JP2012222969A - 回転電機のロータ - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機の効率をより向上でき得るロータを提供する。
【解決手段】本発明の回転電機のロータ１２は、端面にロータ側穴３１が形成されたロータコア２２と、前記ロータコア２２の中心に挿通され、前記端面近傍に周方向に延びるカシメ溝２５が形成されたロータシャフト２４と、カシメリング４０と、を備える。カシメリング４０は、ロータシャフト２４に挿通される筒部４２と、前記筒部４２の端部から径方向外側に張り出すフランジ部４４と、を備える。筒部４２は、カシメ溝２５にカシメられるカシメ部４６を備え、フランジ部４４は、その周縁がロータ側穴３１に圧入されるバーリング孔４８を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、シャフトに挿通されたロータコアの少なくとも一端面を、当該シャフトに挿通された固定部材で軸方向に押さえて固定するロータに関する。

従来から、回転電機のロータにおいて、ロータコアをシャフトに固定するための技術が多数提案されている（例えば下記特許文献１〜５など）。このうち、特許文献１には、ロータコアの中心軸方向側に隣接配置されるカシメプレートを、シャフトに形成された周方向の溝にカシメ固定することで、ロータコアをシャフトに固定する技術が開示されている。かかる技術によれば、カシメプレートの軸方向への移動、ひいては、ロータコアの軸方向への移動が効果的に防止される。

特開２００７−１２４７５２号公報 特開２００５−３４８５２５号公報 特開２００５−０２０９７４号公報 特開２００１−１７８０３９号公報 特開２０１０−１０４２０８号公報

しかし、この特許文献１の技術のように、カシメプレートのような固定部材を、シャフトに形成された周方向の溝にカシメる技術では、固定部材の周方向への回転は防止できないという問題がある。その結果、固定部材の軸力低下や、引き摺り損失の増加という問題を起こすことがある。すなわち、固定部材が周方向に回転すると、固定部材そのものが劣化する。かかる固定部材の劣化は、当然ながら、ロータコアを固定する軸力の低下の原因となる。また、軸力が低下すると、ロータコアを構成する積層電磁鋼板間に隙間が生じ、この隙間を介して軸芯油冷に用いられる冷却油がエアギャップに漏れ出ることがある。かかる冷却油の漏出は、引き摺り損失の増加を招き、回転電機の効率低下の要因となる。

そこで、本発明では、回転電機の効率をより向上でき得るロータを提供することを目的とする。

本発明の回転電機のロータは、複数の電磁鋼板が積層されたロータコアであって、少なくとも軸方向の一端面に１以上の被係合部が形成されたロータコアと、前記ロータコアの中心に挿通されるロータシャフトであって、前記ロータコアの端部近傍に周方向に延びるカシメ溝が形成されたロータシャフトと、前記ロータシャフトに挿通される筒部と、前記筒部の端部から径方向外側に張り出すとともに前記ロータコアの端面を軸方向に押さえるフランジ部と、を備えた固定部材と、を備え、前記筒部は、前記シャフトに挿通後、前記カシメ溝にカシメられるカシメ部を備え、前記フランジ部は、前記シャフトに挿通後、前記被係合部に係合される係合部を備える、ことを特徴とする。

好適な態様では、前記被係合部は、前記ロータコアの端面に形成されたロータ側穴であり、前記係合部は、前記フランジ部のうち前記ロータ側穴に対応する位置に設けられ、前記フランジ部を前記ロータコアの端面側に押圧することで、その周縁が前記ロータ側穴に圧入されるバーリング孔である。他の好適な態様では、前記カシメ溝の表面には、ローレット加工が施されている。

本発明によれば、固定部材の周方向への移動が効果的に防止されるので、引き摺り損失の増加が防止され、回転電機の効率がより向上される。

本発明の実施形態である回転電機の概略構成図である。 ロータコアの端面付近の拡大図である。 図２におけるＡ方向視図である。 他のロータの一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態である回転電機１０の概略構成図である。また、図２は、この回転電機１０のうちロータコア２２の端面付近の拡大図であり、図３は、図２のＡ方向視図である。

ここで説明するモータおよび／またはジェネレータである回転電機１０は、典型的には、ハイブリッド車に搭載されるが、その用途はハイブリッド車に限定されず、たとえば燃料電池車や電気自動車、他の電気機器に搭載されてもよい。

回転電機１０は、ロータ１２と、ステータ１４とに大別される。ステータ１４は、リング状のステータコア１６とステータコイル２０とを有する。ステータコア１６は、鉄または鉄合金などからなる電磁鋼板やダストコアなどから構成される。ステータコア１６の内周面上には複数のティース部および該ティース部間に形成される凹部としてのスロット部が形成されており、各スロット部は、ステータコア１６の内周側に開口するように設けられる。

３つの巻線相であるＵ相、Ｖ相およびＷ相を含むステータコイル２０は、スロット部に嵌り合うようにティース部に巻き付けられる。Ｕ相、Ｖ相およびＷ相は、互いに円周上でずれるように巻き付けられる。なお、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相は、それぞれが互いに異なる１つのティース部に巻回されてもよいし、一部が互いにオーバーラップするようにそれぞれが複数のティース部に巻回されてもよい。

ロータ１２は、ステータ１４と同心軸上に配置され、回転軸となる回転シャフト２４と、当該回転シャフト２４に固着されたロータコア２２と、を有する。ロータコア２２は、軸方向に延びる穴部が形成されており、当該穴部に永久磁石２６が埋め込まれている。ロータコア２２は、鉄または鉄合金などからなる電磁鋼板２３を軸方向に積層してカシメ結合し、さらに、この積層体を一対のエンドプレート３０で挟持することにより構成される。永久磁石２６は、たとえば、ロータコア２２の外周近傍にほぼ等間隔を隔てて配置される。

回転シャフト２４は、軸受部（図示せず）を介して回転電機１０のケース（図示せず）に回転可能に取り付けられる。この回転シャフト２４の外径は、ロータコア２２の内径とほぼ一致しており、当該回転シャフト２４にロータコア２２が挿通される。また、回転シャフト２４の内部には、冷却油が通過する冷媒路（図示せず）が形成されており、当該冷媒路を通じて供給された冷却油により、回転シャフト２４およびロータコア２２が冷却される。回転シャフト２４のうち、ロータコア２２の一端近傍には、径方向に張り出した当接部３２が形成されている。回転シャフト２４に挿通されたロータコア２２の一端面は、この当接部３２に押し当てられ、支持される。

ロータコア２２の他面側には、カシメリング４０が配置される。カシメリング４０は、ロータコア２２を回転シャフト２４に固定するための固定部材として機能するものである。このカシメリング４０は、回転シャフト２４に挿通される筒部４２と、当該筒部４２の上端から径方向外側に張り出すフランジ部４４と、に大別される。このカシメリング４０は、ロータコア２２の他面を軸方向に押した状態で、回転シャフト２４に強固に結合されることで、ロータコア２２を回転シャフト２４に固着する。本実施形態では、このカシメリング４０の回転シャフト２４への結合が、より強固で確実となるように、その結合形態を特殊なものとしている。以下、これについて詳説する。

既述したとおり、本実施形態では、回転シャフト２４内部に供給された冷却油で回転シャフト２４およびロータコア２２を冷却する軸芯油冷を採用している。また、ロータコア２２を、軸方向に積層した複数の電磁鋼板２３で構成している。かかる構成において、ロータコア２２を軸方向に挟持する力、いわゆる軸力が低下すると、ロータコア２２を構成する電磁鋼板２３間に隙間が生じてしまうことがある。そして、かかる隙間から冷却油が、ロータ１２とステータ１４との間のエアギャップに漏れ出すと、引き摺り損失の増加、ひいては、回転電機１０の効率低下を招くという問題があった。

かかる問題を低減するために、従来技術の一部では、カシメリングを、回転シャフトにカシメ結合することが提案されていた。具体的には、回転シャフトに周方向に延びる溝を形成し、回転シャフトに挿通されたカシメリングの筒部を、当該溝内に向かって押し付ける。そして、この押し付けにより、筒部を、溝内に嵌りこむように塑性変形させることでカシメリングを回転シャフトにカシメ結合する技術が提案されている。かかる技術によれば、カシメリングの軸方向への移動が効果的に防止される。そして、結果として、ロータコアの電磁鋼板間の緩みをある程度防止できる。

しかしながら、この従来技術では、カシメリング４０の軸方向への移動は防止できるものの、周方向への移動が防止できない。カシメリング４０が周方向に移動した際に、ロータコア２２のエンドプレート３０や回転シャフト２４のカシメ溝２５と擦れ合うと、カシメリング４０が磨耗劣化する。そして、カシメリング４０が劣化することで、カシメリング４０に緩みやズレが生じ、ロータコア２２を保持する軸力が低下し、上述したような、電磁鋼板２３間の隙間形成や、引き摺り損失の増加という問題を招くことがあった。

本実施形態では、こうした問題を低減するために、回転シャフト２４に形成される周方向の溝を特殊形態とするとともに、カシメリング４０を回転シャフト２４だけでなく、ロータコア２２のエンドプレート３０にも結合させている。

すなわち、本実施形態では、図２に示すように、回転シャフト２４のうちロータコア２２の他端面の近傍に、全周に亘って延びるカシメ溝２５を形成している。このカシメ溝２５は、従来技術と同様、カシメリング４０の一部がカシめられる溝である。ただし、本実施形態のカシメ溝２５は従来技術と異なり、その表面に、微小な凹凸（網目状の切り込み）が形成されるようにローレット加工を施している。

カシメリング４０を回転シャフト２４に組み付ける際には、このカシメ溝２５に、カシメリング４０の筒部４２の一部を、押しつけて塑性変形させ嵌め込む（カシめる）。このカシメ溝２５に嵌め込まれる部分が、カシメ部４６となる。ここで、既述したとおり、本実施形態では、カシメ溝２５にローレット加工を施している。このカシメ溝２５に筒部４２をカシめると、カシメ溝２５に嵌り込んだカシメ部４６の表面に、カシメ溝２５表面に形成された微小凹凸が食い込む。そして、この食い込みにより、カシメリング４０の周方向への移動が効果的に防止される。

また、本実施形態では、カシメリング４０のフランジ部４４にバーリング孔４８を、ロータコア２２のエンドプレート３０にロータ側穴３１をそれぞれ形成している。バーリング孔４８は、フランジ部４４に形成された円形の孔で、ロータコア２２の端面の一部と係合する係合部として機能する。このバーリング孔４８には、カシメリング４０の組み付けに際して、バーリング加工が施される。すなわち、組み付け時には、このバーリング孔４８にエンドプレート３０に密着する方向（図２における上向き方向）の力を付与し、バーリング孔４８の周縁を、ロータ１２側に立ち上がらせるバーリング加工を行なう。

ロータ側穴３１は、カシメリング４０に形成された係合部（バーリング孔４８）に係合される被係合部として機能するものである。このロータ側穴３１は、ロータコア２２のエンドプレート３０のうち、バーリング孔４８と同心位置に設けられる円形の穴である。ロータ側穴３１は、バーリング孔４８よりも小径となっており、バーリング加工により立ち上がったバーリング孔４８の周縁が圧入される。バーリング孔４８の周縁が、このロータ側穴３１に圧入されることで、カシメリング４０がロータコア２２に強固に結合される。また、バーリング孔４８の周縁とロータ側穴３１との間で係合関係が成立することで、カシメリング４０の周方向への移動が効果的に防止される。

つまり、本実施形態のようにカシメ溝２５表面に微小凹凸を形成し、また、カシメリング４０をロータコア２２の端面に係合させることで、カシメリング４０の周方向への移動が効果的に防止される。そして、これにより、カシメリング４０の劣化が効果的に抑えられ、ひいては、ロータコア２２を構成する電磁鋼板２３間の隙間の形成、ひいては、引き摺り損失の増加を効果的に防止できる。

ここで、上述したように、バーリング孔４８をロータ側穴３１に圧入させるためには、フランジ部４４を、エンドプレート３０に密着する方向に押圧することが必要となる。本実施形態では、この押圧のために新たな工程を追加するのではなく、従来から行なわれている工程を流用している。すなわち、バーリング孔４８等を設けていない従来技術においても、各部品を押さえつけて軸力を出す為に、軸方向の荷重を付加する工程が必須であった。本実施形態では、この軸力確保のために従来から行なっていた押圧工程により、バーリング孔４８の周縁をロータ側穴３１に圧入させている。換言すれば、本実施形態によれば、カシメリング４０・エンドプレート３０の形状さえ変更すれば、ロータ１２の製造工程は変更しなくても、カシメリング４０の劣化が効果的に抑えられたロータ１２を得ることができる。

なお、これまで説明した構成は一例であり、少なくとも、筒部４２の一部が回転シャフト２４に形成されたカシメ溝２５にカシメられ、フランジ部４４の一部がエンドプレート３０の一部に係合するのであれば、他の構成であってもよい。例えば、本実施形態では、カシメ溝２５の表面にローレット加工を施しているが、当該ローレット加工は省略されてもよい。ローレット加工を省略したとしても、フランジ部４４の一部がエンドプレート３０の一部に係合することで、カシメリング４０の周方向への移動が効果的に防止され、引き摺り損失の悪化が効果的に防止される。

また、本実施形態では、フランジ部４４に形成されたバーリング孔４８の周縁を、エンドプレート３０に形成されたロータ側穴３１に圧入することで、両者を係合させているが、両者が係合できるのであれば、他の形態でもよい。例えば、図４に示すように、エンドプレート３０側に、バーリング孔４８の周縁が圧入される穴に替えて、バーリング孔４８に圧入される突起５０を設けてもよい。この場合において、突起５０は、バーリング孔４８と同心位置に設けられ、バーリング孔４８よりも僅かに大径の円柱形状である。組み付けの際には、カシメリング４０のフランジ部４４を軸方向に押圧することにより、突起５０が、バーリング孔４８の周縁を押し上げつつ、当該バーリング孔４８に圧入される。そして、これにより、エンドプレート３０とカシメリング４０とが強固に結合され、カシメリング４０の周方向への移動が防止される。

また、本実施形態では、ロータコア２２の一端は、回転シャフト２４から突出形成される当接部３２で支持する構成としているが、ロータコア２２の両端にカシメリング４０を設け、当該二つのカシメリング４０でロータコア２２を挟持するようにしてもよい。

１０ 回転電機、１２ ロータ、１４ ステータ、１６ ステータコア、２０ ステータコイル、２２ ロータコア、２３ 電磁鋼板、２４ 回転シャフト、２５ 周方向溝、２５ カシメ溝、２６ 永久磁石、３０ エンドプレート、３１ ロータ側穴、３２ 当接部、４０ カシメリング、４２ 筒部、４４ フランジ部、４６ カシメ部、４８ バーリング孔、５０ 突起。

Claims (3)

1. 複数の電磁鋼板が積層されたロータコアであって、少なくとも軸方向の一端面に１以上の被係合部が形成されたロータコアと、
   前記ロータコアの中心に挿通されるロータシャフトであって、前記ロータコアの端部近傍に周方向に延びるカシメ溝が形成されたロータシャフトと、
   前記ロータシャフトに挿通される筒部と、前記筒部の端部から径方向外側に張り出すとともに前記ロータコアの端面を軸方向に押さえるフランジ部と、を備えた固定部材と、
   を備え、
   前記筒部は、前記シャフトに挿通後、前記カシメ溝にカシメられるカシメ部を備え、
   前記フランジ部は、前記シャフトに挿通後、前記被係合部に係合される係合部を備える、
   ことを特徴とする回転電機のロータ。
2. 請求項１に記載の回転電機のロータであって、
   前記被係合部は、前記ロータコアの端面に形成されたロータ側穴であり、
   前記係合部は、前記フランジ部のうち前記ロータ側穴に対応する位置に設けられ、前記フランジ部を前記ロータコアの端面側に押圧することで、その周縁が前記ロータ側穴に圧入されるバーリング孔である、
   ことを特徴とする回転電機のロータ。
3. 請求項１または２に記載の回転電機のロータであって、
   前記カシメ溝の表面には、ローレット加工が施されている、ことを特徴とする回転電機のロータ。

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