WO2007007420A1

WO2007007420A1 - 回転電機の回転子

Info

Publication number: WO2007007420A1
Application number: PCT/JP2005/018403
Authority: WO
Inventors: Takeshi Ishida
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2005-09-28
Filing date: 2005-09-28
Publication date: 2007-01-18
Also published as: US7619341B2; CN101124710B; CN101124710A; US20070205686A1

Abstract

　電磁鋼板（５２）に重ねてステンレスプレート（５１）を取付ける。ステンレスプレート（５１）によって、磁石挿入用の貫通孔の上部が塞がれた状態となる。これにより永久磁石を固定するための接着剤（５４）によって電磁鋼板（５２）とエンドプレート（４０）が接着されるのが防がれる。ステンレスプレートの冷熱による熱膨張および収縮量（Ｄ５１）は、エンドプレートの熱膨張および収縮量（Ｄ４０）よりも電磁鋼板（５２）の熱膨張および収縮量（Ｄ５２）に近いので、従来と比べると電磁鋼板に働く応力は小さくなる。したがって、エンドプレートと電磁鋼板の線膨張係数の差で電磁鋼板が疲労破壊されるのが防止される。これによりロータコア部分の信頼性が高められた回転電機を提供することができる。

Description

明細書回転電機の回転子皮術分野

この発明は、回転電機の回転子に関する。背景技術

モータや発電機等（転電機）には、ロータ（回転子）に永久磁石を含む永久磁石型同期回転機がある。

特開 2 0 0 0 - 0 3 7 0 5 3号公報には、固定子卷線を有する固子と、回転子鉄心に設けられた貫通孔に磁極形成用の永久磁石を組み込んで構成された回転子と、回転子鉄心に圧入される回転軸とを備える回転電機が開示されている。

この文献の実施の形態のうちの 1つに、回転軸に圧入される非磁个生体の端板の回転子鉄心側に接着剤を塗布し、高速回転時の端板および永久磁石の抜け止めを確実に行なう旨が記載されている。

し力しながら、非磁个生体の端板と回転子鉄心とを直接接着すると、両者の材質の線膨張係数の違いから、回転電機に対して発熱、冷却の熱サイクンが繰返された場合に鉄心部に負担がかかる。

図 1 0は、回転子鉄、として用いられる電磁鋼板 5 2の形状を説明するための図である。

図 1 0を参照して、電磁鋼板 5 2は、中央部分に孔が設けられた円環状の鋼板であり、中央部の孔部分にはシャフトと嵌合して位置決めを行なうための突起 1 1 1， 1 1 2が設けられている。また周辺部分には、永久磁石を揷; するための孑し 1 0 1， 1 0 2が設^"られている。

このような電磁鋼板 5 2が積層されることにより、回転子の鉄心^ S形成される。図 1 1は、図 1 0における X I—X I部分に対応する回転子の断部分を説明するための図である。

図 1 1を参照して、ユンドプレート 4 1の上部に複数の電磁鋼板 ⁵ 2が積層される。図 1 0の電磁鋼板 5 2の孔 1 0 1， 1 0 2部分は、永久磁石 5 6を挿入するための鉄心（コア）の貫通孔を形成する。この貫通孔に接着剤 5 4が注入され、そして永久磁石 5 6が挿入され最後にェンドプレート 4 0がコアの上に組付けられる。すると、エンドプレート 4 0 , 4 1と回転子の鉄心との隙間〖こ接着剤 5 4 が侵人し、エンドプレート 4 0， 4 1と回転子鉄心の端部の電磁鋼とが接着される可能性がある。

図: L 2は、エンドプレートと電磁鋼板との間に働く応力を説明するための図でめ ό。

図 L 2を参照して、エンドプレート 4 0と電磁鋼板 5 2とは接着斉 U 5 4によつて一眘[3分が接着された状態となったとする。たとえば図 1 0には孔： L 0 1、孔 1 0 2の周辺部分が接着剤によってェンドプレート 4 0と部分的に接着されてしまう場合が考えられる。

ェンドプレート 4 0は通常アルミ合金が用いられ、図 1 2に示すようにアルミ合金の熱膨張および熱収縮量 D 4 0は、電磁鋼板 5 2の熱膨張およ " '熱収縮量 D 5 2 こ比べると大きい。

エンドプレート 4 0と電磁鋼板 5 2の線膨張係数が大きく異なると、加熱、冷却の繰返しによって、薄く、また形伏^に不利な電磁鋼板 5 2の方こ過大な応力が加わる。特に、図 1 0の領域 1 0 3 ί±:孔 1 0 1， 1 0 2が設けられることにより細くなつている。孔 1 0 1 , 1 0 2イナ近の電磁鋼板 5 2が接着剤こよりエンドプレート 4 0と接着されると、線膨張係数の差による応力がこの領域 1 0 3に集中してしまう。このような応力の操返しの印加によって電磁鋼板が疲労破壊するおそれがあるという問題が生ずる。発明の開示

この発明の目的は、信頼性が高められた回転電機の回転子を提供することである。

この発明は、要約すると、回転電機 Ο回転子であって、回転軸と、回転軸の周りに配置され、複数の貫通孔が設けられる鉄心部と、複数の貫通孔にそれぞれ収容される複数の永久磁石と、複数の霣通孔内部の各々における永久磁石と鉄心部との隙間に充填された 5¾填剤と、貫通孔の開口を塞ぐように鉄心部を両側から挟みこむ 1対のエンドプレートと、エンドプレートと鉄心部との境界部分に設けられ、充填剤によるェンドプレートと鉄心部と接着を抑制する接着抑部とを備える。

好ましくは、接着抑讳 U部は、 1対のエンドプレートと鉄心部との隙間に介在する非磁性部材であり、非磁性部材の線膨張係^:と鉄心部の線膨張係数との差は、エンドプレートの線膨張係数と鉄心部の線膨係数との差よりも小さレ、。

より好ましくは、非磁性部材は、少なくと貫通孔を塞ぐように形咸されるプレート形状の部材で foる。

より好ましくは、 ^^磁性部材は、ステンレス製である。

好ましくは、接着抑制部は、 1対のェンドブレ一トと鉄心部との隙 Γ に介在する非磁性部材であり、非磁性部材は、ェンドブレートよりも弾性を有する。好ましくは、接着抑制部は、エンドプレートに塗布された離型剤の;！である。好ましくは、エンドプレートは、非磁性体の主部材と、主部材に嵌め込まれ孔を覆う非磁性体の副き [5材とを含み、副部材の,線膨張係数と鉄心部の線月彭張係数との差は、主部材の線 E彭張係数と鉄心部の線膨張係数との差よりも小さ、。

より好ましくは、畐' j部材は、ステンレス製である。

好ましくは、ェンプレートは、非磁性体の主部材と、主部材に嵌め込まれ貫通孔を覆う非磁性体の副部材とを含み、副部材は、主部材よりも弾性を有する。好ましくは、鉄心き 13は、回転軸に直交する面に平行に積層された複数の強磁性体の板体を含み、板^ sの各々には、積層されることにより貫通孔を形成するための孔が設けられる。

この発明の他の局面に従うと、回転電機の回転子であって、回転軸と、回転軸の周りに配置され、複数の貫通孔が設けられる鉄心部と、複数の貫通孔にそれぞれ収容される複数の永久磁石と、貫通孔の開口を塞ぐように鉄心部を両側から挟みこむ 1対のエンドプレートと、複数の貫通孑し内部の各々におけるフ久磁石と鉄心部との隙間に充填された充填剤とを備える。充填剤は、硬化する; ^周囲部材に対する接着力が弱いテ材である。

好ましくは、鉄心きは、回転軸に直交する西に平行に積層されたネ复数の強磁性体の板体を含み、板体の各々には、積層されることにより貫通しを形成するための孔が設けられる。

本発明によれば、接着剤によるェンドブートと電磁鋼板の接着が抑制され、ェンドブレートと電磁鋼板の線膨張係数の差で電磁鋼板が疲労破壊されるのが防止される。図面の簡単な説明

図 1は、本実施の形態の回転電機の回転子（ロータ）の断面図である。

図 2は、図 1の _A部を詳細に説明するための図である。

図 3は、ロータの組立工程を説明するためのフローチヤ一トである。

図 4は、ステンレスプレート 5 1の形状を説明するための図である。

図 5は、実施の形態 1における電磁鋼板に働く応力を説明するための図である。図 6は、実施の形態 2のロータを説明するための図である。

図 7は、図 6におけるェンドプレートの一部分を拡大して示した図である。図 8は、実施の形態 2の変形例を示した図である。

図 9は、実施の形態 3のロータを説明するための図である。

図 1 0は、回車云子鉄心として用いられる電磁鋼板 5 2の形状を説明するための図である。

図 1 1は、図 1 0における X I - X I部分に対応する回転子の断面部分を説明するための図でる。

図 1 2は、ェドプレートと電磁鋼板との間に働く応力を説明するための図である。

図 1 3は、実の形態 4のロータを説明するための図である。発明を実施するこめの最良の形態

以下、本発明実施の形態について図面を参照しながら詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号をイナしてその説明は繰返さない。

[実施の形態 1 ]

図 1は、本実慰の形態の回転電機の回車子（ロータ）の断面図である。図 1を参照して、ロータ 1 0は、シャフト 2 0と、シャフト 2 0の周りに保持されるロータコア 5 0と、ロータコア 5 0を挟むエンドプレート 4 0， 4 1と、ロータ 1 0の回窣云を検出するレゾルバ 3 0と、レゾルバ 3 0を抜けないように固定するスナップリング 3 2とを含む。

シャフト 2 0の周りには、電磁鋼板を積層したロータコア 5 0を保持するためのフランジ 2 2カ形成されている。

図 2は、図 1の A部を詳細に説明するための図である。

図 2、図 3を参照して、まずステップ S 1において図 1の、ンャフト 2 0にェンドプレート 4 1 ¾r取付ける。続いて、ステップ S 2においてンドプレートの上部にステンレスプレート 5 8を取付ける。さらに、ステップ S 3においてステンレスプレート 5 8に重ねて電磁鋼板 5 2を積層したロータコ "Τを取付ける。電磁鋼板 5 2力 S積層された結果、図 1 0に示した孔 1 0 1， 1 0 2によって永久磁石を挿入するための貫通孔が形成され、その下部がステンレスプレート 5 8 で塞がれた状態となる。

続いてステップ S 4において永久磁石 5 6を挿入するため Ο貫通孔に接着剤 5 4を適量注入する。続いてステップ S 5において永久磁石 5 6を孔へ揷入する。これにより、接着剤 5 4はその液面が止昇してロータコア 5 Οの磁石挿入用の貫通孔全体に行きわたる。

続いてステップ S 6において電磁鋼板 5 2に重ねてステンレスプレート 5 1を取付ける。ステンレスプレート 5 1によって、磁石揷入用の貫通孔の上部が塞がれた状態となる。

最後にシャフ卜 2 0にェンドプレート 4 0を取付け、組立終了する。

エンドプレー卜 4 0 , 4 1およびスランレスプレート 5 1 , 5 8は、永久磁石の磁束がシャフトの回転軸と平行な方向に漏れて損失を生じないように非磁性体が採用されている。エンドプレート 4 0 , 4 1は、好ましく ί 軽量のアルミ合金製である。

図 4を参照して、ステンレスプレート 5 1は、図 1 0で説明した電磁鋼板 5 2 の形状において孔 1 0 1， 1 0 2が設けられていないドーナツ状の形状を有する。中央部の孔部分にシャフトと嵌合して位置決めを行なうための突起 6 1 , 6 2 が設けられている。電磁鋼板 5 2をステンレスプレート 5 1と重ねることにより磁石挿入用の貫通孑しがこのステンレスプレート 5 1によって塞がれることになる。なお、図 2のスヲンレスプレート 5 8は、ステンレスプレート 5 1と同様の形状を有するので説明は繰返さない。

図 5は、実施の形態 1における電磁岡板に働く応力を説明するための図である。図 5を参照して、エンドプレート 4 0と電磁鋼板 5 2とのにはステンレスプレート 5 1が介在する。このステンレスプレート 5 1は、電據鋼板 5 2に設けられている永久磁石挿入用の孔を塞ぐような形状である。

したがって、永磁石を固定するための接着剤 5 4によって電磁鋼板 5 2とェンドブレート 4 0 接着されるのが防がれる。

たとえばェンドプレート 4 0はァノレミ合金が用いられ、その線膨張係数はおよそ 2 4 X 1 CT⁶であり、電磁鋼板 5 2の線膨張係数はおよそ 1 3 X 1 0—⁶である。これに対してステンレスの線膨張係数はおよそ 1 8 X 1 CT⁶ であり、アルミ合金の線膨張係数よりも鋼板の線膨張係数に近い。

したがって P部に働く繰返しの応力が図 1 2で示した場合よりも緩和される。つまりステンレスプレートの冷熱による熱膨張および収縮 * D 5 1は、エンドプレートの熱膨張および収縮量 D 4 0よりも電磁鋼板 5 2の熱膨張および収縮量 D 5 2に近いので、図 1 2に示した場合と比べると電磁鋼板に働く応力は小さくなる。

したがって、ェンドプレートと電磁鋼板の線膨張係数の差で電磁鋼板が疲労破壌されるのが防止される。

エンドプレートは磁気回路の損失を防ぐため非磁性体と 1 "る必要がある。また積層した電磁鋼板を両側から加圧しておくためある程度の W性が必要とされる。またロータ全体重量を抑えるためエンドプレートは軽いぽうがよレ、。このためたとえばアルミ金などが用いられている。

図 2で示したうに、薄いステンレスプレート 5 1， 5 Sをェンドプレート 4 0 , 4 1と電磁陶板 5 2との間に介在させることにより、高価なステンレス材をエンドプレートとして用いるよりもコストが低く抑えられ、 ^つ重量も軽くすることができる。

なお、実施の形態 1ではステンレスを電磁鋼板とェンドプレートとの間に挟むプレートの材質として例示したが、これに限らず、非磁性体 'あってロータコアを構成する電磁鋼板と線膨張係数が近レ、材質のものであればフ°レートは他の材質のものであってもよ!、。

また、線膨張 ί 数に拘わらず、薄レヽステンレスプレート ⁵ 1， 5 8に代えて弾 _ 性を有する材質の非磁性体のプレー卜とすれば、電磁鋼板にする応力を緩和することができる。

[実施の形態 2 ]

図 6は、実施の形態 2のロータを説明するための図である。

図 6を参照して、実施の形態 2のロータは、図 2で説明した実施の形態 1の口ータにおいてエンドプレート 4 0 , 4 1およびステンレスプレート 5 1 , 5 8に代えて主部材 8 Οおよび副部材 9 0〖こよって構成されるェドプレートと、主部材 8 1および副音材 9 1によつて構成されるエンドプレートとを含む。

主部材 8 0にま非磁性体の副部材 9 0が嵌め込まれている。また主部材 8 1には非磁性体の副 ^: &材 9 1が嵌め込まれている。主部材 8 0， 8 1は実施の形態 1 のエンドプレート 4 0， 4 1と同様軽量で非磁性体であるアルミ合金を用いることが好ましい。また、副部材 9 0 , 9 1は、電磁鋼板 5 2に線膨張係数が近い非磁性体を用いる。たとえば、副部材 9 0， 9 1にステンレスを用いることができる。 .

図 7は、図 6 におけるエンドプレートの一部分を拡大して示した図である。

図 7において、破 i緣で示した電磁岡板の孔 1 0 1， 1 0 2；の開口付近にあたるエンドプレートの主部材 8 0の部分には副部材 9 0が嵌めまれている。副部ネす

9 0の形状は、ロータの回転によって生ずる遠心力によって外周方向に主部材 8 0から飛び出な V、ような形状となっている。

回転子が組立てられた状態になると、副部材 9 0によって電磁鋼板の孔 1 0 1 ，

1 0 2の開口が塞がれる。したがって、副部材 9 0は接着斧 Uの主部材 8 0に対 1~ る接着力を抑制する接着抑制部としての働きを有する。同截に図 6の副部材 9 1 も接着剤の主 |^材8 1に対する接着力を抑制する接着抑制^ 3としての働きを有する。

エンドプレートの主部材 8 0はたとえばアルミ合金であり、副部材 9 0はたとえば非磁性体であるステンレスである。そして副部材 9 0 線膨張係数は、主き [3 材 8 0の線膨張係数よりも電磁鋼板 5 2の線膨張係数に近レ、。

そして主音 15材 8 0と副部材 9 0との線膨張係数の差を緩するように、主部ホ才 8 0と副部ォ 9 0との境界部分には弾性体 9 2が設けられる。この弾性体 9 2 ίま、たとえばゴムや硬化しても柔軟性を有する接着剤などが考えられる。これにより、永久磁石を固定するための接着剤 5 4により電磁鋼板と副 Ρ材 9 0とが接着されたとしても、その応力は従来よりも緩和され、電磁鋼板の疲労破壊が防止される。図 8は、案施の形態 2の変形例を示した図である。

図 8では、弾性体 9 2を電磁鋼板の永久磁石を揷入するし付近に嵌め込んでレヽる。これにり、電磁鋼板と弾性 ίφ: 9 2とが永久磁石固定のための接着剤により接着されたとしても、熱サイクルの印加時には弾性体 9 2力 S変形するので電磁网板に加わる)^力を小さくすることカできる。したがって電磁鋼板の疲労破壊が防止される。

[実施の? f 態 3 ]

図 9は、実施の形態 3のロータを説明するための図である。

図 9を参'暇して、実施の形態 3【こおいては、予めエンドプレート 4 0， 4 1の電磁鋼板に接触する側に離型剤を塗布して離型剤の層 7 0， 7 1を設けておく。この離型材の層 7 0 , 7 1は、接着剤のェンドプレート 4 0 , 4 1に対する接着力を抑制する接着抑制部としての働きを有する。

離型剤の具体例としては、たと免ばシリコン系コーティング剤やフッ素系コ—— ティング剤ズテフロン（登録商標）コート）などが用いらる。

これにより接着剤 5 4によって電磁鋼板 5 2とエンドプレート 4 0 , 4 1と接着されるのが防止されるため、エンドプレート 4 0 , 4 1が熱サイクルによ膨張、収縮を行なっても電磁鋼板 5 2に加わる応力を小さくすることができる。

[実施の形態 4 ]

実施の形態 4では、図 1 1におレヽて用いた接着剤 5 4を、図 1 3に示すよう 8403 エンドブレート 4 0 , 4 1に対する接着力が小さい充眞剤 1 5 4に置換える。この充填材は、硬化はするが周囲 ¾5材に対する接着力が翳いパテ材である。

このテ材の例である充填剤としては、歯科用など iこ用いられる、金属に ίまつき難く凝固して硬化する歯科用接着剤などが一例として考えられる。

なお、硬化して隙間に充填されることにより磁石の力 Sたつきが防止されるのであれま、他の充填剤、たとえばコーキング材のような¹ のでもよい。

以上 1¾明したように、本実施の形態によれば、電磁 I网板とェンドプレートとが接着されるのが防止され、ヱンドプレートと電磁鋼板の線膨張係数の差で電磁鋼板が疲労破壌してしまうのを防 JLhすることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本宪明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって:^され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

Claims

請求の範囲

1. 回転軸（20) と、

¾ΪΓ記回転軸 (20) の周りに配置され、複数の貫通孔が設けられる鉄心 Ρ (5 0) と、

StT記複数の貫通孔にそれぞれ収容される複数の永久磁石（56) と、

Str記複数の貫通孔内部の备々における前記永久磁石（56) と前記鉄心部 (5 0) との隙間に充填された ¾填剤 (54) と、

ItT記貧通孔の開口を塞ぐように前記鉄心部を両側カゝら挟みこむ 1対のェンドプレート（40， 41) と、

St!記エンドプレート（40， 4 1) と前記鉄心部（50) との境界部分に設けられ、前記充填剤（54) による前記エンドプレート（40， 41) と前 IB鉄心部（50) との接着を抑制 ~る接着抑制部とを備える、回転電機の回転子。

2. 前記接着抑制部は、 St!記 1対のエンドプレート（40, 41) と前言 S鉄心部（50) との隙間に介在 "^る非磁性部材（51， 5 8) であり、

ffr記非磁性部材（51， 5 8) の線膨張係数と前言己鉄心部（50) の線 3彭張係数との差は、前記エンドプ ^一ト（40， 41) の泉膨張係数と前記鉄心 (5 0) の線膨張係数との差よりも小さい、請求の範囲第 1項に記載の回転電機の回転子。

3. 前記非磁性部材（5 1_， 58) は、少なくとも前記貫通孔を塞ぐように形成されるプレート形状の部衬である、請求の範囲第 2項に記載の回転電機の回転子。

4. 前記非磁性部材（5 1_， 58) は、ステンレス製である、請求の範困第 2 項【こ記載の回転電機の回転チ。

5. 前記接着抑制部は、前記 1対のエンドプレートと前記鉄心部との隙^に介在する非磁性部材（92) であり、

前記非磁性部材（92) «；、前記エンドプレートよりも弹性を有する、言青求の範 IS第 1項に記載の回転電機の回転子。

6. 前記接着抑制部は、 f 記ェンドプレートに布された離型剤の層（ 70， 7 1) である、請求の範 IS第 1項に記載の回家云電機の回転子。

7. 前記ェンドブレートは、

非磁性体の主部材（80， 81) と、

前記主部材に嵌め込まれ前記孔を覆う非磁生体の副部材（90. 9 1) とを含み、

前記副部材（90. 9 1) の線膨張係数と前記鉄心部（50) の線 B 張係数との差は、前記主部材（8 O, 81) の線膨張係数と前記鉄心部（50) の線膨張 f系数との差よりも小さい、請求の範囲第 1項に記載の回転電機の回転子。

8. 前記副部材（90- 91) は、ステンレス製である、請求の範固第 7項に記載の回転電機の回転子。

9. 前記ェンドブレートは、

非磁性体の主部材（8 0) と、

前記主部材に嵌め込ま前記貫通孔を覆う磁性体の副部材（92〉とを含み、前記副部材（92) は、前記主部材（80) よりも弾性を有する、言青求の範囲第 1項に記載の回転電機の回転子。

X 0. 前記鉄心部（5 0 ) は、

前記回転軸（20) に直交する面に平行に積層された複数の強磁 t生体の板体 (52) を含み、

前記板体（52) の备々には、積層されることにより前記貫通孔を形成するための孔（101， 102 ) が設けられる、請の範囲第 1項に記載の Θ転電機の回転子。

1 1. 回転軸 (20) と、

前記回転軸（20) 周りに配置され、複数の貫通孔が設けられる截心部（5 O) と、

前記複数の貫通孔にそれぞれ収容される複数の永久磁石（56) と、

前記貫通孔の開口を塞ぐように前記鉄心部（50) を両側から挟みこむ 1対のユンドプレート（40 , 41) と、

前記複数の貫通孔内眘 13の各々における前記永久磁石と前記鉄心部との隙間に充填された充填剤 (154=) とを備え、前記充填剤（154) は、硬化するが周囲部材に対する接着力弱いパテ材である、回転電機の回転子。

1 2. 前記鉄心部（50) は、

前記回転軸（20 ) に直交する面に平行に積層された複数の瘕磁性体の板体 (52) を含み、

前記板体（52) の各々には、積層されることにより前記貫通孔を形成するための孔（10 1， 1 O 2) が設けられる、請求の範囲第 1 1項に IE載の回転電機の回転子。