DE102013004851A1

DE102013004851A1 - Rotor für einen Elektromotor, der eine Drehwelle und ein Joch umfasst, das sicher auf die Drehwelle gepasst ist

Info

Publication number: DE102013004851A1
Application number: DE201310004851
Authority: DE
Inventors: Kouji Kobayashi; Takeshi Tamaki
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2012-03-12
Filing date: 2013-03-05
Publication date: 2013-09-12
Also published as: CN103312059A; CN203233249U; US20130234557A1; JP2013192287A

Abstract

Gemäß der vorliegenden Erfindung, in einem Rotor eines Elektromotors, der eine Drehwelle und ein Joch umfasst, das auf eine Außenumfangsfläche der Drehwelle gepasst ist, ist die Passung zwischen einer Innenumfangsfläche des Jochs und der Außenumfangsfläche der Drehwelle eine Übermaßpassung. Des Weiteren ist die Passung zwischen einem konvexen Abschnitt (oder konkaven Abschnitt), der auf der Außenumfangsfläche der Drehwelle ausgebildet ist, und einem konkaven Abschnitt (oder konvexen Abschnitt), der auf der Innenumfangsfläche des Jochs ausgebildet ist, ebenso eine Übermaßpassung.

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor für einen Elektromotor, der eine Drehwelle und ein Joch umfasst, das auf die Drehwelle gepasst ist.
2. Beschreibung des verwandten Stands der Technik
In einem Rotor für einen Elektromotor wird die Passung zwischen einem Joch und einer Welle im Allgemeinen mittels Schrumpfpassung ausgeführt. In einem Rotor für einen Elektromotor kleiner Größe mit einem dünneren Joch muss jedoch das Passungsabmaß streng kontrolliert werden, so dass das Joch während eines Schrumpfpassungsvorgangs eine elastische Verformung durchläuft. Somit ist es erforderlich, einen Innendurchmesser des Jochs und einen Außendurchmesser der Welle mit hoher Genauigkeit auszubilden. Ein derartiges Ausbilden mit hoher Genauigkeit tendiert dazu, die Kosten zu erhöhen. Zudem ist es schwierig, die Genauigkeit einer Stanzvorgangs zu erhöhen, der im Allgemeinen ausgeführt wird, um das Joch als eine gestapelte Struktur von Stahlplatten auszubilden. Ohne einen ausreichenden Grad an Genauigkeit durchläuft das Joch eine plastische Verformung, was zu einer verringerten Einspannkraft führen kann, und deshalb zu einer Fehlanordnung des Jochs.
Es ist bekannt, ein Joch und eine Welle aufeinander mittels eines Klebemittels zu passen. Der Vorgang ist jedoch ziemlich kompliziert auf Grund eines Erfordernisses zum Steuern der Menge des Klebemittels, zum Säubern des Jochs und der Welle und zum Entfernen von überschüssigem Klebemittel, und deshalb kann die Qualitätskontrolle herausfordernd sein. Es ist ebenso bekannt, ein Joch und eine Welle zusammenzuspannen durch Passen einer Führnase in einen Führnasenweg. Jedoch sieht eine Führnasenstruktur zum Einspannen des Jochs und der Welle eine vergleichsweise kleine Einspannkraft in einer Achsrichtung vor, während in einer Drehrichtung eine große Einspannkraft vorgesehen wird. Somit ist es erforderlich, eine separate Fixiereinrichtung in einer Achsrichtung vorzusehen, was die Struktur verkompliziert. Auf JP-A-61-266041 und JP-A-2002-295500 , die den Stand der Technik offenbaren, soll ebenso Bezug genommen werden.
Deshalb besteht ein Bedarf an einem Motor für einen Elektromotor, der eine Drehwelle und ein Joch umfasst, das auf die Drehwelle gepasst ist, in dem eine separate Fixiereinrichtung und Klebemittel nicht erforderlich sind.
Kurzfassung der Erfindung
Gemäß einer ersten Ausgestaltung umfasst ein Rotor für einen Elektromotor: eine Drehwelle mit einer zylindrischen Kontur, die in der Lage ist, sich bezüglich einer Achse zu drehen; und ein Joch, das auf eine Außenumfangsfläche der Drehwelle gepasst ist, wobei die Drehwelle auf der Außenumfangsfläche zumindest einen konkaven Abschnitt oder konvexen Abschnitt aufweist, der sich parallel zu der Achse erstreckt, wobei das Joch auf einer Innenumfangsfläche einen konvexen Abschnitt oder einen konkaven Abschnitt aufweist, der sich parallel zu der Achse erstreckt und eingerichtet ist, auf den zumindest einen konkaven Abschnitt oder konvexen Abschnitt der Drehwelle gepasst zu werden, und wobei das Passen zwischen der Außenumfangsfläche der Drehwelle und der Innenumfangsfläche des Jochs eine Übermaßpassung ist, und das Passen zwischen dem konkaven Abschnitt oder dem konvexen Abschnitt der Drehwelle und dem konvexen Abschnitt oder dem konkaven Abschnitt des Jochs eine Übermaßpassung ist.
Gemäß einer zweiten Ausgestaltung, in dem Rotor für einen Elektromotor gemäß der ersten Ausgestaltung, weist der konkave Abschnitt der Drehwelle oder des Jochs einen vergrößerten Abschnitt mit einer Breite in einer Richtung lotrecht zu der Achse auf, wobei sich die Breite graduell hin zu zumindest einem Ende des konkaven Abschnitts erhöht.
Gemäß einer dritten Ausgestaltung, in dem Rotor für einen Elektromotor gemäß der zweiten Ausgestaltung, weist der konkave Abschnitt der Drehwelle oder des Jochs einen verbreiterten Abschnitt auf, der sich von einem Spitzenende des vergrößerten Abschnitts erstreckt und eine konstante Breite in einer Richtung lotrecht zu der Achse aufweist.
Gemäß einer vierten Ausgestaltung, in dem Rotor für einen Elektromotor gemäß zumindest einer der ersten bis dritten Ausgestaltung, weist die Drehwelle bei zumindest einem Ende der Drehwelle einen Abschnitt kleineren Durchmesser mit einem Außendurchmesser auf, der kleiner ist als ein Innendurchmesser des Jochs.
Gemäß einer fünften Ausgestaltung, in dem Rotor für einen Elektromotor gemäß der zweiten oder dritten Ausgestaltung, weist die Drehwelle bei zumindest einem Ende der Drehwelle einen Abschnitt kleineren Durchmessers mit einem Außendurchmesser auf, der kleiner ist als ein Innendurchmesser des Jochs, wobei sich der Abschnitt kleineren Durchmessers von dem zumindest einen Ende der Drehwelle zu einem Ende des vergrößerten Abschnitts erstreckt, der von dem zumindest einen Ende der Drehwelle entfernt gelegen ist.
Gemäß einer sechsten Ausgestaltung, in dem Rotor für einen Elektromotor gemäß der vierten oder fünften Ausgestaltung, weist der Abschnitt kleineren Durchmessers eine verjüngende Form auf, die sich graduell in einem Außendurchmesser hin zu dem zumindest einen Ende der Drehwelle verringert, bei dem der Abschnitt kleineren Durchmessers gelegen ist.
Gemäß einer siebten Ausgestaltung, in dem Rotor für einen Elektromotor gemäß zumindest einer der ersten bis sechsten Ausgestaltung, ist eine Vielzahl der konkaven Abschnitte oder der konvexen Abschnitte auf der Außenumfangsfläche der Drehwelle oder der Innenumfangsfläche des Jochs bei einem gleichen Abstand zueinander angeordnet.
Gemäß einer achten Ausgestaltung, in dem Rotor für einen Elektromotor gemäß zumindest einer der ersten bis siebten Ausgestaltung, weist das Joch eine gestapelte Struktur von Stahlplatten auf.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden im Lichte der ausführlichen Beschreibung ihrer beispielhaften Ausführungsbeispiele offensichtlicher werden, wie sie durch die Zeichnungen gezeigt sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht, die einen Rotor, der eine Drehwelle und ein Joch umfasst, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
2 eine Schnittansicht, die das Joch in dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 zeigt;
3 eine Schnittansicht, die die Drehwelle in dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 zeigt;
4 eine Schnittansicht, die ein Joch gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
5 eine Schnittansicht, die eine Drehwelle zeigt, die zusammen mit dem in 4 gezeigten Joch verwendet wird;
6 eine Explosionszeichnung, die ein Joch und eine Drehwelle eines Rotors gemäß einer Variante der Erfindung zeigt;
7 eine Explosionszeichnung, die ein Joch und eine Drehwelle eines Rotors gemäß einer weiteren Variante der Erfindung zeigt;
8 eine Explosionszeichnung, die ein Joch und eine Drehwelle eines Rotors gemäß einer weiteren Variante der Erfindung zeigt;
9 eine Schnittansicht, die das Joch und die Drehwelle zeigt, die in 8 gezeigt sind;
10 eine Explosionszeichnung, die ein Joch und eine Drehwelle eines Rotors gemäß einer weiteren Variante der Erfindung zeigt;
11 eine Schnittansicht, die das Joch und die Drehwelle zeigt, die in 10 gezeigt sind;
12 eine Schnittansicht, die ein Joch eines Rotors gemäß einer weiteren Variante der Erfindung zeigt; und
13 eine Schnittansicht, die ein Joch eines Rotors gemäß einer weiteren Variante der Erfindung zeigt.
Ausführliche Beschreibung
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden. In den gezeigten Ausführungsbeispielen kann jedes bildende Element in seiner Größe in Relation zu anderen Elementen bezüglich der praktischen Anwendung zum besseren Verständnis modifiziert werden. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht, die einen Rotor 14, der eine Drehwelle 10 und ein Joch 12 umfasst, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. 2 zeigt eine Schnittansicht, die das Joch 12 in dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 zeigt. 3 zeigt eine Schnittansicht, die die Drehwelle 10 in dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 zeigt.
Der Rotor 14 ist ein Rotor, der für einen (nicht gezeigten) Elektromotor verwendet wird. Wie in 1 gezeigt, umfasst der Rotor 14 eine Drehwelle 10 mit einer zylindrischen Kontur, die in der Lage ist, sich bezüglich einer Achse X zu drehen, und ein Joch 12, das auf eine Außenumfangsfläche 10a der Drehwelle 10 gepasst ist. Die Drehwelle 10 weist einen konvexen Abschnitt 10b auf, der sich parallel zu der Achse X auf der Außenumfangsfläche 10a erstreckt. Das Joch 12 weist einen konkaven Abschnitt 12b auf, der sich parallel zu der Achse X auf einer Innenumfangsfläche 12a erstreckt, wie aus 2 klar ersichtlich ist. Der konvexe Abschnitt 10b der Drehwelle 10 ist eingerichtet, um auf den konkaven Abschnitt 12b des Jochs 12 gepasst zu werden.
Unter Bezugnahme auf 2 ist das Joch 12 ein röhrenförmiges Element mit einem konstanten Innendurchmesser D₁ mit Ausnahme von Abschnitten, bei denen der konkave Abschnitt 12b vorgesehen ist. Das Joch 12 wird aus einem magnetischen Material ausgebildet und dient als ein Magnetweg während des Betriebs eines Elektromotors. Zum Beispiel kann das Joch 12 eine gestapelte Struktur von Stahlplatten aufweisen. Das Joch, das aus gestapelten Stahlplatten ausgebildet ist, ist wirksam, um das Erzeugen eines Wirbelstroms zu verhindern. Im Ergebnis wird der Eisenverlust verringert und kann ein Wirkungsgrad des Elektromotors verbessert werden.
Zudem kann jede Stahlplatte mittels Stanzen ausgebildet werden, was kostengünstig ist, so dass die Herstellungskosten insgesamt verringert werden können. Der konkave Abschnitt 12b erstreckt sich wie eine Vertiefung auf der Innenumfangsfläche 12a des Jochs 12 und weist im Wesentlichen den gleichen Querschnitt über die gesamte Länge des Jochs 12 in einer Richtung parallel zu der Achse X auf. Der konkave Abschnitt 12b weist eine Breite W₁ auf, die in einer Richtung lotrecht zu der Achse X definiert ist.
Unter Bezugnahme auf 3 weist die Drehwelle 10 einen kreisförmigen Querschnitt mit einem konstanten Außendurchmesser D₂ mit Ausnahme von Abschnitten auf, bei denen der konvexe Abschnitt 10b vorgesehen ist. Die Drehwelle 10 ist zum Beispiel eine Welle eines Rotors für einen Elektromotor. Der Rotor erzeugt Strom durch Drehen bezüglich der Achse X auf Grund einer magnetischen Wechselwirkung in Kooperation mit einem Stator eines Elektromotors, der nicht gezeigt ist. Der konvexe Abschnitt 10b steht radial nach außen von der Außenumfangsfläche 10a der Drehwelle 10 über. Der konvexe Abschnitt 10b weist im Wesentlichen den gleichen Querschnitt über die gesamte Länge der Drehwelle 10 in einer Richtung parallel zu der Achse X auf. Der konvexe Abschnitt 10b weist eine Breite W₂ auf, die in einer Richtung lotrecht zu der Achse X definiert ist.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden D₁ < D₂ und W₁ < W₂ erfüllt. Mit anderen Worten, sind die Drehwelle 10 und das Joch 12 in Relation zueinander derart bemaßt, dass ein Passen zwischen der Außenumfangsfläche 10a der Drehwelle 10 und der Innenumfangsfläche 12b des Jochs 12 eine Übermaßpassung ist. In ähnlicher Art und Weise ist das Passen zwischen dem konvexen Abschnitt 10b der Drehwelle 10 und dem konkaven Abschnitt 12b des Jochs 12 eine Übermaßpassung. Die jeweiligen Passungsabmaße können unter Berücksichtigung von Materialien der Drehwelle 10 und des Jochs 12 und deren Größe, insbesondere der Dicke des Jochs 12, bestimmt werden.
Wie vorstehend beschrieben, gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, können beide Passungen mittels Übermaßpassung realisiert werden. Die Übermaßpassung kann zum Beispiel eine Schrumpfpassung, eine Ausdehnungspassung oder eine Presspassung sein. Deshalb, gemäß der Erfindung, kann der Rotor mit einer verlässlichen Qualität vorgesehen werden, verglichen mit einem Rotor, in dem ein Joch an eine Drehwelle mittels eines Klebemittels angefügt ist. Zudem ist ein Montagevorgang in dem Rotor gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vergleichsweise simpel, verglichen mit dem Fall, in dem ein Klebemittel verwendet wird, das zusätzliche Vorgänge erfordert, wie das Entfernen von überschüssigen Klebemitteln. Somit kann ein Herstellungsvorgang leicht automatisiert werden.
Anhand des Aufbaus des vorliegenden Ausführungsbeispiels fungieren das Passen zwischen der Außenumfangsfläche 10a der Drehwelle 10 und der Innenumfangsfläche 12a des Jochs 12 und das Passen zwischen dem konvexen Abschnitt 10b und dem konkaven Abschnitt 12b zu einer gegenseitigen Kompensation, und im Ergebnis kann eine verlässliche Einspannwirkung erreicht werden. Zum Beispiel, falls sich das Joch 12 plastisch verformt, kann die Einspannkraft, die zwischen der Innenumfangsfläche 12a des Jochs 12 und der Außenumfangsfläche 10a der Drehwelle 10 wirkt, verringert werden. Selbst wenn dies der Fall ist, auf Grund der Passung zwischen dem konvexen Abschnitt 10b und dem konkaven Abschnitt 12b, kann die Einspannkraft, die in dem Rotor 14 in einer Drehrichtung wirkt, im Wesentlichen beibehalten werden. Demgegenüber ist lediglich mit dem Passen zwischen dem konvexen Abschnitt 10b und dem konkaven Abschnitt 12b die Einspannkraft, die in einer Richtung der Achse X des Rotors 14 wirkt, im Allgemeinen unzureichend klein. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wirkt jedoch eine ausreichend große Einspannkraft in der Richtung der Achse X ebenso auf Grund der Übermaßpassung zwischen der Außenumfangsfläche 10a der Drehwelle 10 und der Innenumfangsfläche 12a des Jochs 12. Deshalb besteht kein Bedarf an einer zusätzlichen Trageeinrichtung zum Vorsehen einer Stützung in der Achsrichtung. Im Ergebnis kann die Anzahl von Teilen verringert und die Struktur vereinfacht werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass in einem Rotor für einen Elektromotor eine kleinere Einspannkraft erforderlich ist in der Richtung der Achse X, verglichen mit der Drehrichtung. Deshalb, in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, selbst in dem Fall, in dem das Joch 12 eine plastische Verformung durchläuft, kann eine Einspannkraft sowohl in der Drehrichtung als auch der Richtung der Achse X ausreichend beibehalten werden. Zudem, da der konvexe Abschnitt 10b und der konkave Abschnitt 12b aufeinander mittels Übermaßpassung gepasst sind, kann eine relative Fehlanordnung der Drehwelle 10 und des Jochs 12 in der Drehrichtung verhindert werden. Deshalb kann das Auftreten einer Fraßkorrosion effektiv verhindert werden, und kann ein dauerhafterer Rotor bereitgestellt werden.
Weitere Ausführungsbeispiele und Varianten der Erfindung werden nachstehend beschrieben werden. Die Sachverhalte, die bereits in Relation zu dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel beschrieben wurden, werden in der nachstehenden Beschreibung ausgelassen werden. Die vorstehenden Sachverhalte können auf die nachfolgenden Ausführungsbeispiele und Varianten auf die gleiche Art und Weise angewendet werden, wenn nicht ausdrücklich etwas anderes beschrieben ist.
4 zeigt eine Schnittansicht, die ein Joch 20 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. 5 zeigt eine Schnittansicht, die eine Drehwelle 22 zeigt, die zusammen mit dem Joch 20 verwendet wird. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weist das Joch 20 auf einer Innenumfangsfläche 20a einen konvexen Abschnitt 20b auf, der sich radial nach innen hin erstreckt und im Wesentlichen eine konstante Breite W₃ über die gesamte Länge des Jochs 20 aufweist. Dementsprechend weist die Drehwelle 22 auf einer Außenumfangsfläche 22a einen konkaven Abschnitt 22b auf, der eingerichtet ist, um auf den konvexen Abschnitt 20b des Jochs 20 gepasst zu werden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist D₃ < D₄ erfüllt, wobei D₃ ein Innendurchmesser des Jochs 20 und D₄ ein Außendurchmesser der Drehwelle 22 ist. Des Weiteren ist W₄ < W₃ erfüllt, wobei W₃ eine Breite des konvexen Abschnitts 20b des Jochs 20 ist und W₄ eine Breite des konkaven Abschnitts 22b der Drehwelle 22 ist.
Demgemäß, gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, ist die Passung zwischen der Innenumfangsfläche 20a des Jochs 20 und der Außenumfangsfläche 22a der Drehwelle 22 eine Übermaßpassung, und ist die Passung zwischen dem konvexen Abschnitt 20b des Jochs 20 und dem konkaven Abschnitt 22b der Drehwelle 22 ebenso eine Übermaßpassung. Auf Grund der Einspannkraft, die durch die Übermaßpassung vorgesehen wird, werden das Joch 20 und die Drehwelle 22 aneinander sicher sowohl in einer Drehrichtung und einer Achsrichtung eingespannt, ähnlich dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel.
6 zeigt eine Explosionszeichnung, die ein Joch 30 und eine Drehwelle 32 eines Rotors gemäß einer Variante der Erfindung zeigt. In dieser Variante, ähnlich dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel, das in den 4 und 5 gezeigt ist, weist das Joch 30 auf einer Innenumfangsfläche 30a einen konvexen Abschnitt 34 auf, und weist die Drehwelle 32 auf einer Außenumfangsfläche 32a einen konkaven Abschnitt 36 auf. Im Einzelnen weist das Joch 30 ein Paar der konvexen Abschnitte 34 und 34 auf, die wie gezeigt einander im Wesentlichen gegenüberliegend angeordnet sind. In ähnlicher Art und Weise weist die Drehwelle 32 ein Paar der konkaven Abschnitte 36 und 36 auf, die im Wesentlichen einander gegenüberliegend angeordnet sind, wie gezeigt ist. Wie aus 6 ersichtlich, weist der konkave Abschnitt 36 weiterhin einen Passabschnitt 38, der bemaßt ist, um auf den konvexen Abschnitt 34 durch Übermaßpassung gepasst zu werden, und einen vergrößerten Abschnitt 40 auf, der sich von einem Spitzenende des Passabschnitts 38 erstreckt. Der vergrößerte Abschnitt 40 weist eine Breite auf, die in einer Richtung lotrecht zu einer Achse der Drehwelle 32 definiert ist, und die Breite erhöht sich graduell hin zu einem Ende 36a des konkaven Abschnitts 36. Die Breite des vergrößerten Abschnitts 40 erhöht sich graduell zumindest zu dem Ausmaß, dass sie größer wird als eine Breite des konvexen Abschnitts 34 des Jochs 30. Der vergrößerte Abschnitt 40 dient als eine Führeinrichtung, wenn das Joch 30 auf der Drehwelle 32 montiert wird, und mit dessen Hilfe kann der konvexe Abschnitt 34 des Jochs 30 glatt in den konkaven Abschnitt 36 der Drehwelle 32 eingeführt werden. Deshalb wird ein Montagevorgang vereinfacht und ist effizienter, und im Ergebnis können Herstellungskosten verringert werden.
7 zeigt eine Explosionszeichnung, die ein Joch 30 und eine Drehwelle 32 eines Rotors gemäß einer weiteren Variante der Erfindung zeigt. In 7 werden bildende Elemente, die die gleichen wie 6 sind oder diesen entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen ausgewiesen, und wird deren Beschreibung ausgelassen werden, um Redundanz zu vermeiden. In dieser Variante weist der konkave Abschnitt 36 der Drehwelle 32 zusätzlich zu einem vergrößerten Abschnitt 40, dessen Breite sich in einer Richtung lotrecht zu der Achse der Drehwelle 32 graduell hin zu einem Ende 36a des konkaven Abschnitts 36 erhöht, einen verbreiterten Abschnitt 42 auf, der sich von einem Spitzenende des vergrößerten Abschnitts 40 erstreckt. Der verbreiterte Abschnitt 42 weist eine konstante Breite in einer Richtung lotrecht zu der Achse der Drehwelle 32 auf, und die Breite ist größer als eine Breite des konvexen Abschnitts 34 des Jochs 30 und als eine Breite des Passabschnitts 38 der Drehwelle 32. In dieser Variante, ähnlich der vorstehend beschriebenen Variante, die in 6 gezeigt ist, kooperieren der vergrößerte Abschnitt 40 und der verbreiterte Abschnitt 42 miteinander, um als eine Führeinrichtung zu fungieren, wenn das Joch 30 auf der Drehwelle 32 montiert wird. Deshalb wird ein Montagevorgang erleichtert und ist effizienter, und im Ergebnis können Herstellungskosten verringert werden.
Als nächstes wird eine weitere Variante der Erfindung unter Bezugnahme auf 8 und 9 beschrieben werden. 8 zeigt eine Explosionszeichnung, die ein Joch 30 und eine Drehwelle 72 eines Rotors 70 gemäß der Variante zeigt. 9 zeigt eine Schnittansicht, die das Joch 30 und die Drehwelle 72 zeigt, die in 8 gezeigt sind. In dieser Variante, ähnlich den vorstehend beschriebenen Varianten, die in den 6 und 7 gezeigt sind, weist das Joch 30 einen konvexen Abschnitt 34 auf einer Innenumfangsfläche 30a auf und weist die Drehwelle 72 einen konkaven Abschnitt 74 auf einer Außenumfangsfläche 72a auf. Da der Aufbau des Jochs 30 der gleiche ist wie jener in der vorstehend beschriebenen Variante, die in Relation zu den 6 und 7 beschrieben ist, wird dessen ausführliche Beschreibung ausgelassen werden. Der konkave Abschnitt 74 der Drehwelle 72 weist einen Passabschnitt 74a und einen vergrößerten Abschnitt 74b ähnlich dem konkaven Abschnitt 36 der Drehwelle 32 in der Variante gemäß 6 auf. Im Einzelnen ist der Passabschnitt 74a derart bemaßt, um eine Breite aufzuweisen, die kleiner als eine Breite des konvexen Abschnitts 34 ist, so dass der Passabschnitt 74a auf den konvexen Abschnitt 34 des Jochs 30 mittels Übermaßpassung gepasst wird. Der vergrößerte Abschnitt 74b weist eine Breite auf, die in einer Richtung lotrecht zu der Achse X der Drehwelle 72 definiert ist, und die Breite erhöht sich graduell hin zu einem Ende 74c des konkaven Abschnitts 74.
Wie aus 9 klarer ersichtlich, weist die Drehwelle 72 einen Abschnitt 76 kleineren Durchmessers bei einem Ende 72b auf, der auf die Seite gerichtet ist, bei der das Joch 30 eingeführt wird. Der Abschnitt 76 kleineren Durchmessers weist einen Außendurchmesser D₆ auf, der kleiner ist als ein Innendurchmesser D₅ des Jochs 30. Deshalb ist D₆ < D₅ < D₇ erfüllt, wobei D₅ der Innendurchmesser des Jochs 30 ist, D₆ der Außendurchmesser des Abschnitts 76 kleineren Durchmessers ist, und D₇ ein Außendurchmesser der Drehwelle 72 ist. Anhand des Rotors 70, der einen derartigen Aufbau aufweist, dient der Abschnitt 76 kleineren Durchmessers als eine Führeinrichtung, wenn das Joch 30 auf der Drehwelle 72 montiert wird. Deshalb wird ein Montagevorgang vereinfacht und ist effizienter, und im Ergebnis können Herstellungskosten verringert werden. Der Abschnitt 76 kleineren Durchmessers erstreckt sich vorzugsweise zumindest von dem Ende 72b der Drehwelle 72 zu einem Ende 74d des vergrößerten Abschnitts 74b, der von dem Ende 72b entfernt gelegen ist. Anhand eines derartigen Aufbaus kooperieren der vergrößerte Abschnitt 74b und der Abschnitt 76 kleineren Durchmessers miteinander über die Fläche des vergrößerten Abschnitts 74b, und deshalb kann ein Montagevorgang des Jochs 30 glatt ausgeführt werden. Der Abschnitt 76 kleineren Durchmessers kann sich ebenso über das Ende 74d des vergrößerten Abschnitts 74b hinaus erstrecken. In diesem Fall, nachdem der konvexe Abschnitt 34 des Jochs 30 und der konkave Abschnitt 74 der Drehwelle 72 aufeinander gepasst sind, werden die Innenumfangsfläche 30a des Jochs 30 und die Außenumfangsfläche 72a der Drehwelle 72 aufeinander gepasst. Deshalb kann eine Fehlanordnung des Jochs 30 verhindert werden, und kann verhindert werden, dass eine unbeabsichtigt große Kraft auf das Joch 30 oder die Drehwelle 72 wirkt.
10 zeigt eine Explosionszeichnung, die ein Joch 30 und eine Drehwelle 82 eines Rotors 80 gemäß einer weiteren Variante der Erfindung zeigt. 11 zeigt eine Schnittansicht, die das Joch 30 und die Drehwelle 82 zeigt, die in 10 gezeigt sind. In dieser Variante, ähnlich den vorstehend beschriebenen Varianten, die in den 6 und 7 gezeigt sind, weist das Joch 30 einen konvexen Abschnitt 34 auf einer Innenumfangsfläche 30a auf und weist die Drehwelle 82 einen konkaven Abschnitt 84 auf einer Außenumfangsfläche 82a auf. Eine ausführliche Beschreibung des Jochs 30 wird ausgelassen werden. Der konkave Abschnitt 84 der Drehwelle 82 weist einen Passabschnitt 84a, einen vergrößerten Abschnitt 84b und einen verbreiterten Abschnitt 84c ähnlich dem konkaven Abschnitt 36 der Drehwelle 32 gemäß der in 7 gezeigten Variante auf. Im Einzelnen ist der Passabschnitt 84a derart bemaßt, um eine Breite aufzuweisen, die kleiner ist als eine Breite des konvexen Abschnitts 34, so dass der Passabschnitt 84a auf den konkaven Abschnitt 34 des Jochs 30 durch Übermaßpassung gepasst wird. Der vergrößerte Abschnitt 84b weist eine Breite auf, die in einer Richtung lotrecht zu der Achse X der Drehwelle 82 definiert ist, und die Breite erhöht sich graduell hin zu einem Ende 84d des konkaven Abschnitts 84. Der verbreiterte Abschnitt 84c weist eine konstante Breite in einer Richtung lotrecht zu der Achse X der Drehwelle 82 auf. Die Breite des verbreiterten Abschnitts 84c ist größer als eine Breite des konvexen Abschnitts 34 des Jochs 30 und größer oder gleich einer Breite des vergrößerten Abschnitts 84b der Drehachse 82.
Wie aus 11 klarer ersichtlich ist, weist die Drehwelle 82 einen Abschnitt 86 kleineren Durchmessers bei einem Ende 82b auf, der auf die Seite gerichtet ist, auf der das Joch 30 eingeführt wird. Der Abschnitt 86 kleineren Durchmessers weist einen Außendurchmesser D₈ auf, der kleiner ist als ein Innendurchmesser D₅ des Jochs 30. Der Abschnitt 86 kleineren Durchmessers weist eine verjüngende Form auf, so dass sich der Außendurchmesser D₈ graduell hin zu dem Ende 82b der Drehwelle 82 verringert. Des Weiteren weist der Abschnitt 86 kleineren Durchmessers bei einem Spitzenende des Abschnitts 86 kleineren Durchmessers oder dem Ende 82b der Drehwelle 82 einen Außendurchmesser D₈₁ auf, der kleiner ist als der Innendurchmesser D₅ des Jochs 30. Deshalb ist D₈₁ < D₅ < D₉ erfüllt, wobei D₅ der Innendurchmesser des Jochs 30 ist, D₈₁ der Außendurchmesser des Abschnitts 86 kleineren Durchmessers bei dessen Spitzenende ist und D₉ ein Außendurchmesser der Drehwelle 82 ist. Anhand des Rotors 80 mit einem derartigen Aufbau dient der Abschnitt 86 kleineren Durchmessers als eine Führeinrichtung, wenn das Joch 30 auf der Drehwelle 82 montiert wird. Deshalb wird ein Montagevorgang vereinfacht und ist effizienter, und im Ergebnis können Herstellungskosten verringert werden. Der Abschnitt 86 kleineren Durchmessers erstreckt sich vorzugsweise von dem Ende 82b der Drehwelle 82 hin zu einem Ende 84e des vergrößerten Abschnitts 84b, der von dem Ende 82b entfernt gelegen ist. Anhand eines derartigen Aufbaus kooperieren der vergrößerte Abschnitt 84b und der Abschnitt 86 kleineren Durchmessers miteinander über die Fläche des vergrößerten Abschnitts 84b, und deshalb kann ein Montagevorgang des Jochs 30 glatt ausgeführt werden. In dieser Variante kann sich der Abschnitt 86 kleineren Durchmessers ebenso über das Ende 84e des vergrößerten Abschnitts 84b hinaus erstrecken.
Obwohl die beispielhaften Varianten, in denen der konkave Abschnitt auf der Drehwelle ausgebildet ist, unter Bezugnahme auf 6 bis 11 beschrieben wurden, treffen die gleichen Sachverhalte auf Ausführungsbeispiele zu, in denen der konkave Abschnitt bei dem Joch ausgebildet ist und nicht auf der Drehwelle. Wenn dies der Fall ist, ist offensichtlich, dass der vergrößerte Abschnitt 40, 74b oder 84b, der verbreiterte Abschnitt 42 oder 84c oder der Abschnitt 76 oder 86 kleineren Durchmessers des konkaven Abschnitts ebenso als eine Führeinrichtung auf die gleiche Art und Weise dienen, wie in Relation zu den gezeigten Varianten beschrieben. Des Weiteren können der vergrößerte Abschnitt 40, 74b oder 84b, der verbreiterte Abschnitt 42 oder 84c und der Abschnitt 76 oder 86 kleineren Durchmessers ebenso bei dem anderen Ende vorgesehen werden, was nicht gezeigt ist. Anhand des vergrößerten Abschnitts 40, 74b oder 84b, des verbreiterten Abschnitts 42 oder 84c und des Abschnitts 76 oder 86 kleineren Durchmessers, die bei beiden Enden vorgesehen sind, kann das Joch 30 leicht auf der Drehwelle 32, 72 oder 82 von dessen beiden Seiten montiert werden. Dies erhöht vorteilhafterweise den Freiheitsgrad, wie der Montagevorgang ausgeführt wird.
12 und 13 zeigen Schnittansichten, die jeweils Joche 50 und 60 eines Rotors gemäß einer weiteren Variante zeigen. In diesen Varianten wird das vorstehend beschriebene Passen zwischen dem konkaven Abschnitt und dem konvexen Abschnitt gleichmäßig bei einer Vielzahl von Positionen vorgesehen. Im Einzelnen werden die konkaven Abschnitte und die konvexen Abschnitte vorgesehen, um voneinander auf der Innenumfangsfläche des Jochs oder der Außenumfangsfläche der Drehwelle den gleichen Abstand aufzuweisen.
Das Joch 50, das in 12 gezeigt ist, weist zwei konvexe Abschnitte 54 und 54 auf einer Innenumfangsfläche 52 des Jochs 50 auf. Die konvexen Abschnitte 54 und 54 sind derart angeordnet, um einander gegenüberzuliegen. Obwohl nicht gezeigt, weist die Drehwelle zwei konkave Abschnitte auf, die angeordnet sind, um einander gegenüberzuliegen, entsprechend den konvexen Abschnitten 54 und 54. Das Joch 60, das in 13 gezeigt ist, weist auf einer Innenumfangsfläche 62 drei konvexe Abschnitte 64 bei gegenseitigem gleichen Abstand in einer Umfangsrichtung des Jochs 60 auf, oder mit anderen Worten, voneinander mit 120 Grad beabstandet. Es ist offensichtlich, dass das Joch ebenso eine Vielzahl von konkaven Abschnitten bei einem gleichen Abstand voneinander in einer Umfangsrichtung aufweisen kann. In diesem Fall weist die Drehwelle eine Vielzahl von konvexen Abschnitten bei einem gleichen Abstand voneinander in einer Umfangsrichtung auf, entsprechend den konkaven Abschnitten des Jochs.
Wie in 12 und 13 beispielhaft gezeigt, kann das Gleichgewicht des Rotors während einer Drehbewegung durch Vorsehen der konvexen Abschnitte und der konkaven Abschnitte beibehalten werden, die darauf jeweils mit einem gleichen Abstand voneinander in einer Umfangsrichtung gepasst sind. In den gezeigten Varianten sind zwei oder drei konvexe Abschnitte und konkave Abschnitte vorgesehen, wobei die Erfindung nicht auf einen derartigen besonderen Aufbau eingeschränkt ist, sondern kann ebenso einen Aufbau umfassen, in dem vier oder mehr konvexe Abschnitte oder konkave Abschnitte bei einem gegenseitigen gleichen Abstand vorgesehen sind. Die Erfindung ist ebenso wenig auf irgendein besonders Ausführungsbeispiel beschränkt, das ausdrücklich in der vorliegenden Beschreibung in Relation zu anderen Ausführungsbeispielen beschrieben ist. Es ist für den Fachmann zum Beispiel offensichtlich, dass es möglich ist, die Ausführungsbeispiele und Varianten der Erfindung, die in der vorliegenden Beschreibung beschrieben sind, auf irgendeine Art und Weise zu kombinieren, um die Erfindung zu implementieren.
Wirkung der Erfindung
Gemäß der ersten Ausgestaltung ist die Passung zwischen der Außenumfangsfläche der Drehwelle und der Innenumfangsfläche des Jochs eine Übermaßpassung, und ist die Passung zwischen dem konkaven Abschnitt und dem konvexen Abschnitt der Drehwelle und des Jochs eine Übermaßpassung. Deshalb kann ein Rotor, in dem das Joch und die Drehwelle sicher aufeinander sowohl in einer Achsrichtung als auch einer Drehrichtung des Rotors gepasst sind, ohne ein Klebemittel oder separate Fixiereinrichtung vorgesehen werden. Anhand eines derartigen Aufbau, selbst in dem Fall, in dem das Joch eine plastische Verformung bei Passung auf die Welle durchläuft, werden das Joch und die Welle sicher aufeinander gepasst, auf Grund der Übermaßpassung zwischen dem konkaven Abschnitt und dem konvexen Abschnitt. Im Gegensatz dazu, im Stand der Technik, wird das Passen zwischen dem konkaven Abschnitt und dem konvexen Abschnitt im Allgemeinen mittels einer Übergangspassung ausgeführt, in welchem Fall das Joch möglichst genau auf die Welle gepasst wird. In einem derartigen Fall kann eine Lücke zwischen dem konkaven Abschnitt und dem konvexen Abschnitt ausgebildet werden. Im Ergebnis kann die Einspannkraft bei einer plastischen Verformung des Jochs verringert werden. Des Weiteren kann eine Fraßkorrosion auf Grund der Lücke zwischen dem konkaven Abschnitt und dem konvexen Abschnitt auftreten.
Gemäß der zweiten Ausgestaltung dient der vergrößerte Abschnitt als eine Führeinrichtung, wenn der konkave Abschnitt und der konvexe Abschnitt aufeinander gepasst werden. Dies ermöglicht eine Erleichterung eines Montagevorgangs zum Montieren des Jochs auf der Drehwelle.
Gemäß der dritten Ausgestaltung dient der verbreiterte Abschnitt als eine Führeinrichtung zusätzlich zu dem vergrößerten Abschnitt. Dies ermöglicht eine Erleichterung eines Montagevorgangs zum Montieren des Jochs auf der Drehwelle. Des Weiteren kann der verbreiterte Abschnitt vergleichsweise einfach ausgebildet werden, da er eine konstante Breite aufweist.
Gemäß der vierten Ausgestaltung dient der Abschnitt kleineren Durchmessers der Drehwelle als eine Führeinrichtung, wenn das Joch auf die Drehwelle gepasst wird. Demgemäß kann das Joch ohne eine Schrägstellung des Jochs glatt eingeführt werden.
Gemäß der fünften Ausgestaltung erstreckt sich der Abschnitt kleineren Durchmessers zumindest über die Fläche des vergrößerten Abschnitts des konkaven Abschnitts. Der Abschnitt kleineren Durchmessers und der vergrößerte Abschnitt kooperieren miteinander, um als eine Führeinrichtung zu dienen, wenn der konkave Abschnitt und der konvexe Abschnitt aufeinander gepasst werden. Deshalb kann ein Montagevorgang zum Montieren des Jochs auf der Drehwelle vereinfacht werden.
Gemäß der sechsten Ausgestaltung weist der Abschnitt kleineren Durchmessers eine verjüngende Form auf. Deshalb kann das Joch glatt eingeführt werden.
Gemäß der siebten Ausgestaltung sind die konkaven Abschnitte und die konvexen Abschnitte auf dem Rotor vorgesehen, um gleichmäßig verteilt zu sein. Dies ermöglicht eine Aufrechterhaltung des Gleichgewichts des Rotors während der Drehbewegung.
Gemäß der achten Ausgestaltung kann ein Herstellungsvorgang vergleichsweise leichter werden, da das Joch aus Stahlplatten ausgebildet ist, die aufeinander gestapelt sind, und die Stahlplatten mittels Stanzen ausgebildet sind. Anhand des Jochs mit einer gestapelten Struktur kann das Erzeugen eines Wirbelstroms verhindert werden, und kann im Ergebnis der Eisenverlust verringert werden.
Obwohl die Erfindung anhand ihrer beispielhaften Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist für den Fachmann ersichtlich, dass die vorstehend beschriebenen und andere Änderungen, Auslassungen und Hinzufügungen bei der und an der Erfindung durchgeführt werden können, ohne von dem Wesen und Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 61-266041 A [0003]
JP 2002-295500 A [0003]

Claims

Rotor (14, 70, 80) für einen Elektromotor, umfassend: eine Drehwelle (10, 22, 32, 72, 82) mit einer zylindrischen Kontur, die in der Lage ist, sich bezüglich einer Achse (X) zu drehen; und ein Joch (12, 20, 30, 50, 60), das auf eine Außenumfangsfläche (10a, 22a, 32a, 72a, 82a) der Drehwelle (10, 22, 32, 72, 82) gepasst ist, wobei die Drehwelle (10, 22, 32, 72, 82) auf einer Außenumfangsfläche (10a, 22a, 32a, 72a, 82a) zumindest einen konkaven Abschnitt (22b, 36, 74, 84) oder konvexen Abschnitt (10b) aufweist, der sich parallel zu der Achse (X) erstreckt, wobei das Joch (12, 20, 30, 50, 60) auf einer Innenumfangsfläche (12a, 20a, 30a, 52, 62) einen konvexen Abschnitt (20b, 34, 54, 64) oder einen konkaven Abschnitt (12b) aufweist, der sich parallel zu der Achse (X) erstreckt und eingerichtet ist, um auf den zumindest einen konkaven Abschnitt (22b, 36, 74, 84) oder konvexen Abschnitt (10b) der Drehwelle (10, 22, 32, 72, 82) gepasst zu werden, und wobei die Passung zwischen der Außenumfangsfläche (10a, 22a, 32a, 72a, 82a) der Drehwelle (10, 22, 32, 72, 82) und der Innenumfangsfläche (12a, 20a, 30a, 52, 62) des Jochs (12, 20, 30, 50, 60) eine Übermaßpassung ist, und die Passung zwischen dem konkaven Abschnitt (22b, 36, 74, 84) oder dem konvexen Abschnitt (10b) der Drehwelle (10, 22, 32, 72, 82) und dem konvexen Abschnitt (20b, 34, 54, 64) oder dem konkaven Abschnitt (12b) des Jochs (12, 20, 30, 50, 60) eine Übermaßpassung ist.
Rotor (70, 80) gemäß Anspruch 1, wobei der konkave Abschnitt (12b, 22b, 36, 74, 84) der Drehwelle (32, 72, 82) oder des Jochs (12) einen vergrößerten Abschnitt (40, 74b, 84b) mit einer Breite in einer Richtung lotrecht zu der Achse (X) aufweist, wobei sich die Breite hin zu zumindest einem Ende (36a, 74c, 84d) des konkaven Abschnitts (36, 74, 84) graduell erhöht.
Rotor (80) gemäß Anspruch 2, wobei der konkave Abschnitt (36, 84) der Drehwelle (32, 82) oder des Jochs (12) einen verbreiterten Abschnitt (42, 84c) aufweist, der sich von einem Spitzenende des vergrößerten Abschnitts (40, 84b) erstreckt und eine konstante Breite in einer Richtung lotrecht zu der Achse (X) aufweist.
Rotor (70, 80) gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Drehwelle (72, 82) bei zumindest einem Ende (72b, 82b) der Drehwelle (72, 82) einen Abschnitt (76, 86) kleineren Durchmessers mit einem Außendurchmesser (D₆, D₈) aufweist, der kleiner ist als ein Innendurchmesser (D₅) des Jochs (30).
Rotor (70, 80) gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei die Drehwelle (72, 82) bei zumindest einem Ende (72b, 82b) der Drehwelle (72, 82) einen Abschnitt (76, 86) kleineren Durchmessers mit einem Außendurchmesser (D₆, D₈) aufweist, der kleiner ist als ein Innendurchmesser (D₅) des Jochs (30), wobei sich der Abschnitt (76, 86) kleineren Durchmessers von dem zumindest einem Ende (72b, 82b) der Drehwelle (72, 82) zu einem Ende (74d, 84e) des vergrößerten Abschnitts (74b, 84b) erstreckt, der von dem zumindest einen Ende (72b, 82b) der Drehwelle (72, 82) entfernt gelegen ist.
Rotor (80) gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei der Abschnitt (86) kleineren Durchmessers eine verjüngende Form aufweist, die sich graduell in einem Außendurchmesser hin zu dem zumindest einen Ende (82b) der Drehwelle (82) verringert, bei dem der Abschnitt (86) kleineren Durchmessers gelegen ist.
Rotor gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Vielzahl der konkaven Abschnitte oder der konvexen Abschnitte (54, 64) auf der Außenumfangsfläche der Drehwelle oder der Innenumfangsfläche (52, 62) des Jochs (50, 60) bei einem gegenseitigen gleichen Abstand gelegen ist.
Rotor gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Joch (12, 20, 30, 50, 60) eine gestapelte Struktur von Stahlplatten aufweist.