JP6175022B2 - 回転電機のロータ - Google Patents

Description

この発明は、ロータコアの磁石挿入孔に永久磁石を挿入し、永久磁石が挿入された磁石挿入孔に充填剤を充填した回転電機のロータに関する。

従来より、回転電機のロータでは、ロータコアの磁石挿入孔に永久磁石を挿入した後に、磁石挿入孔に充填剤を充填することにより、磁石挿入孔内に永久磁石を固定する。

特許文献１には、ロータコアに形成された複数の磁石挿入孔における当該ロータコアの径方向内側の内周面に、充填剤を注入する充填孔をそれぞれ設け、当該充填孔から磁石挿入孔に充填剤を注入することにより、磁石挿入孔に挿入された永久磁石を径方向外側に押し付けて固定することが開示されている。

特許第５２９３７００号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、各磁石挿入孔内の永久磁石を充填剤で径方向外側にそれぞれ押し付けるのみであるため、磁石挿入孔内におけるロータの周方向に沿った位置が永久磁石毎（磁極毎）に異なり、磁極毎の磁気特性がばらつく可能性があった。

この発明は、このような種々の課題を考慮してなされたものであり、磁石挿入孔内で永久磁石を精度よく位置決め固定することにより、磁極毎の磁気特性のばらつきを抑制することができる回転電機のロータを提供することを目的とする。

この発明に係る回転電機のロータは、ロータコアと、前記ロータコアに形成された磁石挿入孔と、前記磁石挿入孔に挿入される永久磁石と、前記磁石挿入孔に充填される充填剤とを備えている。そして、この発明に係るロータは、上記の目的を達成するために、下記の特徴的な構成を有する。

すなわち、前記永久磁石は、前記ロータの径方向に設けられた第１径方向端面と、前記ロータの周方向に設けられた第１周方向端面とを備える。前記磁石挿入孔は、前記ロータの軸方向から見たときに、前記第１径方向端面と前記第１周方向端面とが交差する前記永久磁石の第１角部に対向し、且つ、前記第１径方向端面の延長方向及び前記第１周方向端面の延長方向に膨出して形成された第１膨出部と、前記永久磁石における前記第１角部とは反対側の第２角部に対向して形成された他の膨出部とを備える。前記第１膨出部は、前記充填剤を前記磁石挿入孔に充填するための充填口である。また、前記他の膨出部は、冷媒が流通する流路である。

この特徴的な構成によれば、前記第１径方向端面及び前記第１周方向端面が交差した前記第１角部に対向する前記磁石挿入孔の位置が、前記第１径方向端面の延長方向及び前記第１周方向端面の延長方向に膨出した前記第１膨出部として形成され、当該第１膨出部が前記充填口となる。

そのため、前記充填剤が前記充填口に充填された場合、当該充填剤は、前記ロータの半径方向（径方向内側（内径側）又は径方向外側（外径側））と周方向とに前記永久磁石を同時に押し付けながら、前記磁石挿入孔内に充填される。

これにより、前記磁石挿入孔内において、前記半径方向及び前記周方向で前記永久磁石を同時に且つ精度よく位置決め固定することができる。この結果、前記永久磁石毎の前記磁石挿入孔内での位置のばらつきが抑えられるので、磁極毎の磁気特性のばらつきを抑制することができる。また、前記永久磁石を挟んで、前記第１膨出部とは反対側の前記他の膨出部には、前記充填剤が流れ込まない空間が形成されるので、前記空間を前記冷媒の流通する流路として容易に形成することができる。

ここで、前記磁石挿入孔は、前記第１径方向端面に対向する第１径方向内壁部と、前記第１周方向端面に対向する第１周方向内壁部とをさらに備えてもよい。この場合、前記第１径方向端面と前記第１径方向内壁部との間の径方向幅と、前記第１周方向端面と前記第１周方向内壁部との間の周方向幅とが略等しいことが好ましい。

これにより、前記充填口である前記第１膨出部から充填された前記充填剤は、前記第１径方向端面と前記第１径方向内壁部との隙間、及び、前記第１周方向端面と前記第１周方向内壁部との隙間に、均等に（略等しい流動速度で）充填される。この結果、一方の隙間に前記充填剤が先に回り込んで、前記永久磁石の位置が前記半径方向又は前記周方向にばらつくことを抑制することができる。

また、前記永久磁石は、前記第１径方向端面に対向し且つ前記第１周方向端面に連結する第２径方向端面と、前記第１周方向端面に対向し且つ前記第１径方向端面及び前記第２径方向端面に連結する第２周方向端面とをさらに備えてもよい。この場合、前記第１径方向端面と前記第２径方向端面との間の径方向幅は、前記第１周方向端面と前記第２周方向端面との間の周方向幅よりも短く、前記第１径方向内壁部における前記第１径方向端面と対向する位置には、前記第２周方向端面の延長方向に膨出する第２膨出部が形成されていることが好ましい。

前記第１径方向端面と前記第１径方向内壁部との隙間の長さが、前記第１周方向端面と前記第１周方向内壁部との隙間の長さより長いと、前記第１周方向端面と前記第１周方向内壁部との隙間に前記充填剤が先に回り込んでしまう可能性がある。

このような場合、前記第２膨出部が設けられていると、前記第１径方向端面と前記第１径方向内壁部との隙間の長さを短くすることができ、前記第１径方向端面と前記第１径方向内壁部との間、及び、前記第１周方向端面と前記第１周方向内壁部との間に、前記充填剤を均等に（略等しい流動速度で）充填することが可能となる。

また、前記永久磁石が前記第１径方向端面、前記第２径方向端面、前記第１周方向端面及び前記第２周方向端面を備えている場合、前記磁石挿入孔は、前記第２径方向端面と面接触する第２径方向内壁部と、前記第２周方向端面と面接触する第２周方向内壁部と、前記軸方向から見たときに、前記第２径方向端面と前記第２周方向端面とが交差する前記第２角部に対向し、且つ、前記第２径方向端面の延長方向及び前記第２周方向端面の延長方向に膨出して形成された前記他の膨出部である第３膨出部とをさらに備えてもよい。

前述のように、前記第１角部に対向して形成された前記第１膨出部が前記充填口となるため、当該充填口から前記充填剤が充填されると、前記磁石挿入孔内では、前記半径方向及び前記周方向に前記永久磁石を同時に押し付けながら前記充填剤が充填される。

この結果、前記半径方向への押し付けにより、前記第２径方向端面と前記第２径方向内壁部とが面接触し、一方で、前記周方向への押し付けにより、前記第２周方向端面と前記第２周方向内壁部とが面接触する。これにより、前記永久磁石を挟んで、前記第１膨出部とは反対側の前記第３膨出部には、前記充填剤が流れ込まない空間が形成される。

従って、この発明では、前記空間を前記冷媒の流通する流路として容易に形成することができる。このように、この発明では、前記磁石挿入孔内に中子を配置することなく、前記冷媒の流路を形成することができる。この結果、前記ロータの製造効率の低下を抑制しつつ、前記冷媒の流路を容易に且つ短時間及び低コストで形成することができる。

また、前記磁石挿入孔の内、前記永久磁石及び前記流路以外の箇所は、前記充填剤で充填されているので、前記冷媒の漏れを防止しつつ、前記永久磁石を冷却することが可能となる。さらに、前記永久磁石が前記冷媒に接するように前記流路が形成されているので、前記永久磁石の温度上昇を効果的に抑制することができる。

また、複数の鋼板を積層して前記ロータコアが構成されている場合、前記磁石挿入孔の内壁部には、鋼板同士の微小な段差が形成される。そのため、前記磁石挿入孔に前記永久磁石を挿入し、前記磁石挿入孔の内壁部と前記永久磁石とが面接触した状態で、前記磁石挿入孔に前記充填剤を充填する場合、前記永久磁石と前記微小な段差との隙間に前記充填剤が入り込む可能性がある。

そこで、この発明では、熱可塑性樹脂を前記充填剤とすることにより、前記熱可塑性樹脂が当該隙間に入り込もうとする際には、前記鋼板の熱引きで前記熱可塑性樹脂が硬化するため、前記隙間への前記充填剤の流れ込みを抑制することができる。この結果、前記磁石挿入孔内で前記永久磁石を精度よく位置決め固定することができると共に、前記冷媒の流路となる空間を確実に形成することができる。

この発明によれば、充填剤が充填口に充填された場合、当該充填剤は、ロータの半径方向と周方向とに永久磁石を同時に押し付けながら、前記磁石挿入孔内に充填される。

これにより、前記磁石挿入孔内において、前記半径方向及び前記周方向で前記永久磁石を同時に且つ精度よく位置決め固定することができる。この結果、前記永久磁石毎の前記磁石挿入孔内での位置のばらつきが抑えられるので、磁極毎の磁気特性のばらつきを抑制することができる。

この実施形態に係るロータの平面図である。 図１のロータの拡大平面図である。 永久磁石が位置決め固定された磁石挿入孔の拡大平面図である。 この実施形態での充填剤の充填を模式的に示す説明図である。 充填剤である熱可塑性樹脂の温度特性の一例を示すグラフである。 図６Ａは、この実施形態での充填剤の充填を示す平面図であり、図６Ｂは、第１比較例での充填剤の充填を示す平面図である。 図７Ａは、第２比較例での充填剤の充填を示す平面図であり、図７Ｂは、第３比較例での充填剤の充填を示す平面図である。

この発明に係る回転電機のロータについて、その好適な実施形態を、図１〜図７Ｂを参照しながら以下詳細に説明する。

［ロータ１０の概略構成］
図１は、この実施形態に係る回転電機のロータ１０（以下、この実施形態に係るロータ１０ともいう。）の平面図である。ロータ１０は、図示しない円環状のステータの内側に挿通されることにより、ステータと共に回転電機を構成する。

ロータ１０は、回転軸１２と、当該回転軸１２に固定された円筒状の固定部材１４と、固定部材１４の外周面に円筒状に固定された１２個の扇状の分割ロータコア１６とから構成される。この場合、ロータ１０の周方向である矢印Ａ方向に沿って、固定部材１４の外周面に１２個の分割ロータコア１６を順に固定することにより、円筒状のロータコア１８が形成される。各分割ロータコア１６は、ロータ１０の軸方向である回転軸１２の延在方向（図１の紙面に垂直な方向）に沿って複数の鋼板２０を積層することにより形成される。

なお、回転軸１２に対する固定部材１４の固定方法、固定部材１４に対する分割ロータコア１６の固定方法、及び、複数の鋼板２０の積層方法については、回転電機に関する周知の製造方法を採用可能である。

［分割ロータコア１６（ロータコア１８）の概略構成］
次に、ロータコア１８を構成する分割ロータコア１６について説明する。ロータコア１８を構成する１２個の分割ロータコア１６は、略同じ構造であるため、ここでは、特に断りがない限り、１個の分割ロータコア１６について説明する。

図１及び図２に示すように、分割ロータコア１６におけるロータ１０の径方向外側（外径方向である矢印Ｂ２方向側）の箇所には、ロータ１０の軸方向に貫通する第１〜第３磁石挿入孔２２〜２６が形成されている。この場合、回転軸１２の中心（内径方向である矢印Ｂ１方向側）から分割ロータコア１６の中心角度を通って矢印Ｂ２方向に延在する中心線Ｌ上に第１磁石挿入孔２２が形成されている。

第１磁石挿入孔２２は、中心線Ｌに対して略左右対称に、且つ、第２磁石挿入孔２４及び第３磁石挿入孔２６よりも径方向内側の箇所に形成されている。一方、第２磁石挿入孔２４及び第３磁石挿入孔２６は、第１磁石挿入孔２２から離間し、且つ、中心線Ｌを中心として略左右対称に形成されている。従って、第１〜第３磁石挿入孔２２〜２６は、図１及び図２に示すように、中心線Ｌに対し、第１磁石挿入孔２２を中心として、略扇状に設けられている。

第１〜第３磁石挿入孔２２〜２６には、略同一形状の第１〜第３永久磁石２８〜３２が軸方向に沿ってそれぞれ挿入されている。この場合、第１永久磁石２８は、中心線Ｌ上で略左右対称となるように第１磁石挿入孔２２に挿入され、熱可塑性樹脂からなる第１充填剤３４が第１磁石挿入孔２２に充填されることにより、当該第１磁石挿入孔２２内の所定位置に固定される。

また、第２永久磁石３０及び第３永久磁石３２は、中心線Ｌに対して略左右対称となるように第２磁石挿入孔２４及び第３磁石挿入孔２６にそれぞれ挿入され、熱可塑性樹脂からなる第２充填剤３６及び第３充填剤３８が第２磁石挿入孔２４及び第３磁石挿入孔２６に充填されることにより、第２磁石挿入孔２４及び第３磁石挿入孔２６内の所定位置にそれぞれ固定される。なお、第１〜第３充填剤３４〜３８は、同じ材質の熱可塑性樹脂であることが好ましい。

また、１個の分割ロータコア１６において、第１〜第３永久磁石２８〜３２は、１つの磁極として機能する。すなわち、ロータ１０を構成する１２個の分割ロータコア１６について、例えば、１個の分割ロータコア１６の第１〜第３永久磁石２８〜３２がＮ極である場合、当該１個の分割ロータコア１６の両側に隣接する他の分割ロータコア１６の第１〜第３永久磁石２８〜３２はＳ極となる。従って、図１では、矢印Ａ方向に沿って１２極の磁極が設けられたロータ１０を図示している。

［第１〜第３磁石挿入孔２２〜２６の説明］
ここで、第１〜第３磁石挿入孔２２〜２６について、図２及び図３を参照しながら詳しく説明する。

第１磁石挿入孔２２に収納される第１永久磁石２８は、図２の正面視（断面視）で、矢印Ａ方向に沿った辺が長さＬＢ（図３参照）の長辺となり、矢印Ｂ方向（中心線Ｌ）に沿った辺が長さＬＡ（ＬＡ＜ＬＢ）の短辺となる略長方形状に形成されている。すなわち、第１永久磁石２８は、中心線Ｌに交差する矢印Ｂ２方向側の長辺である第１径方向端面２８ａと、中心線Ｌに交差する矢印Ｂ１方向側の長辺である第２径方向端面２８ｂと、矢印Ａ方向に交差し且つ第１径方向端面２８ａ及び第２径方向端面２８ｂを連結する矢印Ｂ方向に沿った短辺である左右の周方向端面２８ｃ、２８ｄとを備える。

このような第１永久磁石２８の形状に対応するように、第１磁石挿入孔２２は、中心線Ｌに対して略左右対称に形成されている。すなわち、第１磁石挿入孔２２は、矢印Ｂ２方向側に形成され且つ第１径方向端面２８ａが接触する第１径方向内壁部２２ａと、矢印Ｂ１方向側に形成され且つ第２径方向端面２８ｂが接触する第２径方向内壁部２２ｂと、左側の周方向端面２８ｃの一部が接触する周方向内壁部２２ｃと、右側の周方向端面２８ｄの一部が接触する周方向内壁部２２ｄとを有する。

また、第１径方向内壁部２２ａの中心線Ｌ上の位置には、矢印Ｂ２方向に窪んだ第１径方向凹部４０ａが形成されている。また、第２径方向内壁部２２ｂの左右両端には、矢印Ｂ１方向に窪んだ一組の第２径方向凹部４０ｂが形成されている。

さらに、左側の周方向内壁部２２ｃには、第２磁石挿入孔２４に向かって窪んだ周方向凹部４０ｃが形成されている。当該周方向凹部４０ｃの内、第１径方向端面２８ａ及び周方向端面２８ｃが交差する角部に対向する箇所は、第１径方向端面２８ａ及び周方向端面２８ｃの各延長方向に膨出する膨出部４２ｃとして形成されている。また、周方向凹部４０ｃの矢印Ｂ１方向側の箇所は、所定半径の湾曲部４４ｃとして形成されている。

一方、右側の周方向内壁部２２ｄには、第３磁石挿入孔２６に向かって窪んだ周方向凹部４０ｄが形成されている。当該周方向凹部４０ｄの内、第１径方向端面２８ａ及び周方向端面２８ｄが交差する角部に対向する箇所は、第１径方向端面２８ａ及び周方向端面２８ｄの各延長方向に膨出する膨出部４２ｄとして形成されている。また、周方向凹部４０ｄの矢印Ｂ１方向側の箇所は、所定半径の湾曲部４４ｄとして形成されている。

そして、第１磁石挿入孔２２に第１永久磁石２８を挿入した際に、第１永久磁石２８の外周面（第１径方向端面２８ａ、第２径方向端面２８ｂ及び周方向端面２８ｃ、２８ｄ）が第１径方向内壁部２２ａ、第２径方向内壁部２２ｂ及び周方向内壁部２２ｃ、２２ｄに接触することにより、第１永久磁石２８は、第１磁石挿入孔２２内における中心線Ｌ上の所定位置に位置決めされる。従って、第１磁石挿入孔２２内で、第１永久磁石２８の外周面と第１磁石挿入孔２２の内周面との間の隙間に第１充填剤３４を充填することにより、位置決めされた第１永久磁石２８を第１磁石挿入孔２２内に固定することができる。

第２磁石挿入孔２４に収納される第２永久磁石３０は、第１永久磁石２８と略同一形状であり、図２に示すように、長辺である第１径方向端面３０ａと、第１径方向端面３０ａに対向する第２径方向端面３０ｂと、第１径方向端面３０ａ及び第２径方向端面３０ｂを連結し且つ第１磁石挿入孔２２に近接する短辺である第１周方向端面３０ｃと、第１径方向端面３０ａ及び第２径方向端面３０ｂを連結し且つ第１周方向端面３０ｃに対向する第２周方向端面３０ｄとを有する。

このような第２永久磁石３０の形状に対応するように、第２磁石挿入孔２４は、矢印Ｂ２方向側に形成され且つ第１径方向端面３０ａとの間で径方向幅Ｗａ（図３参照）の隙間４６ａを形成する第１径方向内壁部２４ａと、矢印Ｂ１方向側に形成され且つ第２径方向端面３０ｂが当接する第２径方向内壁部２４ｂと、第１周方向端面３０ｃとの間で周方向幅Ｗｂの隙間４６ｃを形成する第１周方向内壁部２４ｃと、第２周方向端面３０ｄの一部が接触する第２周方向内壁部２４ｄとを備える。

なお、径方向幅Ｗａ及び周方向幅Ｗｂは、略同じ幅であることが好ましく（Ｗａ≒Ｗｂ）、例えば、｜Ｗａ−Ｗｂ｜≦０．１［ｍｍ］の範囲内であればよい。また、隙間４６ａの全長Ｌｇａと、隙間４６ｃの全長Ｌｇｂとについても、略同じ長さであることが好ましい（Ｌｇａ≒Ｌｇｂ）。

また、第２磁石挿入孔２４には、各隙間４６ａ、４６ｃに連通し、且つ、第１径方向端面３０ａ及び第１周方向端面３０ｃが交差する第１角部４８に対向するように、第１径方向端面３０ａ及び第１周方向端面３０ｃの各延長方向に膨出する第１膨出部５０が形成されている。第１膨出部５０は、第２磁石挿入孔２４に第２充填剤３６を充填するための充填口として機能する。

さらに、第２磁石挿入孔２４には、隙間４６ｃに連通し、且つ、第２径方向端面３０ｂ及び第１周方向端面３０ｃが交差する角部に対向するように、矢印Ｂ１方向に膨出する凹部５２が形成されている。

さらにまた、第２周方向内壁部２４ｄには、矢印Ａ方向及び矢印Ｂ２方向に向かって窪んだ周方向凹部５４が形成されている。当該周方向凹部５４の内、第１径方向端面３０ａ及び第２周方向端面３０ｄが交差する角部に対向する箇所は、第１径方向端面３０ａ及び第２周方向端面３０ｄの各延長方向に膨出する第２膨出部５６として形成されている。

また、第２磁石挿入孔２４には、第２径方向端面３０ｂ及び第２周方向端面３０ｄが交差する第２角部５８に対向し、且つ、第２径方向端面３０ｂ及び第２周方向端面３０ｄの各延長方向に膨出する第３膨出部６０が形成されている。

そして、第２磁石挿入孔２４に第２永久磁石３０を挿入した後に、第１膨出部５０を介して第２磁石挿入孔２４に第２充填剤３６を充填すると、第２充填剤３６の流動に起因して第２永久磁石３０の第２径方向端面３０ｂが第２径方向内壁部２４ｂに当接すると共に、第２周方向端面３０ｄの一部が第２周方向内壁部２４ｄに当接して、第２永久磁石３０が矢印Ａ方向及び矢印Ｂ方向に位置決め固定される。また、第２充填剤３６は、隙間４６ａ、４６ｃ、凹部５２、周方向凹部５４及び第２膨出部５６に充填される。

なお、第２永久磁石３０が第２径方向内壁部２４ｂ及び第２周方向内壁部２４ｄに位置決め固定されることにより、第３膨出部６０への第２充填剤３６の充填が阻止される。これにより、第３膨出部６０は、第２永久磁石３０を冷却する冷媒の流通路として機能する。なお、第２磁石挿入孔２４に対する第２充填剤３６の充填方法の詳細については、後述する。

第３磁石挿入孔２６に収納される第３永久磁石３２は、第１永久磁石２８及び第２永久磁石３０と略同一形状であり、図２及び図３に示すように、長辺である第１径方向端面３２ａと、第１径方向端面３２ａに対向する第２径方向端面３２ｂと、第１径方向端面３２ａ及び第２径方向端面３２ｂを連結し且つ第１磁石挿入孔２２に近接する短辺である第１周方向端面３２ｃと、第１径方向端面３２ａ及び第２径方向端面３２ｂを連結し且つ第１周方向端面３２ｃに対向する第２周方向端面３２ｄとを有する。

このような第３永久磁石３２の形状に対応するように、第３磁石挿入孔２６は、矢印Ｂ２方向側に形成され且つ第１径方向端面３２ａとの間で径方向幅Ｗａ及び全長Ｌｇａの隙間６２ａを形成する第１径方向内壁部２６ａと、矢印Ｂ１方向側に形成され且つ第２径方向端面３２ｂが当接する第２径方向内壁部２６ｂと、第１周方向端面３２ｃとの間で周方向幅Ｗｂ及び全長Ｌｇｂの隙間６２ｃを形成する第１周方向内壁部２６ｃと、第２周方向端面３２ｄの一部が接触する第２周方向内壁部２６ｄとを有する。

また、第３磁石挿入孔２６には、各隙間６２ａ、６２ｃに連通し、且つ、第１径方向端面３２ａ及び第１周方向端面３２ｃが交差する第１角部６４に対向するように、第１径方向端面３２ａ及び第１周方向端面３２ｃの各延長方向に膨出する第１膨出部６６が形成されている。第１膨出部６６は、第３磁石挿入孔２６に第３充填剤３８を充填するための充填口として機能する。

さらに、第３磁石挿入孔２６には、隙間６２ｃに連通し、且つ、第２径方向端面３２ｂ及び第１周方向端面３２ｃが交差する角部に対向するように、矢印Ｂ１方向に膨出する凹部６８が形成されている。

さらにまた、第２周方向内壁部２６ｄには、矢印Ａ方向及び矢印Ｂ２方向に向かって窪んだ周方向凹部７０が形成されている。当該周方向凹部７０の内、第１径方向端面３２ａ及び第２周方向端面３２ｄが交差する角部に対向する箇所は、第１径方向端面３２ａ及び第２周方向端面３２ｄの各延長方向に膨出する第２膨出部７２として形成されている。

また、第３磁石挿入孔２６には、第２径方向端面３２ｂ及び第２周方向端面３２ｄが交差する第２角部７４に対向し、且つ、第２径方向端面３２ｂ及び第２周方向端面３２ｄの各延長方向に膨出する第３膨出部７６が形成されている。

そして、第３磁石挿入孔２６に第３永久磁石３２を挿入した後に、第１膨出部６６を介して第３磁石挿入孔２６に第３充填剤３８を充填すると、第３充填剤３８の流動に起因して第３永久磁石３２の第２径方向端面３２ｂが第２径方向内壁部２６ｂに当接すると共に、第２周方向端面３２ｄの一部が第２周方向内壁部２６ｄに当接して、第３永久磁石３２が矢印Ａ方向及び矢印Ｂ方向に位置決め固定される。また、第３充填剤３８は、隙間６２ａ、６２ｃ、凹部６８、周方向凹部７０及び第２膨出部７２に充填される。

なお、第３永久磁石３２が第２径方向内壁部２６ｂ及び第２周方向内壁部２６ｄに位置決め固定されることにより、第３膨出部７６への第３充填剤３８の充填が阻止される。これにより、第３膨出部７６は、第３永久磁石３２を冷却する冷媒の流通路として機能する。第３磁石挿入孔２６に対する第３充填剤３８の充填方法の詳細については、後述する。

また、周方向凹部４０ｃ、４０ｄ、５４、７０が図２及び図３に示す形状に形成されているのは、第１〜第３磁石挿入孔２２〜２６に第１〜第３充填剤３４〜３８を充填させて第１〜第３永久磁石２８〜３２を位置決め固定させる目的に加え、第１〜第３永久磁石２８〜３２で発生した磁束に起因した磁気短絡を防止するフラックスバリアとして機能させるために設けられている。すなわち、第１〜第３永久磁石２８〜３２の側部に周方向凹部４０ｃ、４０ｄ、５４、７０が設けられることにより、第１〜第３永久磁石２８〜３２で発生した磁束を、第１〜第３永久磁石２８〜３２の横方向に向かわせることなく、中心線Ｌに沿って、矢印Ｂ２方向に設けられた図示しないステータコアに容易に且つ確実に向かわせることができる。

［第２充填剤３６及び第３充填剤３８の充填方法］
この実施形態に係るロータ１０は、以上のように構成されるものである。次に、ロータ１０の製造方法の内、第２永久磁石３０が挿入された第２磁石挿入孔２４に対する第２充填剤３６の充填と、第３永久磁石３２が挿入された第３磁石挿入孔２６に対する第３充填剤３８の充填とについて、図４〜図７Ｂを参照しながら説明する。

この説明では、必要に応じて、図１〜図３も参照しながら説明する。また、第２充填剤３６及び第３充填剤３８は同じ材質の熱可塑性樹脂であり、且つ、中心線Ｌに対して、第２磁石挿入孔２４及び第３磁石挿入孔２６が左右対称の形状である。そのため、以下の説明では、特に断りがない限り、第３永久磁石３２が挿入された第３磁石挿入孔２６に対する第３充填剤３８の充填について説明する。

従って、以下の説明において、第３磁石挿入孔２６、第３永久磁石３２及び第３充填剤３８に関する文言を、第２磁石挿入孔２４、第２永久磁石３０及び第２充填剤３６に関する文言に置換すれば、第２永久磁石３０が挿入された第２磁石挿入孔２４に対する第２充填剤３６の充填に対する説明となる。

この実施形態では、先ず、鋼板２０を積層して分割ロータコア１６を形成し、固定部材１４に各分割ロータコア１６を固定してロータコア１８を構成する。次に、各分割ロータコア１６の第１〜第３磁石挿入孔２２〜２６に第１〜第３永久磁石２８〜３２をそれぞれ挿入する。次に、図４に示すように、金型８０を構成する上型８２及び下型８４でロータコア１８を積層方向（図４の上下方向）に挟み込む。

なお、上型８２の底面（ロータコア１８の上面）と第１〜第３永久磁石２８〜３２との間に隙間がある場合には、上方から第１〜第３永久磁石２８〜３２の上面にダイ８６を接触させ、さらに、スプリング８８の弾発力を利用してダイ８６を第１〜第３永久磁石２８〜３２に押し付けることにより、当該隙間を埋めておく。

このような状態で、例えば、第３永久磁石３２が挿入された第３磁石挿入孔２６に第３充填剤３８を充填する場合には、充填口である第１膨出部６６を介して第３磁石挿入孔２６内に第３充填剤３８を充填する。

この実施形態では、前述のように、第３充填剤３８として熱可塑性樹脂を採用している。熱可塑性樹脂は、充填圧力が比較的高い。また、熱可塑性樹脂を薄肉部位や比較的狭い隙間に流し込んだ場合、図５の例に示すように、比較的短時間で熱可塑性樹脂の温度が低下する。この結果、熱可塑性樹脂は、素早く固化して流動が停止する。例えば、０．１［ｍｍ］以下の隙間に対して、熱可塑性樹脂は、速やかに固化して流動を停止する。

そこで、図６Ａに示すように、このような温度特性を有する熱可塑性樹脂を第３充填剤３８として、第１膨出部６６から第３磁石挿入孔２６内に充填する。

この場合、第３永久磁石３２は、第１径方向端面３２ａが第１径方向内壁部２６ａに沿い、且つ、第１周方向端面３２ｃが第１周方向内壁部２６ｃに沿うように、第３磁石挿入孔２６内に挿入されている。そのため、第１膨出部６６を介して第３充填剤３８を充填すると、第３充填剤３８は、図６Ａで黒色の矢印で示すように、第１膨出部６６から、第１径方向端面３２ａ及び第１径方向内壁部２６ａの隙間６２ａと、第１周方向端面３２ｃ及び第１周方向内壁部２６ｃの隙間６２ｃとに向かって流動する。

これにより、第３充填剤３８は、第３永久磁石３２に対して、高い充填圧力で黒色の矢印で示す方向に力を及ぼすことになる。この結果、第３永久磁石３２には、これらの力の合成力である白抜きの矢印で図示した力が作用し、第２径方向内壁部２６ｂ及び第２周方向内壁部２６ｄに押し当てられることになる。

そして、第３充填剤３８は、第３永久磁石３２を第２径方向内壁部２６ｂ及び第２周方向内壁部２６ｄに押し付けつつ、隙間６２ａ、６２ｃ、凹部６８、周方向凹部７０及び第２膨出部７２に充填される。これにより、積層された鋼板２０によって第３充填剤３８が素早く冷却され、該第３充填剤３８の温度が低下すれば、第３充填剤３８は速やかに固化し、第３永久磁石３２は、図６Ａに示す第３磁石挿入孔２６内の所定位置で矢印Ａ方向及び矢印Ｂ方向に位置決め固定される。また、第３永久磁石３２が第２径方向内壁部２６ｂ及び第２周方向内壁部２６ｄに押し当てられた状態で位置決め固定されるので、第３膨出部７６は、第３充填剤３８が充填されることなく、第３永久磁石３２を冷却する冷媒の流通路として形成される。

なお、分割ロータコア１６は、複数の鋼板２０を積層して構成されているため、第３磁石挿入孔２６の内周面である第２径方向内壁部２６ｂ及び第２周方向内壁部２６ｄには、鋼板２０同士の微小な段差が形成されている。そこで、事前に、第３永久磁石３２が第２径方向内壁部２６ｂ及び第２周方向内壁部２６ｄに接触したときの、第２径方向内壁部２６ｂ及び第２径方向端面３２ｂ間の隙間と、第２周方向内壁部２６ｄ及び第２周方向端面３２ｄ間の隙間とが、例えば、０．１［ｍｍ］以下となるように、鋼板２０及び第３永久磁石３２の寸法精度を仕上げておく。これにより、第３永久磁石３２が第２径方向内壁部２６ｂ及び第２周方向内壁部２６ｄに押し当てられても、各隙間に第３充填剤３８が流れることを阻止することができる。この結果、第３充填剤３８が速やかに固化すれば、第３膨出部７６に第３充填剤３８を流動させることなく、当該第３膨出部７６を冷媒の流通路として容易に形成することができる。

また、ここでは、第３磁石挿入孔２６に対して第３充填剤３８を充填する場合について説明したが、第１磁石挿入孔２２に対して第１充填剤３４を充填する場合や、第２磁石挿入孔２４に対して第２充填剤３６を充填する場合にも、上記の説明を適用可能であることは勿論である。

さらに、図４に示すように、この実施形態において、上型８２と第１〜第３永久磁石２８〜３２との間に隙間がある場合には、スプリング８８の弾発力を利用してダイ８６を第１〜第３永久磁石２８〜３２に押し当て、当該隙間を埋めるようにしている。これにより、第１〜第３永久磁石２８〜３２との間に隙間がある場合であっても、第１〜第３磁石挿入孔２２〜２６に第１〜第３充填剤３４〜３８を充填した際、当該隙間に第１〜第３充填剤３４〜３８が回り込んだり、あるいは、第１〜第３磁石挿入孔２２〜２６から第１〜第３充填剤３４〜３８が漏れ出すことを回避することが可能となる。

図６Ｂ〜図７Ｂは、上記の説明を適用しない場合（第１〜第３比較例）を図示したものである。

図６Ｂの第１比較例は、積層した鋼板２０及び第３永久磁石３２の寸法精度を予め仕上げない状態で、第３充填剤３８を第３磁石挿入孔２６に充填した場合を図示したものである。この場合、第１膨出部６６を介して第３充填剤３８を充填し、第３永久磁石３２を第２径方向内壁部２６ｂ及び第２周方向内壁部２６ｄに押し当てようとしても、寸法精度を仕上げていなければ、第２周方向内壁部２６ｄと第２周方向端面３２ｄとの間に隙間９０が形成されてしまう。この場合、当該隙間９０が、例えば、０．１［ｍｍ］を超えていれば、第３充填剤３８が第３膨出部７６まで回り込み、第３膨出部７６を冷媒の流通路として形成することができなくなる。

また、図７Ａの第２比較例は、上型８２の底面と第３永久磁石３２の上面との間に隙間が存在しても、ダイ８６による押し当てが行われない場合を図示したものである。この場合、当該隙間をダイ８６で埋めていないため、第３磁石挿入孔２６に第３充填剤３８を充填すると、当該隙間に第３充填剤３８が回り込んだり、第３磁石挿入孔２６から第３充填剤３８が漏れ出すおそれがある。

さらに、図７Ｂの第３比較例は、図６Ｂの第１比較例と図７Ａの第２比較例とを組み合わせたものである。すなわち、図７Ｂは、積層した鋼板２０及び第３永久磁石３２の寸法精度を予め仕上げることなく、且つ、上型８２の底面と第３永久磁石３２の上面との間に隙間が存在しても、ダイ８６による押し当てが行われていない状態で、第３磁石挿入孔２６に第３充填剤３８を充填した場合を図示したものである。従って、第３比較例では、第２周方向内壁部２６ｄと第２周方向端面３２ｄとの隙間９０の存在により、第３充填剤３８が第３膨出部７６まで回り込み、第３膨出部７６を冷媒の流通路として形成することができなくなる。また、前述の隙間をダイ８６で埋めていないため、当該隙間に第３充填剤３８が回り込んだり、第３磁石挿入孔２６から第３充填剤３８が漏れ出すおそれがある。

これに対して、この実施形態では、前述のように、積層した鋼板２０及び第３永久磁石３２の寸法精度を予め仕上げていると共に、上型８２の底面と第３永久磁石３２の上面との間に隙間が存在していれば、ダイ８６による押し当てを行うので、第１〜第３比較例のような不具合が発生することを防止することができる。

［この実施形態に係るロータ１０の効果］
以上説明したように、この実施形態に係るロータ１０によれば、第１径方向端面３０ａ、３２ａ及び第１周方向端面３０ｃ、３２ｃが交差した第１角部４８、６４に対向する第２磁石挿入孔２４及び第３磁石挿入孔２６の箇所が、第１径方向端面３０ａ、３２ａ及び第１周方向端面３０ｃ、３２ｃの各延長方向に膨出した第１膨出部５０、６６として形成される。そして、第１膨出部５０、６６が第２磁石挿入孔２４及び第３磁石挿入孔２６に第２充填剤３６及び第３充填剤３８を充填する充填口としてそれぞれ機能する。

そのため、第２充填剤３６及び第３充填剤３８が各充填口にそれぞれ充填された場合、第２充填剤３６及び第３充填剤３８は、矢印Ａ方向及び矢印Ｂ方向に第２永久磁石３０及び第３永久磁石３２を同時に押し付けながら、第２磁石挿入孔２４及び第３磁石挿入孔２６内にそれぞれ充填される。

これにより、第２磁石挿入孔２４及び第３磁石挿入孔２６内において、矢印Ａ方向及び矢印Ｂ方向で第２永久磁石３０及び第３永久磁石３２をそれぞれ同時に且つ精度よく位置決め固定することができる。このように、第２永久磁石３０及び第３永久磁石３２の第２磁石挿入孔２４及び第３磁石挿入孔２６内での位置のばらつきが抑えられるので、磁極毎の磁気特性のばらつきを抑制することができる。

また、径方向幅Ｗａと周方向幅Ｗｂとが略等しいので（Ｗａ≒Ｗｂ）、充填口である第１膨出部５０、６６から充填された第２充填剤３６及び第３充填剤３８は、第１径方向端面３０ａ、３２ａと第１径方向内壁部２４ａ、２６ａとの隙間４６ａ、６２ａ、及び、第１周方向端面３０ｃ、３２ｃと第１周方向内壁部２４ｃ、２６ｃとの隙間４６ｃ、６２ｃに、それぞれ、均等に（略等しい流動速度で）充填される。この結果、一方の隙間に第２充填剤３６及び第３充填剤３８が先に回り込んで、第２永久磁石３０及び第３永久磁石３２の位置が矢印Ａ方向又は矢印Ｂ方向にばらつくことを抑制することができる。

また、隙間４６ａ、６２ａの全長Ｌｇａが、隙間４６ｃ、６２ｃの全長Ｌｇｂよりも長いと（Ｌｇａ＞Ｌｇｂ）、隙間４６ｃ、６２ｃに第２充填剤３６及び第３充填剤３８が先に回り込んでしまう可能性がある。このような場合、第２膨出部５６、７２を設けると、隙間４６ａ、６２ａの全長Ｌｇａを短くすることができ（例えば、Ｌｇａ≒Ｌｇｂ）、第２充填剤３６及び第３充填剤３８をそれぞれ均等に（略等しい流動速度で）充填することが可能となる。

また、第１膨出部５０、６６が充填口となるため、当該充填口から第２充填剤３６及び第３充填剤３８が充填されると、第２磁石挿入孔２４及び第３磁石挿入孔２６内では、矢印Ａ方向及び矢印Ｂ方向に第２永久磁石３０及び第３永久磁石３２を同時に押し付けながら第２充填剤３６及び第３充填剤３８が充填される。

この結果、矢印Ｂ方向への押し付けにより、第２径方向端面３０ｂ、３２ｂと第２径方向内壁部２４ｂ、２６ｂとが面接触し、一方で、矢印Ａ方向への押し付けにより、第２周方向端面３０ｄ、３２ｄと第２周方向内壁部２４ｄ、２６ｄとが面接触する。これにより、第２永久磁石３０及び第３永久磁石３２を挟んで、第１膨出部５０、６６とは反対側の第３膨出部６０、７６には、第２充填剤３６及び第３充填剤３８が流れ込まない空間が形成される。

従って、この実施形態では、当該空間を第２永久磁石３０及び第３永久磁石３２を冷却する冷媒が流通する流路として容易に形成することができる。このように、この実施形態では、第２磁石挿入孔２４及び第３磁石挿入孔２６内に中子を配置することなく、冷媒の流路を形成することができる。この結果、ロータ１０の製造効率の低下を抑制しつつ、冷媒の流路を容易に且つ短時間及び低コストで形成することができる。

また、第２磁石挿入孔２４及び第３磁石挿入孔２６の内、第２永久磁石３０及び第３永久磁石３２と第３膨出部６０、７６（流路）以外の箇所は、第２充填剤３６及び第３充填剤３８でそれぞれ充填されているので、冷媒の漏れを防止しつつ、第２永久磁石３０及び第３永久磁石３２を冷却することが可能となる。さらに、第２永久磁石３０及び第３永久磁石３２が冷媒に接するように第３膨出部６０、７６が形成されているので、第２永久磁石３０及び第３永久磁石３２の温度上昇を効果的に抑制することができる。

また、複数の鋼板２０を積層して分割ロータコア１６が構成されている場合、第１〜第３磁石挿入孔２２〜２６の内壁部には、鋼板２０同士の微小な段差が形成される。そのため、第１〜第３磁石挿入孔２２〜２６に第１〜第３永久磁石２８〜３２を挿入し、第１〜第３磁石挿入孔２２〜２６の内壁部と第１〜第３永久磁石２８〜３２とが面接触した状態で、第１〜第３磁石挿入孔２２〜２６に第１〜第３充填剤３４〜３８を充填する場合、微小な段差の隙間に第１〜第３充填剤３４〜３８が入り込む可能性がある。

そこで、この実施形態では、熱可塑性樹脂を第１〜第３充填剤３４〜３８とすることにより、当該熱可塑性樹脂が段差の隙間に入り込もうとする際には、鋼板２０の熱引きで熱可塑性樹脂が硬化するため、段差の隙間への第１〜第３充填剤３４〜３８の流れ込みを抑制することができる。この結果、第１〜第３磁石挿入孔２２〜２６内で第１〜第３永久磁石２８〜３２を精度よく位置決め固定することができると共に、冷媒の流路となる空間を確実に形成することができる。

なお、この発明は、上記した実施形態に限らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは当然可能である。

１０…ロータ １６…分割ロータコア
１８…ロータコア ２０…鋼板
２２…第１磁石挿入孔
２２ａ、２４ａ、２６ａ…第１径方向内壁部
２２ｂ、２４ｂ、２６ｂ…第２径方向内壁部
２４…第２磁石挿入孔 ２４ｃ、２６ｃ…第１周方向内壁部
２４ｄ、２６ｄ…第２周方向内壁部 ２６…第３磁石挿入孔
２８…第１永久磁石
２８ａ、３０ａ、３２ａ…第１径方向端面
２８ｂ、３０ｂ、３２ｂ…第２径方向端面
３０…第２永久磁石 ３０ｃ、３２ｃ…第１周方向端面
３０ｄ、３２ｄ…第２周方向端面 ３２…第３永久磁石
３４…第１充填剤 ３６…第２充填剤
３８…第３充填剤 ４０ａ…第１径方向凹部
４６ａ、４６ｃ、６２ａ、６２ｃ、９０…隙間
４８、６４…第１角部 ５０、６６…第１膨出部
５６、７２…第２膨出部 ５８…第２角部
６０、７６…第３膨出部 ８０…金型
８６…ダイ ８８…スプリング

Claims (5)

1. ロータコアと、前記ロータコアに形成された磁石挿入孔と、前記磁石挿入孔に挿入される永久磁石と、前記磁石挿入孔に充填される充填剤とを備えた回転電機のロータにおいて、
   前記永久磁石は、前記ロータの径方向に設けられた第１径方向端面と、前記ロータの周方向に設けられた第１周方向端面とを備え、
   前記磁石挿入孔は、前記ロータの軸方向から見たときに、前記第１径方向端面と前記第１周方向端面とが交差する前記永久磁石の第１角部に対向し、且つ、前記第１径方向端面の延長方向及び前記第１周方向端面の延長方向に膨出して形成された第１膨出部と、前記永久磁石における前記第１角部とは反対側の第２角部に対向して形成された他の膨出部とを備え、
   前記第１膨出部は、前記充填剤を前記磁石挿入孔に充填するための充填口であり、
   前記他の膨出部は、冷媒が流通する流路であることを特徴とする回転電機のロータ。
2. 請求項１記載の回転電機のロータにおいて、
   前記磁石挿入孔は、前記第１径方向端面に対向する第１径方向内壁部と、前記第１周方向端面に対向する第１周方向内壁部とをさらに備え、
   前記第１径方向端面と前記第１径方向内壁部との間の径方向幅と、前記第１周方向端面と前記第１周方向内壁部との間の周方向幅とが略等しいことを特徴とする回転電機のロータ。
3. 請求項２記載の回転電機のロータにおいて、
   前記永久磁石は、前記第１径方向端面に対向し且つ前記第１周方向端面に連結する第２径方向端面と、前記第１周方向端面に対向し且つ前記第１径方向端面及び前記第２径方向端面に連結する第２周方向端面とをさらに備え、
   前記第１径方向端面と前記第２径方向端面との間の径方向幅は、前記第１周方向端面と前記第２周方向端面との間の周方向幅よりも短く、
   前記第１径方向内壁部における前記第１径方向端面と対向する位置には、前記第２周方向端面の延長方向に膨出する第２膨出部が形成されていることを特徴とする回転電機のロータ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機のロータにおいて、
   前記永久磁石は、前記第１径方向端面に対向し且つ前記第１周方向端面に連結する第２径方向端面と、前記第１周方向端面に対向し且つ前記第１径方向端面及び前記第２径方向端面に連結する第２周方向端面とをさらに備え、
   前記磁石挿入孔は、前記第２径方向端面と面接触する第２径方向内壁部と、前記第２周方向端面と面接触する第２周方向内壁部と、前記軸方向から見たときに、前記第２径方向端面と前記第２周方向端面とが交差する前記第２角部に対向し、且つ、前記第２径方向端面の延長方向及び前記第２周方向端面の延長方向に膨出して形成された前記他の膨出部である第３膨出部とをさらに備えることを特徴とする回転電機のロータ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機のロータにおいて、
   前記充填剤は、熱可塑性樹脂であることを特徴とする回転電機のロータ。

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