JP2013176260A

JP2013176260A - ロータ構造

Info

Publication number: JP2013176260A
Application number: JP2012040273A
Authority: JP
Inventors: Toshikatsu Hatakeyama; 俊克畠山; Toshiharu Oki; 俊治大木; Masahide Kimura; 真秀木村; Shingo Hoshijima; 慎吾星島
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2012-02-27
Filing date: 2012-02-27
Publication date: 2013-09-05

Abstract

【課題】挿入孔に永久磁石を固定するための接着剤を用いてロータコアの剛性を高める。
【解決手段】軸方向に複数の挿入孔２を形成した複数の磁性板１０を、複数の挿入孔２が重なり合うように軸方向に積層してロータコア１を得る。ロータコア１の軸方向の端面から各挿入孔２に永久磁石４を挿入し、接着剤５で各挿入孔２内の所定位置に固定される。挿入孔２内の永久磁石４の周方向の両側には空隙からなるフラックスバリア６がそれぞれ確保される。永久磁石４とフラックスバリア６の双方に面した切欠３を、少なくとも一部の磁性板１０の少なくとも一部の挿入孔２に形成する。切欠３とフラックスバリア６に溜まった接着剤５が周囲の隣接する磁性板１０の間に浸透し、磁性板１０同士を接着することで、ロータコア１の剛性が強化される。
【選択図】図４

Description

この発明は、電動機や発電機などの回転電機のロータ構造に関する。

電動機や発電機のロータは例えば複数の磁性板を積層したロータコアと、ロータコアに軸方向に形成された挿入孔と、ロータコアの軸方向の端面から挿入孔に挿入される永久磁石とを備えている。

特許文献１はこうしたロータ構造において、永久磁石を挿入孔内に確実に固定するために、挿入孔に臨んでロータコアに切欠を形成することを提案している。切欠に接着剤を溜めることで永久磁石と接着剤との接触を確保するのである。

特開平１１−１９１９３９号公報

複数の磁性板の積層体であるロータコアは全体として高い剛性を持たせることが難しい。ロータコアの剛性が低いと、ロータの回転振動により騒音を発しやすい。ロータコアの剛性を高めるには磁性板同士を接着剤で接着することで、ロータコアを一体化すれば良いが、接着剤を塗布する工程が必要となり、ロータの製造コストを上昇させる要因となる。

この発明の目的は、挿入孔に永久磁石を固定するための接着剤を用いてロータコアの剛性を高めることである。

以上の目的を達成するために、この発明によるロータ構造は、軸方向に複数の挿入孔を形成した複数の磁性板を、複数の挿入孔が重なり合うように軸方向に積層したロータコアと、ロータコアの軸方向の端面から各挿入孔に挿入される永久磁石と、を備えている。永久磁石は接着剤で各挿入孔内の所定位置に固定される。挿入孔内の永久磁石の周方向の両側には空隙からなるフラックスバリアがそれぞれ確保される。永久磁石とフラックスバリアの双方に面した切欠を、少なくとも一部の磁性板の少なくとも一部の挿入孔に形成する。

永久磁石を挿入孔に挿入して、挿入孔の壁面に接着剤で固定する際に、余った接着剤が永久磁石に押しのけられ、あるいは削り取られて、切欠に溜まる。さらに、切欠から溢れた接着剤が、切欠に連通するフラックスバリアに侵入する。これらの接着剤は切欠とフラックスバリアの周囲の磁性板の間に侵入し、隣接する磁性板同士を接着して、ロータコアを一体化する。構造的に弱いフラックスバリアの周囲で磁性板同士が接着されるので、ロータコアの剛性をバランス良く強化できる。さらに、磁性板同士を接着するための格別の工程を必要とせずに、ロータコアの剛性を高めることができる。

この発明の第１の実施形態によるロータコアの正面図である。この発明の第１の実施形態による磁性板の要部の拡大正面図である。この発明の第１の実施形態によるロータコアの要部の縦断面図である。この発明の第１の実施形態による接着剤の拡散状況を示す磁性板の要部の拡大正面図であるこの発明の第２の実施形態による磁性板の要部の拡大正面図である。図５のＡ−Ａ線で切り取ったこの発明の第２の実施形態によるロータコアの要部の縦断面図である。この発明の第３の実施形態による磁性板の要部の拡大正面図である。この発明の第３の実施形態による切欠の形成位置を説明する磁性板の要部の拡大正面図である。この発明の第４の実施形態による磁性板要部の拡大正面図である。この発明の第４の実施形態による切欠の形成位置を説明する磁性板要部の拡大正面図である。この発明の第４の実施形態によるロータコアの要部の縦断面図である。この発明の第５の実施形態による磁性板要部の拡大正面図である。この発明の第５の実施形態による切欠の形成位置を説明する磁性板要部の拡大正面図である。この発明の第５の実施形態によるロータコアの要部の縦断面図である。この発明の第６の実施形態によるロータコアの正面図である。図１５のＢ−Ｂ線切り取ったこの発明の第６の実施形態によるロータコアの要部の縦断面図である。この発明の第７の実施形態による磁性板要部の拡大正面図である図１５のＣ−Ｃ線で切り取ったこの発明の第７の実施形態によるロータコアの要部の縦断面図である。

図１を参照すると、電動機または発電機のロータを構成するロータコア１は円形に形成され、中心部に回転軸を固定するための孔部１１を有する。ロータコア１には等しい角度間隔で永久磁石４が内装される。

ロータコア１には、軸方向の挿入孔２が４５度の角度間隔で計８個形成され、各挿入孔２に一個の永久磁石４が保持される。

図３を参照すると、ロータコア１は複数枚の磁性板１０の積層体として構成される。

図２を参照すると、少なくとも一部の磁性板１０の少なくとも一部の挿入孔２には、図の（ａ）に示すように、挿入孔２の両端に近い部位に切欠３が形成される。再び図３を参照すると、この実施形態では、全ての挿入孔２に切欠３を形成した磁性板１０と切欠３を全く形成しない磁性板１０とが交互に積層される。

再び図２を参照すると、挿入孔２には図の（ｂ）に示すように、永久磁石４が挿入され、接着剤５により固定される。挿入孔２はあらかじめ永久磁石４より幅広く形成され、永久磁石４を挿入した状態で、永久磁石４の両側に空隙が残るようにする。この空隙は、電動機または発電機の運転時において、ロータ内部の磁束の回り込みを防ぐフラックスバリア６として機能する。

切欠３は挿入孔２の両端にそれぞれ形成される。つまり、１個の挿入孔２が一対の切欠３を有する。切欠３は永久磁石４を挿入孔２内の所定位置に固定した状態で、永久磁石４とフラックスバリア６の双方に面するように、形成位置と寸法が設定される。ここでは、切欠３を矩形断面に形成するとともに、矩形断面の一部がフラックスバリア６と重なるように矩形断面の幅を設定する。

ロータコア１の組み立てにおいては、切欠３を形成した磁性板１０と切欠３を形成していない磁性板１０を挿入孔２が軸方向に重なるように交互に所定の枚数積層する。積層後に挿入孔２の壁面に接着剤５を付着させるべく、挿入孔２内に接着剤５を注入する。その上で、永久磁石４を挿入孔２に挿入する。

挿入孔２内に挿入された永久磁石４は挿入孔２内の余分な接着剤５を押しのけ、あるいは削り取る。こうして挿入孔２の壁面から除去された接着剤５は切欠３に溜まる。さらに、切欠３を満たした接着剤５は、切欠３と連通するフラックスバリア６に溢れ出す。

図４を参照すると、切欠３とフラックスバリア６に溜まった接着剤５は、周囲の磁石板１０の間に浸透する。結果として切欠３を形成した磁性板１０と隣接する切欠３を形成していない磁性板１０とが、図の楕円形に示される領域において接着剤で相互に接着される。このようにして、ロータコア１を構成するすべての磁性板１０が隣接する磁性板１０と接着剤で接着されることで、ロータコア１の剛性が強化される。

なお、切欠３がフラックスバリア６に面していない場合でも、切欠３の周囲の磁性板１０の間に接着剤が浸透する。しかしながら、この場合には、接着剤の浸透領域は切欠３の周囲に限定される。切欠３をフラックスバリア６に連通させることで、接着剤は切欠３とフラックスバリア６の周囲の広い領域で、磁性板１０の間に浸透する。隣接するフラックスバリア６の間の領域は面積が小さく、ロータコア１の横断面に関してこの部分が最も剛性の低い領域となる。このロータ構造によれば、フラックスバリア６の周囲の磁性板１０の間にも接着剤が浸透するので、構造的に弱いこの部分の剛性を重点的に高めることができる。

このロータ構造においては、切欠３がフラックスバリア６に面していない場合と比べて、ロータコア１全体の剛性をバランス良く高めることができる。ロータコア１の剛性が高まることで、ロータの回転振動による騒音発生を抑制することができる。さらに、このロータ構造によれば、磁性板１０同士を接着するための格別の工程を必要とせずに、ロータコア１の剛性を高めることができる。

次にこの発明の第２の実施形態を説明する。

図５を参照すると、この実施形態によるロータコア１は、図の（ａ）と（ｂ）の違いに示されるように、磁性板１０に周方向に等しい角度間隔で形成される複数の挿入孔２の、一個おきに切欠３を形成する。つまり、隣接する２個の挿入孔２のうち、一方には第１の実施形態と同様に一対の切欠３が形成されるが、もう一方には切欠３が形成されない。ロータコア１を構成するるすべての磁性板１０を同一の仕様で構成する。

このようにして、一対の切欠３を挿入孔２一個おきに形成した磁性板１０は、挿入孔２一個相当分ずつ、すなわち４５度ずつ角度をずらして積層される。

図６を参照すると、結果として、磁性板１０を積層したロータコア１において、同一の挿入孔２に関して、積層された磁性板１０の一枚おきに一対の切欠３が存在する状態となる。

接着剤５を注入した挿入孔２に永久磁石４を挿入すると、挿入孔２内から排除された接着剤５は切欠３と、切欠３に連通するフラックスバリア６に侵入し、その周囲の磁性板１０の間に浸透する。

この実施形態によれば、隣接する磁性板１０において、一対の切欠３を形成した挿入孔２と一対の切欠３を形成していない挿入孔２とが重なり合う。その結果、隣接する磁性板１０の切欠３から相互に接着剤５が供給され、すべての挿入孔２のすべてのフラックスバリア６の周囲において、磁性板１０の間に接着剤５が供給される。したがって、磁性板１０の隙間に浸透する接着剤５を、すべての磁性板１０の間で均等化することができる。また、この実施形態によれば、同一仕様の磁性板１０のみでロータコア１を構成することができ、加工の手間を削減することができる。

次にこの発明の第３の実施形態を説明する。

図７を参照すると、この実施形態によるロータコア１は、図（ａ）と（ｂ）に示されるように、積層される磁性板１０の切欠３の形成位置を交互に変更する。図の（ａ）に示す磁性板１０Ａにおいては、各挿入孔２に対して第１の実施形態と同じ位置に一対の切欠３Ａを形成する。一方、図の（Ｂ）に示す別の磁性板１０Ｂにおいては、各挿入孔２を挟んで第１の実施形態と反対側の位置、言い換えればラジアル方向に関して外側から挿入孔２に臨む位置に一対の切欠３Ｂを形成する。孔部３Ａと３Ｂは同一の形状寸法を有し、挿入孔２に永久磁石４を挿入した状態で、永久磁石４とフラックスバリア６の双方に面する位置にそれぞれ形成される。

この実施形態では、磁性板１０Ａと１０Ｂとを、一対の切欠３Ａを形成した挿入孔２と一対の切欠３Ｂを形成した挿入孔２とが積層方向に重なるように、交互に積層してロータコア１を構成する。

図８を参照すると、このように構成されたロータコア１においては、すべての磁性板１０のすべての切欠３Ａと３Ｂが隣接する磁性板１０を切欠３を形成していない壁面に臨むことになる。なお、図の破線は磁性板１０Ａの裏面に隣接する磁性板１０Ｂの切欠３の位置を示す。結果として、切欠３を介して磁性板１０間に供給される接着剤５の浸透面積が第１の実施形態より広がり、フラックスバリア６の周囲の全域に接着剤５を浸透させることができる。これにより、ロータコア１の剛性をさらに高めることが可能になる。

次にこの発明の第４の実施形態を説明する。

図９を参照すると、この実施形態によるロータコア１は３種類の異なる磁性板１０Ｘ−１０Ｚを積層することで構成される。

図の（ａ）に示す磁性板１０Ｘには、挿入孔２の両端近くに、永久磁石４に面し、かつフラックスバリア６から遮断された位置に一対の切欠３Ｘが形成される。図の（ｂ）に示す磁性板１０Ｙには、挿入孔２の両端近くに、永久磁石４とフラックスバリア６の双方に面して一対の切欠３Ｙが形成される。切欠３Ｙは第１の実施形態の切欠３と同一仕様とする。図の（ｃ）に示す磁性板１０Ｚには切欠３を形成しない。

図１０と１１を参照すると、この実施形態によるローアコア１は、磁性板１０Ｘ−１０Ｚを挿入孔２が軸方向に重なる位置で積層することにより構成される。

このロータコア１においては、磁性板１０Ｘのフラックスバリア６から遮断された切欠３Ｘと、切欠３を形成しない磁性板１０Ｚのフラックスバリア６とが、第１の実施形態と同様に、磁性板１０Ｙの切欠３Ｙを介して相互に連通する。

この実施形態によれば、切欠３（３Ａ，３Ｂ）の数を第１の実施形態より多くできる。その結果、接着剤５の量を増やして、磁性板１０の間により多くの接着剤５を浸透させることが可能となる。また、切欠３を形成しない磁性板１０Ｚを用いることにより、接着剤５の軸方向の移動が磁性板１０Ｚによって遮断される。したがって、軸方向の接着剤５の軸方向の偏在を防止できる。さらに、この実施形態では、隣接する磁性板１０Ｘと１０Ｙを切欠３Ｘと３Ｙを正対させずにずらした形で積層し、さらに磁性板１０Ｚには切欠３を形成しない。したがって、切欠３Ｘと３Ｙの形状や寸法に若干のばらつきがあっても格別の問題は生じない。つまり、この実施形態によれば、切欠３（３Ａ，３Ｂ）の加工精度を下げることができる。

次にこの発明の第５の実施形態を説明する。

図１２を参照すると、この実施形態は第４の実施形態に類似するが、３種類の異なる磁性板１０Ｘ−１０Ｚのすべてに切欠３（３Ｘ、３Ｙ，３Ｚ）を形成した点が第４の実施形態と異なる。

図の（ａ）に示す磁性板１０Ｘと、図の（ｂ）に示す磁性板１０Ｙの構成は第４の実施形態と同一である。図の（ｃ）に示す磁性板１０Ｚには、挿入孔２の両端のフラックスバリア６に全面的に面した位置、言い換えれば永久磁石４に対峙しない位置、に切欠３Ｚを形成する。結果として、磁性板１０Ｚの切欠３Ｚと磁性板１０Ｘの切欠３Ｘとは軸方向に重ならない位置に形成される。

図１３と１４を参照すると、この実施形態によるローアコア１は、磁性板１０Ｘ−１０Ｚを挿入孔２が軸方向に重なる位置で積層することにより構成される。

このロータコア１においては、磁性板１０Ｘのフラックスバリア６から遮断された一対の切欠３Ｘと、磁性板１０Ｚの永久磁石４に対峙しない位置に形成した一対の切欠３Ｚとが、磁性板１０Ｙの第１の実施形態と同じ位置に形成された切欠３Ｙを介して相互に連通する。

この実施形態によれば、３枚の磁性板１０Ｘ−１０Ｚで、切欠３（３Ｘ，３Ｙ，３Ｚ）が連通する。そのため、より多くの接着剤を切欠３（３Ｘ，３Ｙ，３Ｚ）に溜めることができ、結果としてより多くの接着剤を磁性板１０Ｘ−１０Ｚの間に浸透させることが可能となる。また、隣接する磁性板１０Ｚの切欠３Ｚと磁性板１０Ｘの切欠３Ｘとが軸方向に重ならないので、連通する３個の切欠３Ｘ，３Ｙ，３Ｚを超える接着剤５の軸方向の移動は阻止される。したがって、この実施形態によれば、すべての磁性板１０Ｘ−１０Ｚに切欠３を形成しつつ、軸方向の接着剤５の軸方向の偏在を防止できる。

次にこの発明の第６の実施形態を説明する。

図１５を参照すると、この実施形態では、１枚の磁性板１０に第５の実施形態の切欠３Ｘを，３Ｙ，及び３Ｚを一対ずつ形成する。切欠３Ｘは図の上端を０度とすると、０度の位置の挿入孔２に臨んで形成される。切欠３Ｙは図の０度を起点に時計まわりに９０度の位置にある挿入孔２に形成される。切欠３Ｚは図の０度を起点に時計まわりに１８０度の位置にある挿入孔２に形成される。図の０度を起点に時計まわりに２７０度の位置にある挿入孔２には切欠を形成しない。

このようにして９０度ごとに異なる切欠３Ｘ，３Ｙ，及び３Ｚを１組ずつ形成した磁性板１０を、９０度ずつ回転変位させながら積層してロータコア１を作成する。

図１６を参照すると、その結果、０度、９０度、１８０度、２７０度の４か所の挿入孔２に関して、挿入孔２の両側に位置する切欠３Ｘ，３Ｙ，及び３Ｚが相互に連通する。この実施形態によれば、一種類のみの磁性板１０を用いて、３個の孔部３Ｘを，３Ｙ，及び３Ｚを連通させることができる。この実施形態においても、連通する３個の切欠３Ｘ，３Ｙ，３Ｚを超える接着剤５の軸方向の移動は阻止される。

次にこの発明の第７の実施形態を説明する。

図１７を参照すると、この実施形態は第１の実施形態と同一の構成に加えて、各磁性板１０のフラックスバリア６の間にコイニングなどの加工によって薄肉部１５を形成する。

図１８を参照すると、薄肉部１５は隣接する磁性材１０間に隙間１６を生じさせる。この隙間１６に切欠３から接着剤５が浸透することで、磁性材１０の間により多くの接着剤５を介在させ、ロータコア１の剛性をさらに高めることができる。

以上のように、この発明をいくつかの特定の実施形態を通じて説明して来たが、この発明は上記の各実施形態に限定されるものではない。当業者にとっては、特許請求の範囲でこれらの実施形態にさまざまな修正あるいは変更を加えることが可能である。

例えば、上記の各実施形態では、切欠３の横断面を矩形としているが、切欠３は、いかなる形状あるいは寸法に形成しても良い。具体的には、切欠３の横断面を隣接する切欠３の横断面と接近する方向へ突出させ、磁性板１０の間への接着剤５の浸透領域が重なるようにすることも好ましい。

以上の各実施形態は、いずれも永久磁石４がロータコア１の中心線と直交するように配置したロータを対象としている。しかしながら、この発明は２個の永久磁石４をロータコア１の中心線を挟んでＶ字形に配置したロータや、３個の永久磁石４をロータコア１の中心線上に頂点を有する三角形状に配置したロータにも適用可能である。

１ロータコア
２挿入孔
３，３Ａ，３Ｂ，３Ｘ，３Ｙ，３Ｚ切欠
４永久磁石
５接着剤
６フラックスバリア
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｘ，１０Ｙ，１０Ｚ磁性板
１１孔部
１５薄肉部
１６隙間

Claims

軸方向に複数の挿入孔を形成した複数の磁性板を、前記複数の挿入孔が重なり合うように軸方向に積層したロータコアと、
ロータコアの軸方向の端面から前記各挿入孔に挿入される永久磁石と、
を備え、挿入孔内の永久磁石の周方向の両側に空隙からなるフラックスバリアを確保しつつ、前記永久磁石を接着剤で前記各挿入孔内の所定位置に固定したロータ構造において、
前記永久磁石と前記フラックスバリアの双方に面した切欠を、少なくとも一部の磁性板の少なくとも一部の挿入孔に形成しことを特徴とするロータ構造。
前記切欠は前記挿入孔の両端に形成された一対の切欠である、請求項１に記載のロータ構造。
前記複数の挿入孔は、前記複数の磁性板の各々に等しい角度間隔で形成された偶数の挿入孔であり、前記複数の磁性板の各々は、１つおきまたは複数個おきの挿入孔に前記切欠を有するとともに、前記切欠を形成した挿入孔の角度間隔に対応した角度ずつ前記複数の磁性板を回転変位させて積層した、請求項１または２に記載のロータ構造。
第１の磁性板の特定の挿入孔に一方から臨んで前記切欠を形成し、第２の磁性板の特定の挿入孔にもう一方から臨んで前記切欠を形成し、前記特定の挿入孔同士が軸方向に重なるように、第１の磁性板と第２の磁性板を積層した、請求項１または２に記載のロータ構造。
第１の磁性板の特定の挿入孔に前記永久磁石に面し、かつ前記フラックスバリアから遮断された切欠を形成し、第２の磁性板の特定の挿入孔に前記永久磁石と前記フラックスバリアの双方に面した切欠を形成し、第３の磁性板の特定の挿入孔には孔部を形成せず、第１の磁性板と、第２の磁性板と、第３の磁性板とを、前記特定の挿入孔同士が軸方向に重なるように積層した、請求項１または２に記載のロータ構造。
第１の磁性板の特定の挿入孔に前記永久磁石に臨み、かつ前記フラックスバリアから遮断された切欠を形成し、第２の磁性板の特定の挿入孔に前記永久磁石と前記フラックスバリアの双方に面した切欠を形成し、第３の字形板の特定の挿入孔に前記永久磁石に面し、かつ前記フラックスバリアから遮断された切欠を形成し、第１の磁性板と、第２の磁性板と、第３の磁性板とを、前記特定の挿入孔同士が軸方向に重なるように積層した、請求項１または２に記載のロータ構造。
前記複数の磁性板の各々は、９０度の角度間隔で形成された第１の挿入孔と第２の挿入孔と第３の挿入孔と第４の挿入孔とを有し、前記第１の挿入孔に臨んで、前記永久磁石に面し、かつ前記フラックスバリアから遮断された切欠を形成し、前記第２の挿入孔に臨んで、前記永久磁石と前記フラックスバリアの双方に面した切欠を形成し、前記第３の挿入孔に前記永久磁石から遮断され、かつ前記フラックスバリアに面した切欠を形成し、第４の挿入孔には切欠を形成せず、前記第１の挿入孔と前記第２の挿入孔と前記第３の挿入孔と前記第４の挿入孔とが軸方向重なるように前記複数の磁性板を積層した請求項１または２に記載のロータ構造。