JP6447206B2 - 回転電機のロータ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機のロータ及びその製造方法に関し、詳しくは、中空形状のロータコアの中空部にシャフトを嵌め込んで固定する回転電機のロータ及びその製造方法に関する。

従来より、凹凸係合されたシャフトとロータコアを強く結合させるため、シャフトの凹部に樹脂を注入する技術が知られている（特許文献１）。

特開２００７−４９７８７号公報

しかしながら、凹凸部に何度も力が加えられると、樹脂が変形して凹凸部に隙間が生じる。これにより、凹凸部にガタツキが発生することになり、凹凸部に衝撃が発生し、耐久性が低くなるおそれがある。

本発明は、上記問題に鑑みて成されたものであり、その目的は、凹凸部に発生する衝撃を緩和することができる回転電機のロータ及びその製造方法を提供することである。

本発明の一態様に係る回転電機のロータは、第１コアブロック及び第２コアブロックの内周面に形成された第１嵌合部と、シャフトの外周面に形成された第２嵌合部とが隙間を有して嵌合され、第１コアブロックの第１嵌合部側面の一方がシャフトの第２嵌合部側面の一方に押し当てられ、第２コアブロックの第１嵌合部側面の一方が第１コアブロックの第１嵌合部側面の一方が押し当てられる側とは反対側のシャフトの第２嵌合部側面に押し当てられ、第１コアブロックと第２コアブロックとが固定される。

本発明によれば、凹凸部に発生する衝撃を緩和することができる。

図１（ａ）は、本発明の第１実施形態に係るロータの分解図である。図１（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係るロータの構成図である。 図２（ａ）は、図１（ｂ）に示すＡ−Ａ線断面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す凹凸部の拡大図である。 図３は、本発明の第１実施形態に係るロータの製造方法を説明する図である。 図４は、本発明の第２実施形態に係るロータの構成を説明する図である。 図５は、本発明の第３実施形態に係るロータの構成を説明する図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

［第１実施形態］
［ロータの構成］
図１（ａ）及び（ｂ）を参照して、本発明の第１実施形態に係るロータ１０の構成を説明する。

図１（ａ）に示すロータ１０は、円筒状に形成されたステータ（図示せず）の内周側に所定の微小間隔だけ離れて配置されるインナー型のロータであり、例えば回転電機（車両に搭載されるモータやジェネレータ）に用いられる。ロータ１０は、中空形状のロータコア２０と、ロータコア２０の中空部に挿入されるシャフト３０と、永久磁石６０を備える。

ロータコア２０は、シャフト３０の軸方向に並んで配置された複数（本実施形態では２つ）の中空円筒形状のコアブロック２０ａ及びコアブロック２０ｂを備える。コアブロック２０ａ及びコアブロック２０ｂには複数の磁石穴５０が形成され、この磁石穴５０に永久磁石６０が挿入される。永久磁石６０は、接着剤で磁石穴５０に固定される。また、コアブロック２０ａ及びコアブロック２０ｂは、複数枚の電磁鋼板が積層されて形成される。コアブロック２０ａ及びコアブロック２０ｂの内周面にはそれぞれ凸部７０，７１（第１嵌合部）が形成され、シャフト３０の外周面には凹部７２（第２嵌合部）が形成される。図１（ａ）に示すロータ１０を組み立てると図１（ｂ）に示すロータ１０になる。

次に、図２（ａ）及び（ｂ）を参照して、ロータコア２０とシャフト３０の嵌め合いについて説明する。図２（ａ）に示すように、コアブロック２０ａとシャフト３０は、隙間を有して凸部７０及び凹部７２で嵌め合わされて係合している。同様に、コアブロック２０ｂとシャフト３０は、隙間を有して凸部７１及び凹部７２で嵌め合わされて係合している。

続いて、図２（ｂ）を参照して、凸部７０，７１と凹部７２の詳細な嵌合関係を説明する。図２（ｂ）に示すように、凸部７０の側面のうち、時計回り方向側の側面が凹部７２の時計回り方向側の側面に押し当てられる。また、凸部７１の側面のうち、反時計回り方向側の側面が凹部７２の反時計回り方向側の側面に押し当てられる。換言すれば、凸部７０の一方の側面が押し当てられる側とは反対側の凹部７２の側面に凸部７１の側面が押し当てられる。そして、凸部７０，７１と凹部７２がこのように押し当てられた状態で、コアブロック２０ａとコアブロック２０ｂが固定される。コアブロック２０ａとコアブロック２０ｂの固定方法は、例えば、コアブロック２０ａとコアブロック２０ｂとの接合面に接着剤を塗布すればよい。

［ロータの作用効果］
ロータ１０は、上述のように構成されるため、回転する際に凹凸部で発生するガタツキを抑えることができ、これにより、凹凸部で発生する衝撃を大幅に低減することができる。また、衝撃の大幅な低減により、ロータ１０の耐久性が高まる。

また、本実施形態ではロータコア２０とシャフト３０の嵌め合いを隙間嵌めで行うため、ロータ１０を安価に製造できる。

なお、ロータコア２０とシャフト３０の嵌め合いとして、凸部７０，７１と凹部７２とを交互に押し当てる構成の他に、コアブロック２０ａ及びコアブロック２０ｂの内周面とシャフト３０の外周面とを押し当てる位置を異ならせるようにしてもよい。すなわち、凸部７０，７１を除くコアブロック２０ａ及びコアブロック２０ｂの内周面のうち、凹部７２を除くシャフト３０の外周面に押し当てる位置を異ならせてもよい。これは例えば、図２（ｂ）に示すように、コアブロック２０ａの内周面とシャフト３０の外周面は、Ｃ１で押し当てられる。また、コアブロック２０ｂの内周面とシャフト３０の外周面は、Ｃ２で押し当てられる。このような構成によっても上述した作用効果を得ることができる。なお、コアブロック２０ａ及びコアブロック２０ｂの内周面とシャフト３０の外周面とを押し当てる位置を異ならせる構成の際に、凸部７０，７１と凹部７２とを交互に押し当てるようにしてもよい。

なお、凸部７０，７１のうち、少なくともどちらか一方の凸部の強度はロータ１０が出力する全トルクに耐えられるものであることが好ましい。これにより、トルク発生時にコアブロック同士の相対位置を保持し続けることができ、凹凸部で発生する衝撃の低減効果を維持し続けることができる。

また、コアブロック２０ａとコアブロック２０ｂを固定する力は、どちらか一方のコアブロックが出力するトルク以上であることが好ましい。これにより、トルク発生時にコアブロック同士の相対位置を保持し続けることができ、凹凸部で発生する衝撃の低減効果を維持し続けることができる。一つのコアブロックが出力するトルクとは、ロータ１０が出力する全トルクをブロック数で除算したトルクである。

［ロータの製造方法］
次に、図３を参照して、第１実施形態に係るロータ１０の製造方法を説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、未着磁の永久磁石６０を磁石穴５０に挿入する。続いて、図３（ｂ）に示すように、コアブロック２０ｂのコアブロック２０ａと接合される接合面に接着剤８０を塗布し、コアブロック２０ａとコアブロック２０ｂを重ね合わせてシャフト３０を挿入する。そして、シャフト３０を挿入した後に、永久磁石６０を着磁する。

永久磁石６０を着磁すると、図３（ｃ）に示すように、コアブロック２０ａの永久磁石６０とコアブロック２０ｂの永久磁石６０の反発力により、コアブロック２０ａが時計回り方向に捩じられ、コアブロック２０ｂが反時計回り方向に捩じられる。これにより、凸部７０の側面のうち、時計回り方向側の側面が凹部７２の時計回り方向側の側面に押し当てられる。また、凸部７１の側面のうち、反時計回り方向側の側面が凹部７２の反時計回り方向側の側面に押し当てられる。そして、図３（ｄ）に示すように、凸部７０，７１の側面の一方が交互に凹部７２に押し当てられた状態で接着剤８０が固まることにより、コアブロック２０ａ及びコアブロック２０ｂが固定される。

なお、図３（ｂ）の段階、すなわち、コアブロック２０ａとコアブロック２０ｂとシャフト３０を組立てる際に永久磁石６０を着磁してもよい。

また、永久磁石６０の反発力を用いて、コアブロック２０ａ及びコアブロック２０ｂの内周面とシャフト３０の外周面とを押し当てる位置を異ならせるようにしてもよい。

［第２実施形態］
［ロータの構成］
次に、図４（ａ）を参照して、本発明の第２実施形態に係るロータ１０の構成を説明する。第２実施形態が、第１実施形態と異なる点は、ロータ１０が貫通穴５１とバネ９０を備えることである。第１実施形態と重複する構成については符号を引用してその説明は省略することとし、以下、相違点を中心として説明を行う。

貫通穴５１は、永久磁石６０を挿入する磁石穴５０やシャフト３０を挿入する穴とは異なる貫通穴であり、コアブロック２０ａ及びコアブロック２０ｂに複数形成される。

バネ９０は、コアブロック２０ａとコアブロック２０ｂとを重ねる際に圧縮されて貫通穴５１に挿入されるものである。バネ９０は、挿入後に元の形状に戻ろうとする弾性力により、凸部７０の側面のうち、時計回り方向側の側面を凹部７２の時計回り方向側の側面に押し当て、凸部７１の側面のうち、反時計回り方向側の側面を凹部７２の反時計回り方向側の側面に押し当てる。そして、凸部７０，７１と凹部７２がこのように押し当てられた状態で、コアブロック２０ａとコアブロック２０ｂが固定される。

［ロータの作用効果］
第２実施形態に係るロータ１０は、上述のように構成されるため、回転する際に凹凸部で発生するガタツキを抑えることができ、これにより、凹凸部で発生する衝撃を大幅に低減することができる。また、衝撃の大幅な低減により、ロータ１０の耐久性が高まる。

なお、貫通穴５１は、バネ９０を挿入するスペースさえあればよく、貫通していなくてもよい。また、コアブロック２０ｂの接合面に接着剤８０を塗布する点は、第１実施形態の製造方法と同じであるため説明を省略する。なお、接着剤８０が固まる前にバネ９０の弾性力でコアブロック２０ａ及びコアブロック２０ｂが捩じられ、その後、接着剤８０が固まることにより、コアブロック２０ａ及びコアブロック２０ｂが固定される。

［第３実施形態］
［ロータの構成］
次に、図５（ａ）及び（ｂ）を参照して、本発明の第３実施形態に係るロータ１０の構成を説明する。第３実施形態が、第２実施形態と異なる点は、ロータ１０がバネ９０の代わりに加工した電磁鋼板を備えることである。第２実施形態と重複する構成については符号を引用してその説明は省略することとし、以下、相違点を中心として説明を行う。

まず、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、コアブロック２０ａを形成する複数の電磁鋼板２１のうち、コアブロック２０ｂと接合する電磁鋼板２１の一部が接合方向に折り曲げられて、貫通穴５１にバネ形状部２１ａが形成される。同様に、コアブロック２０ｂを形成する複数の電磁鋼板２１のうち、コアブロック２０ａと接合する電磁鋼板２１の一部が接合方向に折り曲げられて、貫通穴５１にバネ形状部２１ｂが形成される。

そして、コアブロック２０ａとコアブロック２０ｂを重ね合わせる際に、バネ形状部２１ａ，２１ｂを重ね合わせ、バネ形状部２１ａ，２１ｂの反発力によって、コアブロック２０ａ及びコアブロック２０ｂが捩じられる。これにより、凸部７０の側面のうち、時計回り方向側の側面が凹部７２の時計回り方向側の側面に押し当てられる。また、凸部７１の側面のうち、反時計回り方向側の側面が凹部７２の反時計回り方向側の側面に押し当てられる。そして、凸部７０，７１と凹部７２がこのように押し当てられた状態で、コアブロック２０ａとコアブロック２０ｂが固定される。

［ロータの作用効果］
第３実施形態に係るロータ１０は、上述のように構成されるため、回転する際に凹凸部で発生するガタツキを抑えることができ、これにより、凹凸部で発生する衝撃を大幅に低減することができる。また、衝撃の大幅な低減により、ロータ１０の耐久性が高まる。

なお、第３実施形態に係る貫通穴５１は折り曲げられたバネ形状部２１ａ，２１ｂが、他の電磁鋼板２１と重ならないような穴であればよく、貫通していなくてもよい。また、コアブロック２０ｂに接着剤８０を塗布する点は図３の製造方法と同じであるため説明を省略する。なお、接着剤８０が固まる前にバネ形状部２１ａ，２１ｂの反発力でコアブロック２０ａ及びコアブロック２０ｂが捩じられ、その後、接着剤８０が固まることにより、コアブロック２０ａ及びコアブロック２０ｂが固定される。

なお、上述の製造方法の他にクリップ治具などを用いて、コアブロック２０ａ及びコアブロック２０ｂを捩じるようにしてもよい。

なお、本実施形態では、コアブロックを２つ用いて説明したが、コアブロックを３つ以上用いてもよい。コアブロックを３つ以上用いる場合は、それぞれの凸部を交互にシャフト３０の凹部７２に押し当てればよい。

また、凹凸部は逆に形成されてもよい。すなわち、コアブロック２０ａ及びコアブロック２０ｂに凹部が形成され、シャフト３０に凸部が形成されていてもよい。

また、第２、第３実施形態に係るロータ１０において、コアブロック２０ａ及びコアブロック２０ｂの内周面とシャフト３０の外周面とを押し当てる位置を異ならせるようにしてもよい。

上記のように、本発明の実施形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

１０ ロータ
２０ ロータコア
３０ シャフト
５０ 磁石穴
６０ 永久磁石
７０，７１ 凸部
７２ 凹部
９０ バネ

Claims (7)

1. 少なくとも第１コアブロックと、前記第１コアブロックに重ねられる第２コアブロックからなる中空形状のロータコアと、前記ロータコアの中空部に挿入されるシャフトを備え、前記第１コアブロック及び前記第２コアブロックの内周面に形成された第１嵌合部と、前記シャフトの外周面に形成された第２嵌合部とが隙間を有して嵌合される回転電機のロータにおいて、
   前記第１コアブロックの第１嵌合部側面の一方を前記シャフトの第２嵌合部側面の一方に押し当て、前記第２コアブロックの第１嵌合部側面の一方を前記第１コアブロックの第１嵌合部側面の一方が押し当てられる側とは反対側の前記シャフトの第２嵌合部側面に押し当てる押し当て手段と、
   前記押し当て手段により前記第１コアブロックと前記第２コアブロックの第１嵌合部が前記シャフトの第２嵌合部に押し当てられたまま前記第１コアブロックと前記第２コアブロックとを固定する固定手段と
   を有することを特徴とする回転電機のロータ。
2. 少なくとも第１コアブロックと、前記第１コアブロックに重ねられる第２コアブロックからなる中空形状のロータコアと、前記ロータコアの中空部に挿入されるシャフトを備え、前記第１コアブロック及び前記第２コアブロックの内周面に形成された第１嵌合部と、前記シャフトの外周面に形成された第２嵌合部とが隙間を有して嵌合され、かつ、前記第１コアブロック及び前記第２コアブロックの内周面と、前記シャフトの外周面とが隙間を有して嵌合される回転電機のロータにおいて、
   前記第１コアブロック及び前記第２コアブロックの内周面を異なる位置で前記シャフトの外周面に押し当てる押し当て手段と、
   前記押し当て手段により前記第１コアブロックと前記第２コアブロックの内周面が異なる位置で前記シャフトの外周面に押し当てられたまま前記第１コアブロックと前記第２コアブロックとを固定する固定手段と
   を有することを特徴とする回転電機のロータ。
3. 前記第１コアブロック及び前記第２コアブロックの第１嵌合部のうち、少なくとも一方の第１嵌合部の強度は前記ロータが出力する全トルクに耐えられるものであることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機のロータ。
4. 前記第１コアブロックと前記第２コアブロックとを固定する力は、どちらか一方のコアブロックが発生するトルク以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機のロータ。
5. 少なくとも第１コアブロックと、前記第１コアブロックに重ねられる第２コアブロックからなる中空形状のロータコアと、前記ロータコアの中空部に挿入されるシャフトを備え、前記ロータコアと前記シャフトが凹凸により隙間を有して嵌合される回転電機のロータの製造方法において、
   前記第１コアブロックに未着磁の第１磁石を挿入し、
   前記第２コアブロックに未着磁の第２磁石を挿入し、
   前記第１コアブロックと前記第２コアブロックと前記シャフトを組立てる際に前記第１磁石及び前記第２磁石を着磁し、
   前記第１磁石と前記第２磁石の反発力により、前記第１コアブロックの第１嵌合部側面の一方を前記シャフトの第２嵌合部側面の一方に押し当て、前記第２コアブロックの第１嵌合部側面の一方を前記第１コアブロックの第１嵌合部側面の一方が押し当てられる側とは反対側の前記シャフトの第２嵌合部側面に押し当て、
   前記第１コアブロックと前記第２コアブロックとを固定することを特徴とする回転電機のロータの製造方法。
6. 少なくとも第１コアブロックと、前記第１コアブロックに重ねられる第２コアブロックからなる中空形状のロータコアと、前記ロータコアの中空部に挿入されるシャフトを備え、前記ロータコアと前記シャフトが凹凸により隙間を有して嵌合される回転電機のロータの製造方法において、
   前記第１コアブロックと前記第２コアブロックに、前記中空部と異なる穴を設け、
   前記第１コアブロックと前記第２コアブロックを重ねる際に、前記第１コアブロックの第１嵌合部側面の一方を前記シャフトの第２嵌合部側面の一方に押し当て、前記第２コアブロックの第１嵌合部側面の一方を前記第１コアブロックの第１嵌合部側面の一方が押し当てられる側とは反対側の前記シャフトの第２嵌合部側面に押し当てる弾性力を有した弾性体を前記穴に挿入し、
   前記第１コアブロックと前記第２コアブロックとを固定することを特徴とする回転電機のロータの製造方法。
7. 少なくとも第１コアブロックと、前記第１コアブロックに重ねられる第２コアブロックからなる中空形状のロータコアと、前記ロータコアの中空部に挿入されるシャフトを備え、前記ロータコアと前記シャフトが凹凸により隙間を有して嵌合される回転電機のロータの製造方法において、
   前記第１コアブロックを構成する複数の電磁鋼板のうち、前記第２コアブロックと接合する電磁鋼板の一部を前記第２コアブロックと接合する方向に折り曲げ、
   前記第２コアブロックを構成する複数の電磁鋼板のうち、前記第１コアブロックと接合する電磁鋼板の一部を前記第１コアブロックと接合する方向に折り曲げ、
   折り曲げられた電磁鋼板が重なるように前記第１コアブロックと前記第２コアブロックを重ね、前記折り曲げられた電磁鋼板の反発力により前記第１コアブロックの第１嵌合部側面の一方を前記シャフトの第２嵌合部側面の一方に押し当て、前記第２コアブロックの第１嵌合部側面の一方を前記第１コアブロックの第１嵌合部側面の一方が押し当てられる側とは反対側の前記シャフトの第２嵌合部側面に押し当て、
   前記第１コアブロックと前記第２コアブロックとを固定することを特徴とする回転電機のロータの製造方法。

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