JP2011254677A

JP2011254677A - モータのロータおよびその製造方法

Info

Publication number: JP2011254677A
Application number: JP2010128627A
Authority: JP
Inventors: Masashi Matsumoto; 雅志松本; Katsuhide Kitagawa; 勝秀北川; Makoto Yoshida; 吉田　　誠
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-06-04
Filing date: 2010-06-04
Publication date: 2011-12-15
Also published as: US20130127283A1; WO2011151713A2; EP2577847A2; CN102934329A; WO2011151713A3

Abstract

【課題】エンドプレートを省略したモータのロータを提供する。
【解決手段】電磁鋼板１９を積層して構成されるとともに永久磁石２４を含む円筒状のロータコア１６をロータシャフト１４にかしめ固定してなるモータのロータ１０である。ロータコア１６は、ロータシャフト１４の軸方向に関して、ロータシャフト１４の外周に設けられてロータコア１６の軸方向一方端面１７ａに当接するフランジ部１２と、ロータコア１６の軸方向他方端面に圧接した状態でロータシャフト１４上にかしめ固定されるかしめ部材１８との間に、直に固定されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、モータのロータに係り、特に、電磁鋼板が積層されて構成されるロータコアがロータシャフトにかしめ固定されてなるモータのロータに関する。

従来、電気エネルギーを機械的動力に変換する装置としてモータが知られている。一般に、モータは、内周部に突設された複数のティース部にコイルがそれぞれ巻装されている略円筒状のステータと、ステータ内に回転可能に設けられるロータとからなっている。

上記ロータとして例えば図５に示すものが知られている。このロータ５０は、円筒状をなすロータコア５２と、ロータコア５２の中心部を貫通するロータシャフト５４と、矢印Ｘで示すロータシャフト５４（およびロータコア５２）の軸方向に関してロータコア５２の両側に接して配置されるエンドプレート５６と、ロータコア５２およびエンドプレート５６とをロータシャフト５４上に固定する固定部材５８とを備える。

ロータコア５２は、珪素鋼板等を円環状に打ち抜き加工してそれぞれ形成された多数の電磁鋼板を軸方向に積層して一体に連結されて構成されている。ロータコア５２を構成する各電磁鋼板は、ロータコア５２を軸方向に複数分割したブロックごとに又は全てがカシメ、接着、溶接等の方法によって一括して一体に連結されている。また、ロータコア５２の外周部近傍の内部には、複数の永久磁石６０が周方向に均等な配置で埋設されている。

ロータシャフト５４は、丸棒鋼材から形成されており、その外周には径方向外側へ突出するフランジ部５５が形成されている。このフランジ部は、ロータ５０が組み立てられる際にエンドプレート５６に当接してロータシャフト５４でのロータコア５２の軸方向位置を決める当り部として機能する。

エンドプレート５６は、ロータコア５２の軸方向端面とほぼ同じ外形状の円板によって構成される。エンドプレート５６には、金属としては非磁性体でかつ比較的軽量で安価で加工し易いアルミニウム板が用いられることが多い。ロータコア５２の軸方向両側に設けられるエンドプレート５６には、ロータコア５２を両側から押え付ける機能、ロータ５０が組み上がった後に部分的に切削加工を施してロータ５０のアンバランスを修正する機能、永久磁石６０がロータコア５２から軸方向に飛び出すのを防止する機能などがある。

固定部材５８は、円筒状をなすかしめ部６２と、かしめ部６２の一方端部から径方向外側へ突出する押え部６４とを含む。固定部材５８は、その押え部６４によってロータコア５２および２枚のエンドプレート５６を上記フランジ部５５に向かって押圧した状態で、かしめ部６２がロータシャフト５４に対してかしめられることによってロータシャフト５４上に固定される。これによりロータコア５２がエンドプレート５６と共にロータシャフト５４に固定されることになる。

例えば、特開２００５−１６８０７４号公報（特許文献１）には、回転電機のロータにおいて、ロータシャフトに一体に設けたつば部をエンドプレートの内周端部をかしめることによって、ロータおよびエンドプレートをロータシャフトに固定することが記載されている。

また、特開２００７−１３５３７１号公報（特許文献２）には、ロータコアとその軸方向両側に配設したエンドプレートとをかしめプレートによりロータシャフトに固定することが記載されている。

特開２００５−１６８０７４号公報特開２００７−１３５３７１号公報

上記のようなエンドプレートをロータに用いる場合、低温環境下で使用されるときに鋼板製のロータコアよりもアルミニウム板からなるエンドプレートの線膨張係数が大きいために低温時のエンドプレートの収縮量を見込んでエンドプレートに対する固定部材の初期圧接力を大きくしておかないと、低温時にロータコアについて所望の軸方向固定力が得られないことなる。そのため、大きな圧接力で固定部材をロータコアに圧接した状態でかしめ固定することができるかしめ設備は大型で高価な装置になっていた。

本発明の目的は、かしめ部材によりロータコアをロータシャフトに直に固定する構成としてエンドプレートを省略したモータのロータおよびその製造方法を提供することにある。

本発明に係るモータのロータは、電磁鋼板を積層して構成されるとともに永久磁石を含む円筒状のロータコアをロータシャフトにかしめ固定してなるモータのロータであって、前記ロータコアは、前記ロータシャフトの軸方向に関して、前記ロータシャフトの外周に設けられて前記ロータコアの軸方向一方端面に当接する当り部と、前記ロータコアの軸方向他方端面に圧接した状態で前記ロータシャフト上にかしめ固定されるかしめ部材との間に、直に固定されているものである。ここで「直に固定されている」とは、当り部とかしめ部材との間に別の構成要素を介さずにロータコアが固定されていることを意図するものである。

本発明に係るモータのロータにおいて、前記ロータコアには前記磁石挿入穴の径方向内側に重量軽減穴が前記軸方向に延伸して形成されており、前記重量軽減穴が前記ロータコアの軸方向端面の少なくとも一方に開口していてもよい。

また、本発明に係るモータのロータにおいて、前記磁石挿入穴内に挿入された永久磁石が、前記磁石挿入穴の内壁と前記永久磁石の側面との間に充填された樹脂材料によって固定されていてもよい。

この場合、前記磁石挿入穴の前記ロータの軸方向端面の開口部が前記樹脂材料によって閉じられていてもよい。

本発明に係るモータのロータの製造方法は、電磁鋼板を積層して構成されるとともに永久磁石を含む円筒状のロータコアをロータシャフトにかしめ固定してなるモータのロータの製造方法であって、電磁鋼板を積層して前記ロータコアを形成する工程と、前記ロータコアの磁石挿入穴に永久磁石を挿入する工程と、前記磁石挿入穴内に樹脂材料を充填して前記永久磁石を前記ロータコアに固定する工程と、前記ロータコアの中心部にあるシャフト取付穴にロータシャフトを挿入して前記ロータシャフトの外周に設けた当り部に前記ロータシャフトの軸方向一方端面を当接させる工程と、前記ロータコアの軸方向他方端面にかしめ部材を圧接した状態で前記かしめ部材を前記ロータシャフトに対して固定することにより前記当り分前記とかしめ部材との間に直に前記ロータコアをかしめ固定する工程と、を含む。

本発明に係るモータのロータおよびその製造方法によれば、ロータシャフトの当り部とかしめ部材との間にロータコアを直に固定するものとしたことで、ロータからエンドプレートを省くことができる。これにより、かしめ部材の初期圧接力を比較的小さくしても低温時に所望の軸方向固定力が得られることとなり、かしめ設備を小型で安価なものにできる。また、上記のように初期圧接力を小さくできるので、かしめ部材についても薄肉化や材料変更等により低強度化および低コスト化できる。さらに、エンドプレートを省くことで、構成部品数が少なくなりロータのコスト低減を図れるとともに、軽量化によるモータの低電費化を図れる。

本発明の一実施形態であるモータのロータを軸方向からみた端面図である。図１中のＡ−Ａ線断面図である。ロータの製造方法を示すブロック図である。図２におけるロータコアの上側半分の断面を示す拡大図である。従来例のロータを示す図である。

以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。

図１は本発明の一実施形態であるロータ１０の軸方向端面を示す図であり、図２は図１中のＡ−Ａ線断面図である。図示するように、ロータ１０は、フランジ部（当り部）１２を有するロータシャフト１４と、ロータシャフト１４の外周に固定されたロータコア１６と、ロータシャフト１４に対してロータコア１６を軸方向（矢印Ｘ）に固定するかしめ部材１８とを備える。

ロータシャフト１４は丸棒鋼材から形成されており、その外周にはフランジ部１２が径方向外側に突出して設けられている。フランジ部１２は、ロータシャフト１４と一体をなして形成されている。フランジ部１２の軸方向厚さｔ、径方向外側への突出幅ｗ、突出形状は、ロータコア１６の軸方向固定力に耐え得るように設計される。

ロータシャフト１４は、ロータコア１６の中心部に形成されたシャフト取付穴２０を貫通して固定される。また、ロータコア１６が固定されたロータシャフト１４のフランジ部１２は、ロータコア１６の軸方向一方端面１７ａ上であってシャフト取付穴２０の周縁部に当接している。

なお、フランジ部１２はロータシャフト１４と必ずしも一体に形成されていなくてもよく、フランジ部を別部材として形成してロータシャフトの外周にねじ止め、溶接等の方法で固定してもよい。このようにすることで、ロータシャフトの材料となる丸棒鋼材を小径化でき、コストダウンが図れる。また、ロータシャフトは、中実棒に限られず、少なくとも一部に中空部を含んでいてもよい。

また、ロータシャフト１４にはキー溝（図示せず）が軸方向に延伸して形成されている。このキー溝に、ロータコア１６のシャフト取付穴２０の内周に径方向内側へ突出して形成されているキー（図示せず）が嵌合した状態になっている。これにより、ロータコア１６がロータシャフト１４上に固定されたとき、ロータコア１６がロータシャフト１４に対して周方向に回転するが規制される。

略円柱状の外形をなすロータコア１６は、それぞれ円環状または円板状に打ち抜き加工された多数の電磁鋼板１９を軸方向に積層してカシメ等により一体に連結して構成されている。各電磁鋼板１９は軸方向に複数分割されたブロックごとにかしめ等によって連結されたものがそれぞれ接着等によって一体に連結されてもよいし、あるいは、全ての電磁鋼板１９がかしめ等によって一括に一体のものとして連結されてもよい。

ロータコア１６の外周部近傍の内部には、複数の永久磁石６０が周方向に均等な配置で埋設されている。詳細には、ロータコア１６は、周方向に均等配置された８極の磁極２２を有しており、各磁極２２は略Ｖ字状をなして埋設された一対の永久磁石２４によって構成されている。各磁極２２を構成する一対の永久磁石２４は、扁平矩形状の端面形状および断面形状を有しており、それぞれ周方向に近接して対向する各端部がロータコア１６の中心側へ若干ずれて位置して、そこから一対の永久磁石２４がロータコア１６の外周面に向かって略Ｖ字状に拡がるように配置されている。

各永久磁石２４は、ロータコア１６に軸方向に貫通形成された磁石挿入穴２６内に挿入されて固定されている。磁石挿入穴２６は、ロータコア１６の軸方向の両側端面１７ａ，１７ｂにおいて開口しており、このいずれかの開口部から永久磁石２４を磁石挿入穴２６内へと挿入することができる。

磁石挿入穴２６内に配置された永久磁石２４は、扁平矩形状の端面形状を有する永久磁石２４の四方側面とロータコア１６に形成された磁石挿入穴２６の内壁面との間の狭い隙間に充填される樹脂材料２８によって磁石挿入穴２６内に固定されている。また、樹脂材料２８は、永久磁石２４の軸方向両端面を覆った状態で、ロータコア１６の両端面に開口する開口部を閉じている。これにより、永久磁石２４は、磁石挿入穴２６においてしっかりと固定され、ロータ回転時にがたついたりロータコア１６から飛び出したりすることがない。

ロータコア１６において、各磁極２２間に対応する位置には、各電磁鋼板１９を連結する際に形成されたかしめ凹部（またはかしめ凸部）３０がそれぞれ形成されている。また、各磁極２２間に対応する位置であって前記かしめ凹部３０の径方向内側には、複数（本実施形態では８つ）の重量軽減穴３２がシャフト取付穴２０の周囲に均等配置で形成されている。

重量軽減穴３２は、ロータ１０を軽量化して回転し易くするためのもので、ロータコア１６を軸方向にほぼ貫通して形成されている。ただし、重量軽減穴３２は、ロータコア１６の軸方向一方端面１７ａにおいて開口するが、ロータコア１６の軸方向他方端面１７ｂにおいては軸方向最も外側にある例えば１枚の電磁鋼板１９ａによって閉じられている。これは、上記電磁鋼板１９ａが配置されている側から磁石挿入穴２６内にモールド樹脂材料２８を射出成形等により充填するときに、重量軽減穴３２内に樹脂材料２８が流れ込むのを防止するためである。

ロータコア１６の軸方向一方端面に開口する重量軽減穴３２の開口部３２ａは、ロータ１０が組み込まれたモータが比較的低速で回転駆動されるときにモータ内の空気を切るようにして回転することによって騒音を発生させる手段を構成することが好ましい。このような騒音を発生させることで、モータ動力により低速走行する電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両が接近したときに上記騒音で歩行者に気付かせることができる。このように電動車両の接近を報知するのに適した騒音の音色や音圧にすべく、重量軽減穴３２の開口部３２ａの数、大きさ、形状等を設計すればよい。この場合、例えば電磁鋼板１９の打ち抜き加工時に上記開口部３２ａの開口周縁部に形成されるバリを除去せずに残しておくこと等によって上記騒音を大きくするようにしてもよい。

かしめ部材１８は、円筒状をなすかしめ部３４と、かしめ部３４の一方端部から径方向外側へフランジ状に突出する押え部３６とを含む。かしめ部材１８は、例えば金属製の部材であって、ロータコア１６に求められる所望の軸方向固定力を支持することができるのに十分な強度を有している。

また、かしめ部材１８は、その押え部３４によってロータコア１６の軸方向他方端面１７ｂ上であってシャフト取付穴２０の周辺部を上記フランジ部１２に向かって所定の圧接力で押し付けられた状態で、かしめ部３４がロータシャフト１４の外周に形成されたかしめ溝１５内に押し込まれてかしめられることにより、ロータシャフト５４上に固定される。これにより、ロータコア１６は、ロータシャフト１４の軸方向に関して、ロータシャフト１４のフランジ部１２と、ロータシャフト１４上にかしめ固定されたかしめ部材１８との間に、エンドプレートを介さずに直に固定されることができる。

このように本実施形態のロータ１０によれば、ロータシャフト１４のフランジ部１２とかしめ部材１８との間にロータコア１６を直に固定する構成としたことで、ロータ１０からエンドプレートを省くことができる。これにより、かしめ部材１８をかしめ固定する際のロータコア端面１７ｂへの初期圧接力を比較的小さくしても低温時に所望の軸方向固定力が得られることとなり、かしめ設備を小型で安価なものにできる。

また、上記のように初期圧接力を小さくできるので、かしめ部材１８についても薄肉化や材料変更等により低強度化および低コスト化できる。

さらに、エンドプレートを省くことで、構成部品数が少なくなってロータ１０のコスト低減を図れるとともに、軽量化によるモータの低電費化に寄与できる。

次に、図３，４を参照して上記ロータ１０の製造方法について簡単に説明する。図３はロータ１０の製造方法を示すブロック図であり、図４は図２におけるロータコア１６の上側半分の断面を示す拡大図である。

図３に示すように、まずステップＳ１０により、それぞれ打ち抜き加工により形成された電磁鋼板１９を積層してかしめ等によって一体に連結してロータコア１６を形成する。

続いて、ステップＳ１２により、ロータコア１６の磁石挿入穴２６内に、ロータコア１６の軸方向他方端面１７ｂ側から軸方向に沿って矢印Ｂ方向に永久磁石２４を挿入する。

次いで、永久磁石２４が図４に示す位置まで、すなわちロータコア１６の長さよりも少し短い永久磁石２４の軸方向両端面がロータコア１６の軸方向両端面１７ａ，１７ｂからそれぞれ若干奥まった位置に配置された状態で、続くステップＳ１４により、上述したように磁石挿入穴２６内に樹脂材料２８を充填して、永久磁石２４を磁石挿入穴２６内に固定する。この際、磁石挿入穴２６の軸方向両端開口部も樹脂材料２８によって閉じられる。

そして、続くステップＳ１６により、上記のように永久磁石２４が固定されたロータコア１６のシャフト取付穴２０にロータシャフト１４を矢印Ｃ方向に挿通し、その反対方向からロータシャフト１４に挿通されたかしめ部材１８をかしめ設備を用いてロータシャフト１４のかしめ溝１５にかしめ固定する。これにより、永久磁石２４を内蔵したロータコア１６がロータシャフト１４に対して固定され、内磁形のロータ１０ができ上がる。

なお、上記実施形態ではロータコア１６の重量軽減穴３２の軸方向他方端面１７ｂ側の開口部を電磁鋼板１９ａで閉じるものとして説明したが、この電磁鋼板１９ａに代えて他の電磁鋼板１９と同様のものを用いることで重量軽減穴３２を軸方向両側において開口するものとしてもよい。このようにすれば、上記のようにモータ駆動時にロータ１０が回転して生じる騒音をより大きくすることができ、歩行者に対して電動車両の接近を知らしめる報知手段としてより有効なものとすることができる。

１０ロータ、１２フランジ部、１４ロータシャフト、１５かしめ溝、１６ロータコア、１７ａ軸方向一方端面、１７ｂ軸方向他方端面、１８かしめ部材、１９，１９ａ電磁鋼板、２０シャフト取付穴、２２磁極、２４永久磁石、２６磁石挿入穴、２８樹脂材料、３０かしめ凹部、３２重量軽減穴、３２ａ開口部、３４かしめ部、３６押え部。

本発明は、モータのロータに係り、特に、電磁鋼板が積層されて構成されるロータコアがロータシャフトに固定されてなるモータのロータに関する。

本発明の目的は、金属製部材によりロータコアをロータシャフトに直に固定する構成としてエンドプレートを省略したモータのロータおよびその製造方法を提供することにある。

本発明に係るモータのロータは、電磁鋼板を積層して構成されるとともに永久磁石を含む円筒状のロータコアをロータシャフトに固定してなるモータのロータであって、前記ロータコアは、前記ロータシャフトの軸方向に関して、前記ロータシャフトの外周に設けられて前記ロータコアの軸方向一方端面に当接する当り部と、前記ロータコアの軸方向他方端面に圧接した状態で前記ロータシャフト上に固定される金属製部材の間に、直に固定されているものである。ここで「直に固定されている」とは、当り部と金属製部材との間に別の構成要素を介さずにロータコアが固定されていることを意図するものである。

本発明に係るモータのロータの製造方法は、電磁鋼板を積層して構成されるとともに永久磁石を含む円筒状のロータコアをロータシャフトに固定してなるモータのロータの製造方法であって、電磁鋼板を積層して前記ロータコアを形成する工程と、前記ロータコアの磁石挿入穴に永久磁石を挿入する工程と、前記磁石挿入穴内に樹脂材料を充填して前記永久磁石を前記ロータコアに固定する工程と、前記ロータコアの中心部にあるシャフト取付穴にロータシャフトを挿入して前記ロータシャフトの外周に設けた当り部に前記ロータシャフトの軸方向一方端面を当接させる工程と、前記ロータコアの軸方向他方端面に金属製部材を圧接した状態で前記金属製部材を前記ロータシャフトに対して固定することにより前記当り部と前記金属製部材との間に直に前記ロータコアを固定する工程と、を含む。

本発明に係るモータのロータおよびその製造方法によれば、ロータシャフトの当り部と金属製部材との間にロータコアを直に固定するものとしたことで、ロータからエンドプレートを省くことができる。これにより、金属製部材の初期圧接力を比較的小さくしても低温時に所望の軸方向固定力が得られることとなり、製造設備を小型で安価なものにできる。また、上記のように初期圧接力を小さくできるので、金属製部材についても薄肉化や材料変更等により低強度化および低コスト化できる。さらに、エンドプレートを省くことで、構成部品数が少なくなりロータのコスト低減を図れるとともに、軽量化によるモータの低電費化を図れる。

Claims

電磁鋼板を積層して構成されるとともに永久磁石を含むロータコアをロータシャフトにかしめ固定してなるモータのロータであって、
前記ロータコアは、前記ロータシャフトの軸方向に関して、前記ロータシャフトの外周に設けられて前記ロータコアの軸方向一方端面に当接する当り部と、前記ロータコアの軸方向他端面に圧接した状態で前記ロータシャフト上にかしめ固定されるかしめ部材との間に、直に固定されている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、
前記ロータコアには前記磁石挿入穴の径方向内側に重量軽減穴が前記軸方向に延伸して形成されており、前記重量軽減穴が前記ロータコアの軸方向端面の少なくとも一方に開口していることを特徴とするロータ。
請求項１または２に記載のロータにおいて、
前記磁石挿入穴内に挿入された永久磁石が、前記磁石挿入穴の内壁と前記永久磁石の側面との間に充填された樹脂材料によって固定されていることを特徴とするロータ。
請求項３に記載のロータにおいて、
前記磁石挿入穴の前記ロータの軸方向端面の開口部が前記樹脂材料によって閉じられていることを特徴とするロータ。
電磁鋼板を積層して構成されるとともに永久磁石を含むロータコアをロータシャフトにかしめ固定してなるモータのロータの製造方法であって、
電磁鋼板を積層して前記ロータコアを形成する工程と、
前記ロータコアの磁石挿入穴に永久磁石を挿入する工程と、
前記磁石挿入穴内に樹脂材料を充填して前記永久磁石を前記ロータコアに固定する工程と、
前記ロータコアの中心部にあるシャフト取付穴にロータシャフトを挿入して前記ロータシャフトの外周に設けた当り部に前記ロータシャフトの軸方向一方端面を当接させる工程と、
前記ロータコアの軸方向他方端面にかしめ部材を圧接した状態で前記かしめ部材を前記ロータシャフトに対して固定することにより前記当り分前記とかしめ部材との間に直に前記ロータコアをかしめ固定する工程と、
を含むロータの製造方法。