JP2016046844A - 回転電機の回転子 - Google Patents

Abstract

【課題】シャフトのローレット部に回転子コアを圧入により嵌合固定した際に発生した削りカス等の異物が回転子の回転時に飛散するのを防止し得るようにする。【解決手段】回転子１は、シャフト１０と、シャフト１０の外周面に嵌合固定される回転子コア２０とを備える。シャフト１０は、シャフト挿入方向後端側にローレット部１１を有し、シャフト挿入方向先端側に第１段差面１２を介して形成された小径部１３を有する。回転子コア２０は、嵌合孔２１のシャフト挿入方向先端側端部に設けられて小径部１３に圧入される小径孔２２と、小径孔２２のシャフト挿入方向後端側に第２段差面２３を介して形成された大径孔２４と、大径孔２４のシャフト挿入方向後端側端部に形成されてローレット部１１に圧入される圧入部２５とを有する。第１段差面１２と第２段差面２３との間に、小径部１３の外周面と大径孔２４の周壁面とで区画される空間部３０を設ける。【選択図】図１

Description

本発明は、例えばハイブリッド車両や電気自動車等の車両に搭載されて電動機や発電機として用いられる回転電機の回転子に関する。

従来、車両等に搭載されて使用される回転電機として、回転子の内部に永久磁石を埋め込んだ構造をもつ回転界磁形式の同期モータ（以下、「ＩＰＭモータ」という。）が知られている。このＩＰＭモータは、回転子の磁化によるリラクタンストルクと永久磁石の磁化によるトルクの両方を利用することができるので高効率であることから、ハイブリッド車両や電気自動車等に好適に採用されている。

このようなＩＰＭモータは、電機子として働く固定子と、固定子と径方向に対向して配置され界磁として働く回転子とを備えている。そして、特許文献１には、外周面にローレット加工を施して形成されたローレット部を有するシャフト（回転軸）と、シャフトのローレット部に圧入により嵌合固定される嵌合孔を有する回転子コア（回転子鉄心）と、を備えた回転子が開示されている。

また、特許文献２には、外周面にローレット加工を施して形成されたローレット部と軸方向一端部に形成された段付き部とを有するシャフトと、シャフトのローレット部に嵌合固定された回転子コア（筒状コア）と、シャフトの軸方向他端部に圧入により嵌着固定されたカラーと、を備えた回転子（巻線界磁型ロータ）が開示されている。

特開平２−２９４２４１号公報 特開平１１−６９６７５号公報

ところで、上記特許文献１の場合には、シャフトのローレット部に回転子コアを圧入により嵌合固定した際に、圧入部の削りカス等の異物が発生する。この異物は、回転子の回転時に遠心力で飛散し、固定子巻線を傷付けて絶縁性を低下させてしまうことから、洗浄工程が必要となり、高コストを招く原因となる。

また、上記特許文献２の場合にも、シャフトのローレット部に回転子コアを圧入により嵌合固定した際に、圧入部の削りカス等の異物が発生する。そのため、シャフトの軸方向他端部にカラーを圧入により嵌着する際に、その異物を噛み込んでしまい、圧入固定力を低下させるという問題や、カラーを所定位置まで圧入できないという問題が発生する。また、特許文献２の場合には、カラーを用いているため部品点数が増加し、高コストになるという問題もある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、シャフトのローレット部に回転子コアを圧入により嵌合固定した際に発生した削りカス等の異物が回転子の回転時に飛散するのを防止し得るようにした回転電機の回転子を提供することを解決すべき課題とする。

上記課題を解決するためになされた本発明は、
外周面にローレット加工を施して形成されたローレット部（１１）を有するシャフト（１０）と、前記シャフトの外周面に嵌合固定される嵌合孔（２１）を有する回転子コア（２０）と、を備えた回転電機の回転子において、
前記シャフトは、前記回転子コアの前記嵌合孔に前記シャフトを軸方向に挿入する際のシャフト挿入方向後端側に前記ローレット部を有するとともに、前記ローレット部のシャフト挿入方向先端側に第１段差面（１２）を介して形成されて前記ローレット部の直径よりも小さい直径をもつ小径部（１３）を有し、
前記回転子コアは、前記嵌合孔のシャフト挿入方向先端側端部に形成されて前記シャフトの前記小径部に圧入される小径孔（２２）と、前記小径孔のシャフト挿入方向後端側に第２段差面（２３）を介して形成されて前記小径孔よりも大きい直径をもつ大径孔（２４）とを有するとともに、前記大径孔のシャフト挿入方向後端側端部に形成されて前記シャフトの前記ローレット部に圧入される圧入部（２５）を有し、
前記第１段差面と前記第２段差面との間に、前記シャフトの前記小径部の外周面と前記回転子コアの前記大径孔の周壁面とにより区画される空間部（３０）が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、シャフトの第１段差面と回転子コアの第２段差面との間に、シャフトの小径部の外周面と回転子コアの大径孔の周壁面とにより区画される空間部が設けられている。これにより、シャフトの外周面に回転子コアの嵌合孔を圧入により嵌合固定した際に、ローレット部が削られることにより発生した削りカス等の異物は、その空間部内に閉じ込められるので、回転子の回転時に異物が飛散することがない。そのため、圧入時に発生した異物を除去するための洗浄工程も不要となる。また、圧入部への異物の噛み込みを防止して、圧入固定部の品質を向上させることができる。さらに、カラー等余分な部品を用いていないため、部品点数の増加を回避しつつ、シャフトと回転子コアを周方向及び軸方向に固定することができる。

なお、この欄及び特許請求の範囲で記載された各部材や部位の後の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載された具体的な部材や部位との対応関係を示すものであり、特許請求の範囲に記載された各請求項の構成に何ら影響を及ぼすものではない。

実施形態１に係る回転電機の回転子の軸方向に沿う断面図である。 図１のII−II線矢視断面図である。 実施形態２に係る回転電機の回転子の軸方向に沿う断面図である。 図３のIV−IV線矢視断面図である。

以下、本発明に係る回転電機の回転子の実施形態について図面を参照しつつ具体的に説明する。

〔実施形態１〕
実施形態１に係る回転電機の回転子について図１及び図２を参照して説明する。実施形態１の回転電機の回転子１は、例えば車両用モータ等の回転電機に使用されるものであって、回転電機のハウジング内において、固定子（図示せず）の内周側に回転自在に収容配置される。この回転子１は、図１に示すように、外周面にローレット部１１を有するシャフト１０と、シャフト１０の外周面に同軸状に嵌合固定される嵌合孔２１を有する回転子コア２０と、を備えている。

シャフト１０は、鉄系金属により中実の長尺軸状に形成されている。このシャフト１０は、回転子コア２０の嵌合孔２１にシャフト１０を軸方向に挿入する際のシャフト挿入方向後端側（図１の右側）に、ローレット加工を施して形成されたローレット部１１を有する。このローレット部１１は、軸方向に延びる複数の凸条部と凹溝が周方向に交互に形成されたものである。このローレット部１１は、シャフト挿入方向後端側から先端側（図１の左側）に向かうにつれて次第に小径となるテーパ状に形成されている。ローレット部１１のシャフト挿入方向先端側には、ローレット部１１の直径よりも小さい直径をもつ小径部１３が設けられている。ローレット部１１と小径部１３の間には、シャフト１０の回転軸に対して直角方向に広がるリング状の第１段差面１２が設けられている。

そして、小径部１３のシャフト挿入方向先端側には、小径部１３の直径よりも小さい直径をもつ先端部１４が設けられている。また、ローレット部１１のシャフト挿入方向後端側には、ローレット部１１の直径よりも大きい外径をもち径方向外方に突出するリング状の鍔部１５が設けられている。鍔部１５のシャフト挿入方向後端側には、小径部１３と概ね同じ直径の後端部１６が設けられている。

回転子コア２０は、打ち抜き加工により所定のリング形状に形成された複数の鋼板２０ａを軸方向に積層した後、各鋼板２０ａにかしめ加工を施して連結固定することにより円筒状に形成されている。この回転子コア２０は、軸方向に貫通し、シャフト１０の外周面に嵌合固定される嵌合孔２１を有する。嵌合孔２１のシャフト挿入方向先端側端部には、シャフト１０の小径部１３に圧入される小径孔２２が設けられている。この小径孔２２の直径は、小径部１３の直径よりも僅かに小さくされている。これにより、小径部１３の外周面と小径孔２２の周壁面が圧接した状態になり、シャフト１０と回転子コア２０の回転方向及び軸方向の相対変位が阻止される。

小径孔２２のシャフト挿入方向後端側には、小径孔２２よりも大きい直径をもつ大径孔２４が設けられている。小径孔２２と大径孔２４の間には、シャフト１０の回転軸に対して直角方向に広がるリング状の第２段差面２３が設けられている。

そして、大径孔２４の軸方向中央からシャフト挿入方向後端側端部までの周壁面には、シャフト１０のローレット部１１に圧入される圧入部２５が設けられている。この圧入部２５の直径は、ローレット部１１のシャフト挿入方向先端側端部の直径よりも僅かに小さくされている。これにより、ローレット部１１の突起先端部が圧入部２５の周壁面に噛み合って圧接した状態になり、シャフト１０と回転子コア２０の回転方向及び軸方向の相対変位が阻止される。

実施形態１の場合、大径孔２４の軸方向中央から第２段差面２３までの周壁面は、シャフト１０の小径部１３の外周面と径方向に所定距離を隔てて対向している。また、シャフト１０の第１段差面１２と回転子コア２０の第２段差面２３は、軸方向に所定距離を隔てて対向している。即ち、シャフト１０の第１段差面１２と回転子コア２０の第２段差面２３との間には、シャフト１０の小径部１３の外周面と回転子コア２０の大径孔２４の周壁面とにより区画されるリング状の空間部３０が設けられている。この空間部３０は、シャフト１０に設けられたローレット部１１のシャフト挿入方向先端側に設けられている。また、空間部３０の体積は、シャフト１０のローレット部１１と回転子コア２０の圧入部２５との圧入掛かり代体積よりも十分に大きくなるように設定されている。

この回転子コア２０の外周部には、軸方向に延びる複数個（実施形態１では８個）の磁石収容孔２６が周方向に所定距離隔てて設けられている。各磁石収容孔２６には、周方向に極性が交互に異なる複数の磁極（実施形態１では８極（Ｎ極：４、Ｓ極：４））が形成されるように永久磁石２７が１個ずつ埋設されている。

実施形態１の回転子１は、回転子コア２０に対して、嵌合孔２１の大径孔２４の圧入部２５側からシャフト１０の先端部１４が軸方向に挿入されることにより組み付けられている。このとき、回転子コア２０の小径孔２２にシャフト１０の小径部１３が圧入されるとともに、回転子コア２０の圧入部２５にシャフト１０のローレット部１１が圧入される。回転子コア２０の大径孔２４の圧入部２５にシャフト１０のローレット部１１が圧入される際には、ローレット部１１が削られることにより削りカス等の異物が発生する。この異物は、シャフト１０の圧入が進行するにつれてシャフト挿入方向先端側の空間部３０に押し出される。そして、回転子コア２０のシャフト挿入方向後端側端面にシャフト１０の鍔部１５が当接して圧入が完了した際には、回転子コア２０の小径孔２２内へのシャフト１０の小径部１３の圧入も完了しているので、空間部３０内に押し出された異物は空間部３０内に封入された状態になる。

以上のように構成された実施形態１の回転子１によれば、シャフト１０の第１段差面１２と回転子コア２０の第２段差面２３との間に、シャフト１０の小径部１３の外周面と回転子コア２０の大径孔２４の周壁面とにより区画される空間部３０が設けられている。これにより、シャフト１０の外周面に回転子コア２０を圧入により嵌合固定した際に、ローレット部１１が削られることにより発生した削りカス等の異物は、その空間部３０内に閉じ込められるので、回転子１の回転時に異物が飛散することがない。そのため、圧入時に発生した異物を除去するための洗浄工程も不要となる。また、圧入部への異物の噛み込みを防止して、圧入固定部の品質を向上させることができる。さらに、カラー等余分な部品を用いていないため、部品点数の増加を回避しつつ、シャフト１０と回転子コア２０を周方向及び軸方向に固定することができる。

また、実施形態１の回転子コア２０は、軸方向に積層されて連結された複数の鋼板２０ａにより形成されている。そのため、所定のリング形状の鋼板２０ａを打ち抜き加工で形成する際に、大径孔２４を有する鋼板２０ａと小径孔２２を有する鋼板２０ａの内径を打ち分けることで、回転子コア２０の大径孔２４と小径孔２２の間の第２段差面２３を容易に形成することができるので、空間部３０を容易に設けることができる。

また、実施形態１の回転子１によれば、空間部３０の体積は、シャフト１０のローレット部１１と回転子コア２０の圧入部２５との圧入掛かり代体積よりも大きくなるように設定されている。そのため、ローレット部１１が削られることにより発生した削りカス等の異物を、空間部３０から溢れることなく確実に閉じ込めることができる。

また、実施形態１では、シャフト１０のローレット部１１は、シャフト挿入方向後端側から先端側に向かうにつれて次第に小径となるテーパ状に形成されている。そのため、回転子コア２０の嵌合孔２１にシャフト１０を圧入する際の圧入力を緩和することができるので、シャフト１０と回転子コア２０の組み付けを容易に行うことができる。

〔実施形態２〕
実施形態２に係る回転電機の回転子２について図３及び図４を参照して説明する。実施形態２の回転子２は、実施形態１の回転子１と基本的構成が同じであるが、シャフト１０に設けられた溝状空間部３１が付加されている点で、実施形態１の回転子１と異なる。よって、実施形態１と共通する部材や構成についての詳しい説明は省略し、以下、異なる点及び重要な点について説明する。なお、実施形態１と共通する部材や部位については同じ符号を用いる。

実施形態２のシャフト１０は、実施形態１のシャフト１０と同様に、シャフト挿入方向先端側（図３の左側）から順に、先端部１４、小径部１３、第１段差面１２、ローレット部１１、鍔部１５、後端部１６が設けられている。そして、このシャフト１０は、ローレット部１１のシャフト挿入方向後端側端部に設けられた溝状空間部３１を有する。即ち、このシャフト１０の、鍔部１５のシャフト挿入方向先端側端面とローレット部１１の外周面とが交わる角部に、周方向に１周するリング状の溝状空間部３１が設けられている。この溝状空間部３１は、鍔部１５のシャフト挿入方向先端側端面とローレット部１１の外周面の両方に跨がって開口するリング状の開口部を有する。

なお、実施形態２の回転子コア２０は、実施形態１の回転子コア２０と同一であるので詳しい説明は省略する。

実施形態２の回転子２は、実施形態１の回転子１と同様に、回転子コア２０に対して、嵌合孔２１の大径孔２４の圧入部２５側からシャフト１０の先端部１４が軸方向に挿入されることにより組み付けられている。このとき、回転子コア２０の小径孔２２にシャフト１０の小径部１３が圧入されるとともに、回転子コア２０の圧入部２５にシャフト１０のローレット部１１が圧入される。

そして、回転子コア２０の圧入部２５にシャフト１０のローレット部１１が圧入される際にローレット部１１が削られることにより発生した削りカス等の異物は、シャフト１０の圧入が進行するにつれてシャフト挿入方向先端側の空間部３０に押し出され、圧入完了時には空間部３０内に閉じ込められた状態になる。このとき、微小な異物が発生した場合には、その微小な異物は、ローレット部１１の凹溝を通ってシャフト挿入方向後端側に押し出される可能性がある。

実施形態２では、ローレット部１１のシャフト挿入方向後端側に溝状空間部３１が設けられているので、ローレット部１１の凹溝を通ってシャフト挿入方向後端側に押し出された微小な異物は、溝状空間部３１内に閉じ込められた状態になる。そのため、微小な異物が、回転子コア２０のシャフト挿入方向後端側端面と鍔部１５との間に挟まってシャフト１０の所定位置までの圧入を妨げたりすることがない。これにより、シャフト１０を所定位置までの圧入することで溝状空間部３１の開口部が確実に覆蓋されるので、微小な異物が溝状空間部３１内に確実に閉じ込められた状態になる。

以上のように構成された実施形態２の回転子２によれば、シャフト１０の第１段差面１２と回転子コア２０の第２段差面２３との間に、シャフト１０の小径部１３の外周面と回転子コア２０の大径孔２４の周壁面とにより区画される空間部３０が設けられている。これにより、シャフト１０の外周面に回転子コア２０を圧入により嵌合固定した際に発生した削りカス等の異物を空間部３０内に閉じ込めて、回転子１の回転時に異物が飛散しないようにすることができる等、実施形態１と同様の作用及び効果を奏する。

特に、実施形態２の場合には、シャフト１０の、鍔部１５のシャフト挿入方向先端側端面とローレット部１１の外周面とが交わる角部に、周方向に１周するリング状の溝状空間部３１が設けられている。これにより、ローレット部１１の凹溝を通ってシャフト挿入方向後端側に押し出された微小な異物を、溝状空間部３１内に確実に閉じ込めることができるので、回転子１の回転時における異物の飛散をより確実に防止することが可能となる。

〔他の実施形態〕
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更することが可能である。

例えば、上記の実施形態では、本発明に係る回転電機の回転子を車両用モータの回転子に適用した例を説明したが、本発明は、車両に搭載される回転電機としての発電機、あるいは電動機、さらには両者を選択的に使用し得る回転電機の回転子にも適用することができる。

１，２…回転子、 １０…シャフト、 １１…ローレット部、 １２…第１段差面、 １３…小径部、 １５…鍔部、 ２０…回転子コア、 ２０ａ…鋼板、 ２１…嵌合孔、 ２２…小径孔、 ２３…第２段差面、 ２４…大径孔、 ２５…圧入部、 ３０…空間部、 ３１…溝状空間部。

Claims (5)

1. 外周面にローレット加工を施して形成されたローレット部（１１）を有するシャフト（１０）と、前記シャフトの外周面に嵌合固定される嵌合孔（２１）を有する回転子コア（２０）と、を備えた回転電機の回転子において、
   前記シャフトは、前記回転子コアの前記嵌合孔に前記シャフトを軸方向に挿入する際のシャフト挿入方向後端側に前記ローレット部を有するとともに、前記ローレット部のシャフト挿入方向先端側に第１段差面（１２）を介して形成されて前記ローレット部の直径よりも小さい直径をもつ小径部（１３）を有し、
   前記回転子コアは、前記嵌合孔のシャフト挿入方向先端側端部に形成されて前記シャフトの前記小径部に圧入される小径孔（２２）と、前記小径孔のシャフト挿入方向後端側に第２段差面（２３）を介して形成されて前記小径孔よりも大きい直径をもつ大径孔（２４）とを有するとともに、前記大径孔のシャフト挿入方向後端側端部に形成されて前記シャフトの前記ローレット部に圧入される圧入部（２５）を有し、
   前記第１段差面と前記第２段差面との間に、前記シャフトの前記小径部の外周面と前記回転子コアの前記大径孔の周壁面とにより区画される空間部（３０）が設けられていることを特徴とする回転電機の回転子。
2. 前記シャフトは、前記ローレット部のシャフト挿入方向後端側に径方向外方に突出するリング状の鍔部（１５）を有し、前記鍔部のシャフト挿入方向先端側端面と前記ローレット部の外周面とが交わる部位に溝状空間部（３１）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の回転子。
3. 前記回転子コアは、軸方向に積層されて連結された複数の鋼板（２０ａ）により形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機の回転子。
4. 前記空間部の体積は、前記シャフトの前記ローレット部と前記回転子コアとの圧入掛かり代体積よりも大きいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転電機の回転子。
5. 前記ローレット部は、シャフト挿入方向先端側に向かうにつれて次第に小径となるテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転電機の回転子。

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