JP2021180588A

JP2021180588A - 回転電機用のロータの製造方法

Info

Publication number: JP2021180588A
Application number: JP2020085733A
Authority: JP
Inventors: 拓也橋本; Takuya Hashimoto
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2020-05-15
Filing date: 2020-05-15
Publication date: 2021-11-18

Abstract

【課題】シャフトの変形を抑制することができる回転電機用のロータの製造方法を提供する。【解決手段】回転電機用のロータの製造方法は、ロータコアの中央の貫通孔に中空構造のシャフトを圧入することによりロータコアにシャフトを固定する、回転電機用のロータの製造方法において、ロータコアは、貫通孔を画定する内周面から径方向に突出した凸部を有し、シャフトは、貫通孔に圧入されたときに内周面に対向する外周面に、凸部が嵌まるように軸方向に沿って延びた溝部を有し、内周面には、シャフトが貫通孔に圧入されたときに外周面と接触しない非接触領域が凸部に隣接して設けられ、シャフトの軸方向の一端部が挿入される挿入部と、挿入部から軸方向に沿って延びる板部とを備える治具を、挿入部にシャフトの一端部を挿入することによりシャフトに装着し、板部が非接触領域と外周面の間の隙間を埋めるようにシャフトを貫通孔に圧入する方法である。【選択図】図５

Description

本発明は、回転電機用のロータの製造方法に関する。

回転電機用のロータの製造において、鋼材を積層したロータコアの中央の穴にシャフトを挿入することによりロータコアに対してシャフトを一体的に固定する（例えば特許文献１参照）。

特開２０１６−２０１８９６号公報

シャフトに対するロータコアの相対的な回転を抑制するため、例えばロータコア及びシャフトには、穴の円周上の対称な２点において、キー及びキーが嵌まるキー溝がそれぞれ設けられる。キーは、ロータコアの穴を画定する内周面から径方向に突出し、キー溝は、ロータコアの内周面に対向するシャフトの外周面に、軸方向に沿って延びるように設けられている。内周面のキーに隣接する領域には、回転時にキー及びキー溝に作用するトルクを低減するため、シャフトの外周面との間に隙間ができるように凹んでいる。

シャフトをロータコアに圧入して固定する場合、上記の凹んだ領域は他の領域とは異なりシャフトを絞めることができない。ここで、中空構造のシャフトは、積層鋼板のロータコアより強度が低いため、キー溝の近傍領域に応力が集中することにより、隙間を埋めるように略楕円形状に変形して品質が低下するおそれがある。

そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、シャフトの変形を抑制することができる回転電機用のロータの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の回転電機用のロータの製造方法は、ロータコアの中央の貫通孔に中空構造のシャフトを圧入することにより前記ロータコアに前記シャフトを固定する、回転電機用のロータの製造方法において、前記ロータコアは、前記貫通孔を画定する内周面から径方向に突出した凸部を有し、前記シャフトは、前記貫通孔に圧入されたときに前記内周面に対向する外周面に、前記凸部が嵌まるように軸方向に沿って延びた溝部を有し、前記内周面には、前記シャフトが前記貫通孔に圧入されたときに前記外周面と接触しない非接触領域が前記凸部に隣接して設けられ、前記シャフトの軸方向の一端部が挿入される挿入部と、前記挿入部から前記軸方向に沿って延びる板部とを備える治具を、前記挿入部に前記シャフトの一端部を挿入することにより前記シャフトに装着し、前記板部が前記非接触領域と前記外周面の間の隙間を埋めるように前記シャフトを前記貫通孔に圧入する方法である。

本発明によれば、シャフトの変形を抑制することができる。

比較例のロータを示す断面図である。図１のＡ−Ａ線に沿ったロータの断面図である。シャフトに装着する治具の一例を示す図である。実施例のロータを示す断面図である。図４のＡ’−Ａ’線に沿ったロータの断面図である。シャフトに治具を装着する様子の一例を示す断面図である。治具を装着したシャフトをロータコアの貫通孔に圧入する様子の一例を示す断面図である。シャフトから治具を引き抜く様子の一例を示す断面図である。

（比較例）
図１は、比較例のロータ１ａを示す断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線に沿ったロータ１ａの断面図である。図１はロータ１ａの回転軸の延びる方向Ｌ（以下、「軸方向Ｌ」と表記）に対して垂直な平面に沿った断面図である。また、図２は、隙間Ｓを通る断面を示す。

ロータ１ａは、不図示のステータとともに回転電機に（モータ、発電機など）に用いられる。ロータ１ａは、中略円柱形状のロータコア２と、中空構造のシャフト３とを有する。シャフト３は、ロータコア２の中央に設けられた略円柱形状の貫通孔Ｍに圧入されることによりロータコア２に固定されている。シャフト３の圧入時、ロータコア２は支持台４により底面側から支持され、シャフト３は、矢印Ｄで示されるように、上面側から軸方向Ｌに沿って貫通孔Ｍに挿入される。なお、Ｘ軸及びＹ軸は、互いに直交しており、ロータコア２及びシャフト３の径方向に延びる。

ロータコア２は、中心に開口が設けられた複数の薄い円形の鋼板２９の積層体である。ロータコア２の内部には、図示を省略するが、永久磁石が埋設され、また、冷却油の流路が設けられている。

ロータコア２の貫通孔Ｍは内周面２０により画定される。内周面２０にはキー２１，２２が径方向に突出するように設けられている。キー２１，２２は、Ｘ軸上の互いに対向するように設けられている。つまり、キー２１，２２の突出する方向は互いに１８０度だけ異なる。なお、キー２１，２２は、内周面２０から径方向に突出した凸部の一例である。

シャフト３は略円柱形状を有している。シャフト３の内部には、例えば冷却油を流すための流路Ｋが設けられており、中空構造を有する。なお、冷却油は、外部から流路Ｋを流れて、ロータコア２に入る。

シャフト３は、外周側に張り出した張り出し部３９を有する。張り出し部３９はテーパ面を備えた円環形状を有し、シャフト３は、張り出し部３９がロータコア２の上面と当接するまで貫通孔Ｍに圧入される。これにより、シャフト３は貫通孔Ｍ内での位置が決定される。また、シャフト３の一端側には、径が異なるように形成された段差部３８が設けられている。

シャフト３が貫通孔Ｍに圧入されると、シャフト３の外周面３０はロータコア２の内周面２０と対向する。シャフト３の外周面３０には、キー２１，２２がそれぞれ嵌まるキー溝３１，３２が設けられている。キー溝３１，３２は軸方向Ｌに沿って設けられている。キー溝３１，３２は、Ｘ軸上の互いに対向するように設けられている。つまり、キー溝３１，３２の凹み方向は互いに１８０度だけ異なる。キー溝３１，３２は、凸部が嵌まるように軸方向Ｌに沿って延びた溝部の一例である。

キー溝３１，３２にキー２１，２２がそれぞれ嵌まることによりシャフト３に対するロータコア２の相対的な回転が抑制される。回転時にキー２１，２２及びキー溝３１，３２に作用するトルクを低減するため、内周面２０には、キー２１，２２に隣接する非接触領域２３〜２６が設けられている。

非接触領域２３，２４はキー２１の両隣に軸方向Ｌに沿って設けられ、非接触領域２５，２６はキー２２の両隣に軸方向Ｌに沿って設けられている。非接触領域２３〜２６は、シャフト３が貫通孔Ｍに圧入されたときにシャフト３の外周面３０と接触せず、外周面３０との間に隙間Ｓができるように外周側に凹んでいる。

非接触領域２３〜２６は、内周面２０の他の部分よりも曲率半径が大きく設定されているため、回転時のトルクを受ける面積が増えるによって応力を分散してキー２１，２２及びキー溝３１，３２へ印加される荷重を低減することができる。

しかし、キー溝３１，３２に隣接する領域は、非接触領域２３〜２６に対向するため、シャフト３の圧入時に絞めることができない。ここで、中空構造のシャフト３は、積層鋼板のロータコア２より強度が低いため、キー溝３１，３２の近傍領域Ｇに応力が集中することにより、点線で示されるように、隙間Ｓを埋めるように略楕円形状に変形して品質が低下するおそれがある。

（実施例）
そこで、実施例のロータの製造方法では、シャフト３をロータコア２の貫通孔Ｍに圧入する前に、上記の隙間Ｓを埋めるため板部を備える治具をシャフト３に装着することにより応力を分散してシャフト３の変形を抑制する。つまり、圧入時に隙間Ｓが埋まることでシャフト３が全体的にほぼ均等に歪み、略楕円形状に変形することが抑制される。

図３は、シャフト３に装着する治具５の一例を示す図である。図３には、治具５の正面、側面、及び背面が示されている。

治具５は、シャフト３の一端部が挿入される挿入部５０と、挿入部５０からシャフト３の軸方向Ｌに沿って延びる板部５１〜５４とを備える。挿入部５０は、一端が閉じられた略円筒形状を有している。挿入部５０の底面５００には、内径が異なるように形成された段差部５０１が設けられている。段差部５０１は、治具５がシャフト３に装着されたとき、シャフト３の段差部３８と組み合う。これにより、治具５に対するシャフト３の軸方向Ｌにおける位置が決定される。

挿入部５０の開口面側の縁には、板部５１〜５４が設けられている。板部５１〜５４は、非接触領域２３〜２６の隙間Ｓに応じた断面形状を有している。治具５は、挿入部５０にシャフト３の一端部を挿入することによりシャフト３に装着される。これにより、シャフト３の圧入時、板部５１〜５４は隙間Ｓを埋めることができる。

図４は、実施例のロータ１を示す断面図である。図５は、図４のＡ’−Ａ’線に沿ったロータ１の断面図である。図４及び図５において、図１〜図３と共通する構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。

板部５１〜５４は、治具５を装着したシャフト３を貫通孔Ｍに圧入するとき、隙間Ｓに挿入されることにより隙間Ｓを埋める。これにより、シャフト３の圧入時にロータコア２の内周面２０と接触する面積が広がるため、シャフト３に加わる応力が分散される。なお、隙間Ｓの全てが埋まる必要はなく、圧入時の応力がシャフト３の変形を抑止可能な底部に十分に分散される限り、隙間Ｓの少なくとも一部が板部５１〜５４により埋まればよい。

図６は、シャフト３に治具５を装着する様子の一例を示す断面図である。図６において、図３〜図５と共通する構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。

シャフト３の圧入に先立ち、シャフト３の軸方向Ｌの一端部３７は、矢印Ｄａで示されるように、挿入部５０に挿入される。このとき、シャフト３段差部３８は挿入部５０内の段差部５０１と組み合う。これにより、治具５に対するシャフト３の軸方向Ｌにおける位置が決定される。

図７は、治具５を装着したシャフト３をロータコア２の貫通孔Ｍに圧入する様子の一例を示す断面図である。図７において、図３〜図５と共通する構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。

ロータコア２は支持台４により支持されている。治具５を装着したシャフト３は、矢印Ｄｂで示されるように、ロータコア２の貫通孔Ｍに圧入される。このとき、シャフト３の外周面３０がロータコア２の内周面２０に接触することによりシャフト３が画集側から締め付けられてロータコア２に固定される。ここで、内周面２０の非接触領域２３〜２６は、治具５の板部５１〜５４を介してシャフト３の外周面３０に接触する。これにより、比較例のように非接触領域２３〜２６による応力の集中が抑制されるため、シャフト３の変形が抑制される。

図８は、シャフト３から治具５を引き抜く様子の一例を示す断面図である。図８において、図３〜図５と共通する構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。

シャフト３をロータコア２に固定した後、治具５は、矢印Ｄｃで示されるように、シャフト３から引き抜かれる。これにより、ロータ１が完成する。なお、板部５１〜５４の表面には、引き抜きが容易となるようにシャフト３の外周面３０に対する摩擦力が低い素材がＰＶＤ（Physical Vapor Disposition）法などによりコーティングされてもよい。コーティングの素材としては、例えばＴｉＡｌＮ（窒化チタンアルミニウム）が挙げられるが、これに限定されない。

上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに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変形実施可能である。

１，１ａロータ
２ロータコア
３シャフト
５治具
２０内周面
２１，２２キー（凸部）
２３非接触領域
３０外周面
３１，３２キー溝（溝部）
５０挿入部
５１〜５４板部
Ｍ貫通孔
Ｓ隙間

Claims

ロータコアの中央の貫通孔に中空構造のシャフトを圧入することにより前記ロータコアに前記シャフトを固定する、回転電機用のロータの製造方法において、
前記ロータコアは、前記貫通孔を画定する内周面から径方向に突出した凸部を有し、
前記シャフトは、前記貫通孔に圧入されたときに前記内周面に対向する外周面に、前記凸部が嵌まるように軸方向に沿って延びた溝部を有し、
前記内周面には、前記シャフトが前記貫通孔に圧入されたときに前記外周面と接触しない非接触領域が前記凸部に隣接して設けられ、
前記シャフトの軸方向の一端部が挿入される挿入部と、前記挿入部から前記軸方向に沿って延びる板部とを備える治具を、前記挿入部に前記シャフトの一端部を挿入することにより前記シャフトに装着し、
前記板部が前記非接触領域と前記外周面の間の隙間を埋めるように前記シャフトを前記貫通孔に圧入する、
回転電機用のロータの製造方法。