JP5631297B2 - Shrink fit fixing structure - Google Patents
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本発明は、磁路を構成する積層鋼板を他部材に焼嵌めにより固定する焼嵌め固定構造に関する。 The present invention relates to a shrink-fit fixing structure for fixing a laminated steel plate constituting a magnetic path to another member by shrink-fit.
電動モータの積層鋼板よりなるステータの外周面を金属環よりなるステータハウジングの内周面を焼嵌めにより結合するために、加熱して熱膨張させたステータハウジングの内部にステータを嵌合し、ステータハウジングを常温に冷却して熱収縮させるものが、下記特許文献1により公知である。 In order to join the outer peripheral surface of the stator made of laminated steel plates of the electric motor to the inner peripheral surface of the stator housing made of a metal ring by shrink fitting, the stator is fitted inside the stator housing that has been heated and thermally expanded, and the stator A device that cools the housing to room temperature and causes heat shrinkage is known from Patent Document 1 below.
ところで、上記特許文献1に記載されたものは、焼嵌めにより結合されるステータの外周面およびステータハウジングの内周面が滑らかな面で構成されているため、ステータおよびステータハウジング間にトルクが作用すると両者がスリップして相対回転する可能性がある。これを回避するために、焼嵌めの締め代を大きく設定すると、ステータハウジングによって締め付けられたステータに強い圧縮応力が残留することで、その磁気特性が低下する問題が発生する可能性がある。 By the way, since what was described in the said patent document 1 is comprised by the smooth outer surface of the stator and the inner peripheral surface of a stator housing which are couple | bonded by shrink fitting, a torque acts between a stator and a stator housing. Then, both may slip and rotate relative to each other. In order to avoid this, if the tightening allowance for shrink fitting is set to be large, a strong compressive stress remains in the stator tightened by the stator housing, which may cause a problem that its magnetic characteristics are deteriorated.
そこで本出願人は、特願2011−111788号により、積層鋼板よりなるロータの内周面に軸線方向に延びるスプライン状の凸部および凹部を交互に形成するとともに、ロータシャフトの外周面に円周方向に延びるローレット状の凸部および凹部を交互に形成し、ロータの内周面にロータシャフトの外周面を圧入することで、ロータシャフト側の凸部を薙ぎ倒すように塑性変形させ、ロータの残留応力を最小限に抑えながら両者を強固に結合する圧入固定構造を提案した。 Therefore, according to Japanese Patent Application No. 2011-111788, the present applicant alternately forms spline-like convex portions and concave portions extending in the axial direction on the inner peripheral surface of the rotor made of laminated steel plates, and the outer periphery of the rotor shaft has a circumference. By alternately forming knurl-like convex portions and concave portions extending in the direction, and press-fitting the outer peripheral surface of the rotor shaft into the inner peripheral surface of the rotor, plastic deformation is performed so that the convex portion on the rotor shaft side is pushed down, A press-fit fixing structure was proposed to firmly bond the two while minimizing the residual stress.
しかしながら、上記圧入固定構造は、積層鋼板ではない側の部材が例えばアルミニウム製であると、その凸部が薙ぎ倒される際に剪断によって破断してしまい、両者の結合力が弱まってしまう可能性があった。 However, in the press-fitting and fixing structure, if the member that is not a laminated steel plate is made of, for example, aluminum, the convex portion may be broken by shearing when the convex portion is rolled down, and the bonding force between the two may be weakened. there were.
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、積層鋼板を他部材に焼嵌めにより結合する際に、積層鋼板に加わる応力を最小限に抑えて磁気特性の低下を防止しながら確実に結合することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and when joining laminated steel sheets to other members by shrink fitting, it is possible to reliably join while preventing the deterioration of magnetic properties by minimizing the stress applied to the laminated steel sheets. The purpose is to do.
上記目的を達成するために、請求項1に記載された発明によれば、磁路を構成する積層鋼板を他部材に焼嵌めにより固定する焼嵌め固定構造であって、前記積層鋼板の外周面に略積層方向に延びる第1凸部および第1凹部を交互に形成するとともに、前記他部材の内周面に前記積層方向と交差する方向に延びる第2凸部および第2凹部を交互に形成し、前記他部材を加熱して前記積層鋼板の外周に焼嵌めした状態で、前記第1凸部および前記第2凸部は塑性変形を伴って相互に噛み合っており、前記第2凸部の塑性変形量は前記第1凸部の塑性変形量よりも大きいことを特徴とする焼嵌め固定構造が提案される。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided a shrink-fit fixing structure for fixing a laminated steel sheet constituting a magnetic path to another member by shrink fitting, and the outer peripheral surface of the laminated steel sheet. The first convex portion and the first concave portion extending in the substantially laminating direction are alternately formed, and the second convex portion and the second concave portion extending in the direction intersecting the laminating direction are alternately formed on the inner peripheral surface of the other member. Then, in a state where the other member is heated and shrink-fitted to the outer periphery of the laminated steel sheet, the first convex portion and the second convex portion are engaged with each other with plastic deformation, and the second convex portion A shrink-fit fixing structure is proposed in which the amount of plastic deformation is larger than the amount of plastic deformation of the first convex portion.
また請求項2に記載された発明によれば、請求項1の構成に加えて、前記第2凸部のピッチは前記積層鋼板の単板の板厚よりも大きいことを特徴とする焼嵌め固定構造が提案される。
According to the invention described in
また請求項3に記載された発明によれば、請求項1または請求項2の構成に加えて、前記第1凸部は鋸歯形状であることを特徴とする焼嵌め固定構造が提案される。
According to the invention described in
尚、実施の形態のステータ11は本発明の積層鋼板に対応し、実施の形態のステータハウジング12は本発明の他部材に対応する。
The
請求項1の構成によれば、積層鋼板の外周面を他部材の内周入に焼嵌めにより固定するとき、外周面に略積層入方向に延びる第1凸部および第1凹部を交互に形成した積層鋼板の前記第1凸部と、内周面に積層方向と交差する方向に延びる第2凸部および第2凹部を交互に形成した他部材の前記第2凸部とが塑性変形を伴って相互に噛み合う。他部材を加熱して積層鋼板の外周に焼嵌めした状態で、他部材の第2凸部の塑性変形量は積層鋼板の第1凸部の塑性変形量よりも大きいので、積層鋼板の残留応力を減少させて磁気特性の低下を最小限に抑えながら、相互に噛み合った第1凸部および第2凸部間に摩擦力に加えて塑性噛み合いによる剪断力が付与されることで、積層鋼板および他部材間のスリップトルクを増加させて両者を相対移動不能に強固に固定することができる。しかも焼嵌め時に積層鋼板および他部材が第1、第2凸部の先端の小さい面積で接触するので、他部材の熱による積層鋼板のダメージを最小限に抑えることができる。 According to the configuration of the first aspect, when the outer peripheral surface of the laminated steel sheet is fixed to the inner periphery of another member by shrink fitting, the first convex portion and the first concave portion extending in the substantially stacking direction are alternately formed on the outer peripheral surface. The first convex portion of the laminated steel sheet and the second convex portion of the other member in which the second convex portion and the second concave portion that extend in the direction intersecting the lamination direction are alternately formed on the inner peripheral surface are accompanied by plastic deformation. Mesh with each other. Since the amount of plastic deformation of the second convex portion of the other member is larger than the amount of plastic deformation of the first convex portion of the laminated steel plate with the other member heated and shrink-fitted to the outer periphery of the laminated steel plate, the residual stress of the laminated steel plate In addition to the frictional force between the first convex part and the second convex part engaged with each other, the shearing force due to plastic engagement is applied between the first convex part and the second convex part, and the laminated steel sheet and By increasing the slip torque between the other members, both can be firmly fixed so that they cannot be moved relative to each other. And since a laminated steel plate and another member contact in the small area of the front-end | tip of a 1st, 2nd convex part at the time of shrink fitting, the damage of the laminated steel plate by the heat | fever of another member can be suppressed to the minimum.
また請求項2の構成によれば、第2凸部のピッチは積層鋼板の単板の板厚よりも大きいので、積層鋼板の単板のうち、第2凸部の先端と接触する単板と接触しない単板とが発生するが、第2凸部の先端と接触しない単板は他部材からの荷重を直接受けないため、単板の磁気特性の低下を最小限に抑えることができる。
Moreover, according to the structure of
また請求項3の構成によれば、積層鋼板の第1凸部は鋸歯形状であるので、その第1凸部が他部材の第2凸部に確実に食い込むことで、積層鋼板の応力を低く抑えながらスリップトルクを増加させることができる。
According to the configuration of
以下、図1〜図7に基づいて本発明の実施の形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1に示すように、インナーロータ型の電動モータのステータ11は、多数枚の同一形状の電磁鋼板よりなる単板を積層した積層鋼板で構成される。ステータ11の外周面11aは円筒面で構成され、その内周にはコイルを巻回するための複数のティース11b…が径方向内向きに突設される。ステータハウジング12は、ステータ11の積層鋼板よりも硬度が低い金属材料(例えば、アルミニウム)で環状に形成された部材であって、その内周面12aは円筒面で構成される。
As shown in FIG. 1, the
図2に拡大して示すように、ステータ11の外周面11aには、ステータ11の軸線方向、即ち積層鋼板の積層方向に延びる多数の第1凸部13…および多数の第1凹部14…が円周方向に交互に形成される。第1凸部13…および第1凹部14…は鋸歯状に形成されており、その高さは0.32mmであり、頂角および底角は60°であって頂点は三角形に尖っており、底部の半径は0.15mmである。かかる第1凸部13…および第1凹部14…は、例えばプレス打ち抜き加工により形成することができる。第1凸部13…の頂部はできるだけ鋭く尖っていることが望ましい。
2, the outer
図3に拡大して示すように、ステータハウジング12の内周面12aには、円周方向に延びる多数の第2凸部15…および多数の第2凹部16…が積層方向に交互に形成される。第2凸部15…および第2凹部16…は正弦波状に形成されており、そのピッチは1.50mmであり、頂角および底角は60°であり、頂部および底部の半径は0.10mmであり、頂部および底部間の距離は1.19mmである。かかる第2凸部15…および第2凹部16…は、例えば転造加工により形成することができる。
3, the inner
ステータ11の外周面11aとステータハウジング12の内周面12aとは、焼嵌めにより結合される。即ち、ステータハウジング12を例えば300°Cに加熱して熱膨張させた状態で、ステータハウジング12の内周面12aに常温のステータ11の外周面11aを嵌合させ、その状態でステータハウジング12を常温まで冷却すると、ステータハウジング12が熱収縮してステータ11に結合される。このときの締め代は、例えば100μmに設定される。
The outer
図4は、焼嵌めにより結合されたステータ11およびステータハウジング12を示すもので、積層鋼板よりなるステータ11はアルミニウム製のステータハウジング12よりも硬度が高いため、焼嵌めによって相互に噛み合うステータ11の第1凸部13…およびステータハウジング12の第2凸部15…のうち、ステータハウジング12の第2凸部15…が大きく塑性変形し、ステータ11の第1凸部13…の塑性変形量は小さくなる。つまり、ステータ11の第1凸部13…が、ステータハウジング12の第2凸部15…に食い込むようにしてステータ11およびステータハウジング12が結合される。
FIG. 4 shows the
図5は、本出願人が特願2011−111788号で提案した圧入固定構造を、積層鋼板よりなるステータ11およびアルミニウム製のステータハウジング12の結合に適用した場合を示している。ステータハウジング12がアルミニウム製である場合、圧入時の荷重によってステータハウジング12の第2凸部15…の先端部が、ステータ11の第1凸部13…の先端によって剪断されて破断してしまい、ステータ11およびステータハウジング12の結合力が低下する可能性がある。
FIG. 5 shows a case where the press-fit fixing structure proposed by the present applicant in Japanese Patent Application No. 2011-111788 is applied to the coupling of the
一方、図4で説明した本実施の形態によれば、ステータ11およびステータハウジング12を圧入ではなく焼嵌めにより結合するので、仮にステータハウジング12がアルミニウム製であっても、ステータハウジング12の第2凸部15…は破断することがなく、第1凸部13…が第2凸部15…に食い込むことでステータ11およびステータハウジング12を強固に結合することができ、ステータ11およびステータハウジング12間のスリップトルクが増加する。
On the other hand, according to the present embodiment described with reference to FIG. 4, the
このとき、ステータ11の第1凸部13…の塑性変形量はステータハウジング12の第2凸部15…の塑性変形量よりも小さいため、焼嵌め後のステータ11の残留応力を小さく抑え、ステータ11の鉄損を減少させて磁気特性を改善することができる。
At this time, since the amount of plastic deformation of the
また図6(A)に示すように、第2凸部15…のピッチP(1.5mm)はステータ11の単板の板厚T(0.3mm)よりも大きいため、焼嵌めされたステータ11の単板のうち、第2凸部15…の先端と接触する単板と接触しない単板とが発生する。第2凸部15…の先端と接触しない単板は、ステータハウジング12からの荷重を直接受けないため、ステータ11の磁気特性の低下を最小限に抑えることができる。図6(B)に示すように、仮に第2凸部15…のピッチPがステータ11の単板の板厚T以下であると、ステータ11の単板の全てが第2凸部15…の先端と接触して荷重を直接受けるため、ステータ11の磁気特性が大きく低下することになる。
As shown in FIG. 6A, the pitch P (1.5 mm) of the
図7は本実施の形態の効果および比較例の効果を比較して示すものである。図7(A)は比較例を示すもので、凹凸のないステータ11の外周面11aおよび凹凸のないステータハウジング12の内周面12aを、ステータハウジング12を300°Cに加熱して300μmの締め代で焼嵌めしたときの、ステータ11の外周面11aの近傍の円周方向の残留応力(実線参照)と、径方向の残留応力(破線参照)と、径方向に対して45°傾斜した方向の残留応力(一点鎖線参照)と、ステータ11の温度(二点鎖線参照)とを示している。
FIG. 7 shows a comparison between the effects of the present embodiment and the effects of the comparative example. FIG. 7A shows a comparative example, in which the outer
一方、図7(B)は実施の形態を示すもので、比較例と同じ条件で測定した、ステータ11の外周面11aの近傍の円周方向の残留応力(実線参照)と、径方向の残留応力(破線参照)と、径方向に対して45°傾斜した方向の残留応力(一点鎖線参照)と、ステータ11の温度(二点鎖線参照)とを示している。尚、マイナスの応力は圧縮応力に対応し、プラスの応力は引張応力に対応する。
On the other hand, FIG. 7B shows an embodiment, and the residual stress in the circumferential direction (see the solid line) near the outer
図7から明らかなように、本実施の形態の円周方向の圧縮残留応力(実線参照)と、径方向に対して45°傾斜した方向の圧縮残留応力(一点鎖線参照)とは、比較例のそれに対して大幅に減少しており、本実施の形態によってステータ11の磁気特性が改善されることが分かる。それに対し、本実施の形態の径方向の引張残留応力(破線参照)は、比較例のそれに対して若干に増加しているが、ステータ11の磁気特性に影響を及ぼす残留応力は主として圧縮残留応力であり、引張残留応力はステータ11の磁気特性に殆ど影響を及ぼさないことから、本実施の形態の径方向の引張残留応力(破線参照)の増加は問題にはならない。
As is apparent from FIG. 7, the circumferential compressive residual stress (see solid line) and the compressive residual stress in the direction inclined by 45 ° with respect to the radial direction (see the alternate long and short dash line) in this embodiment are comparative examples. It can be seen that the magnetic characteristics of the
また焼嵌め時に300°Cに加熱されたステータハウジング12の熱がステータ11に伝達されると、ステータ11の温度が一時的に上昇して磁気特性にダメージを与える可能性がある。しかしながら本実施の形態によれば、ステータ11およびステータハウジング12は第1凸部13…および第2凸部15…の先端の狭い面積でしか接触しないため、ステータハウジング12からステータ11に伝達される熱量が減少することで、ステータ11の熱的なダメージを軽減することができる。
Further, if the heat of the
即ち、図7から明らかなように、比較例では焼嵌め直後にステータ11の温度が約135°Cまで上昇しているが、本実施の形態ではその温度が約110°Cに抑えられていることが分かる。
That is, as apparent from FIG. 7, in the comparative example, the temperature of the
また図7の実施の形態および比較例の焼嵌めの締め代を共に200μmとした場合、比較例のスリップトルクが780N・mであるのに対し、実施の形態のスリップトルクは1040N・mになり、実施の形態によりステータ11およびステータハウジング12をより強固に結合できることが分かる。本実施の形態は、ステータハウジング12の第2凸部15…の塑性変形を伴う噛み合い結合であるため、焼嵌めの締め代を小さく設定しても充分なスリップトルクを得ることができ、これにより焼嵌め時の加熱温度を低く設定することができる。
In addition, when the tightening allowance for shrink fitting in the embodiment of FIG. 7 and the comparative example is 200 μm, the slip torque of the comparative example is 780 N · m, whereas the slip torque of the embodiment is 1040 N · m. It can be seen that the
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。 The embodiments of the present invention have been described above, but various design changes can be made without departing from the scope of the present invention.
例えば、本発明は電動モータのステータ11およびステータハウジング12を焼嵌めにより結合する場合に限定されず、任意の積層鋼板を任意の他部材に焼嵌めする場合に適用することができる。このとき他部材の材質はアルミニウムに限定されるものではない。
For example, the present invention is not limited to the case where the
またステータ11の第1凸部13…および第1凹部14…の方向は、積層鋼板の積層方向に厳密に一致している必要はなく、略一致していれば良い。
Moreover, the direction of the 1st
またステータハウジング12の第2凸部15…および第2凹部16…の方向は、ステータ11の第1凸部13…および第1凹部14…の方向に対して必ずも直交している必要はなく、交差していれば良い。
The directions of the second
11 ステータ(積層鋼板)
11a ステータ(積層鋼板)の外周面
12 ステータハウジング(他部材)
12a ステータハウジング(他部材)の内周面
13 第1凸部
14 第1凹部
15 第2凸部
16 第2凹部
P 第2凸部のピッチ
T 積層鋼板の単板の板厚
11 Stator (Laminated steel sheet)
11a Peripheral surface of stator (laminated steel plate) 12 Stator housing (other member)
12a Inner
Claims (3)
前記積層鋼板(11)の外周面(11a)に略積層方向に延びる第1凸部(13)および第1凹部(14)を交互に形成するとともに、前記他部材(12)の内周面(12a)に前記積層方向と交差する方向に延びる第2凸部(15)および第2凹部(16)を交互に形成し、前記他部材(12)を加熱して前記積層鋼板(11)の外周に焼嵌めした状態で、前記第1凸部(13)および前記第2凸部(15)は塑性変形を伴って相互に噛み合っており、前記第2凸部(15)の塑性変形量は前記第1凸部(13)の塑性変形量よりも大きいことを特徴とする焼嵌め固定構造。 A shrink-fit fixing structure for fixing the laminated steel plate (11) constituting the magnetic path to the other member (12) by shrink-fit,
While forming the 1st convex part (13) and 1st recessed part (14) which extend in a substantially lamination direction on the outer peripheral surface (11a) of the said laminated steel plate (11) alternately, the inner peripheral surface of the said other member (12) ( 12a) are alternately formed with second convex portions (15) and second concave portions (16) extending in a direction intersecting with the laminating direction, and the other member (12) is heated to obtain an outer periphery of the laminated steel plate (11). The first convex portion (13) and the second convex portion (15) mesh with each other with plastic deformation, and the amount of plastic deformation of the second convex portion (15) is A shrink-fit fixing structure characterized by being larger than the amount of plastic deformation of the first convex portion (13).
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