JP2007181270A - 回転電機のロータ - Google Patents

Abstract

【課題】製造が容易で、かつ強度の信頼性が向上した回転電機のロータを提供する。
【解決手段】回転電機のロータは、キー溝が設けられたシャフトと、シャフトに取付けられ、キー溝に収まるキー６１が形成された電磁コアと、電磁コアのキー６１近くに設けられた挿入孔７１に圧入されたピン９０とを備える。電磁コアには、ピン９０の圧入によりキーの先が開くように孔からキーの先端に至る切断部７５が設けられる。回転電機のロータは、挿入孔７１とピン９０との間に介在するスリーブ８１をさらに備える。スリーブ８１は、ピン９０よりも塑性変形しやすい材質である。
【選択図】図７

Description

この発明は、回転電機のロータに関する。

特開平１１−１７８２８０号公報（特許文献１）は、回転電機の固定子鉄芯において、キーとキー溝との温度差をなくすことによりキーとキー溝との隙間をなくし、電磁振動を抑制する技術について開示している。

この技術では、固定子フレーム棚板の温度を低下させ、固定子フレーム棚板の温度を固定子鉄芯の温度よりも大幅に低下させ、固定子フレーム棚板に固定子鉄芯を強固に固定することができる。したがって回転電機運転時に発生する電磁振動を大幅に低減させることができる。
特開平１１−１７８２８０号公報 特開平１０−１２６９８６号公報 特開２００３−２９９２８３号公報

しかしながら、特開平１１−１７８２８０号公報（特許文献１）に開示された技術は、キーとキー溝間の隙間をなくして電磁振動を抑制するために特別の冷却器を必要とする。このような冷却器は、固定子側には設けることが可能であったとしても、回転子側には設けることは困難である。

またこのような特別の冷却器を設けると、回転電機の製造コストが上昇してしまう。
図８は、検討例における回転電機のロータを示した図である。

図９は、図８のＩＸ−ＩＸ断面における断面図である。
図８、図９を参照して、ロータ１１０は、シャフト１２０と、シャフト１２０のまわりに保持されるロータコア１５０と、ロータコア１５０を挟むエンドプレート１４０，１４１と、ロータ１１０の回転を検出するレゾルバ１３０とを含む。

シャフト１２０のまわりには、電磁鋼板を積層したロータコア１５０を保持するためのコア支持部１２２が形成されている。

シャフト１２０の一部であるコア支持部１２２にはロータコア１５０に形成されたキー１６１，１６２が嵌め込まれるキー溝が設けられている。ロータ１１０は、コア１５０に８対の永久磁石１５６が埋込まれている。

すなわち、ロータ１１０は、エンドプレート１４０，１４１を介して電磁鋼板を軸方向にかしめる構造を有している。そして電磁鋼板の内周側にキー１６１，１６２を設け、トルクをシャフト１２０に伝達する。

このような構成においては、ロータコア１５０を形成する際に、積層した電磁鋼板を軸方向に加圧し、そしてコア支持部のＢ部分を回転軸の外側に向けてローラを用いて加圧してかしめを行なう。しかしながらＢ部分のかしめ部は回転電機が運転により加熱することによるへたりを生じ、積層されたロータコア１５０部分の面圧は短時間で低下してしまう。

他方、元々、電磁鋼板のキー１６１，１６２とシャフトのコア支持部１２２に設けられたキー溝との間には、挿入性を確保するために回転方向に隙間（２０μ程度）が必要である。特に、回転電機を電気自動車やハイブリッド自動車等のように車両駆動用の用途に用いる場合等では力行運転および回生運転の繰返しにより、キー１６１，１６２はキー溝の隙間を回転方向に動き、シャフトのコア支持部１２２に衝突を繰返し、キー１６１，１６２はこの衝撃応力を繰り返し受ける。この衝撃応力により、ロータコア１５０のキー１６１，１６２の周辺部分の強度が低下するおそれがある。

この発明の目的は、製造が容易で、かつ強度の信頼性が向上した回転電機のロータを提供することである。

この発明は、要約すると、回転電機のロータであって、キー溝が設けられたシャフトと、シャフトに取付けられ、キー溝に収まるキーが形成された電磁コアと、電磁コアのキー近くに設けられた挿入孔に圧入されたピンとを備える。電磁コアには、ピンの圧入によりキーの先が開くように孔からキーに向かって延びる切断部が設けられる。

好ましくは、電磁コアは、積層された複数の電磁鋼板を含み、複数の電磁鋼板の各々は、キーを形成する突起部を有する。電磁鋼板の各々には、挿入孔を形成する貫通孔が突起部近傍に設けられる。

より好ましくは、回転電機のロータは、挿入孔とピンとの間に介在するスリーブをさらに備える。スリーブは、ピンよりも塑性変形しやすい材質である。

さらに好ましくは、スリーブは、挿入孔よりも径の大きい頭部と、挿入孔に収まる軸部とを含む。スリーブは、挿入孔にピンの挿入方向と逆方向から挿入される。ピンは、スリーブの軸部に当接しスリーブの軸部の先端を挿入孔より径が大きくなるように塑性変形させるためのテーパ形状の頭部を含む。

好ましくは、ピンは、電磁コアに対してロータの回転軸に沿う方向のカシメを行なう。

本発明によれば、簡易な構造により信頼性が高められた回転電機のロータを実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳しく説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、本発明のロータコアに用いられる電磁鋼板５１の形状を示した図である。
図２は、図１のＡ部分を拡大して示した図である。

図１、図２を参照して、電磁鋼板５１は、ほぼ円環状の形状を有し、内周側にはロータの回転軸中心に向かって突出するキー６１，６２が設けられる。このような電磁鋼板５１を図８に示した検討例でのシャフト１２０に用いることでキーとキー溝部分の衝突を防止することができ信頼性が高められる。

電磁鋼板５１には、永久磁石を収容するための孔５６と、後に説明するスリーブおよびピンを挿入する孔７１〜７４とが設けられる。孔７１は、キー６１の近くに設けられ、孔７１からキー６１の先端に至るまで切断部７５が設けられる。切断部７５は１ヶ所以上であればよく、キー６２には設けなくてもよい。

図３は、本実施の形態のロータの組立工程を説明するためのフローチャートである。
図４は、図３の工程Ｓ１〜Ｓ２について説明するための図である。

図３、図４を参照して、まず組立工程が開始されると工程Ｓ１においてシャフトのコア支持部２２に対してエンドプレート４１を取付け、そして電磁鋼板５１およびエンドプレート４０を取付ける。そして工程Ｓ２において、スリーブ８１をエンドプレート４１側からロータコア５０の挿入孔７１に挿入する。スリーブ８１は、外径が孔７１の内径よりも小さい軸部と、外径が孔７１の内径よりも大きい頭部とを有する。挿入孔７１にスリーブ８１の軸部から挿入し、頭部がエンドプレート４１に当接するまでスリーブ８１を挿入する。

ロータコア５０は、積層された複数の電磁鋼板５１を含む。複数の電磁鋼板の各々は、キー６１を形成する突起部を有する。電磁鋼板５１の各々には、挿入孔７１を形成する貫通孔が突起部近傍に設けられる。

図５は、図４に示した状態を軸方向に垂直な断面で示した図である。
図５に示すように、スリーブ８１の外径は、孔７１の径より小さいので、強い力を加えなくても差込むことができる。またこのため孔７１からキー６１の先端に向けて設けられた切断部７５はそのままであり、力を受けて開くことはない。

この段階においては、シャフトのコア支持部２２とキー６１との間には挿入性を確保するために回転方向に隙間（２０μ程度）が設けられた状態である。

続いて工程Ｓ３において図４のピン９０をエンドプレート４０側から矢印の向きにスリーブ８１に挿入する。ピン９０は、軸部９１と、軸部よりも径の大きい頭部９２とを含む。頭部９２は、スリーブ８１の先端部分を広げやすいようにテーパ状の形状となっている。

図６は、スリーブ８１に対してピン９０を挿入した後の状態を示した図である。
図６を見てわかるように、ピン９０がスリーブ８１に圧入されピンの頭部９２がエンドプレート４０のすり鉢状の孔４２に押込まれることにより、スリーブ８１の先端はすり鉢状に広げられる。この加圧はプレス等によって一気に行なうことができる。このようにスリーブ８１の先端部分を広げるように塑性変形させることによってロータコア５０の軸方向のかしめが行なわれる。

図７は、図６に示した状態を軸方向に垂直な断面で示した図である。
図７を参照して、回転電機のロータは、キー溝が設けられたシャフトと、シャフトに取付けられ、キー溝に収まるキー６１が形成された電磁コアと、電磁コアのキー６１近くに設けられた挿入孔７１に圧入されたピン９０とを備える。電磁コアには、ピン９０の圧入によりキーの先が開くように孔７１からキー６１に向かって延びる切断部７５が設けられ、この切断部７５は孔７１からキー６１の先端に至る。

回転電機のロータは、挿入孔７１とピン９０との間に介在するスリーブ８１をさらに備える。スリーブ８１は、ピン９０よりも塑性変形しやすい材質である。

図７に示すように、ピン９０を圧入することにより、スリーブ８１の径が拡大し、そしてキー６１の先端部分に至る切断部７５が開くように電磁鋼板５１にも力が加わる。このため、キー６１がシャフトのコア支持部２２のキー溝に当接した状態となり、回転方向のかしめが行なわれる。このように図６に示した軸方向のかしめと図７に示した回転方向のかしめがピン９０を挿入するプレスにより同時に実現できる。

再び図３を参照して、工程Ｓ３のピンの挿入が完了すると、工程Ｓ４に進みロータ組立が終了する。

このように、本発明の実施の形態においては、電磁鋼板５１のキー６１の外周側にピン９０を挿入するための孔７１を設けている。そしてこの孔７１からキー６１の先端に向けて電磁鋼板５１が切断されている。

スリーブ８１は、アルミニウムなどの柔らかい材料で、孔７１に挿入される。この挿入時において予めスリーブ８１には孔７１よりも大きな頭部が設けられており、この頭部がエンドプレートに当接するまでスリーブ８１は挿入される。

ピン９０の軸部９１の外径はスリーブ８１の軸部の内径よりも大きいので、ピン９０をスリーブ８１に圧入することによりスリーブ８１の径が広がり、さらに電磁鋼板の切断部７５の幅を広げてシャフトのコア支持部２２のキー溝にかしめが行なわれる。これにより、ロータコアの回転方向のガタをなくすことができる。

また図７に示した状態を見ればわかるように、スリーブ８１の長さは、エンドプレート４０，４１を含めたロータコア５０の厚みよりも大きくなければならない。そしてピン９０の頭部９２は、スリーブの先端部分を変形しやすいようにテーパ形状となっている。またエンドプレート４０のスリーブ挿入孔のピン差込側はすり鉢形状となっている。このような構造とすることにより、ピン９０を圧入することによって回転方向のかしめと同時に軸方向のかしめも実施することができる。

以上説明したように、本実施の形態では、キー部分が広がりキー溝と当接するので、キー溝内でキーが動いて衝突することがなくなり衝撃応力が低減され、キーの強度低下を防止することができる。

また、図８で示した構成では、エンドプレート１４０をローラで加圧しつつＢ部分を外側に向けてローラで加圧するような荷重および回転を行なうロールかしめを行なう必要があったが、本実施の形態では、ピン９０を挿入する方向の一方向の荷重を与えるプレスを用いればよく、設備コストの低減と製造時間の低減を図ることができる。

さらに、キーの衝撃が低下するので、その分キーの体格を低減してもよくなり、シャフトに対するキー溝加工コストを低減することができる。

なお、本実施の形態では、スリーブを孔に差込んでそのスリーブの中にピンを挿入したが、必ずしもスリーブを設ける必要はない。スリーブなしでかしめを行なう場合には、ピン９０の軸部９１の外径を、孔７１の内径よりも大きくすればよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明のロータコアに用いられる電磁鋼板５１の形状を示した図である。 図１のＡ部分を拡大して示した図である。 本実施の形態のロータの組立工程を説明するためのフローチャートである。 図３の工程Ｓ１〜Ｓ２について説明するための図である。 図４に示した状態を軸方向に垂直な断面で示した図である。 スリーブ８１に対してピン９０を挿入した後の状態を示した図である。 図６に示した状態を軸方向に垂直な断面で示した図である。 回転電機のロータを示した図である。 図８のＩＸ−ＩＸ断面における断面図である。

符号の説明

２２ コア支持部、４０，４１，１４０，１４１ エンドプレート、４２，５６，７１〜７４ 孔、５０，１５０ ロータコア、５１ 電磁鋼板、６１，６２，１６１，１６２ キー、７５ 切断部、８１ スリーブ、９０ ピン、９１ 軸部、９２ 頭部、１１０ ロータ、１２０ シャフト、１２２ コア支持部、１３０ レゾルバ、１５６ 永久磁石。

Claims (5)

1. キー溝が設けられたシャフトと、
   前記シャフトに取付けられ、前記キー溝に収まるキーが形成された電磁コアと、
   前記電磁コアの前記キー近くに設けられた挿入孔に圧入されたピンとを備え、
   前記電磁コアには、前記ピンの圧入により前記キーの先が開くように前記孔から前記キーに向かって延びる切断部が設けられる、回転電機のロータ。
2. 前記電磁コアは、
   積層された複数の電磁鋼板を含み、
   前記複数の電磁鋼板の各々は、
   前記キーを形成する突起部を有し、
   前記電磁鋼板の各々には、前記挿入孔を形成する貫通孔が前記突起部近傍に設けられる、請求項１に記載の回転電機のロータ。
3. 前記挿入孔と前記ピンとの間に介在するスリーブをさらに備え、
   前記スリーブは、前記ピンよりも塑性変形しやすい材質である、請求項１に記載の回転電機のロータ。
4. 前記スリーブは、
   前記挿入孔よりも径の大きい頭部と、
   前記挿入孔に収まる軸部とを含み、
   前記スリーブは、前記挿入孔に前記ピンの挿入方向と逆方向から挿入され、
   前記ピンは、
   前記スリーブの軸部に当接し前記スリーブの軸部の先端を前記挿入孔より径が大きくなるように塑性変形させるためのテーパ形状の頭部を含む、請求項３に記載の回転電機のロータ。
5. 前記ピンは、前記電磁コアに対して前記ロータの回転軸に沿う方向のカシメを行なう、請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機のロータ。

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