JPWO2016185829A1 - 回転子、回転電機および回転子の製造方法 - Google Patents

Abstract

軸方向（Ｙ）に貫通する挿入孔（７）が周方向（Ｘ）に間隔を隔てて複数個形成された回転子鉄心（３０）と、挿入孔（７）にそれぞれ配設された磁石（６）とを有する回転子（３）において、挿入孔（７）の孔内側周面（８１）と磁石（６）の磁石内側周面（９１）とは当接せず、挿入孔（７）の孔外側周面（８０）と磁石（６）の磁石外側周面（９０）とは、第一箇所（Ｅ）および第二箇所（Ｆ）の２箇所にて当接し、第一箇所（Ｅ）と第二箇所（Ｆ）との間であって、挿入孔（７）の孔外側周面（８０）と磁石（６）の磁石外側周面（９０）と間には各接着層部（１１、１２）が形成され、挿入孔（７）の孔内側周面（８１）には、径方向（Ｘ）の外側に突出するとともに磁石（６）に当接する第一突出部（８２）が形成されている。

Description

この発明は、磁石の位置ずれを低減して、トルクの低下、回転子鉄心に加わる応力の増加、および、回転圧バランスの増加を抑制することができる回転子、回転電機および回転子の製造方法に関するものである。

近年、電動機または発電機として使用される回転電機において、小型化、高速回転化および高出力化が求められている。小型、高速回転化、および高出力の回転電機を実現するための１つの方法として、回転子に磁石を埋め込んだ形状で、リラクタンストルクを活用し、磁石によるマグネットトルクと合わせることで発生トルクを高める方法がある。しかし、回転電機の小型化、高速回転化を達成しようとした場合、回転子鉄心の遠心力による応力が大きくなり、回転子鉄心または磁石が破断する恐れが生じるといった問題があった。

これに対し、例えば、特許文献１に記載されるように、回転子鉄心に挿入する磁石を突起により保持することで、磁石の回転遠心力を低減し、回転子鉄心内に発生する応力を低減するものがある。

特開２０１４−１０００４８号公報

従来の回転電機は、回転子鉄心に埋め込んだ磁石を突起により保持する形状となっているが、回転子鉄心に磁石を挿入するときの、挿入精度と、磁石の位置精度とが考慮されておらず、トルクの低下、回転子鉄心に加わる応力の増加、および、回転アンバランスの増加が生じるという問題点があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、磁石の位置ずれを低減し、トルクの低下、回転子鉄心に加わる応力の増加を防止する回転子、回転電機および回転子の製造方法を提供することを目的とする。

この発明の回転子は、
軸方向に貫通する挿入孔が周方向に間隔を隔てて複数個形成された回転子鉄心と、
前記挿入孔にそれぞれ配設された磁石とを有する回転子において、
前記挿入孔の孔内側周面と前記磁石の磁石内側周面とは接触せず、
前記挿入孔の孔外側周面と前記磁石の磁石外側周面とは、第一箇所および第二箇所の２箇所にて接触し、
前記第一箇所と前記第二箇所との間であって、前記挿入孔の前記孔外側周面と前記磁石の前記磁石外側周面と間には接着層部が形成され、
前記挿入孔の前記孔内側周面には、径方向の外側に突出する第一突出部が形成されており、前記第一突出部は前記磁石の周方向側周面と接触するものである。

また、この発明の回転電機は、
上記に示した回転子と、
前記回転子鉄心を回転する回転軸と、
前記回転子とエアギャップを介して配設されるとともにコイルを有する固定子とを備えたものである。

また、この発明の上記に示した回転子の製造方法は、
前記磁石の前記磁石外側周面上に接着材を塗布する工程と、
前記挿入孔に前記磁石を挿入する工程と、
前記磁石の前記磁石外側周面と前記挿入孔の前記孔外側周面とを押し当てる工程と、
前記磁石の前記周方向側周面を前記第一突出部に押し当てる工程と、
前記回転子鉄心を回転させながら前記接着材を硬化させ前記接着層部を形成する工程とを備えたものである。

また、この発明の上記に示した回転子の製造方法は、
前記磁石の前記磁石外側周面上に接着材を塗布する工程と、
前記挿入孔に前記磁石を挿入する工程と、
前記磁石の前記磁石外側周面と前記挿入孔の前記孔外側周面とを押し当てる工程と、
前記回転子鉄心を回転させながら前記磁石の前記周方向側周面を前記第一突出部に押し当て前記接着材を硬化させ前記接着層部を形成する工程とを備えたものである。

この発明の回転子、回転電機および回転子の製造方法によれば、
磁石の位置ずれを低減して、トルクの低下、回転子鉄心に加わる応力の増加、および、回転圧バランスの増加を抑制することができる。

この発明の実施の形態１の回転子の構成を示す平面図である。 図１に示した回転子の構成を示す部分拡大平面図である。 図１に示した回転子を用いた回転電機の構成を示す斜視図である。 図３に示した回転電機の構成を示す平面図である。 図１に示した回転子の製造方法を説明するためのフローチャートである。 図１に示した回転子の製造工程を示す部分拡大平面図である。 図１に示した回転子の製造工程を示す部分拡大平面図である。 図１に示した回転子の製造工程において、回転子鉄心に遠心力を働かせる前の状態を説明するための部分拡大平面図である。 図１に示した回転子の製造工程において、回転子鉄心に遠心力を働かせた後の状態を説明するための部分拡大平面図である。 この発明の回転電機と、比較例の回転電機とのトルク差を示す図である。 この発明の実施の形態２の回転子の構成を示す平面図である。 図１１に示した回転子の構成を示す部分拡大平面図である。 図１１に示した回転子の製造工程において、回転子鉄心に遠心力を働かせる前の状態を説明するための部分拡大平面図である。 図１１に示した回転子の製造工程において、回転子鉄心に遠心力を働かせた後の状態を説明するための部分拡大平面図である。 この発明の実施の形態３の回転子の構成を示す平面図である。 図１５に示した回転子の構成を示す部分拡大平面図である。 図１５に示した回転子の製造工程において、回転子鉄心に遠心力を働かせる前の状態を説明するための部分拡大平面図である。 図１５に示した回転子の製造工程において、回転子鉄心に遠心力を働かせた後の状態を説明するための部分拡大平面図である。 この発明の実施の形態４の回転子の構成を示す平面図である。 図１９に示した回転子の構成を示す部分拡大平面図である。 図１９に示した回転子の製造工程において、回転子鉄心に遠心力を働かせる前の状態を説明するための部分拡大平面図である。 図１９に示した回転子の製造工程において、回転子鉄心に遠心力を働かせた後の状態を説明するための部分拡大平面図である。

実施の形態１．
以下、本願発明の実施の形態について説明する。図１はこの発明の実施の形態１の回転子の構成を示す平面図である。図２は図１に示した回転子の１／８モデルの構成を示す部分拡大平面図である。図３は図１に示した回転子を用いた回転電機の構成を示す斜視図である。図４は図３に示した回転電機の構成を示す平面図である。図５は図１に示した回転子の製造方法を説明するためのフローチャートである。図６から図９は図１に示した回転子の製造工程を示す部分拡大平面図である。

図１０はこの発明の回転子と、比較例の回転子とのトルク差を示す図である。尚、図９においてのみ、構造物を理解するためのハッチングを付して示している。他の図においては、同様の構造物から構成されているものであり、ハッチングは省略して示している。

本実施の形態においては、８極４８スロットの永久磁石型の回転電機１の例を用いて説明する。但し、回転電機１の極数およびスロット数は適宜増減可能であり、本実施の形態および以下の実施の形態においても同様に構成することができるため、その説明は適宜省略する。

図３および図４において、回転電機１は、固定子２と、回転子３と、シャフト４にて構成される。回転電機１の外周側から、固定子２、回転子３、シャフト４の順番に配設されている。固定子２は回転子３と空隙であるエアギャップ５を有して配設されている。このエアギャップ５は、径方向の間隔Ｌ２が０．１ｍｍ〜２．５ｍｍにて形成される。

固定子２は、固定子鉄心２０とコイル２１とを有している。固定子鉄心２０は、円環状に形成されている。そして、固定子鉄心２０は、例えば、電磁鋼板が軸方向Ｙに複数枚積層されて構成されている。そして、１枚の電磁鋼板の厚さは、０．１ｍｍから１．０ｍｍの間を使用する場合が多い。尚、本実施の形態では、固定子鉄心２０を電磁鋼板にて構成する例を示したが、これに限られることなく、電磁鋼板以外にて構成することも可能であり、以下の実施の形態においても同様に構成することができるため、その説明は適宜省略する。また、固定子鉄心２０に巻回されているコイル２１は、分布巻き、または、集中巻きのどちらで形成されていてもよい。

回転子３は、回転子鉄心３０が軸心位置に挿通されたシャフト４に固定され形成されている。回転子３は、回転子鉄心３０が固定子２の内側に配置されるとともに、永久磁石６を備えた永久磁石型回転子である。そして、シャフト４は、例として焼きばめまたは圧入等にて回転子鉄心３０に固定されている。

次に、図１および図２において、回転子３の構成の詳細について説明する。図１に示すように、回転子３は、軸方向Ｙに貫通する挿入孔７が周方向Ｚに間隔を隔てて複数個形成された回転子鉄心３０と、各挿入孔７にそれぞれ配設された各永久磁石６（以下、永久磁石は磁石として示す）と、回転子鉄心３０を回転するためのシャフト４とから構成されている。

よって、各磁石６は、各挿入孔７に挿入することが可能な大きさおよび形状にて形成されている。尚、以下の説明において、磁石６および挿入孔７と示すときは、回転子３における、全ての磁石６および挿入孔７を指すものとして示している。

図２に示すように、挿入孔７は、回転子鉄心３０の周方向Ｚに間隔を隔てて複数個形成されるとともに、径方向Ｘに複数層にて形成されている。本実施の形態においては、挿入孔７が径方向Ｘに二層に並んだ場合について説明する。挿入孔７は、第一挿入孔７１と第二挿入孔７２との２層を有している。また、第二挿入孔７２は、第二ブリッジ部４２を磁極中心軸上に形成し、当該中心軸上において、左右線対称な形状にて第二挿入孔７２Ａおよび第二挿入孔７２Ｂが分割して形成されている。

そして、第一挿入孔７１には第一磁石６１が、第二挿入孔７２Ａおよび第二挿入孔７２Ｂには、第二磁石６２Ａおよび第二磁石６２Ｂがそれぞれ挿入されている。よって、第二磁石６２は、第二磁石６２Ａおよび第二磁石６２Ｂにて構成されることとなる。

また、各挿入孔７１、７２の径方向Ｘの外側の周方向Ｚの側面である孔外側周面８０および径方向Ｘの内側の周方向Ｚの側面である孔内側周面８１は、回転子３の径方向Ｘの内側凸の円弧面形状にてそれぞれ形成されている。また、各磁石６１、６２の径方向Ｘの外側の周方向Ｚの面である磁石外側周面９０および径方向Ｘの内側の周方向Ｚの面である磁石内側周面９１は、回転子３の径方向Ｘの内側凸の円弧面形状にてそれぞれ形成されている。

そして、各挿入孔７１、７２の孔外側周面８０を円弧面形状として形成するための曲率半径Ｒ１とし、各磁石６１、６２の磁石外側周面９０を円弧面形状として形成するための曲率半径Ｒ２とすると、Ｒ１＞Ｒ２の関係が成り立つ。尚、曲率半径Ｒ１および曲率半径Ｒ２は、それぞれの関係のみを示しているものであり、数値はそれぞれ適宜設定されるものである。

挿入孔７および磁石６がこのような関係にて形成されているため、各挿入孔７１、７２の孔外側周面８０と、各磁石６１、６２の磁石外側周面９０とは、第一箇所Ｅおよび第二箇所Ｆの２箇所にてそれぞれ接触されている。また、第一挿入孔７１の孔内側周面８１と、第一磁石６１の磁石内側周面９１とは接触せず、隙間が設けられており第一空隙部５１が形成されている。また、第二挿入孔７２の孔内側周面８１と、第二磁石６２の磁石内側周面９１とは接触せず、隙間が設けられており第二空隙部５２が形成されている。

そして、図９に示すように、第一箇所Ｅと第二箇所Ｆとの間であって、第一挿入孔７１の孔外側周面８０と、第一磁石６１の磁石外側周面９０との間には、第一接着層部１１が形成されている。また、第二挿入孔７２の孔外側周面８０と、第二磁石６２の磁石外側周面９０との間には、第二接着層部１２が形成されている。各接着層部１１、１２の径方向Ｘにおける最大間隔Ｌ１は、
おおむね５／１００（ｍｍ）＜Ｌ１＜２０／１００（ｍｍ）
にて形成されている。

尚、各接着層部１１、１２および最大間隔Ｌ１については、図９に示している。他の図においては、各部分は適宜省略する。また、以下の実施の形態においても、各接着層部１１、１２および最大間隔Ｌ１の図示は適宜省略する。

この最大間隔Ｌ１は、５／１００ｍｍより小さいと、各接着層部１１、１２の接着力が弱くなり、接着剤の表面にムラが生じる。

また、２０／１００ｍｍより大きいと、回転中に接着剤の表面張力で各磁石６１、６２は空隙に接着剤が留まらず、抜けてしまう恐れがある。よって、先に示した曲率半径Ｒ１および曲率半径Ｒ２は、この最大間隔Ｌ１が上記に示したような関係となるように設定されるものである。また、各接着層部１１、１２のそれぞれの最大間隔Ｌ１は、上記に示した範囲でそれぞれの箇所に応じて形成されるものである。

尚、上記に示した、曲率半径Ｒ１および曲率半径Ｒ２の関係、および、最大間隔Ｌ１の関係は、径方向Ｘにおいて形成される各層の挿入孔７および磁石６において同様に形成することが可能である。よって、以下の実施の形態においても同様に形成することができるため、その説明は適宜省略する。

そして、第一挿入孔７１の孔内側周面８１には、径方向Ｘの外側に突出するとともに第一磁石６１の周方向Ｚの周方向側周面９２に接触する第一突出部８２が形成されている。尚、第一挿入孔７１に挿入された第一磁石６１は、回転子鉄心３０の回転による遠心力により、周方向Ｚのいずれの方向に移動する。よって、第一突出部８２は、第一挿入孔７１内の周方向Ｚにおいて、第一磁石６１の周方向Ｚの両周方向側周面９２のうちいずれの周方向側周面９２が接触してもよいように、周方向Ｚに２箇所形成されている。尚、磁石６の周方向側周面９２と第一突出部８２との接触されていない側は、挿入孔７内に磁石６を挿入する際に、圧接する必要が無い程度の間隔を有するものであり、このことは以下の実施の形態においても同様である。

また、第二挿入孔７２Ａ、７２Ｂの孔内側周面８１には、径方向Ｘの外側に突出するとともに第二磁石６２Ａ、６２Ｂの周方向Ｚの第二ブリッジ部４２が形成されている側と反対側の周方向側周面９２に接触する第一突出部８２がそれぞれ形成されている。これは、第二挿入孔７２に挿入された第二磁石６２は、回転子鉄心３０の回転による遠心力により、径方向Ｘの外側に移動する。よって、第一突出部８２が、第二ブリッジ部４２と反対側に形成されている。そして、第二磁石６２Ａ、６２Ｂは第二ブリッジ部４２と接触せず、第二ブリッジ部４２と第二磁石６２Ａ、６２Ｂの周方向側周面の外周側である他周方向側周面９３との間には、隙間が設けられており第四空隙部５４がそれぞれ形成されている。

次に、上記のように構成された実施の形態１の回転電機の回転子の製造方法について図５から図７を用いて説明する。まず、磁石６の磁石外側周面９０上に接着剤を塗布する（図５のステップＳＴ１）。尚、接着剤は、磁石６と挿入孔７とを固定するために可能な材料であれば、どの材料を使用してもよい。また、硬化する前の塗布された接着剤の図示は省略している。このことは以下の実施の形態においても同様である。次に、図６に示すように、磁石６を挿入孔７内に挿入する（図５のステップＳＴ２）。この磁石６の挿入時には、挿入孔７において、回転子３の磁極の中心軸上になるべく近い位置に挿入する。

次に、図６に示した状態から矢印Ｋの方向に磁石６をそれぞれ移動させて、図７に示すように、磁石６の磁石外側周面９０を挿入孔７の孔外側周面８０に押し当てる（図５のステップＳＴ３）。尚、この押し当てる工程は、磁石６または挿入孔７が割れたり、欠けたりすることない条件であればいずれの条件でもよく、磁石６を挿入孔７に押し当てる手段および回数は問わないものである。

そしてこの際、磁石６の磁石内側周面９１と、挿入孔７の孔内側周面８１とを接触せず、磁石６の磁石内側周面９１と、挿入孔７の孔内側周面８１との間には、隙間が設けられており第一空隙部５１、および第二空隙部５２がそれぞれ形成される。

次に、磁石６を、図７に示す矢印Ｊの方向、すなわち、第一突出部８２が形成されている方向に移動する。尚、第一磁石６１は周方向Ｚのいずれの方向に移動させてもよい。そして、磁石６の周方向側周面９２を、第一突出部８２に接触させる（図５のステップＳＴ４）。この際、第二磁石６２Ａ、６２Ｂと、第二ブリッジ部４２とは接触せず、第二磁石６２Ａ、６２Ｂの他周方向側周面９３と、第二ブリッジ部４２との間には隙間が設けられており第四空隙部５４が形成される。次に、回転子鉄心３０を回転させて、接着剤を硬化して、各接着層部１１、１２を形成する（図５のステップＳＴ５）。

上記に示したように回転子３が製造されるものの、回転子鉄心３０を回転させて遠心力を働かせる前および接着剤が硬化する前は、磁石６の位置が周方向Ｚにおいて不安定になる可能性がある。そこで、回転子鉄心３０を回転させて遠心力を働かせることにより、図９に示すように磁石６の位置が挿入孔７において安定することができる。以下、この状態について説明する。

まず、遠心力が働く前は図８に示すように、磁石６と挿入孔７とは、接着剤にて完全に固着されていない。よって、第一磁石６１を第一挿入孔７１に挿入した後、磁石外側周面９０が孔外側周面８０に接触するまで第一磁石６１を径方向Ｘの外側に押し当て、磁石外側周面９０と孔外側周面８０とは２点にて接触する。しかし、第一磁石６１は回転子３の周方向Ｚには固定されていないため、第一磁石６１の挿入時のばらつきによって第一磁石６１は左右どちらかの第一突出部８２に接触する、またはいずれにも接触しないことにより、第一磁石６１の周方向Ｚにおける位置が不安定である。

また、第二磁石６２も第一磁石６１と同様に、第二挿入孔７２に挿入した後、磁石外側周面９０が孔外側周面８０に接触するまで第二磁石６２を径方向Ｘの外側に押し当て、磁石外側周面９０と孔外側周面８０とは２点にて接触する。さらに、第二磁石６２の周方向側周面９２を第一突出部８２に接触させる。しかし、接着剤が硬化する前は第二磁石６２は回転子３の周方向Ｚには固定されていないため、第二磁石６２は磁極の中心軸上、すなわち第二ブリッジ部４２形成側に移動する可能性があり、第二磁石６２の周方向Ｚにおける位置が不安定である。

このような状態にて、回転子鉄心３０を回転させ、回転子鉄心３０の径方向Ｘの外側に遠心力を加え、接着剤を硬化して、各接着層部１１、１２を形成する（図９）。すなわち、回転子３を回転させると、磁石６と挿入孔７には回転子３の径方向Ｘの外側に遠心力が加わる。この遠心力によって、第一磁石６１は回転子３の径方向Ｘの外側に移動するとともに、第一磁石６１の磁石外側周面９０と第一挿入孔７１の孔外側周面８０との２点の接触は第一箇所Ｅおよび第二箇所Ｆにて固定される。そして、第一磁石６１の周方向Ｚの左右どちらかの周方向側周面９２は、第一突出部８２の左右どちらかと接触する。このことにより、第一磁石６１は第一挿入孔７１内において３箇所にて接触され所定位置で安定する。

また、第二磁石６２Ａ、６２Ｂも、第一磁石６１と同様に、回転子３の径方向Ｘの外側に遠心力が加わる。この遠心力によって、第二磁石６２Ａ、６２Ｂは回転子３の径方向Ｘの外側に移動し、第二磁石６２Ａ、６２Ｂの磁石外側周面９０と第二挿入孔７２Ａ、７２Ｂの孔外側周面８０との２点の接触は第一箇所Ｅおよび第二箇所Ｆにて固定される。そして、第二磁石６２Ａ、６２Ｂの周方向側周面９２は、第一突出部８２と接触する。このことにより、第二磁石６２は第二挿入孔７２内において３箇所にて接触され所定位置で安定する。

尚、上記に示した磁石６と挿入孔７との固着における、回転子鉄心３０に遠心力を働かせる前と、遠心力を働かせた後との関係は、以下の実施の形態においても同様に行われるため、その説明は適宜省略する。

次に、上記のようにして製造された回転子３を用いて回転電機１を組み立てる方法について説明する。固定子２は、主な材料である電磁鋼板を打ち抜いて固定子鉄心２０を形成する。尚、固定子鉄心２０の形成方法は、電磁鋼板の打ち抜きに限らない。次に、円環状に組み立てたコイル２１に、絶縁シートを取り付け固定子鉄心２０に挿入する。尚、コイル２１および固定子鉄心２０の組み立て方法はこの方法に限らなくてもよい。次に、上記のようにして製造された回転子３の回転子鉄心３０にシャフト４を固定する。次に、固定子２にエアギャップ５を介して回転子３を挿入して組み立て回転電機１を製造する。尚、回転電機１の構成は、以下の実施の形態においても同様に構成することが可能なため、その説明および図示は省略する。

上記のように構成された実施の形態１によれば、最終的には挿入孔の孔内側周面と磁石の磁石内側周面とは接触しないように隙間が設けられて構成されているため、挿入孔内に磁石を容易に挿入することができる。そして最終的には、磁石の磁石外側周面と挿入孔の孔外側周面とを２箇所にて接触するとともに、磁石と第一突出部とを接触することにより、３箇所にて接触して、挿入孔内の磁石の位置精度を向上することができる。よって、磁石の位置のばらつきによる、トルクの低下および回転子鉄心に加わる応力の増加、回転アンバランスの増加を低減することができる。

具体的に、挿入孔内に圧接にて磁石が挿入され固定されるような場合の回転電機である比較例のトルクと、本発明のトルクとの差を図１０に示す。トルクの算出はどちらも同じ条件で実施した。図１０から明らかなように、本発明のトルクの方が大きいことが分かる。これより、本発明を行うことで磁石のトルクの低下のばらつきを防ぐことができることが確認できた。

また、磁石の磁石外側周面と挿入孔の孔外側周面とを、径方向の内側凸となる円弧面形状にて形成しているため、磁石の磁石外側周面と挿入孔の孔外側周面とを２箇所にて確実に接触することができる。よって、このことにより、挿入孔内の磁石の位置精度をさらに向上することができる。

また、挿入孔の磁極中心軸上に左右線対称のブリッジ部を形成してるため、回転子鉄心に加わる応力集中を低減することができる。

また、回転子鉄心を回転させながら接着剤を硬化させ、接着層部を形成しているので、挿入孔内の磁石の位置精度をさらに向上することができる。

尚、本実施の形態においては磁石を第一突出部に押し当てた後に、回転子鉄心を回転させながら接着材を硬化させ接着層部を形成する例を示したがこれに限られることはなく、例えば、回転子鉄心を回転させながら磁石を第一突出部に押し当て接着材を硬化させ接着層部を形成するようにしてもよい。この場合、回転鉄心を回転させながら磁石を第一突出部に押し当てるため、工程を削減することができ、低コストにて製造することができる。

尚、本実施の形態においては、各挿入孔７１、７２の孔外側周面８０と、各磁石６１、６２の磁石外側周面９０とを、回転子３の径方向Ｘの内側凸の円弧面形状にてそれぞれ形成し、第一箇所Ｅおよび第二箇所Ｆの２箇所にてそれぞれ接触する例を示したが、これに限られることはなく、他の形状であっても、挿入孔７の孔外側周面８０と、磁石６の磁石外側周面９０とを、第一箇所Ｅおよび第二箇所Ｆの２箇所にてそれぞれ接触し、第一箇所Ｅと第二箇所Ｆとの間であって、挿入孔７の孔外側周面８０と、磁石６の磁石外側周面９０との間に各接着層部１１、１２を形成することができれば、本実施の形態と同様に行うことができ同様の効果を奏することができる。また、以下の実施の形態においても同様であるためその説明は適宜省略する。

実施の形態２．
図１１はこの発明の実施の形態２の回転子の構成を示す平面図である。図１２は図１１に示した回転子の１／８モデルの構成を示す部分拡大平面図である。図１３は図１１に示した回転子の製造工程において、回転子鉄心に遠心力を働かせる前の状態を説明するための部分拡大平面図である。図１４は図１１に示した回転子の製造工程において、回転子鉄心に遠心力を働かせた後の状態を説明するための部分拡大平面図である。尚、図１４においてのみ、構造物を理解するためのハッチングを付して示している。他の図においては、同様の構造物から構成されているものであり、ハッチングは省略して示している。

図において、上記実施の形態１と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。第二挿入孔７２の第二ブリッジ部４２には、第二挿入孔７２の第二磁石６２側に突出するとともに第二磁石６２に接触しない第二突出部８３が形成されている。

上記のように構成された実施の形態２の回転電機の回転子は、上記実施の形態１と同様に図５に示したように製造することが可能であるものの、回転子鉄心３０を回転させて遠心力を働かせる前および接着剤が硬化する前は磁石６の位置が周方向Ｚにおいて不安定になる可能性がある。そこで、回転子鉄心３０を回転させて遠心力を働かせることにより、図１４に示すように磁石６の位置が挿入孔７において安定することができる。以下、この状態について説明する。

まず、遠心力が働く前は図１３に示すように、磁石６と挿入孔７とは、接着剤にて完全に固着されていない。第一磁石６１と第一挿入孔７１との関係については上記実施の形態１と同様であるためその説明は省略する。第二磁石６２は、第二挿入孔７２に挿入した後、磁石外側周面９０が孔外側周面８０に接触するまで第二磁石６２を径方向Ｘの外側に押し当て、磁石外側周面９０と孔外側周面８０とは２点にて接触する。さらに、第二磁石６２の周方向側周面９２を第一突出部８２に接触させる。しかし、接着剤が硬化する前は第二磁石６２は回転子３の周方向Ｚには固定されていないため、第二磁石６２は磁極の中心軸上、すなわち第二ブリッジ部４２形成側に移動する可能性がある。よって、第二磁石６２の他周方向側周面９３が第二ブリッジ部４２に形成されている第二突出部８３に接触してしまい、第二磁石６２の周方向Ｚにおける所定の位置への配置ができなくなる。

このような状態にて、回転子鉄心３０を回転させ、回転子鉄心３０の径方向Ｘの外側に遠心力を加える。そして、接着剤を硬化して、各接着層部１１、１２を形成する（図１４）。すなわち、回転子３を回転させると、磁石６つまり第二磁石６２Ａ、６２Ｂには、回転子３の径方向Ｘの外側に遠心力が加わる。

そして、第二磁石６２Ａ、６２Ｂは回転子３の径方向Ｘの外側に移動し、第二磁石６２Ａ、６２Ｂの磁石外側周面９０と第二挿入孔７２Ａ、８２Ｂの孔外側周面８０との２点の接触は第一箇所Ｅおよび第二箇所Ｆにて固定される。そして、第二磁石６２Ａ、６２Ｂの周方向側周面９２は、第一突出部８２と接触する。このことにより、第二磁石６２は第二挿入孔７２内において３箇所にて接触され所定位置で安定する。

上記のように構成された実施の形態２によれば、上記実施の形態１と同様の効果を奏するのはもちろんのこと、ブリッジ部が形成されている挿入孔に第二突出部を設けていなければ、磁石とブリッジ部とが接触する可能性があるため、磁束を通しにくいフラックスバリアの距離が短くなる。このため、磁石には磁束の漏れが発生する可能性がある。

本実施の形態２においては、ブリッジ部が形成されている挿入孔に第二突出部を設けることで磁石と第二突出部が接触し、磁石とブリッジ部とが接触せず、磁石とブリッジ部との間にはフラックスバリアを確保することが可能となる。よって、磁石の磁束漏れを抑制することが可能となり、トルクの低下を防ぐことができる。

実施の形態３．
図１５はこの発明の実施の形態３の回転子の構成を示す平面図である。図１６は図１５に示した回転子の１／８モデルの構成を示す部分拡大平面図である。図１７は図１５に示した回転子の製造工程において、回転子鉄心に遠心力を働かせる前の状態を説明するための部分拡大平面図である。図１８は図１５に示した回転子の製造工程において、回転子鉄心に遠心力を働かせた後の状態を説明するための部分拡大平面図である。尚、図１８においてのみ、構造物を理解するためのハッチングを付して示している。他の図においては、同様の構造物から構成されているものであり、ハッチングは省略して示している。

図において、上記各実施の形態と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。第一挿入孔７１は、第一ブリッジ部４１により分割され、第一挿入孔７１Ａおよび第一挿入孔７１Ｂにて構成される。そして、第一挿入孔７１Ａおよび第一挿入孔７１Ｂには、第一磁石６１Ａおよび第一磁石６１Ｂがそれぞれ配設される。よって、第一磁石６１は、第一磁石６１Ａおよび第一磁石６１Ｂにて構成される。第一ブリッジ部４１は、第一挿入孔７１Ａおよび第一挿入孔７１Ｂが、第一挿入孔７１の磁極中心軸上に左右線対称となるように形成されている。これより、回転子鉄心に加わる応力集中を低減している。

そして、第一挿入孔７１Ａおよび第一挿入孔７１Ｂの径方向Ｘの外側の周方向Ｚの側面である孔外側周面８０および径方向Ｘの内側の周方向Ｚの側面である孔内側周面８１は、上記各実施の形態と同様に、回転子３の径方向Ｘの内側凸の円弧面形状にてそれぞれ形成されている。また、第一磁石６１Ａおよび第一磁石６１Ｂの径方向Ｘの外側の周方向Ｚの面である磁石外側周面９０および径方向Ｘの内側の周方向Ｚの面である磁石内側周面９１は、上記各実施の形態と同様に、回転子３の径方向Ｘの内側凸の円弧面形状にてそれぞれ形成されている。また、第一空隙部５１および第一接着層部１１は、上記各実施の形態と同様に形成されている。

また、第一挿入孔７１Ａ、７１Ｂの孔内側周面８１には、径方向Ｘの外側に突出するとともに第一磁石６１Ａ、６１Ｂの周方向Ｚの第一ブリッジ部４１が形成されている側と反対側の周方向側周面９２に接触する第一突出部８２がそれぞれ形成されている。これは、第一挿入孔７１に挿入された第一磁石６１は、回転子鉄心３０の回転による遠心力により、径方向Ｘの外側に移動する。そして、第一磁石６１Ａ、６１Ｂは第一ブリッジ部４１と接触せず、第一ブリッジ部４１と第一磁石６１Ａ、６１Ｂの他周方向側周面９３との間には、隙間が設けられており第四空隙部５４がそれぞれ形成されている。

上記のように構成された実施の形態３の回転電機の回転子は、上記各実施の形態と同様に図５に示したように製造することが可能であるものの、回転子鉄心３０を回転させて遠心力を働かせる前および接着剤が硬化する前は磁石６の位置が周方向Ｚにおいて不安定になる可能性がある。そこで、回転子鉄心３０を回転させて遠心力を働かせることにより、図１８に示すように磁石６の位置が挿入孔７において安定することができる。以下、この状態について説明する。

まず、遠心力が働く前は図１７に示すように、磁石６と挿入孔７とは、接着剤にて完全に固着されていない。よって、第一磁石６１を第一挿入孔７１に挿入した後、磁石外側周面９０が孔外側周面８０に接触するまで第一磁石６１を径方向Ｘの外側に押し当て、磁石外側周面９０と孔外側周面８０とは２点にて接触する。さらに、第二磁石６２の周方向側周面９２を第一突出部８２に接触させる。しかし、接着剤が硬化する前は第一磁石６１は回転子３の周方向Ｚには固定されていないため、第一磁石６１は磁極の中心軸上、すなわち第一ブリッジ部４１形成側に移動する可能性があり、第一磁石６１の周方向Ｚにおける位置が不安定である。尚、第二磁石６２と第二挿入孔７２との関係については上記実施の形態１と同様であるためその説明は省略する。

このような状態にて、回転子鉄心３０を回転させ、回転子鉄心３０の径方向Ｘの外側に遠心力を加え、接着剤を硬化して、各接着層部１１、１２を形成する（図１８）。すなわち、回転子３を回転させると、磁石６と挿入孔７には回転子３の径方向Ｘの外側に遠心力が加わる。この遠心力によって、第一磁石６１は回転子３の径方向Ｘの外側に移動するとともに、第一磁石６１の磁石外側周面９０と第一挿入孔７１の孔外側周面８０との２点の接触は第一箇所Ｅおよび第二箇所Ｆにて固定される。そして、第一磁石６１の周方向側周面９２は、第一突出部８２と接触する。このことにより、第一磁石６１は第一挿入孔７１内において３箇所にて接触され所定位置で安定する。

上記のように構成された実施の形態３によれば、上記各実施の形態と同様の効果を奏するのはもちろんのこと、第一挿入孔に第一ブリッジ部を形成した場合であっても、回転子が回転し、第一磁石に遠心力が加わると、第一磁石の磁石外側周面と第一挿入孔の孔外側周面とが２箇所にて接触し、第一磁石の周方向側周面が第一突出部に接触するため、第一磁石の位置精度を向上させることが可能である。

実施の形態４．
図１９はこの発明の実施の形態４の回転子の構成を示す平面図である。図２０は図１９に示した回転子の１／８モデルの構成を示す部分拡大平面図である。図２１は図１９に示した回転子の製造工程において、回転子鉄心に遠心力を働かせる前の状態を説明するための部分拡大平面図である。図２２は図１９に示した回転子の製造工程において、回転子鉄心に遠心力を働かせた後の状態を説明するための部分拡大平面図である。尚、図２２においてのみ、構造物を理解するためのハッチングを付して示している。他の図においては、同様の構造物から構成されているものであり、ハッチングは省略して示している。

図において、上記各実施の形態と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。本実施の形態４においては、挿入孔７を回転子３の径方向Ｘに三層構造にて形成する例で、第三挿入孔７３を備えたものである。よって、第三挿入孔７３には第三磁石６３が挿入されている。また、第三挿入孔７３の径方向Ｘの外側の周方向Ｚの側面である孔外側周面８０および径方向Ｘの内側の周方向Ｚの側面である孔内側周面８１は、回転子３の径方向Ｘの内側凸の円弧面形状にてそれぞれ形成されている。また、第三磁石６３の径方向Ｘの外側の周方向Ｚの面である磁石外側周面９０および径方向Ｘの内側の周方向Ｚの面である磁石内側周面９１は、回転子３の径方向Ｘの内側凸の円弧面形状にてそれぞれ形成されている。

そして、図２２に示すように、第三挿入孔７３の孔外側周面８０と、第三磁石６３の磁石外側周面９０とは、第一箇所Ｅおよび第二箇所Ｆの２箇所にてそれぞれ接触されている。また、第三挿入孔７３の孔内側周面８１と、第三磁石６３の磁石内側周面９１とは接触せず、隙間が設けられており第三空隙部５３が形成されている。

そして、第一箇所Ｅと第二箇所Ｆとの間であって、第三挿入孔７３の孔外側周面８０と、第三磁石６３の磁石外側周面９０との間には、第三接着層部１３が形成されている。第三接着層部１３の径方向Ｘにおける最大間隔Ｌ１は、上記各実施の形態と同様にて形成されている。そして、第三挿入孔７３の孔内側周面８１には、径方向Ｘの外側に突出するとともに第三磁石６３の周方向Ｚの周方向側周面９２に接触する第一突出部８２が周方向Ｚに形成されている。尚、第三挿入孔７３に挿入された第三磁石６３、回転子鉄心３０の回転による遠心力により、周方向Ｚのいずれの方向に移動するか不明である。よって、第一突出部８２は、第三挿入孔７３内の周方向Ｚにおいて、第三磁石６３の周方向Ｚの周方向側周面９２のいずれの周方向側周面９２が接触してもよいように、周方向Ｚに２箇所形成されている。

上記のように構成された実施の形態４の回転電機の回転子は、上記各実施の形態と同様に図５に示したように製造することが可能であるものの、回転子鉄心３０を回転させて遠心力を働かせる前および接着剤が硬化する前は磁石６の位置が周方向Ｚにおいて不安定になる可能性がある。そこで、回転子鉄心３０を回転させて遠心力を働かせることにより、図２２に示すように磁石６の位置が挿入孔７において安定することができる。以下、この状態について説明する。

まず、遠心力が働く前は図２１に示すように、磁石６と挿入孔７とは、接着剤にて完全に固着されていない。尚、第一磁石６１と第一挿入孔７１との関係、および、第二磁石６２と第二挿入孔７２との関係については上記実施の形態１と同様であるためその説明は省略する。第三磁石６３は、第三挿入孔７３に挿入した後、磁石外側周面９０が孔外側周面８０に接触するまで第三磁石６３を径方向Ｘの外側に押し当て、磁石外側周面９０と孔外側周面８０とは２点にて接触する。さらに、第二磁石６２の周方向側周面９２を第一突出部８２に接触させる。しかし、接着剤が硬化する前は第三磁石６３は回転子３の周方向Ｚには固定されていないため、第三磁石６３の挿入時のばらつきによって第三磁石６３とは左右どちらかの第一突出部８２に接触する、またはいずれにも接触しないことにより、第三磁石６３の周方向Ｚにおける位置が不安定である。

このような状態にて、回転子鉄心３０を回転させ、回転子鉄心３０の径方向Ｘの外側に遠心力を加え、接着剤を硬化して、各接着層部１１、１２、１３を形成する（図２２）。すなわち、回転子３を回転させると、磁石６と挿入孔７には回転子３の径方向Ｘの外側に遠心力が加わる。この遠心力によって、第三磁石６３は回転子３の径方向Ｘの外側に移動するとともに、第三磁石６３の磁石外側周面９０と第三挿入孔７３の孔外側周面８０との２点の接触は第一箇所Ｅおよび第二箇所Ｆにて固定される。そして、第三磁石６３の周方向Ｚの左右どちらかの周方向側周面９２は、第一突出部８２の左右どちらかと接触する。このことにより、第三磁石６３は第三挿入孔７３内において３箇所にて接触され所定位置で安定する。

上記のように構成された実施の形態４によれば、上記各実施の形態と同様の効果を奏するのはもちろんのこと、挿入孔の層数を三層にすることで、回転子に流れる磁束の量を増加させることができ、トルクの向上が可能となる。

尚、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

Claims (9)

1. 軸方向に貫通する挿入孔が周方向に間隔を隔てて複数個形成された回転子鉄心と、
   前記挿入孔にそれぞれ配設された磁石とを有する回転子において、
   前記挿入孔の孔内側周面と前記磁石の磁石内側周面とは接触せず、
   前記挿入孔の孔外側周面と前記磁石の磁石外側周面とは、第一箇所および第二箇所の２箇所にて接触し、
   前記第一箇所と前記第二箇所との間であって、前記挿入孔の前記孔外側周面と前記磁石の前記磁石外側周面と間には接着層部が形成され、
   前記挿入孔の前記孔内側周面には、径方向の外側に突出する第一突出部が形成されており、前記第一突出部は前記磁石の周方向側周面と接触する回転子。
2. 各前記挿入孔の内、ブリッジ部にて分割されている挿入孔を備えた回転子において、
   前記ブリッジ部にて分割されている前記挿入孔の前記第一突出部は、前記磁石の前記周方向側周面の外周側と接触するように形成されている請求項１に記載の回転子。
3. 前記ブリッジ部にて分割されている前記挿入孔の前記ブリッジ部には、前記挿入孔の前記磁石側に突出するとともに前記磁石に接触しない第二突出部が形成されている請求項２に記載の回転子。
4. 前記挿入孔の孔外側周面および前記磁石の磁石外側周面は、径方向の内側凸となる円弧面形状にて形成されている請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転子。
5. 前記接着層部の径方向における最大間隔Ｌ１は、
   ５／１００（ｍｍ）＜Ｌ１＜２０／１００（ｍｍ）
   にて形成されている請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転子。
6. 前記挿入孔は、径方向において複数層にて形成されている請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の回転子。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の回転子と、
   前記回転子鉄心を回転する回転軸と、
   前記回転子とエアギャップを介して配設されるとともにコイルを有する固定子とを備えた回転電機。
8. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の回転子の製造方法において、
   前記磁石の前記磁石外側周面上に接着材を塗布する工程と、
   前記挿入孔に前記磁石を挿入する工程と、
   前記磁石の前記磁石外側周面と前記挿入孔の前記孔外側周面とを押し当てる工程と、
   前記磁石の前記周方向側周面を前記第一突出部に押し当てる工程と、
   前記回転子鉄心を回転させながら前記接着材を硬化させ前記接着層部を形成する工程とを備えた回転子の製造方法。
9. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の回転子の製造方法において、
   前記磁石の前記磁石外側周面上に接着材を塗布する工程と、
   前記挿入孔に前記磁石を挿入する工程と、
   前記磁石の前記磁石外側周面と前記挿入孔の前記孔外側周面とを押し当てる工程と、
   前記回転子鉄心を回転させながら前記磁石の前記周方向側周面を前記第一突出部に押し当て前記接着材を硬化させ前記接着層部を形成する工程とを備えた回転子の製造方法。

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