(57)【要約】【課題】永久磁石とロータとの絶縁性を確保するとともに、永久磁石の膨張収縮による封止材の劣化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】複数の円形の鋼板１０ａ，１０ａ…が積層されたロータコア１０と、ロータコア１０の軸中心に配設された回転シャフト１２と、ロータコア１０の軸方向に貫通したスロット１３，１３…と、スロット１３に埋設された永久磁石１４と、を備え、永久磁石１４の表面には、絶縁性を有した不織布１５が覆われており、不織布１５とスロット１３との間に封止材１６が配置されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の円形の鋼板が積層されたロータコアと、前記ロータコアの軸中心に配設された回転シャフトと、前記ロータコアの軸方向に貫通したスロットと、前記スロットに埋設された永久磁石と、を備えた回転電機のロータであって、
前記永久磁石の表面には、絶縁性を有した不織布が覆われており、前記不織布と前記スロットとの間に封止材が配置されていることを特徴とする回転電機のロータ。
【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係り、特に、磁石埋め込み型のＩＰＭ(Interior Permanent Magnet)モータのロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の回転電機のロータは、例えば、図８（ａ）に示されるように、複数の円形の鋼板２０ａが積層されたロータコア２０を備えている。ロータコア２０の軸中心には、回転シャフトが配置され、その周りには、ロータコア２０の軸方向に貫通したスロット２３が形成されている。スロット２３には永久磁石２４が配置され、永久磁石２４は、エポキシ樹脂等からなる封止材２５によりスロット２３内に埋設されている。さらに、ロータコア２０の両端面にそれぞれ金属製の円形のエンドプレート２６，２６が固着されて構成されている。この他にも、特許文献１には、このような回転電機のロータとして、ロータコアに形成されたスロット内の磁石を接着剤（封止材）で磁石を固定した回転電機のロータが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−２２８７５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、図８（ａ）に示される回転電機では、ロータコア２０の両端面にエンドプレート２６，２６が必要であり、構成が複雑となる。仮に、図８（ｂ）に示すように、エンドプレート２６，２６を省略すると、永久磁石２４を封止するための封止材２５の線膨張係数を、永久磁石２４やロータコア２０を構成する鋼板に合わせることが困難であるため、封止材２５に亀裂２７が発生し、これが飛散することがある。さらに、特許文献１に記載のロータでは、封止材の材料によりヒートサイクル耐性を向上させるものであるが、環境、使用条件等によっては、固定性能が低下してしまうおそれがあった。
【０００５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、永久磁石とロータとの絶縁性を確保するとともに、永久磁石の膨張収縮による封止材の劣化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】
【０００６】
前記目的を達成すべく、本発明に係る回転電機のロータは、複数の円形の鋼板が積層されたロータコアと、前記ロータコアの軸中心に配設された回転シャフトと、前記ロータコアの軸方向に貫通したスロットと、前記スロットに埋設された永久磁石と、を備えた回転電機のロータであって、前記永久磁石の表面には、絶縁性を有した不織布が覆われており、前記不織布と前記スロットとの間に封止材が配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、永久磁石には、絶縁性の不織布が覆われており、不織布とスロットとの間に封止材が配置されているので、永久磁石とスロットとの間の絶縁性が不織布により保たれる。さらに、永久磁石の膨張収縮を不織布がその厚さ方向に変形することにより緩和（緩衝）し、封止材に亀裂が発生することを抑制できる。また、封止材の劣化を防止することができる。このため、回転電機の安定性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係る回転電機のロータの一実施形態を示す斜視図である。
【図２】（ａ）は図１に示す回転電機のロータの平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ部の拡大断面図である。
【図３】図２（ａ）のＡ−Ａ線に沿う要部断面図である。
【図４】図２（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う要部断面図である。
【図５】（ａ）は永久磁石と、永久磁石を覆う不織布の展開図、（ｂ）は不織布で覆った永久磁石をロータのスロット内に挿入する状態の斜視図である。
【図６】永久磁石を覆う不織布の変形例の展開図である。
【図７】ロータのスロット内に埋設された永久磁石の動作を示す要部断面図である。
【図８】（ａ）は従来の回転電機のロータの要部を示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）のエンドプレートがない状態で亀裂が発生した縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明に係る回転電機のロータの一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る回転電機のロータの斜視図、図２（ａ）は、図１に示す回転電機のロータの平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ部の拡大断面図、図３は、図２（ａ）のＡ−Ａ線に沿う要部断面図、図４は、図２（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う要部断面図である。
【００１０】
図１〜４に示すＩＰＭモータ用ロータ１（以下、ロータ１という）は、回転電機のロータであり、複数の円形の電磁鋼板などの鋼板１０ａ，１０ａ…が積層され、これらがかしめ等で連結固定されることでロータコア１０が形成されている。ロータコア１０の軸中心には平面視で円形の回転シャフト用スロット１１が貫通して開設され、このスロット１１に回転シャフト１２が挿入され配設されている。ロータコア１０の外周部には、回転シャフト１２の軸方向に沿って永久磁石１４用のスロット１３，１３…が貫通して開設され、各スロット１３には、永久磁石１４が挿入されている。各永久磁石１４は絶縁性の不織布１５で覆われ、封止材１６によりスロット１３内に埋設されている。
【００１１】
本実施形態では、各スロット１３は平面視で矩形であり、隣接する２つのスロット１３，１３が平面視で略Ｖ字状に開設され、平面視で矩形の２つの永久磁石１４，１４が挿入されて１つの磁極を構成している。ロータコア１０には、全体で１６個のスロット１３，１３…に、１６個の永久磁石１４，１４…が挿入されて、合わせて８つの磁極がロータコア１０の外周部に形成されている。各スロット１３に対して、各永久磁石１４は僅かに小形に形成され、挿入しやすい形状となっている。
【００１２】
具体的には、図３、図４に示すように、永久磁石１４は縦幅Ｌ１、横幅Ｗ１、高さＨ１に形成され、スロット１３は縦Ｌ２、横Ｗ２、高さＨ２に形成され、それぞれ永久磁石１４の縦Ｌ１、横Ｗ１、高さＨ１より大きく形成されている。このため、スロット１３と永久磁石１４との間には、縦方向で（Ｌ２−Ｌ１）の隙間が形成され、横方向には（Ｗ２−Ｗ１）の隙間が形成され、高さ方向には（Ｈ２−Ｈ１）の隙間が形成されている。
【００１３】
永久磁石１４の表面は、絶縁性の不織布１５で覆われており、この不織布１５が、縦方向の隙間、横方向の隙間および高さ方向の隙間に配置される。なお、不織布１５は、この配置状態において、厚さ方向に弾性変形自在である。不織布１５の材料としては、絶縁性を有した樹脂等を挙げることができる。
【００１４】
具体的には、永久磁石１４は、長手方向に直角な断面形状が矩形であり、全体として縦長の直方体に形成されており、図５に示すように、不織布１５は直方体の６面、すなわち上下面１５ａ，１５ｂ、幅の狭い縦面１５ｃ，１５ｄおよび幅の広い縦面１５ｅ，１５ｆの６面を覆うような形状に形成されている。
【００１５】
このような不織布は、図６に示すような形状の不織布１５Ａでもよい。この形状の不織布１５Ａは、幅の広い縦面１５ｅの下方に下面１５ｂが連結され、さらに下方に幅の広い縦面１５ｆが連結されている。このような不織布１５Ａで覆うことにより、その覆われた永久磁石１４をスロット１３に挿入する際に、縦面１５ｅ，１５ｆが連結された下端の下面１５ｂ側から、スロット１３に挿入することにより、不織布１５Ａにしわが発生し難い。
【００１６】
不織布１５とスロット１３との間には、封止材１６が配置されている。すなわち、スロット１３と永久磁石１４との間の隙間には封止材１６が充填され、スロット１３の内部に、不織布１５で覆われた永久磁石１４が封止材１６で固定される。封止材１６としては、例えばエポキシ樹脂が用いられており、各永久磁石１４はスロット１３内に封止材１６で固定されている。なお、封止材１６は、エポキシ樹脂に限られるものでなく、他の樹脂を用いてもよい。
【００１７】
スロット１３と永久磁石１４との間の隙間に封止材１６を注入して充填する際に、永久磁石１４の上下左右の封止材１６の厚さが均等になるようにすることが好ましい。具体的には、図３において、スロット１３の縦寸法Ｌ２の中心に対して、永久磁石１４の縦寸法Ｌ１の中心が一致するように永久磁石１４を位置させ、スロット１３の高さ寸法Ｈ２の中心に永久磁石１４の高さ寸法Ｈ１の中心が合うようにして封止材１６を充填する。この場合、永久磁石１４の下方の封止材１６の厚さＨ３と、永久磁石１４の上方の封止材１６の厚さＨ４とは等しくなる。
【００１８】
また、図４において、スロット１３の横寸法Ｗ２の中心に永久磁石１４の横寸法Ｗ１の中心が合うようにして封止材１６を充填する。なお、不織布１５が、この配置状態において、厚さ方向に弾性変形自在であることから、不織布１５には封止材１６が完全に含浸されない。このようにして、スロット１３の内部空間の中央位置に永久磁石１４を位置させてスロット１３と不織布１５で覆われた永久磁石１４との隙間に封止材１６を注入して充填することで、封止材１６の縦方向の厚さ、横方向の厚さ、及び高さ方向の厚さを均等にすることができる。
【００１９】
永久磁石１４としては、希土類金属を含有する磁石が用いられている。希土類磁石としては、ネオジウム磁石、サマリウムコバルト磁石等の永久磁石を用いることが好ましい。なお、永久磁石１４は希土類金属を含有する磁石に限られるものでなく、フェライト磁石、アルニコ磁石等、適宜の磁石を用いてもよい。
【００２０】
このように、本実施形態の回転電機のロータ１は、複数の円形の鋼板１０ａが積層されたロータコア１０と、ロータコア１０の軸中心に配設された回転シャフト１２と、ロータコア１０の軸方向に貫通したスロット１３，１３…と、各スロット１３に埋設された永久磁石１４と、を備えている。そして、各永久磁石１４の表面のうち、スロット１３を形成する形成面と対向する対向面は、絶縁性の不織布１５で覆われており、さらに、永久磁石１４の両側の端面も不織布１５で覆われている。不織布１５とスロット１３との間には、封止材１６が配置されている。
【００２１】
前記の如く構成された本実施形態の回転電機のロータ１の製造方法およびその作用について以下に説明する。前記したように、本実施形態のロータ１は、複数の円形の鋼板１０ａ，１０ａ…が積層されたロータコア１０を備えており、ロータコア１０の軸中心に貫通して形成したスロット１３に回転シャフト１２を配設する。そして、ロータコア１０の軸方向に貫通した複数のスロット１３，１３…に、複数の永久磁石１４，１４…を挿入して埋設している。
【００２２】
永久磁石１４をスロット１３に挿入する際に、直方体の永久磁石１４の６面を、不織布１５で覆った状態で包み、スロット１３内に長手方向に沿って挿入する。直方体の永久磁石１４の６面を不織布１５で覆うことにより、永久磁石１４の表面のうちスロット１３を形成する形成面と対向する対向面は、不織布１５で覆われた状態となる。これにより、永久磁石１４は絶縁性の不織布１５で覆われるため、永久磁石１４と鋼板１０ａで形成されたロータコア１０との間の絶縁が保たれる。
【００２３】
このあと、永久磁石１４を覆う不織布１５の周囲のスロット１３内に封止材１６を注入して充填する。これにより、不織布１５とスロット１３との間に封止材１６が配置され、スロット１３内に不織布１５で覆われた永久磁石１４が封止材１６で固定される。エポキシ樹脂等からなる封止材１６が完全に含浸することがなく、不織布１５の内部に空気が含まれるため、不織布１５は、厚さ方向に圧縮変形自在である。
【００２４】
スロット１３と永久磁石１４との間に不織布１５を配置することで、永久磁石１４と封止材１６との線膨張差を、空気を含む不織布１５が緩和するため、封止材１６の亀裂や破損を防止することができる。すなわち、永久磁石１４、封止材１６が膨張、収縮して応力が発生しても、不織布１５の層が応力を緩和するため、封止材１６の亀裂の発生を抑制することができる。これにより、本実施形態によるロータ１は、図８（ａ）に示すようなエンドプレートを、ロータコア１０の両側に配置しなくてもよい。
【００２５】
本実施形態では、永久磁石１４の高さをＨ１、永久磁石１４の線膨張係数をλｍ、使用温度の上下限をΔＴ、封止材１６の線膨張係数をλｓ、永久磁石１４の端面から封止材１６の端面までの封止材１６の厚さＨ４、封止材１６の破断歪みε、封止材１６の弾性率ｇ、ロータコア１０の積厚Ｈ２、不織布１５の厚さＬｆ、不織布１５の圧縮歪みＥ、不織布１５の圧縮弾性率Ｇとしたとき、以下の関係式を満たす（図７参照）。なお、以下に示すΔは、そのパラメータにおける変位量または変化量を示す。
【００２６】
永久磁石１４の最大変位量ΔＨ１＝Ｈ１×ΔＴ×λｍ
封止材１６の最大変位量ΔＨ２＝Ｈ２×ΔＴ×λｓ
従って、封止材１６が破壊しない場合はＨ４×ε≧ΔＨ１−ΔＨ２
封止材１６が破壊しないための不織布１５の厚さＬｆ≧（Ｈ４×ε）／Ｅ
但し、Ｈ４×ε×ｇ＞Ｌｆ×Ｅ×Ｇ
【００２７】
このように、永久磁石１４の高さＨ１、永久磁石１４の表面から封止材１６の端面までの封止材１６の厚さＨ４、ロータコア１０の積厚Ｈ２、不織布１５の厚さＬｆ等を設定することで、永久磁石１４、封止材１６が膨張、収縮しても、不織布１５が緩和することで、封止材１６に亀裂が発生しないようにすることができる。
【００２８】
また、想定される温度変化ΔＴに対応して、永久磁石１４、封止材１６が膨張、収縮しても、永久磁石１４の表面が、絶縁性の不織布１５に覆われているため、不織布１５とスロット１３との間に配置された封止材１６に亀裂が発生しない。このため、ロータコア１０の上下端面に、封止材１６に亀裂が発生したときの破片の飛散を防止するためのエンドプレートを固定する必要がなく、ロータコア１０の軽量化を図ることができる。
【００２９】
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
【００３０】
例えば、絶縁性の不織布が、直方体の永久磁石１４の６面を覆うように構成した例を示したが、直方体の６面全面を覆う必要はなく、３〜６面を覆うように構成してもよい。直方体の永久磁石１４の３面を不織布１５で覆う場合は、上下面の一方、幅の狭い縦側面の一方、幅の広い縦側面の一方を覆うことが好ましい。また、永久磁石１４は高さ方向の寸法が大きいので、不織布１５を上下面１５ａ，１５ｂを有するとともに、幅の狭い縦面１５ｃ，１５ｄの一方および幅の広い縦面１５ｅ，１５ｆの一方の合計４面で構成してもよい。
【００３１】
本実施形態では、不織布１５の例を示したが、弾性率の低いもの、すなわち、厚さ方向に圧縮変形自在であれば、シリコーン樹脂等の低弾性率の樹脂を用いてもよい。これにより、永久磁石１４や封止材１６の膨張、収縮により封止材１６に加わる応力を緩和することができ、封止材１６の亀裂の発生を抑えることができる。
【符号の説明】
【００３２】
１：回転電機のロータ、１０：ロータコア、１０ａ：鋼板、１１：回転シャフト用スロット、１２：回転シャフト、１３：永久磁石用のスロット、１４：永久磁石、１５，１５Ａ：不織布、１６：封止材
【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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