(57)【要約】【課題】端面板の強度を確保しつつ、磁石保持板に対する保持力を確保する。【解決手段】シャフトに固定され外周部に複数の磁石収容孔が設けられたロータ鉄心と、各磁石収容孔に挿入された永久磁石と、磁石収容孔を塞いで永久磁石の脱落を防止する磁石保持板と、ロータ鉄心の軸方向の端部に配置された端面板６とを備え、端面板６は、シャフトが嵌合するハブ部３１と、磁石保持板の外面に当接して磁石保持板を軸方向内側に押圧する押圧部３２と、ハブ部３１と押圧部３２とを接続するディスク部３３とを有し、ディスク部３３に複数の肉抜き孔４０が設けられ、肉抜き孔４０は、最短幅部３７よりも径方向内側であり且つ最短幅部３７に最寄りの第３内周面４３の半径Ｒ３が、最短幅部３７よりも径方向外側であり且つ最短幅部３７に最寄りの第４内周面４４の半径Ｒ４よりも大きい。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央にシャフト貫通孔が設けられ外周部に複数の磁石収容孔が設けられたロータ鉄心と、
前記ロータ鉄心の前記シャフト貫通孔に嵌合されたシャフトと、
前記ロータ鉄心の前記各磁石収容孔に挿入された永久磁石と、
前記ロータ鉄心の軸方向端面の外周部に当接して配置され前記磁石収容孔を塞いで前記永久磁石の脱落を防止する磁石保持板と、
前記ロータ鉄心の軸方向の端部に配置され、中央に前記シャフトが嵌合するシャフト嵌合部が設けられ、外周部に前記磁石保持板の外面に当接して該磁石保持板を軸方向内側に押圧する押圧部が設けられ、前記シャフト嵌合部と前記押圧部とが薄板状のディスク部によって接続され、前記ディスク部に複数の肉抜き孔が設けられた端面板と、
を備える永久磁石式回転子であって、
前記端面板の前記肉抜き孔は、隣り合う前記肉抜き孔間の離間寸法が最短となる最短幅部よりも径方向内側であり且つ該最短幅部に最寄りの内周面の曲率半径が、前記最短幅部よりも径方向外側であり且つ該最短幅部に最寄りの内周面の曲率半径よりも大きいことを特徴とする永久磁石式回転子。
【請求項２】
前記肉抜き孔の径方向の中央が、前記シャフト嵌合部よりも前記押圧部側に接近して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石式回転子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ロータ鉄心に永久磁石が取り付けられてなる永久磁石式回転子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モータや発電機等の回転電機に使用される回転子として、ロータ鉄心に永久磁石を埋め込んだ永久磁石式回転子が知られている。
例えば、特許文献１に記載の永久磁石式回転子では、ロータ鉄心に軸方向に貫通する磁石収容孔を設け、この磁石収容孔に永久磁石を収容し、磁石収容孔の両端部の外側にリング状のエンドプレート（磁石保持板）を配置して磁石収容孔を塞ぎ、このエンドプレートを固定するために、ロータ鉄心の軸方向両端部に端面板を配置して端面板の外周部でエンドプレートの外面を押圧している。ここで、端面板がエンドプレートを軸方向に沿って押圧する力（以下、軸力という）は、端面板においてシャフトに嵌合するシャフト嵌合部を、エンドプレートに当接する押圧部よりも軸方向内側に押し込んで端面板を撓ませたときの反力によって発生させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−４６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記端面板には、軽量化等のために肉抜き孔が形成されている。図６は従来の端面板の平面図である。この図に示すように、従来は、端面板１００においてシャフト嵌合部１０１と押圧部１０２とを接続するディスク部１０３に、複数の真円形の肉抜き孔１０４を設けており、肉抜き孔１０４の内径は、シャフト嵌合部１０１の外周と押圧部１０２の内周とに内接する大きさとされていた。
【０００５】
ところで、前述したように、端面板１００がエンドプレートを押さえる軸力は、端面板１００を撓ませることによって発生させているため、前記エンドプレートを強固に押さえるためには端面板１００の撓み量を大きくして前記軸力を大きくする必要がある。しかしながら、端面板１００の撓み量を大きくすると、端面板１００のディスク部１０３において隣り合う肉抜き孔１０４，１０４とシャフト嵌合部１０１とによって囲まれた領域、すなわちディスク部１０３の基部領域１０５の全体に応力が集中し、端面板１００の機械的強度が低下するという課題がある。
【０００６】
一方、ディスク部１０３の基部領域１０５の応力を低減するためには、端面板１００の撓み量を小さくすればよいが、撓み量を小さくするとエンドプレートを押圧する軸力が低減し、エンドプレートを強固に押さえることができなくなり、好ましくない。
このように、端面板１００の強度とエンドプレートを押さえる軸力はトレードオフの関係にあり、この二つを両立させることが課題であった。
【０００７】
そこで、この発明は、端面板の強度を確保しつつ、磁石保持板をしっかり保持することができる永久磁石式回転子を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る永久磁石式回転子では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項１に係る発明は、
中央にシャフト貫通孔（例えば、後述する実施例におけるシャフト貫通孔９）が設けられ外周部に複数の磁石収容孔（例えば、後述する実施例における磁石収容孔１４）が設けられたロータ鉄心（例えば、後述する実施例におけるロータ鉄心３）と、
前記ロータ鉄心の前記シャフト貫通孔に嵌合されたシャフト（例えば、後述する実施例におけるシャフト２）と、
前記ロータ鉄心の前記各磁石収容孔に挿入された永久磁石（例えば、後述する実施例における永久磁石４）と、
前記ロータ鉄心の軸方向端面の外周部に当接して配置され前記磁石収容孔を塞いで前記永久磁石の脱落を防止する磁石保持板（例えば、後述する実施例におけるエンドプレート５）と、
前記ロータ鉄心の軸方向の端部に配置され、中央に前記シャフトが嵌合するシャフト嵌合部（例えば、後述する実施例におけるハブ部３１）が設けられ、外周部に前記磁石保持板の外面に当接して該磁石保持板を軸方向内側に押圧する押圧部（例えば、後述する実施例における押圧部３２）が設けられ、前記シャフト嵌合部と前記押圧部とが薄板状のディスク部（例えば、後述する実施例におけるディスク部３３）によって接続され、前記ディスク部に複数の肉抜き孔（例えば、後述する実施例における肉抜き孔４０）が設けられた端面板（例えば、後述する実施例における端面板６）と、
を備える永久磁石式回転子（例えば、後述する実施例における永久磁石式回転子１）であって、
前記端面板の前記肉抜き孔は、隣り合う前記肉抜き孔間の離間寸法が最短となる最短幅部（例えば、後述する実施例における最短幅部４５）よりも径方向内側であり且つ該最短幅部に最寄りの内周面（例えば、後述する実施例における第３内周面４３）の曲率半径が、前記最短幅部よりも径方向外側であり且つ該最短幅部に最寄りの内周面（例えば、後述する実施例における第４内周面４４）の曲率半径よりも大きいことを特徴とする永久磁石式回転子である。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記肉抜き孔の径方向の中央が、前記シャフト嵌合部よりも前記押圧部側に接近して配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に係る発明によれば、端面板における肉抜き孔の面積を大きく確保することができ、端面板の軽量化が可能となる。また、端面板による磁石保持板を保持する力を大きく確保しつつ、ディスク部のシャフト嵌合部に近い部分に発生する応力を緩和することができる。つまり、端面板の機械的強度の確保と、磁石保持板を保持する保持力（軸力）の確保とを両立させることができる。
【００１１】
請求項２に係る発明によれば、肉抜き孔をディスク部において径方向外側に偏らせて配置することができるので、径方向内側に偏らせて配置した場合に比して、ディスク部におけるシャフト嵌合部に近い部分に大きな面積を確保することができ、応力をより緩和することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明に係る永久磁石式回転子の実施例における分解斜視図である。
【図２】実施例の永久磁石式回転子の要部断面図である。
【図３】実施例の永久磁石式回転子に用いられる端面板の平面図である。
【図４】前記端面板の要部を拡大して示す平面図である。
【図５】前記端面板の応力分布を模式的に示した図である。
【図６】従来の端面板の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明に係る永久磁石式回転子の実施例を図１から図５の図面を参照して説明する。なお、この実施例における永久磁石式回転子は、回転電機としての車両駆動用モータの回転子としての態様である。
【００１４】
図１は、車両駆動用モータの回転子（永久磁石式回転子）１の分解斜視図であり、図２は、回転子１の要部の断面図である。
回転子１は、シャフト２と、シャフトに嵌合固定されるロータ鉄心３と、ロータ鉄心３に取り付けられる複数の永久磁石４と、永久磁石４の脱落を防止する一対のエンドプレート（磁石保持板）５と、エンドプレート５を移動不能に保持するためにシャフト２に固定される一対の端面板６とを備えている。
【００１５】
シャフト２は中空軸で構成されていて、一端部に減速機に螺合するギヤ７が設けられ、ほぼ中間部にロータ取付部８が設けられていて、このロータ取付部８にロータ鉄心３および端面板６が固定されている。
ロータ鉄心３は、磁性鋼板を多数積層して構成されていて略円筒状をなし、中央にシャフト貫通孔９を有するハブ部１０が設けられ、外周部に環状のロータコア部１１が設けられ、ハブ部１０とロータコア部１１とが周方向均等に配置された複数のリブ１２によって連結されている。また、隣り合うリブ１２間には、軸方向に貫通する肉抜き孔１３が形成されている。
【００１６】
ロータコア部１１の外周部には、永久磁石４を収容するための磁石収容孔１４が、周方向等間隔に複数（この実施例では８つ）設けられている。磁石収容孔１４は、ロータ鉄心３の軸方向に貫通し、ロータ鉄心３の外周面に開口していて、外周面における周方向の開口幅が、磁石収容孔１４の底部における周方向幅よりも小さく、断面形状が台形となっている。
ハブ部１０のシャフト貫通孔９の内径は、シャフト２のロータ取付部８の外径よりも若干小さく、ロータ鉄心３は、ハブ部１０のシャフト貫通孔９にシャフト２のロータ取付部８を圧入させることによって、シャフト２に固定されている。
【００１７】
ロータ鉄心３の各磁石収容孔１４には永久磁石４が収容されている。永久磁石４の断面形状は、磁石収容孔１４の断面形状と相似形の台形状をなしており、磁石収容孔１４にほぼ隙間なく挿入可能な大きさを有している。その結果、永久磁石４を磁石収容孔１４に挿入すると、永久磁石４は、軸方向には移動可能であるが、径方向には移動不能となる。永久磁石４の軸方向長さは、ロータ鉄心３の軸方向長さと同寸法とされている。永久磁石４はロータ鉄心３の径方向に沿って着磁されており、周方向に隣接する永久磁石４は交互に逆方向に着磁されている。
【００１８】
磁石収容孔１４に収容された永久磁石４が磁石収容孔１４から抜け出ないように、磁石収容孔１４の軸方向の両端開口がエンドプレート５によって塞がれている。以下、図２を参照して磁石収容孔１４の一端側の開口を塞ぐエンドプレート５について説明するが、磁石収容孔１４の他端側の開口を塞ぐエンドプレート５も同じである。
エンドプレート５は、非磁性材料で構成されてリング状をなし、その外径はロータ鉄心３の外径と同寸法とされ、内径はロータ鉄心３のロータコア部１１の内径よりも大きく、エンドプレート５の内周面５ａがロータコア部１１における径方向のほぼ中央に位置するように設定されている。このようにエンドプレート５の寸法が設定されているので、磁石収容孔１４の軸方向端部の開口をエンドプレート５によって完全に塞ぐことができる。エンドプレート５の軸方向内側の端面５ｂは、ロータコア部１１の軸方向の一端側の端面１１ａに当接するとともに、永久磁石４の軸方向の一端側の端面４ａに当接している。
【００１９】
エンドプレート５は、シャフト２のロータ取付部８に嵌合固定された端面板６によって、ロータ鉄心３に対して移動不能に固定されている。以下、図２〜図４を参照してロータ鉄心３の一端側に配置される端面板６について説明するが、ロータ鉄心３の他端側に配置される端面板６も同じである。
端面板６は、クロムモリブデン鋼等から構成されて略円板状をなし、中央にシャフト貫通孔３０を有する円筒状のハブ部（シャフト嵌合部）３１を有し、外周部に環状の押圧部３２を有し、ハブ部３１と押圧部３２とが薄板状のディスク部３３によって接続されている。
【００２０】
ハブ部３１のシャフト貫通孔３０の内径は、シャフト２のロータ取付部８の外径よりも若干小さく、端面板６は、ハブ部３１のシャフト貫通孔３０にシャフト２のロータ取付部８を圧入させることによって、シャフト２に固定されており、ハブ部３１の軸方向内側の端面３１ａはロータ鉄心３のハブ部１０の軸方向外側の端面１０ａに当接している。
【００２１】
押圧部３２の外径はエンドプレート５の内径よりも大きいが、押圧部３２の外周縁が永久磁石４に重ならない大きさとなっている。押圧部３２の軸方向内側端部の外周部には、径方向内側に凹むＬ字形の係合凹部３４が全周に亘って形成されている。係合凹部３４には、エンドプレート５の軸方向外側であって径方向内側の隅部が係合している。その係合状態において、係合凹部３４にて軸方向に広がる円筒面３５がエンドプレート５の内周面５ａに当接して、エンドプレート５がロータ鉄心３に対して径方向へ移動するのを阻止している。また、前記係合状態において、係合凹部３４にて径方向に広がる平坦面３６がエンドプレート５の軸方向外側の端面５ｃに当接し、端面５ｃを押圧している。
【００２２】
ハブ部３１と押圧部３２とを接続するディスク部３３は、ハブ部３１の軸方向の肉厚および押圧部３２の軸方向の肉厚よりも薄い肉厚で形成されており、ハブ部３１および押圧部３２より径方向内側および径方向外側に突出しない位置に配置されている。
【００２３】
ハブ部３１の軸方向内側の端面３１ａは、押圧部３２の軸方向内側の端面３２ａよりも軸方向内側に突出している。
図２に示す回転子１の組み立て状態において、端面板６は、押圧部３２がハブ部３１に対し相対的に径方向外側に弾性的に偏位し撓んだ状態で取り付けられており、その状態において、ハブ部３１の軸方向内側の端面３１ａがロータ鉄心３のハブ部１０の軸方向外側の端面１０ａに当接し、押圧部３２の係合凹部３４の平坦面３６がエンドプレート５の軸方向外側の端面５ｃに当接し、押圧部３２の軸方向内側の端面３２ａとロータコア部１１の軸方向一端側の端面１１ａとの間に若干の隙間Ｃが形成されるようになっている。
【００２４】
つまり、永久磁石４が装着されたロータ鉄心３をシャフト２のロータ取付部８に嵌合固定し、エンドプレート５をロータコア部１１の軸方向一端側の端面１１ａに密着して配置した後に、端面板６をシャフト２に取り付ける際に、シャフト２のロータ取付部８に端面板６を挿入していくと、端面板６のハブ部３１の端面３１ａがロータ鉄心３のハブ部１０の端面１０ａに接触する前に、端面板６の押圧部３２の平坦面３６がエンドプレート５の端面５ｃに当接し、この後さらに端面板６のディスク部３３を撓ませながら端面板６のハブ部３１をシャフト２に対して軸方向内方へ押し込むと、端面板６のハブ部３１の端面３１ａがロータ鉄心３のハブ部１０の端面１０ａに当接するようになっている。
【００２５】
そして、ディスク部３３の前記撓みに基づく反力によって、押圧部３２の係合凹部３４の平坦面３６が、エンドプレート５の軸方向外側の端面５ｃを、軸方向に沿って内向きの力（以下、この力を軸力という）Ｆで押圧する。ここで、軸力Ｆは端面板６の撓み量に相関があるため、回転子１を組み立てたときに予め設定された大きさの軸力Ｆが得られるように撓み量が設定され、この撓み量となるように、端面板６の各部寸法が設定されている。
【００２６】
図３に示すように、端面板６のディスク部３３には、軽量化等を目的として、複数（この実施例では８個）の肉抜き孔４０が形成されており、周方向等間隔に配置されている。肉抜き孔４０は、その内周面の全周が外側に膨らむ曲線で形成されていて、全ての肉抜き孔４０が同一形状、同一寸法に形成されている。また、全ての肉抜き孔４０は、押圧部３２の内周縁に接するとともに、ハブ部３１の外周縁から所定寸法（Ｘ１）だけ離間して配置されている。つまり、肉抜き孔４０の径方向の中央Ｐが、ハブ部３１よりも押圧部３２側に接近して配置されている。
【００２７】
図４を参照して、肉抜き孔４０の内周面の形状について詳述する。肉抜き孔４０の内周面において径方向最外側を形成する第１内周面４１は、押圧部３２の内周面と共有している。つまり、第１内周面４１は、押圧部３２の内径の１／２を半径Ｒ１とする円弧面によって形成されている。
また、肉抜き孔４０の内周面において径方向最内側を形成する第２内周面４２は、第１内周面４１の半径Ｒ１よりも小さい半径Ｒ２の円弧面によって形成されている（Ｒ１＞Ｒ２）。
【００２８】
ここで、隣り合う肉抜き孔４０，４０間の離間寸法Ｘ２が最短となる部位を、肉抜き孔４０の内周面における最短幅部４５としたときに、最短幅部４５と第２内周面４２は、第２内周面４２の半径Ｒ２よりも小さい半径Ｒ３の円弧面からなる第３内周面４３によって接続されている（Ｒ２＞Ｒ３）。さらに、最短幅部４５と第１内周面４１は、第３内周面４３の半径Ｒ３よりも小さい半径Ｒ４の円弧面からなる第４内周面４４によって接続されている（Ｒ３＞Ｒ４）。
つまり、最短幅部４５よりも径方向内側であり且つ最短幅部４５に最寄りの第３内周面４３の曲率半径Ｒ３は、最短幅部４５よりも径方向外側であり且つ最短幅部４５に最寄りの第４内周面４４の曲率半径Ｒ４よりも大きい寸法に設定されている。
【００２９】
このように肉抜き孔４０を配置し、肉抜き孔４０の内周面形状を設定したことによって、肉抜き孔４０の面積をできるだけ大きく確保して端面板６の軽量化を図りつつ、肉抜き孔４０をディスク部３３において径方向外側に寄せて、隣り合う二つの肉抜き孔４０，４０とハブ部３１との間に形成される基部領域３７の面積を拡大することができる。
【００３０】
そして、基部領域３７の面積拡大に加えて、肉抜き孔４０の径方向内側寄りの内周面である第２内周面４２および第３内周面４３を比較的大きな曲率半径の円弧面で形成することができることにより、前述の如くエンドプレート５を保持するために軸力Ｆを発生させたときに、基部領域３７に生じる応力を緩和することができる。
また、肉抜き孔４０をディスク部３３において径方向外側に偏らせて配置しているので、径方向内側に偏らせて配置した場合に比して、ディスク部３３の基部領域３７の面積を大きく確保することができ、より大きな応力に耐えることができる。
【００３１】
図５は、この端面板６によりエンドプレート５を所定の軸力Ｆで保持した場合にディスク部３３に生じる応力分布を実験的に求めた結果を示したものである。図５において、符号Ｓ１は応力が大きい領域を示し、Ｓ３は応力が小さい領域を示し、Ｓ２は応力が領域Ｓ１より小さく領域Ｓ３よりも大きい領域を示している。
【００３２】
この回転子１によれば、端面板６の軽量化を図りつつ、また、エンドプレート５を保持する軸力Ｆを所定の大きさに確保しつつ、端面板６の応力を緩和して機械的強度を十分確保することができる。すなわち、トレードオフの関係にある軸力Ｆの確保と応力緩和とを両立させることができる。
その結果、回転子１の軽量化が可能となるとともに、回転子１の信頼性が向上する。
【００３３】
〔他の実施例〕
なお、この発明は前述した実施例に限られるものではない。
例えば、端面板６に形成する肉抜き孔４０の数は８個に限るものではなく、それより多くてもよいし、少なくても構わない。
また、前記各寸法はあくまで一例であり、端面板６の大きさ等に応じて最適な寸法を選択することができる。
また、前述した実施例では、端面板６における肉抜き孔４０の内周面の全周を外側に膨らむ曲線で形成したが、第３内周面４３と第４内周面４４との間に直線的な面が存在してもよいし、第２内周面４２を凹曲面で形成することも可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１  永久磁石式回転子
２  シャフト
３  ロータ鉄心
４  永久磁石
５  エンドプレート（磁石保持板）
６  端面板
９  シャフト貫通孔
１４  磁石収容孔
３１  ハブ部（シャフト嵌合部）
３２  押圧部
３３  ディスク部
４０  肉抜き孔
４３  第３内周面
４４  第４内周面
４５  最短幅部
【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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