(57)【要約】【課題】複数の電磁鋼板を積層してなるロータコアの積層状態をより確実に保持する。【解決手段】複数の電磁鋼板３を積層して構成されるロータコア５は、中心部にロータ軸固定孔５ａを備え、外周側の磁石収容孔５ｂに永久磁石７を嵌入固定する。磁石収容孔５ｂにおける永久磁石７の両端にはワイヤ挿入部５ｂｗが開口部として形成される。円周方向の互いに隣接する位置にある磁石収容孔５ｂ相互間のより近傍位置にある２つのワイヤ挿入部５ｂｗには、ワイヤ９を、ロータコア５の一方の面から他方の面にわたって挿通し、挿通したワイヤ９の両端相互を溶接により結合して固定する。このワイヤ９によって複数の積層した電磁鋼板３を強固に固定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電磁鋼板が積層され、該電磁鋼板の積層方向に貫通する複数の開口部を有するロータコアと、
前記ロータコアの複数の開口部相互間を挿通して前記複数の電磁鋼板を固定する可撓性の線状部材と、
を備えることを特徴とする回転電機の回転子。
【請求項２】
前記可撓性の線状部材を挿通する複数の開口部のうち少なくとも一つは、前記ロータコアの外周側に位置していることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の回転子。
【請求項３】
前記可撓性の線状部材を挿通する開口部は、前記ロータコアの外周側に位置するものと、前記ロータコアの内周側に位置するものと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の回転子。
【請求項４】
前記積層された複数の電磁鋼板は、積層方向に予め荷重が付与された状態で、前記可撓性の線状部材により固定されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の回転電機の回転子。
【請求項５】
前記可撓性の線状部材が挿通された開口部内及び、前記ロータコアの軸方向両端に位置する前記可撓性の線状部材の周囲に、樹脂材が設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の回転電機の回転子。
【請求項６】
前記可撓性の線状部材を金属製として、該金属製の線状部材の両端部同士が溶接により結合されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の回転電機の回転子。
【請求項７】
前記可撓性の線状部材を非金属製として、該非金属製の線状部材の両端部同士が結ばれることで結合されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の回転電機の回転子。
【請求項８】
前記複数の開口部は、前記ロータコアに形成された、磁石を収容する磁石収容孔と軽量化のために設けられた孔との少なくともいずれか一方を含むことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の回転電機の回転子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電磁鋼板が積層されたロータコアを有する回転電機の回転子に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の電磁鋼板を積層して構成したロータコアを有する回転電機の回転子としては、例えば下記特許文献１に記載されたものが開示されている。この回転子は、ロータコアを軸方向に貫通する永久磁石の収容孔内に充填された磁石固定用の樹脂部と、ロータコアの軸方向両端面に位置するロータコア挟持用の樹脂部とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１４２０３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記した従来の回転子は、回転時、特に高速回転時での遠心力により樹脂部に応力が集中して亀裂が発生するなどして樹脂部が破損し、樹脂部によるロータコア（複数の積層鋼板）の軸方向両端面を抑える機能が損なわれる恐れがある。その結果、回転時の遠心力によって、積層されている電磁鋼板がずれてしまい、ロータコアの積層状態を保持することが困難となる。
【０００５】
そこで、本発明は、ロータコアの積層状態をより確実に保持できるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、複数の電磁鋼板の積層方向に貫通する複数の開口部を有するロータコアと、複数の開口部相互間を挿通して複数の電磁鋼板を固定する可撓性の線状部材と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、複数の積層された電磁鋼板を、積層方向に貫通する開口部を挿通する可撓性の線状部材によって固定しているので、回転時に遠心力が発生したとしても複数の積層された電磁鋼板のずれを抑えることでロータコアの積層状態を保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態に係わるモータのロータを示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図２】図１のロータの製造工程を（ａ）、（ｂ）の順に示す作用説明図で、（ａ）はロータコアの磁石収容孔に永久磁石を嵌入固定した状態を示し、（ｂ）は（ａ）の磁石収容孔の周方向両端に形成されるワイヤ挿入部にワイヤを挿通した状態を示す。
【図３】ロータコアに対し電磁鋼板の積層方向に予め荷重を付与する過程を示す作用説明図で、（ａ）はロータコアを台座に載置した状態、（ｂ）は（ａ）のロータコアに荷重付与部材を押し付けて荷重を付与している状態、（ｃ）は（ｂ）に対し荷重付与部材による荷重付与を開放した状態、をそれぞれ示す。
【図４】ロータコアにワイヤを挿通した状態を示す平面図で、（ａ）は図１に対応する第１の実施形態、（ｂ）は第２の実施形態、（ｃ）第３の実施形態を示す。
【図５】（ａ）は第４の実施形態によるロータコアの平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】第５の実施形態による非金属製のワイヤの両端部同士を結んだ構成を示す、図１（ｂ）に対応する断面図である。
【図７】ワイヤを挿通する開口部のロータコアにおける位置の違いを各種示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１０】
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係わる回転電機として例えばモータの回転子となるロータ１を示している。このロータ１は、円板形状の複数の電磁鋼板３をロータ１の軸方向（図１中で上下方向）に積層して形成したロータコア５を備えている。ロータコア５の中心部には、軸方向に向けて貫通するロータ軸固定孔５ａを形成してあり、このロータ軸固定孔５ａに図示しないロータ軸を挿入して例えば焼き嵌めにより固定する。なお、この固定方法は、焼き嵌めに限ることはない。
【００１１】
上記したロータコア５の外周側近傍には、周方向に沿って複数（ここでは４個）の永久磁石７を埋め込んである。この永久磁石７は、ロータコア５の軸方向に沿って貫通する磁石収容孔５ｂに嵌入することで収容固定している。永久磁石７は、扁平のほぼ直方体形状であり、磁石収容孔５ｂはこの永久磁石７の形状にほぼ対応する扁平の長孔形状となっている。
【００１２】
上記扁平の長孔形状をしている磁石収容孔５ｂは、永久磁石７を嵌入する磁石嵌入部５ｂｍと、磁石嵌入部５ｂｍの長手方向（ロータコア５の周方向に対応）両端部に連続するワイヤ挿入部５ｂｗと、を含んでいる。すなわち、ワイヤ挿入部５ｂｗは、永久磁石７の側縁部にてロータコア５を軸方向に貫通している。このワイヤ挿入部５ｂｗに、後述するように可撓性の線状部材としての金属製のワイヤ９を挿通して、積層している複数の電磁鋼板３を固定する。
【００１３】
また、ワイヤ挿入部５ｂｗは、図４（ａ）に示すようにワイヤ９を挿通した状態で、永久磁石７と反対側の内面（ワイヤ９が接触する内面）が、ワイヤ９の後述する露出部９ａに対してほぼ直角となるように傾斜している。すなわち、ワイヤ挿入部５ｂｗを含む磁石収容孔５ｂは、ロータコア５の外周側が下底（長い底辺）で中心側が上底（短い底辺）となる扁平のほぼ台形状となっている。
【００１４】
具体的には、周方向に沿って互いに隣接する磁石収容孔５ｂ相互間の、互いの近傍位置にあるワイヤ挿入部５ｂｗにワイヤ９を挿通している。挿通したワイヤ９は、ロータコア５の軸方向両端部にそれぞれ露出する露出部９ａ，９ｂと、ワイヤ挿入部５ｂｗに挿入された挿入部９ｃ，９ｄと、を含み、全体として長方形状となっている。他の周方向に沿って互いに隣接する磁石収容孔５ｂ相互間の、互いの近傍位置にあるワイヤ挿入部５ｂｗにも、同様にして長方形状となるようワイヤ９を挿通している。この長方形状となるワイヤ９は、後述する図１（ｂ）に示すように、ワイヤ挿入部５ｂｗに挿入後にその両端部（端末）相互を溶接により結合する溶接固定部９ｅを有する。
【００１５】
上記した磁石収容孔５ｂの特にワイヤ挿入部５ｂｗは、ロータコア５の外周側に位置する開口部を構成している。また、中心部に位置するロータ軸固定孔５ａの周囲には、ロータコア５（ロータ１）の軽量化のために、複数（ここでは周方向等間隔に４箇所）の貫通孔５ｃを軸方向に貫通して形成している。この貫通孔５ｃは、ロータコア５の内周側に位置する開口部を構成している。すなわち、後述するが、貫通孔５ｃにもワイヤ９を挿通することで、積層している複数の電磁鋼板３を固定することが可能である。
【００１６】
次に、図１に示したロータ１の製造方法について説明する。まず、図２（ａ）に示すように、複数の電磁鋼板３を積層して構成したロータコア５の磁石収容孔５ｂに、永久磁石７を収容する。その際、永久磁石７は、磁石収容孔５ｂにおける磁石嵌入部５ｂｍに嵌入して収容固定する。これにより、永久磁石７のロータ周方向両側縁にワイヤ挿入部５ｂｗが形成される。
【００１７】
そして、図２（ｂ）に示すように、周方向に互いに隣接する磁石収容孔５ｂの、互いの近傍位置にある２つのワイヤ挿入部５ｂｗそれぞれに、ロータコア５の一方の面（図２（ｂ）で上側の面）からワイヤ９の各端部９ｆ，９ｇを挿入して反対側の面から引き出す。引き出したワイヤ９の各端部９ｆ，９ｇ側は、ロータコア５の他方の面（図２（ｂ）で下側の面）に沿わせた状態で、例えば互いに交差させるようにし、その交差部を溶接により結合固定して図１（ｂ）に示す溶接固定部９ｅを形成する。溶接による各端部９ｆ，９ｇの端末側の余った部分は切断するなどして除去する。
【００１８】
同様にして他の周方向に互いに隣接する磁石収容孔５ｂの、互いの近傍位置にある２つのワイヤ挿入部５ｂｗにもワイヤ９を挿入し、引き出した端部側を溶接により結合する。これにより、複数本（ここでは４本）のワイヤ９によって、積層している複数の電磁鋼板３を締め付けるようにして固定する。図４（ａ）は、このようにして製造したロータ１の平面図である。但し、ロータ軸は省略している。
【００１９】
ワイヤ９により複数の電磁鋼板３を固定する際には、図３の模式的な説明図に示すように積層状態の複数の電磁鋼板３を、プレス機などを利用して積層方向に予め荷重を付与した状態で行なうことが望ましい。すなわち、図３（ａ）に示すように、複数の電磁鋼板３を積層して構成したロータコア５を台座１１上に載置して、ロータコア５の上方から荷重付与部材１３を下方に移動させ、図３（ｂ）のように、荷重付与部材１３をロータコア５に押し付ける。
【００２０】
これにより、ロータコア５は、台座１１と荷重付与部材１３との間で軸方向に圧縮荷重を受け、複数の電磁鋼板３相互間がより密着した状態となる。この状態でワイヤ９を、前記したようにワイヤ挿入部５ｂｗに挿通して複数の電磁鋼板３を固定する。なお、圧縮荷重を付与する際には、台座１１及び荷重付与部材１３が、少なくとも、永久磁石７に対応する位置、ワイヤ９を通すワイヤ挿入部５ｂｗに対応する位置、及び、ワイヤ９の露出部９ａ，９ｂに対応する位置を、それぞれ避ける必要がある。
【００２１】
すなわち、本実施形態では、図１（ａ）、図４（ａ）に示す４つの磁石収容孔５ｂを円周方向に結ぶ環状領域を避けるようにして台座１１と荷重付与部材１３との間で荷重を付与する。このため、台座１１及び荷重付与部材１３は、例えば環状に形成することが考えられる。この際、上記４つの磁石収容孔５ｂを円周方向に結ぶ環状領域の内周側及び外周側の双方で荷重を付与することが可能である。
【００２２】
荷重付与後は、図３（ｃ）に示すように、荷重付与部材１３をロータコア５から離反させるべく上昇させ、荷重付与を開放する。これにより、ロータコア５は荷重付与前の状態に戻ろうとするが、ワイヤ９で固定している部位については、この戻ろうとする力によってワイヤ９に張力が発生し、この張力によって複数の電磁鋼板３相互間を強固に固定することになる。
【００２３】
このように、本実施形態によれば、複数の積層された電磁鋼板３を有するロータコア５を、積層方向に貫通する開口部であるワイヤ挿入部５ｂｗを挿通する可撓性の線状部材であるワイヤ９によって強固に固定している。これにより、ロータ１が回転するとき、特に高速回転時にロータコア５に大きな遠心力が作用しても、複数の積層された電磁鋼板３のずれを抑えて、ロータコア５の積層状態をより確実に保持することができ、信頼性の高いロータ１を得ることができる。
【００２４】
また、本実施形態では、ロータコア５の外周縁とロータ軸固定孔５ａの内周縁との間に設けてある複数の開口部相互間にワイヤ９を挿通している。このため、ワイヤ９が、ロータコア５の外周縁より外側にある図示しないステータやロータ軸固定孔５ａに嵌入されるロータ軸に接触することを回避でき、ワイヤ９の損傷や切断を抑えることができる。
【００２５】
また、本実施形態では、周囲の温度変化があっても、前記した特許文献１に記載されているような樹脂部とロータコアとの間の熱膨張差や、樹脂部と永久磁石との熱膨張差によって、樹脂部に応力が集中して亀裂が発生するなどの不具合の発生もない。さらに、樹脂部の破損によりその破片が周囲に飛散り、ステータコイルを傷つけるという不具合も解消できる。
【００２６】
また、本実施形態では、ワイヤ９を挿通する磁石収容孔５ｂのワイヤ挿入部５ｂｗは、ロータコア５の外周側に位置している。このロータコア５の外周側は、内周側に比較してロータ１の回転時に発生する遠心力が大きい。このため、当該遠心力が大きくなる外周側をワイヤ９によって固定することで、より効果的に複数の積層された電磁鋼板３のずれを抑えることができ、ロータコア５の積層状態をより一層確実に保持することができる。
【００２７】
また、本実施形態では、積層された複数の電磁鋼板３は、積層方向に予め荷重が付与された状態で、ワイヤ９により固定されている。この場合、積層された電磁鋼板３に対する圧縮荷重付与を開放したときに、ワイヤ９には張力が発生し、この張力によって複数の電磁鋼板３の固定をより効果的に実施することができる。
【００２８】
また、本実施形態では、可撓性の線状部材であるワイヤ９を金属製として、該金属製のワイヤ９の両端部同士を溶接や半田付けにより結合固定することができる。可撓性の線状部材として金属製のワイヤ９を使用する場合には、樹脂などの非金属製のものに比較して屈曲性が劣るため、緩みを抑えてワイヤ９の端末相互を結合するには、特に溶接固定や半田付けが有効である。
【００２９】
図４（ｂ）、（ｃ）に示す第２、第３の各実施形態は、図４（ａ）に示した第１の実施形態に対し、ロータコア５におけるワイヤ９の挿通位置が異なっている。図４（ｂ）の第２の実施形態は、ワイヤ９をロータコア５の外周側に位置するワイヤ挿入部５ｂｗと、このワイヤ９を挿通したワイヤ挿入部５ｂｗに対して内周側の近傍位置にある軽量化のための貫通孔５ｃに挿通している。
【００３０】
ここでは、全部で４つある磁石収容孔５ｂの各周方向両端にあるワイヤ挿入部５ｂｗとその内周側の貫通孔５ｃとにそれぞれワイヤ９を挿通するので、ワイヤ９は全部で８本となる。その際、周方向に互いに隣接する磁石収容孔５ｂにおける、周方向に互いに隣接するワイヤ挿入部５ｂｗにそれぞれ挿通するワイヤ９は、その内周側近傍位置にある共通の１つの貫通孔５ｃに挿通する。これらワイヤ挿入部５ｂｗと貫通孔５ｃとに挿通したワイヤ９は、第１の実施形態と同様に、図４（ｂ）の紙面裏側に引き出した端部同士を溶接によって結合固定する。
【００３１】
上記した第２の実施形態は、ワイヤ９を挿通する開口部が、ロータコア５の外周側に位置するもの（ワイヤ挿入部５ｂｗ）と、ロータコア５の内周側に位置するもの（貫通孔５ｃ）と、を含むことになる。この場合、特にロータコア５の外周側と内周側との間の半径方向にわたって、複数の電磁鋼板３を効率よく固定することができる。
【００３２】
また、第２の実施形態は、第１の実施形態及び後述する第３の実施形態でもいえることだが、複数の開口部が、ロータコア５に形成された、永久磁石７を収容する磁石収容孔５ｂと軽量化のために設けられた貫通孔５ｃとの少なくともいずれか一方を含んでいる。これにより、特にワイヤ９を挿通するための専用の孔（開口部）を設けることなく、複数の電磁鋼板３をワイヤ９により強固に固定することができる。
【００３３】
図４（ｃ）の第３の実施形態は、図４（ａ）の第１の実施形態と図４（ｂ）の第２の実施形態とを組み合わせたものである。これによって複数の電磁鋼板３をより強固に固定することが可能となる。
【００３４】
上記第２、第３の各実施形態において、第１の実施形態における図３のように、ワイヤ９を挿通する前に、複数の積層した電磁鋼板３に対し予め荷重を付与するようにしてもよい。この場合には、図３で使用した台座１１及び荷重付与部材１３とは形状の異なるものを使用し、これら台座１１及び荷重付与部材１３が荷重付与時に永久磁石７やワイヤ９及びワイヤ９を通す開口部（ワイヤ挿入部５ｂｗや貫通孔５ｃ）に干渉しないようにする。
【００３５】
また、上記した第１、２、３の各実施形態では、いずれもワイヤ９を挿通する開口部として、永久磁石７を嵌入固定している磁石収容孔５ｂのワイヤ挿入部５ｂｗを利用している。つまり、ワイヤ９は永久磁石７の近傍位置で電磁鋼板３を固定している。この永久磁石７の近傍位置は、永久磁石７の磁界によって軸方向端面側の電磁鋼板３が剥がれようとする力が発生するので、永久磁石７の近傍位置で電磁鋼板３を固定することで、より効率よくロータコア５の積層状態を保持することができる。
【００３６】
図５に示す第４の実施形態は、第１の実施形態に対し、ワイヤ９の外部への露出部９ａ，９ｂを覆うようにして設けた外部樹脂１５と、ワイヤ９を挿入したワイヤ挿入部５ｂｗ内に充填してワイヤ９の挿入部９ｃを固定する内部樹脂１７と、を追加している。これらの樹脂材としての外部樹脂１５及び内部樹脂１７は、ワイヤ９で固定した状態のロータコア５を、図示しない射出成形型内にセットした状態で、射出成形によりロータコア５に対して一体成形する。
【００３７】
上記第４の実施形態は、ワイヤ９が挿通された開口部（ワイヤ挿入部５ｂｗ）内及び、ロータ１の軸方向両端に位置するワイヤ９の周囲に、樹脂材が設けられていることになる。このように、ワイヤ９の周囲を外部樹脂１５及び内部樹脂１７によって固めることで、ワイヤ９のロータコア５に対する位置ずれを抑えることができる。これにより、ロータコア５の角部でワイヤ９が擦れることによるワイヤ９の破損を抑えて、ロータコア５の積層状態をより確実に維持し、より信頼性の高いロータ１とすることができる。
【００３８】
なお、外部樹脂１５は、少なくともワイヤ９の露出部９ａ，９ｂを覆う構成とすればよいが、永久磁石７の外部に露出する端面を覆って、全体としてロータコア５の外周縁に沿うような環状に形成してもよい。
【００３９】
第５の実施形態として、図６に示すように、可撓性の線状部材を非金属製の例えば樹脂製のワイヤ１９を用いてもよい。その際、ワイヤ１９はその両端部同士が結ばれて結合される結び目２１を形成する。このように、非金属製の例えば樹脂製のワイヤ１９を用いた場合には、結び目２１を形成することで、ワイヤ１９の両端末を結合するのに有効である。
【００４０】
図７は、可撓性の線状部材であるワイヤＷを挿通する開口部Ｈのロータコア５における位置の違いを各種示しており、これらワイヤＷを挿通する２つの開口部Ｈはいずれも互いの近傍位置にある。
【００４１】
図７（ａ）は、２つの開口部Ｈがロータコア５の周方向ほぼ９０度を隔てた位置に形成されている。図７（ｂ）は、２つの開口部Ｈがロータコア５の周方向ほぼ４５度を隔てた位置に形成されている。図７（ｃ）は、２つの開口部Ｈが、ロータ軸固定孔５ａとロータコア５の外周縁との間で半径方向に沿って形成されている。図７（ｄ）は、３つの開口部Ｈが、ロータ軸固定孔５ａとロータコア５の外周縁との間で半径方向と直交する方向に沿って形成され、そのうち両側２つの開口部ＨにワイヤＷを挿通し、中心部の開口部ＨにはワイヤＷを挿通していない。
【符号の説明】
【００４２】
１  ロータ（回転子）
３  電磁鋼板
５  ロータコア
５ｂｗ  ロータコアのワイヤ挿入部（ロータの外周側に位置する開口部）
５ｃ  ロータコアの軽量化のための貫通孔（ロータの内周側に位置する開口部）
９，１９  ワイヤ（可撓性の線状部材）
９ｅ  ワイヤの溶接固定部
１５  外部樹脂（樹脂材）
１７  内部樹脂（樹脂材）
２１  ワイヤの結び目
【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】
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