(57)【要約】【課題】中空ロータコア部と第１および第２の回転支持部材の軸を確実に合わせることができる回転電機の回転子およびその製造方法を提供する。【解決手段】中空ロータコア部２０は、電磁鋼板を積層して構成され、円筒状をなし、かつ、内周面および外周面がギャップ面となり、管状ピン用の第１の孔２１を有する。第１の回転支持部材３０は、管状ピン用の第２の孔３１を有する。第２の回転支持部材４０は、管状ピン用の第３の孔４１を有する。管状ピン７０は、第１の孔２１、第２の孔３１、第３の孔４１に挿入され、フランジ部７２が、第１の回転支持部材３０の第２の孔３１から突出する一端に形成され、嵌め合い部７３が、第２の孔３１に嵌め合い、拡管部７４が、第１の孔２１、第２の孔３１、第３の孔４１に密着するように塑性変形されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁鋼板を積層して構成され、円筒状をなし、かつ、内周面および外周面がギャップ面となり、管状ピン用の第１の孔を有する中空ロータコア部と、
管状ピン用の第２の孔を有する第１の回転支持部材と、
管状ピン用の第３の孔を有し、前記第１の回転支持部材とで前記中空ロータコア部を挟む第２の回転支持部材と、
前記第１の孔、第２の孔、第３の孔に挿入され、前記第２の孔から突出する一端にフランジ部が形成されるとともに、前記第２の孔に嵌め合う嵌め合い部、および、前記第１の孔、第２の孔、第３の孔に密着するように塑性変形された拡管部を有する管状ピンと、
を備えたことを特徴とする回転電機の回転子。
【請求項２】
前記中空ロータコア部において周方向に前記管状ピン用の第１の孔と永久磁石埋込孔とが交互に形成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】
電磁鋼板を積層して構成され、円筒状をなし、かつ、内周面および外周面がギャップ面となり、管状ピン用の第１の孔を有する中空ロータコア部と、
管状ピン用の第２の孔を有する第１の回転支持部材と、
管状ピン用の第３の孔を有し、前記第１の回転支持部材とで前記中空ロータコア部を挟む第２の回転支持部材と、
を備えた回転電機の回転子の製造方法において、
一端にフランジ部が形成された管状ピンを前記第１の回転支持部材の第２の孔、前記中空ロータコア部の第１の孔、前記第２の回転支持部材の第３の孔に、嵌め合い部が前記第２の孔と嵌め合うようにして挿入する第１工程と、
前記管状ピンを拡管部材の圧入によって塑性変形により拡管して前記第１の孔、第２の孔、第３の孔に密着させる第２工程と、
を含むことを特徴とする回転電機の回転子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒状の中空ロータコア部を有する回転電機の回転子およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
回転電機において、シャフトに固定されるロータコア部を異なる形状の２種類の電磁鋼板を積層して構成する場合の締結方法の一例としてフランジ付管状部材等を用いて固定している（例えば、特許文献１）。一方、中空ロータにおいては中空ロータコア部の内側の部材と外側の部材について同軸度を確保しなければならず、軸心の精度向上を図る必要がある。例えば、内側に巻線ロータ、外側に巻線ステータを持つ中空タイプの回転子の固定方法として、中空ロータコア部に孔を設けて、ボルト・ナットで締結し、軸方向の締付力で円筒度を確保していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１０２４６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、電磁鋼板を積層して中空ロータコア部を構成する場合においては、中空ロータコア部が第１の回転支持部材と第２の回転支持部材との間において固定され、第１および第２の回転支持部材の軸心と中空ロータコア部の軸心の精度が必要となる。
【０００５】
本発明の目的は、中空ロータコア部と第１および第２の回転支持部材の軸を確実に合わせることができる回転電機の回転子およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明では、電磁鋼板を積層して構成され、円筒状をなし、かつ、内周面および外周面がギャップ面となり、管状ピン用の第１の孔を有する中空ロータコア部と、管状ピン用の第２の孔を有する第１の回転支持部材と、管状ピン用の第３の孔を有し、前記第１の回転支持部材とで前記中空ロータコア部を挟む第２の回転支持部材と、前記第１の孔、第２の孔、第３の孔に挿入され、前記第２の孔から突出する一端にフランジ部が形成されるとともに、前記第２の孔に嵌め合う嵌め合い部、および、前記第１の孔、第２の孔、第３の孔に密着するように塑性変形された拡管部を有する管状ピンと、を備えたことを要旨とする。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、中空ロータコア部は、電磁鋼板を積層して構成され、円筒状をなし、かつ、内周面および外周面がギャップ面となり、管状ピン用の第１の孔を有する。第１の回転支持部材と第２の回転支持部材とで中空ロータコア部が挟まれ、管状ピンが、中空ロータコア部の第１の孔、第１の回転支持部材の第２の孔、第２の回転支持部材の第３の孔に挿入される。管状ピンにおいて第２の孔から突出する一端にフランジ部が形成されている。管状ピンの嵌め合い部が第２の孔に嵌め合うことにより、管状ピンと第１の回転支持部材の第２の孔の位置が合う。また、拡管部が第１の孔、第２の孔、第３の孔に密着するように塑性変形されることにより、管状ピンと中空ロータコア部の第１の孔および第２の回転支持部材の第３の孔の位置が合う。よって、中空ロータコア部と第１および第２の回転支持部材の軸を確実に合わせることができる。
【０００８】
請求項２に記載のように、請求項１に記載の回転電機の回転子において、前記中空ロータコア部において周方向に前記管状ピン用の第１の孔と永久磁石埋込孔とが交互に形成されている場合に適用するとよい。
【０００９】
請求項３に記載の発明では、電磁鋼板を積層して構成され、円筒状をなし、かつ、内周面および外周面がギャップ面となり、管状ピン用の第１の孔を有する中空ロータコア部と、管状ピン用の第２の孔を有する第１の回転支持部材と、管状ピン用の第３の孔を有し、前記第１の回転支持部材とで前記中空ロータコア部を挟む第２の回転支持部材と、を備えた回転電機の回転子の製造方法において、一端にフランジ部が形成された管状ピンを前記第１の回転支持部材の第２の孔、前記中空ロータコア部の第１の孔、前記第２の回転支持部材の第３の孔に、嵌め合い部が前記第２の孔と嵌め合うようにして挿入する第１工程と、前記管状ピンを拡管部材の圧入によって塑性変形により拡管して前記第１の孔、第２の孔、第３の孔に密着させる第２工程と、を含むことを要旨とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明によれば、第１工程において、一端にフランジ部が形成された管状ピンが、第１の回転支持部材の第２の孔、中空ロータコア部の第１の孔、第２の回転支持部材の第３の孔に、嵌め合い部が第２の孔と嵌め合うようにして挿入される。第２工程において、管状ピンが拡管部材の圧入によって塑性変形により拡管されて第１の孔、第２の孔、第３の孔に密着される。その結果、請求項１に記載の回転電機の回転子を製造することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、中空ロータコア部と第１および第２の回転支持部材の軸を確実に合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態における磁石ロータの斜視図。
【図２】磁石ロータの分解斜視図。
【図３】（ａ）は回転電機の縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での縦断面図。
【図４】回転電機の一部拡大縦断面図。
【図５】回転電機の一部拡大正面図。
【図６】（ａ）は回転電機の縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での縦断面図。
【図７】回転電機の一部拡大縦断面図。
【図８】回転電機の管状ピン配置部の説明図。
【図９】別例の回転電機の管状ピン配置部の説明図。
【図１０】（ａ）は比較のための回転電機の縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線での縦断面図。
【図１１】比較のための磁石ロータの分解斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図３に示すように、回転電機１は、回転子としての磁石ロータ１０と、巻線ステータ１００と、巻線ロータ１１０を備える。磁石ロータ１０は、円筒状をなし、その外側に円筒状の巻線ステータ１００がギャップ（磁気的空隙）を介して配置されている。また、磁石ロータ１０の内側に円筒状の巻線ロータ１１０がギャップ（磁気的空隙）を介して配置されている。磁石ロータ１０と巻線ステータ１００と巻線ロータ１１０とは同軸上に配置されている。磁石ロータ１０は車両の出力軸（または入力軸）につながり、巻線ロータ１１０は入力軸（出力軸）につながる。
【００１４】
巻線ステータ１００のコア部１０１には複数のスロット１０２が周方向に並べて形成され、各スロット１０２は円筒形コア部１０１の内周面に開口している。スロット１０２にはコイル１０３が挿入されている。巻線ロータ１１０のコア部１１１には複数のスロット１１２が周方向に並べて形成され、各スロット１１２は円筒形コア部１１１の外周面に開口している。スロット１１２にはコイル１１３が挿入されている。
【００１５】
図１，２に示すように、磁石ロータ１０は、中空ロータコア部（磁石ロータコア部）２０と、第１の回転支持部材３０と、第２の回転支持部材４０と、第１の端板５０と、第２の端板６０と、複数本（具体的には８本）の管状ピン７０とを備える。中空ロータコア部２０は、電磁鋼板を軸方向に積層して構成され、円筒状をなしている。中空ロータコア部２０は、内周面および外周面がギャップ面となる。中空ロータコア部２０は、管状ピン用の８つの第１の孔２１および８つの永久磁石埋込孔２２を有する。第１の孔２１および永久磁石埋込孔２２は軸方向に延びている（貫通している）。また、８つの第１の孔２１は周方向において等角度に形成されている。中空ロータコア部２０において周方向に管状ピン用の第１の孔２１と永久磁石埋込孔２２とが交互に形成されている。また、断面長方形状の永久磁石埋込孔２２には断面長方形状の永久磁石２５が嵌入され、永久磁石埋込型回転子を構成する。
【００１６】
第１の回転支持部材３０は、お椀形状をなし、中心には軸部３０ａを有する。お椀形状の第１の回転支持部材３０での開口部において円周部３０ｂは管状ピン用の８つの第２の孔３１を有する。第２の回転支持部材４０は、お椀形状をなし、中心部は貫通孔４０ａを有する。お椀形状の第２の回転支持部材４０での開口部において円周部４０ｂは、管状ピン用の８つの第３の孔４１を有する。第１の回転支持部材３０と第２の回転支持部材４０とで中空ロータコア部２０を挟んでいる。
【００１７】
第１の端板５０は、円板状をなし、管状ピン用の８つの通し孔５１を有する。第１の端板５０は、第１の回転支持部材３０と中空ロータコア部２０との間に配置されている。第２の端板６０は、円板状をなし、管状ピン用の８つの通し孔６１を有する。第２の端板６０は、第２の回転支持部材４０と中空ロータコア部２０との間に配置されている。
【００１８】
管状ピン７０は、ステンレス鋼よりなる（例えばＳＵＳ３０４）。図２，４に示すように、管状ピン７０の本体部７１は、第１の回転支持部材３０の第２の孔３１、第１の端板５０の通し孔５１、中空ロータコア部２０の第１の孔２１、第２の端板６０の通し孔６１、第２の回転支持部材４０の第３の孔４１に挿入されている。管状ピン７０は、フランジ部７２、嵌め合い部７３（図８参照）、拡管部７４、かしめ部７６を有する。本体部７１の一端には本体部７１よりも拡径なフランジ部７２が形成され、フランジ部７２は第１の回転支持部材３０の第２の孔３１から突出する一端に形成されている。嵌め合い部７３は本体部７１の一端側に形成され、第１の回転支持部材３０の第２の孔３１に嵌め合っている。これにより、管状ピン７０と第１の回転支持部材３０の第２の孔３１の位置が合っている。
【００１９】
拡管部７４は、中空ロータコア部２０の第１の孔２１、第１の回転支持部材３０の第２の孔３１、第２の回転支持部材４０の第３の孔４１に密着するように拡管部材（図７の符号１５０）の圧入により塑性変形されている。これにより、管状ピン７０と中空ロータコア部２０の第１の孔２１および第２の回転支持部材４０の第３の孔４１の位置が合っている。本体部７１の他端には本体部７１よりも拡径なかしめ部７６が形成され、かしめ部７６は、第２の回転支持部材４０の第３の孔４１から突出する端部において折り返して形成され、フランジ状となっている。これにより、軸方向に締結されている。
【００２０】
図５に示すように、中空ロータコア部２０における管状ピン７０が通る第１の孔２１と中空ロータコア部２０の内周面および外周面との間の部位（ブリッジ部）のそれぞれの幅（ブリッジ幅）ｄ１，Ｄ１は、後記するボルト・ナットで締結する構造（図１０，１１）に比べ小さくなっている。
【００２１】
次に、このように構成した回転電機の回転子（磁石ロータ１０）の作用について説明する。
製造工程において、図６，７に示すように、一端にフランジ部７２が形成された管状ピン７０を、第１の回転支持部材３０の第２の孔３１、第１の端板５０の通し孔５１、中空ロータコア部２０の第１の孔２１、第２の端板６０の通し孔６１、第２の回転支持部材４０の第３の孔４１に挿入する。このとき、管状ピン７０の嵌め合い部７３が第１の回転支持部材３０の第２の孔３１と嵌め合うようにして挿入する。
【００２２】
つまり、パイプ状の管状ピン７０を用意し、管状ピン７０の一端は、フランジ形状となっており、第１の回転支持部材３０の第２の孔３１の開口部周りに面あたりする。また、図８に示すように、管状ピン７０におけるフランジ部７２の根元部は、嵌め合い部７３となっており、第１の回転支持部材３０の第２の孔３１と隙間嵌め程度で組み付けできるよう、段差部（テーパ部）７５が設けられている。段差部７５の右側の部位が第２の孔３１の右側の部位に嵌まる。これにより、管状ピン７０と第１の回転支持部材３０の第２の孔３１の位置が合う。また、図８に示すピン挿入状態（かしめ前）においては、管状ピン７０における段差部７５よりも左側の部位の外周面と各孔３１，５１，２１，６１，４１との間には隙間Ｇが存在する。
【００２３】
その後、図７に示す拡管部材１５０を管状ピン７０におけるフランジ部７２を形成した側から管状ピン７０の内側に軸方向に圧入して、管状ピン７０を拡管部材１５０の圧入によって塑性変形により管状ピン７０の内径側から拡管する。これにより、管状ピン７０の外周面と、第１の回転支持部材３０の第２の孔３１、中空ロータコア部２０の第１の孔２１、第２の回転支持部材４０の第３の孔４１に密着させる。
【００２４】
より詳しくは、パイプ状の管状ピン７０を挿入した状態において、図７に示すように、管状ピン７０の内径寸法ｄに対して拡管部材（拡管治具）１５０の外径寸法Ｄはｄ値よりも大きくなっている（Ｄ＞ｄ）。そして、拡管部材１５０が管状ピン７０の内部へ挿入可能となっている。この拡管部材１５０の管状ピン７０の内部への圧入により、管状ピン７０の拡管が可能となる。この時、８本全ての管状ピン７０に対して同時に拡管するとよい。
【００２５】
この拡管により、管状ピン７０と中空ロータコア部２０の第１の孔２１および第２の回転支持部材４０の第３の孔４１の位置が合う。よって、中空ロータコア部２０の両側の回転支持部材３０，４０と中空ロータコア部２０の内外径の同軸を確保することができる。即ち、巻線ロータ１１０から見た場合の中空ロータコア部２０の軸、および、巻線ステータ１００から見た場合の中空ロータコア部２０の軸が同軸になる。
【００２６】
拡管終了後は、図４に示すように、第２の回転支持部材４０側の管状ピン７０の端部を成形し、フランジ形状に変形させてかしめ部７６を形成する。つまり、管状ピン７０の他端は、拡管後に、第２の回転支持部材４０からはみ出した部分をかしめてフランジ形状にする。
【００２７】
その結果、図１に示すように、磁石ロータの組付けが完了する。
このようにして、拡管部材１５０の圧入による管状ピン７０の拡管により、中空ロータコア部２０と管状ピン７０を締まり嵌め状態にすることができ、中空ロータコア部２０の円筒度を確保することができる。また、回転トルクも全ての管状ピン７０で受けることができる。
【００２８】
図１０，１１は、比較のための図であり、ボルト・ナットを用いて電磁鋼板を締結した場合の構造を示す。中空ロータコア部２００にはボルトの通し孔２０１が形成され、通し孔２０１にボルト２５０を通して両側からナット２５１，２５２を用いて締結する。この場合においては、回転強度を確保するために、ブリッジ幅（図５のｄ１値、Ｄ１値）を大きく維持する必要があった。
【００２９】
つまり、ロータ組付けの位置決めをする場合、全ボルトをリーマボルトのようにしてしまうと、コア部の加工精度により、ボルトをコア部のボルト通し孔に挿入できなくなる。このため、対角線上の２本のボルトのみリーマボルトにして位置決めをする方法を採用する。この構造は、締結部品だけでも点数が多いため、組付け工数・コストもかかる構造となる。また、ナットの座面を確保するため、コア部の内外径差を大きくするか、ナットのネジサイズを小さくする必要がある。さらに、ボルトの通し孔とコア部の内周面および外周面との間の部位（ブリッジ部）のそれぞれの幅（ブリッジ幅）は、モータの磁気特性を上げるために、小さくするほうが望ましいが、前述の座面確保の観点から、広くなってしまう。
【００３０】
これに対し本実施形態においては、比較例でのボルト２５０、ナット２５１，２５２の３部品構成が１部品となる。よって、コスト低減が可能となる。また、本実施形態でのピンのフランジ部７２の径は、必要最小限の設定が可能で、比較例でのナット２５１，２５２の座面径よりも小さくできる。そのため、中空ロータコア部２０の幅、即ち、図５での内外径の差ΔＷも小さくすることができる。これにより、中空ロータコア部２０を径方向に小型化できる。また、管状ピン７０の拡管により締まり嵌めとすることでガタを無くすことができ、正確に位置決めできる。
【００３１】
さらに、電磁鋼板を積層して構成される中空ロータコア部２０に対し拡管により残留応力がはいり、そのため、磁気抵抗を増加することができ、結果、ブリッジ幅を小さくしたことと同じ効果を発揮させることができる。換言すると、モータの磁気特性を上げるために拡管構造とすることで電磁鋼板に残留応力を持たせることにより磁気抵抗を増加してモータ特性を確保できる。
【００３２】
例えば、電磁鋼板に残留応力が無くブリッジ幅（図５のｄ１値、Ｄ１値）が２ｍｍである場合と比較する。本実施形態のように電磁鋼板に残留応力を与えることにより、実質的なブリッジ幅（短絡磁束が通る経路幅）を０．５ｍｍにすることができる。このように、電磁鋼板の拡管に伴う締まり嵌めによる残留応力により特性劣化を活かして電磁鋼板として機能をさせない領域にして実測のブリッジ幅が２ｍｍでも１．５ｍｍの残留応力幅とすることによりモータとしての性能上では０．５ｍｍにすぎない。よって、製造では作り込めない寸法を実現でき、これにより、短絡磁束が通りにくくできる。
【００３３】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）回転電機の回転子としての磁石ロータ１０の構成として、管状ピン７０が、中空ロータコア部２０の第１の孔２１、第１の回転支持部材３０の第２の孔３１、第２の回転支持部材４０の第３の孔４１に挿入される。管状ピン７０には、フランジ部７２が第２の孔３１から突出する一端に形成されている。管状ピン７０の嵌め合い部７３が第２の孔３１に嵌め合うとともに、拡管部７４が第１の孔２１、第２の孔３１、第３の孔４１に密着するように塑性変形される。これにより、中空ロータコア部２０と第１および第２の回転支持部材３０，４０の軸を確実に合わせることができる。つまり、第１および第２の回転支持部材３０，４０の軸心と中空ロータコア部２０の軸心の精度が高いものとなる。また、ボルト・ナットで締結しておらず、中空ロータコア部２０を径方向に小型化できる。
【００３４】
（２）管状ピン７０を拡管させることにより中空ロータコア部２０（電磁鋼板の積層体）に残留応力がはいる。これにより、磁気回路における実質的なブリッジ幅（短絡磁束が通る経路幅）を小さくすることができ、短絡磁束の通りにくい構造とすることができる。
【００３５】
（３）回転電機の回転子（磁石ロータ）の製造方法として、第１工程と第２工程とを含む。第１工程においては、一端にフランジ部７２が形成された管状ピン７０を第１の回転支持部材３０の第２の孔３１、中空ロータコア部２０の第１の孔２１、第２の回転支持部材４０の第３の孔４１に、嵌め合い部７３が第２の孔３１と嵌め合うようにして挿入する。第２工程においては、管状ピン７０を拡管部材１５０の圧入によって塑性変形により拡管して第１の孔２１、第２の孔３１、第３の孔４１に密着させる。これにより、上記（１）の回転電機の磁石ロータ１０を製造することができる。
【００３６】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・図９に示すように、第１の回転支持部材３０での第２の孔３１における開口部付近に拡径部３２（加工面）を形成して当該拡径部３２の内壁に管状ピン７０の嵌め合い部７３（加工面）を嵌め合わせてもよい。ピン加工面と第１の回転支持部材３０の加工面での嵌め合いが中間嵌めであると軸がよりでやすい。
【００３７】
・磁石ロータ１０の内側にはロータ（１１０）を設けたが、ステータでもよい。
・中空ロータコア部（電磁鋼板）における拡管により残留応力がはいる領域は任意である。
【符号の説明】
【００３８】
１０…磁石ロータ、２０…中空ロータコア部、２１…第１の孔、２２…永久磁石埋込孔、３０…第１の回転支持部材、３１…第２の孔、４０…第２の回転支持部材、４１…第３の孔、７０…管状ピン、７２…フランジ部、７３…嵌め合い部、７４…拡管部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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