JP6123716B2

JP6123716B2 - ロータ

Info

Publication number: JP6123716B2
Application number: JP2014058755A
Authority: JP
Inventors: 靖西隈
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-03-20
Filing date: 2014-03-20
Publication date: 2017-05-10
Anticipated expiration: 2034-03-20
Also published as: JP2015186298A

Description

本発明は、ロータに関する。

一般的にロータはロータコアとシャフトにより構成されている。ロータコアは、渦電流損失を低減すべく、複数の鋼板を軸方向に積層して形成されている。ロータコアとシャフトを締結する手法としては、ロータコアを加熱してロータコアの内径を一時的に拡大し、ロータコアにシャフトを挿入した後、ロータコアを冷却させて収縮させる所謂焼き嵌めが広く知られている。

この手法では、ロータコアを冷却させて収縮させる際、ロータコアには径方向外方へ向かう高い応力が発生する。この応力がロータコアの弾性限度を超えた場合、ロータコアが軸方向に座屈してしまうことがある。このようにロータコアが軸方向に座屈してしまうと、ロータコアがシャフトを所望の圧力で締め付けることができない。

そこで、特許文献１では、軸方向に隣接する鋼板同士をロータコアの内周面において溶接するようにしている。これによれば、ロータコアの面外剛性が高くなるので、ロータコアの軸方向への座屈を防止できるとしている。ここで、「面外剛性」とは、軸方向におけるロータコアの剛性である。

特開２００１−２５９６８９号公報

ところで、ロータコアには、永久磁石を保持するための複数の磁石保持孔が形成されている。複数の磁石保持孔は、ロータコアの外周寄りに形成されている。複数の磁石保持孔がロータコアの外周寄りに形成されるのは、第１に、永久磁石をステータに近づけるためであり、第２に、複数の磁石保持孔をロータコアの内周面から離すことで、複数の磁石保持孔とロータコアの内周面との間に面内剛性の高い領域を形成し、この領域の存在によりロータコアのシャフトに対する強い締め付け力が実現するからである。なお、「面内剛性」とは、軸方向に対して直交する方向におけるロータコアの剛性である。

そして、本願発明者による鋭意研究の結果、上記特許文献１の技術が適用されたロータコアであっても、本願の図１３に示すように、上記の面内剛性の高い領域が焼き嵌めの際に軸方向に座屈してしまうことがあった。

本発明の目的は、ロータコアをシャフトに焼き嵌めにより取り付ける際の、ロータコアの軸方向への座屈を一層確実に抑制する技術を提供することにある。

本願発明の観点によれば、シャフトと、複数の鋼板を軸方向に積層して構成されるロータコアと、を備え、前記ロータコアを前記シャフトに焼き嵌めにより取り付けた、ロータであって、前記ロータコアの外周寄りには、永久磁石を保持するための複数の磁石保持孔が形成されており、前記ロータコアには、軸方向に隣接する前記鋼板同士を前記複数の磁石保持孔よりも内周側において結合する第１結合部及び第２結合部が設けられており、前記第１結合部は、前記ロータコアの内周面近傍に形成されており、前記第２結合部は、前記第１結合部よりも外周側に形成されており、前記ロータコアの前記内周面から前記複数の磁石保持孔までの径方向における距離をＤとすると、前記ロータコアの前記内周面からＤ／２以上離れた位置に形成されている、ロータが提供される。以上の構成によれば、前記ロータコアの前記複数の磁石保持孔よりも内周側の領域の面外剛性が高くなる。従って、前記ロータコアを前記シャフトに焼き嵌めにより取り付ける際の、前記ロータコアの軸方向への座屈を一層確実に抑制できる。
前記第１結合部は、かしめ、前記ロータコアの前記内周面における溶接、又は、軸方向に貫通するように形成された内側溶接貫通孔の内周面における溶接、のうち何れかにより形成されている。
前記第２結合部は、かしめ、又は、軸方向に貫通するように形成された外側溶接貫通孔の内周面における溶接、のうち何れかにより形成されている。
前記第１結合部と第２結合部は、周方向に各々複数個所に形成されており、且つ、周方向に異なる位置となるように形成されている。

本発明によれば、前記ロータコアの前記複数の磁石保持孔よりも内周側の領域の面外剛性が高くなる。従って、前記ロータコアを前記シャフトに焼き嵌めにより取り付ける際の、前記ロータコアの軸方向への座屈を一層確実に抑制できる。

モータの断面図である。（第１実施形態）ロータの分解斜視図である。（第１実施形態）ロータコアの平面図である。（第１実施形態）ロータコアの部分拡大平面図である。（第１実施形態）図４のV-V線断面図である。（第１実施形態）本実施形態の効果を説明するための、ロータの断面図である。ロータコアの部分拡大平面図である。（第２実施形態）図７のVIII-VIII線断面図である。（第２実施形態）ロータコアの部分拡大平面図である。（第３実施形態）ロータコアの部分拡大平面図である。（第４実施形態）ロータコアの部分拡大平面図である。（第５実施形態）ロータコアの部分拡大平面図である。（第５実施形態）特許文献１の問題点を説明するための、ロータの断面図である。

（第１実施形態）
図１に示すように、モータ１（回転電機）は、例えばハイブリッド車両や電気自動車等の車両に搭載されて使用されるものであって、ステータコア２及び三相のステータコイル３を有し電機子として働くステータ４（固定子）と、ロータコア５及び回転軸としてのシャフト６を有し界磁として働くロータ７（回転子）と、ステータ４及びロータ７を収容し、締結ボルトよって連結されたフロントハウジング８及びリアハウジング９を含んで構成されている。ステータ４は、ロータ７の外周側に配置されている。

図２に示すように、シャフト６の外周面６ａには、軸方向に延びる一対のキー溝１０が形成されている。

ロータコア５は、複数の円環状の鋼板１１を軸方向に積層して構成されている。図２及び図３に示すように、ロータコア５は、シャフト６が挿入されるシャフト挿入孔１２と、複数の永久磁石１３を保持するための複数の磁石保持孔１４と、複数の第１結合部１５と、複数の第２結合部１６と、を有する。ロータコア５は、内周面１７及び外周面１８を有する。ロータコア５の内周面１７は、シャフト挿入孔１２の内周面に相当している。

図２に示すように、ロータコア５の内周面１７には、軸方向に延びる一対のキー１９が形成されている。一対のキー１９は、ロータコア５をシャフト６に取り付ける際、シャフト６の一対のキー溝１０に夫々挿入される。

図３に示すように、複数の磁石保持孔１４は、ロータコア５の外周寄りに形成されている。複数の磁石保持孔１４は、ロータコア５の外周面１８の近傍に形成されている。図３に示す平面視で、複数の磁石保持孔１４は、長孔状に形成されている。図３に示す平面視で、複数の磁石保持孔１４は、ロータコア５の径方向に対して傾斜して形成されている。詳しくは、図３に示す平面視で、ロータコア５の周方向で隣り合う一対の磁石保持孔１４は、互いに逆向きとなるように、ロータコア５の径方向に対して傾斜して形成されている。本実施形態では、ロータコア５の外周面１８に向かって互いに離れるようにロータコア５の径方向に対して傾斜する一対の磁石保持孔１４の間にｄ軸が設定され、一方、ロータコア５の外周面１８に向かって互いに近づくようにロータコア５の径方向に対して傾斜する一対の磁石保持孔１４の間にｑ軸が設定されている。

図３に示すように、ロータコア５の内周面１７と、複数の磁石保持孔１４と、の間には面内剛性が高い高面内剛性領域２０が形成されている。高面内剛性領域２０の外周側には、面内剛性の低い低面内剛性領域２１が形成されている。低面内剛性領域２１は、複数の磁石保持孔１４を有することで、面内剛性が低くなっている。

図３に示すように、複数の第１結合部１５及び複数の第２結合部１６は、ロータコア５の内周面１７と、複数の磁石保持孔１４と、の間に配置されている。即ち、複数の第１結合部１５及び複数の第２結合部１６は、高面内剛性領域２０に配置されている。

図３に示すように、複数の第１結合部１５は、同一円上に配置されている。複数の第１結合部１５は、ロータコア５の内周面１７の近傍に配置されている。複数の第１結合部１５は、ロータコア５の内周面１７から若干外周側に離れて形成されている。複数の第１結合部１５は、ロータコア５の周方向に等間隔に配置されている。各第１結合部１５は、ｄ軸上に配置されている。

図３に示すように、複数の第２結合部１６は、同一円上に配置されている。複数の第２結合部１６は、複数の第１結合部１５よりも外周側に配置されている。複数の第２結合部１６は、ロータコア５の周方向に等間隔に配置されている。各第２結合部１６は、ｑ軸上に配置されている。各第２結合部１６は、複数の永久磁石１３によって形成される磁束に極力影響を与えないように、即ち、渦損失を増やさないように、ロータコア５の外周面１８に向かって互いに近づくようにロータコア５の径方向に対して傾斜する一対の磁石保持孔１４の間のｑ軸上に配置されている。複数の第２結合部１６は、複数の磁石保持孔１４よりもロータコア５の内周側に配置されている。

ここで、図３に示すように、ロータコア５の内周面１７から複数の磁石保持孔１４までの径方向における距離をDとする。厳密に言えば、距離Dは、ロータコア５の内周面１７から複数の磁石保持孔１４の内周端１４ａまでの径方向における距離である。複数の第１結合部１５は、ロータコア５の内周面１７からD/2未満離れた位置に配置されている。複数の第２結合部１６は、ロータコア５の内周面１７からD/2以上離れた位置に配置されている。

各第１結合部１５は、軸方向に隣接する鋼板１１同士を結合する部分である。同様に、各第２結合部１６は、軸方向に隣接する鋼板１１同士を結合する部分である。

図４及び図５を参照して、各第１結合部１５を具体的に説明する。図４及び図５に示すように、ロータコア５は、軸方向に貫通する真円状の内側溶接貫通孔２５を有する。そして、各第１結合部１５は、軸方向に隣接する鋼板１１同士を、内側溶接貫通孔２５の内周面２５ａにおいて溶接することで形成されている。各第１結合部１５は、軸方向に隣接する鋼板１１同士を、内側溶接貫通孔２５の内周面２５ａのうちロータコア５の内周面１７に近い側において溶接することで形成されている。各第１結合部１５は、複数の鋼板１１を部分的に溶融凝固させた凝固物として形成されている。図５に示すように、各第１結合部１５は、軸方向に延びて棒状に形成されている。図４に示すように、ロータコア５の内周面１７と各第１結合部１５の間の径方向における距離をEとし、各第１結合部１５の径方向における寸法をFとすると、各第１結合部１５は、E>Fが成立するように配置されている。

次に、各第２結合部１６を具体的に説明する。図３に示すように、ロータコア５は、軸方向に貫通する真円状の外側溶接貫通孔２６を有する。そして、各第２結合部１６は、軸方向に隣接する鋼板１１同士を、外側溶接貫通孔２６の内周面２６ａにおいて溶接することで形成されている。各第２結合部１６は、複数の鋼板１１を部分的に溶融凝固させた凝固物として形成されている。各第２結合部１６は、軸方向に延びて棒状に形成されている。

以上に、第１実施形態を説明したが、上記第１実施形態は、以下の特長を有する。

ロータ７は、シャフト６と、複数の鋼板１１を軸方向に積層して構成されるロータコア５と、を備え、ロータコア５をシャフト６に焼き嵌めにより取り付けたものである。ロータコア５の外周寄りには、永久磁石１３を保持するための複数の磁石保持孔１４が形成されている。ロータコア５には、軸方向に隣接する鋼板１１同士を複数の磁石保持孔１４よりも内周側において結合する複数の第１結合部１５及び複数の第２結合部１６が設けられている。各第１結合部１５は、ロータコア５の内周面１７近傍に形成されている。各第２結合部１６は、各第１結合部１５よりも外周側に形成されている。各第２結合部１６は、ロータコア５の内周面１７からD/2以上離れた位置に形成されている。以上の構成によれば、図６に示すように、高面内剛性領域２０の面外剛性が高くなる。従って、ロータコア５をシャフト６に焼き嵌めにより取り付ける際の、ロータコア５の高面内剛性領域２０の軸方向への座屈を一層確実に抑制できる。

また、ロータコア５は、軸方向に貫通する複数の内側溶接貫通孔２５を有する。各第１結合部１５は、軸方向に隣接する鋼板１１同士を、各内側溶接貫通孔２５の内周面２５ａにおいて溶接することで形成されている。即ち、ロータコア５の収縮時、ロータコア５の内周面１７には周方向の引張応力が発生し、この引張応力が第１結合部１５に作用すると、第１結合部１５の破壊を招く虞がある。そこで、以上の構成によれば、第１結合部１５は、ロータコア５の内周面１７から離れた位置に形成されるので、第１結合部１５に作用する周方向の引張応力が小さくなり、もって、第１結合部１５の破壊を回避できる。

なお、低面内剛性領域２１では、面内剛性が低いのでロータコア５の周方向及び径方向において変形し易く、低面内剛性領域２１の軸方向への座屈を招くような高い応力が発生することはない。

上記第１実施形態では、複数の第１結合部１５及び複数の第２結合部１６を、ロータコア５の周方向において等間隔に配置したので、上記の座屈を抑制する効果がロータコア５の周方向において一様に発揮される。

また、図１及び図３に示すように、第１結合部１５と第２結合部１６は、周方向に各々複数個所に形成されている。また、第１結合部１５及び第２結合部１６は、周方向に異なる位置となるように形成されている。具体的には、図１や図３に示すように、第１結合部１５及び第２結合部１６は、千鳥状に配置されている。ロータコア５の中心軸から見ると、第１結合部１５と第２結合部１６は異なる方角に位置している。以上の構成によれば、第１結合部１５や第２結合部１６を形成したことによってロータコア５の面内剛性が低下するのを抑制することができる。

上記第１実施形態では、各第１結合部１５は、E>Fが成立するように形成されている。このように各第１結合部１５をロータコア５の内周面１７からある程度離すことで、各第１結合部１５に大きな周方向の引張応力が発生するのを回避することができる。

上記第１実施形態は、以下のように変更できる。

図４に示すように、上記第１実施形態では、ロータコア５は、軸方向に貫通する真円状の内側溶接貫通孔２５を有する。そして、各第１結合部１５は、軸方向に隣接する鋼板１１同士を、内側溶接貫通孔２５の内周面２５ａにおいて溶接することで形成されている。しかし、これに代えて、特許文献１と同様に、各第１結合部１５は、軸方向で隣接する鋼板１１同士を、ロータコア５の内周面１７において溶接することで形成してもよい。以上の構成によれば、内側溶接貫通孔２５を形成する手順を省略できるので、各第１結合部１５を安価に形成することができる。この場合でも、各第１結合部１５は、ロータコア５の内周面１７近傍に形成されていると言うことができる。

また、上記第１実施形態では、各第１結合部１５は、軸方向に隣接する鋼板１１同士を溶接することで形成されている。しかし、これに代えて、各第１結合部１５は、ダボカシメやハトメなどのカシメによって形成してもよい。以上の構成によれば、溶接工程を省略できるので、各第１結合部１５を安価に形成することができる。各第２結合部１６についても同様である。

（第２実施形態）
次に、図７及び図８を参照して、第２実施形態を説明する。

図４に示すように、上記第１実施形態では、各第１結合部１５は、軸方向に隣接する鋼板１１同士を、内側溶接貫通孔２５の内周面２５ａのうちロータコア５の内周面１７に近い側において溶接することで形成されている。また、図５に示すように、各第１結合部１５は、軸方向に延びて棒状に形成されている。

これに対し、本実施形態では、図７に示すように、各第１結合部１５は、軸方向に隣接する鋼板１１同士を、内側溶接貫通孔２５の内周面２５ａの全周において溶接することで形成されている。また、図８に示すように、各第１結合部１５は、軸方向に延びて筒状に形成されている。

（第３実施形態）
次に、図９を参照して、第３実施形態を説明する。

図４に示すように、上記第１実施形態では、各第１結合部１５は、軸方向に隣接する鋼板１１同士を、内側溶接貫通孔２５の内周面２５ａのうちロータコア５の内周面１７に近い側において溶接することで形成されている。

これに対し、本実施形態では、図９に示すように、各第１結合部１５は、軸方向に隣接する鋼板１１同士を、内側溶接貫通孔２５の内周面２５ａのうちロータコア５の内周面１７から遠い側において溶接することで形成されている。以上の構成によれば、各第１結合部１５を内側溶接貫通孔２５の内周面２５ａのうちロータコア５の内周面１７に近い側に形成する場合と比較して、各第１結合部１５がロータコア５の内周面１７から更に離れた位置に形成されるので、各第１結合部１５に作用する周方向の引張応力が更に小さくなり、もって、各第１結合部１５の破壊を一層確実に回避できる。また、各第１結合部１５から見てロータコア５の内周面１７側に内側溶接貫通孔２５が存在するので、各第１結合部１５から見てロータコア５の内周面１７側の領域の面内剛性が局所的に下げられており、もって、各第１結合部１５に作用する周方向の引張応力が更に小さくなり、各第１結合部１５の破壊を一層確実に回避できる。

（第４実施形態）
次に、図１０を参照して、第４実施形態を説明する。

図４に示すように、上記第１実施形態では、ロータコア５は、軸方向に貫通する真円状の内側溶接貫通孔２５を有する。そして、各第１結合部１５は、軸方向に隣接する鋼板１１同士を、内側溶接貫通孔２５の内周面２５ａにおいて溶接することで形成されている。各第１結合部１５は、軸方向に隣接する鋼板１１同士を、内側溶接貫通孔２５の内周面２５ａのうちロータコア５の内周面１７に近い側において溶接することで形成されている。

これに対し、本実施形態では、図１０に示すように、ロータコア５は、軸方向に貫通する楕円状の内側溶接貫通孔２５を有する。内側溶接貫通孔２５は、ロータコア５の径方向に沿って細長く形成されている。内側溶接貫通孔２５の長軸は、ロータコア５の径方向に対して平行である。そして、各第１結合部１５は、軸方向に隣接する鋼板１１同士を、内側溶接貫通孔２５の内周面２５ａにおいて溶接することで形成されている。各第１結合部１５は、軸方向に隣接する鋼板１１同士を、内側溶接貫通孔２５の内周面２５ａのうちロータコア５の内周面１７から遠い側において溶接することで形成されている。以上の構成によれば、各第１結合部１５から見てロータコア５の内周面１７側の周方向における面内剛性が更に下げられており、もって、各第１結合部１５に作用する周方向の引張応力が更に小さくなり、各第１結合部１５の破壊を一層確実に回避できる。

なお、上記第４実施形態において、ロータコア５は、軸方向に貫通する楕円状の内側溶接貫通孔２５を有するとしたが、内側溶接貫通孔２５は、長孔状としてもよい。

（第５実施形態）
次に、図１１及び図１２を参照して、第５実施形態を説明する。

これに対し、本実施形態では、図１１に示すように、ロータコア５は、軸方向に貫通する真円状の内側溶接貫通孔２５と、内側溶接貫通孔２５の内周面２５ａから内側溶接貫通孔２５の中心に向かって突出する溶接突出部２７と、を有する。溶接突出部２７は、内側溶接貫通孔２５の内周面２５ａのうちロータコア５の内周面１７に近い側の部分から外周側に向かって突出している。そして、図１２に示すように、各第１結合部１５は、軸方向に隣接する鋼板１１同士を、溶接突出部２７において溶接することで形成されている。以上の構成によれば、内側溶接貫通孔２５の内周面２５ａを溶接する場合と比較して、溶接の際に必要とされるエネルギーを低く抑えることができる。

１モータ
２ステータコア
３ステータコイル
４ステータ
５ロータコア
６シャフト
６ａ外周面
７ロータ
８フロントハウジング
９リアハウジング
１０キー溝
１１鋼板
１２シャフト挿入孔
１３永久磁石
１４磁石保持孔
１４ａ内周端
１５第１結合部
１６第２結合部
１７内周面
１８外周面
１９キー
２０高面内剛性領域
２１低面内剛性領域
２５内側溶接貫通孔
２５ａ内周面
２６外側溶接貫通孔
２６ａ内周面
２７溶接突出部
D 距離

Claims

シャフトと、
複数の鋼板を軸方向に積層して構成されるロータコアと、
を備え、
前記ロータコアを前記シャフトに焼き嵌めにより取り付けた、
ロータであって、
前記ロータコアの外周寄りには、永久磁石を保持するための複数の磁石保持孔が形成されており、
前記ロータコアには、軸方向に隣接する前記鋼板同士を前記複数の磁石保持孔よりも内周側において結合する第１結合部及び第２結合部が設けられており、
前記第１結合部は、前記ロータコアの内周面近傍に形成されており、
前記第２結合部は、前記第１結合部よりも外周側に形成されており、前記ロータコアの前記内周面から前記複数の磁石保持孔までの径方向における距離をＤとすると、前記ロータコアの前記内周面からＤ／２以上離れた位置に形成されている、
ロータ。
請求項１に記載のロータであって、
前記第１結合部は、かしめ、前記ロータコアの前記内周面における溶接、又は、軸方向に貫通するように形成された内側溶接貫通孔の内周面における溶接、のうち何れかにより形成されている、
ロータ。
請求項１又は２に記載のロータであって、
前記第２結合部は、かしめ、又は、軸方向に貫通するように形成された外側溶接貫通孔の内周面における溶接、のうち何れかにより形成されている、
ロータ。
請求項１〜３の何れかに記載のロータであって、
前記第１結合部と前記第２結合部は、周方向に各々複数個所に形成されており、且つ、周方向に異なる位置となるように形成されている、
ロータ。