(57)【要約】【課題】ロータシャフトに締り嵌めにより固定されるロータコアにおいてロータコア変形量の周方向におけるアンバランスを低減する。【解決手段】外周部に複数の磁極２０を周方向に所定間隔で有し、各磁極２０には一対の永久磁石１４が径方向外側へ略Ｖ字状に広がるように配置されたロータ１０は、磁極２０の周方向中央位置を通る径方向線であるｄ軸方向線上に設けられ、ロータ１０の径方向中心部に形成されたシャフト穴１８の周縁部に周方向均等な配置で突設された少なくとも２つのキー１９と、複数の磁極２０間の周方向中央位置を通る径方向線であるｑ軸方向線上において径方向内側寄りの位置に形成された応力緩和穴２６とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周部に複数の磁極を周方向に所定間隔で有し、各磁極には一対の磁石が径方向外側へ略Ｖ字状に広がるように配置されたロータであって、
前記磁極の周方向中央位置を通る径方向線であるｄ軸方向線上において、前記ロータの径方向中心部に形成されたシャフト穴の周縁部に周方向均等な配置で突設された少なくとも２つのキーと、
前記複数の磁極間の周方向中央位置を通る径方向線であるｑ軸方向線上において径方向内側寄りの位置に形成された応力緩和穴と、を備える、
ロータ。
【請求項２】
請求項１に記載のロータにおいて、
前記応力緩和穴は、周方向に隣接する磁極間に形成されるｑ軸磁路の周方向幅と同等以上の周方向幅を有して形成されている、ロータ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のロータにおいて、
前記応力緩和穴は、前記磁極に含まれる一対の磁石のうちの一方の磁石の径方向内側面との間に前記ｑ軸磁路の周方向幅と同程度の幅を有する磁路が形成されるような形状をなしている、ロータ。
【請求項４】
請求項３に記載のロータにおいて、
前記応力緩和穴は、前記一方の磁石の径方向内側面と略平行な周縁部を有する、角部を丸めた三角形状をなしている、ロータ。
【請求項５】
外周部に複数の磁極を周方向に所定間隔で有し、各磁極には一対の磁石が径方向外側へ略Ｖ字状に広がるように配置されたロータの製造方法であって、
前記各磁極に対応する位置に形成された磁石挿入穴と、前記磁極の周方向中央位置を通る径方向線であるｄ軸方向線上に設けられ前記ロータの径方向中心部に形成されたシャフト穴の周縁部に周方向均等な配置で突設された少なくとも２つのキーと、前記複数の磁極間の周方向中央位置を通る径方向線であるｑ軸方向線上において径方向内側寄りの位置に形成された応力緩和穴とを有するロータコアを準備し、
前記ロータコアの磁石挿入穴に磁石を挿入して固定し、
前記磁石が固定されたロータコアのシャフト穴に、前記キーが嵌合するキー溝を有するロータシャフトを締り嵌めにより挿入固定する、
ロータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石を有する回転電機用ロータとその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、外周部に複数の磁極を周方向に所定間隔で有し、各磁極に一対の永久磁石が径方向外側へ略Ｖ字状に広がるように配置された回転電機用ロータが知られている。例えば、特許文献１には、固定子と回転子を備える回転電機において、回転子は、回転子鉄心の外周部に設けられ、外周に向かうほど対向距離が大きくなる略長方形状の一対の磁石挿入穴部と、これら一対の磁石挿入穴部に挿入固定された永久磁石と、回転子鉄心に一対の永久磁石間に位置して設けられた孔部と、固定子鉄心に設けられ、磁路への影響が少なく且つ遠心力による応力限界により決定されたエリアに位置する空洞部とを備えた構成が記載されている。そして、この構成によれば、空洞部の形成による回転子の軽量化と、空洞部内に冷却油を流通させることによる冷却性能の向上を図れると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１８４９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１では、回転子鉄心において、軽量化及び冷却性能を向上させるための空洞部を、周方向に隣接する磁極間に対応する位置に形成することが記載されている。また、シャフトが固定されることになる回転子鉄心のシャフト穴の周縁部には、シャフトのキー溝に嵌合する２つのキーが径方向に対向して突設されている。これらのキーの形成位置は、周方向に関して上記空洞部と整合した位置とされている。
【０００５】
上記特許文献１に記載の回転子をシャフトの周囲に締り嵌め（または焼き嵌め）によって固定する場合、回転子鉄心のシャフト穴の周縁部にシャフト締め付けによる反力が入力され、その結果、回転子鉄心の内周領域に応力が発生する。このような応力が回転子鉄心の内周領域において周方向に不均一になると、回転子鉄心の変形が周方向全体でアンバランスとなって回転電機のトルク出力の低下につながる可能性がある。また、このようなロータコアの変形量が不均一にならないようにシャフト穴のキー形成位置を適切に設定することが好ましい。
【０００６】
本発明の目的は、シャフトに締り嵌めにより固定されるロータコアにおいて、応力緩和穴およびキーを適切に配置形成することで、ロータ変形量の周方向におけるアンバランスを低減することができるロータ及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るロータは、外周部に複数の磁極を周方向に所定間隔で有し、各磁極には一対の磁石が径方向外側へ略Ｖ字状に広がるように配置されたロータであって、前記磁極の周方向中央位置を通る径方向線であるｄ軸方向線上において、前記ロータの径方向中心部に形成されたシャフト穴の周縁部に周方向均等な配置で突設された少なくとも２つのキーと、前記複数の磁極間の周方向中央位置を通る径方向線であるｑ軸方向線上において径方向内側寄りの位置に形成された応力緩和穴と、を備える。
【０００８】
本発明に係るロータにおいて、前記応力緩和穴は、周方向に隣接する磁極間に形成されるｑ軸磁路の周方向幅と同等以上の周方向幅を有して形成されてもよい。
【０００９】
また、本発明に係るロータにおいて、前記応力緩和穴は、前記磁極に含まれる一対の磁石のうちの一方の磁石の径方向内側面との間に前記ｑ軸磁路の周方向幅と同程度の幅を有する磁路が形成されるような形状をなしていてもよい。この場合、前記応力緩和穴は、前記一方の磁石の径方向内側面と略平行な周縁部を有する、角部を丸めた三角形状をなしていてもよい。
【００１０】
本発明の別の態様であるロータの製造方法は、外周部に複数の磁極を周方向に所定間隔で有し、各磁極には一対の磁石が径方向外側へ略Ｖ字状に広がるように配置されたロータの製造方法であって、前記各磁極に対応する位置に形成された磁石挿入穴と、前記磁極の周方向中央位置を通る径方向線であるｄ軸方向線上に設けられ前記ロータの径方向中心部に形成されたシャフト穴の周縁部に周方向均等な配置で突設された少なくとも２つのキーと、前記複数の磁極間の周方向中央位置を通る径方向線であるｑ軸方向線上において径方向内側寄りの位置に形成された応力緩和穴とを有するロータコアを準備し、前記ロータコアの磁石挿入穴に磁石を挿入して固定し、前記磁石が固定されたロータコアのシャフト穴に、前記キーが嵌合するキー溝を有するロータシャフトを締り嵌めにより挿入固定することを含む。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るロータ及びその製造方法によれば、シャフトに締り嵌めで固定する際にロータの内周領域に発生する応力を磁極間の内周寄り位置に形成した応力緩和穴によって吸収緩和することができ、ロータコアの変形を抑えることができる。また、キーが突設された位置に対応するロータコアの内周領域の剛性が高くなることで締り嵌めによって生じる入力に対して変形しにくくなる。これらによって、ロータコアの内周領域において、締り嵌めによる入力に対する変形量が周方向で不均衡になるのを低減できる。その結果、回転電機のトルク出力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態であるロータの軸方向から見た端面図である。
【図２】図１におけるロータの周方向の一部を拡大して示す図である。
【図３】ロータの製造方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明に係る実施形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。また、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて用いることは当初から想定されている。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態であるロータ１０を軸方向から見た状態で示す端面図である。図１中には、ｄ軸方向線およびｑ軸方向線がそれぞれ一点鎖線で示されている。ロータ１０は、円環状の打ち抜き加工された多数の電磁鋼板を軸方向に積層して構成される円筒状のロータコア１２と、ロータコア１２の外周面近傍に埋設された永久磁石１４とを備える。
【００１５】
本実施形態のロータ１０は、周方向に均等な間隔をおいて例えば８つの磁極２０を備えている。各磁極２０には、一対の永久磁石１４が配置されている。一対の永久磁石１４は、ロータ１０の径方向外側へ向かって広がるように略Ｖ字状に配置されている。一対の永久磁石１４は、ロータコア１２に貫通形成された磁石挿入穴１６内に挿入されて、例えば樹脂等によって固定されている。また、各永久磁石１４は、長方形状の軸方端面を有するとともに、ロータコア１２と略同じ軸方向長さ有している。
【００１６】
ロータコア１２の径方向中心部には、略円形のシャフト穴１８が軸方向に貫通形成されている。シャフト穴１８の周縁部には、２つのキー１９が周方向に均等な配置で突設されている。より具体的には、本実施形態では、２つのキー１９はシャフト穴１８の周縁部において径方向に対向して突設されている。また、ロータ１０の周方向に関して各磁極２０間に対応し且つロータコア１２の内周寄りの位置には、応力緩和穴２６が形成されている。本実施形態では、磁極２０の数に対応して例えば８つの応力緩和穴２６が形成されている。
【００１７】
ロータコア１２のシャフト穴１８には、中空状のロータシャフト２２が挿入固定されている。ロータシャフト２２の外周面には、キー溝２４が軸方向に延伸して形成されている。本実施形態では、ロータコア１２のキー１９に対応して、２本のキー溝２４が径方向に対向する位置に形成されている。
【００１８】
ロータ１０がロータシャフト２２に締り嵌めにより組み付けられるとき、ロータコア１２のキー１９とロータシャフト２２のキー溝２４とが嵌合した状態で固定される。このようなキー嵌合によって連結されることで、ロータ１０の周方向位置が確実に決められた状態でロータシャフト２２に対して強固に固定することができる。
【００１９】
なお、中空状のロータシャフト２２の内部に冷却油等の冷却媒体を流通させて、ロータ１０を構成するロータコア１２および永久磁石１４を冷却するようにしてもよい。
【００２０】
図２は、図１におけるロータ１０の周方向の一部を拡大して示す図である。図２では、ｄ軸方向線およびｑ軸方向線がそれぞれ一点鎖線で示されているが、ロータシャフト２２の図示が省略されている。図２を参照すると、シャフト穴１８の周縁部に突設されたキー１９は、ロータ１０の磁極２０の周方向中央位置を通る径方向線であるｄ軸方向線上に設けられている。ｄ軸方向線は、磁極２０に含まれる一対の永久磁石１４を収納する磁石挿入穴１６，１６間に形成されるブリッジ部１５の中心を通って径方向に延びる直線であり、一対の永久磁石１４はｄ軸方向線の両側に対称配置されている。また、キー１９は、略矩形状に突出した形状をなし、ｄ軸方向線がキー１９の周方向中心位置を通るように配置されている。
【００２１】
このようなキー１９がｄ軸方向線上に設けられていることで、キー１９の形成された位置に対応する磁極２０の内周領域におけるロータコア１２の剛性が高くなる。その結果、ロータコア１２が締り嵌めによって固定されたとき、ロータシャフト２２から作用する入力に対してロータコア１２の内周領域が変形しにくくなる効果がある。このことは、径方向に対向するもう１つのキー１９が形成されている箇所についても同様である。
【００２２】
なお、本実施形態では、キー１９をシャフト穴１８の内周面に径方向に対向して２つ設ける例について説明するが、これに限定されるものではなく、キー１９をｄ軸方向線上で且つ周方向に均等な配置で突設されていれば４つのキー１９が設けられてもよいし、あるいは、全ての磁極２０に対応して８つのキー１９が設けられてもよい。
【００２３】
上述したように、応力緩和穴２６は、ロータ１０の周方向に関して各磁極２０間に対応し且つロータコア１２の内周寄りの位置には、応力緩和穴２６が形成されている。これにより、ロータコア１２をロータシャフト２２に締り嵌めで固定する際に、ロータコア１２の内周領域に発生する応力を磁極２０間の内周寄り位置に形成した応力緩和穴２６によって吸収緩和することができ、ロータコア１２の変形を抑えることができる。
【００２４】
本実施形態では応力緩和穴２６は、角部を丸めた三角形状に形成されている。ただし、応力緩和穴２６は、三角形以外の形状（例えば、正五角形等）であってもよい。また、応力緩和穴２６は、磁極２０間の周方向中央位置を通る径方向線であるｑ軸方向線を中心線として対称に配置されている。
【００２５】
応力緩和穴２６の周方向幅は、周方向に隣接する磁極２０間に形成されるｑ軸磁路２８の周方向幅Ｗ１と同等以上の幅を有する穴として形成されるのが好ましい。このような大きさに形成することで、応力緩和穴２６によるロータコア１２の軽量化に寄与することができる。
【００２６】
また、三角形状をなす応力緩和穴２６は、隣接する磁極２０にそれぞれ含まれる一対の永久磁石１４，１４のうちの各一方の永久磁石１４の径方向内側面と略平行な周縁部を有しており、これらの周縁部と永久磁石１４との間に磁路３０が形成されている。この磁路３０の幅Ｗ２は、上記ｑ軸磁路２８の周方向幅Ｗ１と同程度の幅を有して形成されるのが好ましい。これにより、ｑ軸磁路２８を介してロータ１０に出入りする磁束を、磁路３０において飽和させることなく、円滑に流すことができる。
【００２７】
さらに、本実施形態では、一対の永久磁石１４が挿入されている磁石挿入穴１６の内周側縁部の径方向位置と応力緩和穴２６の内周側縁部の径方向位置とがほぼ揃うように形成されている。これにより、径方向外側へ向かって略Ｖ字状に広がって形成される一対の磁石挿入穴１６の内周側部分もまた、ロータコア１２の締り嵌め時における応力緩和穴として機能するように構成できる。
【００２８】
次に、上記の構成からなるロータ１０の製造および作用について説明する。図３は、本実施形態のロータの製造方法を示すフローチャートである。
【００２９】
図３に示すように、ステップＳ１０において、ロータコア１２を準備する。ロータコア１２には、上述したようにシャフト穴１８、磁石挿入穴１６、キー１９、および、応力緩和穴２６が予め形成されている。
【００３０】
続いて、ステップＳ１２において、ロータコア１２の磁石挿入穴１６に永久磁石１４を挿入して、樹脂等によって固定する。
【００３１】
そして、永久磁石１４を含むロータコア１２を締り嵌めによってロータシャフト２２に固定する。この際、ロータコア１２を一旦加熱して膨張させることによりシャフト穴１８を拡径させ、この状態でロータシャフト２２をキー溝２４にキー１９が嵌合するよう位置合わせしてシャフト穴１８に挿入する。その後、ロータコア１２が冷却されることによりシャフト穴１８が縮径し、シャフト穴１８の周縁部がロータシャフト２２の外周面に締め付けられた状態となる。これにより、ロータコア１２がロータシャフト２２に固定され、ロータ１０の組み付けが完了する。
【００３２】
このようにロータコア１２が締り嵌めによってロータシャフト２２に固定されるとき、図２に示すように、シャフト穴１８の周縁部には締め付け力の反力に相当する入力Ｆが作用し、その結果、ロータコア１２の内周領域に応力および変形が生じることになる。
【００３３】
これに関し、本実施形態では、ロータの内周領域に発生する応力を磁極２０間の内周寄り位置に形成した応力緩和穴２６によって吸収緩和することができ、ロータコア１２の変形を抑えることができる。また、磁石挿入穴１６も応力緩和穴として機能することで、磁極２０の周方向中央位置における内周領域での変形も抑えられる。さらに、キー１９が突設された位置に対応するロータコア１２の内周領域の剛性が高くなることで締り嵌めによって生じる入力Ｆに対して変形しにくくなっている。したがって、これらのことからロータコア１２の内周領域において、締り嵌めによる入力Ｆに対する変形量が周方向で不均衡になるのを低減することできる。その結果、回転電機のトルク出力を向上させることができる。
【００３４】
なお、本発明に係るロータは、上述した実施形態およびその変形例の構成に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項およびその均等物な範囲内で種々の改良や変更が可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００３５】
１０  ロータ、１２  ロータコア、１４  永久磁石、１５  ブリッジ部、１６  磁石挿入穴、１８  シャフト穴、１９  キー、２０  磁極、２２  ロータシャフト、２４  キー溝、２６  応力緩和穴、２８  ｑ軸磁路、３０  磁路、Ｆ  入力、Ｗ１  （ｑ軸磁路２８の）周方向幅、Ｗ２  （磁路３０の）幅。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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