(57)【要約】【課題】小型で製造の容易な回転電機のロータの提供。【解決手段】電動モータ１のロータ４は、コア体４１の両端面を挟持する一対のプレートセット４３、４４を備えている。プレートセット４３、４４は、それぞれ一対のエンドプレート４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂが厚み方向に重ね合わせられることにより形成されている。重ね合わされたエンドプレート４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂは、互いに材質が異なるように形成されてもよく、コア体４１に対して当接している第２エンドプレート４３ｂおよび第４エンドプレート４４ｂは、オーステナイト系ステンレス鋼、銅、黄銅、アルミニウムまたはアルミニウム合金のうちのいずれかによって形成し、コア体４１に対して当接していない第１エンドプレート４３ａおよび第３エンドプレート４４ａは、第２エンドプレート４３ｂまたは第４エンドプレート４４ｂと同様の金属材料以外に、圧延鋼材によって形成されてもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータに対向して設けられ、ハウジングに回転可能に取り付けられた回転電機のロータであって、
回転軸方向に複数のコア板が積層されて形成されたコア体と、
前記コア体の積層方向の両端面に配置される一対のエンドプレート体と、
前記コア体の両端面に配置された前記エンドプレート体を互いに離れないようにすることにより、前記エンドプレート体によって前記コア体を挟持させる固定手段と、
を備え、
少なくとも一方の前記エンドプレート体は、複数枚の構成板材を厚み方向に重ね合わせることにより形成された回転電機のロータ。
【請求項２】
重ね合わされた複数の前記構成板材は、互いに材質が異なっている請求項１記載の回転電機のロータ。
【請求項３】
複数の前記構成板材のうち、前記コア体側に配置されるものをアルミニウムまたはアルミニウム合金にて形成した請求項１または２に記載の回転電機のロータ。
【請求項４】
互いに重ね合わされた複数の前記構成板材のうち、前記コア体に対し離れた側に配置されたものの外径は、前記コア体側に配置されるものの外径に対して小さく形成された請求項１乃至３のうちのいずれか一項に記載の回転電機のロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機および発電機を含んだ回転電機のロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の電磁鋼板を積層してロータコアを形成し、ロータコアを一対のエンドプレートによって積層方向に挟持し、軸方向の一端に凸部が形成されたモータシャフトをロータコアおよびエンドプレートに貫通させた後、モータシャフトの他端部から止めナットを締め付けることにより、一対のエンドプレートによってモータシャフト上にロータコアを保持する電動モータのロータに関する従来技術があった（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載された電動モータのロータにおいては、エンドプレートの端部に環状の段部を形成するとともに、ステータコアに巻回されたコイルが径方向外方に折り曲げられている。したがって、エンドプレートの外周縁とコイルの内周面との間のエアギャップが増大するため、エンドプレートを鎖交する磁束数が低減される。これによって、エンドプレートに渦電流が発生することを抑制し、電動モータの効率を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−９８７３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したように、特許文献１に開示された電動モータにおいては、コイルが径方向外方に折り曲げられていることにより、ステータを収容するハウジングが大型化するという問題が発生する。また、コイルを折り曲げるために、コイルの被覆にもダメージを与えることになり、ステータの製造も困難になる。
【０００６】
一方、通常の電動モータにおいては、ロータの回転にともなってロータコアに遠心力が発生するが、上述した従来技術のように、ロータコアの両端面をエンドプレートにより挟持することにより、ロータの遠心力に抗してロータコアを強固に保持している。
【０００７】
ここで、ロータの遠心力に抗してロータコアを強固に保持するためには、エンドプレートの剛性を向上させる必要があり、そのための一法として、エンドプレートの板厚を増大させることが考えられる。
【０００８】
しかしながら、エンドプレートの板厚を増大させた場合、エンドプレートを製造するためのプレス荷重を増大させなければならず、成形寸法の精度が低下するとともに、使用するプレス機が大型化するという問題がある。また、この場合、エンドプレートを成形するためのプレス金型の耐久性も低下し、金型の交換頻度が増して製造コストが増大する。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、小型で製造の容易な回転電機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】
【００１０】
上述した課題を解決するために、請求項１に係る回転電機のロータの発明の構成は、ステータに対向して設けられ、ハウジングに回転可能に取り付けられた回転電機のロータであって、回転軸方向に複数のコア板が積層されて形成されたコア体と、コア体の積層方向の両端面に配置される一対のエンドプレート体と、コア体の両端面に配置されたエンドプレート体を互いに離れないようにすることにより、エンドプレート体によってコア体を挟持させる固定手段と、を備え、少なくとも一方のエンドプレート体は、複数枚の構成板材を厚み方向に重ね合わせることにより形成されていることである。
【００１１】
請求項２に係る発明の構成は、請求項１の回転電機のロータにおいて、重ね合わされた複数の構成板材は、互いに材質が異なっていることである。
【００１２】
請求項３に係る発明の構成は、請求項１または２の回転電機のロータにおいて、複数の構成板材のうち、コア体側に配置されるものをアルミニウムまたはアルミニウム合金にて形成していることである。
【００１３】
請求項４に係る発明の構成は、請求項１乃至３のうちのいずれかの回転電機のロータにおいて、互いに重ね合わされた複数の構成板材のうち、コア体に対し離れた側に配置されたものの外径は、コア体側に配置されるものの外径に対して小さく形成されていることである。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に係る回転電機のロータによれば、少なくとも一方のエンドプレート体が、複数枚の構成板材を厚み方向に重ね合わせることにより形成されていることにより、各々の構成板材を従来のエンドプレートの板厚に比べて薄いものにすることができるため、回転電機が大型化したり、その製造を困難にすることなく、構成板材に発生する渦電流を減少させて、回転電機の効率を向上させることができる。
【００１５】
また、積層された複数の構成板材全体の厚みを従来のエンドプレートの板厚と同等にすれば、その剛性を低下させることなく、エンドプレート体を構成する構成板材のプレス荷重を低減することができるため、エンドプレート体の成形寸法精度の低下を防止でき、プレス機も大型化させる必要がない。また、構成板材のプレス金型の耐久性が向上し、金型に要する製造コストも低減することができる。
【００１６】
請求項２に係る回転電機のロータによれば、重ね合わされた複数の構成板材の材質を互いに異ならせることにより、コア体側に配置されるものを非磁性の金属材料にて形成するとともに、コア体に対し離れた側に配置されたものを磁性、非磁性にこだわらず、低コストの金属材料にて形成することができ、エンドプレート体への漏れ磁束の低減と、エンドプレート体の製造コストの低減とを両立させることができる。
【００１７】
請求項３に係る回転電機のロータによれば、複数の構成板材のうち、コア体側に配置されるものをアルミニウムまたはアルミニウム合金にて形成していることにより、エンドプレート体への漏れ磁束を低減し、回転電機の性能を向上させることができる。
【００１８】
また、アルミニウムまたはアルミニウム合金によって形成された構成板材は、プレス成形時の歪によって磁性を帯びることがないため、エンドプレート体への漏れ磁束をいっそう低減させることができる。
【００１９】
請求項４に係る回転電機のロータによれば、互いに重ね合わされた複数の構成板材のうち、コア体に対し離れた側に配置されたものの外径は、コア体側に配置されるものの外径に対して小さく形成されていることにより、コア体からの漏れ磁束をいっそう低減させることができ、回転電機の効率を向上させることができる。
【００２０】
また、コア体側に配置された構成板材の外径は減少されないため、コア体を保持する力が低下することがない。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態１による電動モータの車両に搭載された状態を示した断面図
【図２】図１に示したロータを左方から見た場合の正面図
【図３】図１に示したロータの部分拡大図
【図４】図１に示したロータの第１エンドプレートを左方から見た場合を示した正面図
【図５】図１に示したロータの第４エンドプレートを左方から見た場合を示した正面図
【図６】本発明の実施形態２によるロータの部分拡大断面図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
＜実施形態１＞
図１乃至図５に基づき、本発明の実施形態１による電動モータ１のロータ４について説明する。
【００２３】
本実施形態による電動モータ１（回転電機に該当する）は、ハイブリッド車両の車輪駆動用の同期モータであって、エンジンと接続されたクラッチ装置とトランスミッションとの間に介装されている（エンジン、クラッチ装置およびトランスミッションは図示せず）。しかしながら、本発明はこれに限定されるべきものではなく、家庭用電器に設けられるモータあるいは一般的な産業用機械を駆動するモータといった、あらゆる電動モータに適用することが可能である。
【００２４】
尚、説明中において回転軸方向あるいは軸方向という場合、特に断らなければ、電動モータ１の回転軸Ｃに沿った方向、すなわち図１における左右方向を意味する。また、図１において左方を車両の前方とし、右方を車両の後方とする。
【００２５】
図１に示すように、モータハウジング２（ハウジングに該当する）はアルミニウム合金等により一体に形成され、電動モータ１のステータ３およびロータ４を内蔵している。モータハウジング２の前方にはエンジンが取り付けられ、モータハウジング２の後方にはトランスミッションが配設されている。
【００２６】
モータハウジング２の内周部には、ステータ３がスクリュー３４により取り付けられている。ステータ３の複数のコア３１には、それぞれ回転磁界発生用のコイル３２が巻回されている。コイル３２は、バスリング３３を介して外部のインバータ（図示せず）と接続されている。
【００２７】
また、ステータ３の半径方向内方には、電動モータ１のロータ４が配置されている。ロータ４は、ステータ３と所定のギャップを保持しながら対向するように設けられており、モータハウジング２に対して回転可能に取り付けられている。ロータ４は、複数の積層鋼板４２（コア板に該当する）が、回転軸Ｃ方向に積層されて形成されたコア体４１を含んでいる。
【００２８】
コア体４１の両端面を一対の板状のプレートセット４３、４４（各々がエンドプレート体に該当する）により積層方向に挟んだ状態で、締結ピン４５（固定手段に該当する）がプレートセット４３、４４とともにコア体４１に対し積層方向に貫通している。締結ピン４５の両端部はかしめられ、双方のプレートセット４３、４４と係合することにより、プレートセット４３、４４が互いに離れることが防止され、プレートセット４３、４４によってコア体４１を挟持させている。また、ロータ４の円周上には、２０極の界磁極用マグネット４６が設けられている（図２示）。
【００２９】
図３に示すように、第１プレートセット４３は、一対のエンドプレート４３ａ、４３ｂ（各々が構成板材に該当する）により形成されている。第１エンドプレート４３ａは略リング状に形成され、締結ピン４５が挿入される２０個のかしめ孔４３１ａが、円周上において均等間隔に位置するように貫通している（図４示）。
【００３０】
また、第２エンドプレート４３ｂも、第１エンドプレート４３ａと同様に略リング状に形成され、第１エンドプレート４３ａの各々のかしめ孔４３１ａの位置と一致するように、締結ピン４５が挿入される２０個のかしめ孔４３１ｂが、円周上において均等間隔に位置するように貫通している（図３示）。エンドプレート４３ａ、４３ｂの外周面および内周面は、それぞれほぼ同径に形成されている。
【００３１】
第１エンドプレート４３ａおよび第２エンドプレート４３ｂの板厚は、同じ厚みに形成されていても、互いに異なる厚みに形成されていてもよいが、第１エンドプレート４３ａの板厚と第２エンドプレート４３ｂの板厚とを合計した厚みが、従来のような、単一の板材によって形成されたエンドプレートの厚みと同等に形成されることが望ましい。
【００３２】
図３に示したように、第１エンドプレート４３ａおよび第２エンドプレート４３ｂは、厚み方向に重ね合わされてコア体４１の前端面に配置されている。第２エンドプレート４３ｂは、ロータ３における回転軸方向の内方に配置されており、コア体４１に対して当接している。また、第１エンドプレート４３ａは、ロータ３における回転軸方向の外方に配置されており、コア体４１との間に第２エンドプレート４３ｂが介装されているため、コア体４１に対して当接していない。
【００３３】
一方、第２プレートセット４４も、一対のエンドプレート４４ａ、４４ｂ（各々が構成板材に該当する）により形成されている。第３エンドプレート４４ａは略リング状に形成され、第１エンドプレート４３ａの各々のかしめ孔４３１ａの位置と一致するように、締結ピン４５が挿入される２０個のかしめ孔４４１ａが、円周上において均等間隔に位置するように貫通している（図３示）。
【００３４】
第３エンドプレート４４ａは、かしめ孔４４１ａが形成された部位から半径方向内方へと延びており、その内周面は第１エンドプレート４３ａおよび第２エンドプレート４３ｂの内周面よりも小径に形成されている。第３エンドプレート４４ａにおいて、かしめ孔４４１ａと内周面との間には複数のボルト孔４４２ａが貫通している。ボルト孔４４２ａは、連結ボルト（図示せず）によって、第２プレートセット４４の内周部を図示しないドラム部材と接続するために設けられている。第２プレートセット４４は、ドラム部材を介してモータハウジング２に対して回転可能に取り付けられている。
【００３５】
また、第４エンドプレート４４ｂも、第３エンドプレート４４ａと同様に略リング状に形成され、第３エンドプレート４４ａの各々のかしめ孔４４１ａの位置と一致するように、締結ピン４５が挿入される２０個のかしめ孔４４１ｂが、円周上において均等間隔に位置するように貫通している（図５示）。エンドプレート４４ａ、４４ｂの外周面は、互いにほぼ同径に形成されている。
【００３６】
第４エンドプレート４４ｂも第３エンドプレート４４ａと同様に、かしめ孔４４１ｂが形成された部位から半径方向内方へと延びており、その内周面は第１エンドプレート４３ａおよび第２エンドプレート４３ｂの内周面よりも小径に形成されている。第４エンドプレート４４ｂにおいて、かしめ孔４４１ｂと内周面との間には前述した連結ボルトが挿入される複数のボルト孔４４２ｂが貫通している。
【００３７】
第１プレートセット４３と同様に、第３エンドプレート４４ａおよび第４エンドプレート４４ｂの板厚は、同じ厚みに形成されていても、互いに異なる厚みに形成されていてもよいが、第３エンドプレート４４ａの板厚と第４エンドプレート４４ｂの板厚とを合計した厚みが、従来のような、単一の板材によって形成されたエンドプレートの厚みと同等に形成されることが望ましい。
【００３８】
図３に示したように、第３エンドプレート４４ａおよび第４エンドプレート４４ｂは、厚み方向に重ね合わされてコア体４１の後端面に配置されている。第４エンドプレート４４ｂは、ロータ３における回転軸方向の内方に配置されており、コア体４１に対して当接している。また、第３エンドプレート４４ａは、ロータ３における回転軸方向の外方に配置されており、コア体４１との間に第４エンドプレート４４ｂが介装されているため、コア体４１に対して当接していない。
【００３９】
重ね合わされた第１エンドプレート４３ａと第２エンドプレート４３ｂは、互いに異なった材質によって形成されていてもよい。また、重ね合わされた第３エンドプレート４４ａおよび第４エンドプレート４４ｂも、互いに異なった材質によって形成されていてもよい。
【００４０】
上述したように、コア体４１側に配置されることにより、コア体４１に対して当接している第２エンドプレート４３ｂおよび第４エンドプレート４４ｂは、非磁性（弱磁性）の金属材料であるオーステナイト系ステンレス鋼、銅、黄銅、アルミニウムまたはアルミニウム合金のうちのいずれかによって形成されている。
【００４１】
一方、コア体４１に対し離れた側に配置されることにより、コア体４１に対して当接していない第１エンドプレート４３ａおよび第３エンドプレート４４ａは、第２エンドプレート４３ｂまたは第４エンドプレート４４ｂと同様に、非磁性（弱磁性）の金属材料であるオーステナイト系ステンレス鋼、銅、黄銅、アルミニウムまたはアルミニウム合金のうちのいずれかによって形成されていてもよい。あるいは、第１エンドプレート４３ａおよび第３エンドプレート４４ａは、磁性材料である圧延鋼材（鉄鋼）によって形成されていてもよい。
【００４２】
上述した構成を備えた電動モータ１において、車両バッテリ（図示せず）からインバータを介して、コイル３２に対し例えば三相の交流電流が供給される。これにより、ステータ３において回転磁界が発生し、回転磁界に起因する吸引力または反発力によって、ステータ３に対しロータ４が回転される。
【００４３】
本実施形態によれば、第１プレートセット４３および第２プレートセット４４が、それぞれ一対のエンドプレート４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂを厚み方向に重ね合わせることにより形成されていることにより、各々のエンドプレート４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂを従来のエンドプレートの板厚に比べて薄いものにすることができるため、電動モータ１が大型化したり、その製造を困難にすることなく、エンドプレート４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂに発生する渦電流を減少させて、電動モータ１の効率を向上させることができる。
【００４４】
また、積層された第１エンドプレート４３ａおよび第２エンドプレート４３ｂの全体の厚み、または第３エンドプレート４４ａおよび第４エンドプレート４４ｂの全体の厚みを従来のエンドプレートの板厚と同等にすれば、その剛性を低下させることなく、第１プレートセット４３および第２プレートセット４４を構成するエンドプレート４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂのプレス荷重を低減することができるため、第１プレートセット４３および第２プレートセット４４の成形寸法精度の低下を防止でき、プレス機も大型化させる必要がない。また、エンドプレート４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂのプレス金型の耐久性が向上し、金型に要する製造コストも低減することができる。
【００４５】
また、従来のエンドプレートに比べ、エンドプレート４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂの板厚を薄くできるため、エンドプレート４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂがプレス成形時の歪によって磁性を帯びることがなく、プレートセット４３、４４への漏れ磁束を低減させることができる。
【００４６】
また、各々一対の第１エンドプレート４３ａと第２エンドプレート４３ｂ、または第３エンドプレート４４ａと第４エンドプレート４４ｂの材質を互いに異ならせることにより、コア体４１側に配置されるものを非磁性の金属材料にて形成するとともに、コア体４１に対し離れた側に配置されたものを磁性、非磁性にこだわらず、圧延鋼材といった低コストの金属材料にて形成することができ、第１プレートセット４３および第２プレートセット４４への漏れ磁束の低減と、第１プレートセット４３および第２プレートセット４４の製造コストの低減とを両立させることができる。
【００４７】
また、一対のエンドプレート４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂのうち、コア体４１側に配置されるものをアルミニウムまたはアルミニウム合金にて形成することにより、第１プレートセット４３および第２プレートセット４４への漏れ磁束を低減し、電動モータ１の性能を向上させることができる。
【００４８】
また、アルミニウムまたはアルミニウム合金によって形成されたエンドプレート４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂは、プレス成形時の歪によって磁性を帯びることがないため、第１プレートセット４３および第２プレートセット４４への漏れ磁束をいっそう低減させることができる。
【００４９】
＜実施形態２＞
図６に基づき、実施形態２による第２プレートセット４７について説明する。図６に示したように、ロータ４Ａの第２プレートセット４７は、一対のエンドプレート４７ａ、４７ｂ（各々が構成板材に該当する）により形成されている。第３エンドプレート４７ａは略リング状に形成され、実施形態１に示した第３エンドプレート４４ａと同様に、締結ピン４５が挿入される２０個のかしめ孔４７１ａが、円周上において均等間隔に位置するように貫通している。
【００５０】
また、第３エンドプレート４７ａは、かしめ孔４７１ａが形成された部位から半径方向内方へと延び、その内周面は第１エンドプレート４３ａおよび第２エンドプレート４３ｂの内周面よりも小径に形成されており、かしめ孔４７１ａと内周面との間には複数のボルト孔４７２ａが貫通している。
【００５１】
また、第４エンドプレート４７ｂは、実施形態１に示した第４エンドプレート４４ｂと同様のものであり、略リング状に形成されるとともに２０個のかしめ孔４７１ｂが貫通している。また、第４エンドプレート４７ｂは、かしめ孔４７１ｂが形成された部位から半径方向内方へと延びており、その内周面は第３エンドプレート４７ａの内周面とほぼ同径に形成され、かしめ孔４７１ｂと内周面との間には複数のボルト孔４７２ｂが貫通している。
【００５２】
図６に示したように、本実施形態による第３エンドプレート４７ａの外周面は、第４エンドプレート４７ｂの外周面よりも小径に形成されている。したがって、第２プレートセット４７の外周端の環状の断面積（図６においてＳにて示す）が減少するため、ステータ３のコイル３２によって発生された磁束のうち、第２プレートセット４７内に進入するものが減少して、コア体４１の外方に磁束が漏れることを抑制することができる。その他の構成については、実施形態１によるものと同様であるため、ロータ４Ａについてのこれ以上の説明は省略する。
【００５３】
本実施形態によれば、第２プレートセット４７の一対のエンドプレート４７ａ、４７ｂのうち、コア体４１に対し離れた側に配置された第３エンドプレート４７ａの外径は、コア体４１側に配置された第４エンドプレート４７ｂの外径に対して小さく形成されていることにより、コア体４１からの漏れ磁束をいっそう低減させることができ、電動モータ１の効率を向上させることができる。
【００５４】
また、コア体４１側に配置された第４エンドプレート４７ｂの外径は減少していないため、コア体４１を保持する力が低下することがない。
【００５５】
＜他の実施形態＞
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。
【００５６】
第１プレートセット４３または第２プレートセット４４のうちのいずれかのみを、エンドプレート４３ａ、４３ｂまたはエンドプレート４４ａ、４４ｂによって形成されるようにしてもよい。
【００５７】
また、第１プレートセット４３または第２プレートセット４４は、３枚以上のエンドプレート４３ａ、４３ｂ、４４ａ、４４ｂによって形成されていてもよい。
【００５８】
また、プレートセット４３、４４およびコア体４１に対し、締結ピン４５に代えてボルトを貫通させ、貫通させたボルトをナットに締め付けることによって、プレートセット４３、４４によりコア体４１を挟持させてもよい。
【００５９】
また、本発明による電動モータ１は、同期モータ、誘導モータ、直流モータあるいはそれ以外のあらゆる回転電機に適用可能である。
また、本発明による電動モータ１は、電動機としてのみ使用してもよいし、発電機としてのみ使用してもよい。
【符号の説明】
【００６０】
図面中、１は電動モータ（回転電機）、２はモータハウジング（ハウジング）、３はステータ、４，４Ａはロータ、４１はコア体、４２は積層鋼板（コア板）、４３は第１プレートセット（エンドプレート体）、４４，４７は第２プレートセット（エンドプレート体）、４３ａは第１エンドプレート（構成板材）、４３ｂは第２エンドプレート（構成板材）、４４ａ，４７ａは第３エンドプレート（構成板材）、４４ｂ，４７ｂは第４エンドプレート（構成板材）、４５は締結ピン（固定手段）、Ｃは回転軸を示している。
【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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