JP7415655B2 - 積層鉄心の位置決め方法 - Google Patents

Description

本発明は、積層鉄心の位置決め方法に関する。

磁石埋込型モータのロータは、複数の鋼板を積層して構成され、中心孔及び磁石収容孔を有するロータコアと、各磁石収容孔に収容され、熱硬化性の樹脂を介してロータコアに対して固定された磁石とを備えている。

こうしたロータの製造においては、樹脂モールドすることによって、すなわち、磁石収容孔に樹脂を充填するとともに当該樹脂を熱硬化させることによってロータコアに対して磁石を固定する。

特許文献１には、樹脂モールドの際に各鋼板の位置決めを行うことで、ロータコアの積層精度を高めるロータコア保持治具（以下、保持治具と称する）が開示されている。保持治具は、ロータコアの中心孔に嵌合する円柱部と、同中心孔の内周面に形成されたキーに嵌合する嵌合キーとを有している。嵌合キーの一部は、鋼板よりも熱膨脹率の大きい樹脂により形成されている。

樹脂モールド時には、保持治具が加熱されることで嵌合キーの樹脂部分がその他の部分よりも熱膨張するため、嵌合キーがロータコアのキーを拘束する。これにより、各鋼板が位置決めされることでロータコアの積層精度が向上する。一方、樹脂モールド後には、上記樹脂部分がその他の部分よりも熱収縮するため、嵌合キーがロータコアのキーを開放する。

特開２００７－２０２２４２号公報

ところで、上記保持治具においては、樹脂モールド後にロータコアと保持治具とを分離する際に、嵌合キーがロータコアのキーを開放するまで、すなわち嵌合キーの温度が低下するまで待つ必要がある。このため、ロータコアなどの積層鉄心の位置決めにおいては、手間を要するものとなっている。

本発明の目的は、容易に位置決めできる積層鉄心の位置決め方法を提供することにある。

上記目的を達成するための積層鉄心の位置決め方法は、複数の鋼板を積層することにより構成され、中心孔を有する積層鉄心における前記鋼板の各々を位置決めする積層鉄心の位置決め方法であって、前記中心孔に治具を遊嵌した後、前記治具と前記積層鉄心とを前記中心孔の中心軸線を中心に相対回転させることにより、前記積層鉄心の径方向において前記中心孔の内周面と前記治具の外周面とを接触させて前記鋼板の各々の前記径方向における位置決めを行う。

同方法によれば、中心孔に遊嵌された治具と積層鉄心とを相対回転させることにより、各鋼板の径方向における位置決めが行われる。治具は中心孔に遊嵌されるため、積層鉄心に対して治具を容易に着脱できる。また、治具と積層鉄心とを相対回転させるという簡易な方法により各鋼板の径方向における位置決めが行われる。したがって、積層鉄心を容易に位置決めできる。

一実施形態におけるロータを示す斜視図。 ロータを示す縦断面図。 挿入部が挿入されたロータコアを示す縦断面図。 挿入部が挿入位置にある状態のロータコアを示す横断面図。 図４のＡ部を拡大して示す拡大断面図。 挿入部が規制位置にある状態のロータコアを示す拡大断面図。 磁石収容孔に磁石が収容された状態のロータコアを示す縦断面図。 磁石収容孔に樹脂が充填された状態のロータコアを示す縦断面図。 第１変更例の挿入部が挿入位置にある状態のロータコアを示す拡大断面図。 第１変更例の挿入部が規制位置にある状態のロータコアを示す拡大断面図。 第２変更例の挿入部が中心孔に挿入された状態のロータコアを示す横断面図。

以下、図１～図８を参照して、積層鉄心の位置決め方法を回転電機のロータコアの位置決め方法として具体化した一実施形態について説明する。
まず、回転電機のロータ１０について説明する。

図１及び図２に示すように、ロータ１０は、中心孔２２を有する円筒状のロータコア２０を備えている。中心孔２２には、図示しないシャフトが挿通されている。ロータコア２０は、複数の鋼板２１が積層されることにより構成されている。鋼板２１は、例えば珪素鋼板を打ち抜くことにより形成されている。

以降において、中心孔２２の中心軸線Ｃが延びる方向を軸線方向と称する。また、中心軸線Ｃを中心とするロータコア２０の周方向を単に周方向と称し、中心軸線Ｃを中心とするロータコア２０の径方向を単に径方向と称する。また、図１において時計回りに向かう側を周方向の一方側とし、反時計回りに向かう側を周方向の他方側として説明する。なお、鋼板２１の積層方向は、軸線方向と一致している。

図１に示すように、中心孔２２の大部分は、中心軸線Ｃを中心とした仮想円上に位置する円形状をなしている。
中心孔２２の内周面２２ａには、径方向の内側に向かって突出した一対のキー部２３が軸線方向の全体にわたって設けられている。一対のキー部２３は、径方向において互いに対向して設けられている。キー部２３の軸線方向に直交する断面形状は、略正方形状をなしている。キー部２３の先端は、上記仮想円よりも径方向の内側に位置している。

中心孔２２の内周面２２ａのうち、各キー部２３における周方向の両側の部分には、径方向の外側に窪んだ窪み部２４が軸線方向の全体にわたって設けられている。
ロータコア２０における中心孔２２よりも外周側の部分には、複数の磁石収容孔２５が周方向に互いに間隔をおいて設けられている。より詳しくは、ロータコア２０には、周方向において互いに隣り合う都合八対の磁石収容孔２５が設けられている。磁石収容孔２５の軸線方向に直交する断面形状は、長尺状をなしている。一対の磁石収容孔２５は、互いに近接するほど径方向の内側に位置している。

図２に示すように、各磁石収容孔２５には、軸線方向に沿って延在する板状の磁石３０が収容されている。各磁石収容孔２５の内部には、磁石３０を固定するための樹脂３１が充填されている。本実施形態では、樹脂３１により各鋼板２１同士が接合されている。なお、樹脂３１としてはエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂が好ましい。

次に、ロータコア２０の位置決め方法を含むロータ１０の製造方法について説明する。
図３～図５を参照して、まず、ロータコア２０を位置決めするための治具４０について説明する。

図３に示すように、治具４０は、ロータコア２０の下面全体を支持するベース部４１と、ベース部４１から突出するとともに、ロータコア２０の中心孔２２に挿入される略円柱状の挿入部４２とを有している。治具４０は、例えばステンレス鋼などの金属材料により形成されている。

ベース部４１の中央部には、挿入部４２の基端が挿入される挿入孔４１ａが設けられている。挿入孔４１ａ内には、挿入部４２を回転可能に支持する軸受４６が設けられている。

挿入部４２の基端は、挿入部４２を回転駆動するサーボモータＭの出力軸に連結されている。したがって、本実施形態の挿入部４２は、ベース部４１に対して回転可能に設けられている。

図４及び図５に示すように、挿入部４２は、円柱状の本体部４３を有している。本体部４３の直径は、中心孔２２の直径よりも小さい。
また、挿入部４２は、本体部４３から径方向の外側に向かって突出するとともに、挿入部４２の突出方向に沿って延びる一対の突条４４を有している。突条４４は、挿入部４２における上記突出方向の全体にわたって延びている。一対の突条４４は、挿入部４２の中心軸線を挟んで互いに反対側に設けられている。

図５に示すように、突条４４の外周面４４ａは、中心孔２２と略同一の曲率半径にて中心孔２２の内周面２２ａに沿って湾曲している。したがって、挿入部４２の直径の最大値、すなわち、径方向における外周面４４ａ同士の距離は、中心孔２２の直径と略同一である。

突条４４の周方向の一方側における第１側面４４ｂは、周方向に直交する平面である。突条４４の周方向の他方側における第２側面４４ｃは、径方向の内側にむかうほど周方向の他方側に位置するように傾斜した傾斜面である。

突条４４の周方向における最大幅、すなわち、第１側面４４ｂと第２側面４４ｃとの距離の最大値は、窪み部２４の周方向における開口幅の最大値よりも小さい。
また、挿入部４２は、各突条４４の周方向の一方側に隣接して設けられた一対の溝部４５を有している。溝部４５は、突条４４に連なって設けられている。溝部４５は、キー部２３の先端よりも径方向の内側に窪んでいる。溝部４５の底面４５ａは、中心孔２２よりも小さい曲率半径にて中心孔２２の内周面２２ａに沿って湾曲している。

溝部４５の周方向の一方側における第１側面４５ｂ及び周方向の他方側における第２側面４５ｃは、共に周方向に直交する平面である。
突条４４の第１側面４４ｂと、溝部４５の第２側面４５ｃとは、同一平面上に位置して連なっている。

次に、ロータ１０の製造方法について説明する。
図３に示すように、まず、ロータコア２０の中心孔２２に治具４０の挿入部４２を挿入する。このとき、図４及び図５に示すように、周方向の他方側においてキー部２３に隣接する窪み部２４に突条４４を対向させた状態で、中心孔２２に挿入部４２を挿入する。

ここで、上述したように、本体部４３の直径は、中心孔２２の直径よりも小さい。また、突条４４の周方向における最大幅は、窪み部２４の周方向における開口幅の最大値よりも小さい。また、溝部４５は、キー部２３の先端よりも径方向の内側に窪んでいる。以上のことから、挿入部４２は、中心孔２２に遊嵌される。換言すると、挿入部４２は、中心孔２２の内周面２２ａとの間に隙間を有した状態で中心孔２２に挿入される。以降において、このときのロータコア２０に対する挿入部４２の位置を挿入位置と称する。

図６に示すように、次に、サーボモータＭを駆動することにより、中心軸線Ｃを中心に挿入部４２を周方向の一方側から他方側に向けて回転させる。これにより、突条４４が中心孔２２の内周面２２ａ上を摺動する。したがって、突条４４の外周面４４ａと中心孔２２の内周面２２ａとが径方向において接触する。また、溝部４５が周方向の一方側から他方側に向かって移動することで、溝部４５の第１側面４５ｂと、キー部２３における周方向の一方側の側面２３ａとが周方向において接触する。これにより、周方向の一方側から他方側に向かう挿入部４２の回転が規制される。以降において、このときのロータコア２０に対する挿入部４２の位置を規制位置と称する。

なお、本実施形態における挿入部４２の回転時には、ロータコア２０の外周面が図示しない治具により支持されている。これにより、挿入部４２の回転によって、より詳しくは、挿入部４２とロータコア２０との間に生じる摩擦力によってロータコア２０が回転することが規制されている。

図７に示すように、次に、ロータコア２０の各磁石収容孔２５に磁石３０を収容する。
図８に示すように、次に、ロータコア２０の上面にカルプレート５０を載置する。カルプレート５０は、各磁石収容孔２５に連なる複数の注入口５１を有している。各注入口５１に樹脂３１を注入することで、カルプレート５０を介して各磁石収容孔２５の内部に樹脂３１を充填する。

次に、図示しない加熱装置によりロータコア２０全体を加熱することにより、熱硬化性の樹脂３１を熱硬化させる。これにより、各鋼板２１同士を接合するとともに、ロータコア２０に対して磁石３０を固定する。

このようにしてロータ１０が製造される。
なお、ロータ１０から治具４０を取り外す際は、挿入部４２を周方向の他方側から一方側に向けて回転させることで、挿入部４２の位置を規制位置から挿入位置に切り替えた状態で行う。

本実施形態の作用について説明する。
中心孔２２に遊嵌された治具４０の挿入部４２をロータコア２０に対して回転させることにより、突条４４の外周面４４ａと中心孔２２の内周面２２ａとが径方向において接触する。これにより、各鋼板２１の径方向における位置決めが行われる。挿入部４２は中心孔２２に遊嵌されるため、ロータコア２０に対して治具４０を容易に着脱できる。また、挿入位置と規制位置との間で挿入部４２をロータコア２０に対して回転させるという簡易な方法により各鋼板２１の径方向における位置決めが行われる。

本実施形態の効果について説明する。
（１）中心孔２２に治具４０の挿入部４２を遊嵌した後、ロータコア２０に対して挿入部４２を中心孔２２の中心軸線Ｃを中心に回転させることにより、ロータコア２０の径方向において中心孔２２の内周面２２ａと突条４４の外周面４４ａとを接触させて各鋼板２１の径方向における位置決めを行う。

こうした方法によれば、上述した作用を奏することから、ロータコア２０を容易に位置決めできる。
（２）ロータコア２０に対して挿入部４２を回転させることにより、ロータコア２０の周方向においてキー部２３の側面２３ａと溝部４５の第１側面４５ｂとを接触させて各鋼板２１の周方向における位置決めを行う。

こうした方法によれば、各鋼板２１の周方向における位置決めが行われるため、ロータコア２０の位置決め精度を向上させることができる。
また、ロータコア２０においては、各磁石収容孔２５の周方向における位置が揃うため、各磁石収容孔２５に磁石３０を容易に収容することができる。したがって、ロータコア２０を容易に製造することができる。

（３）ロータコア２０に対して治具４０の挿入部４２を回転させることにより、中心孔２２の内周面２２ａと突条４４の外周面４４ａとを接触させる。
例えば、治具４０に対してロータコア２０を回転させる場合は、ロータコア２０を保持するとともに各鋼板２１を一括して回転させる必要があるため、ロータコア２０を保持するための装置が複雑となるおそれがある。

この点、本実施形態の位置決め方法によれば、ロータコア２０に対して治具４０の挿入部４２を回転させるため、上述した不都合が生じることを抑制できる。したがって、ロータコア２０を一層容易に位置決めできる。

＜変更例＞
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

なお、以下の図９～図１１に示す第１変更例及び第２変更例において、上記実施形態と同一の構成については同一の符号を付すとともに、対応する構成については、上記実施形態の符号「＊＊」にそれぞれ「１００」及び「２００」を加算した符号を付すことにより、重複した説明を省略する。

・本実施形態では、ロータコア２０に対して治具４０の挿入部４２を回転させることで、ロータコア２０の位置決めを行ったが、治具４０に対してロータコア２０を回転させることで、ロータコア２０の位置決めを行ってもよい。また、治具４０とロータコア２０とを周方向において互いに逆向きに回転させることで、ロータコア２０の位置決めを行ってもよい。

・図９及び図１０に示すように、挿入部１４２は、各溝部４５に代えて、本体部１４３の回転に同期して周方向に沿って移動する円柱状の一対のピン６０を有するものであってもよい。この構成によれば、本体部１４３の回転に伴ってピン６０がキー部２３の側面２３ａに接触するため、上述した効果（２）に準じた効果を奏することができる。また、こうしたピン６０を、例えばロータコア２０に軸線方向に貫通して設けられた肉抜き穴に対応する位置に設けることもできる。この構成であっても、本体部１４３を回転させることで、ピン６０の外周面と、上記肉抜き穴の内周面とが接触するため、上述した効果（２）に準じた効果を奏することができる。

・溝部４５を省略することもできる。この構成であっても上述した効果（１）に準じた効果を奏することができる。また、この構成によれば、図１１に示すように、キー部２３を有していない中心孔２２が設けられたロータコア２０であっても、突条２４４の外周面と中心孔２２の内周面２２ａとが径方向において接触する。このため、各鋼板２１の径方向における位置決めを行うことができる。なお、本変更例の中心孔２２は、周方向に互いに間隔をおいて設けられた３つの窪み部２２４を有している。挿入部２４２は、各窪み部２２４に対応して設けられた３つの突条２４４を有している。同図に二点鎖線にて示すように、挿入部２４２を周方向に回転させることで、突条２４４が中心孔２２の内周面２２ａ上を摺動する。

・サーボモータＭを省略することもできる。この場合、挿入部４２の端部に対して工具などを係合させるとともに、当該工具を中心軸線Ｃを中心に回転させることにより、挿入部４２を回転させればよい。

・ロータコア２０の外周面を溶接することにより各鋼板２１を互いに接合する場合や、鋼板２１同士を軸線方向において互いにかしめ結合する場合であっても、本実施形態における積層鉄心の位置決め方法を適用することができる。

・本実施形態の積層鉄心の位置決め方法は、複数枚の鋼板２１同士が互いにかしめられてなるコアブロックが複数積層されることにより構成されたロータコアに対しても適用することができる。

・本実施形態では、積層鉄心の位置決め方法の一例として回転電機のロータコア２０の位置決め方法を例示したが、同様の方法を回転電機のステータコアの位置決め方法に対して適用することも可能である。

Ｃ…中心軸線
Ｍ…サーボモータ
１０…ロータ
２０…ロータコア
２１…鋼板
２２…中心孔
２２ａ…内周面
２３…キー部
２３ａ…側面
２４，２２４…窪み部
２５…磁石収容孔
３０…磁石
３１…樹脂
４０…治具
４１…ベース部
４１ａ…挿入孔
４２，１４２，２４２…挿入部
４３，１４３，２４３…本体部
４４，１４４，２４４…突条
４４ａ，１４４ａ…外周面
４４ｂ，１４４ｂ…第１側面
４４ｃ，１４４ｃ…第２側面
４５…溝部
４５ａ…底面
４５ｂ…第１側面
４５ｃ…第２側面
４６…軸受
５０…カルプレート
５１…注入口
６０…ピン

Claims (4)

1. 複数の鋼板を積層することにより構成され、中心孔を有する積層鉄心における前記鋼板の各々を位置決めする積層鉄心の位置決め方法であって、
   前記中心孔に治具を遊嵌した後、前記積層鉄心に対して前記中心孔の中心軸線を中心に前記治具を回転させることにより、前記積層鉄心の径方向において前記中心孔の内周面と前記治具の外周面とを接触させて前記鋼板の各々の前記径方向における位置決めを行う、
   積層鉄心の位置決め方法。
2. 複数の鋼板を積層することにより構成され、中心孔を有する積層鉄心における前記鋼板の各々を位置決めする積層鉄心の位置決め方法であって、
   前記中心孔に治具を遊嵌した後、前記治具と前記積層鉄心とを前記中心孔の中心軸線を中心に相対回転させることにより、前記積層鉄心の径方向において前記中心孔の内周面と前記治具の外周面とを接触させて前記鋼板の各々の前記径方向における位置決めを行うとともに、前記積層鉄心の周方向において前記中心孔の内周面と前記治具の外周面とを接触させて前記鋼板の各々の前記周方向における位置決めを行う、
   積層鉄心の位置決め方法。
3. 前記治具と前記積層鉄心とを相対回転させることにより、前記積層鉄心の周方向において前記中心孔の内周面と前記治具の外周面とを接触させて前記鋼板の各々の前記周方向における位置決めを行う、
   請求項１に記載の積層鉄心の位置決め方法。
4. 前記積層鉄心に対して前記治具を回転させることにより、前記積層鉄心の内周面と前記治具の外周面とを接触させる、
   請求項２に記載の積層鉄心の位置決め方法。