JP2014036471A

JP2014036471A - 回転電機の回転子

Info

Publication number: JP2014036471A
Application number: JP2012175323A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Nagaishi; 雅和永石
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-08-07
Filing date: 2012-08-07
Publication date: 2014-02-24

Abstract

【課題】ロータコアがロータシャフトに焼嵌めされる場合であっても、ロータコアの回転軸方向端部における電磁鋼板の変形の発生を抑制できる回転子を提供することである。
【解決手段】ロータシャフト１２が、積層鋼板からなるロータコア１６のシャフト穴１８に挿入されて、このロータコア１６に焼嵌めにより固定された回転電機の回転子１０であって、ロータシャフト１２のうちロータコア１６と接触する部分において、回転軸方向のいずれか一方の端部よりも中央部の方が強度の高い材質とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転電機の回転子、特に積層鋼板からなるロータコアが焼嵌めによりロータシャフトに固定された、回転電機の回転子に関する。

従来、回転電機の回転子として、積層鋼板からなるロータコアの中心にシャフト穴を設け、ここにロータシャフトを挿入して固定したものが知られている。

ロータコアとロータシャフトとの固定には、焼嵌めなどが利用され、特許文献１には焼き嵌めによりロータコアをロータシャフトに固定した回転子が記載されている。

特開２００５−１２４３４９号公報

ロータコアの積層鋼板は積層された多数枚の電磁鋼板からなり、焼嵌めの冷却時には、各電磁鋼板がロータシャフトに押圧力を与える。押圧力が与えられたロータシャフトは径方向内側に収縮すると共に、押圧力に対する反力を各電磁鋼板に作用させる。なお、ロータコアの各電磁鋼板のうち、回転軸方向端部に位置する電磁鋼板ほど、ロータシャフトから受ける反力は大きい。これは、ロータコアと接する範囲のうちロータシャフト端部が、電磁鋼板から押圧力を受けていない非接触部と隣接していることに起因する。軸方向端部の電磁鋼板は、この隣接部分が径方向外側へと引っ張る分、中央部の電磁鋼板よりも大きい反力を受けることになる。このため、回転軸方向端部の電磁鋼板に作用する反力が過度に大きくなり、この部分の積層鋼板が変形するおそれがある。

本発明に係る回転電機の回転子は、積層鋼板からなるロータコアのシャフト穴にロータシャフトが挿入された回転電機の回転子であって、前記ロータシャフトは前記ロータコアに焼嵌めにより固定されており、前記ロータシャフトが焼嵌めされた部分では、回転軸方向中央部の材質は、回転軸方向の少なくともいずれか一方の端部の材質よりも強度が高いことを特徴とする。

また、本発明に係る回転電機の回転子において、前記中央部は、焼入れがされたことにより前記端部よりも強度の高い材質であることを特徴とすることが望ましい。

このように、本発明に係る回転電機の回転子は、ロータシャフトのうちロータコアと接触する部分において回転軸方向のいずれか一方の端部よりも回転軸方向の中央部の方が強度の高い材質である。これにより、ロータシャフト接触部のうち回転軸方向中央部は回転軸方向端部に比べて収縮しにくくなるため、回転軸方向中央部に作用する押圧力が大きくなる。これに伴い、回転軸方向中央部の電磁鋼板に作用する反力も大きくなり、回転軸方向端部における反力と、回転軸方向中央部における反力の差は小さくなる。したがって、回転軸方向端部の電磁鋼板に過度の反力が作用することを抑制でき、この部分の積層鋼板の変形の発生を抑制できる。

焼嵌め前における実施例のロータコアとロータシャフトとを回転軸を含む面にて切断した断面図。実施例の回転子を、回転軸を含む面にて切断して径方向半分だけを示した断面図。実施例のロータコアを構成する電磁鋼板に作用する応力の一例を示すグラフ。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。まず、図１を用いて、回転子１０の構成について説明する。本実施例の回転電機は回転子１０を有するモータである。回転子１０は、ロータシャフト１２と、ロータコア１６とを有する。ロータシャフト１２はクロムや炭素等を含んだ鋼材を中空の円筒形（パイプ状）に形成したものであり、回転軸１４を軸として回転可能に支持される。ロータシャフト１２は、通常、モータのケーシングに設けられた一対の軸受けに支持される。ロータコア１６は同じ形状の電磁鋼板を複数枚重ね合わせ、カシメや溶接等により一体化したものである。ロータコア１６の中心にはシャフト穴１８が形成されている。シャフト穴１８の径は、後に説明する焼嵌めによりロータコア１６とロータシャフト１２とを固定するために、ロータシャフト１２の径よりもわずかに小さく設計されている。

ロータコア１６とロータシャフト１２とは焼嵌めにより固定される。まずロータコア１６を加熱し、ロータコア１６のシャフト穴１８を拡張させる。この状態にてロータシャフト１２をシャフト穴１８に挿入する。このとき、接触領域中央部２２がロータコア１６と径方向に重なる位置までロータシャフト１２を挿入する。本実施例では、図２にように接触領域中央部２２の長さ方向の中点がロータコア１６の長さ方向中点と重なる位置まで挿入している。ロータシャフト１２の挿入後、ロータコア１６の温度が下がることによってシャフト穴１８が収縮し、図２のようにシャフト穴１８の内周面がロータシャフト１２の外周面に接触するとともにロータシャフト１２を締め付ける。

次に、ロータシャフト１２の焼入れについて説明する。焼嵌めを行う前に、ロータコア１６と接触するロータシャフト１２の範囲（接触領域）のうち、回転軸方向中央に位置する接触領域中央部２２に焼入れ処理を施す。この接触領域中央部２２の軸方向の長さは、ロータコア１６の軸方向の長さより短い。焼入れは、たとえば、接触領域中央部２２を部分的に加熱する加熱部と、冷却液を噴射する冷却部とを備える熱処理装置等により行う。加熱部としては、高周波誘導コイルに高周波電流を供給し、対象物を誘導加熱するものなどが利用されるが、これに限定されることはない。

まず、ロータシャフト１２の接触領域中央部２２を加熱部内に設置し、加熱部に設けられた高周波誘導コイルに高周波電流を印加することにより接触領域中央部２２を７５０℃程度まで加熱する。この温度はロータシャフト１２の材質、サイズなどに応じて設定するため、７５０℃には限定されない。所定時間の加熱後、接触領域中央部２２を冷却部に移動させ、冷却液を噴射することにより急速に冷却する。以上の焼入れ処理により、接触領域中央部２２をロータシャフト１２の他の部分に比べて強度（剛性、硬度等）の高い材質とすることができる。

ロータコアとの接触部２０は、接触領域中央部２２と、その両側に位置する接触領域端部２４ａ、２４ｂとにより構成されている。接触領域中央部２２は、ロータコア１６の焼嵌め前にあらかじめ焼入れ処理が施されているため、接触領域中央部２２は接触領域端部２４ａ、２４ｂに比べて強度が高い。このため、ロータコア１６の締め付けによりロータシャフト１２に対して径方向に押圧力がかかるとき、接触領域中央部２２が接触領域端部２４ａ、２４ｂに比べて収縮しにくくなるため、接触領域中央部２２に作用する押圧力が大きくなる。ロータコア１６からの締め付け力を接触領域中央部２２において保持できるようになるため、接触領域端部２４ａ、２４ｂにおける押圧力は相対的に小さくなる。したがって、接触領域端部２４ａ、２４ｂに過度の押圧力が作用することを抑制できるため、回転軸方向端部の電磁鋼板に過度の反力が作用することを抑制でき、この部分の積層鋼板の変形の発生を抑制できる。

なお、図３はロータコア１６を構成する電磁鋼板に作用する応力の様子の一例を示すグラフである。このグラフでは、横軸を接触部２０の回転軸方向の位置（ｍｍ）、縦軸を電磁鋼板に作用する応力（ＭＰａ）としている。回転軸方向の位置が０の点はロータコア１６の回転軸方向の一方の端部であり、グラフの最も右側にプロットされている点はロータコア１６の回転軸方向のうちもう一方の端部である。図３に示すように、本実施形態の回転子１０では、接触部２０により電磁鋼板に作用する反力の大きさを回転軸方向に平準化して、接触領域端部２４ａ、２４ｂにより電磁鋼板に作用する反力の大きさが過度に大きくなることを抑制している。したがって、ロータコア１６の締め付け力を確保してロータコア１６とロータシャフト１２との固定を確実に行いながら、ロータコア１６の変形の発生を抑制できる。また、接触領域端部２４ａ、２４ｂにより電磁鋼板に作用する反力が過度に大きくなることを抑制できるため、焼嵌め時にロータコア１６とロータシャフト１２とが強く押し付けられることにより発生する摩耗の発生を抑制することができる。また、焼入れ処理を行うことにより接触領域中央部２２の強度を高めることができるので、本発明の適用に伴いロータシャフト１２の形状や寸法を変更する必要はない。したがって、ロータシャフト１２の加工にあたって従来以上の精度や追加の工程を要することなく、電磁鋼板の変形の発生を抑制することができる。

なお、本実施例では焼入れのみによりロータシャフト１２の接触領域中央部２２の性質を変化させているが、必要に応じて追加の熱処理を施してもよい。例えば、ロータシャフト１２にある程度の靭性が必要とされる場合は、焼入れ後に焼戻しを行ってもよい。

また、本実施例では焼入れによりロータシャフト１２の接触領域中央部２２の強度を高めている。しかし、強度を高める方法は焼入れには限られない。例えば、円筒形状のシャフト素材のうち接触領域中央部２２に対応する部分をあらかじめ塑性加工して加工硬化するなどの、他の処理によってシャフト素材の強度を高くしてもよい。

また、本実施例では、接触領域中央部２２が接触領域端部２４ａ、２４ｂの両方よりも強度の高い場合について説明した。しかし、本発明は接触領域中央部２２の強度が接触領域端部２４ａ、２４ｂのいずれか一方の強度よりも高いものであってもよい。例えば、接触領域中央部２２および接触領域端部２４ｂに焼入れ処理を施して強度を上げた場合であっても、接触領域端部２４ａに対するロータコア１６の押圧力を抑制することができ、接触領域端部２４ａと接触する電磁鋼板の変形を抑制することができる。

また、本実施例ではモータの回転子について説明した。しかし、本発明に係る回転子はモータのものに限られず、積層鋼板からなるロータコア１６とロータシャフト１２とを焼嵌めにより固定した回転子を持つ回転電機であればよい。したがって、回転電機とは例えばレゾルバやシンクロなどであってもよい。この場合、ロータコア１６とステータコアとの回転軸方向のずれの発生を抑制することができるので、レゾルバあるいはシンクロの角度検出能力の低下を抑制できるという効果を得ることができる。

１０回転子、１２ロータシャフト、１４回転軸、１６ロータコア、１８シャフト穴、２０接触部、２２接触領域中央部、２４ａ，２４ｂ接触領域端部。

Claims

積層鋼板からなるロータコアのシャフト穴にロータシャフトが挿入された回転電機の回転子であって、
前記ロータシャフトは前記ロータコアに焼嵌めにより固定されており、
前記ロータシャフトが焼嵌めされた部分では、回転軸方向中央部の材質は、回転軸方向の少なくともいずれか一方の端部の材質よりも強度が高いことを特徴とする、
回転電機の回転子。