JP2019106764A

JP2019106764A - 電動機

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Publication number: JP2019106764A
Application number: JP2017236874A
Authority: JP
Inventors: 昌稔石川; Masatoshi Ishikawa
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2017-12-11
Filing date: 2017-12-11
Publication date: 2019-06-27
Anticipated expiration: 2037-12-11
Also published as: JP7053240B2

Abstract

【課題】回転子の固定子に対する安定した回転状態を確保する。【解決手段】固定子と前記固定子に対して回転される回転子とを備えた電動機であって、前記回転子は、回転支点となるシャフトと、前記シャフトが挿入されるロータコアと、前記ロータコアを前記シャフトに固定する複数の固定部材とを有し、複数の前記固定部材は前記回転子の周方向において等間隔に離隔して位置され、前記シャフトには軸方向に直交する方向において前記ロータコア側に開口された複数の第１の固定溝が形成され、前記ロータコアには前記軸方向に直交する方向において前記シャフト側に開口された複数の第２の固定溝が形成され、前記固定部材が前記シャフトと前記ロータコアの間に圧入された状態で前記第１の固定溝を形成する第１の壁面に少なくとも二点において接触されると共に前記第２の固定溝を形成する第２の壁面に少なくとも二点において接触される。【選択図】図３

Description

本発明は、固定子と固定子に対して回転される回転子とを備えた電動機についての技術分野に関する。

電動機に備えられた回転子は、回転支点となるシャフトと、シャフトが挿入されシャフトと共に回転されるロータコアとを有している。電気自動車等の車両に搭載される電動機においては、一般的に、シャフトとロータコアの間にシャフトの挿入を可能にするための微小な隙間が存在する。

ところで、回転子の安定した回転状態を維持するためには、シャフトとロータコアの回転軸が同軸にされ、シャフトとロータコアの回転位相が一致されていることが望ましい。しかし、シャフトとロータコアの間には隙間が存在するため、この隙間によりシャフトとロータコアの回転軸及び回転位相がずれる懸念がある。

そこで、シャフトとロータコアの間に存在する隙間の影響を低減させる技術が知られている。例えば、特許文献１においては、シャフトとロータコアの間にスプリングを配置することで、シャフトとロータコアの回転軸のずれを抑制している。また、ロータコアをシャフトに焼き嵌めることで、ロータコアとシャフトの回転軸及び回転位相が一致するようにロータコアをシャフトに固定する例もある。

特開平６−２６１４７６号公報

しかし、シャフトとロータコアの間にスプリング等の中間部材を配置した場合には、スプリングの変形によりシャフトとロータコアの回転位相を精度よく一致させ難い。また、シャフトとロータコアを焼き嵌めによって固定する場合には、部材を加熱するための設備や加熱した部材の処理が必要であるため、製造コストが増加するという問題があった。

そこで、本発明は、製造コストの増加を抑制しつつ、回転子の固定子に対する安定した回転状態を確保することを目的とする。

本発明に係る電動機は、固定子と前記固定子に対して回転される回転子とを備えた電動機であって、前記回転子は、回転支点となるシャフトと、前記シャフトが挿入されるロータコアと、前記ロータコアを前記シャフトに固定する複数の固定部材とを有し、複数の前記固定部材は前記回転子の周方向において等間隔に離隔して位置され、前記シャフトには軸方向に直交する方向において前記ロータコア側に開口された複数の第１の固定溝が形成され、前記ロータコアには前記軸方向に直交する方向において前記シャフト側に開口された複数の第２の固定溝が形成され、前記固定部材が前記シャフトと前記ロータコアの間に圧入された状態で前記第１の固定溝を形成する第１の壁面に少なくとも二点において接触されると共に前記第２の固定溝を形成する第２の壁面に少なくとも二点において接触されるものである。

これにより、周方向において等間隔に位置された複数の固定部材がシャフトとロータコアにそれぞれ少なくとも二点ずつ接触された状態で圧入されるため、ロータコアが固定部材によってシャフトに位置決めされた状態で固定される。

上記した電動機においては、前記固定部材は前記軸方向に直交する方向における断面形状が円形状に形成され、前記第１の壁面には前記ロータコアに近付くに従って互いに遠ざかり前記固定部材が接触される一対の傾斜面が形成され、前記第２の壁面には前記シャフトに近付くに従って互いに遠ざかり前記固定部材が接触される一対の傾斜面が形成されることが望ましい。

これにより、軸方向に直交する方向における断面形状が円形状に形成された固定部材が、傾斜面に接触された状態でシャフトとロータコアの間に圧入される。

上記した電動機においては、前記固定部材が球状に形成されることが望ましい。

これにより、球状の固定部材がシャフトとロータコアの間に圧入される。

上記した電動機においては、前記固定部材が二つ設けられることが望ましい。

これにより、二つの固定部材は周方向に１８０°離隔して位置される。

上記した電動機においては、前記ロータコアには前記軸方向において前記固定部材が押し当てられる被押当面が形成されることが望ましい。

これにより、固定部材が被押当面に押し当てられる位置までシャフトとロータコアの間に挿入可能にされる。

上記した電動機においては、前記ロータコアに前記シャフト側に突出された突出部が設けられ、前記シャフトに前記突出部が挿入される挿入溝が形成されることが望ましい。

これにより、ロータコアの突出部がシャフトの挿入溝に挿入されて、ロータコアが周方向においてシャフトに位置決めされる。

本発明によれば、周方向において等間隔に位置された複数の固定部材がシャフトとロータコアにそれぞれ少なくとも二点ずつ接触された状態で圧入されるため、ロータコアが固定部材によってシャフトに位置決めされた状態で固定される。従って、シャフトとロータコアの位相ずれが防止され、シャフトとロータコアの回転軸が同軸になるように調心されると共にロータコアからシャフトへのトルクの伝達効率が向上されることで、回転子の固定子に対する安定した回転状態を確保することができる。

図２乃至図６と共に本発明の電動機の実施の形態を示すものであり、本図は電動機の分解斜視図である。ロータコアの第１のコア部の断面図である。回転子を図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線で示す断面図である。ロータコアの第２のコア部の断面図である。第１の固定溝と第２の固定溝と固定部材に係る変形例である。固定部材に係る変形例である。

＜電動機の構成＞
以下に、本発明の電動機を実施するための形態について添付図面を参照して説明する。

電動機１００は、例えば、電気自動車やハイブリッド電気自動車等の電気を動力とする車両に搭載され、駆動用モータとして用いられる。

電動機１００は、ハウジング１と固定子２と固定子２に対して回転される回転子３と回転子３の回転角度を検出するレゾルバ４とを有している（図１参照）。

ハウジング１は、一方に開口された箱状のケース体５とケース体５の開口５ａを閉塞するカバー体６とを有している。ハウジング１の内部空間は、固定子２と回転子３とレゾルバ４が収納される収納空間１ａとして形成されている。

ケース体５には開口５ａと反対側の端部における中央部に取付孔５ｂが形成されている。カバー体６の略中央部には取付孔５ｂと同じ方向に貫通された取付孔６ａが形成されている。

固定子２は、円筒状のステータコア２ａとステータコア２ａに巻回された図示しないコイルとを有している。ステータコア２ａは、例えば、複数の電磁鋼板が積層されて形成されている。

回転子３は、回転支点となるシャフト７とシャフト７が挿入されシャフト７と共に回転される円筒状のロータコア８とを有している。ロータコア８は、例えば、複数の電磁鋼板が積層されて形成されている。ロータコア８の内部には、図示しない磁石等の磁性体が配置されている。

シャフト７の軸方向における両端部にはそれぞれベアリング９、９が取り付けられている。ベアリング９、９は外輪が取付孔５ｂと取付孔６ａに挿入された状態でケース体５とカバー体６に取り付けられ、内輪がシャフト７に取り付けられている。従って、シャフト７はハウジング１に対してベアリング９、９を介して回転可能に支持されている。ベアリング９、９はシャフト７の荷重を受けてシャフト７の回転を円滑に行う機能を有している。

レゾルバ４は、円筒状のレゾルバステータ４ａとレゾルバステータ４ａの内部に配置されたレゾルバロータ４ｂとを有している。レゾルバステータ４ａはカバー体６の内面に固定され、レゾルバロータ４ｂは回転子３に取り付けられている。レゾルバロータ４ｂはシャフト７の一部に固定され、シャフト７と共に回転される。

＜回転子の構成＞
続いて、図１乃至図３を参照して回転子３の構成を詳述する。

先ず、シャフト７の構成を説明する。シャフト７は、回転子３の軸方向に延びる本体部１０と、本体部１０の軸方向における一端寄りの部分から外方に張り出された鍔部１１とを有している（図３参照）。鍔部１１の軸方向における一方の端面は、ロータコア８の一部が突き当てられる突き当て面１１ａとして形成されている。

本体部１０は、小径部１２、１２と大径部１３とを有している。小径部１２、１２は本体部１０の軸方向における両端部として設けられている。大径部１３は小径部１２、１２の間に位置されている。小径部１２、１２と大径部１３の中心軸は一致されている。一方の小径部１２にはレゾルバロータ４ｂが取り付けられ、大径部１３はロータコア８に挿入されている（図１参照）。

大径部１３の外周側には、径方向においてロータコア８側に開口された第１の固定溝１４、１４が形成されている（図２及び図３参照）。第１の固定溝１４、１４はそれぞれ軸方向に延び、周方向において１８０°離隔して位置されている。

第１の固定溝１４は第１の壁面１５によって形成されている。第１の壁面１５は底面１５ａ、１５ａと側面１５ｂ、１５ｂと傾斜面１５ｃ、１５ｃから成る。底面１５ａ、１５ａはロータコア８側を向き、第１の固定溝１４の幅方向に離隔して位置されている。側面１５ｂ、１５ｂは底面１５ａ、１５ａと直交し、一端が底面１５ａ、１５ａの外側の端縁に連続され、他端がシャフト７の外周面に連続されている。傾斜面１５ｃ、１５ｃは底面１５ａ、１５ａの間に位置されている。傾斜面１５ｃ、１５ｃは一端が底面１５ａ、１５ａの内側の端縁に連続され他端が一致されている。傾斜面１５ｃ、１５ｃは、ロータコア８に近付くに従って互いに遠ざかるように傾斜されている。

次に、ロータコア８の構成を説明する。ロータコア８は、第１のコア部１６、１６と第２のコア部１７とを有している。第１のコア部１６、１６はロータコア８の軸方向における両端部として設けられている。第２のコア部１７は第１のコア部１６、１６の間に位置され、軸方向における両端面がそれぞれ第１のコア部１６、１６に接している。第１のコア部１６、１６と第２のコア部１７の中心軸は一致されている。

第１のコア部１６、１６の内周側には、径方向においてシャフト７側に開口され軸方向に延びる第２の固定溝１８、１８が形成されている。第２の固定溝１８、１８は周方向において１８０°離隔して位置されている。

第２の固定溝１８は第２の壁面１９によって形成されている。第２の壁面１９は傾斜面１９ａ、１９ａから成る。傾斜面１９ａ、１９ａはシャフト７に近付くに従って互いに遠ざかるように傾斜されている。第２の固定溝１８、１８は、軸方向に直交する断面形状において楔形状に形成されている。

第２のコア部１７の内周側には、径方向においてシャフト７側に突出され軸方向に延びる突出部１７ａ、１７ａが設けられている（図４参照）。突出部１７ａ、１７ａは周方向において１８０°離隔して位置されている。突出部１７ａ、１７ａは、軸方向に直交する断面形状が略矩形状に形成されている。突出部１７ａ、１７ａはロータコア８の周方向においてそれぞれ第２の固定溝１８、１８と同じ位置に設けられている。

＜シャフトとロータコアの固定構造＞
シャフト７は、大径部１３がロータコア８に挿入される。シャフト７がロータコア８に挿入されるときには、突出部１７ａ、１７ａがそれぞれ第１の固定溝１４、１４に挿入され、シャフト７のロータコア８に対する周方向における位置決めが行われる。シャフト７がロータコア８に挿入された状態においては、ロータコア８の軸方向における一方の端面８ａが鍔部１１の突き当て面１１ａに突き当てられる（図３参照）。端面８ａが突き当て面１１ａに突き当てられることによりシャフト７のロータコア８に対する軸方向における位置決めが行われる。

シャフト７がロータコア８に挿入された状態において、シャフト７の外周面とロータコア８の内周面の間には隙間Ｓが存在する（図２及び図４参照）。また、このとき、上記したようにシャフト７のロータコア８に対する周方向における位置決めが行われているため、第１の固定溝１４、１４と第２の固定溝１８、１８は互いに対向した状態で位置されている。

一方の第１のコア部１５における第１の固定溝１４、１４と第２の固定溝１８、１８の間には、それぞれ固定部材２０、２０が圧入される（図２乃至図４参照）。固定部材２０、２０は、例えば、球形状に形成されている。

固定部材２０、２０は、傾斜面１５ｃ、１５ｃに二つの接触点Ｘ、Ｘにおいて接触されると共に、傾斜面１９ａ、１９ａに二つの接触点Ｙ、Ｙにおいて接触されている（図２参照）。

固定部材２０、２０は、第２のコア部１７の軸方向における一端面の内周部に押し当てられている。この一端面の内周部は被押当面１７ｂ、１７ｂとして形成され、固定部材２０、２０は被押当面１７ｂ、１７ｂに押し当てられる位置まで挿入される（図３参照）。

シャフト７とロータコア８の間に固定部材２０、２０が挿入されて圧入された状態において、シャフト７の大径部１３における他端部寄りの部分には環状の固定リング２１が外嵌される。固定リング２１は、ロータコア８の軸方向における移動を規制すると共に、固定部材２０、２０の脱落を防止する機能を有している。

上記した構成においては、シャフト７とロータコア８の間に固定部材２０、２０が圧入され、固定部材２０、２０が第１の固定溝１４の第１の壁面１５に二点Ｘ、Ｘにおいて接触されると共に第２の固定溝１８の第２の壁面１９に二点Ｙ、Ｙにおいて接触されている（図２参照）。

従って、周方向において等間隔に位置された複数の固定部材２０、２０がシャフト７とロータコア８の間にそれぞれ二点ずつ接触された状態で圧入されるため、ロータコア８が固定部材２０、２０によってシャフト７に位置決めされた状態で固定される。これにより、シャフト７とロータコア８の回転位相のずれが防止され、シャフト７とロータコア８の回転軸が同軸になるように調心されると共にロータコア８からシャフト７へのトルクの伝達効率が向上され、回転子３の固定子２に対する安定した回転状態を確保することができる。シャフト７とロータコア８の回転位相のずれが防止される事で電動機１００の固定子２に流す電流進角制御のズレを防止してモータ効率の悪化を抑制する事が可能となり、また、シャフト７とロータコア８の回転軸が同軸になるように調心される事により電動機１００の振騒性能を向上する事が可能となる。また、シャフト７とロータコア８の回転位相のずれが防止されることで、レゾルバ４による回転子３の回転状態の検出精度の向上を図ることができる。

また、固定部材２０、２０は球状に形成されている。これにより球状の固定部材２０、２０がシャフト７とロータコア８の間に圧入される。従って、固定部材２０、２０の圧入作業が容易になり、電動機１００の製造時の作業性を向上させることができる。

さらに、電動機１００には回転子３の周方向において等間隔に離隔して二つの固定部材２０、２０が設けられている。これにより、二つの固定部材２０、２０は周方向に１８０°離隔して位置される。従って、最小数の固定部材２０によってシャフト７とロータコア８の偏心を抑制することが可能になり、少ない部品点数で回転子３の固定子２に対する安定した回転状態を確保することができる。

さらにまた、ロータコア８の第２のコア部１７には圧入時に固定部材２０、２０が押し当てられる被押当面１７ｂ、１７ｂが形成されている。これにより、固定部材２０、２０が被押当面１７ｂ、１７ｂに押し当てられる位置までシャフト７とロータコア８の間に挿入可能にされる。従って、固定部材２０、２０が被押当面１７ｂ、１７ｂに押し当てられることにより圧入作業の完了状態を認識することが可能になり、固定部材２０、２０をシャフト７とロータコア８の間に確実に圧入することができる。

加えて、ロータコア８にシャフト７側に突出された突出部１７ａが設けられ、第１の固定溝１４に突出部１７ａが挿入されている。ロータコア８の突出部１７ａが第１の固定溝１４に挿入されることで、シャフト７のロータコア８に対する周方向における位置決めが行われる。従って、第１の固定溝１４と第２の固定溝１８の周方向における位置合わせを容易に行うことができる。

尚、上記には、ロータコア８が二つの第１のコア部１６、１６と第２のコア部１７とを有している例を示したが、ロータコア８は固定部材２０、２０が圧入される一方の第１のコア部１６と第２のコア部１７のみを有していてもよい。この場合には部品点数が削減されるため、電動機１００の製造コストを低減させることができる。但し、二つの第１のコア部１６、１６と第２のコア部１７によって、ロータコア８が構成される場合には、ロータコア８に形成される第２の壁面１９の数が多くなり、その分、ロータコア８が軽量になり、電動機１００の軽量化を図ることができる。

＜変形例＞
上記には、第１の固定溝１４の第１の壁面１５が底面１５ａ、１５ａと側面１５ｂ、１５ｂと傾斜面１５ｃ、１５ｃから成る例を示したが、第１の壁面１５は他の構成にされていてもよい。

例えば、第１の壁面１５は、傾斜面１５ｃ、１５ｃのみによって構成されていてもよい。（図５Ａ参照）。傾斜面１５ｃ、１５ｃは一端がシャフト７の外周面に連続され他端が一致されている。この場合には、第１の固定溝１４の軸方向に直交する断面形状が楔形状に形成されている。

また、上記には、固定部材２０がシャフト７とロータコア８にそれぞれ二点ずつ接触された状態で圧入された例を示したが、固定部材２０はシャフト７とロータコア８にそれぞ三点以上の接触点によって接触された状態で圧入されていてもよい。

例えば、固定部材２０は、シャフト７とロータコア８にそれぞれ三点ずつ接触されていてもよい（図５Ｂ参照）。

図５Ｂに示す第１の固定溝１４において、第１の壁面１５は、対向面１５ｄと傾斜面１５ｅ、１５ｅから成る。対向面１５ｄはロータコア８側を向き、第１の固定溝１４の幅方向における中央部に位置されている。傾斜面１５ｅ、１５ｅは一端がシャフト７の外周面に連続され、他端が対向面１５ｄの両端縁に連続されている。第２の固定溝１８において、第２の壁面１９は、対向面１９ｂと傾斜面１９ｃ、１９ｃから成る。対向面１９ｂはシャフト７側を向き、第２の固定溝１８の幅方向における中央部に位置されている。傾斜面１９ｃ、１９ｃは一端がロータコア８の内周面に連続され、他端が対向面１９ｂの両端縁に連続されている。固定部材２０は、対向面１５ｄと傾斜面１５ｅ、１５ｅに三つの接触点Ｘ、Ｘ、Ｘにおいて接触されると共に、対向面１９ｂと傾斜面１９ｃ、１９ｃに三つの接触点Ｙ、Ｙ、Ｙにおいて接触されている。

さらに、上記には、固定部材２０が球状に形成された例を示したが、固定部材２０は、例えば、円柱状又は円筒状に形成されていてもよい。

固定部材２０が円柱状または円筒状に形成されている場合には、固定部材２０は軸方向が回転子３の回転軸と平行にされる状態で、シャフト７とロータコア８の間に圧入される。

上記のように、固定部材２０が球状、円柱状又は円筒状に形成された場合には、固定部材２０の軸方向に直交する方向における断面形状が円形状に形成され、固定部材２０が第１の壁面１５の一対の傾斜面１５ｃ、１５ｃと第２の壁面１９の一対の傾斜面１９ａ、１９ａとに点接触可能にされる。従って、ロータコア８をシャフト７に安定した状態で固定することができる。

尚、上記には、固定部材２０の断面形状が円形状に形成され、固定部材２０が第１の壁面１５及び第２の壁面１９にそれぞれ少なくとも二点ずつ接触される例を示したが、固定部材２０が第１の壁面１５と第２の壁面１９にそれぞれ少なくとも二点ずつ接触される限りにおいて、固定部材２０と第１の壁面１５と第２の壁面１９は他の形状に形成されていてもよい。

例えば、固定部材２０に代えて断面形状が楕円形状に形成された固定部材２０Ａを用い、第１の壁面１５に一対の傾斜面１５ｃ、１５ｃが形成され、第２の壁面１９に一対の傾斜面１９ａ、１９ａが形成されていてもよい（図５Ｃ参照）。この場合に、固定部材２０Ａは、例えば、傾斜面１５ｃ、１５ｃにそれぞれ接触されると共に、傾斜面１９ａ、１９ａに二点にそれぞれ接触されている。

上記には、固定部材２０が二つ設けられた例を示したが、固定部材２０の数は二つに限られず、三以上の固定部材２０が周方向において等間隔に離隔して設けられていてもよい。例えば、四つの固定部材２０、２０、２０、２０が周方向に９０°離隔して位置されていてもよい（図６参照）。このように三以上の固定部材２０が周方向に等間隔に離隔して位置される場合においても、シャフト７とロータコア８の偏心の抑制を精度よく行うことができる。

１…ハウジング、２…固定子、３…回転子、７…シャフト、８…ロータコア、１４…第１の固定溝、１５…第１の壁部、１５ｃ…傾斜面、１６…第１のコア部、１７…第２のコア部、１７ａ…突出部、１８…第２の固定溝、１９…第２の壁面、１９ａ…傾斜面、２０…固定部材

Claims

固定子と前記固定子に対して回転される回転子とを備えた電動機であって、
前記回転子は、回転支点となるシャフトと、前記シャフトが挿入されるロータコアと、前記ロータコアを前記シャフトに固定する複数の固定部材とを有し、
複数の前記固定部材は前記回転子の周方向において等間隔に離隔して位置され、
前記シャフトには軸方向に直交する方向において前記ロータコア側に開口された複数の第１の固定溝が形成され、
前記ロータコアには前記軸方向に直交する方向において前記シャフト側に開口された複数の第２の固定溝が形成され、
前記固定部材が前記シャフトと前記ロータコアの間に圧入された状態で前記第１の固定溝を形成する第１の壁面に少なくとも二点において接触されると共に前記第２の固定溝を形成する第２の壁面に少なくとも二点において接触される
電動機。
前記固定部材は前記軸方向に直交する方向における断面形状が円形状に形成され、
前記第１の壁面には前記ロータコアに近付くに従って互いに遠ざかり前記固定部材が接触される一対の傾斜面が形成され、
前記第２の壁面には前記シャフトに近付くに従って互いに遠ざかり前記固定部材が接触される一対の傾斜面が形成された
請求項１に記載の電動機。
前記固定部材が球状に形成された
請求項２に記載の電動機。
前記固定部材が二つ設けられた
請求項１、請求項２又は請求項３に記載の電動機。
前記ロータコアには前記軸方向において前記固定部材が押し当てられる被押当面が形成された
請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４に記載の電動機。
前記ロータコアに前記シャフト側に突出された突出部が設けられ、
前記シャフトに前記突出部が挿入される挿入溝が形成された
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４又は請求項５に記載の電動機。