JP6136477B2 - 回転電機およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機およびその製造方法に関するものである。

従来、回転電機の一つの使用例としてレゾルバがある。レゾルバにはロータとステータとが備えられており、バリアブルリラクタンス型のレゾルバロータとして、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。このレゾルバロータは、回転軸（シャフト）に圧入にて固定されており、その外側（径方向において外方）の面に対向する環状のレゾルバステータとともにレゾルバを構成する。レゾルバステータは、そのスロット内に励磁巻線およびｎ相の出力巻線を有する。そして、レゾルバロータの外側の面は、レゾルバステータとの間のギャップパーミアンスがレゾルバロータ（回転軸）の回転角度に対して正弦波状に変化するように非真円形状を有する。

ここで、レゾルバロータは、その中央孔から径方向内側に突出する突起を有しており、回転軸への圧入に際し回転軸の外周面に形成された軸凹部（溝）に突起を嵌合させることで回転軸に位置決め固定される。一般に、レゾルバロータおよびレゾルバステータは、プレス加工により電磁鋼板の圧延材から所定形状のコアプレートを打ち抜き、このコアプレートを複数枚積層して積層コアを形成する多層構造を有する。ここで、積層された各コアプレートは接着、カシメなどの方法を用いて互いに結合される。

特開２００２−１７４５３５号公報

しかしながら、上記のようなレゾルバロータにおいて、ロータコアは、プレス加工により電磁鋼板を打ち抜いて形成された複数枚のロータプレートを１枚ずつ所定角度だけ回転させつつ、転積（回転積層）することにより製造される。これにより、ロータコアの磁気性能が確保される。このため、複数個の回り止め用の突起部がロータコアの内孔の内周側に突出して配置され、回転軸の外周面に突起部に係合する同じ個数の凹部を設ける必要がある。この結果、回転軸の削り出し加工が必要となり製造・設備コストの増大を生じる場合がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、転積によるロータの過剰な回り止め突起を除去することにより、ロータと回転軸との嵌合を容易に行なえる回転電機およびその製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、回転軸に一体回転可能に設けられたロータと、前記ロータの外周面の外側に近接して配設され、ハウジングに固定されたステータと、を備え、前記ロータは、内孔の内径側に形成され、軸心側へ突出する突起を有する複数枚のロータプレートを転積したロータコアを有し、前記ロータコアは、前記突起を積層して形成された突起部を前記回転軸の外周面に形成された凹部に係合させることを要旨とする。

上記構成によれば、回転軸側に固定キーなどを設ける必要がなく、ロータコア内孔の内径側に軸心側へ突出して設けた突起部と回転軸の外周面に形成した凹部（溝）とを直接結合できるので、製造コストを低減できるとともに、ロータと回転軸との結合強度を確保することができる。
さらに、請求項１に記載の発明は、前記突起部は、転積により形成された後分離され、前記凹部の個数と同数の1個または複数個形成されることを要旨とする。上記構成によれば、転積してロータコアを形成した後ロータコア側の回転軸に干渉する突起部を抜き取り、回転軸側の回り止め用の凹部の個数を必要最小に設定できるので、回転軸の製造・設備コストを低減することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の回転電機において、前記突起は、前記回転軸の円周に沿って複数個形成されるとともに、転積する角度に同期して等間隔に配置されることを要旨とする。上記構成によれば、所定角度ずつ回転させて転積された突起は、軸線方向に同じ位置に配置された突起部を形成するので、ロータと回転軸との結合強度を向上させることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の回転電機において、前記ロータプレートは、円周に沿って複数個のカシメダボを備えることを要旨とする。上記構成によれば、薄板環状のロータプレートはカシメダボを用いてカシメにより固定されるので、ロータプレートおよび突起が離れないように強固に積層することができる。

請求項４に記載の発明は、回転軸に設けられたロータと、前記ロータの外周面の外側に配設されハウジングに固定されたステータと、を備え、前記ロータは、前記回転軸に一体回転可能に固定されたロータコアと、前記ロータコアの内周に軸心側へ突出して形成された突起部と、を備え、複数個の突起を有する複数枚のロータプレートを転積し、複数個の前記突起部を有する前記ロータコアを形成する積層工程と、転積により形成された前記回転軸に干渉する前記突起部を分離する分離工程と、分離されず残った前記突起部を前記回転軸の外周面に形成された凹部内に圧入により固定する固定工程と、を備えることを要旨とする。

上記構成によれば、ロータプレートを転積してロータコアを形成した後、回転軸に干渉する突起部を抜き取り、残った突起部を回転軸の外周面に形成された凹部に嵌合してロータと回転軸を結合する。これにより、回転軸側の回り止めが少なくとも１ヶ所で済み回転軸外周面に突起部が嵌合する複数個の凹部を設ける必要がなく、製造・設備コストを低減することができる。

本発明によれば、転積によるロータの過剰な回り止め突起を除去することにより、ロータと回転軸との嵌合を容易に行なえる回転電機およびその製造方法を提供できる。

本発明の一実施形態に係るレゾルバの構成を示す正面図。 図１におけるＡ−Ａ方向から見たレゾルバの構成を示す断面図。 （ａ）は、ロータプレートの突起をせん断後の状態を示す側面図、（ｂ）は、突起を嵌合した状態を示す側面図。 第１の実施形態に係るレゾルバのロータ構造を示す正面図。 （ａ）は、ロータの突起部を積層後の概略構造を示す側面図、（ｂ）は、ロータの突起部分離後の状態を示す側面図。 ロータに回転軸を嵌合した状態を示す正面図。 （ａ）は、第２の実施形態に係るロータの突起部の概略積層構造を示す側面図、（ｂ）は、ロータに回転軸を嵌合した状態を示す側面図。 （ａ）は、レゾルバのステータ構造を示す正面図、（ｂ）は、ステータにハウジングを嵌合した状態を示す正面図。

次に、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るレゾルバ１の構成を示す正面図、図２は、図１におけるＡ−Ａ方向から見たレゾルバ１の構成を示す断面図である。レゾルバ１は、中心軸Ｊ１を中心とする略環状のレゾルバステータ３および回転軸５に固定されるレゾルバロータ４を備える。図１および図２に示すように、レゾルバロータ４は、回転軸５に圧入されることにより固定され、回転軸５と一体となって回転する。また、ロータコア１１は、薄板状の電磁鋼板（例えば、珪素鋼板など）をプレス加工にて打ち抜いたロータプレート１２を中心軸Ｊ１方向に所定の角度（本実施形態では、７２度）で転積することにより、非真円状に形成される。

板状のロータプレート１２は、材料が磁気的に無方向性の珪素鋼板であっても、プレス加工時の影響によってわずかに磁気的な方向性を有してしまう、あるいは、珪素鋼板の位置によって厚みにわずかな差が生じる可能性がある。このような場合であっても、ロータコア１１を転積することにより形成することで、厚みの差が特定の箇所で累積することがなく、また、磁気的な方向性を平均化することで磁気特性の優れたロータコア１１を形成することができる。さらに、ロータプレート１２を同じ位置に重ね合わせ、凹穴および凸部からなるカシメダボ１７を順に嵌め込み、積層された複数枚のロータプレート１２を中心軸Ｊ１方向に加圧することにより、各ロータプレート１２が一体化されロータコア１１が形成される。

レゾルバロータ４は、レゾルバステータ３と径方向に間隙を介して対応する対向面、および対向面とは反対側に形成される内周面を有する。また、レゾルバロータ４は、対向面に径方向外側へ向って突出する複数個（本実施形態では、５つ）の突極を有する。具体的には、対向面は、丸みを帯びた山部と谷部とを周方向に交互に備え、各山部が各突極を形成している。内周面には１つの突極の頂点に対応する周方向位置に軸中心Ｊ１側へ向う１つの突起部１４を有する形状となっている。本実施形態においては、他の４つの突極の頂点に対応する内周面の周方向位置に、径方向外側に向って延びレゾルバロータ４の軸線方向両端面に開口する４つの溝部２０を有している。

レゾルバステータ３は、レゾルバロータ４と同様に、例えば、珪素鋼板をプレス加工にて打ち抜いた薄板状のステータプレート７を中心軸Ｊ１方向に積層して形成されるとともに、ケース（ステータハウジング）２の内周面に固定されるステータコア６を備える。ステータコア６は、環状のコアバックおよび放射状に配置されて中心軸Ｊ１に向って延びる複数のティースを備える。また、レゾルバステータ３は、ステータコア６の表面を被覆する絶縁体により形成されたインシュレータおよびティースにインシュレータを介して導線を巻回することにより形成された複数（本実施形態では、１２個）のコイルを備える。レゾルバ１では、例えば、複数のコイルにより１相の励磁コイルと２相の出力コイルが構成される。

本発明の積層コアには、ロータコア１１だけでなくステータコア６も含まれるが、以下の実施形態においてはロータコア１１について説明する。

図３（ａ）は、ロータプレート１２の突起せん断後の状態を示す側面図、図３（ｂ）は、突起１３を嵌合した状態を示す側面図、図４は、第１の実施形態に係るレゾルバロータ４の構造を示す正面図である。本実施形態では、４つの突起部１４，１４ａを有するロータコア１１を示している。図３（ａ）、（ｂ）に示すように、1枚のロータプレート１２は、あらかじめ各突起１３をパンチとダイなどを用いて軸線方向に打ち抜かれ（せん断）、せん断後ふたたび元の位置に戻され嵌合される。ここで、ロータプレート１２は、内孔の内径側に転積角度に同期して等間隔に配置された複数個（本実施形態では、４つ）の突起１３を有する。

図４に示すように、内孔１６に軸中心Ｊ１に向って４つの突起１３を有するロータプレート１２を転積し、すなわち、ロータプレート１２の向きを所定角度（本実施形態では、９０度）ずつ回転させて軸線方向に積層してロータコア１１を形成する。このとき、各突起１３は、軸線方向に積層されて４つの突起部１４，１４ａを形成する（積層工程）。ロータプレート１２および突起１３には複数個のカシメダボ１７が設けられ、各ロータプレート１２が積層一体化されレゾルバロータ４を形成する。詳細には、カシメダボ１７は、各ロータプレート１２の上面および下面に設けられた、それぞれ図示しない凹穴および凸部からなり、ロータプレート１２を同じ位置に重ね合わせ、凹穴に凸部を順に嵌め込むことでカシメ固定される。

次に、図５（ａ）は、レゾルバロータ４の突起部１４ａ（１４）を積層後の概略構造を示す側面図、図５（ｂ）は、レゾルバロータ４の突起部１４ａを分離後の状態を示す側面図である。ここで、積層方向を矢印、および厚みを積厚Ｌで示す。図５（ａ），（ｂ）に示すように、回転軸５に干渉する３つの突起部１４ａ（図４参照）は、ロータコア１１から抜き取られる（分離工程）。

図６は、レゾルバロータ４に回転軸５を嵌合した状態を示す正面図である。図６に示すように、ロータコア１１は、突起部１４を回転軸５外周面の凹部１５の位置に合わせ軸線方向に圧入して固定し、回転軸５にロータコア１１を組み付ける（固定工程）。このとき、１つの凹部１５に１つの突起部１４が嵌合して固定され、回転軸５の外側周方向に３つの溝部２０が形成される。

次に、図７を参照しつつ第２の実施形態について説明する。
図７（ａ）は、第２の実施形態に係るレゾルバロータ４の突起部１４の概略積層構造を示す側面図、図７（ｂ）は、レゾルバロータ４に回転軸５を嵌合した状態を示す側面図である。図７（ａ）に示すように、ロータコア１１の軸線方向の積厚が長尺である場合、突起部１４は、周方向の幅寸法が大きい突起部１４ｂと小さい突起部１４ｃとにより形成される。このとき、積厚寸法は、突起部１４ｃより突起部１４ｂの方が小さく設定されている。図７（ｂ）に示すように、圧入時、突起部１４ｂが回転軸５の凹部１５に圧入され固定される圧入部１８、および突起部１４ｃによる隙間部１９が形成される。このような構成によると、積厚を変更して圧入範囲を部分的に設定することにより圧入荷重を低減させて、発生応力を抑え圧入強度を確保することができるので、ロータコア１１においてひずみや割れの発生を防止できる。

次に、上記のように構成された本発明の実施形態に係るレゾルバ１の作用および効果について説明する。

上記第１の実施形態によれば、４つの突起１３を有するロータプレート１２は、あらかじめ各突起１３をパンチとダイなどを用いて打ち抜かれ（せん断）、せん断後ふたたび元の位置に戻され嵌合される。内孔１６に軸中心Ｊ１に向って所定角度でロータプレート１２を転積し、すなわち、ロータプレート１２の向きを９０度ずつ回転させて軸線方向に積層してロータコア１１を形成する。このとき、各突起１３は、軸線方向に積層されて周方向に同じ位置に配置された４つの突起部１４，１４ａを形成する（積層工程）。さらに、ロータプレート１２に複数個のカシメダボ１７が形成されており、ロータプレート１２を同じ位置に重ね合わせて積層し、カシメにより各ロータプレート１２が一体化されロータコア１１が形成される。回転軸５に干渉する３つの突起部１４ａは、ロータコア１１から抜き取られ除去される（分離工程）。ロータコア１１は、残った１つの突起部１４を回転軸５外周面の凹部１５の位置に合わせ軸線方向に圧入して固定され、回転軸５にロータコア１１を組み付ける（固定工程）。

これにより、回転軸５側に固定キーなどを設けることなく、ロータコア１１の内孔１６内径側に軸心側に突出して設けた突起部１４と回転軸５の外周面に形成した凹部１５とを直接結合できるので、製造コストを低減できるとともに、レゾルバロータ４と回転軸５との結合強度を向上させることができる。また、転積してロータコア１１を形成した後、回転軸５に干渉するロータコア１１側の突起部１４ａを抜き取ることにより、回転軸５側の回り止め用の凹部１５の個数を必要最小に設定できるので、回転軸５の製造・設備コストを低減することができる。

さらに、薄板環状のロータプレート１２は、カシメダボ１７を用いてカシメにより固定されるので、各ロータプレート１２および突起１３が離れないように強固に積層することができる。以上により、回転軸５側の回り止め凹部１５が少なくとも１ヶ所で済み複数個の凹部１５を設ける必要がなく、製造・設備コストを低減することができる。また、上記のような転積と打ち抜きとにより必要な突起部１４を形成する構成は、高精度を要求されるロータに転積を必要とするレゾルバのような検出器（センサー）に有効である。

また、上記第２の実施形態によれば、ロータコア１１の積厚が長尺である場合、突起部１４は、周方向の幅寸法が大きい突起部１４ｂと小さい突起部１４ｃとにより形成され、積厚寸法は、突起部１４ｃより突起部１４ｂの方が小さく設定されている。圧入時、突起部１４ｂが回転軸５の凹部１５に圧入され固定される圧入部１８、および突起部１４ｃによる隙間部１９が形成される。これにより、積厚を変更して圧入範囲を部分的に設定することにより圧入荷重を低減させて、発生応力を抑え圧入強度を確保することができるので、ロータコア１１においてひずみや割れの発生を防止できる。

以上のように、本発明の第１，２の実施形態によれば、転積によるロータの過剰な回り止め突起を除去することにより、ロータと回転軸との嵌合を容易に行なえる回転電機およびその製造方法を提供できる。

以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することも可能である。

上記実施形態では、ロータコア１１のみを転積により形成する場合について説明したが、これに限らず、ステータコア６のみを転積により形成してもよく、ロータコア１１およびステータコア６の両方を転積により形成してもよい。

図８（ａ）は、レゾルバ１のステータ構造を示す正面図、（ｂ）は、レゾルバステータ３にケース（ステータハウジング）２を嵌合した状態を示す正面図である。本実施形態では、６つの突起部９を有するステータコア６を示している。図８（ａ）、（ｂ）に示すように、径方向外側に向って突出する６個の突起８を備えたステータプレート７を６０度ずつ回転させ転積してステータコア６を形成する。ステータコア６は、ケース２に挿入するため干渉する５つの突起部９が抜き取り、あるいは切断により除去される。ステータコア６は、突起部９をケース２内周面に設けられた回り止め用の凹（溝）部１０の位置に合わせ軸線方向に圧入して固定し、ケース２にステータコア６を組み付ける。

上記実施形態では、ロータコア１１に４つおよび５つの突起部１４を備える場合について説明したが、これに限らず、任意の個数の突起１３を設けてロータプレート１２を回転させて転積を行うように構成してもよい。また、ステータコア６の突起８の個数においても適宜変更することが可能である。

上記実施形態では、ロータプレート１２の４つの突起１３を一旦打ち抜いた後、元の位置に押し戻し嵌合させる工程を示したが、これに限らず、転積した後で不要な突起部１４ａを切断除去するようにしてもよい。

上記実施形態では、本発明を電動パワーステアリング装置などの回転角度検出器に用いられるレゾルバ１に具体化したが、これに限らず、他の装置の駆動源として用いてもよく、例えば、転積により積層してコアを形成するＩＰＭモータや誘導モータなどの電動モータ、または、発電機に用いてもよい。

１：レゾルバ、２：ケース（ハウジング）、３：レゾルバステータ、４：レゾルバロータ、５：回転軸、６：ステータコア、７：ステータプレート、８：ステータ突起、
９：ステータ突起部、１０：ケース凹部、１１：ロータコア、１２：ロータプレート、
１３：ロータ突起、１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ：ロータ突起部、１５：回転軸凹部、
１６：内孔、１７：カシメダボ、１８：圧入部、１９：隙間部、２０：溝部、
Ｊ１：中心軸、Ｌ：積厚

Claims (4)

1. 回転軸に一体回転可能に設けられたロータと、
   前記ロータの外周面の外側に近接して配設され、ハウジングに固定されたステータと、を備え、
   前記ロータは、
   内孔の内径側に形成され、軸心側へ突出する突起を有する複数枚のロータプレートを転積したロータコアを有し、
   前記ロータコアは、前記突起を積層して形成された突起部を前記回転軸の外周面に形成された凹部に係合させ、
   前記突起部は、転積により形成された後分離され、前記凹部の個数と同数の1個または複数個形成されることを特徴とする回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記突起は、前記回転軸の円周に沿って複数個形成されるとともに、転積する角度に同期して等間隔に配置されることを特徴とする回転電機。
3. 請求項１または請求項２に記載の回転電機において、
   前記ロータプレートは、円周に沿って複数個のカシメダボを備えることを特徴とする回転電機。
4. 回転軸に設けられたロータと、
   前記ロータの外周面の外側に配設されハウジングに固定されたステータと、を備え、
   前記ロータは、
   前記回転軸に一体回転可能に固定されたロータコアと、
   前記ロータコアの内周に軸心側へ突出して形成された突起部と、を備え、
   複数個の突起を有する複数枚のロータプレートを転積して積層し、複数個の前記突起部を有する前記ロータコアを形成する積層工程と、
   転積により形成された前記回転軸に干渉する前記突起部を分離する分離工程と、
   分離されず残った前記突起部を前記回転軸の外周面に形成された凹部内に圧入により固定する固定工程と、を備えることを特徴とする回転電機の製造方法。

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