JP2006087216A

JP2006087216A - 回転電機のロータ構造

Info

Publication number: JP2006087216A
Application number: JP2004269461A
Authority: JP
Inventors: Takashi Kato; 崇加藤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-09-16
Filing date: 2004-09-16
Publication date: 2006-03-30

Abstract

【課題】脆性材料である磁石に欠損や破損が生じた場合でも磁石片の飛散を防止することができ、エアギャップ部への噛み込みやそれに起因する回転電機の故障を防止することができる回転電機のロータ構造を提供する。
【解決手段】回転軸に沿ってステータとロータとが対向して配置されるアキシャルギャップ型の回転電機を構成するディスク状のロータ構造において、ディスク（プレート）２１の表面に配置される磁石２２を、エアギャップに直接露出しないように、フィルム状の薄肉部材２６ａ、２６ｂで覆う。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転軸に沿ってステータとロータとが対向して配置されるアキシャルギャップ型の回転電機を構成するディスク状のロータ構造に関するものである。

従来、ステータとロータとが同心円周上に配置されるラジアルギャップ型の回転電機では、遠心力に耐える構造として、電磁鋼板コアに設けた空孔部に永久磁石を埋設させて、電磁鋼板コアにより荷重を受けたり、外周に高強度の繊維状補強材を巻きつけたりして、脆性材料からなる磁石を保持する構造となっていた。また、磁石の保持構造自体も遠心力による剥離に耐えられるよう強固にする必要があった。

一方、回転軸に沿ってステータとロータとが対向して配置されるアキシャルギャップ型の回転電機の場合は、剥離方向に遠心力が作用するものではないので、上述したようなラジアルギャップ型の回転電機における構造を採用すると、不要に磁石とロータとのギャップ面を大きくすることとなる好ましくない。そのため、通常は、接着剤等でロータに磁石を貼り付け、磁石表面が対向するステータとのギャップ面に露出する構造をとっていた（例えば、特許文献１、特許文献２）。
特開平１１−２０６０５１号公報特開２００４−８０８９８号公報

しかしながら、上述した従来の磁石表面が露出するタイプのアキシャルギャップ型の回転電機では、ギャップ面とは逆の磁石背面にて接着剤等でロータに磁石を貼り付けて保持しているため、脆性材料である磁石に欠損や破損が生じた場合に、磁石片が飛散し、エアギャップ部に噛み込むことがあり、回転電機の故障の原因となっていた。

本発明の目的は上述した課題を解消して、脆性材料である磁石に欠損や破損が生じた場合でも磁石片の飛散を防止することができ、エアギャップ部への噛み込みやそれに起因する回転電機の故障を防止することができる回転電機のロータ構造を提供しようとするものである。

本発明の回転電機のロータ構造は、アキシャルギャップ型の回転電機を構成するディスク状のロータ構造において、ディスク表面に配置される磁石を、エアギャップに直接露出しないように、フィルム状の薄肉部材で覆ったことを特徴とするものである。

本発明の回転電機のロータ構造では、ディスク表面に配置される磁石を、エアギャップに直接露出しないように、フィルム状の薄肉部材で覆ったことで、脆性材料である磁石が万が一欠損や破損した場合でも、磁石片の飛散、さらには、飛散した磁石片のエアギャップ部への噛み込みを抑制することができる。また、通常、磁石自体は背面もしくは他の部材によりロータに固定されているので、飛散防止用の部材を強固に構成する必要はなく、さらに、飛散防止用の部材は遠心力によってギャップ面に張り出すこともないので、飛散防止用の部材としてフィルム状の薄肉部材を用いることができる。

なお、本発明の回転電機のロータ構造では、フィルム状の薄肉部材を、磁石形状に追従可能な柔軟性と適度な収縮性とを備え、且つ、空気の透過率の小さい材料で構成し、磁石及びその他の構成部材を薄肉部材で包括した上で、内部を減圧して密封するよう構成することができる。このように構成することで、大気圧により薄肉部材と内部構造物とが密着し、磁石保持手段の一部を薄肉部材が担うため、保持強度が向上する。

また、本発明の回転電機のロータ構造では、フィルム状の薄肉部材を、予め磁石形状に合わせた形状に成形して構成するか、または、磁石配置後に全体の磁石形状に合わせて一体に成形して構成し、成形した薄肉部材を磁石保持手段の一部とするよう構成することができる。このように構成することで、磁石を予めパッケージ化した状態で組み立てを行うことが出来、作業性が向上するとともに、薄肉部材を比強度の高い材料にて構成することができるので、磁石保持強度を更に高めることが出来る。

以下に、この発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。
図１は本発明の対象となるアキシャルギャップ型回転電機の一例の構成を説明するための図である。図１に示す例において、アキシャルギャップ型回転電機は、図示しない複数の永久磁石をディスク状の保持部材１に周方向に設けるとともに当該保持部材１を回転軸２に連結してなるロータ３と、ロータ３にその中心軸に沿って対向して配置される、台形形状のコア４にインシュレータ５を介してコイル６を巻装してなるステータ７と、回転軸２の両端部分をラジアル軸受８とスラスト軸受９を介して回転自在に支持するとともに、ステータ７をガイド１０を介して固定するケース１１と、から構成されている。本例では、ステータ７は周上複数箇所に設けられ、図示しないインバータにより励磁されたコイル６により、周方向に回転磁界が形成されると、周方向に交互に極性が異なる複数の永久磁石が埋設されたロータ５３は回転磁界に吸引・反発されて同期速度で回転する。

本発明の特徴は、上述したアキシャルギャップ型回転電機において、ロータ３の構造を、ディスク表面に配置される磁石を、エアギャップに直接露出しないように、フィルム状の薄肉部材で覆った構造とした点にある。以下、本発明の回転電機のロータ構造について説明する。

図２は本発明の回転電機のロータ構造の一例を説明するための図である。図２に示す例にいて、回転軸２３にロータ４のベースとなるプレート２１が嵌合され、プレート２１は、回転軸２３の段付き部２４と回転軸２３に固定されるカラー２５とにより狭持される。一方、プレート２１のステータ７と対向する両面に磁石２２が接着剤等により固定され、プレート１及び磁石２２を覆うように、フィルム状の薄肉部材２６ａ及び２６ｂが配置される。薄肉部材２６ａ及び２６ｂは、内径側では、プレート２１と段付き部２４との間及びプレート２１とカラー２５との間に狭持される。また、外径側では、フィルム状の薄肉部材２６ａ及び２６ｂが接合部２７で合わせられ、内部を減圧した後に、例えば熱溶着などによって封じされる。

なお、フィルム状の薄肉部材２６ａ及び２６ｂは、磁石２２の形状に追従可能なように柔軟性且つ適度な収縮性を有した材料により構成される。材料としては、例えば、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＡなどの熱可塑性プラスチックを好適に使用することができる。

図２に示す例では、ディスク状のプレート２１の表面に配置される磁石２２を、エアギャップに直接露出しないように、フィルム状の薄肉部材２６ａ及び２６ｂで覆ったことで、脆性材料である磁石２２が万が一欠損や破損した場合でも、磁石片の飛散、さらには、飛散した磁石片のエアギャップ部への噛み込みを抑制することができる。

図３は本発明の回転電機のロータ構造の他の例を説明するための図である。図３に示す例において、図２に示す部材と同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。図３に示す例において、磁石２２を、プレート２１の先端の両面に設けた凹部にそれぞれ接着剤等を使用して固定する。次に、磁石２２に沿うように薄肉部材２６ａ及び２６ｂを配置する。その後、磁石２２及び薄肉部材２６ａ、２６ｂを、内径側及び外径側において、リング状の固定部材２８及び２９により、プレート２１に固定する。この時、薄肉部材２６ａ及び２６ｂを、例えばカーボンファイバ繊維等の比強度の高い材料を繊維として使用した繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）で構成することで、より強固に磁石２２を保持することができる。ＦＲＰを用いる場合には、硬化前の形状追従性のある段階で磁石２２の形状に追従させて配置した後に、熱硬化させることになる。

図４（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ図３に示す例における薄肉部材の形状の一例を説明するための図である。図４（ａ）に示すように、本例における薄肉部材２６ａ（２６ｂ）の形状は、磁石２２に沿った形状、すなわち、その断面が磁石２２を収納する凹形状を有するとともに端部につば部を有する形状となっている。この薄肉部材２６ａ（２６ｂ）としては、図４（ｂ）に示すように扇状で磁石２２を１つずつ収納する薄肉部材を複数個用いることもでき、または、図４（ｃ）に示すようにリング状で全ての磁石２２を一度に収納する薄肉部材を使用することもできる。なお、いずれの例においても、薄肉部材２６ａ及び２６ｂをプレート２１に固定するためには、図３に示した例と同様に、固定部材２８及び２９を利用する。

図５（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ図３に示す例における薄肉部材の形状の他の例を説明するための図である。図５（ａ）に示すように、本例における薄肉部材の形状は、磁石２２に沿った形状の薄肉部材２６ａ（２６ｂ）と底部を塞ぐ薄肉部材２６ｃにより磁石２２をパッケージ化した形状となっている。この薄肉部材としては、図５（ｂ）に示すように扇状で磁石２２を１つずつ収納するパッケージ化した薄肉部材を複数個用いることができ、または、図５（ｃ）に示すようにリング状で全ての磁石２２を一度に収納するパッケージかした薄肉部材を使用することもできる。

図５（ａ）〜（ｃ）に示す例では、予めパッケージ化することで、作業性を向上させることができる。つまり、図５（ｂ）に示す例では薄肉部材を連結して輪状として、また、図５（ｃ）に示す例ではそのまま、図６に示すように、磁石２２を薄肉部材に収納した状態で薄肉部材２６ｃの部分をプレート２１に接着している。そして、薄肉部材２６ｃと磁石２２とは強固に接着されている。このように、複数の磁石２２を一体として取り扱うことができるので、作業性が向上する。

上述した例では、プレート２１（接着）薄肉部材２６ｃ（接着）磁石２２の構成で磁石２２を保持することになり、強度保証が必要な接着個所が増えてしまう。そこで、薄肉部材２６ｃを省略して、薄肉部材２６ａ（２６ｂ）に磁石２２を保持させても良い。この場合、薄肉部材２６ａ（２６ｂ）に接着または別の方法で磁石２２を保持するものであるが、この保持力は作業時のみの保持で良い。磁石２２とプレート２１とは接着により直接保持される。この場合、保持部材も合わせてプレート２１に接着すれば、図３に示すような固定部材が省略できる。ただ、外周側の固定部材２９は遠心力を受けるため必要である。この場合、図２に示すように、外周側につば部のあるプレート２１に接着するのが好ましい。その場合は、薄肉部材２６ａ（２６ｂ）は円周方向の磁石２２と磁石２２との間でプレート２１に接着されることとなる。

本発明の回転電機のロータ構造は、ディスク表面に配置される磁石を、エアギャップに直接露出しないように、フィルム状の薄肉部材で覆ったことで、脆性材料である磁石に欠損や破損が生じた場合でも磁石片の飛散を防止することができ、エアギャップ部への噛み込みやそれに起因する回転電機の故障を防止する用途に好適に使用することができる。

本発明の対象となるアキシャルギャップ型回転電機の一例の構成を説明するための図である。本発明の回転電機のロータ構造の一例を説明するための図である。本発明の回転電機のロータ構造の他の例を説明するための図である。（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ図３に示す例における薄肉部材の形状の一例を説明するための図である。（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ図３に示す例における薄肉部材の形状の他の例を説明するための図である。本発明の回転電機のロータ構造において薄肉部材をプレートに接着する様子を説明するための図である。

符号の説明

１保持部材
２回転軸
３ロータ
４ステータコア
５インシュレータ
６コイル
７ステータ
８ラジアル軸受
９スラスト軸受
１０ガイド
１１ケース
２１プレート
２２磁石
２３回転軸
２４段付き部
２５カラー
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ薄肉部材
２７接合部
２８、２９固定部材

Claims

アキシャルギャップ型の回転電機を構成するディスク状のロータ構造において、ディスク表面に配置される磁石を、エアギャップに直接露出しないように、フィルム状の薄肉部材で覆ったことを特徴とする回転電機のロータ構造。
前記フィルム状の薄肉部材を、磁石形状に追従可能な柔軟性と適度な収縮性とを備え、且つ、空気の透過率の小さい材料で構成し、磁石及びその他の構造部材を薄肉部材で包括した上で、内部を減圧して密封し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構造。
前記フィルム状の薄肉部材を、予め磁石形状に合わせた形状に成形して構成するか、または、磁石配置後に全体の磁石形状に合わせて一体に成形して構成し、成形した薄肉部材を磁石保持手段の一部とし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構造。