JP4661261B2

JP4661261B2 - 回転電機の回転子構造

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Publication number: JP4661261B2
Application number: JP2005046033A
Authority: JP
Inventors: 竜彦水谷; 智也杉山; 英治前田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-02-22
Filing date: 2005-02-22
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2025-02-22
Also published as: KR100909197B1; US7608966B2; AU2006217375A1; CN101091300A; US20070290566A1; CN101091300B; AU2006217375B2; JP2006238531A; EP1851844B1; KR20070104457A; DE602006019201D1; WO2006090567A1; EP1851844A1

Description

本発明は、回転電機の回転子構造および回転子の製造方法に関し、特に、永久磁石がロータコアに接着剤により固定される回転子の構造および製造方法に関する。

従来、ロータ（回転子）とステータ（固定子）とからなる回転電機において、ステータは、複数のスロットが形成されるステータコアと、スロット間に設けられるティースに巻着されたコイルとから構成される。ロータは、電磁鋼板が複数積層されたロータコアと、磁力を帯びた永久磁石と、回転軸となるシャフトとから構成される。そして、コイルに電力が供給されることにより、磁界が発生する。発生した磁界に基づいて、ロータとステータとの間に磁束の流れが形成されることにより、ロータは回転力を得る。永久磁石は、ロータコアに設けられる開口部に挿入される。永久磁石は、接着剤によりロータコアに固定される。エンドプレートは、ロータの回転軸方向からロータコアを挟むようにして設けられる。

このような構成の回転電機として、たとえば、特開２００３−１９９３０３号公報（特許文献１）は、埋め込み磁石形ロータの強度を確保しつつ、モータ特性を維持し、かつ、永久磁石のコーティングを行なうモータの製造方法を開示する。このモータの製造方法は、ステータと鉄などの高透磁率材からなる略円筒形のロータコアに軸方向に貫通した永久磁石埋設用穴を複数個設け、永久磁石埋設用穴に永久磁石を埋設してなる永久磁石ロータとから構成され、ステータに施された巻線電流により発生する回転磁界により回転するモータの製造方法である。モータの製造方法は、永久磁石に接着剤を用いて直接コーティングした後、永久磁石とロータコアとの接着を行う。

特許文献１に開示されたモータの製造方法によると、永久磁石のロータコア内部での固定、高速運転時の永久磁石の飛散防止、永久磁石の絶縁が同時にできる。
特開２００３−１９９３０３号公報

しかしながら、永久磁石をロータコアに接着剤を用いて固定すると、接着剤が滲んで、ロータコアとエンドプレートとの間に接着剤が介在する場合があるという問題がある。ロータコアとエンドプレートとの間に接着剤が介在すると、ロータコアとエンドプレートとの相対運動が抑制される。ロータコアとエンドプレートとは、材質が異なるため、異なる線膨張係数を有する。回転電機の作動に伴なって発生する熱や周囲の温度によりエンドプレートおよびロータコアはそれぞれ膨張する。線膨張係数の差により、ロータコアおよびエンドプレートの変化量はそれぞれ異なる。したがって、ロータコアおよびエンドプレートの間において、接着剤で固定される部分を起点として、ロータコアには、径方向に沿って圧縮方向あるいは引っ張り方向の応力が発生する場合がある。そのため、たとえば、ロータコアが複数の電磁鋼板が積層されて形成される場合には、軸方向端部の電磁鋼板が変形する可能性がある。

特許文献１に開示されたモータの製造方法においては、永久磁石とロータコアとを接着剤で固定しており、上述のような問題が発生する可能性がある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ロータコアとエンドプレートとの間に介在する接着剤に起因する応力を低減する回転電機の回転子構造および回転子の製造方法を提供することである。

第１の発明に係る回転電機の回転子構造は、回転子と固定子とを有する回転電機の回転子構造である。回転子は、ロータコアと、ロータコアの周方向に沿って形成される開口部に挿入される永久磁石と、ロータコアを回転軸方向から挟むようにして設けられるエンドプレートとを含む。永久磁石は、ロータコアに接着剤で固定される。ロータコアとエンドプレートとの間には、ロータコアの線膨張係数とエンドプレートの線膨張係数との間の線膨張係数を有する中間部材が設けられる。エンドプレートの周方向の外縁部は、中間部材の外縁部に対して径方向内側になる部分を有する。

第１の発明によると、ロータコアとエンドプレートとの間に中間部材を設けることにより、ロータコアから滲み出る接着剤は、中間部材によりエンドプレートに付着することがない。そのため、ロータコアとエンドプレートとが接着することを抑制することができる。また、中間部材は、ロータコアの線膨張係数とエンドプレートの線膨張係数との間の線膨張係数を有する。そのため、回転電機の作動に伴なって発生する熱や周囲の温度により膨張しても、中間部材の膨張量は、エンドプレートの膨張量よりも小さい。したがって、ロータコアと中間部材とが接着剤により相対的な位置が固定されても、線膨張係数の差によって発生する径方向の圧縮あるいは引っ張り応力を低減することができる。その結果、たとえば、ロータコアが複数の電磁鋼板が積層されて形成される場合には、軸方向端部の電磁鋼板の変形を抑制することができる。さらに、エンドプレートの周方向の外縁部は、中間部材の外縁部に対して径方向内側になる部分を有する。そのため、エンドプレートがロータコアに組み付けられた状態であっても、中間部材がロータコアとエンドプレートとの間に設けられているか否かを確認することができる。したがって、中間部材の誤組み付けを防止して、ロータコアとエンドプレートとの間に介在する接着剤に起因する応力を低減する回転電機の回転子構造を提供することができる。

第２の発明に係る回転電機の回転子構造においては、第１の発明の構成に加えて、中間部材は、円板形状を有する。中間部材の外径は、開口部の外周側の位置よりも大きくなるように形成される。

第２の発明によると、円板形状の中間部材の外径は、開口部の外周側の位置よりも大きくなるように形成される。したがって、開口部は、中間部材により覆われるため、ロータコアから滲み出た接着剤がエンドプレートに付着することを抑制することができる。したがって、エンドプレートとロータコアとが接着することを防止できる。

第３の発明に係る回転電機の回転子構造においては、第１または２の発明の構成に加えて、中間部材は、非磁性体である。

第３の発明によると、中間部材を非磁性体とすることにより、ロータコアに設けられた永久磁石の磁束が回転軸と平行な方向に漏れることによる、磁気回路の損失を防ぐことができる。

第４の発明に係る回転電機の回転子構造においては、第３の発明の構成に加えて、中間部材は、ステンレス鋼で形成される。

第４の発明によると、中間部材をステンレス鋼で形成することにより、ステンレス鋼は、非磁性体であるため、ロータコアに設けられた永久磁石の磁束が回転軸と平行な方向に漏れることによる、磁気回路の損失を防ぐことができる。

第５の発明に係る回転電機の回転子構造においては、第１〜４のいずれかの発明の構成に加えて、中間部材の少なくともロータコア側の表面には、接着剤との摩擦係数が、接着剤と中間部材との摩擦係数よりも小さい膜（たとえば、コーティング）が形成される。

第５の発明によると、中間部材の少なくともロータコア側の表面に、接着剤の摩擦係数が接着剤と中間部材との摩擦係数よりも小さい膜を形成することにより、接着剤は、中間部材との接着力が弱まるため、中間部材とロータコアとの間における接着による応力を低減することができる。

第６の発明に係る回転電機の回転子構造は、回転子と固定子とを有する回転電機の回転子構造である。回転子は、ロータコアと、ロータコアの周方向に沿って形成される開口部に挿入される永久磁石と、ロータコアを回転軸方向から挟むようにして設けられるエンドプレートとを含む。永久磁石は、ロータコアに接着剤で固定される。エンドプレートのロータコアに対向する面は、凹凸形状を有する。

第６の発明によると、エンドプレートのロータコアに対向する面が凹凸形状を有するようにすると、エンドプレートとロータコアとの接触面積を減少させることができる。したがって、エンドプレートとロータコアとが接着剤により固定されたとしても接触面積の減少するため、エンドプレートとロータコアとの接着面積を減少させることができる。接着面積が減少することにより、エンドプレートとロータコアとの間の接着力が弱まるため、エンドプレートおよびロータコアが回転電機の作動に伴なって発生する熱や周囲の温度により膨張して、線膨張係数の差によって発生する径方向の圧縮あるいは引っ張り応力を低減させることができる。その結果、たとえば、ロータコアが複数の電磁鋼板が積層されて形成される場合には、軸方向端部の電磁鋼板の変形を抑制することができる。したがって、ロータコアとエンドプレートとの間に介在する接着剤に起因する応力を低減する回転電機の回転子構造を提供することができる。

第７の発明に係る回転電機の回転子構造においては、第１〜６のいずれかの発明の構成に加えて、エンドプレートは、非磁性体である。

第７の発明によると、エンドプレートが非磁性体であることにより、ロータコアに設けられた永久磁石の磁束が回転軸と平行な方向に漏れることによる、磁気回路の損失を防ぐことができる。

第８の発明に係る回転電機の回転子構造においては、第１〜７のいずれかの発明の構成に加えて、ロータコアは、複数枚の電磁鋼板が積層されて形成される。

第８の発明によると、本発明を複数枚の電磁鋼板が積層されて形成されるロータコアに適用して、ロータコアとエンドプレートとの間に介在する接着剤に起因する応力を低減することにより、軸方向端部の電磁鋼板の変形を抑制することができる。

第９の発明に係る回転電機の回転子構造においては、第１〜８のいずれかの発明の構成に加えて、開口部は、２つの開口部がＶ字型になるように設けられる１対の開口部である。

第９の発明によると、２つの開口部がＶ字型になるように設けられる１対の開口部を有するロータコアに本発明を適用して、ロータコアとエンドプレートとの間に介在する接着剤に起因する応力を低減することにより、ロータコアの変形を抑制することができる。

第１０の発明に係る回転電機の回転子構造においては、第１〜８のいずれかの発明の構成に加えて、開口部は、２つの開口部がそれぞれ径方向に直交する方向に沿って設けられる１対の開口部である。

第１０の発明によると、２つの開口部がそれぞれ径方向に直交する方向に沿って設けられる１対の開口部を有するロータコアに本発明を適用して、ロータコアとエンドプレートとの間に介在する接着剤に起因する応力を低減することにより、ロータコアの変形を抑制することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。

＜第１の実施の形態＞
本実施の形態において、回転電機は回転子と固定子とから構成される。図１に示すように、本実施の形態に係る回転子１００は、シャフト１０８と、ロータコア１０４と、エンドプレート１０２，１０６と、永久磁石１１０と、ステンレスプレート１１２，１１４とから構成される。

ロータコア１０４は、複数枚の円板形状の電磁鋼板が積層されて形成される。ロータコア１０４は、シャフト１０８に貫通可能な円形形状の開口部が形成される。円形の開口部には、シャフト１０８と嵌合して位置決めを行なうための突起部（図示せず）が設けられる。永久磁石１１０は、ロータコア１０４の周方向に沿って形成される開口部に挿入される。円板形状のエンドプレート１０２，１０６は、ロータコア１０４をシャフト１０８の軸方向から挟むようにして設けられる。エンドプレート１０２，１０６は、たとえば、アルミニウム合金で形成されるが、材質は非磁性体であれば、特にこれに限定されるものではない。

永久磁石１１０は、ロータコア１０４に接着剤で固定される。なお、永久磁石１１０のロータコア１０４への組み付け方法は、特に限定されるものではなく、たとえば、ロータコア１０４の開口部に接着剤を付着させた後に、永久磁石１１０を挿入して組み付けるようにしてもよいし、ロータコア１０４の開口部に永久磁石１１０を挿入した後に、接着剤をロータコア１０４の開口部に付着させて永久磁石を固定するようにしてもよいし、特に限定されるものではない。また、接着剤は、予め定められた粘度を有する接着剤であれば特に限定されるものではないが、本実施の形態において、たとえば、熱硬化性接着剤を用いる。熱硬化性接着剤を用いる場合、永久磁石１１０とロータコア１０４との間に接着剤が介在した状態で、回転子１００が加熱されると、接着剤を構成する分子が３次元の網目構造になるように結びついて硬化して、永久磁石１１０をロータコア１０４に固定する。

図２に示すように、本発明は、ロータコア１０４とエンドプレート１０２との間に中間部材としてステンレスプレート１１２を設ける点に特徴を有する。

ステンレスプレート１１２は、ステンレス鋼で形成されるが、非磁性体であって、ロータコア１０４の線膨張係数と、エンドプレート１０２の線膨張係数との間の線膨張係数を有する材質であれば、特にステンレス鋼に限定されるものではない。

また、本実施の形態において、ステンレスプレート１１２は、永久磁石１１０が挿入される開口部を塞ぐ形状であればよいが、本実施の形態において、ステンレスプレート１１２は、円板形状であって、永久磁石１１０が挿入される開口部の外周側の位置よりも大きい外径を有する形状を有する。

図３に示すように、エンドプレート１０２には、切り欠き部１１６が設けられる。切り欠き部１１６は、エンドプレート１０２の径方向の外縁部が、ステンレスプレート１１２の外縁部に対して、径方向内側になるように形成されれば特に図３に示すような形状に限定されるものではない。好ましくは、切り欠き部１１６は、回転子１００の組み立て時にエンドプレート１０２の位置を制限する冶具に対応する形状を有することが望ましい。このようにすると、切り欠き部１１６は、エンドプレート１０２の冶具への固定を可能とし、かつ、ステンレスプレート１１２がロータコア１０４とエンドプレート１０２との間に挿入されているか否かを確認することができる。

図４に示すように、ロータコア１０４には、周方向に沿って開口部１１８が複数個形成される。本実施の形態において開口部１１８は、２つの開口部２０４，２０６がＶ字型になるように設けられる１対の開口部である。開口部２０４，２０６は、それぞれ永久磁石１１０が挿入可能に形成される。永久磁石１１０は、熱硬化性接着剤１２０により、ロータコア１０４に固定される。

本実施の形態において開口部１１８は、２つの開口部２０４，２０６がＶ字型になるように設けたが特にこれに限定されるものではない。たとえば、図５に示すように、開口部１１８は、２つの開口部２０８，２１０がそれぞれロータコア１０４の径方向に直交する方向に沿って設けられる１対の開口部であってもよい。

以上のような構造に基づく本実施の形態に係る回転電機の回転子１００の作用について説明する。たとえば、回転子１００の製造時を想定する。回転子１００の製造工程において、シャフト１０８にエンドプレート１０６、ステンレスプレート１１４、ロータコア１１４が貫通して組み付けられる。ロータコア１０４の開口部に、適量の熱硬化性接着剤１２０が注入され、永久磁石１１０がロータコア１０４の開口部２０２，２０４に挿入される。さらに、ステンレスプレート１１２、エンドプレート１０２がロータコア１０４に組み付けられる。このように組み付けられた回転子１００が加熱されて、熱硬化性接着剤１２０が硬化することにより、永久磁石１１０がロータコア１０４に固定される。

ロータコア１０４に永久磁石１１０と、ステンレスプレート１１２，１１４と、エンドプレート１０２，１０６とが組み付けられた状態の回転子１００においては、熱硬化性接着剤が硬化していないと、ロータコア１０４の開口部からステンレスプレート１１２側およびステンレスプレート１１４側の少なくとも一方に接着剤が滲み出る場合がある。この場合、ステンレスプレート１１２，１１４とロータコア１０４との間に熱硬化性接着剤が介在した状態となる。

この状態で回転子１００が加熱されると、回転子１００を構成するロータコア１０４、エンドプレート１０２，１０６およびステンレスプレート１１２，１１４は、それぞれ熱により膨張する。

エンドプレート１０２，１０６は、アルミ合金製であり、ステンレスプレート１１２，１１４およびロータコア１０４よりも膨張量が大きい。エンドプレート１０２，１０６と、ステンレスプレート１１２，１１４およびロータコア１０４との間には、接着剤が介在しないため、エンドプレート１０２，１０６と、ステンレスプレート１１２，１１４およびロータコア１０４との間で接着する部分はない。

ステンレスプレート１１２，１１４は、ステンレス製であり、ロータコア１０４よりも膨張量が大きく、エンドプレート１０２，１０６よりも膨張量は小さい。ステンレスプレート１１２，１１４とロータコア１０４との間に開口部から滲み出た熱硬化性接着剤が介在する場合においては、回転子１００が加熱されると、ステンレスプレート１１２，１１４およびロータコア１０４が膨張した状態で、熱硬化性接着剤は硬化する。

加熱が完了して、回転子１００の温度が低下したときに、熱膨張していたステンレスプレート１１２，１１４およびロータコア１０４は、それぞれ収縮する。このとき、膨張した状態で熱硬化性接着剤は硬化したため、ステンレスプレート１１２，１１４およびロータコア１０４が収縮すると、膨張量の差に基づいてステンレスプレート１１２，１１４とロータコア１０４との間で応力が発生する。

具体的には、ステンレスプレート１１２，１１４の線膨張係数は、ロータコア１０４の線膨張係数よりも大きいため、ステンレスプレート１１２，１１４の方が膨張量が大きい。したがって、温度の低下時にも収縮量が大きいステンレスプレート１１２，１１４には、ロータコア１０４からの径方向外側への引っ張り応力が発生し、ロータコア１０４には、ステンレスプレート１１２，１１４からの径方向内側への圧縮応力が発生する。

ステンレスプレート１１２，１１４は、エンドプレート１０２，１０６よりも線膨張係数が小さいため、エンドプレート１０２，１０６とロータコア１０４との間に熱硬化性接着剤が介在する場合に、エンドプレート１０２，１０６とロータコア１０４との間で発生する応力と比較して小さい。

また、回転電機の作動と停止とを繰り返して、回転子１００が発熱および冷却が繰り返される場合においても、ステンレスプレート１１２，１１４とロータコア１０４との間で発生する応力は、エンドプレート１０２，１０６とロータコア１０４との間に熱硬化性接着剤が介在する場合に、エンドプレート１０２，１０６とロータコア１０４との間で発生する応力よりも小さい。

以上のようにして、本実施の形態に係る回転電機の回転子構造によると、ロータコアとエンドプレートとの間にステンレスプレートを設けることにより、ロータコアから滲み出る接着剤は、ステンレスプレートによりエンドプレートに付着することがない。そのため、ロータコアとエンドプレートとが接着することを抑制することができる。また、ステンレスプレートは、ロータコアの線膨張係数とエンドプレートの線膨張係数との間の線膨張係数を有する。そのため、回転電機の作動に伴なって発生する熱や周囲の温度により膨張しても、ステンレスプレートの膨張量は、エンドプレートの膨張量よりも小さい。したがって、ロータコアとステンレスプレートとが接着剤により相対的な位置が固定されても、線膨張係数の差によって発生する径方向の圧縮あるいは引っ張り応力を低減することができる。その結果、たとえば、ロータコアが複数の電磁鋼板が積層されて形成される場合には、軸方向端部の電磁鋼板の変形を抑制することができる。さらに、エンドプレートの周方向の外縁部は、ステンレスプレートの外縁部に対して径方向内側になる部分を有する。そのため、エンドプレートがロータコアに組み付けられた状態であっても、ステンレスプレートがロータコアとエンドプレートとの間に設けられているか否かを確認することができる。したがって、ステンレスプレートの誤組み付けを防止して、ロータコアとエンドプレートとの間に介在する接着剤に起因する応力を低減する回転電機の回転子構造を提供することができる。

また、円板形状のステンレスプレートの外径は、開口部の外周側の位置よりも大きくなるように形成される。したがって、開口部は、ステンレスプレートにより覆われるため、ロータコアから滲み出た接着剤がエンドプレートに付着することを抑制することができる。したがって、エンドプレートとロータコアとが接着することを防止できる。

さらに、中間部材としてステンレスプレートを設けることにより、ステンレスプレートが非磁性体のステンレス鋼で形成されるため、ロータコアに設けられた永久磁石の磁束が回転軸と平行な方向に漏れることによる、磁気回路の損失を防ぐことができる。

好ましくは、ステンレスプレートの少なくともロータコア側の表面に、接着剤の摩擦係数が接着剤とステンレスプレートとの摩擦係数よりも小さい膜を形成することが望ましい。このようにすると、接着剤は、ステンレスプレートとの接着力が弱まるため、ステンレスプレートとロータコアとの間における接着による応力を低減することができる。ステンレスプレートに形成する膜は、たとえば、シリコン系コーティング剤やフッ素系のコーティング剤などの離型剤により形成することができる。

さらに好ましくは、エンドプレートおよびロータコアの間に挿入する中間部材は、電磁鋼板の線膨張係数により近い線膨張係数を有する非磁性体の材質を用いることが望ましい。このようにすると、中間部材は、ロータコアの膨張量に近い膨張量になるため、ロータの発熱や周囲の温度に応じて、膨張しても接着剤による固定点において発生する応力を小さくすることができる。

＜第２の実施の形態＞
以下、本発明の第２の実施の形態に係る回転電機の回転子構造について説明する。本実施の形態に係る回転電機の回転子構造は、上述の第１の実施の形態に係る回転電機の回転子構造と比較して、回転子１００がエンドプレート１０２，１０６に代えてエンドプレート３００，３０２を含む点およびステンレスプレート１１２，１１４を含まない点が異なる。それ以外の構成は、上述の第１の実施の形態に係る回転電機の回転子構造の構成と同じ構成である。それらについては同じ参照符号が付してある。それらの機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。

本実施の形態において、回転電機は回転子と固定子とから構成される。図６に示すように、本実施の形態に係る回転子１００は、シャフト１０８と、ロータコア１０４と、エンドプレート３００，３０２と、永久磁石１１０とから構成される。

本実施の形態に係る回転電機の回転子構造は、エンドプレート３００，３０２のロータコア１０４と当接する側の面に凹凸形状が形成される点に特徴を有する。

すなわち、図７（Ａ）に示すように、エンドプレート３００のロータコア１０４と当接する側の面には、エンドプレート３００の周方向に沿って環状の溝３０４が形成される。図７（Ｂ）のエンドプレート３００の断面図に示すように、エンドプレート３００の径方向には、それぞれ回転軸から予め定められた間隔で、溝３０４を含む３本の溝が形成される。溝の数については、特に３本に限定されるものではない。なお、エンドプレート３０２については、エンドプレート３００と同様にロータ１０４と当接する側の面に周方向に沿って溝が形成されるが、その詳細な説明は繰り返さない。

なお、エンドプレート３００，３０２に形成される凹凸形状については、周方向に沿って形成される溝に特に限定されるものではない。すなわち、図８に示すように、エンドプレート３００のロータコア１０４と当接する側の面には、回転軸を中心として放射状に形成される複数の溝３０６が形成されるようにしてもよいし、図９（Ａ）に示すように、エンドプレート３００のロータコア１０４と当接する側の面に、円形状の凹部３０８が形成されるようにしてもよい。凹部３０８の形状は、特に限定されるものではないが、たとえば、図９（Ｂ）のエンドプレート３００の断面図に示すように、円弧形状であってもよい。

以上のような構造に基づく、本実施の形態に係る回転電機の回転子１００の作用について説明する。たとえば、回転子１００の製造時を想定する。回転子１００の製造工程において、シャフト１０８にエンドプレート３０２、ロータコア１１４が貫通して組み付けられる。ロータコア１０４の開口部に、適量の熱硬化性接着剤１２０が注入され、永久磁石１１０がロータコア１０４の開口部２０２，２０４に挿入される。さらに、エンドプレート３００がロータコア１０４に組み付けられる。このように組み付けられた回転子１００が加熱されて、熱硬化性接着剤１２０が硬化することにより、永久磁石１１０がロータコア１０４に固定される。

ロータコア１０４に永久磁石１１０と、エンドプレート３００，３０２とが組み付けられた状態の回転子１００においては、熱硬化性接着剤が硬化していないと、ロータコア１０４の開口部からエンドプレート３００側およびエンドプレート３０２側の少なくとも一方に接着剤が滲み出る場合がある。この場合、エンドプレート３００，３０２とロータコア１０４との間に熱硬化性接着剤が介在した状態となる。

この状態で回転子１００が加熱されると、回転子１００を構成するロータコア１０４およびエンドプレート３００，３０２は、それぞれ熱により膨張する。

エンドプレート３００，３０２は、アルミ合金製であり、ロータコア１０４よりも膨張量が大きい。エンドプレート３００，３０２とロータコア１０４との間に開口部から滲み出た熱硬化性接着剤が介在する場合においては、回転子１００が加熱されると、エンドプレート３００，３０２およびロータコア１０４が膨張した状態で、熱硬化性接着剤は硬化する。

加熱が完了して、回転子１００の温度が低下したときに、熱膨張していたエンドプレート３００，３０２およびロータコア１０４は、それぞれ収縮する。このとき、膨張した状態で熱硬化性接着剤は硬化したため、エンドプレート３００，３０２およびロータコア１０４が収縮すると、膨張量の差に基づいてエンドプレート３００，３０２とロータコア１０４との間で応力が発生する。

具体的には、エンドプレート３００，３０２の線膨張係数は、ロータコア１０４の線膨張係数よりも大きいため、エンドプレート３００，３０２の方が膨張量が大きい。したがって、温度の低下時にも収縮量が大きいエンドプレート３００，３０２には、ロータコア１０４からの径方向外側への引っ張り応力が発生し、ロータコア１０４には、エンドプレート３００，３０２からの径方向内側への圧縮応力が発生する。

エンドプレート３００，３０２において、ロータコア１０４と当接する側の面には、凹凸形状が形成される。そのため、ロータコア１０４との接触面積は、エンドプレート３００，３０２に凹凸形状がない場合と比較して小さい。そのため、エンドプレート３００，３０２およびロータコア１０４において、熱硬化性接着剤による接着面積は小さい。接着面積が小さくなると、接着剤によるエンドプレート３００，３０２とロータコア１０４との接着力が弱まるため、エンドプレート３００，３０２に凹凸形状がない場合と比較して、エンドプレート３００，３０２およびロータコア１０４との間で発生する応力は小さくなる。

また、回転電機の作動と停止とを繰り返して、回転子１００が発熱および冷却が繰り返される場合においても、エンドプレート３００，３０２とロータコア１０４との間で発生する応力は、エンドプレート３００，３０２に凹凸形状がない場合に発生する応力よりも小さい。

以上のようにして、本実施の形態に係る回転電機の回転子構造によると、エンドプレートのロータコアに対向する面に溝が形成されると、エンドプレートとロータコアとの接触面積を減少させることができる。したがって、エンドプレートとロータコアとが接着剤により固定されたとしても接触面積の減少により、エンドプレートとロータコアとの接着面積を減少させることができる。接着面積が減少すると、エンドプレートとロータコアとの接着力が弱まるため、エンドプレートおよびロータコアが回転電機の作動に伴なって発生する熱や周囲の温度により膨張して、線膨張係数の差によって発生する径方向の圧縮あるいは引っ張り応力を低減させることができる。その結果、たとえば、ロータコアが複数の電磁鋼板が積層されて形成される場合には、電磁鋼板が大きく変形することを抑制することができる。したがって、ロータコアとエンドプレートとの間に介在する接着剤に起因する応力を低減する回転電機の回転子構造を提供することができる。

また、エンドプレートを非磁性体のアルミ合金で形成することにより、ロータコアに設けられた永久磁石の磁束が回転軸と平行な方向に漏れることによる、磁気回路の損失を防ぐことができる。

＜第３の実施の形態＞
以下、第３の実施の形態に係る回転子の製造方法について説明する。本実施の形態に係る回転子の製造方法は、上述した第１の実施の形態に係る回転子構造あるいは第２の実施の形態に係る回転子構造を有する回転子の製造方法である。

本実施の形態において、回転電機の回転子の構成は、上述した第１の実施の形態に係る回転電機の回転子構造の構成と回転子１００がステンレスプレート１１２，１１４を含まない点が異なる。それ以外の構成は、第１の実施の形態に係る回転電機の回転子１００の構成と同じである。それらについては同じ参照符号が付してある。それらの機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。

本実施の形態に係る回転子の製造方法において、永久磁石１１０とエンドプレート１０２，１０６とをロータコア１０４に組み付けた状態で、ロータコア１０４を加熱して熱硬化性接着剤を硬化させる点に特徴を有する。

具体的には、図１０に示すように、ロータコア１０４に対向するように、コイル５００，５０２を設けて、ロータコア１０４の周囲に磁界を発生させる。ロータコア１０４は、磁性体である複数の電磁鋼板を積層して形成される。そのため、ロータコア１０４の周囲に磁界が発生すると、ロータコア１０４の内部において、発生した磁界に基づく渦電流が発生する。ロータコア１０４の内部に渦電流が発生するとジュール熱が発生する。そのため、ロータコア１０４が加熱される。

以下、図１１を参照して、本実施の形態に係る回転子の製造方法について説明する。

ステップ（以下、ステップをＳと記載する。）１０００にて、エンドプレート１０６をシャフト１０８に組み付ける。Ｓ１１００にて、シャフト１０８に組み付けられたエンドプレート１０６にロータコア１０４を組み付ける。

Ｓ１２００にて、ロータコア１０４に形成される開口部に適量の熱硬化性接着剤を注入する。Ｓ１３００にて、ロータコア１０４に形成される開口部に永久磁石１１０を挿入する。

Ｓ１４００にて、エンドプレート１０２をロータコア１０４の軸方向の端面に当接して組み付ける。エンドプレート１０２，１０６およびロータコア１０４には、ボルト（図示せず）を貫通して、締結するようにしてもよい。

Ｓ１５００にて、コイル５００，５０２に電力を供給して、回転子１００の周囲に磁界を発生させる。コイル５００，５０２への電力の供給は、予め定められた時間が経過すると停止するようにしてもよいし、ロータコア１０４の温度が熱硬化性接着剤の硬化温度以上になった後に停止するようにしてもよいし、特に限定されるものではない。

以上のような構成、フローチャートに基づく、本実施の形態に係る回転子の製造方法の作用について説明する。

シャフト１０８にエンドプレート１０６およびロータコア１０４が組み付けられ（Ｓ１０００，Ｓ１１００）、ロータコア１０４の開口部に熱硬化性接着剤が注入され（Ｓ１２００）、ロータコア１０４の開口部に永久磁石１１０が挿入される（Ｓ１３００）。そして、エンドプレート１０２をロータコア１０４の軸方向の端面に当接して組み付けた状態で（Ｓ１４００）、コイル５００，５０２に電力が供給されると（Ｓ１５００）、ロータコア１０４の周囲に発生した磁界に基づく渦電流がロータコア１０４の内部に発生する。そして、ジュール熱によりロータコア１０４の温度が上昇する。ロータコア１０４の温度が上昇して、ロータコア１０４に付着する熱硬化性接着剤の温度が硬化開始温度を越えると、熱硬化性接着剤１２０は、硬化を開始する。このとき、エンドプレート１０２，１０６は、非磁性体のアルミ合金で形成されるため、回転子１００の周囲に磁界が発生しても、エンドプレート１０２，１０６の内部には、渦電流が発生しない。そのため、エンドプレート１０２，１０６自身は発熱せず、もっぱら、ロータコア１０４からの伝熱によりエンドプレート１０２，１０６の温度が上昇する。

このとき、エンドプレート１０２，１０６は、ロータコア１０４から伝熱される熱により熱膨張するが、エンドプレート１０２，１０６の膨張量は、回転子１００全体を加熱する場合と比較して小さい。したがって、ロータコア１０４が加熱して、熱硬化性接着剤が硬化するとき、エンドプレート１０２，１０６の膨張量は回転子１００全体を加熱する場合と比較して小さい。

そのため、コイル５００，５０２への電力供給の停止後に、ロータコア１０４の温度が低下したときに、エンドプレート１０２，１０６の膨張量が小さいと、収縮量も小さいため、ロータコア１０４とエンドプレート１０２，１０６との間において、熱硬化性接着剤による固定点があっても、固定点において発生する応力は、回転子１００全体を加熱することにより熱硬化性接着剤を硬化させる場合と比較して小さい。

以上のようにして、本実施の形態に係る回転子の製造方法によると、永久磁石とエンドプレートとをロータコアに組み付けた状態で、ロータコアに対向するように設けられたコイルに電力を供給して磁界を発生させる。これにより、ロータコアの周囲に磁界が発生させることができる。ロータコアの周囲に磁界を発生させると、ロータコアの内部においては、磁界の発生に基づく渦電流が発生する。発生した渦電流によりロータコアにおいてジュール熱が発生して、ロータコアは加熱される。エンドプレートは非磁性体であるため、エンドプレートの周囲に磁界が発生しても、エンドプレートの内部に渦電流は発生しない。そのため、ロータコアだけを加熱することができる。ロータコアだけが加熱されるため、エンドプレートには、ロータコアから伝熱する分の熱量が加わるだけである。そのため、回転子全体を加熱する場合と比べて、熱膨張による膨張量は少ない。したがって、ロータの製造時に熱硬化性接着剤を硬化させるための加熱時に、エンドプレートの膨張量が少ないため、ロータコアとエンドプレートの線膨張係数の差によって発生する径方向の圧縮あるいは引っ張り応力を低減することができる。その結果、たとえば、ロータコアが複数の電磁鋼板を積層して形成される場合、電磁鋼板が大きく変形することを抑制することができる。したがって、ロータコアとエンドプレートとの間に介在する接着剤に起因する応力を低減する回転子の製造方法を提供することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

第１の実施の形態に係る回転子の断面構造を示す図である。図１の点線の拡大図である。図１の矢視Ａから見たエンドプレートの一部を示す図である。開口部が形成されるロータコアの一部を示す図（その１）である。開口部が形成されるロータコアの一部を示す図（その２）である。第２の実施の形態に係る回転子の断面構造を示す図である。第２の実施の形態に係る回転子のエンドプレートに形成される凹凸形状の構造を示す図（その１）である。第２の実施の形態に係る回転子のエンドプレートに形成される凹凸形状の構造を示す図（その２）である。第２の実施の形態に係る回転子のエンドプレートに形成される凹凸形状の構造を示す図（その３）である。第３の実施の形態に係る回転子の製造方法においてロータコアを加熱するコイルの構成を示す図である。第３の実施の形態に係る回転子の製造方法の手順を示す図である。

符号の説明

１００回転子、１０２，１０６，３００，３０２エンドプレート、１０４ロータコア、１０８シャフト、１１０永久磁石、１１２，１１４ステンレスプレート、１１６切り欠き部、１１８，２０４，２０６，２０８，２１０開口部、１２０熱硬化性接着剤、３０４，３０６溝、３０８凹部。

Claims

回転子と固定子とを有する回転電機の回転子構造であって、前記回転子は、ロータコアと、前記ロータコアの周方向に沿って形成される開口部に挿入される永久磁石と、前記ロータコアを回転軸方向から挟むようにして設けられるエンドプレートとを含み、前記永久磁石は、前記ロータコアに接着剤で固定され、
前記ロータコアと前記エンドプレートとの間には、前記ロータコアの線膨張係数と前記エンドプレートの線膨張係数との間の線膨張係数を有する中間部材が設けられ、
前記エンドプレートの前記周方向の外縁部は、前記中間部材の外縁部に対して径方向内側になる部分を有する、回転電機の回転子構造。
前記中間部材は、円板形状を有し、
前記中間部材の外径は、前記開口部の外周側の位置よりも大きくなるように形成される、請求項１に記載の回転電機の回転子構造。
前記中間部材は、非磁性体である、請求項１または２に記載の回転電機の回転子構造。
前記中間部材は、ステンレス鋼で形成される、請求項３に記載の回転電機の回転子構造。
前記中間部材の少なくともロータコア側の表面には、前記接着剤との摩擦係数が、前記接着剤と前記中間部材との摩擦係数よりも小さい膜が形成される、請求項１〜４のいずれかに記載の回転電機の回転子構造。
回転子と固定子とを有する回転電機の回転子構造であって、前記回転子は、ロータコアと、前記ロータコアの周方向に沿って形成される開口部に挿入される永久磁石と、前記ロータコアを回転軸方向から挟むようにして設けられるエンドプレートとを含み、前記永久磁石は、前記ロータコアに接着剤で固定され、
前記エンドプレートの前記ロータコアに対向する面は、凹凸形状を有する、回転電機の回転子構造。
前記エンドプレートは、非磁性体である、請求項１〜６のいずれかに記載の回転電機の回転子構造。
前記ロータコアは、複数枚の電磁鋼板が積層されて形成される、請求項１〜７のいずれかに記載の回転電機の回転子構造。
前記開口部は、２つの開口部がＶ字型になるように設けられる１対の開口部である、請求項１〜８のいずれかに記載の回転電機の回転子構造。
前記開口部は、２つの開口部がそれぞれ径方向に直交する方向に沿って設けられる１対の開口部である、請求項１〜８のいずれかに記載の回転電機の回転子構造。