JP7264238B2 - モーターローター - Google Patents
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Description
本開示は、モーターローターに関するものである。
従来、軸部の周囲に配置された円筒磁石を備えるモーターローターが知られている。（例えば、特許文献１参照。）この種のモーターローターの製造方法として、軸部に対して円筒磁石を接着して固定する方法がある。
上記のように軸部に対して円筒磁石を接着固定する手法によれば、軸部と円筒磁石との調心が比較的良好に図られる。しかしながら、軸部と円筒磁石との良好な接着状態を得るために、円筒磁石の内周面を研削して寸法を調整した上で、軸部と接着することが必要であり、研削処理の手間が発生する。本開示は、簡易な手法によって軸部と磁石との調心を図ることができるモーターローターを説明する。
本開示の一態様に係るモーターローターは、軸部と、前記軸部の周囲に配置された円筒状の磁石と、前記軸部と前記磁石との隙間に充填された樹脂からなる樹脂部と、を備え、前記軸部は、軸方向における前記磁石の端部の内周面に対向して位置し、前記軸方向における前記磁石の中央部の内周面に対向する部位よりも小径になるように形成された小径部を有する、モーターローターである。
本開示のモーターローターによれば、簡易な手法によって軸部と磁石との調心を図ることができる。
本開示の一態様に係るモーターローターは、軸部と、前記軸部の周囲に配置された円筒状の磁石と、前記軸部と前記磁石との隙間に充填された樹脂からなる樹脂部と、を備え、前記軸部は、軸方向における前記磁石の端部の内周面に対向して位置し、前記軸方向における前記磁石の中央部の内周面に対向する部位よりも小径になるように形成された小径部を有する、モーターローターである。
前記軸部の外周面には、周方向成分を含む方向に延在する溝が形成されていることとしてもよい。前記小径部は、前記磁石の前記中央部から前記軸方向に離れるほど縮径するように形成されたテーパ部であってもよい。前記小径部は、前記磁石の前記中央部に対向する部位との間に段差をもって小径に形成されていることとしてもよい。
図面を参照しながら、一実施形態に係るモーターローターについて説明する。図１は、過給機１の回転軸線Ｈを含む断面を取った断面図である。過給機１は、実施形態に係るモーターローターを備えた車両用過給機である。以下の説明で、単に「軸方向」、「径方向」、「周方向」と言うときは、後述する回転軸１４の軸方向、径方向、周方向をそれぞれ意味する。
過給機１は、車両等の内燃機関に適用されるものである。図１に示されるように、過給機１は、タービン２とコンプレッサ３とを備えている。タービン２は、タービンハウジング４と、タービンハウジング４に収納されたタービン翼車６と、を備えている。タービンハウジング４は、タービン翼車６の周囲において周方向に延びるスクロール流路１６を有している。コンプレッサ３は、コンプレッサハウジング５と、コンプレッサハウジング５に収納されたコンプレッサ翼車７と、を備えている。コンプレッサハウジング５は、コンプレッサ翼車７の周囲において周方向に延びるスクロール流路１７を有している。
タービン翼車６は回転軸１４の一端に設けられており、コンプレッサ翼車７は回転軸１４の他端に設けられている。タービンハウジング４とコンプレッサハウジング５との間には、軸受ハウジング１３が設けられている。回転軸１４は、軸受１５を介して軸受ハウジング１３に回転可能に支持されており、回転軸１４、タービン翼車６及びコンプレッサ翼車７が一体の回転体１２として回転軸線Ｈ周りに回転する。
タービンハウジング４には、排気ガス流入口（図示せず）及び排気ガス流出口１０が設けられている。内燃機関（図示せず）から排出された排気ガスが、排気ガス流入口を通じてタービンハウジング４内に流入する。その後、排気ガスは、スクロール流路１６を通じてタービン翼車６に流入し、タービン翼車６を回転させる。その後、排気ガスは、排気ガス流出口１０を通じてタービンハウジング４外に流出する。
コンプレッサハウジング５には、吸入口９及び吐出口（図示せず）が設けられている。上記のようにタービン翼車６が回転すると、回転軸１４を介してコンプレッサ翼車７が回転する。回転するコンプレッサ翼車７は、吸入口９を通じて外部の空気を吸入する。この空気が、コンプレッサ翼車７及びスクロール流路１７を通過して圧縮され吐出口から吐出される。吐出口から吐出された圧縮空気は、前述の内燃機関に供給される。
更に、過給機１は電動機２１を備えている。例えば車両の加速時など、回転軸１４のトルクが不足する場合に、不足を補うように電動機２１が回転軸１４にトルクを付与する。電動機２１は、例えばブラシレス直流電動機である。電動機２１は、回転子であるモーターローター２５と、固定子であるモータステータ２７とを備えている。電動機２１の駆動源として、車両のバッテリを使用することができる。また、車両の減速時においては、電動機２１が回転体１２の回転エネルギによって回生発電してもよい。電動機２１は、回転軸１４の高速回転（例えば１０万～２０万ｒｐｍ）に対応可能な特性を有する。
モーターローター２５は、軸方向において軸受１５とコンプレッサ翼車７との間に配置されている。モーターローター２５は、回転軸１４に固定され回転軸１４と共に回転可能である。モータステータ２７は、軸受ハウジング１３に収容されモーターローター２５を周方向に囲むように配置されている。モータステータ２７は、複数のコイル及び鉄心（図示せず）を備えている。上記コイルに電流が供給され、モータステータ２７が磁場を生じさせると、この磁場によってモーターローター２５の永久磁石３７に周方向の力が作用し、その結果、回転軸１４にトルクが付与される。
続いて、図２を参照しながら、モーターローター２５について説明する。モーターローター２５は、インナースリーブ３１と、永久磁石３７と、エンドリング３９，４１と、保護層４３と、樹脂部５０と、を備える組立体である。インナースリーブ３１と、永久磁石３７と、エンドリング３９，４１と、保護層４３と、樹脂部５０と、は、回転軸線Ｈを中心軸とする回転体形状をなしている。
インナースリーブ３１は大径部３３を備えている。大径部３３は、インナースリーブ３１の軸方向の中央部でやや大径に設けられている。永久磁石３７は、円筒状をなし、大径部３３の周囲に設置されている。保護層４３は円筒状の部材であり、「アーマーリング」などと呼ばれる場合もある。保護層４３は、円筒状をなし、永久磁石３７の周囲に設置されている。保護層４３は、永久磁石３７が破損した場合に破片が径方向へ飛散することを防止する。また、保護層４３は、永久磁石３７のひずみを抑えて永久磁石３７の破損の可能性を低減するために、ある程度の剛性を持つことが必要である。
インナースリーブ３１（軸部）と永久磁石３７との間には僅かな隙間が存在している。当該隙間は樹脂部５０の樹脂材料によって樹脂充填される。例えば、樹脂部５０は射出成形又はトランスファー成形によって形成される。この樹脂部５０を介して、インナースリーブ３１と永久磁石３７とが一体的に連結される。そして、インナースリーブ３１と永久磁石３７との間のトルク伝達は、樹脂部５０によって可能である。この過給機１において、伝達される上記のトルクは、例えば約０．５Ｎｍである。
なお、永久磁石３７と保護層４３との隙間にも樹脂充填されることで永久磁石３７と保護層４３とが連結されてもよい。その他、エンドリング３９，４１も充填される樹脂部を介してインナースリーブ３１及び保護層４３に連結されてもよい。
上記のように、モーターローター２５は一体の組立体である。このようなモーターローター２５のインナースリーブ３１の中空部に回転軸１４が挿通され、モーターローター２５とコンプレッサ翼車７とが一緒に、ナット１８（図１参照）によって、回転軸１４に締結されている。
インナースリーブ３１の材料としては、例えばＳＣＭ４３５Ｈ等の鋼材が採用され得る。永久磁石３７の材料としては、例えば、ネオジム磁石（Nd-Fe-B）、サマリウムコバルト磁石などが採用され得る。保護層４３の材料としては、金属材料や樹脂材料が採用され得る。上記の金属材料としては、チタン（例えばTi-6Al-4V）等の非磁性体金属が採用され得る。また、上記の樹脂材料としては、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）などが採用され得る。エンドリング３９，４１の材料としては、例えばＳＵＳ等の非磁性体金属、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などが採用され得る。
樹脂部５０の材料としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等が採用され得る。更に具体的には、樹脂部５０の材料としては、熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂やエポキシ樹脂、又は熱可塑性樹脂であるＬＣＰ（液晶ポリマー）が採用され得る。なお、本発明者らの試験によれば、ＬＣＰは、フェノール樹脂に比べて射出成形時の流動性が高い点において、樹脂部５０の材料として好ましい。また、ＬＣＰは、フェノール樹脂に比べて比較的入手が容易である点においても、樹脂部５０の材料として好ましい。一方、フェノール樹脂は、ＬＣＰに比べて耐熱性、剛性、及び耐環境性に優れる点において、樹脂部５０の材料として好ましい。また、エポキシ樹脂は、素材自体に密着性があるので樹脂部５０の材料として好ましい。
図３は、モーターローター２５のうちインナースリーブ３１と永久磁石３７のみを示す側面図である。なお、図３では説明に係る特徴部分が誇張して描写され、他の図とは各部位の寸法比が一致しない場合がある。
図３に示されるように、永久磁石３７の内周面３８は円柱内周面をなしている。以下、内周面３８のうち、軸方向における永久磁石３７の端部の内周面を内周面３８ａとし、軸方向における永久磁石３７の中央部の内周面を内周面３８ｂとする。インナースリーブ３１は、小径部６１を有している。小径部６１は、内周面３８ａに対して径方向に対向する位置に形成されている。小径部６１は、インナースリーブ３１の中央部位６３よりも小径に形成されている。中央部位６３は、永久磁石３７の内周面３８ｂに対向する部位である。
図３の例では、小径部６１は、テーパ部６２ａである。テーパ部６２ａは、中央部位６３から軸方向に離れるほど縮径するように形成されている。テーパ部６２ａの外周面は円錐面をなす。なお、小径部６１はテーパ部６２ａには限定されない。例えば、図４に示されるように、小径部６１は、中央部位６３との間に段差をもって小径に形成された段差小径部６２ｂであってもよい。段差小径部６２ｂの外周面は円柱面をなす。
また、図３に示されるように、インナースリーブ３１の外周面３１ａには、周方向成分を含む方向に延在する溝６５が形成されている。図３の例では、溝６５には、周方向溝６６ａと、綾目ローレット溝６６ｂと、が含まれる。周方向溝６６ａは、外周面３１ａ上で周方向に延びている。綾目ローレット溝６６ｂは、外周面３１ａ上で互いに交差する２方向に螺旋状に延びている。なお溝６５としては、周方向溝６６ａと綾目ローレット溝６６ｂとが両方設けられることは必須ではなく、何れか一方のみ設けられてもよい。また、綾目ローレット溝６６ｂに代えて、一方向に延びる螺旋状の溝からなるローレット溝が採用されてもよい。
図５は、射出成形によって樹脂部５０を形成するときの金型７０の状態の一例を示す断面図である。図５に示されるように、金型７０内には、インナースリーブ３１と、永久磁石３７と、が収納される。永久磁石３７はインナースリーブ３１の周囲に配置される。インナースリーブ３１と永久磁石３７との間には隙間６９が存在する。金型７０の左方から軸方向に溶融樹脂７１が射出されると、隙間６９を溶融樹脂７１が右方に流動しながら当該隙間６９に充填される。この溶融樹脂７１が硬化して樹脂部５０が形成される。
ここで、隙間６９に溶融樹脂７１が導入される際には、溶融樹脂７１の流動状態が周方向で不均一になるおそれがある。そうすると、図６に示されるように、インナースリーブ３１と永久磁石３７とが心ずれした状態で溶融樹脂７１が硬化するおそれがある。この場合、隙間６９が狭くなった箇所（図中の符号７３）には、樹脂が行き渡らず欠陥になる可能性がある。そして、上記欠陥が樹脂部５０の剥離の要因となる場合もある。
これに対し、図３及び図４に示されるように、インナースリーブ３１が小径部６１を有している。これにより、溶融樹脂７１の入口である永久磁石３７の端部の位置において、隙間６９が径方向に拡がっている。この構造によれば、小径部６１と内周面３８ａとの隙間が比較的広いので、当該隙間において溶融樹脂７１の射出速度は比較的遅い。従って、小径部６１と内周面３８ａとの隙間で、溶融樹脂７１は周方向全体に行き渡り易い。そして溶融樹脂７１は、周方向全体に行き渡ると共に軸方向に流動して隙間６９に充填される。このように、隙間６９への溶融樹脂７１の入口を広くすることで、溶融樹脂７１は隙間６９に対して周方向に均等に行き渡り易い。その結果、インナースリーブ３１と永久磁石３７との調心が図られる。
以上のように、本実施形態のモーターローター２５の構造によれば、インナースリーブ３１に小径部６１を設けるといった簡易な手法によってインナースリーブ３１と永久磁石３７との調心を図ることができる。
また、インナースリーブ３１の外周面３１ａに形成された溝６５は、周方向成分を含む方向に延在する。これにより、溝６５は、周方向成分を含む方向に溶融樹脂７１の流動を案内する。従って、溝６５は、隙間６９内における溶融樹脂７１の周方向の流動を促進する。従って、溝６５の存在によっても、溶融樹脂７１が隙間６９に対して周方向に均等に行き渡り易くなる。また、図５に示されるように、射出成形時には、永久磁石３７の左端面３７ａと金型７０との間に空間７５が形成されている。この空間７５が樹脂溜まりとして機能し、溶融樹脂７１を周方向に行き渡らせる。従って、隙間６９内における溶融樹脂７１の周方向の流動がさらに促進される。
また、樹脂部５０が溝６５に入り込んで形成されることにより、樹脂部５０とインナースリーブ３１との密着性が高められ、ひいては、インナースリーブ３１と永久磁石３７との密着性が高められる。溝６５が周方向成分を含む方向に延在するので、特に軸方向の密着性が高められる。その結果、インナースリーブ３１に対して永久磁石３７が軸方向に位置ずれすることが抑制される。また、溝６５が綾目ローレット溝６６ｂを含むので、インナースリーブ３１に対して永久磁石３７が周方向に位置ずれすることも抑制される。
本開示は、上述した実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。また、上述した実施形態に記載されている技術的事項を利用して変形例を構成することも可能である。各実施形態の構成を適宜組み合わせて使用してもよい。
実施形態では、中空構造のインナースリーブ３１と永久磁石３７との連結について説明したが、例えば、中実構造の軸部に永久磁石３７を連結させる場合にも、前述の構造が適用可能である。
２５ モーターローター
３１ インナースリーブ（軸部）
３１ａ 外周面
３７ 永久磁石
３８ａ 内周面
３８ｂ 内周面
５０ 樹脂部
６１ 小径部
６２ａ テーパ部
６２ｂ 段差小径部
６３ 中央部位
６５ 溝
６６ａ 周方向溝
６６ｂ 綾目ローレット溝
３１ インナースリーブ（軸部）
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６６ａ 周方向溝
６６ｂ 綾目ローレット溝
Claims (10)
- 軸部と、前記軸部の周囲に配置された円筒状の磁石と、前記軸部と前記磁石との隙間に充填された樹脂からなる樹脂部と、を備え、
前記軸部は、軸方向における前記磁石の端部の内周面に対向して位置し、前記軸方向における前記磁石の中央部の内周面に対向する部位よりも小径になるように形成された小径部を有し、
前記軸部において、前記磁石の中央部の内周面に対向する中央部位の全面と前記磁石との間には、前記樹脂部が充填されている、モーターローター。 - 前記軸部の外周面には、周方向成分を含む方向に延在する溝が形成されている、請求項１に記載のモーターローター。
- 前記軸部は、前記軸方向における前記磁石の中央部の内周面に対向する部位である大径部を有し、
周方向成分を含む方向に延在する前記溝は、前記大径部の外周面に形成されている、請求項２に記載のモーターローター。 - 前記軸部の外周面には、前記軸部の前記外周面上で螺旋状に延びる１本のローレット溝が形成されている、請求項１～３の何れか一項に記載のモーターローター。
- 前記軸部は、前記軸方向における前記磁石の中央部の内周面に対向する部位である大径部を有し、
前記ローレット溝は、前記大径部の外周面に形成されている、請求項４に記載のモーターローター。 - 前記軸部の外周面には、前記軸部の前記外周面上で互いに交差する２方向に螺旋状に延びる２の溝を含む綾目ローレット溝が形成されている、請求項１～３の何れか一項に記載のモーターローター。
- 前記小径部は、
前記磁石の前記中央部から前記軸方向に離れるほど縮径するように形成されたテーパ部である、請求項１～６の何れか一項に記載のモーターローター。 - 前記テーパ部の外周面は、円錐面をなす、請求項７に記載のモーターローター。
- 前記小径部は、
前記磁石の前記中央部に対向する部位との間に段差をもって小径に形成されている、請求項１～６の何れか一項に記載のモーターローター。 - 前記小径部の外周面は、円柱面をなす、請求項９に記載のモーターローター。
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