JP5310872B2

JP5310872B2 - ロータ

Info

Publication number: JP5310872B2
Application number: JP2011547137A
Authority: JP
Inventors: 将之松下; 康之佐武
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-12-23
Filing date: 2009-12-23
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2029-12-23
Also published as: CN102714437A; US8901796B2; WO2011077522A1; JPWO2011077522A1; CN102714437B; US20120256516A1

Description

この発明は、モータに使用されるロータに係り、詳しくは、ロータコアと、ロータコアの中心に設けられたシャフト締付孔と、ロータコアの外周部に設けられた磁石とを備えたロータに関する。

従来、この種の技術として、例えば、下記の特許文献１に記載されるロータが知られている。このロータは、ロータコアと、ロータコアの中心に設けられた軸穴（シャフト締付孔）と、そのシャフト締付孔に締まり嵌めされた回転軸（ロータシャフト）と、ロータコアの両翼部にて漏洩磁束を防止するために形成された抜き孔と、抜き孔の間にてロータコアの中央部を切り残すように、かつ、左右に二分割して形成された矩形のスロットと、それらスロットに嵌合された矩形の界磁用永久磁石と、それら永久磁石の上面に形成された突極部と、スロットの間にて突極部とロータコアを繋ぐブリッジとを備える。

ここで、ロータコアにおいて、抜き孔とシャフト締付孔との間には複数の略円弧状のスリットが形成される。それらスリットの内周とシャフト締付孔との間の径方向の厚みが、スロット内周とシャフト締付孔との間の径方向の厚みと等しくなるように構成される。従って、このロータがモータに使用されて高速で回転するときのシャフト締付孔とロータシャフトとの締まり嵌めによる変形が、これらスリットによって緩和され、薄肉部への応力集中を軽減するようになっている。

特開２００２−３５４７２６号公報特開平９−１０３０６１号公報

ところが、特許文献１に記載のロータでは、ロータコアの外周部にて、隣り合うスリットの間にもブリッジがあることから、シャフト締付孔に対するロータシャフトの締まり嵌めにより、ブリッジの部分に変形が生じ、その部分の応力が増大するおそれがあった。また、モータに組み付けられたロータが高速で回転したときには、その遠心力によりシャフト締付孔の内径が変化したり、ロータコアの外周部が変形したりするおそれがあった。このため、シャフト締付孔とロータシャフトとの間の締め代が低下し、ロータコアからロータシャフトへの伝達トルクが低減するなどの懸念があった。

この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、シャフト締付孔とロータシャフトとの締め代によりステータコア外周部が変形したり、遠心力により締め代が低下したりすることを防止できるロータを提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明の第１の態様は、ロータコアと、ロータコアの中心に設けられたシャフト締付孔と、ロータコアの外周部に設けられた複数のスロットと、複数のスロットのそれぞれに設けられた磁石とを備えたロータであって、複数のスロットは、ロータコアの外周縁に沿って配列され、隣り合う２つのスロットがハの字状又は逆ハの字状をなすように配置され、隣り合うスロットの間隔の部分は、ロータコアの外寄りに位置する外寄りブリッジと内寄りに位置する内寄りブリッジとなっており、ロータコアのシャフト締付孔と複数のスロットとの間にて、シャフト締付孔の周囲には、複数重の同心円上のそれぞれに円弧状をなす複数のスリットが間隔をおいて形成され、隣り合う同心円上の複数のスリットにつき、一方の円上の複数のスリットの間隔を塞ぐように他方の円上の複数のスリットが配置され、複数重の同心円のうち最外側に位置する円上の複数のスリットの間隔の部分を複数の外側ブリッジとし、最外側に位置する円よりも内側に位置する円上の複数のスリットの間隔の部分を複数の内側ブリッジとすると、複数の内側ブリッジは、複数のスロットの間の外寄りブリッジとロータコアの半径方向において整合するように配置され、複数の外側ブリッジは、複数のスロットの間の内寄りブリッジとロータコアの半径方向において整合するように配置されたことを趣旨とする。

上記（１）の構成によれば、ロータコアのシャフト締付孔の周囲にて、複数重の同心円上のうち、最も内側の円上に形成された複数のスリットと最も外側の円上に形成された複数のスリットとの間に、略円環状をなし、ロータコアの半径方向への変形を吸収できる変形吸収部が形成される。従って、シャフト締付孔にロータシャフトを締まり嵌めしたときの締め代の変化や、ロータコアにかかる遠心力によるシャフト締付孔の内径の変化がこの変形吸収部により吸収される。ここで、隣り合う同心円上の複数のスリットにつき、一方の円上の複数のスリットの間隔を塞ぐように他方の円上の複数のスリットが配置される。従って、ロータコアの中心部に生じる半径方向の変形が、内側の円上のスリットの間隔の部分に波及しても、その間隔を塞ぐように配置された外側の円上のスリットの部分にて変形が吸収される。

（２）上記目的を達成するために、上記（１）の構成において、各スリットは、その長手方向の両端部が円弧状に形成されることが好ましい。

上記（２）の構成によれば、上記（１）の作用に加え、上記変形吸収部の変形に伴い各スリットが変形しても、それらスリットの両端部における応力集中が、円弧状の形状により緩和される。

（３）上記目的を達成するために、上記（１）又は（２）の構成において、シャフト締付孔に締め付けられるロータシャフトを更に備え、ロータシャフトがシャフト締付孔に対して凹凸の関係で嵌合されることが好ましい。

上記（３）の構成によれば、上記（１）又は（２）の構成の作用に加え、ロータシャフトがシャフト締付孔に対して凹凸の関係で嵌合されることで、ロータシャフトとロータコアとの結合性がよくなる。

上記（１）の構成によれば、シャフト締付孔とロータシャフトとの締め代によりステータコアの外周部が変形したり、ロータコアにかかる遠心力により締め代が低下したりすることを防止することができる。

上記（２）の構成によれば、構成（１）の効果に加え、スリットの両端部につき、繰り返しの荷重に対する耐久性を高めることができる。

上記（３）の構成によれば、構成（１）又は（２）の効果に加え、ロータコアからロータシャフトへのトルク伝達機能を向上させることができる。

第１実施形態に係り、ロータを示す平面図。同実施形態に係り、ロータにつき各部の大きさの関係等を示す平面図。第２実施形態に係り、ロータを示す平面図。第３実施形態に係り、ロータを示す平面図。第４実施形態に係り、一つの内側スリット等の形状を示す平面図。別の実施形態に係り、一つの内側スリット等の形状を示す平面図。別の実施形態に係り、一つの内側スリット等の形状を示す平面図。別の実施形態に係り、一つの内側スリット等の形状を示す平面図。

＜第１実施形態＞
以下、本発明のロータを具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図１に、この実施形態のロータ１を平面図により示す。このロータ１は、ロータコア２と、ロータコア２の中心に形成された一つのシャフト締付孔３と、ロータコア２の外周部に形成された複数のスロット４とを備える。ロータコア２は、複数の電磁鋼板を積層することにより形成される。シャフト締付孔３には、筒形をなすロータシャフト５が、締まり嵌めにより固定される。複数のスロット４は、ロータコア２の外周縁に沿って配列され、隣り合う２つのスロット４が「ハの字状」又は「逆ハの字状」をなすように配置される。隣り合うスロット４の間隔の部分は、外寄りブリッジ６と内寄りブリッジ７となっている。各スロット４には、それぞれ界磁用の永久磁石８が嵌合され、固定される。

ロータコア２のシャフト締付孔３と複数のスロット４との間にて、シャフト締付孔３の周囲には、二重の同心円上のそれぞれに円弧状をなす複数の内側スリット９と複数の外側スリット１０が形成される。複数の内側スリット９の間隔の部分は、内側ブリッジ１１となっている。複数の外側スリット１０の間隔の部分は、外側ブリッジ１２となっている。複数の外側スリット１０は、複数の内側スリット９の間の内側ブリッジ１１を塞ぐように、すなわち内側ブリッジ１１と整合するように、内側スリット９の外側に配置される。

複数の内側ブリッジ１１は、複数のスロット４の間の外寄りブリッジ６と半径方向において整合するように配置される。これに対し、複数の外側ブリッジ１２は、複数のスロット４の間の内寄りブリッジ７と半径方向において整合するように配置される。

複数の永久磁石８は、隣り合う２つの永久磁石８により一組の極を構成する。ここで、内側スリット９及び外側スリット１０のそれぞれの数は、永久磁石８の極の数と同じに設定される。すなわち、この実施形態では、永久磁石８の極の数が「８」であるのに対し、内側スリット９及び外側スリット１０のそれぞれの数は、同じ「８」となっている。

図２に、この実施形態のロータ１につき、各部の大きさの関係等を平面図により示す。図２において、シャフト締付孔３の内径を「Ｄ０」、内側スリット９の内径を「Ｄ１］、外側スリット１０の外径を「Ｄ２］、ロータコア２の外径を「Ｄ３］とする。また、図２において、隣接する内側スリット９と外側スリット１０との間の半径方向の間隔を「Ａ１］とする。

ここで、シャフト締付孔３の内径Ｄ０と内側スリット９の内径Ｄ１との間の部分を、コア内円環部２１とする。このコア内円環部２１は、シャフト締付孔３にロータシャフト５を固定すべく、要求締結強度を締まり嵌めにより満たすために、所定の寸法で構成される。

また、外側スリット１０の外径Ｄ２とロータコア２の外径Ｄ３との間の部分を、コア外円環部２２とする。このコア外円環部２２には、モータに組み付けられたロータ１が高速で回転したときに遠心力が作用する。コア外円環部２２は、想定した遠心力がかかった状態で、内寄りブリッジ７と外寄りブリッジ６にかかる応力が許容値以下となるように設計される。

更に、コア内円環部２１とコア外円環部２２との間、すなわち、内側スリット９の内径Ｄ１と外側スリット１０の外径Ｄ２との間の部分を、薄肉円環部２３とする。この薄肉円環部２３は、ロータコア２の半径方向への変形を吸収する変形吸収部として機能する。この薄肉円環部２３の部分に、図２に示す間隔Ａ１の部分が含まれる。この薄肉円環部２３は、その内側又は外側からかかる力により撓み得る板ばね機能を有する。

ここで、図２において、薄肉円環部２３のうち、一つの内側スリット９の外周に整合する部分の周方向の幅を「Ｂ１」とし、一つの外側スリット１０の内周に整合する部分の周方向の幅を「Ｂ２」とする。また、内側ブリッジ１１の周方向の幅を「Ｃ１］、外側ブリッジ１２の周方向の幅を「Ｃ２」とする。外側ブリッジ１２は、幅Ｂ１の中央に整合して位置する。内側ブリッジ１１は、幅Ｂ２の中央に整合して位置する。薄肉円環部２３のうち、幅Ｂ１に整合する部分の実質的な幅は、「Ｂ１−Ｃ２」となる。また、薄肉円環部２３のうち、幅Ｂ２に整合する部分の実質的な幅は、「Ｂ２−Ｃ１」となる。これら幅「Ｂ１−Ｃ２」、幅「Ｂ２−Ｃ１」及び間隔「Ａ１」は、シャフト締付孔３の締め代、遠心力によるロータコア２の半径方向への変形のそれぞれを吸収可能なばね定数と弾性域内変形機能を持つように設定される。

図１及び図２において、ロータコア２の中心部に示す太矢印Ｙ１は、シャフト締付孔３の締め代によるロータコア２への入力を意味する。同じく、図１及び図２において、ロータコア２の外周部に示す太矢印Ｙ２は、ロータ１が高速で回転したときの遠心力を意味する。

以上説明したこの実施形態のロータ１によれば、ロータコア２のシャフト締付孔３の周囲にて、内側の円上に形成された複数の内側スリット９と外側の円上に形成された複数の外側スリット１０との間に、略円環状をなし、ロータコア２の半径方向への変形を吸収できる、変形吸収部として機能する薄肉円環部２３が形成される。従って、シャフト締付孔３にロータシャフト５を締まり嵌めしたときの締め代の変化や、モータに組み付けられたロータ１が高速で回転したときにロータコア２にかかる遠心力によるシャフト締付孔３の内径の変化が、この薄肉円環部２３により吸収される。

ここで、複数の内側スリット９の間の内側ブリッジ１１を塞ぐように（それと整合するように）複数の外側スリット１０が配置される。従って、ロータコア２の中心部に生じる半径方向の変形が、内側ブリッジ１１に波及しても、その内側ブリッジ１１を塞ぐように配置された外側スリット１０の部分にて変形が吸収される。この結果、シャフト締付孔３とロータシャフト５との締め代によりステータコア２の外周部が変形したり、遠心力により締め代が低下したりすることを防止することができる。また、ロータコア２の外周部の変形を防止できることから、ロータコア２の外寄りブリッジ６及び内寄りブリッジ７における応力増大を大幅に抑制することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明のロータを具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

なお、以下の説明では、第１実施形態の構成と同等の構成については同一の符号を付して説明を省略し、異なった点を中心に説明する。

図３に、この実施形態のロータ１を平面図により示す。この実施形態では、シャフト締付孔３とロータシャフト５の構成の点で第１実施形態と異なる。すなわち、図３に示すように、この実施形態では、ロータシャフト５がシャフト締付孔３に対して凹凸の関係で嵌合される。ロータシャフト５は、その外周に長手方向に沿って多数のＶ溝３１を切ったスプラインシャフトより構成される。また、シャフト締付孔３は、ロータシャフト５の多数のＶ溝３１に嵌合する多数の山形キー３２を切った内面形状を有する。その他の構成は、第１実施形態のそれと同じである。

従って、この実施形態のロータ１でも第１実施形態と同等の作用効果を得ることができる。加えて、ロータシャフト５がシャフト締付孔３に対し、多数のＶ溝３１と多数の山形キー３２による凹凸の関係で嵌合されることで、ロータシャフト５とロータコア２との結合性がよくなる。このため、ロータコア２からロータシャフト５へのトルク伝達機能を向上させることができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明のロータを具体化した第３実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図４に、この実施形態のロータ１を平面図により示す。この実施形態でも、シャフト締付孔３とロータシャフト５の構成の点で第１実施形態と異なる。すなわち、図４に示すように、この実施形態では、ロータシャフト５は、その外周に長手方向に沿って一対のキー溝３６が切られ、同じく、シャフト締付孔３の内面にも、上記のキー溝３６に整合する一対のキー溝３７が切られる。そして、互いに整合した両キー溝３６，３７の間に、キー３８が嵌め合わされる。このようにしてロータシャフト５がシャフト締付孔３に対し凹凸の関係で嵌合される。その他の構成は、第１実施形態のそれと同じである。

従って、この実施形態のロータ１でも第１実施形態と同等の作用効果を得ることができる。加えて、ロータシャフト５がシャフト締付孔３に対し、キー３８とキー溝３６，３７による凹凸の関係で嵌合されることで、ロータシャフト５とロータコア２との結合性がよくなる。この結果、ロータコア２からロータシャフト５へのトルク伝達機能を向上させることができる。

＜第４実施形態＞
次に、本発明のロータを具体化した第４実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

この実施形態では、ロータコア２に形成された内側スリット９及び外側スリット１０の形状の点で前記各実施形態と構成が異なる。図５に、一つの内側スリット９（外側スリット１０）の形状を平面図により示す。この内側スリット９（外側スリット１０）は、その長手方向の両端部９ａ（１０ａ）が円弧状をなすように形成される。この実施形態では、その円弧の直径が、内側スリット９（外側スリット１０）の幅Ｗ１とほぼ同じに設定される。

従って、この実施形態では、上記した薄肉円環部２３の変形に伴い内側スリット９（外側スリット１０）が変形しても、それらスリット９（１０）の両端部９ａ（１０ａ）における応力集中が、円弧状の形状によって緩和される。このため、内側スリット９（外側スリット１０）の両端部９ａ（１０ａ）につき、繰り返しの荷重に対する耐久性を高めることができる。

なお、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜に変更して実施することができる。

（１）前記第４実施形態では、図５に示すように、内側スリット９（外側スリット１０）の両端部９ａ（１０ａ）の円弧の直径を、内側スリット９（外側スリット１０）の幅Ｗ１とほぼ同じに設定した。これに対し、図６に示すように、内側スリット９（外側スリット１０）の両端部９ａ（１０ａ）を、内側スリット９（外側スリット１０）の幅Ｗ１のほぼ２倍の直径を有する円形状とし、その円形状の中心を、同スリット９（１０）が配置される円上に整合させてもよい。また、図７に示すように、内側スリット９（外側スリット１０）の両端部９ａ（１０ａ）を、幅Ｗ１のほぼ２倍の直径を有する円形状とし、その円形状の中心を、同スリット９（１０）が配置される円上より内側に変位させて配置してもよい。或いは、図８に示すように、内側スリット９（外側スリット１０）の両端部９ａ（１０ａ）を、幅Ｗ１のほぼ２倍の直径を有する円形状とし、その円形状の中心を、同スリット９（１０）が配置される円上より外側へ変位させて配置してもよい。

（２）前記各実施形態では、内側スリット９（外側スリット１０）の数と、永久磁石８が構成する極の数を同じ「８」に設定したが、この数を必要に応じて増減することもできる。また、内側スリット（外側スリット）の数を、永久磁石の極数の約数にすることもできる。更に、内側スリット（外側スリット）の配置と、磁石のスロットの配置の関係を適宜に規定することで、スロットの間のブリッジの応力上昇を更に抑えたり、磁気回路としての軸対称性を保つことができる。

（３）前記各実施形態では、２重の同心円上のそれぞれに複数のスリット９，１０を形成したが、３重又は４重の同心円上のそれぞれに複数のスリットを形成してもよい。同心円の数は、必要に応じて増減することができる。

この発明は、例えば、電気自動車等に搭載されるモータのロータに利用できる。

１ロータ
２ロータコア
３シャフト締付孔
５ロータシャフト
６外寄りブリッジ
７内寄りブリッジ
８永久磁石
９内側スリット
１０外側スリット
１１内側ブリッジ
１２外側ブリッジ
２３薄肉円環部
３１Ｖ溝
３２山形キー
３６キー溝
３７キー溝
３８キー

Claims

ロータコアと、前記ロータコアの中心に設けられたシャフト締付孔と、前記ロータコアの外周部に設けられた複数のスロットと、前記複数のスロットのそれぞれに設けられた磁石とを備えたロータであって、
前記複数のスロットは、前記ロータコアの外周縁に沿って配列され、隣り合う２つのスロットがハの字状又は逆ハの字状をなすように配置され、前記隣り合うスロットの間隔の部分は、前記ロータコアの外寄りに位置する外寄りブリッジと内寄りに位置する内寄りブリッジとなっており、
前記ロータコアの前記シャフト締付孔と前記複数のスロットとの間にて、前記シャフト締付孔の周囲には、複数重の同心円上のそれぞれに円弧状をなす複数のスリットが間隔を置いて形成され、隣り合う同心円上の複数のスリットにつき、一方の円上の複数のスリットの間隔を塞ぐように他方の円上の複数のスリットが配置され、
前記複数重の同心円のうち最外側に位置する円上の前記複数のスリットの間隔の部分を複数の外側ブリッジとし、前記最外側に位置する円よりも内側に位置する円上の前記複数のスリットの間隔の部分を複数の内側ブリッジとすると、
前記複数の内側ブリッジは、前記複数のスロットの間の前記外寄りブリッジと前記ロータコアの半径方向において整合するように配置され、前記複数の外側ブリッジは、前記複数のスロットの間の前記内寄りブリッジと前記ロータコアの半径方向において整合するように配置された
ことを特徴とするロータ。
前記各スリットは、その長手方向の両端部が円弧状に形成されたことを特徴とする請求項１に記載のロータ。
前記シャフト締付孔に締め付けられるロータシャフトを更に備え、前記ロータシャフトが前記シャフト締付孔に対して凹凸の関係で嵌合されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のロータ。