(57)【要約】【課題】ロータコアの外周部における軸方向寸法の拡大を防ぎ、所望の出力を確保することができる永久磁石式回転電機の回転子、及びこれを備えた永久磁石式回転電機を提供すること。【解決手段】回転子１は、複数の磁性鋼板３０を積層してなるロータコア３と、ロータコア３に対して回転軸の軸方向に貫通形成された複数の磁石収容孔３２に埋め込まれた複数の永久磁石５とを有している。複数の磁石収容孔３２は、隣合う一対の磁石収容孔３２が外周縁３１に向かって広がるように配されており、ロータコア３の回転軸の軸方向両端には、それぞれエンドプレート２が配されている。エンドプレート２は、回転軸の径方向における磁石収容孔３２の内周側端部３２２とロータコア３の外周縁３１との間に、ロータコア３と反対側に向かって形成された立設部２１を備えている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の磁性鋼板を積層してなるロータコアと、該ロータコアに対して回転軸の軸方向に貫通形成された複数の磁石収容孔に埋め込まれた複数の永久磁石とを有する永久磁石式回転電機の回転子であって、
上記複数の磁石収容孔は、隣合う一対の上記磁石収容孔が外周縁に向かって広がるように配されており、
上記ロータコアの回転軸の軸方向両端には、それぞれエンドプレートが配されており、  該エンドプレートは、上記回転軸の径方向における上記磁石収容孔の内周側端部と上記ロータコアの外周縁との間に、上記ロータコアと反対側に向かって形成された立設部を備えていることを特徴とする永久磁石式回転電機の回転子。
【請求項２】
請求項１に記載の永久磁石式回転電機の回転子において、上記磁性鋼板のうち少なくとも一枚は、上記磁石収容孔の外周側端部と外周縁とを連通する連通部を備えていることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の永久磁石式回転電機の回転子において、上記立設部が上記回転軸を中心とする円周に沿って環状に形成されていることを特徴とする永久磁石式回転電機の回転子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の永久磁石式回転電機の回転子において、上記一対のエンドプレートと上記ロータコアとは、これらを上記回転軸の軸方向に貫通する締結部材によって軸方向両端から挟持されており、上記立設部の突出高さは、上記締結部材の頭部の高さ以下であることを特徴とする永久磁石式回転電機の回転子。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の永久磁石式回転電機の回転子と、該回転子の外周に配された固定子とを備えてなることを特徴とする永久磁石式回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の磁性鋼板を積層してなるロータコアと該ロータコアに対して軸方向に埋め込まれた複数の永久磁石とを有する永久磁石式回転電機の回転子、及びこれを備えた永久磁石式回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石式回転電機の回転子は、一般に、複数の磁性鋼板を積層してなるロータコアと該ロータコアに対して軸方向に埋め込まれた複数の永久磁石とからなる。それゆえ、ロータコアには、永久磁石を埋め込むための磁石収容孔を軸方向に設けてなる。そして、ロータコアを構成する複数の磁性鋼板には、磁石収容孔を形成するための磁石配置用貫通部が複数個所に形成されている。この磁石配置用貫通部が軸方向に重なるように複数の磁性鋼板を積層することで、磁石収容孔を複数備えたロータコアが得られる。ロータコアの軸方向両端にはそれぞれエンドプレートが配され、ロータコアとエンドプレートとを貫通する固定部材によって固定される（特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００３】
特許文献１には、固定部材であるリベットを挿通するリベット穴と、リベット穴を囲む円周上に形成された凸部と、凸部の内周側に形成され部分的にロータコアと接触しない浮き部とを備えたエンドプレートによって、ロータコアを均一に圧縮する構造が提案されている。
また、特許文献２には、ロータコア及びエンドプレートを金属製の円筒部材の内側に嵌入保持することで、固定部材を廃止する構造が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２０６３４２号公報
【特許文献２】特開平６−１５３４２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、複数の磁性鋼板を積層してなるロータコアを備えた永久磁石式回転電機においては、次のような問題が生じるおそれがある。
ロータコアを構成する複数の磁性鋼板のそれぞれは、肉厚が薄く強度が低いため、変形が生じやすい。これにより、磁性鋼板の外周側が厚み方向に反り変形しやすくなるおそれがある。特に、磁性鋼板をプレスによって打ち抜いて所望の形状とする場合等において、磁性鋼板が厚み方向に反るおそれが充分に考えられる。
しかも、磁性鋼板には、ロータコアの磁石収容孔を構成する磁石配置用貫通部が形成されている。そのため、磁性鋼板は、この周囲において剛性が低くなりやすく、厚み方向により反り変形しやすい。
【０００６】
このように外周側が反った状態の磁性鋼板を積層してロータコアを形成すると、ロータコアの軸方向の寸法が設計値より大きくなってしまう。そうすると、回転子の永久磁石から出る磁束のうち固定子の磁極へ影響を与える磁束の割合が減ってしまうなどの不具合が生じ、その結果、所望の出力が得られなくなってしまうおそれがある。また、複数の磁性鋼板の間において、その反り変形の大きさや形状がまちまちとなると、隣り合う磁性鋼板の間に隙間が生じることにより、ロータコア全体としての透磁率が低下することによって所望の出力が得られなくなるというおそれも考えられる。
【０００７】
また、ロータコアは、上述のごとく、複数の磁性鋼板を積層方向の両端から挟持するエンドプレートを備えるが、反り変形が生じた複数の磁性鋼板を一対のエンドプレートによって矯正するためにはエンドプレートの板厚を増大するなどして、複数の磁性鋼板の反力に抗する剛性を得る必要がある。これにより、エンドプレートの重量及び材料費が増大することとなる。
【０００８】
特許文献１に記載の回転子は、エンドプレートに凸部を設けているが、リベット孔の周囲に形成されており、固定部材による押圧力をエンドプレートを介して効率よく、磁性鋼板に伝達することができる。その一方で、凸部の位置はリベット孔の位置により決まるため、エンドプレートの剛性向上効果は局所的なものになりやすく、磁性鋼板の反り変形を抑えるために必要な強度を得にくい。特に永久磁石式回転電機において、反り変形が起こりやすい磁石収容孔とリベット孔が離れている場合には、反り変形を抑えるために必要な強度がさらに得られにくくなる。
【０００９】
特許文献２に記載の回転子は、永久磁石を保持するための金属管を有している。しかし、ロータコアの内部に永久磁石を埋め込んだ構成において金属管は不要であり、これをあえて設けることは、部品点数の増加、回転子の重量増加につながり好ましくない。
【００１０】
また、金属管を用いて、上述した永久磁石を内側に埋設した回転子を構成した場合、金属管に複数の磁性鋼板を嵌入する際に、磁性鋼板の反り変形を助長するおそれがある。また、エンドプレートにおいても金属管に嵌入固定される。このとき、エンドプレートと金属管との間の摩擦力によって、エンドプレートが保持されるため、固定部材を用いた場合に比べ、エンドプレートの押圧力が低くなりやすく、磁性鋼板を充分な押圧力で押圧することができない場合がある。また、金属管の端部を内側に折り曲げ、エンドプレートを押える場合には、金属管の肉厚を大きくする必要があり、回転子における重量及び材料費が増大することとなる。
【００１１】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、ロータコアの外周部における軸方向寸法の拡大を防ぎ、所望の出力を確保することができる永久磁石式回転電機の回転子、及びこれを備えた永久磁石式回転電機を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様は、複数の磁性鋼板を積層してなるロータコアと、該ロータコアに対して回転軸の軸方向に貫通形成された複数の磁石収容孔に埋め込まれた複数の永久磁石とを有する永久磁石式回転電機の回転子であって、
上記複数の磁石収容孔は、隣合う一対の上記磁石収容孔が外周縁に向かって広がるように配されており、
上記ロータコアの回転軸の軸方向両端には、それぞれエンドプレートが配されており、  該エンドプレートは、上記回転軸の径方向における上記磁石収容孔の内周側端部と上記ロータコアの外周縁との間に、上記ロータコアと反対側に向かって形成された立設部を備えていることを特徴とする永久磁石式回転電機の回転子にある（請求項１）。
【００１３】
本発明の他の態様は、上記回転子と、該回転子の外周に配された固定子とを備えてなることを特徴とする永久磁石式回転電機にある（請求項５）。
【発明の効果】
【００１４】
上記永久磁石式回転電機の回転子において、上記エンドプレートは、その径方向における上記磁石収容孔の内周側端部と上記ロータコアの外周縁との間に、上記ロータコアと反対側に向かって立設した上記立設部を備えている。さらに、上記立設部は、少なくともその径方向における上記磁石収容孔の内周側端部と上記ロータコアの外周縁との間に立設している。
【００１５】
そのため、上記磁性鋼板において反り変形の生じやすい上記磁石収容孔周辺における上記エンドプレートの剛性を向上することができる。これにより、各磁性鋼板の外周側が厚み方向に反っていても、これらを積層して上記ロータコアを構成し、上記エンドプレートによって抑え、積層方向に広がることを防ぐことができる。つまり、ロータコアの外周部における軸方向寸法が大きくなることを防ぐことができる。
その結果、上記永久磁石から出る磁束のうち固定子の磁極へ影響を与える磁束の割合が減ることを防ぎ、永久磁石式回転電機の所望の出力を確保することができる。
【００１６】
以上のごとく、本発明によれば、ロータコアの外周部における軸方向寸法の拡大を防ぎ、所望の出力を確保することができる永久磁石式回転電機の回転子、及びこれを備えた永久磁石式回転電機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施例１における、永久磁石式回転電機を示す説明図。
【図２】実施例１における、回転子を示す説明図。
【図３】図２における、Ａ−Ａ線矢視断面図。
【図４】実施例１における、ロータコアを示す説明図。
【図５】実施例１における、磁性鋼板を示す説明図。
【図６】実施例２における、回転子を示す説明図。
【図７】図６における、Ｂ−Ｂ線矢視断面図。
【図８】実施例３における、立設部を断続的に形成したエンドプレートを備えた回転子を示す説明図。
【図９】実施例３における、立設部を多角形状に形成したエンドプレートを備えた回転子を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
上記永久磁石式回転電機の回転子において、上記磁性鋼板のうち少なくとも一枚は、上記磁石収容孔の外周側端部と外周縁とを連通する連通部を備えていてもよい（請求項２）。外周縁における磁束漏れを防ぐために、上記磁石収容孔が上記連通部を備えている場合、上記磁石収容孔周辺の剛性が低下しやすく、上記磁性鋼板に反り変形がより生じやすくなる。上述のごとく、優れた強度を備えたエンドプレートを用いて、上記磁性鋼板の反り変形を効果的に抑えることにより、上記磁石収容孔が上記連通部を備えている場合においても、上記ロータコアが軸線方向に大きくなることを確実に防止することができる。
【００１９】
また、上記エンドプレートには、上記立設部が上記回転軸を中心とする円周に沿って環状に形成されていてもよい（請求項３）。この場合には、上記立設部が円周に沿って連続して形成されるため、上記エンドプレートの剛性を効果的に向上することができる。
【００２０】
また、上記一対のエンドプレートと上記ロータコアとは、これらを上記回転軸の軸方向に貫通する締結部材によって軸方向両端から挟持されており、上記立設部の突出高さは、上記締結部材の頭部の高さ以下であってもよい（請求項４）。この場合には、上記立設部が上記締結部材の頭部よりも軸方向における外側に飛び出さない。したがって、上記立設部を設けても上記回転子が軸方向に大きくなることを防止することができる。
【実施例】
【００２１】
（実施例１）
実施例にかかる永久磁石式回転電機の回転子、及びこれを備えた永久磁石式回転電機について、図１〜図５を用いて説明する。
本例の永久磁石式回転電機１０は、図１に示すごとく、回転子１を備えている。回転子１は、図２〜図４に示すごとく、複数の磁性鋼板３０を積層してなるロータコア３と、ロータコア３に対して回転軸の軸方向に貫通形成された複数の磁石収容孔３２に埋め込まれた複数の永久磁石５とを有している。複数の磁石収容孔３２は、隣合う一対の磁石収容孔３２が外周縁３１に向かって広がるように配されており、ロータコア３の回転軸の軸方向両端には、それぞれエンドプレート２が配されている。エンドプレート２は、回転軸の径方向における磁石収容孔３２の内周側端部３２２とロータコア３の外周縁３１との間に、ロータコア３と反対側に向かって形成された立設部２１を備えている。
【００２２】
以下、本例の永久磁石式回転電機１０の回転子１、及び永久磁石式回転電機１０についてさらに詳細に説明する。
図１に示すごとく、本例の永久磁石式回転電機１０は、回転子１とその外周に配された固定子１００とを備えてなる。
【００２３】
固定子１００は、環状のステータコア１０１と、該ステータコア１０１の内周に複数配列されたティース１０２間のスロットに施されたコイル１０３とを備えている。
なお、本例の永久磁石式回転電機１０は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両に搭載される。
【００２４】
図１〜図４に示すごとく、回転子１は、複数の磁性鋼板３０を積層してなるロータコア３と該ロータコア３に対して軸方向に埋め込まれた複数の永久磁石５と、ロータコア３の軸方向両端にそれぞれ配されたエンドプレート２とを有している。
【００２５】
図５に示すごとく、複数の磁性鋼板３０は、略円板形状をなしており、複数の磁石収容孔３２と回転軸を挿通配置する軸孔３４とを有する。磁石収容孔３２は、略矩形形状をなしており、磁石収容孔３２の外周側端部３２３と外周縁３１とを連通する連通部３２１を有している。一対の磁石収容孔３２は、周方向に互いの内周側端部３２２を近接すると共に、外周へ向かうにつれて互いに離れるように配置されている。
【００２６】
また、磁性鋼板３０は、互いに周方向に近接する一対の磁石収容孔３２における内周側端部３２２の間に形成されたブリッジ部３５と、ブリッジ部３５よりも外周側の部分であって一対の磁石収容孔３２の間に形成された半島部３６とを有している。
また、磁性鋼板３０におけるブリッジ部３５から径方向内周側へずれた位置には、厚み方向に貫通した固定孔３３を形成してある。
【００２７】
複数の磁性鋼板３０を積層してなるロータコア３は、図１〜図４に示すごとく、略円柱状をなしており、積層方向から見た形状は磁性鋼板の形状と同一である。
図４に示すごとく、ロータコア３の複数の磁石収容孔３２には、永久磁石５がそれぞれ埋設されている。各永久磁石５は、軸方向から見た形状が略長方形であり、その長辺部分の面が磁極面となっている。また、永久磁石５は、軸方向長さがロータコア３の軸方向長さと同等でかつ一体に形成された直方体をなしている。そして、隣り合う一対の永久磁石５によって一つの磁極を構成するように配置されている。
【００２８】
つまり、互いの内周側端部３２２を近接させて配置された一対の永久磁石５同士は、同じ磁極（Ｎ極又はＳ極）の磁極面を外周側に向けて配置してある。この対の永久磁石５（磁石対５０）が、複数対、ロータコア３の周方向に配置されている。また、複数の磁石対５０は、外周側の磁極が交互にＮ極とＳ極となるように配置されている。また、これら複数の磁石対５０は、等間隔で周状に配列されている。
【００２９】
ロータコア３に設けられた磁石収容孔３２は、図４に示すごとく、外周側に開放した連通部３２１を有している。これにより、永久磁石５から出る磁束がロータコア３内において永久磁石５の周囲を回って短絡すること（磁束漏洩）を防ぐことができる。特に、本例においては、ロータコア３を構成するすべての磁性鋼板３０が、磁石収容孔３２を外周側に開放している。つまり、すべての磁性鋼板３０が外周側に開放している。
【００３０】
図３に示すごとく、ロータコア３の軸方向両端部に、エンドプレート２をそれぞれ配してある。
エンドプレート２は、図３及び図４に示すごとく、略円板状をなしており、その外径は、磁性鋼板３０の外径と略同一に設定してある。また、エンドプレート２は、ステンレス鋼板をプレス成型することによって製造されている。エンドプレート２の外周縁部２３にはロータコア３と反対側に向かって立設した立設部２１が形成されている。立設部２１は、エンドプレート２の外周縁部２３の全周から立設しており、円環状をなしている。
【００３１】
本例においては、エンドプレート２の外周縁部２３がロータコア３の外周縁３１と一致している。したがって、立設部２１が、外周縁３１を軸方向から押える状態にある。
また、エンドプレート２には、ロータコア３の軸孔３４と固定孔３３とにそれぞれ対応した位置に、プレート軸穴２４及びプレート固定孔２５を備えている。
【００３２】
一対のエンドプレート２とロータコア３とは、これらを軸方向に貫通する締結部材６によって軸方向両端から挟持されている。本例においては、締結部材６としてリベットを用いた。締結部材６は、一対のエンドプレート２に対して軸方向外側の外側主面２２に係合する一対の頭部６１を備えている。エンドプレート２の外側主面２２に対する立設部２１の突出高さは、エンドプレート２の外側主面２２に対する頭部６１の突出高さ以下に設定してある。
【００３３】
リベット（締結部材６）は、複数の磁性鋼板３０及び一対のエンドプレート２を積層方向に貫通すると共に積層方向の両端から挟持している。すなわち、リベットは、複数の磁性鋼板３０における固定孔３３と一対のエンドプレート２におけるプレート固定孔２５とを貫通している。そして、図３に示すごとく、リベットの頭部６１を一方のエンドプレート３の外側主面２２に係合させ、リベットの軸部６２の先端部を潰すと共に押し広げて、他方のエンドプレート３の外側主面２２に係合させている
【００３４】
尚、本例においては、エンドプレート２の材料にステンレス鋼板を用いたがこれに限るものではない。但し、磁性鋼板３０の反り変形を抑えるために十分な剛性を得ることができ、かつ磁束の漏洩を防止するために磁性鋼板３０よりも透磁率が低い材料であることが好ましい。また、エンドプレート２は、本例に示すプレス加工以外の種々の成形方法によって製造することができる。
【００３５】
次に本例の作用効果について説明する。
永久磁石式回転電機１０の回転子１において、エンドプレート２は、その径方向における磁石収容孔３２の内周側端部３２２とロータコア３の外周縁３１との間に、ロータコア３と反対側に向かって立設した立設部２１を備えている。そのため、磁性鋼板３０において反り変形の生じやすい磁石収容孔３２周辺におけるエンドプレート２の剛性を向上することができる。。これにより、各磁性鋼板３０の外周側が厚み方向に反っていても、これらをエンドプレート２によって抑え、積層方向に広がることを防ぐことができる。つまり、ロータコア３の外周部における軸方向寸法が大きくなることを防ぐことができる。
その結果、永久磁石５から出る磁束のうち固定子１の磁極へ影響を与える磁束の割合が減ることを防ぎ、永久磁石式回転電機１０の所望の出力を確保することができる。
【００３６】
また、ロータコア３の外周縁３１における磁束漏れを防ぐために、磁石収容孔３２が連通部３２１を備えている場合、磁石収容孔３２周辺の剛性が低下しやすく、磁性鋼板３０に反り変形がより生じやすくなる。上述のごとく、優れた強度を備えたエンドプレート２を用いて、磁性鋼板３０の反り変形を効果的に抑えることにより、磁石収容孔３２が連通部３２１を備えている場合においても、ロータコア３が軸線方向に大きくなることを確実に防止することができる。
【００３７】
また、エンドプレート２には、立設部２１が回転軸を中心とする円周に沿って環状に形成されている。そのため、立設部２１が円周に沿って連続して形成されるため、エンドプレート２の剛性を効果的に向上することができる。
【００３８】
また、一対のエンドプレート２とロータコア３とは、これらを軸方向に貫通する締結部材６によって軸方向両端から挟持されており、立設部２１の高さは、エンドプレート２の外側主面２２に対する頭部６１の高さ以下である。そのため、立設部２１が固定部材６の頭部６１よりも軸方向における内側の位置に配される。したがって、立設部２１を設けても、回転子１が軸方向に大きくなることを防止することができる。
【００３９】
以上のごとく、本例によれば、ロータコアの外周部における軸方向寸法の拡大を防ぎ、所望の出力を確保することができる永久磁石式回転電機の回転子、及びこれを備えた永久磁石式回転電機を提供することができる。
【００４０】
（実施例２）
本例は、実施例１に示す回転子１に対して、エンドプレート２の形状を変更した例である。
図６及び図７に示すごとく、本例の回転子１におけるエンドプレート２は、外周縁部２３よりも内側の位置に形成された立設部２１を備えている。立設部２１は、径方向における磁石収容孔３２の内周側端部３２２とエンドプレート２の外周縁３１との略中間位置を通り、回転子１の回転中心を中心とする円周に沿って円環状に形成されている。上記円周と直交する平面における立設部２１の断面形状は、図７に示すごとく、軸方向外側に向かって山型に隆起した形状をなしている。
その他の構成は実施例１と同様である。
本例においても、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。
【００４１】
（実施例３）
本例は、エンドプレート２の立設部２１の形状におけるバリエーションの例である。
図８は、立設部２１を外周縁部２３から立設させると共に断続的な環状に形成した例である。
図９は、立設部２１を外周縁部２３よりも内側から立設すると共に多角形（八角形）状に形成した例である。
尚、本例は立設部２１の形状の一例を示したものであり、立設部２１は、上述した以外の種々の形状にも形成することができる。
上記の実施例では、ロータコアを構成する全ての磁性鋼板が連通部を有する例を示したが、連通部を有さない磁性鋼板が含まれている場合においても、本発明の作用効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００４２】
１  回転子
１０  永久磁石式回転電機
１００  固定子
２  エンドプレート
２１  立設部
２２  外側主面
３  ロータコア
３０  磁性鋼板
３１  外周縁
３２  磁石収容孔
３２１  内周側端部
５  永久磁石
【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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