JP4893435B2 - ロータおよびその製造方法ならびに電動車両 - Google Patents

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Description

本発明は、ロータおよびその製造方法ならびに電動車両に関し、特に、回転電機に含まれるロータおよびその製造方法ならびに該ロータを含む電動車両に関する。
特開2005−184968号公報(特許文献1)においては、複数の電磁鋼板により構成されたロータコアを有するロータが記載されている。ここで、複数の電磁鋼板は、最端部の少なくとも1枚に配置される第1の鋼板と、それ以外に配置される第2の鋼板とを含む。また、複数の電磁鋼板の各々は、磁石装着孔を形成するように設けられた磁石穴を有する。そして、第1の鋼板の磁石穴は第2の鋼板の磁石穴よりも小さく形成されている。
特開2005−184968号公報
ロータコアに磁石を埋設する際、該ロータコアに設けられた磁石挿入用穴部に磁石を挿入し、充填材を注入する。この充填材は、ロータコアの軸方向端面上から穴部内に流入することになる。ここで、ロータコアに複数の磁石が埋設される場合、一方の磁石挿入用穴部により他方の磁石挿入用穴部への充填材の供給経路が狭められる場合がある。特許文献1には、このような問題を解決可能な構成は記載されていない。
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、磁石挿入用穴部に注入される充填材の経路を確保しやすいロータおよびその製造方法ならびに該ロータを備えた電動車両を提供することにある。
本発明に係るロータは、複数の板状部材を積層して構成され、第1磁石挿入用穴部と該第1磁石挿入用穴部に対して径方向外方に位置する第2磁石挿入用穴部とを有するロータコアと、第1と第2磁石挿入用穴部に挿入された磁石と、第1と第2磁石挿入用穴部に注入された充填部とを備え、複数の板状部材は、第1と第2磁石挿入用穴部をそれぞれ構成する第1と第2の穴部を有する第1板状部材と、ロータコアの少なくとも一方の軸方向端部に位置し、第1の穴部の一部を覆う部分を有する第2板状部材とを含み、充填部は、第2板状部材上から第1と第2磁石挿入用穴部内に充填材を注入することにより形成される。
上記構成によれば、ロータコアの軸方向端部に位置する第2板状部材によって第1板状部材に形成された第1の穴部の一部を覆うことにより、径方向外方に位置する第2磁石挿入用穴部への充填材の供給経路を確保しやすくすることができる。
なお、本発明に係るロータにおいて、「充填部」とは、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し、「充填材」とは、「充填部」を構成する材料を意味する。
また、本願明細書において「径方向外方に位置する」とは、第2磁石挿入用穴部の一部が、ロータコアの径方向において第1磁石挿入用穴部とオーバーラップする場合を含む。
上記ロータにおいて、第1の穴部は、ロータコアの径方向外方に向かうにつれて間隔が大きくなるように略V字状に配置された2つの穴を含み、第2の穴部は、略V字状に配置された2つの穴に挟まれる位置に設けられ、充填部は、第1の穴部に対して径方向内側から第1と第2の穴部に注入される。
上記構成によれば、1極に3枚の磁石が設けられたロータにおいて、径方向外方に位置する第2磁石挿入用穴部への充填材の供給経路を確保しやすくすることができる。
上記ロータにおいて、第2板状部材は、略V字状に配置された2つの穴におけるロータコアの径方向内方側の軸方向端部を覆う。
上記構成によれば、略V字の谷間部分において、第2磁石挿入用穴部への充填材の供給経路を確保しやすくすることができる。
上記ロータにおいて、好ましくは、第1板状部材は、第1と第2の穴部とは異なる第3の穴部を有し、第2板状部材は、第3の穴部の少なくとも一部を覆う部分を有する。
上記構成によれば、第1板状部材に第3の穴部を設けることにより、ロータコアの軽量化を図ることができる。ここで、第2板状部材により第3の穴部を覆うことにより、ロータコアの軽量化を図りながら、磁石挿入用穴部への充填材の供給経路を確保しやすくすることができる。
1つの例として、上記ロータにおいて、充填部は樹脂を含む。
本発明に係るロータの製造方法は、第1磁石挿入用穴部を構成し、ロータコアの径方向外方に向かうにつれて間隔が大きくなるように略V字状に配置された2つの穴を含む第1の穴部、および、該第1磁石挿入用穴部に対して径方向外方に位置する第2磁石挿入用穴部を構成し、略V字状に配置された2つの穴に挟まれる位置に設けられる第2の穴部を有する第1板状部材と、該第1板状部材と重ねられたときに略V字状に配置された2つの穴におけるロータコアの径方向内方側の軸方向端部を覆う部分を有する第2板状部材とを形成する工程と、第1板状部材を積層する工程と、第1板状部材の積層体に形成された第1と第2磁石挿入用穴部に磁石を挿入する工程と、磁石が挿入された第1板状部材の積層体に第2板状部材を重ねる工程と、第2板状部材上から第1と第2磁石挿入用穴部内に充填材を注入して充填部を形成する工程とを備える。
上記方法によれば、ロータコアの軸方向端部に位置する第1板状部材によって第1磁石挿入用穴部を構成する第1の穴部の一部を覆うことにより、径方向外方に位置する第2磁石挿入用穴部への充填材の供給経路を確保しやすくすることができる。
上記ロータの製造方法において、充填材は、第2板状部材における第1磁石挿入用穴部に対して径方向内側から第2磁石挿入用穴部に向かって流れる。
これにより、第2板状部材により拡大されたロータコアの軸方向端面の面積を有効に利用することができる。
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。
本発明によれば、磁石挿入用穴部に注入される充填材の経路を確保しやすいロータおよびその製造方法を得ることができる。
以下に、本発明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。
なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。また、以下に複数の実施の形態が存在する場合、特に記載がある場合を除き、各々の実施の形態の構成を適宜組合わせることは、当初から予定されている。
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シャフト120と、回転シャフト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、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の縦断面図である。図2を参照して、ロータ130は、回転シャフト120に固設され、磁石挿入用穴部1310を有するロータコア131と、穴部1310に挿入されてロータコア131に埋設される磁石132と、磁石挿入用穴部1310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134,135とを備える。
「モールド樹脂部」である樹脂部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、主として磁石挿入用穴部1310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。このようにすることで、磁石挿入用穴部1310内で磁石132を精度よく固定することができる。
磁石挿入用穴部1310は、第1磁石挿入用穴部1311と、第1磁石挿入用穴部1311に対してロータコア131の径方向外方に位置する第2磁石挿入用穴部1312とを含む。第1と第2磁石挿入用穴部1311,1312に、それぞれ磁石132が挿入される。
次に、第1と第2磁石挿入用穴部1311,1312について、図3,図4を用いてさらに詳細に説明する。本実施の形態に係るロータ130におけるロータコア131は、複数の電磁鋼板を積層して形成される。ロータコア131では、軸方向端部以外に位置する電磁鋼板と、軸方向端部に位置する電磁鋼板とで磁石挿入用穴部の形状を異ならせている。
図3は、ロータコア131の軸方向端部以外に位置する電磁鋼板である第1板状部材131Aを示す図である。図3を参照して、第1板状部材131Aは、磁石挿入用穴部1310を構成する第1と第2の穴部1311A,1312Aと、ロータコア131を軽量化するための第3の穴部1313Aとを有する。より具体的には、第1の穴部1311Aは、略V字状に配置された2つの穴部により構成される。また、第2の穴部1312Aは、略V字状に配置された第1の穴部1311Aに挟まれるように、第1の穴部1311Aに対してロータコア131の径方向外方に設けられる。なお、第2の穴部1312Aの一部は、ロータコア131の径方向において第1の穴部1311Aとオーバーラップするように形成されている。第1と第2の穴部1311A,1312Aは、ロータコア131の周方向に並ぶように8組設けられる。すなわち、ロータ130は、1極あたり3枚の磁石が挿入された8極のロータである。なお、第3の穴部1313Aは、各極間に位置するように複数(8つ)形成されている。
図4は、ロータコア131の軸方向端部に位置する電磁鋼板である第2板状部材131Bを示す図である。なお、第2板状部材131Bは、ロータコア131の軸方向の両端部に位置していてもよいし、軸方向の一端部のみに位置していてもよい。また、第2板状部材131Bは、ロータコア131の軸方向端部に1枚のみ設けられてもよいし、2枚以上重ねて設けられてもよい。
図4を参照して、第2板状部材131Bは、磁石挿入用穴部1310を構成する第1と第2の穴部1311B,1312Bを有する。より具体的には、第1と第2の穴部1311B,1312Bは、第1板状部材131Aに形成された第1と第2の穴部1311A,1311Bに対応する位置に形成される。
第2板状部材131Bには、第1板状部材131Aに形成される第3の穴部1313Aは形成されていない。また、第2板状部材131Bに形成される第1の穴部1311Bは、第1板状部材131Aに形成される第1の穴部1311Aよりも小さく形成されている(図4では、説明の便宜上、第1板状部材131Aに形成された第1の穴部1311Aおよび第3の穴部1313Aの形状を破線により示している)。すなわち、第2板状部材131Bは、第1板状部材131Aに形成された第1の穴部1311Aおよび第3の穴部1313Aを覆う部分を有する。より具体的には、第2板状部材131Bは、第1板状部材131Aに形成された第1の穴部1311Aの径方向内方側の軸方向端部と、第1板状部材131Aに形成された第3の穴部1313Aの全体を覆うように形成される。なお、第2板状部材131Bは、第1板状部材131Aに形成された第1の穴部1311Aの他の部分を覆うように形成されてもよいし、第1板状部材131Aに形成された第3の穴部1313Aの一部のみを覆うように形成されてもよい。
実際にロータコア131を形成する際は、まず、第1板状部材131Aを積層し、第1と第2の穴部1311A,1312A内に磁石132を挿入する。その後、第2板状部材131Bを重ねる。そして、第2板状部材131B上に樹脂部133の材料となる樹脂ポットを配置し、後述する樹脂封止装置により、磁石挿入用穴部1310内に樹脂材を流し込む。図4では、この樹脂ポット133Aを設ける位置を一点鎖線で図示している。図4に示すように、樹脂ポット133Aは、各極を構成する各々の磁石挿入用穴部1310毎に、該穴部1310に対してロータコア131の径方向内方に設けられている。ここで、樹脂ポット133Aから第2磁石挿入用穴部1312を構成する第2の穴部1312Bへは、矢印DR133の方向に樹脂材が流れ込む。ここで、第2板状部材131B上では、第1の穴部1311Bが相対的に小さく形成され、第1板状部材131Aに形成された第1の穴部1311Aの一部が覆われているため、樹脂ポット133Aから第2の穴部1311Bに向かう樹脂材の経路が広く確保されている。
図5は、ロータ130における樹脂部133を形成するための樹脂封止装置を示した図である。図5を参照して、樹脂封止装置10は、ロータコア131が載置された搬送トレイ11Aを載置し、昇降可能に構成された下型11と、ロータコア131の上に搭載され、下型11の上昇に伴なって上昇するように構成された上型12とを含んで構成される。上型12は、ロータコア131の磁石挿入用穴部1310に対して径方向内方に位置する領域に、樹脂部133の原料(タブレットと称する場合がある。)を入れる複数の樹脂ポット133Aを有し、その底部に、溶融させた液状の樹脂材を磁石挿入用穴部1310に導く樹脂流路12A(ランナと称する場合がある。)を有している。また、樹脂封止装置10は、下降限位置にある上型12に対し、樹脂部133を構成する樹脂材を挿入するための作業空間となる隙間が形成されるように固定配置される固定架台13と、固定架台13を貫通し、上昇した上型12の樹脂ポット133Aに投入された樹脂材を加圧する複数のプランジャ14と、上昇時の上型12を上昇限位置に保持するストッパ15とを含む。固定架台13は、上固定プレート16に取り付けられており、下型11は、上固定プレート16と下固定プレート17とを連結する4本のガイドポスト18に沿って上下動する昇降プレート19上に載置されている。なお、固定架台13の内部には、加熱手段(図示せず)が設けられており、プランジャ14を予め加熱して樹脂材の押し出しを容易にするとともに、固定架台13と上型12との熱膨張差を無くして、プランジャ14と樹脂ポット133Aとの合口のずれを無くすようにしている。なお、昇降プレート19は、下固定プレート17に設けられた下型昇降手段20(たとえば、ジャッキ)により上下動するように構成されている。また、各樹脂ポット133A内に挿入された複数のプランジャ14は、上固定プレート16に設けられたプランジャ駆動手段21により、同じタイミングで樹脂ポット133A内を昇降するように構成されている。
本実施の形態に係るロータによれば、ロータコア131の軸方向端部に位置する第2板状部材131Bによって第1板状部材131Aに形成された第1の穴部1311Aの一部を覆うことにより、径方向外方に位置する第2磁石挿入用穴部1312への樹脂材の供給経路を確保しやすくすることができる。より具体的には、略V字状に形成された2つの第1磁石挿入用穴部1311の谷間部分において、第2磁石挿入用穴部1312への樹脂材の供給経路を確保しやすくすることができる。
また、第1板状部材131Aに第3の穴部1313Aを設けることにより、ロータコア131の軽量化を図ることができる。ここで、第2板状部材131Bにより第3の穴部1313Aを覆うことにより、ロータコア131の軽量化を図りながら、磁石挿入用穴部1310への樹脂材の供給経路を確保しやすくすることができる。
上述した構成について要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係るロータは、複数の「板状部材」である第1板状部材131Aおよび第2板状部材131Bを積層して構成され、第1磁石挿入用穴部1311と該第1磁石挿入用穴部1311に対して径方向外方に位置する第2磁石挿入用穴部1312とを有するロータコア131と、第1と第2磁石挿入用穴部1311,1312に挿入された磁石132と、第1と第2磁石挿入用穴部1311,1312に注入された「充填部」としての樹脂部133とを備える。第1板状部材131Aは、第1と第2磁石挿入用穴部1311,1312をそれぞれ構成する第1の穴部1311Aおよび第2の穴部1312Aを有する。第2板状部材131Bは、ロータコア131の少なくとも一方の軸方向端部に位置し、第1の穴部1311Aの一部を覆う部分を有する。
第1の穴部1311Aは、ロータコア131の径方向外方に向かうにつれて間隔が大きくなるように略V字状に配置された2つの穴を含む。第2の穴部1312Aは、略V字状に配置された2つの穴に挟まれる位置に設けられる。充填部133は、第1の穴部1311Aに対して径方向内側から第1と第2の穴部1311A,1312Aに注入される。そして、第2板状部材131Bは、略V字状の谷間に位置する2つの穴の軸方向端部を覆う部分を有する。
また、第1板状部材131Aは、第1と第2の穴部1311A,1312Aとは異なる第3の穴部1313Aを有し、第2板状部材131Bは、第3の穴部1313Aの少なくとも一部を覆う部分を有する。
本実施の形態に係るロータの製造方法は、図6に示すように、第1磁石挿入用穴部1311と該第1磁石挿入用穴部1311に対して径方向外方に位置する第2磁石挿入用穴部1312とをそれぞれ構成する第1と第2の穴部1311A,1312Aを有する第1板状部材131Aと、該第1板状部材131Aと重ねられたときに第1の穴部1311Aの一部を覆う部分を有する第2板状部材131Bとを形成する工程(S10)と、第1板状部材131Aを積層する工程(S20)と、第1板状部材131Aの積層体に形成された第1と第2磁石挿入用穴部1311,1312に磁石132を挿入する工程(S30)と、磁石132が挿入された第1板状部材131Aの積層体に第2板状部材131Bを重ねる工程(S40)と、第2板状部材131B上から第1と第2磁石挿入用穴部1311,1312内に「充填材」としての樹脂材を注入して「充填部」としての樹脂部133を形成する工程(S50)とを備える。ここで、樹脂材は、第2板状部材131Bにおける第1磁石挿入用穴部1311に対して径方向内方に位置する部分から第2磁石挿入用穴部1312に向かって流れる。
なお、本実施の形態では、「充填材」として樹脂材を用いる例について説明したが、樹脂材に代えて、「充填材」として接着材を用いてもよい。
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を示した縦断面図である。 本発明の1つの実施の形態に係るロータを構成する第1電磁鋼板を示す図である。 本発明の1つの実施の形態に係るロータを構成する第2電磁鋼板を示す図である。 本発明の1つの実施の形態に係るロータにおける樹脂部を形成するための樹脂封止装置を示した図である。 本発明の1つの実施の形態に係るロータの製造方法を説明するフロー図である。
符号の説明
1 駆動ユニット、10 樹脂封止装置、11 下型、11A 搬送トレイ、12 上型、12A 樹脂流路、13 固定架台、14 プランジャ、15 ストッパ、16 上固定プレート、17 下固定プレート、18 ガイドポスト、19 昇降プレート、20
下型昇降手段、21 プランジャ駆動手段、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、131A,131B 電磁鋼板、132 磁石、133 樹脂部、133A 樹脂ポット、134,135 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 磁石挿入用穴部、1311A,1311B 第1の穴部、1312A,1312B 第2の穴部、1313A 第3の穴部。

Claims (5)

  1. 複数の板状部材を積層して構成され、第1磁石挿入用穴部と該第1磁石挿入用穴部に対して径方向外方に位置する第2磁石挿入用穴部とを有するロータコアと、
    前記第1と第2磁石挿入用穴部に挿入された磁石と、
    前記第1と第2磁石挿入用穴部に注入された充填部とを備え、
    複数の前記板状部材は、
    前記第1と第2磁石挿入用穴部をそれぞれ構成する第1と第2の穴部を有する第1板状部材と、
    前記ロータコアの少なくとも一方の軸方向端部に位置し、前記第1の穴部の一部を覆う部分を有する第2板状部材とを含み、
    前記充填部は、前記第2板状部材上から前記第1と第2磁石挿入用穴部内に充填材を注入することにより形成され、
    前記第1の穴部は、前記ロータコアの径方向外方に向かうにつれて間隔が大きくなるように略V字状に配置された2つの穴を含み、
    前記第2の穴部は、略V字状に配置された前記2つの穴に挟まれる位置に設けられ、
    前記充填部は、前記第1の穴部に対して径方向内側から前記第1と第2の穴部に注入され、
    前記第2板状部材は、前記略V字状に配置された前記2つの穴における前記ロータコアの径方向内方側の軸方向端部を覆う、ロータ。
  2. 前記第1板状部材は、前記第1と第2の穴部とは異なる第3の穴部を有し、
    前記第2板状部材は、前記第3の穴部の少なくとも一部を覆う部分を有する、請求項1に記載のロータ。
  3. 前記充填部は樹脂を含む、請求項1または請求項2に記載のロータ。
  4. 第1磁石挿入用穴部を構成し、ロータコアの径方向外方に向かうにつれて間隔が大きくなるように略V字状に配置された2つの穴を含む第1の穴部、および、該第1磁石挿入用穴部に対して径方向外方に位置する第2磁石挿入用穴部を構成し、略V字状に配置された前記2つの穴に挟まれる位置に設けられる第2の穴部を有する第1板状部材と、該第1板状部材と重ねられたときに前記略V字状に配置された前記2つの穴における前記ロータコアの径方向内方側の軸方向端部を覆う部分を有する第2板状部材とを形成する工程と、
    前記第1板状部材を積層する工程と、
    前記第1板状部材の積層体に形成された前記第1と第2磁石挿入用穴部に磁石を挿入する工程と、
    前記磁石が挿入された前記第1板状部材の積層体に前記第2板状部材を重ねる工程と、
    前記第2板状部材における前記第1磁石挿入用穴部に対して径方向内側から前記第2磁石挿入用穴部に向かって流れるように、前記第1と第2磁石挿入用穴部内に充填材を注入して充填部を形成する工程とを備えた、ロータの製造方法。
  5. 請求項1から請求項3のいずれかに記載のロータ、または、請求項4に記載のロータの製造方法により製造されたロータを含む、電動車両。
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