JP2022052501A - 回転電機用のロータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイドロフォーミングを利用して、ロータシャフトとロータコアとの間の必要な締め代が確保できるように、ロータシャフトの中空部を外部に対して適切にシールする。【解決手段】ロータコアとロータシャフトとを製造装置に配置し、製造装置においてロータコアの径方向内側にロータシャフトが位置する状態を形成する配置工程と、配置工程の後に、製造装置によりロータシャフトの軸方向端部の開口を閉じることで、ロータシャフトの中空部を外部に対してシールするシール工程と、シール工程の後に、製造装置によりロータシャフト及びロータコアを支持しつつ、ロータシャフトの中空部の内圧を高めることで、ロータシャフトとロータコアとを締結する一体化工程とを含み、シール工程において、製造装置は、ロータシャフトの軸方向端部に対して径方向外側から径方向に対向又は当接する、回転電機用のロータの製造方法が開示される。【選択図】図３Ｇ

Description

本開示は、回転電機用のロータの製造方法に関する。

鉄管部材に凸部をハイドロフォーミングで成形する技術が知られている。

特開２００９－１８４５７３号公報

ところで、ロータシャフトとロータコアとの間の必要な締め代を確保するためには、圧入や焼き嵌めが利用されており、ハイドロフォーミングを利用する技術は知られていない。ハイドロフォーミングを利用する技術では、ロータシャフトの中空部の内圧が効率的に高まるように、ロータシャフトを外部に対して適切にシールすることが有用となる。

本開示は、ハイドロフォーミングを利用して、ロータシャフトとロータコアとの間の必要な締め代が確保できるように、ロータシャフトの中空部を外部に対して適切にシールすることを目的とする。

１つの側面では、回転電機用のロータの製造方法であって、
ロータコアと、中空のロータシャフトとを準備する工程と、
前記ロータコアと前記ロータシャフトとを製造装置に配置し、前記製造装置において前記ロータコアの径方向内側に前記ロータシャフトが位置する状態を形成する配置工程と、
前記配置工程の後に、前記製造装置により前記ロータシャフトの軸方向端部の開口を閉じることで、前記ロータシャフトの中空部を外部に対してシールするシール工程と、
前記シール工程の後に、前記製造装置により前記ロータシャフト及び前記ロータコアを支持しつつ、前記ロータシャフトの中空部の内圧を高めることで、前記ロータシャフトと前記ロータコアとを締結する一体化工程とを含み、
前記シール工程において、前記製造装置は、前記ロータシャフトの軸方向端部に対して径方向外側から径方向に対向又は当接する、製造方法が提供される。

１つの側面では、本開示によれば、ハイドロフォーミングを利用して、ロータシャフトとロータコアとの間の必要な締め代が確保できるように、ロータシャフトの中空部を外部に対して適切にシールすることが可能となる。

一実施例によるモータの断面構造を概略的に示す断面図である。 ロータの製造方法の流れを示す概略フローチャートである。 図２に示す工程における製造途中の製品状態を概略的に示す断面図（その１）である。 図２に示す工程における製造途中の製品状態を概略的に示す断面図（その２）である。 図２に示す工程における製造途中の製品状態を概略的に示す断面図（その３）である。 図２に示す工程における製造途中の製品状態を概略的に示す断面図（その４）である。 図３Ｄに係る工程を概略的に示す別の断面図である。 図２に示す工程における製造途中の製品状態を概略的に示す断面図（その５）である。 図２に示す工程における製造途中の製品状態を概略的に示す断面図（その６）である。 図２に示す工程における製造途中の製品状態を概略的に示す断面図（その７）である。 図２に示す工程における製造途中の製品状態を概略的に示す断面図（その８）である。 図３ＦのＱ１部の拡大図である。 図３ＧのＱ２部の拡大図である。 比較例によるシール状態の説明である。 変形例によるシール方法の説明図である。 変形例によるシール方法の説明図である。

以下、添付図面を参照しながら各実施例について詳細に説明する。なお、図面の寸法比率はあくまでも一例であり、これに限定されるものではなく、また、図面内の形状等は、説明の都合上、部分的に誇張している場合がある。例えば、図面上、隙間がない部材間であってもわずかな隙間（例えば必要なクリアランス分の隙間）が形成される場合がありえ、また、図面上、隙間がある部材間であっても隙間がない場合もありえる。

図１は、一実施例によるモータ１（回転電機の一例）の断面構造を概略的に示す断面図である。

図１には、モータ１の回転軸Ｉが図示されている。以下の説明において、軸方向とは、モータ１の回転軸（回転中心）Ｉが延在する方向を指し、径方向とは、回転軸Ｉを中心とした径方向を指す。従って、径方向外側とは、回転軸Ｉから離れる側を指し、径方向内側とは、回転軸Ｉに向かう側を指す。また、周方向とは、回転軸Ｉまわりの回転方向に対応する。

モータ１は、例えばハイブリッド車両や電気自動車で使用される車両駆動用のモータであってよい。ただし、モータ１は、他の任意の用途に使用されるものであってもよい。

モータ１は、インナロータタイプであり、ステータ２１がロータ３０の径方向外側を囲繞するように設けられる。ステータ２１は、径方向外側がモータハウジング１０に固定される。ステータ２１は、例えば円環状の磁性体の積層鋼板からなり、ステータ２１の内周部には、コイル２２が巻回される複数のスロット（図示せず）が形成される。

ロータ３０は、ステータ２１の径方向内側に配置される。ロータ３０は、ロータコア３２と、ロータシャフト３４とを備える。ロータコア３２は、ロータシャフト３４の径方向外側に固定され、ロータシャフト３４と一体となって回転する。ロータシャフト３４は、モータハウジング１０にベアリング１４ａ、１４ｂを介して回転可能に支持される。なお、ロータシャフト３４は、モータ１の回転軸Ｉを画成する。また、本実施例では、ロータシャフト３４は、円形の断面形状であるが、断面形状は任意である。

ロータシャフト３４は、車輪に動力を伝達する動力伝達機構６０に連結される。すなわち、ロータシャフト３４には、モータ１の回転トルクを車軸（図示せず）に伝達するための動力伝達機構６０が接続される。図１には、当該動力伝達機構６０の一部を形成する軸部材６１が図示されている。なお、動力伝達機構６０は、減速機構や、差動歯車機構、クラッチ、変速機等を含んでよい。図１に示す例では、軸部材６１は、ロータシャフト３４の径方向外側にスプライン結合される。この場合、ロータシャフト３４の端部の径方向外側の周面には、スプライン結合部（複数の軸方向の凸条からなる歯車部）を形成する動力伝達部３４５を有することになる。なお、軸部材６１は、ロータシャフト３４の径方向内側にスプライン結合されてもよい。

ロータコア３２は、例えば円環状の磁性体の積層鋼板からなる。ロータコア３２の内部には、永久磁石３２１が埋め込まれてよい。あるいは、永久磁石３２１は、ロータコア３２の外周面に埋め込まれてもよい。なお、永久磁石３２１が設けられる場合、永久磁石３２１の配列等は任意である。

ロータコア３２の軸方向の両側には、エンドプレート３５Ａ、３５Ｂが取り付けられる。エンドプレート３５Ａ、３５Ｂは、ロータコア３２を支持する支持機能の他、ロータ３０のアンバランスの調整機能（切削等されることでアンバランスを無くす機能）を有してよい。

ロータシャフト３４は、図１に示すように、中空部３４３を有する。中空部３４３は、ロータシャフト３４の軸方向の全長にわたり延在する。

ロータシャフト３４は、図１に示すように、軸方向で、ロータコア３２が設けられる区間ＳＣ１の部位と、ベアリング１４ａ、１４ｂが設けられる区間ＳＣ２の部位と、後述する第１噴出孔３４１及び第２噴出孔３４２が設けられる区間ＳＣ３の部位とを含む。区間ＳＣ２は、軸方向の両端部にそれぞれ延在し、区間ＳＣ３は、軸方向で区間ＳＣ１と区間ＳＣ２との間に延在する。

本実施例では、一例として、ロータシャフト３４は、区間ＳＣ２において、外周面が径方向内側に凹む形態である。ロータシャフト３４は、大径部３４Ａと、大径部３４Ａよりも外径が小さい小径部３４Ｂとを含む。小径部３４Ｂは、図１に示すように、軸方向で大径部３４Ａの両側に形成される。ベアリング１４ａ、１４ｂは、小径部３４Ｂに設けられる。なお、大径部３４Ａと小径部３４Ｂとの間の径方向の段差は、回転軸Ｉに対して略直角に形成されてもよいし、テーパ状に形成されてもよい。本実施例では、一例として、大径部３４Ａと小径部３４Ｂとの間の径方向の段差は、一端側（図の右側）では、回転軸Ｉに対して略直角に形成され、他端側（図の右側）では、テーパ状に形成されている。

また、ロータシャフト３４は、軸方向のベアリング支持面３４ａ、３４ｂを有する。軸方向のベアリング支持面３４ａ、３４ｂは、ベアリング１４ａ、１４ｂのインナレースの軸方向の端面に軸方向に当接することで、ベアリング１４ａ、１４ｂを支持する。軸方向のベアリング支持面３４ａ、３４ｂは、ロータシャフト３４の小径部３４Ｂにおいて外周面が径方向内側に凹むことで形成される。軸方向のベアリング支持面３４ａ、３４ｂは、ロータシャフト３４の周方向の全周にわたり形成されてよい。

ロータシャフト３４は、径方向内側に凸となる凸部の形態の厚肉部３４７を周方向に沿って有する。厚肉部３４７は、ロータシャフト３４の軸方向の略中心位置（区間ＳＣ１における軸方向の略中心位置）に形成される。ただし、変形例では、厚肉部３４７は、ロータシャフト３４の軸方向の中心位置に対して軸方向でわずかにオフセットされてもよいし、形成されなくてもよい。厚肉部３４７は、例えば鋳造やフローフォーミング、摩擦圧接等により形成されてもよい。フローフォーミングによる厚肉部３４７の形成方法は、後述する。なお、摩擦圧接の場合、ロータシャフト３４は、当該中心位置で軸方向に分割される２ピースにより形成されてもよい。なお、ロータシャフト３４が厚肉部３４７を備える場合、区間ＳＣ１のうちの中央部の剛性が端部の剛性よりも高くなる。

ロータシャフト３４は、第１噴出孔３４１を有する。第１噴出孔３４１は、中空部３４３から外部へと径方向に貫通する。すなわち、第１噴出孔３４１は、中空部３４３に開口する開口３４１ａと、コイル２２のコイルエンド２２Ａに対向する開口３４１ｂとを有し、開口３４１ａ及び開口３４１ｂ間に延在する。第１噴出孔３４１の開口３４１ｂは、コイル２２のコイルエンド２２Ａに対向する態様で、ロータコア３２に対し軸方向にずれた位置に配置される。なお、第１噴出孔３４１は、周方向に複数個形成されてもよい。

ロータシャフト３４は、更に、第１噴出孔３４１とは異なる軸方向の位置に、第２噴出孔３４２を有する。第２噴出孔３４２は、中空部３４３から外部へと径方向に貫通する。すなわち、第２噴出孔３４２は、中空部３４３に開口する開口３４２ａと、コイル２２のコイルエンド２２Ｂに対向する開口３４２ｂとを有し、開口３４２ａ及び開口３４２ｂ間に延在する。第２噴出孔３４２の開口３４２ｂは、コイル２２のコイルエンド２２Ｂに対向する態様で、ロータコア３２に対し軸方向にずれた位置に配置される。なお、第２噴出孔３４２は、周方向に複数個形成されてもよい。

ロータシャフト３４内は、油供給源９０に接続される。油供給源９０は、ポンプ９４を含んでよい。この場合、ポンプ９４の種類や駆動態様は任意である。例えば、ポンプ９４は、モータ１の回転トルクにより動作するギアポンプであってもよい。ロータシャフト３４内には、ロータシャフト３４の一端（図の右側の端部）側から油が供給される。なお、ポンプ９４は、モータハウジング１０に隣接するハウジング（図示せず）であって、動力伝達機構６０を収容するハウジング内に配置されてよい。

図１では、一例として、油供給源９０は、管路部材９２と、管路部材９２の一端（図の右側の端部）側に接続されるポンプ９４とを含む。

管路部材９２は、中空に形成され、内部が油路８０１を画成する。すなわち、管路部材９２は、油路８０１として機能する中空部９２Ａを有する。中空部９２Ａは、管路部材９２の軸方向の全長にわたり延在する。ただし、中空部９２Ａは、一端側（図の左側の端部であって、ポンプ９４側とは逆側の端部）は開口しない。すなわち、管路部材９２は、一端（図の左側の端部）が閉塞される。

管路部材９２は、ロータシャフト３４の内周面３４０に対して径方向で隙間を有する態様でロータシャフト３４内に延在する。具体的には、管路部材９２は、外径ｒ４を有する。外径ｒ４は、ロータシャフト３４の内周面３４０の、区間ＳＣ１、ＳＣ３での内径ｒ１、ｒ３よりも有意に小さい（なお、図１では、区間ＳＣ１、ＳＣ３での内径ｒ１、ｒ３は同じである）。外径ｒ４は、例えばロータシャフト３４の内周面３４０の、区間ＳＣ２での内径ｒ２と略等しい。

管路部材９２は、内部から外部へと径方向に貫通する吐出孔９３を備える。吐出孔９３は、ロータコア３２の軸方向の略中心位置に対応する軸方向の位置と、その両側とに設けられる。なお、吐出孔９３の軸方向の位置や数等は任意である。

次に、図１に示す矢印Ｒ１～Ｒ６を参照して、油供給源９０からの油の流れについて概説する。図１には、油の流れが矢印Ｒ１～Ｒ６で模式的に示されている。

油供給源９０から供給される油は、管路部材９２の中空部９２Ａを通って軸方向に流れ（矢印Ｒ１参照）、吐出孔９３から径方向外側へと吐出される（矢印Ｒ２参照）。吐出孔９３から径方向外側へと吐出された油は、ロータシャフト３４の内周面３４０に当たり、ロータシャフト３４の内周面３４０を伝って第１噴出孔３４１及び第２噴出孔３４２へと軸方向に流れる（矢印Ｒ３、Ｒ４参照）。なお、この場合、ロータシャフト３４の内周面３４０を伝って軸方向外側へと流れる油は、区間ＳＣ１においてロータコア３２の径方向内側から熱を奪うことができ、ロータコア３２を効率的に冷却できる。

ここで、本実施例では、厚肉部３４７が設けられるので、吐出孔９３から径方向外側へと吐出された油は、第１噴出孔３４１及び第２噴出孔３４２のそれぞれへと略均等に分配される。これにより、コイルエンド２２Ａ、２２Ｂへと分配して導かれる油の均等化を図ることができる。この結果、ロータコア３２を径方向内側から、軸方向に沿って均一に冷却できるとともに、第１噴出孔３４１及び第２噴出孔３４２を介してコイルエンド２２Ａ、２２Ｂをそれぞれ同様に冷却できる。ただし、変形例では、吐出孔９３の軸方向の位置と厚肉部３４７の軸方向の位置とにズレを設けること等によって、第１噴出孔３４１及び第２噴出孔３４２のそれぞれへと流れる油の流量の間に、差（すなわち分配量に関する差）を積極的に設定することも可能である。

また、本実施例では、厚肉部３４７が設けられるので、吐出孔９３から径方向外側へと吐出された油は、ある程度の厚みを有しつつ、ロータシャフト３４の内周面３４０を伝うことができる。すなわち、厚肉部３４７が堰部として機能し、ロータシャフト３４の内周面３４０における油の溜まりが促進される。

ロータシャフト３４の内周面３４０を伝って軸方向外側へと流れた油は、モータ１の回転時の遠心力の作用により、第１噴出孔３４１を通って径方向外側へと吐出される（矢印Ｒ５参照）。第１噴出孔３４１の開口３４１ｂは、上述のようにコイルエンド２２Ａに径方向で対向する。従って、第１噴出孔３４１を通って径方向外側へと吐出された油は、コイルエンド２２Ａに当たり、コイルエンド２２Ａを効率的に冷却できる。

また、ロータシャフト３４の内周面３４０を伝って軸方向外側へと流れた油は、モータ１の回転時の遠心力の作用により、第２噴出孔３４２を通って径方向外側へと吐出される（矢印Ｒ６参照）。第２噴出孔３４２の開口３４２ｂは、上述のようにコイルエンド２２Ｂに径方向で対向する。従って、第２噴出孔３４２を通って径方向外側へと吐出された油は、コイルエンド２２Ｂに当たり、コイルエンド２２Ｂを効率的に冷却できる。

このように、本実施例では、ロータシャフト３４の内周面３４０を伝う油の流れを促進することが可能となる。この結果、ロータシャフト３４の内周面３４０を伝う油によりロータコア３２を径方向内側から効率的に冷却できるとともに、第１噴出孔３４１及び第２噴出孔３４２を介してコイルエンド２２Ａ、２２Ｂを効率的に冷却できる。

特に、本実施例では、ロータシャフト３４の内周面３４０は、区間ＳＣ１での内径ｒ１が、区間ＳＣ２での内径ｒ２よりも有意に大きい。すなわち、ロータシャフト３４の内周面３４０は、ロータコア３２が設けられる区間ＳＣ１において拡径されている。これにより、ロータシャフト３４の軽量化が図られるとともに、ロータシャフト３４の内周面３４０と永久磁石３２１との間の径方向の距離を短くでき（内径ｒ１≒内径ｒ２の場合に比べて短くでき）、磁石冷却性能を効果的に高めることができる。

なお、図１では、特定の構造のモータ１が示されるが、モータ１の構造は、中空部３４３を有するロータシャフト３４にロータコア３２が締結される限り、任意である。従って、例えば、管路部材９２等は、省略されてもよい。例えば、管路部材９２が省略される場合、軸部材６１の中空部から油が供給されてもよい。この場合、軸部材６１は、ロータシャフト３４の径方向内側に嵌合されてもよい。

また、図１では、特定の冷却方法が開示されているが、モータ１の冷却方法は任意である。従って、例えば、ロータコア３２に油路が形成されてもよいし、モータハウジング１０内の油路により径方向外側からコイルエンド２２Ａ、２２Ｂに向けて油が滴下されてもよい。また、図１では、油供給源９０の管路部材９２は、モータ１における軸方向で動力伝達機構６０と接続される側から、ロータシャフト３４内に挿入されるが、モータ１における軸方向で動力伝達機構６０と接続される側とは逆側から、ロータシャフト３４内に挿入されてもよい。また、油冷に加えて、冷却水を利用した水冷方式が利用されてもよい。

次に、図２及び図３Ａ～図３Ｉを参照して、上述した実施例のモータ１におけるロータ３０の製造方法の例について説明する。図３Ｂには、回転軸Ｉに平行なＺ方向とともに、Ｚ方向に沿ったＺ１側とＺ２側が定義されている。以下では、説明上、一例として、製造工程中において、Ｚ方向が上下方向に対応し、Ｚ２側が下側であるとする。また、図３Ｂ等には、製造装置２００における基準軸Ｉ_０が示される。基準軸Ｉ_０は、ワークの芯出しの際の中心軸を構成し、上述した回転軸Ｉに対応する。

図２は、ロータ３０の製造方法の流れを示す概略フローチャートであり、図３Ａ～図３Ｉは、図２に示すいくつかの工程におけるロータシャフト３４及びロータコア３２の状態を概略的に示す断面図である。なお、図３Ｂ～図３Ｄ及び図３Ｆ～図３Ｉは、基準軸Ｉ_０を含む平面で切断した際の断面図であり、図３Ｅは、基準軸Ｉ_０に垂直な平面で切断した際の断面図である。

まず、ロータ３０の製造方法は、ワークとして、ロータシャフト３４及びロータコア３２のそれぞれ（互いに結合されていない状態）を、準備する準備工程（ステップＳ５００）を含む。なお、ロータシャフト３４の厚肉部３４７は、フローフォーミング加工又はスピニング加工等により形成されてよい。

図３Ａに示すように、本実施例では、ロータシャフト３４は、軸方向両側にベアリング支持面３４ａ、３４ｂ（図１も参照）を有する。軸方向のベアリング支持面３４ａは、ロータシャフト３４における軸方向一方側の小径部３４Ｂの外周面における径方向の段差部３７Ａにより形成され、軸方向のベアリング支持面３４ｂは、ロータシャフト３４における軸方向他方側の小径部３４Ｂの外周面における径方向の段差部３７Ｂにより形成される。

なお、この段階でのロータシャフト３４は、図３Ａに示すように、区間ＳＣ１に対応する部分の内径ｒ１’が、製品状態の内径ｒ１（図１参照）よりもわずかに小さくてよい。ただし、変形例では、内径ｒ１’は、製品状態の内径ｒ１（図１参照）と略同じであってもよい。この場合、後述する締結工程は、ロータシャフト３４とロータコア３２との間の締結力を高めるための工程となる。

また、ロータシャフト３４と同様に、この段階でのロータコア３２は、外径が製品状態の外径よりもわずかに小さくてよい。これは、後述する締結工程においてロータコア３２は、ロータシャフト３４の拡径に伴って径方向外側にわずかに変形するためである。

ついで、ロータ３０の製造方法は、図３Ｂに示すように、ロータシャフト３４及びロータコア３２を、製造装置２００に対してセットする工程（ステップＳ５０１）（配置工程の一例）を含む。製造装置２００は、製造設備の形態であり、以下で説明する各種の治具や型を備える。図３Ｂに示す例では、製造装置２００は、Ｚ２側の固定型２０１を備え、固定型２０１の中空部２０１１内にロータシャフト３４のＺ２側の部位（小径部３４Ｂ及び大径部３４Ａの端部）が挿入される。このとき、ロータシャフト３４は、そのベアリング支持面３４ｂが、固定型２０１の段差面２０１ｂに軸方向に当接することで、固定型２０１に対して支持される。なお、固定型２０１の段差面２０１ｂは、基準軸Ｉ_０に対して垂直であり、基準軸Ｉ_０まわりに全周にわたり形成されてよい。なお、変形例では、固定型２０１の中空部２０１１内にロータシャフト３４のＺ１側の部位（ベアリング１４ａが設けられる側の小径部３４Ｂ及び大径部３４Ａの端部）が挿入されてもよい。

固定型２０１は、ロータコア３２のＺ２側の端面３２ｂを支持する支持面２０１２を有する。支持面２０１２は、ロータコア３２のＺ２側の端面３２ｂ全体を支持してもよいし、端面３２ｂの一部を支持してもよい。

このようにして、ロータシャフト３４及びロータコア３２が、製造装置２００の固定型２０１に対してセットされた状態では、製造装置２００の固定型２０１は、ロータシャフト３４及びロータコア３２を同時にＺ２側から支持し、ロータシャフト３４及びロータコア３２のＺ２側への移動（変位）を拘束する。

なお、ロータシャフト３４及びロータコア３２が、製造装置２００の固定型２０１に対してセットされた状態では、図３Ｂに模式的に示すように、ロータシャフト３４の外径ｒ１１は、ロータコア３２の内径（軸心の孔の径）ｒ１２よりもわずかに小さい。これにより、ロータコア３２の径方向内側にロータシャフト３４を容易にセットできる。ただし、上述したように、変形例では、ロータシャフト３４の外径ｒ１１は、ロータコア３２の内径（軸心の孔の径）ｒ１２と略同じであってもよい。

また、ロータシャフト３４及びロータコア３２は、必ずしも同時に製造装置２００の固定型２０１に対してセットされる必要はなく、順に製造装置２００の固定型２０１に対してセットされてもよい。

ついで、ロータ３０の製造方法は、図３Ｃに示すように、ロータシャフト３４の中心軸Ｉ_１（図３Ａ参照）を、基準軸Ｉ_０に合わせる工程（ステップＳ５０２）を含む。すなわち、ロータ３０の製造方法は、ロータシャフト３４を、製造装置２００において規定される基準軸Ｉ_０に対して芯出しする工程を含む。

本実施例では、図３Ｃに示すように、ロータシャフト３４の芯出しは、一例として、製造装置２００のシール型２０２、２０３により実現される。なお、シール型２０２、２０３は、基準軸Ｉ_０に対して正確に芯出しされている設備側の構成である。

具体的には、Ｚ２側のシール型２０２は、ロータシャフト３４に対してＺ２側からＺ方向に沿ってＺ１側へと移動して、ロータシャフト３４に対してセットされる。シール型２０２は、ロータシャフト３４のＺ２側の小径部３４Ｂの内径（図１の内径ｒ２参照）に対応する外径を有する部位２０２１を有する。部位２０２１の中心軸は、基準軸Ｉ_０に対して正確に一致する。なお、部位２０２１は、基準軸Ｉ_０に垂直な平面で切断した際の断面の外形が円形であり、当該円形の外径は、ロータシャフト３４のＺ２側の小径部３４Ｂの内径よりもわずかに小さくてよい。これにより、ロータシャフト３４は、基準軸Ｉ_０に対して正確に芯出しされたシール型２０２の部位２０２１により、径方向内側から芯出しされる。

なお、シール型２０２は、図３Ｃに示すように、部位２０２１のＺ２側に径方向外側への段差面２０２２を有してよい。シール型２０２がロータシャフト３４に対してセットされた状態では、シール型２０２の段差面２０２２は、ロータシャフト３４のＺ２側の端面３４８ｂに対して軸方向に対向又は当接してよい。

また、Ｚ１側のシール型２０３は、ロータシャフト３４に対してＺ１側からＺ方向に沿ってＺ２側へと移動して、ロータシャフト３４に対してセットされる。シール型２０３は、ロータシャフト３４のＺ１側の小径部３４Ｂの内径（図１の内径ｒ２参照）に対応する外径を有する部位２０３１を有する。部位２０３１の中心軸は、基準軸Ｉ_０に対して正確に一致する。なお、部位２０３１は、基準軸Ｉ_０に垂直な平面で切断した際の断面の外形が円形であり、当該円形の外径は、ロータシャフト３４のＺ１側の小径部３４Ｂの内径よりもわずかに小さくてよい。これにより、ロータシャフト３４は、基準軸Ｉ_０に対して正確に芯出しされたシール型２０３の部位２０３１により、径方向内側から芯出しされる。

なお、シール型２０３は、図３Ｃに示すように、部位２０３１のＺ１側に径方向外側への段差面２０３２を有してよい。シール型２０３がロータシャフト３４に対してセットされた状態では、シール型２０３の段差面２０３２は、ロータシャフト３４のＺ１側の端面３４８ａに対して軸方向に対向又は当接してよい。本実施例では、好ましい例として、シール型２０３がロータシャフト３４に対してセットされた状態では、シール型２０３の段差面２０３２は、ロータシャフト３４のＺ１側の端面３４８ａに対して軸方向に離間して対向する。

このようにして、ロータシャフト３４は、基準軸Ｉ_０に対して正確に芯出しされたシール型２０２、２０３により、径方向内側から芯出しされる。この場合、ロータシャフト３４の中心軸Ｉ_１が基準軸Ｉ_０に対してずれていると、ロータシャフト３４は、シール型２０２、２０３により、中心軸Ｉ_１が基準軸Ｉ_０に一致するように、位置や姿勢が矯正される。これにより、ロータシャフト３４は、ロータコア３２が径方向外側に配置された状態においても、シール型２０２、２０３により径方向内側から精度良く芯出しされることができる。

なお、シール型２０２、２０３は、同時にロータシャフト３４に対してセットされてもよいし、時間差を有する態様でセットされてもよい。例えば、シール型２０２がロータシャフト３４に対してセットされ、ついで、シール型２０３がロータシャフト３４に対してセットされてもよい。また、シール型２０２は、固定型２０１と同様、可動しない型であってもよい。この場合、シール型２０２は、固定型２０１と一体であってもよい。

ついで、ロータ３０の製造方法は、図３Ｄに示すように、ロータコア３２の中心軸Ｉ_２（図３Ａ参照）を、基準軸Ｉ_０に合わせる工程（ステップＳ５０３）を含む。すなわち、ロータ３０の製造方法は、ロータコア３２を、製造装置２００において規定される基準軸Ｉ_０に対して芯出しする工程を含む。

本実施例では、図３Ｄに示すように、ロータコア３２の芯出しは、一例として、製造装置２００の芯出装置２０４により実現される。芯出装置２０４は、図３Ｄ及び図３Ｅに示すように、基準軸Ｉ_０に対して垂直な平面内で移動可能であり、基準軸Ｉ_０に対して進退可能に配置される。芯出装置２０４は、図３Ｅに示すように、好ましくは、３つ以上設けられる。また、芯出装置２０４は、図３Ｄに示すように、好ましくは、ロータコア３２の軸方向の全長にわたり作用するように、ロータコア３２の軸方向全体にわたり軸方向に延在する。

図３Ｄ及び図３Ｅに示す例では、芯出装置２０４は、３つ、基準軸Ｉ_０まわりに１２０度の間隔をおいて設けられる。芯出装置２０４が基準軸Ｉ_０に向かって進むと（矢印Ｒ３００参照）、ロータコア３２の外周面に、芯出装置２０４の径方向内側の先端部２０４１が当接する。各芯出装置２０４は、先端部２０４１の基準軸Ｉ_０までの距離が所定半径ｒ３０になるまで、基準軸Ｉ_０に向かって移動する。所定半径ｒ３０は、ロータコア３２の正規の外径（回転軸Ｉを中心とした外径）に対応してよい。これにより、ロータコア３２を基準軸Ｉ_０に対して精度良く芯出しすることができる。

このようにして、ロータコア３２は、基準軸Ｉ_０に向かって正確に規定された所定半径ｒ３０まで進む芯出装置２０４により、径方向外側から芯出しされる。この場合、ロータコア３２の中心軸Ｉ_２が基準軸Ｉ_０に対してずれていると、ロータコア３２は、芯出装置２０４により、中心軸Ｉ_２が基準軸Ｉ_０に一致するように、位置や姿勢が矯正される。これにより、ロータコア３２は、ロータシャフト３４が径方向内側に配置された状態においても、芯出装置２０４により径方向外側から精度良く芯出しされることができる。

なお、図３Ｄ及び図３Ｅに示す例では、芯出装置２０４は、先端部２０４１がロータコア３２の外周面に対して線接触（軸方向の線接触）するように形成されているが、面接触するように形成されてもよい。この場合、先端部２０４１は、基準軸Ｉ_０に沿った方向に視て、ロータコア３２の外周面に沿った湾曲面を有してよい。

ついで、ロータ３０の製造方法は、図３Ｆに示すように、ロータコア３２をステップＳ５０３で芯出しされた状態で、製造装置２００に対して強固に固定する工程（ステップＳ５０４）を含む。図３Ｆに示す例では、製造装置２００は、Ｚ１側の可動型２０５を備える。可動型２０５は、基準軸Ｉ_０に平行に並進移動が可能である。可動型２０５は、ロータコア３２のＺ１側の端面３２ａに向かってＺ方向に沿って移動し、端面３２ａに当接することで、ロータコア３２を製造装置２００に対して固定する。

また、本実施例では、可動型２０５は、上述した固定型２０１と同様に、径方向内側が中空部２０５１となる円環状の形態である。可動型２０５は、ロータコア３２の端面３２ａに当接する状態では、中空部２０５１内にロータシャフト３４のＺ１側の部位（小径部３４Ｂ及び大径部３４Ａの端部）が挿入される。このとき、ロータシャフト３４は、そのベアリング支持面３４ａが、可動型２０５の段差面２０５ａに軸方向に当接する。この場合、ロータシャフト３４は、ベアリング支持面３４ａと可動型２０５の段差面２０５ａによって、可動型２０５に対してＺ方向に沿ったＺ１側への変位が拘束される。なお、可動型２０５の段差面２０５ａは、基準軸Ｉ_０に対して垂直であり、基準軸Ｉ_０まわりに全周にわたり形成されてよい。

このようにして、ロータシャフト３４及びロータコア３２が、製造装置２００の可動型２０５に対してセットされた状態では、製造装置２００の可動型２０５は、ロータシャフト３４及びロータコア３２を同時にＺ１側から支持し、ロータシャフト３４及びロータコア３２のＺ１側への移動（変位）を拘束する。

また、ロータコア３２が製造装置２００の可動型２０５に対してセットされた状態では、ロータコア３２は、可動型２０５と固定型２０１の間で軸方向に挟持されることで、軸方向の押圧力によって径方向の変位も拘束される。従って、その後、芯出装置２０４がロータコア３２から離れる方向に移動（退避）しても（図３Ｆの矢印Ｒ４０１参照）、ロータコア３２の芯出しされた状態が維持される。

ついで、ロータ３０の製造方法は、図３Ｇに示すように、シール型２０２、２０３によりロータコア３２の中空部３４３をロータシャフト３４の外部に対してシールするシール工程（ステップＳ５０５）を含む。本実施例では、シール工程は、Ｚ１側のシール型２０３を、ロータシャフト３４（固定型２０１）に対してＺ１側からＺ方向に沿ってＺ２側へと更に移動させることを含む。これにより、ロータシャフト３４のＺ１側の軸方向端部３４８の開口３４９をシール型２０３によりシールできる。また、この場合、ロータシャフト３４は、ステップＳ５０２で芯出しされた状態で、製造装置２００に対して強固に固定される。このようにして、ロータシャフト３４の芯出しは、ステップＳ５０２ではある程度のレベルで実現され、本ステップＳ５０５において完全なレベルで実現されてもよい。なお、シール工程の更なる詳細は後述する。

ついで、ロータ３０の製造方法は、図３Ｈに示すように、ハイドロフォーミングによりロータシャフト３４にロータコア３２を固定（締結）する締結工程（ステップＳ５０６）（一体化工程の一例）を含む。例えば、図３Ｈに模式的に示すように、ロータシャフト３４がシール型２０２、２０３に押さえられた状態で、中空部３４３内に流体が導入され、流体を加圧することで、ロータシャフト３４の内周面３４０に対して内周面３４０に垂直な力（内圧）を付与する（図３Ｈの矢印Ｒ３１、矢印Ｒ３２参照）。これにより、ロータシャフト３４が拡径し、ロータシャフト３４とロータコア３２との間の径方向の締め代が確保される（図３Ｉ参照）。すなわち、ロータシャフト３４の内径ｒ１’が内径ｒ１へと拡大されるのに伴い、その分だけ外径ｒ１１が増加し、締め代が確保される。このようなハイドロフォーミングによれば、圧入のような、ロータシャフト３４とロータコア３２の嵌合方法で生じうる不都合（例えば圧入の際のロータコア３２の倒れ等）を防止できる。

ここで、本実施例では、ステップＳ５０６の締結工程の前に、上述したように、ロータコア３２は、芯出装置２０４により芯出しされている。従って、ロータコア３２が芯出しされた状態で、ロータコア３２とロータシャフト３４とを締結できる。また、本実施例では、ステップＳ５０６の締結工程は、固定型２０１と可動型２０５との間で軸方向及び径方向の変位が拘束された状態が維持される。従って、締結工程中にロータコア３２の芯出しされた状態が損なわれてしまう可能性を低減できる。

また、本実施例では、上述したように、ロータコア３２が芯出しされた状態で、ロータシャフト３４が拡径されるので、拡径されたロータシャフト３４は、径方向外側においても、芯出しされたロータコア３２によって芯出しされることになる。これにより、ロータコア３２及びロータシャフト３４とを、基準軸Ｉ_０に対して精度良く芯出しされた状態で締結できる。

ついで、ロータ３０の製造方法は、ロータシャフト３４において第１噴出孔３４１及び第２噴出孔３４２に対応する孔を形成する噴出孔形成工程（ステップＳ５０８）を含む。なお、噴出孔形成工程は、ロータシャフト３４を製造装置２００から取り出してから実行されてよい。噴出孔形成工程（ステップＳ５０８）が終了すると、最終的なロータシャフト３４が出来上がる。

ついで、ロータ３０の製造方法は、その他の仕上げ工程（ステップＳ５１０）を含む。その他の仕上げ工程は、永久磁石３２１を固定する工程や、着磁を行う工程や、エンドプレート３５Ａ、３５Ｂにより回転バランスを調整する工程等を含んでよい。

このようにして、図２及び図３Ａ～図３Ｉを参照して説明したロータ３０の製造方法によれば、ロータコア３２及びロータシャフト３４が、製造装置２００の基準軸Ｉ_０に対して芯出しされた状態を形成し、かつ、当該状態を維持しつつ、ハイドロフォーミングによりロータコア３２とロータシャフト３４を一体化できる。これにより、回転軸Ｉまわりのアンバランスが低減されたロータ３０を製造できる。また、芯出しされた状態でハイドロフォーミングによりロータシャフト３４を拡径できるので、ロータコア３２とロータシャフト３４との締結に係る締め代を周方向に沿って均一化できる。

次に、図４Ａ以降を参照して、上述したシール工程（ステップＳ５０５）について更に説明する。以下では、シール工程に関して、ロータシャフト３４のＺ１側の軸方向端部３４８について説明するが、ロータシャフト３４のＺ２側の軸方向端部についても、Ｚ方向に対称な関係で同様であってよい。すなわち、シール工程に関して、ロータシャフト３４のＺ２側の軸方向端部３４８と固定型２０１とシール型２０２との関係は、以下で説明するロータシャフト３４のＺ１側の軸方向端部３４８と可動型２０５とシール型２０３との関係と実質的に同様であってよい。

図４Ａは、図３ＦのＱ１部の拡大図であり、シール工程の直前における可動型２０５（第２部材の一例）とシール型２０３（第１部材の一例）とロータシャフト３４の関係を示す図である。図４Ｂは、図３ＧのＱ２部の拡大図であり、シール工程の完了時における可動型２０５とシール型２０３とロータシャフト３４の関係を示す図である。また、図４Ａ及び図４Ｂは、基準軸Ｉ_０を通る特定の断面で当該関係を示すが、他の断面においても同様であってもよい。すなわち、図４Ａ及び図４Ｂに示す断面形状や関係は、基本的に、基準軸Ｉ_０まわりで同様であってよい。

本実施例では、遅くともシール工程の直前までに、製造装置２００の可動型２０５は、図４Ａに示すように、ロータシャフト３４の軸方向端部３４８に対して径方向外側から径方向に当接する位置に至る。ただし、変形例では、可動型２０５は、シール工程の開始後に、図４Ａに示すように、ロータシャフト３４の軸方向端部３４８に対して径方向外側から径方向に当接する位置に至ってもよい。

シール工程では、上述したように、シール型２０３はロータシャフト３４に対してＺ方向Ｚ２側に更に移動される。この際、シール型２０３は、好ましくは、ロータシャフト３４の軸方向端部３４８を塑性変形させることで、軸方向端部３４８と可動型２０５との間のシール（いわゆるメタルシール）を実現する。

具体的には、シール型２０３は、段差面２０３２において、軸方向外側に向かうにつれて径方向外側に広がるテーパ面２０３４を有する。なお、テーパ面２０３４は、部位２０３１の外周面から連続する態様で形成されてよい。シール工程の際に、シール型２０３は、テーパ面２０３４をロータシャフト３４の軸方向端部３４８の端面３４８ａにおける径方向内側に当接させながら、ロータシャフト３４の中空部３４３内へと軸方向に挿入される。この際、ロータシャフト３４の軸方向端部３４８は、テーパ面２０３４を介して、テーパ面２０３４に垂直な方向の力（図４Ｂの力Ｆ参照）をシール型２０３から受ける。このような力は、軸方向端部３４８に対して、開口３４９を径方向外側に広げる方向に働く。他方、上述したように、ロータシャフト３４の軸方向端部３４８は、可動型２０５により径方向外側から径方向に当接されている。従って、ロータシャフト３４の軸方向端部３４８は、径方向外側に大きく変形できず、主に径方向内側で塑性変形する。この結果、径方向でシール型２０３と可動型２０５との間にロータシャフト３４の軸方向端部３４８が強固に挟持されたシール状態が実現される。すなわち、可動型２０５が径方向外側からロータシャフト３４の軸方向端部３４８に当接することで、シール型２０３とロータシャフト３４の軸方向端部３４８との間の接触面圧（図４Ｂの力Ｆによる接触力に起因した接触面圧）を効果的に高めることができる。この結果、シール型２０３とロータシャフト３４との間のシール性を高めることができる。

なお、可動型２０５は、好ましくは、軸方向端部３４８に対して基準軸Ｉ０まわりの全周にわたって径方向に当接する。これにより、ロータシャフト３４の軸方向端部３４８の開口３４９の、径方向外側への変形を、軸方向端部３４８に対して基準軸Ｉ０まわりの全周にわたって防止できる。すなわち、基準軸Ｉ０まわりの全周にわたってシール型２０３とロータシャフト３４との間のシール性を高めることができる。

また、本実施例では、図４Ａに示すように、ロータシャフト３４は、好ましくは、端面３４８ａが径方向内側でテーパ状に面取りされる。すなわち、軸方向端部３４８は、径方向内側に、軸方向外側に向かうにつれて径方向外側に広がるテーパ面３４８２を有する。テーパ面３４８２は、テーパ面２０３４よりも緩い傾斜を有する。これにより、軸方向端部３４８は、テーパ面３４８２とテーパ面２０３４との間の接触部（軸方向に視て円形を描く線状の接触部）を介して、シール型２０３から力Ｆを受ける。この結果、シール型２０３とロータシャフト３４の軸方向端部３４８との間の接触面圧を効率的に増加させることができる。

また、本実施例では、図４Ａに示すように、テーパ面２０３４がロータシャフト３４に当たるまでは、径方向でロータシャフト３４とシール型２０３の部位２０３１との間に隙間Δ４０が設定されている。これにより、図４Ｂに模式的に示すように、ロータシャフト３４が当該隙間を利用する態様で塑性変形しやすくなる。すなわち、当該隙間をロータシャフト３４の部位が埋めることができる。

なお、本実施例では、シール工程の完了状態においては、シール型２０３の段差面２０３２における水平面２０３５は、図４Ａに示すように、軸方向端部３４８の端面３４８ａにおける水平面３４８３と軸方向に当接する。なお、この際、軸方向端部３４８の端面３４８ａにおける水平面３４８３も塑性変形されてもよい。あるいは、変形例では、シール工程の完了状態においては、シール型２０３の段差面２０３２における水平面２０３５は、軸方向端部３４８の端面３４８ａにおける水平面３４８３に対して軸方向に離間されてもよい。

ところで、本実施例では、シール型２０３は、可動型２０５に対して軸方向に移動するので、シール型２０３と可動型２０５とを一体に形成できない。従って、径方向でシール型２０３と可動型２０５との間には、シール型２０３と可動型２０５との間の軸方向の相対的な移動を可能とするために、僅かな隙間が設定される。

従って、図５に示すような比較例によるシール状態では、図５に矢印Ｒ５００で模式的に示すように、径方向でシール型２０３’と可動型２０５’との間の僅かな隙間を介して、シール性が損なわれるおそれがある。また、比較例の場合、段差面２０３２’と端面３４８ａ’とが軸方向に当接する場合であっても、段差面２０３２’と端面３４８ａ’との間の僅かな隙間を介してシール性が損なわれるおそれがある。また、比較例の場合、シール型２０３’の段差面２０３２’がテーパ状ではなく、ロータシャフト３４’の端面３４８ａ’がテーパ状でないため、段差面２０３２’と端面３４８ａ’との間で、径方向のシールが実現できない。

これに対して、本実施例では、上述したように、径方向でシール型２０３と可動型２０５との間でロータシャフト３４の軸方向端部３４８をシールできるので、径方向でシール型２０３と可動型２０５との間の隙間は、ロータシャフト３４の中空部３４３のシール性に影響しない。

ところで、本実施例では、上述したようにシール工程の際にシール型２０３がロータシャフト３４に対してＺ方向Ｚ２側に更に移動されると、シール型２０３によりロータシャフト３４がシール型２０２に向けて押圧されることになる。すなわち、ロータシャフト３４がシール型２０２とシール型２０３との間で軸方向の押圧力を受ける。この結果、Ｚ２側においても、上述したＺ１側と同様のメタルシールが実現される。すなわち、シール型２０２（第１部材の一例）がロータシャフト３４のＺ２側の軸方向端部３４８を塑性変形させることで、ロータシャフト３４のＺ２側の軸方向端部３４８とシール型２０２との間のシール（いわゆるメタルシール）を実現する。この場合も、固定型２０１（第２部材の一例）は、可動型２０５と同様に、ロータシャフト３４のＺ２側の軸方向端部３４８に対して径方向外側から径方向に当接される。従って、ロータシャフト３４のＺ２側の軸方向端部３４８は、径方向外側に大きく変形できず、主に径方向内側で塑性変形する。この結果、径方向でシール型２０２と固定型２０１との間にロータシャフト３４のＺ２側の軸方向端部３４８が強固に挟持されたシール状態が実現される。すなわち、固定型２０１が径方向外側からロータシャフト３４のＺ２側の軸方向端部３４８に当接することで、シール型２０２とロータシャフト３４との間の接触面圧を高めることができ、その結果、シール型２０２とロータシャフト３４との間のシール性を高めることができる。

なお、上述した実施例では、シール工程の際に、シール型２０３がロータシャフト３４（固定型２０１）に対してＺ方向Ｚ２側に更に移動されるが、これに代えて又は加えて、シール型２０２がロータシャフト３４（固定型２０１）に対してＺ方向Ｚ１側に更に移動されてもよい。

以上、各実施例について詳述したが、特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。また、前述した実施例の構成要素を全部又は複数を組み合わせることも可能である。また、各実施形態の効果のうちの、従属項に係る効果は、上位概念（独立項）とは区別した付加的効果である。

例えば、上述した実施例では、可動型２０５は、ロータシャフト３４のＺ１側の軸方向端部３４８に対して径方向外側から径方向に当接するが、これに限られない。例えば、一の変形例によるシール方法では、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、可動型２０５Ａは、ロータシャフト３４のＺ１側の軸方向端部３４８に対して径方向に僅かな距離ｄ１（図６Ａ参照）だけ離間する態様で、軸方向端部３４８に対して径方向に対向してもよい。図６Ａ及び図６Ｂは、上述した図４Ａ及び図４Ｂに代わる図であり、本変形例によるシール工程における軸方向端部３４８と可動型２０５Ａ（第２部材の一例）とシール型２０３との関係を示す図である。距離ｄ１は、可動型２０５Ａに対して確保されるべき最小クリアランスに対応した距離であってよい。本変形例では、図６Ｂに矢印Ｒ６００で示すように、軸方向端部３４８は、テーパ面２０３４により径方向外側に変形するものの、距離ｄ１までしか変形できない。従って、距離ｄ１を比較的小さくすることで、上述した本実施例の効果を部分的に得ることができる。

また、上述した実施例では、シール型２０３（シール型２０２も同様）は、テーパ面２０３４を有するが、テーパ面２０３４は省略されてもよい。この場合も、シール工程において、シール型２０３は、ロータシャフト３４のＺ１側の軸方向端部３４８に対して径方向外側に力を加えるように作用することで、径方向外側の可動型２０５と協動して上述した高いシール性を実現できる。

１・・・モータ（回転電機）、３２・・・ロータコア、３４・・・ロータシャフト、３４３・・・中空部、３４８・・・軸方向端部、３４９・・・開口、２０１・・・固定型（第１部材）、２０２、２０３・・・シール型（第１部材）、２０３４・・・テーパ面、２０５、２０５Ａ・・・可動型（第２部材）、２００・・・製造装置

Claims (5)

1. 回転電機用のロータの製造方法であって、
   ロータコアと、中空のロータシャフトとを準備する工程と、
   前記ロータコアと前記ロータシャフトとを製造装置に配置し、前記製造装置において前記ロータコアの径方向内側に前記ロータシャフトが位置する状態を形成する配置工程と、
   前記配置工程の後に、前記製造装置により前記ロータシャフトの軸方向端部の開口を閉じることで、前記ロータシャフトの中空部を外部に対してシールするシール工程と、
   前記シール工程の後に、前記製造装置により前記ロータシャフト及び前記ロータコアを支持しつつ、前記ロータシャフトの中空部の内圧を高めることで、前記ロータシャフトと前記ロータコアとを締結する一体化工程とを含み、
   前記シール工程において、前記製造装置は、前記ロータシャフトの軸方向端部に対して径方向外側から径方向に対向又は当接する、製造方法。
2. 前記シール工程において、前記製造装置は、前記ロータシャフトの中空部に挿入される第１部材と、前記ロータシャフトの軸方向端部に対して径方向外側に位置する第２部材とにより、前記ロータシャフトの軸方向端部を径方向に挟む、請求項１に記載の製造方法。
3. 前記シール工程において、前記第１部材が前記第２部材に対して軸方向に相対移動されることで、前記ロータシャフトの軸方向端部が塑性変形される、請求項２に記載の製造方法。
4. 前記第１部材は、軸方向の端面に、軸方向外側に向かうにつれて径方向外側に広がるテーパ面を有し、
   前記シール工程において、前記テーパ面は、軸方向に視て、前記ロータシャフトの軸方向端部の端面に重なる、請求項３に記載の製造方法。
5. 前記シール工程において、前記第１部材の前記テーパ面は、前記第２部材が前記ロータシャフトの軸方向端部に対して径方向外側に位置する状態で、前記ロータシャフトの軸方向端部の端面に径方向内側から当接する、請求項４に記載の製造方法。

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