(57)【要約】【課題】回転電機において、ロータにシャフトを圧入した際の応力を低減しつつ、遠心力が付与された際の強度を維持する。【解決手段】回転電機１０を構成するロータ１４は、中心部に回転シャフト３０が圧入された第１円環部３４と、前記第１円環部３４の外周側に設けられ、磁石４４が装着された第２円環部４０と、前記第１円環部３４と第２円環部４０との間に設けられる接続部４２とを備える。この接続部４２には、第１円環部３４の外周面から径方向外側に向かって延在した複数の第１リブ５４と、該第１リブ５４の端部に対して二股状に分岐して第２円環部４０に接続される第２リブ５６とを有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電部材の装着されるステータと、前記ステータの中央部に回転自在に設けられる円盤状のロータと、前記ロータに対して圧入されるシャフトとを有した回転電機であって、
前記ロータは、中心部に形成され前記シャフトの圧入される孔部と、
前記孔部に対して径方向外側に設けられ、磁極を構成する磁石と、
を備え、
前記孔部と前記磁石との間には、径方向に平衡して配置される第１リブと、前記径方向外側に向かって傾斜角を持って二股状に分岐した第２リブとを備え、前記第１リブと前記第２リブとが、前記径方向に互いに連結されることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
請求項１記載の回転電機において、
前記第２リブが、前記第１リブに対して径方向外側に配置されることを特徴とする回転電機。
【請求項３】
請求項１又は２記載の回転電機において、
前記第１及び第２リブは、前記磁極の数に対して整数倍となる数で設定されると共に、前記第１及び第２リブの形状が、前記磁極と前記ロータの回転中心とを結んだ中心線に対して対称となるように構成されることを特徴とする回転電機。
【請求項４】
請求項３載の回転電機において、
前記磁極を構成する磁石の端部、又は、前記磁石の装着される装着孔の端部に、第３リブを設け、前記第３リブの径方向内側において、前記第１及び第２リブの端部が前記第３リブと重複しない位置に配置されることを特徴とする回転電機。
【請求項５】
請求項３載の回転電機において、
前記第３リブは、前記磁極を構成する一組の磁石の間に設けられるリブであることを特徴とする回転電機。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転電機において、
周方向に沿って隣接する前記磁極の間となる位置に穴を設けることを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステータのスロットに収納され回転磁界を発生させる導電部材を有し、電動機又は発電機として動作する回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、円環状に形成されたステータと、該ステータの中心部に回転自在に挿入されるロータとを有し、前記ステータのスロットに巻回された複数のコイルによって回転磁界を発生させ、前記ロータを回転させる回転電機が知られている。
【０００３】
本出願人は、上述した回転電機を構成するロータを提案している（特許文献１参照）。このロータは、円盤状に形成され、その中心部にシャフトの圧入されるシャフト圧入用孔が形成され、該シャフト圧入用孔の外周側に形成されたリング状の内周部と、該内周部の外周側に形成された外周部とが、径方向に沿って延在する複数のブリッジ部によって互いに接続されている。また、内周部と外周部との間には、ブリッジ部に隣接するように複数の窓が開口している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−０９８７３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、上述したような回転電機ではさらなる性能向上が望まれており、そのために、前記回転電機を構成するロータの強度を向上すると共に、シャフトをロータに圧入した際に生じる応力の低減が望まれている。
【０００６】
本発明は、前記の提案に関連してなされたものであり、ロータにシャフトを圧入した際の応力を低減しつつ、遠心力が付与された際の強度を維持可能な回転電機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】
前記の目的を達成するために、本発明は、導電部材の装着されるステータと、前記ステータの中央部に回転自在に設けられる円盤状のロータと、前記ロータに対して圧入されるシャフトとを有した回転電機であって、
前記ロータは、中心部に形成され前記シャフトの圧入される孔部と、
前記孔部に対して径方向外側に設けられ、磁極を構成する磁石と、
を備え、
前記孔部と前記磁石との間には、径方向に平衡して配置される第１リブと、前記径方向外側に向かって傾斜角を持って二股状に分岐した第２リブとを備え、前記第１リブと前記第２リブとが、前記径方向に互いに連結されることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、ステータに対して回転自在に設けられるロータにシャフトが圧入される回転電機において、前記シャフトの圧入される孔部と、該孔部の外周側に設けられる磁石との間には、径方向に平衡した第１リブと、前記径方向外側に向かって傾斜角を持って二股状に分岐した第２リブとが形成される。そして、第１リブと第２リブとが、径方向に互いに連結されている。
【０００９】
従って、ロータの孔部にシャフトを圧入する際に生じる応力を、第２リブによって好適に吸収させることができるため、磁石の装着されるロータの外周側に前記応力に起因した歪が生じることを抑制できると共に、前記ロータを回転させた際に発生する遠心力によって前記外周側が径方向外側へと引張された場合でも、径方向に平衡した第１リブによって確実且つ強固に前記外周側を保持することができる。
【００１０】
また、第２リブを、第１リブに対して径方向外側に配置することにより、二股状に形成された第２リブの傾斜角を大きく確保することができるため、ロータにシャフトを圧入した際に生じた応力を好適に吸収して緩和することが可能となる。
【００１１】
さらに、第１及び第２リブを、磁極の数に対して整数倍となる数で設定すると共に、前記第１及び第２リブの形状を、前記磁極と前記ロータの回転中心とを結んだ中心線に対して対称となるように構成するとよい。これにより、ロータの回転時におけるステータとの間のギャップ（間隙）を均等とすることができるため、前記ロータを含む回転電機によって安定した出力が得られる。
【００１２】
さらにまた、磁極を構成する磁石の端部、又は、前記磁石の装着される装着孔の端部に第３リブを設け、前記第３リブの径方向内側において、第１及び第２リブの端部を前記第３リブと重複しない位置に配置するとよい。これにより、磁石に付与される遠心力、該磁石の外周側となるロータ外周部の遠心力の影響を受けやすい前記磁石近傍の第３リブを、第１及び第２リブの端部と周方向で重複しないようにオフセットさせているため、シャフトをロータに圧入した際の応力が前記第３リブ近傍に生じることを緩和できる。
【００１３】
またさらに、第３リブを、磁極を構成する一組の磁石の間に設けられるリブとすることにより、遠心力の影響を最も受ける第３リブを応力の生じる箇所に対してずらすことで応力の緩和を図ることが可能となる。
【００１４】
また、周方向に沿って隣接する磁極の間となる位置に穴を設けることで、第３リブ近傍の剛性を低下させ、それに伴って、前記第３リブ近傍の応力を緩和させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００１６】
すなわち、ロータにおいてシャフトの圧入される孔部と該孔部の外周側に設けられる磁石との間に、径方向に平衡した第１リブと、前記径方向に対して傾斜角を持って二股状に形成された第２リブとを形成し、前記第１リブと第２リブとを径方向に互いに連結することにより、前記孔部に対してシャフトを圧入する際に生じる応力を、第２リブによって好適に吸収できるため、磁石の装着される外周側に前記応力を緩和できると共に、前記ロータを回転させた際に発生する遠心力によって外周側が径方向外側へと引張された場合でも、径方向に平衡した第１リブによって前記外周側を保持可能な強度が維持される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態に係る回転電機の平面図である。
【図２】図１の回転電機のロータを示す平面図である。
【図３】図２のロータにおける第２円環部近傍を示す拡大正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明に係る回転電機について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。図１において、参照符号１０は、本発明の実施の形態に係る回転電機を示す。
【００１９】
この回転電機１０は、例えば、３相交流ブラシレス式モータであり、図１に示されるように円環状のステータ１２と、前記ステータ１２の中心部に挿通されるロータ１４と、前記ステータ１２の外周側に設けられ該ステータ１２を保持する円環状のハウジング１６とを含む。なお、この回転電機１０は、Ｕ相端子１８、Ｖ相端子２０及びＷ相端子２２のそれぞれを介して図示しない電力源から供給される電力に基づきロータ１４が回転駆動する。
【００２０】
ステータ１２は、例えば、複数の鋼板が軸方向に積層され、且つ、周方向（矢印Ａ方向）に分割された分割コアを有し、複数の分割コアが周方向に互いに連結された状態で、その外周側にハウジング１６を組み付けることで一体的に保持される。このステータ１２は、複数の分割コアから円環状に形成されたステータコア２４と、前記ステータコア２４に設けられたスロット（図示せず）に装着される複数の導電体２６とから構成される。この導電体２６は、Ｕ相端子１８、Ｖ相端子２０及びＷ相端子２２に対して接続される。なお、図１に示すステータコア２４は、複数の分割コアを組み合わせる代わりに、一体形状としてもよい。
【００２１】
ロータ１４は、図１〜図３に示されるように、例えば、円盤状のロータ本体２８と、該ロータ本体２８の中央部に圧入される回転シャフト３０とから構成される。ロータ本体２８は、その内周側（図２、図３中、矢印Ｂ１方向）に形成され中心部に回転シャフト３０の挿通される孔部３２を有した第１円環部３４と、該第１円環部３４の外周側（図２、図３中、矢印Ｂ２方向）に形成され、磁石４４の装着される複数の第１及び第２装着孔３６、３８を有した第２円環部４０と、前記第１円環部３４と第２円環部４０との間に設けられ、該第１及び第２円環部３４、４０を互いに接続する接続部４２とを含む。なお、ロータ本体２８は、ステータ１２と軸方向に沿って略同等の厚さで形成される。
【００２２】
第１円環部３４は、略一定径でリング状に形成され、その中心部の孔部３２に回転シャフト３０が圧入されることで連結される。これにより、ロータ１４を構成するロータ本体２８と回転シャフト３０とが一体的に回転する。
【００２３】
第２円環部４０は、略一定径で、且つ、第１円環部３４より大径でリング状に形成され、その外周面近傍には、外周側（矢印Ｂ２方向）に向かって断面略Ｖ字状に配置された一対の第１及び第２装着孔３６、３８が設けられる。この一対の第１及び第２装着孔３６、３８は、第２円環部４０の周方向（矢印Ａ方向）に沿って互いに等間隔離間して複数（例えば、１２個）設けられ、その内部には、それぞれ磁石４４が装着される。
【００２４】
この磁石４４は、例えば、永久磁石からなり、該磁石４４が設けられた一対の第１及び第２装着孔３６、３８が、１つの磁極として機能する。
【００２５】
磁石４４は、第１及び第２装着孔３６、３８の長手方向に沿って配置される。
【００２６】
また、第１装着孔３６及び第２装着孔３８は、互いに隣接する一端部（内周側端部４６）が内周側（矢印Ｂ１方向）に配置され、互いに離間した他端部（外周側端部４８）が外周側（矢印Ｂ２方向）となるように、それぞれ所定角度傾斜して形成される。
【００２７】
そして、第１装着孔３６と第２装着孔３８との間には、径方向（矢印Ｂ方向）に一直線状に延在する分割部（第３リブ）５０が形成され、前記分割部５０を中心として前記第１装着孔３６と第２装着孔３８とが対称形状となるように形成される。換言すれば、分割部５０は、第１装着孔３６の内周側端部４６と第２装着孔３８の内周側端部４６との間を通り、且つ、ロータ本体２８の中心まで径方向（矢印Ｂ方向）に延在する仮想線Ｌ上となるように形成される。
【００２８】
また、第２円環部４０には、第１及び第２装着孔３６、３８に対して内周側（矢印Ｂ１方向）となる位置に、複数の付加穴５２が形成される。この付加穴５２は、例えば、径方向外側（矢印Ｂ２方向）に向かって先細となる断面三角形状に形成され、一方の第２装着孔３８と、該第２装着孔３８に対して周方向（矢印Ａ方向）に隣接した他方の第１装着孔３６との間となる位置に配置される。すなわち、付加穴５２は、第１及び第２装着孔３６、３８と同数だけ設けられる。
【００２９】
詳細には、付加穴５２は、一方の第２装着孔３８と第１装着孔３６に臨み、且つ、所定間隔離間した位置に設けられる。
【００３０】
なお、第１及び第２装着孔３６、３８、付加穴５２は、それぞれロータ本体２８の軸方向に沿って同一断面形状で貫通している。
【００３１】
接続部４２は、第１円環部３４の外周面と第２円環部４０の内周面とを接続するように設けられ、該外周面に接続され径方向外側（矢印Ｂ２方向）に向かって延在する第１リブ５４と、前記第１リブ５４の径方向外側（矢印Ｂ２方向）となる端部に接続され、外周側（矢印Ｂ２方向）に向かって二股状に分岐して第２円環部４０の内周面へと接続される第２リブ５６とを備える。
【００３２】
第１リブ５４は、第１及び第２円環部３４、４０の周方向（矢印Ａ方向）に沿って互いに等間隔離間して複数設けられ、外周側（矢印Ｂ２方向）に向かって放射状に延在している。第１リブ５４の数量は、一対の第１及び第２装着孔３６、３８の数量と同数となるように設定される。換言すれば、第１リブ５４は、径方向に平衡するように設けられている。
【００３３】
この第１リブ５４は、図３に示されるように、延在方向（矢印Ｂ方向）と直交した幅寸法Ｃ１が略一定で形成され、第２円環部４０における第１装着孔３６と第２装着孔３８との間、すなわち、分割部５０と一直線上となるように延在している。換言すれば、第１リブ５４は、分割部５０と共に仮想線Ｌ上に配置されるように形成される。
【００３４】
第２リブ５６は、第１リブ５４における径方向外側（矢印Ｂ２方向）の端部に接続され、外周側となる第２円環部４０側（矢印Ｂ２方向）に向かって徐々に拡幅する断面略Ｖ字状に形成された一対の分岐部５８ａ、５８ｂからなる。そして、分岐部５８ａ、５８ｂの先端が、第２円環部４０の内周面まで延在して接続されている。そして、図３に示されるように、第２リブ５６は、その分岐部５８ａ、５８ｂの径方向外側（矢印Ｂ２方向）の端部が、第１及び第２装着孔３６、３８の内周側端部４６に対して周方向（矢印Ａ方向）に沿った外側となる位置に接続されている。
【００３５】
この第２リブ５６の分岐角度（傾斜角）は、第１リブ５４の延在方向、すなわち、仮想線Ｌに対して分岐部５８ａ、５８ｂがそれぞれ同一角度θとなるように形成される。換言すれば、第２リブ５６は、その分岐部５８ａ、５８ｂが第１リブ５４の延在方向に対して対称形状となるように径方向外側（矢印Ｂ２方向）に分岐して形成される。
【００３６】
また、第２リブ５６の分岐部５８ａ、５８ｂは、図３に示されるように、その延在方向と直交した幅寸法Ｃ２が第１リブ５４の幅寸法Ｃ１より小さく形成される（Ｃ２＜Ｃ１）。すなわち、第２リブ５６は、第１リブ５４に対して細く形成されている。
【００３７】
さらに、ロータ１４において、第１及び第２リブ５４、５６の周囲には、軸方向に貫通した複数の肉抜き孔６０が形成され、該肉抜き孔６０を設けることによってロータ本体２８の軽量化を図っている。
【００３８】
本発明の実施の形態に係る回転電機１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、ロータ１４を組み付ける場合ついて説明する。
【００３９】
先ず、ロータ１４を構成するロータ本体２８に対して、その孔部３２に回転シャフト３０を軸方向に挿入し、該孔部３２の直径に対して若干だけ大径で形成された部位を前記孔部３２に対して圧入する。これにより、回転シャフト３０がロータ本体２８に対して圧入され一体的に連結される。
【００４０】
この際、回転シャフト３０の圧入時に圧入応力が発生し、前記回転シャフト３０を孔部３２に対して径方向（矢印Ｂ方向）に圧入しているために、この応力は、孔部３２を有する第１円環部３４から第１リブ５４、第２リブ５６を介して径方向外側（矢印Ｂ２方向）へと放射状に伝達され、前記第１リブ５４の径方向外側（矢印Ｂ２方向）となる端部から二股状に分岐した第２リブ５６によって分散及び吸収された後、第２円環部４０へと伝達される。そのため、第２リブ５６の分岐部５８ａ、５８ｂが応力によって潰れて変形することで、該応力が吸収され第２円環部４０側への伝達が低減される。
【００４１】
また、第２リブ５６は、第１及び第２装着孔３６、３８の内周側端部４６に対して周方向（矢印Ａ方向）に沿った外側となる位置に接続されているため、前記第２リブ５６を通じて第２円環部４０へと伝達された応力が前記内周側端部４６へ直接的に伝達されることが防止される。
【００４２】
その結果、第１及び第２装着孔３６、３８における内周側端部４６で生じる応力を緩和することが可能となり、それに伴って、第１及び第２装着孔３６、３８における応力集中を考慮して、予めロータ１４のロータ本体２８を高強度の材料から形成する必要がなく、低強度の材料で形成することで前記ロータ本体２８の製造コストを削減することができる。
【００４３】
また、第１及び第２装着孔３６、３８の近傍にそれぞれ付加穴５２を設けているため、該第１装着孔３６と第２装着孔３８との間に形成された分割部５０近傍の剛性が、その周囲と比較して低くなり、前記剛性を低下させることによって前記分割部５０近傍に生じる応力が緩和される。
【００４４】
次に、上述したように組み付けられたロータ１４を用いた回転電機１０の動作について説明する。
【００４５】
先ず、図示しない電力源からＵ相端子１８、Ｖ相端子２０及びＷ相端子２２に対して電力が供給されることで、導電体２６が通電され、それに伴って、前記導電体２６が励磁することで回転磁界が生じ、磁極となる磁石４４の装着されたロータ１４が回転駆動する。
【００４６】
この場合、ロータ１４には、その中心部に圧入された回転シャフト３０を中心として径方向外側（矢印Ｂ２方向）に向かって遠心力Ｆ（図３参照）が付与され、前記遠心力Ｆは、ロータ本体２８の外周側であり、重量の大きな磁石４４が設けられた第２円環部４０の外周部位に対して大きな遠心力Ｆが働くこととなる。
【００４７】
この第１円環部３４と第２円環部４０との間には、遠心力Ｆの付勢される径方向外側（矢印Ｂ２方向）に延在した第１リブ５４が設けられ、しかも、前記第１リブ５４は、第２リブ５６に対して幅寸法が大きく形成されているため、前記遠心力Ｆの付与される第２円環部４０を複数の第１リブ５４によって確実且つ強固に保持することができる。すなわち、第１リブ５４によって第２円環部４０に付与される遠心力Ｆに対する所望の強度が確保される。
【００４８】
以上のように、本実施の形態では、ロータ１４を構成するロータ本体２８において、回転シャフト３０の圧入される第１円環部３４の外周側（矢印Ｂ２方向）に、接続部４２を構成し、径方向（矢印Ｂ方向）に沿って一直線上に延在する第１リブ５４を設けると共に、前記第１リブ５４における径方向外側（矢印Ｂ２方向）の端部に二股状に分岐した第２リブ５６を設けることにより、前記第１円環部３４の孔部３２に回転シャフト３０を圧入する際に生じる応力を、前記第２リブ５６によって好適に吸収させることで、磁石４４の装着された第１及び第２装着孔３６、３８の内周側端部４６近傍における前記応力を緩和させることができる。その結果、応力に起因した歪が内周側端部４６近傍に生じることを抑制できる。また、ロータ１４を回転させた際、磁石４４が装着されているため大きな遠心力Ｆが付与される第２円環部４０の外周部位を、複数の第１リブ５４によって確実且つ強固に保持することができる。
【００４９】
すなわち、ロータ１４の内周側（矢印Ｂ１方向）に形成され回転シャフト３０が連結される第１円環部３４と、前記第１円環部３４の外周側（矢印Ｂ２方向）に設けられ磁石４４の装着された第２円環部４０とを、径方向（矢印Ｂ方向）に延在した複数の第１リブ５４と、該第１リブ５４の外周側（矢印Ｂ２方向）に形成され二股状に分岐した複数の第２リブ５６によって接続することで、遠心力Ｆに対する強度を確実に確保しつつ、前記回転シャフト３０を圧入した際に生じる応力を低減することが可能となる。
【００５０】
また、第２円環部４０に付加穴５２を設けることにより、第１装着孔３６と第２装着孔３８との間に設けられた分割部５０近傍の剛性を意図的に低下させることができるため、前記分割部５０近傍に付与される応力を緩和させることができる。
【００５１】
さらに、第１及び第２リブ５４、５６を、磁極の数、すなわち、第１及び第２装着孔３６、３８に対して整数倍となる数で設定し、且つ、前記第１及び第２リブ５４、５６の周方向位置と前記第１及び第２装着孔３６、３８（磁極）の周方向位置とがそれぞれ対称となるように配置することにより、ロータ１４の回転時における該ロータ１４の外周面とステータコア２４の内周面との間のギャップ（間隙）を均等とすることができる。換言すれば、一対の第１及び第２装着孔３６、３８に装着された磁石４４が遠心力Ｆによって径方向外側（矢印Ｂ２方向）へと引張された場合でも、第１及び第２リブ５４、５６によって前記第１及び第２装着孔３６、３８がそれぞれ均等に保持されるため、前記径方向外側（矢印Ｂ２方向）への変形量を略一定とすることができる。そのため、ロータ１４をステータ１２に対して安定的且つ円滑に回転させることが可能となり、それに伴って、前記ロータ１４を含む回転電機１０において安定した出力が得られる。
【００５２】
なお、上述した説明では、分割部（第３リブ）５０が単一で設けられる構成について説明したが、これに限定されるのではなく、例えば、前記分割部５０が複数個所設けられていてもよい。また、ロータ１４を構成するロータ本体２８の第２円環部４０に複数の付加穴５２を設ける構成について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、前記付加穴５２を設けなくてもよい。
【００５３】
なお、本発明に係る回転電機は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【符号の説明】
【００５４】
１０…回転電機                      １２…ステータ
１４…ロータ                        ２８…ロータ本体
３０…回転シャフト                  ３２…孔部
３４…第１円環部                    ３６…第１装着孔
３８…第２装着孔                    ４０…第２円環部
４２…接続部                        ４４…磁石
４６…内周側端部                    ４８…外周側端部
５０…分割部                        ５２…付加穴
５４…第１リブ                      ５６…第２リブ
５８ａ、５８ｂ…分岐部
【図１】
2013208014.tif 000003
【図２】
2013208014.tif 000004
【図３】
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