(57)【要約】【課題】ロータコアを保持部材に圧入せずにトルク伝達を可能にするとともに、部品点数を減らして製造コストを抑制可能な回転電機のロータ及びその製造方法を提供する。【解決手段】回転軸２０に固定されるとともに、ロータコア１１を保持する保持部材３０は、外周部にロータコア１１が固定される電磁鋼板保持部３１と、回転軸２０に連結される連結部３２と、ロータコア１１に発生するトルクを伝達するトルク伝達部３３と、を備え、電磁鋼板保持部３１、連結部３２、及びトルク伝達部３３が、樹脂によって一体に成形される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータコアと、
回転軸に固定されるとともに、前記ロータコアを保持する保持部材と、を備えた回転電機のロータであって、
前記保持部材は、
外周部に前記ロータコアが固定される筒状部と、
該筒状部と前記回転軸とを連結する連結部と、
前記ロータコアに発生するトルクを前記筒状部に伝達するトルク伝達部と、を備え、
前記筒状部と前記連結部と前記トルク伝達部とが、樹脂によって一体に成形される、回転電機のロータ。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機のロータであって、
前記ロータコアは、円周方向に沿って形成された複数の磁石挿入孔を有し、
前記磁石挿入孔には、永久磁石が設けられ、
前記トルク伝達部は、前記永久磁石と前記磁石挿入孔との空隙に充填された前記樹脂が、前記筒状部と一体に成形されることで構成されている、回転電機のロータ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の回転電機のロータであって、
前記ロータコアは、外周面に軸方向に延びるように形成された複数の溝部を有し、
前記トルク伝達部は、前記溝部に充填された前記樹脂が、前記筒状部と一体に成形されることで構成されている、回転電機のロータ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機のロータであって、
前記トルク伝達部は、前記ロータコアの内周面と前記筒状部の外周面に形成された嵌合部によって構成されている、回転電機のロータ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機のロータであって、
前記連結部と前記回転軸とは、前記回転軸のフランジ部に形成された貫通孔に充填された前記樹脂によって結合される、回転電機のロータ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転電機のロータであって、
前記連結部と前記回転軸とは、前記回転軸のフランジ部に形成された嵌合部と嵌合する前記樹脂によって結合される、回転電機のロータ。
【請求項７】
ロータコアと、
回転軸に固定されるとともに、前記ロータコアを保持する保持部材と、を備えた回転電機のロータの製造方法であって、
前記保持部材は、
外周部に前記ロータコアが固定される筒状部と、
該筒状部と前記回転軸とを連結する連結部と、
前記ロータコアに発生するトルクを前記筒状部に伝達するトルク伝達部と、を備え、
前記筒状部と前記連結部と前記トルク伝達部とが、樹脂によって一体に成形される、回転電機のロータの製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の回転電機のロータの製造方法であって、
前記連結部と前記回転軸との結合部も、前記樹脂によって一体に成形される、回転電機のロータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータコアと、ロータコアを保持する保持部材と、を備える回転電機のロータ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の回転電機のロータ１００は、図７に示すように、一端に鍔部１０３が設けられた円筒部１０４の外周面に、鍔部１０３側の端部から、一端側端面板１０７、複数枚の電磁鋼板１０１が積層されることで構成されるロータコア１０２、及び他端側端面板１０８がこの順で圧入された後、Ｃリングなどの止め輪１０９が円筒部１０４に装着されることで組み付けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４８３７２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、図７に示す従来の回転電機のロータ１００では、ロータコア１０２に作用する回転トルクがロータコア１０２と円筒部１０４との圧入部を介して軸部１０５に伝達されるので、回転トルク以上の結合力を圧入により得るため圧入代を大きくする必要があり、ロータコア１０２に大きな圧入応力が発生していた。ロータコア１０２に圧入応力が作用すると鉄損が増加する虞がある。さらに、従来のロータ１００は、部品点数が多く、製造コストが嵩む要因となっている。
【０００５】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ロータコアを保持部材に圧入せずにトルク伝達を可能にするとともに、部品点数を減らして製造コストを抑制可能な回転電機のロータ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、
ロータコア（例えば、後述の実施形態におけるロータコア１１）と、
回転軸（例えば、後述の実施形態における回転軸２０）に固定されるとともに、前記ロータコアを保持する保持部材（例えば、後述の実施形態における保持部材３０）と、を備えた回転電機のロータ（例えば、後述の実施形態における回転電機のロータ１０）であって、
前記保持部材は、
外周部に前記ロータコアが固定される筒状部（例えば、後述の実施形態における電磁鋼板保持部３１）と、
該筒状部と前記回転軸とを連結する連結部（例えば、後述の実施形態における連結部３２）と、
前記ロータコアに発生するトルクを前記筒状部に伝達するトルク伝達部（例えば、後述の実施形態におけるトルク伝達部３３）と、を備え、
前記筒状部と前記連結部と前記トルク伝達部とが、樹脂によって一体に成形される。
【０００７】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記ロータコアは、円周方向に沿って形成された複数の磁石挿入孔（例えば、後述の実施形態における磁石挿入孔１５）を有し、
前記磁石挿入孔には、永久磁石（例えば、後述の実施形態における永久磁石１２）が設けられ、
前記トルク伝達部は、前記永久磁石と前記磁石挿入孔との空隙（例えば、後述の実施形態における空隙１７、１８）に充填された前記樹脂が、前記筒状部と一体に成形されることで構成されている。
【０００８】
また、請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、
前記ロータコアは、外周面に軸方向に延びるように形成された複数の溝部（例えば、後述の実施形態における溝部１９）を有し、
前記トルク伝達部は、前記溝部に充填された前記樹脂が、前記筒状部と一体に成形されることで構成されている。
【０００９】
また、請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、
前記トルク伝達部は、前記ロータコアの内周面（例えば、後述の実施形態における内周面１１ａ）と前記筒状部の外周面に形成された嵌合部（例えば、後述の実施形態における嵌合突起３７）によって構成されている。
【００１０】
また、請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明において、
前記連結部と前記回転軸とは、前記回転軸のフランジ部（例えば、後述の実施形態におけるフランジ部２３）に形成された貫通孔（例えば、後述の実施形態における貫通孔２４）に充填された前記樹脂によって結合される。
【００１１】
また、請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発明において、
前記連結部と前記回転軸とは、前記回転軸のフランジ部（例えば、後述の実施形態におけるフランジ部２３）に形成された嵌合部（例えば、後述の実施形態における凹部２５）と嵌合する前記樹脂によって結合される。
【００１２】
また、請求項７の発明は、
ロータコア（例えば、後述の実施形態におけるロータコア１１）と、
回転軸（例えば、後述の実施形態における回転軸２０）に固定されるとともに、前記ロータコアを保持する保持部材（例えば、後述の実施形態における保持部材３０）と、を備えた回転電機のロータ（例えば、後述の実施形態における回転電機のロータ１０）の製造方法であって、
前記保持部材は、
外周部に前記ロータコアが固定される筒状部（例えば、後述の実施形態における電磁鋼板保持部３１）と、
該筒状部と前記回転軸とを連結する連結部（例えば、後述の実施形態における連結部３２）と、
前記ロータコアに発生するトルクを前記筒状部に伝達するトルク伝達部（例えば、後述の実施形態におけるトルク伝達部３３）と、を備え、
前記筒状部と前記連結部とトルク伝達部とが、樹脂によって一体に成形される。
【００１３】
また、請求項８の発明は、請求項７に記載の発明において、
前記連結部と前記回転軸との結合部（例えば、後述の実施形態における結合ピン４０、嵌合凸部３９）も、前記樹脂によって一体に成形される。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明によれば、ロータコアを保持部材に圧入しなくても、樹脂によって筒状部及び連結部と一体に成形されたトルク伝達部によってロータコアに発生するトルクを保持部材に伝達することができる。これにより、ロータコアに圧入応力が発生するのを防止できる。また、樹脂によって筒状部と連結部とトルク伝達部とが一体に成形されるので、部品点数を減らして製造コストを抑制できる。
【００１５】
請求項２の発明によれば、永久磁石を固定するための樹脂と、筒状部を構成する樹脂とを一体的に成形することができるため、樹脂の成形工程を効率的に行うことができる。
【００１６】
請求項３の発明によれば、ロータコアに形成された溝部を利用して樹脂を充填することで、磁気特性に与える影響を抑制しつつ、ロータコアに発生するトルクを、効率的に保持部材に伝達することができる。
【００１７】
請求項４の発明によれば、ロータコアに発生するトルクを、更に効率的に保持部材に伝達することができる。
【００１８】
請求項５及び６の発明によれば、連結部と回転軸との結合も保持部材を構成する樹脂によって一体に成形されるため、ロータコアに発生するトルクを、保持部材を介して効率的に回転軸に伝達することができる。また、ボルト等の締結部材が不要となるので、部品点数を減らして製造コストを抑制できる。
【００１９】
請求項７の発明によれば、ロータコアを保持部材に圧入しなくても、樹脂によって筒状部及び連結部と一体に成形されたトルク伝達部によってロータコアに発生するトルクを保持部材に伝達することができる。これにより、ロータコアに圧入応力が発生するのを防止できる。また、樹脂によって筒状部と連結部とトルク伝達部とが一体に成形されるので、部品点数を減らして製造コストを抑制できる。
【００２０】
請求項８の発明によれば、連結部と回転軸とを結合する結合部も保持部材を構成する樹脂によって一体に成形されるので、ロータコアに発生するトルクを、保持部材を介して効率的に回転軸に伝達することができる。また、ボルト等の締結部材が不要となるので、部品点数を減らして製造コストを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態の回転電機のロータの断面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線で切断したロータの斜視図である。
【図３】図２からロータコアと永久磁石を取り除き、充填された樹脂のみを示す斜視図である。
【図４】本発明の第２実施形態のロータの要部断面図である。
【図５】ロータコア、保持部材、及び回転軸の結合構造を示す要部断面図である。
【図６】ロータコア、保持部材、及び回転軸の他の結合構造を示す要部断面図である。
【図７】特許文献１に記載の回転電機のロータの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の回転電機のロータの各実施形態について、添付図面に基づいて説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
【００２３】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の回転電機のロータの断面図、図２は、図１におけるＡ−Ａ線断面斜視図、図３は、充填された樹脂の形状を示す斜視図である。
【００２４】
図１から図３に示すように、本実施形態の回転電機のロータ１０は、回転軸２０に固定されるロータコア１１と、ロータコア１１に埋め込まれた永久磁石１２と、ロータコア１１と回転軸２０とを連結する樹脂製の保持部材３０と、を備える。
【００２５】
ロータコア１１は、同一形状の円環状に打ち抜き形成された複数枚の電磁鋼板１３が積層されて構成されている。各電磁鋼板１３は、その中央部に円形孔１４を有するとともに、その外周部に複数の磁石挿入孔１５が円周方向に等間隔で複数形成されている。円形孔１４には、回転軸２０から出力されるトルクを出力部に伝達するための変速機構等が配置され得る。
【００２６】
磁石挿入孔１５は、ロータコア１１の外周方向に向かって開くように略Ｖ字状に形成されている。磁石挿入孔１５には、磁石挿入孔１５毎に磁極の向きを変えながら、一対の永久磁石１２が挿入されて１つの磁極部１６を構成している。このように、１つの磁石挿入孔１５に磁化方向が同じ一対の永久磁石１２が配置され、周方向で隣り合う磁石挿入孔１５に、この一対の永久磁石１２と磁化方向が異なる一対の永久磁石１２が配置されることで、周方向で交互に磁極が反転する。なお、永久磁石１２は、一体型の永久磁石でもよく、軸方向に分割された分割型の永久磁石であってもよい。
【００２７】
一対の永久磁石１２が挿入された略Ｖ字状の磁石挿入孔１５には、ロータコア１１の外周面に近い側の両端部に空隙１７が設けられるとともに、中央部にも一対の永久磁石１２間に空隙１８が設けられている。なお、この空隙１７、１８は、後述するトルク伝達部３３としての機能に加えて、磁束短絡を防止する機能も有している。また、ロータコア１１の外周面には、隣り合う磁極部１６の空隙１７間に略Ｖ字形の溝部１９が形成されることで、複数の溝部１９が形成されている。この溝部１９は、回転電機の磁気特性を向上させる機能を有している。
【００２８】
回転軸２０は、内周面に雌スプライン２１が形成されたハブ２２を備え、ハブ２２の外周面には、フランジ部２３が径方向外方に延設されて、保持部材３０に連結されている。回転軸２０の雌スプライン２１には、クランク軸などの支持軸に設けられた雄スプライン（いずれも図示せず）がスプライン嵌合可能となっている。
【００２９】
保持部材３０は、ガラス繊維などを含有するＦＲＰ樹脂などを用いてインサート成形することで形成される。より具体的には、複数の電磁鋼板１３が積層されたロータコア１１及び回転軸２０を金型内に挿入した状態で金型内に樹脂を充填することで形成される。
【００３０】
保持部材３０は、ロータコア１１の内周面１１ａ、及び積層方向両端面１１ｂ，１１ｃを径方向内方から覆う断面略コの字形であって全体として略筒状に形成された電磁鋼板保持部３１と、電磁鋼板保持部３１の軸方向一端から径方向内方に向けて延設され、電磁鋼板保持部３１と回転軸２０のフランジ部２３とを連結する円板状の連結部３２と、ロータコア１１に発生するトルクを電磁鋼板保持部３１に伝達するトルク伝達部３３と、が一体に成形されている。
【００３１】
電磁鋼板保持部３１は、円筒部３４と、ロータコア１１の積層方向両端面１１ｂ，１１ｃと対向する一対の円板部３５，３６と、を備え、円筒部３４の外周部であって一対の円板部３５，３６の間にロータコア１１が固定される。
【００３２】
トルク伝達部３３は、磁石挿入孔１５と永久磁石１２との空隙１７、１８に充填された樹脂、及び略Ｖ字形の溝部１９に充填された樹脂により形成される。各トルク伝達部３３の両端部は、電磁鋼板保持部３１の一対の円板部３５，３６と一体に成形されている。これにより、ロータコア１１に発生するトルクが、トルク伝達部３３を介して保持部材３０に伝達される。保持部材３０の連結部３２を片持ち梁構造とすることで、円筒部３４の内周部に変速機等が配置可能となっている。なお、保持部材３０の連結部３２は、回転軸２０と一体回転可能に結合されているが、詳細な連結構造については、後述する第２実施形態（図５及び図６）で詳述する。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態に係る回転電機のロータ１０によれば、電磁鋼板保持部３１、連結部３２、及びトルク伝達部３３が、樹脂によって一体に成形されるので、ロータコア１１を保持部材３０に圧入することなく、ロータコア１１に発生するトルクを保持部材３０に伝達することができる。これにより、ロータコア１１に圧入応力が発生するのを防止できる。また、部品点数を減らして製造コストを抑制できる。
【００３４】
また、トルク伝達部３３は、永久磁石１２と磁石挿入孔１５との空隙１７、１８に充填されて、電磁鋼板保持部３１と一体に成形された樹脂で構成されるので、永久磁石１２を固定するための樹脂と、電磁鋼板保持部３１を構成する樹脂とを一体的に成形することができるため、樹脂の成形工程を効率的に行うことができる。
【００３５】
また、トルク伝達部３３は、ロータコア１１の外周面を軸方向に延びる複数の溝部１９に充填されて、電磁鋼板保持部３１と一体に成形される樹脂で構成されるので、磁気特性に与える影響を抑制しつつ、ロータコア１１に発生するトルクを、効率的に保持部材３０に伝達することができる。なお、これらトルク伝達部３３を構成する樹脂が充填される空隙１７、１８及び溝部１９は、永久磁石１２の固定若しくはロータ特性等の点で従来よりロータコア１１に設けられていたものであり、トルク伝達部３３を形成するために電磁鋼板１３に新たな加工を施す必要はない。したがって、従来の電磁鋼板１３を利用することができる点においても製造コストを抑えることができる。また、トルク伝達部３３は、永久磁石１２を固定するための樹脂と溝部１９に充填される樹脂とのいずれか一方から構成されていればよい。
【００３６】
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係る回転電機のロータ１０の要部断面図、図５は、保持部材３０と回転軸２０との結合構造の一実施形態を示す要部断面図、図６は、保持部材３０と回転軸２０との他の結合構造を示す要部断面図である。
【００３７】
本実施形態の回転電機のロータ１０は、ロータコア１１の内周面１１ａと、電磁鋼板保持部３１の円筒部３４の外周面との接合部にも、トルク伝達部３３が設けられている。その他の部分については、本発明の第１実施形態の回転電機のロータ１０と同様であるので、同一部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。
【００３８】
具体的に、ロータコア１１の内周面１１ａには、外径方向に窪む複数の嵌合溝１１ｄが形成されている。そして、ロータコア１１をインサート成形することにより、保持部材３０には、円筒部３４の外周側に嵌合溝１１ｄに充填された樹脂により嵌合突起３７が形成される。ロータコア１１の嵌合溝１１ｄと円筒部３４の嵌合突起３７とが嵌合（例えば、スプライン嵌合）することで構成されるトルク伝達部３３によっても、ロータコア１１に発生するトルクが保持部材３０に伝達される。
【００３９】
このように、本実施形態の回転電機のロータ１０は、磁石挿入孔１５と永久磁石１２との空隙１７、１８に充填された樹脂、及び略Ｖ字形の溝部１９に充填された樹脂により形成されるトルク伝達部３３に加えて、さらにロータコア１１の嵌合溝１１ｄと円筒部３４の嵌合突起３７とが嵌合することで構成されるトルク伝達部３３を有するので、より大きなトルクを伝達することができる。なお、ロータコア１１の嵌合溝１１ｄと円筒部３４の嵌合突起３７が嵌合することで構成されるトルク伝達部３３のみで、ロータコア１１に発生するトルクを、保持部材３０に伝達するように構成してもよい。
【００４０】
次に、図５を参照して保持部材３０と回転軸２０との結合構造について説明する。
回転軸２０のフランジ部２３には、軸方向に貫通する複数の貫通孔２４が設けられている。そして、フランジ部２３を軸方向両側から挟持するように樹脂を充填して保持部材３０を形成することで、連結部３２の内径端部には二又部３８が形成されるともに、貫通孔２４に充填された樹脂によって二又部３８を連結する複数の結合ピン４０が形成される。このように、複数の結合ピン４０を介して保持部材３０と回転軸２０とが結合することで、保持部材３０が回転軸２０に強固に固定される。
【００４１】
次に、図６を参照して保持部材３０と回転軸２０との他の結合構造について説明する。
回転軸２０のフランジ部２３の外周面に、内径側に凹む複数の凹部２５が形成されている。そして、フランジ部２３を軸方向両側から挟持するように樹脂を充填して保持部材３０を形成することで、連結部３２の内径端部には二又部３８が形成されるともに、凹部２５に充填された樹脂によって嵌合凸部３９が形成される。このように、凹部２５と嵌合凸部３９とが嵌合（例えば、スプライン嵌合）することで保持部材３０が回転軸２０に強固に固定される。
【００４２】
なお、図５及び図６では、ロータコア１１の内周面１１ａに複数の嵌合溝１１ｄが形成された第２実施形態のロータ１０を図示しているが、ロータコア１１の内周面１１ａに嵌合溝１１ｄを有していない第１実施形態のロータ１０であっても、同様の結合構造が採用可能である。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態に係る回転電機のロータ１０によれば、トルク伝達部３３が、ロータコア１１の内周面１１ａと円筒部３４の外周面との接合部に形成された嵌合突起３７によっても構成されているので、ロータコア１１に発生するトルクを、効率的に保持部材３０に伝達することができる。
【００４４】
また、連結部３２と回転軸２０とは、回転軸２０のフランジ部２３に形成された貫通孔２４に充填された樹脂によって形成された結合ピン４０によって結合されるか、又は回転軸２０に形成された凹部２５と嵌合する嵌合凸部３９によって結合される。このように、連結部３２と回転軸２０とを結合する結合部も保持部材３０を構成する樹脂によって一体に成形されるため、ロータコア１１に発生するトルクを、保持部材３０を介して効率的に回転軸２０に伝達することができる。また、回転軸２０と保持部材３０とを結合するボルト等の締結部材が不要となるので、部品点数を減らして製造コストを抑制できる。なお、結合ピン４０と嵌合凸部３９との両方によって連結部３２と回転軸２０とを結合してもよい。
【００４５】
尚、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
例えば、上記実施形態では、トルク伝達部３３として、磁石挿入孔１５と永久磁石１２との空隙１７、１８に充填された樹脂、略Ｖ字形の溝部１９に充填された樹脂、及び、ロータコア１１の嵌合溝１１ｄに嵌合する円筒部３４の嵌合突起３７を例示したが、これに限らず、ロータコア１１に積層方向両端面１１ｂ，１１ｃを貫通する孔部を設け、この孔部に充填される樹脂をトルク伝達部としてもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１０    ロータ
１１    ロータコア
１１ａ        内周面
１２    永久磁石
１５    磁石挿入孔
１７    空隙
１８    空隙
１９    溝部
２０    回転軸
２３    フランジ部
２４    貫通孔
２５    凹部（回転軸に形成された嵌合部）
３０    保持部材
３１    電磁鋼板保持部（筒状部）
３２    連結部
３３    トルク伝達部
３７    嵌合突起
３９    嵌合凸部（結合部）
４０    結合ピン（結合部）
【図１】
2016201870.tif 000003
【図２】
2016201870.tif 000004
【図３】
2016201870.tif 000005
【図４】
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【図５】
2016201870.tif 000007
【図６】
2016201870.tif 000008
【図７】
2016201870.tif 000009