(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータに対して相対回転するロータを具え、このロータが、板材のロータ軸線方向への積層に成る積層コアを回転基体とし、積層される板材間を相互に、該板材にロータ軸線方向に整列させて、且つ同方向に指向させて形成した凹凸の嵌合により結合するようかしめた回転電機において、
前記積層コアをロータ軸線方向両端面に突き合わせたエンドプレート間に挟んで指示すると共に回転自在に支承し、
前記エンドプレートをそれぞれ、積層コアの両端における板材の凹凸に対し該エンドプレートと該積層コアとが一体となって回転するように係合させ、
前記かしめを、ロータによるトルク伝達中に前記板材間及び板材とエンドプレート間に相互に離間する方向の分力を生じさせないよう、前記ロータのトルク伝達方向を横切る方向における前記凹凸嵌合部の段差面が該トルク伝達方向に対してほぼ直角となるようなかしめ構造としたことを特徴とする回転電機のロータ構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転電機（電動機や発電機）におけるロータ構造、特に、ロータの積層コアを構成する積層板材間の結合技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
回転電機としては従来、例えば特開２０００−１４１０３号公報に記載のように、永久磁石型回転同期モータなどが知られている。
このモータにつき従来の回転電機を説明するに、図６に概略を示すごとくステータ５１に対し相対回転するロータ５２を具え、このロータ５２を、電磁鋼板を可とする板材５３のロータ軸線方向への積層に成る積層コア５４と、この積層コアに挿置した永久磁石（図示せず）とで構成する。
モータ駆動に当たっては、ロータ５２の回転位置、つまりこれに上記のごとく設けられる永久磁石の位置に応じた回転磁界をステータ５１に発生させることで、これに同期してロータ５２を回転駆動させることができる。
【０００３】
ところで、ロータの積層コアを造るに際しロータ軸線方向に積層した電磁鋼板などの板材を相互に結合するに当たっては、ロータ軸線方向のレーザービーム溶接やかしめ等により当該結合を行うのが常套である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしいずれにしても従来は、目的からして当然であるが、相互に積層した電磁鋼板などの板材５３間のロータ軸線方向の結合のみを考慮して上記の結合構造を定めていたため、以下に説明する通りロータの伝達トルクに対する強度不足が懸念される。
【０００５】
図７〜図９に示すように板材５３間をかしめによりロータ軸線方向に結合する場合について考察すると、板材５３にロータ軸線方向に整列させて、且つ同方向に指向させて形成した凹凸５５の嵌合により積層板材５３間を相互に結合するようかしめる。
ところで、板材５３に形成する凹凸５５が図７のVIII-VIII線およびIX-IX線上での断面として示す図８（ａ）および図９に示すような形状であることから、ロータの伝達トルクに対して十分な強度を持った結合構造であるとは言い難い。
【０００６】
つまり、ロータ回転中において板材５３は図８（ａ）に矢αで示す方向にトルクの伝達を行うが、同トルク伝達方向における凹凸５５の両側遷移部５６が傾斜しているため、当該傾斜遷移部５６においてトルク伝達時に作用する力F1が傾斜遷移部５６に対し直角方向に及ぼす分力F2と、傾斜遷移部５６の傾斜方向に及ぼす分力F3とに分かれる。
ところで分力F3は、傾斜遷移部５６に沿って板材５３を相互に離間させる方向の力であり、板材５３をロータ軸線方向、つまり図６の左右方向へ相互に分離する虞がある。
【０００７】
このため図６に示すように、ロータ５２の両端面側にあってその軸受支持やトルク伝達のためのエンドプレート５７，５８間をアウターシェル５９により相互に結合し、これにより、板材５３が上記のごとくロータ軸線方向（図６の左右方向）へ相互に分離するのを防止する構成が不可欠であった。
【０００８】
従って、エンドプレート５７，５８を板材５３の積層になるコア５４に駆動結合するに当たっては通常、アウターシェル５９を積層コア５４に駆動するのが普通であり、この際、積層コア５４が比較的大径であって径方向の寸法精度を確保し難いためアウターシェル５９に焼き嵌め結合することが非現実的である実情に鑑み、キーやスプラインにより積層コア５４とアウターシェル５９とを駆動結合する。
しかし、アウターシェル５９の内周にキー溝やスプラインを形成すると、当該部位に応力集中が発生して強度不足となり易く、そのためアウターシェル５９を厚肉にする必要もあってロータの慣性質量が増すし、上記キー溝やスプラインはロータの回転バランスも狂わせ易いという問題を生ずる。
【０００９】
本発明は、ロータ積層コアの板材間をかしめにより結合する構成を踏襲するも、ロータによるトルク伝達中において板材間にこれらを相互に離間させる方向の分力が発生することのないようにして上記の問題をことごとく解消した回転電機のロータ構造を提案することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この目的のため本発明においては、請求項１に記載のごとく、
ロータの積層コアを成すようロータ軸線方向に積層された板材間を相互に、これら板材にロータ軸線方向に整列させて、且つ同方向に指向させて形成した凹凸の嵌合により結合するようかしめた回転電機において、
前記積層コアをロータ軸線方向両端面に突き合わせたエンドプレート間に挟んで指示すると共に回転自在に支承し、
前記エンドプレートをそれぞれ、積層コアの両端における板材の凹凸に対し該エンドプレートと該積層コアとが一体となって回転するように係合させ、
前記かしめを、ロータによるトルク伝達中に前記板材間及び板材とエンドプレート間に相互に離間する方向の分力を生じさせないよう、前記ロータのトルク伝達方向を横切る方向における前記凹凸嵌合部の段差面が該トルク伝達方向に対してほぼ直角となるようなかしめ構造としたことを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の効果】
かかる本発明の構成によれば、積層コアを成す板材間をかしめ結合するといえども、当該かしめ結合のための構造が、ロータによるトルク伝達中に板材間に相互に離間する方向の分力を生じさせない構造であるから、トルク伝達中において板材がロータ軸線方向へ相互に分離される虞がなく、トルク伝達方向における強度を十分なものにすることができる。
【００１２】
加えて、上記の通り板材がロータ軸線方向へ相互に分離される虞がないため、ロータの両端面側にあってその軸受支持やトルク伝達のためのエンドプレート間を当該分離対策のため図６につき前述したごとくに結合するシェルをロータの周囲に設ける必要がない。
従って、当該シェルが必要であったために生じていた前記の問題をことごとく解消することができ、ロータ慣性質量の増大を回避し得ると共にロータの回転バランスが取りにくくなることもない。
【００１３】
上記の要求にかなうかしめ構造としては、
ロータのトルク伝達方向を横切る方向における前記凹凸嵌合部の段差面が当該トルク伝達方向に対してほぼ直角となるようなかしめ構造とする。
この場合、かしめ構造の凹凸嵌合部を形状変更、更に詳しくはかしめ構造の向きを変更するのみで安価に所期の目的を達成することができる。
【００１４】
なお、前記の積層コアをロータ軸線方向両端面に突き合わせたエンドプレート間に挟んで支持すると共に回転自在に支承し、一方のエンドプレートをロータ軸に結合した構成としたことにより、
両端エンドプレート間を結合するシェルをロータの周囲に設けないでも、積層コアを回転自在に支持すると共にロータ軸に結合する構成を提供することができて、前記の作用効果を確実なものにし得る。
【００１５】
この際、上記エンドプレートをそれぞれ、積層コアの両端における板材の前記凹凸に対し該エンドプレートと該積層コアとが一体となって回転するように該板材と係合させたことにより、積層コアに対する当該エンドプレートの係合を既存の凹凸を利用して安価に達成することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
図１および図２は、本発明の一実施の形態になるロータ構造を具えた回転電機を示し、この回転電機を本実施の形態においては複合電流多層モータとして構成する。
先ず、図１により複合電流多層モータの全体構成を概略説明するに、このモータは１個の円環状のステータ１と、その内外周にそれぞれ同軸に配置したインナーロータ２およびアウターロータ３とよりなる三重構造とし、これらをハウジング４内に収納して構成する。
【００１７】
この収納に当たっては、ハウジング４の一端側にボルト５で取着してベアリングホルダー６を固設し、これに一体結合したアダプター７と、ハウジング４の他端側に配したアダプター８との間に挟んでアウター側貫通ボルト９およびインナー側貫通ボルト１０によりステータ１を固定する。
インナーロータ２の内周に中空のインナーロータ軸１１を結着し、この軸１１をベアリングホルダー６に貫通させてハウジング４の上記一端側から突出させると共にベアリングホルダー６内のベアリング１２により回転自在に支持する。
【００１８】
中空のインナーロータ軸１１内にはアウターロータ軸１３を回転自在に貫通させ、この軸１３の反対側をベアリング１４によりハウジング４に対し回転自在に支持すると共にアウターロータ軸１３上にベアリング１５を介してインナーロータ２を回転自在に支持する。
アウターロータ３の両端にはそれぞれ、エンドプレート１６，１７を後述するようにこれらエンドプレートがアウターロータ３と一体となって回転するように該アウターロータと係合させて設け、エンドプレート１６は、その内周をベアリング１８によりハウジング４に対し回転自在に支持してアウターロータ３の支承に供し、エンドプレート１７は、その内周をベアリング１８によりハウジング４に対し回転自在に支持してアウターロータ３の支承に供すると共にアウターロータ軸１３にセレーション嵌合する。
【００１９】
ステータ１は図２に示すごとく、電磁鋼板をプレス成形して造ったＴ字状のステータ鋼板２１を軸線方向に積層してステータピース２２となし、個々のステータピース２２に図示せざるコイルを巻線し、これら巻線済のステータピース２２を円周方向等間隔に配列してステータコアとなし、ステータコアを全体的に樹脂でモールドすることにより一体化して構成する。
なお、前記したステータ取り付けボルト９，１０は、隣り合うステータピース２２間に存在する上記モールド用の樹脂部に貫通してステータ１の前記した支持に供する。
【００２０】
インナーロータ２は図１および図２に示すごとく、電磁鋼板などをプレス成形して造った円環状板材２３のロータ軸線方向への積層になる積層コア２４を具え、この積層コア２４に図２のごとくロータ軸線方向に貫通する永久磁石挿置孔２５を設ける。
そしてこの孔２５内に永久磁石２６を挿入して、当該永久磁石２６をインナーロータ２の積層コア２４に対しロータ軸線方向へ挿置し、永久磁石２６を弾性舌片２３ａにより永久磁石２６の横断面形状長辺方向に付勢する。
【００２１】
アウターロータ３も図１および図２に示すごとく、電磁鋼板などをプレス成形して造った円環状板材２７のロータ軸線方向への積層になる積層コア２８を具え、この積層コア２８にロータ軸線方向へ貫通する永久磁石挿置孔２９を設ける。この孔２９内に永久磁石３０を挿入して、当該永久磁石３０をアウターロータ３の積層コア２８に対しロータ軸線方向へ挿置し、永久磁石３０をアウターロータ回転方向に両側における弾性舌片２７ａにより永久磁石３０の横断面形状長辺方向に付勢する。
【００２２】
本実施形態においては前記した本発明の着想を特に、アウターロータ３の積層コア２８に対して適用し、当該積層コア２８を構成する多数の板材２７間を以下のようにしてかしめる。
つまり、各板材２７にロータ軸線方向に整列させて、且つ同じ方向に指向させて形成した凹凸３２の嵌合により積層板材２７間を相互に結合するようかしめるが、凹凸３２をアウターロータ軸線方向に見て、図７の凹凸５５とは９０度だけ回転位置が異なるように配置し、アウターロータ軸線方向に見て凹凸３２の長辺がアウターロータ３の径方向に延在するような回転位置とする。
【００２３】
これがため板材２７に形成する凹凸３２は、図２および図３のIV-IV線およびV-V線上での断面として示す図４および図５に示すような形状となり、アウターロータの伝達トルクに対して十分な強度を持った結合構造になる。
つまり、アウターロータ回転中において板材２７は図４に矢αで示す方向にトルクの伝達を行うが、同トルク伝達方向における凹凸３２の嵌合部の段差面３３がトルク伝達方向αに対しほぼ直角をなすようなかしめ構造となるため、トルク伝達によっても板材２７が相互に離間される方向の分力を受けることがなく、板材２７が相互に分離する虞はない。
【００２４】
なお、トルク伝達方向に対し直角をなす方向における凹凸３２の断面形状は図５に示すように両側遷移部３４が傾斜しているが、図５の左右方向へのトルク伝達はないから、当該傾斜遷移部３４の傾斜方向への分力が発生することはなく、傾斜遷移部３４に沿い板材２７が相互に離間されて分離する虞はない。
【００２５】
かようにアウターロータ３の積層コア２８を成す板材２７が相互に分離されることがない場合、これら積層板材２７をアウターロータ軸線方向（図１の左右方向）に分離しないよう拘束する必要がなく、従って、図１に示す前記エンドプレート１６，１７間をアウターロータ軸線方向に結合するアウターシェル（図６のアウターシェル５９のようなもの）が不要である。
従って、当該シェルが必要であったために生じていた前記の問題をことごとく解消することができ、ロータ慣性質量の増大を回避し得ると共にロータの回転バランスが取りにくくなることもない。
【００２６】
このため図１に示すように、アウターロータ３の両端面側にあってその軸受支持やトルク伝達のためのエンドプレート１６，１７はそれぞれ、積層コア２８の対応端における板材２７の凹凸３２に、これらエンドプレート１６，１７が積層コア２８と一体となって回転するように係合させ、これらエンドプレート１６，１７を、ベアリング１８のアウターレースに係着したスナップリング３５およびベアリング１９のインナーレースとの係合により、相互に遠ざかる方向へ変位不要に抑止し、これによりエンドプレート１６，１７間にアウターロータ３の積層コア２８をロータ軸線方向に挟んで支持する。
【００２７】
また上記した本実施の形態におけるように、アウターロータ３のトルク伝達方向α（図４参照）を横切る方向における前記凹凸（３２）嵌合部の段差面３３がトルク伝達方向αに対してほぼ直角となるようなかしめ構造とする場合、かしめ構造の凹凸（３２）嵌合部を形状変更、更に詳しくはアウターロータ軸線に見たかしめ構造の向きを図７に示す従来の凹凸（５５）嵌合部の向きから９０度変更するのみで安価に所期の目的を達成することができる。
【００２８】
更に本実施の形態によれば、アウターロータ３の積層コア２８をロータ軸線方向両端面に突き合わせたエンドプレート１６，１７間に挟んで支持すると共に回転自在に支承し、一方のエンドプレート１７をアウターロータ軸１３に結合したから、
両端エンドプレート１６，１７間を結合するシェルをロータの周囲に設けないでも、積層コア２８を回転自在に支持すると共にロータ軸１３に結合する構成を提供することができて、前記の作用効果を確実なものにし得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施の形態になるロータ構造を具えた複合電流多層モータの半部縦断側面図である。
【図２】  同複合電流多層モータを軸線方向に見て示す、その四半部縦断正面図である。
【図３】  同複合電流多層モータにおけるアウターロータの概略斜視図である。
【図４】  図３のIV-IV線上でアウターロータ積層コアのかしめ部を断面として示す詳細断面図である。
【図５】  図３のV-V線上でアウターロータ積層コアのかしめ部を断面として示す詳細断面図である。
【図６】  従来の回転電動機の概略説明図である。
【図７】  同回転電機におけるロータ構造を示す概略斜視図である。
【図８】  図７のVIII-VIII線上でロータ積層コアのかしめ部を断面として示す詳細断面図である。
【図９】  図７のIX-IX線上でロータ積層コアのかしめ部を断面として示す詳細断面図である。
【符号の説明】
１  ステータ
２  インナーロータ
３  アウターロータ
４  ハウジング
６  ベアリングホルダー
７  アダプター
８  アダプター
９  アウター側貫通ボルト
10  インナー側貫通ボルト
11  インナーロータ軸
12  ベアリング
13  アウターロータ軸
14  ベアリング
15  ベアリング
16  エンドプレート
17  エンドプレート
18  ベアリング
21  ステータ鋼板
22  ステータピース
23  円環状板材
24  積層コア
25  永久磁石挿置孔
26  永久磁石
27  円環状板材
28  積層コア
29  永久磁石挿置孔
30  永久磁石
32  凹凸（かしめ部）
33  段差面
34  傾斜遷移部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003664145.tif 000008
【図８】
0003664145.tif 000009
【図９】
0003664145.tif 000010