(57)【要約】【課題】端面板に加わる応力を低減して破断を抑制する回転電機のロータ及び端面板の製造方法を提供する。【解決手段】ロータコア１６のコア端面３４、３６と対向する端面板１４、１８の端面板内面４０のうち、回転軸１２に近い内面内周部４２がロータコア１６のコア端面３４、３６と当接する。また、回転軸１２から遠い内面外周部４４が軸線Ａ方向の外側への応力緩和形状を有する。端面板１４、１８はプレス成形により形成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、
前記回転軸に固定されるロータコアと、
前記回転軸に固定され、前記ロータコアの端面に当接して前記ロータコアを拘束する端面板と、
軸線方向と平行する前記ロータコアの孔内に樹脂で固定される永久磁石と、
を有する回転電機のロータであって、
前記ロータコアの前記端面と対向する前記端面板の内面のうち、前記回転軸に近い内周部が前記ロータコアの前記端面と当接しており、前記回転軸から遠い外周部が前記軸線方向外側への応力緩和形状を有する
ことを特徴とす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において、
前記端面板の前記外周部は、前記ロータコアの前記端面から離間している
ことを特徴とす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に使用される端面版の製造方法であって、
前記端面板をプレス成形により形成する
ことを特徴とする端面板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転軸に固定されるロータコアを端面板で拘束する回転電機のロータ、及び、回転電機のロータに使用される端面板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、回転電機のロータコアの外周部を内周部よりも大きな力で拘束する構造を示す。特許文献１の端面板は、ロータコアの端面と対応する内面の外周部にテーパ面が形成されている。ロータコアの外周部と端面板の外周部がかしめ結合されると、端面板が弾性変形してロータコアの外周部を大きな力で拘束する。
【０００３】
特許文献２は、回転電機のロータコアの反りを抑制する端面板を示す。この端面板は、回転軸に対する取付孔が形成された端面板の内周側から外周側に向かって、取付孔周辺部、中間部、外縁部が形成される。このうち中間部は軸線方向の外側に凸形状となっており、取付孔周辺部と外縁部はロータコアの端面に当接している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２８９３２９号公報
【特許文献２】特開２０１１−２０５８６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
モータ等、回転電機のロータコアは、積層した鋼板により構成される。ロータコアの外周側には回転軸と平行する磁石挿入孔が形成され、磁石挿入孔内に永久磁石が樹脂で固定される。このようなロータコアが回転軸に圧入されると、回転軸に近いロータコアの内周側では各鋼板間が圧縮される。一方、回転軸から遠いロータコアの外周側では永久磁石を固定する樹脂により各鋼板間の圧縮が抑制される。このように、ロータコアの内周側と外周側とで軸線方向の圧縮量に差が生じ、ロータコアの外周側が軸線方向外側に反ることがある。ロータコアの外周側が反ると、端面板の外周側が押圧される。一方、端面板の内周側は拘束部材により固定されている。このため、端面板の内周側に応力が集中して破断が生じる虞がある。破断を防ぐために端面板を厚くすることも考えられるが、その場合は重量が増加してモータ効率が悪化する。
【０００６】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、端面板に加わる応力を低減して破断を抑制する回転電機のロータ及び端面板の製造方法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】
本発明は、回転軸と、前記回転軸に固定されるロータコアと、前記回転軸に固定され、前記ロータコアの端面に当接して前記ロータコアを拘束する端面板と、軸線方向と平行する前記ロータコアの孔内に樹脂で固定される永久磁石と、を有する回転電機のロータであって、前記ロータコアの前記端面と対向する前記端面板の内面のうち、前記回転軸に近い内周部が前記ロータコアの前記端面と当接しており、前記回転軸から遠い外周部が前記軸線方向外側への応力緩和形状を有することを特徴とする。本発明によれば、回転軸から遠い外周部が軸線方向外側への応力緩和形状を有することにより、端面板に発生する応力を低減することができる。このため、端面板の破断は抑制される。
【０００８】
本発明において、前記端面板の前記外周部は、前記ロータコアの前記端面から離間していてもよい。端面板の内面の外周部をロータコアの端面から離間させるという構造で応力緩和形状を構成することにより、端面板の外周側の板厚を薄くすることができる。このため、端面板の軽量化が可能になる。また、端面板が容易な構造となり複雑な加工等を必要としない。このため、端面板の製造コストを低下させることができる。また、回転電機内に供給される冷却油が、端面板とロータコアとの間の隙間に流入する。このため、ロータコアに設けられる永久磁石の冷却効率が上昇する。また、空気の透磁率は金属の透磁率よりも小さいため、永久磁石から端面板への磁束漏れを低減できる。このため、効率が上昇する。
【０００９】
本発明において、前記端面板をプレス成形により形成してもよい。この構成によれば、切削等の作業が必要なくなる。このため、端面板の製造が容易になり、端面板の加工コストを低下させることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、回転軸から遠い外周部が軸線方向外側への応力緩和形状を有することにより、端面板に発生する応力を低減することができる。このため、端面板の破断は抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は第１実施形態に係るロータの分解斜視図である。
【図２】図２は第１実施形態に係るロータの断面図である。
【図３】図３は図２の一部拡大図である。
【図４】図４は第２実施形態に係るロータの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る回転電機のロータ及び端面板の製造方法について、好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。本実施形態に係る回転電機としては、例えばブラシレスモータや発電機が挙げられる。なお、各図では各構成を簡略化して示している。
【００１３】
［１  第１実施形態］
［１．１  ロータ１０の構造］
回転電機は、ケース及びケースの内周に沿って固定されるステータを有する（いずれも図示せず）。更にステータの内周側にロータ１０を備える。図１で示すように、第１実施形態に係るロータ１０は、回転軸１２と、回転軸１２の一端１２ａに向かって他端１２ｂから順次圧入される端面板１４と、４つのロータコア１６と、端面板１８と、カラー２０とを備える。なお、以下では４つのロータコア１６をロータコアユニット２２と称する。
【００１４】
図２、図３を用いてロータ１０の構造について更なる説明をする。回転軸１２は中空の筒状部材であって、回転電機のケース内に軸受を介して回転自在な状態で軸支される。回転軸１２の外周のうち一端１２ａに近い部位には径方向に拡がるフランジ２４が形成される。フランジ２４とカラー２０により端面板１４とロータコアユニット２２と端面板１８とが挟持されて定位置に固定される。
【００１５】
ロータコアユニット２２を構成する個々のロータコア１６は同一の構造である。ロータコア１６は、複数の電磁鋼板が積層されてかしめ結合された積層体である。各電磁鋼板の外周形状は円形状である。ロータコア１６の中心部には回転軸１２に圧入するための中心孔２６が形成される。また、ロータコア１６の外周側には軸線Ａ方向と平行する複数の磁石挿入孔２８が形成される。各磁石挿入孔２８には永久磁石３０が挿入される。更に、各磁石挿入孔２８には樹脂３２が充填され、永久磁石３０が固定される。なお、第１実施形態では軸線Ａ方向に沿って４つのロータコア１６が重ねられてロータコアユニット２２が形成されているが、その数は限定されるものではない。
【００１６】
端面板１４は、ロータコアユニット２２の一方のコア端面３４に当接し、ロータコアユニット２２が回転軸１２の一端１２ａ（図１参照）の方向へ変位しないように拘束する。同様に、端面板１８は、ロータコアユニット２２の他方のコア端面３６に当接し、ロータコアユニット２２が回転軸１２の他端１２ｂ（図１参照）の方向へ変位しないように拘束する。端面板１４と端面板１８は回転軸１２に固定されたときの向きが相違するのみで、構成自体は一致する。このため、図２において、端面板１４と端面板１８の同一の構成には同一の符号を付す。そして、以下では端面板１８に関する説明をし、端面板１４に関する説明を省略する。
【００１７】
端面板１８は、ステンレス鋼、アルミニウム等の非磁性体の金属により形成される。端面板１８の外周形状はロータコア１６の外周形状と一致する円形状であり、また、端面板１８の径は各ロータコア１６の径と略同一である。端面板１８の中心部には回転軸１２に圧入するための中心孔３８が形成される。端面板１８は、ロータコア１６のコア端面３６と対向する端面板内面４０とその裏面となる端面板外面５０とを有する。
【００１８】
端面板内面４０は応力緩和形状を有し、端面板外面５０は平面形状を有する。例えば、ロータコアユニット２２のコア端面３６の外周側と端面板１８の端面板内面４０の外周側とが当接し、且つ、ロータコアユニット２２の外周側が軸線Ａ方向の外側に反ると、端面板１８の外周側に押圧力が作用する。このとき、回転軸１２に固定される端面板１８の内周側には応力が発生する。端面板内面４０が有する応力緩和形状は、ロータコアユニット２２の反りに起因して発生する端面板１８の応力を緩和する形状である。応力緩和形状は、回転軸１２に近い内面内周部４２と、回転軸１２から遠い内面外周部４４と、内面段差部４６により形成される。
【００１９】
内面内周部４２は端面板内面４０の内周側、すなわち中心孔３８の周囲に位置する。内面外周部４４は端面板内面４０の外周側に位置する。内面段差部４６は内面内周部４２と内面外周部４４の間に位置する。内面外周部４４を基準位置とすると、内面内周部４２は軸線Ａ方向の内側に突出している。内面内周部４２を基準位置とすると、内面外周部４４は軸線Ａ方向の外側に凹んでいる。内面内周部４２と内面外周部４４は互いに平行する。このような形状により、内面内周部４２はロータコアユニット２２のコア端面３６に当接する。また、内面外周部４４はロータコアユニット２２のコア端面３６と離間して対向する。内面外周部４４とコア端面３６との間には隙間４８が介在する。
【００２０】
内面内周部４２の径方向の長さＲｉ及び内面外周部４４の径方向の長さＲｏはロータコア１６（ロータコアユニット２２）に発生する反りに応じて設定される。但し、端面板１８に発生する応力を小さくするためには、内面内周部４２がロータコア１６の磁石挿入孔２８の位置まで拡がらない方がよい。このため、内面内周部４２の径方向の長さＲｉは、ロータコア１６における磁石挿入孔２８までの径方向の長さＲｍよりも短い方が好ましい。第１実施形態では、内面内周部４２の径方向の長さＲｉと内面外周部４４の径方向の長さＲｏが略同一とされている。このような構造においては、内面外周部４４と、ロータコア１６の磁石挿入孔２８、永久磁石３０の端面、樹脂３２とが隙間４８を介して対向する。
【００２１】
内面段差部４６は、内面内周部４２及び内面外周部４４に略直交する。内面段差部４６の外周形状は端面板１８の外周形状と一致する略円形状である。内面段差部４６の長さ、すなわち内面内周部４２と内面外周部４４の軸線Ａ方向の離間距離は、ロータコア１６の反りに応じて設定される。
【００２２】
端面板１８は、端面板内面４０に内面内周部４２と内面外周部４４と内面段差部４６とを有し、端面板外面５０に平面を有する簡単な構造である。このため、端面板１８はプレス成形により形成される。
【００２３】
なお、第１実施形態は以下のような変形も可能である。内面外周部４４は、内面内周部４２と平行しなくてもよい。例えば、内面外周部４４は、外周に近くなるほど内面内周部４２を基準位置とした凹み量が大きくなるように、内面内周部４２に対して傾斜していてもよい。この場合、内面段差部４６が形成されていなくてもよい。つまり、内面内周部４２に対して、内面外周部４４が傾斜した状態で繋がっていてもよい。また、内面外周部４４は、平面でなく曲面であってもよい。また、内面段差部４６は、内面内周部４２及び内面外周部４４に略直交するのではなく、傾斜していてもよい。この場合、内面内周部４２と内面外周部４４との間に直交面が介在するのではなく傾斜面が介在することになる。
【００２４】
なお、端面板１４、１８の径はロータコア１６の径と同一である必要は無い。但し、ロータコア１６から永久磁石３０が飛び出すことを防止するために、端面板１８により磁石挿入孔２８が覆われることが好ましい。
【００２５】
［１．２  第１実施形態のまとめ］
第１実施形態に係るロータ１０は、回転軸１２と、回転軸１２に固定されるロータコア１６と、回転軸１２に固定され、ロータコア１６のコア端面３４、３６に当接してロータコア１６を拘束する端面板１４、１８と、ロータコア１６に形成された軸線Ａ方向と平行する磁石挿入孔２８内に樹脂３２で固定される永久磁石３０と、を有する。ロータコア１６のコア端面３４、３６と対向する端面板１４、１８の端面板内面４０のうち、回転軸１２に近い内面内周部４２がロータコア１６のコア端面３４、３６と当接する。また、回転軸１２から遠い内面外周部４４が軸線Ａ方向の外側への応力緩和形状を有する。このように、回転軸１２から遠い内面外周部４４が軸線Ａ方向の外側への応力緩和形状を有することにより、端面板１４、１８に発生する応力を低減することができる。このため、端面板１４、１８の破断は抑制される。
【００２６】
複数のロータコア１６を重ねたロータコアユニット２２において、ロータコア１６のコア端面３４、３６に樹脂３２が飛び出していると、飛び出した樹脂３２同士が重なり合い、ロータコアユニット２２の外周側が更に軸線Ａ方向の外側に反る。端面板１４、１８の応力緩和形状は、このようなロータコアユニット２２に発生する反りにも対応できる。
【００２７】
応力緩和形状としては、端面板１４、１８の内面外周部４４が、ロータコア１６のコア端面３４、３６から離間する形状である。端面板１４、１８の端面板内面４０の内面外周部４４をロータコア１６のコア端面３４、３６から離間させるという構造で応力緩和形状を構成することにより、端面板１４、１８の外周側の板厚を薄くすることができる。このため、端面板１４、１８の軽量化が可能になる。また、端面板１４、１８が容易な構造となり複雑な加工等を必要としない。このため、端面板１４、１８の製造コストを低下させることができる。また、回転電機内に供給される冷却油が、端面板１４、１８とロータコア１６との間の隙間４８に流入する。このため、ロータコア１６に設けられる永久磁石３０の冷却効率が上昇する。また、空気の透磁率は金属の透磁率よりも小さいため、永久磁石３０から端面板１４、１８への磁束漏れを低減できる。このため、効率が上昇する。
【００２８】
端面板１４、１８はプレス成形により形成される。プレス成形により、切削等の作業が必要なくなる。このため、端面板１４、１８の製造が容易になり、端面板１４、１８の加工コストを低下させることができる。
【００２９】
［２  第２実施形態］
図２で示す端面板１４、１８は端面板外面５０が平坦であるが、平坦でなくてもよい。例えば、図４で示すような端面板１１４、１１８であってもよい。端面板１１４と端面板１１８は回転軸１２に固定されたときの向きが相違するのみで、構成自体は一致する。このため、図４において、端面板１１４と端面板１１８の同一の構成には同一の符号を付す。そして、以下では端面板１１８に関する説明をし、端面板１１４に関する説明を省略する。
【００３０】
端面板１１８は、ロータコア１６のコア端面３６と対向する端面板内面１４０とその裏面となる端面板外面１５０とを有する。端面板内面１４０は、図２で示す端面板内面４０と同じように応力緩和形状を有する。応力緩和形状は、回転軸１２に近い内面内周部１４２と、回転軸１２から遠い内面外周部１４４と、内面段差部１４６により形成される。
【００３１】
端面板外面１５０は、回転軸１２に近い外面内周部１５２と、回転軸１２から遠い外面外周部１５４と、外面段差部１５６により形成される。外面内周部１５２は端面板外面１５０の内周側、すなわち中心孔１３８の周囲に位置する。外面外周部１５４は端面板外面１５０の外周側に位置する。外面段差部１５６は外面内周部１５２と外面外周部１５４の間に位置する。外面外周部１５４を基準位置とすると、外面内周部１５２は軸線Ａ方向の内側に凹んでいる。外面内周部１５２を基準位置とすると、外面外周部１５４は軸線Ａ方向の外側に突出している。外面内周部１５２と外面外周部１５４は互いに平行する。外面段差部１５６は、外面内周部１５２及び外面外周部１５４に略直交する。
【００３２】
外面外周部１５４は、外面内周部１５２と平行しなくてもよい。また、内面外周部１４４は、平面でなく曲面であってもよい。また、外面段差部１５６は、外面内周部１５２及び外面外周部１５４に略直交するのではなく、傾斜していてもよい。
【００３３】
第２実施形態によれば、第１実施形態と同じ効果を得られる。また、端面板１１４、１１８の外面内周部１５２が軸線Ａ方向の内側に凹む分だけ端面板１１４、１１８は薄くなる。このため、ロータ１０の軸線Ａ方向の長さを短くすることができる。また、端面板１１４、１１８のプレス成形は、端面板１４、１８のプレス成形よりも容易である。
【００３４】
なお、本発明に係る回転電機のロータ及び端面板の製造方法は、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】
【００３５】
１０…ロータ                        １２…回転軸
１４、１８、１１４、１１８…端面板  １６…ロータコア
２２…ロータコアユニット            ３０…永久磁石
３４、３６…コア端面                ４０、１４０…端面板内面
４２、１４２…内面内周部            ４４、１４４…内面外周部
４６、１４６…内面段差部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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