JP2019201468A

JP2019201468A - ロータ

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Publication number: JP2019201468A
Application number: JP2018093892A
Authority: JP
Inventors: 貴裕貞光; Takahiro Sadamitsu
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-05-15
Filing date: 2018-05-15
Publication date: 2019-11-21
Anticipated expiration: 2038-05-15
Also published as: CN110492634B; JP7091822B2; CN110492634A; US20190356184A1; DE102019109485A1; US10910894B2

Abstract

【課題】永久磁石の長さＬと永久磁石の内径Ｄとの比Ｌ／Ｄの増加を抑制しつつ、回転軸の軸方向における長さを増加させることが可能なロータを提供する。【解決手段】ロータ５において、永久磁石９は、回転軸４の軸方向Ａにおいて複数の分割磁石９１，９２に分割されている。アーマリング１０は、軸方向Ａにおいて複数の分割リング１１，１２に分割されている。接続部材２０は、軸方向Ａに隣り合う二つの分割リング１１，１２の接続部１０Ｃの内周に配置され、かつ、軸方向Ａに隣り合う二つの分割磁石９１，９２の間に配置されている。分割磁石９１，９２は、軸方向Ａに凹の磁石凹部９Ａを有し、接続部材２０は、磁石凹部９Ａに嵌合する凸部２１を有している。【選択図】図２

Description

本開示は、エアコンプレッサまたは電動機を構成するロータに関する。

従来から電動過給機に搭載される電動機に好適なモータロータに関する発明が知られている（下記特許文献１を参照）。特許文献１に記載されたモータロータは、以下の特徴を有している。モータロータは、スリーブ部材と、永久磁石と、第１エンドリングと、第２エンドリングと、アーマリングと、を備えている

スリーブ部材は、軸方向の両端面を構成する第１端面および第２端面を有し、回転軸を軸周りに囲む円筒スリーブ形状を成している。スリーブ部材は、第１端面から第２端面に向かって所定位置まで軸方向に延びる油切り部と、その油切り部に一体に結合し第２端面まで軸方向に延びるインナスリーブ部とからなる。

永久磁石は、インナスリーブ部を軸周りに囲む。第１エンドリングは、インナスリーブ部を軸周りに囲むとともに永久磁石の第１端面側にある一端面に接する。第２エンドリングは、インナスリーブ部を軸周りに囲むとともに永久磁石の他端面に接する。アーマリングは、これら永久磁石、第１エンドリングおよび第２エンドリングを軸周りに締め付け状態で囲む中空円筒形の部材である。

スリーブ部材を構成する油切り部は、内面において回転軸と接触してその回転軸に同心に嵌合している。また、スリーブ部材を構成するインナスリーブ部の内径は、第１エンドリングの第１端面側の端面よりも第１端面側の位置から、第２端面までの範囲にわたって、油切り部の内径よりも大きい。

上記の構成によれば、永久磁石と一対のエンドリングのある部分のインナスリーブ部の内径を、あらかじめ変形すると見込まれる分大きくしておくことができる。そのため、モータロータの組み立ての後にインナスリーブの内壁を削る内径仕上げ加工の工程を省略することができ、工程が減った分コストを安くすることができる。さらに、油切り部材とインナスリーブを一体化することによって、部品点数を削減できるので、幾何公差を緩めることができ、コストを削減することができる（同文献、請求項１および第００１２−００１３段落等を参照）。

特開２０１０−２００４５６号公報

たとえば、電動過給機において、コンプレッサの高圧力比や高流量が要求される場合、回転軸方向におけるモータロータの長さを長くして、電動機の出力を向上させる必要がある。しかしながら、上記従来のモータロータは、回転軸方向における長さを増加させると、アーマリングの長さや、永久磁石の長さＬと永久磁石の内径Ｄとの比Ｌ／Ｄが増加し、永久磁石の製造が困難になる。そのため、モータロータの長さが限定され、電動機の出力向上が困難になる。

本開示は、永久磁石の長さＬと永久磁石の内径Ｄとの比Ｌ／Ｄの増加を抑制しつつ、回転軸の軸方向における長さを増加させることが可能なロータを提供する。

本開示の一態様は、回転軸と、該回転軸の周囲に配置された永久磁石と、該永久磁石の周囲に配置されたアーマリングと、を備えたロータであって、前記永久磁石は、前記回転軸の軸方向において複数の分割磁石に分割され、前記アーマリングは、前記軸方向において複数の分割リングに分割され、前記ロータは、前記軸方向に隣り合う二つの前記分割リングの接続部の内周に配置されかつ前記軸方向に隣り合う二つの前記分割磁石の間に配置された接続部材をさらに備え、前記分割磁石は、前記軸方向に凸の磁石凸部または前記軸方向に凹の磁石凹部を有し、前記接続部材は、前記磁石凸部を嵌合させる凹部または前記磁石凹部に嵌合する凸部を有することを特徴とするロータである。

この態様によれば、永久磁石が回転軸の軸方向において、複数の分割磁石に分割されている。そのため、回転軸の軸方向において、永久磁石の分割数を増加させることで、分割磁石の長さＬと内径Ｄとの比Ｌ／Ｄの増加を抑制しつつ、ロータの長さを増加させることができる。これにより、永久磁石の製造を容易にして、ロータの出力向上に必要なロータの長さを確保し、電動機の出力を向上させることができる。したがって、たとえば、電動過給機において、コンプレッサの高圧力比や高流量の要求を満たすことができる。

また、回転軸の軸方向に二つの分割磁石を隣接させて配置するときに、分割磁石の間に接続部材を介在させて、磁石凸部を接続部材の凹部に嵌合させ、または、磁石凹部に接続部材の凸部を嵌合させることができる。これにより、接続部材を介して回転軸の軸方向に隣接する二つの分割磁石の回転軸の軸周りの位置関係を規定する位置決めを行うことができ、これら二つの分割磁石の磁化容易方向を揃えることができる。

上記のロータは、前記軸方向において、前記磁石凸部と前記接続部材の前記凹部または前記磁石凹部と前記接続部材の前記凸部が重複する長さが、前記分割リングと前記接続部材の外周部とが重複する長さよりも長くてもよい。

この構成により、接続部材を介して回転軸の軸方向に隣り合う二つの分割磁石を接続するときに、まず、磁石凸部を接続部材の凹部に嵌合させ、または、接続部材の凸部を磁石凹部に嵌合させることができる。次に、接続部材と分割磁石と互いに嵌合させた状態で、回転軸の軸方向に隣り合う二つの分割リングの端部を接続部材の外周面において接続して、接続部材の外周面に二つの分割リングの端部を接続した接続部を形成することができる。これにより、ロータの製造を容易にすることができる。

本開示の上記態様によれば、永久磁石の長さＬと永久磁石の内径Ｄとの比Ｌ／Ｄの増加を抑制しつつ、回転軸の軸方向における長さを増加させることが可能なロータを提供することができる。

本開示の実施形態に係るロータを備えたエアコンプレッサの模式的な断面図。図１に示すロータの模式的な拡大断面図。図２に示すロータの分割磁石を回転軸の軸方向から見た分割磁石の端面図。

以下、図面を参照して本開示の一態様に係るロータの実施形態を説明する。

図１は、本実施形態のロータ５を備えたエアコンプレッサ１の模式的な断面図である。エアコンプレッサ１は、たとえば、電動機２と、インペラ３と、を備えている。電動機２は、たとえば、回転軸４と、ロータ５と、ステータ６と、ベアリング７と、ケーシング８とを有している。インペラ３は、ケーシング８の外側に突出した回転軸４の端部に設けられ、回転軸４と一体に回転することで、空気の圧力を上昇させる。エアコンプレッサ１は、たとえば、前記特許文献１に記載されているような電動過給機の一部を構成してもよい。

回転軸４は、ケーシング８の内部でインペラ３側の端部とインペラ３と反対側の端部が一対のベアリング７によって回転自在に支持されている。ロータ５は、たとえば、一対のベアリング７の間で回転軸４の外周面に固定され、ステータ６によって回転力を付与されることで、回転軸４を回転させる。ステータ６は、ケーシング８に収容され、ケーシング８に固定されている。ベアリング７は、ケーシング８に支持されて、回転軸４を回転自在に支持している。ケーシング８は、ロータ５、ステータ６、ベアリング７などを収容し、これらを支持している。

図２は、図１に示すロータ５の模式的な拡大断面図である。詳細については後述するが、本実施形態のロータ５は、以下の構成を特徴としている。

ロータ５は、回転軸４と、その回転軸４の周囲に配置された永久磁石９と、その永久磁石９の周囲に配置されたアーマリング１０と、接続部材２０と、を備えている。永久磁石９は、回転軸４の軸方向Ａにおいて複数の分割磁石９１，９２に分割されている。アーマリング１０は、軸方向Ａにおいて複数の分割リング１１，１２に分割されている。接続部材２０は、軸方向Ａに隣り合う二つの分割リング１１，１２の接続部１０Ｃの内周に配置され、かつ、軸方向Ａに隣り合う二つの分割磁石９１，９２の間に配置されている。そして、分割磁石９１，９２は、軸方向Ａに凹の磁石凹部９Ａを有し、接続部材２０は、磁石凹部９Ａに嵌合する凸部２１を有している。なお、分割磁石９１，９２は、軸方向Ａに凸の磁石凸部を有し、接続部材２０は、磁石凸部を嵌合させる凹部を有してもよい。

以下、本実施形態のロータ５の各部をより詳細に説明する。本実施形態のロータ５は、前述の回転軸４と、永久磁石９と、アーマリング１０と、接続部材２０とに加え、一対のエンドプレート３０を有している。

永久磁石９は、たとえば、回転軸４を貫通させる貫通孔を有する回転軸４と同心の円筒状に設けられ、回転軸４の外周面を覆うように回転軸４の周囲に配置され、一対のベアリング７の間で回転軸４の軸方向Ａに延びている。円筒状の永久磁石９は、たとえば、締まり嵌めによって回転軸４の外周に固定されている。なお、永久磁石９は、たとえば、回転軸４の周方向において、複数の部分に分割されていてもよい。

永久磁石９は、回転軸４の軸方向Ａにおいて、複数の分割磁石９１，９２に分割されている。永久磁石９は、図２に示すように、たとえば、回転軸４の軸方向Ａにおいて、第１の分割磁石９１と第２の分割磁石９２とに二分割されている。なお、永久磁石９は、回転軸４の軸方向Ａにおいて、三つ以上の複数の分割磁石に分割されていてもよい。

分割磁石９１，９２は、図２に示す例において、回転軸４の軸方向Ａに凹の磁石凹部９Ａを有している。磁石凹部９Ａは、分割磁石９１，９２の接続部材２０に対向する面に、それぞれ、凹状に設けられている。また、分割磁石９１，９２は、たとえば、回転軸４の周方向に、それぞれ複数の磁石凹部９Ａを有している。回転軸４の軸方向Ａにおいて、磁石凹部９Ａの深さは、たとえば、接続部材２０の凸部２１の突出高さにおおむね等しい。また、回転軸４の径方向において、磁石凹部９Ａの内径は、たとえば、接続部材２０の凸部２１の外径に対して正の寸法公差を有している。

図３は、図２に示すロータ５の分割磁石９１の接続部材２０に対向する端面を回転軸４の軸方向Ａから見た分割磁石９１の端面図である。図３に示す例において、分割磁石９１は、たとえば、複数の磁石凹部９Ａを有している。具体的には、分割磁石９１は、周方向に１８０°の角度間隔で二つの磁石凹部９Ａを有している。より詳細には、図３に示す例において、分割磁石９１は、たとえば、回転軸４の軸方向Ａに垂直な第１の中心線Ｌ１に沿って、一端側がＳ極であり、他端側がＮ極である。この場合、磁石凹部９Ａは、たとえば、第１の中心線Ｌ１および回転軸４の軸方向Ａに直交する第２の中心線Ｌ２上に配置することができる。

なお、磁石凹部９Ａは、二つに限定されず、たとえば、一つでもよく、３つ以上の複数であってもよい。複数の磁石凹部９Ａは、たとえば、分割磁石９１の接続部材２０に対向する端面において、周方向に等しい角度間隔で設けることができる。また、図３に示す例において、回転軸４の軸方向Ａから見た磁石凹部９Ａの形状は、円形であるが、多角形その他の任意の形状であってもよい。

また、図示は省略するが、接続部材２０が磁石凹部９Ａに嵌合する凸部２１の代わりに凹部を有する場合には、分割磁石９１は、接続部材２０の凹部に嵌合する磁石凸部を有することができる。この場合、磁石凸部の数、配置および回転軸４の軸方向Ａから見た形状は、前述の磁石凹部９Ａの数、配置および形状と同様である。

アーマリング１０は、たとえば、永久磁石９の外周面を覆う円筒状または管状に設けられ、永久磁石９の周囲に配置され、一対のベアリング７の間で回転軸４の軸方向Ａに延びている。アーマリング１０は、たとえば非磁性ステンレス鋼などの非磁性材料によって構成されている。アーマリング１０は、たとえば焼き嵌めによって、永久磁石９、接続部材２０およびエンドプレート３０の周囲に固定されている。

アーマリング１０は、軸方向Ａにおいて複数の分割リング１１，１２に分割されている。図２に示す例において、アーマリング１０は、回転軸４の軸方向Ａにおいて、第１の分割リング１１と第２の分割リング１２とに二分割されている。なお、アーマリング１０は、回転軸４の軸方向Ａにおいて、三つ以上の分割リングに分割されていてもよい。この場合、アーマリング１０の分割数は、永久磁石９の分割数と等しくすることができる。

接続部材２０は、たとえば、中心に回転軸４を貫通させる貫通孔を有する円板状の部材である。接続部材２０は、たとえば非磁性ステンレス鋼などの非磁性材料によって構成されている。接続部材２０は、たとえば締まり嵌めによって、回転軸４の外周に固定されている。接続部材２０は、軸方向Ａに隣り合う二つの分割リング１１，１２の接続部１０Ｃの内周に配置され、かつ、軸方向Ａに隣り合う二つの分割磁石９１，９２の間に配置されている。

図２に示す例では、ロータ５は、回転軸４の軸方向Ａにおいて、磁石凹部９Ａと接続部材２０の凸部２１が重複する長さｂが、分割リング１１と接続部材２０の外周部とが重複する長さａよりも長い。また、第１の分割磁石９１に接続部材２０を介して隣接する第２の分割磁石９２においても同様の関係が成立している。なお、前述のように、分割磁石９１，９２が磁石凹部９Ａの代わりに磁石凸部を有し、接続部材２０が磁石凸部を嵌合させる凹部を有する場合には、回転軸４の軸方向Ａにおいて、磁石凸部と接続部材２０の凹部が重複する長さは、分割リング１１と接続部材２０の外周部とが重複する長さａよりも長くなる。

一対のエンドプレート３０は、たとえば、中心に回転軸４を貫通させる貫通孔を有する円板状の部材である。エンドプレート３０は、たとえば非磁性ステンレス鋼などの非磁性材料によって構成されている。エンドプレート３０は、たとえば締まり嵌めによって、回転軸４の外周に固定されている。一対のエンドプレート３０は、回転軸４の軸方向Ａにおいて、複数の分割磁石９１，９２を含む永久磁石９の両端に配置されている。一対のエンドプレート３０の外周には、それぞれ分割リング１１，１２が、たとえば焼き嵌めによって固定されている。

以下、本実施形態に係るロータ５の作用について説明する。

前述のように、本実施形態に係るロータ５は、回転軸４と、その回転軸４の周囲に配置された永久磁石９と、その永久磁石９の周囲に配置されたアーマリング１０と、接続部材２０と、を備えている。永久磁石９は、回転軸４の軸方向Ａにおいて複数の分割磁石９１，９２に分割されている。アーマリング１０は、軸方向Ａにおいて複数の分割リング１１，１２に分割されている。接続部材２０は、軸方向Ａに隣り合う二つの分割リング１１，１２の接続部１０Ｃの内周に配置され、かつ、軸方向Ａに隣り合う二つの分割磁石９１，９２の間に配置されている。そして、分割磁石９１，９２は、軸方向Ａに凹の磁石凹部９Ａを有し、接続部材２０は、磁石凹部９Ａに嵌合する凸部２１を有している。

このように、本実施形態のロータ５は、永久磁石９が回転軸４の軸方向Ａにおいて、複数の分割磁石９１，９２に分割されている。そのため、回転軸４の軸方向Ａにおいて、永久磁石９を分割することで、分割磁石９１，９２の長さＬと内径Ｄとの比Ｌ／Ｄの増加を抑制しつつ、ロータ５の長さ５Ｌを増加させることができる。これにより、永久磁石９の製造を容易にして、ロータ５の出力向上に必要なロータ５の長さ５Ｌを確保し、電動機２の出力を向上させることができる。したがって、たとえば、電動過給機において、エアコンプレッサ１の高圧力比や高流量の要求を満たすことができる。

また、回転軸４の軸方向Ａに二つの分割磁石９１，９２を隣接させて配置するときに、分割磁石９１，９２の間に接続部材２０を介在させて、磁石凹部９Ａに接続部材２０の凸部２１を嵌合させることができる。これにより、接続部材２０を介して回転軸４の軸方向Ａに隣接する二つの分割磁石９１，９２の回転軸４の軸周りの位置関係を規定する位置決めを行うことができ、これら二つの分割磁石９１，９２の磁化容易方向を揃えることができる。

なお、ロータ５において、分割磁石９１，９２が磁石凹部９Ａの代わりに軸方向Ａに凸の磁石凸部を有し、接続部材２０が凸部２１の代わりに磁石凸部を嵌合させる凹部を有する場合にも、磁石凸部を接続部材２０の凹部に嵌合させることで、同様の効果を奏することができる。

また、本実施形態のロータ５は、前述のように、回転軸４の軸方向Ａにおいて、磁石凹部９Ａと接続部材２０の凸部２１が重複する長さｂが、分割磁石９１と接続部材２０の外周部とが重複する長さａよりも長い。

この構成により、接続部材２０を介して回転軸４の軸方向Ａに隣り合う二つの分割磁石９１，９２を接続するときに、まず、接続部材２０の凸部２１を磁石凹部９Ａに嵌合させることができる。次に、接続部材２０と分割磁石９１，９２と互いに嵌合させた状態で、回転軸４の軸方向Ａに隣り合う二つの分割リング１１，１２の端部を接続部材２０の外周面において接続して、接続部材２０の外周面に二つの分割リング１１，１２の端部を接続した接続部１０Ｃを形成することができる。これにより、二つの分割磁石９１，９２の磁化容易方向を揃えることができ、ロータ５の製造を容易にすることができる。

なお、ロータ５において、分割磁石９１，９２が磁石凹部９Ａの代わりに軸方向Ａに凸の磁石凸部を有し、接続部材２０が凸部２１の代わりに磁石凸部を嵌合させる凹部を有する場合にも同様の効果を奏することができる。具体的には、分割磁石９１の磁石凸部と接続部材２０の凹部が重複する長さが、分割磁石９１と接続部材２０の外周部とが重複する長さａよりも長くする。

これにより、まず、磁石凸部を接続部材２０の凹部に嵌合させることができる。次に、接続部材２０と分割磁石９１，９２と互いに嵌合させた状態で、回転軸４の軸方向Ａに隣り合う二つの分割リング１１，１２の端部を接続部材２０の外周面において接続して、接続部材２０の外周面に二つの分割リング１１，１２の端部を接続した接続部１０Ｃを形成することができる。これにより、二つの分割磁石９１，９２の磁化容易方向を揃えることができ、ロータ５の製造を容易にすることができる。

以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、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。

４回転軸
５ロータ
９永久磁石
９Ａ磁石凹部
９１分割磁石
９２分割磁石
１０アーマリング
１０Ｃ接続部
１１分割リング
１２分割リング
２０接続部材
２１凸部
Ａ軸方向
ａ分割リングと接続部材の外周部とが重複する長さ
ｂ磁石凹部と接続部材の凸部が重複する長さ

Claims

回転軸と、該回転軸の周囲に配置された永久磁石と、該永久磁石の周囲に配置されたアーマリングと、を備えたロータであって、
前記永久磁石は、前記回転軸の軸方向において複数の分割磁石に分割され、
前記アーマリングは、前記軸方向において複数の分割リングに分割され、
前記ロータは、前記軸方向に隣り合う二つの前記分割リングの接続部の内周に配置されかつ前記軸方向に隣り合う二つの前記分割磁石の間に配置された接続部材をさらに備え、
前記分割磁石は、前記軸方向に凸の磁石凸部または前記軸方向に凹の磁石凹部を有し、
前記接続部材は、前記磁石凸部を嵌合させる凹部または前記磁石凹部に嵌合する凸部を有することを特徴とするロータ。
前記軸方向において、前記磁石凸部と前記接続部材の前記凹部または前記磁石凹部と前記接続部材の前記凸部が重複する長さは、前記分割リングと前記接続部材の外周部とが重複する長さよりも長いことを特徴とする請求項１に記載のロータ。