旋转电的制造方法

旋转电的制造方法
【专利摘要】本发明提供采用了I型的埋入磁铁转子的坚固并且效率高的旋转电机。本发明的旋转电机具有如下构造，即，在非磁性体的筒状部件的外周部分固定磁极片，并在邻接的磁极片间配置有永久磁铁。
【专利说明】旋转电机
【技术领域】
[0001]本发明涉及马达、发电机等旋转电机。
【背景技术】
[0002]与地球规模的温室效应现象相关，期待马达、发电机等旋转电机的高效率化和小型大扭矩的旋转电机所引起的车辆电动化的促进作为抑制温室效应的有效的方法。马达被称作工业的米，工厂的耗电量的约70%是由马达引起的。因此，仅将马达的效率提高几个百分点，就能够期待节省与几十万kW级的发电所相当的能量的效果。
[0003]另一方面，作为运输部门的温室效应抑制的方法，举出汽车各部的电动化、HEV(Hybrid Electric Vehicle)或 EV (Electric Vehicle)等的环境对应汽车的普及。例如HEV相比较以往的汽油车而油耗减半，从而能够大幅度减少CO2的排出量。另外，作为车辆电动化的一个例子，若将动力转向从以往的液压驱动变更为马达驱动，则由于怠速停止效果提高3?5%燃料利用率，从而能够减少CO2的排出量。
[0004]旋转电机所使用的钕磁铁、钐钴磁铁等稀土类磁铁相比较以往使用的铁氧体磁铁而约具有三倍的残留磁通密度，从而能够发挥强大的吸引力。因此，近几年，以小型大扭矩的要求强的汽车用马达、要求高能量效率的空调的压缩机用马达等为中心，采用使用了这些稀土类磁铁的磁铁转子(Permanent Magnet Rotor),从而得到了较大的效果。
[0005]但是，这些稀土类磁铁的材料被称作稀少金属(稀土)，埋藏量与铁、铝等基本金属相比极少，挖掘的场所也有限制。因此，与以往的铁氧体磁铁相比金额非常高。根据这样的背景，稀土类磁铁是实现旋转电机的高效率化和小型大扭矩化的有效的材料，另一方面，为了提供低价格的旋转电机，不使用稀土类磁铁，而活化欲实现同等的马达性能的动作。
[0006]下述专利文献I所记载的技术中，使用保持力小但重量单价便宜的铁氧体磁铁，作为产生与钕磁铁同等的吸引力的方法，采用I型埋入磁铁转子。
[0007]下述专利文献2所记载的技术中公开了如下结构，S卩，作为对在由磁性金属构成的圆柱体2a埋入有永久磁铁5a以及5b的旋转件进行固定的机构,使用圆筒体4。
[0008]现有技术文献
[0009]专利文献1:日本特开2010-183684号公报
[0010]专利文献2:日本特开2011-239650号公报
[0011]上述专利文献I所记载的技术中，作为固定磁极的机构而使用树脂。但是，对于由树脂支承磁极片和磁铁的转子构造而言，在强度的观点上无法承受较大的反作用力。另外，在汽车用的马达、发电机等的温度、湿度等使用环境严峻的旋转电机中，也担心树脂的热变形、劣化等。
[0012]上述专利文献2所记载的技术中，永久磁铁5a以及5b的内周侧由磁性体构成，而通过在磁性体与永久磁铁之间流动磁通，从而认为能减少旋转力。

【发明内容】
[0013]本发明是鉴于以上的课题而完成的，其目的在于提供采用了 I型的埋入磁铁转子的坚固并且效率高的旋转电机。
[0014]本发明的旋转电机具有如下构造，S卩，在非磁性体的筒状部件的外周部分固定磁极片，并在邻接的磁极片间配置有永久磁铁。
[0015]根据本发明的旋转电机，不在转子的内周侧流动不需要的磁通，使磁极片和永久磁铁一体来作为转子，从而能够稳固地进行保持。由此，能够提供采用铁氧体磁铁等廉价的永久磁铁的坚固并且效率高的I型埋入磁铁转子。
[0016]上述的以外的课题、结构、以及效果通过以下的实施方式的说明而变得清楚。
【专利附图】

【附图说明】
[0017]图1是表示I型埋入磁铁转子的转子部分的图。
[0018]图2是表示以往型的表面磁铁马达的转子部分的图。
[0019]图3是表示I型埋入磁铁转子的磁通的流动的图。
[0020]图4是表示在现有的I型埋入磁铁转子中固定部件的机构的图。
[0021]图5是筒状部件7的立体图。
[0022]图6是磁极片3的立体图。
[0023]图7是表示嵌合有磁极片3和筒状部件7的状态的立体图。
[0024]图8是I型埋入磁铁转子14的结构图。
[0025]图9是表示组合有I型埋入磁铁转子14和定子15的状态的立体图。
[0026]图10是实施方式2的筒状部件7的立体图。
[0027]图11是实施方式3的筒状部件7的立体图。
[0028]图12是在实施方式4中形成板状部件17的块状部件20的俯视图。
[0029]图13是实施方式5的筒状部件7的立体图。
[0030]图14是表示在实施方式6中构成I型埋入磁铁转子14的I层大小的部件的立体图。
[0031]图15是层叠地形成有图14所示的I层大小的部件的筒状部件7的立体图。
[0032]图中:
[0033]I一7欠久磁铁，2—转子，3—磁极片，4一转子内周部，5—定子，6—树脂，7—筒状部件，8?9—配合部，10—跨接部，11—楔，12—圆板，13—旋转轴，14一I型埋入磁铁转子，15—定子，17一板状部件，18—突起，19一槽,20—块状部件,21—铆接部,22—板状磁极片。
【具体实施方式】
[0034]<以往的I型埋入磁铁转子>
[0035]以下，首先，作为比较例对以往的I型埋入磁铁转子进行说明，之后说明本发明的旋转电机的结构。
[0036]图1是表示I型埋入磁铁转子的转子部分的图。对于I型埋入磁铁转子而言，使用保持力小但重量单价便宜的铁氧体磁铁，而作为产生与钕磁铁同等的吸引力的机构来使用。
[0037]I型埋入磁铁转子中，以分段磁铁I的长边方向朝向转子2的径向的方式配置。即，定子的内周面位于转子2的外周侧。在沿周向配置的分段磁铁I之间，配置由电磁钢板等磁性体构成的磁极片3。
[0038]图2是表示以往型的表面磁铁(SPM:Surface Permanent Magnet)马达的转子部分的图。表面磁铁马达中，以磁铁I的长边方向沿着转子2的周向的方式配置。S卩，定子的内周面位于转子2的外周侧。
[0039]图1所示的I型埋入磁铁转子通过改变埋入磁铁的方向，能够相比较图2所示的以往型的表面磁铁转子而增大磁铁I的长边方向的尺寸。I型埋入磁铁转子中，即使使用保持力相比较稀土类磁铁为1/3左右的铁氧体磁铁，通过例如使磁铁表面积为3倍，也能够产生与使用了稀土类磁铁的转子同等的吸引力。此外，若增加磁铁表面积则使用的磁铁的体积增加，但重量单价低，相应地能够降低旋转电机的成本。
[0040]图3是表示I型埋入磁铁转子的磁通的流动的图。图3 (a)是表示永久磁铁I的内周部4为磁性体的情况下的磁通的流动，图3 (b)是表示非磁性体的情况下的磁通的流动。
[0041]对于I型埋入磁铁转子而言，需要使磁极片3彼此不接触地固定于转子内周部4。在转子内周部4为磁性体的情况下，如图3 (a)所示，在转子内周部4与永久磁铁I之间流动不需要的磁通，从而在定子5与永久磁铁I之间流动的磁通量减少。因此，有无法得到所希望的扭矩的可能性。通过使转子内周部4由非磁性体部件构成，从而如图3 (b)所示，能够消除在转子内周部4流动的不需要的磁通，并能够有效活用磁通而确保吸引力。
[0042]图4是表示在现有的I型埋入磁铁转子中固定部件的机构的图。图4中，磁极片3和永久磁铁I沿周向交替配置，整体由作为非磁性体的树脂6模制而成，与旋转轴组合而构成转子。作为树脂6的例子，举出PBT (聚对苯二酸丁二酯)、PPS (聚苯硫醚)、LCP (液晶聚合物)树脂等热塑性树脂、BMC (块状模塑料(Bulk Molding Compound))树脂等热固化性树脂等。
[0043]若使用树脂6来固定磁极片3和永久磁铁1，则能够抑制图3 (a)所示的不需要的磁通的流动，但在强度、耐温度性的观点上有悬念。因此，本发明中，提出能抑制不需要的磁通的流动并且增加了坚固性的I型埋入磁铁转子的构造。
[0044]<实施方式I >
[0045]以下，使用图5?图9，对制造本发明的实施方式I的旋转电机的过程进行说明。本发明的旋转电机具有如下构造，即，在使用非磁性体而构成的筒状部件7的外周固定磁极片3和永久磁铁I。
[0046]图5是筒状部件7的立体图。使用招(JIS (Japan Industrial Standard)规格的A5052、A2017、A7075)、不锈钢(JIS规格的SUS304)等非磁性金属，来制作图5所示的筒状部件7。在使筒状部件7作为块状的一体部件而制作的情况下，使用切削挤压成形、铸造等制造方法。在筒状部件7的外周部分，设置用于与磁极片3嵌合的配合部8。配合部8与磁极片3所具备的对应的配合部的形状对照地形成为槽形状或者突起形状。
[0047]图6是磁极片3的立体图。磁极片3可以通过利用烧结、粘合材料(粘结剂)来固定粉末状的磁性体而构成，也可以通过对表面进行了绝缘涂层的电磁钢板进行穿孔.层叠、(利用铆接、焊接等)并固定而构成。在磁极片3的根侧设置用于与筒状部件7嵌合的配合部9。配合部9与筒状部件7所具备的配合部8的形状对照地形成为突起形状或者槽形状。另外，在磁极片3的前端设置跨接部(bridge) 10，以使永久磁铁I不会向转子的外周飞出。也可以代替地，在磁极片3的前端设置供楔插入的槽。
[0048]图7是嵌合有磁极片3和筒状部件7的状态的立体图。使磁极片3的配合部9和筒状部件7的配合部8的位置对照地嵌合，并且在形成于筒状部件7与各磁极片3之间的空间插入板状的永久磁铁I。为了防止永久磁铁I的破损，使用粘结材料等，来固定磁极片
3、筒状部件7、永久磁铁I也可以。
[0049]图8是I型埋入磁铁转子14的结构图。图8 (a)是I型埋入磁铁转子14的立体图，图8 (b)是摘除一部分的俯视图。
[0050]在磁极片3的跨接部10的内周侧，插入由绝缘纸、树脂、金属等构成的板材来作为楔11，以免磁极片3变形而使永久磁铁I沿周向飞出(图8 (b))。并且，在沿筒状部件7的轴向的两端面安装圆板12，以使永久磁铁I不会在转子轴向上飞出，并且不会使磁极片3和筒状部件7在转子轴向上分解。而且，旋转轴13和筒状部件7使用螺栓固定、键、滚花(使在旋转轴13的表面沿轴向配置的突起嵌入筒状部件7的内周面)、压入等而成为一体，从而构成I型埋入磁铁转子14。
[0051]图9是表示组合有I型埋入磁铁转子14和定子15的状态的立体图。如图9所示，I型埋入磁铁转子14设置在定子15的内周，由轴承将旋转轴13的两端支承为能够旋转(未图示)。对于定子15而言，将电磁钢板冲裁成在内周设有多个槽(插口)的筒状并层叠、固定，并由树脂制的绝缘子保护齿的周围，之后，对线圈进行卷线，并连接线圈的终端线而构成电路。若在定子线圈的输入线流动电流，则通过定子线圈的电磁铁而在定子铁芯的内周面产生旋转的磁场，从而与I型埋入磁铁14的永久磁铁I相互吸引而同步旋转。
[0052]<实施方式1:总结>
[0053]如上所述，对于本实施方式I的旋转电机而言，通过使使用非磁性金属而构成的筒状部件7和磁极片3在轴向上嵌合，不在磁极片3的内周侧通过不需要的磁通，从而能够稳固地保持磁极片3。由此，能够不使用高价的稀土类磁铁地实现大输出的旋转电机。
[0054]〈实施方式2>
[0055]磁极片3和筒状部件7的嵌合尺寸优选以JIS规格的H7孔和g6轴左右的尺寸公差来组装。但是，通过切削、挤压、铸造等方法而制造在外周面以上述尺寸精度形成有多个(本实施方式2中为56)配合部8的筒状部件7需要花费时间，从而部件变得高价。因此，本发明的实施方式2中，对如下构成例进行说明，S卩，通过对设有上述尺寸精度的配合部8的板状部件进行层叠，来形成筒状部件7。其它的结构与实施方式I相同。
[0056]图10是本实施方式2的筒状部件7的立体图。对与实施方式I所说明的相同的非磁性金属板(例如厚度为0.8mm、1.0mm等)进行冲裁而形成板状部件17,对该板状部件17进行层叠.固定(铆接、焊接等)，从而构成筒状部件7。
[0057]对于冲裁并层叠板材(卷筒材料)的方法而言，是在以往的为了制造旋转电机的定子或转子而冲裁并层叠电磁钢板时也使用的方法，能够在短时间内高精度地制造设有配合部8的板状部件17。并且，若在板状部件17的表面实施绝缘涂层，则能够抑制涡流所引起的损失。在不要求强度的情况下，板状部件17的材料不需要限定于金属，也可以使用树脂
坐寸ο
[0058]如上所述，根据本实施方式2，通过层叠.固定非磁性体的板状部件17，能够高精度并且在短时间内形成筒状部件7的配合部8。另外，通过对板状部件17 (或者冲裁前的板材)的表面进行绝缘涂层，能够防止涡流的产生，并能够抑制旋转电机的效率降低。
[0059]<实施方式3>
[0060]若通过层叠板状部件17来形成筒状部件7，则由于金属模形状、板厚偏差而在每层产生稍微的形状差，从而有降低筒状部件7的形状精度的可能性。因此，本发明的实施方式3中，对在实施方式2所说明的方法中使筒状部件7的形状精度进一步提高的构成例进行说明。
[0061]图11是本实施方式3的筒状部件7的立体图。本实施方式3中，如图11所示，当层叠板状部件17而形成筒状部件7时，以与配合部8相同的间距或者其整数倍的间距一边使金属模和板材相对旋转一边进行冲裁，并且一边使每层的位置沿旋转方向错开一边进行层叠。除使层叠位置在每层错开的方面以外，与实施方式2相同。
[0062]通过使层叠位置在每层错开，能够吸收金属模形状、材料的板厚偏差，从而能够提高筒状部件7的外周的垂直度。由此，使定子内周与I型埋入磁铁转子14之间的间隙均匀，从而能够将旋转电机的齿槽效应抑制为小的水平。
[0063]此外，不需要使全部的层的层叠位置相互不同，若至少任一层的层叠位置与其它层不同，则能够发挥相应的效果。
[0064]〈实施方式4>
[0065]在直径大的转子的情况下，若通过环状部件的冲裁.层叠来一体构成非磁性体的筒状部件7，则材料利用率变差，而成为成本增加的要因。因此,本发明的实施方式4中，对通过连结多个部件来形成板状部件17的构成例进行说明。其它的结构与实施方式3相同。
[0066]图12是在本实施方式4中形成板状部件17的块状部件20的俯视图。块状部件20沿周向分割板状部件17，在沿周向的一端设有突起18，并在另一端设有槽19。为了在层间稳定地进行固定，也可以另外设置铆接部21。沿周向连结块状部件20，并对邻接的突起18和槽19进行嵌合，从而能够形成板状部件17。
[0067]根据本实施方式4，各个块状部件20比板状部件17小很多，从而能够以高的材料利用率制造筒状部件7。
[0068]<实施方式5>
[0069]本发明的实施方式5中，对将实施方式3所说明的在每层使层叠位置错开的方法用于实施方式4所说明的连结块状部件20的结构的构成例进行说明。其它的结构与实施方式4相同。
[0070]图13是本实施方式5的筒状部件7的立体图。首先，对厚度比最终的筒状部件7的层叠厚度薄的块状部件20进行层叠，并使它们沿周向连结而构成环状部件。以块状部件20的连结位置在每层不同的方式层叠各层。
[0071]层叠后的块状部件20彼此可以使用实施方式4所说明的突起18和槽19来固定，也可以通过焊接.铆接等来连结。
[0072]通过使连结位置在每层不同，从而在沿周向分割筒状部件7的情况下，也在轴向上使形状和尺寸均匀，进而能够提高筒状部件7的垂直度，并与实施方式3相同地将旋转电机的齿槽效应抑制为小的水平。
[0073]此外，不需要在全部的层中使块状部件20彼此的连结位置不同，若至少任一层的连结位置与其它层不同，则能够发挥相应的效果。
[0074]<实施方式6>
[0075]实施方式3和5中，对通过使板状部件17或者块状部件20的层叠位置在每层错开来提高筒状部件7的形状精度的情况进行了说明。本发明的实施方式6中，对通过使形成磁极片3的板状磁极片22和板状部件17连结而层叠来形成旋转电机的构成例进行说明。其它的结构与实施方式I~5相同，从而以下以连结板状磁极片22和板状部件17的部件为中心进行说明。
[0076]图14是表示在本实施方式6中构成I型埋入磁铁转子14的I层大小的部件的立体图。通过电磁钢板的冲裁等生成的板状磁极片22和实施方式2所说明的板状部件17如图14所示地通过配合部8和9而连结。图14中，为便于记载，仅表示一个板状磁极片22，但遍及板状部件17的整周地连结板状磁极片22。
[0077]图15是层叠地形成有图14所示的I层大小的部件的筒状部件7的立体图。当层叠图14所示的部件时，与实施方式3相同，一边使各层以一定角度旋转一边进行层叠，并使用焊接等进行固定。若对照磁极片3和圆筒状部件7所构成的空隙的形状来配置永久磁铁1，则能够构成带偏斜的(磁电路相对于轴向倾斜)的I型埋入磁铁转子14。
[0078]通过一边使各层旋转一边进行层叠，能够与实施方式3相同，使筒状部件7的形状尺寸在轴向上均匀，并且能够提高I型埋入磁铁转子14的圆柱度而减小旋转电机的齿槽效应。并且，通过一边使连结有板状部件17和板状磁极片22的层部件在每层沿旋转方向错开一边进行层叠，能够形成偏斜而抑制旋转电机的齿槽效应。
[0079]本发明不限定于上述的实施方式，包括各种变形例。上述实施方式是为了容易理解本发明而详细地进行了说明，不限定于必须具备所说明的全部的结构。另外，也能够将某实施方式的结构的一部分置换成其它实施方式的结构。另外，也能够在某实施方式的结构上增加其它实施方式的结构。另外，也能够`对于各实施方式的结构的一部分追加?削除?置换其它的结构。
【权利要求】
1.一种旋转电机，其特征在于， 具备:使用磁性体构成的多个磁极片； 使用非磁性体构成的筒状部件；以及 与所述筒状部件连结的旋转轴， 使设置在所述筒状部件的外周的配合部与所述磁极片所具有的配合部嵌合来固定所述磁极片和所述筒状部件， 在邻接的所述磁极片的空隙部分配置有永久磁铁。
2.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于， 所述筒状部件通过对使用非磁性体构成的板状部件进行层叠而形成。
3.根据权利要求2所述的旋转电机，其特征在于， 层叠后的所述板状部件中的至少一部分以沿所述旋转轴的旋转方向的位置与其它的所述板状部件不同的方式层叠。
4.根据权利要求2所述的旋转电机，其特征在于， 所述筒状部件通过层叠所述板状部件而形成， 所述板状部件通过沿所述旋转轴的旋转方向对形成所述筒状部件的外周部分的一部分的块状部件进行连结而构成。
5.根据权利要求4所述的旋转电机，其特征在于， 层叠后的所述板状部件中的至少一部分以构成所述板状部件的所述块状部件的沿所述旋转方向的连结位置与其它的构成所述板状部件的所述块状部件的沿所述旋转方向的连结位置中的至少一部分不同的方式层叠。
6.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于， 所述磁极片通过对使用磁性体构成的板状部件进行层叠来形成。
7.根据权利要求6所述的旋转电机，其特征在于， 所述磁极片和所述筒状部件通过层叠第二板状部件而形成， 该第二板状部件通过所述配合部而分别嵌合有形成所述磁极片的板状部件和形成所述筒状部件的板状部件。
8.根据权利要求7所述的旋转电机，其特征在于， 所述第二板状部件以沿所述旋转轴的旋转方向的位置在每层按一定的旋转角错开的方式层叠。
9.根据权利要求1所述的旋转电机，其特征在于， 所述筒状部件使用非磁性金属而构成。
10.根据权利要求9所述的旋转电机，其特征在于， 所述筒状部件使用Jis规格所规定的作为非磁性金属的A5052、A2017、A7075、SUS304中的至少一个而构成。
【文档编号】H02K1/27GK103683594SQ201310300673
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年7月17日 优先权日:2012年9月26日
【发明者】石上孝, 佐藤克己, 尾方尚文 申请人:株式会社日立制作所