JP2018182794A

JP2018182794A - 回転子及びそれを備えた回転電機

Info

Publication number: JP2018182794A
Application number: JP2017074172A
Authority: JP
Inventors: 相木　宏介; Kosuke Aiki; 宏介相木; 伊藤　嘉昭; Yoshiaki Ito; 嘉昭伊藤; 中井　英雄; Hideo Nakai; 英雄中井; 隆教水野; Takanori Mizuno
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2017-04-04
Filing date: 2017-04-04
Publication date: 2018-11-15

Abstract

【課題】簡易な構成で、高速回転時の強度を確保しつつ重量を軽量化させた回転子及びそれを備えた回転電機を提供する。【解決手段】シャフト１０と、シャフト１０が固定されたコア１２と、コア１２に設けられた磁石１４と、コア１２及び磁石１４の外周面の少なくとも一部を覆う繊維材円筒管１６と非繊維材円筒管１８との積層部と、を備える構成とする。【選択図】図３

Description

本発明は、回転子及びそれを備えた回転電機に関する。

回転電機において耐熱性に優れ、高速回転に耐え、かつ軽量化された回転子を実現することが望まれている。

特許文献１には、シャフトと勘合された磁石を樹脂と一体成形した回転子が開示されている。さらに、炭素繊維を利用した回転子の補強技術が開示されている。また、特許文献２には、回転軸に軸方向に沿って延設された複数の凹溝が設けられ、回転軸の外周面に円弧状の第一磁石片を配置すると共に凹溝に嵌入するように第二磁石片を配置した構成の回転子が開示されている。

特開２０１０−１７２０９５号公報特開２００８−２９５１７８号公報

特許文献１に記載の技術では、回転子の飛散防止のために炭素繊維で強度を確保しているが、その炭素繊維の固定を樹脂材料に依存しているので高温環境下において強度が低下するおそれがある。

また、特許文献２に記載の技術では、永久磁石の飛散防止のために永久磁石間の摩擦力と金属製円筒管の強度を利用している。円筒管の厚みを薄くしつつ強度確保を図ることはできるが、十分な強度の確保と軽量化とを十分に両立させることが難しい。

本発明の１つの態様は、回転電機に使用される回転子であって、シャフトと、前記シャフトが固定されたコアと、前記コアに設けられた磁石と、前記コア及び前記磁石の外周面の少なくとも一部を覆う繊維材円筒管と非繊維材円筒管との積層部と、を備えることを特徴とする回転子である。

ここで、内側から、前記コア及び前記磁石、前記繊維材円筒管並びに前記非繊維材円筒管の順に配置されていることが好適である。また、内側から、前記コア及び前記磁石、前記非繊維材円筒管並びに前記繊維材円筒管の順に配置されていることが好適である。

また、ステータとの対向面側から、前記コア及び前記磁石、前記繊維材円筒管並びに前記非繊維材円筒管の順に配置されていることが好適である。また、ステータとの対向面側から、前記コア及び前記磁石、前記非繊維材円筒管並びに前記繊維材円筒管の順に配置されていることが好適である。

また、前記磁石の代わりに、又は、前記磁石に加えて、かご形導体を備えることが好適である。

また、本発明の別の態様は、上記回転子を備えることを特徴とする回転電機である。

本発明によれば、簡易な構成で、高速回転時の強度を確保しつつ重量を軽量化させた回転子及びそれを備えた回転電機を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る回転電機の構成を示す図である。本発明の実施の形態に係る回転子の構成を示す縦断面図である。本発明の実施の形態に係る回転子の構成を示す横断面図である。本発明の実施の形態に係る回転子の構成の変形例を示す横断面図である。本発明の実施の形態に係る回転子の効果を説明するための図である。

本発明の実施の形態における回転電機１００は、図１に示すように、回転子１０２及び固定子１０４を含んで構成される。回転電機１００は、いわゆるアウターロータ型と呼ばれる構成を備えており、固定子１０４が内側に配置され、回転子１０２が外側に配置された構成とされている。

回転子１０２は、シャフト１０に嵌合されたコア１２と、コア１２の内周面に配置された永久磁石１４を含んで構成される。回転子１０２は、全体的に略円筒形状をしている。固定子１０４は、略円柱形状のステータコア２０と、ステータコア２０の外周面に磁場発生のために巻回された巻線２２を含んで構成される。回転子１０２は、その内周面が固定子１０４の外周面に対して僅かな間隙をもって対向するように固定子１０４の外側に配置される。回転子１０２は、固定子１０４の巻線２２に電流を流すことによって発生する回転磁界によって固定子１０４の外周をシャフト１０の中心軸を回転中心として回転する。

本実施の形態における回転電機１００は、回転子１０２の構成に特徴を有するので以下は回転子１０２の構成について説明する。図２は、回転子１０２の中心軸に対して平行な断面図（縦断面図）を示す。図３は、回転子１０２の中心軸に対して垂直な断面図（横断面図）を示す。

シャフト１０は、回転電機１００における回転軸となる円柱形状の部材である。シャフト１０は、機械的な強度を有する材料、例えば鉄等の金属材料から構成することができる。

コア１２は、強磁性体材料からなる部材である。コア１２は、例えば、電磁鋼板を所望の形状にプレス打ち抜き加工した鋼板材を複数積層して構成される。コア１２には、中心にシャフト１０を貫通及び固定するための中心穴が設けられる。

永久磁石１４は、固定子１０４によって形成される回転磁界と磁気的結合して回転子１０２をシャフト１０の中心軸を回転中心として回転させる力を発生させるための部材である。永久磁石１４は、例えば、ネオジウム焼結磁石とされる。永久磁石１４は、図３に示すように、略円筒形状のコア１２の内周面に沿って所定の角度毎に配置される。永久磁石１４は、コア１２の内周面への埋め込み、または内周面への貼り付けによってコア１２に固定される。

繊維材円筒管１６は、回転子１０２のコア１２及び永久磁石１４の外周面の少なくとも一部、より好適には全部を覆うように繊維状部材を巻回して構成された部材である。繊維材円筒管１６は、例えば、ガラス繊維及び炭素繊維の少なくとも一方を含む繊維を巻回し、樹脂で固着させた円筒管形状の部材とすることができる。樹脂は、例えば、熱可塑性のエポキシ樹脂等とすることが好適である。

非繊維材円筒管１８は、金属材料や非金属材料からなる円筒管形状の部材である。非繊維材円筒管１８は、繊維材円筒管１６の外径よりも僅かに大きな内径を有し、繊維材円筒管１６の外周面の少なくとも一部、より好適には全部を覆うように設けられる。非繊維材円筒管１８は、軽量で機械的な強度が高い材料で構成することが好適である。非繊維材円筒管１８は、例えば、アルミやチタン等の金属材料で構成するとよい。この場合、非繊維材円筒管１８は、その端部をコア１２の端部に設けられたブラケットに溶接されて固定される。また、非繊維材円筒管１８は、例えば、セラミックス等の非金属材料で構成してもよい。

一例として、コア１２の外径が５０ｍｍ程度の回転子１０２の場合、繊維材円筒管１６の厚さは０．２ｍｍ程度及び非繊維材円筒管１８の厚さは０．５ｍｍ程度とすればよい。

なお、本実施の形態では、内側から、コア１２及び永久磁石１４、繊維材円筒管１６並びに非繊維材円筒管１８の順に配置した構成としたが、繊維材円筒管１６と非繊維材円筒管１８とを入れ替えた構成としてもよい。すなわち、図４に示すように、内側から、コア１２及び永久磁石１４、非繊維材円筒管１８並びに繊維材円筒管１６の順に配置した構成としてもよい。

また、本実施の形態では、回転子１０２を固定子１０４の外に配置するアウターロータ構造としたが、インナーロータ構造としてもよい。すなわち、回転子１０２を固定子１０４内に配置する構成として、中心軸からコア１２及び永久磁石１４、繊維材円筒管１６並びに非繊維材円筒管１８の順に配置した円柱形状の回転子１０２としてもよい。また、中心軸からコア１２及び永久磁石１４、非繊維材円筒管１８並びに繊維材円筒管１６の順に配置した円柱形状の回転子１０２としてもよい。

さらに、永久磁石１４に代えて、又は永久磁石１４に加えて、かご形導体を備えた誘導機型の回転子１０２としてもよい。この場合、かご形導体を含めて繊維材円筒管１６及び非繊維材円筒管１８で外周面の少なくとも一部、より好適には全部を覆うように配置すればよい。

このように繊維材円筒管１６及び非繊維材円筒管１８を組み合わせて回転子１０２の外周部に設けることによって、回転子１０２のコア１２や補強材の重量の増加を抑えることができる。図５は、従来構造の回転子と本実施の形態における回転子１０２の軽量化効果を示す図である。図５に示すように、回転子１０２によれば従来より軽量化することができる。

また、繊維材円筒管１６によって回転子１０２の機械的な強度を高めることができると共に、非繊維材円筒管１８にて耐熱性及び耐油性を確保することができる。

１０シャフト、１２コア、１４永久磁石、１６繊維材円筒管、１８非繊維材円筒管、２０ステータコア、２２巻線、１００回転電機、１０２回転子、１０４固定子。

Claims

回転電機に使用される回転子であって、
シャフトと、前記シャフトが固定されたコアと、前記コアに設けられた磁石と、
前記コア及び前記磁石の外周面の少なくとも一部を覆う繊維材円筒管と非繊維材円筒管との積層部と、
を備えることを特徴とする回転子。
請求項１に記載の回転子であって、
内側から、前記コア及び前記磁石、前記繊維材円筒管並びに前記非繊維材円筒管の順に配置されていることを特徴とする回転子。
請求項１に記載の回転子であって、
内側から、前記コア及び前記磁石、前記非繊維材円筒管並びに前記繊維材円筒管の順に配置されていることを特徴とする回転子。
請求項１に記載の回転子であって、
ステータとの対向面側から、前記コア及び前記磁石、前記繊維材円筒管並びに前記非繊維材円筒管の順に配置されていることを特徴とする回転子。
請求項１に記載の回転子であって、
ステータとの対向面側から、前記コア及び前記磁石、前記非繊維材円筒管並びに前記繊維材円筒管の順に配置されていることを特徴とする回転子。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転子であって、
前記磁石の代わりに、又は、前記磁石に加えて、かご形導体を備えることを特徴とする回転子。
請求項１〜６のいずれか１項に記載の回転子を備えることを特徴とする回転電機。