(57)【要約】【課題】本明細書は、ロータコアのシャフトに対する回転を防止するキー構造に代わる新たな構造を提案すると共に、複数種類の積層鋼板を必要とすることなく、複雑なスキュー構造に対応することができる技術を提供する。【解決手段】本明細書が開示するモータは、複数の積層鋼板９が積層されているロータコア３と、ロータコア３を貫通しているシャフト４とロータコア３を軸方向でシャフト４に固定する固定部材８を備えている。シャフト４は、積層鋼板９に設けられた貫通孔９ｂに挿入されている。シャフト４の外周面には、周方向に沿って伸びるV字形状の溝１４が軸方向に複数並んで設けられている。積層鋼板９がシャフト４に圧入されており、溝１４の一方の側面と積層鋼板９の貫通孔内周面が接しているとともに、溝１４の他方の側面と貫通孔９ｂの周縁の積層鋼板端面が接している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の積層鋼板が積層されているロータコアと、
前記ロータコアを貫通しているシャフトと、
前記ロータコアを軸方向で前記シャフトに固定する固定部材と、を備え、
前記シャフトは、前記積層鋼板に設けられた貫通孔に挿入されており、
前記シャフトの外周面に、周方向に沿って伸びる断面がV字形状の溝が軸方向に複数並んで設けられており、
前記積層鋼板が前記シャフトに圧入されており、前記溝の一方の側面と前記積層鋼板の貫通孔内周面が接しているとともに、前記溝の他方の側面と前記貫通孔の周縁の積層鋼板端面が接している、
ことを特徴とするモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、モータに関する。特に、ロータコアに永久磁石が備えられている同期モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に同期モータは、コイルが巻回されたステータと、ステータの内側に配置されたロータコアと、ロータコアを貫通していると共に回転可能に支持されたシャフトを備えている。ロータコアに備えられている永久磁石は、回転軸方向から視たとき周方向に等間隔に並んでいる。一般に、ロータコアは、複数の積層鋼板を積層して構成される。また、ロータコアはシャフトに対して相対的な回転が防止される。典型的には、その回転防止の構造として、シャフトに設けられているキー溝に、積層鋼板に設けられているキーを嵌合する構造が知られている。
【０００３】
一方、従来より、同期モータにおける振動の原因の一つであるトルクリップルを低減するための構造として、スキュー構造が知られている。ここでスキュー構造とは、ロータコアに挿通されている永久磁石をモータの回転軸に対して斜めになるように配置する構造のことである。例えば、上記のキー溝とキーによる回転防止の構造を有するモータにおいて、永久磁石のスキュー構造が実現される。この場合、スキュー構造は、永久磁石を挿通する孔の位置（キーに対する孔の位置）が周方向に少しづつずらされている複数種類の積層鋼板を積層することで実現される。この構成によると、積層鋼板の種類が増え、部品点数が増加することになる。
【０００４】
特許文献１では、ロータコアを軸方向に２つに分割し、分割されたロータコアを軸方向に捩じるように配置することで単純化されたスキュー構造が開示されている。さらに、この分割されたロータコアの捩じれは、軸方向からみて、積層鋼板の中心とキーを通る直線に対して永久磁石挿通孔の位置がオフセットしている積層鋼板を、一方は表向きに、他方は裏向きにシャフトに取り付けることで実現される。この構成により、同一形状の積層鋼板でロータコアの捩じれを実現できる。したがって、積層鋼板の種類の増加を避けることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１８３３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、モータの振動をより一層抑制するには、スキュー構造が複雑になる傾向にある。その場合、特許文献１の技術を使っても複数種類の積層鋼板が必要となる。
【０００７】
そこで、本明細書では、ロータコアとシャフトとの相対回転を防止する構造としてキー構造に代わる新たな構造を提供する。本明細書で開示する回転防止の構造を採用することで、複数種類の積層鋼板を必要とすることなく、複雑なスキュー構造に対応することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書が開示する技術は、シャフトを積層鋼板に圧入することで、積層鋼板とシャフトの間に摩擦力を発生させ、その摩擦力を利用して、積層鋼板のシャフトに対する相対的な回転を防止する。但し、単なる圧入ではなく、シャフトの構造を工夫し、圧入後の回転方向の摩擦力を高めることのできる構造を提供する。このため、スキュー構造を有するモータにおいて、キー及びキー溝により必要であった複数の積層鋼板の種類を削減することができる。
【０００９】
本明細書が開示するモータは、複数の積層鋼板が積層されているロータコアと、ロータコアを貫通しているシャフトを備えている。シャフトは、積層鋼板に設けられた貫通孔に挿入されている。シャフトの外周面に、周方向に沿って伸びる断面がV字形状の溝が軸方向に複数並んで設けられている。積層鋼板がシャフトに圧入されており、上記の溝の一方の側面と積層鋼板の貫通孔の内周面が接しているとともに、上記の溝の他方の側面と上記の貫通孔の周縁の積層鋼板端面が接している。なお、「積層鋼板をシャフトに圧入する」とは、詳細には次の通りである。積層鋼板のシャフトが貫通している貫通孔の径が、シャフトの直径（正確には、溝の底におけるシャフトの直径）よりも小さい。そして、積層鋼板がシャフトに取り付けられる際に、貫通孔の径がシャフトの外径以上の大きさとなるように、貫通孔の周縁が面外変形をする。この面外変形は弾性変形である。
【００１０】
圧入時に積層鋼板の貫通孔の周縁は面外変形を生じる。上記構成は、この面外変形を巧みに利用し、変形後の貫通孔周縁の積層鋼板端面と積層鋼板の内周面（貫通孔の内周面）がシャフトと面接触するようにＶ字形状の溝を設ける。この構成によれば、圧入時に貫通孔の周囲が変形して生じる弾性力により、積層鋼板の内周面及びこれに隣接する積層鋼板端面と溝の側面の間に垂直抗力が作用する。したがって、積層鋼板の内周面及び積層鋼板端面と溝の側面の間に高い摩擦力が発生し、積層鋼板のシャフトに対する相対的な回転が防止される。さらに、貫通孔は円形状であるため、同一形状の積層鋼板を所定の角度に捩じり積層するとともにシャフトに取り付けることで、任意のスキュー構造を有するロータコアを得ることができる。
【００１１】
また、上記のロータコアを軸方向でシャフトに固定する固定部材がさらに備えられてもよい。固定部材は、例えばナットである。このような構成によれば、固定部材からロータコアに軸方向に軸力が作用し、ロータコアを構成する積層鋼板の内周面（貫通孔の内周面）及び積層鋼板端面とシャフトの溝の側面との間に作用する垂直抗力がさらに高まる。したがって、積層鋼板の内周面及び積層鋼板端面と溝の側面の間に作用する摩擦力がさらに高まることになる。積層鋼板のシャフトに対する相対的な回転防止の効果をより一層高めることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本明細書が開示する技術によれば、スキュー構造を有するモータにおいて、キー及びキー溝により必要であった複数の積層鋼板の種類を削減することができる。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例のモータの回転軸に垂直な方向から視た模式的断面図である。
【図２】実施例のモータに備えられるシャフトの正面図である。
【図３】実施例のモータに備えられる積層鋼板の回転軸方向から視た上面図である。
【図４】図１の一点鎖線IVの領域の拡大図である。
【図５】他の実施例のモータに備えられる積層鋼板の回転軸方向から視た上面図である。
【図６】図５のVI−VI線における積層鋼板の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図面を参照して、実施例のモータ２について説明する。モータ２は、ロータ５及びステータ６を備えており、それらはケース１２に収容されている。なお、図１において、図の見易さのために、ロータコア３の断面を示すハッチが省略されていることに留意されたい。また、Ｚ軸がロータ５の軸線ＣＬ（モータ２の回転軸線）と一致している。
【００１５】
ロータ５の構造について説明する。ロータ５は、ロータコア３とシャフト４を備えている。ロータコア３は円筒形状であり、その軸線に沿った方向に貫通孔（ロータ貫通孔３ｂ）が設けられている。シャフト４は、軸線方向（Ｚ軸方向）において、その両端がロータコア３の両端から伸びるようにロータ貫通孔３ｂに挿入されている。シャフト４は、ケース１２に備えられた軸受１３を介して、ケース１２に回転可能に支持され、ロータコア３はステータ６の内側に位置している。
【００１６】
シャフト４について説明する。図２に示すように、シャフト４は、その外周面に周方向に伸びるＶ字形状の溝１４が備えられている。Ｖ字形状の溝１４とは、溝の延設方向に直交する断面の形状がＶ字をなしている溝である。Ｖ字形状の溝１４は、一方の側面１４ａと他方の側面１４ｂにより構成されている。一方の側面１４ａは、他方の側面１４ｂよりも、シャフトの軸線ＣＬに直交する平面に近い。別言すれば、シャフトの軸線ＣＬと一方の側面１４ａとがなす角度は、シャフトの軸線ＣＬと他方の側面１４ｂとがなす角度よりも大きい。なお、シャフトの軸線ＣＬは、先に述べたロータ５の軸線と同一である。また、一方の側面１４ａと他方の側面１４ｂは、溝の深さ方向に向かうにつれてそれら側面の間の幅が狭くなり、溝の最深部で接している。さらに溝１４は、軸線方向（Ｚ軸方向）に等間隔に複数並んで配置されており、一方の溝１４の側面１４ｂと他方の溝１４の側面１４ａが繋がっている。なお、図２は、軸線方向に、形状の一部が省略されて描かれていることに留意されたい。
【００１７】
ロータコア３について説明する。図１に示すように、ロータコア３は複数枚の積層鋼板９が積層されて構成されている。ロータコア３は、軸線方向（Ｚ軸方向）の両端面にワッシャ７ａ及び７ｂが配置されており、そのワッシャ７ａ、７ｂの外側からナット８により軸線方向で固定されている。ナット８はシャフト４に締結され、その締結により発生する軸力によりロータコア３は、シャフト４に固定されている。なお、ワッシャ７ｂは、ロータコア３の端面に接する面に、後述する面外変形している積層鋼板９の形状に合わせて窪みが設けられている。
【００１８】
積層鋼板９について説明する。図３に示すように、積層鋼板９は円形の平板である。積層鋼板９の外周縁には、一対の磁石取付孔１６が設けられている。一対の磁石取付孔１６は周方向に等間隔に８組配置されている。積層鋼板９を積層することで、磁石取付孔９が連結し、その内部に永久磁石が収容される。また、積層鋼板９の中心には、貫通孔９ｂが設けられている。積層鋼板９を積層することで各々の貫通孔９ｂが連通してロータ貫通孔３ｂとなる。また、貫通孔９ｂの径は、シャフト４の溝１４の底の径よりもわずかに小さくされている。
【００１９】
積層鋼板９は、シャフト４のＺ軸負方向の端面から圧入される。圧入する際に、積層鋼板９の貫通孔９ｂの周縁は、シャフト４の外径以上の大きさとなるように面外変形をする。そして、積層鋼板９が溝１４に到達した際に、貫通孔９ｂの周縁の面外変形は元に戻り、貫通孔９ｂの内周面が溝１４に入り込む。積層鋼板９が所定の位置の溝１４で係止されるまで、上述の面外変形が繰り返される。図４に、圧入された積層鋼板９の貫通孔９ｂとシャフト４の溝１４との位置関係が示されている。貫通孔９ｂの内周面９ｃは溝１４の側面１４ｂと接している。また、貫通孔９ｂの内周面９ｃに隣接する端面９ａ（積層鋼板端面）は溝１４の他の側面１４ａと接している。ここで、シャフト４に圧入する前において、貫通孔９ｂの内周面９ｃは、貫通孔９ｂの中心軸と平行である。圧入された状態において、貫通孔９ｂの周縁は、溝１４の側面１４ｂの軸線ＣＬとの角度に応じて面外変形をしている。したがって、溝１４の側面１４ｂ、１４ａには、貫通孔９ｂの内周面９ｂ及び積層鋼板端面９ａからの弾性力が作用している。
【００２０】
このような構成によれば、溝１４の側面１４ｂと貫通孔９ｂの内周面９ｃとの間、及び、溝１４の側面１４ａと積層鋼板端面９ａとの間に垂直抗力が作用する。この垂直抗力により、溝１４の側面１４ｂと貫通孔９ｂの内周面９ｃとの間、及び、溝１４の側面１４ａと積層鋼板端面９ａとの間の双方に摩擦力が作用する。この２箇所の摩擦力により、積層鋼板９はシャフト４に対して回転が防止される。また、ロータコア３には、その両端に締め付けられているナット８からの軸力が軸線方向（Ｚ軸方向）に作用している。その軸力が積層鋼板９の貫通孔９ｂの内周面９ｂ及び積層鋼板端面９ａから溝１４の各側面に作用している。この軸力により、溝１４と貫通孔９ａの各側面同士の間の垂直抗力がさらに高まり、よって溝１４と貫通孔９ａの各側面同士の間の摩擦力がさらに高まる。したがって、ロータコア３はシャフト４に対してさらに強固に固定されると共に、その回転が防止される。
【００２１】
また、積層鋼板９の貫通孔９ｂとシャフト４の横断面形状は共に円形であるため、任意の周方向で積層鋼板９をシャフト４に固定することができる。したがって、積層鋼板９をシャフト４の軸線中心に徐々に捩じるように積層することにより、ロータコア３をスキューさせることができる。よって、同一形状の積層鋼板９で任意のロータコア３のスキュー構造を実現することができる。なお、図では、スキュー構造によって軸線ＣＬに対してらせん状に配置される磁石の図示は省略した。
【００２２】
他の実施例について説明する。図５、図６にはこの実施例で採用する積層鋼板１０９を示す。この実施例のモータは、積層鋼板１０９以外の構成については、前述の実施例と同様である。積層鋼板１０９は円形の平板である。積層鋼板１０９の外周縁には、積層鋼板９と同様に、一対の磁石取付孔１１６が設けられている。また、積層鋼板１０９の中心には、貫通孔１０９ｂが設けられている。貫通孔１０９ｂの周縁は、積層鋼板１０９の面外に向かって曲がっている。別言すれば、積層鋼板１０９ｂの中央部分は、円形状に盛り上がっており、その盛り上がっている部分の中心に貫通孔１０９ｂが設けられている。また、貫通孔１０９ｂの周囲には、切欠き１１５が周方向に等間隔に４箇所設けられている。貫通孔１０９ｂの周縁の曲がり角度は、シャフト４に設けられている溝１４の側面１４ａの軸線ＣＬに対する角度に合わせて設計されている。ここで、貫通孔１０９ｂの周縁の曲がり角度は、溝１４の軸線ＣＬに対する角度に比べて僅かに浅くされている。つまり、貫通孔９ｂの径は、溝１４の底部の径よりもわずかに小さくされている。この積層鋼板１０９がシャフト４に圧入されると、貫通孔１０９ｂの内周面１０９ｃは溝１４の一方の側面１４ｂに接触する。そして、内周面１０９ｃに隣接する積層鋼板端面１０９ａは、溝１４の他方の側面１４ａに接触する。したがって、図４に示す先述の実施例と同様の位置関係となり、積層鋼板１０９はシャフト４に対して回転が防止される。
【００２３】
このような構成によれば、貫通孔１０９ｂの周縁が溝１４の形状に合わせて予め変形されており、また、切欠き１１５が設けられているため、貫通孔１０９ｂの周縁は面外方向に変形しやすくなる。したがって、積層鋼板１０９はシャフト４に対して圧入しやすくなる。
【００２４】
以下、実施例で示した技術に関する留意点を述べる。上記の実施例では、ロータコアの軸線方向での固定にナットを用いていたが、それ以外の部材であってもよい。例えば、シャフトに圧入してロータコアを挟持する圧入部材であっても良い。つまり、ロータコアを軸方向でシャフトに固定する機能を有する部材であれば良い。なお、本実施例における「ナット８」が、「固定部材」の一例である。
【００２５】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００２６】
２：モータ
３：ロータコア
４：シャフト
５：ロータ
６：ステータ
７ａ、７ｂ：ワッシャ
８：ナット
９：積層鋼板
１４：溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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