JP2009296696A - ロータ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、積層した磁石間への樹脂材料の流入を促進させることができるロータの提供を目的とする。
【解決手段】本発明のロータは、磁石挿入用穴部２８を有するロータコア３０と、磁石挿入用穴部２８に挿入され、ロータコア３０の軸方向に配列される複数の磁石３２と、磁石挿入用穴部２８内に充填される樹脂材料３４と、を有し、磁石３２間には、不導体スペーサ３８が配置され、不導体スペーサ３８により、磁石３２間に樹脂材料３４を流入させる空間が形成される。
【選択図】図３

Description

本発明は、ロータコアに挿入される磁石を有するロータの技術に関する。

モータに使用するロータにおいて、ロータコアに設けられた磁石挿入用穴部に挿入された磁石をロータコアに固定する方法として、磁石挿入用穴部に樹脂材料を充填する方法が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。また、磁石内に発生する渦電流損を低減させるために、磁石挿入用穴部に挿入された磁石は複数に分割され、ロータコアの軸方向に配列されている。

しかし、複数の磁石を磁石挿入用穴部に挿入した場合、磁石挿入用穴部に樹脂材料を充填させても、配列した（積層した）磁石間にはほとんど樹脂材料が流入しない。磁石間に樹脂材料が流入しないと、磁石同士の固定強度が低下すると共に、磁石を複数に分割したことによる渦電流損の低減効果が充分に得られない場合がある。

例えば、特許文献３には、ロータコアの軸方向に配列した磁石間に樹脂材料の流入を促進するために、磁石に面取り部又は座ぐり部を設けたロータが提案されている。

特開２００２−３４１８７号公報 特開２００１−１５７３９４号公報 特開２００７−２１５３５７号公報

特許文献３のロータでも、磁石間に樹脂材料を流入させることは可能であるが、本発明は、磁石間への樹脂材料の流入をさらに促進させることができるロータの提供を目的とする。

本発明のロータは、磁石挿入用穴部を有するロータコアと、前記磁石挿入用穴部に挿入され、前記ロータコアの軸方向に配列する複数の磁石と、前記磁石挿入用穴部内に充填される樹脂材料と、を有し、前記磁石間には、不導体スペーサが配置され、前記不導体スペーサにより、前記磁石間に前記樹脂材料を流入させる空間が形成される。

また、前記ロータにおいて、前記磁石には、前記軸方向に貫通する貫通孔が形成され、前記貫通孔内に前記樹脂材料が流入することが好ましい。

また、本発明のロータは、磁石挿入用穴部を有するロータコアと、前記磁石挿入用穴部内に挿入され、前記ロータコアの軸方向に配列する複数の磁石と、前記磁石挿入用穴部内に充填される樹脂材料と、を有し、前記磁石には、前記軸方向に貫通する貫通孔が形成され、前記貫通孔内に前記樹脂材料が流入する。

また、前記ロータにおいて、前記貫通孔により形成される磁石表面の開口部は、隣接する磁石間で互いに重ならない位置に設けられることが好ましい。

本発明によれば、磁石間への樹脂材料の流入を促進させることができる。その結果、磁石同士の固着強度を高め、磁石内に発生する渦電流損を低減させることができる。

本発明の実施の形態について以下説明する。

図１は、本実施形態に係るロータを備える回転電動機の構成の一例を示す模式断面図である。回転電動機１は、例えば、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等の内燃機関と、充放電可能な二次電池から電力供給されるモータとを動力源とするハイブリッド自動車等に搭載されるモータ等である。

回転電動機１は、ロータ１０と、ロータ１０の外周上に配置されるステータ１２とを備える。ロータ１０は、回転電動機１を収容するハウジング（不図示）に回転可能に取り付けられたシャフト１４に設けられている。

ステータ１２は、ステータコア１６と、ステータコア１６に巻回されたコイル１８とを備える。ステータコア１６は、シャフト１４の軸方向に積層された複数の電磁鋼板２０から構成されている。ステータコア１６は、電磁鋼板に限定されず、例えば圧粉磁心等から構成されてもよい。コイル１８は、給電ケーブル２２によって制御装置２４に電気的に接続されている。制御装置２４には、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）２６から、回転電動機１が出力すべきトルク指令値が送られる。制御装置２４は、そのトルク指令値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を生成し、給電ケーブル２２を介してモータ制御電流をコイル１８に供給する。

図２は、本実施形態に係るロータの構成の一例を示す模式正面図である。図３は、図２のＡ−Ａ線におけるロータの構成の一例を示す模式断面図である。図２，３に示すように、ロータ１０は、磁石挿入用穴部２８を有するロータコア３０と、磁石挿入用穴部２８に挿入されて、ロータコア３０に埋設された磁石３２（永久磁石）と、磁石挿入用穴部２８内に充填された樹脂材料３４と、を有する。ロータコア３０は、環状に形成されており、シャフト１４の軸方向（ロータコア３０の軸方向）に積層された複数の電磁鋼板３６から構成されている。磁石挿入用穴部２８は、ロータコア３０の周方向に所定の間隔を隔てて形成されており、ロータコア３０の軸方向（シャフト１４の軸方向）に沿って延在している。磁石挿入用穴部２８内に挿入される磁石３２は、ロータコア３０の軸方向（シャフト１４の軸方向又は磁石挿入用穴部２８の延在方向）に複数配列（積層）されている。

磁石挿入用穴部２８に挿入された磁石３２の側面と磁石挿入用穴部２８の周面との間には、磁石挿入用穴部２８内に樹脂材料３４を充填させるための隙間が形成されている。また、複数の磁石３２のロータコア３０の軸方向の長さは、磁石挿入用穴部２８の軸方向の長さより短くなるように形成されることが好ましい。すなわち、磁石３２は、磁石挿入用穴部２８により形成されるロータコア３０表面の開口部３０ａから突出しないように、磁石挿入用穴部２８内方側に位置している。これにより、開口部３０ａは、樹脂材料３４で覆われるため、磁石３２と外気との接触が抑制され、磁石３２が錆びることを抑制することができる。

本実施形態では、ロータコア３０の軸方向に配列した複数の磁石３２間（すなわち、磁石３２同士の対向面）に、不導体スペーサ３８が配置されている。配列した複数の磁石３２間に不導体スペーサ３８を配置させることにより、磁石挿入用穴部２８内に充填される樹脂材料３４を磁石３２間に流入させる空間が形成されるため、磁石３２間にも樹脂材料３４が充填され易くなる。図４は、配列した複数の磁石間に不導体スペーサを設けていないロータの構成の一例を示す模式断面図である。図４に示すように、配列した複数の磁石３２間に不導体スペーサ３８が設けられていないと、磁石挿入用穴部２８内に樹脂材料３４を充填させても、樹脂材料３４は磁石挿入用穴部２８の周面と磁石３２の側面との隙間には充填されるが、磁石３２間には、樹脂材料３４が流入する空間がほとんどないため、磁石３２間には樹脂材料３４がほとんど充填されない。

磁石３２間に樹脂材料３４が充填されないと、樹脂材料３４と磁石３２との接触面積が不足して、磁石３２間及び磁石３２とロータコア３０間の固着強度が低下する。また、磁石３２間に樹脂材料３４が充填されないと、磁石３２同士が接触してしまう。磁石３２同士が接触すると、磁石３２間の絶縁性を確保することができず、接触した磁石３２間を渦電流が流れてしまうため、磁石３２を分割したことによる渦電流損の低減効果が十分に得られない。

本実施形態では、磁石３２間に設けられた不導体スペーサ３８により、磁石３２間にも樹脂材料３４が充填されるため、樹脂材料３４と磁石３２との接触面積を充分に確保し、磁石３２間及び磁石３２とロータコア３０間の固着強度を高めることができる。また、磁石３２間に充填された樹脂材料３４により、磁石３２同士が接触することを抑制することができるため、磁石３２間の絶縁性を確保することができる。その結果、渦電流が隣接する磁石３２間に跨って流れることを抑制することができるため、渦電流損を低減させることができる。また、従来のロータでは、磁石３２間に樹脂材料３４を流入させることが困難であるために、磁石３２間の絶縁性を確保する目的で、予め表面に絶縁材料をコーティングした磁石が使用される。このような磁石を用いると、ロータの製造コストが高くなる。しかし、本実施形態では、上記不導体スペーサ３８により、磁石３２間にも樹脂材料３４が充填され、磁石３２間の絶縁性を確保することができる。そのため、必ずしも絶縁材料をコーティングした磁石を使用する必要がなく、廉価なロータを製造することが可能となる。

本実施形態に用いられる不導体スペーサ３８を構成する材料は、絶縁性を有するものであれば、その材料は特に制限されるものではない。しかし、磁石挿入用穴部２８に樹脂材料３４を充填する際に、ロータコア３０を予備加熱する場合があるため、不導体スペーサ３８は、その予備加熱温度（例えば、１５５℃〜１７５℃）より高い耐熱温度を有するものであることが好ましく、例えば、ポリアミド、ナイロン、シリコン等の耐熱性絶縁材料等が挙げられる。

図５は、磁石同士の対向面を示す平面図である。不導体スペーサ３８は、磁石３２同士の対向面（すなわち、磁石３２間）に配置されていれば、配置位置、配置方向、大きさ、数等は特に制限されるものではない。但し、磁石３２を安定に積層させることができるように、図５に示すように、所定の間隔を設けた一対の不導体スペーサ３８を磁石３２同士の対向面に配置させることが好ましい。図５では、磁石３２の長手方向に沿って、（一対の）不導体スペーサ３８を対向面に配置させているが、これに制限されるものではなく、磁石３２の短手方向に沿って不導体スペーサ３８を配置させてもよい。但し、不導体スペーサ３８の長さを磁石３２の一辺（長手方向又は短手方向）の長さと同じにすると、磁石３２同士の対向面を流れる樹脂材料３４を堰き止めてしまい、不導体スペーサ３８付近に気泡が形成される場合がある。そのため、図５に示すように、磁石３２の長手方向に沿って不導体スペーサ３８を配置させる場合、不導体スペーサ３８の長さを磁石３２の長手方向の辺の長さより短くすることが好ましく、また、磁石３２の短手方向に沿って不導体スペーサ３８を配置させる場合、不導体スペーサ３８の長さを磁石３２の短手方向の辺の長さより短くすることが好ましい。

樹脂材料３４は、磁石３２をロータコア３０に固着させることができるものであれば特に制限されるものではないが、例えば、エポキシ、不飽和ポリエステル、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンスルフィド等の樹脂材料等が挙げられる。

図６は、図２のＡ−Ａ線におけるロータの構成の他の一例を示す模式断面図である。図６のロータにおいて、図３に示すロータと同様の構成については、同一の符合を付しその説明を省略する。

本実施形態において、磁石３２には、ロータコア３０の軸方向に貫通する貫通孔４２が形成されている。磁石３２に形成される貫通孔４２の数は、少なくとも１つ以上であればよい。磁石３２に貫通孔４２を形成することにより、磁石挿入用穴部２８に充填される樹脂材料３４の一部を貫通孔４２内に流入させることができる。貫通孔４２内を通過した樹脂材料３４は、配列した複数の磁石３２間を押し広げながら、磁石３２間を流れるため、磁石３２間に樹脂材料３４が充填される。

貫通孔４２により形成される磁石３２表面の開口部３２ａは、図６に示すように隣接する磁石３２間で互いに重ならない位置に設けられることが好ましい。開口部３２ａが、隣接する磁石３２間で互いに重なるように設けられると、磁石挿入用穴部２８に充填される樹脂材料３４が、磁石３２に形成された貫通孔４２内を通過した後、磁石３２間を流れることなく、隣接する次の磁石３２の貫通孔４２内へ流れてしまう場合があり、磁石３２間に樹脂材料３４が充分に充填されない場合がある。図６に示すように、貫通孔４２により形成される磁石３２表面の開口部３２ａが隣接する磁石３２間で互いに重ならないように設けられることによって、磁石挿入用穴部２８内を通る樹脂材料３４が、磁石３２に形成された貫通孔４２内を通過した後、磁石３２間を流れて、隣り合う次の磁石３２に形成される貫通孔４２内へ流れることとなり、磁石３２間に樹脂材料３４が充填され易くなる。

貫通孔４２の径を大きくすれば磁石３２の起磁力が低下するため、貫通孔４２の径の大きさは所望の起磁力を確保することができる程度の大きさであれば特に制限されるものではない。図７は、磁石同士の対向面を示す平面図である。貫通孔４２により形成される磁石３２表面の開口部３２ａの位置は、磁石３２の端部より磁石３２の中央付近に配置されることが好ましい。例えば、磁石３２を長手方向に３等分した場合、中央の領域（図７に示す点線Ａから点線Ｂまでの領域）に開口部３２ａを設けることが好ましい。

図８は、図２のＡ−Ａ線におけるロータの構成の他の一例を示す模式断面図である。図８のロータにおいて、図６のロータと同様の構成については同一の符合を付している。図８に示すように、磁石３２には、ロータコア３０の軸方向（磁石３２の積層方向）に対して所定の傾斜角を有する貫通孔４４が形成されていてもよい。ここで、積層方向に貫通する貫通孔とは、図６で説明した磁石３２に形成される貫通孔４２のように、ロータコア３０の軸方向に対して平行に形成されるものだけでなく、図８に示す貫通孔４４のように、ロータコア３０の軸方向に対して傾斜しているものも含まれる。上記構成によっても、磁石挿入用穴部２８に充填される樹脂材料３４は、磁石３２間に充填される。

図９は、図２のＡ−Ａ線におけるロータの構成の他の一例を示す模式断面図である。図９に示すロータにおいて、図３，６に示すロータと同様の構成については同一の符合を付している。本実施形態では、ロータコア３０に、積層した磁石３２同士の対向面に配置される不導体スペーサ３８及び磁石３２に形成されたロータコア３０の軸方向に貫通する貫通孔４２の両方が設けられている。

不導体スペーサ３８及び貫通孔４２を設けることによって、磁石挿入用穴部２８に充填される樹脂材料３４を磁石３２間により速やかに充填させることができ、樹脂材料３４の使用量を減らすことができる。その結果、ロータ１０の製造コストを下げることができる。

以上のように、本実施形態のロータにおいて、ロータコアの軸方向に配列するように磁石挿入用穴部に挿入された複数の磁石間に不導体スペーサを配置することによって、磁石間に樹脂材料を流入させることができる空間が形成されるため、磁石間に樹脂材料を充填させることができる。また、本実施形態のロータにおいて、磁石にロータコアの積層方向に貫通する貫通孔を磁石に形成することによっても、磁石間に樹脂材料を充填させることが可能となる。このように、磁石間に樹脂材料を充填させることができれば、ロータコアと磁石間、磁石同士の固着強度を高めることができると共に、磁石同士の接触を回避することができるため、磁石に発生する渦電流損を低減させることができる。また、渦電流損を低減させる目的として、予め磁石表面に施す絶縁コーティングを廃止することができるため、廉価なロータを製造することが可能となる。

本実施形態に係るロータを備える回転電動機の構成の一例を示す模式断面図である。 本実施形態に係るロータの構成の一例を示す模式正面図である。 図２のＡ−Ａ線におけるロータの構成の一例を示す模式断面図である。 配列した磁石間に不導体スペーサを設けていないロータの構成の一例を示す模式断面図である。 磁石同士の対向面を示す平面図である。 図２のＡ−Ａ線におけるロータの構成の他の一例を示す模式断面図である。 磁石同士の対向面を示す平面図である。 図２のＡ−Ａ線におけるロータの構成の他の一例を示す模式断面図である。 図２のＡ−Ａ線におけるロータの構成の他の一例を示す模式断面図である。

符号の説明

１ 回転電動機、１０ ロータ、１２ ステータ、１４ シャフト、１６ ステータコア、１８ コイル、２０ 電磁鋼板、２２ 給電ケーブル、２４ 制御装置、２６ ＥＣＵ、２８ 磁石挿入用穴部、３０ ロータコア、３０ａ 開口部、３２ 磁石、３２ａ 開口部、３４ 樹脂材料、３６ 電磁鋼板、３８ 不導体スペーサ、４２，４４ 貫通孔。

Claims (4)

1. 磁石挿入用穴部を有するロータコアと、前記磁石挿入用穴部に挿入され、前記ロータコアの軸方向に配列する複数の磁石と、前記磁石挿入用穴部内に充填される樹脂材料と、を有し、
   前記磁石間には、不導体スペーサが配置され、
   前記不導体スペーサにより、前記磁石間に前記樹脂材料を流入させる空間が形成されることを特徴とするロータ。
2. 請求項１記載のロータであって、前記磁石には、前記軸方向に貫通する貫通孔が形成され、前記貫通孔内に前記樹脂材料が流入することを特徴とするロータ。
3. 磁石挿入用穴部を有するロータコアと、前記磁石挿入用穴部内に挿入され、前記ロータコアの軸方向に配列する複数の磁石と、前記磁石挿入用穴部内に充填される樹脂材料と、を有し、
   前記磁石には、前記軸方向に貫通する貫通孔が形成され、前記貫通孔内に前記樹脂材料が流入することを特徴とするロータ。
4. 請求項３記載のロータであって、前記貫通孔により形成される磁石表面の開口部は、隣接する磁石間で互いに重ならない位置に設けられることを特徴とするロータ。

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