(57)【要約】【課題】回転電機回転子において、ロータ軸に固定されるエンドプレートの回り止めを防止することである。【解決手段】回転電機１０は、ケース１２の内部に、固定子コア１４と、固定子コア１４に巻回される巻線コイルを有する回転電機固定子と、回転電機回転子２０を含んで構成される。回転電機回転子２０は、ロータ軸２２と、ロータ軸２２に固定して取り付けられるコア部２４と、コア部２４の軸方向の両端部にそれぞれ配置されるエンドプレート３０と、エンドプレート３０の軸方向の両端部にそれぞれ配置される固定部材４０を含んで構成される。エンドプレート３０は、固定部材４０と対向する面に凹凸部３４を有し、固定部材４０はエンドプレート３０と対向する面に、エンドプレート３０の凹凸部３４とかみ合う凹凸部４４を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ軸に取り付けられるコア部と、
コア部に向かい合うコア面とは反対側の端部表面に放射状に径方向に延びる複数の凹部または凸部を有し、コア部の軸方向端部に配置されるエンドプレートと、
エンドプレートに向かい合う端部表面に、エンドプレートの複数の凹部または凸部にかみ合うように対向し、放射状に径方向に延びる複数の凸部または凹部を有し、エンドプレートの軸方向端部に配置されてロータ軸に固定される固定部材と、
を備えることを特徴とする回転電機回転子。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機回転子において、
エンドプレートの複数の凹部または凸部は、周方向に沿って傾斜面を有する傾斜山形状または、傾斜谷形状を有し、
固定部材の複数の凹部または凸部は、周方向に沿って傾斜面を有する傾斜谷形状または、傾斜山形状を有することを特徴とする回転電機回転子。
【請求項３】
請求項２に記載の回転電機回転子において、
軸方向に沿って内部に設けられる冷媒通路から、エンドプレートと固定部材とが向かい合う対向面に向かって、冷媒が排出される排出口が設けられるロータ軸を備え、
エンドプレートまたは固定部材の少なくも一方は、複数の凹部または凸部の少なくとも１つを欠くことで、エンドプレートと固定部材との間のかみ合い面に、排出口からの冷媒が流通する隙間を形成されることを特徴とする回転電機回転子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機回転子に係り、特に、エンドプレートを有する回転電機回転子に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機回転子は、ロータ軸と、ロータ軸に固定して取り付けられるコア部を含んで構成される。また、コア部の両端側にはエンドプレートが設けられる。エンドプレートを両端側に有するコア部をロータ軸に固定するには、エンドプレートでコア部の両端を挟みこみ、エンドプレートをロータ軸にカシメ法で固定し、あるいはキー溝とキー部材とを用いてエンドプレートをロータ軸に固定することが行われる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、モータのエンドプレートとして、磁性体のコアが磁極間で短絡しないように非磁性材料のオーステナイト系ステンレス材を用いると、鉄製のシャフトと熱膨張係数が異なるため、温度変化によって締結締め代が緩んでエンドプレートが回ってしまうことを指摘している。ここでは、エンドプレートの内周面に複数の溝を配置し、エンドプレートをシャフトに固定するリング部材の外周面にも複数の溝を設け、エンドプレートの複数の溝と対向させて複数の孔部を形成させ、この孔部にスプリングピンを挿入する。これによって、温度変化があっても、エンドプレートが回ることがないと述べられている。
【０００４】
また、特許文献２には、磁石モータ用ロータとして、電磁鋼板積層体側に凸あるいは凹部を有し、電気鋼板積層体はエンドプレートの凸あるいは凹部に対応する凹または凸部を有する構成が開示されている。そして、電磁鋼板積層体とエンドプレートは、この対向する凹部と凸部でカシメによって連結される。
【０００５】
なお、本発明におけるエンドプレートを用いた冷却構造に関連する技術として、特許文献３には、回転電機のロータの永久磁石を冷却する磁石冷却通路として、シャフトの内部に軸方向に沿って形成された冷媒通路と、このシャフト内冷媒通路に連通し、エンドプレートの内部に形成され、永久磁石の端部を経由し、外部に排出するエンドプレート内冷媒通路を有する構成が開示されている。
【０００６】
また、冷却関連技術として、特許文献４には、ロータ外周とステータ内周との間のエアギャップにオイルがなくても、ロータが回転することでオイルを掻き上げられる構造が開示されている。ここでは、ロータの端部からステータのコイルエンドを越えて軸方向に延び、そこから径方向外周側に延びる掻き上げ部材が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２５９５８３号公報
【特許文献２】特開２００２−１１２４８１号公報
【特許文献３】特開２００９−２７８３７号公報
【特許文献４】特開２０１１−１２０４１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
エンドプレートを介してコア部をロータ軸に固定する方法においては、エンドプレートをコア部に対して押さえつける押さえ荷重が低下すると、固定が緩み、エンドプレートが周方向に回転することが生じる。押さえ荷重の低下の原因としては、特許文献１に触れられているように、回転電機の動作による温度上昇で、エンドプレートやコア部が熱クリープを生じることがある。また、回転変動によるエンドプレートとカシメ部材との間の微小振動、エンドプレートとコア部との間の微小振動によるフレッティング摩耗の進行も原因として考えられる。また、キー溝とキー部材で固定を行う場合には、回転変動をキー部材で受けるので、最終的に摩滅が生じることも原因となる。
【０００９】
このように、従来技術では、さまざまな原因で、押さえ荷重の低下が生じ、エンドプレートを介したコア部のロータ軸に対する固定が緩んでくることが生じ得る。
【００１０】
本発明の目的は、ロータ軸に固定されるエンドプレートの回り止めを防止できる回転電機回転子を提供することである。また、他の目的は、ロータ軸に固定されるエンドプレートの回り止めを防止しつつ、さらに、冷却効果を有する回転電機回転子を提供することである。以下の手段は、これらの目的の少なくとも１つに貢献する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る回転電機回転子は、ロータ軸に取り付けられるコア部と、コア部に向かい合うコア面とは反対側の端部表面に放射状に径方向に延びる複数の凹部または凸部を有し、コア部の軸方向端部に配置されるエンドプレートと、エンドプレートに向かい合う端部表面に、エンドプレートの複数の凹部または凸部にかみ合うように対向し、放射状に径方向に延びる複数の凸部または凹部を有し、エンドプレートの軸方向端部に配置されてロータ軸に固定される固定部材と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る回転電機回転子において、エンドプレートの複数の凹部または凸部は、周方向に沿って傾斜面を有する傾斜山形状または、傾斜谷形状を有し、固定部材の複数の凹部または凸部は、周方向に沿って傾斜面を有する傾斜谷形状または、傾斜山形状を有することが好ましい。
【００１３】
また、本発明に係る回転電機回転子において、軸方向に沿って内部に設けられる冷媒通路から、エンドプレートと固定部材とが向かい合う対向面に向かって、冷媒が排出される排出口が設けられるロータ軸を備え、エンドプレートまたは固定部材の少なくも一方は、複数の凹部または凸部の少なくとも１つを欠くことで、エンドプレートと固定部材との間のかみ合い面に、排出口からの冷媒が流通する隙間を形成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
上記構成により、回転電機回転子は、コア部に向かい合うコア面とは反対側の端部表面に放射状に径方向に延びる複数の凹部または凸部を有するエンドプレートと、エンドプレートに向かい合う端部表面に、エンドプレートの複数の凹部または凸部にかみ合うように対向し、放射状に径方向に延びる複数の凸部または凹部を有する固定部材とを備える。このように、凹凸かみ合い構造で固定部材とエンドプレートとが構成されるので、例えば、熱クリープやフレッティング摩耗で軸方向の押さえ荷重が低下しても、それだけでエンドプレートが固定部材に対し回ることがない。
【００１５】
また、回転電機回転子において、エンドプレートの複数の凹部または凸部は、周方向に沿って傾斜面を有する傾斜山形状または、傾斜谷形状を有し、固定部材の複数の凹部または凸部は、これに対応する傾斜谷形状または、傾斜山形状を有する。すなわち、固定部材とエンドプレートの凹凸かみ合い構造は、周方向に沿った傾斜面でかみ合っている。したがって、例えば、熱クリープやフレッティング摩耗で、周方向に沿って、エンドプレートとの固定部材の間でずれが生じても、傾斜面の作用により、周方向のずれが軸方向のずれに変換される。これによって、エンドプレートはコア部側に押し付けられ、ずれが生じにくくなる。
【００１６】
また、回転電機回転子において、ロータ軸は内部に冷媒通路が設けられ、その冷媒通路から、エンドプレートと固定部材とが向かい合う対向面に向かって、冷媒が排出される排出口が設けられる。そして、エンドプレートまたは固定部材の少なくも一方は、複数の凹部または凸部の少なくとも１つを欠くことで、エンドプレートと固定部材との間のかみ合い面に、排出口からの冷媒が流通する隙間が形成される。これによって、エンドプレートの回り止めを行いながら、さらに回転子を冷却でき、回転子の外周側に配置される固定子を冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る実施の形態の回転電機固定子を含む回転電機の構成を示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の回転電機固定子におけるエンドプレートと固定部材の詳細を示す図である。
【図３】本発明に係る実施の形態の回転電機固定子において、エンドプレートと固定部材との間に周方向に沿ったずれが生じた場合の作用効果を示す図である。
【図４】本発明に係る実施の形態の回転電機固定子において、エンドプレートの凹凸構造が固定子の冷却に寄与する作用を示す図である。
【図５】本発明に係る実施の形態の回転電機固定子において、エンドプレートの回り止めを行いながら、回転子と固定子の冷却を行える作用を示す図である。
【図６】図５の構成において用いられるエンドプレートと固定部材の断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、コア部として、電磁鋼板を積層し、内部に永久磁石が埋め込まれたものとして述べるが、これは例示であって、永久磁石は電磁鋼板の表面に配置されてもよく、また、永久磁石を用いないリラクタンス型コア部であってもよい。電磁鋼板以外のコア片を積層するものであってもよい。以下では、凹凸部の形状として、傾斜山形状または傾斜谷形状を述べるが、対向する凹凸形状が互いにかみあい、軸周りに回転するときに抵抗となる凹凸形状であればよく、直線的傾斜を有しなくてもよい。図示される凹凸形状の数や、凹凸形状の傾斜角度等は、説明のための例示であって、回転電機回転子の仕様に応じ、適宜変更が可能である。
【００１９】
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００２０】
図１は、回転電機回転子２０が用いられる回転電機１０の構成を示す図である。回転電機１０は、ケース１２の内部に、固定子コア１４と、固定子コア１４に巻回される巻線コイルを有して構成される回転電機固定子と、回転電機固定子の内周側に配置される回転電機回転子２０を含んで構成される。
【００２１】
回転電機固定子を構成する固定子コア１４は、ティースと呼ばれる突出し部と、隣接するティース間に設けられスロットと呼ばれる巻線コイルを巻回するための空間を有する所定の形状に成形した電磁鋼板を複数枚積層したものである。固定子コア１４に巻回される巻線コイルとして、図１では、固定子コア１４の軸方向の両端部に突き出るコイルエンド１６，１８が図示されている。
【００２２】
回転電機回転子２０は、ロータ軸２２と、ロータ軸２２に固定して取り付けられるコア部２４と、コア部２４の軸方向の両端部にそれぞれ配置されるエンドプレート３０と、エンドプレート３０の軸方向の両端部にそれぞれ配置される固定部材４０を含んで構成される。
【００２３】
ロータ軸２２は、回転電機１０として構成されたときに、出力軸となる軸部材である。ロータ軸２２の内部には、軸方向に沿って冷媒通路が設けられるが、その内容については、図５、図６を用いて後述する。
【００２４】
コア部２４は、固定子コア１４と同様に、電磁鋼板を積層したものであるが、積層された電磁鋼板の内部に永久磁石が埋め込まれる。永久磁石は周方向に沿って予め定められた配置関係で設けられる磁石挿入穴に挿入され、これによって、コア部２４の磁極が形成される。磁石挿入穴は、軸方向に沿って開けられ、棒状の永久磁石がこれに挿入される。
【００２５】
エンドプレート３０は、コア部２４の軸方向両端にそれぞれ設けられ、コア部２４を両側から挟み込む機能を有する円板状部材である。コア部２４を両側から挟み込むのは、コア部２４の積層された電磁鋼板が相互に剥がれないように、また電磁鋼板積層体に軸方向に沿って埋め込まれた永久磁石が遠心力等で飛び出さないようにするためである。
【００２６】
固定部材４０は、コア部２４の軸方向両端にそれぞれ設けられるエンドプレート３０のその軸方向端部にそれぞれ設けられ、両端のエンドプレート３０を介して、コア部２４を挟みつけながら、ロータ軸２２に固定される部材である。固定部材４０とロータ軸２２との間の固定は、図示されていないキー溝とキー部材を用いる周知の固定構造によって行われる。キー溝とキー部材を用いる固定構造に代えて、固定部材４０をロータ軸２２に直接カシメるカシメ構造を用いてもよい。
【００２７】
ここで、エンドプレート３０は、固定部材４０と対向する面に凹凸部３４を有し、固定部材４０はエンドプレート３０と対向する面に、エンドプレート３０の凹凸部３４とかみ合うように設定された凹凸部４４を有する。
【００２８】
図２は、１組のエンドプレート３０とこれに対向する固定部材４０を抜き出して示す詳細図である。
【００２９】
エンドプレート３０は、中心部にロータ軸２２を通す中心穴３６を有する円板３２で、コア部に向かい合うコア面とは反対側の端部表面、つまり固定部材４０に対向する面の表面に、中心穴３６から放射状に径方向に延びる複数の凹凸部３４を有する。ここで、複数の凹凸部３４とは、見方によって凹部の繰り返しとも凸部の繰り返しともいえる。したがって、複数の凹凸部３４を、複数の凹部または凸部といいかえることができる。図２に示すように、複数の凹凸部３４は、周方向に沿って傾斜面を有する傾斜山形状を有する。ここで、傾斜山形状は、見方によっては傾斜谷形状であるので、複数の凹凸部３４は、傾斜山形状または傾斜谷形状を有すると言い換えることができる。
【００３０】
固定部材４０は、ロータ軸２２を通す中心穴４６を有するフランジ付円筒部材である。フランジ４２は、エンドプレート３０の外径よりも小さめの外径を有し、エンドプレート３０に対向する面の表面に、中心穴４６から放射状に径方向に延びる複数の凹凸部４４を有する。複数の凹凸部４４は、周方向に沿って傾斜面を有する傾斜山形状または、傾斜谷形状を有する。固定部材４０とエンドプレート３０を対向させたとき、固定部材４０に設けられる複数の凹凸部４４のそれぞれは、エンドプレート３０に設けられる複数の凹凸部３４と相互にかみ合うように、対応した形状に設定される。
【００３１】
エンドプレート３０の凹凸部３４と固定部材４０の凹凸部４４は、共に、中心穴３６，４６から外周側に放射状に延び、周方向に沿って傾斜する面を有する。この構造によって、凹凸部３４と凹凸部４４が対向するとき、互いにかみ合うことができ、その状態で中心穴３６，４６周りに相対的に回転しようとすると、抵抗が働く。凹凸部３４，４４は、このように、エンドプレート３０と固定部材４０との間の相対的な回転を防止する回り止め機能を有する構造である。
【００３２】
かかる構成の作用効果について、必要に応じ図面を用いて、以下に詳細に説明する。上記構成では、固定部材４０がロータ軸２２に固定され、その固定によって、エンドプレート３０を軸方向に押さえ、エンドプレート３０を介してコア部２４が軸方向両端から挟み込まれて固定される。この固定に用いられる軸方向押さえ荷重は、温度変化による熱クリープや、フリッティング摩耗等によって低下することがある。その場合でも、図２で説明したように、エンドプレート３０と固定部材４０は、凹凸部３４，４４でかみ合っているので、エンドプレート３０が軸周りに簡単に回転することはない。
【００３３】
また、回転電機回転子２０が受ける回転変動、慣性力等は、キー溝とキー部材を用いた固定構造だけでなく、エンドプレート３０と固定部材４０とは、凹凸部３４，４４のかみ合い面の全面積で受けることになる。これによって、回転変動、慣性力等を十分に受け止めることができ、また、キー溝とキー部材の摩耗を抑制することができる。
【００３４】
エンドプレート３０が固定部材４０に対し、相対的に周方向に沿ってずれた場合について、図３を用いて説明する。図３は、図２におけるＡ方向から見たエンドプレート３０と固定部材４０のかみ合い状況を示す図である。エンドプレート３０が固定部材４０に対し、周方向にずれると、凹凸部３４，４４は、傾斜山形状でかみ合っているので、周方向にずれる力は、傾斜山形状の斜面で、軸方向成分の力を生じる。その軸方向成分の力は、図３に示すように、エンドプレート３０をコア部２４側の方へ押し付けるように働く。これにより、エンドプレート３０の周方向のずれが生じにくくなる。
【００３５】
図４は、図２におけるＢ方向からエンドプレート３０を示す図である。図４にはさらに、回転電機回転子２０が回転電機１０を構成するときのコイルエンド１６が図示されている。回転電機１０を構成するとき、コイルエンド１６を冷却する冷媒５０がコイルエンド１６から垂れると、エンドプレート３０に掛かることになる。この場合、エンドプレート３０はロータ軸２２と一体化して回転するので、エンドプレート３０に掛かってくる冷媒５０は、凹凸部３４の谷部に案内され、回転の遠心力で、エンドプレート３０の外周端からコイルエンド１６に向かって放射状流れ５２となって吹き付ける。つまり、コイルエンド１６から垂れてくる冷媒は、再びコイルエンド１６に吹き付けられる。これにより、コイルエンド１６を効率よく冷却することができる。
【００３６】
回転電機１０の冷却については、凹凸部３４，４４に一部切欠きを設けることで、エンドプレート３０の回り止めを実現しながら、効果的冷却を行うことができる。図５、図６はその様子を説明する図である。図３は、図１に対応する図で、図６は図３に対応する図である。
【００３７】
回転電機回転子２０のロータ軸２２の内部には冷媒６０が流れる冷媒通路が軸方向に沿って設けられている。つまり、ロータ軸２２は、中空軸の構造を有する。そして、ロータ軸２２には、エンドプレート３０と固定部材４０とが向かい合う対向面に向かって、冷媒６０が排出される排出口２６が設けられる。そして、図６に示されるように、エンドプレート３０と固定部材４０がかみ合う凹凸部３４，４４において、固定部材４０の複数の凸部の中の少なくとも１つが切り欠かれ、エンドプレート３０の凹凸部４４との間に隙間４６が形成される。この例では、固定部材４０の凸部を切り欠いたが、エンドプレート３０の凸部を切り欠いて、固定部材４０の凹凸部３４との間に隙間を形成するものとしてもよい。
【００３８】
この隙間４６が、ロータ軸２２の排出口２６と重なることで、ロータ軸２２の内部を通る冷媒が、排出口２６から隙間４６を介して、コイルエンド１６，１８に向かって吹き出す。このようにして、エンドプレート３０の回り止めを実現しながら、回転電機回転子２０およびコイルエンド１６，１８に対して、効果的冷却を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明に係る回転電機回転子は、車両に搭載される回転電機等に利用できる。
【符号の説明】
【００４０】
１０  回転電機、１２  ケース、１４  固定子コア、１６，１８  コイルエンド、２０  回転電機回転子、２２  ロータ軸、２４  コア部、２６  排出口、３０  エンドプレート、３２  円板、３４，４４  凹凸部、３６，４６  中心穴、４０  固定部材、４２  フランジ、４６  隙間、５０，６０  冷媒、５２  放射状流れ。
【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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