JP2020191742A - 回転子および該回転子を備える回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】高性能化および低コスト化を実現する回転子および該回転子を備える回転電機を提供する。【解決手段】複数の磁石挿入孔１４を有するとともに熱可塑性樹脂から構成される回転子コア１２と、複数の磁石挿入孔１４のそれぞれに挿入された永久磁石７と、回転子コア１２の中央部に挿通されるシャフト９と、周方向での係合を可能にする連結係合部３０とを有する回転子ユニット１０（２０）を複数個備えてなり、複数個の回転子ユニット１０（２０）が連結係合部３０を介して軸方向に連結されることによって、回転子３が構成される。【選択図】図８

Description

この発明は、回転子および該回転子を備える回転電機に関する。

例えば、特許文献１は、多数枚の電磁鋼板が積層された回転子コアと、回転子コアに形成された磁石挿入孔に挿入された永久磁石とを備える埋込磁石型（ＩＰＭ：Interior Permanent Magnet）の回転子および回転電機を開示する。

特開２０１９−６８６５５号公報

近年、普及が急速に進んでいるハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）などの車両では、電動機および／または発電機として働く回転電機が、使用されており、回転電機の性能アップが追求されている。

埋込磁石型の回転電機での性能は、永久磁石に依存しており、永久磁石の磁力が大きくなると、回転電機の出力向上、小型化、高効率化などの性能アップにつながる。そのため、永久磁石は、ネオジム磁石やサマリウムコバルト磁石などの希土類磁石が用いられる。永久磁石の磁力が非常に大きくなると、軟質磁性材料からなる回転子コアにくっつきやすくなるので、回転子コアに形成された磁石挿入孔に対して、永久磁石を挿入することが困難になる。したがって、磁力が非常に大きい永久磁石の使用によって、回転子の取扱性が悪くなるため、回転子および回転電機のコストアップになっている。磁力の大きい永久磁石を大型化するほど、永久磁石の取り扱いがさらに困難になるので、回転電機の性能アップが妨げられている。

回転子コアとしては、多数枚が積層された電磁鋼板が使用されている。回転子コアは、絶縁被膜のコーティングされた電磁鋼板を一枚ずつプレス加工で打ち抜くことによって磁石挿入孔を形成し、磁石挿入孔の形成された電磁鋼板を正確に重ね合わしながら積層することにより作製される。したがって、積層電磁鋼板からなる回転子コアを含む回転子および回転電機は、非常に高価なものになっている。

そこで、この発明の課題は、高性能化および低コスト化を実現する回転子および該回転子を備える回転電機を提供することである。

上記課題を解決するため、この発明の一態様に係る回転子は、
複数の磁石挿入孔を有するとともに熱可塑性樹脂から構成される回転子コアと、
前記複数の磁石挿入孔のそれぞれに挿入された永久磁石と、
前記回転子コアの中央部に挿通されるシャフトと、
周方向での係合を可能にする連結係合部とを有する回転子ユニットを複数個備えてなり、
複数個の前記回転子ユニットが前記連結係合部を介して軸方向に連結されることによって、回転子が構成されることを特徴とする。

この発明によれば、回転子コアが熱可塑性樹脂から構成されるとともに、複数個の回転子ユニットが連結係合部を介して軸方向に連結されることによって回転子を軸方向に長尺化できるので、回転子の高性能化および低コスト化を容易に実現できる。

この発明の一実施形態に係る回転電機を説明する図である。 この発明の第１実施形態に係る回転子を構成する回転子ユニットの回転子コアの斜視図である。 図２に示した回転子コアの平面図である。 図２に示した回転子コアを反対側から見たときの斜視図である。 図４に示した回転子コアの平面図である。 図２に示した回転子コアに永久磁石を挿入した回転子ユニットの平面図である。 図３に示した回転子コアをＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿って切断したときの断面図である。 図６に示した回転子ユニットを連結した回転子の斜視図である。 この発明の第１実施形態に係る回転子を説明する図である。 図４に示した回転子コアにおける連結係合部を説明する図である。 この発明の第２実施形態に係る回転子を説明する図である。 この発明の第３実施形態に係る回転子を説明する図である。 この発明の第４実施形態に係る回転子を説明する図である。 この発明の第５実施形態に係る回転子を説明する図である。 この発明の第６実施形態に係る回転子を説明する図である。

以下、図面を参照しながら、この発明に係る回転子３および回転電機１の実施の形態を説明する。

以下では、回転電機１として、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）などの車両に搭載される回転電機１を述べるが、これは説明のための例示であって、車両搭載以外の他の用途の回転電機１であってもよい。

また、以下に述べる寸法、形状、材質、磁極の数、１つの磁極を構成する永久磁石７の数や配置方法などは、この発明を説明するための例示であって、回転電機１における回転子３の仕様などにより、適宜に変更される。また、以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

〔回転電機の全体構成〕
まず、図１を参照しながら、回転電機１の全体構成を説明する。

図１は、この発明の一実施形態に係る回転電機１を説明する図である。回転電機１は、永久磁石埋込式のブラシレスの回転電機である。回転電機１は、車両が走行するときには電動機（モータ）として機能し、車両が制動されるときには発電機（ジェネレータ）として機能する。

回転電機１は、円柱状の回転子３と、円筒状の固定子５とを備える。回転子３と一体化されたシャフト９の軸方向の両端部は、図示しないケースに設けられた軸受によって、回転自在に支持されている。固定子５は、回転子３の外周側において所定の隙間を有するように、ケースに固定される。固定子コア５０のティース部５１には、巻回されたコイル５２が配設されている。回転子３の回転位置を検出して、検出された回転子３の回転位置に応じて、コイル５２に流す電流の切り替えを制御することによって、回転子３およびシャフト９が回転する。このように、回転電機１においては、回転子３に一体化されたシャフト９がトルクを出力する。

〔回転子および回転子ユニット〕
図２から図１０を参照しながら、回転子３および回転子３を構成する第１回転子ユニット１０を説明する。

〔第１実施形態〕
図２から図６に示すように、回転子ユニットとしての第１回転子ユニット１０は、回転子コア１２と永久磁石７とを有する。回転子コア１２は、円環部１３と、複数の磁石挿入孔１４と、軸支部１６，１８と、連結係合部３０とを有する。

複数の磁石挿入孔１４は、円環部１３の外周側において、周方向に均等に離間配置されている。永久磁石７の磁場を効率的に利用するために、複数の磁石挿入孔１４は、円環部１３において、可能な限り外周側に寄せて配置されるのが好ましい。例えば、磁石挿入孔１４の外側コーナ部と円環部１３の外周面との間で、１ｍｍ程度の間隔を有するように、磁石挿入孔１４が配置される。

複数の磁石挿入孔１４のそれぞれには、永久磁石７が挿入される。図示した例では、８個の磁石挿入孔１４が設けられているので、磁極数が８となる。図示した例では、磁石挿入孔１４が、回転中心Ｏを中心にして、４５度の角度で周方向に均等に離間配置されている。

磁石挿入孔１４は、軸方向から見て略矩形形状をしている。磁石挿入孔１４の軸方向の長さは、円環部１３の軸方向長さと同じであり、永久磁石７の軸方向長さよりも長くなるように寸法構成されている。永久磁石７は、例えば、他側から磁石挿入孔１４に挿入される。磁石挿入孔１４の他側では、永久磁石７の挿入が容易になるように、Ｃ面またはＲ面の面取りが磁石挿入孔１４の長辺側に設けられている。磁石挿入孔１４の一側では、永久磁石７が行き止まりになるように、ストッパー部が磁石挿入孔１４の短辺側に設けられている。

回転子コア１２の中央部には、軸支部１６，１８が、軸方向に立設されている。すなわち、回転子コア１２の軸方向の一側には、軸方向に突出する一側の軸支部１６が設けられている。回転子コア１２の軸方向の他側には、軸方向に突出する他側の軸支部１８が設けられている。回転子コア１２の中央部、一側の軸支部１６および他側の軸支部１８のそれぞれには、シャフト９を挿通するための軸孔１５が形成されている。シャフト９は、その一端に雄ネジ部が形成された軸部と、雄ネジ部に螺合する雌ネジ部とを備える。軸部の雄ネジ部と雌ネジ部とを螺合させることより、軸方向に一体化されたシャフト９が形成される。シャフト９は、車両の駆動輪に動力を伝達する出力軸として用いたり、出力軸の回転を減速する減速機構に接続したりすることができる。

回転子コア１２は、熱可塑性樹脂から構成され、射出成形によって作製される。回転子コア１２を構成する熱可塑性樹脂は、耐熱性が高くて、成形時の収縮が少ない樹脂、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹脂、ＰＣ（ポリカーボネート）樹脂などを挙げることができる。回転子コア１２を構成する熱可塑性樹脂は、好ましくは、炭素繊維で強化されたポリフェニレンサルファイド樹脂である。炭素繊維で強化されたポリフェニレンサルファイド樹脂は、例えば、無機系添加剤を含むことができる。この発明を限定しない例示として、炭素繊維で強化されたポリフェニレンサルファイド樹脂は、三菱ケミカル株式会社製の品番ＰＰＳ−Ｃ−１５Ｔ１５である。当該樹脂は、１５重量％の炭素繊維を含有する。当該構成によれば、耐熱性が高くて、成形時の収縮が少ない回転子コア１２の成形体を得ることができる。

永久磁石７は、軸方向から見て略矩形形状をしているとともに、軸方向に延びる板状形状をしている。すでに着磁されている永久磁石７は、各磁石挿入孔１４に対して１つずつ挿入配置され、それぞれが回転子コア１２における１つの磁極を形成する。永久磁石７では、例えば、外周側の長辺面がＮ極であるとき、内周側の長辺面がＳ極になる。図６に示すように、永久磁石７が、回転子コア１２の８つの磁石挿入孔１４に配置されるときに、回転子コア１２の周方向に沿って隣り合う磁極の間では、磁界方向が互いに逆になるように配置される。すなわち、外周側の磁極の極性は、周方向に沿って順に、Ｎ極，Ｓ極，Ｎ極，Ｓ極，Ｎ極，Ｓ極，Ｎ極，Ｓ極になり、内周側の磁極の極性は、周方向に沿って順に、Ｓ極，Ｎ極，Ｓ極，Ｎ極，Ｓ極，Ｎ極，Ｓ極，Ｎ極になる。

永久磁石７は、好ましくは、ネオジムと鉄とホウ素とを主成分とするネオジム磁石、サマリウムとコバルトとを主成分とするサマリウムコバルト磁石などの希土類磁石である。永久磁石７は、より好ましくは、永久磁石の中でも最も強い磁力を持つネオジム磁石である。当該構成によれば、高いトルクを持った回転電機１を提供できる。なお、用途によっては、フェライト磁石やアルニコ磁石などを用いることもできる。

磁石固定材が、それぞれの磁石挿入孔１４において、永久磁石７との隙間に充填される。永久磁石７の磁場を効率的に利用するために、磁石固定材は、例えば、磁石挿入孔１４における内周側の隙間に充填される。磁石固定材は、永久磁石７を回転子コア１２に固定する働きを有する。磁石固定材としては、成形性および耐熱性に優れた熱硬化性樹脂が用いられる。熱硬化性樹脂としては、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂などを用いることができる。

図７に示すように、回転子コア１２の外周部すなわち円環部１３の外周部には、外リング１７が配設されている。外リング１７は、回転子コア１２を構成する熱可塑性樹脂の耐熱性および耐クリープ性を向上させるために設けられている。外リング１７は、永久磁石７の磁場を妨げない特性を有する材質、例えば、保磁力が小さく透磁率が大きい軟質磁性材料からなる。外リング１７は、例えば、鉄、ケイ素鋼（電磁鋼板）、パーマロイ、センダスト、ソフトフェライトなどからなる。外リング１７は、回転子コア１２を作製するときに、インサート成形（一体成形）によって一体的に配設される。

図７に示すように、回転子コア１２の一側の軸支部１６および他側の軸支部１８の外周部には、内リング１９が配設されている。内リング１９は、回転子コア１２を構成する熱可塑性樹脂の耐熱性および耐クリープ性を向上させるために設けられている。内リング１９は、各種の金属材料からなる。内リング１９は、磁場の影響をほとんど受けない非磁性体からなり、例えば、アルミニウム（常磁性体）や銅（反磁性体）からなる。内リング１９は、回転子コア１２を作製するときに、インサート成形（一体成形）によって一体的に配設される。

図４、図５、図７および図９に示すように、第１回転子ユニット１０の他側の軸支部１８の軸方向端面には、周方向での係合を可能にする連結係合部３０が設けられている。当該構成によれば、回転子コア１２の軸方向端面を有効利用できるとともに、連結係合部３０を成形によって容易に形成できる。連結係合部３０は、凸形状の第１係合部３１と凹形状の第２係合部３２とが、軸方向から見て周方向に交互に配設されることによって構成されている。凸形状の第１係合部３１は、軸方向に突出するとともに軸方向から見て円弧形状をしている。第２係合部３２は、軸方向に突出した第１係合部３１を受け入れできるように、軸方向に凹んだ凹形状をしている。凹形状の第２係合部３２は、第１係合部３１に係合するように凹設されるとともに軸方向から見て円弧形状をしている。当該構成によれば、周方向での係合を可能にするとともに、第１回転子ユニット１０を軸方向に動かすことで、第１係合部３１および第２係合部３２を容易に係合状態または非係合状態にすることができる。

図１０（Ａ）に示すように、第１係合部３１および第２係合部３２は、軸方向から見て、例えば、１８０度の角度で周方向に交互に延在するように全周を２等分した円弧形状をしている。第１係合部３１および第２係合部３２は、図１０（Ｂ）に示すように、軸方向から見て、９０度の角度で周方向に交互に延在するように全周を４等分した円弧形状にすることができる。第１係合部３１および第２係合部３２は、図１０（Ｃ）に示すように、４５度の角度で周方向に交互に延在するように全周を８等分した円弧形状にすることができる。いずれの場合においても、第１係合部３１および第２係合部３２は、軸方向から見て、対称軸Ｓを挟んで線対称になっているとともに、周方向に交互に配設されている。当該構成によれば、互いに対面する、一方の第１回転子ユニット１０ａの連結係合部３０と他方の第１回転子ユニット１０ｂの連結係合部３０とが、容易に係合できる。

軸方向の他側から見て永久磁石７の磁極の配列が全く同じである、２つの第１回転子ユニット１０（一方の第１回転子ユニット１０ａおよび他方の第１回転子ユニット１０ｂ）を準備する。すなわち、軸方向の他側から見て永久磁石７の磁極が全く同じに位置する、永久磁石７が装着された一方の第１回転子ユニット１０ａと、永久磁石７が装着された他方の第１回転子ユニット１０ｂとを準備する。

図９に示すように、一方の第１回転子ユニット１０ａの他側および他方の第１回転子ユニット１０ｂの他側を対面させることによって、２つの第１回転子ユニット１０，１０が、連結係合部３０を介して軸方向に連結される。すなわち、図９に示すように、一方の第１回転子ユニット１０ａにおける第１係合部３１と、他方の第１回転子ユニット１０ｂにおける第２係合部３２とが対面した状態で２つの第１回転子ユニット１０，１０を近接させることによって、一方の連結係合部３０と他方の連結係合部３０とが係合する。

シャフト９の軸部が、係合している２つの第１回転子ユニット１０，１０の各軸孔１５に挿通される。シャフト９の軸部の雄ネジ部と雌ネジ部との螺合により、２つの第１回転子ユニット１０，１０が一体的に固定される。これにより、図８に示すように、２つの第１回転子ユニット１０，１０を一体化した回転子３が、作製される。作製された回転子３では、例えば、外周側の磁極の極性は、周方向に沿って順に、Ｎ極，Ｓ極，Ｎ極，Ｓ極，Ｎ極，Ｓ極，Ｎ極，Ｓ極になり、内周側の磁極の極性は、周方向に沿って順に、Ｓ極，Ｎ極，Ｓ極，Ｎ極，Ｓ極，Ｎ極，Ｓ極，Ｎ極になる。永久磁石７による同じ磁極は、２つの第１回転子ユニット１０，１０にわたって、軸方向に直線状に延びている。

他側に連結係合部３０を有する回転子コア１２は、一方の第１回転子ユニット１０ａおよび他方の第１回転子ユニット１０ｂにおいて同形である。したがって、第１回転子ユニット１０用の金型を使用して、一方の第１回転子ユニット１０ａおよび他方の第１回転子ユニット１０ｂにおける各回転子コア１２が射出成形されるので、回転子コア１２を低コストで製造できる。連結係合部３０を介して２つの第１回転子ユニット１０，１０を軸方向に連結することによって、大きな磁場を持った磁極の軸方向長さを２倍にした回転子３が容易に得られる。磁極の軸方向長さ（面積）を大きく確保できるので、回転電機１におけるトルクを向上させることができる。なお、当該回転子３に対応する固定子５は、軸直交方向に複数に分割されることなく、一つのものから構成されている。

上記構成によれば、回転子コア１２が熱可塑性樹脂から構成されるとともに、複数個の第１回転子ユニット１０，１０が連結係合部３０を介して軸方向に連結されることによって回転子３を軸方向に長尺化できるので、回転子３ひいては回転電機１の高性能化および低コスト化を容易に実現できる。

〔第２実施形態〕
図１１を参照しながら、第２実施形態に係る回転子３を説明する。図１１は、この発明の第２実施形態に係る回転子３を説明する図である。

図１１において、回転子３が、例えば、４つの回転子ユニット１０，２０，２０，１０から構成されている。両側に配設される第１回転子ユニット１０，１０は、上述した実施形態のものと同じものである。２つの第２回転子ユニット２０，２０が、両サイドの第１回転子ユニット１０，１０の間に挟まれている。第２回転子ユニット２０においては、上述した第１回転子ユニット１０との比較で、連結係合部３０が一側の軸支部１６および他側の軸支部１８の両方に設けられている点が相違している。

図１１に示すように、回転子ユニットとしての第２回転子ユニット２０では、連結係合部３０が、一側の軸支部および他側の軸支部の各軸方向端面に設けられている。当該構成によれば、回転子コア１２の軸方向端面を有効利用できるとともに、連結係合部３０を成形によって容易に形成できる。連結係合部３０は、凸形状の第１係合部３１と凹形状の第２係合部３２とが、軸方向から見て周方向に交互に配設されることによって構成されている。凸形状の第１係合部３１は、軸方向に突出するとともに軸方向から見て円弧形状をしている。第２係合部３２は、軸方向に突出した第１係合部３１を受け入れできるように、軸方向に凹んだ凹形状をしている。凹形状の第２係合部３２は、第１係合部３１に係合するように凹設されるとともに軸方向から見て円弧形状をしている。

第２回転子ユニット２０の第１係合部３１および第２係合部３２は、図１０（Ａ）のような全周を２等分した円弧形状、図１０（Ｂ）のような全周を４等分した円弧形状、図１０（Ｃ）のような全周を８等分した円弧形状にしたりすることができる。いずれの場合においても、第２回転子ユニット２０の第１係合部３１および第２係合部３２も、軸方向から見て、対称軸Ｓを挟んで線対称になっているとともに、周方向に交互に配設されている。

第２回転子ユニット２０における一側の連結係合部３０が、第２回転子ユニット２０における他側の連結係合部３０または第１回転子ユニット１０における他側の連結係合部３０と係合するように構成されている。具体的には、第２回転子ユニット２０における一側の凸形状の第１係合部３１は、第２回転子ユニット２０における他側の凹形状の第２係合部３２、または、第１回転子ユニット１０における他側の凹形状の第２係合部３２と係合するように構成されている。第２回転子ユニット２０における一側の凹形状の第２係合部３２は、第２回転子ユニット２０における他側の凸形状の第１係合部３１、または、第１回転子ユニット１０における他側の凸形状の第１係合部３１と係合するように構成されている。

第２回転子ユニット２０における他側の連結係合部３０が、第２回転子ユニット２０における一側の連結係合部３０または第１回転子ユニット１０における一側の連結係合部３０と係合するように構成されている。具体的には、第２回転子ユニット２０における他側の凸形状の第１係合部３１は、第２回転子ユニット２０における一側の凹形状の第２係合部３２、または、第１回転子ユニット１０における一側の凹形状の第２係合部３２と係合するように構成されている。第２回転子ユニット２０における他側の凹形状の第２係合部３２は、第２回転子ユニット２０における一側の凸形状の第１係合部３１、または、第１回転子ユニット１０における一側の凸形状の第１係合部３１と係合するように構成されている。

第２回転子ユニット２０における回転子コア１２も、熱可塑性樹脂から構成され、射出成形によって作製される。回転子コア１２を構成する熱可塑性樹脂は、耐熱性が高くて、成形時の収縮が少ない樹脂、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹脂、ＰＣ（ポリカーボネート）樹脂などを挙げることができる。回転子コア１２を構成する熱可塑性樹脂は、好ましくは、炭素繊維で強化されたポリフェニレンサルファイド樹脂である。炭素繊維で強化されたポリフェニレンサルファイド樹脂は、例えば、無機系添加剤を含むことができる。この発明を限定しない例示として、炭素繊維で強化されたポリフェニレンサルファイド樹脂は、三菱ケミカル株式会社製の品番ＰＰＳ−Ｃ−１５Ｔ１５である。当該樹脂は、１５重量％の炭素繊維を含有する。

図１１において図示しない磁石挿入孔のうち、永久磁石が挿入される側（他側）では、永久磁石の挿入が容易になるように、Ｃ面またはＲ面の面取り部が磁石挿入孔の長辺側に設けられている。磁石挿入孔のうち、磁石挿入孔が挿入される側の反対側、すなわち反挿入側（一側）は、永久磁石が行き止まりになるように、ストッパー部が磁石挿入孔の短辺側に設けられている。

軸方向の他側から見て永久磁石７の磁極の配列が全く同じである、２つの第１回転子ユニット１０（一方の第１回転子ユニット１０ａおよび他方の第１回転子ユニット１０ｂ）および２つの第２回転子ユニット２０（一方の第２回転子ユニット２０ａおよび他方の第２回転子ユニット２０ｂ）を準備する。すなわち、図１１の左側から右側に順に、軸方向から見て永久磁石７の磁極が全く同じに位置する、一側から他側の一方の第１回転子ユニット１０ａと、一側から他側の一方の第２回転子ユニット２０ａと、一側から他側の他方の第２回転子ユニット２０ｂと、他側から一側の他方の第１回転子ユニット１０ｂとを配設する。

図１１に示すように、一方の第１回転子ユニット１０ａの他側と一方の第２回転子ユニット２０ａの一側とを、一方の第２回転子ユニット２０ａの他側と他方の第２回転子ユニット２０ｂの一側とを、他方の第２回転子ユニット２０ｂの他側と他方の第１回転子ユニット１０ｂの他側とを、それぞれ対面させる。これによって、一方の第１回転子ユニット１０ａと一方の第２回転子ユニット２０ａと他方の第２回転子ユニット２０ｂと他方の第１回転子ユニット１０ｂとが、それぞれの連結係合部３０を介して軸方向に連結される。すなわち、一方の第１回転子ユニット１０ａにおける第１係合部３１と、一方の第２回転子ユニット２０ａにおける第２係合部３２とが対面した状態で２つの回転子ユニット１０，２０を近接させると、一方の連結係合部３０と他方の連結係合部３０とが係合する。同様に、一方の第２回転子ユニット２０ａにおける第１係合部３１と、他方の第２回転子ユニット２０ｂにおける第２係合部３２とが対面した状態で２つの第２回転子ユニット２０，２０を近接させると、一方の連結係合部３０と他方の連結係合部３０とが係合する。また、他方の第２回転子ユニット２０ｂにおける第１係合部３１と、他方の第１回転子ユニット１０ｂにおける第２係合部３２とが対面した状態で２つの回転子ユニット２０，１０を近接させると、一方の連結係合部３０と他方の連結係合部３０とが係合する。

シャフトが一方の第１回転子ユニット１０ａと一方の第２回転子ユニット２０ａと他方の第２回転子ユニット２０ｂと他方の第１回転子ユニット１０ｂの各軸孔１５に挿通される。シャフトの雄ネジ部と雌ネジ部との間での螺合により、４つの回転子ユニット１０，２０，２０，１０が、一体的に固定される。これにより、４つの回転子ユニット１０，２０，２０，１０を一体化した回転子３が、作製される。当該回転子３では、例えば、外周側の磁極の極性は、周方向に沿って順に、Ｎ極，Ｓ極，Ｎ極，Ｓ極，Ｎ極，Ｓ極，Ｎ極，Ｓ極になり、内周側の磁極の極性は、周方向に沿って順に、Ｓ極，Ｎ極，Ｓ極，Ｎ極，Ｓ極，Ｎ極，Ｓ極，Ｎ極になる。永久磁石７による磁極は、４つの回転子ユニット１０，２０，２０，１０にわたって、軸方向に直線状に延びている。

他側に連結係合部３０を有する回転子コア１２は、一方の第１回転子ユニット１０ａおよび他方の第１回転子ユニット１０ｂにおいて同形である。したがって、第１回転子ユニット１０用の金型を使用して、一方の第１回転子ユニット１０ａおよび他方の第１回転子ユニット１０ｂにおける各回転子コア１２が射出成形されるので、第１回転子ユニット１０用の回転子コア１２を低コストで製造できる。また、一側および他側の両方に連結係合部３０を有する回転子コア１２は、一方の第２回転子ユニット２０ａおよび他方の第２回転子ユニット２０ｂにおいて同形である。したがって、第２回転子ユニット２０用の金型を使用して、一方の第２回転子ユニット２０ａおよび他方の第２回転子ユニット２０ｂにおける各回転子コア１２が射出成形されるので、第２回転子ユニット２０用の回転子コア１２を低コストで製造できる。連結係合部３０を介して４つの回転子ユニット１０，２０，２０，１０を軸方向に連結することによって、大きな磁場を持った磁極の軸方向長さを４倍にした回転子３が容易に得られる。磁極の軸方向長さ（面積）を大きく確保できるので、回転電機１におけるトルクを向上させることができる。

上記構成によれば、回転子コア１２が熱可塑性樹脂から構成されるとともに、複数個の回転子ユニット１０，２０，２０，１０が連結係合部３０を介して軸方向に連結されることによって回転子３を軸方向に長尺化できるので、回転子３ひいては回転電機１の高性能化および低コスト化を容易に実現できる。

〔第３実施形態〕
図１２を参照しながら、第３実施形態に係る回転子３を説明する。図１２は、この発明の第３実施形態に係る回転子３を説明する図である。

図１２において、第１回転子ユニット１０の他側の円環部１３の軸方向端面には、連結係合部３０が設けられている。当該構成によれば、回転子コア１２の軸方向端面を有効利用できるとともに、連結係合部３０を成形によって容易に形成できる。具体的には、連結係合部３０が、円環部１３の内周側に設けられている。当該構成によれば、磁石挿入孔１４を円環部１３の外周側に寄せることによって形成される内周側の余白部分を有効利用できる。

連結係合部３０は、凸形状の第１係合部３１と凹形状の第２係合部３２とが、軸方向から見て周方向に交互に配設されることによって構成されている。凸形状の第１係合部３１は、軸方向に突出するとともに軸方向から見て円弧形状をしている。第２係合部３２は、軸方向に突出した第１係合部３１を受け入れできるように、軸方向に凹んだ凹形状をしている。凹形状の第２係合部３２は、第１係合部３１に係合するように凹設されるとともに軸方向から見て円弧形状をしている。当該構成によれば、周方向での係合を可能にするとともに、第１回転子ユニット１０を軸方向に動かすことで、第１係合部３１および第２係合部３２を容易に係合状態または非係合状態にすることができる。

円環部１３の内周側に配設される第１回転子ユニット１０の第１係合部３１および第２係合部３２は、図１０（Ａ）のような全周を２等分した円弧形状、図１０（Ｂ）のような全周を４等分した円弧形状、図１０（Ｃ）のような全周を８等分した円弧形状にしたりすることができる。いずれの場合においても、第１回転子ユニット１０の第１係合部３１および第２係合部３２も、軸方向から見て、対称軸を挟んで線対称になっているとともに、周方向に交互に配設されている。

第２実施形態と同様に、連結係合部３０は、第２回転子ユニットの一側の円環部の内周側および他側の円環部１３の内周側の両方に設けることもできる。また、一側および他側の円環部の内周側に配設される第２回転子ユニットの第１係合部および第２係合部は、図１０（Ａ）のような全周を２等分した円弧形状、図１０（Ｂ）のような全周を４等分した円弧形状、図１０（Ｃ）のような全周を８等分した円弧形状にしたりすることができる。

〔第４実施形態〕
図１３を参照しながら、第４実施形態に係る回転子３を説明する。図１３は、この発明の第４実施形態に係る回転子３を説明する図である。

第４実施形態に係る回転子３では、連結係合部３０として働くキー溝（凹部）４２が、第１回転子ユニット１０の回転子コア１２の軸孔１５の周面に設けられていることを特徴としている。シャフト９には、軸方向に延在するとともに径方向外側に突出するキー（凸部）４１が設けられている。シャフト９に形成されるキー４１は、連結される回転子コア１２の数量分だけ軸方向に延在している。回転子コア１２のキー溝４２は、シャフト９のキー４１に係合するように、軸方向に延在するとともに径方向外側に凹んでいる。したがって、回転子コア１２のキー溝４２は、シャフト９に対する回転子コア１２の周方向での係合を可能にする。

第１回転子ユニット１０の回転子コア１２は、連結係合部３０として働くキー溝（凹部）４２を少なくとも１つ備えている。図１３では、２つのキー溝４２が、軸方向から見て１８０度の角度で等配されている。なお、同様に、連結係合部３０として働くキー溝４２を、第２回転子ユニットの回転子コアの軸孔の周面に設けることもできる。当該構成によれば、回転子コア１２においてシャフト９を挿通するための軸孔１５を有効利用できるとともに、連結係合部３０を成形によって容易に形成できる。

〔第５実施形態〕
図１４を参照しながら、第５実施形態に係る回転子３を説明する。図１４は、この発明の第５実施形態に係る回転子３を説明する図である。

第５実施形態に係る回転子３では、連結係合部３０として働くキー（凸部）４１が、第１回転子ユニット１０の回転子コア１２の軸孔１５の周面に設けられていることを特徴としている。シャフト９には、軸方向に延在するとともに径方向内側に凹んだキー溝（凹部）４２が設けられている。シャフト９に形成されるキー溝４２は、シャフト９の一端から他端まで軸方向に延在している。回転子コア１２のキー４１は、シャフト９のキー溝４２に係合するように、軸方向に延在するとともに径方向内側に突出している。したがって、回転子コア１２のキー４１は、シャフト９に対する回転子コア１２の周方向での係合を可能にする。

第１回転子ユニット１０の回転子コア１２は、連結係合部３０として働くキー（凸部）４１を少なくとも１つ備えている。図１４では、２つのキー４１が、軸方向から見て１８０度の角度で等配されている。なお、同様に、連結係合部３０として働くキー４１を、第２回転子ユニットの回転子コアの軸孔の周面に設けることもできる。当該構成によれば、回転子コア１２においてシャフト９を挿通するための軸孔１５を有効利用できるとともに、連結係合部３０を成形によって容易に形成できる。

〔第６実施形態〕
図１５を参照しながら、第６実施形態に係る回転子３を説明する。図１５は、この発明の第６実施形態に係る回転子３を説明する図である。

第６実施形態に係る回転子３では、回転子コア１２に形成された磁石挿入孔１４を補強する補強部が、磁石挿入孔１４の一側（永久磁石７を挿入する側の反対側）に設けられていることを特徴としている。すなわち、補強部として働くブリッジ部１４ａおよび肉盛り部１４ｂが、回転子コア１２を構成する熱可塑性樹脂の耐クリープ性および磁石挿入孔１４の形状安定性を向上させるために、各磁石挿入孔１４に設けられている。

ブリッジ部１４ａは、略矩形形状の磁石挿入孔１４での対向する２つの長辺をつなぐように長辺の略中央に設けられている。ブリッジ部１４ａは、磁石挿入孔１４の一部分または全体を覆う構成にすることができる。ブリッジ部１４ａは、挿入された永久磁石７を行き止まりにするストッパー部としても働く。この発明を限定しない例示として、ブリッジ部１４ａは、幅が３ｍｍ、厚みが０．８ｍｍである。当該構成によれば、回転子コア１２の磁石挿入孔１４を補強できる。

図１５において破線で示す肉盛り部１４ｂは、磁石挿入孔１４の周囲部分を囲繞するとともに、円環部１３の一側の端面よりも盛り上がっているように構成されている。この発明を限定しない例示として、肉盛り部１４ｂは、幅が１．１ｍｍ、盛り上がり高さが０．８ｍｍである。当該構成によれば、回転子コア１２の磁石挿入孔１４を補強できる。

この発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。

上記実施形態では、回転子３が、２つの第１回転子ユニット１０（一方の第１回転子ユニット１０ａおよび他方の第１回転子ユニット１０ｂ）、または、２つの第１回転子ユニット１０（一方の第１回転子ユニット１０ａおよび他方の第１回転子ユニット１０ｂ）および２つの第２回転子ユニット２０（一方の第２回転子ユニット２０ａおよび他方の第２回転子ユニット２０ｂ）から構成されているが、第２回転子ユニット２０の数を適宜に増減させることができる。したがって、回転子３は、少なくとも２つの第１回転子ユニット１０を含み、少なくとも１つの第２回転子ユニット２０をさらに含むことができる。

永久磁石７および磁石挿入孔１４は、周方向に直線状に延びる形状のものを例示したが、軸方向に凸状のＶ字形状にしたり、Ｕ字形状にしたりすることができる。

図１に示した固定子５では、ティース部５１の数が１２個のものを例示したが、ティース部５１の数などは、特に限定されるものではない。固定子５の巻線も、集中巻および分布巻のいずれのものであってもよい。

図１に示した固定子５の巻線は、例えば、Ｕ相、Ｖ相、及び、Ｗ相の３つのコイル５２（３相巻線）から構成される。

回転電機１は、固定子５に対する回転子３の相対的な回転位置を検出する磁気センサ（例えば、ホール素子）を備えることができる。磁気センサは、回転子３に埋設された永久磁石７のＮ極およびＳ極の磁極の切り替えから回転子３の回転数および回転方向を検出することができる。

この発明の回転電機１は、車両用に限定されるものでなく、広く一般的な電動機および発電機にも使用できる。

この発明および実施形態をまとめると、次のようになる。

この発明の一態様に係る回転子３は、
複数の磁石挿入孔１４を有するとともに熱可塑性樹脂から構成される回転子コア１２と、
前記複数の磁石挿入孔１４のそれぞれに挿入された永久磁石７と、
前記回転子コア１２の中央部に挿通されるシャフト９と、
周方向での係合を可能にする連結係合部３０とを有する回転子ユニット１０（２０）を複数個備えてなり、
複数個の前記回転子ユニット１０（２０）が前記連結係合部３０を介して軸方向に連結されることによって、回転子が構成されることを特徴とする。

上記構成によれば、回転子コア１２が熱可塑性樹脂から構成されるとともに、複数個の回転子ユニット１０（２０）が連結係合部３０を介して軸方向に連結されることによって回転子３を軸方向に長尺化できるので、回転子３の高性能化および低コスト化を容易に実現できる。

また、一実施形態の回転子３では、
前記連結係合部３０は、前記回転子コア１２の軸方向端面に設けられている。

上記実施形態によれば、
回転子コア１２の軸方向端面を有効利用できるとともに、連結係合部３０を成形によって容易に形成できる。

また、一実施形態の回転子３では、
前記連結係合部３０は、軸方向に突出するとともに軸方向から見て円弧形状をしている第１係合部３１と、前記第１係合部３１に係合するように凹設されるとともに軸方向から見て円弧形状をしている第２係合部３２とを備える。

上記実施形態によれば、周方向での係合を可能にするとともに、回転子ユニット１０（２０）を軸方向に動かすことで、第１係合部３１および第２係合部３２を容易に係合状態または非係合状態にすることができる。

また、一実施形態の回転子３では、
前記第１係合部３１および前記第２係合部３２は、軸方向から見て線対称であり且つ周方向に交互に配設されている。

上記実施形態によれば、対面する２つの回転子ユニット１０（２０）の各連結係合部３０，３０が、容易に係合できる。

また、一実施形態の回転子３では、
前記連結係合部３０は、前記シャフト９に設けられて軸方向に延在するキー４１またはキー溝４２に係合するように構成された凹部４２または凸部４１である。

上記実施形態によれば、回転子コア１２においてシャフト９を挿通するための軸孔を有効利用できるとともに、連結係合部３０を成形によって容易に形成できる。

また、一実施形態の回転子３では、
前記回転子コア１２を構成する前記熱可塑性樹脂は、炭素繊維で強化されたポリフェニレンサルファイド樹脂である。

上記実施形態によれば、耐熱性が高くて、成形時の収縮が少ない回転子コア１２の成形体を得ることができる。

また、一実施形態の回転子３では、
前記永久磁石７は、ネオジム磁石である。

上記実施形態によれば、高いトルクを持った回転電機１を提供できる。

また、一実施形態の回転子３では、
前記回転子コア１２の外周部には、軟質磁性材料からなる外リング１７が配設されている。

上記実施形態によれば、回転子コア１２を構成する熱可塑性樹脂の耐熱性および耐クリープ性を向上させることができる。

また、一実施形態の回転子３では、
前記回転子コアにおける軸支部１６，１８の外周部には、金属材料からなる内リング１９が配設されている。

上記実施形態によれば、回転子コア１２を構成する熱可塑性樹脂の耐熱性および耐クリープ性を向上させることができる。

また、一実施形態の回転電機１では、
上記の回転子３を備える。

上記実施形態によれば、回転子コア１２が熱可塑性樹脂から構成されるとともに、複数個の回転子ユニット１０（２０）が連結係合部３０を介して軸方向に連結されることによって回転子３の軸方向長さを長くできるので、回転電機１の高性能化および低コスト化を容易に実現できる。

１…回転電機
３…回転子
５…固定子
７…永久磁石
９…シャフト
１０…第１回転子ユニット（回転子ユニット）
１０ａ…一方の第１回転子ユニット（回転子ユニット）
１０ｂ…他方の第１回転子ユニット（回転子ユニット）
１２…回転子コア
１３…円環部
１４…磁石挿入孔
１４ａ…ブリッジ部（補強部）
１４ｂ…肉盛り部（補強部）
１５…軸孔
１６…一側の軸支部
１７…外リング
１８…他側の軸支部
１９…内リング
２０…第２回転子ユニット（回転子ユニット）
２０ａ…一方の第２回転子ユニット（回転子ユニット）
２０ｂ…他方の第２回転子ユニット（回転子ユニット）
３０…連結係合部
３１…第１係合部
３２…第２係合部
４１…キー（凸部）
４２…キー溝（凹部）
５０…固定子コア
５１…ティース部
５２…コイル
Ｏ…回転中心
Ｓ…対称軸

Claims (10)

1. 複数の磁石挿入孔を有するとともに熱可塑性樹脂から構成される回転子コアと、
   前記複数の磁石挿入孔のそれぞれに挿入された永久磁石と、
   前記回転子コアの中央部に挿通されるシャフトと、
   周方向での係合を可能にする連結係合部とを有する回転子ユニットを複数個備えてなり、
   複数個の前記回転子ユニットが前記連結係合部を介して軸方向に連結されることによって、回転子が構成されることを特徴とする、回転子。
2. 前記連結係合部は、前記回転子コアの軸方向端面に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の回転子。
3. 前記連結係合部は、軸方向に突出するとともに軸方向から見て円弧形状をしている第１係合部と、前記第１係合部に係合するように凹設されるとともに軸方向から見て円弧形状をしている第２係合部とを備えることを特徴とする、請求項２に記載の回転子。
4. 前記第１係合部および前記第２係合部は、軸方向から見て線対称であり且つ周方向に交互に配設されていることを特徴とする、請求項３に記載の回転子。
5. 前記連結係合部は、前記シャフトに設けられて軸方向に延在するキーまたはキー溝に係合するように構成された凹部または凸部であることを特徴とする、請求項１に記載の回転子。
6. 前記回転子コアを構成する前記熱可塑性樹脂は、炭素繊維で強化されたポリフェニレンサルファイド樹脂であることを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の回転子。
7. 前記永久磁石は、ネオジム磁石であることを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の回転子。
8. 前記回転子コアの外周部には、軟質磁性材料からなる外リングが配設されていることを特徴とする、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の回転子。
9. 前記回転子コアにおける軸支部の外周部には、金属材料からなる内リングが配設されていることを特徴とする、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の回転子。
10. 請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の回転子を備えることを特徴とする、回転電機。

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