JP6409837B2 - 回転電機ロータ及び回転電機ロータの製造方法 - Google Patents

Description

本開示に係る回転電機ロータ及び回転電機ロータの製造方法は、ロータシャフトとロータコアとの固定にナットを用いる回転電機ロータ及び回転電機ロータの製造方法に関する。

回転電機ロータは、ロータシャフトとロータコアとを組み付けて形成される。ロータシャフトとロータコアとの間にスキマがあると、ロータコアがロータシャフトに対しがたつくので、ナット締結やくさび押込み等が行われる。

特許文献１には、電気自動車の走行用モータにおいて、ロータコアを固定するナットの緩み抑制構造として、ロータコアの電磁鋼板の一部をナット側に突出するように折り曲げて爪部とし、ナットに傾斜面を設けて爪部と係合させることが開示されている。

特許文献２の回転電機では、回転軸とロータコアとの間に、断面がテーパ状のリング状くさびを同軸に挿着し、ロックナットで締付け固着させる構成が開示されている。

ロータシャフトとロータコアとの間のスキマをなくす組付方法の１つは、温度の高い状態でロータシャフトとロータコアとの間にスキマを作り、温度を下げてそのスキマをなくす温間組付である。温間組付には、温間状態にするための加熱装置が必要となり、また、はめ合いの寸法管理も必要である。特許文献３には、はめ合いをスキマ嵌めとし、常温下でロータシャフトをロータコアに挿入し、溶接によってロータシャフトとロータコアを接合する技術が開示されている。

特開２０１５−１２２８７３号公報 実開昭６３−７７４４２号公報 特開２００４−１２９５００号公報

温間組付は加熱装置等が必要で、処理時間もかかる。常温下でロータシャフトとロータコアとを組み付けるためにくさびを用いるとロータコアに損傷等を与える恐れがある。単なるナット締結では、ロータが回転したときの遠心力等でナット緩みが生じ得る。そこで、常温下でロータシャフトとロータコアとの組付を可能にする回転電機ロータ及び回転電機ロータの製造方法が要望される。

本開示に係る回転電機ロータは、シャフト通し穴を有するロータコアと、軸方向の一方側におねじ部を有し他方側にコア受止部を有するロータシャフトと、径方向に弾性変形可能とする切欠を有する円環構造で、ロータコアと接する面の反対側の面に外周に向かってロータコアと反対側に延びるワッシャテーパ面、及び、ワッシャテーパ面とは反対側の端面から軸方向に延びてロータコアのシャフト通し穴の内周面とロータシャフトの外周面との間の隙間空間に配置されシャフト通し穴の内周面を押し付けた状態でロータコアに固定された円環状突起部を有するワッシャと、ロータシャフトのおねじ部に噛み合って固定されためねじ部を有し、ワッシャテーパ面と向かい合った端面が内周に向かってワッシャ側に延びるナットテーパ面であるナットと、を備える。

上記構成によれば、径方向に弾性変形可能とする切欠を有する円環構造を有するワッシャと、ワッシャテーパ面に向かい合うナットテーパ面を有するナットとが用いられる。ワッシャの円環状突起部は、ロータコアのシャフト通し穴の内周面とロータシャフトの外周面との間の隙間空間に配置されシャフト通し穴の内周面を押し付けた状態でロータコアに固定される。ナットはねじ締結によってロータシャフトに固定される。これにより、ロータシャフトとロータコアとの組付が可能となる。

本開示に係る回転電機ロータにおいて、ロータコアの内径はロータシャフトの外径よりも大きい。上記構成によれば、加熱装置等が必要で処理時間もかかる温間組付を用いることなく、常温下でロータシャフトをロータコアに挿入することが可能となる。

本開示に係る回転電機ロータにおいて、ワッシャの円環構造は、周方向の一部が内周端から外周端まで切り欠かれた割り構造である。上記構成によれば、ワッシャの円環構造は割り構造の切欠を有するので、径方向に縮め力を与えてワッシャの円環状突起部を弾性変形させロータコアのシャフト通し穴の内周面とロータシャフトの軸部の外周面との間の隙間空間に配置することが容易となる。

本開示に係る回転電機ロータにおいて、ワッシャの円環構造は、周方向の一部が径方向に部分的に切り欠かれていて周方向に繋がっている部分切欠構造である。上記構成の部分切欠構造は割り構造に比較して径方向の弾性変形に関する剛性が高い。したがって、ワッシャの円環状突起部がシャフト通し穴の内周面を押し付ける力、すなわちワッシャとロータコアとを固定する力を、割り構造に比較して大きくできる。

本開示に係る回転電機ロータにおいて、円環状突起部は、径方向の厚さが軸方向に沿って一様である。上記構成によれば、円環状突起部はくさび型ではないので、ロータコアに損傷等を与える恐れがない。

本開示に係る回転電機ロータにおいて、ロータコアは、ワッシャの円環状突起部における切欠に対応し、シャフト通し穴の内周面から内径側に突出する回り止め部を有する。上記構成によれば、ナットをロータシャフトに対して締結する際に、ワッシャがナットと一緒に供回りすることが防止される。

本開示に係る回転電機ロータにおいて、ワッシャは、ロータシャフトが回転動作したときにロータコアに発生する遠心力の仕様に応じ、遠心力が大きいほどナット側に延びる幅を小さくするように設定される。上記構成によれば、ロータコアに発生する遠心力の仕様に応じてワッシャテーパ面及びナットテーパ面の設定ができるので、遠心力によってナットが緩むことを抑制できる。

本開示に係る回転電機ロータの製造方法は、軸方向の一方側におねじ部を有し他方側にコア受止部を有するロータシャフトを軸方向の一方側からロータコアのシャフト通し穴に挿入してロータコアの他方側をコア受止部で受け止めるロータシャフト挿入工程と、径方向に弾性変形可能とする切欠を有する円環構造においてロータコアと接する面の反対側の面に外周に向かってロータコアと反対側に延びるワッシャテーパ面、及び、ワッシャテーパ面とは反対側の端面から軸方向に延びる円環状突起部を有するワッシャを用い、ロータコアのシャフト通し穴の内周面とロータシャフトの外周面との間の隙間空間に円環状突起部を配置するワッシャ配置工程と、ロータシャフトのおねじ部に対応するめねじ部を有し、ワッシャテーパ面と向かい合う端面が内周に向かってワッシャ側に延びるナットテーパ面であるナットを用い、ロータシャフトのおねじ部にめねじ部を噛み合わせてロータシャフトにナットを固定するとともに、ナットテーパ面でワッシャテーパ面を押し付けてワッシャの円環状突起部を外周方向に拡げ、円環状突起部でロータコアの内周面を押し付けてワッシャとロータコアとの間を固定するナット締結工程とを含む。

上記構成によれば、径方向に弾性変形可能とする切欠を有する円環構造を有するワッシャの円環状突起部がロータコアのシャフト通し穴の内周面とロータシャフトの外周面との間の隙間空間に配置される。ワッシャテーパ面に向かい合う端面が所定の傾斜角度を有するナットテーパ面でありめねじ部を有するナットをロータシャフトのおねじ部に噛み合わせて締結を行う。これによって、ロータシャフトにナットが固定されるとともに、ナットテーパ面でワッシャテーパ面を押し付けてワッシャの円環状突起部を外周方向に拡げ、円環状突起部でロータコアの内周面を押し付けてワッシャとロータコアとの間を固定する。このように円環状突起部を有するワッシャと、ナットとを用いて、ロータシャフトとロータコアとの組付が行われる。

本開示に係る回転電機ロータの製造方法において、ロータシャフト挿入工程は、常温下で行うことができる。上記構成によれば、ロータシャフト挿入の段階から常温下で行うことができるので、加熱装置等が必要で処理時間もかかる温間組付を用いることがない。

本開示に係る回転電機ロータの製造方法において、ワッシャ配置工程は、ワッシャを内径方向に縮小させ、円環状突起部を内径方向に縮小させて、ロータコアのシャフト通し穴の内周面とロータシャフトの外周面との間の隙間空間に円環状突起部を配置する。上記構成によれば、加熱装置等が必要で処理時間もかかる温間組付を用いなくても、円環状突起部の配置を容易に行える。

本開示に係る回転電機ロータ及び回転電機ロータの製造方法によれば、常温下でロータシャフトとロータコアとの組付が可能となる。

実施の形態に係る回転電機ロータの斜視図である。 図１の分解図である。 実施の形態に係る回転電機ロータの製造方法の手順を示すフローチャートである。 実施の形態に係る回転電機ロータの製造方法のワッシャ配置工程を示す斜視図である。 図４において、ワッシャの配置の詳細を示す図である。 図４において、ロータコアの回り止め部と、ワッシャの切欠との関係の詳細を示す図である。 実施の形態に係る回転電機ロータの製造方法において、ワッシャとナットの配置関係を示す斜視図である。 実施の形態に係る回転電機ロータの製造方法で組み上がった回転電機ロータの断面図ある。 実施の形態に係る回転電機ロータにおけるナットの締結力と、ロータの遠心力との関係等を示す力バランス図である。 別のワッシャの例を示す斜視図である。図１０（ａ）は、ワッシャテーパ面側を示す図であり、（ｂ）は円環状突起部側を示す図である。 実施の形態の回転電機ロータの作用効果を従来技術と比較する断面図である。図１１（ａ）は、スキマ管理を行ってナット締結方式を示す図であり、（ｂ）は常温下での組付を行う例を示す図であり、（ｃ）は、本実施の形態の方式を示す図である。

以下に図面を用いて本実施の形態につき詳細に説明する。以下に述べる寸法、形状、材質等は、説明のための例示であって、回転電機ロータの仕様等により、適宜変更が可能である。また、以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、車両に搭載される回転電機に用いられる回転電機ロータ１０の構成を示す斜視図である。以下では、回転電機ロータ１０を特に断らない限り、ロータ１０と呼ぶ。ロータ１０が用いられる回転電機は、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、三相同期型回転電機である。回転電機は、図１に示されるロータ１０と、ロータ１０の外周側に所定の隙間間隔を隔てて配置されて巻線コイルが巻回される円環状のステータとで構成される。図１ではステータの図示を省略した。

ロータ１０は、ロータコア組立体１２、ロータシャフト２０、ワッシャ４０、及び、ナット６０を含む。図１に、直交する三方向としてＡ−Ａ方向、Ｂ−Ｂ方向、Ｃ−Ｃ方向を示す。Ａ−Ａ方向は紙面における上下方向であり、Ｂ−Ｂ方向は紙面における手前側から向こう側への方向であり、Ｃ−Ｃ方向は、ロータ１０の軸方向で、軸方向のナット６０側を一方側と呼び、その反対側を他方側と呼ぶ。

図２は、ロータ１０の分解図で、Ｃ−Ｃ方向に沿って、ロータコア組立体１２を示す図２（ａ）を挟んで、他方側にロータシャフト２０を示す図２（ｂ）、一方側にワッシャ４０を示す図２（ｃ）、ナット６０を示す図２（ｄ）を並べて示す。図２（ｅ）は、ワッシャ４０のＡ−Ａ方向に沿った断面図であり、図２（ｆ）は、ナット６０のＡ−Ａ方向に沿った断面図である。

図２（ａ）に示すロータコア組立体１２は、所定枚数の磁性体薄板を積層しロータシャフト２０を通すシャフト通し穴１４を有するロータコア本体１３と、ロータコア本体１３に埋め込んで配置される複数の磁石を含んで構成される。図１以下では、複数の磁石の図示を省略したので、ロータコア組立体１２の外形はほぼロータコア本体１３と同じである。以下では、ロータコア組立体１２を、特に断らない限り、ロータコア１２と呼ぶ。なお、ロータコア本体１３は、磁性体薄板の積層体に代えて、磁性体粉末成形による一体化コアであってもよい。

ロータコア１２のシャフト通し穴１４の内径をＤ１４と呼ぶ。以下では、主要な穴の内径または軸の外径を、[Ｄ＋（その穴または軸の符号）]で示す。例えば、ロータシャフト２０の主軸部３０の外径は、Ｄ３０である。Ｄ１４はＤ３０よりも大きく、Ｄ１４とＤ３０との間の寸法差は、常温下においてスキマ嵌めの関係である。一例を挙げると、Ｄ１４はＤ３０よりも０．０５ｍｍ〜０．１０ｍｍ程度大きく設定される。この寸法設定によって、常温下において、ロータシャフト２０をロータコア１２のシャフト通し穴１４に、特別な押込力を要せず挿入し配置することができる。

シャフト通し穴１４の内周面には、軸方向に延びる回り止め部１５，１６が設けられる。回り止め部１５，１６は、ナット６０の締結のための回転に連れてワッシャ４０が供回りすることを防ぐため、ワッシャ４０の円環状突起部５２の切欠４４，４６に嵌りこむ突出部である（図６参照）。回り止め部１５，１６は、シャフト通し穴１４の内径の差し渡し方向に互いに対向する位置に２箇所設けられる。これは例示であって、場合によっては１箇所でもよい。

ロータコア１２の一方側の端面１８は、ワッシャ４０の他方側の端面が押し当てられるワッシャ当接面である。ロータコア１２の他方側の端面１９は、ロータシャフト２０のコア受止部３２の一方側の端面によって受け止められる受止部当接面である。

図２（ｂ）に示すロータシャフト２０は、軸方向に延びる軸部材で、軸方向の一方側におねじ部２８を有し、他方側にコア受止部３２の段差を有する。コア受止部３２の外径Ｄ３２は、ロータコア１２のシャフト通し穴１４の内径Ｄ１４よりも大きく、ロータコア本体１３の外径Ｄ１３よりも小さい（Ｄ１４＜Ｄ３２＜Ｄ１３）。コア受止部３２は、ロータシャフト２０の一方側からロータコア１２のシャフト通し穴１４に挿入し、一方側のおねじ部にワッシャ４０を介してナット６０を噛み合わせるときに、ロータコア１２の他方側への移動を受け止める働きをする。コア受止部３２の一方側の端面の広さは、ロータコア１２の他方側の端面１９が当接してナット６０によって所定の締結力で締結されたときに、締結力を十分に受け止められる受止面積に基づいて設定される。

軸方向に沿って、ロータシャフト２０のコア受止部３２よりも一方側は、外形が互いに異なる先端軸部２４、中間軸部２６、主軸部３０で構成される。先端軸部２４の外径Ｄ２４、中間軸部２６の外径Ｄ２６、主軸部３０の外径Ｄ３０の大小関係は、Ｄ２４＜Ｄ２６＜Ｄ３０である。中間軸部２６は、おねじ部２８と、おねじが刻まれていない軸部２９とで構成される。軸部２９の外径をＤ２９（＝Ｄ２６）と示す。おねじ部２８のねじ山径はＤ２９である。ロータコア１２のシャフト通し穴１４の内径Ｄ１４と軸部２９の外径Ｄ２９との間の隙間空間には、ワッシャ４０の円環状突起部５２が配置される。その詳細については後述する。

軸方向に沿って、ロータシャフト２０のコア受止部３２よりも他方側は、次第に外径が細くなる階段状軸部３４である。ロータシャフト２０の軸中心穴２２は、図示しないロータ出力軸が固定される穴である。

ロータシャフト２０の中間軸部２６と主軸部３０の外周面には、軸方向に延びる溝部３５，３６が設けられる。溝部３５，３６は、ロータコア１２のシャフト通し穴１４に設けられる回り止め部１５，１６に対応し、ロータシャフト２０をロータコア１２のシャフト通し穴１４に挿入するときに、回り止め部１５，１６を案内する働きをする。溝部３５，３６の溝底の外径は、回り止め部１５，１６の突出部の内径よりも小さい。

図２（ｃ）に示すワッシャ４０は、ロータシャフト２０の軸方向の一方側を通すワッシャ中心穴４２を有するが、一般的な一定板厚のリング状ワッシャと異なり、周方向に沿って２つの切欠４４，４６を有する円環構造の部材である。切欠４４は、ワッシャ中心穴４２側の幅広切欠４３と外周側の幅狭切欠４５とが接続され、周方向の一部が内周端から外周端まで切り欠かれた割り構造切欠である。切欠４６は、切欠４４と周方向に沿って半周ずれた対向位置に設けられ、ワッシャ中心穴４２側の幅広切欠であり、外周端では周方向に沿って繋がっている部分切欠である。この切欠４４，４６を有する円環構造によって、ワッシャ４０は、径方向に弾性変形が可能となる。例えば、ワッシャ４０の外周側に外力を加えて径方向に縮小させ、ワッシャ中心穴４２の内径Ｄ４２を縮小することができ、外力を除去することで元のワッシャ中心穴４２の内径Ｄ４２に戻すことができる。

幅広切欠４３と切欠４６には、ロータコア１２の回り止め部１５，１６が配置される。これにより、ナット６０の締結の際のワッシャ４０とナット６０の供回りが防止される（図６参照）。

図２（ｅ）の断面図に示すように、ワッシャ４０は、ワッシャ中心穴４２を有するワッシャフランジ部４８と、ワッシャフランジ部４８の他方側の端面５１において軸方向に沿って所定の突出量ｈ５２で延びる円環状突起部５２を有する。ワッシャフランジ部４８及び円環状突起部５２は、上記で述べた円環構造における切欠４４，４６を有し、径方向に弾性変形可能である。

ワッシャフランジ部４８の一方側の端面は、軸方向に対しロータコア１２の側に所定の傾斜角度θで傾斜するワッシャテーパ面５０である。傾斜角度θを有することで、ワッシャ４０がロータコア１２に組み付けられたときに、ワッシャテーパ面５０は、外周に向かってロータコア１２と反対側に延びる。所定の傾斜角度θは鋭角であるが、その設定法については後述する。

円環状突起部５２は、内径がワッシャ中心穴４２の内径Ｄ４２と同じで、径方向に一様の厚さｔ５２を有する。したがって、円環状突起部５２の外径Ｄ５２は、[Ｄ４２＋２×（ｔ５２）]である。ワッシャ４０の円環構造によって、円環状突起部５２も径方向に弾性変形が可能となる。例えば、ワッシャ４０の外周側に外力を加えて径方向に縮小させ、円環状突起部５２の内径Ｄ４２と外径Ｄ５２を縮小することができ、外力を除去することで元の円環状突起部５２の形状に戻すことができる。この弾性変形を利用して、円環状突起部５２を径方向に縮小させて、ロータコア１２のシャフト通し穴１４の内周面と、ロータシャフト２０の中間軸部２６の軸部２９の外周面との間の隙間空間に、ワッシャ４０の円環状突起部５２を配置できる。その後、円環状突起部５２を径方向に拡張することで、ワッシャ４０とロータコア１２との間を固定できる。その詳細については後述する。

図２（ｄ）に示すナット６０は、めねじ部６２を有し、ロータシャフト２０のおねじ部２８にめねじ部６２を噛み合わせて、ロータコア１２とロータシャフト２０とを締結する締結部材である。

図２（ｆ）の断面図に示すように、ナット６０は、めねじ部６２を有する頭部６１と、頭部６１よりも大径のナットフランジ部６３とを有する。ナットフランジ部６３の他方側の端面は、所定の傾斜角度θを有するナットテーパ面６４であり、同じ傾斜角度θを有するワッシャテーパ面５０と向かい合って配置される。傾斜角度θを有することで、ナット６０がワッシャ４０と共にロータコア１２に組み付けられたときに、ワッシャテーパ面５０が、内周に向かってワッシャ４０側に延びる。

図３は、実施の形態に係る回転電機ロータ１０の製造方法の手順を示すフローチャートである。最初は、ロータコア１２にロータシャフト２０を挿入するロータシャフト挿入工程である（Ｓ１０）。ロータシャフト２０は、軸方向の一方側におねじ部２８を有し他方側にコア受止部３２を有するので、ロータシャフト２０を軸方向の一方側からロータコア１２のシャフト通し穴１４に挿入してロータコア１２の他方側の端面１９をコア受止部３２で受け止める。ロータシャフト２０で最も外径が大きいのは主軸部３０で、その外径Ｄ３０は、ロータコア１２のシャフト通し穴１４の内径Ｄ１４に比べ、常温下で０．０５ｍｍから０．１０ｍｍ程度小さい。したがって、ロータコア１２へのロータシャフト２０の挿入は、特別な押込力を要しない。

ロータコア１２のシャフト通し穴１４には、回り止め部１５，１６の突起が軸方向に延びる。回り止め部１５，１６の突起の内径は、主軸部３０の外径Ｄ３０よりも大きいので、回り止め部１５，１６に対応して、ロータシャフト２０には溝部３５，３６が設けられる。そこで、ロータシャフト２０の溝部３５，３６に回り止め部１５，１６を合わせて案内しながら、ロータシャフト２０をロータコア１２のシャフト通し穴１４に挿入する。

図４において、図４（ａ）は、ロータシャフト２０をロータコア１２に挿入し、ロータコア１２の他方側の端面１９をロータシャフト２０のコア受止部３２に当接させた状態を示す図である。

図３に戻り、Ｓ１０の工程が終わると、次に、ワッシャ４０に外力を加えて、径方向に縮小する（Ｓ１２）。そして、径方向に縮小された状態のワッシャ４０の円環状突起部５２を、ロータコア１２のシャフト通し穴１４の内周面と、ロータシャフト２０の中間軸部２６の軸部２９の外周面との間の隙間空間３８に配置する（Ｓ１４）。外力は、隙間空間３８に円環状突起部５２が配置された後に除去される。

図４（ｂ）は、図２（ｃ）で示したワッシャ４０の斜視図で、ワッシャフランジ部４８の一方側の端面であるワッシャテーパ面５０が示される。図４（ｃ）は、図４（ｂ）の斜視図を表裏逆向きとして、ワッシャフランジ部４８の他方側の端面５１を示す図である。このワッシャフランジ部４８の他方側の端面５１から円環状突起部５２が突出する。

図５は、ワッシャ４０と、ロータコア１２と、ロータシャフト２０の軸部２９についての断面図を示す図である。ロータコア１２のシャフト通し穴１４の内径Ｄ１４と、ロータシャフト２０の軸部２９の外径Ｄ２９との間の寸法差は、円環状突起部５２の径方向の厚さ（ｔ５２）の２倍と比較して、約０．０５ｍｍから約０．１０ｍｍのスキマが生じるように設定される。したがって、ワッシャ４０の切欠による弾性変形を利用し、円環状突起部５２の外径と内径を適当に調整すれば、ロータコア１２のシャフト通し穴１４の内周面と、ロータシャフト２０の軸部２９の外周面との間の隙間空間３８に、円環状突起部５２を配置できる。図５では、外力Ｐをワッシャ４０に与える状態を実線で示し、外力Ｐで径方向に縮小されて、隙間空間３８に配置されたワッシャ４１及びその円環状突起部５３を二点鎖線で示す。

図６は、ロータコア１２の回り止め部１５と、ワッシャ４０の切欠４４との関係の詳細を示す図である。図６（ａ）は、ワッシャ４０の切欠４４の部分の斜視図で、切欠４４における円環状突起部５２が示される。（ｂ）はロータコア１２の回り止め部１５を示す斜視図で、シャフト通し穴１４の内周面から内径側に突出する回り止め部１５が示される。（ｃ）は、（ｂ）に（ａ）のワッシャ４０の円環状突起部５２を配置した状態を示す図で、回り止め部１５の側面と、ワッシャ４０の切欠４４の側面の円環状突起部５２とが当接している。これにより、ナット６０が締結のために回転されても、ワッシャ４０は、切欠４４における円環状突起部５２の側面がロータコア１２の回り止め部１５に動きを制限され、ナット６０とワッシャ４０の供回りが防止される。切欠４６と回り止め部１５との関係も同様である。

図３に戻り、ワッシャ４０の配置工程が終了すると、次にナット６０の締結が行われる（Ｓ２０）。図２（ｅ），（ｆ）に示すように、ワッシャ４０のワッシャテーパ面５０とナット６０のナットテーパ面６４は、共に、軸方向に対しロータコア１２側に所定の傾斜角度θで傾斜する。つまり、ナット６０は、傾斜角度θの面でワッシャ４０を押し付ける。

図７は、ロータ１０の製造方法の過程において、ワッシャ４０とナットの配置関係を示す斜視図である。図７（ａ）は図２（ｃ）で示したワッシャ４０の斜視図で、ワッシャフランジ部４８の一方側の端面であるワッシャテーパ面５０が示される。図７（ｂ）は、図２（ｄ）で示したナット６０の斜視図で、ナットフランジ部６３の一方側に設けられる頭部６１が示される。（ｃ）は、（ｂ）の斜視図を表裏逆向きとして、ナットフランジ部６３の他方側の端面であるナットテーパ面６４が示される。ワッシャテーパ面５０の傾斜角度θはナットテーパ面６４の傾斜角度θと同じであるので、ナット６０は、ナットテーパ面６４でワッシャテーパ面５０を押し付ける。

ナット６０の締結が行われると、図１の回転電機ロータ１０が得られる。図８は、図１の回転電機ロータ１０の断面図である。図８は、Ｃ−Ｃ方向を中心線として、紙面の上方側にＡ−Ａ方向の断面図を示し、紙面の下方側に回り止め部１６も溝部３６を含む方向としてのＢ−Ｂ方向の断面図を示す。図８に示されるように、円環状突起部５２を有するワッシャ４０と、ワッシャ４０のワッシャテーパ面５０と同じ傾斜角度θのナットテーパ面６４を有するナット６０とを用いて、常温下において、ロータコア１２とロータシャフト２０との間の固定が行われる。

ロータコア１２とロータシャフト２０との間の固定は、ナット６０の締結の進行とともに数段階を経て行われる。図３では、「ナット締結」（Ｓ２０）を、５段階に分けて示す。各段階の内容を、ワッシャテーパ面５０とナットテーパ面６４における力バランスを示す図９を用いて説明する。図９は、図８における部分７０の拡大図である。

「ナット締結」（Ｓ２０）の第１段階は、ナット６０に締結トルクが付与される段階である（Ｓ２２）。具体的には、ナット６０のめねじ部６２をロータシャフト２０のおねじ部２８に噛み合わせ、頭部６１を締結治具等を用いて締結方向に回転させる。これを進めてゆくと、第２段階として、ナット６０のナットテーパ面６４がワッシャ４０のワッシャテーパ面５０に接する（Ｓ２４）。その状態を図９に示す。ナットテーパ面６４がワッシャテーパ面５０に接すると、第３段階として、ナット６０の締結トルクに基づく軸力Ｆが発生する（Ｓ２６）。軸力Ｆの方向は、軸方向Ｃ−Ｃ方向に平行である。

軸力Ｆは、ナットテーパ面６４及びワッシャテーパ面５０に垂直な面圧成分Ｒと、ナットテーパ面６４及びワッシャテーパ面５０に平行な成分Ｍとに分けられる。成分Ｍは、ナット６０とワッシャ４０とを内径方向に押し込む力成分で、押込力Ｍと呼ぶ。

さらにナット６０の締結を進めると、第４段階として、ワッシャ４０を外周方向に拡げる荷重が発生する（Ｓ２８）。軸力Ｆから分けられた面圧成分Ｒは、ロータコア１２の一方側の端面１８における力成分に分けられる。ロータコア１２の一方側の端面１８における力成分は、軸方向Ｃ−Ｃに平行な成分（Ｆ２＝Ｒｓｉｎθ）と、端面１８に平行な成分（Ｒｃｏｓθ）とに分けられる。端面１８に平行な成分は、ワッシャ４０を外周方向に拡げようとする荷重（Ｎ＝Ｒｃｏｓθ）である。

第５段階として、荷重（Ｎ＝Ｒｃｏｓθ）によってワッシャ４０の円環状突起部５２がロータコア１２のシャフト通し穴１４の内周面を押し付け、これによって、ワッシャ４０とロータコア１２とが固定される（Ｓ３０）。

すなわち、ナット６０はロータシャフト２０にねじ機構によって固定され、ナット６０はワッシャ４０を押し付けて固定し、ワッシャ４０は、円環状突起部５２が外周側に拡がってロータコア１２と固定される。これにより、常温下において、ロータコア１２とロータシャフト２０との間を固定できる。

次に、傾斜角度θの設定について述べる。ロータ１０のアンバランスによる遠心力Ｗは、軸方向Ｃ−Ｃ方向に垂直な方向に生じる。図９に遠心力Ｗを示す。遠心力Ｗのナットテーパ面６４及びワッシャテーパ面５０に平行な成分（ＭＭ＝Ｗｓｉｎθ）は、ナット６０のせん断抜け荷重となる。上記の第３段階で述べた押込力（Ｍ＝Ｆｃｏｓθ）は、ナット６０を内径方向に押し込む力成分であるので、遠心力によるせん断抜け荷重（ＭＭ＝Ｗｓｉｎθ）が押込力（Ｍ＝Ｆｃｏｓθ）より小さくなるように、傾斜角度θを定めれば、ナット６０は緩まない。このことを式で示すと、（Ｍ＝Ｆｃｏｓθ）＞（ＭＭ＝Ｗｓｉｎθ）である。書き換えると、｛［ｔａｎθ＜（Ｆ／Ｗ）］となり、設計仕様等から軸力Ｆが与えられると、遠心力Ｗが大きいほど傾斜角度θを小さくすることがよい。傾斜角度θを小さくするとは、ワッシャ４０において、ナット６０側に延びる幅である厚さを小さくすることである。

上記では、ワッシャ４０の円環構造は、周方向に沿って２つの切欠４４，４６を有し、切欠４４は周方向の一部が内周端から外周端まで切り欠かれた割り構造切欠であり、切欠４６は外周端では周方向に沿って繋がっている部分切欠であるとした。図１０は、別の例のワッシャ５４を示す斜視図である。図１０（ａ）は、ワッシャテーパ面５０側を示す図であり、（ｂ）は円環状突起部５２側を示す図である。ワッシャ５４は、２つの切欠５６，５７を有するが、切欠５６，５７は同じ形状で、共に、外周端では周方向に沿って繋がっている部分切欠である。

ワッシャ５４は、割り構造のワッシャ４０に比較して径方向の弾性変形に関する剛性が高い。したがって、ワッシャ５４の円環状突起部５２がロータコア１２のシャフト通し穴１４の内周面を押し付ける力、すなわちワッシャ５４をロータコア１２に固定する力を、割り構造のワッシャ４０に比較して大きくできる。

本実施の形態におけるロータ１０の作用効果を、図１１を用いて従来例と比較しながら説明する。図１１（ａ）〜（ｃ）は、ロータの構成要素として、ロータコア、ロータシャフト、ワッシャ、ナットの４つに絞って、それぞれの構成の相違を示す断面図である。

図１１（ａ）のロータ８０は、ロータコア８２のシャフト通し穴とロータシャフト８４の間のスキマ管理を行い、ワッシャ８６を介してナット８８で締結する従来技術の方式である。この方式では、厳格なスキマ管理が必要であること、ナット緩みが発生し得ることが過大である。

図１１（ｂ）のロータ８１は、ロータコア８３のシャフト通し穴とロータシャフト８４との間をスキマ嵌めとして、常温下で組付を行い、ワッシャ８６を介してナット８８で締結する方式である。この方式では、ロータシャフト８４とロータコア８３のシャフト通し穴との間のスキマが大きく、径方向にロータコア８３が動き得ることが課題である。

図１１（ｃ）は、本実施の形態に係るロータ１０を示す図で、ロータコア１２のシャフト通し穴とロータシャフト２０との間をスキマ嵌めとして、常温下での組付を可能とするが、ワッシャ４０は、円環状突起部５２を有する。この円環状突起部５２がスキマ嵌めを埋める働きをして、ロータコア１２は径方向に動くことがない。また、ワッシャ４０とナット６０はテーパ面で接するので、ワッシャ４０を締結することで、ワッシャ４０の円環状突起部５２を外周方向に拡げ、これによってワッシャ４０とロータコア１２との間が固定される。

本実施の形態に係る回転電機ロータ１０は、シャフト通し穴１４を有するロータコア１２と、軸方向の一方側におねじ部２８を有し他方側にコア受止部３２を有するロータシャフト２０とを含む。さらに、径方向に弾性変形可能とする切欠を有する円環構造のワッシャ４０を含む。ワッシャ４０は、ロータコア１２と接する面の反対側の面に外周に向かってロータコア１２と反対側に延びるワッシャテーパ面５０を有するワッシャフランジ部４８を有する。また、ワッシャフランジ部４８のワッシャテーパ面５０とは反対側の端面５１から軸方向に延びる円環状突起部５２を有する。円環状突起部５２は、ロータコア１２のシャフト通し穴１４の内周面とロータシャフト２０の外周面との間の隙間空間３８に配置され、シャフト通し穴１４の内周面を押し付けた状態でロータコア１２に固定される。また、ロータシャフト２０のおねじ部２８に噛み合ってロータシャフト２０に固定されためねじ部６２を有し、ワッシャテーパ面５０に向かい合った端面が内周に向かってワッシャ４０側に延びるナットテーパ面６４であるナットを含む。

１０，８０，８１ （回転電機）ロータ、１２，８２，８３ ロータコア（組立体）、１３ ロータコア本体、１４ シャフト通し穴、１５，１６ 回り止め部、１８，１９，５１ 端面、２０，８４ ロータシャフト、２２ 軸中心穴、２４ 先端軸部、２６ 中間軸部、２８ おねじ部、２９ 軸部、３０ 主軸部、３２ コア受止部、３４ 階段状軸部、３５，３６ 溝部、３８ 隙間空間、４０，４１，５４，８６ ワッシャ、４２ ワッシャ中心穴、４３ 幅広切欠、４４，４６，５６，５７ 切欠、４５ 幅狭切欠、４８ ワッシャフランジ部、５０ ワッシャテーパ面、５２，５３ 円環状突起部、６０，８８ ナット、６１ 頭部、６２ めねじ部、６３ ナットフランジ部、６４ ナットテーパ面、７０ 部分。

Claims (10)

1. シャフト通し穴を有するロータコアと、
   軸方向の一方側におねじ部を有し他方側にコア受止部を有するロータシャフトと、
   径方向に弾性変形可能とする切欠を有する円環構造で、前記ロータコアと接する面の反対側の面に外周に向かって前記ロータコアと反対側に延びるワッシャテーパ面、及び、該ワッシャテーパ面とは反対側の端面から軸方向に延びて前記ロータコアの前記シャフト通し穴の内周面と前記ロータシャフトの外周面との間の隙間空間に配置され前記シャフト通し穴の内周面を押し付けた状態で前記ロータコアに固定された円環状突起部を有するワッシャと、
   前記ロータシャフトの前記おねじ部に噛み合って固定されためねじ部を有し、前記ワッシャテーパ面と向かい合った端面が内周に向かって前記ワッシャ側に延びるナットテーパ面であるナットと、
   を備える、回転電機ロータ。
2. 前記ロータコアの内径は前記ロータシャフトの外径よりも大きい、請求項１に記載の回転電機ロータ。
3. 前記ワッシャの前記円環構造は、周方向の一部が内周端から外周端まで切り欠かれた割り構造である、請求項１に記載の回転電機ロータ。
4. 前記ワッシャの前記円環構造は、周方向の一部が前記径方向に部分的に切り欠かれていて前記周方向に繋がっている部分切欠構造である、請求項１に記載の回転電機ロータ。
5. 前記円環状突起部は、前記径方向の厚さが前記軸方向に沿って一様である、請求項１に記載の回転電機ロータ。
6. 前記ロータコアは、前記ワッシャの前記円環状突起部における前記切欠に対応し、前記シャフト通し穴の内周面から内径側に突出する回り止め部を有する、請求項１に記載の回転電機ロータ。
7. 前記ワッシャは、前記ロータシャフトが回転動作したときに前記ロータコアに発生する遠心力の仕様に応じ、前記遠心力が大きいほど、前記ナット側に延びる幅を小さくするように設定される、請求項１に記載の回転電機ロータ。
8. 軸方向の一方側におねじ部を有し他方側にコア受止部を有するロータシャフトを軸方向の一方側からロータコアのシャフト通し穴に挿入して前記ロータコアの他方側の端面をコア受止部で受け止めるロータシャフト挿入工程と、
   径方向に弾性変形可能とする切欠を有する円環構造において前記ロータコアと接する面の反対側の面に外周に向かって前記ロータコアと反対側に延びるワッシャテーパ面、及び、該ワッシャテーパ面とは反対側の端面から軸方向に延びる円環状突起部を有するワッシャを用い、前記ロータコアの前記シャフト通し穴の内周面と前記ロータシャフトの外周面との間の隙間空間に前記円環状突起部を配置するワッシャ配置工程と、
   前記ロータシャフトの前記おねじ部に対応するめねじ部を有し、前記ワッシャテーパ面と向かい合う端面が前記内周に向かって前記ワッシャ側に延びるナットテーパ面であるナットを用い、前記ロータシャフトの前記おねじ部に前記めねじ部を噛み合わせて前記ロータシャフトに前記ナットを固定するとともに、前記ナットテーパ面で前記ワッシャテーパ面を押し付けて前記ワッシャの前記円環状突起部を外周方向に拡げ、前記円環状突起部で前記ロータコアの内周面を押し付けて前記ワッシャと前記ロータコアとの間を固定するナット締結工程と、を含む、回転電機ロータの製造方法。
9. 前記ロータシャフト挿入工程は、常温下で行われる、請求項８に記載の回転電機ロータの製造方法。
10. 前記ワッシャ配置工程は、前記ワッシャを内径方向に縮小させ、前記円環状突起部を内径方向に縮小させて、ロータコアの前記シャフト通し穴の内周面と前記ロータシャフトの外周面との間の隙間空間に前記円環状突起部を配置する、請求項８に記載の回転電機ロータの製造方法。

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