JP2015122873A - 電気自動車の走行用モータ - Google Patents

Abstract

【課題】電気自動車の走行用モータにおいて、ロータコアを固定しているナットに緩みが生じることを抑制する技術を提供する。
【解決手段】電気自動車の走行用モータを開示する。その走行用モータは、積層鋼板によって形成されているロータコアと、シャフトと、ロータコアをシャフトに固定するナットを備えている。ナットは、ロータコアとの接触面に窪み部を有している。窪み部の内部には、ナットが締め付けられる際に窪み部が移動する方向に向かって徐々に窪みの深さが深くなる斜面が形成されている。ロータコアは、ナットとの接触面に爪部を備えている。爪部は窪み部の斜面と平行な斜面が形成されている。ロータコアがシャフトに固定された状態において、爪部が窪み部に係合している。
【選択図】図３

Description

本発明は、電気自動車の走行用モータに関する。本明細書において電気自動車とは、燃料電池車、及び、モータとエンジンの双方を搭載するハイブリッド車を含む。

特許文献１には電動パワーステアリング用モータ（電動機）に使用される回転子が開示されている。特許文献１の回転子は、ロータコア（アマチュアコア）と、ロータコアを貫通するシャフトとを有している。シャフトの一方の端部には、ロータコアの端面に当接してロータコアの軸方向の位置を拘束する位置決め段差が形成されている。シャフトの他方の端部には、ナットが螺合している。ナットを締めつけると、ロータコアが位置決め段差とナットの間に挟まれて固定される。

特開２００２−０９５１９７号公報

電気自動車の走行用モータは、通常、電動パワーステアリング用モータと比較して発生するトルクが大きい。このため、特許文献１の技術を走行用モータに適用した場合、ロータコアを固定しているナットに緩みが生じる虞がある。

本明細書は、上記の課題を解決する技術を提供する。本明細書は、電気自動車の走行用モータにおいて、ロータコアを固定しているナットに緩みが生じることを抑制する技術を提供する。

本明細書は電気自動車の走行用モータを開示する。その走行用モータは、積層鋼板によって形成されていると共に軸穴を有するロータコアと、ロータコアの軸穴に挿入されている共に、外周面の一部にオネジが形成されているシャフトと、シャフトのオネジに螺合すると共に、シャフトに設けられた位置決め部との間でロータコアを挟むことによりロータコアをシャフトに固定するナットを備えている。ナットは、ロータコアとの接触面に窪み部を有している。窪み部の内部には、ナットが締め付けられる際に窪み部が移動する方向に向かって徐々に窪みの深さが深くなる斜面が形成されている。ロータコアは、ナットとの接触面に爪部を備えている。爪部は窪み部の斜面と平行な斜面が形成されている。ロータコアがシャフトに固定された状態において、爪部が窪み部に係合している。

なお、本明細書および特許請求の範囲において「平行」とは、厳密に平行となっている場合のみでなく、発明の効果を奏する範囲で互いに角度を有している場合も含む。つまり「平行」とは、「略平行」と表現した場合と同様な意味である。

上記の電気自動車の走行用モータでは、ロータコアをシャフトに固定した状態おいて、ロータコアの爪部がナットの窪み部に係合している。これにより、ナットは、緩む方向に回転することが抑制される。つまり、ナットが緩むことが抑制される。

さらに、窪み部の内部には、ナットが締め付けられる際に窪み部が移動する方向に向かって徐々に窪みの深さが深くなる斜面が形成されている。また、爪部は窪み部の斜面と平行な斜面が形成されている。ナットを回転させてロータコアを締めつけていく途中の段階において、ロータコアの爪部がナットの窪み部に係合した場合には、ナットの斜面とロータコアの爪部の斜面とが接触する。ナットの斜面とロータコアの爪部の斜面とは、平行であるので引っ掛かり難い。これにより、ロータコアを締めつけていく途中で、爪部が窪み部に引っ掛かることが防止される。すなわち、ロータコアを締めつけていく途中でナットが回転不能となることが防止される。

実施例に係る電気自動車の走行用モータの回転子２を示す正面図である。 実施例に係る電気自動車の走行用モータの回転子２を示す左側面図である。 実施例に係る回転子２を示す、図２のIII-III断面における部分断面図である。 実施例に係る回転子２の爪部８付近を示す、図２のIII-III断面における拡大部分断面図である 実施例に係る回転子２が備えるナット４を示す正面図である。 実施例に係る回転子２が備えるナット４を示す左側面図である。 実施例に係る回転子２が備えるナット４を示す右側面図である。 実施例に係るナット４を示す、図６のVIII−VIII断面における断面図である。

本実施例の回転子２は、電気自動車の走行用モータに使用される回転子である（図１、図２参照）。本実施例において説明する電気自動車の走行用モータは、回転子２以外の部分については従来公知である。このため、回転子２以外の部分の図示及び詳しい説明を省略する。但し、以下の説明の便宜のために、走行用モータの一例を簡単に説明する。走行用モータはケースを有し、ケース内に回転子２及び固定子が備えられる。回転子２は、複数の磁石７を有している（図２）。磁石７は、具体的には、ネオジム磁石等の永久磁石である。磁石７は、回転子２の外周に沿って複数配置されている。固定子は、回転子２を取り巻くように配置されている。固定子は、複数の電磁石を有している。

以下に、図１〜図８を用いて、回転子２について説明する。本実施例の回転子２は、シャフト３にロータコア６を固定したものである（図１、図２）。ロータコア６は、軸穴（不図示）を有しており、この軸穴にシャフト３が貫通している。なお、ロータコア６の軸穴と、シャフト３の外周とは、それぞれキー溝（不図示）を有している。ロータコア６とシャフト３との相対回転は、このキー溝に配置されたキー（不図示）によって防止されている。シャフト３の図１における左右の端部は、ロータコア６の左右の端面からそれぞれ突出している。シャフト３の図１左側の端部にはナット４が配置され、シャフト３の図１右側の端部にはナット５が配置されている。ナット４とナット５は、それぞれシャフト３に形成されたオネジ３２、３３に螺合している。ナット４とナット５とがロータコア６を左右から挟むことによって、ロータコア６がシャフト３に固定される。

次に、シャフト３、ロータコア６、ナット４、５についてさらに詳細に説明する。シャフト３の両端には、それぞれ軸受け取付け部３１、３４が形成されている。軸受け取付け部３１、３４は、回転子２が走行用モータに組み付けられる際に、軸受けが取り付けられる部分である。上述したように、シャフト３は、オネジ３２、３３を有している。オネジ３２、３３は、シャフト３にロータコア６を組み付けた際に、ロータコア６の両方の端面が位置する場所にそれぞれ位置している。ここで、オネジ３２（図１左側に位置するオネジ）は右ネジであり、オネジ３３（図１右側に位置するオネジ）は逆ネジ（左ネジ）である。このため、オネジ３２と螺合するナット４は右ネジであり、オネジ３３と螺合するナット５は逆ネジである。このように、オネジ３２とオネジ３３とを、異なる方向のネジとしているのは、回転子２が走行用モータの通常使用時の回転方向に回転した際に、ナット４とナット５とのいずれかが緩むことを防止するためである。

ロータコア６は円柱状である。ロータコア６は、複数の円板状の鋼板６ａ、６ｂ（図４）を図１（図４）の左右方向に積層することにより形成されている。すなわち、ロータコア６は、いわゆる積層鋼板で形成されている。ロータコア６は、左右の端面に爪部８を有している（図１〜図４）。左右の爪部８は、同一の構造であるため、ロータコアの図１左側の端面に位置する爪部８について説明する。爪部８は、積層鋼板の一部がナット４側に突出するように折り曲げられることにより形成されている（図３）。詳しくは、爪部８は、ナット４が締め付けられる際に上述した窪み部９が移動する方向（図３、図４中の矢印１０の方向）に向かって徐々に高くなるように折り曲げられている。また、爪部８は、ナット４が締め付けられる際に窪み部９が移動する方向の端部に、周囲に位置する積層鋼板から切り離された切断面（すなわち、爪部８の先端面）を有している。

図４に示すように、ロータコア６の端面（図４で左側を向く端面、すなわちナット４との接触面）側には、一部が折り曲げられた鋼板６ａが数枚（具体的には３枚）積層されている。また、この数枚の鋼板６ａの図４右側には、折り曲げられていない鋼板６ｂが積層されている。図２に示すように、爪部８は、積層鋼板に切り込みを入れることにより形成されている。爪部８の形状は、ロータコア６の軸方向から見て矩形状である（図２）。図２右側に位置する爪部８に着目すると、爪部８の下方向及び左右方向に切り込みが形成されている。爪部８の上方向には切り込みが形成されていない。つまり、爪部８は、上方向において積層鋼板の他の部分と接続されている。換言すると、切り込みの形状は、いわゆる「コの字」形である。

以下に、図１〜図８を用いてナット４の詳細を説明する。ナット４は座面（ロータコア６との接触面）に窪み部９を有する（図３、図４、及び図５〜図８）。図７に示すように窪み部９は、ナット４の周方向に沿って複数形成されている。窪み部９は、軸方向から見て扇側の溝である（図７）。図８に示すように、窪み部９の断面形状は三角形である。窪み部９の内側には、斜面４２と垂直面４３とが形成されている。斜面４２は、ナット４の締めつけ方向（図４中の矢印１０の方向）を向いている。ナット４の締めつけ方向とは、換言すると、ナット４が締め付けられる際に窪み部９が移動する方向である。斜面４２は、ナット４の座面に対して傾斜している。斜面４２は、ナット４の座面からの深さが、ナット４の締めつけ方向に向かって徐々に深くなっている。一方、垂直面４３は、ナット４の座面に対して垂直である。垂直面４３は、ナット４の緩み方向（図４中の矢印１０と反対の方向）を向いている。

ナット４とナット５とは同一の形状である。このため、ナット５の詳しい説明は省略する。ただし、上述したように、ナット４は右ネジであり、ナット５は左ネジである。このため、ナット５の窪み部９の形状も、ナット４の窪み部９に対して左右が反転した形状である。

上述したように、ロータコア６は、ナット４とナット５とがロータコア６を左右から挟むことによってシャフト３に固定される（図１）。ロータコア６をシャフト３に固定する手順の一例を以下に説明する。

まず、シャフト３、ロータコア６、及びナット５（図１右側のナット）だけを、図１の位置関係となるように配置する。なお、この状態では、ロータコア６は、ナット４とナット５とに挟まれていない。次に、シャフト３の左側の端部に位置するオネジ３２にナット４を螺合させる。次に、ナット４を締めつけ方向に回転させる。これにより、ナット４の座面と、ロータコア６の図１左側の端面とが接近する。その結果、ロータコア６の爪部８が、ナット４の窪み部９に係合する（図３、図４の状態）。なお、上述のように、斜面４２は、ナット４の座面からの深さが、ナット４の締めつけ方向に向かって徐々に深くなっている。また、爪部８は、ナット４締のめつけ方向に向かって徐々に高くなっている（換言すると、爪部８には、ナット４の締めつけ方向に向かって徐々に高くなる斜面８１が形成されている）。図３、図４から分かるように、この爪部８の斜面８１と、上述の窪み９の斜面４２とは、平行となっている。

ここで、上記のようにナット４を締めつけ方向に回転させるときには、上述の爪部８と窪み部９とが係合した状態であっても、ナット４を回転させることが可能である。つまり、爪部８と窪み部９とが引っ掛かってナット４が回転不能となることが防止されている。この理由を以下に示す。ナット４を締めつけ方向に回転させると、窪み部９の斜面４２が、ロータコア６の爪部８に接触する。上述したように、斜面４２は、ナット４の座面からの深さが、ナット４の締めつけ方向（矢印１０の方向）に向かって徐々に深くなっている。逆に言えば、斜面４２は、矢印１０の反対方向に向かって徐々に浅くなっている。このため、斜面４２が、爪部８を押すことにより、爪部８がナット４から離れる方向（図４右方向）に向かって弾性変形する。これにより、ナット４を締めつけていく途中で、爪部８が窪み部９に引っ掛かることが防止される。つまり、本実施例の回転子２は、ナット４を締めつけ方向に回転させる際にナット４が回転不能となることが防止されている。

また、爪部８の斜面８１と、上述の窪み９の斜面４２とが平行となっているため、ナット４を回転させたときに引っ掛かり難い。これによっても、ロータコア６を締めつけていく途中で、爪部８が窪み部９に引っ掛かることが防止される。すなわち、ロータコア６を締めつけていく途中でナット４が回転不能となることが防止される。

ナット４が十分に回転すると、ナット４の座面がロータコア６の端面に押し付けられることにより軸力が生じる。すなわち、ナット４とロータコア６とがネジ締結される。これにより、ロータコア６がシャフト３に固定される。

走行用モータの使用時には、走行用モータに生じる振動や衝撃等に起因して、ナット４を緩み方向に回転させる力が生じることがある。ナット４を緩み方向に回転させる力とは、具体的には、振動等が加えられた際にナット４に生じる慣性力等である。以下に、ナット４に対して緩み方向に力が加わった場合の、窪み部９及び爪部８の動作を説明する。

本実施例の回転子２では、ロータコア６がシャフト３に固定された状態において、爪部８が窪み部９に係合している。このため、ナット４に対して緩み方向に力が加わった場合であっても、爪部８が窪み部９の内壁に引っかかる。このため、ナット４が緩み方向に回転することが抑制される。すなわち、ナット４が緩むことが抑制される。

詳しくは、ナット４が緩み方向（図４の矢印１０と反対の方向）に回転した場合には、窪み部９の垂直面４３が、爪部８における折り曲げられた積層鋼板の先端面に当接する。このため、爪部８の先端面が垂直面４３に引っ掛かり、ナット４が緩み方向に回転することが防止される。

本実施例の回転子２では、ロータコア６の爪部８は、ロータコア６におけるナット４側の表面を構成している積層鋼板の一部を折り曲げることにより形成されている。このため、比較的容易に爪部８を形成することができる。これにより、電気自動車の走行用モータの製造コストの増加を抑制することができる。

上記の実施例の回転子２では、ナット４の窪み部９は、斜面４２と垂直面４３とを有していた。また、爪部８は、ナット４が締め付けられる際に窪み部９が移動する方向（図４矢印１０の方向）に向かって徐々に高くなるように折り曲げられていた。爪部８と窪み部９とが、上記の形状である場合には、上述したように、ナット４を締めつける際のナット４の引っ掛かりを好適に防止することができ、また、ナット４の緩みを好適に防止することができる。しかしながら、ナット４を締めつけ方向に回転させてネジ締結することができ、かつ、ロータコア６の爪部８がナット４の窪み部９に係合することによりナット４の緩みが抑制される限り、爪部８と窪み部９は、それぞれ上記と異なる形状であってもよい。例えば、ナット４の窪み部９の形状は、断面が矩形、半円、二等辺三角形等の溝であってもよい。また、窪み部９の形状は、円錐状や半球状であってもよい。また、爪部８の形状は、例えば、図４における断面形状において、図４左側に向かって凸となっている半円弧形状や、図４左側に向かって凸となっている三角形状等でもよい。爪部８と窪み部９とが、上記の形状の場合でも、ナット４を締めつけ方向に回転させてネジ締結することができ、かつ、ナット４が緩むことを抑制することができる。

上記の実施例の回転子２では、爪部８は、積層鋼板の一部がナット４側に突出するように折り曲げられることにより形成されていた。しかしながら、爪部８は、他の方法によって形成されていてもよい。例えば、爪部８は、ロータコア６におけるナット４との接触面に他の部材を接合することにより形成してもよい。この場合にも、爪部８が上述の斜面８１を備えていれば、ロータコア６を締めつけていく途中で、爪部８が窪み部９に引っ掛かることが防止される。

上記の実施例では、シャフト３の図１左側の端部にナット４が配置され、図１右側の端部にナット５が配置されていた。この場合、図１左側に位置するナット４を基準にみた場合、図１右側に位置するナット５は、請求項における「位置決め部」の一例である。また、上記の実施例におけるナット５は、ナット４との間でロータコア６を挟むことができる他の構成に置き換えてもよい。ナット４との間でロータコア６を挟むことができる他の構成は、それぞれ、請求項における「位置決め部」の一例である。例えば、シャフト３の図１右側の端部にナット５を配置する代わりに、ロータコア６の軸方向の移動を拘束する部材を配置してもよい。ロータコア６の軸方向の移動を拘束する部材として、例えば、一般にエンドプレートやＣリングと呼ばれる固定部材がある。これらの固定部材は、通常、円環状（あるいは一部が欠落した円環状）である。シャフト３の一部に外周を一周する溝を設け、この溝にこれらの部材を嵌める。ロータコア６が、ナット４と固定部材とに挟まれることにより、ロータコア６がシャフト３に固定される。ロータコア６の軸方向の移動を拘束する部材として、シャフト３の外周面から一部が突出するようにシャフト３に挿入されたピン等を使用してもよい。さらに、ロータコア６の軸方向の移動を拘束するために、シャフト３の図１右側の端部に段差を設けると共に、ロータコア６の図１右側を向く端面をこの段差に当接させてもよい。

上記の実施例では、電気自動車の走行用モータは、回転子２に永久磁石を有するモータであった。しかしながら、電気自動車の走行用モータは、回転子２に磁石を有さないモータ（例えば誘導モータ）であってもよい。この場合も、回転子２が積層鋼板で形成されている場合には、本明細書に開示する技術を適用することができる。また、上記の実施例では、回転子２は、キーとキー溝を有していた。しかしながら、ナット４のネジ締結のみによって走行用モータが発生するトルクに耐える場合には、キーとキー溝を省略してもよい。

上記の実施例では、ナット４の締結が緩む原因の例として振動や衝撃を挙げて説明した。しかしながら、ナット４の締結が緩む原因としては、他に、走行用モータの使用によって回転子２が高温になることがある。つまり、回転子２が製造されたときには加工硬化していた積層鋼板の組織が、高温にさらされることにより組織回復し、その結果、ナット４の軸力が低下することがある。本明細書が開示する技術は、この原因による緩みの抑制にも有効である。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２ 回転子
３ シャフト
４ ナット
５ ナット
６ ロータコア
６ａ、６ｂ 鋼板
８ 爪部
９ 窪み部
３２ オネジ
３３ オネジ
４２、８１ 斜面
４３ 垂直面

Claims (1)

1. 積層鋼板によって形成されていると共に軸穴を有するロータコアと、
   前記ロータコアの軸穴に挿入されている共に、外周面の一部にオネジが形成されているシャフトと、
   前記シャフトのオネジに螺合すると共に、前記シャフトに設けられた位置決め部との間で前記ロータコアを挟むことにより前記ロータコアを前記シャフトに固定するナットと、
   を備え、
   前記ナットは、前記ロータコアとの接触面に窪み部を有し、
   前記窪み部の内部には、前記ナットが締め付けられる際に前記窪み部が移動する方向に向かって徐々に窪みの深さが深くなる斜面が形成されており、
   前記ロータコアは、前記ナットとの接触面に爪部を備え、
   前記爪部は前記窪み部の斜面と平行な斜面が形成されており、
   前記ロータコアが前記シャフトに固定されて状態において、前記爪部が前記窪み部に係合している、電気自動車の走行用モータ。

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