(57)【要約】【課題】回転電機ロータにおいて、軽量化を図りながら磁石を埋め込む樹脂の費用を抑制することである。【解決手段】回転電機ロータ１０は、磁石２２，２４，２６が挿入されて樹脂２８，３０，３２が充填される磁石挿入孔１６，１８，２０と、軽量化のために設けられ樹脂が充填されない軽量化用孔４２，４８と、軽量化用孔４２，４８と磁石挿入孔１６，１８の間の磁性体のブリッジ部５０，５２であって、回転電機が回転したときの遠心力で破断して軽量化用孔４２，４８と磁石挿入孔１６，１８の間が接続されるブリッジ部５０，５２と、を有するロータコアを含む。【選択図】図２
2015154686.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁石が挿入されて樹脂が充填される磁石挿入孔と、
軽量化のために設けられ樹脂が充填されない軽量化用孔と、
軽量化用孔と磁石挿入孔の間の磁性体ブリッジ部であって、回転電機が回転したときの遠心力で破断して軽量化用孔と磁石挿入孔の間が接続されるブリッジ部と、
を有するロータコアを含むことを特徴とする回転電機ロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機ロータに係り、特に磁石挿入孔を有する回転電機ロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機のロータとして、磁石挿入孔に磁石を埋め込んで磁極を形成するＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  ｍａｇｎｅｔ  Ｍｏｔｏｒ）が用いられる。磁石挿入孔は、磁性体材料で構成されるロータコアに開けられた孔であるので、磁石を埋め込むための孔としての機能の他に、ロータコアにおける磁束をながれを規制して所望のリラクタンス特性を得るようにし、また、大きい形状にしてロータの軽量化を図ることができる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ロータコアの周方向に沿ってＶ字形に配置される１組の磁石で磁極を形成する回転電機ロータにおいて、磁石挿入孔が略３角形の外周部と磁石形状に即した矩形形状の中間部と外周部よりも大きい断面積を有する内周部で構成され、樹脂モールドによって磁石が磁石挿入孔の内部に保持される構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−０３４４３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
磁石を埋め込むのに必要な大きさよりも磁石挿入孔を大きくすることでロータの軽量化を図ることができるが、その分、磁石挿入孔に充填される樹脂の量が多くなり、樹脂費用が多くなる。
【０００６】
本発明の目的は、軽量化を図りながら樹脂費用を抑制できる回転電機ロータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る回転電機ロータは、磁石が挿入されて樹脂が充填される磁石挿入孔と、軽量化のために設けられ樹脂が充填されない軽量化用孔と、軽量化用孔と磁石挿入孔の間の磁性体ブリッジ部であって、回転電機が回転したときの遠心力で破断して軽量化用孔と磁石挿入孔の間が接続されるブリッジ部と、を有するロータコアを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
上記構成の回転電機ロータによれば、磁石挿入孔と軽量化用孔とは、回転電機が回転したときの遠心力で破断して軽量化用孔と磁石挿入孔の間が接続されるブリッジ部で隔てられる。これにより、磁石挿入孔に樹脂を充填しても軽量化用孔に樹脂が回り込まないので、ロータの軽量化を図りながら樹脂費用を抑制できる。
【０００９】
磁石挿入孔と軽量化用孔の間は磁性体のブリッジ部で隔てられれいるので、そのままでは磁石挿入孔と軽量化用孔の間の磁性体に磁束が流れ、回転電機の特性に影響する。上記構成によれば、樹脂充填の後で回転電機が回転すると、それによって生じる遠心力で磁石挿入孔と軽量化用孔の間のブリッジ部が破断する。これにより、磁石挿入孔と軽量化用孔の間の磁性体に磁束が流れることを遮断でき、回転電機の特性を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る実施の形態における回転電機ロータの断面図である。
【図２】図１における１つの磁極の拡大図である。図２（ａ）は１つの磁極についての全体図、図２（ｂ）は（ａ）におけるＢの拡大図である。
【図３】本発明に係る実施の形態の回転電機ロータにおいて、回転電機が回転したことによって生じる遠心力によりブリッジ部が破断したときの断面図である。図３（ａ）は１つの磁極についての全体図、図３（ｂ）は（ａ）におけるＢの拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。以下に述べる寸法、大きさ、形状、個数等、材質、磁極数等は、説明のための例示であって、回転電機ロータの仕様等により、適宜変更が可能である。また、以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１２】
図１は、車両に搭載される回転電機に用いられる回転電機ロータ１０の断面図である。以下では、回転電機ロータ１０を特に断らない限り、ロータ１０と呼ぶ。
【００１３】
このロータ１０では、ロータに軽量化を図りながら樹脂費用を抑制するために、磁石挿入孔の他に軽量化用孔を設け、その間を磁性体のブリッジ部で隔てる。この状態で、磁石挿入孔に樹脂を充填し、軽量化孔には樹脂が充填されない構造とし、樹脂充填後に回転電機が回転するときの遠心力を利用してブリッジ部を破断し、ブリッジ部を流れようとする磁束を遮断する。したがって、回転電機の回転による遠心力が加わる前と後とで構造が異なる。以下では、回転電機の回転による遠心力が加えられる前のものをロータ１０とし、遠心力が加わってブリッジ部が破断した構造のものをロータ１１とする。図１，２はロータ１０を示し、図３はロータ１１を示す。
【００１４】
ロータ１０が用いられる回転電機は、車両が力行するときは電動機として機能し、車両が制動時にあるときは発電機として機能するモータ・ジェネレータで、三相同期型回転電機である。回転電機は、図１に示されるロータ１０と、ロータ１０の外周側に所定の隙間を隔てて配置されて巻線コイルが巻回される円環状のステータとで構成される。図１ではステータの図示を省略した。
【００１５】
ロータ１０は８つの磁極Ｐを有し、図２は、そのうちの１つの磁極についての拡大図である。各図には座標軸の方向として軸方向Ｚ、径方向Ｒ、周方向θを示した。Ｒ方向は内径側から外形側に向かう方向を＋Ｒとした。各図はＲθ平面に平行な断面図で、軸方向ＺはこのＲθ平面に垂直な方向である。図２の（ａ）は図１の断面図の１つの磁極についての詳細図で、（ｂ）は（ａ）におけるＢの拡大図である。
【００１６】
ロータ１０は、回転軸１２と、ロータコア１４を備える。ロータコア１４は、複数の磁石挿入孔１６，１８，２０と、各磁石挿入孔１６，１８，２０にそれぞれ配置される磁石２２，２４，２６と、磁路形成用孔３４，３６と、軽量化用孔４２，４８と、磁石挿入孔１６，１８，２０に磁石２２，２４，２６を固定するための樹脂２８，３０，３２を含んで構成される。ロータ１０が回転電機に用いられるときには、ロータコア１４と一体化された回転軸１２の軸方向の両端が軸受によって回転自在に支持され、図示されていないステータと協働してロータコア１４と共に回転軸１２が回転する。このように、回転電機においては、回転軸１２がトルクを出力する出力軸となる。
【００１７】
ロータコア１４は、所定枚数の磁性体材料の薄板を積層した積層体である。積層体に用いられる磁性体材料の薄板は、回転軸１２の外形を通す中心穴、複数の磁石を挿入するための磁石挿入孔、軽量化のための軽量化用孔、磁路を形成するための磁路形成孔等を含んで、磁性体の薄板シートを打ち抜き加工等で所定の形状に成形された円環状の磁性体薄板である。積層の際に、中心穴、複数の孔は、積層方向である軸方向に沿って貫通するように位置決めが行われる。かかる磁性体薄板としては、電磁鋼板を用いることができる。
【００１８】
ロータコア１４に形成された複数の孔は、隣接する他の孔と磁性体材料で隔てられている。この隣接する孔の間を隔てる磁性体材料の部分をブリッジ部と呼ぶと、ブリッジ部の幅寸法を適切に設定することで、回転電機が回転するときに生じる遠心力で破断しないようにでき、逆に、遠心力によって破断するようにもできる。軽量化用孔とこれに隣接する磁石挿入孔との間のブリッジ部は、遠心力によって破断するようにその幅寸法が設定される。遠心力によって破断するブリッジ部については、図３を用いて後述する。図３にロータ１０が回転したときに生じる遠心力Ｆを示した。
【００１９】
なお、ロータコア１４を磁性体薄板の積層体とするのは、ロータコア１４に生じ得る渦電流を抑制するためで、所定の形状に成形される前の磁性体薄板のシート体の両面には、絶縁コート等の絶縁処理が施される。これによって、積層された各磁性体薄板の間は、電気的に絶縁され、外部変動磁界により発生し得る渦電流を小さなループに分割し、渦電流損失を抑制することができる。
【００２０】
磁石挿入孔１６，１８，２０は、ロータコア１４に所定の配置で複数配置され、ロータ１０の磁極を形成する磁石２２，２４，２６を埋め込んで配置するために軸方向に沿って貫通する貫通孔である。図２に示すように、１つの磁極Ｐにおいては、ほぼ径方向に沿って外周側から内周側に延びる磁石挿入孔１６，１８と、磁石挿入孔１６，１８の間に配置され、ほぼ周方向に沿って延びる磁石挿入孔２０が設けられて、全体として略三角形の配置となっている。
【００２１】
磁石挿入孔１６，１８，２０は、磁石２２，２４，２６を収容するために磁石２２，２４，２６の形状に基づく略矩形形状を有する。磁石挿入孔１６，１８，２０は、断面図において、磁石２２，２４，２６の幅寸法よりやや大きめの孔幅を有し、長手方向には磁石２２，２４，２６の両端部からさらに延びた長さを有する。磁石２２，２４，２６の両端部からさらに延びた端部は、ロータコア１４において磁束の流れを規制するための形状に設定され、また、充填される樹脂の注入口として用いられる。
【００２２】
磁石挿入孔１６，１８は、それぞれほぼ径方向に沿って延び、互いに所定の傾斜角度をなして略Ｖ字形に配置される。磁石挿入孔１６，１８は、磁極において径方向に延びる中心線に対し対称形に配置される。
【００２３】
磁路形成用孔３４，３６は、磁石挿入孔２０の両端部の外側に隣接して設けられ、ロータコア１４において磁束の流れを規制するための形状に設定される。磁路形成用孔３４，３６は、磁石挿入孔１６，１８，２０よりも小さな断面積を有する。磁路形成用孔３４，３６と磁石挿入孔２０の間は、磁性材料で構成されるブリッジ部で隔てられるが、このブリッジ部は、回転電機が回転したときの遠心力Ｆでは破断しない幅寸法に設定される。
【００２４】
軽量化用孔４２，４８は、磁石挿入孔１６，１８の内径側の端部に隣接して設けられ、ロータ１０の軽量化のための貫通孔である。軽量化用孔４２，４８の断面積は、軽量化のために好ましい大きさに設定することができる。図２の例では、軽量化用孔４２，４８はほぼ正方形の形状で、その断面積は磁石挿入孔１６，１８，２０よりやや小さめとなっているが、これは一例であり、他の形状、断面積であっても構わない。
【００２５】
ブリッジ部５０，５２は、磁石挿入孔１６，１８の内径側端部とこれに隣接する軽量化用孔４２，４８との間の磁性体部分である。ブリッジ部５０は、磁石挿入孔１６とこれに隣接する軽量化用孔４２との間を隔てるもので、樹脂２８を磁石挿入孔１６に充填したときに、その樹脂２８が軽量化用孔４２に流れ込まないようにする樹脂遮断部の機能を有する。同様に、ブリッジ部５２は、磁石挿入孔１８とこれに隣接する軽量化用孔４８との間を隔てるもので、樹脂３０を磁石挿入孔１８に充填したときに、その樹脂３０が軽量化用孔４８に流れ込まないようにする樹脂遮断部の機能を有する。
【００２６】
ブリッジ部５０，５２の幅は、他のブリッジ部に比べ細く、所定の大きさ以上の遠心力Ｆが加わると破断する幅寸法に設定される。ブリッジ部５０，５２の幅寸法は、磁石挿入孔１６とこれに隣接する軽量化用孔４２との間の最短距離で示すことができる。一例を挙げると、回転電機においてロータ１０が約２０００回転／ｍｉｎ以上の回転数となるときにブリッジ部５０，５２が破断するように、ブリッジ部５０，５２の幅寸法が設定される。
【００２７】
磁石２２，２４，２６は、磁石挿入孔１６，１８，２０にそれぞれ配置され、ロータ１０の磁極を形成する磁石である。１つの磁極では、３つの磁石挿入孔１６，１８，２０が略三角形に配置されているので、これに対応して、３つの磁石２２，２４，２６も略三角形に配置される。磁石２２，２４，２６は、略矩形形状の断面を有する細長い棒状の磁石である。磁石２２，２４，２６の棒状の長さは、それぞれロータコア１４の軸方向の全長よりやや短く設定される。磁石２２，２４，２６は、ロータコア１４の軸方向に沿って貫通する磁石挿入孔１６，１８，２０にそれぞれ挿入される。
【００２８】
３つの磁石２２，２４，２６は、図示されていないステータに向かい合う外周側の面の極性が共にＮ極またはＳ極である。隣接する磁極の間ではその極性が互いに逆になる。例えば、図２（ａ）の磁極は、ロータコア１４の外周側を向く面の極性がＮ極であるので、これに隣接する磁極の３つの磁石は、ロータコア１４の外周側を向く面の極性がＳ極となるように配置される。
【００２９】
かかる磁石２２，２４、２６の材質としては、ネオジムと鉄とホウ素を主成分とするネオジム磁石、サマリウムとコバルトを主成分とするサマリウムコバルト磁石等の希土類磁石が用いられる。これ以外にフェライト磁石、アルニコ磁石等を用いてもよい。
【００３０】
樹脂２８，３０，３２は、磁石挿入孔１６，１８，２０にそれぞれ挿入された磁石２２，２４，２６を固定して埋め込むために用いられる充填樹脂である。樹脂２８は、磁石挿入孔１６に充填されるが、磁石挿入孔１６に隣接する軽量化用孔４２には充填されない。同様に、樹脂３０は、磁石挿入孔１８に充填されるが、磁石挿入孔１８に隣接する軽量化用孔４８には充填されない。樹脂３２は、磁石挿入孔２０に充填されるが、磁石挿入孔２０に隣接する磁路形成用孔３４，３６には充填されない。かかる樹脂２８，３０，３２としては、成形性と耐熱性に優れた熱硬化樹脂が用いられる。熱硬化樹脂としては、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂等を用いることができる。
【００３１】
樹脂２８，３０，３２の充填作業には、適当なディスペンサが用いられる。磁路形成用孔３４，３６は磁石挿入孔２０とは独立しているので、ディスペンサの滴下ノズルを磁路形成用孔３４，３６に向けないことで樹脂３２の充填を行わないようにできる。磁石挿入孔１６に樹脂２８を充填するには、磁石２２の長手方向の両端部の貫通空間のいずれかにディスペンサの滴下ノズルを向けて行われる。このときに軽量化用孔４２に樹脂２８が回り込まないのは、ブリッジ部５０が樹脂遮断部としての機能を有するからである。同様に、磁石挿入孔１８に樹脂３０を充填するには、磁石２４の長手方向の両端部の貫通空間のいずれかにディスペンサの滴下ノズルを向けて行われる。このときに軽量化用孔４８に樹脂３０が回り込まないのは、ブリッジ部５２が樹脂遮断部としての機能を有するからである。
【００３２】
このように磁石挿入孔１６，１８とこれに隣接する軽量化用孔４２，４８の間にブリッジ部５０，５２を設けることで、磁石挿入孔１６，１８に樹脂２８，３０を充填しても軽量化用孔４２，４８に樹脂２８，３０が回り込まないようにできる。ブリッジ部５０，５２は磁性体の部分であるので、磁束が通ることができる。つまり、樹脂遮断のためにブリッジ部５０，５２を設けると、ブリッジ部５０，５２に磁束が流れ、ロータ１０の磁気特性が変化し、回転電機として所望の出力特性が達成できないことが生じ得る。
【００３３】
そこで、ロータ１０が組み込まれた回転電機を回転させ、その回転によって生じる遠心力Ｆによってブリッジ部５０，５２を破断すれば、ブリッジ部５０，５２に流れようとする磁束を遮断できる。
【００３４】
ブリッジ部５０，５２の幅は、回転電機が回転したときに生じる遠心力Ｆで破断する寸法に設定され、幅寸法が小さいほど、小さい遠心力Ｆでブリッジ部５０，５２は破断する。例えば、回転電機の回転数とそれによってブリッジ部５０，５２に加えられる遠心力Ｆの大きさとの関係を求めておく。また、遠心力Ｆが加わったときのブリッジ部５０，５２に発生する応力の大きさをブリッジ部５０，５２の幅寸法に関連付けて求めておく。これらの関係に基づいて、回転電機の回転数とその回転数の下の遠心力Ｆで破断するブリッジ部５０，５２の幅寸法が求められる。例えば、回転電機が２０００回転数／ｍｉｎのときに破断するブリッジ部５０，５２の細幅の寸法を求めることができ、逆に、ブリッジ部５０，５２の幅寸法を与えて、ブリッジ部５０，５２が破断する回転電機の回転数／ｍｉｎを求めることができる。
【００３５】
図３は、回転電機の回転によって生じる遠心力Ｆによってブリッジ部５０，５２が破断し、磁石挿入孔１６，１８とこれに隣接する軽量化用孔４２，４８が接続部５１，５３で接続されたロータ１１を示す図である。図３（ａ）は図２（ａ）に対応し、図３（ｂ）は図２（ｂ）に対応する。
【００３６】
ブリッジ部５０，５２の幅寸法の設定を適切に行うことで、回転電機が回転するときに発生する遠心力Ｆでブリッジ部５０，５２を破断し、磁石挿入孔１６，１８と軽量化用孔４２，４８を接続部５１，５３で接続することができる。破断によって形成された接続部５１，５３は磁性体がない部分で、接続部５１，５３によってブリッジ部５０，５２に流れようとする磁束を遮断できる。このように接続部５１，５３は磁束遮断部としての機能を有する。これによって、樹脂遮断部としてのブリッジ部５０，５２を設けても、樹脂充填が終わり樹脂が硬化した後にブリッジ部５０，５２を破断して接続部５１，５３を形成し、ブリッジ部５０，５２に流れようとする磁束を遮断することができる。このようにして、軽量化を図りながら樹脂費用を抑制できるロータ１０を得ることができる。
【符号の説明】
【００３７】
１０，１１  （回転電機）ロータ、１２  回転軸、１４  ロータコア、１６，１８，２０  磁石挿入孔、２２，２４，２６  磁石、２８，３０，３２  樹脂、３４，３６  磁路形成用孔、４２，４８  軽量化用孔、５０，５２  ブリッジ部、５１，５３  接続部。
【図１】
2015154686.tif 000003
【図２】
2015154686.tif 000004
【図３】
2015154686.tif 000005