JP2013102575A

JP2013102575A - 回転電機

Info

Publication number: JP2013102575A
Application number: JP2011243979A
Authority: JP
Inventors: Yoshitada Yamagishi; 義忠山岸
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-11-07
Filing date: 2011-11-07
Publication date: 2013-05-23

Abstract

【課題】シャフトのロータコアへのより適正な取り付けを可能とする。
【解決手段】回転シャフトが貫通するシャフト貫通孔５２が中央部に形成されると共に複数の永久磁石を挿入する複数の磁石挿入孔５４が外周部に形成された略環状の電磁鋼板によるコア部材５０は、複数の磁石挿入孔５４より径方向内側かつシャフト貫通孔５２の周辺で周方向に並ぶよう予め定められた複数のかしめ位置に、複数のかしめ部５８が形成されており、コア部材５０のシャフト貫通孔５２は、コア部材５０が積層される前の状態で、シャフト貫通孔５２における周方向のうち複数のかしめ位置の径方向内側で孔径が最大値Ｒ１となるように非真円状に形成される。これにより、コア部材５０の積層後のかしめによって、シャフト貫通孔５２の周辺のうちかしめ位置の径方向内側の部分が径方向内側に押し出されてシャフト貫通孔５２が非真円状となるのを抑制することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転電機に関し、詳しくは、シャフトが貫通する貫通孔が中央部に形成されると共に複数の永久磁石を挿入する複数の挿入孔が外周部に形成された略環状の電磁鋼板によるコア部材を複数積層してかしめにより一体化してなるロータコアを有する回転電機に関する。

従来、この種の回転電機としては、複数枚の略環状の電磁鋼板の積層体がかしめにより一体化され、中央に回転軸挿入部が設けられると共に、外周側に複数の永久磁石が挿入される複数の磁石挿入部が設けられた回転子、を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この回転電機では、回転軸挿入部の内径より大きい外径を有する回転軸を回転軸挿入部に挿入することによって回転軸を回転子に取り付けている。

また、この種の回転電機としては、打ち抜き鋼板を積層してかしめた回転子鉄心の円形外周側の複数の磁石挿入部にそれぞれ永久磁石を挿入して構成されたものであって、回転子鉄心を構成する打ち抜き鋼板において外周側の磁石挿入孔より径方向内側にカシメクランプ用突起が設けられたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００７−１５９１９６号公報特開２００２−３５４７７２号公報

上述した後者の回転電機のように、積層前の電磁鋼板の磁石挿入孔より径方向内側にかしめ部を設けるとと共に、上述した前者の回転電機のように、積層後の電磁鋼板の中央の回転軸挿入部に圧入などによって回転軸を取り付けようとすると、不都合が生じる場合がある。電磁鋼板の径方向内側で回転軸挿入孔に近い位置にかしめ部を設けると、電磁鋼板を積層したときに、かしめに伴ってかしめ部周辺で僅かに鋼板が変形する、即ち、電磁鋼板の回転軸挿入孔の周辺部分のうちかしめ部の径方向内側に相当する部分が径方向内側に押し出され、真円状だった回転軸挿入孔が非真円状となり、その後に電磁鋼板の積層体に回転軸を取り付けるときに不都合となる場合がある。

本発明の回転電機は、シャフトのロータコアへのより適正な取り付けを可能とすることを主目的とする。

本発明の回転電機は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の回転電機は、
シャフトが貫通する貫通孔が中央部に形成されると共に複数の永久磁石を挿入する複数の挿入孔が外周部に形成された略環状の電磁鋼板によるコア部材を複数積層してかしめにより一体化してなるロータコアを有する回転電機において、
前記コア部材は、前記複数の挿入孔より径方向内側かつ前記貫通孔の周辺で周方向に並ぶよう予め定められた複数のかしめ位置に、複数のかしめ部が形成されており、
前記コア部材の貫通孔は、前記コア部材が積層される前の状態で、前記貫通孔における周方向のうち前記複数のかしめ位置の径方向内側で孔径が最大となるように非真円状に形成される、
ことを特徴とする。

この本発明の回転電機では、シャフトが貫通する貫通孔が中央部に形成されると共に複数の永久磁石を挿入する複数の挿入孔が外周部に形成された略環状の電磁鋼板によるコア部材は、複数の挿入孔より径方向内側かつ貫通孔の周辺で周方向に並ぶよう予め定められた複数のかしめ位置に、複数のかしめ部が形成されており、コア部材の貫通孔は、コア部材が積層される前の状態で、貫通孔における周方向のうち複数のかしめ位置の径方向内側で孔径が最大となるように非真円状に形成される。これにより、永久磁石を挿入する複数の挿入孔より径方向内側かつ貫通孔の周辺でコア部材にかしめ部を形成する場合に、コア部材の積層後のかしめによって、貫通孔の周辺のうちかしめ位置の径方向内側の部分が径方向内側に押し出されてシャフト用の貫通孔が非真円状となるのを抑制することができる。この結果、シャフトのロータコアへのより適正な取り付けを可能とすることができる。

この場合、前記貫通孔は、前記コア部材を積層してかしめたときに前記貫通孔ができるだけ真円状に近づくよう、前記コア部材が積層される前の状態で非真円状に形成される、ものとすることもできる。また、前記貫通孔は、前記かしめ位置から周方向に離れるほど該離れた位置の径方向内側で前記貫通孔の孔径が小さくなる傾向に非真円状に形成される、ものとすることもできる。さらに、前記貫通孔は、隣り合う前記かしめ位置の周方向中間位置を中心に所定範囲の径方向内側では前記貫通孔の孔径が一定となるよう非真円状に形成される、ものとすることもできる。

こうした本発明の回転電機において、前記ロータコアに前記シャフトが圧入または焼き嵌めにより取り付けられた、ものとすることもできる。

本発明の一実施例としての回転電機２０の構成の概略を示す構成図である。ロータコア３１のコア部材５０の構成の概略を示す構成図である。第１比較例の回転電機のロータコア３１Ｂに回転シャフト２２を取り付けたときの様子を示す説明図である。図２のコア部材５０のＡ部を拡大してかしめ前後の様子を示す説明図である。第２比較例のコア部材のかしめ前後の様子を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての回転電機２０の構成の概略を示す構成図であり、図２は、ロータコア３１のコア部材５０の構成の概略を示す構成図である。実施例の回転電機２０は、図１に示すように、円筒状の回転シャフト２２が取り付けられた円筒状のロータ３０と、内径がロータ３０の外径より若干大きくなるよう円筒状に形成されたステータ４０と、を備える同期発電電動機として構成されている。図１中、回転シャフト２２とステータ４０とは、それぞれ見やすさを考慮してハッチングを付して示した。

ロータ３０は、無方向性電磁鋼板を例えば穴抜き加工や打ち抜き加工などのプレス加工により円環状に形成したコア部材５０を複数積層してかしめにより一体化して構成された円筒状のロータコア３１と、ロータコア３１に埋め込まれた複数の永久磁石３５と、を備える。ロータコア３１は、中央部で回転シャフト２２が軸方向に貫通するシャフト貫通部３２と、外周部で外周側から内周側をみたときの軸方向断面形状がハの字状の１組が周方向等間隔に８組並んで配置されて軸方向に貫通すると共に永久磁石３５がそれぞれ挿入される合計１６個の磁石挿入部３４と、を備える。回転シャフト２２は、実施例では、ロータコア３１のシャフト貫通部３２に焼き嵌めによって取り付けられるものとした。また、永久磁石３５は、実施例では、ロータコア３１の磁石挿入部３４に挿入された状態で樹脂モールドによって固定されるものとした。

ロータコア３１のコア部材５０は、図２に示すように、円環状の中央部で積層後にシャフト貫通部３２を構成するシャフト貫通孔５２と、円環状の外周部で積層後に１６個の磁石挿入部３４を構成する１６個の磁石挿入孔５４と、外周側から内周側をみたときに１組がハの字状となる隣り合う２組の磁石挿入孔５４の中間位置で周方向等間隔に並んで配置されると共にＶ字状に窪んだ合計８個のかしめ部５６と、磁石挿入孔５４より径方向内側のシャフト貫通孔５２の周辺且つかしめ部５６と円環の中心とを結ぶ線上で周方向等間隔に並ぶように予め定められた複数のかしめ位置に配置されると共にＶ字状に窪んだ合計８個のかしめ部５８と、を有する。かしめ部５６は、回転電機２０を回転駆動したときに、ロータコア３１を構成するコア部材５０が重なり合うコア部材５０から外周側や内周側で軸方向に離間するの抑制されるように、実験や解析により予め定められたコア部材５０の外周と内周との中間位置より外周側の位置に配置されている。また、かしめ部５６およびかしめ部５８は、実施例では、いわゆるＶかしめを構成するものとし、コア部材５０の積層後には重なり合うもの同士で圧力を作用させ合った状態で固定される。

ここで、かしめ部５８の予め定められた複数のかしめ位置は、実施例では、ロータコア３１のシャフト貫通部３２に回転シャフト２２が焼き嵌めによって取り付けられたときに、電磁鋼板によるコア部材５０が回転シャフト２２からの荷重により座屈を生じて変形するのが抑制されるように、実験や解析により予め定められた位置であるものとした。図３は、実施例のコア部材５０と比較してかしめ部５８が形成されていないコア部材５０Ｂを用いる第１比較例の回転電機のロータコア３１Ｂに回転シャフト２２を取り付けたときの様子を示す説明図である。図示するように、第１比較例では、コア部材５０Ｂを積層して構成されたロータコア３１Ｂに回転シャフト２２を焼き嵌めにより取り付けたときに、焼き嵌めのための締め代に応じた圧力（面圧）が回転シャフト２２から各コア部材５０Ｂに作用し、各コア部材５０Ｂが薄いことや、ロータコア３１の内周面からコア部材５０Ｂの連結ポイントとなるかしめ部５６や永久磁石３５までが長いことから、コア部材５０Ｂが座屈してロータコア３１Ｂが軸方向に移動し、ロータとステータ間の電磁鋼板の軸方向のオーバーラップ量が本来より移動分（図中、長さＬ１に相当する分）だけ減少し、回転電機としての機能が損なわれる場合が生じる。これに対し、実施例では、コア部材５０の内周側の予め定められた複数のかしめ位置にかしめ部５８を形成するから、ロータコア３１に回転シャフト２２を取り付けたときにコア部材５０が座屈するのが抑制され、回転電機２０の機能が損なわれるのを抑制することができる。

シャフト貫通孔５２は、その孔径が、コア部材５０が積層されてかしめにより一体化されたときに回転シャフト２２の外径より焼き嵌め用の締め代分だけ小さな真円状となる（できるだけ真円状に近づく）ように形成されている。また、シャフト貫通孔５２の孔径は、図２に示すように、コア部材５０が積層される前の状態で、シャフト貫通孔５２における周方向のうち、かしめ部５８の予め定められた複数のかしめ位置の径方向内側で最大値Ｒ１となると共に、かしめ部５８のかしめ位置から周方向に離れるほどその離れた位置の径方向内側で小さくなるように（具体的には、隣り合うかしめ部５８のかしめ位置の周方向中間位置を中心に所定範囲Ｗの径方向内側では一定値Ｒ２となるように）、非真円状に形成されている。

ステータ４０は、無方向性電磁鋼板を打ち抜き加工などにより形成したコア部材を複数積層してなる図示しないステータコアと、ステータコアの複数のスロットに巻回された図示しないコイルと、を備える。なお、コイルの一部は、ステータコアから積層方向に突出した部分としてのコイルエンドを形成する（図３参照）。

次に、こうして構成された実施例の回転電機２０の製造工程のうち、ロータ３０の製造工程を簡単に説明する。実施例では、まず、ロール状の電磁鋼板からプレス加工によりコア部材５０を必要な枚数成形し、成形したコア部材５０を積層すると共にこの積層体をかしめ部５６，５８でかしめて一体化することによってロータコア３１を形成する。続いて、ロータコア３１を加熱してシャフト貫通部３２の孔径を広げると共に孔径を広げたシャフト貫通部３２に回転シャフト２２を挿入してからロータコア３１を冷却する焼き嵌めによって、ロータコア３１に回転シャフト２２を取り付ける。そして、ロータコア３１の磁石挿入部３４に永久磁石３５を挿入して樹脂モールドにより固定することによってロータ３０を構成する。

図４は、図２のコア部材５０のＡ部を拡大してかしめ前後の様子を示す説明図であり、図５は、実施例のコア部材５０と比較してコア部材の積層前のシャフト貫通孔５２Ｃが真円状となっている第２比較例のコア部材のかしめ前後の様子を示す説明図である。図４および図５中、上側はかしめ前の様子を示し、下側はかしめ後の様子を示し、下側の図の点線はかしめ前のシャフト貫通孔の状態を示す。第２比較例では、図５に示すように、かしめ前に真円状のシャフト貫通孔５２Ｃが、かしめ後には、シャフト貫通孔５２Ｃの周辺のうちかしめ部５８のかしめ位置の径方向内側の部分が径方向内側に押し出されてシャフト貫通孔５２Ｃが非真円状となっている。この場合、焼き嵌めにより回転シャフトをロータコアに取り付ける際に、回転シャフトがロータコアに挿入可能となるよう、即ち、ロータコアのシャフト貫通部の孔径が十分に大きくなるように、ロータコアをより高い温度まで加熱する必要が生じ、加熱用の設備のコストアップなどの不都合が生じる。これに対し、実施例では、図４に示すように、シャフト貫通孔５２を予め非真円状に形成し、シャフト貫通孔５２の周辺のうちかしめ部５８のかしめ位置の径方向内側の部分がかしめにより内側に張り出して、結果的にシャフト貫通孔５２（シャフト貫通部３２）ができるだけ真円状となるようにしたから、かしめ後のシャフト貫通孔５２（シャフト貫通部３２）が非真円状となることによる不都合が生じるのを抑制することができる。

以上説明した実施例の回転電機２０によれば、回転シャフト２２が貫通するシャフト貫通孔５２が中央部に形成されると共に複数の永久磁石３５を挿入する複数の磁石挿入孔５４が外周部に形成された略環状の電磁鋼板によるコア部材５０は、複数の磁石挿入孔５４より径方向内側かつシャフト貫通孔５２の周辺で周方向に並ぶよう予め定められた複数のかしめ位置に、複数のかしめ部５８が形成されており、コア部材５０のシャフト貫通孔５２は、コア部材５０が積層される前の状態で、シャフト貫通孔５２における周方向のうち複数のかしめ位置の径方向内側で孔径が最大値Ｒ１となるように非真円状に形成されるから、永久磁石３５を挿入する複数の磁石挿入孔５４より径方向内側かつシャフト貫通孔５２の周辺でコア部材５０にかしめ部５８を形成する場合でも、コア部材５０の積層後のかしめによって、シャフト貫通孔５２の周辺のうちかしめ位置の径方向内側の部分が径方向内側に押し出されてシャフト貫通孔５２が非真円状となるのを抑制することができる。この結果、回転シャフト２２のロータコア３１へのより適正な取り付けを可能とすることができる。

実施例の回転電機２０では、焼き嵌めによって回転シャフト２２がロータコア３１に取り付けられるものとしたが、圧入によって回転シャフト２２がロータコア３１に取り付けられるものとしてもよい。圧入の場合、図５の第２比較例のように、かしめ前のコア部材のシャフト貫通孔を真円状に形成すると、かしめ後のシャフト貫通孔内側への張り出し部分のために回転シャフトの圧入時に本来より高い圧力（面圧）をもって回転シャフトがロータコアに取り付けられ、圧入荷重過大による変形や耐久性の悪化などの不都合が生じる可能性がある。これに対し、実施例では、こうした不都合が生じる可能性を抑制することができる。

実施例の回転電機２０では、かしめ部５６，５８はいわゆるＶかしめを構成するものとしたが、これに代えて、いわゆる丸かしめや丸Ｖかしめなどを構成するものとしてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、回転シャフト２２が「シャフト」に相当し、シャフト貫通孔５２が「貫通孔」に相当し、コア部材５０が「コア部材」に相当し、ロータコア３１が「ロータコア」に相当し、かしめ部５８が「かしめ部」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、回転電機の製造産業などに利用可能である。

２０回転電機、２２回転シャフト、３０ロータ、３１，３１Ｂロータコア、３２シャフト貫通部、３４磁石挿入部、３５永久磁石、４０ステータ、５０，５０Ｂコア部材、５２，５２Ｃシャフト貫通孔、５４磁石挿入孔、５６，５８かしめ部。

Claims

シャフトが貫通する貫通孔が中央部に形成されると共に複数の永久磁石を挿入する複数の挿入孔が外周部に形成された略環状の電磁鋼板によるコア部材を複数積層してかしめにより一体化してなるロータコアを有する回転電機において、
前記コア部材は、前記複数の挿入孔より径方向内側かつ前記貫通孔の周辺で周方向に並ぶよう予め定められた複数のかしめ位置に、複数のかしめ部が形成されており、
前記コア部材の貫通孔は、前記コア部材が積層される前の状態で、前記貫通孔における周方向のうち前記複数のかしめ位置の径方向内側で孔径が最大となるように非真円状に形成される、
ことを特徴とする回転電機。
請求項１記載の回転電機において、
前記ロータコアに前記シャフトが圧入または焼き嵌めにより取り付けられた、
回転電機。