JP2013099048A - 永久磁石式回転電機の回転子、及び永久磁石式回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】摩耗粉による問題を防止しつつ、優れた特性を有する永久磁石式回転電機の回転子、及びこれを備えた永久磁石式回転電機を提供すること。
【解決手段】永久磁石式回転電機１０は、回転子１を備えている。回転子１は、複数の磁性鋼板３０を積層してなるロータコア３と、該ロータコア３に対して回転軸の軸方向に貫通形成された磁石収容孔３２に埋め込まれた永久磁石５３とを有する。複数の磁性鋼板３０のうち少なくとも一枚は磁石収容孔３２と外周縁３４とを連通する連通部３３を有している。連通部３３および磁石収容孔３２の少なくとも一方における、永久磁石５３より外周縁３４側は、閉塞部材２によって閉塞されており、閉塞部材２の透磁率は、磁性鋼板３０の透磁率よりも低い。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の磁性鋼板を積層してなるロータコアと該ロータコアに対して軸方向に埋め込まれた複数の永久磁石とを有する永久磁石式回転電機の回転子、及びこれを備えた永久磁石式回転電機に関する。

永久磁石式回転電機の回転子は、一般に、複数の磁性鋼板を積層してなるロータコアと該ロータコアに対して軸方向に埋め込まれた複数の永久磁石とからなる。それゆえ、ロータコアには、永久磁石を埋め込むための磁石収容孔を軸方向に設けてなる。

永久磁石式回転電機においては、回転子における永久磁石の磁束が、回転子の外周側に配置された固定子の磁極に作用することで、回転子にトルクを発生させる。ところが、磁石収容孔を取り巻くようにその全周にロータコアが形成されていると、永久磁石のＮ極から出た磁束が磁石収容孔の周囲におけるロータコアを通って永久磁石のＳ極に漏洩することになる。そうすると、この漏洩した磁束は、回転子のトルクに寄与しないため、その分だけ永久磁石式回転電機の出力が低下することになる。

そこで、特許文献１には、ロータコアにおける磁石収容孔をロータコアの外周側へ開放させることにより、上述の磁束の漏洩を防ぎ、永久磁石式回転電機の出力低下を防ぐ技術が提案されている（特許文献１の図９）。この構造において、ロータコアへの永久磁石の固定は、接着剤を用いて行われる。また、特許文献１の図１２に示すように、磁石収容孔の外周側の開放端部に永久磁石の外周側端面に係止する係止突起等が形成され、接着剤を用いずに永久磁石を保持する手段が提案されている。

また、特許文献２には、ロータコアの外周側へ開放させた磁石収容孔に永久磁石を配置すると共に、その外周側に樹脂モールドを施した回転子が示されている。

特開２００４−１０４９６２号公報 特開平７−３１２８５２公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に示された永久磁石式回転電機には、以下の問題点がある。
特許文献１の図９に示された永久磁石式回転電機においては、磁石をロータコアに固定するために接着剤が使用されている。ロータコアは発熱体であるため、ロータコアが発熱することで磁性鋼板と永久磁石とに熱膨張が生じる。このとき、接着剤は薄い膜状をなして磁性鋼板と永久磁石とを接着しており、両者が熱膨張することにより接着剤を圧縮するようにストレスがかかる。この発熱時のストレスが接着剤に繰り返し加わると、接着剤が剥離し磁石を固定できなくなるおそれがある。

また、特許文献１の図１２に示された永久磁石式回転電機においては、係止突起等を備えることにより、ロータコアから永久磁石が抜け出ることを防止できるが、寸法にバラつきが生じた場合には、ロータコアと永久磁石との間に間隙が生じることとなる。そのため、永久磁石が、振動や回転時に磁石収容孔の内側で動くことにより、ロータコアと永久磁石とが互いに摺動し、摩耗するため摩耗粉が生じる。この摩耗粉が、遠心力によって磁石収容孔から外周側へ飛び出し、回転子と固定子との間や周辺部位に入り込むと、永久磁石式回転電機の性能低下や電気絶縁性の低下、ベアリングやシール部等の摺動部の信頼性低下につながるおそれがある。

また、特許文献２に示された永久磁石式回転電機においては、磁石収容孔をも含めて、回転子の外周を樹脂モールドして覆っているが、樹脂モールドの厚み分、回転子と固定子との間におけるギャップ量が増大するため、トルクが低下し永久磁石式回転電機の出力が低下することになる。つまり、所望の出力を得るために、永久磁石式回転電機の大型化が余儀なくされることとなる。

本発明は、上記の背景に鑑みてなされたものであり、摩耗粉による問題を防止しつつ、優れた特性を有する永久磁石式回転電機の回転子、及び永久磁石式回転電機を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、複数の磁性鋼板を積層してなるロータコアと、該ロータコアに対して回転軸の軸方向に貫通形成された磁石収容孔に埋め込まれた永久磁石とを有する永久磁石式回転電機の回転子であって、
上記複数の磁性鋼板のうち少なくとも一枚は上記磁石収容孔と外周縁とを連通する連通部を有し、
該連通部および上記磁石収容孔の少なくとも一方における、上記永久磁石より外周縁側は、閉塞部材によって閉塞されており、該閉塞部材の透磁率は、上記磁性鋼板の透磁率よりも低いことを特徴とする永久磁石式回転電機の回転子にある（請求項１）。

また、本発明の他の態様は、上記回転子と、該回転子の外周に配された固定子とを備えてなることを特徴とする永久磁石式回転電機にある（請求項４）。

上記永久磁石式回転電機の回転子において、上記連通部および上記磁石収容孔において、上記永久磁石より外周縁側は、上記閉塞部材によって塞がれている。そのため、上記ロータコアと上記永久磁石とが互いに摺動し摩耗粉が生じても、上記ロータコアの内部に摩耗粉を封じ込めることができる。したがって、上記ロータコアから摩耗粉が漏出することを防止することができる。
また、上記閉塞部材は、ロータコアの外周面より内側に配されている。それゆえ、上記閉塞部材を設けても、上記回転子と上記固定子との間のギャップ量を増大させる必要がなく、上記回転子を備えた上記永久磁石式回転電機のトルク低下を防止することができる。

また、上記閉塞部材は、上記連通部及び上記磁石収容孔の少なくとも一方を閉塞させるように配設されている。そのため、従来、永久磁石をロータコアへと固定する際に用いられていた接着材に比べて、大きく形成することができる。したがって、ロータコアの発熱によって磁性鋼板が熱膨張した際に、連通部又は磁石収容孔の幅が減少し閉塞部材を圧縮するストレスがかかってもこれを分散することができる。これにより、上記閉塞部材の損傷を防止し、上述した上記閉塞部材を備えることによる作用効果を確実に得ることができる。

また、上記閉塞部材の透磁率は、上記磁性鋼板の透磁率よりも低いため、上記閉塞部材へと磁束が漏洩しにくい。したがって、摩耗粉の漏出を防止しつつ、上記回転子における磁束の漏洩を防止することができる。

以上のごとく、本発明によれば、摩耗粉による問題を防止しつつ、優れた特性を有する永久磁石式回転電機の回転子、及びこれを備えた永久磁石式回転電機を提供することができる。

実施例１における、永久磁石式回転電機を示す説明図。 実施例１における、回転子を示す説明図。 図２における、部分拡大図。 実施例１における、磁性鋼板を示す説明図。 実施例１における、回転子の形状例を示す部分拡大図。 実施例２における、回転子を示す説明図。 図６における、部分拡大図。 実施例４における、回転子を示す説明図。 図８における、部分拡大図。

上記永久磁石式回転電機の回転子において、上記ロータコアを構成する複数の磁性鋼板のうちの一部が、上記連通部を有していないものであってもよい。ただし、磁束漏洩を防ぐ観点から、上記ロータコアを構成するすべての磁性鋼板が上記連通部を有していることが好ましい。

また、上記閉塞部材に用いる材料は、磁性鋼板よりも透磁率が低い種々の材料を用いることができるが、透磁率が低いほど上記閉塞部材の材料として適している。上記閉塞部材に適した材料の例としては、アルミニウムやアルミニウム合金、セラミック、樹脂等があげられる。

また、上記閉塞部材は、上記連通部への充填や嵌入等、種々の構造により配設することができる。ロータコアを構成するすべての磁性鋼板が連通部を有している場合、棒状に形成した閉塞部材を、ロータコアにおいて連なって配された上記連通部に嵌入してもよい。この場合には、閉塞部材を容易に連通部へ配設することができる。

また、上記閉塞部材が上記永久磁石に接していてもよい（請求項２）。この場合には、上記磁石収容孔内において上記永久磁石が動くことを上記閉塞部材によって防止することができる。したがって、上記ロータコアと上記永久磁石との間における摩耗粉の発生を抑制することができる。

また、上記永久磁石が上記閉塞部材によって被覆されていてもよい（請求項３）。この場合には、上記ロータコアと上記永久磁石との直接の接触の防止、及び上記ロータコアの内側における上記永久磁石の移動の防止をすることができる。したがって、上記ロータコアと上記永久磁石との間における摩耗粉の発生を抑制することができる。

この場合には、仮に、上記磁性鋼板と上記永久磁石との間に配された薄肉の上記閉塞部材が損傷したとしても、上記連通部側に配された上記閉塞部材によって閉塞状態が維持される。したがって、損傷した上記閉塞部材の破片は、上記磁性鋼板と上記永久磁石の間に留まり、その効果も維持される。

（実施例１）
実施例にかかる永久磁石式回転電機の回転子、及びこれを備えた永久磁石式回転電機について、図１〜図５を用いて説明する。
本例の永久磁石式回転電機１０は、図１に示すごとく、回転子１を備えている。回転子１は、図１〜図４に示すごとく、複数の磁性鋼板３０を積層してなるロータコア３と、該ロータコア３に対して回転軸の軸方向に貫通形成された磁石収容孔３２に埋め込まれた永久磁石５３とを有する。複数の磁性鋼板３０のうち少なくとも一枚は磁石収容孔３２と外周縁３４とを連通する連通部３３を有している。連通部３３および磁石収容孔３２の少なくとも一方における、永久磁石５３より外周縁３４側は、閉塞部材２によって閉塞されており、閉塞部材２の透磁率は、磁性鋼板３０の透磁率よりも低い。

以下、本例の永久磁石式回転電機１０の回転子１、及び永久磁石式回転電機１０についてさらに詳細に説明する。
図１に示すごとく、本例の永久磁石式回転電機１０は、回転子１とその外周に配された固定子１００とを備えてなる。

固定子１００は、環状のステータコア１０１と、該ステータコア１０１の内周に複数配列されたティース１０２間のスロットに施されたコイル１０３とを備えている。
なお、本例の永久磁石式回転電機１０は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両に搭載される。

回転子１は、複数の磁性鋼板３０を積層してなるロータコア３と該ロータコア３に対して軸方向に埋め込まれた複数の永久磁石５３とを有する。

図４に示すごとく、複数の磁性鋼板３０は、略円板形状をなしており、磁石収容孔３２を構成する磁石収容孔３２と回転軸を挿通配置する軸孔３８とを有する。磁石収容孔３２は、略矩形形状をなしている。また、磁石収容孔３２の外周側には、磁石収容孔３２と外周縁３４とを連通した連通部３３を形成している。一対の磁石収容孔３２は、周方向に互いの内周側端部３５を近接すると共に、外周へ向かうにつれて互いに離れるように配置されている。また、磁性鋼板３０は、互いに周方向に近接する一対の磁石収容孔３２における内周側端部３５の間に形成されたブリッジ部３６と、ブリッジ部３６よりも外周側の部分であって一対の磁石収容孔３２の間に形成された半島部３７とを有している。

複数の磁性鋼板３０を積層してなるロータコア３は、図１〜図３に示すごとく、略円柱状をなしており、軸方向から見た形状は磁性鋼板３０と同一の形状をなしている。図２に示すごとく、ロータコア３が有する複数の磁石収容孔３２には、永久磁石５３がそれぞれ埋設されている。

各永久磁石５３は、軸方向から見た形状が略長方形であり、その長辺部分の面が磁極面となっている。そして、隣り合う一対の永久磁石５３によって一つの磁極を構成するように配置されている。つまり、互いの内周側端部３５を近接させて配置された一対の永久磁石５３同士は、同じ磁極（Ｎ極又はＳ極）の磁極面を外周側に向けて配置してある。この対の永久磁石５３（磁石対５３０）が、複数対、ロータコア３の周方向に配置されている。また、複数の磁石対５３０は、外周側の磁極が交互にＮ極とＳ極となるように配置されている。また、これら複数の磁石対５３０は、等間隔で周状に配列されている。

本例において連通部３３は、軸方向から見て永久磁石５３の長辺と対向する磁石収容孔３２の面を外周側に延長するようにして連通している。これにより、永久磁石５３から出る磁束がロータコア３内において永久磁石５３の周囲を回って短絡すること（磁束漏洩）を防ぐことができる。特に、本例においては、ロータコア３を構成するすべての磁性鋼板３０が、連通部３３を有している。つまり、ロータコア３の連通部３３は、その全長において磁石収容孔３２と外周縁３４とを連通している。
尚、連通部３３の形状は、上記の形状に限定するものではなく、図５に示す永久磁石５３の長辺を配した方向から屈曲した形状や、湾曲形状により形成することができる。

図１〜図３に示すごとく、ロータコア３の磁石収容孔３２における連通部３３には、閉塞部材２を配してある。本例においては、磁石収容孔３２の連通部３３に熱可塑性樹脂を充填・硬化させて閉塞部材２を形成した。
閉塞部材２は、磁石収容孔３２の外周側において、永久磁石５３が配されていない空隙を充填するように形成されており、ロータコア３の外周よりも内側に配してある。

次に本例の作用効果について説明する。
永久磁石式回転電機１０の回転子１において、磁石収容孔３２は、ロータコア３の外周面３１より内側に配された閉塞部材２によって開口側を塞がれている。そのため、ロータコア３と永久磁石５３との間において摩耗粉が生じても、磁石収容孔３２の内側に摩耗粉を封じ込めることができる。したがって、磁石収容孔３２から摩耗粉が漏出することを防止することができる。
また、閉塞部材２は、ロータコア３の外周面３１より内側に配されている。それゆえ、閉塞部材２を設けても、回転子１と固定子１００との間のギャップ量を増大させる必要がなく、回転子１を備えた永久磁石式回転電機１０のトルク低下を防止することができる。

また、閉塞部材２の透磁率は、磁性鋼板３０の透磁率よりも低い。そのため、磁石収容孔３２の開口側が閉塞部材２によって閉塞された場合においても、閉塞部材２へと磁束が漏洩しない。したがって、摩耗粉の漏出を防止しつつ、回転子１における磁束の漏洩を防止することができる。

また、閉塞部材２は、連通部３３を閉塞させるように配設されている。そのため、従来、永久磁石をロータコアへと固定する際に用いられていた接着材に比べて、大きく形成することができる。したがって、ロータコア３の発熱によって磁性鋼板３０が熱膨張した際に、連通部３３の幅が減少し閉塞部材２を圧縮するストレスがかかってもこれを分散することができる。これにより、閉塞部材２の損傷を防止し、上述した閉塞部材２を備えることによる作用効果を確実に得ることができる。

また、閉塞部材２は永久磁石５３に接するように配してある。そのため、閉塞部材２によって、磁石収容孔３２内において永久磁石５３が動くことを防止することができる。

以上のごとく、本例によれば、摩耗粉による問題を防止しつつ、優れた特性を有する永久磁石式回転電機の回転子、及びこれを備えた永久磁石式回転電機を提供することができる。

（実施例２）
本例は、実施例１に対して、磁石収容孔３２及び連通部３３の形状を変更した例である。
本例の永久磁石式回転電機１０の回転子１における磁石収容孔３２は、図６及び図７に示すごとく、磁石収容孔３２よりも幅の狭い連通部３３を介して開口している。軸方向から見た形状において、磁石収容孔３２の長手方向に対して、連通部３３の開口方向が傾斜し、連通部３３はロータコアの径方向と略平行に形成してある。
閉塞部材２は、永久磁石５３と共に磁石収容孔３２の内側に挿入配置してある。
閉塞部材２は、永久磁石５３における外周縁３４側に面する側面に配されており、これにより、磁石収容孔３２の開口側を塞いでいる。
その他の構成は実施例１と同様である。

上記のごとく、閉塞部材２を永久磁石５３と共に磁石収容孔３２内に配することにより磁石収容孔３２内において永久磁石５３が動くことを防止することができる。したがって、ロータコア３と永久磁石５３との間における摩耗粉の発生を抑制することができる。
また、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。

（実施例３）
本例は、実施例２に対して、閉塞部材２の配設位置を変更した例である。
図８及び図９に示すごとく、本例の永久磁石式回転電機１０の回転子１における閉塞部材２は、永久磁石５３の外表面を被覆するように配されている。すなわち、永久磁石５３は、その外表面を、例えば、樹脂やセラミック等からなる皮膜によって被覆された状態で磁石収容孔３２および連通部３３に配されている。
その他の構成は実施例２と同様である。

上記のごとく、永久磁石５３を閉塞部材２によって被覆することにより、ロータコア３と永久磁石５３との直接の接触の防止、及びロータコア３の内側における永久磁石５３の移動の防止をすることができる。したがって、ロータコア３と永久磁石５３との間における摩耗粉の発生を抑制することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。

１ 回転子
１０ 永久磁石式回転電機
２ 閉塞部材
３ ロータコア
３０ 磁性鋼板
３１ 外周面
３２ 磁石収容孔
３３ 連通部
３４ 外周縁
５３ 永久磁石

Claims (4)

1. 複数の磁性鋼板を積層してなるロータコアと、該ロータコアに対して回転軸の軸方向に貫通形成された磁石収容孔に埋め込まれた永久磁石とを有する永久磁石式回転電機の回転子であって、
   上記複数の磁性鋼板のうち少なくとも一枚は上記磁石収容孔と外周縁とを連通する連通部を有し、
   該連通部および上記磁石収容孔の少なくとも一方における、上記永久磁石より外周縁側は、閉塞部材によって閉塞されており、該閉塞部材の透磁率は、上記磁性鋼板の透磁率よりも低いことを特徴とする永久磁石式回転電機の回転子。
2. 請求項１に記載の永久磁石式回転電機の回転子において、上記閉塞部材が上記永久磁石に接していることを特徴とする永久磁石式回転電機の回転子。
3. 請求項２に記載の永久磁石式回転電機の回転子において、上記永久磁石が上記閉塞部材によって被覆されていることを特徴とする永久磁石式回転電機の回転子。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の永久磁石式回転電機の回転子と、該回転子の外周に配された固定子とを備えてなることを特徴とする永久磁石式回転電機。

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