JP2018098968A - 回転電機ロータ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】押圧部材によってリングをロータコアに押圧しながら、リングとロータシャフトとをレーザ溶接することができる回転電機ロータ及びその製造方法を提供すること。【解決手段】軸孔２１を有する積層鋼板から構成されたロータコア２０と、ロータコア２０の軸孔２１に嵌挿されると共に、ロータコア２０の一端面を支持する支持部１１を一端側に備えるロータシャフト１０と、ロータコア２０の他端面を押圧するように、ロータシャフト１０に嵌合固定されたリング３０と、を備えた回転電機ロータ。ロータシャフト１０の他端側のリング３０の端面には、リング３０の内周面から外周面に至る溝３３が形成されており、溝３３の内周面側端部において、リング３０とロータシャフト１０とがレーザ溶接されている。【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機ロータ及びその製造方法に関する。

特許文献１には、ナットをロータシャフトの外径ネジ構造に締結することにより、ロータコアをロータシャフトに固定した回転電機ロータ及びその製造方法が開示されている。

特開２０１５−１１６０２２号公報

発明者らは、回転電機ロータ及びその製造方法に関して以下の問題を見出した。
特許文献１に開示されたように、ナットを用いてロータコアをロータシャフトに固定した場合、使用中にナットが緩んでしまう虞がある。

そこで、ナットに代えてリングをロータシャフトに例えば焼嵌めなどを用いて嵌合固定することによって、ロータコアをロータシャフトに固定することが考えられる。この場合、リングをロータコアに押圧することよって、ロータコアに軸力を発生させる。ロータコアとリングと間には、この軸力に応じた摩擦力が発生するため、ロータコアとロータシャフトとを固定することができる。そのため、押圧部材によってリングをロータコアに押圧しながら、リングをロータシャフトに嵌合固定する必要がある。

ここで、リングをロータシャフトに嵌合固定する際、同時にリングをロータシャフトにレーザ溶接しようとしても、押圧部材とリングとの間に隙間がないため、レーザ溶接することができないという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであって、押圧部材によってリングをロータコアに押圧しながら、リングとロータシャフトとをレーザ溶接することができる回転電機ロータ及びその製造方法を提供するものである。

本発明の一態様に係る回転電機ロータは、
軸孔を有する積層鋼板から構成されたロータコアと、
前記ロータコアの前記軸孔に嵌挿されると共に、前記ロータコアの一端面を支持する支持部を一端側に備えるロータシャフトと、
前記ロータコアの他端面を押圧するように、前記ロータシャフトに嵌合固定されたリングと、を備え、
前記ロータシャフトの他端側の前記リングの端面には、前記リングの内周面から外周面に至る溝が形成されており、
前記溝の内周面側端部において、前記リングと前記ロータシャフトとがレーザ溶接されているものである。

本発明の一態様に係る回転電機ロータでは、ロータシャフトの他端側のリングの端面には、リングの内周面から外周面に至る溝が形成されている。そのため、押圧部材によってリングをロータコアに押圧しながら、溝を介してロータシャフトにレーザビームを照射することによって、リングとロータシャフトとをレーザ溶接することができる。すなわち、押圧部材によってリングをロータコアに押圧しながら、リングとロータシャフトとをレーザ溶接することができる。

前記溝が複数形成されていることが好ましい。さらに、複数の前記溝が前記リングの円周方向に等間隔に形成されていることが好ましい。このような構成により、レーザ溶接によるリングとロータシャフトとの接合強度を向上させることができる。

本発明の一態様に係る回転電機ロータの製造方法は、
積層鋼板から構成されたロータコアの軸孔に嵌挿されると共に、一端側に設けられた支持部によって前記ロータコアの一端面を支持するロータシャフトに、他端側からリングを挿入する工程と、
前記ロータシャフトの他端側から押圧部材によって前記リングを前記ロータコアの他端面に押圧しつつ、前記ロータシャフトに前記リングを嵌合固定する工程と、を備え、
前記リングを嵌合固定する工程において、
前記押圧部材と当接する前記リングの端面には、前記リングの内周面から外周面に至る溝が形成されており、
前記溝を介して前記ロータシャフトにレーザビームを照射することによって、前記リングと前記ロータシャフトとをレーザ溶接するものである。

本発明の一態様に係る回転電機ロータの製造方法では、押圧部材と当接するリングの端面には、リングの内周面から外周面に至る溝が形成されている。そのため、押圧部材によってリングをロータコアに押圧しながら、溝を介してロータシャフトにレーザビームを照射することによって、リングとロータシャフトとをレーザ溶接することができる。すなわち、押圧部材によってリングをロータコアに押圧しながら、リングとロータシャフトとをレーザ溶接することができる。

本発明により、押圧部材によってリングをロータコアに押圧しながら、リングとロータシャフトとをレーザ溶接することができる回転電機ロータ及びその製造方法を提供することができる。

第１の実施形態に係る回転電機ロータを示す垂直断面図である。 第１の実施形態に係る回転電機ロータを示す水平断面図である。 第１の実施形態に係る回転電機ロータにおけるリング３０を示す斜視図である。 第１の実施形態に係る回転電機ロータの製造方法を示す垂直断面図である。 第１の実施形態に係る回転電機ロータの製造方法を示す垂直断面図である。 第１の実施形態に係る回転電機ロータの製造方法を示す垂直断面図である。 第１の実施形態に係る回転電機ロータの製造方法を示す垂直断面図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

（第１の実施形態）
図１、図２を参照して、第１の実施形態に係る回転電機ロータについて説明する。図１は、第１の実施形態に係る回転電機ロータを示す垂直断面図である。図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ水平断面図である。
なお、図面に示した右手系ｘｙｚ座標は、図面間において相互に対応しているが、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。通常、ｘｙ平面が水平面を構成し、ｚ軸プラス向きが鉛直上向きとなる。

第１の実施形態に係る回転電機ロータは、例えば車両に搭載される回転電機に用いられる。この回転電機は、車両が力行するときは電動機として機能し、車両が制動時にあるときは発電機として機能するモータ・ジェネレータである。回転電機は、図１、図２に示した回転電機ロータと、回転電機ロータの外周側に所定の隙間を隔てて配置された円環状の回転電機ステータ（不図示）とで構成される。

＜回転電機ロータの構成＞
図１に示すように、本実施形態に係る回転電機ロータは、ロータシャフト１０、ロータコア２０、リング３０を備えている。なお、理解し易いように、図２では、ロータコア２０には斜線を付していない。

図１に示すように、ロータシャフト１０はｚ軸方向に延設されたパイプ状部材であって、ロータコア２０に設けられた軸孔２１に嵌挿されている。ロータシャフト１０の内部に冷媒を流すことにより、回転電機ロータを冷却することができる。ロータシャフト１０の下端側（ｚ軸方向マイナス側）には、ロータコア２０の下端面（ｚ軸方向マイナス側の端面）を支持する円盤状の支持部１１が一体に設けられている。

また、図２に示すように、ロータシャフト１０の外表面には、長手方向（ｚ軸方向）に延設された一対のキー溝１２が対向配置されている。
なお、ロータシャフト１０は、パイプ状部材に限らず、棒状部材であってもよい。

ロータコア２０は、軸孔２１を有する積層鋼板から構成されている。具体的には、ロータコア２０は、円環状にプレス打抜加工された磁性鋼板を数百枚程度積層したものである。一枚の磁性鋼板の厚さ寸法は、例えば０．１〜０．３ｍｍ程度である。また、ロータコア２０の積層厚さ寸法は一例として６０ｍｍ程度である。

図１に示すように、ロータコア２０の下端面は、ロータシャフト１０の円盤状の支持部１１に支持されている。一方、ロータコア２０の上端面（ｚ軸方向プラス側の端面）は、リング３０の下端面（ｚ軸方向マイナス側の端面）によって押圧されている。これによって、ロータコア２０に軸力が発生する。ロータコア２０とリング３０と間には、この軸力に応じた摩擦力が発生するため、ロータコア２０とロータシャフト１０とを固定することができる。

また、図２に示すように、ロータコア２０の軸孔２１すなわち内周面には、ロータシャフト１０のキー溝１２に対応した凸部２２が対向して形成されている。そして、ロータシャフト１０のキー溝１２とロータコア２０の凸部２２とが嵌合している。そのため、リング３０とロータコア２０との間の摩擦力を越える異常な力が発生した場合にも、ロータシャフト１０とロータコア２０とが空回りせずに同調して回転することができる。

ここで、図１と共に図３を参照して、リング３０について説明する。図３は、第１の実施形態に係る回転電機ロータにおけるリング３０を示す斜視図である。
図１に示すように、リング３０は、ロータコア２０の上端面に押圧されつつ、ロータシャフト１０に焼嵌めなどによって嵌合固定されている。ロータシャフト１０に挿入する貫通孔３１の下端部にはテーパー部３２が設けられている。そのため、ロータシャフト１０に貫通孔３１を挿入し易くなっている。

図３に示すように、リング３０の上端面（ｚ軸方向プラス側の端面）には、リング３０の内周面（すなわち貫通孔３１）から外周面に至る溝３３が形成されている。図３の例では、４本の断面半円状の溝３３が円周方向に等間隔（すなわち９０°間隔）で放射状に形成されている。

図１に示すように、溝３３の内周面側端部において、リング３０とロータシャフト１０とがレーザ溶接されている。詳細には図７を用いて後述するように、リング３０の上端面を押圧部材４０で押圧した状態で、リング３０の溝３３を介してロータシャフト１０の外周面にレーザビームＬＢが照射される。そして、溶接部１３において溶融した金属がリング３０とロータシャフト１０との隙間に浸透することにより溶接される。溶接部１３は溝３３に対応して溝３３と同数形成されている。

リング３０とロータシャフト１０とをレーザ溶接することにより、リング３０とロータシャフト１０との焼嵌め代を削減することができる。そのため、焼嵌めによるロータシャフト１０の変形を抑制することができる。

なお、溝３３の幅ｗ及び深さｄは、溶接部１３の寸法等に応じて適宜決定すればよい。また、溝３３の断面形状も特に限定されず、半楕円状、三角形状、矩形状などの形状であってもよい。さらに、溝３３の本数も特に限定されず、１本でもよい。しかしながら、レーザ溶接によるリング３０とロータシャフト１０との接合強度を向上させるため、溝３３（すなわち溶接部１３）を複数形成する方がよい。さらに、複数の溝３３（すなわち溶接部１３）を等間隔で形成した方がよい。

上述の通り、第１の実施形態に係る回転電機ロータでは、リング３０の上端面に、リング３０の内周面から外周面に至る溝３３が形成されている。そのため、詳細には図７を用いて後述するように、押圧部材４０によってリング３０をロータコア２０に押圧しながら、溝３３を介してロータシャフト１０にレーザビームＬＢを照射することによって、リング３０とロータシャフト１０とをレーザ溶接することができる。すなわち、押圧部材４０によってリング３０をロータコア２０に押圧しながら、リング３０とロータシャフト１０とをレーザ溶接することができる。

＜回転電機ロータの製造方法＞
次に、図４〜図７を参照して、本実施形態に係る回転電機ロータの製造方法について説明する。図４〜図７は、第１の実施形態に係る回転電機ロータの製造方法を示す垂直断面図である。

まず、図４、図５に示すように、ロータコア２０の軸孔２１に嵌挿されると共に、下端側に設けられた支持部１１によってロータコア２０の下端面を支持するロータシャフト１０に、上端側からリング３０を挿入する。ここで、リング３０は焼嵌めのために加熱されており、熱膨張によりリング３０の内径は増大している。図４はリング３０を挿入する前の状態、図５はリング３０を挿入した後の状態を示している。

次に、図６に示すように、ロータシャフト１０の上端側から円環状の押圧部材４０を挿入し、押圧部材４０によってリング３０をロータコア２０の上端面に押圧する。これによって、ロータコア２０に軸力を発生させる。ロータコア２０とリング３０と間には、この軸力に応じた摩擦力が発生するため、ロータコア２０とロータシャフト１０とを固定することができる。

最後に、図７に示すように、押圧部材４０によってリング３０をロータコア２０に押圧しつつ、リング３０の溝３３を介してロータシャフト１０に対してレーザ装置５０からレーザビームＬＢを照射する。これによって、リング３０とロータシャフト１０とをレーザ溶接する。また、加熱されていたリング３０が冷却することにより、ロータシャフト１０に嵌合固定される。

ここで、第１の実施形態に係る回転電機ロータの製造方法では、押圧部材４０と当接するリング３０の上端面に、リング３０の内周面から外周面に至る溝３３が形成されている。そのため、押圧部材４０によってリング３０をロータコア２０に押圧しながら、溝３３を介してロータシャフト１０にレーザビームＬＢを照射することによって、リング３０とロータシャフト１０とをレーザ溶接することができる。すなわち、押圧部材４０によってリング３０をロータコア２０に押圧しながら、リング３０とロータシャフト１０とをレーザ溶接することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１０ ロータシャフト
１１ 支持部
１２ キー溝
１３ 溶接部
２０ ロータコア
２１ 軸孔
２２ 凸部
３０ リング
３１ 貫通孔
３２ テーパー部
３３ 溝
４０ 押圧部材
５０ レーザ装置

Claims (4)

1. 軸孔を有する積層鋼板から構成されたロータコアと、
   前記ロータコアの前記軸孔に嵌挿されると共に、前記ロータコアの一端面を支持する支持部を一端側に備えるロータシャフトと、
   前記ロータコアの他端面を押圧するように、前記ロータシャフトに嵌合固定されたリングと、を備え、
   前記ロータシャフトの他端側の前記リングの端面には、前記リングの内周面から外周面に至る溝が形成されており、
   前記溝の内周面側端部において、前記リングと前記ロータシャフトとがレーザ溶接されている、
   回転電機ロータ。
2. 前記溝が複数形成されている、
   請求項１に記載の回転電機ロータ。
3. 複数の前記溝が前記リングの円周方向に等間隔に形成されている、
   請求項２に記載の回転電機ロータ。
4. 積層鋼板から構成されたロータコアの軸孔に嵌挿されると共に、一端側に設けられた支持部によって前記ロータコアの一端面を支持するロータシャフトに、他端側からリングを挿入する工程と、
   前記ロータシャフトの他端側から押圧部材によって前記リングを前記ロータコアの他端面に押圧しつつ、前記ロータシャフトに前記リングを嵌合固定する工程と、を備え、
   前記リングを嵌合固定する工程において、
   前記押圧部材と当接する前記リングの端面には、前記リングの内周面から外周面に至る溝が形成されており、
   前記溝を介して前記ロータシャフトにレーザビームを照射することによって、前記リングと前記ロータシャフトとをレーザ溶接する、
   回転電機ロータの製造方法。

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