ВРАЩАЮЩИЙСЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РОТОР И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РОТОРА
ROTATING ELECTRIC ROTOR AND ROTATING ELECTRIC ROTOR MANUFACTURING METHOD

1. Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Изобретение относится к вращающемуся электрическому ротору и способу изготовления вращающегося электрического ротора, и, в частности, относится к вращающемуся электрическому ротору, в котором роторный вал и роторный сердечник закреплены друг с другом с помощью гайки, а также способу изготовления вращающегося электрического ротора.
2. Описание известного уровня техники
[0002] Вращающийся электрический ротор образован путем сборки роторного вала и роторного сердечника вместе. Если между роторным валом и роторным сердечником имеется зазор, роторный сердечник отсоединяется от роторного вала. Соответственно, выполняются гаечный крепеж, вставка клина и т.п.
[0003] В опубликованной публикации нерассмотренной японской патентной заявки №2015-122873 (JP 2015-122873 А) раскрыт электрический автомобильный двигатель для передвижения, имеющий конструкцию, ограничивающую ослабление гайки, которая фиксирует роторный сердечник. В конструкции часть электромагнитной стальной пластины роторного сердечника согнута так, чтобы выступать на сторону гайки и служить в качестве кронштейнового участка, а гайка снабжена наклонной поверхностью, так что наклонная поверхность входит в зацепление с кронштейновым участком.
[0004] В публикации нерассмотренной японской заявки №63-77442 (JP 63-77442 U) на полезную модель раскрыта конфигурация вращающейся электрической машины, в которой кольцеобразный клин, имеющий конусообразную продольную секцию, коаксиально вставлен между вращающимся валом и роторным сердечником, а крепление и фиксация выполняются с помощью стопорной гайки.
[0005] В качестве примера способа сборки, в котором устранен зазор между роторным валом и роторным сердечником, представлено соединение с нагревом, при котором имеется зазор между роторным валом и роторным сердечником в высокотемпературном состоянии, и зазор устраняется путем понижения температуры. Нагревательное устройство для достижения нагретого состояния служит для сборки с нагревом. Кроме того, необходимо выполнить управление размерами для подгонки. В опубликованной заявке №2004-129500 (JP 2004-129500 А) на японский патент раскрыта технология, в которой для подгонки используется зазор, роторный вал вставляют в роторный сердечник при нормальной температуре, и роторный вал и роторный сердечник соединяют вместе, выполняя сварку.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0006] Нагревательное устройство и т.п.служат для сборки с нагревом, что также требует времени для обработки. Если для сборки роторного вала и роторного сердечника вместе при нормальной температуре используется клин, существует вероятность повреждения и т.д. роторного сердечника. При простом гаечном креплении, гайка может ослабнуть из-за центробежной силы или чего-то подобного, возникающего при вращении ротора. Таким образом, существуют требования к вращающемуся электрическому ротору, которые позволяют собирать вместе роторный вал и роторный сердечник при нормальной температуре, а также способ изготовления вращающегося электрического ротора.
[0007] Один объект изобретения относится к вращающемуся электрическому ротору, включающему в себя роторный вал, роторный сердечник, шайбу и гайку. Роторный вал имеет охватывающий винтовой участок на первой стороне в осевом направлении роторного вала и имеет участок приема сердечника на второй стороне в осевом направлении роторного вала. Роторный сердечник имеет сквозное отверстие вала для роторного вала. Роторный вал вставляется в сквозное отверстие вала роторного сердечника. Один торцевой участок роторного сердечника находится в контакте с участком приема сердечника роторного вала. Шайба имеет кольцевую конструкцию. В шайбе имеются вырезы, предназначенные для того, чтобы шайба была эластично деформируемой в радиальном направлении. Шайба расположена так, чтобы находится в контакте со второй торцевой поверхностью роторного сердечника. Поверхность на противоположной стороне поверхности шайбы, контактирующей со второй торцевой поверхностью роторного сердечника, представляет собой конусообразную поверхность, сторона которой, расположена радиально в направлении наружу от роторного вала, выполнена более удаленной от второй торцевой поверхности роторного сердечника, чем сторона, расположенная радиально в направлении внутрь к роторному валу. Поверхность шайбы, контактирующая со второй торцевой поверхностью роторного сердечника, имеет кольцевой выступающий участок, проходящий в осевом направлении роторного вала. Кольцевой выступающий участок расположен в зазоре между внутренней периферийной поверхностью сквозного отверстия вала роторного сердечника и внешней периферийной поверхностью роторного вала. Кольцевой выступающий участок подогнан и закреплен на внутренней периферийной поверхности сквозного отверстия вала роторного сердечника. Гайка имеет охватывающий резьбовой участок, вступает в зацепление и прикрепляется к охватываемому винтовому участку роторного вала, и имеет первую торцевую поверхность, контактирующую с конусообразной поверхностью шайбы. Первая торцевая поверхность гайки представляет собой конусообразную поверхность, сторона которой, расположенная радиально внутрь в направлении к роторному валу, выступает ближе к стороне шайбы, чем сторона, расположенная радиально в направлении наружу от роторного вала.
[0008] С такой конфигурацией используется шайба, имеющая кольцевую конструкцию с вырезами, выполненными с возможностью вызывать эластичную деформируемость шайбы в радиальном направлении, а также гайка с конусообразной поверхностью гайки, которая обращена к конусообразной поверхности шайбы. Кольцевой выступающий участок шайбы прикреплен к роторному сердечнику в состоянии расположения в зазоре между внутренней периферийной поверхностью сквозного отверстия вала роторного сердечника и внешней периферийной поверхностью роторного вала, и прижимания внутренней периферийной поверхности сквозного отверстия вала. Гайку прикрепляют к роторному валу при выполнении винтового крепления. Соответственно, роторный вал и роторный сердечник могут быть собраны вместе.
[0009] Во вращающемся электрическом роторе согласно изобретению, внутренний диаметр роторного сердечника может быть больше, чем внешний диаметр роторного вала. При такой конфигурации роторный вал можно вставлять в роторный сердечник при нормальной температуре без использования сборки с нагревом, при которой дополнительно используется нагревательное устройство и т.п., и которое требует времени для обработки.
[0010] Во вращающемся электрическом роторе согласно изобретению, кольцевая конструкция шайбы может представлять собой конструкцию с разрезом, часть которой в периферийном направлении вырезана от внутренней цилиндрической кромки до внешней цилиндрической кромки. С такой конфигурацией, поскольку кольцевая конструкция шайбы имеет вырезы разделенной конструкции, усилие, направленное на уменьшение поперечного сечения шайбы, воздействует радиально, так что легко произвести эластичную деформацию кольцевого выступающего участка шайбы и расположить его в зазоре между внутренней периферийной поверхностью сквозного отверстия вала роторного сердечника и внешней периферийной поверхностью участка вала роторного вала.
[0011] Во вращающемся электрическом роторе согласно изобретению, кольцевая конструкция шайбы может представлять собой конструкцию с разрезом, часть которой в периферийном направлении частично вырезана в радиальном направлении, так что шайба является сплошной в периферийном направлении. По сравнению с разделенной конструкцией, конструкция с разрезом, имеющая вышеописанную конфигурацию, имеет большую жесткость, связанную с эластичной деформацией в радиальном направлении. Поэтому усилие кольцевого выступающего участка шайбы, прижимающего внутреннюю периферийную поверхность сквозного отверстия вала, то есть усилие фиксации шайбы и роторного сердечника вместе, может увеличиваться по сравнению с усилием в разделенной конструкции.
[0012] Во вращающемся электрическом роторе согласно изобретению, радиальная толщина кольцевого выступающего участка может быть постоянной вдоль осевого направления роторного вала. При такой конфигурации, поскольку кольцевой выступающий участок не является клиновидным, отсутствует вероятность повреждения и т.п. роторного сердечника.
[0013] Во вращающемся электрическом роторе в соответствии с изобретением, роторный сердечник может иметь установочные участки, соответственно подогнанные к вырезам в кольцевом выступающем участке шайбы и выступающие радиально внутрь от внутренней периферийной поверхности сквозного отверстия вала. При такой конфигурации предотвращается совместное вращение шайбы и гайки при прикреплении гайки к роторному валу.
[0014] Во вращающемся электрическом роторе согласно изобретению, конусообразная поверхность шайбы может быть установлена таким образом, что чем больше центробежная сила, то тем меньше размер для того, чтобы располагаться дальше от второй торцевой поверхности роторного сердечника в соответствии со значениями центробежной силы, генерируемой в роторном сердечнике во время вращения роторного вала. С такой конфигурацией, поскольку конусообразная поверхность шайбы и конусообразная поверхность гайки могут быть установлены в соответствии со значениями центробежной силы, создаваемой в роторном сердечнике, можно предотвратить ослабление гайки благодаря центробежной силе.
[0015] Другой объект изобретения относится к способу изготовления вращающегося электрического ротора. Способ включает в себя этап вставки роторного вала, этап размещения шайбы и этап крепления гайки. На этапе вставки роторного вала, роторный вал, имеющий охватываемый винтовой участок на первой стороне в осевом направлении роторного вала, и имеющий участок приема сердечника на второй стороне в осевом направлении роторного вала, вставляют в сквозное отверстие вала роторного сердечника с первой стороны в осевом направлении роторного вала, а один торцевой участок роторного сердечника вставляют в участок приема сердечника роторного вала. На этапе размещения шайбы, кольцевой выступающий участок шайбы располагают в зазоре между внутренней периферийной поверхностью сквозного отверстия вала и внешней периферийной поверхностью роторного вала со стороны второй торцевой поверхности роторного сердечника. Шайба имеет кольцевую конструкцию. В шайбе установлены вырезы, предназначенные для того, чтобы шайба эластично деформировалась в радиальном направлении. Кольцевой выступающий участок шайбы пролегает в осевом направлении роторного вала от поверхности, контактирующей со второй торцевой поверхностью роторного сердечника. Поверхность на противоположной стороне от поверхности шайбы, контактирующая со второй торцевой поверхностью роторного сердечника, представляет собой конусообразную поверхность, сторона которой, расположенная радиально в направлении наружу от роторного вала, выполнена более удаленной от второй торцевой поверхности роторного сердечника, чем сторона, расположенная радиально в направлении внутрь к роторному валу. На этапе крепления гайки используют гайку. Гайка имеет охватывающий резьбовой участок, соответствующий охватываемому винтовому участку роторного вала. Конечная поверхность гайки, обращенная к конусообразной поверхности шайбы, представляет собой конусообразную поверхность, сторона которой, ориентированная радиально в направлении внутрь к роторному валу, выступает ближе к стороне шайбы, чем сторона, расположенная радиально в направлении наружу от роторного вала. Охватывающий резьбовой участок гайки вступает в зацепление с охватываемым винтовым участком роторного вала. Конусообразная поверхность гайки прижимается к конусообразной поверхности шайбы так, что кольцевой выступающий участок шайбы расширяется во внешнем периферийном направлении. Кольцевой выступающий участок шайбы прижимается к внутренней периферийной поверхности роторного сердечника. Шайбу крепят к роторному сердечнику с помощью гайки.
[0016] При такой конфигурации, кольцевой выступающий участок шайбы, имеющий кольцевую конструкцию с вырезами, выполненными с возможностью обеспечения эластичной деформации шайбы в радиальном направлении, расположен в зазоре между внутренней периферийной поверхностью сквозного отверстия роторного сердечника и внешней периферийной поверхностью роторного вала. Конечная поверхность гайки, обращенная к конусообразной поверхности шайбы, представляет собой конусообразную поверхность гайки, имеющую заданный угол наклона. Гайка, имеющая охватывающий винтовой участок, вступает в зацепление с охватываемым винтовым участком роторного вала, так что гайка и роторный вал соединяются вместе. Соответственно, гайка крепится к роторному валу. Конусообразная поверхность гайки прижимает конусообразную поверхность шайбы. Кольцевой выступающий участок шайбы расширяется во внешнем периферийном направлении. Кольцевой выступающий участок прижимает внутреннюю периферийную поверхность роторного сердечника. Шайба крепится к роторному сердечнику с помощью гайки. Таким образом, роторный вал и роторный сердечник собираются вместе с помощью шайбы с кольцевым выступающим участком и гайки.
[0017] При способе изготовления вращающегося электрического ротора согласно изобретению, этап вставки роторного вала может выполняться при нормальной температуре. При такой конфигурации, поскольку процесс может выполняться при нормальной температуре с этапа вставки роторного вала, нет необходимости использовать сборку с нагревом, при которой дополнительно используются нагревающее устройство и т.п., и которая требует времени для обработки.
[0018] При способе изготовления вращающегося электрического ротора в соответствии с изобретением на этапе размещения шайбы, шайбу обжимают внутрь в радиальном в направлении, так что кольцевой выступающий участок поджимается внутрь в радиальном направлении, и при этом кольцевой выступающий участок может быть расположен в зазоре между внутренней периферийной поверхностью сквозного отверстия вала роторного сердечника и внешней периферийной поверхностью роторного вала. При такой конфигурации, кольцевой выступающий участок можно легко разместить без использования сборки с нагревом, при которой используется нагревательное устройство и т.п., и которая требует времени для обработки.
[0019] Согласно изобретению, вращающийся электрический ротор и способ изготовления вращающегося электрического ротора позволяют собирать роторный вал и роторный сердечник при нормальной температуре.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0020] Признаки, преимущества, а также техническая и промышленная значимость примерных вариантов осуществления изобретения будут описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых одинаковые ссылочные позиции обозначают одинаковые элементы, и на которых:
Фиг. 1 представляет собой перспективный вид вращающегося электрического ротора в соответствии с вариантом осуществления:
Фиг. 2 представляет собой покомпонентное изображение с фиг. 1;
Фиг. 3 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую процедуру способа изготовления вращающегося электрического ротора в соответствии с вариантом осуществления;
Фиг. 4 представляет собой вид в перспективе, иллюстрирующий этап размещения шайбы в способе изготовления вращающегося электрического ротора в соответствии с вариантом осуществления;
Фиг. 5 представляет собой вид, подробно иллюстрирующий расположение шайбы с фиг. 4;
Фиг. 6 представляет собой вид, иллюстрирующий подробную взаимосвязь между установочным участком роторного сердечника и вырезом шайбы с фиг. 4;
Фиг. 7 представляет собой вид в перспективе, иллюстрирующий относительное расположение между шайбой и гайкой в способе изготовления вращающегося электрического ротора в соответствии с вариантом осуществления;
Фиг. 8 представляет собой вид в разрезе вращающегося электрического ротора, который был собран посредством способа изготовления вращающегося электрического ротора в соответствии с вариантом осуществления;
Фиг. 9 представляет собой вид баланса усилий, иллюстрирующий взаимосвязь и т.п. между усилием крепления гайки и центробежной силой ротора во вращающемся электрическом роторе согласно варианту осуществления;
Фиг. 10А представляет собой вид в перспективе, иллюстрирующий пример другой шайбы, и вид иллюстрирует сторону конусообразной поверхности шайбы;
Фиг. 10В представляет собой вид в перспективе, иллюстрирующий пример другой шайбы, и вид иллюстрирует сторону кольцевого выступающего участка;
Фиг. 11А представляет собой вид в разрезе, сравнивающий рабочий эффект вращающегося электрического ротора варианта осуществления с таковым согласно соответствующей технологии, и вид иллюстрирует способ крепления гаек, в котором выполняется управление зазором;
Фиг. 11В представляет собой вид в разрезе, сравнивающий рабочий эффект вращающегося электрического ротора варианта осуществления с таковым согласно соответствующей технологии, и вид иллюстрирует пример, в котором сборка выполняется при нормальной температуре; и
Фиг. 11С представляет собой вид в разрезе, сравнивающий рабочий эффект вращающегося электрического ротора варианта осуществления с таковым согласно соответствующей технологии, и вид иллюстрирует способ осуществления.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
[0021] Далее вариант осуществления будет подробно описан с использованием чертежей. Размеры, формы, материалы и т.п., описанные ниже, являются примерами для описания, и могут быть соответствующим образом изменены в зависимости от характеристик и т.п. вращающегося электрического ротора. Кроме того, далее на всех чертежах будут применены одинаковые ссылочные позиции для аналогичных элементов, и описание не будет повторяться.
[0022] Фиг. 1 представляет собой вид в перспективе, иллюстрирующий конфигурацию вращающегося электрического ротора 10, используемого на вращающейся электрической машине, установленной в транспортном средстве. Далее, если не указано иное, вращающийся электрический ротор 10 будет называться ротором 10. Вращающаяся электрическая машина, использующая ротор 10, представляет собой трехфазную синхронную роторную электрическую машину, то есть электродвигатель-генератор, который функционирует как электродвигатель, когда транспортное средство находится в движении, и функционирует как генератор электроэнергии, когда транспортное средство остановлено. Вращающаяся электрическая машина сконфигурирована так, чтобы иметь ротор 10, который показан на фиг. 1, и кольцевой статор, который расположен на заданном расстоянии от внешней периферийной стороны ротора 10, и вокруг которого намотана обмотка. На фиг. 1 статор не показан.
[0023] Ротор 10 включает в себя узел 12 роторного сердечника, роторный вал 20, шайбу 40 и гайку 60. На фиг. 1 проиллюстрировано направление А-А, направление В-В и направление С-С как три направления, ортогональные друг другу. Направление А-А является на листе вертикальным направлением Направление В-В представляет собой направление от ближней стороны к противоположной стороне листа. Направление С-С является осевым направлением ротора 10. Сторона гайки 60 в осевом направлении ротора 10 будет называться первой стороной, а противоположная сторона в осевом направлении ротора 10 будет называться второй стороной.
[0024] Фиг. 2 представляет собой покомпонентный вид ротора 10. В направлении С-С узел 12 роторного сердечника расположен между роторным валом 20, показанным на второй стороне, и шайбой 40 и гайкой 60, показанными бок о бок на первой стороне. Кроме того, в левом верхнем углу на фиг. 2 показан вид в разрезе шайбы 40, взятый вдоль направления А-А, и вид в разрезе гайки 60, взятый вдоль направления А-А, показаны бок о бок.
[0025] Узел 12 роторного сердечника может включать в себя основной корпус 13 роторного сердечника, в котором уложено слоями заданное количество листов тонких магнитных пластин, и который имеет сквозное отверстие 14 вала, обеспечивающий сквозной проход роторного вала 20, а также множество магнитов, которые встроены и расположены в основном корпусе 13 роторного сердечника. На фиг. 1 и после этого магниты не показаны, так что внешняя форма узла 12 роторного сердечника, по существу, такая же, что и у основного корпуса 13 роторного сердечника. Далее, если не указано иначе, узел 12 роторного сердечника будет называться роторным сердечником 12. Вместо слоистого корпуса с тонкими магнитными пластинами, основной корпус 13 роторного сердечника может быть цельным сердечником, полученным посредством формования магнитного порошка.
[0026] Внутренний диаметр сквозного отверстия 14 вала роторного сердечника 12 будет называться D14. Далее внутренние диаметры отверстия и наружные диаметры вала, рассматриваемые как основные размеры, будут выражаться как «D+ (ссылочная позиция отверстия или вала)». Например, внешний диаметр участка 30 основного вала роторного вала 20 обозначен D30. Внутренний диаметр D14 больше, чем внешний диаметр D30. Разница в размерах между D14 и D30 связана с зазором, выполненным при нормальной температуре. В качестве примера размер D14 должен быть больше, чем наружный диаметр D30 в диапазоне приблизительно от 0,05 мм до 0,10 мм. Посредством установки размера, выполненной при нормальной температуре, роторный вал 20 может быть вставлен и расположен в сквозном отверстии 14 вала роторного сердечника 12 без особого толкающего усилия.
[0027] Внутренняя периферийная поверхность сквозного отверстия 14 вала снабжена установочными участками 15, 16, проходящими в осевом направлении ротора 10. Установочные участки 15, 16 представляют собой выступающие участки, которые соответственно установлены в вырезах 44, 46 кольцевого выступающего участка 52 шайбы 40 и предотвращают вращение шайбы 40 вместе с вращением при креплении гайки 60 (см. фиг. 6). Установочные участки 15, 16 соответственно находятся в двух положениях, обращенных друг к другу в направлении пересечения внутреннего диаметра сквозного отверстия 14 вала. Эта конфигурация является примером, и в зависимости от обстоятельств может быть предусмотрен один установочный участок.
[0028] Конечная поверхность 18 роторного сердечника 12 на первой стороне представляет собой опорную поверхность шайбы, к которой прижимается торцевая поверхность шайбы 40 на второй стороне. Торцевая поверхность 19 роторного сердечника 12 на второй стороне представляет собой опорную поверхность участка приемки, которая принимается торцевой поверхностью участка 32 приема сердечника роторного вала 20 на первой стороне.
[0029] Роторный вал 20 представляет собой элемент вала, проходящий в осевом направлении. Роторный вал 20 имеет охватываемый винтовой участок 28 с первой стороны в осевом направлении роторного вала 20 и имеет ступени участка 32 приема сердечника на второй стороне. Наружный диаметр D32 участка 32 приема сердечника больше, чем внутренний диаметр D14 сквозного отверстия 14 вала роторного сердечника 12 и меньше внешнего диаметра D13 основного корпуса 13 роторного сердечника (D14<D32<D13). Участок 32 приема сердечника функционирует как приемник, который останавливает роторный сердечник 12 от передвижения на вторую сторону, при вставке роторного вала 20 в сквозное отверстие 14 вала роторного сердечника 12 с первой стороны роторного вала 20, и когда гайка 60 вступает в зацепление с охватываемым винтовым участком 28 с первой стороны через шайбу 40. Площадь поверхности торцевой поверхности участка 32 приема сердечника на первой стороне устанавливается на основании площади приема, которая может в достаточной степени воспринимать заданное крепежное усилие гайки 60, когда торцева поверхность 19 роторного сердечника 12 на второй стороне упирается в участок 32 приема сердечника и закрепляется силой крепления.
[0030] Первая сторона за участком 32 приема роторного сердечника 20 вдоль его осевого направления сконфигурирована так, что она снабжена участком 24 наконечника вала, участком 26 промежуточного вала и участком 30 основного вала, соответственно имеющими внешние формы, отличающиеся друг от друга. Наружный диаметр D24 участка 24 наконечника вала, наружный диаметр D26 участка 26 промежуточного вала и внешний диаметр D30 участка 30 основного вала имеют размерное соотношение D24<D26<D30. Участок 26 промежуточного может иметь охватываемый винтовой участок 28 и участок 29 вала, на которых нет внешней резьбы. Наружный диаметр вала 29 обозначен, как D29 (=D26). Диаметр винтовой резьбы охватываемого винтового участка 28 составляет D29. Кольцевой выступающий участок 52 шайбы 40 расположен в зазоре между внутренним диаметром D14 сквозного отверстия 14 вала роторного сердечника 12 и наружным диаметром D29 участка 29 вала. Подробное описание будет приведено ниже.
[0031] Вторая сторона за участком 32 приема роторного сердечника 20 вдоль его осевого направления может представлять собой ступенчатый участок 34 вала, наружный диаметр которого постепенно уменьшается. Центральное отверстие 22 вала роторного вала 20 является отверстием, в котором установлен выходной роторный вал (не показан).
[0032] Участок 26 промежуточного вала роторного вала 20 и внешняя периферийная поверхность участка 30 основного вала снабжены участками 35, 36 канавок, проходящими в осевом направлении роторного вала 20. Участки 35, 36 канавок соответственно подогнаны к установочным участкам 15, 16, расположенным в сквозном отверстии 14 вала роторного сердечника 12. Участки 35, 36 канавок функционируют как направляющие для установочных участков 15, 16, когда роторный вал 20 вставляют в сквозное отверстие 14 вала роторного сердечника 12. Наружный диаметр роторного вала 20 на дне канавок участков 35, 36 канавок меньше, чем внутренний диаметр роторного сердечника 12 на кончиках выступающих участков установочных участков 15, 16.
[0033] Шайба 40 имеет центральное отверстие 42 шайбы, позволяющее первой стороне проходить через него в осевом направлении роторного вала 20. Шайба 40 отличается от обычной кольцевой шайбы, имеющей постоянную толщину пластины. Шайба 40 представляет собой элемент, имеющий кольцевую конструкцию с двумя вырезами 44, 46 вдоль периферийного направления шайбы 40. Вырез 44 имеет разделенную вырезанную конструкцию, в которой вырез 44 проходит от широкого выреза 43 на стороне центрального отверстия 42 шайбы к узкому вырезу 45, расположенному радиально в направлении наружу от центрального отверстия 42 шайбы, и часть шайбы 40 по ее периферическому направлению вырезана от внутреннего периферийного конца до внешнего периферического конца. Вырез 46 находится в положении, обращенном к вырезу 44, на полпути вокруг шайбы 40 вдоль ее периферийного направления. Вырез 46 представляет собой широкий вырез, расположенный в радиальном направлении внутрь к стороне центрального отверстия 42 шайбы. Вырез 46 представляет собой частичный вырез, так что шайба 40 является сплошной вдоль ее периферийного направления на внешнем периферийном конце. Из-за кольцевой конструкции, имеющей вырезы 44, 46, шайба 40 эластично деформируется в радиальном направлении. Например, когда добавляется внешнее усилие к внешней периферийной стороне шайбы 40, шайба 40 радиально уменьшается в размерах, при этом может уменьшиться внутренний диаметр D42 центрального отверстия 42 шайбы. Когда внешнее усилие устранено, центральное отверстие 42 шайбы восстанавливает исходный внутренний диаметр D42.
[0034] Установочные участки 15, 16 роторного сердечника 12 расположены соответственно в широком вырезе 43 и вырезе 46. Соответственно, шайба 40 и гайка 60 не могут проворачиваться вместе во время закрепления гайки 60 (см. фиг. 6).
[0035] Шайба 40 включает в себя фланцевый участок 48 шайбы, имеющий центральное отверстие 42 шайбы, и кольцевой выступающий участок 52, проходящий от торцевой поверхности 51 фланцевого участка 48 шайбы на второй стороне вдоль осевого направления роторного вала 20 на заданную выступающую величину h52. Фланцевый участок 48 шайбы и кольцевой выступающий участок 52 эластично деформируемы в радиальном направлении из-за вырезов 44, 46 в кольцевой конструкции.
[0036] Конечная поверхность фланцевого участка 48 шайбы на первой стороне представляет собой конусообразную поверхность 50 шайбы, которая наклонена к стороне роторного сердечника 12 относительно осевого направления с заданным углом θ наклона. Из-за наличия угла θ наклона, при установке шайбы 40 в роторном сердечнике 12, конусообразную поверхность 50 шайбы проходит радиально в направлении наружу к стороне, которая является противоположной стороной шайбы 40, контактирующей с роторным сердечником 12. Заданный угол θ наклона представляет собой острый угол. Способ установки угла наклона будет описан ниже.
[0037] Кольцевой выступающий участок 52 имеет внутренний диаметр, который является таким же, что и внутренний диаметр D42 центрального отверстия 42 шайбы. Кольцевой выступающий участок 52 имеет толщину t52, которая является постоянной в радиальном направлении. Поэтому внешний диаметр D52 кольцевого выступающего участка 52 имеет значение «D42 + 2 × (t52)». Из-за кольцевой конструкции шайбы 40 кольцевой выступающий участок 52 также эластично деформируется в радиальном направлении. Например, когда к внешней периферийной стороне шайбы 40 добавляется внешнее усилие, шайба 40 радиально уменьшается в размерах, так что внутренний диаметр D42 и наружный диаметр D52 кольцевого выступающего участка 52 могут быть уменьшены. Когда внешнее усилие устранено, кольцевой выступающий участок 52 восстанавливает первоначальную форму. Благодаря использованию эластичной деформации можно радиально уменьшить кольцевой выступающий участок 52 и расположить кольцевой выступающий участок 52 шайбы 40 в зазоре между внутренней периферийной поверхностью сквозного отверстия 14 роторного сердечника 12 и наружной периферийной поверхностью участка 29 вала участка 26 промежуточного вала роторного вала 20. После этого кольцевой выступающий участок 52 радиально расширяется, так что шайба 40 и роторный сердечник 12 могут быть скреплены друг с другом. Подробное описание будет приведено позже.
[0038] Гайка 60 является крепежным элементом, который имеет охватывающий резьбовой участок 62 и заставляет охватывающий резьбовой участок 62 вступать в зацепление с охватываемым винтовым участком 28 роторного вала 20, тем самым скрепляя роторный сердечник 12 и роторный вал 20 вместе.
[0039] Гайка 60 включает в себя головной участок 61, имеющий охватывающий резьбовой участок 62, и фланцевый участок 63 гайки, имеющий диаметр больше, чем диаметр головного участка 61. Торцевая поверхность фланцевого участка 63 гайки на второй стороне является конусообразной поверхностью 64 гайки, имеющей заданный угол θ наклона, и расположенной так, что она обращена к конусообразной поверхности 50 шайбы, имеющей тот же угол θ наклона. Из-за наличия угла θ наклона, когда гайка 60 собирается в роторном сердечнике 12 вместе с шайбой 40, конусообразная поверхность 64 гайки пролегает радиально в направлении внутрь к стороне шайбы 40.
[0040] Фиг. 3 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую процедуру изготовления вращающегося электрического ротора 10 согласно варианту осуществления. Сначала выполняется этап вставки роторного вала. На этом этапе роторный вал 20 вставляют в роторный сердечник 12 (S10). Роторный вал 20 имеет охватываемый винтовой участок 28 с первой стороны в осевом направлении роторного сердечника 12 и имеет участок 32 приема сердечника на второй стороне в осевом направлении роторного сердечника 12, так что роторный вал 20 вставляют в сквозное отверстие 14 роторного сердечника 12 с первой стороны в осевом направлении роторного сердечника 12, а участок 32 приема сердечника принимает торцевая поверхность 19 роторного сердечника 12 на второй стороне. Участок 30 основного вала имеет наибольший наружный диаметр в роторном валу 20, а наружный диаметр D30 участка 30 основного вала меньше, чем внутренний диаметр D14 сквозного отверстия 14 роторного сердечника 12 в диапазоне приблизительно от 0,05 до 0,10 мм при нормальной температуре. Поэтому роторный вал 20 вставляется в роторный сердечник 12 без особого толкающего усилия.
[0041] В сквозном отверстии 14 вала роторного сердечника 12 выступающие участки установочных участков 15, 16 проходят в осевом направлении роторного сердечника 12. Поскольку внутренний диаметр роторного сердечника 12 на концах выступающих участков установочных участков 15, 16 больше, чем наружный диаметр D30 участка 30 основного вала, участки 35, 36 канавок находятся в роторном валу 20, чтобы соответственно быть подогнанными к установочным участкам 15, 16. Таким образом, в то время, как роторный вал 20 ориентирован так, что установочные участки 15, 16 соответственно подогнаны к участкам 35, 36 канавок роторного вала 20, роторный вал 20 вставляется в сквозное отверстие 14 вала роторного сердечника 12.
[0042] На фиг. 4 показано состояние, в котором роторный вал 20 вставлен в роторный сердечник 12, а торцевая поверхность 19 роторного сердечника 12 на второй стороне примыкает к участку 32 приема сердечника роторного вала 20.
[0043] Возвращаясь к фиг. 3, видим, что, когда этап S10 заканчивается, в дальнейшем, к шайбе 40 добавляется внешнее усилие, а шайба 40 радиально уменьшается в размере (S12). При этом, кольцевой выступающий участок 52 шайбы 40, которая находится в состоянии радиального уменьшения в размерах, расположен в зазоре 38 между внутренней периферийной поверхностью сквозного отверстия 14 роторного сердечника 12 и внешней периферийной поверхностью участка 29 вала участка 26 промежуточного вала роторного вала 20 (S14). После того, как кольцевой выступающий участок 52 встает в зазор 38, внешнее усилие устраняется.
[0044] Фиг. 4 иллюстрирует конусообразную поверхность 50 шайбы, которая является торцевой поверхностью фланцевого участка 48 шайбы на первой стороне. На фиг. 4 показана торцевая поверхность 51 фланцевого участка 48 шайбы на второй стороне. Кольцевой выступающий участок 52 выступает из торцевой поверхности 51 фланцевого участка 48 шайбы со второй стороны.
[0045] На фиг. 5 показан вид в разрезе, относящийся к шайбе 40, роторному сердечнику 12 и участку 29 вала роторного вала 20. Разность в размерах между внутренним диаметром D14 сквозного отверстия 14 роторного сердечника 12 и внешним диаметром D29 вала 29 роторного вала 20 установлена таким образом, что, в дополнение к удвоенной радиальной толщине (t52) кольцевого выступающего участка 52, создается зазор в диапазоне от примерно 0,05 мм до примерно 0,10 мм. Поэтому, когда используется эластичная деформация, вызванная вырезами шайбы 40, а внешний диаметр и внутренний диаметр кольцевого выступающего участка 52 регулируются соответствующим образом, кольцевой выступающий участок 52 может быть расположен в зазоре 38 между внутренней периферийной поверхностью сквозного отверстия 14 вала роторного сердечника 12 и внешней периферийной поверхностью участка 29 вала роторного вала 20. На фиг. 5 сплошная линия обозначает состояние, в котором внешнее усилие Р приложено к шайбе 40, а линия с двумя точками обозначает шайбу 41 и кольцевой выступающий участок 53 шайбы 41, который радиально уменьшается в размерах внешним усилием Р и расположен в зазоре 38.
[0046] Фиг. 6 представляет собой вид, иллюстрирующий подробное соотношение между установочным участком 15 роторного сердечника 12 и вырезом 44 шайбы 40. В верхней части на фиг. 6, кольцевой выступающий участок 52 на стороне выреза 44 показан в частичном перспективном разрезе выреза 44 шайбы 40. В середине фиг. 6, установочный участок 15, выступающий радиально в направлении внутрь от внутренней периферийной поверхности сквозного отверстия 14 вала, показан на виде в перспективе установочного участка 15 роторного сердечника 12. Внизу на фиг. 6 показано положение, в котором кольцевой выступающий участок 52 шайбы 40 расположен на установочном участке 15 роторного сердечника 12. В этом состоянии боковые поверхности установочного участка 15 упираются в кольцевой выступающий участок 52 шайбы 40 на стороне выреза 44. Соответственно, несмотря на то, что гайка 60 вращается и закрепляется, перемещение шайбы 40 ограничено из-за боковых поверхностей кольцевого выступающего участка 52 на стороне выреза 44, упирающихся в установочный участок 15 роторного сердечника 12, при этом предотвращается совместное прокручивание гайки 60 и шайбы 40. Вырез 46 и установочный участок 16 имеют сходную взаимосвязь.
[0047] Возвращаясь к фиг. 3, видим, что, когда заканчивается этап установки шайбы 40, крепится гайка 60 (S20). Как показано на фиг. 2, как конусообразная поверхность 50 шайбы 40, так и конусообразная гаечная поверхность 64 гайки 60 наклонены к стороне 12 роторного сердечника относительно осевого направления с заданным углом 0 наклона. То есть, гайка 60 нажимает на шайбу 40 поверхностью, наклоненной под углом 0 наклона.
[0048] На фиг. 7 показан вид в перспективе, иллюстрирующий относительное расположение между шайбой 40 и гайкой 60 в процессе способа изготовления ротора 10. В последовательности со второй стороны показан вид в перспективе шайбы 40, вид, который является обратно-повернутым в перспективе видом гайки 60, и вид в перспективе гайки 60 проиллюстрирован бок о бок. Вид в перспективе шайбы 40 иллюстрирует конусообразную поверхность 50 шайбы, которая является торцевой поверхностью фланцевого участка 48 шайбы на первой стороне. Вид в перспективе гайки 60 иллюстрирует головной участок 61, расположенный на первой стороне фланцевого участка 63 гайки. Вид, который представляет собой обратный вид в перспективе гайки 60, иллюстрирует конусообразную поверхность 64 гайки, которая является торцевой поверхностью фланцевого участка 63 гайки на второй стороне. Поскольку угол θ наклона конусообразной поверхности 50 шайбы совпадает с углом θ наклона конусообразной поверхности 64 гайки, гайка 60 нажимает на конусообразную поверхность 50 шайбы конусообразной поверхностью 64 гайки.
[0049] Когда гайка 60 закреплена, получается вращающийся электрический ротор 10, показанный на фиг. 1. Фиг. 8 представляет собой вид в разрезе вращающегося электрического ротора 10 с фиг. 1. На фиг. 8 на верхней стороне листа показан имеющей направление С-С в качестве центральной линии вид в разрезе, взятый вдоль направления А-А, а также на нижней стороне листа проиллюстрирован вид в разрезе по направлению В-В, который представляет собой направление, включающее в себя установочный участок 16 и участок 36 канавки. Как показано на фиг. 8, используется шайба 40, имеющая кольцевой выступающий участок 52 и гайка 60, имеющая конусообразную поверхность 64 гайки, наклоненную под углом θ наклона, таким же образом, что и конусообразную поверхность 50 шайбы 40, так что роторный сердечник 12 и роторный вал 20 фиксируются друг с другом при нормальной температуре.
[0050] Роторный сердечник 12 и роторный вал 20 фиксируются друг с другом после нескольких этапов, во время крепления гайки 60. На фиг. 3 показано «крепление гайки» (S20), разделенное на пять этапов. Содержание каждого этапа будет описано с использованием фиг. 9, иллюстрирующей баланс усилий между конусообразной поверхностью 50 шайбы и конусообразной поверхностью 64 гайки. Фиг. 9 представляет собой увеличенный вид части 70 с фиг. 8.
[0051] Первый этап «крепления гайки» (S20) представляет собой этап, на котором крепежный момент прикладывают к гайке 60 (S22). В частности, охватывающий резьбовой участок 62 гайки 60 вступает в зацепление с охватываемым винтовым участком 28 роторного вала 20, а крепежный инструмент и т.п. используют для того, чтобы вращать головной участок 61 в направлении крепления. При продолжении крепления гайки, на втором этапе, конусообразную поверхность 64 гайки 60 входит в контакт с конусообразной поверхностью 50 шайбы 40 (S24). На фиг. 9 проиллюстрировано состояние. Когда конусообразная поверхность 64 гайки соприкасается с конусообразной поверхностью 50 шайбы, в качестве третьего этапа, создается усилие F на валу на основе момента затяжки гайки 60 (S26). Направление усилия F на валу параллельно направлению оси С-С в направлении оси.
[0052] Усилие F на валу делится на компонент R поверхностного давления, перпендикулярный конусообразной поверхности 64 гайки и конусообразной поверхности 50 шайбы, и компонент М, параллельный конусообразной поверхности 64 гайки и конусообразной поверхности 50 шайбы. Компонент М является силовым компонентом, который толкает гайку 60 и шайбу 40 радиально в направлении внутрь, что называется толкающим усилием М.
[0053] При дальнейшем продолжении крепления гайки 60, в качестве четвертого этапа создается нагрузка расширения шайбы 40 во внешнем периферийном направлении (S28). Компонент R поверхностного давления, который отклонился от усилия F на валу, отклоняется в качестве силового компонента на торцевой поверхности 18 роторного сердечника 12 на первой стороне. Силовой компонент на торцевой поверхности 18 роторного сердечника 12 на первой стороне отклоняется в компонент, параллельный направлению направленности оси С-С (F2 = Rsinθ), и компонент, параллельный торцевой поверхности 18 (Rcosθ). Компонент, параллельный торцевой поверхности 18, представляет собой нагрузку, которая стремится расширить шайбу 40 во внешнем периферийном направлении (N = Rcosθ).
[0054] В качестве пятого этапа, благодаря нагрузке (N = Rcosθ), кольцевой выступающий участок 52 шайбы 40 прижимает внутреннюю периферийную поверхность сквозного отверстия 14 роторного сердечника 12. Соответственно, шайба 40 и роторный сердечник 12 фиксируются (S30).
[0055] То есть, гайку 60 прикрепляют к роторному валу 20 с помощью винтового механизма. Гайка 60 фиксирует шайбу 40, нажимая на шайбу 40. Кольцевой выступающий участок 52 расширяется радиально в направлении наружу, так что шайба 40 прикрепляется к роторному сердечнику 12. Соответственно, роторный сердечник 12 и роторный вал 20 могут быть закреплены друг с другом при нормальной температуре.
[0056] Затем угол θ наклона устанавливается следующим образом. Центробежная сила W, вызванная дисбалансом в роторе 10, генерируется в направлении, перпендикулярном направлению оси С-С. На фиг. 9 показана центробежная сила W. Компонент центробежной силы W, параллельный конусообразной поверхности 64 конуса, и конусообразной поверхности 50 шайбы (ММ = Wsinθ), становится сдвиговой нагрузкой гайки 60. Поскольку нажимное усилие (М = Fcosθ), описанное на третьем этапе, представляет собой силовой компонент, толкающий гайку 60 радиально в направлении внутрь, когда угол θ наклона установлен таким образом, что сдвиговая нагрузка (ММ = Wsinθ), вызванная центробежной силой, становится меньше, чем толкающее усилие (М = Fcosθ), гайка 60 не ослабляется. Выражение (М = Fcosθ) > (ММ = Wsinθ) обозначает соотношение. Другими словами, устанавливается соотношение «tanθ < (F/W)». Чем больше центробежная сила W, возникающая из-за заданной спецификации при приложении усилия F на валу, тем меньше угол θ наклона. Уменьшение угла θ наклона означает уменьшение допуска шайбы 40 в направлении толщины, то есть диапазона, пролегающего к стороне гайки 60.
[0057] В приведенном выше описании кольцевая конструкция шайбы 40 имеет два выреза 44, 46 вдоль периферийного направления шайбы 40. Вырез 44 имеет разделенную вырезную конструкцию, в которой часть шайбы 40 в ее периферийном направлении вырезана от внутреннего периферического конца до внешнего периферического конца. Вырез 46 является частичным вырезом, так что шайба 40 является сплошной на внешнем периферийном конце вдоль периферийного направления шайбы 40. Фиг. 10А и 10В представляют собой виды в перспективе, иллюстрирующие пример другой шайбы 54. Фиг. 10А представляет собой вид, иллюстрирующий сторону конусообразной поверхности 50 шайбы. Фиг. 10 В представляет собой вид, иллюстрирующий сторону кольцевого выступающего участка 52. Шайба 54 имеет два выреза 56, 57. Вырезы 56, 57 имеют одинаковую форму друг с другом. Оба выреза 56, 57 представляют собой частичные вырезы, так что шайба 54 является сплошной вдоль своего периферийного направления на внешнем периферийном конце.
[0058] По сравнению с шайбой 40, имеющей разделенную конструкцию, шайба 54 имеет высокую жесткость, связанную с эластичной деформацией в радиальном направлении. Поэтому кольцевой выступающий участок 52 шайбы 54 может иметь увеличенную силу прижимания внутренней периферийной поверхности сквозного отверстия 14 роторного сердечника 12, то есть повышенное усилие фиксации шайбы 54 к роторному сердечнику 12 по сравнению с шайбой 40, имеющей разделенную конструкцию.
[0059] Эффект работы ротора 10 в варианте осуществления будет описан на основе сравнения с соответствующей технологией с использованием фиг. 11А-11С. На фиг. 11А-11С представлены виды в разрезе, иллюстрирующие четыре элемента, такие как роторный сердечник, роторный вал, шайбу и гайку, которые сужаются как конфигурационные элементы ротора. На фиг. 11А-11С проиллюстрированы различия между конфигурациями.
[0060] Ротор 80 на фиг. 11А использует способ соответствующей технологии, в котором выполняется управление зазором для зазора между сквозным отверстием вала роторного сердечника 82 и роторным валом 84, а гайка 88 закрепляет сердечник 82 ротора и вал 84 ротора вместе посредством шайбы 86. У этого способа есть недостатки, связанные с тем, что строгое управление зазором не является систематическим, и гайка может ослабнуть.
[0061] Ротор 81 на фиг. 11В использует способ, при котором зазор между сквозным отверстием вала роторного сердечника 83 и роторным валом 84 претерпевает подгонку зазора, сборка выполняется при нормальной температуре, а гайка 88 скрепляет роторный сердечник 83 и роторный вал 84 вместе с помощью шайбы 86. Способ имеет те недостатки, что зазор между роторным валом 84 и сквозным отверстием вала роторного сердечника 83 является значительным, а роторный сердечник 83 может перемещаться в радиальном направлении.
[0062] Фиг. 11С представляет собой вид, иллюстрирующий ротор 10 согласно варианту осуществления. Зазор между сквозным отверстием вала роторного сердечника 12 и роторным валом 20 претерпевает подгонку зазора. Сборка может выполняться при нормальной температуре. Шайба 40 имеет кольцевой выступающий участок 52. Кольцевой выступающий участок 52 функционирует в качестве наполнителя для зазора, при этом роторный сердечник 12 не перемещается в радиальном направлении. Кроме того, поскольку шайба 40 и гайка 60 контактируют друг с другом через свои конические поверхности, когда шайба 40 закреплена, кольцевой выступающий участок 52 шайбы 40 расширяется в ее внешнем периферийном направлении. Соответственно, шайба 40 и роторный сердечник 12 прикрепляются друг к другу.
[0063] Вращающийся электрический ротор 10 согласно варианту осуществления включает в себя роторный сердечник 12 и роторный вал 20. Роторный сердечник 12 имеет сквозное отверстие 14. Роторный вал 20 имеет охватываемый винтовой участок 28 на первой стороне в осевом направлении роторного вала 20 и имеет участок 32 приема сердечника на второй стороне в осевом направлении роторного вала 20. Кроме того, вращающийся электрический ротор 10 включает в себя шайбу 40, имеющую кольцевую конструкцию. Кольцевая конструкция имеет вырезы, сконфигурированные так, чтобы заставить шайбу 40 эластично деформироваться в радиальном направлении. Шайба 40 включает в себя фланцевый участок 48 шайбы, имеющий конусообразную поверхность 50 шайбы, которая является поверхностью на противоположной стороне шайбы 40, находящейся в контакте с роторным сердечником 12. Конусообразная поверхность 50 шайбы пролегает радиально в направлении наружу к стороне, которая является противоположной стороной шайбы 40, находящейся в контакте с роторным сердечником 12. Кроме того, шайба 40 имеет кольцевой выступающий участок 52, проходящий в осевом направлении роторного вала 20 от торцевой поверхности 51 на стороне, которая является противоположной стороной шайбы 40, имеющей конусообразную поверхность 50 шайбы фланцевого участка 48 шайбы. Кольцевой выступающий участок 52 расположен в зазоре 38 между внутренней периферийной поверхностью сквозного отверстия 14 вала роторного сердечника 12 и внешней периферийной поверхностью роторного вала 20. Кольцевой выступающий участок 52 прикреплен к роторному сердечнику 12 в состоянии запрессовки внутренней периферийной поверхности сквозного отверстия 14 вала. Кроме того, вращающийся электрический ротор 10 включает в себя гайку с охватывающим резьбовой участком 62, который вступает в зацепление с охватываемым винтовым участком 28 роторного вала 20 и прикреплен к роторному валу 20. Конечная поверхность гайки, обращенная к конусообразной поверхности 50 шайбы, представляет собой конусообразную поверхность 64 гайки, проходящую радиально в направлении внутрь к стороне шайбы 40.