JP2018125926A - 電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】加工が容易なシャフトを用いて、ロータコアがシャフトにカシメられた時に十分な接合強度を確保すること。【解決手段】回転子３は、環状の永久磁石３１と円筒状のロータコア３２とシャフト３３を備え、ロータコア３２は、永久磁石３１の内径側に電磁鋼板が積層されるとともに中心軸Ｏの方向に貫通する貫通孔３２１が設けられ、シャフト３３は、貫通孔３２１に挿通された電動機１であって、シャフト３３は、ロータコア３２の軸方向両端面３２２、３２３に臨む位置にあってシャフト３３の外周面３３１の周方向に環状の抜け止め用溝３３２、３３３を備え、電磁鋼板が抜け止め用溝３３２、３３３に入り込んでいる。【選択図】図２

Description

本発明は、電磁鋼板が積層されたロータコアを有する回転子を備えた電動機に関する。

従来の電動機には、回転磁界を発生する固定子の内部に、永久磁石を有する回転子を回転可能に配置したインナーロータ型の電動機が知られている。この型の電動機には、例えば、空気調和機の室外機に搭載される送風ファンを回転駆動するためのブラシレスＤＣモータがある。

このような電動機の回転子は、複数の永久磁石片が等間隔に配置された環状の永久磁石と、永久磁石の内径側に位置する円筒状のロータコアと、ロータコアの中心軸の方向に貫通する貫通孔に固定されたシャフトを備えている。この回転子のロータコアは、例えば、積層された複数枚の電磁鋼板がシャフトに固定されている。そして、ロータコアとシャフトは、シャフトが挿入されたロータコアの貫通孔の周囲をカシメ治具を用いてカシメることにより、ロータコアのシャフトの軸方向に対する抜け防止および周方向に対する空回りが防止される。

しかしながら、このような回転子の構造では、電動機自体に衝撃や振動が加わる環境下、すなわち、空気調和機の室外機に搭載される送風ファンを回転駆動するような場面で使用された場合、特に軸方向の強度不足によりシャフトに固定されたロータコアがシャフトからズレたり、抜け落ちたりするおそれがあった。これは、複数枚の電磁鋼板が積層されたロータコアをカシメた場合、カシメ治具の先端部がシャフトの外周面に対し一定の傾斜角度を有することから、ロータコアの積層方向の表層と深層の位置によりカシメ代が不均一になることが原因の１つとして挙げられる。

このような強度不足を補う回転子としては、例えば、積層された複数枚の電磁鋼板からなるロータコアと、外周面に軸方向に延びる複数の抜け止め用溝が形成されたシャフトを有するものが提案されている。この回転子は、シャフトをロータコアの貫通孔に挿入し、シャフトが挿入されたロータコアの貫通孔の周囲をカシメ治具を用いてカシメることにより、ロータコアの貫通孔の一部が変形して複数の抜け止め用溝に入り込む構造になっている（例えば、特許文献１参照）。

実用新案登録第２５９６０８５号公報

しかしながら、特許文献１に開示された回転子では、シャフトの外周面に軸方向に延びる複数の抜け止め用溝を形成するため、加工が困難であった。

本発明は上記問題点に鑑み、加工が容易なシャフトを用いて、ロータコアがシャフトにカシメられた時に十分な接合強度を確保することができる電動機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の電動機は、固定子と固定子の内部に配置された回転子を備え、回転子は、環状の永久磁石と円筒状のロータコアとシャフトを備えている。
そして、ロータコアは、永久磁石の内径側に電磁鋼板が積層されるとともに中心軸の方向に貫通する貫通孔が設けられ、シャフトは、前記貫通孔に挿通されている。
さらに、シャフトは、ロータコアの軸方向両端面に臨む位置にあってシャフトの外周面の周方向に環状の抜け止め用溝を備え、電磁鋼板が抜け止め用溝に入り込んでいることを特徴とする。

本発明の電動機によれば、シャフトを加工が容易な構造にすることができる。また、ロータコアがシャフトにカシメられた時に十分な接合強度を確保することができる。

本発明による電動機の全体構成を示す説明図である。 本発明による電動機の回転子を示す説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は部分断面を含む側面図である。 本発明による電動機の回転子を示す説明図であり、（ａ）は図２（ｂ）のＡ矢視囲み部に相当し、ロータコアがシャフトにカシメられる前の状態を示す断面図、（ｂ）は図２（ｂ）のＡ矢視囲み部に相当し、ロータコアがシャフトにカシメられた状態を示す断面図、（ｃ）は図２（ｂ）のＡ矢視囲み部の他の実施例に相当し、ロータコアがシャフトにカシメられる前の状態を示す断面図、（ｄ）は図２（ｂ）のＡ矢視囲み部の他の実施例に相当し、ロータコアがシャフトにカシメられた状態を示す断面図である。

＜電動機の全体構成＞
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。図１乃至図３は、本実施形態における電動機の構成を説明する図である。図１乃至図３に示すように、この電動機１は、例えば、ブラシレスＤＣモータであり、空気調和機の室外機に搭載される送風ファンを回転駆動するために用いられる。以下では、回転磁界を発生する固定子２の内部に、永久磁石３１を有する回転子３を回転可能に配置したインナーロータ型の電動機１を例に説明する。本実施形態における電動機１は、図１に示すように、固定子２と、回転子３と、回路基板４と、第１軸受５１と、第２軸受５２と、モータ外郭６を備えている。

＜固定子と回転子と回路基板＞
固定子２は、円筒状のヨーク部とヨーク部から内径側に延びる複数のティース部とを有したステータコア２１を備え、インシュレータ２２を介してティース部に巻線２３が巻回されている。回転子３は、環状の永久磁石３１とシャフト３３を有し、永久磁石３１は、後述するロータコア３２を介してシャフト３３の周囲に一体的に配置されている。この回転子３は、固定子２のステータコア２１の内周側（ティース部の内周面）に所定の空隙（ギャップ）をもって回転自在に配置されている。回路基板４は、回転磁界を発生させるための制御部が搭載され、固定子２の一方の端面側（図１において左側）に固定されている。

＜第１軸受と第２軸受とモータ外郭＞
第１軸受５１は、回転子３のシャフト３３の一端側（出力側）を支持している。第２軸受５２は、回転子３のシャフト３３の他端側（反出力側）を支持している。第１軸受５１および第２軸受５２は、例えば、ボールベアリングが用いられる。

モータ外郭６は、第１ブラケット６１と第２ブラケット６２を備えている。第１ブラケット６１は、金属製（鋼板やアルミニウムなど）であり、固定子２の他方の端面側（図１において右側）と回転子３のシャフト３３の出力側を覆っている。第１ブラケット６１は、底面を有する円筒形状の第１ブラケット本体部６１１と、この底面に設けられ第１軸受５１を収容するための第１軸受収容部６１２を有する。第１軸受収容部６１２は、底面を有する円筒形状に形成されており、この底面の中央に孔を有し、この孔からシャフト３３の出力側が突出している。

第２ブラケット６２は、金属製（鋼板やアルミニウムなど）であり、固定子２の一方の端面側（図１において左側）と回転子３のシャフト３３の反出力側と回路基板４を覆っている。第２ブラケット６２は、底面を有する円筒形状の第２ブラケット本体部６２１と、この底面に設けられ第２軸受５２を収容するための第２軸受収容部６２２を有する。第２軸受収容部６２２は、底面を有する円筒形状に形成されている。

第１ブラケット６１には、第１軸受５１が第１軸受収容部６１２に収容され、固定子２のステータコア２１の一方の端面側（図１において右側）が第１ブラケット本体部６１１に収容されている。第２ブラケット６２には、第２軸受５２が第２軸受収容部６２２に収容され、固定子２のステータコア２１の他方の端面側（図１において左側）が第２ブラケット本体部６２１に収容されている。第１ブラケット６１と第２ブラケット６２が互いに固定されることで、モータ外郭６に対して固定子２と回転子３が一体化された電動機１となる。

＜回転子の詳細な構成＞
以上のように構成された電動機１では、図２に示すように、ロータコア３２がシャフト３３にカシメられることで固定された回転子３を備えている。以下、この回転子３について説明する。回転子３は、図２に示すように、外径側から内径側に向って、永久磁石３１と、ロータコア３２と、シャフト３３を備えている。

永久磁石３１は、環状に形成されており、Ｎ極とＳ極が周方向に等間隔に交互に表れるように複数（例えば８個）の永久磁石片３１１が配置されている。なお、永久磁石３１は、磁石粉末を樹脂で固めることで環状に形成されたプラスチックマグネットを用いてもよい。ロータコア３２は、複数枚の電磁鋼板が積層された積層構造によって円筒状に形成されており、永久磁石３１の内径側に配置されている。ロータコア３２には、中心部に中心軸Ｏの方向に貫通する貫通孔３２１を備えている。シャフト３３は、ロータコア３２に備えた貫通孔３２１に挿入され、ロータコア３２は、貫通孔３２１の近傍で軸方向両端面（軸方向一端面３２２、軸方向他端面３２３）をカシメ治具が有する環状の先端部によって環状にカシメることでシャフト３３に圧接されている。これにより、ロータコア３２のシャフト３３の軸方向に対する抜け防止および周方向に対する空回り防止を図るようにしている。

＜本発明の特徴となる回転子の構造、作用および効果＞
次に、本実施形態における電動機１において、図２および図３を用いて、本発明の特徴となる回転子３の構造や、その作用および効果について説明する。上記した回転子３の構成では、背景技術の欄で述べたように、電動機１自体に衝撃や振動が加わる環境下となる、空気調和機の室外機に搭載される送風ファンを回転駆動するような場面で使用された場合、次のような問題がある。

屋外の環境下で使用される空気調和機の室外機に搭載された電動機１は、特に軸方向の強度不足によりシャフト３３に固定されたロータコア３２がシャフト３３からズレたり、抜け落ちたりするおそれがあった。これは、複数枚の電磁鋼板が積層されたロータコア３２をカシメ治具の先端部によって軸方向からカシメられた場合、カシメ治具の先端部がシャフト３３の外周面３３１に対し一定の傾斜角度を有することから、ロータコア３２の積層方向の表層と深層の位置によりカシメ代が不均一になることが、強度不足となる原因の１つとして挙げられる。

上記した回転子３の構成において、このような強度不足を補うため、背景技術の欄で述べた特許文献１に記載の回転子のように、外周面に軸方向に延びる複数の抜け止め用溝が形成されたシャフトを備え、シャフトをロータコアの貫通孔に挿入し、シャフトが挿入されたロータコアの貫通孔の周囲をカシメ治具を用いてカシメることにより、ロータコアの貫通孔の一部が変形して複数の抜け止め用溝に入り込む構造にすれば良いが、次のような問題がある。シャフトには、外周面に軸方向に延びる複数の抜け止め用溝を形成するため、加工が困難であった。

そこで、本実施形態による回転子３では、図２（ｂ）に示すように、シャフト３３は、ロータコア３２の軸方向一端面３２２に臨む位置にあってシャフト３３の外周面３３１の周方向に環状の抜け止め用溝３３２を備えるとともに、ロータコア３２の軸方向他端面３２３に臨む位置にあってシャフト３３の外周面３３１の周方向に環状の抜け止め用溝３３３を備えている。なお、抜け止め用溝３３２と抜け止め用溝３３３は同じ構造になっているので、以下の説明では、抜け止め用溝３３２のみを説明し、抜け止め用溝３３３の説明は省略する。

抜け止め用溝３３２は、図３（ａ）に示すように、断面が凹状に形成され、その底面３３２ａが外周面３３１から一定の深さになるように形成されている。抜け止め用溝３３２の深さは、ロータコア３２がカシメ治具Ｋでカシメられることで、ロータコア３２の貫通孔３２１の内周側が変形し、抜け止め用溝３３２にロータコア３２が入り込む長さに相当する深さになっている。抜け止め用溝３３２の軸方向の幅は、カシメ治具Ｋの先端部Ｋ１のカシメ深さに応じた幅になっている。カシメ深さは、ロータコア３２の貫通孔３２１の内周側に変形が生じる電磁鋼板の積層方向の厚さに相当する深さになっている。

次に、ロータコア３２がシャフト３３にカシメられる工程について、図３（ａ）および図３（ｂ）を用いて説明する。なお、ロータコア３２のカシメは、抜け止め用溝３３２と抜け止め用溝３３３に対して軸方向からそれぞれ同時に実施されるので、抜け止め用溝３３３の方は図示を省略する。また、ロータコア３２がカシメられる前において、シャフト３３がロータコア３２の貫通孔３２１に挿入され、シャフト３３とロータコア３２の相対的な位置が固定されているものとする。

まず、図３（ａ）の状態において、ロータコア３２の貫通孔３２１の近傍でロータコア３２の軸方向両端面である軸方向一端面３２２と軸方向他端面３２３に対して、軸方向からカシメ治具Ｋが有する環状の先端部Ｋ１によってカシメ荷重が加えられる。この結果、図３（ｂ）に示すように、ロータコア３２の一部の貫通孔３２１の内周側が変形し、抜け止め用溝３３２の底面３３２ａと抜け止め用溝３３３の底面３３３ａに向かって、ロータコア３２が抜け止め用溝３３２と抜け止め用溝３３３に入り込んだ状態となる。このときの貫通孔３２１の内周側の変形は、図３（ｂ）に示すように、カシメ部が電磁鋼板の積層方向に深くなるにつれて変形量が小さくなるので、ロータコア３２が変形量の大きい電磁鋼板の積層方向に浅い部分でシャフト３３に圧接される。

以上説明してきた本実施例による電動機１によれば、シャフト３３は、抜け止め用溝３３２と抜け止め用溝３３３が１個ずつ形成されるのでシャフト３３の加工を容易にすることができる。さらに、電磁鋼板が積層されたロータコア３２がシャフト３３にカシメられた時にロータコア３２の積層部分の一部が抜け止め用溝３３２と抜け止め用溝３３３にそれぞれ入り込み、底面３３２ａと底面３３３ａにそれぞれ圧接された状態になるので、シャフト３３に対するロータコア３２の十分な接合強度を確保することができる。そして、図３（ｂ）に示すように、抜け止め用溝３３２の底面３３２ａと抜け止め用溝３３３の底面３３３ａには、ロータコア３２がカシメられて貫通孔３２１の内周側の変形部が圧接されることで段差Ｓ１ができ、この段差Ｓ１にもロータコア３２が食い込んだ状態になるので、ロータコア３２のシャフト３３の軸方向に対する抜け防止を強化することができる。また、抜け止め用溝３３２と抜け止め用溝３３３にはそれぞれ段差Ｓ２ができるため、点線で示すように、ロータコア３２の軸方向一端面３２２と軸方向他端面３２３が段差Ｓ２の位置に合うように、ロータコア３２と抜け止め用溝３３２と抜け止め用溝３３３の寸法を設定することで、段差Ｓ２がロータコア３２の軸方向のストッパーになり、ロータコア３２のシャフト３３の軸方向に対する抜け防止を図ることができる。

＜他の実施例の抜け止め用溝＞
次に、シャフト３３に備えられた抜け止め用溝３３２と抜け止め用溝３３３の他の実施例について、図３（ｃ）および図３（ｄ）を用いて説明する。なお、なお、抜け止め用溝３３２と抜け止め用溝３３３は同じ構造になっているので、以下の説明では、抜け止め用溝３３２のみを説明し、抜け止め用溝３３３の説明は省略する。また、上述の実施例と相違する部分である、抜け止め用溝３３２の底面３３２ｂを中心に説明する。

抜け止め用溝３３２は、図３（ｃ）に示すように、断面が凹状に形成され、その底面３３２ｂがカシメ治具Ｋの先端部Ｋ１の傾斜と同じ傾斜方向に傾斜するように形成されている。なお、抜け止め用溝３３３の底面（図示省略）は、ロータコア３２の軸方向他端面３２３に対し、カシメ治具Ｋの先端部Ｋ１によって軸方向からカシメられることから、抜け止め用溝３３２の底面３３２ｂの傾斜とは、ロータコア３２の径方向に対称となるように傾斜している。

ロータコア３２がシャフト３３にカシメられる工程は、まず、上述の実施例と同様に、図３（ｃ）の状態において、ロータコア３２の貫通孔３２１の近傍でロータコア３２の軸方向両端面である軸方向一端面３２２と軸方向他端面３２３に対して、軸方向からカシメ治具Ｋが有する環状の先端部Ｋ１によってカシメ荷重が加えられる。この結果、図３（ｄ）に示すように、ロータコア３２の一部の貫通孔３２１の内周側が変形し、抜け止め用溝３３２の底面３３２ｂと抜け止め用溝３３３の底面（図示省略）に向かって、ロータコア３２が抜け止め用溝３３２と抜け止め用溝３３３に入り込んだ状態となる。このときの貫通孔３２１の内周側の変形は、図３（ｄ）に示すように、上述の実施例と同様に、カシメ部が電磁鋼板の積層方向に深くなるにつれて変形量が小さくなるが、抜け止め用溝３３２の底面３３２ｂと抜け止め用溝３３３の底面（図示省略）がそれぞれ、カシメ治具Ｋの先端部Ｋ１の傾斜と同じ傾斜方向に傾斜しているので、抜け止め用溝３３２の底面３３２ｂと抜け止め用溝３３３の底面（図示省略）に圧接される面積が増える。

以上説明してきた他の実施例による電動機１によれば、上述の実施例と同様に、シャフト３３は、抜け止め用溝３３２と抜け止め用溝３３３が１個ずつ形成されるのでシャフト３３の加工を容易にすることができる。さらに、シャフト３３は、抜け止め用溝３３２の底面３３２ｂと抜け止め用溝３３３の底面（図示省略）がそれぞれ、カシメ治具Ｋの先端部Ｋ１の傾斜と同じ傾斜方向に傾斜するように形成されているため、電磁鋼板が積層されたロータコア３２がシャフト３３にカシメられた時にロータコア３２の積層部分の一部が抜け止め用溝３３２と抜け止め用溝３３３にそれぞれ入り込み、抜け止め用溝３３２の底面３３２ｂと抜け止め用溝３３３の底面（図示省略）に圧接される面積が増えるので、さらに、シャフト３３に対するロータコア３２の接合強度を強化することができる。そして、上述の実施例と同様に、図３（ｄ）に示すように、抜け止め用溝３３２の底面３３２ｂと抜け止め用溝３３３の底面（図示省略）には、ロータコア３２がカシメられて貫通孔３２１の内周側の変形部が圧接されることで段差Ｓ３ができ、この段差Ｓ３にもロータコア３２が食い込んだ状態になるので、ロータコア３２のシャフト３３の軸方向に対する抜け防止を強化することができる。また、上述の実施例と同様に、抜け止め用溝３３２と抜け止め用溝３３３にはそれぞれ段差Ｓ４ができるため、点線で示すように、ロータコア３２の軸方向一端面３２２と軸方向他端面３２３が段差Ｓ４の位置に合うように、ロータコア３２と抜け止め用溝３３２と抜け止め用溝３３３の寸法を設定することで、段差Ｓ４がロータコア３２の軸方向のストッパーになり、ロータコア３２のシャフト３３の軸方向に対する抜け防止を図ることができる。

１ 電動機
２ 固定子
２１ ステータコア
２２ インシュレータ
２３ 巻線
３ 回転子
３１ 永久磁石
３１１ 永久磁石片
３２ ロータコア
３２１ 貫通孔
３２２ 軸方向一端面
３２３ 軸方向他端面
３３ シャフト
３３１ 外周面
３３２、３３３ 抜け止め用溝
３３２ａ、３３３ａ、３３２ｂ 底面
４ 回路基板
５１ 第１軸受
５２ 第２軸受
６ モータ外郭
６１ 第１ブラケット
６１１ 第１ブラケット本体部
６１２ 第１軸受収容部
６２ 第２ブラケット
６２１ 第２ブラケット本体部
６２２ 第２軸受収容部
Ｏ 中心軸
Ｋ カシメ治具
Ｋ１ 先端部
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４ 段差

Claims (2)

1. 固定子と前記固定子の内部に配置された回転子を備え、
   前記回転子は、環状の永久磁石と円筒状のロータコアとシャフトを備え、
   前記ロータコアは、前記永久磁石の内径側に電磁鋼板が積層されるとともに中心軸の方向に貫通する貫通孔が設けられ、前記シャフトは、前記貫通孔に挿通された電動機であって、
   前記シャフトは、前記ロータコアの軸方向両端面に臨む位置にあって前記シャフトの外周面の周方向に環状の抜け止め用溝を備え、
   前記電磁鋼板が前記抜け止め用溝に入り込んでいることを特徴とする電動機。
2. 前記抜け止め用溝は、前記抜け止め用溝の底面が前記軸方向両端面をカシメるためのカシメ治具の先端部の傾斜と同じ傾斜方向に傾斜するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電動機。

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