JP2012244808A - 回転電機のロータ - Google Patents

Abstract

【課題】磁石片同士の接着強度を向上可能でき、且つ複数の磁石片から構成される永久磁石のサイズを小さくすることが可能な回転電機のロータを提供する。
【解決手段】回転電機のロータ１０は、略円環状のロータコア１１と、ロータコア１１に周方向に沿って接着剤Ｇで固定された複数の永久磁石１２と、を備える。永久磁石１２は、径方向に対して垂直な方向に分割され、それぞれ絶縁層で被覆された複数の磁石片３１より構成される。複数の磁石片３１は、互いの対向面３３が当接するように配置され、対向面３３には、ロータコア１１との接着面３５から、径方向に延びる溝部３９が凹設される。
【選択図】図４

Description

本発明は、回転電機のロータに関する。

従来、回転電機のロータとしては、ロータコアと、ロータコアのステータと対向する面に、周方向に沿って接着剤で固定される複数の永久磁石と、を有し、ロータと径方向において対向配置したステータのコイルに通電することで、コイルが発生する回転磁界によって回転するように構成したもの（所謂、ＳＰＭモータのロータ。）が知られている。

また、図９に示すように、ロータ本体１１１と、ロータ本体１１１に固定されるロータコア１１２と、ロータコア１１２に周方向に等間隔で設けられた取付け孔１１７に埋め込まれ、各々が界磁極となる１２個の永久磁石１１３と、を有する回転電機（所謂、ＩＰＭモータ）のロータ１０６がよく知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
ここで、永久磁石１１３は、図１０に示すように、ロータコア１１２の周方向に沿って分割され、互いに離間して配置された４個の磁石片１１８と、これら磁石片１１８を被覆する絶縁層１１９と、で構成されており、磁気抵抗を大きくし、渦電流損を小さくすることによって、永久磁石１１３の発熱を抑制することを図っている。

特許３０８９４７０号公報

ところで、上述したＳＰＭモータのロータにおいても、永久磁石の発熱を抑制するために、特許文献１に記載された永久磁石１１３を適用することが考えられる。その場合、永久磁石１１３をロータコアの表面に接着剤で固定する前に、複数の磁石片１１８同士を絶縁層１１９によって被覆及び接着することが必要であるが、磁石片１１８同士が離間して配置されているので、永久磁石１１３のサイズが大きくなり、この永久磁石１１３を接着するロータコアのサイズも大きくなってしまう可能性があった。

そこで、図１１に示すように、それぞれ絶縁層２１９で被覆された磁石片２１８を対向及び当接させた状態で、接着剤２００Ｇが表面に塗付されたロータコア２１２に押し付けることによって、複数の磁石片２１８によって構成された永久磁石２１３をロータコア２１２に接着させるとともに、接着剤２００Ｇを磁石片２１８同士の対向空間２００Ｓに充填することによって、磁石片２１８の対向面２２０同士を接着させることが考えられる。

しかしながら、絶縁層２１９は、磁石片２１８の角部において膜厚が厚くなる傾向があり、対向空間２００Ｓに接着剤２００Ｇが入り難く、磁石片２１８の対向面２２０同士の接着が困難となる問題があった。このような場合、磁石片２１８同士の接着強度が不十分となり、着磁後の磁石片２１８同士の反発力によって磁石片２１８が位置ずれを起こし、モータ性能（トルク・出力）低下につながる虞がある。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、磁石片同士の接着強度を向上可能でき、且つ複数の磁石片から構成される永久磁石のサイズを小さくすることが可能な回転電機のロータを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、
略円環状のロータコア（例えば、後述の実施形態におけるロータコア１１）と、
前記ロータコアに周方向に沿って接着剤（例えば、後述の実施形態における接着剤Ｇ）で固定された複数の永久磁石（例えば、後述の実施形態における永久磁石１２）と、
を備えた回転電機（例えば、後述の実施形態におけるアウターロータ型回転電機１）のロータ（例えば、後述の実施形態におけるロータ１０）であって、
前記永久磁石は、径方向に対して垂直な方向に分割され、それぞれ絶縁層で被覆された複数の磁石片（例えば、後述の実施形態における磁石片３１）より構成され、
前記複数の磁石片は、互いの対向面（例えば、後述の実施形態における対向面３３）が当接するように配置され、
前記対向面には、前記ロータコアとの接着面（例えば、後述の実施形態における接着面３５）から、径方向に延びる溝部（例えば、後述の実施形態における溝部３９）が凹設される
ことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の構成に加えて、
前記ロータコアは、ステータ（例えば、後述の実施形態におけるステータ２）の径方向外側に配置され、
前記複数の永久磁石は、前記ロータコアの内周面（例えば、後述の実施形態における内周面１１ｂ）に固定される
ことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の構成に加えて、
前記溝部の径方向幅（例えば、後述の実施形態における径方向幅Ａ）は、前記磁石片の径方向幅（例えば、後述の実施形態における径方向幅Ｂ）よりも短い
ことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、磁石片の対向面には、ロータコアとの接着面から径方向に延びる溝部が凹設されているので、永久磁石をロータコアに接着する際に、溝部へ接着剤を導くことが可能となり、磁石片同士の接着が強固となる。したがって、着磁後の反発力によって磁石片の位置ずれが発生することを抑制でき、モータ性能の低下を抑制することが可能となる。
また、複数の磁石片は、互いの対向面が当接するように配置されているので、永久磁石のサイズを小さくすることができ、この永久磁石が固定されるロータコアのサイズを小さくすることが可能となる。

請求項２の発明によれば、ロータコアはステータの径方向外側に配置され、複数の永久磁石は、ロータコアの内周面に固定されているので、ステータで発生する磁束と永久磁石の磁束とが、ロータコアを介さずに相互作用し、ロータコアにおける損失を低減することが可能となる。
さらに、永久磁石はロータコアの内周面に固定されているため、ロータ回転時に磁石片に遠心力が作用した際においても、磁石片とロータコアとの接着の剥がれを抑制でき、磁石片の位置ずれが発生することを抑制できる。

請求項３の発明によれば、溝部へ導かれた接着剤が磁石片及びロータコアに覆われて露出しなくなるため、接着剤が水分や油等に接触することによって劣化することを防ぐことが可能となる。

本発明のアウターロータ型回転電機の断面図である。 図１のＡ−Ａ線断面矢視図である。 本発明に係る実施形態のロータの斜視図である。 図４のロータを、Ｂ−Ｂ線で切り欠いた断面斜視図である。 第１実施形態の磁石片の斜視図である。 永久磁石をロータコアに固定する方法を説明する図である。 変形例に係るロータを、一部切り欠いた断面斜視図である。 変形例に係る磁石片の斜視図である。 従来の回転電機の断面図である。 図９の回転電機のロータに用いられる永久磁石の斜視図である。 他の従来の一対の磁石片からなる永久磁石を、ロータコアに接着させた状態を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

図１及び図２に示すように、本実施形態のアウターロータ型回転電機１は、軸心Ｏを中心として、モータハウジング２１にボルト２２により固定されたステータ２と、ステータ２の径方向外側に僅かなエアギャップＳを介して対向配置され、軸心Ｏ周りに回転可能な円環状のロータ１０と、を備えて構成される。

ステータ２は、ステータコア３と複数のコイル４とを備える。ステータコア３は、複数の電磁鋼板が軸方向（図１において紙面と垂直方向、図２において左右方向）に積層されて構成され、円環状の支持部３ａから径方向外側に向かって放射状に突出形成された複数のティース３ｂを有する。支持部３ａの内側には、ボルト穴３ｃをそれぞれ有する複数の凸部３ｄが設けられ、ボルト穴３ｃに挿通されるボルト２２により、ステータコア３がモータハウジング２１に固定されている。コイル４は、巻線６を、絶縁特性を有する合成樹脂などで形成されたインシュレータ７を介してステータコア３のティース３ｂの周囲に巻回することで形成される。

図１〜図３に示すように、ロータ１０は、複数の磁極部９と、磁極部９の径方向外側に配置された略円環状の円環部１４ａと該円環部１４ａの軸方向一端側（図１において紙面奥側、図２において右側）に設けられ回転シャフト１３に連結された軸連結部１４ｂとから構成されるロータカップ１４と、ロータカップ１４の円環部１４ａの内周面１４ｃに保持される外周面１１ａ及びステータ２と対向する内周面１１ｂを有し、複数の略円環状の電磁鋼板を軸方向に積層してなるロータコア１１と、を備えている。

回転シャフト１３は、玉軸受２３により、モータハウジング２１に対して回転自在に支承されており、ステータ２が発生する回転磁界によってロータ１０が軸心Ｏ周りに回転駆動される。回転シャフト１３とステータ２との間には、回転シャフト１３の磁極位置を検出するレゾルバ２４が配設されている。

複数の磁極部９は、径方向に磁化され且つ周方向で交互に磁化方向を反転させるように、周方向に沿って所定の間隔で配置されており、略矩形状の一対の永久磁石１２から構成されている。一対の永久磁石１２は、ロータコア１１の内周面１１ｂに接着剤Ｇで固定されている。より具体的には、一対の永久磁石１２がロータコア１１の内周面１１ｂに接着剤Ｇで固定されて構成された磁極部９ａにおいて、その径方向外側がＮ極とすると、所定の間隔を介して磁極部９ａと隣り合う磁極部９ｂは、その径方向外側がＳ極となるように一対の永久磁石１２がロータコア１１の内周面１１ｂに固定されて構成される。なお、磁極部９は必ずしも一対の永久磁石１２から構成される必要はなく、１つの永久磁石１２から構成されてもよい。

また、図４及び図５に示すように、各永久磁石１２は、軸方向に分割された複数（本実施形態では４つ）の磁石片３１によって構成されている。それぞれの磁石片３１は、全面が薄い絶縁層で被覆されており、軸方向における対向面３３が互いに当接するように配置されている。

磁石片３１の対向面３３には、ロータコア１１の内周面１１ｂとの接着面（径方向外側面）３５から径方向内側面３７まで、径方向に延びる一対の半円筒形状の溝部３９が凹設されている。なお、本実施形態においては、磁石片３１の軸方向一方側の対向面３３のみに、一対の溝部３９を設けているが、両側の対向面３３に設けるようにしてもよい。また、対向面３３に凹設される溝部３９の数は、一対に限定されず、任意の数に設定可能である。また、溝部３９は、半円筒形状に限定されず、直方体形状など、任意の形状を選択すればよい。

このように、複数の磁石片３１によって構成された永久磁石１２は、図６に示すように、未着磁の複数の磁石片３１同士を治具（不図示）で仮固定した状態で、接着剤Ｇが塗布されたロータコア１１の内周面１１ｂに押し付けることによって、それぞれの磁石片３１をロータコア１１の内周面１１ｂに接着させるとともに、接着剤Ｇを磁石片３１同士の対向空間に充填することによって、磁石片３１の対向面３３同士を接着させる。ここで、ロータコア１１の内周面１１ｂに予め塗付される接着剤Ｇは、磁石片３１の接着面（径方向外側面）３５のみならず、磁石片３１同士の対向空間まで行き渡る程度に、厚めにすることが望ましい。そして、ロータコア１１の内周面１１ｂに接着された永久磁石１２は、周知の方法によって着磁される。

このとき、本実施形態の磁石片３１の対向面３３には、ロータコア１１の内周面１１ｂとの接着面３５から径方向内側面３７まで、径方向に延びる一対の溝部３９が凹設されているので、接着剤Ｇをこれら溝部３９へ導くことが可能となり、磁石片３１同士の接着が強固となる。したがって、着磁後の反発力によって磁石片３１の位置ずれが発生することが抑制でき、モータ性能の低下を抑制することが可能となる。このように、磁石片３１の対向面３３同士が強固に接着されることにより、従来、永久磁石の軸方向への抜け、あるいは位置ずれ防止に用いられていた端面板を不要として、部品点数を削減することによるコストの低減が可能となる。
また、複数の磁石片３１は、互いの対向面３３が当接するように配置されているので、永久磁石１２のサイズを小さくすることができ、永久磁石１２が固定されるロータコア１１のサイズを小さくすることが可能となる。このように、永久磁石１２及び永久磁石１２が固定されるロータコア１１のサイズを小さくすることで、ロータ１０の重量の低減、あるいはロータ１０のレイアウトの自由度の向上、あるいはロータ１０の構成に要する材料の量を低減することによるコストの低減が可能となる。

また、ロータコア１１はステータ２の径方向外側に配置され、複数の永久磁石１２はロータコア１１のステータ２と対向する内周面１１ｂに固定されているので、ステータ２で発生する磁束と永久磁石１２の磁束とが、ロータコア１１を介さずに相互作用し、ロータコア１１における損失を低減することが可能となる。
さらに、永久磁石１２はロータコア１１の内周面１１ｂに固定されているため、ロータ１０回転時に磁石片３１に遠心力が作用した際においても、磁石片３１とロータコア１１との接着の剥がれを抑制でき、磁石片３１の位置ずれが発生することを抑制できる。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
例えば、図７及び図８に示すように、磁石片３１の対向面３３に設けられる一対の溝部３９は、ロータコア１１の内周面１１ｂとの接着面（径方向外側面）３５から径方向内側に延び、且つ径方向内側面３７まで貫通しないように、すなわち、溝部３９の径方向幅Ａが磁石片３１の径方向幅Ｂよりも短くなるように形成してもよい。
このように溝部３９を形成した場合、永久磁石１２を接着剤Ｇが塗布されたロータコア１１の内周面１１ｂに接着する際に、溝部３９へ導かれた接着剤Ｇが磁石片３１及びロータコア１１に覆われて露出しなくなる。したがって、接着剤Ｇが水分や油等に接触することによって劣化することを防ぐことが可能となる。

また、本発明の回転電機のロータは、アウターロータ型回転電機のロータに限定されず、インナーロータ型回転電機のロータにも適用可能である。

また、上述の実施形態において、永久磁石１２は、軸方向に分割された複数の磁石片３１によって構成されるとしたが、これに限定されず、径方向に対して垂直な方向（例えば、周方向）に分割された複数の磁石片によって構成されていればよい。

また、本発明の回転電機のロータは、ロータ表面に永久磁石を固定する表面磁石型モータ（ＳＰＭモータ）に限定されず、ロータコア内部に永久磁石を埋め込む埋め込み磁石型モータ（ＩＰＭモータ）にも適用可能である。

１ アウターロータ型回転電機（回転電機）
２ ステータ
１０ ロータ
１１ ロータコア
１１ｂ 内周面
１２ 永久磁石
３１ 磁石片
３３ 対向面
３５ 接着面
３９ 溝部
Ａ 径方向幅
Ｂ 径方向幅
Ｇ 接着剤

Claims (3)

1. 略円環状のロータコアと、
   前記ロータコアに周方向に沿って接着剤で固定された複数の永久磁石と、
   を備えた回転電機のロータであって、
   前記永久磁石は、径方向に対して垂直な方向に分割され、それぞれ絶縁層で被覆された複数の磁石片より構成され、
   前記複数の磁石片は、互いの対向面が当接するように配置され、
   前記対向面には、前記ロータコアとの接着面から、径方向に延びる溝部が凹設される
   ことを特徴とする回転電機のロータ。
2. 前記ロータコアは、ステータの径方向外側に配置され、
   前記複数の永久磁石は、前記ロータコアの内周面に固定される
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機のロータ。
3. 前記溝部の径方向幅は、前記磁石片の径方向幅よりも短い
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機のロータ。

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