JP2014057430A - 電動機のロータの製造方法および電動機のロータ - Google Patents

Abstract

【課題】ロータコアの積層方向の両端部に貫通孔側に突出する突出部が形成されるものにおいて、ロータを製造する手法を提案する。
【解決手段】永久磁石３８における挿入方向の前端部にテーパ部３８ａを設けておき、複数のコアプレート３１を積層してロータコア３２を構成した後に、永久磁石３８のテーパ部３８ａによってロータコア３２の突出部３２ｂをロータコア３２の内側に曲げながら永久磁石３８をロータコア３２の貫通孔３４に挿入して、ロータ３０を製造する。これにより、永久磁石３８における挿入方向の前端部にテーパ部３８ａを設けないものに比して、突出部３２ｂに大きな応力が作用するのを抑制することができ、突出部３２ｂが損傷するのを抑制することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、電動機のロータの製造方法および電動機のロータに関する。

従来、この種の電動機のロータの製造方法としては、長手方向の両端部が長手方向外側に向かって徐々に細くなる形状に形成された永久磁石と、永久磁石の第１挿入部に整合する形状の第１貫通孔が形成された第１コア部材と、第１コア部材と組み合わせたときに永久磁石の第２挿入部に整合する形状の第２貫通孔が形成された第２コア部材とを準備し、第１コア部材の第１貫通孔に永久磁石を挿入してから第２コア部材の第２貫通孔に永久磁石の第２挿入部を挿入することによってロータを製造するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−２０５７５３号公報

電動機では、永久磁石がロータ鉄心の軸方向に飛び出すのを防止する必要がある。このため、例えば、ロータコアの軸方向端部に貫通孔が狭くなるよう突出部を形成する構成などが考えられるが、その場合、貫通孔の軸方向端部の断面積が永久磁石の断面積より小さくなることから、どのようにロータを製造するかが課題となる。

本発明の電動機のロータの製造方法および電動機のロータは、ロータコアの積層方向の両端部に貫通孔側に突出する突出部が形成されるものにおいて、ロータを製造する手法を提案することを主目的とする。

本発明の電動機のロータの製造方法および電動機のロータは、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の電動機のロータの製造方法は、
複数のコアプレートを積層して構成されたロータコアと、前記ロータコアを前記コアプレートの積層方向に貫通するよう形成された貫通孔に収容された永久磁石とを備え、前記ロータコアの前記積層方向の両端部において前記貫通孔側に突出する突出部が形成された電動機のロータの製造方法であって、
前記複数のコアプレートを積層して前記ロータコアを構成した後に、前記突出部の前記積層方向の曲げを伴って前記永久磁石を前記貫通孔に挿入する、ことによって前記ロータを製造する、
ことを特徴とする。

この本発明の電動機のロータの製造方法では、複数のコアプレートを積層してロータコアを構成した後に、突出部の積層方向の曲げを伴って永久磁石を貫通孔に挿入する、ことによってロータを製造する。こうすれば、ロータコアを構成した後に永久磁石を貫通孔に挿入してロータを製造することができる。

こうした本発明の電動機のロータの製造方法において、前記永久磁石における挿入方向の前端部に形成されたテーパ部によって前記ロータコアの突出部を内側（永久磁石の挿入方向）に曲げながら前記永久磁石を前記貫通孔に挿入する、ことによって前記ロータを製造する、ものとすることもできる。こうすれば、テーパ部を形成しないものに比して突出部に大きな応力が作用するのを抑制することができる。

また、本発明の電動機のロータの製造方法において、挿入方向の後端部にテーパ部が形成された前記永久磁石によって前記ロータコアの突出部を内側に曲げながら該永久磁石を前記貫通孔に挿入する、ことによって前記ロータを製造する、ものとすることもできる。こうすれば、永久磁石全体を貫通孔に収容した後に突出部が跳ね上がるためのスペースを確保することができる。

さらに、本発明の電動機のロータの製造法において、前記積層方向の一方の端部の突出部である第１突出部と他方の端部の突出部である第２突出部とが前記貫通孔の異なる側から該貫通孔側に突出するよう形成された前記ロータコアの第１突出部を外側（永久磁石の挿入方向とは反対側）に曲げてから前記永久磁石を前記貫通孔に挿入し、その後、該第１突出部を内側（永久磁石の挿入方向）に押圧する、ことによって前記ロータを製造する、ものとすることもできる。こうすれば、ロータの挿入後に第１突出部を内側に押圧する際に永久磁石に大きな応力が作用するのを抑制することができる。

本発明の電動機のロータは、上述のいずれかの態様の本発明の電動機のロータの製造方法、即ち、基本的には、複数のコアプレートを積層して構成されたロータコアと、前記ロータコアを前記コアプレートの積層方向に貫通するよう形成された貫通孔に収容された永久磁石とを備え、前記ロータコアの前記積層方向の両端部において前記貫通孔側に突出する突出部が形成された電動機のロータの製造方法であって、前記複数のコアプレートを積層して前記ロータコアを構成した後に、前記突出部の前記積層方向の曲げを伴って前記永久磁石を前記貫通孔に挿入する、ことによって前記ロータを製造する、電動機のロータの製造方法によって製造されることを要旨とする。

この本発明の電動機のロータでは、上述のいずれかの態様の本発明の電動機のロータの製造方法によって製造されるから、ロータコアを構成した後に永久磁石を貫通孔に挿入して製造することができ、突出部によって永久磁石が飛び出すのを防止することができる。

本発明の第１実施例としてのロータ３０を備える電動機２０の構成の概略を示す構成図である。 ロータコア３２の外観（端面）を示す外観図である。 ロータコア３２の貫通孔３４に永久磁石３８を挿入する際の様子を示す説明図である。 第２実施例としてのロータ１３０を備える電動機１２０の構成の概略を示す構成図である。 ロータコア１３２の貫通孔１３４に永久磁石１３８を挿入する際の様子を示す説明図である。 治具１５０の押圧部材１５２を用いて突出部１３２ｂを押圧する際の様子を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の第１実施例としてのロータ３０を備える電動機２０の構成の概略を示す構成図であり、図２は、ロータコア３２の外観（端面）を示す外観図である。第１実施例の電動機２０は、周知の同期発電電動機として構成されており、図１に示すように、中空円筒状に形成されて回転シャフト２２に取り付けられたロータ３０と、ロータ３０の外径より若干大きな内径の中空円筒状に形成されたステータ４０と、を備える。

ロータ３０は、無方向性電磁鋼板に打ち抜き加工などを施して形成した複数の円環状のコアプレート３１を積層して構成された中空円筒状のロータコア３２と、ロータコア３２を軸方向（コアプレート３１の積層方向）に貫通するよう形成された複数の貫通孔３４に収容された複数の永久磁石３８と、を備える。ロータコア３２は、図１および図２に示すように、軸方向の両端部に、貫通孔３４の径方向内側から径方向外側（貫通孔３４側）に突出する突出部３２ａ，３２ｂが形成されている。この突出部３２ａ，３２ｂは、永久磁石３８が軸方向に飛び出すのを防止するために形成されるものである。永久磁石３８は、図１に示すように、断面が長方形の略棒状に形成されており、軸方向（長手方向）の両端部の径方向内側に、長手方向外側に向けて径方向の長さが徐々に短くなるテーパ部３８ａ，３８ｂが形成されている。

ステータ４０は、無方向性電磁鋼板に打ち抜き加工などを施して形成した複数の円環状のコアプレート４１を積層して構成された中空円筒状のステータコア４２と、ステータコア４２の複数のスロットに巻回されたコイル４４と、を備える。

次に、こうして構成された第１実施例のロータ３０の製造方法について説明する。ロータ３０は、第１実施例では、複数のコアプレート３１を積層してロータコア３２を構成し、その後に、ロータコア３２の貫通孔３４に永久磁石３８を挿入する、ことによって製造する。図３は、ロータコア３２の貫通孔３４に永久磁石３８を挿入する際の様子を示す説明図である。

ロータコア３２の貫通孔３４に永久磁石３８を挿入する際には、ロータコア３２の右側から永久磁石３８を左側に移動させて（図３（ａ）参照）、永久磁石３８のテーパ部３８ａをロータコア３２の突出部３２ｂに当接させ（図３（ｂ）参照）、テーパ部３８ａによって突出部３２ｂをロータコア３２の内側（図３左側）に曲げながら永久磁石３８の挿入を進行させて（図３（ｃ））、永久磁石３８全体を貫通孔３４に収容させる。永久磁石３８における挿入方向の前端部にテーパ部を設けない場合、突出部３２ｂが曲がり始めると、永久磁石３８からの応力が突出部３２ｂの根本側に集中して作用することになり、突出部３２ｂが損傷し易くなるおそれがある。これを踏まえて、実施例では、永久磁石３８における挿入方向の前端部の径方向内側にテーパ部３８ａを設けるものとした。これにより、図３（ｃ）に示すように、突出部３２ｂが曲がり始めた後も永久磁石３８からの応力が突出部３２ｂの先端側に作用するから、突出部３２ｂの一箇所に大きな応力が集中して作用するのを抑制することができ、突出部３２ｂの損傷を抑制することができる。

そして、永久磁石３８全体を貫通孔３４に収容させると、ロータコア３２の突出部３２ｂが跳ね上がって元の形状に戻り（図３（ｄ）参照）、突出部３２ａ，３２ｂによって永久磁石３８が軸方向に飛び出すのを防止できる状態となる（図３（ｅ））。永久磁石３８における挿入方向の後端部にテーパ部を設けない場合、永久磁石３８における挿入方向の後端部の径方向内側の角部を擦りながら跳ね上がるために、永久磁石３８の角部が割れてしまうおそれがある。この割れを防止するためには、突出部３２ｂが跳ね上がる（元の形状に戻る）ためのスペースを確保するために、その分だけ永久磁石３８の軸方向の長さを短くすることが考えられるが、永久磁石３８の軸方向の長さがロータコア３２の軸方向の長さに比して短くなると、漏れ磁束が大きくなるため、あまり好ましくない。これらを踏まえて、実施例では、永久磁石３８における挿入方向の後端部の径方向内側にテーパ部３８ｂを設けるものとした。これにより、図３（ｄ）に示すように、突出部３２ｂが跳ね上がるためのスペースを確保することができ、永久磁石３８の軸方向の長さを短くしなくてよい。

以上説明した第１実施例の電動機２０のロータ３０の製造方法によれば、永久磁石３８における挿入方向の前端部にテーパ部３８ａを設けておき、複数のコアプレート３１を積層してロータコア３２を構成した後に、永久磁石３８のテーパ部３８ａによってロータコア３２の突出部３２ｂをロータコア３２の内側に曲げながら永久磁石３８をロータコア３２の貫通孔３４に挿入するから、永久磁石３８における挿入方向の前端部にテーパ部３８ａを設けないものに比して、突出部３２ｂに大きな応力が作用するのを抑制することができ、突出部３２ｂが損傷するのを抑制することができる。しかも、永久磁石３８における挿入方向の後端部にもテーパ部３８ｂを設けておくから、永久磁石３８全体を貫通孔３４に収容した後に突出部３２ｂが跳ね上がるためのスペースを確保することができ、永久磁石３８の軸方向の長さを短くしなくてよい。

第１実施例のロータ３０の製造方法では、挿入方向の前端部にテーパ部３８ａが形成されると共に挿入方向の後端部にテーパ部３８ｂが形成された永久磁石３８を貫通孔３４に挿入するものとしたが、挿入方向の前端部にテーパ部３８ａが形成されるが挿入方向の後端部にテーパ部が形成されない永久磁石を貫通孔３４に挿入するものとしてもよい。この場合でも、第１実施例と同様に、永久磁石３８を貫通孔３４に挿入する際に突出部３２ｂに大きな応力が作用するのを抑制することができる。また、挿入方向の後端部にテーパ部３８ｂが形成されるが挿入方向の前端部にテーパ部が形成されない永久磁石を貫通孔３４に挿入するものとしてもよい。この場合でも、第１実施例と同様に、永久磁石３８全体を貫通孔３４に収容した後に突出部３２ｂが跳ね上がるためのスペースを確保することができ、永久磁石３８の軸方向の長さを短くしなくてよい。

第１実施例のロータ３０の製造方法では、永久磁石３８における挿入方向の前端部の径方向内側に形成されたテーパ部３８ａによって、ロータコア３２における貫通孔３４の径方向内側から径方向外側に突出するよう形成された突出部３２ｂを、内側に曲げながら永久磁石３８をロータコア３２の貫通孔３４に挿入するものとしたが、永久磁石３８における挿入方向の前端部の径方向外側に形成されたテーパ部によって、ロータコア３２における貫通孔３４の径方向外側から径方向内側に突出するよう形成された突出部を、内側に曲げながら永久磁石３８をロータコア３２の貫通孔３４に挿入するものとしてもよい。また、ロータコア３２における貫通孔３４の径方向外側から径方向内側に突出するよう突出部が形成されている場合、永久磁石３８における挿入方向の後端部の径方向外側にテーパ部が形成されるものとしてもよい。

図４は、第２実施例としてのロータ１３０を備える電動機１２０の構成の概略を示す構成図である。第２実施例の電動機１２０は、第１実施例と同様に、周知の同期発電電動機として構成されており、図４に示すように、中空円筒状に形成されて回転シャフト２２に取り付けられたロータ１３０と、ロータ１３０の外径より若干大きな内径の中空円筒状に形成されたステータ４０と、を備える。なお、ステータ４０は、第１実施例の電動機２０と同一であるから、その詳細な説明は省略する。

ロータ１３０は、無方向性電磁鋼板に打ち抜き加工などを施して形成した複数の円環状のコアプレート１３１を積層して構成された中空円筒状のロータコア１３２と、ロータコア１３２を軸方向（コアプレート１３１の積層方向）に貫通するよう形成された複数の貫通孔１３４に収容された複数の永久磁石１３８と、を備える。ロータコア１３２は、軸方向の一方の端部（図４では左側の端部）に貫通孔１３４の径方向外側から径方向内側（貫通孔１３４側）に突出する突出部１３２ａが形成されると共に、軸方向の他方の端部（図４では右側の端部）に貫通孔１３４の径方向内側から径方向外側（貫通孔１３４側）に突出する突出部１３２ｂが形成されている。永久磁石３８は、断面が長方形の棒状に形成されており、第１実施例の永久磁石３８とは異なり、テーパ部は形成されていない。

次に、こうして構成された第２実施例のロータ１３０の製造方法について説明する。ロータ１３０は、第２実施例では、複数のコアプレート１３１を積層してロータコア１３２を構成し、その後に、ロータコア１３２の貫通孔１３４に永久磁石１３８を挿入する、ことによって製造する。図５は、ロータコア１３２の貫通孔１３４に永久磁石１３８を挿入する際の様子を示す説明図である。

ロータコア１３２の貫通孔１３４に永久磁石１３８を挿入する際には、ロータコア１３２の突出部１３２ｂを外側（図５右側）に曲げ（図５（ａ）参照）、その状態で、ロータコア１３２の右側から永久磁石１３８を左側に移動させて（図５（ｂ）参照）、永久磁石１３８全体を貫通孔１３４に収容させる。そして、治具１５０を用いて突出部１３２ｂを図５左側に押圧すると（図５（ｃ），（ｄ）参照）、突出部３２ａが元に戻って突出部１３２ａ，１３２ｂによって永久磁石１３８が軸方向に飛び出すのを防止できる状態となる（図５（ｅ））。ここで、治具１５０は、ロータコア１３２の図５左側に配置される受け部材１５１と、突出部１３２ｂを図５左側に押圧する押圧部材１５２と、を備える。押圧部材１５２は、突出部１３２ｂのロータコア３２の外側への曲がり（変形）を十分に修正できるよう、突出部１３２ｂの根本側より先端側を強く押圧可能な形状に形成されている。突出部１３２ｂの外側（図５右側）への曲がりを修正して径方向外側に略真っ直ぐ突出するようにするためには、突出部１３２ｂをロータコア１３２の若干内側（図５左側）に押し込む必要がある。突出部１３２ａ，１３２ｂが共に径方向内側から径方向外側に突出するよう形成されている場合、突出部１３２ｂをロータコア１３２の若干内側に押し込むためのスペースを確保するために、その分だけ永久磁石１３８の軸方向の長さを短くする必要があるが、これは、上述したように、漏れ磁束が大きくなるため、あまり好ましくない。これを踏まえて、実施例では、突出部１３２ａを貫通孔１３４の径方向外側から径方向内側（貫通孔１３４側）に突出するよう形成すると共に突出部１３２ｂを貫通孔１３４の径方向内側から径方向外側（貫通孔１３４側）に突出するよう形成するものとした。これにより、突出部１３２ｂをロータコア１３２の若干内側に押し込む際には、図５（ｄ）に示すように、永久磁石１３８が若干回転する（図５右側が径方向内側に移動すると共に図５左側が径方向外側に移動する）から、永久磁石１３８の長さを短くしなくてよい。

図６は、治具１５０の押圧部材１５２を用いて突出部１３２ｂを押圧する際の様子を示す説明図である。図６（ａ）は、第２実施例の様子を示し、図６（ｂ）は、径方向外側（突出部１３２ｂとは貫通孔１３４における径方向反対側）から突出する突出部１３２ａに代えて、径方向内側（突出部１３２ｂとは貫通孔１３４における径方向同一側）から突出する突出部１３２ａｃが形成された比較例の様子を示す。図６の例では、実施例と比較例とで、永久磁石１３８の径方向（図６上下方向）の長さが「Ｔ」で共通であると共に周方向（図６奥手前方向）の長さが「Ｗ」（図示せず）で共通であり、治具１５０の受け部材１５１や押圧部材１５２が永久磁石１３８を押す力が「Ｐ」で共通であり、永久磁石１３８の径方向の中心（図６一点鎖線参照）と永久磁石１３８に力が作用する作用点との偏心（ズレ）距離が「ｅ」で共通であり、実施例における永久磁石１３８のモーメントが「Ｍ」であり、実施例における永久磁石１３８の断面係数が「Ｚ」（図示せず）である。比較例の場合、永久磁石１３８に作用する最大応力σｍａｘは、次式（１）に示すように、受け部材１５１や押圧部材１５２が永久磁石１３８を押す力Ｐを偏心距離ｅと永久磁石１３８の周方向の長さＷとの積で除して計算することができる。一方、実施例の場合、永久磁石１３８に作用する最大応力σｍａｘは、式（２）に示すように、モーメントＭを永久磁石１３８の断面係数Ｚで除して計算することができる。ここで、モーメントＭは、式（３）に示すように、偏心距離ｅと受け部材１５１や押圧部材１５２が永久磁石１３８を押す力Ｐとの積として計算することができ、断面係数Ｚは、式（４）に示すように、永久磁石１３８の周方向の長さＷと径方向の長さＴの二乗との積を値６で除して計算することができるから、実施例の場合の永久磁石１３８に作用する最大応力σｍａｘは、式（５）に示すように、値６と偏心距離ｅと受け部材１５１や押圧部材１５２が永久磁石１３８を押す力Ｐとの積を永久磁石１３８の周方向の長さＷと径方向の長さＴの二乗との積で除して計算することができる。例えば、永久磁石１３８の径方向の長さＴ，周方向の長さＷをそれぞれ値８，値１５とすると共に偏心距離ｅを値３のときを考えると、永久磁石１３８に作用する最大応力σｍａｘは、比較例の場合には０．０２２Ｐとなり、実施例の場合には０．０１８８Ｐとなる。したがって、実施例の構成とすることにより、比較例の構成に比して永久磁石１３８に作用する応力を小さくできることが分かる。

σmax=P/eW (1)
σmax=M/Z (2)
M=eP (3)
Z=WT²/6 (4)
σmax=6eP/(WT²) (5)

第２実施例のロータ１３０の製造方法によれば、突出部１３２ａが貫通孔１３４の径方向外側から径方向内側に突出するよう形成されると共に突出部１３２ｂが貫通孔１３４の径方向内側から径方向外側に突出するよう形成されたロータコア１３２の突出部１３２ｂを外側に曲げ、その状態で、ロータコア１３２の貫通孔１３４に永久磁石１３８を挿入し、その後に、治具１５０を用いて突出部１３２ｂを内側に押圧するから、軸方向の両端部の突出部が共に径方向内側から径方向外側に突出するようロータコアを形成するものに比して、治具１５０を用いて突出部１３２ｂを内側に押圧する際に永久磁石１３８に大きな応力が作用するのを抑制することができ、永久磁石１３８の軸方向の長さを短くしなくてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。第１実施例や第２実施例では、ロータコア３２，１３２が「ロータコア」に相当し、永久磁石３８，１３８が「永久磁石」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、電動機の製造産業などに利用可能である。

２０，１２０ 電動機、２２ 回転シャフト、３０，１３０ ロータ、３１，１３１ コアプレート、３２，１３２ ロータコア、３２ａ，３２ｂ，１３２ａ，１３２ａｃ，１３２ｂ 突出部、３４，１３４ 貫通孔、３８，１３８ 永久磁石、３８ａ，３８ｂ テーパ部、４０ ステータ、４１ コアプレート、４２ ステータコア、４４ コイル、１５０ 治具、１５１ 受け部材、１５２ 押圧部材。

Claims (5)

1. 複数のコアプレートを積層して構成されたロータコアと、前記ロータコアを前記コアプレートの積層方向に貫通するよう形成された貫通孔に収容された永久磁石とを備え、前記ロータコアの前記積層方向の両端部において前記貫通孔側に突出する突出部が形成された電動機のロータの製造方法であって、
   前記複数のコアプレートを積層して前記ロータコアを構成した後に、前記突出部の前記積層方向の曲げを伴って前記永久磁石を前記貫通孔に挿入する、ことによって前記ロータを製造する、
   ことを特徴とする電動機のロータの製造方法。
2. 請求項１記載の電動機のロータの製造方法であって、
   前記永久磁石における挿入方向の前端部に形成されたテーパ部によって前記ロータコアの突出部を内側に曲げながら前記永久磁石を前記貫通孔に挿入する、ことによって前記ロータを製造する、
   電動機のロータの製造方法。
3. 請求項１記載の電動機のロータの製造方法であって、
   挿入方向の後端部にテーパ部が形成された前記永久磁石によって前記ロータコアの突出部を内側に曲げながら該永久磁石を前記貫通孔に挿入する、ことによって前記ロータを製造する、
   電動機のロータの製造方法。
4. 請求項１記載の電動機のロータの製造方法であって、
   前記積層方向の一方の端部の突出部である第１突出部と他方の端部の突出部である第２突出部とが前記貫通孔の異なる側から該貫通孔側に突出するよう形成された前記ロータコアの第１突出部を外側に曲げてから前記永久磁石を前記貫通孔に挿入し、その後、該第１突出部を内側に押圧する、ことによって前記ロータを製造する、
   電動機のロータの製造方法。
5. 請求項１ないし４のいずれか記載の電動機のロータの製造方法によって製造される電動機のロータ。

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