WO2019142263A1 - 回転電機 - Google Patents

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electric machine
rotary shaft
rotating shaft
outer diameter
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聖 光永
佐々木　大輔
将之 坂口
慎也 能瀬
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三菱電機株式会社
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    • H02K1/243—Rotor cores with salient poles ; Variable reluctance rotors of the claw-pole type
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    • H02K7/1004—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with pulleys
    • H02K7/1008—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with pulleys structurally associated with the machine rotor

Definitions

  • the present invention relates to a controller-integrated electric rotating machine to which a controller is attached.
  • An AC generator for a vehicle is known as a controller-integrated rotating electric machine in which a rotating electric machine is integrated with a control device (see, for example, Patent Document 1).
  • the vehicle AC generator of Patent Document 1 includes a field iron core, a spacer, and a bearing component in order from the opposite belt drive side as components provided on the rotary shaft together with a nut on the belt drive side which is one free end of the rotary shaft. , Has a pulley.
  • the field core has a structure that can not move to the opposite belt drive side with respect to the rotation axis.
  • the following two structures are mentioned as the reason.
  • the diameter of the rotation shaft has a partially thick flange portion, or the outer circumference of the rotation shaft A rotating shaft having a knurled on the outer peripheral surface where the magnetic core is located is used.
  • Such a rotary shaft acts as a bolt whose head is a bolt head on the non-belt drive side, and the field iron core, spacer, bearing by a nut and a ridge of the rotary shaft or a nut and a knurl of the rotary shaft. Parts and pulleys will be tightened.
  • the field core steel materials having a low carbon content are generally used for the purpose of improving magnetic properties. Therefore, the field core has low strength among the parts fastened at the nut and the flange of the rotating shaft.
  • the field core has a low carbon content and a soft material is used. For this reason, the field core has a relatively small yield stress as compared with other parts. Therefore, in order to prevent the field core from yielding or damaging, the fastening torque of the used nut was set in a low range.
  • the prior art can not sufficiently increase the tightening torque of the nut.
  • the prior art can not solve the problems such as the loosening of the nut when an excessive input torque is applied and the unnecessary sliding of the pulley.
  • An object of the present invention is to provide a rotary electric machine having a structure for expanding a force that regulates a sliding of a pulley.
  • the rotary electric machine has a rotary shaft rotatably supported by a front bearing and a rear bearing, a field core fixed to the rotary shaft, and one end side of the rotary shaft. And a pulley rotatably fitted integrally with the rotary shaft, wherein the pulley, the front bearing, and the field core are arranged in this order from one end side to the other end side of the rotary shaft.
  • the pulley is fastened to the rotary shaft by a nut attached to an external thread formed on one end side of the rotary shaft, and the rotary shaft is positioned between the front bearing and the field core in the axial direction, It has a flange portion projecting radially outward.
  • the shaft core has the flange portion with the diameter of the rotating shaft increased between the bearing and the field core, and the influence of the axial force generated by the tightening force of the nut is the field core. It has a structure that does not extend to Thereby, the field core can be released from the axial force. As a result, the regulation force against the sliding of the pulley can be expanded by increasing the torque of the tightening force of the nut and the friction force generated by the axial force of the screw.
  • FIG. 16 is an enlarged cross-sectional view of a rotary shaft of a rotary electric machine according to a modification of the fourth embodiment of the present invention and the periphery thereof; It is sectional drawing to which the rotating shaft of the rotary electric machine by Embodiment 5 of this invention and its periphery part were expanded.
  • FIG. 8A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 8A. It is sectional drawing to which the rotating shaft of the rotary electric machine by Embodiment 6 of this invention and its periphery part were expanded.
  • FIG. 9B is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 9A.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional view of a rotating electrical machine according to a first embodiment of the present invention.
  • the rotating electrical machine according to the first embodiment is a controller-integrated rotating electrical machine, mounted on a vehicle, and used for driving assistance and power generation.
  • the controller-integrated rotary electric machine 1 integrally includes a rotary electric machine main body 1a and a controller 1b.
  • the rotary electric machine main body 1 a is configured to include a field core 2, a stator 3, a front bracket 4, a rear bracket 5, a front bearing 7, a rear bearing 8, cooling fans 20 and 21, and a rotating shaft 22.
  • a stator winding 3 a is wound around the stator 3.
  • a field core 2 is provided on the inner circumferential side of the stator 3.
  • the field core 2 is configured by winding a field winding 2a around an iron core 2b.
  • the iron core 2b may be referred to as a field iron core 2b.
  • the front bracket 4 and the rear bracket 5 are disposed at both axial ends of the stator 3.
  • the front bracket 4 and the rear bracket 5 are provided to support the stator 3 as a pair of brackets.
  • a front bearing 7 is fixed to the front bracket 4.
  • a rear bearing 8 is fixed to the rear bracket 5.
  • the rotating shaft 22 is rotatably held by the front bearing 7 and the rear bearing 8.
  • the rotating shaft 22 is fixed to the center of the field core 2.
  • the rear bearing 8 may be press-fitted and fixed to the rotating shaft 22.
  • the rotation shaft 22 has a collar portion 23 in which the diameter of the rotation shaft 22 is partially thickened.
  • a front bearing 7 is disposed on one end side 25 of the rotation shaft 22 so as to be adjacent to the flange portion 23.
  • the field core 2 is disposed on the other end side 26 of the rotating shaft 22 so as to be adjacent to the flange portion 23.
  • An external thread is formed on one end side 25 of the rotating shaft, and a nut 14 is attached.
  • a cooling fan 20 and a cooling fan 21 for generating cooling air by the rotation of the field core 2 are provided at both axial end portions of the field core 2.
  • the nut 14 constitutes one end side 25 of the rotating shaft 22.
  • the slip ring 13 constitutes the other end 26 of the rotating shaft 22.
  • a pulley 12 is provided on the rotary shaft 22 projecting from the front bracket 4 at one end 25.
  • the pulley 12 is fastened to the rotating shaft 22 by an external thread formed on one end side 25 of the rotating shaft 22 and a nut 14 attached thereto. Therefore, the pulley 12 is rotatably fitted on the one end side 25 of the rotary shaft 22 integrally with the rotary shaft 22.
  • a rotational position detection sensor 6 for detecting the rotational state of the field core 2 is provided on the rotary shaft 22 projecting from the other rear bracket 5. Furthermore, a pair of slip rings 13 for supplying current to the field winding 2 a is provided on the other end 26 of the rotation shaft 22 than the rotation position detection sensor 6. A pair of brushes 17 in sliding contact with the slip ring 13 is provided on the outer side of the rear bracket 5. The brush 17 is held by a brush holder 16.
  • the control device 1 b includes a power circuit unit, a field circuit unit, and a control circuit unit. However, the power circuit unit, the field circuit unit, and the control circuit unit are not shown in FIG.
  • the power circuit unit is electrically connected to the stator winding 3a.
  • the field circuit unit is electrically connected to the field winding 2a.
  • the control circuit unit controls the power circuit unit and the field circuit unit.
  • the controller-integrated electric rotating machine 1 has a function of an electric motor as a driving assistance for a vehicle and a function of a generator for generating electric power.
  • the direct current power supplied from the external battery (not shown) to the power circuit unit is converted to a three-phase alternating current by ON / OFF control of the power circuit unit and supplied to the stator winding 3a.
  • DC power supplied from the external battery is adjusted by the field circuit unit and supplied to the field winding 2a.
  • a rotating magnetic field is generated around the field winding 2 a, and as a result, the field core 2 rotates with the rotating shaft 22.
  • the rotation of the rotating shaft 22 is transmitted from the pulley 12 to the engine via a transmission belt (not shown). Further, the control circuit unit controls the power circuit unit and the field circuit unit based on information from an external device (not shown) and the rotational position detection sensor 6.
  • control circuit unit controls ON / OFF of the power circuit unit, and converts three-phase AC power excited in the stator winding 3a into DC power.
  • the converted DC power is supplied to the external battery and charged.
  • the first embodiment adopts a structure in which the rotation shaft 22 has a flange portion 23. Thereby, among the side surfaces of the front bearing 7, the inner ring on the side opposite to the pulley 12, the surface in contact with the flange portion 23 becomes the end surface of the fastening section to which the nut 14 is tightened.
  • the members to be fastened by tightening the nut are limited to the front bearing 7 and the pulley 12. Therefore, the field core 2 which is weaker than the front bearing 7 and the pulley 12 is released from the axial force generated by the tightening of the nut. That is, by adopting the structure in which the flange portion 23 is provided on the rotating shaft 22, the influence of the axial force generated by the tightening force of the nut can be prevented from being applied to the field core. As a result, it is possible to enlarge the nut tightening force more than in the past, and to improve the restriction force on the sliding of the pulley 12.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the rotary shaft 22 subjected to the heat treatment in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the pulley 12 subjected to the heat treatment in the first embodiment of the present invention.
  • the hatched portions correspond to the portions subjected to the heat treatment.
  • heat treatment is applied to the rotary shaft 22 and the collar portion 23 to resist the compressive force generated on the collar portion 23 and the tensile force generated on the threaded portion of the rotary shaft 22 by tightening the nut 14. It is possible to expand the bearing capacity.
  • the tightening force of the nut 14 can be expanded by partially performing the heat treatment on the rotary shaft 22 and the pulley 12 at the place where the tightening force acts.
  • the regulating force on the sliding of the pulley 12 can be further improved.
  • the range of heat treatment shown in FIGS. 2 and 3 is an example, and when heat treatment is performed on the rotary shaft 22 and the pulley 12 in the illustrated range or more, a further effect of proof stress is obtained.
  • a structure is provided between the front bearing and the field core, having a ridge portion in which the rotation axis is partially thickened.
  • a structure in which the rotary shaft and the nut are fixed by welding may be adopted.
  • FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the rotary shaft of the rotary electric machine according to the second embodiment and the periphery thereof.
  • the outer diameter on the side of the field core 2 from the flange portion 23 is D 1 .
  • the outer diameter of the rotary shaft 22, D 2 is provided to be greater than D 1.
  • symbol same as the referential mark of FIG. 1 is the same or same component, and the detailed description is abbreviate
  • the rotating shaft 22 according to the second embodiment has D 2 > D 1 at the outer diameter. That is, in the rotation shaft 22 according to the second embodiment, the outer diameter of the portion where the external thread is formed at the one end side 25 is made larger. As a result, it is possible to improve the resistance to the tensile force generated on the rotating shaft 22 by the tightening of the nut 14. Furthermore, by increasing the tightening force of the nut 14, the restriction force on the sliding of the pulley 12 can be improved.
  • control force against the sliding of the pulley 12 is improved by devising the outer diameter of the rotary shaft 22, the inner ring outer diameter of the front bearing 7, and the outer diameter of the boss 12a of the pulley 12. Will be explained.
  • FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of a rotary shaft of a rotary electric machine according to a third embodiment of the present invention and the periphery thereof.
  • D 3 and D 5 are provided so as to be equal to D 4.
  • symbol same as the referential mark of FIG. 1 is the same or same component, and the detailed description is abbreviate
  • the D 3 and D 5 is the outer diameter, employs a structure equivalent to D 4.
  • FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of a rotary shaft of a rotary electric machine according to a fourth embodiment of the present invention and the periphery thereof.
  • the outer peripheral surface of the portion where the flange portion 23 and the field core 2b abut is formed in a stepped shape.
  • field core 2b side from the flange portion 23 of the rotary shaft 22 flange portion 23 and the field core 2b of the rotary shaft 22 to the outer diameter of the rotating shaft of the step 31 the portion of the outer peripheral surface in contact with the D 6.
  • the outer diameter of from flange portion 23 field core 2b of the rotary shaft 22 and D 1.
  • the relationship of D 1 ⁇ D 6 ⁇ D 3 is established between the outer diameters D 1 , D 3 , and D 6 of the rotation shaft 22.
  • the portion 31 which corresponds to the outer diameter D 6 is to be embedded in the field core 2b, and is formed.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view enlarging a modification of the rotary shaft of the rotary electric machine according to Embodiment 4 of the present invention and its periphery, showing a modification of the portion of outer diameter D 6 of the rotary shaft in FIG. There is.
  • the flange portion 23 and the field core 2b of the rotary shaft 22 of the outer peripheral surface of the abutting portion the portion 31 of the outer diameter D 6 is formed in a tapered shape.
  • symbol same as the referential mark of FIG. 1 is the same or same component, and the detailed description is abbreviate
  • Embodiment 5 improvement of the restriction force for the sliding of the pulley 12 will be described by devising a method of fixing the pulley 12 and the rotating shaft 22.
  • FIG. 8A is an enlarged sectional view of a rotary shaft of a rotary electric machine according to a fifth embodiment of the present invention and its periphery.
  • 8B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 8A.
  • the rotary shaft 22 according to the fifth embodiment is provided with a key groove 22 b.
  • the pulley 12 is provided with a key groove 12 b.
  • the key 24 is provided so as to be fitted into the key groove 22 b of the rotating shaft 22 and the key groove 12 b of the pulley 12.
  • the outer diameter on the side of the field core 2 from the flange portion 23 is D 1 .
  • the outer diameter of the rotary shaft 22, D 2 is provided so as to be larger than D 1.
  • the fastening force between the rotary shaft 22 and the pulley 12 can be improved.
  • the generated frictional force can be expanded.
  • a force more than the regulating force is applied to the structure capable of enlarging the force regulating the sliding of the pulley 12 as described in the first to fourth embodiments.
  • the unnecessary sliding of the pulley 12 and the expansion of the loosening of the nut 14 can be suppressed.
  • the point is to improve the restriction force against the sliding of the pulley 12 by devising a method of fixing the pulley 12 and the rotary shaft 22 with a structure different from the fifth embodiment. Do.
  • FIG. 9A is an enlarged sectional view of a rotary shaft of a rotary electric machine according to a sixth embodiment of the present invention and the periphery thereof.
  • 9B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 9B.
  • Splines 22 c are formed on the outer peripheral surface of the rotation shaft 22 according to the sixth embodiment.
  • a spline 12 c is formed on the inner peripheral surface of the pulley 12.
  • the splines 22c of the rotary shaft 22 and the splines 12c of the pulley 12 are provided in mesh with each other. Therefore, the rotary shaft 22 and the pulley 12 respectively have splines 22c and 12c on the surfaces in contact with each other, and the spline 22c and the spline 12c are engaged with each other.
  • the outer diameter on the side of the field core 2 from the flange portion 23 is D 1 .
  • the outer diameter of the rotary shaft 22, D 2 is provided so as to be larger than D 1. Increasing the outer diameter D 2, it is possible to increase the number of teeth of the spline.
  • the fastening force of the rotary shaft 22 and the pulley 12 can be improved, and the frictional force generated by the axial force of the screw can be enlarged.
  • the structure capable of enlarging the force regulating the sliding of the pulley 12 as described in the first to fourth embodiments when a force more than the regulating force is applied to the structure capable of enlarging the force regulating the sliding of the pulley 12 as described in the first to fourth embodiments.
  • the unnecessary sliding of the pulley 12 and the expansion of the loosening of the nut 14 can be suppressed.
  • the number of teeth of the spline can be increased by adopting a configuration in which the outer diameter of the rotating shaft is D 2 > D 1 .
  • the load on one tooth of the spline is reduced, and the spline life can be extended.

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Abstract

フロント軸受およびリヤ軸受に回転可能に支持された回転軸と、回転軸に固着された界磁鉄心と、回転軸の一端側において、回転軸と一体に回転可能に嵌合されたプーリと、を備える回転電機であって、回転軸の一端側から他端側に向けて、プーリ、フロント軸受、界磁鉄心の順で配置されており、プーリは、回転軸の一端側に形成された雄ネジに取り付けられたナットにより、回転軸に締結され、回転軸は、軸方向におけるフロント軸受と界磁鉄心との間の位置に、径方向外側に突出した鍔部を有する。

Description

回転電機
　本発明は、制御装置が取り付けられた制御装置一体型の回転電機に関する。
　回転電機が制御装置と一体となった制御装置一体型の回転電機として、車両用交流発電機が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の車両用交流発電機は、回転軸の一方の自由端であるベルト駆動側において、ナットとともに回転軸に備えられる部品として、反ベルト駆動側から順に、界磁鉄心、スペーサ、軸受部品、プーリを有している。
　従来、車両用交流発電機は、エンジン側からベルトを介してプーリに入力トルクが印加され、プーリが回転する。プーリが回転すると、回転軸の一端に切られたネジとこのネジに取付けられたナットとにより、回転軸に取り付けられている部品が回転する。すなわち、プーリが回転すると、プーリとそれ以外の締結部品の接地面との間に発生する摩擦力によって、プーリと他の締結部品が一体となって回転できる構造となっている。
　また、界磁鉄心は、回転軸に対して、反ベルト駆動側に移動できない構造となっている。その理由として、以下の２つの構造が挙げられる。回転軸の反ベルト駆動側では、界磁鉄心の反ベルト駆動側の終端面に沿って、回転軸の直径が部分的に太い鍔部を有しているか、あるいは回転軸の外周のうち、界磁鉄心が位置する外周面にローレットを有する回転軸が使用されている。これらの構造により、界磁鉄心と回転軸が固定されることになる。
　このような回転軸は、反ベルト駆動側の鍔部をボルト頭とするボルトとして作用するために、ナットと回転軸の鍔部、あるいはナットと回転軸のローレットによって、界磁鉄心、スペーサ、軸受部品、およびプーリが締結されることになる。さらに、界磁鉄心は、磁気特性向上の目的から、炭素含有量の少ない鋼材が使用されることが一般的である。従って、界磁鉄心は、ナットと回転軸の鍔部で締結される部品の中では、強度の弱いものとなっている。
特開２０１７－１１２７７５号公報
　しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。特許文献１の車両用交流発電機は、プーリに過大な入力トルクが印加された場合には、回転軸とナットとの間の締結部品の接地面に発生する摩擦力が負けてしまい、プーリの摺動、およびナットの連れ回りが発生する。その結果、ナット緩みにつながるため、ナットあるいはプーリの脱落が生じて、事故を引き起こすという問題があった。
　従来技術では、回転軸に対してナットにより締結される部品として、界磁鉄心、スペーサ、軸受け部品、およびプーリがある。ここで、界磁鉄心は、炭素含有量が少なく、やわらかい材料が使用されている。このため、界磁鉄心は、他の部品に比べて、降伏応力が比較的小さい。従って、界磁鉄心が降伏、あるいは損傷しないように、使用するナットの締結トルクは、低い範囲に設定されていた。
　換言すると、従来技術は、ナットの締め付けトルクを十分に拡大することができなかった。この結果、従来技術は、過大な入力トルクが印加された際のナットの緩み、プーリの不要な摺動などの問題を解決することができなかった。
　本発明は、上記のような問題を解決するためになされるもので、界磁鉄心を軸力から開放することによって、ナットの締め付けトルクの拡大及び軸力の拡大が可能となり、その結果として、プーリの摺動に対して規制する力の拡大を図る構造を備えた回転電機を提供することを目的とする。
　上記の課題を解決するために、本発明に係る回転電機は、フロント軸受およびリヤ軸受に回転可能に支持された回転軸と、回転軸に固着された界磁鉄心と、回転軸の一端側において、回転軸と一体に回転可能に嵌合されたプーリと、を備える回転電機であって、回転軸の一端側から他端側に向けて、プーリ、フロント軸受、界磁鉄心の順で配置されており、プーリは、回転軸の一端側に形成された雄ネジに取り付けられたナットにより、回転軸に締結され、回転軸は、軸方向におけるフロント軸受と界磁鉄心との間の位置に、径方向外側に突出した鍔部を有する。
　本発明に係る回転電機によれば、軸受と界磁鉄心との間に、回転軸の直径を大きくした鍔部を有し、ナットの締付力によって発生する軸力の影響が、界磁鉄心に及ばない構造を備えている。これにより、界磁鉄心を軸力から開放することができる。この結果、ナットの締付力のトルク拡大およびねじの軸力により発生する摩擦力の拡大を図ることによって、プーリの摺動に対する規制する力を拡大できる。
本発明の実施の形態１による回転電機の断面図である。 本発明の実施の形態１において回転電機の熱処理を施す回転軸の断面図である。 本発明の実施の形態１において回転電機の熱処理を施すプーリの断面図である。 本発明の実施の形態２による回転電機の回転軸とその周辺部を拡大した断面図である。 本発明の実施の形態３による回転電機の回転軸とその周辺部を拡大した断面図である。 本発明の実施の形態４による回転電機の回転軸とその周辺部を拡大した断面図である。 本発明の実施の形態４の変形例による回転電機の回転軸とその周辺部を拡大した断面図である 本発明の実施の形態５による回転電機の回転軸とその周辺部を拡大した断面図である。 図８Ａにおいて、Ａ－Ａ線で切断した断面図である。 本発明の実施の形態６による回転電機の回転軸とその周辺部を拡大した断面図である。 図９Ａにおいて、Ｂ－Ｂ線で切断した断面図である。
　以下、本発明の回転電機の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
　実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１による回転電機の断面図を示す。本実施の形態１に係る回転電機は、制御装置一体型の回転電機であり、車両に搭載され、駆動の補助および発電に用いられる。
　制御装置一体型の回転電機１は、回転電機本体１ａと制御装置１ｂとを一体に備えている。回転電機本体１ａは、界磁鉄心２、固定子３、フロントブラケット４、リヤブラケット５、フロント軸受７、リヤ軸受８、冷却ファン２０、２１、および回転軸２２を備えて構成されている。
　固定子３には、固定子巻線３ａが巻装されている。固定子３の内周側には、界磁鉄心２が設けられている。界磁鉄心２は、鉄心２ｂに界磁巻線２ａが巻装されて構成されている。なお、以下の説明では、鉄心２ｂのことを、界磁鉄心２ｂと称することもある。固定子３の軸方向の両端部には、フロントブラケット４およびリヤブラケット５が配置されている。フロントブラケット４およびリヤブラケット５は、一対のブラケットとして、固定子３を支持するように設けられている。
　フロントブラケット４には、フロント軸受７が固定されている。リヤブラケット５には、リヤ軸受８が固定されている。回転軸２２は、フロント軸受７とリヤ軸受８により、回転自在に保持されている。回転軸２２は、界磁鉄心２の中心に固定されている。リヤ軸受８は、回転軸２２に圧入され、固定されていてもよい。
　本実施の形態１に係る回転軸２２は、回転軸２２の直径が部分的に太く形成された鍔部２３を有している。鍔部２３に隣接するように、回転軸２２の一端側２５には、フロント軸受け７が配置されている。一方、鍔部２３に隣接するように、回転軸２２の他端側２６には、界磁鉄心２が配置されている。
　回転軸の一端側２５には、雄ねじが形成されており、ナット１４が取り付けられている。界磁鉄心２の軸方向の両端部には、界磁鉄心２の回転により冷却風を発生させる冷却ファン２０および冷却ファン２１が設けられている。ナット１４は、回転軸２２の一端側２５を構成する。一方、スリップリング１３は、回転軸２２の他端側２６を構成する。
　一端側２５において、フロントブラケット４から突出した回転軸２２には、プーリ１２が設けられている。プーリ１２は、回転軸２２の一端側２５に形成された雄ねじと、これに取付けられたナット１４とにより、回転軸２２に締結されている。従って、回転軸２２の一端側２５には、プーリ１２が、回転軸２２と一体に回転可能に嵌着されている。
　また、他方のリヤブラケット５から突出した回転軸２２には、界磁鉄心２の回転状態を検出する回転位置検出センサ６が設けられている。さらに、回転軸２２において、回転位置検出センサ６よりも他端側２６には、界磁巻線２ａに電流を供給するための一対のスリップリング１３が設けられている。そして、リヤブラケット５の外側には、スリップリング１３に摺接する一対のブラシ１７が設けられている。ブラシ１７は、ブラシホルダ１６によって保持されている。
　次に、制御装置１ｂについて説明する。制御装置１ｂは、パワー回路部と界磁回路部と制御回路部とを備えている。ただし、パワー回路部と界磁回路部と制御回路部は、いずれも図１では図示されていない。パワー回路部は、固定子巻線３ａに電気的に接続されている。界磁回路部は、界磁巻線２ａに電気的に接続されている。制御回路部は、パワー回路部および界磁回路部を制御している。
　次に、図１を用いて、制御装置一体型回転電機１の動作について説明する。制御装置一体型回転電機１は、車両の駆動補助としての電動機の機能と、発電のための発電機の機能とを備えている。
　先ず、制御装置一体型回転電機１が電動機として機能する場合を説明する。図示しない外部バッテリーからパワー回路部に供給された直流電力は、パワー回路部のＯＮ／ＯＦＦ制御によって３相交流電流に変換されて、固定子巻線３ａに供給される。
　また、外部バッテリーから供給された直流電力は、界磁回路部で調整されて界磁巻線２ａに供給される。この供給によって、界磁巻線２ａの周囲に回転磁界が生じ、その結果、界磁鉄心２が回転軸２２と共に回転する。
　回転軸２２の回転は、プーリ１２から、図示しない伝動ベルトを介して、エンジンに伝達される。また、制御回路部は、図示しない外部機器および回転位置検出センサ６からの情報に基づいて、パワー回路部と界磁回路部とを制御する。
　次に、制御装置一体型回転電機１が、発電機として機能する場合を説明する。エンジンが回転すると、エンジンの回転力が、伝動ベルトおよびプーリ１２を介して回転軸２２に伝達される。この結果、界磁鉄心２が回転して、固定子巻線３ａに３相交流電力が励起される。
　そして、制御回路部は、パワー回路部のＯＮ／ＯＦＦを制御し、固定子巻線３ａに励起された３相交流電力を直流電力に変換する。変換された直流電力は、外部バッテリーに供給され、充電される。
　本実施の形態１は、回転軸２２に鍔部２３を有する構造を採用している。これにより、フロント軸受７の側面のうち、プーリ１２と反対側に位置する側面の内輪が、鍔部２３と接する面が、ナット１４の締付によって締結される締結区間の終端面となる。
　この結果、ナットの締付けによって締結される部材は、フロント軸受け７とプーリ１２とに限定されることになる。このため、フロント軸受け７とプーリ１２よりも強度の弱い界磁鉄心２は、ナットの締付けによって発生する軸力から解放される。すなわち、回転軸２２に鍔部２３を設けた構造を採用することで、ナットの締付力によって発生する軸力の影響を、界磁鉄心に及ばなくすることができる。この結果、ナット締付力を従来よりも拡大することができ、プーリ１２の摺動に対する規制力を向上させることができる。
　次に、一部の部品に熱処理を施すことで、プーリ１２の摺動に対する規制力をさらに向上させることができる点について説明する。図２は、本発明の実施の形態１における、熱処理を施した回転軸２２の断面図である。図３は、本発明の実施の形態１における、熱処理を施したプーリ１２の断面図である。図２、３において、斜線部分が、熱処理を施した部分に相当する。
　図２に示すように、回転軸２２および鍔部２３に熱処理を施すことにより、ナット１４の締付によって、鍔部２３に生じる圧縮力に対する耐力、および回転軸２２のねじ部に生じる引っ張り力に対する耐力を拡大できる。
　また、図３に示すように、締結力が作用するプーリ１２の部分に熱処理を施すことにより、ナット１４の締付によってプーリ１２に生じる圧縮力に対する耐力を拡大できる。
　このように、回転軸２２およびプーリ１２に対して、締結力が作用する場所に部分的に熱処理を施すことで、ナット１４の締付力を拡大することができる。この結果、プーリ１２の摺動に対する規制力をさらに向上させることができる。なお、図２、図３に示す熱処理の範囲は一例であり、図示した範囲以上で回転軸２２およびプーリ１２に熱処理を施した場合には、より耐力の効果が得られることになる。
　以上のように、実施の形態１によれば、フロント軸受と界磁鉄心との間に、回転軸を部分的に太くした鍔部を有する構造を備えている。これにより、ナットの締付力によって発生する軸力の影響を、界磁鉄心に及ばなくすることができ、ナット締付力を拡大することができる。この結果、プーリの摺動に対する規制力を向上させた回転電機を得ることができる。
　また、実施の形態１によれば、回転軸とナットを溶接により固定する構造を採用してもよい。これにより、過大な入力トルクが印加された際に、ナットが緩むことを防止できる。さらに、過大な入力トルクがプーリに印加され、プーリが摺動した場合でも、ナットの共回り・脱落を抑制できる。
　実施の形態２．
　本実施の形態２では、回転軸２２の外径寸法を工夫することで、プーリ１２の摺動に対する規制力の向上を図る点について説明する。
　図４は、本実施の形態２による回転電機の回転軸とその周辺部を拡大した断面図である。回転軸２２において、鍔部２３より界磁鉄心２側の外径をＤ1とする。回転軸２２において、鍔部２３よりフロント軸受７側の外径をＤ2とする。回転軸２２の外径において、Ｄ2は、Ｄ1より大きくなるように設けられている。なお、図１の参照符号と同一の符号は、同一又は同様の構成要素であり、その詳細な説明は省略する。
　本実施の形態２に係る回転軸２２は、外径において、Ｄ2＞Ｄ1としている。すなわち、本実施の形態２に係る回転軸２２は、一端側２５で雄ねじが形成される部分の外径を、より大きくしている。この結果、ナット１４の締付によって回転軸２２に発生する引っ張り力に対する耐力を向上させることができる。さらに、ナット１４の締付力を拡大させることにより、プーリ１２の摺動に対する規制力を向上させることができる。
　実施の形態３．
　本実施の形態３では、回転軸２２の外径寸法、フロント軸受け７の内輪外径、およびプーリ１２のボス部１２ａの外径寸法を工夫することで、プーリ１２の摺動に対する規制力の向上を図る点について説明する。
　図５は、本発明の実施の形態３による回転電機の回転軸とその周辺部を拡大した断面図である。回転軸２２の鍔部２３の外径をＤ3とする。フロント軸受け７の内輪外径をＤ4とする。フロント軸受け７と接するプーリ１２のボス部１２ａの外径をＤ5とする。外径において、Ｄ3およびＤ5は、Ｄ4と同等となるように設けられている。なお、図１の参照符号と同一の符号は、同一又は同様の構成要素であり、その詳細な説明は省略する。
　本実施の形態３では、外径寸法であるＤ3およびＤ5を、Ｄ4と同等とする構造を採用している。このような同一外径を有する構造により、ナットによる締付力が、外径Ｄ5を有するプーリ１２、および外径Ｄ4を有するフロント軸受け７を介して、外径Ｄ3を有する鍔部２３に伝達されることとなる。
　この結果、ナット１４の締付によって回転軸２２の鍔部２３とプーリ１２に生じる圧縮力に対する耐力を拡大することができる。さらに、ナット１４の締付力を拡大させることにより、プーリ１２の摺動に対する規制力を向上させることができる。
　実施の形態４．
　本実施の形態４では、鍔部２３の形状を工夫することで、プーリ１２の摺動に対する規制力の向上を図る点について説明する。
　図６は、本発明の実施の形態４による回転電機の回転軸とその周辺部を拡大した断面図である。本実施の形態４に係る回転軸２２は、鍔部２３と界磁鉄心２ｂが当接する部分の外周面が、段差形状に形成されている。回転軸２２の鍔部２３より界磁鉄心２ｂ側において、回転軸２２の鍔部２３と界磁鉄心２ｂが当接する外周面のうちの段差３１部分の回転軸の外径をＤ6とする。また、回転軸２２の鍔部２３より界磁鉄心２ｂ側の外径をＤ1とする。回転軸２２の鍔部の外径をＤ3とする。
　回転軸２２の外径Ｄ1、Ｄ3、Ｄ6の間には、Ｄ1＜Ｄ6＜Ｄ3の関係が成り立っている。また、外径Ｄ6に相当する部分３１は、界磁鉄心２ｂに埋め込まれるように、形成されている。
　図７は、本発明の実施の形態４による回転電機の回転軸の変形例とその周辺部を拡大した断面図であり、図６における回転軸の外径Ｄ6の部分の変形例を示している。回転軸２２の鍔部２３と界磁鉄心２ｂが当接する部分の外周面のうち、外径Ｄ6の部分３１は、テーパ形状に形成されている。なお、図１の参照符号と同一の符号は、同一又は同様の構成要素であり、その詳細な説明は省略する。
　エンジン側からベルトを介してプーリ１２に過大な入力トルクが作用すると、ベルト張力が拡大する。ベルト張力により、回転軸２２のうち、界磁鉄心２ｂと回転軸２２の鍔部２３との当接面の部分に過大な曲げ応力が生じることになる。従って、回転軸２２の外径において、Ｄ1＜Ｄ6＜Ｄ3とする構成により、当接面に生じる曲げ応力に対する耐力を拡大することができる。また、回転軸２２に作用する曲げ荷重に対する疲労寿命を長くすることができる。
　さらに、図７に示すように、回転軸２２の鍔部２３と界磁鉄心２ｂが当接する部分の外周面のうち、外径Ｄ6の部分３１を、テーパ形状に形成した場合にも、同様の効果が得られる。従って、当接面に生じる曲げ応力に対する耐力を拡大することができる。さらに、回転軸２２に作用する曲げ荷重に対する疲労寿命を長くすることができる。
　実施の形態５． 
　本実施の形態５では、プーリ１２と回転軸２２との固定方法を工夫することで、プーリ１２の摺動に対する規制力の向上を図る点について説明する。
　図８Ａは、本発明の実施の形態５による回転電機の回転軸とその周辺部を拡大した断面図である。また、図８Ｂは、図８ＡにおけるＡ－Ａ線で切断した断面図である。本実施の形態５に係る回転軸２２には、キー溝２２ｂが設けられている。プーリ１２には、キー溝１２ｂが設けられている。回転軸２２のキー溝２２ｂとプーリ１２のキー溝１２ｂに、キー２４が嵌め込まれるように、設けられている。
　回転軸２２において、鍔部２３より界磁鉄心２側の外径をＤ1とする。回転軸２２において、鍔部２３よりフロント軸受７側の外径をＤ2とする。回転軸２２の外径において、Ｄ2は、Ｄ1より大きくするように設けられている。
　回転軸２２のキー溝２２ｂとプーリ１２のキー溝１２ｂに、キー２４が嵌め込まれた構造を採用することで、回転軸２２とプーリ１２の締結力を向上させることができ、ねじの軸力により発生する摩擦力を拡大できる。この結果、先の実施の形態１～４で説明したような、プーリ１２の摺動を規制する力を拡大することが可能な構造に対して、その規制する力以上の力が印加された場合でも、プーリ１２の不要な摺動およびナット１４の緩みの拡大を抑制することができる。
　実施の形態６． 
　本実施の形態６では、先の実施の形態５とは異なる構造で、プーリ１２と回転軸２２との固定方法を工夫することで、プーリ１２の摺動に対する規制力の向上を図る点について説明する。
　図９Ａは、本発明の実施の形態６による回転電機の回転軸とその周辺部を拡大した断面図である。また、図９Ｂは、図９ＢにおけるＢ－Ｂ線で切断した断面図である。本実施の形態６に係る回転軸２２の外周面には、スプライン２２ｃが形成されている。プーリ１２の内周面には、スプライン１２ｃが形成されている。回転軸２２のスプライン２２ｃとプーリ１２のスプライン１２ｃは、噛合させるように設けられている。従って、回転軸２２およびプーリ１２は、お互いが接触する面に、それぞれスプライン２２ｃ、１２ｃを有し、スプライン２２ｃとスプライン１２ｃが噛合している。
　回転軸２２において、鍔部２３より界磁鉄心２側の外径をＤ1とする。回転軸２２において、鍔部２３よりフロント軸受７側の外径をＤ2とする。回転軸２２の外径において、Ｄ2は、Ｄ1より大きくするように設けられている。外径Ｄ2を大きくすると、スプラインの歯数を増やすことができる。
　回転軸２２およびプーリ１２のスプライン２２ｃ、１２ｃを噛合させた構造を採用することで、回転軸２２とプーリ１２の締結力を向上させることができ、ねじの軸力により発生する摩擦力を拡大できる。この結果、先の実施の形態１～４で説明したような、プーリ１２の摺動を規制する力を拡大することが可能な構造に対して、その規制する力以上の力が印加された場合でも、プーリ１２の不要な摺動およびナット１４の緩みの拡大を抑制することができる。
　さらに、回転軸の外径をＤ2＞Ｄ1とする構成を採用することで、スプラインの歯数を増やすことができる。この結果、スプラインの一枚の歯にかかる負荷が低減し、スプライン寿命を長期化できる。
　１　制御装置一体型の回転電機（回転電機）、２、２ｂ　界磁鉄心、７　フロント軸受、１２　プーリ、１２ａ　プーリのボス部、１２ｂ　プーリのキー溝、１２ｃ　プーリのスプライン、１４　ナット、２２　回転軸、２２ｂ　回転軸のキー溝、　２２ｃ　回転軸のスプライン、２３　回転軸の鍔部、２４　キー、２５　回転軸の一端側、２６　回転軸の他端側、３１　回転軸の鍔部と界磁鉄心が当接する外周面のうちの段差部分、Ｄ1 回転軸の鍔部より界磁鉄心側の外径、Ｄ2 回転軸の鍔部よりフロント軸受側の外径、Ｄ3 回転軸の鍔部の外径、Ｄ4 フロント軸受の内輪外径、Ｄ5 プーリのボス部の外径、

Claims (10)

  1. 　フロント軸受およびリヤ軸受に回転可能に支持された回転軸と、
    　前記回転軸に固着された界磁鉄心と、
    　前記回転軸の一端側において、前記回転軸と一体に回転可能に嵌合されたプーリと、
    　を備える回転電機であって、
    　前記回転軸の前記一端側から他端側に向けて、前記プーリ、前記フロント軸受、前記界磁鉄心の順で配置されており、
    　前記プーリは、前記回転軸の一端側に形成された雄ネジと取り付けられるナットにより、前記回転軸に締結され、
    　前記回転軸は、軸方向における前記フロント軸受と前記界磁鉄心との間の位置に、径方向外側に突出した鍔部を有する
    　回転電機。
  2. 　前記回転軸および前記プーリは、それぞれキー溝を備え、それぞれのキー溝にキーが挿入されることで互いに固定されている
    　請求項１に記載の回転電機。
  3. 　前記回転軸と前記プーリは、互いが接触するそれぞれの面にスプラインを有し、前記回転軸のスプラインと前記プーリの前記スプラインが噛合することで互いに固定されている
    　請求項１記載の回転電機。
  4. 　前記ナットは、前記雄ネジに取り付けられた状態で、前記回転軸と溶接により固定されている
    　請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機。
  5. 　前記回転軸および前記鍔部は、少なくとも一部に熱処理が施されている
    　請求項１から４のいずれか１項に記載の回転電機。
  6. 　前記プーリは、少なくとも一部に熱処理が施されている
    　請求項１から５のいずれか１項に記載の回転電機。
  7. 　前記回転軸は、前記鍔部より一端側の外径が、前記鍔部より他端側の外径よりも大きくなるように形成されている
    　請求項１から６のいずれか１項に記載の回転電機。
  8. 　前記鍔部の外径と、前記フロント軸受の内輪の外径と、前記フロント軸受と接する前記プーリのボス部の外径とが、等しくなるように形成されている
    　請求項１から７のいずれか１項に記載の回転電機。
  9. 　前記鍔部と前記界磁鉄心とが当接する外周面には、段差が設けられている
    　請求項１から８のいずれか１項に記載の回転電機。
  10. 　前記段差は、テーパ形状を有している
    　請求項９に記載の回転電機。
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