JP2013187943A - 永久磁石型モータ及びこのモータのロータ - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造で、永久磁石の膨張により分割コアに働く周方向への応力を緩和させることができるロータ及びロータを有する永久磁石型モータを提供する。
【解決手段】ロータ１４は、複数の分割コア３４から構成されるロータコア３０と、分割コア３４に形成された孔部２２に挿入される永久磁石２４とを有する。永久磁石２４は、径方向ｒ内側に位置し、径方向ｒの厚みが周方向θ中央部から周方向θ一端側に向けて薄くなるように形成された面取り部３８を有する。そして、孔部２２は、面取り部３８に当接する当接部４０と、この当接部４０に接続するように形成され、面取り部３８に接続する永久磁石２４の周方向θ側端部に間隔をあけて対向する端部４２とを有する。面取り部３８と当接部４０とからなる構成により、永久磁石２４から分割コア３４に働く応力が周方向から異なる方向へと変換される。
【選択図】図３

Description

本発明は、永久磁石が配置されたロータを有する永久磁石型モータに関し、特に、周方向に配列された複数の分割コアから構成されるロータコアを有するロータの構造の改良に関する。

ロータが、ロータシャフトに固定されるロータコアと、このロータコアに配置される永久磁石とを有し、そのロータと回転磁界との間に働く電磁的作用によりロータを回転させる永久磁石型モータが知られている。

下記特許文献１には、周方向に配列された複数の分割コアから構成されるロータコアが記載されている。

下記特許文献２には、ロータコアと、ロータコアに埋設された複数の永久磁石とを有するロータが記載されている。このロータコアには、周方向に間隔をあけて複数の開口部が形成されており、これらの開口部内に永久磁石がそれぞれ挿入される。開口部は、略長方形であり、互いに交わる２辺の間に、径方向の厚みが周方向中央部から周方向一端側に向けて薄くなるように形成された面取り部を有する。一方、永久磁石においても、その形状は、略長方形であるとともに、開口部の面取り部に対応する面取り部を有する。また、永久磁石は周方向において開口部より小さく形成されており、周方向端部における開口部の空きスペースには、樹脂が充填される。

下記特許文献３には、環状のロータコアと、ロータコアに形成された複数の磁石挿入孔にそれぞれ挿入される永久磁石とを有するロータが記載されている。永久磁石は、周方向における永久磁石の両端と磁石挿入孔の内壁とで形成されるスペースに樹脂が充填されることにより、磁石挿入孔内に固定されている。この文献においては、隣り合う磁石挿入孔が、ロータコアの外周縁近辺で略Ｖ字状になるように形成され、これらの孔にそれぞれ挿入される永久磁石によって、１つの磁極が形成される。このように、磁石挿入孔がロータコアの外周縁近辺で略Ｖ字状になるように形成されているので、各磁石挿入孔の外周側端部と、ロータコアの外周面との間隔には、薄肉状のブリッジ部が形成されている。

特開２０１０−６３２５３号公報 特開２０１１−５０１７９号公報 特開２０１１−１８２５５２号公報

通常、モータが駆動してロータが回転すると、ロータは発熱する。このとき、永久磁石の線膨張率のほうがロータコアの線膨張率より大きいので、ロータコアが分割コアから構成される場合、分割コアが永久磁石により周方向に押され伸びるという現象が生じる。そうすると、この現象によって分割コアに働く応力により、分割コアが変形、破損してしまうという問題がある。例えば、上述したように、コアの外周面と磁石挿入孔との間に薄肉状のブリッジ部がある場合、このブリッジ部に働く応力が大きくなり、ブリッジ部が変化してしまうという問題がある。

本発明は、永久磁石が埋設される分割コアにより構成されるロータコアにおいて、簡易な構造で、永久磁石の膨張により分割コアに働く周方向への応力を緩和することができる永久磁石型モータ及びこのモータのロータを提供することにある。

本発明は、周方向に配列された複数の分割コアから構成されるロータコアと、分割コアに形成された孔部に挿入される永久磁石と、を有するロータにおいて、永久磁石は、径方向内側に位置し、径方向の厚みが周方向中央部から周方向一端側に向けて薄くなるように形成された面取り部を有し、孔部は、面取り部に当接する当接部と、この当接部に接続するように形成され、面取り部に接続する永久磁石の周方向側端部に間隔をあけて対向する端部とを有することを特徴とする。

本発明の永久磁石型モータ及びこのモータのロータによれば、永久磁石が埋設される分割コアにより構成されるロータコアにおいて、簡易な構造で、永久磁石の膨張により分割コアに働く周方向への応力を緩和することができる。

本実施形態に係る永久磁石型モータの構成を示す図である。 ロータの平面図である。 分割コアの一部を示す平面図である。

以下、本発明に係る永久磁石型モータ及びこのモータのロータの実施形態について、図を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る永久磁石型モータの構成を示す図である。

永久磁石型モータ（以降、単に「モータ」と記す）１０は、例えば車両の原動機として用いられる。モータ１０は、ロータシャフト１２に固定されるロータ１４と、ロータ１４を囲うようにモータ１０のケース１６に固定されたステータ１８とを有する。

ロータ１４は、ロータシャフト１２と同心の円筒状の磁性体であり、例えば積層鋼板を軸線方向２０に積層して構成される。積層鋼板には軸線方向２０に延びる孔部２２が形成され、この孔部２２に永久磁石２４が配置される。なお、ロータ１４の詳細な構成については、後述する。

ロータシャフト１２は、ケース１６に設けられる軸受２６により回転可能に支持される。本実施形態のロータシャフト１２は、モータ１０の出力を車両の駆動輪（図示せず）に伝達する出力シャフトであり、このシャフト１２と駆動輪は、歯車機構（図示せず）を介して接続される。

ステータ１８は、ロータ１４の周囲に空隙を空けて配置される。ステータ１８には、このステータ１８の内周側に突出し、周方向に所定の間隔を空けて配置される磁極（図示せず）を有する。この磁極の間の空間であるスロット（図示せず）には、導線を磁極に巻きつけて形成されるコイル２８が配置される。図１には、ステータ１８の両端において、スロット間を橋渡しするコイル２８、すなわちコイルエンドが示される。このコイル２８の通電により、ステータ１８に回転磁界が発生し、この回転磁界に吸引される力が、永久磁石２４を有するロータ１４に発生して、ロータ１４が回転する。

次に、ロータ１４の構成について、図２を用いて説明する。図２は、ロータ１４の平面図である。なお、図中の矢印θは、周方向をそれぞれ示す。

図２に示されるように、ロータ１４は、ロータコア３０と、ロータコア３０に設けられた複数の永久磁石２４とを有する。ロータコア３０は環状に形成されており、ロータコア３０の中央部には、ロータシャフト１２が挿入される貫通孔３２が形成されている。

ロータコア３０は、周方向θに配列された複数の分割コア３４から構成される。本実施形態の分割コア３４は、周方向θに８個配列されている。しかし、本発明は、分割コア３４の数８個に限定されず、その数８個より多くても少なくてもよい。

本実施形態の分割コア３４は、電磁鋼板を軸線方向２０に積層して形成される。具体的には、分割コア３４は、薄板状の電磁鋼板をプレスで打ち抜いて、打ち抜かれた電磁鋼板を軸方向に所定の枚数積層して、積層された複数の電磁鋼板を加圧カシメ等の処理を施して結合され形成される。本実施形態においては、分割コア３４が電磁鋼板を積層して構成される場合について説明したが、この構成に限定されず、分割コア３４が圧粉磁心から成形されるものであってもよい。

分割コア３４には、それぞれ、周方向θに間隔をあけて孔部２２が２個形成されており、各孔部２２内に永久磁石２４がそれぞれ挿入されている。永久磁石２４が挿入された孔部２２内には、エポキシ系樹脂などの樹脂が充填されており、永久磁石２４が樹脂によって、孔部２２内に固定されている。本実施形態においては、分割コア３４の孔部２２が２個である場合について説明したが、本発明はこの数２個に限定されず、例えば４個であってもよい。

本実施形態では、１つの分割コア３４において、孔部２２と孔部２２とが隣り合うように形成されている。孔部２２と孔部２２とは、周方向θにおける互いの間隔が、径方向ｒ外側に向かうにつれて大きくなるように配置されている。すなわち、隣り合う孔部２２が、図２に示されるように略Ｖ字状になるように配置される。

また、上述のような略Ｖ字状になるよう配置される２つの孔部２２は、図２に示されるように分割コア３４の外周縁近辺に配置される。よって、径方向外側における各孔部２２の端部と、分割コア３４の外周面との間隔は、薄く薄肉状である。以降、この狭く薄肉状の領域を、ブリッジ部３６と記す。

また、孔部２２にそれぞれ挿入される永久磁石２４によって、１つの磁極が形成される。すなわち、一方の永久磁石２４における径方向外側の側面の極性と、他方の永久磁石２４における径方向外側の側面の極性とは一致している。これらの永久磁石２４によって、１つの磁極が形成されている。

一般的に、永久磁石の線膨張率のほうがロータコアの線膨張率より大きいので、モータの駆動によりロータが発熱すると、永久磁石の膨張により分割コアに周方向への応力が働く。分割コアのブリッジ部は、上述のように薄肉状であり他の領域に比べ剛性が弱いので、ここに応力が働き周方向θへ拡がるように引張られると損傷の可能性がある。

この問題を解消するため、本発明のロータ１４においては、以下に述べるような永久磁石２４と分割コア３４の孔部２２との構造とした。この構造について、図３を用いて説明する。図３は、分割コア３４の一部を示す平面図である。なお、図中の矢印θ，ｒは、周方向，径方向をそれぞれ示す。

すなわち、本発明のロータ１４は、永久磁石２４が、径方向ｒ内側に位置し、径方向ｒの厚みが周方向θ中央部から周方向θ一端側に向けて薄くなるように形成された面取り部３８を有し、孔部２２が、面取り部３８に当接する当接部４０と、この当接部４０に接続するように形成され、面取り部３８に接続する永久磁石２４の周方向θ側端部（後述する短辺４２ａに相当）に間隔をあけて対向する端部４２とを有する。この構成により、永久磁石２４が膨張した場合、当接部４０から面取り部３８へ働く抗力により、分割コア３４に周方向θへ働く応力の一部が径方向ｒ外側へ回転するように変換される。よって、ブリッジ部３６に働く周方向θへの応力が緩和され、ブリッジ部３６の損傷を抑制することができる。

本実施形態の分割コア３４は、上述したようブリッジ部３６を有する。ブリッジ部３６は、図３に示されるように、分割コア３４の外周面３４ａと孔部２２の外周側端部４４との間に形成される薄肉状の領域である。

通常、ロータコアに埋め込まれる永久磁石は、軸線方向から見た場合、長方形である。しかし、本実施形態の永久磁石２４は、面取り部３８を有し、５角形である。面取り部３８は、径方向ｒ内側の長辺と、隣接して同じ磁極を形成する永久磁石２４側の短辺とを結ぶように形成される。すなわち、面取り部３８は、ブリッジ部３６からより遠い周方向θ一端側に向けて、永久磁石２４の径方向ｒの厚みが薄くなるように形成される。

通常、孔部２２は、長方形である永久磁石の４辺にそれぞれ当接する内壁を有する。しかし、本実施形態の孔部２２は、永久磁石２４の１辺であって、隣接して同じ磁極を形成する永久磁石２４側の短辺２４ａと当接する内壁を有していない。孔部２２の内壁である端部４２は、その短辺２４ａに間隔をあけて対向するように形成される。すなわち、孔部２２に永久磁石２４が挿入されたとき、孔部２２の端部４２と永久磁石２４の短辺２４ａとは当接しない。

そして、本実施形態の孔部２２は、永久磁石２４の面取り部３８に当接する当接部４０を有する。本実施形態の当接部４０は、面取り部３８に対して軸線方向２０に向けて線接触するように形成される。なお、本発明はこの構成に限定されず、当接部４０は、面取り部３８に対して所定の大きさの面で接触するよう形成されてもよい。

また、孔部２２は、永久磁石２４の位置ずれを防止するため、永久磁石２４の残りの３辺とそれぞれ当接する内壁を有する。これらの内壁の構成は、周知技術であるので、具体的な説明は省略する。

次に、モータ１０が駆動した場合における、本実施形態の分割コア３４に働く応力について説明する。モータ１０が駆動すると、ロータ１４が発熱する。永久磁石２４の線膨張率のほうが分割コア３４の線膨張率より大きいので、孔部２２内において、特に永久磁石２４の長辺方向（略周方向θ）へ永久磁石２４が膨張する。

永久磁石２４の面取り部３８は、上記の長辺方向に対して交差するように形成されるので、永久磁石２４が長辺方向へ膨張すると、面取り部３８は当接部４０から抗力を受ける。この面取り部３８へ働く抗力により、永久磁石２４から分割コア３４に周方向θへ働く応力を分散させることができる。すなわち、永久磁石２４から分割コア３４に周方向θへ働く応力の一部が径方向ｒ外側へ回転するように変換させることができる。よって、ブリッジ部３６に働く周方向θへの応力が緩和され、ブリッジ部３６の損傷を抑制することができる。

また、モータ１０が駆動してロータ１４が回転すると、永久磁石２４には慣性力、いわゆる遠心力が働く。孔部２２の端部４２は、永久磁石２４の短辺２４ａに間隔をあけて形成され、当接部４０は面取り部３８より径方向ｒ内側に位置している。よって、遠心力による永久磁石２４から端部４２と当接部４０に働く応力は、著しく低減されるか、全く無いので、上記遠心力による当接部４０と端部４２の損傷を確実に防止することができる。

本実施形態においては、面取り部３８と当接部４０が、ブリッジ部３６からより遠い、周方向θの一端側に形成される場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されず、それぞれが、ブリッジ部３６に近い、周方向θの他端側に形成されてもよい。また、本実施形態においては、面取り部３８と当接部４０が、径方向ｒ内側に形成される場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されず、径方向ｒ外側に形成されてもよい。これらの構成にしても、分割コア３４に働く周方向θへの応力を緩和することができる。

また、本実施形態では、分割コア３４がブリッジ部３６を有する場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されない。分割コア３４の外周縁付近に永久磁石２４が埋め込まれる構成であれば、その外周縁付近に働く周方向θへの応力を緩和することができる。

１０ 永久磁石型モータ、１２ ロータシャフト、１４ ロータ、１６ ケース、１８ ステータ、２０ 軸線方向、２２ 孔部、２４ 永久磁石、２６ 軸受、２８ コイル、３０ ロータコア、３２ 貫通孔、３４ 分割コア、３６ ブリッジ部、３８ 面取り部、４０ 当接部、４２ 端部。

Claims (1)

1. 周方向に配列された複数の分割コアから構成されるロータコアと、
   分割コアに形成された孔部に挿入される永久磁石と、
   を有するロータにおいて、
   永久磁石は、径方向内側に位置し、径方向の厚みが周方向中央部から周方向一端側に向けて薄くなるように形成された面取り部を有し、
   孔部は、面取り部に当接する当接部と、この当接部に接続するように形成され、面取り部に接続する永久磁石の周方向側端部に間隔をあけて対向する端部とを有する、
   ことを特徴とするロータ。

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