(57)【要約】【課題】  埋込磁石形の回転電機において、回転子に設けられた磁石挿入孔への磁石挿入を容易に行えて、かつ回転電機の信頼性を高いものとする。【解決手段】  固定子の内側で回転可能な回転子と、この回転子に周方向に配置された複数の永久磁石とを備えた埋込磁石形の回転電機において、回転子は前記永久磁石の数に対応して回転軸方向に分割された回転子片から構成され、この分割された回転子片はその分割面の一方に露出した磁石挿入孔を備えるようにしたものである。【選択図】  図１
2008301644.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子の内側で回転可能な回転子と、
この回転子に周方向に配置された複数の永久磁石とを備えた回転電機において、
前記回転子は前記永久磁石の数に対応して回転軸方向に分割された回転子片から構成され、
この分割された回転子片はその分割面の一方に露出した磁石挿入孔を備えたことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
請求項１において、前記磁石挿入孔の開口部側の前記分割面の周方向外側部と、隣合う回転子片の開口部と反対側の分割面の周方向外側部とが固定されることにより前記隣合う回転子片が連結されること回転電機。
【請求項３】
請求項２において、前記回転子片の隣合う分割面の周方向外側部はそれぞれ凹部と凸部とを備え、これらの凹部と凸部が組み合わされることで隣合う回転子片が連結されることを特徴とする回転電機。
【請求項４】
請求項３又は４のいずれかにおいて、前記回転子片の隣合う分割面の中央部とが固定されることを特徴とする回転電機。
【請求項５】
請求項１において、前記回転電機はクレーンまたはエレベータを駆動することを特徴とする回転電機。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかにおいて、前記回転子片はこの回転子片を周方向に分割した回転子片コアから構成されることを特徴とする回転電機。
【請求項７】
請求項６において、前記回転子片コアの数に応じて前記永久磁石が分割されることを特徴とする回転電機。
【請求項８】
埋込磁石形回転電機に備えられ、分割された回転子片から構成される回転子の製造方法において、
この分割された回転子片はその分割面の一方に磁石挿入孔を備え、
この磁石挿入孔の開口部側の前記分割面の周方向外側端部を固定することにより前記隣合う回転子片を連結することを特徴とする回転子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、埋込み磁石形の回転電機の回転子構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の回転電機において、回転子の内部に永久磁石を配置した埋込磁石形回転電機が知られている。埋込磁石形回転電機において、回転子の内部に磁石を配置する際、回転子に設けられた磁石挿入孔に磁石を挿入する前に着磁する先着磁と、磁石を挿入した後に着磁する後着磁の2通りの方法があるが、いずれにおいても磁石挿入孔は回転子の軸方向の両端面に露出している。
【０００３】
従来の埋込磁石形回転電機の構造を以下に示す。  
図６は、従来の埋込磁石形回転電機１７の横断面図であり、図７は、同埋込磁石形回転電機１７の縦断面図である。同埋込磁石形回転電機１３は、一般に、ハウジング２、ブラケット３、固定子４、固定子巻線５、軸受６、軸７、回転子８、永久磁石１０、エンドリング１１で構成されている。この回転電機は回転子が固定子の内側に配置されるいわゆる内転形回転電機である。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３２８９６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、埋込磁石形回転電機において、磁石を着磁する方法として、回転子に設けられた磁石挿入孔に磁石を挿入する前に着磁する先着磁と、磁石を挿入した後に着磁する後着磁の２通りがある。
【０００６】
先着磁では、磁石単体で完全に着磁できるため、磁石の特性を最大限発揮することが可能であるが、磁石と回転子の間に磁気吸引力が働き、磁石と回転子の位置によりその吸引力が変化するため、着磁された磁石の磁石挿入孔への挿入は難しい。特に同一の磁石挿入孔に複数個の着磁された磁石を挿入する場合には、先に挿入した磁石と回転子間の磁気吸引力により、磁石を保持する力が発生し、２個目以降の磁石を挿入する時には先に挿入された磁石を中へ押し込みながら挿入しなければならず作業はより困難であり、磁石の挿入の際に磁石を傷つける可能性があった。一方後着磁では、磁石単体で着磁する場合と異なり磁石は完全に着磁されない場合があり、回転電機の特性の低下原因となる。また、専用の着磁装置が必要である為設備投資も大きい。
【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本発明は、固定子の内側で回転可能な回転子と、この回転子に周方向に配置された複数の永久磁石とを備えた回転電機において、回転子は前記永久磁石の数に対応して回転軸方向に分割された回転子片から構成され、この分割された回転子片はその分割面の一方に露出した磁石挿入孔を備えるようにしたものである。
また、上記の回転電機において、磁石挿入孔の開口部側の分割面の周方向外側部と、隣合う回転子片の開口部と反対側の分割面の周方向外側部とが固定されることにより前記隣合う回転子片が連結されることが望ましい。  
さらに、前記回転子片の隣合う分割面の周方向外側部はそれぞれ凹部と凸部とを備え、これらの凹部と凸部が組み合わされることで隣合う回転子片が連結されることが望ましい。
そして、上記の回転電機において、回転子片の隣合う分割面の中央部とが固定されることが望ましい。また、上記の回転電機はクレーンまたはエレベータを駆動するものであることが望ましい。さらに、回転子片はこの回転子片を周方向に分割した回転子片コアから構成されることが望ましい。  
さらに、前記回転子片コアの数に応じて前記永久磁石が分割されることが望ましい。  
上記課題を解決するための本発明の別の態様では、埋込磁石形回転電機に備えられ、分割された回転子片から構成される回転子の製造方法において、この分割された回転子片はその分割面の一方に磁石挿入孔を備え、この磁石挿入孔の開口部側の前記分割面の周方向外側端部を固定することにより前記隣合う回転子片を連結するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、永久磁石の埋め込みが容易になり、回転電機の信頼性を向上させることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の実施の形態を以下に示す。
【実施例１】
【００１０】
本発明による回転電機の回転子構造の実施例１について、図１〜３に基づいて説明する。  
図１は、本実施例による埋込磁石形の回転電機１の横断面図であり、図２は、同回転電機１の縦断面図である。埋込磁石形の回転電機１はハウジング２、ブラケット３からなる枠部と、電磁鋼板を積層してつくられハウジング２に固定された固定子４と、固定子４の内部に配置され回転磁界をつくり出す固定子巻線５と、軸受６を介してブラケット３に回転自在に支持された軸７と、電磁鋼板を積層してつくられ軸７に固定された回転子８と、回転子８に設けられた磁石挿入孔に配置された永久磁石１０と、回転子８の軸方向の両端面に固定されたエンドリング１１で構成される。
【００１１】
本実施例において、回転子８は、複数個の回転子片９（回転子分割コア）の組み合わせからなっており、図３に示す通りに回転子片９の分割面に露出している磁石挿入孔１２ａから、磁石１０を挿入することとする。
【００１２】
回転子片９の分割面に露出した磁石挿入孔１２ａは、図８に示す従来の回転子８の軸方向の両端面に設けられていた磁石挿入孔１２ｂよりも開口部が大きくなるために、磁石１０の挿入が容易になる。また、磁石１０の挿入方向が軸方向に直交する方向へと変わることで、磁石１０の挿入距離が小さくなるために、磁石１０の挿入がより容易になる。
【００１３】
また、回転子片の分割面に磁石挿入孔を設けた構造にすることで、その位置を磁気特性などに応じて変えて設定することが可能となる。図３の回転子片の分割面１３において、磁石挿入孔の開口部１２ｃの円周方向外側の一端１２ｄから分割面１３の円周方向外側の一端１２ｅまでの距離ａを大きくすることにより、回転子片の強度を増すことができる。つまり、ａの距離を小さくすると断面係数が小さくなり、そのため磁石から回転子片の円周方向外側部への遠心力などによる応力により、回転子片の円周方向外側部が破損してしまう恐れが生じる。これを距離ａを大きくすれば逆に断面係数が大きくなるので、回転子片の強度が増す。  
これは同様に、回転子片の軸方向の端面１４において、磁石挿入孔の開口部１５の磁石の挿入方向の一端１５ａから端面１４の挿入側とは反対側の分割面１６の円周方向外側の一端１６ａまでの距離をｂとすると、この距離ｂを大きくすることにより、回転子片の強度を増すことができる。あるいは端面１４と分割面１６との交線をｌとすると、一端１５ａからｌまでの距離ｃを増すことにより回転子片の強度を増すこともできる。
回転子の半径をｒとすると例えば、
ａ／ｒ  ≧  １／７  
とすることで強度を向上させることが可能である。
また、磁石挿入孔の開口部１２ｃから１６ａまでの距離をｍとすると
ｂ／ｍ  ≧  １／４
とすることで強度を増すことが可能である。
【００１４】
さらに回転子片の連結強度を増すために、本実施例においては、１６ａの箇所を固定する。回転子片を連結して回転子とするためには、図４（ａ）のように、回転子片の一方の分割面中央部に凹部、もう一方の分割面中央部に凸部を設け、それぞれを噛合わせることで隣合う回転子片を連結することが可能である。しかしながら、本実施例の場合には回転子を分割しており、それが回転した場合には当然のことながらそれぞれの回転子片には遠心力などによる応力がかかる。仮に遠心力による応力により特に負荷がかかるのは図４（ｂ）のように磁石挿入孔の挿入方向の一端（ｌの周方向外側）であると考えられるので、この部分を補強する必要がある。
【００１５】
また、遠心力は図４（ｂ）の矢印の向きにかかるので、１２ｅの箇所を固定することが回転子片の強度を向上させるには有効であると考えられる。そこで図４（ｃ）のように中央部だけでなく、回転子片の円周方向外側部にも上記のような凹部と凸部を設けこれらを組み合わせることで固定する。あるいは、図４（ｄ）のように回転子片に切り欠け部を設けることで隣合う回転子片を上から覆うような構造にしてもよい。
【００１６】
これにより、負荷がかかる磁石挿入孔の挿入方向の一端（ｌの周方向外側）及び１２ｅの箇所を固定することができるので、回転子片の強度を増すことができ、回転子及び回転電機の信頼性を向上させることができる。図５（ａ）（ｂ）は上記のように作成した回転子片を組み合わせた回転子の構造を示している。
【００１７】
また、本実施例においては、回転子の材料取りのよいものにできる。以上のように本発明によれば、永久磁石の埋め込みが容易になり、磁石の寸法精度が向上し、回転電機の信頼性を従来構造よりも向上させることが出来る。さらに、本実施例によれば、回転子片の管理も容易になる。磁石が挿入されていない状態の回転子片で磁石と同様の大きさの物質（例えば木）を入れて管理しておくことにより、挿入孔が開いた状態でも強度に関して問題なく（変形することなく）管理することも可能である。つまり、回転子の製造工程で他の力が回転子片に加わるような場合であっても、本実施例の回転子片であれば、強度を保ちつつ製造を行うことが可能となる。
【実施例２】
【００１８】
本発明による回転電機の回転子構造の実施例２について、説明する。  
本実施例においては、実施例１の回転電機をクレーンやパワーショベルあるいはエレベータを駆動するような低回転であるが高トルクが必要な重機器に用いる。図８のように、従来の回転電機の回転子の場合、その製造過程で下記のような問題があった。
【００１９】
容量の大きい回転電機の回転子に埋め込む磁石の着磁方法として先着磁を採用すると、磁石と回転子の間に働く磁気吸引力も大きく、また磁石と回転子の位置によりその吸引力は変化するため、磁石挿入孔への挿入は容量の小さい回転電機の場合よりも難しいものとなる。
【００２０】
一方、着磁方法として後着磁を採用すると着磁装置として、大型で専用のものが必要となる。通常、上記のような重機器などに用いられる大容量の回転電機は量産するものではなく、このような専用の着磁装置を用意することはコスト高につながるという問題があった。
【００２１】
このため、従来は、磁石挿入孔への挿入は難しいものの先着磁を行った後に挿入されるのが通常行われていた。しかし、上述したようにこの方法には作業の困難性が伴うため、磁石挿入の際に磁石を傷つける可能性があり、結果として作業に時間がかかり、歩留りの悪化の原因となっていた。つまり、傷がつくため不良品となってしまう可能性があった。
【００２２】
本実施例によれば、回転子が複数個の回転子片に分割されており、さらに回転子片の分割面にも磁石挿入孔が露出する構造になっているため、先着時を採用した場合であっても磁石の挿入が容易になる。つまり、分割面に露出した磁石挿入孔から磁石を挿入する構造であるため、従来の回転子の軸方向の端面から磁石を挿入する構造に対して、磁石が挿入しやすくなるのである。そして、これにより磁石挿入の際に磁石を傷つける可能性を低減することが可能となり、結果として作業時間の短縮につながり、歩留りの改善を図ることが可能となる。また、分割された回転子片とすることで一つあたりのサイズが小さくなるので、大型の着磁装置が不要となる可能性もある。
【００２３】
また、本実施例では、実施例１の回転電機を低回転であるが高トルクが必要な重機器に用いるため、その回転子を回転子片としてから結合しても、回転子が分解してしまう可能性を低減し、回転電機の信頼性を向上させることができる。
【実施例３】
【００２４】
本発明による回転電機の回転子構造の実施例３について、説明する。  
本実施例においては、図３のような回転軸方向に分割した回転子（回転子片）をさらに周方向に分割する。例えば、回転子片を周方向に２分割すると、磁石挿入孔も２分割されるため、もともと挿入するはずであった磁石もこれら２分割された磁石挿入孔の大きさに合わせて２つ必要となる。このように分割した回転子片をさらに分割した回転子片分割コアとすることで磁石も小さくなるため、挿入が容易となる。
【００２５】
さらに、その回転子片分割コアのサイズはもとの回転子に比べて小さいものとなるため、専用の着磁装置ではなく通常の着磁装置で後着磁ができる可能性もある。また、回転子片分割コアへの分割は２分割に限るものではない。複数に分割することにより、より作業性の向上を図ることも可能である。また、着磁装置のサイズに合わせてサイズを決めることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、本発明を適用した埋込磁石形回転電機の横断面図である。
【図２】図２は、本発明を適用した埋込磁石形回転電機の縦断面図である。
【図３】図３は、本発明を適用した埋込磁石形回転電機において、回転子片へ磁石を挿入する様子を示した図である。
【図４】図４は、本発明を適用した回転子片を説明する図である。
【図５】図５は、図４の回転子片を組み合わせた回転子を説明する図である。
【図６】図６は、従来の埋込磁石形回転電機の横断面図である。
【図７】図７は、従来の埋込磁石形回転電機の縦断面図である。
【図８】図８は、従来の埋込磁石形回転電機において、回転子へ磁石を挿入する様子を示した図である。
【符号の説明】
【００２７】
１…本発明を適用した埋込磁石形回転電機、２…ハウジング、３…ブラケット、４…固定子、５…固定子巻線、６…軸受、７…軸、８…回転子、９…回転子片、１０…永久磁石、１１…エンドリング、１２ａ…本発明を適用した磁石挿入孔、１２ｂ…従来の磁石挿入孔、１２ｃ…磁石挿入孔の開口部、１２ｄ…開口部の円周方向外側の一端、１３…回転子片の分割面（開口部側）、１４…回転子片の軸方向の端面、１５…磁石挿入孔の開口部、１５ａ…磁石の挿入方向の一端、１６…回転子片の分割面、１７…従来の埋込磁石形回転電機
【図１】
2008301644.tif 000003
【図２】
2008301644.tif 000004
【図３】
2008301644.tif 000005
【図４】
2008301644.tif 000006
【図５】
2008301644.tif 000007
【図６】
2008301644.tif 000008
【図７】
2008301644.tif 000009
【図８】
2008301644.tif 000010