(57)【要約】【課題】比較的簡単な構成で、磁石固定用の充填材がロータ外部へ放出されるのを抑制して、周辺部品の損傷或は充填材のオイル中への流出を抑制することができる回転電機のロータを提供する。【解決手段】回転電機のロータ１０において、端板４１には、磁石挿入孔２５と端板４１の外側とを回転軸方向に連通する、充填材Ｆの注入口４２が形成される。注入口４２は、端板４１のロータコア側開口４３における開口面積Ａが端板４１の外側開口４４における開口面積Ｂよりも大きい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の磁石挿入孔が形成されたロータコアと、
前記ロータコアの軸方向端面を覆う端板と、
前記複数の磁石挿入孔にそれぞれ挿入される複数の永久磁石と、
前記永久磁石が挿入された前記磁石挿入孔に充填される充填材と、
を備える回転電機のロータであって、
前記端板には、前記磁石挿入孔と前記端板の外側とを回転軸方向に連通する、前記充填材の注入口が形成されており、
前記注入口は、前記端板のロータコア側開口における開口面積が前記端板の外側開口における開口面積よりも大きいことを特徴とする回転電機のロータ。
【請求項２】
前記注入口は、前記ロータコア側開口から前記外側開口に向かうに従って開口面積が小さくなるテーパ部を有していることを特徴とする請求項１に記載の回転電機のロータ。
【請求項３】
前記注入口は、前記ロータコア側開口から回転軸方向に沿って一様形状を有するコア側開口部と、前記外側開口から回転軸方向に沿って一様形状を有する外側開口部と、が連続することで段付き形状に形成され、
前記コア側開口部の開口面積は前記外側開口部の開口面積よりも大きく、
前記コア側開口部の軸方向幅は前記外側開口部の軸方向幅よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の回転電機のロータ。
【請求項４】
前記注入口の前記ロータコア側開口における開口面積は、前記磁石挿入孔と前記永久磁石との間に形成される隙間面積よりも大きいことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機のロータ。
【請求項５】
前記注入口の前記外側開口における開口面積は、前記磁石挿入孔と前記永久磁石との間に形成される隙間面積以下に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の回転電機のロータ。
【請求項６】
前記充填材は、耐油性を有する樹脂からなることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の回転電機のロータ。
【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関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転電機に使用されるロータにおいては、電磁鋼板が多数積層されたロータコアに複数の磁石挿入孔が設けられ、各磁石挿入孔にそれぞれ永久磁石が挿入されるものが知られている（例えば特許文献１及び２参照）。
【０００３】
例えば、図７に示すロータ１１０では、ロータコア１１１に、永久磁石１１３を収納する磁石挿入孔１１６が設けられ、永久磁石１１３は、磁石挿入孔１１６に収納されて、充填材としての樹脂１１７で固定される。また、磁石挿入孔１１６の回転軸側の内壁面には、樹脂１１７が注入される断面略半円形の注入溝１１６ａが回転軸に沿って形成され、端板１１４には、注入溝１１６ａに繋がる略円形の注入孔１１４ａが形成され、この注入孔１１４ａに注入ノズルが接続されて、樹脂１１７が注入される。
【０００４】
また、図８に示すように、特許文献１に記載のロータ２１０では、ロータコア２１１に形成された磁石挿入孔２１６に永久磁石２１３が挿入され、端板２１４には、ロータコア２１１と対向する面に形成された凹部２１４ａと、端板２１４の外側表面と凹部２１４ａとを貫通する貫通孔２１４ｂとが設けられている。そして、貫通孔２１４ｂから凹部２１４ａを介して磁石挿入孔２１６に充填材２１７を注入することで、永久磁石２１３の固定を行うとともに、ロータコア２１１及び端板２１４の軸方向端面の凹凸吸収とを同時に行うことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１９９７２５号公報
【特許文献２】特許第４７３１９２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、図７に示したロータ１１０においては、ロータコア１１１と端板１１４との熱膨張差や、ロータコア１１１と端板１１４との重量差による回転時の遠心力の違いで、注入孔１１４ａと注入溝１１６ａ内の樹脂１１７にその間でクラックが入る可能性がある。このため、注入孔１１４ａ内に残った樹脂１１７ａが剥離し、剥離した樹脂１１７ａがロータ１１０の外部に抜け出てしまう可能性がある。このように剥離した樹脂１１７ａが、ロータとステータとの間のエアギャップに入り込んだ場合、ロータ或はステータが損傷する可能性がある。
【０００７】
また、図８に示したロータ２１０においては、端板２１４の凹部２１４ａに充填材２１７を流して、凹部２１４ａ内で硬化した充填材２１７の剥離を防止することはできるが、端板２１４に凹部２１４ａの溝加工が必要でコストが嵩み、また、充填材２１７を充填する際の充填圧力が高くなったり、端板２１４の外側から充填状態が確認できないなどの課題がある。
【０００８】
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、比較的簡単な構成で、磁石固定用の充填材がロータ外部へ放出されるのを抑制して、周辺部品の損傷或は充填材のオイル中への流出を抑制することができる回転電機の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】
【０００９】
前述した目的を達成するために、請求項１に係る発明は、
複数の磁石挿入孔（例えば、後述する実施形態における磁石挿入孔２５）が形成されたロータコア（例えば、後述する実施形態におけるロータコア２０）と、
前記ロータコアの軸方向端面を覆う端板（例えば、後述する実施形態における端板４１）と、
前記複数の磁石挿入孔にそれぞれ挿入される複数の永久磁石（例えば、後述する実施形態における永久磁石３０）と、
前記永久磁石が挿入された前記磁石挿入孔に充填される充填材（例えば、後述する実施形態における充填材Ｆ）と、
を備える回転電機のロータ（例えば、後述する実施形態における回転電機のロータ１０）であって、
前記端板には、前記磁石挿入孔と前記端板の外側とを回転軸方向に連通する、前記充填材の注入口（例えば、後述する実施形態における注入口４２）が形成されており、
前記注入口は、前記端板のロータコア側開口（例えば、後述する実施形態におけるロータコア側開口４３）における開口面積（例えば、後述する実施形態における開口面積Ａ）が前記端板の外側開口（例えば、後述する実施形態における外側開口４４）における開口面積（例えば、後述する実施形態における開口面積Ｂ）よりも大きいことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１の構成に加えて、
前記注入口は、前記ロータコア側開口から前記外側開口に向かうに従って開口面積が小さくなるテーパ部（例えば、後述する実施形態におけるテーパ部４５）を有していることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に係る発明は、請求項１の構成に加えて、
前記注入口は、前記ロータコア側開口から回転軸方向に沿って一様形状を有するコア側開口部（例えば、後述する実施形態におけるコア側開口部４３ａ）と、前記外側開口から回転軸方向に沿って一様形状を有する外側開口部（例えば、後述する実施形態における外側開口部４４ａ）と、が連続することで段付き形状に形成され、
前記コア側開口部の開口面積は前記外側開口部の開口面積よりも大きく、
前記コア側開口部の軸方向幅（例えば、後述する実施形態における軸方向幅ｈ１）は前記外側開口部の軸方向幅（例えば、後述する実施形態における軸方向幅ｈ２）よりも大きいことを特徴とする。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項１から３のいずれかの構成に加えて、
前記注入口の前記ロータコア側開口における開口面積は、前記磁石挿入孔と前記永久磁石との間に形成される隙間面積（例えば、後述する実施形態における隙間面積Ｃ）よりも大きいことを特徴とする。
【００１３】
請求項５に係る発明は、請求項４の構成に加えて、
前記注入口の前記外側開口における開口面積は、前記磁石挿入孔と前記永久磁石との間に形成される隙間面積以下に形成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項６に係る発明は、請求項１から５のいずれかの構成に加えて、
前記充填材は、耐油性を有する樹脂からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明によれば、注入口内に収容された充填材の一部が、回転電機の運転中に注入口からロータ外部へ抜け落ちてしまうことを抑制することができる。したがって、充填材がロータ外部へ放出されるのを抑制することができ、周辺部品の損傷あるいはオイル中への流出を抑制することができる。
また、注入口を塞ぐための追加部品が不要となるので、コストの増加を抑制することができる。
さらに、注入口は磁石挿入孔と端板の外側とを回転軸方向に連通していることにより、充填材を注入する際の注入圧が比較的小さくて済むため、設備の大型化を抑制することができる。また、充填材の注入状態をロータ外部から確認することも可能であるため、ロータの信頼性を向上することができる。
【００１６】
請求項２の発明によれば、磁石挿入孔に所定量の充填材を注入する場合に、余剰となった充填材は注入口内に収容されることになるが、磁石挿入孔または磁石の寸法公差によって余剰となる充填材の量にばらつきが存在して注入口内に収容される充填材量（高さ）が異なる場合がある。しかしながら、この場合であっても、クラックにより破断した注入口内の充填材は、開口面積の小さいテーパ部の外側開口寄りの部分に係止され、開口面積の大きいテーパ部のロータコア側に留まるので、より確実に充填材の抜けを抑制することができる。
また、テーパ部を構成する際の打抜き型は比較的簡易に構成することができるため、製造コストの増大を抑制することができる。
【００１７】
請求項３の発明によれば、充填材のコア側開口部の鍔部分の強度を高くすることができ、クラックの発生を抑制することができる。
また、余剰となった充填材を収容するための空間を大きくすることが出来るため、充填材が端板の外側へ溢れてしまうことを効果的に抑制することができる。
【００１８】
請求項４の発明によれば、定量充填の際、余分な充填材が注入口内に収容されるとともに、端板の外側へ溢れてしまうことを抑制することができ、端板の外側へ溢れて端板に付着した充填材が、コンタミとなってしまうことを抑制することができる。
【００１９】
請求項５の発明によれば、注入口内に収容された余分な充填材が、仮にロータコア側の開口全面に広がらなかった場合であっても（盛り上がって硬化してしまった場合でも）、外側に抜け落ちてしまうことを抑制することができる。
【００２０】
請求項６の発明によれば、充填材として比較的硬い耐油性を有する樹脂を用いる場合であっても、硬化後の樹脂がロータ外部へ放出することを抑制することができ、周辺部品の損傷あるいはオイル中への流出を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態にかかる回転電機のロータを示す正面図である。
【図２】（ａ）は、図１のロータのＩＩ部拡大正面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＩＩ´−ＩＩ´線に沿った断面図である。
【図３】充填材が注入口内で係止される状態を示す図２（ｂ）のＩＩＩ部拡大図である。
【図４】（ａ）は、本実施形態の第１変形例に係る、図２（ａ）に対応する要部拡大正面図であり、（ｂ）は、図２（ｂ）に対応する断面図である。
【図５】（ａ）は、本実施形態の第２変形例に係る、図２（ａ）に対応する要部拡大正面図であり、（ｂ）は、図２（ｂ）に対応する断面図である。
【図６】（ａ）は、本実施形態の第３変形例に係る、図２（ａ）に対応する要部拡大正面図であり、（ｂ）は、図２（ｂ）に対応する断面図である。
【図７】従来のロータの要部断面図である。
【図８】従来の他のロータの要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施形態に係る回転電機のロータを図１及び図２を参照して詳細に説明する。
【００２３】
図１及び図２に示すように、本実施形態の回転電機のロータ１０は、略円筒状の回転軸１１と、回転軸１１の外周側に取り付けられるロータコア２０と、ロータコア２０に取り付けられる複数の永久磁石３０を備え、不図示のステータの内側に配置されている。
【００２４】
ロータコア２０は、同一形状の円板上の電磁鋼板（例えば、ケイ素鋼板）２１を多数積層して形成されている（図２（ｂ）参照）。また、ロータコア２０には、円周方向に亘って複数の磁石挿入孔２５が設けられており、一対の磁石挿入孔２５毎に所定の間隔で配置されている。磁石挿入孔２５は、軸方向から見たときに略長方形状に形成されており、一対の磁石挿入孔２５が、これらの間に径方向に延びるセンターリブ２６を形成するように、センターリブ２６に対して線対称に配置されている。
【００２５】
各永久磁石３０は、一対の磁石挿入孔２５毎に磁極の向きを変えながら、各磁石挿入孔２５にそれぞれ挿入されており、例えば、２つの永久磁石３０ａでは、外周側がＮ極とすると、隣接する２つの永久磁石３０ｂでは、外周側がＳ極となる。
【００２６】
また、磁石挿入孔２５は、その内径側壁面の中央部分に、断面略半円形の注入溝２５ａを有しており、この注入溝２５ａから永久磁石３０が挿入された磁石挿入孔２５に充填材Ｆが充填される。充填材Ｆとしては、熱硬化性樹脂のうち、本実施形態では特に、耐油性を有するエポキシ樹脂が適用されている。
【００２７】
また、図２（ｂ）に示すように、ロータコア２０の軸方向両端部には、その軸方向端面を覆う端板４０，４１が取り付けられている。ロータコア２０は、端板４０を回転軸１１に取り付けた後、電磁鋼板２１を積層して回転軸１１に圧入することで形成される。そして、ロータコア２０の磁石挿入孔２５に永久磁石３０を挿入し、端板４１を回転軸１１に取り付けた後、回転軸１１に固定部材としてのカラー部材５０が圧入される。これにより、カラー部材５０は、端板４０、４１をロータコア２０とともに軸方向に挟み込み、端板４０，４１及びロータコア２０には、カラー部材５０によって軸方向荷重が与えられている。
【００２８】
また、端板４１には、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、回転軸方向から見て、注入溝２５ａと部分的に重なる位置で、複数の磁石挿入孔２５の注入溝２５ａと端板４１の外側とを回転軸方向に連通する複数の注入口４２が、磁石挿入孔２５と同数形成されている。
【００２９】
注入口４２は、直径ａ１の円形のロータコア側開口４３から直径ｂ１の円形の外側開口４４に向かうに従って開口面積が小さくなるテーパ部４５を有しており、ロータコア側開口４３と外側開口４４は同心に形成されている。したがって、端板４１のロータコア側開口４３における開口面積Ａが端板４１の外側開口４４における開口面積Ｂよりも大きく設計されている。
【００３０】
また、注入口４２のロータコア側開口４３における開口面積Ａは、磁石挿入孔２５と永久磁石３０との間に形成される注入溝２５ａの隙間面積Ｃよりも大きく設計されている。なお、隙間面積Ｃとは、注入溝２５ａに沿った円弧と永久磁石３０とによって囲まれる面積を表わす。
【００３１】
従って、充填材Ｆは注入口４２を介して注入溝２５ａ内に注入され、硬化することで、磁石挿入孔２５内の永久磁石３０を固定する。また、注入口４２は磁石挿入孔２５と端板４１の外側とを回転軸方向に連通する構成としているので、充填材Ｆを注入する際の注入圧が比較的小さくて済み、また、充填材Ｆの注入状態はロータ外部から確認することができる。
【００３２】
また、注入口４２のロータコア側開口４３における開口面積Ａは、磁石挿入孔２５と永久磁石３０との間に形成される注入溝２５ａの隙間面積Ｃよりも大きく設計されているので、定量充填の際、余分な充填材Ｆが注入口４２内に収容され、端板４１の外側へ溢れてしまうことを抑制することができ、端板４１の外側へ溢れて端板４１に付着した充填材Ｆが、コンタミとなってしまうことを抑制することができる。
【００３３】
さらに、硬化した充填材Ｆは、ロータコア２０と端板４１との熱膨張差や、ロータコア２０と端板４１との重量差による回転時の遠心力の違いで、注入口４２と注入溝２５ａ内の充填材Ｆにその間でクラックＣｒが入る可能性がある。
【００３４】
特に、注入溝２５ａに所定量の充填材Ｆを注入する場合に、余剰となった充填材は注入口４２内に収容されることになるが、磁石挿入孔２５または永久磁石３０の寸法公差によって余剰となる充填材Ｆの量にばらつきが存在して注入口４２内に収容される充填材量（高さ）が異なる場合がある。しかしながら、この場合であっても、図３に示すように、クラックにより破断した注入口４２内の充填材Ｆ´は、開口面積の小さいテーパ部４５の外側開口４４寄りの部分に係止され、開口面積の大きいテーパ部４５のロータコア側に留まるので、より確実に充填材Ｆ´の抜けを抑制することができる。
【００３５】
以上説明したように、本発明の本実施形態に係る回転電機のロータ１０によれば、端板４１には、磁石挿入孔２５と端板４１の外側とを回転軸方向に連通する、充填材Ｆの注入口４２が形成され、注入口４２は、端板４１のロータコア側開口４３における開口面積Ａが端板４１の外側開口４４における開口面積Ｂよりも大きい。これにより、注入口４２内に収容された充填材Ｆの一部が、回転電機の運転中に注入口４２からロータ外部へ抜け落ちてしまうことを抑制することができる。したがって、充填材Ｆがロータ外部へ放出されるのを抑制することができ、周辺部品の損傷あるいはオイル中への流出を抑制することができる。
また、注入口４２を塞ぐための追加部品が不要となるので、コストの増加を抑制することができる。
さらに、注入口４２は磁石挿入孔２５と端板４１の外側とを回転軸方向に連通していることにより、充填材Ｆを注入する際の注入圧が比較的小さくて済むため、設備の大型化を抑制することができる。また、充填材Ｆの注入状態をロータ外部から確認することも可能であるため、ロータ１０の信頼性を向上することができる。
【００３６】
また、注入口４２は、ロータコア側開口４３から外側開口４４に向かうに従って開口面積が小さくなるテーパ部４５を有しているので、注入溝２５ａに所定量の充填材Ｆを注入する場合に、余剰となった充填材Ｆは注入口４２内に収容されることになるが、磁石挿入孔２５または永久磁石３０の寸法公差によって余剰となる充填材Ｆの量にばらつきが存在して注入口４２内に収容される充填材量（高さ）が異なる場合である。しかしながら、この場合であっても、テーパ部４５において開口面積の大きい側に位置する充填材Ｆはテーパ部４５の開口面積の小さい側に係止されるため、より確実に充填材Ｆの抜けを抑制することができる。
また、テーパ部４５を構成する際の打抜き型は比較的簡易に構成することができるため、製造コストの増大を抑制することができる。
【００３７】
また、注入口４２のロータコア側開口４３における開口面積Ａは、磁石挿入孔２５と永久磁石３０との間に形成される注入溝２５ａの隙間面積Ｃよりも大きく設計されている。これにより、定量充填の際、余剰となった充填材が注入口４２内に収容されるとともに、端板４１の外側へ溢れてしまうことを抑制することができ、端板４１の外側へ溢れて端板４１に付着した充填材Ｆが、コンタミとなってしまうことを抑制することができる。
【００３８】
また、充填材Ｆとして、比較的硬い、耐油性を有するエポキシ樹脂を用いる場合であっても、硬化後に硬いエポキシ樹脂がロータ外部へ放出することを抑制することができ、周辺部品の損傷あるいはオイル中への流出を抑制することができる。
【００３９】
（第１変形例）
図４は、端板４１の注入口４２の形状が異なる第１変形例の回転電機のロータを示している。この変形例では、注入口４２は、ロータコア側開口４３から回転軸方向に沿って直径ａ２の一様な円形状を有するコア側開口部４３ａと、外側開口４４から回転軸方向に沿って直径ｂ２の一様な円形状を有する外側開口部４４ａと、が連続することで段付き形状に形成される。したがって、この変形例においても、コア側開口部４３ａの開口面積Ａは外側開口部４４ａの開口面積Ｂよりも大きく、上記実施形態と同様、注入口４２内に収容された充填材Ｆの一部が、ロータ外部へ抜け落ちてしまうことを抑制することができる。の効果を奏する。
【００４０】
また、コア側開口部４３ａの軸方向幅ｈ１は外側開口部４４ａの軸方向幅ｈ２よりも大きい。これにより、硬化した充填材Ｆのコア側開口部４３ａの鍔部分の強度を高くすることができ、クラックの発生を抑制することができる。また、余分な充填材Ｆを収容するための空間を大きくすることが出来るため、端板４１の外側へ溢れてしまうことを効果的に抑制することができる。
【００４１】
（第２変形例）
図５は、端板４１の注入口４２の形状が異なる第２変形例の回転電機のロータを示している。この変形例では、第１変形例と同様に、注入口４２は、ロータコア側開口４３から回転軸方向に沿って直径ａ２の一様な円形状を有するコア側開口部４３ａと、外側開口４４から回転軸方向に沿って直径ｂ２´の一様な円形状を有する外側開口部４４ａと、が連続することで段付き形状に形成される。
【００４２】
一方、第２変形例では、外側開口部４４ａの直径ｂ２´が第１変形例のものよりも小さく設計されており、外側開口４４における開口面積Ｂは、磁石挿入孔２５と永久磁石３０との間に形成される注入溝２５ａの隙間面積Ｃ以下に形成されている。このため、注入口４２内に収容された余分な充填材Ｆが、仮にロータコア側の開口全面に広がらなかった場合であっても（盛り上がって硬化してしまった場合でも）、外側に抜け落ちてしまうことを抑制することができる。
【００４３】
（第３変形例）
図６は、端板４１の注入口４２の形状が異なる第３変形例の回転電機のロータを示している。この変形例の注入口４２では、外側開口部４４ａは、第１変形例と同様、外側開口４４から回転軸方向に沿って直径ｂ２の一様な円形状を有する一方、コア側開口部４３ａは、略周方向に沿って延びて直径ｂ２よりも長い幅寸法ａ３を有する長円形状に形成されて、段付き形状に形成される。
【００４４】
これにより、上記実施形態と同様、注入口４２内に収容された充填材Ｆの一部が、ロータ外部へ抜け落ちてしまうことを抑制することができる。また、注入口４２の外側開口まで埋める定圧充填の場合には、単純な円形状よりも樹脂充填量を削減することができる。
なお、この変形例では、長円形状のコア側開口部４３ａは、略周方向に沿って延出しているが、半径方向に沿って延出するようにしてもよい。
【００４５】
なお、本発明の回転電機のロータは、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜な変形、改良などが可能である。
本発明の端板４１のロータ側開口４３及び外側開口４４の形状は、ロータコア側開口４３における開口面積Ａが外側開口４４における開口面積Ｂよりも大きい構成であれば、上記実施形態の円形状や長円形状に限定されるものでなく、任意の形状に設計可能である。
また、充填材としては、本実施形態のエポキシ樹脂に限定されるものでなく、他の樹脂が適用されてもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１０  回転電機のロータ
２０  ロータコア
２１  電磁鋼板
２５  磁石挿入孔
３０  永久磁石
４１  端板
４２  注入口
４３  ロータコア側開口
４３ａ  コア側開口部
４４  外側開口
４４ａ  外側開口部
４５  テーパ部
Ｆ    充填材
【図１】
2014121179.tif 000003
【図２】
2014121179.tif 000004
【図３】
2014121179.tif 000005
【図４】
2014121179.tif 000006
【図５】
2014121179.tif 000007
【図６】
2014121179.tif 000008
【図７】
2014121179.tif 000009
【図８】
2014121179.tif 000010