WO2022029842A1 - 回転電機およびその製造方法 - Google Patents

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rotor
press
holder
electric machine
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実透 矢部
淳也 鈴木
英也 西川
正文 岡崎
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三菱電機株式会社
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K1/27—Rotor cores with permanent magnets
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    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/278—Surface mounted magnets; Inset magnets
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
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    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/02—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
    • H02K15/03—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies having permanent magnets
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    • H02K2201/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/06—Magnetic cores, or permanent magnets characterised by their skew

Definitions

  • This application relates to a rotary electric machine and a method for manufacturing the same.
  • Patent Document 1 discloses that a magnet holder is preliminarily insert-molded into a rotor made of a laminated steel plate, and a magnet is press-fitted and fixed between the magnet holders from the direction of the rotation axis.
  • Patent Document 2 discloses a magnet holder molded from a resin and fixed to a rotor, and a magnet is press-fitted and fixed to a magnet accommodating portion formed on the outer peripheral surface of the magnet holder and the rotor from the direction of the rotation axis. Has been done.
  • Patent Document 1 in which the magnet holder is pre-molded into the rotor requires a complicated and expensive mold for insert molding, which increases capital investment and inevitably increases the product cost.
  • Patent Document 2 in which the integrated magnet holder is fixed to the rotor and the magnet is press-fitted and fixed to the magnet accommodating portion formed by the magnet holder and the outer peripheral surface of the rotor has a rotor mounting error and a magnet holder. Since the molding error and the assembly error such as the deformation of the magnet holder due to the assembly are added, there is a problem that the variation in the arrangement accuracy of the magnet becomes large.
  • the present application has been made to solve the above-mentioned problems, and an object thereof is to provide a rotary electric machine which does not require a mold for insert molding, has good assembly accuracy, and has low torque ripple and cogging torque. And.
  • the rotary electric machine disclosed in the present application includes a rotor fixed to a rotating shaft, a plurality of magnets arranged on the outer periphery of the rotor, and a holder for fixing a magnet arranged between the plurality of magnets.
  • the rotor is formed with a positioning portion for positioning the magnet and a groove portion for press-fitting and fixing the holder, and the holder is formed with a press-fitting portion for press-fitting into the groove portion and a pressing portion for fixing the magnet. Since the press-fitting portion is press-fitted into the groove portion, the pressing portion presses and fixes the end portion of the magnet positioned by the positioning portion.
  • FIG. 5 is a perspective view of a state in which a rotor, a magnet, and a magnet holder of the rotary electric machine according to the first embodiment are assembled. It is a side view of the state which the rotor of the rotary electric machine which concerns on Embodiment 1 and a magnet and a magnet holder are assembled. It is a perspective view of the rotor of the rotary electric machine which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a perspective view of the magnet of the rotary electric machine which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA of FIG. 2 according to the first embodiment. It is a partially enlarged view of the BB cross section of FIG. 3 which concerns on Embodiment 1. FIG. It is a partially enlarged view of the CC cross section of FIG. 3 which concerns on Embodiment 1. FIG. It is a perspective view of the rotor unit which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 5 is a perspective view of a state in which a rotor, a magnet, and a magnet holder of the rotary electric machine according to the second embodiment are assembled.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view taken along the line DD of FIG. 12 according to the second embodiment. It is a perspective view before press-fitting of the magnet holder of the rotary electric machine which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. 12 is a perspective view after press-fitting of the magnet holder of the rotary electric machine which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. 3 It is an assembly perspective view of the rotor and the rotor shaft which concerns on Embodiment 3.
  • FIG. It is a perspective view of the magnet holder which concerns on Embodiment 3.
  • FIG. It is a top view of the magnet holder which concerns on Embodiment 3.
  • FIG. It is a top view of the rotor which concerns on Embodiment 3.
  • FIG. It is a perspective view before press-fitting of the magnet holder which concerns on Embodiment 3.
  • FIG. It is a perspective view of the rotor unit which concerns on Embodiment 3.
  • the present application is not limited to the following description, and can be appropriately changed as long as it does not deviate from the gist of the present application.
  • the scale of each member may differ from the actual scale for the sake of easy understanding, and the illustration of the configuration not related to the features of the present application is omitted.
  • FIGS. 1 to 11 The rotary electric machine according to the first embodiment of the present application will be described with reference to FIGS. 1 to 11.
  • FIGS. 1 to 11 an example in which the rotary electric machine is applied to the electric power steering mounted on the vehicle is shown.
  • a control device is required in addition to the rotary electric machine main body, but control is required.
  • the illustration of the device is omitted.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining the configuration of a rotary electric machine.
  • the frame 2 which is the housing of the rotary electric machine 1 has a substantially cylindrical shape having an opening on the rear side (upper side of the drawing), and is made of an inexpensive and lightweight aluminum alloy.
  • the stator 3 is formed by laminating electromagnetic steel sheets and is fixed to the frame 2.
  • a stator winding 5 is wound around the stator 3 via an insulator 4, which is an insulator, and a current from a control device (not shown) provided on the rear side is supplied to the stator winding 5.
  • Terminal 6 is installed.
  • a bearing 9 is fixed to the frame 2 via a bearing 7 on the front side and a bearing holder 8 from the rear side.
  • a rotor 11 formed by laminating electromagnetic steel sheets is fixed to the rotor shaft 10, and a plurality of magnets 12 are fixed to the outer periphery of the rotor 11 by a magnet holder 13, and a non-magnetic protective tube 14 is used. It is covered and constitutes the rotor unit 15.
  • the rotor shaft 10 is rotatably supported by bearings 7 and 9, and the rotor unit 15 is arranged so as to be spaced apart from the stator 3.
  • a joint 16 for assembling with the vehicle side is installed at the end of the rotor shaft 10 on the front side (lower side of the drawing), and the rotating state of the rotor 11 is provided at the omitted portion on the rear side of the rotor shaft 10.
  • a rotation angle detection sensor is installed to detect.
  • the heat sink 17 on which the control device (not shown) is installed is fixed to the rear opening end of the frame 2.
  • the control device includes a power conversion circuit and a control circuit having a power semiconductor that converts a direct current from the outside, and a required current is supplied to the stator winding 5 via the terminal 6. As a result, a rotational force is generated in the rotor 11, and the rotor unit 15 and the joint 16 are rotated.
  • FIGS. 2 and 3 show a perspective view and a side view of a state in which the rotor 11, the magnet 12, and the magnet holder 13 are assembled.
  • a plurality of magnets 12 are arranged on the outer periphery of the rotor 11 at uniform intervals, and the same number of magnet holders 13 for fixing and holding the magnets 12 are arranged between the magnets 12.
  • FIG. 4 shows a perspective view of the rotor 11.
  • the rotor 11 is made of a laminated steel plate in which a plurality of electromagnetic steel plates are laminated in the vertical direction, and in the present embodiment, the outer shape has a substantially regular octagonal prism shape, has eight outer peripheral surfaces 11a, and has a rotor shaft 10 in the center.
  • a through hole 11b for inserting is provided.
  • positioning bosses 11c and 11d that define the position of the magnet 12 in the circumferential direction and positioning bosses 11e and 11f that define the position of the magnet 12 in the axial direction are formed.
  • a groove portion 11g extending in the axial direction is formed between the magnets 12.
  • FIG. 5 shows a perspective view of the magnet 12.
  • the magnet 12 is, for example, an Nd-Fe-B-based sintered magnet, the surface of which is coated for rust prevention, one cylindrical surface 12a and a flat surface 12b facing the surface, and two side surfaces 12c, 12d and an upper surface 12e.
  • the magnet holder 13 is a highly rigid and elastic epoxy-based, PPS (polyphenylene sulfide) -based, or PBT (polybutylene terephthalate) -based resin molded product.
  • the cross section has a substantially T-shape, and has a press-fitting portion 13a, and a first contact portion 13b and a second contact portion 13c that press the cylindrical surface 12a of the magnet 12 in the radial direction.
  • the magnet 12 has a third contact portion 13d that presses the side surface 12c of the magnet 12 in the circumferential direction and a non-contact portion 13e that does not contact the side surface 12d of the magnet 12, and further has a fourth contact that presses the upper surface 12e of the magnet 12 in the axial direction. It has a shape having a portion 13f.
  • FIG. 7 shows a perspective view before fixing with the magnet holder 13.
  • Eight magnets 12 are arranged with respect to the rotor 11, the eight magnet holders 13 are simultaneously moved in the radial direction (arrow direction), and the press-fitting portion 13a is press-fitted into the groove portion 11g of the rotor 11. As a result, it is assembled in the state shown in FIGS. 2 and 3.
  • FIG. 8 partially enlarged views of the BB cross section and the CC cross section of FIG. 3 are shown in FIGS. 9 and 10.
  • the upper surface 12e of the magnet 12 is pressed by the fourth contact portion 13f of the magnet holder 13, and the lower surface 12f and the positioning bosses 11e and 11f of the rotor 11 abut and are positioned and fixed.
  • the cylindrical surface 12a of the magnet 12 is pressed by the first contact portion 13b and the second contact portion 13c of the magnet holder 13, and the flat surface 12b and the outer peripheral surface 11a of the rotor 11 come into contact with each other for positioning and fixing. Will be done.
  • One side surface 12c of the magnet 12 is pressed by the third contact portion 13d of the magnet holder 13, and the other side surface 12d and the positioning bosses 11c and 11d of the rotor 11 abut and are positioned and fixed.
  • the non-contact portion 13e of the magnet holder 13 is separated from the side surface 12d of the magnet 12 and is not pressed.
  • the magnet holder 13 is designed based on the press-fitting allowance, press-fitting length, material, etc. so that the magnet holder 13 does not come off from the rotor 11 after press-fitting, and the necessary holding force is secured. Further, in the present embodiment, the magnet holder 13 is a resin molded product, but it may be a cast product of a non-magnetic metal such as aluminum or stainless steel, a machined product, a pressed product, or the like.
  • the magnet holder 13 Since it is configured as described above, the magnet holder 13 does not require a complicated and expensive mold, and can be provided in a small size and at low cost. Further, since the individual magnet holder 13 is press-fitted and fixed to the rotor 11 from the radial direction of the rotor shaft 10, simple assembly is possible without press-fitting the magnet 12 against the rotor 11 and the magnet holder 13. ..
  • the magnet 12 does not need to move in the axial direction and the circumferential direction at the time of assembly, it can be assembled even more easily. Further, this does not cause the coating of the magnet 12 to peel off to generate rust, or the magnet holder 13 to be scraped to prevent deterioration of the magnet placement accuracy and holding power.
  • the magnet 12 is not affected by the component accuracy of the magnet holder 13 and the assembly accuracy of the magnet holder 13 and the rotor 11, and is fixed with high accuracy only by the component accuracy of the rotor 11, so that torque ripple and cogging torque are not affected. It is possible to provide a rotary electric machine with good characteristics by suppressing the occurrence of.
  • the magnet 12 is surely pressed by the first contact portion 13b and the second contact portion 13c of the magnet holder 13, the flat surface 12b is surely pressed against the outer peripheral surface 11a of the rotor 11 without play.
  • the rotor 11 has a substantially regular octagonal prism shape.
  • the shape may be used, and the rotor 11 may have another shape such as a cylindrical shape.
  • FIG. 11 shows a perspective view of the rotor unit 15.
  • a protective tube 14 made of a non-magnetic material such as stainless steel or aluminum formed by deep drawing is exteriorized on the outside of the magnet holder 13 fixed as described above.
  • the outer circumference of the magnet holder 13 is slightly larger than the outer circumference of the magnet 12, and the protective tube 14 is fixed to the magnet holder 13 with a slight press-fitting, and then the end face is bent to bend the magnet holder 13 or the rotor. It is contact-fixed to the upper and lower surfaces of 11.
  • the rotor unit 15 can be configured without the protective tube 14, but it is attached to prevent the rotor unit 15 from locking when the magnet 12 breaks or comes off. Further, the magnet holder 13 and the magnet 12 are more firmly fixed and held by the protective tube 14. Finally, the rotor unit 15 is completed by press-fitting the rotor shaft 10 into the through hole 11b of the rotor 11.
  • the rotor shaft 10 is press-fitted and fixed after fixing the magnet to the rotor 11, but after the rotor 11 is press-fitted and fixed to the rotor shaft 10, the magnet 12 is fixed by the above-mentioned procedure. Needless to say, it's good.
  • the rotary electric machine of the first embodiment since it can be configured with a small holder, it does not require a complicated and expensive mold for insert molding, and can be configured with an inexpensive holder. Further, the position of the magnet is not affected by the accuracy of the holder and the assembly accuracy of the holder and the rotor, and is determined with high accuracy only by the accuracy of the rotor, so that good characteristics with small torque ripple and cogging torque can be obtained. Further, since the individual holders are fixed to the rotor from the radial direction of the rotating shaft, the magnets do not need to be press-fitted and can be easily assembled. In addition, since the magnet is not scraped during assembly, there is an effect that a highly reliable rotary electric machine can be obtained without rusting and deterioration of accuracy.
  • Embodiment 2 Next, the configuration of the rotor unit 15 of the second embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 12 to 16.
  • a perspective view and a side view of the state in which the rotor 11, the magnet 12, and the magnet holder 13 of the second embodiment are assembled are shown in FIGS. 12 and 13, respectively. Further, a perspective view of the rotor 11 is shown in FIG. 14, and a perspective view of the magnet holder 13 is shown in FIG.
  • the magnet 12 is the same as that of the first embodiment. The same configuration and operation as in the first embodiment will be omitted.
  • the magnet holder 13 has an upper and lower surface and four claw portions 13g between them.
  • the press-fitting portion 13a is divided into three places, and the third contact part 13d and the non-contact part 13e are also divided into three places.
  • the root of the claw portion 13g is connected to the main body by a thin bending portion 13h, and a convex portion 13i higher than the surrounding back surface is formed near the center of the bending portion 13h. ing.
  • a recess of a hole 13j and a long hole 13k is formed in the back surface portion.
  • FIG. 16 is a cross section taken along the line DD of FIG. 12, and the left side from the center shows only the rotor 11 to which the magnet holder 13 is not attached so that the structure of the engaging portion 11h can be easily understood. Since the rotor 11 is formed by laminating electromagnetic steel sheets vertically, it is possible to form such a complicated shape without difficulty.
  • the positioning, fixing configuration, method, and operation of the magnet 12 are the same as those in the first embodiment, and the BB cross section and CC cross section of FIG. 13 are also the same as those of FIGS. 9 and 10. be.
  • the claw portion 13g of the magnet holder 13 is caught by the engaging portion 11h of the rotor 11, so that the centrifugal force generated in the radial direction during rotation is resisted.
  • the holding power is even higher.
  • the axial position of the magnet 12 is defined by the positioning bosses 11e and 11f of the rotor 11, but in the present embodiment, the axial position of the magnet 12 is defined as the engaging portion 11h of the axial end portion of the magnet 12. Since positioning is also performed by engaging the claw portion 13g at the axial end, the lower surface of the rotor 11 and the lower surface 12f of the magnet are assembled so as to be equal to each other. As in the first embodiment, the axial positioning may be performed by the positioning bosses 11e and 11f.
  • FIG. 17 shows the state before the press-fitting of the magnet holder 13, and FIG. 18 shows the state after the press-fitting.
  • a rotor 11 and eight magnets 12 are installed on a fixing jig 100, magnet holders 13 are placed on eight movable jigs 101, and holes 13j and elongated holes 13k on the back surface (FIG. 17). It is installed based on (shown on 15B).
  • the movable jigs 101 at eight locations move in the radial direction at the same time, and the press-fitting portion 13a of the magnet holder 13 is press-fitted into the groove portion 11g of the rotor 11.
  • the claw portion 13g of the magnet holder 13 comes into contact with the rotor 11 and moves while warping upward or downward.
  • the base of the claw portion 13g of the magnet holder 13 has a thin flexible portion 13h and a convex portion 13i higher than the surrounding back surface, the claw portion 13g flexes in the radial direction and smoothly engages with the rotor 11. It gets caught in 11h.
  • the magnet holder 13 is released from the movable jig 101, the deflection of the claw portion 13g is released, and the magnet holder 13 is fixed to the engaging portion 11h of the rotor 11 without play.
  • the magnet holder 13 can be configured to prevent it from coming off in the radial direction by a simple operation of inserting the magnet holder 13 from the radial direction, without providing a separate part or a separate process. , Allows for stronger radial retention.
  • the retaining mechanism is provided by the claw portion 13g, but it goes without saying that the retaining mechanism may be provided by another process such as adhesion, caulking, screw fixing, and pin fixing.
  • the configuration and assembly method of the rotor unit 15 are the same as those in the first embodiment.
  • Embodiment 3 the magnet mounting structure of the second embodiment applied to the step skew type rotor unit 15 will be described.
  • the two rotors 11 are displaced by a predetermined angle (several degrees) in the circumferential direction, and the two rotors are stacked in two stages in the axial direction and press-fitted and fixed to the rotor shaft 10.
  • 12 is fixed by the magnet holder 13.
  • FIG. 20 A perspective view of the magnet holder is shown in FIG. 20 (FIG. 20A is a front view and FIG. 20B is a rear view). Similar to the rotor 11, the two magnet holders of the second embodiment are displaced by a predetermined angle in the circumferential direction to form an overlapping shape in the axial direction, and are integrally molded.
  • a top view of the magnet holder 13 and a top view (partially enlarged view) of the rotor 11 are shown in FIGS. 21 and 22, respectively.
  • the press-fitting portion 13a and the claw portion 13g of the magnet holder 13 are configured to be parallel to each other on the upper side and the lower side of the shape overlapped in the axial direction, and the groove portion 11g of the rotor 11 and the groove of the engaging portion 11h are also axially overlapped. It is configured to be parallel on the upper side and the lower side of the overlap.
  • the magnet holder 13 can be smoothly press-fitted into the rotor 11 from the radial direction.
  • the assembly method is the same as in the first and second embodiments, as shown in FIG. 23, the magnet holder 13 is simultaneously moved in the radial direction with all the magnets 12 set with respect to the rotor and press-fitted. It is completed by.
  • the protective tube 14 is slightly press-fitted into the magnet holder 13 as in the first embodiment, and then the end face is bent and contact-fixed to the upper and lower surfaces of the magnet holder 13 or the rotor 11. ,
  • the rotor unit 15 is completed. Further, in the present embodiment, the two rotors 11 are displaced by a predetermined angle (several degrees) in the circumferential direction, and the one stacked in the axial direction is press-fitted and fixed to the rotor shaft 10, but the rotor 11 is driven in the circumferential direction.
  • those displaced by a predetermined angle may be integrally manufactured, and the magnet 12 may be fixed and fixed to the rotor shaft 10 in the same manner as in the first and second embodiments. Since the rotor 11 is formed by laminating electromagnetic steel sheets vertically, it is possible to form such a complicated shape without difficulty.
  • the magnet holder 13 is assembled by one press-fitting operation from the radial direction without increasing the number of the rotor 11 and the magnet holder 13. It is possible to provide a rotary electric machine that is inexpensive, easy to assemble, and has high accuracy. Further, the effects described in the first and second embodiments can be achieved.
  • Rotor machine 1: Rotor machine, 2: Frame, 3: Stator, 4: Insulator, 5: Stator winding, 6: Terminal, 7: Bearing, 8: Bearing holder, 9: Bearing, 10: Rotor shaft, 11: Rotor, 11a: outer peripheral surface, 11b: through hole, 11c, 11d: positioning boss, 11e, 11f: positioning boss, 11g: groove, 11h: engaging part, 12: magnet, 13: magnet holder, 13a: press-fitting part , 13b: 1st contact part, 13c: 2nd contact part, 13d: 3rd contact part, 13e: non-contact part, 13f: 4th contact part, 13g: claw part, 13h: deflection part, 13i: convex part, 13j: hole, 13k: slotted hole, 14: protective tube, 15: rotor unit, 16: joint, 17: heat sink, 100: fixing jig, 101: movable jig

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Abstract

回転軸に固定された積層鋼板からなる回転子（１１）と、回転子（１１）の外周に周方向に沿って配置された複数個の磁石（１２）と、磁石（１２）の間に配置される磁石（１２）と同数のホルダ（１３）からなり、ホルダ（１３）は回転軸の径方向に延びる圧入部（１３ａ）で回転子（１１）に圧入固定され、磁石（１２）の周方向の一方は回転子（１１）に位置決めされ、他方はホルダ（１３）により周方向に押圧され、磁石（１２）の周方向の両端はホルダ（１３）により径方向に押圧したものである。このような構成より、簡単な作業で高精度に回転子の磁石固定が可能な、回転電機を安価に提供する。

Description

回転電機およびその製造方法
　本願は、回転電機およびその製造方法に関するものである。
　従来から、磁石が固定された回転子ユニットをコイルの内側で回転させる回転電機において、接着剤を使わずに、複数の磁石を樹脂製の磁石ホルダにより回転子に固定したものが知られている。例えば、特許文献１においては、積層鋼板からなる回転子に磁石ホルダをあらかじめインサート成型し、磁石を回転軸方向から磁石ホルダ間に圧入固定したものが開示されている。
　また、特許文献２においては、樹脂で成型された磁石ホルダを回転子に固定し、磁石ホルダと回転子の外周面で形成された磁石収容部に回転軸方向から磁石を圧入固定したものが開示されている。
特許第５８４２３６５号公報 特許第５０４４２１７号公報
　しかしながら、回転子に磁石ホルダをあらかじめインサート成型する特許文献１の構成は、複雑で高価なインサート成型用の金型が必要で設備投資がかさみ、製品コストの増大は避けられない。
　また、一体型の磁石ホルダを回転子に固定し、磁石ホルダと回転子外周面で形成された磁石収容部に磁石を圧入固定する特許文献２の構成は、回転子の取付け誤差、磁石ホルダの成形誤差、および組み立てによる磁石ホルダの変形等の組み立て誤差が加算されるため、磁石の配置精度のばらつきが大きくなるという課題があった。
　特に回転軸の周方向の位置精度がばらつくと、トルクリップルおよびコギングトルクが発生し、回転電機の性能が劣化する。さらに、磁石ホルダと回転子の外周面で形成された磁石収容部に回転軸方向から磁石を圧入固定する必要があるため、組み立ての作業性が悪く、圧入時に磁石および磁石ホルダが削れ、錆の発生、精度悪化等の懸念があった。
　本願は、上述のような問題を解決するためになされたもので、インサート成形用の金型を必要とせず、組立精度が良好な、トルクリップルおよびコギングトルクの小さい回転電機を提供することを目的とする。
　本願に開示される回転電機は、回転軸に固定された回転子、回転子の外周に配置された複数個の磁石、複数個の磁石の間に配置されている磁石を固定するホルダを備え、回転子に、磁石を位置決めする位置決め部と、ホルダを圧入固定するための溝部が形成され、ホルダには、溝部に圧入する圧入部と、磁石を固定するための押圧部が形成されており、圧入部が溝部に圧入されていることにより、位置決め部で位置決めされた磁石の端部を押圧部が、押圧して固定していることを特徴とする。
　本願に開示される回転電機によれば、複雑で高価なインサート成型用の金型を必要とせず、圧入時に磁石および磁石ホルダの損傷がなく、組立精度が良好なため、トルクリップルおよびコギングトルクが小さい特性が得られる。
実施の形態１に係る回転電機の断面図である。 実施の形態１に係る回転電機の回転子と磁石と磁石ホルダが組み立てられた状態の斜視図である。 実施の形態１に係る回転電機の回転子と磁石と磁石ホルダが組み立てられた状態の側面図である。 実施の形態１に係る回転電機の回転子の斜視図である。 実施の形態１に係る回転電機の磁石の斜視図である。 実施の形態１に係る回転電機の磁石ホルダの斜視図である。 実施の形態１に係る回転電機の磁石ホルダで固定する前の斜視図である。 実施の形態１に係る図２のＡ－Ａ断面図である。 実施の形態１に係る図３のＢ－Ｂ断面の部分拡大図である。 実施の形態１に係る図３のＣ－Ｃ断面の部分拡大図である。 実施の形態１に係る回転子ユニットの斜視図である。 実施の形態２に係る回転電機の回転子と磁石と磁石ホルダが組み立てられた状態の斜視図である。 実施の形態２に係る回転電機の回転子と磁石と磁石ホルダが組み立てられた状態の側面図である。 実施の形態２に係る回転電機の回転子の斜視図である。 実施の形態２に係る回転電機の磁石ホルダの斜視図である。 実施の形態２に係る図１２のＤ－Ｄ断面図である。 実施の形態２に係る回転電機の磁石ホルダの圧入前の斜視図である。 実施の形態２に係る回転電機の磁石ホルダの圧入後の斜視図である。 実施の形態３に係る回転子と回転子軸の組み立て斜視図である。 実施の形態３に係る磁石ホルダの斜視図である。 実施の形態３に係る磁石ホルダの上面図である。 実施の形態３に係る回転子の上面図である。 実施の形態３に係る磁石ホルダの圧入前の斜視図である。 実施の形態３に係る回転子ユニットの斜視図である。
実施の形態１．
　以下、本願に係る回転電機の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、同一内容および相当部については同一符号を配し、その詳しい説明は省略する。以降の実施の形態も同様に、同一符号を付した構成について重複した説明は省略する。
　また、本願は以下の記述に限定されるものではなく、本願の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合があり、また、本願の特徴に関係しない構成の図示は省略する。
　図１～図１１を用いて本願の実施の形態１による回転電機を説明する。
　本実施の形態では、回転電機を車両に搭載する電動パワーステアリングに適用した例を示しており、車両のステアリングの操舵力をアシストするには回転電機本体以外に制御装置も必要になるが、制御装置についての図示を省略している。図１は回転電機の構成を説明するための断面図である。
　回転電機１の筐体であるフレーム２はリア側（図面上側）に開口部を有した略円筒形をなし、安価で軽量なアルミニウム合金で形成されている。固定子３は電磁鋼板を積層して形成され、フレーム２に固定されている。固定子３には絶縁体であるインシュレータ４を介して固定子巻線５が巻装され、リア側に設けられた制御装置（図示せず）からの電流を固定子巻線５に供給するためのターミナル６が設置されている。また、フレーム２にはフロント側に軸受７とリア側から軸受ホルダ８を介して、軸受９が固定されている。
　回転子軸１０には電磁鋼板を積層して形成された回転子１１が固定されており、回転子１１の外周には複数の磁石１２が磁石ホルダ１３で固定され、非磁性の保護管１４で覆われ、回転子ユニット１５を構成している。回転子軸１０は軸受７および軸受９によって回転可能に支持され、回転子ユニット１５は固定子３と離間して囲まれるように配置される。
　また、回転子軸１０のフロント側（図面下側）の端部には車両側と組付けるためのジョイント１６が設置され、回転子軸１０のリア側の省略部分には回転子１１の回転状態を検出する回転角度検出センサが設置されている。
　制御装置（図示せず）を設置しているヒートシンク１７は、フレーム２のリア側開口端に固定されている。制御装置は外部からの直流電流を変換するパワー半導体を有する電力変換回路と制御回路を具備しており、所要の電流がターミナル６を介して、固定子巻線５に供給される。これにより回転子１１に回転力を発生させ、回転子ユニット１５、ひいてはジョイント１６を回転させる。
　次に本実施の形態の回転子ユニット１５の構成について詳細に説明する。
　図２と図３に回転子１１と磁石１２と磁石ホルダ１３が組み立てられた状態の斜視図と側面図を示す。回転子１１の外周に均一な間隔で複数の磁石１２が配置され、磁石１２の間には磁石１２を固定および保持する磁石ホルダ１３が磁石１２と同数配置されている。
　図４に回転子１１の斜視図を示す。回転子１１は電磁鋼板を上下方向に複数枚積層した積層鋼板からなり、本実施の形態において、外形は略正八角柱形状をなし８個の外周面１１ａを有し、中央に回転子軸１０を挿入するための貫通穴１１ｂが設けられている。また、外周の上下端付近には、磁石１２の周方向における位置を規定する位置決めボス１１ｃ、１１ｄと磁石１２の軸方向における位置を規定する位置決めボス１１ｅ、１１ｆが形成されている。また、磁石１２の間に軸方向に延在する溝部１１ｇが形成されている。
　図５に磁石１２の斜視図を示す。磁石１２は、例えばＮｄ-Ｆｅ-Ｂ系の焼結磁石であり、表面は防錆用のコーティングが施され、１つの円筒面１２ａとそれに対向する平面１２ｂおよび２つの側面１２ｃ、１２ｄと上面１２ｅ、下面１２ｆを有する略蒲鉾形状をなし、回転子軸１０の周方向に均一な間隔となるように回転子１１の８つの側面に配置される。
　次に磁石ホルダ１３の斜視図を図６に示す。磁石ホルダ１３は高剛性で弾性を有するエポキシ系、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）系、またはＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）系樹脂成型品である。そして、断面が略Ｔ字形をなし、圧入部１３ａと、磁石１２の円筒面１２ａを径方向に押圧する第１接触部１３ｂと第２接触部１３ｃとを有している。また磁石１２の側面１２ｃを周方向に押圧する第３接触部１３ｄと磁石１２の側面１２ｄと接触しない非接触部１３ｅを有し、さらに、磁石１２の上面１２ｅを軸方向に押圧する第４接触部１３ｆを有した形状をなしている。
　図７に磁石ホルダ１３で固定する前の斜視図を示す。回転子１１に対し、８個の磁石１２を配置し、８個の磁石ホルダ１３を同時に径方向（矢印方向）に移動し、圧入部１３ａを回転子１１の溝部１１ｇに圧入する。これにより図２および図３に示した状態に組み立てられる。
　次に、図２のＡ－Ａ断面を図８に示す。また、図３のＢ－Ｂ断面とＣ－Ｃ断面の部分拡大図を図９、図１０に示す。図８のように、磁石１２の上面１２ｅは磁石ホルダ１３の第４接触部１３ｆで押圧され、下面１２ｆと回転子１１の位置決めボス１１ｅ、１１ｆが当接し、位置決め固定される。
　図９、図１０のように磁石１２の円筒面１２ａは磁石ホルダ１３の第１接触部１３ｂと第２接触部１３ｃで押圧され、平面１２ｂと回転子１１の外周面１１ａが当接し、位置決め固定される。磁石１２の一方の側面１２ｃは磁石ホルダ１３の第３接触部１３ｄで押圧され、他方の側面１２ｄと回転子１１の位置決めボス１１ｃ、１１ｄが当接し、位置決め固定される。このとき磁石ホルダ１３の非接触部１３ｅは磁石１２の側面１２ｄとは離間しており、押圧することはない。
　ここで、圧入後に磁石ホルダ１３が回転子１１から抜けないように圧入代、圧入長さ、材料等に基づいて設計し、必要な保持力を確保している。また、本実施の形態では、磁石ホルダ１３は樹脂成型品としたが、アルミニウムまたはステンレス等の非磁性金属の鋳造品、切削加工品、またはプレス加工等としてもよい。
　以上のように構成したので、磁石ホルダ１３は複雑で高価な金型を必要とせず、小型で安価に提供することができる。また、個別の磁石ホルダ１３を回転子軸１０の径方向から回転子１１に圧入固定するため、磁石１２を回転子１１および磁石ホルダ１３に擦りながら圧入することなく、簡単な組み立てが可能となる。
　磁石１２も組み立て時に、軸方向および周方向の移動が必要ないため、より一層簡単な組み立てが可能である。また、これにより磁石１２のコーティングが剥がれて錆が発生したり、磁石ホルダ１３が削れて磁石の配置精度および保持力が劣化したりすることがない。
　さらに、磁石１２は磁石ホルダ１３の部品精度、および磁石ホルダ１３と回転子１１の組み立て精度の影響を受けず、回転子１１の部品精度のみで高精度に固定されるため、トルクリップルおよびコギングトルクの発生を抑制し、良好な特性の回転電機を提供できる。
　また、磁石１２は磁石ホルダ１３の第１接触部１３ｂと第２接触部１３ｃで確実に押圧されるため、平面１２ｂは回転子１１の外周面１１ａとガタなく確実に押圧されている。
　ここで、本実施の形態では、磁石１２は蒲鉾形状のものを８個使用し、回転子１１は略正八角柱形状のものとしたが、磁石の数は問わず、形状もセグメント型等他の形状でもよく、回転子１１も円筒形状等他の形状としてもよいことは言うまでもない。
　次に図１１に回転子ユニット１５の斜視図を示す。
　上記のようにして固定された磁石ホルダ１３の外側には深絞りによって形成されたステンレスまたはアルミニウム等の非磁性材料からなる保護管１４が外装されている。本実施の形態では磁石ホルダ１３の外周は磁石１２の外周より若干大き目に構成されており、保護管１４は磁石ホルダ１３に圧入気味に固定された後、端面を折り曲げ、磁石ホルダ１３または回転子１１の上下面に接触固定される。
　当該回転子ユニット１５では保護管１４が無くても構成可能であるが、磁石１２が割れたり、外れたりした場合に回転子ユニット１５がロックするのを防ぐために取り付けられている。また、保護管１４により、磁石ホルダ１３と磁石１２は、より強固に固定保持される。最後に回転子１１の貫通穴１１ｂに回転子軸１０を圧入することで回転子ユニット１５が完成する。
　また、本実施の形態では回転子１１に磁石を固定した後に回転子軸１０を圧入固定したが、回転子１１を回転子軸１０に圧入固定した後に、上述した手順で磁石１２を固定してもよいことは言うまでもない。
　以上のように、実施の形態１の回転電機によれば、小型のホルダで構成できるため複雑で高価なインサート成型用の金型を必要とせず、安価なホルダで構成可能となる。また、磁石の位置はホルダの精度およびホルダと回転子の組み立て精度の影響を受けず、回転子の精度のみで高精度に決まるためトルクリップルおよびコギングトルクの小さい良好な特性が得られる。さらに、個別のホルダを回転軸の径方向から回転子に固定するため、磁石の圧入作業が不要で簡単に組み立てられる。また、組み立て時に磁石が削れることがないため、錆の発生および精度が劣化することがない信頼性の高い回転電機が得られるという効果を奏する。
実施の形態２．
　次に本実施の形態２の回転子ユニット１５の構成について図１２から図１６を用いて、詳細に説明する。
　実施の形態２の回転子１１と磁石１２と磁石ホルダ１３が組み立てられた状態の斜視図、側面図をそれぞれ図１２、図１３に示す。また、回転子１１の斜視図を図１４に示し、磁石ホルダ１３の斜視図を図１５に示す。磁石１２は実施の形態１と同じである。なお、実施の形態１と同様の構成、作用については、説明を省略する。
　図１５Ａの正面から視た図に示すように、磁石ホルダ１３は、上下面と、その間に４か所の爪部１３ｇを有している。これにより、圧入部１３ａは３か所に分かれ、第３接触部１３ｄと非接触部１３ｅも３か所に分かれている。また、図１５Ｂの背面から視た図に示すように、爪部１３ｇの根元は、細いたわみ部１３ｈで本体と連結され、たわみ部１３ｈの中央付近は周囲の背面より高い凸部１３ｉが形成されている。また、背面部には穴１３ｊと長穴１３ｋの凹部が形成されている。
　次に、図１４に示すように、回転子１１の上下面と、その間に、磁石ホルダ１３の爪部１３ｇと係合する係合部１１ｈが、１つの磁石ホルダ１３に対応して、４か所形成されている。図１６は図１２のＤ－Ｄ断面であり、中心から左側は係合部１１ｈの構造が分かりやすいように、磁石ホルダ１３が取り付けられていない回転子１１のみの状態を示している。回転子１１は電磁鋼板を上下に積層して形成しているため、このような複雑な形状も難なく形成することが可能である。
　以上の構成において、磁石１２の位置決め、固定の構成、方法、作用については、実施の形態１と同様であり、図１３のＢ－Ｂ断面、Ｃ－Ｃ断面も図９、図１０と同様である。磁石ホルダ１３の圧入後は、図１６の中心から右側に示すように磁石ホルダ１３の爪部１３ｇが回転子１１の係合部１１ｈに引っ掛かるため、回転時に径方向に発生する遠心力に対しても保持力が一層高くなる。
　また、実施の形態１では磁石１２の軸方向の位置は回転子１１の位置決めボス１１ｅ、１１ｆにより規定していたが、本実施の形態では、磁石１２の軸方向端部の係合部１１ｈと軸方向端部の爪部１３ｇが係合することにより位置決めも行うため、回転子１１の下面と磁石の下面１２ｆが等しくなるように組み立てている。なお、実施の形態１のように、軸方向の位置決めを位置決めボス１１ｅ、１１ｆにより行うようにしてもよい。
　次に組み立て方法の詳細を図１７、図１８を用いて具体的に説明する。図１７は磁石ホルダ１３の圧入前、図１８は圧入後の状態を示す。
　まず、図１７に示すように固定治具１００に回転子１１と８個の磁石１２を設置し、８か所の可動治具１０１に磁石ホルダ１３を、背面の穴１３ｊと長穴１３ｋ（図１５Ｂに図示）を基準に設置する。
　図示していない上型が下降することにより、８か所の可動治具１０１が同時に径方向に移動し、磁石ホルダ１３の圧入部１３ａは回転子１１の溝部１１ｇに圧入される。また、同時に磁石ホルダ１３の爪部１３ｇは回転子１１に接触し、上または下方向に反りながら移動する。このとき磁石ホルダ１３の爪部１３ｇの根元は細いたわみ部１３ｈと周囲の背面より高い凸部１３ｉが形成されているため爪部１３ｇは径方向にもたわみ、スムーズに回転子１１の係合部１１ｈに引っ掛かる。磁石ホルダ１３が可動治具１０１から解放されると爪部１３ｇのたわみが解放され、回転子１１の係合部１１ｈにガタ無く固定される。
　以上の構成、組み立て方法により実施の形態１で述べた効果に加え、磁石ホルダ１３を径方向から挿入する簡単な作業で、径方向の抜け止めが構成でき、別部品、別工程を設けることなく、より強固な径方向の保持が可能になる。本実施の形態では爪部１３ｇにより抜け止めを機構したが、接着、カシメ、ねじ固定、ピン固定等の別工程により抜け止め機構を設けてもよいことは言うまでもない。なお、回転子ユニット１５の構成、組み立て方法は実施の形態１と同様である。
実施の形態３．
　実施の形態３では、実施の形態２の磁石取り付け構造をステップスキュー型の回転子ユニット１５に適用したものについて説明する。
　図１９に示すように本実施の形態では２つの回転子１１を周方向に所定の角度（数度）ずらし、軸方向に２段重ねて回転子軸１０に圧入固定したものに対して、磁石１２を磁石ホルダ１３で固定する。
　磁石ホルダの斜視図を図２０（図２０Ａは正面から視た図、図２０Ｂは背面から視た図）に示す。実施の形態２の磁石ホルダ２個を回転子１１と同様に周方向に所定の角度ずらし、軸方向に重ねた形状をなし、一体で成形されている。ここで磁石ホルダ１３の上面図と回転子１１の上面図（部分拡大図）をそれぞれ図２１と図２２に示す。磁石ホルダ１３の圧入部１３ａと爪部１３ｇは軸方向に重ね合わせた形状の上側と下側で平行になるように構成し、回転子１１の溝部１１ｇと係合部１１ｈの溝も軸方向に重ね合わせた上側と下側で平行になるように構成している。
　これにより、磁石ホルダ１３を回転子１１に径方向からスムーズに圧入可能となっている。組み立て方法は実施の形態１、実施の形態２と同様に、図２３に示すように、全ての磁石１２を回転子に対してセットした状態で磁石ホルダ１３を同時に径方向に移動させ、圧入することで完了する。
　この後、図２４に示すように、実施の形態１と同様に保護管１４を磁石ホルダ１３に圧入気味に固定した後、端面を折り曲げ、磁石ホルダ１３または回転子１１の上下面に接触固定し、回転子ユニット１５が完成する。また、本実施の形態では、２つの回転子１１を周方向に所定の角度（数度）ずらし、軸方向に重ねたものを回転子軸１０に圧入固定したが、回転子１１を周方向に所定の角度（数度）ずらしたものを一体で製造しておき、実施の形態１、２と同様に磁石１２を固定し、回転子軸１０に固定してもよいことは言うまでもない。回転子１１は電磁鋼板を上下に積層して形成しているため、このような複雑な形状も難なく形成することが可能である。
　以上のように、本実施の形態によればステップスキュー型の回転子ユニット１５において、回転子１１および磁石ホルダ１３の数を増やすことなく、磁石ホルダ１３を径方向から1度の圧入作業で組み立て可能であり、安価で組み立て容易な、しかも高精度の回転電機を提供することができる。さらに実施の形態１および２に述べた効果を奏することができる。
　本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
１：回転電機、２：フレーム、３：固定子、４：インシュレータ、５：固定子巻線、６：ターミナル、７：軸受、８：軸受ホルダ、９：軸受、１０：回転子軸、１１：回転子、１１ａ：外周面、１１ｂ：貫通穴、１１ｃ、１１ｄ：位置決めボス、１１ｅ、１１ｆ：位置決めボス、１１ｇ：溝部、１１ｈ：係合部、１２：磁石、１３：磁石ホルダ、１３ａ：圧入部、１３ｂ：第１接触部、１３ｃ：第２接触部、１３ｄ：第３接触部、１３ｅ：非接触部、１３ｆ：第４接触部、１３ｇ：爪部、１３ｈ：たわみ部、１３ｉ：凸部、１３ｊ：穴、１３ｋ：長穴、１４：保護管、１５：回転子ユニット、１６：ジョイント、１７：ヒートシンク、１００：固定治具、１０１：可動治具

Claims (10)

  1. 　回転軸に固定された回転子、前記回転子の外周に配置された複数個の磁石、前記複数個の磁石の間に配置されている前記磁石を固定するホルダを備え、
    　前記回転子に、前記磁石を位置決めする位置決め部と、前記ホルダを圧入固定するための溝部が形成され、
    　前記ホルダには、前記溝部に圧入する圧入部と、前記磁石を固定するための押圧部が形成されており、
    　前記圧入部が前記溝部に圧入されていることにより、前記位置決め部で位置決めされた磁石の端部を前記押圧部が、押圧して固定していることを特徴とする回転電機。
  2. 　前記位置決め部は、前記磁石の周方向側の一方の端部と係合しており、前記押圧部は前記圧入部の周方向側に形成され、前記圧入部が前記溝部に圧入されていることにより、前記磁石の前記位置決め部と係合していない周方向側他方の端部を前記押圧部が周方向および径方向に押圧していることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
  3. 　前記磁石の前記位置決め部と係合している端部を前記押圧部が径方向に押圧していることを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
  4. 　前記位置決め部は、軸方向の一方の端部に形成されて前記磁石と係合しており、前記押圧部は前記ホルダの軸方向側に形成され、前記圧入部が前記溝部に圧入されていることにより、前記磁石の前記位置決め部と係合していない軸方向の他方の端部を前記押圧部が軸方向に押圧していることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
  5. 　前記ホルダは、径方向の抜け止め手段を備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の回転電機。
  6. 　前記抜け止め手段は、前記ホルダと一体形成された前記径方向に弾性変位する可撓部から延びた爪部からなることを特徴とする請求項５に記載の回転電機。
  7. 　前記ホルダの前記圧入部と前記爪部は、前記回転軸方向から見て、平行に延在していることを特徴とする請求項６に記載の回転電機。
  8. 　前記磁石は回転軸方向に複数段重ねられ、各段ごとに周方向にずれて配設されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の回転電機。
  9. 　前記ホルダは、軸方向に重ねられた前記磁石を一体として固定することを特徴とする請求項８に記載の回転電機。
  10. 　複数の前記ホルダは前記回転子に同時に組付けられることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の回転電機の製造方法。
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