JP4731920B2 - ロータ - Google Patents

Description

本発明はロータに永久磁石を配設してなる永久磁石型回転電機のロータに関するものである。

従来、ロータヨークの内部に磁石を配設してなる永久磁石型回転電機のＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）ロータが知られている。
この種のロータとしては、磁石の軸方向への移動を規制するための、磁石抜け防止用板を備えるものがある。

例えば、非特許文献１には、ロータの磁石抜け防止板を焼結材で製作する技術が開示されている。この磁石抜け防止板において、磁石との接触部には、青銅系焼結材料（非磁性材料）を用いて磁束の漏洩を防止している。一方、基盤となる部分には、コスト的に有利な鉄系焼結材料（磁性材料）を用いている。
TOYOTA Technical Review Vol.52 No.2 Dec.2002

しかしながら、従来の技術のように、磁石抜け防止板を焼結で製作すると、ロータ径に見合ったプレス成型機が必要となるため、径の大きいロータに使用される磁石抜け防止板の製作が困難であるという問題がある。従って、磁石抜け防止板が用いられるロータ径の大きさも制限されてしまい、大トルクを要するときに高い駆動電流が必要となってしまうという不具合がある。
また、焼結時および熱処理時に熱応力歪みによる反りやうねりが発生するため、薄肉成型が困難である。従って、機械加工レスで焼結のみで磁石抜け防止板を使用する場合には、肉厚を厚くせざるを得ず、重量が増大してしまうという問題がある。

これに対し、端面板の一方に連通孔を形成し、この連通孔からロータヨーク内に樹脂を注入して、永久磁石を前記樹脂により固定することも考えられる。しかしながら、樹脂を注入するにあたっては、ロータヨークや永久磁石の位置決めを行う必要等のため、ロータヨークの両側に端面板を装着した状態で行わざるを得ない。そうすると、注入された樹脂と、その反対側に装着された端面板との間で、ロータヨーク内のエアが閉塞されてしまい、その結果、前記装着された端面板の部位まで樹脂が到達せず、永久磁石を必要な精度で位置決め保持できないという問題がある。

さらに、ロータヨークを複数の電磁鋼板（積層鋼板と称す）を積層して構成する場合には、注入された樹脂が前記エアの反発力により積層鋼板の間を通ってロータヨーク外部に浸み出してしまう。このため、浸みだした樹脂をヘラで除去したり、ロータヨーク外周部をテープ等でマスキングする等の後処理を行う必要があり、製造工程が増加してしまい生産効率が低下するという問題がある。

従って、本発明は、永久磁石を前記ヨーク内の規定位置に固定保持することで、永久磁石の位置ずれによる磁束の乱れを防止でき、ロータの性能を向上することができるロータを提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、軸心に沿って配設されるシャフト（例えば、実施の形態におけるロータシャフト３）と、該シャフトの外周側に固定されるヨーク（例えば、実施の形態におけるロータヨーク４）と、該ヨーク内に配設される永久磁石（例えば、実施の形態における永久磁石６）と、該ヨーク内に注入されて該永久磁石を固定する樹脂（例えば、実施の形態における樹脂１５）と、該永久磁石の軸方向への移動を規制する端面板（例えば、実施の形態における端面板７ａ，７ｂ）と、該端面板を固定する固定部材（例えば、実施の形態におけるカラー８）を備えた、永久磁石型回転電機のロータであって、前記端面板のうち少なくとも一方（例えば、実施の形態における端面板７ｂ）を発泡金属材により形成し、前記発泡金属材は、前記樹脂の粒子径よりも小さい気孔（例えば、実施の形態における気孔１４）を備えることを特徴とする。

この発明によれば、前記ヨークの両端に前記端面板を装着して前記永久磁石を前記ヨーク内の規定位置に位置決めし、ついで、前記発泡金属材により形成する端面板の反対側から前記ヨーク内に樹脂を注入したときに、前記発泡金属材により形成した端面板内に前記ヨーク内のエアを吸収させたり、このエアを端面板外部に逃すことができる。従って、前記発泡金属材により形成した端面板と樹脂との間にエアが残留することを抑制でき、前記ヨーク内に樹脂を充填することができるので、前記樹脂により前記永久磁石を前記ヨーク内の規定位置に固定保持することができる。これにより、永久磁石の位置ずれによる磁束の乱れを防止でき、ロータの性能を向上することができる。

特に、前記ヨークを複数の積層鋼板を積層して構成する場合には、各積層鋼板の隙間に樹脂が流入することを防止することができるので、ヨーク内に注入された樹脂による各積層鋼板の位置ずれを防止でき、この点でも性能低下を防止することができる。また、ロータヨーク外周面への樹脂の浸み出しを防止できるので、樹脂注入に伴う後処理が不要となり、その結果、作業工数を低減することができ、その分短期間での製作が可能となり、生産効率が向上する。

また前記発泡金属材は、磁石を固定する際に用いられる樹脂の粒子径よりも小さい気孔を備える。これにより、前記樹脂を形成する粒子を前記発泡金属材の気孔により保持させることができるので、前記ヨーク内に注入される樹脂を前記発泡金属材で形成される端面板により確実に保持することができる。
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のものであって、前記端面板のうち他方に、前記樹脂の注入口が形成されており、前記注入口は、前記軸心方向から見て前記永久磁石の内周面と一致する位置に形成されていることを特徴とする。
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載のものであって、前記固定部材の内周部両側に、面取り加工された面取り部が形成されていることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のものであって、前記発泡金属材の気孔径は、１００〜３００μｍであることを特徴とする。
この発明によれば、前記ヨーク内のエアを前記発泡金属の気孔から外部に逃しつつ、前記気孔により前記ヨーク内に注入した樹脂の粒子を保持することができる。すなわち、前記発泡金属の気孔径を１００μｍ以上とすることでエアの通気性を確保することができる。また、前記発泡金属の気孔径を３００μｍ以下とすることで、穴埋め用の樹脂として好適なシリコン系樹脂の粒子を前記発泡金属の気孔により保持することができる。シリコン系の樹脂は、冷熱耐久性、絶縁性、耐薬品性が良く、流動性が良く固まりやすく加工性にも優れている点で好適である。

請求項１に係る発明によれば、前記樹脂により前記永久磁石を前記ヨーク内の規定位置に固定保持することができ、永久磁石の位置ずれによる磁束の乱れを防止でき、ロータの性能を向上することができる。また、前記ヨーク内に注入される樹脂を前記発泡金属材で形成される端面板により確実に保持することができる。

請求項４に係る発明によれば、前記ヨーク内のエアを前記発泡金属の気孔径から外部に逃しつつ、前記気孔により前記ヨーク内に注入した樹脂の粒子を保持することができる。

以下、本発明の実施の形態におけるロータを図面と共に説明する。本実施の形態においては、ハイブリッド車両の駆動源としてエンジンとともに使用されるモータの備えるロータについて説明する。
図１は本発明の実施の形態における永久磁石型回転電機のロータ１の分解斜視図である。同図に示したように、ロータ１は、略円筒状のロータシャフト３と、その外周側に設けられるロータヨーク（積層コア）４と、複数の永久磁石６、一対の端面板７ａ、７ｂと、カラー８とを備えている。

ロータシャフト３は中空ドラム状をなし鋳造または鍛造により一体に成形されている。前記ロータシャフト３は、外径略円筒状に形成される本体部３ａと、本体部３ａの基端側で本体部３ａよりも拡径された拡径部３ｂと、本体部３ａの外周部により形成されるハブ部３ｃとを備えている（図２参照）。
本実施の形態においては、ロータシャフト３をエンジンのクランク軸（図示せず）に連結して、エンジンやモータのトルクを伝達できるように構成されている。

ロータヨーク４は、複数の電磁鋼板５…５が軸方向に積層されて構成されている。各電磁鋼板５…５は、その内部に孔部を形成した略円環形状とされており、各電磁鋼板５…５をそれぞれの孔部を位置合わせして積層することで、ロータヨーク４の磁石挿入用孔１０が形成される。

ロータヨーク４の磁石挿入用孔１０には、断面略矩形状の永久磁石６がそれぞれ配置され、各永久磁石６により磁束を発生させる。
磁石６が挿入されたロータヨーク４の両端面には、略円環状に形成された端面板７ａ、７ｂが装着される。端面板７ａは、例えばオーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳなどの非磁性体で構成されている。端面板７ａには、永久磁石６の磁束漏洩防止の点で、非磁性材（ＳＵＳ３０４、Ａｌ、Ｃｕ）を用いることが好ましい。また、前記カラー８やロータシャフト３には、鉄系のものを用いることが好ましい。
端面板７ａには、軸心方向から視て磁石６の内周面と一致する部位に、貫通孔９が形成されている。この貫通孔９は、後述するように樹脂注入孔９として機能する。

そして、本実施の形態においては、端面板７ｂは、発泡金属材により形成されている。発泡金属材としては、ＳＵＳ系の発泡金属材が好適である。
また、本実施の形態においては、ロータシャフト本体部３ａと略同等の径を有する円環状のカラー８を備えている。このカラー８は、端面板７ａ、７ｂを固定するためのものである。

図２は図１に示した各部材を組み付けた状態でのロータ１の断面図である。同図に示すように、ロータシャフト３の本体部３ａ外周側には、永久磁石６が挿入されたロータヨーク４と、ロータヨーク４の両端側に配置された端面板７ａ、７ｂとが配設される。このとき、ロータシャフト３の拡径部３ｂには、拡径部３ｂに対向する一方の端面板７ａが密接される。そして、ロータシャフト３の本体部３ａ先端側には、他方の端面板７ｂに密接するようにカラー８が圧入されている。このカラー８により、端面板７ａ、７ｂの固定を行っている。
なお、ロータシャフト３はエンジンのクランクシャフト（図示せず）に連結されている。

このように構成することで、端面板７ａ、７ｂにより、前記磁石６の軸方向の移動を規制することができるので、磁石６を位置決めされた所定の位置に安定して保持することができ、信頼性が向上する。また、これらの端面板７ａ、７ｂにより、外部から磁石６を保護することができる。

そして、ロータヨーク４の両端に端面板７ａ、７ｂを装着して前記永久磁石６を前記ヨーク４内の規定位置に位置決めする。本実施の形態においては、図３に示すように、永久磁石６の外径を磁石挿入用孔１０の外径に近接または当接する位置に、永久磁石６の内径を樹脂注入孔９の外径と略同一位置になるように、永久磁石６の位置決めを行っている。
ついで、前記端面板７ｂの反対側、換言すれば、前記端面板７ａに形成された貫通孔９から前記ヨーク４内にノズル等の注入治具（図示せず）を介して樹脂１５を注入する。

ここで、前記端面板７ｂを発泡金属材により形成しているので、前記端面板７ｂ内に前記ヨーク４内のエアを吸収させたり、このエアを端面板７ｂ外部に逃すことができる。従って、前記端面板７ｂと、ヨーク４内に注入した樹脂１５との間にエアが残留することを抑制できる。よって、前記ヨーク４内に樹脂１５を充填することができるので、前記樹脂１５により前記永久磁石６を前記ヨーク４内の規定位置に固定保持することができる。これにより、永久磁石６の位置ずれによる磁束の乱れを防止でき、ロータ１の性能を向上することができる。

本実施の形態におけるロータ１のさらなる作用効果について図４、図５を用いて説明する。図４は、端面板７ｂを形成する発泡金属材の拡大説明図である。同図に示すように、前記発泡金属材は、複数の金属粒子１３により構成される。そして、前記発泡金属材には、金属粒子１３間に複数の気孔１４が形成される。前記発泡金属材において、それぞれの気孔１４の径は、磁石６を固定する際に用いられる樹脂１５の粒子径よりも小さくなっている。これにより、前記樹脂１５を形成する粒子を前記発泡金属材の気孔１４により保持させることができるので、前記ヨーク４内に注入される樹脂１５を前記端面板７ｂにより確実に保持することができる。

また、前記発泡金属材の気孔１４の径は、１００〜３００μｍである。これにより、前記ヨーク４内のエアを前記発泡金属の気孔１４から外部に逃しつつ、前記気孔１４により前記ヨーク４内に注入した樹脂１５の粒子を保持することができる。

そして、本実施の形態においては、前記端面板７ａ、７ｂとカラー８とを個別に製作することができるので、それぞれの部材７ａ、７ｂ、８に適した材質のものを用いることができる。従って、焼結処理を行うことなく前記端面板７ａ、７ｂと、前記カラー８とを製作できるので、前記端面板７ａ、７ｂやこれを用いるヨーク４の径を増大させることができる。加えて、前記端面板７ａ、７ｂや前記カラー８の肉厚を、要求される精度を維持しつつ薄くすることができるので、軽量化を図ることが可能となる。
ここで、前記端面板７ａ，７ｂはプレス成形することが好ましい。前記端面板７ａ，７ｂを前記カラー８で圧入固定することにより、前記端面板７ａ，７ｂを薄肉化することができ、軽量化できる。

また、車両に搭載した場合には、モータの軽量化を図ることができるので、イナーシャを下げることができる。従って、アクセル踏んだときの応答性やレスポンスを向上することができ、燃費を向上することができる。

そして、本実施の形態では、図５に示すように、カラー８の内周部両側を面取り加工して面取り部１２、１２を形成している。このように、カラー８の内周部両側を面取り加工することにより、どちらの方向からでもカラー８の組みつけを行うことができるため、組立性が向上する。

なお、本発明の内容は上述の実施の形態のみに限られるものでないことはもちろんである。例えば、本実施の形態においては、車両に搭載されるモータのロータについて説明したが、適用対象はこれに限られない。また、ロータヨークの片方の端面板にカラーを設ける構成について説明したが、両方の端面板にそれぞれカラーを設けてもよい。

本発明の実施の形態におけるロータの分解斜視図である。 図１に示した各部材を組み付けた状態でのロータの断面図である。 図２に示すロータの要部断面図である。 図３に示す一方の端面板を形成する発泡金属材の拡大説明図である。 図１に示したカラーの一部断面図である。

符号の説明

１…ロータ
３…ロータシャフト
４…ロータヨーク
６…永久磁石
７ａ、７ｂ…端面板
８…カラー（固定部材）

Claims (4)

1. 軸心に沿って配設されるシャフトと、
   該シャフトの外周側に固定されるヨークと、
   該ヨーク内に配設される永久磁石と、
   該ヨーク内に注入されて該永久磁石を固定する樹脂と、
   該永久磁石の軸方向への移動を規制する端面板と、
   該端面板を固定する固定部材を備えた、永久磁石型回転電機のロータであって、
   前記端面板のうち少なくとも一方を発泡金属材により形成し、
   前記発泡金属材は、前記樹脂の粒子径よりも小さい気孔を備えることを特徴とするロータ。
2. 前記端面板のうち他方に、前記樹脂の注入口が形成されており、
   前記注入口は、軸心方向から見て前記永久磁石の内周面と一致する位置に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のロータ。
3. 前記固定部材の内周部両側に、面取り加工された面取り部が形成されている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。
4. 前記発泡金属材の気孔径は、１００〜３００μｍであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のロータ。

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