JP6464114B2 - 回転電機の回転子構造および回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機の回転子構造および回転電機に関するものである。

従来、回転子のロータコアの表面に磁石を貼り付けた回転子構造が知られている。（例えば、特許文献１参照。）。
この回転子構造では、接着剤によってロータコアに磁石を貼り付けた後、加熱することによって、接着剤を硬化させている。

特開２００２−７８２５７号公報

しかしながら、特許文献１の回転子構造では、接着剤を硬化させるために加熱すると、磁石およびロータコアが熱膨張した状態で接着剤が硬化する。したがって、常温に戻した際には、磁石とロータコアとの熱膨張量の差により、接着剤に応力がかかり、接着力が低下して磁石が剥がれる原因となるという不都合がある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、磁石とロータコアとの熱膨張量の差による磁石剥がれを抑制することができる回転電機の回転子構造および回転電機を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、筒状のロータコアと、該ロータコアの外周面に接着剤により接着された複数の永久磁石とを備え、前記ロータコアにおける前記永久磁石の接着面に、前記ロータコアの表面に沿って間隔をあけて複数配置され、径方向外方に延びて前記間隔方向に変形可能な突起を備え、前記突起が、前記ロータコアの周方向に間隔をあけて複数配置されている回転電機の回転子構造を提供する。

本態様によれば、接着面に設けられた複数の突起に跨るように、ロータコアの外周面に設けられた接着面に接着剤により永久磁石を貼り付けて、加熱することにより接着剤を硬化させることにより、ロータコアの外周面に複数の永久磁石が貼り付けられた回転子が構成される。ロータコアおよび磁石は、加熱されることにより、それぞれの線膨張係数に基づいて異なる量だけ熱膨張した状態で接着剤の硬化により相互に接着される。

この場合において、常温に戻されることにより熱膨張が解消すると熱膨張量の差分に応じた応力が接着剤に作用するが、接着面に設けられている突起が間隔方向に変形することにより、応力が軽減され、接着剤に作用する残留応力を抑制することができる。その結果、磁石とロータコアとの熱膨張量の差による磁石剥がれを抑制することができる。

上記態様においては、前記突起が、前記ロータコアの軸線方向にも間隔をあけて複数配置されていてもよい。
このようにすることで、常温に戻されることにより熱膨張が解消すると熱膨張量の差分に応じた応力が、ロータの軸方向に接着剤に作用するが、接着面に設けられている突起が間隔方向であるロータの軸方向に変形することにより、応力が軽減され、接着剤に作用する残留応力を抑制することができる。

また、上記態様においては、前記ロータコアが、外径寸法の異なる複数の電磁鋼板を厚さ方向に積層することにより構成されていてもよい。
このようにすることで、外径寸法の小さい電磁鋼板の間に挟まれた外径寸法の大きい電磁鋼板によって突起を簡易に形成することができる。

上記態様においては、前記突起が、前記ロータコアの周方向に間隔をあけて複数配置されている。
このようにすることで、常温に戻されることにより熱膨張が解消すると熱膨張量の差分に応じた応力が、ロータの周方向に、接着剤に作用するが、接着面に設けられている突起が間隔方向であるロータの周方向に変形することにより、応力が軽減され、接着剤に作用する残留応力を抑制することができる。

また、本発明の他の態様は、上記いずれかの回転子構造を有する回転子を備える回転電機を提供する。
本態様によれば、回転子の永久磁石とロータコアとを接着している接着剤における残留応力が低減されるので、ロータコアからの永久磁石の剥がれを防止して、耐久性を向上することができる。

本発明によれば、磁石とロータコアとの熱膨張量の差による磁石剥がれを抑制することができるという効果を奏する。

本発明の参考例としての発明の一参考実施形態に係る回転電機の回転子構造を示す斜視図である。 図１の回転子構造を示す平面図である。 図１の回転子構造を示す縦断面図である。 図１の回転子構造の（ａ）加熱処理による高温時の状態、（ｂ）加熱処理後の常温時の状態をそれぞれ説明する図である。 本発明の一実施形態に係る回転電機の回転子構造を示す斜視図である。 図１の回転子構造の作用を説明するための参考例の（ａ）加熱処理による高温時の状態、（ｂ）加熱処理後の常温時の状態をそれぞれ示す図である。

本発明の参考例としての発明の一参考実施形態に係る回転電機の回転子構造および回転電機について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る回転電機は、図１および図２に示す回転子１と、該回転子１の径方向外方に配置される固定子（図示略）とを備えている。

回転子１は、円柱状のシャフト２と、該シャフト２に固定されたロータコア３と、該ロータコア３の外周面に接着された複数の永久磁石４とを備えている。
ロータコア３は、電磁鋼板５を厚さ方向に積層することにより円柱状に形成されている。

ロータコア３を構成している電磁鋼板５としては、２種類の外径寸法を有するものが用いられている。ロータコア３は、外径寸法の大きな電磁鋼板と、外径寸法の小さな電磁鋼板とを交互に、あるいは周期的に積層することにより構成されている。これにより、ロータコア３は、図１および図３に示されるように、軸方向に間隔をあけて径方向外方に突出する複数の突起６を有している。

永久磁石４は、ロータコア３の外周面に密着可能に設けられた円弧板形状を有しており、周方向に複数、例えば、図２に示す例では、周方向に８個並べてロータコア３の外周面に接着されている。
この場合において、各永久磁石４は、図３に示されるように、ロータコア３の外周面に軸方向に間隔をあけて配置された複数の突起６に跨るようにして、接着剤７により接着されている。

このように構成された本実施形態に係る回転電機の回転子構造の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る回転子構造によれば、ロータコア３に永久磁石４を接着する場合には、ロータコア３の外周面の突起６が設けられている接着面に、突起６間の凹部８を埋めるように接着剤７を塗布し、永久磁石４を貼り付けた状態で加熱し、接着剤７を硬化させる。

すなわち、ロータコア３、永久磁石４および接着剤７が高温に加熱されて、接着剤７が硬化した状態では、図４（ａ）に示されるように、線膨張係数の大きなロータコア３は大きく熱変形させられる一方、線膨張係数の小さい永久磁石４はロータコア３より小さく熱変形させられる。
そして、この状態で、加熱処理を終了し、常温まで冷却していくと、図４（ｂ）に示されるように、線膨張係数の大きなロータコア３は大きく収縮し、線膨張係数の小さい永久磁石４はロータコア３より小さく収縮する。

永久磁石４とロータコア３とが異なる量だけ収縮させられるので、永久磁石４とロータコア３との間に介在させられて、両者を固定している接着剤７にはロータコア３の軸方向に、収縮量の差分に応じた応力が作用する。
図６（ａ），（ｂ）に参考例として示す従来の回転子構造によれば、加熱処理により接着剤１１が硬化した後に、常温に戻すと、ロータコア１２が永久磁石１３と比較して大きく収縮することにより、永久磁石１３が弾性変形させられた状態となり、接着剤１１に大きな残留応力が残る。この残留応力は、永久磁石１３と接着剤１１との界面およびロータコア１２と接着剤１１との界面に、接着剤１１を剥離させる力を生じさせるので、接着力が低下して剥離する虞がある。

本実施形態に係る回転子構造によれば、ロータコア３が、軸方向に間隔をあけて配置され、それぞれが径方向外方に延びる複数の突起６を備え、突起６間には接着剤７が充填させられているので、接着剤７に応力が作用すると、図４（ｂ）に示されるように、突起６が間隔方向に湾曲させられて接着剤７における残留応力を軽減することができる。

このように、本実施形態に係る回転電機の回転子構造によれば、突起６を湾曲させることにより応力を軽減するので、接着剤７の剥離を抑制することができるという利点がある。
また、このような構造を有する回転子１を備えた回転電機によれば、ロータコア３からの永久磁石４の剥離が防止されるので、耐久性を向上することができるという利点がある。

なお、本実施形態においては、外径寸法の異なる２種類の電磁鋼板５を交互にあるいは周期的に積層して、軸方向に間隔をあけた複数の突起６を形成することとしたが、本発明の一実施形態においては、図５に示されるように、周方向に間隔をあけて径方向外方に延びる複数の突起９を形成する。

図５において、ロータコア３は略８角柱状に形成され、各外面に、軸方向に沿って延びる凸条状の突起９が、周方向に間隔をあけて配置されている。
加熱処理により接着剤７を硬化させた後、常温に戻すと、ロータコア３は周方向にも収縮するので、ロータコア３と永久磁石４との収縮量の差により突起９を周方向に湾曲させて、残留応力を軽減することができる。

また、上記各実施形態においては、永久磁石４との接着面となるロータコア３の外周面に、軸方向または周方向に間隔をあけて複数の突起６，９を設けたが、本発明の一実施形態の変形例としては、これに代えて、軸方向および周方向の両方に間隔をあけて複数の突起６，９を設けてもよい。

１ 回転子
３ ロータコア
４ 永久磁石
５ 電磁鋼板
６，９ 突起

Claims (4)

1. 筒状のロータコアと、
   該ロータコアの外周面に接着剤により接着された複数の永久磁石とを備え、
   前記ロータコアにおける前記永久磁石の接着面に、前記ロータコアの表面に沿って間隔をあけて複数配置され、径方向外方に延びて前記間隔方向に変形可能な突起を備え、
   前記突起が、前記ロータコアの周方向に間隔をあけて複数配置されている回転電機の回転子構造。
2. 前記突起が、前記ロータコアの軸線方向にも間隔をあけて複数配置されている請求項１に記載の回転電機の回転子構造。
3. 前記ロータコアが、外径寸法の異なる複数の電磁鋼板を厚さ方向に積層することにより構成されている請求項２に記載の回転電機の回転子構造。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の回転子構造を有する回転子を備える回転電機。

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