JP6369002B2 - ロータ製造装置及びロータ製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ロータ製造装置及びロータ製造方法に関する。

特許文献１には、シャフト部材のかしめ部に対して軸方向から力を加え、かしめ部を押圧変形させることで、シャフト部材の外周に設けられたロータコアと、シャフト部材と、をかしめ固定したロータが開示されている。ロータコアは、エンドプレート及び電磁鋼板からなる積層体である。

特開２００９−１２４８８１号公報

しかしながら、電磁鋼板等は、打ち抜き加工後の残留応力や素材の厚さばらつきの影響を受け、寸法や形状がばらつきやすい。このような電磁鋼板を積層してロータコアを構成した場合には、ロータ周方向等においてロータコアの高さがばらついてしまう。このロータコアを上述の通りかしめ固定するとかしめ固定後のロータ周方向のロータコアにかかる軸力が保持しづらくなり、かしめ固定が安定しないという問題があった。

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、ロータコアの寸法ばらつき等によらず、ロータコアとシャフト部材を安定的にかしめ固定することができるロータ製造装置及びロータ製造方法を提供することを目的とする。

本発明によれば、シャフト部材のかしめ部を押圧変形させ、シャフト部材と当該シャフト部材の外周に配置されたロータコアとをかしめ固定することで、ロータを製造するロータ製造装置が提供される。当該ロータ製造装置は、ロータコアの上端面を上側から軸方向に押圧可能な第１押圧治具と、シャフト部材のかしめ部を外径側へ押し広げるように押圧可能な第２押圧治具と、第１押圧治具及び第２押圧治具をシャフト部材に対して相対的に軸方向へ駆動する駆動装置と、駆動装置を制御することで第１押圧治具及び第２押圧治具の動作を制御する制御部と、を備える。制御部は、第１押圧治具によりロータコアの上端面を一定圧の予圧で押圧し、ロータコアに予圧をかけた状態で、第２押圧治具によりシャフト部材のかしめ部を押圧変形させることで、シャフト部材とロータコアとをかしめ固定させるように構成されている。

本発明によれば、ロータ製造装置は、第１押圧治具によりロータコアの端面を押圧している状態で、第２押圧治具によりシャフト部材のかしめ部を押圧させ、シャフト部材とロータコアとをかしめ固定する。これにより、ロータコアに寸法ばらつきがあっても、ロータコアに作用する軸力を従来よりも安定させることができ、シャフト部材とロータコアとをしっかりかしめ固定することができる。

図１は、本発明の実施形態によるロータ製造装置によって製造されるロータの縦断面図である。 図２は、第１実施形態によるロータ製造装置の概略構成図である。 図３は、ロータの製造工程を説明する図である。 図４は、第２実施形態によるロータ製造装置の概略構成図である。 図５は、ロータの製造工程を説明する図である。

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、本発明の実施形態によるロータ製造装置４０によって製造されるロータ１０の縦断面図である。

図１に示すロータ１０は、回転電機の一部を構成する部材である。ロータ１０は、シャフト部材２０と、シャフト部材２０の外周に配置されたロータコア３０と、を備える。

シャフト部材２０は、回転軸２１と、回転軸２１の端部に設けられる底板２４と、底板２４に設けられる筒体２２と、筒体２２の先端に設けられるかしめ部２３と、を備える。

回転軸２１は、ロータ１０の軸方向に延設された棒状の部材である。回転軸２１の一方の端部には、底板２４が固定されている。
底板２４は、円板状部材であって、回転軸２１に対して同軸に設けられている。この底板２４には、筒体２２が取り付けられている。

筒体２２は、円筒状の部材であって、当該筒体２２の内側に回転軸２１が位置するように配置されている。筒体２２は、回転軸２１に対して同軸に設けられている。

かしめ部２３は、筒体２２の先端から軸方向に突出するように設けられている。かしめ部２３は、筒体２２の外周に沿って環状に延設されている。かしめ部２３の外周面と筒体２２の外周面とは面一となっている。なお、かしめ部２３は、環状に配置されるのではなく、複数の突起として筒体２２の周方向に所定間隔をあけて配置されてもよい。また、かしめ部２３は、筒体２２の先端において、外周寄りに形成されているが、内周寄りに形成されてもよい。

なお、シャフト部材２０は、別部材である回転軸２１、筒体２２、及び底板２４を溶接等により接合することで構成されてもよいし、回転軸２１、筒体２２、及び底板２４を一体形成することで構成されてもよい。

ロータコア３０は、シャフト部材２０の外周を囲むように配置される円筒状部材である。ロータコア３０は、積層体３１と、積層体３１の一端に隣接して配置される第１エンドプレート３２と、積層体３１の他端に隣接して配置される第２エンドプレート３３と、を備える。

積層体３１は、ロータ１０の軸方向に複数の電磁鋼板を積層した部材である。電磁鋼板は、筒体２２を挿通する挿通孔を有する板部材である。

第１エンドプレート３２は、積層体３１の一方の端面に接した状態でシャフト部材２０の外周に配置される環状の部材である。第１エンドプレート３２の内側上部は、かしめ固定時にかしめ部２３と係合可能な傾斜部３２Ａとなっている。また、第１エンドプレート３２は、かしめ固定時に変形しないように、シャフト部材２０よりも硬質の材料によって形成されている。

第２エンドプレート３３は、積層体３１の他方の端面に接した状態でシャフト部材２０の外周に配置される環状の部材である。第２エンドプレート３３の下部内周面の径は、シャフト部材２０の底板２４の外縁に係止されるよう段差３３Ａを有する形状になっている。この段差３３Ａは、第２エンドプレート３３の下部内周面の径が、第２エンドプレート３３の上部内周面の径よりも小さく設定されることにより形成される。

なお、ロータコア３０は、第１エンドプレート３２及び第２エンドプレート３３の両方又は一方を省略する構造としてもよい。

次に、図２を参照して、第１実施形態によるロータ製造装置４０について説明する。

ロータ製造装置４０は、シャフト部材２０とロータコア３０とをかしめ固定してロータ１０を製造する装置である。ロータ製造装置４０は、ロータコア３０が取り付けられたシャフト部材２０を載置する載置部４６と、ロータコア３０の端面を押圧可能な第１押圧治具４１と、かしめ部２３を押圧可能な第２押圧治具４２と、第１押圧治具４１と第２押圧治具４２をそれぞれ駆動する駆動部４４と、駆動部４４の動作を制御するコントローラ４５と、第２押圧治具４２からかしめ部２３に作用する圧力を検出する圧力センサ４７と、を備える。

載置部４６は、ロータコア３０がセットされたシャフト部材２０を載置するための台である。

第１押圧治具４１は、円筒状の部材である。第１押圧治具４１は、その下端面が載置部４６に載置されたシャフト部材２０のロータコア３０の端面に対向するように配置される。つまり、第１押圧治具４１の下端面とロータコア３０の第１エンドプレート３２の上端面とが対向する。

第２押圧治具４２は、円筒状の部材である。第２押圧治具４２の下端外周には、シャフト部材２０のかしめ部２３を押圧変形させるための傾斜部４２Ａが形成されている。第２押圧治具４２は、傾斜部４２Ａがかしめ部２３に対向するように配置される。

駆動部４４は、第１押圧治具４１を駆動させる第１油圧アクチュエータ４４Ａと、第２押圧治具４２を駆動させる第２油圧アクチュエータ４４Ｂと、からなる。第１油圧アクチュエータ４４Ａの駆動部は、第１押圧治具４１の上端面に接続されている。第２油圧アクチュエータ４４Ｂの駆動部は、第２押圧治具４２の上端面に接続されている。したがって、第１油圧アクチュエータ４４Ａの駆動部、及び第２油圧アクチュエータ４４Ｂの駆動部が駆動することにより、第１押圧治具４１及び第２押圧治具４２はシャフト部材２０の軸方向に移動する。

なお、第１押圧治具４１及び第２押圧治具４２の駆動方式は、油圧アクチュエータに限られるものではなく、エアー等の流体により駆動する方式や電磁石で得られる動力を利用する方式等としてもよい。

コントローラ４５は、駆動部４４を制御することで第１押圧治具４１及び第２押圧治具４２の動作を制御する。コントローラ４５は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、及び入出力インターフェイス（Ｉ／Ｏインターフェイス）を備えたマイクロコンピュータで構成される。

圧力センサ４７は、第２押圧治具４２からかしめ部２３に作用する圧力を検出する。圧力センサ４７の検出信号は、コントローラ４５に出力される。コントローラ４５は、圧力センサ４７からの検出信号に基づいて第２油圧アクチュエータ４４Ｂの駆動を制御する。

図３は、ロータ製造装置４０によるロータ１０の製造工程を説明する図である。

図３（Ａ）は、部材載置工程を示した図である。部材載置工程では、ロータコア３０のセットされたシャフト部材２０が、載置部４６上に載置される。この時、第１押圧治具４１はロータコア３０の第１エンドプレート３２に対して所定の距離をあけて配置されており、第２押圧治具４２はシャフト部材２０のかしめ部２３に対して所定の距離をあけて配置されている。このように部材載置工程では、第１押圧治具４１及び第２押圧治具４２は初期位置に位置している。

図３（Ｂ）は、予圧付与工程を示す図である。予圧付与工程では、第１油圧アクチュエータ４４Ａが駆動され、初期位置にあった第１押圧治具４１がロータコア３０の第１エンドプレート３２に向かって移動する。

この移動により、第１押圧治具４１はロータコア３０の第１エンドプレート３２の上端面に当接し、ロータコア３０を上側から軸方向に押圧する。第１油圧アクチュエータ４４Ａは定圧駆動されているため、ロータコア３０には、第１押圧治具４１を介して一定圧の予圧が付与される。

図３（Ｃ）及び（Ｄ）は、かしめ工程の開始状態及び終了状態を示した図である。かしめ工程では、第１押圧治具４１によるロータコア３０への予圧付与を継続した状態で、第２油圧アクチュエータ４４Ｂが駆動される。これにより、第２押圧治具４２がシャフト部材２０のかしめ部２３に向かって軸方向に移動する。この移動により、第２押圧治具４２の傾斜部４２Ａは、図３（Ｃ）に示すように筒体２２の先端から突出するかしめ部２３に当接し、図３（Ｄ）に示すようにかしめ部２３を外径側へ押し広げるように押圧変形させる。その結果、変形したかしめ部２３が第１エンドプレート３２の傾斜部３２Ａに係合し、シャフト部材２０とロータコア３０とがかしめ固定される。

なお、コントローラ４５は、かしめ固定終了後に、第１押圧治具４１及び第２押圧治具４２が図３（Ｄ）のかしめ固定位置から、図３（Ａ）の初期位置に戻るように駆動部４４を制御する。コントローラ４５は、例えば圧力センサ４７によって検出される圧力が所定の圧力に到達後、所定時間の経過をもって、かしめ固定が終了したと判定する。また、コントローラ４５は、第２押圧治具４２の速度や位置が所定の値に達した場合に、かしめ固定が終了したと判定するように構成されてもよい。

上記した第１実施形態によるロータ製造装置４０によれば、以下の効果を得ることができる。

ロータ製造装置４０は、ロータコア３０の第１エンドプレート３２の上端面を押圧可能な第１押圧治具４１と、シャフト部材２０のかしめ部２３を押圧可能な第２押圧治具４２と、第１押圧治具４１及び第２押圧治具４２をシャフト部材２０の軸方向に駆動する駆動部４４と、駆動部４４を制御することで第１押圧治具４１及び第２押圧治具４２の動作を制御するコントローラ４５と、を備えている。コントローラ４５は、第１押圧治具４１によりロータコア３０の上端面を押圧させた状態で、第２押圧治具４２によりシャフト部材２０のかしめ部２３を押圧変形させることで、シャフト部材２０とロータコア３０とをかしめ固定させるように構成されている。このように第１押圧治具４１により第１エンドプレート３２を押圧して、ロータコア３０に予め軸方向の力を作用させておくことで、積層体３１として構成されるロータコア３０の高さばらつきを抑制できる。また、ロータコア３０に予圧を与えた状態で第２押圧治具４２によりかしめ部２３を押圧変形させるので、かしめ固定後のロータコア３０に作用する軸力を従来よりも安定させることができる。したがって、ロータ製造装置４０によれば、安定的にかしめ固定されたロータ１０を製造することができる。

（第２実施形態）
図４を参照して、第２実施形態によるロータ製造装置４０について説明する。

第２実施形態によるロータ製造装置４０は、第２押圧治具４２及び駆動部４４の構成が、第１実施形態のロータ製造装置４０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等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製造装置４０では、第２押圧治具４２は、連結部４３を介して第１押圧治具４１に連結されている。第２押圧治具４２は、上部外周面から径方向外側に向いて突出する環状の突出部４２Ｂを有している。突出部４２Ｂは、板状部材であって、突出部４２Ｂの下端面が第１押圧治具４１の上端面に対向するように配置されている。

連結部４３は、環状部材であって、第２押圧治具４２の中央部外周を取り囲むように配置されている。連結部４３は、ゴムやばね等の弾性体で構成されている。連結部４３の下端面は第１押圧治具４１の上端面に接合されており、連結部４３の上端面は第２押圧治具４２の突出部４２Ｂの下端面に接合されている。

第２実施形態では、駆動部４４は、第２押圧治具４２の駆動を行う第２油圧アクチュエータ４４Ｂのみからなる。第２油圧アクチュエータ４４Ｂが駆動されることにより、連結部４３により連結された第１押圧治具４１及び第２押圧治具４２はシャフト部材２０の軸方向に一体的に移動する。

図５は、第２実施形態のロータ製造装置４０によるロータ１０の製造工程を説明する図である。

図５（Ａ）は、部材載置工程を示した図である。図５（Ｂ）は、予圧付与工程を示した図である。図５（Ｃ）は、かしめ工程の固定開始状態を示した図である。図５（Ｄ）は、かしめ工程の固定終了状態を示した図である。

図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、第２油圧アクチュエータ４４Ｂが駆動されることで初期位置にあった第１押圧治具４１及び第２押圧治具４２は軸方向に沿って下降する。第１押圧治具４１は、第２押圧治具４２がかしめ部２３を押圧するよりも前に、ロータコア３０の第１エンドプレート３２を押圧するように構成されている。したがって、第１押圧治具４１が第１エンドプレート３２の上端面に当接し、ロータコア３０を上側から軸方向に押圧する。これにより、ロータコア３０に予圧が付与される。

図５（Ｃ）に示すように、第２押圧治具４２は、第２油圧アクチュエータ４４Ｂによりさらに下降するよう駆動されるため、第１押圧治具４１からロータコア３０へ作用する予圧は高くなる。連結部４３は弾性体で構成されているため、第１押圧治具４１と第２押圧治具４２との間で圧縮変形することとなる。連結部４３がある程度圧縮されると、第２押圧治具４２の傾斜部４２Ａがかしめ部２３と接触し、かしめ固定が開始される。

図５（Ｃ）の状態から、さらに第２押圧治具４２を下方に押し込むことで、連結部４３はさらに圧縮されていく。かしめ工程では、第１押圧治具４１によるロータコア３０への予圧付与を継続した状態で、第２押圧治具４２の傾斜部４２Ａがかしめ部２３を第１エンドプレート３２の傾斜部３２Ａへと押圧変形させる。その結果、変形したかしめ部２３が第１エンドプレート３２の傾斜部３２Ａに係合し、シャフト部材２０とロータコア３０とがかしめ固定される。

また、コントローラ４５は、かしめ固定終了後に、第１押圧治具４１及び第２押圧治具４２を図５（Ｄ）のかしめ固定位置から、図５（Ａ）の初期位置に戻るように駆動部４４を制御する。コントローラ４５は、例えば圧力センサ４７によって検出される圧力が所定の圧力に到達後、所定時間の経過をもって、かしめ固定が終了したと判定する。なお、コントローラ４５は、例えば第２油圧アクチュエータ４４Ｂの下降駆動により第２押圧治具４２に加えられる押圧荷重と、連結部４３からの反力及びかしめ部２３からの反力とを加算した力とが同等となったことをもってかしめ固定が終了したと判定してもよい。

上記した第２実施形態によるロータ製造装置４０によれば、以下の効果を得ることができる。

ロータ製造装置４０では、連結部４３によって第１押圧治具４１と第２押圧治具４２とが連結されており、第２油圧アクチュエータ４４Ｂが駆動されることによって、第１押圧治具４１と第２押圧治具４２が一体的に移動する。また、第１押圧治具４１は、第２押圧治具４２がかしめ部２３を押圧する前に、ロータコア３０の端面を押圧するように構成されている。このような構成とすることで、一つの駆動手段のみで、ロータコア３０に予圧を付与しながら、かしめ部２３を押圧変形することができ、第１実施形態と同様にかしめ固定後のロータコア３０に作用する軸力を従来よりも安定させることができる。

また、第１押圧治具４１と第２押圧治具４２の傾斜部４２Ａとの間に設けられる連結部４３は弾性体であるため、ロータコア３０の高さばらつきによらず、ロータコア３０に比較的均一に予圧を作用させることができる。その結果、シャフト部材２０とロータコア３０とをより安定的にかしめ固定することが可能となる。

なお、連結部４３の軸方向の長さや、弾性係数を選定することよって、ロータコア３０に付与したい荷重を適宜調整することが可能である。

本発明は、上記の実施形態に限定されず、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

例えば、第１実施形態及び第２実施形態では、第１押圧治具４１及び第２押圧治具４２を駆動してロータコア３０の予圧及びかしめ部２３の押圧変形を実行した。しかしながら、載置部４６を上昇させることで、第１押圧治具４１によるロータコア３０の予圧付与を実行するとともに、第２押圧治具４２によるかしめ部２３の押圧変形を実行してもよい。このように、第１押圧治具４１、第２押圧治具４２又は載置部４６を相対的に軸方向に移動させてもよい。

また、第１押圧治具４１、第２押圧治具４２及び連結部４３は、円筒状の部材としたが、これに限られるものではない。第１押圧治具４１、第２押圧治具４２及び連結部４３は、シャフト部材２０のかしめ部２３の形状等に応じて、任意の形状に構成される。

１０ ロータ
２０ シャフト部材
２３ かしめ部
３０ ロータコア
３２ 第１エンドプレート
３３ 第２エンドプレート
４０ ロータ製造装置
４１ 第１押圧治具
４２ 第２押圧治具
４２Ｂ 突出部
４３ 連結部
４４ 駆動部
４４Ａ 第１油圧アクチュエータ
４４Ｂ 第２油圧アクチュエータ
４５ コントローラ

Claims (4)

1. シャフト部材のかしめ部を押圧変形させ、シャフト部材と当該シャフト部材の外周に配置されるロータコアとをかしめ固定することで、ロータを製造するロータ製造装置であって、
   前記ロータコアの上端面を上側から軸方向に押圧可能な第１押圧治具と、
   前記シャフト部材のかしめ部を外径側へ押し広げるように押圧可能な第２押圧治具と、
   前記第１押圧治具及び前記第２押圧治具を前記シャフト部材に対して相対的に前記軸方向へ駆動する駆動装置と、
   前記駆動装置を制御することで前記第１押圧治具及び前記第２押圧治具の動作を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記第１押圧治具により前記ロータコアの上端面を一定圧の予圧で押圧し、
   前記ロータコアに予圧をかけた状態で、前記第２押圧治具により前記シャフト部材のかしめ部を押圧変形させることで、前記シャフト部材と前記ロータコアとをかしめ固定させる、
   ことを特徴とするロータ製造装置。
2. 前記第１押圧治具と前記第２押圧治具とを連結する連結部をさらに備え、
   前記第１押圧治具は、前記第２押圧治具が前記かしめ部を押圧する前に、前記ロータコアの端面を押圧するように構成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載のロータ製造装置。
3. 前記第２押圧治具は、前記第１押圧治具のロータコア側とは反対側の端面に対向するように突出する突出部を備え、
   前記連結部は、弾性体であって、前記第１押圧治具の端面と前記第２押圧治具の前記突出部とを連結するように設けられる、
   ことを特徴とする請求項２に記載のロータ製造装置。
4. シャフト部材のかしめ部を押圧変形させ、シャフト部材と当該シャフト部材の外周に配置されるロータコアとをかしめ固定することで、ロータを製造するロータ製造方法であって、
   第１押圧治具を前記シャフト部材に対して相対的に軸方向へ駆動し、前記第１押圧治具により前記ロータコアの端面を押圧する予圧付与工程と、
   前記第１押圧治具が前記ロータコアの端面を押圧している状態で、前記第２押圧治具を前記シャフト部材に対して相対的に軸方向へ駆動し、前記第２押圧治具により前記シャフト部材のかしめ部を押圧変形させることで、前記シャフト部材と前記ロータコアとをかしめ固定するかしめ工程と、
   を備えることを特徴とするロータ製造方法。

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