(57)【要約】【課題】フィラメントワインディング層の脱落を抑制するとともに永久磁石を確実に保持できるロータ及びこのロータを用いた表面磁石型回転電機を提供する。【解決手段】軸線Ｃ回りに回転可能なロータコア５と、ロータコア５の外周面５１に配置される永久磁石６と、軸線Ｃと同軸に形成されてロータコア５の軸方向における端部を覆い、永久磁石６の端部６１が配置される凹部７１が設けられるとともに、永久磁石６の外周部６３よりもロータコア５の径方向の外側に径方向外側端部７３が位置する端面板７と、永久磁石６の外周部６３に巻回されたフィラメントワインディング層８と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線回りに回転可能なロータコアと、
前記ロータコアの外周面に配置される永久磁石と、
前記軸線と同軸に形成されて前記ロータコアの軸方向における端部を覆い、前記永久磁石の端部が配置される凹部が設けられるとともに、前記永久磁石の外周部よりも前記ロータコアの径方向の外側に径方向外側端部が位置する端面板と、
前記永久磁石の外周部に巻回されたフィラメントワインディング層と、
を備えることを特徴とするロータ。
【請求項２】
前記端面板は、前記ロータコアの前記軸方向の両側に配置され、一方の前記端面板は前記永久磁石の前記軸方向における一方の端部を保持し、他方の前記端面板は前記永久磁石の前記軸方向における他方の端部を保持することを特徴とする請求項１に記載のロータ。
【請求項３】
前記永久磁石は、前記ロータコアの周方向に沿って複数配置され、
前記凹部は、前記軸方向から見て複数の前記永久磁石にそれぞれ対応する位置に形成されるとともに、前記軸方向から見て前記永久磁石と同じ形状となるように形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のロータ。
【請求項４】
前記フィラメントワインディング層の最外周部は、前記端面板の前記径方向外側端部と前記径方向における高さが同じになるように巻回されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のロータ。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のロータと、
前記ロータの外周部に所定の間隔をあけて配置されるステータと、
を備えることを特徴とする表面磁石型回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータ及び表面磁石型回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ロータコアの表面に永久磁石が取り付けられた表面磁石型回転電機が使用されている。表面磁石型回転電機に用いられるロータでは、ロータ回転時における磁石の飛散や割れを抑制するために、永久磁石の外周面にフィラメントワインディング層を配置することにより永久磁石をロータコアに固定する技術が種々提案されている。
【０００３】
例えば特許文献１には、シャフトの外周に永久磁石を配置し、この永久磁石をフィラメントワインディング層で巻きかけてシャフト上に固定してなるロータの構成が記載されている。永久磁石の軸方向端部には、永久磁石よりも密度の小さい低密度部材が配置されるとともに、フィラメントワインディング層で永久磁石と低密度部材とを巻きかけてシャフト上に固定されている。特許文献１に記載の技術によれば、永久磁石の軸方向端部に低密度部材が配置され、永久磁石と低密度部材とがフィラメントワインディング層で巻きかけられているので、永久磁石の端部相当位置においてフィラメントワインディング層が肩落ち（脱落）して永久磁石の保持強度が低下しても、低下した保持強度以下の遠心力しか作用しない。このため、永久磁石の浮き上がりを防止できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１１１３２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の技術にあっては、永久磁石の端部におけるフィラメントワインディング層の脱落自体を抑制するものではなく、フィラメントワインディング層の脱落そのものを抑制する点において改善の余地があった。
図３は、従来技術に係るロータ１０３の端面板１０７に歪が発生した場合の断面図である。
図３に示すように、ロータ１０３の端部に端面板１０７を配置してフィラメントワインディング層１０８を保持する従来技術にあっては、ロータ１０３への装着時に端面板１０７に歪が発生した場合、ロータコア１０５と端面板１０７との間に生じた隙間にフィラメントワインディング層１０８を形成するフィラメント１０９の一部が脱落するおそれがある。
そこで、フィラメントワインディング層１０８の脱落を抑制する対策として、フィラメントワインディング層１０８の巻き始め端（始端１８１）及び巻き終わり端（終端１８２）の位置を永久磁石１０６の端部１６１よりも内側に配置することが考えられる。これによりフィラメントワインディング層１０８の脱落は改善されるが、一方で永久磁石１０６の端部１６１における保持強度が低下するおそれがある。特に高回転化が要求される回転電機においては、保持強度が低下した端部１６１において、永久磁石１０６の割れや飛散が発生するおそれがある。
【０００６】
そこで、本発明は、フィラメントワインディング層の脱落を抑制するとともに永久磁石を確実に保持できるロータ及びこのロータを用いた表面磁石型回転電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明に係るロータ（例えば、実施形態におけるロータ３）は、軸線（例えば、実施形態における軸線Ｃ）回りに回転可能なロータコア（例えば、実施形態におけるロータコア５）と、前記ロータコアの外周面（例えば、実施形態における外周面５１）に配置される永久磁石（例えば、実施形態における永久磁石６）と、前記軸線と同軸に形成されて前記ロータコアの軸方向における端部を覆い、前記永久磁石の端部（例えば、実施形態における端部６１）が配置される凹部（例えば、実施形態における凹部７１）が設けられるとともに、前記永久磁石の外周部（例えば、実施形態における外周部６３）よりも前記ロータコアの径方向の外側に径方向外側端部（例えば、実施形態における径方向外側端部７３）が位置する端面板（例えば、実施形態における端面板７）と、前記永久磁石の外周部に巻回されたフィラメントワインディング層（例えば、実施形態におけるフィラメントワインディング層８）と、を備えることを特徴としている。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明に係るロータは、前記端面板は、前記ロータコアの前記軸方向の両側に配置され、一方の前記端面板は前記永久磁石の前記軸方向における一方の端部を保持し、他方の前記端面板は前記永久磁石の前記軸方向における他方の端部を保持することを特徴としている。
【０００９】
また、請求項３に記載の発明に係るロータは、前記永久磁石は、前記ロータコアの周方向に沿って複数配置され、前記凹部は、前記軸方向から見て複数の前記永久磁石にそれぞれ対応する位置に形成されるとともに、前記軸方向から見て前記永久磁石と同じ形状となるように形成されていることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項４に記載の発明に係るロータは、前記フィラメントワインディング層の最外周部（例えば、実施形態における最外周部８３）は、前記端面板の前記径方向外側端部と前記径方向における高さが同じになるように巻回されることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項５に記載の発明に係る表面磁石型回転電機（例えば、実施形態における表面磁石型回転電機１）は、上述のロータと、前記ロータの外周部に所定の間隔をあけて配置されるステータ（例えば、実施形態におけるステータ２）と、を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の請求項１に記載のロータによれば、ロータは、永久磁石と、永久磁石の外周部に巻回されるフィラメントワインディング層と、を有するので、フィラメントワインディング層により永久磁石を保持できる。ロータコアの端部を覆う端面板は凹部を有するので、凹部に永久磁石の端部が配置されることにより、永久磁石が端面板により保持される。これにより、永久磁石は、軸方向の中央部においてフィラメントワインディング層に保持され、軸方向の端部において端面板に保持されるので、フィラメントワインディング層の始端及び終端が永久磁石の端部よりも軸方向の内側に配置された場合であっても、端面板により永久磁石を確実に保持できる。また、端面板の外周部は永久磁石の外周部よりも径方向外側に位置するので、端面板の端面に設けられた凹部に永久磁石を配置できる。これにより、凹部に配置された永久磁石の端部に対して径方向の内側及び外側に凹部の壁面を配置することができる。よって、凹部の壁面に永久磁石が当接することにより永久磁石の径方向への移動が制限され、ロータ回転時の遠心力に対して永久磁石をロータコアに確実に保持できる。
したがって、フィラメントワインディング層の脱落を抑制するとともに永久磁石を確実に保持できるロータを提供できる。
【００１３】
本発明の請求項２に記載のロータによれば、端面板は、ロータコアの軸方向の両側に配置され、永久磁石の軸方向における両端部をそれぞれ保持するので、永久磁石の軸方向への移動を抑制できる。よって、永久磁石の一方の端部のみが保持される場合と比較してより強固に永久磁石を保持できる。
【００１４】
本発明の請求項３に記載のロータによれば、永久磁石は周方向に複数配置され、凹部は、軸方向から見て各永久磁石にそれぞれ対応する位置に形成されるとともに、軸方向から見て永久磁石と同じ形状となるように形成されている。この構成によれば、永久磁石を凹部に挿入することができるので、永久磁石が周方向及び径方向に移動するのを抑制できる。よって、より確実に永久磁石を保持できる。また、例えば周方向に連続する環状の凹部が形成された場合と比較して、周方向において隣り合う永久磁石間に設けられた凹部にフィラメントワインディング層が入り込んで脱落するのを抑制できる。したがって、より一層フィラメントワインディング層の脱落を抑制するとともに永久磁石を確実に保持できる。
【００１５】
本発明の請求項４に記載のロータによれば、径方向において、フィラメントワインディング層の最外周部は端面板の外周部と同じ高さまで巻回されるので、フィラメントワインディング層の軸方向への移動を制限できる。これにより、フィラメントワインディング層が端面板から脱落するのを抑制できる。よって、フィラメントワインディング層の張力低下を抑制し、永久磁石の保持強度を高い状態に維持できる。
【００１６】
本発明の請求項５に記載の表面磁石型回転電機によれば、上述したロータを備えるので、フィラメントワインディング層の脱落を抑制するとともに永久磁石を確実に保持できるロータを備えた、高回転化に適した表面磁石型回転電機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態に係る表面磁石型回転電機の断面図。
【図２】実施形態に係るロータの端面板に歪が発生した場合の断面図。
【図３】従来技術に係るロータの端面板に歪が発生した場合の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１９】
（実施形態）
（表面磁石型回転電機）
図１は、実施形態に係る表面磁石型回転電機１の断面図である。
表面磁石型回転電機１は、例えばハイブリッド自動車や電気自動車等の車両に搭載される走行用モータである。但し、本発明の構成は、走行用モータに限らず、発電用モータやその他用途のモータ、車両用以外の回転電機（発電機を含む）としても適用可能である。表面磁石型回転電機１は、ロータコア５の外周面５１に永久磁石６が配置される、いわゆるＳＰＭ（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ）モータである。
表面磁石型回転電機１は、ステータ２と、ロータ３と、を備える。
【００２０】
ステータ２は、軸線Ｃを中心とする環状に形成されている。ステータ２は、不図示のケースに収容されている。ステータ２は、ケースの内部において、一部が冷媒に浸漬された状態で配置されている。なお、冷媒としては、トランスミッションの潤滑や動力伝達等に用いられる作動油である、ＡＴＦ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｆｌｕｉｄ）等が好適に用いられている。ステータ２には、不図示のコイルが装着されている。
以下の説明では、ステータ２の軸線Ｃに沿う方向を単に軸方向といい、軸線Ｃに直交する方向を径方向といい、軸線Ｃ周りの方向を周方向という場合がある。
【００２１】
（ロータ）
ロータ３は、ステータ２に対して径方向の内側に、間隔をあけて配置されている。ロータ３は、軸線Ｃを中心とする筒状に形成されている。ロータ３は、軸線Ｃ回りに回転可能に構成されている。ロータ３は、シャフト４と、ロータコア５と、永久磁石６と、端面板７と、フィラメントワインディング層８と、を備える。なお、図１以降の各図においては、わかり易くするために、端面板７及びフィラメントワインディング層８の厚さを誇張して図示している。
【００２２】
シャフト４は、軸線Ｃと同軸に配置されている。シャフト４は、軸線Ｃを中心とする柱状に形成されている。シャフト４は、ステータ２及びロータ３を収容するケースに取り付けられた軸受（不図示）を介してケースに回転可能に支持されている。
【００２３】
ロータコア５は、シャフト４の外周部に設けられている。ロータコア５は、環状に形成されている。ロータコア５は、軸線Ｃ回りにシャフト４と一体で回転可能に構成されている。ロータコア５は、例えば複数の鋼板を軸方向に積層して形成された積層コアである。なお、ロータコア５は、金属磁性粉末（軟磁性粉）を圧縮成形した、いわゆる圧粉コアであってもよい。
【００２４】
永久磁石６は、ロータコア５の外周面５１に配置されている。なお、ロータコア５の外周面５１には、永久磁石６の周方向の位置決めをするための溝等が設けられていてもよい。永久磁石６は、軸方向に沿って延びている。永久磁石６の軸方向の長さは、ロータコア５の軸方向の長さよりも長い。永久磁石６の軸方向の両端部６１，６１は、ロータコア５の軸方向端面よりもロータコア５の外側に突出している。永久磁石６は、軸方向から見た断面形状がＵ字状に形成されている。軸方向から見て、永久磁石６の外周部６３の曲率半径は、ロータコア５の外周面５１の曲率半径よりも小さい。永久磁石６は、周方向に複数設けられている。永久磁石６は、例えば希土類磁石である。希土類磁石としては、例えばネオジム磁石やサマリウムコバルト磁石、プラセオジム磁石等が挙げられる。
【００２５】
端面板７は、ロータコア５の軸方向における両端部に配置され、ロータコア５の端部を覆っている。端面板７は、軸線Ｃを中心とする環状に形成されている。端面板７には、軸線Ｃと同軸に端面板７を貫通する貫通孔７５が形成されている。貫通孔７５には、シャフト４が圧入固定されている。端面板７の径方向外側端部７３は、永久磁石６の外周部６３よりも径方向の外側に位置している。
各端面板７には、凹部７１が形成されている。凹部７１は、端面板７の軸方向の内側を向く端面（ロータコア５側を向く端面）から軸方向の外側（ロータコア５と反対側）に向かって凹んでいる。凹部７１は、軸方向から見てＵ字形状に形成されている。凹部７１は、周方向に複数設けられている。具体的に、凹部７１は、軸方向から見て永久磁石６にそれぞれ対応する位置に形成されるとともに、軸方向から見て永久磁石６と同じ形状となるように形成されている。各凹部７１には、各永久磁石６の端部６１がそれぞれ収容されている。これにより、ロータコア５の軸方向一方側に配置された端面板７は永久磁石６の軸方向における一方側の端部６１を保持し、ロータコア５の軸方向他方側に配置された端面板７は永久磁石６の軸方向における他方側の端部６１を保持している。
【００２６】
図２は、実施形態に係るロータ３の端面板７に歪が発生した場合の断面図である。
端面板７は、貫通孔７５にシャフト４が圧入されることによりシャフト４に取り付けられている。ここで、例えば端面板７の圧入時に、端面板７に歪が発生する場合がある。この場合、端面板７は、径方向外側へ向かうにしたがい軸方向外側に開くように配置される。本実施形態において、凹部７１は、端面板７に歪が発生した場合であっても永久磁石６の端部６１を保持可能な寸法に形成されている。すなわち、凹部７１の内形は、永久磁石６の外形よりも大きい。
【００２７】
図１に戻って、フィラメントワインディング層８は、永久磁石６の外周部６３に設けられている。具体的に、フィラメントワインディング層８は、ガラス繊維やケプラー（登録商標）、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Ｃａｒｂｏｎ  Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ）等の樹脂材料を糸状に成形したフィラメントをロータコア５の周方向に沿って螺旋状に巻回することにより形成されている。フィラメントワインディング層８は、永久磁石６の外周部６３に巻回されることにより、永久磁石６をロータコア５の外周面５１に固定している。なお、フィラメントワインディング層８は、ロータコア５の径方向に複数回巻き回して積層させてもよい。フィラメントワインディング層８の径方向外側に位置する最外周部８３は、端面板７の径方向外側端部７３と同じ高さとなるように巻回されている。より具体的には、フィラメントワインディング層８の最外周部８３は、端面板７の径方向外側端部７３の高さ以下となるように配置され、端面板７の径方向外側端部７３の高さに近いほど好適とされている。
フィラメントワインディング層８は、軸方向において２つの端面板７の間に配置されている。フィラメントワインディング層８の軸方向一方側に位置する始端８１及び軸方向他方側に位置する終端８２は、永久磁石６の端部６１よりも軸方向の内側にそれぞれ位置している。より具体的に、フィラメントワインディング層８の始端８１は、ロータコア５の軸方向一方側の端面よりも軸方向内側（軸方向他方側）に配置されている。フィラメントワインディング層８の終端８２は、ロータコア５の軸方向他方側の端面よりも軸方向内側（軸方向一方側）に配置されている。これにより、始端８１及び終端８２と、近接する各端面板７，７との間には数ｍｍ程度の隙間があいている。このように、永久磁石６のうちフィラメントワインディング層８に保持されずにフィラメントワインディング層から露出した部分（端部６１）が端面板７の凹部７１に収容されている。
【００２８】
次に、本実施形態のロータ３及び表面磁石型回転電機１の製造手順について説明する。
まず、シャフト４の外周部にロータコア５を圧入して固定する。次に、ロータコア５の外周面５１に接着剤を用いて永久磁石６を接着する。次に、ロータコア５の軸方向の一方側及び他方側の端部にそれぞれ端面板７を配置する。具体的に、端面板７の貫通孔７５にシャフト４を圧入して固定する。次に、フィラメントを永久磁石６の外周部６３に巻回することによりフィラメントワインディング層８を形成する。最後に、永久磁石６の着磁を行う。これにより、ロータ３が形成される。
さらに、このロータ３をステータ２の径方向内側に配置することにより、表面磁石型回転電機１が製造される。
【００２９】
（作用、効果）
次に、ロータ３及び表面磁石型回転電機１の作用、効果について説明する。
本実施形態のロータ３によれば、ロータ３は、永久磁石６と、永久磁石６の外周部６３に巻回されるフィラメントワインディング層８とを有するので、フィラメントワインディング層８により永久磁石６を保持できる。ロータコア５の端部を覆う端面板７は凹部７１を有するので、凹部７１に永久磁石６の端部６１が配置されることにより、永久磁石６が端面板７により保持される。これにより、永久磁石６は、軸方向の中央部においてフィラメントワインディング層８に保持され、軸方向の端部６１において端面板７に保持されるので、フィラメントワインディング層８の始端８１及び終端８２が永久磁石６の端部６１よりも軸方向の内側に配置された場合であっても、端面板７により永久磁石６を確実に保持できる。また、端面板７の端面に設けられた凹部７１に永久磁石６を配置できる。これにより、凹部７１に配置された永久磁石６の端部６１に対して径方向の内側及び外側に凹部７１の壁面を配置することができる。よって、凹部７１の壁面に永久磁石６が当接することにより永久磁石６の径方向への移動が制限され、ロータ３回転時の遠心力に対して永久磁石６をロータコア５に確実に保持できる。
したがって、フィラメントワインディング層８の脱落を抑制するとともに永久磁石６を確実に保持できるロータ３を提供できる。
【００３０】
また、フィラメントワインディング層８の始端８１及び終端８２は、端面板７よりも軸方向の内側に位置し、凹部７１は、永久磁石６の端部６１の形状に対して余裕を持った寸法に形成されているので、図２に示すように端面板７に歪が発生した場合であっても、永久磁石６を確実に保持できる。
【００３１】
端面板７は、ロータコア５の軸方向の両側に配置され、永久磁石６の軸方向における両端部６１，６１をそれぞれ保持するので、永久磁石６の軸方向への移動を抑制できる。よって、永久磁石６の一方の端部６１のみが保持される場合と比較してより強固に永久磁石６を保持できる。
【００３２】
永久磁石６は周方向に複数配置され、凹部７１は、軸方向から見て各永久磁石６にそれぞれ対応する位置に形成されるとともに、軸方向から見て永久磁石６と同じ形状となるように形成されている。この構成によれば、永久磁石６を凹部７１に挿入することができるので、永久磁石６が周方向及び径方向に移動するのを抑制できる。よって、より確実に永久磁石６を保持できる。また、例えば周方向に連続する環状の凹部７１が形成された場合と比較して、周方向において隣り合う永久磁石６間に設けられた凹部７１にフィラメントワインディング層８が入り込んで脱落するのを抑制できる。したがって、より一層フィラメントワインディング層８の脱落を抑制するとともに永久磁石６を確実に保持できる。
【００３３】
径方向において、フィラメントワインディング層８の最外周部８３は端面板７の径方向外側端部７３と同じ高さまで巻回されるので、フィラメントワインディング層８の軸方向への移動を制限できる。これにより、フィラメントワインディング層８が端面板７から脱落するのを抑制できる。よって、フィラメントワインディング層８の張力低下を抑制し、永久磁石６の保持強度を高い状態に維持できる。
【００３４】
本実施形態の表面磁石型回転電機１によれば、上述したロータ３を備えるので、フィラメントワインディング層８の脱落を抑制するとともに永久磁石６を確実に保持できるロータ３を備えた、高回転化に適した表面磁石型回転電機１を提供できる。
【００３５】
なお、本発明の技術範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、端面板７は、ロータコア５の軸方向における一方の端部のみに設けられていてもよい。但し、より強固に永久磁石６を保持できる点で、両側にそれぞれ端面板７を配置した本実施形態の構成は優位性がある。
【００３６】
凹部７１は、軸方向から見て矩形状や円形状、多角形状等、Ｕ字状以外の形状に形成されていてもよい。すなわち、凹部７１は、永久磁石６の端部６１に沿った形状であればよく、永久磁石６の形状に合わせて適宜変更してもよい。また、凹部７１は、例えば永久磁石の角部等の脆弱部に対応する位置において、応力集中を避けるための応力逃げ部が形成されてもよい。
また、凹部７１は、軸方向から見て永久磁石６と異なる形状に形成されてもよい。例えば、凹部７１は、周方向に連続した環状に形成されてもよい。但し、永久磁石の径方向及び周方向への移動をより抑制し、かつ凹部７１へのフィラメントワインディング層８の入り込みを抑制できる点で、本実施形態の構成は優位性がある。
【００３７】
ロータコア５の軸方向における中央部にも端面板７を配置してもよい。この場合、中央部に配置された端面板７にも凹部７１が形成されるのが望ましい。
本実施形態においてフィラメントワインディング層８の始端８１及び終端８２の位置は、フィラメントワインディング層８の一方側端部及び他方側端部にそれぞれ設けられたが、これに限らない。フィラメントワインディング層８の始端８１及び終端８２の位置は、ロータコア５の軸方向における中央部に設けられてもよい。また、始端８１及び終端８２と、近接する各端面板７，７との間に隙間を設けなくてもよい。
【００３８】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上述した実施形態を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１  表面磁石型回転電機
２  ステータ
３  ロータ
５  ロータコア
６  永久磁石
７  端面板
８  フィラメントワインディング層
６１  （永久磁石の）端部
６３  （永久磁石の）外周部
７１  凹部
７３  径方向外側端部
８３  （フィラメントワインディング層の）最外周部
Ｃ  軸線
【図１】
2020178386.tif 000003
【図２】
2020178386.tif 000004
【図３】
2020178386.tif 000005