JP6190219B2 - 電動機、ロータコア、および積層鋼板 - Google Patents

電動機、ロータコア、および積層鋼板 Download PDF

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Description

本発明は、電動機、ロータコア、および積層鋼板に係り、特に埋込永久磁石型同期電動機のロータコアを構成する積層鋼板の積層構造に関する。
従来、埋込永久磁石型同期電動機のロータでは、ロータコアに設けられた複数の穴部内に永久磁石を挿入し、永久磁石の外表面と穴部内面との間に形成される隙間に接着剤を充填し、よって永久磁石をロータコアに固定することが知られている(例えば、特許文献1,2参照)。
特開2007−236020号公報 特開2009−303445号公報
しかし、従来では、永久磁石の外表面と穴部内面との間の広い範囲に接着剤を充填するため、充填作業に手間がかかるという問題がある。特に特許文献1では、穴部に連続して設けられたフラックスバリアまでもが接着剤で満たされており、充填作業に余計に時間がかかって作業性が悪い。
そこで、穴部の一部を細長い充填孔にするなどして接着剤の充填範囲を狭め、充填量を少なくして充填時間の短縮を図ることが考えられる。しかしながら、そのような充填孔を含む穴部の底側は、エンドプレートで塞がっているため、接着剤を滴下させて充填孔に充填しようとすると、細長い充填孔の内部では空気の逃げ場がなく、接着剤を底側まで充填することは困難である。
このことに対しては、接着剤を圧送して充填する構成も採用可能であるが、圧送用のポンプ等が必要になるなど、設備が高価になるという問題がある。
しかも、従来では、穴部と永久磁石との隙間の中でも、ロータコアの内周側の位置に形成される隙間に接着剤を充填している。こうすることで、永久磁石をロータコアの外周側に押しやり、ロータコアの外周側に位置する穴部内面に当接させている。このため、外周側では隙間が形成されず、接着剤が回っていない。従って、接着剤が内周側の位置に形成される隙間に主に充填されることとなるが、この隙間に十分に充填されていない事態が生じると、永久磁石の固定強度が格段に低下し、高負荷、高回転時に生じる大きな遠心力が繰り返し作用した場合に、永久磁石が穴部内で脱落する可能性がある。
さらに、特許文献1,2にあっては、永久磁石やロータコアの冷却に関しては一切触れられておらず、冷却不足を招く可能性がある。
本発明の目的は、接着剤を良好に充填でき、かつ永久磁石を確実に保持できる電動機、ロータコア、および積層鋼板を提供することにある。
第1発明に係る電動機は、ハウジング内に装着された環状のステータと、前記ステータの内周側に配置されて前記ハウジングに回転可能に支持されたロータとを備えるとともに、前記ロータのロータコアに複数の断面長方形の永久磁石が埋め込まれている電動機であって、前記ロータコアは、複数の積層鋼板を積層することで形成され、前記ロータコアには、前記永久磁石が嵌合されて磁石断面の長辺を支持する埋込孔、前記永久磁石の端部を前記埋込孔内の対角位置で固定するための接着剤が充填される充填孔、および前記埋込孔と連続したフラックスバリアが設けられ、前記埋込孔における前記永久磁石の対角位置には、前記ロータコアの軸方向に沿って連続した接着剤の充填孔が形成され、前記複数の積層鋼板のいずれかには、前記永久磁石が嵌合された状態で前記充填孔と前記フラックスバリアとを連通させる連通部が設けられることを特徴とする。
第2発明に係る発電機では、前記充填孔は、前記複数の積層鋼板の前記埋込孔に対応した部分の一部が拡張された拡張部を前記ロータの軸方向に連続させることで形成され、前記積層鋼板としては、互いに異なる位置に設けられた拡張部のうち、一方の拡張部の近傍に前記連通部を有し、かつ他方の拡張部の近傍に前記永久磁石を支持する支持部を有した1種類が用意され、少なくとも1つの前記積層鋼板を、周方向に360°を極数で除した角度ずらして積層するか、または表裏反転させて積層することで、前記一方の拡張部と前記他方の拡張部とを連続させて前記充填孔が形成されることが望ましい。
第3発明に係る発電機では、前記充填孔は、前記複数の積層鋼板のうち、前記接着剤の充填方向の少なくとも先端に配置された積層鋼板の連通部を介して前記フラックスバリアと連通していることが望ましい。
第4発明に係る発電機では、前記充填孔は、前記複数の積層鋼板のうち、1枚おきに積層された積層鋼板の連通部を介して前記フラックスバリアと連通していることが望ましい。
第5発明に係る電動機では、前記フラックスバリアは、冷却油が流通する油路になっていることが望ましい。
第6発明に係る発電機においては、前記ロータコアの各磁極では、一対の永久磁石が軸心側から見てV字形状に配置され、前記V字形状の中央で隣設し合う前記フラックスバリアの間には、センタブリッジが設けられることが望ましい。
第7発明に係る発電機では、前記中央で隣接し合うフラックスバリアは、冷却油の油路になっているとともに、前記ロータコアの回転中心に向けて膨らんだ膨らみ部を有することが望ましい。
第8発明に係る電動機では、前記積層鋼板は、前記埋込孔を形成する部分の埋込孔形成開口と、前記埋込孔形成開口の一部が拡張されて形成され、かつ前記充填孔を形成する部分の拡張部と、前記フラックスバリアを形成する部分のフラックスバリア形成開口と、前記拡張部と前記フラックスバリア形成開口とを連通させる前記連通部とを備え、前記連通部は、前記拡張部における前記埋込孔形成開口から最も拡張された頂部と前記フラックスバリア形成開口とを直線的に連続させる内面を有し、当該内面が前記埋込孔に嵌合される前記永久磁石の角部から離間していることが望ましい。
第9発明に係るロータコアは、電動機のロータを構成するとともに、複数の積層鋼板を積層することで形成されるロータコアであって、断面長方形の永久磁石が嵌合されて磁石断面の長辺を支持する埋込孔、前記永久磁石の端部を前記埋込孔内の対角位置で固定するための接着剤が充填される充填孔、および前記埋込孔と連続したフラックスバリアを有し、前記複数の積層鋼板のいずれかには、前記永久磁石が嵌合された状態で前記充填孔と前記フラックスバリアとを連通させる連通部が設けられていることを特徴とする。
第10発明に係るロータコアでは、前記充填孔は、前記複数の積層鋼板の前記埋込孔に対応した部分の一部が拡張された拡張部を前記ロータの軸方向に連続させることで形成され、前記積層鋼板としては、互いに異なる位置に設けられた拡張部のうち、一方の拡張部の近傍に前記連通部を有し、かつ他方の拡張部の近傍に前記永久磁石を支持する支持部を有した1種類が用意され、少なくとも1つの前記積層鋼板を、周方向に360°を極数で除した角度ずらして積層するか、または表裏反転させて積層することで、前記一方の拡張部と前記他方の拡張部とを連続させて前記充填孔が形成されることを特徴とする。
第11発明に係る積層鋼板は、電動機のロータを構成するとともに、断面長方形の永久磁石が嵌合されて磁石断面の長辺を支持する埋込孔、前記永久磁石の端部を前記埋込孔内の対角位置で固定するための接着剤が充填される充填孔、および前記埋込孔と連続したフラックスバリアを有したロータコアに用いられる積層鋼板であって、前記埋込孔を形成する部分の埋込孔形成開口と、前記埋込孔形成開口の一部が拡張されて形成され、かつ前記充填孔を形成する部分の拡張部と、前記フラックスバリアを形成する部分のフラックスバリア形成開口と、前記拡張部と前記フラックスバリア形成開口とを連通させる連通部とを備えることを特徴とする。
第1、第9、第11発明によれば、接着剤が充填される充填孔とフラックスバリアとが連通部を介して連通するので、この連通部を空気抜き用の孔として機能させることができる。このため、充填孔に存在する空気は、接着剤の充填時にフラックスバリアに逃げることとなり、接着剤を良好に充填できる。また、永久磁石を埋込孔に嵌合させるので、2箇所のみの接着による固定であっても、ロータ回転時の遠心力に十分に対抗でき、永久磁石を埋込穴内に確実に保持させておくことが可能である。
第2、第10発明によれば、製作する積層鋼板としては1種類でよいため、部品種を少なくでき、部品管理等を容易にできるうえ、ロータコアの組立時の部品のハンドリングも繁雑にならず、容易にできる。
第3発明によれば、充填孔内の空気が充填方向の先端側から逃げるので、接着剤を自然滴下させて充填する場合でも、空気を確実に逃がすことができる。従って、接着剤を圧送充填することなく、充填装置を簡易な構成にでき、経済的である。
第4発明によれば、充填孔は、積層鋼板の1枚おきに連通部によってフラックスバリア
と連通することになり、連通部が設けられない1枚おきの積層鋼板では、そのような連通部を設ける代わりに、例えば永久磁石を支持する支持部を設けることができる。こうすることで、ロータコアの軸方向に沿って永久磁石を略満遍なく支持でき、永久磁石のより安定した固定構造を実現できる。
第5発明によれば、フラックスバリアを冷却油流通用の油路として確実に確保でき、永久磁石やロータコアを良好に冷却できる。
第6発明によれば、積層鋼板のフラックスバリア回りに対応した磁極片において、センタブリッジが設けられることで、ロータの回転によって生じる遠心力に確実に対抗でき、強度を向上させることができる。
第7発明によれば、フラックスバリアを油路として用いる場合、フラックスバリアが膨らみ部を有することで、油路の断面積を大きくでき、冷却湯の流量を大きくできて、冷却をより促進できる。
第8発明によれば、拡張部とフラックスバリア形成開口とを連続させる内面を、永久磁石の角部から離間させることで、永久磁石と当該内面との間の隙間により連通部を確実に形成できる。
本発明の第1実施形態に係る電動機の全体を示す断面図。 第1実施形態の電動機のロータコアを示す図。 第1実施形態のロータコアの要部を拡大して示す拡大図。 第1実施形態のロータコアの要部を拡大して示す斜視図。 第1実施形態のロータコアの要部の断面図であり、図3のV−V線断面を展開して示す図。 ロータコアで用いられる積層鋼板の要部を示す拡大図。 本発明の第2実施形態を示す断面図。 本発明の第3実施形態を示す断面図。 本発明の第4実施形態に係る電動機のロータコアの要部を拡大して示す拡大図。 第4実施形態のロータコアの要部の断面図であり、図9のX−X線断面を展開して示す図。 本発明の第5実施形態を示す断面図。 本発明の第6実施形態を示す断面図。 本発明の第7実施形態に係る電動機のロータコアの要部を拡大して示す拡大図。 第7実施形態のロータコアの要部の断面図であり、図13のXIV−XIV線断面を展開して示す図。 本発明の第8実施形態を示す断面図。 本発明の第9実施形態を示す断面図。 本発明の第10実施形態に係る電動機のロータコアの要部を拡大して示す拡大図。 第10実施形態のロータコアの要部の断面図であり、図17のXVIII−XVIII線断面を展開して示す図。 本発明の第11実施形態を示す断面図。 本発明の第12実施形態を示す断面図。 本発明の変形例を示す図。 本発明の他の変形例を示す図。
[第1実施形態]
〔電動機の全体構成〕
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本実施形態の電動機1の全体を示す断面図である。図2は、電動機1のロータコア41を示す図である。
図1において、電動機1は、ハウジング2の内部に装着された環状のステータ3と、ステータ3の内周側に配置されるとともに、ハウジング2内で回転可能に支持されたロータ4とを備える。このような電動機1は、ロータ4のロータコア41内に永久磁石43が埋め込まれた埋込永久磁石型同期電動機として構成されている。
〔ステータ〕
ステータ3は、図には明示していないが、電磁鋼板を軸方向に沿って多数積層することにより構成されたステータコア31を備える。ステータコア31は、周方向に連続した外周側のヨーク32と、ヨーク32から中央のロータ4側に向けて突出した複数のティース33とを備える。複数のティース33は、ヨーク32の周方向に沿って互いに等間隔で設けられている。このようなティース33には、電磁コイル34が巻線されている。
〔ロータ〕
ロータ4は、ステータコア31と同様に電磁鋼板7(図2)を軸方向に沿って多数積層することにより構成された環状のロータコア41と、ロータコア41の中央に設けられた挿通孔41Aに挿通されたロータシャフト42と、ロータコア41の埋込孔41B(図2参照)内に嵌合された断面長方形の角柱状で合計16個の永久磁石43とを備える。
図2において、ロータコア41の埋込孔41Bは、ロータコア41の周方向に沿って均等な間隔で配置され、嵌合された永久磁石43の長辺を支持している(後述する他の実施形態でも同様である)。このような埋込孔41Bは、一対を一組として軸心側から見てV字形状に設けられ、この一組の埋込孔41B内に埋め込まれた一対の永久磁石43により1つの磁極が形成される。すなわち、本実施形態のロータ4の極数は、8極である。隣り合う磁極の極性は、互いに相違している。そして、各磁極に設けられた一対の永久磁石43もまた、V字形状に配置されている。
ロータコア41において、開口形状が矩形とされた埋込孔41Bの長手方向の一端には、空隙からなるフラックスバリア41Cが埋込孔41Bに連続して設けられる。このフラックスバリア41Cには、永久磁石43の一方の端面43B(図3参照)が位置する。同様に埋込孔41Bの長手方向の他端には、永久磁石43の他方の端面43Bが位置する同様なフラックスバリア41Dが連続して設けられている。つまり、埋込孔41B内では、対向する一対の内面が永久磁石43の一対の側面43A(図3参照)と接触しており、埋込孔41Bには、永久磁石43の端面43Bと接触する内面が存在しない。
フラックスバリア41C,41Dのうち、ロータコア41の外周側に近いフラックスバリア41Cは、永久磁石43からの漏れ磁束を低減するために設けられている。ロータコア41の外周から遠い内方側に位置したフラックスバリア41Dは、永久磁石43からの漏れ磁束の低減、および後述する冷却構造の一部を構成するために設けられている。なお、フラックスバリア41Cと外周との間は、サイドブリッジ44となっており、V字形状の中央で隣設し合うフラックスバリア41Dの間は、センタブリッジ45となっている。サイドブリッジ44については後述する。また、フラックスバリア41Dは、ロータコア41の回転中心、すなわち中央の挿通孔41A側に向かって膨らんだ膨らみ部41Eを有する。後述するが、フラックスバリア41は、冷却油が流れる油路としても機能するのであり、そのような膨らみ部41Eを有することで、冷却油の流量を増やし、冷却を促進させることが可能である。
このようなロータコア41の軸方向の両側には、環状のエンドプレート46,47が取り付けられている。ロータシャフト42の出力部42A(図1中の左側)側にて、ロータコア41に取り付けられたエンドプレート46には、ロータコア41のフラックスバリア41Dに対応した部位とロータシャフト42側とを連通させる油路46Aが径方向に沿って設けられている。油路46Aの端部には、ハウジング2内に開口した吐出孔46Bが設けられている。もう一方のエンドプレート47には、フラックスバリア41Dに対応した位置に吐出開口47Aが設けられ、フラックスバリア41Dとハウジング2内とが連通している。
ロータシャフト42の中央には、出力部42Aとは反対側に開口し、軸方向に沿って出力部42A側に向かって延びた油路42Bが設けられている。油路42Bの出力部42A側の端部は、径方向に貫通した油路42Cと連通している。油路42Cは、エンドプレート46の油路46Aと連通している。
永久磁石43としては、ネオジウムやジスプロシウムなどの希土類永久磁石が好適に用いられる。このような永久磁石43は、ロータコア41の埋込孔41B内に嵌合された状態で接着剤により固定される。永久磁石43の固定構造に関しては後述する。
〔冷却構造〕
電動機1では、ヒステリシス損や渦電流損を要因とする発熱によってステータコア31、電磁コイル34、ロータコア41、永久磁石43が高温状態となる。このため、本実施形態においては、ハウジング2の内部と外部の冷却油タンク51との間で冷却油が循環し、電動機1を冷却する構造を採用している。
本構造において、電動機1のロータシャフト42に設けられた油路42Bの開口側には、冷却油タンク51からの供給流路52が接続されている。一方、電動機1を構成するハウジング2の底部分に設けられたドレン開口2Aには、冷却油タンク51へのドレン流路53が接続されている。供給流路52には油圧ポンプ54が設けられ、ドレン流路53にはオイルクーラ55が設けられている。
冷却油タンク51から油圧ポンプ54にて吸い上げられた冷却油は、ロータシャフト42の油路42Bに入り込み、油路42B内を軸方向に沿って一端側から他端側に向けて流れ、他端側に設けられた径方向の油路42Cを通ってエンドプレート46の油路46Aに流れ込む。
油路46Aに入り込んだ冷却油の一部は、吐出孔46Bからハウジング2内に噴射され、ロータコア41および電磁コイル34を冷却する。また、油路46Aに入り込んだ他の冷却油は、ロータコア41のフラックスバリア41Dに入り込み、フラックスバリア41D内を軸方向に沿って流れることでロータコア41および永久磁石43を冷却する。フラックスバリア41Dを流れ終えた冷却油は、エンドプレート47の吐出開口47Aからハウジング2内に噴射され、やはりロータコア41および電磁コイル34を冷却する。
吐出孔46Bおよび吐出開口47Aから噴射された冷却油は、ロータコア41および電磁コイル34を冷却する他、ロータシャフト42を回転支持するベアリング21,22を冷却する。これらを冷却した冷却油は、ハウジング2内を滴下等して底部分の油溜部23に集約される。集約された冷却油は、油溜部23からドレン開口2Aを通してドレン流路53を流れ、オイルクーラ55にて冷却された後に冷却油タンク51に戻る。
〔サイドブリッジ〕
図3は、ロータコア41の要部を拡大して示す拡大図であり、図4は、当該要部を拡大して示す斜視図である。この図3には、隣り合う2極分が示されている。図4では、6枚の積層鋼板(以下、単に鋼板と称する)7が積層された状態で示されているが、実際にはより多数の鋼板7によってロータコア41が構成されている。また。図4において、永久磁石43の図示を省略してある。 図3、図4において、ロータコア41の外周には、この外周寄りに位置したフラックスバリア41Cに対応して内方に向けて窪んだ第1凹部61および第2凹部62が設けられている。各磁極において、第1凹部61同士が周方向の外側の位置に設けられ、第2凹部62同士が周方向の内側の位置に設けられている。そして、第1凹部61および第2凹部62の周方向の間隔は、フラックスバリア41Cを周方向に跨ぐ程度の大きさである。この結果、フラックスバリア41Cとロータコア41の外周との間の薄肉部分により、第1凹部61および第2凹部62の間を連結するサイドブリッジ44が形成される。
サイドブリッジ44は、フラックスバリア41Cの開口形状との関係で、ロータコア41の周方向において略均一な厚さ(径方向の肉厚)を有しているとともに、ロータコア41の径方向の外方に突出するように湾曲したアーチ状に形成されている。つまり、アーチ状とされたサイドブリッジ44の基端側に第1凹部61および第2凹部62が設けられている。サイドブリッジ44の曲率半径は、ロータコア41の外周の半径よりも小さい。
このような形状のサイドブリッジ44では、ロータ4の回転に伴う遠心力によって応力集中が生じるが、生じる箇所は、サイドブリッジ44の周方向の両側および周方向の中央付近である。具体的には、第1凹部61および第2凹部62の底部分と、サイドブリッジ44(フラックスバリア41C)の内面側の部分との3箇所に分散して応力が生じる。従って、1点に応力集中が生じることがなく、各箇所で生じる応力を小さくでき、耐久性が向上する。また、第1凹部61および第2凹部62のうち、本実施形態では特に、第2凹部62をトルク脈動や、鉄損、磁束高調波、あるいはコギングトルクを低下させる部位として機能させることができ、電動機1の特性を良好にできる。
〔永久磁石の固定構造および空気抜き構造〕
(概略)
以下には、図3、図4、および図5に基づき、永久磁石43の固定構造および空気抜き構造について説明する。
図3、図4に示すように、ロータコア41の外表面を構成する鋼板7、つまり、図5中で最も上側に積層される鋼板7(7A)において、図中の左側に示す例えばS極と、右側に示す例えばN極とでは、埋込孔41Bの両側に設けられたフラックスバリア41C,41Dを形成する部分の形状が異なる。また、同じS極、N極にあっては、鋼板7Aと図5中その下側に積層された鋼板7Bとではやはり、フラックスバリア41C,41Dを形成する部分の形状が異なる。なお、鋼板7の積層枚数は、図5に示す枚数に限定されず、その実施にあたって適宜に決められてよい。
(S極での固定構造)
S極において、鋼板7Aのフラックスバリア41C,41Dを形成する部分には、永久磁石43の2箇所の対角位置に向けて突出した支持部71,72が設けられている。フラックスバリア41C側の支持部71は、永久磁石43の一方の端面43Bの中でも、ロータコア41の外周から遠い方の辺縁に当接している。フラックスバリア41D側の支持部72は、センタブリッジ45の外方側の基端部分に設けられており、永久磁石43の他方の端面43Bの中でも、ロータコア41の外周に近い方の辺縁に当接している。このように、永久磁石43は、対向する短辺側の辺縁の2箇所の対角位置にてロータコア41に支持されている。
そして、鋼板7Aの埋込孔41Bを形成する部分には、支持部71,72とは永久磁石43の角部を挟んで反対側の位置に拡張部73が設けられている。拡張部73は、永久磁石43の側面43Aとの間に僅かな隙間を形成するために、埋込孔41Bの一部を拡張して設けられている。拡張部73はまた、図5に示すように、積層される全ての鋼板7(7A,7B,7C…)に設けられている。
積層方向(ロータコア41の軸方向と同じ)に連通した全ての拡張部73により、埋込孔41Bにおける永久磁石43の対角位置にある2箇所には、永久磁石43の側面43Aとの間にロータコア41を軸方向に沿って貫通した充填孔48が形成される。軸方向に連続した充填孔48に対し、図5中の上方側から接着剤を充填することにより、永久磁石43の端部が埋込孔41B内の対角位置にてロータコア41に固定されることになる。
従って、本実施形態では、永久磁石43の側面43A全体に接着剤を回して固定する必要がなく、接着剤を充填する手間を大幅に省くことができ、組立作業を容易にできる。しかも、永久磁石43は埋込孔41B内に嵌合されており、永久磁石43の両側の側面43Aが埋込孔41Bの内面と接触した状態にある。従って、接着剤の充填量が少なくとも、永久磁石43を埋込孔41B内に確実に保持しておくことができる。
(S極での空気抜き構造)
ところで、同じS極において、鋼板7Aの1枚前に積層された鋼板7Bでは、鋼板7Aでの支持部71,72に相当する部位は設けられていない。このため、接着剤の充填孔48を形成するために設けられた拡張部73とフラックスバリア41C,41Dとは、図3中に隠れ線(点線)で示すように、埋込孔41Bに永久磁石43が嵌合された状態で連通部74により連通することになる。また、鋼板7Bでは、支持部71,72が設けられていないため、永久磁石43が両端面43B側において何ら支持されていない。なお、図3、図4、図5では、説明を理解し易くするため、拡張部73や連通部74の形状を大きく誇張して示してある。
図5において、鋼板7Aのように、S極にて支持部71,72を有した鋼板7は、鋼板7C,7E…としても用いられる。また、鋼板7Bのように、支持部71,72が存在せず、連通部74が設けられている鋼板7は、鋼板7D,7F…としても用いられる。すなわち、支持部71,72が設けられた鋼板7と、連通部74が設けられた鋼板7とが、交互に積層されている。
この際、1枚おきに現れる連通部74は、充填孔48のフラックスバリア41C、41Dへの空気抜き用の孔として機能する。このことから、充填孔48に接着剤を自然滴下させて充填する場合、充填孔48内に空気が閉じこめられることがなく、接着剤が充填孔48の端部開口から効率よく容易に充填される。ただし、連通部74による開口面積は十分小さいため、連通部74を通して接着剤がフラックスバリア41C,41Dに大量に流れ出ることはなく、フラックスバリア41C,41Dの空間が維持される。従って、フラックスバリア41Dを冷却油が流れる冷却用の油路として確実に機能させることが可能である。また、接着剤は自然滴下によって十分に充填されるから、接着剤に圧を加えて充填する必要がなく、圧送ポンプ等の高価な設備を不要にできる。
(N極での固定構造および空気抜き構造)
以上に対してN極では、鋼板7Aのそれぞれのフラックスバリア41C,41Dにあっては、支持部71,72が設けられておらず、代わりに、図3中に実線で示すように、連通部74が設けられている。鋼板7C,7E…でも同様である。従って、鋼板7A,7C,7E…において、永久磁石43は支持部71,72で支持されていない状態でロータコア41に接着されている。なお、図3のN極側で図示されている支持部71,72は、鋼板7Aの連通部74を通して見える鋼板7Bの支持部71,72である。
逆に、鋼板7B,7D,7Fにあっては、支持部71,72が設けられ、これらに支持された状態で永久磁石43がロータコア41に接着されている。このようなN極でも、連通部74が現れる積層位置はS極と異なるが、連通部74が設けられることに変わりはなく、接着剤の充填を容易にできる。
また、N極において、接着剤の充填用に各鋼板7に拡張部73が設けられ、各拡張部73により充填孔48がロータコア41を貫通して形成されることは、S極と同じである。
(鋼板の積層と空気抜き用の連通部との関係)
このように、鋼板7A,7C,7E…の全てのS極では、支持部71,72が設けられ、鋼板7A,7C,7E…の全てのN極では、連通部74が設けられる。鋼板7B,7D,7F…の全てのS極では、連通部74が設けられ、鋼板7B,7D,7F…の全てのN極では、支持部71,72が設けられる。このため、永久磁石43が周方向に均等配置される鋼板7としては、支持部71,72を有する磁極と連通部74を有する磁極とを周方向で交互に設けたものを1種類用意しておき(図2)、積層するに際して、周方向に360°を極数(本実施形態では極数が8)で除した角度である45°ずつずらして積層する。こうすることで、同極においては、拡張部73の近傍に設けられた支持部71,72と連通部74とが、積層された鋼板7の1枚毎に交互に現れることになる。従って、各充填孔48では、積層される鋼板7の1枚おきに充填孔48とフラックスバリア41C,41Dとが連通部74を介して連通し、その連通部74が空気抜き用の孔として機能する。
(鋼板単体の構造)
図6には、鋼板7の要部であり、連通部74が設けられている部分が拡大して示されている。
図6において、鋼板7単体としては、埋込孔41B(図3)を形成する部分の埋込孔形成開口75と、埋込孔形成開口75の一部が拡張されて形成され、かつ充填孔48(図3)を形成する部分の拡張部73と、フラックスバリア41C,41D(図3)を形成する部分のフラックスバリア形成開口76,77と、拡張部73とフラックスバリア形成開口76,77とを連通させる連通部74とを備える。
連通部74は、拡張部73における埋込孔形成開口75から最も拡張された頂部73Aとフラックスバリア形成開口76,77とを直線的に連続させる内面74Aを有し、当該内面74Aが埋込孔41Bに嵌合される永久磁石43の角部43Cから離間している。
[第2実施形態]
図7には、本発明の第2実施形態が示されている。
本実施形態では、鋼板7としては第1実施形態と同じものを用いるが、鋼板7の積層形態が第1実施形態とは異なる。すなわち、図7中の最も下部に配置された鋼板7Jでは、S極にて連通部74が設けられ、従って支持部71,72が設けられていない。また、鋼板7Jでは、N極にて支持部71,72が設けられ、従って連通部74が設けられていない。そして、鋼板7J状に積層される他の全ての鋼板7A,7B,7C,7D,7E,7F…では、S極にて支持部71,72が設けられ、連通部74が設けられていない。また、鋼板7A,7B,7C,7D,7E,7F…では、N極にて連通部74が設けられ、支持部71,72が設けられていない。このような積層形態は、鋼板7Jに対して、他の全ての鋼板7A,7B,7C,7D,7E,7F…を周方向に45°ずらして積層することで実現される。
この結果、各鋼板7の拡張部73によって形成されるS極の充填孔48としては、接着剤の充填方向の先端に配置された最も底側の鋼板7Jにおいて、連通部74が空気抜き用の孔として機能する。一方のN極の充填孔48では、鋼板7Jを除く他の全ての鋼板7A,7B,7C,7D,7E,7F…の連通部74が図中の上方から下方に向けて連続することとなる。このため、N極では、ロータコア41の軸方向に沿った長い範囲で充填孔48とフラックスバリア41C,41Dとが連通し、空気をより迅速に抜くことができる。また、圧送装置を使用せず、自然滴下によって接着剤を充填することで、そのように連続した連通部74からでさえ、接着剤がフラックスバリア41C,41Dに漏れ出すのを抑制可能である。
[第3実施形態]
図8には、本発明の第3実施形態が示されている。
本実施形態でも、鋼板7として第1実施形態と同じものを用い、鋼板7の積層形態をさらに異ならせている。すなわち、本実施形態では、ロータコア41の軸方向の適宜な位置に積層される複数の鋼板7(7B,7F,7J)が他の複数の鋼板7(7A,7C,7D,7E,7G,7H,7I)に対して周方向に45°ずらして積層されている。いずれの鋼板7を他の鋼板7に対してずらすかは、その実施にあたって決められればよく、任意である。
[第4実施形態]
図9、図10には、本発明の第4実施形態が示されている。
図9に示すように、本実施形態では、鋼板7に設けられる支持部71,72の形態が第1実施形態とは異なる。鋼板7AのS極において、各フラックスバリア41Cに対応した部分には、支持部71が設けられ、連通部74が設けられていない。また、各フラックスバリア41Dに対応した部分には、連通部74が設けられ、支持部72が設けられていない。
鋼板7AのN極では逆に、各フラックスバリア41Cに対応した部分には、連通部74が設けられ、支持部71が設けられていない。また、各フラックスバリア41Dに対応した部分には、支持部72が設けられ、連通部74が設けられていない。
一方、鋼板7Bでは、S極、N極共に、両方のフラックスバリア41C,41Dにおける支持部71,72の形態が鋼板7Aとは逆になっている。つまり、鋼板7BのS極において、各フラックスバリア41Cに対応した部分には、連通部74が設けられ、支持部71が設けられていない。また、各フラックスバリア41Dに対応した部分には、支持部72が設けられ、連通部74が設けられていない。
鋼板7AのN極において、各フラックスバリア41Cに対応した部分には、支持部71が設けられ、連通部74が設けられていない。また、各フラックスバリア41Dに対応した部分には、連通部74が設けられ、支持部72が設けられていない。
図10に示すように、鋼板7Aと鋼板7C,7E…とが同じ形態であり、鋼板7Bと鋼板7D,7F…とが同じ形態である。こうすることで、各充填孔48では、積層される鋼板7の1枚おきに連通部74が現れる。そして、本実施形態でも、鋼板7A,7B,7C,7D、7E,7F…の種類としては全て同じである。つまり、第1実施形態と同様、鋼板7を積層する毎に周方向に45°ずらすことで、各充填孔48にて連通部74を鋼板7の1枚おきに出現させている。
[第5実施形態]
図11には、本発明の第5実施形態が示されている。
本実施形態では、鋼板7として第4実施形態と同じものを用いたうえで、鋼板7の積層形態を第4実施形態と異ならせている。本実施形態では、図11中の最も下部に配置された鋼板7Jに対し、他の全ての鋼板7A,7B,7C,7D,7E,7F…を周方向に45°ずらして積層してある。鋼板7の積層形態という点では、本実施形態と前記第2実施形態とは類似している。
従って、本実施形態によれば、S極のフラックスバリア41Cにあって、充填孔48と当該フラックスバリア41Cとは、鋼板7Jにおいてのみ連通部74を介して連通し、この連通部74が空気抜き用の孔として機能する。S極のフラックスバリア41Dにあっては、鋼板7Jを除く全ての鋼板7A,7B,7C,7D,7E,7F…にわたって連通部74が軸方向に連続することから、充填孔48と当該フラックスバリア41Dとが軸方向に沿った長い範囲で連通し、この連通部分が空気抜き用の孔として機能する。
これに対し、N極のフラックスバリア41Cにて、鋼板7Jを除いた他の鋼板7A,7B,7C,7D,7E,7F…にわたって連通部74が軸方向に沿って連続し、充填孔48とフラックスバリア41Cとが軸方向に沿った長い範囲で連通している。フラックスバリア41Dでは、鋼板7Jにおいてのみ、充填孔48とフラックスバリア41Dとが連通部74を介して連通している。
[第6実施形態]
図12には、本発明の第6実施形態が示されている。
本実施形態では、鋼板7として第4実施形態と同じものを用い、鋼板7の積層形態をさらに異ならせている。積層形態としては、本実施形態と前記第3実施形態とは類似している。すなわち、本実施形態では、ロータコア41の軸方向の適宜な位置に積層される複数の鋼板7(7B,7F,7J)が他の複数の鋼板7(7A,7C,7D,7E,7G,7H,7I)に対して周方向に45°ずらして積層されている。いずれの鋼板7を他の鋼板7に対してずらすかは、その実施にあたって決められればよく、任意である。
[第7実施形態]
図13、図14には、本発明の第7実施形態が示されている。
本実施形態では、支持部71,72および連通部74が設けられる形態がS極、N極で共通である。反面、各磁極では、一方の永久磁石43と他方の永久磁石43とで、支持部71,72および連通部74が設けられる形態が異なる。具体的には、鋼板7Aの各磁極において、図13中の左側に配置された一方の永久磁石43では、フラックスバリア41Cの部分に支持部71が設けられ、フラックスバリア41Dの部分に連通部74が設けられている。図13中の右側に配置された他方の永久磁石43では、フラックスバリア41Cの部分に連通部74が設けられ、フラックスバリア41Dの部分に支持部72が設けられている。鋼板7C,7E…でも同じである。
また、鋼板7Bの各磁極においては、鋼板7Aとは逆であり、一方の永久磁石43では、フラックスバリア41Cの部分に連通部74が設けられ、フラックスバリア41Dの部分に支持部72が設けられている。他方の永久磁石43では、フラックスバリア41Cの部分に支持部71が設けられ、フラックスバリア41Dの部分に連通部74が設けられている。鋼板7D,7F…でも同じである。
しかしながら、本実施形態でも、用いられる鋼板7の種類としては1種類である。すなわち、鋼板7A,7C,7E…と、鋼板7B,D,7F…とでは、互いに表裏を反転させて積層されている。反転させた鋼板7と反転させない鋼板7とを交互に積層せることで、各充填孔48では、積層される鋼板7の1枚おきに充填孔48とフラックスバリア41C,41Dとが連通部74を介して連通し、連通部74が空気抜き用の孔として機能する。
[第8実施形態]
図15には、本発明の第8実施形態が示されている。
本実施形態では、鋼板7として第7実施形態と同じものを用いたうえで、鋼板7の積層形態を第7実施形態と異ならせている。本実施形態では、図15中の最も下部に配置された鋼板7Jに対し、他の全ての鋼板7A,7B,7C,7D,7E,7F…を反転して積層してある。鋼板7の積層形態という点では、本実施形態と前記第2、第5実施形態とは類似している。
従って、本実施形態によれば、フラックスバリア41C,41Dに対して軸方向に沿った長い範囲で連通する充填孔84と、鋼板7Jにおいてのみフラックスバリア41C,41Dに対して連通する充填部84とが形成されている。このことについては、第2、第5実施形態を説明したことで容易に理解できるため、ここでのさらなる説明を省略する。
[第9実施形態]
図16には、本発明の第9実施形態が示されている。
本実施形態では、鋼板7として第7実施形態と同じものを用い、鋼板7の積層形態をさらに異ならせている。積層形態としては、本実施形態と前記第3、第6実施形態とは類似している。すなわち、本実施形態では、ロータコア41の軸方向の適宜な位置に積層される複数の鋼板7(7B,7F,7J)が他の複数の鋼板7(7A,7C,7D,7E,7G,7H,7I)に対して反転して積層されている。いずれの鋼板7を他の鋼板7に対して反転させるかは、その実施にあたって決められればよく、任意である。
[第10実施形態]
図17、図18には、本発明の第10実施形態が示されている。
本実施形態では、各鋼板7において、フラックスバリア41D部分に設けられる支持部72および連通部74の形態が第7実施形態とは異なっており、その他の構成は、第7実施形態と同じである。すなわち、鋼板7Aの各磁極において、図17中の左側に配置された一方の永久磁石43では、フラックスバリア41Cの部分に支持部71が設けられ、フラックスバリア41Dの部分に支持部72が設けられている。図17中の右側に配置された他方の永久磁石43では、フラックスバリア41Cの部分に連通部74が設けられ、フラックスバリア41Dの部分にも連通部74が設けられている。鋼板7C,7E…でも同じである。
また、鋼板7Bの各磁極においては、鋼板7Aとは逆であり、一方の永久磁石43では、フラックスバリア41Cの部分に連通部74が設けられ、フラックスバリア41Dの部分にも連通部74が設けられている。他方の永久磁石43では、フラックスバリア41Cの部分に支持部71が設けられ、フラックスバリア41Dの部分に支持部72が設けられている。鋼板7D,7F…でも同じである。
本実施形態でも、用いられる鋼板7の種類としては1種類であり、鋼板7A,7C,7E…と、鋼板7B,D,7F…とでは、互いに表裏を反転させて積層されている。反転させた鋼板7と反転させない鋼板7とを交互に積層せることで、各充填孔48では、積層される鋼板7の1枚おきに充填孔48とフラックスバリア41C,41Dとが連通部74を介して連通し、連通部74が空気抜き用の孔として機能する。
[第11実施形態]
図19には、本発明の第11実施形態が示されている。
本実施形態では、鋼板7として第10実施形態と同じものを用いたうえで、鋼板7の積層形態を第8実施形態と同じにしている。従って、本実施形態によれば、フラックスバリア41C,41Dに対して軸方向に沿った長い範囲で連通する充填孔84と、鋼板7Jにおいてのみフラックスバリア41C,41Dに対して連通する充填部84とが形成されている。
[第12実施形態]
図20には、本発明の第12実施形態が示されている。
本実施形態では、鋼板7として第10実施形態と同じものを用い、鋼板7の積層形態を第9実施形態と同じにしている。すなわち、ロータコア41の軸方向の適宜な位置に積層される複数の鋼板7(7B,7F,7J)が他の複数の鋼板7(7A,7C,7D,7E,7G,7H,7I)に対して反転して積層されている。
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
前記各実施形態においては、用いられる鋼板7の種類としては1種類であったが、これに限定されない。例えば、支持部71,72が全く設けられておらず、連通部74のみが設けられた鋼板7と、連通部74が設けられておらず、支持部71,72のみが設けられた鋼板7との2種類を用意し、これらを組み合わせて積層してもよい。
前記各実施形態では、V字形状に配置された一対の永久磁石43を一組として1つの磁極を形成していたが、例えば、図21に示すように、ロータコア41の外周に沿って複数の永久磁石43を設け、各々の永久磁石43にて1つの磁極を形成してもよい。
このような構成では、各永久磁石43の両端にフラックスバリア41Cが設けられる。また、各フラックスバリア41Cの部分には、永久磁石43の2箇所の対角位置を支持するように支持部71が設けられたり、支持部71の代わりに連通部74が設けられたりする。
また、各々の永久磁石43にて1つの磁極を形成する場合において、図21には、1種類の鋼板7を1枚ずつ表裏反転させて積層したロータコア41が例示されているが、図22に示すように、1種類の鋼板7を1枚ずつ周方向に所定角度(1つの磁極分)ずらして積層してロータコア41を構成してもよい。
前記第2、第5、第8、第11実施形態(図7、図11、図15、図19)では、最も下部に配置された鋼板7Jのみが、他の全ての鋼板7A、7B,7Cに対して周方向にずれて積層されたり、表裏を反転して積層されたりしていたが、永久磁石34の2箇所の対角位置をバランスよく支持するために、例えば、鋼板7Jに加えて、最も上部の鋼板7Aをも他の鋼板7B,7C,7D…とは異ならせて積層してもよい。こうすることで、永久磁石43の一方の端面43Bを最下部の鋼板7Jの支持部71,72のみで支持するといったことがなく、少なくとも最上部および最下部の鋼板7A,7Jの2箇所の支持部71,72で支持でき、より良好な支持状態を確保できる。
前記実施形態では、ロータコア41の外周には、第1、第2凹部61,62が設けられていたが、発電機1の特性向上のために機能する第2凹部62のみを設け、第1凹部61を省いた場合や、第1、第2凹部61,62の両方がない場合でも、本発明に含まれる。
本発明は、電動自動車、ハイブリッド自動車、電動建設機械、ハイブリッド建設機械等の車両に用いられる走行用の電動機として利用できる。
1…電動機、2…ハウジング、3…ステータ、4…ロータ、7,7A,7B,7C,7D、7E,7F,7G,7H,7I,7J…積層鋼板、41…ロータコア、41B…埋込孔、41C,41D…フラックスバリア、43…永久磁石、48…充填孔、73…拡張部、71,72…支持部、74…連通部。

Claims (12)

  1. ハウジング内に装着された環状のステータと、前記ステータの内周側に配置されて前記ハウジングに回転可能に支持されたロータとを備えるとともに、前記ロータのロータコアに複数の断面長方形の永久磁石が埋め込まれている電動機であって、
    前記ロータコアは、複数の積層鋼板を積層することで形成され、
    前記ロータコアには、前記永久磁石が嵌合されて磁石断面の長辺を支持する埋込孔、前記永久磁石の端部を前記埋込孔内の対角位置で固定するための接着剤が充填される充填孔、および前記埋込孔と連続したフラックスバリアが設けられ、
    前記複数の積層鋼板には、前記永久磁石が嵌合された状態で前記充填孔と前記フラックスバリアとを連通させる連通部が設けられた積層鋼板が1つ以上含まれるとともに、前記充填孔と前記フラックスバリアとの間に、前記永久磁石と当接して前記永久磁石を支持する支持部が設けられた積層鋼板が1つ以上含まれており、
    前記連通部と前記支持部は、それぞれ、前記複数の積層鋼板の積層方向に1つ以上設けられる
    ことを特徴とする電動機。
  2. 請求項1に記載の電動機において、
    前記充填孔は、前記複数の積層鋼板の前記埋込孔に対応した部分の一部が拡張された拡張部を前記ロータの軸方向に連続させることで形成され、
    前記積層鋼板としては、互いに異なる位置に設けられた拡張部のうち、一方の拡張部の近傍に前記連通部を有し、かつ他方の拡張部の近傍に前記支持部を有した1種類が用意され、
    少なくとも1つの前記積層鋼板を、周方向に360°を極数で除した角度ずらして積層するか、または表裏反転させて積層することで、前記一方の拡張部と前記他方の拡張部とを連続させて前記充填孔が形成される
    ことを特徴とする電動機。
  3. ハウジング内に装着された環状のステータと、前記ステータの内周側に配置されて前記ハウジングに回転可能に支持されたロータとを備えるとともに、前記ロータのロータコアに複数の断面長方形の永久磁石が埋め込まれている電動機であって、
    前記ロータコアは、複数の積層鋼板を積層することで形成され、
    前記ロータコアには、前記永久磁石が嵌合されて磁石断面の長辺を支持する埋込孔、前記永久磁石の端部を前記埋込孔内の対角位置で固定するための接着剤が充填される充填孔、および前記埋込孔と連続したフラックスバリアが設けられ、
    前記複数の積層鋼板のいずれかには、前記永久磁石が嵌合された状態で前記充填孔と前記フラックスバリアとを連通させる連通部が設けられ、
    前記充填孔は、前記複数の積層鋼板のうち、1枚おきに積層された積層鋼板の前記連通部を介して前記フラックスバリアと連通している
    ことを特徴とする電動機。
  4. 請求項3に記載の電動機において、
    前記充填孔は、前記複数の積層鋼板の前記埋込孔に対応した部分の一部が拡張された拡張部を前記ロータの軸方向に連続させることで形成され、
    前記積層鋼板としては、互いに異なる位置に設けられた拡張部のうち、一方の拡張部の近傍に前記連通部を有し、かつ他方の拡張部の近傍に前記永久磁石を支持する支持部を有した1種類が用意され、
    少なくとも1つの前記積層鋼板を、周方向に360°を極数で除した角度ずらして積層するか、または表裏反転させて積層することで、前記一方の拡張部と前記他方の拡張部とを連続させて前記充填孔が形成される
    ことを特徴とする電動機。
  5. 請求項1ないし請求項のいずれか一項に記載の電動機において、
    前記充填孔は、前記複数の積層鋼板のうち、前記接着剤の充填方向の少なくとも先端に配置された積層鋼板の連通部を介して前記フラックスバリアと連通している
    ことを特徴とする電動機。
  6. 請求項1ないし請求項のいずれか一項に記載の電動機において、
    前記フラックスバリアは、冷却油が流通する油路になっている
    ことを特徴とする電動機。
  7. 請求項1ないし請求項のいずれか一項に記載の電動機において、
    前記ロータコアの各磁極では、一対の永久磁石が軸心側から見てV字形状に配置され、
    前記V字形状の中央で隣設し合う前記フラックスバリアの間には、センタブリッジが設
    けられる
    ことを特徴とする電動機。
  8. 請求項に記載の電動機において、
    前記中央で隣接し合うフラックスバリアは、冷却油の油路になっているとともに、前記ロータコアの回転中心に向けて膨らんだ膨らみ部を有する
    ことを特徴とする電動機。
  9. 請求項1ないし請求項のいずれか一項に記載の電動機において、
    前記積層鋼板は、
    前記埋込孔を形成する部分の埋込孔形成開口と、
    前記埋込孔形成開口の一部が拡張されて形成され、かつ前記充填孔を形成する部分の拡張部と、
    前記フラックスバリアを形成する部分のフラックスバリア形成開口と、
    前記拡張部と前記フラックスバリア形成開口とを連通させる前記連通部とを備え、
    前記連通部は、前記拡張部における前記埋込孔形成開口から最も拡張された頂部と前記フラックスバリア形成開口とを直線的に連続させる内面を有し、当該内面が前記埋込孔に嵌合される前記永久磁石の角部から離間している
    ことを特徴とする電動機。
  10. 電動機のロータを構成するとともに、複数の積層鋼板を積層することで形成されるロータコアであって、
    断面長方形の永久磁石が嵌合されて磁石断面の長辺を支持する埋込孔、前記永久磁石の端部を前記埋込孔内の対角位置で固定するための接着剤が充填される充填孔、および前記埋込孔と連続したフラックスバリアを有し、
    前記複数の積層鋼板には、前記永久磁石が嵌合された状態で前記充填孔と前記フラックスバリアとを連通させる連通部が設けられた積層鋼板が1つ以上含まれるとともに、前記充填孔と前記フラックスバリアとの間に、前記永久磁石と当接して前記永久磁石を支持する支持部が設けられた積層鋼板が1つ以上含まれており、
    前記連通部と前記支持部は、それぞれ、前記複数の積層鋼板の積層方向に1つ以上設けられる
    ことを特徴とするロータコア。
  11. 請求項10に記載のロータコアにおいて、
    前記充填孔は、前記複数の積層鋼板の前記埋込孔に対応した部分の一部が拡張された拡張部を前記ロータの軸方向に連続させることで形成され、
    前記積層鋼板としては、互いに異なる位置に設けられた拡張部のうち、一方の拡張部の近傍に前記連通部を有し、かつ他方の拡張部の近傍に前記支持部を有した1種類が用意され、
    少なくとも1つの前記積層鋼板を、周方向に360°を極数で除した角度ずらして積層するか、または表裏反転させて積層することで、前記一方の拡張部と前記他方の拡張部とを連続させて前記充填孔が形成される
    ことを特徴とするロータコア。
  12. 電動機のロータを構成するとともに、断面長方形の永久磁石が嵌合されて磁石断面の長辺を支持する埋込孔、前記永久磁石の端部を前記埋込孔内の対角位置で固定するための接着剤が充填される充填孔、および前記埋込孔と連続したフラックスバリアを有したロータコアに、複数積層して用いられる積層鋼板であって、
    前記埋込孔を形成する部分の埋込孔形成開口と、
    前記埋込孔形成開口の一部が拡張されて形成され、かつ前記充填孔を形成する部分の拡張部と、
    前記フラックスバリアを形成する部分のフラックスバリア形成開口と、
    前記拡張部と前記フラックスバリア形成開口とを連通させる連通部とを備え、
    複数の前記積層鋼板には、前記連通部が設けられた積層鋼板が1つ以上含まれるとともに、前記充填孔と前記フラックスバリアとの間に、前記永久磁石と当接して前記永久磁石を支持する支持部が設けられた積層鋼板が1つ以上含まれており、
    前記連通部と前記支持部は、それぞれ、前記複数の積層鋼板の積層方向に1つ以上設けられる
    ことを特徴とする積層鋼板。
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