(57)【要約】【課題】  エンドプレートとコイルエンドとの絶縁性を確保する。【解決手段】  回転子１００は、ロータコア１０４と、ロータコア１０４を回転軸方向から挟むようにして設けられる円板状のエンドプレート１０２，１０６とを含む。エンドプレート１０２，１０６は、ロータコア１０４側の端面（１）の回転軸周りの外径が端面（２）の外径よりも大きくなるように形成される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子と固定子とを有する回転電機の回転子構造であって、前記回転子は、ロータコアと、前記ロータコアを回転軸方向から挟むようにして設けられる円板形状のエンドプレートとを含み、
前記エンドプレートは、前記ロータコア側の第１の端面の外径が第２の端面の外径よりも大きくなるように形成される、回転電機の回転子構造。
【請求項２】
前記回転子は、前記ロータコアの周方向に沿って形成される開口部に挿入される永久磁石をさらに含み、
前記エンドプレートは、前記第１の端面の外径が前記開口部の外周側の位置よりも大きくなるように形成される、請求項１に記載の回転電機の回転子構造。
【請求項３】
前記エンドプレートは、前記第２の端面の外径が前記開口部の外周側の位置よりも大きくなるように形成される、請求項２に記載の回転電機の回転子構造。
【請求項４】
前記固定子には、コイルが巻回され、
前記エンドプレートは、前記コイルのコイルエンドと予め定められた距離以上の距離を有するように形成される、請求項１〜３のいずれかに記載の回転電機の回転子構造。
【請求項５】
前記第１の端面と前記第２の端面との間は、前記外径寸法が緩やかに変化するように形成される、請求項１〜４のいずれかに記載の回転電機の回転子構造。
【請求項６】
前記エンドプレートの両端面と前記両端面間の外周面との接続部は、曲面で形成される、請求項１〜５のいずれかに記載の回転電機の回転子構造。
【請求項７】
前記ロータコアは、複数枚の電磁鋼板が積層されて形成される、請求項１〜６のいずれかに記載の回転電機の回転子構造。
【請求項８】
前記エンドプレートの外縁部に絶縁部材がを付着される、請求項１〜７のいずれかに記載の回転電機の回転子構造。
【請求項９】
前記コイルにおける前記エンドプレートと対向する位置に絶縁部材が付着される、請求項１〜８のいずれかに記載の回転電機の回転子構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機の回転子構造に関し、特に、ロータコアを回転軸方向からエンドプレートで挟むようにして形成される回転子の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ロータ（回転子）とステータ（固定子）とからなる回転電機において、ステータは、複数のスロットが形成されるステータコアと、スロット間に設けられるティースに巻着されたコイルとから構成される。また、ロータは、電磁鋼板が複数積層されたロータコアと、磁力を帯びた永久磁石と、回転軸となるシャフトとから構成される。そして、コイルに電力が供給されることにより、磁界が発生する。発生した磁界に基づいて、ロータとステータとの間に磁束の流れが形成されることにより、ロータは回転力を得る。ロータには、ロータコアに設けられる開口部に永久磁石が挿入される。エンドプレートがロータの回転軸方向からロータコアを挟むようにして設けられる。
【０００３】
このように構成される回転電機として、たとえば、特開２００３−１３４７０５号公報（特許文献１）は、永久磁石の端末から発生する磁束の短絡を防止しつつ、エンドプレートを磁性材料で構成する電動機の回転子構造を開示する。この電動機の回転子構造は、回転軸の外周側に、回転軸の軸方向に沿って複数の磁性材料が積層して構成されて回転軸とともに回転する回転子鉄心と、この回転子鉄心の回転軸の軸方向両側に配置されて、回転子鉄心を保持するエンドプレートとをそれぞれ設ける。そして、回転子鉄心およびエンドプレートには、回転軸の軸方向に沿って永久磁石が挿入される貫通孔が設けられる。永久磁石における回転軸の軸方向端面は、エンドプレートにおける同軸方向外側面とほぼ同一面とされる。
【０００４】
特許文献１に開示された電動機の回転子構造によると、永久磁石における回転軸の軸方向端面を、エンドプレートの同軸方向外側面とほぼ同一面としたので、エンドプレートを磁性材料としても、永久磁石の端末付近から発生する磁束は、エンドプレートを通って回転子外周の固定子側へ向かうことになる。したがって、磁束の短絡を防止することができる。磁束の短絡を防止しつつ、エンドプレートを磁性材料で構成できるので、材料費の高騰を防止することができる。
【特許文献１】特開２００３−１３４７０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ロータは、ステータに対向するように設けられるため、ロータの回転軸方向の両端部側に設けられるエンドプレートと、ステータに巻着されたコイルのコイルエンドとの距離が狭くなるという問題がある。回転電機の動作時において、コイルには、電力が供給されるため、エンドプレートとコイルエンドとの距離が十分確保されていないと、アーク放電が発生し、コイル側の絶縁被覆が放電により発生した熱で剥がれる可能性がある。特許文献１において開示された回転子構造において、エンドプレートは、コイルエンドとの距離について想定されていないため、上述のような問題が発生する可能性がある。
【０００６】
また、エンドプレートとコイルエンドとの距離を確保するためにエンドプレートを薄くしたり、エンドプレートの外径を小さくしたりすることも考えられるが、エンドプレートを薄くすると、エンドプレートの全体の強度が低下して、ロータコアを保持する力が低下する問題がある。また、エンドプレートの外径を小さくすると、ロータコアにおいて、エンドプレートから作用する保持力に偏りが生じて、特にロータコアが複数の電磁鋼板により構成される場合は、電磁鋼板が変形する可能性がある。
【０００７】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、エンドプレートとコイルエンドとの絶縁性を確保する回転電機の回転子構造を提供することである。本発明のさらなる目的は、ロータコアの保持力を確保する回転電機の回転子構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明に係る回転電機の回転子構造は、回転子と固定子とを有する回転電機の回転子構造である。回転子は、ロータコアと、ロータコアを回転軸方向から挟むようにして設けられる円板形状のエンドプレートとを含む。エンドプレートは、ロータコア側の第１の端面の外径が第２の端面の外径よりも大きくなるように形成される。
【０００９】
第１の発明によると、円板形状のエンドプレートにおいて、ロータコア側の第１の端面の外径が第２の端面の外径よりも大きくなるように形成されることにより、ロータの端部側において、エンドプレートの外径を小さくすることができる。これにより、エンドプレートと回転子に対向して設けられる固定子に巻着されたコイルエンドとの間の距離を拡大させることができる。そのため、たとえば、コイルエンドに対して絶縁性が損なわれない距離を有するようにエンドプレートを形成することにより、コイルとエンドプレートとの間における絶縁性を確保することができる。したがって、エンドプレートとコイルエンドとの絶縁性を確保する回転電機の回転子構造を提供することができる。
【００１０】
第２の発明に係る回転電機の回転子構造においては、第１の発明の構成に加えて、回転子は、ロータコアの周方向に沿って形成される開口部に挿入される永久磁石をさらに含む。エンドプレートは、第１の端面の外径が開口部の外周側の位置よりも大きくなるように形成される。
【００１１】
第２の発明によると、エンドプレートの第１の端面の外径は、ロータコアに設けられる開口部の外周側の位置よりも大きくなるように形成される。特にロータコアが複数の電磁鋼板で形成される場合において、エンドプレートは、ロータコアを挟み込むようにして回転軸に沿って圧縮方向に力を作用させてロータコアの形状を保持する。ロータコアを挟み込む際には、エンドプレートの外縁部よりも内周側には圧縮方向の力が作用するが、外周側には、圧縮方向の力が作用しない。そのため、エンドプレートの外径が小さいと、外周側の電磁鋼板が反り返るように変形する場合がある。電磁鋼板には、永久磁石を挿入する開口部が設けられるため、エンドプレートの外径をロータコアに設けられる開口部の外周側の位置よりも大きくなるように形成することにより、電磁鋼板において、開口部が形成される強度の弱い部分の変形を抑制して、ロータコアの端面に保持力を作用させることができる。したがって、ロータコアの保持力を確保する回転電機の回転子構造を提供することができる。
【００１２】
第３の発明に係る回転電機の回転子構造においては、第２の発明の構成に加えて、エンドプレートは、第２の端面の外径が開口部の外周側の位置よりも大きくなるように形成される。
【００１３】
第３の発明によると、エンドプレートの第２の端面の外径は、ロータコアに設けられる開口部の外周側の位置よりも大きくなるように形成される。ロータコアが複数の電磁鋼板で形成される場合において、エンドプレートは、ロータコアを挟み込むようにして回転軸に沿って圧縮方向に力を作用させてロータコアの形状および永久磁石を保持する。そのため、第２の端面の外径をロータコアに設けられる開口部の外周側の位置よりも大きくなるように形成することにより、少なくとも軸中心から開口部の外周側の位置までのエンドプレートの強度の低下を抑制して、ロータコアおよび永久磁石の保持力を維持することができる。
【００１４】
第４の発明に係る回転電機の回転子構造においては、第１〜３のいずれかの発明の構成に加えて、固定子には、コイルが巻回される。エンドプレートは、コイルのコイルエンドと予め定められた距離以上の距離を有するように形成される。
【００１５】
第４の発明によると、固定子に巻着されたコイルエンドと予め定められた距離以上の距離を有するようにエンドプレートを形成する。たとえば、コイルエンドに対して絶縁性が損なわれない距離を有するようにエンドプレートを形成することにより、コイルエンドとエンドプレートとの間における絶縁性を確保することができる。
【００１６】
第５の発明に係る回転電機の回転子構造においては、第１〜４のいずれかの発明の構成に加えて、第１の端面と第２の端面との間は、外径寸法が緩やかに変化するように形成される。
【００１７】
第５の発明によると、第１の端面と第２の端面との間を、外径寸法を緩やかに変化するように形成することにより、コイルエンドに対して絶縁性が損なわれない距離を確保しつつ、さらに、ロータコアを保持するために必要な強度を有するようにエンドプレートを形成することができる。
【００１８】
第６の発明に係る回転電機の回転子構造においては、第１〜５のいずれかの発明の構成に加えて、エンドプレートの両端面と両端面間の外周面との接続部は、曲面で形成される。
【００１９】
第６の発明によると、エンドプレートの両端面と両端面間の外周面との接続部は、曲面で形成される。エンドプレートの両端面と外周面との間に角部が形成されると、電力が供給されているコイル側から角部へと火花が発生する可能性がある。そのため、エンドプレートの接続部を曲面で形成することにより、火花の発生を抑制することができる。したがって、火花により発生する熱でコイル側の絶縁被覆が剥がれることを抑制することができる。
【００２０】
第７の発明に係る回転電機の回転子構造においては、第１〜６のいずれかの発明の構成に加えて、ロータコアは、複数枚の電磁鋼板が積層されて形成される。
【００２１】
第７の発明によると、本発明を複数枚の電磁鋼板が積層されて形成されるロータコアに適用することにより、エンドプレートとコイルエンドとの間の距離を絶縁性が損なわれないように確保しつつ、電磁鋼板が変形することなくロータコアの保持力を確保することができる。
【００２２】
第８の発明に係る回転電機の回転子構造においては、第１〜７のいずれかの発明の構成に加えて、エンドプレートの外縁部に絶縁部材が付着される。
【００２３】
第８の発明によると、エンドプレートの外縁部に絶縁部材が付着されることにより、エンドプレートとコイルエンドとの間の絶縁性を向上させることができる。
【００２４】
第９の発明に係る回転電機の回転子構造においては、第１〜８のいずれかの発明の構成に加えて、コイルにおけるエンドプレートと対向する位置に絶縁部材が付着される。
【００２５】
第９の発明によると、コイルにおけるエンドプレートと対向する位置に絶縁部材が付着されることにより、エンドプレートとコイルエンドとの間の絶縁性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る回転電機の回転子構造について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
【００２７】
本実施の形態に係る回転電機は、回転子と固定子とから構成される。図１に示すように、本実施の形態に係る回転子１００は、シャフト１０８と、ロータコア１０４と、エンドプレート１０２，１０６と、永久磁石１１０とから構成される。
【００２８】
本実施の形態において、ロータコア１０４は、複数枚の電磁鋼板が積層されて形成されるが特にこれに限定されるものではない。永久磁石１１０は、ロータコア１０４の周方向に沿って形成される開口部に挿入される。エンドプレート１０２，１０６は、円板形状を有し、ロータコア１０４をシャフト１０８の軸方向から挟むようにして設けられる。エンドプレート１０２，１０６は、たとえば、アルミニウム合金で形成されるが、材質は非磁性体であれば、特にこれに限定されるものではない。エンドプレート１０２，１０６は、締結等により回転軸に沿って圧縮する方向にロータコア１０４の形状を保持する力を作用させる。
【００２９】
永久磁石１１０は、ロータコア１０４とエンドプレート１０２，１０６とのうち少なくともいずれか一方に接着剤で固定される。たとえば、接着剤が塗布された永久磁石１１０を開口部に挿入した後、加熱することにより接着剤を硬化させて、永久磁石１１０は、ロータコア１０４またはエンドプレート１０２，１０６に固定される。なお、永久磁石１１０の固定方法については、接着剤による固定に特に限定されるものではない。
【００３０】
本発明は、エンドプレート１０２，１０６において、ロータコア１０４側の端面の回転軸周りの外径が、他方の端面の外径よりも大きくなるように形成される点に特徴を有する。以下の説明では、本実施の形態におけるエンドプレート１０２の形状について説明するが、エンドプレート１０６は、エンドプレート１０２と同じ形状を有する。したがって、その詳細な説明は繰り返さない。
【００３１】
図２に示すように、固定子２００には、コイルが巻回されコイルエンド２０２が形成される。エンドプレート１０２におけるロータコア１０４側の端面（１）１１２の回転軸周りの外径は、端面（２）１１４の外径よりも大きい。端面（１）１１２の外径は、少なくとも永久磁石１１０が挿入される開口部の外周側の位置１２２よりも大きければ特に限定されるものではない。本実施の形態において、端面（１）１１２の外径は、ロータコア１０４の外径と同じ寸法になるように形成される。
【００３２】
端面（１）１１２および端面（２）１１４間においては、固定子２００に巻回されたコイルのコイルエンド２０２と予め定められた距離以上を確保できる形状であれば特に限定されるものではないが、本実施の形態においては、たとえば、両端面間において、その外径寸法が緩やかに変化するようにして曲面が形成される。具体的には、エンドプレート１０２は、端面（１）１１２の外縁と端面（２）１１４の外縁とを直線的に結んで形成される円錐形状を有する。なお、エンドプレート１０６は、端面（１）１１２の外縁と端面（２）１１４の外縁とを、たとえば、円弧状に結んで形成される形状を有するようにしてもよい。
【００３３】
なお、「予め定められた距離」とは、固定子２００のコイルエンド２０２とエンドプレート１０２との間において、絶縁性が損なわれない距離であれば、特に限定されるものではない。「予め定められた距離」は、たとえば、回転電機に付与される電力、回転電機が使用される環境および他の部品との位置関係等に基づいて設定される。また、エンドプレート１０２においては、端面（１）１１２および端面（２）１１４のぞれぞれと両端面間の外周面との接続部１１８，１２０が曲面で形成される。
【００３４】
以上のような構造に基づく、本実施の形態に係る回転電機の回転子構造の作用について説明する。
【００３５】
エンドプレート１０２において、ロータコア１０４側の端面（１）１１２の外径は、端面（２）１１４の外径よりも大きくなるように形成される。すなわち、ロータ１００の端部側においては、エンドプレート１０２の回転軸周りの外径が小さくなる。そのため、点線のように形成されるエンドプレートの場合、コイルエンド２０２との距離が縮小するのに対して、エンドプレート１０２とコイルエンド２０２との距離は拡大する。したがって、エンドプレート１０２は、コイルエンド２０２に対して予め定められた距離以上の距離を有する。
【００３６】
また、エンドプレートの端面（１）１１２の外径は、ロータコア１０４に設けられる開口部の外周側の位置よりも大きくなるように形成される。エンドプレート１０２，１０６によりロータコア１０４を挟み込む際には、エンドプレート１０２の外縁部よりも内周側には圧縮方向の力が作用するが、外周側には、圧縮方向の力が作用しない。そのため、エンドプレート１０２の外径が小さいと、外周側の電磁鋼板が反り返るように変形する場合がある。電磁鋼板には、開口部が設けられるため、エンドプレート１０２の端面（１）１１２の外径をロータコア１０４に設けられる開口部の外周側の位置よりも大きくなるように形成することにより、電磁鋼板において、開口部が形成される強度の弱い部分の変形を抑制する。
【００３７】
以上のようにして、本実施の形態に係る回転電機の回転子構造によると、円板状のエンドプレートにおいて、ロータコア側の端面（１）の外径が端面（２）の外径よりも大きくなるように形成されることにより、ロータの端部側において、エンドプレートの外径を小さくすることができる。これにより、エンドプレートと回転子に対向して設けられる固定子に巻着されたコイルエンドとの間の距離を拡大させることができる。そのため、コイルエンドに対して絶縁性が損なわれない予め定められた距離以上の距離を有するようにエンドプレートを形成することにより、コイルとエンドプレートとの間における絶縁性を確保することができる。したがって、エンドプレートとコイルエンドとの絶縁性を確保する回転電機の回転子構造を提供することができる。
【００３８】
また、エンドプレートの端面（１）の外径をロータコアに設けられる開口部の外周側の位置よりも大きくなるように形成することにより、電磁鋼板において、開口部が形成される強度の弱い部分の変形を抑制して、ロータコアの端面に保持力を作用させることができる。したがって、ロータコアの保持力を確保する回転電機の回転子構造を提供することができる。
【００３９】
さらに、端面（１）と端面（２）との間を、外径寸法を緩やかに変化するように形成することにより、コイルエンドに対して絶縁性が損なわれない距離を確保しつつ、さらに、ロータコアを保持するために必要な強度を有するようにエンドプレートを形成することができる。
【００４０】
そして、エンドプレートの両端面と両端面間の外周面との接続部は、曲面で形成される。エンドプレートの両端面と外周面との接続部に角部が形成されると、コイル側から角部へと火花が発生する可能性がある。そのため、エンドプレートの接続部を曲面で形成することにより、火花の発生を抑制することができる。したがって、火花により発生する熱でコイル側の絶縁被覆が剥がれることを抑制することができる。
【００４１】
好ましくは、少なくともエンドプレートの外縁部に絶縁部材が付着されることが望ましい。このようにすると、エンドプレートとコイルエンドとの間の絶縁性を向上させることができる。たとえば、エンドプレートに対して、アルマイト処理やカチオン塗装などの絶縁塗装を施すことにより、エンドプレートの外縁部に絶縁部材を付着させることができる。
【００４２】
さらに好ましくは、コイルにおけるエンドプレートと対向する位置に絶縁部材が付着されることが望ましい。このようにしても、エンドプレートとコイルエンドとの間の絶縁性を向上させることができる。たとえば、コイル側のエンドプレートと対向する位置に絶縁紙を設けるようにすることにより、エンドプレートとコイルエンドとの間の絶縁性を向上させることができる。
【００４３】
さらに好ましくは、エンドプレートの端面（１）の外径に加えて、端面（２）の外径がロータコア１０４の開口部の外周側の位置よりも大きくなるように形成されることが望ましい。このようにすると、少なくとも軸中心から開口部の外周側の位置までのエンドプレートの強度の低下を抑制して、ロータコアおよび永久磁石の保持力を維持することができる。
【００４４】
今回開示された実施の形態はすべ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。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本実施の形態に係る回転電機の回転子の構成を示す図である。
【図２】図１の点線で囲まれた領域を拡大した図である。
【符号の説明】
【００４６】
１００  回転子、１０２，１０６  エンドプレート、１０８  シャフト、１１０  永久磁石、２００  固定子、２０２  コイルエンド。
【図１】
2006197696.tif 000003
【図２】
2006197696.tif 000004