JP5035613B2 - ロータ - Google Patents

Description

本発明は、貫通孔を形成した複数枚のコアプレートを積層することにより、前記貫通孔が連通して形成される嵌入孔を備えたロータコアを形成し、前記嵌入孔にシャフトを圧入して組付けるロータに関する。

モータ等の回転電機は、貫通孔を形成した複数枚のコアプレートを積層することにより、貫通孔が連通して形成される嵌入孔を備えたロータコアを形成し、嵌入孔にシャフトを圧入して組付けるロータを有する。回転電機においては、低騒音・低振動化等を実現するとともに、ロータコアとシャフトとの間において優れたトルク伝達力を有することが求められる。

特許文献１には、高温の環境下においてもロータコアとシャフトとの間に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が記載してある。
当該ロータは、ロータコアと当該ロータコアに挿通されるシャフトとの間に、少なくともロータコアよりも線膨張率の大きなカラーを介在させて、シャフトとカラー及びカラーとロータコアを圧入締結している。このとき、ロータコアとカラーとはスプライン嵌合によって圧入締結している。

ロータを高温の環境下で使用した場合に、ロータコア、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。特にカラーは少なくともロータコアに比べて線膨張率が大きいため、その線膨張による拡径度合いが顕著となる。そして、カラーの外周面がロータコアに拘束されているため、熱膨張に伴うカラーの拡径力は縮径方向にも作用する。その結果、熱膨張した状態では、カラーは、ロータコアおよびシャフトに対して所定の締め代での圧入締結状態を維持することができる。これにより、高温環境下でのロータコアとシャフトとの間での伝達トルクを大きく確保することができる。

特開２００６−１８７０６３号公報

特許文献１のロータでは、カラーはロータコアおよびシャフトに対して所定の締め代での圧入締結状態を維持する。このとき、ロータコアとカラーとはスプライン嵌合で圧入締結しているが、カラーとシャフトとは圧入締結のみである。そのため、モータの高トルク回転または高回転時には、カラーとシャフトとは互いにすべりが発生して相対回転し、位置ズレする虞があった。この場合、ロータコアとシャフトとの間での伝達トルクを確保し難くなる。

また、当該ロータを組み立てる際には、例えば、シャフトに対して所定の締め代のもとで予めカラーを圧入締結しておき、当該カラーと一体となったシャフトを、ロータコアの嵌入孔に対して所定の締め代で圧入していた。
この場合、カラーの外形に各ロータコアの角度を合せるが、多数のコアプレートの角度が全て一致することはない。また、コアプレートに形成されるスプライン用の凹部形状には、加工時の誤差も含まれる。よって、シャフトを嵌入孔に圧入するとき、シャフトの全周に亘って一体化しているカラーがロータコアに削られて金属屑が発生し易い。発生した金属屑は騒音の原因となり、さらに、モータケース内部センサのコネクタ部の不具合の一因となる虞があった。

従って、本発明の目的は、ロータコアとシャフトとの相対回転方向のズレおよび径方向のズレを防止でき、シャフトの圧入に際して金属屑が発生し難いロータを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係るロータは、貫通孔を形成した複数枚のコアプレートを積層することにより、前記貫通孔が連通して形成される嵌入孔を備えたロータコアを形成し、前記嵌入孔にシャフトを圧入して組付けるロータであって、その第一特徴構成は、前記ロータコアと前記シャフトとの間に、前記ロータコアと前記シャフトとの相対回転を規制可能に係合する係合部および被係合部を設け、さらに前記係合部と前記被係合部との隙間には、前記シャフトの圧入時に前記隙間を充填するように変形する隙間充填部材を備える点にある。

本構成のごとく、ロータコアとシャフトとの相対回転を規制可能に係合する係合部および被係合部を備えることで、モータの高トルク回転または高回転時であっても、ロータコアとシャフトとの係合状態を維持することができ、両者の相対回転方向のズレおよび径方向のズレを防止して伝達トルクを確実に確保することができる。

係合部と被係合部との隙間においては、シャフトの圧入時にロータコアとシャフトとに挟まれて変形可能な隙間充填部材を備える。シャフトの圧入時には、ロータコアおよびシャフトにはそれぞれ圧入の負荷が作用する。しかし、隙間充填部材が変形することによって当該負荷を吸収することができるため、ロータコアおよびシャフトは変形しない。また、当該隙間充填部材は変形しながら圧入されるため、シャフトの圧入時には削られる部材がなく、金属屑が発生しない。そのため、騒音やセンサの不具合等の発生を防止することができる。

シャフトの圧入時に変形した隙間充填部材は、係合部と被係合部との隙間を埋めることが可能である。このため、ロータコアとシャフトとの間のガタつきが無くなり、係合部および被係合部の全体に亘って均一に負荷をかけることが可能となり、係合部および被係合部の特定の箇所に過大な負荷がかかるのを防止できる。

本発明に係るロータの第二特徴構成は、前記係合部および前記被係合部は、前記ロータコアおよび前記シャフトの軸方向に沿って形成された凹部或いは凸部であり、前記シャフトの圧入時に前記隙間充填部材は圧入された部位から前記ロータコアおよび前記シャフトの軸方向に沿って順次変形する点にある。

本構成によれば、係合部および被係合部を形成するロータコアの内周面形状およびシャフトの外周面形状を、互いに係合可能で対となる簡単な形状とすることができる。
凹部および凸部は、シャフトの圧入方向に沿って形成してある。シャフトの圧入方向は、嵌入孔の軸芯方向と一致する。そのため、シャフトの圧入時に隙間充填部材は圧入された部位からロータコアおよびシャフトの軸方向に沿って順次変形するため、シャフトの圧入時には、シャフトを軸芯方向に押圧操作すればよく、簡単な圧入操作でシャフトを圧入することができる。

本発明に係るロータの第三特徴構成は、前記隙間充填部材をコの字型の断面形状を有する長尺部材とした点にある。

本構成によれば、係合部を形成する凹部および凸部の間に介在させることができる隙間充填部材の形状を、簡単な形状で特定することができる。そのため、隙間充填部材の製造が容易となる。

本発明に係るロータの第四特徴構成は、前記隙間充填部材を、前記凹部或いは前記凸部に対して熱変形による嵌合、或いは、塑性変形による嵌合可能に構成した点にある。

本構成によれば、隙間充填部材は、熱或いは外力を加えることで変形するように構成できる。このような変形は公知の手法が適用できるため、隙間充填部材を凹部或いは凸部に対して簡便に取り付けることができる。

本発明に係るロータの第五特徴構成は、前記隙間充填部材を、前記ロータコアおよび前記シャフトの材料より線膨張係数の大きい材料で形成した点にある。

本構成によれば、隙間充填部材を、焼き嵌めによって、ロータコア或いはシャフトに容易に取り付けることができる。
例えば、高温時には、隙間充填部材の熱膨張により、ロータコア或いはシャフトに対する隙間充填部材の接触程度が増加する。ロータコアとシャフトとの間の空間の体積は、ある程度一定であるから、隙間充填部材が膨張することで、結局、ロータコア及びシャフトに対する当接力が高まる。これにより、係合部においてロータコアおよびシャフトを確実に係合することができる。従って、高温時であっても、モータ駆動の信頼性が向上する。

本発明に係るロータの第六特徴構成は、前記隙間充填部材を、軟質鉄系金属・アルミニウム・アルミニウム合金・亜鉛合金からなる群から選択される材料で形成した点にある。

本構成のように、当該隙間充填部材を軟質鉄系金属・アルミニウム・アルミニウム合金・亜鉛合金の何れかの材料で形成すれば、隙間充填部材を装着したシャフトの圧入時に、隙間充填部材が容易に変形する。そのため、圧入時の圧入抵抗が小さくなり、圧入操作が容易となる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１〜２に示したように、本発明のロータＸは、貫通孔１ｂを有する複数枚のコアプレート１を積層することにより、貫通孔１ｂが連通して形成される嵌入孔１１を備えたロータコア１０を形成し、嵌入孔１１にシャフト２０を圧入して組付けるものである。
ロータコア１０とシャフト２０との間には、ロータコア１０とシャフト２０との相対回転を規制可能に係合する係合部および被係合部を設けてある。係合部と被係合部との隙間には、シャフトの圧入時に隙間を充填するように変形する隙間充填部材５０を備えてある。

ロータコア１０は、円盤形状の複数枚のコアプレート１を積層して一体化し、円筒状に形成してある。コアプレート１としては、例えば磁性体であるケイ素鋼板を用いる。コアプレート１は、公知のプレス加工により薄板素材から１枚ずつ円盤形状に打ち抜かれる。打ち抜かれたコアプレート１の中央部には、さらにプレス加工により貫通孔１ｂが形成される。

貫通孔１ｂの内周縁部には、貫通孔１ｂの中心側に向けて凸設した凸部１ｃを二箇所設けてある。当該凸部１ｃが互いに重なるように、複数枚のコアプレート１を積層する。凸部１ｃが軸方向に連続することで、ロータキー部（係合部）１２が形成される。

ロータキー部１２は、嵌入孔１１の内周面に、嵌入孔１１の軸芯側に向けて凸設される（内周面凸部）。当該ロータキー部１２は、例えば貫通孔１ｂの中心に対して点対称となるように複数形成する。これにより、ロータコア１０とシャフト２０との係合が安定し、ロータコア１０のバランスが良好なものとなる。本実施形態では、ロータキー部１２は二箇所形成する場合を例示するが、これに限られるものではない。

凸部１ｃにおける嵌入孔１１の軸芯方向視の形状は、貫通孔１ｂの径方向に平行な側部１ｄを備えるように構成してある（図３）。当該側部１ｄは、シャフト２０の回転方向に略垂直な端面を有するため、側部１ｄに対して隙間充填部材５０の脚部５２は、回転方向に対して略垂直に側部１ｄに当接する。従って、側部１ｄと隙間充填部材５０との位置ズレが起き難くなる。

シャフト２０は、例えば鋼製の円柱状或いは円筒状の部材である。
シャフト２０の外側面には、ロータコア１０に形成してあるロータキー部１２に係合可能となる形状を有するシャフトキー部（被係合部）２１が形成してある。本実施形態では、当該ロータキー部１２は凸状に形成してあるため、シャフトキー部２１は凹設する（外周面凹部）。当該シャフトキー部２１は、ロータキー部１２の数と同じ数だけ設ける。

係合部および被係合部は、ロータコア１０およびシャフト２０の軸方向に沿って形成された凹部（シャフトキー部２１）或いは凸部（ロータキー部１２）とする。また、シャフト２０がロータコア１０に嵌入された状態では、ロータキー部（係合部）１２とシャフトキー部（被係合部）２１との間に隙間Ｓが存在し、隙間Ｓは隙間充填部材５０によって充填される。

本実施形態では、ロータキー部１２を内周面凸部とし、シャフトキー部２１を外周面凹部となるように形成してあることから、隙間充填部材５０は、コの字型の断面形状を有する長尺部材となるように構成する。従って、隙間充填部材５０を、簡単な形状で、ロータキー部１２（内周面凸部）およびシャフトキー部２１（外周面凹部）の間に介在させることができる。

隙間充填部材５０は、胴部５１及び対向する脚部５２を備える。二つの脚部５２は、例えば角部５３において胴部５１と直角に連結している。このとき、二つの脚部５２は平行となっている（図３）。

「コの字型の断面形状」とは、ロータキー部１２或いはシャフトキー部２１に取り付けない状態で、断面視が略コの字型となっていればよい。例えば、脚部５２は、角部５３において胴部５１と鋭角或いは鈍角に接続させることが可能である。

隙間充填部材５０は、ロータキー部１２（内周面凸部）或いはシャフトキー部２１（外周面凹部）に対して、熱変形による嵌合や塑性変形によって嵌合させる。これにより、隙間充填部材５０は、熱或いは外力を加えることで変形するように構成できる。このような変形は公知の手法が適用できるため、隙間充填部材５０をロータキー部１２或いはシャフトキー部２１に対して簡便に取り付けることができる。

熱変形による嵌合を行う場合、隙間充填部材５０は、ロータコア１０およびシャフト２０の材料より線膨張係数の大きい材料で形成する。これにより、隙間充填部材５０を、焼き嵌めによってロータコア１０或いはシャフト２０に容易に取り付けることができる。
例えば、焼き嵌めによって隙間充填部材５０をロータキー部１２に嵌める場合、まず隙間充填部材５０を加熱して膨張させ、ロータキー部１２に係合させる。次に隙間充填部材５０の温度が常温まで低下すると、隙間充填部材５０が収縮してロータキー部１２に嵌めることができる。

また、高温時には、隙間充填部材５０の熱膨張により、ロータコア１０或いはシャフト２０に対する隙間充填部材５０の接触程度が増加する。ロータコア１０とシャフト２０との間の空間の体積は、ある程度一定であるから、隙間充填部材５０が膨張することで、結局、ロータコア１０及びシャフト２０に対する当接力が高まる。これにより、ロータコア１０およびシャフト２０を確実に係合することができる。従って、高温時であっても、モータ駆動の信頼性が向上する。

一方、塑性変形による嵌合を行う場合、例えばカシメ等によって隙間充填部材５０をロータキー部に嵌めることが可能である。このとき、まず、隙間充填部材５０をロータキー部１２に係合させ、次に外力で隙間充填部材５０をかしめて塑性変形させることで、隙間充填部材５０をロータキー部１２に嵌めることができる。

隙間充填部材５０は、上述したように線膨張係数が大きく、圧入時に変形可能な材料として、軟質鉄系金属・アルミニウム・アルミニウム合金・亜鉛合金からなる群から選択される材料で形成する。
軟質鉄系金属としては、例えば、純鉄、ケイ素鉄合金、鉄・シリコン・アルミニウム合金、鉄・ニッケル合金、ソフトフェライト等が適用可能である。これらの材料で形成すれば、隙間充填部材５０を装着したシャフト２０の圧入時に、隙間充填部材５０が容易に変形する。そのため、圧入時の圧入抵抗が小さくなり、圧入操作が容易となる。
尚、非鉄金属としてアルミニウム・アルミニウム合金・亜鉛合金を例示したが、これに限られるものではない。

＜ロータＸの組み立て方法＞
まず、コアプレート１を積層してロータコア１０を形成する。例えば図４，５に示したように、複数のコアプレート１間において製造誤差があり、これらコアプレート１を積層したときに、それぞれの凸部１ｃの側部１ｄおよび先端部１ｆが整列しないで段差を形成する場合がある。この場合、仮に隙間充填部材５０が存在しない状態でシャフト２０を圧入すれば、当該段差において、シャフト２０の先端が引っ掛かり、スムーズに圧入できない。本発明のように、隙間充填部材５０を備えてあれば、隙間充填部材５０が圧入時に変形して前記段差を解消することができる。

上述した嵌め合いにより、隙間充填部材５０をロータキー部（内周面凸部）１２に取り付ける。隙間充填部材５０をロータコア１０に嵌めた後、シャフト２０をロータコア１０に圧入して嵌め込む。

ロータコア１０とシャフト２０とは、隙間充填部材５０を介して係合部および被係合部において係合する。当該係合部および被係合部において、ロータコア１０とシャフト２０との相対回転を規制可能に係合するため、モータの高トルク回転または高回転時であっても、ロータコア１０とシャフト２０との係合状態が確実に維持され、両者の相対回転方向のズレおよび径方向のズレを防止できる。従って、ロータコア１０とシャフト２０との間での伝達トルクを確実に確保することができる。

隙間充填部材５０は、シャフト２０の圧入時に、圧入された部位からロータコア１０およびシャフト２０の軸方向に沿って順次、容易に変形する。そのため、シャフト２０をスムーズに圧入することができる。このとき、隙間充填部材５０が変形することによって、圧入時にロータコア１０およびシャフト２０に作用する負荷を吸収することができる。そのため、圧入時におけるロータコア１０およびシャフト２０の変形を防止できる。また、隙間充填部材５０は変形しながら圧入されるため、シャフト２０の圧入時には削られる部材がない。
シャフト２０の圧入時に変形した隙間充填部材５０により、ロータコア１０およびシャフト２０の隙間Ｓを埋めることが可能である。このため、ロータコア１０とシャフト２０との間のガタつきが無くなる。

一方、係合部および被係合部を除くロータコア１０とシャフト２０との嵌め合いは、例えば隙間嵌めとする。このため、シャフト２０の圧入時において、シャフト２０の外側面がロータコア１０によって削られることはなく、金属屑は発生しない。
また、ロータキー部１２とシャフトキー部２１のみの圧入となるため、圧入時に必要とされる圧入荷重を低減し、設備・冶具等が小型化でき、製造が容易となる。

ロータコア１０にシャフト２０及び隙間充填部材５０を取り付けた後、ロータコア１０の両端に、円形のエンドプレート（図外）を装着する。エンドプレートは、コアプレート１と同様円形のケイ素鋼板の中央部に、予めシャフト２０の挿入穴を形成したものである。ロータコア１０の両側面にエンドプレートを密着配置するべく、シャフト２０に対してエンドプレートを圧入、またはカシメで固定する。

〔別実施の形態〕
（１）上述した実施形態では、ロータキー部１２（内周面凸部）或いはシャフトキー部２１（外周面凹部）に対して、隙間充填部材５０を熱変形によって嵌合させる場合の一例として、隙間充填部材５０を加熱して膨張させた後、ロータキー部１２に嵌める場合（焼き嵌め）について説明したが、これに限られるものではない。
例えば、冷却収縮で隙間充填部材５０をロータキー部１２（内周面凸部）に嵌合させる場合、ロータコア１０を冷却して収縮させた後、隙間充填部材５０を取付けてもよい。この場合、ロータコア１０（ロータキー部）が例えば常温に戻ることでロータキー部１２が膨張し、隙間充填部材５０をロータキー部１２に嵌めることができる。

（２）上述した実施形態では、ロータコア１０の嵌入孔１１の内周面に凸設してあるロータキー部１２は、ロータコア１０と一体に形成する場合について説明した。しかし、これに限られるものではなく、ロータキー部１２を別体の部材で形成してもよい。この場合、ロータコア１０の嵌入孔１１の内周面に設けた溝部に、断面が矩形状の長尺部材を嵌めこむ。そして、当該内周面から突出した部分がロータキー部１２となる。本構成では、ロータコア１０とロータキー部１２とを別異に製造するため、ロータキー部１２の設計の自由度が増す。
このように長尺部材を適用すれば、シャフト２０の外側面にシャフトキー部２１を凸設する等、凸部と凹部とを逆に配置することもできる。

（３）上述した実施形態では、凸部１ｃにおける嵌入孔１１の軸芯方向視の形状は、貫通孔１ｂの径方向に平行となる側部１ｄを備えるように構成する場合について説明したが、これに限られるものではない。
例えば、図６に示したように、凸部１ｃの当該軸芯方向視の形状が、凸部１ｃの先端部１ｆ（貫通孔１ｂの中心側）ほど長辺となり、凸部１ｃの基端部１ｅが狭まる台形状に構成してもよい。

例えば、角部５３において胴部５１と鋭角に接続している脚部５２を有する隙間充填部材５０をロータキー部１２（内周面凸部）に取り付けるものとする。この場合、焼き嵌め等によって隙間充填部材５０をロータキー部１２に取り付ける。隙間充填部材５０が常温に戻ると、冷却時の縮み変形によって脚部５２がロータキー部１２に噛み込むように係合する。この結果、隙間充填部材５０はロータキー部１２に対して確実に係合する。

本発明は、貫通孔を形成した複数枚のコアプレートを積層することにより、前記貫通孔が連通して形成される嵌入孔を備えたロータコアを形成し、前記嵌入孔にシャフトを圧入して組付けるロータを有するモータ等の回転電機に利用することができる。

本発明のロータの分解斜視概略図 本発明のロータの軸芯方向における上面視概略図 係合部付近の要部概略図 係合部の周方向断面視概略図 係合部の径方向断面視概略図 別実施形態の係合部付近の要部概略図

符号の説明

Ｘ ロータ
Ｓ 隙間
１ コアプレート
１ｂ 貫通孔
１０ ロータコア
１１ 嵌入孔
１２ ロータキー部
２０ シャフト
２１ シャフトキー部
５０ 隙間充填部材

Claims (6)

1. 貫通孔を有する複数枚のコアプレートを積層することにより、前記貫通孔が連通して形成される嵌入孔を備えたロータコアを形成し、前記嵌入孔にシャフトを圧入して組付けるロータにおいて、
   前記ロータコアと前記シャフトとの間に、前記ロータコアと前記シャフトとの相対回転を規制可能に係合する係合部および被係合部を設け、さらに前記係合部と前記被係合部との隙間には、前記シャフトの圧入時に前記隙間を充填するように変形する隙間充填部材を備えるロータ。
2. 前記係合部および前記被係合部は、前記ロータコアおよび前記シャフトの軸方向に沿って形成された凹部或いは凸部であり、前記シャフトの圧入時に前記隙間充填部材は圧入された部位から前記ロータコアおよび前記シャフトの軸方向に沿って順次変形する請求項１に記載のロータ。
3. 前記隙間充填部材がコの字型の断面形状を有する長尺部材である請求項２に記載のロータ。
4. 前記隙間充填部材が、前記凹部或いは前記凸部に対して熱変形による嵌合、或いは、塑性変形による嵌合可能に構成してある請求項２又は３に記載のロータ。
5. 前記隙間充填部材が、前記ロータコアおよび前記シャフトの材料より線膨張係数の大きい材料で形成してある請求項１〜４の何れか一項に記載のロータ。
6. 前記隙間充填部材が、軟質鉄系金属・アルミニウム・アルミニウム合金・亜鉛合金からなる群から選択される材料で形成してある請求項１〜５の何れか一項に記載のロータ。

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