JP2014036485A - エンドプレートレスロータ - Google Patents

Abstract

【課題】ロータにおいて、積層体コアの積層が開くことを防止してエンドプレートをなくすことである。
【解決手段】エンドプレートレスロータ１０は、磁性体薄板１４を積層した積層体コア１２と、ロータ軸方向に貫通し、外周側の周方向に沿って配置される複数の磁石孔１８と、磁石孔１８に配置される磁石２０と、ロータ軸方向両端部にそれぞれ張り出し、隣接する磁石孔１８にまたがって充填されて固化し、各磁石孔１８において磁石２０を固定する樹脂モールド３０，４０を含む。ロータ軸方向の一方側端部と他方側端部の間を折り返しながら、隣接する磁石孔を通り、樹脂モールドで覆われる冷却配管を含むこともできる。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機のロータであって、磁性体薄板を積層した積層体コアの積層両端にエンドプレートを配置しないエンドプレートレスロータに関する。

回転電機のロータコアとして、電磁鋼板等の磁性体薄板を積層した積層体コアを用いるとき、積層方向に開かないように、積層の両端にエンドプレートが配置される。一方で、ロータコアに磁極となる磁石が埋め込まれる場合に、積層体コアと磁石の固定のために樹脂モールドが用いられる。

例えば、特許文献１には電動機として、電磁鋼板を積層したロータコアにおける永久磁石を挿入する穴のそれぞれを樹脂モールドし、ロータコアの両端部より樹脂モールドを突き出して永久磁石の放熱を促進することが開示されている。ここではエンドプレートの外形が樹脂モールドにかからないように、小型のエンドプレートが用いられる。

特許文献２には、電動機のアウタロータの磁極突出部の間を補助磁石挿入孔とし、補助磁石を配置して、ロータ内周側を樹脂で埋めて接続する構成が開示されている。

特許文献３には、ロータコアのマグネット孔にマグネットを樹脂封止するときにロータコアが変形するのを防ぐため、リング部材の中にロータを入れて外側を拘束し、ロータ軸孔にポール部材を入れて内側を拘束することが開示されている。

特許文献４には、ロータコアの磁石収容孔に磁石を収容し、２つの磁石収容孔について１つのシリンダから溶融樹脂をロータ内径側から加圧注入することで、各磁石収容孔における樹脂充填量を一定とし、各磁石を外径側に寄せて配置できることが述べられている。

特開２０１１−１６６９２７号公報 特開２００９−２７８１３号公報 特開２００８−１０９７５８号公報 特開２００７−２１５３０１号公報

エンドプレートを用いると、ロータが大型化し、コストアップにもなる。本発明の目的は、積層体コアの積層が開くことを防止してエンドプレートをなくしたエンドプレートレスロータを提供することである。

本発明に係るエンドプレートレスロータは、磁性体薄板を積層した積層体コアと、ロータ軸方向に貫通し、外周側の周方向に沿って配置される複数の磁石孔と、磁石孔に配置される磁石と、ロータ軸方向両端部にそれぞれ張り出し、隣接する磁石孔にまたがって充填されて固化し、各磁石孔において磁石を固定する樹脂モールドと、を含むことを特徴とする。

また、本発明に係るエンドプレートレスロータにおいて、ロータ軸方向の一方側端部と他方側端部の間を折り返しながら隣接する磁石孔を通り、樹脂モールドで覆われる冷却配管を含むことが好ましい。

上記構成により、磁石を固定する樹脂モールドが、ロータ軸方向両端部にそれぞれ張り出して隣接する磁石孔にまたがって充填されて固化される。このように、磁石孔を介して樹脂モールドが積層体コアを積層方向の両端部でしっかりと固定するので、積層体コアの積層が開くことを防止し、エンドプレートをなくすことができる。

また、磁石孔に冷却配管を通し、その冷却配管を、ロータ軸方向の一方側端部と他方側端部の間を折り返しながら隣接する磁石孔を通すようにする。これによって、積層体コアを積層方向にしっかりと固定することができる。また、磁石の冷却効果も向上する。

本発明の実施の形態におけるエンドプレートレスロータの構成図で、（ａ）が左側面図、（ｃ）が右側面図で、（ｂ）は両側面図のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図１の磁石孔を含むように周方向に沿って展開した断面である。 本発明の実施の形態の他の例のエンドプレートレスロータの構成図で、（ａ）が左側面図、（ｃ）が右側面図で、（ｂ）は両側面図のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図３の磁石孔を含むように周方向に沿って展開した断面である。 比較のために従来技術のロータを示す図である。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下で述べる磁石孔の数、配置位置、形状、材質等は例示であって、エンドプレートレスロータの仕様に応じ、適宜変更が可能である。

以下では、全ての図面において、一または対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、エンドプレートレスロータ１０の構成図である。以下では、特に断らない限り、エンドプレートレスロータ１０を単にロータ１０として説明を続ける。図１（ａ）は、ロータ１０をロータ軸方向の一方側である左側から見た左側面図、（ｃ）がロータ軸方向の他方側である右側から見た右側面図である。両側面図でＡ−Ａ線として示す線に沿った断面図が（ｂ）である。

ロータ１０は、磁性体薄板を積層した積層体コア１２と、積層体コア１２の軸孔に固定される回転軸１６と、積層体コア１２に配置される複数の磁石孔１８と、磁石孔１８に配置される磁石２０と、各磁石孔１８において磁石２０を固定する樹脂モールド３０，４０を含む。

積層体コア１２は、所定の形状に成形された磁性体薄板１４を積層したもので、ロータコアと呼ばれる。磁性体薄板１４としては、電磁鋼板を用いることができる。積層方向は、ロータ軸方向に沿った方向である。

回転軸１６は、積層体コア１２の内径側に設けられる軸孔に固定される軸である。ロータ１０が回転電機に用いられるときは、ロータ軸方向の両端を軸受で回転自在に支持され、図示されていないステータと協働して回転する。回転電機において、回転軸１６はトルクを出力する出力軸となる。

磁石孔１８は、積層体コア１２の積層方向であるロータ軸方向に貫通し、ロータ１０の外周側の周方向に沿って配置される貫通孔である。図１では、１６個の磁石孔１８が設けられ、それぞれを区別するため、＃１から＃１６の番号を付した。

磁石２０は、磁石孔１８にそれぞれ挿入され、ロータ１０の磁極を形成する永久磁石である。ここでは、略Ｖ字型に配置される１組の磁石で、ロータ１０の１つの磁極を形成する。例えば、図１の＃１の磁石孔１８に挿入される磁石２０と、♯２の磁石孔１８に挿入される磁石２０の１組でロータ１０の１つの磁極を形成する。

樹脂モールド３０，４０は、各磁石孔１８においてそこに挿入される磁石２０をそれぞれ固定する樹脂である。樹脂モールド３０，４０としては、耐熱性のある熱硬化性樹脂が用いられる。耐熱性のある熱硬化性樹脂として、エポキシ樹脂を用いることができる。樹脂モールド３０，４０は、各磁石孔１８を埋めながら、ロータ軸方向両端部にそれぞれ張り出すように形成される。図１では、ロータ軸方向の一方側端部、すなわちロータ１０の左側端部に張り出した部分を樹脂モールド３０として示し、ロータ軸方向の他方側端部、すなわちロータ１０の右側端部に張り出した部分を樹脂モールド４０として示した。樹脂モールドとしては、磁石孔１８に充填した部分を有しており、そのロータ軸方向両端部に張り出して視認できる部分が樹脂モールド３０，４０として示されている。以下では、樹脂モールド３０，４０を、磁石孔１８に充填される部分に接続しながら、ロータ軸方向両端部に張り出した部分を指すものとして説明を続ける。

樹脂モールド３０，４０は、隣接する磁石孔１８にまたがって充填されて固化される。隣接する磁石孔にまたがってとは、全部の磁石孔１８にまたがってということではなく、全部の磁石孔１８の中で、隣接するいくつかの磁石孔１８にまたがって１つの樹脂体となる。図１において一点鎖線で囲んだ部分が、１つの樹脂体である。

図１（ａ）の左側面図では、＃３，＃４，＃５，＃６の磁石孔１８の群が１つにまとめられて、１つの樹脂体となる。同様に、＃７，＃８，＃９，＃１０の磁石孔１８の群が１つにまとめられて１つの樹脂体となり、＃１１，＃１２，＃１３，＃１４の磁石孔１８の群が１つにまとめられて１つの樹脂体となり、＃１５，＃１６，＃１，＃２の磁石孔１８の群が１つにまとめられて１つの樹脂体となる。このように、隣接する４つの磁石孔１８にまたがって１つの樹脂体が形成される。一方側端部における樹脂モールド３０は、これらの４つの樹脂体で構成されることになる。

一方側端部において１つの樹脂体としてまとめられる複数の磁石孔の群と、他方側端部で１つの樹脂体としてまとめられる複数の磁石孔の群とは異なる。例えば、図１（ｃ）の右側面図においては、＃４，＃５，＃６，＃７の磁石孔１８の群が１つにまとめられて、１つの樹脂体となる。同様に、＃８，＃９，＃１０，＃１１でひとまとめ、＃１２，＃１３，＃１４，＃１５でひとまとめ、＃１６，＃１，＃２，＃３でひとまとめである。

他方端側で１つの樹脂体としてまとめられている＃４，＃５，＃６，＃７の磁石孔１８の群について見ると、一方端側で１つの樹脂体としてまとめられている＃３，＃４，＃５，＃６の磁石孔１８の群と＃３の磁石孔１８が共通で、他は異なる磁石孔１８である。また、一方端側で１つの樹脂体としてまとめられている＃７，＃８，＃９，＃１０の磁石孔１８の群とは、＃７の磁石孔１８が共通で、他は異なる磁石孔１８である。このように、積層体コア１２を挟んで、一方端側の１つの樹脂体と他方端の１つの樹脂体とでは、ひとまとめの端に位置する＃４と＃７の磁石孔１８が共通で、それ以外の磁石孔１８が異なる。

その様子について、図２を用いて説明する。図２は、１６個の磁石孔１８の全部を含むように、積層体コア１２を周方向に沿って展開した断面である。

一方側端部では、＃３，＃４，＃５，＃６の磁石孔１８の群が１つにまとめられて１つの樹脂体３２となる。同様に、＃７，＃８，＃９，＃１０の磁石孔１８の群が１つにまとめられて１つの樹脂体３４となり、＃１１，＃１２，＃１３，＃１４の磁石孔１８の群が１つにまとめられて１つの樹脂体３６となり、＃１５，＃１６，＃１，＃２の磁石孔１８の群が１つにまとめられて１つの樹脂体３８となる。樹脂モールド３０は、樹脂体３２，３４，３６，３８で構成される。

他方側端部では、＃４，＃５，＃６，＃７の磁石孔１８の群が１つにまとめられて１つの樹脂体４２となる。同様に、＃８，＃９，＃１０，＃１１の磁石孔１８の群が１つにまとめられて１つの樹脂体４４となり、＃１２，＃１３，＃１４，＃１５の磁石孔１８の群が１つにまとめられて１つの樹脂体４６となり、＃１６，＃１，＃２，＃３の磁石孔１８の群が１つにまとめられて１つの樹脂体４８となる。樹脂モールド４０は、樹脂体４２，４４，４６，４８で構成される。

このように、積層体コア１２を挟んで、一方端側の１つの樹脂体と他方端の１つの樹脂体とでは、ひとまとめの端に位置する磁石孔１８を共通とし、それ以外の磁石孔１８が異なる。この構成によれば、樹脂モールド３０，４０は、ロータ軸方向の一方側端部と他方側端部の間を折り返しながら隣接する磁石孔１８を充填してゆくことになるので、積層体コア１２を積層方向の両端部でしっかりと固定することができる。

上記では、４つの磁石孔１８で１つの樹脂体としたが、これは説明のための例示であって、４以外の数の複数の磁石孔１８をまとめて１つの樹脂体とすることができる。

上記では、樹脂モールド３０，４０が、積層体コア１２を挟んでロータ軸方向の一方側端部と他方側端部の間を折り返しながら隣接する磁石孔１８を充填してゆくが、これに加えて、長手部材を用いて、積層体コア１２を挟んでロータ軸方向の一方側端部と他方側端部の間を折り返しながら隣接する磁石孔１８を通し、樹脂モールドすれば、積層体コア１２をさらにしっかりと固定することができる。

図３、図４は、長手部材として冷却配管８０を用いたエンドプレートレスロータ５０の構成を示す図である。図３は図１に対応する図で、図４は図２に対応する図である。磁石孔１８に付した番号は図１、図２と同じにしてある。樹脂モールド６０，７０は、図１、図２の樹脂モールド３０，４０に対応するが、冷却配管８０を含むので、符号を変えた。樹脂モールド６０を構成する樹脂体６２，６４，６６，６８は、樹脂モールド３０を構成する樹脂体３２，３４，３６，３８にそれぞれ対応し、樹脂モールド７０を構成する樹脂体７２，７４，７６，７８は、樹脂モールド４０を構成する樹脂体４２，４４，４６，４８にそれぞれ対応する。

ここでは、各磁石孔１８に、１本の冷却配管８０が積層体コア１２を挟んでロータ軸方向の一方側端部と他方側端部の間を折り返しながら配置され、これが樹脂モールドで固定される。

冷却配管８０は、回転軸５２に設けられる２つの冷却路５４，５６に接続される管部８２，９８を有する。冷却配管８０は、複数の磁石孔１８を通る細い管路で、中に冷媒が流され、これによって磁石２０、積層体コア１２を冷却する。かかる冷却配管８０としては、金属製の細いパイプを用いることができる。

図３、図４を用いて冷却配管８０の配置を説明する。回転軸５２に設けられる冷却路５４に管部８２が接続される、管部８２は、積層体コア１２の他方側端部で＃３の磁石孔１８に入り、一方側端部に抜けて、管部８４となる。管部８４は一方側端部で＃３の磁石孔１８と＃５の磁石孔１８の間を渡り、＃５の磁石孔１８に入って他方側端部に抜けて管部８６となる。管部８６は、他方側端部で＃５の磁石孔１８と＃７の磁石孔１８の間を渡り、＃７の磁石孔１８に入って一方端端部に抜けて管部８８となる。

これを繰り返し、管部８８は一方側端部で＃７の磁石孔１８と＃９の磁石孔１８の間を渡り、＃９の磁石孔１８に入って他方側端部に抜けて管部９０となる。管部９０は、他方側端部で＃９の磁石孔１８と＃１１の磁石孔１８の間を渡り、＃１１の磁石孔１８に入って一方端端部に抜けて管部９２となる。管部９２は一方側端部で＃１１の磁石孔１８と＃１３の磁石孔１８の間を渡り、＃１３の磁石孔１８に入って他方側端部に抜けて管部９４となる。管部９４は、他方側端部で＃１３の磁石孔１８と＃１５の磁石孔１８の間を渡り、＃１５の磁石孔１８に入って一方端端部に抜けて管部９６となる。管部９６は一方側端部で＃１５の磁石孔１８と＃１の磁石孔１８の間を渡り、＃１の磁石孔１８に入って他方側端部に抜けて管部９８となる。管部９８は、回転軸５２に設けられる冷却路５４に接続される。

冷却路５４，５６は、回転軸５２の内部を通る冷媒流路で、図示されていない冷媒源との間で冷媒を循環させるために設けられる。冷媒源は、回転電機のケース内に冷媒溜めとして設けることができる。冷媒源との間に循環ポンプを設けてもよい。冷媒としては、回転電機の軸受等を潤滑する潤滑油を用いることができる。これ以外の冷却水、冷却油を用いてもよい。

上記では冷却配管８０を回転軸５２の内部を通る冷却路５４，５６に接続するものとしたが、冷却配管８０をそのまま回転軸５２の内部を通すようにしてもよい。この構成によれば、冷却配管８０が金属製である回転軸５２によって冷却されるので、冷却配管８０、その中を流れる冷媒の冷却効率が高められる。

このように、冷却配管８０は、積層体コア１２を挟んでロータ軸方向の一方側端部と他方側端部の間を折り返しながら隣接する磁石孔１８を通る際に、一方側端部の２つの磁石孔１８を渡る渡り部、他方側端部の２つの磁石孔１８を渡る渡り部で、積層体コア１２のロータ軸方向端部を押さえるので、積層体コア１２を積層方向にしっかりと固定することができる。

なお、上記では、冷却配管８０は、磁石孔１８を１つおきに通るものとしたが、これは説明のための例示であり、全部の磁石孔１８に冷却配管８０が順次通るものとしてもよく、磁石孔１８を２つおき等の他の間隔で通るものとしてもよい。また、樹脂モールドを構成する樹脂体の配置と関連付けて冷却配管８０の通り方を設定してもよく、樹脂体の配置を関係なく冷却配管８０について独自の配置法としてもよい。

図５は、上記構成と比較するために従来技術を示す図である。図５（ａ）に示すロータ１００は、積層体コア１２のロータ軸方向両端にエンドプレート１０２，１０４を用いる。この構成では、積層体コア１２における積層の開きが生じないが、エンドプレート１０２，１０４やこれを取り付ける部材等の部品点数が増加し、またロータ１００の製造工程も複雑になる。図５（ｂ）のロータ１１０は、エンドプレートを廃止したもので、積層体コア１２をそのまま用いる。積層体コア１２は、磁石２０の磁力のために積層体コア１２を構成する個々の磁性体薄板１４が磁化し、磁力の反発斥力のために、ロータ１１０の外周部での積層の開きが生じる。これによってロータ１１０としての寸法外れが生じ、回転電機として損失が増加し、性能が低下する。

図１と図２の構成、図３と図４の構成によれば、エンドプレートが不要になるので、部品点数と製造工程の削減が可能になる、また、樹脂モールドによって積層体コアの外周端における積層の開きを抑制できる。冷却配管８０を用いることで、ロータ１０の冷却路を形成でき、ロータ１０の冷却性能が向上する。ロータ１０の冷却を積層体コア１２の内部で行うので、ロータとステータの間に冷却油を放出する従来技術に比較して、ロータ回転の際に生じる冷却油引きずり損失が発生しない。また、磁石２０の温度上昇を抑制でき、磁石２０の使用上限値の抑制が可能となるので、高温保持力確保が容易となる。これによって、高温保持力確保のために用いられる保磁力性能の高いジスプロシウム（Ｄｙ）の使用量を低減できる。

１０，５０，１００，１１０ （エンドプレートレス）ロータ、１２ 積層体コア、１４ 磁性体薄板、１６，５２ 回転軸、１８ 磁石孔、２０ 磁石、３０，４０，６０，７０ 樹脂モールド、３２，３４，３６，３８，４２，４４，４６，４８，６２，６４，６６，６８，７２，７４，７６，７８ 樹脂体、５４，５６ 冷却路、８０ 冷却配管、８２，８４，８６，８８，９０，９２，９４，９６，９８ 管部、１０２，１０４ エンドプレート。

Claims (2)

1. 磁性体薄板を積層した積層体コアと、
   ロータ軸方向に貫通し、外周側の周方向に沿って配置される複数の磁石孔と、
   磁石孔に配置される磁石と、
   ロータ軸方向両端部にそれぞれ張り出し、隣接する磁石孔にまたがって充填されて固化し、各磁石孔において磁石を固定する樹脂モールドと、
   を含むことを特徴とするエンドプレートレスロータ。
2. 請求項１に記載のエンドプレートレスロータにおいて、
   ロータ軸方向の一方側端部と他方側端部の間を折り返しながら隣接する磁石孔を通り、樹脂モールドで覆われる冷却配管を含むことを特徴とするエンドプレートレスロータ。

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