WO2011096052A1

WO2011096052A1 - ロータ

Info

Publication number: WO2011096052A1
Application number: PCT/JP2010/051481
Authority: WO
Inventors: 須彦鵜飼; 弘章石原
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2010-02-03
Filing date: 2010-02-03
Publication date: 2011-08-11

Abstract

　ロータは、ロータコアと、ロータコアのシャフト締付孔に組み付けられるロータシャフトと、ロータコアとロータシャフトを結合させる結合構造とを備える。この結合構造は、シャフト締付孔の内周とロータシャフトの外周がそれぞれ平面視で異形形状をなすことを含む。シャフト締付孔の内周の異形形状は、概略が多角形であり、その多角形の角部に対応してロータコアの回転軸を中心とする円弧部と、その円弧部の両端に連続する平坦部とを含む。ロータシャフトの外周の異形形状は、概略が多角形であり、その多角形の角部に対応してロータシャフトの回転軸を中心とする円弧部と、円弧部の両端に連続する平坦部とを含む。また、シャフト締付孔の内周の異形形状又はロータシャフトの外周の異形形状は、平坦部の一部が凹み部をなす。更に、ロータコアは、シャフト締付孔の周囲に形成された複数の孔を含む。

Description

ロータ

　この発明は、モータの構成部品の一つであるロータに係り、詳しくは、ロータコアと、ロータコアのシャフト締付孔に組み付けられたロータシャフトとを備えたロータに関する。

　従来、この種のロータは、ステータに組み付けられた状態で、ロータコアの外周部に設けられた界磁用の磁石によりステータからの磁力を受けて回転力が付与されるようになっている。ロータシャフトは、モータの出力軸として機能し、ロータコアの回転力を出力するようになっている。

　ここで、ロータコアとロータシャフトを結合させる構造としては、ロータの回転ガタ（ロータの振れ）を小さくでき、かつ、高いねじり強度を有する構造が要望されている。ロータの振れを小さくするには、ロータコアとロータシャフトを結合させたときに、ロータコアの外周部にできるだけ歪みが生じないようにすると共に、ロータコアとロータシャフトの同軸度を確保する必要がある。ロータの振れを小さくすることで、ステータとロータとの隙間を小さくすることができる。この隙間が小さくなるほど、ロータとしてより大きな回転トルクを発生させることができ、モータを高出力性能にすることができる。

　また、ロータコアの外周部に歪みが生じないようにすることで、ロータコア外周部のブリッジ部に引張応力を与えないようにすることができる。ここで、ロータコア外周部に設けられる界磁用の磁石は、ロータコア外周部に形成された複数のスロットに組み込まれる。上記したブリッジ部は、スロットからロータコア外周縁までの肉部分を意味する。そして、磁石がステータに近付くほど磁気効率がよくなる。磁石をステータに近付けるためには、磁石をロータコア外周縁にできるだけ近付けて、その外周部のブリッジ部を薄くする必要がある。しかしながら、ロータコアとロータシャフトの結合部での歪みがロータコア外周部のブリッジ部に伝播すると、そのブリッジ部に引張応力が作用し、ブリッジ部の強度が低下して破壊に至るおそれがある。

　更に、ロータとして高いねじり強度を満たすためには、ロータコアとロータシャフトとの間で必要な伝達トルクを確保する必要がある。

　下記の特許文献１には、ロータコアとロータシャフトの結合構造の一例が開示されている。すなわち、ロータコアのシャフト締付孔の内周と、ロータシャフトの外周をそれぞれ平面視で多角形状とし、ロータシャフトをシャフト締付孔に組み付けるようになっている。

特開平９－５６１４０号公報特開２００７－１５９１９６号公報特開２００２－９５１９７号公報特開２００５－２９５７４５号公報

　ところが、特許文献１に記載の技術では、結合構造としては、単にシャフト締付孔の内周及びロータシャフトの外周をそれぞれ多角形状にしているだけで、ロータの振れを小さくし、かつ、高いねじり強度を満足させるための工夫が何もなされていなかった。そのため、ロータとして十分な性能を発揮させることができなかった。

　この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、モータに使用したときに振れを小さくし、かつ、高いねじり強度を満足させることを可能としたロータを提供することにある。

　（１）上記目的を達成するために、本発明の第１の態様は、ロータコアと、ロータコアのシャフト締付孔に組み付けられるロータシャフトと、ロータコアとロータシャフトを結合させる結合構造とを備えたロータであって、結合構造が、シャフト締付孔の内周とロータシャフトの外周がそれぞれ平面視で異形形状をなすことと、シャフト締付孔の内周の異形形状は、概略が多角形であり、多角形の角部に対応してロータコアの回転軸を中心とする円弧部と、円弧部の両端に連続する平坦部とを含むことと、ロータシャフトの外周の異形形状は、概略が多角形であり、多角形の角部に対応してロータシャフトの回転軸を中心とする円弧部と、円弧部の両端に連続する平坦部とを含むこととを備えたことを趣旨とする。

　上記発明の構成によれば、シャフト締付孔の内周とロータシャフトの外周の異形形状につき、多角形の角部に対応してロータコア及びロータシャフトにそれぞれの回転軸を中心とする円弧部と、円弧部の両端に連続する平坦部とを含む。従って、シャフト締付孔にロータシャフトを組み付けて、シャフト締付孔側の円弧部とロータシャフト側の円弧部を互いに整合させることで、ロータコアとロータシャフトとの同軸度が確保され、ロータシャフトからロータコアの半径方向へ応力が作用し難くなる。また、シャフト締付孔側の複数の平坦部がロータコアの回転軸を中心に異なる向きで配置され、ロータシャフト側の複数の平坦部がロータシャフトの回転軸を中心に異なる向きで配置される。そして、シャフト締付孔側の複数の平坦部とロータシャフト側の複数の平坦部が互いに整合してよく面接触する。

　（２）上記目的を達成するために、上記（１）の構成において、シャフト締付孔の内周の異形形状又はロータシャフトの外周の異形形状は、平坦部の一部に凹み部を含むことが好ましい。

　上記発明の構成によれば、上記（１）の構成の作用に加え、シャフト締付孔の内周の異形形状又はロータシャフトの外周の異形形状は、各平坦部の一部に凹み部を含むので、シャフト締付孔側の複数の平坦部とロータシャフト側の複数の平坦部を互いに面接触させたとき、相手側に生じた肉の歪みが凹み部に受け入れられて逃がされる。

　（３）上記目的を達成するために、上記（１）又は（２）の構成において、ロータコアは、シャフト締付孔の周囲に形成された複数の孔を含むことが好ましい。

　上記発明の構成によれば、上記（１）又は（２）の構成の作用に加え、シャフト締付孔にロータシャフトを組み付けるときに、ロータコアに半径方向への変形が生じても、その変形が複数の孔の部分で吸収される。

　上記（１）～（３）の構成によれば、モータに使用したときに、ロータの振れを小さくすることができ、かつ、高いねじり強度を満足させることができる。

一実施形態に係り、ロータを示す平面図。同実施形態に係り、ロータを示す図１の２－２線断面図。同実施形態に係り、ロータを示す図１の鎖線楕円Ｓ１の部分の拡大平面図。同実施形態に係り、ロータを示す図１の鎖線楕円Ｓ２の部分の拡大平面図。同実施形態に係り、ロータを示す図４の鎖線楕円Ｓ３の部分の拡大平面図。同実施形態に係り、ロータシャフトを上側から見て示す平面図。同実施形態に係り、ロータシャフトを示す図６の鎖線楕円Ｓ４の部分の拡大平面図。同実施形態に係り、シャフト締付孔を示す平面図。同実施形態に係り、シャフト締付孔を示す図８の鎖線楕円Ｓ５の部分の拡大平面図。

　以下、本発明のロータを具体化した一実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

　図１に、この実施形態のロータ１１を平面図により示す。図２に、ロータ１１を図１の２－２線断面図により示す。図１，２に示すように、このロータ１１は、ロータコア１２と、ロータコア１２の中心に形成された一つのシャフト締付孔１３と、そのシャフト締付孔１３に組み付けられたロータシャフト１４と、ロータコア１２とロータシャフト１４を結合させる結合構造とを備える。

　この実施形態で、ロータコア１２は、金属材料を鍛造することにより成形される。図１，２に示すように、ロータコア１２の外周部には、複数のスロット１５が形成される。複数のスロット１５は、ロータコア１２の外周縁に沿って配列され、隣り合う２つのスロット１５が「ハの字状」又は「逆ハの字状」をなすように配置される。各スロット１５には、それぞれ界磁用の磁石１６が組み込まれて固定される。また、ロータコア１２には、シャフト締付孔１３と複数のスロット１５との間にて、シャフト締付孔１３の周囲に複数（この実施形態では「８個」）の孔１７が形成される。これらの孔１７は、平面視で略台形状をなし、ロータコア１２を軸方向に貫通する。これらの孔１７は、「逆ハの字状」をなす二つ一組のスロット１５の間に一つずつ配置される。

　図３に、ロータ１１につき図１の鎖線楕円Ｓ１で囲んだ部分を拡大して平面図により示す。「逆ハの字状」をなす隣り合う二つのスロット１５の間には、両スロット１５を区画する肉部分としての第１のブリッジ部１８が形成される。また、各スロット１５からロータコア１２の外周縁までの間には、肉部分としての第２のブリッジ部１９が形成される。モータを構成するために、このロータ１１がステータ（図示略）に組み付けられた状態で、各スロット１５に組み込まれた磁石１６を、ロータ１１の周囲に位置するステータに近付けるためには、第２のブリッジ部１９を極力薄くする必要がある。

　図１，２に示すように、ロータシャフト１４は、筒形をなし、その外周には、ロータコア１２に係合するフランジ１４ａが形成される。この実施形態で、ロータシャフト１４は、金属材料を鍛造することにより成形される。ロータシャフト１４は、ロータコア１２のシャフト締付孔１３に中間ばめ又は圧入により組み付けられる。

　次に、ロータコア１２とロータシャフト１４の結合構造について詳しく説明する。図４に、図１の鎖線円Ｓ２の部分を拡大して平面図により示す。図５に、ロータ１１につき図４の鎖線楕円Ｓ３の部分を拡大して平面図により示す。図６に、ロータシャフト１４を図２の上側から見た平面図により示す。図７に、ロータシャフト１４につき図６の鎖線楕円Ｓ４の部分を拡大して平面図により示す。図８に、シャフト締付孔１３を平面図により示す。図９に、シャフト締付孔１４につき図８の鎖線楕円Ｓ５の部分を拡大して平面図により示す。

　図１，４～９に示すように、この結合構造は、シャフト締付孔１３の内周とロータシャフト１４の外周がそれぞれ平面視で異形形状をなすことを備える。図４～７に示すように、ロータシャフト１４の外周の異形形状は、概略が多角形（この実施形態では「正八角形」）であり、その多角形の角部２１に対応してロータシャフト１４の回転軸Ｌ１を中心とする円弧部２２と、その円弧部２２の両端に連続する平坦部２３とを含む。この実施形態では、ロータシャフト１４の外周の異形形状につき、平坦部２３の中央部に凹み部２４を含む。この実施形態では、一例として、ロータシャフト１４の外径を「約４９ｍｍ」とすると、凹み部２４の深さが「約０.１５ｍｍ」となっている。上記した円弧部２２、平坦部２３及び凹み部２４は、それぞれロータシャフト１４の軸方向に沿って帯状に延びる。従って、円弧部２２は、帯状に延びた曲面をなす。平坦部２３は、帯状に延びた平坦面をなす。凹み部２４は、帯状に延びた凹み面をなす。

　一方、図４，５，８，９に示すように、シャフト締付孔１３の内周の異形形状は、概略が多角形（この実施形態では「正八角形」）であり、その多角形の角部３１に対応してロータコア１２の回転軸Ｌ２を中心とする円弧部３２と、その円弧部３２の両端に連続する平坦部３３とを含み、ロータシャフト１４の外周の異形形状に整合する。このシャフト締付孔１３側には、ロータシャフト１４とは異なり凹み部が設けられていない。

　この実施形態で、上記した多角形の数「８」と、シャフト締付孔１３の周囲に形成された孔１７の数「８」が等しい。この数は、ロータコア１２の外周部に設けられた二つ一組の磁石１６の組数により決定される。従って、磁石１６の組数が変わることにより、多角形の角数と孔１７の数がそれぞれ変わり得る。

　以上説明したこの実施形態のロータ１１によれば、ロータコア１２とロータシャフト１４との間に上記した特定の結合構造を備えるので、以下のような作用効果が得られる。

　すなわち、シャフト締付孔１３の内周の異形形状につき、その多角形の角部３１に対応してロータコア１４の回転軸Ｌ２を中心とする円弧部３２を含む。同様に、ロータシャフト１４の外周の異形形状につき、その多角形の角部２１に対応してロータシャフト１４の回転軸Ｌ１を中心とする円弧部２２を含む。従って、シャフト締付孔１３にロータシャフト１４を組み付けたときに、シャフト締付孔１３側の円弧部３２とロータシャフト１４側の円弧部２２を互いに整合させることで、ロータコア１２とロータシャフト１４との同軸度が確保されると共に、ロータシャフト１４からロータコア１２の半径方向へ応力が作用し難くなる。このため、ロータコア１２の外周部に歪みを与えないようにすることができ、或いは、ロータコア１２の外周部に生じる歪みを外周方向に均一に抑えることができる。この結果、モータに使用したときにロータ１１の回転ガタ（ロータ１１の振れ）を小さくすることができる。また、ロータコア１２の外周部の歪みを抑えることができるので、スロット１５の近傍にある第１及び第２のブリッジ部１８，１９の強度を確保することができる。このため、第２のブリッジ部１９をできるだけ薄くして磁石１６をロータコア１２の外周縁に近付けることができる。このことは、磁石１６をステータに近付けることになり、モータの出力向上に寄与する。

　また、シャフト締付孔１３の内周の異形形状につき、上記円弧部３２の両端に連続する平坦部３３を含む。同様に、ロータシャフト１４の外周の異形形状につき、上記円弧部２２の両端に連続する平坦部２３を含む。従って、シャフト締付孔１３側の複数の平坦部３３がロータコア１２の回転軸Ｌ２を中心に異なる向きで配置されると共に、ロータシャフト１４側の複数の平坦部２３がロータシャフト１４の回転軸Ｌ１を中心に異なる向きで配置される。そして、シャフト締付孔１３側の複数の平坦部３３とロータシャフト１４側の複数の平坦部２３が整合してよく面接触する。このため、平坦部３３，２３同士の密着性を向上させ、ロータコア１２の回転トルクをロータシャフト１４へ効率よく伝達することができ、高いねじり強度を満足させることができる。

　また、この実施形態では、ロータシャフト１４の外周の異形形状につき、その平坦部２３の一部に凹み部２４を含む。従って、シャフト締付孔１３側の複数の平坦部３３とロータシャフト１４側の複数の平坦部２３を互いに面接触させたとき、シャフト締付孔１３の内周面に肉の歪みが生じても、その歪みが凹み部２４に受け入れられて逃がされる。このため、シャフト締付孔１３側とロータシャフト１４側の平坦部３３，２３同士の密着性をより向上させることができ、回転トルクの伝達性を更に向上させることができる。

　更に、この実施形態では、シャフト締付孔１３にロータシャフト１４を組み付けるときに、シャフト締付孔１３の周囲がロータシャフト１４の押圧によりロータコア１２の半径方向へ変形しても、その変形が複数の孔１７の部分で吸収されて遮断される。このため、ロータコア１２とロータシャフト１４の結合部で生じる歪みをロータコア１２の外周部へ伝わり難くすることができる。この意味でも、ロータコア１２の外周部の歪みを抑制することができる。

　なお、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更して実施することができる。

　（１）前記実施形態では、シャフト締付孔１３及びロータシャフト１４の異形形状につき、多角形を「正八角形」としたが、これに限られるものではない。例えば、多角形を、正四角形、正六角形若しくは正十角形、又は、四角形、六角形、八角形若しくは十角形等の適当な多角形にすることができる。

　（２）前記実施形態では、ロータコア１２に複数の孔１７を設けたが、これを省略することもできる。

　（３）前記実施形態では、ロータシャフト１４の外周の異形形状につき、その平坦部２３の一部に凹み部２４を含めたが、シャフト締付孔１３の内周の異形形状につき、その平坦部３３の一部に凹み部を含めてもよい。あるいは、ロータシャフトの外周及びシャフト締付孔の内周の平坦部から凹み部を省略することもできる。

　この発明は、モータを構成するロータに利用することができる。

１１　ロータ
１２　ロータコア
１３　シャフト締付孔
１４　ロータシャフト
１７　孔
２１　角部
２２　円弧部
２３　平坦部
２４　凹み部
３１　角部
３２　円弧部
３３　平坦部
Ｌ１　回転軸
Ｌ２　回転軸

Claims

　ロータコアと、
　前記ロータコアのシャフト締付孔に組み付けられるロータシャフトと、
　前記ロータコアと前記ロータシャフトを結合させる結合構造と
を備えたロータであって、
　前記結合構造が、
　　前記シャフト締付孔の内周と前記ロータシャフトの外周がそれぞれ平面視で異形形状をなすことと、
　　前記シャフト締付孔の内周の異形形状は、概略が多角形であり、前記多角形の角部に対応して前記ロータコアの回転軸を中心とする円弧部と、前記円弧部の両端に連続する平坦部とを含むことと、
　　前記ロータシャフトの外周の異形形状は、概略が多角形であり、前記多角形の角部に対応して前記ロータシャフトの回転軸を中心とする円弧部と、前記円弧部の両端に連続する平坦部とを含むことと
を備えたことを特徴とするロータ。
　前記シャフト締付孔の内周の異形形状又は前記ロータシャフトの外周の異形形状は、前記平坦部の一部が凹み部をなすことを特徴とする請求項１に記載のロータ。
　前記ロータコアは、前記シャフト締付孔の周囲に形成された複数の孔を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のロータ。