JP6233355B2

JP6233355B2 - ロータ

Info

Publication number: JP6233355B2
Application number: JP2015125495A
Authority: JP
Inventors: 雅志松本; 啓洋米田; 靖明白崎
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-06-23
Filing date: 2015-06-23
Publication date: 2017-11-22
Anticipated expiration: 2035-06-23
Also published as: KR101843069B1; US20160380493A1; DE102016210417A1; CN106300740A; US10199891B2; KR20170000345A; JP2017011891A

Description

本発明はロータに関し、特に、磁石をロータコアに樹脂モールドで固定する回転電機のロータに関する。

回転電機はステータとロータとを備えており、このロータとして、外周部に磁石が埋め込まれた磁石埋込形のロータがある。この磁石埋込形のロータには、ロータコアの端面に開口して、ロータコア内に軸方向に延設された収納穴に磁石を挿入し、この収納穴の内周面と磁石との間に樹脂を充填した後に、ロータコアの端面にエンドプレートを固定して構成されているものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−２３６０１９号公報

このようなロータでは、樹脂充填後の際に、樹脂を収納穴に注入した注入部に樹脂が残留してモールドバリとなり、ロータの端面に凸部が形成されてしまうことがある。このようなモールドバリを除去せずにロータコアの端面にエンドプレートを固定しようとすると、モールドバリがロータコアの端面とエンドプレートとの密着の妨げになる。このため、モールドバリを除去するバリ除去作業を行ってモールドバリを除去してから、ロータコアの端面にエンドプレートを固定している。

しかし、このように、モールドバリ除去作業を行えば製造コストの増加となりうる。また、ロータコアの端面とエンドプレートを密着した状態とする手法として、エンドプレートに注入口を設けて、ロータコアにエンドプレートを固定した後に、モールド型にセットして充填材を注入する製造方法も知られている。この製造方法では、エンドプレートがモールド成形時の荷重や加熱により変形することがあるので、エンドプレートの板厚を、荷重や加熱に耐えられるように厚くする必要があるが、板厚を厚くすると鉄損失になり回転電機としての効率が低下する。

そこで、本発明では、バリ除去作業を行わなくても、ロータコアとエンドプレートとの密着が阻害されるのを抑制できるロータを提供することを目的とする。

本発明のロータは、ロータコアの端面に開口部を有する収納穴に磁石が挿入され、前記開口部から前記収納穴に注入された充填材が前記収納穴で硬化した後に、前記端面にエンドプレートが固定されるロータであって、前記エンドプレートは、前記充填材の注入部と対向する部位に貫通孔を有し、前記貫通孔の内寸は、前記開口部の内寸より小さいことを特徴とする。このようなロータでは、注入部に充填材バリがあったとしても、エンドプレートを固定する際に、エンドプレートの貫通孔に充填材バリが入り込むので、ロータコアとエンドプレートとの密着が阻害されるのを抑制できる。また、エンドプレートが薄い等の理由で、エンドプレートに十分な深さの凹部を形成することが困難であったとしても、ロータコアとエンドプレートとの密着が阻害されるのを抑制できる。また、収納穴内の磁石・充填材がロータ軸方向へ剥離するのを抑制することができる。

さらに、前記貫通孔の内寸は、前記注入部に形成される充填材バリの外寸より大きいことを特徴とする。このようなロータでは、充填材バリ全体がエンドプレートの貫通孔に確実に入り込むので、ロータコアとエンドプレートとを密着させることができる。

本発明によれば、バリ除去作業に係るコストの増加を抑制するとともに、ロータコアとエンドプレートとの密着が阻害されるのを抑制することができる。

回転電機の概略構成を示す断面図である。ロータコアの断面図である。ロータコアの端面の拡大図である。エンドプレートの端面の拡大図である。図３のＡ−Ａ断面であり、注入口近傍の拡大断面図である。充填材の注入を説明するモールド型の概略構成図であるロータコアの製造方法を説明するフローチャートである。第２の実施形態を示す注入口近傍の拡大断面図である。

初めに第１の実施形態について説明する。本発明の実施形態における回転電機１は、例えば、ハイブリッド自動車、電気自動車等に搭載されるモータジェネレータである。図１に示すように、回転電機１は、円環状のステータ１０と、その内部に配置されるロータ２０とを備えている。ステータ１０の内周面とロータ２０の外周面との間には、所定量のギャップが形成されている。

ステータ１０は、筒状の磁性体からなるステータコア１１と、このステータコア１１の内周部に突設されて周方向に等間隔で配置された複数のティースの周囲に巻装されたステータコイル１２とを備えている。ステータコア１１は、それぞれ略円環状に打ち抜き加工された多数枚の電磁鋼板を軸方向に積層して一体に連結して構成されている。ステータコイル１２は、ステータコア１１の軸方向端面から外側へ突出するコイルエンド１２ａ，１２ｂを備えている。

ロータ２０は、回転軸２１と、この回転軸２１の外周に固定された筒状のロータコア２２と、ロータコア２２の周方向において埋設された複数の磁極２３と、ロータコア２２の両端面に固定されたエンドプレート２４とを備えている。エンドプレート２４は、ロータコア２２の一端面に固定されたエンドプレート２４ａと、ロータコア２２の他端面に固定されたエンドプレート２４ｂとを備えている。

ロータコア２２は、それぞれ円環状に打ち抜き加工された多数枚の電磁鋼板を軸方向に積層して構成されている。ロータコア２２を構成する各電磁鋼板は、一括してカシメ、接着、溶接等の方法によって一体的に連結されている。

図２に示すように、ロータコア２２には、８組の磁極２３が周方向に均等な間隔で設けられている。各磁極２３は同一構成であるので、以下一つの磁極２３について説明する。磁極２３は、ロータコア２２の外周に沿って配置された永久磁石３１と、この永久磁石３１の両側に、永久磁石３１を挟むように配置された永久磁石３２，３３とを備えている。永久磁石３２，３３は、ロータコア２２の外周側へ向かって略Ｖ字状に広がるようにそれぞれ配置されている。

永久磁石３１，３２，３３は、断面が矩形状である軸方向に長い平板形状であり、ロータコア２２の軸方向の長さよりも僅かに短い長さを有している。本実施形態では、永久磁石３１，３２，３３は、それぞれ同形状、同じ大きさであるが、これに限定されるものではなく、ロータコア２２の仕様等に基づいて永久磁石３１，３２，３３の形状、大きさをそれぞれ異なるものとしてもよい。

図３は、図２における１つの磁極２３が配置されたロータコア２２の一部分を拡大して示す図である。図３に示すように、ロータコア２２には、永久磁石３１，３２，３３を挿入する収納穴４１，４２，４３が設けられている。収納穴４１，４２，４３は、ロータコア２２の端面に開口部を有し、ロータコア２２の軸方向に延設されている。

まず、収納穴４１について説明する。収納穴４１は、永久磁石３１を保持する磁石保持部４１ａと、この磁石保持部４１ａの両端に連通するポケット部４１ｂ，４１ｃとを備えている。磁石保持部４１ａは、永久磁石３１の横断面と略相似形に形成されている。ポケット部４１ｂ，４１ｃは、磁石保持部４１ａの長手方向の両端に形成されており、左右対称の形状である。ポケット部４１ｂ，４１ｃの磁石保持部４１ａとの連通部は、磁石保持部４１ａよりも幅狭に形成されてポケット部４１ｂ，４１ｃに永久磁石３１が入り込まないようになっている。

収納穴４２，４３は、収納穴４２，４３の中央を通る中央線に対して線対象の形状であるので、収納穴４２について説明し、収納穴４３には対応する符号を付して説明を省略する。収納穴４２は、永久磁石３２を保持する磁石保持部４２ａと、この磁石保持部４２ａに連通するポケット部４２ｂ，４２ｃとを備えている。磁石保持部４２ａは、永久磁石３２の横断面と略相似形で、かつ、少し大きい長方形状に形成されている。磁石保持部４２ａのロータコア２２における内側及び外側には、磁石保持部４２ａに連通して磁石保持部４２ａからロータコア２２の径方向に延びる内側のポケット部４１ｂ及び外側のポケット部４１ｃがそれぞれ形成されている。両ポケット部４２ｂ，４２ｃの磁石保持部４２ａとの連通部は、磁石保持部４２ａよりも幅狭に形成されてポケット部４２ｂ，４２ｃに永久磁石３２が入り込まないようになっている。内側のポケット部４２ｂは、外側のポケット部４２ｃよりも大きい断面積を有している。

図３のＡ−Ａ断面図である図５に示すように、磁石保持部４１ａには、この磁石保持部４１ａ内に永久磁石３１を固定するための充填材５０が充填されている。充填材５０には、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の熱硬化性の樹脂材料が用いられる。充填材５０は、ポケット部４１ｂ，４１ｃにも充填されている。充填後の充填材５０が硬化することによって、永久磁石３１が磁石保持部４１ａに固定される。すなわち、収納穴４１内に充填された充填材５０が硬化することによって、永久磁石３１は収納穴４１に樹脂モールドされて固定される。

図６に示すように、充填材５０は、図示しない樹脂供給装置からモールド型６０の注入口６１に供給されて、この注入口６１から磁石保持部４１ａに注入される。磁石保持部４１ａの充填材５０が注入される部位が注入部５１となる。図３に示すように、楕円形状の注入部５１（図中一点鎖線で示す）は、永久磁石３１及び磁石保持部４１ａの略中央部に対応する部分に位置している。なお、モールド型６０による充填材５０の注入の詳細については後述する。

また、収納穴４２の磁石保持部４２ａ、ポケット部４２ｂ、収納穴４３の磁石保持部４３ａ、ポケット部４３ｂにも同様に、モールド型６０の注入口６１から充填材５０が注入されて硬化されることによって、磁石保持部４２ａ，４３ａに永久磁石３２，３３がそれぞれ固定される。永久磁石３２，３３も収納穴４２，４３に樹脂モールドされてそれぞれ固定される。

図３に示すように、収納穴４２には、永久磁石３２及び磁石保持部４２ａの略中央部に位置する注入部５２ａと、ポケット部４２ｂの端部に位置する注入部５２ｂとの注入部５２によって充填材５０が注入される。注入部５２ａから磁石保持部４２ａに充填材５０が注入され、注入部５２ｂからポケット部４２ｂに充填材５０が注入される。

同様に、収納穴４３には、永久磁石３３及び磁石保持部４３ａの略中央部に位置する注入部５３ａと、ポケット部４３ｂの端部に位置する注入部５３ｂとの注入部５３によって充填材５０が注入される。注入部５３ａから磁石保持部４３ａに充填材５０が注入され、注入部５３ｂからポケット部４３ｂに充填材５０が注入される。

充填材５０は熱硬化性樹脂であるので、ポケット部４１ｂ，４１ｃ，４２ｂ，４２ｃ，４３ｂ，４３ｃに充填材５０が充填されることによって、ポケット部４１ｂ，４１ｃ，４２ｂ，４２ｃ，４３ｂ，４３ｃは、ロータコア２２において電磁鋼板の部分よりも透磁率が低い領域となる。この低透磁率領域を設けることにより、永久磁石３１，３２，３３の周方向端部における表裏面間での磁束の漏れや短絡を効果的に抑制することができる。

充填材５０の硬化後、ロータコア２２の両端面には、エンドプレート２４ａ，２４ｂがそれぞれ固定される。エンドプレート２４ａ，２４ｂは、ロータコア２２の軸方向端面と同形の円環状であり、例えば、ステンレス（ＳＵＳ）の金属板から形成されている。エンドプレート２４ａ、２４ｂは、その外周における等間隔の複数個所において、ロータコア２２にそれぞれ溶接されている。

図５に示すように、注入部５１には、充填材５０の充填後、僅かに充填材５０が残留して、磁石保持部４１ａの表面から盛り上がる充填材バリとしてのモールドバリ５５が形成されることがある。このため、図４に示すように、エンドプレート２４ａのロータコア２２への固定面において、注入部５１に対向する位置には、この注入部５１に形成されるモールドバリ５５との干渉を避ける凹部２５が設けられている。凹部２５は注入部５１の長手方向に沿った長円形である。

図４、５に示すように、凹部２５の内寸は、注入部５１に形成されるモールドバリ５５の外寸よりも大きく、磁石保持部４１ａの開口の内寸よりも小さく設定されている。また、凹部２５の深さは、注入部５１の盛り上がり高さ、すなわちモールドバリ５５の高さよりも深く設定されている。よって、凹部２５はモールドバリ５５に干渉しないように覆っている。

また、エンドプレート２４ａには、注入部５２、５３に対応して、凹部２６，２７がそれぞれ設けられている。凹部２６は、注入部５２ａ，５２ｂに対応して、凹部２６ａ，２６ｂを備えている。凹部２７は、注入部５３ａ，５３ｂに対応して、凹部２７ａ，２７ｂを備えている。エンドプレート２４ｂも、エンドプレート２４ａの構成と同様に構成されている。

次に、図６、７を参照して本実施形態のロータ２０の製造方法について説明する。図７は、ロータ２０の製造工程を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ１０において、環状に打ち抜き加工された多数の電磁鋼板を軸方向に積層して、これら電磁鋼板をカシメ、溶接、接着等によって一体化して電磁鋼板積層体としてロータコア２２を形成する。

次に、ステップＳ２０において、ロータコア２２の収納穴４１，４２，４３に永久磁石３１，３２，３３を挿入する。

ステップＳ３０において、永久磁石３１，３２，３３が挿入されたロータコア２２をモールド型６０に装着する。モールド型６０はロータコア２２を上下から挟み込む。

ステップＳ４０において、モールド型６０の注入口６１等からロータコア２２の磁石保持部４１ａ，４２ａ，４３ａの注入部５１，５２ａ，５３ａ及びポケット部４２ｂ，４３ｂの注入部５２ｂ，５３ｂに充填材５０を注入する。充填材５０の注入により、磁石保持部４１ａ，４２ａ，４３ａ及びポケット部４１ｂ，４１ｃ，４２ｂ，４２ｃ，４３ｂ，４３ｃに充填材５０が充填されて充填材５０で満たされる。この充填材５０の充填は、各磁極２３毎に行ってもよいし、８組の磁極２３の全て同時に行ってもよい。

そして、ステップＳ５０において、ロータコア２２を加熱することによって充填材５０を硬化させて、永久磁石３１，３２，３３をロータコア２２の収納穴４１，４２，４３に固定する。

その後、ステップＳ６０において、ロータコア２２をモールド型６０から取り出す。図５に示すように、モールド型６０を取り外したときに、磁石保持部４１ａの充填材５０の注入部５１に僅かに充填材５０が残留して、磁石保持部４１ａの表面が盛り上がってモールドバリ５５が形成されることがある。このモールドバリ５５の大きさや盛り上がり高さは実験等によって把握することが可能である。このため、エンドプレート２４ａの凹部２５の大きさ及び深さを、どの程度の大きさ及び深さに設定すれば、モールドバリ５５と干渉しないようにするかは予め把握することができる。なお、注入部５２，５３に対するモールドバリについては図示を省略しているが、注入部５２，５３にも注入部５１と同様にモールドバリが形成される。

モールドバリ５５を除去していないロータコア２２に回転軸２１を固定する。そして、エンドプレート２４ａの凹部２５をモールドバリ５５に対向させて、エンドプレート２４ａをロータコア２２に固定する。同様にエンドプレート２４ｂもロータコア２２に固定する。これによりロータ２０の製造が完了する。

以上説明したように、本実施形態では、モールドバリ５５を除去するバリ除去作業を行わないので、この作業に係るコストを低減することができる。また、エンドプレート２４ａの凹部２５を注入部５１（モールドバリ５５）よりも大きい寸法及び深さとすることによって、エンドプレート２４ａをロータコア２２の端面に固定したときに、充填材５０の注入部５１（モールドバリ５５）とエンドプレート２４ａとの干渉を避けることができ、エンドプレート２４ａをロータコア２２の端面に密着して固定することができる。エンドプレート２４ｂについても同様である。さらに、凹部２５の内寸は、磁石保持部４１ａの開口の内寸よりも小さく設定されているため、収納穴４１，４２，４３内の永久磁石３１，３２，３３や充填材５０がロータ２０の軸方向へ剥離するのを抑制することができる。

また、バリ除去作業を行わない場合に、モールドバリ５５が脱落する可能性があり、仮に脱落すると、回転電機１の内部において異物となり、回転部分に付着すると回転電機１の動作に支障が生じ、また、回転電機１の内部を循環する冷却油や潤滑油の油路が詰まることがある。しかし、モールドバリ５５は、エンドプレート２４ａの凹部２５によって覆われているので、仮に、モールドバリ５５が脱落しても、回転電機１の内部に飛び散らず、回転電機１の内部における異物となることはない。

次に、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、凹部２５の代わりに貫通孔７０を設けている。特に、エンドプレート２４の厚さが薄く、凹部２５を形成することが困難である場合には、貫通孔７０を形成することが好ましい。

図８において、上述したように、充填材５０の充填後、注入部５１には、僅かに充填材５０が残留して磁石保持部４１ａの表面から盛り上がるモールドバリ５５が形成されることがある。このため、エンドプレート２４ａにおいて、注入部５１に対向する位置には、この注入部５１に形成されるモールドバリ５５との干渉を避ける円形の貫通孔７０が設けられている。

貫通孔７０の内寸は、注入部５１に形成されるモールドバリ５５の外寸よりも大きく、磁石保持部４１ａの開口部の内寸よりも小さく設定されている。また、第２の実施形態では、貫通孔７０の形状を円形としたが、モールドバリ５５の形状に応じて、矩形、正方形、長円形等の様々な形状としてもよい。なお、加工性の観点からは円形が好ましい。

このように、貫通孔７０が設けられたエンドプレート２４ａをロータコア２２の端面に固定したときに、充填材５０の注入部５１（モールドバリ５５）とエンドプレート２４ａとの干渉を避けることができ、エンドプレート２４ａをロータコア２２の端面に密着して固定することができる。また、エンドプレート２４ａとして厚みが薄いものを採用するなど、第１の実施形態のような凹部２５を形成することが困難な場合であっても、エンドプレート２４ａをロータコア２２の端面に密着して固定することができる。

また、貫通孔７０の径を調整するだけで、モールドバリ５５との干渉を抑制できるので、エンドプレート２４ａへの加工が簡単になり、加工コストを低減することができる。さらに、貫通孔７０の内寸は、磁石保持部４１ａの開口部の内寸よりも小さく設定されているため、収納穴４１，４２，４３内の永久磁石３１，３２，３３や、充填材５０がロータ２０の軸方向へ剥離するのを抑制することができる。

１回転電機、１０ステータ、１１ステータコア、１２ステータコイル、２０ロータ、２１回転軸、２２ロータコア、２３磁極、２４エンドプレート、２５，２６，２７凹部、３１，３２，３３永久磁石、４１，４２，４３収納穴、４１ａ，４２ａ，４３ａ磁石保持部、４１ｂ，４１ｃ，４２ｂ，４２ｃ，４３ｂ，４３ｃポケット部、５０充填材、５１，５２，５３注入部、５５モールドバリ、６０モールド型、６１注入口、７０貫通孔。

Claims

ロータコアの端面に開口部を有する収納穴に磁石が挿入され、前記開口部から前記収納穴に注入された充填材が前記収納穴で硬化した後に、前記端面にエンドプレートが固定されるロータであって、
前記エンドプレートは、前記充填材の注入部と対向する部位に貫通孔を有し、
前記貫通孔の内寸は、前記開口部の内寸より小さいことを特徴とするロータ。
請求項１に記載のロータにおいて、
前記貫通孔の内寸は、前記注入部に形成される充填材バリの外寸より大きいことを特徴とするロータ。