JP2023002999A - ロータ - Google Patents

Abstract

【課題】本明細書では、ロータコアの湾曲面で形成されている磁石孔に空部が設けられているロータにおいて、製造効率を向上させ得る技術を提供する。【解決手段】本明細書が開示するロータは、少なくとも一部が湾曲面で形成されている磁石孔を有するロータコアと、磁石孔の内部でバインダによって保持された複数の粒状磁石と、を備える。磁石孔には、粒状磁石が収容されている磁石収容部と、磁石収容部と連通するとともに粒状磁石が存在しない空部と、が設けられる。少なくとも磁石収容部と空部との境界では、バインダで充填された領域の幅が、粒状磁石の粒径よりも小さい。上述した構成によると、磁石孔の湾曲面に沿って複数の粒状磁石が収容されるため、湾曲面に沿って磁石を精密に加工する必要がない。また、磁石収容部と空部の境界では、バインダで充填された領域の幅が粒状磁石の粒径よりも小さいため、粒状磁石が、空部に入り込まない。【選択図】図２

Description

本明細書に開示の技術は、ロータに関する。特に、少なくとも一部が湾曲面で形成されている磁石孔を有するロータコアを備えるロータに関する。

特許文献１に、湾曲面で形成されている磁石孔を有するロータコアと、磁石孔に収容された磁石と、を備えるロータが開示されている。また、特許文献２には、ボンド状のボンド磁石をロータコアの孔に射出成型機で注入する技術が開示される

国際公開第２０１５／１９８４４４号公報 特開２００５－２６９７３４号公報

特許文献１では、湾曲面で形成されている磁石孔に対して、湾曲面を備える磁石が収容される。磁石が大きく製造された場合、磁石が磁石孔に挿入しにくくなる。一方、磁石が小さく製造された場合、磁石が磁石孔の湾曲面から離間してしまう。そのため、特許文献１の技術では、磁石の加工精度を向上させることが要求される。

特許文献２では、ボンド磁石が孔に収容される。特許文献２の技術によれば、磁石を精密に加工することなく、湾曲面で形成されている磁石孔に対しても、磁石を注入することができる。

ロータコアの磁石孔には、磁石が存在しない空部（フラックスバリアと呼ばれることがある）が設けられることがある。磁石孔に空部を設けることで、磁束の流れを制御し、トルクを向上させることができる。

ロータコアの磁石孔が湾曲面で形成されている場合、特許文献１の技術では、磁石に高い加工精度が要求されるため、磁石の製造効率が低下する。また、特許文献２の技術では、磁石孔にフラックスバリアのような空部が設けられている場合、その空部にボンド磁石が入り込むおそれがある。本明細書では、ロータコアの磁石孔が湾曲面で形成されており、かつ、その磁石孔に空部が設けられている場合でも、ロータの製造効率を向上させ得る技術を提供する。

本明細書が開示するロータは、少なくとも一部が湾曲面で形成されている磁石孔を有するロータコアと、前記磁石孔の内部でバインダによって保持された複数の粒状磁石と、を備える。前記磁石孔には、前記粒状磁石が収容されている磁石収容部と、前記磁石収容部と連通するとともに前記粒状磁石が存在しない空部と、が設けられる。少なくとも前記磁石収容部と前記空部との境界では、前記バインダで充填された領域の幅が、前記粒状磁石の粒径よりも小さい。

上述した構成によると、複数の粒状磁石又はそれを含有するバインダを、磁石孔の磁石収容部へ充填することによって、磁石孔が湾曲面で形成されている場合でも、複数の粒状磁石を均一に配置することができる。このため、湾曲面に沿って磁石を精密に加工しなくても、湾曲面で形成された磁石孔の磁石収容部が、その形状に対応する磁石で満たされた構造を実現することができる。また、磁石収容部と空部の境界では、バインダで充填された領域の幅が、粒状磁石の粒径よりも小さく設計されている。このため、磁石孔の内部にバインダを充填したときに、磁石収容部に位置する粒状磁石が、磁石収容部から空部に入り込むことを禁止することができる。このように、本明細書が開示するロータの構造によると、ロータの製造効率を向上させることができる。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例のロータ１０の平面図を示す。 実施例のロータ１０の一部の拡大図を示す。 第３磁石孔１３の拡大図を示す。 第２実施例の第４磁石孔２３の拡大図を示す。 第３実施例の第５磁石孔３３の拡大図を示す。

図面を参照して実施例のロータについて説明する。まず、図１を参照して、実施例のロータ１０が構成するモータ２について説明する。図１は、モータ２を、その軸方向から見た平面図である。モータ２は、電気自動車に搭載される電気モータである。モータ２は、ロータ１０と、ステータ４と、シャフト８と、を備える。

ステータ４は、中空の円筒形状を有する。ステータ４は、分布巻コイル６を備える。分布巻コイル６は、Ｕ相コイルと、Ｖ相コイルと、Ｗ相コイルと、で構成される。分布巻コイル６には、３相の交流電流が流される。

ステータ４の内側には、ロータ１０が回転可能に配置される。詳細は後述するが、ロータ１０は、磁性体で構成される。分布巻コイル６の各相に交流電流が流れると、分布巻コイル６の隣接する相の間で磁束Ｍ１が発生する。この磁束Ｍ１により、ロータ１０がシャフト８を軸として矢印Ｒ１の方向に回転する。モータ２は、いわゆる３相のラジアルギャップモータである。

図２を参照して、ロータ１０の構造の詳細について説明する。ロータ１０は、８極で構成されるが、８極のそれぞれは、同様の構造を有する。図２は、ロータ１０の８極のうちの１極を拡大して示す。ロータ１０は、ロータコア１０ｃと磁石２０とを備える。ロータコア１０ｃは、複数の鋼板をモータ２の軸方向（すなわち、図２の紙面手前奥方向）に積層することで構成される。ロータコア１０ｃには、一対の第１磁石孔１１と、一対の第２磁石孔１２と、一対の第３磁石孔１３と、が形成されている。各磁石孔１１，１２，１３は、ロータコア１０ｃを軸方向に貫通している。一対の第１磁石孔１１のそれぞれは、図２の左右方向に対称に配置されている。同様に、一対の第２磁石孔１２のそれぞれは、左右方向に対称に配置されており、一対の第３磁石孔１３のそれぞれは、図２の左右方向に対称に配置されている。

各磁石孔１１，１２，１３は、ロータコア１０ｃの径方向内側ほど互いに近づくように湾曲している。これにより、各磁石孔１１，１２，１３は、磁束Ｍ１に対して直交しやすい。その結果、磁石孔１１及び磁石孔１２の間の幅と、磁石孔１２及び磁石孔１３の間の幅とが、磁束Ｍ１の方向に対して一定となりやすい。各磁石孔１１，１２，１３の全部または一部には、永久磁石２０が保持されている。磁石孔１１及び磁石孔１２の間の幅と、磁石孔１２及び磁石孔１３の間の幅と、を一定にすることで、磁束Ｍ１及び永久磁石２０により生じる磁束の密度分布に、ムラが生じにくい。

図２に示されるように、一対の第１磁石孔１１、一対の第２磁石孔１２には、その全域において永久磁石２０が収容されている。一方、一対の第３磁石孔１３の径方向外側（すなわち、図２の紙面上側）には、永久磁石２０が存在していない。

図３を参照して、第３磁石孔１３の詳細について説明する。第３磁石孔１３は、磁石収容部１４と、空部１５と、を備える。磁石収容部１４と空部１５とは境界１７を介して連通している。先に述べたように、空部１５には、永久磁石２０が存在しない。

空部１５は、いわゆるフラックスバリアとしての機能を有する。第３磁石孔１３の径方向外側に空部１５を備えることで、ロータ１０は、例えば、磁束の流れを制御し、トルクを向上させることができる。また、空部１５には、樹脂製のバインダ１８が充填されている。バインダ１８は、永久磁石２０を各磁石孔１１，１２，１３に保持するための接着剤として機能する。

永久磁石２０は、複数の粒状磁石２１によって構成される。複数の粒状磁石２１は、粒径Ｄ１の略球形状を有する。複数の粒状磁石２１は、各磁石孔１１，１２，１３の湾曲面に沿って配置される。これにより、複数の粒状磁石２１は、各磁石孔１１，１２，１３の湾曲面に沿って均一に配置される。その結果、各磁石孔１１，１２，１３の湾曲面に沿った形状を有する永久磁石２０を製造する構成のように永久磁石２０の製造精度を向上させることなく、湾曲面に沿って永久磁石２０を配置することができる。さらに、粒状磁石２１は、その形状を変更することなく、様々な形状を有する磁石孔に対応することができる。このため、ロータ１０では、各磁石孔１１，１２，１３の形状に応じて、永久磁石２０の形状を変更する必要がない。このように、本実施例のロータ１０では、永久磁石２０を複数の粒状磁石２１で構成することによって、永久磁石２０の製造効率を向上させることができる。

ここで、図３を参照して、ロータ１０を製造する際、第３磁石孔１３に複数の粒状磁石２１を固定する方法について説明する。なお、他の磁石孔１１，１２に複数の粒状磁石２１を固定する方法も、以下に示す方法と同様である。最初に、ロータコア１０ｃを台座（図示省略）の上面に配置する。その際、ロータコア１０ｃの下面（すなわち、図３の紙面奥側の面）と台座の上面とが当接する。これにより、第３磁石孔１３が下側から封止される。その後、複数の粒状磁石２１が、第３磁石孔１３の磁石収容部１４に配置される。複数の粒状磁石２１は、台座の上面と、磁石収容部１４の壁面とによって保持される。

図３に示されるように、磁石収容部１４と空部１５との境界１７の幅Ｗ１は、第３磁石孔１３のその他の部位の幅よりも小さい。さらに、境界１７の幅Ｗ１は、粒状磁石２１の粒径Ｄ１よりも小さい。このため、磁石収容部１４に収容されている粒状磁石２１は、境界１７を通過して空部１５に移動しない。すなわち、粒状磁石２１は、磁石収容部１４内に保持される。

次いで、バインダ１８が、磁石収容部１４に投入される。この時点では、バインダ１８は、流動性を有する液状である。バインダ１８は、磁石収容部１４から、境界１７を通過して空部１５に入り込む。その結果、空部１５及び境界１７にバインダ１８が充填される。しかしながら、先に述べたように、粒状磁石２１は、境界１７を通過できないため、粒状磁石２１は、バインダ１８とともに空部１５に入り込まず、磁石収容部１４内に保持される。このように、本実施例のロータ１０では、磁石収容部１４と空部１５との境界１７におけるバインダ１８で充填された領域の幅Ｗ１を、粒状磁石２１の粒径Ｄ１よりも小さく設計することで、粒状磁石２１が空部１５へ入り込むことを禁止する。このため、バインダ１８の硬化前に粒状磁石２１が空部１５に移動しない。すなわち、本実施例のロータ１０によれば、ロータ１０の製造効率を向上させることができる。

複数の粒状磁石２１は、それぞれ、結晶磁気異方性を有する。このため、複数の粒状磁石２１は、それぞれ、磁化されやすい方向（以下では、磁化容易方向と称する）を有している。しかしながら、この時点では、複数の粒状磁石２１のそれぞれの磁化容易方向は、様々な方向を向いている。図３の右下に示す拡大図に示されるように、バインダ１８が第３磁石孔１３に充填された後、バインダ１８が硬化する前に、磁束Ｍ１をロータコア１０ｃに加える。これにより、複数の粒状磁石２１のそれぞれが回転する。この際、複数の粒状磁石２１のそれぞれは、その磁化容易方向を磁束Ｍ１に揃えるように回転する。このように、バインダ１８の硬化前に磁束Ｍ１を加えることで、複数の粒状磁石２１のそれぞれの磁化容易方向を揃えることができる。

その後、ロータコア１０ｃと複数の粒状磁石２１とバインダ１８とが加熱される。これにより、バインダ１８が硬化する。これにより、磁化容易方向が揃った状態で、複数の粒状磁石２１が磁石収容部１４に保持される。

次いで、図４を参照して第２実施例のロータ１０（図１参照）について説明する。第２実施例のロータ１０は、上述した第３磁石孔１３に代えて、第４磁石孔２３を備える。その他の点においては、第２実施例のロータ１０は、第１実施例のロータ１０と同様の構成を有する。

第４磁石孔２３は、磁石収容部２４と空部２５とを備える。磁石収容部２４は、上述した磁石収容部１４と同様の形状である。しかしながら、第４磁石孔２３は、第３磁石孔１３とは異なり、境界２７において、その幅が小さく変化していない。第４磁石孔２３の空部２５には、矩形のスペーサ２８が配置されている。スペーサ２８は、樹脂で構成される。すなわち、スペーサ２８は、非磁性体である。

第２実施例の第４磁石孔２３では、スペーサ２８を空部２５に配置することで、磁石収容部２４と空部２５との境界２７の幅Ｗ２を粒径Ｄ１よりも小さくする。これにより、ロータ１０の製造過程において、粒状磁石２１が磁石収容部２４から空部２５に移動することを防止することができる。また、第２実施例のロータ１０によると、第４磁石孔２３の形状を、第３磁石孔１３よりも単純な形状にすることができる。このため、ロータコア１０ｃの製造工程で、比較的容易に第４磁石孔２３を形成することができる。

さらに、図５に示されるように、第３実施例の第５磁石孔３３の空部３５は、幅Ｗ３で一定に径方向に延びてもよい。これにより、ロータ１０の製造過程において、粒状磁石２１が磁石収容部３４から空部３５に移動することを防止することができる。

実施例の留意点を以下に述べる。上述した実施例では、各空部１５，２５，３５は、各磁石孔１３，２３，３３，の径方向外側に設けられている。本変形例では、これに代えて、各空部１５，２５，３５は、各磁石孔１３，２３，３３，の径方向内側に設けられていてもよい。

粒状磁石２１の形状は、球形状に限定されない。本変形例では、粒状磁石２１の形状は、例えば、いわゆるペレット状と呼ばれる円筒形状でもよいし、矩形形状であってもよい。さらなる変形例では、複数の粒状磁石２１のそれぞれが一定の形状ではなく、様々な形状の粒状磁石２１を含んでもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２ ：モータ
４ ：ステータ
６ ：分布巻コイル
８ ：シャフト
１０ ：ロータ
１０ｃ ：ロータコア
１１ ：第１磁石孔
１２ ：第２磁石孔
１３ ：第３磁石孔
１４、２４、３４ ：磁石収容部
１５、２５、３５ ：空部
１７、２７、３７ ：境界
１８ ：バインダ
２０ ：永久磁石
２１ ：粒状磁石
２３ ：第４磁石孔
２８ ：スペーサ
３３ ：第５磁石孔
Ｍ１ ：磁束
Ｄ１ ：粒径
Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３ ：幅

Claims (1)

1. 少なくとも一部が湾曲面で形成されている磁石孔を有するロータコアと、
   前記磁石孔の内部でバインダによって保持された複数の粒状磁石と、
   を備え、
   前記磁石孔には、前記粒状磁石が収容されている磁石収容部と、前記磁石収容部と連通するとともに前記粒状磁石が存在しない空部と、が設けられ、
   少なくとも前記磁石収容部と前記空部との境界では、前記バインダで充填された領域の幅が、前記粒状磁石の粒径よりも小さい、
   ロータ。

Images