(57)【要約】【課題】大きな出力トルクを伴う高出力回転電機に用いられるロータシャフトであっても効率的に製造することができる回転電機用ロータシャフトを提供する。【解決手段】ロータシャフト１００は、筒状ヨーク１０１とシャフト１０４とで構成されている。筒状ヨーク１０１は、磁性を有する材料を筒状に形成されている。この筒状ヨーク１０１の内周面には、軸線方向中央部に同部分の内径が狭まった縮径部１０２が形成されている。縮径部１０２は、シャフト１０４を筒状ヨーク１０１内で支持する部分であり、その内周面に筒側セレーション１０３が形成されている。シャフト１０４は、筒状ヨーク１０１の軸線方向に沿って延びて形成されている。このシャフト１０４は、軸線方向中央部の外径が太く形成されており、同部分の表面に軸側セレーション１０５が形成されている。シャフト１０４の外周面には、軸側セレーション１０５に隣接した状態で突出部１０６が形成されている。【選択図】  図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
磁性体を筒状に形成した筒状ヨークと、
前記筒状ヨークの軸線方向に沿って延びて形成されるとともに同筒状ヨークの内側に固定的に設けられたシャフトとを備えた回転電機用ロータシャフトにおいて、
前記シャフトの外周面および前記筒状ヨークの内周面の各一部には、互いに噛み合うセレーションがそれぞれ形成されており、
前記シャフトは、前記円筒ヨークの内側にて前記各セレーションの結合によって固定的に設けられていることを特徴とする回転電機用ロータシャフト。
【請求項２】
請求項１に記載した回転電機用ロータシャフトにおいて、
前記各セレーションは、長手方向に沿ってテーパ状にそれぞれ形成されていることを特徴とする回転電機用ロータシャフト。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載した回転電機用ロータシャフトにおいて、
前記シャフトは、前記セレーションが形成された部分に隣接して外径方向に張り出す突出部を有することを特徴とする回転電機用ロータシャフト。
【請求項４】
請求３に記載した回転電機用ロータシャフトにおいて、
前記筒状ヨークは、前記内周面の一部が前記シャフトにおける前記突出部に掛かるように塑性変形されていることを特徴とする回転電機用ロータシャフト。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、電動機や発電機などの回転電機においてロータの構成部品として用いるロータシャフトに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電気エネルギを回転駆動エネルギに変換、または回転駆動エネルギを電気エネルギに変換する装置として電動機や発電機などの回転電機がある。一般に、回転電機は、通電により回転磁界を生じさせるコイルを備えたステータの内側または外側に前記回転磁界により回転駆動するロータを配置して構成されている。この場合、回転電機内にて回転駆動するロータは、例えば、下記特許文献１に示すように、筒状に形成された筒状ヨークの内側に回転駆動力を取り出すためのシャフトが筒状ヨークと同芯で固定的に設けられたロータシャフトと、同ロータシャフトにおける前記筒状ヨークの外周面に固定的に設けられた磁石とによって構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−６７６９８号公報
【０００４】
しかしながら、このようなロータを構成するロータシャフトは、シャフトと筒状ヨークとが鍛造加工や切削加工によって単一素材から一体成形により製造、またはシャフトと筒状ヨークとが圧入により一体的に組み付けられて製造されるため、大きな出力トルクを伴う高出力回転電機（例えば、所謂ハイブリット車や電気自動車などの車両用回転電機）用のロータシャフトの製造が困難であるという問題があった。すなわち、ロータシャフトを単一素材から一体成形する場合においては、大きなトルクに耐えられる大型のロータシャフトの成形が困難となる。また、シャフトを筒状ヨークに圧入する組み付け成形の場合においては、シャフトと筒状ヨークとの間のトルク伝達性能を確保することが困難となる。また、さらに、この場合、シャフトと筒状ヨークとを溶接により接合する製造方法も考えられるが、溶接工程は製造工数および製造コストを増大させるとともに筒状ヨークに対するシャフトの組み付け精度を維持することが困難になるという問題があった。
【考案の概要】
【０００５】
本考案は上記問題に対処するためなされたもので、その目的は、大きな出力トルクを伴う高出力回転電機に用いられるロータシャフトであっても効率的に製造することができる回転電機用ロータシャフトを提供することにある。
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１に係る本考案の特徴は、磁性体を筒状に形成した筒状ヨークと、筒状ヨークの軸線方向に沿って延びて形成されるとともに同筒状ヨークの内側に固定的に設けられたシャフトとを備えた回転電機用ロータシャフトにおいて、シャフトの外周面および筒状ヨークの内周面の各一部には、互いに噛み合うセレーションがそれぞれ形成されており、シャフトは、円筒ヨークの内側にて前記各セレーションの結合によって固定的に設けられていることにある。
【０００７】
このように構成した請求項１に係る本考案の特徴によれば、回転電機用ロータシャフトは、筒状ヨークとシャフトとがセレーションによって結合されている。したがって、回転電機用ロータシャフトの製造する作業者は、筒状ヨークとシャフトとをそれぞれ別工程で形成した後、シャフトに形成したセレーションを筒状ヨーク内に形成したセレーションに圧入することにより回転電機用ロータシャフトを簡単に製造することができる。また、この場合、回転電機用ロータシャフトは筒状ヨークとシャフトとがセレーションによって結合されているため、大きな出力トルクを精度よく安定的に伝達することができる。
【０００８】
また、請求項２に係る本考案の他の特徴は、前記回転電機用ロータシャフトにおいて、前記各セレーションは、長手方向に沿ってテーパ状にそれぞれ形成されていることにある。
【０００９】
このように構成した請求項２に係る本考案の他の特徴によれば、回転電機用ロータシャフトは、筒状ヨークおよびシャフトにそれぞれ形成されたセレーションが長手方向に沿ってテーパ状にそれぞれ形成されている。このため、シャフトを筒状ヨーク内に圧入し易くなり作業性が向上する。また、シャフトを筒状ヨーク内から取り外し易くなるため、回転電機用ロータシャフトのメンテナンス性が向上するとともに資源の再利用化が容易となる。
【００１０】
また、請求項３に係る本考案の他の特徴は、前記回転電機用ロータシャフトにおいて、シャフトは、セレーションが形成された部分に隣接して外径方向に張り出す突出部を有することにある。
【００１１】
このように構成した請求項３に係る本考案の他の特徴によれば、回転電機用ロータシャフトは、シャフトの外周面におけるセレーションに隣接して突出部が設けられている。これにより、シャフトを筒状ヨーク内に圧入した際に、突出部が筒状ヨーク内におけるセレーションの端部に接触してシャフトの筒状ヨーク内における位置を規制することができるため、シャフトの筒状ヨーク内への圧入作業の作業性が向上する。
【００１２】
また、請求項４に係る本考案の他の特徴は、前記回転電機用ロータシャフトにおいて、筒状ヨークは、前記内周面の一部がシャフトにおける突出部に掛かるように塑性変形されていることにある。
【００１３】
このように構成した請求項４に係る本考案の他の特徴によれば、回転電機用ロータシャフトは、筒状ヨークにおける内周面の一部がシャフトにおける突出部に掛かるように塑性変形されている。この場合、筒状ヨークにおける内周面の一部は、カシメ加工によって塑性変形させるとよい。これにより、シャフトの筒状ヨークからの抜けをより効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本考案の一実施形態に係る回転電機用ロータシャフトの構成の概略を示す一部破断断面図である。
【図２】図１に示す回転電機用ロータシャフトを構成する筒状ヨークの外観を概略的に示す斜視図である。
【図３】図１に示す回転電機用ロータシャフトを構成するシャフトの外観を概略的に示す斜視図である。
【図４】本考案の他の実施形態に係る回転電機用ロータシャフトの構成の概略を示す一部破断断面図である。
【考案を実施するための形態】
【００１５】
以下、本考案に係る回転電機用ロータシャフトの一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本考案に係る回転電機用ロータシャフト（以下、単に「ロータシャフト」という）１００の構成の概略を示す一部破断断面図である。なお、本明細書において参照する各図は、本考案の理解を容易にするために一部の構成要素を誇張して表わすなど模式的に表している。このため、各構成要素間の寸法や比率などは異なっていることがある。このロータシャフト１００は、所謂ハイブリット車や電気自動車などの車両に搭載される電動機や発電機として用いられる回転電機（図示せず）内において回転駆動するロータ（図示せず）を構成する部品である。
【００１６】
（ロータシャフト１００の構成）
ロータシャフト１００は、筒状ヨーク１０１を備えている。筒状ヨーク１０１は、詳しくは、図２に示すように、図示しない回転電機内においてステータ（図示せず）によって励磁される回転磁界に応じて回転駆動する部品であり、磁性を有する材料を筒状に形成されている。本実施形態においては、筒状ヨーク１０１は、クロムモリブデン鋼（所謂ＳＣＭ材）で構成されている。この筒状ヨーク１０１における外周面は、ロータシャフト１００とともにロータを構成する図示しない磁石が焼き嵌めにより固定される部分である。なお、回転電機の構成によっては、磁石が筒状ヨーク１０１の内周面に設けられることもある。
【００１７】
一方、筒状ヨーク１０１の内周面には、軸線方向中央部に同部分の内径が狭まった縮径部１０２が形成されている。縮径部１０２は、後述するシャフト１０４を筒状ヨーク１０１内で支持する部分であり、その内周面に筒側セレーション１０３が形成されている。筒側セレーション１０３は、シャフト１０４を結合するための接続部分であり、縮径部１０２の内周面に全面に亘ってノコギリ歯状に形成されている。
【００１８】
シャフト１０４は、詳しくは、図３に示すように、回転電機（図示せず）における回転駆動力を外部に出力または外部から入力するための鋼製の軸状部品であり、筒状ヨーク１０１の軸線方向に沿って延びて形成されている。本実施形態においては、シャフト１０４は、前記筒状ヨーク１０１と同様のクロムモリブデン鋼（ＳＣＭ材）で構成されている。このシャフト１０４は、軸線方向中央部の外径が太く形成されており、同部分の表面に軸側セレーション１０５が形成されている。軸側セレーション１０５は、シャフト１０４を筒状ヨーク１０１に結合するための接続部分であり、筒状ヨーク１０１の内周面に形成された筒側セレーション１０３に対応するノコギリ歯状に形成されている。
【００１９】
また、このシャフト１０４の外周面には、軸側セレーション１０５に隣接した状態で突出部１０６が形成されている。突出部１０６は、軸側セレーション１０５を筒状ヨーク１０１の筒側セレーション１０３に挿入する際に筒状ヨーク１０１の縮径部１０２の端面に付き当てて筒状ヨーク１０１内におけるシャフト１０４の位置を規制するための部分であり、シャフト１０４の外周面からフランジ状に突出して形成されている。すなわち、突出部１０６は、筒状ヨーク１０１の縮径部１０２の内径よりも大きな外径で形成されている。また、シャフト１０４における一方（図示左側）の端部には、回転電機に対して回転駆動力の出力先または入力先となる外部の機器、部品または部材に接続するための接続セレーション１０７が形成されている。
【００２０】
（ロータシャフト１００の製造過程）
次に、ロータシャフト１００の製造過程を簡単に説明する。ロータシャフト１００を製造する作業者は、まず、筒状ヨーク１０１を成形する。具体的には、作業者は、磁性体材料（本実施形態においては、ＳＣＭ材）を図示しない鍛造機にセットして同鍛造機を操作することにより、筒側セレーション１０３以外の筒状ヨーク１０１の外形状および内形状を鍛造加工によってそれぞれ成形する。次いで、作業者は、筒状ヨーク１０１の半製品に対して筒側セレーション１０３を成形する。具体的には、作業者は、筒状ヨーク１０１の半製品を図示しないプレス加工機にセットして同プレス加工機を操作することにより、筒状ヨーク１０１の半製品の内周部に形成された縮径部１０２の内周面に筒側セレーション１０３をプレス成形する。次いで、作業者は、筒状ヨーク１０１の外周面にキー溝などを切削加工により成形して筒状ヨーク１０１を完成させる。
【００２１】
次に、作業者は、シャフト１０４を成形する。具体的には、作業者は、磁性体材料（本実施形態においては、ＳＣＭ材）を図示しない鍛造機にセットして同鍛造機を操作することにより、軸側セレーション１０５および接続セレーション１０７を含むシャフト１０４の外形状を鍛造加工によって成形する。次いで、作業者は、シャフト１０４の外周面にキー溝などを切削加工により成形してシャフト１０４を完成させる。
【００２２】
次に、作業者は、シャフト１０４を筒状ヨーク１０１に結合する。具体的には、作業者は、図示しない圧入機を用いてシャフト１０４の軸側セレーション１０５を筒状ヨーク１０１の筒側セレーション１０３内に圧入する。すなわち、シャフト１０４の軸側セレーション１０５と筒状ヨーク１０１の筒側セレーション１０３とは、互いに締り嵌めの嵌合公差によってそれぞれ成形されている。そして、このシャフト１０４の筒状ヨーク１０１への圧入工程においては、シャフト１０４の突出部１０６が筒状ヨーク１０１の縮径部１０２の端面に付き当たることによりシャフト１０４の筒状ヨーク１０１内での位置が決められる。
【００２３】
これにより、筒状ヨーク１０１の内側において筒状ヨーク１０１の同芯位置にて筒状ヨーク１０１の軸線方向に延びた状態でシャフト１０４が固定的に結合されてロータシャフト１００が完成する。完成したロータシャフト１００は、他の工程、例えば、筒状ヨーク１０１の外周面に磁石を固定的に設ける工程などを経てロータとして完成される。また、ロータシャフト１００によって構成されるロータは、図示しない回転電機の構成部品の一つとして回転電機内に組み込まれる。この場合、ロータシャフト１００によって構成されるロータは、ロータの外側に設けられるコイル（図示せず）を備えたステータ（図示せず）に対して回転可能な状態で組み付けられる。
【００２４】
（ロータシャフト１００の作動）
次に、このように構成したロータシャフト１００の作動について説明する。このロータシャフト１００は、図示しない回転電機内に組み込まれて回転駆動する。例えば、ロータシャフト１００を備えた回転電機は、図示しない電気自動車（ＥＶ）の原動機兼発電機として電気自動車内に組み込まれる。この場合、回転電機は、ステータのコイルに流す電流を入力するための入力端子（図示せず）にインバータ（図示せず）を介してバッテリー（図示せず）が接続されるとともに、シャフト１０４の接続セレーション１０７にデフ（デファレンシャルギア）（図示せず）を介して電気自動車の車輪（駆動輪）が接続される。
【００２５】
そして、回転電機のロータシャフト１００は、バッテリーからコイルに通電されることにより生じる回転磁界に応じてシャフト１０４を回転中心としてステータに対して回転駆動する。これにより、回転電機は、シャフト１０４を通じて回転駆動力を外部に出力する。また、回転電機のロータシャフト１００は、シャフト１０４に回転駆動力が加わることによりシャフト１０４を回転中心としてステータに対して回転する。これにより、回転電機は、電磁誘導によりコイルに誘起された電流を出力する。
【００２６】
上記作動説明からも理解できるように、上記実施形態によれば、ロータシャフト１００は、筒状ヨーク１０１とシャフト１０４とが筒側セレーション１０３および軸側セレーション１０５によって結合されている。したがって、ロータシャフト１００の製造する作業者は、筒状ヨーク１０１とシャフト１０４とをそれぞれ別工程で成形した後、シャフト１０４に形成した軸側セレーション１０５を筒状ヨーク１０１内に形成した筒側セレーション１０３に圧入することによりロータシャフト１００を簡単に製造することができる。また、この場合、ロータシャフト１００は筒状ヨーク１０１とシャフト１０４とが筒側セレーション１０３および軸側セレーション１０５によって結合されているため、大きな出力トルクを精度よく安定的に伝達することができる。
【００２７】
さらに、本考案の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本考案の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。なお、下記変形例において、上記実施形態と同様の構成部分に同じ符号を付して、その説明は省略する。
【００２８】
例えば、上記実施形態においては、筒状ヨーク１０１の内周面およびシャフト１０４の外周面に、それぞれストレートの筒側セレーション１０３および軸側セレーション１０５を形成した。しかし、筒状ヨーク１０１の内周面およびシャフト１０４の外周面に、それぞれ長手方向に沿って互いに嵌り合うテーパ状の筒側セレーション１０３および軸側セレーション１０５を形成してもよい。これによれば、シャフト１０４を筒状ヨーク１０１内に圧入し易くなり作業性が向上させることができる。また、シャフト１０４を筒状ヨーク１０１内から取り外し易くなるため、ロータシャフト１００のメンテナンス性が向上するとともに資源の再利用化が容易となる。
【００２９】
また、上記実施形態においては、シャフト１０４の外周面における軸側セレーション１０５に隣接してフランジ状に突出する突出部１０６を設けた。しかし、突出部１０６は、筒状ヨーク１０１の縮径部１０２の端面に付き当たることによりシャフト１０４の筒状ヨーク１０１内での位置を規制する形状であれば、必ずしもフランジ状に形成されている必要はない。例えば、突出部１０６は、シャフト１０４の外周面の一部が片状に突出した形状に形成することもできる。また、シャフト１０４は、突出部１０６を省略して構成することもできる。
【００３０】
また、上記実施形態のおいては、シャフト１０４は軸側セレーション１０５と筒側セレーション１０３との圧入により筒状ヨーク１０１に固定的に結合されている。しかし、この場合、さらに、図４に示すように、筒状ヨーク１０１の縮径部１０２の端面に同端面の一部を筒状ヨーク１０１の軸線方向に突出させた突出片１０８を設けておき（図において破線で示す）、シャフト１０４の圧入後、この突出片１０８をカシメ加工により突出部１０６側に塑性変形させることによってシャフト１０４をより強固に筒状ヨーク１０１に結合することもできる。これによれば、より確実にシャフト１０４を筒状ヨーク１０１に固定することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１００…ロータシャフト、１０１…筒状ヨーク、１０２…縮径部、１０３…筒側セレーション、
１０４…シャフト、１０５…軸側セレーション、１０６…突出部、１０７…接続セレーション、１０８…突出片。
【図１】
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【図４】
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【図２】
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【図３】
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