JP2017163735A

JP2017163735A - 回転電機のロータ及びその製造方法

Info

Publication number: JP2017163735A
Application number: JP2016046948A
Authority: JP
Inventors: 哲広土江; Akihiro Tsuchie
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2016-03-10
Filing date: 2016-03-10
Publication date: 2017-09-14
Anticipated expiration: 2036-03-10
Also published as: JP6383746B2

Abstract

【課題】充填剤の注入時の充填圧を低くしても永久磁石を安定して固定することができ、充填剤の充填時に充填剤が充填剤注入口から吹き出すことを抑制できる回転電機のロータ及びその製造方法を提供する。【解決手段】回転電機１０のロータ２０は、円周方向に沿って形成された複数の磁石挿入孔２６を有するロータコア２４と、磁石挿入孔２６に挿入される永久磁石７０と、磁石挿入孔２６において、永久磁石７０と磁石挿入孔２６の内壁面との間に充填される充填剤６０と、を備える。磁石挿入孔２６には、充填剤６０が充填される充填剤注入路４２が設けられており、永久磁石７０には、磁石挿入孔２６に挿入された際に充填剤注入路４２の充填剤注入口４０から軸方向に沿って離れるに従って永久磁石７０が磁石挿入孔２６内で充填剤注入路４２に近づくように傾斜する傾斜誘起部７０ａが設けられている。【選択図】図４

Description

本発明は、ロータコアの磁石挿入孔に充填剤を充填して永久磁石を固定する、回転電機のロータ及びその製造方法に関する。

従来、ハイブリッド車両などに用いられる回転電機は、ケース内部にロータが回転自在に支持されている。ロータのロータコアは、積層された電磁鋼板から形成されており、ロータコアの円周方向に沿って形成された複数のスロット（磁石挿入孔）に永久磁石が固定される。

このような回転電機のロータの製造方法の一つとして、永久磁石をロータのスロットに挿入後、スロットに設けられた樹脂注入穴から充填剤である樹脂を注入し、樹脂を固化させて永久磁石を固定するいわゆる樹脂注入法が知られている。

特許文献１では、永久磁石と磁石挿入孔の隙間が狭い場合や、磁石挿入孔の幅方向中間位置に樹脂注入孔が形成されていない場合であっても、注入された樹脂によって、磁石挿入孔に配置された永久磁石を、磁石挿入孔の半径方向外側に寄せることが可能になるとしている。

特開２０１４−８２８０７号公報

しかしながら、特許文献１における注入された樹脂によって永久磁石を磁石挿入孔の半径方向外側に寄せる固定方法では、永久磁石を樹脂の圧力で磁石挿入孔の内壁面に寄せるため、軸方向に長い永久磁石は寸法精度の影響を受けやすく、図５（ａ）に示すように、樹脂注入路５の樹脂注入口４から軸方向に沿って離れるに従って永久磁石１が磁石挿入孔３内で樹脂注入路５から離れるように傾斜してしまうと、永久磁石１を磁石挿入孔の半径方向外側の内壁面に寄せるために高い充填圧が必要であった。また、図５（ｂ）に示すように、樹脂２の充填時に、永久磁石１が樹脂２の進路を妨害することで樹脂２が樹脂注入口４から吹き出す虞があり、特に充填圧が高いと吹き出しが発生しやすいという課題があった。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、充填剤の注入時の充填圧を低くしても永久磁石を安定して固定することができ、充填剤の充填時に充填剤が充填剤注入口から吹き出すことを抑制できる回転電機のロータ及びその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、
円周方向に沿って形成された複数の磁石挿入孔（例えば、後述の実施形態における磁石挿入孔２６）を有するロータコア（例えば、後述の実施形態におけるロータコア２４）と、
前記磁石挿入孔に挿入される永久磁石（例えば、後述の実施形態における永久磁石７０）と、
前記磁石挿入孔において、前記永久磁石と前記磁石挿入孔の内壁面との間に充填される充填剤（例えば、後述の実施形態における充填剤６０）と、を備えた回転電機（例えば、後述の実施形態における回転電機１０）のロータ（例えば、後述の実施形態におけるロータ２０）であって、
前記磁石挿入孔には、前記充填剤が充填される充填剤注入路（例えば、後述の実施形態における充填剤注入路４２）が設けられており、
前記永久磁石には、前記磁石挿入孔に挿入された際に前記充填剤注入路の充填剤注入口（例えば、後述の実施形態における充填剤注入口４０）から軸方向に沿って離れるに従って前記永久磁石が前記磁石挿入孔内で前記充填剤注入路に近づくように傾斜する傾斜誘起部（例えば、後述の実施形態における傾斜誘起部７０ａ）が設けられている、回転電機のロータ。

また、請求項２の発明は、請求項１に記載の回転電機のロータであって、
前記傾斜誘起部は、前記充填剤注入口とは反対側の前記永久磁石の軸方向端面（例えば、後述の実施形態における下面７１）に設けられた傾斜面（例えば、後述の実施形態における傾斜面７２）で構成されている、回転電機のロータ。

また、請求項３の発明は、請求項１に記載の回転電機のロータであって、
前記傾斜誘起部は、前記充填剤注入口とは反対側の前記永久磁石の軸方向端面に設けられた切り欠き部（例えば、後述の実施形態における切り欠き部７３）で構成されている、回転電機のロータ。

また、請求項４の発明は、請求項１に記載の回転電機のロータであって、
前記傾斜誘起部は、前記充填剤注入口とは反対側の前記永久磁石の軸方向端面に設けられた突起部（例えば、後述の実施形態における突起部７５）又は円弧部（例えば、後述の実施形態における円弧部７４）により構成されている、回転電機のロータ。

また、請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機のロータであって、
前記充填剤注入路は、前記磁石挿入孔のステータ（例えば、後述の実施形態におけるステータ５０）と対向する側とは反対側に設けられている、回転電機のロータ。

また、請求項６の発明は、
円周方向に沿って形成された複数の磁石挿入孔（例えば、後述の実施形態における磁石挿入孔２６）を有するロータコア（例えば、後述の実施形態におけるロータコア２４）と、
前記磁石挿入孔に挿入される永久磁石（例えば、後述の実施形態における永久磁石７０）と、
前記磁石挿入孔において、前記永久磁石と前記磁石挿入孔の内壁面との間に充填される充填剤（例えば、後述の実施形態における充填剤６０）と、を備えた回転電機のロータ（例えば、後述の実施形態におけるロータ２０）の製造方法であって、
前記磁石挿入孔には、前記充填剤が充填される充填剤注入路（例えば、後述の実施形態における充填剤注入路４２）が設けられており、
前記永久磁石を前記磁石挿入孔に配置する工程において、前記充填剤注入路の充填剤注入口（例えば、後述の実施形態における充填剤注入口４０）から軸方向に沿って離れるに従って前記永久磁石が前記磁石挿入孔内で前記充填剤注入路に近づくよう前記永久磁石を配置し、
前記充填剤注入口から前記充填剤を充填することで、前記永久磁石を固定する、回転電機のロータの製造方法。

また、請求項７の発明は、請求項６に記載の回転電機のロータの製造方法であって、
前記充填剤を充填する際、前記ロータを回転軸（例えば、後述の実施形態における回転軸２２）が鉛直方向を向くように配置するとともに、前記充填剤注入口が鉛直方向上方となるように配置する、回転電機のロータの製造方法。

請求項１の発明によれば、永久磁石には傾斜誘起部が設けられているので、充填剤の注入時に、充填剤注入路の充填剤注入口から軸方向に沿って離れるに従って永久磁石が磁石挿入孔内で充填剤注入路に近づくように永久磁石を傾斜させることができ、永久磁石を決まった姿勢で磁石挿入孔に配置することができる。これにより、充填剤の注入時の充填圧を低くしても永久磁石を安定して固定することができる。また、充填剤の充填時に、永久磁石が充填剤の進路を妨害することで充填剤が充填剤注入口から吹き出すことを抑制できる。

請求項２の発明によれば、傾斜誘起部は、充填剤注入口とは反対側の永久磁石の軸方向端面に設けられた傾斜面で構成されているため、容易に傾斜誘起部を形成できる。また、永久磁石は下型と線接触するので低い充填圧で永久磁石を磁石挿入孔の内壁面に寄せることができる。

請求項３の発明によれば、傾斜誘起部は、充填剤注入口とは反対側の永久磁石の軸方向端面に設けられた切り欠き部で構成されているため、容易に傾斜誘起部を形成できる。

請求項４の発明によれば、傾斜誘起部は、充填剤注入口とは反対側の永久磁石の軸方向端面に設けられた突起部又は円弧部により構成されているため、容易に傾斜誘起部を形成できる。

請求項５の発明によれば、充填剤注入路は、磁石挿入孔のステータと対向する側とは反対側に設けられているため、ステータと対向する側には永久磁石とロータコアとの間に非磁性体としての充填剤が介在しないので、回転電機の性能の悪化を防止できる。

請求項６の発明によれば、充填剤の注入時に、充填剤注入路の充填剤注入口から軸方向に沿って離れるに従って永久磁石が磁石挿入孔内で充填剤注入路に近づくように永久磁石を傾斜させることで、永久磁石を決まった姿勢で磁石挿入孔に配置することができる。これにより、充填剤の注入時の充填圧を低くしても永久磁石を安定して固定することができる。また、充填剤の充填時に、永久磁石が充填剤の進路を妨害することで充填剤が充填剤注入口から吹き出すことを抑制できる。

請求項７の発明によれば、充填剤を充填する際、ロータを回転軸が鉛直方向を向くように配置するとともに、充填剤注入口が鉛直方向上方となるように配置するため、重力を利用することで充填圧をさらに低くすることができる。

本発明の一実施形態の回転電機のロータを備える回転電機の断面図である。本発明の一実施形態の回転電機のロータの要部斜視図である。（ａ）は傾斜誘起部が傾斜面である永久磁石の断面図であり、（ｂ）は傾斜誘起部が切り欠きである永久磁石の断面図であり、（ｃ）は傾斜誘起部が円弧である永久磁石の断面図であり、（ｄ）は傾斜誘起部が突起部である永久磁石の断面図である。（ａ）は充填剤充填初期の状態を示す説明図であり、（ｂ）は充填剤充填後期の状態を示す説明図である。特許文献１に記載の樹脂注入法による回転電機のロータの製造方法を示す説明図である。

以下、本発明の回転電機のロータ及びその製造方法の一実施形態について、添付図面に基づいて説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

図１は、本発明の一実施形態の回転電機のロータを備える回転電機の断面図であり、本発明の一実施形態の回転電機のロータの要部斜視図である。

図１及び図２に示すように、本実施形態に係る回転電機１０は、ロータ２０と、筺体１２に固定されて、ロータ２０の径方向外側に僅かな隙間を介して対向配置されるステータ５０と、を備える、いわゆるインナーロータ型の回転電機である。

ステータ５０は、磁性を有する複数の鋼板（例えば、電磁鋼板）５１ａが、回転軸方向に積層してなるステータコア５１と、ステータコア５１の各ティース（図示せず）に巻回される複数のステータコイル５２と、を備える。そして、ステータコイル５２に電流を流すことによりステータ５０に回転磁界が発生してロータ２０を回転させる。

ロータ２０は、軸受２１により筺体１２に回転自在に支承される回転軸２２と、回転軸２２に固定された略椀状の支持部材２３の外周面２３ａに嵌合固定されたロータコア２４と、ロータコア２４に埋め込まれた複数の永久磁石７０と、ロータコア２４の両端面に固定される端面板３０と、を備える。

ロータコア２４は、同一形状の円環状に形成された磁性を有する複数の鋼板（例えば、電磁鋼板）２４ａが、回転軸方向に積層されてなり、複数の（図２に示す実施形態では２４個）磁石挿入孔２６が回転軸方向に貫通して設けられている。

複数の磁石挿入孔２６は、ロータコア２４の外周方向に向かって開くように略Ｖ字状に形成され、外周に向かって略Ｖ字状に開く一対の磁石挿入孔２６毎に所定の間隔で形成されている。永久磁石７０は、一対の磁石挿入孔２６毎に磁極の向きを変えながら、各磁石挿入孔２６に挿入され、充填材によって固定されている。

磁石挿入孔２６には、ロータコア２４の外周面２４ｂに近い側の端部に磁束短絡防止用の空隙が磁石挿入孔２６に連続して形成されている。また、ロータコア２４の内周面２４ｃに近い側の端部にも、磁束短絡防止用の空隙が磁石挿入孔２６に連続して形成されている。従って、永久磁石７０が磁石挿入孔２６に挿入され、充填材によって固定された状態では、永久磁石７０の両端部に磁束短絡防止部２７、２８が設けられる。

磁石挿入孔２６には、内径側の内壁面２６ａの略中央部に、さらに内径側に窪むように充填剤注入口４０が形成されている。充填剤注入口４０は、磁石挿入孔２６に挿入された永久磁石７０との隙間に充填剤６０が充填される際に、充填剤６０の入口となる。また、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、充填剤注入口４０からは下方に向けて軸方向に沿って充填剤注入路４２が連続的に形成されている。充填剤注入路４２は、磁石挿入孔２６のステータ５０と対向する側とは反対側、即ち本実施形態では内径側に設けられている。

また、永久磁石７０には、磁石挿入孔２６に挿入された際に、充填剤注入路４２の充填剤注入口４０から軸方向に沿って離れるに従って磁石挿入孔２６内で充填剤注入路４２に近づくように傾斜する傾斜誘起部７０ａが設けられている。具体的には、図３（ａ）に示すように、傾斜誘起部７０ａは、充填剤注入口４０とは反対側の永久磁石７０の軸方向端面である下面７１を傾斜させた傾斜面７２から構成されている。

傾斜面７２は、充填剤注入路４２側の内径側端部７２ａから充填剤注入路４２とは反対側の外径側端部７２ｂに向かって上方に駆け上がるように傾斜する。したがって、磁石挿入孔２６に永久磁石７０を挿入すると、図４（ａ）に示すように、永久磁石７０の内径側端部７２ａを起点として外径側に永久磁石７０が倒れ、永久磁石７０は、充填剤注入路４２の充填剤注入口４０から軸方向に沿って離れるに従って磁石挿入孔２６内で径方向に沿って充填剤注入路４２に近づくように傾斜する。

次に、本実施形態の回転電機のロータの製造方法における製造工程について説明する。
あらかじめロータコア２４は、図４（ａ）に示すように、複数枚の電磁鋼板２４ａの各磁石挿入孔２６に永久磁石７０が挿入され、その状態で上型１００と下型１１０の間にセットされる。そして、不図示の射出成形装置のノズルから充填剤注入口４０に充填剤６０が注入される。

この時点において、永久磁石７０には傾斜誘起部７０ａが形成されているため、永久磁石７０は、充填剤注入路４２の充填剤注入口４０から軸方向に沿って離れるに従って磁石挿入孔２６内で充填剤注入路４２に近づくように、つまり永久磁石７０の上面７６が充填剤注入口４０から離れるように外径側に傾斜している。

この状態で、磁石挿入孔２６に充填剤６０が注入されると、充填剤６０は磁石挿入孔２６の下部にまで達する。そのため、充填剤６０は、図４（ｂ）に示すように、永久磁石７０の下方である傾斜誘起部７０ａが有る側の端部が外径側に移動するように永久磁石７０を押圧する。そのため、充填剤６０によって自動的に、永久磁石７０を磁石挿入孔２６の外径側の内壁面２６ｂに寄せることができる。これにより、充填剤６０の注入時の充填圧を低くしても永久磁石７０を安定して固定することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る回転電機１０のロータ２０の製造方法によれば、永久磁石７０には傾斜誘起部７０ａが設けられているので、充填剤６０の注入時に、充填剤注入路４２の充填剤注入口４０から軸方向に沿って離れるに従って永久磁石７０が磁石挿入孔２６内で充填剤注入路４２に近づくように永久磁石７０を傾斜させることができ、永久磁石７０を決まった姿勢で磁石挿入孔２６に配置することができる。これにより、充填剤６０の注入時の充填圧を低くしても永久磁石７０を安定して固定することができる。また、永久磁石７０は、上面７６が充填剤注入口４０から離れるように傾斜するため、充填剤６０の充填時に、永久磁石７０が充填剤の進路を妨害することで充填剤６０が充填剤注入口４０から吹き出すことを抑制できる。

また、傾斜誘起部７０ａは、永久磁石７０の下面７１を傾斜させることで構成されているため、容易に傾斜誘起部７０ａを形成できる。また、また、永久磁石７０は、傾斜面７２が内径側端部７２ａによって下型１１０と線接触するので滑りやすく、低い充填圧で永久磁石７０を磁石挿入孔２６の内壁面２６ａに寄せることができる。

また、充填剤注入路４２は、磁石挿入孔２６のステータ５０と対向する側とは反対側に設けられているため、ステータ５０と対向する側には永久磁石７０とロータコア２４との間に非磁性体である充填剤６０が介在しないので、回転電機の性能の悪化を防止できる。

また、充填剤６０を充填する際、ロータ２０を回転軸２２が鉛直方向を向くように配置するとともに、充填剤注入口４０が鉛直方向上方となるように配置するため、重力を利用することで充填圧をさらに低くすることができる。

以下、本発明の変形例について説明する。
（第１変形例）
第１変形例の永久磁石７０は、図３（ｂ）に示すように、傾斜誘起部７０ａが切り欠き部７３で構成されている。具体的には、切り欠き部７３は、永久磁石７０の下面７１に、充填剤注入路４２側の内径側端部７３ａを残し、充填剤注入路４２側とは反対側の外径側端部７３ｂを断面略四角形に切り欠くことで形成されている。

したがって、磁石挿入孔２６に永久磁石７０を挿入すると、永久磁石７０の内径側端部７３ａ側を起点として外径側に永久磁石７０が倒れ、永久磁石７０は、充填剤注入路４２の充填剤注入口４０から軸方向に沿って離れるに従って磁石挿入孔２６内で充填剤注入路４２に近づくように傾斜する。そのため、傾斜面７２とした場合と同様に、永久磁石７０を決まった姿勢で磁石挿入孔２６に配置することができる。これにより、充填剤６０の注入時の充填圧を低くしても永久磁石７０を安定して固定することができるとともに、充填剤６０が充填剤注入口４０から吹き出すことを抑制できる。

（第２変形例）
第２変形例の永久磁石７０は、図３（ｃ）に示すように、傾斜誘起部７０ａが円弧部７４で構成されている。具体的には、円弧部７４は、永久磁石７０の下面７１を頂部７４ａが径方向中間部よりも僅かに内径側となるように緩い曲率の円弧形状とすることで形成されている。

したがって、磁石挿入孔２６に永久磁石７０を挿入すると、永久磁石７０の頂部７４ａを起点として外径側に永久磁石７０が倒れ、永久磁石７０は、充填剤注入路４２の充填剤注入口４０から軸方向に沿って離れるに従って磁石挿入孔２６内で充填剤注入路４２に近づくように傾斜する。そのため、傾斜面７２とした場合と同様に、永久磁石７０を決まった姿勢で磁石挿入孔２６に配置することができる。これにより、充填剤６０の注入時の充填圧を低くしても永久磁石７０を安定して固定することができるとともに、充填剤６０が充填剤注入口４０から吹き出すことを抑制できる。

（第３変形例）
第３変形例の永久磁石７０は、図３（ｄ）に示すように、傾斜誘起部７０ａが突起部７５で構成されている。具体的には、突起部７５は、永久磁石７０の下面７１に、外径側端部７５ｂよりも内径側端部７５ａにより近い位置に、下向きの断面略三角形の突起を設けることで形成されている。

したがって、磁石挿入孔２６に永久磁石７０を挿入すると、永久磁石７０の突起部７５を起点として外径側に永久磁石７０が倒れ、永久磁石７０は、充填剤注入路４２の充填剤注入口４０から軸方向に沿って離れるに従って磁石挿入孔２６内で充填剤注入路４２に近づくように傾斜する。そのため、傾斜面７２とした場合と同様に、永久磁石７０を決まった姿勢で磁石挿入孔２６に配置することができる。これにより、充填剤６０の注入時の充填圧を低くしても永久磁石７０を安定して固定することができるとともに、充填剤６０が充填剤注入口４０から吹き出すことを抑制できる。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
例えば、傾斜誘起部７０ａは、上記実施形態及び変形例に限らず、任意の形状とすることができる。
また、上記実施形態及び変形例では、磁石挿入孔２６の内径側に充填剤注入口４０を設け、充填剤注入口４０に対し永久磁石７０が外径側に倒れるようにしたが、磁石挿入孔２６の外径側に充填剤注入口４０を設け、充填剤注入口４０に対し永久磁石７０が内径側に倒れるようにしてもよい。

２０ロータ
２２回転軸
２４ロータコア
２６磁石挿入孔
４０充填剤注入口
４２充填剤注入路
５０ステータ
６０充填剤
７０永久磁石
７０ａ傾斜誘起部
７２傾斜面
７３切り欠き部
７４円弧部
７５突起部

Claims

円周方向に沿って形成された複数の磁石挿入孔を有するロータコアと、
前記磁石挿入孔に挿入される永久磁石と、
前記磁石挿入孔において、前記永久磁石と前記磁石挿入孔の内壁面との間に充填される充填剤と、を備えた回転電機のロータであって、
前記磁石挿入孔には、前記充填剤が充填される充填剤注入路が設けられており、
前記永久磁石には、前記磁石挿入孔に挿入された際に前記充填剤注入路の充填剤注入口から軸方向に沿って離れるに従って前記永久磁石が前記磁石挿入孔内で前記充填剤注入路に近づくように傾斜する傾斜誘起部が設けられている、回転電機のロータ。
請求項１に記載の回転電機のロータであって、
前記傾斜誘起部は、前記充填剤注入口とは反対側の前記永久磁石の軸方向端面に設けられた傾斜面で構成されている、回転電機のロータ。
請求項１に記載の回転電機のロータであって、
前記傾斜誘起部は、前記充填剤注入口とは反対側の前記永久磁石の軸方向端面に設けられた切り欠き部で構成されている、回転電機のロータ。
請求項１に記載の回転電機のロータであって、
前記傾斜誘起部は、前記充填剤注入口とは反対側の前記永久磁石の軸方向端面に設けられた突起部又は円弧部により構成されている、回転電機のロータ。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機のロータであって、
前記充填剤注入路は、前記磁石挿入孔のステータと対向する側とは反対側に設けられている、回転電機のロータ。
円周方向に沿って形成された複数の磁石挿入孔を有するロータコアと、
前記磁石挿入孔に挿入される永久磁石と、
前記磁石挿入孔において、前記永久磁石と前記磁石挿入孔の内壁面との間に充填される充填剤と、を備えた回転電機のロータの製造方法であって、
前記磁石挿入孔には、前記充填剤が充填される充填剤注入路が設けられており、
前記永久磁石を前記磁石挿入孔に配置する工程において、前記充填剤注入路の充填剤注入口から軸方向に沿って離れるに従って前記永久磁石が前記磁石挿入孔内で前記充填剤注入路に近づくよう前記永久磁石を配置し、
前記充填剤注入口から前記充填剤を充填することで、前記永久磁石を固定する、回転電機のロータの製造方法。
請求項６に記載の回転電機のロータの製造方法であって、
前記充填剤を充填する際、前記ロータを回転軸が鉛直方向を向くように配置するとともに、前記充填剤注入口が鉛直方向上方となるように配置する、回転電機のロータの製造方法。