JP5505281B2 - 回転電機のロータ - Google Patents

Description

本発明は、回転電機のロータに係り、特に、ロータコアがエンドプレートを介してロータ軸に固定される回転電機のロータに関する。

回転電機のロータは、電磁鋼板を積層したロータコアと、ロータ軸等を含んで構成される。そこで、ロータコアをロータ軸に固定して取り付けることが必要となる。

例えば、特許文献１には、永久磁石モータのロータ製造方法として、ロータコアに形成されたスロット内に接着剤を注入し、そのスロット内に永久磁石を挿入し、ロータコアにエンドプレートを重ねることが述べられている。ここでは、リング状のエンドプレートの内周側が被カシメ部として面取りされ、ロータシャフトのコア受けの上端部が曲げられてカシメられることが開示されている。

また、特許文献２には、回転電機のロータの製造方法として、ロータコアに設けられ永久磁石が挿入される孔と、回転シャフトとロータコアとの間を係合する凹凸部の双方に樹脂を注入することが開示されている。

特許文献３には、回転電機ロータの積層鋼板について、最外両端の各１枚をその他と異なる構成とすることが述べられている。異なる構成としては、永久磁石が挿入される孔の断面積を異ならせる、ダボ逃がし穴を設けることが開示されている。

特許文献４には、回転電機の回転子の製造方法として、シャフトの一方側につば部が設けられ、他方端にネジ部が設けられ、シャフトのつば部に端板を置き、つぎに積層鋼板のコアを配置し、他の端面にもう１つの端板をおき、ナットをネジに締め付けて、コアを固定する構成が述べられている。ここでは、端板に接着剤挿入孔が設けられ、回転子をワニスの入った槽に浸漬して、コアの磁石挿入孔にワニスを流入させることが開示されている。

特許文献５には、永久磁石回転子として、回転子の回転軸表面に配置されるブロック状磁石片の両端に補強端板を設け、ブロック状磁石板を貫通する穴に樹脂製のピンを通し、ピンの端部をカシメることが述べられている。

特許文献６には、円筒状のロータマグネットとその軸孔に挿入されるシャフトを有するロータ構造において、シャフトと軸孔が多角形で当接し、多角形の角部のところに隙間が形成され、軸孔の一端がテーパ状とする構成が開示されている。このテーパ状のところから多角形の隙間に樹脂を挿入することで、多角形の平面の当接隙間に毛細管現象で樹脂が浸入することが述べられている。

特許文献７には、ロータシャフトとロータコアとエンドプレートを備える回転電機において、ロータシャフトに設けられるカシメ爪部でエンドプレートをカシメる場合、カシメ爪部からエンドプレートにカシメ力が作用する位置が、エンドプレートとロータコアの端面とが当接する位置よりも内側となると、エンドプレートがロータコアから浮いてしまうことを指摘している。ここでは、カシメ爪部からエンドプレートにカシメ力が作用する位置が、エンドプレートとロータコアの端面とが当接する位置よりも外側となるようにし、カシメ爪部をロータシャフトに対して外周側に曲げる構成が示されている。

特開２００６−２４６５５０号公報 特開２００７−４９７８７号公報 特開２００５−１８４９６８号公報 特開２００８−３１２４１２号公報 特開平６−３５１１８２号公報 特開２００９−１１０１９号公報 特開２００９−１２４８８１号公報

エンドプレートを介してロータコアをロータ軸にカシメによって取り付ける場合、カシメがエンドプレートの径方向の一方側で行なわれると、エンドプレートの径方向の他方側
が浮き上がることがある。ことに、軽量化等のためにエンドプレートを薄くすると、エンドプレートの剛性が低下するので、余計に浮き上がりやすくなる。エンドプレートがロータコアから浮き上がると、固定が不十分となる。

本発明の目的は、エンドプレートを介してロータコアをロータ軸にカシメによって取り付けても、エンドプレートが浮き上がることを抑制できる回転電機のロータを提供することである。

本発明に係る回転電機のロータは、ロータ軸と、複数の磁石挿入孔と各磁石挿入孔にそれぞれ埋め込まれた複数の永久磁石を有するロータコア部と、ロータコア部の厚さ方向の両端側に設けられる板材であって、少なくとも一方端側に配置される板材がロータ軸にカシメによって固定されることで、ロータコア部と共にロータ軸に取り付けられるエンドプレート部と、を備え、エンドプレート部は、ロータ軸にカシメられるカシメ位置よりも外周側に設けられる樹脂充填孔であって、ロータコア部との開口面積よりも広い外表面開口面積を有する外広がり形状の樹脂充填孔を有し、この樹脂充填孔に充填される樹脂によってロータコア部とエンドプレート部とが一体化されることを特徴とする。

また、本発明に係る回転電機のロータにおいて、エンドプレート部の樹脂充填孔に充填される樹脂は、ロータコア部の磁石挿入孔に充填される樹脂と同じ材料で構成されることが好ましい。

また、本発明に係る回転電機のロータにおいて、エンドプレート部の樹脂充填孔は、ロータコア部の磁石挿入孔と接続される位置に配置されることが好ましい。

また、本発明に係る回転電機のロータにおいて、ロータ軸は、ロータコア部とエンドプレート部とが樹脂充填孔に充填された樹脂によって一体化された一体化コア部を、カシメによって取り付けることが好ましい。

上記構成により、回転電機のロータにおけるエンドプレート部は、ロータ軸にカシメられるカシメ位置よりも外周側に、ロータコア部との開口面積よりも広い外表面開口面積を有する外広がり形状の樹脂充填孔を有する。この樹脂充填孔に樹脂を充填すると、釘頭状の形状の樹脂によってロータコア部とエンドプレート部とがしっかりと一体化される。これにより、ロータ軸とエンドプレート部とをカシメても、エンドプレート部のカシメ位置の反対側が浮くことを抑制できる。また、これによって、エンドプレート部を薄板化できる。

また、回転電機のロータにおいて、エンドプレート部の樹脂充填孔に充填される樹脂を磁石挿入孔に充填される樹脂と同じ材料とするので、新たな部材を用いる必要がなく、また、組み付け工程が簡単化され、コストが低減する。

また、回転電機のロータにおいて、エンドプレート部の樹脂充填孔は、ロータコア部の磁石挿入孔と接続される位置に配置される。これによって、エンドプレート部の樹脂充填孔に樹脂を注入する工程によって、エンドプレート部とロータコア部との一体化と永久磁石のロータコア部への固定とを同時に行うことができる。

また、回転電機のロータにおいて、ロータコア部とエンドプレート部とが樹脂充填孔に充填された樹脂によって一体化して一体化コア部とし、その一体化コア部を、カシメによってロータ軸に取り付けるので、組み付け工数を低減することが可能になる。

本発明に係る実施の形態に係る回転電機のロータを示す図である。 本発明に係る実施の形態におけるロータコア部とエンドプレート部とを組み合わせた様子を示す図である。 本発明に係る実施の形態において、樹脂充填孔に樹脂が充填される様子を示す図である。 本発明に係る実施の形態の回転電機の組み付け手順を説明する図である。 従来技術の課題を説明する図である。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、回転電機のロータとして、永久磁石がＶ字形状に配置されてロータコア部に埋め込まれるものを説明するが、磁石挿入孔を用いて永久磁石がロータコア部に埋め込まれるものであればよく、永久磁石の配置はＶ字形状以外であっても構わない。また、永久磁石の数は、回転電機のロータの仕様によって定めることができ、以下で図示される数以外であってもよい。

以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。

図１は、回転電機のロータ１０の構成を説明する図である。回転電機のロータ１０は、ロータ軸１２と、ロータコア部２２と、エンドプレート部３０，３２とを含んで構成される。図２には、ロータコア部２２とエンドプレート部３０，３２が重ねあわされた状態で、まだ樹脂によって一体化される前のコア状態が示されている。

ロータ軸１２は、回転電機の出力軸となるもので、円筒状の中心軸部と、中心軸部からフランジによって外周側に設けられるロータコア保持部とを有する。ロータコア保持部は、一方側のエンドプレート部３２を支える底フランジと、他方側のエンドプレート部３０の内周側をカシメるカシメ爪を有する。図１では、カシメ爪がカシメ具によって曲げられて、エンドプレート部３０を固定したカシメ部４１が示されている。底フランジと、カシメ部４１との間にエンドプレート部３０、ロータコア部２２、エンドプレート部３２を積層して配置することで、これらがロータ軸１２と一体化される。

ロータコア部２２は、円環形状の複数の電磁鋼板をダボカシメによって積層したものである。円環形状の内径側は、ロータ軸１２が挿入される貫通孔である。ダボカシメとは、各積層鋼板の所定の位置にダボと呼ばれる突き出し部を設け、表側の突き出しを隣接する積層鋼板の突き出し部の裏側のくぼみに合わせてカシメる方法のことである。図１，２に示されるダボカシメ部２６は、ダボカシメが行われた部分である。ダボカシメ部２６によって、各電磁鋼板は順次積層されながら固定され、全体として一体化される。

ロータコア部２２を構成する各電磁鋼板にはそれぞれ磁石挿入孔２５が開けられる。図２には、エンドプレート部３０において、磁石挿入孔２５に対応する形状の孔２３が示されている。これと同じ形状で、同じ配置関係で、各電磁鋼板には複数の磁石挿入孔２５が設けられる。ここでは、８極ロータであるが、Ｖ字形状に配置された２つ１組の永久磁石で１つの磁極を構成するので、１６の磁石挿入孔２５が設けられることになる。なお、各電磁鋼板に設けられる磁石挿入孔２５は、永久磁石２４の断面形状とは少し異なる開口形状を有する。その開口形状は、ロータ１０のリラクタンス仕様に応じた磁路形状に対応するように設定される。

各電磁鋼板を積層すると、この磁石挿入孔２５が軸方向に揃う貫通孔となる。永久磁石２４は、この磁石挿入孔２５を軸方向につなげた貫通孔に挿入される磁石である。永久磁石２４は、ロータコア部２２に軸方向に延びて埋め込まれ、ロータ１０の磁極を形成する磁石である。

エンドプレート部３０，３２は、ロータコア部２２の厚さ方向の両端側、すなわち、軸方向の両端側に設けられる板材である。材質は、適当なカシメ強度と板材としたときに適当な剛性を有することができれば、金属でもよく、プラスチック等の絶縁体であってもよい。エンドプレート部３０，３２は、ロータコア部２２を構成する電磁鋼板の外径とほぼ同じかやや小さい外径を有し、上記のように、電磁鋼板の磁石挿入孔と同じ開口形状の孔２３を有する。

エンドプレート部３０，３２に設けられるダボ逃がし部２８，２９は、ロータコア部２２のダボカシメ部２６の部分に対応して設けられる逃がし孔である。これによって、エンドプレート部３０，３２がダボカシメ部２６の突き出しあるいは凹凸によってロータコア部２２の表面から浮かされることを防止できる。

エンドプレート部３０，３２において、孔２３に接続して設けられる樹脂充填孔３４，３６は、ロータコア部２２における開口面積よりも広い外表面開口面積を有する外広がり形状の孔である。外広がり形状の孔としては、ロータコア部２２に向かって先細りとなるテーパ形状、ロータコア部２２に向かって細くなる段付形状等とすることができる。この樹脂充填孔３４，３６に樹脂を供給すると、樹脂充填孔３４，３６と共に、磁石挿入孔２５にも樹脂が充填される。図３には、樹脂が充填された状態の樹脂充填孔３５，３７が示されている。

これにより、１つの樹脂充填作業によって、ロータコア部２２と永久磁石２４との間の隙間、エンドプレート部３０，３２とロータコア部２２との間に、それぞれ樹脂を供給して充填することができる。樹脂としては、従来から永久磁石２４の固定のために磁石挿入孔２５に供給されているものを用いることができる。例えば、エポキシ樹脂等を用いることができる。

樹脂充填の後に、適当な硬化温度で樹脂を硬化させる。これによって、樹脂充填孔３４の外広がり形状に対応し、ロータコア部２２における接触面積よりも広い外表面樹脂面積を有する釘頭状の形状の硬化樹脂が形成される。このようにして、永久磁石２４がロータコア部２２に固定されると共に、ロータコア部とエンドプレート部とがしっかりと一体化される。

樹脂充填孔３４，３６は、エンドプレート部３０がロータ軸１２にカシメられるときに、その反力でエンドプレート部３０が浮いてしまうことを防止できるのに適した位置に配置される。すなわち、図１で説明したように、カシメ部４１はエンドプレート部３０の内周側であるので、樹脂充填孔３４，３６は、このカシメ部４１の位置よりも外周側に設けることが好ましい。実際には、樹脂充填孔３４，３６は、エンドプレート部３０の外周側で、孔２３に接続する位置に配置される。

図４は、回転電機のロータ１０の組立工程の手順を説明する図である。最初に、図４の上段の図に示すように、エンドプレート部３０、ロータコア部２２、エンドプレート部３２を用意する。ロータコア部２２の磁石挿入孔２５には、それぞれ永久磁石２４が挿入される。

次に、エンドプレート部３０、ロータコア部２２、エンドプレート部３２を、この順に積層するように組合せ、図２で説明した状態とする。そして、孔２３と樹脂充填孔３４，３６に樹脂を充填する。図４の中段の図には、樹脂が充填された状態が樹脂充填孔３５として示されている。その後、適当な硬化処理を行なうことで、充填された樹脂が硬化し、エンドプレート部３０、永久磁石２４を含むロータコア部２２、エンドプレート部３２が一体化された一体化コア部２０を得る。

この一体化コア部２０の内径にロータ軸１２を通す。ロータ軸１２には、カシメのために曲げられる前のカシメ爪４０が設けられている。図２では、カシメ爪４０が２箇所示されているが、３箇所以上設けてもよい。そして、一体化コア部２０のエンドプレート部３０の内径側に、カシメ爪４０を押し曲げ、カシメ部４１を形成する。これによって、一体化コア部２０がロータ軸１２に固定して取り付けられる。このように、一体化コア部２０をカシメ工程の前に準備するので、ロータ軸１２へのエンドプレート部３０、ロータコア部２２、エンドプレート部３２の組み付けが容易になり、工数を低減することができる。

図５は、比較のために、樹脂充填孔３４，３６を用いない従来技術のエンドプレート５０を用いて、ロータコア部２２とロータ軸１２をカシメる様子を示す図である。ここでは、エンドプレート５０には樹脂充填孔が設けられないので、ロータコア部２２は、磁石挿入孔２５から樹脂が充填される。

従来技術では、エンドプレート５０とロータコア部２２とは樹脂で一体化されないので、カシメ爪４０をエンドプレート部３０の内径側の表面に押し曲げてカシメ部４１を形成すると、その反力で、エンドプレート部３０の外周側が矢印の方向に移動する。これにより、エンドプレート部３０とロータコア部２２との間に隙間ができる。隙間ができるとエンドプレート部３０によるロータコア部２２の保持が不十分となる。また、回転電機の運転中に、電磁鋼板の積層体であるロータコア部２２にスラスト方向の繰り返し変位が生じ、この繰り返し応力による疲労破壊が生じる恐れがある。

樹脂充填孔３４，３６を有するエンドプレート部３０，３２を用いることで、釘頭状の硬化樹脂によって、ロータコア部２２とエンドプレート部３０，３２がしっかり固定され一体化される。そして、この釘頭状の硬化樹脂は、カシメ部４１よりも外周側に形成される。したがって、エンドプレート部３０がカシメ部４１においてカシメられても、エンドプレート部３０の外周側がしっかり固定されているので、その外周側が浮き上がることが効果的に抑制される。

このように、エンドプレート部３０，３２がロータコア部２２としっかり固定され一体化されるので、エンドプレート部３０，３２を薄板化することができる。

本発明に係る回転電機のロータは、車両搭載用等の回転電機に利用できる。

１０ （回転電機の）ロータ、１２ ロータ軸、２０ 一体化コア部、２２ ロータコア部、２３ 孔、２４ 永久磁石、２５ 磁石挿入孔、２６ ダボカシメ部、２８，２９ ダボ逃がし部、３０，３２ エンドプレート部、３４，３６ 樹脂充填孔、３５，３７ (樹脂が充填された)樹脂充填孔、４０ カシメ爪、４１ カシメ部、５０ （従来技術の）エンドプレート。

Claims (4)

1. ロータ軸と、
   複数の磁石挿入孔と各磁石挿入孔にそれぞれ埋め込まれた複数の永久磁石を有するロータコア部と、
   ロータコア部の厚さ方向の両端側に設けられる板材であって、少なくとも一方端側に配置される板材がロータ軸にカシメによって固定されることで、ロータコア部と共にロータ軸に取り付けられるエンドプレート部と、
   を備え、
   エンドプレート部は、
   ロータ軸にカシメられるカシメ位置よりも外周側に設けられる樹脂充填孔であって、ロータコア部との開口面積よりも広い外表面開口面積を有する外広がり形状の樹脂充填孔を有し、この樹脂充填孔に充填される樹脂によってロータコア部とエンドプレート部とが一体化されることを特徴と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において、
   エンドプレート部の樹脂充填孔に充填される樹脂は、ロータコア部の磁石挿入孔に充填される樹脂と同じ材料で構成されることを特徴とする回転電機のロータ。
3. 請求項２に記載の回転電機のロータにおいて、
   エンドプレート部の樹脂充填孔は、ロータコア部の磁石挿入孔と接続される位置に配置されることを特徴とする回転電機のロータ。
4. 請求項２に記載の回転電機のロータにおいて、
   ロータ軸は、
   ロータコア部とエンドプレート部とが樹脂充填孔に充填された樹脂によって一体化された一体化コア部を、カシメによって取り付けることを特徴とする回転電機のロータ。

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