(57)【要約】【課題】本明細書は、円盤状の電磁鋼板を少しずつすらしながら積層したスキュー型のロータが有する、軸線に対して傾斜した凸条（あるいは溝）を、キー構造のように用いてシャフトとロータの相対回転を抑制する技術を提供する。【解決手段】本明細書が開示するモータ２は、ロータ５とシャフト４を備える。ロータ５は、中心孔を有している複数の円盤であって中心孔の縁に凸部が形成されている複数の円盤６を、凸部を周方向に一定量ずつずらしながら積層したものである。積層された中心孔がロータの貫通孔を形成するとともに、積層された凸部が軸線ＣＬに対して傾斜する凸条５ａを形成する。シャフト４は、軸線ＣＬに平行に伸びており、凸条５ａに嵌合するシャフト側溝４ａを有している。凸条５ａの側面とシャフト側溝４ａの側面との間の隙間をクサビ部材８が埋めている【選択図】図１
2015019493.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータに設けられた軸線方向の貫通孔にシャフトが挿通されているモータであり、
前記ロータは、中心孔を有している複数の円盤であって前記中心孔の縁に凸部又は切欠が形成されている複数の円盤を、前記凸部又は切欠を周方向に一定量ずつずらしながら積層したものであり、積層された前記中心孔が前記ロータの前記貫通孔を形成するとともに、積層された前記凸部又は前記切欠が軸線に対して傾斜する凸条又は溝を形成しており、
前記シャフトは、軸線に平行に伸びており、前記凸条に嵌合するシャフト側溝、又は、前記溝に嵌合するシャフト側凸条を有しており、
前記凸条の側面と前記シャフト側溝の側面との間の隙間、又は、前記溝の側面と前記シャフト側凸条の側面との間の隙間をクサビ状の部材が埋めていることを特徴とするモータ。
【請求項２】
前記クサビ状の部材は、前記隙間に溶融金属を流し込んで形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
【請求項３】
前記シャフトにナットが螺合しており、前記ナットがロータの端面に当接していることを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ（電動機）に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータは固定子と回転子を有する。回転子の主な構成部品はロータと呼ばれる磁性部材とシャフトである。ロータにはその中心軸線に沿って貫通孔が設けられており、その貫通孔にシャフトが挿通されている。特許文献１〜３にそのような回転子を有するモータが例示されている。
【０００３】
シャフトに対してロータが回転しないように、シャフトとロータをキー構造と呼ばれる構造で嵌合することがある。例えば特許文献１に開示されたモータは次の構造を有する。ロータの貫通孔の内面には、軸線と平行に伸びる凸条が設けられており、シャフトには、凸条と嵌合する溝が設けられている。凸条と溝が嵌合することで、ロータがシャフトに対して回転することが防止される。この凸条と溝の組み合わせがキー構造と呼ばれてる技術である。
【０００４】
一方、コギングトルクやトルクリプルを抑制する方法として、スキューと呼ばれる技術が知られている。この技術は、ロータの磁気特性を、ロータの軸線に沿って螺旋を描くように傾斜させるものである。スキューを実現する典型的な方法として、周方向に非一様な磁気特性を有する円盤状の複数の電磁鋼板（磁性材）を、軸線の回りに少しずつずらしながら積層してロータを構成する方法がある。各電磁鋼板は、中心孔を有するとともに、その中心孔の縁に中心方向に突出する凸部が設けられている。複数のそのような電磁鋼板を軸線の回りに少しずつずらしながら積層すると凸部が軸線方向に連なり、軸線に対して傾斜する凸条が形成される。そのような構造を有するモータが特許文献２と３に開示されている。特許文献２と３に開示されたモータではさらに、ロータに挿通されるシャフトに、軸線に平行であって凸条の幅よりも広い幅を有する溝が設けられている。その溝は、ロータの全長にわたって、傾斜した凸条と嵌合する。この凸条と溝は、前述のキー構造に似てはいるが、軸線に対して傾斜した凸条が軸線に平行な溝に遊嵌しているのでシャフトに対するロータの回転を抑制することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−０３２９４３号公報
【特許文献２】特開２０１２−０２３８０１号公報
【特許文献３】特開平１１−２８９７２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本明細書は、円盤状の電磁鋼板を少しずつすらしながら積層したスキュー型のロータが有する、軸線に対して傾斜した凸条（あるいは溝）を、キー構造のように用いてシャフトとロータの相対回転を抑制する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書が開示する技術の対象となるモータは、ロータに設けられた軸線方向の貫通孔にシャフトが挿通されているモータであって、次の構造を有する。ロータは、中心孔を有している複数の円盤（電磁鋼板）であって中心孔の縁に凸部又は切欠が形成されている複数の円盤を、凸部又は切欠を周方向に一定量ずつずらしながら積層したものである。すなわち、円盤状の複数の電磁鋼板によりスキューが実現されている。電磁鋼板の中心孔に凸部が設けられている場合、その凸部は、中心孔の縁から中心孔の中心に向かって突出する。そして、積層された中心孔がシャフト挿通用の貫通孔を形成するとともに、積層された凸部又は切欠は、軸線に対して傾斜する凸条又は溝を形成する。以下、ロータの貫通孔に設けられた凸条又は溝を、ロータ側凸条又はロータ側溝と称する。本明細書が開示する技術は、次の特徴を備える。即ち、シャフトは、軸線に平行に伸びておりロータ側凸条に嵌合するシャフト側溝、又は、ロータ側溝に嵌合するシャフト側凸条を有している。そして、ロータ側凸条の側面とシャフト側溝の側面との間の隙間、又は、ロータ側溝の側面とシャフト側凸条の側面との間の隙間をクサビ状の部材が埋めている。このクサビ状の部材が、ロータ側凸条とシャフト側溝（或いは、ロータ側溝とシャフト側凸条）の双方の側面に密着し、それらが周方向に相対的にずれることを防止する。クサビ状の部材を導入することにより、ロータ側凸条とシャフト側溝（或いは、ロータ側溝とシャフト側凸条）がキー構造のように作用し、シャフトに対するロータの回転を防止する。
【発明の効果】
【０００８】
本明細書は、円盤状の電磁鋼板を少しずつすらしながら積層したスキュー型のロータを備えたモータにおいて、シャフトとロータの相対回転を抑制する技術を提供する。
【０００９】
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】
【００１０】
【図１】第１実施例のモータの回転子の側面図である。
【図２】電磁鋼板の斜視図である。
【図３】図３（Ａ）は、ロータの平面図である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図４】シャフトの溝とロータの凸条の位置関係を説明する模式的斜視図である。
【図５】第２実施例のモータの回転子の側面図である。
【図６】第２実施例のモータのロータを構成する電磁鋼板の斜視図である。
【図７】図７（Ａ）は、第２実施例のモータのシャフトの側面図である。図７（Ｂ）は、第２実施例のモータのロータの縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１実施例）図１〜図４を参照して第１実施例のモータを説明する。図１は、第１実施例のモータ２の側面図である。なお、図１にはモータ２の回転子２０のみを描いてあり、固定子やケースは図示を省略している。また、詳しくは後述するが、図１の破線で囲まれた領域は、説明の便宜のため、本来は見えないロータ貫通孔の内部を描いてあることに留意されたい。
【００１２】
モータ２の回転子２０は、ロータ５とシャフト４を備える。ロータ５は、後述する円盤状の多数の電磁鋼板６を積層したものである。なお、図１では、図を見易くするために、図中のロータ５の左上と右下の一角だけに、電磁鋼板が積層されていることを示す平行線を描いており、他の部分には平行線を省略していることに留意されたい。
【００１３】
シャフト４は、ロータ５の貫通孔５ｂに挿通されている。貫通孔５ｂは、回転子２０の軸線ＣＬ（シャフト４の軸線ＣＬ）の方向に沿って伸びている。ロータ５は、シャフト４の両側に螺合しているナット９でシャフト４に固定されている。２個のナット９は、両側からロータ５を挟み込んでおり、軸線方向の圧縮荷重でロータ５を固定している。
【００１４】
シャフト４は、軸受９１によりモータのケースに回転可能の支持されている。ケースの図示を省略しているが、軸受９１のアウターリングがケースに固定されている。シャフト４には、その周面に、軸線ＣＬに沿って平行に伸びるシャフト側溝４ａが設けられている。シャフト側溝４ａについては後に詳しく説明する。
【００１５】
図１の破線で囲んだ領域は、ロータ５の貫通孔５ｂの内部を模式的に描いたものである。符号４ａは、前述したように、シャフト側溝である。符号５ａは、ロータ５の貫通孔５ｂの内周面に形成された凸条を示している。凸条５ａは、軸線ＣＬに対して傾斜して伸びている。別言すれば、凸条５ａは、貫通孔５ｂの内周面に、螺旋を描くように伸びている。凸条５ａはシャフト側溝４ａに嵌合している。別言すれば、シャフト側溝４ａの幅は、凸条５ａの振れ幅（即ち、軸線ＣＬの方向に見たときの凸条５ａ全体の幅）とほぼ同じであり、凸条５ａの全部がシャフト側溝４ａの溝の底面と対向する。
【００１６】
シャフト側溝４ａの側面と凸条５ａの側面との間には隙間が形成されるが、その隙間をクサビ部材８が埋めている。なお、図１では、理解を助けるため、凸条５ａの側面とクサビ部材８との間、及び、シャフト側溝４ａの側面とクサビ部材８との間に隙間を描いているが、実際にはそのような隙間はないことに留意されたい。また、「凸条の側面」とは、凸条の頭頂部を挟んで対向する２つの面の夫々を意味し、「溝の側面」とは、溝の空間を挟んで対向する２つの面の夫々を意味する。
【００１７】
クサビ部材８は、凸条５ａの側面とシャフト側溝４ａの側面の間を密に満たしており、凸条５ａとシャフト溝４ａの周方向の相対的な動きを規制する。別言すれば、クサビ部材８が、凸条５ａ（即ち、ロータ５）のシャフト４に対する相対回転を防止する。
【００１８】
凸条５ａとシャフト側溝４ａの構造についてさらに詳しく説明する。図２は、ロータ５を構成する円盤状の電磁鋼板６の斜視図である。電磁鋼板６は中心孔６ｂを有している。また、中心孔６ｂの縁の２箇所に凸部６ａが設けられている。凸部６ａは、中心孔６ｂの縁から中心に向かって突出している。なお、符号６ｃは、円盤状の電磁鋼板６の周方向に設けられた孔（周縁孔）である。
【００１９】
ロータ５は、複数の電磁鋼板６を積層したものである。積層の際、積層方向に対して凸部６ａの位置が周方向の一方向に等量ずつずれるように積層していく。そうすると、完成したロータ５では、積層された凸部６ａが凸条５ａを形成する。その凸条５ａは、ロータ５の軸線ＣＬの方向に対して傾斜している。別言すれば、凸条５ａは、ロータ５の軸線ＣＬに沿って螺旋を描く。図３（Ａ）にロータ５を軸線方向から見た図を示し、図３（Ｂ）に、図３（Ａ）のＢ−B線に沿った断面図を示す。図３（Ｂ）に、凸条５ａが軸線ＣＬに対して傾斜していることがよく表れている。なお、複数の電磁鋼板６は、凸条の一方の端から他方の端までの間に約１０度乃至４０度の回転角を有する螺旋を描くように、少しずつずらして積層される。
【００２０】
円盤状の電磁鋼板６は周方向に複数の周縁孔６ｃを有しているため、その電磁特性は周方向に非一様である。そのような電磁鋼板を少しずつ周方向に回転させながら積層することで、完成したロータ５では、軸線ＣＬに沿って螺旋を描く電磁特性が得られる。螺旋を描くような電磁特性はスキューと呼ばれ、コギングトルクやトルクリプルの低減効果がある。
【００２１】
前述したように、ロータ５の螺旋状の凸条５ａは、シャフト４に設けられた軸線ＣＬに平行なシャフト側溝４ａに嵌合する。図４に、シャフト４と、ロータ５の凸条５ａだけを描いた模式的斜視図を示す。軸線ＣＬに対して傾斜する凸条５ａは、その全体がシャフト側溝４ａの内部空間に収まる。凸条５ａの側面とシャフト側溝４ａの溝側面の間には隙間Ｓｐが形成される。図１を参照して前述したように、この隙間Ｓｐはクサビ部材８で埋められる。隙間Ｓｐをクサビ部材８が埋めることによって、凸条５ａ、即ち、ロータ５がシャフト４に対して回転することが防止される。
【００２２】
なお、予め別途に製造されたクサビ部材８を隙間Ｓｐに挿入してもよいが、隙間Ｓｐに溶融金属を注入してクサビ部材８を形成してもよい。ロータ５の製造過程において、電磁鋼板６の周縁孔６ｃが積層された空間には例えばアルミが充填される。周縁孔６ｃへのアルミ充填と同時に隙間Ｓｐにアルミを充填するのが好適である。そのような工法では、従来から存在する周縁孔６ｃへのアルミ充填工程にて同時に隙間Ｓｐを充填することができるので、製造コストの増加を抑えることができる。
【００２３】
また、ロータ５にシャフト４を組み付けてから隙間Ｓｐにアルミ（溶融金属）を充填してもよいし、シャフト４の代わりにシャフト４と同形状の中子を用い、シャフト４とロータ５と中子のアセンブリを金型に入れてアルミを注入してもよい。そうすると、隙間Ｓｐに相当する空間がアルミで充填されているとともに、凸条５ａに対応したキー溝（断面が凸条５ａの断面と同じ形状であり軸線ＣＬに平行な溝）が形成されたロータが得られる。そのロータのキー溝に後からシャフト４を通して回転子２０が完成する。
【００２４】
また、図１を用いて説明したように、ロータ５の軸線方向の両端はナット９で留められる。両端のナット９は軸線方向の圧縮荷重をロータ５に加える。クサビ部材８が軸線方向の圧縮荷重を受けることにより、凸条５ａの側面とシャフト側溝４ａの側面に、互いに反対方向を向く周方向の荷重が加えられる。この周方向の荷重は、ロータ５のシャフト４に対する回転を一層抑制する。
【００２５】
（第２実施例）図５〜図７を参照して第２実施例のモータ２ａを説明する。図５に、モータ２ａの回転子２０ａの側面図を示す。回転子２０ａは、ロータ１５とシャフト１４で構成される。シャフト１４はロータ１５の貫通孔１５ｂに挿通されている。図１と同様に、図２の破線で囲まれた範囲は、本来は見えない貫通孔１５ｂ内部を描いてある。また、ロータ１５は複数の電磁鋼板１６を積層したものであるが、図１と同様に、図５ではロータ１５の左上と右上だけに電磁鋼板１６の一部を描いており、他の部分では、個々の電磁鋼板を区別する平行線は省略している。
【００２６】
第１実施例のモータ２では、ロータ５の傾斜している凸条５ａがシャフト４のシャフト側溝４ａに嵌合していた。第２実施例のモータ２ａでは、ロータ側には軸線ＣＬに対して傾斜する溝１５ａが設けられ、シャフト側には軸線ＣＬに平行に伸びる凸条１４ａが設けられ、それらが嵌合しているとともに、両者の間の隙間をクサビ部材１８が埋めている。
【００２７】
図６は、ロータ１５を構成する円盤状の電磁鋼板１６の斜視図である。電磁鋼板１６は、中心孔１６ｂを有する。その中心孔１６ｂの周縁の２箇所に切欠１６ａが設けられている。なお、符号１６ｃは、第１実施例の周縁孔６ｃと同様の周縁孔である。ロータ１５は、複数の電磁鋼板１６を積層して作られるが、積層の際、電磁鋼板１６を少しずつ周方向にずらしながら積層される。その結果、ロータ１５には、軸線ＣＬに対して傾斜する溝１５ａが形成される。図７（Ｂ）に、ロータ１５の縦断面図（軸線ＣＬに沿った断面図）を示す。図７（Ｂ）には、溝１５ａが軸線ＣＬに対して傾斜していることがよく表れている。図７（Ａ）は、シャフト１４の側面図である。図７（Ａ）には、シャフト１４に設けられた凸条１４ａが軸線ＣＬに平行であることがよく表れている。図７（Ｂ）のロータ１５の貫通孔１５ｂに図７（Ａ）のシャフト１４を通したものが、図７の回転子２０ａに相当する。ロータ１５はその両側をナット９で留められている。
【００２８】
第２実施例のモータ２ａも第１実施例のモータ２と同様の効果を奏する。なお、クサビ部材１８は、第１実施例の場合と同様に、ロータ１５にシャフト１４を挿通した後に別個に製造されたクサビ部材を挿入してもよいし、ロータ１５とシャフト１４を組み合わせアセンブリを金型に入れ、溝１５ａと凸条１４ａの間の空間に溶融金属を注入して形成してもよい。
【００２９】
実施例のモータ２、２ａは、円盤状の電磁鋼板を少しずつすらしながら積層したスキュー型のロータが有する、軸線に対して傾斜した凸条（あるいは溝）を、キー構造のように用いてシャフトとロータの相対回転を抑制する。
【００３０】
実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。いずれの実施例もクサビ部材は金属であった。クサビ部材は金属に限らず樹脂であってもよい。ロータの凸条（溝）とシャフトの溝（凸条）の数は、いずれの実施例でも２個であった。ロータの２個の凸条（溝）は、貫通孔を挟んで対向する位置に設けられている。凸条と溝の数は、複数であることが好ましいが、いくつであってもよい。例えば、ロータとシャフトに夫々一つの凸条（溝）と溝（凸条）を設け、それらを嵌合してもよい。
【００３１】
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。本明細書又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、本明細書又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】
【００３２】
２、２ａ：モータ
４、１４：シャフト
４ａ：溝（シャフト側溝）
５：１５：ロータ
５ａ：凸条
５ｂ、１５ｂ：貫通孔
６、１６：電磁鋼板（円盤）
６ａ：凸部
６ｂ、１６ｂ：中心孔
６ｃ：周縁孔
８、１８：クサビ部材
９：ナット
１４ａ：凸条（シャフト側凸条）
１５ａ：溝
１６ａ 切欠
２０、２０ａ：回転子
９１：軸受
ＣＬ：軸線
Ｓｐ：隙間
【図１】
2015019493.tif 000003
【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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【図７】
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