JP4809672B2 - ロータシャフト - Google Patents

Description

本発明は、回転電機のロータに用いるロータシャフトに関する。

例えば、ハイブリッド車又は電気自動車等に用いるモータ、ジェネレータ又はモータジェネレータ等の回転電機においては、界磁巻線を設けたステータの内周側に、磁性体を設けたロータを回転可能に配設している。そして、ロータは、ロータシャフトと、このロータシャフトに取り付ける磁性体とを用いて構成している。

また、図７に示すごとく、ロータシャフト９３の製造を容易にするために、ロータシャフト９３を、シャフト中心部９４と、このシャフト中心部９４の外周に配設するシャフト外周部９５とに分割して構成している。そして、シャフト中心部９４の外周にシャフト外周部９５を締結するために、シャフト外周部９５における中心穴９５１内にシャフト中心部９４を焼嵌めしている。

この焼嵌めを行うに際しては、シャフト外周部９５における中心穴９５１の内径を、シャフト中心部９４の外周の外径よりも小さくしておき、シャフト外周部９５を加熱して膨張させた後、シャフト外周部９５における中心穴９５１内にシャフト中心部９４を挿入する。これにより、シャフト外周部９５の温度が冷やされ収縮したときには、シャフト外周部９５における中心穴９５１の内径とシャフト中心部９４の外周の外径との寸法差が焼嵌代となって、これらが締結される。

しかしながら、シャフト外周部９５の製造を一層容易にするために、シャフト外周部９５を、その周方向に向けて複数の分割外周部に分割することが考えられる。この場合において、シャフト中心部９４と各分割外周部との締結強度を高く維持するためには、更なる工夫が必要とされる。
特に、ステータに対して、ロータシャフト９３に磁性体を取り付けて構成したロータを、高トルク又は高回転数で回転させる際に、各分割外周部の周方向における締結強度を高く維持することができる技術の開発が望まれる。

なお、特許文献１においては、トルクコンバータにおけるロータを形成するに当たり、ロータ駆動シャフトとロータの内周部とを、いずれか一方に形成した係合爪と、他方に形成した凹部とを係合させて、回転方向における結合状態を形成している。
しかしながら、特許文献１における係合爪と凹部とは、ロータの内周部にロータ駆動シャフトを結合したときに、ステータシャフトに対するロータの芯出しを行うことを目的としており、ロータシャフトをシャフト中心部とシャフト外周部とに分割し、シャフト外周部を各分割外周部に分割したときに、各分割外周部の締結強度を高く維持するための工夫はなされていない。

実開平７−４８８７号公報

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、シャフト中心部とシャフト外周部における各分割外周部との締結強度を高く維持することができるロータシャフトを提供しようとするものである。

第１の発明は、回転電機のロータに用いるロータシャフトにおいて、
該ロータシャフトは、シャフト中心部と、該シャフト中心部の外周側に配設し、磁気回路を形成するための磁性体を取り付けるシャフト外周部とに分割してあり、
該シャフト外周部は、その周方向に向けて複数の分割外周部に分割してあり、該各分割外周部における内周面には、径方向外方に向けて係合凹部が陥没形成してあり、該係合凹部には、上記シャフト中心部の外周面から径方向外方に向けて突出形成した係合凸部が嵌入してあり、
互いに隣接する上記分割外周部の周方向端面同士の間には、隙間が形成されており、
上記係合凹部は、その周方向の両側の表面に、周方向幅を径方向外方に向けて拡大させてなる凹部側テーパ面を形成してなり、上記係合凸部は、その周方向の両側の表面に、上記凹部側テーパ面と対面する凸部側テーパ面を形成してなり、
上記各分割外周部は、焼嵌めによって上記凹部側テーパ面に上記凸部側テーパ面を喰い込ませることにより、上記シャフト中心部に固定してあることを特徴とするロータシャフトにある（請求項１）。

本発明のロータシャフトは、シャフト中心部とシャフト外周部とに分割してあり、シャフト外周部をさらに複数の分割外周部に分割したときに、各分割外周部のシャフト中心部に対する締結強度を高く維持するための工夫を行っている。
すなわち、本発明においては、シャフト外周部の各分割外周部における内周面には、係合凹部を陥没形成し、シャフト中心部の外周面には、係合凹部に嵌入する係合凸部を突出形成している。また、係合凹部の周方向の表面には、凹部側テーパ面が形成してあり、係合凸部の周方向の表面には、凸部側テーパ面が形成してある。そして、凹部側テーパ面に凸部側テーパ面を喰い込ませることにより、各分割外周部をシャフト中心部に固定する。

そのため、回転電機において、ステータに対して本発明のロータシャフトを用いたロータを回転させる際には、各分割外周部の係合凹部における凹部側テーパ面に、シャフト中心部の係合凸部における凸部側テーパ面が喰い込み、シャフト中心部に対する各分割外周部の周方向における締結強度を高く維持することができる。これにより、特に、ロータシャフトを用いたロータを、高トルク又は高回転数で回転させる際でも、各分割外周部の周方向における締結強度を高く維持することができる。

それ故、本発明のロータシャフトによれば、シャフト中心部に対するシャフト外周部における各分割外周部の周方向における締結強度を高く維持することができる。

第２の発明は、回転電機のロータに用いるロータシャフトにおいて、
該ロータシャフトは、シャフト中心部と、該シャフト中心部の外周に配設し、磁気回路を形成するための磁性体を取り付けるシャフト外周部とに分割してあり、
該シャフト外周部は、その周方向に向けて複数の分割外周部に分割してあり、該各分割外周部における内周面には、径方向内方に向けて係合凸部が突出形成してあり、該係合凸部は、上記シャフト中心部の外周面から径方向内方に向けて陥没形成した係合凹部に嵌入してあり、
互いに隣接する上記分割外周部の周方向端面同士の間には、隙間が形成されており、
上記係合凹部は、その周方向の両側の表面に、周方向幅を径方向外方に向けて拡大させてなる凹部側テーパ面を形成してなり、上記係合凸部は、その周方向の両側の表面に、上記凹部側テーパ面と対面する凸部側テーパ面を形成してなり、
上記各分割外周部は、焼嵌めによって上記凸部側テーパ面を上記凹部側テーパ面に喰い込ませることにより、上記シャフト中心部に固定してあることを特徴とするロータシャフトにある（請求項２）。

本発明のロータシャフトもまた、シャフト中心部とシャフト外周部とに分割してあり、シャフト外周部をさらに複数の分割外周部に分割したときに、各分割外周部のシャフト中心部に対する締結強度を高く維持するための工夫を行っている。
すなわち、本発明においては、シャフト外周部の各分割外周部における内周面には、凸部側テーパ面を形成してなる係合凸部を突出形成し、シャフト中心部の外周面には、凹部側テーパ面を形成してなる係合凹部を陥没形成している。そして、凸部側テーパ面に凹部側テーパ面を喰い込ませることにより、各分割外周部をシャフト中心部に固定する。

そのため、回転電機において、ステータに対して本発明のロータシャフトを用いたロータを回転させる際には、各分割外周部の係合凸部における凸部側テーパ面に、シャフト中心部の係合凹部における凹部側テーパ面が喰い込み、シャフト中心部に対する各分割外周部の周方向における締結強度を高く維持することができる。これにより、特に、ロータシャフトを用いたロータを、高トルク又は高回転数で回転させる際でも、各分割外周部の周方向における締結強度を高く維持することができる。

それ故、本発明のロータシャフトによっても、シャフト中心部に対するシャフト外周部における各分割外周部の周方向における締結強度を高く維持することができる。

上述した第１、第２の発明における好ましい実施の形態につき説明する。
上記第１の発明において、上記凹部側テーパ面への凸部側テーパ面の喰い込みは、シャフト中心部に各分割外周部を焼嵌めすることにより行うことができる。すなわち、この焼嵌めは、分割外周部における係合凹部の周方向幅を、シャフト中心部における係合凸部の周方向幅よりも小さくしておき、係合凹部を加熱して膨張させた後、係合凹部内に係合凸部を挿入し、係合凹部を冷やして収縮させることにより行うことができる。

上記第２の発明において、上記凸部側テーパ面への凹部側テーパ面の喰い込みは、シャフト中心部に各分割外周部を焼嵌めすることにより行うことができる。すなわち、この焼嵌めは、分割外周部における係合凸部の周方向幅を、シャフト中心部における係合凹部の周方向幅よりも大きくしておき、係合凹部を加熱して膨張させた後、係合凸部を係合凹部内に挿入し、係合凹部を冷やして収縮させることにより行うことができる。

また、上記第１、第２の発明において、上記凹部側テーパ面への凸部側テーパ面の喰い込み、又は上記凸部側テーパ面への凹部側テーパ面の喰い込みは、係合凹部内に係合凸部を嵌入して、シャフト中心部に分割外周部を組み付けた後、当該ロータシャフトを用いたロータを回転させる際に、分割外周部に加わる遠心力を利用して行うこともできる。

また、上記第１、第２の発明において、上記凹部側テーパ面は、上記係合凹部の周方向における両側の表面に形成し、上記凸部側テーパ面は、上記係合凸部の周方向における両側の表面に形成してある。
これにより、係合凹部及び係合凸部の周方向における両側の表面において、凸部側テーパ面を凹部側テーパ面に喰い込ませる又は凹部側テーパ面を凸部側テーパ面に喰い込ませることができ、シャフト中心部に対するシャフト外周部における各分割外周部の周方向における締結強度を一層高く維持することができる。

また、上記凹部側テーパ面及び上記凸部側テーパ面のいずれか一方には、突起を形成し、他方には、上記突起を収容する凹部を形成することが好ましい（請求項３）。
この場合には、凹部側テーパ面及び凸部側テーパ面において、凹部内に突起を配置して、各分割外周部がシャフト中心部の軸方向に対してぐらついてしまうことを効果的に防止することができる。

以下に、本発明のロータシャフト３にかかる実施例につき、図面と共に説明する。
本例のロータシャフト３は、図１〜図３に示すごとく、回転電機１のロータ２に用いるものであり、ロータ２の中心軸線Ｘ側に位置させるシャフト中心部４と、このシャフト中心部４の外周に配設するシャフト外周部５とに分割してある。シャフト外周部５は、その周方向Ｃに向けて複数の分割外周部５０に分割してある。各分割外周部５０における内周面には、径方向外方に向けて係合凹部５１がそれぞれ陥没形成してあり、各係合凹部５１には、シャフト中心部４の外周面から径方向外方に向けてそれぞれ突出形成した係合凸部４１が嵌入してある。

図１に示すごとく、各係合凹部５１は、その周方向Ｃの表面に、周方向幅を径方向外方に向けて拡大させてなる凹部側テーパ面５１１を形成してなり、各係合凸部４１は、その周方向Ｃの表面に、凹部側テーパ面５１１と対面する凸部側テーパ面４１１を形成してなる。そして、各分割外周部５０は、凹部側テーパ面５１１に凸部側テーパ面４１１を喰い込ませることにより、シャフト中心部４に固定してある。
なお、図１、図４等において、ロータシャフト３の周方向をＣで示し、図２、図３等において、ロータシャフト３の軸方向をＬで示す。

以下に、本例のロータシャフト３につき、図１〜図４と共に詳説する。
本例の回転電機１は、ハイブリッド車又は電気自動車に用いるモータ、ジェネレータ又はモータジェネレータである。
図３に示すごとく、本例のシャフト中心部４は、円筒断面形状を有しており、ロータ２及びステータ６を収容するハウジング１１に固定した主軸１２の外周に、当該シャフト中心部４の軸方向両端部における内周面に設けたベアリング１３を介して回転可能に配設される。また、シャフト中心部４は、その軸方向両端部における外周面に設けたベアリング１４を介してハウジング１１に回転可能に配設される。

図１〜図３に示すごとく、各分割外周部５０は、シャフト中心部４の径方向に向けて配置される板状部５２と、この板状部５２の外周側に一体形成された磁性体取付部５３とを備えている。板状部５２は、シャフト中心部４に締結する円弧断面形状の内周面を形成してなり、この内周面に上記係合凹部５１を形成してなる。磁性体取付部５３は、磁性体５４を取り付けるための円弧断面形状の外周面を形成してなる。磁性体取付部５３における外周面には、回転電機１における磁気回路を形成するための磁性体５４が取り付けられる。

また、シャフト中心部４と各分割外周部５０とを締結してなるロータ２は、ハウジング１１に固定したステータ６の内周側に配置される。
そして、回転電機１においては、ステータ６に配設した界磁巻線６１と、ロータ２に配設した磁性体５４とによって、ロータ２を回転させる磁気回路又は発電を行う磁気回路が形成される。

図１に示すごとく、各分割外周部５０は、シャフト外周部５を周方向Ｃに向けて等間隔に分割することにより、同じ大きさに形成されている。本例の分割外周部５０は、同じ大きさに４つに分割されている。そして、各分割外周部５０は、分割されたことによりその大きさが小さくなっており、鍛造プレス成形等によって製造することができる。
また、本例の分割外周部５０の係合凹部５１においては、凹部側テーパ面５１１は、係合凹部５１の周方向Ｃにおける両側の表面に形成してある。また、シャフト中心部４の係合凸部４１においては、凸部側テーパ面４１１は、係合凸部４１の周方向Ｃにおける両側の表面に形成してある。

図１、図２に示すごとく、本例のシャフト中心部４における係合凸部４１には、分割外周部５０における係合凹部５１が焼嵌めしてある。すなわち、シャフト中心部４と各分割外周部５０とを締結する前においては、分割外周部５０における係合凹部５１の周方向幅を、シャフト中心部４における係合凸部４１の周方向幅よりも小さくしてある。そして、分割外周部５０における係合凹部５１を加熱して膨張させた後、この係合凹部５１内に係合凸部４１を挿入し、係合凹部５１を冷やして収縮させることにより、係合凹部５１における凹部側テーパ面５１１と係合凸部４１における凸部側テーパ面４１１との間に焼嵌代を形成して、係合凹部５１を係合凸部４１に焼嵌めすることができる。

本例のロータシャフト３においては、シャフト外周部５の各分割外周部５０における内周面には、係合凹部５１を陥没形成し、シャフト中心部４の外周面には、係合凹部５１に嵌入する係合凸部４１を突出形成している。また、係合凹部５１の周方向Ｃの表面には、凹部側テーパ面５１１が形成してあり、係合凸部４１の周方向Ｃの表面には、凸部側テーパ面４１１が形成してある。そして、凹部側テーパ面５１１に凸部側テーパ面４１１を喰い込ませることにより、各分割外周部５０をシャフト中心部４に固定する。

そのため、回転電機１において、ステータ６に対して本例のロータシャフト３を用いたロータ２を回転させる際には、各分割外周部５０の係合凹部５１における凹部側テーパ面５１１に、シャフト中心部４の係合凸部４１における凸部側テーパ面４１１が喰い込み、シャフト中心部４に対する各分割外周部５０の周方向Ｃにおける締結強度を高く維持することができる。これにより、特に、ロータシャフト３を用いたロータ２を、高トルク又は高回転数で回転させる際でも、各分割外周部５０の周方向Ｃにおける締結強度を高く維持することができる。

それ故、本例のロータシャフト３によれば、シャフト中心部４に対するシャフト外周部５における各分割外周部５０の周方向Ｃにおける締結強度を高く維持することができる。

なお、凹部側テーパ面５１１及び凸部側テーパ面４１１のいずれか一方には、突起を形成し、他方には、突起を収容する凹部を形成することができる。この突起及び凹部は種々の形成状態とすることができ、例えば、図４に示すごとく、係合凹部５１の周方向Ｃにおける一方側に形成した凹部側テーパ面５１１に突起５１２を形成すると共に、他方側に形成した凹部側テーパ面５１１に凹部５１３を形成し、一方、係合凸部４１の周方向Ｃにおける一方側に形成した凸部側テーパ面４１１に、突起５１２を収容する凹部４１２を形成すると共に、他方側に形成した凸部側テーパ面４１１に、凹部５１３に収容される突起４１３を形成することができる。

また、図示は省略するが、係合凹部５１の周方向Ｃにおける両側に形成した各凹部側テーパ面５１１に突起をそれぞれ形成し、一方、係合凸部４１の周方向Ｃにおける両側に形成した各凸部側テーパ面４１１に凹部をそれぞれ形成することもできる。また、係合凹部５１の周方向Ｃにおける両側に形成した各凹部側テーパ面５１１に凹部をそれぞれ形成し、一方、係合凸部４１の周方向Ｃにおける両側に形成した各凸部側テーパ面４１１に突起をそれぞれ形成することもできる。
上記突起及び凹部を形成した場合には、凹部側テーパ面５１１及び凸部側テーパ面４１１において、凹部内に突起を配置して、各分割外周部５０がシャフト中心部４の軸方向Ｌに対してぐらついてしまうことを効果的に防止することができる。

（実施例２）
本例のロータシャフト３は、図５、図６に示すごとく、シャフト外周部５の各分割外周部５０における内周面に、径方向内方に向けて係合凸部５５を突出形成し、シャフト中心部４の外周面に、係合凸部５５を嵌入する係合凹部４５を径方向内方に向けて陥没形成してなる。また、係合凹部４５の周方向Ｃにおける両側の表面には、凹部側テーパ面４５１が形成してあり、係合凸部５５の周方向Ｃにおける両側の表面には、凸部側テーパ面５５１が形成してある。そして、シャフト中心部４の係合凸部５５における凸部側テーパ面５５１を、分割外周部５０の係合凹部４５における凹部側テーパ面４５１に喰い込ませることにより、各分割外周部５０をシャフト中心部４に固定する。

本例の回転電機１において、ステータ６に対して本例のロータシャフト３を用いたロータ２を回転させる際には、各分割外周部５０の係合凹部４５における凹部側テーパ面４５１に、シャフト中心部４の係合凸部５５における凸部側テーパ面５５１が喰い込み、シャフト中心部４に対する各分割外周部５０の周方向Ｃにおける締結強度を高く維持することができる。
本例においても、その他の構成は上記実施例１と同様であり、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。

実施例１における、シャフト中心部とシャフト外周部とを締結してなるロータシャフトを示す図で、図２におけるＡ−Ａ線矢視断面説明図。 実施例１における、シャフト中心部とシャフト外周部とを締結してなるロータシャフトを示す断面説明図。 実施例１における、ロータシャフトを用いたロータを回転電機に配設した状態を示す断面説明図。 実施例１における、シャフト中心部とシャフト外周部とを締結してなる他のロータシャフトを拡大して示す断面説明図。 実施例２における、シャフト中心部とシャフト外周部とを締結してなるロータシャフトを示す図で、図６におけるＡ−Ａ線矢視断面説明図。 実施例２における、シャフト中心部とシャフト外周部とを締結してなるロータシャフトを示す断面説明図。 従来例における、シャフト中心部とシャフト外周部とを締結してなるロータシャフトを示す断面説明図。

符号の説明

１ 回転電機
２ ロータ
３ ロータシャフト
４ シャフト中心部
４１ 係合凸部
４１１ 凸部側テーパ面
５ シャフト外周部
５０ 分割外周部
５１ 係合凹部
５１１ 凹部側テーパ面
５２ 板状部
５３ 磁性体取付部
５４ 磁性体
Ｌ 軸方向
Ｃ 周方向

Claims (3)

1. 回転電機のロータに用いるロータシャフトにおいて、
   該ロータシャフトは、シャフト中心部と、該シャフト中心部の外周側に配設し、磁気回路を形成するための磁性体を取り付けるシャフト外周部とに分割してあり、
   該シャフト外周部は、その周方向に向けて複数の分割外周部に分割してあり、該各分割外周部における内周面には、径方向外方に向けて係合凹部が陥没形成してあり、該係合凹部には、上記シャフト中心部の外周面から径方向外方に向けて突出形成した係合凸部が嵌入してあり、
   互いに隣接する上記分割外周部の周方向端面同士の間には、隙間が形成されており、
   上記係合凹部は、その周方向の両側の表面に、周方向幅を径方向外方に向けて拡大させてなる凹部側テーパ面を形成してなり、上記係合凸部は、その周方向の両側の表面に、上記凹部側テーパ面と対面する凸部側テーパ面を形成してなり、
   上記各分割外周部は、焼嵌めによって上記凹部側テーパ面に上記凸部側テーパ面を喰い込ませることにより、上記シャフト中心部に固定してあることを特徴とするロータシャフト。
2. 回転電機のロータに用いるロータシャフトにおいて、
   該ロータシャフトは、シャフト中心部と、該シャフト中心部の外周に配設し、磁気回路を形成するための磁性体を取り付けるシャフト外周部とに分割してあり、
   該シャフト外周部は、その周方向に向けて複数の分割外周部に分割してあり、該各分割外周部における内周面には、径方向内方に向けて係合凸部が突出形成してあり、該係合凸部は、上記シャフト中心部の外周面から径方向内方に向けて陥没形成した係合凹部に嵌入してあり、
   互いに隣接する上記分割外周部の周方向端面同士の間には、隙間が形成されており、
   上記係合凹部は、その周方向の両側の表面に、周方向幅を径方向外方に向けて拡大させてなる凹部側テーパ面を形成してなり、上記係合凸部は、その周方向の両側の表面に、上記凹部側テーパ面と対面する凸部側テーパ面を形成してなり、
   上記各分割外周部は、焼嵌めによって上記凸部側テーパ面を上記凹部側テーパ面に喰い込ませることにより、上記シャフト中心部に固定してあることを特徴とするロータシャフト。
3. 請求項１又は２において、上記凹部側テーパ面及び上記凸部側テーパ面のいずれか一方には、突起が形成してあり、他方には、上記突起を収容する凹部が形成してあることを特徴とするロータシャフト。

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