JP2015139255A

JP2015139255A - ロータ

Info

Publication number: JP2015139255A
Application number: JP2014008644A
Authority: JP
Inventors: 圭祐伊藤; Keisuke Ito
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-01-21
Filing date: 2014-01-21
Publication date: 2015-07-30

Abstract

【課題】磁石の熱膨張による応力および遠心力による応力に対する強度確保が容易になるロータを提供する。
【解決手段】ロータ１０は、各磁極２０となる位置に一対の磁石挿入孔１８を有するロータコア１２と、一対の磁石挿入孔１８内に樹脂モールドによって固定され、内周側へ凸状に略Ｖ字型をなして配置される一対の磁石１４とを備える。各磁石挿入孔１８の縁部には磁石１４の長辺方向の位置決めを行う磁石位置決め部２４が形成されている。磁石位置決め部２４は磁石１４の長辺方向の両端側であって、かつ、ロータコア１２の外周側にそれぞれ設けられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、回転電機に用いられるロータに係り、特に、各磁極に一対の磁石が略Ｖ字型に埋設されたロータに関する。

従来、例えば特許文献１（図５を参照）には、ロータコアに形成された磁石挿入孔内に一対の磁石が略Ｖ字型に配置されて磁極を構成するロータが記載されている。

国際公開第９７／０３１４２２号

上記特許文献１に記載されるように一対の磁石を磁石挿入孔内に略Ｖ字型に配置して構成されるロータでは、磁石挿入後に磁石挿入孔内に樹脂モールド成形して磁石をロータコアに固定することがある。この場合、磁石挿入孔内に充填される樹脂モールドによって磁石の周方向位置が移動しないように位置決めする磁石位置決め部を磁石挿入孔の縁部に形成することができる。

このように磁石位置決め部によって周方向位置が決められた磁石を含むロータがステータと組み合わされて回転電機として車両等に搭載されて回転駆動されるとき、ロータ温度が上昇することによって磁石が熱膨張する。この熱膨張によって磁石が磁石位置決め部を介してロータコアに応力を作用させることになる。

その場合、一対の磁石挿入孔間に形成される細幅の中央ブリッジ部、および、ロータコア外周面と磁石挿入孔間に形成される細幅の外周ブリッジ部に作用する応力が特に大きくなる。これらのブリッジ部にはロータ回転時に発生する遠心力による応力も作用する。したがって、磁石の熱膨張による応力と遠心力による応力の両方を考慮してロータコアの強度を確保しようとするとブリッジ部の幅を広く確保しなければならず、ロータの設計自由度が低下する。

本発明の目的は、耐遠心力強度を確保するのが容易となるロータを提供することである。

本発明に係るロータは、各磁極となる位置に一対の磁石挿入孔を有するロータコアと、前記一対の磁石挿入孔内に樹脂モールドによって固定され、内周側へ凸状に略Ｖ字型をなして配置される一対の磁石と、を備えるロータであって、前記各磁石挿入孔の縁部には前記磁石の長辺方向の位置決めを行う磁石位置決め部が形成されており、前記磁石位置決め部は前記磁石の長辺方向の両端側であって、かつ、前記ロータコアの外周側にそれぞれ設けられているものである。

本発明に係るロータによれば、磁石挿入孔内の磁石位置決め部が磁石の長辺方向の両端側であって、かつ、ロータコアの外周側にそれぞれ設けられているため、磁石の熱膨張によって磁石位置決め部を介してロータコアのブリッジ部に作用する力が、ロータ回転時の遠心力によって作用する力と反対方向の成分を有することとなり、両方の力が相殺されることになる。したがって、ロータコアのブリッジ部における強度確保が容易になり、ロータの設計自由度が大きくなる。

本実施形態のロータを示す斜視図である。ロータの１つの磁極を示す拡大断面図である。ロータ回転時に作用する力の方向を示す、図２と同様の図である。

以下に、本発明に係る実施形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。また、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて用いることは当初から想定されている。

図１は、本実施形態のロータ１０を示す斜視図である。ロータ１０は、磁性材料からなる略円筒状のロータコア１２と、ロータコア１２内に埋設された磁石１４とを備える。ロータコア１２の中心には、ロータシャフト１６が貫通して固定されている。

ロータコア１２は、例えば電磁鋼板を円環状に打ち抜き加工したものを多数枚積層して、かしめ、溶接等によって一体に連結されている。また、ロータコア１２は、ロータシャフト１６の外周上に焼嵌め、圧入、かしめ部材、ナット締め等によって固定することができる。

ロータ１０は、ロータコア１２の周方向に複数の磁極２０を等ピッチに有している。各磁極２０には、一対の磁石１４が内周側へ凸状に略Ｖ字型をなして配置されている。ロータコア１２には、磁極２０に対応する位置に一対の磁石挿入孔１８，１８が形成されている。磁石挿入孔１８は、ロータコア１２を軸方向に貫通して形成されている。磁石１４は、磁石挿入孔１８内に軸方向から挿入されて、後述するように樹脂モールドによって固定されている。

図２は、ロータ１０を軸方向と直交する方向に切断したときの１つの磁極２０を示す拡大断面図である。図２に示すように、磁石１４は、それぞれ２つの長辺側面および短辺側面を含む扁平長方形状の断面（および軸方向端面）を有する板状に形成されている。以下において、磁石１４の長辺側面に沿う方向を長辺方向といい、このことはほぼ相似形状の磁石挿入孔についても同様である。

上述したように磁極２０に含まれる一対の磁石１４は略Ｖ字型に配置されている。具体的には、一対の磁石１４は、磁極２０の周方向中央側の各端部がロータコア１２の径方向内側（外周面１３から遠い側であって図２中の下側に相当）に位置し、磁極２０の周方向両側の各端部がロータコア１２の径方向外側（外周面１３に近い側であって図２中の上側に相当）に位置する。

磁石挿入孔１８は、磁石１４よりも少し大きい形状に形成されている。また、磁石挿入孔１８の長辺方向の両端部には、ポケット部１８ａ，１８ｂがそれぞれ拡張して形成されている。これらのポケット部１８ａ，１８ｂ、および、磁石１４と磁石挿入孔１８の内壁面との間には樹脂モールドが充填されている。これにより、磁石１４は、磁石挿入孔１８内に、すなわちロータコア１２内に固定されている。

一対の磁石挿入孔１８の間には、細幅のコア部分である中央ブリッジ部１９ａが形成されている。また、磁極２０の周方向両側において、ロータコア１２の外周面１３と磁石挿入孔１８との間には、細幅のコア部分である外周ブリッジ部１９ｂが形成されている。

これらのブリッジ部１９ａ，１９ｂは、ロータ１０がステータ（図示せず）に組み込まれて回転電機として車両等に搭載されて回転駆動されるとき、ロータに発生する遠心力によって応力が特に大きくなる部分である。したがって、ロータ回転時の遠心力に耐え得るように、両方のブリッジ部１９ａ，１９ｂの強度を確保しておく必要がある。そのためには、ブリッジ部１９ａ，１９ｂの幅を広く形成するのが有効である。

しかしながら、ブリッジ部１９ａ，１９ｂの幅を広くすると、磁石１４の長辺方向両端部における短絡磁束が増加し、回転電機の損失が大きくなる。したがって、ロータコア１２のブリッジ部１９ａ，１９ｂについては、耐遠心力強度と回転電機の損失抑制の両方を考慮して設計を行うことが重要である。

図２に示すように、磁石挿入孔１８の縁部には、磁石位置決め部２４が形成されている。磁石位置決め部２４は、磁石挿入孔１８の長辺方向の両端側であって、かつ、ロータコア１２の外周側にそれぞれ設けられている。磁石位置決め部２４は、磁石挿入孔１８の縁部から例えば略三角状に突出した突出部として形成されている。これにより磁石１４は、４つの角部のうち外周側に位置する２つの角部の短辺側面上に磁石位置決め部２４が当接することによって長辺方向に位置決めされる。したがって、磁石挿入孔１８内に樹脂モールド２２を充填する際に、磁石１４が長辺方向に移動するのが防止される。

続いて、図３を参照して本実施形態のロータ１０における作用について説明する。図３はロータ１０の回転時に作用する力の方向を示す、図２と同様の図である。

ロータ１０が回転電機に組み込まれて回転駆動されるとき、ロータ１０に発生する遠心力によって、図３中の白抜き矢印で示すように、ロータコア１２の中央ブリッジ部１９ａには径方向外側へ向かう力が作用し、外周ブリッジ部１９ｂには磁極２０の周方向中央側へ向かう力が作用する。

また、回転電機内でロータ１０が回転駆動されるとき、ロータ温度が上昇して磁石１４が熱膨張する。この傾向は、回転電機が高負荷運転されるときに特に顕著となる。このように磁石１４が熱膨張すると、図３中の黒矢印で示すように、磁石１４から磁石位置決め部２４を介してブリッジ部１９ａ，１９ｂを長辺方向に押す力が作用することになる。

より詳細には、中央ブリッジ部１９ａについて見ると、熱膨張によって磁石１４から加わる力は径方向内側への成分を有し、この力成分が径方向外側へ向かう遠心力に対して反対方向となるため遠心力がその分だけ相殺されることになる。また、外周ブリッジ部１９ｂについて見ると、熱膨張によって磁石１４から加わる力は磁極２０から周方向外側へ向かう方向の力成分を有する。この力成分は、遠心力によって磁極２０の周方向中央側へ向か力と反対方向となるため、遠心力がその分だけ相殺されることになる。これらのことから、各ブリッジ部１９ａ，１９ｂにおける耐遠心力強度の確保が容易となる。

このように本実施形態のロータ１０によれば、磁石挿入孔１８内の磁石位置決め部２４が磁石１４の長辺方向の両端側であって、かつ、ロータコア１２の外周側にそれぞれ設けられているため、磁石１４の熱膨張によって磁石位置決め部２４を介してロータコア１２のブリッジ部１９ａ，１９ｂに作用する力が、ロータ回転時の遠心力によって作用する力と反対方向の成分を有することとなり、両方の力が相殺されることになる。したがって、特にロータコア１２のブリッジ部１９ａ，１９ｂにおける強度確保が容易になり、ロータ１０の設計自由度が大きくなる。

また、ロータコア１２のブリッジ部１９ａ，１９ｂの耐遠心力強度を確保し易くなるため、その分、ブリッジ部１９ａ，１９ｂを細く形成することができ、その結果、短絡磁束を抑制して回転電機の効率を向上させることができる。

なお、本発明は、上述した実施形態の構成に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項およびその均等な範囲内で種々の変更や改良が可能であることは勿論である。

１０ロータ、１２ロータコア、１３外周面、１４磁石、１６ロータシャフト、１８磁石挿入孔、１８ａ，１８ｂポケット部、１９ａ中央ブリッジ部、１９ｂ外周ブリッジ部、２０磁極、２２樹脂モールド、２４磁石位置決め部。

Claims

各磁極となる位置に一対の磁石挿入孔を有するロータコアと、
前記一対の磁石挿入孔内に樹脂モールドによって固定され、内周側へ凸状に略Ｖ字型をなして配置される一対の磁石と、を備えるロータであって、
前記各磁石挿入孔の縁部には前記磁石の長辺方向の位置決めを行う磁石位置決め部が形成されており、前記磁石位置決め部は前記磁石の長辺方向の両端側であって、かつ、前記ロータコアの外周側にそれぞれ設けられている、ロータ。