(57)【要約】【課題】焼き嵌め時に回転子のキーと固定子のキー溝とが干渉すること、また、回転子の回転角度の検出誤差が発生することを防止することができる電動機を提供すること。【解決手段】電動機１は、径方向の内側に突出したキー４ａが設けられた回転子４と、回転子４のキー４ａに嵌合するキー溝５ｂが設けられたシャフト５と、回転子４と固定子５との相対的位置関係から、回転子４の回転角度を検出する回転角度検出センサ９と、を有する。回転子４とシャフト５とは焼き嵌めされている。キー４ａ及びキー溝５ｂは、それぞれ、シャフト５の中心側に向かうにつれて幅が狭くなっている。【選択図】図２
2015080305.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子と固定子との相対的位置関係から、前記回転子の回転角度を検出する手段を有する電動機において、
径方向の内側に突出したキーが設けられた前記回転子と、
前記回転子の前記キーに嵌合するキー溝が設けられたシャフトと、を有し、
前記回転子と前記シャフトとが焼き嵌めされており、
前記キー及び前記キー溝は、それぞれ、前記シャフトの中心側に向かうにつれて幅が狭くなっていることを特徴とする電動機。
【請求項２】
前記キー及び前記キー溝の、前記回転子及び前記シャフトの軸方向に直交する方向の断面形状が、線対称な形状であることを特徴とする請求項１に記載の電動機。
【請求項３】
前記キー及び前記キー溝の、前記回転子及び前記シャフトの軸方向に直交する方向の断面形状が、三角形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動機。
【請求項４】
前記キー及び前記キー溝の、前記回転子及び前記シャフトの軸方向に直交する方向の断面形状が、台形状であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転子と固定子との相対的位置関係から、回転子の回転角度を検出する手段を有する電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、径方向の内側に突出したキーが設けられた回転子と、回転子のキーに嵌合するキー溝が設けられたシャフトと、回転子と固定子との相対的位置関係から、回転子の回転角度を検出する手段と、を有する電動機が開示されている。回転子とシャフトとは、例えば、焼き嵌めされている。図５（ａ）は、従来の電動機における、回転子及びシャフトの軸方向に直交する方向の断面図である。回転子１００のキー１００ａ、シャフト１０１のキー溝１０１ｂは、それぞれ、その断面形状がコ字状（矩形状）である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２８９７２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の電動機においては、図５（ｂ）に示すように、回転子１００をシャフト１０１に焼き嵌めする場合、回転子１００が熱膨張すると、膨張したキー１００ａとキー溝１０１ｂとが干渉して、回転子１００をシャフト１０１に焼き嵌めできなくなるという問題が生じることがあった。
【０００５】
図６（ａ）は、他の従来の電動機における、回転子及びシャフトの軸方向に直交する方向の断面図である。シャフト１０３のキー溝１０３ｂの幅は、回転子１０２のキー１０２ａの幅よりも広くなっている。このため、図６（ｂ）に示すように、回転子１０２をシャフト１０３に焼き嵌めする場合、回転子１０２が熱膨張しても、膨張したキー１０２ａとキー溝１０３ｂとが干渉することなく、回転子１０２をシャフト１０３に焼き嵌めすることができる。しかしながら、このようにした場合、回転子１０２をシャフト１０３に焼き嵌めした後、回転子１０２が冷えて収縮すると、キー１０２ａとキー溝１０３ｂとの間に隙間ができる。この隙間により、回転子１０２のシャフト１０３に対する位置がずれるため、回転子１０２の回転角度の検出誤差が発生するという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、焼き嵌め時に回転子のキーと固定子のキー溝とが干渉すること、また、回転子の回転角度の検出誤差が発生することを防止することができる電動機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、回転子と固定子との相対的位置関係から、前記回転子の回転角度を検出する手段を有する電動機に関するものである。前記電動機は、径方向の内側に突出したキーが設けられた前記回転子と、前記回転子の前記キーに嵌合するキー溝が設けられたシャフトと、を有し、前記回転子と前記シャフトとが焼き嵌めされており、前記キー及び前記キー溝は、それぞれ、前記シャフトの中心側に向かうにつれて幅が狭くなっている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、回転子のキー及びシャフトのキー溝は、それぞれ、シャフトの中心側に向かうにつれて幅が狭くなっている。すなわち、シャフトのキー溝は、シャフトの中心側から離れるにつれて幅が広くなっている。このため、回転子（キー）が熱膨張しても、キーは、キー溝の、嵌合する位置よりも幅が広い径方向の外側に移動するため、キーとキー溝とが干渉することを防止することができる。また、キーとキー溝とが嵌合するようになっているため、回転子をシャフトに焼き嵌めした後、回転子が冷えて収縮すると、キーとキー溝との隙間がなくなる。これにより、回転子のシャフトに対する位置ずれが防止されるため、回転子の回転角度の検出誤差が発生することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る電動機の軸方向断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る回転子及びシャフトの軸方向に直交する方向の断面図である。
【図３】回転子をシャフトに焼き嵌めする工程について説明するための図である。
【図４】（ａ）は、本発明の第２実施形態に係る回転子及びシャフトの軸方向に直交する方向の断面図である。（ｂ）は、回転子をシャフトに焼き嵌めする工程について説明するための図である。
【図５】（ａ）は、従来の電動機における、回転子及びシャフトの軸方向に直交する方向の断面図である。（ｂ）は、回転子をシャフトに焼き嵌めする工程について説明するための図である。
【図６】（ａ）は、他の従来の電動機における、回転子及びシャフトの軸方向に直交する方向の断面図である。（ｂ）は、回転子をシャフトに焼き嵌めする工程について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１実施形態）
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。第１実施形態に係る電動機１は、建設機械などの装置に用いられる電動機である。図１、図２に示すように、電動機１は、筐体２、固定子３、回転子４、シャフト５、ラジアル玉軸受６、回転ユニット７、スラスト玉軸受８、回転角度検出センサ９を備えている。なお、図１では、筐体２、固定子３、回転子４、ラジアル玉軸受６、回転ユニット７の後述するケーシング１６、及び、スラスト玉軸受８のみを断面形状で示している。
【００１１】
筐体２は、金属材料などからなる略円柱形状の部材であり、内部に収容空間１１が形成されている。そして、収容空間１１に、固定子３、回転子４、シャフト５、ラジアル玉軸受６、回転ユニット７、スラスト玉軸受８、回転角度検出センサ９などが収容されている。
【００１２】
固定子３は、収容空間１１の側壁面に固定されている。回転子４は、収容空間１１の固定子３が配置されているよりも内側の領域に配置されている。
【００１３】
シャフト５には、回転子４の回転軸と同軸になるように回転子４が取り付けられている。なお、回転子４のシャフト５への取付構造、取付方法については後述する。シャフト５は、上下方向に延びており、その下端部に、電動機１の駆動対象が取り付けられている。また、シャフト５はその中心軸を含む中央部分のうち、回転子４に取り付けられた部分からその上端にわたる部分５ａが、他の部分よりも熱導電率の高い材料によって構成されている。例えば、シャフト５の部分５ａ以外の部分が鉄などによって構成されているのに対して、シャフト５の部分５ａがアルミニウム、銅などによって構成されている。
【００１４】
ラジアル玉軸受６は、金属材料などからなり、略円環状の外輪６ａと、外輪６ａよりも径の小さい略円環状の内輪６ｂとの間に、外輪６ａ及び内輪６ｂの周方向に沿って配列された複数の玉６ｃが挟まれた構造となっている。そして、これにより、外輪６ａと内輪６ｂとが互いに回転自在となっている。外輪６ａは、筐体２の収容空間１１の壁に取り付けられている。内輪６ｂは、シャフト５に取り付けられている。これにより、シャフト５は、筐体２に回転自在に連結される。
【００１５】
回転ユニット７は、回転子４及びシャフト５のほぼ真上に位置する、収容空間１１の上端部に配置されている。回転ユニット７は、ケーシング１６に回転部材１７が収容された構造となっている。回転部材１７は、回転部材本体１７ａと軸部１７ｂとを備えている。回転部材本体１７ａは、水車やプロペラ等であって、回転子４及びシャフト５と同軸に配置されている。軸部１７ｂは、回転部材本体１７ａの中心軸に固定されているとともに、ケーシング１６を貫通してケーシング１６よりも下方まで延びている。回転部材本体１７ａ及び軸部１７ｂの略中央部には、これらを上下方向に貫通する貫通孔１７ｃが形成され、シャフト５の上端部は、貫通孔１７ｃを通って回転ユニット７よりも上方まで延びている。
【００１６】
スラスト玉軸受８は、金属材料などからなり、上下方向に互いに対向して配置された、平面視で略円環状のほぼ同一形状の取付部８ａと取付部８ｂとの間に、取付部８ａ、８ｂの周方向に沿って配列された複数の玉８ｃが挟まれた構造となっている。そして、スラスト玉軸受８では、取付部８ａと取付部８ｂとが互いに回転自在となっている。下側の取付部８ａはシャフト５の上端部に取り付けられている。上側の取付部８ｂは回転部材１７の軸部１７ｂの下端部に取り付けられている。これにより、シャフト５と回転部材１７とは、互いに回転自在に連結されている。
【００１７】
回転角度検出センサ９は、回転子４と固定子３との相対的位置関係から、回転子４の回転角度を検出するものである。回転角度検出センサ９は、回転ユニット７よりも上方に位置するシャフト５の上端部、及び、収容空間１１の回転ユニット７よりも上方の領域に設けられている。なお、図１では簡略化して図示しているが、回転角度検出センサ９は、例えば、レゾルバなどである。
【００１８】
次に、回転子４のシャフト５への取付構造について説明する。図２に示すように、回転子４には、径方向の内側に突出したキー４ａが設けられている。キー４ａは、２か所設けられており、周方向において約１８０度異なる位置に設けられている。また、キー４ａの、回転子４及びシャフト５の軸方向に直交する方向の断面形状は、二等辺三角形状である。すなわち、キー４ａの断面形状は、線対称な形状であり、且つ、三角形状である。また、キー４ａの側壁は、テーパーとなっており、キー４ａの側壁の、キー４ａ根元の接線に直交する方向に対する角度αは、２０〜４０度の範囲内である。言い換えれば、キー４ａは、根元から先端まで、幅が狭くなっている。また、キー４ａの先端は、尖っている。
【００１９】
シャフト５には、回転子４のキー４ａに嵌合するキー溝５ｂが設けられている。キー溝５ｂは、径方向の内側に凹んでいる。キー溝５ｂは、キー４ａに対応する位置に２か所設けられている。また、キー溝５ｂの、回転子４及びシャフト５の軸方向に直交する方向の断面形状は、キー４ａに嵌合するように、二等辺三角形状である。すなわち、キー溝５ｂの断面形状は、線対称な形状であり、且つ、三角形状である。また、キー溝５ｂの側壁は、テーパーとなっており、キー溝５ｂの側壁の、キー溝５ｂ根元の接線に直交する方向に対する角度αは、２０〜４０度の範囲内である。言い換えれば、キー溝５ｂは、根元から先端まで、幅が狭くなっている。また、キー溝５ｂの先端は、尖っている。また、回転子４の内径とシャフト５の外径とは、同じである。
【００２０】
このように、キー４ａとキー溝５ｂとが嵌合していることにより、回転子４は、シャフト５に対する位置がずれないように、シャフト５に取り付けられている。なお、キー４ａ及びキー溝５ｂは、それぞれ、２つに限られず、１つ、又は、３つ以上であってもよい。
【００２１】
次に、回転子４のシャフト５への取付方法について説明する。回転子４とシャフト５とは焼き嵌めされる。回転子４は、加熱されることにより、熱膨張して、外径及び内径が広がる。これにより、回転子４の内部にシャフト５を挿入可能となる。回転子４内部へのシャフト５の挿入時に、図３に示すように、シャフト５のキー溝５ｂの内部に回転子４のキー４ａが位置する（キー溝５ｂの内部にキー４ａを挿通する）ようにする。詳細は後述するが、このとき、キー４ａとキー溝５ｂとが干渉しないようになっている。回転子４内部へのシャフト５の挿入後、回転子４が冷えて収縮すると、キー４ａとキー溝５ｂとが嵌合する。このようにして、回転子４は、シャフト５に取り付けられる。
【００２２】
ここで、回転子４をシャフト５に焼き嵌めするときに、回転子４が熱膨張すると、回転子４の内径が広がることにより、回転子４のキー４ａは、径方向の外側に移動するとともに、熱膨張する。本実施形態では、回転子４のキー４ａ及びシャフト５のキー溝５ｂは、それぞれ、シャフト５の中心側に向かうにつれて幅が狭くなっている。すなわち、シャフト５のキー溝５ｂは、シャフト５の中心側から離れるにつれて幅が広くなっている。このため、回転子４（キー４ａ）が熱膨張しても、キー４ａは、キー溝５ｂの、嵌合する位置よりも幅が広い径方向の外側に移動するため、キー４ａとキー溝５ｂとが干渉することが防止される。また、キー４ａとキー溝５ｂとが嵌合するようになっているため、回転子４をシャフト５に焼き嵌めした後、回転子４が冷えて収縮すると、キー４ａとキー溝５ｂとの隙間がなくなる。これにより、回転子４のシャフト５に対する位置ずれが防止されるため、回転子４の回転角度の検出誤差が発生することが防止される。
【００２３】
また、本実施形態では、キー４ａ及びキー溝５ｂの、回転子４及びシャフト５の軸方向に直交する方向の断面形状が、線対称な形状である。このため、回転子４及びシャフト５が回転した場合に、回転子４とシャフト５とがずれにくい。
【００２４】
また、本実施形態では、キー４ａ及びキー溝５ｂの、回転子４及びシャフト５の軸方向に直交する方向の断面形状が、三角形状である。このため、キー４ａ及びキー溝５ｂを形成しやすい。
【００２５】
また、例えば、キー４ａ及びキー溝５ｂの側壁の、キー４ａ及びキー溝５ｂ根元の接線に直交する方向に対する角度αが大きすぎると、キー４ａ及びキー溝５ｂの根元の幅が狭い場合、キー４ａ及びキー溝５ｂの接触面積が小さくなってしまい、キー４ａとキー溝５ｂとの十分な嵌合力が得られないため、回転子４とシャフト５とがずれる可能性がある。本実施形態では、キー４ａ及びキー溝５ｂの側壁は、テーパーとなっており、角度αは、２０〜４０度の範囲内である。これにより、キー４ａ及びキー溝５ｂの接触面積が確保されるため、キー４ａとキー溝５ｂとの十分な嵌合力が得られており、回転子４とシャフト５とがずれることが防止されている。
【００２６】
また、本実施形態では、キー４ａ及びキー溝５ｂの先端は、尖っている。このため、回転子４内部へのシャフト５の挿入時に、キー溝５ｂにキー４ａを挿通しやすい。
【００２７】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第１実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。図３に示すように、第２実施形態においては、回転子１４のキー１４ａ及びシャフト１５のキー溝１５ｂが、第１実施形態と異なる。
【００２８】
第２実施形態では、キー１４ａの、回転子１４及びシャフト１５の軸方向に直交する方向の断面形状は、線対称な、台形状である。また、キー溝１５ｂの、回転子１４及びシャフト１５の軸方向に直交する方向の断面形状は、キー１４ａに嵌合するように、線対称な、台形状である。このため、キー１４ａとキー溝１５ｂとの接触面積が確保され、回転子１４とシャフト１５がずれることが防止される。
【００２９】
また、キー１４ａ及びキー溝１５ｂの側壁は、テーパーとなっており、キー１４ａ及びキー溝１５ｂの側壁の、キー１４ａ及びキー溝１５ｂ根元の接線に直交する方向に対する角度βは、２０〜４０度の範囲内である。言い換えれば、キー１４ａ及びキー溝１５ｂは、根元から先端まで、幅が狭くなっている。
【００３０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明を適用可能な形態は、上述の実施形態に限られるものではなく、以下に例示するように、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることが可能である。
【００３１】
上述の実施形態においては、キー４ａ、１４ａ及びキー溝５ｂ、１５ｂの断面形状は、左右対称な形状であるが、左右対称でなくてもよい。また、第１実施形態においては、キー４ａ及びキー溝５ｂの断面形状は、三角形状であり、第２実施形態においては、キー１４ａ及びキー溝１５ｂの断面形状は、台形状であるが、これらに限らず、キー及びキー溝は、それぞれ、シャフトの中心側に向かうにつれて幅が狭くなっていればよい。
【符号の説明】
【００３２】
１  電動機
２  筐体
３  固定子
４  回転子
４ａ  キー
５  シャフト
５ｂ  キー溝
９  回転角度検出センサ
【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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