JP2005168151A - 回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】ステータコアに対してシャフトを容易に組み付けるとともに、ステータコアからシャフトが抜けることを防止する。
【解決手段】ロータコア１４を構成する複数の薄板鋼板２２は、中心点から内周辺までの距離が非一定でる孔を備える。中心点に対する位相を４５°ずつ変化させながら薄板鋼板２２を積層することにより、中心点からの距離が大きい大径部５６が螺旋状となって雌ねじ部２４の溝６０ａを形成する。シャフト１６の雄ねじ部２６が雌ねじ部２４に螺合することによりシャフト１６がロータコア１４の中心孔に挿入される。
【選択図】図９

Description

本発明は、薄板鋼板を同軸状に複数積層して一体的に形成したロータコアの中心孔にシャフトが組み付けられたロータを有する回転電機に関する。

回転電機は主にロータとステータとからなり、このうちロータは薄板鋼板を同軸状に複数枚積層してかしめられたロータコアに対してシャフトが固定されている。

シャフトをロータコアに対して固定する技術としては、薄板鋼板には、あらかじめ孔を設けておき、該孔が同軸状に積層されることによって形成される円筒状の中心孔にシャフトを圧入する技術や、シャフト又はロータコアの中心孔の接触面を凹凸形状に形成して圧入する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平４−２８５４４６号公報

ところで、前記特許文献１に記載されている技術においては、ステータコアの中心孔内径とシャフト外径との締め代が大きく設定されている場合には、圧入のための圧力が非常に大きくなり、圧入できなくなることがある。また、締め代が小さく設定されている場合には、組み付け後の締め付け力が不十分でシャフトがロータコアから抜けるおそれがある。さらに、シャフトをステータコアに圧入するための圧入機やステーキング装置がないと組み付けを行うことができない。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、ステータコアに対してシャフトを容易に組み付けることができ、しかもステータコアからシャフトが抜けることが防止される回転電機を提供することを目的とする。

本発明に係る回転電機は、ロータとステータとを備える回転電機において、前記ロータは、雄ねじ部が形成されたシャフトと、雌ねじ部が形成された中心孔を備えるロータコアと、を有し、前記ロータコアを構成する複数の薄板鋼板は、軸心となる定点から内周辺までの距離が非一定である雌ねじ部基礎孔を備え、前記定点に対する位相を所定角度ずつ変化させながら積層され、前記雌ねじ部基礎孔の前記定点に対する大径部が螺旋状となって前記雌ねじ部の溝を形成し、前記雄ねじ部が前記雌ねじ部に螺合することにより前記シャフトが前記中心孔に挿入されていることを特徴とする。

このように、薄板鋼板は、定点から内周辺までの距離が非一定である雌ねじ部基礎孔を備えており、該薄板鋼板を定点に対する位相を所定角度ずつ変化させながら積層することにより、大径部が螺旋状となって雌ねじ部の溝が形成される。この雌ねじ部にシャフトの雄ねじ部を螺合させることにより、圧入機やステーキング装置を用いることなく、簡便な手順によりシャフトをロータコアの中心孔に挿入することができる。また、シャフトがロータコアから抜けることがない。

この場合、前記シャフトは、外径方向に突出する係合部と、前記ロータコアとともに前記シャフトの雄ねじ部に螺合するナットとを有し、前記ロータコアは、軸方向の一端面が前記係合部に当接するとともに、他端面が前記ナットに当接して位置決めされているようにしてもよい。

前記薄板鋼板における前記雌ねじ部基礎孔の端面は、該雌ねじ部基礎孔の中心に向かって薄くなる形状であると、シャフトの雄ねじ部を雌ねじ部に対して嵌合させやすい。

本発明に係る回転電機によれば、ロータコアを構成する複数の薄板鋼板は、定点から内周辺までの距離が非一定でる雌ねじ部基礎孔を備えており、該薄板鋼板を、定点に対する位相を所定角度ずつ変化させながら積層することにより、定点からの距離が大きい大径部が螺旋状となって雌ねじ部の溝が形成される。この雌ねじ部にシャフトの雄ねじ部を螺合させることにより、圧入機やステーキング装置を用いることなく、簡便な手順によりシャフトをロータコアの中心孔に挿入することができる。また、シャフトがロータコアから抜けることがない。

以下、本発明に係る回転電機について実施の形態を挙げ、添付の図１〜図１２を参照しながら説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係る回転電機１０は８極型であり、コイルを備えるステータ１２と、ロータコア１４及びシャフト１６からなるロータ１８とを有する。シャフト１６はベアリング２０によって回転自在に支持され、出力軸又は入力軸として作用することにより、回転電機１０はモータや発電機として用いられる。

ロータコア１４は、複数の薄板鋼板２２（図３参照）が積層されて構成されており、中心孔２３には、雌ねじ部２４が形成されている。後述するように、薄板鋼板２２の孔５０（図３参照）は雌ねじ部２４の基礎となる孔であり、軸から内周辺までの距離が非一定に設定され、軸を中心として４５°ずつ位相が変化するように積層されている。

シャフト１６の一部における外径部には軸方向の長さがロータコア１４よりも長い雄ねじ部２６が形成されており、シャフト１６は、雄ねじ部２６が前記雌ねじ部２４に対して螺合することによりロータコア１４の中心孔２３に挿入されている。

シャフト１６における雄ねじ部２６の一方の端部には、外径方向に突出する環状ストッパ（係合部）３０が設けられており、ロータコア１４は、軸方向端面が環状ストッパ３０に当接して位置決めされている。また、雄ねじ部２６の他方には、ロータコア１４とともにナット３２が螺合している。ナット３２は、ロータコア１４に当接して位置決めを行うとともに、いわゆるダブルナット作用によりロータコア１４を固定している。なお、仮にナット３２がない場合でも、ロータコア１４は、環状ストッパ３０に対して押圧気味に当接することにより固定可能である。

図１及び図２に示すように、環状ストッパ３０におけるロータコア１４が当接する面と反対の面には、等間隔に８つの回転検出用磁石３４が配置されている。各回転検出用磁石３４の向きは、Ｎ極面及びＳ極面が交互に露呈するように設定されており、近傍に設けられた検出器３５によってロータ１８の回転を検出可能である。

ロータコア１４は、前記中心孔２３を有する円筒形状であり、外周部近傍に設けられた等間隔の８つの有底の穴３６には磁石３８が設けられている。各磁石３８は薄板形状であり、ロータコア１４の外周部近傍において八角形を形成するように配置されている。

中心孔２３よりもやや外周側の部分には、外周方向に向かって幅の狭くなる三角形状の孔４０が等間隔に８つ設けられており、ロータコア１４の軽量化が図られている。孔４０は、磁石３８によって発生する磁路４２を妨げることのない位置に設けられている。具体的には、回転検出用磁石３４、磁石３８及び孔４０は４５°間隔で８本の放射線（図示せず）の上に配置されている。

図３に示すように、薄板鋼板２２には中心部の孔（雌ねじ部基礎孔）５０、外周部近傍に設けられた等間隔の８つの磁石挿入孔（磁石挿入部）５２、及び孔５０よりもやや外周側に設けられた三角形状の８つの孔５４が設けられている。孔５０、磁石挿入孔５２及び孔５４は、それぞれ前記中心孔２３、前記穴３６及び前記孔４０に対応する。

孔５０は中心点（定点）Ｏから内周辺までの距離が非一定であり、具体的には、中心点Ｏに対して９０°毎の４つの大径部５６と、該大径部５６よりもやや中心点Ｏに接近している４つの小径部５８とからなる略円形である。大径部５６と小径部５８とは滑らかな曲線でつながっており、各大径部５６は中心点Ｏに対して概ね６０°の円弧であり、各小径部５８は中心点Ｏに対して概ね３０°で中心点Ｏに向かって凸の形状である。

図４に示すように、孔５０における小径部５８は、中心点Ｏに向かって薄くなる断面三角形状（又は台形形状）に形成されている。

次に、このように構成される回転電機１０を製造する手順について図５〜図９Ｂを参照しながら説明する。

先ず、図５のステップＳ１において、無方向性電磁鋼板等の薄板に対して打ち抜き加工等を行い、図３に示す形状の薄板鋼板２２を複数枚切り出す。なお、以下の説明では薄板鋼板２２の厚さは０．５［ｍｍ］であるものとする。

次に、ステップＳ２において、プレス加工、切削加工等により、各薄板鋼板２２の小径部５８を加工し、中心点Ｏに向かって薄くなる形状（図４参照）となるようにする。

次いで、ステップＳ３において、図６に示すように、薄板鋼板２２を中心点Ｏに対する位相を４５°ずつ変化させながら積層させてかしめ部５９（図２参照）においてかしめる。このときの位相を変化させる方向は時計方向、反時計方向を問わず、時計方向と反時計方向の交互に変化させてもよい。

薄板鋼板２２における奇数枚目及び偶数枚目の各磁石挿入孔５２及び各孔５４はそれぞれ位相が一致し、ロータコア１４（図１参照）の穴３６及び孔４０を形成する。なお、積層した薄板鋼板２２のうち端部における１枚又は２枚には磁石挿入孔５２を設けず、穴３６の底部を形成するとよい。これにより、磁石３８を安定して保持することができる。磁石３８を固定する部分は、穴形状に限らずロータコア１４の外周面に形成される凹部であってもよい。

このように、薄板鋼板２２を４５°ずつ位相を変化させながら積層することにより、図７に示すように、奇数枚目の薄板鋼板２２の小径部５８がそれぞれ０°、９０°、１８０°及び２７０°の位置にあるとき、偶数枚目の薄板鋼板２２の小径部５８はそれぞれ４５°、１３５°、２２５°及び３１５°の位置（図７におけるハッチング部）に配置される。

ロータコア１４の中心孔２３は、薄板鋼板２２が積層されたときの孔５０によって形成され、その内周面を展開すると、模式的には図８のように示される。理解を容易にするために、図８においては、実際には曲線で接続される大径部５６と小径部５８との境界を実線で示すとともに、中心点Ｏに向かって薄くなる小径部５８（図４参照）の先端部を太線で示している。

図８に示すように、中心孔２３の内周面には、大径部５６が格子状の縦横交互の部分を占めるように配置されることとなり、その一部は螺旋状となって雌ねじ部２４の溝６０ａを形成する。具体的には、表層の薄板鋼板２２における４つの大径部５６をそれぞれ大径部５６ａ、５６ｂ、５６ｃ及び５６ｄと識別し、このうちの大径部５６ａを溝６０ａの端部とした場合、図８の右下へ向かって連なる２〜８層目の各大径部５６ｅ、５６ｆ、５６ｇ、５６ｈ、５６ｉ、５６ｊ及び５６ｋと、同様に右下に向かって連なる９層目以降の大径部５６によって溝６０ａが形成される。この場合、図８から明らかなように、溝６０ａは大径部５６ａ、５６ｅ、５６ｆ、５６ｇ、５６ｈ、５６ｉ、５６ｊ及び５６ｋによって螺旋の１回転分が形成されることから、溝６０ａによる雌ねじ部２４のねじピッチは、０．５×８＝４［ｍｍ］となる。

また、雌ねじ部２４を形成するための溝の端部は大径部５６ａに限ることなく、例えば、大径部５６ｃを端部とした溝６０ｂを用いてもよい。

次に、ステップＳ４において、各穴３６に磁石３８を挿入し固定する。磁石３８はあらかじめ着磁処理されているものを用いてもよいし、穴３６に挿入、固定した後に着磁させてもよい。

一方、前記ステップＳ１〜Ｓ４とは別に、シャフト１６には雄ねじ部２６を形成しておく（ステップＳ５）。雄ねじ部２６は、雌ねじ部２４と適合するようにねじピッチは４［ｍｍ］に形成する。雄ねじ部２６は、例えば、メートルねじとするとよい。シャフト１６には、８つの回転検出用磁石３４（図２参照）を取り付けておく。

次に、ステップＳ６において、図９Ａに示すように、雌ねじ部２４に雄ねじ部２６を螺合させながら、ロータコア１４の中心孔２３にシャフト１６を挿入する。このとき、図９Ａ及び図８から明らかなように、小径部５８は、先端に向かって薄くなる形状であることから、雄ねじ部２６は溝６０ａに嵌合しやすくシャフト１６を螺合させやすい。シャフト１６は、ロータコア１４の軸方向端面が環状ストッパ３０（図１参照）に当接するまで螺合する。

また、図９Ｂに示すように、シャフト１６に２条の雄ねじ部２６ａ、２６ｂを形成し、それぞれ中心孔２３に形成される溝６０ａ及び６０ｂに螺合させるようにしてもよい。シャフト１６に形成する雄ねじ部は３条又は４条であってもよい。

なお、雄ねじ部２６、２６ａ及び２６ｂは、右ねじでも左ねじでもよく、シャフト１６にかかるトルクによって締まる方向のねじを選択すればよい。

次いで、ステップＳ７において、ナット３２を雄ねじ部２６に螺合させてロータコア１４の軸方向端面に当接させ、所定のトルクをかけてダブルナット作用によりロータコア１４を固定する。これにより、ロータ１８が形成される。

この後、図１に示すように、シャフト１６をベアリング２０で軸支するとともに、ロータ１８とステータ１２及び図示しないハウジング等を組み立てることにより回転電機１０の製造が終了する。

上記の説明では、回転電機１０は８極であるものとして説明したが、６極の回転電機に対して適用する際の前記薄板鋼板２２に相当する薄板鋼板１２２は、図１０に示すように、前記磁石挿入孔５２に相当する磁石挿入孔１５２及び前記孔５４に相当する孔１５４を６０°間隔で６本の放射線の上に配置するとよい。また、前記孔５０に相当する孔（雌ねじ部基礎孔）１５０は、中心点Ｏに対して１２０°毎の４つの大径部１５６と、該大径部１５６よりもやや中心点Ｏに接近している４つの小径部１５８とからなる略円形とするとよい。

この場合、前記ステップＳ３に相当する工程では、薄板鋼板１２２を６０°ずつ位相を変化させながら積層して、かしめればよい。このようにして形成されたロータコア１４の中心孔２３には、大径部１５６によって雌ねじの溝が形成されることから、シャフト１６を螺合させながら挿入することができる。

一般的には、ステップＳ３において薄板鋼板２２、１２２を積層する際の１枚毎の位相の変化と、磁石３８が挿入される磁石挿入孔５２及び１５２の中心点Ｏに対する角度は、極数をｐとしたとき、３６０／ｐ°とすればよい。また、孔５０及び１５０における大径部５６及び１５６は、中心点Ｏを基準として３６０×２／ｐ°の間隔に設ければよい。

次に、８極の回転電機に対して適用する際、前記薄板鋼板２２に代えて、図１１に示す薄板鋼板２２２を用いてもよい。薄板鋼板２２２における磁石挿入孔２５２及び孔２５４は、前記磁石挿入孔５２及び孔５４に相当するものであり、同配置である。

前記孔５０に相当する孔（雌ねじ部基礎孔）２５０は、角度によって中心点Ｏに対する距離が変化するように設定されている。つまり、中心点Ｏに対して最も離間している大径部２５６の中心点Ｏに対する距離をＲ０とした場合、大径部２５６から±４５°の箇所は中心点Ｏに対して距離Ｒ０よりもやや短い距離Ｒ１となっている。また、大径部２５６から±９０°の箇所は中心点Ｏに対して距離Ｒ１よりもやや短い距離Ｒ２となっている。大径部２５６から±１３５°の箇所は中心点Ｏに対して距離Ｒ２よりもやや短い距離Ｒ３となっている。さらに、大径部２５６から１８０°の箇所は中心点Ｏに対して最も接近しており、その距離はＲ４であって、距離Ｒ０と距離Ｒ４との差は、シャフト１６の雄ねじ部２６（図１２参照）のねじ高さと略等しい。なお、図１１においては、距離Ｒ１〜Ｒ４の差を容易に理解するために、各距離Ｒ１〜Ｒ４に対応して中心点Ｏを基準とする円を破線で示している。

この場合、前記ステップＳ３に相当する工程では、薄板鋼板２２２を４５°ずつ一定の方向（例えば、反時計方向）に位相を変化させながら積層し、かしめればよい。これにより、図１２に示すように、ロータコア１４の雌ねじ部２４は、例えば、メートルねじに適合する形状となり、雄ねじ部２６に対して一層確実に螺合させることができる。

上述したように、本実施の形態に係る回転電機１０によれば、圧入機やステーキング装置を用いることなく、簡便な手順によりシャフト１６をロータコア１４の中心孔２３に挿入することができる。

また、シャフト１６と中心孔２３とは、雄ねじ部２６と雌ねじ部２４とにより螺合していることから、シャフト１６がロータコア１４から抜けることがない。

さらに、薄板鋼板２２、１２２及び２２２は、それぞれ同形状に形成することができ、しかも積層されたときには、各磁石挿入孔５２、１５２及び２５２の位相が一致し、磁石３８を挿入するための穴３６を簡便に形成することができる。

本発明に係る回転電機は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成乃至工程を採り得ることはもちろんである。

本実施の形態に係る回転電機の断面側面図である。 図１におけるＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。 薄板鋼板の平面図である。 薄板鋼板における小径部の拡大断面図でる。 回転電機の製造方法の手順を示すフローチャートである。 薄板鋼板の位相を変化させながら積層する工程の様子を示す斜視図である。 ロータコアにおける中心孔の平面図である。 ロータコアにおける中心孔の内周面を展開した模式図である。 図９Ａは、ロータコアの雌ねじ部にシャフトの１条の雄ねじ部が螺合された状態を示す断面側面図であり、図９Ｂは、ロータコアの雌ねじ部にシャフトの２条の雄ねじ部が螺合された状態を示す断面側面図である。 ６極の回転電機に適用する際に用いられる薄板鋼板の平面図である。 ８極の回転電機に適用する際に用いられる薄板鋼板の変形例に係る平面図である。 図１１に示す薄板鋼板を積層して形成されたロータコアの雌ねじ部にシャフトの雄ねじ部が螺合された状態を示す断面側面図である。

符号の説明

１０…回転電機 １２…ステータ
１４…ロータコア １６…シャフト
１８…ロータ ２２、１２２、２２２…薄板鋼板
２３…中心孔 ２４…雌ねじ部
２６、２６ａ、２６ｂ…雄ねじ部 ３０…環状ストッパ
３２…ナット ３６…穴
３８…磁石
５０、１５０、２５０…孔（雌ねじ部基礎孔）
５２、１５２、２５２…磁石挿入孔
５６、５６ａ〜５６ｋ、１５６、２５６…大径部
５８、１５８…小径部 ６０ａ、６０ｂ…溝

Claims (3)

1. ロータとステータとを備える回転電機において、
   前記ロータは、雄ねじ部が形成されたシャフトと、
   雌ねじ部が形成された中心孔を備えるロータコアと、
   を有し、
   前記ロータコアを構成する複数の薄板鋼板は、軸心となる定点から内周辺までの距離が非一定である雌ねじ部基礎孔を備え、前記定点に対する位相を所定角度ずつ変化させながら積層され、
   前記雌ねじ部基礎孔の前記定点に対する大径部が螺旋状となって前記雌ねじ部の溝を形成し、
   前記雄ねじ部が前記雌ねじ部に螺合することにより前記シャフトが前記中心孔に挿入されていることを特徴とする回転電機。
2. 請求項１記載の回転電機において、
   前記シャフトは、外径方向に突出する係合部と、
   前記ロータコアとともに前記シャフトの雄ねじ部に螺合するナットと、
   を有し、
   前記ロータコアは、軸方向の一端面が前記係合部に当接するとともに、
   他端面が前記ナットに当接して位置決めされていることを特徴とする回転電機。
3. 請求項１記載の回転電機において、
   前記薄板鋼板における前記雌ねじ部基礎孔の端面は、該雌ねじ部基礎孔の中心に向かって薄くなる形状であることを特徴とする回転電機。

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