JP2022052557A - Manufacturing method of rotor for rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、回転電機用のロータの製造方法に関する。 The present disclosure relates to a method for manufacturing a rotor for a rotary electric machine.
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。 A technique of forming a convex portion on an iron pipe member by hydroforming is known.
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。ロータシャフトは、ハイドロフォーミングにより中空部の内圧を高めると、軸方向の中心側が端部側よりも拡径しやすい(すなわちバルジ変形しやすい)。このため、ロータシャフトは、軸方向の端部側において、軸方向の中心側よりも拡径量が小さくなる傾向がある。このように、ハイドロフォーミングを利用すると、ロータコアの軸方向の端部位置近傍において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ことが難しい。 By the way, in order to secure the necessary tightening allowance between the rotor shaft and the rotor core, press fitting and shrink fitting are used, and a technique using hydroforming is not known. When the internal pressure of the hollow portion of the rotor shaft is increased by hydroforming, the diameter of the center side in the axial direction is more likely to be expanded than that of the end side (that is, the bulge is easily deformed). Therefore, the rotor shaft tends to have a smaller diameter expansion amount on the end side in the axial direction than on the center side in the axial direction. As described above, when hydroforming is used, it is difficult to secure the necessary tightening allowance between the rotor shaft and the rotor core in the vicinity of the axial end position of the rotor core.
本開示は、ハイドロフォーミングを利用して、ロータコアの軸方向の端部位置近傍において、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ことを目的とする。 It is an object of the present disclosure to utilize hydroforming to ensure the required tightening allowance between the rotor shaft and the rotor core near the axial end position of the rotor core.
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、
前記一体化工程は、前記ロータシャフトにおける前記ロータコアとの締結部位に対して軸方向に隣接する非締結部位を、前記締結部位とともに径方向外側に変形させる、製造方法が提供される。
On one side, it is a method of manufacturing a rotor for a rotary electric machine.
The process of preparing the rotor core and the hollow rotor shaft,
An arrangement step of arranging the rotor core and the rotor shaft in a manufacturing apparatus and forming a state in which the rotor shaft is positioned radially inside the rotor core in the manufacturing apparatus.
After the arrangement step, the manufacturing apparatus includes an integration step of fastening the rotor shaft and the rotor core by increasing the internal pressure of the hollow portion of the rotor shaft while supporting the rotor shaft and the rotor core. ,
The integration step provides a manufacturing method in which a non-fastening portion axially adjacent to a fastening portion of the rotor shaft with the rotor core is deformed radially outward together with the fastening portion.
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、ロータコアの軸方向の端部位置近傍において、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ことが可能となる。 On one side, according to the present disclosure, hydroforming can be utilized to ensure the required tightening allowance between the rotor shaft and the rotor core in the vicinity of the axial end position of the rotor core.
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。 Hereinafter, each embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The dimensional ratios in the drawings are merely examples and are not limited to these, and the shapes and the like in the drawings may be partially exaggerated for convenience of explanation. For example, a slight gap (for example, a gap for a required clearance) may be formed even between members having no gap in the drawing, and a gap may be formed even between members having a gap in the drawing. It may not be.
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。 FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a cross-sectional structure of a motor 1 (an example of a rotary electric machine) according to an embodiment.
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。
FIG. 1 shows the rotation axis I of the
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The
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の締結部位349A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。
As shown in FIG. 1, the
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。
In this embodiment, as an example, the
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。
Further, the
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The inside of the
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。
In FIG. 1, as an example, the
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。
The
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。
The
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。
The
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。
Next, the flow of oil from the
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。
The oil supplied from the
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。
Here, in this embodiment, since the
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。
Further, in the present embodiment, since the
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。
The oil that has flowed outward in the axial direction through the inner
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。
Further, the oil flowing outward in the axial direction through the inner
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。
As described above, in this embodiment, it is possible to promote the flow of oil along the inner
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。
In particular, in this embodiment, the inner
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。
Although the
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。
Further, although a specific cooling method is disclosed in FIG. 1, the cooling method of the
次に、図2及び図3A~図3H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I0が示される。基準軸I0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。
Next, an example of a method for manufacturing the
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3H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、図3F、図3G、及び図3Hは、基準軸I0を含む平面で切断した際の断面図であり、図3Eは、基準軸I0に垂直な平面で切断した際の断面図である。
FIG. 2 is a schematic flowchart showing the flow of a manufacturing method of the
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。
First, the method for manufacturing the
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。
As shown in FIG. 3A, the inner diameter r1'of the portion corresponding to the section SC1 of the
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。
Further, similarly to the
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I0に対して垂直であり、基準軸I0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。
Then, as shown in FIG. 3B, the method for manufacturing the
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。
The
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。
In this way, when the
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。
When the
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。
Further, the
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I1(図3A参照)を、基準軸I0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I0に対して芯出しする工程を含む。
Then, as shown in FIG. 3C, the method for manufacturing the
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I0に対して正確に芯出しされている設備側の構成である。
In this embodiment, as shown in FIG. 3C, the centering of the
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I0に対して正確に一致する。なお、部位2021は、基準軸I0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I0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。
Specifically, the
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。
As shown in FIG. 3C, the
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I0に対して正確に一致する。なお、部位2031は、基準軸I0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I0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。
Further, the
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。
As shown in FIG. 3C, the
このようにして、ロータシャフト34は、基準軸I0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I1が基準軸I0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I1が基準軸I0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。
In this way, the
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。
The seal types 202 and 203 may be set with respect to the
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I2(図3A参照)を、基準軸I0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I0に対して芯出しする工程を含む。
Then, as shown in FIG. 3D, the method for manufacturing the
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I0に対して垂直な平面内で移動可能であり、基準軸I0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。
In this embodiment, as shown in FIG. 3D, the centering of the
図3D及び図3Eに示す例では、芯出装置204は、3つ、基準軸I0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I0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I0までの距離が所定半径r30になるまで、基準軸I0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I0に対して精度良く芯出しすることができる。
In the example shown in FIGS. 3D and 3E, three centering
このようにして、ロータコア32は、基準軸I0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I2が基準軸I0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I2が基準軸I0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。
In this way, the
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I0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。
In the examples shown in FIGS. 3D and 3E, the centering
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I0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。
Then, as shown in FIG. 3F, the method for manufacturing the
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I0に対して垂直であり、基準軸I0まわりに全周にわたり形成されてよい。
Further, in the present embodiment, the
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。
In this way, when the
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。
Further, in the state where the
ついで、ロータ30の製造方法は、図示しないが、シール型202、203によりロータシャフト34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工程(ステップS505)を含む。例えば、Z1側のシール型203を、ロータシャフト34に対してZ1側からZ方向に沿ってZ2側へと更に移動させることで、ロータシャフト34をシール型202、203によりシールできる。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。
Next, although not shown, the method for manufacturing the
ついで、ロータ30の製造方法は、図3G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3G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3G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3H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。
Next, as shown in FIG. 3G, the method for manufacturing the
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。
Here, in this embodiment, as described above, the
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I0に対して精度良く芯出しされた状態で締結できる。
Further, in the present embodiment, as described above, since the
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。
Next, the method for manufacturing the
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。
The method for manufacturing the
このようにして、図2及び図3A~図3H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I0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。
In this way, according to the method for manufacturing the
ここで、図4以降を参照して、可動型205とロータコア32及びロータシャフト34との間の関係について詳説する。なお、以下で説明する可動型205とロータコア32及びロータシャフト34との間の関係は、固定型201とロータコア32及びロータシャフト34との間の関係も同様であってよい。
Here, the relationship between the
図4は、図3GのQ1部の拡大図である。以下で説明する可動型205とロータコア32及びロータシャフト34との間の関係は、特に言及しない限り、締結工程(ステップS506)の実行前の関係である。
FIG. 4 is an enlarged view of the Q1 portion of FIG. 3G. Unless otherwise specified, the relationship between the
可動型205は、軸方向に3つのセクションに分けると、図4に示すように、第1部位205Aと、第2部位205Bと、第3部位205Cとを含む。
When the
第1部位205Aは、径方向に視てロータシャフト34の大径部34Aの一部に重複する。ロータシャフト34の大径部34Aのうちの、径方向に視て第1部位205Aが重複する部分は、ロータコア32とロータシャフト34との間の締結部位に対して軸方向外側から軸方向に隣接する。なお、本実施例では、一例として、ロータシャフト34の大径部34Aのうちの、径方向に視て第1部位205Aが重複する部分には、上述した第1噴出孔341が形成される。
The
本実施例では、図4に示すように、第1部位205Aは、ロータシャフト34から径方向に離間する。すなわち、第1部位205Aの内径は、ロータシャフト34の大径部34Aの外径(ただし、締結工程のハイドロフォーミング前の外径)よりも大きい。なお、本実施例では、第1部位205Aは、軸方向の全長にわたり、ロータシャフト34から径方向に離間するが、軸方向の全長のうちの、軸方向のZ2側の部分だけが、ロータシャフト34から径方向に離間してもよい。すなわち、第1部位205Aは、軸方向のZ1側の端部がロータシャフト34に径方向に当接してもよい。
In this embodiment, as shown in FIG. 4, the
このように、第1部位205Aは、ロータコア32の端面32aに軸方向に当接しつつ、ロータシャフト34に対しては径方向に離間する。このような離間によって形成される第1部位205Aとロータシャフト34との間の径方向の隙間70について、その技術的な意義については、図5を参照して後述する。
In this way, the
なお、本実施例では、可動型205の第1部位205Aは、ロータコア32の端面32aに軸方向に当接しつつ、ロータシャフト34に対しては径方向に離間する。従って、第1部位205Aは、ロータコア32の軸方向の位置決め機能(軸方向の変位防止機能)を果たす。
In this embodiment, the
第2部位205Bは、径方向に視てロータシャフト34の小径部34Bの一部又は全部に重複する。Z1側のロータシャフト34の小径部34Bのうち、径方向に視て第2部位205Bが重複する部分は、ロータシャフト34のZ1側の端部である。なお、Z1側のロータシャフト34の小径部34Bのうち、径方向に視て第2部位205Bが重複する部分は、ベアリング支持面34aから軸方向外側の部分のみであってもよいし、ベアリング支持面34aから軸方向内側の部分を含んでもよい。
The
第2部位205Bは、第1部位205Aとは異なり、ロータシャフト34に対して径方向に当接してもよい。あるいは、第2部位205Bは、ロータシャフト34に対して、径方向で、第1部位205Aよりも近接してもよい。例えば、第2部位205Bは、ロータシャフト34に対して、公差等を考慮した最小のクリアランスだけ径方向に離間されてもよい。
Unlike the
第3部位205Cは、第1部位205A及び第2部位205Bの間に位置し、大径部34Aと小径部34Bとの間の遷移区間に径方向に対向する。なお、第3部位205Cは、図4に示すように、ロータシャフト34に対して径方向に離間される。例えば、第3部位205Cは、ロータシャフト34に対して、公差等を考慮した最小のクリアランスだけ径方向に離間されてもよい。
The
図5は、ハイドロフォーミングによる内圧の増加に起因したロータシャフト34’のバルジ変形の説明用の断面図である。図6は、第1部位205Aとロータシャフト34との間の径方向の隙間70に係る効果(技術的な意義)の説明図であり、本実施例によるバルジ変形の起点の説明図である。図7は、比較例による同バルジ変形の起点の説明図である。図5から図7は、基準軸I0を含む平面で切断した際の、基準軸I0よりも径方向一方側の断面を概略的に示す。なお、図6及び図7には、バルジ変形の変形モードを模式的に示すラインL600、601が示されるが、当該ラインL600、601は、変形量(拡径量)を誇張して示しており、実際の変形量を表すものではない。
FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining the bulge deformation of the rotor shaft 34'due to the increase in internal pressure due to hydroforming. FIG. 6 is an explanatory diagram of the effect (technical significance) relating to the
ところで、ロータシャフト34のような中空の部材をハイドロフォーミングの圧力(内圧)によって拡径させる場合、バルジ変形が生じやすい。具体的には、図5に模式的に示すように、ハイドロフォーミングの圧力(内圧)に起因してロータシャフト34’が拡径する際、図5の状態S400から状態S401への変化で示すように、ロータシャフト34’の径方向外側への変形の仕方(拡径量)が軸方向に沿って均一化しない。より具体的には、中央部の内径r40が端部の内径r41よりも大きくなる樽型のバルジ変形が生じやすくなる。このような樽型のバルジ変形が生じると、締め代が軸方向の位置によって変動しやすくなり、ロータコア32の軸方向端部での締め代が不十分となりやすくなる。なお、図5では、状態S401においては、ロータシャフト34とは形状の異なるロータシャフト34’について模式的に反りが表現されているが、ロータシャフト34についても実質的に同様の変形モードとなりうる。なお、本実施例では、ロータシャフト34は、厚肉部347を有するので、上述したロータシャフト34’よりも樽型のバルジ変形を低減でき、ロータコア32の軸方向端部での締め代が確保しやすくなる。
By the way, when the diameter of a hollow member such as the
ここで、図7に示す比較例は、上述した隙間70(ロータシャフト34と可動型205及び固定型201との間の径方向の隙間70)を有さない点が、本実施例とは異なる。すなわち、比較例では、可動型205’は、ロータコア32の軸方向端部に軸方向に隣接する位置P70において、ロータコア32の外周面に当接する。この場合、可動型205’が、ロータコア32の軸方向端部に軸方向に隣接する位置P70においてロータコア32の外周面に当接するので、ロータコア32は、可動型205’に起因して径方向外側へ変形し難い。これは、固定型201’の側も同様である。すなわち、固定型201’が、ロータコア32の軸方向端部に軸方向に隣接する位置P71においてロータコア32の外周面に当接するので、ロータコア32は、固定型201’に起因して径方向外側へ変形し難い。この結果、ロータシャフト34は、ロータコア32の軸方向両端の位置P70、P71をそれぞれ起点としてバルジ変形しやすくなる(図7のL601参照)。バルジ変形の起点付近では変形量が比較的少ないため、締め代が不十分となりやすい。このため、比較例では、ロータコア32の軸方向端部での締め代が確保し難い。
Here, the comparative example shown in FIG. 7 is different from the present embodiment in that it does not have the above-mentioned gap 70 (the
これに対して、本実施例では、図6に示すように、上述した隙間70(ロータシャフト34と可動型205及び固定型201との間の径方向の隙間70)を有するので、ロータシャフト34は、隙間70の分だけ径方向外側に変形できる。すなわち、比較例とは異なり、可動型205や固定型201が、ロータシャフト34の径方向外側への変形(拡径)を妨げることはない。換言すると、隙間70は、締結工程(ステップS506)において可動型205や固定型201が、ロータシャフト34の径方向外側への変形(拡径)を実質的に妨げないように、形成される。これにより、本実施例では、ロータシャフト34は、比較例の場合のバルジ変形の起点位置よりも軸方向外側の位置P60、P61をそれぞれ起点としてバルジ変形しやすくなる(図6のL600参照)。すなわち、本実施例の場合のバルジ変形の起点位置P60、P61は、ロータコア32の軸方向両端の位置P70、P71よりも軸方向外側である。従って、本実施例によれば、図7に示す比較例に比べて、ロータコア32の軸方向の端部位置近傍において、ロータシャフト34とロータコア32との間の締め代を増加できる。
On the other hand, in this embodiment, as shown in FIG. 6, the
特に、本実施例では、上述した隙間70(ロータシャフト34と可動型205及び固定型201との間の径方向の隙間70)は、大径部34Aの軸方向の端部まで延在する。すなわち、第1部位205Aは、ロータシャフト34に対して軸方向全長にわたって径方向に離間する。本実施例では、隙間70が大径部34Aの軸方向両端まで軸方向に延在するので、ロータシャフト34は、大径部34Aの両端位置P60、P61をそれぞれ起点としてバルジ変形しやすくなる(図6のL600参照)。この結果、ロータコア32の軸方向の端部位置近傍において、ロータシャフト34とロータコア32との間の締め代を効果的に増加できる。
In particular, in this embodiment, the above-mentioned gap 70 (
このように、可動型205の第1部位205Aとロータシャフト34との間の径方向の隙間70は、締結工程(ステップS506)におけるロータシャフト34の拡径量であって、第1部位205Aに径方向で対向するロータシャフト34の部分の拡径量を、比較例に比べて増加させる機能を果たす。かかる機能によって、ロータシャフト34の大径部34Aのうちの、締結部位349Aに軸方向外側から隣接する非締結部位349Bは、最大で当該隙間70の径方向の寸法に対応する分だけ、締結工程(ステップS506)によって拡径できる。従って、隙間70の径方向の寸法を適切に設定することで、締結工程の結果として、ロータコア32の軸方向の端部位置近傍において、ロータシャフト34とロータコア32との間の締め代を適切に確保できる。
As described above, the
なお、本実施例において、第1部位205Aとロータシャフト34との間の径方向の隙間70の寸法は、軸方向に沿って、一定であってもよいし、若干異なってもよい。例えば、第1部位205Aとロータシャフト34との間の径方向の隙間70の寸法は、軸方向に沿ってZ1側に向かうにつれて小さくなる態様で変化してもよい。この場合、当該隙間70の寸法は、軸方向でロータコア32に隣接する位置で最大となる。これにより、ロータコア32の軸方向の端部位置近傍において、ロータシャフト34とロータコア32との間の締め代を確保しやすくなる。
In this embodiment, the dimension of the
また、本実施例において、第1部位205Aは、好ましくは、基準軸I0まわりの全周にわたり、ロータシャフト34から径方向に離間する。この場合、締結工程(ステップS506)におけるロータシャフト34の拡径量であって、第1部位205Aに径方向で対向するロータシャフト34の部分の拡径量を、基準軸I0まわりの全周にわたり、増加させることができる。
Further, in the present embodiment, the
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。 Although each embodiment has been described in detail above, the present invention is not limited to a specific embodiment, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims. It is also possible to combine all or a plurality of the components of the above-described embodiment. Further, among the effects of each embodiment, the effect related to the dependent term is an additional effect distinct from the superordinate concept (independent term).
例えば、上述した実施例では、隙間70は、ロータコア32の軸方向両側において(すなわち可動型205と固定型201のそれぞれにおいて)形成されるが、ロータコア32の軸方向一方側だけに形成されてもよい。
For example, in the above-described embodiment, the
また、上述した実施例では、隙間70は、製造装置200の構成要素(可動型205及び固定型201)により形成されるが、これに限られない。例えば、エンドプレート35A、35Bをロータコア32の軸方向両側にセットした状態で、締結工程が実現されてもよい。この場合、エンドプレート35A、35Bの径方向内側がロータシャフト34に対して径方向に離間することで、上述した隙間70の一部又は全部が形成されてもよい。
Further, in the above-described embodiment, the
1・・・モータ(回転電機)、32・・・ロータコア、34・・・ロータシャフト、34A・・・大径部、34B・・・小径部、349A・・・締結部位、349B・・・非締結部位、200・・・製造装置 1 ... Motor (rotary machine), 32 ... Rotor core, 34 ... Rotor shaft, 34A ... Large diameter part, 34B ... Small diameter part, 349A ... Fastening part, 349B ... Non Fastening site, 200 ... Manufacturing equipment
Claims (4)
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、
前記一体化工程は、前記ロータシャフトにおける前記ロータコアとの締結部位に対して軸方向に隣接する非締結部位を、前記締結部位とともに径方向外側に変形させる、製造方法。 It is a method of manufacturing rotors for rotary electric machines.
The process of preparing the rotor core and the hollow rotor shaft,
An arrangement step of arranging the rotor core and the rotor shaft in a manufacturing apparatus and forming a state in which the rotor shaft is positioned radially inside the rotor core in the manufacturing apparatus.
After the arrangement step, the manufacturing apparatus includes an integration step of fastening the rotor shaft and the rotor core by increasing the internal pressure of the hollow portion of the rotor shaft while supporting the rotor shaft and the rotor core. ,
The integration step is a manufacturing method in which a non-fastening portion axially adjacent to a fastening portion with the rotor core in the rotor shaft is deformed radially outward together with the fastening portion.
前記非締結部位は、前記大径部に設けられる、請求項2に記載の製造方法。 The rotor shaft has a large diameter portion having a relatively large outer diameter and a small diameter portion having a relatively small outer diameter.
The manufacturing method according to claim 2, wherein the non-fastening portion is provided in the large diameter portion.
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