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(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】P2024162005
(43)【公開日】2024-11-21
(54)【発明の名称】回転電機のロータ
(51)【国際特許分類】
   H02K 1/276 20220101AFI20241114BHJP
【FI】
H02K1/276
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023077123
(22)【出願日】2023-05-09
(71)【出願人】
【識別番号】000241500
【氏名又は名称】トヨタ紡織株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100105957
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 誠
(74)【代理人】
【識別番号】100068755
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 博宣
(72)【発明者】
【氏名】本間 大介
(72)【発明者】
【氏名】野村 卓司
【テーマコード(参考)】
5H622
【Fターム(参考)】
5H622CA02
5H622CA05
5H622CA07
5H622CA10
5H622CB03
5H622CB05
5H622PP20
(57)【要約】
【課題】永久磁石が脱落し難い構造にすることのできる回転電機のロータを提供する。
【解決手段】ロータ10は、ロータコア11、収容孔12、永久磁石13、および固定部材14を有する。ロータコア11は、円筒状をなす。収容孔12は、ロータコア11を中心線L方向に貫通する形状をなす。永久磁石13は、収容孔12の内部に収容された状態で固定される。固定部材14は、合成樹脂材料からなるとともに、収容孔12の内面と永久磁石13の外面との間隙を埋める態様で設けられる。永久磁石13は、分割面が中心線Lに沿って延びる態様で2つの分割体20,21に分割されてなるとともに、2つの分割体20,21の間隔が中心線L方向における前記分割体20,21の第1端13Aから第2端13Bに向かうに連れて狭くなる態様で配置されている。
【選択図】図5
【特許請求の範囲】
【請求項1】
円筒状をなすロータコアと、
前記ロータコアの中心線方向に同ロータコアを貫通する収容孔と、
前記収容孔の内部に収容された状態で固定された永久磁石と、
前記収容孔の内面と前記永久磁石の外面との間隙を埋める態様で設けられた合成樹脂材料からなる固定部材と、を有する回転電機のロータにおいて、
前記永久磁石は、分割面が前記中心線方向に延びる態様で2つの分割体に分割されてなるとともに、前記2つの分割体の間隔が、当該分割体の前記中心線方向における一端から他端に向かうに連れて狭くなる態様で配置されている、
回転電機のロータ。
【請求項2】
前記固定部材は、前記収容孔における前記一端の側の開口を塞ぐ蓋部を有する、
請求項1に記載の回転電機のロータ。
【請求項3】
前記永久磁石は、前記他端における前記2つの分割体の並び方向外側の部分が、前記収容孔の内面に当接している、
請求項1に記載の回転電機のロータ。
【請求項4】
前記永久磁石は、前記2つの分割体の前記一端同士が当接する態様で配置されている、
請求項1に記載の回転電機のロータ。
【請求項5】
前記2つの分割体に挟まれた部分のうちの前記他端の側の部分は、前記固定部材の存在しない空隙部になっている、
請求項1に記載の回転電機のロータ。
【請求項6】
前記固定部材は、熱可塑性の合成樹脂材料からなる、
請求項1~5のいずれか一項に記載の回転電機のロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、回転電機のロータに関するものである。
【背景技術】
【0002】
回転電機のロータとしては、磁石埋込型のものが知られている(特許文献1参照)。このロータは、円筒状をなすロータコアを有している。ロータコアには、中心線方向に貫通する収容孔が設けられている。収容孔の内部には、永久磁石が収容された状態で固定されている。
【0003】
特許文献1に記載のロータでは、永久磁石の外面とロータコアの収容孔の内面との間隙を埋めるように、合成樹脂材料からなる固定部材が設けられている。この固定部材を介して、永久磁石は収容孔の内部に固定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2017-103836号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記ロータにおいて、単に固定部材を介して永久磁石を収容孔の内部に固定すると、回転電機(ロータ)に衝撃が加わった場合には、永久磁石が固定部材から外れてロータコアの収容孔から脱出するといったように、永久磁石が脱落するおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するための回転電機のロータは、円筒状をなすロータコアと、前記ロータコアの中心線方向に同ロータコアを貫通する収容孔と、前記収容孔の内部に収容された状態で固定された永久磁石と、前記収容孔の内面と前記永久磁石の外面との間隙を埋める態様で設けられた合成樹脂材料からなる固定部材と、を有する回転電機のロータにおいて、前記永久磁石は、分割面が前記中心線方向に延びる態様で2つの分割体に分割されてなるとともに、前記2つの分割体の間隔が、当該分割体の前記中心線方向における一端から他端に向かうに連れて狭くなる態様で配置されている。
【0007】
上記構成では、2つの分割体からなる永久磁石が固定部材の内部で保持されるスペースは、同永久磁石の一端(以下、第1端)から他端(以下、第2端)に向かうに連れて先細の形状になる。そして上記構成では、永久磁石が固定部材の内部に「くさび」のように配置されるようになる。
【0008】
上記構成によれば、ロータに衝撃が加わる等して永久磁石を第2端側に押す力が作用する場合には、同永久磁石は固定部材の内部における先細の部分に押し込まれるようになる。そして、この場合には、固定部材の内面と永久磁石の外面とが当接することで、同永久磁石を構成する2つの分割体の第2端側への移動が規制されるようになる。上記構成によれば、このようにして第2端側への永久磁石の脱落を抑えることができるため、ロータの構造を永久磁石が脱落し難い構造にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1】一実施形態の回転電機のロータの平面図である。
図2】同ロータの図1における2-2線に沿った側断面図である。
図3】同ロータの底面図である。
図4】同ロータの図1に一点鎖線で示す領域の平面図である。
図5】同ロータの図4における5-5線に沿った側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、一実施形態の回転電機のロータについて説明する。
<ロータコア>
図1図3に示すように、ロータ10は円筒状をなすロータコア11を有している。ロータコア11は、複数枚の円環板状の電磁鋼板が積層された構造をなしている。なお本実施形態のロータ10が適用される回転電機は、永久磁石界磁式の同期モータである。
【0011】
<収容孔>
ロータコア11には、同ロータ10の中心線Lの延びる方向(以下、中心線L方向)に貫通する収容孔12が、同ロータコア11の周方向に間隔を置いて並ぶ態様で複数(本実施形態では、20個)設けられている。詳しくは、ロータコア11には、周方向において互いに隣り合う都合十対の収容孔12が形成されている。対をなす2つの収容孔12は、それぞれが長尺状の断面形状をなすとともに、互いに近接するほど内周側に位置する態様で延びている。
【0012】
<永久磁石、固定部材>
各収容孔12の内部には永久磁石13が挿入された状態で収容されている。永久磁石13は、固定部材14を介してロータコア11、詳しくは上記収容孔12の内面に固定されている。固定部材14は、熱可塑性の合成樹脂材料(例えば、液晶ポリマー)によって形成されている。固定部材14は、収容孔12の内面と永久磁石13の外面との間隙を埋める態様で設けられている。
【0013】
本実施形態のロータ10では、互いに近接するほど内周側に位置する2つの収容孔12に挿入および固定される一対の永久磁石13により、回転電機の各磁極が構成される。本実施形態のロータ10は、磁極数が10極(極対数が5個)のものであり、且つ、周方向において「N極」である磁極と「S極」である磁極とが交互に並ぶ構造になっている。
【0014】
ここで、単に固定部材14を介して永久磁石13を収容孔12の内面に固定すると、ロータ10に衝撃が加わった場合に、永久磁石13が同固定部材14から外れてロータコア11から脱出するといったように、永久磁石13が脱落するおそれがある。
【0015】
<永久磁石の固定態様>
本実施形態のロータ10では、そうした永久磁石13の脱落を抑えることの可能な態様で、同永久磁石13が収容孔12の内部に固定されている。以下、永久磁石13の固定態様について詳細に説明する。
【0016】
図4および図5に示すように、1つの収容孔12に収容される永久磁石13は、2つの分割体20,21によって構成されている。詳しくは、1つの収容孔12に収容される永久磁石13は、分割面が中心線L方向および収容孔12の短手方向に延在する態様で、2つの分割体20,21に分割された構造をなしている。
【0017】
永久磁石13を構成する2つの分割体20,21は、収容孔12の長手方向において並ぶ態様で配置されている。また、2つの分割体20,21は、収容孔12の短手方向から永久磁石13を見た場合にそれら分割体20,21がハの字状をなす態様で配置されている。詳しくは、2つの分割体20,21は、分割体20,21同士の間隔が同分割体20,21における中心線L方向の一端(以下、第1端13A)から同中心線L方向の他端(以下、第2端13B)に向かうに連れて狭くなる態様で配置されている。なお図5では、永久磁石13の固定態様についての理解を容易にするために、2つの分割体20,21の間隔を実際の間隔よりも誇張して示している。
【0018】
永久磁石13の第1端13Aにおいては、2つの分割体20,21の並び方向外側の部分が収容孔12の内面に当接した状態になっている。具体的には、分割体20の第1端13Aにおける分割体21から遠い側の部分201が、収容孔12の内面に当接している。また、分割体21の第1端13Aにおける分割体20から遠い側の部分211が、収容孔12の内面に当接している。
【0019】
収容孔12の内面には段差部121,122が形成されている。各段差部121,122は、収容孔12の長手方向における両端側の部分よりも中央側の部分のほうが収容孔12の短手方向の長さが長い形状をなしている。本実施形態のロータ10では、一方の段差部121に分割体20の第1端13Aにおける部分201が当接するとともに、他方の段差部122に分割体21の第1端13Aにおける部分211が当接している。
【0020】
図3および図5に示すように、永久磁石13の第2端13Bにおいては、2つの分割体20,21の端部同士が当接した状態になっている。具体的には、分割体20の第2端13Bにおける上記分割体21に近い側の端部と、分割体21の第2端13Bにおける分割体20に近い側の端部とが当接した状態になっている。
【0021】
前記固定部材14は、基本的には、収容孔12の内面と分割体20,21の外面との間隙、および、2つの分割体20,21の間隙を埋める形状をなしている。
<蓋部>
図4および図5に示すように、固定部材14は、蓋部141を有している。蓋部141は、収容孔12の第1端13A側(図5における上側)の開口全体を塞ぐ形状をなしている。この蓋部141により、永久磁石13を構成する2つの分割体20,21の第1端13Aは覆われている。2つの分割体20,21の第1端13Aは、蓋部141の内面に当接した状態になっている。なお本実施形態のロータ10では、2つの分割体20,21の第2端13Bは、固定部材14によって覆われておらず、同ロータ10の外部に露出した状態になっている。
【0022】
本実施形態のロータ10では、固定部材14の外面と収容孔12の内面とが対向配置される部分においては、固定部材14の外面と収容孔12の内面とが略密着している。これにより、固定部材14の外面は収容孔12の内面に倣った形状をなしている。詳しくは、固定部材14の外面と収容孔12の内面とが対向配置される部分においては、固定部材14の外縁の一部が収容孔12の内面における電磁鋼板の隙間に入り込む構造をなしている。本実施形態のロータ10では、上記構造をなす部分がアンカー効果を発揮することで、固定部材14の上記収容孔12からの脱落が抑えられるようになっている。
【0023】
<空隙部>
図5に示すように、本実施形態のロータ10では、2つの分割体20,21に挟まれた部分のうちの上記第2端13B側(図5における下側)の部分が、固定部材14の存在しない空隙部15になっている。詳しくは、2つの分割体20,21に挟まれた部分のうちの上記第1端13A側の部分には同部分を埋める態様で固定部材14が設けられる一方で、2つの分割体20,21に挟まれた部分のうちの上記第2端13B側の部分には固定部材14が設けられていない。
【0024】
<作用効果>
本実施形態によれば、以下に記載する作用効果が得られる。
(1)ロータ10は、固定部材14を有する。固定部材14は、収容孔12の内面と永久磁石13の外面との間隙を埋める態様で設けられている。1つの収容孔12に収容される永久磁石13は、分割面が中心線L方向および収容孔12の短手方向に延在する態様で2つの分割体20,21に分割されている。2つの分割体20,21は、収容孔12の内部に、それら分割体20,21の間隔が中心線L方向における第1端13Aから第2端13Bに向かうに連れて狭くなる態様で配置されている。
【0025】
本実施形態のロータ10では、2つの分割体20,21からなる永久磁石13が固定部材14の内部で保持されるスペースは、同永久磁石13の第1端13Aから第2端13Bに向かうに連れて先細の形状になる。そして、2つの分割体20,21からなる永久磁石13は、固定部材14の内部に「くさび」のように配置されるようになる。
【0026】
本実施形態によれば、ロータ10に衝撃が加わる等して永久磁石13を第2端13Bの側に押す力が作用する場合には、同永久磁石13は固定部材14の内部における先細の部分に押し込まれるようになる。そして、この場合には、固定部材14の内面と永久磁石13の外面とが当接することで、永久磁石13を構成する2つの分割体20,21の第2端13B側への移動が規制されるようになる。本実施形態によれば、このようにして第2端13B側への永久磁石13の脱落を抑えることができるため、ロータ10の構造を永久磁石13が脱落し難い構造にすることができる。
【0027】
(2)固定部材14は蓋部141を有する。蓋部141は、収容孔12における第1端13A側の開口を塞ぐ形状をなしている。
本実施形態のロータ10では、ロータコア11の収容孔12における第1端13A側の開口が、固定部材14の一部をなす蓋部141によって塞がれている。そのため、ロータ10に衝撃が加わる等して永久磁石13を第1端13A側に押す力が作用した場合には、永久磁石13を構成する2つの分割体20,21の第1端13Aが蓋部141に突き当たる。これにより、第1端13A側への永久磁石13(詳しくは、2つの分割体20,21)の移動が規制されるため、同永久磁石13の第1端13A側への脱落を抑えることができる。本実施形態によれば、このようにしてロータ10の構造を永久磁石13が脱落し難い構造にすることができる。
【0028】
(3)永久磁石13を構成する2つの分割体20,21は、その第1端13Aにおける2つの分割体20,21の並び方向外側の部分201,211が収容孔12の内面に当接している。
【0029】
本実施形態によれば、永久磁石13を第1端13A側に押す力が作用した場合には、同永久磁石13(詳しくは、2つの分割体20,21)の第1端13Aがロータコア11の収容孔12の内面に突き当てられるようになる。このようにして永久磁石13の第1端13Aが収容孔12の内面に突き当たることで、永久磁石13の第1端13A側への移動が規制されるようになる。したがって、永久磁石13の第1端13A側への脱落を好適に抑えることができる。
【0030】
(4)2つの分割体20,21は、第2端13B同士が当接する態様で配置されている。
本実施形態のロータ10では、永久磁石13を第2端13B側に押す力が作用した場合には、同永久磁石13が固定部材14の内部における先細の部分に押し込まれるようになる。そして、このときには永久磁石13を構成する2つの分割体20,21の第2端13B同士が互いに押し付けられるようになる。このようにして2つの分割体20,21の第2端13B同士が押し付けられることで、それら分割体20,21のそれ以上の第2端13B側への移動が規制されるようになる。したがって、永久磁石13の第2端13B側への脱落を好適に抑えることができる。
【0031】
(5)2つの分割体20,21に挟まれた部分のうちの第2端13B側の部分は、固定部材14の存在しない空隙部15になっている。
本実施形態によれば、ロータ10を油冷式の回転電機に適用する場合には、2つの分割体20,21に挟まれた部分である空隙部15を、冷却用の油(冷却油)を進入させる冷媒室として利用することが可能になる。本実施形態のロータ10では、永久磁石13の第2端13Bは、固定部材14によって覆われておらず、ロータ10の外部に露出している。そのため、図5中に矢印Aで示すように、冷却用の油の一部を永久磁石13の第2端13Bにおける2つの分割体20,21の隙間から空隙部15に導入することが可能である。こうした構成を採用することにより、熱源である永久磁石13を好適に冷却することができる。
【0032】
本実施形態のロータ10では、2つの分割体20,21に挟まれた部分のうちの第2端13B側の部分は、応力が集中し易い断面形状(具体的には、断面略鋭角三角形状)をなしている。本実施形態によれば、そうした応力が集中し易い断面形状をなす部分、詳しくは空隙部15には合成樹脂材料からなる固定部材14が設けられない。そのため、固定部材14が収容孔12の内面と分割体20,21の外面との間隙、および、2つの分割体20,21の間隙を埋める態様で設けられるとはいえ、同固定部材14に応力集中が生じることを抑制することができる。
【0033】
<変更例>
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態および以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
【0034】
・2つの分割体20,21を、それらの第2端13B同士が若干離間する態様で配置してもよい。
・2つの分割体20,21を、それらの第1端13Aにおける前記並び方向外側の部分201,211と収容孔12の内面とが離間する態様で配置してもよい。
【0035】
・蓋部141を省略することができる。この場合には、収容孔12の第1端13A側の開口を塞ぐプレート部材(いわゆるエンドプレート)を設けることで、第1端13A側への永久磁石13の脱落を抑えることができる。
【0036】
・空隙部15を省略してもよい。具体的には、2つの分割体20,21に挟まれた部分の全体を埋める態様で、合成樹脂材料からなる固定部材14を配置することができる。
・1つの収容孔12に収容される永久磁石13としては、分割面が中心線L方向および収容孔12の長手方向に延在する態様で2つの分割体に分割された構造のものを採用することができる。この場合には、2つの分割体を、収容孔12の短手方向において並ぶ態様で配置するとともに、収容孔12の長手方向から永久磁石13を見た場合にそれら分割体がハの字状をなす態様で配置すればよい。
【0037】
・固定部材14を、熱可塑性の合成樹脂材料によって形成することの他、熱硬化性の合成樹脂材料によって形成することも可能である。
・上記実施形態のロータは、磁極数が10極(極対数が5個)のロータに限らず、任意の磁極数(4極、6極、8極、12極など)のロータに適用することができる。
【0038】
上記実施形態は、以下の付記に記載する構成を含む。
[付記1]円筒状をなすロータコアと、前記ロータコアの中心線方向に同ロータコアを貫通する収容孔と、前記収容孔の内部に収容された状態で固定された永久磁石と、前記収容孔の内面と前記永久磁石の外面との間隙を埋める態様で設けられた合成樹脂材料からなる固定部材と、を有する回転電機のロータにおいて、前記永久磁石は、分割面が前記中心線方向に延びる態様で2つの分割体に分割されてなるとともに、前記2つの分割体の間隔が、当該分割体の前記中心線方向における一端から他端に向かうに連れて狭くなる態様で配置されている、回転電機のロータ。
【0039】
[付記2]前記固定部材は、前記収容孔における前記一端の側の開口を塞ぐ蓋部を有する、[付記1]に記載の回転電機のロータ。
[付記3]前記永久磁石は、前記他端における前記2つの分割体の並び方向外側の部分が、前記収容孔の内面に当接している、[付記1]または[付記2]に記載の回転電機のロータ。
【0040】
[付記4]前記永久磁石は、前記2つの分割体の前記一端同士が当接する態様で配置されている、[付記1]~[付記3]のいずれか一つに記載の回転電機のロータ。
[付記5]前記2つの分割体に挟まれた部分のうちの前記他端の側の部分は、前記固定部材の存在しない空隙部になっている、[付記1]~[付記4]のいずれか一つに記載の回転電機のロータ。
【0041】
[付記6]前記固定部材は、熱可塑性の合成樹脂材料からなる、[付記1]~[付記5]のいずれか一つに記載の回転電機のロータ。
【符号の説明】
【0042】
10…ロータ
11…ロータコア
12…収容孔
121,122…段差部
13…永久磁石
13A…第1端
13B…第2端
14…固定部材
141…蓋部
15…空隙部
20…分割体
201…部分
21…分割体
211…部分
図1
図2
図3
図4
図5
【手続補正書】
【提出日】2024-05-17
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項3
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項3】
前記永久磁石は、前記端における前記2つの分割体の並び方向外側の部分が、前記収容孔の内面に当接している、
請求項1に記載の回転電機のロータ。
【手続補正2】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項4
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項4】
前記永久磁石は、前記2つの分割体の前記端同士が当接する態様で配置されている、
請求項1に記載の回転電機のロータ。