JP2018182875A - ロータの製造方法及びロータコアの製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】残留応力を低減できるロータの製造方法及びロータコアの製造装置を提供する。【解決手段】ロータの製造方法は、中心孔３４及び周方向に間隔をおいて形成された複数の挿入孔３６を有する複数枚の積層鋼板を積層して積層体３２を形成する積層体形成工程、及び積層体３２の複数の挿入孔３６に複数の永久磁石３８をそれぞれ挿入して固定する磁石固定工程を備える。また、永久磁石３８が固定された積層体３２の中心孔３４にシャフトを挿通するとともにシャフトに対してナットを締め付けることによりシャフトと積層体３２とを一体化する締め付け工程を備える。また、締め付け工程に先立ち、積層体３２の両端面における挿入孔３６よりも内周側の部分を挟持した状態で同部分を積層方向に押圧することにより各積層鋼板３１間の隙間を小さくする押圧工程を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、ロータの製造方法及びロータコアの製造装置に関する。

電動機のロータは、ロータコアと、ロータコアの中心孔に挿通されるシャフトとを備えている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載のロータコアは、中心孔及び周方向に間隔をおいて形成された複数の挿入孔を有する複数枚の積層鋼板を積層して形成された積層体と、積層体の複数の挿入孔にそれぞれ挿入して固定された複数の永久磁石とを備えている。そして、シャフトに設けられたフランジにより積層体の一端面を受けた状態で、他端側からシャフトにナットを螺合することにより、シャフトに対してロータコアが固定されている。

特許文献１に記載のロータコアの組み付け方法では、加温されたロータコアの中心孔にシャフトを挿通し、シャフトの一端側に設けられたフランジにロータコアの一端面の内周部を接触させた状態で、ロータコアの他端面の外周部を、プレート及びボルトを有する治具により軸方向に押圧してフランジとプレートとによりロータコアを挟持する。その後、ロータコアを冷却し、シャフトの他端側からナットを締め付けることにより、ロータコアをフランジ側に所定荷重まで締め付け、最後に治具を取り外す。

特開２０１５−１０６９９１号公報

ところで、前述したようにロータコアの外周部には、周方向に間隔をおいて複数の永久磁石が挿入して固定されている。そのため、特許文献１に記載のロータコアの組み付け方法のように、ロータコアの一端面の内周部をシャフトのフランジにより押圧するとともに、ロータコアの他端面の外周部、ナットよりも外周側の部分を治具により押圧しても、永久磁石が邪魔になって各積層鋼板間の隙間を詰めることが難しい。

シャフトに対してロータコアを固定する際、各積層鋼板間に隙間が存在している状態でシャフトにナットを締めると、締め付け荷重によって各積層鋼板間の隙間が詰められるとともに、シャフトに対するロータコアの固定が行われる。そのため、ロータコアの固定のために必要となる締め付けトルクが増大する。各積層鋼板間の隙間には個体差によるばらつきが存在することから、各積層鋼板間の隙間が最も大きい場合に合わせて締め付けトルクを大きく設定すると、これに伴ってロータコアに印加される軸力が大きくなり、ロータコアに発生する残留応力が増大する。そして、このことがモータの高速回転化を図る上での障害の１つとなっている。

本発明の目的は、残留応力を低減できるロータの製造方法及びロータコアの製造装置を提供することにある。

上記目的を達成するためのロータの製造方法は、中心孔及び周方向に間隔をおいて形成された複数の挿入孔を有する複数枚の積層鋼板を積層して積層体を形成する積層体形成工程と、前記積層体の前記複数の挿入孔に複数の永久磁石をそれぞれ挿入して固定する磁石固定工程と、前記永久磁石が固定された前記積層体の中心孔にシャフトを挿通するとともに前記シャフトに対してナットを締め付けることにより前記シャフトと前記積層体とを一体化する締め付け工程と、前記締め付け工程に先立ち、前記積層体の両端面における前記挿入孔よりも内周側の部分を挟持した状態で同部分を積層方向に押圧することにより各積層鋼板間の隙間を小さくする押圧工程と、を備える。

同構成によれば、締め付け工程に先立ち、永久磁石が固定された状態の積層体における挿入孔よりも内周側の部分、すなわち締め付け工程においてシャフトとナットとにより挟圧される部分が、積層方向に押圧される。これにより、当該押圧された部分が変形して各積層鋼板間の隙間が小さくされる。このようにして予め各積層鋼板間の隙間が詰められているため、締め付け工程においてシャフトに対してナットを締め付ける際の締め付けトルクを低減することができる。したがって、締め付けトルクに起因して生じるロータコアの残留応力を低減できる。

また、上記目的を達成するためのロータコアの製造装置は、複数枚の積層鋼板を積層して形成され、中心孔及び周方向に間隔をおいて形成された複数の挿入孔を有する積層体と、前記積層体の前記複数の挿入孔にそれぞれ挿入して固定された複数の永久磁石とを備えるロータコアを製造する装置において、前記永久磁石が固定された状態の前記積層体の両端面における前記挿入孔よりも内周側の部分をそれぞれ挟持する第１の型及び第２の型を備え、前記第１の型は、前記積層体の一端面における前記挿入孔よりも内周側の部分を積層方向に押圧する押圧部を有している。

同構成によれば、第１の型及び第２の型により、永久磁石が固定された状態の積層体における挿入孔よりも内周側の部分がそれぞれ挟持される。そして、第１の型の押圧部により、積層体における挿入孔よりも内周側の部分の一端面が積層方向に押圧される。これにより、各積層鋼板間の隙間が小さくされる。このようにして予め各積層鋼板間の隙間が詰められているため、シャフトとナットとを締め付ける際の締め付けトルクを低減することができる。したがって、締め付けトルクに起因して生じるロータコアの残留応力を低減できる。

本発明によれば、ロータコアの残留応力を低減できる。

ロータの製造方法及びロータコアの製造装置の一実施形態について、電動機のロータの斜視図。 同実施形態のロータの縦断面図。 同実施形態の押圧装置について、第１の型と第２の型との間に積層体が載置されている状態を示す断面図。 同実施形態の押圧装置の押圧部が降下して積層体を押圧している状態を示す断面図。 変形例の押圧装置について、第１の型と第２の型との間に積層体が載置されている状態を示す断面図。 同変形例の押圧装置の第１の型が降下して積層体を押圧している状態を示す断面図。

以下、図１〜図４を参照して、一実施形態について説明する。
まず、図１及び図２を参照して、本実施形態の電動機のロータについて説明する。
図１及び図２に示すように、ロータは、中心孔３４を有する円柱状のロータコア３０と、ロータコア３０の中心孔３４に挿通されるシャフト１０と、シャフト１０に対してワッシャ２２を介してロータコア３０を固定するナット２０とを備えている。

ロータコア３０は、中心孔３４及び周方向に間隔をおいて形成された複数の挿入孔３６を有する複数枚の積層鋼板３１を積層して形成された積層体３２と、積層体３２の複数の挿入孔３６にそれぞれ挿入して固定された複数の永久磁石３８とを備えている。なお、挿入孔３６の内周面と永久磁石３８の外周面との間には、接着剤が介設されている。

積層体３２の積層方向（同図の上下方向）において互いに隣り合う２枚の積層鋼板３１のうちの一方の対向面には、図示しない凸部が形成されており、他方の対向面には、図示しない凹部が形成されている。一方の積層鋼板３１の凸部が他方の積層鋼板の凹部に嵌合されることにより、積層鋼板３１同士の相対変位が規制されている。

シャフト１０には、積層体３２の一端面（同図の下端面）を支持するフランジ１２が形成されている。
シャフト１０には、他端側（同図の上側）からワッシャ２２を介してナット２０が螺合されている。ナット２０を締め付けることにより、ワッシャ２２がロータコア３０を押圧し、シャフト１０に対してロータコア３０が固定されている。

シャフト１０のフランジ１２及びナット２０は、ロータコア３０の両端面における複数の挿入孔３６よりも内周側の部分を挟持している。
次に、ロータの製造方法について説明する。

ロータの製造に際しては、まず、複数枚の積層鋼板３１を積層して積層体３２を形成する（積層体形成工程）。
続いて、積層体３２の各挿入孔３６に永久磁石３８をそれぞれ挿入して固定する（磁石固定工程）。このとき、挿入孔３６の内周面と永久磁石３８の外周面との間に、接着剤を介設する。

続いて、各積層鋼板３１間の隙間を小さくするために、積層体３２の両端面における挿入孔３６よりも内周側の部分を挟持した状態で同部分を積層方向に押圧する（押圧工程）。

ここで、図３及び図４を参照して、上記押圧工程において用いられる押圧装置４０について説明する。なお、図４では、積層鋼板３１同士の間の境界線を省略している。
図３に示すように、押圧装置４０は、第１の型５０と第２の型６０とにより構成されている。

第２の型６０の上面である支持面６０ａには、ロータコア３０の他端面（同図の下端面）が載置される。これにより、ロータコア３０の他端面全体が第２の型６０の支持面６０ａにより支持される。

第１の型５０は、積層体３２の一端面（同図の上端面）における複数の挿入孔３６を含む外周部分の全体を支持する支持部５２を備えている。支持部５２には、断面円形状の挿通孔５２ａが同図の上下方向に沿って貫通して形成されている。

挿通孔５２ａ内には、円柱状の押圧部５４が、同図の上下方向、すなわち積層体３２の積層方向に沿って変位可能に設けられている。
次に、押圧装置４０を用いて行われる押圧工程の手順について説明する。

押圧工程では、まず、永久磁石３８が固定された積層体３２を第２の型６０の支持面６０ａ上に載置する。
続いて、積層体３２及び押圧部５４の各々の中心軸線が一致するように、積層体３２上に第１の型５０を設置し、第２の型６０と支持部５２とにより積層体３２を挟持する。

続いて、図示しないアクチュエータにより押圧部５４を降下させるとともに押圧部５４に対して所定の荷重を印加することにより、積層体３２の一端面における挿入孔３６よりも内周側の部分を積層方向に押圧する。

このようにして押圧工程を実行した後に、永久磁石３８が固定された積層体３２、すなわちロータコア３０の中心孔３４にシャフト１０を挿通するとともにシャフト１０に対してナット２０を所定の締め付けトルクにて締め付けることによりシャフト１０と積層体３２とを一体化する（締め付け工程）。

次に、本実施形態の作用について説明する。
締め付け工程に先立ち、永久磁石３８が固定された状態の積層体３２における挿入孔３６よりも内周側の部分、すなわち締め付け工程においてシャフト１０とナット２０及びワッシャ２２とにより挟圧される部分が、積層方向に押圧される。これにより、当該押圧された部分が変形して各積層鋼板３１間の隙間が小さくされる。このようにして予め各積層鋼板間の隙間が詰められているため、締め付け工程においてシャフト１０に対してナット２０を締め付ける際の締め付けトルクを低減することができる。

以上説明した本実施形態に係るロータの製造方法及びロータコアの製造装置によれば、以下に示す作用効果が得られるようになる。
（１）ロータの製造方法は、締め付け工程に先立ち、積層体３２の両端面における挿入孔３６よりも内周側の部分を挟持した状態で同部分を積層方向に押圧することにより各積層鋼板３１間の隙間を小さくする押圧工程を備える。

こうした構成によれば、前記作用を奏することから、締め付けトルクに起因して生じるロータコア３０の残留応力を低減できる。
（２）ロータコアの押圧装置４０は、永久磁石３８が固定された状態の積層体３２の両端面における挿入孔３６よりも内周側の部分をそれぞれ挟持する第１の型５０及び第２の型６０を備えている。第１の型５０は、積層体３２の一端面における複数の挿入孔３６を含む外周部分を支持するとともに挿通孔５２ａを有する支持部５２を備えている。また、第１の型５０は、支持部５２とは別体とされ、挿通孔５２ａ内を積層体３２の積層方向に沿って変位可能に設けられるとともに、積層体３２の一端面における挿入孔３６よりも内周側の部分を積層方向に押圧する押圧部５４を有している。

こうした構成によれば、第１の型５０及び第２の型６０により、永久磁石３８が固定された状態の積層体３２における挿入孔３６よりも内周側の部分がそれぞれ挟持される。そして、第１の型５０の支持部５２によって積層体３２の一端面の外周部分が支持された状態で積層体３２に向けて押圧部５４を変位させることにより、積層体３２における挿入孔３６よりも内周側の部分の一端面が積層方向に押圧される。これにより、各積層鋼板３１間の隙間が小さくされ、シャフト１０とナット２０とを締め付ける際の締め付けトルクを低減することができる。したがって、締め付けトルクに起因したロータコア３０に発生する残留応力を低減することができる。

特に、上記構成によれば、押圧部５４が支持部５２と一体とされる構成に比べて、積層体３２を押圧する際の加重を緻密且つ容易に制御することができる。したがって、ロータコア３０を容易に製造することができる。

＜変形例＞
なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・図５及び図６に示すように、押圧装置１４０を構成する第１の型１５０が、上記実施形態の支持部５２に対応するベース部１５２と、ベース部１５２の下面から積層体３２に向けて一体に突設された押圧部１５４とにより構成されていてもよい。この場合、図示しないアクチュエータにより第１の型１５０全体を降下させることにより、積層体３２の一端面における挿入孔３６よりも内周側の部分が積層方向に押圧される。

・第１の型５０と第２の型６０とを入れ替えることもできる。この場合、第１の型５０の押圧部５４によって積層体３２が下側から押圧される。
・上記押圧工程を、永久磁石３８を挿入孔３６に挿入して接着剤により固定する磁石固定工程や、積層体３２の外周面を溶接することにより積層鋼板３１同士を固定する溶接工程といった積層体３２の両端面を型により挟持する作業を含む工程の中で同時に実行してもよい。

・本発明に係るロータの製造方法は、上記実施形態の押圧装置４０や変形例の押圧装置１４０を用いるものに限定されない。他に例えば、ナット２０を仮締めすることにより、積層体３２の両端面における挿入孔３６よりも内周側の部分を挟持した状態で同部分を積層方向に押圧するようにしてもよい。この場合、ナット２０の仮締めによりロータコア３０を押圧して積層鋼板３１間の隙間を詰めた後に、シャフト１０に対してナット２０を締め付ける、すなわち本締めすることによりシャフト１０と積層体３２とが一体化される。

・本発明を発電機のロータの製造方法や、発電機のロータコアの製造装置に対して適用することもできる。

１０…シャフト、１２…フランジ、２０…ナット、２２…ワッシャ、３０…ロータコア、３１…積層鋼板、３２…積層体、３４…中心孔、３６…挿入孔、３８…永久磁石、４０，１４０…押圧装置、５０，１５０…第１の型、５２…支持部、５２ａ…挿通孔、５４，１５４…押圧部、６０…第２の型、６０ａ…支持面、１５２…ベース部。

Claims (3)

1. 中心孔及び周方向に間隔をおいて形成された複数の挿入孔を有する複数枚の積層鋼板を積層して積層体を形成する積層体形成工程と、
   前記積層体の前記複数の挿入孔に複数の永久磁石をそれぞれ挿入して固定する磁石固定工程と、
   前記永久磁石が固定された前記積層体の中心孔にシャフトを挿通するとともに前記シャフトに対してナットを締め付けることにより前記シャフトと前記積層体とを一体化する締め付け工程と、
   前記締め付け工程に先立ち、前記積層体の両端面における前記挿入孔よりも内周側の部分を挟持した状態で同部分を積層方向に押圧することにより各積層鋼板間の隙間を小さくする押圧工程と、を備える、
   ロータの製造方法。
2. 複数枚の積層鋼板を積層して形成され、中心孔及び周方向に間隔をおいて形成された複数の挿入孔を有する積層体と、前記積層体の前記複数の挿入孔にそれぞれ挿入して固定された複数の永久磁石とを備えるロータコアを製造する装置において、
   前記永久磁石が固定された状態の前記積層体の両端面における前記挿入孔よりも内周側の部分をそれぞれ挟持する第１の型及び第２の型を備え、
   前記第１の型は、前記積層体の一端面における前記挿入孔よりも内周側の部分を積層方向に押圧する押圧部を有している、
   ロータコアの製造装置。
3. 前記第１の型は、前記積層体の一端面における前記複数の挿入孔を含む外周部分を支持するとともに挿通孔を有する支持部を備えており、
   前記押圧部は、前記支持部とは別体とされ、前記挿通孔内を前記積層体の積層方向に沿って変位可能に設けられている、
   請求項２に記載のロータコアの製造装置。