JP4602784B2 - モータのロータコアとシャフトの締結構造 - Google Patents

Description

本発明は、モータのロータコアとシャフトの締結構造に関する。

一般に、モータの製造工程において、ロータの組立に際し、プレス加工により形成した中央部に貫通孔を有する複数枚の薄板鋼板を積層したロータコアに、シャフトを圧入してロータコアとシャフトを締結している。
近年、技術の向上に伴い、モータの低騒音・低振動化の要求が高まってきている。例えば、ロータコアにシャフトを圧入したモータにおいては、シャフトの傷付きによる軸受部の摺動音、含油メタルの油膜断絶によるロータコアの暴れ音、又、軸ずれによる騒音等が問題視されている。

このようなモータの騒音の防止対策の一つとして、例えば、シャフト圧入後のロータコアとシャフトとの軸ずれ及び傷付きの防止があげられる。図１０に示すように、モータのロータコアとして、円形状に形成された貫通孔５１を有する薄板鋼板５２を回転積層させてなるコア（ロータコア）５３がある。薄板鋼板５２は、鉄心単板からその外形が打ち抜かれ、その打ち抜き角度のまま略中央部に円形状の貫通孔５２が形成される。コア５３は、薄板鋼板５２を、その外形を基準として一定の回転角度で回転積層されて形成されている。その結果、形成されたコア５３の嵌合孔５４は、シャフト５５の軸方向に対して整列状態で形成されている。こうして形成されたコア５３の嵌合孔５４に、シャフト５５が圧入されている。

ところで、コア５３の嵌合孔５４にシャフト５５を圧入する工程において、シャフト５５の傷付き防止、廻りトルクの確保等により、嵌合孔５４の孔系は非常に厳しい精度が要求される。そして、コア５３を構成する複数の薄板鋼板５２は、それぞれ個別加工により貫通孔５１が形成されている。このため、上記のように外形を基準として複数の薄板鋼板５２を積層した場合、各薄板鋼板５２の貫通孔５１のバラツキ（孔形状及び孔位置）が発生する。このバラツキは、シャフト５５の嵌合に影響を与え、コア５３の嵌合孔５４の孔径を制御することは困難になる。このため、その嵌合孔５４にシャフト５５を圧入する際にそのシャフト５５の表面に傷付きが発生する虞があった（特許文献１参照）。

一方、図１１に示すように、コア１００を形成する薄板鋼板１０１の貫通孔１０１ａに直線部を形成した先行技術（特許文献２参照）が知られている。

この貫通孔１０１ａは、図１２に示すように、内周面に半径ｒの円の円弧の一部を構成する円弧部Ａと直線部Ｂとを有している。円弧部Ａと直線部Ｂとは、周方向に４５度ずつの間隔をあけて周方向に交互に形成されている。直線部Ｂは両側の円弧部Ａの端部を連結するように形成されており、半径ｒの仮想円の内側に張り出た形になっている。

そして、薄板鋼板１０１の貫通孔１０１ａを積層して形成されたコア１００の嵌入穴１００ａにシャフト１０２の嵌入部１０２ａを圧入して組み付けられる。
特開２００４−２３８４８号公報 特許第３４２３４８５号公報

しかしながら、上記先行技術によると、コア１００の嵌入穴１００ａは薄板鋼板１０１の貫通孔１０１ａを積層して構成されるので、シャフト１０２の嵌入部１０２ａを圧入する際にコア１００の嵌入穴１００ａに接触する接触面は連続した形状になっていることから、シャフト１０２の嵌入部１０２ａの圧入方向に薄板鋼板１０１がたわまないので、過大な圧力を加えないと圧入することはできず、圧入した場合でも、コア１００またはシャフト１０２の嵌入部１０２ａに傷(焼き付き)が生じたり、シャフト１０２の嵌入部１０２ａが変形する虞があった。

本発明は上記課題を解決し、シャフト圧入時に発生する応力を軸心方向に逃がして組付けることができるモータのロータコアとシャフトの締結構造を提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するため、貫通孔を形成した複数枚の薄板鋼板を積層してモータのロータコアを形成し、このロータコアの中央に形成される嵌入穴にシャフトを圧入して組付けるモータのロータコアとシャフトの締結構造において、小径部と大径部が円周方向に沿って交互に形成されるようにして上記薄板鋼板の貫通孔を形成し、これら貫通孔の小径部と大径部が軸方向に交互に配置されるように上記薄板鋼板を積層して上記ロータコアを形成し、このロータコアの嵌入穴に、外周面に凹凸部を形成したシャフトを圧入して組付け、上記薄板鋼板の小径部の凸部を、上記シャフトの凹凸部の凸部に引っ掛かる寸法に設定し、上記薄板鋼板の溝部を、上記シャフトの凹凸部の凸部から逃げる寸法に設定し、上記ロータコアの嵌入穴に対する上記シャフトの圧入時に、上記薄板鋼板の小径部の凸部が撓むことでシャフトを拘束したことにある。

本発明によれば、ロータコアの嵌入穴にシャフトを圧入して組付けるシャフト圧入時に発生する応力を軸心方向に逃がして組付けることができるので、ロータコアおよびシャフトに変形を生じることなく組付けることができる。

よって、組付けが容易で、かつ安価な部品を提供することができる。シャフトに接触している薄板鋼板に撓みが生じることで、接触面には常に圧力がかかり、より強固なシャフトへの拘束ができる。

以下、図示の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。

図１において、１は、モータのロータコアで、図２に示すように貫通孔２ａを形成した複数枚の薄板鋼板２を積層して形成されている。薄板鋼板２は、図３に示すように、鉄板等の板材をプレス成形により打ち抜いてリング状に成形したもので、内側の貫通孔２ａには小径部ｒ１と大径部ｒ２が円周方向に沿って交互に形成されている。薄板鋼板２の貫通孔２ａは大径部ｒ２によって形成される溝部３ａと小径部ｒ１によって形成される凸部３ｂが円周方向に交互に、それぞれ９個ずつ形成されている。この薄板鋼板２を、例えば１８０°回転させて積み重ねることにより、溝部３ａの位置が１枚おきに一致するように配置される。

こうしてロータコア１は、軸方向に小径部ｒ１の凸部３ｂと大径部ｒ２の溝部３ａが交互に並ぶようにして複数枚の薄板鋼板２を、積層して形成されている(図２参照)。

４は、複数枚の薄板鋼板２の貫通孔２ａによって形成されるロータコア１の嵌入穴１ａに圧入して装着されたモータシャフトであり、このモータシャフト４は、ロータコア１の嵌入穴１ａに組付ける部分の外周面に、ローレット加工等によって凹凸部４ａが形成されている。モータシャフト４は、図４および図５に示すように、凹凸部４ａが薄板鋼板２の小径部ｒ１の凸部３ｂを撓ませて圧入され、凹凸部４ａが凸部３ｂに係合して組み付けられている。

薄板鋼板２の小径部ｒ１の凸部３ｂは、モータシャフト４の凹凸部４ａに、図６（ａ）（ｂ）に示すように、しめしろが、引っ掛かる寸法になっており、溝部３ａはモータシャフト４及びモータシャフト４の凹凸部４ａを逃げる寸法となっている。

つぎに、モータのロータコアとシャフトの締結構造の作用を説明する。

複数枚の薄板鋼板２を例えば１８０°回転させて、隣接する薄板鋼板２の凸部３ｂ同士が重ならないようにして積み重ね、これら薄板鋼板２を図示しないボルトおよびナットを介して挟持することでロータコア１が形成される。

そして、ロータコア１の嵌入穴１ａにモータシャフト４を圧入すると、薄板鋼板２の小径部ｒ１の凸部３ｂは、モータシャフト４の凹凸部４ａより径が小さいので、この嵌め合い部分に、重なり部分、所謂、しめしろが発生する。

こうして、モータシャフト４は凹凸部４ａが、薄板鋼板２の小径部ｒ１の凸部３ｂを撓ませながら凸部３ｂに係合して固定される（図６（ａ）（ｂ）参照）。

図２のロータコア１に、図１のようにモータシャフト４を圧入すると、薄板鋼板２の小径部ｒ１の凸部３ｂにモータシャフト４の凹凸部４ａが接触する。図５の斜線部はモータシャフト４の凹凸部４ａが接触している箇所を示している。

薄板鋼板２は1枚ごとにモータシャフト４の凹凸部４ａと接触/非接触の状態で積層されている為、モータシャフト４と接触している薄板鋼板２は、軸方向へ自由に撓むことが出来る。圧入による応力は、図６（ａ）のように薄板鋼板２がたわむことで吸収され、又は図６（ｂ）のように、変形して逃げることで圧入され、圧入圧力は低減出来る。こうして、モータシャフト４とロータコア１に焼き付きは発生せず、曲がり等の変形が生じない。

図７ないし図９は、図１ないし図４と同一部分は同符号を付して示す本発明の他の実施の形態で、薄板鋼板２の溝の数を変えたものである。

薄板鋼板２の積層については、回転させて積層しなくても、金型上で形状の異なる内径の薄板鋼板２を交互に打抜き、これを積層して形成してもよい。

回転積層する場合、内径に設ける溝は奇数/偶数どちらでもよく、連続する薄板鋼板２の凸部３ｂ同士が重ならないように、回転させて、分割数にあわせ、溝数を決めればよい(図７および図８参照)。

図７（ａ）に示すように、５個の奇数の溝３ａが形成された薄板鋼板２を使用する場合は、薄板鋼板２を例えば１８０°回転させて積層させることで、溝３ａの位置と、凸部３ｂの位置が隣同士で異なるように積層されることになる(図７（ｂ）（ｃ）参照)。

また、図８（ａ）に示すように、６個の偶数の溝３ａが形成された薄板鋼板２を使用する場合は、薄板鋼板２を９０°回転させて積層させることで、溝３ａの位置と、凸部３ｂの位置が隣同士で異なるように積層されることになる(図８（ｂ）（ｃ）参照)。

薄板鋼板２の内径に溝を設ける事が出来ない場合は、図９（ａ）（ｂ）に示すように、小径の貫通孔２ｂと、大径の貫通孔２ｃを形成した薄板鋼板２を交互に積層してもよい。

上記実施の形態によるモータのロータコアとシャフトの締結構造によれば、以下に列挙する効果が得られる。

薄板鋼板２は1枚ごとにモータシャフト４の凹凸部４ａと接触/非接触の状態で積層されている為、モータシャフト４と接触している薄板鋼板２は、軸方向へ自由に撓むことが出来るので、部品に変形が生じない。よって、部品の高精度化や後加工がなくなるかとから、安価な部品を提供することができる。

薄板鋼板２の凸部３ｂがたわむことで吸収され、又は凸部３ｂが変形して逃げることで圧入されるので、圧入圧力は低減出来る。こうして、モータシャフト４とロータコア１に焼き付きは発生せず、曲がり等の変形が生じない。
シャフト４に接触している薄板鋼板２にタワミ(弾性変形)が生じる事で、常に接触面には圧力がかかり(スプリングバック)、より強固なシャフト４ヘの拘束が出来る。

安価な部品を提供・交互に積層する為、ローターコア１に単純な溝が形成されない為、切削加工等で生じる加エクズ等(切粉)が、内部に入り込まないことからロックや異音の不具合を生じない。

シャフト４が接触するロータコア１内径部の凸部３ｂは、円形の一部である為、ゲージ等での寸法管理がしやすく真円度管理もしやすい。
シャフト４とローターコア１の接触部に焼き付きが生じず、しかもローターコア１内径全周がたわみの作用でシャフト４に接触する為、シャフト４とロータコア１の軸ずれを抑える事が出来ることから、振動の低減を行うことができる。

なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、例えば、モータシャフト４の凹凸部４ａはローレット加工に限らずスプライン加工を施しても良い。また、薄板鋼板２の貫通孔２ａの、大径部ｒ２によって形成される溝部３ａと小径部ｒ１２によって形成される凸部３ｂの数は、必要に応じて任意に設定することができ、薄板鋼板２の枚数も必要に応じて設定することができる。など、その他、本発明の要旨を変更しない範囲内で、適宜変更して実施し得ることは言うまでもない。

本発明によるモータのロータコアとシャフトの締結構造の実施の形態を示す断面図である。 図１のロータコアを示す斜視図である。 図２のロータコアを構成する薄板鋼板の貫通孔の一部を示す概念図である。 ロータコアとモータシャフトの締結部を示す拡大図である。 モータシャフトがロータコアの凸部に接触する部分を示す概念図である。 ロータコアに、モータシャフトを圧入した際の薄板鋼板の変形状態を示し、図６（ａ）は、薄板鋼板がたわむことで吸収される状態を示す断面図、図６（ｂ）は、薄板鋼板が変形して逃げることでモータシャフトが圧入される状態を示す断面図である。 本発明の他の実施の形態で、（ａ）は５個(奇数)の溝を形成した薄板鋼板を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の薄板鋼板を積層して形成されるロータコアを示す平面図、（ｃ）は（ｂ）の縦断面図である。 本発明の他の実施の形態で、（ａ）は６個(偶数)の溝を形成した薄板鋼板を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の薄板鋼板を積層して形成されるロータコアを示す平面図、（ｃ）は（ｂ）の縦断面図である。 本発明の他の実施の形態で、（ａ）は径の異なる貫通孔を形成した薄板鋼板を積層して形成されるロータコアを示す平面図、（ｂ）は（ａ）の縦断面図である。 従来のロータコアとモータシャフトの締結部を示す分解斜視図である。 従来のロータコアとモータシャフトの締結部を示す分解斜視図である。 図１１の薄板鋼板の貫通孔を示す概念図である。

符号の説明

１ ロータコア
１ａ 嵌入穴
２ 薄板鋼板
２ａ 貫通孔
３ａ 溝部
３ｂ 凸部
４ モータシャフト
４ａ 凹凸部
ｒ１ 小径部
ｒ２ 大径部

Claims (3)

1. 貫通孔を形成した複数枚の薄板鋼板を積層してモータのロータコアを形成し、このロータコアの中央に形成される嵌入穴にシャフトを圧入して組付けるモータのロータコアとシャフトの締結構造において、小径部と大径部が円周方向に沿って交互に形成されるようにして上記薄板鋼板の貫通孔を形成し、これら貫通孔の小径部と大径部が軸方向に交互に配置されるように上記薄板鋼板を積層して上記ロータコアを形成し、このロータコアの嵌入穴に、外周面に凹凸部を形成したシャフトを圧入して組付け、
   上記薄板鋼板の小径部の凸部を、上記シャフトの凹凸部の凸部に引っ掛かる寸法に設定し、上記薄板鋼板の溝部を、上記シャフトの凹凸部の凸部から逃げる寸法に設定し、
   上記ロータコアの嵌入穴に対する上記シャフトの圧入時に、上記薄板鋼板の小径部の凸部が撓むことでシャフトを拘束した
   ことを特徴とするモータのロータコアとシャフトの締結構造。
2. 上記凹凸部としてシャフトにローレット加工を施したことを特徴とする請求項１に記載のモータのロータコアとシャフトの締結構造。
3. 上記凹凸部としてシャフトにスプライン加工を施したことを特徴とする請求項１に記載のモータのロータコアとシャフトの締結構造。
   

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