回転軸にスリーブを高精度に取り付け可能な電動機
【課題】回転軸にスリーブを高精度に取り付けることができる電動機を提供する。
【解決手段】電動機１１では、回転軸１２は、第１径を有する大径位置１７から第１径よりも小さい第２径を有する小径位置１８に向かうにつれて減少する径を有する外周面２１を規定する。スリーブ１３は、大径位置１７に隣接する前端から小径位置１８に隣接する後端に向かうにつれて減少する径を有する内周面２２で回転軸１２の外周面２１に嵌合して回転軸１２に締まり嵌めされる。こうした構成によれば、スリーブ１３は内周面２２のほぼ全面で回転軸１２の外周面２１に嵌合する。スリーブ１３の締め代による締め付け力はスリーブ１３の内周面２２の全面でほぼ均等に回転軸１２の外周面２１に作用する。しかも、回転軸１２には局所的に締結トルクが作用しないことから、回転軸１２の変形や歪みの発生は回避される。回転軸１２に高精度にスリーブ１３を取り付けることができる。
【解決手段】電動機１１では、回転軸１２は、第１径を有する大径位置１７から第１径よりも小さい第２径を有する小径位置１８に向かうにつれて減少する径を有する外周面２１を規定する。スリーブ１３は、大径位置１７に隣接する前端から小径位置１８に隣接する後端に向かうにつれて減少する径を有する内周面２２で回転軸１２の外周面２１に嵌合して回転軸１２に締まり嵌めされる。こうした構成によれば、スリーブ１３は内周面２２のほぼ全面で回転軸１２の外周面２１に嵌合する。スリーブ１３の締め代による締め付け力はスリーブ１３の内周面２２の全面でほぼ均等に回転軸１２の外周面２１に作用する。しかも、回転軸１２には局所的に締結トルクが作用しないことから、回転軸１２の変形や歪みの発生は回避される。回転軸１２に高精度にスリーブ１３を取り付けることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転子部品と、回転子部品を保持しつつ回転軸に装着されるスリーブと、を備える電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１にはいわゆるビルトインモータが開示される。このモータでは、スリーブを介して回転軸に回転子が装着される。スリーブの内周面には、回転軸の外周面に向かって径方向に突出する複数の突部が形成される。突部は回転軸の回転軸線回りに環状に延びる。その一方で、回転軸は一端から他端に向かって例えば径が三段階に変化する。突部は、こうした径の変化に対応してスリーブの内周面からそれぞれ異なる大きさで突き出る。スリーブはいわゆるステップドスリーブに構成される。回転軸への回転子の取り付けにあたって、スリーブは、回転軸に焼き嵌めで装着されて突部で回転軸の外周面に押し付けられる。
【０００３】
その一方で、突部同士の間にはスリーブの内周面と回転軸の外周面との間に所定の空間が形成される。例えばモータの不具合などによって回転軸から回転子が取り外される構造が求められている。回転軸からの回転子の取り外しにあたって、前述の空間に所定の圧力で作動油が注入される。作動油の圧力に基づく膨張によってスリーブの内径が増大する結果、回転軸の径の差異に基づき複数の突部のそれぞれの内径が異なることから、回転軸線の方向にスリーブに力が作用する。こうして回転軸から回転軸線の方向に回転子とともにスリーブを取り外すことが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平５−２６２０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
スリーブは突部でのみ回転軸に受け止められることから、スリーブの接触面積はスリーブの内周面に対して小さい。その結果、スリーブの堅固な取り付けの実現のためには、スリーブの締め代を増大させて回転軸に対するスリーブの締結トルクを増大させることが必要である。しかしながら、こうした締結トルクは例えばスリーブの両外端の突部に集中する。しかも、締め代の増大によって焼き嵌め時にスリーブは高温に加熱されなければならず、回転軸とスリーブとの間の熱膨張の差によって突部から回転軸に局所的に無用な応力が作用する。その結果、回転軸の変形や歪みを招く。こうして回転軸の振動は増大してしまう。
【０００６】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、回転軸にスリーブを高精度に取り付けることができる電動機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明によれば、
第１径を有する大径位置から前記第１径よりも小さい第２径を有する小径位置に向かうにつれて減少する径を有する外周面を規定する回転軸と、
前記大径位置に隣接する前端から前記小径位置に隣接する後端に向かうにつれて減少する径を有する内周面で前記回転軸の外周面に嵌合して前記回転軸に締まり嵌めで装着されるスリーブと、
前記スリーブの外周面に締まり嵌めで装着される円筒状の回転子部品と、を備える電動機が提供される。
【０００８】
こうした電動機は、前記スリーブの外周面を含む前記スリーブの外側面から前記スリーブの内周面まで貫通する流体通路を備える。
【０００９】
電動機は、前記スリーブの内周面と前記回転軸の外周面との間に形成されて前記回転軸の回転軸線回りに環状に延び、前記流体通路に接続される環状通路を備える。
【００１０】
電動機は、前記スリーブの内周面と前記回転軸の外周面との間に形成されて、前記回転軸線の方向に前記環状通路から前記大径位置に向かって延びる軸線方向通路を備える。
【００１１】
電動機は、前記スリーブの内周面と前記回転軸の外周面との間に挟み込まれて、前記流体通路よりも前記スリーブの前端側及び後端側の少なくともいずれか一方の側に配置される流体封止部材を備える。
【００１２】
電動機は、前記スリーブの前端及び後端の少なくともいずれか一方の端部に隣接して前記スリーブに締まり嵌めで装着される環状部材を備える。
【００１３】
電動機は、前記スリーブの後端で前記回転軸の外周面に装着されて、前記スリーブの前記回転軸からの抜けを規制する規制部材を備える。
【００１４】
以上のような電動機は工作機械に組み込まれてよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、回転軸にスリーブを高精度に取り付けることができる電動機が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る電動機を概略的に示す縦断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る電動機を概略的に示す横断面図である。
【図３】本発明の一実施形態の変形例に係る電動機を概略的に示す部分縦断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態の他の変形例に係る電動機を概略的に示す部分縦断面図である。
【図５】本発明の一実施形態のさらに他の変形例に係る電動機のスリーブ及び回転子部品を概略的に示す縦断面図である。
【図６】本発明の一実施形態のさらに他の変形例に係る電動機の回転軸を概略的に示す部分縦断面図である。
【図７】本発明の一実施形態のさらに他の変形例に係る電動機を概略的に示す部分縦断面図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係る電動機を概略的に示す部分縦断面図である。
【図９】本発明のさらに他の実施形態に係る電動機を概略的に示す部分縦断面図である。
【図１０】本発明のさらに他の実施形態に係る電動機を概略的に示す横断面図である。
【図１１】本発明のさらに他の実施形態に係る電動機を概略的に示す部分縦断面図である。
【図１２】本発明のさらに他の実施形態に係る電動機を概略的に示す部分縦断面図である。
【図１３】本発明のさらに他の実施形態に係る電動機を概略的に示す横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電動機１１を概略的に示す縦断面図である。この電動機１１は例えば埋込磁石型の同期電動機を構成する。電動機１１は、例えば工作機械（図示せず）の主軸である円筒状の回転軸１２と、回転軸１２に装着されるほぼ円筒状のスリーブ１３と、スリーブ１３に装着される円筒状の回転子部品１４と、回転子部品１４に向き合う固定子１５と、内周面で固定子１５を支持しつつ回転軸１２の回転軸線Ｘ周りに回転軸１２を囲むハウジング１６と、を備える。電動機１１は、ダイレクトドライブ形式のモータであり、いわゆるビルトインモータである。
【００１８】
回転軸１２は、大径部１２ａと、大径部１２ａよりも小さい径を有する小径部１２ｂと、大径部１２ａと小径部１２ｂとの間に配置されるテーパ部１２ｃと、を備える。大径部１２ａ、テーパ部１２ｃ及び小径部１２ｂは一体的に形成される。テーパ部１２ｃは大径部１２ａ及び小径部１２ｂに例えば段差で接続される。テーパ部１２ｃの外周面は円錐台形状の輪郭を有する。テーパ部１２ｃは、第１径を有する大径位置１７から第１径よりも小さい第２径を有する小径位置１８に向かうにつれて径を減少させる。大径部１２ａとテーパ部１２ｃとの間には、回転軸線Ｘに直交する仮想平面に沿って広がる段差面１９が形成される。
【００１９】
テーパ部１２ｃの外周面２１にはスリーブ１３が装着される。装着にあたって、スリーブ１３はテーパ部１２ｃに例えば締まり嵌めで装着される。スリーブ１３の内周面２２は、テーパ部１２ｃの大径位置１７に隣接する前端から、テーパ部１２ｃの小径位置１８に隣接する後端に向かうにつれて減少する径を有する。スリーブ１３はその内周面２２のほぼ全面でテーパ部１２ｃの外周面２１に嵌合する。スリーブ１３の外周面２３は円筒状に形成される。すなわち、回転軸線Ｘに直交する径方向に規定されるスリーブ１３の厚さはスリーブ１３の前端から後端に向かうにつれて増大する。スリーブ１３の前端に規定される前端面は大径部１２ａ及びテーパ部１２ｃの間の段差面１９に突き当てられる。
【００２０】
スリーブ１３の後端には径方向外側に突き出るフランジ２４が形成される。フランジ２４には、スリーブ１３の外周面２３を含む外側面から内周面２２までスリーブ１３を貫通する１対の流体通路２５ａ、２５ｂが形成される。流体通路２５ａ、２５ｂは、例えば回転軸線Ｘを挟んで相互に対向する位置すなわち回転軸線Ｘに対して回転対称の位置でスリーブ１３に形成される。流体通路２５ａ、２５ｂは、ねじ孔２６と、ねじ孔２６に連続する流路２７と、をそれぞれ備える。流体通路２５ａ、２５ｂのいずれか一方のねじ孔２６には例えば油圧源（図示せず）のノズルが接続される。油圧源は流路２７に作動油を供給する。この流体通路２５ａ、２５ｂは、回転軸１２に対するスリーブ１３の着脱にあたって利用される。
【００２１】
スリーブ１３の内周面２２には、回転軸線Ｘ周りに環状に延びる環状通路２８が形成される。環状通路２８は、スリーブ１３の内周面２２に形成される溝によって確立される。環状通路２８は、流体通路２５ａ、２５ｂの流路２７のそれぞれに接続される。こうした環状通路２８によれば、油圧源から流路２７に供給された作動油が回転軸線Ｘ周りに回転軸１２の全周に行き渡ることができる。こうした環状通路２８の形成にあたって、例えば旋削や切削、研削、放電加工などによって溝が形成されてよく、又は、例えばけがき線程度の細い溝が形成されてもよい。いずれの場合にも、外周面２３と内周面２２との間に作動油が浸透する所定の断面積が確保される。
【００２２】
こうしたスリーブ１３には例えば磁性材料であって弾性域の大きな材料が用いられることが好ましい。従って、スリーブ１３は例えば炭素鋼、鉄系の合金鋼などから形成されることが好ましい。また、スリーブ１３の締め代が大きく設定されなければならない場合には、材料の降伏点や弾性限度を高めるために、焼き入れや焼き戻しなどの熱処理が材料に実施されることが好ましい。また、スリーブ１３の厚みは薄肉であるほど、回転軸１２の径を増大させることができるとともにスリーブ１３の着脱時の作業性を向上させる。ただし、薄肉になるにつれて加工が困難になるため、スリーブ１３の厚さは、用途や設計仕様などを適宜考慮して決定されてよい。
【００２３】
図２は、本発明の一実施形態に係る電動機１１を概略的に示す横断面図である。図２を併せて参照すると、回転子部品１４は、回転軸線Ｘに沿って積層される複数の電磁鋼板の積層体から形成される回転子鉄心２９と、回転軸線Ｘ周りに例えば等間隔で鉄心２９内に埋め込まれる複数の永久磁石３１と、を備える。回転子鉄心２９は例えば円筒状に形成される。回転子鉄心２９は、その内周面３２でスリーブ１３の外周面２３に嵌合される。ここでは、回転子鉄心２９はその内周面３２の全面でスリーブ１３の外周面２３に嵌合する。回転子鉄心２９の一端はスリーブ１３のフランジ２４に受け止められる。回転軸線Ｘに直交する径方向に規定される回転子鉄心２９の厚みは回転軸線Ｘに沿って均一に設定される。
【００２４】
図１から明らかなように、スリーブ１３は、フランジ２４の部分を除いて一定の外径を有する。すなわち、スリーブ１３の外周面２３は円筒面である。その一方で、回転子鉄心２９は一定の内径を有する。すなわち、回転子鉄心２９の内周面３２は円筒面である。その結果、スリーブ１３に回転子鉄心２９を締まり嵌めで装着することができる。本実施形態では、少なくともスリーブ１３の前端側の外径が、回転子鉄心２９内に受け入れ可能なように、回転子鉄心２９の内径以下の大きさに設定される。
【００２５】
図１に戻ると、固定子１５は、鉄心２９の永久磁石３１に対向する固定子鉄心３３と、固定子鉄心３３に巻き付けられるコイル３４と、を備える。固定子鉄心３３は、回転軸線Ｘの方向に積層される複数の電磁鋼板の積層体から形成される。固定子鉄心３３は例えば円筒状に形成される。回転軸線Ｘに直交する方向に規定される固定子鉄心３３の厚みは回転軸線Ｘに沿って均一に設定される。その結果、固定子鉄心３３は回転軸線Ｘに沿って均一な距離で回転子鉄心２９に対向する。コイル３４は例えば銅線から形成される。固定子１５はハウジング１６の内周面に固定される。こうした固定子１５と回転子部品１４との間の磁気的相互作用によって回転子部品１４すなわち回転軸１２には回転力が伝達される。
【００２６】
次に、スリーブ１３が回転軸１２に取り付けられる場面を説明する。取り付けに先立って、スリーブ１３の外周面２３には回転子部品１４が締まり嵌めで装着される。こうして回転子部品１４はスリーブ１３に固定される。このとき、回転子部品１４は仮止め程度の比較的小さな締め代でスリーブ１３に装着される。その後、回転軸１２のテーパ部１２ｃの外周面２１に潤滑材が塗布される。例えばプレス装置に保持される回転軸１２に対してスリーブ１３が嵌め込まれる。スリーブ１３は回転軸線Ｘに沿って大径部１２ａに向かって押し込まれる。スリーブ１３は回転軸１２に対して所定の締め代を有することから、すなわち、テーパ部１２ｃの外径はスリーブ１３の内径よりも僅かに大きく設定されることから、スリーブ１３はテーパ部１２ｃに圧入される。膨張によってスリーブ１３の外径が増大する。その結果、回転軸１２に対するスリーブ１３の締まり嵌めが達成されると同時に、スリーブ１３に対する回転子部品１４の締まり嵌めが達成される。こうして、スリーブ１３及び回転子部品１４は最終的に所定の締め代で回転軸１２に装着される。言い替えれば、スリーブ１３は所定の締結トルクで回転軸１２に装着される。
【００２７】
こうした電動機１１では、回転軸１２のテーパ部１２ｃの外周面２１及びスリーブ１３の内周面２２が、その一端から他端に向かうにつれて径を減少させるように構成される。従って、スリーブ１３が、規定の押し込み距離以上の押し込み量で回転軸１２に対して押し込まれると、締め代が規定の締め代よりも増大してしまう。その逆に、押し込み量が規定の押し込み距離に到達しないと、締め代が規定の締め代よりも不足してしまう。こうしたことを回避するため、スリーブ１３の前端が回転軸１２の段差面１９に突き当てられることによって規定の締め代が確保されるように、回転軸１２では回転軸線Ｘの方向における段差面１９の位置が設定されることが好ましい。
【００２８】
また、締め代の大きさは、電動機１１の最高回転数や最大トルクなどを考慮して決定される。一般的には、電動機１１では、最高回転数が高くなるにつれて遠心力が大きくなる。この場合、締め代を大きく設定することが必要である。また、電動機１１が発生させる最大トルクが大きくなるにつれて、回転軸１２に対するスリーブ１３の締結トルクを大きく設定することが必要である。この場合、締め代を大きくする必要がある。従って、締め代の大きさは、電動機１１の最高回転数や最大トルクに所定のマージンを加えた大きさに決定される。
【００２９】
また、潤滑材は、潤滑によってスリーブ１３のテーパ部１２ｃへの圧入を促進する。この潤滑材の粘度が高くなるにつれて例えばかじりなどのトラブルの可能性が減少するものの、摩擦による必要な締結トルクを発生させるまでに時間がかかる。その一方で、粘度が低くなるにつれて潤滑の作用が不十分になる可能性があるために注意が必要とされるものの、圧入の完了後は、潤滑材は面圧によって速やかに外側に排出される。こうして圧入直後から摩擦による所定の締結トルクが確保される。ここでは、潤滑材には、例えばＶＧ２〜ＶＧ２２程度の粘度を有する潤滑油か、スプレー式の一般的な多目的潤滑材が用いられる。
【００３０】
その他、回転軸１２へのスリーブ１３の圧入時、流体通路２５ａ、２５ｂのいずれか一方に油圧源が接続されてもよい。このとき、例えば油圧源のノズルがねじ孔２６にねじ込まれる。こうして油圧源から流路２７内に作動油が注入されてもよい。こうした作動油によれば、例えば締め代が比較的大きい場合に作動油を潤滑油として利用することができる。その結果、圧入時にスリーブ１３の滑りが良くなる。ただし、締め代が比較的に小さい場合には、前述の潤滑材で十分に事足りることから、スリーブ１３の圧入時に作動油は用いられなくてよい。なお、作動油の注入に用いられない側の流体通路は作動油の注入時に空気抜きとして利用される。
【００３１】
次に、スリーブ１３が回転軸１２から取り外される場面を説明する。何らかの理由で回転軸１２から回転子部品１４を取り外す場合、流体通路２５ａ、２５ｂのいずれか一方に油圧源が接続される。こうして油圧源から流路２７内に作動油が注入される。作動油はスリーブ１３の内周面２２とテーパ部１２ｃの外周面２１との間に浸透していく。回転軸１２のテーパ部１２ｃ及びスリーブ１３は一端から他端に向かうにつれて径を減少させることから、作動油の働きでスリーブ１３は、径が小さくなる方向に回転軸線Ｘの方向にテーパ部１２ｃから移動する。その結果、スリーブ１３すなわち回転子部品１４は回転軸１２から取り外される。
【００３２】
スリーブ１３の取り外し時の作動油の圧力は、電動機１１の最高回転数や最大トルクによって決定される締め代、スリーブ１３の内周面２２やテーパ部１２ｃの外周面２１のテーパの度合いすなわちテーパ比の程度、スリーブ１３の材質、回転子部品１４の種類やサイズなどの様々な要因に基づき決定される。ここでは、作動油の圧力は、例えば１０ＭＰａ〜７０ＭＰａの範囲に設定されることが好ましい。ただし、スリーブ１３の取り外し作業の安全性や容易性を考慮すると、作動油の圧力は例えば１５ＭＰａ〜５０ＭＰａの範囲に設定されることがより好ましい。
【００３３】
テーパ部１２ｃの外周面２１及びスリーブ１３の内周面２２のテーパ比は、例えば１／２０〜１／５００のテーパ比を有することが好ましく、例えば１／５０〜１／２００のテーパ比を有することがより好ましい。テーパ比が増大するにつれてスリーブ１３を取り外しやすくするものの締結トルクが不十分となる可能性がある。その逆に、テーパ比が減少するにつれて締結トルクが増大する一方でスリーブ１３を取り外しにくくなる。また、テーパ比が小さくなるにつれて、必要な締め代に到達するまでに回転軸線Ｘに沿って大きな押し込み距離が必要とされる。こうした点を考慮してテーパ比が決定される。
【００３４】
なお、スリーブ１３の取り外し時、スリーブ１３が回転軸線Ｘに沿って移動するまで作動油の圧力を徐々に上げていく方法が採用されてよい。また、作動油の圧力が所定の値に到達するまで圧力を徐々に上げた後、そのまま数分間〜数時間程度にわたってスリーブ１３が回転軸線Ｘに移動するまで放置する方法が採用されてもよい。また、流体通路２５ａ、２５ｂはスリーブ１３に代えて回転軸１２に形成されてもよい。その他、環状通路２８を形成する溝の深さや幅は、溝の形成時の加工の都合に応じて適宜様々な大きさに設定されてよい。また、回転体の釣り合わせを考慮して、流体通路２５や環状通路２８、永久磁石３４は回転軸線Ｘ周りに回転対称に配置される。
【００３５】
以上のような電動機１１では、スリーブ１３は内周面２２のほぼ全面で回転軸１２の外周面２１に嵌合することができる。その結果、局所的に過大な嵌め代に基づいてスリーブ１３が回転軸１２を締め付けることがない。スリーブ１３の締め代による締め付け力はスリーブ１３の内周面２２の全面でほぼ均等に回転軸１２の外周面２１に作用する。こうしてスリーブ１３は従来よりも大きな面積で回転軸１２に接触する。従来に比べて小さな締め代で同等の締結トルクを確保することができる。しかも、回転軸１２には局所的に締結トルクが作用しないことから、回転軸１２の変形や歪みの発生は回避される。こうして回転軸１２に高精度にスリーブ１３を取り付けることができる。回転軸１２での振動の発生は低減される。
【００３６】
加えて、上述の構成によれば、スリーブ１３は圧入によって回転軸１２に装着することが可能であるから、従来は必須であった焼き嵌め作業を省略することができる。その結果、回転子部品１４と一体となったスリーブ１３の加熱や、焼き嵌め後に常温に戻るまでの時間を省略することができる。その結果、電気炉などの設備は必要とされない。スリーブ１３の取付作業の時間を短縮して作業コストを削減することができる。また、加熱の必要がないことから、熱に弱い永久磁石３１に影響が及ばない。電動機１１の製造コストを抑制することができる。また、スリーブ１３と回転軸１２との接触面積の増大によって締め代を小さくすることが可能であるので、たとえスリーブ１３が回転軸１２に焼き嵌めによって取り付けられる場合でも、従来ほどの高温の加熱は必要とされない。
【００３７】
さらに、スリーブ１３は内周面２２のほぼ全面で回転軸１２の外周面２１に嵌合する。同時に、回転子部品１４は内周面３２の全面でスリーブ１３の外周面２３に嵌合する。その結果、スリーブ１３が所定の締め代で回転軸１２に装着されることによってスリーブ１３が膨張する結果、スリーブ１３の膨張はスリーブ１３に対する回転子部品１４の締め代に影響する。この影響の大きさは、回転軸線Ｘに沿った方向で均一であることから、予めその膨張の大きさを見込んだ締め代で回転子部品１４及びスリーブ１３を締まり嵌めで装着すれば、局所的に締め代を過剰に増大させることなく、回転軸線Ｘに沿った方向に均一な締結トルクで回転子部品１４及びスリーブ１３を装着することができる。その結果、回転軸１２の変形や歪みの発生を回避することができる。
【００３８】
また、スリーブ１３の内周面２２に形成される環状通路２８によって作動油は回転軸線Ｘ周りで回転軸１２の全周に均等に注入される。回転軸１２の外周面に均等に油圧が作用する。スリーブ１３は後端から前端に向かうにつれて厚さを減少させる。その結果、スリーブ１３の厚さがもたらす締結トルクの大小によって、圧力の増大とともに作動油はスリーブ１３の内周面２２と回転軸１２の外周面２１との間の境界面に沿って、径の小さい後端から径の大きい前端に向かって浸透していく。その結果、回転軸１２から容易にスリーブ１３を取り外すことが可能である。なお、締め代が比較的に小さい場合など、作動油が回転軸１２周りに注入されやすい場合には、環状通路２８の形成が省略されてもよい。
【００３９】
さらに、流体通路２５はスリーブ１３のフランジ２４に形成される。従って、フランジ２４以外の部分ではこれまで以上にスリーブ１３を薄肉化することが可能である。こうしてスリーブ１３が薄肉化された分だけ回転軸１２の径を増大させることができる。回転軸１２の径の増大は、回転軸１２の剛性を高めることができるとともに回転軸１２の固有振動数を高めることができる。例えば回転軸１２の最高回転数よりも十分に高い固有振動数まで高めることができる。回転軸１２の振動は低減される。こうして回転軸１２の性能を向上させることができる。
【００４０】
次に、本発明の実施例を説明する。実施例に係る電動機１１は埋込磁石型の同期電動機を構成する。電動機１１の最高回転数を毎分１２０００回転に設定した。前述したように、回転子部品１４は、回転軸線Ｘの方向に積層される複数の電磁鋼板の積層体から形成される回転子鉄心２９と、回転軸線Ｘ周りに例えば等間隔で回転子鉄心２９内に埋め込まれる複数の永久磁石３１と、を備える。回転子部品１４では、外径は１３２．０００ｍｍ、内径は１０４．０００ｍｍに設定された。回転軸線Ｘの方向に規定される回転子部品１４の長さは１００ｍｍに設定された。
【００４１】
スリーブ１３への装着にあたって、回転子部品１４の締め代が決定される。毎分１２０００回転の回転数が設定される場合、回転子部品１４の内径の膨張量は直径で約４０μｍに算出される。この算出にあたって、例えば一般的な材料力学の回転円盤の式を利用するか、又は、有限要素解析を利用する。この４０μｍが締め代として設定されると、電動機が毎分１２０００回転に達すると、遠心力の作用により締め付け力（すなわち、締結トルク又は伝達トルク）がゼロになることを意味している。従って、実際には、この４０μｍに加えて、電動機が毎分１２０００回転で回転している際に発生し得る最大トルクを伝達し得る締め代と、さらに、不慮の回転数超過や過負荷に対するマージン、例えば３０μｍを加算した数値である７０μｍが目標の締め代として決定される。なお、マージンは電動機１１の仕様や用途によって適宜調整される。
【００４２】
目標の締め代が７０μｍに設定される場合、前述のように、回転子部品１４の外径は１３２．０００ｍｍ、内径は１０４．０００ｍｍに設定された。その一方で、スリーブ１３の外径は１０４．０１０ｍｍ、内径は、スリーブ１３の前端から後端側に６０ｍｍの位置で９８．０００に設定された。回転軸１２の外径は、大径位置１７から小径位置１８側に６０ｍｍの位置で９８．０６０ｍｍに設定された。なお、回転軸１２の外周面２１及びスリーブ１３の内周面２２のテーパ比は１／５０に設定された。このとき、スリーブ１３の外周面２３に回転子部品１４が装着された。
【００４３】
具体的には、回転子部品１４内にスリーブ１３が挿入される。このとき、回転子部品１４は所定の温度まで加熱される。前述のように、回転子部品１４の内径とスリーブ１３の外径との差すなわち締め代は１０μｍ程度であり、しかも、スリーブ１３の外径が１０４．０００であるので、例えば回転子部品１４が、スリーブ１３に対して２０℃〜３０℃程度高い温度に加熱されればよい。また、回転子部品１４はプレスによって常温でスリーブ１３に圧入されてもよい。こうして回転子部品１４は締まり嵌めによってスリーブ１３に仮止めされる。
【００４４】
回転子部品１４が仮止めされたスリーブ１３では、回転子部品１４からの圧縮力によってスリーブ１３の内径は減少する。例えば原形の内径は９８．０００ｍｍから直径で５〜６μｍ程度減少する。この減少の量は、スリーブ１３及び回転子部品１４の材料や厚さ、断面形状など、各々の剛性のバランスに応じて変化する。こうして回転子部品１４がスリーブ１３に締まり嵌めで装着されると、回転子部品１４の外径は増大する一方でスリーブ１３の内径は減少する。
【００４５】
続いて、回転子部品１４を保持したスリーブ１３が、例えば油圧プレスを用いて回転軸１２に圧入される。回転軸１２のテーパ部１２ｃには前述の潤滑材が塗布された。スリーブ１３は、テーパ部１２ｃに嵌め合わせられてプレスでテーパ部１２ｃに押し込まれた。このとき、スリーブ１３の前端が回転軸１２の段差面１９に突き当てられるまで、押し込みは、中断されることなく一気に実施された。このとき、ＶＧ２２の潤滑材が用いられる場合のプレスの圧力は約１５トンに設定された。こうしてスリーブ１３がスリーブ１３が回転軸１２に締まり嵌めで装着されると、スリーブ１３の内径が増大するので、回転子部品１４とスリーブ１３との間で所定の締結トルクが達成されると同時にスリーブ１３と回転軸１２との間で所定の締結トルクが達成される。
【００４６】
なお、以上のような計算にはいくつかの前提条件が設定される。例えば回転軸１２は、十分な厚さを有することから、径方向に収縮しないことが前提とされる。回転軸１２が収縮すること自体が好ましいことではないため、回転軸１２は十分な剛性を備えていることが必要である。また、回転子部品１４やスリーブ１３は回転軸線Ｘに沿った方向に僅かに延びる。このため、締め代は前述の７０μｍから多少減少する。しかしながら、その減少の量は極めて微小であることから、目標の締め代の決定にあたって最後にマージンとして加味される追加の締め代に含めて考慮されれば十分である。
【００４７】
以上のような実施例では、回転子部品１４が例えば７０μｍの締め代で回転軸１２に固定される必要がある場合、回転子部品１４及びスリーブ１３の間の締め代と、スリーブ１３及び回転軸１２の間の締め代との合計が７０μｍに設定されれば足りる。また、その合計に例えば数μｍ〜数十μｍ程度のマージンが追加されてもよい。その一方で、前述の特許文献１に記載の技術では、スリーブはその両端の突部で回転軸に締め付けられる。その結果、スリーブと回転子部品との間の締め代による締結トルクが、２つの突部に分散したスリーブと回転軸との間の締め代に十分に伝達されない。こうして２つの突部での締め代が過度に大きくなり、回転軸の変形や歪みを引き起こすことがある。
【００４８】
その一方で、例えば前述の特許文献１のビルトインモータでは、ロータがスリーブに一様の締め代で締まり嵌めによって装着される。その後、スリーブが所定の締め代で焼き嵌めによって回転主軸に装着される。スリーブは所定の凸部でのみ回転主軸に嵌合することから、スリーブと回転主軸との間の締め代は、ロータとスリーブとの間の締め代よりも大きく設定されなければならない。このとき、スリーブは特に回転軸線の方向の両端の凸部で膨張するので、スリーブの両端ではロータとスリーブとの間で所定の締め代よりも過度に大きな締め代となってしまう。その結果、回転主軸には特にスリーブの両端から大きな締め付け力が作用することになり、回転主軸の変形や歪みを引き起こし、回転バランスの悪化、振動の発生などの不都合が生じる。
【００４９】
また、特許文献１では、ロータとスリーブとの締め代から予め過度の締め代の分だけ差し引いた締め代が設定されると、スリーブの両端で過度の締め代の生成が緩和されるものの、スリーブの両端同士の間の中間位置の凹部で締め代が不足してしまう。その結果、締結トルクが不足することによってロータの変形や遠心力による隙間が生じ、振動や異音、最悪の場合はロータの空転といったトラブルの原因となってしまう。その一方で、スリーブと回転主軸との間の締め代から予め過度の締め代の分だけ差し引かれると、単純に締結トルクが不足してしまい、ロータの空転につながる。また、ロータとスリーブとの間の締め代を部分的に変化させることも考えられるが、正確に締め代を変化、分布させることは現実的に困難である。
【００５０】
図３は、本発明の一実施形態の変形例に係る電動機１１を概略的に示す部分縦断面図である。この電動機１１では、環状通路２８が、前述のスリーブ１３の内周面２２に形成される溝に代えて、回転軸１２の外周面２１に形成される溝によって確立される。また、図４は、本発明の第１実施形態の他の変形例に係る電動機１１を概略的に示す部分縦断面図である。この電動機１１では、環状通路２８が、前述のスリーブ１３の内周面２２に形成される溝と、回転軸１２の外周面２１に形成される溝とによって確立される。いずれの場合にも、環状通路２８の深さや幅は前述と同様に設定されてよい。
【００５１】
図５は、本発明の一実施形態のさらに他の変形例に係る電動機１１のスリーブ１３及び回転子部品１４を概略的に示す縦断面図である。図１のスリーブ１３において、その内周面２２には、回転軸線Ｘの軸線方向に環状通路２８からスリーブ１３の前端すなわち回転軸１２の大径位置１７に向かって直線的に延びる１対の軸線方向通路３５が形成される。この軸線方向通路３５は、スリーブ１３の内周面２２に形成される溝によって確立される。軸線方向通路３５同士は回転軸線Ｘに対して回転対称の位置に配置される。軸線方向通路３５の先端はスリーブ１３の前端よりも後端側に配置される。すなわち、軸線方向通路３５はスリーブ１３の前端の手前で途切れる。軸線方向通路３５の深さや幅は例えば環状通路２８と同様に設定される。
【００５２】
図６は、本発明の一実施形態のさらに他の変形例に係る電動機１１の回転軸１２を概略的に示す部分縦断面図である。図６では、回転軸線Ｘを境界にして回転軸線Ｘの下側に回転軸１２の外周面２１が示されている。この変形例では、１対の軸線方向通路３５が図３の回転軸１２の外周面２１に形成される。軸線方向通路３５同士は回転軸線Ｘに対して回転対称の位置に配置される。こうした軸線方向通路３５によれば、環状通路２８に注入された作動油が環状通路２８から軸線方向通路３５を通ってスリーブ１３の大径位置１７に向かって流れる。その結果、回転軸１２の外周面２１とスリーブ１３の内周面２２との間に満遍なく作動油を行き渡らせることができる。
【００５３】
図７は、本発明の一実施形態のさらに他の変形例に係る電動機１１を概略的に示す部分縦断面図である。この電動機１１では、回転軸１２の外周面２１とスリーブ１３の内周面２２との間に例えば１対の流体封止部材３６が挟み込まれる。流体封止部材３６は、例えば回転軸線Ｘ回りに環状に延びるＯリングから形成される。流体封止部材３６は、例えばスリーブ１３の前端及び後端にそれぞれ隣接しつつその内側で回転軸１２の外周面２１に形成される環状の溝３７、３８内にそれぞれ配置される。溝３８は、スリーブ１３の内周面２２における流路２７の開口部よりもスリーブ１３の後端側に配置される。
【００５４】
流体封止部材３６は例えばゴムなどの弾性材料から形成される。その結果、スリーブ１３が回転軸１２の外周面２１に固定された状態では、流体封止部材３６は弾性変形に基づき回転軸１２の外周面２１とスリーブ１３の内周面２２とに押し付けられる。その結果、回転軸１２とスリーブ１３との間には１対の流体封止部材３６によって密閉空間が確立される。こうした流体封止部材３６によれば、回転軸１２とスリーブ１３との間に注入される作動油が流体封止部材３６、３６の間の密閉空間に閉じ込められる。スリーブ１３から回転軸１２の外周面２１に沿ってスリーブ１３の外側に作動油が漏れ出すことを防止することができる。その一方で、例えばスリーブ１３の内周面２２に形成される環状の溝内に例えばＯリングを配置した場合、スリーブ１３に所定の厚さを必要とするので、スリーブ１３の内径の減少を招く。その結果、回転軸１２の外径を減少させてしまうため好ましくない。
【００５５】
図８は、本発明の他の実施形態に係る電動機１１を概略的に示す部分縦断面図である。この電動機１１では、回転軸線Ｘの軸線方向に回転子部品１４の外側でスリーブ１３の外周面２３に例えば１対の環状部材３９、４１が固定される。環状部材３９、４１はスリーブ１３の外周面２３に例えば締まり嵌めによって固定される。環状部材３９、４１はスリーブ１３の前端及び後端に隣接する領域でスリーブ１３に所定の締結トルクを作用させる。なお、環状部材４１はフランジ２４上に配置される。こうした環状部材３９、４１によれば、回転軸１２とスリーブ１３との間に注入される作動油がスリーブ１３から回転軸１２の外周面２１に沿って外側に漏れ出すことを防止することができる。
【００５６】
なお、流体封止部材３６はスリーブ１３の前端及び後端のいずれか一方の端部に隣接する位置のみに配置されてもよい。同様に、環状部材３９、４１は、スリーブ１３の前端及び後端のいずれか一方の端部に隣接する位置のみに配置されてもよい。また、例えばスリーブ１３の前端及び後端のいずれか一方に流体封止部材３６が配置される一方で、スリーブ１３の前端及び後端のいずれか他方に環状部材が配置されてもよい。なお、スリーブ１３すなわち回転軸１２に対する環状部材３９、４１の締結トルクは、スリーブ１３の取り外しを妨げない程度の大きさに設定されることが好ましい。
【００５７】
図９は、本発明のさらに他の実施形態に係る電動機１１を概略的に示す部分縦断面図である。この電動機１１では、流体通路２５ａ、２５ｂの形成が省略されている。また、回転軸１２の外周面２１には、回転軸線Ｘの軸線方向の外側でスリーブ１３の後端に隣接して環状の規制部材４２が固定される。ここでは、規制部材４２は、スリーブ１３の後端に規定される後端面を受け止める。こうして規制部材４２は、回転軸線Ｘの軸線方向にスリーブ１３の抜けを規制する。規制部材４２は例えば焼き嵌めやねじによって回転軸１２に固定される。こうした構成は、例えば比較的に低い回転数が設定される電動機１１や、締め代が比較的に小さい電動機１１に好適に適用される。回転子部品１４の取り外しにあたって、規制部材４２の取り外し後、プレスなどで軸線方向にスリーブ１３が押されることによって回転軸１２からスリーブ１３を取り外すことが可能である。このとき、作動油の注入は不要である。
【００５８】
以上のような電動機１１では、スリーブ１３はフランジ２４で厚みを増大させる。こうしてスリーブ１３の厚さに変化がある場合に一定の締め代でスリーブ１３が回転軸１２に締まり嵌めされると、フランジ２４以外の部分に比べて大きな厚みを有するフランジ２４の部分で回転軸１２に対して相対的に大きな面圧力が作用する。その結果、スリーブ１３はフランジ２４の部分で、過度に大きな締結トルクで回転軸１２に固定されてしまう。こうして回転軸線Ｘの軸線方向にスリーブ１３の締め代が変化する場合には、回転軸１２の歪みや変形に基づいて回転精度が悪化する、又は、スリーブ１３の取り外し時に余計に高い圧力で作動油が注入されなければならない、などの問題や無駄が生じる原因となる。
【００５９】
従って、こうした点を回避すべく、例えばフランジ２４の厚さの大きさに応じて、締め代が適宜調整されることが好ましい。締め代の調整にあたって、フランジ２４の部分でスリーブ１３の内周面２２のテーパ比がフランジ２４以外の部分のテーパ比から変更されてよく、又は、フランジ２４の部分の内周面２２が回転軸線Ｘ周りに円筒状の内周面２２に変更されてもよい。同様に、回転軸１２の外周面２１のテーパ比が変更されてもよい。また、フランジ２４の部分のスリーブ１３の内周面２２や対応の回転軸１２の外周面２１に例えば溝などのいわゆる逃げ加工が実施されてもよい。ただし、こうした締め代の調整は、スリーブ１３から外側に作動油が漏れない程度の大きさに設定されることが好ましい。
【００６０】
以上のような電動機１１は、前述の磁石埋込型の同期電動機に代えて、図１０に示されるように、例えばかご型の誘導電動機を構成してもよい。この電動機１１では回転子部品１４は、例えば回転軸線Ｘに沿って積層される複数の電磁鋼板の積層体から形成される鉄心５１と、鉄心５１内に配置される複数の導体バー５２と、を備える。導体バー５２は、回転軸線Ｘ周りに例えば等間隔に配置されるとともに鉄心５１の外周面に隣接して配置される。回転子部品１４は、回転軸線Ｘの軸線方向の鉄心５１の両端に配置される１対の環状の導体エンドリング（図示せず）を備える。この導体エンドリングは、導体バー５２の両端を電気的に短絡させる。導体バー５２及び導体エンドリングは例えばアルミニウムといった導電金属材料から形成される。
【００６１】
以上のようなかご型の誘導電動機を構成する電動機１１では、図１１に示されるように、回転子部品１４は、回転軸線Ｘに直交する径方向の外側から導体エンドリング５３、５３をそれぞれ囲む補強リング５４、５４をさらに備えてもよい。この補強リング５４は例えばチタン合金等の金属材料から形成される。補強リング５４の外径は鉄心５１の外径に一致するとともに補強リング５４の内径は鉄心５１の内径に一致する。こうした補強リング５４の働きで例えば遠心力による導体エンドリング５３の破壊を防止することができる。図１２に示されるように、補強リング５４には前述の導体バー５２をそれぞれ受け入れる複数の貫通孔５５が形成される。こうして導体バー５２と導体エンドリング５３との短絡が実現される。なお、こうした電動機１１は、例えば毎分２００００回転を超える高速回転の場合に利用される。
【００６２】
このかご型の誘導電動機で、例えばスリーブ１３を介さずに回転子部品１４を焼き嵌めで取り付ける場合を想定する。回転子部品１４の内径が６０ｍｍで、締め代が例えば直径で０．１ｍｍの時、鉄心５１を形成する鉄の線膨張係数は１２×１０-6であるので、回転軸１２の温度が２０℃であるとすると、回転子部品１４が約２５０℃まで加熱されると、焼き嵌め時の隙間は約６５μｍとなる。回転子部品１４はチタン合金製の補強リング５４を有しており、チタン合金の線膨張係数は８．４×１０-6で鉄の０．７倍程度であるので、補強リング５４の部分の隙間は１５μｍ程度にしかならない。その結果、例えば３００℃などのより高温まで回転子部品１４が加熱されないと、十分な隙間が確保されない。しかしながら、温度が高温になるにつれて焼き嵌め後の回転子部品１４の歪みが増大し、焼き嵌めが失敗するリスクが増大するとともに安全上も好ましくない。
【００６３】
その一方で、本発明の電動機１１では、例えば０．０２ｍｍの締め代でスリーブ１３に回転子部品１４を焼き嵌めで装着する。このとき、締め代が０．０２ｍｍの場合には、スリーブ１３と回転子部品１４との温度差は、補強リング５４がチタン合金製であることを考慮しても、例えば１２０℃程度あれば足りる。このとき、３０μｍ程度の隙間が確保されればよい。その後、スリーブ１３と回転軸１２との間で８０μｍの締め代を確保しつつスリーブ１３を回転軸１２に圧入すれば、トータルで１００μｍすなわち０．１ｍｍの締め代で締まり嵌めを実現することができる。こうして本発明によれば、チタン合金などの線膨張係数が小さい部材を有する回転子部品１４を回転軸１２に装着する際に、従来に比べて簡略化することができる。また、過度の加熱が必要とされないことから、回転軸１２の歪みや変形を抑制することができる。
【００６４】
また、電動機１１は、前述の磁石埋込型の同期電動機に代えて、図１３に示されるように、例えば磁石表面貼付型の同期電動機を構成してもよい。この電動機１１では回転子部品１４は、例えば回転軸線Ｘに沿って積層される複数の電磁鋼板の積層体から形成される鉄心５６と、回転軸線Ｘ周りに例えば等間隔に配置されて鉄心５６の外周面に貼り付けられる複数の永久磁石５７と、を備える。永久磁石５７は例えば接着剤によって鉄心５６の外周面に貼り付けられる。永久磁石５７は、例えば鉄心５６の外周面に形成される溝内に嵌め込まれる。なお、鉄心５６は例えばＳ４５Ｃなどの炭素鋼を含む磁性体から形成されてもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１１ 電動機
１２ 回転軸
１３ スリーブ
１４ 回転子部品
１７ 大径位置
１８ 小径位置
２１ 外周面
２２ 内周面
２３ 外周面
２５ 流体通路
２８ 環状通路
３５ 軸線方向通路
３６ 流体封止部材
３９ 環状部材
４１ 環状部材
４２ 規制部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転子部品と、回転子部品を保持しつつ回転軸に装着されるスリーブと、を備える電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１にはいわゆるビルトインモータが開示される。このモータでは、スリーブを介して回転軸に回転子が装着される。スリーブの内周面には、回転軸の外周面に向かって径方向に突出する複数の突部が形成される。突部は回転軸の回転軸線回りに環状に延びる。その一方で、回転軸は一端から他端に向かって例えば径が三段階に変化する。突部は、こうした径の変化に対応してスリーブの内周面からそれぞれ異なる大きさで突き出る。スリーブはいわゆるステップドスリーブに構成される。回転軸への回転子の取り付けにあたって、スリーブは、回転軸に焼き嵌めで装着されて突部で回転軸の外周面に押し付けられる。
【０００３】
その一方で、突部同士の間にはスリーブの内周面と回転軸の外周面との間に所定の空間が形成される。例えばモータの不具合などによって回転軸から回転子が取り外される構造が求められている。回転軸からの回転子の取り外しにあたって、前述の空間に所定の圧力で作動油が注入される。作動油の圧力に基づく膨張によってスリーブの内径が増大する結果、回転軸の径の差異に基づき複数の突部のそれぞれの内径が異なることから、回転軸線の方向にスリーブに力が作用する。こうして回転軸から回転軸線の方向に回転子とともにスリーブを取り外すことが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平５−２６２０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
スリーブは突部でのみ回転軸に受け止められることから、スリーブの接触面積はスリーブの内周面に対して小さい。その結果、スリーブの堅固な取り付けの実現のためには、スリーブの締め代を増大させて回転軸に対するスリーブの締結トルクを増大させることが必要である。しかしながら、こうした締結トルクは例えばスリーブの両外端の突部に集中する。しかも、締め代の増大によって焼き嵌め時にスリーブは高温に加熱されなければならず、回転軸とスリーブとの間の熱膨張の差によって突部から回転軸に局所的に無用な応力が作用する。その結果、回転軸の変形や歪みを招く。こうして回転軸の振動は増大してしまう。
【０００６】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、回転軸にスリーブを高精度に取り付けることができる電動機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明によれば、
第１径を有する大径位置から前記第１径よりも小さい第２径を有する小径位置に向かうにつれて減少する径を有する外周面を規定する回転軸と、
前記大径位置に隣接する前端から前記小径位置に隣接する後端に向かうにつれて減少する径を有する内周面で前記回転軸の外周面に嵌合して前記回転軸に締まり嵌めで装着されるスリーブと、
前記スリーブの外周面に締まり嵌めで装着される円筒状の回転子部品と、を備える電動機が提供される。
【０００８】
こうした電動機は、前記スリーブの外周面を含む前記スリーブの外側面から前記スリーブの内周面まで貫通する流体通路を備える。
【０００９】
電動機は、前記スリーブの内周面と前記回転軸の外周面との間に形成されて前記回転軸の回転軸線回りに環状に延び、前記流体通路に接続される環状通路を備える。
【００１０】
電動機は、前記スリーブの内周面と前記回転軸の外周面との間に形成されて、前記回転軸線の方向に前記環状通路から前記大径位置に向かって延びる軸線方向通路を備える。
【００１１】
電動機は、前記スリーブの内周面と前記回転軸の外周面との間に挟み込まれて、前記流体通路よりも前記スリーブの前端側及び後端側の少なくともいずれか一方の側に配置される流体封止部材を備える。
【００１２】
電動機は、前記スリーブの前端及び後端の少なくともいずれか一方の端部に隣接して前記スリーブに締まり嵌めで装着される環状部材を備える。
【００１３】
電動機は、前記スリーブの後端で前記回転軸の外周面に装着されて、前記スリーブの前記回転軸からの抜けを規制する規制部材を備える。
【００１４】
以上のような電動機は工作機械に組み込まれてよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、回転軸にスリーブを高精度に取り付けることができる電動機が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る電動機を概略的に示す縦断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る電動機を概略的に示す横断面図である。
【図３】本発明の一実施形態の変形例に係る電動機を概略的に示す部分縦断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態の他の変形例に係る電動機を概略的に示す部分縦断面図である。
【図５】本発明の一実施形態のさらに他の変形例に係る電動機のスリーブ及び回転子部品を概略的に示す縦断面図である。
【図６】本発明の一実施形態のさらに他の変形例に係る電動機の回転軸を概略的に示す部分縦断面図である。
【図７】本発明の一実施形態のさらに他の変形例に係る電動機を概略的に示す部分縦断面図である。
【図８】本発明の他の実施形態に係る電動機を概略的に示す部分縦断面図である。
【図９】本発明のさらに他の実施形態に係る電動機を概略的に示す部分縦断面図である。
【図１０】本発明のさらに他の実施形態に係る電動機を概略的に示す横断面図である。
【図１１】本発明のさらに他の実施形態に係る電動機を概略的に示す部分縦断面図である。
【図１２】本発明のさらに他の実施形態に係る電動機を概略的に示す部分縦断面図である。
【図１３】本発明のさらに他の実施形態に係る電動機を概略的に示す横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電動機１１を概略的に示す縦断面図である。この電動機１１は例えば埋込磁石型の同期電動機を構成する。電動機１１は、例えば工作機械（図示せず）の主軸である円筒状の回転軸１２と、回転軸１２に装着されるほぼ円筒状のスリーブ１３と、スリーブ１３に装着される円筒状の回転子部品１４と、回転子部品１４に向き合う固定子１５と、内周面で固定子１５を支持しつつ回転軸１２の回転軸線Ｘ周りに回転軸１２を囲むハウジング１６と、を備える。電動機１１は、ダイレクトドライブ形式のモータであり、いわゆるビルトインモータである。
【００１８】
回転軸１２は、大径部１２ａと、大径部１２ａよりも小さい径を有する小径部１２ｂと、大径部１２ａと小径部１２ｂとの間に配置されるテーパ部１２ｃと、を備える。大径部１２ａ、テーパ部１２ｃ及び小径部１２ｂは一体的に形成される。テーパ部１２ｃは大径部１２ａ及び小径部１２ｂに例えば段差で接続される。テーパ部１２ｃの外周面は円錐台形状の輪郭を有する。テーパ部１２ｃは、第１径を有する大径位置１７から第１径よりも小さい第２径を有する小径位置１８に向かうにつれて径を減少させる。大径部１２ａとテーパ部１２ｃとの間には、回転軸線Ｘに直交する仮想平面に沿って広がる段差面１９が形成される。
【００１９】
テーパ部１２ｃの外周面２１にはスリーブ１３が装着される。装着にあたって、スリーブ１３はテーパ部１２ｃに例えば締まり嵌めで装着される。スリーブ１３の内周面２２は、テーパ部１２ｃの大径位置１７に隣接する前端から、テーパ部１２ｃの小径位置１８に隣接する後端に向かうにつれて減少する径を有する。スリーブ１３はその内周面２２のほぼ全面でテーパ部１２ｃの外周面２１に嵌合する。スリーブ１３の外周面２３は円筒状に形成される。すなわち、回転軸線Ｘに直交する径方向に規定されるスリーブ１３の厚さはスリーブ１３の前端から後端に向かうにつれて増大する。スリーブ１３の前端に規定される前端面は大径部１２ａ及びテーパ部１２ｃの間の段差面１９に突き当てられる。
【００２０】
スリーブ１３の後端には径方向外側に突き出るフランジ２４が形成される。フランジ２４には、スリーブ１３の外周面２３を含む外側面から内周面２２までスリーブ１３を貫通する１対の流体通路２５ａ、２５ｂが形成される。流体通路２５ａ、２５ｂは、例えば回転軸線Ｘを挟んで相互に対向する位置すなわち回転軸線Ｘに対して回転対称の位置でスリーブ１３に形成される。流体通路２５ａ、２５ｂは、ねじ孔２６と、ねじ孔２６に連続する流路２７と、をそれぞれ備える。流体通路２５ａ、２５ｂのいずれか一方のねじ孔２６には例えば油圧源（図示せず）のノズルが接続される。油圧源は流路２７に作動油を供給する。この流体通路２５ａ、２５ｂは、回転軸１２に対するスリーブ１３の着脱にあたって利用される。
【００２１】
スリーブ１３の内周面２２には、回転軸線Ｘ周りに環状に延びる環状通路２８が形成される。環状通路２８は、スリーブ１３の内周面２２に形成される溝によって確立される。環状通路２８は、流体通路２５ａ、２５ｂの流路２７のそれぞれに接続される。こうした環状通路２８によれば、油圧源から流路２７に供給された作動油が回転軸線Ｘ周りに回転軸１２の全周に行き渡ることができる。こうした環状通路２８の形成にあたって、例えば旋削や切削、研削、放電加工などによって溝が形成されてよく、又は、例えばけがき線程度の細い溝が形成されてもよい。いずれの場合にも、外周面２３と内周面２２との間に作動油が浸透する所定の断面積が確保される。
【００２２】
こうしたスリーブ１３には例えば磁性材料であって弾性域の大きな材料が用いられることが好ましい。従って、スリーブ１３は例えば炭素鋼、鉄系の合金鋼などから形成されることが好ましい。また、スリーブ１３の締め代が大きく設定されなければならない場合には、材料の降伏点や弾性限度を高めるために、焼き入れや焼き戻しなどの熱処理が材料に実施されることが好ましい。また、スリーブ１３の厚みは薄肉であるほど、回転軸１２の径を増大させることができるとともにスリーブ１３の着脱時の作業性を向上させる。ただし、薄肉になるにつれて加工が困難になるため、スリーブ１３の厚さは、用途や設計仕様などを適宜考慮して決定されてよい。
【００２３】
図２は、本発明の一実施形態に係る電動機１１を概略的に示す横断面図である。図２を併せて参照すると、回転子部品１４は、回転軸線Ｘに沿って積層される複数の電磁鋼板の積層体から形成される回転子鉄心２９と、回転軸線Ｘ周りに例えば等間隔で鉄心２９内に埋め込まれる複数の永久磁石３１と、を備える。回転子鉄心２９は例えば円筒状に形成される。回転子鉄心２９は、その内周面３２でスリーブ１３の外周面２３に嵌合される。ここでは、回転子鉄心２９はその内周面３２の全面でスリーブ１３の外周面２３に嵌合する。回転子鉄心２９の一端はスリーブ１３のフランジ２４に受け止められる。回転軸線Ｘに直交する径方向に規定される回転子鉄心２９の厚みは回転軸線Ｘに沿って均一に設定される。
【００２４】
図１から明らかなように、スリーブ１３は、フランジ２４の部分を除いて一定の外径を有する。すなわち、スリーブ１３の外周面２３は円筒面である。その一方で、回転子鉄心２９は一定の内径を有する。すなわち、回転子鉄心２９の内周面３２は円筒面である。その結果、スリーブ１３に回転子鉄心２９を締まり嵌めで装着することができる。本実施形態では、少なくともスリーブ１３の前端側の外径が、回転子鉄心２９内に受け入れ可能なように、回転子鉄心２９の内径以下の大きさに設定される。
【００２５】
図１に戻ると、固定子１５は、鉄心２９の永久磁石３１に対向する固定子鉄心３３と、固定子鉄心３３に巻き付けられるコイル３４と、を備える。固定子鉄心３３は、回転軸線Ｘの方向に積層される複数の電磁鋼板の積層体から形成される。固定子鉄心３３は例えば円筒状に形成される。回転軸線Ｘに直交する方向に規定される固定子鉄心３３の厚みは回転軸線Ｘに沿って均一に設定される。その結果、固定子鉄心３３は回転軸線Ｘに沿って均一な距離で回転子鉄心２９に対向する。コイル３４は例えば銅線から形成される。固定子１５はハウジング１６の内周面に固定される。こうした固定子１５と回転子部品１４との間の磁気的相互作用によって回転子部品１４すなわち回転軸１２には回転力が伝達される。
【００２６】
次に、スリーブ１３が回転軸１２に取り付けられる場面を説明する。取り付けに先立って、スリーブ１３の外周面２３には回転子部品１４が締まり嵌めで装着される。こうして回転子部品１４はスリーブ１３に固定される。このとき、回転子部品１４は仮止め程度の比較的小さな締め代でスリーブ１３に装着される。その後、回転軸１２のテーパ部１２ｃの外周面２１に潤滑材が塗布される。例えばプレス装置に保持される回転軸１２に対してスリーブ１３が嵌め込まれる。スリーブ１３は回転軸線Ｘに沿って大径部１２ａに向かって押し込まれる。スリーブ１３は回転軸１２に対して所定の締め代を有することから、すなわち、テーパ部１２ｃの外径はスリーブ１３の内径よりも僅かに大きく設定されることから、スリーブ１３はテーパ部１２ｃに圧入される。膨張によってスリーブ１３の外径が増大する。その結果、回転軸１２に対するスリーブ１３の締まり嵌めが達成されると同時に、スリーブ１３に対する回転子部品１４の締まり嵌めが達成される。こうして、スリーブ１３及び回転子部品１４は最終的に所定の締め代で回転軸１２に装着される。言い替えれば、スリーブ１３は所定の締結トルクで回転軸１２に装着される。
【００２７】
こうした電動機１１では、回転軸１２のテーパ部１２ｃの外周面２１及びスリーブ１３の内周面２２が、その一端から他端に向かうにつれて径を減少させるように構成される。従って、スリーブ１３が、規定の押し込み距離以上の押し込み量で回転軸１２に対して押し込まれると、締め代が規定の締め代よりも増大してしまう。その逆に、押し込み量が規定の押し込み距離に到達しないと、締め代が規定の締め代よりも不足してしまう。こうしたことを回避するため、スリーブ１３の前端が回転軸１２の段差面１９に突き当てられることによって規定の締め代が確保されるように、回転軸１２では回転軸線Ｘの方向における段差面１９の位置が設定されることが好ましい。
【００２８】
また、締め代の大きさは、電動機１１の最高回転数や最大トルクなどを考慮して決定される。一般的には、電動機１１では、最高回転数が高くなるにつれて遠心力が大きくなる。この場合、締め代を大きく設定することが必要である。また、電動機１１が発生させる最大トルクが大きくなるにつれて、回転軸１２に対するスリーブ１３の締結トルクを大きく設定することが必要である。この場合、締め代を大きくする必要がある。従って、締め代の大きさは、電動機１１の最高回転数や最大トルクに所定のマージンを加えた大きさに決定される。
【００２９】
また、潤滑材は、潤滑によってスリーブ１３のテーパ部１２ｃへの圧入を促進する。この潤滑材の粘度が高くなるにつれて例えばかじりなどのトラブルの可能性が減少するものの、摩擦による必要な締結トルクを発生させるまでに時間がかかる。その一方で、粘度が低くなるにつれて潤滑の作用が不十分になる可能性があるために注意が必要とされるものの、圧入の完了後は、潤滑材は面圧によって速やかに外側に排出される。こうして圧入直後から摩擦による所定の締結トルクが確保される。ここでは、潤滑材には、例えばＶＧ２〜ＶＧ２２程度の粘度を有する潤滑油か、スプレー式の一般的な多目的潤滑材が用いられる。
【００３０】
その他、回転軸１２へのスリーブ１３の圧入時、流体通路２５ａ、２５ｂのいずれか一方に油圧源が接続されてもよい。このとき、例えば油圧源のノズルがねじ孔２６にねじ込まれる。こうして油圧源から流路２７内に作動油が注入されてもよい。こうした作動油によれば、例えば締め代が比較的大きい場合に作動油を潤滑油として利用することができる。その結果、圧入時にスリーブ１３の滑りが良くなる。ただし、締め代が比較的に小さい場合には、前述の潤滑材で十分に事足りることから、スリーブ１３の圧入時に作動油は用いられなくてよい。なお、作動油の注入に用いられない側の流体通路は作動油の注入時に空気抜きとして利用される。
【００３１】
次に、スリーブ１３が回転軸１２から取り外される場面を説明する。何らかの理由で回転軸１２から回転子部品１４を取り外す場合、流体通路２５ａ、２５ｂのいずれか一方に油圧源が接続される。こうして油圧源から流路２７内に作動油が注入される。作動油はスリーブ１３の内周面２２とテーパ部１２ｃの外周面２１との間に浸透していく。回転軸１２のテーパ部１２ｃ及びスリーブ１３は一端から他端に向かうにつれて径を減少させることから、作動油の働きでスリーブ１３は、径が小さくなる方向に回転軸線Ｘの方向にテーパ部１２ｃから移動する。その結果、スリーブ１３すなわち回転子部品１４は回転軸１２から取り外される。
【００３２】
スリーブ１３の取り外し時の作動油の圧力は、電動機１１の最高回転数や最大トルクによって決定される締め代、スリーブ１３の内周面２２やテーパ部１２ｃの外周面２１のテーパの度合いすなわちテーパ比の程度、スリーブ１３の材質、回転子部品１４の種類やサイズなどの様々な要因に基づき決定される。ここでは、作動油の圧力は、例えば１０ＭＰａ〜７０ＭＰａの範囲に設定されることが好ましい。ただし、スリーブ１３の取り外し作業の安全性や容易性を考慮すると、作動油の圧力は例えば１５ＭＰａ〜５０ＭＰａの範囲に設定されることがより好ましい。
【００３３】
テーパ部１２ｃの外周面２１及びスリーブ１３の内周面２２のテーパ比は、例えば１／２０〜１／５００のテーパ比を有することが好ましく、例えば１／５０〜１／２００のテーパ比を有することがより好ましい。テーパ比が増大するにつれてスリーブ１３を取り外しやすくするものの締結トルクが不十分となる可能性がある。その逆に、テーパ比が減少するにつれて締結トルクが増大する一方でスリーブ１３を取り外しにくくなる。また、テーパ比が小さくなるにつれて、必要な締め代に到達するまでに回転軸線Ｘに沿って大きな押し込み距離が必要とされる。こうした点を考慮してテーパ比が決定される。
【００３４】
なお、スリーブ１３の取り外し時、スリーブ１３が回転軸線Ｘに沿って移動するまで作動油の圧力を徐々に上げていく方法が採用されてよい。また、作動油の圧力が所定の値に到達するまで圧力を徐々に上げた後、そのまま数分間〜数時間程度にわたってスリーブ１３が回転軸線Ｘに移動するまで放置する方法が採用されてもよい。また、流体通路２５ａ、２５ｂはスリーブ１３に代えて回転軸１２に形成されてもよい。その他、環状通路２８を形成する溝の深さや幅は、溝の形成時の加工の都合に応じて適宜様々な大きさに設定されてよい。また、回転体の釣り合わせを考慮して、流体通路２５や環状通路２８、永久磁石３４は回転軸線Ｘ周りに回転対称に配置される。
【００３５】
以上のような電動機１１では、スリーブ１３は内周面２２のほぼ全面で回転軸１２の外周面２１に嵌合することができる。その結果、局所的に過大な嵌め代に基づいてスリーブ１３が回転軸１２を締め付けることがない。スリーブ１３の締め代による締め付け力はスリーブ１３の内周面２２の全面でほぼ均等に回転軸１２の外周面２１に作用する。こうしてスリーブ１３は従来よりも大きな面積で回転軸１２に接触する。従来に比べて小さな締め代で同等の締結トルクを確保することができる。しかも、回転軸１２には局所的に締結トルクが作用しないことから、回転軸１２の変形や歪みの発生は回避される。こうして回転軸１２に高精度にスリーブ１３を取り付けることができる。回転軸１２での振動の発生は低減される。
【００３６】
加えて、上述の構成によれば、スリーブ１３は圧入によって回転軸１２に装着することが可能であるから、従来は必須であった焼き嵌め作業を省略することができる。その結果、回転子部品１４と一体となったスリーブ１３の加熱や、焼き嵌め後に常温に戻るまでの時間を省略することができる。その結果、電気炉などの設備は必要とされない。スリーブ１３の取付作業の時間を短縮して作業コストを削減することができる。また、加熱の必要がないことから、熱に弱い永久磁石３１に影響が及ばない。電動機１１の製造コストを抑制することができる。また、スリーブ１３と回転軸１２との接触面積の増大によって締め代を小さくすることが可能であるので、たとえスリーブ１３が回転軸１２に焼き嵌めによって取り付けられる場合でも、従来ほどの高温の加熱は必要とされない。
【００３７】
さらに、スリーブ１３は内周面２２のほぼ全面で回転軸１２の外周面２１に嵌合する。同時に、回転子部品１４は内周面３２の全面でスリーブ１３の外周面２３に嵌合する。その結果、スリーブ１３が所定の締め代で回転軸１２に装着されることによってスリーブ１３が膨張する結果、スリーブ１３の膨張はスリーブ１３に対する回転子部品１４の締め代に影響する。この影響の大きさは、回転軸線Ｘに沿った方向で均一であることから、予めその膨張の大きさを見込んだ締め代で回転子部品１４及びスリーブ１３を締まり嵌めで装着すれば、局所的に締め代を過剰に増大させることなく、回転軸線Ｘに沿った方向に均一な締結トルクで回転子部品１４及びスリーブ１３を装着することができる。その結果、回転軸１２の変形や歪みの発生を回避することができる。
【００３８】
また、スリーブ１３の内周面２２に形成される環状通路２８によって作動油は回転軸線Ｘ周りで回転軸１２の全周に均等に注入される。回転軸１２の外周面に均等に油圧が作用する。スリーブ１３は後端から前端に向かうにつれて厚さを減少させる。その結果、スリーブ１３の厚さがもたらす締結トルクの大小によって、圧力の増大とともに作動油はスリーブ１３の内周面２２と回転軸１２の外周面２１との間の境界面に沿って、径の小さい後端から径の大きい前端に向かって浸透していく。その結果、回転軸１２から容易にスリーブ１３を取り外すことが可能である。なお、締め代が比較的に小さい場合など、作動油が回転軸１２周りに注入されやすい場合には、環状通路２８の形成が省略されてもよい。
【００３９】
さらに、流体通路２５はスリーブ１３のフランジ２４に形成される。従って、フランジ２４以外の部分ではこれまで以上にスリーブ１３を薄肉化することが可能である。こうしてスリーブ１３が薄肉化された分だけ回転軸１２の径を増大させることができる。回転軸１２の径の増大は、回転軸１２の剛性を高めることができるとともに回転軸１２の固有振動数を高めることができる。例えば回転軸１２の最高回転数よりも十分に高い固有振動数まで高めることができる。回転軸１２の振動は低減される。こうして回転軸１２の性能を向上させることができる。
【００４０】
次に、本発明の実施例を説明する。実施例に係る電動機１１は埋込磁石型の同期電動機を構成する。電動機１１の最高回転数を毎分１２０００回転に設定した。前述したように、回転子部品１４は、回転軸線Ｘの方向に積層される複数の電磁鋼板の積層体から形成される回転子鉄心２９と、回転軸線Ｘ周りに例えば等間隔で回転子鉄心２９内に埋め込まれる複数の永久磁石３１と、を備える。回転子部品１４では、外径は１３２．０００ｍｍ、内径は１０４．０００ｍｍに設定された。回転軸線Ｘの方向に規定される回転子部品１４の長さは１００ｍｍに設定された。
【００４１】
スリーブ１３への装着にあたって、回転子部品１４の締め代が決定される。毎分１２０００回転の回転数が設定される場合、回転子部品１４の内径の膨張量は直径で約４０μｍに算出される。この算出にあたって、例えば一般的な材料力学の回転円盤の式を利用するか、又は、有限要素解析を利用する。この４０μｍが締め代として設定されると、電動機が毎分１２０００回転に達すると、遠心力の作用により締め付け力（すなわち、締結トルク又は伝達トルク）がゼロになることを意味している。従って、実際には、この４０μｍに加えて、電動機が毎分１２０００回転で回転している際に発生し得る最大トルクを伝達し得る締め代と、さらに、不慮の回転数超過や過負荷に対するマージン、例えば３０μｍを加算した数値である７０μｍが目標の締め代として決定される。なお、マージンは電動機１１の仕様や用途によって適宜調整される。
【００４２】
目標の締め代が７０μｍに設定される場合、前述のように、回転子部品１４の外径は１３２．０００ｍｍ、内径は１０４．０００ｍｍに設定された。その一方で、スリーブ１３の外径は１０４．０１０ｍｍ、内径は、スリーブ１３の前端から後端側に６０ｍｍの位置で９８．０００に設定された。回転軸１２の外径は、大径位置１７から小径位置１８側に６０ｍｍの位置で９８．０６０ｍｍに設定された。なお、回転軸１２の外周面２１及びスリーブ１３の内周面２２のテーパ比は１／５０に設定された。このとき、スリーブ１３の外周面２３に回転子部品１４が装着された。
【００４３】
具体的には、回転子部品１４内にスリーブ１３が挿入される。このとき、回転子部品１４は所定の温度まで加熱される。前述のように、回転子部品１４の内径とスリーブ１３の外径との差すなわち締め代は１０μｍ程度であり、しかも、スリーブ１３の外径が１０４．０００であるので、例えば回転子部品１４が、スリーブ１３に対して２０℃〜３０℃程度高い温度に加熱されればよい。また、回転子部品１４はプレスによって常温でスリーブ１３に圧入されてもよい。こうして回転子部品１４は締まり嵌めによってスリーブ１３に仮止めされる。
【００４４】
回転子部品１４が仮止めされたスリーブ１３では、回転子部品１４からの圧縮力によってスリーブ１３の内径は減少する。例えば原形の内径は９８．０００ｍｍから直径で５〜６μｍ程度減少する。この減少の量は、スリーブ１３及び回転子部品１４の材料や厚さ、断面形状など、各々の剛性のバランスに応じて変化する。こうして回転子部品１４がスリーブ１３に締まり嵌めで装着されると、回転子部品１４の外径は増大する一方でスリーブ１３の内径は減少する。
【００４５】
続いて、回転子部品１４を保持したスリーブ１３が、例えば油圧プレスを用いて回転軸１２に圧入される。回転軸１２のテーパ部１２ｃには前述の潤滑材が塗布された。スリーブ１３は、テーパ部１２ｃに嵌め合わせられてプレスでテーパ部１２ｃに押し込まれた。このとき、スリーブ１３の前端が回転軸１２の段差面１９に突き当てられるまで、押し込みは、中断されることなく一気に実施された。このとき、ＶＧ２２の潤滑材が用いられる場合のプレスの圧力は約１５トンに設定された。こうしてスリーブ１３がスリーブ１３が回転軸１２に締まり嵌めで装着されると、スリーブ１３の内径が増大するので、回転子部品１４とスリーブ１３との間で所定の締結トルクが達成されると同時にスリーブ１３と回転軸１２との間で所定の締結トルクが達成される。
【００４６】
なお、以上のような計算にはいくつかの前提条件が設定される。例えば回転軸１２は、十分な厚さを有することから、径方向に収縮しないことが前提とされる。回転軸１２が収縮すること自体が好ましいことではないため、回転軸１２は十分な剛性を備えていることが必要である。また、回転子部品１４やスリーブ１３は回転軸線Ｘに沿った方向に僅かに延びる。このため、締め代は前述の７０μｍから多少減少する。しかしながら、その減少の量は極めて微小であることから、目標の締め代の決定にあたって最後にマージンとして加味される追加の締め代に含めて考慮されれば十分である。
【００４７】
以上のような実施例では、回転子部品１４が例えば７０μｍの締め代で回転軸１２に固定される必要がある場合、回転子部品１４及びスリーブ１３の間の締め代と、スリーブ１３及び回転軸１２の間の締め代との合計が７０μｍに設定されれば足りる。また、その合計に例えば数μｍ〜数十μｍ程度のマージンが追加されてもよい。その一方で、前述の特許文献１に記載の技術では、スリーブはその両端の突部で回転軸に締め付けられる。その結果、スリーブと回転子部品との間の締め代による締結トルクが、２つの突部に分散したスリーブと回転軸との間の締め代に十分に伝達されない。こうして２つの突部での締め代が過度に大きくなり、回転軸の変形や歪みを引き起こすことがある。
【００４８】
その一方で、例えば前述の特許文献１のビルトインモータでは、ロータがスリーブに一様の締め代で締まり嵌めによって装着される。その後、スリーブが所定の締め代で焼き嵌めによって回転主軸に装着される。スリーブは所定の凸部でのみ回転主軸に嵌合することから、スリーブと回転主軸との間の締め代は、ロータとスリーブとの間の締め代よりも大きく設定されなければならない。このとき、スリーブは特に回転軸線の方向の両端の凸部で膨張するので、スリーブの両端ではロータとスリーブとの間で所定の締め代よりも過度に大きな締め代となってしまう。その結果、回転主軸には特にスリーブの両端から大きな締め付け力が作用することになり、回転主軸の変形や歪みを引き起こし、回転バランスの悪化、振動の発生などの不都合が生じる。
【００４９】
また、特許文献１では、ロータとスリーブとの締め代から予め過度の締め代の分だけ差し引いた締め代が設定されると、スリーブの両端で過度の締め代の生成が緩和されるものの、スリーブの両端同士の間の中間位置の凹部で締め代が不足してしまう。その結果、締結トルクが不足することによってロータの変形や遠心力による隙間が生じ、振動や異音、最悪の場合はロータの空転といったトラブルの原因となってしまう。その一方で、スリーブと回転主軸との間の締め代から予め過度の締め代の分だけ差し引かれると、単純に締結トルクが不足してしまい、ロータの空転につながる。また、ロータとスリーブとの間の締め代を部分的に変化させることも考えられるが、正確に締め代を変化、分布させることは現実的に困難である。
【００５０】
図３は、本発明の一実施形態の変形例に係る電動機１１を概略的に示す部分縦断面図である。この電動機１１では、環状通路２８が、前述のスリーブ１３の内周面２２に形成される溝に代えて、回転軸１２の外周面２１に形成される溝によって確立される。また、図４は、本発明の第１実施形態の他の変形例に係る電動機１１を概略的に示す部分縦断面図である。この電動機１１では、環状通路２８が、前述のスリーブ１３の内周面２２に形成される溝と、回転軸１２の外周面２１に形成される溝とによって確立される。いずれの場合にも、環状通路２８の深さや幅は前述と同様に設定されてよい。
【００５１】
図５は、本発明の一実施形態のさらに他の変形例に係る電動機１１のスリーブ１３及び回転子部品１４を概略的に示す縦断面図である。図１のスリーブ１３において、その内周面２２には、回転軸線Ｘの軸線方向に環状通路２８からスリーブ１３の前端すなわち回転軸１２の大径位置１７に向かって直線的に延びる１対の軸線方向通路３５が形成される。この軸線方向通路３５は、スリーブ１３の内周面２２に形成される溝によって確立される。軸線方向通路３５同士は回転軸線Ｘに対して回転対称の位置に配置される。軸線方向通路３５の先端はスリーブ１３の前端よりも後端側に配置される。すなわち、軸線方向通路３５はスリーブ１３の前端の手前で途切れる。軸線方向通路３５の深さや幅は例えば環状通路２８と同様に設定される。
【００５２】
図６は、本発明の一実施形態のさらに他の変形例に係る電動機１１の回転軸１２を概略的に示す部分縦断面図である。図６では、回転軸線Ｘを境界にして回転軸線Ｘの下側に回転軸１２の外周面２１が示されている。この変形例では、１対の軸線方向通路３５が図３の回転軸１２の外周面２１に形成される。軸線方向通路３５同士は回転軸線Ｘに対して回転対称の位置に配置される。こうした軸線方向通路３５によれば、環状通路２８に注入された作動油が環状通路２８から軸線方向通路３５を通ってスリーブ１３の大径位置１７に向かって流れる。その結果、回転軸１２の外周面２１とスリーブ１３の内周面２２との間に満遍なく作動油を行き渡らせることができる。
【００５３】
図７は、本発明の一実施形態のさらに他の変形例に係る電動機１１を概略的に示す部分縦断面図である。この電動機１１では、回転軸１２の外周面２１とスリーブ１３の内周面２２との間に例えば１対の流体封止部材３６が挟み込まれる。流体封止部材３６は、例えば回転軸線Ｘ回りに環状に延びるＯリングから形成される。流体封止部材３６は、例えばスリーブ１３の前端及び後端にそれぞれ隣接しつつその内側で回転軸１２の外周面２１に形成される環状の溝３７、３８内にそれぞれ配置される。溝３８は、スリーブ１３の内周面２２における流路２７の開口部よりもスリーブ１３の後端側に配置される。
【００５４】
流体封止部材３６は例えばゴムなどの弾性材料から形成される。その結果、スリーブ１３が回転軸１２の外周面２１に固定された状態では、流体封止部材３６は弾性変形に基づき回転軸１２の外周面２１とスリーブ１３の内周面２２とに押し付けられる。その結果、回転軸１２とスリーブ１３との間には１対の流体封止部材３６によって密閉空間が確立される。こうした流体封止部材３６によれば、回転軸１２とスリーブ１３との間に注入される作動油が流体封止部材３６、３６の間の密閉空間に閉じ込められる。スリーブ１３から回転軸１２の外周面２１に沿ってスリーブ１３の外側に作動油が漏れ出すことを防止することができる。その一方で、例えばスリーブ１３の内周面２２に形成される環状の溝内に例えばＯリングを配置した場合、スリーブ１３に所定の厚さを必要とするので、スリーブ１３の内径の減少を招く。その結果、回転軸１２の外径を減少させてしまうため好ましくない。
【００５５】
図８は、本発明の他の実施形態に係る電動機１１を概略的に示す部分縦断面図である。この電動機１１では、回転軸線Ｘの軸線方向に回転子部品１４の外側でスリーブ１３の外周面２３に例えば１対の環状部材３９、４１が固定される。環状部材３９、４１はスリーブ１３の外周面２３に例えば締まり嵌めによって固定される。環状部材３９、４１はスリーブ１３の前端及び後端に隣接する領域でスリーブ１３に所定の締結トルクを作用させる。なお、環状部材４１はフランジ２４上に配置される。こうした環状部材３９、４１によれば、回転軸１２とスリーブ１３との間に注入される作動油がスリーブ１３から回転軸１２の外周面２１に沿って外側に漏れ出すことを防止することができる。
【００５６】
なお、流体封止部材３６はスリーブ１３の前端及び後端のいずれか一方の端部に隣接する位置のみに配置されてもよい。同様に、環状部材３９、４１は、スリーブ１３の前端及び後端のいずれか一方の端部に隣接する位置のみに配置されてもよい。また、例えばスリーブ１３の前端及び後端のいずれか一方に流体封止部材３６が配置される一方で、スリーブ１３の前端及び後端のいずれか他方に環状部材が配置されてもよい。なお、スリーブ１３すなわち回転軸１２に対する環状部材３９、４１の締結トルクは、スリーブ１３の取り外しを妨げない程度の大きさに設定されることが好ましい。
【００５７】
図９は、本発明のさらに他の実施形態に係る電動機１１を概略的に示す部分縦断面図である。この電動機１１では、流体通路２５ａ、２５ｂの形成が省略されている。また、回転軸１２の外周面２１には、回転軸線Ｘの軸線方向の外側でスリーブ１３の後端に隣接して環状の規制部材４２が固定される。ここでは、規制部材４２は、スリーブ１３の後端に規定される後端面を受け止める。こうして規制部材４２は、回転軸線Ｘの軸線方向にスリーブ１３の抜けを規制する。規制部材４２は例えば焼き嵌めやねじによって回転軸１２に固定される。こうした構成は、例えば比較的に低い回転数が設定される電動機１１や、締め代が比較的に小さい電動機１１に好適に適用される。回転子部品１４の取り外しにあたって、規制部材４２の取り外し後、プレスなどで軸線方向にスリーブ１３が押されることによって回転軸１２からスリーブ１３を取り外すことが可能である。このとき、作動油の注入は不要である。
【００５８】
以上のような電動機１１では、スリーブ１３はフランジ２４で厚みを増大させる。こうしてスリーブ１３の厚さに変化がある場合に一定の締め代でスリーブ１３が回転軸１２に締まり嵌めされると、フランジ２４以外の部分に比べて大きな厚みを有するフランジ２４の部分で回転軸１２に対して相対的に大きな面圧力が作用する。その結果、スリーブ１３はフランジ２４の部分で、過度に大きな締結トルクで回転軸１２に固定されてしまう。こうして回転軸線Ｘの軸線方向にスリーブ１３の締め代が変化する場合には、回転軸１２の歪みや変形に基づいて回転精度が悪化する、又は、スリーブ１３の取り外し時に余計に高い圧力で作動油が注入されなければならない、などの問題や無駄が生じる原因となる。
【００５９】
従って、こうした点を回避すべく、例えばフランジ２４の厚さの大きさに応じて、締め代が適宜調整されることが好ましい。締め代の調整にあたって、フランジ２４の部分でスリーブ１３の内周面２２のテーパ比がフランジ２４以外の部分のテーパ比から変更されてよく、又は、フランジ２４の部分の内周面２２が回転軸線Ｘ周りに円筒状の内周面２２に変更されてもよい。同様に、回転軸１２の外周面２１のテーパ比が変更されてもよい。また、フランジ２４の部分のスリーブ１３の内周面２２や対応の回転軸１２の外周面２１に例えば溝などのいわゆる逃げ加工が実施されてもよい。ただし、こうした締め代の調整は、スリーブ１３から外側に作動油が漏れない程度の大きさに設定されることが好ましい。
【００６０】
以上のような電動機１１は、前述の磁石埋込型の同期電動機に代えて、図１０に示されるように、例えばかご型の誘導電動機を構成してもよい。この電動機１１では回転子部品１４は、例えば回転軸線Ｘに沿って積層される複数の電磁鋼板の積層体から形成される鉄心５１と、鉄心５１内に配置される複数の導体バー５２と、を備える。導体バー５２は、回転軸線Ｘ周りに例えば等間隔に配置されるとともに鉄心５１の外周面に隣接して配置される。回転子部品１４は、回転軸線Ｘの軸線方向の鉄心５１の両端に配置される１対の環状の導体エンドリング（図示せず）を備える。この導体エンドリングは、導体バー５２の両端を電気的に短絡させる。導体バー５２及び導体エンドリングは例えばアルミニウムといった導電金属材料から形成される。
【００６１】
以上のようなかご型の誘導電動機を構成する電動機１１では、図１１に示されるように、回転子部品１４は、回転軸線Ｘに直交する径方向の外側から導体エンドリング５３、５３をそれぞれ囲む補強リング５４、５４をさらに備えてもよい。この補強リング５４は例えばチタン合金等の金属材料から形成される。補強リング５４の外径は鉄心５１の外径に一致するとともに補強リング５４の内径は鉄心５１の内径に一致する。こうした補強リング５４の働きで例えば遠心力による導体エンドリング５３の破壊を防止することができる。図１２に示されるように、補強リング５４には前述の導体バー５２をそれぞれ受け入れる複数の貫通孔５５が形成される。こうして導体バー５２と導体エンドリング５３との短絡が実現される。なお、こうした電動機１１は、例えば毎分２００００回転を超える高速回転の場合に利用される。
【００６２】
このかご型の誘導電動機で、例えばスリーブ１３を介さずに回転子部品１４を焼き嵌めで取り付ける場合を想定する。回転子部品１４の内径が６０ｍｍで、締め代が例えば直径で０．１ｍｍの時、鉄心５１を形成する鉄の線膨張係数は１２×１０-6であるので、回転軸１２の温度が２０℃であるとすると、回転子部品１４が約２５０℃まで加熱されると、焼き嵌め時の隙間は約６５μｍとなる。回転子部品１４はチタン合金製の補強リング５４を有しており、チタン合金の線膨張係数は８．４×１０-6で鉄の０．７倍程度であるので、補強リング５４の部分の隙間は１５μｍ程度にしかならない。その結果、例えば３００℃などのより高温まで回転子部品１４が加熱されないと、十分な隙間が確保されない。しかしながら、温度が高温になるにつれて焼き嵌め後の回転子部品１４の歪みが増大し、焼き嵌めが失敗するリスクが増大するとともに安全上も好ましくない。
【００６３】
その一方で、本発明の電動機１１では、例えば０．０２ｍｍの締め代でスリーブ１３に回転子部品１４を焼き嵌めで装着する。このとき、締め代が０．０２ｍｍの場合には、スリーブ１３と回転子部品１４との温度差は、補強リング５４がチタン合金製であることを考慮しても、例えば１２０℃程度あれば足りる。このとき、３０μｍ程度の隙間が確保されればよい。その後、スリーブ１３と回転軸１２との間で８０μｍの締め代を確保しつつスリーブ１３を回転軸１２に圧入すれば、トータルで１００μｍすなわち０．１ｍｍの締め代で締まり嵌めを実現することができる。こうして本発明によれば、チタン合金などの線膨張係数が小さい部材を有する回転子部品１４を回転軸１２に装着する際に、従来に比べて簡略化することができる。また、過度の加熱が必要とされないことから、回転軸１２の歪みや変形を抑制することができる。
【００６４】
また、電動機１１は、前述の磁石埋込型の同期電動機に代えて、図１３に示されるように、例えば磁石表面貼付型の同期電動機を構成してもよい。この電動機１１では回転子部品１４は、例えば回転軸線Ｘに沿って積層される複数の電磁鋼板の積層体から形成される鉄心５６と、回転軸線Ｘ周りに例えば等間隔に配置されて鉄心５６の外周面に貼り付けられる複数の永久磁石５７と、を備える。永久磁石５７は例えば接着剤によって鉄心５６の外周面に貼り付けられる。永久磁石５７は、例えば鉄心５６の外周面に形成される溝内に嵌め込まれる。なお、鉄心５６は例えばＳ４５Ｃなどの炭素鋼を含む磁性体から形成されてもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１１ 電動機
１２ 回転軸
１３ スリーブ
１４ 回転子部品
１７ 大径位置
１８ 小径位置
２１ 外周面
２２ 内周面
２３ 外周面
２５ 流体通路
２８ 環状通路
３５ 軸線方向通路
３６ 流体封止部材
３９ 環状部材
４１ 環状部材
４２ 規制部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１径を有する大径位置から前記第１径よりも小さい第２径を有する小径位置に向かうにつれて減少する径を有する外周面を規定する回転軸と、
前記大径位置に隣接する前端から前記小径位置に隣接する後端に向かうにつれて減少する径を有する内周面で前記回転軸の外周面に嵌合して前記回転軸に締まり嵌めで装着されるスリーブと、
前記スリーブの外周面に締まり嵌めで装着される円筒状の回転子部品と、を備えることを特徴とする電動機。
【請求項２】
請求項１に記載の電動機において、前記スリーブの外周面を含む前記スリーブの外側面から前記スリーブの内周面まで貫通する流体通路を備えることを特徴とする電動機。
【請求項３】
請求項２に記載の電動機において、前記スリーブの内周面と前記回転軸の外周面との間に形成されて前記回転軸の回転軸線回りに環状に延び、前記流体通路に接続される環状通路を備えることを特徴とする電動機。
【請求項４】
請求項３に記載の電動機において、前記スリーブの内周面と前記回転軸の外周面との間に形成されて、前記回転軸線の方向に前記環状通路から前記大径位置に向かって延びる軸線方向通路を備えることを特徴とする電動機。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか１項に記載の電動機において、前記スリーブの内周面と前記回転軸の外周面との間に挟み込まれて、前記流体通路よりも前記スリーブの前端側及び後端側の少なくともいずれか一方の側に配置される流体封止部材を備えることを特徴とする電動機。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の電動機において、前記スリーブの前端及び後端の少なくともいずれか一方の端部に隣接して前記スリーブに締まり嵌めで装着される環状部材を備えることを特徴とする電動機。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の電動機において、前記スリーブの後端で前記回転軸の外周面に装着されて、前記スリーブの前記回転軸からの抜けを規制する規制部材を備えることを特徴とする電動機。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の電動機を備えることを特徴とする工作機械。
【請求項１】
第１径を有する大径位置から前記第１径よりも小さい第２径を有する小径位置に向かうにつれて減少する径を有する外周面を規定する回転軸と、
前記大径位置に隣接する前端から前記小径位置に隣接する後端に向かうにつれて減少する径を有する内周面で前記回転軸の外周面に嵌合して前記回転軸に締まり嵌めで装着されるスリーブと、
前記スリーブの外周面に締まり嵌めで装着される円筒状の回転子部品と、を備えることを特徴とする電動機。
【請求項２】
請求項１に記載の電動機において、前記スリーブの外周面を含む前記スリーブの外側面から前記スリーブの内周面まで貫通する流体通路を備えることを特徴とする電動機。
【請求項３】
請求項２に記載の電動機において、前記スリーブの内周面と前記回転軸の外周面との間に形成されて前記回転軸の回転軸線回りに環状に延び、前記流体通路に接続される環状通路を備えることを特徴とする電動機。
【請求項４】
請求項３に記載の電動機において、前記スリーブの内周面と前記回転軸の外周面との間に形成されて、前記回転軸線の方向に前記環状通路から前記大径位置に向かって延びる軸線方向通路を備えることを特徴とする電動機。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか１項に記載の電動機において、前記スリーブの内周面と前記回転軸の外周面との間に挟み込まれて、前記流体通路よりも前記スリーブの前端側及び後端側の少なくともいずれか一方の側に配置される流体封止部材を備えることを特徴とする電動機。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の電動機において、前記スリーブの前端及び後端の少なくともいずれか一方の端部に隣接して前記スリーブに締まり嵌めで装着される環状部材を備えることを特徴とする電動機。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の電動機において、前記スリーブの後端で前記回転軸の外周面に装着されて、前記スリーブの前記回転軸からの抜けを規制する規制部材を備えることを特徴とする電動機。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の電動機を備えることを特徴とする工作機械。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−９５２８（Ｐ２０１３−９５２８Ａ）
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４０９２７（Ｐ２０１１−１４０９２７）
【出願日】平成２３年６月２４日（２０１１．６．２４）
【出願人】（３９０００８２３５）ファナック株式会社 (1,110)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１０日（２０１３．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２４日（２０１１．６．２４）
【出願人】（３９０００８２３５）ファナック株式会社 (1,110)
【Ｆターム（参考）】
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