JP5299514B2 - ロータおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は,積層鋼板からなるコアと,そのコアの回転を外部に伝達する,または外部からコアへ回転を伝達する回転伝達部材とを有するロータおよびその製造方法に関する。
従来から,回転電機に用いられるロータは,電磁鋼板を積層した積層鋼板によるコアと,コアに固定された回転伝達部材とを有している。回転伝達部材としては,例えば,インナーロータ型の回転電機であればシャフトのことである。
ロータは,回転伝達部材の回転がコアに適切に伝達されるために,コアと回転伝達部材とが確実に固定されていることが求められる。具体的には,コアを形成している電磁鋼板同士の回転や,コアとシャフトとの間での軸周りの回転や積層方向(シャフトの軸方向)へのすべりを,いずれも防止する必要がある。
ロータを構成する各部材の接合技術としては,例えば,特許文献1には,コアの積層方向の端面とシャフトとを溶接したロータが開示されている。また,特許文献2には,コアを構成する複数の電磁鋼板をかしめ,さらに複数の電磁鋼板の内周面を溶接し,電磁鋼板同士を接合したロータが開示されている。
しかしながら,前記した従来のロータには,次のような問題があった。すなわち,特許文献1のように,コアの積層方向の端面をシャフトと溶接したとしても,コアの積層方向中央部分については接合が十分でない。また,特許文献2のように,コアの積層方向全体にわたって電磁鋼板同士を接合したとしても,各電磁鋼板とシャフトとの接合が十分でない。
そこで,図10に示すように,コア11の内周側に,コア11の積層方向(シャフト12の軸方向)全体にわたって,電磁鋼板21同士を接合するとともに電磁鋼板21とシャフト12とを接合する溶接箇所29を設けることが考えられる。しかしながら,電磁鋼板21とシャフト12とを溶接する場合,溶接時間が長く,溶接熱の影響が懸念される。例えば,コア11を構成する各電磁鋼板21は薄厚の平板であり,それら電磁鋼板21が溶接熱の影響を受けて変形することがある。特に,コア11の積層方向の端面となる電磁鋼板21U,21Lに反りが発生し易く,図10の点線枠に示すようなコア開きとなる。
本発明は,前記した従来のロータが有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは,コア開きを抑制しつつ回転伝達部材をコアに固定したロータおよびその製造方法を提供することにある。
この課題の解決を目的としてなされたロータは,平板状の電磁鋼板が複数枚積層された積層鋼板からなり,回転中心に貫通孔を有するコアと,コアの貫通孔に取り付けられた回転伝達部材と,コアの内周側に位置し,積層鋼板を構成する電磁鋼板同士を接合するとともにその積層方向全体にわたって積層鋼板と回転伝達部材とを接合する溶接箇所である内周側溶接部と,コアの外周側であって積層方向の端部に位置し,コアの積層方向の端面となる電磁鋼板を含む一部の電磁鋼板同士を接合する溶接箇所である外周側溶接部とを有することを特徴としている。
上記のロータは,ロータの内周側の溶接(内周側溶接部)にて,電磁鋼板同士および電磁鋼板と回転伝達部材とを接合している。この内周側の溶接により,電磁鋼板同士間の回転や,コアと回転伝達部材との間での軸周りの回転や積層方向へのすべりを,いずれも防止している。さらに,上記のロータは,ロータの外周側の溶接(外周側溶接部)にて,少なくとも積層方向の端面の電磁鋼板を含む一部の電磁鋼板を接合している。つまり,コアの積層方向の端部の電磁鋼板同士を溶接している。この外周側の溶接により,電磁鋼板の外周端の変形が抑制され,その結果としてコア開きが抑制される。また,外周側溶接部は,コアの積層方向の一部であって全体にわたっていない。そのため,電磁回路への影響は少ない。
また,上記のロータは,内周側溶接部の溶接開始部および溶接終端部が,積層方向においてコアの領域内に位置するとよい。すなわち,内周側溶接部が積層方向においてコアからはみ出さないようにするとよい。この構成によって,積層方向について小型化を図ることができる。
また,上記ロータは,内周側溶接部の溶接開始部および溶接終端部の,積層方向の位置が前記外周側溶接部と重なるとよい。すなわち,内周側溶接部をコアからはみ出さないようにすると,ビード不安定箇所である溶接開始部や溶接終端部がコア内に位置することになり,接合状態の品質低下が懸念される。そこで,積層方向の位置について,内周側溶接部の溶接開始部および溶接終端部を前記外周側溶接部と重ねることで,溶接開始部や溶接終端部での電磁鋼板同士の接合品質を確保する。その結果として,ロータ全体として接合品質を確保できる。
また,上記のロータの外周側溶接部は,それぞれコアの外周上の少なくとも2箇所に設けられ,各外周側溶接部のコアの外周方向の位置は,等分配置であるとよい。複数の外周側溶接部を外周方向に等分配置することで,ロータ回転時の外周側溶接部に起因する振動等の不具合を軽減することが期待できる。
また,上記のロータは,内周側溶接部からコアの径方向外周側に向かう直線上に,外周側溶接部が位置しないとよい。外周側溶接部と内周側溶接部とで位相をずらすことで,溶接箇所に起因する振動等の不具合を軽減することが期待できる。
また,上記のロータは,内周方向に隣り合う内周側溶接部の中心からコアの径方向外周側に向かう直線上に,外周側溶接部が位置するとよい。すなわち,コアの周方向において,隣り合う内周側溶接部の内周方向における中心部が,最も電磁鋼板の反りが大きくなる。そこで,当該箇所を外周側溶接部で固定することで,電磁鋼板の反りを効果的に抑制することが期待できる。
また,上記のロータのコアの外周には,コアの積層方向の端面から積層方向に延びる溝が設けられ,外周溶接部は,溝内に位置するとよい。この構成では,外周溶接部がコアの外周から突出することを回避し,モータの動力性能の悪化を防ぐことが期待できる。
また,上記のロータの外周側溶接部は,コアの外周側であって積層方向の一方の端部に位置し,コアの積層方向の一方の端面となる電磁鋼板を含む一部の電磁鋼板同士を接合する溶接箇所である第1外周側溶接部と,コアの外周側であって積層方向の他方の端部に位置し,コアの積層方向の他方の端面となる電磁鋼板を含む一部の電磁鋼板同士を接合する溶接箇所である第2外周側溶接部とを有するとよい。すなわち,積層方向の両端部で外周を溶接することで,コア全体でコア開きを抑制できる。
また,本発明は,別の形態として,平板状の電磁鋼板が複数枚積層された積層鋼板からなり,回転中心に貫通孔を有するコアと,コアの貫通孔に取り付けられた回転伝達部材とを備えるロータの製造方法であって,コアの外周側を積層方向に溶接し,積層鋼板を構成する積層鋼板のうち,コアの積層方向の端面となる電磁鋼板を含む一部の電磁鋼板同士の接合を行う外周溶接工程と,コアの内周側を積層方向全体にわたって溶接し,積層鋼板を構成する電磁鋼板同士の接合と,コアと回転伝達部材との接合とを行う内周溶接工程とを含むことを特徴とするロータの製造方法を含んでいる。
本発明によれば,コア開きを抑制しつつ回転伝達部材をコアに固定したロータおよびその製造方法が実現される。
以下,本発明にかかるロータを具体化した実施の形態について,添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は,電磁鋼板が複数枚積層された積層鋼板からなるコアをシャフトに固定したインナーロータに,本発明を適用したものである。
[ロータの構成]
始めに,本形態のロータ100の構成について,図1および図2を参照しつつ説明する。図1は,コアの積層方向(シャフトの軸方向と同じ)から見た断面を示している。また,図2は,図1のA−A断面を示している。
始めに,本形態のロータ100の構成について,図1および図2を参照しつつ説明する。図1は,コアの積層方向(シャフトの軸方向と同じ)から見た断面を示している。また,図2は,図1のA−A断面を示している。
本形態のロータ100は,図1および図2に示すように,平板状の電磁鋼板21が複数枚積層されたコア11と,コア11に固定されたシャフト12とを備えている。コア11には,各所に永久磁石14が埋め込まれている。すなわち,ロータ100は,永久磁石埋め込み型(IPM型)でインナーロータ型のモータに利用されるものである。
また,コア11には,図1に示したように,積層方向に貫通する複数の貫通孔23,24,25,26が形成されている。すなわち,各電磁鋼板21には,各貫通孔23,24,25,26に相当する貫通孔が形成されており,各電磁鋼板21の貫通孔の位置が揃うように積層されている。
これらの貫通孔のうち最も外周側には,複数の磁石用貫通孔23が配置されている。各磁石用貫通孔23には,コア11を積層方向に貫通する永久磁石14が埋め込まれている。磁石用貫通孔23は,ほぼ全方位にわたってバランスよく配置されている。なお,本形態のコア11には,磁石用貫通孔23が全部で16箇所に形成されている。
また,磁石用貫通孔23よりコア11の内周側には,複数の軽量化用貫通孔24が配置されている。軽量化用貫通孔24は,コア11の軽量化のためのものであり,その内部は空洞である。また,図1中の上下位置の2箇所の軽量化用貫通孔24には,当該軽量化用貫通孔24から内径側に向かって連続する溶接用貫通孔25が形成されている。
さらに,コア11の回転中心の位置には,シャフト用貫通孔26が配置されている。シャフト用貫通孔26は,シャフト12を貫通可能な長さの径に形成され,シャフト貫通孔26の壁面(つまり,コア11の内径)とシャフト12の側面(つまり,シャフト12の外径)との隙間は殆どない。なお,図1および図2は,シャフト12がコア11を貫通した状態を示している。
また,溶接用貫通孔25は,シャフト用貫通孔26にごく近い位置に配置されている。より具体的には,溶接用貫通孔25のうち,内側(シャフト用貫通孔26側)の壁面25aは,シャフト用貫通孔26の壁面に隣接する位置に形成されている。そして,溶接用貫通孔25の内側の壁面25aとシャフト用貫通孔26との間には,ブリッジ部28が設けられている。すなわち,ブリッジ部28によって,溶接用貫通孔25とシャフト用貫通孔26とが区画されている。
さらに,ブリッジ部28には,溶接痕である内周側溶接部29が形成されている。内周側溶接部29は,ブリッジ部28を貫通し,壁面25aからシャフト12の一部にまで及んでいる。また,内周側溶接部29は,図2に示すように,コア11の積層方向の全体にわたって,筋状に形成されている。すなわち,内周側溶接部29は,シャフト12の軸方向に沿って,コア11の全体にわたって形成されている。
この内周側溶接部29は,コア11の全ての電磁鋼板21について,ブリッジ部28とシャフト12の表面部分とが溶接によって溶け合って一体化したことを示している。また,コア11を構成する電磁鋼板21同士も,ブリッジ部28が互いに溶け合って一体化したことを示している。この内周側溶接部29により,コア11中の隣り合う電磁鋼板21間の回転,コア11のシャフト12の周りの回転,および,コア11のシャフト12の軸方向への移動の,いずれも防止される。
また,コア11の外周には,図1中の左右位置の2箇所に,積層方向に沿って延びる溝31が形成されている。この溝31は,図2に示したように積層方向に沿って上端から下端まで形成されている。つまり,各電磁鋼板21には,溝31に相当する切欠きが形成されており,各電磁鋼板21の切欠きの位置が揃うように積層されている。
さらに,溝31の積層方向の両端部には,溶接痕である外周側溶接部32,33が形成されている。このうち,外周側溶接部32は,コア11の積層方向の上面から5〜10mm程度にわたって形成されている。本形態では,上側端面の電磁鋼板21Uを含む,10〜20枚分の電磁鋼板21の厚さ(電磁鋼板21の1枚分の厚さは約0.5mm)に相当する。なお,図2は,電磁鋼板21の積層状態を略示しており,外周側溶接部32は3枚程度の電磁鋼板21を接合しているのみであるが,実際にはそれ以上の電磁鋼板21が外周側溶接部32によって接合される。この外周側溶接部32は,積層方向の上側の端部に位置する電磁鋼板21(本明細書でいう積層方向の「端部」に位置する電磁鋼板は,コア11の端面となる電磁鋼板のみではなく,端面の電磁鋼板を含む複数枚の電磁鋼板を意味する)について,溝31側面を溶接によって深さ1mm程度溶かし,隣り合う電磁鋼板21同士が溶け合って一体化したことを示している。
また,外周側溶接部33は,コア11の積層方向の下面から5〜10mm程度にわたって形成されている。本形態では,下側端面の電磁鋼板21Lを含む,10〜20枚分の電磁鋼板21の厚さに相当する。この外周側溶接部33は,積層方向の下側の端部に位置する電磁鋼板21について,溝31側面を溶接によって深さ1mm程度溶かし,隣り合う電磁鋼板21同士が溶け合って一体化したことを示している。
本形態のロータ100は,コア11の積層方向の両端部の外周を外周側溶接部32,33によって固定することで,後述する内周側溶接部29の溶接時において,電磁鋼板21の反りに伴うコア開きを抑制できる。
また,外周側溶接部32,33は,コア11の溝31に形成されていることから,コア11の外周面からはみ出ていない。そのため,ロータ100の回転への影響は少ない。また,外周側溶接部32,33は,コア11の積層方向の両端部のみであって全体にわたる溶接痕ではない。そのため,外周側を積層方向全体にわたって溶接するものと比較して,磁束が溶接痕を跨ぐ範囲が狭く,電磁気回路への影響が小さい。その結果として,モータの動力性能への影響が小さくて済む。
なお,本形態では,内周側溶接部29を内周方向に2箇所としたが,1箇所でもよい。また,必要に応じて3箇所以上としてもよい。また,本形態では,外周側溶接部32を外周方向に2箇所としたが,1箇所でもよい。また,必要に応じて3箇所以上としてもよい。また,貫通孔24,25や溝31について,その形状や配置に特に制限はなく,コア11の強度とバランスを適切に維持できれば,どのようなものであってもよい。
また,本形態では,軽量化用貫通孔24と溶接用貫通孔25とを合わせて8箇所とし,溶接用貫通孔25の形状として,軽量化用貫通孔24に連続する形状としたものを例示した。しかし,これらに限らず,溶接用貫通孔25と軽量化用貫通孔24とを全く異なる形状に形成してもよい。
[ロータの製造方法]
続いて,ロータ100の製造方法について説明する。本形態では,次の5つの工程を順に行う。
(1)打ち抜き工程
(2)積層工程
(3)シャフト挿入工程
(4)外周側溶接工程
(5)内周側溶接工程
続いて,ロータ100の製造方法について説明する。本形態では,次の5つの工程を順に行う。
(1)打ち抜き工程
(2)積層工程
(3)シャフト挿入工程
(4)外周側溶接工程
(5)内周側溶接工程
まず,(1)打ち抜き工程において,原板である電磁鋼板ロールから,図3に示すような,円板状の電磁鋼板41を打ち抜く。本工程では,いずれも同じ形状の電磁鋼板41を,コア11として必要な枚数分製造する。電磁鋼板41は,コア11の電磁鋼板21に相当する。また,各電磁鋼板41には,コア11の貫通孔23,24,25,26に相当する箇所にそれぞれ,貫通孔43,44,45,46が打ち抜きによって同時形成される。また,コア11の溝31に相当する箇所に,切欠き42が打ち抜きによって同時形成される。なお,この段階では,各電磁鋼板41には,貫通孔45と貫通孔46との間に,コア11のブリッジ部28に相当するブリッジ部48が形成されている。
次に,(2)積層工程において,コア11に必要な枚数の電磁鋼板41を積層する。このとき,各電磁鋼板41の貫通孔43,44,45,46の位置を合わせて積層する。これにより,各電磁鋼板の貫通孔43が重なって,コア11の磁石用貫通孔23となる。同様に,各電磁鋼板41の貫通孔44,45,46が重なって,それぞれコア11の軽量化用貫通孔24,溶接用貫通孔25,シャフト用貫通孔26となる。同様に,各電磁鋼板41の切欠き42が重なって,コア11の溝31となる。なお,この工程のすぐ後で,各磁石用貫通孔23にそれぞれ永久磁石を埋め込んでもよいし,もっと後の工程で埋め込んでもよい。
次に,(3)シャフト挿入工程において,別に製造したシャフト12を,コア11のシャフト用貫通孔26(電磁鋼板41の貫通孔46)に貫通させる。そして,シャフト12を適切な位置まで挿入する。
次に,(4)外周側溶接工程において,図4に示すように,電子銃51を使用して電子ビーム溶接を行う。本工程では,まず,積層方向の下端側の電磁鋼板41の切欠き42(A)に電子ビーム52が当たるように,位置決めをしている。そして,電子ビーム52(A)を照射する。これにより,電子ビーム52(A)が当たった箇所が溶ける。さらに,電子ビーム52を照射させつつ,図4中左から右方向に,積層方向に沿って電子銃51を移動させる。そして,電子ビーム52の照射箇所が,5〜10mm程度移動した位置である切欠き42(B)まで到達したら,コア11の下端部の電磁鋼板41同士を溶接したことになる。すなわち,外周側溶接部33が形成されたことになる。ここで,一旦,溶接を中断する。
その後,電子銃51を積層方向に沿って移動させ,積層方向の上端側の電磁鋼板41から5〜10mm程度手前に位置する切欠き42(C)に電子ビーム52が当たるように,位置決めをする。そして,電子ビーム52の照射を再開する。これにより,電子ビーム52(C)が当たった箇所が溶ける。そして,電子ビーム52を照射させつつ,積層方向に沿って電子銃51を移動させる。そして,コア11の上端側の電磁鋼板41の切欠き42(D)まで移動したら,コア11の上端部の電磁鋼板41同士を溶接したことになる。すなわち,外周側溶接部32が形成されたことになる。この外周側の溶接を,外周側溶接部32,33の数分実施する。なお,電子銃51が複数ある場合には,複数の外周側溶接部32,33を同時に形成してもよい。
なお,(4)外周側溶接工程においては,各電磁鋼板41の積層状態を適切に保つために,図4に示したように各所を押さえつけることが望ましい。例えば,コア11の図中右端に治具61を配置するとともに,図中最も左側の電磁鋼板41を図中左から右側(図4中の白抜き矢印)へ押圧するとよい。また,シャフト12にも治具63を当てて,位置ずれが生じないようにすることが望ましい。あるいは,コア11の全体を積層方向に挟んでもよい。
次に,(5)内周側溶接工程において,図5に示すように,電子銃51を使用して電子ビーム溶接を行う。本工程では,まず,下端部の電磁鋼板41のブリッジ48(A)に電子ビーム52が当たるように,位置決めをしている。そして,電子ビーム52(A)を照射する。これにより,ブリッジ48(A)のうち電子ビーム52(A)が当たった箇所が溶ける。さらに,その周辺が溶け,溶融領域がシャフト12にまで及ぶ。この溶融した部分が固まることにより,この箇所において電磁鋼板41とシャフト12とが固定される。
さらに,電子ビーム52を照射させつつ,図5中左から右方向に,シャフト12の軸方向に沿って電子銃51を移動させる。ここで,電子ビーム52の入射方向を,溶接用貫通孔25の箇所におけるコア11の径方向とシャフト12の軸方向とがなす面内とする。これにより,ブリッジ48以外の箇所には,電子ビーム52が当たらないようにすることができる。
そして,上端部の電磁鋼板41のブリッジ48(B)まで到達したら,全ての電磁鋼板41のブリッジ48をシャフト12の外周面に溶接したことになる。すなわち,内周側溶接部29が形成されたことになる。従って,コア11の各電磁鋼板41がそれぞれシャフト12に固定される。この内周側の溶接を,内周側溶接部29の数分実施する。なお,電子銃51が複数ある場合には,複数の内周側溶接部29を同時に形成してもよい。
この(5)内周側溶接工程においては,初期位置での溶接の際,初期位置(コア11の下端部)付近の電磁鋼板41すなわち,電磁鋼板21が溶接熱によって加熱される。そのため,電磁鋼板41の反りが懸念されるが,本形態では,コア11の下端部の外周の一部が外周側溶接部33によって固定されており,電磁鋼板41の反りが抑制される。
また,一般的に,溶接においては,溶接開始箇所および溶接終了箇所で溶接が不安定になることが知られている。特に,電磁鋼板21とシャフト12とを溶接する内周側溶接部29では,溶接が不安定になり易い。そのため,(5)内周側溶接工程において接合品質をコア11の積層方向全体で確保するには,この溶接開始箇所および溶接終了箇所(以下,両箇所を「ビード不安定部」とする)を積層方向においてコア11の外側に配置する方が望ましい。しかし,コア11外にビード不安定部のための領域を確保すると,積層方向への小型化の制約となる。
一方,本形態では,ビード不安定部をコア11内に配置し,小型化を図ることができる。つまり,(5)内周側溶接工程では,図6に示すように,積層方向上,溶接開始側のビード不安定部29Sがコア11の下端からはみ出さないように,さらに溶接終了側のビード不安定部29Eがコア11の上端からはみ出さないように溶接する。つまり,内周側溶接部29を積層方向においてコア11内に完全に収容している。
本形態では,このようにビード不安定部29S,29Eをコア11内に収容しても,接合品質は確保される。すなわち,本形態では,コア11の積層方向の両端部に位置する電磁鋼板が外周側溶接部32,33によって接合されている。そのため,内周側溶接部29の両端部で溶接が不安定であったとしても,コア11の積層方向全体での接合品質を確保することができる。
具体的には,外周側溶接部32,33の積層方向の長さWを,内周側溶接部29のビード不安定部29S,29Eの長さVよりも長くする。そして,コア11の積層方向の位置について,ビード不安定部29S,29Eと外周側溶接部32,33とが重なるように溶接する。さらには,コア11の積層方向において,外周側溶接部32,33と内周側溶接部29のビード安定部29Cとが重なる領域(図6中の幅U。以下,「重複固定領域U」とする)が存在するように溶接する。これにより,ビード不安定部29S,29Eで接合する電磁鋼板が外周側溶接部32,33で接合されることが確実になる。さらに外周側溶接部32,33で接合される電磁鋼板は,重複固定領域Uに位置する電磁鋼板21を介して,ビード安定部29Cで接合される電磁鋼板21と接合される。そのため,電磁鋼板21同士の接合は,積層方向全体として確保される。また,コア11の中央部はビード安定部29Cによってシャフト12に確実に接合されており,コア11の両端部はコア11の中央部を介してシャフト12と一体である。これにより,ビード不安定部29S,29Eによる接合不安は解消される。
なお,(4)外周側溶接工程および(5)内周側溶接工程において,電子銃51の移動向きを逆向き((B)から(A))としてもよい。また,電子銃51を移動させる代わりに,電子ビーム52の発射方向を変更することによっても適切な位置に溶接できる。あるいは,電子銃51を固定して,ワークであるコア11等を移動させてもよい。また,シャフト12の軸方向について,その片側から全範囲に対して電子ビーム52を照射しているが,両側からそれぞれ半分ずつ行ってもよい。
また,複数の電子ビームを照射可能であれば,(4)外周側溶接工程と(5)内周側溶接工程とを同時に行ってもよい。また,(4)外周側溶接工程と(5)内周側溶接工程とについて,コア11の積層方向の中央から上側のみを溶接し,その後,(4)外周側溶接工程と(5)内周側溶接工程とを繰り返すことで,下側のみを溶接してもよい。
また,上述の形態では,(4)外周側溶接工程にてコア11の外周側を溶接した後に,(5)内周側溶接工程にて内周側を溶接しているが,逆順であってもよい。この場合,コア11の積層方向の端面となる電磁鋼板が溶接熱の影響を受けることを回避するため,溶接開始位置および溶接終了位置をコア11の端面からさらに内側にする。つまり,先に行われる(5)内周側溶接工程では,積層方向の両端部に位置する電磁鋼板は溶接しないようにする。これにより,コア11の内周面の両端部は,溶接熱の影響を受け難くなり,コア11の積層方向の端面となる電磁鋼板21U,21Lの反りが抑えられる。そして,後に行われる(4)外周側溶接工程において,電磁鋼板21Uを含む上端部側の電磁鋼板21および電磁鋼板21Lを含む下端部側の電磁鋼板21を接合する。このとき,コア11の積層方向において,外周側溶接部32,33とビード安定部29Cとが重複する重複固定領域Uを設ける。これにより,コア11の積層方向全体での接合品質は確保される。
[ロータの別の形態]
[第1の別形態]
続いて,ロータ100の別形態について説明する。第1の別形態は,コアの外周に形成される溝の別形態である。本形態のコア110では,図7に示すように,積層方向の両端部にのみ溝35,36を形成している。この点,積層方向全体に溝31を形成しているコア11(図2参照)とは異なる。
[第1の別形態]
続いて,ロータ100の別形態について説明する。第1の別形態は,コアの外周に形成される溝の別形態である。本形態のコア110では,図7に示すように,積層方向の両端部にのみ溝35,36を形成している。この点,積層方向全体に溝31を形成しているコア11(図2参照)とは異なる。
図7に示したコア110は,積層方向の両端部において,外周側溶接部32,33が収容可能な長さの溝35,36が形成されている。つまり,コア110を構成する電磁鋼板21のうち,積層方向の上端から数枚分および下端から数枚分の電磁鋼板については,外周に溝35,36に対応する切欠きが形成され,中央部に位置する残りの電磁鋼板21については切欠きが形成されていない。
このように外周側溶接部32,33が収容可能な長さの溝35,36を形成することで,コア110の外周の形状変更を最小限に抑えることができる。そのため,積層方向全体に溝31を形成する形態と比較して,電磁気回路への影響が小さく,モータの動力性能への影響も小さい。一方,積層方向全体に溝31を形成すると,電子ビームの照射が容易である。
[第2の別形態]
第2の別形態は,図8や図9に示すように,外周側溶接部および内周側溶接部の周方向上の数を3個以上とする別形態である。この点,外周側溶接部および内周側溶接部の周方向上の数を2個とするコア11(図2参照)とは異なる。
第2の別形態は,図8や図9に示すように,外周側溶接部および内周側溶接部の周方向上の数を3個以上とする別形態である。この点,外周側溶接部および内周側溶接部の周方向上の数を2個とするコア11(図2参照)とは異なる。
図8は,外周側溶接部32および内周側溶接部29の周方向上の数を3個とするコア121を示している。図9は,外周側溶接部32および内周側溶接部29の周方向上の数を4個とするコア122を示している。外周側溶接部32は,コア121,122の外周上,等間隔に配置される。内周側溶接部29は,コア121,122の内周上,等間隔に配置される。外周側溶接部32を外周方向に等分配置することで,ロータ回転時の外周側溶接部32に起因する振動等の不具合を軽減することが期待できる。
また,コア121,122は,内周側溶接部29からコア121,122の径方向外周側に向かう直線上に外周側溶接部32を配置していない。このような構成,すなわち外周側溶接部32と内周側溶接部29との位相をずらすことでも,溶接箇所に起因する振動等の不具合を軽減することが期待できる。
また,第2の別形態では,コア121,122は,内周方向に隣り合う内周側溶接部29の中心からコア11の径方向外周側に向かう直線上に,外周側溶接部32が位置するように配置している。コア11の周方向において,隣り合う内周側溶接部29の,内周方向の中心から径方向に向かう領域が最も反りが大きくなる。そこで,当該領域を外周側溶接部32で固定することで,電磁鋼板21の反りを効果的に抑制することが期待できる。
なお,必要に応じて各溶接部を5箇所以上としてもよい。溶接箇所を増やすことで,より接合品質が確保できる。また,外周側溶接部32を増やすことで,周方向上,反りが発生する箇所をより多く抑えることが期待できる。一方,溶接箇所を減らすことで,溶接熱の影響を抑えることができる。
以上詳細に説明したように本形態のロータ100は,ロータ100の内周側に位置する内周側溶接部29によって,電磁鋼板21同士および電磁鋼板21とシャフト12とを接合し,電磁鋼板21同士間の回転や,コア11とシャフト12との間での軸周りの回転や,コア11の積層方向へのすべりを,いずれも防止する。さらに,ロータ100の外周側に位置する外周側溶接部32,33によって,コア11の積層方向の両端部で電磁鋼板21同士を溶接している。つまり,コア11の積層方向の端面の電磁鋼板21U(21L)を含む一部の電磁鋼板21を接合している。この外周側の溶接により,電磁鋼板21の反りを抑制し,その結果としてコア開きを抑制する。また,外周側溶接部32,33は,積層方向の一部であって全体にわたっていない。つまり,磁束が外周側溶接部32,33を跨ぐ箇所が少ない。そのため,外周側溶接部32,33の電磁回路への影響は少なく,モータの動力性能は安定している。
また,ロータ100は,内周側溶接部29のビード不安定部29S,29Eが,コア11の積層方向においてコア11の領域内に位置している。そのため,積層方向について小型化を図ることが期待できる。なお,ビード不安定部を含む両端部に位置する電磁鋼板21は外周側溶接部32,33にて固定されていることから,ロータ100全体として固定状態の品質を確保できる。
なお,本実施の形態は単なる例示にすぎず,本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に,その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良,変形が可能である。例えば,シャフト12の外形は円筒状に限らず,多角柱形状やスプライン等でもよい。また,シャフト12とコア11との間にさらにキーとキー溝とによる嵌め合いをも有していてもよい。また,コア11の積層方向の片側を,シャフト12に設けたフランジ部で受ける構成にすることもできる。また,シャフト12は,分割タイプのものであってもよい。
また,例えば,コア11中の各鋼板同士を,カシメや溶接,接着,樹脂モールド等によってあらかじめ固定しておいてもよい。さらには,コア11として,円周方向に複数個に分割された分割コアを使用したものであってもよい。
また,本形態では,コア11の積層方向全体がシャフト12に溶接固定されているため,コア11の積層方向の端面に板部材を当接させたり,シャフト12や電磁鋼板21にかしめ部位を形成したりして,溶接以外の手段で各部材を固定する必要がないが,必要に応じてこれらの手段によって接合品質を向上させてもよい。
さらに,永久磁石埋め込み型のIPM型モータに限らず,ロータ表面に磁石を配したSPM型のモータにも適用可能である。また,インナーロータ型のものに限らず,アウターロータ型のものにも適用できる。
また,実施の形態では,電磁鋼板21の外周に設けられた切欠き42の形状を円弧状としているが,これに限るものではない。例えば,三角形状,多角形形状など,コアを接合できる形状であれば適用可能である。
また,実施の形態では,電子ビームによって溶接を行っているが,溶接設備はこれに限るものではない。例えば,アーク溶接やレーザ溶接であってもよい。
11 コア
12 シャフト
14 永久磁石
21 電磁鋼板
29 内周側溶接部
29S ビード不安定部(溶接開始部)
29E ビード不安定部(溶接終端部)
29C ビード安定部
31 溝
32,33 外周側溶接部
100 ロータ
12 シャフト
14 永久磁石
21 電磁鋼板
29 内周側溶接部
29S ビード不安定部(溶接開始部)
29E ビード不安定部(溶接終端部)
29C ビード安定部
31 溝
32,33 外周側溶接部
100 ロータ
Claims (11)
- 平板状の電磁鋼板が複数枚積層された積層鋼板からなり,回転中心に貫通孔を有するコアと,
前記コアの貫通孔に取り付けられた回転伝達部材と,
前記コアの内周側に位置し,前記積層鋼板を構成する電磁鋼板同士を接合するとともに,その積層方向全体にわたって前記積層鋼板と前記回転伝達部材とを接合する溶接箇所である内周側溶接部と,
前記コアの外周側であって積層方向の端部に位置し,前記コアの積層方向の端面となる電磁鋼板を含む一部の電磁鋼板同士を接合する溶接箇所である外周側溶接部と,
を有し,
前記コアには,前記回転伝達部材を貫通させるための第1貫通孔と,前記第1貫通孔の周囲に位置する第2貫通孔とが,積層方向全体にわたって形成されており,
前記内周側溶接部は,前記コアの前記第1貫通孔と前記第2貫通孔との間の部位を,前記回転伝達部材に接合する溶接箇所であることを特徴とするロータ。 - 請求項1に記載するロータにおいて,
前記内周側溶接部の溶接開始部および溶接終端部は,積層方向において前記コアの領域内に位置することを特徴とするロータ。 - 請求項2に記載するロータにおいて,
前記内周側溶接部の溶接開始部および溶接終端部は,積層方向の位置が前記外周側溶接部と重なることを特徴とするロータ。 - 請求項1から請求項3のいずれか1つに記載するロータにおいて,
前記外周側溶接部は,それぞれ前記コアの外周上の少なくとも2箇所に設けられ,各外周側溶接部の前記コアの外周方向の位置は,等分配置であることを特徴とするロータ。 - 請求項1から請求項4のいずれか1つに記載するロータにおいて,
前記内周側溶接部から前記コアの径方向外周側に向かう直線上に,前記外周側溶接部が位置しないことを特徴とするロータ。 - 請求項1から請求項5のいずれか1つに記載するロータにおいて,
内周方向に隣り合う前記内周側溶接部の中心から前記コアの径方向外周側に向かう直線上に,前記外周側溶接部が位置することを特徴とするロータ。 - 請求項1から請求項6のいずれか1つに記載するロータにおいて,
前記コアの外周には,前記コアの積層方向の端面から積層方向に延びる溝が設けられ,
前記外周側溶接部は,前記溝内に位置することを特徴とするロータ。 - 請求項1から請求項7のいずれか1つに記載するロータにおいて,
前記外周側溶接部は,
前記コアの外周側であって積層方向の一方の端部に位置し,前記コアの積層方向の一方の端面となる電磁鋼板を含む一部の電磁鋼板同士を接合する溶接箇所である第1外周側溶接部と,
前記コアの外周側であって積層方向の他方の端部に位置し,前記コアの積層方向の他方の端面となる電磁鋼板を含む一部の電磁鋼板同士を接合する溶接箇所である第2外周側溶接部と,
を有することを特徴とするロータ。 - 平板状の電磁鋼板が複数枚積層された積層鋼板からなり,回転中心に第1貫通孔を有し,前記第1貫通孔の周囲に第2貫通孔を有するコアと,前記コアの第1貫通孔に取り付けられた回転伝達部材とを備えるロータの製造方法において,
前記コアの外周側を積層方向に溶接し,前記積層鋼板を構成する積層鋼板のうち,前記コアの積層方向の端面である電磁鋼板を含む一部の電磁鋼板同士の接合を行う外周溶接工程と,
前記コアの前記第1貫通孔と前記第2貫通孔との間の部位と,前記回転伝達部材とを,積層方向全体にわたって溶接し,前記積層鋼板を構成する電磁鋼板同士の接合と,前記コアと前記回転伝達部材との接合とを行う内周溶接工程と,
を含むことを特徴とするロータの製造方法。 - 請求項9に記載するロータの製造方法において,
前記内周溶接工程後に,前記外周溶接工程を行うことを特徴とするロータの製造方法。 - 請求項9に記載するロータの製造方法において,
前記外周溶接工程後に,前記内周溶接工程を行うことを特徴とするロータの製造方法。
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