JP5945485B2

JP5945485B2 - 回転電機用ロータ

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Publication number: JP5945485B2
Application number: JP2012208598A
Authority: JP
Inventors: 康行内田; 亜富荒川; 義忠山岸; 彰一南
Original assignee: Toyota Motor Corp; Otics Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Otics Corp
Priority date: 2012-09-21
Filing date: 2012-09-21
Publication date: 2016-07-05
Anticipated expiration: 2032-09-21
Also published as: JP2014064409A

Description

本発明は、軸方向を中心に回転するロータシャフトと、該ロータシャフトの外周に嵌合固定された環状の磁性部材とを有する回転電機用ロータに関する。

例えば、ハイブリッド車、電気自動車等に用いるモータ、ジェネレータ、モータジェネレータ等の回転電機等においては、界磁巻線を設けたステータの内周側に、図１４に示すような、磁性回路を形成するための磁性部材９２を設けた回転電機用ロータ９を回転可能に配置している。
上記回転電機用ロータ９は、軸方向を中心に回転するロータシャフト９１と、該ロータシャフト９１の外周に嵌合固定された環状の磁性部材９２と、該磁性部材９２の軸方向両側に配された一端側エンドプレート９３及び他端側エンドプレート９４と、上記一端側エンドプレート９３を他端側に押圧しつつ、ロータシャフト９１にかしめ固定されたかしめ部材９５とを有する（特許文献１）。

上記ロータシャフト９１は、一端側エンドプレート９３と磁性部材９２と他端側エンドプレート９４とに挿嵌されている。
そして、他端側エンドプレート９４はロータシャフト９１における係止部９６に支承され、一端側エンドプレート９３は上記かしめ部材９５に押圧されている。
これにより、一端側エンドプレート９３と他端側エンドプレート９４とによって磁性部材９２は軸方向に狭持された状態でロータシャフト９１に固定されている。

また、上記ロータシャフト９１には、磁性部材９２をロータシャフト９１に対する回転方向の角度位置を所定の角度位置に位置決めするためのキー溝９７が形成され、磁性部材９２の一部をキー溝９７に係合させることで、ロータシャフト９１に対する磁性部材９２の位置合わせを行っている。

特開２００９−７２０４４号公報

しかしながら、回転電機用ロータ９の回転トルクが大きくなると、上記磁性部材９２が上記ロータシャフト９１から回転方向にずれてしまうおそれがある。
すなわち、上記ロータシャフト９１の外周面は軸方向に直交する断面形状が円形であるため、一端側エンドプレート９３と磁性部材９２と他端側エンドプレート９４による上記磁性部材９２のロータシャフト９１への固定は摩擦力によるものであって、大きな回転トルクに対する固定力には限界がある。
ここで、上記キー溝９７は基本的に位置合わせの機能を有するのみであり、大きな回転トルクに対する上記磁性部材９２の回り止めを期待できない。

また、一端側エンドプレート９３、他端側エンドプレート９４及びかしめ部材９５とロータシャフト９１との間に締め代を設定しても、大きな締結力を得にくい。
また、上記一端側エンドプレート９３又は上記他端側エンドプレート９４と上記磁性部材９２との間におけるすべりが生じるおそれもある。

さらに、上記一端側エンドプレート９３と他端側エンドプレート９４とかしめ部材９５とによって、上記磁性部材９２をロータシャフト９１に固定しているため、部品点数が多くなってしまうという問題が生じる。

また、上記ロータシャフト９１と磁性部材９２との間に締め代を設定して、磁性部材９２を直接ロータシャフト９１にかしめ固定することも考えられるが、上記磁性部材９２は厚みが０．３ｍｍ程度の電磁鋼板の積層体であるため、大きなかしめ力を得にくい。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、回転トルクに対するロータシャフトと磁性部材との間の固定力に優れると共に、部品点数を少なくすることができる回転電機用ロータ提供しようとするものである。

本発明は、軸方向を中心に回転するロータシャフトと、該ロータシャフトの外周に直接嵌合固定された環状の磁性部材とを有する回転電機用ロータであって、
上記磁性部材は複数の電磁鋼板を上記軸方向に積層してなり、
上記ロータシャフトにおける上記磁性部材を嵌合させる取付部は、上記軸方向に直交する断面の外周輪郭が略多角形であり、
上記磁性部材は、上記ロータシャフトを挿嵌する挿嵌孔の内周輪郭が上記ロータシャフトにおける上記取付部の上記外周輪郭に外接すると共に、上記挿嵌孔の内周面が上記ロータシャフトの上記取付部における上記略多角形の各辺を構成する面に面接触した面接触部を形成した状態で、上記ロータシャフトの上記取付部に嵌合固定されており、
上記挿嵌孔の上記内周輪郭と上記取付部の上記外周輪郭との間には、部分的にクリアランス部が形成されており、
該クリアランス部は、上記ロータシャフトの上記取付部の上記外周輪郭における略多角形の頂部の外側と、上記外周輪郭における略多角形の辺部の中央部の外側とに形成され、
上記ロータシャフトの上記取付部の上記外周輪郭における略多角形の上記辺部における上記中央部の両脇に上記面接触部が形成されていることを特徴とする回転電機用ロータにある（請求項１）。

本発明の回転電機用ロータにおいて、上記ロータシャフトにおける上記取付部は、上記軸方向に直交する断面の外周輪郭が略多角形である。
そして、上記磁性部材における上記挿嵌孔は、その内周輪郭が上記取付部の上記外周輪郭に外接すると共に、上記面接触部を形成した状態で、上記取付部に嵌合固定される。

これにより、上記ロータシャフトと磁性部材とは回転方向と交差する上記面接触部において、互いに係合することとなる。それゆえ、上記ロータシャフトと上記磁性部材との間の回転方向の固定機構を構造的な締結機構とすることができる。
その結果、大きな回転トルクに対しても、上記ロータシャフトと磁性部材との間にすべりを生じることなく両者を固定することができる。
また、従来の上記一端側エンドプレート、上記他端側エンドプレート及び上記かしめ部材が不要となるため、部品点数を少なくすることができる。

また、上記ロータシャフトにおける上記取付部の外周輪郭の形状の多角形化により、上記磁性部材の挿嵌孔への嵌入時の位置決めが可能となるため、キー溝の加工が不要となり、回転電機用ロータの生産性を向上することができる。

以上のごとく、本発明によれば、回転トルクに対するロータシャフトと磁性部材との間の固定力に優れると共に、部品点数を少なくすることができる回転電機用ロータを提供できる。

実施例１における、回転中心軸を含む平面による回転電機用ロータの断面図。図１のＡ−Ａ断面説明図。図２のＣ範囲の拡大図。実施例１における、ロータシャフトの取付部の断面説明図。実施例１における、磁性部材の断面説明図。実施例２における、回転電機用ロータの断面説明図。図６のＤ範囲の拡大図。実施例２における、ロータシャフトの取付部の断面説明図。実施例２における、磁性部材の断面説明図。実施例３における、回転電機用ロータの断面説明図。図１０のＥ範囲の拡大図。実施例３における、ロータシャフトの取付部の断面説明図。実施例３における、磁性部材の断面説明図。従来における、回転電機用ロータの断面説明図。

本発明において、上記挿嵌孔の上記内周輪郭と上記取付部の上記外周輪郭との間には、部分的にクリアランス部が形成されている。
これにより、上記磁性部材と上記ロータシャフトとの嵌合を容易にできる。
また、上記ロータシャフト及び上記磁性部材における上記クリアランス部に面する部分については精度を上げる必要が特になく、表面加工を施す必要が特にない。そのため生産性の向上も図ることができる。

また、上記クリアランス部は、上記取付部の上記外周輪郭における略多角形の頂部の外側に形成されている。
これにより、上記磁性部材に上記ロータシャフトを嵌合する際に、上記頂部が、上記磁性部材に干渉することを防ぎ、嵌合を容易にできる。

また、上記クリアランス部は、上記取付部の上記外周輪郭における略多角形の辺部の中央部の外側に形成され、上記辺部における上記中央部の両脇に上記面接触部が形成されている。
これにより、上記ロータシャフトと上記磁性部材との嵌合を容易にすることとともに生産性を向上させつつ、耐回転トルク性を向上することができる。
すなわち、上記略多角形の各辺部において、中央部よりもその両脇の方が回転中心からの距離が長いため、中央部よりも両脇に面接触部を形成した方が耐回転トルク性を向上しやすい。
その一方、辺部の中央部にクリアランス部を設けて、上記ロータシャフトと上記磁性部材との嵌合を容易にすることができ、生産性の向上も図ることができる。

また、上記面接触部は、ロータシャフトの回転軸を中心とする回転対称となる複数箇所に形成してなる（請求項２）。
この場合には、回転電機用ロータの回転方向の全周にわたって均等に面接触部が形成されるため、回転トルクに対する上記磁性部材と上記ロータシャフトとの締結力を向上することができる。

また、上記挿嵌孔は、上記外周輪郭におけるすべての辺をそれぞれ構成する面との間に、上記面接触部を形成してなることが好ましい（請求項３）。
この場合には、上記ロータシャフトと上記磁性部材との間において、上記面接触部を多数の箇所に形成しやすく、締結力の向上をはかることができる。

また、上記外周輪郭及び上記内周輪郭は、上記ロータシャフトの回転軸を中心とする回転対称の形状を有することが好ましい（請求項４）。
この場合には、上記ロータシャフトと上記磁性部材との間に、回転方向に均等に回転トルクが作用し、回転トルクに対する締結力を向上させることができる。

すなわち、環状の上記磁性部材の上記挿嵌孔と、該挿嵌孔に嵌入する上記ロータシャフトの上記取付部の外周輪郭とを回転軸を中心とする回転対称の形状をなす略多角形状とすることで、上記面接触部に対して均等にトルク保持をさせることができ、耐回転トルク性を高めることができる。

また、上記取付部と上記挿嵌孔とは、上記面接触部において、径方向の締め代を設定した状態で嵌合していることが好ましい（請求項５）。
この場合には、上記ロータシャフトと上記磁性部材とをより強固に固定することができ、回転トルクに対する両者の締結力をより高めることができる。
さらに、上記面接触部に径方向の締め代を設定することで、上記磁性部材が上記ロータシャフトに対して軸方向へずれることを、効果的に防ぐことできる。

また、上記磁性部材は複数の電磁鋼板を上記軸方向に積層してなる。
これにより、上記磁性部材を容易かつ低コストにて形成できる。

（実施例１）
本発明の実施例にかかる回転電機用ロータにつき図１〜図５を用いて説明する。
本例の回転電機用ロータ１は、図１、図２に示すごとく、軸方向を中心に回転するロータシャフト２と、該ロータシャフト２の外周に嵌合固定された環状の磁性部材３とを有する。

ロータシャフト２における磁性部材３を嵌合させる取付部２０は、軸方向に直交する断面の外周輪郭２０１が正六角形である。
磁性部材３は、ロータシャフト２を挿嵌する挿嵌孔３０の内周輪郭３０１が取付部２０の外周輪郭２０１に外接すると共に、挿嵌孔３０の内周面３０２が取付部２０における正六角形の各辺を構成する面に面接触した面接触部１１を形成した状態で、取付部２０に嵌合固定されている。

図２及び図３に示すごとく、挿嵌孔３０の内周輪郭３０１と取付部２０の外周輪郭２０１との間には、部分的にクリアランス部１２が形成されている。クリアランス部１２は、取付部２０の外周輪郭２０１における正六角形の頂部２０２の外側と、取付部２０の外周輪郭２０１における略多角形の辺部２１１の中央部２１２の外側とに形成されている。
以下において、頂部２０２の外側のクリアランス部１２を頂部クリアランス部１２１、辺部２１１の中央部２１２の外側のクリアランス部１２を辺部クリアランス部１２２という。
また、辺部２１１における中央部２１２の両脇に面接触部１１が形成されている。面接触部１１は、ロータシャフト２の回転軸を中心とする回転対称となる複数箇所（１２箇所）に形成してなる。

挿嵌孔３０は、外周輪郭２０１におけるすべての辺をそれぞれ構成する面との間に、面接触部１１を形成してなる。
外周輪郭２０１及び内周輪郭３０１は、ロータシャフト２の回転軸を中心とする回転対称の形状を有する。

取付部２０と挿嵌孔３０とは、面接触部１１において、径方向の締め代を設定した状態で嵌合している。
磁性部材３は複数の電磁鋼板３１を軸方向に積層してなる。
取付部２０と挿嵌孔３０とは、面接触部１１を構成する部分に、必要に応じて表面加工が施され、その寸法精度が高められている。

図４に示すごとく、ロータシャフト２における取付部２０の外周輪郭２０１は上述のごとく、正六角形状に形成されている。
また、図５に示すごとく、磁性部材３における挿嵌孔３０の内周輪郭３０１は外周輪郭２０１の外接円よりも半径の小さい円の一部である複数の円弧部３０３と、外周輪郭２０１に外接する直線状の複数の外接部３０７と、外周輪郭部２０１の頂部２０２に対向配置される略円状の複数の逃がし部３０５とからなる。
なお、逃がし部３０５と外接部３０７、円弧部３０３と外接部３０７は互いに曲線状につながっており、例えば、その曲線部分は、本例では曲率半径が１ｍｍ以上で設定される。

そして、磁性部材３の挿嵌孔３０に対し、ロータシャフト２の取付部２０を挿嵌することにより、回転電機用ロータシャフト１が得られる。
その際に、図３に示すごとく、挿嵌孔３０の内周輪郭３０１の各外接部３０７と、取付部２０の外周輪郭２０１の各辺部２１１とが面接触して、１２箇所の面接触部１１を形成することにより、ロータシャフト２と磁性部材３とが嵌合固定される。
ここで、同図に示すごとく、内周輪郭３０１には略円状の逃がし部３０５が形成されるため、磁性部材３の内周面３０２に取付部２０の頂部２０２が接触せず、ロータシャフト２と磁性部材３との挿嵌後にその空間が頂部クリアランス部１２１として形成される。

また、挿嵌孔３０の環状の内周輪郭３０１と、取付部２０の外周輪郭２０１の辺部２１１の中央部２１２とは面接触せず、ロータシャフト２と磁性部材３との挿嵌後にその空間が辺部クリアランス部１２２として形成される。
なお、上述のごとく、取付部２０と挿嵌部３０とは面接触部１１において、径方向の締め代が設定された状態で締結される。

次に、本例の作用効果につき説明する。
本発明の回転電機用ロータ１において、ロータシャフト２における取付部２０は、軸方向に直交する断面の外周輪郭２０１が正六角形である。
そして、磁性部材３における挿嵌孔３０は、その内周輪郭３０１が取付部２０の外周輪郭２０１に外接すると共に、面接触部１１を形成した状態で、取付部２０に嵌合固定される。

これにより、ロータシャフト２と磁性部材３とは回転方向と交差する面接触部１１において、互いに係合することとなる。それゆえ、ロータシャフト２と磁性部材３との間の回転方向の固定機構を構造的な締結機構とすることができる。
その結果、大きな回転トルクに対しても、ロータシャフト２と磁性部材３との間にすべりを生じることなく両者を固定することができる。
また、従来の一端側エンドプレート、他端側エンドプレート及びかしめ部材が不要となるため、部品点数を少なくすることができる。

また、ロータシャフト２における取付部２０の外周輪郭２０１の形状の多角形化により、磁性部材３の挿嵌孔３０への嵌入時の位置決めが可能となるため、キー溝の加工が不要となり、回転電機用ロータ１の生産性を向上することができる。

挿嵌孔３０の内周輪郭３０１と取付部２０の外周輪郭２０１との間には、部分的にクリアランス部１２が形成されている。
これにより、磁性部材３とロータシャフト２との嵌合を容易にできる。
また、ロータシャフト２及び磁性部材３におけるクリアランス部１２に面する部分については精度を上げる必要が特になく、表面加工を施す必要が特にない。そのため生産性の向上も図ることができる。

また、クリアランス部１２には、上記頂部クリアランス部１２１がある。
これにより、磁性部材３にロータシャフト２を嵌合する際に、頂部２０２が磁性部材３に干渉することを防ぎ、嵌合を容易にできる。

また、クリアランス部１２には、上記辺部クリアランス部１２２もある。そして、辺部２１１における中央部２１２の両脇に面接触部１１が形成されている。
これにより、ロータシャフト２と磁性部材３との嵌合を容易にすることとともに生産性を向上させつつ、耐回転トルク性を向上することができる。
すなわち、略多角形の各辺部２１１において、中央部２１２よりもその両脇の方が回転中心からの距離が長い。それゆえ、中央部２１２よりも両脇に面接触部１１を形成した方が耐回転トルク性を向上しやすい。
その一方、辺部２１１の中央部２１２に辺部クリアランス部１２２を設けて、ロータシャフト１と磁性部材３との嵌合を容易にすることができ、生産性の向上も図ることができる。

また、面接触部１１は、ロータシャフト２の回転軸を中心とする回転対称となる複数箇所に形成してなる。
これにより、回転電機用ロータ１の回転方向の全周にわたって均等に面接触部１１が形成されるため、回転トルクに対する磁性部材３とロータシャフト２との締結力を向上させることができる。

また、挿嵌孔３０は、外周輪郭２０１におけるすべての辺をそれぞれ構成する面との間に、面接触部１１を形成してなる。
これにより、挿嵌孔３０が、外周輪郭２０１におけるすべての辺をそれぞれ構成する面との間に、面接触部１１が形成されるため、これにより、回転トルクに対し、磁性部材３がロータシャフト２からずれて、回転してしまうことがより確実に防止できる。
すなわち、ロータシャフト２と磁性部材３においては面接触部１１を多数の箇所に形成しやすく、締結力の向上をはかることができる。

また、外周輪郭２０１及び内周輪郭３０１は、ロータシャフト２の回転軸を中心とする回転対称の形状を有する。
これにより、ロータシャフト２と磁性部材３との間に、回転方向に均等に回転トルクが作用し、回転トルクに対する締結力が向上する。

すなわち、環状の磁性部材３の挿嵌孔３０と、該挿嵌孔３０に嵌入するロータシャフト２の取付部２０の外周輪郭２０１とを回転軸を中心とする回転対称の形状をなす略多角形状とすることで、面接触部１１に対して均等にトルク保持をさせることができ、耐回転トルク性を高めることができる。

取付部２０と挿嵌孔３０とは、面接触部１１において、径方向の締め代を設定した状態で嵌合している。
これにより、ロータシャフト２と磁性部材３とをより強固に固定することができ、回転トルクに対する両者の締結力をより高めることができる。
さらに、面接触部１１に径方向の締め代を設定することで、磁性部材３がロータシャフト２に対して軸方向へずれることを、効果的に防ぐことができる。

また、磁性部材３は複数の電磁鋼板３１を軸方向に積層してなるため、磁性部材３を容易かつ低コストにて形成できる。

以上のごとく、本例によれば、回転トルクに対するロータシャフトと磁性部材との間の固定力に優れると共に、部品点数を少なくすることができる回転電機用ロータを提供できる。

（実施例２）
本例は、図６〜図９に示すごとく、ロータシャフト２における取付部２０の外周輪郭２０１に、辺部２１１の中央部２１２を内側へ後退させた凹状部２１３を形成することにより、辺部２１１の外側の辺部クリアランス部１２２を形成した例である。
すなわち、内周輪郭３０１には、実施例１において示した円弧状部３０３（図５参照）を形成していない。
なお、本例では、逃がし部３０５と内周輪郭３０１とが、曲率半径が１ｍｍ以上の曲線によってつながっている。

図６に示すごとく、磁性部材３の挿嵌孔３０に対しロータシャフト２の取付部２０を挿嵌させた状態において、挿嵌孔３０の内周輪郭３０１に、取付部２０の外周輪郭２０１の各辺部２１１が中央部２１２以外において面接触する。
また、挿嵌孔３０の環状の内周輪郭３０１と、取付部２０の外周輪郭２０１の凹状部２１３は面接触せず、挿嵌後にその空間が辺部クリアランス部１２２として形成される。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、挿嵌孔３０の形状を簡素化することができる。
その他は、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例３）
本例は、図１０〜図１３に示すごとく、ロータシャフト２における取付部２０の外周輪郭２０１における頂部２０２に、面取部２０３を形成することにより、面取部２０３と内周輪郭３０１における外接部３０７との間に頂部クリアランス部１２１を形成した例である。
また、図１３に示すごとく、磁性部材３における挿嵌孔３０の内周輪郭３０１には、実施例１において示した逃し部３０５（図５参照）が形成されていない。
なお、本例では、外接部３０７と円弧部３０３とが、曲率半径が１ｍｍ以上の曲線によってつながっている。

ここで、外周輪郭２０１は略正六角形であるが、直線状の面取部２０３を設けたことにより正確には十二角形となる。
また、面取部２０３は直線状に限らず、例えば曲線状とすることもできる。
その他は、実施例１と同様であり、実施例１と同様の作用効果を有する。

１回転電機用ロータ
１１面接触部
２ロータシャフト
２０取付部
２０１外周輪郭
３磁性部材
３０挿嵌孔
３０１内周輪郭
３０２内周面

Claims

軸方向を中心に回転するロータシャフトと、該ロータシャフトの外周に直接嵌合固定された環状の磁性部材とを有する回転電機用ロータであって、
上記磁性部材は複数の電磁鋼板を上記軸方向に積層してなり、
上記ロータシャフトにおける上記磁性部材を嵌合させる取付部は、上記軸方向に直交する断面の外周輪郭が略多角形であり、
上記磁性部材は、上記ロータシャフトを挿嵌する挿嵌孔の内周輪郭が上記ロータシャフトにおける上記取付部の上記外周輪郭に外接すると共に、上記挿嵌孔の内周面が上記ロータシャフトの上記取付部における上記略多角形の各辺を構成する面に面接触した面接触部を形成した状態で、上記ロータシャフトの上記取付部に嵌合固定されており、
上記挿嵌孔の上記内周輪郭と上記取付部の上記外周輪郭との間には、部分的にクリアランス部が形成されており、
該クリアランス部は、上記ロータシャフトの上記取付部の上記外周輪郭における略多角形の頂部の外側と、上記外周輪郭における略多角形の辺部の中央部の外側とに形成され、
上記ロータシャフトの上記取付部の上記外周輪郭における略多角形の上記辺部における上記中央部の両脇に上記面接触部が形成されていることを特徴とする回転電機用ロータ。
請求項１に記載の回転電機用ロータにおいて、上記面接触部は、上記ロータシャフトの回転軸を中心とする回転対称となる複数箇所に形成してなることを特徴とする回転電機用ロータ。
請求項１又は２に記載の回転電機用ロータにおいて、上記挿嵌孔は、上記外周輪郭におけるすべての辺をそれぞれ構成する面との間に、上記面接触部を形成してなることを特徴とする回転電機用ロータ。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転電機用ロータにおいて、上記外周輪郭及び上記内周輪郭は、上記ロータシャフトの回転軸を中心とする回転対称の形状を有することを特徴とする回転電機用ロータ。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転電機用ロータにおいて、上記取付部と上記挿嵌孔とは、上記面接触部において、径方向の締め代を設定した状態で嵌合していることを特徴とする回転電機用ロータ。