(57)【要約】【課題】磁極が配置された磁力発生治具をロータコアの外周に回転軸と同軸に設けることにより、回転軸とロータコアとを同心を確保して組み付けができる回転電機用ロータの製造治具および回転電機用ロータの製造方法を提供する。【解決手段】磁力発生治具２０は円筒状に形成されており、軸線方向に長方形板状の複数の永久磁石２１が内部に配置されている。永久磁石２１は、周方向において等間隔にＮ極の永久磁石２１が、Ｓ極の永久磁石２１に隣り合うように着磁されている。磁力発生治具２０は、ロータコア２の磁極と同一の磁極が対向するように、ロータコア２の外周側に回転軸７に対し同軸に固定される。これにより、ロータコア２の磁極と磁力発生治具２０の磁極との間に発生する磁力は反発力となり、ロータコア２を径方向に移動させ回転軸７との芯出しがおこなわれる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機の回転軸と、
複数枚の積層された強磁性板により形成され、軸方向に形成された複数のスロットに永久磁石が収容され、内周面に径方向内側に突出して形成されたキーが前記回転軸の外周面に径方向内側に凹んで形成されたキー溝に嵌め込まれて位相を規制することにより、前記回転軸に隙間嵌合されて一体的に固定されたロータコアと、を備えた回転電機用ロータの製造治具において、
円筒状に形成され、前記ロータコアの外周側に配置されるとともに、前記回転軸に対し同軸に固定されることにより、前記回転軸と前記ロータコアとを芯出しする磁力発生治具を備えたことを特徴とする回転電機用ロータの製造治具。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機用ロータの製造治具において、
前記磁力発生治具は、前記ロータコアの磁極と同一の磁極が対向するように配置されたことを特徴とする回転電機用ロータの製造治具。
【請求項３】
回転電機の回転軸と、
複数枚の積層された強磁性板により形成され、軸方向に形成された複数のスロットに永久磁石が収容され、前記回転軸に隙間嵌合されて一体的に固定されたロータコアと、を備えた回転電機用ロータの製造方法において、
前記ロータコアの内周面に径方向内側に突出して形成されたキーが前記回転軸の外周面に径方向内側に凹んで形成されたキー溝に嵌め込まれて位相を規制することにより、前記ロータコアを前記回転軸に仮組み付けするロータコア仮組付工程と、
前記ロータコアの外周に前記ロータコアの磁極と同一の磁極が対向するように円筒状の磁力発生治具を前記回転軸に対し同軸に固定し、前記ロータコアの磁極と前記磁力発生治具の磁極との間に発生する磁力により前記ロータコアと前記磁力発生治具とを反発させ芯出しするロータコア芯出し工程と、
前記ロータコアおよび前記回転軸を固定するロータ組付工程と、を備えたことを特徴とする回転電機用ロータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機用ロータの製造治具および回転電機用ロータの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動モータなどの永久磁石式回転電機用ロータには、出力シャフト（回転軸）の外周にセレーション等の加工を行い、ロータコアを回転軸に圧入して相対回転を阻止する構造のものが広く知られている。ところが、回転軸の圧入距離が長くなると、圧入部のセレーションが座屈しやすく保持力が低下するため、ロータコアを回転軸に確実に固定できなくなる。そこで、永久磁石が配列された複数の分割コアによってロータコアが構成され、この分割コアを回転軸に複数個挿入して一体に連結することにより回転電機用ロータを形成したものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１２９８９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような回転電機用ロータには、回転軸外周部に、例えば、キー溝などからなる基準位相部が形成されており、ロータコアは、内周部に設けたキーがこの基準位相部に対して所定位相となるように回転軸に固定されることで、これら回転軸とロータコアとは、位相（周方向位置）が合わせられることにより一体に固定されている。しかしながら、回転軸外周とロータコア内周とは隙間を有して嵌合されているので、回転電機用ロータの組み付け時に、ロータコアが回転軸に対し一方に寄った状態で固定されると、回転軸とロータコアとの同軸（同心）が確保できなくなる場合がある。その結果、回転電機用ロータとステータとの軸に偏心が生じて磁気バランスが崩れ、電動モータの異音や振動が発生する可能性がある。また、回転電機用ロータとステータとのギャップを大きくすると回転電機が大型化する。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、磁極が配置された磁力発生治具をロータコアの外周に回転軸と同軸に設けることにより、回転軸とロータコアとを同心を確保して組み付けができる回転電機用ロータの製造治具および回転電機用ロータの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、回転電機の回転軸と、複数枚の積層された強磁性板により形成され、軸方向に形成された複数のスロットに永久磁石が収容され、内周面に径方向内側に突出して形成されたキーが前記回転軸の外周面に径方向内側に凹んで形成されたキー溝に嵌め込まれて位相を規制することにより、前記回転軸に隙間嵌合されて一体的に固定されたロータコアと、を備えた回転電機用ロータの製造治具において、円筒状に形成され、前記ロータコアの外周側に配置されるとともに、前記回転軸に対し同軸に固定されることにより、前記回転軸と前記ロータコアとを芯出しする磁力発生治具を備えたことを要旨とする。
【０００７】
上記構成によれば、回転軸に隙間嵌合されたロータコア内に収容固定された永久磁石の磁極と、ロータコア外周側に回転軸と同軸に固定された磁力発生治具内に配置された磁極との間に磁力が働くので、回転軸に対するロータコアの径方向位置を変化させることができる。これにより、磁力発生治具とロータコアとの磁極の間に反発力が作用したときにロータコアが径方向に移動して隙間が均一に調整されるため、回転軸とロータコアとを同心を確保して組み付けることが可能になる。また、回転電機のロータとステータとの間のギャップ幅を全周にわたって一定に狭く保つことができるので、回転電機を小型化することができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の回転電機用ロータの製造治具において、前記磁力発生治具は、前記ロータコアの磁極と同一の磁極が対向するように配置されたことを要旨とする。上記構成によれば、磁力発生治具の磁極は、ロータコアの磁極と同一の磁極が対向するように配置されているので、ロータコアと磁力発生治具との間に反発力が作用することによりロータコアが径方向に移動する。これにより、回転軸とロータコアとを同心を確保して組み付けることが可能になる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、回転電機の回転軸と、複数枚の積層された強磁性板により形成され、軸方向に形成された複数のスロットに永久磁石が収容され、前記回転軸に隙間嵌合されて一体的に固定されたロータコアと、を備えた回転電機用ロータの製造方法において、前記ロータコアの内周面に径方向内側に突出して形成されたキーが前記回転軸の外周面に径方向内側に凹んで形成されたキー溝に嵌め込まれて位相を規制することにより、前記ロータコアを前記回転軸に仮組み付けするロータコア仮組付工程と、前記ロータコアの外周に前記ロータコアの磁極と同一の磁極が対向するように円筒状の磁力発生治具を前記回転軸に対し同軸に固定し、前記ロータコアの磁極と前記磁力発生治具の磁極との間に発生する磁力により前記ロータコアと前記磁力発生治具とを反発させ芯出しするロータコア芯出し工程と、前記ロータコアおよび前記回転軸を固定するロータ組付工程と、を備えたことを要旨とする。
【００１０】
上記構成によれば、回転軸にロータコアを仮組み付けした後に、磁極が配置された磁力発生治具をロータコアの外周に回転軸と同軸に固定する。このとき、磁力発生治具内の磁極と回転軸に隙間嵌合されたロータコア内の永久磁石の磁極との間に磁力が働くので、ロータコアが移動して回転軸に対するロータコアの径方向位置が変化する。これにより、磁力発生治具とロータコアとの同一の磁極の間に反発力が作用したときにロータコアが径方向に移動して隙間が均一に調整されるため、回転軸とロータコアとを同心を確保して回転電機用ロータを組み付けることが可能になる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、磁極が配置された磁力発生治具をロータコアの外周に回転軸と同軸に設けることにより、回転軸とロータコアとを同心を確保して組み付けができる回転電機用ロータの製造治具および回転電機用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】
【００１２】
【図１】回転電機用ロータの軸線方向に沿った縦断面図。
【図２】図１における矢印Ａ方向から見た側面図。
【図３】回転電機用ロータと磁力発生治具の軸線方向と直交する断面図（図１のＢ−Ｂ断面図）。
【図４】回転電機用ロータと磁力発生治具との概略構成を示す軸線方向に沿った断面図。
【図５】回転電機用ロータの組み付け手順を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、本発明の実施形態の回転電機に用いられるロータとして、ＩＰＭモータのロータについて図に基づいて説明する。なお、以下の説明において、軸線方向、および径方向とは、回転電機用ロータ１（ロータコア２）の軸方向および半径方向を指す。
【００１４】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る回転電機用ロータ１の軸線方向に沿った縦断面図、図２は、図１におけるＡ方向から見た回転電機用ロータ１の側面図である。回転電機（ＩＰＭモータ）は、例えば、車両に搭載され、ステアリング操作を補助する電動パワーステアリング装置や駆動力を発生させる電動式４輪駆動装置などの駆動源用の電動モータとして用いられる。図１に示すように、回転電機用ロータ１は、回転電機の回転軸（シャフト）７と、永久磁石３を備えて回転軸７と一体回転可能に固定される円柱状のロータコア２と、ロータコア２を回転軸７に固定する側板１３ａ，１３ｂ、およびボルト１０とを備えて構成されている。
【００１５】
回転軸７は、円柱状に形成されており、両端が図示しないモータハウジングに設けられた軸受（図示せず）を介して回転可能に支持されている。回転軸７の中央部のロータコア２に対向する外周面には、軸線方向に延びて径方向外側に開口したキー溝８が形成されている。そして、回転軸７は、キー溝８にロータコア２の内周面に径方向内側に突出して形成されたキー９を係合させることで回転軸７に対する位相が合わせられるようになっており、ロータコア２の永久磁石３と相対的な位相が合わせられている。
【００１６】
ロータコア２には、複数（本実施形態では、１２個、図３参照）の永久磁石３がそれぞれ埋設されて固着されている。すなわち、本実施形態の回転電機用ロータ１は、いわゆる埋込磁石型のロータとして構成されている。このように構成された回転電機は、図示しないステータの各コイルに駆動電力が供給されることにより形成される回転磁界と、永久磁石３の磁束との間に生じる磁気的な吸引力および反発力により回転電機用ロータ１が回転する構成となっている。
【００１７】
ロータコア２は、軟磁性材料（例えば、鉄や電磁鋼板など）からなる強磁性体の薄板円盤状のロータプレート４が複数枚軸線方向に積層され、回転軸７が挿入される挿入孔６を有する円柱状に形成されている。ロータコア２には、例えば、長方形板状の永久磁石３がそれぞれ内部に配置される複数（本実施形態では、１２個、図３参照）のスロット５が形成されている。なお、本実施形態のスロット５は、それぞれ永久磁石３の断面形状と略同一の断面形状を有する孔（空洞）状に形成されている。永久磁石３は、ロータコア２の外周縁の近傍に３０度間隔で軸線方向に貫通形成された上記スロット５にそれぞれ収容され、ロータコア２に固着保持されている。
【００１８】
ここで、永久磁石３は、周方向において等間隔に一方の極性（例えば、Ｎ極）の永久磁石３が、他方の極性（例えば、Ｓ極）の永久磁石３に隣り合うように磁化（着磁）されている。永久磁石３は、それぞれの板厚方向と略沿う方向に磁化されており、ロータコア２の外周縁は永久磁石３の磁束が通過する磁路となっている。なお、本実施形態の永久磁石３には、焼結磁石（例えば、ネオジムなど）からなるセグメント磁石が用いられており、永久磁石３は、スロット５内に配置固着された後に着磁されるようになっていてもよいし、先に着磁したものをスロット５内に配置固着してもよい。
【００１９】
本実施形態において、ロータコア２は、軸線方向に３つの段に分割された各段（分割）コア２ａ，２ｂ，２ｃをキー９とキー溝８との嵌合により周方向の位置を合わせて３段積みすることにより形成されている。なお、回転軸７の外周面とロータコア２の内周面とは、わずかなギャップを有する隙間嵌合により結合されている。ロータコア２は、回転軸７に図１に矢印で示す方向に挿入され、分割コア２ａの一端（図１中、左側）が側板１３ａに当接し固定されている。
【００２０】
また、分割コア２ａ，２ｂ，２ｃの内周面には、径方向外側に突出した回転軸７へ所定の位相で固定するための基準となるキー９が配置され、軸線方向に平行に形成されている。分割コア２ａ，２ｂ，２ｃは、同一形状に形成されており、位相を合わせることによりロータコア２を形成している。すなわち、分割コア２ａ，２ｂ，２ｃ内の永久磁石３は、軸線方向に対して直線状に並ぶように配置されている。
【００２１】
ロータコア２は、軸線方向の両端面を回転軸７に圧入された円盤状の側板１３ａ，１３ｂで挟持されている。そして、周方向に等間隔に配置された複数（本実施形態では、６本）のボルト１０がロータコア２および側板１３ａ，１３ｂに軸線方向に穿設されたボルト穴１４を貫通して、回転軸７の出力軸側（図１中、左側）に設けたフランジ１２に形成された雌ねじ１４と螺合して、ロータコア２および回転軸７を締結し固定している。以上により回転電機用ロータ１が組み付けられている。
【００２２】
次に、回転軸７とロータコア２との組み付けについて説明する。
図３は、回転電機用ロータ１と磁力発生治具２０の軸線方向と直交する断面図（図１のＢ−Ｂ断面図）、図４は、回転電機用ロータ１と磁力発生治具２０との概略構成を示す軸線方向に沿った断面図である。図３および図４に示すように、磁力発生治具２０は円筒状に形成されており、軸線方向に、ロータコア２内に永久磁石３と同数の、例えば、長方形板状の複数（本実施形態では、１２個）の永久磁石２１が内部に配置されている。永久磁石２１は、周方向において等間隔に一方の極性（例えば、Ｎ極）の永久磁石２１が、他方の極性（例えば、Ｓ極）の永久磁石２１に隣り合うように磁化（着磁）されている。なお、本実施形態の永久磁石２１には、焼結磁石（例えば、ネオジムなど）からなるセグメント磁石が用いられている。回転軸７および磁力発生治具２０は、支持台２２に取り付けられ回転電機用ロータ１が組み付けられる。
【００２３】
磁力発生治具２０は、ロータコア２の磁極（例えば、Ｎ極）と同一の磁極（例えば、Ｎ極）が対向するように、ロータコア２の外周側に所定のエアギャップを有して回転軸７に対し同心に配設されている。このとき、ロータコア２の磁極と磁力発生治具２０の磁極との間に発生する磁力が反発力となるように配置されており、磁力発生治具２０とロータコア２とを反発させながら芯出しがおこなわれる。なお、磁力は磁極間距離の二乗に反比例し、組み付け時にエアギャップが狭い部分では大きな反発力が働くことにより、周方向各部のエアギャップ寸法が均一になるようにロータコア２が配置されるので回転軸７に対し芯出しが可能になる。
【００２４】
図５は、回転電機用ロータ１の組み付け手順を示すフローチャートである。
まず、回転軸７を支持台２２に固定し（ステップＳ５０１）、側板１３ａを回転軸７に圧入し回転軸７の一端面（出力軸）側に設けたフランジ１２に当接させた後、分割コア２ａ，２ｂ，２ｃの各キー９を回転軸７のキー溝８に係合させ、分割コア２ａ，２ｂ，２ｃを順に挿入し、ロータコア２を回転軸７に仮組み付けする（ロータコア仮組付工程、ステップＳ５０２）。
【００２５】
続いて、磁力発生治具２０をロータコア２に対して所定角度に合わせる位相出しステップをおこなう。まず、磁力発生治具２０を回転軸７に対し同軸になるように支持台２２に設置し固定する（ステップＳ５０３）。このとき、ロータコア２の磁極と同一の磁極が対向するように磁力発生治具２０は、ロータコア２の外周側に所定のエアギャップを設けて配置される。そして、ロータコア２と磁力発生治具２０とを反発させながら芯出しする（ロータコア芯出し工程、ステップＳ５０４）。
【００２６】
次に、回転電機用ロータ１を組み付ける組付ステップを行う。回転軸７の他端面側（フランジ１２と反対側）に側板１３ｂを圧入してロータコア２を側板１３ａ、１３ｂで挟持し、ボルト１０をロータコア２および側板１３ａ，１３ｂに軸線方向に穿設されたボルト穴１１に貫通させ、フランジ１２に形成された雌ねじ１４と螺合させて、ロータコア２および回転軸７を締結し固定する。以上により回転電機用ロータ１が組み付けられる（ロータ組付工程、ステップＳ５０５）。組み付け後、回転電機用ロータ１は、磁力発生治具２０および支持台２２から取り外される。
【００２７】
次に、上記のように構成された本発明の実施形態に係る回転電機用ロータ１の製造治具の作用および効果について説明する。
【００２８】
本実施形態の構成によれば、回転軸７の外周面に隙間嵌合されたロータコア２内に配置された永久磁石３の磁極と、ロータコア２の外周側に回転軸７と同軸に固定された磁力発生治具２０内の永久磁石２１の磁極との間に磁力を発生させる。このとき、同一の磁極の間で反発力が働くので、ロータコア２が移動して回転軸７に対するロータコア２の径方向位置が変化する。また、ロータコア２は、ロータコア２を軸方向に分割した複数（本実施形態では、３個）の分割コア２ａ，２ｂ，２ｃの内周面に形成されたキー９を順に回転軸７の外周面に形成されたキー溝８に係合して、回転軸７に段積みしていくことにより形成されている。
【００２９】
これにより、磁力発生治具２０とロータコア２との磁極の間に反発力が作用したときにロータコア２が径方向に移動して隙間が均一に調整されるため、回転軸７とロータコア２とを同心を確保して組み付けることが可能になる。また、回転電機のロータ１とステータとの間のギャップ幅を全周にわたって一定に狭く保つことができるので、回転電機の径方向を小型化することができる。さらに、ロータコア２を分割することにより回転電機の軸方向長さが長くなった場合であっても、回転軸７外周面のロータコア２挿入部の変形が抑制されるため、ロータコア２を確実に保持することができる。
【００３０】
さらに、上記実施形態の製造方法によれば、回転軸７にロータコア２を仮組み付けした後に、ロータコア２と同数の磁極が周方向に等間隔に配置された磁力発生治具２０を回転軸７と同軸にロータコア２の外周側に所定のエアギャップを設けて固定する。このとき、回転軸７の外周面に隙間嵌合されたロータコア２内の永久磁石３の磁極と、磁力発生治具２０内の永久磁石２１の磁極との間に磁力が働くので、回転軸２に対してロータコア２が径方向に移動する。
【００３１】
これにより、磁力発生治具２０とロータコア２との間に同一の磁極による反発力が作用したときにロータコア２が径方向に移動して回転軸７の外周面とロータコア２の内周面との隙間が均一に調整されるため、回転軸７とロータコア２とを同心を確保して回転電機用ロータ１を組み付けることが可能になる。
【００３２】
以上のように、本発明の実施形態によれば、磁極が配置された磁力発生治具をロータコアの外周に回転軸と同軸に設けることにより、回転軸とロータコアとを同心を確保して組み付けができる回転電機用ロータの製造治具および回転電機用ロータの製造方法を提供できる。
【００３３】
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することも可能である。
【００３４】
上記実施形態では、本発明をすべてが着磁された後の永久磁石３が埋め込まれたロータコア２を使用して芯出しする場合に適用したが、これに限らず、一部が着磁された仮着磁状態の永久磁石３が埋め込まれたロータコア２を使用して芯出しするようにしてもよい。
【００３５】
上記実施形態では、ロータコア２の磁極と磁力発生治具２０の磁極との間に発生する反発力を用いて回転軸７とロータコア２とを芯出しする場合について説明したが、これに限らず、互いに異極（Ｎ極とＳ極）同士を対向配置させて吸引力を発生させてロータコア２の径方向位置を調整することにより芯出しするようにしてもよい。
【００３６】
上記実施形態では、磁力発生治具２０の磁極を永久磁石３により形成するようにしたが、これに限らず、鉄心にコイルを巻回した電磁石を用いて磁極を形成してもよい。コイル（電磁石）を用いた場合、磁力を電気的にオフすることによりロータコア２および回転電機用ロータ１の着脱を容易におこなうことができる。
【００３７】
また、上記実施形態では、磁力発生治具２０に永久磁石３を埋設するようにしたが、これに限らず、磁力発生治具２０の内周面にセグメント磁石の永久磁石３を配置するようにしてもよい。また、永久磁石３として、セグメント磁石の代わりにリング磁石を用いてもよい。
【００３８】
上記実施形態では、本発明をロータコア２を回転軸７に組み付ける際に適用したが、これに限らず、回転電機用ロータ１（回転軸７）に対して位相を合わせて固定する他の位相部材（例えば、レゾルバロータなど）を組み付ける際に適用してもよい。
【００３９】
上記実施形態では、本発明を軸方向に３つの段に分割された分割コア２ａ，２ｂ，２ｃを同軸上に配列させたロータコア２に適用したが、これに限らず、一体コアで形成されたロータコア２に適用してもよい。また、ロータコア２は、いずれの段数（例えば、２段、４段など）に分割されていてもよい。
【００４０】
上記実施形態では、本発明を回転電機用ロータ１としてロータコア２に永久磁石３を埋め込み固着した、いわゆる埋込磁石型の回転電機用ロータを備えるＩＰＭモータの製造方法について適用したが、これに限らず、ロータコア２の表面に永久磁石３を固着させた、いわゆる表面磁石型の回転電機用ロータを備えるＳＰＭ（同期）モータなどに適用してもよい。
【００４１】
上記実施形態では、本発明をステータの径方向内側に回転電機用ロータ１が配置されるインナロータ型の電動モータなどの回転電機の製造方法に適用したが、これに限らず、ステータの径方向外側に回転電機用ロータが配置されるアウタロータ型の回転電機の製造方法に適用してもよい。
【００４２】
上記実施形態では、本発明を電動パワーステアリング装置や電動式駆動装置の駆動源に用いられる電動モータなどの回転電機に具体化したが、これに限らず、他の装置の駆動源として用いてもよく、また、発電機として用いてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１：回転電機用ロータ、２：ロータコア、２ａ，２ｂ，２ｃ：分割コア、
３：ロータコア用永久磁石、４：ロータプレート、５：スロット、６：挿入孔、
７：回転軸、８：キー溝、９：キー、１０：ボルト、１１：ボルト穴、１２：フランジ、１３ａ、１３ｂ：側板、１４：雌ねじ、２０：磁力発生治具、２１：治具用永久磁石、
２２：支持台
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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