(57)【要約】【課題】分割された磁石間の絶縁性を高めることで、渦電流損失を低減することができるロータを提供する。【解決手段】回転可能に軸支されるロータシャフト３１と、ロータシャフト３１の径方向外側にロータシャフト３１と一体に配置されるロータヨーク２１と、ロータヨーク２１を貫通する磁石挿入孔２２ａと、磁石挿入孔２２ａ内に設置される永久磁石４１と、を備えるロータ１１について、ロータヨーク２１を、軸方向に連続配置される複数のセグメントヨーク２２で構成し、永久磁石４１を、各セグメントヨーク２２の磁石挿入孔２２ａ内に収まる寸法に分割し、各永久磁石４１間に絶縁層４３を設定する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能に軸支されるロータシャフトと、
該ロータシャフトの径方向外側に該ロータシャフトと一体に配置されるロータヨークと、
該ロータヨークを貫通する磁石挿入孔と、
該磁石挿入孔内に設置される永久磁石と、
を備え、
該ロータヨークは、
該ロータシャフトの軸方向に沿って連続配置される複数のセグメントヨークで構成され、
該永久磁石は、
該セグメントヨークのそれぞれの磁石挿入孔内に収まる寸法に分割され、
該永久磁石間に絶縁層が設定された
ことを特徴とするロータ。
【請求項２】
前記絶縁層が、
前記永久磁石を前記磁石挿入孔内に固定する磁石固定手段と一体に形成された
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、
その軸方向寸法が、
前記セグメントヨークの軸方向寸法よりも短く設定された
ことを特徴とする請求項１、または請求項２に記載のロータ。
【請求項４】
前記ロータシャフトは、
前記セグメントヨーク毎に支持する複数のセグメントシャフトを備え、
該各セグメントシャフトを軸方向に連結することで構成される
ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のロータ。
【請求項５】
永久磁石を磁石挿入孔に挿入し、該磁石挿入孔の一端に隙間を形成する工程と、
各セグメントヨークについて、該永久磁石が配置された該磁石挿入孔内に磁石固定手段を注入し、該永久磁石を固定する工程と、
該各セグメントヨークをセグメントシャフトに設置する工程と、
該各セグメントシャフトを連結する工程と、
を備える
ことを特徴とするロータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石が固定された回転電機のロータ、およびロータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステータ（固定子）に複数のコイルが配置されるとともに、ロータ（回転子）に永久磁石を組込んだ回転電機では、永久磁石による渦電流損失を低減するために、永久磁石を複数に分割することが従来から行われている。しかしながら、磁石の分割数が増すと、部品点数が増大し、コストの高騰を招いてしまう。
そこで、特許文献１では、電動機用永久磁石を製造するに当たり、渦電流による損失・発熱を必要な割合で抑制できる磁石の分割数、および分割形状と、コストの高騰を抑制する手法とが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３-７０２１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、分割した永久磁石をロータヨークに組込む際に、ロータヨークスロット部に固定材を流し込み、固定材で永久磁石を固定する手法が知られている。
しかしながら、このような固定方法は、ロータヨークスロット部に固定材を流し込む際に、重ねられた磁石に圧力がかかる。このため、磁石同士が当接した状態で組立てられるので、磁石間の間隔が狭まり、絶縁抵抗が低くなり、渦電流損失が大きくなるおそれがある。
【０００５】
本発明は、前述の点に鑑みてなされたものであり、分割された磁石間の絶縁性を高めることで、渦電流損失を低減することができるロータ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】
【０００６】
前記の目的を達成するために、本発明に係るロータは、回転可能に軸支されるロータシャフトと、該ロータシャフトの径方向外側に該ロータシャフトと一体に配置されるロータヨークと、該ロータヨークを貫通する磁石挿入孔と、該磁石挿入孔内に設置される永久磁石と、を備え、該ロータヨークは、該ロータシャフトの軸方向に沿って連続配置される複数のセグメントヨークで構成され、該永久磁石は、該セグメントヨークのそれぞれの磁石挿入孔内に収まる寸法に分割され、該永久磁石間に絶縁層が設定されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、分割された磁石間の絶縁性を高めることで、渦電流損失を低減することができるロータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態に係る回転電機を示す断面図である。
【図２】図１におけるＡ部を示す要部拡大図である。
【図３】図２におけるIII-III線に沿った断面図である。
【図４】ロータ製造工程の中で、セグメントヨークを作成する工程を表した断面図である。
【図５】ロータ製造工程の中で、完成したセグメントヨークを表した断面図である。
【図６】ロータ製造工程の中で、セグメントロータを組立てる工程を表した断面図である。
【図７】ロータ製造工程の中で、ロータを組立てる工程を表した断面図である。
【図８】第１の別態様のセグメントヨークを示し、（ａ）は図３に対応する部位での断面図、（ｂ）はセグメントヨークを作成する工程を表した断面図である。
【図９】第２の別態様のセグメントヨークを示し、（ａ）は図３に対応する部位での断面図、（ｂ）はセグメントヨークを作成する工程を表した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明において、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図１は、本実施形態に係るロータ１１を含む回転電機１０１の全体構成を示す概略構成図（断面図）である。回転電機１０１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、外部から電力が供給された場合には、走行用モータとして機能し、回生制動時には、発電機として機能する。
なお、本願発明のロータ１１は、車両用の回転電機１０１に限らず、固定式のモータやその他用途のモータ、および発電機にも適用が可能である。
また、説明中の上下は、図示における上下を示すものであり、回転電機１０１を車両に組付けた状態での上下を示すものではない。
【００１０】
回転電機１０１は、図１に示すように、ケース１０２と、ステータ１０３と、ロータ１１と、を備えている。
ケース１０２は、両端が閉止された略円筒形状を備え、その内部に、円柱状の空間が形成されている。
ステータ１０３は、円筒形状を備え、筒内にロータ１１が配置される。また、ステータ１０３は、ステータコア１０４と、ステータコア１０４に装着されたコイル１０５とを備えている。
【００１１】
コイル１０５は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３つの位相について、導体１０６を集中巻きした３相コイルである。なお、本実施形態の各相のコイル１０５は、対応する複数のセグメントコイル１０７が互いに接続されることで形成されている。
各セグメントコイル１０７は、所定のスロットに導体１０６が挿入されつつ、ステータコア１０４に巻回されている。そして、同相のセグメントコイル１０７同士は、ステータコア１０４に対して軸方向の一方において、溶接等で接合されている。
なお、コイル１０５の構成は、適宜変更が可能である。たとえば、コイル１０５は、セグメントコイル１０７に限らず、分布巻きによる方法でステータコア１０４に装着しても構わない。
【００１２】
ロータ１１は、ケース１０２の軸心部に回転可能に軸支されている。そして、ロータ１１は、図２、図３に示すように、ロータヨーク２１と、ロータシャフト３１と、端面板１３と、を備えている。
なお、ロータシャフト３１について、説明の都合上、ケース１０２に軸支される部位の図示を省略している。
ロータヨーク２１は、軸方向に連続配置される複数のセグメントヨーク２２で構成されている。
セグメントヨーク２２は、円環形状を呈する薄板の鋼板からなるヨーク板２３を軸方向に複数枚積層することで、略円筒形状に形成されている。また、セグメントヨーク２２は、その筒内に、後述するセグメントシャフト３２が圧入、固定される。
そして、セグメントヨーク２２の筒内にセグメントシャフト３２が圧入されたものをセグメントロータ１２と称する。
【００１３】
ヨーク板２３には、図２、図３に示すように、板厚方向に貫通する板孔２３ａが開口している。
板孔２３ａは、ヨーク板２３の周方向に、所定の配置パターンで複数開口している。また、ヨーク板２３は、積層される際に、それぞれの板孔２３ａが重なり、軸方向に連通するように、周方向の位置合わせが行われる。
そして、軸方向に連通する板孔２３ａを磁石挿入孔２２ａと称する。
磁石挿入孔２２ａの孔内には、永久磁石４１と磁石固定手段４２とが配置される。
つまり、ロータヨーク２１は、ヨーク板２３が重ねられたものである。
なお、積層されるヨーク板２３の枚数は、磁石挿入孔２２ａの深さ寸法Ｌ２２（セグメントヨーク２２の軸方向寸法）に応じて適宜設定される（図３参照）。
【００１４】
永久磁石４１は、図３に示すように、その軸方向寸法Ｌ４１は、磁石挿入孔２２ａの深さ寸法Ｌ２２よりも僅かに短く設定されている。つまり、各セグメントヨーク２２の１つの磁石挿入孔２２ａに、１つの永久磁石４１が収容される。
磁石固定手段４２は、絶縁性を有する樹脂材からなり、永久磁石４１が挿入された磁石挿入孔２２ａに注入され、固化することで、永久磁石４１を磁石挿入孔２２ａに固定する。
また、永久磁石４１の軸方向寸法Ｌ４１と、磁石挿入孔２２ａの深さ寸法との寸法差Ｌ４３によって、磁石挿入孔２２ａに永久磁石４１が挿入された磁石挿入孔２２ａ内に隙間が形成される。そして、樹脂材は、隙間にも注入され、絶縁層４３を形成する。
つまり、磁石固定手段４２と絶縁層４３とは、共通の樹脂材によって、一体に形成されている。
絶縁層４３は、永久磁石４１の端面を覆い、磁石挿入孔２２ａ内に埋没させている。そして、絶縁層４３は、セグメントヨーク２２を重ねた際に、永久磁石４１間に配置される。
樹脂材としては、例えばエポキシ樹脂が用いられる。これによれば耐熱性も備わり好適である。
【００１５】
ロータシャフト３１は、図３に示すように、軸方向に複数のセグメントシャフト３２に分割可能に連結されている。なお、本実施形態のロータシャフト３１は、２つのセグメントシャフト３２に分割されている。
各セグメントシャフト３２は、互いに周方向に固定されつつ、軸方向に沿って連結可能に構成されている。
また、セグメントシャフト３２の中で、ロータシャフト３１の両端部を構成するものには、フランジ部３２ａが形成されている。
【００１６】
なお、本実施形態では、ロータシャフト３１がセグメントシャフト３２に２分割されているため、両セグメントシャフト３２にフランジ部３２ａが形成されている。
また、上方のセグメントシャフト３２には、その上端側にフランジ部３２ａが形成され、下方のセグメントシャフト３２には、その下端側にフランジ部３２ａが形成されている（図３参照）。
本実施形態とは別に、たとえば、ロータヨーク２１を３つのセグメントロータ１２に分割する場合、中間に位置するセグメントシャフト３２には、フランジ部３２ａを形成しない。
【００１７】
フランジ部３２ａは、該当するセグメントシャフト３２の端部外周部分から径方向外側に突出する円環形状の突起で構成されている。そして、フランジ部３２ａは、軸方向へ移動しようとするセグメントヨーク２２と係合し、セグメントヨーク２２の軸方向への移動を規制する。
端面板１３は、図３に示すように、最下方のセグメントヨーク２２と、セグメントシャフト３２のフランジ部３２ａとの間に配置される。
端面板１３は、露出する永久磁石４１の下端面４１ｂを隠すために配置され、各磁石挿入孔２２ａの一部分、または全部に重なる形状に設定されている。本実施形態では、端面板１３は、絶縁材からなる円環形状を備えた板状部材で構成されている。
【００１８】
次に、ロータヨーク２１の製造方法について説明する。
まず、セグメントヨーク２２を作成する。
はじめに、図４に示すように、規定された枚数のヨーク板２３を型枠２０１上で、軸方向に重ねる。ここでヨーク板２３を重ねる際に、ヨーク板２３に開口する板孔２３ａが一致するように、周方向の位置合わせを併せて行う。
次に、板孔２３ａが連続することで形成される磁石挿入孔２２ａに、永久磁石４１を挿入する。
【００１９】
そして、磁石挿入孔２２ａ内における永久磁石４１の周囲に形成される隙間に、樹脂材を注入、固化して、磁石固定手段４２を形成し、永久磁石４１を磁石挿入孔２２ａ内に固定する。
樹脂材が、固化したことを確認し、型枠２０１を取外す。
以上で、セグメントヨーク２２が完成する。
そして、同様の手順で、設定された数（本実施形態では２つ）のセグメントヨーク２２を作成する（図５参照）。
このように、各セグメントヨーク２２を、同一形状に形成することで、管理する部品点数を削減することができる。
【００２０】
なお、図４に示すように、樹脂材を磁石挿入孔２２ａに注入する際に、永久磁石４１の下端面は、型枠２０１の板面に密接している。このため、永久磁石４１の下端面４１ｂ側には、樹脂材が回り込まず、完成後のセグメントヨーク２２では、図５に示すように、永久磁石４１の下端面４１ｂが露出している。
また、寸法差Ｌ４３による隙間にも樹脂材が注入され、磁石固定手段４２と一体に絶縁層４３が形成されている。これによって、永久磁石４１の上端面４１ａ側は、磁石固定手段４２で覆われ、磁石挿入孔２２ａ内に没している。
【００２１】
次に、セグメントロータ１２を作成する。
図６に示すように、セグメントヨーク２２の筒内にセグメントシャフト３２を圧入する。
なお、圧入する際には、セグメントロータ１２をロータシャフト３１に組上げた状態で、それぞれの磁石挿入孔２２ａが軸方向に直列するように、周方向の位置合わせを併せて行う。
また、最下方に位置するセグメントロータ１２を組む際には、先に端面板１３をセグメントシャフト３２に組んでおく。そして、セグメントヨーク２２を下面側から圧入していき、端面板１３を介して、セグメントヨーク２２をフランジ部３２ａに付き当てる。
【００２２】
さらに、最上方に位置するセグメントロータ１２を組む際には、セグメントヨーク２２を上面側から圧入していき、フランジ部３２ａに付き当てる。
なお、永久磁石４１の上端面４１ａ側は、磁石固定手段４２で覆われているため、端面板１３は不要である。
以上で、セグメントロータ１２が完成する。
最後に、図７に示すように、セグメントロータ１２を構成するセグメントシャフト３２同士を所定の並びで連結し、ロータヨーク２１が完成する。
【００２３】
次に、本実施形態に係るロータ１１の作用効果について説明する。
図３に示すように、本実施形態では、ロータヨーク２１が、軸方向に連続配置される複数のセグメントヨーク２２で構成されている。また、永久磁石４１が、各セグメントヨーク２２の磁石挿入孔２２ａ内に収まる寸法に分割されている。そして、各永久磁石４１間に絶縁層４３が設定されている。
これによって、分割された永久磁石４１間の絶縁性が高まり、ロータ１１における渦電流損失を低減することができる。
【００２４】
本実施形態では、永久磁石４１の軸方向寸法Ｌ４１が、セグメントヨーク２２の軸方向寸法Ｌ２２よりも短く設定されている。
これによって、永久磁石４１を磁石挿入孔２２ａ内に挿入、設置した際に、磁石挿入孔２２ａ内における永久磁石４１の上部に隙間が形成される。そして、この隙間が絶縁層４３として機能することで、永久磁石４１間の絶縁性を高めることができる。
【００２５】
本実施形態では、樹脂材からなる磁石固定手段４２を磁石挿入孔２２ａに注入し、固化することで、永久磁石４１を磁石挿入孔２２ａ内に固定している。また、磁石固定手段４２を磁石挿入孔２２ａ内に注入することで、永久磁石４１上部の隙間に絶縁層４３を形成している。
つまり、絶縁層４３は、永久磁石４１を磁石挿入孔２２ａ内に固定する磁石固定手段４２と一体に形成されている。
これによって、一度の樹脂注入工程で、磁石固定手段４２の配置と、絶縁層４３の設置を行うことができる。
また、複数のセグメントヨーク２２に分割し、セグメントヨーク２２毎に樹脂を注入、固化する構成とすることで、単一のロータヨーク（図示せず）に樹脂を注入する形態よりも樹脂漏れ防止がし易く、容易に製造することができる。
【００２６】
本実施形態では、ロータシャフト３１が、各セグメントヨーク２２を支持する複数のセグメントシャフト３２を連結することで構成されている。
これによって、セグメントヨーク２２にロータシャフト３１を圧入する際の圧入距離を短くすることができる。
これによって、圧入部分の精度管理が容易になり、運用中におけるセグメントヨーク２２の周方向へのズレなどを防止することができる。
【００２７】
本実施形態では、永久磁石４１を磁石挿入孔２２ａに挿入し、磁石挿入孔２２ａの一端に隙間を形成する工程と、各セグメントヨーク２２について、永久磁石４１が配置された磁石挿入孔２２ａ内に磁石固定手段４２を注入し、永久磁石４１を固定する工程と、永久磁石４１が固定された各セグメントヨーク２２をセグメントシャフト３２に設置する工程と、セグメントヨーク２２が設置された各セグメントシャフト３２を連結する工程と、を経てロータ１１が製造されている。
このような工程を経てロータ１１を製造することで、分割された永久磁石４１間の絶縁性を高め、ロータ１１における渦電流損失を低減することができる。
【００２８】
なお、本実施形態では、各セグメントヨーク２２の１つの磁石挿入孔２２ａに、１つの永久磁石４１が収容される構成となっているが、このような構成に限定されるものではない。たとえば、磁石挿入孔２２ａ内に収まる形状であれば、１つの磁石挿入孔２２ａに、複数の永久磁石を収容する構成とすることも可能である。
また、本実施形態では、２つのセグメントヨーク２２でロータヨーク２１を構成しているが、このような構成に限定されるものではない。たとえば、各セグメントヨーク２２の軸方向寸法Ｌ２２をさらに短くし、これに合わせて、永久磁石４１の長さ寸法を磁石挿入孔２２ａ内に収まるように短くする。そして、軸方向に連続配置されるセグメントヨーク２２の数を増やし、軸方向に沿った永久磁石４１の数を増やす構成とすることも可能である。
このように、１つ１つの永久磁石４１を小さくし、数を増やすとともに、磁石間の絶縁を行うことで、渦電流損失をさらに低減することができる。
【００２９】
次に、本実施形態におけるセグメントヨーク２２の別態様について説明する。
第１の別態様のセグメントヨーク２２Ａは、図８（ａ）に示すように、端面板１３が一緒に固定されている。
このような態様のセグメントヨーク２２Ａを作成するには、図８（ｂ）に示すように、下側の型枠２０１の上に端面板１３を敷き、端面板１３の上にヨーク板２３を積層する。
そして、永久磁石４１が挿入された磁石挿入孔２２ａ内に樹脂を注入、固化し、磁石挿入孔２２ａ内に永久磁石４１を固定する際に、端面板１３も一緒に固定する。
このような態様とすることで、前述の実施形態で得られる作用効果に加えて、セグメントロータ１２を組立てる際の作業工程が簡素化され、端面板１３の組付け忘れ等を防止することができる。
【００３０】
次に、第２の別態様について説明する。
第２の別態様のセグメントヨーク２２Ｂは、図９（ａ）に示すように、永久磁石４１は、積層されたヨーク板２３の軸方向寸法と同様に設定されている。また、絶縁層４３は、セグメントヨーク２２Ｂの上方側端面上に形成されている。
このような態様のセグメントヨーク２２Ｂを作成するには、図９（ｂ）に示すように、上側の型枠を型枠２０１Ｂに変更する。
そして、最上方のヨーク板２３との間に所定の隙間ができるように、型枠２０１Ｂを設置する。
次に、永久磁石４１が挿入された磁石挿入孔２２ａ内に樹脂を注入、固化し、磁石挿入孔２２ａ内に永久磁石４１を固定する際に、端面板１３も一緒に固定する。
【００３１】
このような態様とすることで、磁石挿入孔２２ａの深さ寸法Ｌ２２（セグメントヨーク２２の軸方向寸法）と、永久磁石４１の軸方向寸法とを同一寸法に設定しても、セグメントヨーク２２Ｂに絶縁層４３を設定することができる。
これによって、様々な形態のセグメントヨーク２２Ｂを作成できるため、汎用性を高めることができる。
【符号の説明】
【００３２】
１１  ロータ
２１  ロータヨーク
２２  セグメントヨーク
２２ａ  磁石挿入孔
３１  ロータシャフト
３２  セグメントシャフト
４１  永久磁石
４２  磁石固定手段
４３  絶縁層
Ｌ２２  セグメントヨークの軸方向寸法
Ｌ４１  永久磁石の軸方向寸法
【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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