JP2014087103A - 磁石埋込式回転電機の回転子 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁鋼板を積層して構成したロータコアにおける電磁鋼板の外周部での軸方向への浮き上がりを抑制することができる磁石埋込式回転電機の回転子を提供する。
【解決手段】ロータコア２０は、電磁鋼板を軸方向に積層して構成され、円筒状をなし、永久磁石２７が埋め込まれるとともにフラックスバリア２６を有する。ロータコア２０の軸方向端側にエンドプレート３０が配置され、ナット５３によりエンドプレート３０をロータコア２０側に押圧する。エンドプレート３０におけるロータコア２０と対向する部位のうちの最外径部の位置は、突出部３４が形成され、最内径部の位置に比べて軸方向においてロータコア２０に向かっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁石埋込式回転電機の回転子に関するものである。

磁石埋込式回転電機の回転子は、電磁鋼板を積層してロータコアを構成し、ロータコアを一対のエンドプレート間に挟持するとともにロータコアに永久磁石が埋め込まれている（例えば特許文献１）。

特開２００７−２３６０１９号公報

ところで、磁石埋込式回転電機の回転子において軸中心からナットで締め付ける構造の場合、エンドプレートの外径側が反り返り、電磁鋼板外径側を押さえつける力がなくなり、電磁鋼板が磁力により軸方向に浮き上がる懸念がある。

本発明の目的は、電磁鋼板を積層して構成したロータコアにおける電磁鋼板の外周部での軸方向への浮き上がりを抑制することができる磁石埋込式回転電機の回転子を提供することにある。

請求項１に記載の発明では、電磁鋼板を軸方向に積層して構成され、円筒状をなし、永久磁石が埋め込まれるとともにフラックスバリアを有するロータコアと、前記ロータコアの軸方向端側に配置されるエンドプレートと、前記エンドプレートを前記ロータコア側へ押圧するエンドプレート押圧手段と、を備えた磁石埋込式回転電機の回転子であって、前記エンドプレートにおける前記ロータコアと対向する部位のうちの最外径部での少なくとも前記フラックスバリアの外径側の位置は、最内径部の位置に比べて軸方向において前記ロータコアに向かっていることを要旨とする。

請求項１に記載の発明によれば、ロータコアは、電磁鋼板を軸方向に積層して構成され、円筒状をなし、永久磁石が埋め込まれるとともにフラックスバリアを有し、エンドプレートが軸方向端側に配置される。エンドプレート押圧手段によりエンドプレートがロータコア側へ押圧される。このとき、エンドプレートにおけるロータコアと対向する部位のうちの最外径部での少なくともフラックスバリアの外径側の位置が、最内径部の位置に比べて軸方向においてロータコアに向かっている。これにより、ロータコアにおけるフラックスバリアの外径側の部位に荷重が加わり、ロータコアにおける電磁鋼板の外周部での軸方向への浮き上がりが防止される。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の磁石埋込式回転電機の回転子において、前記エンドプレートは、回転アンバランスを修正するための部位を有することを要旨とする。

請求項２に記載の発明によれば、回転アンバランスを修正することができる。
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の磁石埋込式回転電機の回転子において、前記エンドプレートにおける前記ロータコアに対向する部位において、軸方向に直交する方向に延びるフラット部を有するとともに、前記ロータコアに向かっている位置から前記フラット部の間にテーパ部を有することを要旨とする。

請求項３に記載の発明によれば、皿ばね効果により押圧することができる。
請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の磁石埋込式回転電機の回転子において、前記エンドプレートにおける前記ロータコアに対向する部位において、軸方向からみた前記エンドプレート押圧手段の投影面内には、前記フラット部から内径側に軸方向において前記ロータコアに離れるテーパ部を更に有することを要旨とする。

請求項４に記載の発明によれば、エンドプレート押圧手段によりロータコア側へ押圧する際にエンドプレートの反り返りを抑制できる。
請求項５に記載の発明では、請求項２に記載の磁石埋込式回転電機の回転子において、前記エンドプレートは、軸方向の反ロータコア側の外径部を突出させたことを要旨とする。

請求項５に記載の発明によれば、軸方向の反ロータコア側の外径部を突出させることにより軸長を増加させることなく回転アンバランスを修正するための部位を形成可能となる。

本発明によれば、電磁鋼板を積層して構成したロータコアにおける電磁鋼板の外周部での軸方向への浮き上がりを抑制することができる。

（ａ）は実施形態における締結前の磁石埋込式回転電機の回転子を模式的に示す側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での縦断面図。 （ａ）は締結後の磁石埋込式回転電機の回転子を模式的に示す側面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線での縦断面図。 （ａ）はエンドプレートを模式的に示す左側面図、（ｂ）はエンドプレートを模式的に示す正面図、（ｃ）はエンドプレートを模式的に示す右側面図。 （ａ）は別例の締結前の磁石埋込式回転電機の回転子を模式的に示す側面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線での縦断面図。 （ａ）は別例の締結前の磁石埋込式回転電機の回転子を模式的に示す側面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線での縦断面図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、磁石埋込式回転電機の回転子１０は、円筒状の巻線ステータ（図示略）の内側に配置される。回転子１０は、円筒状をなすロータコア２０と、円板状の一対のエンドプレート３０，４０と、シャフト５０を備えている。一対のエンドプレート３０，４０の間にロータコア２０が配置される。このとき、円筒状のロータコア２０の外径寸法と、円板状の一対のエンドプレート３０，４０の外径寸法は同一である。

ロータコア２０は、電磁鋼板を軸方向に積層して構成されている。ロータコア２０の中心には貫通孔２１が形成され、貫通孔２１は軸方向に延びている。また、ロータコア２０には永久磁石埋込孔２５およびフラックスバリア２６が形成され、永久磁石埋込孔２５およびフラックスバリア２６は軸方向に貫通するように延びている。各永久磁石埋込孔２５は断面長方形状をなし、各永久磁石埋込孔２５には断面長方形状の永久磁石２７が挿入されている。詳しくは、１極あたり２枚の永久磁石２７を用いてＶ字状に配置すべく、ロータコア２０において周方向においてＶ字配置の一対の永久磁石埋込孔２５が等角度に形成され、この永久磁石埋込孔２５に永久磁石２７が挿入されている。このようにしてロータコア２０の周方向においてＶ字配置の一対の永久磁石２７が埋め込まれている。また、フラックスバリア２６は永久磁石埋込孔２５の外径側端面から連続する形で形成され、断面半円状をなしている。

エンドプレート３０，４０は、アルミよりなり、厚い円板状をなしている。エンドプレート３０の中心には貫通孔３１が形成され、貫通孔３１は軸方向に延びている。エンドプレート４０の中心には貫通孔４１が形成され、貫通孔４１は軸方向に延びている。エンドプレート３０，４０は、ロータコア２０の軸方向端側に配置され、ロータコア２０を挟んでいる。

シャフト５０がロータコア２０の貫通孔２１、エンドプレート３０，４０の貫通孔３１，４１に挿入されている。シャフト５０の一端はエンドプレート４０の貫通孔４１から突出しており、シャフト５０の一端にはフランジ部５２が形成されている。フランジ部５２は、エンドプレート４０の貫通孔４１よりも大きな径となっている。

また、シャフト５０の他端はエンドプレート３０の貫通孔３１から突出している。シャフト５０の他端側は雄ネジ部５１が形成されており、シャフト５０の雄ネジ部５１にはワッシャ６０を介してエンドプレート押圧手段としてのナット５３が螺入される。そして、エンドプレート押圧手段としてのナット５３により、図２に示すように、エンドプレート３０がロータコア２０側に押圧される。

図３に示すように、エンドプレート３０におけるロータコア２０と面する側の端面（ロータコア２０と接触する面）においては以下の構成となっている。
エンドプレート３０におけるロータコア２０と対向する面（部位）は、内径側での軸方向に直交する方向に延びるフラット部３２と、フラット部３２の外径側のテーパ部３３と、テーパ部３３の外径側先端の突出部３４とを有する。フラット部３２は、エンドプレート３０におけるロータコア２０に対向する部位において軸方向に直交する方向に延びるように形成されている。突出部３４は、エンドプレート３０におけるロータコア２０と対向する部位のうちの最外径部に位置し、最内径部の位置に比べて軸方向においてロータコア２０に向かっている。テーパ部３３は、突出部３４、即ち、ロータコア２０に向かっている位置からフラット部３２との間に形成されている。

一方、図１のエンドプレート４０におけるロータコア２０と対向する面は、軸方向に直交する方向に延びるフラット部となっている。
図１のエンドプレート３０は、塊状となっており、外周側が厚肉の回転アンバランスを修正するための部位Ｍ（図２（ｂ）参照）となっている。図２に示すように、締結後においてエンドプレート３０において凹部（穴）７０，７１，７２を形成することにより回転アンバランスを修正することができる。つまり、外周側の厚肉部にて回転アンバランスを修正可能となる。回転子１０は回転体なので、エンドプレート３０をバランスウェイトとして使用して、回転時に芯がブレないようにすることができる。

次に、磁石埋込式回転電機の回転子１０の作用について説明する。
図１に示すように、エンドプレート３０は、ロータコア２０の一方の端面に配置され、ロータコア２０との接触面側がフラット部３２とテーパ部３３と突出部３４で構成されている。エンドプレート４０は、ロータコア２０の他方の端面に配置され、ロータコア２０との接触面側がフラット部となっている。

そして、シャフト５０の雄ネジ部５１にナット５３に螺入する。このナット５３の螺入に伴いナット５３とフランジ部５２との間において軸力が発生する。このナット５３の軸力（軸方向への押圧力）により、エンドプレート３０が変形する。つまり、図２に示すように、ナット螺入後（締結後）においてエンドプレート３０は、皿ばね効果により、ロータコア２０の外周側が押さえられる。

このようにして、エンドプレート３０における外周側からロータコア２０に荷重が加わり、ロータコア２０における電磁鋼板の外周部での軸方向への浮き上がりを防止することができる。

また、エンドプレート３０，４０が永久磁石埋込孔２５の端面開口部を覆うことで、永久磁石２７の抜けを防止することができる。
ナット螺入後（締結後）において回転子１０を回転させて回転のバランスを調べて回転がアンバランスであれば次のようにする。エンドプレート３０の肉厚部、即ち、回転アンバランスを修正するための部位Ｍに対しドリルで穴をあけて周方向での必要な箇所を除去して凹部７０，７１，７２を形成する。つまり、エンドプレート３０の肉厚を確保して回転アンバランス修正代を確保することができる。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）回転子１０は、フラックスバリア２６を有するロータコア２０と、エンドプレート３０と、ナット５３とを備える。エンドプレート３０におけるロータコア２０と対向する部位のうちの最外径部の位置は、最内径部の位置に比べて軸方向においてロータコア２０に向かっている（突出部３４が形成されている）。これにより、ロータコア２０におけるフラックスバリア２６の外径側の部位（図１（ａ）のαで示す部位）に荷重が加わり、ロータコア２０における電磁鋼板の外周部での軸方向への浮き上がりを抑制することができる。詳しくは、電磁鋼板が磁力により軸方向に浮き上がるのを防止することができる。

（２）エンドプレート３０は、回転アンバランスを修正するための部位Ｍを有する。よって、回転アンバランスを修正することができる。
（３）エンドプレート３０におけるロータコア２０に対向する部位において、軸方向に直交する方向に延びるフラット部３２を有するとともに、ロータコア２０に向かっている位置（突出部３４）からフラット部３２の間にテーパ部３３を有する。よって、皿ばね効果により押圧することができる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・図４に示すように、エンドプレート３０におけるロータコア２０に対向する部位において、軸方向からみたナット５３の投影面内（図４（ａ）で網点が付された領域）には、フラット部３２から内径側に軸方向においてロータコア２０に離れるテーパ部８０を更に有する構成としてもよい。この場合、ナット５３の締め付け荷重を分散させることができる。即ち、内側から力を加えるのでつぶれやすくなり、なだらかにロータコア２０に力が伝わる。より詳しくは、ナット５３の投影面（図４（ａ）で網点が付された領域）において更にテーパになっていることにより、ナット５３によりロータコア２０側へ押圧する際に図４でβで示すエンドプレート３０の反り返りを抑制することができる。

・図５に示すように、エンドプレート３０は、軸方向の反ロータコア側の外径部を突出させた構成としてもよい（突出させた部位３５を有する構成としてもよい）。つまり、外周側のみ厚肉化する。このようにすることにより、軸長を増加させることなく、回転アンバランス修正代を確保することができる。即ち、軸長を増加させることなく回転アンバランスを修正するための部位を形成可能となる。

・エンドプレート３０におけるロータコア２０と対向する部位において、最外径のうちのフラックスバリア２６の外径側の位置（図１（ａ）のαで示す部位）のみが、最内径部の位置に比べて軸方向においてロータコアに向かっていてもよい。要は、エンドプレート３０におけるロータコア２０と対向する部位のうちの最外径部での少なくともフラックスバリアの外径側の位置は、最内径部の位置に比べて軸方向においてロータコア２０に向かっていればよい。

・永久磁石２７はロータコア２０の永久磁石埋込孔２５に対して樹脂を充填した状態で挿入してもよい。他にも、接着剤で固定してもよい。
・１極あたり２枚の永久磁石をＶ字状に配置した構成としたが、これに代わり、例えば、１極あたり１枚の永久磁石を配置した平板配置としてもよい。

・エンドプレート押圧手段はナットに限ることはない。
・実施の形態においては一対のエンドプレートのうち一方のみ最外径部がロータコアに向かっているエンドプレート３０を用いたが、両方にエンドプレート３０を用いてもよいし、一方のみ用いる場合でもフランジ部５２側のみに用いてもよい（フランジ部５２とナット５３がエンドプレート押圧手段に相当する）。また、エンドプレート押圧手段として、両側にナット５３を設けてもよい。

１０…回転子、２０…ロータコア、２６…フラックスバリア、２７…永久磁石、３０…エンドプレート、３２…フラット部、３３…テーパ部、３４…突出部、３５…突出部、５０…シャフト、５３…ナット、８０…テーパ部。

Claims (5)

1. 電磁鋼板を軸方向に積層して構成され、円筒状をなし、永久磁石が埋め込まれるとともにフラックスバリアを有するロータコアと、
   前記ロータコアの軸方向端側に配置されるエンドプレートと、
   前記エンドプレートを前記ロータコア側へ押圧するエンドプレート押圧手段と、
   を備えた磁石埋込式回転電機の回転子であって、
   前記エンドプレートにおける前記ロータコアと対向する部位のうちの最外径部での少なくとも前記フラックスバリアの外径側の位置は、最内径部の位置に比べて軸方向において前記ロータコアに向かっていることを特徴とする磁石埋込式回転電機の回転子。
2. 前記エンドプレートは、回転アンバランスを修正するための部位を有することを特徴とする請求項１に記載の磁石埋込式回転電機の回転子。
3. 前記エンドプレートにおける前記ロータコアに対向する部位において、軸方向に直交する方向に延びるフラット部を有するとともに、前記ロータコアに向かっている位置から前記フラット部の間にテーパ部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の磁石埋込式回転電機の回転子。
4. 前記エンドプレートにおける前記ロータコアに対向する部位において、軸方向からみた前記エンドプレート押圧手段の投影面内には、前記フラット部から内径側に軸方向において前記ロータコアに離れるテーパ部を更に有することを特徴とする請求項３に記載の磁石埋込式回転電機の回転子。
5. 前記エンドプレートは、軸方向の反ロータコア側の外径部を突出させたことを特徴とする請求項２に記載の磁石埋込式回転電機の回転子。