(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁路を構成する積層鋼板（１１）を他部材（１２）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（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。
【請求項２】
前記第２凸部（１５）のピッチ（Ｐ）は前記積層鋼板（１１）の単板の板厚（Ｔ）よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の焼嵌め固定構造。
【請求項３】
前記第１凸部（１３）および第１凹部（１４）は鋸歯形状であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の焼嵌め固定構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１５５３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【発明の効果】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】電動モータのステータおよびステータハウジングの分解斜視図。
【図２】図１の２部拡大図。
【図３】図１の３部拡大図。
【図４】ステータおよびステータハウジングの焼嵌め時の作用説明図。
【図５】ステータおよびステータハウジングの圧入時の作用説明図（比較例）。
【図６】ステータの単板の厚さとステータハウジングの第２凸部のピッチとの関係を示す図。
【図７】実施の形態および比較例の効果を比較して説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【符号の説明】
【００３６】
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
【図１】
0005631297.tif 000002
【図２】
0005631297.tif 000003
【図３】
0005631297.tif 000004
【図４】
0005631297.tif 000005
【図５】
0005631297.tif 000006
【図６】
0005631297.tif 000007
【図７】
0005631297.tif 000008