(57)【要約】【課題】ロータとステータとの磁気特性を向上させ、永久磁石から発生する磁束を効率良くステータに流すことができ、回転電機の効率を高めることができるロータを提供する。【解決手段】ロータ１の永久磁石１４の表面は、絶縁性を有する不織布１５で覆われている。ロータコア１０の外周面１０ｂ側に向いており、永久磁石１４の磁極を形成した幅広面１４ｅと、幅広面１４ｅとは反対側に位置し、ロータコア１０の中心軸側に向いており、永久磁石１４の磁極を形成した幅広面１４ｆは、磁性粉末１７を含有した不織布からなる幅広面被覆部１５ｅ，１５ｆで覆われており、ロータコアの中心軸に対して垂直となる永久磁石１４の両端面１４ａ，１４ｂは、磁性粉末１７を含有しない不織布からなる端面被覆部１５ａ，１５ｂで覆われている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の円形の鋼板が積層されたロータコアと、前記ロータコアの中心軸に沿って配設された回転シャフトと、前記ロータコアの軸方向に貫通したスロットと、前記スロットに埋設された板状の永久磁石と、を備えた回転電機のロータであって、
前記永久磁石の表面は、絶縁性を有する不織布で覆われており、
前記ロータコアの外周面側に向いており、前記永久磁石の磁極を形成した第１表面と、前記第１表面とは反対側に位置し、前記ロータコアの前記中心軸側に向いており、前記永久磁石の磁極を形成した第２表面とは、磁性粉末を含有した前記不織布で覆われており、
前記ロータコアの前記中心軸に対して垂直となる前記永久磁石の両端面は、磁性粉末を含有しない前記不織布で覆われていることを特徴とする回転電機のロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機のロータに係り、特に、磁石埋め込み型のＩＰＭ(Interior Permanent Magnet)モータのロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の回転電機のロータは、複数の円形の鋼板が積層されたロータコアを備えている。ロータコアの軸中心には、回転シャフトが配置され、その周りには、ロータコアの軸方向に貫通したスロットが形成されている。スロットには永久磁石が配置され、永久磁石は、エポキシ樹脂等からなる封止材によりスロット内に埋設されている。さらに、ロータコアの両端面にそれぞれ金属製の円形のエンドプレートが固着されて構成されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−２２８７５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、例えば、特許文献１に示すロータの磁気特性を向上させようとした場合、板状の永久磁石の幅広面とロータコアの隙間において、永久磁石の表面に磁性被膜を被覆することが考えられるが、このような磁性被膜を被覆した永久磁石をスロットに挿入する際に、この磁性被膜が、スロットに接触し剥離するおそれがある。
【０００５】
このような点を考慮すると、封止樹脂に磁性粉末等を含有することも考えられるが、この場合には、ロータの回転軸方向の永久磁石にも磁束が発散するおそれがあり、ロータの磁気特性が却って阻害されてしまうことがある。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、ロータとステータとの磁気特性を向上させ、永久磁石から発生する磁束を効率良くステータに流すことができ、回転電機の効率を高めることができるロータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成すべく、本発明に係る回転電機のロータは、複数の円形の鋼板が積層されたロータコアと、前記ロータコアの中心軸に沿って配設された回転シャフトと、前記ロータコアの軸方向に貫通したスロットと、前記スロットに埋設された板状の永久磁石と、を備えた回転電機のロータであって、前記永久磁石の表面は、絶縁性を有する不織布で覆われており、前記ロータコアの外周面側に向いており、前記永久磁石の磁極を形成した第１表面と、前記第１表面とは反対側に位置し、前記ロータコアの前記中心軸側に向いており、前記永久磁石の磁極を形成した第２表面は、磁性粉末を含有した前記不織布で覆われており、前記ロータコアの前記中心軸に対して垂直となる前記永久磁石の両端面は、前記磁性粉末を含有しない前記不織布で覆われていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、永久磁石は、不織布で覆われているので、永久磁石とスロットとの間の絶縁性が不織布により保たれる。また、永久磁石の磁極を形成した第１および第２表面は、磁性粉末を含有した不織布で覆われているので、永久磁石の磁極から出る磁束に対する磁気抵抗を磁性粉末で低減することができる。これにより、ロータの磁気特性を向上することができ、回転電機の効率を向上できる。
【０００９】
さらに、永久磁石の両端面は、磁性粉末を含有しない不織布で覆われているので、この部分から磁束が発散することはない。また、永久磁石の膨張収縮を不織布がその厚さ方向に変形することにより緩和（緩衝）し、不織布とスロットの間に封止材を配置した際に封止材に亀裂が発生することを抑制できる。また、封止材の劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（ａ）は本発明に係る回転電機のロータの一実施形態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）に示す永久磁石の斜視図である。
【図２】（ａ）は図１に示す回転電機のロータの平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ部の拡大断面図、（ｃ）は永久磁石の磁極を示す説明図である。
【図３】図２（ａ）のＡ−Ａ線に沿う要部断面図である。
【図４】図２（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う要部断面図である。
【図５】（ａ）は永久磁石と、永久磁石を覆う不織布の展開図、（ｂ）は不織布の変形例の展開図、（ｃ）は不織布で覆った永久磁石をロータのスロット内に挿入する状態の斜視図である。
【図６】永久磁石を覆う不織布の変形例と永久磁石の展開図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に係る回転電機のロータの一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
図１（ａ）は、本実施形態に係る回転電機のロータの斜視図、（ｂ）は永久磁石の斜視図、図２（ａ）は、図１に示す回転電機のロータの平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ部の拡大断面図、（ｃ）は永久磁石の磁極を示す説明図、図３は、図２（ａ）のＡ−Ａ線に沿う要部断面図、図４は、図２（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う要部断面図である。
【００１２】
図１〜４に示すＩＰＭモータ用ロータ１（以下、ロータ１という）は、回転電機のロータであり、複数の円形の電磁鋼板などの鋼板１０ａ，１０ａ…が積層され、これらがかしめ等で連結固定されることでロータコア１０が形成されている。ロータコア１０の中心軸には平面視で円形の回転シャフト用スロット１１が貫通して開設され、このスロット１１に回転シャフト１２が挿入され固定されている。ロータコア１０の外周部には、回転シャフト１２の軸方向に沿って永久磁石１４用のスロット１３，１３…が貫通して開設され、各スロット１３には、永久磁石１４が挿入されている。各永久磁石１４は絶縁性の不織布１５で覆われ、封止材１６によりスロット１３内に埋設されている。
【００１３】
図１（ｂ）および図２（ｂ）および（ｃ）に示すように、永久磁石１４は、スロット１３に挿入できるような板状に形成され、端面１４ａ、１４ｂ、幅狭面１４ｃ、１４ｄ、幅広面１４ｅ、１４ｆの６面を有している。永久磁石１４は、例えば幅広面１４ｅ側がＮ極、幅広面１４ｆ側がＳ極に着磁され、幅広面１４ｅ、１４ｆは磁極を形成した表面となっている。永久磁石１４は、幅広面１４ｅ、１４ｆは磁束Ｊ１が通る面であり、幅広面１４ｅと幅広面１４ｆを周回する磁力線（磁界）Ｊ２が形成される。
【００１４】
図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、幅広面１４ｅは、ロータコア１０の外周面１０ｂ側（すなわちステータ側）に向いて、永久磁石１４の磁極（例えばＳ極）を形成した表面であり、本発明でいう「第１表面」に相当する。また、幅広面１４ｆは、幅広面１４ｅとは反対側に位置しており、ロータコア１０の中心軸側に向いて、永久磁石１４の磁極を形成した表面であり、本発明でいう「第２表面」に相当する。端面１４ａ、１４ｂは、ロータコア１０の中心軸に対して垂直となる表面であり、これらは、本発明でいう「両端面」に相当する。
【００１５】
本実施形態では、各スロット１３は平面視で矩形であり、隣接する２つのスロット１３，１３が平面視で略Ｖ字状に開設され、永久磁石１４，１４が挿入されて１つの磁界を構成している。ロータコア１０には、全体で１６個のスロット１３，１３…に、１６個の永久磁石１４，１４…が挿入されて、合わせて８つの磁極がロータコア１０の外周部に形成されている。各スロット１３に対して、各永久磁石１４は僅かに小形に形成され、挿入しやすい形状となっている。
【００１６】
具体的には、図３、図４に示すように、永久磁石１４は縦幅Ｌ１、横幅Ｗ１、高さＨ１に形成され、スロット１３は縦Ｌ２、横Ｗ２、高さＨ２に形成され、それぞれ永久磁石１４の縦Ｌ１、横Ｗ１、高さＨ１より大きく形成されている。このため、スロット１３と永久磁石１４との間には、縦方向で（Ｌ２−Ｌ１）の隙間が形成され、横方向には（Ｗ２−Ｗ１）の隙間が形成され、高さ方向には（Ｈ２−Ｈ１）の隙間が形成されている。
【００１７】
永久磁石１４の表面は、絶縁性を有した不織布１５で覆われており、この不織布１５が、縦方向の隙間、横方向の隙間および高さ方向の隙間に配置される。なお、不織布１５は、この配置状態において、厚さ方向に弾性変形自在である。不織布１５の材料としては、絶縁性を有した樹脂等を挙げることができる。
【００１８】
具体的には、永久磁石１４は、軸方向に沿った断面形状が矩形であり、全体として縦長の直方体に形成されており、図５（ａ）に示すように、不織布１５は永久磁石１４の直方体の６面を覆うように形成されている。すなわち、不織布１５は、端面被覆部１５ａ，１５ｂ、幅狭面被覆部１５ｃ，１５ｄ、幅広面被覆部１５ｅ，１５ｆを有しており、これらが１つのシートとして形成されている。
【００１９】
絶縁性の不織布１５は、永久磁石１４の外面である６面を覆うものである。永久磁石１４の磁極を形成した表面である幅広面１４ｅ、１４ｆには、磁性粉末１７が含有された不織布からなる幅広面被覆部１５ｅ，１５ｆで覆われる。
【００２０】
一方、永久磁石１４の端面１４ａ、１４ｂは、磁性粉末１７を含有しない不織布からなる端面被覆部１５ａ，１５ｂで覆われる。さらに、永久磁石１４の幅狭面１４ｃ、１４ｄは、幅狭面被覆部１５ｃ，１５ｄで覆われ、幅狭面被覆部１５ｃ，１５ｄは、磁性粉末１７を含有しない不織布からなる。しかしながら、図５（ｂ）に示すように、幅狭面被覆部１５ｃ，１５ｄは、磁性粉末１７を含有しない不織布からなってもよい。
【００２１】
磁性粉末１７は、磁性材料であればよく、鉄粉などの金属粉を挙げることができ、その表面に絶縁性を有した被膜が形成されていることが好ましい。絶縁性を有した被膜として、シリコーンなどの樹脂、金属窒化物または金属酸化物などの材料を挙げることができる。
【００２２】
磁性粉末１７の形状については特に限定されるものではないが、その平均粒径は、例えば、３０〜１００μｍであることが好ましい。また、磁性粉末１７の含有密度は、例えば０．０６〜３ｇ／ｃｍ２が好ましい。磁性粉末１７を不織布１５の所定の部位に含有させるには、磁性粉末１７を不織布１５の肉厚内の空間に配置し、例えば接着剤で固定してもよい。また、磁性粉末１７を含む接着剤を不織布１５の表面に塗工してもよい。
【００２３】
このようにして不織布１５で表面を覆われた永久磁石１４は、図５（ｃ）に示されるように、ロータコア１０の軸方向に貫通したスロット１３に挿入される。前記のようにスロット１３の高さに対して永久磁石１４の高さが小さいため、永久磁石１４がスロット１３内に挿入されたとき、軸方向の両側に空間ができる。この空間に封止材１６を注入して、スロット１３内に永久磁石１４を埋設する。
【００２４】
ロータコア１０を回転電機として用いるときは、ロータコア１０の外周面１０ｂは、図示していないステータに近接して対向する円筒面である。磁性粉末１７を含有する幅広面被覆部１５ｅ、１５ｆが、Ｎ極およびＳ極の磁極を形成することにより、永久磁石１４から出る磁束を、磁性粉末１７を通して効率よく通過させステータに至る磁界を形成することができる。
【００２５】
不織布１５とスロット１３との間には、封止材１６が配置されている。すなわち、スロット１３と永久磁石１４との間の隙間には封止材１６が充填され、スロット１３の内部に、不織布１５で覆われた永久磁石１４が封止材１６で埋設固定される。封止材１６としては、例えばエポキシ樹脂が用いられ、各永久磁石１４はスロット１３内に封止材１６で固定される。なお、封止材１６は、エポキシ樹脂に限られるものでなく、他の樹脂を用いてもよい。
【００２６】
スロット１３と永久磁石１４との間の隙間に封止材１６を注入して充填する際に、永久磁石１４周りに封止材１６の厚さが均等になるようにすることが好ましい。具体的には、図３において、スロット１３の縦寸法Ｌ２の中心に対して、永久磁石１４の縦寸法Ｌ１の中心が一致するように永久磁石１４を位置させ、スロット１３の高さ寸法Ｈ２の中心に永久磁石１４の高さ寸法Ｈ１の中心が合うようにして封止材１６を充填する。この場合、永久磁石１４の下方の封止材１６の厚さＨ３と、永久磁石１４の上方の封止材１６の厚さＨ４とは等しくなる。
【００２７】
また、図４において、スロット１３の横寸法Ｗ２の中心に永久磁石１４の横寸法Ｗ１の中心が合うようにして封止材１６を充填する。少なくとも、封止材１６は、スロット１３の両側の開口から（永久磁石１４の端面側から）、永久磁石１４を封止するように配置されている。なお、不織布１５には封止材１６が含浸されないので不織布１５が、この配置状態において、厚さ方向に弾性変形自在である。このようにして、スロット１３の内部空間の中央位置に永久磁石１４を位置させてスロット１３と不織布１５で覆われた永久磁石１４との隙間に封止材１６を注入して充填することで、封止材１６の縦方向の厚さ、横方向の厚さ、及び高さ方向の厚さを均等にすることができる。
【００２８】
永久磁石１４としては、希土類金属を含有する磁石が用いられている。希土類磁石としては、ネオジウム磁石、サマリウムコバルト磁石等の永久磁石を用いることが好ましい。なお、永久磁石１４は希土類金属を含有する磁石に限られるものでなく、フェライト磁石、アルニコ磁石等、適宜の磁石を用いてもよい。
【００２９】
前記の如く構成された本実施形態の回転電機のロータ１の製造方法およびその作用について以下に説明する。前記したように、複数の円形の鋼板１０ａ，１０ａ…が積層されたロータコア１０を準備し、ロータコア１０の軸中心に貫通して形成したスロット１１に回転シャフト１２を配設する。次に、ロータコア１０の軸方向に貫通した複数のスロット１３，１３…に、複数の永久磁石１４，１４…を挿入して埋設する。
【００３０】
永久磁石１４をスロット１３に挿入する際に、板状の永久磁石１４の６面を、不織布１５で覆った状態で、スロット１３内に長手方向に沿って挿入する。なお、図５（ａ）または（ｂ）に示すように、不織布１５には、上述した部位に、磁性粉末１７を含有している。
【００３１】
このあと、永久磁石１４を覆う不織布１５の周囲のスロット１３内に封止材１６を注入して充填する。これにより、不織布１５とスロット１３との間に封止材１６が配置され、スロット１３内に不織布１５で覆われた永久磁石１４が封止材１６で固定される。エポキシ樹脂等からなる封止材１６が完全に含浸することがなく、不織布１５の内部に空気が含まれるため、不織布１５は、厚さ方向に圧縮変形自在である。
【００３２】
前記のように構成された本実施形態の回転電機のロータ１では、ロータコア１０のスロット１３内に挿入され埋設された永久磁石１４は、絶縁性を有する不織布１５で覆われている。このため、永久磁石１４とロータコア１０との絶縁が保たれる。
【００３３】
また、不織布１５は、少なくとも永久磁石１４の磁極が形成される幅広面１４ｅ、１４ｆは、磁性粉末１７を含有した不織布からなる幅広面被覆部１５ｅ，１５ｆで覆われており、磁性粉末１７は絶縁性の皮膜で覆われているため、永久磁石１４とロータコア１０との絶縁は保たれる。
【００３４】
また、永久磁石１４の磁極が形成された面である幅広面１４ｅ、１４ｆを覆う不織布１５の幅広面被覆部１５ｅ，１５ｆは、磁性粉末１７が含有されているため、永久磁石１４から発せられる磁束Ｊ１は、磁性粉末１７を通して伝達され、隙間による磁束の減衰を防止でき、磁気特性の低下が防止される。このため、このロータコア１０を回転電機として使用するとき、回転電機の効率の低下は防止される。
【００３５】
つぎに、不織布の他の実施形態を、図６を参照して説明する。図６に示す不織布は、２部品構成となっている。一方の不織布３５Ａは、全体に均一に磁性粉末１７を含有している。不織布３５Ａは、幅狭面被覆部３５ｃ、３５ｄと、幅広面被覆部３５ｅ、３５ｆと、を有し、これらが１つのシートとして連結されている。また、他方の不織布３５Ｂは、磁性粉末１７を含有しておらず、端面被覆部３５ａ、３５ｂと幅狭面被覆部３５ｇ、３５ｈを有し、これが１つのシートとして連結されている。
【００３６】
この実施形態では、不織布３５Ａと不織布３５Ｂとを永久磁石１４に巻きつけて外周の６面を覆う。これにより、不織布３５Ａの幅狭面被覆部３５ｄ（３５ｃ）と、不織布３５Ｂの幅狭面被覆部３５ｇ（３５ｈ）とが重なるようになっている。
【００３７】
そして、永久磁石１４の磁極を形成した幅広面１４ｅ、１４ｆを覆う不織布３５Ａの幅広面被覆部３５ｅ、３５ｆは、磁性粉末１７を含有している。これにより、永久磁石１４の磁気抵抗が低減され、磁力線が弱まらないため、回転電機を高効率で回転させることができる。一方、永久磁石１４の端面１４ａ、１４ｂを覆う端面被覆部３５ａ、３５ｂには磁性粉末は含有されていないので、端面被覆部３５ａ、３５ｂを緩衝材として作用させることができる。
【００３８】
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
【符号の説明】
【００３９】
１：回転電機のロータ、１０：ロータコア、１０ａ：鋼板、１１：回転シャフト用スロット、１２：回転シャフト、１３：永久磁石用のスロット、１４：永久磁石、１４ａ，１４ｂ：端面、１４ｅ：幅広面（第１表面）、１４ｆ：幅広面（第２表面）、１５，１５Ａ：絶縁性の不織布、１５ｅ，１５ｆ：幅広面被覆部（磁性粉末が含有された不織布）、１５ａ，１５ｂ：端面被覆部（磁性粉末を含有しない不織布）、１６：封止材、１７：磁性粉末、３５Ａ，３５Ｂ：絶縁性の不織布、３５ａ，３５ｂ：端面被覆部（磁性粉末を含有しない不織布）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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