JP5892106B2 - 回転電機及び回転子の製造方法 - Google Patents

Description

開示の実施形態は、回転電機及び回転子の製造方法に関する。

特許文献１には、隣接する磁極の中間に放射状に設けられた空隙に、永久磁石を挿入して配置する回転電機の回転子が記載されている。

特開昭６３−１４０６４４号公報

特許文献１に記載のように回転子鉄心の空隙に永久磁石を配置する場合、通常、永久磁石を接着剤で空隙の壁面に固定する必要がある。しかしながら、永久磁石に接着剤を塗布した状態で空隙に挿入すると、挿入時に、塗布された接着剤が空隙入口の縁でそぎ落とされる場合がある。この場合、接着剤が回転子鉄心の端面にはみ出すので、そのはみ出した接着剤を拭き取る工程が別途必要となる。

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、接着剤のはみ出しを招くことなく永久磁石を空隙に固定することができる、回転電機及び回転子の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、固定子と、永久磁石が配置される回転子鉄心を備えた回転子と、を有する回転電機であって、前記回転子鉄心は、回転軸を囲む連結部と、前記連結部の半径方向外側に設けられた複数の磁極部と、前記連結部の半径方向外側における前記磁極部相互間に軸方向に貫通し、前記永久磁石が接着剤により固定される第１空隙と、前記第１空隙に連通して前記第１空隙ごとに少なくとも１つ設けられた、前記接着剤の注入用の第２空隙と、前記磁極部のうち半径方向内側の部位に前記第１空隙相互間に設けられた、漏洩磁束防止用の第３空隙と、を有し、前記第１空隙に挿入された前記永久磁石は、略円筒状の前記連結部の外周面から前記回転子鉄心の外周面の近傍に亘って放射状に延在しており、前記第２空隙は、前記第３空隙よりも半径方向内側に設けられ、かつ、前記永久磁石の周方向の側面に位置している回転電機が提供される。

本発明によれば、接着剤のはみ出しを招くことなく永久磁石を空隙に固定することができる。

実施形態の回転電機の全体概略構成を表す軸方向断面図である。 本実施形態の回転電機の横断面図である。 本実施形態の回転子鉄心の側面図である。 永久磁石挿入用穴の周方向両側に接着剤注入溝を形成する変形例における、回転子鉄心の一例を表す側面図である。 永久磁石挿入用穴の周方向両側に接着剤注入溝を形成する変形例における、回転子鉄心の他の例を表す側面図である。 漏洩磁束防止用穴より径方向内側に接着剤注入溝を形成する変形例における、回転子鉄心の一例を表す側面図である。 漏洩磁束防止用穴より径方向内側に接着剤注入溝を形成する変形例における、回転子鉄心の他の例を表す側面図である。

以下、一実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

＜回転電機の構成＞
まず、図１及び図２を用いて、本実施形態に係る回転電機１の構成について説明する。図１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である。固定子２は、回転子３と径方向に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。

回転子３は、回転軸１０の外周面に設けられている。回転軸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（負荷側の反対側。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。回転軸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に複数設けられて回転軸１０を中心として放射状に配置された永久磁石２１と、を備えている。

固定子鉄心５は、半径方向外方に突出した放射状の突起部１８を複数（例えば、図２では、１２個）備え、各突起部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。図２に示すように、隣り合う２つの突起部１８の間の凹部１９には、それぞれの突起部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、凹部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。

＜回転子鉄心の構成＞
回転子鉄心２０は、図３に示すように、回転軸１０を囲む連結部２０Ａと、連結部２０Ａの半径方向外側に設けられた複数（この例では１０）の磁極部２０Ｂと、永久磁石挿入用穴２０ｂと、接着剤注入溝２０ｃと、漏洩磁束防止用穴２０ｄと、を有する。連結部２０Ａは、その内周側に回転軸１０が貫通する中心穴２０ａを有する。

永久磁石挿入用穴２０ｂは、連結部２０Ａの半径方向外側における磁極部２０Ｂの相互間に軸方向に沿って貫通して設けられ、永久磁石２１が軸方向に挿入されて接着剤により固定される。永久磁石挿入用穴２０ｂは、回転穴２０ａの中心を基準として放射状に延在されている。永久磁石挿入用穴２０ｂの大きさ（軸方向から見た面積）は、永久磁石２１よりも挿入代である僅かな間隙の分だけ大きいが、永久磁石２１の大きさ（軸方向断面積）とほぼ同じである。なお、永久磁石挿入用穴２０ｂは第１空隙の一例である。

接着剤注入溝２０ｃは、永久磁石挿入用穴２０ｂに連通して当該永久磁石挿入用穴２０ｂごとに設けられた、接着剤の注入用の空隙である。接着剤注入溝２０ｃは、永久磁石挿入用穴２０ｂに対して周方向の片側に軸方向に貫通して設けている。接着剤注入溝２０ｃは、永久磁石挿入用穴２０ｂに永久磁石２１を挿入して永久磁石挿入用穴２０ｂが埋められた際に、回転子鉄心２０と永久磁石２１との間の僅かな間隙を除く残り空間となる。したがって、この残り空間となる接着剤注入溝２０ｃに接着剤を注入すれば、永久磁石２１を回転子鉄心２０に固定することができる。なお、接着剤注入溝２０ｃは第２空隙の一例である。

漏洩磁束防止用穴２０ｄは、磁極部２０Ｂのうち、半径方向内側の部位において永久磁石挿入用穴２０ｂの相互間に設けられた、漏洩磁束防止用の空隙である。漏洩磁束防止用穴２０ｄは、永久磁石２１からの磁束が当該漏洩磁束防止用穴２０ｄよりも半径方向内側へと漏れるのを抑制し、回転トルクの発生に寄与する磁束の減少を防止する。なお、漏洩磁束防止用穴２０ｄは第３空隙の一例である。

なお、漏洩磁束防止用穴２０ｄは、半径方向外側に尖った横断面形状とするのが好ましい。このような形状とすることにより、その漏洩磁束防止用穴２０ｄの両側に位置する永久磁石２１からの磁束を、半径方向外側への尖り形状に沿ってそれぞれ円滑に回転子鉄心２０の外周側へと導くことができる。本実施形態では、漏洩磁束防止用穴２０ｄを略五角形とすることにより、上記効果を得ると共に、永久磁石２１の磁束発生面である側面と、当該側面と対向する漏洩磁束防止用穴２０ｄの面との間隙を狭くし、内周側への漏洩磁束の低減効果を高めることができる。

＜回転子の製造方法＞
上記の構成である回転子３は、回転子鉄心２０の永久磁石挿入用穴２０ｂに永久磁石２１を挿入し（挿入工程に相当）、その後、永久磁石２１が挿入された永久磁石挿入用穴２０ｂ内に、当該永久磁石挿入用穴２０ｂに連通する接着剤注入溝２０ｃを介して接着剤を注入し、永久磁石２１を固定する（固定工程に相当）ことによって製造される。

＜実施形態の効果＞
以上説明したように、本実施の形態の回転電機１では、永久磁石２１が固定される永久磁石挿入用穴２０ｂとは別に、この永久磁石挿入用穴２０ｂに連通する接着剤注入溝２０ｃが、回転子鉄心２０に設けられる。これにより、接着剤を塗布しない状態で永久磁石２１を永久磁石挿入用穴２０ｂに挿入した後、接着剤注入溝２０ｃを介して永久磁石挿入用穴２０ｂに接着剤を注入することで、永久磁石挿入用穴２０ｂに挿入された永久磁石２１の周方向片面側をこれに対向する永久磁石挿入用穴２０ｂの壁面に接着することができるので、永久磁石２１を永久磁石挿入用穴２０ｂに固定することができる。この結果、永久磁石２１に接着剤を塗布して永久磁石挿入用穴２０ｂへ挿入する場合のような、接着剤のはみ出しを防止することができる。したがって、接着剤が回転子鉄心２０の端面にはみ出すことがないので、そのはみ出した接着剤を拭き取る工程も不要となる。

なお、本実施形態では、接着剤注入溝２０ｃに注入された接着剤により永久磁石２１を固定するので、永久磁石２１の周方向片側の表面の径方向一部のみが接着されることとなるが、回転電機１は埋め込み磁石型であり（永久磁石２１は径方向には位置ずれしない）、永久磁石２１の軸方向の位置ずれのみを防止できればよいことから、接着剤注入溝２０ｃに注入された接着剤によって永久磁石２１を十分に固定することが可能である。

＜変形例＞
なお、上記実施形態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。以下、そのような変形例を順を追って説明する。

（１）永久磁石挿入用穴２０ｂの周方向両側に接着剤注入溝を形成する場合
上記実施の形態では、永久磁石挿入用穴２０ｂの周方向片側にのみ接着剤注入溝２０ｃを設けたものを開示したが、例えば、図４に示すように、永久磁石挿入用穴２０ｂごとに、周方向両側に接着剤注入溝２０ｃ，２０ｅを設けてもよい。この例では、接着剤注入溝２０ｃと接着剤注入溝２０ｅとは、周方向に対向するように（径方向位置が同一となるように）設けられる。

あるいは、例えば図５に示すように、永久磁石挿入用穴２０ｂの周方向両側に、径方向位置が互い違いの配置となるように接着剤注入溝２０ｃ，２０ｆを設けてもよい。この例では、接着剤注入溝２０ｆは、接着剤注入溝２０ｃと対向する面側で、接着剤注入溝２０ｃよりも中心寄りに設けられる。

本変形例によれば、永久磁石挿入用穴２０ｂに挿入された永久磁石２１の周方向両側の側面を、それぞれ対向する永久磁石挿入用穴２０ｂの壁面に接着するので、永久磁石２１をより堅固に永久磁石挿入用穴２０ｂに固定することができる。

（２）漏洩磁束防止用穴より径方向内側に接着剤注入溝を形成する場合
上記実施形態では、接着剤注入溝２０ｃを漏洩磁束防止用穴２０ｄよりも半径方向外側に設けるので、永久磁石２１からの回転トルクの発生に寄与する磁束が減少するおそれがある。そこで、図６に示すように、漏洩磁束防止用穴２０ｄ’よりも半径方向内側に接着剤注入溝２０ｇを設けてもよい。

本変形例の接着剤注入溝２０ｇは、永久磁石挿入用穴２０ｂの内周側の端部に、周方向両側に突出するように設けられる。なお、周方向片側にのみ突出するように設けてもよい。

また、漏洩磁束防止用穴２０ｄ’は、周方向に隣接する両永久磁石挿入用穴２０ｂよりそれぞれ突出して設けられた接着剤注入溝２０ｇの半径方向外側に設けられる。上述のように、漏洩磁束防止用穴２０ｄ’は、半径方向外側に尖った横断面形状とするのが好ましく、本変形例では略三角形状に形成される。漏洩磁束防止用穴２０ｄ’の半径方向中心側に位置する壁面（三角形の底辺に相当する面）は、周方向に隣接する両永久磁石挿入用穴２０ｂよりそれぞれ突出した接着剤注入溝２０ｇと半径方向において微小な間隙を介して対向する。これにより、内周側への漏洩磁束の経路を狭くすると共に、周方向に突出した接着剤注入溝２０ｇを迂回する分、上記実施形態よりも漏洩磁束の経路を長くすることができるので、内周側への漏洩磁束の低減効果をより一層高めることができる。

さらに、本変形例では、接着剤注入溝２０ｇを漏洩磁束防止用穴２０ｄ’よりも半径方向内側に設けることにより、回転トルクの発生に寄与する磁束の減少を防止しつつ、接着剤の注入路を確保することができる。特に、漏洩磁束防止用穴２０ｄ’を略三角形状とすることにより、回転トルクの発生に寄与する磁束の減少を最低限としつつ、周方向に隣接する両永久磁石２１からの磁束を、三角形の横断面形状の２辺に沿ってそれぞれ円滑に回転子鉄心２０の外周側へと導くことができる。

さらに、本変形例では、永久磁石２１が挿入された永久磁石挿入用穴２０ｂ内に、当該永久磁石挿入用穴２０ｂの周方向両側に突出する２箇所の接着剤注入溝２０ｇを介して接着剤が注入されるが、両溝は、当該接着剤注入溝２０ｇと永久磁石２１の半径方向内側の面との間の微小な間隙を介して連通されているので、接着剤を永久磁石２１の周方向両側の側面だけでなく半径方向内側の面にも回り込ませることができる。これにより、接着面積を増大できるので、永久磁石２１を堅固に永久磁石挿入用穴２０ｂに固定することができる。

なお、漏洩磁束防止用穴２０ｄ’より径方向内側の接着剤注入溝２０ｇと共に、漏洩磁束防止用穴２０ｄ’より径方向外側の接着剤注入溝をさらに設けてもよい。例えば、図７に示すように、漏洩磁束防止用穴２０ｄ’よりも半径方向外側において、永久磁石挿入穴２０ｂの周方向両側に互いに対向するように接着剤注入溝２０ｃ，２０ｅを設けると共に、漏洩磁束防止用穴２０ｄ’よりも半径方向内側に接着剤注入溝２０ｇを設けてもよい。この場合、永久磁石２１をさらに堅固に永久磁石挿入用穴２０ｂに固定することができる。

（３）その他
なお、以上では、回転電機１が、回転子３を固定子２の内側に備えたインナーロータ型である場合を一例として説明したが、回転子３を固定子２の外側に備えたアウターロータ型の回転電機に対しても適用可能である。さらに、回転電機１が、モータではなく発電機である場合にも適用することができる。

また、以上既に述べた以外にも、上記実施形態による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。

その他、一々例示はしないが、上記実施形態は、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。

１ 回転電機
２ 固定子
３ 回転子
１０ 回転軸
２０ 回転子鉄心
２０Ａ 連結部
２０Ｂ 磁極部
２０ｂ 永久磁石挿入用穴（第１空隙）
２０ｃ 接着剤注入溝（第２空隙）
２０ｄ 漏洩磁束防止用穴（第３空隙）
２１ 永久磁石

Claims (4)

1. 固定子と、永久磁石が配置される回転子鉄心を備えた回転子と、
   を有する回転電機であって、
   前記回転子鉄心は、
   回転軸を囲む連結部と、
   前記連結部の半径方向外側に設けられた複数の磁極部と、
   前記連結部の半径方向外側における前記磁極部相互間に軸方向に貫通し、前記永久磁石が接着剤により固定される第１空隙と、
   前記第１空隙に連通して前記第１空隙ごとに少なくとも１つ設けられた、前記接着剤の注入用の第２空隙と、
   前記磁極部のうち半径方向内側の部位に前記第１空隙相互間に設けられた、漏洩磁束防止用の第３空隙と、を有し、
   前記第１空隙に挿入された前記永久磁石は、
   略円筒状の前記連結部の外周面から前記回転子鉄心の外周面の近傍に亘って放射状に延在しており、
   前記第２空隙は、
   前記第３空隙よりも半径方向内側に設けられ、かつ、前記永久磁石の周方向の側面に位置している
   ことを特徴とする回転電機。
2. 前記第１空隙ごとに、周方向少なくとも片側に前記第２空隙が設けられる
   ことを特徴とする請求項１記載の回転電機。
3. 前記第１空隙ごとに、周方向両側に前記第２空隙が設けられる
   ことを特徴とする請求項２記載の回転電機。
4. 複数の磁極部と、前記磁極部相互間に設けた第１空隙と、前記第１空隙ごとに少なくとも１つ設けた第２空隙と、前記第１空隙相互間に設けた第３空隙とを有する回転子鉄心を備えた、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回転電機の回転子の製造方法であって、
   前記第１空隙に永久磁石を挿入する挿入工程と、
   前記永久磁石が挿入された第１空隙内に、当該第１空隙に連通する第２空隙を介して接着剤を注入し、前記永久磁石を固定する固定工程と、
   を有することを特徴とする回転子の製造方法。
   

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