(57)【要約】【課題】  ポールコアに高い加工精度を要求しなくても比較的簡易かつ安価に回転子を製作でき、また回転子の冷却効率を損なうことなく永久磁石の組み付けが可能な回転電機を提供する。【解決手段】  一対のポールコア２，３の内、少なくとも一方のポールコア２の各爪状磁極２１に対して磁石保持体７が個別に固定されており、各磁石保持体７には爪状磁極２１の周方向両側面側に永久磁石５が装着される磁石装着部７２が設けられ、かつ各磁石装着部７２は互いに噛み合う爪状磁極２１，３１同士の間に位置するように形成されている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータコアとこのロータコアを励磁するロータコイルとを有する回転子を備え、上記ロータコアは、上記ロータコイルを覆う多数の爪状磁極が周方向に沿って所定ピッチで形成されてなる一対のポールコアが上記爪状磁極同士が噛み合うように対向配置して構成されている回転電機において、
上記両ポールコアの内、少なくとも一方のポールコアの各爪状磁極に対して磁石保持体が個別に固定されており、各磁石保持体には、上記爪状磁極の周方向両側面側に上記永久磁石が装着される磁石装着部が設けられ、かつ各磁石装着部は互いに噛み合う爪状磁極同士の間に位置するように形成されていることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
上記磁石保持体は、上記両ポールコアの各爪状磁極に共に固定されていることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
【請求項３】
上記磁石保持体の爪状磁極への固定は、溶接、かしめ、および接着の内の少なくとも一つの手段によるものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機。
【請求項４】
上記磁石保持体は、バネ鋼からなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項５】
ロータコイルを覆う多数の爪状磁極が周方向に沿って所定ピッチで形成されてなる一対のポールコアの内の少なくとも一方のポールコアの各爪状磁極の周方向両側面側に永久磁石の磁石装着部が形成された磁石保持体を個別に固定し、上記磁石装着部に永久磁石を装着した後、一対のポールコアが隣り合う爪状磁極の間に永久磁石を装着された磁石装着部が位置するように噛み合わせて構成されることを特徴とする回転電機の製造方法。
【請求項６】
ロータコイルを覆う多数の爪状磁極が周方向に沿って所定ピッチで形成されてなる一対のポールコアの内の少なくとも一方のポールコアの上記各爪状磁極に対して、各爪状磁極の周方向両側面側に永久磁石の磁石装着部が形成された磁石保持体を個別に固定し、互いに隣り合う爪状磁極の間に上記磁石装着部が位置するように上記一対のポールコアの各爪状磁極同士を噛み合わせた後、上記磁石装着部に永久磁石を装着して回転子のロータコアを構成することを特徴とする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、複数の永久磁石を装備した回転子を有する回転電機、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の回転電機の回転子には、磁束量の調整が容易なように、ロータコイルを覆う多数の爪状磁極が周方向に沿って所定ピッチで形成されてなる左右一対のポールコアを上記爪状磁極同士が噛み合うように対向配置してロータコアを構成したものがある。
【０００３】
この種の回転電機においては、電流をロータコイルに流してポールコアを励磁しておき、発電機として作用させる場合には、エンジンなどの外部から回転力を回転子に加えることでステータコイルに起電力を発生させる一方、電動機として作用させる場合には、固定子の各交流端子に電圧を印加してステータコイルに電流を流して回転子を回転させる。
【０００４】
この場合の回転電機の出力は、回転子に発生する磁束量に関係する。ここで、ロータコイルにより発生した主磁束は、ポールコアの爪状磁極を通りその外方に配置された固定子を通って隣の爪状磁極に至るが、この場合、爪状磁極同士を単に噛み合わせただけの構造においては、その側面や内周面から隣の爪状磁極に流れる漏洩磁束が存在する。このような漏洩磁束は固定子と鎖交しないために有効磁束量を減じ、回転電機の出力を低下させてしまう。
【０００５】
そこで、従来は、回転電機の出力を向上させるために、回転子の周方向に沿って互いに隣接する爪状磁極同士の間に永久磁石を挿着して漏洩磁束の発生を抑制するようにしている。このような従来技術としては、例えばポールコアの各々の爪状磁極が嵌入される凹部を周方向に沿って形成したリング状の磁石保持部材を設け、この磁石保持部材に永久磁石を周方向に沿って所定ピッチで保持して組立体とし、この組立体をポールコアに装着するようにしたものがある（特許文献１参照）。
【０００６】
また、他の従来技術として、例えば各ポールコアの爪状磁極につば部を設け、各ポールコアを組み付けることで一対のつば部からなる磁石固定部を構成し、軸方向にある開口部からこの磁石固定部に永久磁石を挿着するようにしたものがある。その際、永久磁石が磁石固定部の開口部分から脱落しないようにするために、回転子の前後にプレートを取り付けている（特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】特許２８６５０９１号公報
【特許文献２】特許３１４４５６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載されているような前者の従来技術では、リング状の磁石保持部材の周方向に沿ってポールコアの各爪状磁極が挿入される凹部を形成しているので、各爪状磁極間のばらつきを小さくしなければ、それらの爪状磁極を磁石保持部材の各凹部に確実に装着することができない。つまり、各爪状磁極には高い加工精度が要求されるので、ポールコアを鍛造加工のみで完了させることができず、加工精度を高めるために切削加工を行う必要があり、そのため、加工に手間を要するばかりかコストアップになる。
【０００９】
また、磁石保持部材は回転子の回転によって発生する永久磁石の遠心力を受けるためにある程度の強度が必要であり、成形が容易な樹脂などの柔らかい材料では強度が不足する。このため、磁石保持部材としては、バネ鋼などのプレス加工材が必須となるが、磁石保持部材をリング状でかつ周方向にそって爪状磁極が挿入される凹部を有する形状に成形するのは加工が難しく、結果的に高価なものになってしまう。
【００１０】
また、特許文献２に記載されている後者の従来技術では、ポールコアの各爪状磁極に永久磁石の装着用のつば部を形成しているが、爪状磁極につば部を設けるためには、従来のような鍛造加工のみでは形成が困難であり、切削加工や組み立て後の成形加工を行う必要がある。このため、ポールコアが高価なものになる。
【００１１】
また、永久磁石が磁石固定部の開口部分から脱落しないようにするために、回転子の前後にプレートを取り付けているが、このプレートは永久磁石の脱落防止の点では有効な反面、回転子周辺の空気の流れを阻害し、そのため回転子の冷却効率が低下し、永久磁石に対して熱による悪影響の懸念がある。
【００１２】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、漏洩磁束の発生を有効に防止しつつ、ポールコアや永久磁石についてそれほど高い加工精度を要求しなくても比較的簡易かつ安価に回転子を製作でき、しかも、回転子の冷却効率を損なうことなく永久磁石を組み付けることが可能な回転電機、およびその製造方法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】
【００１３】
上記の目的を達成するために、本発明は、ロータコアとこのロータコアを励磁するロータコイルとを有する回転子を備え、上記ロータコアは、上記ロータコイルを覆う多数の爪状磁極が周方向に沿って所定ピッチで形成されてなる一対のポールコアが上記爪状磁極同士が噛み合うように対向配置して構成された回転電機において、上記両ポールコアの内、少なくとも一方のポールコアの各爪状磁極に対して磁石保持体が個別に固定されており、各磁石保持体には、爪状磁極の周方向両側面側に上記永久磁石が装着される磁石装着部が設けられ、かつ各磁石装着部は互いに噛み合う爪状磁極同士の間に位置するように形成されていることを特徴としている。
【００１４】
この場合、上記磁石保持体は、両ポールコアの各爪状磁極に共に固定された構成とすることもできる。また、上記磁石保持体は、溶接、かしめ、および接着の内の少なくとも一つの手段によって爪状磁極に固定することができる。さらにまた、上記磁石保持体は、バネ鋼で構成することができる。
【００１５】
また、本発明の回転電機の製造方法は、ロータコイルを覆う多数の爪状磁極が周方向に沿って所定ピッチで形成されてなる一対のポールコアの内の少なくとも一方のポールコアの上記各爪状磁極に対して、各爪状磁極の周方向両側面側に永久磁石の磁石装着部が形成された磁石保持体を個別に固定し、上記磁石装着部に永久磁石を装着した後、一対のポールコアが隣り合う各爪状磁極の間に永久磁石を装着された磁石装着部が位置するように噛み合わせるか、あるいは互いに隣り合う爪状磁極の間に上記磁石装着部が位置するように上記一対のポールコアの各爪状磁極同士を噛み合わせた後、上記磁石装着部に永久磁石を装着して回転子のロータコアを構成することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、各々の爪状磁極に対して磁石保持体が個別に取り付けられているので、磁石保持体の形状が簡易であって安価に製作することができ、しかも、ポールコアや永久磁石の寸法精度がそれほど高くなくても永久磁石を確実に装着保持することができる。このため、ポールコアは切削加工をしなくても鍛造加工だけで十分であり、全体的に安価に製作することができる。なお、永久磁石を磁石保持体の磁石装着部に装着するには、磁石保持体を曲げ加工したり、さらに接着剤を充填することができ、その場合には磁石装着部に永久磁石を一層強固に固定することができて都合がよい。また、曲げ加工で装着した場合には、曲げ部を伸ばすことで永久磁石の交換を行える。
【００１７】
また、磁石保持体を両ポールコアの爪状磁極に共に固定した構成とした場合には、永久磁石の形状を各爪状磁極の側面に合致した形状に形成できるので、爪状磁極間の漏洩磁束を永久磁石によって効率良く防止でき、しかも漏洩磁束の防止に寄与しない余分な部分を無くせるので、材料費を削減することができる。また、個々の永久磁石の大きさを小さくできるので、各永久磁石に加わる遠心力が小さくなり、回転子の耐久性が向上する。
【００１８】
磁石保持体を爪状磁極に固定する場合に、溶接により行えば固定強度が大きくなり確実な固定が実現できる。また、かしめにより行えば簡単かつ安価に接合できる。さらにまた、接着により行えば磁石保持体やポールコアを熱変形させることなく強固に固定でき、疲労強度の強化を図ることできる。そして、磁石保持体をバネ鋼で構成した場合には、強度や振動に対する耐久性を高めることができる。
【００１９】
また、本発明の回転電機の製造方法によれば、一対のポールコアの内の少なくとも一方のポールコアの各爪状磁極に対して個別に磁石保持体を固定しておき、上記磁石装着部に永久磁石を装着した後、一対のポールコアが隣り合う各爪状磁極の間に永久磁石を装着された磁石装着部が位置するように噛み合わせる場合には、ポールコアに永久磁石を挿入するために製造設備が小型でよく、両方のポールコアに永久磁石を挿入する場合でも新たな設備を必要としないため、コストが安く済む。また、互いに隣り合う爪状磁極の間に永久磁石の磁石装着部が位置するように各爪状磁極同士を噛み合わせ、その後に磁石保持体の各磁石装着部に永久磁石を装着する場合には、爪状磁極同士を噛み合わせる際や、ポールコアを組み付けて得られたロータコアにシャフトを圧入する際の加圧力が直接に永久磁石に加わるのを防止することができ、このため永久磁石が損傷するを確実に防ぐことができる。また、回転子に切り粉などの異物が混入する可能性も低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子の構造を示す斜視図、図２はポールコアの一つの爪状磁極に磁石保持体を固定した状態を示す正面図、図３はポールコアの各爪状磁極に磁石保持体を取り付けた状態を示す斜視図、図４は磁石保持体の磁石装着部に永久磁石を装着する状態を示す斜視図である。
【００２１】
この実施の形態１の回転電機は、回転子を構成するロータコア１、およびこのロータコア１を励磁する図示しないロータコイルを有する。
【００２２】
ロータコア１は、一対のポールコア２，３を備え、各ポールコア２，３の外周部にはロータコイルを覆う多数の爪状磁極２１，３１が周方向に沿って所定ピッチで形成されている。そして、各ポールコア２，３は爪状磁極２１，３１同士が噛み合うように対向配置されている。なお、３２は一方のポールコア３の中央部に形成された回転軸の挿通孔である。
【００２３】
また、この実施の形態１では両ポールコア２，３の内、一方のポールコア２の各々の爪状磁極２１には、その内面側に永久磁石５を保持する磁石保持体７がレーザ溶接やプロジェクション溶接によって固着されている。なお、図２に示すように、レーザ溶接やプロジェクション溶接箇所は、符号５１〜５３で示す内の全部または一部であってよい。
【００２４】
この磁石保持体７は、バネ鋼からなるプレート材を成形加工してなるもので、バネ鋼としては、例えば厚さ０．５〜０．８ｍｍ程度のステンレス鋼（例えばＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ６３１）あるいは工具鋼（例えばＳＫ材）が適用される。このような材料を使用すれば、磁石保持体７は永久磁石５の遠心力に対して十分な強度を維持でき耐久性を高めることができる。また、回転子と固定子のギャップを小さくして出力を向上させることができるので都合がよい。
【００２５】
そして、各磁石保持体７は、爪状磁極２１に固定された取付部７１、およびこの取付部７１から爪状磁極２１の周方向両側面側に形成された２つの磁石装着部７２を備えている。そして、これらの各磁石装着部７２にネオジウム等からなる永久磁石５が装着されている。
【００２６】
各磁石装着部７２は、互いに噛み合う爪状磁極２１，３１同士の間に位置するように形成されており、爪状磁極２１の周方向の左右に永久磁石５の厚さ分だけ張り出した張出部７２ａ、この張出部７２ａから爪状磁極２１の左右の側面に沿うように折り曲げられた抱込部７２ｂ、この抱込部７２ｂの稜線に沿った縁部を内側に屈曲してなる制止片７２ｃ、抱込部７２ｂの軸方向の一端から爪状磁極２１の側面側に向けて折り曲げられた係止突片７２ｄを有している。
【００２７】
一対のポールコア２，３を組み付ける手順としては、図２および図３に示すように、まず、一方のポールコア２の各爪状磁極２１の内面側に磁石保持体７の取付部７１をレーザ溶接やプロジェクション溶接により個別に固定する。この段階では、磁石装着部７２の抱込部７２ｂの稜線に沿う縁部は曲げられておらず、このため制止片７２ｃは未だ形成されていない。したがって、各磁石装着部７２の外方側には永久磁石嵌入用の開口部７２ｅが形成されている。そこで、次に、図４に示すように、各磁石装着部７２に対してその開口部７２ｅから永久磁石５を嵌入する。その際、永久磁石５は係止突片７２ｄに当接することで位置決めされる。
【００２８】
続いて、磁石保持体７の抱込部７２ｂの稜線に沿う縁部を内側に屈曲して制止片７２ｃを形成する。これによって永久磁石５は磁石装着部７２によって包囲された状態で確実に固定される。その後、他方のポールコア３の各爪状磁極３１を磁石保持体７の隣り合う各磁石装着部７２の間に嵌入することで各ポールコア２，３の爪状磁極同士２１，３１を噛み合わせる。
【００２９】
その結果、互いに噛み合わされた各爪状磁極２１，３１の間には、磁石保持体７の磁石装着部７２に装着された永久磁石５が介在された状態となるので、爪状磁極２１，３２同士の間に流れる漏洩磁束の発生が抑制され、回転電機の出力を高めることができる。
【００３０】
このように、この実施の形態１では、回転子を構成する一方のポールコア２の爪状磁極２１に対して磁石保持体７が個別に取り付けられているので、磁石保持体７の形状が簡易であって安価に製作することができる。また、磁石保持体７はプレート材を曲げ加工しているので、ある程度弾性変形し得るため、ポールコア２，３や永久磁石５の寸法精度がそれほど高くなくても永久磁石５を確実に装着保持することができる。したがって、ポールコア２，３は切削加工をしなくても鍛造加工だけで十分であり、全体的に安価に製作することが可能になる。
【００３１】
また、磁石保持体７を各爪状磁極２１に固定した後に永久磁石５を磁石装着部７２に装着する構造のため、磁石保持体７のレーザ溶接やプロジェクション溶接を行う際に不意に永久磁石５が損傷する等の不具合発生を防止することができる。さらに、互いに噛み合わされた爪状磁極２１，３１間の上部にのみ磁石保持体７の磁石装着部７２および永久磁石５が存在するため、回転子の内部の通風は妨げられない。このため、回転子に対して良好な冷却性を維持することができる。
【００３２】
なお、上記の説明においては、磁石保持体７の各磁石装着部７２に永久磁石５を装着した後に抱込部７２ｂの縁部を屈曲して制止片７２ｃを形成したが、図５に示すように、磁石保持体７を爪状磁極２１に固定する前に制止片７２ｃを予め形成しておく一方、係止突片７２ｄを抱込部７２ｂと面一に形成して爪状磁極２１の根元側に永久磁石嵌入用の開口部７２ｆを設けておくこともできる。
【００３３】
この場合には、磁石保持体７を爪状磁極２１に固定した後に磁石装着部７の開口部７２ｆから永久磁石５を嵌入し、その後に係止突片７２ｄを爪状磁極２１の各側面側に向けて折り曲げて永久磁石５を磁石装着部７２に固定する。
【００３４】
このように、磁石装着部７２の開口部７２ｆから永久磁石５を嵌入した後に係止突片７２ｄを折り曲げる場合には、上述のように抱込部７２ｂの縁部を屈曲して制止片７２ｃを形成する場合に比べて簡単であるので、各磁石装着部７２に永久磁石５を装着する際の労力を軽減することができる。
【００３５】
実施の形態２．
図６は本発明の実施の形態２に係る回転電機の回転子の構造を示す分解斜視図であり、図１ないし図３に示した実施の形態１と対応する構成部分には同一の符号を付す。
【００３６】
この実施の形態２の特徴は、一対のポールコア２，３の各々の爪状磁極２１，３１に磁石保持体７が固定されていることである。この場合の磁石保持体７自体の構成は、基本的に実施の形態１の場合と同じである。
【００３７】
ただし、この実施の形態２では、各磁石装着部７２における張出部７２ａの周方向の張出幅が、実施の形態１の場合よりも半分以下になっている。これに伴い、永久磁石５は、その周方向の厚さも実施の形態１の場合の半分以下になっているとともに、個々の爪状磁極２１，３１の側面に合致した形状に形成されている。したがって、ロータコア１の製作に際しては、爪状磁極２１，３１にそれぞれ固定された各磁石保持体７同士を噛み合わせて一対のポールコア２，３を組み付けることになる。
【００３８】
この実施の形態２のように、磁石保持体７を両ポールコア２，３の各々の爪状磁極２１，３１に共に固定した構成とした場合には、各永久磁石５の形状を個々の爪状磁極２１，３１の側面に合致した形状に形成することができるので、爪状磁極２１，３１間の漏洩磁束を永久磁石５によって効率良く防止できる。しかも、漏洩磁束の防止に寄与しない余分な部分を無くせるので、永久磁石５の材料費を削減することができる。また、個々の永久磁石５の大きさを小さくできるので、各永久磁石５に加わる遠心力も小さくなり、その結果、回転子の耐久性が向上する。
【００３９】
なお、この実施の形態２の場合も、磁石装着部７２の爪状磁極２１，３１の根元側の開口部７２ｆから永久磁石５を嵌入した後に係止突片７２ｄを折り曲げるようにすれば、各磁石装着部７２に永久磁石５を装着する際の労力を軽減することができる。
【００４０】
その他の構成および作用効果は、実施の形態１の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
【００４１】
上記の実施の形態１，２について、次のような応用例や変形例を考えることができる。（１）  上記の実施の形態１，２では、磁石保持体７の一部を内側に屈曲して制止片７２ｃを形成したり係止突片７２ｄを曲げることで永久磁石５を磁石装着部７２に固定している。このようにすると、制止片７２ｃや係止突片７２ｄを伸ばすことで永久磁石５の交換を行える利点があるが、これに限らず接着剤を充填することで永久磁石５を磁石装着部７２により一層強固に固定することも可能である。
【００４２】
（２）  また、この実施の形態１，２では、磁石保持体７の取付部７１をレーザ溶接やプロジェクション溶接によって爪状磁極２１，３１に固定しているが、これに限らず、かしめや接着などの固定手段によることも可能である。かしめにより行えば簡単かつ安価に接合できる。また、接着により行えば磁石保持体７やポールコア２，３を熱変形させることなく強固に固定でき、疲労強度の強化を図ることできる。
【００４３】
（３）  さらに、上記の実施の形態１，２では、ロータコア１の製作手順として、ポールコア２，３を組み付ける前に、磁石保持体７の各磁石装着部７２に永久磁石５を装着しているが、手順を逆にして、例えば図７に示すように、磁石保持体７を固定したポールコア２，３を組み付け、その後に、磁石保持体７の各磁石装着部７２に永久磁石５を装着することも可能である。
【００４４】
このようにすれば、一対のポールコア２，３を組み付ける際や、ポールコア２，３の組み付けて得られたロータコア１に回転軸８を圧入する際に、加圧力が直接に永久磁石５に加わることがないので、永久磁石５が不意に損傷するのを確実に防ぐことができる。また、回転子に切り粉などの異物が混入する可能性も低減することができて都合がよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施の形態１に係る回転電機の回転子の構造を示す斜視図である。
【図２】ポールコアの一つの爪状磁極に磁石保持体を取り付けた状態を示す正面図である。
【図３】ポールコアの爪状磁極に磁石保持体を取り付けた状態を示す斜視図である。
【図４】磁石保持体の磁石装着部に永久磁石を装着する状態を示す斜視図である。
【図５】磁石保持体の磁石装着部に永久磁石を装着する場合の組み付け手順の変形例を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る回転電機の回転子の構造を示す分解斜視図である。
【図７】ロータコアの製作手順の変形例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  ロータコア
２，３  ポールコア
２１，３１  爪状磁極
５  永久磁石
７  磁石保持体
７２  磁石装着部
【図１】
2005160172.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2005160172.tif 000007
【図６】
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【図７】
2005160172.tif 000009