JP2013143872A - 回転電機のロータコア及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転時においても外形寸法の変わらず、安定したモータ出力が得られるロータコア及びその製造方法を提供する。
【解決手段】非回転状態において、各コアプレート片に形成される貫通孔に棒状部材（ピン）２２を挿入した後に、各コアプレート１１を外径方向に拡げて、棒状部材（ピン）２２と各貫通孔１９とが圧接した状態で溶接等により固着する。該固着部２５は、各コアプレートの積層方向に形成されて、ロータコア１０Ｂが拡げられた状態を維持したままで固着する。
【選択図】図６

Description

本発明は、回転電機のロータ及びその製造方法に係り、詳しくは、回転状態においても外形寸法が変化しないロータ及びその製造方法に関する。

一般に、電磁鋼板等の薄板状の積層材料をプレスによって打ち抜いて、円環状に構成したコアプレートを積層して形成される回転電機のロータコアが知られている。従来、材料歩留まり向上のために、円環状のコアプレートを円弧状に分割して、該分割されたコアプレート片を周方向に連結してコアプレートを形成し、このコアプレートを複数枚積層することで形成される回転電機のロータコアが案出されている（特許文献１参照）。

特開２００２−２６２４９６号公報

円環状のコアプレートを分割すると、ロータコアの回転の際に、分割されたそれぞれのコアプレート片に遠心力が働き、回転時の強度が低くなってしまう。そのため、上記特許文献１記載のものは、周方向に隣接する各コアプレート片の継ぎ目の位置を、積層されるコアプレートの所定枚数毎に交互にずらして積層する（レンガ積みという）と共に、各コアプレート片に積層方向に揃えられた複数の貫通孔にピンを貫通させて、回転時の強度の向上を図っている。

上記各コアプレート片に形成された貫通孔にピンを貫通する際、貫通孔にピンを圧入すると、貫通孔及びピンに大きな応力が発生し、結果として回転強度を高めることができない。また、貫通孔とピンの間に隙間ができるように挿入した場合、ロータコアが回転した際に、上記隙間によって各コアプレート片がその遠心力方向に移動してしまい、回転時のロータコアの外形寸法が大きくなることでモータ性能が変化すると共に、がたつきなどにより騒音が発生する虞がある。

そこで、本発明は、非回転状態において予め外形寸法が拡がった状態でロータコアを固着し、もって上述の課題を解決した回転電機のロータコア及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、複数の円弧状のコアプレート片（１２）を連結して円環状のコアプレート（１１）を形成し、前記コアプレート（１１）が複数積層されると共に、その積層方向において前記コアプレート片（１２）が連結される継ぎ目（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５）の周方向位置が所定枚数毎に異なるように構成され、かつ前記各コアプレート片（１２）に積層方向に揃えられた複数の貫通孔（１９）に棒状部材（２２）が挿入された回転電機のロータコア（１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ）において、
非回転状態にあって、前記各コアプレート（１１）を外径方向に拡げて、前記棒状部材（２２）と前記各貫通孔（１９）とが圧接した状態で固着する固着部（２５）を備えた、ことを特徴とする。

例えば図６を参照して、前記固着部（２５）が、前記各コアプレート（１１）の内周側（１１ａ）にあって、前記積層方向に溶接した複数の溶接部（２５）である。

本発明は、複数の円弧状のコアプレート片（１２）を連結して円環状のコアプレート（１１）を形成し、前記コアプレート（１１）が複数積層されると共に、その積層方向において前記コアプレート片（１２）が連結される継ぎ目（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５）の周方向位置が所定枚数毎に異なるように構成する積層工程と、
前記各コアプレート片（１２）に積層方向に揃えられた複数の貫通孔（１９）に、棒状部材（２２）を挿入する挿入工程と、
非回転状態にあって、前記各コアプレート（１１）の内周側に挿入される内径拡幅治具（２３）によって、前記各コアプレート（１１）を外径方向に拡げる拡径工程と、
前記各コアプレート（１１）が、前記拡径工程によって拡げられ、かつ前記棒状部材（２２）と前記各貫通孔（１９）とが圧接した状態で固着する固着工程と、を有する。

例えば図２，図４，図５を参照して、前記積層工程の後に、加圧治具（２０，２１）によって前記ロータコア（１０）の積層方向両側を挟んで押さえる押さえ工程と、
前記拡径工程の後に、積層された前記各コアプレート片（１２）の積層方向両側を加圧治具（２０，２１）によって加圧して、前記ロータコアの外径方向に拡がった状態（１０Ａ）を保持する保持工程と、
前記固着工程の後に、前記加圧治具（２０，２１）を取外す取外し工程と、を有する。

なお、上述カッコ内の符号は、図面と対照するものであるが、何ら本発明の構成を限定するものではない。

請求項１に係る本発明によると、非回転状態において各コアプレートを外径方向に拡げて、棒状部材と各貫通孔が圧接した状態で固着するので、棒状部材と各貫通孔との間の特に周方向における隙間がなくなって、棒状部材が各貫通孔によって保持されると共に、各コアプレート片の外径方向への移動が規制される。これにより、回転状態において各コアプレートが外径方向に拡がらないので、回転状態においてもロータとステータとの間のエアギャップが変化せず、安定したモータ出力を得ることができる。

請求項２に係る本発明によると、非回転時に各コアプレートが外径方向に拡がった状態で、各コアプレートの内周側を溶接するので、各コアプレートが外径方向に拡がった状態で安価かつ確実に固着することができる。

請求項３に係る本発明によると、回転状態においても外形寸法が変化しないロータコアを容易に製造することができる。

請求項４に係る本発明によると、保持工程によって、各コアプレートが外径方向に拡げられた状態を確実に保持してその後の拡径工程を行うことができ、各コアプレートが位置ずれすることなく高精度でロータコアを組み立てることができる。

本発明の実施の形態に係るロータコアの製造方法の積層工程を示す斜視図であって、（ａ），（ｂ）は異なる状態を示す。 本発明の実施の形態に係るロータコアの製造方法の押さえ工程を示す斜視図であって、（ａ），（ｂ）は異なる状態を示す。 本発明の実施の形態に係るロータコアの製造方法の挿入工程を示す斜視図であって、（ａ），（ｂ）は異なる状態を示し、（ｃ）は、（ｂ）の積層方向断面拡大図。 本発明の実施の形態に係るロータコアの製造方法の拡径工程を示す斜視図であって、（ａ），（ｂ）は異なる状態を示し、（ｃ）は、（ｂ）の積層方向断面拡大図。 本発明の実施の形態に係るロータコアの製造方法の保持工程を示す斜視図であって、（ａ），（ｂ）は異なる状態を示す。 本発明の実施の形態に係るロータコアの製造方法の固着工程を示す斜視図。 本発明の実施の形態に係るロータコアの製造方法の取外し工程を示す斜視図。

以下、図面に沿って、本発明の実施の形態について説明する。回転電機のロータコアの製造方法は、コアプレート片又はコアプレートを積層する積層工程と、積層されたロータコアを加圧治具によって押える押さえ工程と、積層されたロータコアにピンを挿入する挿入工程と、各コアプレートを外径方向に拡げる拡径工程と、外径方向に拡げられたロータコアを保持する保持工程と、各コアプレートを固着する固着工程と、加圧治具を取外す取外し工程と、からなり、それらを工程ごとに順に説明する。

（積層工程）
ＩＰＭ（埋込磁石内蔵型同期）モータ（回転電機）用のロータコア１０は、図１に示すように、円環形状のコアプレート１１を複数積層してなる円筒形状であり、上記コアプレート１１は、材料歩留まり向上のために、周方向に均等に分割した複数（本実施形態では５枚）のコアプレート片１２から構成される。

上記コアプレート片１２は、電磁鋼板から打ち抜かれて薄板円弧状からなり、周方向一端部には、隣接するコアプレート片１２と連結するための突起部１３が形成されており、他端部には、上記コアプレート片１２の突起部１３が嵌め込まれる嵌め込み部１５が形成されている。また、上記コアプレート片１２は、ネオジウム磁石などの永久磁石が挿入される磁石挿入孔１６と、積層された複数のコアプレート１１同士を締結するカシメ部１７と、上記磁石挿入孔１６より内周側に形成されてピン（棒状部材）が挿入される貫通孔１９と、がその円周方向に複数、形成されている。

上記コアプレート片１２を積層していく際には、まず周方向に隣接する上記コアプレート片１２の上記突起部１３と上記嵌め込み部１５を結合していき、５枚のコアプレート片の周方向の結合によって円環状の一枚のコアプレート１１が形成する。該コアプレート１１には、これらコアプレート片１２同士の継ぎ目（例えばＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５）、即ち突起部１３と嵌め込み部１５との接合箇所がコアプレート片１２の数と同数形成されている。次（上）の層のコアプレート片１２を周方向に結合していく際には、前（下）の層の継ぎ目Ｄ１と次（上）の層の継ぎ目Ｃ１の周方向位置が反時計回りに１８°（コアプレート片１２の周方向４分割した分）だけずらして周方向に結合すると共に、前の層のコアプレート片１２の上記磁石挿入孔１６、カシメ部１７，貫通孔１９とそれぞれの位置が積層方向に揃うように、順に積層していく（いわゆるレンガ積み）。この際、前後（上下）の層のコアプレート片１２のカシメ部１７が互いに嵌合するように積層していくことで、各コアプレート片１２がバラバラになることを防止する。

このようにコアプレート片１２を積層していくと、便宜的に上記ロータコア１０の底部から数えて１層目，２層目…と数えるとすると、１層目のコアプレート１１の継ぎ目位置と５層目のコアプレート１１の継ぎ目位置が積層方向で同じとなる。４層毎（所定枚数毎）にコアプレート１１の継ぎ目位置が同じとなるレンガ積みと共に、積層方向に隣接するコアプレート片１２がカシメ部１７でカシメられることで、回転強度の向上が図られている。

（押さえ工程）
次に、図２に示すように、上記積層工程によって積層されたロータコア１０の積層方向両側を、上加圧治具２０、下加圧治具２１で上下（上下方向と積層方向は同じ）に挟む。上記上加圧治具２０の内周面には、積層方向に貫通する半円状の凹溝２０ａ…が、下加圧治具２１の積層方向上面内周側には、凹部２１ａ…が、それぞれ周方向に所定間隔毎に複数設けられている。上記各凹溝２０ａと、上記各貫通孔１９と、上記各凹部２１ａは、積層方向に揃えられて配置され、上記上加圧治具２０と下加圧治具２１とで上記ロータコア１０を軽く押さえて挟むことで、上記ロータコア１０の位置ずれが防止される。

（挿入工程）
次に、図３に示すように、上加圧治具２０の上面２０ｂ側から、ピン２２…を上記各凹溝２０ａ内に挿入する。上記ピン２２…は、上記凹溝２０ａ及び上記各貫通孔１９を貫通して、上記凹部２１ａの底部に当接する。そのため、上記各ピン２２は、上記ロータコア１０の積層方向両面（上面，下面）から所定長さ突出して位置決めされると共に、上記各貫通孔１９との間に隙間ｄができるように挿入される。

（拡径工程）
次に、図４に示すように、上記ロータコア１０の内部に、上記各コアプレート１１の内周面１１ａと接触するように内径拡幅治具２３を挿入する。そして、該内径拡幅治具２３は、例えば楔等によってその外径を円形に保持しつつ、外径方向に均等に拡がることによって上記ロータコア１０の内周面に、外径方向へ力をかける。これによって、非回転状態にあって、上記ロータコア１０の各コアプレート１１が外径方向（遠心力方向）に拡がると共に、上記レンガ積みによって周方向及び積層方向に隣接する上記各コアプレート片１２の遠心力方向（拡がる方向）が異なるために、上記各コアプレート片１２の貫通孔１９と上記ピン２２とが、積層方向に隣接するコアプレート片１２によって異なる位置で圧接した状態となる。この状態では、上記ピン２２は、外径方向に拡がった状態のロータコア１０Ａの貫通孔１９のみによって保持され、上記内径拡幅治具２３によって外径方向に拡げられる前に積層方向に揃えられていた各貫通孔１９は、平面視において、特に周方向で上記隙間ｄがなくなって、がたつくことがない。

（保持工程）
次に、図５に示すように、上記上加圧治具２０、下加圧治具２１によって、上記外径方向に拡がった状態のロータコア１０Ａを、その両側から、外径方向に拡がった状態を保持できる程度の力で加圧する。この状態で上記内径拡幅治具２３を抜くが、ロータコア１０Ａを加圧することによって、上記ロータコア１０Ａは、各コアプレート１１が拡げられて、上記ピン２２と上記各貫通孔１９とが圧接した状態が維持される。

（固着工程）
次に、上記外径方向に拡がった状態のロータコア１０Ａの各コアプレート１１の内周面１０ａを、上記積層方向に対して周方向に、所定間隔毎に溶接する。該溶接によって、溶接されたロータコア１０Ｂの内周面には、積層方向に貫く溶接部２５（固着部）を周方向に所定間隔毎に存し、上記各コアプレート１１が拡がった状態を維持するように固着される。

（取外し工程）
溶接が終わると、図７に示すように、上記上加圧治具２０及び下加圧治具２１を外して、本発明を適用したロータコア１０Ｃが完成する。該完成したロータコア１０Ｃは、非回転状態にあって、上記各コアプレート１１が外径方向に拡がった状態となっていると共に、上記ピン２２と上記各貫通孔１９とが圧接した状態で上記溶接部２５によって固着されている。そのため、上記ロータコア１０Ｃの回転状態にあっても、外径方向に拡がって外形寸法が変わることがなく、モータの安定した出力を得ることができる。

なお、外径方向に拡がった状態のロータコアを固着する方法は、溶接に限らず、例えば接着剤等による別の方法でもよく、回転状態において、上記完成したロータコア１０Ｃの外径寸法が非回転状態の場合と変わらなければどんな方法でも良い。その方法として、例えば、直径寸法が上記拡がった状態のロータコア１０Ｂよりも僅かに大きいロータハブを上記ロータコア１０Ｂ内部に圧入してもよく、その場合には、上記ロータコア１０Ｂの内周面全体が上記固着部となる。

１０ ロータコア
１１ コアプレート
１１ａ コアプレートの内周面
１２ コアプレート片
１９ 貫通孔
２０，２１ 加圧治具
２２ 棒状部材（ピン）
２３ 内径拡幅治具
２５ 溶接部（固着部）
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５，Ｄ１ 継ぎ目

Claims (4)

1. 複数の円弧状のコアプレート片を連結して円環状のコアプレートを形成し、前記コアプレートが複数積層されると共に、その積層方向において前記コアプレート片が連結される継ぎ目の周方向位置が所定枚数毎に異なるように構成され、かつ前記各コアプレート片に積層方向に揃えられた複数の貫通孔に棒状部材が挿入された回転電機のロータコアにおいて、
   非回転状態にあって、前記各コアプレートを外径方向に拡げて、前記棒状部材と前記各貫通孔とが圧接した状態で固着する固着部を備えた、
   ことを特徴とする回転電機のロータコア。
2. 前記固着部が、前記各コアプレートの内周側にあって、前記積層方向に溶接した複数の溶接部である、
   請求項１記載の回転電機のロータコア。
3. 複数の円弧状のコアプレート片を連結して円環状のコアプレートを形成し、前記コアプレートが複数積層されると共に、その積層方向において前記コアプレート片が連結される継ぎ目の周方向位置が所定枚数毎に異なるように構成する積層工程と、
   前記各コアプレート片に積層方向に揃えられた複数の貫通孔に、棒状部材を挿入する挿入工程と、
   非回転状態にあって、前記各コアプレートの内周側に挿入される内径拡幅治具によって、前記各コアプレートを外径方向に拡げる拡径工程と、
   前記各コアプレートが、前記拡径工程によって拡げられ、かつ前記棒状部材と前記各貫通孔とが圧接した状態で固着する固着工程と、を有する、
   ことを特徴とする回転電機のロータコアの製造方法。
4. 前記積層工程の後に、加圧治具によって前記ロータコアの積層方向両側を挟んで押さえる押さえ工程と、
   前記拡径工程の後に、積層された前記各コアプレート片の積層方向両側を前記加圧治具によって加圧して、前記ロータコアの外径方向に拡がった状態を保持する保持工程と、
   前記固着工程の後に、前記加圧治具を取外す取外し工程と、を有する、
   請求項３記載の回転電機のロータコアの製造方法。
   
   

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