JPWO2017158642A1

JPWO2017158642A1 - 永久磁石式回転電機及びその製造方法

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Publication number: JPWO2017158642A1
Application number: JP2018505554A
Authority: JP
Inventors: 登士和久保; 聡今盛
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2016-03-16
Filing date: 2016-03-16
Publication date: 2018-06-28
Anticipated expiration: 2036-03-16
Also published as: JP6471831B2; WO2017158642A1; US20180191208A1; US10804753B2; DE112016003500T5

Abstract

回転子コアを形成する複数の板材の各々の非磁性部の面に酸化膜があっても板材の板厚を均一にして積層できる、永久磁石式回転電機及びその製造方法を提供する。永久磁石式回転電機（１）における回転子コア（２１）は、複数の板材（２１Ａ），（２１Ｂ），（２１Ｃ），（２１Ｄ）を積層してなり、１つの磁極あたり、隣接する磁石スロット（２３）間に形成され、外周縁部（２４）と芯部（２５）とを繋ぐ１つ又は複数のセンタブリッジ（２６）を備える。１つ又は複数のセンタブリッジ（２６）の各々の一部もしくは全部に非磁性部（３０）を形成し、回転子コア（２１）を形成する複数の板材（２１Ａ），（２１Ｂ），（２１Ｃ），（２１Ｄ）の各々の非磁性部（３０）を形成する領域以外の部分の面に絶縁被膜（３２）を備えている。

Description

本発明は、永久磁石式回転電機及びその製造方法に関する。

永久磁石式回転電機は、誘導機などと比較して高トルク・高効率であることが知られており、近年その用途が拡大している。永久磁石式回転電機の中でもＥＶ（Electric Vehicle）やＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）の主機として用いられる電動機は、小型で大出力を得るために高速回転領域で使用されることが増えてきている。
永久磁石式回転電機を例えば２００００ｒｐｍ程度の高速回転領域で使用する場合、第一に問題となるのが回転子の破損である。
表面磁石型の回転電機の場合、永久磁石は接着剤で回転子コアに貼り付ける方法が一般的であるが、接着剤のみでは到底遠心力に耐えることができず、永久磁石が剥がれてしまう可能性が高い。そこで、磁石外周にバインドを巻き付けるという補強手法が考えられている。しかし、磁石外周にバインドを巻き付けると、磁気回路的なギャップが広がってトルクが低下してしまう。

その一方、埋込磁石型の回転電機の場合、永久磁石は回転子コアの内部に形成された磁石スロット内に配置される。一般的に、埋込磁石型の回転電機の回転子コアには、１極あたり複数の磁石スロットを形成し、各磁石スロット内に永久磁石が配置される。そして、回転子コアは、磁石スロットの外側に形成される外周縁部と、磁石スロットの内側に形成される芯部とを備えている。外周縁部及び芯部は、隣接する磁石スロット間に形成される１つ又は複数のセンタブリッジにより繋がっている。このため、埋込磁石型の回転電機において、磁石スロット内に配置される永久磁石は、センタブリッジにより支えられているので、高速回転領域では埋込磁石型の回転電機の方が表面磁石型の回転電機よりも適しているといえる。

従来のこの種の永久磁石埋め込み式回転電機として、例えば、特許文献１に示すものが知られている。
特許文献１に示す永久磁石埋め込み式回転電機は、回転子を備え、この回転子が、１つの磁極あたり、並べて配置され２つの磁石スロットと、２つの磁石スロットの外側に形成された外周縁部と、２つの磁石スロットの内側に形成された芯部と、隣接する磁石スロット間に形成され、外周縁部と芯部とを繋ぐセンタブリッジを備えた回転子コアを備えている。そして、回転子コアの複数の磁石スロットの各々内に永久磁石が配置されるとともに、回転子コアにシャフトが固定される。

ここで、特許文献１に示す永久磁石埋め込み式回転電機において、高速回転かつ大径の回転電機で発生する強大な遠心力に耐えるためには、前述のセンタブリッジによって遠心力を分散させ、かつセンタブリッジの幅を広くすることで遠心力に耐えられる構造とする必要がある。センタブリッジの数を増やしたり幅を広げたりすると、各センタブリッジを介して永久磁石からの磁束が漏れ、容易に高トルク化を実現することはできない。すなわち、各センタブリッジにおける磁束漏れ低減と耐遠心力の向上を両立させることが高速回転の埋込磁石型回転電機の課題の１つである。

国際公開第２０１４／１２２９４７号

ところで、近年においては、前述の課題に対して、センタブリッジの一部もしくは全てを非磁性化する手法が開発されている。このように、センタブリッジの一部もしくは全てを非磁性化すると、センタブリッジを介して永久磁石からの磁束の漏れ量が低減し、容易に高トルク化を実現することができる。
しかしながら、センタブリッジの一部もしくは全てを非磁性化する過程において、当該非磁性化をレーザによる加熱で行うと、レーザ照射部の温度は約１千度となり、レーザ照射部が酸化することが避けられない。非磁性化した箇所に酸化膜ができると、回転子コアを形成するための各板材の表面は平坦でなくなるため、回転子コアを形成するために当該板を積層すると積層物がたわみ、各磁石スロットに永久磁石を埋め込むことが困難となる。また、回転子コアにおいて、積層する板材間の絶縁をするために一般に当該板材の面には絶縁被膜が設けられるが、板材の面は酸化膜のところだけ板厚が厚いため、当該板材の面に絶縁被膜を設けた際に板厚が不均一になってしまう。このため、回転子コアを形成するために当該板材を積層すると、積層した板材間に隙間が生じてしまう問題がある。積層した板材間に隙間が生じると、均一な板厚の板材を積層してなる回転子コアを有する回転電機と同じ出力を得るためにはシャフト方向の長さが長くなり回転電機の体格が大きくなるという問題が生じる。

一方、これらの問題を解決するために、非磁性化した箇所の酸化膜を除去しようとすると、非磁性化した部分に加工を施すことになり、加工誘起マルテンサイト生成現象が生じて非磁性化した部分に強磁性相が発現し、センタブリッジの一部もしくは全部を非磁性化することの特徴が失われるという問題が生じる。つまり、センタブリッジを介しての永久磁石からの磁束の漏れ量を低減することができなくなる。
従って、本発明はこの従来の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、回転子コアを形成する複数の板材の各々の非磁性部の面に酸化膜があっても板材の板厚を均一にして積層できる、永久磁石式回転電機及びその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る永久磁石式回転電機は、固定子コア及び該固定子コアに設けられた複数のティースの各々に巻回された複数の巻線を備えた固定子と、前記固定子コアに対して所定のギャップを隔てて対向して回転自在に配置される回転子とを備え、該回転子が、複数の板材を積層してなる回転子コアであって、１つの磁極あたり、並べて配置された複数の磁石スロットと、複数の磁石スロットの外側に形成された外周縁部と、複数の磁石スロットの内側に形成された芯部と、隣接する磁石スロット間に形成され、前記外周縁部と前記芯部とを繋ぐ１つ又は複数のセンタブリッジとを備えた回転子コアと、前記複数の磁石スロットの各々内に配置された複数の永久磁石と、前記回転子コアに固定されたシャフトとを備え、前記１つ又は複数のセンタブリッジの各々の一部もしくは全部に非磁性部を形成し、前記回転子コアを形成する複数の板材の各々の前記非磁性部を形成する領域以外の部分の面に絶縁被膜を備えていることを要旨とする。

また、本発明の別の態様に係る永久磁石式回転電機の製造方法は、固定子コアを形成する工程と、該固定子コアに設けられた複数のティースの各々に複数の巻線を巻回する工程と、複数の板材を積層してなる回転子コアであって、１つの磁極あたり、並べて配置された複数の磁石スロットと、複数の磁石スロットの外側に形成された外周縁部と、複数の磁石スロットの内側に形成された芯部と、隣接する磁石スロット間に形成され、前記外周縁部と前記芯部とを繋ぐ１つ又は複数のセンタブリッジとを備えた回転子コアを形成する工程と、前記回転子コアにシャフトを固定する工程と、前記回転子コアを前記固定子コアの内周側に回転自在に配置する工程とを備え、前記回転子コアを形成する工程が、複数の板材を準備する板材準備工程と、前記複数の板材の各々に対して、前記シャフトが嵌め込まれる孔及び前記複数の磁石スロットが形成される孔を形成する板材加工工程と、前記複数の板材の各々の前記センタブリッジに対応する部分の一部もしくは全部に非磁性化を行って非磁性部を形成する非磁性化工程と、前記複数の板材の各々の前記非磁性部を形成した領域以外の部分の表面に絶縁被膜を形成する絶縁被膜形成工程と、前記複数の板材を、前記シャフトが嵌め込まれる孔及び前記複数の磁石スロットが形成される孔が積層方向に整列するように、積層して固定する板材積層工程とを含むことを要旨とする。

本発明に係る永久磁石式回転電機及びその製造方法によれば、回転子コアを形成する複数の板材の各々の非磁性部の表面に酸化膜があっても板材の板厚を均一にして積層できる、永久磁石式回転電機及びその製造方法を提供できる。

本発明の一実施形態に係る永久磁石式回転電機の概略構成を示す断面図である。図１の２−２線に沿う断面図である。回転子コアを形成する板材を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）における３Ｂ−３Ｂ線に沿った断面図である。図３に示す板材を加工した様子を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）における４Ｂ−４Ｂ線に沿う断面図である。図４に示す板材に対し非磁性化を行った様子を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）における５Ｂ−５Ｂ線に沿う断面図である。図５に示す板材に対しハードマスクを設置した状態を示す断面図である。ハードマスクを設置した図６に示す板材に対し塗布液を塗布して硬化した状態を示す断面図である。図７に示す状態からハードマスクを取り外した状態を示す断面図である。参考例に係る永久磁石式回転電機の問題点を説明するための図である。図１に示す永久磁石式回転電機の変形例を示すものであって、回転子コアを形成する複数の板材の各々の非磁性部を形成した領域以外の部分の表面及び裏面に絶縁被膜を形成するとともに、前記複数の板材の各々の非磁性部を形成する領域の表面及び裏面に、絶縁被膜と平坦性を保つ耐熱性のハードマスクを設置した状態の断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
本発明の一実施形態に係る永久磁石式回転電機は、図１に示されており、永久磁石式回転電機１は、４極２４スロットの埋込磁石型同期電動機である。なお、本発明は、磁極の数やスロット数、その他の各部分の寸法などによって何ら制約を受けるものではない。
永久磁石式回転電機１は、図１に示すように、固定子１０と、この固定子１０の内周側に所定のギャップＧを隔てて対向して回転自在に配置された回転子２０とを備えている。
ここで、固定子１０は、円筒状のフレーム２と、フレーム２の内周側に配置された内周面１１ａが円筒状に形成された円筒状の固定子コア１１とを備えている。固定子コア１１の内周面１１ａ側には、円周方向に等間隔で形成された２４個のスロット１２及び２４個のティース１３が形成される。各ティース１３には、スロット１２内に巻装された巻線１４が巻回されている。

また、回転子２０は、積層鉄心、即ち複数（本実施形態にあっては４枚）の板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ（図２参照）を積層して形成され、外周面２１ａが円筒状に形成された円筒状の回転子コア２１を備えている。回転子コア２１には、円周方向に等間隔で設けられた４つの磁極２２が設けられている。回転子２０は、回転子コア２１の中心部に嵌挿固定されたシャフト３によって回転する。
回転子コア２１は、１つの磁極２２あたり、図１に示すように、２つの磁石スロット２３と、２つの磁石スロット２３の外側に形成された外周縁部２４と、２つの磁石スロット２３の内側に設けられた芯部２５と、隣接する磁石スロット２３間に形成され、外周縁部２４及び芯部２５を繋ぐ１つのセンタブリッジ２６とを備えている。２つの磁石スロット２３は、それら２つの磁石スロット２３間の中心と、回転子コア２１（芯部２５）の中心とを結ぶ線に対し、２つの磁石スロット２３の幅方向の中心線が垂直となるように、並べて配置されている。各磁石スロット２３は、回転子コア２１の軸方向の両端にまで貫通する略矩形状の貫通孔で形成される。

そして、各磁石スロット２３内には直方体形状の永久磁石２７が配置されて固定されている。従って、１つの磁極２２あたり、２つの永久磁石２７が前述の２つの磁石スロット２３の配置形態で並べて配置されている。この２つの永久磁石２７の磁極は、隣り合う磁極２２における永久磁石２７の磁極と異なるように配置される。
また、回転子コア２１において、最も端の２つの磁石スロット２３（本実施形態の場合、２つの磁石スロットのみ）を回転子コア２１の外周面２１ａにそれぞれ連通させる２つの連通路２８が形成されている。各連通路２８は、回転子コア２１の軸方向の両端にまで貫通する。

ここで、センタブリッジ２６の一部もしくは全部（本実施形態にあっては全部）には、非磁性部３０が形成されている。
このように、センタブリッジ２６の一部もしくは全部に非磁性部３０を形成することにより、センタブリッジ２６を介して永久磁石２７からの磁束の漏れ量が低減し、容易に高トルク化を実現することができる。
ここで、非磁性部を規定する「非磁性」の意味は、常磁性、反磁性及び反強磁性のすべてを含む意であり、いわゆる弱磁性をも含む意である。

なお、センタブリッジ２６の一部もしくは全てを非磁性化する過程において、後述のように当該非磁性化をレーザによる加熱で行うと、レーザ照射部の温度は約１千度となり、レーザ照射部が酸化することが避けられない。このため、図２に示すように、回転子コア２１を形成する各板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄにおける非磁性部３０の表面及び裏面には、酸化膜３１が形成される。非磁性部３０の表面及び裏面に酸化膜３１が形成されると、回転子コア２１を形成するための各板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの表面及び裏面は平坦でなくなる。このため、回転子コア２１を形成するために当該板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄを積層すると積層物がたわみ、各磁石スロット２３に永久磁石２７を埋め込むことが困難となる。

また、回転子コア２１において、積層する板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ間の絶縁をするために一般に当該板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの表面及び裏面には絶縁被膜が設けられる。しかし、板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの表面及び裏面は酸化膜３１のところだけ板厚が厚いため、当該板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの表面及び裏面に絶縁被膜を設けた際に板厚が不均一になってしまう。このため、回転子コア２１を形成するために当該板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄを積層すると、積層した板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ間に隙間が生じてしまう問題がある。

かかる問題を回避するために、本実施形態の永久磁石式回転電機１においては、図２に示すように、回転子コア２１を形成する複数の板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの各々の非磁性部３０を形成する領域以外の部分の表面及び裏面に絶縁被膜３２を備えている。
このように、回転子コア２１を形成する複数の板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの各々の非磁性部３０を形成する領域以外の部分の表面及び裏面に絶縁被膜３２を備えると、回転子コア２１を形成する複数の板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの各々の板厚がほぼ均一になる。このため、回転子コア２１を形成する複数の板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの各々の非磁性部３０の表面及び裏面に酸化膜３１があっても板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの板厚を均一にして積層できる、永久磁石式回転電機１とすることができる。これにより、積層した板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ間に隙間が生じるおそれを回避でき、永久磁石式回転電機１の体格が大きくなるという問題を回避できる。

なお、絶縁被膜３２の厚さは、特に規定するものではないが、酸化膜３１の厚さよりも厚くできるだけ薄いことが好ましい。酸化膜３１の厚さが薄ければ、永久磁石式回転電機１のシャフト３の延びる方向の長さを短くすることができる。本実施形態において、絶縁被膜３２の厚さは約８μｍ程度である。
ここで、絶縁被膜３２は、有機材料、無機材料、あるいはそれらの混合物により構成される。
また、回転子コア２１を形成する複数の板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの各々の非磁性部３０を形成する領域以外の部分の表面及び裏面に絶縁被膜３２を備えることにより、隣接する板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ間を適切に絶縁することができる。

次に、図１及び図２に示す本実施形態に係る永久磁石式回転電機１の製造方法について説明する。
永久磁石式回転電機１の製造に際し、先ず、固定子１０を製造する。
固定子１０の製造工程は、内周面１１ａが円筒状に形成される円筒状の固定子コア１１を形成する工程（固定子コア形成工程）と、固定子コア１１に設けられた複数のティース１３の各々に複数の巻線１４を巻回する工程（巻線巻回工程）とを含む。
ここで、固定子コア形成工程では、軟磁性材料からなる板材を複数のティース１３を形成する部分を有する所定の２次元形状にプレス加工して打ち抜き、これを必要な枚数だけ積層してカシメや溶接によって積層方向に固定する。これにより、固定子コア１１は形成される。軟磁性材料からなる板材としては、例えば、無方向性電磁鋼板が挙げられる。固定子コア１１の形成に際し、軟磁性フェライト材を所定の３次元形状にプレスし、焼結してもよい。

そして、巻線巻回工程では、巻線１４の素材として、導電性を有し、表面が絶縁されているものを準備する。例えば、巻線１４の素材として、一般的に使用されるマグネットワイヤが好適である。そして、巻線１４の巻線方式は、図１に示す２４スロットの場合には、分布巻方式を使用する。
そして、巻線巻回工程の後に、フレーム２によって固定子コア１１を固定する。以上により、固定子１０は製造される。

次に、回転子２０を製造する。
回転子２０の製造工程は、回転子コア２１を形成する工程（回転子コア形成工程）と、回転子コア２１にシャフト３を固定する工程（シャフト固定工程）とを備えている。
回転子コア形成工程は、複数の板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄを積層してなる回転子コア２１であって、１つの磁極２２あたり、並べて配置された２つの磁石スロット２３と、２つの磁石スロット２３の外側に形成された外周縁部２４と、２つの磁石スロット２３の内側に形成された芯部２５と、隣接する磁石スロット２３間に形成され、外周縁部２４と芯部２５とを繋ぐ１つのセンタブリッジ２６と、最も端の２つの磁石スロット２３を回転子コア２１の外周面２１ａにそれぞれ連通させる２つの連通路２８とを備えた回転子コア２１を形成するものである。

そして、この回転子コア形成工程においては、複数の板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄを準備する工程（板材準備工程）を備える。この板材準備工程では、回転子コア２１の素材となるマルテンサイト系ステンレス材からなる図３（Ａ），（Ｂ）に示す板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄを複数枚準備する（図３においては、板材２１Ａのみ図示）。板材としては、マルテンサイト系のステンレス材の他に珪素鋼板を用いることも可能である。但し、珪素鋼板を用いる場合には、非磁性化処理を行う際に改質物質の使用が必要となる。板材の板厚は、渦電流損を低減するという観点から０．３５ｍｍ〜０．８５ｍｍ程度まで薄くすることが好ましい。ステンレス材は、表面に酸化層が存在するため板間の絶縁はある程度取れているものの、渦電流損を確実に低減するために表面に無機もしくは有機物による絶縁コーティングを施してもよい。マルテンサイト系のステンレス材はフェライト相中に炭化物が分散した組織となっている焼きなまし状態で使用すると比較的軟磁気特性が高く、回転電機の高トルク化に寄与することができる。なお、この板材準備工程においては、図３（Ａ）に示すように、各板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの外形を円形に加工したものを準備する。

また、回転子コア形成工程は、図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように（図４（Ａ），（Ｂ）には板材２１Ａのみ図示）、各板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄに対し、シャフト３が嵌め込まれる孔１０１、２つの磁石スロット２３が形成される孔１０２及び２つの連通路２８が形成される孔１０３を形成する工程（板材加工工程）を備える。
この板材加工工程における各板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの加工は、プレスによる打ち抜きの他にワイヤカットなどを挙げることができる。
また、回転子コア形成工程は、図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、複数の板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの各々のセンタブリッジ２６に対応する部分１０４の一部もしくは全部（本実施形態にあっては全部）に非磁性化を行って非磁性部３０を形成する工程（非磁性化工程）を備える。

この非磁性化工程における非磁性化の手法は、簡便性などの観点からレーザ照射が最も好ましいが、局所的に加熱・急冷が可能な手法であれば何でも構わない。以下ではレーザ照射を行う場合について述べる。また、レーザ照射後に磁性が一部残る弱磁性化であっても本発明の効果は得られるが、レーザ照射時間を調整して十分に磁性を消失させる非磁性化を行うことが好ましい。
非磁性化を行う箇所は、各板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄのセンタブリッジ２６に対応する部分１０４の一部もしくは全部である。磁束漏れの観点からは各板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄのセンタブリッジ２６に対応する部分１０４の全部が非磁性部３０となっていることが好ましいが、各センタブリッジ２６において磁気抵抗を十分に増やせるのであれば、各板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄのセンタブリッジ２６に対応する部分１０４の一部のみに非磁性化を行ってもよい。また、レーザを照射する際は、非磁性化を行う箇所に一度に照射してもよいし、スポットの小さいレーザをスキャンしてもよい。また、レーザ照射後の急冷は、空冷で構わないが、必要に応じ水冷や油冷を行ってもよい。また、珪素鋼板を回転子コア２１の板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの素材に用いる場合には、非磁性のオーステナイト相を安定化させるために、ＣｒやＣなどの改質物質の付与が必要である。具体的には、これらの物質を板材の表面に塗布してからレーザ照射をすればよい。ただし、この場合、レーザ照射時に改質物質を板材の内部に浸透させるには、少なくともレーザ照射部には絶縁コーティングを施さないほうがよい。

そして、複数の板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの各々のセンタブリッジ２６に対応する部分１０４の一部もしくは全部に非磁性化を行って非磁性部３０を形成すると、図５（Ｂ）に示すように、非磁性部３０の表面及び裏面に酸化膜３１が形成される。この理由は、非磁性化をレーザによる加熱で行うと、レーザ照射部の温度は約１千度となり、レーザ照射部が酸化することが避けられないからである。
また、回転子コア形成工程においては、図６乃至図８に示すように、複数の板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの各々の非磁性部３０を形成した領域以外の部分の表面及び裏面に絶縁被膜３２を形成する（絶縁被膜形成工程）。

この絶縁被膜形成工程は、図６に示すハードマスク設置工程と、図７に示す塗布液塗布硬化工程と、図８に示すハードマスク取り外し工程とを備える。
ここで、ハードマスク設置工程では、図６に示すように、複数の板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの各々の非磁性部３０を形成した領域の表面及び裏面に耐熱性のハードマスク３３を設置する。ハードマスク３３の形状は、リング状や多角形状を問わず、非磁性部３０に形成された酸化膜３１が覆われていればよい。ハードマスク３３には、非磁性化処理が行われた部分との位置合わせを容易にするため、磁石スロット２３に適合するようなガイド機構を設けてもよい。絶縁被膜３２を非磁性部３０を形成した領域以外の表面及び裏面に設けるため、ハードマスク３３は非磁性部３０を形成した領域の表面及び裏面に設置してあるが、後述するように、絶縁被膜３２を非磁性部３０を形成した領域以外の表面及び裏面のいずれか一方の面（片面）に設ける場合には、ハードマスク３３を片面のみに設置してもよい。

このように、ハードマスク設置工程を備えることで、塗布液塗布硬化工程を連続して行うことができ、絶縁被膜３２を形成する工程を自動化することが容易になる。
また、塗布液塗布硬化工程では、図７に示すように、絶縁被膜３２を形成する塗布液を各板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの表面及び裏面に塗布して硬化する。ここで、塗布液としては、有機材料及び無機材料を混合した混合材料のＲｅｍｉｓｏｌＥＢ５００Ｆ（ｒｅｍｂｒａｎｄｔｉｎ社製）を用いた。そして、塗布液が自動的に供給される、対向する２本のロールを有するロールコータを用いて、２本のロール間に表面及び裏面にハードマスク３３を設置した各板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄを通して塗布液を塗布し、引続き、２００℃で１分間キュアして、図７に示すような各板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄに密着した絶縁被膜３２を得た。

次に、ハードマスク取り外し工程では、図８に示すように、各ハードマスク３３を取り外す。これにより、複数の板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの各々の非磁性部３０を形成した領域以外の部分の表面及び裏面に絶縁被膜３２が形成される。
そして、回転子コア形成工程においては、複数の板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの各々の非磁性部３０を形成した領域以外の部分の表面及び裏面に絶縁被膜３２を形成した後、複数の板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄを、積層して固定する（板材積層工程）。
この板材積層工程では、前述の絶縁被膜３２を形成した複数の板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄを、シャフト３が嵌め込まれる孔１０１、２つの磁石スロット２３が形成される孔１０２及び２つの連通路２８を形成する孔１０３が積層方向に整列するように、積層して固定する。積層した板材同士の結着は、カシメや溶接によって行うことができる。これにより、回転子コア２１が製造される。

この後に行うシャフト固定工程では、回転子コア２１の、シャフト３が嵌め込まれる孔１０１にシャフト３を固定する。この際に、シャフト３を回転子コア２１に焼きばめによって固定する。また、シャフト３を回転子コア２１に固定した後、各磁石スロット２３に永久磁石２７を挿入し、接着剤により永久磁石２７を固定する。そして、永久磁石２７の着磁を行う。これにより、回転子２０が製造される。なお、着磁済みの永久磁石２７を各磁石スロット２３に挿入する場合には、磁石挿入後の着磁は不要である。
最後に、回転子２０が製造されたならば、回転子コア２１を図示しない軸受を介して固定子コア１１の内側に回転自在に配置する（回転子コア配置工程）。これにより、永久磁石式回転電機１が製造される。

次に、図９に示す参考例に係る永久磁石式回転電機の問題点について説明する。図９において、図１乃至図８に示す部材と同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略することがある。
図９に示す永久磁石式回転電機は、図１乃至図８に示す本実施形態に係る永久磁石式回転電機１と基本構成は同様であるが、複数の板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの各々の非磁性部３０を形成した領域以外の部分の表面及び裏面に絶縁被膜３２を形成していない点で図１乃至図８に示す本実施形態に係る永久磁石式回転電機１と異なる。

図９に示す永久磁石式回転電機の場合、非磁性部３０の表面及び裏面に酸化膜３１が形成される一方で、各板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの非磁性部３０を形成した領域以外の部分の表面及び裏面に絶縁被膜３２を形成していない。このため、回転子コア２１を形成するための各板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの表面及び裏面は平坦でなく、各板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの板厚が均一ではない。このため、回転子コア２１を形成するために当該板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄを積層すると積層物がたわみ、各磁石スロット２３に永久磁石２７を埋め込むことが困難となる。

これに対して、図１乃至図８に示す本実施形態に係る永久磁石式回転電機１の場合には、複数の板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの各々の非磁性部３０を形成した領域以外の部分の表面及び裏面に絶縁被膜３２を形成していないので、複数の板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの各々の非磁性部３０を形成した領域以外の部分の表面及び裏面に絶縁被膜３２を形成してある。このため、回転子コア２１を形成する複数の板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの各々の板厚がほぼ均一になり、回転子コア２１を形成する複数の板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの各々の非磁性部３０の表面及び裏面に酸化膜３１があっても板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの板厚を均一にして積層できる。

なお、図１０には、図１に示す永久磁石式回転電機１の変形例を示すものであって、回転子コアを形成する複数の板材の各々の非磁性部を形成した領域以外の部分の表面及び裏面に絶縁被膜を形成するとともに、前記複数の板材の各々の非磁性部を形成する領域の表面及び裏面に、絶縁被膜と平坦性を保つ耐熱性のハードマスクを設置した状態の断面図が示されている。
つまり、回転子コア２１を形成する複数の板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの各々の非磁性部３０を形成した領域以外の部分の表面及び裏面に絶縁被膜３２が形成される。そして、複数の板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの各々の非磁性部３０を形成する領域の表面及び裏面に、絶縁被膜３２と平坦性を保つ耐熱性のハードマスク３２が設置されている。永久磁石式回転電機１は、図１０に示すもであってもよい。

図１０に示す永久磁石式回転電機１の変形例の製造に際しては、前述の絶縁被膜形成工程と同様に絶縁被膜形成工程を備えている。この絶縁被膜形成工程においては、複数の板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの各々の非磁性部３０を形成した領域の面に、絶縁被膜３２と平坦性を保つ耐熱性のハードマスク３３を設けるハードマスク設置工程と、絶縁被膜３２を形成する塗布液を複数の板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの各々の表面及びに塗布して硬化する塗布液塗布硬化工程とを備える。但し、図８に示すハードマスク取り外し工程はない。つまり、本変形例においては、各板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの平坦性が保てるならハードマスク取り外し工程を設けなくてもよい例である。このため、この変形例においては、ハードマスク取り外し工程を省略することができる。

そして、このように形成された複数の板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの各々を前述と同様に積層して固定し、回転子コア２１が形成される。
この変形例においても、回転子コア２１を形成する複数の板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの各々の板厚がほぼ均一になり、回転子コア２１を形成する複数の板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの各々の非磁性部３０の表面及び裏面に酸化膜３１があっても板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの板厚を均一にして積層できる。
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに種々の変更、改良を行うことができる。

例えば、複数の板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの各々の非磁性部３０を形成した領域以外の部分の表面及び裏面の双方の面に絶縁被膜３２を形成する必要は必ずしもなく、当該領域以外の部分の表面及び裏面のいずれか一方の面（片面）のみに絶縁被膜３２を形成してもよい。絶縁被膜３２を当該領域以外の部分の表面及び裏面のいずれか一方の面（片面）のみに形成すると、永久磁石式回転電機１のシャフト３の延びる方向の長さを短くすることができる。
また、回転子コア２１において、最も端の２つの磁石スロット２３（本実施形態の場合、２つの磁石スロットのみ）を回転子コア２１の外周面２１ａにそれぞれ連通させる２つの連通路２８を形成する必要は必ずしもない。つまり、いわゆるサイドブリッジを設けてもよい。この場合、サイドブリッジを非磁性化してもよいし、非磁性化しなくてもよい。サイドブリッジを非磁性化しない場合、サイドブリッジを形成する部分の表面及び裏面に絶縁被膜３２を形成することが好ましい。

また、回転子コア２１は、１つの磁極２２あたり、２つの磁石スロット２３を設ける場合のみならず、３つ以上の磁石スロット２３を設けてもよい。この場合、隣接する磁石スロット２３間に形成されるセンタブリッジ２６は、２つ以上となる。この場合２つ以上のセンタブリッジ２６の各々の一部もしくは全部に非磁性部３０を形成する。そして、複数の板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの各々の非磁性部３０を形成した領域以外の部分の表面及び裏面あるいは表面及び裏面のいずれか一方の面に絶縁被膜３２を形成する。
また、絶縁被膜３２は、有機材料、無機材料、あるいはそれらの混合物であればよく、有機材料と無機材料の混合物である必要は必ずしもない。
また、絶縁被膜形成工程においては、ハードマスク設置工程を設ける必要は必ずしもない。
なお、本実施形態において、回転子コア２１は４枚の板材２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄを積層してなるが、板材の枚数は複数であればよく４枚に限られない。

１永久磁石式回転電機
２フレーム
３シャフト
１０固定子
１１固定子コア
１３ティース
１４巻線
２０回転子
２１回転子コア
２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ板材
２２磁極
２３磁石スロット
２４外周縁部
２５芯部
２６センタブリッジ
２７永久磁石
２８連通路
３０非磁性部
３２絶縁被膜
３３ハードマスク
Ｇギャップ

Claims

固定子コア及び該固定子コアに設けられた複数のティースの各々に巻回された複数の巻線を備えた固定子と、前記固定子コアに対して所定のギャップを隔てて対向して回転自在に配置される回転子とを備え、
該回転子が、複数の板材を積層してなる回転子コアであって、１つの磁極あたり、並べて配置された複数の磁石スロットと、複数の磁石スロットの外側に形成された外周縁部と、複数の磁石スロットの内側に形成された芯部と、隣接する磁石スロット間に形成され、前記外周縁部と前記芯部とを繋ぐ１つ又は複数のセンタブリッジとを備えた回転子コアと、前記複数の磁石スロットの各々内に配置された複数の永久磁石と、前記回転子コアに固定されたシャフトとを備え、
前記１つ又は複数のセンタブリッジの各々の一部もしくは全部に非磁性部を形成し、
前記回転子コアを形成する複数の板材の各々の前記非磁性部を形成する領域以外の部分の面に絶縁被膜を備えていることを特徴とする永久磁石式回転電機。
前記絶縁被膜は、前記複数の板材の各々の片面に備えら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。
前記絶縁被膜は、有機材料、無機材料、あるいはそれらの混合物であることを特徴とする請求項１又は２に記載永久磁石式回転電機。
前記回転子コアは、１つの磁極あたり、最も端の２つの磁石スロットを前記回転子コアの外周面にそれぞれ連通させる２つの連通路を備えていることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の永久磁石式回転電機。
前記回転子コアを形成する複数の板材の各々の前記非磁性部を形成する領域の面に、前記絶縁被膜と平坦性を保つ耐熱性のハードマスクを設けたことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の永久磁石式回転電機。
固定子コアを形成する工程と、該固定子コアに設けられた複数のティースの各々に複数の巻線を巻回する工程と、複数の板材を積層してなる回転子コアであって、１つの磁極あたり、並べて配置された複数の磁石スロットと、複数の磁石スロットの外側に形成された外周縁部と、複数の磁石スロットの内側に形成された芯部と、隣接する磁石スロット間に形成され、前記外周縁部と前記芯部とを繋ぐ１つ又は複数のセンタブリッジとを備えた回転子コアを形成する工程と、前記回転子コアにシャフトを固定する工程と、前記回転子コアを前記固定子コアの内周側に回転自在に配置する工程とを備え、
前記回転子コアを形成する工程が、複数の板材を準備する板材準備工程と、前記複数の板材の各々に対して、前記シャフトが嵌め込まれる孔及び前記複数の磁石スロットが形成される孔を形成する板材加工工程と、前記複数の板材の各々の前記センタブリッジに対応する部分の一部もしくは全部に非磁性化を行って非磁性部を形成する非磁性化工程と、前記複数の板材の各々の前記非磁性部を形成した領域以外の部分の面に絶縁被膜を形成する絶縁被膜形成工程と、前記複数の板材を、前記シャフトが嵌め込まれる孔及び前記複数の磁石スロットが形成される孔が積層方向に整列するように、積層して固定する板材積層工程とを含むことを特徴とする永久磁石式回転電機の製造方法。
前記絶縁被膜形成工程は、前記複数の板材の各々の前記非磁性部を形成した領域の面に耐熱性のハードマスクを設けるハードマスク設置工程と、前記絶縁被膜を形成する塗布液を前記複数の板材の各々の面に塗布して硬化する塗布液塗布硬化工程と、前記ハードマスクを取り外すハードマスク取り外し工程とを備えることを特徴とする請求項６に記載の永久磁石式回転電機の製造方法。
前記絶縁被膜形成工程は、前記複数の板材の各々の前記非磁性部を形成した領域の面に、前記絶縁被膜と平坦性を保つ耐熱性のハードマスクを設けるハードマスク設置工程と、前記絶縁被膜を形成する塗布液を前記複数の板材の各々の面に塗布して硬化する塗布液塗布硬化工程とを備えることを特徴とする請求項６に記載の永久磁石式回転電機の製造方法。