JP6402685B2

JP6402685B2 - 回転電機のロータ

Info

Publication number: JP6402685B2
Application number: JP2015121124A
Authority: JP
Inventors: 服部　宏之; 宏之服部
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-06-16
Filing date: 2015-06-16
Publication date: 2018-10-10
Anticipated expiration: 2035-06-16
Also published as: JP2017005964A

Description

本発明は、回転電機のロータに関し、特にその構造に関する。

電気エネルギを回転の運動エネルギに変換する電動機、回転の運動エネルギを電気エネルギに変換する発電機、さらに電動機と発電機どちらにも機能する電気機器が知られている。以下において、これらの電気機器を回転電機と記す。回転電機は、同軸に配置されて相対的に回転する二つの部材を有する。通常は、一方が固定され、他方が回転する。固定された部材（ステータ）にコイルを配置し、このコイルに電力を供給することにより回転する磁界を形成する。この磁界との相互作用により他方の部材（ロータ）が回転する。

永久磁石がロータ内に埋め込まれた埋込型永久磁石回転電機が知られている。回転磁界と埋め込まれた永久磁石が相互作用してロータが回転する。下記特許文献１には、磁石挿入孔（１３）内に永久磁石（１４）が挿入されたロータコア（回転子積層鉄心（１２））が示されている。永久磁石（１４）は、磁石挿入孔（１３）に注入された熱硬化性樹脂（１５）により固定されている。なお、上記の（）内の符号は、特許文献１にて用いられた符号であり、本願の実施形態で用いられる符号とは関連しない。

特開２００６−２０４０６８号公報

回転電機のロータにおいて、永久磁石が収められている収容部がロータの端面に開口している場合、収容部内で永久磁石を固定している樹脂等の固定材が破損すると、収容部の開口から固定材の破片が飛散する場合がある。

本発明は、永久磁石を固定する固定材の破片の飛散を防止することを目的とする。

本発明に係る回転電機のロータは、磁石収容孔が設けられたコア鋼板をロータの回転軸線方向に積層して形成されたロータコアと、回転軸線方向に並んだ磁石収容孔が形成する磁石収容部に収容された永久磁石と、ロータコアと永久磁石の隙間に充填された磁石固定材と、回転軸線方向における磁石収容部の端の開口を覆うよう配置された膜部材と、ロータコアと協働して膜部材を挟むようにロータコアの端に隣接して配置され、コア鋼板と同一外形を有し、磁石収容部に対向する位置に開孔を有する磁性材料により形成された端板と、を有する。

磁石収容部の開口を膜部材で覆うことにより固定材の破片の飛散を防止できる。また、端板を磁性材料により形成し、ロータの回転軸線に直交する断面形状をコア鋼板と端板で類似とすることで、端板においてもリラクタンストルクを得ることができる。

回転電機のロータの回転軸線を含む断面を示す模式図である。ロータコアを回転軸線方向に見た模式図である。

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。図１は、回転電機のロータ１０の、その回転軸線Ｌを含む断面を示す模式図である。ロータ１０は、回転軸線Ｌに関し対称であり、右半分のみ示す。

ロータ１０は、回転電機の出力軸または入力軸となるロータ軸１２と、ロータ軸１２に固定され、ロータ軸１２と一体となって回転するロータコア１４とを含む。ロータコア１４は、コア鋼板１６を回転軸線Ｌの延びる方向に積層して形成される。積層されたコア鋼板１６は、外周の複数箇所を回転軸線Ｌに並行に溶接して一体化される。各コア鋼板１６は、ケイ素鋼板等の磁性材料の板材から同一形状に形成される。個々のコア鋼板１６には、永久磁石１８を収容するための磁石収容孔２０が形成されている。磁石収容孔２０の形状は、概略長方形である。磁石収容孔２０は、コア鋼板１６を積層することにより、ロータコア１４内を回転軸線Ｌの方向に延びる角筒形状の磁石収容部２２を形成する。磁石収容部２２は、ロータコア１４の回転軸線Ｌの方向における二つの端面２４に開口している。

磁石収容部２２内には、略直方体の永久磁石１８が配置される。永久磁石１８の回転軸線Ｌ方向の寸法は、ロータコア１４よりも若干短い。また、回転軸線Ｌに直交する断面の永久磁石１８の形状は、磁石収容部２２より若干小さく、この隙間に永久磁石１８を固定するための磁石固定材２６が充填されている。また、磁石固定材２６は、ロータコア１４の両端面２４まで達し、永久磁石１８の端面を覆っている。磁石固定材２６の材料として熱硬化性樹脂などの樹脂を用いることができる。

ロータコア１４の端面２４には、磁石収容部２２の開口を覆うように膜部材２８が配置される。膜部材２８は、耐熱性、強度に優れた材料で形成され、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなどのポリエステル系樹脂製とすることができ、厚さは０．１ｍｍ以下が望ましい。図１においては、膜部材２８の厚さが強調され、コア鋼板１６と同程度の厚さに描かれているが、実際にはコア鋼板１６よりもかなり薄い。したがって、ロータコア１４と端板３０の間の隙間はわずかであり、端板３０の撓みによって一部は密着している。ロータコア１４の端面２４に対向するように端板３０が配置され、端板３０はロータコア１４と協働して膜部材２８を挟んでいる。膜部材２８は、ロータコア１４または端板３０に接着剤や融着などを用いて貼着されてよい。また、貼着せず、ロータコア１４と端板３０に挟まれることにより保持されるようにしてもよい。端板３０は、ロータコア１４にダボかしめ、溶接または接着などの方法により結合される。

端板３０の外形はコア鋼板１６と同一であり、ロータコア１４に隣接して配置されたとき磁石収容孔２０に対向する位置に端板開孔３２を有する。端板開孔３２の形状は、磁石収容孔２０と同一である。これにより、端板３０は、回転軸線Ｌに直交する断面において、ロータコア１４と類似の形状を有する。端板３０は、磁性材料で形成され、端板開孔３２が形成されることにより周方向にリラクタンスの異なる部分が交互に配列される。これにより、ロータコア１４に加え、端板３０によってもリラクタンストルクを得ることができる。また、端板３０の、回転軸線Ｌに直交する断面の形状を、ロータコア１４の断面形状、つまりコア鋼板１６の断面形状と同一とすることができる。さらに、端板３０は、コア鋼板１６を流用することもできる。

図２は、端板３０を取り除いた状態で、ロータコア１４を回転軸線Ｌの方向に見た模式図であり、特に４分の１周を示し、残りの部分は繰り返しになるので省略している。また、図２において、膜部材２８に覆われる磁石固定材２６、磁石固定材２６に覆われる永久磁石１８についても、膜部材２８との関連を明らかにするために示してある。図２において網掛けの部分が膜部材２８である。

周方向において隣り合う磁石収容孔２０の間の部分には、端板３０を固定するためのかしめ用のダボ３４が設けられている。膜部材２８は、円環形状を有し、４箇所の磁石収容部２２を覆うように周方向に延びて配置される。また、膜部材２８は、磁石収容部２２ごとに１枚ずつ独立したものであってもよい。

膜部材２８が磁石収容部２２の開口を覆うように配置されているので、磁石収容部２２内の磁石固定材２６が破損しても破片がロータコア１４外に飛散することが防止される。

以上の実施形態では、一つの磁極は長方形断面の１個の永久磁石で形成されたが、一つの磁極をＶ字形に配置された２個の永久磁石で形成するなど、他の態様としてもよい。また、磁石収容部２２の形状は、単純な長方形でなく、ロータコア１４内の磁束など他の要因を考慮して変形させた形状としてもよい。

１０ロータ、１２ロータ軸、１４ロータコア、１６コア鋼板、１８永久磁石、２０磁石収容孔、２２磁石収容部、２４端面、２６磁石固定材、２８膜部材、３０端板、３２端板開孔。

Claims

磁石収容孔が設けられたコア鋼板をロータの回転軸線方向に積層して形成されたロータコアと、
回転軸線方向に並んだ磁石収容孔が形成する磁石収容部に収容された永久磁石と、
ロータコアと永久磁石の隙間に充填された磁石固定材と、
回転軸線方向における磁石収容部の端の開口を覆うよう配置された膜部材と、
ロータコアと協働して膜部材を挟むようにロータコアの端に隣接して配置され、コア鋼板と同一外形を有し、磁石収容部に対向する位置に開孔を有する磁性材料により形成された端板と、
を有する回転電機のロータ。