(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】本発明の回転子１４が、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。【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、
第二の押さえ部材を、前記フレームにレーザ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、
を含み、
前記レーザ溶接による溶融部を前記界磁部から回避させる回転子の製造方法。
【請求項２】
前記レーザ溶接を前記第二の押さえ板から前記フレームへ斜め方向に入射させることにより、該レーザ溶接による溶融部を前記界磁部から回避させる請求項１に記載する回転子の製造方法。
【請求項３】
前記フレームと第一の押さえ部材との溶接がレーザ溶接であり、該レーザ溶接を前記第一の押さえ部材から前記フレームへ斜め方向に入射させることにより、該レーザ溶接による溶融部を前記界磁部から回避させる請求項１又は請求項２に記載する回転子の製造方法。
【請求項４】
前記レーザ溶接の溶接部長さを、前記界磁部に達しない長さとすることにより、該レーザ溶接による溶融部を該界磁部から回避させる請求項１に記載する回転子の製造方法。
【請求項５】
前記レーザ溶接を前記第二の押さえ板から前記界磁収納部の周辺に入射させることにより、該レーザ溶接による溶融部を前記界磁部から回避させる請求項１に記載する回転子の製造方法。
【請求項６】
前記レーザ溶接の溶融部先端を表出させる請求項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】
前記界磁部が、前記第一の押さえ部材に接するように前記界磁部収納孔内に収納された複数の永久磁石と、該永久磁石に接するように該界磁部収納孔内に収納された複数の磁性体と、から構成され、
前記永久磁石が希土類焼結磁石である請求項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】
前記フレーム及び前記第二の押さえ部材が非磁性ステンレスである請求項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】
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８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。
【請求項１０】
請求項１〜請求項８のいずれかに記載する回転子の製造方法により製造されたアキシャルギャップ型回転電機の回転子であり、前記レーザ溶接による溶接部が前記界磁部から回避させられたアキシャルギャップ型回転電機の回転子。
【請求項１１】
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であり、
前記回転子が請求項１０に記載する回転子であるアキシャルギャップ型回転電機。
【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、アキシャルギャップ型回転電機の製造方法、アキシャルギャップ型回転電機の回転子、及びアキシャルギャップ型回転電機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、第二の押さえ部材を、前記フレームにレーザ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、を含み、前記レーザ溶接による溶融部を前記界磁部から回避させることを特徴とする。
【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、前記レーザ溶接を前記第二の押さえ板から前記フレームへ斜め方向に入射させることにより、該レーザ溶接による溶融部を前記界磁部から回避させ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、前記フレームと第一の押さえ部材との溶接がレーザ溶接であり、該レーザ溶接を前記第一の押さえ部材から前記フレームへ斜め方向に入射させることにより、該レーザ溶接による溶融部を前記界磁部から回避させ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、前記レーザ溶接の溶接部長さを、前記界磁部に達しない長さとすることにより、該レーザ溶接による溶融部を該界磁部から回避させ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、前記レーザ溶接を前記第二の押さえ板から前記界磁収納部の周辺に入射させることにより、該レーザ溶接による溶融部を前記界磁部から回避させ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、前記レーザ溶接の溶融部先端を表出させることを特徴とする。
【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、前記界磁部が、前記第一の押さえ部材に接するように前記界磁部収納孔内に収納された複数の永久磁石と、該永久磁石に接するように該界磁部収納孔内に収納された複数の磁性体と、から構成され、前記永久磁石が希土類焼結磁石であることを特徴とする。
【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、前記フレーム及び前記第二の押さえ部材が非磁性ステンレスであることを特徴とする。
【００１４】
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、前記本発明の回転子の製造方法であ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回転子は、前記本発明の回転子の製造方法により製造されたアキシャルギャップ型回転電機の回転子であり、前記レーザ溶接による溶接部が前記界磁部から回避させられたことを特徴とする。
【００１６】
本発明の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、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であり、該回転子が前記本発明の回転子であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の回転子の製造方法、アキシャルギャップ型回転電機の製造方法、アキシャルギャップ型回転電機の回転子、及びアキシャルギャップ型回転電機は、レーザ溶接による溶融部を界磁部から回避させて、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】
【００１８】
【図１】本発明の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の製造方法を説明するための斜視図である。
【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図であり、同図（ａ）は回転子の平面図であり  同図（ｂ）は回転子の底面図である。
【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一部拡大側面断面図である。
【図５】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他の実施形態を示す一部拡大側面断面図である。
【図６】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更に他の実施形態を示す一部拡大正面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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、焼結体から構成してもよい。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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
固定子１６は、図１に示すように、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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
まず、第一の押さえ部材２２にフレーム２６をレーザ溶接する。レーザ溶接の溶接部Ｓ２の形態は、図３（ｂ）に示すようなスポット溶接であっても、円周方向に沿って延びる円周溶接であってもよい。また、フレーム２６のスポーク３４に溶接してもよい。このレーザ溶接を第一の押さえ部材２２からフレーム２６へ斜め方向に入射させることにより、図１に示すように、レーザ溶接による溶融部Ｙ２を界磁部２０から回避させる。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。なお、第一の押さえ部材２２にフレーム２６への溶接は、界磁部２０を収納しない状態で行うため、通常の溶接であってもよい。
【００３０】
次に、図２に示すように、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。
【００３１】
界磁部収納孔２４に永久磁石２８及び磁性体３０が収納された状態で、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。このレーザ溶接の溶接部Ｓ１の形態は、図３（ａ）に示すようなスポット溶接であっても、円周方向に沿って延びる円周溶接であってもよい。リング状部材３８のフレーム２６へのレーザ溶接は、図４（ａ）に示すように、レーザＬを傾けて、リング状部材３８からフレーム２６へ斜め方向に入射させることにより、レーザ溶接による溶融部Ｙ１を界磁部２０から回避させるとともに、溶融部Ｙ１の先端をフレーム２６の外へ表出させる。また、リング状部材３６のフレーム２６へのレーザ溶接は、図４（ｂ）に示すように、リング状部材３８のレーザ溶接に対して逆方向にレーザＬを傾けて、リング状部材３６からフレーム２６へ斜め方向に入射させることにより、レーザ溶接による溶融部Ｙ１を界磁部２０から回避させるとともに、溶融部Ｙ１の先端をフレーム２６内に位置させる。なお、溶融部Ｙ１及びＹ２に従って加熱される溶融部Ｙ１及びＹ２の周囲の熱影響部も界磁部２０から回避させることが好ましい。なお、溶融部Ｙ１を界磁部２０から回避させることは、溶接がレーザ溶接であることにより容易となる。
【００３２】
本発明の回転子１４の製造方法の場合、リング状部材３６及び３８をフレーム２６にレーザ溶接する際に、レーザ溶接による溶融部Ｙ１を界磁部２０から回避させるため、溶融部Ｙ１が界磁部２０を直接加熱することがない。また、溶融部Ｙ１から永久磁石２８への伝熱は、リング状部材３６及び３８又はフレーム２６から磁性体３０を介して行われるため、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。さらに、リング状部材３８のフレーム２６への溶接において、溶融部Ｙ１の先端をフレーム２６の外へ表出させるため、その先端を目視することにより確実に溶接が行われたことを確認できる。また、溶融部Ｙ１の先端の位置を認識することにより、溶融部Ｙ１の位置及び方向を推測できる。
【００３３】
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１４の製造方法は、図５（ａ）に示すように、リング状部材３８とフレーム２６とのレーザ溶接を、リング状部材３８とフレーム２６との接触部に横方向から行う方法であってもよい。この場合、レーザ溶接の溶接長さｌを界磁部２０に達しない長さとすることによって、レーザ溶接による溶融部Ｙ１を界磁部２０から回避させることができる。一方、リング状部材３６とフレーム２６とのレーザ溶接は、図５（ｂ）に示すように、斜め方向に入射させることにより、レーザ溶接による溶融部Ｙ１を界磁部２０から回避させる。
【００３４】
また、本発明の回転子１４の製造方法は、図６に示すように、レーザ溶接の溶融部Ｙ１を、第二の押さえ部材３２側から界磁収納部２４の周辺に入射させ、界磁収納部２４の周辺を貫通して第一の押さえ部材２２まで到達させることにより、溶融部Ｙ１を界磁部２０から回避させながら、第一の押さえ部材２２及び第二の押さえ部材３２をフレーム２６へ固定する方法であってもよい。図６における中央部の溶融部Ｙ１は、フレーム２６のスポーク３４から第二の押さえ部材２２へ到達する。このような製造方法によれば、第二の押さえ部材３２側からのみのレーザ溶接によって、第一の押さえ部材２２及び第二の押さえ部材３２をフレーム２６へ固定することができる。このため、レーザ溶接作業の工数を低減できる。
【００３５】
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、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】
【００３６】
本発明の回転子の製造方法、アキシャルギャップ型回転電機の製造方法、アキシャルギャップ型回転電機の回転子、及びアキシャルギャップ型回転電機によれば、レーザ溶接による溶融部を界磁部から回避させて、溶融部から界磁部、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】
【００３７】
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
Ｓ１、Ｓ２：溶接部
Ｙ１、Ｙ２：溶融部
Ｌ：レーザ
【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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