JP5681154B2 - モータの積層ロータコア - Google Patents

Description

本発明は、ブラシレスモータのロータコアに関するものである。

一般に、ブラシレス（ＢＬＤＣ：Brushless direct current)モータのロータは、薄板状のロータコア部材を積層して形成した積層ロータコアに、シャフトを圧入して構成する。このとき、積層ロータコアとシャフトが互いに空転しないように、シャフトの表面には、ナーリングや、スカイビングのような表面処理を行う。このようにシャフトの表面にナーリングやスカイビングのような表面処理を行うと、表面処理部とロータコアのシャフトホールとの干渉量によってシャフトの圧入力と離脱力、耐回転力が決定される。

ところが、複数枚のディスク状のロータコア部材を積層して形成する積層ロータコアの場合、一定の高さの単一のロータコアを形成して、スカイビング加工されたシャフトに圧入することもできるが、一定の長さ以上のロータコアを用いる場合、圧入工程をより容易に行うことができるように、一定の高さ単位でロータコアをモジュール化して、順次に圧入して組み立てる。

しかし、このように順次にロータコアを圧入すると、シャフトの表面に形成されたスカイブが一番目のロータコアモジュールを圧入する工程中に損傷し、二番目及び三番目に圧入されるロータコアモジュールとは設計時に計算された十分な量の干渉量を作用させることができず、ロータコアとシャフトとの間の結合力が十分に得られないことがある。このように、ロータコアとシャフトとの間の結合力が十分でなければ、ロータの回転中に、シャフトとロータが互いに空転し、精密な動力伝達及び制御を行うことができないという問題点がある。

また、シャフトとロータコアモジュールが空転することを防止するために、これらの間の公差を非常に小さく形成すると、ロータコアモジュールをシャフトに圧入する工程中に、シャフトとロータコアモジュールに過度な応力が発生し、シャフトが折れたり撓むような変形が生じる不具合が発生したり、ロータコアモジュールがねじれることもあり、ロータコアモジュールの内側にマグネットが設けられる場合、マグネットの挿入のためのマグネット挿入ホールの形状が変形し、組み立てにくくなるという不具合が発生することもある。

また、一般の圧入工程時に多く用いられるスカイビング表面処理の場合、熱による収縮膨脹による組立性能を一定に維持しにくく、複数個のロータコア部材を一定の角度でねじれるように配置するスキュータイプの圧入工法を進めるためには、組立用冶具を用いて組立角度を調節しなければならないという煩わしさもある。

本発明は、圧入工程中に、シャフトとロータコアが一定の大きさの結合力を維持できるように、シャフトの表面及びロータコアの内径形状を改善したモータのロータコアを提供することを目的とする。

本発明による、モータの積層ロータコアは、回転軸方向に延びるシャフトホールと、シャフトホールと連通されるキー溝が、それぞれ形成され、マグネットが備えられるロータコア部材、シャフトホールに圧入結合され、外周面にはキー溝と対応する位置にキー安着溝が陥没形成されるシャフト、及び、キー溝及びキー安着溝に設けられ、ロータコア部材とシャフトを拘束する少なくとも一つ以上のキーを含むことを特徴とする。

ロータコア部材は、一定の個数のロータコア部材が回転軸方向に積層形成され、第１位置にキー溝が形成される第１ロータコア、第１ロータコアと同一の個数のロータコア部材が回転軸方向に積層形成され、第１位置と所定の角度差を有する第２位置にキー溝が形成される第２ロータコア、及び、第１ロータコアと同一の個数のロータコア部材が回転軸方向に積層形成され、第２位置と所定の角度差を有する第３位置にキー溝が形成される第３ロータコア、を含み、第１ないし第３ロータコアに形成されたキー溝は、それぞれ、１２０度の角度を有するように配置されることが好ましい。

キーは、シャフトに設けられたキー挿入溝に圧入結合され、キー溝は、キーの幅と対応する形状とすることが好ましい。

一方、第１ないし第３ロータコアは、それぞれ一つのキー溝を備え、シャフトには、第１ないし第３コアに設けられたキー溝と対応する位置にそれぞれキー安着溝が構成され、第１ないし第３ロータコアは、それぞれ、一つのキーによってシャフトとロータコアとの間の相対的回転が抑制されることが好ましい。

また、キーは、回転軸の軸方向と直交する方向に安着溝に圧入結合され、回転軸の軸方向と平行な方向にキー溝に圧入結合されることが好ましい。

また、キーは、ロータコア部材の挿入及び離脱方向に対してラウンド部を有することが好ましい。

ロータコア部材は、両端の断面に、それぞれ、第１及び第２マグネット離脱防止部材が結合されることが好ましい。

第１マグネット離脱防止部材は、ディスク状の部材であって、シャフトの径と対応する通孔、及び、通孔の内側に少なくとも一つ以上突出形成され、シャフトの対応する位置に形成された収容溝部に係止される係止突起を含み、係止突起は、収容溝部にシャフトの軸方向に挿入された後、軸方向と直交する方向に回転されて係止されることが好ましい。

第２マグネット離脱防止部材は、ディスク状の部材であって、シャフトの径と対応し、少なくとも一箇所にＤカット部を有する軸孔を有することが好ましい。

シャフトは、第２マグネット離脱防止部材及びロータコア部材を支持するフランジ部をさらに含むことが好ましい。

このとき、フランジ部と第２マグネット離脱防止部材との間に介在されるリング状の弾性部材をさらに含むことが好ましい。

以上のように本発明によれば、キーとキー溝間の結合によってシャフトとロータコア部材が空転することを防止できるため、シャフトとロータコア部材のシャフトホールの公差を余裕を持って形成し、シャフトの圧入工程をより容易に行うことができる。

また、キーによる組み立てを用いるため、熱による収縮及び膨脹に対する信頼性を維持することができる。

さらに、第１及び第２マグネット離脱防止部材でマグネットがシャフトの軸方向に離脱することを防止できる。

さらにまた、シャフトと一体に形成されたフランジ部と第２マグネット離脱防止部材との間に弾性部材を介在させて、ロータコア部材の回転時に発生する騷音及び振動を最小化することが可能であり、弾性部材の加圧力を用いて、ロータコア部材の累積公差を減らすことができる。

本発明の好ましい一実施例によるロータコアの組立状態を示す斜視図である。 図１の分解斜視図である。 図１のロータコアの分解斜視図である。 図１のシャフトにキーが結合された状態を示す側面図である。 図４にロータコア部材を結合した状態を示す側面図である。 本発明の好ましい一実施例によるロータコアにおいて、第１マグネット離脱防止部材を脱着した状態を示す分解斜視図である。

以下に、本発明の好ましい実施例によるモータの積層ロータコアについて、図面を参照にしながら説明する。以下では、モータのうちＢＬＤＣモータを一例として本発明を説明するが、一般的なＢＬＤＣモータの構成は本発明の要旨とは関連がないため、具体的な説明は省略し、本発明の特徴的な構成であるモータの積層ロータコアを中心に説明する。

図１は、本発明の好ましい一実施例によるロータコアの組立状態を示す斜視図、図２は、図１の分解斜視図、図３は、図１のロータコアの分解斜視図、図４は、図１のシャフトにキーが結合された状態を示す側面図、図５は、図４にロータコア部材を結合した状態を示す側面図、及び、図６は、本発明の好ましい一実施例によるロータコアにおいて、第１マグネット離脱防止部材を脱着した状態を示す分解斜視図である。

本発明によるモータの積層ロータコアは、図１ないし図３に示したように、複数個のロータコアプレートで設けられたロータコア部材１０と、シャフト２０とを含む。

ロータコア部材１０は、薄板状のディスク状のロータコアプレートが積層されたものであって、ロータコアプレートは、略０．５ｍｍ内外の厚さを有する鋼板で形成される。ロータコアプレートは薄い鋼板をパンチング工程を行って形成し、複数個が積層形成されてロータコア部材１０を形成する。

ロータコア部材１０は、図１ないし図３に示したように、同一の高さでロータコアプレートが積層された第１ないし第３ロータコア１０ａ，１０ｂ，１０ｃが所定角度の偏差を有するように配置され、その中央にシャフト２０が圧入結合される。このとき、角度は１２０度になるのが好ましい。

シャフトホール１１は、ロータコア部材の中心に、シャフト２０が圧入結合されるように貫通形成される。シャフトホール１１は、略円形に形成されることが好ましい。

マグネット挿入ホール１２は、ロータコア部材の外周面に近接する位置に貫通形成される。マグネット挿入ホール１２には、シャフトホール１１の中心軸と平行な方向に挿入結合されるマグネット１２ａが挿入／結合される。マグネット挿入ホール１２は、一定の間隔で複数個が貫通形成されることが好ましいが、本発明の好ましい実施例によれば、マグネット挿入ホール１２は、ロータコア部材の外周面に沿って６個が正六角形を形成するように配置されることが好ましい。一方、マグネット挿入ホール１２の個数は、上記した８個以外にも、ロータコアの大きさなどの変化に応じて増減され、正五角形（５個）、正六角形（６個）で構成されてもよく、８個以上とすることも可能である。

キー溝１３は、シャフトホール１１の内周面に一定の深さを有するように形成されるが、好ましくは、図３に示したように、第１ないし第３ロータコア部材１０ａ，１０ｂ，１０ｃ毎に、１個のキー溝１３が形成されることが好ましい。キー溝１３の深さは、後述するキー２１の突出高さに対応するように構成されることが好ましい。このような構成によると、シャフト２０に圧入されたキー２１の１個が、それぞれ、第１ないし第３ロータコア部材１０ａ，１０ｂ，１０ｃと結合して、第１ないし第３ロータコア部材１０ａ，１０ｂ，１０ｃとシャフト２０が滑ることなく、共に回転可能にすることができる。

一方、ロータコア部材１０の上側段及び下側段には、マグネット１２ａの軸方向離脱を防止するためのリング状の第１及び第２マグネット離脱防止部材１５，１７が設けられる。

第１マグネット離脱防止部材１５は、リング状の中央にシャフト２０の径と対応する通孔が設けられ、通孔の内周面には少なくとも一つ以上の係止突起１６を含むことが好ましい。係止突起１６は、図示したように、少なくとも３個が１２０度の間隔を有するように形成できるが、この係止突起１６によって、第１マグネット離脱防止部材１５の軸方向の離脱を防止することができる。つまり、係止突起１６は、シャフト２０の対応する位置に形成された収容溝部２３に係止されるが、係止突起１６は、収容溝部２３にシャフト２０の軸方向に挿入された後、軸方向と直交する方向に回転されて係止できる。

また、第２マグネット離脱防止部材１７は、ディスク状の部材であって、シャフト２０の径と対応し、少なくとも一箇所にＤカット部を有する軸孔を有することが好ましい。

シャフト２０はロータコアの回転軸であって、図２に示したように、外周面にキー２１が挿入できる一定の深さのキー安着溝２２が凹に形成され、上側には、収容溝部２３が図４及び図６に示したように、方向転換される溝状に設けられる。本発明の好ましい実施例によれば、キー安着溝２２は、係止突起１６の挿入方向に１次溝が形成された後、この１次溝の形成方向と略直交する方向に延びる２次溝が設けられ、上記したように、係止突起１６が収容溝部２３に挿入された後、挿入方向と直交する方向に一定の角度回転して、軸方向にロックできるようにする。

一方、キー２１は、図２に示したように、シャフト２０の軸方向と直交する方向にキー安着溝２２に圧入結合されるが、好ましくは、キー２１の深さはキー溝１２の深さと対応するように構成することが好ましい。万一、キー安着溝２２が浅すぎる場合、キー２１がシャフト２０とロータコア部材１０の回転中にキー安着溝２２から離脱できるからである。

また、キー２１は、挿入及び離脱方向が丸くなるように形成され、ロータコア部材１０の圧入時、キー２１との干渉を最小化することができ、作業工程中に作業者が鋭い角で傷つくことを防止できる。

シャフト２０の第２マグネット離脱防止部材１７に対応する位置には、フランジ部２５が一体に形成されることが好ましい。フランジ部２５は、ロータコア部材１０と第２マグネット離脱防止部材１７を支持することができる。

一方、図５に示したように、フランジ部２５と第２マグネット離脱防止部材１７との間には弾性部材３０が介在する。弾性部材３０は、スプリングワッシャーのようなディスク状の部材とすることができるが、弾性部材３０によって、ロータコア部材１０の回転動作中に発生する振動及び騷音を吸収することができ、弾性復元力をシャフト２０の軸方向に加え、それぞれのロータコア部材１０が第１及び第２マグネット離脱防止部材１５，１７の間で密着できる。

以上のように本発明によると、シャフト２０とロータコア部材１０の組立時における、キー２１とキー溝１３の嵌合結合により、シャフト２０の回転時において、ロータコア部材１０が空転することを防止できるため、スカイビングのような別途の後加工工程でシャフト２０を加工する必要がなく、ロータコア部材１０の圧入工程をより容易に進めることができる。特に、ロータコア部材１０とシャフト２０の公差を小さく形成することができるため、過度な圧力でロータコア部材１０を圧入する場合に発生するシャフト２０の変形などの恐れを減らすことができる。

また、弾性部材３０を介在させることによって、ロータコア部材１０の回転中に発生する振動及び騷音を減らすことができ、熱による収縮膨脹に対するロータコア部材１０の影響を最小化することができ、複数個のロータコア部材１０の組立時に発生する累積組み立て公差を補償して、それぞれのロータコア部材１０の間の隙間を最小化することができる。

以上、ブラシレスモータを例にとって説明したが、これには限定されず、ロータが用いられる他の形態のモータにも本発明は適用可能である。

本発明は、以上より、好ましい実施例を挙げながら図示し説明したが、上記した実施例には限定されず、本発明の精神を逸脱しない範囲内で発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって多様な変更及び修正が可能である。

１０ ロータコア部材
１１ シャフトホール
１２ マグネット挿入ホール
１３ キー溝
１５ 第１マグネット離脱防止部材
１６ 係止突起
１７ 第２マグネット離脱防止部材
２０ シャフト
２１ キー
２２ キー安着溝
２３ 収容溝部
２５ フランジ部
３０ 弾性部材

Claims (10)

1. 回転軸方向に延びるシャフトホールと、前記シャフトホールと連通するキー溝が、それぞれ形成され、マグネットが備えられるロータコア部材と、
   前記シャフトホールに圧入結合され、外周面には、前記キー溝と対応する位置にキー安着溝が陥没形成されるシャフトと、
   前記キー溝及び前記キー安着溝に設けられ、前記ロータコア部材と前記シャフトとを拘束する少なくとも一つ以上のキーと、
   を含み、
   前記ロータコア部材は、
   両端の断面にそれぞれ第１及び第２マグネット離脱防止部材が結合され、
   前記第１マグネット離脱防止部材は、
   ディスク状の部材であって、前記シャフトの径と対応する通孔と、
   前記通孔の内側に少なくとも一つ以上突出形成されて前記シャフトの対応する位置に形成された収容溝部に係止される係止突起と、を含み、
   前記係止突起は、前記収容溝部に前記シャフトの軸方向に挿入された後、前記軸方向と直交する方向に回転して係止されることを含み、
   前記収容溝部は、
   前記係止突起の挿入方向に形成された１次溝と、
   前記１次溝の形成方向と略直交する方向に延びる２次溝、を含むことを特徴とするモータの積層ロータコア。
2. 前記ロータコア部材は、
   一定の個数のロータコア部材が回転軸方向に積層形成され、第１位置にキー溝が形成される第１ロータコアと、
   前記第１ロータコアと同一の個数のロータコア部材が回転軸方向に積層形成され、前記第１位置と１２０度の角度差を有する第２位置にキー溝が形成される第２ロータコアと、
   前記第１ロータコアと同一の個数のロータコア部材が回転軸方向に積層形成され、前記第２位置と１２０度の角度差を有する第３位置にキー溝が形成される第３ロータコアと、を含む、
   請求項１に記載のモータの積層ロータコア。
3. 前記キーは、前記シャフトに設けられたキー挿入溝に圧入結合される、請求項１に記載のモータの積層ロータコア。
4. 前記キー溝は、前記キーの幅と対応する形状に設けられる、請求項１に記載のモータの積層ロータコア。
5. 前記第１ないし第３ロータコアは、それぞれ、一つのキー溝を備え、
   前記シャフトには、前記第１ないし第３コアに設けられたキー溝と対応する位置にそれぞれキー安着溝が構成され、
   前記第１ないし第３ロータコアは、それぞれ、一つのキーによって前記シャフトとロータコアとの間の相対的回転が抑制される、請求項２に記載のモータの積層ロータコア。
6. 前記キーは、前記回転軸の軸方向と直交する方向に前記キー安着溝に圧入結合され、前記回転軸の軸方向と平行な方向に前記キー溝に圧入結合される、請求項２に記載のモータの積層ロータコア。
7. 前記キーは、前記ロータコア部材の軸方向の両端に対してラウンド部を有する、請求項１に記載のモータの積層ロータコア。
8. 前記第２マグネット離脱防止部材は、ディスク状の部材であって、前記シャフトの径と対応し、少なくとも一箇所にＤカット部を有する軸孔を有する、請求項１に記載のモータの積層ロータコア。
9. 前記シャフトは、前記第２マグネット離脱防止部材及び前記ロータコア部材を支持するフランジ部をさらに含む、請求項１に記載のモータの積層ロータコア。
10. 前記フランジ部と前記第２マグネット離脱防止部材との間に介在されるリング状の弾性部材をさらに含む、請求項９に記載のモータの積層ロータコア。

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