(57)【要約】【課題】永久磁石の固定に接着剤を使用せず、金属レアアースのリサイクルを容易にする回転電機の回転子及びその製造方法を提供する。【解決手段】円筒状の回転子鉄心２０５と、回転子鉄心の磁石挿入孔２１０に複数個配設された永久磁石２１５とを有し、回転子鉄心は、磁石挿入孔を有する電磁鋼板が積層されてなる第１回転子鉄心２０６と、磁石挿入孔に対応する位置に突起２０８が配設された電磁鋼板を有する第２回転子鉄心２０７とから構成され、第２回転子鉄心を、第１回転子鉄心に隣接するように、回転子鉄心の軸方向端部に配設させ、第２回転子鉄心の突起により、永久磁石を軸方向に固定するように回転電機の回転子２００を構成する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の回転子鉄心と、前記回転子鉄心の磁石挿入孔に複数個配設された永久磁石と、を有する回転子であって、
前記回転子鉄心は、前記磁石挿入孔を有する電磁鋼板が積層されてなる第１回転子鉄心と、前記磁石挿入孔に対応する位置に突起が配設された電磁鋼板を有する第２回転子鉄心とから構成され、
前記第２回転子鉄心を、前記第１回転子鉄心に隣接するように、前記回転子鉄心の軸方向端部に配設させ、
前記第２回転子鉄心の前記突起により、前記永久磁石を軸方向に固定する回転子。
【請求項２】
請求項１に記載の回転子であって、
前記突起がバネ構造を有し、
前記バネ構造が、軸方向に前記永久磁石に圧力を加えることにより、前記永久磁石を固定する回転子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の回転子を備え、
前記回転子が、複数のティースを有する固定子の内周側に回転可能に配置された回転電機。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の回転子の製造方法であって、
前記第２回転子鉄心を前記回転子鉄心の軸方向端部に配設させた後、固定された永久磁石に着磁を行う回転子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機の回転子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータなどの回転電機は、固定子と回転子とを備えている。回転子の回転子鉄心は、周方向に多数の磁石挿入孔を有した、０．０５〜１．０ｍｍ程度の厚さの電磁鋼板が所定枚数積層され、電磁鋼板の周方向に複数設けられた溝により加締め固定されるなどして一体化されている。この回転子鉄心の磁石挿入孔には永久磁石を埋め込むと共に磁石を固定する為に接着剤を充填するのが一般的である。永久磁石の軸方向及び径方向の固定は接着剤の接着状態及び接着の固着力に影響するが、更に信頼性を求める場合、回転電機の磁気特性を損なわない非磁性の押え板を軸方向に配設し、回転電機に加わる力による永久磁石の飛散を防止する構造となっている。
【０００３】
例えば特許文献１（特開平０８−１２６２３３号公報）では、外転型回転子を持つ永久磁石式電動機の回転子に接着剤で永久磁石を固定するに際し、接着剤による磁気特性悪化を防止する為、接着剤に磁気粉末を混入する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０８−１２６２３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
永久磁石を接着剤により磁石挿入孔内で固着する場合、温度や湿度等の作業環境や塗布量等の作業方法に起因する強度バラツキが発生し易く、永久磁石の固着強度を低下させる要因となっていた。したがって、製品の信頼性を高める為には接着剤の特性を考慮した製造工程での厳格な管理が必要という課題がある。
【０００６】
また、近年の金属レアアース（ネオジウム、ディスプロシウム等）の市況高騰により、回転子に取り付けられている永久磁石をリサイクルする技術が着目されている。しかし、接着剤により固着された永久磁石を回転子鉄心から取り外す場合は、熱硬化された接着剤と共に取り外す必要がある為、作業性が悪いという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、円筒状の回転子鉄心と、前記回転子鉄心の磁石挿入孔に複数個配設された永久磁石と、を有する回転子であって、前記回転子鉄心は、前記磁石挿入孔を有する電磁鋼板が積層されてなる第１回転子鉄心と、前記磁石挿入孔に対応する位置に突起が配設された電磁鋼板を有する第２回転子鉄心とから構成され、前記第２回転子鉄心を、前記第１回転子鉄心に隣接するように、前記回転子鉄心の軸方向端部に配設させ、前記第２回転子鉄心の前記突起により、前記永久磁石を軸方向に固定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、永久磁石の固定に接着剤を使用せず、金属レアアースのリサイクルを容易にする回転電機の回転子及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る回転電機の全体構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る回転電機の回転子および固定子を示す断面模式図である。
【図３】本発明の実施形態に係る回転電機の回転子および固定子を示す断面模式図の部分拡大図である。
【図４】本発明の実施形態に係る回転電機の回転子の積層構造を示す断面模式図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る回転電機の回転子の積層構造を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明する。
【００１１】
なお、以下の各実施形態を説明する回転電機として、電気自動車を駆動する回転電機を用いる。この回転電機を使用する電気自動車には、エンジンと回転電機の両方を備えるハイブリッドタイプの電気自動車（ＨＥＶ）と、エンジンを用いず回転電機のみで走行する純粋な電気自動車（ＥＶ）とがあるが、以下に説明する回転電機は両方のタイプに利用できるので、ここではハイブリッドタイプの自動車用の回転電機を例示する。
【００１２】
［第１の実施形態］  
図１は、本実施形態に係る回転電機１００の全体構成を示す模式図である。図１では、回転電機１００の一部分を断面とすることで、回転電機１００の内部を示している。
【００１３】
回転電機１００は、図１に示すように、ケース１０５の内部に配設されるものであり、固定子鉄心３０５を有する固定子３００と、この固定子３００内に回転自在に配設される回転子鉄心２０５を有する回転子２００と、を備えている。ケース１０５は、エンジンのケースや変速機のケースによって構成される。
【００１４】
この回転電機１００は、永久磁石内蔵型の三相同期モータである。回転電機１００は、固定子鉄心３０５に巻回される固定子コイル３２０に三相交流電流が供給されることで、回転子２００を回転させる電動機として作動する。また、回転電機１００は、エンジンによって駆動されると、発電機として作動して三相交流の発電電力を出力する。つまり、回転電機１００は、電気エネルギーに基づいて回転トルクを発生する電動機としての機能と、機械エネルギーに基づいて発電を行う発電機としての機能の両方を有しており、自動車の走行状態によって上記機能を選択的に利用することができる。
【００１５】
固定子３００は、周方向に複数設けられたフランジ３１５がボルト１１０によりケース１０５に締結されることで、ケース１０５内に固定保持されている。
【００１６】
回転子２００は、ケース１０５の軸受け２３０Ａ、２３０Ｂにより支承されるシャフト２３５に固定されており、固定子鉄心３０５の内側において回転可能に保持されている。
【００１７】
図２および図３を参照して固定子３００と回転子２００について説明する。図２は、本発明の実施形態に係る回転電機１００の回転子２００および固定子３００と示す断面模式図であり、図３は、回転子２００および固定子３００の構造を示す断面模式図の部分拡大図である。
【００１８】
図２に示すように、本実施形態の回転電機１００は、固定子３００と、この固定子３００の内周側にエアギャップ４００を介して対向配置されて、回転可能に保持された回転子２００から構成されている。
【００１９】
図３に部位１０の拡大図を示す。固定子３００は固定子鉄心３０５および固定子コイル３２０を備えている。
【００２０】
固定子鉄心３０５は複数の磁性体、例えば複数の電磁鋼板を軸方向に積層して形成したものであり、ヨーク部（コアバック部ともいう）及びティース部（突出部或いは突極部ともいう）から構成されている。ヨーク部は、ハウジングの内周側に嵌合された円筒状のヨークコア３０６（コアバックともいう）から構成されている。ティース部は、ヨークコア３０６の内周側から径方向に突出し、所定の間隔をもって周方向に複数配置された複数のティースコア３０７から構成されている。本実施形態では、ヨークコア３０６の内周側に７２個のティースコア３０７が形成されている。これにより、本実施形態では、固定子磁極の極数が７２極の固定子３００が得られる。
【００２１】
隣接するティースコア３０７間のそれぞれには、周方向に連続すると共に、回転子２００側に７２個のスロット３１０が形成されている。７２個のスロット３１０内にはスロット絶縁（図示省略）が設けられ、固定子コイル３２０を構成するＵ相，Ｖ相，Ｗ相などの複数の相巻線が装着されている。本実施形態では、固定子コイル３２０の巻き方として分布巻を採用している。ここで、分布巻は、複数のスロット３１０を跨いで離間した２つのスロット３１０に相巻線が収納されるように、相巻線が固定子鉄心３０５に巻かれる巻線方式である。本実施形態では、巻線方式として分布巻を採用しているので、弱め界磁制御や、リラクタンストルクを活用して、低回転速度だけでなく高回転速度までの広い回転数範囲についての制御が可能となる。
【００２２】
回転子２００は、回転子鉄心２０５と、この回転子鉄心２０５に形成された磁石挿入孔２１０に保持されている永久磁石２１５を備えている。
【００２３】
回転子鉄心２０５には、直方体形状の磁石挿入孔２１０が外周部近傍において周方向に等間隔で形成されており、各磁石挿入孔２１０には永久磁石２１５が埋め込まれる。磁石挿入孔２１０の円周方向の幅は、永久磁石２１５の円周方向の幅よりも大きく形成されており、永久磁石２１５の両側には磁気的空隙２２０が形成されている。
【００２４】
永久磁石２１５は、回転子２００の界磁極を形成するものである。なお、本実施形態では、４個の永久磁石２１５で一つの磁極を形成する構成としているが、一つの磁極を複数個の永久磁石によって構成してもよい。各磁極を形成するための永久磁石を複数に増やすことで、永久磁石が発する各磁極の磁束密度が大きくなり、磁石トルクを増大することができる。
【００２５】
永久磁石２１５の磁化方向は径方向を向いており、界磁極毎に磁化方向の向きが反転している。すなわち、ある磁極を形成するための永久磁石２１５の固定子側の面がＮ極、シャフト側の面がＳ極に磁化されていたとすると、隣の磁極を形成する永久磁石２１５の固定子側の面はＳ極、シャフト側の面はＮ極となるように磁化されている。本実施形態では、４個の永久磁石２１５が、円周方向に等間隔で磁極毎に交互に磁化方向が変わるように磁化されて配置されることで、回転子２００は１２の磁極を形成している。
【００２６】
なお、永久磁石２１５は、磁化（着磁）した後に回転子鉄心２０５の磁石挿入孔２１０に埋め込んでもよいし、磁化する前に回転子鉄心２０５の磁石挿入孔２１０に挿入し、その後に強力な磁界を与えて磁化するようにしてもよい。
【００２７】
しかしながら、磁化後の永久磁石２１５は磁力が強力であり、回転子２００に永久磁石２１５を固定する前に永久磁石を着磁すると、永久磁石２１５の固定時に回転子鉄心２０５との間に強力な吸引力が生じ、この吸引力が作業の妨げとなる。また、強力な吸引力により、永久磁石２１５に鉄粉などのごみが付着するおそれがある。そのため、永久磁石２１５を回転子鉄心２０５の磁石挿入孔に挿入した後に磁化する方が、回転電機１００の生産性を向上させる上で望ましい。ここで、永久磁石２１５には、ネオジウム系、サマリウム系の焼結磁石やフェライト磁石、ネオジウム系のボンド磁石などを用いることができるが、永久磁石２１５の残留磁束密度は、０.４〜１.３Ｔ程度が望ましく、ネオジウム系の磁石がより適している。
【００２８】
本実施形態では、磁極を形成する各永久磁石２１５間に補助磁極２２５が形成されている。この補助磁極２２５は、固定子コイル３２０が発生するｑ軸の磁束の磁気抵抗が小さくなるように作用する。そして、この補助磁極２２５により、ｑ軸の磁束の磁気抵抗がｄ軸の磁束の磁気抵抗に比べて非常に小さくなるため、大きなリラクタンストルクが発生することになる。
【００２９】
三相交流電流が固定子コイル３２０に供給されることにより固定子３００に回転磁界が発生すると、この回転磁界が回転子２００の永久磁石２１５に作用して磁石トルクが発生する。つまり、回転子２００には、この磁石トルクに加えて、上述のリラクタンストルクが発生するので、回転子２００には上述の磁石トルクとリラクタンストルクとの両方のトルクが回転トルクとして作用し、大きな回転トルクを得ることができる。
【００３０】
図４は、本実施形態に係る回転電機１００の回転子２００の積層構造を示す断面模式図である。回転子２００は回転子鉄心２０５および永久磁石２１５を備えている。
【００３１】
回転子２００の回転子鉄心２０５は、磁石挿入孔２１０を有した電磁鋼板を積層してなる第１回転子鉄心２０６と、その軸方向両側に配設された第２回転子鉄心２０７で構成され、第２固定子鉄心２０７は、積層鋼板表面から軸方向へ伸びた磁石固定突起２０８が形成されている。永久磁石２１５は周方向に配設された磁石挿入孔２１０に挿入され位置決めされた状態で、第２固定子鉄心２０７に設けられた磁石固定突起２０８により軸方向に押えられて固定される。
【００３２】
永久磁石２１５を固定する第２固定子鉄心２０７は、磁性材料であるため、回転電機１００の磁気特性を悪化させず、また、積層鋼板１枚は永久磁石２１５の断面積に対して磁気的に無視できる程度に薄いので、回転電機１００の磁気特性を悪化させない。
【００３３】
このように、本実施形態では、永久磁石２１５の固定用の接着剤を削減することができるため、接着剤使用に伴う管理工数（接着剤充填、接着剤硬化工程）を削減することができる。
【００３４】
また、本実施形態では、永久磁石２１５を機械的に固定することにより、接着剤にて固定された磁石では困難であった、磁石の取外しが可能な副次的効果もある。それにより、永久磁石に含有される金属レアアースのリサイクル作業などが容易になる。
【００３５】
［第２の実施形態］  
図５を参照して、本発明による回転電機１００の第２の実施形態について説明する。図５は、本発明の第２の実施形態に係る回転電機１００の回転子２００の積層構造を示す断面模式図である。なお、図中第１の実施形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付し説明を省略する。
【００３６】
本実施形態における回転子鉄心２０５の積層構造は、第１の実施形態と同様、磁石挿入孔２１０を有した電磁鋼板を積層してなる第１回転子鉄心２０６と、その軸方向両側に配設された第２回転子鉄心２０７で構成されている。本実施形態における第２回転子鉄心２０７は、積層鋼板表面から軸方向へ伸びた磁石固定突起２０９が形成され、磁石固定突起２０９はバネ構造となっている。
【００３７】
このように、バネ構造の磁石固定突起２０９の圧力により永久磁石２１５を固定することで、永久磁石２１５の固定の信頼性を向上させることができる。
【００３８】
［第３の実施形態］  
上記までは、磁化済みの（先着磁の）永久磁石２１５を固定する場合について説明したが、着磁前の永久磁石２１５についても同様に固定できる。
【００３９】
着磁状態の永久磁石２１５を磁石挿入孔２１０に配設した場合は、電磁鋼板との間で磁気吸着力が働くため、取扱いが困難となる。この取扱いの困難さを考慮し、回転電機１００の組み立て工程では、磁化していない（後着磁の）永久磁石２１５を磁石挿入孔２１０に配設する構造となっている。
【００４０】
このように、着磁前の永久磁石２１５を磁石挿入孔２１０に配設し、上記磁石固定突起２０８および２０９で固定した後に永久磁石２１５を磁化することで、磁石自身の磁力によって固定子鉄心２０５との間で磁気吸引力が働き、この磁気吸引力と上記磁石固定突起２０８および２０９の機械的固定によって、より永久磁石２１５の固定力を向上させることができる。
【００４１】
以上説明した如く、本願発明によれば、永久磁石の固定に接着剤を使用せず、金属レアアースのリサイクルを容易にする回転電機の回転子を提供することができる。
【００４２】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１０    拡大部位
１００    回転電機
１０５    ケース
１１０    ボルト
２００    回転子
２０５    回転子鉄心
２０６    第１回転子鉄心
２０７    第２回転子鉄心
２０８    磁石固定突起
２０９    磁石固定突起
２１０    磁石挿入孔
２１５    永久磁石
２２０    磁気的空隙
２２５    補助磁極
２３０Ａ  軸受け
２３０Ｂ  軸受け
２３５    シャフト
３００    固定子
３０５    固定子鉄心
３０６    ヨークコア
３０７    ティースコア
３１０    スロット
３１５    フランジ
３２０    固定子コイル
４００    エアギャップ
【図１】
2014225959.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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