JP3555377B2 - ロータ及びロータの製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロータとその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、図7、図8に示すようにモータに使用するロータの製造方法及び構造がある。図7の工程は特開平8−237914号公報に示されたもので、ロータコア組立のシャフト挿入穴とシャフトの外径とが、同等又は僅少な公差になるように形成され、わずかな締め代を持たせてロータコア組立にシャフトを挿入後、ロータコア組立のシャフト挿入穴とシャフトとの接合位置にレーザ光によるスポット溶接接合をする方法である。また、図8の構造は実開昭59ー145248号公報に示されたもので、ロータコア組立2の内径4bを部分的に大きくした拡径部4b2を設けて、シャフトとの間に隙間を作って、シャフトを圧入する構造が示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
このように構成されたロータは、特開平8−237914号公報の方法ではロータコア組立の挿入穴にシャフトを挿入する時、シャフトの表面にほとんど傷を付けずにガタなく挿入することができるが、公差のバラつきによって締め代がありそれに応じた挿入圧力を必要とし、シャフトが細い場合シャフトが圧力によって変形をしたり、ロータのシャフト挿入穴の円筒度、真直度等の誤差の影響を受けて変形する。
また、シャフトに傷が付く場合がありシャフトの変形が0にはならず、このためロータコア組立の挿入穴やシャフトの外径寸法を高精度に加工し、維持管理することが必要となる。また、ロータの外径にはダイキャストのバリがありこのバリを除去する加工が必要である。
【0004】
また、シャフトをロータコア組立に挿入するとき締め代がないようにして挿入圧力を0にするには、ロータコア組立を加熱してシャフトの挿入穴の径を大きくすることが必要となり加工工程及び加工時間の増加と加熱装置が必要となる。
また、実開昭59ー145248号公報においては、シャフト圧入時シャフト挿入穴の内側の角でシャフトに傷が付きやすく、圧入力が高くなりシャフトが変形しやすいなどの課題があった。
【0005】
本発明は、このような課題を解決するためになされてもので、ロータコア組立のシャフト挿入穴にシャフトを挿入するときシャフトに力をかけず、シャフトを変形させないようにするとともに、ロータコア組立のシャフト挿入穴及びシャフト外径の高い加工精度を必要とせず、また、シャフトとロータコア組立の接合強度を高め、ロータ外径の加工条件の向上を図るものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
シャフトと、シャフトの外径よりも大きい内径を備えるシャフト挿入穴を具備するロータコアを複数枚積層してなるロータコア組立とを有し、シャフト挿入穴に挿入されたシャフトの周りをレーザビームによって溶接しているロータであって、ロータコア組立の端面から所定の厚み分のロータコアのシャフト挿入穴の内径に比べ、所定の厚み分よりもロータコア組立の中央部側のシャフト挿入穴の内径を大きくしている。
【0007】
また、ロータコア組立の端面から所定の厚み分のロータコアのシャフト挿入穴の内径はシャフトの外径との隙間を0.01〜0.1mmに維持できる寸法である。
【0008】
シャフトの外径よりも大きい貫通穴が設けられたロータコアを積層してロータコア組立を形成する工程と、ロータコア組立の貫通穴にシャフトを挿入する工程と、ロータコア組立の端面をコーキングしてシャフトを固定する工程と、コーキングされた端面にレーザビームを照射して、シャフトとロータコア組立とを溶接する工程とを有する。
【0009】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
本発明の実施の形態1として、図1から図4に基づいて説明する。図においてロータ1はロータコア組立2にシャフト3を所定の位置に固定したもので、ロータコア組立2は、ロータコア4と導体5からなり、ロータコア4を複数枚積層して円柱状にしたもので、外径4aとこの外径と同心にシャフト3を挿入する内径4bとを有している。内径4bは内径4b1と内径4b1より大きい径の拡径部4b2との2種類があり、ロータコア4は内径4b1と、内径4b2との2種類がある。内径4bは本実施の形態では2種類であるがシャフトの形状によっては3種類以上になる場合もある。ロータコア4は外径4aの近くに導体5が入るスロット4cを有している。スロット4cは外径4aに一部が開口して外径4a及び内径4b1、又は4b2と同心となるピッチ円径にて複数等間隔に設けられている。
【0010】
ロータコア4はロータコア組立2に積層されたときスロット4cは外径4aの円周方向に一枚毎に少しづつづれてスロット1ピッチ分のスキュウが形成されている。ロータコア組立2の内径4bは端面4dより、この端面4dの肉厚が所定の厚さになる位置に、径で約0.15〜3mm程度拡大した拡径部4b2を有している。なお、端面4dの肉厚はシャフト3を溶接して保持するのに十分な厚みを有するようにロータコア4数毎で構成している。ロータコア4の外径4aは寸法精度を出すために後工程にて加工をする加工代が約径で0.4mm設けられ、また、内径4b1はシャフト3の外径3aより大きく、径で0.01〜0.1mmの隙間を維持できる寸法にしてある。このように構成されたロータ1は次に述べる工程にて製作される。
【0011】
ロータ1の製作行程を図3に示す。
第一行程として、ロータコア4を打抜き1台分の厚みになるように積層してスキュウをつける。ロータコア4の打抜き、積層は次のように行われる。シャフト3の入る内径4bは内径4b1と拡径部4b2との2種類を有するため、打抜きのとき金型を内径4b1用のパンチと拡径部4b2用のパンチの出し入れを制御して、最初に4b1の内径のものを必要枚数打抜き、次に4b2の内径のものを必要枚数打抜き、次に又、4b1の内径のものを必要枚数打抜いて1台分の厚みに順次かしめながら積層すると同時にスキュウを形成する。
【0012】
次に第二工程として、ダイキャスト型に積層されたロータコア4をセットしてアルミをダイキャストして導体5を形成しロータコア組立2の形状にする。
【0013】
次に第三工程として、ロータコア組立2をダイキャスト型より取りだし、外径4aや導体5の付近にできたダイキャストのバリ、付着物等を除去する清掃をした後、ロータコア組立2の内径4b1に回転式のローラをかけ内面の凸凹を潰しながら内径寸法を一定の範囲に揃える。
【0014】
次に第四工程として、ロータコア組立2を治具にセットして別工程で制作されたシャフト3をロータコア組立2の内径4bに挿入し、シャフト3の端面3bとロータコア組立2の端面4dとの位置関係にてシャフト3を所定の位置に位置決めをする。この位置決め寸法はロータの種類によって各種変化する。
【0015】
次に第五工程として、ロータ1をレーザー溶接機にてロータコア組立2の端面4dとシャフト3の外径3aの溶接接合を行う。
レーザー溶接は図4に示すようにロータコア組立2の端面4dの内径4b1に近い部分のシャフトの外径3aから0.4〜0.5mmの位置をシャフト3の軸線に対して10度から45度の入射角にてレーザー光線を当てて、ロータの端面4d及びシャフトの外径を溶融して行なう。
【0016】
レーザ溶接の方法としては、まず始めにレーザ溶接ヘッドに対してロータコア組立2の端面4dを所定の位置に位置決めし固定する。次にこの状態で(ロータ1は回転しない)レーザ溶接ヘッド8よりレーザ光を0.5〜1秒間照射して仮溶接を行なう。この目的は次に全周溶接を行う時にロータ1を回転させるが、この時ロータコア組立2とシャフト3が空回りしないように固定するものである。レーザ光を照射する位置は、ロータコア組立2の端面4dのシャフト3の外径から0.2〜0.5mm離れた位置に照準を合わせる。
【0017】
次に溶接条件を変更して、再度レーザ光を照射しながらロータ1を回転させて全周溶接をして溶接部7を形成する。溶接部7はロータコア組立2の端面4dを完全に溶融しシャフトの外径3aの一部も溶融したビード幅で、深さはロータコア4の板厚方向に1.5〜2.0mmの大きさに形成されている。レーザ光の照射時間はロータコア組立2が1回転以上するまで行い、最終の溶接部が先に溶接された部分に重なるように再溶接されるまで行われる。このように、溶接部の始めの部分と終わりの部分を重ねるようにすることにより、溶接不十分な部分が残ることなく品質の良い溶接部となる。
【0018】
また、レーザ光の入射角度はできるだけ小さいほうがロータの端面4dにレーザ光が入りやすいので、板厚方向に深い解けこみが得られるので溶接強度が高くなる。
また、全周溶接することにより溶接面積が大きいので溶接強度の高い接合が出来る。
【0019】
また、レーザ溶接することにより溶接部分が小さく出来、発熱量が少ないのでシャフト3やロータコア組立2に与える熱影響が少なく、シャフト3の熱による変形がないので後行程におけるシャフトの修正(振れとり等)作業をする必要がない。
レーザ溶接は図のように片面づつ行う方法と、両面同時に行う方法がある。どちらにするかは、作業条件、自動化の状況、製品の大きさ等により選択する。
【0020】
次に第六工程として、溶接後シャフト3を基準にしてロータ1の外径4aの加工を行う。この加工はロータ1の外径4aにでているダイキャストのバリを取り除く、と同時にシャフト3に対してロータコア組立2の外径4aの同心度及び同軸度の精度をだすためのもので切削または研削等により行われる。
【0021】
次に最終工程として、加工したロータコア組立2の表面に防錆処理をしてロータ1が完成する。
【0022】
次に内径4bについて説明する。ロータコア組立2の内径4bが同一径でストレートの場合、積層状態では個々のロータコア4のわずかなズレにより、内径4bに円筒度、真直度等の誤差がありシャフト3を挿入したとき、シャフト3がその誤差により変形され真直度を悪くして振れを生じる。この誤差の影響をなくすためにロータコア組立2の内径4bの中央部を大きい径の拡径部4b2にしてシャフト3の外径3aとの間に隙間ができるようにする。これによりロータコア組立2の中央部がシャフト3に触れることなく、シャフト3がロータコア組立2の両端面4d部分の2点支持となり曲りなどの変形をおこすことがない。
【0023】
また、ロータコア組立2の端面4d側の内径4b1の内径はシャフト3の外径に対して半径で5から50ミクロンの隙間を持たせているので、シャフト3を挿入するとき外径3aに傷を付けることがなく、また隙間が小さいのでロータの外径4aに対するシャフト3の外径3aの振れは小さくロータ外径4aに設けてある加工代で十分に加工できる範囲であるので、シャフトの振れ取りをしないでロータの外径4aの加工をすることが出来る。
【0024】
さらに、金型を制御してロータコア組立のシャフトを挿入する内径を、大小の2種類に抜き分け、前記2種類の内径を小さい径、大きい径、小さい径と各々必要枚数打ち抜いて、その順番にロータコアを積層するので自動化が容易にでき、また、内径の拡径部の加工を省略できる。
【0025】
実施の形態2.
実施の形態2は、ロータコア組立2にシャフト3を挿入後、レーザ溶接するまでにシャフト3の位置がズレ無いように仮固定するためにロータコア組立2の端面4dをコーキングしてからレーザー溶接するもので、図5及び図6により説明する。なお、図中コーキングに関する以外は実施の形態1と同じであるので説明を省略する。
【0026】
図において、コーキング6はロータコア組立2の端面4dに図5に示すように内径4b1に近いシャフト外径3aから0.2〜0.5mm離れた位置にコーキング溝vのセンターが位置するように行う。コーキング6の溝の形状はv溝状にて円周状に全周又は一定の長さと間隔にて複数加工される。コーキング6の溝の深さはロータコア4の板厚の約1/2としている。
コーキングされたロータコア4の端面4dの内径4b1はシャフト3の外径3aに押し付けられて密着し隙間がなくなりシャフト3を固定する状態となる。
【0027】
コーキング6の工程は図6に示すようにシャフト3を挿入した後レーザ溶接工程の前に専用治具にて加工される。
次の工程のレーザ溶接はロータコア組立2の端面4dに加工されたコーキング6部分の、シャフトの外径3aから0.4〜0.5mmの位置をシャフト3の軸線に対して10度から45度の入射角にてレーザ光線を当ててロータコア組立2の端面4d及びシャフトの外径3aを溶接する。
【0028】
溶接された溶接部7は先のコーキングにおいてシャフト3の外径3aとロータコア組立2の内径4b1が密着されているので、溶融部分が内径4b1とシャフトの外径3aとの間の隙間に流れ込むことがないので、溶接ビード形状が崩れず安定した品質の良い溶接部となる。
【0029】
【発明の効果】
以上説明したように、ロータコア組立の内径とシャフトの外径とのはめ合いをすきまばめにし、シャフトを挿入、位置決めしてからシャフトとロータコア組立を溶接するようにしたので、シャフトをロータコア組立に圧入する必要が無く、また、シャフトに傷が付かないのでシャフトが変形せず、シャフトを修正する必要が無い効果がある。
【0030】
また、シャフトとロータコア組立の溶接を全周溶接接合としたので高い溶接強度が得られ、ロータの外径加工における加工条件を高めることができ加工時間の短縮によるコストダウンが図れる効果がある。
【0031】
また、ロータコア組立の内径に、拡径部を端面の肉厚が所定の厚みになる位置に設けたので、ロータコア組立の内径の精度が悪くてもシャフトが変形しない効果がある。
【0032】
また、シャフトの外径より大きい径に打ち抜いた内径のロータコアを積層したロータコア組立にシャフトを挿入し、ロータコア組立とシャフトの位置決め後、ロータの端面をコーキングしてシャフトを固定し、次にロータコア組立とシャフトを溶接接合するので、シャフトが変形せず修正する工程が不要となり工程の自動化が容易になる効果がある。
【0033】
また、レーザ光で溶接を行うので溶接部分が小さく、熱の影響が少なくシャフトを変形させることがない効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1のロータの断面図。
【図2】本発明の実施の形態1のロータコア組立の断面図。
【図3】本発明の実施の形態1の製造工程図。
【図4】本発明のレーザ溶接接合を示す図。
【図5】本発明の実施の形態2のロータのコーキング断面図。
【図6】本発明の実施の形態2の製造工程図。
【図7】従来例の製造工程を示すフロー図。
【図8】従来例のロータの断面図。
【符号の説明】
2 ロータコア組立、 3 シャフト、 4b1 内径、 4b2 拡径部、 6 コーキング。
Claims (3)
- シャフトと、前記シャフトの外径よりも大きい内径を備えるシャフト挿入穴を具備するロータコアを複数枚積層してなるロータコア組立とを有し、前記シャフト挿入穴に挿入されたシャフトの周りをレーザビームによって溶接しているロータであって、
前記ロータコア組立の端面から所定の厚み分のロータコアのシャフト挿入穴の内径に比べ、前記所定の厚み分よりもロータコア組立の中央部側のシャフト挿入穴の内径を大きくしていることを特徴とするロータ。 - ロータコア組立の端面から所定の厚み分のロータコアのシャフト挿入穴の内径はシャフトの外径との隙間を0.01〜0.1mmに維持できる寸法であることを特徴とする請求項1記載のロータ。
- シャフトの外径よりも大きい貫通穴が設けられたロータコアを積層してロータコア組立を形成する工程と、
前記ロータコア組立の貫通穴に前記シャフトを挿入する工程と、
前記ロータコア組立の端面をコーキングして前記シャフトを固定する工程と、
前記コーキングされた端面にレーザビームを照射して、前記シャフトとロータコア組立とを溶接する工程とを有するロータの製造方法。
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