JP2008199698A - ロータおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータコアに埋設される磁石の長さの減少が抑制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１２０は、軸方向に延びる孔部１２１Ａを有するロータコア１２１と、孔部１２１Ａに挿入された永久磁石１２２と、ロータコア１２１の軸方向端部に設けられ、永久磁石１２２の軸方向端面に対向する位置に該軸方向端面を覆うように形成された有底の凹部１２３Ａを有する金属製のエンドプレート１２３とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロータおよびその製造方法に関し、特に、磁石が埋設されたロータコアを有するロータおよびその製造方法に関する。

磁石が埋設されたロータコアを有するロータが従来から知られている。たとえば、特開２００６−６７６７５号公報（特許文献１）においては、ロータコアに形成された孔に永久磁石を挿入した後にエンドプレートを固定して形成されたロータが記載されている。

また、特開平１１−９８７３５号公報（特許文献２）においては、エンドプレートにおける磁石スロットに対向する部分に貫通孔が形成されたロータが記載されている。

また、国際公開第０２／０５２６９８号パンフレット（特許文献３）においては、ロータコアと該ロータコアを軸線方向に受け止める受け部との間に介装されたベースに、マグネットを軸線方向に押圧して該方向のマグネットの寸法誤差を吸収する可撓性突起が形成されたロータが記載されている。

また、特開２００６−１４９０５９号公報（特許文献４）においては、第１と第２の樹脂によりエンドプレートを構成したロータが記載されている。
特開２００６−６７６７５号公報 特開平１１−９８７３５号公報 国際公開第０２／０５２６９８号パンフレット 特開２００６−１４９０５９号公報

特許文献１に記載のロータにおいて、磁石の軸方向長さは、製造誤差などにより若干変動する。したがって、ロータコアの軸方向端面から磁石が飛び出さないようにするためには、ロータコアよりも磁石を予め短く設計する必要がある。磁石の軸方向長さを短くした結果、回転電機の出力トルクが減少することになる。

特許文献２に記載のロータにおいては、エンドプレートにおける磁石スロットに対向する部分に貫通孔が形成されているが、このような貫通孔を形成すると、エンドプレートの強度が低下する場合がある。

また、特許文献３,４に記載のロータは、本願発明に係るロータに対して前提および構成が全く異なるものである。

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、ロータコアに埋設される磁石の長さの減少が抑制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、軸方向に延びる孔部を有するロータコアと、該孔部に挿入された磁石とを備える。

１つの局面では、上記ロータは、ロータコアの軸方向端部に設けられ、磁石の軸方向端面に対向する位置に該軸方向端面を覆うように形成された有底の凹部を有する金属製のエンドプレートをさらに備える。

他の局面では、上記ロータは、ロータコアの軸方向端部に設けられ、磁石の軸方向端面に対向する位置に該軸方向端面を覆うように形成された有底の凹部を有するエンドプレートをさらに備え、有底の凹部に対向する磁石の軸方向端面とエンドプレートとの間に隙間が形成される。

さらに他の局面では、上記ロータは、ロータコアの軸方向の両端部に設けられたエンドプレートをさらに備え、ロータコアの一方の軸方向端部に設けられたエンドプレートのみが、磁石の軸方向端面に対向する位置に該軸方向端面を覆うように形成された有底の凹部を有する。

上記いずれの局面においても、エンドプレートに凹部を形成することにより、磁石の軸方向長さの変動を吸収することができるので、磁石を比較的長く設計することが可能となり、ロータコアに埋設される磁石の長さの減少を抑制することができる。ここで、凹部を有底とすることにより、凹部が形成される箇所においてもエンドプレートの厚みが残存するので、エンドプレートの強度の低下を抑制することができる。また、エンドプレートを金属製としたり、一方のエンドプレートのみに凹部を形成することで、エンドプレートの強度の低下をさらに抑制することができる。また、磁石とエンドプレートとの間に隙間が形成される程度に凹部の深さを設定することで、磁石の軸方向の長さの変動を確実に吸収することが可能となる。

好ましくは、上記ロータにおいて、磁石は、孔部に充填された充填材によりロータコアに固定されている。ここで、１つの例として、孔部に充填された充填材はロータコアの軸方向端面上に突出し、有底の凹部内に受け入れられる。

充填材により磁石を固定した場合、ロータコアの軸方向端面上に充填材が突出してエンドプレートの組付けを阻害する場合がある。このことを抑制するために磁石の軸方向長さを低減すると、回転電機の出力トルクが減少することになる。本願発明に係るロータによれば、エンドプレートに凹部を形成することにより、ロータコアの軸方向端面上に突出した充填材を凹部内に受け入れることができるので、ロータコアに埋設される磁石の長さの減少を抑制することができる。

本発明に係るロータの製造方法は、軸方向に延びる孔部を有するロータコアを形成する工程と、孔部に磁石を挿入する工程と、磁石の軸方向端面に対向する位置に該軸方向端面を覆うように形成された有底の凹部を有するエンドプレートをロータコアの軸方向端部に取り付ける工程とを備える。

上記方法によれば、エンドプレートに凹部を形成することにより、磁石の軸方向長さの変動を吸収することができるので、磁石を比較的長く設計することが可能となり、ロータコアに埋設される磁石の長さの減少を抑制することができる。ここで、凹部を有底とすることにより、凹部が形成される箇所においてもエンドプレートの厚みが残存するので、エンドプレートの強度の低下を抑制することができる。

本発明によれば、ロータコアに埋設される磁石の長さの減少を抑制することができる。

以下に、本発明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。

なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。また、以下に複数の実施の形態が存在する場合、特に記載がある場合を除き、各々の実施の形態の構成を適宜組合わせることは、当初から予定されている。

図１は、本発明の１つの実施の形態に係るロータを含む回転電機を示した断面図であり、図２は、当該回転電機に含まれるロータの上面図である。図１,図２を参照して、モータおよび／またはジェネレータである回転電機１００は、回転シャフト１１０と、回転シャフト１１０に固設されたロータ１２０と、ステータ１３０とを含んで構成される。

ロータ１２０は、回転シャフト１１０に取り付けられたロータコア１２１を有する。ロータコア１２１は、たとえば、鉄または鉄合金などからなる電磁鋼板を積層することにより構成される。ロータコア１２１には、軸方向に延びる孔部１２１Ａが形成され、孔部１２１Ａに永久磁石１２２が埋め込まれている。

孔部１２１Ａは永久磁石１２２よりも大きい。永久磁石１２２と孔部１２１Ａの壁面との間に充填材としての樹脂１２４が充填されることで、永久磁石１２２がロータコア１２１に固定される。

ロータコア１２１の軸方向両端部には、エンドプレート１２３が取り付けられている。図１中の上側に位置するエンドプレート１２３は、永久磁石１２２の軸方向端面に対向する位置に該軸方向端面を覆うように形成された凹部１２３Ａを有している。凹部１２３Ａは、エンドプレート１２３の厚みを残存させるように形成された有底の凹部である。

エンドプレート１２３は、たとえばアルミニウムなどにより構成され、その厚みは、たとば５ｍｍ程度である。また、凹部１２３Ａの深さは、たとえば２ｍｍ程度である。凹部１２３Ａは、たとえば、エンドプレート１２３にプレス加工を施すことにより形成される。

回転シャフト１１０は、軸受部（図示せず）を介して回転電機のケース（図示せず）に回転可能に取り付けられる。

ステータ１３０はステータコア１３１を有する。ステータコア１３１は、たとえば、鉄または鉄合金あるいは電磁鋼板を積層することにより構成される。ステータコア１３１の内周面上には複数のティース部（図示せず）および該ティース部間に形成されるスロット部（図示せず）が形成されている。スロット部は、ステータコア１３１の内周側に開口するように設けられる。

３つの巻線相であるＵ相、Ｖ相およびＷ相を含むステータコイル１３２は、スロット部に嵌り合うようにティース部に巻き付けられる。Ｕ相、Ｖ相およびＷ相は、互いに円周上でずれるように巻き付けられる。

図１に示される回転電機１００は、典型的には、ハイブリッド車（ＨＶ：hybrid vehicle）に搭載されるが、その用途はハイブリッド車に限定されず、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に示すように、永久磁石１２２は、ロータの周方向に並ぶように複数設けられる。図２の例では、略Ｖ字状に配置された１対の永久磁石１２２が、ロータの周方向に等間隔に並ぶように８組設けられている。エンドプレート１２３に形成された凹部１２３Ａは、永久磁石１２２の配置に合わせて略Ｖ字状に形成されている。なお、永久磁石１２２の配置は図２に示す例に限定されず、たとえば各々の永久磁石１２２の着磁面がロータの径方向に垂直な方向に向く状態で複数の永久磁石１２２が周方向に等間隔で並ぶように配置されてもよい。

永久磁石１２２の軸方向長さは、製造誤差などにより変動する。永久磁石１２２の軸長が変動した結果、ロータコア１２１の軸方向端面から永久磁石１２２が飛び出す場合がある。これを抑制しようとすると、ロータコア１２１よりも永久磁石１２２を予め短く設計する必要がある。永久磁石１２２の軸方向長さを短くした結果、回転電機の出力トルクが減少することが懸念される。

本実施の形態に係るロータにおいては、上記のように、エンドプレート１２３における永久磁石１２２に対向する部分に凹部１２３Ａを設けることにより、永久磁石１２２がロータコア１２１の軸方向端面から突出した場合にも、その突出部分を凹部１２３Ａ内に受け入れることができるので、永久磁石１２２の軸方向長さの変動を吸収することができる。したがって、永久磁石１２２をロータコア１２１よりも予め短く設計する必要が無くなり、永久磁石１２２の軸長が低減されることによる回転電機１００の出力トルクの低減が抑制される。

凹部１２３Ａの深さは、永久磁石１２２の軸長の変動を吸収でき、かつ、エンドプレート１２３の強度が過度に低下しない範囲で適宜変更される。また、凹部１２３Ａの底面と該凹部１２３Ａに対向する永久磁石１２２の軸方向端面との間には、隙間が形成される。このようにすることで、永久磁石１２２の軸方向の長さの変動を確実に吸収することが可能となる。

なお、ロータ１２０において、図１中の下側のエンドプレート１２３には、凹部１２３Ａは形成されていない。すなわち、ロータ１２０では、ロータコア１２１の軸方向両端部に位置するエンドプレート１２３の一方のみに凹部１２３Ａが形成されている。なお、両方のエンドプレート１２３に凹部１２３Ａが形成されてもよい。

次に、図３を用いて、永久磁石１２２の軸方向端面近傍の構造について説明する。図３に示すように、永久磁石１２２は、その軸方向端面がロータコア１２１の軸方向端面と同一の平面に含まれるような軸長を有している。すなわち、図３の例では、永久磁石１２２の軸長は、ロータコア１２１の軸長と略同じ長さに形成されている。そして、孔部１２１Ａに充填された樹脂１２４はロータコア１２１の軸方向端面上に突出し、エンドプレート１２３に形成された凹部１２３Ａ内に受け入れられる。

なお、永久磁石１２２の軸長はロータコア１２１の軸長よりも若干長くてもよいし、ロータコア１２１の軸長よりも若干短くてもよい。

次に、図４を用いて、ロータ１２０の製造方法について説明する。図４を参照して、まず、ステップ１０（以下、「Ｓ１０」のように略す。）において、軸方向に延びる孔部１２１Ａを有するロータコア１２１を形成する。次に、Ｓ２０において、孔部１２１Ａに永久磁石１２２を挿入する。その後、Ｓ３０において、ロータコア１２１と永久磁石１２２との隙間に樹脂１２４を注入し、永久磁石１２２をロータコア１２１に固定する。さらに、Ｓ４０において、凹部１２３Ａが永久磁石１２２の軸方向端面に対向するようにエンドプレート１２３をロータコア１２１の軸方向端部に載置する。そして、Ｓ５０において、エンドプレート１２３を固定する。以上の工程により、図１〜図３に示すロータ１２０が得られる。

次に、図５を用いて、永久磁石１２２の軸長と回転電機１００の出力トルクとの関係について説明する。図５に示す直線（斜め方向の実線）は、ロータコアの軸長を一定とし、永久磁石１２２の軸長を逐次変更した各ケースにおける回転電機１００の出力トルクを三次元解析により求めた各データを繋いだものである。図５において、横軸は、ロータコア１２１の軸長に対するロータコア１２１の軸長から永久磁石１２２の軸長を差し引いた値の割合を示し、縦軸は、ロータコア１２１の軸長と永久磁石１２２の軸長とが等しい場合（すなわち、横軸の値が０パーセントの場合）の回転電機１００の出力トルクを１００パーセントとした場合の、各ケースの出力トルクの割合を示す。

図５を参照して、横軸の値が２．５９パーセントの場合、縦軸の値は９８．０５パーセントである。すなわち、永久磁石１２２の軸長がロータコア１２１の軸長よりも２．５９パーセント短い場合の回転電機１００の出力は、永久磁石１２２の軸長とロータコア１２１の軸長とが等しい場合の回転電機１００の出力の９８．０５パーセントである。換言すると、永久磁石１２２の軸長をロータコア１２１の軸長より２．５９パーセント短い長さからロータコア１２１の軸長と同じ長さにまで伸ばすことにより、回転電機１００の出力が２パーセント程度増大する（図５中のＡ）。

なお、凹部１２３Ａの形状は、上述のように永久磁石１２２の外形に沿う形状に限定されず、適宜変更が可能である。

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１２０は、軸方向に延びる孔部１２１Ａを有するロータコア１２１と、孔部１２１Ａに挿入された永久磁石１２２と、ロータコア１２１の軸方向端部に設けられ、永久磁石１２２の軸方向端面に対向する位置に該軸方向端面を覆うように形成された有底の凹部１２３Ａを有する金属製のエンドプレート１２３とを備える。

上述したように、本実施の形態に係るロータ１２０によれば、永久磁石１２２の軸長が低減されることを抑制し、結果として、回転電機１００の出力トルクを増大させることができる。

ここで、凹部１２３Ａを有底の凹部とすることにより、エンドプレート１２１の強度が過度に低下することを抑制することができる。また、エンドプレートを金属であるアルミニウム製としたり、一方のエンドプレート１２３のみに凹部１２３Ａを形成することで、エンドプレート１２３の強度の低下を抑制することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、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を含む回転電機を示した断面図である。 図１に示される回転電機に含まれるロータを示した上面図である。 図１,図２に示されるロータにおける磁石の軸方向端面近傍の詳細を示す断面図である。 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。 磁石の軸長と回転電機のトルクとの関係について説明するグラフである。

符号の説明

１００ 回転電機、１１０ 回転シャフト、１２０ ロータ、１２１ ロータコア、１２１Ａ 孔部、１２１Ｂ 空洞、１２２ 永久磁石、１２３ エンドプレート、１２３Ａ 凹部、１２４ 樹脂、１３０ ステータ、１３１ ステータコア、１３２ ステータコイル。

Claims (6)

1. 軸方向に延びる孔部を有するロータコアと、
   前記孔部に挿入された磁石と、
   前記ロータコアの軸方向端部に設けられ、前記磁石の軸方向端面に対向する位置に該軸方向端面を覆うように形成された有底の凹部を有する金属製のエンドプレートとを備えた、ロータ。
2. 軸方向に延びる孔部を有するロータコアと、
   前記孔部に挿入された磁石と、
   前記ロータコアの軸方向端部に設けられ、前記磁石の軸方向端面に対向する位置に該軸方向端面を覆うように形成された有底の凹部を有するエンドプレートとを備え、
   前記有底の凹部に対向する前記磁石の軸方向端面と前記エンドプレートとの間に隙間が形成された、ロータ。
3. 軸方向に延びる孔部を有するロータコアと、
   前記孔部に挿入された磁石と、
   前記ロータコアの軸方向の両端部に設けられたエンドプレートとを備え、
   前記ロータコアの一方の軸方向端部に設けられたエンドプレートのみが、前記磁石の軸方向端面に対向する位置に該軸方向端面を覆うように形成された有底の凹部を有する、ロータ。
4. 前記磁石は、前記孔部に充填された充填材により前記ロータコアに固定されている、請求項１から請求項３のいずれかに記載のロータ。
5. 前記孔部に充填された前記充填材は前記ロータコアの軸方向端面上に突出し、前記有底の凹部内に受け入れられる、請求項４に記載のロータ。
6. 軸方向に延びる孔部を有するロータコアを形成する工程と、
   前記孔部に磁石を挿入する工程と、
   前記磁石の軸方向端面に対向する位置に該軸方向端面を覆うように形成された有底の凹部を有するエンドプレートを前記ロータコアの軸方向端部に取り付ける工程とを備えた、ロータの製造方法。

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