JP7234863B2

JP7234863B2 - 埋込磁石型ロータ

Info

Publication number: JP7234863B2
Application number: JP2019153658A
Authority: JP
Inventors: 裕紀藤井
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2019-08-26
Filing date: 2019-08-26
Publication date: 2023-03-08
Anticipated expiration: 2039-08-26
Also published as: US11398756B2; CN112436630B; CN112436630A; US20210066980A1; DE102020210659A1; JP2021035175A

Description

本発明は、埋込磁石型ロータに関する。

従来、積層コアの磁石挿入孔に設けられたマグネットの飛散防止のために、磁石挿入孔を塞ぐようにエンドプレートを設けた埋込磁石型ロータが知られている。特許文献１では、エンドプレートにピンを設け、そのピンを積層コアの孔に圧入することでエンドプレートを固定している。

特開２０００－１８４６４５号公報

マグネットが飛散しようとするときにエンドプレートが荷重を適切に受けるためには、エンドプレートの圧入箇所をなるべく径方向外側に設ける必要がある。また、積層コアを構成する複数の鋼板同士の圧入箇所を避けてエンドプレートの圧入箇所を設ける必要がある。そのためには、複数の鋼板同士の圧入箇所に対して径方向外側であって磁石挿入孔に比較的近い位置にエンドプレートの圧入箇所を設けることが考えられる。

ところが、エンドプレートの圧入箇所はマグネットの磁束が通りにくく、磁気飽和が起きやすくなっている。そのため、磁石挿入孔に近い位置にエンドプレートの圧入箇所を設けると、埋込磁石型ロータの磁気特性が低下するおそれがある。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、磁気特性の低下が抑制された埋込磁石型ロータを提供することである。

本発明は、回転電機（５）に用いられる埋込磁石型ロータ（１０）であって、複数の鋼板（１３、１４）が積層されてなる積層コア（１５）と、積層コアの磁石挿入孔（１６）に設けられているマグネット（１７）と、磁石挿入孔を塞ぐように積層コアの端部に設けられているエンドプレート（１８）とを備える。

隣接する一対の鋼板は、一方の鋼板の鋼板固定用突起（３１）が他方の鋼板の鋼板固定用穴（３２）に圧入されることで固定されている。エンドプレートと積層コアは、エンドプレートのプレート固定用突起（３４）が積層コアのプレート固定用孔（３３）に圧入されることで固定されている。鋼板固定用穴とプレート固定用孔は、同一円周上の周方向に交互に各５個配置されている。
積層コアは、積層コアの内周側に位置し、回転電機の回転軸（７）が挿通する挿通孔（２１）を有している軸保持部（２２）と、積層コアの外周側に位置し、磁石挿入孔を有している磁石保持部（２３）と、軸保持部から磁石保持部まで放射状に延びている複数の連結部（２４）とを有する。複数の連結部のうち、所定の一つを基準として奇数番目に配置されているものを第１連結部（２４１）とし、偶数番目に配置されているものを第２連結部（２４２）とすると、鋼板固定用穴は、第１連結部と同じ周方向位置に配置されており、プレート固定用孔は、第２連結部と同じ周方向位置に配置されている。
鋼板固定用穴とプレート固定用孔は、連結部と磁石保持部との接続部分に配置されている。

これにより、エンドプレートの圧入箇所を、複数の鋼板同士の圧入箇所を避けつつ磁石挿入孔から適度に離れた位置に設けることができる。そのため、マグネットの磁束の通り道にエンドプレートの圧入箇所が設けられず、磁気飽和が起きにくい。つまり、エンドプレートの圧入箇所を磁気特性に影響のない位置に設けることができる。したがって、埋込磁石型ロータの磁気特性の低下が抑制される。

図１は、一実施形態による埋込磁石型ロータが適用された回転電機の縦断面図である。図２は、埋込磁石型ロータの縦断面図である。図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図であって、埋込磁石型ロータの横断面である。図４は、第１鋼板の正面図である。図５は、第２鋼板の正面図である。図６は、図３のＶＩ－ＶＩ線断面図であって、複数の鋼鈑同士の圧入箇所を示す断面図である。図７は、エンドプレートの正面図である。図８は、図３のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線断面図であって、エンドプレートの圧入箇所を示す断面図である。図９は、積層コアを構成する各プレートの分解斜視図である。図１０は、図３の埋込磁石型ロータの横断面の一部を示す図である。図１１は、他の実施形態による埋込磁石型ロータの断面図であって、一実施形態における図８に対応する図である。図１２は、比較形態の第２鋼板の正面図である。図１３は、図１２の埋込磁石型ロータの横断面の一部を示す図であって、一実施形態における図１０に対応する図である。

［一実施形態］
以下、埋込磁石型ロータの一実施形態を図面に基づき説明する。一実施形態による埋込磁石型ロータ（以下、ロータ）は、図１に示す回転電機５に適用されている。回転電機５は、ハウジング６、回転軸７、ステータ８、およびロータ１０を備えている。

回転軸７は、軸受９を介してハウジング６により回転可能に支持されている。ステータ８は、ハウジング６に固定されているステータコア１１と、ステータコア１１に組み付けられている巻線１２とを有している。

図２、図３に示すように、ロータ１０は、複数の鋼板１３、１４が積層されてなる積層コア１５と、積層コア１５の磁石挿入孔１６に設けられている複数のマグネット１７と、磁石挿入孔１６を塞ぐように積層コア１５の一端部および他端部に設けられている２つのエンドプレート１８とを有している。

以下、ロータ１０の径方向のことを単に「径方向」と記載し、ロータ１０の周方向（すなわち回転方向）のことを単に「周方向」または「回転方向」と記載し、ロータ１０の軸方向のことを単に「軸方向」と記載する。

図３に示すように、積層コア１５は、積層コア１５の内周側に位置し、回転軸７が挿通する挿通孔２１を有している軸保持部２２と、積層コア１５の外周側に位置し、磁石挿入孔１６を有している磁石保持部２３と、軸保持部２２から磁石保持部２３まで放射状に延びている複数の連結部２４とを有している。周方向において隣接する一対の連結部２４の間は軽量化孔２５となっている。

図２に示すように、積層コア１５は、複数枚の第１鋼板１３と、１枚の第２鋼板１４とから構成されている。図４、図６に示すように、第１鋼板１３は、複数の鋼板固定用突起３１と、複数の鋼板固定用穴３２と、複数のプレート固定用孔３３とを有している。第１鋼板１３の鋼板固定用穴３２は、鋼板固定用突起３１が板厚方向へ突き出すように成形される際、当該突き出し方向とは反対側に形成される凹部である。図５、図６に示すように、第２鋼板１４は、複数の鋼板固定用穴３２と、複数のプレート固定用孔３３とを有している。

図２に示すように、積層コア１５は、一対の第１鋼板１３が隣接する部分と、第１鋼板１３と第２鋼板１４とが隣接する部分とに分けられる。図６に示すように、隣接する一対の第１鋼板１３は、一方の第１鋼板１３の鋼板固定用突起３１が他方の第１鋼板１３の鋼板固定用穴３２に圧入されることで固定されている。隣接する第１鋼板１３と第２鋼板１４は、第１鋼板１３の鋼板固定用突起３１が第２鋼板１４の鋼板固定用穴３２に圧入されることで固定されている。

図７、図８に示すように、エンドプレート１８は、積層コア１５側（すなわち板厚方向）に向かって突き出すプレート固定用突起３４を有している。一方のエンドプレート１８のプレート固定用突起３４は、第１鋼板１３のプレート固定用孔３３に圧入されており、また、他方のエンドプレート１８のプレート固定用突起３４は、第２鋼板１４のプレート固定用孔３３に圧入されている。つまり、エンドプレート１８と積層コア１５は、エンドプレート１８のプレート固定用突起３４が積層コア１５のプレート固定用孔３３に圧入されることで固定されている。

ここで、エンドプレート１８の圧入箇所がロータ１０の磁気特性に与える影響について考える。エンドプレート１８は、マグネット１７の飛散防止のために設けられている。マグネット１７が飛散しようとするときにエンドプレート１８が荷重を適切に受けるためには、エンドプレート１８の圧入箇所をなるべく径方向外側に設ける必要がある。また、積層コア１５を構成する複数の鋼板１３、１４同士の圧入箇所を避けてエンドプレート１８の圧入箇所を設ける必要がある。そのためには、図１２に示すように、複数の鋼板１３、１４同士の圧入箇所に対して径方向外側であって磁石挿入孔１６に比較的近い位置にエンドプレート１８の圧入箇所を設けることが考えられる。

ところが、図１３に示すように、エンドプレート１８の圧入箇所はマグネット１７の磁束Ｍが通りにくく、磁気飽和が起きやすくなっている。そのため、磁石挿入孔１６に近い位置にエンドプレート１８の圧入箇所を設けると、ロータ１０の磁気特性が低下するおそれがある。特に本実施形態では、エンドプレート１８がオーステナイト系ステンレスから構成されているので、プレート固定用突起３４の成形により上記磁束の通りにくさが顕著になる。

これに対して本実施形態では、図３～図５、図９に示すように、鋼板固定用穴３２とプレート固定用孔３３が周方向に交互に配置されている。つまり、プレート固定用孔３３は、図１２に示す比較形態のように鋼板固定用穴３２に対して径方向外側に設けられるのではなく、鋼板固定用穴３２に対して周方向に離れて設けられる。

鋼板固定用穴３２とプレート固定用孔３３は、複数の連結部２４のいずれか１つと同じ周方向位置に配置されている。具体的には、複数の連結部２４のうち、所定の一つを基準として奇数番目に配置されているものを第１連結部２４１とし、偶数番目に配置されているものを第２連結部２４２とすると、鋼板固定用穴３２は第１連結部２４１と同じ周方向位置に配置されており、また、プレート固定用孔３３は第２連結部２４２と同じ周方向位置に配置されている。

複数の連結部２４は周方向において等間隔に設けられている。そのため、複数の鋼板固定用穴３２は周方向において等間隔に設けられ、また、複数のプレート固定用孔３３は周方向において等間隔に設けられている。複数の鋼板固定用穴３２の周方向間隔は、複数のプレート固定用孔３３の周方向間隔と同じである。

鋼板固定用穴３２とプレート固定用孔３３は、連結部２４と磁石保持部２３との接続部分に配置されている。上記接続部分は、磁石保持部２３に形成されるマグネット１７の磁束の通り道を避けつつも、できるだけ径方向外側に位置する部分である。

鋼板固定用穴３２とプレート固定用孔３３は、同一円周上に配置されている。上記円周は、磁石保持部２３に形成されるマグネット１７の磁束の通り道を避けつつも、できるだけ径方向外側に設定される。

図８に示すように、エンドプレート１８の板厚は鋼板１３、１４の板厚より大きい。そして、図６、図８に示すように、エンドプレート１８のプレート固定用突起３４の突出長さは、鋼板１３、１４の鋼板固定用突起３１の突出長さよりも長くなっている。その一方で、図４、図７に示すように、プレート固定用突起３４の横断面形状は、鋼板固定用突起３１の横断面形状と同じである。横断面形状が同じとは、形状および大きさが同一であることを意味する。上記横断面形状は例えば円形である。

（効果）
以上説明したように、本実施形態では、鋼板固定用穴３２とプレート固定用孔３３は周方向に交互に配置されている。これにより、エンドプレート１８の圧入箇所を、複数の鋼板１３、１４同士の圧入箇所を避けつつ磁石挿入孔１６から適度に離れた位置に設けることができる。そのため、図１０に示すようにマグネット１７の磁束Ｍの通り道にエンドプレート１８の圧入箇所が設けられず、磁気飽和が起きにくい。つまり、エンドプレート１８の圧入箇所を磁気特性に影響のない位置に設けることができる。したがって、ロータ１０の磁気特性の低下が抑制される。

また、本実施形態では、鋼板固定用穴３２は第１連結部２４１と同じ周方向位置に配置され、また、プレート固定用孔３３は第２連結部２４２と同じ周方向位置に配置されている。これにより、各圧入箇所を磁石挿入孔１６から適度に離れた位置に設けつつ周方向に交互に配置することができる。

また、本実施形態では、鋼板固定用穴３２とプレート固定用孔３３は、連結部２４と磁石保持部２３との接続部分に配置されている。これにより、各圧入箇所を、磁石保持部２３に形成されるマグネット１７の磁束の通り道を避けつつも、できるだけ径方向外側に位置する部分に配置することができる。

また、本実施形態では、鋼板固定用穴３２とプレート固定用孔３３は、同一円周上に配置されている。これにより、各圧入箇所を、磁石保持部２３に形成されるマグネット１７の磁束の通り道を避けつつも、できるだけ径方向外側に位置する部分に配置することができる。

また、本実施形態では、エンドプレート１８はオーステナイト系ステンレスから構成されている。このような構成では特にプレート固定用突起３４で磁束が通りにくくなることから、上記鋼板固定用穴３２とプレート固定用孔３３の周方向交互配置による磁気特性の低下抑制効果が効果的に得られる。

また、本実施形態では、エンドプレート１８の板厚は鋼板１３、１４の板厚より大きい。これにより、プレート固定用突起３４の突出長さを鋼板固定用突起３１の突出長さよりも長くすることができる。そのため、エンドプレート１８の保持力を向上させることができる。

また、本実施形態では、プレート固定用突起３４の横断面形状は、鋼板固定用突起３１の横断面形状と同じである。これにより、プレート固定用突起３４を成形する金型と鋼板固定用突起３１を成形する金型を共用することができ、製造コストが低減される。

［他の実施形態］
他の実施形態では、図１１に示すようにエンドプレート１８の板厚は鋼板１３、１４の板厚と同じであってもよい。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

５：回転電機１０：磁石埋込型ロータ
１３：第１鋼板（鋼板）１４：第２鋼板（鋼板）
１５：積層コア１６：磁石挿入孔
１７：マグネット１８：エンドプレート
３１：鋼板固定用突起３２：鋼板固定用穴
３３：プレート固定用孔３４：プレート固定用突起

Claims

回転電機（５）に用いられる埋込磁石型ロータ（１０）であって、
複数の鋼板（１３、１４）が積層されてなる積層コア（１５）と、
前記積層コアの磁石挿入孔（１６）に設けられているマグネット（１７）と、
前記磁石挿入孔を塞ぐように前記積層コアの端部に設けられているエンドプレート（１８）と、
を備え、
隣接する一対の前記鋼板は、一方の前記鋼板の鋼板固定用突起（３１）が他方の前記鋼板の鋼板固定用穴（３２）に圧入されることで固定されており、
前記エンドプレートと前記積層コアは、前記エンドプレートのプレート固定用突起（３４）が前記積層コアのプレート固定用孔（３３）に圧入されることで固定されており、
前記鋼板固定用穴と前記プレート固定用孔は同一円周上の周方向に交互に各５個配置されており、
前記積層コアは、前記積層コアの内周側に位置し、前記回転電機の回転軸（７）が挿通する挿通孔（２１）を有している軸保持部（２２）と、前記積層コアの外周側に位置し、前記磁石挿入孔を有している磁石保持部（２３）と、前記軸保持部から前記磁石保持部まで放射状に延びている複数の連結部（２４）とを有し、
複数の前記連結部のうち、所定の一つを基準として奇数番目に配置されているものを第１連結部（２４１）とし、偶数番目に配置されているものを第２連結部（２４２）とすると、
前記鋼板固定用穴は、前記第１連結部と同じ周方向位置に配置されており、
前記プレート固定用孔は、前記第２連結部と同じ周方向位置に配置されており、
前記鋼板固定用穴と前記プレート固定用孔は、前記連結部と前記磁石保持部との接続部分に配置されている埋込磁石型ロータ。
前記エンドプレートはオーステナイト系ステンレスから構成されている請求項１に記載の埋込磁石型ロータ。
前記エンドプレートの板厚は前記鋼板の板厚より大きい請求項１または２に記載の埋込磁石型ロータ。
前記プレート固定用突起の横断面形状は、前記鋼板固定用突起の横断面形状と同じである請求項１～３のいずれか一項に記載の埋込磁石型ロータ。