JP5495045B2

JP5495045B2 - 回転電機の回転子

Info

Publication number: JP5495045B2
Application number: JP2010110530A
Authority: JP
Inventors: 良介宇鷹; 敦朗石塚
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-05-12
Filing date: 2010-05-12
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2030-05-12
Also published as: US20110278981A1; JP2011239615A

Description

本発明は、例えば車両に搭載される回転電機の回転子に関する。

例えば、車両に搭載される回転電機の回転子として、シャフトと、該シャフトの外周面に圧入により嵌合固定された円筒状のコアとを備えたものが特許文献１に開示されている。また、このような回転子において、コアとシャフトの締結を行う一つの手法として、コアとシャフト間に温度差を与えた状態（コア温度＞シャフト温度）でコアの嵌合孔にシャフトを挿入し、両部材間の温度差が無くなった時にコアとシャフト間に締結力を発生させる、所謂「焼ばめ」と呼ばれる技術が知られている。

特許第３４２３４８５号公報

ところで、上記のように焼ばめによりコアとシャフトの締結を行った場合、加熱されたコアの温度がシャフトの温度（常温）にまで低下する際に、コアは、内径が縮小するように収縮変形する。このとき、コアの内周部の締め代（コア内径とシャフト外径との差）に相当する部分の肉は、径方向及び周方向への変形のみに収まらずに、開放されている軸方向に向かって変形することによって、その肉の一部が軸方向に膨出してしまう。特に、コアとシャフトの大きな締結力を確保するために締め代を大きく設定すると、その肉の軸方向への膨出はより顕著になる。このようにして、コアの一部の肉が軸方向に膨出してしまうと、シャフトや固定子に対するコアの軸方向位置にずれが生じたり、回転子の回転バランスが悪化したりする原因となる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、コアとシャフトを焼ばめにより締結する際に、コアの一部の肉が軸方向へ膨出するのを防止し得るようにした回転電機の回転子を提供することを解決すべき課題とするものである。

上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、シャフトと、該シャフトの外周面に焼ばめにより締結されたコアと、を備えた回転電機の回転子において、前記シャフトの前記コアが締結される締結部は、他の部分よりも小径にされており、前記シャフトの前記締結部と前記他の部分との間には、段差が形成され、前記締結部の径は、軸方向中央から両端に向かって徐々に小さくなっていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、コアとシャフトを焼ばめにより締結する際に、加熱されたコアは、シャフトの温度（常温）にまで温度が低下するのに伴って、内径が縮小するように収縮変形する。このとき、本発明では、シャフトのコアが締結される締結部が他の部分よりも小径にされているので、その小径にされた分だけ余分に、コアの内周部の締め代（コア内径とシャフト外径との差）に相当する部分（以下、「締め代相当部分」ともいう。）の肉が径方向へ変形することが可能となる。これにより、コアの締め代相当部分の肉が変形する際に、その肉の変形が径方向への変形により十分に吸収されるので、締め代相当部分の一部の肉が軸方向へ膨出するのを防止することができる。

また、前記シャフトの前記締結部と前記他の部分との間には、段差が形成されているので、コアの締め代相当部分の肉が変形する際に、シャフトの締結部と他の部分との間に形成された段差によって、軸方向へ膨出するのをより確実に防止することができる。

また、前記締結部の径は、軸方向中央から両端に向かって徐々に小さくなっており、締結部の軸方向中央部の径が両端部の径よりも大きくなるので、締結部の軸方向中央部において、締め代を大きくして大きな締結力が得られるように設定することができる。

請求項２に記載の発明は、シャフトと、該シャフトの外周面に焼ばめにより締結されたコアと、を備えた回転電機の回転子において、前記シャフトの前記コアが締結される締結部の径は、他の部分よりも小径にされ、また、軸方向両端から中央に向かって徐々に小さくなっていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、コアとシャフトを焼ばめにより締結する際に、加熱されたコアは、シャフトの温度（常温）にまで温度が低下するのに伴って、内径が縮小するように収縮変形する。このとき、本発明では、シャフトのコアが締結される締結部が他の部分よりも小径にされているので、その小径にされた分だけ余分に、コアの内周部の締め代（コア内径とシャフト外径との差）に相当する部分（以下、「締め代相当部分」ともいう。）の肉が径方向へ変形することが可能となる。これにより、コアの締め代相当部分の肉が変形する際に、その肉の変形が径方向への変形により十分に吸収されるので、締め代相当部分の一部の肉が軸方向へ膨出するのを防止することができる。また、締結部の径は、軸方向両端から中央に向かって徐々に小さくなっているので、シャフトに対して、例えば研削などの簡易な方法で容易に締結部を形成することができる。なお、本発明の場合にも、シャフトの締結部と他の部分との間に段差を有するように締結部を形成してもよい。このようにすれば、締め代相当部分の肉の軸方向への膨出をより確実に防止することができる。

実施形態１に係る回転電機の回転子の軸方向に沿う断面図である。実施形態１に係るシャフトの軸方向に沿う断面図である。実施形態２に係るシャフトの軸方向に沿う断面図である。実施形態３に係るシャフトの軸方向に沿う断面図である。

以下、本発明の回転電機の回転子を具体化した実施形態について図面を参照しつつ具体的に説明する。

〔実施形態１〕
図１は、実施形態１に係る回転電機の回転子の軸方向に沿う断面図である。図２は、実施形態１に係るシャフトの軸方向に沿う断面図である。

本実施形態の回転電機の回転子１は、例えば、車両の電動機及び発電機を兼ねる回転電機に使用されるものであって、回転電機のハウジング内において、固定子（図示せず）の内周側に回転自在に収容配置される。この回転子１は、図１に示すように、シャフト１０と、シャフト１０の外周面に焼ばめにより締結されたコア２０と、シャフト１０の外周面に嵌合固定された位置決め部材１６と、を備えている。

シャフト１０は、図１及び図２に示すように、鉄系金属により所定の大きさの中空円筒状に形成されている。このシャフト１０は、軸方向中央部にコア２０が締結される締結部１１を有する。この締結部１１の外径Ｄ１は、シャフト１０の他の部分、すなわち締結部１１の両側に隣接する一端側部分１２及び他端側部分１３の外径Ｄ２よりも所定寸法だけ小さくされており、軸方向において一定である。一端側部分１２と他端側部分１３の外径Ｄ２は同じである。これにより、締結部１１と一端側部分１２の間、及び締結部１１と他端側部分１３の間には、軸直角方向に広がるリング状の段差面１４、１５がそれぞれ形成されている。なお、一端側部分１２の締結部１１側端部の外周面には、リング状の位置決め部材１６が圧入により嵌合固定されている。この位置決め部材１６は、軸方向一端面が段差面１４と面一となる位置に固定されている。

コア２０は、中央に円形の貫通孔を有する環状の電磁鋼板を複数積層して円筒状に形成されている。このコア２０には、極性が周方向に交互に異なる複数の磁極が永久磁石によって形成されている。このコア２０は、軸方向に貫通しシャフト１０の締結部１１と嵌合する嵌合孔２１を有する。コア２０とシャフト１０との締結前における嵌合孔２１の径寸法は、締結部１１の外径寸法よりも所定寸法小さく設定されており、嵌合孔２１の径寸法と締結部１１の外径寸法との差が、焼ばめにより締結する際の締め代として設定されている。

このコア２０とシャフト１０との焼ばめによる締結は、次のようにして行う。先ず、コア２０を加熱して、コア２０の嵌合孔２１がシャフト１０の他端側部分１３の外径よりも大きくなるまでコア２０を拡張変形させる。そして、常温下において、その拡張変形したコア２０の嵌合孔２１内に、シャフト１０を、他端側部分１３側から嵌挿してコア２０と位置決め部材１６が当接する位置まで押し込む。これにより、コア２０は、シャフト１０の締結部１１の外周側の所定位置に位置決めされており、その状態で放置する。

その後、加熱されたコア２０は、シャフト１０の温度（常温）にまで温度が低下するのに伴って、内径が縮小するように収縮変形する。このとき、シャフト１０の締結部１１の外径Ｄ１が他の部分（一端側部分１２及び他端側部分１３）の外径Ｄ２よりも小さくされているので、その小さくされた分（Ｄ２−Ｄ１）だけ余分に、コア２０の内周部の締め代相当部分の肉が径方向へ変形することができる。これにより、コア２０の締め代相当部分の肉が変形する際に、その肉の変形が径方向への変形により十分に吸収されるので、締め代相当部分の一部の肉が軸方向へ膨出するのを防止することができる。また、締結部１１の軸方向両側に段差面１４、１５が形成されているので、これら段差面１４、１５によっても、締め代相当部分の一部の肉が軸方向へ膨出するのを防止することができる。

以上のように構成された本実施形態の回転子によれば、シャフト１０の締結部１１の外径Ｄ１が他の部分（一端側部分１２及び他端側部分１３）の外径Ｄ２よりも小さくされているので、シャフト１０とコア２０との焼ばめによる締結を行う際に、締め代相当部分の一部の肉が軸方向へ膨出するのを防止することができる。

また、締結部１１と一端側部分１２の間、及び締結部１１と他端側部分１３の間に形成された段差面１４、１５によっても、締め代相当部分の一部の肉が軸方向へ膨出するのを防止することができるので、締め代相当部分の肉の軸方向への膨出防止効果をより確実に得ることができる。

また、本実施形態では、締結部１１の外径Ｄ１が、軸方向において一定にされているので、コア２０とシャフト１０の締め代を、軸方向において均一となるように容易に設定することができる。

〔実施形態２〕
図３は、実施形態２に係るシャフトの軸方向に沿う断面図である。本実施形態の回転子は、上記の実施形態１では、シャフト１０の締結部１１の外径が軸方向において一定にされていたのに対して、図３に示すように、シャフト１０Ａの締結部１１Ａの外径が、軸方向中央から両端に向かって徐々に小さくなるように変更した点でのみ、実施形態１と異なるものである。

本実施形態の場合、締結部１１Ａの軸方向中央部の外径Ｄ３（最大外径）は、他の部分（一端側部分１２Ａ及び他端側部分１３Ａ）の外径Ｄ２よりも少し小さく設定され、締結部１１Ａの軸方向両端部の外径Ｄ４（最小外径）は、軸方向中央部の外径Ｄ３よりも所定寸法小さく設定されている。また、締結部１１Ａと一端側部分１２Ａの間、及び締結部１１Ａと他端側部分１３Ａの間には、実施形態１と同様に、段差面１４Ａ、１５Ａがそれぞれ形成されている。

以上のように構成された本実施形態の回転子によれば、締結部１１Ａの外径Ｄ３、Ｄ４が他の部分の外径Ｄ２よりも小さくされているので、シャフト１０Ａとコア（図示せず）との焼ばめによる締結を行う際に、締め代相当部分の一部の肉が軸方向へ膨出するのを防止することができるなど、実施形態１と同様の効果を奏する。

特に、本実施形態では、締結部１１Ａの軸方向中央部の外径Ｄ３が両端部の外径Ｄ４よりも大きくなっているので、締結部１１Ａの軸方向中央部において、締め代を大きくして大きな締結力が得られるように設定することができる。

〔実施形態３〕
図４は、実施形態３に係るシャフトの軸方向に沿う断面図である。本実施形態の回転子は、上記の実施形態２では、シャフト１０Ａの締結部１１Ａの外径が、軸方向中央から両端に向かって徐々に小さくさるように変化させていたのに対して、図４に示すように、シャフト１０Ｂの締結部１１Ｂの外径が、軸方向両端から中央に向かって徐々に小さくなるように変更した点でのみ、実施形態２と異なるものである。

本実施形態の場合、締結部１１Ｂの軸方向両端部の外径は、締結部１１Ｂの両側にある一端側部分１２Ｂ及び他端側部分１３Ｂの外径Ｄ２から軸方向中央に向かって徐々に小さくなるように設定され、締結部１１Ｂの軸方向中央部の外径Ｄ５（最小外径）は、一端側部分１２Ｂ及び他端側部分１３Ｂの外径Ｄ２よりも所定寸法小さく設定されている。

以上のように構成された本実施形態の回転子によれば、締結部１１Ｂの外径Ｄ５、Ｄ６が他の部分の外径Ｄ２よりも小さくされているので、シャフト１０Ｂとコア（図示せず）との焼ばめによる締結を行う際に、締め代相当部分の一部の肉が軸方向へ膨出するのを防止することができる。特に、本実施形態では、締結部１１Ｂの外径が、軸方向両端から中央に向かって徐々に小さくなるように形成されているので、シャフト１０Ｂに対して、例えば研削などの簡易な方法で容易に締結部１１Ｂを形成することができる。

なお、本実施形態の締結部１１Ｂの軸方向両側には、実施形態１及び２において設けられていた段差面１４、１４Ａ、１５、１５Ａが設けられていないが、これら段差面１４、１４Ａ、１５、１５Ａを有するように締結部１１Ｂを形成してもよい。このようにすれば、締め代相当部分の肉の軸方向への膨出をより確実に防止することができる。

１０、１０Ａ、１０Ｂ…シャフト、１１、１１Ａ、１１Ｂ…締結部、１２、１２Ａ、１２Ｂ…一端側部分、１３、１３Ａ、１３Ｂ…他端側部分、１４、１４Ａ、１５、１５Ｂ…段差面、１６…位置決め部材、２０…コア、２１…嵌合孔。

Claims

シャフトと、該シャフトの外周面に焼ばめにより締結されたコアと、を備えた回転電機の回転子において、
前記シャフトの前記コアが締結される締結部は、他の部分よりも小径にされており、
前記シャフトの前記締結部と前記他の部分との間には、段差が形成され、
前記締結部の径は、軸方向中央から両端に向かって徐々に小さくなっていることを特徴とする回転電機の回転子。
シャフトと、該シャフトの外周面に焼ばめにより締結されたコアと、を備えた回転電機の回転子において、
前記シャフトの前記コアが締結される締結部の径は、他の部分よりも小径にされ、また、軸方向両端から中央に向かって徐々に小さくなっていることを特徴とする回転電機の回転子。