JP2013183545A

JP2013183545A - モータの回転子

Info

Publication number: JP2013183545A
Application number: JP2012046164A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Matsuzaki; 博和松崎; Takenari Okuyama; 豪成奥山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2012-03-02
Filing date: 2012-03-02
Publication date: 2013-09-12

Abstract

【課題】高回転時の遠心力や温度変化時の熱変形差によって樹脂部にヒビが入らないモータの回転子を提供して軽量化も実現する。
【解決手段】モータの回転子１において、円周方向における永久磁石３の端面３ａ，３ｂとこれに対向する磁石挿入孔４の側面４ａ，４ｂとの間に形成される空隙部１１に、ロータコア補強部材６に形成された突起部１２が差し込まれると共に、その空隙部１１に樹脂が充填され且つロータコア補強部材６が樹脂によって被覆された構造。高速回転時の遠心力及び温度変化時の熱変形差によって応力が集中する部位に突起部１２が設けられているので、この突起部１２によって強度が高まり樹脂にヒビが入るのを抑制できる。
【選択図】図４

Description

本発明は、モータの回転子に関する。

永久磁石を固定する樹脂部とロータコア端面に接着してエンドプレート機能を有する樹脂部とを一体成形したモータの回転子が提案されている（例えば、特許文献１等に記載）。

特許文献１では、永久磁石と磁石収容孔内面との間に形成された空隙に樹脂を充填して磁石固定用樹脂部を形成し、この磁石固定用樹脂部に連続するようにロータコアの軸方向両端面に接着するロータコア挟持用樹脂部を形成した構造となっている。

特開２０１０−１４２０３８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の回転子では、高回転時の遠心力や温度変化時の熱変形差（樹脂とコア材、樹脂と磁石）によって磁石近傍の孔に充填された樹脂に応力が集中して樹脂にヒビが入ってしまう可能性がある。このため、破壊が生じない運転条件ならびに環境条件は樹脂強度によって決まってしまうので、高回転、高信頼性を問う用途には樹脂化することができない。

そこで本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、高回転時の遠心力や温度変化時の熱変形差によって樹脂部にヒビが入らないモータの回転子を提供して軽量化も実現することを目的とする。

本発明のモータの回転子では、ロータコア補強部材に形成された突起部を、円周方向における永久磁石の端面とこれに対向する磁石挿入孔の側面との間に形成される空隙部に差し込んで、永久磁石をロータコアに固定する樹脂部の強度を向上させる構造としている。

本発明に係るモータの回転子によれば、永久磁石の端面とこれに対向する磁石挿入孔の側面との間に形成される空隙部に充填される樹脂部にロータコア補強部材の突起部が差し込まれるので、突起部と樹脂部とが一体化されることにより、遠心力の作用や温度変化時の熱の影響で永久磁石が樹脂部を押圧しても突起部が樹脂部の強度補強部材として機能して樹脂部にヒビが入るのを防止することができる。これにより、磁石固定機能とエンドプレート機能の役目をする部位を樹脂で構成できるので、回転子の軽量化を実現することが可能となる。

第１実施形態の回転子の全体斜視図である。第１実施形態の回転子において樹脂部を形成する前の状態を示す斜視図と永久磁石挿入部分の要部拡大図である。第１実施形態の回転子の分解斜視図である。第１実施形態の回転子の図１Ａ−Ａ線断面図である。第１実施形態の回転子において、ロータコア補強部材の突起部を永久磁石挿入孔に挿入する状態図と抜け止め部材による抜け止め状態図である。第１実施形態の変形例のロータコア補強部材の斜視図とこのロータコア補強部材のロータコアへの装着状態の要部拡大平面図である。第２実施形態の回転子における樹脂部を形成する前の状態を示す斜視図である。第２実施形態の回転子の断面図である。第２実施形態の回転子におけるロータコア補強部材のロータコアへの装着状態の要部拡大平面図である。第２実施形態の変形例のロータコア補強部材の斜視図とこのロータコア補強部材のロータコアへの装着状態の要部拡大平面図である。第３実施形態の回転子において樹脂部を形成する前の状態を示す斜視図である。第３実施形態の回転子における図１１Ｂ−Ｂ線断面図とその要部拡大断面図である。第３実施形態の回転子が熱変形したときのコアと樹脂の熱変形量を説明するための図である。第３実施形態の回転子と比較するための第１実施形態の回転子が熱変形したときのコアと樹脂の熱変形量を説明するための図である。第４実施形態の回転子において樹脂部を形成する前の状態を示す斜視図である。第４実施形態の回転子における図１５Ｃ−Ｃ線断面図とその要部拡大断面図である。第４実施形態の回転子が熱変形したときのコアと樹脂の熱変形量を説明するための図である。第４実施形態の回転子と比較するための第３実施形態の回転子が熱変形したときのコアと樹脂の熱変形量を説明するための図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
第１実施形態のモータの回転子１は、図１〜図５に示すように、ロータコア２と、複数個の永久磁石３と、ロータコア２に形成された磁石挿入孔４と、永久磁石３を固定する樹脂部５と、ロータコア補強部材６とを備えている。

ロータコア２は、円環状をなす複数の電磁鋼板７が何枚にも積層されることで中心にロータ軸（図示は省略）を挿入させる円形のロータ軸貫通孔８を有した円筒体として形成されている。ロータコア２には、電磁鋼板７の積層方向に貫通して形成されると共に円周方向に永久磁石３を所定間隔で挿入配置させる磁石挿入孔４が形成されている。

磁石挿入孔４は、永久磁石３の周囲に樹脂を充填することができる空隙部を有する程度の平面視矩形状をなす孔として形成されている。この磁石挿入孔４は、電磁鋼板７の積層方向両端におけるロータコア２の一端面２ａから他端面２ｂに貫通する貫通孔とされている。

また、ロータコア２には、ロータコア２からロータコア補強部材６が外れるのを防ぐ抜け止め部材９を挿入させるための貫通孔１０が形成されている。貫通孔１０は、磁石挿入孔４の近傍位置に円形孔として形成されている。また、貫通孔１０は、各磁石挿入孔４と対応してそれぞれ設けられている。

永久磁石３は、平面視矩形状をなす板状の棒磁石とされている。この永久磁石３は、各ロータコア２の磁石挿入孔４にそれぞれ挿入される。磁石挿入孔４内では、永久磁石３と磁石挿入孔４の内壁との間に隙間ができるようになっている。

樹脂部５は、磁石挿入孔４の内部と貫通孔１０の内部と後述するロータコア補強部材６の全体を樹脂で覆うことで形成されている。図１では、ロータコア２の両端面２ａ、２ｂの外周縁部にリング形状をなすように樹脂部５を形成している。この樹脂部５のリング形状をなす部位は、ロータコア２のエンドプレートとして機能をする。なお、樹脂部５には、磁石保持穴２０が形成されている。磁石保持穴２０は、各永久磁石３と対応する位置に小さな円形孔として形成されている。

ロータコア補強部材６は、円周方向における前記永久磁石３の端面３ａ、３ｂとこれに対向する前記磁石挿入孔４の側面４ａ、４ｂとの間に形成される空隙部１１にそれぞれ差し込まれる突起部１２と、各磁石挿入孔４に差し込まれた突起部１２を連結する連結部１３を有している。ロータコア補強部材６は、例えば金属からなる一本の線材を折り曲げて制作されている。

突起部１２は、略矩形状に折り曲げられて形成されており、一つの永久磁石３に対して２つ設けられている。また、突起部１２は、前記空隙部１１に差し込まれた時に永久磁石３の端面３ａ、３ｂとこれに対向する磁石挿入孔４の側面４ａ、４ｂに接触しないようになっている。また、第１実施形態では、磁石挿入孔４の入口から少し奥に入った位置まで突起部１２が入り込むようになっている。連結部１３は、２つで一組とされる突起部１２同士を連結する第１連結部１３ａと、突起部１２及び第１連結部１３ａを１つのユニットした時に各ユニット同士を連結する第２連結部１３ｂとからなる。連結部１３は、ロータコア２の両端面２ａ、２ｂから少し離れて設けられており、全体として見ると略円形状とされている。

ロータコア補強部材６には、ロータコア２から該ロータコア補強部材６が外れるのを防ぐ抜け止め部材９が設けられている。抜け止め部材９は、ロータコア２の積層方向に形成された貫通孔１０に挿入される挿入部９ａと、挿入側から反対側に突き出てロータコア２の端面２ｂに係止される爪部９ｂと、各挿入部９ａを連結する連結部９ｃとで構成されている。この抜け止め部材９は、ロータコア補強部材６と同様、金属からなる一本の線材を折り曲げて制作されている。

挿入部９ａは、少なくとも貫通孔１０の長さよりも長くなっている。爪部９ｂは、挿入部９ａの先端に鍵の手の形状として設けられており、挿入側から反対側に突き出たロータコア２の端面２ｂに係止される。連結部９ｃは、挿入部９ａの複数本を円弧状に連結するようになっている。かかる抜け止め部材９は、ロータコア補強部材６に対して橋渡し部１４にて一体化されている。

抜け止め部材９を一体化したロータコア補強部材６は、ロータコア２の両端面２ａ、２ｂにそれぞれ設けられている。そして、このロータコア補強部材６は、抜け止め部材９も含めて樹脂により被覆されることで樹脂部５と一体化されている。

このように構成された第１実施形態の回転子１では、高回転時の遠心力や温度変化時の熱変形によって永久磁石３の端面３ａ、３ｂとこれに対向する磁石挿入孔４の側面４ａ、４ｂとの間に形成された空隙部１１に充填された樹脂部５に応力が集中する。このため、応力集中部（図４中、点線Ｍで囲んだ部位）が樹脂のみであると、強度不足により樹脂にヒビが入ることがある。しかし、第１実施形態の回転子１によれば、応力集中部にロータコア補強部材６の突起部１２を差し込んでいるので、この突起部１２が補強材として機能し樹脂にヒビが入るのを抑制する。

また、第１実施形態の回転子１では、樹脂にヒビが入ったとしても、樹脂部５のリング形状をなす部位であるエンドプレートと磁石挿入孔４の樹脂とを突起部１２で繋いでいるため、エンドプレートの分離を防止することができる。また、これにより、磁石固定機能とエンドプレート機能の役目をする部位を樹脂で構成できるので、回転子の軽量化及び低コスト化を実現することが可能となる。

また、第１実施形態の回転子１では、ロータコア補強部材６の突起部１２と抜け止め部材９の先端に設けられた爪部９ｂとにより、ロータコア補強部材６がロータコア２に固定されるため、樹脂成形時の樹脂圧を受けてもロータコア補強部材６の位置ずれが生じない。

また、第１実施形態の回転子１では、ロータコア２の積層方向両端面側にロータコア補強部材６がそれぞれ配置されているので、両端側で磁石固定機能とエンドプレート機能を発揮させることができる。

＜第１実施形態の変形例＞
図６は、第１実施形態の変形例のロータコア補強部材６の斜視図とこのロータコア補強部材６のロータコア２への装着状態の要部拡大平面図である。図６のロータコア補強部材６は、プレス加工で製作した例である。このロータコア補強部材６は、突起部１２と抜け止め部材９をリング形状の連結部１５で連結した構造である。ロータコア補強部材６をプレス加工で製作すれば、大量に製造することができると共にコストも抑えることができる。

＜第２実施形態＞
図７は第２実施形態の回転子における樹脂部を形成する前の状態を示す斜視図、図８はその回転子の断面図、図９はその回転子におけるロータコア補強部材のロータコアへの装着状態の要部拡大平面図である。

第２実施形態のモータの回転子１では、ロータコア補強部材６の連結部１３（第１連結部１３ａ）が永久磁石３の端面３ｃ上に接するように設けている。また、連結部１３の第２連結部１３ｂ及び抜け止め部材９の連結部９ｃもロータコア２の端面２ａ，２ｂに接触している。このように、ロータコア補強部材６の第１連結部１３ａが永久磁石３の端面３ｃに接して設けられることで、永久磁石３の磁石挿入孔４の挿入方向での抜け止めを図ることができる。

一般的に回転子１の組立には、金型内で図７のようにサブアッシーを組み立てる必要があることからロータコア２、永久磁石３、ロータコア補強部材６等の構成部品がばらけないように縦開きの成型機を使用する。第２実施形態では、ロータコア補強部材６が永久磁石３の抜け止めをする機能をすることで、サブアッシー状態にて一塊の構造体として扱えるようになり、横開きの樹脂成型機でも成型が可能となる。よって、樹脂成型設備の自由度が高くなる。

また、この第２実施形態では、予め図７のサブアッシーを組み立てておき、それを成型機へ投入することが出来るので、樹脂金型内でサブアッシーを組み立てる必要がない。また、第２実施形態によれば、金型へ構成部品をセットする時間を短縮できるため、樹脂成型機のサイクルタイムを短縮することができる。その結果、樹脂エンドプレートを有する回転子１を安価に提供することができる。

＜第２実施形態の変形例＞
図１０は、第２実施形態の変形例のロータコア補強部材の斜視図とこのロータコア補強部材のロータコアへの装着状態の要部拡大平面図である。図１０のロータコア補強部材６は、プレス加工で製作した例である。ロータコア補強部材６をプレス加工で製作すれば、大量に製造することができると共にコストも抑えることができる。

図１０のロータコア補強部材６では、突起部１２と抜け止め部材９とをリング形状の連結部１５で連結した構造であり、その連結部１５に永久磁石３の端面３ｃ上に接する磁石押さえ片２１を設けている。

＜第３実施形態＞
図１１は第３実施形態の回転子において樹脂部を形成する前の状態を示す斜視図、図１２は第３実施形態の回転子の断面図と抜け止め部材の爪部による係止状態を示す要部拡大断面図である。

第３実施形態のモータの回転子１では、抜け止め部材９は、ロータコア２の積層方向に形成された貫通孔１０の途中に孔径が広い部位１６が形成されることで形成された段差面１７に係止する爪部９ｂを先端に有している。この抜け止め部材９は、貫通孔１０を挿入側からその反対側に抜け出るようにするのではなく、貫通孔１０に挿入される挿入部９ａの長さを短くしている。そして、挿入部９ａの先端に形成したフック形状の爪部９ｂを前記段差面１７に係止させている。

ロータコア２の両端側で孔径を小とし中央側で孔径を大とした貫通孔１０は、孔径の小さい電磁鋼板７を数枚積層し、その上に孔径の大きい電磁鋼板７を複数枚積層した後、更にその上に孔径の小さい電磁鋼板７を数枚積層して形成される。

第３実施形態によれば、ロータコア補強部材６の挿入部９ａをロータコア積層方向で貫通させる必要がないので、挿入部９ａの長さを短くすることができ、該ロータコア補強部材６の材料費を低減することができる。

また、第３実施形態によれば、温度変化時に線膨張係数の違いによって発生するロータコア２と樹脂部５の樹脂の寸法変化の差が小さくなる。よって、発生する応力が小さくなるため、爪部９ｂ近傍の樹脂に割れが発生しづらくなる。これを図１３及び図１４を例示して説明する。図１３は第３実施形態の構造を示し、図１４は第１実施形態の構造を示している。

図１３に示すように、ロータコア２の端面２ａから爪部９ｂが係止される段差面１７までの距離Ｌ１は、図１４に示すロータコア２の端面２ａから貫通孔１０を通してその反対側の端面２ｂに突き出て爪部９ｂが係止される端面２ｂまでの距離Ｌ２よりも短くなっている。このため、図１３の構造では、熱変形後のコア仮想線位置を破線Ｍ１で示すとロータコア２と樹脂の熱変形量差Ｓ１が小となり、コア端部が樹脂に大きく食い込まない。これに対して、図１４の構造では、熱変形後のコア仮想線位置を破線Ｍ２で示すとロータコア２と樹脂の熱変形量差Ｓ２が大となり、コア端部が樹脂に大きく食い込む。

＜第４実施形態＞
図１５は第４実施形態の回転子において樹脂部を形成する前の状態を示す斜視図、図１６は図１５Ｃ−Ｃ線の断面図とその要部拡大断面図である。

第４実施形態のモータの回転子１では、抜け止め部材９は、ロータコア２の積層方向に形成された止まり孔１８を有し、その止まり孔１８の奥に孔径が広い部位１８Ａが形成されることで形成された段差面１９に係止される爪部９ｂを先端に有している。このため、第４実施形態の抜け止め部材９の挿入部９ａの長さも第３実施形態と同様に短い。

この止まり孔１８は、孔径の小さい電磁鋼板７を数枚積層し、その上に孔径の大きい電磁鋼板７を複数枚積層し、更にその上に孔の無い電磁鋼板７を複数枚積層した後、孔径の大きい電磁鋼板７の数枚と、孔径の小さい電磁鋼板７をこの順で積層して形成される。

第４実施形態によれば、抜け止め部材９の挿入部９ａを挿入させる止まり孔１８の深さが浅いので、この止まり孔１８に埋め込まれる樹脂の使用量を少なくすることができ、コスト低減になる。

また、第４実施形態によれば、温度変化時に線膨張係数の違いによって発生するロータコア２と樹脂部５の樹脂の寸法変化の差が小さくなる。よって、発生する応力が小さくなるため、爪部９ｂ近傍の樹脂に割れが発生しづらくなる。これを図１７及び図１８を例示して説明する。図１７は第４実施形態の構造を示し、図１８は第３実施形態の構造を示している。

図１７に示すように、爪部９ｂが係止される段差面１９から止まり孔１８の底までの距離Ｌ３は、図１８に示す貫通孔１０の途中に形成された孔径が広い部位１６の距離Ｌ４よりも短くなっている。このため、図１７の構造では、熱変形後の樹脂仮想線位置を破線Ｍ３で示すとロータコア２と樹脂の熱変形量差Ｓ３が小となり、コア端部が樹脂に大きく食い込まない。これに対して、図１８の構造では、熱変形後の樹脂仮想線位置を破線Ｍ４で示すとロータコア２と樹脂の熱変形量差Ｓ４が大となり、コア端部が樹脂に大きく食い込む。

本発明は、例えば電気自動車等に搭載されるモータの回転子に用いることができる。

１回転子
２ロータコア
３永久磁石
４磁石挿入孔
５樹脂部
６ロータコア補強部材
７電磁鋼板
１０貫通孔
９抜け止め部材
９ａ挿入部
９ｂ爪部
１１空隙部
１２突起部

Claims

複数の電磁鋼板が積層されたロータコアと、
複数個の永久磁石と、
前記ロータコアの積層方向に貫通して形成されると共に円周方向に複数形成された磁石挿入孔と、
前記磁石挿入孔に樹脂を充填して前記永久磁石を固定する樹脂部と、
円周方向における前記永久磁石の端面とこれに対向する前記磁石挿入孔の側面との間に形成される空隙部に差し込まれる突起部と、各磁石挿入孔に差し込まれた突起部を連結する連結部を有し、前記ロータコアの積層方向の端面側に配置されるロータコア補強部材と、を備え、
前記樹脂によって前記ロータコア補強部材が覆われ、該ロータコア補強部材が前記樹脂部と一体化されている
ことを特徴とするモータの回転子。
請求項１記載のモータの回転子であって、
前記ロータコア補強部材には、前記ロータコアから該ロータコア補強部材が外れるのを防ぐ抜け止め部材が設けられている
ことを特徴とするモータの回転子。
請求項１又は請求項２に記載のモータの回転子であって、
前記ロータコア補強部材の前記連結部が、前記永久磁石の端面上に接して設けられた
ことを特徴とするモータの回転子。
請求項２又は請求項２を引用する請求項３に記載のモータの回転子であって、
前記抜け止め部材は、前記ロータコアの積層方向に形成された貫通孔に挿入されて挿入側から反対側に突き出たロータコアの端面に係止する爪部を先端に有している
ことを特徴とするモータの回転子。
請求項２又は請求項２を引用する請求項３に記載のモータの回転子であって、
前記抜け止め部材は、前記ロータコアの積層方向に形成された貫通孔の途中に孔径が広い部位が形成されることで形成された段差面に係止する爪部を先端に有している
ことを特徴とするモータの回転子。
請求項２又は請求項２を引用する請求項３に記載のモータの回転子であって、
前記抜け止め部材は、前記ロータコアの積層方向に形成された止まり孔を有し、その止まり孔の奥に孔径が広い部位が形成されることで形成された段差面に係止される爪部を先端に有している
ことを特徴とするモータの回転子。
請求項１から請求項６の何れか１項に記載のモータの回転子であって、
前記ロータコア補強部材は、前記ロータコアの積層方向の両端面側にそれぞれ配置されている
ことを特徴とするモータの回転子。