JP2007166862A

JP2007166862A - ロータシャフト

Info

Publication number: JP2007166862A
Application number: JP2005363344A
Authority: JP
Inventors: Eiji Isogai; 英二磯貝; Yuji Ozawa; 勇司小澤; Hiroki Kato; 弘樹加藤; Hiroshi Aihara; 浩相原
Original assignee: Toyota Motor Corp; Otics Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Otics Corp
Priority date: 2005-12-16
Filing date: 2005-12-16
Publication date: 2007-06-28

Abstract

【課題】シャフト中心部とシャフト外周部との周方向における締結強度を向上させることができるロータシャフトを提供すること。
【解決手段】ロータシャフト３は、回転電機のロータに用いるものであり、シャフト中心部４と、シャフト中心部４の外周に配設するシャフト外周部５とに分割してある。シャフト外周部５は、シャフト中心部４を嵌入させる筒形状を有する筒状部５１と、筒状部５１の外周側に配設し、磁気回路を形成するための磁性体を取り付ける磁性体取付部５３とを一体形成してなる。シャフト外周部５における筒状部５１は、その軸方向端部に形成したかしめ部５１１を、シャフト中心部４の外周に部分的に形成したかしめ凹部４１内にかしめ変形させて、シャフト中心部４に固定してある。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転電機のロータに用いるロータシャフトに関する。

例えば、ハイブリッド車又は電気自動車等に用いるモータ、ジェネレータ又はモータジェネレータ等の回転電機においては、界磁巻線を設けたステータの内周側に、磁性体を設けたロータを回転可能に配設している。そして、ロータは、ロータシャフトと、このロータシャフトに取り付ける磁性体とを用いて構成している。

また、図８に示すごとく、ロータシャフト９３の製造を容易にするために、ロータシャフト９３を、シャフト中心部９４と、このシャフト中心部９４の外周に配設するシャフト外周部９５とに分割して構成している。そして、シャフト中心部９４の外周にシャフト外周部９５を締結するために、シャフト外周部９５における中心穴９５１内にシャフト中心部９４を焼嵌めしている。

この焼嵌めを行うに際しては、シャフト外周部９５における中心穴９５１の内径を、シャフト中心部９４の外周の外径よりも小さくしておき、シャフト外周部９５を加熱して膨張させた後、シャフト外周部９５における中心穴９５１内にシャフト中心部９４を挿入する。これにより、シャフト外周部９５の温度が冷やされ収縮したときには、シャフト外周部９５における中心穴９５１の内径とシャフト中心部９４の外周の外径との寸法差が焼嵌代となって、これらが締結される。

しかしながら、シャフト中心部９４とシャフト外周部９５との締結強度を一層向上させるためには、更なる工夫が必要とされる。
特に、シャフト中心部９４を、例えば機械構造用炭素鋼等の鋼から構成し、シャフト外周部９５を、例えば鋳物等から構成した場合には、シャフト中心部９４とシャフト外周部９５との線膨張係数が異なる。そして、ロータシャフト９３を使用する環境の温度が上昇することにより、シャフト中心部９４とシャフト外周部９５との間の焼嵌代が減少してしまうおそれがある。そのため、ステータに対して、上記ロータシャフト９３に磁性体を取り付けて構成したロータを回転させる際に、シャフト中心部９４に対するシャフト外周部９５の回転方向（周方向）における締結強度が低下してしまうおそれがある。

なお、特許文献１においては、トルクコンバータにおけるロータを形成するに当たり、ロータ駆動シャフトとロータの内周部とを、いずれか一方に形成した係合爪と、他方に形成した凹部とを係合させて、回転方向における結合状態を形成している。
しかしながら、特許文献１における係合爪と凹部とは、ロータの内周部にロータ駆動シャフトを結合したときに、ステータシャフトに対するロータの芯出しを行うことを目的としており、ロータシャフトを２つの部材に分割したときに、各部材の締結強度を向上させるための工夫はなされていない。

実開平７−４８８７号公報

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、シャフト中心部とシャフト外周部との周方向における締結強度を向上させることができるロータシャフトを提供しようとするものである。

本発明は、回転電機のロータに用いるロータシャフトにおいて、
該ロータシャフトは、シャフト中心部と、該シャフト中心部の外周に配設するシャフト外周部とに分割してあり、
該シャフト外周部は、上記シャフト中心部を嵌入させる筒形状を有する筒状部と、該筒状部の外周側に配設し、磁気回路を形成するための磁性体を取り付ける磁性体取付部とを一体形成してなり、
上記筒状部は、その軸方向端部に形成したかしめ部を、上記シャフト中心部の外周に部分的に形成したかしめ凹部内にかしめ変形させて、上記シャフト中心部に固定してあることを特徴とするロータシャフトにある（請求項１）。

本発明のロータシャフトは、シャフト中心部とシャフト外周部とに分割してあり、シャフト外周部における筒状部にシャフト中心部を嵌入させたときに、これらの締結強度を向上させるための工夫を行っている。
すなわち、本発明においては、シャフト中心部の外周には、部分的にかしめ凹部を形成し、シャフト外周部における筒状部の軸方向端部には、かしめ凹部内へかしめ変形させるかしめ部を形成している。そして、かしめ凹部内にかしめ部をかしめ変形させることにより、シャフト外周部における筒状部をシャフト中心部に固定している。

そのため、回転電機において、ステータに対して本発明のロータシャフトを用いたロータを回転させる際には、シャフト外周部におけるかしめ部がシャフト中心部におけるかしめ凹部内に配置されていることにより、シャフト中心部に対するシャフト外周部の周方向における締結強度を向上させることができる。

また、特に、シャフト中心部とシャフト外周部とを異なる材料から構成した場合（例えば、シャフト中心部を機械構造用炭素鋼等の鋼から構成し、シャフト外周部を鋳物等から構成した場合）には、シャフト中心部とシャフト外周部との線膨張係数が互いに異なることになる。そして、ロータシャフトを使用する環境の温度が上昇したときには、シャフト中心部とシャフト外周部との締結強度が低下するおそれがある。

これに対し、本発明のロータシャフトにおいては、シャフト中心部とシャフト外周部とは、かしめ凹部とかしめ部とによる係合により固定されている。そのため、ロータシャフトを使用する環境の温度が上昇したときでも、シャフト中心部に対するシャフト外周部の周方向における締結強度を高く維持することができる。
それ故、本発明のロータシャフトによれば、ロータシャフトを使用する環境の温度が上昇したときでも、シャフト中心部とシャフト外周部との周方向における締結強度を高く維持することができる。

上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明において、上記筒状部は、上記シャフト中心部に対して焼嵌めしてあることが好ましい（請求項２）。
この場合には、シャフト中心部とシャフト外周部との周方向における締結強度を一層向上させることができる。
また、上記焼嵌めは、筒状部における中心穴の内径を、シャフト中心部の外周の外径よりも小さくしておき、筒状部を加熱して膨張させた後、筒状部内にシャフト中心部を挿入し、筒状部を冷やして収縮させることにより行うことができる。

また、上記かしめ凹部は、上記シャフト中心部の外周の周方向における複数箇所に形成してあり、上記かしめ部は、上記筒状部の軸方向端部の全周に形成してあり、上記かしめ部は、上記複数箇所のかしめ凹部にそれぞれ対向する部分を、該各かしめ凹部内にそれぞれかしめ変形させることが好ましい（請求項３）。
この場合には、シャフト中心部の外周の周方向における複数箇所において、かしめ部をかしめ凹部内にかしめ固定することができ、シャフト中心部とシャフト外周部との周方向における締結強度を一層向上させることができる。また、この場合には、かしめ部の構造が簡単であり、かしめ部を容易に形成することができる。

また、上記かしめ部は、上記筒状部の軸方向両端部に形成してあり、上記かしめ凹部は、上記シャフト中心部において上記かしめ部に対向する位置に形成することが好ましい（請求項４）。
この場合には、筒状部の軸方向両端部において、かしめ部をかしめ凹部内にかしめ固定することができ、シャフト中心部とシャフト外周部との周方向における締結強度を一層向上させることができる。

以下に、本発明のロータシャフトにかかる実施例につき、図面と共に説明する。
本例のロータシャフト３は、図１〜図４に示すごとく、回転電機１のロータ２に用いるものであり、ロータ２の中心軸線Ｘ側に位置させるシャフト中心部４と、このシャフト中心部４の外周に配設するシャフト外周部５とに分割してある。シャフト外周部５は、シャフト中心部４を嵌入させる筒形状を有する筒状部５１と、この筒状部５１の外周側に配設し、磁気回路を形成するための磁性体５４を取り付ける磁性体取付部５３とを一体形成してなる。

そして、シャフト外周部５における筒状部５１は、その軸方向端部に形成したかしめ部５１１を、シャフト中心部４の外周に部分的に形成したかしめ凹部４１内にかしめ変形させて、シャフト中心部４に固定してある。
なお、図１、図４等において、ロータシャフト３の軸方向をＬで示し、図２、図３等において、ロータシャフト３の周方向をＣで示す。

以下に、本例のロータシャフト３につき、図１〜図７と共に詳説する。
本例の回転電機１は、ハイブリッド車又は電気自動車に用いるモータ、ジェネレータ又はモータジェネレータである。
図４に示すごとく、本例のシャフト中心部４は、円筒断面形状を有しており、ロータ２及びステータ６を収容するハウジング１１に固定した主軸１２の外周に、当該シャフト中心部４の軸方向両端部における内周面に設けたベアリング１３を介して回転可能に配設される。また、シャフト中心部４は、その軸方向両端部における外周面に設けたベアリング１４を介してハウジング１１に回転可能に配設される。

同図に示すごとく、シャフト外周部５における磁性体取付部５３は、円筒断面形状を有しており、筒状部５１の外周から径方向外方に向けて形成した円盤状部５２の外周側に設けてある。磁性体取付部５３における外周面には、回転電機１における磁気回路を形成するための磁性体５４が取り付けられる。
また、シャフト中心部４とシャフト外周部５とを締結してなると共に磁性体５４を取り付けてなるロータ２は、ハウジング１１に固定したステータ６の内周側に配置される。
そして、回転電機１においては、ステータ６に配設した界磁巻線６１と、ロータ２に配設した磁性体５４とによって、ロータ２を回転させる磁気回路又は発電を行う磁気回路が形成される。

本例のシャフト中心部４は、炭素量が０．０４〜２．１ｗｔ％である鋼としての機械構造用炭素鋼からなり、シャフト外周部５は、炭素量が２．１〜６．７ｗｔ％である鋳物（鋳鉄）からなる。そして、シャフト中心部４は、筒状材料に切削加工等を行って形成してあり、シャフト外周部５は、鋳物に切削加工等を行って形成してある。

図１に示すごとく、本例のシャフト外周部５における筒状部５１は、シャフト中心部４に対して焼嵌めしてある。すなわち、シャフト中心部４とシャフト外周部５とを締結する前においては、シャフト外周部５の筒状部５１における中心穴５１２の内径は、シャフト中心部４の外周の外径よりも小さくしある。そして、シャフト外周部５における筒状部５１を加熱して膨張させた後、この筒状部５１内にシャフト中心部４を挿入し、筒状部５１を冷やして収縮させることにより、シャフト中心部４の外周と筒状部５１における中心穴５１２の内周との間に焼嵌代（シャフト中心部４の外周の外径と中心穴５１２の内径との差による重なり厚み）を形成して、筒状部５１をシャフト中心部４に焼嵌めすることができる。

図５、図６に示すごとく、本例のシャフト中心部４において、かしめ凹部４１は、シャフト中心部４の外周の周方向Ｃにおける複数箇所（本例では４箇所）に陥没形成してある。本例のかしめ凹部４１は、シャフト中心部４の外周の周方向Ｃに向けて略等間隔に形成してある。
一方、本例のシャフト外周部５の筒状部５１におけるかしめ部５１１は、筒状部５１の一方の軸方向端部の全周に形成してある。本例の筒状部５１における一方の軸方向両端部は、折曲変形ができる程度の厚みを有しており、かしめ部５１１は、筒状部５１における一方の軸方向端部として形成されている。

そして、図１、図２に示すごとく、上記焼嵌めを行った後には、シャフト外周部５の筒状部５１におけるかしめ部５１１は、かしめ工具（図示略）を用いて、シャフト中心部４における複数箇所のかしめ凹部４１にそれぞれ対向する部分５１１Ａを、各かしめ凹部４１内にそれぞれかしめ変形される。こうして、シャフト中心部４の周方向Ｃの複数箇所において、かしめ部５１１をかしめ凹部４１内にかしめ固定することにより、シャフト外周部５をシャフト中心部４に対して強固に締結することができる。

なお、図７に示すごとく、シャフト外周部５の筒状部５１におけるかしめ部５１１は、筒状部５１の軸方向両端部に形成することもできる。そして、シャフト中心部４の外周においても、その軸方向Ｌの２箇所におけるかしめ部５１１に対向する位置に、周方向Ｃの複数箇所にかしめ凹部４１を陥没形成しておく。この場合には、筒状部５１の軸方向両端部において、かしめ部５１１をかしめ凹部４１内にかしめ固定することができる。

本例のロータシャフト３においては、シャフト中心部４の外周には、周方向Ｃの複数箇所に略等間隔にかしめ凹部４１を形成し、シャフト外周部５における筒状部５１の一方の軸方向端部には、かしめ凹部４１内へかしめ変形させるかしめ部５１１を形成している。そして、各かしめ凹部４１内にかしめ部５１１の周方向Ｃにおける複数箇所（かしめ凹部４１にそれぞれ対向する部分５１１Ａ）をかしめ変形させることにより、シャフト外周部５における筒状部５１をシャフト中心部４に固定している。

そのため、回転電機１において、ステータ６に対して本例のロータシャフト３を用いたロータ２を回転させる際には、シャフト外周部５におけるかしめ部５１１がシャフト中心部４におけるかしめ凹部４１内に配置されていることにより、シャフト中心部４に対するシャフト外周部５の周方向Ｃにおける締結強度を向上させることができる。

また、特に、本例のように、シャフト中心部４を機械構造用炭素鋼等の鋼から構成し、シャフト外周部５を鋳物から構成して、両者の材質が異なる場合には、シャフト中心部４とシャフト外周部５との線膨張係数が互いに異なることになる。そして、ロータシャフト３を使用する環境の温度が上昇したときには、シャフト中心部４とシャフト外周部５との締結強度が低下するおそれがある。

これに対し、本例のロータシャフト３においては、シャフト中心部４とシャフト外周部５とは、かしめ凹部４１とかしめ部５１１とによる係合により固定されている。そのため、ロータシャフト３を使用する環境の温度が上昇したときでも、シャフト中心部４に対するシャフト外周部５の周方向Ｃにおける締結強度を高く維持することができる。
それ故、本例のロータシャフト３によれば、ロータシャフト３を使用する環境の温度が上昇したときでも、シャフト中心部４とシャフト外周部５との周方向Ｃにおける締結強度を高く維持することができる。

実施例における、シャフト中心部とシャフト外周部とを締結してなるロータシャフトを示す断面説明図。実施例における、シャフト中心部におけるかしめ凹部内に、シャフト外周部におけるかしめ部をかしめ変形した状態のロータシャフトを示す図で、図１におけるＡ−Ａ線矢視断面説明図。実施例における、シャフト中心部におけるかしめ凹部内に、シャフト外周部におけるかしめ部をかしめ変形した状態を拡大して示す断面説明図。実施例における、ロータシャフトを用いたロータを回転電機に配設した状態を示す断面説明図。実施例における、シャフト中心部とシャフト外周部とを締結する前のロータシャフトを示す断面説明図。実施例における、シャフト中心部におけるかしめ凹部内に、シャフト外周部におけるかしめ部をかしめ変形させる前のロータシャフトを示す図で、図５におけるＡ−Ａ線矢視断面説明図。実施例における、シャフト中心部とシャフト外周部とを締結してなる他のロータシャフトを示す断面説明図。従来例における、シャフト中心部とシャフト外周部とを締結してなるロータシャフトを示す断面説明図。

符号の説明

１回転電機
２ロータ
３ロータシャフト
４シャフト中心部
４１かしめ凹部
５シャフト外周部
５１筒状部
５１１かしめ部
５２円盤状部
５３磁性体取付部
５４磁性体
Ｌ軸方向
Ｃ周方向

Claims

回転電機のロータに用いるロータシャフトにおいて、
該ロータシャフトは、シャフト中心部と、該シャフト中心部の外周に配設するシャフト外周部とに分割してあり、
該シャフト外周部は、上記シャフト中心部を嵌入させる筒形状を有する筒状部と、該筒状部の外周側に配設し、磁気回路を形成するための磁性体を取り付ける磁性体取付部とを一体形成してなり、
上記筒状部は、その軸方向端部に形成したかしめ部を、上記シャフト中心部の外周に部分的に形成したかしめ凹部内にかしめ変形させて、上記シャフト中心部に固定してあることを特徴とするロータシャフト。
請求項１において、上記筒状部は、上記シャフト中心部に対して焼嵌めしてあることを特徴とするロータシャフト。
請求項１又は２において、上記かしめ凹部は、上記シャフト中心部の外周の周方向における複数箇所に形成してあり、上記かしめ部は、上記筒状部の軸方向端部の全周に形成してあり、
上記かしめ部は、上記複数箇所のかしめ凹部にそれぞれ対向する部分を、該各かしめ凹部内にそれぞれかしめ変形させたことを特徴とするロータシャフト。
請求項１〜３のいずれか一項において、上記かしめ部は、上記筒状部の軸方向両端部に形成してあり、上記かしめ凹部は、上記シャフト中心部において上記かしめ部に対向する位置に形成してあることを特徴とするロータシャフト。