特開 2022-106083 回転電機ロータ

(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】P2022106083

(43)【公開日】2022-07-19

(54)【発明の名称】回転電機ロータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/28 20060101AFI20220711BHJP

   H02K 1/32 20060101ALI20220711BHJP

   H02K 5/16 20060101ALI20220711BHJP

【ＦＩ】

H02K1/28 Z

H02K1/32 Z

H02K5/16 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021000802

(22)【出願日】2021-01-06

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000000011

【氏名又は名称】株式会社アイシン

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】特許業務法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】上野 裕

(72)【発明者】

【氏名】塚本 貴浩

【テーマコード（参考）】

5H601

5H605

【Ｆターム（参考）】

5H601AA01

5H601AA08

5H601CC01

5H601CC02

5H601CC15

5H601DD01

5H601DD09

5H601DD11

5H601DD18

5H601DD30

5H601EE20

5H601GA02

5H601GA22

5H601GA33

5H601GE02

5H601GE11

5H601JJ05

5H601JJ10

5H601KK12

5H605AA01

5H605BB01

5H605BB05

5H605BB17

5H605CC04

5H605CC05

5H605EB10

(57)【要約】

【課題】ロータシャフトの軸孔に冷媒堰を設ける構造で、質量及びコストの増大を抑制しながら、ロータシャフトへの軸受の組み付け性の悪化を防止できる回転電機ロータを実現することである。
【解決手段】回転電機ロータ２０は、軸方向に貫通する軸孔２８と、軸孔２８から供給された冷媒を外側に導出する冷媒導出孔２９とを有するロータシャフト２６と、ロータシャフト２６の外周面に嵌合されるロータコア２１と、ロータシャフト２６の外周面に嵌合され、ロータシャフト２６のフランジ２７との間でロータコア２１を軸方向に挟む嵌合部材４０とを含む。嵌合部材４０は、ロータシャフト２６にカシメ結合されたカシメ結合部４１を有する。ロータシャフト２６のカシメ結合部４１と反対側の軸受端３０内周には、冷媒を堰き止める円筒状の冷媒堰３１が設けられている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

外周面に突出して形成されたフランジと、軸方向に貫通する軸孔と、外周面と前記軸孔とを連通し前記軸孔から供給された冷媒を外側に導出する冷媒導出孔とを含むロータシャフトと、
前記ロータシャフトの外周面に嵌合され、前記フランジに軸方向一方側端面を突き当てるロータコアと、
前記ロータシャフトの外周面に嵌合され、前記フランジとの間で前記ロータコアを軸方向に挟む嵌合部材と、を備え、
前記嵌合部材は、前記ロータシャフトにカシメ結合され、
前記ロータシャフトの前記カシメ結合された部分と反対側の軸受端内周には、前記冷媒を堰き止める円筒状の冷媒堰が設けられている、
回転電機ロータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転電機ロータに関し、特にロータシャフトへの軸受の組み付け性の悪化防止に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、ロータシャフトにロータコアが嵌合固定され、ロータシャフトは、外周面に突出して形成されたフランジと、軸方向に貫通する軸孔と、外周面と軸孔とを連通し軸孔から供給された冷媒を外側に導出する冷媒導出孔とを含む回転電機ロータが記載されている。ロータコアは、ロータシャフトのフランジに突き当てられる。ロータシャフトにおいてロータコアに関してフランジと反対側にはナット（嵌合部材）が嵌合されて結合され、ロータコアをフランジとナットとで挟んでいる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－６８６２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載された構成において、ナットの一部をロータシャフトにカシメ結合して、ロータシャフトからのロータコアの抜け止めを図る場合がある。ロータシャフトにナット等の嵌合部材をカシメ結合する際には、ロータシャフトのフランジ側の軸方向一方側端面を治具に突き当てて、嵌合部材にロータシャフトの内径側に向く荷重を加える。これにより、ロータシャフトの軸方向一方側端部外周面が、外径が大きくなるように変形する可能性がある。この軸方向一方側端部は、ロータシャフトをケースに支持するための軸受が嵌合される軸受端として使用されることが多い。これにより、この部分が変形することはロータシャフトへの軸受の組み付け性が悪化する原因となる。

【0005】

一方、ロータシャフトの軸孔において、ロータコアの軸方向端の近くに、径方向の厚みを増大させる部分を設けることにより、その後で嵌合部材にカシメ結合のための荷重が加わった場合でも、軸受端の外周面が変形するのを防止することが考えられる。しかしながら、その場合には、回転電機ロータの質量及びコストが増大する。

【0006】

本発明の目的は、ロータシャフトの軸孔に冷媒堰を設けると共に、この冷媒堰によりロータシャフトの強度を増加させ、質量及びコストの増大を抑制しながら、ロータシャフトへの軸受の組み付け性の悪化を防止できる回転電機ロータを実現することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る回転電機ロータは、外周面に突出して形成されたフランジと、軸方向に貫通する軸孔と、外周面と前記軸孔とを連通し前記軸孔から供給された冷媒を外側に導出する冷媒導出孔とを含むロータシャフトと、前記ロータシャフトの外周面に嵌合され、前記フランジに軸方向一方側端面を突き当てるロータコアと、前記ロータシャフトの外周面に嵌合され、前記フランジとの間で前記ロータコアを軸方向に挟む嵌合部材と、を備える。前記嵌合部材は、前記ロータシャフトにカシメ結合され、前記ロータシャフトの前記カシメ結合された部分と反対側の軸受端内周には、前記冷媒を堰き止める円筒状の冷媒堰が設けられている。

【発明の効果】

【0008】

本発明に係る回転電機ロータによれば、カシメ結合によって、ロータシャフトからのロータコアの抜け止めを図れる。さらに、ロータシャフトのカシメ結合された部分と反対側の軸受端内周に円筒状の冷媒堰が設けられることにより、軸受端内周に冷媒堰がない構造に比べて、軸受端の径方向の厚みを大きくできる。これにより、軸受端の剛性を高くできるので、ロータシャフトに嵌合部材をカシメ結合する際において、軸受端に軸方向に圧縮する方向の力が加わっても外径が拡大するように変形することを防止できる。このため、ロータシャフトへの軸受の組み付け性を高くできる。さらに、ロータシャフトに他の肉厚部分を設ける必要がない。これにより、ロータシャフトの軸孔に冷媒堰を設ける構造で、回転電機ロータの質量及びコストの増大を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態の回転電機ロータの使用状態を示す断面図である。

【図2】回転電機ロータの上半分の拡大断面図である。

【図3】実施形態の回転電機ロータにおいて、嵌合部材に荷重を加えてロータシャフトに嵌合部材をカシメ結合する状態を示す断面図である。

【図4】比較例の回転電機ロータにおいて、図３に対応する図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照しながら実施形態の回転電機ロータを説明する。以下で説明する形状、個数、材料等は、説明のための例示であって、回転電機ロータの仕様により適宜変更することができる。

【0011】

図１は、実施形態の回転電機ロータ２０の使用状態を示す断面図である。図１に示すように、回転電機ロータ２０は、使用時にケース１１の内側に回転可能に支持されて回転電機１０を形成する。

【0012】

回転電機１０は、例えば電気自動車や、エンジン及びモータを車両の駆動源として搭載するハイブリッド車両や、燃料電池車の走行用のモータとして使用される。回転電機１０は、発電機として、またはモータ及び発電機の両方の機能を有するモータジェネレータとして使用されてもよい。

【0013】

回転電機１０は、ケース１１の内側に、２つの軸受１２，１３を介して回転可能に支持された回転電機ロータ２０と、回転電機ロータ２０の外径側にエアギャップを介して対向配置されたステータ（図示せず）とを含んで形成される。ステータは、ケース１１の内周面に固定される。以下では、回転電機ロータ２０は、ロータ２０と記載する。

【0014】

このような回転電機１０は、いわゆる軸心冷却構造で、冷媒である冷却油により、ロータ２０とステータとが冷却される。

【0015】

ステータは、磁性材により筒状に形成されるステータコアの内周面に複数のティースが突出して形成され、複数のティースに、複数相（例えば３相の）のステータコイルが巻回される。複数相のステータコイルは、集中巻きまたは分布巻きでステータコアに巻装される。

【0016】

図２は、ロータ２０の上半分の拡大断面図である。ロータ２０は、回転可能なロータシャフト２６と、複数の電磁鋼板の積層体等の磁性材により形成されロータシャフト２６の外周面に嵌合された略円筒状のロータコア２１と、ロータコア２１の内部の周方向複数位置に軸方向に埋め込まれた永久磁石２４とを含む。永久磁石２４は、ロータ周方向に沿って配置され、その着磁方向はロータ径方向に向く。また、複数の永久磁石２４の着磁方向は、隣り合う永久磁石で逆になる。

【0017】

さらにロータコア２１には、冷却油を内周面の周方向複数位置から内部に導いて径方向外側に流した後、軸方向両端に流して軸方向両端から噴出させるコア側冷媒導出孔２２が形成される。

【0018】

なお、ロータコア２１に設けられる永久磁石として、周方向に隣り合う２つの永久磁石を１組として、各組で、２つの永久磁石がＶ字形に径方向外側に広がるように配置されてもよい。このとき、各永久磁石は、ロータ径方向に対し傾斜する方向に着磁される。そして、複数組の永久磁石の着磁方向は、隣り合う組で逆になる。

【0019】

ロータコア２１は、ロータシャフト２６の中間部外周面に嵌合される。そして、ロータコア２１は、ロータシャフト２６の外周面に突出して形成された後述のフランジ２７と、ロータシャフト２６の外周面に嵌合された嵌合部材４０とで、軸方向に挟まれて固定される。

【0020】

嵌合部材４０は、例えばナットであり、ロータシャフト２６の外周面の軸方向右側に形成された雄ネジ２６ａにネジ結合される。嵌合部材４０は、ワッシャ５４を介してロータコア２１の軸方向一方側端面をフランジ２７に突き当てる。これにより、ロータコア２１が、フランジ２７と嵌合部材４０及びワッシャ５４とで軸方向に挟まれる。また、嵌合部材４０は、軸方向左端面の内周部から突出する筒部４２を有し、その筒部４２が内径側にカシメられることにより、ロータシャフト２６の外周面にカシメ結合されたカシメ結合部４１を有する。

【0021】

なお、嵌合部材４０は、内周面をネジでなく円筒面の筒状部材とし、ロータシャフト２６のこれもネジでない円筒状外周面に嵌合させることもできる。このときも、嵌合部材４０の軸方向他端面の内周部から突出する筒部を径方向内側にカシメて、ロータシャフト２６にカシメ結合することができる。

【0022】

本発明において特徴的なことは、ロータシャフト２６のカシメ結合する部分と反対側の軸受端３０内周に、冷却油を堰き止める円筒状の冷媒堰３１が設けられていることである。このため、軸受端３０の冷媒堰３１の内径ｄ１は、ロータコア２１の内径側の直径ｄ２より小さくなっている。

【0023】

冷媒堰３１の内径ｄ１は、ロータシャフト２６の軸方向右端内側に嵌合される後述のニードル軸受４９の外輪５０の内径と一致する。これにより、軸孔２８に供給された冷却油は、ロータ２０の回転時に、遠心力により軸孔２８の内周面に押し付けられ、その際、その内周面部分の冷却油は、冷媒堰３１と、別の冷媒堰としての外輪５０とによって、両端が堰き止められる。図１では砂地部によって軸孔２８内周面部分の冷却油を示している。これにより、冷却油が軸側冷媒導出孔２９に入り込みやすくなる。

【0024】

さらに、冷媒堰３１がロータシャフト２６の軸受端３０の内周に設けられるので、軸受端３０の径方向厚みを大きくできる。これにより、後述のように嵌合部材４０をカシメ結合する際に軸受端３０に加わる荷重によって軸受端３０の外周面が変形することを防止できるので、ロータシャフト２６への軸受１２の組み付け性の悪化を防止できる。

【0025】

ロータシャフト２６は、外周面にフランジ２７が突出して形成され、中心部には軸方向に貫通する軸孔２８が形成される。さらに、ロータシャフト２６の軸方向中間部には、ロータシャフト２６の外周面と軸孔２８とを連通し軸孔２８から供給された冷却油を外側に導出する複数の軸側冷媒導出孔２９が設けられている。

【0026】

さらに、ロータシャフト２６の軸方向左端には、軸受端３０が形成される。軸受端３０は、外周面が円筒面であり、使用時にその円筒面に軸受１２の内輪が嵌合固定される。ロータシャフト２６の軸受端３０とフランジ２７との間には、ロータシャフト２６の回転角検出用のレゾルバ４５が嵌合固定される。

【0027】

また、ロータシャフト２６の軸方向右端の外周面には雄スプライン溝３２が形成される。そして、この雄スプライン溝３２に円筒状の動力伝達軸４７が嵌合される。動力伝達軸４７の内周面には、雄スプライン溝３２と係合する雌スプライン溝４８が形成される。これにより、ロータシャフト２６の軸方向右端には、動力伝達軸４７が結合される。動力伝達軸４７は、例えば外周面に歯車を形成することにより、回転電機１０の動力を、動力伝達軸４７の歯車に係合した別の部材に伝達する。

【0028】

さらに、ロータシャフト２６の軸方向右端の内周面には、ニードル軸受４９を介して冷媒供給管５２がロータシャフト２６に対し相対回転を可能に挿入される。冷媒供給管５２には、ポンプ（図示せず）から、冷媒経路を通じて冷却油が供給される。その冷却油は、冷媒供給管５２の出口からロータシャフト２６の軸孔２８に供給される。

【0029】

なお、本例の構成では、ロータシャフト２６の軸方向右端に嵌合したニードル軸受４９の外輪５０が、カシメ結合部４１側の冷媒堰の役目を果たしている。一方、ロータシャフト２６の内周面のカシメ結合部４１側の一部の内径を小さくすることで、ロータシャフト２６に直接にカシメ結合部４１側の冷媒堰が形成されてもよい。カシメ結合部４１側の冷媒堰は、軸側冷媒導出孔２９より軸方向右側に形成されていればよい。

【0030】

図３は、ロータ２０において、嵌合部材４０に荷重を加えてロータシャフト２６に嵌合部材４０をカシメ結合する状態を示す断面図である。図３に示すように、ロータシャフト２６に嵌合部材４０をカシメ結合する場合には、ロータシャフト２６の軸受端３０を下にした状態でロータシャフト２６を立てて、上面が水平面に沿った平坦面６１である治具６０上に配置する。そして、ロータシャフト２６の外周面にロータコア２１とワッシャ５４と嵌合部材４０とを上から順に嵌合して、ロータコア２１の下端をフランジ２７に押し付ける。そして、嵌合部材４０の筒部４２に、図４の矢印Ｆ１方向であるロータ軸方向に対し傾斜した、ロータシャフト２６の内径側に向かう斜め下方向にカシメ治具（図示せず）によって荷重を加えることで、カシメ結合部４１を形成する。このとき、矢印Ｆ１方向の荷重の下方向（矢印Ｆ２方向）の分力によってロータシャフト２６の下端が治具６０に押し付けられるが、軸受端３０の径方向の厚みが大きいので、軸受端３０の変形を防止できる。

【0031】

さらに、ロータ２０は、軸心冷却によって冷却される。具体的には、図１に示すように、ポンプから吐出された冷却油が、冷媒供給管５２を介して、軸孔２８に供給される。その冷却油は、軸孔２８を流れた後、複数の軸側冷媒導出孔２９をロータ径方向外側に流れる。そして、冷却油は、複数の軸側冷媒導出孔２９から、ロータコア２１のコア側冷媒導出孔２２に供給され、コア側冷媒導出孔２２を径方向外側に流れた後、ロータコア２１の軸方向両端に向かうように分岐して、この軸方向両端から噴出される。これにより、噴出された冷却油は、ロータ回転時の遠心力によって、ロータコア２１の径方向外側に向かい、径方向外側に配置されたステータの軸方向両端部に当てられる。このため、ロータ２０及びステータが冷却油によって冷却される。なお、ロータ２０を冷却する冷媒として、冷却油以外、例えば冷却水等を用いることもできる。

【0032】

上記のロータ２０によれば、ロータシャフト２６のカシメ結合された部分と反対側の軸受端３０内周に円筒状の冷媒堰３１が設けられることにより、軸受端３０内周に冷媒堰がない構造に比べて、軸受端３０の径方向の厚みを大きくできる。これにより、軸受端３０の剛性を高くできるので、ロータシャフト２６に嵌合部材４０をカシメ結合する際において、軸受端３０に軸方向に圧縮する方向の力が加わっても外径が拡大するように変形することを防止できる。このため、ロータシャフト２６への軸受１２の組付け性の悪化を防止できる。さらに、ロータシャフト２６において、ロータコア２１に関してカシメ結合部４１と反対側に、冷媒堰３１の他に内径が小さくなる部分を設ける必要がない。これにより、ロータシャフト２６の軸孔２８に冷媒堰３１を設ける構造で、ロータ２０の質量及びコストの増大を抑制できる。

【0033】

さらに、ロータシャフト２６の軸方向の端に冷媒堰３１が設けられるので冷媒堰３１の成形性を高くできる。具体的には、冷間鍛造等の鍛造を行う際に、金型の一部をロータシャフト２６の素材の端から近い冷媒堰３１を形成する部分に配置しやすくなるので、冷媒堰３１を形成しやすくなる。これにより、鍛造後の後加工として切削加工で冷媒堰３１を形成する必要がないので、ロータ２０の製造コストを低減できる。

【0034】

図４は、比較例のロータ２０ａにおいて、図３に対応する図である。比較例の構成では、軸孔７０の内周面において、軸受端７２からロータコア２１側に離れた部分に、ロータコア２１の内径側部分より直径が小さくなった円筒状の冷媒堰７４が設けられる。これにより、軸受端７２の内径が、図１～図４の実施形態と比べて大きくなることで軸受端７２の径方向の厚みが小さくなっている。このような比較例において、図３と同様にカシメ結合部４１の形成のための荷重を嵌合部材４０ａに矢印Ｆ１方向に加えると、矢印Ｆ２方向の分力によって軸受端７２の外径が大きくなるように軸受端７２が変形する可能性がある。図１～図３で示した実施形態によれば、このような不都合を防止できる。

【符号の説明】

【0035】

１０ 回転電機、１１ ケース、１２，１３ 軸受、２０，２０ａ 回転電機ロータ（ロータ）、２１ ロータコア、２２ コア側冷媒導出孔、２４ 永久磁石、２６ ロータシャフト、２６ａ 雄ネジ、２７ フランジ、２８ 軸孔、２９ 軸側冷媒導出孔、３０ 軸受端、３１ 冷媒堰、３２ 雄スプライン溝、４０，４０ａ 嵌合部材、４１ カシメ結合部、４２ 筒部、４５ レゾルバ、４７ 動力伝達軸、４８ 雌スプライン溝、４９ ニードル軸受、５０ 外輪、５２ 冷媒供給管、５４ ワッシャ、６０ 治具、６１ 平坦面、７０ 軸孔、７２ 軸受端、７４ 冷媒堰。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】