JP2017184375A - 回転電機のロータ - Google Patents

Abstract

【課題】磁石収納孔に永久磁石を固定する構造を簡素化して製造コストを抑制することである。【解決手段】回転電機のロータ１０は、ロータコア１１と、ロータコア１１の軸方向Ｚに沿って貫通し、永久磁石１２が収納される磁石収納孔１３とを備えており、ロータコア１１の両端面に非磁性の一対のプレート１４，１４がそれぞれ固定され、永久磁石１２の幅狭側面１２ｂ，１２ｂを挟持する一対の磁石固定片１６，１６が、プレート１４の磁石収納孔１３に対応する部分から磁石収納孔１３の内部に入り込むようにそれぞれ延出されている。【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機のロータに関し、特に、永久磁石をロータコアの磁石収納孔に固定する回転電機のロータに関する。

回転電機のロータにおいては、ロータコアの磁石収納孔に永久磁石を挿入して、この永久磁石を磁石収納孔に固定している。永久磁石を固定する構造としては、磁石収納孔と永久磁石との隙間に樹脂等を充填して、永久磁石を磁石収納孔に固定する構造や、当該隙間に永久磁石を固定する固定部材を介在させて、永久磁石を磁石収納孔に固定する構造がある。

特に、後者の構造として、ロータコアの両端に固定される一対のエンドプレートと、このうち一方のエンドプレートからロータの軸方向に一体的に延出する断面Ｌ字状の複数の磁石保持部材とを備え、磁石保持部材を磁石収納孔に挿入し、磁石保持部材のＬ字部分で永久磁石の角部を保持するとともに、エンドプレートで永久磁石の両端を押さえることによって、永久磁石を磁石収納孔に固定する構造がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−２２６８８２号公報

特許文献１に記載された構造では、エンドプレートと磁石保持部材とが別々の部材であり、磁石保持部材をエンドプレートに固定する必要がある。このため、部品点数や製造工程が増加して製造コストが上昇する。仮に、エンドプレートと磁石保持部材とを一体形成するとしても、その構造が複雑であるため、製造装置や製造工程も複雑になり、製造コストが上昇する。

そこで、本発明では、永久磁石を磁石収納孔に固定する構造を簡素化して製造コストを抑制することを目的とする。

本発明の回転電機のロータは、ロータコアと、前記ロータコアの軸方向に沿って貫通し、永久磁石が収納される磁石収納孔と、前記ロータコアの両端面にそれぞれ固定される非磁性の一対のプレートと、前記プレートの前記磁石収納孔に対応する部分から前記磁石収納孔の内部に入り込むようにそれぞれ延出されており、前記磁石収納孔に収納された前記永久磁石の側面を挟持する一対の磁石固定片とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、永久磁石を磁石収納孔に固定する構造を簡素化することによって製造コストを抑制することができる。

第１の実施形態を示すロータの磁石収納孔の側断面図である。 第１の実施形態を示すロータ端面の磁石収納孔の拡大図である。 第１の実施形態を示す永久磁石をロータコアに装着する状態を示すロータの磁石収納孔の側断面図である。 第１の実施形態を示す磁石固定片の形成方法を説明するプレートの拡大平面図である。 第２の実施形態を示すロータの磁石収納孔の側断面図である。 第２の実施形態を示すロータ端面の磁石収納孔の拡大図である。 第２の実施形態を示す永久磁石をロータコアに装着する状態を示すロータの磁石収納孔の側断面図である。 第３の実施形態を示すロータの磁石収納孔の側断面図である。 磁石保持片の変形例を示す永久磁石収納孔の拡大図である。 磁石保持片の別の変形例を示す永久磁石収納孔の拡大図である。

まず、第１の実施形態における回転電機のロータ１０について説明する。図１、２に示すように、ロータ１０は、回転電機の出力軸または入力軸となる図示しないロータ軸と、ロータ軸に固定され、ロータ軸と一体となって回転するロータコア１１と、ロータコア１１の軸方向Ｚに沿って貫通して、永久磁石１２が収納される磁石収納孔１３と、ロータコア１１の両端面にそれぞれ固定された一対のプレート１４Ａ，１４Ｂとを備えている。

ロータコア１１は、それぞれ円環状に打ち抜き加工された多数枚の電磁鋼板を軸方向Ｚに積層して構成されている。磁石収納孔１３は、所定の傾斜角度を有して略Ｖ字形に配置されており、ロータコア１１の端面の周方向において等間隔に複数設けられている。磁石収納孔１３は、永久磁石１２よりも大きい長孔形状の開口を有している。

永久磁石１２は、磁石収納孔１３に挿入されて略Ｖ字形に配置される。このように配置されることによって１つの磁極を形成している。すなわち、略Ｖ字形に配置された２つの永久磁石１２による１つの磁極が、ロータコア１１の端面の周方向に等間隔で複数設けられている。なお、磁極の数はロータ１０の仕様等によって適宜設定する。永久磁石１２は、幅広側面１２ａ及び幅狭側面１２ｂを有する軸方向Ｚに長い直方体形状であり、ロータコア１１の軸方向Ｚの長さと略同じ長さを有している。

一対のプレート１４Ａ，１４Ｂは、非磁性材料、例えば、ＳＵＳ（ステンレス）から形成されている。一対のプレート１４Ａ，１４Ｂは同形状であるため、以下、一方のプレート１４Ａについて説明する。プレート１４Ａの磁石収納孔１３の開口に対応する部分、特に、永久磁石１２の幅狭側面１２ｂ，１２ｂに対応する部分には、永久磁石１２の幅狭側面１２ｂ，１２ｂを挟持する磁石固定片１６，１６がそれぞれ形成されている。

磁石固定片１６，１６は、磁石収納孔１３の内部に入り込むようにそれぞれ延出されている。磁石固定片１６，１６の先端は、磁石収納孔１３の内部に入り込み、さらに、磁石収納孔１３の内周面に向かって湾曲して湾曲部１６ａ，１６ａを形成している。また、磁石固定片１６，１６の間には、永久磁石１２の端面に当接する蓋１７が形成されている。蓋１７は、磁石収納孔１３の開口を覆って、永久磁石１２の飛び出しを防止する。

図３に示すように、湾曲部１６ａ，１６ａは、図３において矢印Ｘ方向に弾性変形可能に形成されている。すなわち、磁石固定片１６，１６の先端を湾曲させることで、湾曲部１６ａ，１６ａにばね性を持たせて弾性変形可能としている。永久磁石１２を挟持していない状態における湾曲部１６ａ，１６ａの間隔Ｌ１は、永久磁石１２の幅広側面１２ａの幅Ｌ２よりも短くなるように設定されている。なお、この間隔Ｌ１を調整することによって、磁石固定片１６，１６の弾性力、すなわち、永久磁石１２を挟持する力を調整することができる。また、湾曲部１６ａ，１６ａの形状を変更すること、プレート１４Ａの板厚を変更するによっても、永久磁石１２を挟持する力を調整することができる。

ここで、磁石固定片１６，１６の形成について説明する。図４にプレート１４Ａの単体の平面図を示す。磁石固定片１６，１６は、プレート１４Ａを形成するプレス工程の際に同時に形成される。すなわち、ＳＵＳの金属平板をプレス工程により打ち抜き加工してプレート１４Ａを形成する際に、磁石固定片１６，１６が形成される。プレス工程において、図２、４に示すように、プレート１４Ａの磁石収納孔１３の開口に対応し、かつ、永久磁石１２の幅狭側面１２ｂ，１２ｂに対応する部分に、互いに外向きに開口するコ字形状の切り込み１５，１５を形成する。この切り込み１５，１５を形成するのと略同時に、切り込み１５，１５で囲まれた部分を、図４において紙面を貫く方向に押圧して湾曲させる。この湾曲によって湾曲部１６ａ，１６ａが形成される。また、図２、４において、磁石固定片１６，１６の間には蓋１７が形成される。このため、磁石固定片１６，１６を形成するための別工程や別部材が必要なく、製造コストの上昇を抑制することができる。

次に、永久磁石１２のロータコア１１への装着について説明する。図３は、永久磁石１２をロータコア１１に装着する状態を示している。図３に示すように、永久磁石１２をロータコア１１の磁石収納孔１３に挿入する。

図示しない治具により、プレート１４Ａ，１４Ｂの磁石固定片１６，１６を弾性変形させて、磁石固定片１６，１６を広げる。そして、磁石固定片１６，１６を広げた状態で一時的に保持する。この状態を維持したプレート１４Ａ，１４Ｂを、ロータコア１１の両端に配置した後、プレート１４Ａ，１４Ｂをロータコア１１の両端にそれぞれ当接する。このとき、磁石固定片１６，１６が永久磁石１２と磁石収納孔１３との間に挿入される。磁石固定片１６，１６が挿入された後、プレート１４Ａ，１４Ｂの磁石固定片１６，１６を広げた状態を解除する。この解除により、プレート１４Ａ，１４Ｂの磁石固定片１６，１６が永久磁石１２の幅狭側面１２ｂ，１２ｂを挟持する。

そして、プレート１４Ａ，１４Ｂがロータコア１１の両端面に固定されると、永久磁石１２は、磁石固定片１６，１６によって挟持された状態でロータコア１１に保持固定される。また、永久磁石１２の両端面は、プレート１４Ａ，１４Ｂの蓋１７，１７にそれぞれ当接して、磁石収納孔１３からの飛び出しが防止される。

このように、プレート１４Ａ，１４Ｂに一体形成された磁石固定片１６，１６によって、永久磁石１２が磁石収納孔１３に保持固定されるので、永久磁石１２を磁石収納孔１３に固定する構造を簡素化することができる。また、磁石固定片１６，１６は、プレート１４Ａ，１４Ｂを形成するプレス工程と同時に形成されるため、磁石固定片１６，１６を形成するための別部材や別工程が必要なく、部品点数の増加及び製造工程の増加を抑制でき、その結果、製造コストの上昇を抑制することができる。

ＳＵＳ等の非磁性の材料から形成される磁石固定片１６，１６によって、永久磁石１２と磁石収納孔１３の内周面とが非接触の状態で永久磁石１２が固定されるので、ロータ１０の鉄損を抑制することができる。また、永久磁石１２に絶縁被膜を形成する必要がなく、絶縁被膜を行う工程を省くことができ、さらにコストを抑制することができる。

また、磁石固定片１６，１６によって、永久磁石１２が保持固定されるので、永久磁石１２を固定するためのモールド等の樹脂が必要なくモールドレス化を図ることができ、樹脂材料のコストを削減することができる。

次に、第２の実施形態のロータ２０について、図５、６、７を参照して説明する。第２の実施形態は、第１の実施形態とはプレート１４Ａ，１４Ｂの構成が相違している。このため、同じ構成については同符号を付してその説明を省略する。

図５、６に示すように、ロータコア１１の両端面には、非磁性材料、例えば、ＳＵＳ（ステンレス）から形成されている一対のプレート２１Ａ，２１Ｂが固定されている。一対のプレート２１Ａ，２１Ｂは同形状であるため、以下、一方のプレート２１Ａについて説明する。プレート２１Ａの磁石収納孔１３の開口に対応する部分には、永久磁石１２を挿入するための開口２２が形成されている。開口２２は、磁石収納孔１３の開口よりも大きく、長辺２２ａ及び短辺２２ｂを有する長方形状である。

プレート２１Ａの開口２２の短辺２２ｂ，２２ｂには、永久磁石１２の幅狭側面１２ｂ，１２ｂを挟持する磁石固定片２３，２３がそれぞれ形成されている。磁石固定片２３，２３は、プレート２１Ａの開口２２の短辺２２ｂ，２２ｂから磁石収納孔１３の内部に入り込むようにそれぞれ延出されている。磁石固定片２３，２３の先端は、磁石収納孔１３の内部に入り込み、さらに、磁石収納孔１３の内周面に向かって湾曲して湾曲部２３ａ，２３ａを形成している。

図７に示すように、湾曲部２３ａ，２３ａは、図７において矢印Ｘ方向に弾性変形可能に形成されている。すなわち、磁石固定片２３，２３の先端を湾曲させることで、湾曲部２３ａ，２３ａにばね性を持たせて弾性変形可能としている。永久磁石１２を挟持していない状態における湾曲部２３ａ，２３ａの間隔Ｌ３は、永久磁石１２の幅広側面１２ａの幅Ｌ２よりも短くなるように設定されている。なお、この間隔Ｌ３を調整することによって、磁石固定片２３，２３の弾性力、すなわち、永久磁石１２を挟持する力を調整することができる。

図５に戻り、永久磁石１２が磁石収納孔１３に収納された後、プレート２１Ａには、開口２２を覆うサブプレート２５が固定される。なお、サブプレート２５の形状は、開口２２を覆う形状の他に、永久磁石１２の端面の一部を覆う形状でもよい。つまり、磁石収納孔１３からの永久磁石１２の飛び出しを防止するために、永久磁石１２の端面の一部を覆う形状であればよい。

次に、磁石固定片２３，２３の形成について説明する。磁石固定片２３，２３は、プレート２１Ａを形成するプレス工程の際に同時に形成される。すなわち、ＳＵＳの金属平板をプレス工程により打ち抜き加工してプレート２１Ａを形成する際に、開口２２も同時に打ち抜き加工される。この開口２２を加工するときに、磁石固定片２３，２３も同時に形成される。すなわち、開口２２を形成する際に、開口２２の短辺２２ｂ，２２ｂに磁石固定片２３，２３を残して打ち抜き加工を行う。そして、プレスする際に、磁石固定片２３，２３の湾曲を同時に行って湾曲部２３ａ，２３ａを形成する。このため、磁石固定片２３，２３を形成するための別工程や、別部材が必要なく、製造コストの上昇を抑制することができる。

次に、永久磁石１２のロータコア１１への装着について説明する。図７に示すように、ロータコア１１の両端にプレート２１Ａ，２１Ｂをそれぞれ固定する。そして、永久磁石１２を、プレート２１Ａが固定されたロータコア１１の一端側から磁石収納孔１３に挿入する。永久磁石１２は、プレート２１Ａの磁石固定片２３，２３の湾曲部２３ａ，２３ａを押し広げるように弾性変形させる。この弾性変形による弾性力によって、永久磁石１２の幅狭側面１２ｂ，１２ｂがプレート２１Ａの湾曲部２３ａ，２３ａに挟持される。

さらに、永久磁石１２を磁石収納孔１３の内部に挿入して、永久磁石１２が他端側のプレート２１Ｂの磁石固定片２３，２３まで達すると、永久磁石１２は、プレート２１Ｂの磁石固定片２３，２３の湾曲部２３ａ，２３ａを押し広げて湾曲部２３ａ，２３ａに挟持される。このとき、プレート２１Ｂの磁石固定片２３，２３の先端は磁石収納孔１３の内面に向かって湾曲しているので、永久磁石１２が接触するときに、永久磁石１２の先端が磁石固定片２３，２３に引っ掛かることなく永久磁石１２は挿入される。

そして、図５に示すように、永久磁石１２が磁石収納孔１３の固定位置まで達すると挿入を止める。このとき、永久磁石１２の両端近傍の幅狭側面１２ｂ，１２ｂは、一対のプレート２１Ａ，２１Ｂの各磁石固定片２３，２３によって挟持されているので、永久磁石１２は磁石収納孔１３に保持固定される。この後、プレート２１Ａ，２１Ｂにサブプレート２５，２５をそれぞれ固定する。このサブプレート２５，２５によって、プレート２１Ａ，２１Ｂの開口２２，２２がそれぞれ覆われて永久磁石１２の飛び出しが防止される。

第２の実施形態におけるプレート２１Ａ，２１Ｂによっても、第１の実施形態におけるプレート１４Ａ，１４Ｂと同様の効果を得ることができる。すなわち、部品点数の増加及び製造工程の増加を抑制でき、その結果、製造コストの上昇を抑制することができる。また、ロータ２０の鉄損を抑制することができる。さらに、永久磁石１２の絶縁被膜を行う工程を省くことができ、モールドレス化を図ることができ、コストを抑制することができる。

次に第３の実施形態を図８を参照して説明する。第３の実施形態は、第２の実施形態におけるサブプレート２５に代えてエンドプレート３０を設けた構成である。図８において、図５と同様の構成については同符号を付してその説明を省略する。

図８に示すように、プレート２１Ａの上面には、エンドプレート３０が固定されている。プレート２１Ｂの上面にも同様のエンドプレート３０が固定されている。エンドプレート３０のプレート２１Ａの開口２２に対応する位置には、第１の実施形態の切り込み１５，１５と同様のコ字形状の切り込み３１，３１が形成されており、この切り込みによって、永久磁石１２の端面に当接する磁石当接片３２，３２が形成されている。磁石当接片３２，３２は、永久磁石１２の端面に向かって緩やかに湾曲してそれぞれ延出されている。

プレート２１Ａの上面にエンドプレート３０を固定することによって、磁石当接片３２，３２が永久磁石１２の端面に当接して、永久磁石１２の軸方向Ｚの位置を規定することができる。なお、磁石当接片３２，３２の形状を断面Ｌ字形状としてもよい。

次に、磁石固定片の変形例について図９、１０を参照して説明する。図９、１０は、磁石固定片３５，３６と永久磁石１２との位置関係を示す模式図である。図９に示すように、永久磁石１２の幅広側面１２ａ，１２ａに対向する位置に、一対の磁石固定片３５，３５及び一対の磁石固定片３６，３６を隣接して形成する。このように、永久磁石１２の幅広側面１２ａ，１２ａを、磁石固定片３５，３５，３６，３６によって挟持する。磁石固定片３５，３５，３６，３６により永久磁石１２が複数位置で保持固定されるので、永久磁石１２の固定力を向上することができる。

図１０に示すように、永久磁石１２の幅広側面１２ａ，１２ａに対向する位置に、一対の磁石固定片３５，３５及び一対の磁石固定片３６，３６を隣接して形成する。また、永久磁石１２の幅狭側面１２ｂ，１２ｂに対向する位置に、第１、２の実施形態と同様に一対の磁石固定片３７，３７を形成する。このように、永久磁石１２の周囲に、磁石固定片３５，３５，３６，３６，３７，３７を形成して、永久磁石１２の図中Ｘ方向及びＹ方向の直交する２方向において挟持する。磁石固定片３５，３５，３６，３６，３７，３７により永久磁石１２の周囲が保持固定されるので、永久磁石１２の固定力を向上することができる。また、永久磁石１２の図中Ｘ方向及びＹ方向への移動も抑制することができ、Ｘ方向及びＹ方向の位置を規定することができる。

なお、図９、１０において、蓋１７やサブプレート２５を図示していないが、いずれの構成を用いてもよい。図９において、蓋１７を形成する場合には、磁石固定片３５，３５の間及び磁石固定片３６，３６の間に形成することが好適である。また、図１０において、蓋１７を形成する場合には、磁石固定片３５，３５と磁石固定片３６，３６の間に形成することが好適である。

１０，２０ ロータ、１１ ロータコア、１２ 永久磁石、１２ａ 幅広側面、１２ｂ 幅狭側面、１３ 磁石収納孔、１４Ａ，１４Ｂ，２０Ａ，２０Ｂ プレート、１５，３１ 切り込み、１６，２３，３５，３６，３７ 磁石固定片、１６ａ，２３ａ 湾曲部、１７ 蓋、２２ 開口、２２ａ 長辺、２２ｂ 短辺、２５ サブプレート、３０ エンドプレート、３２ 磁石当接片。

Claims (1)

1. ロータコアと、
   前記ロータコアの軸方向に沿って貫通し、永久磁石が収納される磁石収納孔と、
   前記ロータコアの両端面にそれぞれ固定される非磁性の一対のプレートと、
   前記プレートの前記磁石収納孔に対応する部分から前記磁石収納孔の内部に入り込むようにそれぞれ延出されており、前記磁石収納孔に収納された前記永久磁石の側面を挟持する一対の磁石固定片と、
   を備えたことを特徴とする回転電機のロータ。
   
   

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