JP6871378B2

JP6871378B2 - 回転電機

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Publication number: JP6871378B2
Application number: JP2019526962A
Authority: JP
Inventors: 懐之新田; 泰行齋藤; 小林　祐二; 祐二小林; 学矢▲崎▼; 圭一郎柏原; 西田　篤史; 篤史西田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Hitachi Astemo Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2017-06-29
Filing date: 2018-06-27
Publication date: 2021-05-12
Anticipated expiration: 2038-06-27
Also published as: CN110870168B; JPWO2019004249A1; US20200119602A1; US11437876B2; CN110870168A; WO2019004249A1

Description

本発明は回転電機に係り、特に、回転子鉄心に設けられた磁石挿入孔に永久磁石が挿入され、その永久磁石が充填剤にて磁石挿入孔に固定されているものに好適な回転電機に関する。

一般に、回転電機は、円環状の固定子と、この固定子に径方向に所定の空隙を介して配置された回転子とを備えており、前記回転子は、周方向に所定の間隙をもって形成され、軸方向に伸延する複数の磁石挿入孔が設けられた回転子鉄心と、前記複数の磁石挿入孔の各々に挿入された永久磁石と、この永久磁石を前記磁石挿入孔に固定するための充填剤とを有している。

上述した永久磁石を磁石挿入孔の規定位置に充填剤を用いて固定する先行技術文献として、例えば、特許文献１を挙げることができる。

この特許文献１には、永久磁石毎の磁気特性のばらつきを抑制することを目的とし、永久磁石を磁石挿入孔に精度良く位置決め固定するために、以下の技術が記載されている。

即ち、永久磁石は、回転子鉄心の径方向に設けられた第１径方向端面と、回転子鉄心の周方向に設けられた第１周方向端面とを備え、磁石挿入孔は、前記第１径方向端面と前記第１周方向端面とが交差する前記永久磁石の角部に対向し、前記第１径方向端面の延長方向及び前記第１周方向端面の延長方向に膨出して形成された膨出部を備え、前記膨出部は、前記永久磁石を固定するための充填剤を充填するための充填溝であり、前記充填溝から前記充填剤を充填することで、前記永久磁石の前記第１径方向端面の反対側に位置する第２径方向端面と前記第１周方向端面の反対側に位置する第２周方向端面が、前記磁石挿入孔の内壁面に押し付けられ、前記永久磁石は、前記磁石挿入孔に対して、精度良く位置決め固定することができるとしている。

特開２０１５−２２０７８０号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載の技術では、磁石挿入孔に充填溝を設けた結果、回転子鉄心の磁束の通る領域に充填溝により空隙領域が拡大（磁束の通る領域が減少）してトルクが減少してしまい、回転電機としての性能が低下する懸念があり、回転子鉄心に充填剤注入用の充填溝を設けることなく、永久磁石を磁石挿入孔の規定位置に固定する必要がある。

本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、回転電機としての性能を落とすことがないことは勿論、回転子鉄心に充填剤注入用の充填溝を設けることなく、永久磁石を磁石挿入孔の規定位置に固定するが可能な回転電機を提供することにある。

本発明の回転電機は、上記目的を達成するために、回転子と固定子から成り、前記回転子は、複数の磁石挿入孔が設けられた回転子鉄心と、前記磁石挿入孔に挿入された永久磁石と、前記永久磁石を前記磁石挿入孔に固定するための充填剤とを備えた回転電機において、前記永久磁石は、前記回転子の径方向に設けられ、外周側に位置する第１径方向端面と、前記回転子の周方向に設けられた１対の周方向端面とを備え、前記永久磁石の前記１対の周方向端面と前記第１径方向端面が交差する２箇所に角部が形成されており、前記２箇所の角部と前記磁石挿入孔の内壁面との間に形成される隙間を前記充填剤の充填剤注入口とし、かつ、前記磁石挿入孔は、前記永久磁石の前記第１径方向端面と対向する外周側端面を有し、前記磁石挿入孔の外周側端面は、前記第１径方向端面と対向する領域内に変曲点が形成されていないと共に、前記磁石挿入孔の外周側端面と連続している前記磁石挿入孔の内壁面の一部が、前記磁石挿入孔の外周側端面との境界部付近に変曲部をもって前記永久磁石側に湾曲していることを特徴とする。

本発明によれば、回転電機としての性能を落とすことがないことは勿論、回転子鉄心に充填剤注入用の充填溝を設けることなく、永久磁石を磁石挿入孔の規定位置に固定することが可能な回転電機を得ることができる。

本発明の実施例１に係る回転電機を搭載したハイブリッド電気自動車の概略構成を示すブロック図である。本発明の実施例１に係る回転電機の概略構成であり、シャフトを挟んで上側の領域を断面で示し、下側の領域を側面で示す図である。本発明の回転電機の実施例１における回転子及び固定子を示す正面図である。図３における固定子及び回転子の１磁極分を拡大して示す図である。図４における磁石挿入孔近傍を拡大して示す図である。本発明の回転電機の実施例１における回転子における２箇所の永久磁石の角部の面取り形状によって形成される隙間を充填注入口とした場合の充填剤の注入を説明するための図である。図６のＢ部拡大図である。

以下、図示した実施例に基づいて本発明の回転電機を説明する。なお、各図において、同一構成部品には同符号を使用する。

図１に、本発明の実施例１に係る回転電機を搭載したハイブリッド電気自動車の概略構成を示す。

該図において、車両１には、車両動力源としてのエンジン２と回転電機３が搭載されている。なお、役割の異なる２つの回転電機３を併用するようにしても良く、この場合、一方の回転電機３は発電及び車両駆動の双方を行い、他方の回転電機３は車両の駆動を担う。

エンジン２及び回転電機３による回転トルクは、無段変速機や有段自動変速機等の変速機４及びディファレンシャルギア５を介して車輪（駆動輪）６に伝達される。回転電機３は、エンジン２と変速機４の間、若しくは変速機４の中に搭載される。従って、回転電機３は、車両１に対するスペースの影響を最小限とするため、小型高出力化が要求される。

図２は、図１に示した回転電機３を簡略的に示すものであり、シャフト１０を挟んで上側の領域を断面で示し、下側の領域を側面として示している。

該図に示すように、回転電機３は、フロントブラケット７ａ及びリアブラケット７ｂ、ハウジング７ｃで構成されたケース７の内部に収納配置されている。ここで、ケース７は、フロントブラケット７ａとハウジング７ｃで構成される一体型のケースである場合、或はリアブラケット７ｂとハウジング７ｃで構成される一体型のケースである場合もある。

また、図１に示すように、回転電機３がエンジン２と変速機４の間に配置される場合、ケース７はエンジン２のケースや変速機４のケースを利用して構成されている。また、回転電機３が変速機４の中に搭載される場合には、ケース７が変速機４のケースを利用して構成されている。

また、回転電機３は、回転子８と固定子９とを備えている。固定子９は、その外周側がハウジング７ｃの内周側に固定され、回転子８は、固定子９の内周側に所定の空隙を介して配置されている。回転子８はシャフト１０に固定されており、シャフト１０と一体的に回転する。シャフト１０の両端は、軸受１１ａ及び１１ｂによって、フロントブラケット７ａ、リアブラケット７ｂにそれぞれ回転可能に支持されている。

次に、図３及び図４を用いて本実施例の回転子８及び固定子９を説明する。なお、図３は、本実施例の回転電機３の回転子８及び固定子９を示す正面図、図４は、本実施例の回転電機３の固定子８及び回転子９の１磁極分を拡大して示す図である。

該図に示すように、本実施例の回転電機３は、回転子８と固定子９から成り、回転子８は、複数の磁石挿入孔１４が設けられた回転子鉄心１３と、複数の磁石挿入孔１４のそれぞれに挿入された永久磁石１２と、永久磁石１２を磁石挿入孔１４に固定するための充填剤１５とを備えて概略構成されている。

具体的には、固定子９の内周側に所定の空隙を介して配置された回転子８は、永久磁石１２がθ方向に１６個（１極あたり２個）並ぶ８極であり、毎極毎相スロット数が２の三相交流であることから、固定子９の固定子鉄心１７のスロット１８の数は８×３×２の４８個となる。

回転子８の回転子鉄心１３の外周近傍には、矩形の永久磁石１２を挿入するための複数の上述した磁石挿入孔１４がθ方向（周方向）に沿って等間隔に１６個配設されている。
各磁石挿入孔１４はｚ方向（軸方向）に伸延して形成されており、その磁石挿入孔１４には永久磁石１２がそれぞれ埋め込まれ、充填剤１５で固定されている。

磁石挿入孔１４のθ方向（周方向）の幅は、永久磁石１２（１２ａ、１２ｂ）のθ方向（周方向）の幅よりも大きく設定されており、永久磁石１２の両側の穴空間１６は、磁気的空隙として機能する。この穴空間１６は熱硬化性樹脂を埋め込んでも良いし、熱可塑性樹脂で永久磁石１２と一体に固めても良い。永久磁石１２は回転子８の界磁極として作用し、本実施例では８極構成となっている。

上述の充填剤１５としては、熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を使用することができる。ただし、充填剤１５の注入後の工程において、熱硬化性樹脂の場合は、加熱することで硬化するため、硬化工程が必要になるのに対して、熱可塑性樹脂の場合は、充填剤注入時に加熱された熱可塑性樹脂が常温に戻ることで硬化するため、硬化工程は必要ではない。そのため、充填剤１５は、回転電機３の生産性を考慮した場合、熱硬化性樹脂よりも熱可塑性樹脂の方が好ましい。

また、永久磁石１２の磁化方向は、永久磁石１２の長辺に対して垂直方向を向いており、界磁極毎に磁化方向の向きが反転している。即ち、図３において、永久磁石１２ａの固定子側面がＮ極、軸側の面がＳ極であったとすれば、隣の永久磁石１２ｂの固定子側面はＳ極、軸側の面はＮ極となっている。そして、これらの永久磁石１２ａ、１２ｂがθ方向（周方向）に交互に配置されている。

更に、永久磁石１２は、磁化した後に磁石挿入孔１４に挿入しても良いし、回転子鉄心１３の磁石挿入孔１４に挿入した後に強力な磁界を与えて磁化するようにしても良い。ただし、磁化後の永久磁石１２は強力な磁石なので、回転子８に永久磁石１２を固定する前に磁石を着磁すると、永久磁石１２の固定時に回転子鉄心１３との間に強力な吸引力が生じて組み付け作業の妨げとなる。

また、永久磁石１２の強力な吸引力により、永久磁石１２に鉄粉などのごみが付着する恐れがある。そのため、回転電機３の生産性を考慮した場合、永久磁石１２を回転子鉄心１３に挿入した後に磁化するのが好ましい。

ところで、前述した永久磁石１２は、磁石挿入孔１４に充填剤１５によって固定されるが、この充填剤１５を磁石挿入孔１４に充填するために、従来は、充填溝を、磁束の通る領域である磁石挿入孔１４の近傍に設ける必要があった。その結果、回転子鉄心１３の磁束の通る領域に充填溝があるため、空隙領域が拡大（磁束の通る領域が減少）してトルクが減少し、回転電機３としての性能が低下する懸念がある。

そのため、回転子鉄心１３に充填溝の設定が無くても、磁石挿入孔１４に充填剤１５を充填させ、永久磁石１２を磁石挿入孔１４に対して規定位置に固定する必要がある。

一方、複数の電磁鋼板を積層した回転子鉄心１３は、電磁鋼板の積ずれによって成形される積層段差が生じ、この積層段差の影響により、回転駆動時には、遠心力が作用している永久磁石１２と局所的に接触している部分で応力が集中し、永久磁石１２や電磁鋼板が破損に至る懸念がある。

そのため、前述した永久磁石１２の局所的な接触を回避するため、図５に示すように、永久磁石１２の外周側に位置する第１径方向端面１９ａと磁石挿入孔１４の内壁面との間に、充填剤１５を介在させる必要がある。つまり、磁石挿入孔１４に対する永久磁石１２は、内側に位置することが好ましい。

そこで、本実施例では、図５に示すように、永久磁石１２は、回転子８の径方向に複数設けられる端面のうち、１つの第１径方向端面１９ａ（又は１９ｂ）と、回転子８の周方向に設けられた１対の周方向端面２０とを備え、これら１つの第１径方向端面１９ａと１対の周方向端面２０とが交差することで、２箇所の辺と辺の合わさる領域Ａが設けられており、この２箇所の辺と辺の合わさる領域Ａと磁石挿入孔１４の内壁面との間に形成される隙間Ｇを、充填剤１５の充填剤注入口とすることで、回転子鉄心１３の磁束の通る領域に充填溝を設けることなく、永久磁石１２を磁石挿入孔１４に対して規定位置に固定することができる。

具体的には、本実施例では、永久磁石１２は、第１径方向端面１９ａと、回転子８の周方向に設けられた１対の周方向端面２０とを備え、１対の周方向端面２０と交差する第１径方向端面１９ａの２箇所の角部（１対の周方向端面２０と交差する第１径方向端面１９ａの２箇所の辺と辺の合わさる領域の２箇所の辺と辺の合わさる部分）２１に面取り加工が施されており、回転子鉄心１３に充填溝がなくても、２箇所の角部２１と磁石挿入孔１４の内壁面との間に形成される隙間Ｇを充填剤１５の充填剤注入口とし、ここから充填剤１５を充填することで、回転子鉄心１３の磁束の通る領域に充填溝を設けることなく、永久磁石１２を磁石挿入孔１４に対して規定位置に固定することができる。

また、回転子鉄心１３の電磁鋼板の積ずれによって成形される積層段差が生じても、永久磁石１２の外周側に位置する第１径方向端面１９ａと磁石挿入孔１４の内壁面との間に、充填剤１５が介在されているので、回転駆動時に、遠心力が作用しても永久磁石１２が電磁鋼板と局所的に接触することがなくなり、永久磁石１２や電磁鋼板が破損に至ることはない。

また、２箇所の永久磁石１２の角部２１の面取り形状によって形成される隙間（２箇所の辺と辺の合わさる領域Ａと磁石挿入孔１４の内壁面との間に形成される隙間）Ｇを利用したことで、特許文献１のような充填溝が回転子鉄心１３の磁束が通る領域にないので、図５に示すように、永久磁石１２の第１径方向端面１９ａと対向する磁石挿入孔１４の外周側端面（永久磁石１２の第１径方向端面１９ａと対向する内壁面）２２を、溝のない直線形状とすることができる。即ち、磁石挿入孔１４の外周側端面（永久磁石１２の第１径方向端面１９ａと対向する内壁面）２２には、永久磁石１２の第１径方向端面１９ａと対向する領域内に変曲点（溝）が形成されていない。

その結果、磁石挿入孔１４の外周側端面２２の永久磁石１２の第１径方向端面１９ａと対向する領域内に変曲点がないことで、回転子鉄心１３の磁束が通る領域（図５の１対の周方向端面２０と交差する第１径方向端面１９ａの２箇所の辺と辺の合わさる領域間(角部２１間）)の空隙領域を狭くする（空隙領域が拡大しない）ことができ、トルク減少による回転電機３の性能低下を抑制できる。

また、永久磁石１２の角部２１の２箇所から充填剤１５を注入すると、充填剤１５は、永久磁石１２の第１径方向端面１９ａと磁石挿入孔１４の外周側端面２２の間（図５の矢印Ｃ方向）、及び磁石挿入孔１４の周方向両側に位置する穴空間１６に向かって（図５の矢印Ｄ方向）流動する。その結果、永久磁石１２は、磁石挿入孔１４の外周側端面２２に対して垂直方向に移動し、磁石挿入孔１４の外周側端面２２に対向する磁石挿入孔１４の内周側端面２３に押し当てられた位置に固定される。

１箇所の充填剤注入口から充填剤１５を注入すると、磁石挿入孔１４内を均等に充填剤１５が流動せずに、永久磁石１２が傾いた状態で固定される懸念があるため、本実施例のように、２箇所の永久磁石１２の角部２１の面取り形状によって形成される隙間（２箇所の辺と辺の合わさる領域Ａと磁石挿入孔１４の内壁面との間に形成される隙間）Ｇ、即ち、２箇所の充填注入口から充填剤１５を注入することが好ましい。

なお、本実施例では、永久磁石１２の角部２１は、面取り形状としているが、例えば、永久磁石１２の角部（１対の周方向端面２０と交差する第１径方向端面１９ａの２箇所の辺と辺の合わさる領域の２箇所の辺と辺の合わさる部分）２１を角Ｒ形状のような、磁石挿入孔１４の内壁面と隙間Ｇを形成できる形状である場合においても、同様の効果を得ることができる。

また、本実施例では、永久磁石１２の１対の周方向端面２０と交差する第１径方向端面１９ａの２箇所の辺と辺の合わさる領域Ａと磁石挿入孔１４の内壁面との間に形成される隙間Ｇを、充填剤１５の充填剤注入口としたが、永久磁石１２の１対の周方向端面２０と交差する第１径方向端面１９ａとは反対側の第１径方向端面１９ｂの２箇所の辺と辺の合わさる領域Ａと磁石挿入孔１４の内壁面との間に形成される隙間を、充填剤１５の充填剤注入口としてもよい。この場合は、永久磁石１２の第１径方向端面１９ａが、磁石挿入孔１４の外周側端面２２に押圧されることになる。

また、永久磁石１２の配置としては、図３のような永久磁石１２の配置以外に、図３とは反対側、即ち、対向する２個の永久磁石１２の対向側が外周側に突出している場合、或は１個の永久磁石１２の長手方向が回転子８の径方向、若しくは回転子８の径方向と直角方向に配置される場合が考えられるが、このような永久磁石１２の配置であっても、上述した実施例と同様に充填剤１５を充填することができる。

次に、本実施例における２箇所の永久磁石１２の角部２１の面取り形状によって形成される隙間（２箇所の辺と辺の合わさる領域Ａと磁石挿入孔１４の内壁面との間に形成される隙間）Ｇを充填注入口とした場合の充填剤１５の注入について、図６及び図７を用いて説明する。なお、図７は、図６のＢ部拡大図である。

図６に示すように、磁石挿入孔１４が設けられた回転子鉄心１３と、磁石挿入孔１４に挿入された永久磁石１２とから成る回転子８は、上金型２４と下金型２５で軸方向（図６では上下方向）から押圧支持されている。

上金型２４には、図７に示すように、充填剤１５の充填剤貯蔵部２６が形成され、充填剤貯蔵部２６の下部には、充填剤１５を注入する注入部２７が形成されており、注入部２７から上述した２箇所の永久磁石１２の角部２１の面取り形状によって形成される隙間（２箇所の辺と辺の合わさる領域Ａと磁石挿入孔１４の内壁面との間に形成される隙間）Ｇに、充填剤貯蔵部２６からの充填剤１５が注入部２７を介して注入される。２箇所の隙間Ｇから充填された充填剤１５は、図５の矢印Ｃ及びＤに示すように、隙間Ｇを起点に、一方（矢印Ｃ）は永久磁石１２の第１径方向端面１９ａと磁石挿入孔１４の外周側端面２２の間に流入し、他方（矢印Ｄ）は穴空間１６に流入して永久磁石１２が固定される。図６では、上金型２４側から充填剤１５を注入する例を示したが、例えば、下金型２５側から２箇所の隙間Ｇに充填剤１５を圧入するようにしてもよい。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。
例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…車両、２…エンジン、３…回転電機、４…変速機、５…ディファレンシャルギア、６…車輪（駆動輪）、７…ケース、７ａ…フロントブラケット、７ｂ…リアブラケット、７ｃ…ハウジング、８…回転子、９…固定子、１０…シャフト、１１ａ、１１b…軸受、１２、１２ａ、１２b…永久磁石、１３…回転子鉄心、１４…磁石挿入孔、１５…充填剤、１６…穴空間、１７…固定子鉄心、１８…スロット、１９ａ、１９ｂ…永久磁石の第１径方向端面、２０…永久磁石の１対の周方向端面、２１…永久磁石の角部、２２…磁石挿入孔の外周側端面、２３…磁石挿入孔の内周側端面、２４…上金型、２５…下金型、２６…充填剤貯蔵部、２７…充填剤の注入部。

Claims

回転子と固定子から成り、前記回転子は、複数の磁石挿入孔が設けられた回転子鉄心と、前記磁石挿入孔に挿入された永久磁石と、前記永久磁石を前記磁石挿入孔に固定するための充填剤とを備えた回転電機において、
前記永久磁石は、前記回転子の径方向に設けられ、外周側に位置する第１径方向端面と、前記回転子の周方向に設けられた１対の周方向端面とを備え、前記永久磁石の前記１対の周方向端面と前記第１径方向端面が交差する２箇所に角部が形成されており、
前記２箇所の角部と前記磁石挿入孔の内壁面との間に形成される隙間を前記充填剤の充填剤注入口とし、かつ、
前記磁石挿入孔は、前記永久磁石の前記第１径方向端面と対向する外周側端面を有し、前記磁石挿入孔の外周側端面は、前記第１径方向端面と対向する領域内に変曲点が形成されていないと共に、前記磁石挿入孔の外周側端面と連続している前記磁石挿入孔の内壁面の一部が、前記磁石挿入孔の外周側端面との境界部付近に変曲部をもって前記永久磁石側に湾曲していることを特徴とする回転電機。
請求項１に記載の回転電機において、
前記２箇所の角部は、面取り又は角Ｒ加工が施されていることを特徴とする回転電機。
請求項１又は２に記載の回転電機おいて、
前記磁石挿入孔の内周側端面には、外周側に突出して前記永久磁石の周方向端面に一部が対向する突起が形成されていることを特徴とする回転電機。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回転電機おいて、
前記充填剤は、前記永久磁石の前記第１径方向端面と前記磁石挿入孔の外周側端面の間に介在されていることを特徴とする回転電機。
請求項４に記載の回転電機おいて、
前記充填剤は、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂であることを特徴とする回転電機。