JP2017135923A - モータ用ロータ - Google Patents

Abstract

【課題】渦電流損失低減効果の高いモータ用ロータを提供する。【解決手段】スロット１ａに永久磁石２が挿入されてなるモータ用ロータ１０であって、スロット１ａのうち、ステータ側から流入してくる逆磁界Ｊが相対的に大きな第１の領域Ａ１ではスロット１ａの内壁面と永久磁石２が接触せず、スロット１ａのうち、第１の領域Ａ１以外の第２の領域Ａ２ではスロット１ａの内壁面と永久磁石２が接触してスロット１ａ内における永久磁石２の固定が図られている。【選択図】図２

Description

本発明は、モータ用ロータに関するものである。

ブラシレスDCモータをはじめとする各種のモータを永久磁石の配設態様で分類した場合に、ロータコアに開設されたスロット内に永久磁石が配設された埋め込み磁石型モータ（IPMモータ）と、ロータコアの側面外周に筒状もしくは複数の円弧断面片の永久磁石が配設された表面磁石型モータ（SPMモータ）が存在しており、例えば、ハイブリット自動車や電気自動車用の駆動用モータとして、これらIPMモータ等が適用されている。

近時のハイブリッド自動車や電気自動車で使用される駆動用モータに関して言えば、モータの出力性能アップが追求されている中でたとえばその回転数や極数の増加が図られており、この回転数の増加等によって磁石に作用する磁界の変動率が大きくなり、その結果として上記渦電流が発生し易く、モータの損失の増加に繋がるといった課題が生じている。

上記する渦電流の発生原因の一つとして、永久磁石とロータコアが面接触することにより、双方の接触面積が大きいために永久磁石とロータコアが電気的に通電することが挙げられる。より具体的には、スロット内に挿入された永久磁石とスロットの内壁面が接触することで永久磁石が電流経路となり、電磁鋼板の有する絶縁被膜を跨いだ大きな渦電流ループが生じ、渦電流損失の増大に繋がるというものである。

ここで、特許文献１，２には、上記する永久磁石とロータコアの接触面積を小さくすることで渦電流を低減する技術が開示されている。

特許文献１には、スロット内で径方向外方および内壁の延伸方向に対して傾斜した姿勢で磁石が挿入され、絶縁材で固定された回転電機用ロータが開示されている。

特許文献１に開示の回転電機用ロータによれば、磁石がロータコアと接触する部分を小さく限定することができ、磁石を介してロータコアに流れる渦電流ループ経路が大きく形成されるのを制限することができる。

一方、特許文献２には、ロータを構成する電磁鋼板の積層方向でスロット内に部分的に突起があり、この突起で磁石を保持し、磁石とスロットの接触面積を小さくする回転電機ロータが開示されている。

このように、特許文献１，２に開示の技術によれば、ロータのスロットと磁石の接触面積を低減し、渦電流損失を低減することが可能になる。

ところで、IPMモータの場合、ステータ側からロータに流入してくる磁界（逆磁界）はロータのスロットに挿入された永久磁石の角部（永久磁石のステータ側の角部）に集中する傾向にある。

したがって、仮に特許文献１，２に開示の技術を適用したとしても、永久磁石とスロットの接触が永久磁石のステータ側の角部の場合には、上記する渦電流損失低減効果が十分に得られない可能性がある。

国際公開第２０１２／１６９０４３号公報 特開２０１５−１１６１０５号公報

本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、渦電流損失低減効果の高いモータ用ロータを提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明によるモータ用ロータは、スロットに永久磁石が挿入されてなるモータ用ロータであって、前記スロットのうち、ステータ側から流入してくる逆磁界が相対的に大きな第１の領域では該スロットの内壁面と前記永久磁石が接触せず、前記スロットのうち、前記第１の領域以外の第２の領域では該スロットの内壁面と前記永久磁石が接触して該スロット内における該永久磁石の固定が図られているものである。

本発明のモータ用ロータは、ステータ側から流入してくる逆磁界が相対的に大きな第１の領域では該スロットの内壁面と前記永久磁石が接触せず、それ以外の領域（第２の領域）にて双方を接触させ、スロット内で永久磁石を固定したことに特徴を有するものである。

ここで、「ステータ側から流入してくる逆磁界が相対的に大きな第１の領域」は、たとえば平面視略矩形のスロットにおけるステータ側の２つの隅角領域や、平面視略矩形のスロットにおけるステータ側の２つの隅角領域のうちの一方の隅角領域のことを意味している。

このように、ステータ側からの逆磁界が流入する領域にスロットと永久磁石の接触箇所が存在しないことで、大きな渦電流ループの発生を解消もしくは抑制することが可能になる。

第２の領域でスロットの内壁面と永久磁石を接触させる構成としては、永久磁石を２つの分割磁石から構成し、各分割磁石同士の接触面をテーパー状とし、スロット内に各分割磁石を挿入した後、分割磁石の側方に永久磁石固定用の樹脂等を注入して分割磁石の側方から内側に圧力を付与することで、テーパー面に沿って一方の分割磁石を第２の領域にあるスロットのステータ側の内壁面に当接させ、他方の分割磁石を第２の領域にあるスロットのロータ中心側の内壁面に当接させるといった形態が挙げられる。

また、永久磁石を３つの分割磁石から構成してもよく、各分割磁石の接触面をテーパー状とし、中央の分割磁石がスロットのステータ側の内壁面の中央位置で当接し、他の左右の分割磁石がスロットのロータ中心側の内壁面の左右位置で当接することで、スロットのステータ側の左右の隅角部に永久磁石が当接しない永久磁石配置を形成することができる。

また、他の形態として、スロットに１つもしくは２以上の突起を形成しておき、この突起で分割磁石が第２の領域にてスロットの内壁面と接触して固定される形態を挙げることができる。

さらに他の形態として、接着剤を用いて、分割磁石が第２の領域にてスロットの内壁面と接着剤を介して固定される形態を挙げることができる。

上記する種々の形態では、スロットのステータ側の内壁面に当接した分割磁石の側方には、分割磁石がスロットのステータ側の内壁面に当接しない領域が形成されており、この領域が第１の領域となるように各分割磁石が配設される。

以上の説明から理解できるように、本発明のモータ用ロータによれば、ステータ側から流入してくる逆磁界が相対的に大きな第１の領域では該スロットの内壁面と永久磁石が接触せず、それ以外の第２の領域にてスロットの内壁面と永久磁石を接触させてスロット内で永久磁石を固定したことにより、ステータから流入してくる大きな逆磁界が通過する領域にスロットと永久磁石が接触していないことから、大きな渦電流ループの発生を解消でき、もって渦電流損失低減効果の高いモータ用ロータとなる。

本発明のモータ用ロータの斜視図である。 （ａ）、（ｂ）ともにスロットと永久磁石の実施の形態を説明した平面図である。 （ａ）、（ｂ）ともにスロットと永久磁石の実施の形態を説明した平面図である。 （ａ）、（ｂ）ともにスロットと永久磁石の実施の形態を説明した平面図である。

以下、図面を参照して本発明のモータ用ロータの実施の形態を説明する。なお、図示例は１つの磁極を略Ｖの字状に配設された２つの永久磁石が形成するものであるが、１つの磁極を１つの永久磁石が構成する等、他の形態であってもよいことは勿論のことである。

（モータ用ロータの実施の形態）
本発明のモータ用ロータの斜視図である。
図１で示すモータ用ロータ１０はIPMモータ用のロータである。その製造方法は、複数の電磁鋼板を積層するに当たり、対応するスロット用開口を位置合わせしながら電磁鋼板を積層し、全体をかしめてロータコア１が形成される。なお、使用する電磁鋼板としては、珪素鋼板やそのほかの軟磁性材料から形成された鋼板が挙げられる。

各電磁鋼板は、その表面に絶縁被膜を有した広幅な電磁鋼板を図示する円盤状に打抜いて形成され、円盤状の電磁鋼板においても、略Ｖの字状の２つの磁石用スロット開口を一組としてこれを磁極数に応じた組数だけ打ち抜き加工にて形成する。なお、電磁鋼板はその上下２つの積層面に絶縁被膜を有していてもよいし、いずれか一方の積層面にのみ絶縁被膜を有していてもよいが、後者の場合には、電磁鋼板を積層した際に各電磁鋼板の間に絶縁被膜が存在するようにして積層する。

このようにして形成されたロータコア１の中央位置にはシャフト１ｂが固定され、外周側（不図示のステータ側）には、その周方向に磁極ごとに平面視略Ｖの字状に配設された２つのスロット１ａが形成され、各スロット１ａに永久磁石２が配設されてモータ用ロータ１０が構成される。

スロット１ａに配設される永久磁石２としては、希土類磁石やフェライト磁石、アルニコ磁石等を適用することができ、この希土類磁石としては、ネオジムに鉄とボロンを加えた３成分系のネオジム磁石、サマリウムとコバルトとの２成分系の合金からなるサマリウムコバルト磁石などを挙げることができる。

次に、以下、図２〜４を参照してスロットと永久磁石の実施の形態を説明する。
図２（ａ）で示すように、スロット１ａは、平面視矩形の開口の左右側に永久磁石２固定用の樹脂を注入するための側方開口（平面視が略大径、略三角形の領域）を有しているが、本明細書では、このような樹脂注入用の側方開口を含めて、平面視略矩形のスロットと称する。

図示するスロット１ａのうち、ステータ側の左右の隅角部には、ステータ側から流入する逆磁界Ｊが通過し易い。

このように逆磁界Ｊが通過する左右の隅角領域を第１の領域Ａ１、それ以外の領域を第２の領域Ａ２とする。

図示するように、左右の側面にテーパー面を備えた分割磁石２ａ、左右いずれかの側面にテーパー面を備えた分割磁石２ｂを計３つ用意し、分割磁石２ａを中央に配設し、分割磁石２ｂをその左右に配設するとともに、各テーパー面同士が接触するようにして３つの分割磁石２ａ，２ｂを配設して永久磁石２を構成する。

そして、スロット１ａの左右の側方開口から不図示の樹脂を注入することにより、樹脂圧Ｐにて左右の分割磁石２ｂがスロット中央側に押され、左右の分割磁石２ｂで押された中央の分割磁石２ａはテーパー面に沿ってスロット１ａのステータ側の内壁面に当接する。

形成された永久磁石２は、左右の分割磁石２ｂが第２の領域Ａ２であるスロット１ａのロータ中央側の内壁面に当接し、中央の分割磁石２ａが第２の領域Ａ２であるスロット１ａのステータ側の内壁面に当接し、これらが側方の樹脂にて位置決め固定される。

このように、永久磁石２を構成する左右の分割磁石２ｂは第１の領域Ａ１にてスロット１ａの内壁面と接触しておらず、中央の分割磁石２ａも当然に第１の領域Ａ１にてスロット１ａの内壁面と接触していないことから、大きな渦電流ループの発生を解消でき、もって渦電流損失低減効果の高いモータ用ロータ１０となる。

図２（ｂ）で示す実施の形態は、２つの分割磁石２ｃがともに左右いずれかの側面にテーパー面を有しており、相互にテーパー面同士を当接させながらスロット１ａ内に配設され、側方から樹脂圧Ｐを受けて永久磁石２Ｂが形成されたものである。

この実施の形態は、ステータ側からの逆磁界Ｊがスロット１ａのステータ側の左右いずれか一方の隅角部のみを通過する場合（したがって、第１の領域Ａ１が左右いずれかに形成される場合）に適用されるものである。

図示例では、スロット１ａの右側のステータ側隅角部に第１の領域Ａ１が形成されるものであるが、右側の分割磁石２ｃは第１の領域Ａ１にてスロット１ａの内壁面と接触していないことから、大きな渦電流ループの発生を解消でき、もって渦電流損失低減効果の高いモータ用ロータ１０となる。

図３（ａ）で示す実施の形態は、スロット１ａがステータ側の側面に２つの突起１ａ’を備えており、この２つの突起１ａ’にて中央の分割磁石２ｄの位置決めが図られ、中央の分割磁石２ｄの左右に他の分割磁石２ｄが配設され、これら他の分割磁石２ｄは側方から樹脂圧Ｐを受けて永久磁石２Ｃが構成されたものである。

図示例では、スロット１ａの左右のステータ側隅角部に第１の領域Ａ１が形成されるものの、左右の分割磁石２ｄは第１の領域Ａ１にてスロット１ａの内壁面と接触していないことから、大きな渦電流ループの発生を解消でき、もって渦電流損失低減効果の高いモータ用ロータ１０となる。

図３（ｂ）で示す実施の形態は、スロット１ａがステータ側の側面の中央位置に１つの突起１ａ’を備えており、この突起１ａ’にて左右の分割磁石２ｅの位置決めが図られ、これら２つの分割磁石２ｅは側方から樹脂圧Ｐを受けて永久磁石２Ｄが構成されたものである。

図示例では、スロット１ａの右側のステータ側隅角部に第１の領域Ａ１が形成されるものの、右側の分割磁石２ｅは第１の領域Ａ１にてスロット１ａの内壁面と接触していないことから、大きな渦電流ループの発生を解消でき、もって渦電流損失低減効果の高いモータ用ロータ１０となる。

図４（ａ）で示す実施の形態は、３つの分割磁石２ｄがスロット１ａ内に挿入され、左右の分割磁石２ｄがスロット１ａのロータ中央側の内壁面に接着剤３を介して固定され、中央の分割磁石２ｄはスロット１ａの中央にてステータ側の内壁面に接触して永久磁石２Ｃが構成されたものである。

図２（ａ），図３（ａ）で示す実施の形態と同様、スロット１ａの左右のステータ側隅角部に第１の領域Ａ１が形成されるものの、左右の分割磁石２ｄは第１の領域Ａ１にてスロット１ａの内壁面と接触していないことから、大きな渦電流ループの発生を解消でき、もって渦電流損失低減効果の高いモータ用ロータ１０となる。

図４（ｂ）で示す実施の形態は、２つの分割磁石２ｅがスロット１ａ内に挿入され、右側の分割磁石２ｅがスロット１ａのロータ中央側の内壁面に接着剤３を介して固定され、左側の分割磁石２ｅは樹脂圧Ｐを受けながらスロット１ａのステータ側の内壁面に接触して永久磁石２Ｄが構成されたものである。

図２（ｂ），図３（ｂ）で示す実施の形態と同様、図示例では、スロット１ａの右側のステータ側隅角部に第１の領域Ａ１が形成されるものの、右側の分割磁石２ｅは第１の領域Ａ１にてスロット１ａの内壁面と接触していないことから、大きな渦電流ループの発生を解消でき、もって渦電流損失低減効果の高いモータ用ロータ１０となる。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に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における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１…ロータコア、１ａ…スロット、１ａ’…突起、１ｂ…シャフト、２，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ…永久磁石、２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ…分割磁石、Ｊ…逆磁界、Ａ１…第１の領域、Ａ２…第２の領域

Claims (1)

1. スロットに永久磁石が挿入されてなるモータ用ロータであって、
   前記スロットのうち、ステータ側から流入してくる逆磁界が相対的に大きな第１の領域では該スロットの内壁面と前記永久磁石が接触せず、
   前記スロットのうち、前記第１の領域以外の第２の領域では該スロットの内壁面と前記永久磁石が接触して該スロット内における該永久磁石の固定が図られている、モータ用ロータ。

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