(57)【要約】【課題】本発明は、ロータ製造装置に係り、ロータアッシーの効果的な冷却を行うことで冷却時間を短縮させることにある。【解決手段】積層鋼板からなるロータコアに形成された貫通穴に中空のシャフトが挿入されたロータアッシーを冷却することにより、シャフトとロータコアとを互いに固定するロータ製造装置は、シャフトの中空穴内に挿入配置され、該シャフトの、ロータコアと径方向で対向する内面に向けて冷却媒体としての気体を供給する内側冷却治具と、ロータコアの外側に配置され、該ロータコアの外面に向けて冷却媒体としての気体を供給する外側冷却治具と、を備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層鋼板からなるロータコアに形成された貫通穴に中空のシャフトが挿入されたロータアッシーを冷却することにより、前記シャフトと前記ロータコアとを互いに固定するロータ製造装置であって、
前記シャフトの中空穴内に挿入配置され、該シャフトの、前記ロータコアと径方向で対向する内面に向けて冷却媒体としての気体を供給する内側冷却治具と、
前記ロータコアの外側に配置され、該ロータコアの外面に向けて冷却媒体としての気体を供給する外側冷却治具と、
を備えることを特徴とするロータ製造装置。
【請求項２】
前記外側冷却治具は、前記ロータコアの外面略全周に亘って前記気体を供給することを特徴とする請求項１記載のロータ製造装置。
【請求項３】
前記外側冷却治具は、ロータ軸方向の一方側から他方側に向けて延びる筒状の配管と、該配管に開いた前記気体が吐出する孔と、を有することを特徴とする請求項２記載のロータ製造装置。
【請求項４】
前記気体は、前記配管内をロータ軸方向の一方側の入口から他方側の出口に向けて流通することを特徴とする請求項３記載のロータ製造装置。
【請求項５】
前記配管は、前記ロータコアを外周側から囲むように螺旋状に形成されていることを特徴とする請求項４記載のロータ製造装置。
【請求項６】
前記孔は、前記配管にロータ軸方向の他方側に向くように形成されていることを特徴とする請求項５記載のロータ製造装置。
【請求項７】
前記内側冷却治具は、ロータ軸方向に直線状に延びる筒状の配管と、該配管に開いた前記気体が吐出する孔と、を有することを特徴とする請求項１記載のロータ製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層鋼板からなるロータコアに形成された貫通穴に中空のシャフトが挿入されたロータアッシーを冷却することにより、シャフトとロータコアとを互いに固定するうえで好適なロータ製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータの構成部品を冷却する製造装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この製造装置は、送風ファンを備えている。送風ファンは、モータ構成部品の表面に向けてミストを吹き付ける。ミストが吹き付けられると、モータ構成部品は、ミストの気化熱により均一かつ効率的に冷却される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１３１７７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、モータの構成部品としては、積層鋼板からなるロータコアに形成された貫通穴に中空のシャフトが挿入されたロータアッシーがある。ロータアッシーの製造段階では、まず、ロータコアの加熱により貫通穴の径が大きくされた後にその貫通穴にシャフトが挿入され、その後、ロータアッシーの冷却によって貫通穴の径が小さくされることによりシャフトとロータコアとが互いに固定される。このロータアッシーの冷却が、上記特許文献１記載の技術の如く、送風ファンによるロータアッシー表面へのミスト吹き付けにより実現されるものとすると、冷却時間は短くなるが、ミストの種類によってはロータアッシーに錆が発生する可能性がある。これに対処するため、錆が発生しないミストを採用することも考えられるが、この様なミストはコスト面で不利である。
【０００５】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、ロータアッシーの効率的な冷却を錆の発生を抑制しつつ行うことが可能なロータ製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的は、積層鋼板からなるロータコアに形成された貫通穴に中空のシャフトが挿入されたロータアッシーを冷却することにより、前記シャフトと前記ロータコアとを互いに固定するロータ製造装置であって、前記シャフトの中空穴内に挿入配置され、該シャフトの、前記ロータコアと径方向で対向する内面に向けて冷却媒体としての気体を供給する内側冷却治具と、前記ロータコアの外側に配置され、該ロータコアの外面に向けて冷却媒体としての気体を供給する外側冷却治具と、を備えるロータ製造装置により達成される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ロータアッシーの効率的な冷却を錆の発生を抑制しつつ行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施例であるロータ製造装置の構成図である。
【図２】本実施例のロータ製造装置により製造されるロータアッシーの構成図である。
【図３】本実施例のロータ製造装置が備える冷却治具の構成図である。
【図４】本実施例のロータ製造装置が備える冷却治具によるロータアッシーの冷却手法を説明するための図である。
【図５】本実施例のロータ製造装置が備える冷却治具によるロータアッシーの冷却手法を説明するための図である。
【図６】本発明の変形例であるロータ製造装置が備える冷却治具のエア吹き出し方向を表した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を用いて、本発明に係るロータ製造装置の具体的な実施の形態について説明する。
【００１０】
図１は、本発明の一実施例であるロータ製造装置１０の構成図を示す。図２は、本実施例のロータ製造装置１０により製造されるロータアッシー１２の構成図を示す。また、図３は、本実施例のロータ製造装置１０が備える２つの冷却治具１４，１６の構成図を示す。尚、図３（Ａ）には一方の冷却治具１２の構成図を、また、図３（Ｂ）には他方の冷却治具１４の構成図を、それぞれ示す。
【００１１】
本実施例において、ロータ製造装置１０は、例えば三相交流モータなどの回転電機に用いられるロータアッシー１２を製造する装置である。ロータアッシー１２は、ステータに対して軸回りに回転可能な部材である。ロータアッシー１２は、軸方向に延びるシャフト２０と、シャフト２０の外周側に配設されるロータコア２２と、を有している。シャフト２０は、軸方向に貫通する中空穴２４を有する中空状に形成される円筒部材である。また、ロータコア２２は、絶縁コーティングされた複数の電磁鋼板が軸方向に積層されることにより形成される部材である。
【００１２】
ロータコア２２の軸中心には、シャフト２０が挿入される円状の貫通穴２６が形成されている。貫通穴２６は、ロータコア２２の各電磁鋼板の軸中心に開いている。貫通穴２６は、常温においてシャフト２０の外径と略同じ径を有している。シャフト２０は、ロータコア２２の貫通穴２６に挿入される。ロータアッシー１２は、シャフト２０がロータコア２２の貫通穴２６に挿入された状態でシャフト２０とロータコア２２とが互いに固定されることによりシャフト２０とロータコア２２とが一体化するように組み立てられる。
【００１３】
ロータアッシー１２におけるシャフト２０とロータコア２２との固定は、ロータコア２２が加熱されることにより貫通穴２６の径が大きくされた後にその貫通穴２４にシャフト２０が挿入され、その後、貫通穴２６にシャフト２０が挿入されたロータコア２２の冷却によって貫通穴２６の径が小さくされることにより実現される。
【００１４】
ロータ製造装置１０は、ロータコア２２の貫通穴２６にシャフト２０が挿入されたロータアッシー１２を冷却する冷却治具１４，１６を備えている。冷却治具１４，１６は、ロータアッシー１２を冷却することによりシャフト２０とロータコア２２とを互いに固定する役割を有している。
【００１５】
冷却治具１４は、ロータアッシー１２を内周側から冷却する内側冷却治具である。以下、冷却治具１４を内側冷却治具１４と称す。内側冷却治具１４は、ロータアッシー１２の製造時においてシャフト２０の中空穴２４内に挿入配置される丸棒状に形成された部材である。内側冷却治具１４は、軸方向に直線状に延びる円筒状に形成された例えば銅製の配管３０と、配管３０の壁面に開いたエア吹き出し孔３２と、を有している。
【００１６】
配管３０は、シャフト２０の中空穴２４の内径よりも小さいその外径を有するように構成されている。エア吹き出し孔３２は、配管３０に複数設けられている。エア吹き出し孔３２は、配管３０の壁面に、ロータ軸回りにおいて所定角度（例えば９０°）ごとに形成されていると共に、軸方向所定間隔で形成されている。
【００１７】
内側冷却治具１４には、ロータアッシー１２を冷却するための圧縮エアが供給される。内側冷却治具１４に供給される圧縮エアの温度は、大気温度（常温）よりも低い温度に設定されている。圧縮エアは、内側冷却治具１４に対して直線状の配管３０の一方側から他方側に向けて供給される。圧縮エアの一部は、配管３０内を流通する過程でその配管３０の内部からエア吹き出し孔３２を介して配管３０の外部へ吐出される。エア吹き出し孔３２から吐出した圧縮エアは、エア圧開放されてシャフト２０の中空穴２４内の内面（具体的には、シャフト２０の、少なくともロータコア２２と径方向で対向する内面）に吹き付けられる。
【００１８】
冷却治具１６は、ロータアッシー１２を外周側から冷却する外側冷却治具である。以下、冷却治具１６を外側冷却治具１６と称す。外側冷却治具１６は、ロータアッシー１２の製造時においてロータコア２２の外周側に配置される螺旋状に形成された部材である。外側冷却治具１６は、ロータ軸回りに螺旋状に延びる円筒状に形成された例えば銅製の配管３４と、配管３４の壁面に開いたエア吹き出し孔３６と、を有している。
【００１９】
配管３４は、ロータコア２２の外周に沿ってそのロータコア２２を外周側から取り囲むように螺旋状に形成されている。エア吹き出し孔３６は、配管３４に複数設けられている。エア吹き出し孔３６は、配管３４の壁面に、ロータ軸回りにおいて所定角度（例えば、４５°）ごとに形成されている。エア吹き出し孔３６は、配管３４の、ロータコア２２に臨むロータ軸側の面に形成されており、螺旋中心に向くように配管３４に設けられている。
【００２０】
外側冷却治具１６には、ロータアッシー１２を冷却するための圧縮エアが供給される。外側冷却治具１６に供給される圧縮エアの温度は、大気温度（常温）よりも低い温度に設定されている。圧縮エアは、外側冷却治具１６に対して螺旋状の配管３４の一方側から他方側に向けて供給される。圧縮エアの一部は、配管３４内を流通する過程でその配管３４の内部からエア吹き出し孔３６を介して配管３４の外部へ吐出される。エア吹き出し孔３６から吐出した圧縮エアは、エア圧開放されてロータコア２２の外周面に吹き付けられる。外側冷却治具１６は、ロータコア２２の外周面略全周に亘ってエアを供給する。
【００２１】
次に、図４及び図５を参照して、本実施例のロータ製造装置１０によりロータアッシー１２を製造する製造手順について説明する。
【００２２】
図４及び図５はそれぞれ、本実施例のロータ製造装置１０が備える冷却治具１４，１６によるロータアッシー１２の冷却手法を説明するための図を示す。尚、図４にはロータ軸に対して平行に切断した際の断面図を、また、図５にはロータ軸に対して垂直に切断した際の断面図を、それぞれ示す。
【００２３】
本実施例においては、ロータアッシー１２の製造過程で、まず、そのロータアッシー１２を構成するロータコア２２が、大気温度（常温）よりも高い所定温度まで加熱される。ロータコア２２が加熱されると、そのロータコア２２の軸中心に形成されている貫通穴２６の径が常温下での径に比べて大きくなる。
【００２４】
上記の如くロータコア２２の加熱により貫通穴２６の径が大きくされた後、その貫通穴２６にシャフト２０が挿入される。シャフト２０の外径は、常温においてロータコア２２の貫通穴２６の径と略同じであるが、上記の如くロータコア２２の加熱により貫通穴２６の径が大きくされていれば、その貫通穴２６へのシャフト２０の挿入が容易となる。
【００２５】
ロータコア２２の貫通穴２６にシャフト２０が挿入されると、次に、そのロータコア２２の貫通穴２６にシャフト２０が挿入されたロータアッシー１２に対して、ロータ製造装置１０の冷却治具１４，１６が配置される。具体的には、内側冷却治具１４がシャフト２０の中空穴２４内に挿入配置されると共に、外側冷却治具１６がロータコア２２の外周側に配置される。
【００２６】
また、ロータアッシー１２は、ロータ軸が鉛直方向に向くようにロータ製造装置１０に対してセットされると共に、内側冷却治具１４は、エア入口がロータ軸方向の上方側に位置しかつエア出口がロータ軸方向の下方側に位置するように配置され、かつ、外側冷却治具１６は、エア入口がロータ軸方向の上方側に位置しかつエア出口がロータ軸方向の下方側に位置するように配置される。
【００２７】
上記の如く冷却治具１４，１６がロータコア２２の貫通穴２６にシャフト２０が挿入されたロータアッシー１２に対して配置されると、次に、冷却治具１４，１６それぞれのエア入口から圧縮エア（気体）が供給される。かかる圧縮エアの供給がなされると、その圧縮エアが冷却治具１４，１６の配管３０，３４内を流通する。
【００２８】
圧縮エアが内側冷却治具１４の配管３０内を流通する過程で、その圧縮エアの一部が図４及び図５に矢印で示す如く、エア吹き出し孔３２から配管３０の外部に吐出される。圧縮エアがエア吹き出し孔３２から配管３０の外部に吐出されると、その圧縮エアがエア圧開放されてシャフト２０の中空穴２４内の内面に吹き付けられる。圧縮エアの温度は、大気温度（常温）よりも低い。このため、かかる吹き付けが行われると、ロータアッシー１２がシャフト２０の中空穴２４内の内面側から冷却される。
【００２９】
また、圧縮エアが外側冷却治具１６の配管３４内を流通する過程で、その圧縮エアの一部が図４及び図５に矢印で示す如く、エア吹き出し孔３６から配管３４の外部に吐出される。圧縮エアがエア吹き出し孔３６から配管３４の外部に吐出されると、その圧縮エアがエア圧開放されてロータコア２２の外周面に吹き付けられる。圧縮エアの温度は、大気温度（常温）よりも低い。このため、かかる吹き付けが行われると、ロータアッシー１２がロータコア２２の外面側から冷却される。
【００３０】
このように、ロータアッシー１２がシャフト２０の内面側及びロータコア２２の外面側から冷却されると、その冷却の実施前後で、ロータコア２２の軸中心に形成されている貫通穴２６の径が小さくなる。貫通穴２６の径が小さくなると、その貫通穴２６に挿入されているシャフト２０がロータコア２２に固定される。従って、本実施例のロータ製造装置１０によれば、加熱後に貫通穴２６にシャフト２０が挿入されたロータコア２２を、冷却治具１４，１６を用いて冷却することにより、シャフト２０とロータコア２２とを互いに固定したロータアッシー１２を製造することができる。
【００３１】
ロータアッシー１２の内径側（すなわち、シャフト２０の中空穴２４内やロータコア２２の内面側）は、ロータアッシー１２の外径側（すなわち、ロータコア２２の外面側）に比べて熱が蓄積し易い部位である。このため、ロータアッシー１２の冷却が外側冷却治具１６を用いて外径側からだけで行われると、ロータアッシー１２が冷却され難くなり、その冷却時間が長時間となるおそれがある。
【００３２】
これに対して、本実施例のロータ製造装置１０においては、シャフト２０とロータコア２２とを互いに固定するためのロータアッシー１２の冷却が、ロータコア２２の外周側に配置された外側冷却治具１６を用いてロータコア２２の外面側から行われると共に、同時に、シャフト２０の中空穴２４内に挿入配置された内側冷却治具１４を用いてシャフト２０の内面側から行われる。
【００３３】
この点、本実施例のロータ製造装置１０によれば、ロータアッシー１２の冷却をロータコア２２の外面側からだけでなくシャフト２０の中空穴２４内からも行うことができるので、ロータアッシー１２の効果的な冷却を実現することができる。従って、本実施例のロータ製造装置１０によれば、ロータアッシー１２の冷却をロータコア２２の外面側からだけで行うものに比べて、シャフト２０とロータコア２２とを互いに固定するために必要なロータアッシー１２を冷却する冷却時間を短縮させることができる。
【００３４】
ところで、圧縮エアが内側冷却治具１４の配管３０内又は外側冷却治具１６の配管３４内を流通する過程でエア吹き出し孔３２，３６から吐出される圧縮エアの圧力は、配管３０，３４の最上流側のエア吹き出し孔３２，３６から最下流側のエア吹き出し孔３２，３６にかけて順に低下する。エア吹き出し孔３２，３６から吐出される圧縮エアの圧力が低いと、圧縮エアがシャフト２０の中空穴２４内の内面に吹き付けられる力が小さいので、ロータアッシー１２の軸方向下部側ほど冷却性能が低下してしまう。
【００３５】
これに対して、本実施例のロータ製造装置１０においては、上記の如く、ロータアッシー１２が、ロータ軸が鉛直方向に向くようにロータ製造装置１０に対してセットされると共に、内側冷却治具１４が、エア入口がロータ軸方向の上部側に位置しかつエア出口がロータ軸方向の下部側に位置するように配置され、かつ、外側冷却治具１６が、エア入口がロータ軸方向の上部側に位置しかつエア出口がロータ軸方向の下部側に位置するように配置される。
【００３６】
かかる構造において、冷却治具１４，１６のエア吹き出し孔３２，３６から吐出された圧縮エアは、ロータアッシー１２のシャフト２０内面及びロータコア２２の外面に当たった後、重力作用によりその面に沿ってロータ軸方向下方側へ流れる。この場合は、ロータアッシー１２の、エア吹き出し孔３２，３６から吐出される圧縮エアの圧力が低い配管下流側に対向する軸方向下部側に、そのエア吹き出し孔３２，３６から直接にエアが供給されると共に、更に、重力作用によって軸方向上部側から側面に沿って流れるエアが供給される。このため、本実施例のロータ製造装置１０によれば、冷却治具１４，１６のエア吹き出し孔３２，３６から吐出される圧縮エアの圧力が配管下流側のエア吹き出し孔３２，３６ほど低くても、ロータアッシー１２の軸方向下部側に対する冷却性能が低下するのを抑制することができる。
【００３７】
また、本実施例のロータ製造装置１０において、冷却治具１４，１６において使用されるロータアッシー（少なくともロータコア２２）を冷却する冷却媒体は、圧縮エアであるので、ロータアッシー１２を冷却・製造するうえで、ミストを含む液体は使用されない。このため、本実施例によれば、ロータアッシー１２を冷却・製造するうえでの防錆性を確保することができる。
【００３８】
更に、本実施例のロータ製造装置１０において、シャフト２０の中空穴２４側から冷却する内側冷却治具１４は、ロータ軸方向に直線状に延びており、ロータ軸方向の一方側のエア入口から他方側のエア出口に向けて圧縮エアを供給する配管３０からなるものである。また、ロータアッシー１２を外周側から冷却する外側冷却治具１６は、ロータコア２２の外周側に配置されるロータ軸回りに螺旋状に延びており、ロータ軸方向の一方側のエア入口から他方側のエア出口に向けて圧縮エアを供給する配管３４からなるものである。
【００３９】
このため、本実施例によれば、ロータアッシー１２に向けて圧縮エアを供給する設備の簡素化を図ることができ、ロータアッシー１２を冷却する装置の肥大化・複雑化を防止することができる。
【００４０】
尚、上記の実施例においては、エア吹き出し孔３２，３６が特許請求の範囲に記載した「孔」に、大気温度よりも温度の低い圧縮エアが特許請求の範囲に記載した「冷却媒体」及び「気体」に、それぞれ相当している。
【００４１】
ところで、上記の実施例においては、ロータアッシー１２を外周側から冷却する外側冷却治具１６が、ロータコア２２の外周側に配置されるロータ軸回りに螺旋状に延びる一本の部材である。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、外側冷却治具１６として、ロータ軸方向に直線状に延びる部材を複数用意して、その各部材をロータ軸回りにおいて所定角度ごとに配置するものとしてもよい。
【００４２】
また、上記の実施例においては、外側冷却治具１６に、ロータコア２２の外面に圧縮エアを吹き出すエア吹き出し孔３６が形成されるが、このエア吹き出し孔３６は、圧縮エアがロータ軸に対して直交する方向（すなわち、水平方向）に吐出されるように螺旋状の配管３４に設けられていてもよいし、また、圧縮エアがロータ軸に対してエア入口側からエア出口側へ向けて斜め方向（すなわち、水平に対して斜め下方）に吐出されるように螺旋状の配管３４に設けられていてもよい。
【００４３】
図６に示す如く、エア吹き出し孔３６からの圧縮エアがロータ軸に対してエア入口側からエア出口側へ向けて斜め方向に吐出される構造においては、エア吹き出し孔３６からロータコア２２の外周面に吹き付けられた圧縮エアの、そのロータコア２２の外周面に沿ったロータ軸方向（具体的には、エア入口側からエア出口側への軸方向）への流れ（図６において破線矢印で示す。）が形成され易くなる。このため、かかる変形例によれば、外側冷却治具１６のエア吹き出し孔３６から吐出される圧縮エアの圧力が配管下流側のエア吹き出し孔３６ほど低くても、ロータアッシー１２の軸方向下部側に対する冷却性能が低下するのを抑制することが可能となる。
【００４４】
また、上記の実施例においては、外側冷却治具１６の配管３４にエア吹き出し孔３６をロータ軸周りにおいて所定角度（例えば４５°）ごとに形成すると共に、内側冷却治具１４の配管３０にエア吹き出し孔３２をロータ軸回りにおいて所定角度（例えば９０°）ごとに形成することとしている。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、外側冷却治具１６のエア吹き出し孔３６と内側冷却治具１４のエア吹き出し孔３２とを、ロータ軸回りにおいて同じ角度ごとに形成することとしてもよいし、また、異なる角度ごとに形成することとしてもよい。また、内側冷却治具１４のエア吹き出し孔３２をロータ軸方向に所定間隔で形成することとすればよく、シャフト２０の中空穴２４内の内面をロータ軸回りに均一に冷却することができれば、内側冷却治具１４のエア吹き出し孔３２をロータ軸回り方向に唯一つだけ形成することとしてもよい。
【００４５】
更に、上記の実施例においては、ロータアッシー１２を、ロータ軸が鉛直方向に向くようにロータ製造装置１０に対してセットすると共に、冷却治具１４，１６を、エア入口がロータ軸方向の上方側に位置しかつエア出口がロータ軸方向の下方側に位置するように配置することとしている。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、ロータアッシー１２を、ロータ軸方向が水平方向に向くようにロータ製造装置１０に対してセットすることとしてもよい。また、冷却治具１４，１６を、エア入口がロータ軸方向の下方側に位置しかつエア出口がロータ軸方向の上方側に位置するように配置することとしてもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１０  ロータ製造装置
１２  ロータアッシー
１４  内側冷却治具
１６  外側冷却治具
２０  シャフト
２２  ロータコア
２４  中空穴
３０，３４  配管
３２，３６  エア吹き出し孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2014239598.tif 000006
【図５】
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【図６】
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