JP4586531B2

JP4586531B2 - Rotor structure

Info

Publication number: JP4586531B2
Application number: JP2004375203A
Authority: JP
Inventors: 勝根本; 薫江口; 啓一田代; 国朋石黒; 久順東; 和之依田; 登志夫田口; 良政渡辺
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2004-12-27
Filing date: 2004-12-27
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2024-12-27
Also published as: JP2006187063A

Description

本発明は、電動機の回転子もしくは電機子として機能することになるロータの構造に関し、特にロータを構成するコアとシャフトとの締結構造に関するものである。 The present invention relates to a structure of a rotor that functions as a rotor or an armature of an electric motor, and more particularly to a fastening structure between a core and a shaft constituting the rotor.

電動機のロータを構成することになるコアとシャフトとの締結固定構造として、例えば特許文献１〜３に記載のように、コアとシャフトとの間に中間部材として例えばコアよりも延性に優れた材料でできたスリーブもしくはカラーを介在させて、それら三者を実質的に圧入締結構造としたものが知られている。そして、この構造によれば、従来から広く行われたいたいわゆる焼きばめ締結のように加熱炉等の大がかりな設備を必要とせず、コスト的に有利となるとされている。
実開昭５５−１３３０４１号公報（第３図）特開平８−９５７５号公報（図１）特開２００３−３３３７８０号公報（図３） As a fastening and fixing structure between the core and the shaft constituting the rotor of the electric motor, for example, as described in Patent Documents 1 to 3, as an intermediate member between the core and the shaft, for example, a material having superior ductility than the core There is known a structure in which the three members are substantially press-fitted and fastened with a sleeve or a collar made of And according to this structure, it is said that it does not require large facilities such as a heating furnace like the so-called shrink fitting that has been widely performed conventionally, and is advantageous in terms of cost.
Japanese Utility Model Publication No. 55-133301 (Fig. 3) JP-A-8-9575 (FIG. 1) Japanese Patent Laying-Open No. 2003-333780 (FIG. 3)

ロータの基本機能として高回転域および高温下での運転（トルク伝達）が可能でなければならないことは言うまでもなく、特に高温の環境下においてもロータとシャフトが相対回転しないように両者の間に十分な締め代を確保しておく必要がある。 It goes without saying that the basic function of the rotor must be possible to operate at high speeds and at high temperatures (torque transmission), especially between the rotor and shaft so that they do not rotate relative to each other, especially in high-temperature environments. It is necessary to secure a sufficient allowance.

その一方、上記のような圧入締結構造を前提として締め代を大きくすると、ロータとして致命的なシャフトの曲がりやコアの割れを招くおそれがあり、圧入締結部での締め代を大きくするのにも自ずと限界がある。そのため、特に高温の環境下ではコアやシャフトの熱膨張の影響で締め代が小さくなって緩み易くなる傾向にあることから、コアとシャフト間でのトルク伝達力の向上が望めず、電動機の性能向上の上でなおも改善の余地を残している。 On the other hand, if the tightening margin is increased on the premise of the above press-fit fastening structure, there is a risk of causing a fatal bending of the shaft or cracking of the core as a rotor. Naturally there is a limit. For this reason, the tightening margin tends to be small due to the thermal expansion of the core and shaft, particularly in high-temperature environments, and it tends to be loosened. There is still room for improvement.

本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、上記のような圧入締結構造を前提とした上で、たとえ高温の環境下においてもコアとシャフトとの間に必要十分な締め代を確保して、両者間のトルク伝達力の向上を図ったロータの構造を提供しようとするものである。 The present invention has been made paying attention to such problems, and on the premise of the press-fit fastening structure as described above, a necessary and sufficient fastening allowance is provided between the core and the shaft even in a high temperature environment. Thus, the rotor structure is designed to improve the torque transmission force between the two.

請求項１に記載の発明は、コアとそのコアに挿通されるシャフトとの間にコアおよびシャフトよりも線膨張率の大きなカラーを介在させて、シャフトとカラーおよびカラーとコアをそれぞれ圧入締結するとともに、エンドプレートをカラーの両端面に密着するようにシャフトに圧入したことを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, the shaft and the collar and the collar and the core are press-fitted and fastened by interposing the core and the collar having a larger linear expansion coefficient than the shaft between the core and the shaft inserted through the core. In addition, the end plate is press-fitted into the shaft so as to be in close contact with both end faces of the collar .

この場合、請求項２に記載のように、上記コアは多数の鋼板を積層した積層タイプのものとする。 In this case, as described in claim 2, the core is of a laminated type in which a large number of steel plates are laminated.

また、コアの材質としては、例えばマグネシウム合金、アルミニウム、アルミニウム合金、亜鉛合金等の非鉄金属材料のいずれかとし、線膨張率の大きさのみに着目した場合には、請求項４に記載のように、マグネシウム合金が最も望ましい。 In addition, as the material of the core , for example , any non-ferrous metal material such as magnesium alloy, aluminum, aluminum alloy, zinc alloy, etc., and when focusing only on the magnitude of the linear expansion coefficient, as described in claim 4 In addition, a magnesium alloy is most desirable.

したがって、少なくとも請求項１に記載の発明では、ロータを高温の環境下で使用した場合に、コア、シャフトおよびカラーはいずれも熱膨張してその外径が大きくなる傾向にあるものの、特にカラーはコアおよびシャフトに比べて線膨張率が大きいためにその線膨張による拡径度合いが顕著となる。そして、カラーの外周面がコアに拘束されているために熱膨張に伴うカラーの拡径力は逆に縮径方向にも作用し、結果として熱膨張した状態にあってもカラーはコアおよびシャフトに対して所定の締め代のもとでの圧入締結状態を維持することができる。これにより、高温環境下でのコアとシャフトとの間での伝達トルクを可及的に大きく確保することが可能となる。 Therefore, in at least the invention described in claim 1, when the rotor is used in a high-temperature environment, the core, the shaft, and the collar all tend to thermally expand to increase the outer diameter. Since the linear expansion coefficient is larger than that of the core and the shaft , the degree of diameter expansion due to the linear expansion becomes remarkable. And since the outer peripheral surface of the collar is constrained by the core, the diameter expansion force of the collar due to thermal expansion also acts in the direction of the diameter reduction. On the other hand, it is possible to maintain the press-fit fastening state under a predetermined fastening allowance. As a result, it is possible to secure as large a transmission torque as possible between the core and the shaft in a high temperature environment.

その上、エンドプレートをカラーの両端面に密着するようにシャフトに圧入して、コアおよびシャフトに比べて線膨張率の大きなカラーの拡径力を逆にシャフトに対する縮径力として積極的に作用させるようにしてあるため、熱膨張したカラーの外周面をコアで拘束するだけでなく、その長手方向の両端面をもエンドプレートにて拘束することで、熱膨張に伴う長手方向の変位分がより積極的にコアおよびシャフトに対する圧締保持力として有効に作用するようになる。 In addition, the end plate is press-fitted into the shaft so as to be in close contact with both end faces of the collar, and the diameter expansion force of the collar, which has a larger linear expansion coefficient than the core and shaft , is positively acting as a diameter reduction force on the shaft. Therefore, not only the outer peripheral surface of the thermally expanded collar is constrained by the core, but also both end surfaces of the longitudinal direction are constrained by the end plate , so that the longitudinal displacement due to the thermal expansion can be reduced. It works more positively and effectively as a pressure holding force for the core and shaft .

請求項１に記載の発明によれば、コアとそのコアに挿通されるシャフトとの間にコアおよびシャフトよりも線膨張率の大きなカラーを介在させて、シャフトとカラーおよびカラーとコアをそれぞれ圧入締結した構造であることから、高温環境下での使用においても必要十分な締め代を確保して、より大きなトルク伝達力を確保することができ、電動機の性能向上に大きく寄与できる効果がある。 According to the first aspect of the present invention, the shaft and the collar and the collar and the core are press-fitted between the core and the shaft inserted through the core by interposing the collar having a larger linear expansion coefficient than the core and the shaft , respectively. Since the structure is fastened, a necessary and sufficient tightening allowance can be secured even in use in a high-temperature environment, and a larger torque transmission force can be secured, which has the effect of greatly contributing to the improvement of the motor performance.

図１は本発明に係るロータのより具体的な第１の実施の形態を示す図であり、（Ａ）は平面説明図、（Ｂ）は垂直断面説明図である。 FIG. 1 is a diagram showing a more specific first embodiment of a rotor according to the present invention, in which (A) is a plane explanatory view, and (B) is a vertical sectional explanatory view.

図１に示すように、ロータ１は、円筒状のコア２と、コア２の両側に配置される円形のエンドプレート３と、それらのコア２およびエンドプレート３に挿通されるシャフト４と、コア２とシャフト４との間に介装される中間部材としての筒状のカラー５とから構成してある。 As shown in FIG. 1, the rotor 1 includes a cylindrical core 2, circular end plates 3 arranged on both sides of the core 2, shafts 4 inserted through the cores 2 and the end plates 3, cores 2 and a cylindrical collar 5 as an intermediate member interposed between the shaft 4 and the shaft 4.

コア２は、例えば磁性体である円形のケイ素鋼板６の中央部にシャフト挿入穴７を形成した上で、それらのケイ素鋼板６を多数枚積層してかしめ加工等により一体化したものであり、そのシャフト挿入穴７には例えば鋼棒製のシャフト４をカラー５を介して圧入締結をもって堅固に固定してある。カラー５はコア２やシャフト４よりも線膨張率が大きな非鉄金属材料、例えばマグネシウム合金や、アルミニウム、アルミニウム合金、亜鉛合金等のいずれかをもって形成してあり、同心状のコア２、シャフト４およびカラー５の三者をそれぞれに圧入締結をもって堅固に締結結合してある。なお、カラー５の材質の線膨張率だけに着目した場合にはマグネシウム合金が最も望ましい。
The core 2 is formed by, for example, forming a shaft insertion hole 7 at the center of a circular silicon steel plate 6 that is a magnetic material, and then laminating a number of these silicon steel plates 6 and integrating them by caulking or the like. A shaft 4 made of, for example, a steel rod is firmly fixed to the shaft insertion hole 7 by press-fitting through a collar 5. The collar 5 is formed of a non-ferrous metal material having a linear expansion coefficient larger than that of the core 2 or the shaft 4, such as a magnesium alloy, aluminum, an aluminum alloy, or a zinc alloy. The three members of the collar 5 are firmly connected to each other by press-fitting. Note that a magnesium alloy is most desirable when focusing only on the linear expansion coefficient of the material of the collar 5.

また、エンドプレート３はコア２と同様の円形のケイ素鋼板の中央部に予めシャフト挿入穴８を形成したものであり、コア２の両側面にそれらのエンドプレート３を密着配置するべく、シャフト４に対してエンドプレート３を圧入固定してある。 The end plate 3 is formed by previously forming a shaft insertion hole 8 at the center of a circular silicon steel plate similar to the core 2, and the shaft 4 is arranged in close contact with both side surfaces of the core 2. On the other hand, the end plate 3 is press-fitted and fixed.

このようなロータ１を組み立てるには、図２に示すように、シャフト４に対して所定の締め代のもとで予めカラー５を圧入しておき、そのカラー５と一体となったシャフト４をコア２のシャフト挿入穴７に対して所定の締め代のもとで圧入し、最後にコア２と一体となったシャフト４に対してコア２の両側からエンドプレート３を所定の締め代ももとで圧入して固定する。もしくは、図３に示すように、コア２のシャフト挿入穴７に対して所定の締め代のもとで予めカラー５を圧入しておき、そのコア２と一体となったカラー５に対してシャフト４を所定の締め代のもとで圧入し、最後にコア２と一体となったシャフト４に対してコア２の両側からエンドプレート３を所定の締め代のもとで圧入して固定する。 In order to assemble such a rotor 1, as shown in FIG. 2, a collar 5 is previously press-fitted into the shaft 4 with a predetermined tightening allowance, and the shaft 4 integrated with the collar 5 is attached. It press-fits into the shaft insertion hole 7 of the core 2 with a predetermined tightening allowance, and finally the end plate 3 is attached to the shaft 4 integrated with the core 2 from both sides of the core 2 with the predetermined tightening allowance. Press fit with and fix. Alternatively, as shown in FIG. 3, the collar 5 is press-fitted in advance into the shaft insertion hole 7 of the core 2 with a predetermined tightening allowance, and the shaft is inserted into the collar 5 integrated with the core 2. 4 is press-fitted with a predetermined tightening allowance, and finally, the end plate 3 is press-fitted with a predetermined tightening allowance from both sides of the shaft 2 integrated with the core 2 to be fixed.

このようなロータ１の構造によれば、コア２とシャフト４との間にそれらよりも線膨張率の大きなカラー５が介在しているために、高温環境下で使用した場合にも熱膨張に伴う締め代の緩みによるコア２とシャフト４との間の滑り、すなわちコア２とシャフト４との相対回転が発生することがなく、両者間のトルク伝達力もしくはトルク伝達性能が向上し、電動機の性能向上に大きく寄与することができる。 According to such a structure of the rotor 1, since the collar 5 having a larger linear expansion coefficient than that between the core 2 and the shaft 4 is interposed, even when used in a high-temperature environment, thermal expansion occurs. Sliding between the core 2 and the shaft 4 due to the loosening of the tightening allowance, that is, relative rotation between the core 2 and the shaft 4 does not occur, and the torque transmission force or torque transmission performance between the two is improved. This can greatly contribute to performance improvement.

より詳しくは、図４に示すように、ロータ１を所定の電動機の機能部品として組み込んで高温環境下で使用した場合には、ロータ１の構成要素であるコア２、シャフト４、エンドプレート３およびカラー５は共に熱膨張で拡径するものの、特にカラー５はコア２やシャフト４に比べてその線膨張率が大きいためにそれらよりも内外径の拡径の度合いが顕著となる。そして、熱膨張が顕著なカラー５の外径側での拡径はそれよりも熱膨張が小さなコア２の内径によって拘束されているので、その径方向での膨張分の変位は符号Ｆで示すように逆に縮径側に向かう傾向になる。同時に、カラー５は径方向だけでなく長手方向にも膨張しようとするものの、カラー５の両端面に密着しているエンドプレート３によってその長手方向での膨張分の変位も拘束されているので、特にカラー５の長手方向の変位分の逃げ場がなくなり、最終的にはカラー５は符号Ｆで示すように一段と縮径側に変位してより一層シャフト４を圧締するようになる。 More specifically, as shown in FIG. 4, when the rotor 1 is incorporated as a functional component of a predetermined electric motor and used in a high temperature environment, the core 2, the shaft 4, the end plate 3 and the constituent elements of the rotor 1 Although both the collars 5 are expanded by thermal expansion, especially the collar 5 has a larger linear expansion coefficient than the core 2 and the shaft 4, and therefore the degree of expansion of the inner and outer diameters becomes more remarkable than those. Since the expansion on the outer diameter side of the collar 5 where the thermal expansion is remarkable is constrained by the inner diameter of the core 2 that has a smaller thermal expansion than that, the displacement corresponding to the expansion in the radial direction is indicated by the symbol F. On the contrary, it tends to be directed toward the reduced diameter side. At the same time, the collar 5 tries to expand not only in the radial direction but also in the longitudinal direction, but the displacement of the expansion in the longitudinal direction is also restrained by the end plates 3 that are in close contact with both end faces of the collar 5. In particular, there is no escape space for the longitudinal displacement of the collar 5, and finally the collar 5 is further displaced toward the reduced diameter side as indicated by the symbol F so that the shaft 4 is further pressed.

これらのことは、ロータ１の各構成要素が熱膨張したとしても特にコア２とシャフト４およびカラー５の三者間の締め代が逆に増加することにほかならず、したがって、熱膨張に伴う締め代の緩みによるコア２とシャフト４との間の滑り、すなわちコア２とシャフト４の相対回転が発生することがなく、両者間のトルク伝達力を一段と大きく確保することが可能となる。 Even if these components of the rotor 1 are thermally expanded, the interference between the three of the core 2, the shaft 4 and the collar 5 is increased in reverse. Slip between the core 2 and the shaft 4 due to looseness of the core, that is, relative rotation between the core 2 and the shaft 4 does not occur, and a torque transmission force between them can be further ensured.

図５は本発明に係るロータ１の第２の実施の形態を示し、図１と共通する部分には同一符号を付してある。 FIG. 5 shows a second embodiment of the rotor 1 according to the present invention, and parts common to FIG.

この第２の実施の形態では、コア２側のシャフト挿入穴１７の内周面に予め雌スプライン歯１７ａを等ピッチで形成して、そのシャフト挿入穴１７そのものを予め雌スプライン状のものとして形成する一方、カラー１５の外周面に雌スプライン歯１７ａに対応する雄スプライン歯１５ａを予め形成して、そのカラー１５そのものを予め雄スプライン状のものとして形成し、両者のはめ合いを所定の締め代のもとでいわゆるスプライン嵌合方式としたものである。 In the second embodiment, female spline teeth 17a are formed in advance at an equal pitch on the inner peripheral surface of the shaft insertion hole 17 on the core 2 side, and the shaft insertion holes 17 themselves are formed in a female spline shape in advance. On the other hand, male spline teeth 15a corresponding to the female spline teeth 17a are formed in advance on the outer peripheral surface of the collar 15, and the collar 15 itself is formed in advance as a male spline shape, and the fit between the two is set to a predetermined tightening margin So-called spline fitting method.

この第２の実施の形態によれば、スプライン嵌合の特性としてコア２とカラー１５との間の接触面積の増加とともに両者間のいわゆる回り止め効果が発揮されることから、高温環境下にあるかないかにかかわらず、熱膨張に伴う締め代の緩みによるコア２とシャフト４との間の滑り、すなわちコア２とシャフト４の相対回転が発生することが全くなくなり、両者間のトルク伝達力もしくはトルク伝達性能が飛躍的に向上するようになる。 According to the second embodiment, since the contact area between the core 2 and the collar 15 is increased as a spline fitting characteristic, a so-called anti-rotation effect is exerted between the two, so that it is in a high temperature environment. Regardless of whether or not the core 2 and the shaft 4 slip due to loosening due to thermal expansion, that is, the relative rotation of the core 2 and the shaft 4 does not occur at all. Transmission performance will be dramatically improved.

本発明に係るロータ構造の第１の実施の形態を示す図で、（Ａ）はその平面説明図、（Ｂ）は垂直断面説明図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows 1st Embodiment of the rotor structure which concerns on this invention, (A) is the plane explanatory drawing, (B) is vertical sectional explanatory drawing. 図１に示したロータ構造の組立手順を示す分解説明図。FIG. 3 is an exploded explanatory view showing an assembly procedure of the rotor structure shown in FIG. 1. 図１に示したロータ構造の組立手順の別の例を示す分解説明図。FIG. 6 is an exploded explanatory view showing another example of the assembly procedure of the rotor structure shown in FIG. 1. 図１に示したロータ構造を高温環境下で使用した場合の各要素の熱的影響に関する説明図。Explanatory drawing regarding the thermal influence of each element at the time of using the rotor structure shown in FIG. 1 in a high temperature environment. 本発明に係るロータ構造の第２の実施の形態を示す図で、（Ａ）はその平面説明図、（Ｂ）は垂直断面説明図。It is a figure which shows 2nd Embodiment of the rotor structure which concerns on this invention, (A) is the plane explanatory drawing, (B) is vertical sectional explanatory drawing.

Explanation of symbols

１…ロータ
２…コア
３…エンドプレート
４…シャフト
５…カラー
７，８…シャフト挿入穴
１５…カラー
１５ａ…雄スプライン歯
１７…シャフト挿入穴
１７ａ…雌スプライン歯 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Rotor 2 ... Core 3 ... End plate 4 ... Shaft 5 ... Collar 7, 8 ... Shaft insertion hole 15 ... Collar 15a ... Male spline tooth 17 ... Shaft insertion hole 17a ... Female spline tooth

Claims

While interposing a collar having a larger linear expansion coefficient than the core and the shaft between the core and the shaft inserted through the core, press-fitting the shaft and the collar and the collar and the core, respectively ,
A rotor structure in which an end plate is press-fitted into a shaft so as to be in close contact with both end faces of the collar .

The rotor structure according to claim 1, wherein the core is of a laminated type in which a large number of steel plates are laminated .

The rotor structure according to claim 1 or 2, wherein the fitting between the core and the collar is press-fitted and connected by spline fitting .

The rotor structure according to claim 1, wherein the collar is made of a magnesium alloy .