JP4962280B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

この発明は、一般的には、回転電機に関し、より特定的には、ロータコアとして積層された複数枚の電磁鋼板を備える回転電機に関する。

従来の回転電機に関して、たとえば、特開２００５−１６８０７４号公報には、シャフトによりエンドプレートを確実に固定することを目的とした回転電機が開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示された回転電機は、シャフトと、ロータコアと、エンドプレートとを備える。ロータコアは、複数の電磁鋼板をシャフトの回転軸方向に積層した構造からなる。エンドプレートは、ロータコアの端面に配設される。シャフトのつばが、回転軸方向から径方向に湾曲されることによって、エンドプレートの内周端部がかしめられる。

また、特開２００７−１３５３７１号公報には、バランス機能を有し、かつ小型化された回転電機のロータが開示されている（特許文献２）。特許文献２に開示された回転電機のロータは、ロータシャフトに係合してエンドプレートを保持するかしめプレートを備える。ロータシャフトには、軸方向に延びるキー溝と、キー溝に直交するように延びる円周溝とが形成されている。かしめプレートのキー溝用凸部がキー溝に嵌め合わされ、かしめプレートの円周溝用凸部が円周溝に嵌め合わされている。
特開２００５−１６８０７４号公報 特開２００７−１３５３７１号公報

上述の特許文献１では、回転電機のロータコアとして、積層された複数枚の電磁鋼板が使用されており、この電磁鋼板を固定するためにエンドプレートをかしめ固定する構造が用いられている。このような構造においては、エンドプレートのかしめ工程時に、エンドプレートに対して電磁鋼板の積層方向にかしめ力が加わる。しかしながら、かしめ力が作用する位置と、エンドプレートおよび電磁鋼板が接触する位置との関係によっては、かしめ力によって、エンドプレートの外周端部が電磁鋼板から浮いた状態でエンドプレートが固定されるおそれがある。この場合、電磁鋼板の固定に対して高い信頼性を得ることができない。

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、ロータコアの固定に対する信頼性が向上された回転電機を提供することである。

この発明に従った回転電機は、回転するロータシャフトと、ロータコアと、エンドプレートとを備える。ロータコアは、ロータシャフトの回転軸方向の一方端に配置された端面を有する。ロータコアは、ロータシャフトの外周上に嵌め合わされる。エンドプレートは、ロータシャフトの外周上に嵌め合わされ、ロータコアの端面に当接する。ロータシャフトは、かしめ爪部を有する。かしめ爪部は、ロータシャフトの回転軸に対して外周側に曲げられ、エンドプレートおよびロータコアに対してロータシャフトの回転軸方向に力を作用させながら、エンドプレートを係止する。ロータシャフトの回転軸を中心に半径方向に延びる線上において、かしめ爪部とエンドプレートとが接触する位置の最も内側の半径は、エンドプレートと端面とが当接する位置の最も内側の半径よりも大きい。

このように構成された回転電機によれば、かしめ爪部によるエンドプレートの係止時、かしめ爪部からエンドプレートに力が作用する位置が、エンドプレートとロータコアの端面とが当接する位置よりも外周側となる。これにより、エンドプレートをロータコアの端面から浮き上がらせることなく、かしめ爪部によってエンドプレートを係止することができる。これにより、ロータコアをより確実にロータシャフトに対して固定することができる。

また好ましくは、エンドプレートは、ロータシャフトの回転軸に対して傾斜し、かしめ爪部に係止される係止部と、係止部よりもかしめ爪部の根元側に対向して配置され、係止部を延長した面上よりもかしめ爪部から遠ざかる方向に切り欠かれたヌスミ部とを有する。このように構成された回転電機によれば、かしめ爪部によるエンドプレートの係止時、かしめ爪部を係止部に接触させるとともに、かしめ爪部とヌスミ部とをより確実に非接触の状態とできる。これにより、かしめ爪部とエンドプレートとが接触する位置の最も内側の半径がエンドプレートと端面とが当接する位置の最も内側の半径よりも大きい構成を得ることができる。

また好ましくは、ロータコアは、ロータシャフトの回転軸方向に積層された複数枚の電磁鋼板を有する。このように構成された回転電機によれば、電磁鋼板の積層体から構成されるロータコアは曲げ変形が生じ易いため、ロータコアが確実にロータシャフトに固定される本願発明がより有効に適用される。

以上説明したように、この発明に従えば、ロータコアの固定に対する信頼性が向上された回転電機を提供することができる。

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

図１は、ハイブリッド自動車に搭載されるトランスアクスルを模式的に表わす断面図である。図１中のトランスアクスルを搭載するハイブリッド自動車は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関と、充放電可能な２次電池（バッテリ）から電力供給されるモータとを動力源とする。

図１を参照して、トランスアクスルは、モータジェネレータ１０を有する。モータジェネレータ１０は、電動機もしくは発電機としての機能を有する回転電機である。モータジェネレータ１０は、図示しないケース体に収容されている。

モータジェネレータ１０は、ロータシャフト１１、ロータコア１２およびステータ１３を有する。ロータシャフト１１は、軸受けを介して図示しないモータケースに対して回転自在に支持されている。ロータコア１２は、ロータシャフト１１に固定されている。ロータシャフト１１は、ロータコア１２と一緒になって仮想軸である中心軸１０１を中心に回転する。ステータ１３は、図示しないモータケースに固定されている。ステータ１３は、ロータコア１２の外周上を取り囲むように設けられている。ロータシャフト１１は、複数の歯車を含んで構成された減速機構１４に接続されている。

ロータシャフト１１は、外周面４１を有する。外周面４１は、中心軸１０１を中心とする円筒の外周面の形状を有する。ロータコア１２は、外周面４１上に嵌め合わされている。ロータコア１２は、中心軸１０１の軸方向に沿って円筒状に延びる形状を有する。ロータコア１２は、中心軸１０１の軸方向に積層された複数枚の電磁鋼板２６から形成されている。電磁鋼板２６は、円板形状を有する。電磁鋼板２６の一枚一枚は、薄板であり、一方の周縁を把持した場合に他方の周縁が鉛直下方向に垂れる程度の厚みに形成されている。ロータコア１２は、端面２７を有する。端面２７は、中心軸１０１の軸方向における一方端に配置され、中心軸１０１に直交する平面内で環状に延在する。

なお、ロータコア１２は、電磁鋼板に限定されず、たとえば圧粉磁心等の磁性材料から形成されてもよい。

モータジェネレータ１０は、エンドプレート３１を有する。エンドプレート３１は、中心軸１０１に直交する平面内で環状に延在する円板形状を有する。エンドプレート３１は、外周面４１上に嵌め合わされている。エンドプレート３１は、端面２７に当接して設けられている。ロータコア１２は、エンドプレート３１と、ロータシャフト１１の鍔部分に支持されたエンドプレート３６との間に挟持されている。

モータジェネレータ１０は、複数の永久磁石２２を有する。ロータコア１２には、複数の孔２１が形成されている。複数の孔２１は、中心軸１０１を中心とする周方向に互いに間隔を隔てて、中心軸１０１の軸方向に延びて形成されている。永久磁石２２は、孔２１に挿入されている。永久磁石２２は、孔２１に充填された樹脂あるいは永久磁石２２の外表面に塗布された接着剤により、孔２１内に保持されている。モータジェネレータ１０は、永久磁石２２がロータコア１２に埋設されるＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータである。モータジェネレータ１０は、これに限らず、ロータ表面に磁石が貼り付けられるＳＰＭ（surface permanent magnet）モータであってもよい。

ステータ１３には、図示しないＵ相、Ｖ相およびＷ相コイルが巻回されている。これら各相コイルに対応する端子が、インバータ１７を介してバッテリ１８に電気的に接続されている。インバータ１７は、バッテリ１８からの直流電流をモータ駆動用の交流電流に変換するとともに、回生ブレーキにより発電された交流電流を、バッテリ１８に充電するための直流電流に変換する。

モータジェネレータ１０から出力された動力は、減速機構１４からディファレンシャル機構１５を介してドライブシャフト受け部１６に伝達される。ドライブシャフト受け部１６に伝達された動力は、ドライブシャフトを介して図示しない車輪に回転力として伝達される。

一方、ハイブリッド車両の回生制動時には、車輪は車体の慣性力により回転させられる。車輪からの回転力によりドライブシャフト受け部１６、ディファレンシャル機構１５および減速機構１４を介してモータジェネレータ１０が駆動される。このとき、モータジェネレータ１０が発電機として作動する。モータジェネレータ１０により発電された電力は、インバータ１７を介してバッテリ１８に蓄えられる。

図２は、図１中の２点鎖線ＩＩで囲まれた範囲を拡大して示す断面図である。図１および図２を参照して、ロータシャフト１１は、かしめ爪部４２を有する。かしめ爪部４２は、エンドプレート３１の内周面３４に隣接して配置されている。かしめ爪部４２は、中心軸１０１を中心とする半径方向に薄肉の厚みを有する。かしめ爪部４２は、中心軸１０１の軸方向において内周面４１の延長上に設けられている。かしめ爪部４２は、中心軸１０１の軸方向に直線状に延在し、その先端で外周側に曲げられた形状を有する。かしめ爪部４２が曲げられる形状は、屈曲であっても湾曲であってもよい。本実施の形態では、かしめ爪部４２が、中心軸１０１を中心とする全周において図２中に示す断面形状を有する。

かしめ爪部４２の曲げられた先端は、エンドプレート３１およびロータコア１２に対して中心軸１０１の軸方向に力を作用させながら、エンドプレート３１を係止する。このような構成により、エンドプレート３１がロータシャフト１１に対して固定され、その結果、中心軸１０１の軸方向におけるロータコア１２の移動が規制されている。

エンドプレート３１とかしめ爪部４２とが接触する位置の最も内側の半径Ｒ１は、エンドプレート３１と端面２７とが当接する位置の最も内側の半径Ｒ２よりも大きい。すなわち、エンドプレート３１と端面２７とが当接する位置は、エンドプレート３１とかしめ爪部４２とが接触する位置よりもさらに内周側に及んでいる。

かしめ爪部４２によるエンドプレート３１のかしめ構造についてより詳細に説明すると、本実施の形態では、エンドプレート３１の内周面３４と端面２７とが交差する位置に、エンドプレート３１と端面２７とが当接する位置の最も内側が存在する。エンドプレート３１は、係止部３２およびヌスミ部３３を有する。係止部３２は、かしめ爪部４２の先端側に対向して配置され、ヌスミ部３３は、かしめ爪部４２の根元側に対向して配置されている。ヌスミ部３３は、エンドプレート３１の内周面３４から連なり、さらに係止部３２はヌスミ部３３から連なる。係止部３２は、ヌスミ部３３から中心軸１０１に対して外周側に傾斜して延在するテーパ面から形成されている。ヌスミ部３３は、係止部３２を延長した仮想面１０２よりも、かしめ爪部４２から離間する方向に切り欠かれた形状を有する。ヌスミ部３３は、係止部３２よりも小さい角度で、中心軸１０１に対して外周側に傾斜して延在するテーパ面から形成されている。

このような構成により、かしめ爪部４２の曲げられた先端と係止部３２とが接触し、エンドプレート３１が係止される。一方、かしめ爪部４２とヌスミ部３３とは、非接触の状態となり、エンドプレート３１とかしめ爪部４２とが接触する位置をより外周側に設定することが可能となる。これにより、エンドプレート３１とかしめ爪部４２とが接触する位置の最も内側の半径Ｒ１が、エンドプレート３１と端面２７とが当接する位置の最も内側の半径Ｒ２よりも大きくなる構成を得ることができる。

なお、ヌスミ部３３は、図２中に示す形状に限らず、たとえば中心軸１０１の軸方向に一定の直径を有するように切り欠かれた形状を有してもよい。係止部３２は、湾曲面から形成されてもよい。係止部３２が湾曲面から形成される場合、ヌスミ部３３は、係止部３２の接線方向の延長面よりも退避した形状を有すればよい。

図３は、図２中のエンドプレートのかしめ工程を示す断面図である。図３を参照して、エンドプレート３１のかしめ工程の前、かしめ爪部４２は、中心軸１０１の軸方向に直線状に延在する形状を有する。かしめ治具５１の湾曲面５２をかしめ爪部４２に接触させながら、かしめ治具５１を中心軸１０１の軸方向に移動させる。かしめ爪部４２の先端が、湾曲面５２に案内されて外周側に折り曲げられ、そのかしめ爪部４２の先端によってエンドプレート３１が係止される。

このかしめ工程時に奏される作用、効果を説明するため、まず比較例のモータジェネレータを例に挙げて問題となる点を説明する。図４は、比較例のモータジェネレータのかしめ工程を示す断面図である。図５は、比較例のモータジェネレータにおいて電磁鋼板が変形する様子を示す図である。図５（Ｂ）には、図５（Ａ）中のＢ−Ｂ線上に沿った断面が示されている。

図４および図５を参照して、この比較例では、かしめ工程時、かしめ爪部４２からエンドプレート３１にかしめ力が作用する位置が、エンドプレート３１と端面２７とが当接する位置よりも内周側になる。この場合に、かしめ爪部４２からエンドプレート３１にかしめ力が作用する位置を力点、エンドプレート３１と端面２７とが当接する位置を支点と考えると、てこの原理により、かしめ力を受けたエンドプレート３１の外周端が端面２７から浮いた状態となる。このような状態でエンドプレート３１がかしめられると、ロータシャフト１１の回転時に永久磁石２２が電磁力や遠心力によって外周側に向かい、これに伴って電磁鋼板２６に外周方向への伸びや中心軸１０１の軸方向への曲げ変形が生じる。

図２を参照して、これに対して、本実施の形態では、エンドプレート３１とかしめ爪部４２とが接触する位置の最も内側の半径Ｒ１が、エンドプレート３１と端面２７とが当接する位置の最も内側の半径Ｒ２よりも大きい構成により、かしめ工程時にエンドプレート３１の外周端に開きが発生するということがない。この結果、端面２７に対してエンドプレート３１を偏りなく面接触させた状態で、かしめ工程を行なうことができる。

図６は、かしめ爪部の変形例を示すロータシャフトの端面図である。図２および図６を参照して、本変形例では、かしめ爪部４２が、中心軸１０１を中心とする周方向に間隔を隔てて複数設けられている。このような構成においては、中心軸１０１を中心に半径方向に延びる線上において、かしめ爪部４２とエンドプレート３１とが接触する位置の最も内側の半径Ｒ１が、エンドプレート３１と端面２７が当接する位置の最も内側の半径Ｒ２よりも大きく設定される。

この発明の実施の形態における回転電機としてのモータジェネレータ１０は、回転するロータシャフト１１と、ロータコア１２と、エンドプレート３１とを備える。ロータコア１２は、ロータシャフト１１の回転軸方向の一方端に配置された端面２７を有する。ロータコア１２は、ロータシャフト１１の外周上に嵌め合わされる。エンドプレート３１は、ロータシャフト１１の外周上に嵌め合わされ、ロータコア１２の端面２７に当接する。ロータシャフト１１は、かしめ爪部４２を有する。かしめ爪部４２は、ロータシャフト１１の回転軸に対して外周側に曲げられ、エンドプレート３１およびロータコア１２に対してロータシャフト１１の回転軸方向に力を作用させながら、エンドプレート３１を係止する。ロータシャフト１１の回転軸を中心に半径方向に延びる線上において、かしめ爪部４２とエンドプレート３１とが接触する位置の最も内側の半径Ｒ１は、エンドプレート３１と端面２７とが当接する位置の最も内側の半径Ｒ２よりも大きい。

このように構成された、この発明の実施の形態におけるモータジェネレータ１０によれば、ロータコア１２をより確実にロータシャフト１１に対して固定することができる。これにより、ロータシャフト１１の回転時において電磁鋼板２６の変形を防ぎ、ロータコア１２の耐久性を向上させることができる。

なお、本実施の形態では、本発明における回転電機をハイブリッド自動車に搭載されるモータジェネレータに適用した場合を説明したが、これに限られず、電気自動車に搭載されるモータや、一般的な産業用モータに適用してもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

ハイブリッド自動車に搭載されるトランスアクスルを模式的に表わす断面図である。 図１中の２点鎖線ＩＩで囲まれた範囲を拡大して示す断面図である。 図２中のエンドプレートのかしめ工程を示す断面図である。 比較例のモータジェネレータのかしめ工程を示す断面図である。 比較例のモータジェネレータにおいて電磁鋼板が変形する様子を示す図である。 かしめ爪部の変形例を示すロータシャフトの端面図である。

符号の説明

１０ モータジェネレータ、１１ ロータシャフト、１２ ロータコア、２６ 電磁鋼板、２７ 端面、３１ エンドプレート、３２ 係止部、３３ ヌスミ部、４２ かしめ爪部。

Claims (3)

1. 回転するロータシャフトと、
   前記ロータシャフトの回転軸方向の一方端に配置された端面を有し、前記ロータシャフトの外周上に嵌め合わされるロータコアと、
   前記ロータシャフトの外周上に嵌め合わされ、前記端面に当接するエンドプレートとを備え、
   前記ロータシャフトは、前記ロータシャフトの回転軸に対して外周側に曲げられ、前記エンドプレートおよび前記ロータコアに対して前記ロータシャフトの回転軸方向に力を作用させながら、前記エンドプレートを係止するかしめ爪部を有し、
   前記ロータシャフトの回転軸を中心に半径方向に延びる線上において、前記かしめ爪部と前記エンドプレートとが接触する位置の最も内側の半径は、前記エンドプレートと前記端面とが当接する位置の最も内側の半径よりも大きい、回転電機。
2. 前記エンドプレートは、前記ロータシャフトの回転軸に対して傾斜し、前記かしめ爪部に係止される係止部と、前記係止部よりも前記かしめ爪部の根元側に対向して配置され、前記係止部を延長した面上よりも前記かしめ爪部から遠ざかる方向に切り欠かれたヌスミ部とを有する、請求項１に記載の回転電機。
3. 前記ロータコアは、前記ロータシャフトの回転軸方向に積層された複数枚の電磁鋼板を有する、請求項１または２に記載の回転電機。

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