JP5633507B2 - 回転電機のロータ - Google Patents

Description

本発明は、コアプレートを積層して形成するロータコアを備えた回転電機のロータに係り、詳しくは、前記ロータコアの保持構造に関する。

一般に、電磁鋼板から打ち抜いて形成される円環状のコアプレートを積層してロータコアを形成し、該ロータコアをロータハブに固定する回転電機のロータが知られている。従来、材料歩留まり向上のために、円環状のコアプレートを周方向に分割し、該分割したコアプレート片を周方向に連結すると共に軸方向に積層して、ロータコアを形成するものが案出されている（特許文献１，２参照）。

特開２００２−２６２４９６号公報 特開２０１１−１５１８７７号公報

上記特許文献１，２記載のものは、円環状のコアプレートを分割したために、ロータコアの回転の際に分割されたコアプレート片のそれぞれに遠心力が作用するので、回転強度が低くなってしまう。そのため、図１０に示すように、積層されるコアプレート２の層ごとに、周方向に隣接するコアプレート片６の継ぎ目Ｄの位置を交互にずらして積層するレンガ積みによってロータコア１を形成すると共に、該ロータコア１の両側を挟みつつロータハブ（不図示）に固定されるエンドプレート３，３に、ロータコア１を積層方向に貫通する複数のピン５を例えばカシメ加工等によって固定することで、回転時における強度の向上が図られている。

しかしながら、ロータコア１が回転した際には、図１１に示すように、各コアプレート片６は、遠心力が作用してその遠心力方向（Ｆ１方向）へ移動しようとするが、ピン５はエンドプレート３，３に固定されて動かないため、ピン５と各コアプレート片６が当接して、ピン５に対して荷重Ｆ１が作用する。該荷重Ｆ１に対して逆方向に、エンドプレート３，３がピン５を押える反力Ｆ２が作用する。そのため、エンドプレート３，３とロータコア１の合わせ面位置７でピン５に強いせん断力が発生し、該せん断力に耐え得る強度を確保するためにはピン５を太くする必要があった。ピン５の大径化は、コアプレート片６の必要径方向寸法を大きくすることになり、材料費が嵩みコストアップの要因となると共に、ロータコア１の内径が小さくなって、ロータコア１内部の使用可能スペースが狭くなってしまうという問題があった。

そこで、本発明は、コアプレート片を貫通するピン（棒状部材）に作用する荷重を低減して、もって上述の課題を解決した回転電機のロータを提供することを目的とする。

本発明は、複数の円弧状のコアプレート片（１２）を連結して円環状のコアプレート（１１）を形成し、前記コアプレート（１１）が複数積層されると共に、その積層方向において前記コアプレート片（１２）が連結される継ぎ目（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５）の周方向位置が所定枚数毎に異なるように構成され、かつ前記各コアプレート片（１２）に積層方向に揃えられた複数の貫通孔（２０）に棒状部材（１９）が挿入されると共に、積層方向両側面（ｅ，ｆ）がエンドプレート（３２，３３）によって挟まれるロータコア（１０）を備えた回転電機のロータ（３０_１，３０_２，３０_３，３０_４）において、
前記エンドプレート（３２，３３）と前記コアプレート（１１）とは接触し、
前記エンドプレート（３２，３３）と前記棒状部材（１９）とは、少なくとも前記棒状部材に作用する遠心力の作用方向である径方向外側において接触しない、ことを特徴とする。

なお、上記接触とは、棒状部材に荷重が作用する状態を意味する。

例えば図５を参照して、前記棒状部材（１９）は、ロータ回転時において、前記コアプレート片（１２）の前記貫通孔（２０）に、前記径方向外側への動きを規制するように接触する。

例えば図２を参照して、前記エンドプレート（３２，３３）は、前記棒状部材（１９）の前記径方向外側に空間部を有するように形成される。

例えば図６を参照して、前記棒状部材（１９）の直径寸法（ｂ）を、前記貫通孔（２０）の直径寸法（ｈ）よりも小さくし、これら棒状部材（１９）及び貫通孔（２０）を隙間嵌めとした。

例えば図６を参照して、前記径方向外側における前記棒状部材（１９）と前記エンドプレート（３２，３３）との間に、前記隙間嵌めの隙間（ｉ）よりも大きい所定空隙（Ｓ）を有してなる。

例えば図２，図７，図８，図９を参照して、前記ロータコア（１０）は、回転軸に固定されて一体に回転するロータハブ（３１）に装着されて、
前記ロータコア（１０）及び前記エンドプレート（３２，３３）が、押さえプレート（３５）を介して前記ロータハブ（３１）に設けられた押さえ部（３１ｃ）によって固定されてなる。

例えば図２を参照して、前記押さえプレート（３５）は、前記積層方向一側に、周方向の寸法（ａ）が前記棒状部材（１９）の直径寸法（ｂ）よりも大きい（ａ＞ｂ）凹溝（３５ａ）を備え、
前記棒状部材（１９）が、前記エンドプレート（３２，３３）に対して前記積層方向にオーバーラップすると共に前記凹溝（３５ａ）内に延出し、かつ前記エンドプレート（３２，３３）及び前記凹溝（３５ａ）と少なくとも前記径方向外側において所定空隙（Ｓ）を有するように配置してなる。

例えば図７を参照して、前記エンドプレート（３２，３３）に、前記棒状部材（１９）よりも直径寸法が大きい（ｊ＞ｂ）孔（３２ａ，３３ａ）を設け、
前記棒状部材（１９）が、前記孔（３２ａ，３３ａ）と少なくとも前記径方向外側において所定空隙（Ｓ）を有するように、前記孔（３２ａ，３３ａ）内に延出してなる。

例えば図８を参照して、前記押さえプレート（３５）が、前記エンドプレート（３２，３３）と当接する第１の段部（３５ｃ）と、該第１の段部（３５ｃ）より前記ロータコア（１０）側に出っ張って、前記棒状部材（１９）を受け入れる第２の段部（３５ｄ）を有し、
前記棒状部材（１９）は、前記第２の段部（３５ｄ）及び前記エンドプレート（３２，３３）と少なくとも前記径方向外側において所定空隙（Ｓ）を有するように、かつ前記エンドプレート（３２，３３）に対して前記積層方向にオーバーラップするように配置してなる。

なお、上述カッコ内の符号は、図面と対照するものであるが、何ら本発明の構成を限定するものではない。

請求項１に係る本発明によると、エンドプレートと棒状部材とが、少なくとも該棒状部材に作用する遠心力方向である径方向外側において接触しないので、径方向外側へ移動しようとする棒状部材がエンドプレートによって押さえられることがなく、エンドプレートから棒状部材に荷重は作用しない。したがって、棒状部材に要求される強度が低く済み、棒状部材を細く構成することができるので、ピンの材料コストを削減することができる。また各貫通孔及び各コアプレート片の径方向の寸法を縮小することが可能で、電磁鋼板等の材料コストを削減できると共に、ロータ全体を小型化、軽量化することができる。更に、コアプレート片の径方向の必要寸法が小さくなることでロータ内部のスペースが広くなり、ロータ内部に歯車等の構造物を配置しやすくなる。

請求項２に係る本発明によると、棒状部材が、ロータ回転時において、径方向外側への動きを規制するように貫通孔と接触するので、棒状部材がロータコアによってのみ保持されて他の部材と接触することがなく、棒状部材に作用する荷重を低減することができ、該棒状部材を細く構成することができる。

請求項３に係る本発明によると、エンドプレートが、棒状部材の径方向外側に空間部を有するように形成されるので、エンドプレートと棒状部材とが少なくとも径方向外側において接触しないように構成できる。

請求項４に係る本発明によると、棒状部材と貫通孔を隙間嵌めとすることで、棒状部材を貫通孔に圧入した場合のようにコアプレート片の貫通孔から棒状部材に作用する荷重が働かないため、該棒状部材を細く構成することができる。

請求項５に係る本発明によると、棒状部材は、エンドプレートに対し、隙間嵌めの隙間より大きく径方向外側に移動可能であるので、該棒状部材の径方向外側においてエンドプレートから荷重が作用せず、該棒状部材を細く構成することができる。

請求項６に係る本発明によると、ロータコア及びエンドプレートを押さえプレートを介してロータハブに固定したので、これらを一体化して保持でき、ロータコアのトルクをロータハブを介して回転軸に伝達することができる。

請求項７に係る本発明によると、棒状部材が、押さえプレートの凹溝内に延出すると共に該凹溝及びエンドプレートと少なくとも前記径方向外側において所定空隙を有して配置されるので、棒状部材が、エンドプレートと接触しない状態に保持しながら、押さえプレートによりその抜け止めを確実に行うことができる。

請求項８に係る本発明によると、エンドプレートに棒状部材より直径寸法の大きな孔を開け、該孔内に棒状部材が延出するので、エンドプレート及び押さえプレートの構造を簡単化することができる。

請求項９に係る本発明によると、棒状部材が、押さえプレートに形成される第２の段部及びエンドプレートと少なくとも前記径方向外側において所定空隙を有して配置されるので、棒状部材の抜け止め保持を確実に行うことができる。

本発明の第１の実施の形態に係るロータコアのレンガ積みを示す模式図。 本発明の第１の実施の形態に係るロータを示す模式図であって、（ａ）は部分図、（ｂ）は部分拡大図、（ｃ）はそのＡ−Ａ断面図。 本発明の第１の実施の形態に係るロータコアの非回転状態を示す模式図。 本発明の第１の実施の形態に係るロータコアの回転状態を示す模式図。 図４におけるＢ−Ｂ断面を示す模式図。 図４におけるＣ−Ｃ断面を示す模式図。 本発明の第２の実施の形態に係るロータを示す模式図であって、（ａ）は部分図、（ｂ）は部分拡大図、（ｃ）はそのＦ−Ｆ断面図。 本発明の第３の実施の形態に係るロータを示す模式図であって、（ａ）は部分図、（ｂ）は部分拡大図、（ｃ）はそのＧ−Ｇ断面図。 本発明の第４の実施の形態に係るロータを示す模式図であって、（ａ）は部分図、（ｂ）は部分拡大図。 従来のロータの周方向断面を示す模式図。 その径方向断面を示す模式図。

以下、図面に沿って、本発明の第１の実施形態について説明する。なお、以下の説明中において、径方向外側とは、ロータコアを貫通するピンに作用する遠心力の作用方向側のことを言い、積層方向とは、コアプレートが積層される方向であって、ロータコアがロータハブに取り付けられた際には、回転軸の軸方向と同一方向のことを言う。

ＩＰＭ（埋込磁石内蔵型同期）モータ（回転電機）用のロータコア１０は、図１に示すように、円環形状のコアプレート１１が複数積層されてなる円筒形状であって、上記コアプレート１１は、材料歩留まり向上のために、周方向に均等に分割した複数（本実施形態では５枚）のコアプレート片１２から構成される。上記コアプレート片１２は、薄板円弧状からなり、周方向一端部には、隣接するコアプレート片１２と連結するための突起部１３が形成されており、他端部には、上記コアプレート片１２の突起部１３が嵌め込まれる嵌め込み部１４が形成されている。上記コアプレート１１には、これらコアプレート片１２同士の継ぎ目Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５、即ち突起部１３と嵌め込み部１４との接合箇所がコアプレート片１２の数と同数形成されている。

上記コアプレート１１は、どの一層のコアプレート１１も同じ形状のコアプレート片１２を複数枚（本実施の形態では５枚）結合して円環状に形成されており、積層方向に重なる（隣接する）コアプレート１１に対してコアプレート片の継ぎ目の周方向位置を所定枚数毎（本実施の形態では一層毎）に交互にずらすレンガ積みによって積層されている。例えば図１において、便宜的にロータコア１０の底部から数えて積層されたコアプレートを奇数層と偶数層とに分けると、奇数層（奇数番目のコアプレート１１）と偶数層（偶数番目のコアプレート１１）では、積層方向から見て隣接するコアプレート片１２の継ぎ目位置が異なる。奇数層目のコアプレートの継ぎ目（例えばＤ１）と偶数層目のコアプレートの継ぎ目（例えばＥ１）とでは、上記コアプレート片１２の周方向半分だけ（３６°）ずれるように積層されて（レンガ積みという）、強度の向上が図られている。

また、上記コアプレート片１２は、ネオジウム磁石などの永久磁石１５（図２参照）が挿入される磁石挿入孔１６と、積層された複数のコアプレート１１同士を締結するカシメ部１７と、上記磁石挿入孔１６より内周側に形成されてピン（棒状部材）１９（図２参照）が挿入される貫通孔２０と、がその円周方向に複数、形成されている。これら磁石挿入孔１６，カシメ部１７，貫通孔２０は、上記各コアプレート１１が積層される際に積層方向に揃えられ、上記各コアプレート１１が仮組みされた後にカシメ部１７をカシメることによって、上記ロータコア１０は、各コアプレート１１がバラバラにならずに、その形状を保持できるようになっている。

ついで、上記ロータコア１０を備えた回転電機のロータについて説明する。ロータ３０_１は、図２に示すように、回転軸（不図示）に固定されて一体に回転するロータハブ３１を有し、該ロータハブ３１は、円筒部３１ａと、該円筒部３１ａの一端に径方向に延出して形成される鍔部３１ｂと、その他端に形成される押さえ部３１ｃと、を備える。上記円筒部３１ａには、上記ロータコア１０の内径側が嵌合して装着されて、該ロータコア１０の上記磁石挿入孔１６には上記永久磁石１５が埋め込まれている。上記ロータコア１０は、その積層方向両側面ｅ，ｆ（一側面ｅ，他側面ｆとする）に開口している上記磁石挿入孔１６を塞ぐように、円環状のエンドプレート３２，３３によって挟まれており、上記エンドプレート３２，３３と上記ロータコア１０の積層方向両側に位置するコアプレート１１とは接触している。

上記一側面ｅ側のエンドプレート３３と上記押さえ部３１ｃとの間には、押さえプレート３５が介在し、該押さえプレート３５は、上記エンドプレート３３と径方向に重なり、かつ上記ロータコア１０の一側面ｅと接触する略々円環形状からなる。該押さえプレート３５は、上記ロータコア１０の一側面ｅ側に突出する円環状の突出部３５ｂを有し、該突出部３５ｂに、周方向所定間隔毎に凹溝３５ａが形成されている。該凹溝３５ａは、径方向に貫通して一定の所定幅からなり、該幅の周方向の寸法ａは、上記ピン１９の直径寸法ｂよりも大きく（ａ＞ｂ）設定されている。

上記ピン１９は、上記ロータコア１０の両側面ｅ，ｆから突出すると共に上記凹溝３５ａ内に延出し、かつ上記エンドプレート３２，３３に対して上記積層方向にオーバーラップしている。上記ピン１９は、上記エンドプレート３２，３３及び上記凹溝３５ａと接触しないように配置され、かつ上記エンドプレート３２，３３との間に、径方向外側において所定空隙Ｓを有する。つまり、上記エンドプレート３２，３３は、上記ピン１９の径方向外側に空間部を有するように形成されていることになる。また、図６を参照して、上記ピン１９の直径寸法ｂを、上記貫通孔２０の直径寸法ｈよりも小さく設定し（ｂ＜ｈ）、これらピン１９及び貫通孔２０を隙間嵌めしているが、上記所定空隙Ｓが、該隙間嵌めの隙間ｉ（ｉ＝ｈ−ｂ）よりも大きく設定されている。そのため、ロータ３０_１の非回転状態において、上記ピン１９はどこにも固定・保持されておらず、上記貫通孔２０内に遊嵌している。

上記ロータコア１０は、上記押さえ部３１ｃを該押さえプレート３５方向にカシメることで、上記エンドプレート３２，３３を介して上記ロータハブ３１の鍔部３１ｂと上記押さえプレート３５の間で挟持され、上記ロータハブ３１と一体に固定される。

本実施の形態は、以上のような構成からなるので、ロータ３０_１は、図３に示すように、非回転状態では、各コアプレート片１２に遠心力がかからず、各コアプレート片１２の連結によってコアプレート１１の円環形状を保っているが、回転状態では、図４に示すように、各コアプレート片１２に遠心力が作用して、コアプレート１１がその遠心力方向へ僅かに拡がった状態となる。この回転状態では、レンガ積みによって、積層方向隣接するコアプレート片１２の遠心力方向が異なり（例えば、図４の場合、奇数層は図中Ｍ方向、偶数層は図中Ｌ方向に遠心力が作用する）、周方向に隣接するコアプレート片１２は、互いに離れる方向に移動しようとする。すると、ピン１９は、コアプレート片１２に形成された貫通孔２０に対して、奇数層・偶数層とで一層毎に周方向異なる側で接触する。

すなわち、上記ピン１９は、図５に示すように、ロータ３０_１が回転すると一層毎に周方向異なる側からのせん断力が作用し、該せん断力がその異なる作用方向において均等に働くため、ロータコア３０のみによって保持される。一方、上記ロータ３０_１の径方向断面においては、図６に示すように、上記ピン１９は、上述した周方向異なる側からのせん断力によって、ピン１９に作用する遠心力方向である径方向外側への動きが規制されて、各コアプレート片１２の貫通孔２０及びエンドプレート３２，３３と径方向において接触しないように配置される。上記ピン１９と上記エンドプレート３２，３３との間の径方向外側における所定空隙Ｓが、上記ピン１９と貫通孔２０との間の隙間ｉ（ｉ＝ｈ−ｂ）よりも大きく設定されているため、上記ピン１９は、上記エンドプレート３２，３３に対して上記隙間ｉよりも大きく径方向外側へ移動可能となっており、エンドプレート３２，３３からピン１９に対して荷重は作用しない。

なお、ピン１９はエンドプレート３２，３３、ロータハブ３１の鍔部３１ｂ、押さえプレート３５と接触していないが、エンドプレート３２，３３と接触しない限り、他の部材については、ロータ回転時に実質的にピン１９に対して荷重が作用しなければ、接触しても良い。

次に、図７に沿って、本発明に係る回転電機のロータの第２の実施の形態について説明するが、第１の実施の形態と同一又は同等部分には、図に同一符号を付して、説明を省略する。回転電機のロータ３０_２のロータコア１０は、その両側面ｅ，ｆ全体を覆うようにエンドプレート３２，３３によって挟まれて、上記エンドプレート３２，３３は、各ピン１９の積層方向位置に対応した複数の孔３２ａ，３３ａをそれぞれ備えている。

上記孔３２ａ，３３ａは、その直径寸法ｊがピン１９の直径寸法ｂよりも大きく設定されており、上記ピン１９が、上記孔３２ａ，３３ａ内にその内周面に接触することなく延出している。特に、上記ピン１９と、その径方向外側における上記エンドプレート３２，３３との間には、上記ピン１９と貫通孔２０との間の隙間ｉ（図６参照）よりも大きい所定空隙Ｓを備えている。

次に、図８に沿って、本発明に係る回転電機のロータの第３の実施の形態について説明するが、第１の実施の形態と同一又は同等部分には、図に同一符号を付して、説明を省略する。回転電機のロータ３０_３のエンドプレート３３と押さえ部３１ｃとの間に介在する押さえプレート３５は、上記エンドプレート３３と当接する第１の段部３５ｃと、該第１の段部３５ｃより上記ロータコア１０側に出っ張って、上記ピン１９を受け入れる第２の段部３５ｄを備えている。

上記ピン１９は、上記ロータコア１０の両側面ｅ，ｆから突出して上記エンドプレート３２，３３と積層方向にオーバーラップするように配置されると共に、径方向外側における上記エンドプレート３２，３３との間には、上記ピン１９と貫通孔２０との間の隙間ｉ（図６参照）よりも大きい所定空隙Ｓを備えている。

次に、図９に沿って、本発明に係る回転電機のロータの第４の実施の形態について説明するが、第１の実施の形態と同一又は同等部分には、図に同一符号を付して、説明を省略する。回転電機のロータ３０_４のピン１９は、その両端面１９ａ，１９ｂが、ロータコア１０の両側面ｅ，ｆと面一となるように形成されている。押さえプレート３５は、エンドプレート３３と押さえ部３１ｃの間に介在するように配置され、上記エンドプレート３３を受け入れると共に、上記ロータコア１０の一側面ｅ及びピン１９の一端面１９ａと実質的に荷重が作用することなく接している。

上述した第２〜第４の実施の形態は、以上のような構成からなるので、上述の第１の実施の形態と同様に、ロータの回転時には、積層方向隣接するコアプレート片１２からピン１９に作用する周方向異なる側からのせん断力によってピン１９がロータコア１０のみによって保持されて、エンドプレート３２，３３からピン１９に対して荷重は作用しない。

１０ ロータコア
１１ コアプレート
１２ コアプレート片
１９ 棒状部材（ピン）
１９ａ，１９ｂ 両端面
２０ 貫通孔
３０_１，３０_２，３０_３，３０_４ ロータ
３１ ロータハブ
３１ｃ 押さえ部
３２，３３ エンドプレート
３２ａ，３３ａ 孔
３５ 押さえプレート
３５ａ 凹溝
３５ｃ 第１の段部
３５ｄ 第２の段部
ａ （凹溝の）周方向の寸法
ｂ 棒状部材の直径寸法
ｅ，ｆ ロータコアの両端面
ｈ 貫通孔の直径寸法
ｉ 隙間
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｅ１ 継ぎ目
Ｓ 所定空隙

Claims (9)

1. 複数の円弧状のコアプレート片を連結して円環状のコアプレートを形成し、前記コアプレートが複数積層されると共に、その積層方向において前記コアプレート片が連結される継ぎ目の周方向位置が所定枚数毎に異なるように構成され、かつ前記各コアプレート片に積層方向に揃えられた複数の貫通孔に棒状部材が挿入されると共に、積層方向両側面がエンドプレートによって挟まれるロータコアを備えた回転電機のロータにおいて、
   前記エンドプレートと前記コアプレートとは接触し、
   前記エンドプレートと前記棒状部材とは、少なくとも前記棒状部材に作用する遠心力の作用方向である径方向外側において接触しない、
   ことを特徴とする回転電機のロータ。
2. 前記棒状部材は、ロータ回転時において、前記コアプレート片の前記貫通孔に、前記径方向外側への動きを規制するように接触する、
   請求項１記載の回転電機のロータ。
3. 前記エンドプレートは、前記棒状部材の前記径方向外側に空間部を有するように形成される、
   請求項１又は２記載の回転電機のロータ。
4. 前記棒状部材の直径寸法を、前記貫通孔の直径寸法よりも小さくし、これら棒状部材及び貫通孔を隙間嵌めとした、
   請求項１ないし３のいずれか記載の回転電機のロータ。
5. 前記径方向外側における前記棒状部材と前記エンドプレートとの間に、前記隙間嵌めの隙間よりも大きい所定空隙を有してなる、
   請求項４記載の回転電機のロータ。
6. 前記ロータコアは、回転軸に固定されて一体に回転するロータハブに装着されて、
   前記ロータコア及び前記エンドプレートが、押さえプレートを介して前記ロータハブに設けられた押さえ部によって固定されてなる、
   請求項１ないし５のいずれか記載の回転電機のロータ。
7. 前記押さえプレートは、前記積層方向一側に、周方向の寸法が前記棒状部材の直径寸法よりも大きい凹溝を備え、
   前記棒状部材が、前記エンドプレートに対して前記積層方向にオーバーラップすると共に前記凹溝内に延出し、かつ前記エンドプレート及び前記凹溝と少なくとも前記径方向外側において所定空隙を有するように配置してなる、
   請求項６記載の回転電機のロータ。
8. 前記エンドプレートに、前記棒状部材よりも直径寸法が大きい孔を設け、
   前記棒状部材が、前記孔と少なくとも前記径方向外側において所定空隙を有するように、前記孔内に延出してなる、
   請求項６記載の回転電機のロータ。
9. 前記押さえプレートが、前記エンドプレートと当接する第１の段部と、該第１の段部より前記ロータコア側に出っ張って、前記棒状部材を受け入れる第２の段部を有し、
   前記棒状部材は、前記第２の段部及び前記エンドプレートと少なくとも前記径方向外側において所定空隙を有するように、かつ前記エンドプレートに対して前記積層方向にオーバーラップするように配置してなる、
   請求項６記載の回転電機のロータ。

Images