JP2012120392A - 回転電機のロータコア - Google Patents

Abstract

【課題】回転トルクの低下を抑えて性能を発揮することができる回転電機のロータコアを提供する。
【解決手段】ロータコア１１は複数枚のコア板１２が積層されて構成され、積層されたコア板１２の中心部には回転軸挿入孔１５に回転軸１６が挿入されるようになっている。ロータコア１１の外周部には磁石挿入孔１３が形成され、第１永久磁石１４ａと第２永久磁石１４ｂが積層状態で挿入され、第１、第２永久磁石１４ａ，１４ｂ間には樹脂による充填層１８が形成されている。前記第１、第２永久磁石１４ａ，１４ｂの中心側には第１、第２永久磁石１４ａ，１４ｂ間に溶融樹脂の注入を案内する第１、第２案内凹部２０ａ，２０ｂが設けられるとともに、磁石挿入孔１３の内面には第１、第２案内凹部２０ａ，２０ｂに対向するように磁石挿入孔１３に突出する案内凸部２１が設けられている。
【選択図】図１

Description

この発明は、モータ、発電機等の回転機器に用いられる回転電機のロータコアに関するものである。

一般に、ロータを構成するロータコアは、鋼板等のシート材から打ち抜き成形された円環状のコア板を複数枚積層することによって作製されている。各コア板の外周近傍には、複数の磁石挿入孔が周方向に間隔をおいて形成されている。そして、複数枚のコア板が積層された状態で、各磁石挿入孔内には永久磁石が収容されている。

この種のロータが特許文献１に開示されている。すなわち、斯かるロータは、磁石挿入孔を有するロータコアと、該磁石挿入孔に挿入される複数の磁石とを有し、磁石挿入孔内の隙間には充填剤が注入され、前記複数の磁石が対向する箇所には流入促進部が形成されている。この流入促進部により、磁石間への充填剤の流入を促すことができて、充填剤を安定して充填することができ、その結果渦電流損が低減されるとともに、磁石と充填剤との固着力及び磁石の固定を強化させることができる。

特開２００７−２１５３５７号公報

ところが、前記特許文献１に示す従来構成では、流入促進部が具体的には一対の磁石の対向するコーナ部に切欠き状態で設けられていることから、磁石間への充填剤の流入が促進され、磁石の固定強度が高められる一方、磁石の欠損によってロータの回転トルクが低下する傾向を示し、ロータの性能が悪化するという問題があった。

この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、性能を発揮することができる回転電機のロータコアを提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明の回転電機のロータコアは、外周部には磁石挿入孔が形成されて複数の磁石が縦向きに積層されるとともに、積層された磁石間には樹脂による充填層が形成された回転電機のロータコアであって、前記磁石のロータコア中心側には磁石間に樹脂の注入を案内する案内凹部を設けるとともに、磁石挿入孔の内面には前記磁石の案内凹部に対向するように案内凹部に向かって突出する案内凸部を設けたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に係る発明において、前記案内凸部と該案内凸部が対向する磁石挿入孔の内壁との距離が磁石の幅よりも広くなるように設定されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に係る発明において、前記磁石挿入孔内における磁石と磁石挿入孔のロータコア中心側の内壁との間の隙間は、磁石と磁石挿入孔の外周側の内壁との間の隙間より広く形成されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に係る発明において、前記磁石の案内凹部は、磁石のロータコア中心側の側面から磁石間の対向面に亘って切欠き形成されていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか１項に係る発明において、前記磁石の案内凹部を互いに対向するように設け、案内凹部間の間隔を案内凸部の幅よりも広く形成したことを特徴とする。

以上のように、請求項１に係る発明においては、磁石のロータコア中心側には磁石間に樹脂の注入を案内する案内凹部が設けられ、磁石挿入孔の内面には磁石の案内凹部に対向するように案内凹部に向かって突出する案内凸部が設けられている。このため、磁石挿入孔のロータコア中心側から注入された樹脂は案内凸部により流動方向が変更され、さらに磁石の案内凹部を介して磁石間に導入される。そして、案内凹部と案内凸部がステータコアからの発生磁界の影響を受け難いロータコア中心側に設けられていることから、ロータコアの回転トルクの低下が抑制される。

従って、本発明の回転電機のロータコアによれば、回転トルクの低下を抑えて性能を発揮することができる。

本発明の実施形態におけるロータコアを示す断面図。 ロータコアの要部拡大断面図。 ロータコアの磁石挿入孔に磁石を挿入する状態を示す断面図。 図３の状態から磁石挿入孔に樹脂を注入する状態を示す断面図。 ロータコアの磁石挿入孔に磁石を挿入する状態を示す斜視図。 別例のロータコアを示す平面図。 別例のロータコアを示す要部拡大断面図。 別例の案内凹部を示す永久磁石の斜視図。

以下に、本発明の回転電機のロータコアをモータのロータコアに具体化した一実施形態を図１〜図５に従って説明する。
図５に示すように、この実施形態のロータコア１１は、電磁鋼板よりなる円環状のコア板１２を多数枚積層し、その積層状態に固定することによって構成されている。コア板１２の外周部には、複数の磁石挿入孔１３が周方向に一定間隔をおいて形成されている。そして、コア板１２の積層状態で各磁石挿入孔１３内には、永久磁石１４がコア板１２の積層方向に延びる縦向き姿勢で収容されている。なお、各コア板１２は、磁石挿入孔１３間において分割されたほぼ扇形状をなす複数（本実施形態では４つ）の分割コア板１２ａから構成され、隣接する分割コア板１２ａ間が図示しない手段により結合固定されている。

図１に示すように、コア板１２の中心部には回転軸挿入孔１５が貫通形成され、回転軸１６が挿入されるようになっている。ロータコア１１の外周にはステータコア１７が配置され、該ステータコア１７の図示しない電磁コイルから磁束が発生し、その磁束とロータコア１１の永久磁石１４の磁束との相互作用により、ロータコア１１が回転される。

前記磁石挿入孔１３には複数（本実施形態では２個）の第１永久磁石１４ａと第２永久磁石１４ｂがロータコア１１の軸線方向に沿って立てた状態で積層される。第２永久磁石１４ｂと磁石挿入孔１３のロータコア１１中心側の面との間の隙間からエポキシ樹脂等の溶融樹脂が注入されて第１永久磁石１４ａと第２永久磁石１４ｂとの間に樹脂が介在する充填層１８が形成される。このように、永久磁石１４を第１永久磁石１４ａと第２永久磁石１４ｂに分割し、第１、第２永久磁石１４ａ，１４ｂ間に充填層１８を設けることにより、渦電流損を低減することができる。

図２に示すように、磁石挿入孔１３内における第１、第２永久磁石１４ａ，１４ｂとロータコア１１の中心側の内壁１３ａとの間の中心側隙間１９ａは、第１、第２永久磁石１４ａ，１４ｂと磁石挿入孔１３の外周側の内壁１３ｂとの間の外周側隙間１９ｂより広く形成されている。そして、この中心側隙間１９ａから磁石挿入孔１３内に溶融樹脂が注入されるようになっている。第１永久磁石１４ａの幅方向中央部におけるロータコア１１中心側の上端縁隅部及び第２永久磁石１４ｂの幅方向中央部におけるロータコア１１中心側の下端縁隅部には、案内凹部２０としての第１案内凹部２０ａと第２案内凹部２０ｂが互いに対向するように切欠き形成されている（図５参照）。すなわち、第１案内凹部２０ａ及び第２案内凹部２０ｂは、第１永久磁石１４ａ及び第２永久磁石１４ｂのロータコア１１中心側の側面１４ｃから第１、第２永久磁石１４ａ，１４ｂ間の対向面１４ｄに亘って対向するように切欠き形成されている。これらの第１案内凹部２０ａ及び第２案内凹部２０ｂが第１永久磁石１４ａと第２永久磁石１４ｂとの間に溶融樹脂の注入を案内する。

ロータコア１１の中心側の内壁１３ａには、前記第１、第２案内凹部２０ａ，２０ｂに対向するように磁石挿入孔１３に突出する案内凸部２１が設けられている。すなわち、案内凸部２１は２枚のコア板１２の中心側の内壁１３ａが他のコア板１２の内壁１３ａよりも長く設定され、磁石挿入孔１３に突出するように形成されている。この案内凸部２１と該案内凸部２１が対向する磁石挿入孔１３の外周側の内壁１３ｂとの距離Ｌは第１永久磁石１４ａ及び第２永久磁石１４ｂの幅Ｄよりも広くなるように設定され、磁石挿入孔１３の底部まで第１永久磁石１４ａ及び第２永久磁石１４ｂの挿入が可能となるように構成されている。

また、第１、第２案内凹部２０ａ，２０ｂ間の間隔ｘが案内凸部２１の幅ｙよりも広く形成され、溶融樹脂を中心側隙間１９ａから第１永久磁石１４ａと第２永久磁石１４ｂの間へ導くようになっている。

次に、上記のように構成されたロータコア１１の作用を説明する。
さて、ロータコア１１の磁石挿入孔１３に第１永久磁石１４ａと第２永久磁石１４ｂとを立てた状態で挿入して充填層１８で固着する場合には、図３に示すように、ロータコア１１は樹脂成形用の下型２２上に支持されるとともに、ロータコア１１の各磁石挿入孔１３に対して第１永久磁石１４ａと第２永久磁石１４ｂとを縦向きに積層した状態で挿入する。このとき、案内凸部２１と磁石挿入孔１３の外周側の内壁１３ｂとの距離Ｌは第１、第２永久磁石１４ａ，１４ｂの幅Ｄよりも広くなるように設定されていることから、積層状態の第１、第２永久磁石１４ａ，１４ｂが磁石挿入孔１３の下端部まで挿入され、図４に示す状態に到る。

この状態で、図４の二点鎖線に示すように、ロータコア１１の上面には上型２３が配置される。そして、上型２３からエポキシ樹脂等の樹脂が溶融状態でロータコア１１の中心側隙間１９ａから磁石挿入孔１３に注入される。従って、磁石挿入孔１３の内面と第１、第２永久磁石１４ａ，１４ｂの外側面との間に充填される。このとき、ロータコア１１の第１、第２永久磁石１４ａ，１４ｂのロータコア１１中心側には、第１、第２案内凹部２０ａ，２０ｂが設けられるとともに、磁石挿入孔１３の内面には第１、第２案内凹部２０ａ，２０ｂに対向するように案内凸部２１が突出形成されている。このため、中心側隙間１９ａから注入された溶融樹脂の一部は案内凸部２１によって方向転換されて、第１、第２永久磁石１４ａ，１４ｂの第１、第２案内凹部２０ａ，２０ｂと、コア板１２の案内凸部２１との間を通って第１永久磁石１４ａと第２永久磁石１４ｂとの間に流れ込む。さらに、溶融樹脂は外周側隙間１９ｂにも流れ込み、その後溶融樹脂が硬化されて図１に示す状態に達する。

さらにこのとき、磁石挿入孔１３に案内凸部２１が形成されているため、案内凸部２１が抵抗となって中心側隙間１９ａに注入された樹脂の圧力が高くなる。このため、第１、第２永久磁石１４ａ，１４ｂが図２の右方に寄り、中心側隙間１９ａが外周側隙間１９ｂより広くなる。言い換えれば、第１、第２永久磁石１４ａ，１４ｂがロータコア１１の外周側に移動されるため、その第１、第２永久磁石１４ａ，１４ｂはステータコア１７に近づく。従って、ロータコア１１の回転トルクをさらに向上させることができる。なお、中心側隙間１９ａ、外周側隙間１９ｂの形状や第１、第２永久磁石１４ａ，１４ｂの形状等の選択によって外周側隙間１９ｂが形成されない構成を実現できる。

図１の状態では、第１永久磁石１４ａと第２永久磁石１４ｂとの間に充填層１８が形成されると同時に、中心側隙間１９ａ及び外周側隙間１９ｂにも充填層１８が形成される。この場合、前記のように中心側隙間１９ａに形成された充填層１８の厚みは外周側隙間１９ｂに形成された充填層１８の厚みより厚く形成される。このように、第１、第２永久磁石１４ａ，１４ｂの第１案内凹部２０ａ及び第２案内凹部２０ｂがステータコア１７から離れたロータコア１１の中心側のみに形成されているため、第１、第２案内凹部２０ａ，２０ｂはステータコア１７からの発生磁界の影響を受け難い。

従って、この実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）実施形態のロータコア１１においては、第１、第２永久磁石１４ａ，１４ｂのロータコア１１中心側には第１、第２永久磁石１４ａ，１４ｂ間に溶融樹脂の注入を案内する第１、第２案内凹部２０ａ，２０ｂが設けられている。一方、磁石挿入孔１３の内面には第１、第２案内凹部２０ａ，２０ｂに対向するように磁石挿入孔１３に突出する案内凸部２１が設けられている。このため、中心側隙間１９ａから注入される溶融樹脂は磁石挿入孔１３の内面と第１、第２永久磁石１４ａ，１４ｂとの間に導入されると同時に、コア板１２の案内凸部２１に導かれて第１、第２永久磁石１４ａ，１４ｂ間に向けて流入される。

そして、第１、第２案内凹部２０ａ，２０ｂと案内凸部２１がステータコア１７からの発生磁界の影響を受け難いロータコア１１の中心側に設けられるとともに、第１、第２永久磁石１４ａ，１４ｂがステータコア１７に近づくことから、ロータコア１１の回転トルクの低下が抑えられる。さらに、第１、第２永久磁石１４ａ，１４ｂにはロータコア１１の中心側のみに第１、第２案内凹部２０ａ，２０ｂが形成されていることから、第１、第２案内凹部２０ａ，２０ｂがロータコア１１の中心側及び外周側の両方に形成されている場合に比べて切欠かれる部分を少なくすることができる。

従って、この実施形態のロータコア１１によれば、回転トルクの低下を抑えて性能を発揮することができるとともに、磁石１４を構成する材料（圧粉）の歩留まりを向上させることができる。
（２）案内凸部２１と該案内凸部２１が対向する磁石挿入孔１３の内壁１３ｂとの距離Ｌが、第１、第２永久磁石１４ａ，１４ｂの幅Ｄよりも広くなるように設定されている。このため、第１、第２永久磁石１４ａ，１４ｂを磁石挿入孔１３の底部まで支障なく挿入することができる。
（３）第１、第２永久磁石１４ａ，１４ｂとロータコア１１の中心側の内壁１３ａとの間の中心側隙間１９ａは、第１、第２永久磁石１４ａ，１４ｂと磁石挿入孔１３の外周側の内壁１３ｂとの間の外周側隙間１９ｂより広く形成されている。従って、溶融樹脂を中心側隙間１９ａから容易に注入することができ、第１永久磁石１４ａと第２永久磁石１４ｂとの間に充填層１８を速やかに形成することができる。
（４）第１、第２永久磁石１４ａ，１４ｂの第１、第２案内凹部２０ａ，２０ｂは、第１、第２永久磁石１４ａ，１４ｂの中心側の側面１４ｃから第１、第２永久磁石１４ａ，１４ｂ間の対向面１４ｄに亘って切欠き形成されている。このため、溶融樹脂を中心側隙間１９ａから第１永久磁石１４ａと第２永久磁石１４ｂの間へ速やかに誘導することができる。
（５）第１、第２永久磁石１４ａ，１４ｂの第１、第２案内凹部２０ａ，２０ｂが互いに対向するように設けられ、第１、第２案内凹部２０ａ，２０ｂ間の間隔ｘが案内凸部２１の幅ｙよりも広く形成されている。このため、溶融樹脂を中心側隙間１９ａから第１永久磁石１４ａと第２永久磁石１４ｂの間へ流れやすくすることができる。
（６）第１、第２永久磁石１４ａ，１４ｂの第１、第２案内凹部２０ａ，２０ｂは、第１、第２永久磁石１４ａ，１４ｂの対向面１４ｄに互いに対向するように設けられている。従って、第１永久磁石１４ａと第２永久磁石１４ｂ間へ溶融樹脂を均一かつ安定した状態で流入させることができる。
（変更例）
なお、この実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。

・ 図８に示すように、第１案内凹部２０ａ及び第２案内凹部２０ｂを、第１永久磁石１４ａ及び第２永久磁石１４ｂの幅方向全体に亘って溝状に形成することもできる。この場合、溶融樹脂を第１、第２永久磁石１４ａ，１４ｂ間の全体に亘って速やかに流入させることができる。

・ 案内凹部２０として、第１案内凹部２０ａ及び第２案内凹部２０ｂのいずれか一方を省略することもできる。さらに、第１案内凹部２０ａと第２案内凹部２０ｂを形状が異なるように構成することも可能である。

・ コア板１２の分割数や磁石挿入孔１３の個数、形状は特に制限されず、例えば図６に示すように、コア板１２の分割数を８つにし、各分割コア板１２ａに磁石挿入孔１３を平面ハの字状に形成して各磁石挿入孔１３に第１、第２永久磁石１４ａ，１４ｂを挿入することもできる。

・ 図７に示すように、第１、第２案内凹部２０ａ，２０ｂを第１、第２永久磁石間１４ａ，１４ｂ側が縮幅されるテーパ面２０ｃ，２０ｄに形成するとともに、案内凸部２１を第１、第２永久磁石１４ａ，１４ｂ間側が縮幅されるテーパ状の傾斜面２１ａに形成することができる。この場合、第１、第２案内凹部２０ａ，２０ｂ及び案内凸部２１のいずれか一方のみをテーパ状に形成することも可能である。

・ 磁石挿入孔１３に積層状態で挿入される磁石１４を３つ（３層）以上で構成することができるが、磁石１４の積層構成を複雑にしないために２〜４個で構成することが好ましい。

・ 本発明の回転電機のロータコアを発電機のロータコアとして具体化することができる。

１１…ロータコア、１３…磁石挿入孔、１３ａ…中心側の内壁、１３ｂ…外周側の内壁、１４…永久磁石、１４ａ…第１永久磁石、１４ｂ…第２永久磁石、１４ｃ…中心側の側面、１４ｄ…対向面、１８…充填層、１９ａ…中心側隙間、１９ｂ…外周側隙間、２０…案内凹部、２０ａ…第１案内凹部、２０ｂ…第２案内凹部、２１…案内凸部、Ｄ…磁石の幅、Ｌ…案内凸部と磁石挿入孔の内壁との距離、ｘ…間隔、ｙ…幅。

Claims (5)

1. 外周部には磁石挿入孔が形成されて複数の磁石が縦向きに積層されるとともに、積層された磁石間には樹脂による充填層が形成された回転電機のロータコアであって、
   前記磁石のロータコア中心側には磁石間に樹脂の注入を案内する案内凹部を設けるとともに、磁石挿入孔の内面には前記磁石の案内凹部に対向するように案内凹部に向かって突出する案内凸部を設けたことを特徴とする回転電機のロータコア。
2. 前記案内凸部と該案内凸部が対向する磁石挿入孔の内壁との距離が磁石の幅よりも広くなるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機のロータコア。
3. 前記磁石挿入孔内における磁石と磁石挿入孔のロータコア中心側の内壁との間の隙間は、磁石と磁石挿入孔の外周側の内壁との間の隙間より広く形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回転電機のロータコア。
4. 前記磁石の案内凹部は、磁石のロータコア中心側の側面から磁石間の対向面に亘って切欠き形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転電機のロータコア。
5. 前記磁石の案内凹部を互いに対向するように設け、案内凹部間の間隔を案内凸部の幅よりも広く形成したことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転電機のロータコア。

Images