JP6819528B2

JP6819528B2 - ロータ

Info

Publication number: JP6819528B2
Application number: JP2017184694A
Authority: JP
Inventors: 知彦宮本; 名旺魏
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-09-26
Filing date: 2017-09-26
Publication date: 2021-01-27
Anticipated expiration: 2037-09-26
Also published as: US20190097476A1; US10770935B2; JP2019062624A; CN109560632A; CN109560632B

Description

本発明は、回転電機のロータ、特にロータコアとシャフトの固定構造に関する。

モータ等の回転電機において、フランジを有するシャフトに電磁鋼板を積層したロータコアを嵌合させ、フランジと反対側からナットで締め付け固定したロータが用いられている。このロータでは、ロータコアの軸方向端面がフランジのロータコア側の端面と当接する（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−１８３４８０号公報

ところで、シャフトのフランジの根元付近の外周面には環状の凹部が設けられる場合がある。例えば、フランジに掛かる応力の低減や、フランジとシャフトを切削加工で製造する場合の加工工具の逃げのために、環状の凹部が設けられる。この場合、凹部の外周に位置する電磁鋼板が径方向にずれてしまい、電磁鋼板の外周がステータの内周面に干渉する可能性がある。

そこで、本発明は、回転電機のロータにおいて、シャフトに設けられた凹部の外周に位置する電磁鋼板が径方向にずれることを抑制することを目的とする。

本発明のロータは、外周面から径方向外側に突出するフランジが設けられたシャフトと、複数の電磁鋼板を積層したロータコアと、を有し、前記ロータコアは、軸方向端面が前記フランジに当接するように前記シャフトの外周面に嵌合しているロータであって、前記フランジの前記ロータコアの側の面に隣接する前記シャフトの外周面には環状の凹部が設けられており、前記凹部の外周に位置する電磁鋼板のシャフト貫通穴と前記凹部の外面との間には隙間があり、前記凹部の外周に位置する電磁鋼板は、前記シャフトに嵌合しておらず、前記凹部の外周に位置して前記シャフトに嵌合していない電磁鋼板と前記シャフトに嵌合している他の電磁鋼板とは、前記凹部の外周に位置する電磁鋼板と他の電磁鋼板とに跨るように積層方向に溶接されており、溶接長さが前記凹部の軸方向長さよりも長いことを特徴とする。

凹部以外のシャフトの外面に嵌合している他の電磁鋼板と、凹部の外周に位置してシャフトと嵌合していない電磁鋼板とが一体となるように接合し、凹部の外周に位置する電磁鋼板の径方向位置をシャフトの外周面に嵌合している他の電磁鋼板によって規制するようにしたので、凹部の外周に位置する電磁鋼板が径方向に移動することを抑制できる。

本発明は、回転電機のロータにおいて、シャフトに設けられた凹部の外周に位置する電磁鋼板が径方向にずれることを抑制できる。

実施形態のロータを組み込んだモータの概略断面図である。実施形態のロータに組み込まれるロータコアの斜視図である。図１に示すＡ部、Ｂ部の詳細（ａ）と、ロータコアの溶接個所の拡大図（ｂ）である。対比例のロータを組み込んだモータの概略断面図である。他の実施形態のロータを組み込んだモータの概略断面図である。

以下、図面を参照しながら実施形態のロータ５０について説明する。最初に図１を参照しながら、実施形態のロータ５０が組み込まれたモータ１００の構造について説明する。

図１に示すように、回転電機の一例であるモータ１００は、ロータ５０とステータ３０とを備えている。ロータ５０は、シャフト１０とロータコア２０とで構成されている。ステータ３０は、ステータコア３１と、ステータコア３１に巻回されたコイル３２とで構成されている。ロータコア２０の外周とステータコア３１の内周との間にはエアギャップＳが設けられている。

シャフト１０は中心孔１８を有する中空円筒形状で、外周面１５と、フランジ１１と、ねじ部１６と、凹部１４とを有している。フランジ１１は、シャフト１０の一端側に設けられ、外周面１５から径方向外側に突出している。ねじ部１６は、フランジ１１と反対側の他端側に設けられている。ねじ部１６にはロータコア２０をシャフト１０に固定するナット１７がねじ込まれている。凹部１４は、フランジ１１のロータコア２０側の面１３に隣接する外周面１５に設けられた環状の溝である。図３（ａ）に示すように凹部１４の軸方向の長さはＬ１、径方向の深さはＨ１である。

図２に示すように、ロータコア２０は、中央のシャフト貫通孔２３ａと、シャフト貫通孔２３ａと外周との間の複数の丸孔２６ａと、を打ち抜いた円板状の第１、第２電磁鋼板２１，２２を軸方向に複数積層したものである。第１、第２電磁鋼板２１，２２のシャフト貫通孔２３ａ、丸孔２６ａは同一寸法なので、第１、第２電磁鋼板２１，２２を積層すると、シャフト貫通孔２３ａはシャフト１０の外周面１５が嵌合する嵌合孔２３を構成し、丸孔２６ａは軸方向に貫通する肉盗み孔２６を構成する。ロータコア２０をシャフト１０に組み付けた際、第２電磁鋼板２２はシャフト１０の凹部１４の外周に位置し、第１電磁鋼板２１はシャフト１０の外周面１５に嵌合する。これについては、後で説明する。

図２に示すように、ロータコア２０の一端側の軸方向端面２５から数枚の第２電磁鋼板２２と少なくとも１枚の第１電磁鋼板２１が積層方向に線状に溶接されている。溶接個所２４は周方向に数か所である。図３（ａ）に示すように、溶接個所２４の軸方向の長さ（溶接長さ）はＬ２であり、溶接深さはｄである。溶接個所２４の軸方向長さＬ２は、シャフト１０の凹部１４の軸方向長さＬ１よりも長い。図３（ｂ）に示すように、溶接個所２４は、軸方向からみると扇形をしており、第１、第２電磁鋼板２１，２２の外周に沿った幅はＷである。

ロータ５０は、ロータコア２０の嵌合孔２３にシャフト１０の外周面１５を嵌合させ、他端側からナット１７を締めつけることで組み立てられる。図３（ａ）に示すように、ロータコア２０をシャフト１０に組み付けると、ロータコア２０の一端側の軸方向端面２５はフランジ１１のロータコア２０の側の面１３に当接する。シャフト１０の凹部１４の外周には、複数枚、本実施形態では３枚の第２電磁鋼板２２が位置しており、他の電磁鋼板である第１電磁鋼板２１はシャフト１０の外周面１５に位置している。第１電磁鋼板２１のシャフト貫通孔２３ａはシャフト１０の外周面１５に嵌合しており径方向に移動しない。一方、凹部１４の外周に位置する第２電磁鋼板２２のシャフト貫通孔２３ａと凹部１４の外面との間には隙間があり、第２電磁鋼板２２はシャフト１０と嵌合していない。

先に説明したように、ロータコア２０の溶接個所２４の軸方向長さＬ２は、シャフト１０の凹部１４の軸方向長さＬ１よりも長く、第２電磁鋼板２２と第１電磁鋼板２１とは、第２電磁鋼板２２と第１電磁鋼板２１とに跨がるように積層方向に溶接されている。このように、凹部１４の外周に位置する第２電磁鋼板２２が、外周面１５に嵌合している第１電磁鋼板２１と一体に接合されているので、第２電磁鋼板２２の径方向位置が第１電磁鋼板２１によって規制される。このため、第２電磁鋼板２２が径方向にずれることがない。

遠心力あるいはトルク等により第２電磁鋼板２２を径方向に移動させる力が掛かった場合、第２電磁鋼板２２と第１電磁鋼板２１との溶接個所２４（図３に示す軸方向端面２５から３枚目の第２電磁鋼板２２と軸方向端面２５から４枚目の第１電磁鋼板２１との溶接個所２４）に径方向のせん断力Ｆが発生する。これによって溶接個所２４にせん断応力τが発生する。溶接個所２４に発生するせん断応力τは、せん断力Ｆ／溶接個所２４の断面積、で表される。ここで、溶接個所２４の断面積は、図３（ｂ）にハッチングで示す扇形の部分の面積に周方向の溶接個所２４の数を掛け合わせたものであり、幅Ｗと深さｄと溶接個所２４の本数で決まってくる。溶接個所２４の幅Ｗと深さｄと本数は、溶接個所２４に発生するせん断応力τに十分耐えられるように決定される。例えば、幅Ｗを１ｍｍ〜２ｍｍ、深さｄを０．５〜１ｍｍ程度、本数を５〜１０本程度としてもよい。

図４を参照しながら、対比例のロータ６０が組み込まれたモータ２００について説明する。先に図１から図３を参照して説明したのと同様の部位には、同様の符号を付して説明は省略する。

対比例のロータ６０は、凹部１４の外周に位置する第２電磁鋼板２２と他の電磁鋼板である第１電磁鋼板２１とを溶接していないものである。このため、遠心力あるいはトルク等により第２電磁鋼板２２を径方向に移動させる力が掛かった場合、図４に示すように、第２電磁鋼板２２ａ，２２ｂが径方向に移動する。径方向への移動量がロータコア２０の外周とステータコア３１の内周との間のエアギャップＳになると、第２電磁鋼板２２ａ，２２ｂの外周がステータコア３１の内周と干渉あるいは接触してしまう。

これに対して、図１から図３を参照して説明した実施形態のロータ５０を組み込んだモータ１００では、凹部１４の外周に位置する第２電磁鋼板２２が外周面１５に嵌合している第１電磁鋼板２１と一体に接合されている。このため、第２電磁鋼板２２の径方向のずれが抑制され、第２電磁鋼板２２がステータコア３１と干渉することが抑制される。

次に、図５を参照しながら、他の実施形態のロータ５１を組み込んだモータ１１０について説明する。先に図１から図３を参照して説明したのと同様の部位には同様の符号を付して説明は省略する。

図５に示すロータ５１は、凹部１４の外周に位置する第２電磁鋼板２２と他の電磁鋼板である第１電磁鋼板２１とをロータコア２０の肉盗み孔２６の内面で溶接して一体としたものである。肉盗み孔２６の内面の溶接個所２７の形状は、図３を参照して説明した溶接個所２４と同様である。

本実施形態のロータ５１を組み込んだモータ１１０も、先に説明した実施形態のロータ５０を組み込んだモータ１００と同様、第２電磁鋼板２２の径方向のずれが抑制され、第２電磁鋼板２２がステータコア３１と干渉することが抑制される。

なお、各実施形態では、凹部１４の外周に位置する第２電磁鋼板２２の枚数を３枚として説明したが、これは例示であり、３枚に限らず数枚でもよい。また、第１、第２電磁鋼板２１，２２は溶接によって一体に接合されることとして説明したが、これに限らず、例えば、カシメ等によって一体に接合してもよい。

１０シャフト、１１フランジ、１３面、１４凹部、１５外周面、１６ねじ部、１７ナット、１８中心孔、２０ロータコア、２１第１電磁鋼板、２２，２２ａ，２２ｂ第２電磁鋼板、２３嵌合孔、２３ａシャフト貫通孔、２４，２７溶接個所、２５軸方向端面、２６肉盗み孔、２６ａ丸孔、３０ステータ、３１ステータコア、３２コイル、５０，５１，６０ロータ、１００，１１０，２００モータ。

Claims

外周面から径方向外側に突出するフランジが設けられたシャフトと、
複数の電磁鋼板を積層したロータコアと、を有し、
前記ロータコアは、軸方向端面が前記フランジに当接するように前記シャフトの外周面に嵌合しているロータであって、
前記フランジの前記ロータコアの側の面に隣接する前記シャフトの外周面には環状の凹部が設けられており、
前記凹部の外周に位置する電磁鋼板のシャフト貫通穴と前記凹部の外面との間には隙間があり、前記凹部の外周に位置する電磁鋼板は、前記シャフトに嵌合しておらず、
前記凹部の外周に位置して前記シャフトに嵌合していない電磁鋼板と前記シャフトに嵌合している他の電磁鋼板とは、前記凹部の外周に位置する電磁鋼板と他の電磁鋼板とに跨るように積層方向に溶接されており、溶接長さが前記凹部の軸方向長さよりも長いロータ。