JP5840006B2 - 回転子鉄心のシャフト固定方法 - Google Patents

Description

本発明は、モータに使用する回転子鉄心の軸孔にシャフトを固定する方法に関する。

従来、モータに使用される回転子は、回転子鉄心と、回転子鉄心の中心に形成された軸孔と、その軸孔に締め付けて固定されたシャフトと、回転子鉄心の磁石挿入孔に配置された永久磁石とを備える。
ここで、回転子鉄心は通常、当該回転子鉄心を形成する回転子鉄心片を任意の角度だけ回転させて積層し、材料の板厚偏差をなくす方法（所謂転積という）を行っている。転積を行うことで、回転子鉄心の直角度、平行度といった寸法精度を向上させることができ、モータ特性を向上する方法として有効な手段である。この転積は回転子鉄心片を製造する打ち抜き金型内に転積装置が組み込まれている場合（所謂型内転積）と、打ち抜き金型外に転積装置が設置されている場合（所謂型外転積）があり、後者の場合には、打ち抜き金型で回転子鉄心片を打ち抜き形成し、任意の積厚に積層したブロック状の回転子鉄心（所謂ブロック鉄心）を型外に排出し、打ち抜きとは別工程で任意の数のブロック鉄心を転積している。
図６に示すように、型内転積を行った場合は、回転子鉄心２０を形成する回転子鉄心片２１は金型２２の内壁に保持された状態で転積が行われる結果、回転子鉄心２０は外形基準で積層されている。そのため、回転子鉄心２０の軸孔の内径が小さくなり、シャフト２３の挿入には不利である。
したがって、一般的には図７に示すように型外転積を行っている。この場合、ブロック鉄心２４が外周から力を受けないので、シャフト２５の外形に沿った軸孔基準の回転子鉄心２６を形成でき、シャフト２５挿入に有利である。

特開２００６−１８７０６３

ここで、回転子鉄心とシャフトの固定方法は、一般的に焼き嵌めにより固定することが多く行われている。焼き嵌めによる固定方法においては、圧入や接着剤を介在させるようにした固定方法に比べて、大きな固定強度が得られる上に、両部材を直接的に圧接嵌合させるようにしているため、経時変化が少なくなり高精度を得ることができる。さらに焼き嵌めによれば、回転子鉄心とシャフトとを直接接触させて両部材を互いに電気的に導通させることができるという利点がある。

ところが、焼き嵌めによりシャフトを固定すると、熱膨張した軸孔が収縮する際、シャフトから応力を受ける。特に、回転子鉄心がブロック鉄心で形成される場合は隣り合うブロック鉄心同士が固定させていないため、軸孔が受ける応力を軸方向に逃がそうとし、図８に示すように、各ブロック鉄心間に隙間２７が発生していた。

この隙間２７を無くすために、回転子鉄心２８が焼き嵌めされる前に、積層方向から回転子鉄心２８を加圧した状態でシャフトを挿入しているが、図９に示すように、シャフトが挿入される前に回転子鉄心２８を積層方向に加圧すると、回転子鉄心２８が積層方向で斜めに傾く所謂倒れが発生する。この倒れにより軸孔の直角度が劣化し、加圧前に比べ軸孔とシャフトの最大内接円Ｄが小さくなってしまっていた。
さらに最大内接円Ｄが小さくなるため、焼き嵌めする際は加熱する回転子鉄心の温度を３００℃以上の高温に設定し、軸孔の内径を膨張させなければならなかった。しかしながら、温度を高温に設定した場合、回転子鉄心表面の被膜の剥がれや、酸化による変色などの問題が発生していた。また、温度を高温に設定することで、回転子鉄心を加熱するためのエネルギーが必要となり、量産する上で設備のコストアップ等の問題もあった。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、モータに使用する回転子鉄心の軸孔にシャフトを固定する方法を提供することを目的とする。

本発明に係る回転子鉄心のシャフトの固定方法は、軸孔と該軸孔の外周に貫通孔を有する回転子鉄心片を複数枚積層したブロック鉄心を複数段積層して回転子鉄心を形成し、前記軸孔にシャフトを固定する回転子鉄心のシャフト固定方法において、前記回転子鉄心を焼き嵌め治具に固定する工程と、前記焼き嵌め治具に固定された前記回転子鉄心を前記軸孔が前記シャフトの外径よりも大きくなるまで加熱する工程と、前記加熱により膨張変形した回転子鉄心の軸孔に前記シャフトを挿入する工程と、前記回転子鉄心への前記シャフトの焼き嵌めが開始される前または開始されると同時に前記回転子鉄心を積層方向に加圧する工程を有している。

本発明に係る回転子鉄心のシャフトの固定方法は、前記焼き嵌め治具には前記回転子鉄心の軽量孔に貫通し、該回転子鉄心の位置を固定する位置決めピンが形成されている。

本発明に係る回転子鉄心のシャフトの固定方法は、前記焼き嵌め治具の位置決めピンと前記回転子鉄心の貫通孔には、前記回転子鉄心が径方向へ移動可能な隙間が形成されている。

本発明に係る回転子鉄心のシャフトの固定方法は、前記治具には前記回転子鉄心の軸孔と同径以上の貫通孔が形成されている。

本発明に係る回転子鉄心のシャフトの固定方法は、前記シャフトの前記軸孔への挿入は前記回転子鉄心の下方から行われる。

請求項１記載の回転子鉄心のシャフト固定方法によれば、シャフトを回転子鉄心の軸孔に挿入する間は回転子鉄心を加圧しないため、回転子鉄心の倒れによる最大内接円の縮小がなくなる。さらに、最大内接円の縮小がなくなるため、焼き嵌めする際の回転子鉄心の加熱温度が回転子鉄心片の内径寸法分だけでよく、加熱温度を高く設定する必要がなくなる。そのため、回転子鉄心の表面被膜の剥がれ等が防止でき、錆びにくい回転子鉄心を形成できる。また、回転子鉄心を加熱するためのエネルギーが最小で済む為、設備のコストダウンにもつながる。

請求項２記載の回転子鉄心のシャフト固定方法によれば、回転子鉄心の位置を固定する位置決めピンが形成されているため、焼き嵌め治具から回転子鉄心を落下させることなく、焼き嵌めを行うことができる。

請求項３記載の回転子鉄心のシャフト固定方法によれば、位置決めピンと貫通孔との間に、径方向にのみ隙間を形成しているため、回転子鉄心を加熱した際の回転子鉄心の熱膨張による移動を妨げることがない。

請求項４記載の回転子鉄心のシャフト固定方法によれば、焼き嵌め治具には回転子鉄心の軸孔と同径以上の貫通孔が形成されているため、焼き嵌め治具に固定した状態でシャフトを回転子鉄心の軸孔に挿入できる。

請求項５記載の回転子鉄心のシャフト固定方法によれば、シャフトの回転子鉄心の軸孔への挿入は回転子鉄心の下方から行われるため、加熱された回転子鉄心から熱の影響を受けることなく、シャフトを挿入できる。

本発明の実施例で説明する回転子鉄心と焼き嵌め治具の側面図である。 本発明の実施例で説明する回転子鉄心と焼き嵌め治具の上面図である。 本発明の実施例で説明する昇温後の熱膨張した状態の回転子鉄心と焼き嵌め治具の上面図である。 本発明の実施例で説明する回転子鉄心の軸孔にシャフトを挿入している図である。 本発明の実施例で説明する回転子鉄心を加圧している図である。 従来技術における回転子鉄心とシャフトの関係を示す説明図である。 従来技術における回転子鉄心とシャフトの関係を示す説明図である。 従来技術における回転子鉄心とシャフトの関係を示す説明図である。 従来技術における回転子鉄心とシャフトの関係を示す説明図である。

以下、本発明の回転子鉄心のシャフト固定方法を具体化した一実施形態について図面を参照しつつ具体的に説明する。
実施例１

図１〜５に本発明の実施例を示す。図１〜５で説明する回転子鉄心１の軸孔６の径は４０ｍｍ、軸孔６に挿入するシャフト１０の径は４０．５ｍｍのものを使用している。図１において、回転子鉄心１は図示しない薄板鋼板をリング状に打ち抜き、貫通孔７と軸孔６を有する回転子鉄心片２を形成し、回転子鉄心片２を複数枚積層したブロック鉄心３を複数段積層して形成している。図２において、下型焼き嵌め治具５には、回転子鉄心１の貫通孔７に貫通し、回転子鉄心１の積層方向に垂直に延びる位置決めピン８と、回転子鉄心１の軸孔の大きさと同径の貫通孔９が形成されている。また、位置決めピン８は、回転子鉄心１の貫通孔７より小さく形成され、回転子鉄心１の周方向への隙間はほとんどなく、径方向内側へ０．１〜３ｍｍ程度の大きさの隙間を有している。なお、貫通孔９は位置決めピン８を挿通させるためだけに形成しても良いが、これに替えて冷媒用通路孔や軽量孔を使用することができる。

下型焼き嵌め治具５への固定は次のように行う。先ず、金型で打ち抜き形成した各ブロック鉄心３を所定の角度回転させ、下型焼き嵌め治具５の位置決めピン８に貫通孔７を当接させながら各ブロック鉄心３の積層と位置決めを行う。そして、ブロック鉄心３を複数段積層して回転子鉄心１を形成したのち、上型焼き嵌め治具４を回転子鉄心１に固定する。このとき、貫通孔７と位置決めピン８の周方向へは隙間はほとんどないため、各ブロック鉄心３の転積角度がずれることはない。

次に、回転子鉄心１を上型焼き嵌め治具４と下型焼き嵌め治具５に固定した状態で例えばオーブン等で加熱して約２００〜２５０℃程度まで昇温する。回転子鉄心１を加熱することによって、回転子鉄心１の軸孔６がシャフト１０の外径よりも大きくなるまで回転子鉄心１を膨張変形させる。このとき、膨張した状態の回転子鉄心１を図３に示す。軸孔６は拡張した軸孔６´になり、回転子鉄心１の外周、貫通孔７も軸孔６´同様に膨張変形している。例えば、回転子鉄心１を２５０℃まで昇温した場合、昇温後の回転子鉄心１の軸孔６´は４０．０５６ｍｍとなる。また、位置決めピン８と貫通孔７には径方向内側に隙間が形成されているため、回転子鉄心１の膨張を妨げることはない。

次に、図４に示すが、常温下において、その膨張変形した状態の回転子鉄心１の軸孔６´にシャフト１０を挿入する。シャフト１０の挿入は下型焼き嵌め治具５の貫通孔９から直接行い、図示しないシャフト固定位置まで挿入される。このようにシャフト１０の挿入を回転子鉄心１の下方から行うことで、シャフト１０が昇温された回転子鉄心１の熱の影響を受けることがない。

その後、昇温された回転子鉄心１は、シャフト１０の温度（常温で２５℃程度）にまで降温するのに伴って、軸孔６´が縮小するように収縮変形する。回転子鉄心１の温度が約１５０℃となると、軸孔６´の径がシャフト１０と同一寸法となり、焼き嵌めが開始される。
このとき、軸孔６´内径が縮小変形し、シャフト１０との焼き嵌めが開始されるが、この焼き嵌めが開始される前に回転子鉄心１を加圧する。具体的には、図５に示すが、上型焼き嵌め治具４の上面から突出するシャフト１０の突起を逃がす凹部１２を備えた加圧治具１１を上型焼き嵌め治具４の上に載せ、プレスにより回転子鉄心１の積層方向に加圧する。回転子鉄心１を加圧した際、回転子鉄心１に倒れが発生するが、シャフト１０が軸孔６´に挿入された状態で回転子鉄心１の加圧を行っているため、シャフト１０の外形に沿って倣いながら軸孔６´が収縮変形するため、直角度の精度が悪くなることはない。また、この回転子鉄心１の加圧は、回転子鉄心１とシャフト１０温度が同一となるまで行う。なお、焼き嵌めが開始されると同時に回転子鉄心１を加圧しても同様の効果が得られる。

本発明で説明した内容は上記実施の形態に限定されることはない。例えば、下型焼き嵌め治具５に形成される貫通孔９の大きさは軸孔の大きさと同径としたが、同径以上としても良い。また、回転子鉄心１を加圧する荷重は、後工程の永久磁石樹脂封止工程時と同じ荷重が望ましい。その理由は永久磁石樹脂封止工程においても回転子鉄心１を加圧しながら永久磁石に樹脂封止を行うため、荷重の違いによる回転子鉄心１の積厚に差を生じさせないためである。

１：回転子鉄心、２：回転子鉄心片、３：ブロック鉄心、４：上型焼き嵌め治具、５：下型焼き嵌め治具、６：軸孔、６´：膨張後の軸孔、７：貫通孔、８：位置決めピン、９：貫通孔、１０：シャフト、１１：加圧治具、１２：凹部、２０：回転子鉄心、２１：回転子鉄心片、２２：金型、２３：シャフト、２４：ブロック鉄心、２５：シャフト、２６：回転子鉄心、２７：隙間、２８：回転子鉄心

Claims (5)

1. 軸孔と該軸孔の外周に貫通孔を有する回転子鉄心片を複数枚積層したブロック鉄心を複数段積層して回転子鉄心を形成し、前記軸孔にシャフトを固定する回転子鉄心のシャフト固定方法において、前記回転子鉄心を焼き嵌め治具に固定する工程と、前記焼き嵌め治具に固定された前記回転子鉄心を前記軸孔が前記シャフトの外径よりも大きくなるまで加熱する工程と、前記加熱により膨張変形した回転子鉄心の軸孔に前記シャフトを挿入する工程と、前記回転子鉄心への前記シャフトの焼き嵌めが開始される前または開始されると同時に前記回転子鉄心を積層方向に加圧する工程を有することを特徴とする回転子鉄心のシャフト固定方法。
2. 請求項１記載の回転子鉄心のシャフト固定方法において、前記焼き嵌め治具には前記回転子鉄心の貫通孔に貫通し、該回転子鉄心の位置を固定する位置決めピンが形成されていることを特徴とする回転子鉄心のシャフト固定方法。
3. 請求項２記載の回転子鉄心のシャフト固定方法において、前記焼き嵌め治具の位置決めピンと前記回転子鉄心の貫通孔には、前記回転子鉄心が径方向へ移動可能な隙間が形成されていることを特徴とする回転子鉄心のシャフト固定方法。
4. 請求項１〜３記載の回転子鉄心のシャフト固定方法において、前記焼き嵌め治具には前記回転子鉄心の軸孔と同径以上の貫通孔が形成されていることを特徴とする回転子鉄心のシャフト固定方法。
5. 請求項１〜４記載の回転子鉄心のシャフト固定方法において、前記シャフトの前記軸孔への挿入は前記回転子鉄心の下方から行われることを特徴とする回転子鉄心のシャフトの固定方法。

Images