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公開番号2021058065
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210408
出願番号2019181996
出願日20191002
発明の名称回転電機ロータの製造方法及び回転電機ロータの製造装置
出願人トヨタ紡織株式会社
代理人特許業務法人平田国際特許事務所
主分類H02K 15/03 20060101AFI20210312BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】硬磁性材料からなる棒状体をガイドする複数のガイド孔が形成された挿入治具と、ガイド孔から押し出された棒状体が挿入される複数の挿入孔が形成されたロータコアとを高精度に相対位置合わせ可能な回転電機ロータの製造方法及び回転電機ロータの製造装置を提供する。
【解決手段】回転電機ロータの製造方法は、軟磁性材料からなる複数のコアプレート3を積層し、複数のコアプレート3の積層方向に延びる複数の挿入孔211、及び冷却液を流通させる複数の流通孔212が設けられたロータコア21を形成するロータコア形成工程と、ロータコア21の複数の挿入孔211のそれぞれに硬磁性材料からなる棒状体220を挿入する挿入工程とを備える。挿入工程では、複数のガイド孔711及び流通孔212に係合する複数のピン76を有する挿入治具7を用い、挿入治具7とロータコア21とを複数のピン76の係合により相対的に位置合わせする。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項1】
軟磁性材料からなる複数のコアプレートを積層し、前記複数のコアプレートの積層方向に延びる複数の挿入孔、及び冷却液を流通させる複数の流通孔が設けられたロータコアを形成するロータコア形成工程と、
前記ロータコアの前記複数の挿入孔のそれぞれに硬磁性材料からなる棒状体を挿入する挿入工程とを備え、
前記挿入工程は、複数のガイド孔及び前記流通孔に係合する係合部が設けられた挿入治具を用い、前記挿入治具と前記ロータコアとを前記係合部の係合により相対的に位置合わせし、複数の前記棒状体のそれぞれを前記複数のガイド孔から前記複数の挿入孔に挿入する工程である、
回転電機ロータの製造方法。
続きを表示(約 860 文字)【請求項2】
前記係合部は、前記流通孔に挿入される軸部を有する複数のピンからなり、
前記軸部は、その先端部の外周面がテーパ状に形成されており、
前記挿入工程において、前記軸部の前記テーパ状の外周面に前記流通孔の内縁が当接することにより前記ロータコアが前記挿入治具に位置合わせされる、
請求項1に記載の回転電機ロータの製造方法。
【請求項3】
軟磁性材料からなる複数のコアプレートを積層してなり、前記複数のコアプレートの積層方向に延びる複数の挿入孔、及び冷却液を流通させる複数の流通孔が形成されたロータコアと、硬磁性材料からなる複数の棒状体とを備え、前記複数の棒状体が前記複数の挿入孔にそれぞれ挿入された回転電機ロータの製造装置であって、
前記複数の棒状体を仮保持する複数のガイド孔が形成された本体部と、前記本体部から突出して設けられた係合部とを有する挿入治具を備え、
前記複数の棒状体を前記複数の挿入孔に挿入する際、前記係合部が前記流通孔に係合することにより前記挿入治具と前記ロータコアとが相対的に位置合わせされる、
回転電機ロータの製造装置。
【請求項4】
前記係合部は、前記流通孔に挿入される軸部を有する複数のピンからなり、
前記軸部は、その先端部の外周面がテーパ状に形成されており、
前記軸部の前記テーパ状の外周面を前記流通孔の内縁に当接させることにより前記ロータコアを前記挿入治具に対して位置合わせする、
請求項3に記載の回転電機ロータの製造装置。
【請求項5】
前記挿入治具は、前記本体部に固定されて前記ピンを抜け止めする抜け止め部材を有し、
前記ピンは、前記軸部よりも大径のフランジ部を有し、
前記抜け止め部材には、前記フランジ部に当接して前記ピンを抜け止めする当接部と、前記軸部を挿通させる挿通孔とが設けられている、
請求項4に記載の回転電機ロータの製造装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、回転電機ロータの製造方法及び回転電機ロータの製造装置に関する。
続きを表示(約 6,300 文字)【背景技術】
【0002】
従来、例えば電動機や発電機に用いられる回転電機ロータには、軟磁性材料からなる複数のコアプレートを積層したロータコアに設けられた磁石挿入孔に棒状の磁石が挿入されたものがある(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
特許文献1に記載のロータは、円形状のロータ本体と、ロータ本体の外周側に装着されたロータコアとを有している。ロータコアは、薄板鋼板を軸方向に積層して形成され、積層方向に延びる複数の磁石挿入孔が周方向等間隔に設けられている。このロータを製造する製造装置は、磁石挿入孔に挿入される磁石を仮保持する複数のガイド溝が設けられた円筒状の磁石ガイドと、磁石ガイドのガイド溝に仮保持された磁石をロータコアの磁石挿入孔に押し込む複数の押圧部を有するプッシャとを備えている。
【0004】
ロータ本体は、中心部に形成されたボス部と、ボス部と同心的に形成された外周壁と、ボス部と外周壁とを一体的に直結する円形壁とを有している。外周壁には、周方向の一箇所にキー溝が設けられている。一方、磁石ガイドには、ロータ本体と向かい合う底板に位置合わせキーがねじ止めされている。磁石ガイドに仮保持された磁石をロータコアの磁石挿入孔に押し込む際には、キーがキー溝に嵌合されることにより、磁石ガイドとロータ本体とが相対的に位置合わせされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
特開2006−20379号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
近年、電動モータが自動車の駆動源としても広く用いられるようになってきており、より一層の高効率化が求められている。電動モータの効率を高めるためには、磁石挿入孔を小さくし、磁石挿入孔の内面と磁石の外面との間の隙間を可能な限り小さくすることが望ましい。そして、この隙間を狭くするためには、ロータコアと、磁石を仮保持する治具(磁石ガイド)との位置合わせを高精度に行う必要がある。この点、特許文献1に記載のもののように、キーをキー溝に嵌合されることにより位置合わせを行う方法では、磁石ガイドとロータ本体との径方向の位置ずれを必ずしも抑えることができず、またロータ本体とロータコアとの組付け精度の影響を受けるおそれがあり、必ずしも高精度な位置合わせが可能な構成とはなっていなかった。
【0007】
そこで、本発明は、硬磁性材料からなる棒状体をガイドする複数のガイド孔が形成された挿入治具と、ガイド孔から押し出された棒状体が挿入される複数の挿入孔が形成されたロータコアとを高精度に相対位置合わせ可能な回転電機ロータの製造方法及び回転電機ロータの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】
【0008】
本発明は、上記の目的を達成するため、軟磁性材料からなる複数のコアプレートを積層し、前記複数のコアプレートの積層方向に延びる複数の挿入孔、及び冷却液を流通させる複数の流通孔が設けられたロータコアを形成するロータコア形成工程と、前記ロータコアの前記複数の挿入孔のそれぞれに硬磁性材料からなる棒状体を挿入する挿入工程とを備え、前記挿入工程は、複数のガイド孔及び前記流通孔に係合する係合部が設けられた挿入治具を用い、前記挿入治具と前記ロータコアとを前記係合部の係合により相対的に位置合わせし、複数の前記棒状体のそれぞれを前記複数のガイド孔から前記複数の挿入孔に挿入する工程である、回転電機ロータの製造方法を提供する。
【0009】
また、本発明は、上記の目的を達成するため、軟磁性材料からなる複数のコアプレートを積層してなり、前記複数のコアプレートの積層方向に延びる複数の挿入孔、及び冷却液を流通させる複数の流通孔が形成されたロータコアと、硬磁性材料からなる複数の棒状体とを備え、前記複数の棒状体が前記複数の挿入孔にそれぞれ挿入された回転電機ロータの製造装置であって、前記複数の棒状体を仮保持する複数のガイド孔が形成された本体部と、前記本体部から突出して設けられた係合部とを有する挿入治具を備え、前記複数の棒状体を前記複数の挿入孔に挿入する際、前記係合部が前記流通孔に係合することにより前記挿入治具と前記ロータコアとが相対的に位置合わせされる、回転電機ロータの製造装置を提供する。
【発明の効果】
【0010】
本発明に係る回転電機ロータの製造方法及び回転電機ロータの製造装置によれば、硬磁性材料からなる棒状体をガイドする複数のガイド孔が形成された挿入治具と、ガイド孔から押し出された棒状体が挿入される複数の挿入孔が形成されたロータコアとを高精度に相対位置合わせすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
本発明の実施の形態に係る製造方法及び製造装置により製造された回転電機ロータを有する回転電機を示す構成図である。
(a)は、ロータを示す斜視図である。(b)は、ロータを回転軸線に沿った軸方向断面で示す断面図である。
1枚のコアプレートを示す平面図である。
ロータコア形成工程を示す説明図である。
(a)は挿入工程の第1段階を示す説明図である。(b)は(a)の部分拡大図である。
(a)及び(b)は、流通孔に一対のピンの軸部が挿入された状態を示す説明図である。
挿入工程の第2段階を示す説明図である。
固定工程を示す説明図である。
(a)及び(b)は、側面視及び上面視で示す挿入治具であり、(a)の一部は(b)のA−A線における断面を示している。
(a)は挿入治具の下面を示し、(b)は(a)のB−B線断面図、(c)は(a)のC−C線断面図である。
(a)乃至(b)は、保持板及び一対のピンを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
[実施の形態]
本発明の実施の形態について、図1乃至図11を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。
【0013】
(回転電機の構成)
図1は、本発明の実施の形態に係る製造方法及び製造装置により製造された回転電機ロータ(以下、単に「ロータ」という。)を有する回転電機を示す構成図である。
【0014】
この回転電機100は、ステータ1と、ロータ2とを有している。ステータ1は、図略のハウジングに非回転に固定される。ロータ2は、その中心部にシャフト10が挿通されており、シャフト10と一体に回転する。回転電機100は、駆動力を発生するモータとして、あるいはシャフト10の回転力を電気エネルギーに変換する発電機として、もしくはその両方の機能を有するモータジェネレータとして、例えば電気自動車や所謂ハイブリッド車両に搭載される。
【0015】
ステータ1は、ステータコア11と、複数のコイル12とを有して構成されている。ステータコア11は、円筒状の基体部111と、基体部111から径方向内方に突出した複数のティース112と、基体部111から径方向外方に突出した複数の被固定部113とを一体に有している。図1の図示例では、ステータコア11が15個のティース112を有しており、それぞれのティース112にコイル12が巻き回されている。被固定部113には、ステータコア11をハウジングに固定するためのボルトを挿通させるボルト挿通穴113aが形成されている。
【0016】
図2(a)は、ロータ2を示す斜視図である。図2(b)は、ロータ2を回転軸線Oに沿った軸方向断面で示す断面図である。ロータ2は、ロータコア21と、ロータコア21に保持された複数の磁石22とを有している。ロータコア21は、軟磁性材料からなる複数枚のコアプレート3を回転軸線Oに平行な積層方向に積層して構成されている。なお、図2では、説明の明確化のため、コアプレート3の厚みを誇張して示している。
【0017】
ロータコア21には、シャフト10が挿通される中心穴210と、複数の磁石22がそれぞれ挿入される複数の挿入孔211と、磁石22を冷却する冷却液を流通させる複数の流通孔212とが設けられている。流通孔212には、例えば複数のコイル12の磁界によって発生する鉄損によるロータコア21の発熱を冷却する冷却液が供給される。
【0018】
中心穴210、複数の挿入孔211、及び複数の流通孔212は、ロータコア21を軸方向(複数枚のコアプレート3の積層方向)に貫通している。なお、本実施の形態では、挿入孔211及び流通孔212が回転軸線Oと平行に延在しているが、挿入孔211及び流通孔212は、回転軸線Oに対して傾斜して複数枚のコアプレート3の積層方向に延在していてもよい。
【0019】
また、ロータコア21は、シャフト10の一対のキー溝10a(図1に示す)にそれぞれ嵌合する一対の突起21aを有している。シャフト10は、キー溝10aに突起21aが嵌合することにより、ロータコア21との相対回転が規制されている。
【0020】
図3は、1枚のコアプレート3を示す平面図である。コアプレート3は、電磁鋼板をプレス加工して成形されている。コアプレート3には、中心穴30と、複数の磁石挿入用の貫通穴31と、複数の冷却液流通用の貫通穴32とが設けられている。複数の貫通穴31及び複数の貫通穴32は、中心穴30と共に、1回のプレス加工によって形成される。また、コアプレート3は、一対の舌片3aを有している。ロータコア21の突起21aは、積層された複数枚のコアプレート3のそれぞれの舌片3aにより形成されている。
【0021】
磁石挿入用の貫通穴31は、長穴状に形成されており、その長軸方向がコアプレート3の径方向及び周方向に対して傾斜している。より詳細には、長軸方向がコアプレート3の径方向に対して90°未満の角度で一側に所定角度傾斜した10個の磁石挿通用の貫通穴31と、長軸方向がコアプレート3の径方向に対して90°未満の角度で他側に所定角度傾斜した10個の磁石挿通用の貫通穴31とが、コアプレート3の周方向に沿って交互に形成されている。
【0022】
本実施の形態では、10個の冷却液流通用の貫通穴32が複数の磁石挿通用の貫通穴31よりもコアプレート3の径方向の内側に形成されている。それぞれの冷却液流通用の貫通穴32は、両端部が半円形の角丸長方形状である。また、本実施の形態では、10個の冷却液流通用の貫通穴32が、長手方向の長さが比較的長い4つの長尺貫通穴321と、長手方向の長さが比較的短い6つの短尺貫通穴322とからなる。
【0023】
ロータコア21は、複数枚のコアプレート3が積層されることにより、それぞれのコアプレート3の中心穴30が連通して中心穴210になり、それぞれのコアプレート3の複数の磁石挿通用の貫通穴31が積層方向に連通して複数の挿入孔211になり、それぞれのコアプレート3の複数の冷却液流通用の貫通穴32が積層方向に連通して複数の流通孔212になる。
【0024】
磁石22は、長手方向に直交する断面が長方形の四角柱状である。また、磁石22は、挿入孔211に充填された樹脂23によってロータコア21に固定されている。磁石22の長手方向の端面は樹脂23に覆われている。磁石22は、例えばフェライトやネオジム等の粉末を焼結した棒状の硬磁性体であり、挿入孔211に収容される前の段階では着磁されておらず、ロータコア21に固定された後に着磁される。なお、図2(b)では、説明の明確化のため、樹脂23の厚みを誇張して図示している。
【0025】
(ロータの製造方法)
次に、ロータ2の製造方法、及びこの製造方法によりロータ2を製造する製造装置Aについて説明する。ロータ2の製造方法は、複数の貫通穴31,32がそれぞれ形成された複数枚のコアプレート3を成形するコアプレート成形工程と、複数のコアプレート3を積層し、複数のコアプレート3の積層方向に延びる複数の挿入孔211、及び冷却液を流通させる複数の流通孔212が設けられたロータコア21を形成するロータコア形成工程と、ロータコア21の複数の挿入孔211のそれぞれに硬磁性材料からなる棒状体220(後述)を挿入する挿入工程と、棒状体220を挿入孔211内で固定する固定工程と、挿入孔211内に固定された棒状体220を着磁して磁石22とする着磁工程とを備えている。
【0026】
コアプレート成形工程では、薄板状の電磁鋼板をプレス加工してコアプレート3を成形する。ロータコア形成工程では、複数枚のコアプレート3をその厚み方向に積み上げて積層する。
【0027】
図4は、ロータコア形成工程を示す説明図である。コアプレート3の積層は、パレット4に複数枚のコアプレート3を順次鉛直方向に積み上げることにより行われる。図4は、図面下方が鉛直方向の下側にあたり、図面上方が鉛直方向の上側にあたる。以下、「上」及び「下」とは、鉛直方向の上下をいうものとする。
【0028】
パレット4は、ベース板41と、ベース板41の上側に配置されたロアプレート42と、ロアプレート42の上側に配置されたアッパプレート43と、後述する挿入工程において棒状体220が突き当てられる複数の突き当てピン44と、ベース板41上に配置された有底円筒状の筒状体45と、筒状体45をベース板41に固定するための複数の固定ピン46と、固定工程においてカルプレート(後述)を位置決めするための複数の位置決めピン47とを有している。
【0029】
ベース板41は、ロアプレート42及びアッパプレート43よりも大きく、鉛直方向視において矩形状である。ベース板41の下面41aは、突起のない平坦な面に形成されている。筒状体45は、円筒状の筒部451と円板状の底部452とを有し、筒部451の下端部がロアプレート42及びアッパプレート43の中心部に挿通されてベース板41に当接している。底部452は、筒部451の上端部を閉塞している。複数の位置決めピン47は、底部452の上面452aから上方に突出している。
【0030】
突き当てピン44は、アッパプレート43に形成された挿通孔430に挿通された大径部441と、アッパプレート43の上面43aよりも上方に突出した小径部442とを有し、ロアプレート42によって挿通孔430から抜け止めされている。複数の突き当てピン44は、複数の挿入孔211のそれぞれに対応して設けられ、小径部442が挿入孔211内に突出するように配置されている。
(【0031】以降は省略されています)

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