JP5471933B2

JP5471933B2 - 磁石付ロータ

Info

Publication number: JP5471933B2
Application number: JP2010166185A
Authority: JP
Inventors: 岳志朝永
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-07-23
Filing date: 2010-07-23
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2030-07-23
Also published as: JP2012029469A

Description

本発明は、積層鋼板により構成し、磁石挿入孔と、磁石挿入孔に連続する空隙形成孔とを含むロータコアと、磁石挿入孔に挿入された磁石とを備える磁石付ロータに関する。

従来から、ステータとロータとを備える回転電機において、ロータとして、永久磁石を有する磁石付ロータを用いた永久磁石型回転電機が使用されている。磁石付ロータは、ロータコアに設けた磁石挿入孔に永久磁石を挿入し、磁石挿入孔に連続する孔に樹脂を充填し、固化させることで、磁石挿入孔からの永久磁石の脱落を防止することが行われている。

例えば、特許文献１には、略円柱形状のヨークと、永久磁石とを備える永久磁石付きのロータが記載されている。ヨークは、収納部を有し、収納部に永久磁石を収納するとともに、ヨークの両端面に設けた上蓋及び底蓋により収納部を塞いでいる。収納部の永久磁石との間に樹脂が注入され、上蓋には永久磁石と対向する面に凹部を形成している。収納部に樹脂を注入する際に凹部に樹脂が流入するので、凹部がバッファとして機能して、樹脂がヨークの外周面に漏出するのを防止できるとされている。

一方、特許文献２には、軟磁性のロータコアと、ロータコアに挿入された前側磁石及び後側磁石と、軟磁性のセグメントとを備えるロータが記載されている。ロータコアは、軟磁性のヨーク部と、ヨーク部の外周面から径方向ステータ向きに突出する磁気突極部とを有し、セグメントの前端及び後端を磁気突極部の先端部の側端面に接続部により連結している。また、磁気突極部と、セグメントと、永久磁石とに区画された空間である非磁性部に、樹脂や非磁性金属を充填してもよいとされている。

特開２００９−７７５４７号公報特開２００９−１２４８９９号公報

特許文献１、２に記載されたロータの場合、収納部や非磁性部に樹脂を充填することができるとされている。また、特許文献２に記載のロータの場合、永久磁石の挿入部分に連続する非磁性部である空隙にも樹脂を充填できる。この場合、樹脂の充填により磁石をロータに対し固定できる可能性がある。ただし、磁石挿入部分に連続する空隙またはこの空隙に連続する空隙が大きい場合には、樹脂の充填時に大きな空隙に樹脂が流入する可能性があり、使用樹脂量が多くなり、ロータの製造コストが高くなる原因となる。このため、ロータにおいて、使用樹脂量を低減できる手段の実現が望まれている。一方、ロータの性能向上を図るために、ロータコアを複数の鋼板を積層した積層鋼板により構成することが行われている。

これに対して、使用樹脂量を低減できるロータとして、空隙内を板状等に形成されたシール部材により仕切り、シール部材により仕切られた小さい空隙内のみに樹脂を充填するロータも考えられている。この場合、ロータコアの空隙を形成する孔内面に設けたシール突き当て部にシール部材を突き当てる。ただし、ロータコアを積層鋼板により構成する場合、このシール突き当て部の側面には、隣り合う鋼板同士の位置ずれによる微小な凹凸が発生している可能性がある。このため、シール突き当て部にシール部材を突き当てた場合に、シール突き当て部とシール部材との接触部にシール突き当て部の凹凸に基づく隙間が発生する可能性がある。この隙間が発生した場合には、小さい空隙に樹脂を充填する場合に、シール突き当て部とシール部材との接触部に生じた隙間を通じて、大きな空隙側に樹脂が漏れ出てしまい、使用樹脂量が多くなる可能性がある。

本発明は、磁石付ロータにおいて、ロータコアを積層鋼板により構成する構成において、使用樹脂量を有効に低減することを目的とする。

本発明に係る磁石付ロータは、積層鋼板により構成され、磁石挿入孔と、前記磁石挿入孔に連続する空隙形成孔であって、前記磁石挿入孔と空隙形成孔とが連結されることにより連結孔を形成する空隙形成孔とを含むロータコアと、前記磁石挿入孔に挿入された磁石と、を備え、前記ロータコアは、前記磁石挿入孔、または、前記空隙形成孔、または前記磁石挿入孔と前記空隙形成孔との接続部に、磁石端面よりも前記空隙形成孔側に設けられたシール突き当て部であって、前記積層鋼板により構成されるシール突き当て部を含み、さらに、前記連結孔に挿入されて前記磁石の端面に対向配置され、かつ、前記シール突き当て部に突き当てられたシール部材と、前記シール突き当て部において、前記シール部材と対向する凹凸面に、前記凹凸面の凹部を埋めるように塗布された塗布樹脂材と、前記磁石の端面と前記シール部材との間に設けられた樹脂充填用空間に充填され、固化されている充填樹脂とを備えることを特徴とする磁石付ロータである。

また、本発明に係る磁石付ロータにおいて、好ましくは、シール突き当て部は、空隙形成孔において、磁石挿入孔と接続される側の端部の側面に設けられている。

本発明の磁石付ロータによれば、ロータコアを積層鋼板により構成する構成において、樹脂充填用空間への樹脂の充填時に、樹脂がシール部材とシール突き当て部との接触部を通じて、空隙形成孔内側の大きな空隙部側に漏れ出ることがなく、使用樹脂量を有効に低減できる。

本発明の実施の形態の１例の磁石付ロータを備える回転電機を示す部分断面図である。図１の一部を拡大して示す図である。図２のＡ部拡大図である。樹脂充填用空間に充填樹脂を設ける前の状態で示す、図３に対応する図である。シール板と、塗布樹脂材とを離した状態で示す、図３のＢ−Ｂ断面図である。本発明から外れた比較例における不都合を説明するための図５に対応する図である。

以下において、図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。図１から図５は、本発明の実施の形態の１例を示している。

図１に示すように、本実施の形態の磁石付ロータを備える回転電機１０は、図示しないモータケースに固定したステータ１２と、ステータ１２の径方向内側に対向配置した回転可能な磁石付ロータ（以下、単に「ロータ」という。）１４とを備える。ステータ１２は、ステータコアと、ステータコアの内周面に径方向に突出するように設けた複数のティースと、複数のティースに巻装したステータ巻線とを含む。複数のステータ巻線は、例えば、３相のステータ巻線であり、電源からインバータを介して３相の交流電流を入力されることにより、ステータ１２において回転磁界を生成する。

また、ロータ１４は、ロータコア１６と、ロータコア１６に設けられた複数の永久磁石１８とを備える。ロータコア１６は、図示しない回転軸に固定して使用するもので、複数の鋼板を積層してなる積層鋼板により構成している。また、ロータコア１６は、複数の磁石挿入孔２０と、それぞれの磁石挿入孔２０に連続する空隙形成孔２４とを含む。磁石挿入孔２０は、ロータコア１６の外周寄り部分に２つを１組として、複数組を周方向等間隔に配置している。それぞれの組では、それぞれ直線状に伸びるように設けた２つの磁石挿入孔２０を、互いにロータコア１６の径方向外側に向かって広がるような略Ｖ字形に配置している。

これに対して、空隙形成孔２４は、磁石挿入孔２０の径方向（「径方向」とはロータコア１６の径方向をいう。以下同じ。）内端部に連続して、径方向内側及び周方向等に広がっている。そして、磁石挿入孔２０にそれぞれ永久磁石１８を挿入し、後述する充填樹脂により固定している。

永久磁石１８は、それぞれ図１に矢印で示す方向、または矢印とは逆方向に着磁している。また、それぞれの組の磁石挿入孔２０に挿入した永久磁石１８は、径方向に関して同じ側に同じ極の磁場が生成されるようにしている。また、ロータコア１６に形成した空隙形成孔２４は、それぞれ内部に空隙部Ｋを形成し、ロータ１４により生成する磁気特性を適切に設定するために設けている。なお、図１は、ロータ１４及びステータ１２の周方向一部のみを示しており、周方向の他の部分には図１に示す構成と同様の構成が、周方向に複数連続して設けられている。このように構成するため、ロータ１４の外周部にＮ極とＳ極との磁極が周方向に交互に配置される。

また、図２から図４に詳しく示すように、ロータコア１６は、磁石挿入孔２０と空隙形成孔２４との接続部であり、永久磁石１８の長さ方向に関する一端面３０の幅方向（図２から図４の左右方向）一端部に位置する、積層鋼板により構成される突出部３２を含んでいる。

また、本実施の形態では、永久磁石１８をロータコア１６に固定するために磁石挿入孔２０の両端部に溶融樹脂を充填し、固化させることにより構成する充填樹脂３６を設けている。例えば、図２、図３では、砂地部分により充填樹脂３６を表している。例えば、充填樹脂３６は、熱硬化性樹脂により構成する。この場合、ロータコア１６に溶融樹脂を充填した後、ロータコア１６を加熱し、樹脂を硬化させ固化した後、冷却することにより充填樹脂３６を構成する。

また、磁石挿入孔２０に空隙形成孔２４が連続しているのにもかかわらず、磁石挿入孔２０への溶融樹脂の充填時に空隙形成孔２４まで樹脂が流入しないようにするため、空隙形成孔２４の内側の、磁石挿入孔２０に対向する端部にシール部材であるシール板３８を配置している。シール板３８は、断面台形状で、２の側面を、空隙形成孔２４の内面の２個所に位置するシール突き当て部である突き当て部３３，３４に突き当てている。すなわち、突き当て部３３，３４は、空隙形成孔２４において、磁石挿入孔２０と接続される側の端部の２の側面に設けられている。この場合、ロータコア１６において、シール板３８を突き当てる突き当て部３３，３４は、積層鋼板により構成しているので、積層鋼板を構成する複数の鋼板の位置ずれにより突き当て部３３，３４の側面に凹凸が生じる可能性がある。本実施の形態では、このように凹凸が生じた場合でも、磁石挿入孔２０への溶融樹脂の充填時に凹凸とシール板３８との隙間を通じて、空隙形成孔２４側へ樹脂が漏れ出ることを防止するために、各突き当て部３３，３４に樹脂材を塗布している。

すなわち、図３から図５に詳しく示すように、ロータ１４は、シール部材であるシール板３８と、塗布樹脂材４０（図５）と、充填樹脂３６とを含む。シール板３８は、例えば、樹脂や、非磁性の金属等により平板状に構成しており、磁石挿入孔２０に挿入された永久磁石１８の一端面３０に対向配置している。なお、シール板３８は、断面台形状に限定するものではなく、種々の形状とすることができる。また、図３に示すように、シール板３８の幅方向両側面を、空隙形成孔２４の内面に設けた突き当て部３３，３４の側面に突き当てている。

また、図５に示すように、積層鋼板により構成する突き当て部３３，３４の側面で、シール板３８と対向する側面に、複数の鋼板４２同士の位置ずれに基づく凹凸面４４が設けられている。そして、塗布樹脂材４０は、凹凸面４４の凹部を埋めるように凹凸面４４に塗布されている。したがって、塗布樹脂材４０の片側（図５の左側）は凹凸面４４に沿うような形状になっている。この状態で、シール板３８は、塗布樹脂材４０を介して突き当て部３３，３４の側面に突き当てている。例えば、塗布樹脂材４０は、シリコーン樹脂等を含む樹脂接着材とする。この場合には、塗布樹脂材４０によりシール板３８が突き当て部３３，３４に接着結合される。なお、塗布樹脂材４０は、このような樹脂接着材に限定するものではなく、種々の樹脂材を採用できる。また、突き当て部３３，３４のシール板３８を突き当てる側面を含んでいれば、ロータコア１６のそれ以外の部分にも塗布樹脂材を塗布することもできる。また、図３から図５では、突き当て部３３，３４を、空隙形成孔２４の内面の一部により構成している。ただし、シール板３８を突き当てるシール突き当て部を、磁石挿入孔の側面で永久磁石の長さ方向一端側に外れた部分に位置する側面、または磁石挿入孔と空隙形成孔との接続部、例えば突出部２２の側面等とすることもでき、このシール突き当て部のシール板３８を突き当てる側面に塗布樹脂材４０を塗布することもできる。また、図１に示す例では、各組の磁石挿入孔に接続された２の空隙形成孔２４のうち、１の空隙形成孔２４のみにシール板３８を設けているが、すべての空隙形成孔２４にシール板３８を設け、それぞれの空隙形成孔２４の、シール板３８を突き当てる側面と、シール板３８との間に塗布樹脂材を設けることもできる。

また、図４に示すように、ロータ１４に、永久磁石１８の一端面３０と、突出部３２等の磁石挿入孔２０及び空隙形成孔２４の接続部の側面と、シール板３８の側面とにより囲まれる樹脂充填用空間４６が設けられている。すなわち、樹脂充填用空間４６は、永久磁石１８の一端面３０と、シール板３８の側面との間に設けられている。また、図３に示すようにこの樹脂充填用空間４６に樹脂を充填し、固化することで充填樹脂３６を設けている。図２に示すように、充填樹脂３６は、磁石挿入孔２０の長さ方向他端部（図２の上端部）に設けた樹脂充填用空間にも充填するので、永久磁石１８はロータコア１６に固定され、磁石挿入孔２０からの永久磁石１８の脱落が防止される。

このようなロータ１４によれば、シール板３８と接触する突き当て部３３，３４の側面の凹凸面４４に凹部を埋めるように塗布樹脂材４０が塗布されているので、ロータコア１６を積層鋼板により構成する構成において、シール板３８を凹凸面４４に突き当てた状態で、永久磁石１８の端部周辺部に存在する樹脂充填用空間４６への溶融樹脂の充填時に、その溶融樹脂が凹凸面４４とシール板３８との接触部を通じて、空隙形成孔２４内側の大きな空隙部Ｋ側に漏れ出ることがない。このため、ロータ１４における使用樹脂量を有効に低減できる。

図６は、本発明から外れた比較例における不都合を説明するための図５に対応する図である。この比較例では、本実施の形態と同様の構成において、空隙形成孔の端部であって、永久磁石の長さ方向一端面の周辺部となる部分に位置する２個所に設けた突き当て部３３，３４のシール板３８を突き当てる側面のいずれにも、塗布樹脂材４０（図５参照）を塗布していない。したがって、突き当て部３３，３４にシール板３８が、塗布樹脂材４０を介さず直接突き当てられている。このような比較例の場合には、積層鋼板を構成する複数の鋼板４２同士の位置ずれに基づいて、突き当て部３３，３４の側面とシール板３８の側面との間に、図６に黒地で塗りつぶした隙間４８が形成される。このため、樹脂充填用空間４６（図４参照）に樹脂を充填した場合に、樹脂がこの隙間４８を通じて広い空間である空隙部Ｋ（図４参照）側へ漏れ出る可能性がある。本実施の形態によれば上記のように塗布樹脂材４０によりこのような隙間が形成されないので、空隙部Ｋ側への樹脂漏れを防止でき、ロータ１４における使用樹脂量を有効に低減できる。このため、ロータ１４の製造コストを低減できる。

なお、ロータ１４において、磁石挿入孔２０及び空隙形成孔２４の配置や形状は、上記の図１から図４に示した例に限定するものではなく、磁石挿入孔及び空隙形成孔に関して種々の配置及び形状を採用したロータで、本発明を実施できる。また、上記の説明では、ロータ１４がステータ１２の径方向内側に対向配置されるインナーロータの場合を説明した。ただし、本発明はこのような構成に限定するものではなく、例えば、ロータがステータの径方向外側に対向配置されるアウターロータにおいても、本発明を実施できる。

１０回転電機、１２ステータ、１４磁石付ロータ、１６ロータコア、１８永久磁石、２０磁石挿入孔、２４空隙形成孔、３０一端面、３２突出部、３３，３４突き当て部、３６充填樹脂、３８シール板、４０塗布樹脂材、４２鋼板、４４凹凸面、４６樹脂充填用空間、４８隙間。

Claims

積層鋼板により構成され、磁石挿入孔と、前記磁石挿入孔に連続する空隙形成孔であって、前記磁石挿入孔と空隙形成孔とが連結されることにより連結孔を形成する空隙形成孔とを含むロータコアと、
前記磁石挿入孔に挿入された磁石と、を備え、
前記ロータコアは、
前記磁石挿入孔、または、前記空隙形成孔、または前記磁石挿入孔と前記空隙形成孔との接続部に、磁石端面よりも前記空隙形成孔側に設けられたシール突き当て部であって、前記積層鋼板により構成されるシール突き当て部を含み、
さらに、
前記連結孔に挿入されて前記磁石の端面に対向配置され、かつ、前記シール突き当て部に突き当てられたシール部材と、
前記シール突き当て部において、前記シール部材と対向する凹凸面に、前記凹凸面の凹部を埋めるように塗布された塗布樹脂材と、
前記磁石の端面と前記シール部材との間に設けられた樹脂充填用空間に充填され、固化されている充填樹脂とを備えることを特徴とする磁石付ロータ。
請求項１に記載の磁石付ロータにおいて、
前記シール突き当て部は、前記空隙形成孔において、前記磁石挿入孔と接続される側の端部の側面に設けられていることを特徴とする磁石付ロータ。
請求項１または請求項２に記載の磁石付ロータにおいて、
前記シール部材は、前記積層鋼板を形成する鋼板とは別部材であり、樹脂または非磁性の金属により形成されることを特徴とする磁石付ロータ。