JP2017034774A - ローターの製造方法 - Google Patents

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田口 直人
Naoto Taguchi
直人 田口
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Abstract

【課題】回転時におけるローターの構成部品の飛散を防止するだけでなく、ローターを比較的安価に製造できるローターの製造方法を提供する。
【解決手段】磁力によって軸を回転させるローター100の製造方法であって、ローターを構成し回転軸11を含む回転中心部10に、磁石を取り付け、磁石よりも外方にカバー部材30を配置し、カバー部材を内方に変形させて、カバー部材が回転中心部および磁石を一体に保持した状態とする。
【選択図】図1

Description

本発明はローターの製造方法に関する。
モーターは、周知のようにローターとステーターとを備え、入力された電気エネルギーを機械エネルギーに変換する。従来のローターは、回転軸と、当該回転軸と一体に回転するスペーサーと、当該スペーサーの外側面に貼り付けた磁石と、を備えている。ローターが回転する際にはローターを構成する部品が飛散することがあり、これを防止するために構成部品よりも外側に飛散を防止するカバーを設けた技術が提案されている(特許文献1参照)。
特許第5629859号明細書
特許文献1では治具の周囲に中空円筒状のカバーを配置してカバーを治具に向けてプレスして変形させ、変形したカバーにローターの構成部品を配置している。そのため、カバーを所望の形状に変形させる治具が必要になり、生産コストを上昇させる要因となるといった問題がある。
そこで本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、回転時におけるローターの構成部品の飛散を防止するだけでなくローターを比較的安価に製造できるローターの製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、磁力によって軸を回転させるローターの製造方法であって、前記ローターを構成し回転軸を含む回転中心部に磁石を取り付け、前記磁石よりも外方にカバー部材を配置し、前記カバー部材を内方に変形させて前記カバー部材が前記回転中心部および前記磁石を一体に保持した状態とする。
本発明に係るローターの製造方法によれば、回転中心部に取り付けられた磁石の外方にカバー部材を配置し、カバー部材を内方に変形させてカバー部材が回転中心部および磁石を一体に保持した状態とするようにしている。このように、本発明では従来と異なり、カバー部材の内方に治具を配置するのではなく、ローターを構成する回転中心部と磁石とを内部に配置した状態でカバー部材を内方に変形させる。そのため、カバー部材を内方に変形させればカバー部材は磁石および回転中心部と一体となる。よって、従来のようにカバー部材を治具から取り外す必要がなく、また、カバー部材を改めてローターを構成する部品に組み付ける必要もない。そのため、従来のようなカバー部材を変形させるための治具を不要にでき、さらにカバー部材の成形後に改めてカバー部材に構成部品を組み付ける工程を不要にできる。よって、工程数を従来よりも減らすことができ、回転時における構成部品の飛散を防止するだけでなく、ローターを従来よりも安価に製造することができる。
図1(A)〜図1(C)は本発明の一実施形態に係るローターを示す斜視図、正面図、側面図である。 同ローターにおけるエンドプレートを取り外した状態を示す正面図である。 図3(A)、図3(B)は同ローターを構成する回転軸を示す斜視図、正面図である。 図4(A)、図4(B)は同ローターを構成する分割コアを示す斜視図、正面図である。 同ローターの製造方法を示すフローチャートである。 図6(A)は同ローターの製造方法においてローターコアを組み立てた際を示す図、図6(B)は同ローターの製造方法においてローターコアに磁石を組み付けた際を示す図、図6(C)はローターコアに回転軸およびカバー部材を配置した状態を示す図である。 図7(A)〜図7(C)はカバー部材を放射方向の内方に向けて変形させる際の装置構成を示す斜視図、側面図、正面図である。 図7(C)の8−8線に沿う断面図である。 図9(A)は本発明の変形例に係るローターを示す斜視図、図9(B)は同ローターを示す正面図、図9(C)は図9(B)を破線付きで表示した正面図、図9(D)は同ローターを示す側面図である。 図10(A)〜図10(C)は同ローターを構成する回転軸を示す斜視図、正面図、側面図である。
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、以下の記載は特許請求の範囲に記載される技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
(ローター)
図1(A)〜図1(C)は本発明の一実施形態に係るローターを示す斜視図、正面図、側面図、図2は同ローターにおけるエンドプレートを取り外した状態を示す正面図である。図3(A)、図3(B)は同ローターを構成する回転軸を示す斜視図、正面図、図4(A)、図4(B)は同ローターを構成する分割コアを示す斜視図、正面図である。
まず、本実施形態にかかる製造方法によって製造されるローターについて説明する。ローター100は、図1、図2に示すように、回転軸11を含む回転中心部10と、回転軸11を磁力によって回転させる磁石20と、磁石20よりも外方に配置され、磁石20を回転中心部10に向けて押付けて回転中心部10と一体に保持するカバー部材30と、回転中心部10および磁石20の軸方向への移動を防止するエンドプレート40と、を有する。以下、詳述する。
回転中心部10は、図2などに示すようにローター100の回転の中心となる回転軸11と回転軸11の外方に取り付けられるローターコア12と、を備える。回転軸11は、図3(A)、図3(B)に示すように他の機器との接続部分を構成する軸部11aと、回転中心部10を構成する他の部品との接続部分を構成する取り付け部11bと、を有する。
軸部11aはローター100が回転する際の中心として構成され、本実施形態では断面を円形状に構成している。しかし、ローター100を回転させることできれば断面は円に限定されず、上記以外にも例えば角形であってもよい。
取り付け部11bには、本実施形態において図2に示すようにローターコア12を構成する分割コア12a〜12h(分割片に相当)が取り付けられる。取り付け部11bと分割コア12a〜12hとは図2に示すように凹凸の嵌合形状をそれぞれ備え、これにより取り付け部11bに対する分割コア12a〜12hの取り付け位置が定められる。取り付け部11bは円形状の外周を周方向に略等間隔に切り欠いて形成した8つの凹部を備える。しかし、分割コア12a〜12hを取り付けることができれば、取り付け部11bの凹部の形状や角度位置、および個数は上記に限定されない。
ローターコア12は、回転軸11の外周に形成された取り付け部11bに取り付けられる。ローターコア12は、本実施形態において図2に示すように回転軸11の取り付け部11bの周方向に分割して構成した分割コア12a〜12hを有する。
ローターコア12を図2に示すように複数の分割コア12a〜12hによって構成した場合、ローターコアを一部品で構成した場合と比べて打ち抜き加工の際に廃材となる部分を少なくすることができ、材料歩留まりを向上させることができる。
分割コア12a〜12hは、図4(B)に示すように、隣接する分割コアを組み付けるコア組み付け部12p、12qと、回転軸11との取り付け部分となる軸取り付け部12rと、磁石20の取り付け部分となる磁石取り付け部12s、12tと、を有する。
コア組み付け部12p、12qは、図2に示すように、周方向において隣接する分割コア同士を一体に接続する。コア組み付け部12pは、図4(B)に示すように凸部を備え、隣接する分割コアとの組み付けが外れないように、隣接する分割コアから相対的に遠位部分の幅が近位部分の幅よりも太い凸部を有している。
コア組み付け部12qは、図4(B)に示すように凹部を備え、隣接する分割コアとの組み付けが外れないように、隣接する分割コアから相対的に遠位部分の幅が近位部分の幅よりも太い凹部を有している。
分割コア12a、12bを例示して説明すれば、分割コア12aのコア組み付け部12qと分割コア12bのコア組み付け部12pとが噛み合うことによって分割コア12a、12bは連結されて組み付け位置が定められ、一体に保持される。隣接する他の分割コア12b、12c、分割コア12c、12d、分割コア12d、12e、分割コア12e、12f、分割コア12f、12g、分割コア12g、12h、および分割コア12h、12aについても同様である。
軸取り付け部12rは、分割コア12a〜12hを回転軸11に組み付ける部位である。分割コア12a〜12hは、正面から見た際に図4(B)に示すように中央をくり抜いた略扇形形状12uを有する。軸取り付け部12rは、略扇形形状12uの内方に略扇形形状12uよりも小さく、中央をくり抜いた略扇形の凸部を設けて構成している。軸取り付け部12rは回転軸11の取り付け部11bと噛み合い、カバー部材30と共に分割コア12a〜12hを回転軸11と一体に保持する。
なお、後述するようにカバー部材30が成形されて回転中心部10および磁石20を保持するまでローターコア12を回転軸11に暫定的に保持できれば、回転軸11の取り付け部11bの凹部と分割コア12a〜12hの軸取り付け部12rの形状は厳密に一致していなくてもよい。
磁石取り付け部12s、12tは、磁石20を分割コア12a〜12hに取り付けるための形状である。磁石20は後述するように断面が一例として矩形で形成されており、磁石取り付け部12s、12tは、磁石20の一部側面と一致するような凹部を備える。本実施形態において磁石取り付け部は図4(B)に示すように、磁石取り付け部12s、12tとして分割コア12a〜12hにそれぞれ2箇所ずつ設けている。また、磁石取り付け部12s、12tは、図2などに示すように各々の分割コアに設置される磁石20が平行ではなく角度をつけて配置される形状としている。しかし、分割コアに設置する磁石の個数や磁石取り付け部の形状は上記に限定されない。
磁石20は、S極とN極に着磁された焼結磁石などを備える。磁石20は、分割コア12a〜12hには各々S極とN極の磁石20が配置される。磁石20は断面が例えば矩形に形成され、分割コア12a〜12hの磁石取り付け部12s、12tに取り付けられ、カバー部材30によって回転中心部10と一体に保持される。
カバー部材30は、回転中心部10と磁石20とを一体に保持するために用いられる。カバー部材30は、後述するように帯状の板状部材を略円筒形状に曲げ加工し、接触した端部31同士を溶接などによって接合して構成している(図6(C)参照)。カバー部材30は、円筒形状を径方向内方に変形させることによって回転中心部10の分割コア12a〜12hおよび磁石20と密着し、回転中心部10および磁石20を特に回転軸11の放射方向(径方向)に一体に保持する。
ここで「一体に保持する」とは、別部品ではあるものの、カバー部材30が分割コア12a〜12hおよび回転軸11を放射方向に押さえ込むことによって回転軸11および分割コア12a〜12hが回転の際にもバラバラに分離しないことを意味する。また、カバー部材30は、図1(C)に示すように軸方向において分割コア12a〜12hおよび磁石20と同じ長さで分割コア12a〜12hを覆う長さに構成している。
エンドプレート40は、回転中心部10および磁石20の回転軸11における軸方向への位置ズレを防止する。エンドプレート40は、一つのローター100につき少なくとも2つ含まれる。エンドプレート40は回転中心部10および磁石20の軸方向の両端に配置され、カバー部材30などに溶接等で接合される。
エンドプレート40は、回転中心部10および磁石20と当接できるように回転軸11の軸部11aを挿通させる穴形状を備える。エンドプレート40は回転中心部10および磁石20と一体で回転するため、回転中心部10および磁石20を取り付けた形状と同様の輪郭形状を備える。
回転中心部10、カバー部材30、およびエンドプレート40の材料は特に限定されないが、電磁鋼板で構成される。
(ローターの製造方法)
次に本実施形態にかかるローターの製造方法について説明する。図5は本実施形態にかかるローターの製造方法を示すフローチャート、図6(A)〜図6(C)は同ローターを製造する各段階での様子を示す図である。図7(A)〜図7(C)はカバー部材を放射方向内方に向けて変形させる際を示す図、図8は図7(C)の8−8線に沿う断面図である。
本実施形態にかかるローターの製造方法について図5を参照して概説すれば、分割コアの成形(ステップST1)と、ローターコアの形成(ステップST2)と、磁石の仮組み付け(ステップST3)と、回転軸の組み付け(ステップST4)と、カバー部材の配置(ステップST5)と、プレス(ステップST6)と、エンドプレートの組み付け(ステップST7)と、を有する。以下に詳述する。
まず、分割コアの原材料となる部品に打ち抜き加工を行い、原材料を図4(B)に示すように分割コア12a〜12hの形状に成形する(ステップST1)。次に成形された分割コアを隣接させてコア組み付け部12p、12qを噛み合わせることによって組み付け、分割コア12a〜12hを図6(A)に示すように環状に組み付ける(ステップST2)。これによりローターコア12が形成される。
次に、図6(B)に示すように分割コア12a〜12hの磁石取り付け部12s、12tに磁石20を取り付けて仮の組み付けを行う(ステップST3)。磁石20と回転中心部10は、最終的にカバー部材30を放射方向(径方向)内方に変形させることによって保持される。そのため、ここでいう「仮の組み付け」は、カバー部材30を変形させるまでの分割コア12a〜12hに対する磁石20の暫定的な組み付けを意味する。磁石取り付け部12s、12tは、磁石20と嵌合するように寸法を設定すれば接着剤を別途用いなくてもカバー部材30を変形させるまでの磁石20の暫定的な保持を行うことができる。
次に、図6(C)に示すようにローターコア12の内方に回転軸11を配置し、ローターコア12に回転軸11を組み付ける(ステップST4)。そして、磁石20およびローターコア12が暫定的に一体になった回転軸11を固定型210に設置する。次に、図6(C)に示すようにカバー部材30の原材料となる板状部材を曲げ加工して板状部材の端部31を溶接する。これにより、板状部材は図6(C)に示すように中空の円筒状に成形される。
なお、カバー部材30の原材料となる板状部材の曲げ加工は、分割コア12a〜12hの外周に配置した状態で行なってもよい。また、上記と異なり、分割コア12a〜12hの外周に配置する前に予め中空の略円筒形状に成形し、端部を接合した上で分割コア12a〜12hの外周に配置してもよい。板状部材の曲げ加工や端部31の溶接は従来の公知の方法であるため、説明を省略する。カバー部材30の原材料である板状部材を円筒状に成形したら、カバー部材30を図6(C)に示すように分割コア12a〜12hの外周に配置する(ステップST5)。
次にカバー部材30を回転中心部10および磁石20に向けて変形させる成形を行う(ステップST6)。カバー部材30の成形を行う構成は、図7(A)〜図7(C)および図8に示すように回転中心部10および磁石20を設置する固定型210と、固定型210に対して軸方向に接近離間する移動型220と、固定型210に対して放射方向に移動可能に構成されたスライド型230と、を備える。
固定型210は、図8に示すようにローター100を構成する回転中心部10および磁石20を設置する形状を備えている。固定型210は、回転中心部10および磁石20を設置できれば形状は特に限定されないが、一例を挙げれば図8に示すように回転軸11を嵌め込む形状を挙げることができる。移動型220は、固定型210に対して回転軸11の軸方向に接近離間可能に構成されている。移動型220は、図8に示すようにスライド型230に形成されたテーパ形状と接触するテーパ面220aを備える。
スライド型230は、図7(C)を参照して概説すれば、8つの小スライド型231と、小スライド型231と角度方向に離間して配置された8つの大スライド型232と、を有する。小スライド型231は、図7(C)における0度の位置から約45度毎に等間隔に配置され、合計8つ配置されている。大スライド型232は、図7(C)において約22.5度の位置から約45度毎に等間隔に配置され、合計8つ配置されている。しかし、カバー部材30を回転中心部10および磁石20の配置された放射方向内方に変形させることができれば、型の種類や配置する角度等は上記に限定されない。
小スライド型231は、図7(C)などに示すように、ローター100の成形後の外周形状に対応して図7(C)で見た場合の周方向における型の幅が大スライド型232より小さくなるように構成されている。小スライド型231および大スライド型232は、図7(B)に示すように回転軸11の軸方向に移動するに従って回転軸11からの放射方向における距離が変化するテーパ面231a、232aを備えている。
移動型220のテーパ面220aは、図8に示すように固定型210に向かって移動した際に小スライド型231および大スライド型232のテーパ面231a、232aと接触する。移動型220が固定型210に向かって移動すると、移動型220のテーパ面220aと小スライド型231のテーパ面231aおよび大スライド型232のテーパ面232aとが接近し、接触する。
そこからさらに移動型220が固定型210に向かって移動すると、小スライド型231および大スライド型232は、移動型220によって径方向内方に移動する。小スライド型231および大スライド型232が放射方向内方に移動することによってカバー部材30は図2に示すようにローターコア12および磁石20に密着するように放射方向内方に変形する。
上記のように移動型220、小スライド型231および大スライド型232の動作によって、カバー部材30は放射方向内方に変形するように成形される。成形されたカバー部材30によって回転中心部10および磁石20は一体に保持される(ステップST6)。
カバー部材30の成形が終了したら移動型220、小スライド型231および大スライド型232を固定型210から離間する方向に移動させる。そして、回転中心部10、磁石20、およびカバー部材30を固定型210から取り外す。
次にローターコア12の両端部にエンドプレート40を図1(A)〜図1(C)に示すように配置して接合し、ローター100を組み立てる(ステップST6)。
(作用効果)
次に本実施形態にかかる作用効果について説明する。本実施形態にかかるローター100の製造方法では回転中心部10に組み付けられた磁石20の外方にカバー部材30を配置し、カバー部材30を内方に変形させてカバー部材30が回転中心部10および磁石20を一体に保持した状態とするように構成している。
本実施形態にかかるローター100の製造方法は、従来と異なり、カバー部材30の内方にカバー部材30を変形させる治具を配置するのではなく、ローター100を構成する回転中心部10および磁石20などをカバー部材30の内部に配置した状態でカバー部材30を変形させる。そのため、カバー部材30を内方に向けて変形させればカバー部材30によって磁石20および回転中心部10とが一体に保持される。よって、従来のようにカバー部材30の成形後にカバー部材30から治具を取り外す必要もなければ、治具を取り外した後に改めてカバー部材30に磁石20や回転中心部10のような部品を組み付ける必要もない。よって、従来使用していた治具を不要にし、工程数を減らせることによって、回転時における構成部品の飛散を防止するだけでなく、従来よりもローターのコストを安価にすることができる。
また、ローター100のローターコア12は、略扇形の分割コア12a〜12hを周方向に並べて環状に組み付けることによって構成するようにしている。そのため、従来のようにローターコアの形状を一つの部材から構成する場合と比較して、原材料から必要となる部位を打ち抜く際に廃材となる部分を少なくすることができる。よって、材料歩留まりを向上させることができる。
また、分割コア12a〜12hは、隣接する分割コアにおいて凹凸形状のコア組み付け部12p、12qを組み付けることによって隣接する分割コアの位置合わせを行なうように構成している。そのため、隣接する分割コア同士の組み付けの際に接着剤などの材料を不要にでき、コスト低減に寄与することができる。
また、カバー部材30は本実施形態において平板のような板状部材を曲げ加工して端部31同士を溶接などによって接合して形成している。そのため、予め中空の円筒状に成形された部材を用意する場合と比べて本実施形態にかかるローターを比較的低コストで提供することができる。
また、ローター100は、エンドプレート40を用いて回転中心部10および磁石20を回転軸11の軸方向に位置決めするように構成している。そのため、周方向だけでなく軸方向における磁石などの構成部品の分離などの事態を防止して信頼性をより向上させることができる。
なお、本発明は上述した実施形態にのみ限定されず、特許請求の範囲において種々の変更が可能である。図9(A)は本発明の変形例に係るローターを示す斜視図、図9(B)は同ローターを示す正面図、図9(C)は図9(B)を破線付きで表示した正面図、図9(D)は同ローターを示す側面図である。図10(A)〜図10(C)は同ローターを構成する回転軸を示す斜視図、正面図、側面図である。
上記では回転軸11の軸方向について分割コア12a〜12h、磁石20、およびカバー部材30を一組取り付ける実施形態について説明したが、これに限定されない。上記以外にも軸方向に取り付ける分割コア、磁石及びカバー部材は複数組であってもよい。
ローターの中でも分割コア、磁石、およびカバー部材の纏まりを取り付けアセンブリと称した場合、取り付けアセンブリ50a、50bは図9(A)〜図9(D)に示すように回転軸の軸方向にずらして隣接させるように配置する。さらに取り付けアセンブリ50a、50bは図9(B)、図9(C)に示すように互いに角度方向(周方向)に例えば5度程度離間して配置するように構成してもよい。
この場合、回転軸は、図10(A)〜図10(C)に示すように、取り付けアセンブリ50a、50bを角度方向に相対的に離間して配置するために分割コアの軸取り付け部を2箇所設けた取り付け部11c、11dを備える回転軸11eとして構成される。このように構成することによって、磁石20は角度方向に段階的にずれて配置された構成(段スキューなどともいう)とすることができる。このように構成することによって、コギングトルクなどの低減を図ることができる。
上記のようなローターの場合、カバー部材は取り付けアセンブリ50a、50b毎に各々用意し、例えば図7(A)〜図7(C)に示す装置を用いて取り付けアセンブリ50aのカバー部材を最初に放射方向内方に変形させる。続いて図7(A)などに示す装置によって取り付けアセンブリ50bのカバー部材を放射方向内方に変形させることによっていわゆる段スキューのタイプのローターを製造することができる。
また、上記ではローター100がエンドプレート40を有する実施形態について説明したが、これに限定されず、エンドプレート40の構成を除いたローターも本発明の実施形態の変形例に含まれる。
また、上記ではカバー部材30が回転軸11の軸方向において分割コア12a〜12hおよび磁石20と同じ長さで分割コア12a〜12hおよび磁石20を覆う実施形態について説明した。しかし、分割コア12a〜12hおよび磁石20などの飛散を防止できれば、カバー部材30の軸方向の寸法は分割コア12a〜12hおよび磁石20の寸法より長くても短くてもよい。
また、上記では回転軸11とローターコア12、隣接する分割コア同士、およびローターコア12と磁石20とが凹凸形状などによって接続される実施形態について説明したが、これに限定されない。凹凸形状に代えて接着剤を用いてもよいし、凹凸形状に加えて接着剤を用いてもよい。
また、上記ではローターコア12を分割コア12a〜12hによって構成する実施形態について説明した。しかし、これに限定されず、ローターコア12は分割コア12a〜12hではなく一つの部品として構成したものであってもよい。
10 回転中心部、
100 ローター、
11 回転軸、
12 ローターコア、
12a〜12h 分割コア(分割コア)、
12p、12q コア組み付け部、
12r 軸取り付け部、
12s、12t 磁石取り付け部、
20 磁石、
30 カバー部材、
40 エンドプレート。

Claims (5)

  1. 磁力によって軸を回転させるローターの製造方法であって、
    前記ローターを構成し回転軸を含む回転中心部に磁石を取り付け、
    前記磁石よりも外方にカバー部材を配置し、
    前記カバー部材を内方に変形させて前記カバー部材が前記回転中心部および前記磁石を一体に保持した状態とするローターの製造方法。
  2. 前記回転中心部は、前記回転軸よりも外方に複数の分割片を組み付けて形成される請求項1に記載のローターの製造方法。
  3. 前記複数の分割片は凹凸形状を備え、隣接する前記分割片の凸形状と他の前記分割片の凹形状とを組み付けて隣接する前記分割片の位置合わせを行なう請求項2に記載のローターの製造方法。
  4. 前記カバー部材を内方に変形させるより前において、板状部材を曲げ加工して前記カバー部材を形成する請求項1〜3のいずれか1項に記載のローターの製造方法。
  5. 複数の前記分割片および前記磁石を前記回転軸の軸方向に対して位置決めする請求項1〜4のいずれか1項に記載のローターの製造方法。
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