JP2015089313A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】本明細書は、ロータの磁石挿入孔に磁力特性の異なる複数の磁石が一列に並べて挿入されたモータに関し、磁石の並び順の確認を容易にして製造コストを抑制したモータを提供する。【解決手段】モータ２のロータコア４は、ロータ軸線方向に伸びる磁石挿入孔４ａを有する。その磁石挿入孔４ａには、ロータ軸線方向に並んで磁力特性の異なる３個以上の磁石片５ａ−５ｃが挿入されている。複数の磁石片５ａ−５ｃは、磁石挿入孔４ａに並んで挿入されたときに、ロータ軸線ＣＬの方向の最外側端面Ｓｔと、最外側端面Ｓｔ以外のロータ軸線方向の他の端面Ｓａ、Ｓｂが非平行である。磁石の挿入順を誤ると非平行な対向面が対向することにより隙間が生じ、作業者は挿入順を誤ったことに直ちに気づくことができる。【選択図】図２

Description

本発明は、回転電機に関する。

近年ハイブリッド車や電気自動車の普及に伴い、走行用のモータ（回転電機）に対する性能向上の要求が高まっている。モータの性能向上の一つとして、特許文献１には、ロータに使う磁石を保磁力の異なる複数の磁石で構成する技術が提案されている。その技術では、ロータの磁石挿入孔に、保磁力の異なる複数の磁石をロータの軸線方向に並べて配置する。より具体的には、放熱性が高い部分には保磁力が相対的に低い磁石を配置し、放熱性が低い部分には保磁力が相対的に高い磁石を配置する。特許文献１の技術は、ロータの軸線方向の位置に応じて保磁力が異なる磁石を配置し、モータの性能を高める。なお、そのような保磁力の異なる磁石の製造方法は例えば特許文献２に開示されている。

特開２０１３−１３２１１６号公報 特開２０１３−１５８１８３号公報

特許文献１の技術において、保磁力の異なる複数の磁石を一つの磁石挿入孔に順に入れる場合、予定された位置に予定された保磁力の磁石が配置されるように、挿入する磁石の順番に注意を払う必要がある。複数の磁石の外形状が同じであると、挿入する順番を誤る虞があり、また、順番を誤ったことが外見からでは判別できない。特に、ロータの軸線方向の端部に配置する磁石と、端部以外に配置する磁石の間で保持力の相違が大きいので、本来ロータコアの端部に配置すべき磁石が別の位置に配置してしまうとモータの性能が予定された性能から大きく相違してしまう。本明細書は、ロータコアの内部においてロータ軸線方向に複数の磁石を配置したモータに関し、ロータ軸線方向の端部に配置すべき磁石を誤って異なる位置に配置してしまうことを簡単に防止する技術を提供する。磁石の配置位置の誤りを簡単に防止できることによって、組み立て作業の負荷が軽減されて製造コストが抑制される、あるいは、磁石の配置位置を誤ったモータが製造されることがないので製造歩留まりが高まる、という利点が得られる。

本明細書が開示するモータは、ロータ軸線方向に伸びる磁石挿入孔を有するロータ（ロータコア）と、その磁石挿入孔にロータ軸線方向に並んで挿入される磁力特性の異なる３個以上の複数の磁石を備える。そして、その複数の磁石は、磁石挿入孔に並んで挿入されたときに、ロータ軸線方向の最外側端面と、その最外側端面以外のロータ軸方向の他の端面が非平行である。なお、ロータ軸線方向の端面とは、別言すれば、ロータ軸線と平行な直線と交差する端面である。そのようなモータでは、本来はロータ軸線方向の端部に位置すべき磁石を誤って端部以外に配置すると、その磁石に隣接して配置される磁石との間に隙間が生じ、全ての磁石が正しく収まらない。従って組み立て作業者は磁石の挿入順を間違えたことに直ちに気づくことができる。

本明細書が開示する技術によれば、ロータ軸線方向端部の磁石と端部以外の磁石とで保磁力の異なる一群の磁石をロータの一つの磁石挿入孔に配置したモータに関し、端部に配置すべき磁石を誤って他の位置に配置してしまうことを簡単に防止することができる。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

図１（Ａ）は、第１実施例のモータのロータの側面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。 図１（Ｂ）のII−II線における断面図である。 第１実施例の磁石の拡大断面図である。 第２実施例のロータの断面図である。 第２実施例の磁石の拡大断面図である。

（第１実施例）図面を参照して第１実施例のモータ２（回転電機）を説明する。図１に、モータ２のロータ３を示す。なお、本明細書が開示するモータ２は、そのロータ３に特徴があるため、ステータの図示と説明は省略する。図１（Ａ）はロータ３の側面図であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。なお、図１の符号ＣＬはロータ軸線を表す。

ロータ３は、薄い円形の磁性鋼板を重ねて作られたロータコア４と、ロータコア４の中心をその軸線方向に貫通するシャフト１２を有する。ロータコア４は、両端にエンドプレート１４で挟まれ、さらにそのエンドプレート１４の両側からナット１３でシャフト１２に固定されている。

ロータコア４には、ロータ軸線方向に貫通する複数の磁石挿入孔４ａが設けられている。磁石挿入孔４ａは、ロータの周方向に等間隔に８か所設けられている。夫々の磁石挿入孔４ａには、磁石５（永久磁石）が挿入されている。磁石５は、ロータコア４の一方の端から他方の端まで伸びており、エンドプレート１４によって両側を抑えられ、ロータコア４から飛び出さないようになっている。

図２は、図１（Ｂ）のII−II線に沿った断面図である。なお、図２では、図を理解し易くするためにロータコア４の断面を示すハッチングは省略している。また、前述したようにロータコア４は、薄い磁性鋼板を積層したものであるが、図２では、個々の積層鋼板を区別する線の図示も省略している。

一つの磁石挿入孔４ａに挿入される磁石５は、複数の磁石片５ａ、５ｂ、及び、５ｃに分割されている。別言すれば、本実施例では、複数の磁石片５ａ−５ｃを、磁石５と総称する。複数の磁石片５ａ−５ｃは、夫々磁力特性が異なる。図２では、磁力特性の相違をハッチングの相違で表している。磁力特性については後述する。

磁石片５ａ−５ｃは、ロータ軸線ＣＬに沿って伸びる磁石挿入孔４ａに一列に配置されている。隣接する磁石片同士は、平行な面で対向しており、複数の磁石片５ａ−５ｃは、隙間なく並べられている。以下、各磁石片において、ロータの軸線ＣＬと平行な直線と交差する面を端面と称する。以下では説明を簡略化するため、「ロータの軸線ＣＬと平行な直線と交差する面」を、単に「ロータ軸線ＣＬと交差する面」と表現する。なお、一列に並んでいる複数の磁石片５ａ−５ｃの最外側の両端面Ｓｔも端面の一つである。

図２に示されているように、最外側の両端面Ｓｔは、ロータ軸線ＣＬに直交するが、その他の端面（磁石片５ｂの両端面ＳａとＳｂ、さらには、磁石片５ｂの端面に対向する磁石片５ａの端面と磁石片５ｃの端面）は、ロータ軸線ＣＬと斜めに交差する。以下では、磁石片５ａの端面であって磁石片５ｂの端面Ｓａと対向する端面も「端面Ｓａ」と称し、磁石片５ｃの端面であって磁石片５ｂの端面Ｓｂと対向する端面も「端面Ｓｂ」と称する。従って、別言すれば、複数の磁石片５ａ−５ｃは、磁石挿入孔４ａに並んで挿入されたときに、ロータ軸線ＣＬ方向の最外側端面Ｓｔと、最外側端面以外のロータ軸方向の他の端面Ｓａ、Ｓｂが非平行である。

図２を参照して各磁石片の軸線ＣＬ方向の端面の相違の例を説明する。一対の磁石片５ａと５ｂの対向する端面Ｓａは、ロータ軸線ＣＬに対して傾斜する平面である。一対の磁石片５ｂと５ｃの対向する端面Ｓｂも、ロータ軸線ＣＬに対して傾斜する平面である。別言すれば、端面Ｓａ及びＳｂは、軸線直交平面に対して傾斜している。端面Ｓａ、Ｓｂは平行である。一方、一群の磁石片５ａ−５ｃの並びの最外側の端面Ｓｔは、ロータ軸線ＣＬに対して直交する。この特徴により、本来は端部に配置すべき磁石片５ａあるいは５ｃを誤ってロータコア４の内部に入れてしまうと、隣接する磁石片の間に隙間が生じる。それゆえ、磁石片を挿入する作業者は、挿入順を間違えたことに直ちに気づくことができる。従って、実施例のモータ２は、ロータコア４の磁石挿入孔４ａへの挿入順番が予め定められている複数の磁石の挿入作業が容易となる。

磁石片５ａ−５ｃは、磁力特性が異なる。このことについて説明する。ロータコア４ではロータ軸線ＣＬに沿って端から端まで伸びる磁石５が周方向に等間隔に配置されている。モータ２は、各磁石片５ａ−５ｃの磁力特性をロータ軸線方向の位置に応じて変えることでモータの性能を高めている。図３を参照して磁石５（磁石片５ａ−５ｃ）の磁力特性を説明する。図３は、磁石５の縦断面図である。磁石５は、その外側で保磁力が高く、内側中心に向かうほど保磁力が低くなっている。図３において、濃いグレーが高保磁力領域Ｍａを示しており、薄いグレーが中保磁力領域Ｍｂを示しており、白抜きの領域が低保磁力領域Ｍｃを示している。磁石は、保磁力が高いほど、内部を通る磁束密度が低くなる。従って磁石５は、外側よりも内部の方が通過する磁束密度が高くなる。そのようなロータ軸線方向の位置に依存した磁力特性を有する磁石５をロータに採用することで、次に述べるように、モータのコストパフォーマンスが向上する。

図３に示すようにロータコアの端部に配置すべき磁石片５ａ、５ｃでは、ロータコア４の軸線ＣＬ方向の最外側に位置する端面Ｓｔはその全面が高保磁力領域Ｍａとなっているが、反対側では高保磁力領域Ｍａと中保磁力領域Ｍｂと低保磁力領域Ｍｃが混在している。従ってそのような磁石片５ａ、５ｃが本来の配置位置ではない位置に配置してしまうと、予定されたモータ性能が発揮できなくなる。前述したように、モータ２では、最外側の端面Ｓｔと、他の端面Ｓａ、Ｓｂとは非平行である。それゆえ、本来はロータコアの軸線ＣＬ方向の端部に位置すべき磁石片５ａ、５ｃが誤って軸線ＣＬの方向で内側に配置されると磁石片の間に隙間が生じ、磁石片を挿入する作業者は、挿入順を間違えたことに直ちに気づくことができる。なお、磁石片５ｂでは磁力特性が軸線ＣＬに沿って平行であり、１８０度回転させて配置されても磁力特性は同じである。それゆえ、磁石片５ｂの両端面Ｓａ及びＳｂは平行であってもよい。

ロータ軸線ＣＬに沿ってロータコア４の端から端まで伸びる磁石５では、磁石表層の保磁力は高いことが好ましいが、内部の保磁力はモータの性能にそれほど寄与しない。保磁力を高めるには磁石に含まれるＤｙ（ジスプロシウム）やＴｂ（テルビウム）の含有量を大きくするのがよいが、それらの物質はコストが高い。そこで、磁石内部の保磁力を下げることで、磁石５の内部にてＤｙやＴｂの含有量を少なくし、モータのコストパフォーマンスを高めることができる。図３に示すような保磁力が内部ほど低くなる磁石は、粒界拡散と呼ばれる方法で製造することができる。

（第２実施例）次に、図４、図５を参照して第２実施例のモータ５２を説明する。モータ５２の側面図と横断面図は、図１に示したモータ２と同じであるので説明は省略する。図４は、モータ５２のロータ５３の縦断面図であり、図５は、ロータ５３に挿入される磁石５５の縦断面図である。図４、図５に示すように、磁石５５は、４個の磁石片５５ａ−５５ｄに分割されている。複数の磁石片５５ａ−５５ｄは、夫々磁力特性が異なる。図４では、磁力特性の相違をハッチングの相違で表している。

磁石片５５ａ−５５ｄは、ロータ軸線ＣＬに沿って伸びる磁石挿入孔４ａに一列に配置されている。隣接する一対の磁石片は、平行な端面同士で対向しており、複数の磁石片５５ａ−５５ｄは、隙間なく並べられている。隣接する磁石が互いに向かい合っている端面を以下では対向面と称する。隣接するいずれの一対の磁石の対向面も、別の隣接する一対の磁石の対向面とは形状が異なっている。さらに、いずれの対向面も、磁石５５の端面Ｓｔとも非平行であり、形状が異なっている。ここで、形状とは、三次元的な形状であり、より厳密に定義すれば、例えばロータ軸線ＣＬに直交する平面（軸線直交平面）を基準として、その軸線直交平面に対する相対的な傾きあるいは湾曲形状が全ての対向面で異なっている、ということである。別言すれば、いずれの一対の磁石の対向面、及び端面Ｓｔは、他の隣接する一対の磁石の対向面とは非平行である。

図５を参照して対向面の相違の例を説明する。一対の磁石片５５ａと５５ｂの対向面Ｓａは、ロータ軸線ＣＬに対して傾斜する平面である。別言すれば、対向面Ｓａは、軸線ＣＬに直交する平面に対して傾斜している。なお、「対向面」は、隣接する一方の磁石の面と、その面に対向する他方の磁石の面の双方を含むものであり、厳密には「一対の対向面」と称するのが適当であるが、本明細書では、「一対の対向面」を単純に「対向面」と称する。図４及び図５の符号Ｓａ（及び、符号Ｓｂ、Ｓｃ）は、その一対の対向面を指す。別の一対の磁石片である磁石片５５ｂと５５ｃの対向面Ｓｂは、ロータ軸線ＣＬに対して傾斜する平面であって傾斜角度が対向面Ｓａと異なる。さらに別の一対の磁石片である磁石片５５ｃと５５ｄの対向面Ｓｃは、磁石片５５ｄ側に凸となる湾曲面である。このようにいずれの対向する一対の磁石の対向面も他の隣接する一対の磁石の対向面とは形状（傾きや湾曲形状）が異なっている。さらに、いずれの対向面も、磁石５５の軸線ＣＬ方向の最外側端面Ｓｔとも形状が異なっている。この特徴により、複数の磁石片５５ａ−５５ｄを磁石挿入孔４ａに入れる順番を誤ると、隣接する磁石片の一対の対向面が平行とならず、隙間が生じる。それゆえ、磁石片を挿入する作業者は、挿入順を間違えたことに直ちに気づくことができる。従って、第２実施例のモータ５２は、ロータコア４の磁石挿入孔４ａへの挿入順番が予め定められている複数の磁石の挿入作業が容易となる。

図５に示すように、４つの磁石片５５ａ−５５ｄで構成されている磁石５５は、部位に応じて磁力特性が異なる。ただし、４つの磁石片のうち、内側の磁石片５５ｂ、５５ｃの磁力特性は、軸線ＣＬに直交する方向では部位に応じて異なるが、軸線ＣＬに沿った方向では均一である。それゆえ、磁石片５５ｂ、５５ｃは、配置を入れ替えても磁石全体の磁力特性は同じである。本実施例のように、全ての対向面の形状が異なる場合、一つでも磁石挿入孔への挿入順序を間違えると全ての磁石片が磁石挿入孔に収まらず、順序を間違えたことが直ちに発見される。従って、図５に示すよりも複雑な磁力特性を有する場合も本実施例の技術は有効である。

なお、仮に、全ての磁石片の形状が同一であり、磁石片の挿入順を間違えて挿入してしまった場合、次の不具合が生じる。図１（Ｂ）に示したように、ロータコア４には、ロータ軸線ＣＬの回りに複数の磁石５が配置される。この複数の磁石５の中に、磁石片の挿入順を誤った磁石が混在すると、ロータコア４の周方向の磁力特性にアンバランスが生じる。ロータコア４の磁力特性のアンバランスは、ロータコア４の回転のアンバランスを生じるので好ましくない。

実施例で説明したモータに関する留意点を述べる。ロータコア４の軸線ＣＬ方向の一方の端から他方の端に達する磁石５、５５は、別言すれば、複数の磁石片に分割される。分割数は、いくつでもよい。ただし、本明細書が開示する技術は、一列に並ぶ磁石片の並び順を間違えないようにする技術であるから、３個以上に分割した磁石片を用いるモータに適している。

図３、図５に示した位置依存の磁力特性は一例である。本明細書が開示する技術は、一つには、ロータコア内に軸線ＣＬに沿って一列に並んで配置される複数の磁石片において本来ロータコアの軸線方向の端部に配置すべき磁石片の配置位置を間違えないようにする技術である。本明細書は、上記の技術をさらに改良した技術も開示する。その技術は、ロータコア内に軸線ＣＬに沿って一列に並んで配置される複数の磁石片の並び順を間違えないようにする技術である。その場合、ロータ軸線方向の磁石片の位置依存性はどのようなものであってもよい。例えば、一列に並べられる一連の磁石片は、ロータコアの軸線方向の端に位置する磁石片が軸線方向の中心に位置する磁石片よりも磁性が強い、という位置依存性を有していてもよい。

なお、４個以上の複数の磁石において、夫々の磁石の挿入順が予め決まっている場合には、その複数の磁石は、磁石挿入孔の内部にて隣接する一対の磁石の対向面が平行であるとともに、その一対の磁石の対向面が、他の一対の磁石の対向面及び最外側端面（磁石挿入孔に挿入されたときに本来軸線方向の最外側に位置する端面）とは非平行であるとよい。別言すれば、いずれの二対の磁石を選択しても、一対の磁石の対向面と他の一対の磁石の対向面が非平行であるとよい。この場合、４個以上の複数の磁石を順番を誤って磁石挿入孔に挿入すると、隣接する磁石の対向面同士が異なる角度で対向することになり、磁石の間に隙間ができ、全ての磁石が正しく収まらない。従って組み立て作業者は磁石の挿入順を間違えたことに直ちに気づくことができる。

一対の磁石において対向する面は２面あるので、厳密に表現すれば、一対の磁石の一対の対向面が平行である、ということになる。本明細書では、表現を簡単にして理解を助けるため、一対の対向面の「一対」は省略して表現する。また、隣接する一対の磁石の対向面（一対の対向面）は平行である必要があるが、平面である必要はなく、湾曲していてもよい。本明細書が開示するモータの磁石は、数学的に表現すると次の通りである。各隣接する一対の磁石の（一対の）対向面が平行であるとともに、全ての隣接する一対の磁石の（一対の）対向面は、その三次元形状が異なる。

第２実施例の技術によれば、保磁力の異なる複数の磁石をロータの一つの磁石挿入孔に配置したモータに関し、保磁力の異なる複数の磁石の挿入順を誤ることを簡単に防止することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２、５２：モータ
３、５３：ロータ
４：ロータコア
４ａ：磁石挿入孔
５、５５：磁石
５ａ、５ｂ、５ｃ、５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄ：磁石片
１２：シャフト
１３：ナット
１４：エンドプレート
ＣＬ：ロータ軸線
Ｍａ：高保磁力領域
Ｍｂ：中保磁力領域
Ｍｃ：低保磁力領域
Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ：対向面（端面）
Ｓｔ：最外側端面

Claims (1)

1. ロータ軸線方向に伸びる磁石挿入孔を有するロータと、
   前記磁石挿入孔に前記ロータ軸線方向に並んで挿入される磁力特性の異なる３個以上の複数の磁石と、を備えており、
   前記複数の磁石は、ロータ軸線方向の最外側端面と、前記最外側端面以外のロータ軸線方向の他の端面が非平行であることを特徴とする回転電機。