JP2016201936A - 回転電機のロータ - Google Patents

Abstract

【課題】磁石挿入孔内に永久磁石を容易且つ確実に固定するとともに、前記永久磁石が傾くことを可及的に抑制することを可能にする。
【解決手段】ロータ１０を構成する第２磁石挿入孔３８には、永久磁石４２の周囲に位置し、第１空間部６４ａ及び第２空間部６４ｂが形成される。第２磁石挿入孔３８には、注入部６８と第１空間部６４ａとを連通させる第１連通部７０ａと、前記注入部６８と第２空間部６４ｂとを連通させる第２連通部７０ｂとが設けられる。そして、第１連通部７０ａと第２連通部７０ｂとは、同一の長さに構成される。
【選択図】図３

Description

本発明は、複数の磁石挿入孔に、それぞれ長方形状の永久磁石が固定部材により固定されたロータコアを備える回転電機のロータに関する。

一般的に、回転電機では、円環状に配置されたステータの内周側に、複数の永久磁石を有するロータが設けられており、前記ステータに巻回された巻線に通電することにより、前記ロータが回転されるように構成されている。

ロータは、通常、複数の磁石挿入孔に、それぞれ永久磁石が樹脂材により固定されたロータコアを備えている。そして、永久磁石は、磁石挿入孔を形成する内壁面の外周側の面又は内周側の面に寄せて、樹脂材により固定されている。

上記の構成では、永久磁石が磁石挿入孔内で傾いて固定される場合がある。この状態では、所望の出力を得ることができず、モータの効率が低下するという問題がある。そこで、例えば、特許文献１に開示されている積層鉄心の製造方法が知られている。

この製造方法では、磁石挿入孔に注入された樹脂が、前記磁石挿入孔の永久磁石を寄せる側の面と反対側の面に設けられた樹脂溜り部に多く流れ込むことによって、前記永久磁石が寄せる側の面に押し付けられて固定されている。さらに、磁石保持部によって永久磁石が垂直に保持されるため、永久磁石が傾くことなく固定されている、としている。

また、特許文献２には、隣接する磁石間の磁束の短絡を抑制しつつ高出力化を実現するための回転電機が開示されている。この回転電機では、ロータの外周部近傍に、第１収納孔と一対の第２収納孔とが設けられている。第１収納孔と第２収納孔との間には、第１リブが形成される一方、前記第２収納孔とロータの外周面との間には、一対の第２リブが形成されている。そして、第１リブと磁石との間に設けられる第１の空間の面積が、第２リブと前記磁石との間に設けられる第２の空間の面積に対して大きく形成されている。

特開２０１３−２５１９３０号公報 特開２０１４−１６５９３８号公報

上記の特許文献１では、磁石挿入孔の中央位置に、樹脂を注入するための注入孔が設けられている。従って、特許文献１に開示された技術を、特許文献２の第２収納孔に採用し、前記第２収納孔の中央位置に注入孔を設けることが考えられる。

しかしながら、磁石の両端には、それぞれ形状や開口面積が異なる第１の空間及び第２の空間が設けられており、注入孔から注入される樹脂が偏って流入するおそれがある。これにより、磁石挿入孔内では、磁石が傾いて固定され易く、所望の出力を得ることができず、回転電機の効率が低下するという問題がある。

本発明は、この種の課題を解決するものであり、磁石挿入孔内に永久磁石を容易且つ確実に固定するとともに、前記永久磁石が傾くことを可及的に抑制することが可能な回転電機のロータを提供することを目的とする。

本発明は、複数の磁石挿入孔に、それぞれ長方形状の永久磁石が固定部材により固定されたロータコアを備える回転電機のロータに関するものである。磁石挿入孔には、永久磁石の周囲に位置し、該永久磁石の長手方向両端と前記磁石挿入孔を形成する内壁面との間に、第１空間部及び第２空間部が形成されている。

内壁面と永久磁石の一方の長辺との間には、固定部材が注入される注入部と、前記注入部と第１空間部とを連通させる第１連通部と、前記注入部と第２空間部とを連通させる第２連通部と、が設けられている。そして、第１連通部と第２連通部とは、同一の長さに構成されている。

また、本発明のロータでは、注入部は、第１連通部を介して第１空間部に流入する固定部材の流量と、第２連通部を介して第２空間部に流入する前記固定部材の流量とが、同一になる位置に形成されている。

さらに、このロータでは、注入部は、磁石挿入孔の、ロータコアの径方向外方側に設けられることが好ましい。

さらにまた、磁石挿入孔は、第１空間部から注入部に向かうに従って永久磁石の短手方向に開口幅を絞る第１絞り部と、第２空間部から前記注入部に向かうに従って前記永久磁石の短手方向に開口幅を絞る第２絞り部と、を設けることが好ましい。その際、第１絞り部は、第１連通部に連なる一方、第２絞り部は、第２連通部に連なることが好ましい。

本発明では、注入部と第１空間部とを連通させる第１連通部と、前記注入部と第２空間部とを連通させる第２連通部とは、同一の長さに構成されている。このため、注入部に注入された固定部材は、第１連通部及び第２連通部を流通して第１空間部及び第２空間部に均一に導入されている。

従って、第１空間部又は第２空間部に固定部材が優先的に流れることを阻止することができ、前記固定部材の偏った流動を抑制して永久磁石が傾くことを阻止している。これにより、磁石挿入孔内に永久磁石を容易且つ確実に固定するとともに、前記永久磁石が傾くことを可及的に抑制することが可能になる。

また、本発明では、注入部は、第１連通部を介して第１空間部に流入する固定部材の流量と、第２連通部を介して第２空間部に流入する前記固定部材の流量とが、同一になる位置に形成されている。このため、注入部に注入された固定部材は、第１連通部及び第２連通部を流通して第１空間部及び第２空間部に同一の流量で導入されている。

従って、第１空間部又は第２空間部に固定部材が優先的に流れることを阻止することができ、前記固定部材の偏った流動を抑制して永久磁石が傾くことを阻止している。これにより、磁石挿入孔内に永久磁石を容易且つ確実に固定するとともに、前記永久磁石が傾くことを可及的に抑制することが可能になる。

本発明の実施形態に係るロータが適用される回転電機の概略正面説明図である。 前記ロータの正面説明図である。 前記ロータを構成するロータコアの要部拡大正面図である。 前記ロータコアを構成する第２磁石挿入孔に固定部材が充填される際の動作説明図である。 比較例の第２磁石挿入孔に前記固定部材が充填される際の動作説明図である。

図１には、本発明の実施形態に係るロータ１０が適用される回転電機１２の概略構成が示される。回転電機１２は、例えば、３相交流式のブラシレスモータである。

回転電機１２は、円環状のステータ１４を備え、前記ステータ１４の中央部にロータ１０が回転自在に挿通される。ステータ１４の外周部には、円環状のハウジング１６が設けられる。回転電機１２では、Ｕ相端子１８、Ｖ相端子２０及びＷ相端子２２のそれぞれを介して図示しない電力源から供給される電力に基づき、ロータ１０が回転駆動される。

ステータ１４は、例えば、複数枚の鋼板が軸方向に積層され、且つ、周方向（矢印Ａ方向）に分割された分割コアを有する。ステータ１４は、円環状に形成されたステータコア２４と、前記ステータコア２４に設けられたスロット（図示せず）に装着される複数の導電体２６とから構成される。導電体２６は、Ｕ相端子１８、Ｖ相端子２０及びＷ相端子２２に接続される。ステータコア２４は、複数の分割コアを組み合わせる代わりに、一体形状としてもよい。

ロータ１０は、図１及び図２に示されるように、例えば、円盤状のロータコア２８と、前記ロータコア２８の中央部に形成された孔部３０に圧入される回転シャフト３２とを備える。ロータコア２８は、例えば、円板状の複数枚の鋼板が軸方向に積層される。

ロータコア２８の外周縁部には、複数、例えば、１２組の磁石挿入部３４が等角度間隔ずつ離間して設けられる。図２及び図３に示すように、各磁石挿入部３４は、第１磁石挿入孔３６と、前記第１磁石挿入孔３６を挟んで配置される第２磁石挿入孔３８及び第３磁石挿入孔４０とを設ける。第１磁石挿入孔３６、第２磁石挿入孔３８及び第３磁石挿入孔４０には、それぞれ長方形状の永久磁石４２が後述する固定部材５６により固着される。

図３に示すように、第１磁石挿入孔３６は、ロータコア２８の接線に平行する方向に沿って配置される。第２磁石挿入孔３８及び第３磁石挿入孔４０は、第１磁石挿入孔３６に対して、それぞれロータコア２８の外方（中心方向とは反対方向）に向かって角度α゜だけ傾斜して配置される。

第１磁石挿入孔３６は、内壁面４４により形成され、第２磁石挿入孔３８及び第３磁石挿入孔４０は、それぞれ内壁面４６により形成される。内壁面４４の長手方向両端と各内壁面４６の長手方向一端との間には、略一定幅の第１リブ４８が形成される。各内壁面４６の長手方向他端とロータコア２８の外周端との間には、それぞれ略一定幅の第２リブ５０が形成される。

第１磁石挿入孔３６を形成する内壁面４４は、永久磁石４２が当接する支持面部４４ａを有するとともに、第２磁石挿入孔３８及び第３磁石挿入孔４０を形成する各内壁面４６は、永久磁石４２が当接する支持面部４６ａを有する。支持面部４４ａ、４６ａは、内壁面４４、４６の内側の端面である。

第１磁石挿入孔３６には、永久磁石４２の周囲に位置し、該永久磁石４２の長手方向両端と前記第１磁石挿入孔３６を形成する内壁面４４との間に、第１空間部５２ａ及び第２空間部５２ｂが形成される。第１空間部５２ａと第２空間部５２ｂとは、同一形状を有し、ロータコア２８の内方に向かって外側に膨出する。支持面部４４ａには、それぞれ永久磁石４２の長手方向両端部に位置して湾曲膨出部（凹部）５４ａ、５４ｂが設けられる。湾曲膨出部５４ａ、５４ｂは、同一形状を有する。

第１磁石挿入孔３６には、内壁面４４と永久磁石４２の一方の長辺との間に、固定部材（例えば、エポキシ樹脂）５６を注入するための注入部５８が設けられる。具体的には、注入部５８は、第１磁石挿入孔３６の、ロータコア２８の径方向外方側の内壁面４４に、断面半円状に窪んだ凹部を形成することにより設けられる。

第１磁石挿入孔３６には、注入部５８と第１空間部５２ａとを連通させる第１連通部６０ａと、前記注入部５８と第２空間部５２ｂとを連通させる第２連通部６０ｂとが設けられる。本実施形態では、第１連通部６０ａの長さＬ１と第２連通部６０ｂの長さＬ２とは、同一の長さに構成される（長さＬ１＝長さＬ２）。

また、本実施形態では、注入部５８は、第１連通部６０ａを介して第１空間部５２ａに流入する固定部材５６の流量と、第２連通部６０ｂを介して第２空間部５２ｂに流入する前記固定部材５６の流量とが、同一になる位置に形成される。その際、長さＬ１≠長さＬ２の関係であってもよい。

第１磁石挿入孔３６は、第１空間部５２ａから注入部５８に向かうに従って永久磁石４２の短手方向に開口幅を絞る第１絞り部６２ａを設ける。第１磁石挿入孔３６は、第２空間部５２ｂから注入部５８に向かうに従って永久磁石４２の短手方向に開口幅を絞る第２絞り部６２ｂを設ける。第１絞り部６２ａは、第１連通部６０ａに連なる一方、第２絞り部６２ｂは、第２連通部６０ｂに連なる。

第２磁石挿入孔３８には、永久磁石４２の周囲に位置し、該永久磁石４２の長手方向両端と前記第２磁石挿入孔３８を形成する内壁面４６との間に、第１空間部６４ａ及び第２空間部６４ｂが形成される。第１空間部６４ａと第２空間部６４ｂとは、異形状で且つ異なる開口面積に設定される。支持面部４６ａには、それぞれ永久磁石４２の長手方向両端部に位置して湾曲膨出部（凹部）６６ａ、６６ｂが設けられる。湾曲膨出部６６ａと湾曲膨出部６６ｂとは、異なる開口面積を有する。

第２磁石挿入孔３８には、内壁面４６と永久磁石４２の一方の長辺との間に、固定部材５６を注入するための注入部６８が設けられる。具体的には、注入部６８は、第２磁石挿入孔３８の、ロータコア２８の径方向外方側の内壁面４６に、断面半円状に窪んだ凹部を形成することにより設けられる。

第２磁石挿入孔３８には、注入部６８と第１空間部６４ａとを連通させる第１連通部７０ａと、前記注入部６８と第２空間部６４ｂとを連通させる第２連通部７０ｂとが設けられる。本実施形態では、第１連通部７０ａの長さＬ３と第２連通部７０ｂの長さＬ４とは、同一の長さに構成される（長さＬ３＝長さＬ４）。

また、本実施形態では、注入部６８は、第１連通部７０ａを介して第１空間部６４ａに流入する固定部材５６の流量と、第２連通部７０ｂを介して第２空間部６４ｂに流入する前記固定部材５６の流量とが、同一になる位置に形成される。その際、長さＬ３≠長さＬ４の関係であってもよい。

第２磁石挿入孔３８は、第１空間部６４ａから注入部６８に向かうに従って永久磁石４２の短手方向に開口幅を絞る第１絞り部７２ａを設ける。第２磁石挿入孔３８は、第２空間部６４ｂから注入部６８に向かうに従って永久磁石４２の短手方向に開口幅を絞る第２絞り部７２ｂを設ける。第１絞り部７２ａは、第１連通部７０ａに連なる一方、第２絞り部７２ｂは、第２連通部７０ｂに連なる。

なお、第３磁石挿入孔４０は、上記の第２磁石挿入孔３８と同様に構成されており、同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。

図２に示すように、ロータコア２８には、孔部３０を中心にして円環状に複数個の肉抜き孔７４ａ、７４ｂが交互に周回形成される。ロータコア２８には、肉抜き孔７４ａ、７４ｂの外方を周回して複数個の肉抜き孔７６が形成される。

このように構成されるロータ１０の動作について、回転電機１２との関連で、以下に説明する。

先ず、図１に示すように、図示しない電力源からＵ相端子１８、Ｖ相端子２０及びＷ相端子２２に対して電力が供給されると、導電体２６が通電される。このため、導電体２６が励磁することで回転磁界が生じ、磁極となる永久磁石４２が装着されたロータ１０は、ステータ１４の内部で回転駆動する。

この場合、本実施形態では、図３に示すように、第２磁石挿入孔３８には、永久磁石４２の周囲に位置し、第１空間部６４ａ及び第２空間部６４ｂが形成されている。さらに、第２磁石挿入孔３８には、注入部６８と第１空間部６４ａとを連通させる第１連通部７０ａと、前記注入部６８と第２空間部６４ｂとを連通させる第２連通部７０ｂとが設けられている。そして、第１連通部７０ａの長さＬ３と第２連通部７０ｂの長さＬ４とは、同一の長さに構成されている（長さＬ３＝長さＬ４）。

このため、図４に示すように、注入部６８に注入された固定部材５６は、第１連通部７０ａ及び第２連通部７０ｂを流通して第１空間部６４ａ及び第２空間部６４ｂに均一に導入されている。

一方、図５に示すように、注入部６８_comp.が、第２空間部６４ｂに近接する構成では、前記注入部６８_comp.に注入された固定部材５６は、前記第２空間部６４ｂに優先的に導入されてしまう。従って、第２磁石挿入孔３８内では、永久磁石４２に一方の短辺側から押圧力が付与され、前記永久磁石４２が傾くおそれがある。

これに対して、本願発明では、図４に示すように、第１空間部６４ａ又は第２空間部６４ｂに固定部材５６が優先的に流れることを阻止することができ、前記固定部材５６の偏った流動を抑制して永久磁石４２が傾くことを阻止している。これにより、第２磁石挿入孔３８内に永久磁石４２を容易且つ確実に固定するとともに、前記永久磁石４２が傾くことを可及的に抑制することが可能になるという効果が得られる。

特に、第２磁石挿入孔３８のように、第１空間部６４ａと第２空間部６４ｂとが、異なる開口面積に設定されていても、永久磁石４２が傾くことがない。このため、永久磁石４２を支持面部４６ａに対して確実に当接させることができる。

また、本発明では、図４に示すように、注入部６８は、第１連通部７０ａを介して第１空間部６４ａに流入する固定部材５６の流量と、第２連通部７０ｂを介して第２空間部６４ｂに流入する前記固定部材５６の流量とが、同一になる位置に形成されている。従って、注入部６８に注入された固定部材５６は、第１連通部７０ａ及び第２連通部７０ｂを流通して第１空間部６４ａ及び第２空間部６４ｂに同一の流量で導入されている。

これにより、第１空間部６４ａ又は第２空間部６４ｂに固定部材５６が優先的に流れることを阻止することができ、前記固定部材５６の偏った流動を抑制して永久磁石４２が傾くことを阻止している。このため、第２磁石挿入孔３８内に永久磁石４２を容易且つ確実に固定するとともに、前記永久磁石４２が傾くことを可及的に抑制することが可能になる。

特に、第２磁石挿入孔３８のように、第１空間部６４ａと第２空間部６４ｂとが、異なる開口面積に設定されていても、永久磁石４２が傾くことがない。従って、永久磁石４２を支持面部４６ａに対して確実に当接させることができる。

さらに、図３に示すように、第２磁石挿入孔３８は、第２空間部６４ｂから注入部６８に向かうに従って永久磁石４２の短手方向に開口幅を絞る第２絞り部７２ｂを設けている。これにより、第２リブ５０を細く形成することが可能になるとともに、前記第２リブ５０にＲが設けられている。このため、応力を良好に分散させることができるとともに、磁束飽和が惹起し易くなり、短絡を抑制することが可能になる。

さらにまた、第２磁石挿入孔３８では、支持面部４６ａに、それぞれ永久磁石４２の長手方向両端部に位置して湾曲膨出部６６ａ、６６ｂが設けられている。従って、永久磁石４２が低温時に膨張した際、内壁面４６に応力集中が発生することを確実に抑制することができ、ロータコア２８の損傷を阻止することが可能になる。なお、湾曲膨出部６６ａと湾曲膨出部６６ｂとは、異なる開口面積を有している。左右の剛性に違いを持たせることにより、応力集中を抑制するためである。

また、第２磁石挿入孔３８には、第２磁石挿入孔３８の、ロータコア２８の径方向外方側の内壁面４６に、断面半円状に窪んだ凹部を形成することにより、注入部６８が設けられている。これにより、永久磁石４２の遠心力を樹脂材である固定部材５６を介してロータコア２８を構成する各鋼板に均一に伝達させることができる。

なお、本実施形態では、第２磁石挿入孔３８のみについて作用効果を説明したが、第３磁石挿入孔４０及び第１磁石挿入孔３６においても、上記の第２磁石挿入孔３８と同様の作用効果を得ることが可能である。

１０…ロータ １２…回転電機
１４…ステータ ２４…ステータコア
２６…導電体 ２８…ロータコア
３０…孔部 ３２…回転シャフト
３４…磁石挿入部 ３６、３８、４０…磁石挿入孔
４２…永久磁石 ４４、４６…内壁面
４８、５０…リブ
５２ａ、５２ｂ、６４ａ、６４ｂ…空間部
５４ａ、５４ｂ、６６ａ、６６ｂ…湾曲膨出部
５６…固定部材 ５８、６８…注入部
６０ａ、６０ｂ、７０ａ、７０ｂ…連通部
６２ａ、６２ｂ、７２ａ、７２ｂ…絞り部

Claims (4)

1. 複数の磁石挿入孔に、それぞれ長方形状の永久磁石が固定部材により固定されたロータコアを備える回転電機のロータであって、
   前記磁石挿入孔には、前記永久磁石の周囲に位置し、該永久磁石の長手方向両端と前記磁石挿入孔を形成する内壁面との間に、第１空間部及び第２空間部が形成されるとともに、
   前記内壁面と前記永久磁石の一方の長辺との間には、前記固定部材が注入される注入部と、
   前記注入部と前記第１空間部とを連通させる第１連通部と、
   前記注入部と前記第２空間部とを連通させる第２連通部と、
   が設けられるとともに、
   前記第１連通部と前記第２連通部とは、同一の長さに構成されることを特徴とする回転電機のロータ。
2. 複数の磁石挿入孔に、それぞれ長方形状の永久磁石が固定部材により固定されたロータコアを備える回転電機のロータであって、
   前記磁石挿入孔には、前記永久磁石の周囲に位置し、該永久磁石の長手方向両端と前記磁石挿入孔を形成する内壁面との間に、第１空間部及び第２空間部が形成されるとともに、
   前記内壁面と前記永久磁石の一方の長辺との間には、前記固定部材が注入される注入部と、
   前記注入部と前記第１空間部とを連通させる第１連通部と、
   前記注入部と前記第２空間部とを連通させる第２連通部と、
   が設けられるとともに、
   前記注入部は、前記第１連通部を介して前記第１空間部に流入する前記固定部材の流量と、前記第２連通部を介して前記第２空間部に流入する前記固定部材の流量とが、同一になる位置に形成されることを特徴とする回転電機のロータ。
3. 請求項１又は２に記載のロータにおいて、前記注入部は、前記磁石挿入孔の、前記ロータコアの径方向外方側に設けられることを特徴とする回転電機のロータ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のロータにおいて、前記磁石挿入孔は、前記第１空間部から前記注入部に向かうに従って前記永久磁石の短手方向に開口幅を絞る第１絞り部と、
   前記第２空間部から前記注入部に向かうに従って前記永久磁石の短手方向に開口幅を絞る第２絞り部と、
   を設け、
   前記第１絞り部は、前記第１連通部に連なる一方、前記第２絞り部は、前記第２連通部に連なることを特徴とする回転電機のロータ。

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