JP2006254662A - 回転子およびモータ - Google Patents

Abstract

【課題】 組立精度が高く、さらに生産性が向上する回転子を提供する。
【解決手段】 回転子は、シャフトに固定されるべき第１管部１と、第１管部１の外側に配置された第２管部２と、第１管部１および第２管部２を互いに固定するためのリブ部３とを備える。第１管部１および第２管部２は、互いに離れて配置されている。回転子は、第１管部１、第２管部２およびリブ部３で囲まれる第１空洞部４を有するように形成されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、回転子およびモータに関する。

回転運動を行なう回転体には、シャフトと回転子を備えるものがある。たとえば、モータは、外側の筐体と、筐体の内部に配置されシャフトを中心に回転する回転体とを備える。回転体は、シャフトと回転子とを含む。回転子は、シャフトに固定され、たとえば、外側の筐体の内側に配置された磁石と関わって、シャフトと一体的に回転するように形成されている。

回転体を形成する工程においては、回転子とシャフトとを焼き嵌めにより固定していた。はじめに、回転子全体を熱することにより回転子を全体的に膨張させる。次に、シャフトを回転子の中に挿入して回転子を冷却する。回転子が収縮することにより、シャフトに対して回転子が固定される。

または、特開平１０−２５７７２３号公報においては、ロータコア組立とシャフトとを溶接接合するロータにおいて、ロータコア組立の内径とシャフトの外径との嵌め合いをスキマ嵌めにして、ロータコア組立の内径にシャフトを挿入後、ロータコア組立とシャフトとを溶接接合することが開示されている。この回転子においては、シャフトをロータコア組立に圧入する必要がなく、また、シャフトに傷が付かないのでシャフトが変形せず、シャフトを修正する必要がないと開示されている。
特開平１０−２５７７２３号公報

シャフトに対して回転子を焼き嵌めによって固定する方法においては、回転子全体を加熱する。たとえば、回転子の内面と外面との両方を加熱して、回転子全体を膨張させる必要がある。このため、回転子の加熱量が多く、時間がかかって生産性が悪いという問題があった。

また、たとえば、モータの磁石内蔵型の回転子においては、温度が上昇することによって、磁石の性能が劣化するという問題があった。磁石の温度上昇による性能劣化を避けるために、加熱量を抑えた場合には、加熱不足による焼き嵌め不良が生じるという問題があった。

上記の特開平１０−２５７７２３号公報に開示された回転子の固定方法においては、回転子をシャフトに固定する方法が回転子の端部の溶接のみであるため、シャフトと回転子との結合強度が必ずしも十分ではない。このため、運転中にシャフトと回転子との固定が外れてしまって、回転体が損傷することがあるという問題があった。

さらに、溶接によって回転子をシャフトに固定するため、溶接による熱歪みでシャフトや回転子が変形する場合がある。シャフトや回転子が変形すると、回転体の運転時に振動や騒音が増大するという問題があった。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、組立精度が高く、さらに生産性が向上する回転子およびモータを提供することを目的とする。

本発明に基づく回転子は、シャフトに固定されるべき第１管部と、上記第１管部の外側に配置された第２管部と、上記第１管部および上記第２管部を互いに固定するためのリブ部とを備える。上記第１管部および上記第２管部は、互いに離れて配置され、上記第１管部、上記第２管部および上記リブ部で囲まれる第１空洞部を有するように形成されている。

本発明に基づくモータは、上記回転子を備える。

本発明によれば、組立精度が高く、さらに生産性が向上する回転子およびモータを提供することができる。

（実施の形態１）
図１から図３を参照して、本発明に基づく実施の形態１における回転子およびモータについて説明する。

図１は、本実施の形態における回転体の概略断面図である。図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線に関する矢視断面図である。本実施の形態における回転体は、モータの回転体である。

モータの回転体は筐体の内部に配置され、回転体は回転子２０およびシャフト１０を含む。シャフト１０は、棒状に形成され、シャフト１０に回転子２０が固定されている。本実施の形態においては、シャフト１０は、円柱状に形成されている。

本実施の形態における回転子２０は、シャフト１０に固定されるべき第１管部１と、第１管部１の外側に配置された第２管部２とを含む。第１管部１および第２管部２は、それぞれが管状に形成されている。すなわち、本実施の形態における回転子は、第１管部１と第２管部２との二重管構造を有する。第１管部１と第２管部２とは同心円状に形成されている。第１管部１の内面は、断面形状がほぼ円形になるように形成され、シャフト１０を挿入するためのシャフト挿入穴１２が形成されている。

シャフト１０は、シャフト挿入穴１２に締め付けられることによって固定される。シャフト挿入穴１２の径は、シャフトを十分に締付けることができるように、シャフトの外径とほぼ同じ大きで形成されている。

第１管部１および第２管部２は、互いに離れて配置されている。すなわち第１管部１の外面と、第２管部２の内面とが離れて固定されている。

第１管部１と第２管部２とは、リブ部３で互いに固定されている。本実施の形態においては、リブ部３は、周方向において１２０°ごとに３個形成されている。リブ部３は、周方向において、規則的に配置されている。また、リブ部３は、シャフト１０の長手方向に沿って形成されている。リブ部３は、シャフト１０の長手方向における回転子の一方の端面から他方の端面まで形成されている。

リブ部３が形成されることにより、第１管部１、第２管部２およびリブ部３で囲まれる第１空洞部４が形成されている。第１空洞部４は、第１管部１の形状に沿って、周方向に延びるように形成されている。本実施の形態においては、３個の第１空洞部４が形成されている。第１空洞部は、シャフトの長手方向に沿って、回転子の一方の端面から他方の端面まで貫通するように形成されている。

本実施の形態においては、第２管部２の内部に、磁石１１が配置されている。磁石１１は、周方向において９０°ごとに４個配置されている。磁石は、回転子２０の断面形状である円の中心を対称点として対称に形成されている。

図３に、本実施の形態における回転子をシャフトに固定するときの回転子の概略断面図を示す。補助線４１は、シャフトの断面形状を示す。

本実施の形態における回転子をシャフトに固定する際には、回転子２０の内面を加熱する。すなわち、第１管部１におけるシャフト挿入穴１２を加熱する。または、第１管部１に対して加熱を行なう。回転子を内面から熱する方法においては、たとえば、回転子２０のシャフト挿入穴１２にコイルを挿入して、高周波により加熱する。

第１管部１は、矢印３１に示すように外側に向かって膨らむ。第１管部１は、２つのリブ部３を支点として、外側に向かって膨らむように膨張する。第１空洞部４は、小さくなる。このとき、従来の技術における焼き嵌めのように、回転体の外側から加熱を行なう必要はない。

回転子２０を内面から加熱することによって、シャフト挿入穴１２が大きくなる。次に、シャフト挿入穴１２に対してシャフトを挿入する。シャフトは、加熱されていないため、シャフト挿入穴１２に挿入することができる。

次に、第１管部１を冷却することによって、第１管部１が元の大きさに収縮しようとする。この際に、第１管部１がシャフトを締め付けて、回転子２０がシャフト１０に固定される。

このように、本実施の形態における回転体の製造方法は、シャフトに対して回転子を焼き嵌めによって固定する方法において、回転子の内部にシャフトの外面に沿うような第１空洞部を形成した回転子を用いる。次に、回転子を内面から加熱する。または、第１管部を加熱する。次に、シャフトを挿入した後に冷却を行なう。

第１管部１を加熱する際には、第１管部１と第２管部２との間に第１空洞部４が形成されているため、第１管部１から第２管部２への熱伝達を抑制することができる。すなわち第１空洞部４は断熱効果を有する。このため、第２管部２は大きな温度上昇を伴わずに、第１管部１の温度が選択的に上昇する。この結果、第１管部１を選択的に膨張させることができる。

本実施の形態においては、第２管部２を外側から加熱する必要がないため、従来の技術よりも少ない加熱時間で足り、生産性を向上させることができる。特に、温度を上昇させる部分は第１管部１で足りるため、加熱時間を短くすることができる。この結果、生産性が向上する。

また、第１空洞部４が断熱効果を有するため、たとえば、第２管部１の内部に磁石１１が配置されている場合には、磁石１１の温度上昇を抑制して性能劣化を抑制することができる。または、第１空洞部４が形成されていることにより、第１管部１を選択的に十分に高い温度にすることができ、加熱量不足による焼き嵌め不良を抑制することができる。

また、本実施の形態における回転子は、第１管部１の内面とシャフト１０の外面とが、面によって密着するため、大きな接触面積で回転子とシャフトとを固定することができる。この結果、回転体の運転中にシャフトと回転子との固定が外れてしまうことを防止できる。

また、第１管部１の内面を加熱するため、たとえば溶接による接合の際に生じるシャフトや回転子の変形を防止できる。すなわち、局所的に熱することに起因するシャフトや回転子の変形を防止することができる。このように組立精度を向上することができ、回転体の運転時における振動や騒音を抑制することができる。

本発明におけるモータは、上記の回転子を備えるため、生産性が向上して、さらに組立精度が向上する。

本実施の形態においては、第１空洞部がシャフトの長手方向に沿って、一方の端面から他方の端面まで貫通するように形成されているが、この形態に限られず、シャフトの長手方向において、一部分に第１空洞部が形成されるようにリブ部が形成されていても構わない。この場合には、シャフトに与える歪みを低減させるために、回転子とシャフトとの間の一部分に隙間（逃げ）が生じるようにシャフト挿入穴が形成されていることが好ましい。

また、図２を参照して、本実施の形態においては、周方向に３個のリブ部３が形成されているが、この形態に限られず、任意の数のリブ部を形成することができる。第１管部は、加熱したときにシャフトを中心に外側に広がることが好ましい。このため、リブ部３は、規則的に配置されていることが好ましい。たとえば、本実施の形態におけるリブ部のように、周方向において一定の間隔をあけて形成されていることが好ましい。または、対称にリブ部が形成されていることが好ましい。

第１管部、リブ部および第２管部は、一体的に形成されていてもよいし、個別に形成された第１管部、第２管部およびリブ部が互いに固定されることによって、回転子が形成されていても構わない。

また、本実施の形態においては、モータの回転子を例に取上げて説明を行なったが、この形態に限られず、シャフトと回転子を有する回転体や、軸体と部品を有する構造体に本発明を適用することができる。すなわち、回転子をシャフトに固定する構成を有する回転体に、また部品を軸体に固定する構成を有する構造体に、本発明を適用することができる。

（実施の形態２）
図４および図５を参照して、本発明に基づく実施の形態２における回転子およびモータについて説明する。図４は、本実施の形態における回転子をシャフト挿入穴が延びる方向に垂直な面で切断したときの概略断面図である。補助線４１は、シャフトの断面形状を示す。

回転子２１が第１管部および第２管部を備え、第１管部と第２管部とがリブ部で接続されていることは、実施の形態１と同様である。本実施の形態においては、第１管部のシャフト挿入穴の形状が実施の形態１と異なる。

シャフト挿入穴１３は、外側に向かって一部分が欠けるように形成された切欠き部６を有する。すなわち、シャフト挿入穴１３に切欠き部６が形成されている。切欠き部６は、第１管部５の内面の断面形状である円の一部分を、所定の長さのみ外側に向かって凹んだ形状を有する。切欠き部６は、補助線４１で示すシャフトの径よりも大きくなるように形成されている。

切欠き部６は、リブ部３が配置されている位置に対応するように形成されている。それぞれの切欠き部６の外側には、それぞれのリブ部３が形成されている。または、切欠き部６は、第１空洞部４同士の間に対応するように配置されている。第１管部５は、リブ部が形成されている部分の厚さが薄くなるように形成されている。

図５に、第１管部を加熱したときの概略断面図を示す。補助線４１は、シャフトの断面形状を示し、補助線４２は、加熱する前の第１管部５の外面を示す。たとえば、第１管部５の内面を加熱したときには、第１管部５が選択的に加熱されて膨張する。第１管部５は、矢印３１に示すように、リブ部３と接続されている部分を支点として外側に膨らむ。第１管部５は、半径方向の外側に向かって膨らむ。

半径方向に剛性の高いリブ部３は、加熱されることによって熱膨張する。リブ部３は、半径方向の内側に向かってわずかながら熱膨張することがある。しかし、切欠き部６を形成することによって、シャフトとリブ部３が形成されている部分との間に、十分な隙間を形成することができ、容易にシャフトをシャフト挿入穴１３に挿入することができる。この後に冷却することにより、シャフトを第１管部で締付けて固定することができる。

たとえば、材料として鉄を用いて、シャフト挿入穴１３の径をφ２０ｍｍに形成する。第１空洞部４が形成されている部分の径をφ２２ｍｍ以上φ２４ｍｍ以下になるように形成する。また、第１空洞部を中心角度が１００°になるように３個形成する。シャフト挿入穴１３のリブ部３に対応する位置に切欠き６を３個形成する。

次に、第１管部５の内面を３００℃程度に加熱する。第１管部５は、半径方向の外側に向かって最大５０μｍ程度熱膨張する。リブ部３が形成されている部分においても、切欠き部６が形成されているために、シャフトと第１管部５とは離れている。したがって、容易にシャフトをシャフト挿入穴１３に挿入することができる。回転子２１とシャフトとの位置合わせを行なった後に、冷却することによって、回転子２１をシャフトに固定することができる。

その他の構成、作用および効果については、実施の形態１と同様であるのでここでは説明を繰返さない。

（実施の形態３）
図６を参照して、本発明に基づく実施の形態３における回転子およびモータについて説明する。図６は、本実施の形態における回転子をシャフト挿入穴が延びる方向に垂直な面で切断したときの概略断面図である。補助線４１は、シャフトの断面形状を示す。

回転子２２が、第１管部と第２管部とを備え、第１管部および第２管部がリブ部で接続されていることは、実施の形態１と同様である。本実施の形態においては、第１管部のシャフト挿入穴の形状が実施の形態１と異なる。

シャフト挿入穴１４は、リブ部３が形成されている部分において、径が大きくなるように形成されている。すなわち、第１管部７は、少なくともリブ部３と接続されている部分の厚さが、リブ部３同士の間における厚さよりも薄くなるように形成されている。本実施の形態における第１管部７は、周方向において、３個のリブ部３の位置に対応するように肉厚の薄い部分を有する。

または、第１管部の厚さを全周に亘って均等にして、本実施の形態におけるシャフト挿入穴１４と同様の形状を有する挿入穴を形成してもよい。この構成を採用することによっても、下記の本実施の形態における回転子およびモータと同等の効果を得ることができる。

第１管部７を加熱した場合においては、第１管部７は、２個のリブ部３を支点として外側に膨らむ。したがって、シャフト挿入穴１４の径を大きくすることができる。リブ部３が形成されている部分が熱膨張のために、わずかながら半径方向の内側に向かって大きくなる場合がある。しかしながら、第１管部のリブ部３が接続されている部分の厚さが、リブ部３同士の間の厚さよりも薄く形成されていることによって、リブ部３が形成されている部分においても、シャフトとシャフト挿入穴１４との間に隙間が形成される。この結果、容易にシャフトをシャフト挿入穴１４に挿入することができる。

さらに、補助線４１に示すシャフトの形状に合わせて、リブ部における第１管部７の厚さを調整することにより、第１管部７でシャフトを締付ける強さを調整することができる。すなわち、加熱時および冷却時における第１管部７の半径方向への膨張および収縮を利用して、シャフトを締付ける強さを調整することができる。

その他の構成、作用および効果については、実施の形態１と同様であるのでここでは説明を繰返さない。

（実施の形態４）
図７および図８を参照して、本発明に基づく実施の形態４における回転子およびモータについて説明する。図７は、本実施の形態における回転子をシャフト挿入穴が延びる方向に垂直な面で切断したときの概略断面図である。

回転子が第１管部と第２管部とを備え、第１管部と第２管部とがリブ部で接続されていることは、実施の形態１と同様である。本実施の形態においては、第２管部の構成が実施の形態１と異なる。

本実施の形態における第２管部８は、周方向に延びる第２空洞部９を有する。第２空洞部９は、リブ部３の外側に形成されている。第２空洞部９は、リブ部３の半径方向の外側に形成されている。第２空洞部９は、リブ部３を覆うように形成されている。たとえば、第２空洞部９は、断面形状が円弧状に延びるように形成されている。

本実施の形態においては、３個のリブ部３に対応するように、３個の第２空洞部９が形成されている。第２空洞部９は、シャフトの軸方向に沿って延びるように形成され、回転子２３の一方の端面から他方の端面まで貫通するように形成されている。シャフト挿入穴１２は、断面形状が円形になるように形成されている。

図８に、第１管部を加熱したときの概略断面図を示す。補助線４１は、シャフトの断面形状を示す。補助線４２は、加熱する前の第１管部１の外面を示す。補助線４３は、加熱する前の第１空洞部４の外側の表面を示す。補助線４４は、加熱する前の第２空洞部９の内側の表面を示す。

回転子２３の内面を加熱することにより、シャフト挿入穴１２は、半径方向にほぼ均一に大きくなる。リブ部３は、外側に向かって矢印３２に示すように移動する。第１空洞部４および第２空洞部９は圧縮されて小さくなる。シャフト挿入穴１２を、全体的に大きくすることができ、シャフトをシャフト挿入穴１２に容易に挿入することができる。この後に冷却することにより、シャフトを第１管部で締付けて固定することができる。

たとえば、材料として鉄を用いて、シャフト挿入穴１２の径がφ２０ｍｍになるように形成する。また、径がφ２２ｍｍ以上φ２４ｍｍ以下の範囲内になるように第１空洞部４を形成する。第１空洞部４の周方向の長さは、中心角度が１００°になるように形成する。さらに、径がφ２６ｍｍ以上φ２８ｍｍ以下の範囲内になるように第２空洞部９を形成する。第２空洞部９の周方向の長さは、中心角度が９０°になるように形成する。

次に、第１管部１の内面を３００℃程度に加熱することによって、第１管部１は、リブ部３も含めて全体的に、半径方向の外側に向かって５０μｍ程度膨張する。このため、シャフトをシャフト挿入穴１２に容易に挿入することができる。

その他の構成、作用および効果については、実施の形態１と同様であるのでここでは説明を繰返さない。

図面において、同一または相当する部分には同一の符号を付している。

なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

実施の形態１における回転子およびシャフトの第１の概略断面図である。 実施の形態１における回転子およびシャフトの第２の概略断面図である。 実施の形態１における回転子の概略断面図である。 実施の形態２における回転子の第１の概略断面図である。 実施の形態２における回転子の第２の概略断面図である。 実施の形態３における回転子の概略断面図である。 実施の形態４における回転子の第１の概略断面図である。 実施の形態４における回転子の第２の概略断面図である。

符号の説明

１，５，７ 第１管部、２，８ 第２管部、３ リブ部、４ 第１空洞部、６ 切欠き部、９ 第２空洞部、１０ シャフト、１１ 磁石、１２〜１４ シャフト挿入穴、２０〜２３ 回転子、３１，３２ 矢印、４１〜４４ 補助線。

Claims (5)

1. シャフトに固定されるべき第１管部と、
   前記第１管部の外側に配置された第２管部と、
   前記第１管部および前記第２管部を互いに固定するためのリブ部と
   を備え、
   前記第１管部および前記第２管部は、互いに離れて配置され、
   前記第１管部、前記第２管部および前記リブ部で囲まれる第１空洞部を有するように形成された、回転子。
2. 前記第１管部は、前記リブ部が接続されている部分における厚さが、前記リブ部同士の間における厚さよりも薄くなるように形成された、請求項１に記載の回転子。
3. 前記第１管部は、内面から外側に向かって一部分が欠けるように形成された切欠き部を有し、
   前記切欠き部は、前記リブ部と対向するように形成された、請求項１または２に記載の回転子。
4. 前記第２管部は、前記リブ部の外側に形成された第２空洞部を有し、
   前記第２空洞部は、前記リブ部を覆うように形成された、請求項１から３のいずれかに記載の回転子。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の回転子を備える、モータ。

Images