JP5070110B2 - 回転電機用ロータの製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、円筒状のロータコアの内径側に中空状ボス部を鋳造成形する回転電機用ロータの製造装置に関する。

回転電機のロータコアは、通常、複数枚の薄板鋼板を積層することにより構成されている。このロータコアは、円筒型であるため、各薄板鋼板は、板部材から円環状に切り出されている。従って、内周部分が利用されず、歩留まりが低下して経済的ではないという問題が指摘されている。

そこで、板部材の利用率を向上させるために、周方向に分割される複数の分割コアからなるロータコアを構成し、各分割コアを円弧形状の薄板鋼板により形成するロータが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この分割コアは、周方向の一端と他端とに突起と溝とを備え、該突起と該溝とが嵌合することにより環状に相互接続されてロータコアを形成している。

この種のロータコアにおいては、軸方向に設けられた孔にリベット又はボルト等の補強用の締結支持部材が挿入され、前記締結支持部材の両端を側板に固定している。しかしながら、側板を介したリベット又はボルト等による締結方式では、大きなトルクが加わる回転電機に対して強度が不十分であり、分割コアを適用することが困難であると指摘されている。

そこで、特許文献２には、溶融アルミニウムを用いてボス部をロータコアと一体的に鋳造成形することにより、前記ボス部を前記ロータコアに対して強固に結合することを可能にした回転電機が開示されている。

特開２０００−２２４７９０号公報 特開２００５−２１０７９０号公報

本発明はこの種のロータコアの内径側にボス部を鋳造成形するロータに関してなされたものであり、簡単且つ経済的な構成で、特に中空状を有する前記ボス部の成形寸法を良好に確保することが可能な回転電機用ロータの製造装置を提供することを目的とする。

本発明は、円筒状のロータコアの内径側に中空状ボス部を鋳造成形する回転電機用ロータの製造装置に関するものである。

この製造装置は、ロータコアを保持する第１金型と、前記第１金型との間にキャビティを形成する第２金型と、前記第１金型に着脱自在に配置され、前記ボス部を形成する中子とを備えている。中子は、ボス部の開口端部の内周面に位置して鋳造品の離型方向に延在し、離型時の前記開口端部の変形を阻止するための矯正面を有している。

また、中子は、外周面に矯正面を有する台座部及び前記台座部から離型方向に延在する支柱部を設ける基台中子と、前記支柱部を周回して配置される複数の分割中子とを備えている。そして、支柱部の外周には、分割中子の合わせ面に対応して放射状且つ離型方向に延在する複数の板状部が設けられるとともに、前記板状部の少なくとも一方の面には、前記離型方向に延在する凸部が形成され、前記分割中子には、前記凸部を嵌合する凹部が前記離型方向に延在して設けられることが好ましい。

本発明によれば、中子には、ボス部の開口端部の内周面に位置して矯正面が設けられている。このため、キャビティに溶湯が供給された後、鋳造品が中子と一体に離型される際、高温で未固化状態のボス部は、特に開口端部側が内方に倒れることを確実に阻止される。従って、ボス部の成形寸法を良好に確保することが可能になる。これにより、簡単且つ経済的な構成で、寸法精度の良い鋳造品を効率的且つ確実に得ることができる。

図１は、本発明の実施形態に係る製造装置により製造される回転電機用ロータ１０の斜視図であり、図２は、前記ロータ１０の断面図である。

ロータ１０は、円筒状のロータコア１２と、前記ロータコア１２の内径側に鋳造成形されたボス部１４と、前記ボス部１４に固定されるシャフト１６とを備える。シャフト１６が出力軸又は入力軸として作用することにより、回転電機は、モータや発電機として用いられる。ロータ１０の一端は、カラー１８に挿入されるボルト２０によってシャフト１６に固定される。

ロータコア１２は、例えば、周方向で相互に接続された３つの分割ロータコアを有するととともに、複数の磁石２２が収容される。各分割ロータコアは、複数の薄板鋼板２４が軸方向（矢印ｔ方向）に積層されて積層鉄心を構成する。ロータ１０の一端側には、複数の薄板鋼板２６が軸方向（図２中、矢印ｔ方向）に積層されて積層鉄心を構成する。

ボス部１４は、後述する製造装置を用いたアルミニウム鋳造（例えば、ダイキャスト）により成形される。このボス部１４は、ロータコア１２に接合される筒部２８と、前記筒部２８の内径側に設けられる底部３０と、前記底部３０とは反対側に設けられる開口端部３２とを有する。底部３０には、シャフト１６の一端が挿入される中心孔３４が設けられるとともに、前記中心孔３４の周りには、カラー１８が等間隔に配置される。

図３は、本実施形態に係る製造装置４０の概略構成説明図である。

製造装置４０は、可動型（第１金型）４２と固定型（第２金型）４４とを備える。可動型４２は、可動主型４６に連結されるとともに、固定型４４は、固定主型４８にガイドピン５０ａ、５０ｂを介して連結される。

可動主型４６は、可動プラテン５１を設け、前記可動プラテン５１には、一対の押し出しピン５２が可動型４２を貫通して配置される。固定主型４８は、固定プラテン５４を備え、この固定プラテン５４に射出スリーブ５６が装着される。射出スリーブ５６は、注湯口５６ａを有するとともに、前記射出スリーブ５６内に射出チップ５８が進退可能に配設される。可動型４２及び固定型４４の間には、これらが型締めされた際に、鋳造品用のキャビティ６０が形成される。

可動型４２には、ロータコア１２を構成する複数の薄板鋼板２４からなる積層鉄心が保持されるロータコア保持部４２ａと、キャビティ６０に対応して中子６２が着脱自在に配置される中子配置部４２ｂとが設けられる。

図４に示すように、中子６２は、基台中子６４と、複数、例えば、３つの分割中子６６ａ、６６ｂ及び６６ｃとを備える。基台中子６４は、外周面にボス部１４の開口端部３２の内周面に位置して鋳造品の離型方向（矢印Ａ方向）に延在し、離型時の前記開口端部３２の変形を阻止するための矯正面６８ａが形成される台座部６８と、前記台座部６８の中心から離型方向に延在する支柱部７０とを有する。

支柱部７０の外周には、分割中子６６ａ〜６６ｃの合わせ面に対応して放射状且つ離型方向に延在する複数、例えば、３つの板状部７２ａ、７２ｂ及び７２ｃが設けられる。板状部７２ａ、７２ｂ及び７２ｃの少なくとも一方の面、本実施形態では、両方の面に離型方向に延在するそれぞれ一対の凸部７４ａ、７４ｂ及び７４ｃが形成される。

分割中子６６ａの一対の合わせ面には、凸部７４ａ、７４ｂを嵌合する凹部７６ａが形成される。分割中子６６ｂの一対の合わせ面には、凸部７４ｂ、７４ｃを嵌合する凹部７６ｂが形成されるとともに、分割中子６６ｃの一対の合わせ面には、凸部７４ｃ、７４ａを嵌合する凹部７６ｃが形成される。

図３に示すように、固定型４４には、複数の薄板鋼板２６が積層された積層鉄心を保持する鉄心保持部４４ａと、カラー１８を保持するカラー保持部４４ｂとが設けられる。固定型４４には、キャビティ６０に連通するゲート８０及び前記ゲート８０を射出スリーブ５６に連通するランナ８２が形成される。可動型４２と固定型４４とは、連結プレート８４を介して相互に所定距離だけ移動可能に連結される。

このように構成される製造装置４０の動作について、以下に説明する。

先ず、中子６２は、分割中子６６ａ〜６６ｃと基台中子６４とが組み合わされる。具体的には、分割中子６６ａ〜６６ｃは、基台中子６４の支柱部７０を中心に配置され、各分割中子６６ａ〜６６ｃ間に板状部７２ａ〜７２ｃが挟持される。その際、板状部７２ａ〜７２ｃの両面に設けられている凸部７４ａ〜７４ｃは、分割中子６６ａ〜６６ｃの凹部７６ａ〜７６ｃに嵌合する。

これにより、基台中子６４に対して分割中子６６ａ〜６６ｃが組み付けられる。この中子６２は、型開きされている可動型４２の中子配置部４２ｂに配置される。図５に示すように、ロータコア保持部４２ａには、中子６２を周回してロータコア１２が保持される。

一方、固定型４４では、カラー保持部４４ｂにカラー１８が保持されるとともに、複数枚の薄板鋼板２６が積層された積層鉄心が鉄心保持部４４ａに保持される。

次いで、可動主型４６の移動作用下に、可動型４２が固定型４４に当接してキャビティ６０が形成されるとともに、型締めが行われる。この状態で、注湯口５６ａから射出スリーブ５６内に６５０℃〜７００℃の溶融アルミニウムが注湯される。この溶融アルミニウムは、射出チップ５８の押圧作用下に、ランナ８２からゲート８０を介してキャビティ６０に充填される（図６参照）。

キャビティ６０に充填された溶融アルミニウムが約４００℃にて凝固した後、可動型４２が固定型４４から離間して型開きが行われる。そして、押し出しピン５２の押し出し作用下に、可動型４２に凝固された鋳造品であるロータ１０が、中子６２と一体に前記可動型４２から高温状態で離型される（図７参照）。

ロータ１０及び中子６２は、一体として冷却処理、例えば、水槽（図示せず）に投入される。そして、ロータ１０及び中子６２が常温となり、アルミニウムが完全に凝固した後、中子６２の取り出し作業が行われる。具体的には、図７に示すように、中子６２の支柱部７０が矢印Ｂ方向に押圧される。これにより、基台中子６４のみが、ロータ１０及び分割中子６６ａ〜６６ｃから分離して取り外される。

基台中子６４が矢印Ｂ方向に取り外されることにより、分割中子６６ａ〜６６ｃ同士は、互いに板状部７２ａ〜７２ｃの厚さ分だけ互いに離間する。従って、分割中子６６ａ〜６６ｃは、全体として縮径方向に変位することができ、ロータ１０から容易に取り外すことが可能になる。このため、ロータコア１２の内径側にボス部１４が鋳造成形されたロータ１０が得られることになる。

この場合、上記のように、可動型４２からロータ１０を約４００℃の高温状態で離型し、前記ロータ１０が冷却処理されて常温になった後、開口端部３２側が収縮して内方に倒れが生じ易い。そこで、本実施形態では、中子６２を構成する基台中子６４に、ボス部１４の開口端部３２の内周面に位置して離型方向に延在する矯正面６８ａが設けられている。

このため、鋳造品であるロータ１０を可動型４２から離型する際に、このロータ１０と一体に離型される中子６２の矯正面６８ａの案内作用下に、前記ボス部１４の開口端部３２が内方に倒れることを確実に阻止することができる。従って、ボス部１４の成形寸法を良好に確保することが可能になる。これにより、寸法精度の良いロータ１０を効率的且つ確実に鋳造することができるという効果が得られる。

しかも、中子６２は、基台中子６４と、分割中子６６ａ〜６６ｃとを備えている。そして、基台中子６４の各板状部７２ａ〜７２ｃに形成された凸部７４ａ〜７４ｃと、各分割中子６６ａ〜６６ｃに形成された凹部７６ａ〜７６ｃとの嵌合作用下に、前記分割中子６６ａ〜６６ｃと前記基台中子６４との組み付け作業が、一挙に簡素化され、作業性の向上を図ることができる。

さらに、中子６２をロータ１０から取り外す際には、先ず、基台中子６４のみを前記ロータ１０から取り外した後、分割中子６６ａ〜６６ｃを前記ロータ１０から取り外すことが可能になる。このため、一体型の中子に比べて、中子６２を取り外すために必要な荷重を大幅に低減することができ、取り外し装置の小型化及び低コスト化を図ることが可能になる。

さらにまた、分割中子６６ａ〜６６ｃは、基台中子６４が取り外された際には、互いに離間している。従って、分割中子６６ａ〜６６ｃの取り外し作業が一挙に簡素化されるという利点もある。

その上、製造装置４０は、可動型４２全体及び固定型４４全体を常温にまで冷却する必要がない。これにより、製造作業が一挙に短時間で遂行されるとともに、大きな温度差に起因する金型寿命の低下を阻止することができる。しかも、製造されるロータ１０の寸法精度を良好に確保することが可能になるという効果が得られる。

本発明に係る製造装置は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

本発明の実施形態に係る製造装置により製造される回転電機用ロータの斜視図である。 前記ロータの断面図である。 本実施形態に係る製造装置の概略構成説明図である。 前記製造装置を構成する中子の分解斜視説明図である。 前記製造装置に前記中子を配置する際の説明図である。 前記製造装置を型締めし、溶融アルミニウムを充填する際の説明図である。 前記製造装置から前記ロータ及び前記中子を離型する際の説明図である。

符号の説明

１０…ロータ １２…ロータコア
１４…ボス部 ２２…磁石
２４、２６…薄板鋼板 ２８…筒部
３２…開口端部 ３４…中心孔
４０…製造装置 ４２…可動型
４４…固定型 ６０…キャビティ
６２…中子 ６４…基台中子
６６ａ〜６６ｃ…分割中子 ６８…台座部
６８ａ…矯正面 ７０…支柱部
７２ａ〜７２ｃ…板状部 ７４ａ〜７４ｃ…凸部
７６ａ〜７６ｃ…凹部

Claims (2)

1. 円筒状のロータコアの内径側に中空状ボス部を鋳造成形する回転電機用ロータの製造装置であって、
   前記ロータコアを保持する第１金型と、
   前記第１金型との間にキャビティを形成する第２金型と、
   前記第１金型に着脱自在に配置され、前記ボス部を形成する中子と、
   を備えるとともに、
   前記中子は、前記ボス部の開口端部の内周面に位置して鋳造品の離型方向に延在し、離型時の前記開口端部の変形を阻止するための矯正面を有し、
   且つ、外周面に前記矯正面を有する台座部及び前記台座部から前記離型方向に延在する支柱部を設ける基台中子と、前記支柱部を周回して配置される複数の分割中子と、を備えることを特徴とする回転電機用ロータの製造装置。
2. 請求項１記載の製造装置において、
   前記支柱部の外周には、前記分割中子の合わせ面に対応して放射状且つ前記離型方向に延在する複数の板状部が設けられるとともに、
   前記板状部の少なくとも一方の面には、前記離型方向に延在する凸部が形成され、
   前記分割中子には、前記凸部を嵌合する凹部が前記離型方向に延在して設けられることを特徴とする回転電機用ロータの製造装置。

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