(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸心に沿って配設されるシャフトと、
該シャフトの外周側に固定されるヨークと、
該ヨークに配設される永久磁石と、
該永久磁石の軸方向端部に隣接して配置され、該永久磁石の軸方向への移動を規制する端面板と、
前記シャフトの円筒状の外周面に圧入されて該端面板を固定する、円環状の内周面を有した固定部材を備え、
前記固定部材は、前記シャフトの線膨張係数と略同一のものからなり、
前記端面板は、前記シャフトより線膨張係数の大きい非磁性体により形成されることを特徴とするロータ。
【請求項２】
前記固定部材は、シームレス鋼管を切断することにより製作されることを特徴とする請求項１に記載のロータ。
【請求項３】
前記固定部材の内周部両側を面取り加工していることを特徴とする請求項１または２に記載のロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はロータに永久磁石を配設してなる永久磁石式のロータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ロータヨークの内部に磁石を配設してなる永久磁石式のＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ）ロータが知られている。
この種のロータとしては、磁石の軸方向への移動を規制するための、磁石抜け防止用板を備えるものがある。
【０００３】
例えば、非特許文献１には、ロータの磁石抜け防止板を焼結材で製作する技術が開示されている。この磁石抜け防止板において、磁石との接触部には、青銅系焼結材料（非磁性材料）を用いて磁束の漏洩を防止している。一方、基盤となる部分には、コスト的に有利な鉄系焼結材料（磁性材料）を用いている。
【非特許文献１】TOYOTA Technical Review Vol.52 No.2 Dec.2002
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の技術のように、磁石抜け防止板を焼結で製作すると、ロータ径に見合ったプレス成型機が必要となるため、径の大きいロータに使用される磁石抜け防止板の製作が困難であるという問題がある。従って、磁石抜け防止板が用いられるロータ径の大きさも制限されてしまい、大トルクを要するときに高い駆動電流が必要となってしまうという不具合がある。
【０００５】
また、焼結時および熱処理時に熱応力歪みによる反りやうねりが発生するため、薄肉成型が困難である。従って、機械加工レスで焼結のみで磁石抜け防止板を使用する場合には、肉厚を厚くせざるを得ず、重量が増大してしまうという問題がある。これに対し、焼結後に機械加工して薄肉品を製作することも考えられるが、製造工程が増加してしまい生産効率が低下するという問題がある。
【０００６】
従って、本発明は、磁束の漏洩を防止しつつ、ロータ径の大型化が可能となり、軽量化を図ることができるロータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に係る発明は、軸心に沿って配設されるシャフト（例えば、実施の形態におけるロータシャフト３）と、該シャフトの外周側に固定されるヨーク（例えば、実施の形態におけるロータヨーク４）と、該ヨークに配設される永久磁石（例えば、実施の形態における永久磁石６）と、該永久磁石の軸方向端部に隣接して配置され、該永久磁石の軸方向への移動を規制する端面板（例えば、実施の形態における端面板７，７）と、前記シャフトの円筒状の外周面に圧入されて該端面板を固定する、円環状の内周面を有した固定部材（例えば、実施の形態におけるカラー８）を備え、前記固定部材は、前記シャフトの線膨張係数と略同一のものからなり、前記端面板は、前記シャフトより線膨張係数の大きい非磁性体により形成されることを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、前記端面板と前記固定部材とを個別に製作することができるので、それぞれの部材に適した材質のものを用いることができる。従って、焼結処理を行うことなく、前記端面板と前記固定部材とを製作できるので、前記端面板やこれを用いるヨークの径を増大させることができる。加えて、前記端面板や前記固定部材の肉厚を、要求される精度を維持しつつ薄くすることができるので、軽量化を図ることが可能となる。
【０００９】
また、前記固定部材を前記シャフトの線膨張係数と略同一のものとすることにより、前記端面板に前記シャフトよりも線膨張係数の大きいものを用いる場合であっても、前記固定部材を前記シャフトに圧入することにより、前記端面板の固定を行うことができる。
ここで、前記端面板には、前記永久磁石の磁束漏洩防止の点で、非磁性材（ＳＵＳ３０４、Ａｌ、Ｃｕ）を用いることが好ましい。また、前記固定部材や前記シャフトには、鉄系のものを用いることが好ましい。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のものであって、前記固定部材は、シームレス鋼管（例えば、実施の形態におけるシームレス鋼管１６）を切断することにより製作されることを特徴とする。
この発明によれば、前記シームレス鋼管の一方の端面側をチャッキングした状態で順次切断処理を行うことにより、前記固定部材を複数枚連続的に製造することができるため、生産効率を高めることができる。また、前記シャフトの外周側に前記固定部材を圧入する場合には、前記固定部材は略円環状に形成されるため、平板状の部材をプレス成形する場合に比べて歩留まりを大幅に向上することができる。加えて、前記固定部材を溶接継ぎ目の無いシームレス鋼管を切断して製作することで、安定した強度を確保できる。
ここで、前記端面板はプレス成形することが好ましい。前記端面板を前記固定部材で圧入固定することにより、前記端面板を薄肉化することができ、軽量化できる。
【００１１】
請求項３に係る発明は、前記固定部材の内周部両側を面取り加工していることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、どちらの方向からでも固定部材の組みつけを行うことができるため、組立性が向上する。
【００１３】
第４発明は、軸心に沿って配設されるシャフトと、該シャフトの外周側に固定されるヨークと、該ヨークに配設される永久磁石と、該永久磁石の軸方向への移動を規制する端面板とを備えるロータにおいて、前記端面板は、前記永久磁石を挟んで両側に配置される一対のうち、少なくとも一方（例えば、実施の形態における端面板９）を、前記シャフトと略同一の線膨張係数を有する非磁性体により形成することを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、前記少なくとも一方の端面板を前記非磁性体により形成することで、この端面板からの前記永久磁石の磁束漏洩を防止することができる。そして、前記一対の端面板により前記永久磁石を保持することができる。また、前記少なくとも一方の端面板を前記シャフトと略同一の線膨張係数とすることで、前記少なくとも一方の端面板と前記シャフトとの固定状態を温度変化に依らずに維持することができるので、前記少なくとも一方の端面板により前記永久磁石の軸方向への移動を確実に規制することができる。
【００１５】
第５発明は、前記少なくとも一方の端面板は、鉄系合金に、ニッケルとクロムとを所定量含有する材料で形成されることを特徴とする。
この発明によれば、非磁性材料である鉄系合金に、前記ニッケルとクロムとを所定量含有する材料で形成することにより、前記少なくとも一方の端面板を非磁性に維持しつつその強度を向上することができる。
【００１６】
第６発明は、前記少なくとも一方の端面板は、２０〜３０重量％のニッケルと、１５〜３０重量％のクロムとを含有することを特徴とする。
この発明によれば、前記少なくとも一方の端面板を非磁性に維持しつつ、前記永久磁石の軸方向への移動を規制するために必要十分な強度を確保することができる。
【００１７】
第７発明は、前記少なくとも一方の端面板は、０．５〜５重量％のアルミニウムをさらに含有することを特徴とする。
この発明によれば、０．５〜５重量％のアルミニウムをさらに含有することで、前記少なくとも一方の端面板の電気抵抗を増加させることができ、ロータに生じる渦電流を抑制することができるので、ロータの効率を向上することができる。さらに、耐食性を向上できる。
【００１８】
第８発明は、前記少なくとも一方の端面板は、粉末冶金製法により製造されることを特徴とする。
この発明によれば、前記少なくとも一方の端面板を、粉末冶金製法の特性を活かして製造することで、強度や設計上の要望に応じて高い精度で製造することができる。
【００１９】
第９発明は、前記少なくとも一方の端面板は、軸心方向に突出する凸部を内周側に備え、該凸部をかしめることで前記シャフトに固定されることを特徴とする。
この発明によれば、前記凸部をかしめることにより前記少なくとも一方の端面板が前記シャフトに固定されるので、固定部材を別途設ける必要がなく、部品点数を低減できるとともにさらなる軽量化を図ることが可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１に係る発明によれば、前記端面板やこれを用いるヨークの径を増大させることができるので、ロータを大型化することができるとともに、軽量化を図ることが可能となる。また、前記端面板に線膨張係数の大きい非磁性材料を用いる場合であっても、前記固定部材によって前記端面板の固定を行うことができる。
【００２１】
請求項２に係る発明によれば、請求項１に係る発明の効果に加えて、生産効率を高めることができるとともに、歩留まりを大幅に向上することができ、安定した強度を確保できる。
請求項３に係る発明によれば、どちらの方向からでも固定部材の組みつけを行うことができるため、組立性が向上する。
【００２２】
第４発明によれば、前記少なくとも一方の端面板を端面板からの前記永久磁石の磁束漏洩を防止することができ、前記一対の端面板により前記永久磁石を保持することができる。また、前記少なくとも一方の端面板により前記永久磁石の軸方向への移動を確実に規制することができる。
【００２３】
第５発明によれば、前記少なくとも一方の端面板を非磁性に維持しつつその強度を向上することができる。
第６発明によれば、前記少なくとも一方の端面板を非磁性に維持しつつ、前記永久磁石の軸方向への移動を規制するために必要十分な強度を確保することができる。
【００２４】
第７発明によれば、前記少なくとも一方の端面板の電気抵抗を増加させることができ、ロータに生じる渦電流を抑制することができるので、ロータの効率を向上することができる。さらに、耐食性を向上できる。
第８発明によれば、強度や設計上の要望に応じて高い精度で製造することができる。
第９発明によれば、部品点数を低減できるとともにさらなる軽量化を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態におけるロータを図面と共に説明する。本実施の形態においては、ハイブリッド車両の駆動源としてエンジンとともに使用されるモータの備えるロータについて説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態における永久磁石式ロータ１の分解斜視図である。同図に示したように、ロータ１は、略円筒状のロータシャフト３と、その外周側に設けられるロータヨーク（積層コア）４と、複数の永久磁石６、一対の端面板７、７と、カラー８とを備えている。
【００２６】
ロータシャフト３は中空ドラム状をなし鋳造または鍛造により一体に成形されている。前記ロータシャフト３は、外径略円筒状に形成される本体部３ａと、本体部３ａの基端側で本体部３ａよりも拡径された拡径部３ｂとを備えている（図２参照）。
本実施の形態においては、ロータシャフト３をエンジンのクランク軸（図示せず）に連結して、エンジンやモータのトルクを伝達できるように構成されている。
【００２７】
ロータヨーク４は、複数の電磁鋼板５…５が軸方向に積層されて構成されている。各電磁鋼板５…５は、その内部に孔部を形成した略円環形状とされており、各電磁鋼板５…５をそれぞれの孔部を位置合わせして積層することで、ロータヨーク４の磁石挿入用孔１０が形成される。
【００２８】
ロータヨーク４の磁石挿入用孔１０には、断面略矩形状の永久磁石６がそれぞれ配置され、各永久磁石６により磁束を発生させる。
そして、本実施の形態においては、磁石６が挿入されたロータヨーク４の両端面に、略一対の端面板７、７が装着される。端面板７，７は略円環状に形成され、例えばオーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳなどの非磁性体で構成されている。
また、本実施の形態においては、ロータシャフト本体部３ａと略同等の径を有する円環状のカラー８を備えている。このカラー８は、端面板７、７を固定するためのものである。
【００２９】
図２は図１に示した各部材を組み付けた状態でのロータ１の断面図である。同図に示すように、ロータシャフト３の本体部３ａ外周側には、永久磁石６が挿入されたロータヨーク４と、ロータヨーク４の両端側に配置された端面板７、７とが配設される。このとき、ロータシャフト３の拡径部３ｂには、拡径部３ｂに対向する一方の端面板７が密接される。そして、ロータシャフト３の本体部３ａ先端側には、他方の端面板７に密接するようにカラー８が圧入されている。このカラー８により、端面板７、７の固定を行っている。
なお、ロータシャフト３はエンジンのクランクシャフト（図示せず）に連結されている。
【００３０】
このように構成することで、端面板７、７により、前記磁石６の軸方向の移動を規制することができるので、磁石６を位置決めされた所定の位置に安定して保持することができ、信頼性が向上する。また、これらの端面板７、７により、外部から磁石６を保護することができる。
【００３１】
そして、本実施の形態においては、前記端面板７、７とカラー８とを個別に製作することができるので、それぞれの部材７、８に適した材質のものを用いることができる。従って、焼結処理を行うことなく前記端面板７、７と、前記カラー８とを製作できるので、前記端面板７、７やこれを用いるヨーク４の径を増大させることができる。加えて、前記端面板７、７や前記カラー８の肉厚を、要求される精度を維持しつつ薄くすることができるので、軽量化を図ることが可能となる。
ここで、前記端面板７，７はプレス成形することが好ましい。前記端面板７，７を前記カラー８で圧入固定することにより、前記端面板７，７を薄肉化することができ、軽量化できる。
【００３２】
また、車両に搭載した場合には、モータの軽量化を図ることができるので、イナーシャを下げることができる。従って、アクセル踏んだときの応答性やレスポンスを向上することができ、燃費を向上することができる。
【００３３】
前記カラー８は、シームレス鋼管１６（図４参照）を切断することにより製作される。図４は図１に示したカラー８の母材となるシームレス鋼管１６の斜視図である。同図に示すように、溶接継ぎ目のないシームレス鋼管１６は、両端面を開口した円筒状に形成されている。このシームレス鋼管１６の一方の端部をチャッキングして、所定の厚さにカッターで切断することにより、図５に示すようなカラー８を製作することができる。
【００３４】
このように、シームレス鋼管１６を順次切断処理を行うことにより、前記カラー８を複数枚連続的に製造することができるため、生産効率を高めることができる。
また、前記シャフト３の外周側に前記カラー８を圧入する場合には、前記カラー８は略円環状に形成されるため、平板状の部材をプレス成形する場合に比べて歩留まりを大幅に向上することができる。加えて、前記カラー８を溶接継ぎ目の無いシームレス鋼管１６を切断して製作することで、プレス成形では打ち抜きが困難な硬い材料のものを選定することができ、安定した強度を確保できる。
【００３５】
そして、本実施の形態では、図３に示すように、カラー８の内周部両側を面取り加工して面取り部１２、１２を形成している。このように、カラー８の内周部両側を面取り加工することにより、どちらの方向からでもカラー８の組みつけを行うことができるため、組立性が向上する。
【００３６】
また、前記カラー８を前記シャフト３の線膨張係数と略同一のものとすることにより、前記端面板７，７に前記シャフト３よりも線膨張係数の大きいものを用いる場合であっても、前記カラー８を前記シャフト３に圧入することにより、前記端面板の固定を行うことができる。これについて、図６を用いて説明する。
【００３７】
図６は図１に示したロータシャフトとカラーの材料についての温度毎の熱膨張係数を示すグラフである。同図に示すように、材料としては、（i）炭素鋼、炭素モリブデン鋼、低クロム鋼、（ii）クロム含有量５〜９％の合金鋼、（iii）オーステナイト系ステンレス鋼（１８Ｃｒ８Ｎｉ）、（iv）オーステナイト系ステンレス鋼（２５Ｃｒ２０Ｎｉ）、（v）アルミニウム、が挙げられる。これらのうち、シャフトやカラーに使用可能な材料としては、強度上（i）や（ii）に示したものとなる。また、端面板に使用可能な材料としては、非磁性体である（iii）〜（v）に示すものとなる。
【００３８】
ロータシャフト３とカラー８の材料を選定する場合に、カラー８とシャフト３の線膨張係数の比率は、温度２０〜２００℃の範囲において、
式（１）：（カラー８の線膨張係数）／（シャフト３の線膨張係数）≦１．１
の関係を満たすものであることが好ましい。上述の材料の場合には、カラー８の材料に（i）のものを、シャフト３の材料に（ii）のものを用いると、カラー８とシャフト３の線膨張係数の比率は１．０７となり、好ましいものとなる。なお、強度上の条件を満たす場合には、ロータシャフト３とカラー８の材料に同一のものを用いることがより好ましい。
【００３９】
このように、カラー８には、前記シャフト３の線膨張係数と略同一のものを材料として選定することにより、前記端面板７、７に線膨張係数の大きい非磁性材料を用いる場合であっても、カラー８によって前記端面板７、７の固定を行うことができる。また、高回転時における発熱による熱伸び差を考慮せずに圧入の締め代を設定できるので、設計の自由度が上昇する。
【００４０】
次に、本発明の第２の実施の形態について、図７を用いて説明する。同図において、第１の実施の形態と同一の部材については、同一の符号を付してその説明を適宜省略する。
本実施の形態においては、永久磁石６を挟んで両側に配置される一対のうち、一方の端面板９に、軸心方向に突出する凸部１３を自身の内周側に備え、該凸部１３をかしめることで前記シャフト３に固定される点が第１の実施の形態と異なっている。このように、前記凸部１３をかしめることにより前記一方の端面板９が前記シャフト３に固定されるので、端面板７に求められる非磁性という機能と、固定部材（カラー）８に要求される、運転温度内でのシャフトの締め代を一定にするという機能を実現できる。さらに、第１の実施の形態のような固定部材（カラー８）を別途設ける必要がなく、部品点数を低減できるとともにさらなる軽量化を図ることが可能となる。
【００４１】
そして、一方の端面板９を、前記シャフト３と略同一の線膨張係数を有する非磁性体により形成することで、この端面板９からの前記永久磁石６の磁束漏洩を防止することができる。また、前記一方の端面板９を前記シャフト３と略同一の線膨張係数とすることで、前記少なくとも一方の端面板９と前記シャフト３との固定状態を温度変化に依らずに維持することができるので、前記一方の端面板９により前記永久磁石６の軸方向への移動を確実に規制することができる。ここで、一方の端面板９として、シャフト３の線膨張係数との比率が、０．９〜１．１の範囲となるものが好ましい。
【００４２】
また、前記一方の端面板９を、非磁性材料である鉄系合金及びアルミ系合金（例えば、図６（iii）〜（v）に示す材料）に、前記ニッケルとクロムとを所定量含有する材料で形成することにより、前記一方の端面板９を非磁性に維持しつつその強度を向上することができる。又、線膨張係数を一定に維持することができる。特に、２０〜３０重量％のニッケルと、１５〜３０重量％のクロムとを含有するようにすると、前記一方の端面板９を非磁性に維持しつつ、前記永久磁石６の軸方向への移動を規制するために必要十分な強度を確保することができる。
【００４３】
そして、前記一方の端面板９は、０．５〜５重量％のアルミニウムをさらに含有することで、前記一方の端面板９の電気抵抗を増加させることができ、ロータ１に生じる渦電流を抑制することができるので、ロータ１の効率を向上することができる。さらに、耐食性を向上できる。さらに、前記一方の端面板９を、粉末冶金製法の特性を活かして製造することで、強度や設計上の要望に応じて高い精度で製造することができる。
【００４４】
なお、本発明の内容は上述の実施の形態のみに限られるものでないことはもちろんである。例えば、実施の形態においては、車両に搭載されるモータのロータについて説明したが、適用対象はこれに限られない。また、第１の実施の形態では、ロータヨークの片方の端面板にカラーを設ける構成について説明したが、両方の端面板にそれぞれカラーを設けてもよい。また、第２の実施の形態では、片方の端面板に凸部を備える構成について説明したが、両方の端面板にそれぞれ凸部を備えるようにしてもよい。また、実施の形態ではＩＰＭロータに適用する場合について説明したが、ロータヨークの表面に磁石を配設するＳＰＭロータに適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるロータの分解斜視図である。
【図２】図１に示した各部材を組み付けた状態でのロータの断面図である。
【図３】図１に示したカラーの一部断面図である。
【図４】図１に示したカラーの母材となるシームレス鋼管の斜視図である。
【図５】図４に示したシームレス鋼管から製作されたカラーの斜視図である。
【図６】図１に示したロータシャフトとカラーの材料についての温度毎の熱膨張係数を示すグラフである。
【図７】本発明の第２の実施の形態におけるロータの要部断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１…ロータ
３…ロータシャフト
４…ロータヨーク
６…永久磁石
７…端面板
８…カラー（固定部材）
１６…シームレス鋼管
【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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