JP2021180588A - 回転電機用のロータの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 シャフトの変形を抑制することができる回転電機用のロータの製造方法を提供する。【解決手段】 回転電機用のロータの製造方法は、ロータコアの中央の貫通孔に中空構造のシャフトを圧入することによりロータコアにシャフトを固定する、回転電機用のロータの製造方法において、ロータコアは、貫通孔を画定する内周面から径方向に突出した凸部を有し、シャフトは、貫通孔に圧入されたときに内周面に対向する外周面に、凸部が嵌まるように軸方向に沿って延びた溝部を有し、内周面には、シャフトが貫通孔に圧入されたときに外周面と接触しない非接触領域が凸部に隣接して設けられ、シャフトの軸方向の一端部が挿入される挿入部と、挿入部から軸方向に沿って延びる板部とを備える治具を、挿入部にシャフトの一端部を挿入することによりシャフトに装着し、板部が非接触領域と外周面の間の隙間を埋めるようにシャフトを貫通孔に圧入する方法である。【選択図】図5
Description
本発明は、回転電機用のロータの製造方法に関する。
回転電機用のロータの製造において、鋼材を積層したロータコアの中央の穴にシャフトを挿入することによりロータコアに対してシャフトを一体的に固定する(例えば特許文献1参照)。
シャフトに対するロータコアの相対的な回転を抑制するため、例えばロータコア及びシャフトには、穴の円周上の対称な2点において、キー及びキーが嵌まるキー溝がそれぞれ設けられる。キーは、ロータコアの穴を画定する内周面から径方向に突出し、キー溝は、ロータコアの内周面に対向するシャフトの外周面に、軸方向に沿って延びるように設けられている。内周面のキーに隣接する領域には、回転時にキー及びキー溝に作用するトルクを低減するため、シャフトの外周面との間に隙間ができるように凹んでいる。
シャフトをロータコアに圧入して固定する場合、上記の凹んだ領域は他の領域とは異なりシャフトを絞めることができない。ここで、中空構造のシャフトは、積層鋼板のロータコアより強度が低いため、キー溝の近傍領域に応力が集中することにより、隙間を埋めるように略楕円形状に変形して品質が低下するおそれがある。
そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、シャフトの変形を抑制することができる回転電機用のロータの製造方法を提供することを目的とする。
本発明の回転電機用のロータの製造方法は、ロータコアの中央の貫通孔に中空構造のシャフトを圧入することにより前記ロータコアに前記シャフトを固定する、回転電機用のロータの製造方法において、前記ロータコアは、前記貫通孔を画定する内周面から径方向に突出した凸部を有し、前記シャフトは、前記貫通孔に圧入されたときに前記内周面に対向する外周面に、前記凸部が嵌まるように軸方向に沿って延びた溝部を有し、前記内周面には、前記シャフトが前記貫通孔に圧入されたときに前記外周面と接触しない非接触領域が前記凸部に隣接して設けられ、前記シャフトの軸方向の一端部が挿入される挿入部と、前記挿入部から前記軸方向に沿って延びる板部とを備える治具を、前記挿入部に前記シャフトの一端部を挿入することにより前記シャフトに装着し、前記板部が前記非接触領域と前記外周面の間の隙間を埋めるように前記シャフトを前記貫通孔に圧入する方法である。
本発明によれば、シャフトの変形を抑制することができる。
(比較例)
図1は、比較例のロータ1aを示す断面図である。図2は、図1のA−A線に沿ったロータ1aの断面図である。図1はロータ1aの回転軸の延びる方向L(以下、「軸方向L」と表記)に対して垂直な平面に沿った断面図である。また、図2は、隙間Sを通る断面を示す。
図1は、比較例のロータ1aを示す断面図である。図2は、図1のA−A線に沿ったロータ1aの断面図である。図1はロータ1aの回転軸の延びる方向L(以下、「軸方向L」と表記)に対して垂直な平面に沿った断面図である。また、図2は、隙間Sを通る断面を示す。
ロータ1aは、不図示のステータとともに回転電機に(モータ、発電機など)に用いられる。ロータ1aは、中略円柱形状のロータコア2と、中空構造のシャフト3とを有する。シャフト3は、ロータコア2の中央に設けられた略円柱形状の貫通孔Mに圧入されることによりロータコア2に固定されている。シャフト3の圧入時、ロータコア2は支持台4により底面側から支持され、シャフト3は、矢印Dで示されるように、上面側から軸方向Lに沿って貫通孔Mに挿入される。なお、X軸及びY軸は、互いに直交しており、ロータコア2及びシャフト3の径方向に延びる。
ロータコア2は、中心に開口が設けられた複数の薄い円形の鋼板29の積層体である。ロータコア2の内部には、図示を省略するが、永久磁石が埋設され、また、冷却油の流路が設けられている。
ロータコア2の貫通孔Mは内周面20により画定される。内周面20にはキー21,22が径方向に突出するように設けられている。キー21,22は、X軸上の互いに対向するように設けられている。つまり、キー21,22の突出する方向は互いに180度だけ異なる。なお、キー21,22は、内周面20から径方向に突出した凸部の一例である。
シャフト3は略円柱形状を有している。シャフト3の内部には、例えば冷却油を流すための流路Kが設けられており、中空構造を有する。なお、冷却油は、外部から流路Kを流れて、ロータコア2に入る。
シャフト3は、外周側に張り出した張り出し部39を有する。張り出し部39はテーパ面を備えた円環形状を有し、シャフト3は、張り出し部39がロータコア2の上面と当接するまで貫通孔Mに圧入される。これにより、シャフト3は貫通孔M内での位置が決定される。また、シャフト3の一端側には、径が異なるように形成された段差部38が設けられている。
シャフト3が貫通孔Mに圧入されると、シャフト3の外周面30はロータコア2の内周面20と対向する。シャフト3の外周面30には、キー21,22がそれぞれ嵌まるキー溝31,32が設けられている。キー溝31,32は軸方向Lに沿って設けられている。キー溝31,32は、X軸上の互いに対向するように設けられている。つまり、キー溝31,32の凹み方向は互いに180度だけ異なる。キー溝31,32は、凸部が嵌まるように軸方向Lに沿って延びた溝部の一例である。
キー溝31,32にキー21,22がそれぞれ嵌まることによりシャフト3に対するロータコア2の相対的な回転が抑制される。回転時にキー21,22及びキー溝31,32に作用するトルクを低減するため、内周面20には、キー21,22に隣接する非接触領域23〜26が設けられている。
非接触領域23,24はキー21の両隣に軸方向Lに沿って設けられ、非接触領域25,26はキー22の両隣に軸方向Lに沿って設けられている。非接触領域23〜26は、シャフト3が貫通孔Mに圧入されたときにシャフト3の外周面30と接触せず、外周面30との間に隙間Sができるように外周側に凹んでいる。
非接触領域23〜26は、内周面20の他の部分よりも曲率半径が大きく設定されているため、回転時のトルクを受ける面積が増えるによって応力を分散してキー21,22及びキー溝31,32へ印加される荷重を低減することができる。
しかし、キー溝31,32に隣接する領域は、非接触領域23〜26に対向するため、シャフト3の圧入時に絞めることができない。ここで、中空構造のシャフト3は、積層鋼板のロータコア2より強度が低いため、キー溝31,32の近傍領域Gに応力が集中することにより、点線で示されるように、隙間Sを埋めるように略楕円形状に変形して品質が低下するおそれがある。
(実施例)
そこで、実施例のロータの製造方法では、シャフト3をロータコア2の貫通孔Mに圧入する前に、上記の隙間Sを埋めるため板部を備える治具をシャフト3に装着することにより応力を分散してシャフト3の変形を抑制する。つまり、圧入時に隙間Sが埋まることでシャフト3が全体的にほぼ均等に歪み、略楕円形状に変形することが抑制される。
そこで、実施例のロータの製造方法では、シャフト3をロータコア2の貫通孔Mに圧入する前に、上記の隙間Sを埋めるため板部を備える治具をシャフト3に装着することにより応力を分散してシャフト3の変形を抑制する。つまり、圧入時に隙間Sが埋まることでシャフト3が全体的にほぼ均等に歪み、略楕円形状に変形することが抑制される。
図3は、シャフト3に装着する治具5の一例を示す図である。図3には、治具5の正面、側面、及び背面が示されている。
治具5は、シャフト3の一端部が挿入される挿入部50と、挿入部50からシャフト3の軸方向Lに沿って延びる板部51〜54とを備える。挿入部50は、一端が閉じられた略円筒形状を有している。挿入部50の底面500には、内径が異なるように形成された段差部501が設けられている。段差部501は、治具5がシャフト3に装着されたとき、シャフト3の段差部38と組み合う。これにより、治具5に対するシャフト3の軸方向Lにおける位置が決定される。
挿入部50の開口面側の縁には、板部51〜54が設けられている。板部51〜54は、非接触領域23〜26の隙間Sに応じた断面形状を有している。治具5は、挿入部50にシャフト3の一端部を挿入することによりシャフト3に装着される。これにより、シャフト3の圧入時、板部51〜54は隙間Sを埋めることができる。
図4は、実施例のロータ1を示す断面図である。図5は、図4のA’−A’線に沿ったロータ1の断面図である。図4及び図5において、図1〜図3と共通する構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。
板部51〜54は、治具5を装着したシャフト3を貫通孔Mに圧入するとき、隙間Sに挿入されることにより隙間Sを埋める。これにより、シャフト3の圧入時にロータコア2の内周面20と接触する面積が広がるため、シャフト3に加わる応力が分散される。なお、隙間Sの全てが埋まる必要はなく、圧入時の応力がシャフト3の変形を抑止可能な底部に十分に分散される限り、隙間Sの少なくとも一部が板部51〜54により埋まればよい。
図6は、シャフト3に治具5を装着する様子の一例を示す断面図である。図6において、図3〜図5と共通する構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。
シャフト3の圧入に先立ち、シャフト3の軸方向Lの一端部37は、矢印Daで示されるように、挿入部50に挿入される。このとき、シャフト3段差部38は挿入部50内の段差部501と組み合う。これにより、治具5に対するシャフト3の軸方向Lにおける位置が決定される。
図7は、治具5を装着したシャフト3をロータコア2の貫通孔Mに圧入する様子の一例を示す断面図である。図7において、図3〜図5と共通する構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。
ロータコア2は支持台4により支持されている。治具5を装着したシャフト3は、矢印Dbで示されるように、ロータコア2の貫通孔Mに圧入される。このとき、シャフト3の外周面30がロータコア2の内周面20に接触することによりシャフト3が画集側から締め付けられてロータコア2に固定される。ここで、内周面20の非接触領域23〜26は、治具5の板部51〜54を介してシャフト3の外周面30に接触する。これにより、比較例のように非接触領域23〜26による応力の集中が抑制されるため、シャフト3の変形が抑制される。
図8は、シャフト3から治具5を引き抜く様子の一例を示す断面図である。図8において、図3〜図5と共通する構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。
シャフト3をロータコア2に固定した後、治具5は、矢印Dcで示されるように、シャフト3から引き抜かれる。これにより、ロータ1が完成する。なお、板部51〜54の表面には、引き抜きが容易となるようにシャフト3の外周面30に対する摩擦力が低い素材がPVD(Physical Vapor Disposition)法などによりコーティングされてもよい。コーティングの素材としては、例えばTiAlN(窒化チタンアルミニウム)が挙げられるが、これに限定されない。
上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
1,1a ロータ
2 ロータコア
3 シャフト
5 治具
20 内周面
21,22 キー(凸部)
23 非接触領域
30 外周面
31,32 キー溝(溝部)
50 挿入部
51〜54 板部
M 貫通孔
S 隙間
2 ロータコア
3 シャフト
5 治具
20 内周面
21,22 キー(凸部)
23 非接触領域
30 外周面
31,32 キー溝(溝部)
50 挿入部
51〜54 板部
M 貫通孔
S 隙間
Claims (1)
- ロータコアの中央の貫通孔に中空構造のシャフトを圧入することにより前記ロータコアに前記シャフトを固定する、回転電機用のロータの製造方法において、
前記ロータコアは、前記貫通孔を画定する内周面から径方向に突出した凸部を有し、
前記シャフトは、前記貫通孔に圧入されたときに前記内周面に対向する外周面に、前記凸部が嵌まるように軸方向に沿って延びた溝部を有し、
前記内周面には、前記シャフトが前記貫通孔に圧入されたときに前記外周面と接触しない非接触領域が前記凸部に隣接して設けられ、
前記シャフトの軸方向の一端部が挿入される挿入部と、前記挿入部から前記軸方向に沿って延びる板部とを備える治具を、前記挿入部に前記シャフトの一端部を挿入することにより前記シャフトに装着し、
前記板部が前記非接触領域と前記外周面の間の隙間を埋めるように前記シャフトを前記貫通孔に圧入する、
回転電機用のロータの製造方法。
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---|---|---|---|
JP2020085733A JP2021180588A (ja) | 2020-05-15 | 2020-05-15 | 回転電機用のロータの製造方法 |
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- 2020-05-15 JP JP2020085733A patent/JP2021180588A/ja active Pending
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