JP2020127338A - ロータ構造及びロータ構造の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】磁束漏れを抑止し、優れたトルクアップ効果を発揮するロータ構造及びロータ構造の製造方法を提供すること。【解決手段】複数のロータコア１０、１１と、ロータコア１０、１１に軸線Ｏ１方向に貫通形成された複数の磁石挿入孔３ｃにそれぞれ挿通して設けられる複数の磁石４と、ロータコア１０、１１の中心孔１０ａ、１１ａに挿通してロータコア１０、１１と一体に設けられるシャフト２とを備えるロータ構造Ａであって、ロータコア１０、１１として、中心孔１０ａの径がシャフト２の外径と略同等に形成された第１ロータコア１０と、中心孔１１ａの少なくとも一部の径がシャフト２の外径よりも大径で形成され、２つの第１ロータコア１０の間に同軸上で挟まれて配設される第２ロータコア１１とを備え、第２ロータコア１１の内周縁とシャフト２の外周面との間の隙間Ｈに磁石含有物１２を介設する。【選択図】図１

Description

本発明は、ロータ構造及びロータ構造の製造方法に関する。

例えば、自動車や電化製品のモータなどの電動回転機のロータ（ロータ構造）は、図１３、図１４及び図１５に示すように、複数のロータコア１を、ロータコア１の中心孔（シャフト孔）１ａにシャフト２を挿通しつつ軸線Ｏ１方向に一体に組み合わせて構成されている。また、ロータコア１としては、ＩＰＭ型ロータコア（埋込磁石型ロータコア）やＳＰＭ型ロータコア（表面磁石型ロータコア）が多用されている。

ＩＰＭ型ロータコア１は、例えば、電磁鋼板を打ち抜き加工して形成した複数のコア部材（薄板状部材）を積層した積層鉄心３と、積層鉄心３の軸線Ｏ１方向一端部３ａから他端部３ｂまで貫通形成された磁石挿入孔３ｃに挿入して収容される永久磁石４と、磁石挿入孔３ｃに注入して永久磁石４を埋設固定する樹脂材５とを備えて構成されている（例えば、特許文献１参照）。

積層鉄心３には、その軸線Ｏ１上の一端部３ａから他端部３ｂに貫通形成され、シャフト２を焼き嵌めや圧入によって嵌め込むための中心孔（シャフト孔）３ｄが設けられている。

一方、ＩＰＭ型ロータコア１においては、図１４に示すように、永久磁石４を、軸線Ｏ１側から隣り合う一対の永久磁石４（４ａ、４ｂ）の径方向外側に向かうに従い漸次周方向の間隔を大にして深Ｖ形に配置し、深Ｖ形の一対の永久磁石４を周方向に複数規則的に配置して構成したものがある。
また、複数の永久磁石４を、軸線Ｏ１を中心とした径方向に延設し、放射状に配置して構成したものがある。

このように永久磁石４を深Ｖ形や放射状に配置したロータコア１を用いることによって、トルク性能に優れたロータを実現することができる。

特開平３−０３６９４５号公報

しかしながら、上記従来の永久磁石４を深Ｖ形や放射状に配置したＩＰＭ型のロータコア１においては、軸線Ｏ１中心の径方向内側の内周側（シャフト２側）の隣り合う永久磁石４（４ａ、４ｂ）の間から磁束漏れＳが発生し、この磁束漏れＳによってトルクアップ効果が低くなるという問題があった（図１４参照）。
このため、この部位の磁束漏れを抑止し、優れたトルクアップ効果を発揮させる手法、手段が強く望まれていた。

本開示のロータ構造の一態様は、複数のロータコアと、前記ロータコアに軸線方向に貫通形成された複数の磁石挿入孔にそれぞれ挿通して設けられる複数の磁石と、前記ロータコアの中心孔に挿通して前記ロータコアと一体に設けられるシャフトとを備えるロータ構造であって、前記ロータコアとして、前記中心孔の径が前記シャフトの外径と略同等に形成された第１ロータコアと、前記中心孔の少なくとも一部の径が前記シャフトの外径よりも大径で形成され、２つの前記第１ロータコアの間に同軸上で挟まれて配設される第２ロータコアとを備え、前記第２ロータコアの内周縁と前記シャフトの外周面との間の隙間に磁石含有物が介設されている。

本開示のロータ構造の製造方法の一態様は、上記の一態様のロータ構造を製造する方法であって、前記第１ロータコアに前記軸線方向の一端部から他端部に貫通する注入孔が設けられ、前記第１ロータコア及び前記第２ロータコアを前記シャフトに取り付けた後に、前記注入孔から前記磁石含有物を注入し前記隙間に充填する。

上記の一態様においては、第２ロータコアの隣り合う磁石とシャフトの間の最も磁束漏れが生じやすい部分に磁石含有物が介設されていることによって、磁束漏れを抑えることができる。これにより、従来よりも優れたトルク性能（トルクアップ効果）を発揮するロータ構造を実現することが可能になる。

さらに、第２ロータコアの隣り合う磁石とシャフトの間の最も磁束漏れが生じやすい部分に磁石含有物が介設されていることによって、磁石量を増やすことができ、より優れたトルク性能を発揮するロータ構造を実現することが可能になる。

一実施形態に係るロータ（ロータ構造）を示す断面図である。 図１のＸ１−Ｘ１線矢視図であり、一実施形態に係るロータ（ロータ構造）、第１ロータコア（ＩＰＭ型ロータコア）を示す図である。 図１のＸ２−Ｘ２線矢視図であり、一実施形態に係るロータ（ロータ構造）、第２ロータコア（ＩＰＭ型ロータコア）を示す図である。 一実施形態に係る第１ロータコア（ＩＰＭ型ロータコア）を示す斜視図である。 一実施形態に係る第２ロータコア（ＩＰＭ型ロータコア）を示す斜視図である。 ロータ（ロータ構造）を示す断面図である。 図６のＸ１−Ｘ１線矢視図である。 図６のＸ２−Ｘ２線矢視図である。 一実施形態に係るロータ（ロータ構造）、第１ロータコア（ＩＰＭ型ロータコア）の変更例を示す図である。 一実施形態に係るロータ（ロータ構造）、第２ロータコア（ＩＰＭ型ロータコア）の変更例を示す図である。 一実施形態に係る第１ロータコア（ＩＰＭ型ロータコア）の変更例を示す斜視図である。 一実施形態に係る第２ロータコア（ＩＰＭ型ロータコア）の変更例を示す斜視図である。 従来のロータ（ロータ構造）を示す断面図である。 図１３のＸ１−Ｘ１線矢視図である。 従来のロータコア（ＩＰＭ型ロータコア）を示す斜視図である。

以下、図１から図１２を参照し、本発明の一実施形態に係るロータ構造及びロータ構造の製造方法について説明する。

本実施形態のロータ（ロータ構造）Ａは、例えば、自動車や電化製品のモータなどの電動回転機のロータであり、図１、図２、図３に示すように、複数のＩＰＭ型ロータコア１０、１１を、ロータコア１０、１１の中心孔（シャフト孔）１０ａ、１１ａにシャフト２を挿通しつつ軸線Ｏ１方向に一体に組み合わせて構成されている。

本実施形態のＩＰＭ型ロータコア１０、１１は、例えば、図２及び図４、図３及び図５に示すように、電磁鋼板を打ち抜き加工して形成した複数のコア部材（薄板状部材）を積層した積層鉄心３と、積層鉄心３の軸線Ｏ１方向一端部３ａから他端部３ｂまで貫通形成された磁石挿入孔３ｃに挿入して収容される永久磁石４と、磁石挿入孔３ｃに注入して永久磁石４を埋設固定する樹脂材５とを備えて構成されている。

積層鉄心３には、その軸線Ｏ１上の一端部３ａから他端部３ｂに貫通形成され、シャフトを挿入するための中心孔（シャフト孔）３ｄが設けられている。

本実施形態のＩＰＭ型ロータコア１０、１１は、図２、図３に示すように、永久磁石４を、軸線Ｏ１側から隣り合う一対の永久磁石４（４ａ、４ｂ）が径方向外側に向かうに従い漸次周方向の間隔を大にして深Ｖ形に配置し、深Ｖ形の一対の永久磁石４（４ａ、４ｂ）を周方向に複数規則的に配置して構成されている。

さらに、本実施形態のロータＡには、図１、図２、図３に示すように、中心孔１０ａの内径がシャフト２の外径と略同等に形成され、中心孔１０ａに挿通しつつ焼き嵌めや圧入によってシャフト２の所定位置に一体に取り付けられる通常のシャフト取付用の第１ロータコア（ＩＰＭ型ロータコア）１０と、中心孔１１ａの内径がシャフト２の外径よりも大となるように形成された磁束漏洩防止用の第２ロータコア（ＩＰＭ型ロータコア）１１との２種のロータコアが用いられている。

具体的に、第２ロータコア１１は、２つの第１ロータコア１０の間に挟まれるように配設され、隣り合う第１ロータコア１０と、例えば、それぞれのロータコア１０、１１に設けられたピンとピン孔を嵌合させるなどして、軸線Ｏ１を同軸上に配しつつ一体に組み付けて設けられている。これにより、２つの第１ロータコア１０に挟持された第２ロータコア１１は、２つの第１ロータコア１０によって支持され、中心孔１１ａを形成する内周縁がシャフト２の外径から離間し、シャフト２との間に隙間Ｈをあけて配設されている。

そして、第２ロータコア１１の内周縁とシャフト２の間の隙間Ｈには、磁石含有物１２が隙間Ｈを埋めるように設けられている。すなわち、本実施形態のロータＡは、第２ロータコア１１とシャフト２の間に磁石含有物１２を介装して構成されている。

磁石含有物１２は、例えば、粉状（あるいは粒状）の磁石を樹脂材やゴム材に混合分散したボンドマグネットなどであり、第２ロータコア１１の内周縁とシャフト２の間の隙間Ｈに注入充填されている。この磁石含有物１２は、所望の柔軟性、弾性、伸縮性となるように固化／硬化し、第２ロータコア１１とシャフト２の間に介装される。なお、第１ロータコア１０と第２ロータコア１１は、中心孔１０ａ、１１ａの径寸法以外の構成がほぼ同一とされている。

粉状（あるいは粒状）の磁石を樹脂材やゴム材に混合分散した磁石含有物１２を、第２ロータコア１１の内周縁とシャフト２の間の隙間Ｈに注入充填する手法としては（本実施形態のロータ構造の製造方法では）、例えば、図１に示すように、予め、第１ロータコア１０の一端部から他端部に貫通する注入孔１０ｂを設けておく。そして、第１ロータコア１０と第２ロータコア１１を中心孔１０ａ、１１ａにシャフト２を挿通して所定位置に組み付けた状態で設置した後、第１ロータコア１０の注入孔１０ｂから未硬化状態の磁石含有物１２を第２ロータコア１１の内周縁とシャフト２の間の隙間Ｈに注入充填する。所定時間が経過した後、注入孔１０ｂと第２ロータコア１１とシャフト２の隙間Ｈに充填した磁石含有物１２は所定の柔軟性、弾性、伸縮性となって固化／硬化する。これにより、磁石含有物１２を第２ロータコア１１とシャフト２の間の隙間Ｈに好適に充填、介装することができ、磁石含有物１２を備えた本実施形態のロータＡを得ることができる。

ここで、本実施形態のロータＡにおいては、第２ロータコア１１がシャフト２に強固に接続されていなくても、第１ロータコア１１が焼き嵌めや圧入によってシャフト２に強固に接続され、隣り合う第１ロータコア１１の間に一体に第２ロータコア１１が設けられている。また、第２ロータコア１１とシャフト２の隙間Ｈに磁石含有物１２が充填されている。これにより、ロータイナーシャの確保（向上）、ロータＡ自身の剛性の確保（向上）が図られている。また、第１ロータコア１１が軸線Ｏ１方向に均等に複数配設されていることによって、より確実に、ロータイナーシャの確保（向上）、ロータＡ自身の剛性の確保（向上）を図ることが可能とされている。

また、例えば、隣り合う第１ロータコア１０と第２ロータコア１１とを１組とし、各組の第１ロータコア１０をシャフト２に焼き嵌めや圧入して取り付け、第２ロータコア１１を第１ロータコア１０に取り付けた後、第２ロータコア１１とシャフト２の間の隙間Ｈに磁石含有物１２を充填し、これと同様に複数組の第１ロータコア１０と第２ロータコア１１とを順次取り付けてロータＡを形成するようにしてもよい。

さらに、磁石含有物１２は、Ｎｄマグネットなどの硬化体であってもよいが、この場合には、加熱した際にＮｄマグネットが収縮するのに対し、鉄製などのシャフト２が膨張し、磁石含有物１２に割れなどの損傷が生じるおそれがある。このため、磁石含有物１２は、ロータＡを使用した際に割れなどが発生しにくい固化／硬化強度であることが好ましく、言い換えれば、ロータＡを使用した際に割れなどが発生しにくい柔軟性、弾性、伸縮性を備えていることが好ましい。この点で、ボンドマグネットを使用することが好適である。

また、予め、樹脂材等に粉状等の磁石を混合分散して硬化（固形化）した成形品の磁石含有物１２を用い、第１ロータコア１０、第２ロータコア１１の中心孔１０ａ、１１ａにシャフト２を挿通する際に、磁石含有物１２を第２ロータコア１１とシャフト２の間の隙間Ｈに介設し、ロータＡを製造、構成してもよい。

そして、上記構成からなる本実施形態のロータＡにおいては、第２ロータコア１０の隣り合う永久磁石４の磁束漏れが生じる径方向内側の部分（深Ｖ形の一対の永久磁石４（４ａ、４ｂ）の谷部）とシャフト２の間に磁石含有物１２が介装されていることにより、磁石含有物１２の永久磁石４の磁束の一対の永久磁石４（４ａ、４ｂ）の谷部からシャフト２側への漏れ（磁束漏れＳ）を抑えることができる。

一方、図６から図８に示すように、第２ロータコア１１とシャフト２の間の隙間Ｈに磁石含有物１２を設けず、第２ロータコア１１とシャフト２の間の隙間Ｈを空間とした場合であっても、磁束漏れＳを抑えることが可能である。

しかしながら、本実施形態のロータＡのように、磁石含有物１２を第２ロータコア１１とシャフト２の間の隙間Ｈに介設した場合には、磁束漏れＳを抑えるだけでなく、磁石含有物１２の磁力を活用できるため、すなわち、磁石含有物１２の磁石もトルクに寄与するため、ロータＡのトルクアップを図ることが可能になる。

さらに、磁石含有物１２を第２ロータコア１１とシャフト２の間の隙間Ｈに介設することによって、ロータイナーシャのアップ、ロータＡ自身の剛性アップを図ることもできる。よって、本実施形態のロータＡを備えたモータなどの電動回転機の制御性能の向上を図ることが可能になる。

さらに、第１ロータコア１０と第２ロータコア１２が軸線Ｏ１方向に交互に配設されていることにより、特に、第１ロータコア１０が軸線Ｏ１方向に均等に配置されていることにより、ロータコア１０、１１のシャフト２への所望の結合強度を確保しつつ、磁石含有物１２を備えることによる優れたトルクアップ効果を得ることが可能になる。

したがって、本実施形態のロータ構造Ａ（及びロータ構造の製造方法）においては、第２ロータコア１０の隣り合う一対の永久磁石４（４ａ、４ｂ）とシャフト２の間の最も磁束漏れＳが生じやすい部分に、磁石含有物１２が介設されていることによって、従来よりも優れたトルク性能（トルクアップ効果）を発揮するロータＡを実現することが可能になる。

以上、本発明に係るロータ構造及びロータ構造の製造方法の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、本実施形態では、第１ロータコア１０と第２ロータコア１１が軸線Ｏ１方向に交互に配設されているものとしたが、２つの第１ロータコア１０の間に第２ロータコア１１が挟まれるように配設されていれば、例えば他の部分の２つの第１ロータコア１０が隣り合って組み付けられていてもよく、必ずしも図１のようにロータＡを構成しなくてもよい。

また、本実施形態では、深Ｖ形の一対の永久磁石４（４ａ、４ｂ）を周方向に複数規則的に配置してロータコア１０、１１ひいてはロータ構造Ａが構成されているものとしたが、図９から図１２に示すように、複数の永久磁石４を、軸線Ｏ１を中心とした径方向に延設し、放射状に配置してロータコア１０、１１、ロータ構造Ａが構成されていてもよい。

そして、このような永久磁石４を放射状に配置したロータコア１０、１１を備えたロータ構造Ａに、本実施形態と同様、磁石含有物１２を設けた場合には、周方向に隣り合う永久磁石４の間から磁束漏れＳが生じることをより効果的に抑えることができ、さらに優れたトルクアップ効果を得ることが可能になる。

さらに、本実施形態では、軸線Ｏ１を中心とした周方向全体にリング状に隙間Ｈが形成され、リング状に磁石含有物１２が具備されているものとしたが、磁束漏れＳが生じやすい深Ｖ形の一対の永久磁石４（４ａ、４ｂ）の谷部とシャフト２の間、放射状に配置した隣り合う一対の永久磁石４のシャフト側の間などの局所に、隙間Ｈを設け、この軸線Ｏ１中心の周方向に局部的に設けられた隙間Ｈに磁石含有物１２を設けるようにしてもよい。この場合においても、本実施形態と同様の作用効果を得ることが可能である。

２ シャフト
３ 積層鉄心
３ｃ 磁石挿入孔
３ｄ 中心孔（シャフト孔）
４ 永久磁石
５ 樹脂材
１０ 第１ロータコア
１０ａ 中心孔（シャフト孔）
１１ 第２ロータコア
１１ａ 中心孔（シャフト孔）
１２ 磁石含有物
Ａ ロータ（ロータ構造）
Ｈ 隙間
Ｏ１ 軸線
Ｓ 磁束漏れ

Claims (6)

1. 複数のロータコアと、前記ロータコアに軸線方向に貫通形成された複数の磁石挿入孔にそれぞれ挿通して設けられる複数の磁石と、前記ロータコアの中心孔に挿通して前記ロータコアと一体に設けられるシャフトとを備えるロータ構造であって、
   前記ロータコアとして、前記中心孔の径が前記シャフトの外径と略同等に形成された第１ロータコアと、前記中心孔の少なくとも一部の径が前記シャフトの外径よりも大径で形成され、２つの前記第１ロータコアの間に同軸上で挟まれて配設される第２ロータコアとを備え、
   前記第２ロータコアの内周縁と前記シャフトの外周面との間の隙間に磁石含有物が介設されている、ロータ構造。
2. 前記ロータコアに、前記軸線を中心とした周方向に隣り合う一対の磁石が前記軸線を中心とした径方向内側を谷部とした略Ｖ形を呈するように配設されるとともに、略Ｖ形の一対の磁石を前記周方向に規則的に複数配設され、
   前記磁石含有物が、少なくとも略Ｖ形の一対の磁石の谷部と前記シャフトの前記径方向の間に介設されている、請求項１に記載のロータ構造。
3. 前記ロータコアに、前記複数の磁石が前記軸線を中心とした径方向に延び、前記軸線を中心とした周方向に所定の間隔をあけて放射状に配設され、
   前記磁石含有物が、少なくとも前記周方向に隣り合う一対の磁石と前記シャフトの前記径方向の間に介設されている、請求項１に記載のロータ構造。
4. 前記磁石含有物が前記軸線を中心とした周方向の全体に環状に設けられている、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のロータ構造。
5. 前記磁石含有物が、粉状又は粒状の磁石と、樹脂材又はゴム材とを混合したボンドマグネットである、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のロータ構造。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のロータ構造を製造する方法であって、
   前記第１ロータコアに前記軸線方向の一端部から他端部に貫通する注入孔が設けられ、前記第１ロータコア及び前記第２ロータコアを前記シャフトに取り付けた後に、前記注入孔から前記磁石含有物を注入し前記隙間に充填する、ロータ構造の製造方法。

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