JP6123716B2 - ロータ - Google Patents

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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。
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 (4)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
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