JP2002112481A - 磁石モータ用ロータ - Google Patents

磁石モータ用ロータ

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JP2002112481A JP2000296377A JP2000296377A JP2002112481A JP 2002112481 A JP2002112481 A JP 2002112481A JP 2000296377 A JP2000296377 A JP 2000296377A JP 2000296377 A JP2000296377 A JP 2000296377A JP 2002112481 A JP2002112481 A JP 2002112481A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高回転時にも強度、耐久性を確保でき、電子
ビーム溶接といった難度の高い加工方法を用いずに製造
できる構造を有する磁石モータ用ロータを提供すること
を目的になされたものである。 【解決手段】 磁石を内蔵した環状電磁鋼板の積層体
と、前記電磁鋼板積層体の両端部に設置されて前記電磁
鋼板積層体を挟持する環状エンドプレートと、前記電磁
鋼板積層体と前記エンドプレートが外周部に設置された
円筒状コアバックと、前記コアバックの回転軸となるロ
ータ軸と、前記コアバックと前記ロータ軸の連結部とを
有する磁石モータ用ロータにおいて、前記エンドプレー
トは前記電磁鋼板積層体側に凸あるいは凹部を有し、前
記電磁鋼板積層体はエンドプレートの凸あるいは凹部に
対応する部分に凸あるいは凹部を有し、前記エンドプレ
ートと前記電磁鋼板積層体は設けられた凸あるいは凹部
でかしめによって連結される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、モータあるいはジ
ェネレータとして用いられる３相同期磁石モータのロー
タ構造に関し、特に電気自動車のモータあるいはジェネ
レータに好適で、強度を向上させて高回転時の変形を抑
制できる磁石モータのロータ構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在の永久磁石式同期モータは非常に高
い運転効率が達成され、電気自動車に好適であって既に
実用化も行われている。また補助動力にモータを用いる
ハイブリッド電気自動車にも磁石式モータは使用されて
いる。このように磁石モータはモータ類の中でも優れた
素性を有しているがまだ技術的課題も多く残されてお
り、更なる高性能化に向けて課題克服の追求がなされて
いくことが予測される。
【０００３】その中で省スペースを狙いとするモータの
小型化あるいは高出力化手段の一つとしてモータの高回
転化といった課題が挙げられるが、モータの高回転化を
狙いとした場合に、特に１００００ｒｐｍ以上という非
常に高い回転数でモータ使用を検討した場合にはロータ
が備えるべき強度は非常に高いものが必要となる。
【０００４】従来のモータ構成としては図５に示すもの
が知られている。１はエンドプレート、２は電磁鋼板積
層体である。３は円筒状のコアバックである。５はロー
タ軸、６はロータ軸５とコアバック３の連結部である。
電磁鋼板積層体には図６に示すように磁石４が内蔵され
ている。なお図６には磁石１極分しか示していないが、
そのモータ全体として８極の磁石から成っている。また
磁石保持構造も遠心力に耐えられるように磁石１極を２
分割にして中央部にブリッジ部を設けた構造としてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら図５に示
す従来のモータ構成において近年の高出力化、高回転化
に向けて更なる耐久性、強度が求められ、改善が必須な
状況が生じることとなった。また技術的難度の高い電子
ビーム溶接といった加工方法を用いずに簡便で、かつ信
頼性の高い構造及び製造方法の必要性も生じた。
【０００６】本発明は上記問題点に鑑みて高回転時にも
強度、耐久性を確保でき、電子ビーム溶接といった難度
の高い加工方法を用いずに製造できる構造を有する磁石
モータ用ロータを提供することを目的になされたもので
ある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】溶接によって高回転時の
変形抑制の信頼性を確保することは非常に困難であり、
そこで本発明者らは、溶接を用いない接合構造としえな
いかを鋭意検討した。その結果、機械的固定方法のみで
高回転時のエンドプレートの変形を抑制する構造を見出
した。
【０００８】すなわち請求項１に示すように、磁石を内
蔵した環状電磁鋼板の積層体と、前記電磁鋼板積層体の
両端部に設置されて前記電磁鋼板積層体を挟持する環状
エンドプレートと、前記電磁鋼板積層体と前記エンドプ
レートが外周部に設置された円筒状コアバックと、前記
コアバックの回転軸となるロータ軸と、前記コアバック
と前記ロータ軸の連結部とを有する磁石モータ用ロータ
において、前記エンドプレートは前記電磁鋼板積層体側
に凸あるいは凹部を有し、前記電磁鋼板積層体はエンド
プレートの凸あるいは凹部に対応する部分に凸あるいは
凹部を有し、前記エンドプレートと前記電磁鋼板積層体
は設けられた凸あるいは凹部でかしめによって連結され
ることを特徴とする磁石モータ用ロータによって、上記
課題は達成された。
【０００９】次いで請求項２記載の発明では、前記電磁
鋼板積層体および前記エンドプレートは前記コアバック
へＣリングによって固定されることを特徴とする。
【００１０】次いで請求項３記載の発明では、前記電磁
鋼板積層体および前記エンドプレートは前記コアバック
へかしめによって固定されることを特徴とする。
【００１１】次いで請求項４記載の発明では、前記エン
ドプレートが非磁性材であることを特徴とする。
【００１２】次いで請求項５記載の発明では、前記エン
ドプレートがＪＩＳ分類ＳＵＳ３０４相当のステンレス
材であることを特徴とする。
【００１３】次いで請求項６記載の発明では、前記電磁
鋼板かしめ部が、内径側から電磁鋼板の径方向長さに対
して７％〜３０％の範囲に位置していて、円周方向に等
間隔に位置し、４個から１６個の範囲であることを特徴
とする。
【００１４】次いで請求項７記載の発明では、前記電磁
鋼板かしめ部形状は矩形であって、縦あるいは横が１ｍ
ｍ以上、横あるいは縦が２ｍｍ以上であり、前記かしめ
部のロータ回転軸方向の高さは電磁鋼板板厚さの１ない
しは２倍であることを特徴とする。
【００１５】次いで請求項８記載の発明では、前記エン
ドプレートに設けたかしめ部の凸あるいは凹部の大きさ
および形状は電磁鋼板かしめ部を嵌合する大きさおよび
形状であることを特徴とする。
【００１６】次いで請求項９記載の発明では、前記エン
ドプレートはバランス修正のための余肉部分を有してい
ることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下図面に基づいて発明内容を説
明する。
【００１８】図１は本発明の１実施形態である。ロータ
構造の主要部分のみの断面を示している。コアバック３
はエンドプレート１ａを止める突起部３ａを有してい
る。またエンドプレート１ｂはＣリング９で止められて
いる。また電磁鋼板積層体２にはかしめ部８が設けてあ
る。エンドプレート１ａには凸部７ａが設けてあり、エ
ンドプレート１ｂには凹部７ｂが設けてある。
【００１９】図２は電磁鋼板のかしめ部８とエンドプレ
ートの凸凹７ａ，ｂの拡大説明図である。電磁鋼板のか
しめ部８とエンドプレートの凸凹７ａ，ｂははめ合わさ
れている。
【００２０】エンドプレートに働く遠心力を図１中矢印
で示してある。バランス修正用の余肉部分には図に示す
ようなモーメント力も働くが、エンドプレート余肉部分
の重心位置がずれていることによる。図１の実施例では
エンドプレートの厚さを４ｍｍとして曲げ剛性を確保し
ている。モーメント力は電磁鋼板積層体２とコアバック
の突起３ａと、Ｃリング９で受ける。エンドプレートと
電磁鋼板積層体とが凸凹によりはめあわされているの
で、径方向の遠心力の一部は電磁鋼板積層体が受け持つ
ことで確保されることになる。
【００２１】図１の実施形態ではエンドプレート１ｂは
Ｃリング９で止められるがその止め方はこの方法に限ら
れているわけではなく、かしめる方法も取れるのはもち
ろんである。電磁鋼板のかしめ部は通常行われているか
しめ方法と特に異なるものではない。ただしエンドプレ
ートとかみあわせるため少し大きめである。
【００２２】図２は前述したようにエンドプレートの凸
凹と電磁鋼板のかしめ形状との説明図である。電磁鋼板
２ａのかしめの形状は板面ではほぼ矩形状である。一辺
の長さとしては１ｍｍ以上であればよく、他辺の長さと
しては２ｍｍ以上あればよい。また高さとしては板厚の
１ないしは２倍程度でよい。エンドプレートの凸凹の形
状大きさは電磁鋼板のかしめ部と嵌合すればよい。
【００２３】図３は図２の別形状の例である。図２と同
じ符号にしてあるので違う部分のみの説明にとどめる。
図３では電磁鋼板２ａのかしめの大きさが大きく形状も
違えている。エンドプレートと電磁鋼板積層体との嵌合
がより強固となりうる。
【００２４】電磁鋼板のかしめ部位置であるがその一例
を図４に示すが、この場合には１６個所である。かしめ
部の位置はこの半分の８個でも、また場合によってはさ
らに半分の４個でもよく、４〜１６個の範囲で適宜選択
することが望ましい。またかしめ部の周方向での位置は
ほぼ等分であればよく、径方向での位置は電磁鋼板の径
方向長さに対して内径側から７％から３０％の範囲の位
置が適切である。３０％より外側であるとモータ性能に
影響を与えることになり、また７％より内側ではかしめ
部が強度的に弱くなってしまうことになる。また図４で
はかしめが径方向に対して横長であるが、縦長であって
もよく、また混在してもかまわない。
【００２５】なお、図４で切り欠き１０は電磁鋼板の回
り止めのためで、電磁鋼板に働くトルクをコアバックに
伝達する役目を果たすものである。この図の場合には電
磁鋼板の方にへこみがあり、円筒状コアバックの方に出
っ張りがあるようにしている。もちろん逆であっても差
し支えない。
【００２６】
【発明の効果】請求項１記載の発明にあっては、まず磁
石型モータを作製する上で動力源である磁界発生源とし
て磁石は必須構成であり、この磁石を可能な範囲で多く
用いることで出力を向上させることができる。このとき
の構造として磁石を組み込んだ鋼板を積層体とすること
で効率的な出力向上が見込める。ただし用いる鋼板は電
磁鋼板の必要がある。表面が絶縁された電磁鋼板を用い
ることでモータ回転時に磁力によって発生する電流を抑
制して出力ロスを低減可能とする。
【００２７】エンドプレートは電磁鋼板積層体をコアバ
ックに挟持、固定してロータを形成するための構成で、
円筒状コアバックはエンドプレートおよび電磁鋼板積層
体を支持してロータを形成するための構成で回転時の変
形を抑える強度を必要とする。これらの要素は本発明品
の内部磁石型モータ用ロータには欠かせないものであ
る。コアバックとロータ軸との連結部はこれらを回転軸
の回りに固定する役割を果たし、ロータ軸は回転軸とな
る。
【００２８】前記エンドプレートと前記電磁鋼板積層体
は設けられた凸あるいは凹部でかしめによって連結され
るという機械的な固定方法とすることで作業を簡便にし
て強度等の品質保証を容易にできる。このときに前記エ
ンドプレートは電磁鋼板積層体側に凸あるいは凹部を有
し、前記電磁鋼板積層体はエンドプレートの凸あるいは
凹部に対応する部分に凸あるいは凹部を有し、エンドプ
レートの凹凸は電磁鋼板積層体のかしめ部の凹凸とはめ
合わせられるようにすることで、固定時の位置決めを容
易にしてかしめによって連結することで作業効率を向上
させて同時に強度を確保できるものである。
【００２９】請求項２記載の発明にあっては、Ｃリング
は止め具として汎用品で入手が容易であり、コストも安
価でエンドプレートとして設置も簡便に行なえるもので
ある。材料としては焼き入れした鋼材が適切で強度も確
保可能である。
【００３０】請求項３記載の発明にあっては、エンドプ
レートをかしめによって固定することで作業効率を向上
させて同時に強度を確保できるものである。
【００３１】請求項４記載の発明にあっては、ここで非
磁性材とは磁性を有さないものであり、例えばステンレ
ス、真鍮、銅、アルミニウムといった材料のことであ
る。エンドプレートが磁性を有すると電磁鋼板積層体中
の磁石が生み出す磁界がエンドプレート方向にも発生し
てしまう。モータとしては磁界がロータ外周側に配置さ
れるステータ方向にのみ発生されることで出力ロスを低
減することが望ましく、エンドプレート方向にも磁界が
発生すると出力ロスが大きくなってしまう。またエンド
プレートが磁性材であると加工時に発生する切り屑等が
付着して性能に影響することが考えられる。このためエ
ンドプレートは非磁性材であることが好ましい。
【００３２】請求項５記載の発明にあっては、上記理由
によりエンドプレートが非磁性材であることが好ましい
が、その中でもＪＩＳＧ４３０３「ステンレス鋼棒」、
ＪＩＳＧ４３０４「熱間圧延ステンレス鋼板及び鋼
帯」、ＪＩＳＧ４３０５「冷間圧延ステンレス鋼板及び
鋼帯」に代表されるＪＩＳ分類ＳＵＳ３０４材のステン
レスが好ましい。ＪＩＳ分類ＳＵＳ３０４材は市場でも
多く使用される材料で入手も容易で安価であり、強度も
確保できるためエンドプレートに使用する材料として好
ましいものである。
【００３３】請求項６記載の発明にあっては、前記電磁
鋼板かしめ部の位置は、内径側から電磁鋼板の径方向長
さに対して７％〜３０％の範囲に位置すると好ましい。
この範囲とすることでかしめ部強度を向上させてロータ
変形を低減し、よってモータ性能も向上させることがで
きる。
【００３４】またかしめ部位置は円周方向で等間隔に位
置し、４個から１６個の範囲の個数であることが望まし
い。
【００３５】ほぼ等間隔とすることで応力を均等に分散
させて強度バランスを保つことができる。設置数をこの
範囲とすることでかしめ部強度を向上させてモータ性能
を向上させられる上に、製造工程を煩雑にすることのな
い強度に優れたロータを製造することができる。
【００３６】請求項７記載の発明にあっては、形状を矩
形とすることで作業を容易なものとし、十分な強度を確
保できるものである。大きさは縦あるいは横が１ｍｍ以
上、横あるいは縦が２ｍｍ以上であると好ましく、この
範囲とすることでかしめ回数を増加させることなく、さ
らにバラツキを低減してかしめ強度を確保できる。かし
め部のロータ軸方向の高さは電磁鋼板板厚さの１ないし
は２倍程度でよく、同様にこの範囲とすることでかしめ
回数を増加させることなく、さらにバラツキを低減して
かしめ強度を確保できる。
【００３７】請求項８記載の発明にあっては、本発明の
効果をもたらす上でエンドプレートと電磁鋼板を一体化
させてロータ強度を保証するにはエンドプレートの凸あ
るいは凹の大きさおよび形状が電磁鋼板かしめ部と嵌合
する大きさおよび形状であることが好ましい。
【００３８】請求項９記載の発明にあっては、バランス
修正は回転体の重量バランスを取って回転時に回転軸を
安定させるために必要な作業である。このときエンドプ
レートの余肉部分を削って重量バランスを取るためエン
ドプレートには余肉部分を設けることが好ましい。
【００３９】以上説明したように、本発明に係わるロー
タ構造ではエンドプレートに働く遠心力の一部を電磁鋼
板積層部がになうことになるため、機械的強度がそれほ
ど高くないＪＩＳ分類ＳＵＳ３０４材を用いたエンドプ
レートを使用しても毎分１万数千回転まで回転可能なロ
ータとなり、最高回転数が２万ｒｐｍ近くまでになるモ
ータを実現できることになる。さらにモータ高回転時の
機械的強度の信頼性も確保されることになる。さらに溶
接を用いないため作業時間、設備投資費用等を低減でき
てコスト低減が図れることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のロータ構造の断面説明図を示す。
【図２】電磁鋼板かしめ部およびエンドプレートの凸凹
に関する説明図を示す。
【図３】他の実施例である、電磁鋼板かしめ部およびエ
ンドプレートの凸凹に関する説明図を示す。
【図４】電磁鋼板のかしめ部位置に関する説明図を示
す。
【図５】従来のロータ構造断面説明図を示す。
【図６】ロータ内部に関する断面説明図を示す。
【符号の説明】
１ エンドプレート １ａ エンドプレート １ｂ エンドプレート ２ 電磁鋼板積層体 ２ａ 電磁鋼板 ３ 円筒状コアバック ３ａ 円筒状コアバック突起 ４ 磁石 ５ ロータ軸 ６ コアバックとロータ軸の連結部 ７ａ エンドプレート凸部 ７ｂ エンドプレート凹部 ８ かしめ部 ９ Ｃリング １０ 切り欠き部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｋ 15/16 Ｈ０２Ｋ 15/16 Ａ (72)発明者 菊池 俊雄 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会 社内 Ｆターム(参考） 5H002 AA07 AB01 AB07 AC08 5H615 AA01 BB01 BB05 BB07 BB14 PP02 PP06 PP28 SS03 SS04 SS05 SS19 SS54 TT16 5H622 CA02 CA07 CA10 PP10

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 磁石を内蔵した環状電磁鋼板の積層体
    と、 前記電磁鋼板積層体の両端部に設置されて前記電磁鋼板
    積層体を挟持する環状エンドプレートと、 前記電磁鋼板積層体と前記エンドプレートが外周部に設
    置された円筒状コアバックと、 前記コアバックの回転軸となるロータ軸と、 前記コアバックと前記ロータ軸の連結部とを有する磁石
    モータ用ロータにおいて、 前記エンドプレートは前記電磁鋼板積層体側に凸あるい
    は凹部を有し、 前記電磁鋼板積層体はエンドプレートの凸あるいは凹部
    に対応する部分に凸あるいは凹部を有し、 前記エンドプレートと前記電磁鋼板積層体は設けられた
    凸あるいは凹部でかしめによって連結されることを特徴
    とする磁石モータ用ロータ。
  2. 【請求項２】 前記電磁鋼板積層体および前記エンドプ
    レートは前記コアバックへＣリングによって固定される
    ことを特徴とする請求項１記載の磁石モータ用ロータ。
  3. 【請求項３】 前記電磁鋼板積層体および前記エンドプ
    レートは前記コアバックへかしめによって固定されるこ
    とを特徴とする請求項１記載の磁石モータ用ロータ。
  4. 【請求項４】 前記エンドプレートが非磁性材であるこ
    とを特徴とする請求項１記載の磁石モータ用ロータ。
  5. 【請求項５】 前記エンドプレートがＪＩＳ分類ＳＵＳ
    ３０４相当のステンレス材であることを特徴とする請求
    項４記載の磁石モータ用ロータ。
  6. 【請求項６】 前記電磁鋼板かしめ部が、内径側から電
    磁鋼板の径方向長さに対して７％〜３０％の範囲に位置
    していて、円周方向に４個から１６個の範囲で等間隔に
    位置することを特徴とする請求項１記載の磁石モータ用
    ロータ。
  7. 【請求項７】 前記電磁鋼板かしめ部形状は矩形であっ
    て、縦あるいは横が１ｍｍ以上、横あるいは縦が２ｍｍ
    以上であり、前記かしめ部のロータ回転軸方向の高さは
    電磁鋼板板厚さの１ないしは２倍であることを特徴とす
    る請求項６記載の磁石モータ用ロータ。
  8. 【請求項８】 前記エンドプレートに設けたかしめ部の
    凸あるいは凹部の大きさおよび形状は電磁鋼板かしめ部
    を嵌合する大きさおよび形状であることを特徴とする請
    求項１記載の磁石モータ用ロータ。
  9. 【請求項９】 前記エンドプレートはバランス修正のた
    めの余肉部分を有していることを特徴とする請求項１記
    載の磁石モータ用ロータ。
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