(57)【要約】【課題】鋼板が積層された回転子鉄心の端部が着磁時に変形するのを防止できるようにする。【解決手段】回転電機１の回転子３であって、積層された複数の鋼板を備えた回転子鉄心２０と、回転子鉄心２０の外周面に固定され、回転子鉄心２０よりも軸方向の長さが短い複数の永久磁石２１と、回転子鉄心２０の外周面における永久磁石２１の軸方向端部２１ａと回転子鉄心２０の軸方向端部２０ａとの間に設けられた接着剤部２５Ａと、を有する。【選択図】図４
2015073355.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機の回転子であって、
積層された複数の鋼板を備えた回転子鉄心と、
前記回転子鉄心の外周面に固定され、前記回転子鉄心よりも軸方向の長さが短い永久磁石と、
前記回転子鉄心の外周面における前記永久磁石の軸方向端部と前記回転子鉄心の軸方向端部との間に設けられた接着剤部と、
を有することを特徴とする回転電機の回転子。
【請求項２】
前記永久磁石は、
前記回転子鉄心の外周面に接着剤により固定されており、
前記接着剤部は、
前記接着剤が前記永久磁石の軸方向端部よりはみ出して形成されたはみ出し部である
ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の回転子。
【請求項３】
前記回転子鉄心は、
前記永久磁石が接着される複数の接着溝と、前記接着溝同士の間に位置する突出部と、を前記外周面に回転方向に交互に備える
ことを特徴とする請求項２に記載の回転電機の回転子。
【請求項４】
回転電機の回転子であって、
積層された複数の鋼板を備えた回転子鉄心と、
前記回転子鉄心の外周面に固定され、前記回転子鉄心よりも軸方向の長さが短い永久磁石と、
前記回転子鉄心の外周面における前記永久磁石の軸方向端部と前記回転子鉄心の軸方向端部との間に配置され、前記複数の鋼板を積層方向に接着する手段と、
を有することを特徴とする回転電機の回転子。
【請求項５】
固定子と、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回転子と、
前記回転子が固定されたシャフトと、を有する
ことを特徴とする回転電機。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の回転電機の回転子を着磁する着磁装置であって、
前記回転子鉄心よりも軸方向の長さが長い着磁ヨークを有する
ことを特徴とする回転電機の着磁装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示の実施形態は、回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、永久磁石を回転子の磁極とした回転電機の回転子を着磁する着磁装置が開示されている。この着磁装置は、着磁すべき磁石材が組み付けられた回転子を保持し、着磁のため回転する回転軸と、鉄心に巻いたコイルに直流電流を通電することにより着磁磁束を発生させ、回転子の磁極を着磁する着磁ヨークと、を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３３６９７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術では、回転子の表面に当該回転子よりも軸方向の長さが短い磁石材が固定されており、また着磁ヨークが回転子よりも軸方向に長い構成となっている。したがって、次のような課題が生じる可能性がある。すなわち、着磁ヨークで発生する磁束は、着磁ヨークと磁石材や回転子が対向する部分では当該磁石材や回転子を通過するが、着磁ヨークが回転子の端部より突出する部分では回転子の端部における外周側に集中する。その結果、回転子の鉄心が鋼板を積層して構成される場合には、回転子鉄心の端部の鋼板の外周側に軸方向外側に向けた磁気吸引力が作用し、当該鋼板が軸方向外側に向けて反るように変形する可能性がある。
【０００５】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、鋼板が積層された回転子鉄心の端部が着磁時に変形するのを防止することができる回転電機の回転子、回転電機、回転電機の着磁装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、回転電機の回転子であって、積層された複数の鋼板を備えた回転子鉄心と、前記回転子鉄心の外周面に固定され、前記回転子鉄心よりも軸方向の長さが短い永久磁石と、前記回転子鉄心の外周面における前記永久磁石の軸方向端部と前記回転子鉄心の軸方向端部との間に設けられた接着剤部と、を有する回転電機の回転子が適用される。
【０００７】
また、本発明の別の観点によれば、回転電機の回転子であって、積層された複数の鋼板を備えた回転子鉄心と、前記回転子鉄心の外周面に固定され、前記回転子鉄心よりも軸方向の長さが短い永久磁石と、前記回転子鉄心の外周面における前記永久磁石の軸方向端部と前記回転子鉄心の軸方向端部との間に配置され、前記複数の鋼板を積層方向に接着する手段と、を有する回転電機の回転子が適用される。
【０００８】
また、本発明の別の観点によれば、固定子と、上記回転子と、前記回転子が固定されたシャフトと、を有する回転電機が適用される。
【０００９】
また、本発明の別の観点によれば、上記回転電機の回転子を着磁する着磁装置であって、前記回転子鉄心よりも軸方向の長さが長い着磁ヨークを有する回転電機の着磁装置が適用される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、鋼板が積層された回転子鉄心の端部が着磁時に変形するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態の回転電機の全体の概略構成を表す軸方向断面図である。
【図２】回転電機の横断面図である。
【図３】回転電機の回転子の外周部分の横断面図である。
【図４】回転子の外観を表す側面図である。
【図５】着磁装置の構成の一例を表す横断面図である。
【図６】着磁装置による磁石材の着磁時の回転子鉄心に対する磁束の挙動を表す説明図である。
【図７】円環状の永久磁石を設けた回転子の一例を表す横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、一実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１３】
＜回転電機の全体構成＞
まず、図１及び図２を用いて、実施の形態に係る回転電機１の構成について説明する。
【００１４】
図１及び図２に示すように、回転電機１は、固定子２と、回転子３とを備え、回転子３を固定子２の内側に備えたインナーロータ型のモータとして構成される。この例では、回転電機１は、固定子２の１２個のティース１８（したがってスロット１９も１２個）に対し回転子３の１０個の永久磁石が配されるような、１０ポール１２スロットのスロットコンビネーションに構成されている。
【００１５】
固定子２は、回転子３と径方向に磁気的ギャップを空けて対向するようにフレーム４の内周面に環状の積層鉄心リング３０を介して設けられている。この固定子２は、固定子鉄心５と、固定子鉄心５に装着されたボビン６と、ボビン６に巻き回されたコイル線７とを有している。ボビン６は、固定子鉄心５とコイル線７とを電気的に絶縁するために、絶縁性材料で構成されている。ボビン６の軸方向一方側（図１中左側）には基板８が設けられており、この基板８に設けられた回路とボビン６に巻き回されたコイル線７とが、角棒状の２つのピン端子９を介して電気的に接続されている。コイル線７の巻き始め及び巻き終わりの端部７ａは、対応するピン端子９に巻き付けられ、図示を省略する半田等によって固定されている。
【００１６】
回転子３は、シャフト１０の外周面に設けられている。シャフト１０は、フレーム４の負荷側（図１中右側）に設けられた負荷側ブラケット１１に外輪が嵌合された負荷側軸受１２と、フレーム４の反負荷側（図１中左側）に設けられた反負荷側ブラケット１３に外輪が嵌合された反負荷側軸受１４とにより回転自在に支持されている。シャフト１０の反負荷側端部には、エンコーダ１５が設けられている。エンコーダ１５は、エンコーダカバー１６によって覆われている。また、回転子３は、回転子鉄心２０と、回転子鉄心２０に設けられた複数の永久磁石２１と、を備えている。
【００１７】
固定子鉄心５は、複数枚の鋼板を積層した円筒状の積層体である。図２に示すように、固定子鉄心５は、半径方向外方に突出した放射状のティース１８を複数（この例では１２個）備え、各ティース１８にコイル線７が巻き回されたボビン６が外側から装着される。複数のティース１８は、隣り合う２つのティース１８の間にスロット１９を形成し、スロット１９にそれぞれのティース１８に装着したボビン６のコイル線７の巻回層の相対する側部が間隙を空けて配置される。固定子２は、コイル線７が巻き回されたボビン６を固定子鉄心５に装着した後、当該固定子鉄心５を環状の積層鉄心リング３０の内周に固定することにより組み立てられ、フレーム４の内周面に取り付けられる。その後、スロット１９内に樹脂が圧入され、ボビン６やコイル線７等が樹脂でモールドされる。
【００１８】
＜回転子の構成＞
回転子鉄心２０は、複数枚の鋼板を積層した円筒状の積層体である。図２に示すように、回転子鉄心２０は、外周面に設けられた上記複数（この例では１０）の永久磁石２１と、シャフト１０が嵌合される中心穴２２と、を備えている。シャフト１０は、中心穴２２を貫通して回転子鉄心２０の両端部の外方に延出している。永久磁石２１は、中心穴２２の半径方向外側の放射状位置に、回転子鉄心２０の外周面に沿って周方向に所定間隔を空けて配置されている。複数の永久磁石２１は、回転鉄心２０の外周部に周方向にＮ・Ｓの磁極部を交互に形成するように、周方向にＮ極の永久磁石２１とＳ極の永久磁石２１とが交互に配置されている。
【００１９】
図３に示すように、永久磁石２１は、回転子鉄心２０の周方向に沿った略円弧板状（又は略矩形板状でもよい）に形成され、図４に示すように、回転子鉄心２０よりも軸方向の長さが短く形成されている。回転子鉄心２０の外周面には、永久磁石２１が接着される複数の凹状の接着溝２３と、接着溝２３同士の間に位置する突出部２４と、が周方向に交互に設けられている。接着溝２３及び突出部２４は、回転子鉄心２０の両端部間の軸方向長さに対応した長さに形成される。接着溝２３は、永久磁石２１の断面形状に対応した曲面状（又は平面状でもよい）の底部２３ａを有しており、この例では永久磁石２１の径方向内側の略半分を収容する深さに形成されている。
【００２０】
複数の永久磁石２１は、接着溝２３内に充填された接着剤により形成される接着剤部２５により固定され、回転子鉄心２０の外周面に突出部２４を介して周方向に所定間隔を空けて配置されている。また、図４に示すように、回転子鉄心２０の外周面の軸方向両側における永久磁石２１の軸方向端部２１ａと回転子鉄心２０の軸方向端部２０ａとの間には、接着剤部２５Ａが設けられる。この接着剤部２５Ａ（はみ出し部の一例）は、接着溝２３内に充填され永久磁石２１の接着により軸方向端部２１ａから軸方向外方にはみ出した接着剤により形成され、回転子鉄心２０の外周面を覆うように設けられる。つまり、接着溝２３内に充填される接着剤は、上記接着剤部２５Ａの形成を考慮して予め多めの分量で充填される。接着剤部２５Ａの機能については後述する。
【００２１】
＜着磁装置の構成＞
本実施形態では、回転子鉄心２０の永久磁石２１は、回転子鉄心２０に貼り付けられた未着磁の磁石材２６（後述の図５及び図６参照）を着磁装置により着磁することにより形成される。図５に着磁装置の構成の一例の横断面図を示す。
【００２２】
図５に示すように、着磁装置３０は、円筒状の着磁ヨーク３４と、着磁ヨーク３４の内側に周方向に等間隔に設けられた複数（この例では１０）のティース部３２と、隣り合うティース部３２の間に設けられた内周側に開口した複数（この例では１０）のスロット部３１と、スロット部３１内に巻回された磁界を発生させるためのヨーク巻線３５と、ヨーク巻線３５の間に充填された封止材３８とを備える。スロット部３１とティース部３２とで磁極３３を構成する。着磁ヨーク３４とティース部３２とは、軸方向（図５中紙面に垂直な方向）に同じ長さを有する。
【００２３】
回転子鉄心２０は、嵌合穴２２にシャフト１０を未装着の状態で（又は装着された状態でもよい）着磁装置３０の着磁ヨーク２４内に挿入され、回転子鉄心２０の外周面に固定された未着磁の磁石材２６がティース部３２に対向するように設置される。そして、ヨーク巻線３５が通電されると、各ティース部３２にヨーク巻線３５の通電により発生した磁束Ｑの磁路が形成され、各磁石材２６は所望の極性に着磁される。
【００２４】
なお、一般に、回転子鉄心２０の軸方向の長さは回転電機１の種類やサイズに応じて異なるが、仮に、各回転電機１に個別に対応するように着磁ヨークの軸方向の長さが異なる複数種類の着磁装置を用意する場合、保守性の低下やコストの大幅な増大を招くこととなる。そこで、本実施形態の着磁装置３０は、軸方向の長さが比較的大きな着磁ヨーク３４（例えば着磁対象となる回転電機１のうち軸方向長さが最大である回転子鉄心２０と同じ長さの着磁ヨーク）を備えることで、着磁ヨーク３４（ティース部３２）を共用化し、軸方向長さが異なる複数種類の回転電機１に対して１種類の着磁装置で永久磁石を着磁することを可能としている。
【００２５】
＜接着剤部の機能＞
本実施形態では、前述のように、回転子鉄心２０の外周面における永久磁石２１の軸方向端部２１ａと回転子鉄心２０の軸方向端部２０ａとの間に、接着剤部２５Ａが形成される。この接着剤部２５Ａの機能を以下に説明する。
【００２６】
図６は、着磁装置３０による磁石材２６の着磁時の回転子鉄心２０に対する磁束の挙動を示す説明図である。上述の着磁装置３０を共用化する事情のもと、図６に示すように、円筒状の着磁ヨーク３４内に挿入された回転子鉄心２０が着磁ヨーク３４（ティース部３２）よりも軸方向の長さが短い場合、回転子鉄心２０の軸方向端部２０ａは、ティース部３２の軸方向端部３２ａよりも着磁ヨーク３４の内側（図６中左側）に向けて後退した位置となる。
【００２７】
このため、ヨーク巻線３５の通電により発生する磁束Ｑは、ティース部３２と磁石材２６や回転子鉄心２０が対向する部分では半径方向（放射方向）内側に向かうが、ティース部３２が回転子鉄心２０の端部２０ａより突出する部分では、磁束Ｑは回転子鉄心２０の端部２０ａにおける外周側に集中する。その結果、回転子鉄心２０の端部２０ａの外周側に軸方向外側に向けた磁気吸引力Ｆが作用し、積層された鋼板２０Ａのうち端部に位置する鋼板２０Ａが軸方向外側に向けて反るように変形する可能性がある。なお、図６における符号２０Ｂは鋼板２０Ａ間に積層された絶縁体である。
【００２８】
本実施形態では、前述のように、接着剤部２５Ａが回転子鉄心２０の外周面における永久磁石２１の軸方向端部２１ａと回転子鉄心２０の軸方向端部との間に設けられる。この接着剤部２５Ａが、上記回転子鉄心２０の端部に位置する鋼板２０Ａを含む複数の鋼板２０Ａ（永久磁石２１の軸方向端部２１ａと回転子鉄心２０の軸方向端部との間に位置する鋼板２０Ａ）を外周面において接着する。これにより、回転子鉄心２０の端部に位置する鋼板２０Ａを積層方向に固定することができ、鋼板２０Ａが着磁時に変形するのを防止することができる。
【００２９】
なお、接着剤部２５Ａは、接着溝２３内に充填された接着剤が軸方向端部２１ａから軸方向外方にはみ出して形成されるが、はみ出した状態そのままとしてもよいし、はみ出し後回転子鉄心２０の外周面の所望の領域に拡がるようにならしてもよい。
【００３０】
＜実施形態の効果＞
以上説明したように、本実施形態の回転電機１の回転子３では、回転子鉄心２０の外周面における永久磁石２１の軸方向端部２１ａと回転子鉄心２０の軸方向端部２０ａとの間に接着剤部２５Ａを設けるので、回転子鉄心２０の軸方向端部を外周面において積層方向に接着することができる。これにより、回転子鉄心２０の端部に位置する鋼板２０Ａが着磁時に変形するのを防止することができる。その結果、回転電機１の信頼性を向上できる。
【００３１】
また、本実施形態では特に、接着剤部２５Ａは、永久磁石２１を回転子鉄心２０に接着するための接着剤が永久磁石２１の軸方向端部２１ａよりはみ出して形成されたはみ出し部として構成される。これにより、次のような効果を得る。
【００３２】
すなわち、回転子鉄心２０の端部２０ａが着磁時に変形するのを防止する方策としては、例えば回転子鉄心２０のかしめ部を増やして鋼板２０Ａの固定力を高めることが考えられる。しかしながら、この場合にはかしめ部が増えることにより磁極部での磁束の流れが阻害され、回転電機１の特性が低下する可能性がある。また、鋼板２０Ａの金型を変更する必要があるのでコストも増大する。他方、上記変形を防止する方策として、回転子鉄心２０の製造の際に端部に位置する鋼板２０Ａ同士の接着を追加で行うことも考えられるが、この場合には製造工程の増加及びコストの増大を招く。
【００３３】
本実施形態では、上述のように、永久磁石２１を回転子鉄心２０の外周面に固定するための接着剤が永久磁石２１の軸方向端部よりはみ出して形成されたはみ出し部を、接着剤部２５Ａとして活用する。これにより、上述のようにかしめ部を増やす必要がないので回転電機１の特性を低下させることがなく、また鋼板２０Ａの金型を変更する必要もないのでコストを抑えることができる。さらに、新たに接着工程を増やす必要がないので、製造工程の増加及びコストの増大を招くこともない。
【００３４】
また、本実施形態では特に、回転子鉄心２０は、永久磁石２１が接着される複数の接着溝２３と、接着溝２３同士の間に位置する突出部２４と、を外周面に回転方向に交互に備える。これにより、永久磁石２１の軸方向端部よりはみ出した接着剤を、その回転方向両側に位置する突出部２４をガイドとして軸方向外方に向けて拡がるように促すことができる。
【００３５】
＜変形例＞
なお、開示の実施形態は、上記に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。
【００３６】
例えば、上記実施形態では、永久磁石２１を略円弧板状（又は略矩形板状）とし、複数の永久磁石２１を回転子鉄心２０の外周面に設けるようにしたが、例えば図７に示すように、円環状の永久磁石２８としてもよい。この永久磁石２８は、円環状の磁石材を部分的に極性が異なるように着磁することにより形成される。なお、永久磁石２８が回転子鉄心２０よりも軸方向の長さが短い等、他の構成については上記実施形態と同様である。
【００３７】
この場合も、上記実施形態と同様、未着磁の永久磁石２８を回転子鉄心２０の外周面に貼り付ける接着剤を永久磁石２８の軸方向端部にはみ出させて、永久磁石２８の軸方向端部と回転子鉄心２０の軸方向端部との間にはみ出した接着剤による接着剤部２５Ａが着磁前に予め形成される。これにより、回転子鉄心２０よりも軸方向に長い着磁ヨーク３４（ティース部３２）を備えた着磁装置３０で永久磁石２８を着磁する際の回転子鉄心２０の端部の鋼板２０Ａの変形を防止することができる。
【００３８】
また以上では、永久磁石２１を回転子鉄心２０に接着する接着剤を永久磁石２１の軸方向端部よりはみ出させて接着剤部２５Ａを形成するようにしたが、これに限定するものではなく、接着剤部２５Ａを形成するための接着剤塗布工程を別途設けてもよい。
【００３９】
また以上では、回転電機１のスロットコンビネーションが１０ポール１２スロットである場合を一例として説明したが、これに限定するものではなく、８ポール１０スロット等、他のスロットコンビネーションでもよい。
【００４０】
また、以上では、回転電機１がモータである場合を一例として説明したが、本実施形態は、回転電機１が発電機である場合にも適用することができる。
【００４１】
また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態や変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。
【００４２】
その他、一々例示はしないが、上記実施形態や変形例は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。
【符号の説明】
【００４３】
１            回転電機
２            固定子
３            回転子
１０          シャフト
２０          回転子鉄心
２０ａ        軸方向端部
２１          永久磁石
２１ａ        軸方向端部
２３          接着溝
２４          突出部
２５Ａ        接着剤部（はみ出し部）
２６          磁石材
２８          永久磁石
３０          着磁装置
３４          着磁ヨーク
【図１】
2015073355.tif 000003
【図２】
2015073355.tif 000004
【図３】
2015073355.tif 000005
【図４】
2015073355.tif 000006
【図５】
2015073355.tif 000007
【図６】
2015073355.tif 000008
【図７】
2015073355.tif 000009