(57)【要約】【課題】高い固定強度と高い組立て精度とを両立させることができ、かつ組立て時の作業安定性も実現することのできるロータ、回転電機及びロータの製造方法を提供すること。【解決手段】ロータ３は、中央にセンター孔６ａが形成され、その周囲に永久磁石７が配置されたロータコア６と、ローレット９が形成されたローレット形成部８ａとローレット９が形成されていないローレット非形成部８ｂとが周面に配置され、センター孔６ａ内にローレット形成部８ａとローレット非形成部８ｂとが存在するようにセンター孔６ａに緊密に挿入されたシャフト５と、を有する。【選択図】図２Ａ
2014033549.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央に孔部が形成され、その孔部周囲に磁石が配置されたロータコアと、
周面に部分的にローレットが形成されることにより、ローレットが形成されたローレット形成部とローレットが形成されていないローレット非形成部とが該周面に配置され、前記孔部内に前記ローレット形成部と前記ローレット非形成部とが存在するように前記孔部に緊密に挿入されたシャフトと、を有するロータ。
【請求項２】
前記ローレット形成部が、前記シャフトの軸方向に沿って延びるように、かつ前記シャフトの周方向に沿って離散的に所定間隔で形成されている、請求項１に記載のロータ。
【請求項３】
前記ローレット形成部の配置個数は、４の倍数個である、請求項１又は請求項２に記載のロータ。
【請求項４】
前記ローレットが、前記シャフトの軸方向に沿って延びる凹溝である、請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載のロータ。
【請求項５】
前記シャフトの周面からの前記ローレットの突出量が５０μｍ以下である、請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載のロータ。
【請求項６】
前記ロータコアの外周面と前記孔部との間に、該ロータコア内部に磁石を挿入するための空隙部が形成され、
前記ローレット形成部が前記空隙部に対向しないように前記シャフトが前記孔部に挿入されている、請求項１から請求項５のうちいずれか１項に記載のロータ。
【請求項７】
前記空隙部は、前記ロータコアの外周面と連通している、請求項６に記載のロータ。
【請求項８】
請求項１から請求項７のうちいずれか１項に記載のロータと、
該ロータの周囲に配置されたステータと、を有する回転電機。
【請求項９】
シャフトの周面に部分的にローレットを形成することにより、ローレットが形成されたローレット形成部と、ローレットが形成されていないローレット非形成部とを前記シャフトの周面に配置するステップと、
前記シャフトを挿入するための孔部が中央に形成されたロータコアを加熱して前記シャフトを前記孔部に挿入する焼き嵌めプロセスを行い、前記ローレット形成部と前記ローレット非形成部とを前記孔部内に存在させるステップと、を有するロータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータ、回転電機及びロータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、インナーロータ型の回転電機におけるロータは、ロータコアの中心に形成された孔部にシャフトを挿入し、ロータコアとシャフトとを固定することによって製造される。コアとシャフトとを固定する方法として、孔部にシャフトを圧入する方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。また、シャフトの外周にローレット部を形成し、孔部に挿入する方法も提案されている（例えば、特許文献２を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１８７１７４号公報
【特許文献２】特開２０１１−２５４６０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
孔部にシャフトを圧入する方法においては、圧入時にシャフトに過大な負荷がかかり、シャフトの芯ずれを生じる可能性がある。圧入作業が安定せず、その結果、ロータコアの強度や精度にばらつきを生じる場合がある。圧入時に、シャフト外周と孔部との間に焼きつきが生じる場合もある。
【０００５】
ローレットによりシャフトと孔部とを固定する方法においては、充分な固定強度を確保するためにローレットの孔部への食い込み量、すなわちローレットのシャフト外周面からの突出量を大きくする必要がある。そうすると、シャフトと孔部との相対位置精度が悪化し、シャフトの芯ずれを生じる場合がある。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、高い固定強度と高い組立て精度とを両立させることができ、かつ組立て時の作業安定性も実現することのできるロータ、回転電機及びロータの製造方法を提供することを例示的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明の例示的側面としてのロータは、中央に孔部が形成され、その孔部周囲に磁石が配置されたロータコアと、周面に部分的にローレットが形成されることにより、ローレットが形成されたローレット形成部とローレットが形成されていないローレット非形成部とが周面に配置され、孔部内にローレット形成部とローレット非形成部とが存在するように孔部に緊密に挿入されたシャフトと、を有する。
【０００８】
ローレット形成部が、シャフトの軸方向に沿って延びるように、かつシャフトの周方向に沿って離散的に所定間隔で形成されていてもよい。
【０００９】
ローレット形成部の配置個数は、４の倍数個であってもよい。
【００１０】
ローレットが、シャフトの軸方向に沿って延びる凹溝であってもよい。
【００１１】
シャフトの周面からのローレットの突出量が５０μｍ以下であってもよい。
【００１２】
ロータコアの外周面と孔部との間に、ロータコア内部に磁石を挿入するための空隙部が形成され、ローレット形成部が空隙部に対向しないようにシャフトが孔部に挿入されていてもよい。
【００１３】
空隙部は、ロータコアの外周面と連通していてもよい。
【００１４】
本発明の他の例示的側面としての回転電機は、上記のロータと、ロータの周囲に配置されたステータと、を有する。回転電機は、例えば、電動機であっても発電機であってもよい。
【００１５】
本発明の、更に他の例示的側面としてのロータの製造方法は、シャフトの周面に部分的にローレットを形成することにより、ローレットが形成されたローレット形成部と、ローレットが形成されていないローレット非形成部とをシャフトの周面に配置するステップと、シャフトを挿入するための孔部が中央に形成されたロータコアを加熱してシャフトを孔部に挿入する焼き嵌めプロセスを行い、ローレット形成部とローレット非形成部とを孔部内に存在させるステップと、を有する。
【００１６】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下添付図面を参照して説明される好ましい実施の形態によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、高い固定強度と高い組立て精度とを両立させることができ、かつ組立て時の作業安定性も実現することができるロータ、回転電機及びロータの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態１に係るモータの分解斜視図である。
【図２Ａ】図１に示すモータが有するロータの軸方向断面図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示すロータの軸直交面による断面図である。
【図３】実施形態１に係るロータの製造方法を説明するフローチャートである。
【図４】シャフトにローレットを形成する工程を示す図である。
【図５】実施形態２に係るモータにおけるロータの軸直交面による断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［実施形態１］
以下、実施形態１に係る回転電機の一種としてのモータ１につき図面を用いて説明する。図１は、実施形態１に係るモータ１の分解斜視図である。このモータ１は、インナーロータ型のモータである。また、ロータ３に界磁としての永久磁石７（図２Ｂ参照）を用いるＰＭ形モータであり、特に、ロータコア内部に永久磁石７が配置されるＩＰＭ形モータである。モータ１は、モータケース２、ロータ（インナーロータ）３、ベアリング１２、ステータ（アウタステータ）４を有している。
【００２０】
モータケース２は、モータ１の外郭をなすケーシングであり、その上面に貫通孔２ａが開口されている。モータケース２内には、界磁としてのロータ３が配置されている。ロータ３は、シャフト５とロータコア６とを有している。モータケース２とロータ３との間に、ベアリング１２が配置されている。
【００２１】
シャフト５がベアリング１２の中心孔とモータケース２の貫通孔２ａとを貫通している。モータケース２にベアリング１２の外輪が連結され、ロータ３のシャフト５にベアリング１２の内輪が連結されることにより、ロータ３全体が、モータケース２に対してシャフト５の中心軸Ｘ回りに図中矢印α方向に回転可能とされている。ベアリング１２がモータケース２やロータ３に結合されておらず、モータケース２とロータ３とでベアリング１２を挟み込むように構成されていてもよい。ロータ３の下方には、モータケース２の下面側を覆う下カバー１３が配置されている。ロータ３と下カバー１３との間にもベアリング１２が配置され、ロータ３を回転可能に支持している。
【００２２】
なお、本明細書内では、便宜的に、図１における上下方向をモータ１における上下方向と定義し、上面、下面等の名称を用いる。しかしながら、モータの使用姿勢に応じて上下方向は図１における上下方向に限定されないのはもちろんである。
【００２３】
モータケース２内部には、ロータ３の外側にロータ３を囲むように電機子としてのステータ４が配置されている。ステータ４は、複数の電機子コイルを有している。電機子コイルは、ロータ３の永久磁石と一定の磁気的空隙を確保して、ロータ３の周囲に円周状にかつ列状に配置される。各々の電機子コイルは、２相、３相又はそれ以上の各相に対応する交流電源に接続されている。各相に異なる位相の電流が通電されると、電磁誘導作用によってロータ３が回転する。
【００２４】
図２Ａは、このモータ１が有するロータ３の軸方向断面図である。図２Ｂは、このロータ３の軸直交面による断面図である。図２Ｂでは、説明容易のため部分拡大して示している。また、図２Ａでは、ロータコア６にハッチングを付しているが、図２Ｂでは、永久磁石７及びシャフト５にハッチングを付している。ロータコア６は、全体として円柱形状を呈している。ロータコア６の材質としては、一般に鉄が用いられるが、磁性材料であればよく、珪素鋼板等も適用可能である。ロータコア６の中央には、中心軸Ｘ方向に延びるセンター孔（孔部）６ａが開口形成されている。このセンター孔６ａに、シャフト５が挿入される。
【００２５】
センター孔６ａは、概略的にはシャフト５の外径と同寸法の孔径である。実施形態１では、焼き嵌めによりシャフト５をロータコア６に結合するので、シャフト５とセンター孔６ａとは、常温においてしまり嵌めの関係である。また、焼き嵌め工程でロータコア６を所定温度に加熱すると、シャフト５とセンター孔６ａとはすき間嵌めの関係となる。
【００２６】
ロータコア６には、その外周面６ｃとセンター孔６ａとの間に、周状に複数の凹部（空隙部）６ｂが形成され、その凹部６ｂ内に各々永久磁石（磁石）７が配置されている。永久磁石７は、交互に異極となるように、円周状にかつ列状に配置されている。なお、センター孔６ａと凹部６ｂとで形成されるロータコア６の最小肉厚をｔとする。
【００２７】
最小肉厚ｔは、シャフト５の径、ロータコア６の材質、焼き嵌め代（すなわち、常温におけるシャフト５の径とセンター孔６ａの径との差）等に応じて調整される。ロータコア６ａに発生する焼き嵌めによる応力を考慮すると、最小肉厚ｔは、シャフト５の径（すなわち、センター孔６ａの孔径）の１／１０程度以上であることが好ましい。例えば、シャフト５の径が１０ｍｍの場合、最小肉厚ｔ＝１ｍｍ程度以上であることが好ましい。
【００２８】
シャフト５は、モータ１の出力軸である。シャフト５は、ロータコア６のセンター孔６ａに挿入されて固定され、シャフト５とロータコア６とが一体となってロータ３を構成する。シャフト５がロータコア６に固定されたときに、センター孔６ａ内に位置するシャフト５の周面を挿入領域８と呼ぶこととする。挿入領域８は、シャフト５の軸方向における途中のいずれか一部分であって周面上に位置する。
【００２９】
挿入領域８には、ローレット形成部８ａとローレット非形成部８ｂとが配置される。ローレット形成部８ａは、挿入領域８のうち部分的にローレット９が形成されている部分である。ローレット非形成部８ｂは、挿入領域８のうちローレットが形成されていない部分である。
【００３０】
実施形態１では、ローレット９は、挿入領域８の軸方向長さにわたって、軸方向に沿って延びる凹溝である。１つのローレット形成部８ａは１本〜数本のローレット９を有し、全体として軸方向に沿って延びるように配置されている。そして、ローレット形成部８ａは、挿入領域８内で、周方向に沿って離散的に所定間隔で配置されている。実施形態１では、周方向に沿ってローレット形成部８ａが４箇所、つまり９０°ピッチで配置されている。ローレット非形成部８ｂは、ローレット形成部８ａとローレット形成部８ａとの間に配置されるので、同様に４箇所となる。
【００３１】
ローレット高さ、すなわち凹溝形成によりその周囲がシャフト５の周面から突出する突出高さは、５０μｍ以下である。後述するように、シャフト５とロータコア６との結合は、焼き嵌め工程によって行われる。焼き嵌め工程によりシャフト５をセンター孔６ａ内に固定するので、ローレット高さが５０μｍであっても、ローレット９が充分にセンター孔６ａに食い込む。５０μｍのローレット高さによっても、充分な結合力を発揮することができる。
【００３２】
なお、ローレット９によるシャフト５とロータコア６ａとの結合力は、シャフト５の径及びローレット高さに応じて変化する。ローレット高さが同じ場合は、シャフト５とロータコア６ａとの結合力は、シャフト５の径に略比例する。したがって、同じ結合力を実現するために、シャフト５の径が小さい方が、より大きいローレット高さを必要とする。しかし、シャフト５とロータコア６ａとの同軸度の観点からは、ローレット高さは小さいほうが好ましく、５０μｍ以下であることがより好ましい。
【００３３】
この実施形態１のモータ１においては、ローレット９による結合と、焼き嵌めによる結合の両方を利用しているので、ローレット９のみによる結合の場合に比較して、より低いローレット高さとすることができる。そうすると、シャフト５とロータコア６ａとの同軸度が向上し、両者を高い位置精度で結合することができる。例えば、シャフト５の径が１０ｍｍの場合でも、ローレット高さを５０μｍとすることができる。
【００３４】
挿入領域８には、ローレット９が形成されていないローレット非形成部８ｂが存在する。このローレット非形成部８ｂには、ローレット形成に伴って生じる凹凸がない。ローレット非形成部８ｂは、真円度の高い周面である。シャフト５をロータコア６に結合した際に、ローレット非形成部８ｂによってシャフト５の周面とセンター孔６ａとが高い位置精度で位置決めされる。このロータ３では、ローレット形成部８ａによる強固なシャフト５とロータコア６との結合と、ローレット非形成部８ｂによるシャフト５とロータコア６との高い位置決め精度とを両立している。
【００３５】
ローレット形成部８ａは、凹部６ｂと対向しないように位置調整されている。換言すると、ローレット形成部８ａは、凹部６ｂと凹部６ｂとの間に対向するように位置調整されている。それにより、ローレット形成部８ａにおける凹凸が最小肉厚ｔの部分へ影響を与えないようになっている。しかし、ローレット高さが５０μｍであるので、たとえローレット形成部８ａと凹部６ｂとが対向してしまっても、最小肉厚ｔの部分に与える影響は殆どない。
【００３６】
次に、このロータ３の製造方法について説明する。図３は、ロータ３の製造方法を説明するフローチャートである。
【００３７】
まず、シャフト５の挿入領域８に、ローレット９を形成する（Ｓ１）。図４は、シャフト５にローレット９を形成する工程を示す図である。図４は、シャフト５の挿入領域８での軸直交面による断面図である。シャフト５の周面をプレス機のローレット形成型１０によって挟み込み、高圧力を付加してシャフト５周面にローレット９を形成する。ここでは、ローレット形成型１０は、軸方向に延びる凹溝を形成するための刃型である。図４に示すように、合計４箇所のローレット形成型１０によってローレット９を形成することで、４箇所の離散的なローレット形成部８ａと４箇所の離散的なローレット非形成部８ｂとが配置される。図４では、ローレット形成型１０にハッチングを付している。
【００３８】
続いて、焼き嵌め工程に入る。なお、焼き嵌め工程に入る前に、ロータコア６の凹部６ｂ内には永久磁石７が既に挿入されている。焼き嵌め工程では、まずロータコア６を所定温度にまで加熱する（Ｓ２）。それにより、ロータコアが膨張し、センター孔６ａの孔径も拡大する。そして、シャフト５をセンター孔６ａに挿入する（Ｓ３）。センター孔６ａの孔径が拡大しているので、シャフト５をスムーズに挿入することができる。ローレット高さが５０μｍ以下であるので、ローレット９はシャフト５の挿入を阻害しない。
【００３９】
このとき、センター孔６ａ内に挿入領域８が位置するように位置調整する（Ｓ４）。また、ローレット形成部８ａが凹部６ｂと対向しないように位置調整する（Ｓ５）。最後に、ロータコア６を常温に冷却する（Ｓ６）。これにより、ロータ３の製造が完了する。
【００４０】
［実施形態２］
図５は、実施形態２に係るモータにおけるロータ２３の軸直交面による断面図である。図５では、説明容易のため部分拡大して示している。このロータ２３のロータコア２６は、実施形態１のロータコア６と同様に凹部６ｂを有しているが、凹部６ｂと外周面６ｃとが連通路２７によって連通されている。凹部６ｂ内には、実施形態１と同様に永久磁石７が配置されている。
【００４１】
凹部６ｂと外周面６ｃとが連通路２７によって連通されているので、センター孔６ａ内にシャフト５を挿入することに起因して生じる内部応力が最小肉厚ｔの部分に残留し難い。例えば、実施形態２では、シャフト５のローレット形成部８ａが凹部６ｂに対向しても、ローレット９の凹凸が最小肉厚ｔの部分に与える影響は一層少ない。
【００４２】
以上、本発明の好ましい実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その要旨の範囲内で様々な変形や変更が可能である。
【００４３】
ローレット形成部８ａの個数は、４個、８個のように、４の倍数であることが好ましいが、もちろんこれに限られない。また、上記実施形態１では、ローレット９が軸方向に延びる凹溝である場合を説明したが、ローレット９の態様もこれに限られない。軸方向に斜めに延びる凹溝であってもよいし、網目状のローレットであってもよい。
【００４４】
なお、モータ１としては、サーボモータ、インダクションモータ、ステッピングモータ等の種々のモータを適用することができる。また、界磁としてのロータ３もＳＰＭ形やＩＰＭ形等のＰＭ形の他に、ＶＲ形やハイブリッドタイプ等が考えられる。更に、本発明の趣旨は、モータのみならず、モータと同等の構成のロータを有する発電機を含む回転電機全般に適用可能である。
【符号の説明】
【００４５】
矢印：α
最小肉厚：ｔ
中心軸：Ｘ
モータ（回転電機）：１
モータケース：２
貫通孔：２ａ
ロータ（インナーロータ）：３，２３
ステータ（アウタステータ）：４
シャフト：５
ロータコア：６，２６
センター孔（孔部）：６ａ
凹部（空隙部）：６ｂ
外周面：６ｃ
永久磁石（磁石）：７
挿入領域：８
ローレット形成部：８ａ
ローレット非形成部：８ｂ
ローレット：９
ローレット形成型：１０
ベアリング１２
下カバー：１３
連通路：２７
【図１】
2014033549.tif 000003
【図２Ａ】
2014033549.tif 000004
【図２Ｂ】
2014033549.tif 000005
【図３】
2014033549.tif 000006
【図４】
2014033549.tif 000007
【図５】
2014033549.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成25年7月26日(2013.7.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央に孔部が形成され、その孔部周囲に磁石が配置されたロータコアと、
周面に部分的にローレットが形成されることにより、ローレットが形成されたローレット形成部とローレットが形成されていないローレット非形成部とが該周面に配置され、前記孔部内に前記ローレット形成部と前記ローレット非形成部とが存在するように前記孔部に緊密に挿入されたシャフトと、を有し、
前記シャフトと前記ロータコアとは、焼き嵌めによって結合されているロータ。    
【請求項２】
前記ローレット形成部が、前記シャフトの軸方向に沿って延びるように、かつ前記シャフトの周方向に沿って離散的に所定間隔で形成されている、請求項１に記載のロータ。    
【請求項３】
前記ローレット形成部の配置個数は、４の倍数個である、請求項１又は請求項２に記載のロータ。    
【請求項４】
前記ローレットが、前記シャフトの軸方向に沿って延びる凹溝である、請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載のロータ。    
【請求項５】
前記シャフトの周面からの前記ローレットの突出量が５０μｍ以下である、請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載のロータ。    
【請求項６】
前記ロータコアの外周面と前記孔部との間に、該ロータコア内部に磁石を挿入するための空隙部が形成され、  前記ローレット形成部が前記空隙部に対向しないように前記シャフトが前記孔部に挿入されている、請求項１から請求項５のうちいずれか１項に記載のロータ。    
【請求項７】
前記空隙部は、前記ロータコアの外周面と連通している、請求項６に記載のロータ。    
【請求項８】
請求項１から請求項７のうちいずれか１項に記載のロータと、  該ロータの周囲に配置されたステータと、を有する回転電機。    
【請求項９】
シャフトの周面に部分的にローレットを形成することにより、ローレットが形成されたローレット形成部と、ローレットが形成されていないローレット非形成部とを前記シャフトの周面に配置するステップと、  前記シャフトを挿入するための孔部が中央に形成されたロータコアを加熱して前記シャフトを前記孔部に挿入する焼き嵌めプロセスを行い、前記ローレット形成部と前記ローレット非形成部とを前記孔部内に存在させるステップと、を有するロータの製造方法。
【手続補正書】
【提出日】平成25年11月20日(2013.11.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央に孔部が形成され、その孔部周囲に磁石が配置されたロータコアと、
周面に部分的にローレットが形成されることにより、ローレットが形成されたローレット形成部とローレットが形成されていないローレット非形成部とが該周面に配置され、前記孔部内に前記ローレット形成部と前記ローレット非形成部とが存在するように前記孔部に緊密に挿入されたシャフトと、を有し、
前記シャフトと前記ロータコアとは、焼き嵌めによって結合されており、
前記ロータコアの材質が、珪素鋼板であり、
前記ロータコアの外周面と前記孔部との間に、該ロータコア内部に磁石を挿入するための空隙部が、前記孔部を中心として放射状に形成されているロータ。
【請求項２】
前記ローレット形成部が、前記シャフトの軸方向に沿って延びるように、かつ前記シャフトの周方向に沿って離散的に所定間隔で形成されている、請求項１に記載のロータ。
【請求項３】
前記ローレット形成部の配置個数は、４の倍数個である、請求項１又は請求項２に記載のロータ。
【請求項４】
前記ローレットが、前記シャフトの軸方向に沿って延びる凹溝である、請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載のロータ。
【請求項５】
前記シャフトの周面からの前記ローレットの突出量が５０μｍ以下である、請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載のロータ。
【請求項６】
前記ローレット形成部が前記空隙部に対向しないように前記シャフトが前記孔部に挿入されている、請求項１から請求項５のうちいずれか１項に記載のロータ。
【請求項７】
前記空隙部は、前記ロータコアの外周面と連通している、請求項６に記載のロータ。
【請求項８】
請求項１から請求項７のうちいずれか１項に記載のロータと、
該ロータの周囲に配置されたステータと、を有する回転電機。
【請求項９】
シャフトの周面に部分的にローレットを形成することにより、ローレットが形成されたローレット形成部と、ローレットが形成されていないローレット非形成部とを前記シャフトの周面に配置するステップと、
前記シャフトを挿入するための孔部が中央に形成されたロータコアを加熱して前記シャフトを前記孔部に挿入する焼き嵌めプロセスを行い、前記ローレット形成部と前記ローレット非形成部とを前記孔部内に存在させるステップと、を有し、
前記ロータコアの材質が、珪素鋼板であり、
前記ロータコアの外周面と前記孔部との間に、該ロータコア内部に磁石を挿入するための空隙部が、前記孔部を中心として放射状に形成されているロータの製造方法。