JP2017093038A - 回転電機のロータ - Google Patents

Abstract

【課題】トルク密度向上のため、永久磁石とロータコアの磁石挿入穴の内周面とのクリアランスを従来よりも狭める。
【解決手段】長穴形状の磁石挿入穴１６の軸方向両端は、穴の長手方向及び短手方向に亘って拡幅され、これにより、磁石挿入穴１６の中心側の内周面１８から永久磁石１４を離間させる位置決め部材２０が挿入される受け容れスペース２１が形成される。軸方向中心側の磁石挿入穴１６の内周面１８と永久磁石１４とのクリアランスＣは位置決め部材２０の制約を受けず、クリアランスＣを従来よりも狭く形成できる。
【選択図】図４

Description

本発明は、永久磁石界磁型回転電機のロータに関する。

界磁（磁界源）に永久磁石を用いる永久磁石界磁型の回転電機には、ロータコアに永久磁石が設けられる。例えば埋込磁石型（ＩＰＭ）の回転電機では、ロータコアの軸方向に貫通穴（磁石挿入穴）が形成され、これに永久磁石が挿入される。

ステータから生じる回転磁界が永久磁石に加えられると、変動磁界である回転磁界の影響を受けて永久磁石表面に渦電流が発生する。従来から、渦電流ループが小さくなるほど渦電流損失が小さくなることが知られており、例えば特許文献１では永久磁石とロータコアとを非接触にして、永久磁石から生じた渦電流のロータコアへの回り込みを抑制している。

具体的には図７に示すように、永久磁石１００を磁石挿入穴１０２に挿入するに先立ち、複数本の紐（細条部材）１０４を磁石挿入穴１０２の内周面に沿って配置する。複数の紐１０４にガイドされながら永久磁石１００を磁石挿入穴１０２に挿入すると、図７下段に示すように紐１０４の直径Ｒ分、永久磁石１００と磁石挿入穴１０２の内周面１０６との間にクリアランスが形成される。この状態でクリアランスに接着剤を充填させて硬化させる。これにより、永久磁石１００と磁石挿入穴１０２の内周面１０６とが軸方向に亘って紐１０４の直径Ｒ分のクリアランスを保った状態で、磁石挿入穴１０２内に永久磁石１００が固定される。

特開２００７−６０８３６号公報

ところで、接着剤は非導電性材料であるから基本的に回転電機のトルク発生には寄与しない。トルク密度（体積当たりのトルク出力）向上の観点から、接着剤が充填されるクリアランスの容積は小さい方が好ましい。そこで本発明は、永久磁石と磁石挿入穴の内周面とのクリアランスを従来よりも狭めることの可能な、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、回転電機のロータに関する。当該ロータは、軸方向に貫通する長穴形状の磁石挿入穴を備えたロータコアと、前記磁石挿入穴に挿入される永久磁石と、を備える。前記磁石挿入穴の軸方向両端は、当該磁石挿入穴の長手方向及び短手方向に亘って拡幅され、前記磁石挿入穴の軸方向中心側の内周面から前記永久磁石を離間させる位置決め部材が挿入される受け容れスペースが形成されている。

本発明によれば、位置決め部材は磁石挿入穴の両端に入り込むのみであり、軸方向中心側まで入り込むことはない。したがって軸方向中心側の磁石挿入穴の内周面と永久磁石とのクリアランスは位置決め部材の制約を受けず、位置決め部材の径よりも狭くクリアランスを設けることが可能となる。このように本発明では、磁石挿入穴の軸方向に亘って位置決め部材が挿入される場合と比較して、永久磁石と磁石挿入穴の内周面とのクリアランスを狭めることができる。

本実施形態に係るロータの分解図と、ロータ組立時に用いられるプレートを例示する斜視図である。 ロータの組立工程（挿入工程）を例示する図である。 ロータの組立工程（位置決め工程１／２）を例示する図である。 ロータの組立工程（位置決め工程２／２）を例示する図である。 ロータの組立工程（充填工程）を例示する図である。 本実施形態の別例に係る位置決め部材を例示する斜視図である。 従来のロータの組立工程を説明する図である。

図１に、本実施形態に係る回転電機のロータ１０と、その組立時に用いられるプレート１１Ａ，１１Ｂを例示する。回転電機は、例えば電気自動車やハイブリッド車両の駆動源として用いられる。

ロータ１０は、ロータコア１２及び永久磁石１４を含んで構成される。ロータコア１２は円筒形状の部材であって、中空にシャフト（図示せず）が挿入される。ロータコア１２は例えば電磁鋼板の積層体から構成される。

ロータコア１２には、軸方向に沿って貫通する磁石挿入穴１６が周方向に沿って複数形成されている。磁石挿入穴１６は例えば、ロータコア１２の径方向を短手方向とし、周方向を長手方向とする長穴形状（スロット穴形状）となるように形成される。

磁石挿入穴１６の軸方向両端は、穴の長手方向及び短手方向に亘って拡幅されており、これにより後述する図３のように、位置決め部材２０用の受け容れスペース２１が形成される。例えば打ち抜き加工により電磁鋼板に磁石挿入穴１６を形成する際に、ロータコア１２の両端付近に積層される電磁鋼板には、中心層付近の電磁鋼板の磁石挿入穴１６を形成するときよりも大径のダイ及びパンチを用いる。図１ではロータコア１２の両端から数えて２枚目の電磁鋼板まで、磁石挿入穴１６を拡幅させている。

永久磁石１４は、例えばネオジム等の希土類磁石から構成される。永久磁石１４は磁石挿入穴１６の径よりも一回り小さい形状となるように形成される。このようにすることで、永久磁石１４を磁石挿入穴１６に挿入した際に、図４に示すように、永久磁石１４と磁石挿入穴１６の内周面１８との間にクリアランスＣが形成される。

プレート１１Ａ，１１Ｂは、ロータコア１２に永久磁石１４を挿入させた後に、ロータコア１２の両端からこれを挟み込む板状部材である。ロータ１０の組立に当たり、ロータコア１２の中心軸を鉛直軸に向けるようにロータコア１２を配置する（寝かす）。このとき、ロータコア１２の鉛直上方にプレート１１Ａが配置され、鉛直下方にプレート１１Ｂが配置される。以下必要に応じて、プレート１１Ａを「上プレート」、プレート１１Ｂを「下プレート」とも呼ぶ。

プレート１１Ａ，１１Ｂのロータコア対向面１３には、位置決め部材２０が設けられる。図１では上プレート１１Ａのロータコア対向面が隠れているが、この面にも下プレート１１Ｂに形成されたものと同様の位置決め部材２０が設けられている。

位置決め部材２０は、後述するロータの組立工程において、長穴形状の磁石挿入穴１６の長手方向両端及び短手方向両端に挿入され、磁石挿入穴１６の内周面１８と永久磁石１４との間にクリアランスＣを形成する。位置決め部材２０は、例えば、プレート１１Ａ，１１Ｂのロータコア対向面１３から突出するテーパ状のピンである。図１左下の拡大図に示されているように、位置決め部材２０はロータコア１２の磁石挿入穴１６（破線で示す）に囲まれる領域に複数設けられ、磁石挿入穴１６の縁に沿うように配置される。具体的には、磁石挿入穴１６の長手方向両端及び短手方向両端にそれぞれ対応する箇所に位置決め部材２０が設けられる。

後述するように、位置決め部材２０は、磁石挿入穴１６の受け容れスペース２１に挿入されたときに、磁石挿入穴１６の軸方向中心側の内周面１８に吸着する永久磁石１４を引き剥がして（離間させて）永久磁石１４と磁石挿入穴１６の中心軸を一致させる（センタリングする）。位置決め部材２０がテーパ形状である場合、その最大径Ｒ３は磁石挿入穴１６の拡幅径（図４の（Ｒ２−Ｒ１）／２）より大であることが好適である。

なお、図１には位置決め部材２０をテーパ形状のピン部材として示したが、この形態に限らない。例えば図６に示すように、位置決め部材２０を磁石挿入穴１６の長手方向に沿って延設される薄板部材（例えばシム）としてもよい。

上プレート１１Ａには、ロータコア対向面に下プレート１１Ｂに形成されたものと同様の位置決め部材２０が形成されている。さらに上プレート１１Ａには、厚さ方向に貫通する接着剤注入穴２２が形成されている。図１左上の拡大図に示されているように、接着剤注入穴２２はロータコア１２の磁石挿入穴１６（破線で示す）に囲まれる領域に設けられる。さらに上プレート１１Ａには、接着剤注入時に磁石挿入穴１６内の空気を逃がす空気穴（図示せず）を形成してもよい。

＜ロータの組立工程＞
図２〜図５には、本実施形態に係るロータ１０の組立工程が例示されている。図２には、ロータコア１２の磁石挿入穴１６に永久磁石１４を挿入する挿入工程が例示されている。永久磁石１４が着磁済みである場合、図２下段に示すように、永久磁石１４は磁石挿入穴１６の内周面１８に吸着する。

図３には位置決め工程が例示されている。プレート１１Ａ，１１Ｂをロータコア１２の両端から挟み込む。この過程で位置決め部材２０が磁石挿入穴１６の軸方向両端の受け容れスペース２１に挿入される。テーパ形状の位置決め部材２０が受け容れスペース２１に入り込むにつれて永久磁石１４に当接し、さらに入り込むことで永久磁石１４が磁石挿入穴１６の軸方向中心側の内周面１８から引き剥がされる。

図４には位置決め工程の完了時点の様子が例示されている。プレート１１Ａ，１１Ｂのロータコア対向面１３がロータコア１２の側面に接するまでプレート１１Ａ，１１Ｂを移動させると、位置決め部材２０によって永久磁石１４が磁石挿入穴１６内でセンタリングされ、永久磁石１４と磁石挿入穴１６の内周面１８との間にクリアランスＣが形成される。

図４に示されるように、本実施形態に係る位置決め部材２０は磁石挿入穴１６の両端に入り込むのみであり、軸方向中心側まで入り込むことはない。したがって軸方向中心側の磁石挿入穴１６の内周面１８と永久磁石１４とのクリアランスＣは位置決め部材２０の制約を受けず、位置決め部材２０の径よりも狭くクリアランスＣを設けることが可能となる。

図５にはクリアランスＣに接着剤２４が充填される充填工程が例示されている。上プレート１１Ａの接着剤注入穴２２から接着剤２４が注入される。磁石挿入穴１６の鉛直下側は下プレート１１Ｂによって塞がれているので、クリアランスＣに接着剤２４が充填される。接着剤２４注入後、加熱処理等によって接着剤２４を硬化させると、永久磁石１４が、クリアランスＣを保った状態で磁石挿入穴１６内に固定される。つまり、磁石挿入穴１６の内周面１８から離間した状態で永久磁石１４が磁石挿入穴１６内に固定される。

接着剤２４の硬化後、プレート１１Ａ，１１Ｂはロータコア１２から取り外される。プレート１１Ａ，１１Ｂの取り外しに際して位置決め部材２０が引き抜かれ、当該箇所には窪みができる。このことから、窪みを埋めるように接着剤２４を追加注入する工程を設けてもよい。また、プレート１１Ａ，１１Ｂの取り外しの際に位置決め部材２０を受け容れスペース２１内に留置させ、プレート部分のみを取り去るようにしてもよい。

＜本実施形態の別例＞
図１〜６では、磁石挿入穴１６の両端を拡幅することで位置決め部材２０の受け容れスペース２１を設けていたが、この形態に限らない。例えば磁石挿入穴１６の穴径を軸方向に亘り一定とする一方で、永久磁石１４の長手方向両端を中心部分と比較して細径にしてもよい。ロータコア１２を構成する電磁鋼板と比較して永久磁石１４の加工は困難であるものの、永久磁石１４を上記の形状とすることによっても受け容れスペース２１を形成することが可能となる。

１０ ロータ、１１Ａ，１１Ｂ プレート、１２ ロータコア、１４ 永久磁石、１６ 磁石挿入穴、１８ 磁石挿入穴の内周面、２０ 位置決め部材、２１ 受け容れスペース、２２ 接着剤注入穴、２４ 接着剤、Ｃ クリアランス。

Claims (1)

1. 軸方向に貫通する長穴形状の磁石挿入穴を備えたロータコアと、
   前記磁石挿入穴に挿入される永久磁石と、
   を備える、回転電機のロータであって、
   前記磁石挿入穴の軸方向両端は、当該磁石挿入穴の長手方向及び短手方向に亘って拡幅され、前記磁石挿入穴の軸方向中心側の内周面から前記永久磁石を離間させる位置決め部材が挿入される受け容れスペースが形成されていることを特徴とする、回転電機のロータ。

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