JP2015149791A

JP2015149791A - 回転電機のロータ

Info

Publication number: JP2015149791A
Application number: JP2014019637A
Authority: JP
Inventors: 宜史野沢; Yoshifumi Nozawa; 圭祐伊藤; Keisuke Ito
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-02-04
Filing date: 2014-02-04
Publication date: 2015-08-20

Abstract

【課題】ロータコアでの磁束の流れが阻害されるのを抑えつつ、モールド材で磁石を固定する際にロータコアに発生する応力を緩和する。【解決手段】ロータコア２１における磁石挿入孔２３−１の内壁面には、永久磁石２２−１の内周側磁極面２２−１ｂとの対向面２３−１ｂより磁石挿入孔２３−１のｑ軸側端部へ突出する位置決め突部３１−１が、モールド樹脂２４で固定される永久磁石２２−１のｑ軸側端面２２−１ｃに近接して形成されている。位置決め突部３１−１には応力吸収用空隙部３２−１が形成されていることで、位置決め突部３１−１が永久磁石２２−１により押圧されることで発生する応力を分散させて緩和することができる。【選択図】図２

Description

本発明は、回転電機のロータに関し、特に、ロータコアの磁石挿入孔に挿入された磁石をモールド材で固定するロータに関する。

下記特許文献１の回転電機のロータでは、ロータコアの磁石挿入孔に磁石が挿入されて固定されており、磁石の主平面と平行に働く応力を吸収するためのスリット（空隙）をロータコアに設けている。

特開２００７−８９２９１号公報

ロータコアの磁石挿入孔に磁石が挿入された構造では、磁石の飛散防止のためにモールド材を磁石挿入孔に充填して磁石を固定することが望ましい。ただし、モールド材で磁石を固定する際の温度変化によって、磁石・ロータコア・モールド材の熱膨張率の違いによる熱応力がロータコアに発生する。特許文献１では、ロータコアに応力を吸収するためのスリットを形成してロータコアの変形を抑制しているものの、スリットがｑ軸上に存在するため、ｑ軸磁路での磁束の流れがスリットによって阻害されることになる。

本発明は、ロータコアでの磁束の流れが阻害されるのを抑えつつ、モールド材で磁石を固定する際にロータコアに発生する応力を緩和することを目的とする。

本発明に係る回転電機のロータは、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明に係る回転電機のロータは、磁石挿入孔が形成されたロータコアと、磁石挿入孔に充填されたモールド材によって磁石挿入孔に固定された磁石と、を備える回転電機のロータであって、ロータコアには、磁石挿入孔の端部へ突出して磁石端面を位置決めする位置決め突部が形成され、さらに、位置決め突部には、モールド材固化時の応力吸収用空隙部が形成されていることを要旨とする。

本発明によれば、磁石端面を位置決めする位置決め突部に応力吸収用空隙部が形成されていることで、ロータコアでの磁束の流れが阻害されるのを抑えつつ、モールド材で磁石を固定する際にロータコアに発生する応力を緩和することができる。

本発明の実施形態に係る回転電機のロータ２０の回転軸に沿った方向から見た概略構成を示す図である。図１のＡ部の拡大図である。図１のＢ部の拡大図である。ロータコア２１の構成例を示す図である。ロータコア２１の構成例を示す図である。位置決め突部３１−１に応力吸収用空隙部３２−１が形成されていない場合におけるロータ２０の応力分布の一例を示す図である。本発明の実施形態に係るロータ２０の応力分布の一例を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。

図１〜５は、本発明の実施形態に係る回転電機のロータ２０の概略構成を示す図である。図１はロータ回転軸に沿った方向から見た図を示し、図２は図１のＡ部を拡大した図を示し、図３は図１のＢ部を拡大した図を示し、図４，５はロータコア２１の構成例（図１のＡ，Ｂ部に相当する部分を拡大した図）を示す。図１では、ロータ周方向に関してロータ２０の構成の一部を図示しているが、図示を省略している残りの部分の構成は、図示している部分と同様の構成である。

ロータ２０は、径方向においてステータと所定の微小空隙を空けて対向配置され、ステータの内周側に配置される。ロータ２０は、ロータコア２１と、ロータコア２１に配設された複数の永久磁石２２とを含む。ロータコア２１の外周部には、複数の磁石挿入孔２３がロータ周方向に互いに間隔をおいて（等間隔で）形成されている。各磁石挿入孔２３はロータ回転軸方向に沿ってロータコア２１内を延びており、各永久磁石２２は各磁石挿入孔２３に挿入されることでロータコア２１内に埋設される。さらに、ロータ回転時における各永久磁石２２の外れ防止のために、モールド樹脂（モールド材）２４が各磁石挿入孔２３（例えば永久磁石２２が届かないロータ周方向端部）に充填されることで、各永久磁石２２がロータコア２１に固定される。モールド樹脂２４としては、例えば熱硬化性樹脂を用いることが可能である。図１に示す例では、磁石挿入孔２３が一対でＶ字状に形成され、各一対のＶ字状の永久磁石２２により磁極が構成されるが、必ずしも永久磁石２２（磁石挿入孔２３）をＶ字形に配置する必要はない。ロータ周方向に隣接するＶ字状の永久磁石２２においては、磁極の方向が互いに逆方向である。図１に示すように、ロータ２０において、磁極のロータ周方向中央位置（Ｖ字の谷位置）を通る磁石磁束の方向をｄ軸（磁束軸）とし、ロータ周方向に隣接する磁極間の位置（ｄ軸と電気角で９０°ずれた位置）をｑ軸（トルク軸）とする。以下の説明において、磁極を構成する一対の永久磁石２２を区別する必要があるときは、以降２２−１，２２−２の符号を用いて説明し、一対の磁石挿入孔２３を区別する必要があるときは、以降２３−１，２３−２の符号を用いて説明する。

図２，４に示すように、ロータコア２１における磁石挿入孔２３−１の内壁面は、永久磁石２２−１の外周側磁極面（ステータ側の磁極面）２２−１ａと対向する面である対向面２３−１ａと、永久磁石２２−１の内周側磁極面（ステータと反対側の磁極面）２２−１ｂと対向する面である対向面２３−１ｂとを含む。ロータコア２１における磁石挿入孔２３−１の内壁面には、内周側磁極面２２−１ｂとの対向面２３−１ｂより磁石挿入孔２３−１の一端部（ｑ軸側端部）へ突出する位置決め突部３１−１が、永久磁石２２−１の磁化方向及びロータ回転軸と垂直方向（以下第１幅方向とする）における一端部（ｑ軸側端部）に形成されている。第１幅方向は、永久磁石２２−１の磁極面２２−１ａ，２２−１ｂと平行で且つロータ回転軸と垂直な方向となる。位置決め突部３１−１は、ロータ回転軸方向に沿って延びており、第１幅方向における永久磁石２２−１の一端面（ｑ軸側端面）２２−１ｃに近接して形成されている。位置決め突部３１−１により永久磁石２２−１のｑ軸側端面２２−１ｃを位置決めすることで、磁石挿入孔２３−１に挿入された永久磁石２２−１の第１幅方向における位置決めが行われる。

同様に、図３，５に示すように、ロータコア２１における磁石挿入孔２３−２の内壁面は、永久磁石２２−２の外周側磁極面２２−２ａと対向する面である対向面２３−２ａと、永久磁石２２−２の内周側磁極面２２−２ｂと対向する面である対向面２３−２ｂとを含む。ロータコア２１における磁石挿入孔２３−２の内壁面には、内周側磁極面２２−２ｂとの対向面２３−２ｂより磁石挿入孔２３−２のｑ軸側端部へ突出する位置決め突部３１−２が、永久磁石２２−２の磁化方向及びロータ回転軸と垂直方向（以下第２幅方向とする）におけるｑ軸側端部に形成されている。第２幅方向は、永久磁石２２−２の磁極面２２−２ａ，２２−２ｂと平行で且つロータ回転軸と垂直な方向となる。位置決め突部３１−２は、ロータ回転軸方向に沿って延びており、第２幅方向における永久磁石２２−２のｑ軸側端面２２−２ｃに近接して形成されている。位置決め突部３１−２により永久磁石２２−２のｑ軸側端面２２−２ｃを位置決めすることで、磁石挿入孔２３−２に挿入された永久磁石２２−２の第２幅方向における位置決めが行われる。

本実施形態では、図２，４に示すように位置決め突部３１−１に応力吸収用空隙部（スリット）３２−１が形成され、図３，５に示すように位置決め突部３１−２に応力吸収用空隙部（スリット）３２−２が形成されている。応力吸収用空隙部３２−１，３２−２は、磁石挿入孔２３−１，２３−２とは別に設けられ、ロータ回転軸方向に沿って延びている。応力吸収用空隙部３２−１，３２−２にはモールド樹脂２４は充填されない。図２〜５の例では、ロータ回転軸と直交する面内における応力吸収用空隙部３２−１，３２−２の形状が長方形状（スリット形状）であり、応力吸収用空隙部３２−１は、長方形の長手方向が第１幅方向と平行になるよう位置決め突部３１−１の先端部に形成され、応力吸収用空隙部３２−２は、長方形の長手方向が第２幅方向と平行になるよう位置決め突部３１−２の先端部に形成されている。ただし、応力吸収用空隙部３２−１，３２−２の形状は、例えば正方形状等、長方形状（スリット形状）以外の形状であってもよいし、さらに、四角形状以外の形状であってもよい。

磁石挿入孔２３にモールド樹脂２４を充填して磁石挿入孔２３内の永久磁石２２を固定する際には、加熱によりモールド樹脂２４を高温で熱硬化させるが、樹脂成形後に常温まで冷却すると、永久磁石２２・ロータコア２１・モールド樹脂２４の線膨張率の違いによる熱応力が発生する。その際には、常温への冷却によりロータコア２１が収縮し、図２の矢印Ｃに示すように永久磁石２２−１が第１幅方向に位置決め突部３１−１を押圧することで、ロータコア２１に応力が発生する。位置決め突部３１−１に応力吸収用空隙部３２−１が形成されていない場合は、図６のロータコア２１の応力分布に示すように、特に位置決め突部３１−１の根元部分３１−１ａに大きな応力が集中しやすくなる。

これに対して本実施形態では、モールド樹脂固化時の応力吸収用空隙部３２−１を位置決め突部３１−１に形成することで、位置決め突部３１−１が永久磁石２２−１により押圧されることで発生する応力を応力吸収用空隙部３２−１側にも負担させて分散することができ、図７のロータコア２１の応力分布に示すように、位置決め突部３１−１の根元部分３１−１ａに集中する大きな応力を緩和することができる。同様に、モールド樹脂固化時の応力吸収用空隙部３２−２を位置決め突部３１−２に形成することで、位置決め突部３１−２が永久磁石２２−２により押圧されることで位置決め突部３１−２の根元部分に集中する大きな応力を緩和することができる。その結果、モールド樹脂２４で永久磁石２２を固定する際にロータコア２１に発生する熱応力の最大値を減少させることができ、熱応力に対するロータ強度を確保することができる。その際に、応力吸収用空隙部３２−１，３２−２はトルクに寄与する磁路（ｄ軸、ｑ軸）には設けられていないため、ロータコア２１での磁束の流れが阻害されるのを抑え、トルクの低下を抑えることができる。また、磁石挿入孔２３を複雑な形状とする必要がないため、モールド樹脂２４内のボイド（気泡）の発生を抑えることができる。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

２０ロータ、２１ロータコア、２２永久磁石、２３磁石挿入孔、２４モールド樹脂、３１−１，３１−２位置決め突部、３２−１，３２−２応力吸収用空隙部。

Claims

磁石挿入孔が形成されたロータコアと、
磁石挿入孔に充填されたモールド材によって磁石挿入孔に固定された磁石と、
を備える回転電機のロータであって、
ロータコアには、磁石挿入孔の端部へ突出して磁石端面を位置決めする位置決め突部が形成され、
さらに、位置決め突部には、モールド材固化時の応力吸収用空隙部が形成されている、回転電機のロータ。