JP2006238584A - ロータおよびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 磁石と該磁石が埋設される穴部の壁面との間に樹脂が均一に充填されたロータおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】 ロータは、シャフトに固設され、穴部400を有するロータコア41と、穴部400に挿入される磁石42と、穴部400の側面と磁石42の側面との間に注入される樹脂部とを備え、注入された樹脂部の回り込みを促進する回り込み促進部としての溝部42Iが磁石42の側面に形成されている。
【選択図】 図6

Description

本発明は、ロータおよびその製造方法に関し、特に、磁石が取付けられるロータおよびその製造方法に関する。
磁石が取付けられるロータが従来から知られている。
たとえば、特開平11−191939号公報においては、ロータコアに設けられた永久磁石埋設用穴の壁面に溝部を設け、該溝部にロータコアと磁石とを固着する接着層を設けることが開示されている。
また、特開2002−345189号公報においては、磁石片におけるロータ外周近傍に抵抗を高めるためのスリットを設け、渦電流の発生を抑制することが開示されている。
さらに、特開2004−80898号公報においては、磁石の接着面とヨークの接着面との隙間をテーパ形状にすることが開示されている。
特開平11−191939号公報 特開2002−345189号公報 特開2004−80898号公報
ロータコアに埋設された磁石が該ロータコアを押す力を均一化することが望ましい。したがって、磁石と該磁石が埋設される穴部の壁面との間に接着層としての充填材を均一に充填することは重要である。
しかしながら、特開平11−191939号公報においては、ロータに形成された溝部内に接着層が均一に充填されることを前提としており、接着層としての充填材の回り込みが良好でない場合の対策については開示されていない。
また、特開2002−345189号公報においても充填材の回り込み促進部については開示されておらず、特開2004−80898号公報においては、磁石または該磁石が埋設されるロータコア自体に充填材の回り込み促進部を設ける思想は開示されていない。
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、磁石と該磁石が埋設される穴部の壁面との間に充填材が均一に充填されたロータおよびその製造方法を提供することにある。
本発明に係るロータは、回転シャフトに固設され、穴部を有するロータコアと、穴部に挿入される磁石と、穴部の側面と磁石の側面との隙間に注入される充填部とを備え、磁石またはロータコアの少なくとも一方に、上記隙間に注入された充填部の回り込みを促進する回り込み促進部が形成されている。
上記構成によれば、磁石とロータコアとの隙間に充填材を回り込ませやすくすることができる。したがって、磁石からロータコアに伝わる力を均一に分散させることができる。結果として、ロータコアの強度低下を抑制することができる。
上記ロータにおいて、回り込み促進部は、磁石のロータコア外周側における充填部の回り込みを促進することが好ましい。
ロータコアの回転時に、磁石には遠心力が作用する。磁石のロータコア外周側における充填部の回り込みを促進することにより、磁石からロータコアに伝わる遠心力を均一に分散させることができる。
上記ロータにおいて、穴部および磁石の軸方向断面の幅は第1方向において相対的に狭く、第1方向に交差する第2方向において相対的に広くなるように形成され、回り込み促進部は第2方向に延在するように形成されることが好ましい。
これにより、充填材の回り込み促進の効果を幅広い部分で得ることができる。すなわち、より効果的に回り込み促進の効果を得ることができる。
上記ロータにおいて、穴部の側面と磁石の側面との隙間は、相対的に幅が広い第1部分と相対的に幅が狭い第2部分とを有し、磁石またはロータコアにおける上記第2部分に面する箇所に回り込み促進部を設けることが好ましい。
隙間の幅が比較的狭い第2部分においては、充填材の回り込みが制限されやすい。この部分に回り込み促進部を設けることで、より効果的に充填材の回り込みを促進することができる。
上記ロータにおいて、回り込み促進部は、磁石またはロータコアに形成された溝部、面取り部または凹部のうちいずれか1つを含むことが好ましい。
これにより、簡単な構造で充填材の回りこみを促進することができる。
本発明に係るロータの製造方法は、ロータコアに形成された穴部に磁石を挿入する工程と、穴部に挿入された磁石をロータコアの内周側または外周側に押付けた後に磁石と穴部の壁面との隙間に充填材を注入する工程とを備える。
穴部に挿入された磁石をロータコアの内周側(外周側)に押付けることで、磁石の外周側(内周側)側面と穴部内周面との隙間の幅を広くして、当該部分における充填材の回り込みを促進することができる。結果として、ロータコアの強度低下を抑制することができる。
本発明によれば、磁石と該磁石が埋設される穴部の壁面との間に充填材を均一に充填することができる。結果として、ロータコアに埋設された磁石が該ロータコアを押す力を均一化することができる。
以下に、本発明に基づくロータおよびその製造方法の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1に係るロータを有する回転電機の一例を示した断面図である。図1を参照して、回転電機100は、制御装置10と、三相ケーブル20と、シャフト30と、ロータ40と、ステータ50とを備える。
ロータ40は、ロータコア41と、永久磁石42とを含む。ステータ50は、ステータコイル51と、ステータコア52とを含む。
制御装置10は、回転電機100が出力すべきトルク指令値TRを回転電機100の外部に設けられたECU(Electrical Control Unit)から受け、その受けたトルク指令値TRによって指定されたトルクを出力するためのモータ制御電流MCTLIを生成し、その生成したモータ制御電流MCTLIを三相ケーブル20を介してステータ50のステータコイル51へ供給する。
三相ケーブル20は、制御装置10とステータコイル51とを接続する。そして、三相ケーブル20は、U相ケーブル21と、V相ケーブル22と、W相ケーブル23とからなる。シャフト30は、回転軸方向DR1からロータ40のロータコア41に挿入され、ロータコア41と連結される。ロータコア41は、複数の電磁鋼板を回転軸方向DR1に積層した構造からなる。磁石42は、回転軸方向DR1からロータコア41に挿入される。
ステータ50のステータコア52は、複数の電磁鋼板を回転軸方向DR1に積層した構造からなる。ステータコイル51は、ステータコア52に巻回される。そして、ステータコイル51は、U相コイル、V相コイルおよびW相コイルからなり、これらの3つのコイルの端子が三相ケーブル20に接続される。
図2は、図1に示すA方向から見たステータ50の平面図である。図2を参照して、ステータコア52は、中空円筒形状からなり、周方向に配列された48個のティース1を内周面に有する。コイル510〜517は、U相コイルを構成し、コイル520〜527は、V相コイルを構成し、コイル530〜537は、W相コイルを構成する。コイル510〜517,520〜527,530〜537の各々は、略円弧形状から成る。コイル510〜517は、最外周に配置される。コイル520〜527は、コイル510〜517の内側であって、それぞれ、コイル510〜517に対して円周方向に一定距離だけずれた位置に配置される。コイル530〜537は、コイル520〜527の内側であって、それぞれ、コイル520〜527に対して円周方向に一定距離だけずれた位置に配置される。
コイル510〜517,520〜527,530〜537の各々は、対応する複数のティースの各々に直列に巻回される。たとえば、コイル510は、ティース1〜5に対応する。そして、コイル510は、ティース1〜5の全体に外周から所定回数巻回されて形成される。
コイル511〜517,520〜527,530〜537についても、それぞれ対応するティースに巻回され、コイル510と同じようにして形成される。
コイル510〜513は、直列に接続され、一方端が端子U1であり、他方端が中性点UN1である。コイル514〜517は、直列に接続され、一方端が端子U2であり、他方端が中性点UN2である。
コイル520〜523は、直列に接続され、一方端が端子V1であり、他方端が中性点VN1である。コイル524〜527は、直列に接続され、一方端が端子V2であり、他方端が中性点VN2である。
コイル530〜533は、直列に接続され、一方端が端子W1であり、他方端が中性点WN1である。コイル534〜537は、直列に接続され、一方端が端子W2であり、他方端が中性点WN2である。
中性点UN1,UN2,VN1,VN2,WN1,WN2は、1点に共通接続され、端子U1,U2は、三相ケーブル20のU相ケーブル21に接続され、端子V1,V2は、V相ケーブル22に接続され、端子W1,W2は、W相ケーブル23に接続される。
図3は、図1に示すA方向から見たロータ40およびステータ50の平面図である。図3を参照して、ロータ40は、ステータ50の内周側に配置される。そして、永久磁石42は、周方向DR2に沿って8個配置される。永久磁石42A,42C,42E,42Gは、ロータコア41の外周側がN極になるように配置され、永久磁石42B,42D,42F,42Hは、ロータコア41の外周側がS極になるように配置される。このように、8個の永久磁石42は、ロータ40の径方向DR3に着磁され、磁石の極性が隣接する磁石間で反転するように周方向DR2に配置される。そして、図2に示すコイル510〜517,520〜527,531〜537は、8個の永久磁石42(42A〜42H)に対向して配置される。
ステータコア52は、48個のティースを含むが、この48個は、ロータ40に含まれる永久磁石42(42A〜42H)の個数の6倍(整数倍)になるように決定される。
図4は、図1に示すロータ40の斜視図である。図4を参照して、ロータ40のロータコア41は、略円筒形状からなり、円筒面41Aを有する。そして、永久磁石42は、回転軸方向DR1からロータコア41に埋め込まれる。したがって、ロータ40は、IPM(Interior Permanent Magnet)からなる。
図5は、ロータにおける磁石挿入部周辺を示した平面図である。図5を参照して、ロータコア41には磁石挿入用の穴部400が形成される。ここで、穴部400は永久磁石42よりも大きく、永久磁石42および穴部400の間には間隙が形成される。該間隙は、第1部分43および第2部分44を有する。第1および第2部分43,44に充填材としての樹脂が注入されることで、永久磁石42がロータコア42に埋設される。第1部分43は、永久磁石42の双方の幅方向端部に形成された樹脂注入孔43Aおよび樹脂排出孔43Bを含む。第2部分44は、それぞれ永久磁石42の外周側/内周側に形成される外周側隙間44Aおよび内周側隙間44Bを含む。磁石が埋設される際は、樹脂注入孔43Aから樹脂が注入され、樹脂排出孔43Bから樹脂が排出される。その際に、第1部分43よりも幅が狭い第2部分44(外周側隙間44Aおよび内周側隙間44B)にも樹脂が回り込む。なお、穴部400および永久磁石42の軸方向断面(図5に示される断面)の幅は、X方向(第1方向)において相対的に狭く、X方向と直交するY方向(第2方向)において相対的に広くなるように形成されている。
図6は、永久磁石42の挿入部周辺を示した縦断面図である。ここで、図6(a)は、図5中のA−A断面を示し、図6(b)は、図5中のB−B断面を示す。図6(a),(b)を参照して、外周側隙間44Aに面する永久磁石42の側面に、樹脂45の回り込み促進部としての溝部42Iが形成されている。ここで、溝部42Iは、穴部400および永久磁石42の長辺方向であるY方向(第2方向)に延在するように形成されている。
図7は、磁石外周側への樹脂の回り込み状況を示した図である。ここで、図7(a)は、参考例に係るロータにおける回り込み状況を示し、図7(b)は、本実施の形態に係るロータにおける回り込み状況を示す。樹脂インジェクション時は、樹脂注入孔43Aから矢印430Aの方向に樹脂が注入され、樹脂排出孔43Bから矢印430Bの方向に樹脂が排出される。参考例に係るロータにおいては、図7(a)に示すように、磁石に溝部が形成されておらず、樹脂注入孔43Aと樹脂排出孔43Bとの間に位置する外周側隙間44Aにおいて、樹脂45の回りこみが良好でない。一方、本実施の形態に係るロータにおいては、図7(b)に示すように、永久磁石42の側面に樹脂45の流れに沿った溝部42Iが形成されているため、外周側隙間44Aにおいて樹脂45の回り込みが促進され、樹脂45がより広い範囲に均一に充填される。なお、図7(b)に示すように、樹脂45が完全に充填されていない箇所が一部に存在する場合も、実質的には樹脂45が均一に充填されたと解釈される。
図8は、磁石外周面における樹脂が電磁鋼板を押す力を説明する図である。ここで、図8(a)は、参考例に係るロータに関するものを示し、図8(b)は、本実施の形態に係るロータに関するものを示す。図8(a),(b)を参照して、ロータ回転時に永久磁石42に作用する遠心力500は、樹脂45を介してロータコア41に伝達される。ここで、参考例に係るロータにおいては、樹脂の回り込みが良好でないため、図8(a)に示すように、ロータコア41における一部の電磁鋼板に偏って力が作用する。一方、本実施の形態に係るロータにおいては、図8(b)に示すように、ロータコア41に作用する力が均一に分散される。この結果、一部の電磁鋼板に過大な応力が発生することが抑制される。
このように、樹脂注入孔43Aおよび樹脂排出孔43Bが伸びる方向(ロータ軸方向)に対して交差する方向に伸びる溝部42Iが磁石の外周側側面に形成されることで、樹脂の回り込みが促進される。外周側隙間44Aにおける樹脂の回り込みが促進されることで、永久磁石から樹脂部を介してロータコアに伝達される遠心力が均一に分散される。
図9〜図13は、磁石に形成される溝部の変形例を示した図である。磁石に形成される溝部の形態は、図6,図7に示すものに限定されず、たとえば、図9に示すように、溝部42Iが斜め方向に延在してもよいし、図10に示すように、複数の溝部42Iが交差していてもよい。また、図11に示すように、複数の溝部42I間の間隔が変化する(徐々に広がる/狭まる)ように該溝部が形成されてもよいし、図12に示すように、溝部42Iが曲線状に(中央部が垂れ下がるように)形成されてもよい。また、図13に示すように、溝部42Iの幅が変化する(徐々に広がる/狭まる)ように該溝部が形成されてもよい。
上述した内容について要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係るロータ40は、回転シャフトとしてのシャフト30に固設され、穴部400を有するロータコア41と、穴部400に挿入される永久磁石42と、穴部400の側面と永久磁石42の側面との間に注入される樹脂45(充填部)とを備え、注入された樹脂45の回り込みを促進する回り込み促進部としての溝部42Iが永久磁石42の側面に形成されている。
ここで、樹脂45が注入される樹脂注入部は、相対的に幅が広い第1部分43と相対的に幅が狭い第2部分44とを有し、第2部分44における外周側隙間44Aに面する永久磁石42の側面に溝部42Iが設けられている。
なお、穴部の側面と永久磁石の側面との隙間に注入される「充填部」は、ロータコアと永久磁石とを固着する固着層(接着層)である。したがって、「充填部」を構成する「充填材」は上述した樹脂に限定されず、たとえば接着剤、モールド材なども「充填材」に含まれる。したがって、本実施の形態においては、樹脂インジェクションにより磁石をロータコアに埋設する場合について説明したが、たとえば接着剤を用いて磁石をロータコアに埋設する場合においても、上記と同様の効果が得られると考えられる。また、本実施の形態においては、主に外周側隙間44Aにおける樹脂の回り込みを促進する場合について説明したが、内周側隙間44Bにおける樹脂の回り込みを促進する場合についても、同様の思想を適用することが可能である。
(実施の形態2)
図14は、実施の形態2に係るロータにおける磁石挿入部周辺を示した縦断面図である。図14を参照して、本実施の形態に係るロータは、実施の形態1に係るロータの変形例であって、ロータコア41に樹脂の回り込み促進部としての溝部41Bが形成されていることを特徴とする。
溝部41Bは、図14に示すように、ロータコア41を構成する磁性鋼板のうち数枚において、磁石挿入用孔の幅を他の磁性鋼板における孔幅と異ならせることで形成される。このようにすることで、溝部41Bを形成するために別段の切削工程を設ける必要がない。
本実施の形態においては、上記のように、注入された樹脂部の回り込みを促進する回り込み促進部としての溝部41Bがロータコア41に形成されている。本構成によっても、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
(実施の形態3)
図15は、実施の形態3に係るロータにおける磁石挿入部周辺を示した平面図である。図15を参照して、本実施の形態に係るロータは、実施の形態1,2に係るロータの変形例であって、永久磁石42に樹脂の回り込み促進部としての面取り部42Jが形成されていることを特徴とする。
面取り部42Jが形成されることで、永久磁石42の側面と磁石挿入用穴部の内周面との隙間の幅が比較的狭い部分にも樹脂部45が回り込みやすくなる。本構成によっても、実施の形態1,2と同様の効果を得ることができる。
図16は、図15に示される回り込み促進部の変形例を示す図である。ここで、図16(a)は、ロータの平面図であり、図16(b)は該ロータの縦断面(図16(a)におけるXVIB−XVIB断面)を示す。図16(a)を参照して、本変形例においては、永久磁石42の外周側にのみ面取り部42Jが設けられている。この結果、図16(b)に示すように、樹脂注入の初期段階において、外周側隙間44Aへの樹脂の流入速度が比較的大きく、内周側隙間44Bへの樹脂の流入速度が比較的小さくなる。この結果、永久磁石42はロータコア41の内周側に押付けられ、外周側隙間44Aの幅が広くなる。結果として、外周側隙間44Aにおける樹脂の回り込みが促進される。
(実施の形態4)
図17は、実施の形態4に係るロータにおける磁石挿入部周辺を示した平面図である。図17を参照して、本実施の形態に係るロータは、実施の形態1〜3に係るロータの変形例であって、ロータコア41に樹脂の回り込み促進部としての空隙41C(凹部)が形成されていることを特徴とする。
空隙41Cが形成されることで、外周側隙間44Aへの樹脂の流入速度が比較的大きくなり、永久磁石42はロータコア41の内周側に押付けられ、外周側隙間44Aの幅が広くなる。結果として、外周側隙間44Aにおいて樹脂が回り込みやすくなる。本構成によっても、実施の形態1〜3と同様の効果を得ることができる。
図18は、図17に示される回り込み促進部の変形例を示す図である。図18を参照して、本変形例においては、永久磁石42の双方の幅方向端部に空隙41Cが形成されている。これにより、より効果的に樹脂の回り込みを促進することができる。
(実施の形態5)
図19は、実施の形態5に係るロータの製造方法における磁石をロータコアの内周側に押付ける工程を示す図である。本実施の形態に係るロータの製造方法は、図19に示すように、ロータコア41に形成された穴部400に磁石を挿入する工程と、可倒性のフィン46Aを有する押さえ板46によってロータコア41を挟み込むことにより、穴部400に挿入された永久磁石42をロータコア41の内周側に押付ける工程(図19(a),(b))と、該工程の後に永久磁石42と穴部400の壁面との隙間に樹脂を注入する工程とを備える。
上記のように、穴部400に挿入された永久磁石42をロータコア41の内周側に押付けることで、外周側隙間44Aの幅を広くして、当該部分における樹脂の回り込みを促進することができる。結果として、本実施の形態においても、実施の形態1〜4と同様の効果を得ることができる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、上述した各実施の形態の特徴部分を適宜組合わせることは、当初から予定されている。また、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
本発明の実施の形態1に係るロータを有する回転電機の一例を示した断面図である。 図1に示すA方向から見たステータの平面図である。 図1に示すA方向から見たロータおよびステータの平面図である。 図1に示すロータの斜視図である。 図1に示すロータにおける磁石挿入部周辺を示した平面図である。 本発明の実施の形態1に係るロータにおける磁石挿入部周辺を示した縦断面図であり、(a)は図5中のA−A断面を示し、(b)は図5中のB−B断面を示す。 磁石外周側への樹脂の回り込み状況を示した図であり、(a)は参考例に係るのロータに関するものを示し、(b)は本発明の実施の形態1に係るロータに関するものを示す。 磁石外周面における樹脂が電磁鋼板を押す力を説明する図であり、(a)は参考例に係るロータに関するものを示し、(b)は本発明の実施の形態1に係るロータに関するものを示す。 本発明の実施の形態1に係るロータに設けられる磁石の変形例を示した側面図である。 本発明の実施の形態1に係るロータに設けられる磁石の他の変形例を示した側面図である。 本発明の実施の形態1に係るロータに設けられる磁石のさらに他の変形例を示した側面図である。 本発明の実施の形態1に係るロータに設けられる磁石のさらに他の変形例を示した側面図である。 本発明の実施の形態1に係るロータに設けられる磁石のさらに他の変形例を示した側面図である。 本発明の実施の形態2に係るロータにおける磁石挿入部周辺を示した縦断面図である。 本発明の実施の形態3に係るロータにおける磁石挿入部周辺を示した平面図である。 本発明の実施の形態3に係るロータの変形例における磁石挿入部周辺を示した図であり、(a)は平面図であり、(b)は縦断面図である。 本発明の実施の形態4に係るロータにおける磁石挿入部周辺を示した平面図である。 本発明の実施の形態4に係るロータの変形例における磁石挿入部周辺を示した平面図である。 本発明の実施の形態5に係るロータの製造方法における磁石をロータコアの内周側に押付ける工程を示す図である。
符号の説明
1〜5 ティース、10 制御装置、20 三相ケーブル、21 U相ケーブル、22 V相ケーブル、23 W相ケーブル、30 シャフト、40 ロータ、41 ロータコア、41A 円筒面、41B 溝部、41C 空隙、42,42A〜42H 永久磁石、42I 溝部、42J 面取り部、43 第1部分、43A 樹脂注入孔、43B 樹脂排出孔、44 第2部分、44A 外周側隙間、44B 内周側隙間、45 樹脂、46 押さえ板、46A フィン、50 ステータ、51 ステータコイル、52 ステータコア、100 回転電機、400 穴部、500 遠心力、510〜517,520〜527,530〜537 コイル、U1,U2,V1,V2,W1,W2 端子、UN1,UN2,VN1,VN2,WN1,WN2 中性点。

Claims (6)

  1. 回転シャフトに固設され、穴部を有するロータコアと、
    前記穴部に挿入される磁石と、
    前記穴部の側面と前記磁石の側面との隙間に注入される充填部とを備え、
    前記磁石または前記ロータコアの少なくとも一方に、前記隙間に注入された前記充填部の回り込みを促進する回り込み促進部が形成された、ロータ。
  2. 前記回り込み促進部は、前記磁石の前記ロータコア外周側における前記充填部の回り込みを促進する、請求項1に記載のロータ。
  3. 前記穴部および前記磁石の軸方向断面の幅は第1方向において相対的に狭く、前記第1方向に交差する第2方向において相対的に広くなるように形成され、
    前記回り込み促進部は前記第2方向に延在するように形成される、請求項1または請求項2に記載のロータ。
  4. 前記隙間は相対的に幅が広い第1部分と相対的に幅が狭い第2部分とを有し、
    前記磁石または前記ロータコアにおける前記第2部分に面する箇所に前記回り込み促進部を設けた、請求項1から請求項3のいずれかに記載のロータ。
  5. 前記回り込み促進部は、前記磁石または前記ロータコアに形成された溝部、面取り部または凹部のうちいずれか1つを含む、請求項1から請求項4のいずれかに記載のロータ。
  6. ロータコアに形成された穴部に磁石を挿入する工程と、
    前記穴部に挿入された磁石を前記ロータコアの内周側または外周側に押付けた後に前記磁石と前記穴部の壁面との隙間に充填材を注入する工程とを備えた、ロータの製造方法。
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