JP6361242B2 - ロータ及びロータ製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ロータ及びロータの製造方法に関する。

薄板部材の歩留まりを改善し生産効率を向上させるために、円環状の薄板部材に代えて、加工性に優れる複数枚の円弧状の薄板部材を用いて積層体を構成し、回転電機を製造する方法が知られている。

特許文献１には、複数枚の円弧状の薄板セグメント（薄板部材）を環状に積層して積層体を構成し、回転電機のステータを製造する方法が開示されている。

特表２００３−５２８５５７号公報

しかしながら、特許文献１に開示されているように単に円弧状の薄板部材を環状配置して積層体を構成する方法は、回転しないステータの製造に用いられるものである。回転電機においては、ロータが回転することによりロータコアに遠心力が加わるので、遠心力によってロータコアが変形しないように、ロータコアを保持する必要がある。特許文献１に開示されている方法により積層体を構成してロータコアを製造した場合には、ロータの回転に伴い加わる遠心力により薄板部材がロータ外径方向に移動してしまうので、ロータコアが変形し、シャフト部材からロータコアが外れてしまうという問題がある。

そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、円弧状の薄板部材を複数積層した積層体を環状配置して構成されるロータコアを備えるロータにおいて、遠心力によるロータコアの変形を抑制できるロータ及びロータの製造方法を提供することを目的とする。

本発明のある態様によるロータの製造方法は、円弧状の薄板部材を複数積層した積層体を環状配置して構成されるロータコアと、回転軸とロータコアの一端をロータ軸方向から支持する底板とを有するシャフト部材と、ロータコアの他端に取り付けられるエンドプレートと、ロータコアをロータ径方向から当接支持するとともに底板とエンドプレートとを一体固定する複数本の固定ピンと、を備えるロータを製造する製造方法である。該製造方法は、シャフト部材の底板上に薄板部材を積層することによりロータコアを配置するロータコア配置工程と、ロータコアにエンドプレートを取り付けるエンドプレート取付工程と、ロータコアをロータ径方向から当接支持するとともに底板とエンドプレートとを一体固定する固定ピンを、複数本取り付ける固定ピン取付工程と、固定ピン取付工程前に、底板とエンドプレートとで、固定ピンを仮保持する固定ピン仮保持工程を備え、固定ピン仮保持工程では、端部に斜面又は段差を有する固定ピンを斜面又は段差の一部が底板とエンドプレートとの間に嵌合するように取り付けることにより、底板とエンドプレートとの間に固定ピンが仮保持される。

上記態様によれば、底板とエンドプレートとを一体固定する固定ピンによりロータ径方向からロータコアを当接支持するので、遠心力によるロータコアの変形を抑制できるロータを提供することができる。

図１は、本発明の第１実施形態のロータの斜視図である。 図２は、図１のロータを一部断面にしたときの斜視図である。 図３Ａは、本発明の第１実施形態のロータコア配置工程後のロータコアの斜視図である。 図３Ｂは、図３Ａのロータコアの一部断面図である。 図４Ａは、本発明の第１実施形態の磁石挿入工程におけるロータコアの一部断面図である。 図４Ｂは、図４Ａの磁石挿入工程後のロータコアの一部断面図である。 図５Ａは、本発明の第１実施形態のエンドプレート取付工程後のロータコアの斜視図である。 図５Ｂは、図５Ａのロータコアの一部断面図である。 図６Ａは、本発明の第１実施形態の固定ピン取付工程後のロータコアの斜視図である。 図６Ｂは、図６Ａのロータコアの一部断面図である。 図７は、本発明の第２実施形態の固定ピン取付工程後のロータコアの一部断面図である。 図８Ａは、本発明の第３実施形態の固定ピン仮保持工程におけるロータコアの一部断面図である。 図８Ｂは、本発明の第３実施形態の変形例による固定ピン仮保持工程におけるロータコアの一部断面図である。 図８Ｃは、本発明の第３実施形態の変形例による固定ピン仮保持工程におけるロータコアの一部断面図である。 図９は、本発明の第１実施形態の変形例によるロータの斜視図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態のロータ１００の斜視図である。

図１に示すロータ１００は、回転電機の一部を構成する部材である。ロータ１００は、シャフト部材１０と、シャフト部材１０の外周側に配置されるロータコア２０と、ロータコア２０に当接配置されるエンドプレート３０と、ロータコア２０をロータ外径側から支持する固定ピン４０と、を備える。

以下、図２を参照して、ロータ１００の詳細な構成について説明する。図２はロータ１００を一部断面にしたときの斜視図である。

ロータ１００のシャフト部材１０は、回転軸１１と、回転軸１１に設けられる底板１２と、底板１２に設けられる筒体１３と、を備える。

回転軸１１は、ロータ軸方向に延設される棒状の部材である。回転軸１１のロータ軸方向の中央位置には、底板１２が固定されている。

底板１２は、円板状部材であって、回転軸１１に対して同軸に設けられている。この底板１２には、筒体１３が取り付けられている。

筒体１３は、円筒状の部材であって、当該筒体１３の内側に回転軸１１が位置するように配置されている。筒体１３は、回転軸１１に対して同軸に設けられている。

ロータコア２０は、シャフト部材１０の筒体１３の外周を囲むように配置される円筒状部材である。図２に示すように、ロータコア２０は、円弧状の薄板部材２１を複数積層した積層体２２を環状に配置して構成される。ロータコア２０の一端は、ロータ軸方向から底板１２により支持される。

エンドプレート３０は、ロータコア２０の他端に接した状態でシャフト部材１０の外周に配置される環状の部材である。

固定ピン４０は、シャフト部材１０の底板１２とエンドプレート３０とに取り付けられる。固定ピン４０は、ロータコア２０を構成する積層体２２をロータ外径側から支持するように複数本取り付けられる。ロータコア２０の積層体２２は、固定ピン４０が取り付けられる位置に、ロータ軸方向に沿った窪み２２Ａを有している。窪み２２Ａ内に固定ピン４０を配置することで、ロータコア２０は、固定ピン４０によってロータ径方向だけでなくロータ周方向からも当接支持される。

次に、図３Ａから図６Ｂを用いて、ロータ１００の製造方法について説明する。

まず、図３Ａ及び図３Ｂを参照して、ロータコア配置工程について説明する。図３Ａは、ロータコア配置工程後のロータコア２０の斜視図である。図３Ｂは、図３Ａのロータコア２０の断面図である。

ロータコア配置工程では、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、シャフト部材１０の底板１２上にロータコア２０が配置される。ロータコア２０の配置は、薄板部材２１を積層した積層体２２を予め準備しておき、底板１２上に四つの積層体２２を環状に載置することによって行われる。また、シャフト部材１０の底板１２上に薄板部材２１を一枚ずつ順番に積層することによって、ロータコア２０を底板１２上に配置することとしてもよい。本実施形態では、四つの積層体２２が環状に配置されることで一つのロータコア２０を形成している。なお、ロータコア配置工程で積層する薄板部材２１は、全て同じ形状とし、同一の治具及び設備から製造できる部材とするのが好ましい。

図４Ａ及び図４Ｂを参照して、磁石挿入工程について説明する。図４Ａは、磁石挿入工程におけるロータコア２０を示す一部断面図である。図４Ｂは、図４Ａの磁石挿入工程後のロータコア２０を示す一部断面図である。

磁石挿入工程では、ロータコア配置工程後のロータコア２０内に複数個の磁石５０が挿入される。ロータコア２０を構成する薄板部材２１には、磁石５０を挿入するための挿入孔２１Ａが形成されている。薄板部材２１を積層し積層体２２を形成すると、挿入孔２１Ａはロータ軸方向に沿って一列に並ぶ。磁石挿入工程では、図４Ａに示すように、磁石５０は、ロータ軸方向に沿って配列された挿入孔２１Ａ内に挿入される。磁石挿入工程後の磁石５０は、図４Ｂに示すように、磁石５０の先端が底板１２と当接する位置まで押し込まれ、積層体２２内に磁石５０全体が挿入された状態となる。本実施形態では、一つの積層体２２の内部には、二個の磁石５０が埋設される。なお、ロータコア２０の形状が崩れないよう、磁石５０の挿入時に筒状の治具やバンドでロータコア２０を仮固定してもよい。

図５Ａ及び図５Ｂを参照して、エンドプレート取付工程について説明する。図５Ａは、エンドプレート取付工程後のロータコア２０の斜視図である。図５Ｂは、図５Ａのロータコアの一部断面図である。

エンドプレート取付工程では、ロータコア２０の端面上にエンドプレート３０が取り付けられる。図５Ａ及び図５Ｂに示すように、エンドプレート３０の下端面はロータコア２０の上端面に当接し、エンドプレート３０の内周面はシャフト部材１０の筒体１３の外周面に当接する。図５Ｂに示すように、エンドプレート取付工程後のロータコア２０及び磁石５０は、シャフト部材１０の底板１２とエンドプレート３０とで挟まれた状態となり、ロータ軸方向の移動が規制される。なお、エンドプレート３０とともにリテーナを用いて、ロータコア２０がロータ軸方向に移動できないよう、ロータコア２０を固定してもよい。

図６Ａ及び図６Ｂを参照して、固定ピン取付工程について説明する。図６Ａは、固定ピン取付工程後のロータコア２０の斜視図である。図６Ｂは、図６Ａのロータコア２０の一部断面図である。

図６Ａに示すように、固定ピン取付工程では、シャフト部材１０の底板１２とエンドプレート３０とに固定ピン４０が取り付けられる。本実施形態では、固定ピン４０は、ロータ周方向に等しい間隔を空けて八本配置される。固定ピン４０は、積層体２２のロータ外径側に設けられた窪み２２Ａ内にロータ軸方向に沿って配置される。固定ピン４０は、図６Ｂに示すように、両端で底板１２とエンドプレート３０とに当接する。固定ピン４０の上端は、エンドプレート３０の固定ピン取付位置３０Ａで溶接により連結される。また、固定ピン４０の下端は、底板１２との固定ピン取付位置１２Ａで溶接により連結される。このように溶接されることで、底板１２、エンドプレート３０及び固定ピン４０は一体固定される。

なお、固定ピン取付工程では、固定ピン４０を溶接直前に積層体２２の窪み２２Ａ内へ再度押し当てることにより、固定ピン４０と積層体２２とを確実に当接させた状態で溶接することが望ましい。また、固定ピン４０は、ロータ軸心を中心に回転対称となる位置に配置された複数本の固定ピン４０を同時に溶接することにより、取り付けられることが好ましい。

上記した第１実施形態によるロータ１００及びロータ１００の製造方法によれば、以下の効果を得ることができる。

本実施形態によるロータ１００は、円弧状の薄板部材２１を複数積層した積層体２２を環状配置して構成されるロータコア２０と、回転軸１１とロータコア２０の一端をロータ軸方向から支持する底板１２とを有するシャフト部材１０と、ロータコア２０の他端に取り付けられるエンドプレート３０と、ロータコア２０をロータ径方向から当接支持するとともに底板１２とエンドプレート３０とを一体固定する複数本の固定ピン４０と、を備える。

本実施形態のロータ１００では、ロータコア２０は、シャフト部材１０の底板１２とエンドプレート３０とに一体固定された固定ピン４０によって、ロータ径方向から当接支持される。したがって、ロータコア２０はロータ径方向から固定ピン４０に支持されるので、ロータ１００の回転によってロータコア２０に遠心力が加わっても、ロータコア２０が変形することがない。つまり、固定ピン４０により、積層体２２のロータ径方向の移動が抑制される。このように、本実施形態によるロータ１００によれば、ロータコア２０の変形を抑制することができる。

本実施形態のロータ１００の製造方法では、円弧状の薄板部材２１を複数積層した積層体２２を環状配置してロータコア２０を構成するロータコア配置工程と、ロータコア２０にエンドプレート３０を取り付けるエンドプレート取付工程と、ロータコア２０をロータ径方向から当接支持するとともにシャフト部材１０の底板１２とエンドプレート３０とを一体固定する固定ピン４０を底板１２及びエンドプレート３０に複数本取り付ける固定ピン取付工程と、を備える。

このようなロータ１００の製造方法によれば、底板１２及びエンドプレート３０と一体固定した複数本の固定ピン４０によって、ロータコア２０をロータ径方向から当接支持するロータ１００を製造することができる。このようなロータ１００によれば、固定ピン４０によってロータコア２０をロータ外径方向から支持することができるので、ロータコア２０の変形を抑制することができる。

また、本実施形態によるロータ１００の製造方法では、固定ピン４０がロータコア２０を保持するので、ロータコア２０の配置後に、ロータコア２０の固定のためにキーを圧入することが不要となる。このため、キーの圧入代を考慮したロータコア２０の精密な位置合わせが要らず、さらに、キーの圧入力によってロータコア２０が変形する懸念をなくすことができる。

本実施形態によるロータ１００の製造方法では、固定ピン取付工程で、固定ピン４０は、積層体２２の窪み２２Ａ内に配置され、シャフト部材１０の底板１２とエンドプレート３０とに連結される。このように固定ピン４０を窪み２２Ａ内に取り付けることによって、ロータコア２０は、ロータ径方向及びロータ周方向の移動が規制されることとなるので、ロータ１００の回転によってロータコア２０にロータ周方向の慣性力が加わっても、ロータコア２０が変形することがない。このように、本実施形態によるロータ１００の製造方法によれば、シャフト部材１０からロータコア２０がロータ径方向だけでなくロータ周方向に対しても外れることのないロータ１００を製造することができる。

さらに、本実施形態によるロータ１００の製造方法では、固定ピン取付工程において、固定ピン４０が、溶接によりシャフト部材１０の底板１２とエンドプレート３０とに連結される。本実施形態によるロータ１００の製造方法によれば、このように溶接で固定ピン４０を取り付けることによって、容易にロータコア２０の外周に固定ピン４０を固定できるので、ロータ１００の生産性を高くすることができる。また、ロータコア２０は、固定ピン４０と直接溶接されていないので、溶接歪みによってロータコア２０が変形する懸念をなくすことができる。さらに、溶接による固定は、ボルトナットやリベットを用いた固定方法と比べ、シャフト部材１０の底板１２やエンドプレート３０から突き出る部分が生じないため、ロータ１００が大型化することを抑制できる。

なお、本実施形態によるロータ１００の製造方法では、固定ピン取付工程において、ロータ軸心を中心に回転対称となる位置に配置された複数本の固定ピン４０を同時に溶接することが好ましい。このようにロータ軸心を中心に回転対称となる位置の固定ピン４０を同時溶接することによって、ロータ軸心を中心に回転対称に溶接時の熱が分布することとなる。このため、溶接歪みによる変形や内部応力分布が底板１２やエンドプレート３０に局所的に偏って生じることを避けられるので、ロータ１００を回転させたときに、ロータ１００がロータ軸方向から偏心することを抑制できる。

（第２実施形態）
図７を参照して、第２実施形態によるロータ１００の製造方法について説明する。図７は、固定ピン取付工程後のロータコア２０の一部断面図である。

第２実施形態によるロータ１００の製造方法では、固定ピン取付工程の態様が第１実施形態とは相違する。なお、以下の実施形態では第１実施形態と同じ機能を果たす構成には同一の符号を用い、重複する記載を適宜省略して説明する。

第２実施形態によるロータ１００では、固定ピン４０とエンドプレート３０、及び固定ピン４０と底板１２が、ネジ固定により連結される。

図７に示すように、固定ピン４０の一端にはネジ山４０Ａが形成されており、固定ピン４０の他端にはネジ溝４０Ｂが形成されている。エンドプレート３０の固定ピン取付位置３０Ａには、ネジ山３０Ｂが形成されている。シャフト部材１０の底板１２の固定ピン取付位置１２Ａには、ネジ溝１２Ｂが形成されている。

固定ピン取付工程では、固定ピン４０は、固定ピン４０のネジ山４０Ａを底板１２のネジ溝１２Ｂに螺合することにより、底板１２に取り付けられる。また、固定ピン４０は、固定ピン４０のネジ溝４０Ｂをエンドプレート３０のネジ山３０Ｂに螺合することにより、エンドプレート３０に取り付けられる。

上記した第２実施形態によるロータ１００の製造方法及びロータ１００によれば、以下の効果を得ることができる。

本実施形態によるロータ１００の製造方法では、固定ピン取付工程で、固定ピン４０のネジ山４０Ａと底板１２のネジ溝１２Ｂとのネジ止め、及び固定ピン４０のネジ溝４０Ｂとエンドプレート３０のネジ山３０Ｂとのネジ止めにより固定ピン４０をシャフト部材１０の底板１２とエンドプレート３０とに連結する。このように固定ピン４０をネジ止めにより底板１２とエンドプレート３０とに取り付けることによって、溶接歪みによる変形を一切懸念する必要がなくなる。また、容易にロータコア２０の外周に固定ピン４０を固定できるのでロータ１００の生産性を高くすることができ、エンドプレートから突き出る部分が生じないためロータ１００が大型化することを抑制できる。

（第３実施形態）
図８Ａを参照して、第３実施形態によるロータ１００の製造方法について説明する。図８Ａは、固定ピン仮保持工程におけるロータコアの一部断面図である。

第３実施形態によるロータ１００の製造方法では、固定ピン取付工程前に固定ピン仮保持工程を備える。

図８Ａに示すように、固定ピン４０の一端には斜面４０Ｃが形成され、他端には斜面４０Ｄが形成される。すなわち、固定ピン４０は、斜面４０Ｃ及び４０Ｄが形成されることによって、断面形状が台形状の円柱となる。

固定ピン仮保持工程では、固定ピン４０は、シャフト部材１０の底板１２とエンドプレート３０との間において、固定ピン４０の斜面４０Ｃ及び４０Ｄが底板１２の固定ピン取付位置１２Ａ及びエンドプレート３０の固定ピン取付位置３０Ａと当接するように嵌合されることで、仮保持される。仮保持された固定ピン４０は、その後、固定ピン取付工程で溶接することにより、固定ピン４０は底板１２とエンドプレート３０とに取り付けられる。

上記した第３実施形態によるロータ１００によれば、以下の効果を得ることができる。

第３実施形態によるロータ１００の製造方法は、固定ピン取付工程前に、シャフト部材１０の底板１２とエンドプレート３０とで、固定ピン４０を仮保持する固定ピン仮保持工程を備える。固定ピン仮保持工程において、端部に斜面４０Ｃ及び４０Ｄの形成された固定ピン４０を底板１２とエンドプレート３０との間に嵌合するように取り付けることで、固定ピン４０の仮保持を行う。したがって、本実施形態によるロータ１００の製造方法によれば、固定ピン４０の仮保持用の装置が不要となるので、設備費を抑制することができる。

なお、図８Ｂに示すように、固定ピン４０は、端部に段差４０Ｅ及び４０Ｆが形成される構造としてもよい。このような態様とすることによって、固定ピン４０は、シャフト部材１０の底板１２とエンドプレート３０の間で段差４０Ｅ及び４０Ｆが当接して嵌合されるので、仮保持されることができる。したがって、図８Ｂに示すようなロータ１００の製造方法によっても、固定ピン４０の仮保持用の装置が不要となる。

また、固定ピン４０は、磁性体からなる材料を用いて形成されてもよい。このような態様とすることによって、図８Ｃの矢印に示すように、固定ピン４０は、磁石５０の磁力によって引力を受けるので、シャフト部材１０の底板１２とエンドプレート３０との間に仮保持されることができる。したがって、図８Ｃに示すようなロータ１００の製造方法によっても、固定ピン４０の仮保持用の装置が不要となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば、図９に示すように、本発明の第１実施形態の変形例によるロータ１００では、固定ピン４０の固定位置の態様が上記実施形態のロータ１００とは相違する。

図９に示すロータ１００では、シャフト部材１０の底板１２及びエンドプレート３０は、外周側の一部に溝部１２Ｃ及び３０Ｃが形成され、ロータコア２０と同一の外周形状を有している。底板１２とエンドプレート３０とロータコア２０とは、同一の外周形状となっているので、固定ピン４０の側部が底板１２、エンドプレート３０及びロータコア２０の側部にそれぞれ当接することとなる。固定ピン取付工程では、固定ピン４０を、底板１２、エンドプレート３０及びロータコア２０に当接させた状態で、溝部１２Ｃ及び３０Ｃに溶接固定する。このような態様によるロータ１００の製造方法によれば、固定ピン４０が溝部１２Ｃと溝部３０Ｃとで橋渡しするように配置されるので、底板１２又はエンドプレート３０によって溶接するための空間が制限されにくくなり、溶接の作業性が良くなる。

また、ロータ１００では、積層体２２の外周の一部に固定ピン４０が入る窪み２２Ａを設ける代わりに、薄板部材２１、シャフト部材１０の底板１２及びエンドプレート３０の内部に、ロータ軸方向に沿った貫通孔を設けてもよい。この場合には、貫通孔内に固定ピン４０を挿通させることで固定ピン取付工程が実現される。ロータコア２０は、貫通孔内の固定ピン４０によって、ロータ径方向及びロータ周方向の移動が規制される。このようにロータコア２０の貫通孔内に固定ピン４０を挿通することによっても、ロータコア２０の変形を抑制できるロータ１００及びロータ１００の製造方法を提供することができる。

なお、上記実施形態は、適宜組み合わせ可能である。

１００ ロータ
１０ シャフト部材
１２ 底板
２０ ロータコア
２１ 薄板部材
２２ 積層体
２２Ａ 窪み
３０ エンドプレート
４０ 固定ピン
５０ 磁石

Claims (5)

1. 円弧状の薄板部材を複数積層した積層体を環状配置して構成されるロータコアと、
   回転軸と、前記ロータコアの一端をロータ軸方向から支持する底板と、を有するシャフト部材と、
   前記ロータコアの他端に取り付けられるエンドプレートと、
   前記ロータコアをロータ径方向から当接支持するとともに前記底板と前記エンドプレートとを一体固定する複数本の固定ピンと、
   を備えるロータを製造する製造方法であって、
   前記シャフト部材の前記底板上に前記薄板部材を積層することにより前記ロータコアを配置するロータコア配置工程と、
   前記ロータコアに前記エンドプレートを取り付けるエンドプレート取付工程と、
   前記ロータコアをロータ径方向から当接支持するとともに前記底板と前記エンドプレートとを一体固定する前記固定ピンを、複数本取り付ける固定ピン取付工程と、
   前記固定ピン取付工程前に、前記底板と前記エンドプレートとで、前記固定ピンを仮保持する固定ピン仮保持工程を備え、
   前記固定ピン仮保持工程では、端部に斜面又は段差を有する前記固定ピンを前記斜面又は前記段差の一部が前記底板と前記エンドプレートとの間に嵌合するように取り付けることにより、前記底板と前記エンドプレートとの間に前記固定ピンが仮保持される、ことを特徴とするロータの製造方法。
2. 請求項１に記載のロータの製造方法であって、
   前記ロータコアは、ロータ軸方向に沿って前記ロータコアに形成される溝部又は貫通孔を備え、
   前記固定ピン取付工程では、前記固定ピンが前記ロータコアをロータ径方向及びロータ周方向から当接支持するよう、前記ロータコアの溝部又は貫通孔内に前記固定ピンを配置する、
   ことを特徴とするロータの製造方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載のロータの製造方法であって、
   前記固定ピン取付工程では、前記固定ピンを溶接により、前記底板と前記エンドプレートとに連結する、
   ことを特徴とするロータの製造方法。
4. 請求項３に記載のロータの製造方法であって、
   前記固定ピン取付工程では、ロータ軸心を中心に回転対称となる位置に配置された複数本の前記固定ピンを、同時に溶接する、
   ことを特徴とするロータの製造方法。
5. 請求項１又は請求項２に記載のロータの製造方法であって、
   前記固定ピンの端部、前記底板、及び前記エンドプレートは、それぞれネジ部を備えており、
   前記固定ピン取付工程では、前記ネジ部を用いたネジ止めにより、前記固定ピンを前記底板と前記エンドプレートとに連結する、
   ことを特徴とするロータの製造方法。

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