JP2019134565A - 回転電機のロータ - Google Patents

Abstract

【課題】ロータヨークの圧入荷重を小さくでき、且つロータシャフトに対するエンドプレートの相対回転を効果的に防止できる回転電機のロータを提供する。【解決手段】回転電機のロータ１０は、ロータシャフト２０と、ロータヨーク３０と、第１及び第２エンドプレート５０、６０と、を備える。第１エンドプレート５０は、ロータシャフト２０に設けられたプレート固定部２３とロータヨーク３０の軸方向一方の端面３０ａとの間に配置される。プレート固定部２３は、ロータヨーク３０の圧入方向に沿ってロータヨーク３０の端面３０ａから離れるに従って外径寸法Ｄが大きくなるように傾斜する傾斜面２４を有し、第１エンドプレート５０のシャフト挿通孔５１の内周面は、プレート固定部２３の傾斜面２４と接触する内周傾斜面５２を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、電動車両などに搭載される回転電機のロータに関する。

従来から、ステータおよびロータを備えた回転電機が知られている（例えば、特許文献１）。

図５Ａ及び図５Ｂに示すように、一般的な回転電機のロータ１００は、軸方向一端側にフランジ部１０２を有するロータシャフト１０１と、複数の電磁鋼板１０３が積層されてロータシャフト１０１に圧入されたロータヨーク１０４と、ロータヨーク１０４の軸方向一端部に設けられ、ロータヨーク１０４に収容された不図示の磁石を保持する端面板１０５と、を備える。端面板１０５は、磁石の飛び出し防止機能に加え、軸心冷却油路としても利用される場合があり、振動等によるロータシャフト１０１と端面板１０５との相対回転（位相ずれ）を防止する必要がある。

特開２０１７−２０８８８３号公報

端面板１０５は、ロータヨーク１０４の軸方向一方側の端面１０４ａに対向配置され、ロータシャフト１０１のフランジ部１０２とロータヨーク１０４とに挟まれてロータシャフト１０１に固定される。

詳細には、積層された複数の電磁鋼板１０３をロータシャフト１０１に圧入すると、積層された電磁鋼板１０３が縮んで弾性力Ｎが発生し、該弾性力Ｎによる摩擦力Ｆ（Ｆ＝μＮ）が、フランジ部１０２と端面板１０５の一端側面１０５ａとの間、及び端面板１０５の他端側面１０５ｂとロータヨーク１０４の端面１０４ａとの間に作用して、端面板１０５がロータシャフト１０１に固定され、これにより端面板１０５の相対回転（位相ずれ）が防止される。

このように従来の端面板１０５は、ロータヨーク１０４の弾性力Ｎによる摩擦力Ｆでロータシャフト１０１に固定されるため、ロータヨーク１０４の圧入時にロータヨーク１０４をロータシャフト１０１に圧入する以上の大きな力が必要であり、端面板１０５の強度への影響が大きかった。

また、図６は、接着型ロータヨークを備えるロータの模式断面図である。図６に示すように、ロータ１００Ａは、複数の電磁鋼板１０３同士が接着剤で固定されているため、端面板１０５をフランジ部１０２とロータヨーク１０４とに挟もうとしても、電磁鋼板１０３による弾性力、即ち端面板１０５をフランジ部１０２に押圧する力が弱く、ロータシャフト１０１に対して端面板１０５の位相がずれる虞がある。

本発明は、ロータヨークの圧入荷重を小さくでき、且つロータシャフトに対するエンドプレートの相対回転を効果的に防止できる回転電機のロータを提供する。

本発明は、
ロータシャフトと、
該ロータシャフトの外周部に圧入されるロータヨークと、
該ロータヨークの軸方向両側に配置される一対のエンドプレートと、を備え、
前記一対のエンドプレートのうち一方のエンドプレートは、前記ロータシャフトに設けられたプレート固定部と該ロータヨークの軸方向一端面との間に配置される、回転電機のロータであって、
前記プレート固定部は、前記ロータヨークの圧入方向に沿って前記ロータヨークの軸方向一端面側から離れるに従って外径寸法が大きくなるように傾斜する傾斜面を有し、
前記一方のエンドプレートの内周面は、前記プレート固定部の前記傾斜面と接触する内周傾斜面を有する。

本発明によれば、プレート固定部は、ロータヨークの圧入方向に沿ってロータヨークの軸方向一端面側から離れるに従って外径寸法が大きくなるように傾斜する傾斜面を有し、エンドプレートの内周面は、プレート固定部の傾斜面と接触する内周傾斜面を有するので、エンドプレートは、ロータヨークが圧入される際に内周傾斜面が押し広げられる。その際、この内周傾斜面が元に戻ろうとする力で、内周傾斜面と傾斜面との間に面圧が生じ、摩擦力が発生する。ロータヨークの軸方向一端面がエンドプレートを押圧することで、エンドプレートの内周傾斜面とプレート固定部の傾斜面との間の摩擦力が維持され、エンドプレートの相対回転を規制することができる。また、ロータヨークの圧入荷重は、エンドプレートをプレート固定部とロータヨークの軸方向一端面との間で挟持する場合に比べて、小さくて済む。

本発明の一実施形態の回転電機のロータの斜視図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 図２のＢ部拡大図である。 ロータヨーク及びエンドプレートがロータシャフトに組み付けられる前のロータの要部断面模式図である。 ロータヨーク及びエンドプレートがロータシャフトに組み付けられた後のロータの要部断面模式図である。 ロータヨーク及びエンドプレートの組み付け前の状態を示す従来のロータの断面模式図である。 ロータヨーク及びエンドプレートの組み付け後の状態を示す従来のロータの断面模式図である。 接着型ロータコアを備える従来のロータの断面模式図である。

以下、本発明の一実施形態の回転電機のロータについて、図１〜図４Ｂを参照しながら説明する。

図１及び図２に示すように、本実施形態の回転電機のロータ１０は、ロータシャフト２０と、ロータシャフト２０の外周部に圧入されるロータヨーク３０と、ロータヨーク３０の軸方向の一側に配置される第１エンドプレート５０と、ロータヨーク３０の軸方向の他側に配置される第２エンドプレート６０と、ロータ１０の回転角度を検出するレゾルバ７０と、を備える。

ロータシャフト２０には、その内側に冷媒が流通する冷却流路２１が形成される。冷却流路２１は、ロータシャフト２０の内部で軸方向に延びており、冷媒が外部から供給可能に構成される。冷媒としては、例えば、ＡＴＦ（Automatic Transmission Fluid）が用いられ、ＡＴＦがトランスミッションケースとモータハウジングとを循環するように供給経路が形成される。

ロータシャフト２０には、冷却流路２１からロータヨーク３０と第二エンドプレート６０との間に冷媒を送り込むための冷媒供給孔部２２が形成される。また、ロータシャフト２０の一端（図２において左側端部）には、プレート固定部２３を有する大径部２５が形成される。プレート固定部２３の外周面は、ロータヨーク３０が圧入されるロータシャフト２０の小径部２６の外周面と、大径部２５の外周面とを接続する傾斜面２４となっている。傾斜面２４は、ロータヨーク３０の圧入方向、図２及び図３においては、右側から左側に向かうに従って外径寸法Ｄが大きくなるように傾斜して形成される。

大径部２５には、傾斜面２４よりさらに左側にレゾルバ７０が圧入固定される。

ロータヨーク３０は、略同一形状の電磁鋼板３５を図２において左右方向に沿って積層し、カシメ加工、接着または溶接によって相互に結合して形成される。ロータヨーク３０は、筒形状を有し、その中央に軸方向に貫通するロータ挿通孔３１が形成される。ロータヨーク３０がロータシャフト２０に圧入されることで、ロータ挿通孔３１の内周面とロータシャフト２０の外周面との間には摩擦力が発生しロータヨーク３０がロータシャフト２０に固定される。

ロータヨーク３０には、冷媒流路３７が軸方向に貫通して形成される。また、ロータヨーク３０の外周側には、周方向に沿って所定間隔で形成された空洞部３３に磁石３４が埋設される。磁石３４は、例えばネオジム磁石等の永久磁石であり、ロータ１０の磁極部を構成する。

図３に示すように、第１エンドプレート５０は、アルミニウムやステンレスなどで形成された円板状部材であり、中央にシャフト挿通孔５１が形成される。シャフト挿通孔５１の内周面には、プレート固定部２３の傾斜面２４と略同じ傾斜角を有する内周傾斜面５２が形成される。

内周傾斜面５２の軸方向幅Ｌ１は、第１エンドプレート５０の内周面の軸方向幅Ｌ２の１０％以上となっている。なお、内周傾斜面５２の軸方向幅Ｌ１は、第１エンドプレート５０の内周面の軸方向幅Ｌ２の１００％以下、好ましくは、９０％以下である。

また、プレート固定部２３の傾斜面２４、及び第１エンドプレート５０の内周傾斜面５２の角度は、図３の断面視でロータ挿通孔３１に対し５°〜６０°に設定するのが好ましい。これにより、傾斜面２４と内周傾斜面５２の接触面積が大きくなり、また面圧が大きくなって第１エンドプレート５０がロータシャフト２０に強固に固定可能となる。

詳しくは後述するが、第１エンドプレート５０は、シャフト挿通孔５１の内周傾斜面５２に、ロータシャフト２０の傾斜面２４が圧入されてロータシャフト２０に固定される。

図１及び図２に戻って、ロータヨーク３０の軸方向一方の端面３０ａに当接する第１エンドプレート５０には、冷媒流路３７と同径位置に冷媒を外部に排出する複数の冷媒排出孔５４が、軸方向に貫通して形成される。冷媒排出孔５４が、冷媒流路３７を流れる冷媒を外部に排出するためには、冷媒流路３７と連通する必要がある。したがって、第１エンドプレート５０は、ロータヨーク３０が圧入されたロータシャフト１０１に対し相対回転しないように固定されなければならない。

第２エンドプレート６０は、アルミニウムやステンレスなどで形成された円板状部材であり、中央にシャフト挿通孔６１が形成され、ロータシャフト２０がシャフト挿通孔６１に遊嵌する。第２エンドプレート６０は、ロータヨーク３０の軸方向他方の端面３０ｂに当接し、ロータシャフト２０に圧入されるエンドプレートカラー６５により軸方向位置に位置決めされる。

第二エンドプレート６０のロータヨーク３０側の内側面には、ロータシャフト２０の冷媒供給孔部２２と連通するとともに冷媒流路３７に連通する環状溝６４が形成されている。

次に、第１エンドプレート５０のロータシャフト２０への組付けについて、図４Ａ及び図４Ｂも参照して説明する。図４Ａに示すように、ロータシャフト２０に第１エンドプレート５０及びロータヨーク３０が、大径部２５と反対側の端部から挿入される。第１エンドプレート５０は、シャフト挿通孔５１（内周傾斜面５２）の大径側を大径部２５方向に向けて挿入する。

そして、図４Ｂに示すように、ロータヨーク３０を大径部２５方向に押圧すると、積層された電磁鋼板３５が圧縮されると共に、ロータヨーク３０に発生する弾性力により第１エンドプレート５０が図中破線で示す位置から実線で示す位置まで、左方向に移動する。これにより、第１エンドプレート５０の内周傾斜面５２にロータシャフト２０の傾斜面２４が圧入される。

内周傾斜面５２に傾斜面２４が圧入される際、第１エンドプレート５０の内周傾斜面５２の内径が傾斜面２４で押し広げられる。そして、内周傾斜面５２の内径が元に戻ろうとする力で内周傾斜面５２と傾斜面２４との間に面圧が生じ、摩擦力Ｆ（Ｆ＝μＮ）が発生して第１エンドプレート５０がロータシャフト２０に固定される。

さらに、第１エンドプレート５０は、ロータヨーク３０の端面３０ａにより大径部２５方向に押圧された状態が維持されるので、第１エンドプレート５０の内周傾斜面５２とロータシャフト２０の傾斜面２４間の面圧が長期間に亘って維持される。

また、ロータヨーク３０の圧入時にロータヨーク３０を押圧する押圧力は、端面板１０５をフランジ部１０２とロータヨーク１０４の側面で挟持する場合（図５参照）に比べて、小さくて済む。即ち、従来のロータ１００におけるロータヨーク１０４の圧入時の押圧力は端面板１０５及びロータヨーク１０４を所定位置まで圧入させる荷重に加えて、端面板１０５を常に押すための荷重が必要であったが、本実施形態のロータ１０では、第１エンドプレート５０及びロータヨーク３０を所定位置まで圧入させる荷重に加えて、第１エンドプレート５０の内周傾斜面５２を押す荷重（荷重小）でよい。

さらに、複数の電磁鋼板３５同士が接着剤で固定された、所謂接着型のロータヨーク３０の場合、電磁鋼板の縮みによる弾性力は期待できないが、第１エンドプレート５０の内周傾斜面５２の弾性変形により第１エンドプレート５０がロータシャフト２０に固定されるので、接着型のロータヨーク３０においても第１エンドプレート５０がロータシャフト２０に確実に固定できる。

なお、前述した実施形態は、適宜、変形、改良、等が可能である。例えば、上記の実施形態では、第１エンドプレート５０の内周傾斜面５２及びロータシャフト２０の傾斜面２４の表面状態については、特に言及しなかったが、第１エンドプレート５０の内周傾斜面５２及びロータシャフト２０の傾斜面２４の一方の面、又は両方の面にローレット、筋、溝などの摩擦力増大部を形成して内周傾斜面５２と傾斜面２４間の摩擦係数を大きくしてもよい。これにより、さらに強固に第１エンドプレート５０がロータシャフト２０に固定される。

また、本明細書には少なくとも以下の事項が記載されている。なお、括弧内には、上記した実施形態において対応する構成要素等を示しているが、これに限定されるものではない。

（１） ロータシャフト（ロータシャフト２０）と、
該ロータシャフトの外周部に圧入されるロータヨーク（ロータヨーク３０）と、
該ロータヨークの軸方向両側に配置される一対のエンドプレート（第１及び第２エンドプレート５０，６０）と、を備え、
前記一対のエンドプレートのうち一方のエンドプレート（第１エンドプレート５０）は、前記ロータシャフトに設けられたプレート固定部（プレート固定部２３）と該ロータヨークの軸方向一端面（軸方向一方の端面３０ａ）との間に配置される、回転電機のロータ（ロータ１０）であって、
前記プレート固定部は、前記ロータヨークの圧入方向に沿って前記ロータヨークの軸方向一端面側から離れるに従って外径寸法（外径寸法Ｄ）が大きくなるように傾斜する傾斜面（傾斜面２４）を有し、
前記一方のエンドプレートの内周面（シャフト挿通孔５１の内周面）は、前記プレート固定部の前記傾斜面と接触する内周傾斜面（内周傾斜面５２）を有する、回転電機のロータ。

（１）によれば、プレート固定部は、ロータヨークの圧入方向に沿ってロータヨークの軸方向一端面側から離れるに従って外径寸法が大きくなるように傾斜する傾斜面を有し、一方のエンドプレートの内周面は、プレート固定部の傾斜面と接触する内周傾斜面を有するので、一方のエンドプレートは、ロータヨークが圧入される際に内周傾斜面が押し広げられる。その際、この内周傾斜面が元に戻ろうとする力で、内周傾斜面と傾斜面との間に面圧が生じ、摩擦力が発生する。ロータヨークの軸方向一端面が一方のエンドプレートを押圧することで、一方のエンドプレートの内周傾斜面とプレート固定部の傾斜面との間の摩擦力が維持され、一方のエンドプレートの相対回転を規制することができる。また、ロータヨークの圧入荷重は、エンドプレートをプレート固定部とロータヨークの軸方向一端面との間で挟持する場合に比べて、小さくて済む。

（２） （１）に記載の回転電機のロータであって、
前記内周傾斜面の軸方向幅（軸方向幅Ｌ１）は、前記一方のエンドプレートの内周面の軸方向幅（軸方向幅Ｌ２）の１０％以上である、回転電機のロータ。

（２）によれば、内周傾斜面の軸方向幅を一方のエンドプレートの内周面の軸方向幅の１０％以上とすることで、一方のエンドプレートの相対回転をより確実に規制することができる。

（３） （１）又は（２）に記載の回転電機のロータであって、
前記ロータヨークは、複数の電磁鋼板（電磁鋼板３５）が接着材を介して積層されている、回転電機のロータ。

（３）によれば、一方のエンドプレートの相対回転は一方のエンドプレートの内周傾斜面とプレート固定部の傾斜面との間の摩擦力によって規制されるので、複数の電磁鋼板が接着材を介して積層された、いわゆる接着ヨークであっても、一方のエンドプレートの相対回転を適切に規制することができる。

（４） （１）〜（３）のいずれかに記載の回転電機のロータであって、
前記一方のエンドプレートの前記内周傾斜面及び前記プレート固定部の前記傾斜面の少なくとも一方は、摩擦力増大部（ローレット、筋、溝）を有する。

（４）によれば、一方のエンドプレートの内周傾斜面及びプレート固定部の傾斜面の少なくとも一方が摩擦力増大部を有することで、一方のエンドプレートの相対回転を規制する摩擦力を増やすことができ、一方のエンドプレートの相対回転をより確実に規制することができる。

１０ 回転電機のロータ
２０ ロータシャフト
２３ プレート固定部
２４ 傾斜面
３０ ロータヨーク
３５ 電磁鋼板
５０ 第１エンドプレート（一方のエンドプレート）
５１ シャフト挿通孔（第１エンドプレートの内周面）
５２ 内周傾斜面
６０ 第２エンドプレート
Ｄ 傾斜面の外径寸法
Ｆ 摩擦力
Ｌ１ 内周傾斜面の軸方向幅
Ｌ２ 第１エンドプレートの内周面の軸方向幅

Claims (4)

1. ロータシャフトと、
   該ロータシャフトの外周部に圧入されるロータヨークと、
   該ロータヨークの軸方向両側に配置される一対のエンドプレートと、を備え、
   前記一対のエンドプレートのうち一方のエンドプレートは、前記ロータシャフトに設けられたプレート固定部と該ロータヨークの軸方向一端面との間に配置される、回転電機のロータであって、
   前記プレート固定部は、前記ロータヨークの圧入方向に沿って前記ロータヨークの軸方向一端面側から離れるに従って外径寸法が大きくなるように傾斜する傾斜面を有し、
   前記一方のエンドプレートの内周面は、前記プレート固定部の前記傾斜面と接触する内周傾斜面を有する、回転電機のロータ。
2. 請求項１に記載の回転電機のロータであって、
   前記内周傾斜面の軸方向幅は、前記一方のエンドプレートの内周面の軸方向幅の１０％以上である、回転電機のロータ。
3. 請求項１又は２に記載の回転電機のロータであって、
   前記ロータヨークは、複数の電磁鋼板が接着材を介して積層されている、回転電機のロータ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機のロータであって、
   前記一方のエンドプレートの前記内周傾斜面及び前記プレート固定部の前記傾斜面の少なくとも一方は、摩擦力増大部を有する。

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