JP4714077B2

JP4714077B2 - ロータシャフト

Info

Publication number: JP4714077B2
Application number: JP2006141890A
Authority: JP
Inventors: 尊祥太田; 純服部
Original assignee: Otics Corp
Current assignee: Otics Corp
Priority date: 2006-05-22
Filing date: 2006-05-22
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2026-05-22
Also published as: JP2007312576A

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１１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、インナーシャフト９４と、このインナーシャフト９４の外周に配設するアウターシャフト９５とに分割して構成している。そして、インナーシャフト９４の外周にアウターシャフト９５を締結するために、アウターシャフト９５における中心穴９５１内にインナーシャフト９４を焼嵌めしている。

この焼嵌めを行うに際しては、アウターシャフト９５における中心穴９５１の内径を、インナーシャフト９４の外周の外径よりも小さくしておき、アウターシャフト９５を加熱して膨張させた後、アウターシャフト９５における中心穴９５１内にインナーシャフト９４を挿入する。これにより、アウターシャフト９５の温度が冷やされ収縮したときには、アウターシャフト９５における中心穴９５１の内径とインナーシャフト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、インナーシャフト９４とアウターシャフト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、インナーシャフト９４を、例えば機械構造用炭素鋼等の鋼によって構成し、アウターシャフト９５を、例えば鋳物等によって構成した場合には、インナーシャフト９４とアウターシャフト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、インナーシャフト９４とアウターシャフト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、インナーシャフト９４に対するアウターシャフト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、インナーシャフトとアウターシャフト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であって、
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該磁性体取付部の内側に配設された筒状部とを一体形成してなるアウターシャフトと、該アウターシャフトの上記筒状部に挿嵌されたインナーシャフトとを有し、
上記アウターシャフトは、上記筒状部における少なくとも一方の軸方向端部の端部外周面に、上記ロータシャフトの中心軸を中心とする円弧形状とは異なる断面形状を有する第１外周異形面部を有し、
上記インナーシャフトは、上記アウターシャフトの上記筒状部における上記軸方向端部に隣接配置される部分である対応外周面に、上記ロータシャフトの中心軸を中心とする円弧形状とは異なる断面形状を有する第２外周異形面部を有し、
上記第１外周異形面部と上記第２外周異形面部とにそれぞれ沿う形状の第１内周異形面部と第２内周異形面部とを内周面に設けた環状プレートを、上記アウターシャフトの上記端部外周面と上記インナーシャフトの上記対応外周面との双方に嵌合固定してなることを特徴とするロータシャフトにある（請求項１）。

次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記ロータシャフトにおいては、上記環状プレートを、上記アウターシャフトの上記端部外周面と上記インナーシャフトの上記対応外周面との双方に嵌合固定している。そして、上記アウターシャフトの上記端部外周面には上記第１外周異形面部が形成され、上記インナーシャフトの上記対応外周面には上記第２外周異形面部が形成されており、上記環状プレートは、上記第１内周異形面部と上記第２内周異形面部とを内周面に設けている。

そのため、上記アウターシャフトと上記インナーシャフトとの周方向の締結力を向上させることができる。即ち、アウターシャフトとインナーシャフトとは、基本的には回転中心軸を中心とする円形の内周面と外周面とにおいて接触固定されている。このような接触固定だけでは、ロータシャフトの回転方向について大きなトルクがかかると、アウターシャフトとインナーシャフトとが互いに緩むおそれがある。

また、特に、インナーシャフトとアウターシャフトとを異なる材料により構成した場合（例えば、インナーシャフトを機械構造用炭素鋼等の鋼により構成し、アウターシャフトを鋳物等から構成した場合）には、インナーシャフトとアウターシャフト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、インナーシャフトとアウターシャフトとの締結強度が低下するおそれがある。

そこで、上記アウターシャフトの上記端部外周面と上記インナーシャフトの上記対応外周面とを、上記環状プレートによって固定することにより、周方向の締結力を充分に確保することができる。

また、上記のごとくアウターシャフトとインナーシャフトとの周方向の締結力を確保することができるため、大きな回転トルクがかかるロータシャフトを、アウターシャフトとインナーシャフトとに分割して構成することが可能となる。これにより、製造容易なロータシャフトを得ることができる。

以上のごとく、本発明によれば、インナーシャフトとアウターシャフト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ができる。

本発明（請求項１）において、上記第１外周異形面部及び上記第２外周異形面部は、アウターシャフトの筒状部の両端の端部外周面及びインナーシャフトの２つの対応外周面に形成し、この二箇所に環状プレートを嵌合させてもよい。また、第１外周異形面部及び第２外周異形面部は、アウターシャフトの筒状部の一端の端部外周面及びインナーシャフトの１つの対応外周面に形成し、この一箇所に環状プレートを嵌合させてもよい。

また、上記第１外周異形面部と上記第２外周異形面部との少なくとも一方は、平面部であることが好ましい（請求項２）。
この場合には、上記第１外周異形面部と上記第２外周異形面部との少なくとも一方を、容易に形成することができると共に、インナーシャフトとアウターシャフトとの周方向における締結強度を充分に確保することができる。

また、上記第１外周異形面部と上記第２外周異形面部との少なくとも一方は、上記ロータシャフトの径方向内側に窪んだ凹部とすることもできる（請求項３）。
この場合にも、インナーシャフトとアウターシャフトとの周方向における締結強度を充分に確保することができる。

また、上記第１外周異形面部と上記第２外周異形面部とは、互いに連続した連続面を形成していることが好ましい（請求項４）。
この場合には、上記第１外周異形面部と上記第２外周異形面部との形成を効率的に行うことができる。また、この場合、上記環状プレートの第１内周異形面部と第２内周異形面部とも、互いに連続した連続面を形成することとなる。そのため、第１内周異形面部と第２内周異形面部との形成をも効率的に行うことができる。それ故、ロータシャフトの生産性を向上させることができる。

また、上記連続面は平面であることが好ましい（請求項５）。
この場合には、上記連続面を一層容易に形成することができる。

また、上記第１外周異形面部及び上記第２外周異形面部は、それぞれ、回転対称となる複数箇所に形成されていることが好ましい（請求項６）。
この場合には、インナーシャフトとアウターシャフトと環状プレートとの組み付け性を向上させることができる。

また、上記インナーシャフトと上記アウターシャフトとは、互いに焼嵌めされていることが好ましい（請求項７）。
この場合には、インナーシャフトとアウターシャフト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、例えば以下のようにして行うことができる。まず、アウターシャフトの筒状部の内径を、インナーシャフトの外径よりも小さく形成しておく。そして、筒状部を加熱して膨張させた後、筒状部内にインナーシャフトを挿入する。挿入後、筒状部を冷やして収縮させることにより、アウターシャフトの筒状部にインナーシャフトを締結する。

（実施例１）
本発明の実施例に係るロータシャフトにつき、図１〜図６を用いて説明する。
本例のロータシャフト１は、図６に示すごとく、回転電機１０のロータ７に用いるものである。
即ち、図１〜図６に示すごとく、ロータシャフト１は、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２１と該磁性体取付部２１の内側に配設された筒状部２２とを一体形成してなるアウターシャフト２と、該アウターシャフト２の筒状部２２に挿嵌されたインナーシャフト３とを有する。

図１（Ａ）に示すごとく、アウターシャフト２は、一方の軸方向端部の端部外周面２２１に、ロータシャフト１の中心軸を中心とする円弧形状とは異なる断面形状を有する第１外周異形面部２３を有する。
また、インナーシャフト３は、アウターシャフト２の軸方向端部に隣接配置される部分である対応外周面３４に、ロータシャフト１の中心軸を中心とする円弧形状とは異なる断面形状を有する第２外周異形面部３３を有する。

また、図１（Ｃ）、図２（Ｂ）に示すごとく、アウターシャフト２の端部外周面２２１とインナーシャフト３の対応外周面３４との双方に、環状プレート４を嵌合固定している。図１（Ｂ）、（Ｃ）に示すごとく、環状プレート４は、第１外周異形面部２３と第２外周異形面部３３とにそれぞれ沿う形状の第１内周異形面部４１と第２内周異形面部４２とを内周面に設けてなる。

また、アウターシャフト２の第１外周異形面部２３及びインナーシャフト３の第２外周異形面部３３は共に平面部である。そして、これに伴い、第１内周異形面部４１及び第２内周異形面部４２も共に平面部である。即ち、図１（Ａ）、（Ｂ）に示すごとく、第１外周異形面部２３、第２外周異形面部３３、第１内周異形面部４１、第２内周異形面部４２は、ロータシャフト１の中心軸を中心とする円弧形状とは異なる断面形状として、直線形状を有するように形成されている。

また、第１外周異形面部２３及び第２外周異形面部３３は、それぞれ、回転対称となる複数箇所に形成されている。具体的には、本例においては、第１外周異形面部２３及び第２外周異形面部３３は、それぞれ２個形成され、互いに１８０°回転した位置に同形状にて形成されている。また、第１内周異形面部４１及び第２内周異形面部４２も同様である。

本例の回転電機１０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６に示すごとく、本例のインナーシャフト３は、円筒断面形状を有しており、ロータ７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、当該インナーシャフト３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、インナーシャフト３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、アウターシャフト２における磁性体取付部２１は、円筒断面形状を有しており、筒状部２２の外周から径方向外方に向けて形成した円盤状部２４の外周側に設けてある。磁性体取付部２１における外周面には、回転電機１０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、インナーシャフト３とアウターシャフト２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７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７に配設した磁性体５４とによって、ロータ７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。

本例のインナーシャフト３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、アウターシャフト２は、炭素量が２．１〜６．７ｗｔ％である鋳物（鋳鉄）からなる。そして、インナーシャフト３は、筒状材料に切削加工等を行って形成してあり、アウターシャフト２は、鋳物に切削加工等を行って形成してある。

また、インナーシャフト３とアウターシャフト２とは、互いに焼嵌めされている。すなわち、インナーシャフト３をアウターシャフト２に挿嵌する前（図３の状態）においては、アウターシャフト２の筒状部２２の内径は、インナーシャフト３の外径よりも小さくしある。そして、アウターシャフト２における筒状部２２を加熱して膨張させた後、この筒状部２２内にインナーシャフト３を挿入する。挿入後、筒状部２２を冷やして収縮させることにより、インナーシャフト３とアウターシャフト２（筒状部２２）とを締結する。

つまり、加熱膨張させた筒状部２２を冷却することにより、筒状部２２は元の内径に戻ろうとする。ところが、内側にインナーシャフト３を挿通してあるため、筒状部２２がインナーシャフト３を締付ける力が作用する。この力は、筒状部２２の内径とアウターシャフト２の外径との差である焼嵌代によるものである。これにより、インナーシャフト３とアウターシャフト２（筒状部２２）とが締結される。

また、アウターシャフト２の端部外周面２２１とインナーシャフト３の対応外周面３４との双方に環状プレート４を嵌合固定するに当っても、上記と同様に焼嵌めを行うことができる。
なお、アウターシャフト２とインナーシャフト３との挿嵌や、アウターシャフト２及びインナーシャフト３に対する環状プレート４の嵌合は、焼嵌め以外にも、例えば、圧入、加締め等によって行うこともできる。

次に、本例の作用効果につき説明する。
ロータシャフト１においては、環状プレート４を、アウターシャフト２の筒状部２２における軸方向端部の端部外周面２２１とインナーシャフト３の対応外周面３４との双方に嵌合固定している。そして、アウターシャフト２の端部外周面２２１には第１外周異形面部２３が形成され、インナーシャフト３の対応外周面３４には第２外周異形面部３３が形成されており、環状プレート４は、第１内周異形面部４１と第２内周異形面部４２とを内周面に設けている。

そのため、アウターシャフト２とインナーシャフト３との周方向の締結力を向上させることができる。即ち、アウターシャフト２とインナーシャフト３とは、基本的には回転中心軸を中心とする円形の内周面と外周面とによって接触固定されている。このような接触固定だけでは、ロータシャフト１の回転方向について大きなトルクがかかると、アウターシャフト２とインナーシャフト３とが互いに緩むおそれがある。

また、特に、本例のように、インナーシャフト３を機械構造用炭素鋼等の鋼により構成し、アウターシャフト２を鋳物により構成して、両者の材質が異なる場合には、インナーシャフト３とアウターシャフト２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１を使用する環境の温度が上昇したときには、インナーシャフト３とアウターシャフト２との締結強度が低下するおそれがある。

そこで、アウターシャフト２の端部外周面２２１とインナーシャフト３の対応外周面３４とを、環状プレート４によって固定することにより、周方向の締結力を充分に確保することができる。

また、上記のごとくアウターシャフト２とインナーシャフト３との周方向の締結力を確保することができるため、大きな回転トルクがかかるロータシャフト１を、アウターシャフト２とインナーシャフト３とに分割して構成することが可能となる。これにより、製造容易なロータシャフト１を得ることができる。

また、第１外周異形面部２３と第２外周異形面部３３とが平面部であるため、これらを容易に形成することができると共に、インナーシャフト３とアウターシャフト２との周方向における締結強度を充分に確保することができる。
また、第１外周異形面部２３及び第２外周異形面部３３は、それぞれ、回転対称となる複数箇所に形成されているため、インナーシャフト３とアウターシャフト２と環状プレート４との組み付け性を向上させることができる。

また、インナーシャフト３とアウターシャフト２とは、互いに焼嵌めされているため、インナーシャフト３とアウターシャフト２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。

以上のごとく、本例によれば、インナーシャフトとアウターシャフト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ができる。

（実施例２）
本例は、図７に示すごとく、第１外周異形面部２３と第２外周異形面部３３とを、ロータシャフト１の径方向内側に窪んだ凹部によって形成した例である。
この凹部は、アウターシャフト２の端部外周面２２１と、インナーシャフト３の対応外周面３４とにおいて、それぞれ軸方向に連続形成された溝状の凹部である。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合にも、インナーシャフトとアウターシャフトとの周方向における締結強度を充分に確保することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例３）
本例は、図８〜図１０に示すごとく、第１外周異形面部２３と第２外周異形面部３３とが、互いに連続した連続平面を形成している例である。
また、図８（Ｂ）、図９（Ａ）に示すごとく、環状プレート４の第１内周異形面部４１と第２内周異形面部４２とも、互いに連続した連続面を形成する。即ち、第１内周異形面部４１と第２内周異形面部４２とは、特に区別されることがなく、一つの平面として形成される。従って、環状プレート４の内周面は段形状には形成されていない。

上記第１外周異形面部２３及び第２外周異形面部３３を形成するに当っては、アウターシャフト２にインナーシャフト３を組付けた後、アウターシャフト２の筒状部２２における軸方向端部の端部外周面２２１とインナーシャフト３の対応外周面３４との一部を同時に切削加工する。これにより、図８（Ａ）、図９（Ａ）、図１０（Ａ）に示すごとく、アウターシャフト２の端部外周面２２１とインナーシャフト３の対応外周面３４の一部に、第１外周異形面部２３と第２外周異形面部３３とを、共通の平面として連続形成する。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、第１外周異形面部２３と第２外周異形面部３３との形成を効率的に行うことができる。また、この場合、図８（Ｂ）、図９（Ａ）に示すごとく、環状プレート４の第１内周異形面部４１と第２内周異形面部４２とも、互いに連続した連続面を形成することとなる。そのため、第１内周異形面部４１と第２内周異形面部４２との形成をも効率的に行うことができる。それ故、ロータシャフト１の生産性を向上させることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

なお、第１外周異形面部２３及び第２外周異形面部３３は、アウターシャフト２の筒状部２２の両端の端部外周面２２１及びインナーシャフト３の２つの対応外周面３４に形成し、この二箇所に環状プレート４を嵌合させてもよい。
また、上記実施例においては、第１外周異形面部２３及び第２外周異形面部３３は、それぞれ２箇所に形成してあるが、これらの形成個所は、１箇所でもよいし、３箇所以上であってもよい。
また、第１外周異形面部２３及び第２外周異形面部３３の形状は、ロータシャフト１の中心軸を中心とする円弧形状とは異なる断面形状を有していればよく、平面状、凹部状以外にも種々の形状とすることができる。

実施例１における、（Ａ）アウターシャフトにインナーシャフトを挿嵌した状態の正面図、（Ｂ）環状プレートの正面図、（Ｃ）アウターシャフト及びインナーシャフトに環状プレーとを嵌合させた状態の正面図。実施例１における、（Ａ）アウターシャフト及びインナーシャフトに環状プレーとを嵌合させる前の状態の側面図、（Ｂ）アウターシャフト及びインナーシャフトに環状プレーとを嵌合させた状態の側面図。実施例１における、アウターシャフトにインナーシャフトを挿嵌する前の態の側面図。実施例１における、図１（Ｃ）のＡ−Ａ断面相当のロータシャフトの断面図。実施例１における、図１（Ｃ）のＢ−Ｂ断面相当のロータシャフトの断面図。実施例１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２における、（Ａ）アウターシャフトにインナーシャフトを挿嵌した状態の正面図、（Ｂ）環状プレートの正面図、（Ｃ）アウターシャフト及びインナーシャフトに環状プレーとを嵌合させた状態の正面図。実施例３における、（Ａ）アウターシャフトにインナーシャフトを挿嵌した状態の正面図、（Ｂ）環状プレートの正面図、（Ｃ）アウターシャフト及びインナーシャフトに環状プレーとを嵌合させた状態の正面図。実施例３における、（Ａ）アウターシャフト及びインナーシャフトに環状プレーとを嵌合させる前の状態の側面図、（Ｂ）アウターシャフト及びインナーシャフトに環状プレーとを嵌合させた状態の側面図。実施例３における、（Ａ）アウターシャフト及びインナーシャフトに環状プレーとを嵌合させる前の状態の上面図、（Ｂ）アウターシャフト及びインナーシャフトに環状プレーとを嵌合させた状態の上面図。従来例における、ロータシャフトの断面説明図。

符号の説明

１ロータシャフト
１０回転電気
２アウターシャフト
２１磁性体取付部
２２筒状部
２２４外周面
２３第１外周異形面部
３インナーシャフト
３３第２外周異形面部
３４対応外周面
４環状プレート
４１第１内周異形面部
４２第２内周異形面部

Claims

回転電機のロータに用いるロータシャフトであって、
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該磁性体取付部の内側に配設された筒状部とを一体形成してなるアウターシャフトと、該アウターシャフトの上記筒状部に挿嵌されたインナーシャフトとを有し、
上記アウターシャフトは、上記筒状部における少なくとも一方の軸方向端部の端部外周面に、上記ロータシャフトの中心軸を中心とする円弧形状とは異なる断面形状を有する第１外周異形面部を有し、
上記インナーシャフトは、上記アウターシャフトの上記筒状部における上記軸方向端部に隣接配置される部分である対応外周面に、上記ロータシャフトの中心軸を中心とする円弧形状とは異なる断面形状を有する第２外周異形面部を有し、
上記第１外周異形面部と上記第２外周異形面部とにそれぞれ沿う形状の第１内周異形面部と第２内周異形面部とを内周面に設けた環状プレートを、上記アウターシャフトの上記端部外周面と上記インナーシャフトの上記対応外周面との双方に嵌合固定してなることを特徴とするロータシャフト。
請求項１において、上記第１外周異形面部と上記第２外周異形面部との少なくとも一方は、平面部で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、上記第１外周異形面部と上記第２外周異形面部との少なくとも一方は、上記ロータシャフトの径方向内側に窪んだ凹部で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、上記第１外周異形面部と上記第２外周異形面部とは、互いに連続した連続面を形成していることを特徴とするロータシャフト。
請求項４において、上記連続面は平面であることを特徴とするロータシャフト。
請求項１〜５のいずれか一項において、上記第１外周異形面部及び上記第２外周異形面部は、それぞれ、回転対称となる複数箇所に形成されていることを特徴とするロータシャフト。
請求項１〜６のいずれか一項において、上記インナーシャフトと上記アウターシャフトとは、互いに焼嵌めされていることを特徴とするロータシャフト。