TWI571033B - 旋轉電機之轉子及旋轉電機之轉子之製造方法 - Google Patents

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Description

旋轉電機之轉子及旋轉電機之轉子之製造方法
本發明係關於在轉子的鐵芯(core)的外周面配置永久磁鐵的旋轉電機之轉子及轉電機之轉子之製造方法。
近年來，對於工業用途的旋轉電機之高效率化、高輸出化、及高轉速化的需求(need)，由於資源枯竭導致之節能(energy)化的期望、機械加工步調的縮減或對於困難的削切加工之對應而變得非常高。
旋轉電機可分為「同步式」與「感應式」之二種驅動方式，工業用途的旋轉電機通常係使用堅牢且強固為其特徵之感應式旋轉電機。然而，感應式旋轉電機在原理上，於轉子中亦有電流流通，故在發展高效率化及高輸出化之上，起因於該電流之轉子的發熱成為課題。因此，發展將同步式旋轉電機適用於工業用途的旋轉電機。
同步式旋轉電機係使用永久磁鐵作為轉子的場磁鐵，故理論上不會發生轉子的發熱，而有利於高效率化及高輸出化的層面。然而，為了達成同步式旋轉電機 的高速旋轉化的實用性，必需解決旋轉時的離心力造成之永久磁鐵的剝離。
對此，專利文獻1中提案以纖維強化塑膠(plastic)的保護罩(cover)覆蓋在安裝於轉子軸的外周面的圓筒狀的永久磁鐵的外周面，藉以抑制旋轉時的離心力造成之永久磁鐵的剝離之構造。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]特開平8-107641號公報
然而，以保護罩般的補強構件覆蓋永久磁鐵的外周面藉以抑制磁鐵剝離之構造中，以於圓周方向分離之複數個分斷狀(segment)的分割磁鐵構成永久磁鐵時，離心力將分別沿著徑向施加於複數個分割磁鐵。因此，補強構件即在相當於分割磁鐵之間的位置，成為於圓周方向朝互相相反方向拉扯的形態，因而應力將集中在相當於分割磁鐵之間的位置。因此，補強構件必需為使用考量到該應力之高強度的構件達相應量之構成。
另外，分割磁鐵中，依據尺寸精確度或組裝精確度，會於徑向高度發生微小的不均。於分割磁鐵的徑向高度不均的狀態下安裝補強構件時，徑向的剪應力會施加於補強構件之中，相當於彼此相鄰的分割磁鐵中之徑 向高度較大的分割磁鐵的端邊的位置。因此，保護罩係必需為使用考量到該剪應力之較通常更高強度的構件達相應量之構成。
本發明係有鑑於上述課題而研創者，其目的在於提供一種旋轉電機之轉子，貼附於轉子的鐵芯的外周面之永久磁鐵於圓周方向分割為複數個而分離時，能夠以容易的補強來抑制旋轉時的離心力造成的永久磁鐵的剝離。
為了解決上述課題，達成目的，本發明之旋轉電機之轉子係具備：圓筒狀的鐵芯；貼附於前述鐵芯的外周面，於前述鐵芯的圓周方向分離配置之複數個永久磁鐵；分別填埋於前述圓周方向彼此相鄰之前述永久磁鐵之間的間隙，並且貼附於前述鐵芯的外周面之複數個第一構件；以熔射非磁性材料形成而至少被覆(coating)於前述複數個永久磁鐵的外周面之皮膜；以及配置於前述皮膜的外周面上，覆蓋前述複數個第一構件及前述皮膜的外周面之圓筒狀的第二構件，前述複數個第一構件的外周面係接觸於前述第二構件的內周面，或是經由前述皮膜而接觸於前述第二構件的內周面。
依據本發明，即可達成提供能夠以容易的補強來抑制旋轉時的離心力造成的永久磁鐵的剝離的旋轉電機之轉子之效果。
1、1a、1b、1c、1d、1e‧‧‧轉子
2‧‧‧軸
3‧‧‧鐵芯
4、4a、4b‧‧‧永久磁鐵
5、5a、5b、5c‧‧‧構件
6‧‧‧鐵芯貫通孔
7、7a‧‧‧皮膜
8‧‧‧熔射裝置
9‧‧‧補強構件
10a、10b、17a、17b、17c‧‧‧離心力
11a、11b‧‧‧應力
12、15‧‧‧補強構件的一部分
13、16‧‧‧龜裂
14‧‧‧剪應力
20‧‧‧削切工具
30‧‧‧間隙
71‧‧‧削切屑
81‧‧‧熔射材料
第1圖係實施型態之旋轉電機之轉子的縱剖面圖。
第2圖係實施型態之旋轉電機之轉子的橫剖面圖。
第3圖係顯示實施型態中，形成皮膜前的轉子的構成的縱剖面圖。
第4圖係顯示實施型態中，形成皮膜前的轉子的構成的橫剖面圖。
第5圖係顯示實施型態中，皮膜的製程的示意圖。
第6圖係顯示實施型態中，已形成皮膜的轉子的構成的橫剖面圖。
第7圖係顯示實施型態中，轉子旋轉時的應力發生狀態的示意圖。
第8圖係顯示實施型態中，除去了複數個構件及皮膜的轉子旋轉時的應力發生狀態的示意圖。
第9圖係顯示實施型態中，除去了複數個構件及皮膜的轉子旋轉時的應力發生狀態之另一示意圖。
第10圖係顯示實施型態之旋轉電機之轉子的製程之再一示意圖。
第11圖係顯示實施型態中，以熔射裝置形成皮膜之後，藉由削切工具(cutting tool)對於轉子的外周面進行削切加工的樣子的示意圖。
第12圖係實施型態的第一變化例之旋轉電機之轉子的橫剖面圖。
第13圖係實施型態的第二變化例之旋轉電機之轉子的橫剖面圖。
以下依據圖式，詳細說明本發明的實施型態之旋轉電機之轉子及旋轉電機之轉子之製造方法。惟本發明不受此實施型態所限定。
實施型態
第1圖係本實施型態之旋轉電機之轉子1的縱剖面圖，第2圖係本實施型態之旋轉電機之轉子1的橫剖面圖。在此，第1圖所示的縱剖面圖係包含轉子1的旋轉中心軸線A之剖面的剖面圖。另外，第2圖所示的橫剖面圖係垂直於旋轉中心軸線A之剖面的剖面圖，具體地，為依據第1圖所示I-I線的剖面圖。又，第1圖所示的縱剖面圖，具體地，為依據第2圖所示II-II線的剖面圖。
如第1圖及第2圖所示，轉子1係具備：圓筒狀的鐵芯3；貼附於鐵芯3的外周，於鐵芯3的圓周方向分離配置之複數個永久磁鐵4；分別填埋於圓周方向彼此相鄰之永久磁鐵4之間的間隙，並且貼附於鐵芯3的外周面之作為複數個第一構件之構件5；以熔射非磁性材料形成而被覆於複數個永久磁鐵4的外周面之皮膜7；以及配置於複數個構件5及皮膜7的外周面上，覆蓋複數個構件5及皮膜7的外周面之作為圓筒狀的第二構件之補強構件9。如此，轉子1係表面永久磁鐵(SPM Surface Permanent Magnet)型的同步旋轉電機之轉子。
鐵芯3係由沿著旋轉中心軸線A方向積層複數片從電磁鋼板沖切出的環狀的薄板之積層體、圓筒狀的鋼管、壓鑄鐵芯、或該等的組合而形成。鐵芯3中形成以旋轉中心軸線A方向貫通鐵芯3之鐵芯貫通孔6。軸(shaft)2係貫通鐵芯貫通孔6而固定於鐵芯3。鐵芯3係同軸於旋轉中心軸線A。又，以下的說明中，將旋轉中心軸線A方向簡稱為「軸向」。
複數個永久磁鐵4係於鐵芯3的圓周方向分割於鐵芯3的外周面而於圓周方向互相分離地配置。在此，圓周方向亦為轉子1的旋轉方向。複數個永久磁鐵4係分別藉由接著劑貼附於鐵芯3的外周面。圖所示的例中，於圓周方向等間隔地配置四個永久磁鐵4。複數個永久磁鐵4係於圓周方向交錯形成磁N極與S極。另外，圖所示的例中，永久磁鐵4的橫剖面形狀係從以旋轉中心軸線A為中心之圓環以一定的角度範圍切出之形狀。亦即，永久磁鐵4係內周與外周皆為等圓心角的圓弧狀，且於鐵芯3的徑向的高度為一定。另外，永久磁鐵4的縱剖面形狀為矩形。永久磁鐵4的軸向長度係短於鐵芯3的軸向長度。永久磁鐵4係稀土族磁鐵或肥粒鐵(ferrite)磁鐵。
複數個構件5係於鐵芯3的圓周方向分離地排列於鐵芯3的外周面。複數個構件5係分別藉由接著劑貼附於鐵芯3的外周面。構件5係配置於永久磁鐵4間，亦即配置於磁極間。構件5的個數係與永久磁鐵4的個數 相同。圖所示的例中，於圓周方向等間隔地配置四個構件5。另外，圖所示的例中，構件5的橫剖面形狀係從以旋轉中心軸線A為中心之圓環以一定的角度範圍切出之形狀。亦即，構件5係內周與外周皆為等圓心角的圓弧狀，且於鐵芯3的徑向的高度為一定。在此，鐵芯3的外周面起的構件5之於鐵芯3的徑向高度係大於鐵芯3的外周面起的永久磁鐵4之於鐵芯3的徑向高度。另外，構件5的縱剖面形狀為矩形。構件5的軸向長度係與永久磁鐵4的軸向長度相同而短於鐵芯3的軸向長度。
作為第一構件之構件5係由非磁性材料所形成。具體地，構件5係由不鏽鋼(stainless)、鋁(aluminum)合金、銅合金、鐵合金或樹脂所形成。
皮膜7係被覆於複數個永久磁鐵4的外周面。亦即，於複數個永久磁鐵4的各別的外周面上形成皮膜7。皮膜7係用以消除形成於構件5的外周面與永久磁鐵4的外周面之間的段差之被覆。依此，複數個皮膜7的外周面與複數個構件5的外周面成為同一面，而形成同一圓筒的外周面。圖所示的例中，皮膜7係對應於永久磁鐵4的個數而形成四個。
皮膜7係熔射非磁性材料而形成。另外，皮膜7係由導電率為永久磁鐵4的導電率以下之材料所形成。具體地，非磁性材料係鋁合金、銅合金、或陶瓷(ceramics)，皮膜7的導電率係定為銅的導電率以下，具體地，定為5.6×107[S/m]以下。另外，考量維持皮膜7的強度與構件間的 接合，皮膜7的膜厚係設定為0.3mm至3mm之間。在此，構件間的接合係指皮膜7與永久磁鐵4間的接合或皮膜7與構件5間的接合。
作為第二構件之補強構件9係與鐵芯3同軸地配置，且配置於複數個構件5及皮膜7的外周面而覆蓋複數個構件5及皮膜7的外周面。在此，補強構件9的內周面係遍及全周地接觸於複數個構件5及皮膜7的外周面。特別是構件5的外周面係接觸於補強構件9的內周面。補強構件9係橫剖面呈圓環狀，複數個構件5及皮膜7的外周形狀係圓形，補強構件9的內周圓的半徑與複數個構件5及皮膜7的外周圓的半徑相等。
補強構件9係由所謂的高剛性的非磁性材料所形成。具體地，補強構件9係由碳纖維強化塑膠(Carbon Fiber Reinforced Plastics；CFRP)、玻璃纖維強化塑膠(Glass Fiber Reinforced Plastics；GFRP)、鈦(titanium)或不鏽鋼所形成。在此，不鏽鋼係沃斯田鐵(Austenitic)不銹鋼。由CFRP或GFRP形成補強構件9時，將CFRP或GFRP的纖維束直接捲繞於已形成皮膜7之轉子1b(參照第5圖)，或者，將CFRP或GFRP的帶(tape)狀的纖維直接捲繞於轉子1b(參照第5圖)，藉以形成補強構件9。
接著，參照第3圖至第6圖，說明轉子1之製造方法。第3圖係顯示本實施型態中，形成皮膜7前的轉子1之轉子1a的構成的縱剖面圖，第4圖係顯示本實施型態中，形成皮膜7前的轉子1之轉子1a的構成的橫剖面 圖。在此，第3圖所示的縱剖面圖係包含旋轉中心軸線A之剖面的剖面圖。另外，第4圖所示的橫剖面圖係垂直於旋轉中心軸線A之剖面的剖面圖，具體地，為依據第3圖所示III-III線的剖面圖。又，第3圖所示的縱剖面圖，具體地，為依據第4圖所示IV-IV線的剖面圖。第5圖係顯示本實施型態中，皮膜7的製程的示意圖，第6圖係顯示本實施型態中，已形成皮膜7的轉子1之轉子1b的構成的橫剖面圖。另外，第6圖所示的橫剖面圖係垂直於旋轉中心軸線A之剖面的剖面圖，具體地，為依據第5圖所示V-V線的剖面圖。又，第5圖所示的轉子1b的縱剖面圖，具體地，為依據第6圖所示VI-VI線的剖面圖。第3圖至第6圖中，對於與第1圖及第2圖所示構成要件相同的構成要件係附記相同的符號。
首先，如第3圖及第4圖所示，製造轉子1a。亦即，於鐵芯3的外周面貼附複數個永久磁鐵4及複數個構件5。此時，構件5係配置成為填埋於圓周方向相鄰的永久磁鐵4間的間隙。另外，使軸2貫通鐵芯貫通孔6而將軸2固定於鐵芯3。軸2對於鐵芯3的固定，可於永久磁鐵4的貼附之前進行，亦可於永久磁鐵4的貼附之後進行。軸2係藉由緊迫、熱嵌合、冷嵌合之任意方法嵌入而固定於鐵芯3。
接著，如第5圖所示，藉由熔射裝置8形成皮膜7。皮膜7係分別被覆複數個永久磁鐵4的外周面。另外，如第6圖所示，以複數個構件5的外周面與皮膜7的外周面形成圓筒狀的外周面。
熔射裝置8係電弧(arc)熔射裝置。惟，熔射裝置8亦可為電弧熔射裝置以外的熔射裝置。亦即，本實施型態中使用的熔射方法不限於電弧熔射。從熔射裝置8噴覆的熔射材料81係鋁合金、銅合金或陶磁，熔射後的熔射材料81的導電率定為5.6×107[S/m]以下。
熔射裝置8係配置成為前端朝向旋轉中心軸線A，從該前端將熔解的熔射材料81向永久磁鐵4的外周面噴覆。此時，轉子1b係以冷卻風進行冷卻，在抑制轉子1b溫度上升的狀態下進行作業。另外，熔射裝置8係可從與旋轉中心軸線A垂直的狀態至平行的狀態變更姿勢而噴覆熔射材料81。第5圖中，以θ表示平行於旋轉中心軸線A的直線與熔射裝置8的軸線之間的角度之噴覆角度。圖所示的例中，噴覆角度θ係90°。另外，熔射裝置8係可繞著旋轉中心軸線A的周圍旋轉移動。從熔射裝置8噴覆熔射材料81之際，藉由調整噴覆角度θ並且使熔射裝置8繞著旋轉中心軸線A的周圍旋轉移動，即可於複數個永久磁鐵4的外周面形成一定膜厚的皮膜7。又，亦可使轉子1b繞著旋轉中心軸線A的周圍旋轉以取代使熔射裝置8繞著旋轉中心軸線A的周圍旋轉移動。如此，皮膜7係被覆於複數個永久磁鐵4的外周面。
依上述記載如第6圖所示，於轉子1b形成皮膜7。此時點的轉子1b的外周面為圓筒狀，成為無凹凸的狀態。
接著，如第2圖所示，於複數個構件5及皮 膜7的外周面上安裝圓筒狀的補強構件9。該補強構件9係藉由緊迫、熱嵌合、或冷嵌合於已形成皮膜7的轉子1b(參照第5圖)而配置於複數個構件5及皮膜7的外周面上。又，將補強構件9配置於複數個構件5及皮膜7的外周面上之後，將軸2藉由緊迫、熱嵌合、或冷嵌合裝設於鐵芯3，從鐵芯3的內周面側將鐵芯3朝徑向擴張，藉以對於鐵芯3與補強構件9之間的結合賦予緊固力而可使該結合更強固。另外，依據補強構件9的材質的不同，補強構件9可直接捲繞於已形成皮膜7的轉子1b(參照第5圖)，藉以配置於複數個構件5及皮膜7的外周面。
接著，參照第1圖、第2圖、第5圖及第7圖，說明本實施型態的作用效果。第7圖係顯示本實施型態中，轉子1旋轉時的應力發生狀態的示意圖。
轉子1係與未圖示的定子共同構成同步旋轉電機，該同步旋轉電機係具備將電流供給至定子線圈之未圖示的反向器(inverter)。轉子1係因自定子線圈產生之旋轉磁場，受到轉矩(torque)作用，而繞著旋轉中心軸線A的周圍旋轉。貼附於鐵芯3的外周面的複數個永久磁鐵4係伴隨轉子1的旋轉而承受離心力，但因有補強構件9的支持，故可抑制從鐵芯3剝離。
在此，轉子1中，於圓周方向彼此相鄰的永久磁鐵4間的間隙填埋構件5，永久磁鐵4的外周面係以皮膜7被覆，補強構件9係安裝於圓筒狀的轉子1b的外周面。如此構成的轉子1於旋轉時，發生於永久磁鐵4的離 心力及發生於構件5的離心力雙方係施加於補強構件9。特別是永久磁鐵4的比重與構件5的比重為同等時，同樣的離心力係施加於補強構件9。依此，由於未有集中應力施加於補強構件9，故不會導致補強構件9破損，而可藉由補強構件9保持永久磁鐵4。對此，參照第7圖具體地說明。
第7圖中顯示轉子1的橫剖面的一部分，具體地，顯示：鐵芯3、永久磁鐵4a、4b、構件5a至5c、皮膜7a、7b及補強構件9。永久磁鐵4a、4b係以符號區別顯示複數個永久磁鐵4之中的二個，構件5a至5c係以符號區別顯示複數個構件5之中的三個，皮膜7a係以符號區別顯示皮膜7之中形成於永久磁鐵4a的外周面上的部分，皮膜7b係以符號區別顯示皮膜7之中形成於永久磁鐵4b的外周面上的部分。另外，構件5a至5c的比重與永久磁鐵4a、4b的比重係相等。藉由如圖所示的例地構成，使得發生於構件5a的離心力17a、發生於永久磁鐵4a的離心力10a、發生於構件5b的離心力17b、發生於永久磁鐵4b的離心力10b、及發生於構件5c的離心力17c係均等地施加於補強構件9。
另一方面，第8圖係顯示本實施型態中，除去了複數個構件5及皮膜7的轉子旋轉時的應力發生狀態的示意圖。如第8圖所示，於永久磁鐵4a、4b間存在有間隙30時，離心力10a、10b係分別施加於永久磁鐵4a、4b，然而，離心力係不施加於間隙30。因此，應力11a、11b 係起因於離心力10a、10b，朝圓周方向相反的方向施加於與間隙30相對向的補強構件9的一部分12。如此，構件5不存在時，應力係集中於補強構件9的一部分12。因而會有於補強構件9的一部分12發生龜裂13而導致補強構件9破損的情況。
另外，第9圖係顯示本實施型態中，除去了複數個構件5及皮膜7的轉子旋轉時的應力發生狀態之另一示意圖。具體地，顯示永久磁鐵4的徑向高度不均的情況。又，第9圖中，為了明確顯示永久磁鐵4a、4b間於徑向高度有差異，而將鐵芯3的圓周方向示意顯示為橫向，將鐵芯3的徑向示意顯示為縱向。第9圖中，永久磁鐵4a的徑向高度係大於永久磁鐵4b的徑向高度。如此，永久磁鐵4a、4b的徑向高度存在差異的情況下，於永久磁鐵4a、4b的外周面安裝補強構件9時，集中應力係施加於相當於永久磁鐵4a的端邊位置之補強構件9的一部分15的位置。亦即，於旋轉時，由於發生於永久磁鐵4a的離心力為原因，而於補強構件9的一部分15發生徑向的應力之剪應力14。藉此，會有於補強構件9的一部分15發生龜裂16而導致補強構件9破損的情況。
如上所述，轉子1係具備：圓筒狀的鐵芯3；貼附於鐵芯3的外周，於鐵芯3的圓周方向分離配置之複數個永久磁鐵4；分別填埋於圓周方向彼此相鄰之永久磁鐵4之間的間隙，並且貼附於鐵芯3的外周面之複數個構件5；以熔射非磁性材料形成而被覆於複數個永久磁鐵4 的外周面之皮膜7；以及配置於複數個構件5及皮膜7的外周面上，覆蓋複數個構件5及皮膜7的外周面之圓筒狀的補強構件9。
另外，轉子1之製造方法係包含：於鐵芯3的圓周方向分離地貼附複數個永久磁鐵4於圓筒狀的鐵芯3的外周面之製程；於鐵芯3的外周面貼附分別填埋於圓周方向彼此相鄰的永久磁鐵4間的間隙的複數個構件5之製程；熔射非磁性材料，形成被覆於複數個永久磁鐵4的外周面的皮膜7之製程；以及於複數個構件5及皮膜7的外周面上配置覆蓋複數個構件5及皮膜7的外周面之圓筒狀的補強構件9之製程。
依據本實施型態，由於可抑制對於補強構件9的集中應力，故不必如先前般地考慮應力集中來選定補強構件9的材質及使用量，因此，能夠藉由容易的補強來抑制轉子1旋轉時的離心力造成的永久磁鐵4的剝離。另外，由於補強構件9不必如先前般地選定高強度的構件且亦可減少構件的使用量，故可實現低成本化。
又，即使以構件5填埋永久磁鐵4間的間隙，亦會有於永久磁鐵4與構件5之間依然發生間隙的情況，然而，若將此間隙抑制於圓周方向寬度為2mm以下，則可獲得更大的效果。另外，若將複數個構件5及皮膜7的外周面的徑向的凹凸抑制於0.5mm以下，則可獲得更大的效果。
本實施型態中，構件5係由非磁性材料形 成。具體地，構件5係由不鏽鋼、鋁合金、銅合金、鐵合金或樹脂所形成。由於構件5係由非磁性材料形成，可抑制鐵芯3及構件5的內部中的磁通短路損失(loss)。又，構件5亦可由非磁性材料以外的材料形成。
另外，構件5可依其比重等於永久磁鐵4的比重之方式來選定材料。藉此，由於可將構件5及永久磁鐵4中的離心力均等化，故可抑制對於補強構件9的局部的應力集中。又，即使是構件5的比重與永久磁鐵4的比重不等的情況，構件5的比重越接近永久磁鐵4的比重越可提高同樣的效果。
本實施型態中，皮膜7係熔射非磁性材料而形成。具體地，皮膜7係由鋁合金、銅合金、或陶瓷形成。由於由非磁性材料形成皮膜7，故可抑制皮膜7中之由上述反向器驅動轉子1時發生之高諧波損失。
另外，皮膜7係由導電率為銅的導電率以下之材料形成。藉此，可抑制皮膜7中之由上述反向器驅動轉子1時發生之高諧波損失。
本實施型態中，補強構件9係由非磁性材料形成。具體地，補強構件9係由碳纖維強化塑膠、玻璃纖維強化塑膠、鈦、或不鏽鋼所形成。藉此，可抑制因漏磁通造成的旋轉電機的輸出降低。
本實施型態中，皮膜7係形成於複數個永久磁鐵4的外周面上而未形成於複數個構件5的外周面上。藉此，可抑制轉子1旋轉時的離心力造成皮膜1的破損。
又，皮膜7係可於將軸2固定於鐵芯3之前形成。第10圖係顯示本實施型態之旋轉電機之轉子的製程之另一示意圖。第10圖中係示意顯示與第5圖同樣地使用熔射裝置8形成皮膜7之製程，對於與第5圖所示構成要件相同的構成要件係附記相同的符號。第10圖中，軸2未嵌入轉子1c的鐵芯貫通孔6，鐵芯貫通孔6為空洞狀態，惟即使在此情況下，與第5圖的情況同樣地，可使用熔射裝置8形成皮膜7。軸2係於皮膜7形成之後嵌入鐵芯貫通孔6。
另外，為了提高抑制對於補強構件9的集中應力之效果，藉由對於轉子1b的外周面施以加工，可使轉子1的外周形狀更接近圓形且為凹凸較少的形狀。第11圖係顯示本實施型態中，以熔射裝置8形成皮膜7之後，藉由削切工具20對於轉子1b的外周面進行削切加工的樣子的示意圖。第11圖中，在使轉子1b繞著旋轉中心軸線A的周圍旋轉之狀態下，藉由削切工具20削切皮膜7及構件5的外周面，削除包含皮膜7及構件5的削切屑71，對於轉子1b加工以使轉子1b的外周形狀接近正圓形。通常，永久磁鐵4係使用稀土族磁鐵或肥粒鐵磁鐵。這些磁鐵係非常難以削切加工，於削切加工時無法使用泛用的加工機。然而，本實施型態中，因於永久磁鐵4的外周面被覆有皮膜7，而可對於皮膜7施以削切加工。藉此，可藉由泛用的機械加工使轉子1b的外周形狀接近正圓形。又，在此所謂的泛用的機械加工係指削切、研削、拋光(burnishing) 加工。
又，第1圖及第2圖所示的永久磁鐵4及構件5的形狀僅為一例而不限於圖所示的例。永久磁鐵4及構件5的橫剖面形狀亦可為徑向厚度有變化之弓狀或弦月狀。另外，各永久磁鐵4亦可分別由於軸向分割的複數個磁鐵構成。
另外，第3圖及第4圖所示之構件5的安裝方法僅為一例而不限於圖所示的例。構件5只要填埋永久磁鐵4間的間隙即可，可在將補強構件9安裝至被覆於永久磁鐵4的外周面之皮膜7上之後，將構件5***永久磁鐵4間的間隙，並以接著劑貼附於鐵芯3的外周面。或者，以樹脂形成構件5時，亦可在將補強構件9安裝至被覆於永久磁鐵4的外周面之皮膜7上之後，將樹脂注入於永久磁鐵4間的間隙，以灌模製作構件5。
另外，依據本實施型態，可提供具備轉子1之旋轉電機及具備該旋轉電機之電氣機器。
又，本實施型態中，皮膜7僅被覆於複數個永久磁鐵4的外周面，惟皮膜7亦可為亦被覆於複數個構件5的外周面之構成。第12圖係實施型態的第一變化例之旋轉電機之轉子1d的橫剖面圖。第12圖所示之橫剖面圖係對應於第2圖所示的橫剖面圖。第12圖中，對於與第2圖所示構成要件相同的構成要件係附記相同的符號。
如第12圖所示，轉子1d係具備：圓筒狀的鐵芯3；貼附於鐵芯3的外周，於鐵芯3的圓周方向分離 配置之複數個永久磁鐵4；分別填埋於圓周方向彼此相鄰之永久磁鐵4之間的間隙，並且貼附於鐵芯3的外周面之複數個構件5；以熔射非磁性材料形成而被覆於複數個永久磁鐵4及複數個構件5的外周面之皮膜7；以及配置於皮膜7的外周面上，覆蓋複數個構件5及皮膜7的外周面之圓筒狀的補強構件9。如此，轉子1d中，皮膜7不僅被覆於複數個永久磁鐵4的外周面，亦被覆於複數個構件5的外周面。亦即，皮膜7係形成於數個永久磁鐵4及複數個構件5的外周面上。此時，補強構件9的內周面之中，對向於構件5的部分係接觸於皮膜7的外周面。換言之，構件5係經由皮膜7接觸於補強構件9的內周面。
藉此，使得皮膜7的外周形狀更接近圓形且成為凹凸少的形狀，而可抑制轉子1d於旋轉時的對於補強構件9的集中應力。又，圖所示的例中，構件5的徑向高度係等於永久磁鐵4的徑向高度，惟，構件5的徑向高度亦可大於永久磁鐵4的徑向高度。
另外，轉子1d之製造方法係與轉子1之製造方法大致相同。亦即，轉子1d之製造方法係包含：於鐵芯3的圓周方向分離地貼附複數個永久磁鐵4於圓筒狀的鐵芯3的外周面之製程；於鐵芯3的外周面貼附分別填埋於圓周方向彼此相鄰的永久磁鐵4間的間隙的複數個構件5之製程；熔射非磁性材料，形成被覆於複數個永久磁鐵4及複數個構件5的外周面的皮膜7之製程；以及於皮膜7的外周面上配置覆蓋複數個構件5及皮膜7的外周面之圓 筒狀的補強構件9之製程。
將本實施型態的轉子1與第一變化例的轉子1d的構成彙整後，則如下所述。亦即，旋轉電機之轉子係具備：圓筒狀的鐵芯3；貼附於鐵芯3的外周，於鐵芯3的圓周方向分離配置之複數個永久磁鐵4；分別填埋於圓周方向彼此相鄰之永久磁鐵4之間的間隙，並且貼附於鐵芯3的外周面之複數個構件5；以熔射非磁性材料形成而至少被覆於複數個永久磁鐵4的外周面之皮膜7；以及配置於皮膜7的外周面上，覆蓋複數個構件5及皮膜7的外周面之圓筒狀的補強構件9，複數個構件5的外周面係接觸於補強構件9的內周面，或是經由皮膜7而接觸於補強構件9的內周面。
另外，本實施型態中，將構件5填埋於永久磁鐵4間而成為填埋永久磁鐵4間的間隙之構成，惟，若將永久磁鐵4無間隙地貼附時，則可省略構件5。省略的判斷基準可為例如永久磁鐵4間的間隙的圓周方向寬度為2mm以下即可。
第13圖係本實施型態的第二變化例之旋轉電機之轉子1e的橫剖面圖。第13圖所示的橫剖面圖係對應於第2圖所示的橫剖面圖之圖。又，第13圖中，對於與第2圖所示構成要件相同的構成要件係附記相同的符號。如第13圖所示，轉子1e係具備：圓筒狀的鐵芯3；於鐵芯3的圓周方向無間隙地貼附於鐵芯3的外周面之複數個永久磁鐵4；以熔射非磁性材料形成而被覆於複數個永久 磁鐵4的外周面之皮膜7；以及配置於皮膜7的外周面上，覆蓋皮膜7的外周面之圓筒狀的補強構件9。藉由如此地構成轉子1e，可獲得與本實施型態同樣的效果。
以上的實施型態所示的構成僅顯示本發明的內容的一例，而可組合其他的習知的技術，在不脫逸本發明的要旨的範圍內，亦可將構成的一部分省略、變更。
1‧‧‧轉子
2‧‧‧軸
3‧‧‧鐵芯
4‧‧‧永久磁鐵
5‧‧‧構件
6‧‧‧鐵芯貫通孔
7‧‧‧皮膜
9‧‧‧補強構件

Claims (10)

  1. 一種旋轉電機之轉子，具備：圓筒狀的鐵芯；貼附於前述鐵芯的外周面，於前述鐵芯的圓周方向分離配置之複數個永久磁鐵；分別填埋於前述圓周方向彼此相鄰之前述永久磁鐵之間的間隙，並且貼附於前述鐵芯的外周面之複數個第一構件；以熔射非磁性材料形成而至少被覆於前述複數個永久磁鐵的外周面之皮膜；以及配置於前述皮膜的外周面上，覆蓋前述複數個第一構件及前述皮膜的外周面之圓筒狀的第二構件，前述複數個第一構件的外周面係接觸於前述第二構件的內周面，或是經由前述皮膜而接觸於前述第二構件的內周面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之旋轉電機之轉子，其中，前述第一構件之朝前述鐵芯的徑向高度係大於前述永久磁鐵之朝前述鐵芯的徑向高度；前述複數個第一構件的外周面係接觸於前述第二構件的內周面。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之旋轉電機之轉子，其中，前述皮膜係被覆於前述複數個永久磁鐵及前述複數個第一構件的外周面；前述皮膜的外周面係接觸於前述第二構件的內周 面。
  4. 如申請專利範圍第1至3項之任一項所述之旋轉電機之轉子，其中，前述第一構件係由不鏽鋼、鋁合金、銅合金、鐵合金或樹脂所形成。
  5. 如申請專利範圍第1至3項之任一項所述之旋轉電機之轉子，其中，前述皮膜係由鋁合金、銅合金或樹脂所形成。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之旋轉電機之轉子，其中，前述皮膜的導電率係銅的導電率以下。
  7. 如申請專利範圍第1至3項之任一項所述之旋轉電機之轉子，其中，前述第二構件係由碳纖維強化塑膠、玻璃纖維強化塑膠、鈦或不鏽鋼所形成。
  8. 一種旋轉電機之轉子，具備：圓筒狀的鐵芯；於前述鐵芯的圓周方向無間隙地貼附於前述鐵芯的外周面之複數個永久磁鐵；以熔射非磁性材料形成而被覆於前述複數個永久磁鐵的外周面之皮膜；以及配置於前述皮膜的外周面上，覆蓋前述皮膜的外周面之圓筒狀的構件。
  9. 一種旋轉電機之轉子之製造方法，具備：於鐵芯的圓周方向分離地貼附複數個永久磁鐵於圓筒狀的前述鐵芯的外周面之製程；於前述鐵芯的外周面貼附分別填埋於前述圓周方 向彼此相鄰的前述永久磁鐵間的間隙的複數個第一構件之製程；熔射非磁性材料，形成至少被覆於前述複數個永久磁鐵的外周面的皮膜之製程；以及於前述皮膜的外周面上配置覆蓋前述複數個第一構件及前述皮膜的外周面之圓筒狀的第二構件之製程；前述複數個第一構件的外周面係接觸於前述第二構件的內周面，或是經由前述皮膜而接觸於前述第二構件的內周面。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之旋轉電機之轉子之製造方法，其中，於前述皮膜的形成之後，包含削切加工前述轉子的外周面之製程。
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