JP3724447B2 - ロータ構体及びその製造方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁鋼板からリング状に打ち抜いたコアピースを軸線に沿って同軸状に積層させた積層コアと、この積層コアを支持する円筒形の支持シェルとよりなり、前記積層コアに形成した複数個の開口にそれぞれ永久磁石を取り付け、ステータとの相互作用の下に前記積層コアと前記支持シェルとが一体に同一軸線の周りにトルクを発生するロータ構体、及びこのロータ構体を製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の積層鉄芯を有するロータ構体及びその製造方法としては、図１に示すように、
（ａ）電磁鋼板ロール１からコアピース２を打ち抜き、
（ｂ）複数個のコアピース２を積層させ、かしめ等で積層体として一体化した積層コア３を形成し、
（ｃ）コアピースを電磁鋼板から打ち抜く際に生じたコアピースの残留応力及びかしめ等で積層体にする際に生じた残留応力を緩和するため焼鈍炉４で熱処理を行ない、
（ｄ）残留応力を緩和した積層コア３を支持シェル例えば、外側シェル５内に圧入し、
（ｅ）焼き嵌め又はキー部材により積層コアと外側シェルとを結合したロータ構体６を構成し、
（ｆ）外側シェル内への積層コア圧入、焼き嵌め又はキー部材による結合のための残留応力緩和処理を行って
ロータ構体を仕上げるのが一般的であった。
最終的に、このように仕上げたロータ構体の積層コアに設けた複数個の開口に永久磁石を取り付けてロータを完成させる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、焼き嵌めによって積層コアと支持シェルとを結合するロータ構体の場合、必要なトルクを発生しかつ圧入嵌合により生ずる支持シェルの面応力を材料の許容応力値以内に納めるため、積層コア及びこの積層コアの内側若しくは外側に設けられる支持シェルの嵌合部に高い寸法精度が要求され、このような精密加工又は最終仕上げ加工を行なうには製造時間と加工コストが増大するという問題があった。
【０００４】
更に、キー部材によって積層コアと支持シェルとを結合するロータ構体の場合、キー部材を挿入するために積層コア及び支持シェルの双方にキー溝を形成する必要があり、このキー溝を形成する部分は材料寸法が減少して強度が脆弱化し、またキー部材の圧入によって大きな圧力が発生し、従って、遠心力によって発生する応力に耐えるために最大回転数が制限されることになる。更にまた、キー部材の存在のため回転バランスの調整が難しくなるという問題があった。
【０００５】
従って、本発明の目的は、積層コアと支持シェルを結合する組立工程を短時間で効率よく行って低コストで製造できるとともに、強度的にも有利なロータ構体及びこのロータ構体の製造方法を得るにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、前記積層コアと前記支持シェルとをろう付けによって結合する本発明ロータ構体の製造方法は、積層コア製造時の残留応力緩和を目的とした焼鈍工程を、予め前記積層コアと前記支持シェルとを嵌合しかつ嵌合の隙間に焼鈍温度で十分に溶融するろう材を配置した状態で行い、この焼鈍工程で、積層コア製造時の残留応力の緩和、積層コアと支持シェルとを嵌合する際に生ずる応力の緩和、及び積層コアと支持シェルとのろう付け結合を同時に行なうことを特徴とする。
【０００８】
【発明の効果】
本発明ロータ構体によれば、積層コアと支持シェルとの間の結合部にキー部材などの回り止め要素を付加する必要がなく、従って、応力集中を生ずる脆弱部もなくなり、最大回転数を高めることができる。また、焼き嵌めによって積層コアと支持シェルとを結合する際に必要となる高い寸法精度は要求されないため、加工コストを低減することができる。
【０００９】
請求項１に記載の本発明方法によれば、従来行われていた積層コアの歪み取り即ち、残留応力緩和のための焼鈍工程と、積層コアと支持シェルとの嵌合の際に生ずる応力緩和工程、積層コア‐支持シェル結合工程の３つの工程を同時に行なうことができ、製造時間を大幅に短縮することができる。
【００１０】
請求項２に記載の本発明方法によれば、積層コアの積層方向即ち、軸線方向に関してろう材が一様に分布するため、ろう付けの軸線方向のバラツキをなくすことができる。
【００１１】
請求項３に記載の本発明方法によれば、支持シェルの掛合周面に沿って積層コアの頂面に周方向にろう材が一様に分布するため、焼鈍炉における熱処理で溶融したろう材が流下し、従って、周方向及び軸線方向のろう付けが一様に行われ、結合強度が高くなる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、図面につき本発明の好適な実施の形態を説明する。
【００１３】
本実施の形態のロータ構体は回転電機（モータ）におけるステータに同軸状に配列し、ロータ構体に周方向に等間隔毎に配列した複数個の永久磁石と、ステータに設けた電磁石との相互作用により相対回転してトルクを発生するものであり、例えば、図２に示す回転電機（モータ）１３のように、固定のステータ１４の半径方向内側及び外側にそれぞれ同軸状に配置した内側ロータ１５及び外側ロータ１６に使用する。
【００１４】
このようなロータの構体は、電磁鋼板からリング状に打ち抜いたコアピースを積層した積層コアと、この積層コアを支持する支持シェルとからなり、内側ロータの場合は、積層コアの中心開口の内周縁に円筒体の内側シェルを圧入してこの内側シェルにより積層コアを支持し、外側ロータの場合は、積層コアの外周縁上に外側シェルを圧入してこの外側シェルに積層コアを支持することにより構成している。
【００１５】
本実施の形態によればロータ構体６は、図３の右端に略図的に示すように、積層コア３と支持シェル５をろう材８でろう付けすることによって一体に構成する。 図３の右端には、ろう付けのための加熱処理完了前の段階を示し、ろう付け接合部分を図３では参照符号８Ａで示す。本実施の形態のロータ構体によれば、積層コアと支持シェルとの間の結合部にキー部材などの回り止め要素を圧入する大きな切除部を設ける必要がなく、従って、応力集中を生ずる脆弱部もなくなり、最大回転数を高めることができる。
【００１６】
図３には、本実施の形態によるロータ構体の製造方法、特に、ステータの半径方向外側に配置する外側ロータのためのロータ構体を製造する工程の流れを示す。本発明方法によれば、ろう付けのための加熱処理を従来でも必須の工程である焼鈍炉内熱処理で兼用する。
即ち、本実施の形態のロータ構体製造方法によれば、
（ａ）電磁鋼板ロール１からコアピース２を打ち抜き、
（ｂ）複数個のコアピース２を積層させ、かしめ等で積層体として一体化した積層コア３を形成し、
（ｃ）積層コア３を支持シェル５内に圧入するとともに、ろう材を所定位置に配置し、
（ｄ）ろう材を配置した積層コア‐支持シェル組立体を焼鈍炉４によってコアピースを電磁鋼板から打ち抜く際に生じたコアピースの残留応力及びかしめ等で積層体にする際に生じた残留応力、及び積層コアを支持シェルに圧入嵌合する際に生じた残留応力を緩和するとともに、ろう材により積層コアと支持シェルとの結合を同時に行なってロータ構体６を形成する。
【００１７】
図４には、ろう材８を積層コア３と支持シェル５との間に配置する２通りの方法を示す。図４の（ａ）は積層コア‐支持シェル組立体の平面図であり、（ｂ）は積層コア‐支持シェル組立体の縦断面図である。
【００１８】
図４の（ａ）に示す方法では、積層コア３の支持シェル５に掛合する周縁に軸線方向に延在する極めて小さな切欠き７を周方向に等間隔に分布させて複数個設け、積層コア３と支持シェル５とを嵌合する際に切欠き７と支持シェル５との間に生ずる軸線方向に延在する隙間に線状のろう材８を挿入配置する。
【００１９】
図４の（ｂ）に示す方法では、積層コア３と支持シェル５とを嵌合した積層コア‐支持シェル組立体の軸線を垂直に指向させた状態で、支持シェル５の掛合周面（図示の実施の形態では外側シェルの内周面）に沿って積層コア３の頂面３Ａにリング状のろう材８を適当な段数だけ重ねて配置する。このリング状のろう材の段数は、ろう材が溶融流下するとき支持シェル５の掛合周面全体にわたりムダなく一様に分布する量に相当する数だけ重ね合わせるものとする。
【００２０】
このようにろう材８を配置した積層コア‐支持シェル組立体を焼鈍炉４で熱処理を行ない、積層コアと支持シェルの結合及び種々の残留応力緩和のための焼鈍を同時に行なう。このようにして構成したロータ構体６の積層コアに周方向に等間隔に配列された開口９にそれぞれ永久磁石（図示せず）を装着してロータを完成させる。
【００２１】
図４の（ａ）の方法によれば、積層コア３の積層方向即ち、軸線方向に関してろう材８が一様に分布するため、ろう付けの軸線方向のバラツキをなくすことができ、図４の（ｂ）の方法によれば、焼鈍炉４（図２参照）における熱処理で溶融したろう材が支持シェル５の掛合周面に沿って軸線方向に流下し、従って、周方向及び軸線方向のろう付けが一様に行われるため結合強度が高くなって好適である。
【００２２】
尚、上述したところは、コアピースの積層体である積層コア３の外周縁に支持シェル５を設けた外側ロータに使用するロータ構体の製造方法について説明したが、この方法は、積層コア３の中心開口１０の内周縁に支持シェルを設ける内側ロータに使用するロータ構体についても適用することができる。この場合、積層コア３の中心開口１０の内周縁に軸線方向に延在する極めて小さい切欠きを周方向に等間隔分布するよう複数個設けてこれら切欠きに線状のろう材８を挿入配置するか、又は積層コアの中心開口１０内に圧入する内側シェル（図示せず）の外周縁に沿って積層コアの頂面にリング状のろう材８を適当な段数だけ重ねて配置する。
【００２３】
図示の実施の形態で示したように、本発明製造方法によれば、ろう付けのための加熱処理を焼鈍工程のための焼鈍炉内熱処理で兼用するため、製造工程を簡素化し、製造時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の積層鉄芯を有するロータ構体及びその製造方法を示す説明図である。
【図２】 ロータ構体とステータとを有する複合ロータ型回転電機（モータ）の説明図である。
【図３】 本発明の実施の形態としてロータ構体及びその製造方法を示す説明図である。
【図４】 （ａ）、（ｂ）はそれぞれ図３の方法を実施する際のろう材の異なる配置方法を示す説明図である。
【符号の説明】
1 電磁鋼板ロール
2 コアピース
3 積層コア
3A 積層コアの頂面
4 焼鈍炉
5 支持シェル
6 ロータ構体
7 切欠き
8 ろう材
9 開口
10 中心開口
13 回転電機（モータ）
14 ステータ
15 内側ロータ
16 外側ロータ

Claims (3)

  1. 電磁鋼板ピースを軸線に沿って同軸状に積層させた積層コアと、この積層コアを支持しかつ積層コアと一体に前記軸線の周りにトルクを発生する支持シェルとよりなるロータ構体を製造する方法において、積層コア製造時の残留応力緩和を目的とした焼鈍工程を、予め前記積層コアと前記支持シェルとを嵌合しかつ嵌合の隙間に焼鈍温度で十分に溶融するろう材を配置した状態で行い、この焼鈍工程で、積層コア製造時の残留応力の緩和、積層コアと支持シェルとを嵌合する際に生ずる応力の緩和、及び積層コアと支持シェルとのろう付け結合を同時に行なうことを特徴とするロータ構体製造方法。
  2. 前記積層コアの前記支持シェルに掛合する周縁に軸線方向に延在する切欠きを設け、前記積層コアと前記支持シェルとの嵌合の際に、前記積層コアの前記切欠きと支持シェルとの間に生ずる軸線方向に延在する隙間に線状のろう材を挿入配置して前記焼鈍工程を行なう請求項１記載の方法。
  3. 前記積層コアと前記支持シェルとを嵌合した組立体の軸線を垂直に指向させた状態で前記支持シェルの掛合周面に沿って前記積層コアの頂面にリング状のろう材を配置して前記焼鈍工程を行なう請求項１又は２記載の方法。
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