JP2004072852A

JP2004072852A - 回転電機の回転子およびその製造方法

Info

Publication number: JP2004072852A
Application number: JP2002226788A
Authority: JP
Inventors: Kazuki Maeso; 前岨　和樹; Shuzo Muraki; 村木　秀三; Koji Kondo; 近藤　考司
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-08-05
Filing date: 2002-08-05
Publication date: 2004-03-04

Abstract

【課題】設備の無駄をなくして設備規模を小さくすることができる回転電機の回転子とその製造方法を提供すること。
【解決手段】回転子３は、外周に複数の軸方向溝１３０が形成された回転軸３３と、軸方向溝１３０に嵌合固定されるポールコア３２とを有する。回転軸３３の周方向溝１３２にカラー部材１３６を外嵌し、このカラー部材１３６を塑性変形させることによりカラー部材１３６の内周部を周方向溝１３２内に塑性流動させて回転軸３３とカラー部材１３６とを結合することにより、カラー部材１３６によりポールコア３２の軸方向の移動を規制する。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コア部材を軸に圧入することにより構成される車両用交流発電機等の回転電機の回転子およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用交流発電機等の回転電機に用いられる回転子は、急激な回転変動が生じて大きな慣性力が作用した場合でも確実にコア部材が軸に固着している必要があるため、一般にはコア部材を軸に圧入する構造が採用されている。例えば、特公昭６３−１０１２号公報には、コア部材が軸に圧入された回転電機の回転子が開示されている。この公報に開示された回転子は、ヨークとその軸方向両側に配置されたコア部材（ロータコア）に軸を圧入するとともに、さらにコア部材の軸近傍の一部を変形させることによりこれらを軸方向に固定している。また、コア部材とヨークに対応する軸の外周部分には軸方向溝が形成されており、軸を圧入したときにコア部材とヨークが回転方向に固定されるようになっている。
【０００３】
一般的にこのような回転子は、一方のコア部材に、端面が軸受けの内輪に当接するカラー部材を圧入することにより完成する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来の回転子は、コア部材とヨークに軸を圧入した後にコア部材の一部を変形させ、さらにその後にカラー部材を圧入しているため、回転子の製造工程内に２種類の圧入工程が含まれている。しかも、これらの圧入工程の間にはコア部材を変形させる工程を介在させているため、これらの圧入工程は別々に行う必要があり、２台の圧入設備が必要になって設備の無駄が生じ、設備規模が大きくなってしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、設備の無駄をなくして設備規模を小さくすることができる回転電機の回転子とその製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の回転電機の回転子は、外周に複数の軸方向溝が形成された軸と、この軸方向溝に嵌合固定されるコア部材とを有しており、軸のコア部材端面外側に位置する箇所に形成された周方向溝にカラー部材を外嵌し、カラー部材を塑性変形させることによりカラー部材の内周部を周方向溝内に塑性流動させて軸とカラー部材とを結合し、カラー部材によりコア部材の軸方向の移動を規制している。
【０００７】
また、本発明の回転電機の回転子の製造方法は、外周に複数の軸方向溝が形成された軸と、この軸方向溝に嵌合固定されるコア部材とを有する回転子を製造するものであり、軸のコア部材端面外側に位置する箇所に形成された周方向溝にカラー部材を外嵌し、カラー部材を塑性変形させることによりカラー部材の内周部を周方向溝内に塑性流動させて軸とカラー部材とを結合し、カラー部材によりコア部材の軸方向の移動を規制している。
【０００８】
カラー部材を外嵌した後にカラー部材を塑性変形させているため、１回の圧入工程においてコア部材とカラー部材を軸に圧入することが可能になり、設備の無駄をなくして設備規模を小さくすることができる。特に、軸に環状あるいは螺旋状等の周方向溝を形成しておいて、塑性変形させたカラー部材の一部をこの溝内に塑性流動させることにより、コア部材の軸方向位置を確実に固定することができる。
【０００９】
また、上述したカラー部材は、軸を回転自在に支持する軸受けと当接する当接面を有することが望ましい。回転子を軸受けで受ける場合には、軸受けにコア部材を直接当接させるのではなく、カラー部材を軸受けに当接させる構造が用いられる場合が多いが、このような場合には、部品点数の増加を伴わずに製造工程の簡略化が可能になり、さらなる設備の簡略化およびこれに伴うコストの低減が可能になる。
【００１０】
また、上述した当接面は、切削加工面であることが望ましい。これにより、当接面を軸受けに確実に当接させることができるとともに、軸方向に沿った回転子の位置決め精度を向上させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明は、例えば、車両に搭載されてエンジンによって回転駆動される車両用交流発電機に適用することができる。
以下、本発明を適用した一実施形態の車両用交流発電機について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す図である。図１に示す車両用交流発電機１は、固定子２、回転子３、リアフレーム４、フロントフレーム５、整流装置６、リアカバー７等を含んで構成されている。
固定子２は、電機子として働くものであり、固定子鉄心２２と三相の固定子巻線２３とを備えている。
【００１３】
回転子３は、絶縁処理された銅線を円筒状かつ同心状に巻き回した界磁巻線３１を、それぞれが６個の爪部を有するコア部材であるポールコア３２によって、回転軸３３を通して両側から挟み込んだ構造を有している。また、フロント側のポールコア３２の端面には、ポールコア３２の軸方向位置の固定等に用いられるカラー部材１３６が取り付けられているとともに、フロント側から吸い込んだ冷却風を軸方向および径方向に吐き出すための冷却ファン３５が溶接等によって取り付けられている。リア側のポールコア３２の端面には、リア側から吸い込んだ冷却風を径方向に吐き出すための冷却ファン３６が溶接等によって取り付けられている。また、回転軸３３のリア側端部近傍には、界磁巻線３１の両端に電気的に接続された２つのスリップリング３７、３８が形成されており、これらのスリップリング３７、３８を介してブラシ装置（図示せず）から界磁巻線３１に対して給電が行われる。
【００１４】
また、本実施形態の回転軸３３には、軸方向溝１３０と周方向溝１３２、１３４とが形成されている。軸方向溝１３０によってポールコア３２の周方向の移動が規制され、周方向溝１３２、１３４によってポールコア３２の軸方向の移動が規制される。これらの周方向溝１３２、１３４は、複数本の環状溝あるいは周回数が複数の螺旋溝を有している。回転軸３３周辺の回転子３の詳細構造については後述する。
【００１５】
リアフレーム４およびフロントフレーム５は、固定子２および回転子３を収容しており、回転子３が回転軸３３を中心に回転自在に支持されている。具体的には、フロントフレーム５に設けられた軸受け収納部５２に軸受け５４が収納されており、この軸受け５４の内輪の端面に上述した回転子３のカラー部材１３６の端面を当接させるとともに、スリップリング３７、３８とポールコア３２の中間位置において回転軸３３に外嵌された軸受け３９を、リアフレーム４に設けられた軸受け収納部４２に収納することにより、回転子３が回転可能な状態で指示されている。また、フロントフレーム５には、回転子３のポールコア３２の外周側に所定の隙間を介して配置された固定子２が固定されている。
【００１６】
整流装置６は、三相の固定子巻線２３の出力電圧である三相交流電圧を整流して直流の出力電力を得るためのものである。
リアカバー７は、リアフレーム４の外側に取り付けられる整流装置６やその他の電気部品（ブラシ装置やＩＣレギュレータ等）を覆って、これらを保護するためのものである。このリアカバー７は、金属ナット７１によってリア側のフレーム４から延びるボルト４１に、整流装置６を挟み込んだ状態で締め付け固定されている。また、リアカバー７は、主に整流装置６の対向面に複数の吸入窓を有しており、この吸入窓を通してリアカバー７内部に冷却風が吸入される。
【００１７】
上述した構造を有する車両用交流発電機１は、ベルト等を介してプーリ８にエンジン（図示せず）からの回転力が伝えられると回転子３が所定方向に回転する。この状態で回転子３の界磁巻線３１に外部から励磁電圧を印加することにより、ポールコア３２のそれぞれの爪部が励磁され、固定子巻線２３に三相交流電圧を発生させることができ、整流装置６に設けられた出力端子１０からは所定の直流電流が取り出される。
【００１８】
次に、回転子３の詳細について説明する。図２は、本実施形態の車両用交流発電機１の回転子３の拡大部分断面図である。
図２に示すように、回転軸３３の外周部には、ポールコア３２に当接する領域に軸方向溝１３０が形成されている。軸方向溝１３０が形成された回転軸３３の外周面は、周方向に沿って凹凸形状を有しており、その凸部の最外径がポールコア３２の中央に設けられた回転軸３３の挿通孔の内径よりも大きく設定されており、凹部の最内径がこの挿通孔の内径よりも小さく設定されている。これにより、ポールコア３２の挿通孔に回転軸３３を圧入したときに、回転軸３３の軸方向溝がポールコア３２の挿通孔内壁の変形を伴ってポールコア３２と嵌合し、ポールコア３２の周方向の移動を規制することができる。
【００１９】
また、回転軸３３の外周部であって、カラー部材１３６が配置された位置とリア側のポールコア３２の端面近傍の位置に周方向溝１３２、１３４がそれぞれ形成されている。カラー部材１３６に対応する位置に形成された一方の周方向溝１３２は、軸方向に沿ってほぼ等間隔に複数の凹部を有しており、カラー部材１３６の端面を部分的に塑性変形させたときにカラー部材１３６の内周部がこれらの凹部内に塑性流動する。この結果、回転軸３３とカラー部材１３６とが軸方向に強固に結合する。
【００２０】
また、リア側のポールコア３２の端面近傍に形成された他方の周方向溝１３４は、上述した周方向溝１３２と同様に複数の凹部を有しており、ポールコア３２の端面を部分的に塑性変形させたときにポールコア３２の内周部がこれらの凹部内に塑性流動する。この結果、回転軸３３とリア側のポールコア３２とが軸方向に強固に結合する。
【００２１】
このように、カラー部材１３６とリア側のポールコア３２が回転軸３３に対して軸方向に結合しているため、２つのポールコア３２とカラー部材１３６の全体の軸方向の移動が規制される。
図３、図４、図５は、回転子３の製造工程を示す図であり、主にカラー部材１３６に着目した工程が示されている。
【００２２】
まず、２つのポールコア３２で界磁巻線３１を挟み込むとともにプーリ側のポールコア３２の端面にカラー部材１３６を配置した状態で回転軸３３を圧入することにより、回転子３の仮組立が行われる。これにより、図３に示すように、回転軸３３の一部であって周方向溝１３２が形成された位置にカラー部材１３６が外嵌される。
【００２３】
次に、図４に示すように、カラー部材１３６の端面を軸方向に加圧することにより、端面にほぼ周回した凹部１３８が形成されるように塑性変形する。これにより、カラー部材１３６の内周部を周方向溝１３２の凹部内に塑性流動させる。なお、本実施形態の回転子３は、リア側のポールコア３２の端面の回転軸３３の近傍にも凹部が形成されるように塑性変形しており、これら２カ所の塑性変形を生じさせるために必要な加圧工程が同時あるいは前後して実施される。また、これらの塑性変形を可能とするためには、ある程度柔らかい材質を用いる必要があり、しかもカラー部材１３６については軸受け５４の内輪にその端面を当接させた状態で締め付け固定するためにある程度の硬度も必要になる。このため、例えば、カラー部材１３６として、硬度ＨＲＢ８０以上のＳＷＣＨ１０ＲＣ等の材料が用いられ、ポールコア３２として、硬度ＨＲＢ６０程度のＳＷＲＣＨ６Ａ等の材料が用いられる。但し、塑性変形するパンチの形状や凹部１３８の位置等を工夫することにより、カラー部材１３６やポールコア３２として硬度が異なる他の材料を用いるようにしてもよい。
【００２４】
次に、図５に示すように、カラー部材１３６の軸方向に沿った表層部１４０を切削する。これにより、軸受け５４の内輪に当接する切削加工面の平面度を確保するとともに、回転子３の正確な軸方向位置の設定が可能になる。なお、この切削は、旋削加工と研削加工のいずれを用いてもよい。
【００２５】
このように、本実施形態の車両用交流発電機１の回転子３では、カラー部材１３６を回転軸３３に外嵌した後にこのカラー部材１３６を塑性変形させているため、１回の圧入工程においてポールコア３２とカラー部材１３６とを回転軸３３に圧入することが可能になる。例えば、従来のようにカラー部材１３６に接しているフロント側のポールコア３２を塑性変形させるような場合には、ポールコア３２の圧入工程とカラー部材１３６の圧入工程とを分離する必要があるが、本実施形態の回転子３の構造では、ポールコア３２とカラー部材１３６を重ねた状態で回転軸３３を圧入することができる。これにより、設備の無駄をなくして設備規模を小さくすることができる。
【００２６】
特に、回転軸３３の圧入方向とカラー部材１３６（あるいはリア側のポールコアも同様）を塑性変形させる加圧方向とが同じであるため、これらの加圧を１台の加圧設備を用いて行うことが可能になり、設備の無駄をさらに抑えることができる。
【００２７】
但し、ポールコア３２とカラー部材１３６とは異なる硬度を有するため、これらを同時に塑性変形させた場合には、硬い材質でできたカラー部材１３６の塑性変形が不十分になるおそれがある。この場合には、カラー部材１３６とリア側のポールコア３２の加圧を別々に行えばよい。このような場合であっても、一方の加圧工程の後に続けて他方の加圧工程を行えばよいため、同一の加圧設備を用いることが可能であり、設備の無駄を抑えることができる。
【００２８】
また、回転軸３３に周方向溝１３２を形成しておいて、塑性変形させたカラー部材１３６の一部をこの溝内に塑性流動させることにより、ポールコア３２の軸方向位置を確実に固定することができる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。上述した実施形態では、リア側のポールコア３２も塑性変形を行って軸方向の移動を拘束する構造としたが、他の構造を採用してもよい。例えば、回転軸３３の一部を外径側に突出した段付き形状に形成し、この凸部分にリア側のポールコア３２を当接させるようにしてもよい。
【００２９】
また、上述した実施形態では、回転軸３３の周方向溝１３２、１３４は、例えば環状あるいは螺旋状に形成する場合を説明したが、これらは必ずしも連続した環状あるいは螺旋状である必要はなく、回転軸３３外周において周方向に沿って不連続、すなわち、溝が形成されている部分と形成されていない部分が交互に存在してもよい。
【００３０】
また、上述した実施形態では、車両用交流発電機１の回転子３について説明したが、その他の用途の発電機や電動機に用いられる回転子について本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の車両用交流発電機の全体構成を示す図である。
【図２】本実施形態の車両用交流発電機の回転子の拡大部分断面図である。
【図３】回転子の製造工程を示す図である。
【図４】回転子の製造工程を示す図である。
【図５】回転子の製造工程を示す図である。
【符号の説明】
１　車両用交流発電機
２　固定子
３　回転子
４　リアフレーム
５　フロントフレーム
６　整流装置
７　リアカバー
３１　界磁巻線
３２　ポールコア
３３　回転軸
１３０　軸方向溝
１３２、１３４　周方向溝
１３６　カラー部材
１３８　凹部

Claims

外周に複数の軸方向溝が形成された軸と、この軸方向溝に嵌合固定されるコア部材とを有する回転電機の回転子であって、
前記軸の前記コア部材端面外側に位置する箇所に形成された周方向溝にカラー部材を外嵌し、前記カラー部材を塑性変形させることにより前記カラー部材の内周部を前記周方向溝内に塑性流動させて前記軸と前記カラー部材とを結合し、前記カラー部材により前記コア部材の軸方向の移動を規制することを特徴とする回転電機の回転子。
請求項１において、
前記カラー部材は、前記軸を回転自在に支持する軸受けと当接する当接面を有することを特徴とする回転電機の回転子。
請求項２において、
前記当接面は、切削加工面であることを特徴とする回転電機の回転子。
外周に複数の軸方向溝が形成された軸と、この軸方向溝に嵌合固定されるコア部材とを有する回転電機の回転子の製造方法であって、
前記軸の前記コア部材端面外側に位置する箇所に形成された周方向溝にカラー部材を外嵌し、
前記カラー部材を塑性変形させることにより前記カラー部材の内周部を前記周方向溝内に塑性流動させて前記軸と前記カラー部材とを結合し、
前記カラー部材により前記コア部材の軸方向の移動を規制すること特徴とする回転電機の回転子の製造方法。