JP2005051826A

JP2005051826A - 回転電機のロータにおける永久磁石の固定構造

Info

Publication number: JP2005051826A
Application number: JP2003189287A
Authority: JP
Inventors: Norio Yamaguchi; 憲隆山口
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2003-06-02
Filing date: 2003-07-01
Publication date: 2005-02-24

Abstract

【課題】回転電機のロータコアに支持した永久磁石と、永久磁石を保持するロータコアの外周部とに対する応力集中を緩和する。
【解決手段】モータのロータ１１は、ロータコア１３に形成した永久磁石支持孔１３ｃに永久磁石１４を嵌合させ、その両側面を一対の端板１６，１７で支持してなる。永久磁石１４の両端面１４ａは径方向外側に向かって先細にテーパーしており、そこに当接する端板１６，１７も径方向外側に向かって先細にテーパーしている。ロータ１１の回転に伴って永久磁石１４に遠心力が作用したときに、永久磁石１４の端面１４ａおよび端板１６，１７の傾斜面１６ａ，１７ａを楔効果で密着させて均一に面接触させ、永久磁石１４およびロータコア１３に形成した永久磁石支持孔１３ｃに応力集中が発生するのを防止して耐久性を高めることができる。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸線まわりに回転するロータコアの外周部に複数個の永久磁石を配置するとともに、ロータコアの軸線方向両端部に一対の端板を固定した回転電機のロータに関し、特にその永久磁石の固定構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
永久磁石式回転子の鉄心積層体に形成した磁石用開口部に永久磁石を挿入し、永久磁石式回転子の両側面を覆う一対の端板に設けた切り起し片を永久磁石の端面に形成した面取り部に当接させて固定するものが、下記特許文献１により公知である。
【０００３】
また同期電動機のロータのコアの外周に配置した磁石を複数の分割バインドで径方向外側から固定し、ロータの両側面を覆う一対のキャップ状のプレートで分割バインドの端部を押圧することで、ロータのコアに磁石および分割バインドを固定するものが、下記特許文献２により公知である。
【０００４】
また永久磁石式回転子の鉄心積層体に形成した磁石挿入用開口部に永久磁石を挿入し、永久磁石式回転子の両側面を覆う一対の端板をリベットで鉄心積層体に固定する際に、リベットのかしめ時の径方向の膨らみで永久磁石を押圧し、磁石挿入用開口部の内周壁面に押し付けて固定するものが、下記特許文献３により公知である。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−２６９１４０号公報
【特許文献２】
特開平９−５６０９５号公報
【特許文献３】
特開平５−２６０６８６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来のものは、ロータが高速回転すると永久磁石が遠心力で径方向外側に付勢されるため、永久磁石の外周面が磁石用開口部、分割バインドあるいは磁石挿入用開口部の内面に強く押し付けられることなる。このとき、永久磁石の外周面を磁石用開口部、分割バインドあるいは磁石挿入用開口部の内面に均一に面接触させることが困難であり、特に永久磁石の角部等において点接触することが避けられず、その部分に大きな応力が集中して脆い材質の永久磁石が割れる可能性があった。
【０００７】
またロータが高速回転すると磁石挿入用開口部に保持した永久磁石に強い遠心力が作用するため、磁石挿入用開口部の径方向外側部分、特に磁石挿入用開口部の角部に大きな応力集中が発生し、その部分が破損する可能性があった。これを回避するためにロータの強度を増加させると、今度は重量が増加するという新たな問題が発生してしまう。
【０００８】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、回転電機のロータコアに支持した永久磁石と、永久磁石を保持するロータコアの外周部とに対する応力集中を緩和することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、軸線まわりに回転するロータコアの外周部に複数個の永久磁石を配置するとともに、ロータコアの軸線方向両端部に一対の端板を固定した回転電機のロータにおいて、永久磁石の軸線方向両端面間の幅を径方向外側に向かって縮小させ、一対の端板の相対向する内面に永久磁石の端面に当接する傾斜面を設けたことを特徴とする、回転電機のロータにおける永久磁石の固定構造が提案される。
【００１０】
上記構成によれば、ロータコアの外周部に配置した永久磁石の軸線方向両端面間の幅を径方向外側に向かって縮小させ、ロータコアに固定した一対の端板の相対向する内面に永久磁石の端面に当接する傾斜面を設けたので、ロータコアの回転に伴って永久磁石に遠心力が作用したときに、永久磁石の端面および端板の傾斜面を楔効果で密着させて面接触あるいは線接触させ、永久磁石に応力集中が発生するのを防止して耐久性を高めることができる。しかもロータコアには永久磁石の遠心力が直接伝達されないので、ロータコアの永久磁石を支持する部分に応力集中が発生するのを防止し、ロータコアを軽量化、高回転化、大径化しても耐久性を確保することができる。
【００１１】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、永久磁石の両端面と端板の傾斜面との間に樹脂層を設けたことを特徴とする、回転電機のロータにおける永久磁石の固定構造が提案される。
【００１２】
上記構成によれば、永久磁石の両端面と端板の傾斜面との間に樹脂層を設けたので、永久磁石の端面および端板の傾斜面を一層精度良く密着させ、永久磁石およびロータコアへの応力集中を軽減し、かつ永久磁石の保持精度を高めることができる。
【００１３】
尚、実施例の第１、第２端板１６，１７は本発明の端板に対応し、実施例の樹脂コーティングは本発明の樹脂層に対応する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００１５】
図１および図２は本発明の第１実施例を示すもので、図１はロータの斜視図、図２は図１の２−２線拡大断面図である。
【００１６】
図１および図２に示すように、モータのステータの内部に軸線Ｌまわりに回転自在に配置されるロータ１１は、ロータハブ１２と、ロータコア１３と、複数（実施例では１６個）の永久磁石１４…と、第１端板１６と、第２端板１７とで構成される。第１、第２端板１６，１７の材質はステンレスのような非磁性材が望ましく、プレス品、焼結品、鋳造品、鍛造品の何れであっても良い。
【００１７】
ロータハブ１２は、モータの回転軸が貫通するハブ本体部１２ａと、ハブ本体部１２ａから放射方向に延びる複数個（実施例では８個）のスポーク部１２ｂ…と、スポーク部１２ｂ…の先端を一体に連結する環状のロータコア支持部１２ｃとを備えており、ロータコア支持部１２ｃの軸線Ｌ方向一端面から径方向外向きにフランジ１２ｄが突出する。環状のロータコア１３は複数の鋼板を積層したもので、その外周面１３ａに沿うように等間隔で１６個の永久磁石支持孔１３ｃ…が形成される。各々の永久磁石支持孔１３ｃはロータコア１３の軸線Ｌ方向両端面に開口しており、そこに永久磁石１４が嵌合する。
【００１８】
このようにして、永久磁石支持孔１３ｃ…に永久磁石１４…を固定したロータコア１３は、その内周面１３ｂがロータコア支持部１２ｃの外周面に嵌合して固定される。その際に、ロータハブ１２のフランジ１２ｄとロータコア１３の一方の端面との間に第１端板１６を挟み、ロータハブ１２のロータコア支持部１２ｃに圧入した第２端板１７でロータコア１３の他方の端面を押さえることで、ロータハブ１２にロータコア１３を固定することができる。
【００１９】
各永久磁石１４の軸線Ｌ方向の両端面１４ａ，１４ａは径方向外側に向かってテーパーしており、従って前記両端面１４ａ，１４ａ間の幅Ｗは径方向外側ほど狭くなる。また第１、第２端板１６，１７の内面、つまり永久磁石１４に対向する面に、径方向外側に向かって相互に接近する傾斜面１６ａ，１７ａが設けられており、これらの傾斜面１６ａ，１７ａは永久磁石１４の両端面１４ａ，１４ａにそれぞれ面接触する。
【００２０】
永久磁石１４の両端面１４ａ，１４ａと第１、第２端板１６，１７の傾斜面１６ａ，１７ａとが密着し、かつ永久磁石１４の内周面１４ｃと永久磁石支持孔１３ｃの内周面とが密着するように、第１、第２端板１６，１７の弾性によって所定の初期荷重が加えられる。その結果、永久磁石１４の外周面１４ｂと永久磁石支持孔１３ｃの外周面とは密着せず、スリット状の隙間α（図２参照）が形成される。
【００２１】
しかして、ロータ１１が高速回転して永久磁石１４に大きな遠心力が作用したとき、その遠心力はロータコア１３の永久磁石支持孔１３ｃによって支持されることはなく、第１、第２端板１６，１７の傾斜面１６ａ，１７ａによって支持されるので、ロータコア１３を軽量化しても耐久性を確保することができる。また遠心力で付勢された永久磁石１４の両端面１４ａ，１４ａと第１、第２端板１６，１７の傾斜面１６ａ，１７ａとは楔効果で密に面接触するため、その接触部の応力集中を緩和して脆い永久磁石１４の破損を未然に防止することができるだけでなく、永久磁石支持孔１３ｃへの応力集中を回避してロータコア１３の耐久性を高めることができる。しかも第１、第２端板１６，１７から永久磁石１４に初期荷重が加えられているので、遠心力が作用しても永久磁石１４の内周面１４ｃが永久磁石支持孔１３ｃの内周面から浮き上がらないようにし、永久磁石１４のがたつきを防止することができる。更に、ロータコア１３には永久磁石１４の遠心力が作用しないために強度を特別に高める必要がなくなり、ロータコア１３の軽量化を図ることができる。
【００２２】
尚、本実施例の第１、第２端板１６，１７の径方向外端部はロータコアの径方向外端部まで延びているが、永久磁石１４よりも径方向外側部分は省略することもできる。
【００２３】
次に、図３に基づいて本発明の第２実施例を説明する。
【００２４】
第１実施例では永久磁石１４…がロータコア１３の永久磁石支持孔１３ｃ…に収納されていたが、第２実施例ではロータコア１３に径方向外側に開放する永久磁石支持溝１３ｄ…を形成し、これらの永久磁石支持溝１３ｄ…に永久磁石１４…を収納している。永久磁石１４…を第１、第２端板１６，１７で固定する構造は第１実施例と同じであり、この第２実施例によっても第１実施例と同じ作用効果を達成することができる。
【００２５】
次に、図４に基づいて本発明の第３実施例を説明する。
【００２６】
第３実施例は第１実施例の変形であって、各永久磁石１４の両端面１４ａ，１４ａに絶縁性を有する合成樹脂コーティング１８を施したものである。この合成樹脂コーティング１８は柔軟性を有するため、永久磁石１４の両端面１４ａ，１４ａと第１、第２端板１６，１７の傾斜面１６ａ，１７ａとの間の距離が多少不均一であっても、面圧が強い部分の合成樹脂コーティング１８が潰れることで、永久磁石１４の両端面１４ａ，１４ａと第１、第２端板１６，１７の傾斜面１６ａ，１７ａとの接触部の面圧を均一化し、前記接触部の応力集中を一層効果的に緩和するとともに、永久磁石１４の保持精度を高めることができる。また絶縁性のある合成樹脂が各永久磁石１４と第１、第２端板１６，１７との間に介在することで、永久磁石１４の磁束の漏れを少なくしてロータ１１の磁気特性を向上させることができる。
【００２７】
尚、永久磁石１４側に合成樹脂コーティング１８を施す代わりに、第１、第２端板１６，１７側に合成樹脂コーティングを施しても良く、フィルム状の合成樹脂を各永久磁石１４と第１、第２端板１６，１７との間に挟み込んでも良い。
【００２８】
次に、図５に基づいて本発明の第４実施例を説明する。
【００２９】
第４実施例は第３実施例の変形であって、第３実施例では図４における永久磁石１４の両端面１４ａ，１４ａが直線であるのに対し、第４実施例では図５における永久磁石１４の両端面１４ａ，１４ａが外側に凸な曲線で構成されている。このように、永久磁石１４の両端面１４ａ，１４ａを曲面で構成しても、第１〜第３実施例と同様に、その軸線Ｌ方向の幅Ｗは、径方向内側から外側に向かって次第に減少している。
【００３０】
上記第１〜第３実施例では、永久磁石１４の両端面１４ａ，１４ａと第１、第２端板１６，１７の傾斜面１６ａ，１７ａとが面接触するのに対し、この第４実施例では永久磁石１４の両端面１４ａ，１４ａと第１、第２端板１６，１７の傾斜面１６ａ，１７ａとが線接触することになるが、従来の点接触するものに比べれば接触部の応力集中が緩和され、脆い永久磁石１４の破損が未然に防止される。
【００３１】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００３２】
例えば、第１、第２端板１６，１７をボルトやリベットで相互に接近する方向に締め付ければ、永久磁石１４の両端面１４ａ，１４ａと第１、第２端板１６，１７の傾斜面１６ａ，１７ａとを密着させ、かつ永久磁石１４の内周面１４ｃと永久磁石支持孔１３ｃの内周面とを密着させる初期荷重を容易に付与することができる。
【００３３】
また実施例ではモータのロータ１１を例示したが、本発明は発電機のロータに対しても適用することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載された発明によれば、ロータコアの外周部に配置した永久磁石の軸線方向両端面間の幅を径方向外側に向かって縮小させ、ロータコアに固定した一対の端板の相対向する内面に永久磁石の端面に当接する傾斜面を設けたので、ロータコアの回転に伴って永久磁石に遠心力が作用したときに、永久磁石の端面および端板の傾斜面を楔効果で密着させて面接触あるいは線接触させ、永久磁石に応力集中が発生するのを防止して耐久性を高めることができる。しかもロータコアには永久磁石の遠心力が直接伝達されないので、ロータコアの永久磁石を支持する部分に応力集中が発生するのを防止し、ロータコアを軽量化、高回転化、大径化しても耐久性を確保することができる。
【００３５】
また請求項２に記載された発明によれば、永久磁石の両端面と端板の傾斜面との間に樹脂層を設けたので、永久磁石の端面および端板の傾斜面を一層精度良く密着させ、永久磁石およびロータコアへの応力集中を軽減し、かつ永久磁石の保持精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ロータの斜視図
【図２】図１の２−２線拡大断面図
【図３】本発明の第２実施例に係る、前記図２に対応する図
【図４】本発明の第３実施例に係る、前記図２に対応する図
【図５】本発明の第４実施例に係る、前記図２に対応する図
【符号の説明】
１３ロータコア
１４永久磁石
１４ａ端面
１６第１端板（端板）
１６ａ傾斜面
１７第２端板（端板）
１７ａ傾斜面
１８樹脂コーティング（樹脂層）
Ｌ軸線
Ｗ幅

Claims

軸線（Ｌ）まわりに回転するロータコア（１３）の外周部に複数個の永久磁石（１４）を配置するとともに、ロータコア（１３）の軸線（Ｌ）方向両端部に一対の端板（１６，１７）を固定した回転電機のロータにおいて、
永久磁石（１４）の軸線（Ｌ）方向両端面（１４ａ）間の幅（Ｗ）を径方向外側に向かって縮小させ、一対の端板（１６，１７）の相対向する内面に永久磁石（１４）の端面（１４ａ）に当接する傾斜面（１６ａ，１７ａ）を設けたことを特徴とする、回転電機のロータにおける永久磁石の固定構造。
永久磁石（１４）の両端面（１４ａ）と端板（１６，１７）の傾斜面（１６ａ，１７ａ）との間に樹脂層（１８）を設けたことを特徴とする、請求項１に記載の回転電機のロータにおける永久磁石の固定構造。