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公開番号2021027799
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210222
出願番号2020135215
出願日20200807
発明の名称ロータおよびロータの製造方法
出願人アイシン・エィ・ダブリュ株式会社,株式会社アミノ
代理人個人,個人
主分類H02K 1/28 20060101AFI20210125BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】積層鉄心と回転軸とを固定(位置決め)する係合部の長さの分、軸方向の長さが大きくなるのを防止することが可能なロータを提供する。
【解決手段】このロータ10は、ロータコア11と、ロータコア11の貫通孔11aに挿通されるシャフト13と、を備える。ロータコア11は、貫通孔11aの内周面11dに設けられ、ロータコア11の軸方向の端面(11b、11c)よりも軸方向の内側に配置された、凹部15aにより構成されるコア側係合部15を含む。シャフト13は、コア側係合部15の凹部15aに係合する凸状部16aにより構成されるシャフト側係合部16を含む。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
ロータコアと、
前記ロータコアの貫通孔に挿通されるシャフトと、を備え、
前記ロータコアは、前記貫通孔の内周面に設けられ、前記ロータコアの軸方向の端面よりも前記軸方向の内側に配置された、凹部または凸部により構成されるコア側係合部を含み、
前記シャフトは、前記コア側係合部の前記凹部に係合する凸状部または前記コア側係合部の前記凸部に係合する凹状部により構成されるシャフト側係合部を含む、ロータ。
続きを表示(約 1,700 文字)【請求項2】
前記コア側係合部は、環形状を有している前記ロータコアの前記貫通孔の前記内周面に設けられ、径方向の外側に窪む前記凹部により構成されており、
前記シャフト側係合部は、前記ロータコアの前記凹部側に突出するとともに前記凹部と係合する前記凸状部により構成されている、請求項1に記載のロータ。
【請求項3】
前記ロータコアの前記凹部、および、前記シャフトの前記凸状部の各々は、周状に設けられている、請求項2に記載のロータ。
【請求項4】
前記シャフトは、円筒形状を有しており、
前記シャフトの前記凸状部は、ハイドロフォーミングにより前記径方向の外側に突出するように形成されている部分である、請求項2または3に記載のロータ。
【請求項5】
前記ロータコアの前記凹部、および、前記シャフトの前記凸状部の各々は、周状に設けられており、
前記ロータコアは、前記貫通孔を構成する第1貫通孔が設けられる第1電磁鋼板と、前記貫通孔を構成する、前記第1貫通孔よりも直径が大きい第2貫通孔が設けられる複数の第2電磁鋼板とを含み、
前記第1電磁鋼板と、前記複数の第2電磁鋼板と、前記第1電磁鋼板とは、前記軸方向に沿ってこの順に積層されており、
前記ロータコアの前記凹部は、前記複数の第2電磁鋼板の各々の前記第2貫通孔の内周側で、かつ、前記複数の第2電磁鋼板に前記軸方向の両側に積層される前記第1電磁鋼板同士の間に設けられている、請求項2〜4のいずれか1項に記載のロータ。
【請求項6】
前記複数の第2電磁鋼板は、前記ロータコアの前記軸方向の中央に設けられている、請求項5に記載のロータ。
【請求項7】
前記ロータコアの前記凹部は、前記軸方向の長さが、前記径方向の深さよりも大きくなるように構成されている、請求項2〜6のいずれか1項に記載のロータ。
【請求項8】
前記シャフトは、円筒形状を有しており、
前記ロータコアの前記凹部の前記径方向における深さは、前記シャフトの前記径方向の厚みよりも小さい、請求項2〜7のいずれか1項に記載のロータ。
【請求項9】
前記ロータコアの前記凹部、および、前記シャフトの前記凸状部の各々は、前記シャフトが前記ロータコアに対して相対的に回転するのを規制する回転方向移動規制部を有する、請求項2〜8のいずれか1項に記載のロータ。
【請求項10】
前記ロータコアの前記凹部、および、前記シャフトの前記凸状部の各々は、周状に設けられており、
前記凹部の前記回転方向移動規制部は、多角形形状を有する前記凹部の内周部を含み、
前記凸状部の前記回転方向移動規制部は、前記凹部の前記内周部の形状に沿った多角形形状を有するとともに、前記凹部の前記内周部と係合する前記凸状部の外周部を含む、請求項9に記載のロータ。
【請求項11】
ロータコアの軸方向の端面よりも軸方向の内側において、凹部または凸部により構成されるコア側係合部が、前記ロータコアの貫通孔の内周面に設けられる環形状の前記ロータコアを形成する工程と、
前記ロータコアの貫通孔にシャフトを挿入する工程と、
前記シャフトの内部に液体を充填させるとともに前記液体を加圧することによって前記シャフトを膨張させることにより、前記コア側係合部の前記凹部と係合する凸状部または前記コア側係合部の前記凸部と係合する凹状部により構成されるシャフト側係合部を前記シャフトに形成する工程と、を備える、ロータの製造方法。
【請求項12】
前記ロータコアを形成する工程は、前記ロータコアの前記貫通孔の前記内周面に、前記コア側係合部の前記凹部が形成されるように複数の電磁鋼板を積層する工程であり、
前記シャフトを膨張させる工程は、ハイドロフォーミングを用いて、前記凹部と係合する前記シャフト側係合部の前記凸状部を前記シャフトに形成する工程である、請求項11に記載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、ロータおよびロータの製造方法に関する。
続きを表示(約 6,700 文字)【背景技術】
【0002】
従来、シャフトを回転軸とするロータコアを備えるロータおよびロータの製造方法が知られている(たとえば、特許文献1参照)。
【0003】
上記特許文献1には、パイプ構造を有した中空形状の回転軸と、回転軸が挿入された積層鉄心とを備えるモータ用ロータが開示されている。また、回転軸には、ハイドロフォーミング法により形成された抜止部が設けられている。抜止部は、ハイドロフォーミング法により、回転軸が外径側に膨張することによって形成されている。また、抜止部は、積層鉄心の軸方向の一方側と他方側とに、積層鉄心を軸方向に挟み込むように2つ設けられている。すなわち、2つの抜止部は、積層鉄心の軸方向の端面よりも外側に設けられている。これにより、積層鉄心と回転軸とは、2つの抜止部により軸方向に固定(位置決め)されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特開2001−268858号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記特許文献1に記載のモータ用ロータでは、積層鉄心と回転軸とを固定(位置決め)する2つの抜止部が、積層鉄心の軸方向の端面よりも外側に設けられているため、モータ用ロータの軸方向の長さが、抜止部の軸方向の長さの分、大きくなるという問題点がある。
【0006】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、積層鉄心と回転軸とを固定(位置決め)する係合部の長さの分、軸方向の長さが大きくなるのを防止することが可能なロータおよびロータの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するために、この発明の第1の局面におけるロータは、ロータコアと、ロータコアの貫通孔に挿通されるシャフトと、を備え、ロータコアは、貫通孔の内周面に設けられ、ロータコアの軸方向の端面よりも軸方向の内側に配置された、凹部または凸部により構成されるコア側係合部を含み、シャフトは、コア側係合部の凹部に係合する凸状部またはコア側係合部の凸部に係合する凹状部により構成されるシャフト側係合部を含む。
【0008】
この発明の第1の局面によるロータは、上記のように、コア側係合部(およびコア側係合部と係合するシャフト側係合部)は、ロータコアの軸方向の端面よりも軸方向の内側に設けられている。これにより、互いに係合するコア側係合部およびシャフト側係合部が上記軸方向の端面よりも軸方向の内側に設けられるので、ロータコアとシャフトとを固定(位置決め)するための係合部を上記軸方向の端面よりも軸方向の外側に設けることなく、ロータコアとシャフトとを固定(位置決め)することができる。その結果、ロータコアとシャフトとを固定(位置決め)するための係合部が上記軸方向の端面よりも軸方向の外側に設けられる場合に比べて、上記係合部の長さの分、ロータの軸方向の長さが大きくなるのを防止することができる。
【0009】
この発明の第2の局面におけるロータの製造方法は、ロータコアの軸方向の端面よりも軸方向の内側において、凹部または凸部により構成されるコア側係合部が、ロータコアの貫通孔の内周面に設けられる環形状のロータコアを形成する工程と、ロータコアの貫通孔にシャフトを貫通孔に挿入する工程と、シャフトの内部に液体を充填させるとともに液体を加圧することによってシャフトを膨張させることにより、コア側係合部の凹部と係合する凸状部またはコア側係合部の凸部と係合する凹状部により構成されるシャフト側係合部をシャフトに形成する工程と、を備える。
【0010】
この発明の第2の局面によるロータの製造方法は、上記のように、ロータコアの軸方向の端面よりも軸方向の内側においてコア側係合部が設けられる環形状のロータコアを形成する工程を備える。これにより、互いに係合するコア側係合部およびシャフト側係合部が上記軸方向の端面よりも軸方向の内側に設けられるので、ロータコアとシャフトとを固定(位置決め)するための係合部を上記軸方向の端面よりも軸方向の外側に設けることなく、ロータコアとシャフトとを固定(位置決め)することができる。その結果、ロータコアとシャフトとを固定(位置決め)するための係合部を上記軸方向の端面よりも軸方向の外側に設ける場合に比べて、上記係合部の長さの分、ロータの軸方向の長さが大きくなるのを防止することが可能なロータの製造方法を提供することができる。また、シャフトの内部の液体を利用することにより、上記軸方向の端面よりも軸方向の内側に充填された液体によってシャフト側係合部を形成することができる。これにより、シャフト側係合部を、上記軸方向の端面よりも軸方向の内側に容易に形成することができる。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、上記のように、積層鉄心と回転軸とを固定(位置決め)する係合部の長さの分、軸方向の長さが大きくなるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
一実施形態による回転電機の平面図である。
図1の200−200線に沿った断面図である。
図2の部分拡大図である。
図2の300−300線に沿った断面図である。
図4の部分拡大図である。
ロータの製造方法を示すフロー図である。
図6のステップS1の後のロータコアの断面図である。
図6のステップS2の後のロータコアの断面図である。
図6のステップS3において液体をシャフトの内部へ注入したの後のロータコアの断面図である。
図6のステップS3において液体の内圧によりシャフトに凸状部が形成された状態を示すロータコアの断面図である。
図6のステップS4の後のロータコアの断面図である。
一実施形態の第1変形例によるロータコアの断面図である。
一実施形態の第2変形例によるロータコアの部分拡大平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【0014】
[本実施形態の構成]
(ロータの構造)
図1〜図5を参照して、本実施形態によるロータ10の構造について説明する。
【0015】
本願明細書では、「軸方向」とは、ロータ10の回転軸線(符号O)(Z1方向、Z2方向)に沿った方向(図1参照)を意味する。また、「周方向」とは、ロータコア11の周方向(A方向、A1方向、A2方向)を意味する。また、「径方向内側」とは、ロータコア11の中心に向かう方向(B1方向)を意味する。また、「径方向外側」とは、ロータコア11の外に向かう方向(B2方向)を意味する。
【0016】
図1に示すように、回転電機100は、ロータ10と、ステータ20とを備えている。ステータ20は、円環状のステータコア21を含む。ステータコア21には、複数のスロット22が設けられている。複数のスロット22には、それぞれ、セグメント導体30が配置されている。ステータコア21は、スロット22の径方向外側を円環状に接続するバックヨーク23と、隣り合うスロット22の間に設けられ、バックヨーク23から径方向内側に向かって延びる複数のティース24とを含む。また、スロット22には、セグメント導体30とステータコア21とを絶縁するための絶縁部材(図示せず)が配置されている。
【0017】
ロータ10は、環形状を有するロータコア11を備える。ロータコア11は、複数の電磁鋼板12(図2参照)が積層されることにより形成されている。また、ロータコア11は、円環状のステータコア21の径方向の内側においてステータコア21と径方向に対向するように配置されている。すなわち、回転電機100は、インナーロータ型の回転電機である。
【0018】
また、ロータ10は、ロータコア11の貫通孔11aに挿通(挿入)されるシャフト13を備える。シャフト13は、ロータコア11の回転軸として機能する。また、シャフト13は、円筒形状を有している。すなわち、シャフト13は、中空形状を有しており、軸方向(Z方向)に延びるように形成されている。
【0019】
図2に示すように、ロータコア11は、シャフト13が挿入される貫通孔120aが設けられる第1電磁鋼板120を含む。また、複数の電磁鋼板12は、シャフト13が挿入される貫通孔121aが設けられる第2電磁鋼板121を含む。複数の電磁鋼板12は、複数の第1電磁鋼板120と、複数の第2電磁鋼板121とにより構成されている。ロータコア11の貫通孔11aは、第1電磁鋼板120の貫通孔120aと、第2電磁鋼板121の貫通孔121aとにより構成されている。なお、貫通孔120aは、特許請求の範囲の「第1貫通孔」の一例である。また、貫通孔121aは、特許請求の範囲の「第2貫通孔」の一例である。また、図2以降では、後述する凹部15aを明確に図示するために、凹部15aを実際よりも大きく図示している場合があるが、実際はこれに限られない。
【0020】
また、複数の第1電磁鋼板120と、複数の第2電磁鋼板121と、複数の第1電磁鋼板120とは、軸方向(Z方向)に沿ってこの順に積層されている。言い換えると、積層された複数枚の第1電磁鋼板120の上部(Z1方向側)に、積層された複数枚の第2電磁鋼板121が積層されている。さらに、複数枚の第2電磁鋼板121の上部に、積層された複数枚の第1電磁鋼板120が積層されている。
【0021】
また、第1電磁鋼板120の貫通孔120aは、直径r1を有している。また、第2電磁鋼板121の貫通孔121aは、直径r2を有している。貫通孔121aの直径r2は、貫通孔120aの直径r1よりも大きい。軸方向(Z方向)から見て、貫通孔120aの全体は、貫通孔121aとオーバラップしている。すなわち、軸方向(Z方向)から見て、貫通孔120aは、貫通孔121aの内側(図4参照)に設けられている。なお、貫通孔121aの直径r2とは、後述するように多角形形状を有する貫通孔121aの中心から貫通孔121aの外周縁までの長さを意味する。すなわち、直径r2は、位相(貫通孔121aの周方向における位置)によって大きさが変化する。
【0022】
また、ロータ10には、シャフト13を支持するベアリング14aとベアリング14bとが設けられている。ベアリング14aは、ロータコア11の軸方向の一方側(Z1方向側)の端面11bよりも軸方向(Z方向)の外側(Z1方向側)に設けられている。また、ベアリング14bは、ロータコア11の軸方向の他方側(Z2方向側)の端面11cよりも軸方向(Z方向)の外側(Z2方向側)に設けられている。
【0023】
ここで、本実施形態では、ロータコア11は、端面11b(11c)よりも軸方向の内側に設けられるコア側係合部15を含む。コア側係合部15は、凹部15aにより構成されている。また、シャフト13は、凹部15aに係合する凸状部16aにより構成されるシャフト側係合部16を含む。すなわち、コア側係合部15(凹部15a)およびシャフト側係合部16(凸状部16a)は、軸方向において端面11bと端面11cとの間において互いに係合している。また、コア側係合部15(凹部15a)およびシャフト側係合部16(凸状部16a)は、軸方向において同じ位置に設けられている。言い換えると、コア側係合部15(凹部15a)およびシャフト側係合部16(凸状部16a)は、径方向において互いに対向するように設けられている。
【0024】
ロータコア11の凹部15aは、ロータコア11の貫通孔11aの内周面11dに設けられている。凹部15aは、径方向の外側に窪んでいる。また、シャフト13の凸状部16aは、ロータコア11の凹部15a側(径方向外側)に突出している。これにより、凸状部16aは、凹部15aに嵌り込むように設けられている。すなわち、凸状部16aは、軸方向から見て、凹部15aとオーバラップする(図4参照)ように設けられている。
【0025】
また、本実施形態では、シャフト13の凸状部16aは、ハイドロフォーミングにより径方向の外側に突出されるように形成されている部分である。具体的には、凸状部16aは、シャフト13の内部の液体40(図9参照)からの内圧により形成されている。これにより、凸状部16aが形成されることに伴って、シャフト13の内周面13aのうちの凸状部16aの径方向内側の部分には、凹状部13bが形成されている。
【0026】
また、本実施形態では、ロータコア11の凹部15aは、複数の第2電磁鋼板121の貫通孔121aの内周側に設けられている。また、凹部15aは、複数の第2電磁鋼板121に軸方向(Z方向)の両側に積層される第1電磁鋼板120同士の間に設けられている。すなわち、凹部15aは、軸方向の両側の第1電磁鋼板120と、外周側の第2電磁鋼板121とにより囲まれている空間である。
【0027】
また、凹部15aは、ロータコア11の内周面11dのうちの第1電磁鋼板120に対応する部分(第1電磁鋼板120により形成される内周面11d)よりも、内周面11dのうちの第2電磁鋼板121に対応する部分(第2電磁鋼板121により形成される内周面11d)が外周側に設けられることにより形成されている。凹部15aは、第1電磁鋼板120の貫通孔120aの直径r1の大きさと、第2電磁鋼板121の貫通孔121aの直径r2の大きさとが異なっていることに起因して形成されている。
【0028】
具体的には、ロータコア11の凹部15aは、内周面11dにおいて径方向の外側に深さd(図3参照)だけ窪んでいる。凹部15aの深さdは、第2電磁鋼板121の貫通孔121aの直径r2と、第1電磁鋼板120の貫通孔120aの直径r1との差分の半分((r2−r1)/2)と略等しい大きさである。なお、上述したように、直径r2は位相に応じて大きさが変化するので、深さdも位相(凹部15aの周方向における位置)に応じて大きさが変化する。
【0029】
また、本実施形態では、複数の第2電磁鋼板121は、ロータコア11の軸方向(Z方向)の中央に設けられている。具体的には、複数の第2電磁鋼板121の端面11b側(Z1方向側)に設けられている第1電磁鋼板120の枚数と、複数の第2電磁鋼板121の端面11c側(Z1方向側)に設けられている第1電磁鋼板120の枚数とは、略等しい。また、第2電磁鋼板121の枚数は、第1電磁鋼板120の枚数と略等しい。言い換えると、第2電磁鋼板121の枚数は、Z1方向側に設けられている第1電磁鋼板120の枚数(Z2方向側に設けられている第1電磁鋼板120の枚数)の約2倍である。なお、第1電磁鋼板120の枚数と、第2電磁鋼板121の枚数との関係は、これに限られない。
【0030】
また、ロータコア11の凹部15aは、軸方向の長さLが、径方向の深さd(図3参照)よりも大きくなるように構成されている。具体的には、凹部15aの長さLは、位相に応じて大きさが変化する凹部15aの深さdのうちの最大値よりも大きい。詳細には、凹部15aの長さLは、凹部15aの深さd(の最大値)のたとえば100倍以上の大きさである。なお、凹部15aの長さLと深さdとの関係はこれに限られない。
(【0031】以降は省略されています)

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