CN102005840A - 转子轴 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种充分确保内轴和外轴的连接强度，能得到优异的耐转矩性，还能够谋求轻型化的转子轴。本发明中，转子轴(3)通过分割成内轴(4)和外轴(5)而构成。内轴(4)具有前端部(41)、后端部(43)、将前端部(41)和后端部(43)之间在径向连结，且内径与前端部(41)相同，外径与后端部(43)相同的厚壁部(42)。外轴(5)具有内筒部(51)、磁性体安装外筒部(53)、将内筒部(51)和磁性体安装外筒部(53)之间连结的凸缘部(52)。内轴(4)和外轴(5)使厚壁部(42)以及后端部(43)的外周面(422)、(432)和内筒部(51)的插嵌孔(50)的内周面(501)接触，被连接固定，并且，凸缘部(52)配设在相对于厚壁部(42)在径向相向的位置。
Description
技术领域
本发明涉及用于旋转电机的转子的转子轴。
背景技术
例如，在混合动力车、电动汽车等使用马达、发电机、马达发电机等的旋转电机中，在设置了磁场绕组的定子的内周侧可旋转地配设着设置了磁性体的转子。转子是使用转子轴和安装在该转子轴上的磁性体而构成。
如图6所示，转子轴93通过由凸缘部932将内周侧部分931和外周侧部分933连结而构成，通过锻造等一体成形而制造。
但是，若制品大型，则难以使用上述方法通过一体成形来制造。因此，若做成将转子轴在径向分割成内轴和外轴的构造，则能够使制造容易。例如，在专利文献1中，通过将内轴烧嵌配合于外轴内，将两者连接来构成转子轴。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-166863号公报
但是，如上所述，在采用了分割构造的情况下，在怎样的位置分割转子轴成为问题。在分割位置不恰当的情况下，不能充分确保内轴和外轴的连接强度，若相对于转子轴在旋转方向(周方向)施加大扭矩，则存在内轴和外轴之间的连接松动的情况。
由于这种情况，希望充分具有仅能够抵御大转矩的连接强度的分割构造的转子轴，对用于实现它的分割位置进行了研究。
本发明是借鉴该以往的问题点而做成的发明，欲提供一种充分确保内轴和外轴的连接强度，能够得到优异的耐转矩性，还能够谋求轻型化的转子轴。
发明内容
本发明的转子轴是用于旋转电机的转子的转子轴，其特征在于，
该转子轴通过分割成具有筒形状的内轴和配设在该内轴的外周的外轴而构成，
上述内轴具有：作为旋转载荷向上述转子轴输入的一侧的端部的前端部、比该前端部外径大的后端部、将上述前端部和上述后端部之间连结，同时，内径与上述前端部相同，且外径与上述后端部相同的厚壁部，
上述外轴具有：具备使上述内轴插嵌的插嵌孔的内筒部、配设在该内筒部的外周侧，并安装有用于形成磁回路的磁性体的磁性体安装外筒部、从上述内筒部的外周向径向外方形成，且将上述内筒部和上述磁性体安装外筒部之间连结的凸缘部，
上述内轴和上述外轴使上述厚壁部以及上述后端部的外周面和上述内筒部的上述插嵌孔的内周面接触，通过相互的推压力连接固定，并且，上述外轴的上述凸缘部配设在相对于上述内轴的上述厚壁部在径向相向的位置(技术方案1)。
发明效果
本发明的转子轴由上述内轴和上述外轴构成，上述内轴由上述前端部和上述厚壁部及上述后端部构成，上述外轴由上述内筒部和上述凸缘部及上述磁性体安装外筒部构成。然后，上述内轴和上述转子轴使上述厚壁部以及上述后端部的外周面和上述内筒部的上述插嵌孔的内周面接触，通过相互的推压力连接固定。
即，可以考虑上述转子轴将上述内轴和上述外轴接触的面作为分割面，在径向分割成上述内轴和上述外轴的结构。然后，通过上述的结构，能够在尽可能地靠近中心的位置分割上述转子轴，另外，能够使上述内轴中的上述厚壁部以及上述后端部的外周面作为与上述外轴的接触面发挥功能(参照后述的实施例的图2、图3(a))。
因此，与以在其它的位置将上述转子轴分割的方式构成的情况(参照后述的实施例的图3(b)～(d))相比，能够充分确保上述内轴和上述外轴的连接部分的轴向长度，即，连接部分整体的面积。据此，能够充分确保上述内轴和上述外轴的轴向以及周方向的连接强度，得到优异的耐转矩性。
另外，上述外轴的上述凸缘部配设在相对于上述内轴的上述厚壁部在径向相向的位置。这里，上述凸缘部与上述外轴中的不存在上述凸缘部的部分相比径向的刚性高。另外，上述厚壁部与上述内轴的其它的部分相比径向的刚性高。即，在本发明中，将刚性高的上述凸缘部配设在刚性高的上述厚壁部的外方。因此，能够提高上述内轴和上述外轴的轴向以及周方向的连接强度，能够进一步提高耐转矩性。
另外，通过将刚性高的上述凸缘部配设在刚性高的上述厚壁部的外方，例如即使是在与以往(参照上述的图6)相比，缩短上述凸缘部的轴向长度，谋求了轻型化的情况下(参照后述的实施例的图2)，也能够充分确保上述内轴和上述外轴的连接强度以及耐转矩性。据此，能够谋求上述转子轴整体的轻型化。
这样，根据本发明，能够提供一种充分确保内轴和外轴的连接强度，能够得到优异的耐转矩性，还能够谋求轻型化的转子轴。
附图说明
图1是实施例1的、表示将使用了转子轴的转子配设在旋转电机上的状态的说明图。
图2是实施例1的、表示将内轴和外轴连接而成的转子轴的说明图。
图3是实施例2的、表示变更了(a)～(d)分割位置的转子轴的说明图。
图4是实施例2的、表示分割位置和耐转矩的关系的图表。
图5是实施例3的、表示变更了(a)～(d)凸缘部的位置的转子轴的说明图。
图6是以往例的、表示转子轴的说明图。
具体实施方式
本发明中，上述转子轴可以用于例如在混合动力车、电动汽车等搭载的马达、发电机、马达发电机等。
另外，通过例如在加速时来自内燃机(发动机)的输入在上述转子轴传递，欲使该转子轴旋转，与该转子轴接合的电磁钢板的惯性质量发挥作用，旋转载荷被输入上述转子轴。因此，旋转载荷被输入上述转子轴的一侧是指上述那样的旋转载荷被输入一侧。
另外，优选上述凸缘部的轴向长度的85％以上相对于上述厚壁部在径向相向(技术方案2)。
在相对于上述厚壁部在径向相向的上述凸缘部的轴向长度不足85％的情况下，有可能不能充分发挥使上述内轴和上述外轴的连接强度提高这样的效果。
另外，优选上述内轴烧嵌配合在上述外轴的上述内筒部的上述插嵌孔内(技术方案3)。
在该情况下，能够轻易地连接上述内轴和上述外轴。另外，通过做成本发明这样的结构，即使在通过烧嵌配合将上述内轴和上述外轴连接的情况下，也能够充分确保其连接强度。
另外，上述烧嵌配合可通过例如下述方式进行。首先，将上述外轴的上述内筒部的上述插嵌孔的内径形成为比上述内轴的外径小。然后，在加热上述内筒部使之膨胀后，将上述内轴插入该内筒部的上述插嵌孔内。此后，冷却上述内筒部使之收缩，据此，将上述内轴连接在上述外轴的上述内筒部的上述插嵌孔。
另外，上述内轴和上述外轴也可以使用上述烧嵌配合以外的手法进行连接。
另外，优选在上述厚壁部的外周面中的与上述内筒部的上述插嵌孔的内周面的接触面的至少一部分上形成凹凸(技术方案4)。
在该情况下，通过上述外轴的上述内筒部的上述插嵌孔的内周面接触并切入上述内轴的上述厚壁部的外周面的凹凸，能够进一步提高上述内轴和上述外轴的连接强度。
尤其是在通过烧嵌配合使上述内轴和上述外轴连接的情况下，能够更进一步发挥上述的效果。
另外，优选在上述厚壁部的外周面的上述接触面中的至少上述厚壁部和上述凸缘部在径向相向的部分，形成凹凸(技术方案5)。
在该情况下，通过将上述凸缘部配设在刚性高的上述厚壁部的外方，能够在提高了上述内轴和上述外轴的连接强度的部分，进一步提高连接强度。据此，能够更有效地提高上述内轴和上述外轴的连接强度。
另外，上述厚壁部的外周面的上述接触面的凹凸例如可通过实施压痕加工来形成。另外，其形状可以做成斜纹等凹凸形状。当然，也可以使用其它的加工方法形成凹凸，也可以做成其它的凹凸形状。
另外，在通过烧嵌配合使上述内轴和上述外轴连接的情况下，优选使上述凹凸的高度在烧嵌配合余量的一半以下，这样一来，能够充分获得上述内轴和上述外轴的连接强度。
另外，优选上述内轴是实施了渗碳处理或渗碳渗氮处理的材料，上述外轴是机械构造用碳素钢或铬钢(技术方案6)。
在该情况下，通过像上述那样选定构成上述内轴以及上述外轴的材料，能够更进一步发挥充分确保上述内轴和上述外轴的连接强度，得到优异的耐转矩性这样的效果。
另外，作为构成上述内轴的实施了渗碳处理或渗碳渗氮处理的材料，可以使用S15C、S20C、S30C、SCr415、SCr420等。
另外，作为构成上述外轴的机械构造用碳素钢或铬钢，可以使用S15C、S20C、S30C、S35C、S40C、S45C、S50C、S55C、S60C、SCr415、SCr420等。
实施例
(实施例1)
使用附图，说明有关本发明的实施例的转子轴。
本例的转子轴3如图1所示，用于旋转电机1的转子2，通过分割成具有筒形状的内轴4和配设在内轴4的外周的外轴5而构成。
如图1、图2所示，内轴4具有作为旋转载荷向转子轴3输入的一侧的端部的前端部41、比前端部41外径大的后端部43、将前端部41和后端部43之间在径向连结，同时，内径与前端部41相同，且外径与后端部43相同的厚壁部42。
如该图所示，外轴5具有下述部件，即，具备使内轴4插嵌的插嵌孔50的内筒部51、配设在内筒部51的外周侧，并安装有用于形成磁回路的磁性体54的磁性体安装外筒部53、从内筒部51的外周向径向外方形成、且将内筒部51和磁性体安装外筒部53之间连结的凸缘部52。
如该图所示，内轴4和外轴5使厚壁部42以及后端部43的外周面422、432和内筒部51的插嵌孔50的内周面501接触，通过相互的推压力连接固定，并且，外轴5的凸缘部52配设在相对于内轴4的厚壁部42在径向相向的位置。
下面，详细说明这些。
本例的旋转电机1搭载于混合动力车、电动汽车等，是主要作为驱动用发挥作用的马达。另外，旋转电机1也可以是主要作为发电用发挥作用的发电机，还可以是作为发电用以及驱动用这两者发挥作用的马达发电机。
如图1、图2所示，转子轴3通过在径向分割成具有筒形状的内轴4和配设在内轴4的外周的外轴5而构成。如图2所示，分割位置是距转子轴3的中心X距离D的位置。
如图1所示，内轴4其截面呈圆筒形状，经设置在其轴向两端部的外周面的轴承14，可旋转地被配设在壳体11。
如图1、图2所示，内轴4由前端部41、厚壁部42和后端部43构成。厚壁部42的厚度比前端部41以及后端部43的厚度大。另外，前端部41的外径比厚壁部42以及后端部43的外径小。另外，厚壁部42以及后端部43的外径大致相同。另外，前端部41以及厚壁部42的内径大致相同，比后端部43的内径小。
如该图所示，外轴5由内筒部51、凸缘部52和磁性体安装外筒部53构成。磁性体安装外筒部53其截面呈圆筒形状，被设置在从内筒部51的外周向径向外方形成的凸缘部52的外周侧。在磁性体安装外筒部53的外周面，安装用于形成旋转电机1的磁回路的磁性体54。
另外，外轴5的凸缘部52配设在相对于内轴4的厚壁部42在径向相向的位置。在本例中，如图2所示，凸缘部52其轴向长度L的85％以上的区域相对于厚壁部42在径向相向。
如图1所示，将内轴4和外轴5连接而成，且安装磁性体54而成的转子2配置于固定在壳体11的定子6的内周侧。
然后，在旋转电机1中，由配设在定子6上的磁场绕组61和配设在转子2上的磁性体54形成使转子2旋转的磁回路或进行发电的磁回路。
另外，在本例中，如图2所示，内轴4烧嵌配合在外轴5的内筒部51的插嵌孔50内。该烧嵌配合中，首先，使外轴5的内筒部51的插嵌孔50的内径比内轴4的外径小。然后，在加热内筒部51使之膨胀后，将内轴4插入该内筒部51的插嵌孔50内。此后，冷却内筒部51使之收缩，据此，将内轴4连接在外轴5的内筒部51的插嵌孔50。
即，通过对加热膨胀的内筒部51进行冷却，内筒部51的插嵌孔50欲恢复原来的内径。但是，由于内轴4插通内侧，所以，在内筒部51勒紧内轴4的力发挥作用。另一方面，在内轴4排斥它的力发挥作用。这些力基于作为内筒部51的插嵌孔50的内径和内轴4的外径的差的烧嵌配合余量而产生。
据此，内轴4和外轴5使内轴4的厚壁部42以及后端部43的外周面422、432和外轴5的内筒部51的插嵌孔50的内周面501接触，通过相互的推压力连接固定。
另外，在本例中，如该图所示，在内轴4的厚壁部42的外周面422中的与外轴5的内筒部51的插嵌孔50的内周面501的接触面422a的一部分，形成凹凸。具体地说，在厚壁部42的外周面422的接触面422a中的厚壁部42和凸缘部52在径向相向的部分形成凹凸。
然后，内轴4和外轴5在进行上述烧嵌配合时，以外轴5的内筒部51的插嵌孔50的内周面501切入内轴4的厚壁部42的外周面422的凹凸的状态被连接固定。
另外，接触面422a的凹凸可通过实施压痕加工来形成，其形状为斜纹图案的凹凸形状。另外，凹凸的高度在烧嵌配合余量的一半以下。
另外，在本例中，作为构成内轴4的材料，使用作为实施了渗碳处理的材料的SCr415。另外，作为构成外轴5的材料，使用作为机械构造用碳素钢的S50C。
另外，内轴4以及外轴5通过进行切削加工等形成为希望的形状。
接着，说明本例的转子轴3的作用效果。
本例的转子轴3由内轴4和外轴5构成，所述内轴4由前端部41和厚壁部42及后端部43构成，所述外轴5由内筒部51和凸缘部52及磁性体安装外筒部53构成。然后，内轴4和转子轴5使厚壁部42以及后端部43的外周面422、432和内筒部51的插嵌孔50的内周面501接触，通过相互的推压力连接固定。
即，可以考虑转子轴3将内轴4和外轴5接触的面作为分割面，在径向分割成内轴4和外轴5的结构。然后，通过上述的结构，能够在尽可能地靠近中心的位置分割转子轴3，另外，能够使内轴4中的厚壁部42以及后端部43的外周面422、432作为与外轴5接触的面发挥功能。
因此，与以在其它的位置将转子轴3分割的方式构成的情况(参照后述的实施例2的图3(b)～(d))相比，能够充分确保内轴4和外轴5的连接部分的轴向长度，即，连接部分整体的面积。据此，能够充分确保内轴4和外轴5的轴向以及周方向的连接强度，得到优异的耐转矩性。
另外，外轴5的凸缘部52配设在相对于内轴4的厚壁部42在径向相向的位置。这里，凸缘部52与外轴5中的不存在凸缘部52的部分相比径向的刚性高。另外，厚壁部42与内轴4的其它部分相比径向的刚性高。即，在本例中，将刚性高的凸缘部52配设在刚性高的厚壁部42的外方。因此，能够提高内轴4和外轴5的轴向以及周方向的连接强度，能够进一步提高耐转矩性。
另外，通过将刚性高的凸缘部52配设在刚性高的厚壁部42的外方，例如即使是在与以往(参照图6)相比，缩短凸缘部52的轴向长度，谋求了轻型化的情况下，也能够充分确保内轴4和外轴5的连接强度以及耐转矩性。据此，能够谋求转子轴3整体的轻型化。
另外，在本例中，凸缘部52的轴向长度L的85％以上的区域相对于厚壁部42在径向相向。因此，能够充分发挥使凸缘部52和厚壁部42相向，提高内轴4和外轴5的连接强度这样的效果。
另外，内轴4烧嵌配合于外轴5的内筒部51的插嵌孔50内。因此，能够将内轴4和外轴5轻易地连接。另外，通过做成本例这样的结构，即使是在通过烧嵌配合来将内轴4和外轴5连接的情况下，也能够充分确保其连接强度。
另外，在厚壁部42的外周面422中的与内筒部51的插嵌孔50的内周面501的接触面422a上形成凹凸。具体地说，在厚壁部42的外周面422的接触面422a中的厚壁部42和凸缘部52在径向相向的部分，形成凹凸。因此，通过外轴5的内筒部51的插嵌孔50的内周面501接触并切入内轴4的厚壁部42的外周面420的凹凸，能够进一步提高内轴4和外轴5的连接强度。
尤其是由于上述的效果是在通过将凸缘部52配设在刚性高的厚壁部42的外方提高了连接强度的部分，所以，能够更有效地提高连接强度。
另外，在本例中，由于通过烧嵌配合来将内轴4和外轴5连接，所以，能够更进一步发挥上述的效果。另外，由于使接触面422a的凹凸的高度在烧嵌配合余量的一半以下，所以，能够切实地提高连接强度。
另外，内轴4是实施了渗碳处理的材料SCr415，外轴5是机械构造用碳素钢S50C。这样，通过像上述那样选定构成内轴4以及外轴5的材料，能够更进一步发挥充分确保内轴4和外轴5的连接强度，得到优异的耐转矩性这样的效果。
这样，本例的转子轴3能够充分确保内轴4和外轴5的连接强度，得到优异的耐转矩性，进一步谋求轻型化。
(实施例2)
本例是对使内轴和外轴的分割位置变化的情况下的转子轴的耐转矩性进行评价的例子。
在本例中，如图3(a)～(d)所示，准备内轴4和外轴5的分割位置不同的转子轴3(试验材料11～14)，测定设定为规定的烧嵌配合余量A、B(A＜B)的情况下的耐转矩。
具体地说，试验材料11如图3(a)所示，是与实施例1同样的转子轴3。
另外，若其它的转子轴3的分割位置通过试验材料11的转子轴3的构成部位(参照图3(a))进行说明，则在试验材料12的情况下，如图3(b)所示，是外轴5的内筒部51的中间位置。另外，在试验材料13的情况下，如图3(c)所示，是外轴5的内筒部51和凸缘部52之间。另外，在试验材料14的情况下，如图3(d)所示，是外轴5的凸缘部52和磁性体安装外筒部53之间。
另外，耐转矩通过计算求出。另外，内轴4和外轴5的摩擦系数为0.2左右。
下面，表1表示测定结果，其测定结果表示在图4中。该图中，纵轴为耐转矩(N·m)，横轴为分割位置(mm)。分割位置如图3(a)～(d)所示，是从转子轴3的中心X开始的距离D。
表1
(表1)
根据表1以及图4可知，本发明品即试验材料11与在其它的位置分割内轴4和外轴5的试验材料12～13相比，耐转矩高。即，本发明品能够充分确保内轴4和外轴5的连接部分的轴向长度(连接部分整体的面积)，因此，能够充分确保两者的连接强度，得到优异的耐转矩性。
(实施例3)
本例是对使外轴的凸缘部的位置变化的情况下的转子轴的耐转矩性进行评价的例子。
在本例中，如图5(a)～(d)所示，准备外轴5的凸缘部52(轴向长度L)的位置不同的转子轴3(试验材料21～24)，测定与实施例2同样设定为规定的烧嵌配合余量A、B(A＜B)的情况下的耐转矩。
具体地说，试验材料21如图5(a)所示，是与实施例1同样的转子轴3。另外，试验材料22如图5(b)所示，使凸缘部52的位置与试验材料21相比向前端侧移动1.7mm。另外，试验材料23如图5(c)所示，与试验材料21相比向前端侧移动8mm。另外，试验材料24如图5(d)所示，与试验材料21相比向后端侧移动12.3mm。
另外，耐转矩用与实施例2同样的方法测定。另外，内轴4和外轴5的摩擦系数为0.2左右。
下面，表2表示测定结果。
表2
(表2)
根据表2可知，在凸缘部52在相对于厚壁部42在径向相向，其区域足够的试验材料21～23的情况下，充分确保了耐转矩。另一方面，在为凸缘部52的大部分区域没有相对于厚壁部42在径向相向的试验材料24的情况下，与其它的试验材料相比，连接强度低。
由此可知，若将凸缘部52配设在刚性高的厚壁部42的外方，凸缘部52和厚壁部42的相向区域充足的情况下，则使内轴4和外轴5的连接强度提高，耐转矩性进一步得到提高。
符号说明
3：转子轴；4：内轴；41：前端部；42：厚壁部；422：外周面(厚壁部的外周面)；43：后端部；432：外周面(后端部的外周面)；5：外轴；50：插嵌孔；501：内周面(插嵌孔的内周面)；51：内筒部；52：凸缘部；53：磁性体安装外筒部。
Claims (6)
1.一种转子轴，是用于旋转电机的转子的转子轴，其特征在于，
该转子轴通过分割成具有筒形状的内轴和配设在该内轴的外周的外轴而构成，
上述内轴具有：作为旋转载荷向上述转子轴输入的一侧的端部的前端部、比该前端部外径大的后端部、将上述前端部和上述后端部之间连结，同时，内径与上述前端部相同，且外径与上述后端部相同的厚壁部，
上述外轴具有：具备使上述内轴插嵌的插嵌孔的内筒部、配设在该内筒部的外周侧，并安装有用于形成磁回路的磁性体的磁性体安装外筒部、从上述内筒部的外周向径向外方形成，且将上述内筒部和上述磁性体安装外筒部之间连结的凸缘部，
上述内轴和上述外轴使上述厚壁部以及上述后端部的外周面和上述内筒部的上述插嵌孔的内周面接触，通过相互的推压力连接固定，并且，上述外轴的上述凸缘部配设在相对于上述内轴的上述厚壁部在径向相向的位置。
2.如权利要求1所述的转子轴，其特征在于，上述凸缘部的轴向长度的85％以上相对于上述厚壁部在径向相向。
3.如权利要求1或2所述的转子轴，其特征在于，上述内轴烧嵌配合在上述外轴的上述内筒部的上述插嵌孔内。
4.如权利要求1至3中的任一项所述的转子轴，其特征在于，在上述厚壁部的外周面中的与上述内筒部的上述插嵌孔的内周面的接触面的至少一部分上形成凹凸。
5.如权利要求4所述的转子轴，其特征在于，在上述厚壁部的外周面的上述接触面中的至少上述厚壁部和上述凸缘部在径向相向的部分，形成凹凸。
6.如权利要求1至5中的任一项所述的转子轴，其特征在于，上述内轴是实施了渗碳处理或渗碳渗氮处理的材料，上述外轴是机械构造用碳素钢或铬钢。
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