JP2022185649A - 回転電機用のロータの製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータシャフト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一体化させる構成において、ロータシャフトの軸方向端部を適切にシールすることでロータシャフトの内圧を効率的に高める。【解決手段】ロータコアと、軸方向一方側の端面から軸方向他方側の端部に至るまで第１内径を有しかつ軸方向他方側の端部において第１内径よりも小さい第２内径を有する中空のロータシャフトとを準備する工程と、ロータコアとロータシャフトとを製造装置に配置する配置工程と、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、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、製造装置のシール型は、ロータシャフトの軸方向一方側の端部及び軸方向他方側の端部をシールするように、軸方向一方側からロータシャフトの中空部に挿入される、回転電機用のロータの製造方法が開示される。【選択図】図２

Description

本開示は、回転電機用のロータの製造方法及び製造装置に関する。

ロータシャフトとロータコアとを係合状態とした後に、ロータシャフトにおけるロータコアとの係合部分よりも軸方向外側に、凸部をハイドロフォーミングで形成することで、ロータシャフトに対するロータコアの軸方向の抜け止めを実現する技術が知られている。

特開２００１－２６８８５８号公報

ところで、ハイドロフォーミングではロータシャフトの内圧を効率的に高めるために、成形型のような製造装置によりロータシャフトの軸方向端部を適切にシールすることが有用である。

そこで、１つの側面では、本開示は、ロータシャフト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一体化させる構成において、ロータシャフトの軸方向端部を適切にシールすることでロータシャフトの内圧を効率的に高め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、軸方向一方側の端面から軸方向他方側の端部に至るまで第１内径を有しかつ前記軸方向他方側の端部において前記第１内径よりも小さい第２内径を有する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、前記製造装置のシール型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、前記シール型は、前記ロータシャフトの前記軸方向一方側の端部及び前記軸方向他方側の端部をシールするように、前記軸方向一方側から前記ロータシャフトの中空部に挿入される、製造方法が提供される。

１つの側面では、本開示によれば、ロータシャフト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一体化させる構成において、ロータシャフトの軸方向端部を適切にシールすることでロータシャフトの内圧を効率的に高め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に示す製造方法における準備工程を概略的に説明する断面図である。 図２に示す製造方法における配置工程を概略的に説明する断面図である。 図２に示す製造方法におけるシール型挿入工程を概略的に説明する断面図である。 図２に示す製造方法におけるシール工程を概略的に説明する断面図である。 図６のＱ６０部の拡大図である。 図６のＱ６１部の拡大図である。 図２に示す製造方法における注水及びエア抜き工程（締結工程）を概略的に説明する断面図である。 図２に示す製造方法における高水圧印加工程（締結工程）を概略的に説明する断面図である。 図２に示す製造方法における内圧抜き工程（締結工程）を概略的に説明する断面図である。 図２に示す製造方法におけるシール型戻し工程を概略的に説明する断面図である。 比較例による製造装置（及びそれを用いた製造方法）の説明図である。 変形例による製造装置の説明図（その１）である。 変形例による製造装置の説明図（その２）である。 他の変形例による製造装置の説明図である。

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。

図１は、一実施例によるモータ１の断面構造を概略的に示す断面図である。図１には、Ｘ方向とともに、Ｘ方向Ｘ１側とＸ方向Ｘ２側とが定義されている。

図１には、モータ１の回転軸１２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）１２が延在する方向を指し、Ｘ方向に平行である。また、径方向とは、回転軸１２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１２から離れる側を指し、径方向内側とは、回転軸１２に向かう側を指す。また、周方向とは、回転軸１２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、インナーロータ型であり、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、ステータコア２２の径方向外側がステータ支持部１０に固定される。

ケース２は、モータ１を収容する空間を形成する。ケース２は、ステータ支持部１０を含む。ステータ支持部１０は、ステータコア２２の径方向外側の表面に結合される。ステータ支持部１０は、冷却水が通る流路を有してもよいし、及び／又は、油路を有してもよい。ステータ支持部１０は、２ピース以上の部材により形成されてもよい。

ステータ２１は、ステータコア２２と、ステータコイル２９とを含む。

ステータコア２２は、例えば円環状の磁性体の積層鋼板により形成されるが、変形例では、ステータコア２２は、磁性粉末が圧縮して固められた圧粉体により形成されてもよい。なお、ステータコア２２は、周方向で分割される分割コアにより形成されてもよいし、周方向で分割されない形態であってもよい。

ステータコア２２には、径方向内側に突出する複数のティースが形成され、ステータコイル２９が巻装される。

ステータコイル２９は、例えば、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、及びＷ相コイルを含む。ステータコイル２９は、ステータコア２２のスロットに挿入されるスロット挿入部（図示せず）とともに、ステータコア２２の軸方向両側から突出するコイルエンド２９Ａ、２９Ｂを有する。

ステータコイル２９は、セグメントコイルの形態のコイル片（図示せず）をステータコア２２に組み付けることでステータコア２２に巻装されてもよい。なお、セグメントコイルとは、各相のコイルを、組み付けやすい単位（例えば２つのスロットに挿入される単位）で分割した形態である。コイル片は、例えば、断面略矩形の線状導体（平角線）を、絶縁被膜（図示せず）で被覆してなる。線状導体は、銅により形成されるが、変形例では、線状導体は、鉄のような他の導体材料により形成されてもよい。

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、ケース２にベアリング１４ａ、１４ｂを介して回転可能に支持される。具体的には、ロータシャフト３４は、Ｘ１側では内周面がベアリング１４ａにより支持され、Ｘ２側では外周面がベアリング１４ｂにより支持されている。なお、ロータシャフト３４は、モータ１の回転軸１２を画成する。

ロータコア３２は、例えば円環状の磁性体の積層鋼板から形成される。ロータコア３２の内部には、永久磁石３２１が挿入される。永久磁石３２１の数や配列等は任意である。変形例では、ロータコア３２は、磁性粉末が圧縮して固められた圧粉体により形成されてもよい。

ロータコア３２の軸方向の両側には、エンドプレート３５Ａ、３５Ｂが取り付けられてよい。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３４Ａを有する。中空部３４Ａは、ロータシャフト３４の軸方向の全長にわたり延在する。中空部３４Ａは、油路として機能してもよい。例えば、中空部３４Ａには、図１にて矢印Ｒ１で示すように、軸方向の一端側から油が供給され、ロータシャフト３４の径方向内側の表面を伝って油が流れることで、ロータコア３２を径方向内側から冷却できる。また、ロータシャフト３４の径方向内側の表面を伝う油は、ロータシャフト３４の両端部に形成される油穴３４８、３４９を通って径方向外側へと噴出され（矢印Ｒ５、Ｒ６）、コイルエンド２９Ａ、２９Ｂの冷却に供されてもよい。

本実施例では、ロータシャフト３４は、ロータコア３２と結合する軸方向範囲を結合部としたとき、結合部の一方側が縮径する形態を有する。具体的には、ロータシャフト３４は、図１に示すように、Ｘ２側の端部が縮径する一方、Ｘ１側の端部は縮径していない形態である。従って、中空部３４Ａは、Ｘ２側の端部で内径が小さくなる。具体的には、ロータシャフト３４は、Ｘ１側の端面からＸ２側の端部に至るまで第１内径ｒ１を有し、かつ、Ｘ２側の端部において第２内径ｒ２を有する。第２内径ｒ２は、第１内径ｒ１よりも有意に小さい。有意に小さいとは、第１内径ｒ１と第２内径ｒ２との間の差が、製造誤差等に起因した差や、ベアリング１４ａのようなベアリングの支持に関連した段差（例えば後述の第１段差部３４６）に起因した差よりも十分大きいことを意味する。以下では、ロータシャフト３４のうちの、第１内径ｒ１を有する部分を拡径部３４１とも称し、第２内径ｒ２を有する部分を縮径部３４２とも称する。

本実施例では、第１内径ｒ１の値は、略一定であり、第１内径ｒ１の値が変化する段差部として、ベアリング１４ａのスラスト荷重の受け用の第１段差部３４６等が形成されている。なお、第１段差部３４６は、第１内径ｒ１から第２内径ｒ２への変化に関連した径方向の第２段差部３４７よりも段差（径方向の差）が有意に小さい。

このようなロータシャフト３４によれば、ロータコア３２と結合する軸方向範囲での比較的大きい第１内径ｒ１を有するので、ロータシャフト３４の内周面を伝う油を介して永久磁石３２１等を効率的に冷却できる。

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、上述したロータシャフト３４を有する限り、任意である。従って、例えば、ロータシャフト３４は、中空部３４Ａを有さなくてもよいし、中空部３４Ａよりも有意に内径の小さい中空部を有してもよい。また、図１では、油による特定の冷却方法が開示されているが、油によるモータ１の冷却方法は任意である。従って、例えば、中空部３４Ａ内に挿入される油導入管が設けられてもよいし、ステータ支持部１０内に形成されてもよい油路を介して径方向外側からコイルエンド２９Ａ、２９Ｂに向けて油が滴下されてもよい。

次に、図２以降を参照して、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４等には、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４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。また、以下では、軸方向等の用語は、基準軸Ｉ_０を基準とする。従って、例えば径方向とは、基準軸Ｉ_０を中心とした回転体の径方向に対応する。

図２は、本製造方法の流れを示す概略フローチャートであり、図４～図６、及び図７～図１０は、図２に示すいくつかの工程における製造装置２００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４～図６、及び図７～図１０は、基準軸Ｉ_０を含む平面で切断した際の断面図であり、基準軸Ｉ_０に関して実質的に回転対称として一方側の構成のみを示している。図４～図６、及び図７～図１０に断面視で示される各要素は、対応する各要素の断面形状を、基準軸Ｉ_０まわりに回転させた形態であってよい。例えば、固定型２０４は、実質的には、図４等に示す断面形状を基準軸Ｉ_０まわりに回転させた形態であってよい。図６Ａ及び図６Ｂは、それぞれ、図６のＱ６０部、及びＱ６１部の拡大図である。

まず、本製造方法は、図３に示すように、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。

本実施例では、この段階で、ロータシャフト３４は、上述した第１段差部３４６や第２段差部３４７を有する。また、この段階でのロータシャフト３４は、製品状態で第１内径ｒ１の内周面を形成する拡径部３４１に対応する部分は、内径ｒ１’を有し、内径ｒ１’は、製品状態の第１内径ｒ１（図１参照）よりもわずかに小さくてよい。また、この段階でのロータシャフト３４は、外径ｒ２０がロータコア３２の内径ｒ１０と同じ又は内径ｒ１０よりもわずかに小さくてよい。

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、本製造方法は、図４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４に示す例では、製造装置２００は、Ｚ２側の固定型２０４を備え、固定型２０４によりロータシャフト３４及びロータコア３２のＺ２側が支持される。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２０４に対してセットされた状態では、製造装置２００の固定型２０４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は、必ずしも同時に製造装置２００の固定型２０４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２０４に対してセットされてもよい。

ついで、本製造方法は、製造装置２００のシール型２０２をロータシャフト３４のＺ１側の端部の開口から挿入し、Ｚ２側に下降させるシール型挿入工程（ステップＳ５０２）を含む。図５には、下降途中のシール型２０２が模式的に示されている。このように、シール型２０２は、固定型２０４に対してＺ方向に上下動可能に構成される。なお、変形例では、シール型２０２が上下動可能に構成されるのに代えて又は加えて、固定型２０４側が上下動可能に構成されてもよい。

シール型２０２は、図５に模式的に示すように、ロータシャフト３４の中空部３４Ａに挿入される挿入部２０２１を有する。挿入部２０２１は、円柱状の形態であり、外径ｒ３を有する。挿入部２０２１の外径ｒ３は、軸方向に沿って略一定であってよい。外径ｒ３は、第２内径ｒ２よりも有意に大きく、ロータシャフト３４における内径ｒ１’よりもわずかに小さくてよい。従って、径方向で挿入部２０２１とロータシャフト３４との間には隙間が形成され、当該隙間に起因した空間は、基準軸Ｉ_０まわりの円環状の形態となる。

また、本実施例では、シール型２０２は、挿入部２０２１のＺ１側の端部としてＺ１側のシール部２０２３を有する。Ｚ１側のシール部２０２３は、後述するように、ロータシャフト３４のＺ１側の開口をシールする。Ｚ１側のシール部２０２３は、挿入部２０２１の他の部位に比べて径方向外側に突出する形態である。図５に示す例では、Ｚ１側のシール部２０２３は、外径ｒ３から外径ｒ４へと徐々に増加する外径変化部の形態である。Ｚ１側のシール部２０２３の機能の詳細は、次のシール工程（ステップＳ５０４）に関連して後述する。

また、本実施例では、シール型２０２は、挿入部２０２１のＺ２側の端部としてＺ２側のシール部２０２４を有する。Ｚ２側のシール部２０２４は、後述するように、ロータシャフト３４のＺ２側の開口をシールする。Ｚ２側のシール部２０２４は、挿入部２０２１のＺ２側の端面からＺ２側に突出する形態であり、図５に示す例では、切頭円錐状の形態である。Ｚ２側のシール部２０２４の機能の詳細は、次のシール工程（ステップＳ５０４）に関連して後述する。

また、本実施例では、シール型２０２は、加圧流路２０２８と、排気流路２０２９とが形成される。加圧流路２０２８は、後述する締結工程（ステップＳ５０６）に流体（例えば水）を供給する流路である。加圧流路２０２８は、一端が加圧源（図示せず）に接続され、他端が挿入部２０２１におけるＺ２側で開口する。図５に示す例では、加圧流路２０２８は、シール型２０２の挿入部２０２１のうちの、外径ｒ３を有する部分のＺ２側端部で開口する。

本実施例では、製造装置２００は、上側の可動型２０５を備え、可動型２０５は、シール型２０２と一体的にＺ２側に下降される。シール型２０２は、可動型２０５と一体であってもよいし、可動型２０５に対して軸方向に変位可能であってもよい。なお、変形例では、可動型２０５は、シール型２０２とは別に上下動するように構成されてもよい。

なお、このようにしてシール型２０２及び可動型２０５が下降する間、ロータシャフト３４及びロータコア３２は、基準軸Ｉ_０に対して芯出しされてもよい。このような芯出しは、ロータコア３２の外周面の複数位置で、基準軸Ｉ_０に向かう径方向の力（径方向外側から径方向内側に向かう力）を付与することで実現されてもよい。なお、ロータシャフト３４の芯出しは、シール型２０２により簡易的な態様（ラフな芯出しを実現する態様）で実現されてもよいし、シール型２０２及び可動型２０５の組み合わせにより実現されてもよい。

ついで、本製造方法は、シール型２０２によりロータコア３２の中空部３４Ａ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Ｓ５０４）を含む。

シール工程は、シール型挿入工程（ステップＳ５０２）の後半部分に実現される。すなわち、シール工程は、シール型２０２を下死点まで下降させたときに完了する。具体的には、シール型２０２は、下死点まで下降する際に、ロータコア３２の中空部３４Ａをロータシャフト３４の外部に対してシールするシール状態が実現される。なお、シール状態が実現されると、上側の可動型２０５の下降も停止されてもよい。なお、この際、上側の可動型２０５は、ロータコア３２のＺ１側端面に軸方向に当接してもよい。製造装置２００は、シール型２０２が下死点よりも更にＺ２側に下降しないようにストッパ（図示せず）を有してよい。

本実施例では、シール型２０２を下死点まで下降させた時点で、シール型２０２は、ロータシャフト３４のＺ１側（軸方向一方側の一例）の端部及びＺ２側（軸方向他方側の一例）の端部をシールする。すなわち、ロータシャフト３４のＺ１側の端部及びＺ２側の端部のそれぞれのシールは、シール型２０２を下死点まで下降させることで同時に実現される。これにより、ロータシャフト３４のＺ１側の端部及びＺ２側の端部のそれぞれのシールが別々のシール型で実現されるような比較例（図１１を参照して後述）に比べて、シール型の個数を減らした効率的なシール工程を実現できる。

本実施例では、シール型２０２は、ロータシャフト３４のＺ１側の端部及びＺ２側の端部のそれぞれを塑性変形させることで、ロータシャフト３４のＺ１側の端部及びＺ２側の端部のそれぞれのシール（いわゆるメタルシール）を実現する。これにより、ロータシャフト３４のＺ１側の端部及びＺ２側の端部のそれぞれにおいて、ロータシャフト３４とシール型２０２との間のシール性を効果的に高めることができる。

なお、シール型２０２は、基準軸Ｉ０まわりの全周にわたってロータシャフト３４のＺ１側の端部及びＺ２側の端部のそれぞれを塑性変形させる。これにより、基準軸Ｉ０まわりの全周にわたってロータシャフト３４のシール性を高めることができる。

図６には、シール型２０２が下死点にある状態が模式的に示されている。シール型２０２が下死点にある状態、すなわちシール状態では、シール型２０２は、Ｚ１側のシール部２０２３がロータシャフト３４のＺ１側の端部（開口）をシールする。この場合、Ｚ１側のシール部２０２３は、第１段差部３４６の径方向内側を塑性変形させることで、ロータシャフト３４のＺ１側の端部におけるシールを実現する。具体的には、例えば、図６Ａには、下死点に位置するシール型２０２とロータシャフト３４のＺ１側の端部との間の干渉部がハッチング領域Ｒ６０で示されている。この場合、ロータシャフト３４のＺ１側の端部におけるハッチング領域Ｒ６０で示される部分が潰れることで、第１段差部３４６の径方向内側が塑性変形する。この結果、シール型２０２（Ｚ１側のシール部２０２３）とロータシャフト３４のＺ１側の端部との間のメタルシールが実現される。なお、図６Ａに示す例では、第１段差部３４６は、面取りによる傾斜面３４６１を含む態様で形成されており、傾斜面３４６１のＺ２側（径方向内側）での干渉を起点として塑性変形が実現される。

同様に、シール型２０２が下死点にある状態、すなわちシール状態では、シール型２０２は、Ｚ２側のシール部２０２４がロータシャフト３４のＺ２側の端部（開口）をシールする。この場合、Ｚ２側のシール部２０２４は、第２段差部３４７の径方向内側を塑性変形させることで、Ｚ２側の端部におけるシールを実現する。具体的には、例えば、図６Ｂには、下死点に位置するシール型２０２とロータシャフト３４のＺ２側の端部との間の干渉部がハッチング領域Ｒ６１で示されている。この場合、ロータシャフト３４のＺ２側の端部におけるハッチング領域Ｒ６１で示される部分が潰れることで、第２段差部３４７の径方向内側が塑性変形する。この結果、シール型２０２（Ｚ２側のシール部２０２４）とロータシャフト３４のＺ２側の端部との間のメタルシールが実現される。なお、図６Ｂに示す例では、第２段差部３４７は、面取りによる傾斜面３４７１を含む態様で形成されており、傾斜面３４７１のＺ２側（径方向内側）での干渉を起点として塑性変形が実現される。

ついで、本製造方法は、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。締結工程（ステップＳ５０６）は、シール型２０２が下死点にある状態（すなわちシール状態）において実行される。以下では、中空部３４Ａ内とは、中空部３４Ａ内のうちの、シール型２０２でシールされている内部であって、シール型２０２の挿入部２０２１が延在する内部を指す。シール工程が完了したシール状態では、中空部３４Ａ内の空間は、シール型２０２の挿入部２０２１の存在に起因して比較的小さい容積となる。以下、シール状態における中空部３４Ａ内の空間の容積（シール型２０２の挿入部２０２１を除く部分の容積）を、「キャビティ容積」とも称する。

締結工程（ステップＳ５０６）では、中空部３４Ａ内に流体（本実施例では、一例として水）が導入され、流体を加圧（例えば１５０～２５０Ｍｐａの範囲内の圧力まで加圧）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。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。

本実施例では、締結工程（ステップＳ５０６）は、注水及びエア抜き工程（ステップＳ５０６１）と、高水圧印加工程（ステップＳ５０６２）と、内圧抜き工程（ステップＳ５０６３）とを含む。

注水及びエア抜き工程（ステップＳ５０６１）は、中空部３４Ａ内におけるシール型２０２まわりの隙間（すなわちキャビティ容積に係る空間）に水を注水することで、同隙間に存在しているエアを外部に排出する工程である。すなわち、中空部３４Ａ内におけるシール型２０２まわりの隙間に存在する空気を水で置換する工程である。このような注水及びエア抜き工程（ステップＳ５０６１）を、高水圧印加工程（ステップＳ５０６２）に先立って実行することで、中空部３４Ａ内に空気が残存した状態で高水圧印加工程（ステップＳ５０６２）が実行される場合に生じうる不都合（水とともに高圧圧縮される空気の発生）を防止できる。なお、高水圧印加工程（ステップＳ５０６２）において水とともに高圧圧縮される空気が発生すると、次の内圧抜き工程（ステップＳ５０６３）において急激な空気の膨張による衝撃波が生じうる。

図７に示す例では、水がシール型２０２の加圧流路２０２８を介して中空部３４Ａ内に導入される（矢印Ｒ７００、Ｒ７０１）。中空部３４Ａ内に導入される水は、重力により下側から溜まっていき、空気を上方の排気流路２０２９から排出させる（矢印Ｒ７０２）。中空部３４Ａ内に水が満たされることで、中空部３４Ａ内の空気が実質的になくなると、注水及びエア抜き工程（ステップＳ５０６１）が完了となる。

高水圧印加工程（ステップＳ５０６２）は、注水及びエア抜き工程（ステップＳ５０６１）に後続して実行される。高水圧印加工程（ステップＳ５０６２）は、中空部３４Ａ内に満たした水を加圧することで、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。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。すなわち、ロータシャフト３４の内径ｒ１’（図３参照）が第１内径ｒ１（図１参照）へと拡大されるのに伴い、その分だけ外径ｒ２０（図３参照）が増加し、締め代が確保される。

なお、本実施例では、シール状態においては、上述したようにシール型２０２による高いシール性のシール（例えばメタルシール）が実現されているので、高水圧印加工程（ステップＳ５０６２）によりロータシャフト３４の内圧を比較的高い圧力まで上昇させることも可能である。すなわち、高圧下においても中空部３４Ａ内の水が、シール型２０２によるシールによりロータシャフト３４の外部へと漏れ出すことが適切に防止される。これにより、ロータコア３２とロータシャフト３４の間の径方向の締め代を比較的大きくすることも可能となる。

図８に示す例では、図８に模式的に示すように、バルブ８００を介して排気流路２０２９と大気圧との間の連通が遮断されつつ、加圧流路２０２８を介して中空部３４Ａ内の水が加圧されている（矢印Ｒ８００、Ｒ８０１）。これにより、ロータシャフト３４の中空部３４Ａ内の内圧が高まる。すなわち、水を介してロータシャフト３４の内周面３４０に対して内周面３４０に垂直な力（水圧）が付与される。

高水圧印加工程（ステップＳ５０６２）は、所定の終了条件が満たされた場合に終了されてよい。所定の終了条件は、任意であるが、ロータシャフト３４とロータコア３２との間の必要な径方向の締め代が確保された場合に満たされるように適合されてよい。

内圧抜き工程（ステップＳ５０６３）は、高水圧印加工程（ステップＳ５０６２）に後続して実行される。内圧抜き工程（ステップＳ５０６３）は、中空部３４Ａ内に満たした水を大気圧まで低下させる。

図９に示す例では、図９に模式的に示すようにバルブ８００が開位置とされている。このようにして、内圧抜き工程（ステップＳ５０６３）では、バルブ８００を介して排気流路２０２９が大気圧に連通することで、中空部３４Ａ内の内圧が大気圧へと低下される。

ついで、本製造方法は、シール型２０２の挿入部２０２１をロータシャフト３４から抜く態様で、Ｚ１側に上昇させるシール型戻し工程（ステップＳ５０７）を含む。シール型２０２が上昇すると、シール状態が解除される。これにより、ロータシャフト３４の中空部３４Ａ内の水は、ロータシャフト３４のＺ２側の端部からＺ２側へと重力の作用により排出される。図１０に示す例では、排出されている水が模式的に矢印Ｒ１０００で示されている。このようにして、シール型戻し工程（ステップＳ５０７）に伴い、締結工程（ステップＳ５０６）で利用された水が外部へと排出される。

ついで、本製造方法は、ロータシャフト３４において油穴３４８、３４９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機械加工等により実現されてよい。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、本製造方法は、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、本製造方法によれば、シール型２０２によりロータシャフト３４のＺ１側及びＺ２側のそれぞれをシールした状態で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とを一体化できる。

ここで、図１１を参照して、本実施例の効果を比較例と対比して説明する。

図１１は、比較例による製造装置２００’（及びそれを用いた製造方法）の説明図である。図１１は、基準軸Ｉ_０を含む平面で切断した際の断面図であり、基準軸Ｉ_０に関して実質的に回転対称として一方側の構成のみを示している。なお、図１１は、シール状態（シール工程の完了状態）における製造装置２００’を示している。

比較例による製造装置２００’は、本実施例による製造装置２００に対して、シール型２０２に代えて、２つのシール型２０１’、２０２’が利用される点が異なる。具体的には、シール型２０１’は、ロータシャフト３４のＺ２側の端部からロータシャフト３４の中空部３４Ａ内に挿入され、ロータシャフト３４のＺ２側の端部をシールする。なお、シール型２０１’は、ロータシャフト３４のＺ２側の端面３４５２を塑性変形させることでシールを実現してよい。また、シール型２０２’は、ロータシャフト３４のＺ１側の端部からロータシャフト３４の中空部３４Ａ内に挿入され、ロータシャフト３４のＺ１側の端部をシールする。

このような比較例では、２つのシール型２０１’、２０２’を用いるので、本実施例に比べて、シール状態におけるロータシャフト３４の中空部３４Ａ内の容積（キャビティ容積）が大きくなりやすい。このように、キャビティ容積が比較的大きい場合、上述したハイドロフォーミングによる締結工程の際において、注水及びエア抜き工程（ステップＳ５０６１）で排出すべき空気量が多くなってしまう。注水及びエア抜き工程（ステップＳ５０６１）で排出すべき空気量が多くなると、注水及びエア抜き工程に要する時間（マシンタイム）が長くなり、かつ、注水量も多くなり、非効率となる。

これに対して本実施例によれば、ロータシャフト３４のＺ１側の端部からロータシャフト３４の中空部３４Ａ内に挿入されるシール型２０２のみを用いてロータシャフト３４のシールを実現するので、上述した比較例において生じる不都合を低減できる。すなわち、挿入部２０２１の外径ｒ３を第２内径ｒ２よりも有意に大きい値（例えば内径ｒ１’よりもわずかに小さい値）に設定できるので、シール状態におけるロータシャフト３４の中空部３４Ａ内の容積（キャビティ容積）の最小化を図ることができる。その結果、注水及びエア抜き工程（ステップＳ５０６１）の効率化を図ることができる。挿入部２０２１の外径ｒ３は、好ましくは、内径ｒ１’に対して０．０５から０．１５ｍｍの範囲内で小さくてもよく、より好ましくは、内径ｒ１’に対して約０．１ｍｍ小さくてもよい。

また、本実施例では、単一のシール型２０２を用いるので、２つのシール型２０１’、２０２’を用いる場合に比べて、部品点数やコストの低減を図ることができる。特に２つのシール型２０１’、２０２’は、ともに可動部材であるので、単一のシール型２０２を用いることで、可動部材の数を減らし、Ｚ方向の移動を実現する機構等を簡略化できる。例えば、Ｚ２側の構造を簡素化し、省スペース化を図ることができる。このようにして、本実施例によれば、製造装置２００の全体としての構造の簡略化を図ることができる。

次に、図１２以降を参照して、本実施例に対する変形例について説明する。以下では、上述した実施例と実質的に同一であってよい構成要素については、同一の参照符号を付して説明を省略する場合がある。

図１２及び図１３は、変形例による製造装置２００Ａの説明図であり、基準軸Ｉ_０を含む平面で切断した際の断面図であり、基準軸Ｉ_０に関して実質的に回転対称として一方側の構成のみを示している。図１２は、製造工程中におけるロータシャフト３４のＺ２側のシール状態が実現されたときの状態を示し、図１３は、製造工程中におけるロータシャフト３４のＺ１側のシール状態がＺ２側のシール状態に後続して実現されたときの状態を示す。

変形例による製造装置２００Ａは、本実施例による製造装置２００に対して、シール型２０２に代えて、２つのシール型２０１Ａ、２０２Ａが利用される点が異なる。なお、本変形例は、２つのシール型２０１Ａ、２０２Ａを用いる点で図１１を参照した比較例と同じであるが、本変形例によるシール型２０１Ａ、２０２Ａは、ともに、ロータシャフト３４のＺ１側の端部からロータシャフト３４の中空部３４Ａ内に挿入される点で、上述した比較例による製造装置２００’による２つのシール型２０１’、２０２’に対して異なる。

具体的には、シール型２０１Ａは、上下に昇降可能であり、シール工程を実現するために、ロータシャフト３４のＺ１側の端部からロータシャフト３４の中空部３４Ａ内に挿入される。シール型２０１Ａは、その下死点まで到達したときに、ロータシャフト３４のＺ２側の端部をシールする（図１２参照）。すなわち、挿入部２０１１ＡのＺ２側の端部が第２段差部３４７を塑性変形させることでシール状態を実現する。なお、シール型２０１Ａによるロータシャフト３４のＺ２側の端部のシール方法は、上述した実施例のシール型２０２によるロータシャフト３４のＺ２側の端部のシール方法と同様であってよい。

シール型２０１Ａは、挿入部２０１１Ａ（シール状態においてロータシャフト３４の拡径部３４１にオーバラップする軸方向区間）におけるＺ２側において、第２内径ｒ２よりも有意に大きい外径ｒ３３を有する。シール型２０１Ａは、ロータシャフト３４のＺ１側の端部からロータシャフト３４の中空部３４Ａ内に挿入されるので、外径ｒ３３の値は、第２内径ｒ２よりも有意に大きい値（例えば内径ｒ１’よりもわずかに小さい値）に設定できる。例えば、外径ｒ３３は、好ましくは、内径ｒ１’に対して０．０５から０．１５ｍｍの範囲内で小さくてもよく、より好ましくは、内径ｒ１’に対して約０．１ｍｍ小さくてもよい。これにより、ロータシャフト３４の拡径部３４１の区間におけるＺ２側において、シール状態におけるシール型２０１Ａとロータシャフト３４との間の径方向の隙間（及びそれに伴いキャビティ容積）を最小化できる。なお、シール型２０１Ａは、ロータシャフト３４の拡径部３４１の区間におけるＺ１側において、外径ｒ３３よりも有意に小さい外径ｒ３３’を有する。すなわち、シール型２０１Ａの挿入部２０１１Ａは、外径ｒ３３を有する大径部２０１１１Ａと、外径ｒ３３’を有する小径部２０１１２Ａとを備える。

シール型２０２Ａは、シール型２０１Ａとは独立して、上下に昇降可能であり、シール工程を実現するために、ロータシャフト３４のＺ１側の端部からロータシャフト３４の中空部３４Ａ内に挿入される。シール型２０２Ａは、その下死点まで到達したときに、ロータシャフト３４のＺ１側の端部をシールする（図１３参照）。すなわち、挿入部２０２１Ａが第１段差部３４６を塑性変形させることシール状態を実現する。なお、シール型２０２Ａによるロータシャフト３４のＺ１側の端部のシール方法は、上述した実施例のシール型２０２によるロータシャフト３４のＺ１側の端部のシール方法と同様であってよい。

シール型２０２Ａは、シール型２０１Ａに対して軸方向に移動可能な態様で、シール型２０１Ａの径方向外側に配置される。シール型２０２Ａは、基準軸Ｉ_０まわりに円柱状の中空部２０２６Ａを有し、当該円柱状の中空部２０２６Ａにシール型２０１Ａの小径部２０１１２Ａが挿通される。この場合、シール型２０２Ａの中空部２０２６Ａの内径は、シール型２０１Ａの小径部２０１１２Ａの外径ｒ３３’よりもわずかに大きくてよい。シール型２０２Ａの中空部２０２６Ａとシール型２０１Ａの小径部２０１１２Ａとの間には、シール部材２０２７Ａが設定されてよい。シール部材２０２７Ａは、基準軸Ｉ_０まわりのリング状の形態であり、上述したハイドロフォーミングによる締結工程の際において、加圧された水がシール型２０２Ａの中空部２０２６Ａとシール型２０１Ａの小径部２０１１２Ａとの間を通ってＺ１側に抜けることを防止する。

シール型２０２Ａは、挿入部２０２１Ａ（シール状態においてロータシャフト３４の拡径部３４１にオーバラップする軸方向区間）において、第２内径ｒ２よりも有意に大きい外径ｒ３４を有する。シール型２０２Ａは、ロータシャフト３４のＺ１側の端部からロータシャフト３４の中空部３４Ａ内に挿入されるので、外径ｒ３４の値は、第２内径ｒ２よりも有意に大きい値（例えば内径ｒ１’よりもわずかに小さい値）に設定できる。例えば、外径ｒ３４は、好ましくは、内径ｒ１’に対して０．０５から０．１５ｍｍの範囲内で小さくてもよく、より好ましくは、内径ｒ１’に対して約０．１ｍｍ小さくてもよい。これにより、ロータシャフト３４の拡径部３４１の区間におけるＺ１側において、シール状態におけるシール型２０１Ａとロータシャフト３４との間の径方向の隙間（及びそれに伴いキャビティ容積）を最小化できる。

図１２及び図１３に示す例では、加圧流路２０２８Ａは、シール型２０１Ａに形成され、排気流路２０２９Ａは、シール型２０２Ａに形成されている。これにより、シール状態において、図２を参照して上述した締結工程（ステップＳ５０６）及びそれ以降の各工程を、上述した実施例と同様の態様で実現できる。

本変形例においても、上述した実施例と同様の効果を得ることができる。すなわち、２つのシール型２０１Ａ、２０２Ａを利用するものの、２つのシール型２０１Ａ、２０２Ａは、ともに第２内径ｒ２よりも有意に大きい外径の挿入部２０１１Ａ、２０２１Ａを有することができるので、シール状態における中空部３４Ａ内の容積（キャビティ容積）の最小化を図ることできる。

また、本変形例によれば、２つのシール型２０１Ａ、２０２Ａは、互いに対して独立して軸方向に移動可能であるので、ロータシャフト３４のＺ２側の端部とＺ１側の端部とそれぞれ独立した所望の態様でシールできる。なお、ロータシャフト３４は、製造公差等に起因して、Ｚ２側のシール位置とＺ１側のシール位置との間の軸方向の長さ（以下、「上下のシール位置間の長さ」とも称する）に個体差を有しうる。この点を考慮して、下死点にあるときのシール型２０２ＡのＺ２側の端面と、下死点にあるときのシール型２０１ＡのＺ１側の端面との間には、かかる上下のシール位置間の長さの個体差を吸収できるような隙間が設定されてもよい。この場合、下死点にあるときのシール型２０２ＡのＺ２側の端面と、下死点にあるときのシール型２０１ＡのＺ１側の端面との間の隙間が大きいほど、キャビティ容積が大きくなるので、当該隙間は、上下のシール位置間の長さの個体差を吸収できる範囲で最小化されてよい。

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、各実施例の効果のうちの、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、上述した実施例において、図６に示す例では、Ｚ１側のシール部２０２３は、第１段差部３４６の径方向内側を塑性変形させることで、ロータシャフト３４のＺ１側の端部におけるシールを実現するが、これに限られない。例えば、図１４で製造装置２００Ｃを模式的に示すように、シール型２０２ＣのＺ１側のシール部２０２３Ｃは、ロータシャフト３４におけるＺ１側の端面３４５１の径方向内側を塑性変形させることで、Ｚ１側の端部におけるシールを実現してもよい。なお、ロータシャフト３４におけるＺ１側の端面３４５１の径方向内側を塑性変形させる構成は、ロータシャフト３４における第１段差部３４６の径方向内側を塑性変形させる構成に比べて、面圧を高めやすい（それ故にシール性を高めやすい）傾向がある。他方、上述したようなロータシャフト３４における第１段差部３４６の径方向内側を塑性変形させる構成は、ロータシャフト３４の内周面におけるベアリング１４ａの支持面（ベアリング１４ａと径方向で当接する表面）における寸法精度が、シール工程に起因して低下し難い点で有利となりうる。

１・・・モータ（回転電機）、３０・・・ロータ、３２・・・ロータコア、３４・・・ロータシャフト、３４Ａ・・・中空部、３４６・・・第１段差部、３４７・・・第２段差部、２００、２００Ａ、２００Ｂ・・・製造装置、２０２、２０１Ａ、２０２Ａ・・・シール型、２０２１、２０１１Ａ、２０１１Ｂ・・・挿入部、ｒ１・・・第１内径、ｒ２・・・第２内径

Claims (10)

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、軸方向一方側の端面から軸方向他方側の端部に至るまで第１内径を有しかつ前記軸方向他方側の端部において前記第１内径よりも小さい第２内径を有する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、前記製造装置のシール型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、前記シール型は、前記ロータシャフトの前記軸方向一方側の端部及び前記軸方向他方側の端部をシールするように、前記軸方向一方側から前記ロータシャフトの中空部に挿入される、製造方法。
2. 前記シール工程において、前記シール型は、前記ロータシャフトの前記軸方向一方側の端部及び前記軸方向他方側の端部を同時にシールする、請求項１に記載の製造方法。
3. 前記シール工程において、前記シール型は、前記ロータシャフトにおける前記軸方向一方側の端面の径方向内側を塑性変形させることで、前記軸方向一方側の端部におけるシールを実現する、請求項１又は２に記載の製造方法。
4. 前記ロータシャフトは、前記軸方向一方側の端部における内周面において、前記第１内径の値が変化する第１段差部を有し、
   前記シール工程において、前記シール型は、前記第１段差部の径方向内側を塑性変形させることで、前記軸方向一方側の端部におけるシールを実現する、請求項１又は２に記載の製造方法。
5. 前記ロータシャフトは、前記軸方向他方側の端部における内周面において、前記第１内径から前記第２内径への変化に関連した径方向の第２段差部を有し、
   前記シール工程において、前記シール型は、前記第２段差部の径方向内側を塑性変形させることで、前記軸方向他方側の端部におけるシールを実現する、請求項１から４のうちのいずれか１項に記載の製造方法。
6. 回転電機用のロータの製造装置であって、
   軸方向一方側の端面から軸方向他方側の端部に至るまで第１内径を有しかつ前記軸方向他方側の端部において前記第１内径よりも小さい第２内径を有する中空のロータシャフトに対して、軸方向に相対移動可能であるシール型を有し、
   前記シール型は、前記軸方向一方側から前記ロータシャフトの中空部に挿入されることで、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状態を形成可能な挿入部を有し、
   前記シール状態において、前記シール型は、前記ロータシャフトの前記軸方向一方側の端部及び前記軸方向他方側の端部をシールする、製造装置。
7. 前記シール型の前記挿入部は、前記第１内径よりも小さく前記第２内径よりも大きい外径を有する、請求項６に記載の製造装置。
8. 前記シール状態において、前記挿入部は、前記ロータシャフトにおける前記軸方向一方側の端面の径方向内側を塑性変形させることで、前記軸方向一方側の端部におけるシールを実現する、請求項６又は７に記載の製造装置。
9. 前記ロータシャフトは、前記軸方向一方側の端部における内周面において、前記第１内径の値が変化する第１段差部を有し、
   前記シール状態において、前記挿入部は、前記第１段差部の径方向内側を塑性変形させることで、前記軸方向一方側の端部におけるシールを実現する、請求項６又は７に記載の製造装置。
10. 前記ロータシャフトは、前記軸方向他方側の端部における内周面において、前記第１内径から前記第２内径への変化に関連した径方向の第２段差部を有し、
    前記シール状態において、前記挿入部は、前記第２段差部の径方向内側を塑性変形させることで、前記軸方向他方側の端部におけるシールを実現する、請求項６から９のうちのいずれか１項に記載の製造装置。

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