特開 2015-231318 回転電機の回転子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-231318(P2015-231318A)

(43)【公開日】2015年12月21日

(54)【発明の名称】回転電機の回転子

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/28 20060101AFI20151124BHJP

   H02K 21/14 20060101ALI20151124BHJP

【ＦＩ】

   H02K1/28 A

   H02K21/14 M

   H02K21/14 G

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】7

(21)【出願番号】特願2014-118010(P2014-118010)

(22)【出願日】2014年6月6日

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】110000604

【氏名又は名称】特許業務法人 共立

(72)【発明者】

【氏名】生田 裕之

【テーマコード（参考）】

5H601

5H621

【Ｆターム（参考）】

5H601AA16

5H601BB20

5H601CC01

5H601CC02

5H601CC15

5H601DD01

5H601DD09

5H601DD11

5H601DD18

5H601DD27

5H601EE12

5H601EE18

5H601GA02

5H601GA23

5H601GA24

5H601GA34

5H601GA40

5H601GC03

5H601GC12

5H601GC22

5H601GE05

5H601GE10

5H601JJ05

5H601KK03

5H601KK25

5H621BB07

5H621JK11

(57)【要約】

【課題】回転子コアの放熱性を向上し得るようにした回転電機の回転子を提供する。
【解決手段】回転子１は、外周面にローレット部１１を有するシャフト１０と、シャフト１０のローレット部１１に嵌合固定される嵌合孔２１を有する回転子コア２０とを備える。シャフト１０は、ローレット部１１の軸方向一端側に形成された小径部１２と、ローレット部１１の軸方向他端側に形成された鍔部１５とを有する。回転子コア２０は、嵌合孔２１の軸方向一端側に形成された小径孔２２を有する。シャフト１０のローレット部１１に回転子コア２０の嵌合孔２１が嵌合されたときに、回転子コア２０の軸方向他端側の端面が鍔部１５に当接するとともに、嵌合孔２１と小径孔２２の間の段差面２３がローレット部１１の軸方向一端側の端面に当接する。これにより、シャフト１０のローレット部１１と回転子コア２０の嵌合孔周壁面との間の隙間に充填材２８が封入されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

外周面にローレット加工を施して形成されたローレット部（１１）を有するシャフト（１０）と、前記シャフトの前記ローレット部に嵌合固定される嵌合孔（２１）を有する回転子コア（２０）と、を備えた回転電機の回転子において、
前記シャフトは、前記ローレット部の軸方向一端側に設けられ、前記ローレット部の直径よりも小さい直径をもつ小径部（１２）と、前記ローレット部の軸方向他端側に設けられた鍔部（１５）と、を有し、
前記回転子コアは、前記嵌合孔の軸方向一端側に設けられ、前記嵌合孔の直径よりも小さい直径をもつ小径孔（２２）を有し、
前記シャフトの前記ローレット部に前記嵌合孔が嵌合されたときに、前記回転子コアの軸方向他端側端面（２４）が前記鍔部に当接するとともに、前記嵌合孔と前記小径孔の間に形成された段差面（２３）が前記ローレット部と前記小径部の間に形成された段差面（１３）に当接した状態にされていることにより、
前記シャフトの前記ローレット部と前記回転子コアの嵌合孔周壁面との間に形成された隙間に充填材（２８）が封入されていることを特徴とする回転電機の回転子。

【請求項2】

前記シャフトの前記小径部は、前記回転子コアの前記小径孔に圧入されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の回転子。

【請求項3】

前記充填材は、潤滑性油脂であることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機の回転子。

【請求項4】

前記充填材は、グリースであることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機の回転子。

【請求項5】

前記回転子コアには、周方向に所定距離を隔てて複数の永久磁石（２６）が埋設されており、前記充填材は、前記永久磁石の熱減磁開始温度よりも高い沸点を有するものであることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の回転電機の回転子。

【請求項6】

前記回転子コアは、軸方向に積層されて連結された複数の鋼板（２０ａ）により形成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の回転電機の回転子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えばハイブリッド車両や電気自動車等の車両に搭載されて電動機や発電機として用いられる回転電機の回転子に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、車両等に搭載されて使用される回転電機として、回転子の内部に永久磁石を埋め込んだ構造をもつ回転界磁形式の同期モータ（以下、「ＩＰＭモータ」という。）が知られている。このＩＰＭモータは、回転子の磁化によるリラクタンストルクと永久磁石の磁化によるトルクの両方を利用することができるので高効率であることから、ハイブリッド車両や電気自動車等に好適に採用されている。

【0003】

このようなＩＰＭモータは、電機子として働く固定子と、固定子と径方向に対向して配置され界磁として働く回転子とを備えている。そして、特許文献１には、外周面にローレット加工を施して形成されたローレット部を有するシャフト（回転軸）と、シャフトのローレット部に嵌合固定される嵌合孔を有する回転子コア（回転子鉄心）と、を備えた回転子が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平２−２９４２４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、上記のＩＰＭモータでは、回転子コアの鉄損や永久磁石による渦電流損によって回転子コアが発熱する。しかし、上記の特許文献１に開示された回転子のように、回転子コアの嵌合孔にシャフトのローレット部が圧入により嵌合されている場合には、シャフトと回転子コアがローレット部の先端部でしか接触していない。そのため、回転子コアの熱は、シャフトのローレット部と回転子コアの嵌合孔周壁面との間に形成された隙間の空気を介してシャフトに伝達されるため放熱性が低い。回転子コアの放熱性が低いと、磁石の減磁や、２次導体の強度低下、ベアリングの焼き付き等の原因となる。

【0006】

また、シャフトと回転子コアとの接触面積を大きくするために、ローレット部での噛み合いを大きくすると、回転子コアの嵌合孔へのシャフトの圧入力を大きくする必要があるため、生産性が悪化することとなる。

【0007】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、回転子コアの放熱性を向上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。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するためになされた本発明は、
外周面にローレット加工を施して形成されたローレット部（１１）を有するシャフト（１０）と、前記シャフトの前記ローレット部に嵌合固定される嵌合孔（２１）を有する回転子コア（２０）と、を備えた回転電機の回転子において、
前記シャフトは、前記ローレット部の軸方向一端側に設けられ、前記ローレット部の直径よりも小さい直径をもつ小径部（１２）と、前記ローレット部の軸方向他端側に設けられた鍔部（１５）と、を有し、
前記回転子コアは、前記嵌合孔の軸方向一端側に設けられ、前記嵌合孔の直径よりも小さい直径をもつ小径孔（２２）を有し、
前記シャフトの前記ローレット部に前記嵌合孔が嵌合されたときに、前記回転子コアの軸方向他端側端面（２４）が前記鍔部に当接するとともに、前記嵌合孔と前記小径孔の間に形成された段差面（２３）が前記ローレット部と前記小径部の間に形成された段差面（１３）に当接した状態にされていることにより、
前記シャフトの前記ローレット部と前記回転子コアの嵌合孔周壁面との間に形成された隙間に充填材（２８）が封入されていることを特徴とする。

【0009】

なお、本発明において用いられる充填材は、空気よりも熱伝導性が高いものであればよい。この充填材としては、例えばマシン油やプレス油、流動パラフィン等の潤滑性油脂、或いはシリコングリースやフッ素グリース等のグリースを好適に採用することができる。

【0010】

本発明によれば、シャフトのローレット部と回転子コアの嵌合孔周壁面との間に形成された隙間（以下、「ローレット部隙間」ともいう。）に充填材が封入されている。これにより、回転子コアの鉄損や永久磁石による渦電流損によって回転子コアに発生した熱は、ローレット部隙間に封入された充填材を介してシャフトに伝達され易くなるので、回転子コアの放熱性を向上させることができる。

【0011】

また、本発明によれば、シャフトのローレット部に回転子コアの嵌合孔が嵌合されたときに、回転子コアの軸方向他端側の端面が鍔部に当接するとともに、嵌合孔と小径孔の間に形成された段差面がローレット部と小径部の間に形成された段差面に当接した状態にされている。そのため、ローレット部隙間への充填材の封入は、シャフトのローレット部に充填材を塗布した後、シャフトを回転子コアに圧入することによって容易に実現することができる。

【0012】

なお、この欄及び特許請求の範囲で記載された各部材や部位の後の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載された具体的な部材や部位との対応関係を示すものであり、特許請求の範囲に記載された各請求項の構成に何ら影響を及ぼすものではない。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】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】図１のII−II線に沿う部分の断面を平面状に展開した展開図である。

【図3】実施形態２に係る回転電機の回転子の軸方向に沿う断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明に係る回転電機の回転子の実施形態について図面を参照しつつ具体的に説明する。

【0015】

〔実施形態１〕
実施形態１に係る回転電機の回転子について図１及び図２を参照して説明する。実施形態１の回転電機の回転子１は、例えば車両用モータ等の回転電機として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、外周面にローレット加工を施して形成されたローレット部１１を有するシャフト１０と、シャフト１０のローレット部１１に嵌合固定される嵌合孔２１を有する回転子コア２０と、を備えている。

【0016】

シャフト１０は、鉄系金属により中実の長尺軸状に形成されている。このシャフト１０の軸方向中央部には、外周面にローレット加工を施して形成されたローレット部１１が設けられている。シャフト１０のローレット部１１の軸方向一端側（図１の左側）には、ローレット部１１の直径よりも小さい直径をもつ小径部１２が設けられている。ローレット部１１と小径部１２の間には、段差面１３が形成されている。そして、その小径部１２の軸方向一端側（図１の左側）には、小径部１２の直径よりも小さい直径をもつ最小径部１４が設けられている。また、ローレット部１１の軸方向他端側（図１の右側）には、ローレット部１１の直径よりも大きい外径をもつリング状の鍔部１５が設けられている。よって、ローレット部１１は、シャフト１０の小径部１２と鍔部１５の間に設けられている。

【0017】

回転子コア２０は、打ち抜き加工により所定のリング形状に形成された複数の鋼板２０ａを軸方向に積層した後、かしめ加工を施して連結固定することにより円筒状に形成されている。この回転子コア２０は、軸方向に貫通する内孔の軸方向一端部（図１の左側端部）を除く大部分に、シャフト１０のローレット部１１に嵌合固定される嵌合孔２１が設けられている。この嵌合孔２１の直径は、ローレット部１１の直径よりも僅かに小さくされている。これにより、ローレット部１１の突起先端部が嵌合孔２１の周壁面に噛み合って圧接した状態になり、シャフト１０と回転子コア２０の回転方向の相対変位が阻止される。

【0018】

この嵌合孔２１の軸方向一端側（図１の左側）には、嵌合孔２１の直径よりも小さい直径をもつ小径孔２２が設けられている。嵌合孔２１と小径孔２２の間には、段差面２３が形成されている。小径孔２２の直径は、シャフト１０の小径部１２の直径よりも所定長さ大きくされている。これにより、小径孔２２の周壁面と小径部１２の外周面との間には、所定の隙間Ｓが形成されている。なお、回転子コア２０の外径は、軸方向一端から他端まで概ね一定にされている。

【0019】

この回転子コア２０は、シャフト１０の軸方向一端側から嵌合孔２１をローレット部１１の外側に圧入により嵌合固定されている。このとき、回転子コア２０の軸方向他端側端面２４が鍔部１５に当接（圧接した状態も含む。以下同じ。）するとともに、嵌合孔２１と小径孔２２の間に形成された段差面２３が、ローレット部１１と小径部１２の間に形成された段差面１３に当接した状態にされる。これにより、図２に示すように、シャフト１０のローレット部１１と回転子コア２０の嵌合孔周壁面との間に形成された隙間（ローレット部隙間）に充填材２８が封入されている。

【0020】

充填材２８は、回転子コア２０の嵌合孔２１にシャフト１０のローレット部１１を圧入する直前に、ローレット部１１の表面に塗布されている。実施形態１では、充填材２８として、例えばマシン油やプレス油、流動パラフィンなどの中から選択された潤滑性油脂が採用されている。これにより、回転子コア２０の嵌合孔２１にシャフト１０のローレット部１１を圧入する際の潤滑性が向上し、圧入荷重を低減することができるので、製造の容易化が図られている。

【0021】

回転子コア２０の外周部には、軸方向に延びる複数（実施形態１では８個）の磁石収容孔２５が周方向に所定距離隔てて設けられている。各磁石収容孔２５には、周方向に極性が交互に異なる複数の磁極（実施形態１では８極（Ｎ極：４、Ｓ極：４））が形成されるように永久磁石２６が１個ずつ埋設されている。

【0022】

なお、ローレット部隙間に封入された上記の充填材２８は、回転子コア２０の磁石収容孔２５に収容された永久磁石２６の熱減磁開始温度よりも高い沸点を有するものが採用される。これにより、充填材２８が、熱減磁開始温度よりも低い温度で揮発して消滅することがないので、永久磁石２６の熱減磁をより確実に防止することができる。

【0023】

以上のように構成された実施形態１の回転子１によれば、シャフト１０のローレット部１１と回転子コア２０の嵌合孔周壁面との間に形成された隙間（ローレット部隙間）に充填材２８が封入されている。これにより、回転子コア２０の鉄損や永久磁石２６による渦電流損によって回転子コア２０に発生した熱は、ローレット部隙間に封入された充填材２８を介してシャフト１０に伝達され易くなるので、回転子コア２０の放熱性を向上させることができる。

【0024】

また、実施形態１の回転子１によれば、シャフト１０のローレット部１１に回転子コア２０の嵌合孔２１が嵌合されたときに、回転子コア２０の軸方向他端側端面２４が鍔部１５に当接するとともに、回転子コア２０の段差面２３がシャフト１０の段差面１３に当接した状態にされている。そのため、ローレット部隙間に封入された充填材２８の軸方向両側への流出を確実に防止することができる。この場合、ローレット部隙間への充填材２８の封入は、シャフト１０のローレット部１１に充填材２８を塗布した後、シャフト１０を回転子コア２０に圧入することによって実現できるので、容易に製造することができる。

【0025】

また、実施形態１では、ローレット部隙間に封入される充填材２８として、潤滑性油脂が採用されている。これにより、回転子コア２０の嵌合孔２１にシャフト１０のローレット部１１を圧入する際の潤滑性が向上し、圧入荷重を低減することができるので、製造が容易になる。

【0026】

また、実施形態１では、充填材２８は、永久磁石２６の熱減磁開始温度よりも高い沸点を有するものが採用されている。そのため、充填材２８が、熱減磁開始温度よりも低い温度で揮発して消滅することがないので、永久磁石２６の熱減磁をより確実に防止することができる。

【0027】

また、実施形態１の回転子コア２０は、軸方向に積層されて連結された複数の鋼板２０ａにより形成されている。そのため、所定のリング形状の鋼板２０ａを打ち抜き加工で形成する際に、嵌合孔２１を有する鋼板２０ａと小径孔２２を有する鋼板２０ａの内径を打ち分けることで、回転子コア２０の嵌合孔２１と小径孔２２の間の段差面２３を容易に設けることができる。

【0028】

〔実施形態２〕
実施形態２に係る回転電機の回転子について図３を参照して説明する。実施形態２の回転子２は、実施形態１の回転子１と基本的構成が同じであり、シャフト１０の小径部１２が回転子コア２０の小径孔２２に圧入されている点と、充填材２８としてグリースが採用されている点で、実施形態１の回転子１と異なる。よって、実施形態１と共通する部材や構成についての詳しい説明は省略し、以下、異なる点及び重要な点について説明する。なお、実施形態１と共通する部材や部位については同じ符号を用いる。

【0029】

実施形態２のシャフト１０は、実施形態１のシャフト１０と同一のものであって、軸方向一端側（図３の左側）から順に、最小径部１４、小径部１２、段差面１３、ローレット部１１、鍔部１５が設けられている。

【0030】

そして、実施形態２の回転子コア２０は、実施形態１の回転子コア２０と同様に、軸方向一端側（図３の左側）から順に、小径孔２２、段差面２３、嵌合孔２１が設けられている。即ち、実施形態２の場合、シャフト１０のローレット部１１と回転子コア２０の嵌合孔１は、圧入により嵌合固定されており、実施形態１の場合と同じである。しかし、実施形態２では、小径孔２２の直径は、シャフト１０の小径部１２の直径よりも僅かに小さくされている。これにより、シャフト１０のローレット部１１が回転子コア２０の嵌合孔２１に圧入される際に、シャフト１０の小径部１２も回転子コア２０の小径孔２２に同時に圧入されている。

【0031】

なお、実施形態２の場合にも、シャフト１０のローレット部１１が回転子コア２０の嵌合孔２１に圧入された際に、シャフト１０の鍔部１５と回転子コア２０の軸方向他端側端面２４とが当接するとともに、シャフト１０の段差面１３と回転子コア２０の段差面２３とが当接した状態にされている点は、実施形態１と同じである。

【0032】

また、実施形態２では、シャフト１０のローレット部１１と回転子コア２０の嵌合孔周壁面との間に形成された隙間（ローレット部隙間）に封入される充填材２８として、実施形態１で採用された潤滑性油脂に代えて、例えばシリコングリースやフッ素グリース等の潤滑性油脂に比べ高粘度のグリースが採用されている。このように、高粘度の充填材２８を用いることによって、充填材２８のローレット部隙間への封入性を向上させることができる。

【0033】

以上のように構成された実施形態２の回転子２によれば、シャフト１０のローレット部１１と回転子コア２０の嵌合孔周壁面との間に形成された隙間（ローレット部隙間）に充填材２８が封入されている。そのため、実施形態２の回転子２の場合にも、回転子コア２０に発生した熱が、ローレット部隙間に封入された充填材２８を介してシャフト１０に伝達され易くなるので、回転子コア２０の放熱性を向上させることができる等、実施形態１と同様の作用及び効果を奏する。

【0034】

特に、実施形態２の場合には、シャフト１０の小径部１２が回転子コア２０の小径孔２２に圧入されているので、ローレット部隙間に封入された充填材２８をより確実に封止することができる。また、シャフト１０と回転子コア２０の軸方向の固定力（抜け力）を強固にすることができる。

【0035】

〔他の実施形態〕
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更することが可能である。

【0036】

例えば、上記の実施形態では、本発明に係る回転電機の回転子を車両用モータの回転子に適用した例を説明したが、本発明は、車両に搭載される回転電機としての発電機、あるいは電動機、さらには両者を選択的に使用し得る回転電機の回転子にも適用することができる。

【符号の説明】

【0037】

１，２…回転子、 １０…シャフト、 １１…ローレット部、 １２…小径部、 １３…段差面、 １５…鍔部、 ２０…回転子コア、 ２０ａ…鋼板、 ２１…嵌合孔、 ２２…小径孔、 ２３…段差面、 ２４…軸方向他端側端面、 ２５…磁石収容孔、 ２６…永久磁石、 ２８…充填材。

【図1】

【図2】

【図3】