JP2005210790A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータコアを構成する薄板鋼板の板部材の利用率を向上させるとともに、ボス部とロータコアとを強固に接合する。
【解決手段】ロータコア１４は、周方向で相互に接続された複数の分割ロータコア３２ａ、３２ｂ、３２ｃからなり、内径側に複数の第１縦山部４２及び第１縦溝部５２を備える。隣接する分割ロータコア３２ａ、３２ｂ、３２ｃ同士は、第２縦山部４４と第２縦溝部４６とが係合して接合される。ボス部１５は非磁性体材料であるアルミニウムを鋳造して形成され、第１縦山部４２及び第１縦溝部５２と結合している。第１縦山部４２は、内径方向に向かい先端幅広に形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ステータと、円筒状のロータコア及び該ロータコアの内径側のボス部を備えるロータとを有する回転電機に関し、特に、複数の分割コアからなるロータコアを有する回転電機に関する。

回転電機のロータコアは薄板鋼板を積層することにより構成されているが、ロータコアは円筒型であることから、各薄板鋼板は板部材から円環状に切り出され、内周部分が利用されない。

そこで、板部材の利用率を向上させるために、ロータコアを周方向に分割される複数の分割コアからなるものとして、該分割コアを円弧形状の薄板鋼板により形成するロータが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この分割コアは、周方向の一端と他端とに突起と溝とを備え、該突起と溝とが嵌合することにより環状に相互接続されロータコアを形成している。

特開２０００−２２４７９０号公報

前記特許文献１のロータコアにおいては、軸方向に設けられた孔にリベット又はボルト等の補強用の締結支持部材を挿入し、該締結支持部材の両端を側板に固定している。また、ロータコアと回転軸とはソリッドの中空型保持部材により結合されている。

また、一般的にロータコアの内周側は磁束密度が低くなることから磁気伝達媒体が不要であり、前記中空型保持部材を適用することによって軽量化を図ることができる。

ところで、上記のように側板を介したリベット又はボルト等による締結方式では大きなトルクが加わる回転電機に対しては強度が不十分であり、分割コアを適用することが困難であると指摘されている。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、分割コアを用いることにより板部材の利用率を向上させるとともに、ボス部とロータコアとを強固に接合することを可能にする回転電機を提供することを目的とする。

本発明に係る回転電機は、ステータと、円筒状のロータコア及び該ロータコアの内径側のボス部を備えるロータとを有する回転電機において、前記ロータコアは、周方向で相互に接続された複数の分割コアからなり、前記分割コアは、内径側に１以上の凸部又は１以上の凹部を備える薄板鋼板が軸方向に積層されて形成され、前記ボス部は、前記凸部により形成される軸方向の第１縦山部又は前記凹部により形成される軸方向の第１縦溝部に対して固着するように、非磁性体材料を用いて一体的に鋳造成形されていることを特徴とする。

このように、分割コアを用いることにより、該分割コアを構成する薄板鋼板を板部材から切り出す際、該板部材の利用率を向上させることができる。また、ボス部を鋳造して形成することにより、該ボス部がロータコアの内径側の第１縦山部又は第１縦溝部と強固に結合されるとともに、分割コア同士もボス部を介して相互に結合される。

この場合、前記第１縦山部は、内径方向に向かい先端幅広に形成されていると、ロータコアとボス部とはより強固に結合される。

また、前記ボス部は、軸方向に連通する孔を備える連結部材が前記非磁性体材料に埋め込まれて鋳造されているとよい。連結部材により、ボルト締結時にボス部が座屈又は変形することが防止される。

本発明に係る回転電機によれば、分割コアを用いることにより板部材の利用率を向上させることができる。また、ボス部を鋳造して形成することにより、該ボス部がロータコアの内径側の第１縦山部又は第１縦溝部と強固に結合される。

以下、本発明に係る回転電機について実施の形態を挙げ、添付の図１〜図１１を参照しながら説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係る回転電機１０はコイルを備えるステータ１２と、ロータ１８とを有する。ロータ１８は、円筒状のロータコア１４と、該ロータコア１４の内径側に設けられたボス部１５と、該ボス部１５に固定されるシャフト１６とを備える。シャフト１６はベアリング２０によって回転自在に支持されている。シャフト１６が出力軸又は入力軸として作用することにより、回転電機１０はモータや発電機として用いられる。ロータ１８の一端はボルト２２によってシャフト１６と固定されており、該シャフト１６はノックピン２４によって位置決めされている。ロータコア１４の他端はボルト２６によってカバー２８と固定されている。

なお、図１及び後述する図１０は、理解を容易にするために、ロータコア１４の断面図である図４と同様に図３のＩＶ−ＩＶ線矢視断面と同じ断面を示している。

図２〜図５に示すように、ロータ１８は１２極型であり、前記ロータコア１４と、該ロータコア１４の内径側に設けられた前記ボス部１５とを有する。ロータコア１４は周方向で相互に接続された３つの分割ロータコア（分割コア）３２ａ、３２ｂ及び３２ｃと、下抑え板３４と、上抑え板３６と、６本の固定ピン３８と、１２本の磁石４０とを有する。

各分割ロータコア３２ａ、３２ｂ及び３２ｃはそれぞれ１２０°の円弧形状であって、薄板鋼板８２（図８参照）が軸方向に積層されて形成されている。また、各分割ロータコア３２ａ、３２ｂ及び３２ｃは、内周側に設けられた１２本の第１縦山部４２と、周方向の一方に設けられた第２縦山部４４と、他方に設けられた第２縦溝部４６と、２つの丸孔４８と、外周の近傍に等間隔に並んで配置された４つの磁石孔５０とを備える。各第１縦山部４２は相互近接して設けられており、相互の第１縦山部４２の間には第１縦溝部５２が形成されている。第１縦山部４２、第１縦溝部５２、第２縦山部４４、第２縦溝部４６、丸孔４８及び磁石孔５０は、それぞれ軸方向に延在し、かつロータ１８においてそれぞれ等間隔となるように配置されている。

各第１縦山部４２は、内周側に向かって先端幅広となる形状である。第２縦山部４４は、周方向に向かって先端幅広となる形状であり、第２縦溝部４６は第２縦山部４４と断面同形状であり軸方向に嵌合可能である。

下抑え板３４は、内径及び外径ともロータコア１４と略同一の円環形状であり、丸孔４８と適合する６つのピン孔５４を有する。

上抑え板３６の内径はロータコア１４の内径と略同一である。上抑え板３６は、外周部に等間隔に設けられた１２の磁石抑え部５６と、各磁石抑え部５６の間に設けられた凸片５８と、丸孔４８と適合する６つのピン孔６０とを有する。各磁石抑え部５６は、やや上方に曲げられた屈曲部５６ａ（図９参照）と、該屈曲部５６ａから斜め下方に向かって延在する弾性抑え部５６ｂ（図９参照）とを有する。上抑え板３６がロータコア１４に組付けられる前の状態において、弾性抑え部５６ｂは凸片５８及び内径側主部６２よりも軸方向で下方まで延在している（図９の二点差線参照）。下抑え板３４及び上抑え板３６は、例えば、ステンレス鋼板とするとよい。

ボス部１５は、後述する第１型８６及び第２型８８を用いたアルミニウム鋳造（例えば、ダイキャスト）により成形され、ロータコア１４と接合される筒部６４と、該筒部６４の内径側に設けられる底部６６とを有する。

筒部６４の上面には、ノックピン６８と、等間隔の６つのねじ孔７０とが設けられている。底部６６には前記シャフト１６の一端が挿入される中心孔７２と、該中心孔７２の周りに等間隔に配置され、前記ボルト２２（図１参照）が挿通される６つのカラー（連結部材）７４が設けられている。

筒部６４の外周部は、ロータコア１４の第１縦山部４２及び第１縦溝部５２に対して固着して噛み合っており、ボス部１５とロータコア１４とは強固に結合されている。また、筒部６４の下面部及び上面部は外周方向にやや張り出して、下抑え板３４及び上抑え板３６の一部を覆っている。

図６に示すように、カラー７４は下方の小径部７４ａと、外周部に多数の軸方向の溝が設けられた中間部７４ｂと、上方のつば部７４ｃとからなり、中心部には孔部７４ｄが設けられている。つば部７４ｃは、上面が前記ボルト２２の頭部又はワッシャを支持可能な径に設定されている。

カラー７４は、孔部７４ｄが軸方向に連通した状態を保ちながら、前記底部６６に対して一体的に埋め込まれている。カラー７４は材質として、例えば、金属基複合材（Metal Matrix Composite）又はＳ３５Ｃ材等を用いるとよい。

次に、このように構成される回転電機１０のロータコア１４を製造する手順について図７〜図１１を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、ステップの番号順に手順が実行されるものとする。

図７のステップＳ１において、図８に示すように、板部材（例えば、けい素鋼板）８０から前記分割ロータコア３２ａ〜３２ｃの基礎部となる複数の薄板鋼板８２をプレス加工により切り取る。薄板鋼板８２は、当然に分割ロータコア３２ａ〜３２ｃと断面同形状であり、１２０°の円弧形状となっている。また、各薄板鋼板８２の内周側には、第１凸部８２ａ及び第１凹部８２ｂが設けられ、周方向の一方に第２凸部８２ｃ、他方に第２凹部８２ｄが設けられている。

板部材８０において、各薄板鋼板８２を同方向に整列し、隣接する薄板鋼板８２の外周部と内周部が近接するように配置する。これにより、板部材８０のうち、薄板鋼板８２として利用されない部分の面積を低減し、板部材８０の利用率を向上させることができ、例えば、７９％の利用率を実現することができる。

ステップＳ２において、薄板鋼板８２を一枚ずつかしめながら積層し、分割ロータコア３２ａ〜３２ｃを形成する。薄板鋼板８２が積層されることにより、第１凸部８２ａ、第１凹部８２ｂ、第２凸部８２ｃ及び第２凹部８２ｄはそれぞれ第１縦山部４２、第１縦溝部５２、第２縦山部４４及び第２縦溝部４６を形成する。

ステップＳ３において、分割ロータコア３２ａ〜３２ｃの各磁石孔５０に磁石４０をそれぞれ圧入（図５参照）した後、分割ロータコア３２ａ〜３２ｃを、周方向で相互に接続してロータコア１４を形成する。すなわち、図５に示すように、分割ロータコア３２ｂの第２縦山部４４が分割ロータコア３２ｃの第２縦溝部４６に対して軸方向に嵌合されるように組み立て、さらに、分割ロータコア３２ａの第２縦山部４４及び第２縦溝部４６がそれぞれ分割ロータコア３２ｂの第２縦溝部４６及び分割ロータコア３２ｃの第２縦山部４４と軸方向に嵌合されるように組み立てる。前記のとおり、第２縦山部４４は周方向に向かって先端幅広となる形状であることから、第２縦溝部４６に対して確実に係合し、各分割ロータコア３２ａ〜３２ｃは周方向又は外径方向に相互に分離することがない。

ステップＳ４において、ロータコア１４の底面に下抑え板３４を取り付け、該下抑え板３４における６つのピン孔５４のうち１つおきの３つのピン孔５４に固定ピン３８を挿入する。各固定ピン３８は、ピン孔５４を介してロータコア１４の丸孔４８に圧入され、分割ロータコア３２ａ〜３２ｃは相互により確実に結合される。また、下抑え板３４により磁石４０が下方に抜けることが防止される。

ステップＳ５において、ロータコア１４の上面に上抑え板３６を取り付け、該上抑え板３６における６つのピン孔６０のうち１つおきの３つのピン孔６０に固定ピン３８を挿入する。各固定ピン３８は、ピン孔６０を介してロータコア１４の丸孔４８に圧入され、分割ロータコア３２ａ〜３２ｃは相互にさらに確実に結合される。

図９に示すように、上抑え板３６における各磁石抑え部５６の弾性抑え部５６ｂは、各磁石４０の上面に弾性的に矢印Ａ方向に変形しながら当接し、磁石４０を下方に押圧することとなる。これにより、磁石４０のがたつきが防止されて、より確実に磁石４０が固定される。また、固定ピン３８は各分割ロータコア３２ａ〜３２ｃの薄板鋼板８２を相互により確実に固定することができる。

以上のステップＳ１〜Ｓ５の手順によりロータコア１４が形成される。

さらに、ステップＳ６において、図１０に示すように、ロータコア１４を第１型８６及び第２型８８に取り付けた後にアルミニウム鋳造を行う。すなわち、第１型８６と第２型８８との間に形成されるキャビティ９０に対して、湯口９２からアルミニウムの溶湯を流し込む。キャビティ９０はボス部１５を形成する立体的な形状となっており、アルミニウム溶湯が流し込まれ凝固することによってボス部１５が形成される。

アルミニウム溶湯はロータコア１４の内径側における第１縦溝部５２（図２参照）に入り込むことから、ボス部１５は、第１縦山部４２及び第１縦溝部５２に対して固着し、ロータコア１４と一体的に鋳造成形され、ボス部１５はロータコア１４に対して強固に結合される。また、アルミニウムは溶融状態から凝固する際にやや収縮することから、各分割ロータコア３２ａ〜３２ｃはそれぞれ内径方向に引き寄せられ、一層確実に保持される。

さらに、予め第１型８６の一部であるカラー支持部９４にカラー７４を挿入しておくことにより、該カラー７４は前記底部６６に対して一体的に埋め込まれる。このとき、カラー７４の中間部７４ｂにおける外周部には溝が形成されていることから底部６６に強固に結合される。

さらにまた、キャビティ９０は、下抑え板３４の下方及び上抑え板３６の上方にその一部が差し掛かる形状となっていることから、下抑え板３４及び上抑え板３６はボス部１５に対して一体的に固定される。

なお、実際上、第１型８６及び第２型８８のうち一方を固定型、他方を可動型として圧力を加えながらダイキャストを行うとよい。また、キャビティ９０の形状に応じて湯道、ガス抜き孔、イジェクトピン等を適宜設けることはもちろんである。

ステップＳ７において、溶融状態のアルミニウムが凝固した後、第１型８６と第２型８８とを分離してロータ１８を取り出し、湯口９２等の余分な部分を切り離す。

ステップＳ８において、ロータ１８に対して所定の加工を行う。つまり、前記ボルト２６が螺合されるねじ穴を加工するとともに、ボス部１５の上面及び下面に穴を形成してノックピン２４、６８を圧入する。また、所定の基準面をフライス加工又は研削加工する。

このようにしてロータ１８は製造され、この後、図１に示すようにシャフト１６、ステータ１２、カバー２８及び図示しないハウジング等を組み合わせて回転電機１０が組み立てられる。

上述したように、本実施に形態に係る回転電機１０によれば、ロータコア１４は、周方向で相互に接続された複数の分割ロータコア３２ａ、３２ｂ及び３２ｃからなることから、該分割ロータコア３２ａ、３２ｂ及び３２ｃを構成する薄板鋼板８２を切り出す板部材８０の利用率が高い。また、ロータコア１４には、内径側に軸方向に延在する第１縦山部４２及び第１縦溝部５２が形成されることから、アルミニウム鋳造によって形成されるボス部１５に対して強固に結合される。

さらに、アルミニウムは鋼材と比較して軽量であり、回転電機１０の軽量化を図ることができる。ロータコア１４の内周側は磁束密度が低くなることから磁気伝達媒体が不要であり、非磁性体材料であるアルミニウムをボス部１５に用いても回転電機１０の磁気的な能力が低下することがない。

ボス部１５における底部６６には、６つのカラー７４が一体的に埋め込まれていることから、ボス部１５とシャフト１６とをボルト２２により強固に結合することができる。このとき、カラー７４の材質は金属貴複合材又はＳ３５Ｃ等の硬い材料であることからボルト２２を大きい力で締め付けてもカラー７４及びその周辺の底部６６が座屈又は変形することがない。

なお、底部６６に埋め込まれるカラー７４（図６参照）は、上部のつば部７４ｃが最も大径であるものとして説明したが、図１１に示すように、中間部９６ａが最も大径となるカラー（連結部材）９６を用いて鋳造を行ってもよい。このようなカラー９６は底部６６から非常に抜けにくく好適である。

本発明に係る回転電機は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

本実施の形態に係る回転電機を示す断面図である。 ロータコアの一部断面斜視図である。 ロータコアの平面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。 ロータコアの分解斜視図である。 カラーの斜視図である。 ロータコアを製造する手順を示すフローチャートである。 板部材から薄板鋼板を切り取る工程を示す模式図である。 上抑え板の磁石抑え部により磁石を抑える様子を示す模式図である。 第１型及び第２型にロータコアを取り付けた状態を示す断面図である。 変形例に係るカラーを用いた場合の底部の一部拡大断面図である。

符号の説明

１０…回転電機 １２…ステータ
１４…ロータコア １５…ボス部
１６…シャフト １８…ロータ
３２ａ〜３２ｃ…分割ロータコア ３４…下抑え板
３６…上抑え板 ４０…磁石
４２…第１縦山部 ４４…第２縦山部
４６…第２縦溝部 ５２…第１縦溝部
５６…磁石抑え部 ５６ｂ…弾性抑え部
６４…筒部 ６６…底部
７２…中心孔 ７４、９６…カラー
８０…板部材 ８２…薄板鋼板
８２ａ…第１凸部 ８２ｂ…第１凹部
８２ｃ…第２凸部 ８２ｄ…第２凹部
８６…第１型 ８８…第２型
９０…キャビティ ９４…カラー支持部

Claims (3)

1. ステータと、円筒状のロータコア及び該ロータコアの内径側のボス部を備えるロータとを有する回転電機において、
   前記ロータコアは、周方向で相互に接続された複数の分割コアからなり、
   前記分割コアは、内径側に１以上の凸部又は１以上の凹部を備える薄板鋼板が軸方向に積層されて形成され、
   前記ボス部は、前記凸部により形成される軸方向の第１縦山部又は前記凹部により形成される軸方向の第１縦溝部に対して固着するように、非磁性体材料を用いて一体的に鋳造成形されていることを特徴とする回転電機。
2. 請求項１記載の回転電機において、
   前記第１縦山部は、内径方向に向かい先端幅広に形成されていることを特徴とする回転電機。
3. 請求項１記載の回転電機において、
   前記ボス部は、軸方向に連通する孔を備える連結部材が前記非磁性体材料に埋め込まれて鋳造されていることを特徴とする回転電機。
   
   

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