JP2013150479A

JP2013150479A - 分割式コアを有する電動機の回転子及びその製造方法

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Publication number: JP2013150479A
Application number: JP2012010248A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Senoo; 達也妹尾
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2012-01-20
Filing date: 2012-01-20
Publication date: 2013-08-01
Anticipated expiration: 2032-01-20
Also published as: CN103219812A; DE102013000404B4; CN203151249U; DE102013000404A1; CN103219812B; JP5324673B2; US20130187505A1; US8810100B2

Abstract

【課題】分割式のコアを有する電動機の回転子、及びその製造方法の提供。
【解決手段】回転子１０は、環状の支持部材１２と、支持部材１２に、周方向に等間隔で設けられ、回転子の回転軸方向に略平行に延びる複数の軸部１４と、軸部１４の各々に嵌合する孔部１６を備えた複数の分割コア１８とを有し、複数の分割コア１８が互いに環状に結合することにより、回転子１０の分割式のコアを形成する。各分割コア１８は、軸部１４と嵌合した状態で、隣接する分割コアと結合する結合部２０ａ及び２０ｂを周方向の両側に有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、分割式のコアを有する電動機の回転子、及びその製造方法に関する。

一般的に、電動機の回転子は、環状に打ち抜いた電磁鋼板をその回転軸方向に積層してなるコアを有する。しかし、特に大型の電動機の製造においては、電磁鋼板を効率的に使用するために、固定子や回転子のコアを環状に打ち抜かず、環状形状をその周方向に分割した複数の部材として打ち抜き、その後に該複数の部材を環状に連結するという製造方法がある。

例えば特許文献１には、コア部材の積層金型装置および積層方法が開示されており、さらにその〔０００４〕及び図１７には、複数のコア片３を帯状に整列配置することにより、第１のコア部材４を形成するとともに、第１のコア部材４のものと同様のコア片３を、長手方向に勝手違いに第１のコア部材４上に並べて、帯状に整列配置することにより第２のコア部材５を形成し、この動作を順次繰り返して第１および第２のコア部材４、５の各コア片３の縁部３ａ同士が重なり合うように積層するとともに、ピン部材６により縁部３ａ同士を回転自在に連結して構成することが記載されている。

また特許文献２には、回転電機のコア構造が開示されており、さらにその〔００１４〕には、「回転電機の回転子コアを径方向の扇型に４分割した場合の分割コア１である。この扇型の分割コア１の周方向端面には、鍵形の凸形状２ａと凹形状２ｂが設けられており、マグネットを挿入するためのスリット３およびこのコアを重ね合わせる際に位置合わせとなるダボ４が設けられている。鍵形の凸形状２ａと凹形状２ｂとは、図２に示すように互いに嵌合することができる形状となっており、４枚の分割コア１を組み合わせると円形状にすることができる」と記載されている。

特開２０００−１１６０７４号公報特開２００２−２６２４９６号公報

特許文献１及び２のようにコアを分割式とした場合、電磁鋼板を効率よく使用できる反面、部品点数が多いため製造工数が増大する。また、分割コアを構成する各部品の結合（嵌合）部において、各部品間の嵌合隙間が不均一になると、極間距離も不均一となり、さらには電動機の駆動の滑らかさが阻害されるといった虞もある。なお、嵌合隙間をなくした場合、通常は作業性が悪化するため、製造工数のさらなる増大を招く。以上のことから、分割式コアを用いた固定子又は回転子においては、製造が容易である（製造工数が少ない）こと、及び各部品間の結合部の隙間を均一にすること、の二点が望まれる。

さらに、高速回転する回転子に分割式コアを用いた場合、トルクの反作用に加えて回転時の遠心力に耐えられるよう、回転子を機械的に補強することが多い。従って、補強部材を有することにより更に部品点数が増大するが、その上で上記二点を満足することが望まれる。

そこで本発明は、上記課題を解決すべく構成された分割式のコアを有する電動機の回転子、及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本願第１の発明は、電動機の回転子であって、略環状の支持部材と、前記支持部材上に周方向に等間隔で設けられ、前記回転子の回転軸方向に略平行に延びる複数の軸部と、前記軸部の各々に嵌合する孔部を備え、かつ隣接する分割コアと結合するように構成された結合部を備えた複数の分割コアと、を有し、前記分割コアの各々は、前記軸部に嵌合した状態で、隣接する分割コアと前記結合部によって結合されることにより、略環状のコアを形成することを特徴とする、電動機の回転子を提供する。

第２の発明は、第１の発明において、前記結合部は、前記軸部を中心として前記分割コアを回転させることにより、隣接する分割コアの結合部と結合できるように構成されることを特徴とする、電動機の回転子を提供する。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記略環状のコアの内周部に嵌合する円筒部材をさらに有する、電動機の回転子を提供する。

第４の発明は、第３の発明において、前記円筒部材の外径が略環状のコアの内径より大きく、前記円筒部材は締まりばめによって前記略環状のコアの内周部に嵌合されることを特徴とする、電動機の回転子を提供する。

第５の発明は、第１〜第４のいずれか１つの発明において、着磁方向が前記回転子の半径方向と直交するように、隣接する分割コアの間に配置された永久磁石を有することを特徴とする、電動機の回転子を提供する。

第６の発明は、第１〜第５のいずれか１つの発明において、前記孔部が多角形形状であり、軸部が多角柱形状であることを特徴とする、電動機の回転子を提供する。

第７の発明は、第１〜第５のいずれか１つの発明において、前記孔部が円形状であり、軸部が円柱形状又は円筒形状であることを特徴とする、電動機の回転子を提供する。

第８の発明は、電動機の回転子の製造方法であって、前記回転子の回転軸方向に略平行に延びる複数の軸部を、略環状の支持部材に周方向に等間隔で設けるステップと、前記軸部の各々に嵌合する孔部を備え、かつ隣接する分割コアと結合するように構成された結合部を備えた複数の分割コアの各々を、前記軸部の各々に嵌合させるステップと、前記軸部を中心として、互いに隣接する分割コアの少なくとも一方を回転させて、該隣接する分割コアの結合部を互いに結合させて略環状のコアを形成するステップと、を有することを特徴とする、電動機の回転子の製造方法製造方法を提供する。

第９の発明は、第８の発明において、略環状のコアを形成するステップの後に、前記分割コアを互いに結合してなる略環状のコアの内周部に、円筒部材を締まりばめによって嵌合させるステップをさらに有することを特徴とする電動機の回転子の製造方法を提供する。

本発明によれば、支持部材に設けた軸部に分割コアを嵌合させるので、分割コア間の位置決め精度を高めることができ、分割コア間の結合部において隙間のない結合を実現することができ、結果として高い寸法精度の環状コアを得ることができる。また軸部への分割コアの嵌合作業と、隣接する分割コアの結合作業とを分離することができるので、作業性の向上が図れる。

隣接する分割コア同士の結合部を、軸部回りの分割コアの回転動作によって行うことができる構造とすることにより、コアの組立精度及び作業性をさらに向上させることができる。

略環状コアの内周部に嵌合する円筒部材をさらに設けることにより、円筒部材からの面圧を利用して、分割コア同士の結合作業を手作業で完全に行う必要がなくなる。さらに円筒部材の外径を環状コアの内径より大きくし、締まりばめによって円筒部材を環状コアの内周部に嵌合させることにより、回転子の極間距離を一定にして電動機の駆動を円滑にすることができる。

隣接する分割コアの間に、着磁方向が回転子の半径方向と直交するように永久磁石を配置することにより、分割コア間の結合部において磁路が通りにくくなるという不具合が解消される。

軸部及び該軸部に嵌合する分割コアの孔部の形状を多角形とすることにより、該多角形の面を利用して分割コアの軸部回りの回転角度位置を正確に規定することができるようになる。

本発明の一実施形態に係る電動機の回転子の概略構成を示す図である。図１の回転子の分割コア付近の拡大図である。分割コアの結合部に返しを設けた例を示す図である。図１の回転子の内周部に円筒部材を締結した例を示す図である。分割コアの孔部及び該孔部に挿入される軸部を多角形形状にした例を示す図である。図４の回転子に永久磁石を設けた例を示す図である。

図１は、本発明に係る電動機の回転子１０の概略構成を示す図である。回転子１０は、環状の支持部材１２と、支持部材１２に、周方向に等間隔で設けられ、回転子の回転軸方向に略平行に延びる複数の（図示例では３０度の間隔で設けられた１２個の）軸部１４（図示例では円筒状のスプリングピン）と、軸部１４の各々に嵌合する孔部１６を備えた複数の（軸部１４と同数の）分割コア１８とを有し、複数の分割コア１８が互いに環状に結合することにより、回転子１０の分割式の略環状のコアを形成する。

詳細には図２に示すように、各分割コア１８は、軸部１４と嵌合（例えば圧入）した状態で、隣接する分割コアと結合する結合部２０ａ及び２０ｂを周方向の両側に有する。より詳細には、ある分割コア１８の右側に形成された第１の結合部２０ａは右隣の分割コアの左側に形成された第２の結合部２０ｂと結合し、ある分割コア１８の左側に形成された第２の結合部２０ｂは左隣の分割コアの左側に形成された第１の結合部２０ａと結合する。またスプリングピン１４は例えば、支持部材１２に周方向等間隔で設けた孔２２内に挿入することによって支持部材１２に配置することができる。

分割コア１８は、例えばプレス機等によって電磁鋼板を打ち抜くことによって形成できるが、分割コアの各々は、単一部材からなるものだけでなく、複数枚（例えば１０〜２０枚）の板状部材を回転子１０の回転軸方向に略平行な方向（図２では矢印２４で示す上下方向）に積層してブロック状としたものでもよい。この場合、１つの軸部１４を通して複数枚の板状部材を順次支持部材１２上に積層して分割コアを形成してもよいし、予め複数枚の板状部材をカシメ等により図２に示すようなブロック状の分割コア１８とした後に、該ブロック状の分割コアを軸部１４に嵌合させて支持部材１２上に配置してもよい。

なお図２の例では、各分割コア１８の結合部２０ａ及び２０ｂはいずれもフック形状となっているが、本発明はこれに限られるものではない。また各分割コア１８は互いに同一形状のものとなっているが、本発明はこれに限られない。例えば、分割コアの形状を２種類とし、一方の種類は結合部が左右同形状の凹型、他方の種類は結合部が左右同形状の凸型であり、該凹型と該凸型とが係合するように２種類の分割コアを交互に並べて回転子コアを構成するという形態も可能である。

図２に示すように、分割コア１８の結合部２０ａ及び２０ｂが回転子の略径方向かつ互いに反対方向に延びる先端部（図３の２８ａ、２８ｂを参照）を備えたフック形状であると、隣接する分割コアの少なくとも一方を、軸部１４が挿入された状態で軸部１４について回転（図示例では右側の分割コア１８を矢印２６で示す方向に回転）することにより、隣接する分割コア同士を結合することができる。このように、結合部を軸部回りの回転によって結合できる構造とすると、軸部１４への分割コア１８の圧入作業と、結合部２０ａ、２０ｂの結合作業とを分離して行うことができ、作業が容易となる。また分割コア１８の各々は支持部材１２上に設けた軸部１４に嵌合されるので、各分割コア１８は正確に位置決めでき、故に結合隙間がない状態で隣接する分割コアの結合部同士を結合させることができ、極めて寸法精度の高い環状コアが得られる。

上述の特許文献１の図１７に記載のコアは、複数のコア片をピン部材によって該ピン部材を関節としてコア片を回転させ、全体を円形にして固定子とするものと解される。しかしこのような構造では、関節部での隙間が問題となり、特にインナーロータタイプの電動機の固定子として用いた場合は、円形に丸めたコアの外側からケーシングを締まりばめで締結して上記隙間をなくすという措置が考えられる。しかし上記円筒部材３２のような部材を内側から締まりばめで締結すると逆に隙間が広がるので、各関節での隙間を均一にすることは困難である。また特許文献１の図１７の構成では、ピン部材をコア片に挿入する作業と隣接するコア片間での凹凸部の嵌合作業とを同時に行う必要があり、作業性に難があると解される。

一方、特許文献２の図８に記載の分割コアでは、分割コアを互い違いに積層し、分割コアを締結するリベット（９）にかかる遠心力の影響を分散するものと解され、周方向に隣接する分割コアは凹凸形状（２ａ、２ｂ）によって互いに結合されている。しかしこのような凹凸形状では、図２で説明したように分割コアを回転により結合させることはできず、作業性がよいとはいえない。また特許文献２で想定されているコアの組立手順は、最後にリベットでの締結を行うものと解されるので、分割コアの結合の前にスプリングピン等の軸部（補強材）に分割コアを圧入する本願発明とは異なる。また特許文献２では、積層方向の長さが大きくなる（積層枚数が多くなる）と、各積層間でのリベット用の孔の位置ずれが生じる可能性が高まり、リベットの打ち込みの作業性が悪化する虞もあると考えられ、これはリベットをスプリングピンに置換しても同様のことが言える。これに対し本願発明では、軸部に分割コア（又はその積層体）を圧入したのちに隣接する分割コアを結合させることができるので、極めて作業性がよい。

なお軸部回りの回転により互いに結合できる結合部は、弾性変形を利用するものを含んでもよい。例えば図３に示すように、フック形状の結合部２０ａ及び２０ｂのそれぞれの先端部２８ａ及び２８ｂに、略周方向かつ互いに反対方向に延びる返し部３０ａ及び３０ｂをそれぞれ設けることができる。結合部及び返し部の剛性が高ければ分割コアを回転させても分割コア同士を適切に結合できないが、結合部及び返し部の少なくとも一方が弾性変形できる程度に剛性が低い場合、例えば先端部が細い場合や返し部の大きさが微小である場合等は、弾性変形可能な部分を弾性変形させながら隣接する分割コアを結合させることができる。弾性変形を利用すれば、結合完了時には、結合部及び返し部は元の形状に戻り、返し部が隣接する分割コア間の相対移動を防止するので、確実な結合を実現できる。

図４は、図１の回転子１０に円筒部材３２を付加した例を示す図である。図示するように、回転子１０は、複数の分割コア１８によって形成された環状のコアの内周部に、該環状のコアと同軸に締結された円筒部材３２を有する。円筒部材３２は例えば、支持部材１２に固定用の孔を設け、ボルト（図示せず）で支持部材１２に固定してもよいし、環状のコアの内周部に、焼きばめや圧入等の締まりばめで固定してもよい。円筒部材３２を締まりばめで締結する場合、回転子１０の極間距離を一定にし、電動機の駆動を滑らかにすることができる。

より詳細には、各分割コア１８の結合部を隙間なく互いに結合できるように設計しておき、手作業では結合を完全に行えない場合に、円筒部材３２の締まりばめによって各分割コア１８に作用する径方向外側向きの面圧を利用して、理想的な結合を実現することができる。或いは、作業性を向上させるために結合部間に敢えて隙間を設け、隙間を有する状態で隣接する分割コアを結合した後に、円筒部材３２の締まりばめによって分割コア同士の間隔を押し広げ、結合部同士を確実に当接させて隙間をなくすことで、極間距離を一定にするという手法もある。従って円筒部材３２を使用する場合は、分割コア同士の結合を手作業で完全に行う必要がない。

本願発明に係る回転子１０は、略環状の支持部材１２に、複数の軸部１４を周方向に等間隔で設け、次に支持部材１２の軸部１４の各々を、軸部１４に嵌合する孔部１６を有する分割コア１８の孔部１６に挿入して、複数の分割コア１８を支持部材１２上に配置し、次に軸部１４を中心として、互いに隣接する分割コア１８の少なくとも一方を回転させて、該隣接する分割コアの結合部２０ａ、２０ｂを互いに結合させて略環状のコアを形成する、という手順で製造することができる。また回転子が円筒部材３２を有する場合は、複数の分割コア１８からなる略環状のコアを形成した後にさらに、該コアの内周部に、円筒部材３２を嵌合させることにより回転子を製造できる。

好ましくは、常温において円筒部材３２の外径は略環状のコアの内径より僅かに大きく、故に円筒部材３２は、コアの内周部に締まりばめによって、より具体的には、焼きばめ、冷やしばめ、圧入等によって締結される。また円筒部材３２にネジ穴（図示せず）を設けておくことにより、回転子１０を他の部材に連結することが容易にできるようになる。

なお図２の例では、分割コア１８の孔部１６は円形状であり、それに嵌合する軸部１４は円柱形状や円筒形状であるが、これには、スプリングピン１４のように略Ｃ字のものも含まれるものとする。また円柱や円筒に類似する形状として径方向断面が楕円形のものも使用可能である。このように軸部１４の径方向断面が略円形であるときは、分割コア１８を回転させたときに該分割コアとこれに隣接する分割コアの結合部とが当接しないと、分割コアの適切な回転角度位置が定まらない。そこで、図５に示すように、分割コア１８の孔部１６′の形状を多角形とし、これに嵌合する軸部１４′を多角柱形状とすれば、多角形の平面を利用して分割コアの回転角度位置を正確に定めやすくなる。ここで孔部及び軸部の両方が多角形であるため、孔部と軸部の間に隙間が全くない場合や、孔部及び軸部ともに剛性の高い材質である場合には分割コアを回転させることが難しくなるが、軸部１４′と孔部１６′との間に所定の隙間（遊び）を設ける、多角形の辺の数を増やす、軸部の材質をコアよりも柔らかいものにする、等の措置により、分割コア１８を軸部１４′に対して回転させやすくすることができる。

図６は、回転子１０に永久磁石３４を設けた例を示す。永久磁石３４は、隣接する分割コア１８の間に配置され、詳細には図２に示すような、分割コア１８の周方向端部の一部を凹状にすることにより形成される磁石用凹部３６内に配置される。図６に示す回転子１０はいわゆるラジアルタイプの回転子であり、各永久磁石３４は着磁方向（矢印３８で図示）が回転子１０の径方向と略直交するように配置される。一般に、分割コアの結合部が主たる磁路の一部となる電動機では、該結合部において磁路が通りにくくなり、電動機としての特性を損なうという不具合が生じ得るが、図６に示すようなラジアルタイプの電動機であれば、矢印４０で示すように永久磁石３４によって有効な磁路が形成される。つまり図６の実施形態では、フック形状として図示されている結合部は主たる磁路とならないため、該結合部において磁路が通りにくくなっても不具合は生じない。

１０回転子
１２支持部材
１４軸部
１６孔部
１８分割コア
２０ａ、２０ｂ結合部
３０ａ、３０ｂ返し部
３２円筒部材
３４永久磁石

Claims

電動機の回転子であって、
略環状の支持部材と、
前記支持部材上に周方向に等間隔で設けられ、前記回転子の回転軸方向に略平行に延びる複数の軸部と、
前記軸部の各々に嵌合する孔部を備え、かつ隣接する分割コアと結合するように構成された結合部を備えた複数の分割コアと、を有し、
前記分割コアの各々は、前記軸部に嵌合した状態で、隣接する分割コアと前記結合部によって結合されることにより、略環状のコアを形成することを特徴とする、電動機の回転子。
前記結合部は、前記軸部を中心として前記分割コアを回転させることにより、隣接する分割コアの結合部と結合できるように構成されることを特徴とする、請求項１に記載の電動機の回転子。
前記略環状のコアの内周部に嵌合する円筒部材をさらに有する、請求項１又は２に記載の電動機の回転子。
前記円筒部材の外径が略環状のコアの内径より大きく、前記円筒部材は締まりばめによって前記略環状のコアの内周部に嵌合されることを特徴とする、請求項３に記載の電動機の回転子。
着磁方向が前記回転子の半径方向と直交するように、隣接する分割コアの間に配置された永久磁石を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動機の回転子。
前記孔部が多角形形状であり、軸部が多角柱形状であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電動機の回転子。
前記孔部が円形状であり、軸部が円柱形状又は円筒形状であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電動機の回転子。
電動機の回転子の製造方法であって、
前記回転子の回転軸方向に略平行に延びる複数の軸部を、略環状の支持部材に周方向に等間隔で設けるステップと、
前記軸部の各々に嵌合する孔部を備え、かつ隣接する分割コアと結合するように構成された結合部を備えた複数の分割コアの各々を、前記軸部の各々に嵌合させるステップと、
前記軸部を中心として、互いに隣接する分割コアの少なくとも一方を回転させて、該隣接する分割コアの結合部を互いに結合させて略環状のコアを形成するステップと、
を有することを特徴とする、電動機の回転子の製造方法。
前記略環状のコアを形成するステップの後に、前記分割コアを互いに結合してなる略環状のコアの内周部に、円筒部材を締まりばめによって嵌合させるステップをさらに有することを特徴とする、請求項８に記載の電動機の回転子の製造方法。