JP2020188602A - 回転電気のロータ - Google Patents

Abstract

【課題】フィラメントワインディング層の緩みや損傷を防止できる回転電機のロータを提供する。【解決手段】回転電機のロータ１０は、ロータコア３０と、ロータコア３０の外周面に配置された複数の磁石４１と、一対の端面板５０と、複数の磁石４１が配置されたロータコア３０の外周面にフィラメント６１１、６２１を巻回することで構成されるフィラメントワインディング層６０と、を備える。フィラメントワインディング層６０は、フィラメントをロータ１０の周方向に巻回することで構成され、ロータコア３０の外周面には、第１フィラメント部６１が設けられ、端面板５０とロータコア３０との境界部Ｂには、第１フィラメント部６１とは異なる第２フィラメント部６２が設けられる。第２フィラメント部６２のフィラメント６２１は、第１フィラメント部６１のフィラメント６１１よりも大径である。【選択図】図２

Description

本発明は、電動車両などに搭載される回転電気のロータに関する。

特許文献１に記載された発電電動機のロータは、ロータコアと、ロータコアの外周面に配置された複数の磁石と、ロータコアの軸方向の両端部に配置された端面板と、複数の磁石が配置されたロータコアの外周面にフィラメントを巻回することで構成されるフィラメントワインディング層と、を備えており、フィラメントワインディング層では、フィラメントがロータの周方向に巻回されている。

特開２００３−１１１３２３号公報

しかし、このようなロータでは、端面板とロータコアとの境界部に隙間ができやすいため、隙間にフィラメントが脱落してフィラメントワインディング層の緩みや損傷が発生する虞がある。

本発明は、フィラメントワインディング層の緩みや損傷を防止できる回転電機のロータを提供する。

本発明の回転電機のロータは、
ロータコアと、
前記ロータコアの外周面に配置された複数の磁石と、
前記ロータコアの軸方向の両端部に配置された端面板と、
前記複数の磁石が配置された前記ロータコアの前記外周面にフィラメントを巻回することで構成されるフィラメントワインディング層と、を備える、回転電機のロータであって、
前記フィラメントワインディング層は、前記フィラメントを前記ロータの周方向に巻回することで構成され、
前記ロータコアの外周面には、第１フィラメント部が設けられ、
前記端面板と前記ロータコアとの境界部には、前記第１フィラメント部とは異なる第２フィラメント部が設けられ、
前記第２フィラメント部の前記フィラメントは、前記第１フィラメント部の前記フィラメントよりも大径である。

本発明によれば、ロータコアの外周面に形成されるフィラメント層と、端面板とロータコアとの境界部に形成されるフィラメント層とでは求められる特性が異なるところ、求められる特性に応じたフィラメント層を形成することで、回転電機の性能を向上できる。特に、端面板とロータコアとの境界部では隙間ができやすいため、第２フィラメント部のフィラメントを、第１フィラメント部のフィラメントよりも大径とすることで、端面板とロータコアとの境界部に形成された隙間にフィラメントが脱落することを防止でき、フィラメントの脱落に伴うフィラメントワインディング層の緩みや損傷を回避できる。

本発明の一実施形態の回転電機のロータを示す断面斜視図である。 図１に示すＸ領域の拡大断面図である。 図２に示すＹ領域の拡大断面図である。 撚り線の第１例を示す、撚り線の側面図である。 撚り線の第２例を示す、撚り線の側面図である。 撚り線の第３例を示す、撚り線の側面図である。 本発明の第２実施形態の回転電機のロータを示す図であり、図１に示すＸ領域の拡大断面図である。

以下、本発明の回転電機のロータ１０の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。

［ロータ］
図１に示すように、本実施形態の回転電機のロータ１０は、ロータコア３０と、ロータ１０の回転軸心方向（以下、軸方向と称する。）においてロータコア３０の両側に配置される一対の端面板５０と、を備える。なお、一対の端面板５０は同一形状であり、一方の端面板５０を説明する場合は、他方の端面板５０も同様の構造等を有するものである。

ロータコア３０は、例えば複数の不図示の電磁鋼板が積層されることで構成される。ロータコア３０には、その中央に軸方向に貫通するロータ挿通孔３１が形成されている。

一対の端面板５０には、その中央にロータシャフト孔５１が形成される。ロータコア３０のロータ挿通孔３１及び一対の端面板５０のロータシャフト孔５１には、ロータシャフト２０が挿通し、ロータシャフト２０、ロータコア３０、及び一対の端面板５０が一体回転するように組み付けられる。

本実施形態のロータ１０は、ロータコア３０の表面に磁石４１が配置された、いわゆるＳＰＭ型の回転電機（Ｓｅｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ Ｍｏｔｏｒ）である。磁石４１は、ロータコア３０の外周面に設けられた溝部に配置され、磁石４１の外周面とロータコア３０の外周面とが略面一となるように設定されている。磁石４１は、例えばネオジム磁石等の永久磁石である。

［フィラメントワインディング層］
図１及び図２に示すように、ロータコア３０の外周面には、樹脂を含浸させたフィラメントをロータ１０の周方向（以下、周方向と称する。）に巻回して構成されるフィラメントワインディング層６０が設けられ、ロータ回転に伴う磁石４１の浮き上がりを防止している。フィラメントワインディング層６０は、ロータコア３０の外周面に設けられる第１フィラメント部６１と、端面板５０とロータコア３０との境界部Ｂに設けられ、第１フィラメント部６１とは異なる第２フィラメント部６２と、を含む。

このようなフィラメントワインディング層６０によれば、ロータコア３０の外周面に形成されるフィラメント部と、端面板５０とロータコア３０との境界部Ｂに形成されるフィラメント部とでは求められる特性が異なるところ、求められる特性に応じた第１フィラメント部６１及び第２フィラメント部６２を形成することで、回転電機の性能を向上させることが可能になる。

［第１フィラメント部］
図２に示すように、第１フィラメント部６１のフィラメント６１１は、単線６１２であり、ロータコア３０の外周面に周方向に巻回される。具体的に説明すると、フィラメント６１１は、ロータコア３０の外周面において、ロータ１０の軸方向に並列し、かつロータ１０の径方向（以下、径方向と称する。）に積層するように巻回されて第１フィラメント部６１を構成する。

このような第１フィラメント部６１によれば、フィラメントワインディング層６０の厚さを細かく管理できるだけでなく、フィラメント層中におけるフィラメント６１１の高密度化によりフィラメントワインディング層６０の強度を高めることができる。また、単線６１２からなるフィラメント６１１は、ロータコア３０の外周面との接触面積が大きくなるので、高張力での巻付けが可能となり、高速回転環境下での使用が可能になる。

［第２フィラメント部］
図２に示すように、第２フィラメント部６２のフィラメント６２１は、第１フィラメント部６１のフィラメント６１１よりも大径である。例えば、フィラメント６２１の線径ｒ２は、フィラメント６１１の線径ｒ１に比べて約３〜１０倍となっている。

このような第２フィラメント部６２によれば、第２フィラメント部６２のフィラメント６２１を、第１フィラメント部６１のフィラメント６１１よりも大径とすることで、端面板５０とロータコア３０との境界部Ｂに形成された隙間にフィラメント６２１が脱落することを防止でき、フィラメント６２１の脱落に伴うフィラメントワインディング層６０の緩みや損傷を回避できる。特に、ロータシャフト２０に端面板５０及びロータコア３０を圧入により組み付けるロータ１０においては、端面板５０とロータコア３０との境界部Ｂにおいて隙間ができやすい。このようなロータ１０において、第２フィラメント部６２のフィラメント６２１を第１フィラメント部６１のフィラメント６１１よりも大径とすることで、効果的にフィラメントワインディング層６０の緩みや損傷を回避できる。

図２に示すように、第２フィラメント部６２のフィラメント６２１は、単線６２２の集合である束線６２３であることが望ましい。このようにすると、単線６２２の数を変更することで容易にフィラメント６２１の線径を変更することができる。なお、図２に示すフィラメント６２１は、１本の単線６２２の外周側に６本の単線６２２を配置した断面略円形の束線６２３であるが、断面略三角形の束線としてもよく、断面が多角形の束線としてもよい。

また、図２及び図３に示すように、端面板５０の外径寸法Ｒ１がロータコア３０の外径寸法Ｒ２よりも大きく、端面板５０とロータコア３０との境界部Ｂに角部５２が設けられる場合、第２フィラメント部６２では、角部５２に束線６２３の窪み６２３ａが沿うようにフィラメント６２１が巻回されることが望ましい。このようにすると、束線６２３の線材が端面板５０の角部５２のエッジに当接して損傷する可能性を低減できる。

第２フィラメント部６２のフィラメント６２１は、複数の単線６２２を撚った撚り線であってもよい。撚り線としては、例えば、図４Ａに示すように、複数の単線６２２を一方向に撚って形成された撚り線６２４Ａ、図４Ｂに示すように、複数の単線６２２を双方向に撚って形成された撚り線６２４Ｂ、図４Ｃに示すように、複数の単線６２２を三つ編みにして形成された撚り線６２４Ｃなどが含まれる。このように第２フィラメント部６２のフィラメント６２１を複数の単線６２２を撚った撚り線とすることで、線間密度を高めることができる。

第２フィラメント部６２の束線６２３を構成する単線６２２は、第１フィラメント部６１の単線６１２と同一であることが望ましい。このようにすると、第１フィラメント部６１と第２フィラメント部６２とで同じ単線を用いることができるので、線材の種類を増やす必要がなくなり、製造コストを下げることができる。

図２に示すように、第１フィラメント部６１の外径寸法Ｒ１１及び第２フィラメント部６２の外径寸法Ｒ１２は、略等しいことが望ましい。このようにすると、ロータ１０の外周面の外径寸法が略均一になり、ロータ１０とステータとの隙間（エアギャップ）を略均一にできる。

［第２実施形態］
つぎに、本発明の第２実施形態のロータ１０について、図５を参照して説明する。ただし、前述した実施形態と共通の構成については、前述した実施形態と同じ符号を用いることで、詳細な説明は省略する。

図５に示すように、第２実施形態のロータ１０に設けられるフィラメントワインディング層６０では、第１フィラメント部６１のフィラメント６１１及び第２フィラメント部６２のフィラメント６２１が共に単線である点が前述の実施形態と相違している。そして、第２フィラメント部６２のフィラメント６２１は、第１フィラメント部６１の単線６１２（線径＝ｒ１）よりも線径の太い単線６２５（線径＝ｒ３）となっている。このような第２フィラメント部６２であっても、端面板５０とロータコア３０との境界部Ｂに形成された隙間にフィラメント６２１が脱落することを防止でき、フィラメント６２１の脱落に伴うフィラメントワインディング層６０の緩みや損傷を回避できる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記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。

また、本明細書には少なくとも以下の事項が記載されている。なお、括弧内には、上記した実施形態において対応する構成要素等を示しているが、これに限定されるものではない。

（１） ロータコア（ロータコア３０）と、
前記ロータコアの外周面に配置された複数の磁石（磁石４１）と、
前記ロータコアの軸方向の両端部に配置された端面板（端面板５０）と、
前記複数の磁石が配置された前記ロータコアの前記外周面にフィラメント（フィラメント６１１、６２１）を巻回することで構成されるフィラメントワインディング層（フィラメントワインディング層６０）と、を備える、回転電機のロータ（ロータ１０）であって、
前記フィラメントワインディング層は、前記フィラメントを前記ロータの周方向に巻回することで構成され、
前記ロータコアの外周面には、第１フィラメント部（第１フィラメント部６１）が設けられ、
前記端面板と前記ロータコアとの境界部（境界部Ｂ）には、前記第１フィラメント部とは異なる第２フィラメント部（第２フィラメント部６２）が設けられ、
前記第２フィラメント部の前記フィラメントは、前記第１フィラメント部の前記フィラメントよりも大径である、回転電機のロータ。

（１）によれば、ロータコアの外周面に形成されるフィラメント層と、端面板とロータコアとの境界部に形成されるフィラメント層とでは求められる特性が異なるところ、求められる特性に応じたフィラメント層を形成することで、回転電機の性能を向上できる。特に、端面板とロータコアとの境界部では隙間ができやすいため、第２フィラメント部のフィラメントを、第１フィラメント部のフィラメントよりも大径とすることで、端面板とロータコアとの境界部に形成された隙間にフィラメントが脱落することを防止でき、フィラメントの脱落に伴うフィラメントワインディング層の緩みや損傷を回避できる。

（２） （１）に記載の回転電機のロータであって、
前記第１フィラメント部の前記フィラメントは、単線（単線６１２）であり、
前記第２フィラメント部の前記フィラメントは、単線（単線６２２）の集合である束線（束線６２３）である、回転電機のロータ。

（２）によれば、第２フィラメント部のフィラメントは単線の集合である束線なので、単線の数を変更することで容易にフィラメントの線径を変更することができる。

（３） （２）に記載の回転電機のロータであって、
前記端面板の外径寸法（外径寸法Ｒ１）は、前記ロータコアの外径寸法（外径寸法Ｒ２）よりも大きく、
前記端面板と前記ロータコアとの境界部（境界部Ｂ）には、角部（角部５２）が設けられ、
前記第２フィラメント部では、前記角部に前記束線の窪み（窪み６２３ａ）が沿うように前記フィラメントが巻回されている、回転電機のロータ。

（３）によれば、第２フィラメント部では、角部に束線の窪みが沿うようにフィラメントが巻回されているので、束線の線材が端面板の角部のエッジ等に当接することによって損傷するのを防止できる。

（４） （２）に記載の回転電機のロータであって、
前記第２フィラメント部の前記フィラメントは、撚り線（撚り線６２４Ａ、６２４Ｂ、６２４Ｃ）である、回転電機のロータ。

（４）によれば、第２フィラメント部のフィラメントを撚り線とすることで、線間密度を高めることができる。

（５） （２）〜（４）のいずれかに記載の回転電機のロータであって、
前記第２フィラメント部の前記束線を構成する前記単線は、前記第１フィラメント部の前記単線と同一である、回転電機のロータ。

（５）によれば、第１フィラメント部と第２フィラメント部とで同じ単線を用いることで、線材の種類を増やす必要がなくなり、製造コストを下げることができる。

（６） （１）に記載の回転電機のロータであって、
前記第１フィラメント部の前記フィラメントは、単線（単線６１２）であり、
前記第２フィラメント部の前記フィラメントは、前記第１フィラメント部の前記単線よりも線径の太い単線（単線６２５）である、回転電機のロータ。

（６）によれば、２種類の単線をそれぞれ巻回することで第１フィラメント部と第２フィラメント部とを容易に形成できる。

（７） （１）〜（６）のいずれかに記載の回転電機のロータであって、
前記第１フィラメント部の外径寸法（外径寸法Ｒ１１）及び前記第２フィラメント部の外径寸法（外径寸法Ｒ１２）は、略等しい、回転電機のロータ。

（７）によれば、ロータの外周面の外径寸法が略均一になり、ロータとステータとの隙間（エアギャップ）も略均一になる。

１０ ロータ
３０ ロータコア
４１ 磁石
５０ 端面板
５２ 角部
６０ フィラメントワインディング層
６１ 第１フィラメント部
６１１ フィラメント
６１２ 単線
６２ 第２フィラメント部
６２１ フィラメント
６２２ 単線
６２３ 束線
６２３ａ 窪み
６２４Ａ、６２４Ｂ、６２４Ｃ 撚り線
６２５ 単線
Ｂ 境界部

Claims (7)

1. ロータコアと、
   前記ロータコアの外周面に配置された複数の磁石と、
   前記ロータコアの軸方向の両端部に配置された端面板と、
   前記複数の磁石が配置された前記ロータコアの前記外周面にフィラメントを巻回することで構成されるフィラメントワインディング層と、を備える、回転電機のロータであって、
   前記フィラメントワインディング層は、前記フィラメントを前記ロータの周方向に巻回することで構成され、
   前記ロータコアの外周面には、第１フィラメント部が設けられ、
   前記端面板と前記ロータコアとの境界部には、前記第１フィラメント部とは異なる第２フィラメント部が設けられ、
   前記第２フィラメント部の前記フィラメントは、前記第１フィラメント部の前記フィラメントよりも大径である、回転電機のロータ。
2. 請求項１に記載の回転電機のロータであって、
   前記第１フィラメント部の前記フィラメントは、単線であり、
   前記第２フィラメント部の前記フィラメントは、単線の集合である束線である、回転電機のロータ。
3. 請求項２に記載の回転電機のロータであって、
   前記端面板の外径寸法は、前記ロータコアの外径寸法よりも大きく、
   前記端面板と前記ロータコアとの境界部には、角部が設けられ、
   前記第２フィラメント部では、前記角部に前記束線の窪みが沿うように前記フィラメントが巻回されている、回転電機のロータ。
4. 請求項２に記載の回転電機のロータであって、
   前記第２フィラメント部の前記フィラメントは、撚り線である、回転電機のロータ。
5. 請求項２〜４のいずれか１項に記載の回転電機のロータであって、
   前記第２フィラメント部の前記束線を構成する前記単線は、前記第１フィラメント部の前記単線と同一である、回転電機のロータ。
6. 請求項１に記載の回転電機のロータであって、
   前記第１フィラメント部の前記フィラメントは、単線であり、
   前記第２フィラメント部の前記フィラメントは、前記第１フィラメント部の前記単線よりも線径の太い単線である、回転電機のロータ。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の回転電機のロータであって、
   前記第１フィラメント部の外径寸法及び前記第２フィラメント部の外径寸法は、略等しい、回転電機のロータ。

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