JPH06209545A

JPH06209545A - リード線用スロットを有する回転子軸及び冷間ヘッディング加工によるカラー支持形成方法

Info

Publication number: JPH06209545A
Application number: JP5267430A
Authority: JP
Inventors: Joseph E Saval; イー．サバルジョセフ; Timothy J Brunetz; ジェイ．ブルネッツティモシー
Original assignee: Ford Motor Co
Current assignee: Ford Motor Co
Priority date: 1992-11-06
Filing date: 1993-10-26
Publication date: 1994-07-26
Anticipated expiration: 2013-07-09
Also published as: US5551143A; JP2774927B2

Abstract

(57)【要約】【目的】軸に形成された軸受けランドを介して冷間ヘ
ッディング加工されたスロットを有する自動車用交流発
電機等の電気機械装置用の回転子軸が提供される。【構成】スロットは軸受けランドを介して軸方向に延
び、軸受けランドの近くのカラー部を介して半径方向に
延びている。好ましくは、２つの対向するスロットが形
成されており、カラーのスロットとランドにより、例え
ば、射出成型により回転子を封入する前にリード線を整
合させる手段を形成しており、コイルターミナルとスリ
ップリングブッシングの導電性リングとをリード線と係
合させる。好ましくは、軸は、溝の変形や不均一な形成
を防止する一連の冷間ヘッディング工程により製造され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般的に、交流発電機
のような電気力学装置に関するものであり、特に、軸受
けランドの一つに形成された冷間ヘッド溝を有するロー
タ軸に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ロータ電気機械は、実質的なスペースを
とるコイルと支持機構とを有している。しかしながら、
そのような装置の構造を単純化しサイズを小さくする努
力がなされている。たとえば、自動車に用いられている
交流発電機は装置を構成する要素の配置により軸方向の
長さを短くしている。ひとつの従来の改良例として、ス
リップリングがロータ軸の一端に支持され、軸受けラン
ドは、交流発電機の軸のロータ支持ランドの反対側の端
部に形成されている。スリップリングの軸端への取付に
より、リングはハウジングの外に支持され、軸を支持す
る軸受けの間の軸方向距離を短縮することによりコイル
を保護するハウジングの軸方向の長さを実質的に短縮す
ることができる。

【０００３】軸方向の長さを短縮することは交流発電機
の配置を改良するが、リングはロータ装置の隣になく軸
受けがロータへのリングの連結を邪魔するので、コイル
をロータに取り付けて導電体をスリップリングに接続す
るのが困難になる。従って、リード線等の導電体がロー
タのコイルの端部までスリップリングから延在する軸に
スロットを形成することが好ましい。軸を形成した後ス
ロットは軸を切削することで形成できるが、そのような
別々な加工は装置の費用と製作時間を増大するので好ま
しくはない。例えば、スロットを切削する切削動作は、
バリを取り除くような仕上げ工程の後に行われなければ
ならず、鋭い縁部が後の工程を邪魔しないようにしなけ
ればならない。

【０００４】加工工程以外の組立工程は従来の交流発電
機のロータ軸へのスロットの構造には容易に適用できな
い。英国特許第１１６、５７７号および米国特許第３、
８４２、３０１号はスリップリングにリード線を支持す
るスロットすなわち溝を示している。しかしながら、英
国特許のくさび状のスロットと米国特許の円弧状の溝は
冷間ヘッディングにより形成できるとは開示されていな
い。

【０００５】先行技術はまた交流発電機軸の冷間ヘッデ
ィング工程を開示していない。冷間ヘッディング工程に
おいては、ランドに形成された溝が隣接する部分の面を
変形することなく軸の隣接する部分の最大径よりも浅
い。しかしながら、冷間ヘッディング工程においては、
得られた軸の直径の最大減少量は、たとえば、軸を形成
する材料の特性により大きく影響される。その結果、軸
の隣接する部分の最小直径の制限と軸のランドの溝の制
限された深さは、加工方法による従来の交流発電機の軸
において避けられており、軸の冷間ヘッディングの好ま
しくないパラメターと考えられている。例えば、従来の
加工工程は、交流発電機のスリップリングを受ける狭い
軸の近くの軸受けランドの溝に適用されている。

【０００６】その結果、前述の加工工程は、交流発電機
軸のリード線用の導電性溝のようなスロットを提供し、
そのような構造を提供するのに必要な時間、労力及び費
用にもかかわらず、スリップリングを設けていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の問題
点を解決しようとするものであり、スリップリング部と
回転子との間に導電性リード線を受ける少なくともひと
つの冷間ヘッディングスロットを有しており、冷間ヘッ
ディング技術により軸を形成する方法により製造される
交流発電機等の電気装置用の軸が提供される。冷間ヘッ
ディング加工によると、好ましくは、軸受けランドを介
して軸の軸方向スロットを押し出す。好適実施例による
と、冷間ヘッディング加工は、冷間ヘッディング加工さ
れたスロットを有する軸上の軸受けランドの近くにカラ
ーを形成する。リード線スロットはカラーの周辺まで半
径方向外側に延びており接触子をコイルターミナルに向
ける。

【０００８】本発明の方法によると、好ましくは、スリ
ップリング端部の対称な冷間ヘッディングを行い、軸の
軸受けランド部の近くを軸方向に延びた少なくともひと
つのスロットを押し出す軸の冷間ヘッディング加工方法
が提供される。好ましくは、軸受けランドを介して最初
の冷間ヘッディング加工スロットは、カラーが冷間ヘッ
ディング加工で形成される領域に届かない。次に、カラ
ーが冷間ヘッディング加工により形成され、スロット
は、軸方向に延びた溝と整合してカラー部まで冷間ヘッ
ディング加工することにより形成される。もちろん、軸
に冷間ヘッディングスロットと整合する圧入カラー等の
他の構造を用いて、本発明によるスロットの形成、また
は、導電体の整合をすることもできる。

【０００９】好ましくは、２つのスロットが形成され、
各スロットは、冷間ヘッディング加工中にワークの反対
側に設けられる。対称な溝の配置により、金属の対称な
流れを形成し、冷間ヘッディング部の量を改善する。

【００１０】このように、本発明にによると、軸はコン
パクトなパンケーキ状の配置を交流発電機に提供する。
さらに、回転子軸が、軸溝を形成するために用いられた
従来の加工方法に必要であったコストを減少し、便利に
経済的に製造できる。軸受けランドの冷間ヘッディング
加工されたスロットは、従来の加工方法よりも、軸のス
ロットの形成がより廉価に達成でき、全体の軸が冷間ヘ
ッディング加工で形成できる。しかしながら、スロット
は、特に組立時に導電体の不必要な移動やずれを避ける
ため正確に形成される。その結果、交流発電機の構造
は、ハウジングの軸を支持する軸受けの間の長さが軸方
向に短いパンケーキ状の交流発電機に用いられた従来の
軸構造よりもより単純でより廉価なものとなる。

【００１１】従って、本発明の目的は、冷間ヘッディン
グ加工方法により軸方向溝を有する軸を製造することで
ある。本発明に他の目的は、軸にランドを形成し、ラン
ドに溝を形成し、ほぼ連続な軸方向溝として半径方向に
延びた溝を有するランドの一端にカラーを形成する一連
の冷間ヘッディング加工により回転子の軸を形成するこ
とである。

【００１２】本発明の他の目的は、回転子コイルと前記
回転子コイルに隣接した軸受けとを有する交流発電機等
の電気機械装置用の回転子軸において、スリップリング
を受ける端部と、前記端部に隣接しており半径方向に延
びたカラーを有する第１の軸受け支持部と、前記カラー
に隣接した回転子ランドと、第２の軸受け支持部とを備
えており、前記第１の冷間ヘッディング加工により形成
された少なくともひとつの軸方向に延びた溝を有してお
り、前記カラーが前記少なくともひとつの軸方向に延び
た溝と連通する少なくともひとつの半径方向に延びた溝
を有していることを特徴とする回転子軸を提供すること
である。

【００１３】本発明のさらに他の目的は、固定子コイル
を支持する固定子ハウジングと、回転子コイルと、前記
回転子コイルを支持する回転子ランドと前記回転子ラン
ドの両端近くに設けられた第１及び第２の軸受けランド
とを有している軸とを有しており、前記第１の軸受けラ
ンドはカラーを有しており、それぞれ、前記第１及び第
２の軸受けランドに前記軸を支持する第１及び第２の軸
受けと、前記軸の端部まで前記第１の軸受けランドから
延びた小径のスリップリングランドと、前記スリップリ
ングランド上に導電性リングを支持するスリップリング
と、前記第１の軸受けランド内で軸方向に延びかつ前記
カラーの周辺まで半径方向に延びた少なくともひとつの
冷間ヘッディング加工されたスロットと、前記回転子コ
イルに導電性リングを接続し前記冷間ヘッディング加工
されたスロットを介して延びた導電体と、前記スリップ
リングに印加される発生電圧を制御する制御手段と、前
記固定子コイルからの出力を連続直流信号に変換する整
流器とを備えた交流発電機を提供することである。

【００１４】

【実施例】図１において、交流電動機１０は固定子コイ
ル１４を支持する固定子ハウジング１２を有している。
交流電動機回転子コイル１８を支持し軸受２２及び２４
によりハウジンング１２に回転可能に支持された回転子
１６を有している。回転子及び固定子コイルは従来の構
造でよいが、好適な実施例の交流電動機構造は軸受けが
回転子の軸方向両側に設けられたパンケーキ状である。
しかしながら、本発明はこれに限定されることなく、実
施例に用いられているように冷間ヘッディングによるス
ロットを有する軸構造は一般的な回転式電気機械装置に
適用でき、請求項はそう解釈されるべきである。

【００１５】軸２０（図９参照）は、回転子の極数を決
定するナーリング等の面を有する回転子ランド２６を有
している。この軸は回転子ランド２６の軸方向両端近く
に軸受けランド２８及び３０を有している。軸受け２２
のイナーレースに係合する第１の軸受けランド２８は径
方向に拡大されたカラー３２を有している。第１の軸受
けランド２８の近くの軸の端部はスリップリングブッシ
ング３６を受ける径の小さいスリップリング部３４を有
している。スリップリングブッシング３６は、よく知ら
れた方式で１組のブラシ４２に係合する分離した電気的
に導通性のスリップリング３８及び４０を有している。
ブラシ装置４３は、スリップリングを介して電界または
回転子コイルを励起する発生電圧を制御する制御手段４
５を有している。さらに、交流発電機は、図１に４７で
示された整流器を有しており、固定子コイルからの出力
を整流し従来の方法で交流パルスを直流信号に変換す
る。

【００１６】第２の軸受けランド３０は対応するネジナ
ット４６に係合する取付端の近くに形成されている。ナ
ット４６を軸２０に締付けることで、プーリスリーブ４
８は軸受け２４のイナーリングに係合し、軸受け２４は
引上げられたカラー３２に回転子の局を押さえつけるよ
うにスラストリング５０と軸方向に係合する。

【００１７】回転子１６は、コイル１８の各端部の電界
コイルのターミナルを支持する。コイルのターミナル５
２（１つが示されている）はそれぞれリード線５４およ
び５６等の導電体によりスリップリング３８及び４０の
ひとつに連結されている。各リード線５４と５６はそれ
ぞれ軸２０の両側の溝（スロット）のひとつに延びてい
る。各溝５８及び６０は第１の軸受けランド２８にそっ
て延びた軸方向部５９及び６１と、カラー３２を介して
径方向に延びた径方向部６２とを有している。

【００１８】従来の軸溝と異なり、溝５８及び６０は、
冷間ヘッディングにより形成され、従って、軸と交流発
電機の製造コストを実質的に削減できる。溝を形成する
のに用いられる従来の切削工程とは異なり、冷間ヘッデ
ィングで形成された溝は、交流電動機に組み込む装置の
仕上げ工程をするように、バリを取る必要はない。溝だ
けが冷間ヘッディングにより形成される必要があるが、
冷間ヘッディング工程は、軸の長さに沿って様々な軸部
が連続的な冷間ヘッディング工程で形成されるとき、コ
スト効率が良くなる。本発明により、交流発電機の軸を
形成するように材料を加工する好ましい一連の工程が以
下に述べられるが、溝軸の連続的な冷間ヘッディング部
に用いられる行程の数は材質、寸法、形状、工具挿入形
状、工具、及び冷間ヘッディング行程用のプレスにより
大きく制限される必要はない。

【００１９】図２において、加工装置または金型８０は
金型部８１と工具部８３とを有している。金型部８１
は、従来の冷間ヘッディングプレスの様式で、後述する
一つ以上のインサート７１及び７２等とともに金型ケー
ス９０と金型バッキング９２を有している。駆動前進
し、自然復帰するノックアウトピン９１は往復移動し、
従来の様式で、冷間ヘッディング後にインサートからワ
ークを取り出す。同様に、工具部８３は図２から図４に
示されるように支持部９６内の工具保持具９３を有して
いる。図５及び６において、工具保持具９４は、ノック
アウトピン装置９１の機能と同様な往復ノックアウトピ
ン装置ＣＨ９７に加えて一つ以上の工具インサートを有
している。しかしながら、図２から６の金型８０の表現
は打ち抜き位置の終期である。

【００２０】図２において、軸２０に形成されるワーク
７０は、打ち抜き部８２がワーク７０を金型インサート
７１の中に押し込み、図示するようにワークを突出させ
テーパさせる金型押し出しインサート７２に押し込む冷
間ヘッディング金型８０に挿入されている。初期の押し
出し工程はワークの端を次の加工工程で直径を小さくす
る。

【００２１】図３は、押し出しインサート７４と金型イ
ンサート７１とにより、スリットリング受け端部３４の
直径を連続的に減少する次の加工工程を示す。図３に示
される金型インサート７４は、図が一つの金型の第１及
び第２のストロークを表しているので、インサート７２
と同様なものとすることができる。しかしながら、好適
な実施例においては、インサート７２及び７４は、ワー
クに対称な押し出し部を形成するインサートの形成部の
面の寸法が少し異なる。さらに、他の全てのインサート
と同様に、インサートは約１５. ２ｍｍの押し出し面長
さを軸方向に越えた約０. ０５０８ｍｍから０. ０８６
２ｍｍの径方向の凹部を有しており、インサート内のワ
ークの移動に対する摩擦力を低減している。

【００２２】図４において、部分的に形成されたワーク
７０は端部３４を受ける金型インサート７６に係合し、
金型インサート７５は少なくともひとつを形成するが、
好ましくは、端部３４の近くの軸部にそれぞれ２つの軸
方向の溝部５９及び６１を形成する。前述のように、従
来の冷間ヘッディング工程は、冷間ヘッディング工程で
得られる軸の直径の減少には制限があった。しかしなが
ら、軸に冷間ヘッディングされるスロットは導電体を保
持させるのに十分な深さが必要であるが、減少した軸端
部３４の外径よりも深くなることはない。さらに、冷間
ヘッディング工程において、軸の破損や廃棄は他の仕上
げを必要とするので、形成されたスリップリング端部と
接触しないように、溝の底部の軸径は端部３４の最大直
径を越えることが好ましい。

【００２３】図７に示されるように、金型インサートは
軸のワーク７０上の軸端部３４の面に届かない径方向の
高さ１００を有する２つの対向したリブ６７及び７７を
有している。リブ６７及び７７軸受けランド２８の長さ
と一致している軸方向の長さ１０２を有しており、各リ
ブは曲がったリード端１０４及び１０５を有している。

【００２４】好ましくは、軸方向長さは、溝がカラーの
形成された軸方向位置に届かないように制限され、カラ
ーの形成はあまり大きくならないようにするか、カラー
の形成中に溝が変形しないようにする。カラー形成前に
長くなりすぎた軸方向溝部５９、６０により、溝はカラ
ー内で広くなり大きく曲がり、仕上げられた軸への組み
付け中に、リード線５４、５６等の導電体に所定の係合
を達成できなくなる。勿論、インサートの押し出しで従
来より知られているように、リブ６７、７７は、インサ
ート７２と７４について前述したように押し出し面の後
方に除去される。

【００２５】金型インサートはワークに対称に作用する
ので、図２および３に示された金型８０のワークの回転
方向の整合はあまり重要でないが、図４に示された対向
する溝の形成により、ワーク７０は冷間ヘッディング工
程の後の工程で適当に整合される。図５に示されるよう
に、ノックアウトピン９１の端部は、部分的に形成され
たワーク７０の軸方向端部に形成されたホイッスルノッ
チと呼ばれる指標溝１１０で一致される軸を表示する
（図９）。ホイッスルノッチ１１０は、追加の冷間ヘッ
ディングストロークがワークになされる前にワークを整
合させるノックアウトピンの端部と一致する。

【００２６】ワークの整合に加えて、インサート自体は
適当な方向に位置決めされる。従って、金型インサート
７８及び７９を保持する金型ケース１０６はピン１０８
の整合により概略的に示された従来の方法により金型バ
ッキング９２に対して適当に位置決めされる。さらに、
ネジフィルタ１１１は金型ケース１０６にインサート７
８及び７９を固定するように金型フィルタ１１２を押さ
えつけている。

【００２７】さらに、図５及び６は、ワーク７０に追加
の部分を押しつけるように、それぞれ、工具インサート
８４、８５および８８、８９を有した工具部８３を示し
ている。工具部８３は、支持部９６ないで打ち抜きバッ
キングにより保持された工具フィルタ１１６を支持する
工具保持部１１４を有している。

【００２８】図５及び８において、金型インサート７９
の近くの金型インサート７８は部分的に形成されたワー
ク７０のカラー３２の形成を開始する。金型インサート
７８も、好ましくは、ワーク７０の第１の軸受けランド
２８おいて軸方向の溝に整合する軸方向リブ部９４、９
８から連続しているリブ突出部８７、１０７によりカラ
ー３２内に径方向に延びた溝部６２、６３の形成を開始
する。加えて、冷間ヘッディング部８３は他の軸受けラ
ンド３０を押し出し、ワーク７０の端部４４を取り付け
る工具インサート８４と８５を有している。好適な実施
例においては、取付端４４は他の端部３４のおける軸の
スリップリング支持部で必要とされる大きさまで減少さ
れ、このようにカラー３２の形成の開始に使われる工程
と組み合わせて形成される。

【００２９】図６に示された冷間ヘッディング工程にお
いて、カラー３２から延びた径方向の溝とカラー３２金
型インサート８６と８７とにより完成され、軸受けラン
ド３０と取付部４４は工具金具８８と８９とによりワー
ク７０の他端に完成される。図８に示されるように、金
型インサート７８の端面は金型インサート８６の様にな
っている。しかしながら、環状肩部１２０の面からの典
型的には半径方向のリブ部１２２、１２３の軸方向突起
１２７は、金型インサート７８のリブ１２２、１２３等
の軸方向突起よりも金型インサート８６における方が長
い。

【００３０】さらに、軸受ランド領域を包囲する金型イ
ンサート８６の典型的な金型インサート部１２４の軸方
向長さ１２５は、金型インサート７８の軸受けランド領
域を包囲するそのような金型インサート部１２４の軸方
向長さと比較して減少している。金型インサート８６の
カラー３２を包囲する金型インサート部１２６は、イン
サート７８の面１２６を形成する諸金カラーよりも１２
９において長くなっており、金属はカラー３２の方向に
軸受けランド２８から押し出されてカラー３２の軸方向
長さを増大する。２インサート７８と８６との軸方向長
さと半径方向の長さの相対的な比は、図５及び６の断面
図で示されている。

【００３１】勿論、他の追加の工程をワーク７０に施し
図１に示された軸２０を完成しても良い。特に、端部４
４は、ナット４４を受ける従来の様式でネジ係合させ
る。さらに、回転子ランド２６のナーリング１２２は好
ましくは回転子の取付を確実にする様に設けられる。ナ
ーリングは続く冷間ナーリングで形成されるが、冷間ヘ
ッディング工程中にナーリングを冷間ヘッディングして
も良い。

【００３２】交流発電機の回転子装置が軸２０とともに
形成されていると、リード線は溝に詰め込まれる。好ま
しくは、この詰め込み動作は、スリップリングが軸の回
りに形成される射出成型中に提供される。スリップリン
グリード線詰め込みと他の要素は従来の様式で金型に挿
入された軸の射出工程中に図１に示された熱可塑性材料
から同時に形成できる。

【００３３】その結果、冷間ヘッディング加工軸は、ス
リップリング上の接触部材にコイルを接続するのに用い
られたリード線のような導電体に整合近接すできるよう
に軸受けランドを延びる軸方向溝と隣接したカラーを延
びる半径方向の溝とを有している。その結果、本発明に
よると、軸に溝を形成するのに必要であった交流発電機
の労力と費用の掛かる切削工程を避けることができ、軸
の製造仕様に合わせたバリ取り工程等の続く仕上げ工程
も省略できる。さらに、好適な実施例で用いられている
一連の工程は、冷間ヘッディング中に、制御できないよ
うなスロット膨張や変形を防止できる。さらに、スリッ
プリング端部は十分にサイズを小さくされ、軸受けラン
ドに十分深い溝を形成でき、スロットは交流発電機の組
立中に取り付けられたリード線と整合収容する。

【００３４】本発明は上述のように述べられたが、多く
の変形例が当業者にとっては本発明の範囲において可能
であることはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による回転子軸を有する交流発電機の断
面図。

【図２】本発明による軸を形成するワークを冷間ヘッデ
ィングする工具配置を示す図。

【図３】図２の後の処理をする工具配置を示す断面図。

【図４】図３の後の処理をする工具配置を示す断面図。

【図５】図４の後の処理をする工具配置を示す断面図。

【図６】図５の後の処理をする工具配置を示す断面図。

【図７】部分的に破断した図４の線７ー７にほぼそった
金型インサートの断面斜視図。

【図８】部分的に破断され、図６のほぼ線８ー８にそっ
た別の金型インサート形状の斜視図であり、その位置に
おける図５及び図６に示された金型インサートのそれぞ
れの典型的な形状を示す図。

【図９】図７及び図８の金型インサートの一部を構成す
る回転軸ワークの斜視図。

【符号の説明】

１０交流発電機１２固定子ハウジング１４固定子コイル１６固定子１８回転子コイル２０軸２２軸受け２４軸受け２６回転子ランド２８軸受けランド３０軸受けランド３２カラー３４スリップリング部３６スリップリングブッシング３８スリップリング４０スリップリング４２ブラシ４５制御手段５８スロットまたは溝６０スロットまたは溝７０ワーク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転子コイルと前記回転子コイルに隣接
した軸受けとを有する交流発電機等の電気機械装置用の
回転子軸において、スリップリングを受ける端部と、前
記端部に隣接しており半径方向に延びたカラーを有する
第１の軸受け支持部と、前記カラーに隣接した回転子ラ
ンドと、第２の軸受け支持部とを備えており、前記第１
の冷間ヘッディング加工により形成された少なくともひ
とつの軸方向に延びた溝を有しており、前記カラーが前
記少なくともひとつの軸方向に延びた溝と連通する少な
くともひとつの半径方向に延びた溝を有していることを
特徴とする回転子軸。
【請求項２】導電性の溝を有する回転子軸を形成する
ワークを冷間ヘッディング加工する方法において、前記
ワークの端部を変形し、前記変形された端部の近くで前
記ワーク内の軸方向に延びた溝を押し出し、前記溝の近
くにカラーを形成し、前記軸方向に延びた溝から前記カ
ラーの周辺まで連続した半径方向に延びた溝を押し出す
ことを特徴とする冷間ヘッディング加工方法。
【請求項３】固定子コイルを支持する固定子ハウジン
グと、回転子コイルと、前記回転子コイルを支持する回
転子ランドと前記回転子ランドの両端近くに設けられた
第１及び第２の軸受けランドとを有している軸とを有し
ており、前記第１の軸受けランドはカラーを有してお
り、それぞれ、前記第１及び第２の軸受けランドに前記
軸を支持する第１及び第２の軸受けと、前記軸の端部ま
で前記第１の軸受けランドから延びた小径のスリップリ
ングランドと、前記スリップリングランド上に導電性リ
ングを支持するスリップリングと、前記第１の軸受けラ
ンド内で軸方向に延びかつ前記カラーの周辺まで半径方
向に延びた少なくともひとつの冷間ヘッディング加工さ
れたスロットと、前記回転子コイルに導電性リングを接
続し前記冷間ヘッディング加工されたスロットを介して
延びた導電体と、前記スリップリングに印加される発生
電圧を制御する制御手段と、前記固定子コイルからの出
力を連続直流信号に変換する整流器とを備えた交流発電
機。