JP2016226170A

JP2016226170A - 電動機用積層コア

Info

Publication number: JP2016226170A
Application number: JP2015110681A
Authority: JP
Inventors: 晋吾雪吹; Shingo Yukibuki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-05-29
Filing date: 2015-05-29
Publication date: 2016-12-28
Also published as: US20160352165A1; CN106208457A

Abstract

【課題】本発明は、回転バランスを良好にした電動機用積層コアを提供する。
【解決手段】電動機用積層コア３は積層ブロックの表面同士を付き合わせる。この場合、積層ブロックＢ１，Ｂ２は、ダボカシメ部２１を有するメイン鋼板２Ａを複数枚積層してなるブロック本体部２０と、前記ブロック本体部２０の平端面２０ａに当接されるエンド鋼板２Ｂと、からなる。前記メイン鋼板２Ａの前記ダボカシメ部２１は、メイン鋼板２Ａの中心を通る基準線Ｐから周方向に位置ズレされている。前記エンド鋼板２Ｂは、前記ダボカシメ部２１に対応する位置に形成された第１のダボ挿入孔２２と、前記基準線Ｐを中心にして前記第１のダボ挿入孔２２に対して対称の位置に形成された第２のダボ挿入孔２３と、を有する。前記ダボカシメ部２１と前記第１及び第２のダボ挿入孔２２，２３は、周方向に等間隔に配置されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、特に、モータやジェネレータなどの電動機のロータに利用され、鋼板を積層してなる積層コアに関するものである。

このような分野に関連する技術として特開２０１０−１４１９８９号公報がある。これに記載された鋼板には周方向で等間隔に複数個の磁石挿入孔が打ち抜きによって形成されている。この鋼板は、回転軸線の延在方向に積層されて積層コアが形成される。そして、この積層コアの磁石挿入孔内には、磁石が装填されてロータが構成される。

特開２０１０−１４１９８９号公報

前述した積層コアは、複数枚の鋼板をダボカシメによって積層したもの（以下「積層ブロック」と称す。）を複数個積み上げて成形する場合がある。この場合、同一形状の２個の積層ブロックのうち一方の積層ブロックの表面と他方の積層ブロックの表面との面合わせを行う際に、一方の積層ブロックの表面から突出したダボと、他方の積層ブロックの表面から突出したダボとが突き当たってしまう事態が起こる。また、ダボ同士が当たらない場合であっても、積層ブロック間にダボによる隙間が発生する。ダボにより隙間が発生すると、積層コアは、周方向において回転軸線方向の厚みが不均一になり易く、これによって積層コアの回転バランスが悪くなるといった問題が発生する。

本発明は、回転バランスを良好にした電動機用積層コアを提供することを目的とする。

本発明は、鋼板を積層してなる円板状の第１の積層ブロックと、前記第１の積層ブロックの直径に沿って延在する基準線を中心に表裏反転させてなる第２の積層ブロックとが、ダボの突出する表面同士で前記基準線が合致するように対向して配置された電動機用積層コアであって、
前記第１及び第２の積層ブロックは、ダボカシメ部を有するメイン鋼板を複数枚積層して、
前記メイン鋼板の前記ダボカシメ部は、前記基準線から外れた位置に配置され、
前記ダボカシメ部に対応する位置に形成された第１のダボ挿入孔と、前記基準線に対して前記第１のダボ挿入孔と対称の位置に形成された第２のダボ挿入孔とを備え、前記第１の積層ブロック及び前記第２の積層ブロックの対向面の間に配置されるエンド鋼板を有する。

この電動機用積層コアにおいては、第１の積層ブロックと第１のブロックに対して表裏を反転した状態の第２の積層ブロックとを、基準線が一致するように面合わせすると、第１の積層ブロックの第１のダボ挿入孔から突出したダボは、第２の積層ブロックの第２のダボ挿入孔内に挿入される。また、第２の積層ブロックの第１のダボ挿入孔から突出したダボは、第１の積層ブロックの第２のダボ挿入孔内に挿入される。このようにして、第１の積層ブロックの表面と第２の積層ブロックの表面とを密着させることができ、積層ブロック間にダボによる隙間が発生しない。その結果、表裏反転状態にある第１の積層ブロックと第２の積層ブロックとの面合わせが行われた積層コアを利用しても、積層コアの回転バランスを悪化させることがない。また、第１の積層ブロックと第２の積層ブロックとの間に隙間があると、電気的な損失が起こり易く、これによってトルクの低下が起こるが、本発明は、このような事態が極めて起こり難い。

また、前記第１及び第２の積層ブロックのそれぞれは、積層された前記メイン鋼板の平端面に当接される前記エンド鋼板を一部として備えると好ましい。
積層ブロックの一部としてエンド鋼板が配置されているため、第１の積層ブロックと第２の積層ブロックを対向して配置する際にエンド鋼板が脱落しにくい。

また、前記ダボカシメ部、前記第１及び第２のダボ挿入孔は、前記第１及び第２の積層ブロックの中心を通る回転軸線と、前記第１及び第２の積層ブロックにおいて前記第１及び第２の積層ブロックの周方向に沿って配列された複数の磁石挿入孔との間に形成されていると好ましい。
このような構成により、磁石挿入孔を周方向に密に配列させた場合に、積層ブロックの外周と磁石挿入孔との間よりも、積層ブロックの回転軸線と磁石挿入孔との間の方がダボカシメに際して鋼板に変形が起こり難い。従って、鋼板同士を確実にダボカシメすることができる。

本発明によれば、積層コアの回転バランスを良好にすることができる。

本発明に係る電動機用積層コアの第１の実施形態を示す平面図である。第１の積層ブロックの表面と第２の積層ブロックの表面とを対面させた状態を示す側面図である。第１の積層ブロックに利用されるメイン鋼板及びエンド鋼板を示す平面図である。第２の積層ブロックに利用されるメイン鋼板及びエンド鋼板を示す平面図である。第１及び第２の積層ブロックの要部を示す断面図である。第１の積層ブロックと第２の積層ブロックとを面合わせした状態を示す側面図である。本発明に係る電動機用積層コアの第２の実施形態を示す側面図である。図７の積層コアに利用される第１の積層ブロックを示す平面図である。図７の積層コアに利用される第２の積層ブロックを示す平面図である。図７の積層コアに利用されるエンド鋼板を示す平面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る電動機用積層コアの好適な実施形態について詳細に説明する。

［第１の実施形態］
図１に示されるロータ１は、ハイブリッド車両のモータやジェネレータなどの電動機に利用される。なお、ハイブリット車両以外にも、電気自動車や燃料電池車にも利用される。

ロータ１は、絶縁被膜付き鋼板を円盤状に打ち抜いて成形された薄い鋼板２を回転軸線Ｌの延在方向に積層した積層コア３と、円盤状の鋼板２に打ち抜き成形された磁石挿入孔４内に配置された磁石５と、で構成されている。この鋼板２の中央には、シャフト７を挿入するためのシャフト挿入孔８が形成されている。シャフト挿入孔８の周縁には、シャフト連結部として利用されるキー部２ａが形成され、シャフト７には、キー部２ａが挿入されるキー溝７ａが設けられている。キー部２ａは、回転軸線Ｌに向かって突出するように形成されると共に、周方向に１８０度の位相をもって２個配置されている。なお、鋼板２に形成されるシャフト連結部としてキー溝を採用してもよい。

また、ロータ１には周方向においてＳ極とＮ極が交互に配列され、各極において、４個の磁石５ａ〜５ｄが２個の磁石挿入孔４に振り分けられるように配置されている。各極毎に設けられている各磁石挿入孔４は、径方向で外側から内側に入り込むように傾けられ、頂点Ｍが内側に位置するようなＶ字状に配置されている。そして、各極において、一方の磁石挿入孔４Ａには第１及び第２の磁石５ａ，５ｂが配置され、他方の磁石挿入孔４Ｂには第３及び第４の磁石５ｃ，５ｄが配置されている。

積層コア３は、磁石挿入孔４が周方向に形成された鋼板２を複数枚（例えば１０〜２０枚）積層された積層ブロックＢ（図２参照）を、複数個（例えば１０〜２０個）積層して構成される。各積層ブロックＢは、鋼板２を積層するにあたり、同一形状の鋼板２の中心点（回転軸線Ｌが通る点）を中心にして所定角度回転させたり、鋼板２の表裏を反転させたりすることで、磁石挿入孔４内に向かって突出する凸部６を回転軸線Ｌ方向で異なる位置に出現させている。凸部６によって磁石挿入孔４内で磁石５は支持されている。

積層コア３を成形するにあたって、一種類の積層ブロックＢの表面同士を基準線Ｐ（図３参照）が合致するように面合わせする場合について以下説明する。基準線Ｐは、円板状の積層ブロックＢの直径に沿って延在する。

図２に示されるように、積層コア３を成形するにあたって、鋼板２を積層してなる第１の積層ブロックＢ１と、第１の積層ブロックＢ１に対してその直径に沿って延在する通る基準線Ｐ（図３参照）を中心に表裏反転させてなる第２の積層ブロックＢ２とを、基準線Ｐが一致するように互いに表面Ｓ１と表面Ｓ２同士を対向させる。その後、図６に示されるように、第１の積層ブロックＢ１の表面Ｓ１と第２の積層ブロックＢ２の表面Ｓ２との面合わせが行われる。積層コア３では、第１の積層ブロックＢ１と第２の積層ブロックＢ２とを組み合わせたものを一ユニットＡとした場合に、複数のユニットＡが重ね合わされている。なお、ユニットＡにおいて、第１の積層ブロックＢ１の磁石挿入孔４と第２の積層ブロックＢ１の磁石挿入孔４とは回転軸線Ｌ方向で同じ位置に配置されている。

第１の積層ブロックＢ１について説明する。

第１の積層ブロックＢ１は、ダボカシメ部２１を有するメイン鋼板２Ａ（図３（ａ）参照）を複数枚積層してなるブロック本体部２０（図２参照）と、ブロック本体部２０の平端面２０ａに当接されるエンド鋼板２Ｂ（図３（ｂ）参照）と、からなる。メイン鋼板２Ａは、プレス機のパンチによってダボカシメを行いながら一枚ずつ積層される。

図３（ａ）及び図５に示されるように、ブロック本体部２０を構成するメイン鋼板２Ａには、中心Ｏを通る基準線Ｐから周方向に外れた位置にダボカシメ部２１が形成されている。ダボカシメ部２１は、周方向に等間隔で形成されている。ダボカシメ部２１は、プレス機のパンチによってメイン鋼板２Ａの径方向に平行に形成された切れ目２１ａと、パンチによって押し出された台形状のダボ２１ｂとで構成されている。そして、ブロック本体部２０では、ダボ２１ｂが重なり合うことでメイン鋼板２Ａが一体化される。

ダボカシメ部２１は、径方向に細長い長方形を有し、中心Ｏを通る回転軸線Ｌと磁石挿入孔４との間に形成されている。磁石挿入孔４は周方向に密に配列されているので、ブロック本体部２０の外周と磁石挿入孔４との間よりも、ブロック本体部２０の回転軸線Ｌと磁石挿入孔４との間の方がダボカシメに際してメイン鋼板２Ａに変形が起こり難い。従って、メイン鋼板２Ａ同士を確実にダボカシメすることができる。

図３（ｂ）及び図５に示されるように、エンド鋼板２Ｂは、ダボカシメ部２１に対応する位置に形成された第１のダボ挿入孔２２と、基準線Ｐに対して第１のダボ挿入孔２２と対称の位置に形成された第２のダボ挿入孔２３と、を有している。第１及び第２のダボ挿入孔２２，２３は、周方向に等間隔に配置されている。

第１の積層ブロックＢ１を成形するにあたって、ブロック本体部２０の平端面２０ａから突出するダボ２１ｂはエンド鋼板２Ｂの第１のダボ挿入孔２２内に挿入される。そして、ダボ２１ｂの頂部は、第１の積層ブロックＢ１の表面Ｓ１から突出する。ダボカシメ力を高めるためにダボ２１ｂの突出量を大きくする結果として、ダボ２１ｂは、第１のダボ挿入孔２２を貫通して第１の積層ブロックＢ１の表面Ｓ１から突出する。

前述した基準線Ｐは、シャフト連結部として利用される２個一組のキー部２ａを通って延在する。さらに、この基準線Ｐは、第１の磁石挿入部１０と第２の磁石挿入部１１との間の頂点Ｍをも通る。第１の積層ブロックＢ１を表裏反転させた状態の第２の積層ブロックＢ２を作り出す際に、反転基準としてキー部（シャフト連結部）２ａを利用することができるので、反転装置によって積層ブロックＢを確実に反転させることができる。

図４（ａ）は、第１の積層ブロックＢ１を基準線Ｐを中心に表裏を反転させた第２の積層ブロックＢ２に利用されるメイン鋼板２Ａを示している。この場合、第２の積層ブロックＢ２のダボカシメ部２１は、基準線Ｐに対して第１の積層ブロックＢ１のダボカシメ部２１と対称の位置に配置されている。つまり、表裏反転の結果、図面上において、第１の積層ブロックＢ１のダボカシメ部２１は基準線Ｐの左側に位置し、第２の積層ブロックＢ２のダボカシメ部２１は基準線Ｐの右側に位置する。

図４（ｂ）は、第２の積層ブロックＢ２のエンド鋼板２Ｂを示している。この場合、図面上で基準線Ｐの右側が第１のダボ挿入孔２２であり、左側が第２のダボ挿入孔２３である。そして、第２の積層ブロックＢ２においても、第１のダボ挿入孔２２内にダボカシメ部２１が挿入されている。

図２に示されるように、ユニットＡ（図６参照）を成形するにあたって、第１の積層ブロックＢ１の表面Ｓ１と第２の積層ブロックＢ２の表面Ｓ２とを対面させる。このとき、第１の積層ブロックＢ１の表面Ｓ１からダボ２１ｂが突出し、第２の積層ブロックＢ２の表面Ｓ２からもダボ２１ｂが突出する。そして、第１の積層ブロックＢ１と第２の積層ブロックＢ２とを対面させる際でも、エンド鋼板２Ｂは脱落しにくい。

図６に示されるように、第１の積層ブロックＢ１の表面Ｓ１と第２の積層ブロックＢ２の表面Ｓ２とを当接させると、第１の積層ブロックＢ１の表面Ｓ１から突出するダボ２１ｂは、第２の積層ブロックＢ２の第２のダボ挿入孔２３内に挿入される（図５参照）。また、第１の積層ブロックＢ２の表面Ｓ２から突出するダボ２１ｂも同様に、第１の積層ブロックＢ１の第２のダボ挿入孔２３内に挿入される。

このようにして、第１の積層ブロックＢ１の表面Ｓ１と第２の積層ブロックＢ２の表面Ｓ２とを密着させることができ、第１の積層ブロックＢ１と第２の積層ブロックＢ２と間にダボ２１ｂによる隙間が発生しない。その結果、表裏反転状態にある第１の積層ブロックＢ１と第２の積層ブロックＢ２との面合わせが行われた積層コア３を利用しても、積層コア３の回転バランスを悪化させることがない。また、第１の積層ブロックＢ１と第２の積層ブロックＢ２との間に隙間があると、電気的な損失が起こり易く、これによってトルクの低下が起こるが、本実施形態に係る積層コア３は、このような事態が極めて起こり難い。

［第２の実施形態］
図７〜図１０に示されるように、円板状をなす第１の積層ブロックＣ１と第２の積層ブロックＣ２とはダボカシメ部２１を有するメイン鋼板２Ａからなる。第１の積層ブロックＣ１の平端面３０ａと第２の積層ブロックＣ２の平端面３０ａとでエンド鋼板４０が挟み込まれる。平端面３０ａからダボ２１ｂが突出している第２の積層ブロックＣ２は、第１の積層ブロックＣ１をその直径に沿って延在する基準線Ｐを中心に表裏反転させたものと同一である。すなわち、第１の積層ブロックＣ１と第２の積層ブロックＣ２とは同一形状のものが利用される。

ダボカシメ部２１は基準線Ｐから周方向において外れた位置に配置されている。エンド鋼板４０は、第１の積層ブロックＣ１のダボカシメ部２１に対応する位置に形成された第１のダボ挿入孔２２と、基準線Ｐに対して第１のダボ挿入孔２２と対称の位置に形成されると共に、第２の積層ブロックＣ２のダボカシメ部２１に対応する位置に形成された第２のダボ挿入孔２３と、を有している。

積層コア３３を成形するにあたって、第１の積層ブロックＣ１の平端面３０ａから突出するダボ２１ｂは、エンド鋼板４０の第１のダボ挿入孔２２内に挿入される。第２の積層ブロックＣ２の平端面３０ａから突出するダボ２１ｂは、エンド鋼板４０の第２のダボ挿入孔２３内に挿入される。

本発明は、前述した実施形態に限定されず、下記のような種々の変形が可能である。

例えば、ダボカシメ部２１の形状は、長方形でも正方形でも丸形であってもよい。ダボカシメ部２１の位置は、積層ブロックＢ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２の外周と磁石挿入孔４との間であってもよい。

積層ブロックＢ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２及びエンド鋼板４０にはキー部２ａが無くてもよい。

１…ロータ２…鋼板２Ａ…メイン鋼板２Ｂ，４０…エンド鋼板２ａ…キー部（シャフト連結部）３，３３…積層コア４…磁石挿入孔５…磁石７…シャフト８…シャフト挿入孔２０…ブロック本体部２０ａ…平端面２１…ダボカシメ部２１ｂ…ダボ２２…第１のダボ挿入孔２３…第２のダボ挿入孔Ｂ１，Ｃ１…第１の積層ブロックＢ２，Ｃ２…第２の積層ブロックＬ…回転軸線Ｐ…基準線Ｓ１，Ｓ２…表面

Claims

鋼板を積層してなる円板状の第１の積層ブロックと、前記第１の積層ブロックの直径に沿って延在する基準線を中心に表裏反転させてなる第２の積層ブロックとが、ダボの突出する表面同士で前記基準線が合致するように対向して配置された電動機用積層コアであって、
前記第１及び第２の積層ブロックは、ダボカシメ部を有するメイン鋼板を複数枚積層して、
前記メイン鋼板の前記ダボカシメ部は、前記基準線から外れた位置に配置され、
前記ダボカシメ部に対応する位置に形成された第１のダボ挿入孔と、前記基準線に対して前記第１のダボ挿入孔と対称の位置に形成された第２のダボ挿入孔とを備え、前記第１の積層ブロック及び前記第２の積層ブロックの対向面の間に配置されるエンド鋼板を有する、
電動機用積層コア。
前記第１及び第２の積層ブロックのそれぞれは、積層された前記メイン鋼板の平端面に当接される前記エンド鋼板を一部として備える、
請求項１記載の電動機用積層コア。
前記ダボカシメ部、前記第１及び第２のダボ挿入孔は、前記第１及び第２の積層ブロックの中心を通る回転軸線と、前記第１及び第２の積層ブロックにおいて前記第１及び第２の積層ブロックの周方向に沿って配列された複数の磁石挿入孔との間に形成されている、
請求項１又は２記載の電動機用積層コア。