(57)【要約】【課題】硬化処理により生じる盛上り部で積層厚に局所的な厚み増加が発生することをより小さなプレス荷重で抑制できる回転電機のロータを提供すること。【解決手段】鋼板３０の磁石挿入孔対２２間に位置するブリッジ部５０の一方側面の縁部に２条のプレス硬化部６０を設ける。鋼板３０のブリッジ部５０の他方側面に凹部７１を設け、隣り合う別の鋼板３０の２条のプレス硬化部６０の間にある盛上り部８０を凹部７１内に収納する。【選択図】図５
2017042014.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に積層された複数の環状鋼板から成り、周方向に互いに間隔をおいて複数の磁石挿入孔対が設けられたロータコアと、
前記磁石挿入孔対に挿入された磁石と、を備える回転電機のロータであって、
前記環状鋼板は、前記磁石挿入孔対間のブリッジ部の一方側面の縁部に設けられた２条のプレス硬化部と、前記ブリッジ部の他方側面に設けられ、隣接する前記環状鋼板の前記２条のプレス硬化部の間にある盛上り部を収納する凹部とを有する、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、回転電機のロータ、特に永久磁石ロータの磁石挿入孔対間のブリッジ部を硬化処理したロータの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータとしては、特許文献１に記載されているものがある。このモータは、磁石埋め込み型の環状のロータを有する。ロータのロータコアには周方向に互いに間隔をおいて複数の磁石挿入孔対が設けられる。各磁石挿入孔対に挿入された２つの磁石によって１つの磁極が形成される。ロータには複数の磁極が周方向に互いに間隔をおいて形成される。
【０００３】
ロータコアは、ロータの軸方向に積層された複数の環状鋼板（以下、単に鋼板という）からなる。鋼板の磁石挿入孔対間にあるブリッジ部には硬化処理が施される。詳しくは、ブリッジ部の一方側面の両縁部にはプレス圧下が施され両縁部に２条のくぼみ（凹部）が形成される。磁石に作用する遠心力に基づいて高い応力が生じるブリッジ部がプレス加工により加工硬化されて、ブリッジ部の破損が抑制される。
【０００４】
さらに、鋼板の全面は、平面のプレス金型でプレスされ、前記２条のくぼみを生成するプレス成形によって鋼板のくぼみ領域に隣接して生じた盛上り部（隆起）が平坦化される。鋼板の盛上り部が平坦化されることによって、盛上り部に起因して鋼板の積層構造に生じる軸方向の隙間が抑制される。このようにして、所定の軸方向の長さを有するロータを構成する鋼板の枚数が少なくなってコア占積率が低下するのを抑制する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−５７９５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１のロータでは、鋼板ブリッジ部の硬化処理で生じる盛上り部をなくすため、盛上り部を含む鋼板の広い面を大きなプレス荷重でプレスすることによって鋼板の盛上り部の平坦化をおこなうので、大型のプレス機が必要になる。
【０００７】
本発明の目的は、硬化処理により生じる盛上り部で積層厚に局所的な厚み増加が発生することをより小さなプレス荷重で抑制できる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】
【０００８】
本発明に係る回転電機のロータは、軸方向に積層された複数の環状鋼板から成り、周方向に互いに間隔をおいて複数の磁石挿入孔対が設けられたロータコアと、前記磁石挿入孔対に挿入された磁石と、を備える回転電機のロータであって、前記環状鋼板は、前記磁石挿入孔対間のブリッジ部の一方側面の縁部に設けられた２条のプレス硬化部と、前記ブリッジ部の他方側面に設けられ、隣接する前記環状鋼板の前記２条のプレス硬化部の間にある盛上り部を収納する凹部とを有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、鋼板が、ブリッジ部の他方側面に盛上り部を収納する凹部を有するので、隣接する別の鋼板の一方側面のブリッジ部にある盛上り部を、その鋼板の凹部に収納できる。よって、盛上り部を平坦化する必要がなくて、ブリッジ部の他方側面の一部に凹部を形成するだけで、盛上り部に起因して積層厚に局所的な厚み増加が生じることを抑制できる。したがって、前記局所的な厚み増加を低減するためのプレス加工を、鋼板の広い面に施す必要がなくて、ブリッジ部の他方側面の一部のみに施すだけでよいので、前記局所的な厚み増加を低減するためのプレス荷重を低減でき、その結果、プレス機の小型化も実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態のモータの全体構成を示す図である。
【図２】モータのロータコアの平面図である。
【図３】ロータコアを構成する鋼板の１磁極に対応する領域の部分拡大平面図である。
【図４】鋼板のブリッジ部付近の拡大平面図である。
【図５】ロータコアにおけるブリッジ部の積層構造を説明するための模式図である。
【図６】参考例の鋼板における図４に対応する図である。
【図７】参考例のロータコアにおける図５に対応する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明に係る実施の形態（以下、実施形態という）について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。また、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて用いることは当初から想定されている。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態のモータ（回転電機）１０の全体構成を示す図である。
【００１３】
このモータ１０は、例えば車両の原動機として用いられる。このモータ１０は、ロータ１４と、ステータ１８とを備える。ステータ１８は、ロータ１４の周囲に空隙を空けて配置される。ステータ１８は、ケース１６の内周面に固定される。
【００１４】
ロータ１４は、ロータコア１１と、ロータシャフト１２と、複数の磁石１３とを有する。ロータシャフト１２は、ロータコア１１の孔３２にキー係合、スプライン係合、焼き嵌めまたは冷やし嵌め等の手段により相対回転不可に固定される。図２等を参照して詳述するが、ロータコア１１は、軸方向に延在する複数の磁石挿入孔対２２を有する。各磁石挿入孔対２２は、対をなす２つの磁石挿入孔で構成される。磁石挿入孔には、その孔の両端を除き略全長に亘って磁石１３が挿入される。磁石１３が挿入された磁石挿入孔内には、エポキシ系樹脂などの樹脂が充填される。磁石１３は樹脂によって磁石挿入孔内に固定される。
【００１５】
ロータコア１１は、ロータシャフト１２と同心の円筒状の磁性体である。ロータコア１１は、軸方向に積層された複数の環状鋼板（以下、単に鋼板という）３０で構成される。鋼板３０は、薄板状の電磁鋼板をプレスで打ち抜くことによって形成される。積層された複数の鋼板３０は、加圧カシメ等の処理が施されることにより連結される。
【００１６】
ケース１６とロータシャフト１２との間には、軸受２６が設けられる。ロータシャフト１２は、軸受２６によってケース１６に対して回動自在に支持される。ロータシャフト１２は、モータ１０の出力を車両の駆動輪（図示せず）に伝達する出力シャフトである。ロータシャフト１２と駆動輪は、歯車機構（図示せず）を介して接続される。モータ１０をジェネレータとして用いる時は、車両の駆動輪回転にてステータコイル２８の発電出力をバッテリに回生する。
【００１７】
ステータ１８は、複数のティース２９を有する。複数のティース２９は、周方向に間隔をおいて配置され、ステータ１８の内周側に突出する。隣接するティース２９の間の空間であるスロット（図示せず）には、ステータコイル２８が配置される。ステータコイル２８を通電することにより、ステータ１８に回転磁界を発生させる。この回転磁界で磁石１３を有するロータ１４に電磁気力を作用させることによって、ロータ１４を回転させる。
【００１８】
図２に示すように、ロータコア１１には、周方向に互いに間隔をおいて複数の磁石挿入孔対２２が設けられる。磁石挿入孔対２２は、ロータコア１１の外周縁近辺に配置される。磁石挿入孔対２２を構成する一方の磁石挿入孔２２ａと他方の磁石挿入孔２２ｂとは、周方向の間隔が径方向外側に向かうにつれて大きくなるように配置される。すなわち、一方の磁石挿入孔２２ａと他方の磁石挿入孔２２ｂとは、略Ｖ字状になるように配置される。
【００１９】
一方の磁石挿入孔２２ａに挿入される磁石１３の径方向外側の極性と、他方の磁石挿入孔２２ｂに挿入される磁石１３の径方向外側の極性とは一致している。磁石挿入孔対２２に挿入される２つの磁石１３（図１参照）によって１つの磁極が形成される。ロータ１４にＮ極とＳ極とを周方向に互い違いに形成するように複数の磁石挿入孔対２２に磁石１３を挿入する。尚、本実施形態では、ロータ１４には、周方向に間隔をおいて８個の磁極が形成される。しかし、本発明では、ロータに形成される磁極の数は、８個以外の数であってもよい。また、本実施形態においては、各磁極が、２つの磁石１３で構成される場合について説明したが、各磁極は、２つの磁石で構成されなくてもよく、例えば、１つの磁石で構成されてもよいし、３つ以上の磁石で構成されてもよい。
【００２０】
図３は、鋼板３０の１磁極に対応する領域の部分拡大平面図である。
【００２１】
図３に示すように、鋼板３０は、磁石挿入孔対２２間に細幅のブリッジ部５０を有する。ブリッジ部５０は、鋼板３０における磁石挿入孔対２２よりも径方向の外方部分５１と、鋼板３０における磁石挿入孔対２２よりも径方向の内方部分５２とを連絡する。
【００２２】
図４は、鋼板３０のブリッジ部５０付近の拡大平面図である。詳しくは、図４（ａ）は、鋼板３０の軸方向（鋼板３０の積層方向）の一方側面におけるブリッジ部５０付近の拡大平面図であり、図４（ｂ）は、鋼板３０の軸方向の他方側面におけるブリッジ部５０付近の拡大平面図である。尚、図４（ａ）および図４（ｂ）に斜線で示す領域は、プレス成形で圧下されることによって形成された段部が存在する領域である。
【００２３】
図４（ａ）に示すように、ブリッジ部５０の一方側面は、縁部に２条のプレス硬化部６０,６０を有する。詳しくは、一方のプレス硬化部６０は、ブリッジ部５０における一方の磁石挿入孔２２ａ側の縁部に存在する。また、他方のプレス硬化部６０は、ブリッジ部５０における他方の挿入孔２２ｂ側の縁部に存在する。また、プレス硬化部６０は、帯形状を有する。
【００２４】
プレス硬化部６０は、プレス圧下によってブリッジ部５０の幅方向の中央部６１よりも圧縮されることによって硬化される。一方のプレス硬化部６０と、他方のプレス硬化部６０とは、略同一である。図４（ａ）に示すように、一方のプレス硬化部６０と、他方のプレス硬化部６０とは、略平行に延在しており、周方向に間隔をおいて対向する。２条のプレス硬化部６０,６０の間にある中央部６１は、帯形状を有する。
【００２５】
これに対し、ブリッジ部５０の軸方向の他方側面は、図４（ｂ）に示すように、１条の凹部７１を有する。凹部７１は、帯形状であり径方向に延在する。凹部７１は、ブリッジ部５０の他方側面の幅方向の略中央に存在する。凹部７１は、プレス圧下による圧縮によって形成される。凹部７１を設ける理由は、以下で詳述する。
【００２６】
図５は、ロータコア１１におけるブリッジ部５０の積層構造を説明するための模式図である。詳しくは、図５（ａ）は、図３における鋼板３０のブリッジ部５０のＡ−Ａ断面図であり、図５（ｂ）は、ロータコア１１におけるブリッジ部５０の積層構造を示す模式断面図である。尚、図５（ｂ）のロータコア１１の一部の模式断面においては、２つの鋼板３０の積層構造だけを示す。
【００２７】
図５（ａ）に示すように、鋼板３０の一方側面にある中央部６１のプレス硬化部６０側には、プレス硬化部６０を形成するプレスによって生成された盛上り部８０が存在する。詳しくは、プレス硬化部６０の形成時にブリッジ部５０の縁部がプレス圧下によって圧縮される際、該縁部を構成する金属の一部がそのプレス圧下によって中央部６１側に移動する。この一部金属の移動は、中央部６１のプレス硬化部６０側の金属量増大を引き起こす。そして、中央部６１のプレス硬化部６０側で余剰となった金属が隆起して盛上り部８０が生成される。
【００２８】
図４（ｂ）および図５（ａ）に示すように、ブリッジ部５０の他方側面には凹部７１が設けられる。凹部７１は、盛上り部８０を収納するためにブリッジ部５０の他方側面にプレス成形で意図的に設けられる。すなわち、プレス硬化部６０を形成する際に生じる盛上り部８０は、凹部７１が存在しない場合に鋼板３０の積層厚に局所的な厚み増加を引き起こす。本実施形態では、鋼板３０の２条のプレス硬化部６０の間にある盛上り部８０をその鋼板３０に隣接する鋼板３０の凹部７１に収納することによって、盛上り部８０に起因する積層厚の局所的な厚み増加を抑制する。以下、凹部７１に対する盛上り部８０の相対位置を説明することにより、盛上り部８０が凹部７１に収納できる理由について説明する。
【００２９】
他方側面に存在する凹部７１は、ブリッジ部５０の一方側面の盛上り部８０に対応する箇所に設けられる。詳しくは、図５（ａ）に示すように、盛上り部８０を含む帯状の中央部６１の幅の寸法は、帯状の凹部７１の幅の寸法よりも小さい。また、図４に示すように、帯状の中央部６１の長さは、帯状の凹部７１の長さよりも小さい。このことから、中央部６１の表面積は、凹部７１の表面積よりも小さく、他方側面における中央部６１に対応する領域は、これよりも大きい凹部７１の存在領域に含まれる。したがって、中央部６１にある盛上り部８０の他方側面に対応する領域は凹部７１の存在領域に含まれる。
【００３０】
さらに、図５（ａ）を参照して、他方側面にある凹部７１の軸方向の深さｄ２は、盛上り部８０の軸方向の高さｄ１以上になっており、凹部７１は、盛上り部８０を全て収納可能な深さを有する。よって、図５（ｂ）に示すように、鋼板３０を積層してなるロータコア１１では、鋼板３０の一方側面にある盛上り部８０の全てが、隣接する別の鋼板３０の他方側面にある凹部７１に収納される。したがって、本実施形態では、盛上り部８０に起因する鋼板３０の積層厚の局所的な厚み増加が生じず、コア占積率の低下を抑制できる。
【００３１】
これに対し、次に示す参考例のように鋼板の他方側面に凹部がない場合、鋼板の積層厚が大きくなる。図６は、参考例の鋼板１３０における図４に対応する図である。また、図７は、参考例のロータコア１１における図５に対応する図である。詳しくは、図６（ａ）は、参考例の鋼板１３０の軸方向（鋼板１３０の積層方向）の一方側面におけるブリッジ部１５０付近の拡大平面図であり、図６（ｂ）は、鋼板１３０の軸方向の他方側面におけるブリッジ部１５０付近の拡大平面図である。また、図７（ａ）は、図５（ａ）に対応する参考例の鋼板１３０のブリッジ部１５０の断面図であり、図７（ｂ）は、図５（ｂ）に対応する参考例のロータコア１１１の一部の軸方向の模式断面図である。
【００３２】
図６および図７（ａ）に示すように、参考例の鋼板１３０は、他方側面が、凹部を有しない平坦な面になっている点のみが、上記実施形態の鋼板３０と異なる。参考例の鋼板１３０では、他方側面が、凹部を有しない平坦な面であるので、図７（ｂ）に示すように、鋼板１３０の一方側面の２条のプレス硬化部１６０,１６０を形成するプレスによって生じた盛上り部１８０を収納する部分がない。したがって、図７（ｂ）に示す参考例のロータコア１１１では、図５（ｂ）に示す本実施形態のロータコア１１と比較して、鋼板１３０間の隙間が盛上り部１８０の高さｄ１だけ大きくなる。よって、参考例のロータコア１１１は、本実施形態のロータコア１１との比較で積層厚の局所的な厚みが増加してコア占積率が低下するのである。
【００３３】
上記実施形態によれば、鋼板３０が、ブリッジ部５０の他方側面に盛上り部８０を収納する凹部７１を有するので、隣接する別の鋼板３０の一方側面のブリッジ部５０にある盛上り部８０を、その鋼板３０の凹部７１に収納できる。よって、盛上り部８０を平坦化する必要がなくて、ブリッジ部５０の他方側面の一部に凹部７１を形成するだけで、盛り上部８０に起因して積層厚に局所的な厚み増加が生じることを抑制できる。したがって、前記局所的な厚み増加を低減するためのプレス加工を、鋼板３０の広い面に施す必要がなくて、ブリッジ部５０の他方側面の一部のみに施すだけでよいので、前記局所的な厚み増加を低減するためのプレス荷重を低減でき、その結果、プレス機の小型化も実現できる。
【００３４】
また、盛上り部８０に起因して積層厚に局所的な厚み増加が生じるのを抑制できるので、所定の軸方向の長さを有するロータ１４を構成する鋼板３０の枚数が低下するのを抑制できて、コア占積率が低下するのを抑制できる。
【００３５】
また、ブリッジ部５０の一方側面が２条のプレス硬化部６０を縁部に有するので、磁石挿入孔２２ａ,２２ｂ内の磁石１３の遠心力によって大きな応力が生じるブリッジ部５０の剛性を大きくできる。したがって、ブリッジ部５０の破損を抑制できて、ロータ１４の耐久性を向上できる。
【００３６】
さらに、鋼板３０の一方側面にある盛上り部８０の全てが、その鋼板３０に軸方向の一方側に隣り合う鋼板３０の他方側面にある凹部７１に収納されるので、盛上り部８０に起因して積層厚に局所的な厚み増加が生じるのを大きく抑制できて、コア占積率が低下するのを大きく抑制できる。
【００３７】
尚、本発明は、上記実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項およびその均等な範囲において種々の改良や変更が可能である。
【００３８】
例えば、上記実施形態では、鋼板３０の一方側面にある盛上り部８０の全てが、その鋼板３０に軸方向の一方側に隣り合う鋼板３０の他方側面にある凹部７１に収納される例について説明した。しかし、本発明では、鋼板のブリッジ部の一方側面にある盛上り部の一部が、その鋼板の積層方向の一方側に隣り合う鋼板の他方側面にある凹部に収納されていなくても良い。この場合においても、図７に示す参考例のロータコア１１１との比較において、凹部に収容されている盛上り部の高さだけ積層厚の局所的な厚みを低減できて、コア占積率が低下するのを抑制できるからである。
【００３９】
また、上記実施形態では、ブリッジ部５０の一方側面において２条のプレス硬化部６０の間にある中央部６１に対応する他方側面の領域が、これよりも大きい凹部７１の存在領域に含まれる例について説明した。しかし、本発明では、一方側面の中央部に対応する他方側面の領域が、他方側面にある凹部の存在領域と同一であってもよい。
【００４０】
また、上記実施形態では、回転電機がジェネレータの機能も有するモータであったが、回転電機はジェネレータの機能を有さないモータであってもよく、または、回転電機はジェネレータ（発電機）であってもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１０  モータ、  １１  ロータコア、  １２  ロータシャフト、  １３  磁石、  １４  ロータ、  ２２  磁石挿入孔対、  ２２ａ  一方の磁石挿入孔、  ２２ｂ  他方の磁石挿入孔、  ３０  鋼板、  ５０  ブリッジ部、  ６０  プレス硬化部、  ７１  凹部、  ８０  盛上り部。
【図１】
2017042014.tif 000003
【図２】
2017042014.tif 000004
【図３】
2017042014.tif 000005
【図４】
2017042014.tif 000006
【図５】
2017042014.tif 000007
【図６】
2017042014.tif 000008
【図７】
2017042014.tif 000009