特開 2022-155022 回転電機用ロータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022155022

(43)【公開日】2022-10-13

(54)【発明の名称】回転電機用ロータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/22 20060101AFI20221005BHJP

   H02K 1/27 20220101ALI20221005BHJP

【ＦＩ】

H02K1/22 A

H02K1/27 501B

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021058338

(22)【出願日】2021-03-30

(71)【出願人】

【識別番号】000000011

【氏名又は名称】株式会社アイシン

(74)【代理人】

【識別番号】110002871

【氏名又は名称】弁理士法人坂本国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】堀尾 明弘

(72)【発明者】

【氏名】永野 翔也

【テーマコード（参考）】

5H601

5H622

【Ｆターム（参考）】

5H601AA01

5H601DD11

5H601GA24

5H622CB05

(57)【要約】

【課題】磁石孔の周方向両側の傾斜面で永久磁石を支持する構成において、磁石孔の周方向両側に生じうる応力集中を低減する。
【解決手段】軸方向の磁石孔２１を有するロータコア２と、磁石孔２１に装着される永久磁石３とを備え、永久磁石３の外周面は、周方向両側かつ径方向外側の第１角部３４に、軸方向に視て径方向内側へと傾斜する第１傾斜面３２１を有し、磁石孔２１の内周面は、周方向両側に、軸方向に視て永久磁石３の第１傾斜面３２１に沿って径方向内側へと傾斜する第２傾斜面２１２１を有し、かつ、第２傾斜面２１２１に径方向内側から連続する第１曲面２１３１を有し、第１曲面２１３１は、軸方向に視て、永久磁石３の側に曲率中心を有し、かつ、第２傾斜面２１２１を含む平面Ｓ１よりも曲率中心側に延在する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸方向の磁石孔を有するロータコアと、
前記磁石孔に装着される永久磁石とを備え、
前記永久磁石の外周面は、前記永久磁石における周方向両側かつ径方向外側の第１角部に、軸方向に視て径方向内側へと傾斜する第１傾斜面を有し、
前記磁石孔の内周面は、周方向両側に、軸方向に視て前記永久磁石の前記第１傾斜面に沿って径方向内側へと傾斜する第２傾斜面を有し、かつ、前記第２傾斜面に径方向内側から連続する第１曲面を有し、
前記第１曲面は、軸方向に視て、前記永久磁石の側に曲率中心を有し、かつ、前記第２傾斜面を含む平面よりも前記曲率中心側に延在する、回転電機用ロータ。

【請求項2】

前記磁石孔の内周面は、軸方向に視て、前記永久磁石における周方向両側かつ径方向内側の第２角部に、隙間を介して隣り合う第２曲面を更に有し、
前記第２曲面は、軸方向に視て、前記永久磁石の側に曲率中心を有し、
前記第１曲面は、軸方向に視て、前記ロータコアの中心を通る前記第２曲面の接線よりも前記永久磁石の側に形成され、又は、前記接線に接するように形成される、請求項１に記載の回転電機用ロータ。

【請求項3】

前記磁石孔の内周面は、前記第１曲面と前記第２曲面との間に、前記永久磁石に向かう側に凸となる第３曲面又は平面を含む、請求項２に記載の回転電機用ロータ。

【請求項4】

前記磁石孔は、前記永久磁石における径方向内側の外周面に、径方向に対向又は当接する径方向内側の内周面を有し、
前記磁石孔の前記径方向内側の内周面は、周方向両側で、前記永久磁石における径方向内側の外周面との隙間が前記第２曲面に向かうにつれて徐々に広くなるように形成される、請求項２又は３に記載の回転電機用ロータ。

【請求項5】

前記永久磁石の外周面は、周方向両側の前記第１傾斜面の間に、軸方向に視て径方向外側に凸状となる凸表面を更に有する、請求項１から４のうちのいずれか１項に記載の回転電機用ロータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、回転電機用ロータに関する。

【背景技術】

【0002】

軸方向の磁石孔を有するロータコアと、磁石孔に装着される永久磁石とを備える回転電機用ロータが知られている。例えば、一の磁石孔Ｃと一の永久磁石Ａとの関係を軸方向視で示す図３に示すように、特許文献１に記載される永久磁石Ａの外周面は、周方向両側かつ径方向外側の角部に、軸方向に視て径方向内側へと傾斜する傾斜面Ｂを有しており、磁石孔Ｃの内周面は、周方向両側に、軸方向に視て永久磁石Ａの傾斜面Ｂに沿って径方向内側へと傾斜する傾斜面Ｄを有する。このような回転電機用ロータによれば、永久磁石Ａの周方向両側の傾斜面Ｂを磁石孔Ｃの周方向両側の傾斜面Ｄで支持することにより、永久磁石Ａをバランス良く安定的に支持できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－２５３８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、この種の回転電機用ロータでは、磁石孔の内周面全体のうちの、磁石孔の周方向両側（特に、角部）の局所的な位置で力の伝達が発生するので、遠心力や材料の線膨張係数差などによる応力が、磁石孔の周方向両側（特に、角部）に集中しやすい。

【0005】

そこで、１つの側面では、本開示は、磁石孔の周方向両側の傾斜面で永久磁石を支持する構成において、磁石孔の周方向両側に生じうる応力集中を低減することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

１つの側面では、軸方向の磁石孔を有するロータコアと、
前記磁石孔に装着される永久磁石とを備え、
前記永久磁石の外周面は、前記永久磁石における周方向両側かつ径方向外側の第１角部に、軸方向に視て径方向内側へと傾斜する第１傾斜面を有し、
前記磁石孔の内周面は、周方向両側に、軸方向に視て前記永久磁石の前記第１傾斜面に沿って径方向内側へと傾斜する第２傾斜面を有し、かつ、前記第２傾斜面に径方向内側から連続する第１曲面を有し、
前記第１曲面は、軸方向に視て、前記永久磁石の側に曲率中心を有し、かつ、前記第２傾斜面を含む平面よりも前記曲率中心側に延在する、回転電機用ロータが提供される。

【発明の効果】

【0007】

１つの側面では、本開示によれば、磁石孔の周方向両側の傾斜面で永久磁石を支持する構成において、磁石孔の周方向両側に生じうる応力集中を低減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本実施例に係る回転電機用ロータの断面図である。

【図2】図１の回転電機用ロータの要部断面図である。

【図3】従来例に係る回転電機用ロータの要部断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、添付図面を参照しながら各実施例について詳細に説明する。なお、図面の寸法比率はあくまでも一例であり、これに限定されるものではなく、また、図面内の形状等は、説明の都合上、部分的に誇張している場合がある。

【0010】

図１は、本実施例に係る回転電機用ロータ１の断面図である。図２は、図１の回転電機用ロータ１の要部断面図である。以下の説明において、軸方向とは、ロータ中心Ｏを中心とした回転電機用ロータ１の回転軸に沿った方向を表し、径方向及び周方向とは、回転電機用ロータ１の回転軸を基準とした各方向を表す。

【0011】

回転電機用ロータ１は、車両の駆動力を発生する回転電機用として好適である。この場合、車両は、電気自動車（燃料電池車両を含む）であってもよいし、エンジンを駆動源として併用するハイブリッド車であってもよい。

【0012】

図１及び図２に示すように、回転電機用ロータ１は、周方向に沿って複数の磁石孔２１を有するロータコア２と、各磁石孔２１に装着される複数の永久磁石３とを備える。本実施例では、一例として、回転電機用ロータ１は、６組の磁石孔２１及び永久磁石３を備えている。なお、磁石孔２１及び永久磁石３の組数（すなわち極数）は任意である。

【0013】

なお、図１には、上側の一組の磁石孔２１及び永久磁石３について、周方向中心Ｏ１が示されている。以下では、特に言及しない限り、周方向に沿って複数配置される磁石孔２１及び永久磁石３のうちの、上側の一組の磁石孔２１及び永久磁石３について説明するが、他の組の磁石孔２１及び永久磁石３も実質的に同様である。また、図２では、当該上側の一組の磁石孔２１及び永久磁石３について、周方向の一方側の部分だけが示されるが、周方向の他方側の部分は実質的に対称である（図１参照）。以下では、周方向外側とは、図２に示す組の磁石孔２１及び永久磁石３の周方向中心（図１の周方向中心Ｏ１参照）から離れる側を表し、周方向内側とは、同周方向中心に近づく側を表す。

【0014】

永久磁石３は、軸方向に視て、等断面の形態であってよく、図２に示すように、第１外周面３１と、第２外周面３２と、第３外周面３３とを備える。

【0015】

第１外周面３１は、永久磁石３の径方向内側の外周面である。第１外周面３１は、ロータ中心Ｏと永久磁石３の周方向中心Ｏ１を通る第１直線Ｌ１に対して垂直な平坦面を有する。

【0016】

第２外周面３２は、永久磁石３の径方向外側の外周面である。

【0017】

第２外周面３２は、第１傾斜面３２１と、凸表面３２２とを連続的に有する。

【0018】

第１傾斜面３２１は、第２外周面３２における周方向両側に形成される。すなわち、永久磁石３における周方向両側かつ径方向外側の第１角部３４に位置する。第１傾斜面３２１は、軸方向に視て径方向内側へと傾斜する。より具体的には、第１傾斜面３２１は、軸方向に視て、周方向外側に向かうほど径方向内側に向かう向きで傾斜する。

【0019】

凸表面３２２は、第２外周面３２における周方向両側の第１傾斜面３２１の間に位置し、軸方向に視て径方向外側に凸状となる湾曲した形態を有する。

【0020】

第３外周面３３は、永久磁石３の周方向両側の外周面である。第３外周面３３は、第１外周面３１の周方向両端から垂直に立ち上がる平坦面を有する。なお、図２に示す例では、軸方向に視て、第３外周面３３と第１外周面３１のなす角度は、９０度であるが、９０以外の角度であってもよい。

【0021】

このように、本実施例の永久磁石３は、軸方向に視てＤ字状の形態であるいわゆるＤ型磁石を用いて構成されている。このような永久磁石３によれば、周方向中央側の厚み（径方向の寸法）を周方向両側よりも大きくし、遠心力などに対する強度を高めることができる。

【0022】

ロータコア２は、複数の円環状の電磁鋼板を軸方向に積層して構成されてよい。ロータコア２は、軸心孔の内周部がロータ軸（図示せず）に一体的に結合される。ロータコア２には、周方向にコアブリッジ部２３（ｑ軸磁路）を介して複数の磁石孔２１が形成される。上述したように磁石孔２１の個数は、永久磁石３の数に対応し、任意である。複数の磁石孔２１は、周方向に等ピッチで配置されてよい。

【0023】

磁石孔２１は、軸方向に視て、第１内周面２１１と、第２内周面２１２と、第３内周面２１３とを備える。

【0024】

第１内周面２１１は、磁石孔２１の径方向内側の内周面である。第１内周面２１１は、永久磁石３の第１外周面３１と同様、第１直線Ｌ１に対して垂直な平坦面を有してよい。第１内周面２１１は、永久磁石３の第１外周面３１に径方向に対向する。第１内周面２１１は、第１外周面３１に径方向で当接してもよい。

【0025】

第２内周面２１２は、磁石孔２１の径方向外側の内周面である。第２内周面２１２は、第２傾斜面２１２１と、凹表面２１２２とを連続的に有する。

【0026】

第２傾斜面２１２１は、第２内周面２１２における周方向両側に形成される。第２傾斜面２１２１は、軸方向に視て永久磁石３の第１傾斜面３２１に沿って径方向内側へと傾斜する。第２傾斜面２１２１は、永久磁石３の第１傾斜面３２１に対して、面接触する態様で、当接する。すなわち、第２傾斜面２１２１は、永久磁石３の第１傾斜面３２１に対して、第２傾斜面２１２１に垂直な方向で当接する。

【0027】

第２傾斜面２１２１は、永久磁石３の周方向両側の第１傾斜面３２１と協動して、磁石孔２１において永久磁石３をバランス良く安定的に支持する機能を有する。すなわち、永久磁石３の周方向両側の第１傾斜面３２１を磁石孔２１の周方向両側の第２傾斜面２１２１で支持することにより、永久磁石３をバランス良く安定的に支持できる。

【0028】

凹表面２１２２は、第２内周面２１２における周方向両側の第２傾斜面２１２１の間に位置し、軸方向に視て径方向外側に凹状となる湾曲した形態を有する。凹表面２１２２は、永久磁石３の凸表面３２２に径方向で対向する。凹表面２１２２と凸表面３２２との間には、径方向の第１空隙Ｇ１が形成されてもよい。この場合、第１空隙Ｇ１は、周方向に沿って略一定に設定されてもよい。第１空隙Ｇ１は、永久磁石３の組付け時、遠心力発生時、線膨張率差による膨張／収縮時などにおける永久磁石３と磁石孔２１との干渉を低減する機能を有する。また、第１空隙Ｇ１の周方向両端部に充填される接着剤（図示せず）を利用して、永久磁石３を磁石孔２１に接着することも容易となる。ただし、本実施例において、永久磁石３と磁石孔２１との間の接着位置は任意であり、第１空隙Ｇ１の周方向両端部等に限定されない。

【0029】

第３内周面２１３は、磁石孔２１の周方向両側の内周面である。第３内周面２１３は、永久磁石３との干渉を回避するための第２空隙Ｇ２を介して永久磁石３の第３外周面３３と対向する。

【0030】

本実施例では、第３内周面２１３は、応力を緩和するための第１曲面２１３１及び第２曲面２１３２を備える。このような第１曲面２１３１及び第２曲面２１３２は、平面同士が連接された角部（例えば最小の角Ｒで連接された角部）に比べ、応力の集中を緩和する効果（及びそれに伴いロータコア２の耐久性を高める効果）を有し、第１曲面２１３１及び第２曲面２１３２の曲率半径が大きくなるほど高い効果が得られる。ただし、第１曲面２１３１及び第２曲面２１３２の曲率半径を大きくすると、コアブリッジ部２３の周方向の最小幅が減少し、回転電機のトルク性能が低下する可能性がある。従って、コアブリッジ部２３の周方向の最小幅を減らすことなく、第１曲面２１３１及び第２曲面２１３２の曲率半径を大きくすることが有用である。

【0031】

この点、本実施例では、第１曲面２１３１は、第２傾斜面２１２１に径方向内側から連続するように形成されている。第１曲面２１３１は、軸方向に視て、永久磁石３の側に曲率中心を有し、かつ、第２傾斜面２１２１を含む平面Ｓ１（図２で一点鎖線により図示）よりも曲率中心側に延在する。このような第１曲面２１３１によれば、コアブリッジ部２３の周方向の最小幅を減らすことなく、磁石孔２１の周方向両側かつ径方向外側に、曲率半径の大きい第１曲面２１３１を設けることができる。なお、第２傾斜面２１２１において、永久磁石３との当接位置と第１曲面２１３１との連接位置との間には、適切な幅Ｗが確保される。幅Ｗは、必要な空隙Ｇ２を確保し、かつコアブリッジ部２３の周方向の最小幅を減らさない範囲で選択される。

【0032】

第２曲面２１３２は、軸方向に視て、永久磁石３における周方向両側かつ径方向内側の第２角部３５に隙間を介して隣り合うとともに、永久磁石３の側に曲率中心を有する。このような第２曲面２１３２によれば、磁石孔２１の周方向両側かつ径方向内側における応力の集中を緩和できる。磁石孔２１の周方向両側かつ径方向内側における応力の集中は、典型的には、回転電機用ロータ１の回転に伴い永久磁石３に遠心力が発生した際に、永久磁石３の第１傾斜面３２１と磁石孔２１の第２傾斜面２１２１とを介して、磁石孔２１に荷重が加わり、当該荷重に起因して生じうる。より具体的には、第２傾斜面２１２１に、当該第２傾斜面２１２１に垂直な成分の荷重が発生し、かかる荷重に起因して、一次的には、磁石孔２１の周方向両側かつ径方向外側における応力が発生しやすくなる。この点、本実施例では、かかる応力が上述のように第１曲面２１３１により低減される。そして、本実施例では、更に、かかる荷重に起因して二次的に発生しうる磁石孔２１の周方向両側かつ径方向内側における応力についても、第２曲面２１３２により低減される。

【0033】

また、本実施例では、第２曲面２１３２を設けることで、コアブリッジ部２３の周方向の最小幅を減らすことなく、第２空隙Ｇ２を広げることができ、鉄であるロータコア２と永久磁石３との間の熱膨張係数の差に起因した、永久磁石３とロータコア２との間の干渉（及びそれに伴う応力の発生）を防止できる。

【0034】

ここで、本実施例では、第２曲面２１３２は、好ましくは、コアブリッジ部２３の周方向の最小幅を規定する。つまり、ロータ中心Ｏを通って第２曲面２１３２に接する第２直線Ｌ２（軸方向に視てロータ中心Ｏを通る、第２曲面２１３２に係る円弧の接線）によってコアブリッジ部２３の周方向の最小幅が規定され、第１曲面２１３１は、第２直線Ｌ２よりも周方向内側（永久磁石３の側）に形成される。これにより、コアブリッジ部２３の周方向の最小幅が第１曲面２１３１によって減少することが回避される。このようにして、第１曲面２１３１と第２曲面２１３２による応力の緩和機能と、コアブリッジ部２３の磁気特性（ｑ軸磁路としての機能）に係る要求とを適切に両立させることが容易となる。

【0035】

なお、図２に示す例では、軸方向に視て、第２曲面２１３２は、第１曲面２１３１の接線のうちの、第１直線Ｌ１に平行な接線よりも、周方向内側に配置されている。この場合、コアブリッジ部２３の周方向の最小幅を比較的大きく確保しつつ、第１曲面２１３１の曲率半径の最大化（及びそれに伴う応力の最小化）を図ることができる。

【0036】

本実施例において、第１曲面２１３１と第２曲面２１３２との間には、好ましくは、第１曲面２１３１及び第２曲面２１３２の曲率中心側に凸となる第３曲面２１３３が形成されてよい。このような第３曲面２１３３を介して第１曲面２１３１と第２曲面２１３２とを接続することにより、磁石孔２１の周方向両側に生じる応力を第１曲面２１３１と第２曲面２１３２とに分散させることができる。なお、第１曲面２１３１と第２曲面２１３２は、第３曲面２１３３ではなく、平面を介して接続してもよい。

【0037】

また、本実施例において、磁石孔２１の第１内周面２１１は、好ましくは、周方向両側で、永久磁石３の第１外周面３１との隙間が徐々に広くなる態様で、軸方向に視て径方向内側に傾斜する第３傾斜面２１１１を備えてよい。この場合、第３傾斜面２１１１の周方向外側の端部は、第２曲面２１３２の径方向内側の端部に連接されている。このような第３傾斜面２１１１によれば、第２曲面２１３２の径方向内側の端部位置を径方向内側に寄せることができる。これにより、コアブリッジ部２３の周方向の最小幅を減少させることなく、第２曲面２１３２の曲率半径の最大化を図り、応力の集中を更に緩和できる。また、磁石孔２１の第３傾斜面２１１１と永久磁石３の第１外周面３１との隙間は、接着剤の充填空間として利用することもできる。

【0038】

以上、各実施例について詳述したが、特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。また、前述した実施例の構成要素を全部又は複数を組み合わせることも可能である。また、各実施例の効果のうちの、従属項に係る効果は、上位概念（独立項）とは区別した付加的効果である。

【0039】

例えば、上述した実施例では、第１曲面２１３１は、第２直線Ｌ２よりも周方向内側（永久磁石３の側）に形成されるが、第１曲面２１３１は、第２直線Ｌ２に接するように形成されてもよい。この場合、コアブリッジ部２３の周方向の最小幅を減少させることなく、第１曲面２１３１の曲率半径の最大化を図ることができる。

【符号の説明】

【0040】

１・・・回転電機用ロータ、２・・・ロータコア、３・・・永久磁石、３１・・・第１外周面（外周面）、３２・・・第２外周面（外周面）、３２１・・・第１傾斜面、３２２・・・凸表面、３３・・・第３外周面（外周面）、３４・・・第１角部、３５・・・第２角部、２１・・・磁石孔、２１１・・・第１内周面（内周面）、２１２・・・第２内周面（内周面）、２１２１・・・第２傾斜面、２１３・・・第３内周面（内周面）、２１３１・・・第１曲面、２１３２・・・第２曲面、２１３３・・・第３曲面、Ｓ１・・・平面

【図1】

【図2】

【図3】