(57)【要約】【課題】製造コストを安価にしつつ渦電流損の発生を抑制できるシンクロナスリラクタンス型モータのロータ用エンドプレートを提供する。【解決手段】エンドプレート１６は、フラックスバリアＦＢ１−ＦＢ４が形成されているロータコア１４に組み付けられたときにロータコア１４の軸方向端面１７に接触することとなる凸部４４と軸方向端面１７に接触しないこととなる凹部４６とを備え、凸部４４は、フラックスバリアＦＢ１−ＦＢ４に沿って形成される磁束路２２−２８を横切って延伸するように形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面と逆方向に凸状に曲がった形状の少なくとも１つのフラックスバリアが周方向に複数配置されている磁性板積層体からなるロータコアに対して軸方向端面に圧接して設けられるシンクロナスリラクタンス型モータ用のエンドプレートであって、
前記ロータコアに組み付けられたときに前記ロータコアの軸方向端面に接触することとなる凸部と前記軸方向端面に接触しないこととなる凹部とを備え、前記凸部は、前記フラックスバリアに沿って形成される磁束路を横切って延伸するように形成されている、
エンドプレート。
【請求項２】
請求項１に記載のエンドプレートにおいて、
磁性材からなる鋼板または鉄板で構成され、前記凸部は前記凹部がなす平面部に対して曲げられて形成されていることを特徴とするエンドプレート。
【請求項３】
請求項１または２に記載のエンドプレートにおいて、
前記凸部は、前記エンドプレートの中心に形成されたロータシャフト挿通穴の近傍から放射状に形成されていることを特徴とするエンドプレート。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のエンドプレートにおいて、
前記ロータコアを貫通して固定されるロータシャフトに対してかしめ固定されるかしめ部を一体に有することを特徴とするエンドプレート。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のエンドプレートと、
前記エンドプレートによって軸方向両側から押さえられる磁性板積層体からなるロータコアと、
前記エンドプレートおよびロータコアの中心を貫通して固定されるロータシャフトとを備える、
シンクロナスリラクタンス型モータのロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンドプレートに係り、特に、シンクロナスリラクタンス型モータのロータに用いられるエンドプレートに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内周部にステータコイルを有する筒状のステータと、ステータ内に回転可能に配置されたロータとを備えるシンクロナスリラクタンス型モータ（以下、ＳＲ(Synchronous Reluctance)モータともいう）が知られている。
【０００３】
このＳＲモータのロータには、通常、永久磁石が含まれていない。そのため、ステータコイルに電流を流してステータ内に回転磁界が形成されると、ロータはその外周部に作用するリラクタンストルクによって回転駆動されるようになっている。
【０００４】
上記ロータは、多数の磁性鋼板を積層してなる円柱状のロータコアと、ロータコアの中心部に貫通して固定されるロータシャフトと、ロータシャフトの外周面上に配置されてロータコアを軸方向両側から挟んで設けられる２枚のエンドプレートとを備えることがある。エンドプレートは、鋼板積層体であるロータコアを軸方向両側から押さえつける機能を果たしている。この機能を十分に果たすためにエンドプレートは、ロータコアと同等の外形状、たとえば円板状に形成されるのが一般的である。
【０００５】
これまでエンドプレートは、アルミニウム、銅等の非磁性金属材料で形成されることが多かった。これは、エンドプレートには、ロータコアに対して大きな押さえ付け力を作用させるために高い剛性が求められるとともに、ステータからの電流磁束がロータコア内に入り込んで流れるときにエンドプレートへと漏れ出るのを抑制して渦電流損の発生を低減するためである。
【０００６】
これに関連する先行技術文献として、たとえば特許第３５６６７０３号公報（特許文献１）には、フラックスバリアタイプの同期リラクタンスモータの回転子において、回転軸と、円板形状からなる複数のコア鋼板が積層されて上記回転軸の外周面に一体に結合されるコア鋼板積層体と、回転軸の軸線方向に沿ってコア鋼板積層体の両側に接触して配置される一対のエンドプレートと、この一対のエンドプレートおよびコア鋼板積層体を貫通してエンドプレートおよびコア鋼板積層体を一体に結合させる複数のリベットとを含むものが記載されている。
【０００７】
また、ＳＲモータに関するものではないが、たとえば特開２００５−２５３２７５号公報（特許文献２）には、回転軸と、磁性鋼板を軸方向に積層して形成される積層鉄心と、この積層鉄心の周方向に所定の間隔で配置されるとともに、軸方向に開口して形成される複数の開口部と、これらの開口部にそれぞれ嵌挿される磁石と、積層鉄心の軸方向の両端に配置されて積層鉄心と磁石の軸方向の動きを規制するエンドプレート対とを含む電動機の回転子であって、エンドプレート対それぞれの積層鉄心と接する側の面には、接触面積を低減するためのローレット加工またはスリット加工が施されたものが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３５６６７０３号公報
【特許文献２】特開２００５−２５３２７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記特許文献１の回転子のように、一対のエンドプレートとコア鋼板積層体とを複数のリベットで一体に締結する構造では、部品数が増えることにより製造コストの増加を招くと共に組付けが煩雑になる。
【００１０】
また、上記特許文献２に記載されるエンドプレートは、積層鉄心内に永久磁石が埋設された回転子に適用されるものであるため、ＳＲモータのロータに用いられるエンドプレートではステータからロータ内に入り込んで流れる電流磁束の漏れによる渦電流損について特段の考慮がなされるべきである。
【００１１】
本発明の目的は、製造コストを安価にしつつ渦電流損の発生を抑制できる、エンドプレートおよびこれを用いたシンクロナスリラクタンス型モータのロータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係るエンドプレートは、外周面と逆方向に凸状に曲がった形状の少なくとも１つのフラックスバリアが周方向に複数配置されている磁性板積層体からなるロータコアに対して軸方向端面に圧接して設けられるシンクロナスリラクタンス型モータ用のエンドプレートであって、前記ロータコアに組み付けられたときに前記ロータコアの軸方向端面に接触することとなる凸部と前記軸方向端面に接触しないこととなる凹部とを備え、前記凸部は、前記フラックスバリアに沿って形成される磁束路を横切って延伸するように形成されているものである。
【００１３】
本発明に係るエンドプレートは、磁性材からなる鋼板または鉄板で構成され、前記凸部は前記凹部がなす平面部に対して曲げられて形成されていてもよい。
【００１４】
また、本発明に係るエンドプレートにおいて、前記凸部は、前記エンドプレートの中心に形成されたロータシャフト挿通穴の近傍から放射状に形成されていてもよい。
【００１５】
また、本発明に係るエンドプレートにおいて、前記ロータコアを貫通して固定されるロータシャフトに対してかしめ固定されるかしめ部を一体に有してもよい。
【００１６】
さらに、本発明に係るシンクロナスリラクタンス型モータのロータは、上記いずれかの構成のエンドプレートと、エンドプレートによって軸方向両側から押さえられる磁性板積層体からなるロータコアと、エンドプレートおよびロータコアの中心を貫通して固定されるロータシャフトとを備えるものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るエンドプレート及びこれを用いたＳＲモータのロータによれば、マルチフラックスバリアタイプのロータコアに組み付けられたときにロータコアの軸方向端面に接触することとなる凸部と、ロータコアの軸方向端面に接触しないこととなる凹部とを備えており、上記凸部がフラックスバリア群の各フラックスバリア間に形成される磁束路を横切って延伸するように形成されていることから、ステータからロータコアに入り込んで上記磁束路を流れる磁束がエンドプレートの凸部を介して径方向（またはｄ軸方向）へ漏れ出るのを抑制できる。したがって、エンドプレートを安価な磁性材で形成しつつ、エンドプレートに生じる渦電流損を抑制することができる。その結果、ＳＲモータのコスト低減および高出力化を図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態のエンドプレートをロータコアに装着した状態を、ロータシャフトを省略して示す斜視図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】エンドプレートの凸部がロータコア端面上でフラックスバリア間の磁束路を横切って接触する状態を示す、図２中の矢印Ｂ方向から見たロータコアの部分側面図である。
【図４】エンドプレートの凸部がロータコア端面上でフラックスバリア間に磁束路を横切って接触する別の状態を示す部分側面図である。
【図５】エンドプレートの凸部の表面に非磁性層を設けた例を示す、図３中のＣ−Ｃ線に沿った部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明に係る実施の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。
【００２０】
図１は、本実施形態のエンドプレート１６を備えたＳＲモータ用ロータ１０を、ロータシャフトを省略して示す斜視図である。図１では、軸方向一方側のエンドプレート１６のみを図示してある。また、図２は、ロータシャフト１２を含むロータ１０の軸方向断面図である。図３は、ロータコア１４に含まれる１つのフラックスバリア群２０を示す部分端面図である。
【００２１】
この説明において、ロータシャフト１２の回転中心軸に沿う方向を軸方向といい、軸方向に直交する方向を径方向といい、上記回転中心軸上に位置する点を中心に軸直交平面上に描かれる円の円周に沿う方向を周方向という。
【００２２】
図１および２に示すように、ロータ１０は、ロータシャフト１２、ロータコア１４およびエンドプレート１６を備える。ロータシャフト１２は、たとえば中空丸棒状の鋼材から形成されている。ロータシャフト１２の両端部は、図示しないモータケースに固定した軸受部材によって回転可能に支持されている。
【００２３】
ロータシャフト１２の一端側の外周には、径方向外側へ突出した当り部１８が形成されている。ロータシャフト１２の他端側の外周面には、かしめ溝１２ａが周方向に延伸して形成されている。
【００２４】
ロータコア１４は、円筒状の外形を有し、たとえば板厚０．３ｍｍの珪素鋼板等の磁性鋼板を円環状に打ち抜き加工したものを軸方向に多数枚積層した磁性鋼板積層体である。積層された各磁性鋼板は、かしめ、溶接、接着またはこれらの組合せ等の方法によって一体に連結されている。
【００２５】
ロータコア１４には、その中心部にシャフト穴１３が形成されており、シャフト穴１３内にロータシャフト１２が貫通して固定されている。ロータシャフト１２の外周面上においてロータコア１４は、軸方向の両側に配置される一対のエンドプレート１６によって挟持されて軸方向位置が固定されている。また、ロータコア１４は、ロータシャフト１２に焼嵌め、キー嵌合等の方法によって取り付けられてロータシャフト１２に対する周方向位置が固定されている。
【００２６】
図２および図３を参照すると、ロータコア１４は、複数のフラックスバリア群２０を周方向に均等配置で有している。本実施形態では、８つのフラックスバリア群２０が周方向に４５°間隔で配置されている例が示されているが、フラックスバリア群の数は設計に応じて任意に定められてもよい。
【００２７】
各フラックスバリア群２０は、径方向に並んで形成されている例えば４つのフラックスバリアＦＢ１，ＦＢ２，ＦＢ３，ＦＢ４を含む。フラックスバリアＦＢ１−ＦＢ４は、ロータコア１４を構成する磁性鋼板に貫通して形成されたスリットによってそれぞれ形成される。また、フラックスバリアＦＢ１−ＦＢ４は、それぞれ、ロータコア１４の外周面１５と逆方向に凸状に湾曲した略円弧形状をなし、内周側のフラックスバリアほど曲率半径が大きくなるように形成されている。そして、各フラックスバリアＦＢ１−ＦＢ４は、その周方向両端部がロータコア１４の外周面１５に近接して位置し、その周方向中央部が外周面１５から離れた径方向内方に位置している。
【００２８】
フラックスバリアＦＢ１−ＦＢ４間には、それぞれ、略円弧状をなす磁束路２２，２４，２６が形成されている。また、最内周側に位置するフラックスバリアＦＢ４の径方向内方にも略円弧状をなす帯状領域からなる磁束路２８が形成されている。これらの磁束路２２−２８は、フラックスバリアＦＢ１−ＦＢ４の内周縁部に沿ってそれぞれ形成されている。そして、図示しないステータからロータコア１４のフラックスバリア群２０の領域に入り込んだ磁束ｍ１−ｍ４が、磁束路２２−２８に沿って略円弧状に流れる様子が図３に示されている。
【００２９】
ここで、本実施形態では、各磁束路２２−２８に沿って流れる磁束方向をｑ軸方向といい、図３中に点線矢印３０で示すようにフラックスバリア群２０の周方向中央位置を通って径方向外方（または径方向内方）へ向かう方向をｄ軸方向ということとする。
【００３０】
なお、上記においては１つのフラックスバリア群２０に４つのフラックスバリアＦＢ１−ＦＢ４が含まれるものとして説明したが、フラックスバリアの数は設計に応じて１〜３つ、または、５つ以上としてもよい。
【００３１】
また、各フラックスバリアの形状は、略円弧状に限られるものではなく、例えば、略Ｕ字状、略Ｖ字状等の他の形状をなすスリットとして形成されてもよい。
【００３２】
さらに、各フラックスバリアを構成するスリットの幅は、周方向において一定でなくてもよく、たとえば、外周側で細く内周側で太くなっていてもよい。
【００３３】
さらにまた、ロータコア１４のフラックスバリア群２０の領域における耐遠心力強度を増すために、フラックスバリアにブリッジ部を設けてフラックスバリアを構成するスリットを周方向に複数に分割してもよいし、あるいは、フラックスバリアを磁性鋼板より低透磁率の材料（たとえば接着剤）で充填して構成してもよい。
【００３４】
再び図１および図２を参照すると、エンドプレート１６は、ロータシャフト１２がシャフト穴１３に挿通された状態でロータコア１４を軸方向両側から挟持して固定するためのものである。本実施形態のエンドプレート１６は、磁性材で形成された板状部材であり、たとえば鋼板または鉄板等によって好適に構成される。エンドプレート１６には、ロータコア１４を構成する磁性鋼板と同じ鋼板を用いてもよいし、異なる材料の磁性材を用いてもよい。ロータコア１４の両側に設けられるエンドプレート１６は、取り付ける向きが異なるだけで同じ大きさおよび形状のものを用いることができる。
【００３５】
エンドプレート１６は、ロータシャフト１２の周囲を覆って設けられる筒部４０と、筒部４０に連続して径方向外側に延伸する円板部４２とを一体に有する。筒部４０および円板部４２は、１枚の円環状の鋼板をプレス成形することによって一体成形することが可能である。上記筒部４０内に形成されるロータシャフト挿通穴４１の最小内径は、ロータシャフト１２の外形寸法よりも若干大きく形成されている。
【００３６】
エンドプレート１６の筒部４０は、ロータ１０の組立時にロータシャフト１２のかしめ溝１２ａ内へ押し込まれた状態に塑性変形させられるかしめ部として機能するように構成されている。
【００３７】
エンドプレート１６の円板部４２は、筒部４０によって形成されるロータシャフト挿通穴４１の近傍から径方向外方へ放射状に形成される凸部４４と、凸部４４間に形成される略扇状の凹部４６とを含む。本実施形態では、凸部４４および凹部４６が８つずつあって、周方向に交互に且つ均等配置で形成されている。つまり、凸部４４および凹部４６の数は、ロータ１０のフラックスバリア群２０の数とそれぞれ一致している。ここで、凸部とはロータコア１４の軸方向の端面１７に向かって突出しているという意味であり、凹部とはロータコア１４の端面１７に対して凹んでいるという意味である。これらの凸部４４および凹部４６もまた、上記プレス成形時に形成されることが可能である。
【００３８】
エンドプレート１６の凸部４４は、凹部４６をなす平面部に対してロータコア１４の端面に向かって略Ｕ字状に曲げられて形成されており、ロータコア１４に対して組み付けられたときにロータコア１４の端面１７上に圧接される部分となる。そして、凸部４４は、図３においてハッチング領域３２で示すように、フラックスバリアＦＢ１−ＦＢ４に沿って形成される磁束路２２−２８を横切って延伸するように形成されている。より詳細には、凸部４４は、フラックスバリア群２０の周方向中央位置において各磁束路２２−２８と直交するｄ軸方向に延伸して形成され、その径方向外方の端部はロータコア１４の外周面１５とほぼ一致する位置まで延びている。別の見方をすれば、エンドプレート１６の凸部４４は、各磁束路２２−２８に沿って延びないように形成されるのが好適であるともいえる。
【００３９】
このように形成された凸部４４はエンドプレート１６におけるリブ構造として機能するため、エンドプレート１６を薄板化しつつ高剛性にすることが可能になる。
【００４０】
また、図３に示す例では、凸部４４の表面が外周面１５に向かって細幅となるように形成されており、これによりロータコア１４の端面１７との接触領域が台形状となっている。ただし、凸部４４の形状は、これに限定されるものではなく、たとえば図４に示すように、ロータコア１４の端面１７との接触領域３２ａが径方向に亘って一定幅の長方形状をなすように形成されてもよい。またこの場合、接触領域３２ａの幅は、ロータコア１４に対する押さえつけ強度が確保されることが条件に、できるだけ細く形成されるのが好適である。
【００４１】
他方、エンドプレート１６の凹部４６は、ロータコア１４に対して組み付けられたときにロータコア１４の端面１７とは接触しないように、すなわち端面１７から離れて位置するように形成されている。エンドプレート１６の円板部４２のうち凹部４６をなす部分には、軽量化のための略扇状の貫通穴５０が複数形成されてもよい。
【００４２】
続いて、上記構成からなるロータ１０の組立について簡単に説明する。
【００４３】
ロータ１０の組立に際しては、予め、フラックスバリアとなるスリットが形成された磁性鋼板を多数枚積層して一体に連結することによりロータコア１４を準備しておく。
【００４４】
そして、ロータシャフト１２に１枚目のエンドプレート１６（図２中の右側）を挿通し、当り部１８に筒部４０を当接させる。続いて、ロータコア１４をロータシャフト１２に挿通してロータコア１４の一方端面１７をエンドプレート１６に当接させる。
【００４５】
それから、２枚目のエンドプレート１６（図２中の左側）をロータシャフト１２に挿通して、ロータコア１４の他方端面１７に対して所定の押圧力で押し付ける。この状態で、エンドプレート１６の筒部４０の一部をかしめ溝１２ａ内に押し込んでかしめる。これにより、エンドプレート１６がロータシャフト１２に対して固定される。その結果、ロータコア１４が２枚のエンドプレート１６によって挟持された状態でロータシャフト１２に固定される。
【００４６】
このように組み立てられたロータ１０において、エンドプレート１６は、ロータコア１４の端面１７上において凸部４４が各磁束路２２−２８を横切って交差するようにｄ軸方向に延伸形成されている。このため、ステータからロータコア１４に入り込んで各磁束路２２−２８を流れる磁束ｍ１−ｍ４は、エンドプレート１６のうち凸部４４を構成する板材中をｑ軸方向に通ることはあっても、凸部４４の延伸方向であるｄ軸方向に沿って外周側へ流れて漏れ出ることはない。つまり、磁束路２２−２８を流れる磁束ｍ１−ｍ４がエンドプレート１６の凸部４４を介して径方向（またはｄ軸方向）へ漏れ出るのを抑制できる。これにより、エンドプレート１６を安価な磁性材で形成しつつ、エンドプレート１６に生じる渦電流損を抑制することができる。その結果、ＳＲモータのコスト低減および高出力化を図れる。
【００４７】
また、エンドプレート１６を鋼板や鉄板等の磁性材で形成することで、従来のようにアルミニウムや銅等の非磁性金属材料で形成する場合に比べて製造コストを安価にすることができる。
【００４８】
さらに、エンドプレート１６の凸部４４をリブ構造として形成することで、エンドプレート１６を薄肉化しつつ十分な押し付け力を発揮できる高剛性なものにできる。これにより、エンドプレート１６の更なる低コスト化、および、板厚に比例することとなる渦電流損の更なる低減を図れる。
【００４９】
さらにまた、本実施形態のエンドプレート１６によれば、ロータシャフト１２に対してかしめ固定されるかしめ部が筒部４０としてエンドプレート１６に一体形成されている。これにより、従来ではエンドプレートとは別部材として用いられていたかしめ部材が不要になり、その結果、部品点数の削減による更なる低コスト化が見込める。
【００５０】
上記において本実施形態のエンドプレート１６およびこれを用いたロータ１０について説明したが、本発明は上記構成に限定されるものではなく、種々の変更および改良が可能である。
【００５１】
たとえば、上記においてはエンドプレート１６の凸部４４がロータコア１４の端面１７上に直に接触して圧接されるものとして説明したが、図５に示すように、エンドプレート１６の凸部４４の表面にたとえば樹脂からなる非磁性材料層３４を積層し、この非磁性材料層３４を介して凸部４４がロータコア１４の端面１７に圧接されるようにしてもよい。
【００５２】
このようにすれば、エンドプレート１６によるロータコア１４に対する押し付け力を確保しながら、磁性材からなる凸部４４とロータコア１４との間に距離を置くことができ、ロータコア１４からエンドプレート１６の凸部４４への磁束の漏れをより効果的に抑制することができる。
【００５３】
また、上記においては、エンドプレート１６の凸部４４が内周側から径方向外方へ連続して延伸するものとして説明および図示するが、これに限定されるものではなく、凸部に切り込みを形成することによって径方向に複数に、たとえば磁束路に対応する数に分割されてもよい。
【００５４】
さらに、上記実施形態のエンドプレートでは、磁性材からなる板材をプレス成形して凸部を曲げ形成するとして説明したが、これに限定されるものではない。たとえば、円板状の磁性板部のロータコア対向面に中空または中実である断面矩形状の鋼材を放射状に溶接して上記エンドプレートの凸部として用いてもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１０  ＳＲモータのロータ、１２  ロータシャフト、１２ａ  かしめ溝、１３  シャフト穴、１４  ロータコア、１５  外周面、１６  エンドプレート、１７  端面または軸方向端面、１８  当り部、２０  フラックスバリア群、２２，２４，２６，２８  磁束路、３０  ｄ軸方向、３２，３２ａ  接触領域、３４  非磁性材料層、４０  筒部、４１  ロータシャフト挿通穴、４２  円板部、４４  凸部、４６  凹部、５０  貫通穴、ＦＢ１，ＦＢ２，ＦＢ３，ＦＢ４  フラックスバリア、ｍ１，ｍ２，ｍ３，ｍ４  磁束。
【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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