JP5298402B2 - モータのエンドプレート構造 - Google Patents

Description

本発明は、モータの両端面に設けられるエンドプレートの構造に関する。

電動モータのロータは多数の電磁鋼板を積層して構成され、軸方向に形成された開口には磁石が埋め込まれている。ロータの両端面には磁石の飛び出し等を防止するためにエンドプレートが配置される。エンドプレートの構造として、ロータの一端に樹脂エンドプレートを配置し、他端に樹脂製の終端リングと金属性の終端リングによって一体構造を有するエンドプレートを配置したものが知られている（特許文献１参照）。

特開２００４−２２２３４８号公報

電動モータのロータの両端面に設けられるエンドプレートは、磁極間の短絡を防止するために非磁性材料から構成される。非磁性材料としてオーステナイト系ステンレス材を使用することが多い。しかし、ステンレス材はロータの鉄製のシャフトに対して熱膨張が大きいため、温度変化のあるモータではステンレス材が熱膨張することにより、エンドプレートとシャフトの間の収縮締結の締め代が緩んで空回りしてしまう。

本発明によるモータのエンドプレート構造は、ロータの軸方向に形成された複数の開口と、前記複数の開口に挿入された複数の磁石と、前記ロータの軸方向の端面において、前記複数の開口を覆うように前記ロータの外径側に設けられる、非磁性材料からなる環状の板であるエンドプレートと、前記ロータの軸方向の前記端面において、前記エンドプレートに対して内径側に設けられ、前記シャフトに固定される環状の板であるリング部材と、前記エンドプレートと前記リング部材との間に介装され、前記エンドプレートと前記リング部材とを弾性力により固定することによって、前記エンドプレートと前記シャフトとを弾性力により固定する弾性部材と、を備え前記リング部材は、その熱膨張係数が、エンドプレートの熱膨張係数よりも小さく、かつ、前記ロータのシャフトの熱膨張係数とは略同一であることを特徴とする。

本発明によれば、エンドプレートが熱膨張した場合でもエンドプレートとロータのシャフトとの固定状態を確実に維持することができる。

《第１の実施の形態》
図１（ａ）（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態によるモータのエンドプレート構造を示す図であり、図１（ａ）はロータ１の横断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）に示すロータ１のＡ-Ａ断面図である。図２は、図１に示すエンドプレートユニット５の斜視図である。

図１（ａ）に示すように、ロータ１は軸方向に積層された多数の電磁鋼板（コア）２と、軸方向に形成された開口に埋め込まれた複数の磁石３と、シャフト４とを備える。ロータ１の両端面にはエンドプレートユニット５が配置され、エンドプレートユニット５によってコア２を挟み込んでいる。エンドプレートユニット５は、例えば収縮締結等の手法により鉄製のシャフト４に固定される。エンドプレートユニット５は、磁石３の磁力によってコア２が軸方向に膨らむことを防止するとともに、磁石３の飛び出し、鉄粉付着、および磁石３が破損したときの破片の飛散等を防止するために設けられている。また、ロータ１の組み立て時にはエンドプレートユニット５の駄肉を研削することにより、ロータ１のバランス調整が行われる。

なお、エンドプレートユニット５は、コア２における磁極間の短絡を防止するために非磁性に構成されるとともに、ロータ１の回転時に遠心力や熱膨張が発生したとしてもシャフト４に確実に固定されている必要がある。さらに、小型、低コストであることが望ましい。

そこで、第１の実施の形態では、図２に示すようにエンドプレートユニット５を、例えばオーステナイト系ステンレス材等の非磁性材料からなるエンドプレート６と、例えば鉄等の熱膨張係数の小さいリング部材７とから構成する。エンドプレート６はシャフト４の中心軸Ｏを中心とした環状板として形成され、その内周面には軸方向に延在する複数、例えば３つの溝６ａが形成されている。エンドプレート６は、コア２の端面において磁石３が埋め込まれた開口を覆うように外径側に配置される。

リング部材７は、エンドプレート６の中央開口部に挿入される円筒部７ａと、円筒部７ａから外側に突出したフランジ部７ｂとを備え、円筒部７ａの外周面には軸方向に延在する複数、ここでは３つの溝７ｃが形成されている。これらの溝７ｃはエンドプレート６に形成された溝６ａに対応する位置に配置され、リング部材７の円筒部７ａがエンドプレート６に挿入されると、溝７ｃと溝６ａとでスプリングピン８が挿入される孔部を形成する。リング部材７はコア２の端面において内径側に配置されてシャフト４に固定される。熱膨張が発生した場合でもシャフト４に対する固定状態を維持できるように、リング部材７の熱膨張係数はシャフト４の熱膨張係数と略等しいことが好ましい。さらに、リング部材７をシャフト４と同じ材料から形成することが望ましい。

エンドプレートユニット５をコア２に固定する際には、まず、エンドプレート６にリング部材７の円筒部７ａを挿入し、溝６ａと溝７ｃから形成された孔部にスプリングピン８を挿入する。エンドプレート６とリング部材７とはスプリングピン８の弾性変形によって相対回転しないように互いに固定され、全体としてエンドプレートユニット５を形成する。そして、エンドプレート６とリング部材７とから形成したエンドプレートユニット５を、コア２に固定されたシャフト４に圧入する。リング部材７はその内径の弾性変形によりシャフト４に固定されるので、エンドプレート６とリング部材７からなるエンドプレートユニット５が一体的にシャフト４に固定されることになる。

ここで、ロータ２の回転時に非磁性材からなるエンドプレート６が熱膨張して中央開口部の径が増加した場合には、孔部に挿入されたスプリングピン８がその弾性力によりエンドプレート６の変形に追従して膨らむことにより、エンドプレート６とリング部材７との固定状態を維持する。なお、リング部材７は熱膨張係数の小さい材料から形成されているので、シャフト４との固定状態を確実に維持することができる。また、エンドプレート６が遠心力によって膨張した場合も同様に、スプリングピン８が膨らむことにより、エンドプレート６とリング部材７との固定状態が確実に維持される。

このように、以上説明した第１の実施の形態によるモータのエンドプレート構造においては、以下のような作用効果を奏することができる。
（１）モータのエンドプレートユニット５（エンドプレート構造）は、ロータ１の軸方向の端面に設けられるエンドプレート６と、エンドプレート６が膨張した際に弾性力によりエンドプレート６をロータ１のシャフト４に固定する固定手段とを備える。これにより、エンドプレート６が遠心力や熱による膨張が発生した場合でもエンドプレート６とシャフト４との固定状態を確実に維持することができる。
（２）エンドプレートユニット５は、エンドプレート６とは異なる材料からなり、ロータ１の軸方向の端面に設けられるリング部材７をさらに備えている。固定手段は、エンドプレート６とリング部材７とを弾性力により固定することにより、エンドプレート６をシャフト４に固定させるので、リング部材７を介してエンドプレート６とシャフト４とを確実に固定することができる。
（３）エンドプレート６は非磁性材料からなる環状の板であり、リング部材７はシャフト４と略同一の熱膨張係数を有する材料からなる環状の板である。これにより、熱膨張が発生した場合でもリング部材７とシャフト４、さらにはエンドプレート６とシャフト４との固定状態を確実に維持することができる。
（４）ロータ１は軸方向に形成された複数の開口と、複数の開口に挿入された複数の磁石３とを備え、エンドプレート６は複数の開口を覆うようにロータ１の外径側に配置され、リング部材７はエンドプレート６に対して内径側に配置されてシャフト４に固定される。これにより、非磁性材料のエンドプレート６によって磁石３を保護しながら、リング部材７とシャフト４、さらにはエンドプレート６とシャフト４とを確実に固定することができる。
（５）エンドプレート６をシャフト４に固定する固定手段として汎用部品であるスプリングピン８を用いるので、小型かつ低コストのエンドプレートユニット５を実現することができる。
（６）エンドプレート６をシャフト４に固定する固定手段、具体的にはスプリングピン８は、エンドプレート６が膨張する前から弾性変形した状態であるので、エンドプレート６が膨張した際にはスプリングピン８の弾性力によりエンドプレート６とシャフト４との固定状態を確実に維持できる。

《第２の実施の形態》
以下に、第２の実施の形態によるモータのエンドプレート構造について図３を用いて説明する。図３は、第２の実施の形態によるロータ２０の横断面図である。第２の実施の形態では、上述したスプリングピン８を用いることなくエンドプレートとリング部材とを相対的に回転しないように固定する。

図３に示すように、エンドプレートユニット１５は、磁石３が埋め込まれた開口を覆うようにコア２の外径側に配置されるエンドプレート１６と、内径側に配置されてシャフト４に固定されるリング部材１７とから構成される。上述した第１の実施の形態と同様に、エンドプレート１６はオーステナイト系ステンレス材等の非磁性材料からなり、リング部材１７は熱膨張係数の小さい材料からなる。リング部材１７の熱膨張係数はシャフト４の熱膨張係数と略等しいことが好ましく、さらに、リング部材１７を例えば鉄等、シャフト４と同じ材料から形成することが望ましい。

エンドプレート１６はシャフト４の中心軸Ｏを中心とした環状部材として形成され、環状の溝部１６ａと溝部１６ａの内径側の突起部１６ｂとを備えている。リング部材１７はシャフト４の中心軸Ｏを中心とした環状部材として形成され、環状の溝部１７ａと溝部１７ａの外径側の突起部１７ｂとを備えている。

エンドプレート１６とリング部材１７は、溝部１６ａと溝部１７ａとが対向するように配置され、突起部１６ｂと突起部１７ｂとを係合してはめ合わせることにより相対回転しないように互いに固定される。すなわち、エンドプレート１６とリング部材１７は、それぞれの部材の弾性変形を利用して互いに固定される。ここで、溝部１６ａ，１７ａおよび突起部１６ｂ，１７ｂは、ロータ２の回転時に非磁性材からなる第１のリング部材１６が熱膨張した場合でも、エンドプレート１６とリング部材１７のはめあいが緩まないような形状に設計される。

エンドプレートユニット１５をコア２に固定する際には、まず、エンドプレート１６の突起部１６ｂとリング部材１７の突起部１７ｂとをはめ合わせてエンドプレートユニット１５を形成する。そして、エンドプレート１６とリング部材１７とから形成したエンドプレートユニット５を、コア２に固定されたシャフト４に圧入する。リング部材１７はその内径の弾性変形によりシャフト４に固定されるので、エンドプレート１６とリング部材１７からなるエンドプレートユニット１５が一体的にシャフト４に固定されることになる。

このように、以上説明した第２の実施の形態によるモータのエンドプレート構造においては、上述した第１の実施の形態による効果に加えて、以下のような作用効果を奏することができる。
（１）エンドプレート１６をシャフト４に固定する固定手段として、エンドプレート１６に同心円状に形成された溝部１６ａと突起ブレーキペダル１６ｂ（係合部）、およびリング部材１７に同心円状に形成された溝部１７ａと突起部１７ｂ(係合部）を用い、これらの係合部をはめ合わせることにより、エンドプレート１６とリング部材１７とを固定する。これにより、エンドプレート１６とリング部材１７以外に追加部品を用いることなく固定できるので、低コストのエンドプレートユニット５を実現することができる。

《第３の実施の形態》
以下に、第３の実施の形態によるモータのエンドプレート構造について図４（ａ）（ｂ）を用いて説明する。図４（ａ）は、第３の実施の形態によるロータ３０の横断面図であり、図４（ｂ）はエンドプレート２５の平面図である。第３の実施の形態では、非磁性材料からなる単一の部材２５のみでエンドプレートユニットを構成する。

エンドプレートを単純なリング形状として形成し、シャフト４にしまりばめで固定する場合を考える。しまりばめの場合、シャフト４の直径はエンドプレートの内径よりも大きく設定される。ただし、シャフト４の直径とエンドプレートの内径の寸法差（以降、圧入代と呼ぶ）を大きくしていくと、エンドプレートをシャフト４に圧入した場合に圧入応力によりエンドプレートの内径が塑性変形してしまう。エンドプレートの内径が塑性変形すると、熱膨張によりエンドプレートが外れやすくなってしまう。

そこで、第３の実施の形態においては、図４（ｂ）に示すようにエンドプレート２５に内周面から延びる複数のスリット２５ａを形成し、圧入応力を分散させて弾性変形に抑えるようにしている。これらのスリット２５ａは、弾性力を効果的に発生させるために、内周面に位置する開口部から円周方向に曲がって、すなわち斜め放射状に延在する。

このようにエンドプレート２５に複数のスリット２５ａを形成し、応力を分散する形状とすることにより、エンドプレート２５に発生する遠心力膨張や熱膨張の膨張量よりも大きな圧入代を設定することができる。これにより、エンドプレート２５が膨張した場合でも空回りすることなく、エンドプレート２５とシャフト４との固定状態を維持することができる。

なお、スリット２５ａの数および曲がり方向は、図４（ｂ）に示した例には限定されず、熱膨張等が発生した場合でもエンドプレート２５がシャフト４に確実に固定されれば、適宜変更可能である。

このように、以上説明した第３の実施の形態によるモータのエンドプレート構造においては、上述した第１の実施の形態による効果に加えて、以下のような作用効果を奏することができる。
（１）エンドプレート２５をシャフト４に固定する固定手段は、エンドプレート２５が膨張する前から弾性変形した状態であるので、エンドプレート６が膨張した際にその弾性力によりエンドプレート２５とシャフト４との固定状態を確実に維持できる。
（２）エンドプレート２５はその内周面から斜め放射状に延在する複数のスリット２５ａが形成された非磁性材料からなる環状の板であり、複数のスリット２５ａを弾性変形させてシャフト４に組みつけられる。固定手段はエンドプレート２５が膨張した際に、複数のスリット２５ａの弾性力によりエンドプレート２５をシャフト４に固定する。ここでは、複数のスリット２５ａおよびその弾性力が固定手段に相当する。これにより、エンドプレート２５が膨張した場合でも空回りすることなく、エンドプレート２５とシャフト４との固定状態を維持することができる。また、エンドプレート２５を非磁性材料のみからなる単一の部材として構成するので、上述した第１及び第２の実施の形態によるエンドプレート５，１５に比べて小型かつ低コストとすることができる。

以上説明した第１から第３の実施の形態において、スプリングピン８、溝部１６ａ，１７ａと突起部１６ｂ，１７ｂ、またはスリット２５ａは固定手段として機能することができる。なお、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する際、上記の実施形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係になんら限定も拘束もされない。

（ａ）（ｂ）第１の実施の形態におけるロータの横断面図、およびエンドプレートユニットの断面図。 図１（ａ）（ｂ）に示すエンドプレートユニットの斜視図。 第２の実施の形態におけるロータの横断面図。 （ａ）（ｂ）第３の実施の形態におけるロータの横断面図、およびエンドプレートの平面図。

符号の説明

１，２０，３０：ロータ、２：コア、３：磁石、４：シャフト、５，１５，２５：エンドプレートユニット、６，１６：エンドプレート、７，１７：リング部材、６ａ，７ａ：溝、８：スプリングピン、１６ａ，１７ａ：溝部、１６ｂ、１７ｂ：突起部

Claims (4)

1. ロータの軸方向に形成された複数の開口と、
   前記複数の開口に挿入された複数の磁石と、
   前記ロータの軸方向の端面において、前記複数の開口を覆うように前記ロータの外径側に設けられる、非磁性材料からなる環状の板であるエンドプレートと、
   前記ロータの軸方向の前記端面において、前記エンドプレートに対して内径側に設けられ、前記シャフトに固定される環状の板であるリング部材と、
   前記エンドプレートと前記リング部材との間に介装され、前記エンドプレートと前記リング部材とを弾性力により固定することによって、前記エンドプレートと前記シャフトとを弾性力により固定する弾性部材と、を備え、
   前記リング部材は、その熱膨張係数が、エンドプレートの熱膨張係数よりも小さく、かつ、前記ロータのシャフトの熱膨張係数とは略同一であることを特徴とするモータのエンドプレート構造。
2. 請求項１に記載のモータのエンドプレート構造において、
   前記弾性部材は、前記エンドプレートが膨張した際に、前記エンドプレートと前記ロータのシャフトとを弾性力により固定することを特徴とするモータのエンドプレート構造。
3. 請求項１に記載のモータのエンドプレート構造において、
   前記弾性部材は、前記エンドプレートの内径側で、前記リング部材との間に介装されることを特徴とするモータのエンドプレート構造。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のモータのエンドプレート構造において、
   前記弾性部材は、スプリングピンであることを特徴とするモータのエンドプレート構造。

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