JP2010017065A

JP2010017065A - 永久磁石式回転子

Info

Publication number: JP2010017065A
Application number: JP2008177229A
Authority: JP
Inventors: Maki Ogami; 真樹大上; Hiroyuki Sato; 博之佐藤
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-07-07
Filing date: 2008-07-07
Publication date: 2010-01-21
Anticipated expiration: 2028-07-07
Also published as: JP4605481B2; US20100001606A1; US8179010B2

Abstract

【課題】製作時間及び工程数を削減して、永久磁石片を外周側へ寄せるとともに永久磁石片を確実に固定することができるロータを提供する。
【解決手段】永久磁石式回転子１０は、ロータ鉄心２０と、複数の永久磁石片２１と、一対の端板３０ａ，３０ｂと、を備える。ロータ鉄心２０には、ロータ鉄心２０の隣り合う磁極毎に、軸方向の溝２５が形成されると共に、スロット２３の径方向内周側に開口して軸方向に延びる第１の誘導溝２６と、スロット２３の周方向端部に開口して軸方向に延びる第２の誘導溝２７と、を有する流動経路２８が形成される。一方の端板３０ａは、第１の誘導溝２６に対応する位置に形成される開口部３１と、ロータ鉄心２０との対向面に形成され、第２の誘導溝２７と軸方向の溝２５とを連通する連通溝３４と、を備える。少なくともロータ鉄心２０の流動経路２８には、シール材２９が充填されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、永久磁石式回転子に関する。

従来、モータに使用される回転子であって、円板状の鋼板が多数積層されたロータ鉄心に形成されるスロットに永久磁石片を挿入した永久磁石式回転子が知られている（例えば特許文献１参照）。

図７に示すように、特許文献１に記載の回転子１００では、外周近傍に複数の磁石挿入孔（スロット）１０１を設けた円板状の鋼板を多数積層してロータ鉄心１０２が構成されており、各磁石挿入孔１０１に永久磁石片１０３が挿入されている。磁石挿入孔１０１の周方向両側面１０１ａ、１０１ａは、径方向外側に向かって拡開する方向に傾斜している。また、全体矩形断面の永久磁石片１０３の周方向両側面１０３ａ、１０３ａには、磁石挿入孔１０１の周方向両側面１０１ａに対応した傾斜面を有するモールド樹脂部１０４が設けられている。

従って、永久磁石片１０３を磁石挿入孔１０１へ圧入することにより、モールド樹脂部１０４の弾性圧縮の反力が磁石挿入孔１０１の周方向両側面１０１ａを押圧することになり、永久磁石片１０３は、磁石挿入孔１０１内において外周側へ寄せられて、位置決め固定される。これにより、永久磁石片１０３のがたつきによる異音発生を防止することができ、また固定子に接近させることで、永久磁石片１０３の磁力を有効に利用してモータの性能を向上することができる。

また、図８に示すような回転子１１０では、ロータ鉄心１１３の軸方向両端面を覆う端板の一方１１４に、磁石挿入孔１１１に挿入された永久磁石片１１２と磁石挿入孔１１１の内周面１１１ａとの間にシム（図示せず）を挿入するシム挿入口１１５、永久磁石片１１２の周方向両端面位置にシリコーンを注入する注入口１１６、永久磁石片１１２の外周側にエア抜き口１１７が設けられている。
従って、シム挿入口１１５からシムを挿入して永久磁石片１１２を外周側へ寄せた後、永久磁石片１１２を固定するためのシリコーンが注入口１１６から注入される。
特開２００７−４９８０５号公報（第３図）

ところで、図８に示したような回転子１１０においては、自然滴下によりシリコーンを注入するため、製作に時間がかかり、また、シムを挿入して永久磁石片１１２を外周側へ移動させる必要があるため、工程数が増加するという課題がある。
さらに、シリコーンを圧送によって注入することで、注入を自動化し、製作時間を短縮することが望まれるが、図８の回転子１１０では、シム挿入口１１５、注入口１１６、エア抜き口１１７を有する一方の端板１１４は密閉性が悪く、圧送によって十分に外周側に永久磁石片１１２を寄せることができない。
特許文献１に記載の回転子１００においても、永久磁石片１０３の内周側側面と磁石挿入穴１０１の内周側内壁との間に形成される隙間１０５に、樹脂を充填固化させることが記載されているが、注入やエア抜きについて記載されておらず、圧送注入するためには、さらなる改善を図る必要がある。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、製作時間及び工程数を削減して、永久磁石片を外周側へ寄せるとともに永久磁石片を確実に固定することができる回転子を提供することにある。

前述した目的を達成するために、請求項１に係る発明は、複数の磁石挿入用開口部（例えば、後述する実施形態における磁石挿入用開口部２２）が形成される円板状の鋼板（例えば、後述する実施形態における鋼板１９）を多数積層することで構成され、前記積層された複数の磁石挿入用開口部がそれぞれ複数のスロット（例えば、後述する実施形態におけるスロット２３）を形成するロータ鉄心（例えば、後述する実施形態におけるロータ鉄心２０）と、所定数の前記スロット毎に磁極を変えながら、前記複数のスロットにそれぞれ挿入される複数の永久磁石片（例えば、後述する実施形態における永久磁石片２１）と、前記スロットの軸方向両側開口をそれぞれ塞ぐように、前記ロータ鉄心の軸方向両端側に配置される一対の端板（例えば、後述する実施形態における端板３０ａ，３０ｂ）と、を備える永久磁石式回転子（例えば、後述する実施形態における永久磁石式回転子１０）であって、前記ロータ鉄心には、前記ロータ鉄心の隣り合う磁極毎に、軸方向の溝または貫通穴（例えば、後述する実施形態における軸方向の溝２５または貫通穴２５Ａ）が形成されると共に、前記スロットの径方向内周側に開口して軸方向に延びる第１の誘導溝（例えば、後述する実施形態における第１の誘導溝２６）と、前記スロットの周方向端部の少なくとも一方側に設けられ、該周方向端部に開口して軸方向に延び、前記スロットと前記永久磁石片との隙間を介して前記第１の誘導溝と接続される第２の誘導溝（例えば、後述する実施形態における第２の誘導溝２７）と、を有する流動経路（例えば、後述する実施形態における流動経路２８）が形成され、一方の前記端板は、前記第１の誘導溝に対応する位置に形成される開口部（例えば、後述する実施形態における開口部３１）と、前記ロータ鉄心との対向面に形成され、前記第２の誘導溝と前記溝または前記貫通穴とを連通する連通溝（例えば、後述する実施形態における連通溝３４）と、を備えており、少なくとも前記ロータ鉄心の前記流動経路には、シール材（例えば、後述する実施形態におけるシール材２９）が充填されていることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１の構成に加えて、前記第１の誘導溝は、軸方向から見て、前記永久磁石片または前記スロットにおける長手方向の略中央部に設けられることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、シール材を端板の開口部から流動経路に充填することにより、従来のようなシムを用いることなく、永久磁石片の外周側への移動及び固定を一度に行うことができ、製作時間及び工程数を削減するとともに、永久磁石片を確実にスロットの外周側に固定して、永久磁石片のがたつきを防止するとともに、モータの性能を向上させることができる。また、開口部からシール材を注入する際に、端板の連通溝によってエア抜き通路が確保されるとともに、シール材が連通溝から漏れた場合でも溝または貫通穴に収容されるので、エアギャップへの影響を防止することができる。さらに、連通溝がロータ鉄心ではなく、端板に形成されるので、モータの性能に影響を及ぼすことがない。

請求項２の発明によれば、永久磁石片とスロット内周面との間にバランスよくシール材を注入することができ、永久磁石片を均等に外周側へ押圧して移動させることができる。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態に係る永久磁石式回転子を図１〜図４を参照して詳細に説明する。

図１〜図３に示すように、本実施形態の永久磁石式回転子１０は、回転軸であるロータシャフト１１と、ロータシャフト１１の外側に取り付けられるロータ鉄心２０と、ロータ鉄心２０に取付けられる複数の永久磁石片２１と、永久磁石片２１の脱落を防止するためにロータ鉄心２０の軸方向両端側に配置される一対の端板３０ａ、３０ｂと、ロータ鉄心２０及び一対の端板３０ａ，３０ｂをロータシャフト１１に固定するカラー１３と、を備えている。

ロータ鉄心２０は、円板状の例えばケイ素鋼板１９を多数積層して構成されており、各鋼板１９には、中央にロータシャフト１１の鉄心装着部１２が圧入される取付穴２０ａが設けられている。図２に示すように、各鋼板１９の外周部には、所定間隔で略Ｖ字形状をした切欠き２４が設けられており、隣接する切欠き２４の間には、２個の矩形の磁石挿入用開口部２２が形成されている。切欠き２４及び磁石挿入用開口部２２は、各鋼板１９において同じ位置に設けられているので、複数の鋼板１９を積層することにより、外周部には、切欠き２４が連続して軸方向の溝２５が複数形成されるとともに、内部では、磁石挿入用開口部２２が連続して軸方向に延びるスロット２３が複数形成される。

スロット２３には、所定数（本実施形態では、２個）のスロット２３毎に磁極を変えながら（図２参照。）複数の永久磁石片２１が複数のスロット２３にそれぞれ挿入される。例えば、２つの永久磁石片２１ａでは、外周側がＮ極とすると、軸方向の溝２５を挟んで隣接する２つの永久磁石片２１ｂでは、外周側がＳ極となる。このため、軸方向の溝２５は、ロータ鉄心２０の隣り合う磁極毎に形成されている。

スロット２３は、永久磁石片２１の断面寸法より若干大きい断面寸法を有して形成されており、永久磁石片２１をスロット２３に挿入した状態で、永久磁石片２１の外面とスロット２３の内面との間に隙間が形成される。

ロータ鉄心２０には、各スロット２３の径方向内周側に開口して軸方向に延びる第１の誘導溝２６が設けられている。第１の誘導溝２６は、軸方向から見て、永久磁石片２１あるいはスロット２３における長手方向（すなわち、周方向）の略中央部に設けるのが望ましい。また、スロット２３の周方向端部の一方側（ここでは溝２５に近い側）には、スロット２３の周方向端部に開口して軸方向に延びる、第２の誘導溝２７が形成されている。第２の誘導溝２７は、スロット２３の周方向端部の径方向外周寄りに配置されており、また、スロット２３の径方向外周面から連続するように形成されている。なお、第１の誘導溝２６や第２の誘導溝２７の形状は、それぞれ図２に示すような半円形状やＵ字形状に限定されるものでなく、スロット２３に向かって開口する形状であれば任意に設計される。

従って、図３に示すように、第１の誘導溝２６及び第２の誘導溝２７は、共通のスロット２３に開口し、スロット２３を介して連通する。すなわち、スロット２３の内面と永久磁石片２１の外面との間の隙間２８ａ，２８ｂを介して、第１の誘導溝２６と第２の誘導溝２７とが接続されて、流動経路２８が形成される。このため、後述するように、この流動経路２８にはシリコーン等のシール材２９が充填され、永久磁石片２１はスロット２３内の所定位置に固定される。

また、一対の円板状の端板３０ａ、３０ｂは、図３に示すように、例えばオーステナイト系ステンレス鋼等の非磁性体からなり、ロータ鉄心２０のスロット２３の軸方向両側開口をそれぞれ塞ぐようにロータ鉄心２０の軸方向両端側に配置され、端板３０ａ、３０ｂの中央にはロータシャフト１１の鉄心装着部１２を挿入する取付穴３３が設けられている。一対の端板３０ａ、３０ｂのうち、他方の端板３０ｂは、ロータシャフト１１の一端（図３において右端）に外側へ突出して設けられている係止部１２ａに突き当てられており、ロータ鉄心２０の一方の軸方向端部を支持している。また、一方の端板３０ａは、ロータシャフト１１の他端（左端）において、ロータ鉄心２０の軸方向端部に当接した状態でカラー１３により固定されている。これにより、ロータ鉄心２０は、その軸方向両端部を一対の端板３０ａ、３０ｂにより挟まれて一体化されるとともに永久磁石片２１の脱落を防止している。

図２〜図４に示すように、一方の端板３０ａには、第１の誘導溝２６に対応する位置にシール材注入用の開口部３１が設けられており、第１の誘導溝２６はこの開口部３１を介して永久磁石式回転子１０の外部に開口する。また、一方の端板３０ａには、ロータ鉄心２０の軸方向の溝２５と略同形状の切欠き３５が形成されている。さらに、一方の端板３０ａの、ロータ鉄心２０の軸方向端面と対向する面３２（図４において下面）には、ロータ鉄心２０の軸方向端部に開口する第２の誘導溝２７と軸方向の溝２５，３５を連通する連通溝３４が形成されている。

このような永久磁石式回転子１０を製造するには、まず、ロータシャフト１１に他方の端板３０ｂを挿入し、ロータシャフト１１の係止部１２ａに当接させて固定する。その後、ロータ鉄心２０をロータシャフト１１に圧入して、スロット２３に永久磁石片２１を、軸方向の溝２５毎に磁極が変わるように所定の向きで挿入する。そして、ロータシャフト１１に一方の端板３０ａを挿入し、カラー１３を取付けて一方の端板３０ａが脱落しないようにする。

次いで、図４に示すように、一方の端板３０ａの開口部３１から、シール材２９を図示しない自動圧入機等の注入口４０からスロット２３に圧送注入して、永久磁石片２１を固定する。このとき、開口部３１から圧入されたシール材２９はロータ鉄心２０の第１の誘導溝２６に注入され（矢印−ａ）、スロット２３の内周側側面と永久磁石片２１との隙間２８ａ内で軸方向及び周方向に送られる（矢印−ｂ）。これにより、周方向に注入された隙間２８ａ内のシール材２９は、注入時の圧力により、永久磁石片２１をスロット２３内部において外周側へ押し付ける。シール材２９は、隙間２８ａからスロット２３と永久磁石片２１の径方向隙間２８ｂに浸入し（矢印−ｃ）、さらに、第２の誘導溝２７に浸入して収容される。第２の誘導溝２７に収容されたシール材２９は、ロータ鉄心２０の他方の軸方向端部（すなわち、端板３０ｂ側）から徐々に充填され（矢印−ｄ）、端板３０ａまで達する。これにより、流動経路２８がシール材２９で充填され、永久磁石片２１は外周側に寄せてスロット２３に固定される。また、余分なシール材２９は、一方の端板３０ａのロータ鉄心２０と対向する面３２に設けられた連通溝３４から軸方向の溝２５へ排出される（矢印−ｅ）。

以上の一連のシール材２９の圧入時において、先に流動経路２８に含まれていた空気は、シール材２９の浸入とともに、第１の誘導溝２６から隙間２８ａ、２８ｂを介して第２の誘導溝２７に押し出され、最終的には端板３０ａに設けられている第２の誘導溝２７から連通溝３４を介して軸方向の溝２５へ押し出される。

以上、説明した本発明の第１実施形態にかかる永久磁石式回転子１０によれば、シール材２９を端板３０ａの開口部３１から流動経路２８に充填することにより、従来のようなシムを用いることなく、永久磁石片２１のスロット２３内部における外周側への移動及び固定を一度に行うことができる。これにより、製作時間及び工程数を削減するとともに、永久磁石片２１を確実にスロット２３の外周側に固定して、永久磁石片２１のがたつきを防止するとともに、モータの性能を向上させることができる。

また、開口部３１からシール材２９を注入する際には、端板３０ａの連通溝３４によってエア抜き通路が確保されるとともに、シール材２９が連通溝３４から漏れた場合でも軸方向の溝２５に収容されるので、エアギャップへの影響を防止することができる。さらに、連通溝３４がロータ鉄心２０ではなく、端板３０ａに形成されるので、モータの性能に影響を及ぼすことがない。
さらに、第１の誘導溝２６は、永久磁石片２１またはスロット２３における長手方向の略中央部に設けられるので、永久磁石片２１とスロット２３内周面との間にバランスよくシール材２９を注入することができ、永久磁石片２１を均等に外周側へ押圧して移動させることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態にかかる永久磁石式回転子について図５を参照して説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等部分については同一符号を付して、説明を省略或いは簡略化する。

図５に示すように、第２実施形態にかかる永久磁石式回転子１０Ａでは、第１実施形態の軸方向の溝２５の代わりに、各鋼板１９の貫通穴２４Ａによってロータ鉄心２０の内部に貫通穴２５Ａが設けられており、一方の端板３０ａ１にも貫通穴３５Ａが形成されている。従って、永久磁石片２１の磁極は、隣接する貫通穴２５Ａ間で同じであり、貫通穴２５Ａ毎に変化する。このため、一方の端板３０ａ１のロータ鉄心２０に対向する面３２に設けられた連通溝３４は、第２の誘導溝２７と貫通穴２５Ａとを連通する。

従って、本実施形態においても、シール材２９が連通溝３４から漏れた場合に、貫通穴２５Ａに収容されるので、エアギャップへの影響を防止することができる。
その他の構成及び作用については、第１実施形態のものと同様である。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態にかかる永久磁石式回転子について図６を参照して説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等部分については同一符号を付して、説明を省略或いは簡略化する。

図６に示すように、第３実施形態にかかる永久磁石式回転子１０Ｂでは、上述した直線状のスロット２３の代わりに、２つのスロット２３がＶ字形状に設けられている。また、ロータ鉄心２０の内部におけるスロット２３のＶ字の頂点に、各鋼板の貫通穴２４Ｂによって構成される貫通穴２５Ｂが設けられ、一方の端板３０ａ２に貫通穴３５Ｂが設けられる。従って、貫通穴２５Ｂは、Ｖ字形状のスロット２３の頂点位置に設けられる。
また、第２の誘導溝２７は、スロット２３の貫通穴３５Ｂ側の端部に設けられ、連通溝３４によって貫通穴２５Ｂと連通する。また、貫通穴２５Ｂを挟んで両側のスロット２３に収容される永久磁石片２１は、同じ磁極の向きとなるように挿入され、各永久磁石片２１は、磁極が貫通穴２５Ｂ毎に変化するように配置される。即ち、貫通穴２５Ｂは、ロータ鉄心２０の隣り合う磁極毎に、同じ磁極の永久磁石片２１間に形成される。

従って、本実施形態においても、シール材２９が連通溝３４から漏れた場合に、貫通穴２５Ｂに収容されるので、エアギャップへの影響を防止することができる。
その他の構成及び作用については、第１実施形態のものと同様である。

なお、本発明の永久磁石式回転子は、上述した実施形態に限定されるものでなく、適宜な変形，改良等が可能である。
例えば、前述した各実施形態において、１つの磁極を２つの永久磁石片２１で構成した場合について説明したが、一つの磁極を１つの永久磁石片２１で構成する場合にも適用可能である。この場合には、溝２５または貫通穴２５Ｂ毎に設けられるスロット２３は１個となるので、一方の端板３０ａに設けるシール材２９を充填するための開口部３１も１個となる。また、スロット２３の周方向両側に溝２５または貫通穴２５Ｂが存在するが、第２の誘導溝２７及び連通溝３４は、いずれか一方の溝２５または貫通穴２５Ｂと連通するように設けてもよいし、両側の溝２５または貫通穴２５Ｂと連通するように設けてもよい。

本発明の第１実施形態に係る永久磁石式回転子の全体を示す正面図である。図１の要部拡大正面図である。図２のIII−III線に沿った断面図である。シール材の充填状態及びエア抜き経路を示す正面図である。本発明の第２実施形態にかかる永久磁石式回転子における要部拡大正面図である。本発明の第３実施形態にかかる永久磁石式回転子におけるロータ鉄心の要部拡大正面図である。従来の永久磁石式回転子の拡大正面図である。他の従来の永久磁石式回転子の拡大正面図である。

符号の説明

１０永久磁石式回転子
２０ロータ鉄心
２１永久磁石片
２２磁石挿入用開口部
２３スロット
２５溝
２５Ｂ貫通穴
２６第１の誘導溝
２７第２の誘導溝
２８流動経路
２８ａ，２８ｂ隙間
２９シール材
３０ａ，３０ｂ端板
３１開口部
３４連通溝

Claims

複数の磁石挿入用開口部が形成される円板状の鋼板を多数積層することで構成され、前記積層された複数の磁石挿入用開口部がそれぞれ複数のスロットを形成するロータ鉄心と、
所定数の前記スロット毎に磁極を変えながら、前記複数のスロットにそれぞれ挿入される複数の永久磁石片と、
前記スロットの軸方向両側開口をそれぞれ塞ぐように、前記ロータ鉄心の軸方向両端側に配置される一対の端板と、
を備える永久磁石式回転子であって、
前記ロータ鉄心には、
前記ロータ鉄心の隣り合う磁極毎に、軸方向の溝または貫通穴が形成されると共に、
前記スロットの径方向内周側に開口して軸方向に延びる第１の誘導溝と、前記スロットの周方向端部の少なくとも一方側に設けられ、該周方向端部に開口して軸方向に延び、前記スロットと前記永久磁石片との隙間を介して前記第１の誘導溝と接続される第２の誘導溝と、を有する流動経路が形成され、
一方の前記端板は、前記第１の誘導溝に対応する位置に形成される開口部と、前記ロータ鉄心との対向面に形成され、前記第２の誘導溝と前記溝または前記貫通穴とを連通する連通溝と、を備えており、
少なくとも前記ロータ鉄心の前記流動経路には、シール材が充填されていることを特徴とする永久磁石式回転子。
前記第１の誘導溝は、軸方向から見て、前記永久磁石片または前記スロットにおける長手方向の略中央部に設けられることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石式回転子。