JP2014112999A - 回転子、および、これを用いた回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】磁石破損時の磁石の破片の飛び出しを抑制しつつ、コア本体を冷却可能な回転子を提供する。
【解決手段】肉抜部２５は、コア本体２０の周方向に並び、コア本体２０を板厚方向に貫くようにして複数形成されている。磁石３０は、コア本体２０の周方向に並ぶようコア本体２０の外壁２６に複数設けられている。筒部材４０は、内壁が磁石３０に当接するようコア本体２０の径方向外側に設けられている。板部材５０は、筒部材４０の一端および他端を塞ぐようにして設けられている。穴部５２は、板部材５０を板厚方向に貫くよう板部材５０の肉抜部２５に対応する位置に形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転子、および、これを用いた回転電機に関する。

従来、コア本体に肉抜部を形成した回転子が知られている。例えば特許文献１に記載された回転子では、コア本体を板厚方向に貫く肉抜部がコア本体の周方向に並ぶよう複数形成されている。これにより、回転子の軽量化および低慣性化を図っている。

特開２００８−１８２８６２号公報

特許文献１の回転子では、コア本体の周方向に並ぶようコア本体の外壁に複数の磁石が設けられている。また、内壁が当該磁石に当接するようコア本体の径方向外側に筒状のマグネットカバーが設けられている。さらに、当該マグネットカバーの一端を塞ぐようにしてマグネットホルダが設けられている。これにより、回転子の回転中に磁石が破損しても、磁石の破片がマグネットカバーの一端側から飛び出すのを抑制可能である。

上述のように、特許文献１の回転子では、マグネットホルダがマグネットカバーの一端を塞いでいるため、肉抜部の一端側の開口もマグネットホルダにより塞がれた状態である。そのため、回転子が回転すると、渦電流損によりコア本体が発熱し、肉抜部に熱が籠もるおそれがある。これにより、コア本体および磁石の温度が上昇し、磁石の熱減磁を招くおそれがある。その結果、回転電機の出力が低下するおそれがある。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、磁石破損時の磁石の破片の飛び出しを抑制しつつ、コア本体を冷却可能な回転子を提供することにある。

本発明は、回転電機の回転子であって、コア本体と肉抜部と磁石と筒部材と板部材と穴部とを備えている。肉抜部は、コア本体の周方向に並び、コア本体を板厚方向に貫くようにして複数形成されている。磁石は、コア本体の周方向に並ぶようコア本体の外壁に複数設けられている。筒部材は、内壁が磁石に当接するようコア本体の径方向外側に設けられている。板部材は、筒部材の一端および他端の少なくとも一方を塞ぐようにして設けられている。穴部は、板部材を板厚方向に貫くよう板部材の肉抜部に対応する位置に形成されている。

本発明では、コア本体に複数の肉抜部が形成されている。これにより、回転子の軽量化および低慣性化を図ることができる。
また、内壁が磁石に当接するようコア本体の径方向外側に筒部材が設けられ、当該筒部材の一端および他端の少なくとも一方を塞ぐようにして板部材が設けられている。そのため、本発明の回転子が回転電機の回転子として用いられ、例えば磁石が破損しても、磁石の破片が筒部材の外側へ飛び出すのを抑制することができる。よって、磁石の破片が回転子と他部材との間に噛み込むことによるロックを抑制することができる。

ところで、本発明の回転子が回転電機の回転子として用いられ、回転すると、渦電流損によりコア本体が発熱する。本発明では、板部材を板厚方向に貫くよう板部材の肉抜部に対応する位置に穴部が形成されている。そのため、コア本体外部の空気は、穴部を経由して肉抜部を流通可能である。これにより、コア本体を冷却することができる。その結果、磁石の熱減磁を抑制することができる。したがって、回転電機の出力低下を抑制することができる。

本発明の第１実施形態による回転子および回転電機を示す断面図。 本発明の第１実施形態による回転子を示す断面図。 本発明の第１実施形態による回転子の一部を示す図。 本発明の第２実施形態による回転子の一部を示す図。 本発明の第３実施形態による回転子および回転電機を示す断面図。 本発明の第３実施形態による回転子を示す断面図。

以下、本発明の複数の実施形態による回転子、および、これを用いた回転電機を図面に基づき説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による回転電機を図１に示す。

回転電機１０は、例えば車両のステアリング操作をアシストする電動パワーステアリング装置の駆動源（モータ）として用いられる。回転電機１０は、回転子１、固定子６０、モータ軸２およびモータケース３等を備えている。
図１に示すように、回転子１は、コア本体２０、肉抜部２５、磁石３０、筒部材４０、板部材５０および穴部５２等を備えている。

コア本体２０は、例えば鉄等からなる薄板２１を複数積層することにより、略円柱状に形成されている。薄板２１の中心には、薄板２１を板厚方向に貫く中心穴部２２が形成されている。そのため、薄板２１を積層することにより形成されるコア本体２０において、コア本体２０を板厚方向に貫く軸穴部２３が、コア本体２０の軸Ａｘに形成されている。

薄板２１の中心穴部２２の径方向外側には、薄板２１の周方向に等間隔で並び、薄板２１を板厚方向に貫く穴部２４が形成されている。図１、３に示すように、穴部２４は略扇状に形成されている。本実施形態では、穴部２４は、薄板２１に５つ形成されている。そのため、薄板２１を積層することにより形成されるコア本体２０において、肉抜部２５が、コア本体２０の周方向に等間隔で並ぶようにして５つ形成されている。

肉抜部２５は、コア本体２０を板厚方向に貫くようにして、コア本体２０の軸Ａｘとコア本体２０の径方向外側の外壁２６との間に形成されている。本実施形態では、複数の薄板２１は、それぞれの穴部２４がコア本体２０の軸Ａｘに対し平行に重なるようにして積層されている。そのため、肉抜部２５は、コア本体２０の軸Ａｘに対し平行に延びる形状に形成されている。
コア本体２０に肉抜部２５が形成されていることにより、コア本体２０には、隣り合う肉抜部２５の間にスポーク部２７が形成されている。スポーク部２７は５つ形成されている。

コア本体２０の径方向外側の外壁２６には、コア本体２０の周方向に等間隔で並ぶよう極部２８が形成されている。また、コア本体２０の径方向外側の外壁２６には、コア本体２０の周方向に等間隔で並ぶよう極部２８の間に形成されている。すなわち、極部２８と極部２９とは、コア本体２０の周方向に等間隔で交互に並ぶようにして形成されている。本実施形態では、極部２８、２９は、それぞれ５つ形成されている。

本実施形態では、極部２８は、肉抜部２５に対しコア本体２０の径方向外側に形成されている。極部２８は、コア本体２０の径方向外側に、軸Ａｘに直交する平面による断面が円弧となる曲面状の壁面を有している。
極部２９は、スポーク部２７に対しコア本体２０の径方向外側に形成されている。極部２９は、コア本体２０の径方向外側に、軸Ａｘに直交する平面による断面が円弧となる曲面状の壁面を有している。

磁石３０は、例えばネオジム磁石等の永久磁石により長い板状に形成されている。磁石３０は、長手方向の長さがコア本体２０の軸方向の長さと略同じであり、一方の面３１が曲面状に形成され、他方の面３２が平面状に形成されている。磁石３０は、長手方向がコア本体２０の軸Ａｘと平行になるよう、極部２８に対応する位置に設けられている。すなわち、磁石３０は、コア本体２０の周方向に等間隔で並ぶよう５つ設けられている。

本実施形態では、磁石３０は、一方の面３１、すなわち、外壁の一部が、極部２８の曲面状の壁面に一致するよう設けられている。つまり、磁石３０は、一方の面３１がコア本体２０の外壁から露出している。このように、本実施形態の回転子１は、所謂ＳＰＭ（Surface Permanent Magnet：表面磁石）型の回転電機１０に用いられる回転子である。
本実施形態では、磁石３０は、コア本体２０の軸Ａｘから肉抜部２５の中央を越えて延びる直線上に中央が位置するよう、肉抜部２５と同数設けられている。

本実施形態では、磁石３０は、例えば一方の面３１がＮ極、他方の面３２がＳ極となるよう着磁されている。これにより、極部２８には磁極が形成され、極部２９には磁石３０からの磁束が通過することにより疑似極が形成される。
本実施形態では、磁石３０の数（５）は、極部２８、２９の合計の数（１０）の半分（極対数）である。つまり、本実施形態の回転子１は、ハーフマグネット型の回転電機１０に用いられる回転子である。

筒部材４０は、例えばステンレス等の非磁性体により略円筒状に形成されている。図１、２に示すように、筒部材４０は、内壁が磁石３０の一方の面３１に当接するようコア本体２０の径方向外側に設けられている。これにより、接着剤等を用いることなく、磁石３０をコア本体２０の外壁に固定することができる。

板部材５０は、例えばステンレス等の非磁性体により略円板状に形成されている。板部材５０は、本実施形態では、筒部材４０の一端および他端を塞ぐよう２つ設けられている（図２参照）。板部材５０の中心には、板部材５０を板厚方向に貫く中心穴部５１が形成されている。

穴部５２は、板部材５０の中心穴部５１の径方向外側に、板部材５０を板厚方向に貫くようにして形成されている。穴部５２は、板部材５０の肉抜部２５に対応する位置に形成されている。穴部５２は、５つの肉抜部２５のそれぞれに対応するよう肉抜部２５と同数形成されている。つまり、穴部５２は、板部材５０の周方向に等間隔で並ぶようにして５つ形成されている。穴部５２は、薄板２１の穴部２４（肉抜部２５の開口部）より小さいものの、穴部２４と同様、略扇状に形成されている（図１参照）。

本実施形態では、筒部材４０の両端は、径方向内側に折り曲げられている。これにより、環状のかしめ部４１が形成されている（図１、２参照）。かしめ部４１は、板部材５０のコア本体２０および磁石３０とは反対側に当接することにより板部材５０を係止している。これにより、板部材５０が筒部材４０の端部から脱落するのを抑制することができる。また、板部材５０は、磁石３０が筒部材４０の内側から脱落するのを抑制することができる。また、板部材５０は、磁石３０が破損した場合に磁石３０の破片が筒部材４０の外側へ飛び出すのを抑制することができる。

図１に示すように、固定子６０は、コア本体６１および巻線６２等を有している。
コア本体６１は、例えば鉄等からなる薄板を複数積層することにより、略円環状に形成されている。コア本体６１は、径方向内側へ延びるようにして形成されるティース６３を有している。本実施形態では、ティース６３は、コア本体６１の周方向に等間隔で６０個形成されている。
巻線６２は、例えば銅等の金属により形成され、ティース６３の間に巻回されるようにしてコア本体６１に設けられている。巻線６２は、回転電機１０において複数の相を構成している。

モータ軸２は、例えば金属等により棒状に形成され、回転子１の板部材５０の中心穴部５１、および、コア本体２０の軸穴部２３に挿通され固定されている。モータケース３は、例えば金属等により略円筒状に形成されている。モータケース３の両端は、図示しないエンドフレームにより塞がれている。モータケース３は、内側に回転子１および固定子６０を収容している。固定子６０は、コア本体６１の径方向外側の外壁がモータケース３の内壁に当接するようにしてモータケース３内に固定されている。

モータ軸２の両端は、モータケース３の両端を塞ぐエンドフレームにより軸受けされている。これにより、回転子１は、モータケース３の内部の固定子６０の内側で回転可能に設けられている。
固定子６０の巻線６２に電力が供給されると、固定子６０に回転磁界が生じる。これにより、回転子１がモータ軸２とともに回転する。その結果、回転電機１０の回転がモータ軸２から出力される。

以上説明したように、本実施形態では、コア本体２０に複数の肉抜部２５が形成されている。これにより、回転子１の軽量化および低慣性化を図ることができる。

また、内壁が磁石３０に当接するようコア本体２０の径方向外側に筒部材４０が設けられ、当該筒部材４０の一端および他端を塞ぐようにして板部材５０が設けられている。そのため、本実施形態による回転電機１０では、磁石３０が破損しても、磁石３０の破片が筒部材４０の外側へ飛び出すのを防ぐことができる。よって、磁石３０の破片が回転子１と他部材（固定子６０等）との間に噛み込むことによるロックを防ぐことができる。
また、内壁が磁石３０に当接するようコア本体２０の径方向外側に筒部材４０が設けられることにより、接着剤等を用いることなく、磁石３０をコア本体２０の外壁に固定することができる。そのため、回転子１の製造コストを低減することができる。

ところで、本実施形態では、回転子１が回転すると、渦電流損によりコア本体２０が発熱する。本実施形態では、板部材５０を板厚方向に貫くよう板部材５０の肉抜部２５に対応する位置に穴部５２が形成されている。そのため、コア本体２０外部の空気は、穴部５２を経由して肉抜部２５を流通可能である。これにより、コア本体２０を冷却することができる。その結果、磁石３０の熱減磁を抑制することができる。したがって、回転電機１０の出力低下を抑制することができる。

また、本実施形態では、肉抜部２５は、コア本体２０の周方向に等間隔で形成されている。これにより、回転子１の回転バランスを向上させることができる。また、肉抜部２５の間に形成される複数のスポーク部２７の幅を同じにできるため、コア本体２０の周方向の強度を均一にすることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による回転電機の回転子の一部を図４に示す。第２実施形態は、肉抜部の形状等が第１実施形態と異なる。

第２実施形態では、積層することによりコア本体２０を形成する薄板２１の穴部２４は、複数の薄板２１間において、薄板２１の周方向に所定量ずれるようにして形成されている。そのため、薄板２１を積層することにより形成されるコア本体２０において、肉抜部２５は、コア本体２０の軸Ａｘに対し旋回しながら延びる形状に形成されている。

上述のように、本実施形態では、肉抜部２５がコア本体２０の軸Ａｘに対し旋回しながら延びる形状に形成されている。そのため、回転子が回転すると、肉抜部２５に旋回流が発生する。これにより、肉抜部２５を流通する空気の量が増大し、コア本体２０をより効果的に冷却することができる。したがって、回転電機の出力低下をさらに抑制することができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態による回転電機を図５に示す。第３実施形態は、板部材の穴部近傍の構成等が第１実施形態と異なる。

第３実施形態では、回転子は羽根部５３をさらに備えている。羽根部５３は、板部材５０の穴部５２の内縁端から板部材５０の周方向に板部材５０の一方の面側、すなわち、板部材５０のコア本体２０とは反対の面側へ延びるようにして板部材５０と一体に形成されている（図５、６参照）。本実施形態では、羽根部５３は、穴部５２の内縁端に滑らかに接続するよう、湾曲した板状に形成されている（図６参照）。

上述のように、本実施形態では、板部材５０の穴部５２の内縁端から板部材５０の周方向に板部材５０の一方の面側へ延びるようにして形成される羽根部５３をさらに備えている。そのため、回転子が回転したとき、コア本体２０外部の空気を羽根部５３によって肉抜部２５に強制的に流通させることができる。これにより、肉抜部２５を流通する空気の量が増大し、コア本体２０をより効果的に冷却することができる。したがって、回転電機の出力低下をさらに抑制することができる。
また、本実施形態では、羽根部５３が、板部材５０の穴部５２の内縁端に滑らかに接続するよう、湾曲した板状に形成されているため、回転子が回転するときの羽根部５３による空気抵抗を低減することができる。

（他の実施形態）
上述の実施形態では、板部材を、筒部材の一端および他端の両方を塞ぐようにして設ける例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、板部材を、筒部材の一端または他端の一方のみを塞ぐようにして設けることとしてもよい。

また、本発明の他の実施形態では、肉抜部は、コア本体の周方向に等間隔で形成されていなくてもよい。また、肉抜部は、コア本体に５つ形成されるに限らず、２〜４つ、または、６つ以上形成されていてもよい。

また、本発明の他の実施形態では、板部材の穴部は、肉抜部に対応する位置に形成される限り、板部材の周方向に等間隔で形成されていなくてもよい。また、板部材の穴部は、肉抜部と同数であれば、板部材に５つ形成されるに限らず、２〜４つ、または、６つ以上形成されていてもよい。また、板部材の穴部は、肉抜部の開口部（薄板の穴部）と同じ形状および大きさに、または、肉抜部の開口部（薄板の穴部）より大きく形成されていてもよい。

また、上述の第３実施形態では、羽根部が板部材の穴部の１つにつき１つ形成される例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、羽根部は、板部材の穴部の１つにつき複数形成されていてもよい。また、羽根部は、板部材の穴部の内縁端から板部材の一方の面側へ延びるようにして形成されるに限らず、板部材の他方の面側、すなわち、板部材のコア本体（肉抜部）側へ延びるようにして形成されていてもよい。また、羽根部は、板部材の穴部の内縁端に滑らかに接続するよう湾曲した板状に形成されるに限らず、平らな板状に形成されていてもよい。

また、本発明の他の実施形態では、回転子のコア本体は、極部がコア本体の軸に対し旋回しながら延びる形状に形成されていてもよい。この場合、コア本体の外壁に設けられる磁石は、コア本体の軸に対し旋回しながら延びる形状に形成される。この構成では、回転電機のコギングトルクおよびトルクリップルを低減することができる。

また、本発明の他の実施形態では、構成上の阻害要因がない限り、上述の実施形態を組み合わせてもよい。例えば第２実施形態と第３実施形態とを組み合わせることにより、肉抜部がコア本体の軸に対し旋回しながら延びる形状に形成され、かつ、板部材の穴部の内縁端から板部材の周方向に板部材の一方の面側へ延びるようにして形成される羽根部をさらに備えるような構成を考えることができる。

また、本発明の他の実施形態では、磁石は、コア本体のスポーク部の径方向外側に設けられることとしてもよい。
また、本発明の他の実施形態では、磁石は、例えば接着剤等によりコア本体の外壁に固定することとしてもよい。
また、本発明の他の実施形態では、磁石は、極部と同数設けられていてもよい。つまり、この構成の回転子は、フルマグネット型の回転電機に適用される。

また、本発明の他の実施形態では、コア本体は、積層した薄板に限らず、例えば鋳造、切削等の別の方法で形成されていてもよい。
また、本発明の回転子を適用した回転電機は、電動パワーステアリング装置に限らず、その他の装置、機器類の駆動源として用いることができる。
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１ ・・・・回転子
１０ ・・・回転電機
２０ ・・・コア本体
２５ ・・・肉抜部
３０ ・・・磁石
４０ ・・・筒部材
５０ ・・・板部材
５２ ・・・穴部

Claims (5)

1. 回転電機（１０）の回転子（１）であって、
   コア本体（２０）と、
   前記コア本体の周方向に並び、前記コア本体を板厚方向に貫くようにして複数形成される肉抜部（２５）と、
   前記コア本体の周方向に並ぶよう前記コア本体の外壁（２６）に複数設けられる磁石（３０）と、
   内壁が前記磁石に当接するよう前記コア本体の径方向外側に設けられる筒部材（４０）と、
   前記筒部材の一端および他端の少なくとも一方を塞ぐようにして設けられる板部材（５０）と、
   前記板部材を板厚方向に貫くよう前記板部材の前記肉抜部に対応する位置に形成される穴部（５２）と、
   を備える回転子。
2. 前記肉抜部は、前記コア本体の周方向に等間隔で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転子。
3. 前記肉抜部は、前記コア本体の軸（Ａｘ）に対し旋回しながら延びる形状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の回転子。
4. 前記穴部の内縁端から前記板部材の周方向に前記板部材の一方の面側または他方の面側へ延びるようにして形成される羽根部（５３）をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転子。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転子と、
   前記回転子の径方向外側に設けられ、電力を供給されることにより回転磁界を発生させることが可能な固定子（６０）と、
   を備える回転電機（１０）。

Images