉄心が、ティースに形成されたスリットに永久磁石または磁性体部材が嵌めこまれ、ティースの中央部の径方向の回転子と反対側の鉄心を前記スリットにより薄肉形状とした第１鉄心部と、前記第１鉄心部の両側にそれぞれ連結された、ティースの中央部で径方向に沿って２分した半ピース分割鉄心である第２鉄心部とで構成され、隣接する前記分割鉄心の前記第２鉄心部間が間に永久磁石または磁性体部材を挟むようにして固定されていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石式回転電機。
8. 永久磁石の磁気吸引力により鉄心間が固着されていることを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項に記載の永久磁石式回転電機。
9. 複数の分割鉄心が連結された永久磁石式回転電機の固定子の製造方法であって、
   回転子と対向するティースをそれぞれ有する周方向に連結されて固定子を構成する前記分割鉄心のティースの中央部で径方向に沿って２分した半ピース分割鉄心を構成する半ピース分割鉄心板を、周方向に隣接する分割鉄心の連結される隣接する半ピース分割鉄心毎に積層し、かつ積層しながら隣接する半ピース分割鉄心板の側端同士を積層方向の共通の軸周りに回転可能なように連結していき複数の連結半ピース分割鉄心を形成する工程と、
   それぞれの隣接する前記連結半ピース分割鉄心の外側の間に永久磁石または磁性体部材を挟んで固定子ティースを形成するようにして複数の連結半ピース分割鉄心を繋げる工程と、
   繋げられた複数の連結半ピース分割鉄心に対して、隣接するティース間を開いた状態にしてティースに巻線を行う工程と、
   繋げられた複数の連結半ピース分割鉄心を略円形状に変形させ両側終端を連結する工程と、
   を備えたことを特徴とする永久磁石式回転電機の固定子の製造方法。
10. 前記複数の連結半ピース分割鉄心を形成する工程において、４以上の偶数個の連結半ピース分割鉄心が形成され、
    前記巻線を行う工程において、繋げられた複数の連結半ピース分割鉄心の両側終端の１つ内側のティースから１つ置きに巻線が行われ、
    前記変形させ両側終端を連結する工程において、両側終端の連結半ピース分割鉄心の間に永久磁石または磁性体部材を挟んで両側終端を連結する、
    ことを特徴とする請求項９に記載の永久磁石式回転電機の固定子の製造方法。
11. 繋げられた複数の連結半ピース分割鉄心の両側終端のための、１組の終端半ピース分割鉄心を、前記１組の終端半ピース分割鉄心を構成する終端半ピース分割鉄心板をそれぞれに積層して固定して形成する工程をさらに備え、
    前記連結半ピース分割鉄心を繋げる工程において、繋げられた複数の連結半ピース分割鉄心の両側終端に間に永久磁石または磁性体部材を挟むようにして前記１組の終端半ピース分割鉄心を繋げ、
    前記巻線を行う工程において、全てのティースに巻線を行い、
    前記変形させ両側終端を連結する工程において、両側終端の前記１組の終端半ピース分割鉄心を連結させる、
    ことを特徴とする請求項９に記載の永久磁石式回転電機の固定子の製造方法。
12. 連結半ピース分割鉄心が、ティースに永久磁石または磁性体部材を嵌めこむためのスリットが形成され、ティースの中央部の径方向の回転子と反対側の鉄心が前記スリットにより薄肉形状にされた第１鉄心部、および前記第１鉄心部の両側にそれぞれ連結された、ティースの中央部で径方向に沿って２分した半ピース分割鉄心である第２鉄心部で構成され、
    前記複数の連結半ピース分割鉄心を形成する工程において、前記第１鉄心部および両側の第２鉄心部を構成するための鉄心板を連結半ピース分割鉄心毎に積層し、かつ積層しながら前記第１鉄心部と両側の第２鉄心部のための鉄心板の側端同士を積層方向の共通の軸周りに回転可能なように連結し、
    前記連結半ピース分割鉄心を繋げる工程において、前記各第１鉄心部のスリットに永久磁石または磁性体部材を嵌めこんで固定するとともに、それぞれの隣接する前記連結半ピース分割鉄心の外側の間に永久磁石または磁性体部材を挟んで固定する、
    ことを特徴とする請求項９に記載の永久磁石式回転電機の固定子の製造方法。
13. 永久磁石の磁気吸引力により鉄心間を固着することを特徴とする請求項９から１２までのいずれか１項に記載の永久磁石式回転電機の固定子の製造方法。
14. 可動子が対向する固定子に沿って移動する永久磁石式リニアモータであって、前記可動子が、前記固定子と対向するティースをそれぞれ有する複数の分割鉄心が、移動方向に隣接する分割鉄心同士が前記移動方向に対し前記固定子との対向面に平行な面内で垂直な軸周りに回転可能なように繋がって構成され、前記各分割鉄心のティースの略中央部に永久磁石または磁性体部材が設けられ、前記各分割鉄心がティースの中央部の対向方向の固定子と反対側の鉄心を薄肉形状および鉄心を無くした構造の少なくとも一方にして磁気抵抗を大きくした磁気構造を有することを特徴とする永久磁石式リニアモータ。
15. 可動子が対向する固定子に沿って移動する永久磁石式リニアモータの可動子の製造方法であって、
    固定子と対向するティースをそれぞれ有し移動方向に連結されて可動子を構成する複数の分割鉄心の各分割鉄心のティースの中央部で対向方向に沿って２分した半ピース分割鉄心を構成する半ピース分割鉄心板を、移動方向に隣接する分割鉄心の連結される隣接する半ピース分割鉄心毎に積層し、かつ積層しながら隣接する半ピース分割鉄心板の側端同士を積層方向の共通の軸周りに回転可能なように連結していき複数の連結半ピース分割鉄心を形成する工程と、
    それぞれの隣接する前記連結半ピース分割鉄心の外側の間に永久磁石または磁性体部材を挟んで固定子ティースを形成するようにして複数の連結半ピース分割鉄心を繋げる工程と、
    繋げられた複数の連結半ピース分割鉄心に対して、隣接するティース間を開いた状態にしてティースに巻線を行う工程と、
    を備えたことを特徴とする永久磁石式リニアモータの可動子の製造方法。

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