WO2012124072A1

WO2012124072A1 - ロータおよび回転電機

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Publication number: WO2012124072A1
Application number: PCT/JP2011/056207
Authority: WO
Inventors: 服部　宏之; 将由山本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-03-16
Filing date: 2011-03-16
Publication date: 2012-09-20
Anticipated expiration: 2013-09-16

Abstract

　回転電機に用いられるロータは、回転シャフト(４００）に固設され、軸方向（ＤＲ１）に延びる穴部（３１０ｈ）を有するロータコア（３１０）と、穴部（３１０ｈ）に挿入される磁石（３２０）と、ロータコア（３１０）と磁石（３２０）との隙間（Ｓ）に設けられた絶縁層（３４０）とを備え、磁石（３２０）のロータコア（３１０）の外周側に位置する側面（３２０ｐ）には、この側面（３２０ｐ）の一部を覆う絶縁スペーサ（３３０）が固定され、絶縁層（３４０）は、絶縁スペーサ（３３０）を除く、ロータコア（３１０）と磁石（３２０）との隙間（Ｓ）を埋めるように設けられている。

Description

ロータおよび回転電機

　本発明は、回転電機に用いられるロータに関し、特に、ロータコアに磁石が挿入されるロータおよび回転電機に関する。

　ロータコアに磁石が挿入されるロータが従来から知られている。特開２００６－３１１７３０号公報（以下、特許文献１）、および特開２００２－２７２０３３号公報（以下、特許文献２）には、ロータコアに設けられた穴部と、この穴部の挿入された磁石との間に生じる充填部（隙間）に接着剤が充填される構造が開示されている。

特開２００６－３１１７３０号公報特開２００２－２７２０３３号公報

　特許文献１に開示される構成において、渦電流の発生を抑制するために、磁石の表面に予め絶縁層を設けた場合には、絶縁層に厚みに相当する体積だけロータコアの体格が大きくなる。ロータコアの体格を維持した場合には、磁石の体積を減少させる必要が生じ、モータの出力が低下する。

　特許文献２においては、ガラス粒子、セラミック粒子等の非導電性粒子を含む接着剤を充填部（隙間）に充填してロータコアにマグネットを固定しているが、接着剤のコスト上昇、接着剤の厚みが不均一になる可能性がある。

　本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ロータにおいてロータコアと磁石との間に生じる隙間の拡大を抑制し、ロータの性能低下が抑制されたロータおよび回転電機を提供することにある。

　この発明に基づいたロータにおいては、回転シャフトに固設され、軸方向に延びる穴部を有するロータコアと、上記穴部に挿入される磁石と、上記ロータコアと上記磁石との隙間に設けられた絶縁層とを備え、上記磁石の上記ロータコアの外周側に位置する側面には、上記側面の一部を覆う絶縁スペーサが固定され、上記絶縁層は、上記絶縁スペーサを除く、上記ロータコアと上記磁石との隙間を埋めるように設けられている。

　他の形態においては、上記ロータコアは、立方体形状を有し、上記絶縁スペーサは、上記磁石の表面から露出領域が略球形であり、上記絶縁スペーサは、上記ロータの外周側に面する上記磁石の側面を含む４つの角部にそれぞれ設けられている。

　他の形態においては、上記絶縁スペーサは、上記磁石の８つの角部の全てに設けられている。

　他の形態においては、上記絶縁スペーサは、ロータコアの軸方向に延びるように設けられている。

　他の形態においては、上記絶縁スペーサは、上記磁石の外周側に面する２つの辺を覆うように設けられている。

　他の形態においては、上記絶縁スペーサは、上記磁石の外周側に面する側面を覆うように設けられている。

　この発明に基づいた回転電機においては、ハウジングを有し、ステータ、ロータ、回転シャフト、および軸受が、上記ハウジング内に設けられた回転電機であって、上記ロータは、上記回転シャフトに固設され、軸方向に延びる穴部を有するロータコアと、上記穴部に挿入される磁石と、上記ロータコアと上記磁石との隙間に設けられた絶縁層とを備え、上記磁石の上記ロータコアの外周側に位置する側面には、上記側面の一部を覆う絶縁スペーサが固定され、上記絶縁層は、上記絶縁スペーサを除く、上記ロータコアと上記磁石との隙間を埋めるように設けられている。

　この発明に基づいたロータおよび回転電機によれば、ロータにおいてロータコアと磁石との間に生じる隙間の拡大を抑制し、ロータの性能低下が抑制されたロータおよび回転電機を提供することができる。

実施の形態におけるロータを含む回転電機を示した断面図である。図１に示される回転電機におけるロータを示した斜視図である。図１に示される回転電機におけるロータを示した平面図である。図３中のＩＶで囲まれた領域の拡大図である。実施の形態におけるロータの外周側から見た磁石の外観構成を示す斜視図である。実施の形態における磁石のロータコアへの固定方法を説明する第１の図である。実施の形態における磁石のロータコアへの固定方法を説明する第２の図である。実施の形態における磁石のロータコアへの固定方法を説明する第３の図である。背景技術における磁石のロータコアへの固定方法を説明する図である。他の実施の形態におけるロータの外周側から見た磁石の外観構成を示す斜視図である。他の実施の形態におけるロータの外周側から見た磁石の外観構成を示す斜視図である。他の実施の形態におけるロータの外周側から見た磁石の外観構成を示す斜視図である。他の実施の形態におけるロータの外周側から見た磁石の外観構成を示す斜視図である。他の実施の形態におけるロータの外周側から見た磁石の外観構成を示す斜視図である。他の実施の形態におけるロータの外周側から見た磁石の外観構成を示す斜視図である。他の実施の形態におけるロータを示した平面図である。

　本発明に基づいた実施の形態におけるロータおよび回転電気について、以下、図を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などを言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。

　また、説明において、同一および相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。また、特に制限が無い限り、下記に示す各実施の形態に示す構成を適宜組み合わせて用いることは、当初から予定されていることである。

　図１は、実施の形態におけるロータを含む回転電機を示した断面図である。図１を参照して、モータおよび／またはジェネレータである回転電機１は、ステータ収容部を有するハウジング１００内に設けられたステータ２００と、ロータ３００と、回転シャフト４００と、軸受５００とを含む。

　ステータ２００は、リング状のステータコア２１０と、ステータコイル２２０とを有する。ステータコア２１０は、鉄または鉄合金などの板状の磁性材料により構成される。ステータコア２１０の内周面上には複数のティース部（図示せず）および該ティース部間に形成される凹部としてのスロット部（図示せず）が形成されている。スロット部は、ステータコア２１０の内周側に開口するように設けられる。

　ステータコイル２２０は、３つの巻線相であるＵ相、Ｖ相、およびＷ相を含む。ステータコイル２２０は、スロット部に嵌り合うようにティース部に巻き付けられる。Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相は、互いに円周上でずれるように巻き付けられる。

　ロータ３００は、回転シャフト４００に取り付けられたロータコア３１０と、ロータコア３１０に埋め込まれた磁石３２０とを有する。ロータコア３１０は、鉄または鉄合金などの磁性材料により構成される。磁石３２０は、たとえば、ロータコア３１０の外周近傍にほぼ等間隔を隔てて配置される。回転シャフト４００は、軸受５００を介してハウジング１００に回転可能に取り付けられる。

　図２および図３は、図１に示される回転電機１におけるロータ３００を示した斜視図および平面図である。図４は、図３中のＩＶで囲まれた領域の拡大図である。図２から図４を参照して、ロータコア３１０は、このロータコア３１０の軸方向（矢印ＤＲ１方向）に延びる穴部３１０ｈを有し、磁石３２０はこの穴部に挿入される。磁石３２０は、ロータコア３１０の周方向（矢印ＤＲ２方向）に並ぶように複数設けられる。

　磁石３２０は、ロータコア３１０の径方向外方（矢印ＤＲ３方向）に向かうにつれて磁石３２０の外周側に位置する側面３２０ｐとの対向距離が大きくなるように形成された磁石対３２１～３２４を構成する。このような略Ｖ字配置を適用することにより、各々の磁石の幅を低減し、ロータコアに生じる応力を低減することができる。また、ロータ３００からステータ２００に向かう磁束密度を高くすることができる。

　ロータコア３１０と磁石３２０との間には、隙間Ｓが形成されている。隙間Ｓの形状は、ロータコア３１０の軸方向（矢印ＤＲ１方向）の全体に亘ってほぼ一定である。隙間Ｓには、接着剤やインジェクション樹脂などが充填されて絶縁層３４０が形成される。これにより、磁石３２０がロータコア３１０に固定される。

　図５は、本実施の形態におけるロータ３００の外周側から見た磁石３２０の外観構成を示す斜視図である。本実施の形態における磁石３２０は、立方体形状を有し、ロータ３００の外周側に面する側面３２０ｐを含む４つの角部に、それぞれ絶縁スペーサ３３０が設けられている。

　本実施の形態における絶縁スペーサ３３０の形状は、磁石３２０の表面から露出領域が略球形であり、絶縁スペーサ３３０の材用としては、絶縁層３４０と同じ材料が用いられる。球形の絶縁スペーサ３３０の半径は、隙間Ｓの幅ｔ１と略同一に設けられる。絶縁層３４０は、絶縁スペーサ３３０を除く、ロータコア３１０と磁石３２０との隙間（Ｓ）を埋めるように設けられている。

　（磁石３２０のロータコア３１０への固定方法）
　図６から図８を参照して、磁石３２０のロータコア３１０への固定方法について説明する。図６から図８は、磁石３２０のロータ３００への固定方法を説明するための第１から第３説明図である。

　図６に示すように、磁石３２０のロータ３００の外周側に面する側面３２０ｐを含む４つの角部には、それぞれ絶縁スペーサ３３０が予め設けられている。この絶縁スペーサ３３０を有する磁石３２０を、ロータコア３１０に設けられた穴部３１０ｈに挿入する。

　図７を参照して、磁石３２０の穴部３１０ｈへの挿入が完了した後、隙間Ｓに図中矢印Ａ方向から、絶縁スペーサ３３０を除く、ロータコア３１０と磁石３２０との隙間（Ｓ）を埋めるように、接着剤やインジェクション樹脂などが充填される。この際、絶縁スペーサ３３０が予め設けられていることから、磁石３２０の外周側の側面３２０ｐとロータコア３１０との間の距離（ｔ１）は一定に保たれ、磁石３２０の側面３２０ｐとロータコア３１０とが接触することはない。

　これにより、図８に示すように、磁石３２０の外周側の面とロータコア３１０との間の距離ｔ１は一定に保たれた状態で、隙間Ｓに絶縁層３４０が形成される。ここで、図９に背景技術における磁石３２０のロータコア３１０への固定方法について説明する。背景技術においては、磁石３２０の外周側の面の全面に絶縁体３３０ｐに設けられていた。そのため、磁石３２０の穴部３１０ｈへの挿入が完了した後、隙間Ｓに接着剤等を充填した場合には、隙間Ｓの距離は［ｔ１＋ｔ２］となっていた。そのため、隙間Ｓの拡大、つまりギャップの拡大により、ロータの性能低下を招いた。

　しかし、本実施の形態においては、隙間Ｓの距離は［ｔ１］であることから、ロータ３００においてロータコア３１０と磁石３２０との間に生じる隙間Ｓの拡大を抑制し、ロータ３００の性能低下が抑制されたロータ３００および回転電機１の提供を可能としている。

　なお、上記実施の形態においては、渦電流が発生し易い磁石３２０の外周側の面において、渦電流の発生を抑制するために、磁石３２０とロータコア３１０との間の距離を確実に一定の値とするために、磁石３２０のロータ３００の外周側に面する４つの角部に、ぞれ絶縁スペーサ３３０を設ける構成について説明したが、この構成に限定されるものではない。図１０に示すように、立方体である磁石３２０の８つの角部の全てに、絶縁スペーサ３３０を設ける構成を採用することも可能である。

　また、図１１に示すように、磁石３２０の外周側に面する、ロータコア３１０の軸方向に延びる２つの辺を覆うように、それぞれ絶縁スペーサ３３０ａを設けても良い。また、図１２に示すように、ロータコア３１０の軸方向に延びる４つの辺の全てを覆うように、それぞれ絶縁スペーサ３３０ａを設けても良い。

　なお、スペーサを設ける位置は磁石３２０の角、辺のみだけに限定されない。磁石３２０のロータコア３１０の外周側に位置する側面３２０ｐの一部を覆うように絶縁スペーサが固定され、絶縁層３４０が、絶縁スペーサを除く、ロータコア３１０と磁石３２０との隙間（Ｓ）を埋めるように設けられていれば良い。

　したがって、図１３に示すように、磁石３２０の側面３２０ｐに対して、ロータコア３１０の軸方向に延びる絶縁スペーサ３３０ｂを設けても良い。また、図１２の絶縁スペーサ３３０ａおよび図１３の絶縁スペーサ３３０ｂの変形として、ロータコア３１０の軸方向の全長の全てわたって設けることなく、中間領域を省略した、図１４に示すように絶縁スペーサ３３０ｃ、および図１５に示す絶縁スペーサ３３０ｄを採用することも可能である。

　以上、本実施の形態におけるロータ３００およびこのロータ３００を含む回転電機１によれば、ロータ３００においてロータコア３１０と磁石３２０との間に生じる隙間Ｓの拡大を抑制し、ロータ３００の性能低下が抑制されたロータ３００および回転電機１の提供が可能となる。

　なお、上記実施の形態においては、ロータコア３１０の配置形態として、ロータ３００からステータ２００に向かう磁束密度を高くする観点から、ロータコア３１０の径方向外方（矢印ＤＲ３方向）に向かうにつれて磁石３２０の外周側側面の対向距離が大きくなるように形成された磁石対３２１～３２４を採用して、磁石３２０を略Ｖ字配置させているが、本発明はこの配置形態に限定されるものではない。図１８に示すように、磁石３２０の長手方向が、ロータコア３１０の半径方向に対して直交するように配置する形態に対しても適用し、同様の作用効果を得ることができる。

　以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された各実施の形態は全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。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

　１　回転電機、１００　ハウジング、２００　ステータ、２１０　ステータコア、２２０　ステータコイル、３００　ロータ、３１０　ロータコア、３１０ｈ　穴部、３２０　磁石、３２０ｐ　側面、３２１～３２４　磁石対、３３０，３３０ａ，３３０ｂ，３３０ｃ，３３０ｄ　絶縁スペーサ、３３０ｐ　絶縁体、３４０絶縁層、４００　回転シャフト、５００　軸受。

Claims

　回転シャフト(４００）に固設され、軸方向（ＤＲ１）に延びる穴部（３１０ｈ）を有するロータコア（３１０）と、
　前記穴部（３１０ｈ）に挿入される磁石（３２０）と、
　前記ロータコア（３１０）と前記磁石（３２０）との隙間（Ｓ）に設けられた絶縁層（３４０）と、を備え、
　前記磁石（３２０）の前記ロータコア（３１０）の外周側に位置する側面（３２０ｐ）には、前記側面（３２０ｐ）の一部を覆う絶縁スペーサ（３３０，３３０ａ,３３０ｂ,３３０ｃ,３３０ｄ）が固定され、
　前記絶縁層（３４０）は、前記絶縁スペーサ（３３０，３３０ａ,３３０ｂ,３３０ｃ,３３０ｄ）を除く、前記ロータコア（３１０）と前記磁石（３２０）との隙間（Ｓ）を埋めるように設けられている、ロータ。
　前記ロータコア（３１０）は、立方体形状を有し、
　前記絶縁スペーサ（３３０）は、前記磁石（３２０）の表面から露出領域が略球形であり、
　前記絶縁スペーサ（３３０）は、前記ロータ（３００）の外周側に面する前記磁石（３２０）の側面（３２０ｐ）を含む４つの角部にそれぞれ設けられている、請求項１に記載のロータ。
　前記絶縁スペーサ（３３０）は、前記磁石（３２０）の８つの角部の全てに設けられている、請求項２に記載のロータ。
　前記絶縁スペーサ（３３０）は、ロータコア（３１０）の軸方向に延びるように設けられている、請求項１に記載のロータ。
　前記絶縁スペーサ（３３０）は、前記磁石（３２０）の外周側に面する２つの辺を覆うように設けられている、請求項４に記載のロータ。
　前記絶縁スペーサ（３３０）は、前記磁石（３２０）の外周側に面する側面（３２０ｐ）を覆うように設けられている、請求項４に記載のロータ。
　ハウジング（１００）を有し、ステータ（２００）、ロータ（３００）、回転シャフト（４００）、および軸受（５００）が、前記ハウジング（１００）内に設けられた回転電機（１）であって、
　前記ロータ（３００）は、
　前記回転シャフト(４００）に固設され、軸方向（ＤＲ１）に延びる穴部（３１０ｈ）を有するロータコア（３１０）と、
　前記穴部（３１０ｈ）に挿入される磁石（３２０）と、
　前記ロータコア（３１０）と前記磁石（３２０）との隙間（Ｓ）に設けられた絶縁層（３４０）と、を備え、
　前記磁石（３２０）の前記ロータコア（３１０）の外周側に位置する側面（３２０ｐ）には、前記側面（３２０ｐ）の一部を覆う絶縁スペーサ（３３０，３３０ａ,３３０ｂ,３３０ｃ,３３０ｄ）が固定され、
　前記絶縁層（３４０）は、前記絶縁スペーサ（３３０，３３０ａ,３３０ｂ,３３０ｃ,３３０ｄ）を除く、前記ロータコア（３１０）と前記磁石（３２０）との隙間（Ｓ）を埋めるように設けられている、回転電機（１）。