JP2009136090A - ロータプレート - Google Patents

Abstract

【課題】ロータプレートに発生する渦電流を小さくし、渦電流損を抑制できるロータプレートを提供する。
【解決手段】ロータプレート1は、外周側面にロータプレート1の厚さ方向に貫通するスリットsが複数形成されている。そして、これらスリットsに形成される空間が、ロータプレートの外周側面を含む外周領域内に絶縁体として介在されることで、外周領域が周方向に分割されている。このようなスリットタイプのロータコアによれば、スリットsが外周領域を周方向に電気的に分断することで、渦電流のパスが細分化されるので、渦電流が小さくなり渦電流損を抑制できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータを構成するロータに用いられるロータプレートに関する。特に、ロータプレートに発生する渦電流を小さくし、渦電流損を抑制できるロータプレートに関する。

従来、ハイブリッド自動車や電気自動車などに利用されているモータの構造は、例えば、図６に示すような構造が一般的である（特許文献１の図１参照）。このモータは、回転磁界を発生させるためのステータ100と、このステータの内側に配置されるロータ110と、このロータに固定されるシャフト120とから構成されている。

ロータ110は、ロータコア112と永久磁石113とを有している。ロータコア112は、複数の電磁鋼板を積層することにより形成されており、このロータコア112には周方向に等間隔に永久磁石113が埋設されている。また、ロータコア112の両端にエンドプレート（ロータプレート）111が各々配置され、これら１対のエンドプレート111によりロータコア112と永久磁石113とを保持する構造となっている。

ステータ100は、複数のティースを備えるステータコア101と、このステータコア101に配された複数のコイル102とを有する。ステータコア101は、複数の電磁鋼板を積層することにより形成されており、複数のティースがリング状のヨークから求心状に延出した構造となっている。各コイル102は、ティースに巻線を巻回することで形成され、各コイル102に電流が供給されることで、回転磁界を発生させる。

特開２００５−２５３２７５

従来のロータプレートは、銅などの金属製のものが一般的に用いられている。ステータに回転磁界を発生させロータを回転させたとき、ロータコアに流れる磁束が変化するが、その際、ロータプレート側に磁束が漏れ、この漏れ磁束がロータプレートに流れることがある。特に、ステータコアに近いロータコアの外周側程、漏れ磁束が生じ易い。そして、ロータプレートの軸方向（厚さ方向）・径方向に漏れ磁束が流れることにより、渦電流が発生し、渦電流損が生じる問題がある（図７参照）。

ロータプレートに生じる渦電流損を改善する技術が、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されている第一の手段は、ロータプレートのロータコアと接する側の面（ロータコアとの対向面）にローレット加工などの機械加工を施すことにより、ロータプレート表面への漏れ磁束量を低減することで、渦電流損を低減する。また、別の手段は、ロータプレートのロータコアとの対向面に電気絶縁性材料を装着することにより、ロータプレートを通過する漏れ磁束を少なくすることで、渦電流の発生を低減して渦電流損を低減する。

しかし、最近では、さらなるモータの低損失化が課題となっており、エネルギ損失の改善がより一層求められている。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的の一つは、ロータプレートに発生する渦電流を小さくし、渦電流損を抑制できるロータプレートを提供することにある。

本発明者は、ロータプレートに発生する渦電流のパスを細分化することで、ロータプレートに発生する渦電流を小さくし、渦電流損を抑制することを提案する。

本発明は、モータの構成部材であるロータコアの両端に配置されるロータプレートに係り、ロータプレートの外周側面を含む外周領域内に絶縁体を具え、この絶縁体により、外周領域が分割されていることを特徴とする。

この構成によれば、漏れ磁束により渦電流が発生し易いロータプレートの外周領域において、絶縁体が介在されることで、外周領域が電気的に分断される。そのため、ロータプレートに磁束が流れて渦電流が発生しても、渦電流のパスが細分化されるので、渦電流が小さくなり、渦電流損を低減できる。

なお、ロータプレートにおける外周領域とは、ロータプレートの外径をDとするとき、ロータプレートの外周側面から中心方向へ0.02Dの範囲を含む領域のことである。

このような外周領域が絶縁体により分割されているロータプレートの構成として、例えば、次のような形態が挙げられる。

第一の形態は、ロータプレートの外周側面に厚さ方向に貫通するスリットが複数形成され、各スリットに形成される空間が絶縁体として介在されることで、外周領域が周方向に分割されている構成である。以下、このような外周側面にスリットが形成されているロータプレートをスリットタイプと呼ぶ。

第二の形態は、外周領域が厚さ方向に分割されるように、前記絶縁体となる絶縁層を有する構成である。以下、このような絶縁層により外周領域が厚さ方向に分割されているロータプレートを積層タイプと呼ぶ。

スリットタイプのロータプレートによれば、スリットにより形成される空間が外周領域内に絶縁体として介在されることとなり、外周領域が周方向に電気的に分断され、渦電流のパスが細分化される（図１中の矢印参照）。

積層タイプのロータプレートによれば、絶縁層が外周領域内に絶縁体として介在されることとなり、外周領域が厚さ方向に電気的に分断され、渦電流のパスが細分化される（図２中の矢印参照）。

これらいずれの形態であっても、ロータプレートに流れる渦電流のパスが細分化されるので、ロータプレートに生じる渦電流損を抑制できる。ここで、ロータプレートに流れる漏れ磁束のうち軸方向に流れる磁束の方が、径方向に流れる磁束よりも多いので、スリットタイプの方が渦電流損の抑制効果が大きいと考えられる。また、スリットタイプと積層タイプとを組み合わせた構成とすれば、外周領域が周方向・厚さ方向とも分割されることとなり、渦電流のパスがより細分化されるので、渦電流損をさらに抑制できる。

以上説明した本発明のロータプレートは、外周領域内に絶縁体を具え、この絶縁体により外周領域を分割することで、渦電流のパスを細分化して渦電流を小さくするものであるが、渦電流を小さくする別の手段として、次の形態が挙げられる。

第三の形態は、ロータコアとの対向面が平坦であり、ロータプレートの外周側の厚さが内周側の厚さより薄い構成である。

ロータプレートの厚さを薄くすれば、厚さを薄くした分、ロータプレートの径方向に流れる磁束により生じる渦電流を小さくすることができる。しかし、ロータプレート全体の厚みを薄くすると、要求される強度が得られなくなる虞がある。そこで、漏れ磁束が多く流れるロータプレートの外周側の厚さを薄くし、内周側の厚さを外周側より厚くすることで、ロータコアと永久磁石とを保持できる所定の強度を持たせる構成とする。また、ロータコアとの対向面が平坦であるため、ロータコアと永久磁石とを保持するという初期の目的を達成できる。

本発明のロータプレートは、外周領域内に絶縁体を具えることで、ロータプレートに生じる渦電流損を抑制することができ、モータの低損失化に寄与することができる。

本発明の実施の形態を図を参照して説明する。

本発明のロータプレートは、基本的に、中心部にシャフトが挿通される貫通孔を有するリング状の板状部材であり、例えば、銅やアルミニウムなどの金属製のものが利用できる。ハイブリッド自動車や電気自動車のモータに用いられている一般的なロータプレートのサイズは、外径が150mm〜200mm程度、厚さが5mm〜10mm程度である。

外周領域は、ロータプレートの外径をDとするとき、ロータプレートの外周側面から中心方向へ0.02Dの範囲を含む領域とする。したがって、スリットタイプの場合、外周側面から貫通孔近傍まで至るスリットを形成してもよいし、積層タイプの場合、外周側面から貫通孔まで至る絶縁層を介在させてもよい。しかし、スリットタイプの場合はスリットによりロータプレートの強度が低下することや、ロータプレートの外周側に漏れ磁束が集中することなどを考慮して、外周領域の上限は、ロータプレートの外周側面から中心方向へ0.15Dの範囲とすることが好ましい。

＜スリットタイプ＞
図１は、本発明の一実施形態に係るスリットタイプのロータプレートを示す斜視図である。

ロータプレート1は、外周側面にロータプレート1の厚さ方向に貫通するスリットsが複数形成されている。そして、これらスリットsに形成される空間が、外周領域内に絶縁体として介在されることで、外周領域が周方向に分割されている。

このスリットsに形成される空間には、通常、電気絶縁性を有する空気が存在することになるが、その他、電気絶縁性を有する樹脂、例えばポリフェニレンサルファイド（PPS）樹脂、ポリイミド（PI）樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（PTFE）などをこの空間に埋め込んで配置してもよい。このような樹脂をスリットsの空間に充填するなどして絶縁部材を配置することで、外周領域を補強することができる。また、このような樹脂からなる絶縁部材をスリットsの空間に配置する場合、ロータコアとの対向面から反対側の面（以下、反対面）にかけてスリットsの幅が小さくなるようにスリットｓを形成することが好ましい。このようにスリットｓを形成すれば、ロータプレートをロータコアの一端に配置した際、絶縁部材がロータコアとの反対面側から抜け落ち難くなり、ロータコアとの対向面を平坦に保ち易い。

スリットsの幅は、外周領域を電気的に分断できるように、スリットに形成される空間に存在する材質やロータプレートのサイズに合わせて適宜決定すればよく、例えば1mm以上10mm以下とすることが好ましい。

スリットsの数は、増やせば増やすほど渦電流のパスを細分化でき、渦電流損の抑制効果が大きくなる傾向にあるので、50個以上とすることが好ましい。

また、図１に示すように、各スリットsが径方向に沿って形成され、各スリットsが周方向に等間隔に設けられていることが好ましい。このように各スリットが周方向に等間隔に設けられることで、全周に亘って渦電流のパスを均一に細分化することができる。また、径方向に沿ったスリットとした場合、スリットの形成が容易である。

このようなスリットタイプのロータコアによれば、スリットにより形成される空間が、外周領域内に絶縁体として介在されることとなり、外周領域が周方向に電気的に分断され、渦電流のパスが細分化される。そのため、ロータプレートに発生する渦電流が小さくなり、渦電流損を抑制することができる。

＜積層タイプ＞
図２は、本発明の別の実施形態に係る積層タイプのロータプレートを示す斜視図である。

ロータプレート2は、外径が同じリング状の板状部材である上側部材21と下側部材22とを接着して積層することで形成されている。上側部材21と下側部材22の表面には、酸化膜（Cu₂OやAl₂O₃など）が形成されており、この酸化膜が形成された面同士を重ね合わせることで絶縁層iが形成されている。そして、この絶縁層iが、上側部材21と下側部材22との間に介在されることで、外周領域が厚さ方向に分割されている。

絶縁層iとしては、ロータプレート2を構成する板状部材（上側部材21或いは下側部材22）の表面に形成した酸化膜を用いる他、電気絶縁性を有するリング状の絶縁シートを用いてもよい。このような絶縁シートを用いるときは、上側部材21と下側部材22の間にリング状の絶縁シートを挟み、積層した構成とすればよい。また、少なくとも外周領域が厚さ方向に分断されるように外周側面に周方向に沿って溝を形成し、この溝に半リング状の絶縁シート片や扇状の絶縁シート片を嵌め込んだ構成としてもよい。この絶縁シート（絶縁シート片）を構成する材料としては、例えばポリフェニレンサルファイド（PPS）樹脂、ポリイミド（PI）樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（PTFE）などが挙げられる。その他、電気絶縁性を有する接着剤（例えばエポキシ系接着材など）を用いて上側部材21と下側部材22とを接着し、上側部材21と下側部材22の間に絶縁層iとなる接着層を介在させた構成としてもよい。

絶縁層iの厚さは、外周領域を電気的に分断できるように、絶縁層iを形成する材質やロータプレートのサイズに合わせて適宜決定すればよく、例えば0.1mm以上1mm以下とすることが好ましい。

絶縁層iの数は、増やせば増やすほど渦電流のパスを細分化でき、渦電流損の抑制効果が大きくなる傾向にあるので、5個以上とすることが好ましい。

このような積層タイプのロータコアによれば、絶縁層が、外周領域内に絶縁体として介在されることとなり、外周領域が厚さ方向に電気的に分断され、渦電流のパスが細分化される。そのため、ロータプレートに発生する渦電流が小さくなり、渦電流損を抑制することができる。

＜変形例１＞
図３は、上記したスリットタイプのロータプレートの変形例を示す縦断面図であり、ロータプレートの外周側の厚さが内周側の厚さより薄い点で図１のロータプレート1と異なる。

ロータプレート3は、最外周側の厚さが1mmであり、スリットsが形成された外周領域の厚さが内周側の一定の厚さを有する領域に比べて全体的に薄くなっている。この例では、ロータコアとの反対面がテーパー状に形成されており、断面においてロータコアとの反対面の輪郭が最外周側から内周側に向かって直線的に傾斜している。

この変形例１によれば、スリットsが外周領域を周方向に電気的に分断することで、渦電流のパスが細分化され、渦電流を小さくすることができる。また、ロータプレートの外周側の厚さが内周側の厚さより薄いことで、外周領域においてロータプレートの径方向に流れる磁束により生じる渦電流を小さくすることができる。

＜変形例２＞
図４は、上記した積層タイプのロータプレートの変形例を示す縦断面図であり、ロータプレートの外周側の厚さが内周側の厚さより薄い点で図２のロータプレート2と異なる。

ロータプレート4は、外径が異なるリング状の板状部材である上側部材41と中間部材43と下側部材42とを順次積層することで形成されており、各部材（41〜43）間に絶縁シートを挟むことで二つの絶縁層iが形成されている。各部材（41〜43）の外径は、上側部材＜中間部材＜下側部材の関係を満たしており、ロータプレート4は、最外周側（下側部材）の厚さが1mmであり、外周領域の厚さが内周側の一定の厚さを有する領域に比べて全体的に薄くなっている。この例では、ロータコアとの反対面が階段状に形成されており、断面においてロータコアとの反対面の輪郭が最外周側から内周側に向かって階段状に傾斜している。

この変形例２によれば、絶縁層iが外周領域を厚さ方向に電気的に分断することで、渦電流のパスが細分化され、渦電流を小さくすることができる。また、ロータプレートの外周側の厚さが内周側の厚さより薄いことで、外周領域においてロータプレートの径方向に流れる磁束により生じる渦電流を小さくすることができる。

＜変形例３＞
図５は、上記したスリットタイプと積層タイプを組み合わせたロータプレートを示す縦断面図である。

ロータプレート5は、外周側面にスリットsが形成された同じリング状の板状部材である上側部材51と下側部材52とを積層することで形成されており、各部材（51,52）間に絶縁シートを挟むことで絶縁層iが形成されている。つまり、このロータプレート5は、絶縁層iが各部材（51,52）間に介在されることで、外周領域が周方向だけでなく厚さ方向にも分割されている点を除いて、図１に示すスリットタイプのロータプレート1と同じである。

この変形例３によれば、スリットs及び絶縁層iが外周領域を周方向及び厚さ方向に電気的に分断することで、渦電流のパスがより細分化されるので、渦電流が小さくなり渦電流損の抑制効果が大きい。

なお、本発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

本発明のロータプレートは、ロータ及びモータに利用できる。特に、低損失化が求められるモータの分野に好適に利用できる。

本発明の一実施形態に係るロータプレート示す概略斜視図である。 本発明の別の実施形態に係るロータプレートを示す概略斜視図である。 本発明の変形例１に係るロータプレート示す概略縦断面図である。 本発明の変形例２に係るロータプレート示す概略縦断面図である。 本発明の変形例３に係るロータプレート示す概略縦断面図である。 モータの構造を示す概略断面図である。 従来のロータプレートを示す概略斜視図である。

符号の説明

1,2,3,4,5 ロータプレート s スリット i 絶縁層
21,41,51 上側部材 22,42,52 下側部材 43 中間部材
100 ステータ 101 ステータコア 102 コイル
110 ロータ 111 エンドプレート（ロータプレート）
112 ロータコア 113 永久磁石
120 シャフト

Claims (7)

1. モータの構成部材であるロータコアの両端に配置されるロータプレートであって、
   ロータプレートの外周側面を含む外周領域内に絶縁体を具え、
   前記絶縁体により、外周領域が分割されていることを特徴とするロータプレート。
2. ロータプレートの外周側面に厚さ方向に貫通するスリットが複数形成され、
   各スリットに形成される空間が前記絶縁体として介在されることで、外周領域が周方向に分割されていることを特徴とする請求項１に記載のロータプレート。
3. 前記スリットの幅が1mm以上10mm以下であることを特徴とする請求項２に記載のロータプレート。
4. 前記各スリットが径方向に沿って形成され、
   各スリットが周方向に等間隔に設けられていることを特徴とする請求項２又は３に記載のロータプレート。
5. 前記外周領域が厚さ方向に分割されるように、前記絶縁体となる絶縁層を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のロータプレート。
6. ロータコアとの対向面が平坦であり、
   ロータプレートの外周側の厚さが内周側の厚さより薄いことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のロータプレート。
7. 前記外周領域が、ロータプレートの外径をDとするとき、ロータプレートの外周側面から中心方向へ0.02D〜0.15Dの範囲であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のロータプレート。

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