JP5217333B2 - モータ用ロータおよびモータ用ロータの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、モータ用ロータおよびモータ用ロータの製造方法に関する。

公知のモータ用ロータが、後述の特許文献１および２に記載されている。

特許文献１に記載のロータは、電磁鋼板を積層することによって形成されるコアと、コアを電磁鋼板の積層方向に挟持するエンドプレートと、コアおよびエンドプレートの内周側に配置される円筒状のコアバックとを備える。コアの内周部には、かしめ部が設けられる。エンドプレートには、コアのかしめ部に嵌合される凹凸が設けられる。コアバックには、エンドプレートを軸方向に係止する突起部とＣリングが設けられる。

特許文献２に記載のロータは、電磁鋼板を積層することによって形成されるコアと、コアを電磁鋼板の積層方向に挟持するエンドプレートと、コアの内周側に設けられたロータシャフトとを備える。ロータシャフトには、エンドプレートの内周端部をかしめるかしめ部が一体的に設けられる。
特開２００２−１１２４８１号公報 特開２００５−１６８０７４号公報

上述の特許文献１および２に記載のロータでは、エンドプレートのコアに対する固定がコアの内周側でなされるので、コアの外周部がエンドプレートで十分に挟持されにくい。このため、ロータの回転にともなってコアに大きな遠心力が作用した場合、コアの外周部においては、積層された電磁鋼板が部分的に浮き上がるおそれがある。

よって、本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、コアの外周部をエンドプレートでより強固に挟持できるモータ用ロータを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明にて講じた技術的手段は、請求項１に記載の様に、電磁鋼板を積層することによって形成されるコアと、前記コアを前記電磁鋼板の積層方向に挟持するエンドプレートと、前記コア及び前記エンドプレートに挿通され、前記エンドプレートを前記コアに対して固定するピンと、を備えるモータ用ロータであって、前記コアに設けられ、前記ピンが挿通される第１の穴と、前記エンドプレートに前記第１の穴と同軸に設けられ、前記第１の穴の内径よりも大きい内径を有する第２の穴と、前記ピンに設けられ、前記第２の穴の内面と圧接するように前記ピンの径方向に膨らまされる頭部と、前記頭部に設けられ、前記ピンと同軸に形成される凹部と、前記頭部における前記凹部の縁に設けられ、フレア加工によって前記ピンの径方向に広げられ、前記エンドプレートに係止される係止部と、
を備え、前記エンドプレートは前記コアに対向する面にテーパー部を有し、前記ピンにより前記エンドプレートが前記コアに対して固定されることによって前記エンドプレートと前記コアとの間に隙間が形成される構成としたことである。

好ましくは、請求項３に記載の様に、前記頭部は、前記電磁鋼板の積層方向に前記コアと圧接されていると良い。

好ましくは、請求項４に記載の様に、前記凹部の底には傾斜面を有していると良い。

上記課題を解決するために、本発明にて講じた技術的手段は、請求項５に記載の様に、電磁鋼板を積層することによって形成されたコアを前記コアと対向する面にテーパ部を有するエンドプレートによって前記電磁鋼板の積層方向に挟持し、前記コアに設けられた第１の穴と前記エンドプレートに前記第１の穴と同軸に設けられ前記第１の穴の内径よりも大きい内径を有する第２の穴にピンを挿通する第１工程と、前記ピンの頭部に前記ピンと同軸に形成された凹部に成形工具を挿入し、前記凹部の底に前記成形工具によって前記ピンの軸方向に荷重を加え、前記頭部が前記第２の穴の内面と圧接するように前記頭部を前記ピンの径方向に膨らませ、前記コアと前記エンドプレートとの間に隙間を形成する第２工程と、前記頭部を前記エンドプレートに係止するための係止部を形成すべく、前記頭部における前記凹部の縁をフレア加工によって前記ピンの径方向に広げる第３工程と、をモータ用ロータの製造方法が備える構成としたことである。

請求項１に記載の発明によれば、頭部と係止部が設けられたピンによって、エンドプレートがコアに対して固定される。この構造では、エンドプレートとコアとの間の固定部分がコアの外周部により近づけて配置されるので、コアの外周部がエンドプレートでより強固に挟持される。

請求項３に記載の発明によれば、コアがエンドプレートだけでなくピンの頭部で挟持されるので、コアがさらに強固に挟持される。

請求項４に記載の発明によれば、荷重が凹部の底にピンの軸方向に加えられた場合に、ピンの頭部と第２の穴の内面との間に隙間がより生じにくくなるので、コアがさらに強固に挟持されるとともに、エンドプレートがコアに対してより強固に固定される。

請求項５に記載の発明によれば、第１工程、第２工程および第３工程によってロータが製造される場合、頭部と係止部が設けられたピンによって、エンドプレートがコアに対して固定される。この構造では、エンドプレートとコアとの間の固定部分がコアの外周部により近づけて配置されるので、コアの外周部がエンドプレートでより強固に挟持される。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を基に説明する。

図１は、本発明に係るロータ１０を備えたモータ１の断面図である。図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。

モータ１は、少なくとも、ハウジング２と、シャフト３と、フライホイール４と、ステータ５と、ロータ１０とを備える。

ハウジング２は、有底円筒形状を呈し、ステータ５およびロータ１０を収容する。ハウジング２は、中央にボス部２ａを有する。シャフト３は、モータ１の出力軸であって、ハウジング２のボス部２ａにて、軸受け６を介して回転自在に支持される。フライホイール４は、円盤状のもので、ボルト７を介してシャフト３に固定される。ステータ５は、回転磁界を発生させるための公知のもので、ハウジング２に固定される。ロータ１０は、ステータ５の内側に配置される。ロータ１０は、永久磁石（図示なし）を内部に有し、ステータ５によって発生する回転磁界から力を受けて回転する。ロータ１０は、固定部材（図示なし）を介してフライホイール４に固定されている。ロータ１０の回転は、フライホイール４を介してシャフト３に伝達される。

図３は、図１におけるＩＩＩ示部分の拡大図である。

ロータ１０は、コア１１と、エンドプレート１２と、ピン１３とを備える。

コア１１は、電磁鋼板１１ａ（符番は一部にのみ付す）を積層することによって形成される。エンドプレート１２は、コア１１を電磁鋼板１１ａの積層方向（図３示上下方向）に挟持する。ピン１３は、コア１１及びエンドプレート１２に挿通され、かしめによってエンドプレート１２をコア１１に対して固定する。

コア１１（電磁鋼板１１ａ）には、ピン１３が挿通される穴１１ｂ（第１の穴）が設けられている。エンドプレート１２には、ピン１３が挿通され、コア１１の穴１１ｂと同軸な穴１２ａ（第２の穴）が設けられている。エンドプレート１２の穴１２ａの内径は、コア１１の穴１１ｂの内径よりも大きく形成されている。コア１１の穴１１ｂの内径は、ピン１３の初期形状（図３にて２点鎖線で示す）での外径と略同一に形成されている。

ピン１３には、頭部１３ａと、凹部１３ｂと、係止部１３ｃが設けられている。頭部１３ａは、ピン１３における軸方向（図３示上下方向）の端部に形成される。頭部１３ａは、ピン１３の初期形状に対して径方向（図３示左右方向）に膨らまされることによって形成され、エンドプレート１２の穴１２ａの内面１２ｂと径方向に圧接する。頭部１３ａは、電磁鋼板１１ａの積層方向にコア１１と圧接する。つまり、ピン１３は、頭部１３ａにて電磁鋼板１１ａの積層方向にコア１１と圧接する。凹部１３ｂは、ピン１３の頭部１３ａに設けられる。凹部１３ａは、底１３ｄを持った丸穴で、ピン１３と同軸に形成される。凹部１３ａの底１３ｄは、ピン１３の軸方向であり、コア１１側から凹部１３ｂ側に向かって広がりながら傾斜している傾斜面１３ｆを備えている。これにより、頭部１３ａを成形するときに、押圧力によってピン１３の外周方向に向かって均一に頭部１３ａを加圧できる。これによりピン１３の頭部１３ａを軸方向に均一に膨らませることができ、内面１２ｂとの圧接をより強固なものとすることができる。

係止部１３ｃは、ピン１３の頭部１３ａに設けられる。係止部１３ｃは、凹部１３ａの縁１３ｅに設けられ、フレア加工によって形成される。係止部１３ｃは、フレア加工によって径方向に広げられ、エンドプレート１２に係止される。エンドプレート１２の穴１２ａの内面１２ｂとピン１３の頭部１３ａは径方向に圧接し、さらに、ピン１３の頭部１３ａは、コア１１と軸方向に圧接される接触面１３ｇを有している。これにより、コア１１とエンドプレート１２が振動やロータ１０の回転による遠心力等により変形することを抑制できる。

次に、かしめによってエンドプレート１２をコア１１に対して固定する工程（かしめ工程）の実施形態の一つを、図４（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。

まず、図４（ａ）に示す様に、コア１１をエンドプレート１２によって挟持し、コア１１の穴１１ｂとエンドプレート１２の穴１２ａにピン１３を挿入する（第１工程Ｐ１）。

次に、図４（ｂ）および（ｃ）に示す様に、ピン１３の頭部１３ａに形成された凹部１３ｂにパンチ８（成形工具）を挿入し、凹部１３ｂの底１３ｄにパンチ８によって軸方向に荷重Ｆを加え、ピン１３の頭部１３ａがエンドプレート１２の穴１２ａの内面１２ｂと圧接するようにピン１３の頭部１３ａを径方向に膨らませる。つまり、ピン１３を軸方向に圧縮成形することにより、ピン１３を局部的に径方向に膨らませる（第２工程Ｐ２）。

続いて、図４（ｄ）に示す様に、ピン１３の頭部１３ａをエンドプレート１２に係止するための係止部１３ｃを形成すべく、凹部１３ｂの縁１３ｅをフレア加工によって径方向に広げる（第３工程Ｐ３）。

上記工程は、本実施形態の一例であり、例えば、第２工程Ｐ２において、最初に図４示上側の頭部１３ａを径方向に膨らました後に、図４示下側の頭部１３ａを径方向に膨らましても良いし、逆に、図４示下側の頭部１３ａから圧接する工程としても良い。

以上の第１工程Ｐ１、第２工程Ｐ２および第３工程Ｐ３により、エンドプレート１２がコア１１に対して固定される。

図５は、かしめ工程のトライ結果を示すグラフである。

今回のトライでは、凹部１３ｂの深さＤ、荷重Ｆを変化させたときの充填長さＬの変化を確認した（深さＤ、荷重Ｆ、充填長さＬについては、図４参照）。今回のトライにおいて、エンドプレート１２の厚みは６．０ｍｍ、エンドプレート１２の穴１２ａの内径は１０．２ｍｍ、ピン１３の初期形状での外径は１０ｍｍである。また、充填長さＬの目標値は、エンドプレート１２の厚み、ロータ１０の強度検討結果から、４．５ｍｍとした。

図５に示される様に、今回のトライでは、荷重Ｆが７ｔ、深さＤが２ｍｍのときに、良好な結果が得られた。一方、深さＤが１ｍｍまたは３ｍｍのときは、荷重Ｆに関わらず良好な結果が得られなかった。したがって、深さＤの条件としては、浅くても深くても適切ではなく、中間程度が適切であることが確認できた。

以上説明した様に、本発明によれば、第１工程Ｐ１、第２工程Ｐ２および第３工程Ｐ３によってロータ１０が製造される場合、頭部１３ａと係止部１３ｃが設けられたピン１３によって、エンドプレート１２がコア１１に対して固定される。この構造では、エンドプレート１２とコア１１との間の固定部分がコア１１の外周部により近づけて配置されるので、コア１１の外周部がエンドプレート１２でより強固に挟持される。これにより、振動やロータ１０の回転による遠心力等からコア１１の外周部における電磁鋼板１１ａの浮き上がりを防止できる。

また、ピン１３は、頭部１３ａにて電磁鋼板１１ａの積層方向にコア１１と圧接するので、コア１１がエンドプレート１２だけでなくピン１３の頭部１３ａで挟持される。これにより、コア１１がさらに強固に挟持される。

また、ピン１３における凹部１３ｂの底１３ｄは奥に向かって傾斜しているので、荷重Ｆが凹部１３ｂの底１３ｄに軸方向に加えられた場合に、ピン１３の頭部１３ａとエンドプレート１２の穴１２ａの内面１２ｂとの間に隙間がより生じにくくなる。これにより、コア１１がさらに強固に挟持されるとともに、エンドプレート１２がコア１１に対してより強固に固定される。

また、ピン１３の代わりにボルト、ナットを用いてエンドプレート１２とコア１１とを固定した場合、ボルトの頭部とナットがエンドプレート１２から軸方向に突出して、ロータ１０全体のサイズが軸方向に大きくなってしまう。本発明のロータ１０では、エンドプレート１２とコア１１とをピン１３のかしめによって固定することで、ロータ１０をコンパクトにできる。

また、エンドプレート１２の穴１２ａの内面１２ｂは、圧縮成形によって径方向に膨らまされるピン１３の頭部１３ａと圧接するので、エンドプレート１２単品を製造する段階では、エンドプレート１２の穴１２ａの内径を従来に比べて緩やかな寸法精度に設定できる（内径で必要な寸法精度を下げることができる）。これにより、エンドプレート１２の製造コストを抑えることができる。

また、エンドプレート１２の穴１２ａとピン１３との間のクリアランスを大きくできるため、ピン１３をエンドプレート１２の穴１２ａに挿通する場合に（第１工程Ｐ１）、ピン１３の組み付けがし易く、工数低減が図れ、コスト低減につながる。

また、図６に示す様に、ピン１３の頭部１３ａは、径方向に作用する力Ｆ２によってエンドプレート１２を保持しているので、第３工程でのフレア加工時の応力をピン１３の頭部１３ａｆで受けることができ、エンドプレート１２とコア１１（電磁鋼板１１ａ）との間に隙間Ｃをつくることができる。特に、図６に示す様な皿バネ状のエンドプレート１２０を用いれば、より積極的にコア１１（電磁鋼板１１ａ）の最外周部を抑えることができる。

本発明に係るロータ１０を備えたモータ１の断面図 図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図。 図１におけるＩＩＩ示部分の拡大図。 かしめ工程の模式図。 かしめ工程のトライ結果を示すグラフ。 皿バネ状のエンドプレート１２０を示す図。

符号の説明

１ モータ
８ パンチ（成形工具）
１０ ロータ（モータ用ロータ）
１１ コア
１１ａ 電磁鋼板
１１ｂ 穴（第１の穴）
１２ エンドプレート
１２ａ 穴（第２の穴）
１２ｂ 内面
１３ ピン
１３ａ 頭部
１３ｂ 凹部
１３ｃ 係止部
１３ｄ 底
１３ｅ 縁
１３ｆ 傾斜面
１２０ 皿バネ状のエンドプレート
Ｐ１ 第１工程
Ｐ２ 第２工程
Ｐ３ 第３工程

Claims (6)

1. 電磁鋼板を積層することによって形成されるコアと、
   前記コアを前記電磁鋼板の積層方向に挟持するエンドプレートと、
   前記コア及び前記エンドプレートに挿通され、前記エンドプレートを前記コアに対して固定するピンと、
   を備えるモータ用ロータであって、
   前記コアに設けられ、前記ピンが挿通される第１の穴と、
   前記エンドプレートに前記第１の穴と同軸に設けられ、前記第１の穴の内径よりも大きい内径を有する第２の穴と、
   前記ピンに設けられ、前記第２の穴の内面と圧接するように前記ピンの径方向に膨らまされる頭部と、
   前記頭部に設けられ、前記ピンと同軸に形成される凹部と、
   前記頭部における前記凹部の縁に設けられ、フレア加工によって前記ピンの径方向に広げられ、前記エンドプレートに係止される係止部と、
   を備え、
   前記エンドプレートは前記コアに対向する面にテーパー部を有し、
   前記ピンにより前記エンドプレートが前記コアに対して固定されることによって前記エンドプレートと前記コアとの間に隙間が形成される
   ことを特徴とするモータ用ロータ。
2. 電磁鋼板を積層することによって形成されるコアと、
   前記コアを前記電磁鋼板の積層方向に挟持するエンドプレートと、
   前記コア及び前記エンドプレートに挿通され、前記エンドプレートを前記コアに対して固定するピンと、
   を備えるモータ用ロータであって、
   前記コアに設けられ、前記ピンが挿通される第１の穴と、
   前記エンドプレートに前記第１の穴と同軸に設けられ、前記第１の穴の内径よりも大きい内径を有する第２の穴と、
   前記ピンに設けられ、前記第２の穴の内面と圧接するように前記ピンの径方向に膨らまされる頭部と、
   前記頭部に設けられ、前記ピンと同軸に形成される凹部と、
   前記頭部における前記凹部の縁に設けられ、フレア加工によって前記ピンの径方向に広げられ、前記エンドプレートに係止される係止部と、
   を備え、
   前記エンドプレートは前記コアに対向する面にテーパー部を有し、
   前記エンドプレートと前記コアとの固定前において、前記テーパー部と前記コアとの間に生じる隙間は、前記コアの内周側から外周側に向かうに連れて減少し、
   前記ピンにより前記エンドプレートが前記コアに対して固定されることによって前記エンドプレートと前記コアとの間に隙間が形成される
   ことを特徴とするモータ用ロータ。
3. 前記頭部は、前記電磁鋼板の積層方向に前記コアと圧接されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のモータ用ロータ。
4. 前記凹部の底には傾斜面を有していることを特徴とする請求項３に記載のモータ用ロータ。
5. 電磁鋼板を積層することによって形成されたコアを前記コアと対向する面にテーパ部を有するエンドプレートによって前記電磁鋼板の積層方向に挟持し、前記コアに設けられた第１の穴と前記エンドプレートに前記第１の穴と同軸に設けられ前記第１の穴の内径よりも大きい内径を有する第２の穴にピンを挿通する第１工程と、
   前記ピンの頭部に前記ピンと同軸に形成された凹部に成形工具を挿入し、前記凹部の底に前記成形工具によって前記ピンの軸方向に荷重を加え、前記頭部が前記第２の穴の内面と圧接するように前記頭部を前記ピンの径方向に膨らませ、前記コアと前記エンドプレートとの間に隙間を形成する第２工程と、
   前記頭部を前記エンドプレートに係止するための係止部を形成すべく、前記頭部における前記凹部の縁をフレア加工によって前記ピンの径方向に広げる第３工程と、
   を備えるモータ用ロータの製造方法。
6. 電磁鋼板を積層することによって形成されたコアと、
   前記コアを前記電磁鋼板の積層方向に挟持するエンドプレートとを備え、
   前記エンドプレートは前記コアに対向する面にテーパー部を有し、
   前記エンドプレートと前記コアとの固定前において、前記テーパー部と前記コアとの間に生じる隙間は、前記コアの内周側から外周側に向かうに連れて減少する
   モータ用ロータにおいて、
   前記コアに前記エンドプレートを固定するモータ用ロータの製造方法であって、
   前記コアを前記エンドプレートによって前記電磁鋼板の積層方向に挟持し、前記コアに設けられた第１の穴と前記エンドプレートに前記第１の穴と同軸に設けられ前記第１の穴の内径よりも大きい内径を有する第２の穴にピンを挿通する第１工程と、
   前記ピンの頭部に前記ピンと同軸に形成された凹部に成形工具を挿入し、前記凹部の底に前記成形工具によって前記ピンの軸方向に荷重を加え、前記頭部が前記第２の穴の内面と圧接するように前記頭部を前記ピンの径方向に膨らませ、前記コアと前記エンドプレートとの間に隙間を形成する第２工程と、
   前記頭部を前記エンドプレートに係止するための係止部を形成すべく、前記頭部における前記凹部の縁をフレア加工によって前記ピンの径方向に広げる第３工程と、
   を備えるモータ用ロータの製造方法。

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