JP2007215357A - ロータおよびその製造方法ならびに電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータコア内に埋設される複数の磁石間の固定強度が高いロータおよびその製造方法ならびに該ロータを含む電動車両を提供する。
【解決手段】ロータ１３０は、回転シャフトに固設され、穴部１３１０を有するロータコア１３１と、ロータコア１３１の軸方向に並ぶように穴部１３１０に挿入される複数の磁石１３２Ａ，１３２Ｂと、穴部１３１０内に注入された樹脂部１３３とを備え、磁石１３２Ａ，１３２Ｂが対向する箇所において、磁石１３２Ａ，１３２Ｂ間への樹脂部１３３の流入を促進する「流入促進部」として、磁石１３２Ａ，１３２Ｂに面取り部または座ぐり部が設けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ロータおよびその製造方法ならびに電動車両に関し、特に、ロータコアに挿入される磁石を有するロータおよびその製造方法ならびに該ロータを含む電動車両に関する。

特開２００２−３４１８７号公報（特許文献１）においては、ロータコアに設けられた穴部と該穴部に埋設された永久磁石との間に樹脂部材を充填することにより永久磁石をロータコアに固定したロータが開示されている。

また、特開２００１−１５７３９４号公報（特許文献２）においても、上記と同様に、永久磁石を樹脂部材によってロータコアに固定したロータが開示されている。

また、特開２００５−９４８４５号公報（特許文献３）においては、樹脂でコーティングされた棒状の永久磁石を軸方向に複数並べてロータコアに埋設したロータが開示されている。
特開２００２−３４１８７号公報 特開２００１−１５７３９４号公報 特開２００５−９４８４５号公報

ロータコアに埋設された磁石内に発生する渦電流損を低減する観点から、該磁石を分割し、分割された磁石間に充填材を流入させることが考えられる。しかしながら、この際、分割された磁石と充填部との固着力および磁石の固定強度が問題になる場合がある。特に、分割された磁石間に充填材が十分に流れ込むかが重要である。

これに対し、特許文献１〜３では、ロータコアに埋設される複数の磁石間への充填材の流れ込みを十分に促進する構成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り、本発明の目的は、ロータコア内に埋設される複数の磁石と充填部との固着力および磁石の固定強度が高いロータおよびその製造方法ならびに該ロータを含む電動車両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、ロータコアの軸方向に並ぶように穴部に挿入される複数の磁石と、穴部内に注入された充填部とを備える。

ここで、１つの局面では、上記ロータにおいて、複数の磁石が対向する箇所のうち少なくとも１箇所において、磁石は複数の磁石間への充填部の流入を促進する流入促進部を有する。

なお、本発明に係るロータおよびその製造方法において、「充填部」とは、接着ではなく主として穴部内に充填されることにより磁石をロータコアに固定することを意図する部分を意味する。

上記構成によれば、ロータコアに埋設される複数の磁石間への充填部の流入を促進することができるので、磁石間に充填材を安定して充填することができる。この結果、渦電流損が低減され、かつ、複数の磁石と充填部との固着力および磁石の固定強度が強化されたロータが得られる。

他の局面では、本発明に係るロータにおいて、複数の磁石が対向する箇所のうち少なくとも１箇所において、複数の磁石間に位置する充填部は、相対的に厚みの小さい第１部分と相対的に厚みの大きい第２部分とを含み、第２部分は、磁石の側面に隣接した位置に設けられる。

上記構成によれば、第２部分から複数の磁石間に充填部が流入しやすくなり、複数の磁石間に充填部を安定して充填することができる。また、充填部が厚みの小さい第１部分と厚みの大きい第２部分とを有することで、充填部と磁石との接触面積を増大させることができる。結果として、渦電流損が低減され、かつ、複数の磁石と充填部との固着力および磁石の固定強度が高いロータが得られる。

上記ロータにおいて、好ましくは、流入促進部および第２部分は、磁石の角部に面取りまたは座ぐりを施すことにより形成される。

これにより、簡便な手法で流入促進部を形成し、複数の磁石間に充填部を安定して充填することができる。また、複数の磁石が対向する部分において、磁石と充填部との接触面積を増大させることができる。この結果、渦電流損が低減され、かつ、複数の磁石と充填部との固着力および磁石の固定強度が高いロータが得られる。

上記ロータにおいて、好ましくは、充填部は上記穴部の開口から該穴部内に注入される。これにより、充填部注入のための特別な穴を設ける必要がなくなるため、ロータの小型化を図ることができる。

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第１の磁石を挿入する工程と、第１の磁石と軸方向に並び、側面に面する部分で第１の磁石との間に充填材の流入を促進可能な隙間が形成されるように穴部に第２の磁石を挿入する工程と、第１と第２の磁石が挿入された穴部に充填材を注入する工程とを備える。

上記方法によれば、ロータコアに埋設される複数の磁石間への充填部の流入を促進することができるので、磁石間に充填材を安定して充填することができる。この結果、渦電流損が低減され、かつ、複数の磁石と充填部との固着力および磁石の固定強度が高いロータが得られる。

本発明に係る電動車両は、上述したロータ、または、上述したロータの製造方法により製造されたロータを備える。

これにより、複数の磁石の固着力および固定強度が高いロータを搭載した電動車両が得られる。

本発明によれば、ロータコア内に埋設される複数の磁石と充填部の固着力および磁石の固定強度が高いロータおよびその製造方法ならびに該ロータを含む電動車両を得ることができる。

以下に、本発明に基づくロータおよびその製造方法ならびに電動車両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。

図１は、本発明の１つの実施の形態に係るロータが適用される駆動ユニットの構成を概略的に示す図である。図１に示される例では、駆動ユニット１は、「電動車両」としてのハイブリッド車両に搭載される駆動ユニットであり、モータジェネレータ１００と、ハウジング２００と、減速機構３００と、ディファレンシャル機構４００とドライブシャフト受け部５００とを含んで構成される。

モータジェネレータ１００は、電動機または発電機としての機能を有する回転電機であり、軸受１１０を介してハウジング２００に回転可能に取付けられた回転軸１２０と、回転軸１２０に取付けられたロータ１３０と、ステータ１４０とを有する。ステータ１４０はステータコア１４１を有し、ステータコア１４１にはコイル１４２が巻回されている。コイル１４２はハウジング２００に設けられた端子台２１０を介して給電ケーブル６００Ａと電気的に接続される。給電ケーブル６００Ａの他端は、ＰＣＵ６００に接続されている。ＰＣＵ６００は、給電ケーブル７００Ａを介してバッテリ７００と電気的に接続される。これにより、バッテリ７００とコイル１４２とが電気的に接続される。

モータジェネレータ１００から出力された動力は、減速機構３００からディファレンシャル機構４００を介してドライブシャフト受け部５００に伝達される。ドライブシャフト受け部５００に伝達された駆動力は、ドライブシャフト（図示せず）を介して車輪（図示せず）に回転力として伝達されて、車両を走行させる。

一方、ハイブリッド車両の回生制動時には、車輪は車体の慣性力により回転させられる。車輪からの回転力によりドライブシャフト受け部５００、ディファレンシャル機構４００および減速機構３００を介してモータジェネレータ１００が駆動される。このとき、モータジェネレータ１００が発電機として作動する。モータジェネレータ１００により発電された電力は、ＰＣＵ６００内のインバータを介してバッテリ７００に蓄えられる。

給電ケーブル６００Ａ，７００Ａは、Ｕ相ケーブルと、Ｖ相ケーブルと、Ｗ相ケーブルとからなる三相ケーブルである。コイル１４２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である給電ケーブル６００Ａ，７００Ａに接続される。

なおモータジェネレータ１００の用途は、ハイブリッド車（ＨＶ：hybrid vehicle）に限定されず、その他の「電動車両」（たとえば燃料電池車や電気自動車）に搭載されてもよい。

図２は、本実施の形態に係るロータの縦断面図である。図２を参照して、ロータ１３０は、穴部１３１０を有するロータコア１３１と、穴部１３１０に挿入されてロータコア１３１に埋設される磁石１３２と、穴部１３１０の側面と磁石１３２との間に充填された樹脂部１３３とを備える。磁石１３２は、ロータ１３０の軸方向に並ぶように設けられた複数の磁石１３２Ａ，１３２Ｂを含む。そして、樹脂部１３３は、磁石１３２Ａ，１３２Ｂ間に位置する部分（樹脂部１３３０）を有する。このように、磁石１３２を複数に分割し、分割された磁石間に樹脂部１３３０を形成することで、モータジェネレータ１００の駆動時の渦電流損を低減することができる。なお、磁石１３２は、必ずしも２つに分割されるものではなく、３つ以上に分割されてもよい。

「モールド樹脂部」としての樹脂部１３３は、たとえばエポキシ系樹脂を含んで構成される。樹脂部１３３が設けられることにより、磁石１３２Ａ，１３２Ｂがロータコア１３１に固定される。樹脂部１３３は、接着ではなく主として穴部１３１０内に充填されることにより磁石１３２をロータコア１３１に固定する。したがって、穴部１３１０内の空間に対する樹脂部１３３の充填率は、同様のロータコアにおける磁石の固着材として接着剤を用いた場合の該接着剤の充填率よりも高い。このようにすることで、穴部１３１０内で磁石１３２Ａ，１３２Ｂを精度よく固定することができる。なお、樹脂部１３３は、樹脂注入のための特別の穴を設けることなく、穴部１３１０の開口から穴部１３１０内に流し込まれる。このようにすることで、ロータ１３０の小型化を図ることができる。

上記のように、ロータコア１３１に埋設される磁石を軸方向に複数に分割することで、磁石の生産性を向上させることができる。しかしながら、ここで、磁石１３２Ａ，１３２Ｂ間に空隙が形成されると、磁石どうしが車両振動により衝突して磨耗することが懸念される。また、樹脂と磁石との接触面積が不足して固着強度が不足すると、磁石の端面を境にロータコア内に隙間が形成されることが懸念される。さらに、磁石間に空隙が形成されると、複数の磁石が接触して渦電流損を十分に低減できないことも懸念される。これに対し、本実施の形態に係るロータにおいては、後述する構成により、磁石１３２Ａ，１３２Ｂ間への樹脂部１３３の流入が促進され、磁石１３２Ａ，１３２Ｂ間に樹脂部１３３が安定して充填されている。

図３は、図２におけるＡ部の拡大図である。図３を参照して、磁石１３２Ａ，１３２Ｂが対向する部分には、面取り部１３２１が形成される。このようにすることで、樹脂部１３３を注入する際に、磁石１３２Ａ，１３２Ｂ間に樹脂が流入しやすくなり、磁石１３２Ａ，１３２Ｂ間に位置する樹脂部１３３０が安定して形成される。なお、樹脂部１３３０は、厚みが小さい第１部分１３３１と厚みが大きい第２部分１３３２とを有する。上記ように、磁石１３２Ａ，１３２Ｂ間に樹脂部１３３０が安定して形成されることで、後述するように、渦電流損が低減される。また、樹脂部１３３０に厚みが大きい第２部分１３３２が形成されることで、磁石１３２Ａ，１３２Ｂ間に形成される樹脂部１３３０の体積を増大させ、磁石１３２Ａ，１３２Ｂの固定強度を向上させることができる。また、磁石１３２Ａ，１３２Ｂに面取り部１３２１が設けられることで、磁石１３２Ａ，１３２Ｂが対向する部分で磁石１３２Ａ，１３２Ｂと樹脂部１３３との接触面積を増大させ、磁石１３２Ａ，１３２Ｂと樹脂部１３３との固着強度を向上させることができる。

図６，図７は、渦電流損の低減のメカニズムを説明する図である。ここで、図６は、本実施の形態に係るロータにおける渦電流の態様を説明する図であり、図７は、比較例に係るロータにおける渦電流の態様を説明する図である。

本実施の形態に係るロータにおいては、図６に示すように、複数の磁石１３２Ａ，１３２Ｂ間にも安定して樹脂部が充填されている。これに対し、比較例に係るロータにおいては、図７に示すように、接着剤１３３Ａにより磁石１３２Ａ，１３２Ｂが固着されているが、磁石１３２Ａ，１３２Ｂ間への接着剤１３３Ａの回り込みが十分でなく、磁石１３２Ａ，１３２Ｂが互いに接触している。

したがって、比較例に係るロータにおいて、渦電流Ｉは、磁石１３２Ａ，１３２Ｂを跨って流れる。この場合、磁石を分割したことによる渦電流損の低減効果は期待できない。これに対し、本実施の形態に係るロータにおいては、磁石１３２Ａ，１３２Ｂ間に位置する樹脂部１３３０により、渦電流Ｉの流路を分割することができる。この結果、渦電流損を低減することができる。

図４は、図２におけるＡ部の変形例を示す拡大図である。図４を参照して、上述した面取り部１３２１に代えて、磁石１３２Ａ，１３２Ｂに座ぐり部１３２２が設けられてもよい。この場合も、上記と同様に、渦電流損を低減するとともに、磁石１３２Ａ，１３２Ｂと樹脂部１３３との固着強度および磁石１３２Ａ，１３２Ｂの固定強度を向上させることができる。

なお、面取り部１３２１および座ぐり部１３２２は、磁石１３２Ａ，１３２Ｂのいずれか一方のみに設けられていてもよい。また、磁石を３つ以上に分割する場合、磁石が対向する箇所のうち一部の箇所において、面取り部１３２１または座ぐり部１３２２が設けられていてもよい。

上述した内容について換言すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係るロータ１３０は、回転シャフト１２０に固設され、穴部１３１０を有するロータコア１３１と、ロータコア１３１の軸方向に並ぶように穴部１３１０に挿入される複数の磁石１３２（１３２Ａ，１３２Ｂ）と、穴部１３１０内に注入された「充填部」としての樹脂部１３３とを備え、磁石１３２Ａ，１３２Ｂが対向する箇所のうち少なくとも１箇所において、磁石１３２Ａ，１３２Ｂは、磁石１３２Ａ，１３２Ｂ間への樹脂部１３３の流入を促進する「流入促進部」としての面取り部１３２１または座ぐり部１３２２を有する。換言すると、ロータ１３０において、磁石１３２Ａ，１３２Ｂが対向する箇所のうち少なくとも１箇所において、磁石１３２Ａ，１３２Ｂ間に位置する樹脂部１３３０は、相対的に厚みの小さい第１部分１３３１と相対的に厚みの大きい第２部分１３３２とを含み、第２部分１３３２は、磁石１３２Ａ，１３２Ｂの側面に隣接した位置に設けられる。

また、本実施の形態に係るロータ１３０の製造方法は、図５に示すように、ロータコア１３１に形成された穴部１３１０に磁石１３２を挿入する工程（Ｓ１０）と、穴部１３１０に「充填材」としての樹脂を注入して穴部１３１０内に「充填部」としての樹脂部１３３を形成する工程（Ｓ２０）とを備え、磁石を挿入する工程（Ｓ１０）は、穴部１３１０に「第１の磁石」としての磁石１３２Ａを挿入する工程（Ｓ１１）と、側面に面する部分で磁石１３２Ａとの間に樹脂部１３３の流入を促進可能な隙間を設けるように該磁石１３２Ａ上に「第２の磁石」としての磁石１３２Ｂを挿入する工程（Ｓ１２）とを含む。

本実施の形態に係るロータによれば、磁石１３２Ａ，１３２Ｂ間に面取り部１３２１または座ぐり部１３２２が設けられることで、磁石１３２Ａ，１３２Ｂ間への樹脂部１３３の流入を促進することができる。そして、樹脂部１３３の第１部分１３３１と比較して厚みの大きい樹脂部１３３の第２部分１３３２が形成される。この結果、渦電流損が低減されるとともに、磁石１３２Ａ，１３２Ｂと樹脂部１３３との固着力および磁石１３２Ａ，１３２Ｂの固定強度が高いロータが得られる。

また、本実施の形態に係るロータの製造方法によれば、側面に面する部分で磁石１３２Ａ，１３２Ｂ間に隙間を設けることで、磁石１３２Ａ，１３２Ｂ間に樹脂部１３３が流入しやすくなる。結果として、渦電流損が低減されるとともに、磁石１３２Ａ，１３２Ｂと樹脂部１３３との固着力および磁石１３２Ａ，１３２Ｂの固定強度が高いロータが得られる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべ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すべての変更が含まれることが意図される。

本発明の１つの実施の形態に係るロータが適用される駆動ユニットの構成を概略的に示す図である。 本発明の１つの実施の形態に係るロータの縦断面図である。 図２に示されるロータにおける複数の磁石が対向する部分の拡大図である。 本発明の１つの実施の形態に係るロータの変形例における複数の磁石が対向する部分の拡大図である。 本発明の１つの実施の形態に係るロータの製造方法を説明するフロー図である。 本実施の形態に係るロータにおける渦電流の態様を説明する図である。 比較例に係るロータにおける渦電流の態様を説明する図である。

符号の説明

１ 駆動ユニット、１００ モータジェネレータ、１１０ 軸受、１２０ 回転軸、１３０ ロータ、１３１ ロータコア、１３２，１３２Ａ，１３２Ｂ 磁石、１３３，１３３０ 樹脂部、１３３Ａ 接着剤、１４０ ステータ、１４１ ステータコア、１４２ コイル、２００ ハウジング、２１０ 端子台、３００ 減速機構、４００ ディファレンシャル機構、５００ ドライブシャフト受け部、６００ ＰＣＵ、６００Ａ，７００Ａ 給電ケーブル、７００ バッテリ、１３１０ 穴部、１３２１ 面取り部、１３２２ 座ぐり部、１３３１ 第１部分、１３３２ 第２部分。

Claims (7)

1. 回転シャフトに固設され、穴部を有するロータコアと、
   前記ロータコアの軸方向に並ぶように前記穴部に挿入される複数の磁石と、
   前記穴部内に注入された充填部とを備え、
   複数の前記磁石が対向する箇所のうち少なくとも１箇所において、前記磁石は複数の前記磁石間への前記充填部の流入を促進する流入促進部を有する、ロータ。
2. 前記流入促進部は、前記磁石の角部に面取りまたは座ぐりを施すことにより形成される、請求項１に記載のロータ。
3. 回転シャフトに固設され、穴部を有するロータコアと、
   前記ロータコアの軸方向に並ぶように前記穴部に挿入される複数の磁石と、
   前記穴部内に注入された充填部とを備え、
   複数の前記磁石が対向する箇所のうち少なくとも１箇所において、複数の前記磁石間に位置する前記充填部は、相対的に厚みの小さい第１部分と相対的に厚みの大きい第２部分とを含み、前記第２部分は、前記磁石の側面に隣接した位置に設けられる、ロータ。
4. 前記第２部分は、前記磁石の角部に面取りまたは座ぐりを施すことにより形成される、請求項３に記載のロータ。
5. 前記充填部は前記穴部の開口から該穴部内に注入される、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第１の磁石を挿入する工程と、
   前記第１の磁石と軸方向に並び、側面に面する部分で前記第１の磁石との間に充填材の流入を促進可能な隙間が形成されるように前記穴部に第２の磁石を挿入する工程と、
   前記第１と第２の磁石が挿入された前記穴部に前記充填材を注入する工程とを備えた、ロータの製造方法。
7. 請求項１から請求項５のいずれかに記載のロータ、または、請求項６に記載のロータの製造方法により製造されたロータを備えた、電動車両。

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