JP2008109804A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータ（回転子）のコアの両端に配設したエンドプレートの簡易な廻り止め機構を備えた回転電機を提供する。
【解決手段】回転電機であるモータジェネレータは、ロータ（回転子）２５とステータ（固定子）とを備え、ロータ２５は、回転軸２４と、該回転軸２４の外周面上に装着されたロータコア（芯体）２と、回転軸２４の軸方向におけるロータコア２の両端に配設されたエンドプレート１と、エンドプレート１に摩擦力を作用させることでエンドプレート１の廻り止めを行なう廻り止め部材３とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転電機に関し、特に、回転電機におけるロータの構造に関する。

従来から、回転電機であるモータは広く知られている。モータの用途は非常に広範であり、産業機器、各種車両、空調機器、環境機器等の様々な機器において用いられている。

モータは、固定して動かない機械部分であるステータ（固定子）と、回転部分であるロータ（回転子）とを備える。ステータは、ステータコアと、該ステータコアに巻付けたステータコイルとを有する。このステータコイルに三相電流を流すことにより、その位相差のために生じる合成磁界が回転力となってロータが回転する。

ロータの中には、回転軸と、該回転軸に装着されたコアと、回転軸を回転可能に支持するベアリングと、回転軸の軸方向におけるコアの両端に設置されたエンドプレートとを有するものがある。

なお、ロータを有するモータの構造例が、たとえば特開平５−２２７６９５号公報、実開昭６２−１１９１４５号、特開平１１−８９１９６号公報等に記載されている。
特開平５−２２７６９５号公報 実開昭６２−１１９１４５号公報 特開平１１−８９１９６号公報

エンドプレートをコアの両端に設置したロータにおいては、エンドプレートによって、コアの保持・固定を行なうとともに、ロータの回転時の振動による耐久性・信頼性を確保すべくアンバランス修正をも行なっている。そのため、エンドプレートには廻り止めが必要となる。

エンドプレートの廻り止めを行なうには、たとえばエンドプレートの内周面に廻り止め用の凸部を設け、回転軸側に当該凸部と嵌合する凹部を設ければよいが、エンドプレートに廻り止め用の凸部を形成すると、生産性が低下するばかりでなく製造コストも増大するという問題が生じる。

そこで、本発明は、回転子（ロータ）のコアの両端に配設したエンドプレートの簡易な廻り止め機構を備えた回転電機を提供することを目的とする。

本発明に係る回転電機は、固定子と回転子とを備え、回転子は、回転軸と、該回転軸の外周面上に装着された芯体と、回転軸の軸方向における芯体の両端に配設された端部材と、端部材に摩擦力を作用させることで端部材の廻り止めを行なう廻り止め部材とを有する。

上記廻り止め部材は、回転軸の軸方向における端部材の第１端面と対向する第２端面を有し、第２端面に凹凸構造を設け、該凹凸構造を端部材の第１端面に当接することで端部材の廻り止めを行なうようにしてもよい。また、端部材は、内周面に回転軸の周方向に回転軸と係合する凹凸構造を設けない状態で回転軸の外周面上に装着してもよい。また、廻り止め部材を、端部材の材質よりも硬度の高い材質で構成してもよい。

本発明に係る回転電機は、端部材に摩擦力を作用させることで端部材の廻り止めを行なう廻り止め部材を備えるので、端部材に廻り止め用の凹凸構造を設ける必要がなくなり、端部材の廻り止め機構を簡易な構成とすることができる。

以下、本発明の実施の形態について図１〜図５を用いて説明する。なお、下記の実施の形態では、回転電機であるモータジェネレータに本発明を適用した場合について説明するが、回転電機に含まれる一般的なモータ（電動機）やジェネレータ（発電機）にも本発明を適用可能である。

回転電機は、車両ではたとえばハイブリッド車両に搭載可能であるが、ハイブリッド車両以外の各種車両（たとえば燃料電池車や電気自動車を含む電動車両）や、産業機器、空調機器、環境機器等の様々な機器にも搭載可能である。

下記の実施の形態において同一または相当する部分には同一の参照符号を付し、説明は適宜省略する。また、実施の形態の各構成要素は、全てが必須のものであるとは限らず、一部の構成要素を省略可能な場合があることも当初から予定している。

ここで、まず図１を用いて、モータジェネレータ２０の概略構成について説明する。本実施の形態のモータジェネレータ２０は、ハイブリッド車両に搭載可能なタイプのモータジェネレータである。図１は、本実施の形態のモータジェネレータ２０とその近傍の概略構成を示す図である。

モータジェネレータ２０は、たとえば３相交流同期電動発電機であって、ハイブリッド車両に搭載されたＰＣＵ（Power Control Unit）１０から受ける交流電力によって駆動力を発生する。また、モータジェネレータ２０は、ハイブリッド車両の減速時等においては発電機としても使用され、その発電作用（回生発電）により交流電力を発電し、その発電した交流電力をＰＣＵ１０へ出力する。

モータジェネレータ２０は、減速機構２７を介してディファレンシャル機構３０と接続され、ディファレンシャル機構３０は、ドライブシャフト受け部３１を介してドライブシャフトと接続される。よって、モータジェネレータ２０から出力された動力を、減速機構２７、ディファレンシャル機構３０およびドライブシャフト受け部３１を介してドライブシャフトに伝達することができる。

他方、車両の減速時等においては、駆動輪あるいはエンジンによってモータジェネレータ２０が駆動され、モータジェネレータ２０により発電された電力は、ＰＣＵ１０内のインバータを介してハイブリッド車両のバッテリに蓄えられる。

モータジェネレータ２０は、図１に示すように、軸受２３を介してハウジング２１に回転可能に取付けられた回転軸２４と、回転軸２４に取付けられたロータ（回転子）２５と、ステータ（固定子）２６とを有する。

ステータ２６はステータコアを有し、このステータコアに巻回されたコイルの端部であるコイルエンドは、バスバーを介してハウジング２１に設けられた給電用端子台２２と電気的に接続される。給電用端子台２２は、給電ケーブル１１を介してＰＣＵ１０と電気的に接続される。

次に、図２を用いて、ロータ２５の構造例について説明する。図２に示すように、ロータ２５は、回転軸（ロータシャフト）２４と、回転軸２４の外周上に装着されたロータコア（芯体）２と、エンドプレート（端部材）１と、エンドプレート１の廻り止め部材３とを備える。

図２の例では、回転軸２４は、大径部と小径部とを有しており、大径部の外周上にロータコア２、エンドプレート１および廻り止め部材３が装着されている。回転軸２４には、エンドプレート１の側面を支持することが可能な支持部を設けることが好ましい。図２の例では、回転軸２４の外周面に、一方のエンドプレート１の側面を支持することが可能な突起部を設けている。

ロータコア２は、積層された磁性鋼鈑を含む。磁性鋼鈑は、同一形状であっても異なる形状であってもよい。磁性鋼鈑は、たとえば回転軸２４との接触部に設けたスプラインやキーによって、回転軸２４と接合することができる。なお、磁性鋼鈑同士を固定するための固定部材を設けることが好ましい。

エンドプレート１は、ロータコア２の両端に設けられる。エンドプレート１は、たとえばアルミニウムで構成可能である。このエンドプレート１は、ロータコア２の保持・固定を行ない、磁力による磁性鋼鈑の回転軸２４の軸方向における広がりを抑制する機能を有する。また、エンドプレート１は、ロータ２５の回転時の振動による耐久性・信頼性を確保すべくアンバランス修正を行なう機能をも有する。このようなエンドプレート１の機能に鑑み、エンドプレート１の廻り止めを行なうことは必要である。

廻り止め部材３は、回転軸２４に固定され、エンドプレート１との間に摩擦力を発生させることでエンドプレート１の廻り止めを行なう機能を有する。この廻り止め部材３の材質としては、エンドプレート１よりも硬質の材質を使用することが考えられるが、たとえば熱間圧延軟鋼（ＳＰＨＤ，ＳＡＰＨ４４０）や炭素鋼（Ｓ１０Ｃ）等の材質を使用可能である。

図２の例では、廻り止め部材３は、回転軸２４の大径部の外周に固定される。より詳しくは、回転軸２４の大径部の外周に溝部８を設け、廻り止め部材３の一部（たとえば図３（ａ）に示す筒状部３ａ）にカシメ加工を施して溝部８内に押し込むことで、廻り止め部材３を回転軸２４の大径部に固定している。なお、カシメ以外の手法で、廻り止め部材３を回転軸２４に固定してもよい。たとえば、焼嵌めによる圧入固定を採用することができる。

廻り止め部材３の軸方向端面（第２端面）は、廻り止め部材３側に位置するエンドプレート１の側面（第１端面：廻り止め部材３と対向する側のエンドプレート１の表面）に当接される。回転軸２４にロータコア２やエンドプレート１を組付ける際には、ガタつきをなくすために、これらの部材に回転軸２４の軸方向の荷重を付加するが、この組付時の荷重を利用して、廻り止め部材３の軸方向端面を、エンドプレート１の側面に当接することができる。

廻り止め部材３の軸方向端面には、たとえば凹凸構造を設けたり、粗面加工が施され、エンドプレート１との間に摩擦力を発生させることができるようになっている。このような廻り止め部材３を押圧してエンドプレート１の側面に押付けることにより、廻り止め部材３とエンドプレート１との間に摩擦力を発生させることができる。それにより、エンドプレート１に従来のような廻り止め用の凹凸形状を設けることなく廻り止めを行なうことができ、エンドプレート１の廻り止め機構を省略あるいは簡略化することができる。その結果、エンドプレート１の基本構造の変更を伴うことなく廻り止めを行なうことができ、モータジェネレータ２０の生産性を向上することができる。

図３（ａ），（ｂ）に、図２に示す廻り止め部材３の拡大図を示す。図３（ａ）に示すように、廻り止め部材３は、筒状部３ａと、フランジ部（平板状部分）３ｂとを有し、軸方向端面（フランジ部３ｂの一方の側面）に凹凸構造を有する。この廻り止め部材３の軸方向端面における凹凸構造をエンドプレート１に当接することにより、エンドプレート１との間に摩擦力を発生させることができる。

図３（ｂ）に、図３（ａ）の領域４の拡大図を示す。図３（ｂ）に示すように、廻り止め部材３の軸方向端面に山状の凸部５を複数並設することで、該軸方向端面に凹凸構造を設けてもよい。この凹凸構造は、たとえばプレス加工や切削加工のような機械加工により形成可能である。また、サンドブラスト等の表面処理を施すことで、廻り止め部材３の軸方向端面を粗面化することができる。

なお、上記の凸部５の形状は任意に選択可能である。また、上記軸方向端面に凹部を設けることで凹凸構造を形成してもよい。さらに、上記軸方向端面を変質させる等して摩擦力を発生させるようにしてもよい。また、廻り止め部材３とエンドプレート１との間に、これらの少なくとも一方に対し摩擦力を発生させることが可能な別部材を配設してもよく、廻り止め部材３とエンドプレート１との少なくとも一方に、廻り止め部材３とエンドプレート１との間で摩擦力を発生させることが可能な部材を取付けてもよい。たとえば、廻り止め部材３の軸方向端面に、高摩擦係数の別部材を接着剤等で貼付ける等して固定し、この高摩擦係数の部材をエンドプレート１に当接させるようにしてもよい。また、これとは反対に、高摩擦係数の部材または部分をエンドプレート１側に設置し、この高摩擦係数の部材を、廻り止め部材３の軸方向端面に当接させて摩擦力を発生させるようにしてもよい。

図４（ａ），（ｂ）に、廻り止め部材３の変形例を示す。図４（ａ），（ｂ）に示すように、廻り止め部材３の軸方向端面において内周部から外周部に放射状に延びるように山状の凸部９を設けてもよい。この場合、当該凸部９をエンドプレート１に当接させることで、廻り止め部材３とエンドプレート１との間に摩擦力を発生させることができる。

また、本例の場合も、廻り止め部材３とエンドプレート１との間に高摩擦係数の部材や部分を別途配設してもよい。たとえば、廻り止め部材３の軸方向端面における凹凸構造と嵌合する凹凸構造を高摩擦係数の部材の端面に設けることで、廻り止め部材３の外周方向に各部材の凹凸構造同士を係合させることができ、高摩擦係数の部材の廻り止めを行ないながらエンドプレート１の廻り止めをも行なうことができる。また、廻り止め部材３の軸方向端面に、高摩擦係数の部材を貼付ける等して固着してもよい。

図５に、廻り止め部材３の他の変形例を示す。図５に示すように、廻り止め部材３の代わりに、回転軸２４の外周面に抜け止めリング６を固着してもよい。この場合、抜け止めリング６の軸方向端面７に、エンドプレート１との間に摩擦力を発生させることが可能な処理を施せばよい。具体的には、抜け止めリング６の軸方向端面７に凹凸構造を設けたり、当該軸方向端面７を粗面化すればよい。この場合も、上述の各場合と同様に、エンドプレート１との間に摩擦力を発生させることができ、エンドプレート１の廻り止めを行なえる。

上記の抜け止めリング６は、たとえば焼嵌めによる圧入固定で、回転軸２４に固定することができるが、これ以外の任意の手法で回転軸２４に固定してもよい。

以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、上述の各実施の形態の構成を適宜組合わせることも当初から予定している。また、今回開示した実施の形態はすべての点での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。

本発明の実施の形態のモータジェネレータとその近傍の概略構成を示す図である。 本発明の実施の形態のロータの構造例を示す断面図である。 （ａ）は図２に示す廻り止め部材の斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示す領域４の拡大図である。 （ａ）は廻り止め部材の変形例の正面図であり、（ｂ）は（ａ）のＩＶＡ−ＩＶＡ線に沿う断面図である。 廻り止め部材の他の変形例を示す部分断面図である。

符号の説明

１ エンドプレート、２ ロータコア、３ 廻り止め部材、３ａ 筒状部、３ｂ フランジ部、４ 領域、５，９ 凸部、６ 抜け止めリング、７ 軸方向端面、８ 溝、１０ ＰＣＵ、１１ ケーブル、２０ モータジェネレータ、２１ ハウジング、２２ 給電用端子台、２３ 軸受、２４ 回転軸、２５ ロータ、２６ ステータ、２７ 減速機構、３０ ディファレンシャル機構、３１ ドライブシャフト受け部。

Claims (4)

1. 固定子と回転子とを備え、
   前記回転子は、回転軸と、該回転軸の外周面上に装着された芯体と、前記回転軸の軸方向における前記芯体の両端に配設された端部材と、前記端部材に摩擦力を作用させることで前記端部材の廻り止めを行なう廻り止め部材とを有する、回転電機。
2. 前記廻り止め部材は、前記回転軸の軸方向における前記端部材の第１端面と対向する第２端面を有し、
   前記第２端面に凹凸構造を設け、該凹凸構造を前記端部材の第１端面に当接することで前記端部材の廻り止めを行なうようにした、請求項１に記載の回転電機。
3. 前記端部材は、内周面に前記回転軸の周方向に前記回転軸と係合する凹凸構造を設けない状態で前記回転軸の外周面上に装着される、請求項１または請求項２に記載の回転電機。
4. 前記廻り止め部材を、前記端部材の材質よりも硬度の高い材質で構成した、請求項１から請求項３のいずれかに記載の回転電機。

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