JP4842670B2 - ロータおよび電動車両 - Google Patents

Description

本発明は、ロータおよび電動車両に関し、特に、充填材を用いてロータコアに磁石を固定するロータおよび該ロータを含む電動車両に関する。

特開２００２−３４１８７号公報（特許文献１）においては、ロータコアに設けられた穴部と該穴部に埋設された永久磁石との間に樹脂部材を充填することにより永久磁石をロータコアに固定したロータが開示されている。

また、特開２００１−３５２７０２号公報（特許文献２）においては、磁石の着磁面の幅方向端部に接着剤溜まり部を有するアウターロータが開示されている。

また、特開２００４−３５７３４７号公報（特許文献３）においては、積層鋼板のカシメ部を避けるための溝部をエンドプレートに設けたロータが開示されている。

また、特開２００２−３５４７２２号公報（特許文献４）においては、永久磁石に対して径方向内方に積層鋼板のカシメ部を設けたロータが開示されている。
特開２００２−３４１８７号公報 特開２００１−３５２７０２号公報 特開２００４−３５７３４７号公報 特開２００２−３５４７２２号公報

特許文献１に記載のロータにおいては、磁石挿入用の穴部とは別に樹脂注入用の穴がロータコアに設けられている。この結果、ロータコアの強度が低下したり、磁気特性に影響が及ぶ場合がある。また、ロータの小型化が阻害される。

また、特許文献２に記載のロータにおいては、ロータコアの外周側において、磁石の幅方向中央部がロータコアに支持されているため、当該部分のロータコアに生じる応力が増大する。

また、特許文献３のように、エンドプレートに溝部を設けた場合、ロータコアとエンドプレートとの間の面圧が過度に増大する場合がある。なお、特許文献４においても、この問題を十分に解決可能な構成は開示されていない。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、小型化が図られた耐久性の高いロータおよび該ロータを含む電動車両を提供することにある。

本発明に係るロータは、１つの局面では、回転シャフトに固設され、周方向に並ぶ複数の穴部を有するロータコアと、複数の穴部に各々挿入される磁石と、穴部内に注入された充填部とを備え、充填部は、穴部の開口におけるロータコアの径方向内方側であって磁石の幅方向の中央部に面する部分から穴部に注入され、充填部により、ロータコアの径方向外方に向かって、ロータコアの径方向外方側に位置する穴部の内周面に磁石が押し付けられ、磁石の幅方向の中央部に面する部分におけるロータコアと磁石との隙間の幅は、磁石の角部に面する部分におけるロータコアと磁石との隙間の幅よりも狭い。

なお、本発明に係るロータにおいて、「充填部」とは、接着ではなく主として穴部内に充填されることにより磁石をロータコアに固定することを意図する部分を意味する。

上記構成によれば、充填部の注入の際に、充填部の注入部の径方向反対側に磁石を安定して押付けることができる。したがって、周方向に並ぶ磁石のバランス精度が向上する。また、穴部の開口から充填部が注入されることで、充填部注入のために別段の穴部を設ける必要がないため、強度の低下を抑制してロータの耐久性を高めるとともに、ロータの小型化を図ることができる。より具体的には、ロータコアの径方向内方に位置する磁石の辺の中央部に面する部分から穴部に充填部が注入されることにより、充填部の注入の際に磁石を径方向外方に押付けることができる。したがって、磁石の径方向外方側の側面とロータコアとを均一に接触させることが可能になる。この結果、ロータ回転時に磁石に作用する遠心力をより均一に分散してロータコアに伝達することができ、ロータの耐久性が向上する。

上記ロータにおいて、好ましくは、穴部は、磁石の角部に面する部分に充填材の回り込みを促進する拡幅部を有する。

上記のようにすることで、当該部分への充填部の回り込みを促進することができる。

上記ロータにおいて、好ましくは、穴部は、径方向外方に位置する磁石の角部に面する部分に充填部の回り込みを促進する外方拡幅部を有する。さらに好ましくは、穴部における磁石の軸方向断面の４つの角部に面する部分に充填部の回り込みを促進する外方拡幅部および内方拡幅部が設けられる。

上記のようにすることで、当該部分への充填部の回り込みを促進することができる。
本発明に係るロータは、他の局面では、回転シャフトに固設され、周方向に並ぶ複数の穴部を有するロータコアと、複数の穴部に各々挿入される磁石と、穴部内に注入された充填部と、ロータコアの軸方向端面上に設けられるエンドプレートとを備え、充填部は、穴部の開口における磁石の幅方向の中央部に面する部分から穴部に注入され、ロータコアは積層鋼板で構成され、その軸方向端面上に、積層鋼板のカシメ部に位置する第１突起部と、充填部の注入部に位置する第２突起部とが形成され、第１と第２突起部は、該第１と第２突起部を避ける共通の溝部をエンドプレートに形成することが可能となるように略同心円状に設けられる。

上記構成によれば、ロータコアとエンドプレートとの間の面圧が過度に増大することを抑制しながら、エンドプレートと第１および第２突起部との干渉を避けることができる。

本発明に係る電動車両は、上述したロータ、または、上述したロータの製造方法により製造されたロータを備える。

これにより、磁石の放熱特性が高いロータを搭載した電動車両が得られる。

本発明によれば、ロータの小型化を図るとともに、耐久性を向上させることができる。

以下に、本発明に基づくロータおよび電動車両の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。

図１は、本発明の１つの実施の形態に係るロータが適用される駆動ユニットの構成を概略的に示す図である。図１に示される例では、駆動ユニット１は、「電動車両」としてのハイブリッド車両に搭載される駆動ユニットであり、モータジェネレータ１００と、ハウジング２００と、減速機構３００と、ディファレンシャル機構４００とドライブシャフト受け部５００とを含んで構成される。

モータジェネレータ１００は、電動機または発電機としての機能を有する回転電機であり、軸受１１０を介してハウジング２００に回転可能に取付けられた回転軸１２０と、回転軸１２０に取付けられたロータ１３０と、ステータ１４０とを有する。ステータ１４０はステータコア１４１を有し、ステータコア１４１にはコイル１４２が巻回されている。コイル１４２はハウジング２００に設けられた端子台２１０を介して給電ケーブル６００Ａと電気的に接続される。給電ケーブル６００Ａの他端は、ＰＣＵ６００に接続されている。ＰＣＵ６００は、給電ケーブル７００Ａを介してバッテリ７００と電気的に接続される。これにより、バッテリ７００とコイル１４２とが電気的に接続される。

モータジェネレータ１００から出力された動力は、減速機構３００からディファレンシャル機構４００を介してドライブシャフト受け部５００に伝達される。ドライブシャフト受け部５００に伝達された駆動力は、ドライブシャフト（図示せず）を介して車輪（図示せず）に回転力として伝達されて、車両を走行させる。

一方、ハイブリッド車両の回生制動時には、車輪は車体の慣性力により回転させられる。車輪からの回転力によりドライブシャフト受け部５００、ディファレンシャル機構４００および減速機構３００を介してモータジェネレータ１００が駆動される。このとき、モータジェネレータ１００が発電機として作動する。モータジェネレータ１００により発電された電力は、ＰＣＵ６００内のインバータを介してバッテリ７００に蓄えられる。

給電ケーブル６００Ａ，７００Ａは、Ｕ相ケーブルと、Ｖ相ケーブルと、Ｗ相ケーブルとからなる三相ケーブルである。コイル１４２は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルからなり、これらの３つのコイルの端子が三相ケーブルである給電ケーブル６００Ａ，７００Ａに接続される。

なおモータジェネレータ１００の用途は、ハイブリッド車（ＨＶ：hybrid vehicle）に限定されず、その他の「電動車両」（たとえば燃料電池車や電気自動車）に搭載されてもよい。

図２は、ロータ１３０の平面図である。また、図３は、ロータ１３０における磁石挿入部周辺を示した拡大図である。そして、図４は、ロータ１３０の縦断面図である。図２〜図４を参照して、ロータ１３０は、回転軸１２０に固設され、周方向に並ぶ複数の穴部１３１Ａを有するロータコア１３１と、複数の穴部１３１Ａに各々挿入されてロータコア１３１に埋設される磁石１３２と、穴部１３１Ａの側面と磁石１３２との間に充填された樹脂部１３３と、ロータコア１３１の軸方向端面上に設けられるエンドプレート１３４とを備える。

「モールド樹脂部」としての樹脂部１３３は、たとえばエポキシ系樹脂を含んで構成される。樹脂部１３３が設けられることにより、磁石１３２がロータコア１３１に固定される。樹脂部１３３は、接着ではなく主として穴部１３１Ａ内に充填されることにより磁石１３２をロータコア１３１に固定する。したがって、穴部１３１Ａ内の空間に対する樹脂部１３３の充填率は、同様のロータコアにおける磁石の固着材として接着剤を用いた場合の該接着剤の充填率よりも高い。このようにすることで、穴部１３１Ａ内で磁石１３２を精度よく固定することができる。なお、樹脂部１３３は、樹脂注入のための特別の穴を設けることなく、穴部１３１Ａの開口から穴部１３１Ａ内に流し込まれる。このようにすることで、ロータ１３０の小型化を図ることができる。

ロータコア１３１は、周方向に並ぶ複数の穴部１３１Ａを有する。磁石１３２は、複数の穴部１３１Ａに各々挿入される。充填部１３３は、穴部１３１Ａの開口におけるロータコア１３１の径方向内方に位置する磁石の辺の中央部に面する部分（ゲート１３３０：図３参照）から穴部１３１Ａに注入される。

ところで、穴部１３１Ａと磁石１３２との間には、クリアランスが存在する。したがって、たとえば、磁石１３２を接着剤で固定する場合、穴部１３１Ａ内における磁石１３２の動きをコントロールできず、磁石１３２の径方向位置にばらつきが生じる（すなわち、バランス精度が悪化する）。また、磁石１３２が穴部１３１Ａ内において径方向内方に偏在する場合、接着剤の充填率によっては、ロータ回転時に作用する遠心力により、磁石１３２に曲がりが生じ、ロータコア１３１に局所的に大きな応力が発生する場合がある。これに対し、上記のようにロータコア１３１の径方向内方に位置する磁石の中央部に位置するゲート１３３０から樹脂部１３３を注入することで、樹脂注入の際に磁石１３２をロータコア１３１の径方向外方に安定して押付けて上記課題を解決することができる。

また、ロータ１３０において、穴部１３１Ａは、径方向外方（矢印ＤＲ１方向）に位置する磁石１３２の角部に面する部分に充填部１３３の回り込みを促進する外方拡幅部１３１０Ａ，１３１０Ｂを有し、径方向内方（矢印ＤＲ２方向）に位置する磁石１３２の角部に面する部分に、充填部１３３の回り込みを促進する内方拡幅部１３１０Ｃ，１３１０Ｄを有する。

上述したように、樹脂部１３３が磁石の径方向内方から注入される場合、磁石の径方向外方の角部には樹脂が最も回り込みにくい。ここで、当該部分に外方拡幅部１３１０Ａ，１３１０Ｂを設けることで、穴部１３１Ａ以外に樹脂注入用の穴部を設けなくても効率よく樹脂部の回り込みを促進することができる。

図４に示すように、ロータコア１３１は、鉄または鉄合金などの板状の磁性体を積層することにより構成される。ロータコア１３１の軸方向端面から、上記積層鋼板のカシメ部１３１０と、充填部の注入部に残存した樹脂であるゲート１３３０とが突出する。そして、ロータコア１３１の軸方向端面上にはエンドプレート１３４が設けられる。エンドプレート１３４には、カシメ部１３１０およびゲート１３３０との干渉を避けるための溝部１３４０が形成されている。ここで、カシメ部１３１０およびゲート１３３０は、共通の溝部１３４０によりエンドプレートとの干渉を避けることが可能になるように近接して（略同心円状）に設けられている。これにより、溝部１３４０を過度に大きくすることなくカシメ部１３１０およびゲート１３３０をともに溝部１３４０内に収納することができるので、ロータコア１３１とエンドプレート１３４との間の面圧が過度に増大することを抑制しながら、エンドプレート１３４とカシメ部１３１０およびゲート１３３０との干渉を避けることができる。なお、溝部１３４０の幅（Ｌ２）は、ロータコア１３１の幅（Ｌ１）の１５パーセント以下程度（より好ましくは、１０パーセント以下程度）であることが好ましい。上記のような溝部１３４０を設けることで、エンドプレート１３４の面圧が若干高くなり、ロータコア１３１の軸方向端面の平面度が向上する。

なお、上記の例では、穴部１３１Ａの開口におけるロータコア１３１の径方向内方に位置する磁石の辺の中央部に面する部分にゲート１３３０を設ける例について説明したが、ゲート１３３０は、ロータコア１３１の径方向外方に位置する磁石の辺の中央部に面する部分に設けられてもよい。また、上記の例では、外方拡幅部１３１０Ａ，１３１０Ｂおよび内方拡幅部１３１０Ｃ，１３１０Ｄを設ける例について説明したが、外方拡幅部１３１０Ａ，１３１０Ｂおよび内方拡幅部１３１０Ｃ，１３１０Ｄの一方のみが設けられてもよい。

上述した内容について換言すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係るロータ１３０は、回転シャフト１２０に固設され、周方向に並ぶ複数の穴部１３１Ａを有するロータコア１３１と、複数の穴部１３１Ａに各々挿入される磁石１３２と、穴部１３１Ａ内に注入された充填部１３３とを備える。充填部１３３は、穴部１３１Ａの開口における磁石１３２の幅方向の中央部に面する部分から穴部１３１Ａに注入される。

また、ロータ１３０において、穴部１３１Ａは、充填部１３３の注入位置の径方向の反対側（すなわち、径方向外方）に位置する磁石１３２の角部に面する部分に充填部１３３の回り込みを促進する外方拡幅部１３１０Ａ，１３１０Ｂを有する。さらに、ロータ１３０においては、径方向内方に位置する磁石１３２の角部に面する部分にも充填部１３３の回り込みを促進する内方拡幅部１３１０Ｃ，１３１０Ｄが設けられている。すなわち、本実施の形態に係るロータ１３０においては、穴部１３１Ａにおける磁石１３２の軸方向断面の４つの角部に面する部分に充填部１３３の回り込みを促進する（外方／内方）拡幅部１３１０Ａ〜１３１０Ｄが設けられている。

さらに、ロータ１３０においては、積層鋼板で構成されるロータコア１３１の軸方向端面上に、「第１突起部」としての積層鋼板のカシメ部１３１０と、充填部の注入部に位置する「第２突起部」としてのゲート１３３０とが形成され、カシメ部１３１０およびゲート１３３０は、それらを避ける共通の溝部１３４０をエンドプレート１３４に形成することが可能となるように略同心円状に設けられている。

本実施の形態に係るロータによれば、充填部１３３の注入の際に充填部１３３の注入位置の径方向の反対側に磁石１３２が押付けられる。したがって、ロータ１３０の周方向に並ぶ磁石１３２のバランス精度が向上する。特に、ロータコア１３１の径方向内方に位置する磁石１３２の辺の中央部に面する部分から充填部１３３を注入する場合、充填部１３３の注入の際に磁石１３２を径方向外方に押付けることができ、磁石１３２の径方向外方側の側面とロータコア１３１とを均一に接触させることが可能になる。この結果、ロータ回転時に磁石１３２に作用する遠心力をより均一に分散してロータコア１３１に伝達することができる。また、穴部１３１Ａの開口から充填部１３３が注入されることで、充填部１３３の注入のために別段の穴部を設ける必要がないため、強度の低下を抑制してロータ１３０の耐久性を高めるとともに、ロータ１３０の小型化を図ることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の１つの実施の形態に係るロータが適用される駆動ユニットの構成を概略的に示す図である。 本発明の１つの実施の形態に係るロータの平面図である。 図２に示されるロータにおける磁石挿入部周辺を示した拡大図である。 図２に示されるロータの縦断面図である。

符号の説明

１ 駆動ユニット、１００ モータジェネレータ、１１０ 軸受、１２０ 回転軸、１３０ ロータ、１３１ ロータコア、１３２ 磁石、１３３ 樹脂部、１３４ エンドプレート、１４０ ステータ、１４１ ステータコア、１４２ コイル、２００ ハウジング、２１０ 端子台、３００ 減速機構、４００ ディファレンシャル機構、５００ ドライブシャフト受け部、６００ ＰＣＵ、６００Ａ，７００Ａ 給電ケーブル、７００ バッテリ、１３１０ カシメ部、１３１０Ａ，１３１０Ｂ 外方拡幅部、１３１０Ｃ，１３１０Ｄ 内方拡幅部、１３３０ ゲート、１３４０ 溝部。

Claims (6)

1. 回転シャフトに固設され、周方向に並ぶ複数の穴部を有するロータコアと、
   複数の前記穴部に各々挿入される磁石と、
   前記穴部内に注入された充填部とを備え、
   前記充填部は、前記穴部の開口における前記ロータコアの径方向内方側であって前記磁石の幅方向の中央部に面する部分から前記穴部に注入され、
   前記充填部により、前記ロータコアの径方向外方に向かって、前記ロータコアの径方向外方側に位置する前記穴部の内周面に磁石が押し付けられ、
   前記磁石の幅方向の中央部に面する部分における前記ロータコアと前記磁石との隙間の幅は、前記磁石の角部に面する部分における前記ロータコアと前記磁石との隙間の幅よりも狭い、ロータ。
2. 前記穴部は、前記磁石の角部に面する部分に前記充填部の回り込みを促進する拡幅部を有する、請求項１に記載のロータ。
3. 前記穴部は、径方向外方に位置する前記磁石の角部に面する部分に前記充填部の回り込みを促進する外方拡幅部を有する、請求項１に記載のロータ。
4. 前記穴部における前記磁石の軸方向断面の４つの角部に面する部分に前記充填部の回り込みを促進する外方拡幅部および内方拡幅部が設けられた、請求項１に記載のロータ。
5. 回転シャフトに固設され、周方向に並ぶ複数の穴部を有するロータコアと、
   複数の前記穴部に各々挿入される磁石と、
   前記穴部内に注入された充填部と、
   前記ロータコアの軸方向端面上に設けられるエンドプレートとを備え、
   前記充填部は、前記穴部の開口における前記磁石の幅方向の中央部に面する部分から前記穴部に注入され、
   前記ロータコアは積層鋼板で構成され、
   前記軸方向端面上に、前記積層鋼板のカシメ部に位置する第１突起部と、前記充填部の注入部に位置する第２突起部とが形成され、
   前記第１と第２突起部は、該第１と第２突起部を避ける共通の溝部を前記エンドプレートに形成することが可能となるように略同心円状に設けられた、ロータ。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載のロータを備えた、電動車両。

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