JP6890456B2 - 電動モータのロータ製造方法及び電動モータのロータ - Google Patents

Description

本発明は、平板状の鋼板を積層してなるロータコアを、ロータコアに設けた貫通孔にシャフトを挿入することによってシャフトに固定する電動モータのロータ製造方法及びロータに関する。

鋼板を積層してなるロータコアを、圧入または焼き嵌め等の収縮締結によってシャフトに固定する場合、ロータコアがシャフトの軸方向に変形してしまう。この変形は、ステータコアとロータコアとの軸方向の相対位置がずれて、モータ出力の低下やモータの軸方向寸法の増加が生じる。また、この変形は製品ごとにその変形方向や変形量が異なるため、モータ出力の低下量や軸方向寸法の増加量が製品ごとにばらつき、製品管理が困難であった。特許文献１では、治具を用いることによって変形方向を揃え、ステータコアとロータとの軸方向の相対位置のずれを抑制することが記載されている。

特許第５２９９５１６号

上記文献に記載の技術では、変形の方向の違いによる変形量のばらつきを抑制することはできる。しかし、変形量は収縮締結の締め代等によってもばらつくため、ステータコアとロータコアとの軸方向の相対位置のずれによるモータ出力の低下やモータの軸方向寸法の増加を抑制するためには、改善の余地があった。

そこで本発明では、ステータコアとロータコアとの軸方向の相対位置のずれによるモータ出力の低下やモータの軸方向寸法の増加を抑制することを目的とする。

本発明のある態様によれば、電動モータのロータ製造方法は、貫通孔を有する平板状の鋼板を積層した積層鋼板からなるロータコアを、圧入または焼き嵌めにより貫通孔にシャフトを挿通させることによってシャフトに固定するものである。このロータ製造方法においては、ロータコアを形成する積層鋼板を第１グループと第２グループとに分割し、第１グループをシャフトに固定する際に、積層鋼板の内周縁と外周縁とでシャフトの軸方向への押し込み量を異ならせることによって、内周縁と外周縁とのシャフトの軸方向における相対位置がずれるように第１グループを変形させる。また、第２グループをシャフトに固定する際に、シャフトの軸方向において第１グループの外周縁が内周縁よりも突出する側から押し込み、かつ、積層鋼板の内周縁と外周縁とでシャフトの軸方向への押し込み量を異ならせることによって外周縁が内周縁よりも第１グループ側に突出するよう変形させる。そして、ロータコアを、対向する第１グループの端面と第２グループの端面の外周縁同士が当接する状態でシャフトに固定する。

上記態様によれば、ステータコアとロータコアとの軸方向の相対位置のずれによるモータ出力の低下やモータの軸方向寸法の増加を抑制することができる。

図１は、電動モータのロータの概略構成図である。 図２Ａは、図１のロータをシャフトの軸方向から見た図である。 図２Ｂは、図２ＡのII−II線に沿った断面図である。 図３は、ロータ製造装置の一例を示す図である。 図４Ａは、図３のロータ製造装置の動作を説明する為の第１の図である。 図４Ｂは、図３のロータ製造装置の動作を説明する為の第２の図である。 図４Ｃは、図３のロータ製造装置の動作を説明する為の第３の図である。 図５Ａは、別のロータ製造装置の動作を説明する為の第１の図である。 図５Ｂは、別のロータ製造装置の動作を説明する為の第２の図である。 図５Ｃは、別のロータ製造装置の動作を説明する為の第３の図である。 図６Ａは、さらに別のロータ製造装置の動作を説明する為の第１の図である。 図６Ｂは、さらに別のロータ製造装置の動作を説明する為の第２の図である。 図６Ｃは、さらに別のロータ製造装置の動作を説明する為の第３の図である。 図６Ｄは、さらに別のロータ製造装置の動作を説明する為の第４の図である。 図６Ｅは、さらに別のロータ製造装置の動作を説明する為の第５の図である。 図６Ｆは、さらに別のロータ製造装置の動作を説明する為の第６の図である。 図７は、第１実施形態の第１の変形例を示す図である。 図８は、第１実施形態の第２の変形例を示す図である。 図９は、第１実施形態の第３の変形例を示す図である。 図１０は、冷却経路を備える電動モータのロータの概略構成図である。 図１１は、図１０のロータを製造する方法を説明するための第１の図である。 図１２は、図１０のロータを製造する方法を説明するための第２の図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、「軸方向」とはシャフト３の回転軸に沿った方向を意味する。

（第１実施形態）
図１は、電動モータのロータ１の一例を示す概略構成図である。電動モータは図１に示すロータ１と、ステータコア及びコイルからなるステータ（図示せず）を有する。

ロータ１は、永久磁石４の保持及び磁路の形成をするロータコア２と、ロータコア２の保持及び動力の伝達をするシャフト３とを有する。

ロータコア２は、薄板鋼板を複数枚積層した積層鋼板２Ａ、２Ｂからなる。積層鋼板２Ａ、２Ｂは、シャフト３を挿通するための貫通孔５と永久磁石４を挿入するための貫通孔６とを備える。各貫通孔は、積層する前の薄板鋼板にプレス加工等を施すことによって設ける。

永久磁石４は、ロータコア２に設けた磁石挿入孔に接着剤または樹脂モールド等により固定される。

積層鋼板２Ａ、２Ｂは、圧入や焼き嵌め等のいわゆる収縮締結によってシャフト３に固定される。

ところで、一般的には積層鋼板２Ａ、２Ｂを一体とした状態でシャフト３を圧入等する。その際に、積層鋼板２Ａ、２Ｂには軸方向への変形が生じ易い。このため、積層鋼板２Ａ、２Ｂの内周縁を設計通りの軸方向位置に固定しても、外周縁は内周縁に対して軸方向にずれる。その結果、ロータ１を電動モータに組み込んだときにロータ１とステータとの軸方向の相対位置にずれが生じて、モータ出力の低下を招くおそれがある。また、積層鋼板２Ａ、２Ｂの変形量及び変形方向は製造する電動モータ毎に異なるので、ロータコア２の軸方向寸法のばらつきを考慮すると電動モータの軸方向寸法の増大を招く。

そこで本実施形態では、ロータコア２の軸方向への変形量を抑制するために、以下に説明する方法でロータ１を製造する。

図２Ａは、本実施形態にかかる製造方法で製造したロータ１をシャフト３の軸方向から見た図、図２Ｂは図２ＡのII−II線に沿った断面図である。なお、図２Ａ、図２Ｂは、ロータコア２が第１グループとしての積層鋼板２Ａ及び第２グループとしての積層鋼板２Ｂからなる場合について示している。また、図２Ａ、図２Ｂでは永久磁石４を省略している。

図２Ｂにおける破線は、積層鋼板２Ａと積層鋼板２Ｂとの分割界面である。

積層鋼板２Ａ、２Ｂは、いずれも平板状の鋼板を積層したものなので、シャフト３に固定する前の断面形状は長方形である。しかし、本実施形態では図２Ｂに示す通り、積層鋼板２Ａ、２Ｂを外周縁が内周縁よりもシャフト３の軸方向において分割界面方向に突出するように変形させ、外周縁同士が分割界面で当接する状態でシャフト３に固定されている。

図３は、積層鋼板２Ａ、２Ｂをシャフト３に固定するための装置の一例を示す図である。

装置１００は、押し型１２と、押し型１２を進退動作させる駆動源としてのモータ１０と、モータ１０と押し型１２とを連結するロッド１１と、を備える。モータ１０、ロッド１１及び押し型１２を１セットとした場合、装置１００は積層鋼板２Ａの内周縁側を押圧するセットと、積層鋼板２Ａの外周縁側を押圧するセットと、積層鋼板２Ｂの内周縁側を押圧するセットと、積層鋼板２Ｂの外周縁側を押圧するセットと、を備える。

次に、装置１００の動作を説明する。

図４Ａ〜図４Ｃは、積層鋼板２Ａ、２Ｂとシャフト３を装置１００にセットした状態から、積層鋼板２Ａ、２Ｂがシャフト３に固定されるまでを示す図である。なお、図４Ａ〜図４Ｃでは、モータ１０及びロッド１１を省略している。

図４Ａに示す通り、積層鋼板２Ａと積層鋼板２Ｂを、シャフト３を挟んで対向するように配置する。このとき、積層鋼板２Ａ、２Ｂの貫通孔５とシャフト３とが同軸上に並ぶように配置する。

上記の通り配置したら、図４Ｂに示す通り、全ての押し型１２を作動させて、積層鋼板２Ａ、２Ｂをそれぞれシャフト３の両端から圧入する。このとき、内周縁側の押し型１２と外周縁側の押し型１２は同じ速度で移動する。

そして、図４Ｃに示す通り、積層鋼板２Ａ、２Ｂの内周縁が分割界面から所定量離れた位置に達したら、内周縁側を押圧する押し型１２は停止させ、外周縁側を押圧する押し型１２は、積層鋼板２Ａ、２Ｂの外周縁同士が当接するまで作動させる。

すなわち、積層鋼板２Ａを第１グループ、積層鋼板２Ｂを第２グループとしたとき、第１グループは、外周縁側が内周縁側よりも押し型１２による押し込み量が多く、シャフト３の軸方向において外周縁が内周縁に対して分割界面側に突出するように変形する。一方の第２グループは、第１グループと対向する側、つまり第１グループの外周縁が内周縁よりも突出する側からシャフト３に圧入される。第２グループも第１グループと同様に外周縁側が内周縁側よりも押し型１２による押し込み量が多く、その結果、第２グループの外周縁側は内周縁側に対して第１グループ側に突出するよう変形する。そして、第１グループと第２グループは、対向する第１グループの端面と第２グループの端面の外周縁同士が当接する状態でシャフト３に固定される。

これにより、図２Ｂに示した形状のロータコア２が形成される。

なお、図２Ｂや図４Ｃでは、本実施形態を理解し易くするために積層鋼板２Ａの内周縁と積層鋼板２Ｂの内周縁との間隔を広くとっているが、実際にはこれよりも大幅に狭い間隔とする。

上記の製造方法によれば、積層鋼板２Ａ、２Ｂがそれぞれ一定方向に変形するので、変形量のばらつきを低減できる。さらに、積層鋼板２Ａ、２Ｂの変形方向は互いに反発する方向であり、かつ互いの外周縁同士が当接するので、互いの反発力によってロータコア２のシャフト３の軸方向への変形が抑制される。その結果、ロータ１とステータとの相対位置のずれに起因するモータ出力の低下を抑制できる。

なお、装置１００は図３に示したものに限られるわけではない。例えば、図３の装置１００における押し型１２に代えて、図５Ａ〜図５Ｃに示すように、テーパー状の押し型１２を用いてもよい。この場合でも、積層鋼板２Ａ、２Ｂの内周縁と外周縁との押し込み量を異ならせて、図２Ｂに示した形状のロータコア２を形成することが可能である。

また、積層鋼板２Ａと積層鋼板２Ｂとをシャフト３の両側から押し込む場合に限られるわけではない。例えば、図６Ａ〜図６Ｆに示す通り、積層鋼板２Ａと積層鋼板２Ｂとをシャフト３に対して同じ側から押し込んでもよい。具体的には、まず積層鋼板２Ａをシャフト３の一端側から押し込む（図６Ａ、図６Ｂ）。このとき、積層鋼板２Ａの外周縁が分割界面に到達したら、外周縁側の押し型１２は作動を停止し、内周縁側の押し型１２は外周縁が分割界面から所定量離れるまで作動を継続する（図６Ｃ）。外周縁側の押し型１２の作動が停止したら、積層鋼板２Ｂをセットして、押し込みを開始する（図６Ｄ、図６Ｅ）。積層鋼板２Ｂを押し込む際には、内周縁側の押し型１２は内周縁が分割界面よりも所定量手前に達したら作動を停止し、外周縁側の押し型１２は外周縁が分割界面に達するまで、つまり積層鋼板２Ｂの外周縁が積層鋼板２Ａの外周縁と当接するまで作動する（図６Ｆ）。

以上により本実施形態では、第１グループとしての積層鋼板２Ａをシャフト３に固定する際に、積層鋼板２Ａの内周縁と外周縁とでシャフト３の軸方向への押し込み量を異ならせることによって、内周縁と外周縁との軸方向における相対位置がずれるように第１グループを変形させる。また、第２グループとしての積層鋼板２Ｂをシャフト３に固定する際に、軸方向において第１グループの外周縁が内周縁よりも突出する側から押し込み、かつ、内周縁と外周縁とで軸方向への押し込み量を異ならせることで、外周縁が内周縁よりも第１グループ側に突出するよう第２グループを変形させる。そして、対向する第１グループの端面と第２グループの端面の外周縁同士が当接する状態でロータコア２をシャフト３に固定する。これにより、第１グループと第２グループとが分割界面を挟んで軸方向に互いに反発する方向に変形した状態でシャフト３に固定されるので、互いの反活力でロータコア２の軸方向の変形を抑制できる。その結果、ロータ１の軸方向寸法の増大や、ロータコア２とステータとの軸方向における相対位置のずれに起因するモータ出力の低下を抑制できる。

また、本実施形態では、図６Ａ〜図６Ｆに示す工程を１セットとして、このセットを複数回繰り返してもよい。これによっても、上述したロータ１の軸方向寸法の増大や、ロータコア２とステータとの軸方向における相対位置のずれに起因するモータ出力の低下を抑制できる。

なお、本実施形態では、ロータコア２を２分割して、第１グループを積層鋼板２Ａ、第２グループを積層鋼板２Ｂとする場合について説明したが、分割数は２より多くても構わない。例えば、図７に示すように、ロータコア２を４つの積層鋼板２Ａ〜２Ｄに分割し、積層鋼板２Ａ、２Ｂを第１グループ、積層鋼板２Ｃ、２Ｄを第２グループとしてもよい。また、図８に示すように、ロータコア２を３つの積層鋼板２Ａ〜２Ｃに分割し、積層鋼板２Ａ、２Ｂを第１グループ、積層鋼板２Ｃを第２グループとしてもよい。すなわち、ロータコア２の分割数をｎとした場合に、分割数が偶数のときは各グループにｎ/２個の積層鋼板を分配し、分割数が奇数のときは一方のグループには（ｎ−１）/２個、他方のグループには｛（ｎ−１）/２｝+１個の積層鋼板を分配する。

また、ロータコア２を２以上に分割し、図６Ａ〜図６Ｆの工程で固定される２つの積層鋼板を１セットとして、当該工程を繰り返し実行してもよい。例えば分割数が４の場合には、図９に示すように、積層鋼板２Ａと積層鋼板２Ｂとからなるセットと、積層鋼板２Ｃと積層鋼板２Ｄとからなるセットとが、シャフト３の軸方向に並ぶこととなる。この場合も、各セットで上述した軸方向への変形を抑制する効果が得られるので、ロータコア２全体としても軸方向への変形が抑制される。

（第２実施形態）
図１０は、電動モータのロータ１の他の例を示す概略構成図である。このロータ１は、ロータコア２の軸方向の両端に配置される一対のエンドプレート２１と、ロータコア２及びエンドプレート２１を軸方向の両側から挟みこんで固定する一対のリテーナ２０とを備える。さらに、ロータ１はモータ回転時の永久磁石４の発熱による減磁を抑制するための冷却経路を備える。

冷却経路は、シャフト内通路２２と、一方のエンドプレート２１に設けられた第１エンドプレート内通路２３と、積層鋼板内通路２４と、他方のエンドプレート２１に設けられた第２エンドプレート内通路２５と、で構成される。シャフト内通路２２はシャフト３の一方の端面と側面とに開口部を有する。第１エンドプレート内通路２３は、一方のエンドプレート２１のロータコア２と対向する面に設けられた溝状の通路であり、シャフト内通路２２及び後述する積層鋼板内通路２４と連通する。積層鋼板内通路２４は、各積層鋼板２Ａ〜２Ｄをシャフト３に固定した状態でロータコア２の一端から他端まで貫通する。第２エンドプレート内通路２５は、他方のエンドプレート２１を貫通し、かつ積層鋼板内通路２４と連通する。

冷却剤はシャフト内通路２２の端面側の開口部から供給され、シャフト内通路２２、第１エンドプレート内通路２３、積層鋼板内通路２４を通過して、第２エンドプレート内通路２５から外部に排出される。

上記のような構成において、各積層鋼板２Ａ〜２Ｄの間に隙間があると、冷却剤が冷却経路から漏れてしまい、十分な冷却効果が得られなくなる。そこで本実施形態では、以下に説明する方法でロータ１を製造する。

まず、第１実施形態で説明した図４Ａ〜図４Ｃの工程を実施する。その後、図１１に示す通り内周縁側の押し型１２を分割界面の方向に所定量だけ作動させる。図４Ｃの状態で既に積層鋼板２Ａ、２Ｂは外周縁同士が当接しているので、内周縁側の押し型１２をさらに分割界面方向に作動させることによって、積層鋼板２Ａと積層鋼板２Ｂがより内周縁側まで接触して密着性が向上する。なお、ここでいう所定量は、内周縁同士が当接しない範囲内の大きさであればよい。内周縁同士が当接しなければ、第１グループと第２グループとが互いに反発する方向に変形するので、第１実施形態で説明した効果が得られるからである。

そして、図１２に示す通り、ロータコア２の軸方向両側からエンドプレート２１、リテーナ２０を取り付ける。なお、リテーナ２０に代えてナットを用いてもよい。

なお、図１１、図１２では永久磁石４、シャフト内通路２２、第１エンドプレート内通路２３、及び第２エンドプレート内通路２５を省略している。

上記の通り積層鋼板２Ａと積層鋼板２Ｂとの密着性をより高めることにより、積層鋼板２Ａの積層鋼板内通路２４と積層鋼板２Ｂの積層鋼板内通路２４との間における冷却剤の漏れを抑制できる。

以上の通り本実施形態では、第１実施形態と同様の効果に加え、さらに次の効果が得られる。

本実施形態では、外周縁同士が当接した後、第１グループ及び第２グループの内周縁を互いに近づくように所定量だけ押し込む。これにより、第１グループと第２グループとの密着度をより高めることができ、冷却通路からの冷却剤の漏れを抑制できる。

また本実施形態では、シャフト３の、当接する第１グループ及び第２グループの両側に、リテーナ２０またはナット等の止め部材を装着する。これにより、第１グループと第２グループとの間隔が広がることを防止できる。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。

１ ロータ
２ ロータコア
３ シャフト
４ 永久磁石
５ 貫通孔
６ 挿入孔
１０ モータ
１１ ロッド
１２ 押し型
２０ リテーナ
２１ エンドプレート
２２ シャフト内通路
２３ 第１エンドプレート内通路
２４ 積層鋼板内通路
２５ 第２エンドプレート内通路

Claims (5)

1. 貫通孔を有する平板状の鋼板を積層した積層鋼板からなるロータコアを、圧入または焼き嵌めにより前記貫通孔にシャフトを挿通させることによって前記シャフトに固定する電動モータのロータ製造方法において、
   前記ロータコアを形成する前記積層鋼板を第１グループと第２グループとに分割し、
   前記第１グループを前記シャフトに固定する際に、前記積層鋼板の内周縁と外周縁とで前記シャフトの軸方向への押し込み量を異ならせることによって、前記内周縁と前記外周縁との前記シャフトの軸方向における相対位置がずれるように前記第１グループを変形させ、
   前記第２グループを前記シャフトに固定する際に、前記第２グループを前記シャフトの軸方向において前記第１グループの前記外周縁が前記内周縁よりも突出する側から押し込み、かつ、前記第２グループの内周縁と外周縁とで前記シャフトの軸方向への押し込み量を異ならせることによって前記外周縁が前記内周縁よりも前記第１グループ側に突出するように前記第２グループを変形させ、
   前記ロータコアを、対向する前記第１グループの端面と前記第２グループの端面の前記外周縁同士が当接する状態で前記シャフトに固定することを特徴とする電動モータのロータ製造方法。
2. 請求項１に記載された電動モータのロータ製造方法において、
   前記外周縁同士が当接した後、前記第１グループ及び前記第２グループの前記内周縁を互いに近づくように所定量だけ押し込む電動モータのロータ製造方法。
3. 請求項１または２に記載された電動モータのロータ製造方法において、
   前記シャフトの、当接する前記第１グループ及び前記第２グループの両側に、止め部材を装着する電動モータのロータ製造方法。
4. 請求項１に記載された電動モータのロータ製造方法を１セットとし、当該セットを複数回繰り返す電動モータのロータ製造方法。
5. 貫通孔を有する平板状の鋼板が積層された積層鋼板からなるロータコアと、
   前記貫通孔に圧入または焼き嵌めされたシャフトと、
   からなる電動モータのロータにおいて、
   前記ロータコアを構成する第１グループの前記積層鋼板及び第２グループの前記積層鋼板は、それぞれ内周縁と外周縁とが前記シャフトの軸方向における相対位置がずれるよう変形しており、かつ、対向する前記第１グループの端面と前記第２グループの端面の前記外周縁同士が当接していることを特徴とする電動モータのロータ。

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