JP6332876B2 - 回転電機のロータ、および回転電機のロータの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機のロータ、および回転電機のロータの製造方法に関するものである。

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。ロータは、回転可能に支持されたシャフトと、複数の電磁鋼板が積層されたロータコアと、ロータコアの端面から軸方向に沿って形成された磁石用スロット内に収容された磁石と、ロータコアの軸方向端部に設けられ、磁石を保持する端面板と、を備えている（例えば特許文献１参照）。ロータコアには、軽量化を図るために複数の貫通孔（孔部）が軸方向に貫通形成されている。端面板は、ロータコアの軸方向の端面を覆うように設けられており、各貫通孔の開口を塞いでいる。

特許第４４２４３８５号公報

ところで、ロータコアは、電磁鋼板が積層されることにより形成されているので、冷却用や潤滑用としてロータコアの周囲に配された流体が、積層された電磁鋼板の隙間を通って各孔部の内部に進入する場合がある。ここで、各孔部の内部に溜まった流体の量に差異が生じていると、ロータの質量バランスが悪化し、ロータの回転時に回転電機が振動するおそれがある。

そこで本発明は、質量バランスの悪化を防止できる回転電機のロータ、および回転電機のロータの製造方法を提供するものである。

本発明の回転電機（例えば、実施形態のモータ２３）のロータ（例えば、実施形態のロータ２２）は、回転軸（例えば、実施形態の回転軸２４）と、前記回転軸に対して同軸状に固定され、永久磁石（例えば、実施形態の永久磁石６９）を保持するロータコア（例えば、実施形態のロータコア６１）と、前記ロータコアの軸方向の端面（例えば、実施形態の第１端面６１ａおよび第２端面６１ｂ）に対向配置された端面板（例えば、実施形態の第１端面板７１および第２端面板７２）と、を備え、前記ロータコアには、前記端面に開口するとともに前記ロータコアの周方向に並ぶ複数の孔部（例えば、実施形態の肉抜孔６５）が形成され、前記端面板は、周方向に隣り合う前記孔部同士を連通する溝部（例えば、実施形態の第１溝部７４）を備え、前記溝部は、前記孔部のみに連通する、ことを特徴とする。

本発明によれば、端面板が周方向に隣り合う孔部同士を連通する溝部を備えるので、各孔部の内部に溜まった流体を隣り合う孔部同士に溝部を通じて均等に分布させることができる。したがって、孔部により軽量化されたロータにおいて、複数の孔部の内部に流体が不均一に溜まることで質量バランスが悪化することを防止できる。
しかも、溝部は、孔部のみに連通するので、溝部を通じて孔部の内部の流体が流出することを防止できる。このため、例えば永久磁石が収容されるスロット等の構造がロータコアに形成されている場合に、孔部の内部から流出した流体が前記構造に進入して溜まることを防止できる。したがって、ロータの質量バランスが悪化することを防止できる。

上記の回転電機のロータにおいて、前記溝部は、前記回転軸の中心線に対するｍ回対称（ｍは２以上の整数）の形状に形成されている、ことが望ましい。

本発明によれば、端面板を回転軸の中心線に対して回転対称形状に形成することができるので、ロータの質量バランスが悪化することを防止できる。

上記の回転電機のロータにおいて、前記複数の孔部は、前記孔部の個数をｎとしたとき、前記回転軸の中心線に対するｎ回対称の形状に形成されている、ことが望ましい。

本発明によれば、ロータコアを回転軸の中心線に対して回転対称形状に形成することができるので、ロータの質量バランスが悪化することを防止できる。

上記の回転電機のロータにおいて、前記溝部は、前記軸方向から見て円環状に形成されている、ことが望ましい。

本発明によれば、溝部が周方向全周に亘って均一な形状となるので、ロータの高速回転時に溝部に応力集中が生じることを防止できる。これにより、端面板の強度を確保するために端面板を厚くする必要がないので、端面板の薄型化によりロータを軽量化することができる。

上記の回転電機のロータにおいて、前記溝部は、前記複数の孔部における前記ロータコアの径方向の最外周部と前記軸方向で対向する、ことが望ましい。

本発明によれば、ロータの回転時に遠心力により孔部の最外周部に分布する流体を、孔部の最外周部と対向する溝部を通じて隣り合う孔部同士に均等に分布させることができる。したがって、ロータの質量バランスが悪化することをより確実に防止できる。

上記の回転電機のロータにおいて、前記孔部は、前記永久磁石よりも前記ロータコアの径方向の内側に形成されている、ことが望ましい。

本発明によれば、永久磁石よりも径方向の内側で流体が均等に分布するので、流体を含むロータの重心の偏心をより小さくすることができる。したがって、ロータの質量バランスが悪化することを防止できる。

本発明の回転電機のロータの製造方法は、上記の回転電機のロータの製造方法であって、前記溝部を切削加工により形成する、ことを特徴とする。

本発明によれば、溝部を精度良く形成することができる。したがって、優れた質量バランスを有するロータを製造できる。

本発明によれば、ロータの質量バランスが悪化することを防止できる。

モータユニットの概略構成断面図である。 実施形態に係るロータの縦断面を示す斜視図である。 実施形態に係るロータコアを軸方向から見た図である。 実施形態に係るロータの説明図であって、図３のＡ部における拡大縦断面図ある。 実施形態の変形例に係るロータの説明図であって、図３のＡ部に相当する部分における拡大縦断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では回転電機として車両用駆動モータユニットに採用したモータについて説明する。また、以下の説明では、モータのロータコアの軸方向を単に「軸方向」といい、ロータコア回りの周方向を単に「周方向」といい、軸方向に直交して回転軸から放射状に延びる方向を「径方向」という。

最初に実施形態の車両用駆動モータユニット（以下、「モータユニット」という。）１０について説明する。
図１は、モータユニットの概略構成断面図である。
図１に示すように、モータユニット１０は、ステータ２１およびロータ２２を備えたモータ２３を収容するモータハウジング１１と、モータハウジング１１の軸方向一方側に締結され、モータ２３の回転軸２４からの動力を伝達する動力伝達部（不図示）を収容するミッションハウジング１２と、モータハウジング１１の軸方向他方側に締結され、モータ２３の回転センサ２５を収容するセンサハウジング１３と、を備えている。なお、ミッションハウジング１２は、モータハウジング１１に締結された共用ハウジング１２Ａと、共用ハウジング１２Ａに締結されたギアハウジング１２Ｂと、により構成されている。また、モータハウジング１１の内部にはモータ室３６が、ミッションハウジング１２の内部にはミッション室３７が、センサハウジング１３の内部にはセンサ室３８が、それぞれ構成されている。

モータハウジング１１は、モータ２３全体を覆うような円筒状に形成されている。共用ハウジング１２Ａは、モータハウジング１１とミッションハウジング１２との境界部として構成されており、モータハウジング１１とミッションハウジング１２との間にモータ室３６とミッション室３７とを仕切る仕切壁４１が形成されている。仕切壁４１の径方向中央部には、仕切壁４１の厚さ方向に貫通する貫通孔４０が形成されている。貫通孔４０内には、モータ２３の回転軸２４の一端を回転自在に支持するベアリング２６が挿入されている。一方、モータハウジング１１とセンサハウジング１３との境界部のセンサハウジング１３側には、モータ２３の回転軸２４の他端を回転自在に支持するベアリング２７が挿入されている。

なお、モータユニット１０内（モータハウジング１１、ミッションハウジング１２、センサハウジング１３）には、ベアリング２６，２７やモータ２３等の冷却用および潤滑用として冷媒（例えばオートマチックトランスミッションフルード）が導入されており、上述したモータ２３は、ステータ２１の一部が冷媒に浸漬した状態で配置されている。また、モータハウジング１１とミッションハウジング１２との間には、オイルポンプ（不図示）が設けられており、オイルポンプにより汲み上げられた冷媒が、図示しない油路を通ってモータユニット１０内を循環可能に構成されている。そして、モータユニット１０内を循環する冷媒がベアリング２６，２７等に供給されることでベアリング２６，２７等が冷却されるようになっている。

また、モータハウジング１１の壁部３１、ミッションハウジング１２の壁部３２、およびセンサハウジング１３の壁部３３には、互いに連通するブリーザ通路３５がそれぞれ形成され、ブリーザ配管３９からモータユニット１０内の高圧・高温の空気を排出することができるようになっている。

さらに、モータハウジング１１の壁部３１内で、ブリーザ通路３５よりも内周側には、モータ２３を冷却するためのウォータジャケット５５が、モータ２３におけるステータ２１の全周を覆うように設けられている。また、ステータ２１は、モータハウジング１１に焼き嵌めされており、モータハウジング１１の内周面に密着するように配置されている。

モータ２３は、インナーロータ型のＩＰＭモータ（埋込磁石同期モータ）であって、筒状のステータ２１と、ステータ２１の内側に所定間隔を空けて配置された円柱状のロータ２２と、を備えている。
ステータ２１は、電磁鋼板からなる磁性板材４４が軸方向に積層されたものであって、径方向内側に向かって延びるティース４２を備えている。ティース４２には、インシュレータ（不図示）を介してコイル４３が巻装されている。

図２は、実施形態に係るロータの縦断面を示す斜視図である。
図２に示すように、ロータ２２は、回転可能に支持された回転軸２４と、回転軸２４に対して同軸状に圧入固定されたロータコア６１と、ロータコア６１の軸方向両端面６１ａ，６１ｂに対向配置された一対の端面板（第１端面板７１および第２端面板７２）と、を備えている。

回転軸２４は、ステンレスや鉄等により形成された中空の円筒状の部材であり、鍛造や鋳造、機械加工等により形成される。回転軸２４の内部は空洞となっており、上述した冷媒が通流する冷媒流路２９となっている。冷媒は、上述したオイルポンプ（不図示）から供給される。
また、回転軸２４の外周面には、拡径部２８が形成されている。拡径部２８は、ロータコア６１の軸方向一方側に形成されている。拡径部２８の軸方向他方側を向く段差面２８ａは、軸方向に直交するように形成されている。

図３は、実施形態に係るロータコアを軸方向から見た図である。図３では、後述する第１溝部７４および第２溝部７５の位置を２点鎖線で示している。
図２および図３に示すように、ロータコア６１は、ステータ２１（図１参照）の内側に所定間隔をあけて配置された軸方向視円環状の部材である。ロータコア６１は、電磁鋼板からなる磁性板材６０が軸方向に沿って積層されて形成されている。

ロータコア６１は、円環状のヨーク部６６と、ヨーク部６６に対して径方向内側に配置された円環状のハブ部６７と、ヨーク部６６とハブ部６７とを連結する複数（本実施形態では８個）のリブ部６８と、を有し、これらが一体に形成されている。

図３に示すように、ヨーク部６６には、軸方向に貫通する複数のスロット６４が形成されている。複数のスロット６４は、ヨーク部６６において、周方向に沿って等間隔に配置されている。スロット６４は、軸方向視で弧状や長方形状に形成されている。各スロット６４内には、永久磁石６９が収容され、これによりロータコア６１が永久磁石６９を保持している。永久磁石６９は、径方向に磁化され、ロータコア６１（ヨーク部６６）の外周部分に複数（本実施形態では８個）の磁極部を形成している。複数の磁極部は、周方向に沿って交互に磁化方向が反転するように形成されている。

ハブ部６７の径方向中央部には、軸方向に貫通する貫通孔６３が形成されている。貫通孔６３には、回転軸２４が圧入されている。
リブ部６８は、軸方向から見て直線状をなし、ハブ部６７の外周面から、周方向の一方側に向かって傾きつつ径方向外側に向かって延び、ヨーク部６６の内周面に接続している。複数のリブ部６８は、周方向に沿って等間隔に配置されている。

ヨーク部６６とハブ部６７との間には、リブ部６８によって区画された複数の肉抜孔６５（孔部）が形成されている。肉抜孔６５は、例えば上述した磁極部の個数に対応した個数設けられ、本実施形態では肉抜孔６５は８個設けられている。複数の肉抜孔６５は、その個数に対応した回転対称性を有する形状に形成されている。具体的に、本実施形態では、複数の肉抜孔６５は、回転軸２４の中心線Ｐに対して８回対称の形状に形成されている。各肉抜孔６５は、ロータコア６１の軸方向両端面６１ａ，６１ｂに開口している。

各肉抜孔６５の内周面は、互いに滑らかに接続された第１壁面６５ａ、第２壁面６５ｂおよび第３壁面６５ｃを有する。第１壁面６５ａは、ヨーク部６６の内周面であって、径方向内側を向くとともに周方向に沿って軸方向視円弧状に延びている。第２壁面６５ｂは、リブ部６８の周方向他方側を向く側面である。第３壁面６５ｃは、リブ部６８の周方向一方側を向く側面である。

図２に示すように、第１端面板７１は、ロータコア６１の軸方向一方側を向く第１端面６１ａに対向配置され、回転軸２４に圧入固定されている。第１端面板７１は、回転軸２４の拡径部２８の段差面２８ａとロータコア６１とに挟まれ、ロータコア６１の第１端面６１ａに密接している。第２端面板７２は、ロータコア６１の軸方向他方側を向く第２端面６１ｂに対向配置され、回転軸２４に圧入固定されている。第２端面板７２は、ロータコア６１の第２端面６１ｂに密接している。なお、本実施形態では第１端面板７１と第２端面板７２とは、略同一に形成されているので、以下の説明では、第１端面板７１および第２端面板７２をまとめて端面板７０と称して説明する。

端面板７０は、アルミニウム等の非磁性材料により、ロータコア６１の外径と略同径の円板状に形成されている。端面板７０の径方向中央部には、その厚さ方向（軸方向）に貫通する圧入孔７３が形成されている。端面板７０は、ロータコア６１側に向かって開口する第１溝部７４（溝部）および第２溝部７５を備える。

第１溝部７４は、切削加工により、端面板７０のロータコア６１に対向する内側主面７０ａ上に形成されている。図３に示すように、第１溝部７４は、回転対称性を有する形状に形成されている。具体的に、第１溝部７４は、回転軸２４の中心線Ｐに対するｍ回対称（ｍは２以上の任意の整数）の形状に形成されている。本実施形態では、第１溝部７４は、軸方向から見て回転軸２４の中心線Ｐを中心とする円環状に形成されている。第１溝部７４の径方向の寸法（幅）は、肉抜孔６５の径方向の寸法よりも小さくなっている。

図４は、実施形態に係るロータの説明図であって、図３のＡ部における拡大縦断面図ある。
図３および図４に示すように、第１溝部７４は、肉抜孔６５の最外周部に向かって開口し、周方向に隣り合う肉抜孔６５同士を連通している。第１溝部７４は、肉抜孔６５のみに連通している。第１溝部７４の径方向外側の壁面７４ａは、肉抜孔６５の第１壁面６５ａと面一になっている。

図２に示すように、第２溝部７５は、切削加工により、端面板７０の内側主面７０ａ上に形成されている。第２溝部７５は、軸方向から見て回転軸２４の中心線Ｐを中心とする円環状に形成されている。第２溝部７５は、第１溝部７４よりも大径であって、第１溝部７４の径方向外側に設けられている。第２溝部７５の径方向の寸法（幅）は、第１溝部７４の径方向の寸法（幅）と同等になっている。

図４に示すように、第１溝部７４と第２溝部７５との間には、ロータコア６１の各端面６１ａ，６１ｂと接触する接触部７６が設けられている。接触部７６は、第１溝部７４の径方向外側において、ロータコア６１の各端面６１ａ，６１ｂに全周に亘って接触している。これにより、接触部７６は、第１溝部７４よりも径方向外側で、第１溝部７４の内外の連通を遮断している。

上述したように、ロータ２２が配置されたモータハウジング１１には、冷媒が導入されている。このため、ロータコア６１は、冷媒により濡れた状態となる。ロータコア６１の外周面に付着した冷媒は、積層された磁性板材６０の隙間を通って、肉抜孔６５の内部に進入する。これにより、各肉抜孔６５の内部には、冷媒が溜まった状態となる。

本実施形態のロータ２２によれば、端面板７０が周方向に隣り合う肉抜孔６５同士を連通する第１溝部７４を備えるので、各肉抜孔６５の内部に溜まった冷媒を隣り合う肉抜孔６５同士に第１溝部７４を通じて均等に分布させることができる。これにより、肉抜孔６５により軽量化されたロータ２２において、複数の肉抜孔６５の内部に冷媒が不均一に溜まることで質量バランスが悪化することを防止できる。

しかも、第１溝部７４は、肉抜孔６５のみに連通するので、第１溝部７４を通じて肉抜孔６５の内部の冷媒が流出することを防止できる。このため、肉抜孔６５の内部から流出した冷媒が、肉抜孔６５よりも径方向外側に形成されたスロット６４内に進入して溜まることを防止できる。したがって、ロータ２２の質量バランスが悪化することを防止できる。

さらに、端面板７０に肉抜孔６５の内部と、ロータ２２の外部と、を連通する排出孔を貫通形成することなく、ロータ２２の質量バランスが悪化することを防止できるので、端面板７０の強度を確保しつつ、端面板７０を薄くすることができる。したがって、ロータ２２を軽量化することができる。

また、第１溝部７４は、回転軸２４の中心線Ｐに対するｍ回対称（ｍは２以上の任意の整数）の形状に形成されているので、端面板７０を回転軸２４の中心線Ｐに対して回転対称形状に形成することができる。したがって、ロータ２２の質量バランスが悪化することを防止できる。

また、複数の肉抜孔６５は、回転軸２４の中心線Ｐに対する８回対称の形状に形成されているので、ロータコア６１を回転軸２４の中心線Ｐに対して回転対称形状に形成することができる。したがって、ロータ２２の質量バランスが悪化することを防止できる。

また、第１溝部７４は、円環状に形成されている。これにより、第１溝部７４が周方向全周に亘って均一な形状となるので、ロータ２２の高速回転時に第１溝部７４に応力集中が生じることを防止できる。これにより、端面板７０の強度を確保するために端面板７０を厚くする必要がないので、端面板７０の薄型化によりロータ２２を軽量化することができる。

また、第１溝部７４は、複数の肉抜孔６５における最外周部と軸方向で対向するので、ロータ２２の回転時に遠心力により肉抜孔６５の最外周部に分布する冷媒を、肉抜孔６５の最外周部と対向する第１溝部７４を通じて隣り合う肉抜孔６５同士に均等に分布させることができる。したがって、ロータ２２の質量バランスが悪化することをより確実に防止できる。

また、肉抜孔６５は、永久磁石６９よりも径方向内側に形成されているので、永久磁石６９よりも径方向内側で冷媒を均等に分布させることができる。これにより、冷媒を含むロータ２２の重心の偏心をより小さくすることができる。したがって、ロータ２２の質量バランスが悪化することを防止できる。

また、第１溝部７４を切削加工により形成するので、第１溝部７４を精度良く形成することができる。したがって、優れた質量バランスを有するロータ２２を製造できる。

なお、本発明は、図面を参照して説明した上述の実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
例えば、上記実施形態においては、第１溝部７４の径方向外側の壁面７４ａは、肉抜孔６５の第１壁面６５ａと面一になっているが、これに限定されるものではない。

図５は、実施形態の変形例に係るロータの拡大縦断面図である。
第１溝部は、肉抜孔６５に向かって開口していればよく、図５に示すように、第１溝部１７４の径方向外側の壁面１７４ａは、肉抜孔６５の第１壁面６５ａよりも径方向外側に配置されていてもよい。また、図示しないが、第１溝部の径方向外側の壁面は、肉抜孔６５の第１壁面６５ａよりも径方向内側に配置されていてもよい。

また、上記実施形態においては、第１端面板７１および第２端面板７２の両方に第１溝部７４が形成されているが、これに限定されず、第１端面板７１および第２端面板７２のうち一方のみに第１溝部７４が形成されていてもよい。
また、上記実施形態においては、端面板７０に第２溝部７５が形成されているが、これに限定されず、第２溝部７５が形成されていなくてもよい。

また、上記実施形態では、回転電機としてインナーロータ型のモータに本発明を適用した場合について説明したが、これに限らず、アウターロータ型のモータに本発明を適用しても構わない。さらに、回転電機は、車両用のモータに限定されず、その他用途のモータや発電機等であってもよい。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

２２…ロータ ２３…モータ（回転電機） ２４…回転軸 ６１…ロータコア ６１ａ…第１端面（端面） ６１ｂ…第２端面（端面） ６５…肉抜孔（孔部） ７０…端面板 ７１…第１端面板（端面板） ７２…第２端面板（端面板） ７４，１７４…第１溝部（溝部）

Claims (7)

1. 回転軸と、
   前記回転軸に対して同軸状に固定され、永久磁石を保持するロータコアと、
   前記ロータコアの軸方向の端面に対向配置された端面板と、
   を備え、
   前記ロータコアには、前記端面に開口するとともに前記ロータコアの周方向に並ぶ複数の孔部が形成され、
   前記端面板は、周方向に隣り合う前記孔部同士を連通する溝部を備え、
   前記溝部は、前記孔部のみに連通する、
   ことを特徴とする回転電機のロータ。
2. 前記溝部は、前記回転軸の中心線に対するｍ回対称（ｍは２以上の整数）の形状に形成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の回転電機のロータ。
3. 前記複数の孔部は、前記孔部の個数をｎとしたとき、前記回転軸の中心線に対するｎ回対称の形状に形成されている、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機のロータ。
4. 前記溝部は、前記軸方向から見て円環状に形成されている、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機のロータ。
5. 前記溝部は、前記複数の孔部における前記ロータコアの径方向の最外周部と前記軸方向で対向する、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の回転電機のロータ。
6. 前記孔部は、前記永久磁石よりも前記ロータコアの径方向の内側に形成されている、
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の回転電機のロータ。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の回転電機のロータの製造方法であって、
   前記溝部を切削加工により形成する、
   ことを特徴とする回転電機のロータの製造方法。

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