(57)【要約】【課題】  磁石の破損を抑制可能であり、また磁石の破片の脱落を抑制可能な回転子を提供する。【解決手段】  回転子４０は、ロータボス４３に対し軸方向の両方に配置されている端部カバー５０と、回転子コア４２の突起４４と磁石４５と端部カバー５０とに嵌合している筒状の径外部カバー６０とを備えている。磁石４５と端部カバー５０との間には空間６５があり、径外部カバー６０の一端部６２および他端部６３は、内側に折り曲がるようにかしめられて端部カバー５０に接触している。そのため、かしめ時の端部カバー５０の撓みを空間６５に逃がすことにより、磁石４５の破損を抑制することができる。また、径外部カバー６０と端部カバー５０との間の隙間が径外部カバー６０の端部６２、６３によって塞がれていることにより、使用中に割れた磁石４５の破片の脱落を抑制することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸（４１）と、
前記回転軸に固定されているロータボス（４３、１０１）と、
前記ロータボスに対し径外方向に位置し周方向に並んでいる複数の第１磁極（４４、１０２）と、
前記ロータボスに対し径外方向に位置し各前記第１磁極の間に設けられている複数の第２磁極（４５、１０３）と、
前記ロータボスに対し少なくとも軸方向の一方に配置されている板状の端部カバー（５０、７１、８１、９２）と、
前記第１磁極、前記第２磁極および前記端部カバーに嵌合している筒状の径外部カバー（６０、９３）と、
を備え、
前記第１磁極および前記第２磁極のうち磁石から構成された磁極（４５）と、前記端部カバーとの間には空間（６５、７５、８４、９６）があり、
前記径外部カバーの一端部（６２、９４）および他端部（６３、９５）のうち、前記端部カバーが配置されている特定端部（６２、６３、９４、９５）は、内側に折り曲がるようにかしめられて前記端部カバーに接触していることを特徴とする回転子（４０、７０、８０、９０、１００）。
【請求項２】
前記第１磁極（４４）は軟磁性材料から構成され、
前記第２磁極（４５）は磁石から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転子（４０、７０、８０、９０）。
【請求項３】
前記第１磁極（１０２）は磁石から構成され、
前記第２磁極（１０３）は、径方向の極性が前記第１磁極とは反対の磁石から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転子（１００）。
【請求項４】
前記径外部カバーの前記特定端部は、全周がかしめられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転子。
【請求項５】
前記径外部カバーの前記特定端部と前記端部カバーとは、面接触していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転子。
【請求項６】
前記端部カバーは、軸方向において外周部（５２、７４）が内周部（５３、７２）に対し前記ロータボスとは反対側に位置している段付状の円板であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の回転子（４０、７０）。
【請求項７】
前記端部カバー（５０）の内周部（５３）の周縁（５４）は、前記第１磁極および前記第２磁極よりも径内方向に位置していることを特徴とする請求項６に記載の回転子（４０）。
【請求項８】
前記端部カバー（７１）の内周部（７２）の周縁（７３）は、径方向の位置が前記第１磁極および前記第２磁極と重なっていることを特徴とする請求項６に記載の回転子（７０）。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の回転子と、
前記回転子に対し径外方向に配置され、前記回転子の回転軸心まわりに回転する磁界を発生させる固定子（３０）と、
を備えることを特徴とする回転電機（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転子およびそれを用いた回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
固定された電機子の内側に配置された永久磁石界磁としての回転子を備える回転電機が知られている。例えば特許文献１に開示された回転電機の回転子は、ロータコア内に磁石が埋め込まれた埋込磁石型の回転子であり、磁石に対し軸方向の両方に配置された被覆部を有している。被覆部は、回転軸に固定された固定部と一体に形成され、磁石の軸方向への移動を抑制する。
【０００３】
回転子の種類には、埋込磁石型の回転子の他に、磁石がロータコアの表面に取り付けられた表面磁石型の回転子がある。表面磁石型の回転子の場合、磁石が遠心力により飛散することを防止するために、磁石に対し径外方向に筒状のカバーを設けることが有効である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−８５４４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された回転子では、被覆部は固定部のみに固定されている。そのため、ロータコアと被覆部との間には隙間が生じる。したがって、例えば使用中に割れた磁石の破片がロータコアと被覆部との隙間から脱落することが問題となる。また、被覆部に形成された突起により磁石を軸方向へ付勢する構成の場合、磁石からの反力を受けた被覆部がロータコアから離間することによってロータコアと被覆部との隙間が拡大し、より大きな磁石の破片が脱落する虞がある。
【０００６】
上記問題に対し、表面磁石型の回転子では、被覆部に嵌合させた筒状のカバーの端部を内側に折り曲がるようにかしめることによって、カバーと被覆部との隙間を無くすことが考えられる。しかしながら、カバーの端部をかしめるとき、軸方向のかしめ荷重が被覆部を介して磁石に伝わり、磁石が破損することが懸念される。
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、磁石の破損を抑制することができ、また磁石の破片の脱落を抑制することができる回転子、およびそれを用いた回転電機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による回転子は、回転軸に固定されたロータボスの径外方向で周方向に交互に並ぶ第１磁極および第２磁極と、ロータボスに対し少なくとも軸方向の一方に配置されている板状の端部カバーと、第１磁極と第２磁極と端部カバーとに嵌合している筒状の径外部カバーと、を備えている。第１磁極および第２磁極のうち磁石から構成された磁極と、端部カバーとの間には、空間がある。また、径外部カバーの一端部および他端部のうち端部カバーが配置されている特定端部は、内側に折り曲がるようにかしめられて端部カバーに接触している。
【０００８】
したがって、端部カバーは、径外部カバーの特定端部をかしめるとき当該特定端部により磁石側に押圧されると、空間内に逃げる。つまり、径外部カバーをかしめるとき端部カバーと磁石との接触が抑制される。そのため、かしめ荷重は磁石に伝わらない。本発明によれば、径外部カバーをかしめるときの磁石の破損を抑制することができる。
また、径外部カバーと端部カバーとの間の隙間は、径外部カバーの特定端部によって塞がれている。本発明によれば、使用中に割れた磁石の破片の脱落を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態による回転子が適用されたモータの概略構成を説明する模式図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面を示す模式図である。
【図３】図１の回転子の縦断面図である。
【図４】図３の矢印ＩＶ部の拡大図である。
【図５】図３の回転子の組み付け途中であって、回転軸に圧入された回転子コアに磁石がセットされた状態を示す断面図である。
【図６】図５の回転子コアおよび磁石の外側に径外部カバーが圧入された状態を示す断面図である。
【図７】図６の回転軸に端部カバーが圧入された状態を示す断面図である。
【図８】図７の径外部カバーの端部がかしめられた状態を示す拡大断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態による回転子の縦断面図である。
【図１０】図９の矢印Ｘ部の拡大図である。
【図１１】本発明の第３実施形態による回転子の縦断面図である。
【図１２】本発明の第４実施形態による回転子の縦断面図である。
【図１３】本発明の第５実施形態による回転子が適用されたモータの概略構成を説明する模式図である。
【図１４】図１３の回転子の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による回転子は、図１および図２に示すモータに適用されている。モータ１０は、特許請求の範囲に記載の「回転電機」に相当する。
【００１１】
先ず、モータ１０の概略構成を説明する。図１および図２に示すように、モータ１０は、３相ブラシレスモータであり、ケース２０、固定子３０および回転子４０を備えている。
ケース２０は、筒部２１、筒部２１の一端を塞ぐ第１側部２２、および、筒部２１の他端を塞ぐ第２側部２３を有している。第１側部２２の中央には軸受２４が取り付けられ、第２側部２３の中央には軸受２５が取り付けられている。
【００１２】
固定子３０は、ケース２０内の筒部２１の内壁に固定されている電機子であり、固定子コア３１および複数のコイル３５を有している。
固定子コア３１は、ケース２０の筒部２１の内壁に例えば圧入により固定されているリング部３２と、リング部３２から径内方向へ突き出す複数のティース部３３とから一体に形成されている。本実施形態では、ティース部３３は１２個設けられ、各ティース部３３は周方向に等間隔に配置されている。また、固定子コア３１は、回転軸心方向に積層された複数の鋼板からなる。
【００１３】
コイル３５は、固定子コア３１のティース部３３に巻回されたＵ相コイル、Ｖ相コイルまたはＷ相コイルである。Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルは、この順で時計まわりに配置されている。
【００１４】
回転子４０は、コンシクエントポール型の永久磁石界磁であり、回転軸４１、回転子コア４２および磁石４５を有している。
回転軸４１は、非磁性材料から構成され、軸受２４、２５により回転可能に支持されている。
回転子コア４２は、軟磁性材料から構成され、回転軸４１に例えば圧入により固定されているロータボス４３と、ロータボス４３から放射状に突き出す複数の突起４４とを有している。突起４４は、特許請求の範囲に記載の「第１磁極」に相当し、ロータボス４３の径外方向で周方向に並んでいる。本実施形態では、回転子コア４２は、回転軸心方向に積層された複数の鋼板からなる。
【００１５】
磁石４５は、ロータボス４３の径外方向に位置し、各突起４４の間に１個ずつ設けられている。磁石４５は、特許請求の範囲に記載の「第２磁極」、「第１磁極および第２磁極のうち磁石から構成された磁極」に相当する。ロータボス４３は、磁石４５の発する磁束を伝達する磁束伝達手段として機能する。
【００１６】
以上のように構成されたモータ１０では、各コイル３５は、インバータ、制御装置およびバッテリ等から構成される図示しない電力変換装置に接続され、順に通電が切り替えられることにより、周方向に回転する磁界を発生させる。この磁界に応じて回転子４０は回転する。
【００１７】
次に、回転子４０の特徴構成を図３〜図８に基づき説明する。
図３および図４に示すように、回転子４０は、端部カバー５０および径外部カバー６０を備えている。端部カバー５０は、非磁性材料から構成され、ロータボス４３に対し軸方向の両方に配置されている円板である。端部カバー５０は、中央に圧入孔５１を有し、圧入により回転軸４１に固定されている。また、端部カバー５０は、軸方向において外周部５２が内周部５３に対しロータボス４３とは反対側に位置するように段付状に形成されている。端部カバー５０の内周部５３の周縁５４は、磁石４５および突起４４よりも径内方向に位置している。端部カバー５０の外周部５２と磁石４５との間には空間６５がある。空間６５は、円環状であり、全周に亘って端部カバー５０と磁石４５とを離間させている。
【００１８】
径外部カバー６０は、非磁性材料から構成され、突起４４と磁石４５と端部カバー５０とに嵌合している薄肉の筒体である。径外部カバー６０は、圧入により回転子コア４２に固定されている。径外部カバー６０の一端部６２および他端部６３は、特許請求の範囲に記載の「特定端部」に相当し、全周が内側に折り曲がるようにかしめられて端部カバー５０に接触している。本実施形態では、径外部カバー６０の一端部６２および他端部６３と端部カバー５０とは、面接触しており、全周に亘って隙間無く密着している。
【００１９】
回転子４０を組み付けるとき、先ず、図５に示すように、回転子コア４２が回転軸４１に圧入され、磁石４５が突起４４間にセットされる。本実施形態では、磁石４５の軸方向長さと回転子コア４２の軸方向長さとが同じであり、磁石４５の端面４６の軸方向位置と回転子コア４２の端面４７の軸方向位置とが合わせられる。
続いて、図６に示すように、磁石４５および突起４４の外側に径外部カバー６０が圧入される。このとき、受け治具５の受け面６は磁石４５のずれを防止する。
【００２０】
続いて、図７に示すように、端部カバー５０が回転軸４１に圧入される。
続いて、図８に示すように、径外部カバー６０の一端部６２の全周が内側に折り曲がるようにかしめられる。このとき、端部カバー５０は、軸方向のかしめ荷重を受ける。端部カバー５０の厚みは、かしめ荷重の大きさに基づき設定されている。また、空間６５の軸方向距離は、かしめ時に撓む端部カバー５０が磁石４５に接触しないように十分に大きく設定されている。
【００２１】
以上説明したように、第１実施形態による回転子４０は、ロータボス４３に対し軸方向の両方に配置されている板状の端部カバー５０と、回転子コア４２の突起４４と磁石４５と端部カバー５０とに嵌合している筒状の径外部カバー６０と、を備えている。突起４４および磁石４５と端部カバー５０との間には、空間６５がある。また、径外部カバー６０の一端部６２および他端部６３は、内側に折り曲がるようにかしめられて端部カバー５０に接触している。
【００２２】
したがって、端部カバー５０は、径外部カバー６０の端部６２、６３をかしめるとき磁石４５側に押圧されると空間６５内に逃げ、磁石４５との接触が抑制される。そのため、かしめ荷重は磁石４５に伝わらない。第１実施形態によれば、径外部カバー６０をかしめるときの磁石４５の破損を防止することができる。
また、径外部カバー６０と端部カバー５０との間の隙間は、径外部カバー６０の端部６２、６３によって塞がれている。第１実施形態によれば、使用中に割れた磁石４５の破片の脱落を回避することができる。
【００２３】
また、第１実施形態では、径外部カバー６０の端部６２、６３は、全周がかしめられている。そのため、径外部カバー６０と端部カバー５０との間の隙間が完全に塞がれ、使用中に割れた磁石４５の破片の脱落を防止することができる。
また、第１実施形態では、径外部カバー６０の端部６２、６３と端部カバー５０とは面接触している。そのため、径外部カバー６０による密閉効果をさらに高めることができる。
【００２４】
また、第１実施形態では、端部カバー５０は、軸方向において外周部５２が内周部５３に対しロータボス４３とは反対側に位置している段付状の円板である。そのため、安価なプレス加工により製造することができる。また、例えば板材を切削加工することにより端部カバーを製作する場合と比べて、歩留まり率が高いので、材料費を低減可能である。
【００２５】
また、第１実施形態では、端部カバー５０の内周部５３の周縁５４は、磁石４５および突起４４よりも径内方向に位置している。そのため、端部カバー５０と磁石４５とを完全に非接触とすることにより、径外部カバー６０をかしめるときの磁石４５の破損を防止することができる。
また、第１実施形態では、回転子コア４２と磁石４５とを組み付けるとき、磁石４５の端面４６と回転子コア４２の端面４７とを基準に組み付けることができる。そのため、組み付けが容易である。
【００２６】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による回転子を図９および図１０に基づき説明する。
回転子７０において、端部カバー７１の内周部７２の周縁７３は、径方向の位置が磁石４５と重なっている。これにより、磁石４５の径方向の内側部分は、端部カバー７１の内周部７２の周縁７３に当接する。一方、端部カバー７１の外周部７４は、磁石４５に対し空間７５を隔てて軸方向に離間している。
【００２７】
第２実施形態によれば、かしめ時の端部カバー７１の撓みを空間７５に逃がすことにより、磁石４５の破損を抑制することができる。
さらに、端部カバー７１の内周部７２の周縁７３は、磁石４５の位置ずれを防止する規制手段として機能する。そのため、使用中の磁石４５の位置ずれを防止することができる。
【００２８】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態による回転子を図１１に基づき説明する。
回転子８０において、端部カバー８１は、回転子コア４２のロータボス４３に軸方向に当接している内周部８２と、内周部８２のうちロータボス４３とは反対側から径外方向へ延びる鍔状の外周部８３とからなる円板である。内周部８２の周縁８４は、磁石４５に対し径内方向に位置している。また、外周部８３と磁石４５との間には、空間８５がある。
第３実施形態によれば、第１実施形態と同様に、かしめ時の端部カバー８１の撓みを空間８５に逃がすことにより、磁石４５の破損を抑制することができる。
【００２９】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態による回転子を図１２に基づき説明する。
回転子９０において、回転子コア９１は、磁石４５よりも軸方向長さが長い。端部カバー９２は、回転子コア９１に軸方向に当接している平らな円板である。径外部カバー９３は、磁石４５および回転子コア９１に圧入され、一端部９４および他端部９５が内側に折り曲がるようにかしめられている。端部カバー９２と磁石４５との間には空間９６がある。
第４実施形態によれば、第１実施形態と同様に、かしめ時の端部カバー９２の撓みを空間９６に逃がすことにより、磁石４５の破損を抑制することができる。
【００３０】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態による回転子を図１３および図１４に基づき説明する。
回転子１００は、永久磁石界磁であり、回転軸４１、ロータボス１０１、第１磁石１０２および第２磁石１０３を有している。ロータボス１０１は、軟磁性材料から構成され、回転軸４１に例えば圧入により固定されている。第１磁石１０２および第２磁石１０３は、ロータボス１０１の外側で周方向に交互に並んでいる。第１磁石１０２は、特許請求の範囲に記載の「第１磁極」に相当する。また、第２磁石１０３は、特許請求の範囲に記載の「第２磁極」に相当し、径方向の極性が第１磁石１０２とは反対の磁石である。
【００３１】
第５実施形態によれば、端部カバー５０は、径外部カバー６０の端部６２、６３をかしめるとき第１磁石１０２側および第２磁石１０３側に押圧されると空間６５内に逃げ、第１磁石１０２および第２磁石１０３との接触が抑制される。そのため、かしめ荷重は第１磁石１０２および第２磁石１０３に伝わらない。第５実施形態によれば、径外部カバー６０をかしめるときの第１磁石１０２および第２磁石１０３の破損を防止することができる。
また、径外部カバー６０と端部カバー５０との間の隙間は、径外部カバー６０の端部６２、６３によって塞がれている。第５実施形態によれば、使用中に割れた第１磁石１０２または第２磁石１０３の破片の脱落を回避することができる。
【００３２】
（他の実施形態）
本発明の他の実施形態では、端部カバーは、回転子コアに対し軸方向の一方だけに設けられてもよい。その場合、径外部カバーは軸方向の他方に底部がある有底状に形成され、磁石の軸方向の一方への抜け出しは端部カバーで防ぎつつ、磁石の軸方向の他方への抜け出しは径外部カバーの底部で防ぐように構成することが考えられる。
本発明の他の実施形態では、径外部カバーの端部と端部カバーとは必ずしも面接触している必要はない。例えば線接触であってもよい。
【００３３】
本発明の他の実施形態では、径外部カバーは、必ずしも端部が全周に亘ってかしめられる必要はない。例えば、径外部カバーは、かしめられる前の状態において、周方向のうち磁石に対応する部分が軸方向に延出するように形成され、その延出部分が内側に折り曲がるようにかしめられてもよい。
本発明の他の実施形態では、端部カバーは、回転軸に圧入されるのみならず、例えば、回転子コアに接着または係止させる等により固定されてもよい。
本発明の他の実施形態では、ロータボスは、回転軸に圧入されるのみならず、例えば接着などにより回転軸に固定されてもよい。
【００３４】
本発明の他の実施形態では、第１磁極および第２磁極は、リング状に形成された磁石から構成されてもよい。このとき、第１磁極および第２磁極は、リング状の磁石のうち周方向に交互に配置される。
本発明の他の実施形態では、回転子コアは、鋼板を積層して作られなくてもよく、例えば磁性粉体を圧縮成形して作られてもよい。
本発明の他の実施形態では、回転軸は、磁性材料から構成されてもよい。ただし、コンシクエントポール型の回転子の場合、回転軸を非磁性材料から構成することにより、回転軸が磁化することによる不具合を防止することができる。
【００３５】
本発明の他の実施形態では、回転子の極数は、１０個以外であってよい。
本発明の他の実施形態では、固定子のコイル数は、１２個以外であってもよい。また、固定子の個々のティース部は、別部材から構成してもよい。
本発明の他の実施形態では、回転子は、発電機などの他の回転電機に適用されてもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００３６】
４０、７０、８０、９０、１００・・・回転子
４１・・・回転軸
４３、１０１・・・ロータボス
４４・・・突起（第１磁極）
４５・・・磁石（第２磁極）
５０、７１、８１、９２・・・端部カバー
６０、９３・・・径外部カバー
６２、９４・・・一端部（特定端部）
６３、９５・・・他端部（特定端部）
６５、７５、８４、９６・・・空間
１０２・・・第１磁石（第１磁極）
１０３・・・第２磁石（第２磁極）
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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