JP2004129500A

JP2004129500A - ロータ及びその製造方法

Info

Publication number: JP2004129500A
Application number: JP2004021612A
Authority: JP
Inventors: ▲高▼木　正弘; Masahiro Takagi; Kouki Kieda; 木枝　鋼希; Takashi Tsubouchi; 坪内　剛史; Manabu Deguchi; 出口　学
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-01-29
Filing date: 2004-01-29
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2017-03-12
Also published as: JP3790824B2

Abstract

【課題】　これまでは、ロータを組み立てる際に、ロータコア組立にシャフトを圧入したいたため、圧入によりかかる力でシャフトが曲がるなどの変形をしたり、シャフトに傷が付くことが問題であった。
【解決手段】　ロータ組立２のシャフトが入る内径４ｂとシャフト３の外径３ａとのはめ合いをスキマバメにしてロータの端面２ｄとシャフト３を溶接で接合することで、圧入をしないで済むようにして、シャフトに傷が付くのを防ぐことができた。
【選択図】　　　　図１

Description

　本発明は、ロータとその製造方法に関するものである。

　従来、図７、図８に示すようにモータに使用するロータの製造方法及び構造がある。図７の工程は特開平８−２３７９１４号公報に示されたもので、ロータコア組立のシャフト挿入穴とシャフトの外径とが、同等又は僅少な公差になるように形成され、わずかな締め代を持たせてロータコア組立にシャフトを挿入後、ロータコア組立のシャフト挿入穴とシャフトとの接合位置にレーザ光によるスポット溶接接合をする方法である。また、図８の構造は実開昭５９ー１４５２４８号公報に示されたもので、ロータコア組立２の内径４ｂを部分的に大きくした拡径部４ｂ２を設けて、シャフトとの間に隙間を作って、シャフトを圧入する構造が示されている。

　　このように構成されたロータは、特開平８−２３７９１４号公報の方法ではロータコア組立の挿入穴にシャフトを挿入する時、シャフトの表面にほとんど傷を付けずにガタなく挿入することができるが、公差のバラつきによって締め代がありそれに応じた挿入圧力を必要とし、シャフトが細い場合シャフトが圧力によって変形をしたり、ロータのシャフト挿入穴の円筒度、真直度等の誤差の影響を受けて変形する。
　また、シャフトに傷が付く場合がありシャフトの変形が０にはならず、このためロータコア組立の挿入穴やシャフトの外径寸法を高精度に加工し、維持管理することが必要となる。また、ロータの外径にはダイキャストのバリがありこのバリを除去する加工が必要である。

　また、シャフトをロータコア組立に挿入するとき締め代がないようにして挿入圧力を０にするには、ロータコア組立を加熱してシャフトの挿入穴の径を大きくすることが必要となり加工工程及び加工時間の増加と加熱装置が必要となる。
　また、実開昭５９ー１４５２４８号公報においては、シャフト圧入時シャフト挿入穴の内側の角でシャフトに傷が付きやすく、圧入力が高くなりシャフトが変形しやすいなどの課題があった。

　本発明は、このような課題を解決するためになされてもので、ロータコア組立のシャフト挿入穴にシャフトを挿入するときシャフトに力をかけず、シャフトを変形させないようにするとともに、ロータコア組立のシャフト挿入穴及びシャフト外径の高い加工精度を必要とせず、また、シャフトとロータコア組立の接合強度を高め、ロータ外径の加工条件の向上を図るものである。

　本発明は、ロータコアを積層したロータコア組立の内径にシャフトを挿入し、前記ロータコア組立とシャフトとを溶接接合するロータにおいて、前記ロータコア組立の内径と、前記シャフトの外径とのはめ合いをスキマバメにし、前記ロータコア組立の内径に前記シャフトを挿入後、前記ロータコア組立と前記シャフトを溶接接合したものである。

　また、前記ロータコア組立と前記シャフトの溶接接合部分を全周溶接としたものである。

　また、前記ロータコア組立の内径に、前記内径より大きい拡径部を前記ロータ組立の端面の肉厚が所定の厚みになる位置に設けたものである。

　また、シャフトの外径より大きい径に打ち抜いた内径のロータコアを積層したロータコア組立にシャフトを挿入し、前記ロータコア組立と前記シャフトの位置決め後、ロータコア組立の端面をコーキング後、前記ロータコア組立と前記シャフトを溶接接合する方法である。

　また、金型を制御してロータコアの内径を、大小複数の種類に抜き分け、前記複数の種類の内径のロータコアを小さい径、大きい径、小さい径と各々必要枚数打ち抜いて、その順番にロータコアを積層する方法である。

　また、前記溶接接合をレーザ溶接する方法である。

　以上説明したように、
　請求項１の発明ではロータコア組立の内径とシャフトの外径とのはめ合いをすきまばめにし、シャフトを挿入、位置決めしてからシャフトとロータコア組立を溶接するようにしたので、シャフトをロータコア組立に圧入する必要が無く、また、シャフトに傷が付かないのでシャフトが変形せず、シャフトを修正する必要が無い効果がある。

　また、請求項２の発明では、シャフトとロータコア組立の溶接を全周溶接接合としたので高い溶接強度が得られ、ロータの外径加工における加工条件を高めることができ加工時間の短縮によるコストダウンが図れる効果がある。

　また、請求項３の発明ではロータコア組立の内径に、拡径部を端面の肉厚が所定の厚みになる位置に設けたので、ロータコア組立の内径の精度が悪くてもシャフトが変形しない効果がある。

　また、請求項４の発明では、シャフトの外径より大きい径に打ち抜いた内径のロータコアを積層したロータコア組立にシャフトを挿入し、ロータコア組立とシャフトの位置決め後、ロータの端面をコーキングしてシャフトを固定し、次にロータコア組立とシャフトを溶接接合するので、シャフトが変形せず修正する工程が不要となり工程の自動化が容易になる効果がある。

　また、請求項５の発明では、金型を制御してロータコア組立のシャフトを挿入する内径を、大小の２種類に抜き分け、前記２種類の内径を小さい径、大きい径、小さい径と各々必要枚数打ち抜いて、その順番にロータコアを積層するので自動化が容易にでき、また、内径の拡径部の加工を省略できる効果がある。

　また、請求項６の発明では、レーザ光で溶接を行うので溶接部分が小さく、熱の影響が少なくシャフトを変形させることがない効果がある。

実施の形態１．
　本発明の実施の形態１として、図１から図４に基づいて説明する。図においてロータ１はロータコア組立２にシャフト３を所定の位置に固定したもので、ロータコア組立２は、ロータコア４と導体５からなり、ロータコア４を複数枚積層して円柱状にしたもので、外径４ａとこの外径と同心にシャフト３を挿入する内径４ｂとを有している。内径４ｂは内径４ｂ１と内径４ｂ１より大きい径の拡径部４ｂ２との２種類があり、ロータコア４は内径４ｂ１と、内径４ｂ２との２種類がある。内径４ｂは本実施の形態では２種類であるがシャフトの形状によっては３種類以上になる場合もある。ロータコア４は外径４ａの近くに導体５が入るスロット４ｃを有している。スロット４ｃは外径４ａに一部が開口して外径４ａ及び内径４ｂ１、又は４ｂ２と同心となるピッチ円径にて複数等間隔に設けられている。

　ロータコア４はロータコア組立２に積層されたときスロット４ｃは外径４ａの円周方向に一枚毎に少しづつづれてスロット１ピッチ分のスキュウが形成されている。ロータコア組立２の内径４ｂは端面４ｄより、この端面４ｄの肉厚が所定の厚さになる位置に、径で約０．１５〜３ｍｍ程度拡大した拡径部４ｂ２を有している。なお、端面４ｄの肉厚はシャフト３を溶接して保持するのに十分な厚みを有するようにロータコア４数毎で構成している。ロータコア４の外径４ａは寸法精度を出すために後工程にて加工をする加工代が約径で０．４ｍｍ設けられ、また、内径４ｂ１はシャフト３の外径３ａより大きく、径で０．０１〜０．１ｍｍの隙間を維持できる寸法にしてある。このように構成されたロータ１は次に述べる工程にて製作される。

　ロータ１の製作行程を図３に示す。
　第一行程として、ロータコア４を打抜き１台分の厚みになるように積層してスキュウをつける。ロータコア４の打抜き、積層は次のように行われる。シャフト３の入る内径４ｂは内径４ｂ１と拡径部４ｂ２との２種類を有するため、打抜きのとき金型を内径４ｂ１用のパンチと拡径部４ｂ２用のパンチの出し入れを制御して、最初に４ｂ１の内径のものを必要枚数打抜き、次に４ｂ２の内径のものを必要枚数打抜き、次に又、４ｂ１の内径のものを必要枚数打抜いて１台分の厚みに順次かしめながら積層すると同時にスキュウを形成する。

　次に第二工程として、ダイキャスト型に積層されたロータコア４をセットしてアルミをダイキャストして導体５を形成しロータコア組立２の形状にする。

　次に第三工程として、ロータコア組立２をダイキャスト型より取りだし、外径４ａや導体５の付近にできたダイキャストのバリ、付着物等を除去する清掃をした後、ロータコア組立２の内径４ｂ１に回転式のローラをかけ内面の凸凹を潰しながら内径寸法を一定の範囲に揃える。

　次に第四工程として、ロータコア組立２を治具にセットして別工程で制作されたシャフト３をロータコア組立２の内径４ｂに挿入し、シャフト３の端面３ｂとロータコア組立２の端面４ｄとの位置関係にてシャフト３を所定の位置に位置決めをする。この位置決め寸法はロータの種類によって各種変化する。

　次に第五工程として、ロータ１をレーザー溶接機にてロータコア組立２の端面４ｄとシャフト３の外径３ａの溶接接合を行う。
　レーザー溶接は図４に示すようにロータコア組立２の端面４ｄの内径４ｂ１に近い部分のシャフトの外径３ａから０．４〜０．５ｍｍの位置をシャフト３の軸線に対して１０度から４５度の入射角にてレーザー光線を当てて、ロータの端面４ｄ及びシャフトの外径を溶融して行なう。

　レーザ溶接の方法としては、まず始めにレーザ溶接ヘッドに対してロータコア組立２の端面４ｄを所定の位置に位置決めし固定する。次にこの状態で（ロータ１は回転しない）レーザ溶接ヘッド８よりレーザ光を０．５〜１秒間照射して仮溶接を行なう。この目的は次に全周溶接を行う時にロータ１を回転させるが、この時ロータコア組立２とシャフト３が空回りしないように固定するものである。レーザ光を照射する位置は、ロータコア組立２の端面４ｄのシャフト３の外径から０．２〜０．５ｍｍ離れた位置に照準を合わせる。

　次に溶接条件を変更して、再度レーザ光を照射しながらロータ１を回転させて全周溶接をして溶接部７を形成する。溶接部７はロータコア組立２の端面４ｄを完全に溶融しシャフトの外径３ａの一部も溶融したビード幅で、深さはロータコア４の板厚方向に１．５〜２．０ｍｍの大きさに形成されている。レーザ光の照射時間はロータコア組立２が１回転以上するまで行い、最終の溶接部が先に溶接された部分に重なるように再溶接されるまで行われる。このように、溶接部の始めの部分と終わりの部分を重ねるようにすることにより、溶接不十分な部分が残ることなく品質の良い溶接部となる。

　また、レーザ光の入射角度はできるだけ小さいほうがロータの端面４ｄにレーザ光が入りやすいので、板厚方向に深い解けこみが得られるので溶接強度が高くなる。
　また、全周溶接することにより溶接面積が大きいので溶接強度の高い接合が出来る。

　また、レーザ溶接することにより溶接部分が小さく出来、発熱量が少ないのでシャフト３やロータコア組立２に与える熱影響が少なく、シャフト３の熱による変形がないので後行程におけるシャフトの修正（振れとり等）作業をする必要がない。
　レーザ溶接は図のように片面づつ行う方法と、両面同時に行う方法がある。どちらにするかは、作業条件、自動化の状況、製品の大きさ等により選択する。

　次に第六工程として、溶接後シャフト３を基準にしてロータ１の外径４ａの加工を行う。この加工はロータ１の外径４ａにでているダイキャストのバリを取り除く、と同時にシャフト３に対してロータコア組立２の外径４ａの同心度及び同軸度の精度をだすためのもので切削または研削等により行われる。

　次に最終工程として、加工したロータコア組立２の表面に防錆処理をしてロータ１が完成する。

　次に内径４ｂについて説明する。ロータコア組立２の内径４ｂが同一径でストレートの場合、積層状態では個々のロータコア４のわずかなズレにより、内径４ｂに円筒度、真直度等の誤差がありシャフト３を挿入したとき、シャフト３がその誤差により変形され真直度を悪くして振れを生じる。この誤差の影響をなくすためにロータコア組立２の内径４ｂの中央部を大きい径の拡径部４ｂ２にしてシャフト３の外径３ａとの間に隙間ができるようにする。これによりロータコア組立２の中央部がシャフト３に触れることなく、シャフト３がロータコア組立２の両端面４ｄ部分の２点支持となり曲りなどの変形をおこすことがない。

　また、ロータコア組立２の端面４ｄ側の内径４ｂ１の内径はシャフト３の外径に対して半径で５から５０ミクロンの隙間を持たせているので、シャフト３を挿入するとき外径３ａに傷を付けることがなく、また隙間が小さいのでロータの外径４ａに対するシャフト３の外径３ａの振れは小さくロータ外径４ａに設けてある加工代で十分に加工できる範囲であるので、シャフトの振れ取りをしないでロータの外径４ａの加工をすることが出来る。

実施の形態２．
　実施の形態２は、ロータコア組立２にシャフト３を挿入後、レーザ溶接するまでにシャフト３の位置がズレ無いように仮固定するためにロータコア組立２の端面４ｄをコーキングしてからレーザー溶接するもので、図５及び図６により説明する。なお、図中コーキングに関する以外は実施の形態１と同じであるので説明を省略する。

　図において、コーキング６はロータコア組立２の端面４ｄに図５に示すように内径４ｂ１に近いシャフト外径３ａから０．２〜０．５ｍｍ離れた位置にコーキング溝ｖのセンターが位置するように行う。コーキング６の溝の形状はｖ溝状にて円周状に全周又は一定の長さと間隔にて複数加工される。コーキング６の溝の深さはロータコア４の板厚の約１／２としている。
　コーキングされたロータコア４の端面４ｄの内径４ｂ１はシャフト３の外径３ａに押し付けられて密着し隙間がなくなりシャフト３を固定する状態となる。

　コーキング６の工程は図６に示すようにシャフト３を挿入した後レーザ溶接工程の前に専用治具にて加工される。
　次の工程のレーザ溶接はロータコア組立２の端面４ｄに加工されたコーキング６部分の、シャフトの外径３ａから０．４〜０．５ｍｍの位置をシャフト３の軸線に対して１０度から４５度の入射角にてレーザ光線を当ててロータコア組立２の端面４ｄ及びシャフトの外径３ａを溶接する。

　溶接された溶接部７は先のコーキングにおいてシャフト３の外径３ａとロータコア組立２の内径４ｂ１が密着されているので、溶融部分が内径４ｂ１とシャフトの外径３ａとの間の隙間に流れ込むことがないので、溶接ビード形状が崩れず安定した品質の良い溶接部となる。

本発明の実施の形態１のロータの断面図。本発明の実施の形態１のロータコア組立の断面図。本発明の実施の形態１の製造工程図。本発明のレーザ溶接接合を示す図。本発明の実施の形態２のロータのコーキング断面図。本発明の実施の形態２の製造工程図。従来例の製造工程を示すフロー図。従来例のロータの断面図。

符号の説明

　２　ロータコア組立、　３　シャフト、　４ｂ１　内径、　４ｂ２　拡径部、　６　コーキング。

Claims

ロータコアを積層したロータコア組立の内径にシャフトを挿入し、前記ロータコア組立とシャフトとを溶接接合するロータにおいて、前記ロータコア組立の内径と、前記シャフトの外径とのはめ合いをスキマバメにし、前記ロータコア組立の内径に前記シャフトを挿入後、前記ロータコア組立と前記シャフトを溶接接合したことを特徴とするロータ。
前記ロータコア組立と前記シャフトの溶接接合部分を全周溶接とした事を特徴とする請求項１記載のロータ。
前記ロータコア組立の内径に、前記内径より大きい拡径部を前記ロータ組立の端面の肉厚が所定の厚みになる位置に設けた事を特徴とする請求項１又は請求項２記載のロータ。
シャフトの外径より大きい径に打ち抜いた内径のロータコアを積層したロータコア組立にシャフトを挿入し、前記ロータコア組立と前記シャフトの位置決め後、ロータコア組立の端面をコーキング後、前記ロータコア組立と前記シャフトを溶接接合する事を特徴とするロータの製造方法。
前記シャフトの外径より大きい径に打ち抜いた内径のロータコアを積層したロータコア組立において、金型を制御してロータコアの内径を大小複数の種類に抜き分け、前記複数の種類の内径のロータコアを小さい径、大きい径、小さい径と各々必要枚数打ち抜いて、その順番にロータコアを積層する事を特徴とする請求項４記載のロータの製造方法。
前記溶接接合をレーザ溶接で行なうことを特徴とする請求項４又は請求項５記載のロータ製造方法。