KR101307097B1

KR101307097B1 - 로터 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101307097B1
Application number: KR1020117019172A
Authority: KR
Inventors: 마사야 고마다; 마사유끼 마쯔시따
Original assignee: 도요타지도샤가부시키가이샤
Priority date: 2010-03-15
Filing date: 2010-03-15
Publication date: 2013-09-11
Also published as: KR20120113172A; JPWO2011114414A1; US20110316382A1; CN102326316B; WO2011114414A1; EP2549623A1; US8698371B2; EP2549623A4; EP2549623B1; JP5299514B2; CN102326316A

Abstract

로터(100)는 평판 형상의 전자기 강판(21)이 복수매 적층된 적층 강판으로 이루어지고, 회전 중심에 관통 구멍(26)을 갖는 코어(11)와, 코어(11)의 샤프트용 관통 구멍(26)에 설치된 샤프트(12)와, 코어(11)의 내주측에 위치하여, 이웃하는 전자기 강판(21)끼리를 접합하는 동시에 그 적층 방향 전체에 걸쳐서 적층 강판과 샤프트(12)를 접합하는 용접 개소인 내주측 용접부(29)와, 코어(11)의 외주측이며 적층 방향의 단부에 위치하고, 코어(11)의 적층 방향의 단부면으로 되는 전자기 강판(21U)을 포함하는 일부의 전자기 강판(21)끼리를 접합하는 용접 개소인 외주측 용접부(32)를 갖는다.

Description

로터 및 그 제조 방법 {ROTOR AND METHOD OF MANUFACTURING THE ROTOR}

본 발명은 적층 강판으로 이루어지는 코어와, 그 코어의 회전을 외부로 전달하거나, 또는 외부로부터 코어로 회전을 전달하는 회전 전달 부재를 갖는 로터 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

종래부터, 회전 전기 기기에 사용되는 로터는 전자기 강판을 적층한 적층 강판에 의한 코어와, 코어에 고정된 회전 전달 부재를 갖고 있다. 회전 전달 부재로서는, 예를 들어 이너 로터형의 회전 전기 기기이면 샤프트이다.

로터는 회전 전달 부재의 회전이 코어로 적절하게 전달되기 위해, 코어와 회전 전달 부재가 확실히 고정되어 있는 것이 요구된다. 구체적으로는, 코어를 형성하고 있는 전자기 강판끼리의 회전이나, 코어와 샤프트 사이에서의 축 주위의 회전이나 적층 방향(샤프트의 축방향)으로의 미끄럼을, 모두 방지할 필요가 있다.

로터를 구성하는 각 부재의 접합 기술로서는, 예를 들어, 특허문헌 1에는 코어의 적층 방향의 단부면과 샤프트를 용접한 로터가 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는 코어를 구성하는 복수의 전자기 강판을 코킹하고, 또한 복수의 전자기 강판의 내주면을 용접하여, 전자기 강판끼리를 접합한 로터가 개시되어 있다.

일본 공개 특허 평10-257723호 공보 일본 공개 특허 제2008-154436호 공보

그러나, 상기한 종래의 로터에는 다음과 같은 문제가 있었다. 즉, 특허문헌 1과 같이, 코어의 적층 방향의 단부면을 샤프트와 용접하였다고 해도, 코어의 적층 방향 중앙 부분에 대해서는 접합이 충분하지 않다. 또한, 특허문헌 2와 같이, 코어의 적층 방향 전체에 걸쳐서 전자기 강판끼리를 접합하였다고 해도, 각 전자기 강판과 샤프트의 접합이 충분하지 않다.

따라서, 도 10에 도시한 바와 같이, 코어(11)의 내주측에, 코어(11)의 적층 방향[샤프트(12)의 축방향] 전체에 걸쳐서, 전자기 강판(21)끼리를 접합하는 동시에 전자기 강판(21)과 샤프트(12)를 접합하는 용접 개소(29)를 설치하는 것이 생각된다. 그러나, 전자기 강판(21)과 샤프트(12)를 용접하는 경우, 용접 시간이 길어, 용접열의 영향이 우려된다. 예를 들어, 코어(11)를 구성하는 각 전자기 강판(21)은 얇은 평판으로, 그들 전자기 강판(21)이 용접열의 영향을 받아 변형되는 경우가 있다. 특히, 코어(11)의 적층 방향의 단부면으로 되는 전자기 강판(21U, 21L)에 휨이 발생하기 쉬워, 도 10의 점선으로 나타내는 바와 같은 코어 벌어짐이 발생하게 된다.

본 발명은 상기한 종래의 로터가 갖는 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이다. 즉, 그 과제로 하는 것은, 코어 벌어짐을 억제하면서 회전 전달 부재를 코어에 고정한 로터 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.

이 과제의 해결을 목적으로 하여 이루어진 로터는 평판 형상의 전자기 강판이 복수매 적층된 적층 강판으로 이루어지고, 회전 중심에 관통 구멍을 갖는 코어와, 코어의 관통 구멍에 설치된 회전 전달 부재와, 코어의 내주측에 위치하여, 적층 강판을 구성하는 전자기 강판끼리를 접합하는 동시에 그 적층 방향 전체에 걸쳐서 적층 강판과 회전 전달 부재를 접합하는 용접 개소인 내주측 용접부와, 코어의 외주측이며 적층 방향의 단부에 위치하여, 코어의 적층 방향의 단부면으로 되는 전자기 강판을 포함하는 일부의 전자기 강판끼리를 접합하는 용접 개소인 외주측 용접부를 갖는 것을 특징으로 하고 있다.

상기한 로터는 로터의 내주측의 용접(내주측 용접부)에 의해, 전자기 강판끼리 및 전자기 강판과 회전 전달 부재를 접합하고 있다. 이 내주측의 용접에 의해, 전자기 강판끼리 사이의 회전이나, 코어와 회전 전달 부재 사이에서의 축 주위의 회전이나 적층 방향으로의 미끄럼을 모두 방지하고 있다. 또한, 상기한 로터는 로터의 외주측의 용접(외주측 용접부)에 의해, 적어도 적층 방향의 단부면의 전자기 강판을 포함하는 일부의 전자기 강판을 접합하고 있다. 즉, 코어의 적층 방향의 단부의 전자기 강판끼리를 용접하고 있다. 이 외주측의 용접에 의해, 전자기 강판의 외주 단부의 변형이 억제되어, 그 결과로서 코어 벌어짐이 억제된다. 또한, 외주측 용접부는 코어의 적층 방향의 일부이며 전체에 걸쳐져 있지 않다. 그로 인해, 전자기 회로로의 영향은 적다.

또한, 상기한 로터는 내주측 용접부의 용접 개시부 및 용접 종단부가, 적층 방향에 있어서 코어의 영역 내에 위치하면 좋다. 즉, 내주측 용접부가 적층 방향에 있어서 코어로부터 밀려나오지 않도록 하면 좋다. 이 구성에 의해, 적층 방향에 대해 소형화를 도모할 수 있다.

또한, 상기 로터는 내주측 용접부의 용접 개시부 및 용접 종단부의, 적층 방향의 위치가 상기 외주측 용접부와 겹치면 좋다. 즉, 내주측 용접부를 코어로부터 밀려나오지 않도록 하면, 비드 불안정 개소인 용접 개시부나 용접 종단부가 코어 내에 위치하게 되어, 접합 상태의 품질 저하가 우려된다. 따라서, 적층 방향의 위치에 대해, 내주측 용접부의 용접 개시부 및 용접 종단부를 상기 외주측 용접부와 겹쳐지게 함으로써, 용접 개시부나 용접 종단부에서의 전자기 강판끼리의 접합 품질을 확보한다. 그 결과로서, 로터 전체적으로 접합 품질을 확보할 수 있다.

또한, 상기한 로터의 외주측 용접부는 각각 코어의 외주 상의 적어도 2개소에 설치되고, 각 외주측 용접부의 코어의 외주 방향의 위치는 등분 배치이면 좋다. 복수의 외주측 용접부를 외주 방향으로 등분 배치함으로써, 로터 회전 시의 외주측 용접부에 기인하는 진동 등의 문제를 경감시키는 것을 기대할 수 있다.

또한, 상기한 로터는 내주측 용접부로부터 코어의 직경 방향 외주측을 향하는 직선 상에 외주측 용접부가 위치하지 않으면 된다. 외주측 용접부와 내주측 용접부에서 위상을 어긋나게 함으로써, 용접 개소에 기인하는 진동 등의 문제를 경감시키는 것을 기대할 수 있다.

또한, 상기한 로터는 내주 방향으로 이웃하는 내주측 용접부의 중심으로부터 코어의 직경 방향 외주측을 향하는 직선 상에 외주측 용접부가 위치하면 좋다. 즉, 코어의 둘레 방향에 있어서, 이웃하는 내주측 용접부의 내주 방향에 있어서의 중심부가 가장 전자기 강판의 휨이 커진다. 따라서, 당해 개소를 외주측 용접부에서 고정함으로써, 전자기 강판의 휨을 효과적으로 억제하는 것을 기대할 수 있다.

또한, 상기한 로터의 코어의 외주에는 코어의 적층 방향의 단부면으로부터 적층 방향으로 연장되는 홈이 형성되고, 외주 용접부는 홈 내에 위치하면 좋다. 이 구성에서는, 외주 용접부가 코어의 외주로부터 돌출되는 것을 회피하여, 모터의 동력 성능의 악화를 방지하는 것을 기대할 수 있다.

또한, 상기한 로터의 외주측 용접부는 코어의 외주측이며 적층 방향의 한쪽의 단부에 위치하고, 코어의 적층 방향의 한쪽의 단부면으로 되는 전자기 강판을 포함하는 일부의 전자기 강판끼리를 접합하는 용접 개소인 제1 외주측 용접부와, 코어의 외주측이며 적층 방향의 다른 쪽의 단부에 위치하고, 코어의 적층 방향의 다른 쪽의 단부면으로 되는 전자기 강판을 포함하는 일부의 전자기 강판끼리를 접합하는 용접 개소인 제2 외주측 용접부를 가지면 좋다. 즉, 적층 방향의 양단부에서 외주를 용접함으로써, 코어 전체에서 코어 벌어짐을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명은 다른 형태로서, 평판 형상의 전자기 강판이 복수매 적층된 적층 강판으로 이루어지고, 회전 중심에 관통 구멍을 갖는 코어와, 코어의 관통 구멍에 설치된 회전 전달 부재를 구비하는 로터의 제조 방법이며, 코어의 외주측을 적층 방향으로 용접하여, 적층 강판을 구성하는 적층 강판 중, 코어의 적층 방향의 단부면으로 되는 전자기 강판을 포함하는 일부의 전자기 강판끼리의 접합을 행하는 외주 용접 공정과, 코어의 내주측을 적층 방향 전체에 걸쳐서 용접하여, 적층 강판을 구성하는 전자기 강판끼리의 접합과, 코어와 회전 전달 부재의 접합을 행하는 내주 용접 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 로터의 제조 방법을 포함하고 있다.

본 발명에 따르면, 코어 벌어짐을 억제하면서 회전 전달 부재를 코어에 고정한 로터 및 그 제조 방법이 실현된다.

도 1은 실시 형태에 관한 로터를 도시하는 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 로터의 A-A 단면을 도시하는 단면도이다.
도 3은 로터의 제조 과정(펀칭 공정)에 있어서의 전자기 강판을 도시하는 도면이다.
도 4는 로터의 제조 과정(외주측 용접 공정)을 도시하는 도면이다.
도 5는 로터의 제조 과정(내주측 용접 공정)을 도시하는 도면이다.
도 6은 외주측 용접부와 비드 불안정부의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은 제1 다른 형태에 관한 적층 방향의 양단부에 홈이 형성된 코어를 도시하는 단면도이다.
도 8은 제2 다른 형태에 관한 외주측 용접부 및 내주측 용접부가 각각 3개소 형성된 코어를 도시하는 개략도이다.
도 9는 제2 다른 형태에 관한 외주측 용접부 및 내주측 용접부가 각각 4개소 형성된 코어를 도시하는 개략도이다.
도 10은 전자기 강판의 코어 벌어짐을 도시하는 도면이다.

이하, 본 발명에 관한 로터를 구체화한 실시 형태에 대해, 첨부 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 본 형태는 전자기 강판이 복수매 적층된 적층 강판으로 이루어지는 코어를 샤프트에 고정한 이너 로터에 본 발명을 적용한 것이다.

[로터의 구성]

먼저, 본 형태의 로터(100)의 구성에 대해, 도 1 및 도 2를 참조하면서 설명한다. 도 1은 코어의 적층 방향(샤프트의 축방향과 동일함)으로부터 본 단면을 도시하고 있다. 또한, 도 2는 도 1의 A-A 단면을 도시하고 있다.

본 형태의 로터(100)는, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 평판 형상의 전자기 강판(21)이 복수매 적층된 코어(11)와, 코어(11)에 고정된 샤프트(12)를 구비하고 있다. 코어(11)에는 각 파트에 영구 자석(14)이 매립되어 있다. 즉, 로터(100)는 영구 자석 매립형(IPM형)으로 이너 로터형의 모터에 이용되는 것이다.

또한, 코어(11)에는, 도 1에 도시한 바와 같이 적층 방향으로 관통하는 복수의 관통 구멍(23, 24, 25, 26)이 형성되어 있다. 즉, 각 전자기 강판(21)에는 각 관통 구멍(23, 24, 25. 26)에 상당하는 관통 구멍이 형성되어 있고, 각 전자기 강판(21)의 관통 구멍의 위치가 정렬되도록 적층되어 있다.

이들 관통 구멍 중 가장 외주측에는 복수의 자석용 관통 구멍(23)이 배치되어 있다. 각 자석용 관통 구멍(23)에는 코어(11)를 적층 방향으로 관통하는 영구 자석(14)이 매립되어 있다. 자석용 관통 구멍(23)은 대략 전체 방향에 걸쳐서 밸런스 좋게 배치되어 있다. 또한, 본 형태의 코어(11)에는 자석용 관통 구멍(23)이 전체 16개소에 형성되어 있다.

또한, 자석용 관통 구멍(23)보다 코어(11)의 내주측에는 복수의 경량화용 관통 구멍(24)이 배치되어 있다. 경량화용 관통 구멍(24)은 코어(11)의 경량화를 위한 것으로, 그 내부는 공동이다. 또한, 도 1 중 상하 위치의 2개소의 경량화용 관통 구멍(24)에는 당해 경량화용 관통 구멍(24)으로부터 내경측을 향해 연속하는 용접용 관통 구멍(25)이 형성되어 있다.

또한, 코어(11)의 회전 중심의 위치에는 샤프트용 관통 구멍(26)이 배치되어 있다. 샤프트용 관통 구멍(26)은 샤프트(12)를 관통 가능한 길이의 직경으로 형성되고, 샤프트 관통 구멍(26)의 벽면[즉, 코어(11)의 내경]과 샤프트(12)의 측면[즉, 샤프트(12)의 외경]의 간극은 거의 없다. 또한, 도 1 및 도 2는 샤프트(12)가 코어(11)를 관통한 상태를 도시하고 있다.

또한, 용접용 관통 구멍(25)은 샤프트용 관통 구멍(26)에 극히 가까운 위치에 배치되어 있다. 보다 구체적으로는, 용접용 관통 구멍(25) 중, 내측[샤프트용 관통 구멍(26)측]의 벽면(25a)은 샤프트용 관통 구멍(26)의 벽면에 인접하는 위치에 형성되어 있다. 그리고, 용접용 관통 구멍(25)의 내측의 벽면(25a)과 샤프트용 관통 구멍(26) 사이에는 브리지부(28)가 설치되어 있다. 즉, 브리지부(28)에 의해, 용접용 관통 구멍(25)과 샤프트용 관통 구멍(26)이 구획되어 있다.

또한, 브리지부(28)에는 용접흔인 내주측 용접부(29)가 형성되어 있다. 내주측 용접부(29)는 브리지부(28)를 관통하여, 벽면(25a)으로부터 샤프트(12)의 일부까지 미치고 있다. 또한, 내주측 용접부(29)는, 도 2에 도시한 바와 같이 코어(11)의 적층 방향의 전체에 걸쳐서, 라인 형상으로 형성되어 있다. 즉, 내주측 용접부(29)는 샤프트(12)의 축방향에 따라서, 코어(11)의 전체에 걸쳐서 형성되어 있다.

이 내주측 용접부(29)는 코어(11)의 전체의 전자기 강판(21)에 대해, 브리지부(28)와 샤프트(12)의 표면 부분이 용접에 의해 서로 녹아 일체화된 것을 나타내고 있다. 또한, 코어(11)를 구성하는 전자기 강판(21)끼리도, 브리지부(28)가 서로 녹아 일체화된 것을 나타내고 있다. 이 내주측 용접부(29)에 의해, 코어(11) 중 이웃하는 전자기 강판(21) 사이의 회전, 코어(11)의 샤프트(12) 주위의 회전 및 코어(11)의 샤프트(12)의 축방향으로의 이동, 모두가 방지된다.

또한, 코어(11)의 외주에는, 도 1 중 좌우 위치의 2개소에, 적층 방향을 따라서 연장되는 홈(31)이 형성되어 있다. 이 홈(31)은, 도 2에 도시한 바와 같이 적층 방향을 따라서 상단부로부터 하단부까지 형성되어 있다. 즉, 각 전자기 강판(21)에는 홈(31)에 상당하는 절결부가 형성되어 있고, 각 전자기 강판(21)의 절결부의 위치가 정렬되도록 적층되어 있다.

또한, 홈(31)의 적층 방향의 양단부에는 용접흔인 외주측 용접부(32, 33)가 형성되어 있다. 이 중, 외주측 용접부(32)는 코어(11)의 적층 방향의 상면으로부터 5 내지 10㎜ 정도에 걸쳐서 형성되어 있다. 본 형태에서는, 상측 단부면의 전자기 강판(21U)을 포함하는, 10 내지 20매분의 전자기 강판(21)의 두께[전자기 강판(21)의 1매분의 두께는 약 0.5㎜]에 상당한다. 또한, 도 2는 전자기 강판(21)의 적층 상태를 대략 도시하고 있고, 외주측 용접부(32)는 3매 정도의 전자기 강판(21)을 접합하고 있을 뿐이지만, 실제로는 그 이상의 전자기 강판(21)이 외주측 용접부(32)에 의해 접합된다. 이 외주측 용접부(32)는 적층 방향의 상측의 단부에 위치하는 전자기 강판(21)[본 명세서에서 말하는 적층 방향의 「단부」에 위치하는 전자기 강판은 코어(11)의 단부면으로 되는 전자기 강판뿐만 아니라, 단부면의 전자기 강판을 포함하는 복수매의 전자기 강판을 의미함]에 대해, 홈(31) 측면을 용접에 의해 깊이 1㎜ 정도 녹여, 이웃하는 전자기 강판(21)끼리가 서로 녹아 일체화된 것을 나타내고 있다.

또한, 외주측 용접부(33)는 코어(11)의 적층 방향의 하면으로부터 5 내지 10㎜ 정도에 걸쳐서 형성되어 있다. 본 형태에서는 하측 단부면의 전자기 강판(21L)을 포함하는, 10 내지 20매분의 전자기 강판(21)의 두께에 상당한다. 이 외주측 용접부(33)는 적층 방향의 하측의 단부에 위치하는 전자기 강판(21)에 대해, 홈(31) 측면을 용접에 의해 깊이 1㎜ 정도 녹여, 이웃하는 전자기 강판(21)끼리가 서로 녹아 일체화된 것을 나타내고 있다.

본 형태의 로터(100)는 코어(11)의 적층 방향의 양단부의 외주를 외주측 용접부(32, 33)에 의해 고정함으로써, 후술하는 내주측 용접부(29)의 용접 시에 있어서, 전자기 강판(21)의 휨에 수반하는 코어 벌어짐을 억제할 수 있다.

또한, 외주측 용접부(32, 33)는 코어(11)의 홈(31)에 형성되어 있으므로, 코어(11)의 외주면으로부터 밀려나와 있지 않다. 그로 인해, 로터(100)의 회전으로의 영향은 적다. 또한, 외주측 용접부(32, 33)는 코어(11)의 적층 방향의 양단부뿐이며 전체에 걸치는 용접흔이 아니다. 그로 인해, 외주측을 적층 방향 전체에 걸쳐서 용접하는 것과 비교하여, 자속이 용접흔을 걸치는 범위가 좁아, 전자기 회로로의 영향이 작다. 그 결과로서, 모터의 동력 성능으로의 영향이 작아진다.

또한, 본 형태에서는 내주측 용접부(29)를 내주 방향으로 2개소로 하였지만, 1개소라도 좋다. 또한, 필요에 따라서 3개소 이상으로 해도 좋다. 또한, 본 형태에서는 외주측 용접부(32)를 외주 방향으로 2개소로 하였지만, 1개소라도 좋다. 또한, 필요에 따라서 3개소 이상으로 해도 좋다. 또한, 관통 구멍(24, 25)이나 홈(31)에 대해, 그 형상이나 배치에 특별히 제한은 없고, 코어(11)의 강도와 밸런스를 적절하게 유지할 수 있으면, 어떤 것이라도 좋다.

또한, 본 형태에서는 경량화용 관통 구멍(24)과 용접용 관통 구멍(25)을 합쳐서 8개소로 하고, 용접용 관통 구멍(25)의 형상으로서, 경량화용 관통 구멍(24)에 연속되는 형상으로 한 것을 예시하였다. 그러나, 이들에 한정되지 않고, 용접용 관통 구멍(25)과 경량화용 관통 구멍(24)을 전혀 다른 형상으로 형성해도 좋다.

[로터의 제조 방법]

계속해서, 로터(100)의 제조 방법에 대해 설명한다. 본 형태에서는 다음의 5개의 공정을 순서대로 행한다.

(1) 펀칭 공정

(2) 적층 공정

(3) 샤프트 삽입 공정

(4) 외주측 용접 공정

(5) 내주측 용접 공정

우선, (1) 펀칭 공정에 있어서, 원판인 전자기 강판 롤로부터, 도 3에 도시한 바와 같은, 원판 형상의 전자기 강판(41)을 펀칭한다. 본 공정에서는, 모두 동일한 형상의 전자기 강판(41)을, 코어(11)로서 필요한 매수분 제조한다. 전자기 강판(41)은 코어(11)의 전자기 강판(21)에 상당한다. 또한, 각 전자기 강판(41)에는 코어(11)의 관통 구멍(23, 24, 25, 26)에 상당하는 개소에 각각, 관통 구멍(43, 44, 45, 46)이 펀칭에 의해 동시 형성된다. 또한, 코어(11)의 홈(31)에 상당하는 개소에 절결부(42)가 펀칭에 의해 동시 형성된다. 또한, 이 단계에서는, 각 전자기 강판(41)에는 관통 구멍(45)과 관통 구멍(46) 사이에, 코어(11)의 브리지부(28)에 상당하는 브리지부(48)가 형성되어 있다.

다음에, (2) 적층 공정에 있어서, 코어(11)에 필요한 매수의 전자기 강판(41)을 적층한다. 이때, 각 전자기 강판(41)의 관통 구멍(43, 44, 45, 46)의 위치를 맞추어 적층한다. 이에 의해, 각 전자기 강판의 관통 구멍(43)이 겹쳐져, 코어(11)의 자석용 관통 구멍(23)으로 된다. 마찬가지로, 각 전자기 강판(41)의 관통 구멍(44, 45, 46)이 겹쳐져, 각각 코어(11)의 경량화용 관통 구멍(24), 용접용 관통 구멍(25), 샤프트용 관통 구멍(26)으로 된다. 마찬가지로, 각 전자기 강판(41)의 절결부(42)가 겹쳐져, 코어(11)의 홈(31)으로 된다. 또한, 이 공정의 바로 뒤에, 각 자석용 관통 구멍(23)에 각각 영구 자석을 매립해도 좋고, 더 뒤의 공정에서 매립해도 좋다.

다음에, (3) 샤프트 삽입 공정에 있어서, 별도로 제조한 샤프트(12)를, 코어(11)의 샤프트용 관통 구멍(26)[전자기 강판(41)의 관통 구멍(46)]에 관통시킨다. 그리고, 샤프트(12)를 적절한 위치까지 삽입한다.

다음에, (4) 외주측 용접 공정에 있어서, 도 4에 도시한 바와 같이, 전자총(51)을 사용하여 전자 빔 용접을 행한다. 본 공정에서는, 우선, 적층 방향의 하단부측의 전자기 강판(41)의 절결부[42(A)]에 전자 빔(52)이 닿도록, 위치 결정을 하고 있다. 그리고, 전자 빔[52(A)]을 조사한다. 이에 의해, 전자 빔[52(A)]이 닿았던 개소가 녹는다. 또한, 전자 빔(52)을 조사시키면서, 도 4 중 좌측으로부터 우측 방향으로, 적층 방향을 따라서 전자총(51)을 이동시킨다. 그리고, 전자 빔(52)의 조사 개소가 5 내지 10㎜ 정도 이동한 위치인 절결부[42(B)]까지 도달하면, 코어(11)의 하단부의 전자기 강판(41)끼리를 용접한 것으로 된다. 즉, 외주측 용접부(33)가 형성된 것으로 된다. 여기서, 일단, 용접을 중단한다.

그 후, 전자총(51)을 적층 방향을 따라서 이동시켜, 적층 방향의 상단부측의 전자기 강판(41)으로부터 5 내지 10㎜ 정도 앞에 위치하는 절결부[42(C)]에 전자 빔(52)이 닿도록, 위치 결정을 한다. 그리고, 전자 빔(52)의 조사를 재개한다. 이에 의해, 전자 빔[52(C)]이 닿았던 개소가 녹는다. 그리고, 전자 빔(52)을 조사시키면서, 적층 방향을 따라서 전자총(51)을 이동시킨다. 그리고, 코어(11)의 상단부측의 전자기 강판(41)의 절결부[42(D)]까지 이동하면, 코어(11)의 상단부의 전자기 강판(41)끼리를 용접한 것으로 된다. 즉, 외주측 용접부(32)가 형성된 것으로 된다. 이 외주측의 용접을 외주측 용접부(32, 33)의 수만큼 실시한다. 또한, 전자총(51)이 복수 있는 경우에는, 복수의 외주측 용접부(32, 33)를 동시에 형성해도 좋다.

또한, (4) 외주측 용접 공정에 있어서는, 각 전자기 강판(41)의 적층 상태를 적절하게 유지하기 위해, 도 4에 도시한 바와 같이 각 파트를 누르는 것이 바람직하다. 예를 들어, 코어(11)의 도면 중 우측 단부에 지그(61)를 배치하는 동시에, 도면 중 가장 좌측의 전자기 강판(41)을 도면 중 좌측으로부터 우측(도 4 중 백색 화살표)으로 압박하면 좋다. 또한, 샤프트(12)에도 지그(63)를 닿게 하여, 위치 어긋남이 발생하지 않도록 하는 것이 바람직하다. 혹은, 코어(11)의 전체를 적층 방향으로 끼워도 좋다.

다음에, (5) 내주측 용접 공정에 있어서, 도 5에 도시한 바와 같이, 전자총(51)을 사용하여 전자 빔 용접을 행한다. 본 공정에서는, 우선, 하단부의 전자기 강판(41)의 브리지[48(A)]에 전자 빔(52)이 닿도록, 위치 결정을 하고 있다. 그리고, 전자 빔[52(A)]을 조사한다. 이에 의해, 브리지[48(A)] 중 전자 빔[52(A)]이 닿았던 개소가 녹는다. 또한, 그 주변이 녹아, 용융 영역이 샤프트(12)까지 미친다. 이 용융된 부분이 굳어짐으로써, 이 개소에 있어서 전자기 강판(41)과 샤프트(12)가 고정된다.

또한, 전자 빔(52)을 조사시키면서, 도 5 중 좌측으로부터 우측 방향으로, 샤프트(12)의 축방향을 따라서 전자총(51)을 이동시킨다. 여기서, 전자 빔(52)의 입사 방향을, 용접용 관통 구멍(25)의 개소에 있어서의 코어(11)의 직경 방향과 샤프트(12)의 축방향이 이루는 면 내로 한다. 이에 의해, 브리지(48) 이외의 개소에는 전자 빔(52)이 닿지 않도록 할 수 있다.

그리고, 상단부의 전자기 강판(41)의 브리지[48(B)]까지 도달하면, 모든 전자기 강판(41)의 브리지(48)를 샤프트(12)의 외주면에 용접한 것으로 된다. 즉, 내주측 용접부(29)가 형성된 것으로 된다. 따라서, 코어(11)의 각 전자기 강판(41)이 각각 샤프트(12)에 고정된다. 이 내주측의 용접을, 내주측 용접부(29)의 수만큼 실시한다. 또한, 전자총(51)이 복수 있는 경우에는, 복수의 내주측 용접부(29)를 동시에 형성해도 좋다.

이 (5) 내주측 용접 공정에 있어서는, 초기 위치에서의 용접 시, 초기 위치[코어(11)의 하단부] 부근의 전자기 강판(41), 즉 전자기 강판(21)이 용접열에 의해 가열된다. 그로 인해, 전자기 강판(41)의 휨이 우려되지만, 본 형태에서는 코어(11)의 하단부의 외주의 일부가 외주측 용접부(33)에 의해 고정되어 있어, 전자기 강판(41)의 휨이 억제된다.

또한, 일반적으로, 용접에 있어서는, 용접 개시 개소 및 용접 종료 개소에서 용접이 불안정해지는 것이 알려져 있다. 특히, 전자기 강판(21)과 샤프트(12)를 용접하는 내주측 용접부(29)에서는, 용접이 불안정해지기 쉽다. 그로 인해, (5) 내주측 용접 공정에 있어서 접합 품질을 코어(11)의 적층 방향 전체에서 확보하기 위해서는, 이 용접 개시 개소 및 용접 종료 개소(이하, 양 개소를 「비드 불안정부」라고 함)를 적층 방향에 있어서 코어(11)의 외측에 배치하는 쪽이 바람직하다. 그러나, 코어(11) 외측에 비드 불안정부를 위한 영역을 확보하면, 적층 방향으로의 소형화의 제약으로 된다.

한편, 본 형태에서는, 비드 불안정부를 코어(11) 내에 배치하여, 소형화를 도모할 수 있다. 즉, (5) 내주측 용접 공정에서는, 도 6에 도시한 바와 같이 적층 방향 상, 용접 개시측의 비드 불안정부(29S)가 코어(11)의 하단부로부터 밀려나오지 않도록, 또한 용접 종료측의 비드 불안정부(29E)가 코어(11)의 상단부로부터 밀려나오지 않도록 용접한다. 즉, 내주측 용접부(29)를 적층 방향에 있어서 코어(11) 내에 완전히 수용하고 있다.

본 형태에서는, 이와 같이 비드 불안정부(29S, 29E)를 코어(11) 내에 수용해도, 접합 품질은 확보된다. 즉, 본 형태에서는 코어(11)의 적층 방향의 양단부에 위치하는 전자기 강판이 외주측 용접부(32, 33)에 의해 접합되어 있다. 그로 인해, 내주측 용접부(29)의 양단부에서 용접이 불안정했다고 해도, 코어(11)의 적층 방향 전체에서의 접합 품질을 확보할 수 있다.

구체적으로는, 외주측 용접부(32, 33)의 적층 방향의 길이(W)를, 내주측 용접부(29)의 비드 불안정부(29S, 29E)의 길이(V)보다도 길게 한다. 그리고, 코어(11)의 적층 방향의 위치에 대해, 비드 불안정부(29S, 29E)와 외주측 용접부(32, 33)가 겹치도록 용접한다. 또한, 코어(11)의 적층 방향에 있어서, 외주측 용접부(32, 33)와 내주측 용접부(29)의 비드 안정부(29C)가 겹치는 영역[도 6 중 폭(U). 이하, 「중복 고정 영역(U)」이라고 함]이 존재하도록 용접한다. 이에 의해, 비드 불안정부(29S, 29E)에서 접합하는 전자기 강판이 외주측 용접부(32, 33)에서 접합되는 것이 확실해진다. 또한, 외주측 용접부(32, 33)에서 접합되는 전자기 강판은 중복 고정 영역(U)에 위치하는 전자기 강판(21)을 통해, 비드 안정부(29C)에서 접합되는 전자기 강판(21)과 접합된다. 그로 인해, 전자기 강판(21)끼리의 접합은 적층 방향 전체적으로 확보된다. 또한, 코어(11)의 중앙부는 비드 안정부(29C)에 의해 샤프트(12)에 확실히 접합되어 있고, 코어(11)의 양단부는 코어(11)의 중앙부를 통해 샤프트(12)와 일체이다. 이에 의해, 비드 불안정부(29S, 29E)에 의한 접합 불안은 해소된다.

또한, (4) 외주측 용접 공정 및 (5) 내주측 용접 공정에 있어서, 전자총(51)의 이동 방향을 역방향[(B)로부터 (A)]으로 해도 좋다. 또한, 전자총(51)을 이동시키는 대신에, 전자 빔(52)의 발사 방향을 변경함으로써도 적절한 위치에 용접할 수 있다. 혹은, 전자총(51)을 고정하고 워크인 코어(11) 등을 이동시켜도 좋다. 또한, 샤프트(12)의 축방향에 대해, 그 편측으로부터 전체 범위에 대해 전자 빔(52)을 조사하고 있지만, 양측으로부터 각각 절반씩 행해도 좋다.

또한, 복수의 전자 빔을 조사 가능하면, (4) 외주측 용접 공정과 (5) 내주측 용접 공정을 동시에 행해도 좋다. 또한, (4) 외주측 용접 공정과 (5) 내주측 용접 공정에 대해, 코어(11)의 적층 방향의 중앙으로부터 상측만을 용접하고, 그 후, (4) 외주측 용접 공정과 (5) 내주측 용접 공정을 반복함으로써, 하측만을 용접해도 좋다.

또한, 상술한 형태에서는, (4) 외주측 용접 공정에서 코어(11)의 외주측을 용접한 후에, (5) 내주측 용접 공정에서 내주측을 용접하고 있지만, 역순이라도 좋다. 이 경우, 코어(11)의 적층 방향의 단부면으로 되는 전자기 강판이 용접열의 영향을 받는 것을 회피하기 위해, 용접 개시 위치 및 용접 종료 위치를 코어(11)의 단부면으로부터 더욱 내측으로 한다. 즉, 먼저 행해지는 (5) 내주측 용접 공정에서는, 적층 방향의 양단부에 위치하는 전자기 강판은 용접하지 않도록 한다. 이에 의해, 코어(11)의 내주면의 양단부는 용접열의 영향을 받기 어려워져 코어(11)의 적층 방향의 단부면으로 되는 전자기 강판(21U, 21L)의 휨이 억제된다. 그리고, 뒤에 행해지는 (4) 외주측 용접 공정에 있어서, 전자기 강판(21U)을 포함하는 상단부측의 전자기 강판(21) 및 전자기 강판(21L)을 포함하는 하단부측의 전자기 강판(21)을 접합한다. 이때, 코어(11)의 적층 방향에 있어서, 외주측 용접부(32, 33)와 비드 안정부(29C)가 중복되는 중복 고정 영역(U)을 형성한다. 이에 의해, 코어(11)의 적층 방향 전체적인 접합 품질은 확보된다.

[로터의 다른 형태]

[제1 다른 형태]

계속해서, 로터(100)의 다른 형태에 대해 설명한다. 제1 다른 형태는, 코어의 외주에 형성되는 홈의 다른 형태이다. 본 형태의 코어(110)에서는, 도 7에 도시한 바와 같이 적층 방향의 양단부에만 홈(35, 36)을 형성하고 있다. 이 점에서, 적층 방향 전체에 홈(31)을 형성하고 있는 코어(11)(도 2 참조)와는 다르다.

도 7에 도시한 코어(110)는 적층 방향의 양단부에 있어서, 외주측 용접부(32, 33)가 수용될 수 있는 길이의 홈(35, 36)이 형성되어 있다. 즉, 코어(110)를 구성하는 전자기 강판(21) 중, 적층 방향의 상단부로부터 수매분 및 하단부로부터 수매분의 전자기 강판에 대해서는, 외주에 홈(35, 36)에 대응하는 절결부가 형성되고, 중앙부에 위치하는 남은 전자기 강판(21)에 대해서는 절결부가 형성되어 있지 않다.

이와 같이 외주측 용접부(32, 33)가 수용 가능한 길이의 홈(35, 36)을 형성함으로써, 코어(110)의 외주의 형상 변경을 최소한으로 억제할 수 있다. 그로 인해, 적층 방향 전체에 홈(31)을 형성하는 형태와 비교하여, 전자기 회로로의 영향이 작고, 모터의 동력 성능으로의 영향도 작다. 한편, 적층 방향 전체에 홈(31)을 형성하면, 전자 빔의 조사가 용이하다.

[제2 다른 형태]

제2 다른 형태는, 도 8이나 도 9에 도시한 바와 같이 외주측 용접부 및 내주측 용접부의 둘레 방향 상의 수를 3개 이상으로 하는 다른 형태이다. 이 점에서, 외주측 용접부 및 내주측 용접부의 둘레 방향 상의 수를 2개로 하는 코어(11)(도 2 참조)와는 다르다.

도 8은 외주측 용접부(32) 및 내주측 용접부(29)의 둘레 방향 상의 수를 3개로 하는 코어(121)를 도시하고 있다. 도 9는 외주측 용접부(32) 및 내주측 용접부(29)의 둘레 방향 상의 수를 4개로 하는 코어(122)를 도시하고 있다. 외주측 용접부(32)는 코어(121, 122)의 외주 상에, 등간격으로 배치된다. 내주측 용접부(29)는 코어(121, 122)의 내주 상에, 등간격으로 배치된다. 외주측 용접부(32)를 외주 방향으로 등분 배치함으로써, 로터 회전 시의 외주측 용접부(32)에 기인하는 진동 등의 문제를 경감시키는 것을 기대할 수 있다.

또한, 코어(121, 122)는 내주측 용접부(29)로부터 코어(121, 122)의 직경 방향 외주측을 향하는 직선 상에 외주측 용접부(32)를 배치하고 있지 않다. 이와 같은 구성, 즉 외주측 용접부(32)와 내주측 용접부(29)의 위상을 어긋나게 함으로써도, 용접 개소에 기인하는 진동 등의 문제를 경감시키는 것을 기대할 수 있다.

또한, 제2 다른 형태에서는, 코어(121, 122)는 내주 방향으로 이웃하는 내주측 용접부(29)의 중심으로부터 코어(11)의 직경 방향 외주측을 향하는 직선 상에 외주측 용접부(32)가 위치하도록 배치하고 있다. 코어(11)의 둘레 방향에 있어서, 이웃하는 내주측 용접부(29)의, 내주 방향의 중심으로부터 직경 방향을 향하는 영역이 가장 휨이 커진다. 따라서, 당해 영역을 외주측 용접부(32)에서 고정함으로써, 전자기 강판(21)의 휨을 효과적으로 억제하는 것을 기대할 수 있다.

또한, 필요에 따라서 각 용접부를 5개소 이상으로 해도 좋다. 용접 개소를 늘림으로써, 보다 접합 품질을 확보할 수 있다. 또한, 외주측 용접부(32)를 늘림으로써, 둘레 방향 상, 휨이 발생하는 개소를 보다 많이 억제하는 것을 기대할 수 있다. 한편, 용접 개소를 줄임으로써, 용접열의 영향을 억제할 수 있다.

이상 상세하게 설명한 바와 같이, 본 형태의 로터(100)는 로터(100)의 내주측에 위치하는 내주측 용접부(29)에 의해, 전자기 강판(21)끼리 및 전자기 강판(21)과 샤프트(12)를 접합하여, 전자기 강판(21)끼리 사이의 회전이나, 코어(11)와 샤프트(12) 사이에서의 축 주위의 회전이나, 코어(11)의 적층 방향으로의 미끄럼을 모두 방지한다. 또한, 로터(100)의 외주측에 위치하는 외주측 용접부(32, 33)에 의해, 코어(11)의 적층 방향의 양단부에서 전자기 강판(21)끼리를 용접하고 있다. 즉, 코어(11)의 적층 방향의 단부면의 전자기 강판[21U(21L)]을 포함하는 일부의 전자기 강판(21)을 접합하고 있다. 이 외주측의 용접에 의해, 전자기 강판(21)의 휨을 억제하고, 그 결과로서 코어 벌어짐을 억제한다. 또한, 외주측 용접부(32, 33)는 적층 방향의 일부이며 전체에 걸쳐져 있지 않다. 즉, 자속이 외주측 용접부(32, 33)를 걸치는 개소가 적다. 그로 인해, 외주측 용접부(32, 33)의 전자기 회로로의 영향은 적고, 모터의 동력 성능은 안정되어 있다.

또한, 로터(100)는 내주측 용접부(29)의 비드 불안정부(29S, 29E)가, 코어(11)의 적층 방향에 있어서 코어(11)의 영역 내에 위치하고 있다. 그로 인해, 적층 방향에 대해 소형화를 도모하는 것을 기대할 수 있다. 또한, 비드 불안정부를 포함하는 양단부에 위치하는 전자기 강판(21)은 외주측 용접부(32, 33)에서 고정되어 있으므로, 로터(100) 전체적으로 고정 상태의 품질을 확보할 수 있다.

또한, 본 실시 형태는 단순한 예시에 지나지 않고, 본 발명을 전혀 한정하는 것은 아니다. 따라서 본 발명은 당연히, 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 다양한 개량, 변형이 가능하다. 예를 들어, 샤프트(12)의 외형은 원통 형상으로 한정되지 않고, 다각 기둥 형상이나 스플라인 등이라도 좋다. 또한, 샤프트(12)와 코어(11) 사이에, 키와 키 홈에 의한 끼워 맞춤을 더 갖고 있어도 좋다. 또한, 코어(11)의 적층 방향의 편측을, 샤프트(12)에 설치한 플랜지부에서 받는 구성으로 할 수도 있다. 또한, 샤프트(12)는 분할 타입의 것이라도 좋다.

또한, 예를 들어, 코어(11) 중의 각 강판끼리를, 코킹이나 용접, 접착, 수지 몰드 등에 의해 미리 고정해 두어도 좋다. 또한, 코어(11)로서, 원주 방향으로 복수개로 분할된 분할 코어를 사용한 것이라도 좋다.

또한, 본 형태에서는, 코어(11)의 적층 방향 전체가 샤프트(12)에 용접 고정되어 있으므로, 코어(11)의 적층 방향의 단부면에 판 부재를 접촉시키거나, 샤프트(12)나 전자기 강판(21)에 코킹 부위를 형성하거나 하여, 용접 이외의 수단으로 각 부재를 고정할 필요가 없지만, 필요에 따라서 이들 수단에 의해 접합 품질을 향상시켜도 좋다.

또한, 영구 자석 매립형의 IPM형 모터로 한정되지 않고, 로터 표면에 자석을 배치한 SPM형의 모터에도 적용 가능하다. 또한, 이너 로터형의 것으로 한정되지 않고, 아우터 로터형의 것에도 적용할 수 있다.

또한, 실시 형태에서는 전자기 강판(21)의 외주에 형성된 절결부(42)의 형상을 원호 형상으로 하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 삼각 형상, 다각 형상 등, 전자기 강판끼리를 용접에 의해 접합할 수 있는 형상이면 적용 가능하다.

또한, 실시 형태에서는 전자 빔에 의해 용접을 행하고 있지만, 용접 설비는 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 아크 용접이나 레이저 용접이라도 좋다.

11 : 코어
12 : 샤프트
14 : 영구 자석
21 : 전자기 강판
29 : 내주측 용접부
29S : 비드 불안정부(용접 개시부)
29E : 비드 불안정부(용접 종단부)
29C : 비드 안정부
31 : 홈
32, 33 : 외주측 용접부
100 : 로터

Claims

평판 형상의 전자기 강판이, 복수매 적층된 적층 강판으로 이루어지고, 회전 중심에 관통 구멍을 갖는 코어와,
상기 코어의 관통 구멍에 설치된 회전 전달 부재와,
상기 코어의 내주측에 위치하여, 상기 적층 강판을 구성하는 전자기 강판끼리를 접합하는 동시에, 그 적층 방향 전체에 걸쳐서 상기 적층 강판과 상기 회전 전달 부재를 접합하는 용접 개소인 내주측 용접부와,
상기 코어의 외주측이며 적층 방향의 단부에 위치하여, 상기 코어의 적층 방향의 단부면으로 되는 전자기 강판을 포함하는 일부의 전자기 강판끼리를 접합하는 용접 개소인 외주측 용접부를 갖고,
상기 코어에는, 상기 회전 전달 부재를 관통시키기 위한 제1 관통 구멍과, 상기 제1 관통 구멍의 주위에 위치하는 제2 관통 구멍이, 적층 방향 전체에 걸쳐서 형성되어 있고,
상기 내주측 용접부는, 상기 코어의 상기 제1 관통 구멍과 상기 제2 관통 구멍 사이의 부위를, 상기 회전 전달 부재에 접합하는 용접 개소인 것을 특징으로 하는, 로터.
제1항에 있어서, 상기 내주측 용접부의 용접 개시부 및 용접 종단부는 적층 방향에 있어서 상기 코어의 영역 내에 위치하는 것을 특징으로 하는, 로터.
제2항에 있어서, 상기 내주측 용접부의 용접 개시부 및 용접 종단부는 적층 방향의 위치가 상기 외주측 용접부와 겹치는 것을 특징으로 하는, 로터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외주측 용접부는 각각 상기 코어의 외주 상의 적어도 2개소에 설치되고, 각 외주측 용접부의 상기 코어의 외주 방향의 위치는 등분 배치인 것을 특징으로 하는, 로터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내주측 용접부로부터 상기 코어의 직경 방향 외주측을 향하는 직선 상에 상기 외주측 용접부가 위치하지 않는 것을 특징으로 하는, 로터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 내주 방향으로 이웃하는 상기 내주측 용접부의 중심으로부터 상기 코어의 직경 방향 외주측을 향하는 직선 상에 상기 외주측 용접부가 위치하는 것을 특징으로 하는, 로터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코어의 외주에는 상기 코어의 적층 방향의 단부면으로부터 적층 방향으로 연장되는 홈이 형성되고,
상기 외주측 용접부는 상기 홈 내에 위치하는 것을 특징으로 하는, 로터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외주측 용접부는,
상기 코어의 외주측이며 적층 방향의 한쪽의 단부에 위치하여, 상기 코어의 적층 방향의 한쪽의 단부면으로 되는 전자기 강판을 포함하는 일부의 전자기 강판끼리를 접합하는 용접 개소인 제1 외주측 용접부와,
상기 코어의 외주측이며 적층 방향의 다른 쪽의 단부에 위치하여, 상기 코어의 적층 방향의 다른 쪽의 단부면으로 되는 전자기 강판을 포함하는 일부의 전자기 강판끼리를 접합하는 용접 개소인 제2 외주측 용접부를 갖는 것을 특징으로 하는, 로터.
평판 형상의 전자기 강판이 복수매 적층된 적층 강판으로 이루어지고, 회전 중심에 제1 관통 구멍을 갖고, 상기 제1 관통 구멍의 주위에 제2 관통 구멍을 갖는 코어와, 상기 코어의 상기 제1 관통 구멍에 설치된 회전 전달 부재를 구비하는 로터의 제조 방법에 있어서,
상기 코어의 외주측을 적층 방향으로 용접하여, 상기 적층 강판을 구성하는 전자기 강판 중, 상기 코어의 적층 방향의 단부면인 전자기 강판을 포함하는 일부의 전자기 강판끼리의 접합을 행하는 외주 용접 공정과,
상기 코어의 상기 제1 관통 구멍과 상기 제2 관통 구멍 사이의 부위와, 상기 회전 전달 부재를 적층 방향 전체에 걸쳐서 용접하여, 상기 적층 강판을 구성하는 전자기 강판끼리의 접합과, 상기 코어와 상기 회전 전달 부재의 접합을 행하는 내주 용접 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 로터의 제조 방법.
제9항에 있어서, 상기 내주 용접 공정 후에, 상기 외주 용접 공정을 행하는 것을 특징으로 하는, 로터의 제조 방법.
제9항에 있어서, 상기 외주 용접 공정 후에, 상기 내주 용접 공정을 행하는 것을 특징으로 하는, 로터의 제조 방법.
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