JP2009177861A - ロータプレート及びロータ - Google Patents

Abstract

【課題】ロータプレートに生じる渦電流損を低減できるロータプレート及びロータを提供する。
【解決手段】円形状のロータプレート1は、外径（最大外径）がロータコア12の外径に対して小さく、かつロータコア12に埋設された各永久磁石13の少なくとも一部を覆うことができる大きさに形成されている。したがって、このロータプレート1をロータ本体10の軸方向端面に配置してモータを構成した際、漏れ磁束の多いロータコア12の外周縁上にロータプレートが存在しないので、渦電流損を効果的に低減でき、モータの低損失化に寄与することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、モータを構成するロータに用いられるロータプレート、及びこのロータプレートを備えるロータに関する。特に、ロータプレートに生じる渦電流損を低減できるロータプレートに関する。

従来、ハイブリッド自動車や電気自動車などに利用されているモータの構造は、例えば、図５に示すような構造が一般的である（特許文献１の図１参照）。このモータは、回転磁界を発生させるためのステータ100と、このステータの内側に回転可能に配置されるロータ110と、このロータに固定されるシャフト120とから構成されている。

ロータ110は、複数の磁極を有するロータ本体と、このロータ本体の軸方向端面に配置されるロータプレート（エンドプレート）111とを備える。ロータ本体は、周方向に設けられロータ本体の軸方向に延びる複数の磁石収容部を有するロータコア112と、これら複数の磁石収容部に埋設され磁極を構成する複数の永久磁石113とを備えている。ロータコア112は、複数の電磁鋼板を積層することにより形成されており、複数の永久磁石113は、周方向に交互に異なる極性となるように埋設されている。また、このロータ本体の軸方向端面にはロータプレート111が各々配置され、これら１対のロータプレート111によりロータコア112と永久磁石113とを保持する構造となっている。

ロータプレート111は、一般的に銅などの金属材料で構成されており、外径がロータコア112の外径と等しくなっている。

ステータ100は、複数のティースを有するステータコア101と、このステータコア101に配された複数のコイル102とを備えている。ステータコア101は、複数の電磁鋼板を積層することにより形成されており、複数のティースがリング状のヨークから求心状に延出した構造となっている。各コイル102は、ティースに巻線を巻回することで形成され、各コイル102に電流が供給されることで、回転磁界を発生させる。

特開２００５−２５３２７５号公報

ステータに回転磁界を発生させロータを回転させたとき、ロータコアに流れる磁束が変化するが、その際、ロータプレート側に磁束が漏れ、この漏れ磁束がロータプレートに流れることがある。特に、ステータコアに近いロータコアの外周側程、漏れ磁束が生じ易い。そして、ロータプレートに漏れ磁束が流れることにより、ロータプレート内に渦電流が発生し、渦電流損が生じる問題がある。

ロータプレートに生じる渦電流損を改善する技術が、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１に開示されている第一の手段は、ロータプレートのロータコアと接する側の面（ロータコアとの対向面）にローレット加工などの機械加工を施すことにより、ロータプレート表面への漏れ磁束量を低減することで、渦電流損を低減する。また、別の手段は、ロータプレートのロータコアとの対向面に電気絶縁性材料を装着することにより、ロータプレートを通過する漏れ磁束を少なくすることで、渦電流の発生を低減して渦電流損を低減する。

しかし、従来のロータプレートは、外径がロータコアの外径と等しく、漏れ磁束の多いロータコアの外周縁上に金属材料（ロータプレートの一部）が存在するため、その部分に生じる渦電流損を実質的になくすことができない。

さらに、最近では、モータの更なる低損失化が課題となっており、エネルギ損失の改善がより一層求められている。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的の一つは、ロータプレートに生じる渦電流損を低減できるロータプレート及びロータを提供することにある。

本発明者は、ロータプレートの最大外径をロータコアの外径に対して小さくすることを提案する。

本発明は、複数の磁極を有するロータ本体の軸方向端面に配置されるロータプレートに係り、ロータ本体は、周方向に設けられロータ本体の軸方向に延びる複数の磁石収容部を有するロータコアと、これら複数の磁石収容部に埋設され磁極を構成する複数の永久磁石とを備える。そして、ロータプレートは、最大外径がロータコアの外径に対して小さく、かつこのロータコアに埋設された各永久磁石の少なくとも一部を覆うことができるように形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、漏れ磁束の多いロータコアの外周縁上にロータプレートが存在しないので、渦電流損を効果的に低減できる。また、各永久磁石の少なくとも一部を覆うことができるようにロータプレートが形成されているので、ロータコアと永久磁石とを保持する所期の目的を十分に達成できる。

ロータプレートの形状は、円形状、歯車形状、多角形状など種々の形状が採用できる。

周縁に凹凸部を有する歯車形状のロータプレートとする場合、凸部が各磁極の周方向両端部を覆い、凹部が各磁極の周方向中央部を覆うように配置することが好ましい。

多角形状のロータプレートとする場合、各永久磁石の内周側縁部に平行な外縁を有する多角形状とし、辺部が各永久磁石の内周側縁部を覆うように配置することが好ましい。

これらいずれの形状であっても、ロータプレートに流れる漏れ磁束量が低減されるので、ロータプレートに生じる渦電流損を低減できる。例えば、各磁極に断面矩形状の永久磁石を用いた場合、歯車形状や多角形状のロータプレートでは、各永久磁石の２点以上の頂点を覆うことができ、各永久磁石を安定して保持できる。一方、円形状のロータプレートは、生産性が高く、ロータ本体に応じて向きを合わせる必要がなく、ロータ本体に対する配置作業が行い易い。

さらに、本発明者が、鋭意研究した結果、ロータプレートに流れる漏れ磁束の大部分は、ロータコアの外周側のうち、特に磁極を構成する各永久磁石が埋設された位置よりも外周側に集中するとの知見を得た。

そこで、ロータプレートの最大外径は、各永久磁石が形成する最大外径よりも小さいことが好ましく、より好ましくは、ロータプレートの外縁は、ロータ本体の軸方向端面において、各永久磁石が埋設された位置よりも外周側に位置しないように形成されていることが好ましい。

このようにすれば、漏れ磁束の少ない箇所にのみロータプレートが存在することとなり、渦電流損をより効果的に低減できる。なお、各永久磁石が形成する最大外径とは、ロータコアの中心から各永久磁石の最も離れた点が描く円の直径のことをいう。

一方、本発明のロータは、上記説明した本発明のロータプレートがロータ本体の軸方向端面に配置されていることを特徴とする。

本発明のロータプレートは、最大外径がロータコアの外径に対して小さく、ロータプレートに流れる漏れ磁束量を低減できるので、ロータプレートに生じる渦電流損を低減でき、ロータの低損失化ひいてはモータの低損失化に寄与することができる。

また、本発明のロータは、ロータプレートに生じる渦電流損を効果的に低減できるので、ロータの低損失化を図ることができる。

本発明の実施の形態を図を参照して説明する。

本発明のロータプレートは、基本的に、中心部にシャフトが挿通される貫通孔を有するリング状の板状部材であり、例えば、銅やアルミニウムなどの金属製のものが利用できる。ハイブリッド自動車や電気自動車のモータに用いられる一般的なロータプレートのサイズは、外径が150mm〜200mm程度、厚さが5mm〜10mm程度である。

本発明のロータプレートを説明するに先立ち、本発明を説明するためのロータ本体の構成を図１を用いて説明する。ロータ本体10は、中心部にシャフトが挿通される貫通孔11を有する円筒状部材であり、複数の磁極を有する。具体的には、ロータ本体10は、周方向に設けられロータ本体の軸方向に延びる複数の磁石収容部を有するロータコア12と、これら複数の磁石収容部に埋設され磁極を構成する複数の永久磁石13とを備えている。

ここで、このロータ本体10において、各永久磁石13は、断面矩形状の平板状であり、一対の永久磁石13で一つの磁極を構成しており、各磁極は、周方向に交互に異なる極性となるように設けられている。例えば、磁極13Nは、ロータコアの外周側（ステータコアと対向する側）に向かって開くようにV字状に埋設された一対の永久磁石13で構成されており、外周側がN極となっている。磁極13Sも、同様に一対の永久磁石13で構成されており、外周側がS極となっている。

また、図中のRmaxは各永久磁石13が形成する最大外径を、Rminは各永久磁石13が形成する最小外径をそれぞれ示している。なお、各永久磁石が形成する最小外径とは、ロータコアの中心から各永久磁石の最も近くの点が描く円の直径のことをいう。

以下、本発明のロータプレートについて実施例を挙げて詳細に説明する。

＜実施例１：円形状のロータプレート＞
図２は、実施例１に係る円形状のロータプレートの平面図である。ロータプレート1は、外径（最大外径）がロータコア12の外径に対して小さく、かつロータコア12に埋設された各永久磁石13の少なくとも一部を覆うことができる大きさに形成されている。したがって、ロータプレート1は、漏れ磁束の多いロータコア12の外周縁上に存在しないので、渦電流損を効果的に低減できる。

さらに、ロータプレート1の外径は、各永久磁石13の最大外径Rmaxよりも小さく、最小外径Rminよりも大きくなるように形成されており、また、ロータプレート1の外縁は、ロータ本体10の軸方向端面において、各永久磁石13が埋設された位置よりも外周側に位置しないように形成されている。そのため、漏れ磁束の少ない箇所にのみロータプレートが存在することとなり、渦電流損の低減効果が大きい。

＜実施例２：歯車形状のロータプレート＞
図３は、実施例２に係る歯車形状のロータプレートの平面図である。ロータプレート2は、周縁に凹凸部を有しており、最大外径部（凸部2hの形成箇所）が各永久磁石13の一端部を、最小外径部（凹部2cの形成箇所）が各永久磁石13の他端部を覆うように配置される。つまり、このロータプレート2は、凸部2hが一対の永久磁石13で構成される各磁極13N,13Sの周方向両端部を覆い、凹部2cが磁極13N,13Sの周方向中央部を覆うように配置される。また、このロータプレート2は、最大外径がロータコア12の外径に対して小さく形成されている。したがって、ロータプレート2は、図２に示すロータプレート1と同様に、漏れ磁束の多いロータコア12の外周縁上に存在しないので、渦電流損を効果的に低減できる。また、ロータプレート2は、各永久磁石13の２点以上の頂点を覆うことができ、各永久磁石13を安定して保持できる。

さらに、ロータプレート2の最大外径は、各永久磁石13の最大外径Rmaxよりも小さく、ロータプレート2の最小外径は、各永久磁石13の最小外径Rminよりも大きくなるように形成されている。また、ロータプレート2の外縁は、ロータ本体10の軸方向端面において、各永久磁石13が埋設された位置よりも外周側に位置しないように形成されている。そのため、漏れ磁束の少ない箇所にのみロータプレートが存在することとなり、渦電流損の低減効果が大きい。

＜実施例３：多角形状のロータプレート＞
図４は、実施例３に係る多角形状のロータプレートの平面図である。ロータプレート3は、各永久磁石13の内周側縁部に平行な外縁を有しており、辺部3sが各永久磁石13の内周側縁部を覆うように配置される。また、このロータプレート3は、最大外径がロータコア12の外径に対して小さく形成されている。したがって、ロータプレート3は、図２に示すロータプレート1と同様に、漏れ磁束の多いロータコア12の外周縁上に存在しないので、渦電流損を効果的に低減できる。また、ロータプレート3は、各永久磁石13の２点以上の頂点を覆うことができ、各永久磁石13を安定して保持できる。

さらに、ロータプレート3の最大外径は、各永久磁石13の最大外径Rmaxよりも小さく、ロータプレート3の最小外径は、各永久磁石13の最小外径Rminよりも大きくなるように形成されている。また、ロータプレート3の外縁は、ロータ本体10の軸方向端面において、各永久磁石13が埋設された位置よりも外周側に位置しないように形成されている。そのため、漏れ磁束の少ない箇所にのみロータプレートが存在することとなり、渦電流損の低減効果が大きい。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、ロータ本体として、図５（Ｂ）に示すような、各磁極が一つの永久磁石で構成されたものを用いてよい。

本発明のロータプレートは、ロータ及びモータに利用できる。特に、低損失化が求められるモータの分野に好適に利用できる。

本発明のロータプレートを説明するためのロータ本体の平面図である。 本発明の実施例１に係る円形状のロータプレートの平面図である。 本発明の実施例２に係る歯車形状のロータプレートの平面図である。 本発明の実施例３に係る多角形状のロータプレートの平面図である。 モータの構造を示す概略図であり、（A）は断面図、（B）は平面図である。

符号の説明

1,2,3 ロータプレート
2h 凸部 2c 凹部 3s 辺部
10 ロータ本体
11 貫通孔 12 ロータコア
13 永久磁石 13N 磁極（N極） 13S 磁極（S極）
100 ステータ 101 ステータコア 102 コイル
110 ロータ 111 ロータプレート（エンドプレート）
112 ロータコア 113 永久磁石
120 シャフト

Claims (7)

1. 複数の磁極を有するロータ本体の軸方向端面に配置されるロータプレートであって、
   ロータ本体は、周方向に設けられロータ本体の軸方向に延びる複数の磁石収容部を有するロータコアと、これら複数の磁石収容部に埋設され磁極を構成する複数の永久磁石とを備え、
   ロータプレートは、最大外径が前記ロータコアの外径に対して小さく、かつ前記ロータコアに埋設された各永久磁石の少なくとも一部を覆うことができるように形成されていることを特徴とするロータプレート。
2. 前記ロータプレートは、円形状であることを特徴とする請求項１に記載のロータプレート。
3. 前記ロータプレートは、周縁に凹凸部を有する歯車形状であり、
   前記凸部が、前記各磁極の周方向両端部を覆うように配置され、
   前記凹部が、前記各磁極の周方向中央部を覆うように配置されることを特徴とする請求項１に記載のロータプレート。
4. 前記ロータプレートは、前記各永久磁石の内周側縁部に平行な外縁を有する多角形状であることを特徴とする請求項１に記載のロータプレート。
5. 前記ロータプレートの最大外径は、前記各永久磁石が形成する最大外径よりも小さいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のロータプレート。
6. 前記ロータプレートの外縁は、ロータ本体の軸方向端面において、各永久磁石が埋設された位置よりも外周側に位置しないように形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のロータプレート。
7. 複数の磁極を有するロータ本体と、このロータ本体の軸方向端面に配置されるロータプレートとを備えるロータであって、
   ロータ本体は、周方向に設けられロータ本体の軸方向に延びる複数の磁石収容部を有するロータコアと、これら複数の磁石収容部に埋設され磁極を構成する複数の永久磁石とを備え、
   ロータプレートは、請求項１〜６のいずれか一項に記載のロータプレートであることを特徴とするロータ。

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