JP2019115217A - ロータコアの取付構造 - Google Patents

Abstract

【課題】中空円筒状のロータコアをロータシャフトに取り付けるロータコアの取付構造であって、ロータコアをロータシャフトに取り付けるカシメ部をより小さい荷重で形成することができる取付構造を提供する。【解決手段】中空円筒状のロータコア２０と、ロータコア２０の軸方向の端面に配置された円環状のエンドプレート３２とを有し、ロータコア２０をロータシャフト４０に取り付けるロータコア２０の取付構造である。エンドプレート３２は、内周面に切欠き部３４を備え、ロータシャフト４０の薄肉部４９を切欠き部３４に向けて径方向外側にかしめることによって設けたカシメ部５０により、ロータコア２０をロータシャフト４０に取り付ける。【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機のロータに関し、詳しくは、ロータコアをロータシャフトに取り付けるロータコアの取付構造に関する。

電気エネルギーを回転の運動エネルギーに変換する電動機、回転の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機、さらに、発電機及び電動機の両者の機能を有する発電電動機が知られている。これらの回転電機は、ロータに設けられた永久磁石と、ステータに設けられたコイルとの間の電磁気的な相互作用によって動作する。

ロータは、ロータコアと、ロータコアの中心を貫通するシャフトを備えている。一般に、ロータコアは、シャフトに貫かれた複数枚の鋼板を積層することで形成されている。ロータコアをシャフトに取り付ける構造として、シャフトの軸方向の一端に形成されたフランジ部と、シャフトの軸方向の他端に形成されたカシメ部との間にロータコアを挟むものがある。この構造では、シャフトに貫かれたエンドプレートがロータコアの端面に配置され、カシメ部によってエンドプレートがロータコアに押し付けられることで、ロータコアが軸方向に固定されている。

特許文献１には、中空円筒形状に形成されたコア部材と該コア部材の端部に配設されたエンドプレートとを有するロータコアを中心軸に取り付けるロータコアの取付構造であって、中心軸より展性が大きい円環形状のリング部材を該中心軸に取り付け、該リング部材をロータコアのエンドプレート側に曲げを伴ってかしめることによりロータコアを中心軸に取り付けたロータコアの取付構造が記載されている。

特開２０１０−２７９１４９号公報

特許文献１に記載されたロータコアの取付構造では、シャフトに取り付けた円環形状のリング部材をロータコアのエンドプレート側にかしめている。このようにリング部材とエンドプレートの２つの部材を変形させてカシメ点を形成するには、カシメ加工の際に大きな荷重を要するため、ロータコアを取り付けるためのカシメ加工を実施する設備の大型化が必要になるという問題がある。

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、中空円筒状のロータコアをロータシャフトに取り付けるロータコアの取付構造であって、ロータコアをロータシャフトに取り付けるカシメ部をより小さい荷重で形成することができる取付構造を提供することを課題とする。

本発明に係るロータコアの取付構造は、中空円筒状のロータコアと、ロータコアの軸方向の端面に配置された円環状のエンドプレートとを有し、ロータコアをロータシャフトに取り付けるロータコアの取付構造であって、エンドプレートは、内周面に切欠き部を備え、ロータシャフトの薄肉部を切欠き部に向けて径方向外側にかしめることによって設けたカシメ部により、ロータコアをロータシャフトに取り付けることを特徴とする。

好適な態様では、エンドプレートの内周面において周方向に沿って等間隔に並んだ複数の切欠き部と、当該複数の切欠き部に対応してロータシャフトに設けた複数のカシメ部とを有する。

本発明によれば、エンドプレートの内周面に切欠き部を設け、エンドプレートを塑性変形することなく、ロータシャフトの薄肉部のみに対してカシメ加工を実施して、ロータコア及びエンドプレートを軸方向に沿って押し付けるカシメ部を設けることができる。これにより、内周面に切欠き部を設けないエンドプレートを用いる場合に比較して、より小さい荷重でロータシャフトのカシメ加工を行い、ロータコアの軸方向の移動を抑制するカシメ部を設けることができ、ひいては、カシメ加工を実施する設備を小型化することができる。

実施形態の一例に係るロータコアの取付構造を適用したロータの構成を示す断面図である。 図１のロータの構成を右から見た側面図である。 実施形態の一例に係るロータコアの取付構造の一部の構成を示す図である。 実施形態の一例に係るロータコアの取付構造の一部の構成を示す図である。 従来のロータコアの取付構造の一部の構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。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、回転電機の仕様等により、適宜変更が可能である。

図１は、車両に搭載される回転電機に用いられるロータ１０であって、本実施形態に係るロータコア２０の取付構造を適用したロータ１０の構造を示す図である。図１では、当該ロータ１０の回転中心軸を含む断面が示されている。図２は、図１のロータ１０を右から見た側面図（外観図）である。図３及び図４のそれぞれは、本実施形態に係るロータコア２０の取付構造の一部の構成を示す図である。図３は、ロータシャフト４０がカシメ加工される前の状態を示し、図４は、当該カシメ加工が実施されてカシメ部５０が形成された後の状態を示す。

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に示すロータ１０と、ロータ１０の外周側に所定の隙間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。

本実施形態に係るロータ１０は、図１に示す通り、ロータコア２０と、ロータコア２０の端面を押さえるためのエンドプレート３０，３２と、ロータコア２０及びエンドプレート３０，３２が取り付けられるロータシャフト４０とを備える。

ロータコア２０は、所定枚数の磁性体薄板を積層した積層体２２と、積層体２２に埋め込んで配置される複数の磁石２４を含んで構成される。磁性体薄板を積層した積層体２２は、ロータシャフト４０の外形を通す中心穴と、複数の磁石２４が挿入される複数の磁石孔を有する。磁性体薄板としては、所定の厚み（例えば０．３ｍｍ、０．５ｍｍ、１．０ｍｍなど）を有する電磁鋼板を用いることができる。積層方向は、ロータ１０の回転中心軸に沿った方向（以下「軸方向」ともいう）である。積層体２２において、中心穴、磁石孔は、軸方向に平行な方向に延びて貫通する。磁性体薄板の積層は、所定の形状に打ち抜かれた所定枚数の磁性体薄板をカシメ加工等で一体化することにより行われる。

磁石２４は、ロータコア２０の外周側に所定の配置で複数配置され、ロータ１０の各磁極を形成する永久磁石である。磁石２４は、図示されていない回転電機のステータに巻回される巻線コイルに所定の通電を行うことで発生する回転磁界と協働してトルクを発生し、これによってロータ１０が回転する。

エンドプレート３０，３２は、ロータコア２０の軸方向の両端面に接触して配置され、ロータシャフト４０の外径を通す円環状の形状を有する。エンドプレート３０，３２を、エンドプレート３０，３２でロータコア２０を挟むようにロータシャフト４０に取り付けることにより、ロータコア２０及び磁石２４の軸方向（ロータ部材の積層方向）の端面が押さえられている。

本実施形態では、図２に示す通り、エンドプレート３２の内周面に、複数の切欠き部３４が、周方向に沿って等間隔に並んで形成されている。ここで、切欠き部３４を設けたエンドプレート３２は、ロータシャフト４０の取付部４４に設けた受止部４８と接するエンドプレート３０とはロータコア２０を挟んで軸方向の反対側に配置されている。

図３に、本実施形態に係るロータコア２０の取付構造の一部であって、エンドプレート３２の内周面に設けた切欠き部３４及びその周囲の構成を示す。但し、図３では、ロータシャフト４０がカシメ加工される前の構成を示している。図３（ａ）は軸方向に沿った部分断面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）を右から見た側面図である。図３（ａ）に示す通り、切欠き部３４は、エンドプレート３２の内周面よりも径方向の外側にあって内周面と平行な底部３４ａを有する。エンドプレート３２の内周面に切欠き部３４が形成されることにより、ロータコア２０のエンドプレート３２側の端面の一部である当接面２６が露出する。また、切欠き部３４の軸方向に垂直な断面は、軸方向のいずれにおいても図３（ｂ）に示す断面形状を有する。図３（ｂ）に示す通り、切欠き部３４は、底部３４ａと、底部３４ａの周方向両端から径方向内側に延びる側壁３４ｂとからなり、径方向内側が開口した形状を有する。本実施形態では、後述するように、ロータシャフト４０の取付部４４のエンドプレート３２側の端部（薄肉部４９）を切欠き部３４に向かって径方向外側にかしめることで、カシメ部５０が形成される。

図１に戻り、ロータシャフト４０は、動力を入出力するための中空円筒状の入出力部４２と、入出力部４２より大きい径を有する中空円筒状の取付部４４とが、円盤状の連結部４６を介して一体に形成されている。このように、小径の入出力部４２と大径の取付部４４とを備えるロータシャフト４０とすることで、取付部４４の設計の自由度が向上する。これにより、例えば、取付部４４のエンドプレート３２側の端部において、容易にカシメ加工を行いカシメ部５０を設けるための薄肉部４９を形成することも容易となる。ロータシャフト４０は、ロータ１０が回転電機に用いられるときには、軸方向の両端が軸受によって回転自在に支持され、図示されていないステータと協働して回転する。ロータシャフト４０は、例えば鉄やニッケル等の鋼材を所定の形状に加工したものを用いることができる。

取付部４４の径方向外側には、ロータコア２０及びエンドプレート３０，３２が取り付けられている。また、取付部４４は、ロータシャフト４０の一方端側に設けた段差部である受止部４８を有する。受止部４８は、ロータコア２０の軸方向の一方端側に配置されたエンドプレート３０と当接する。受止部４８のエンドプレート３０との接触面は軸方向に垂直であり、その面積は、ロータコア２０及びエンドプレート３０，３２が軸方向に押圧する力を十分に受け止められる程度に設定される。取付部４４は、受止部４８とは軸方向の反対側の薄肉部４９において、エンドプレート３２の内周面と当接する。エンドプレート３２の内周面と当接し、後述するカシメ部５０が形成される薄肉部４９は、取付部４４のロータコア２０の内周面と当接する軸方向中央部と比較して径方向の厚さが薄く形成されている。これにより、当該薄肉部４９において、切欠き部３４に向けて径方向外側に変形させるカシメ加工を容易に行うことができる。

本実施形態に係るロータコア２０の取付構造は、ロータシャフト４０をエンドプレート３２の内周面に設けた切欠き部３４に向けて径方向外側にかしめることにより設けられたカシメ部５０を有する。図４に、本実施形態に係るロータコア２０の取付構造の一部であって、ロータコア２０をロータシャフト４０に取り付けるカシメ部５０及びその周囲の構成を示す。図４（ａ）は軸方向に沿った部分断面図であり、図１の破線で囲われた領域Ａの部分拡大図でもある。図４（ｂ）は、図４（ａ）を右から見た側面図であり、図２の破線で囲われた領域Ｂの部分拡大図でもある。

カシメ部５０は、図４に示す通り、エンドプレート３２の内周面との当接領域を含む取付部４４の端部（薄肉部４９）のうち、周方向の切欠き部３４によって形成された空間に隣接する位置において、切欠き部３４に向けて径方向外側に変形させるカシメ加工を実施することによって、設けられる。このようなカシメ加工の結果、カシメ部５０では、エンドプレート３２の内周面に設けられた切欠き部３４の形状に沿ってロータシャフト４０の一部が塑性変形される。これにより、カシメ部５０は、ロータコア２０の露出部である当接面２６及びエンドプレート３２に設けた切欠き部３４の底部３４ａ等を押圧する。この押圧力により、ロータコア２０及びエンドプレート３２が受止部４８に向かって押し付けられ、ロータコア２０がエンドプレート３０，３２と共にロータシャフト４０上の位置に固定及び保持される。

本実施形態では、図２に示す通り、エンドプレート３２の内周面に、周方向に沿って等間隔に１２箇所の切欠き部３４を設け、切欠き部３４に対応して設けた計１２点のカシメ部５０によりロータコア２０を押し付けることで固定（軸方向の移動を抑制）している。エンドプレート３２に設ける切欠き部３４及びカシメ部５０の位置、個数、形状、サイズ等は限定されず、ロータコア２０のロータシャフト４０への取り付けに必要な強度等に応じて、適宜選択すればよい。エンドプレート３２の内周面において周方向に沿って等間隔に並んだ複数の切欠き部３４と、当該複数の切欠き部３４に対応してロータシャフト４０に設けた複数のカシメ部５０とを有する取付構造は、当該複数のカシメ部５０によってロータシャフト４０及びエンドプレート３２を押圧する力が向上するため、ロータシャフト４０に取り付けたロータコア２０及びエンドプレート３０，３２の軸方向の移動をより一層抑制することができる。

ロータ１０は次のようにして組み付けられる。まず、ロータシャフト４０の取付部４４の外周にエンドプレート３０が挿入される。次いで、ロータコア２０が同様に取付部４４の外周に挿入され、受止部４８との間にエンドプレート３０を挟んだ状態で位置決めされ、続いてエンドプレート３２が取付部４４の外周に挿入される。ここで、エンドプレート３０，３２及びロータコア２０の挿入方向は、図１において取付部４４の右側の薄肉部４９から左側の受止部４８に向かう方向である。その後、ロータコア２０に対して所定の軸方向の力が作用するように、治具を用いて押圧力を加えながら、切欠き部３４によって形成された空間に隣接する位置において、取付部４４のエンドプレート３２側の薄肉部４９を径方向外側に曲げてカシメ部５０を形成する。これにより、ロータコア２０が２つのエンドプレート３０，３２と共にロータシャフト４０に取り付けられ、軸方向の移動が抑制される。

次に本実施形態に係るロータコア２０の取付構造の作用及び効果について説明する。

ここで、図５を参照しながら、従来のロータコア２０の取付構造について述べる。図５は、従来のロータコア２０の取付構造の構成の一部を示す図であって、軸方向に沿った部分断面図である。図５（ａ）は、ロータシャフト４０のエンドプレート６０側の端部（薄肉部６１）がカシメ加工される前の状態を示し、図５（ｂ）は、当該カシメ加工が実施されてカシメ部６２が形成された後の状態を示す。図５に示す従来の取付構造では、内周面に切欠きを設けていないエンドプレート６０が用いられる。そのため、ロータシャフト４０を変形させ、エンドプレート６０及びロータコア２０を軸方向に沿って押し付ける押圧力を得るのに十分なカシメ部６２を形成するためには、図５（ｂ）に示す通り、ロータシャフト４０の取付部４４の薄肉部６１を径方向外側に曲げるだけでなく、エンドプレート６０の内周面側の領域をも塑性変形させることが必要である。従って、ロータシャフト４０とエンドプレート６０の２つの部材を一度のカシメ加工によって塑性変形させるためには、より大きい荷重を掛けてカシメ加工を実施しなければならず、その分、カシメ加工の設備が大型化するという問題点がある。

それに対して、本実施形態では、上述の通り、エンドプレート３２の内周面に切欠き部３４を設け、取付部４４のエンドプレート３２側の薄肉部４９のうち切欠き部３４と径方向で対向する位置をカシメ加工により塑性変形させて、カシメ部５０を設けている。これにより、エンドプレート３２を塑性変形することなく、ロータシャフト４０のみをカシメ加工することで、ロータコア２０及びエンドプレート３２を軸方向に沿って押し付けるカシメ部５０を設けることができる。よって、内周面に切欠き部３４を設けないエンドプレート６０を用いる場合に比較して、より小さい荷重でロータコア２０の軸方向の移動を抑制するカシメ部５０を設けることができ、カシメ加工を実施する設備を小型化することができる。

また、本実施形態では、エンドプレート３２を塑性変形する必要が無いため、より剛性の高い材料からなるエンドプレート３２を採用することができ、エンドプレート３２の変形防止及び／又は軽量化を図ることができる。

さらに、図４に示す通り、本実施形態では、カシメ加工により形成されたカシメ部５０は、エンドプレート３２に設けられた切欠き部３４の形状に沿って塑性変形されている。即ち、本実施形態では、ロータコア２０及びエンドプレート３２を押圧するカシメ部５０の形状を、カシメ加工時の荷重の大きさではなく、切欠き部３４の形状によって制御することが可能となる。これにより、カシメ部５０におけるロータコア２０又はエンドプレート３２とロータシャフト４０との噛み合い代（即ち、ロータコア２０の露出部である当接面２６並びに切欠き部３４の底部３４ａ及び側壁３４ｂ）を容易に調整することができる。例えば、ロータコア２０をロータシャフト４０に固定して取り付けるために、カシメ部５０による押圧力をより大きくする必要が生じた場合であっても、エンドプレート３２に設ける切欠き部３４のサイズ、個数及び位置等の設定を変更することによって、ロータコア２０又はエンドプレート３２とロータシャフト４０との噛み合い代を広くし、必要十分な押圧力が得られるカシメ部５０を容易に形成することができる。その結果、ロータコア２０の取付構造の信頼性を向上することができる。

本実施形態に係るロータコア２０の取付構造では、ロータシャフト４０は、動力を入出力するための中空円筒状の入出力部４２とロータコア２０を取り付けるための中空円筒状の取付部４４とが連結部４６を介して一体に形成されている。しかしながら、円盤状の連結部４６を有することなく中空円筒状に形成されたロータシャフトを使用してもよい。

カシメ加工によりカシメ部５０が形成されるロータシャフト４０の取付部４４の薄肉部４９は、周方向に切れ目のない完全な環状であってもよいが、軸方向に沿った切れ目（スリット）を設けたものであってもよい。例えば、当該薄肉部において、切欠き部３４の側壁３４ｂと径方向において対向する位置に軸方向に沿った切れ目を設けてもよい。これにより、ロータシャフト４０を径方向外側に曲げてカシメ部５０を形成するカシメ加工に要する荷重をより一層小さくすることができる。

また、上記の説明では、ロータコア２０の軸方向両端面にエンドプレート３０，３２を配置し、一方のエンドプレート３２のみにおいてその内周面に切欠き部３４を設けた態様を示した。しかしながら、ロータコア２０の軸方向の一方端にのみ、内周面に切欠き部３４を設けたエンドプレート３２を配置し、ロータコア２０の軸方向の他方端面がエンドプレートを介さずに受止部４８と軸方向において直接当接していてもよい。また、ロータコア２０の軸方向端面に配置されたエンドプレートの両者が、その内周面に切欠き部３４を設けたものであってもよい。即ち、内周面に切欠き部を設けた２枚のエンドプレートをロータコアの両端面に配置してロータコアを挟み込み、ロータシャフトの軸方向の両端部においてエンドプレートに設けた切欠き部に対応する位置でカシメ加工してカシメ部を設け、当該カシメ部によりロータコア及び２つのエンドプレートをロータシャフト上に固定して取り付ける構造としてもよい。

１０ ロータ、２０ ロータコア、２２ 積層体、２４ 磁石、２６ 当接面、３０，３２，６０ エンドプレート、３４ 切欠き部、３４ａ 底部、３４ｂ 側壁、４０ ロータシャフト、４２ 入出力部、４４ 取付部、４６ 連結部、４８ 受止部、４９，６１ 薄肉部、５０，６２ カシメ部。

Claims (1)

1. 中空円筒状のロータコアと、前記ロータコアの軸方向の端面に配置された円環状のエンドプレートとを有し、ロータコアをロータシャフトに取り付けるロータコアの取付構造であって、
   前記エンドプレートは、内周面に切欠き部を備え、
   前記ロータシャフトに設けられた薄肉部を前記切欠き部に向けて径方向外側にかしめることによって設けたカシメ部により、前記ロータコアを前記ロータシャフトに取り付ける、
   ロータコアの取付構造。