(57)【要約】【課題】本発明の目的は、アキシャルギャップ型回転電機の回転子を溶接により組み立てる場合に、回転子を構成する永久磁石への伝熱を防止又は低減することにより、永久磁石の熱減磁、又は永久磁石が磁性を失うのを防止することにある。【解決手段】複数の界磁部収納孔を有するフレームを、第一の押さえ部材に溶接するステップと、複数の界磁部を、前記界磁部収納孔内に収納するステップと、放熱部材を、前記界磁部に接触させるステップと、第二の押さえ部材を、前記フレームに溶接して前記界磁部を前記界磁部収納孔内に固定するステップと、を含む回転子の製造方法によって回転子１４を製造することとした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を中心として回転自在に配設された回転子と、該回転軸方向における該回転子の両面側又は一方側にギャップを隔てて配設された固定子と、を備えたアキシャルギャップ型回転電機の該回転子の製造方法であり、
複数の界磁部収納孔を有するフレームを、第一の押さえ部材に溶接するステップと、
複数の界磁部を、前記界磁部収納孔内に収納するステップと、
放熱部材を、前記界磁部に接触させるステップと、
第二の押さえ部材を、前記フレームに溶接して前記界磁部を前記界磁部収納孔内に固定するステップと、
を含む回転子の製造方法。
【請求項２】
前記放熱部材を前記界磁部に接触させるステップにおいて、該放熱部材により第二の押さえ部材を前記フレームに対して位置決めする請求項１に記載する回転子の製造方法。
【請求項３】
前記放熱部材が、前記第二の押さえ部材及び前記フレームに係合することにより該第二の押さえ部材を該フレームに対して位置決めする係合部を有する請求項２に記載する回転子の製造方法。
【請求項４】
前記第二の押さえ部材の前記フレームへの溶接がレーザ溶接である請求項１〜請求項３のいずれかに記載する回転子の製造方法。
【請求項５】
前記放熱部材がレーザ溶接用孔を有する請求項４に記載する回転子の製造方法。
【請求項６】
前記放熱部材が、前記界磁部に接触する接触部と、該接触部の熱を周囲に放熱するヒートシンク部とから構成された請求項１〜請求項５のいずれかに記載する回転子の製造方法。
【請求項７】
前記放熱部材が、フィンを備えた請求項１〜請求項６のいずれかに記載する回転子の製造方法。
【請求項８】
前記放熱部材が、アルミ又はアルミ系合金から成る請求項１〜請求項７のいずれかに記載する回転子の製造方法。
【請求項９】
前記放熱部材が、銅又は銅系合金から成る請求項１〜請求項７のいずれかに記載する回転子の製造方法。
【請求項１０】
回転軸を中心として回転自在に配設された回転子と、該回転軸方向における該回転子の両面側又は一方側にギャップを隔てて配設された固定子と、を備えたアキシャルギャップ型回転電機の製造方法であり、
前記回転子の製造方法が、請求項１〜請求項９のいずれかに記載する回転子の製造方法であるアキシャルギャップ型回転電機の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接を用いた回転子の製造方法、及びアキシャルギャップ型回転電機の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アキシャルギャップ型回転電機は、回転軸を中心として回転自在に配設された回転子と、回転軸方向における回転子の両面側又は一方側にギャップを隔てて配設された固定子と、を備える回転電機である。このアキシャルギャップ型回転電機は、その構造から薄型化できる点や、磁極面積を大きくしてトルク密度を向上できる点で他の構造の回転電機より好ましい。アキシャルギャップ型回転電機の回転子は、主として永久磁石により構成される界磁部を、所定の位置に配置しており、この界磁部を回転軸に対して固定する固定手段が必要である。特許文献１には、界磁部を保持するためにコア（カバー部４）とフレーム（ディスク２）を溶接することにより固定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−２６２８６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１によれば、コアとフレームを溶接する場合、コアには、鉄損を低減するための電磁材料として磁性体、具体的には圧粉磁心や積層鋼板を用いるが、圧粉磁心は溶接による接合が不可能であり、積層鋼板は積層間の結合も含め積層面全体を溶接する必要がある。このため、溶接によるコアの層間短絡による渦電流損の増加や、熱応力による磁気特性の劣化の恐れがあった。また、コアに熱を加えて溶接するため、溶接により発生した熱はコアを伝導して、コアに接触する永久磁石に伝導され、永久磁石の熱減磁、又はキュリー点を超えて磁性を失う恐れがあった。
【０００５】
よって、本発明の目的は、アキシャルギャップ型回転電機の回転子を溶接により組み立てる場合に、回転子を構成する永久磁石への伝熱を防止又は低減することにより、永久磁石の熱減磁、又は永久磁石が磁性を失うのを防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の回転子の製造方法は、回転軸を中心として回転自在に配設された回転子と、該回転軸方向における該回転子の両面側又は一方側にギャップを隔てて配設された固定子と、を備えたアキシャルギャップ型回転電機の該回転子の製造方法であり、複数の界磁部収納孔を有するフレームを、第一の押さえ部材に溶接するステップと、複数の界磁部を、前記界磁部収納孔内に収納するステップと、放熱部材を、前記界磁部に接触させるステップと、第二の押さえ部材を、前記フレームに溶接して前記界磁部を前記界磁部収納孔内に固定するステップと、を含むことを特徴とする。
【０００７】
本発明の回転子の製造方法は、前記回転子の製造方法の製造方法において、前記放熱部材を前記界磁部に接触させるステップにおいて、該放熱部材により第二の押さえ部材を前記フレームに対して位置決めすることを特徴とする。
【０００８】
本発明の回転子の製造方法は、前記回転子の製造方法の製造方法において、前記放熱部材が、前記第二の押さえ部材及び前記フレームに係合することにより該第二の押さえ部材を該フレームに対して位置決めする係合部を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明の回転子の製造方法は、前記回転子の製造方法の製造方法において、前記第二の押さえ部材の前記フレームへの溶接がレーザ溶接であることを特徴とする。
【００１０】
本発明の回転子の製造方法は、前記回転子の製造方法の製造方法において、前記放熱部材がレーザ溶接用孔を有することを特徴とする。
【００１１】
本発明の回転子の製造方法は、前記回転子の製造方法の製造方法において、前記放熱部材が、前記界磁部に接触する接触部と、該接触部の熱を周囲に放熱するヒートシンク部とから構成されたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の回転子の製造方法は、前記回転子の製造方法の製造方法において、前記放熱部材が、フィンを備えたことを特徴とする。
【００１３】
本発明の回転子の製造方法は、前記回転子の製造方法の製造方法において、前記放熱部材が、アルミ又はアルミ系合金から成ることを特徴とする。
【００１４】
本発明の回転子の製造方法は、前記回転子の製造方法の製造方法において、前記放熱部材が、銅又は銅系合金から成ることを特徴とする。
【００１５】
本発明のアキシャルギャップ型回転電機の製造方法は、回転軸を中心として回転自在に配設された回転子と、該回転軸方向における該回転子の両面側又は一方側にギャップを隔てて配設された固定子と、を備えたアキシャルギャップ型回転電機の製造方法であり、該回転子の製造方法が、前記回転子の製造方法であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の回転子の製造方法、及びアキシャルギャップ型回転電機の製造方法は、溶接によって発生する熱を放熱部材によって積極的に放熱させ、溶融部から界磁部へ、特には永久磁石への伝熱を防止又は低減することができる。これにより、界磁部の永久磁石の熱減磁又は磁性消滅を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のアキシャルギャップ型回転電機の製造方法によって製造するアキシャルギャップ型回転電機を示す側面断面図である。
【図２】図１のアキシャルギャップ型回転電機を構成する回転子の製造方法を説明するための図であり、同図（ａ）は回転子を組み立てる前の状態を示す側面断面図であり、同図（ｂ）は回転子を組み立てた後の状態を示す側面断面図である。
【図３】図１のアキシャルギャップ型回転電機の製造方法を説明するための斜視図である。
【図４】図１のアキシャルギャップ型回転電機を構成する回転子の製造方法を説明するための側面断面図である。
【図５】本発明の回転子の製造方法を説明するための他の実施形態を示す側面断面図である。
【図６】本発明の回転子の製造方法を説明するための更に他の実施形態を示す側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明について図面を用いて説明する。なお、図は模式的に示しており、実際の大きさとは異なる場合がある。
【００１９】
図１に示すように、本発明のアキシャルギャップ型回転電機の製造方法によって製造するアキシャルギャップ型回転電機１０は、回転軸１２を中心として回転自在に配設された回転子１４と、回転軸１２方向における回転子１４の両面側にギャップを隔てて配設された一対の固定子１６及び１８と、を備えたアキシャルギャップ型回転電機である。すなわち、アキシャルギャップ型回転電機１０は、回転子１４が固定子１６及び１８によって挟まれた構成である。
【００２０】
本発明の回転子の製造方法によって製造する回転子１４は、界磁部２０を支持する第一の押さえ部材２２と、６個の界磁部収納孔２４を有し、第一の押さえ部材２２に溶接されたフレーム２６と、界磁部収納孔２４内に収納された６個の界磁部２０と、フレーム２６に溶接されることにより、界磁部２０を界磁部収納孔２４内に固定する第二の押さえ部材３２と、を備えて構成される。界磁部２０は、第一の押さえ部材２２に接するように界磁部収納孔２４内に収納された６個の永久磁石２８と、永久磁石２８に接するように界磁部収納孔２４内に収納された６個の磁性体３０と、から構成されている。
【００２１】
第一の押さえ部材２２は、軟磁性体から成る短絡鋼板（電磁鋼板）であり、界磁部２０の固定子１８側の磁束を部分的に短絡する機能を有するとともに、界磁部２０を支持する機能を有する。固定子１８側の磁束を部分的に短絡する機能を有することにより、固定子１８と回転子１４との間に働く磁気吸引力が、固定子１６と回転子１４との間に働く磁気吸引力よりも強い場合に、固定子１８と回転子１４との間に働く磁気吸引力を弱めることができる。この機能が必要ない場合は、第一の押さえ部材２２を非金属の板から構成してもよい。また、第一の押さえ部材２２は、一体的に構成されたものでなく、複数に分割されて構成されてもよい（例えば、１の界磁発生部につき１の押さえ部材２２が設けられるように分割）。また、第一の押さえ部材２２として、リング状の第二の押さえ部材３２を使用してもよい。
【００２２】
フレーム２６は、第二の押さえ部材３２との溶接性を考慮すれば、非磁性のステンレス製であることが好ましく、例えば、ステンレス鋼板を打ち抜いて構成してもよく、焼結体であってもよい。フレーム２６の６個の界磁部収納孔２４は、６本のスポーク３４によって仕切られている。
【００２３】
永久磁石２８は、磁束密度を大きくするために、焼結された希土類磁石、特にＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系（ネオジウム・鉄・ボロン）から構成することが好ましい。一方、希土類磁石、特に焼結した希土類磁石は導電率が高く、固定子１６から発生する回転磁界により渦電流損が生じやすい。このため、磁性体３０は、希土類磁石に比べて導電率の小さい磁性材から構成され、永久磁石２８に対して固定子１６側に配置されることにより、渦電流損を低減できる。特に、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御する場合、キャリア成分の高周波の磁束の変化による渦電流損を低減できる。また、磁性体３０を、磁気的に等方性を有する圧粉磁心から構成すれば、磁性体３０において渦電流損を発生しにくくできる。他方、永久磁石２８が固定子１６側で発生させる界磁磁束のうちの殆どが磁性体３０を通るため、磁性体３０の固定子１６側の表面は、実質的に、界磁部２０の極磁面として機能することとなる。
【００２４】
第二の押さえ部材３２は、リング状部材３６及び３８から構成される。第二の押さえ部材３２は、フレーム２６との溶接性を考慮すれば、非磁性のステンレス製であることが好ましく、例えば、ステンレス鋼板の打ち抜き又は焼結によって構成される。
【００２５】
固定子１６は、バックヨーク４０と、バックヨーク４０の回転子１４側に配置されるティース４２と、ティース４２に巻回されたコイル部４４とから構成されている。バックヨーク４０は、中心部に回転軸１２が拘束されることなしに貫通する孔４６を有する円板形状を成しており、例えば、ティース４２が嵌設される孔又は溝を有している。コイル部４４は、３相コイルから成る。例えば、回転子１４が６極であれば、９個のティース４２が設けられ、各相のコイルは、夫々のティース４２に対してコイルが集中巻方式で巻回されて構成される。バックヨーク４０は、回転軸１２が貫通することがなければ中心部の孔４６は不要である。
【００２６】
固定子１８は、中心部に孔４８を有し、コイルを備えずに構成される。固定子１６及び１８は、図示しない容器内に固定される。回転子１４の回転軸１２は、固定子１６の孔４６及び固定子１８の孔４８を、回転可能に貫通する。
【００２７】
このような構成のアキシャルギャップ型回転電機１０及び回転子１４の製造方法について、図２〜図４に従って、以下に説明する。本発明の回転子の製造方法は、図３に示す回転子の製造方法において、放熱部材１００及び１０２を使用して行う製造方法である。
【００２８】
まず、図２に示すように、第一の押さえ部材２２とフレーム２６との溶接によって発生する熱を放熱させるための放熱部材１００、及び第二の押さえ部材３２とフレーム２６との溶接によって発生する熱を放熱させるための放熱部材１０２を準備しておく。放熱部材１００は、第一の押さえ部材２２に接触する接触部１０４と、熱を周囲に放熱するヒートシンク部１０６とから構成されている。放熱部材１０２は、磁性体３０に接触する接触部１０８と、熱を周囲に放熱するヒートシンク部１１０とから構成されている。また、放熱部材１００及び１０２は、それぞれ、レーザ溶接のレーザＬが貫通できるレーザ溶接用孔１１２を備えている。接触部１０４は、フレーム２６の外周に係合する係合部１１４を備え、接触部１０８は、フレーム２６の外周に係合する係合部１１６を備えている。
【００２９】
なお、放熱部材１００及び１０２の材質は、熱伝導率の高いアルミ若しくはアルミ系合金、又は銅若しくは銅系合金であることが好ましい。また、係合部１１４及び１１６は、フレーム２６の円周方向に沿って延びていれば、その数量は限定されない。例えば、フレーム２６の円周方向に沿って互いに隙間を設けながら、９０°のピッチで４個備えても、６０°のピッチで６個備えてもよい。
【００３０】
このような放熱部材１００及び１０２を準備した状態で、図２（ａ）に示すように、第一の押さえ部材２２を係合部材１１４に係合させながら放熱部材１００内に収納し、フレーム２６を係合部材１１４に係合させながら放熱部材１００内に収納して第一の押さえ部材２２に接触させる。第一の押さえ部材２２及びフレーム２６が係合部材１１４に係合されることにより、第一の押さえ部材２２のフレーム２６に対する位置決めがなされる。このようにして、第一の押さえ部材２２のフレーム２６に対する位置決めがなされた状態で、第一の押さえ部材２２にフレーム２６をレーザ溶接する。詳細なレーザ溶接の方法は、フレーム２６に第二の押さえ部材３２を溶接する場合に関して後述する作用と同様である。
【００３１】
次に、フレーム２６の界磁部収納孔２４に永久磁石２８を収納した後、磁性体３０を収納する。この時、永久磁石２８の着磁は、行われていても、行われていなくてもよい。永久磁石２８の着磁が行われていない場合は、回転子１４が完成した状態で、着磁器又はステータにより着磁が行われる。永久磁石２８及び磁性体３０を界磁部収納孔２４に収納した状態で、リング状部材３６及び３８をフレーム２６及び磁性体３０に接触させるように載置し、放熱部材１０２を、フレーム２６に係合する。このようにして、放熱部材１００及び１０２をフレーム２６に係合すると、図４に示すように、係合部１１４と係合部１１６が接触し、第一の押さえ部材２２、永久磁石２８及び磁性体３０が収納されたフレーム２６、並びにリング状部材３６及び３８が、一体となった放熱部材１００及び１０２に係合された状態となる。これにより、リング状部材３６及び３８のフレーム２６に対する位置決めがなされる。
【００３２】
リング状部材３６及び３８のフレーム２６に対する位置決めがなされた状態で、図４に示すように、リング状部材３６及び３８をフレーム２６にレーザ溶接する。このレーザ溶接は、レーザＬにレーザ溶接用孔１１２を貫通させながらレーザＬを傾けて、リング状部材３６及び３８からフレーム２６へ斜め方向に入射させることにより行われる。この時、レーザ溶接による溶融部Ｙ１から発生する熱は、リング状部材３８から接触部１０８を介してヒートシンク部１１０へ伝熱し、ヒートシンク部１１０から放熱される。このため、溶融部Ｙ１から磁性体３０及び永久磁石２８へ伝熱される発生する熱を極力低減することができる。この時、ファン等によってヒートシンク１１０に空気を当ててもよい。なお、溶融部Ｙ１の先端がフレーム２６の外へ表出する場合には、係合部１１６同志の隙間であり係合部１１６が存在しない空間へ表出することが好ましい。仮に係合部１１４及び１１６このようにして、図２（ｂ）に示すように、第一の押さえ部材２２及び第二の押さえ部材３２のフレーム２６への溶接が行われて、回転子１４が製造される。なお、放熱部材１００を用いずに放熱部材１０２のみを用いて、第二の押さえ部材３２とフレーム２６との溶接を本発明の製造方法により行い、第一の押さえ部材２２とフレーム２６との溶接をフレーム２６に界磁部２０を収納しない状態で通常の溶接方法により行ってもよい。
【００３３】
次に、放熱部材１００及び１０２が回転子１４から取り外され、その回転子１４を使用してアキシャルギャップ型回転電機１０が製造される。
【００３４】
本発明の回転子の製造方法及びアキシャルギャップ型回転電機の製造方法の場合、放熱部材１００及び１０２を用いてレーザ溶接によって発生する熱を積極的に周囲へ放熱することができる。このため、溶接による熱が永久磁石２８へ伝導し難くなり、永久磁石２８の熱減磁、又は永久磁石２８が磁性を失うのを防止できる。また、永久磁石２８が不可逆減磁である高温減磁が生じる希土類の場合、永久磁石２８への伝熱を低減することにより不可逆減磁を防止でき、特に有利な効果が生じる。更に、放熱部材１００及び１０２を用いることにより、フレーム２６に対する第一の押さえ部材２２及び第二の押さえ部材３２の位置決めを行うことができる。このため、レーザ溶接のための位置決め手段を設ける必要がなくなる。
【００３５】
以上、本発明について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されない。例えば、本発明の回転子の製造方法において使用する放熱部材は、図５に示すように、第一の押さえ部材２２、フレーム２６及び第二の押さえ部材３２全てに係合される係合部１５０を有する放熱部材１５２、並びに係合部を有しない放熱部材１５４であってもよい。放熱部材１５２及び１５４はフィン１５６を備えている。このような、放熱部材１５２及び１５４を使用しても、レーザ溶接による熱を積極的に放熱できるとともに、フレーム２６に対する第一の押さえ部材２２及び第二の押さえ部材３２の位置決めを行うことができる。
【００３６】
また、本発明の回転子の製造方法において使用する放熱部材は、図６に示すように、流体経路１６０を備えた放熱部材１６２及び１６４であってもよい。これらの放熱部材１６２及び１６４は、第一の押さえ部材２２とフレーム２６とのレーザ溶接時、及び第二の押さえ部材３２とフレーム２６とのレーザ溶接時に、冷却水、冷媒、油等の冷却用流体を図示しない配管から流体経路１６０内で流すことにより、放熱部材１６２及び１６４を積極的に冷却することができる。このため、レーザ溶接により発生する熱の放熱をより効率的に行うことができる。
【００３７】
その他、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々の改良、修正、変更を加えた態様で実施できるものである。例えば、本発明の第一の目的は溶接により発生する熱を放熱させることにあるため、本発明において使用する放熱部材は係合部を有しないものであってもよい。また、界磁部の構成は永久磁石に磁性体を重ね合わせたものに限定されず、２個の磁性体で永久磁石を挟んだものであってもよい。これに伴って、２個の固定子の両方がコイルを備えてもよい。また、界磁部は永久磁石のみから構成されてもよい。さらに、固定子は１個のみであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の回転子の製造方法、及びアキシャルギャップ型回転電機の製造方法によれば、溶接によって発生する熱を放熱部材によって積極的に放熱させ、溶融部から界磁部へ、特には永久磁石への伝熱を防止又は低減することができる。これにより、界磁部に含まれる永久磁石の熱減磁又は磁性消滅を防止できる。このため、モータとして広く利用できる。
【符号の説明】
【００３９】
１０：アキシャルギャップ型回転電機
１２：回転軸
１４：回転子
１６、１８：固定子
２０：界磁部
２２：第一の押さえ部材
２４：界磁部収納孔
２６：フレーム
２８：永久磁石
３０：磁性体
３２：第二の押さえ部材
３４：スポーク
３６、３８：リング状部材
１００、１０２、１５２、１５４、１６２、１６４：放熱部材
１０４、１０８：接触部
１０６、１０８：接触部
Ｌ：レーザ
Ｙ１：溶融部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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