JP2006311782A - ロータおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 永久磁石を孔内に確実に固定することができるロータの製造方法を提供する。
【解決手段】 ロータ１３０の製造方法は、電磁鋼板１１３１により構成され、外周縁内側でかつ外周縁近傍に複数の孔２１３１が設けられたロータコア１３１の孔２１３１に永久磁石１３２を挿入する工程と、孔２１３１と永久磁石１３２との間に接着剤シート１３３を介在させ、温度を上昇させることで接着剤シート１３３を膨張させるとともに硬化させて永久磁石１３２を孔２１３１内に固定する工程とを備える。
【選択図】 図３

Description

この発明は、ロータおよびその製造方法に関し、より特定的には、車両に搭載される回転電機で用いられるロータおよびその製造方法に関するものである。

従来、回転電機に関する技術は、たとえば特開２００２−２７２０３４号公報（特許文献１）、特開平６−３８４１７号公報（特許文献２）および特開２００２−５８１８５号公報（特許文献３）に開示されている。
特開２００２−２７２０３４号公報 特開平６−３８４１７号公報 特開２００２−５８１８５号公報

たとえば特許文献１では、ヨークと磁石をヤング率が低く、熱膨張率の高い接着剤で固定する構造が開示されている。ヨークは積層鋼板により構成され、鋼板の製造公差による大きな隙間を埋めるためには厚い接着シートが必要であるが、接着シートの挿入性を考慮すると接着シートは薄い方が好ましいという問題があった。

そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、ロータコアと永久磁石との間を確実に埋めることができるロータおよびその製造方法を提供することを目的とする。

この発明に従ったロータの製造方法は、積層鋼板により構成され、外周円内側でかつ外周円近傍に複数のスリット孔が設けられたロータコアのスリット孔に永久磁石を挿入する工程と、スリット孔と永久磁石との間に接着シートを介在させ、温度を上昇させることで接着シートを膨張させるとともに硬化させることで永久磁石をスリット孔に固定する工程とを備える。

このように構成されたロータの製造方法では、スリット孔と永久磁石との間に接着シートを介在させ、温度を上昇させることで接着シートを膨張させて硬化させるとともに永久磁石をスリット孔に固定するため、薄い接着シートを膨張させてスリット孔に永久磁石を固定することができる。その結果、製造公差を吸収し、挿入性を向上させ、確実に孔内に永久磁石を固定することができる。

この発明に従ったロータは積層鋼板により構成され、複数の孔を有し、孔の表面に凹凸が形成されたロータコアと、孔に挿入される永久磁石と、孔と永久磁石との間に介在して孔の表面の凹凸と永久磁石とに密着し、孔の凹凸を充填する接着シートとを備える。接着シートは接着剤と発泡成分とを含む。

このように構成されたロータでは、接着シートが凹凸を充填するため、接着シートと凹凸との接触面積が大きくなり、接着シートと孔との密着性が向上する。その結果、確実に永久磁石を孔内に固定することができる。

好ましくは、永久磁石は分割磁石であって、接着シートが分割磁石を接着する。この場合、分割磁石の一体化を接着シートが行なうとともに、接着シートにより、分割磁石と孔との隙間を埋めることが可能となる。

この発明に従えば孔内に永久磁石を確実に固定することができるロータを提供することができる。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。

図１は、この発明の実施の形態に従ったロータを含む駆動ユニットの構造の一例を概略的に示す図である。図１で示される例では、駆動ユニット１は、ハイブリッド車両に搭載される駆動ユニットであり、モータジェネレータ１００と、ハウジング２００と、減速機構３００と、デファレンシャル機構４００と、ドライブシャフト受け部５００とを含んで構成される。

モータジェネレータ１００は、電動機または発電機としての機能を有する回転電機であり、軸受１２０を介してハウジング２００に取付けられた回転シャフト１１０と、回転シャフト１１０に取付けられたロータ１３０と、ロータ１３０外周に設けられたステータ１４０とを有する。

ロータ１３０は、ロータコア１３１と、ロータコア１３１に埋設された永久磁石１３２とを有する。ロータコア１３１は鉄または鉄合金などの板状の磁性体を積層することにより構成される。永久磁石１３２は、たとえばロータコア１３１の外周近傍にほぼ等間隔を隔てて配置される。

ステータ１４０は、リング状のステータコア１４１と、ステータコア１４１に巻回されるコイル１４２と、コイル１４２に接続されるバスバー１４３とを有する。バスバー１４３は、ハウジング２００に設けられた端子台２１０を介して給電ケーブル２２０と接続される。これにより、外部電源２３０とコイル１４２とが電気的に接続される。

ステータコア１４１は、鉄または鉄合金などの板状の磁性体を積層することにより構成される。ステータコア１４１の内周面上には、複数のティース部（図示せず）および該ティース部間に配置される凹部としてのスロット部（図示せず）が形成されている。スロット部は、ステータコア１４１の内周側に開口するように設けられる。

３つの巻線相であるＵ相、Ｖ相およびＷ相を含むコイル１４２は、スロットル部に嵌まり合うようにティース部に巻付けられる。コイル１４２のＵ相、Ｖ相およびＷ相は、互いに円周上でずれるように巻付けられる。バスバー１４３は、それぞれコイル１４２のＵ相、Ｖ相およびＷ相に対応するＵ相バスバー、Ｖ相バスバーおよびＷ相バスバーを含む。

給電ケーブル２２０は、Ｕ相ケーブルと、Ｖ相ケーブルと、Ｗ相ケーブルとからなる３相ケーブルである。バスバー１４３のＵ相、Ｖ相およびＷ相がそれぞれ給電ケーブル２２０におけるＵ相ケーブルと、Ｖ相ケーブルと、およびＷ相ケーブルに接続される。

駆動力の伝達経路について説明すると、モータジェネレータ１００から出力された動力は、減速機構３００からデファレンシャル機構４００を介してドライブシャフト受け部５００に伝達される。ドライブシャフト受け部５００に伝達された駆動力は、ドライブシャフト（図示せず）を介して車輪（図示せず）に回転力として伝達されて、車両を走行させる。

一方、ハイブリッド車両の回生制動時には、車両は車体の慣性力により回転させられる。車輪からの回転力によりドライブシャフト受け部５００、デファレンシャル機構４００および減速機構３００を介してモータジェネレータ１００が駆動される。このとき、モータジェネレータ１００が発電機として作動する。モータジェネレータ１００により発電された電力は、インバータを介してバッテリに蓄えられる。

図１では、ハイブリッド車両の例を示しているが、これに限られるものではなく、電動車両、燃料電池車両のモータを構成するロータとして本発明を適用してもよい。

さらに、燃料電池車両のモータジェネレータに本発明を適用してもよい。
さらに、本発明のロータは、車両に搭載されるものだけでなく、車両に搭載されない発電機などを構成するモータジェネレータのロータとして適用されてもよい。

図２は、ロータの構成を示す斜視図である。図２を参照して、ロータ１３０は、電磁鋼板を積層して構成されるロータコア１３１を有する。ロータコア１３１は円柱形状であり、外周円１３６の内側でかつ外周円１３６近傍には複数の孔２１３１が設けられる。図２では、４つの孔２１３１を示しているが、この孔２１３１の個数に関しては限定されるものではない。

孔２１３１には、永久磁石１３２が嵌め合わされる。永久磁石１３２の材質としては、鉄を主成分とする合金磁石、鉄の酸化物であるフェライト磁石、希土類元素を含む希土類磁石（サマリウム−コバルト磁石、ネオジム磁石など）等がある。

永久磁石１３２は縦長形状であり、孔２１３１に嵌め合わされることが可能な扇形状とされる。なお、永久磁石１３２の形状は、図２で示すように、外周円１３６に沿った湾曲形状（円弧形状）である必要はなく、直方体形状などであってもよい。

図３および図４は、この発明の実施の形態に従ったロータの製造方法を説明するための断面図である。図３を参照して、まず電磁鋼板１１３１を積層して構成されるロータコア１３１を準備する。電磁鋼板１１３１内には孔２１３１が形成されており、孔２１３１の表面には凹部２１３１ａおよび凸部２１３１ｂが存在する。この凹部２１３１ａおよび凸部２１３１ｂは、製造時の公差などにより生じるものであり、不可避的に発生する。孔２１３１内に永久磁石１３２を挿入する。永久磁石１３２の外周には接着剤シート１３３が固着されている。接着剤シート１３３は、発泡剤と接着剤を含む。接着剤シート１３３は、たとえば、基材層、接着層およびカバー層の３層で構成され、カバー層を外すことによって接着層が露出する構成とされる。接着剤シート１３３は、たとえば固形エポキシ樹脂、液状エポキシ樹脂およびアミン系硬化剤を含む。固形エポキシ樹脂は可撓性を与えるものであり、液状エポキシ樹脂は熱硬化成分であり、アミン系硬化剤はエポキシ硬化剤である。さらに、接着剤シート１３３には発泡材料が含まれている。この発泡材料は膨張カプセルとして接着剤シート１３３内に含まれ、加熱すると体積が急激に膨張するものである。接着剤シート１３３は永久磁石１３２の外周に貼り付けられており、図３で示す状態では凸部２１３１ｂと接着剤シート１３３とが接触する。

永久磁石１３２に接着剤シート１３３を嵌め合わせる工程として、まず切断前の永久磁石のバルクに接着剤シートを貼り合せ、その貼り合せた後に接着剤シートと共に永久磁石と切断して所望の形状としてもよい。これとは異なり、予め切断された永久磁石１３２に接着剤シート１３３を貼り合せてもよい。図３で示す工程の温度は常温であり、この状態では、接着剤シート１３３は膨張していない。

次に、孔２１３１内に永久磁石１３２および接着剤シート１３３を嵌め合わせた後に、永久磁石１３２および接着剤シート１３３を加熱する。これにより、接着剤シート１３３中の発泡成分が膨張して、接着剤シート１３３の体積が急激に膨張する。これにより、接着剤シート１３３は凹部２１３１ａを充填し、凹部２１３１ａおよび凸部２１３１ｂの表面に沿い孔２１３１に密着する。膨張と同時に接着剤シート１３３が硬化し、永久磁石１３２が接着剤シート１３３により孔２１３１内に固定される。

すなわち、この発明に従ったロータ１３０は、積層鋼板（電磁鋼板）１１３１により構成され、複数の孔２１３１を有し、孔２１３１の表面に凹部２１３１ａおよび凸部２１３１ｂが形成されたロータコア１３１と、孔２１３１に挿入される永久磁石１３２と、孔２１３１と永久磁石１３２との間に介在して孔２１３１の表面の凹部２１３１ａおよび凸部２１３１ｂと永久磁石１３２とに密着し、凹部２１３１ａおよび凸部２１３１ｂを充填する接着剤シート１３３とを備える。接着剤シート１３３はエポキシ系の接着剤と発泡成分とを含む。

この発明に従ったロータ１３０の製造方法は、電磁鋼板１１３１により構成され、外周円１３６の内側でかつ外周円１３６近傍に複数のスリット孔としての孔２１３１が設けられたロータコア１３１の孔２１３１に永久磁石１３２を挿入する工程と、孔２１３１と永久磁石１３２との間に接着剤シート１３３を介在させ、温度を上昇させることで接着剤シート１３３を膨張させるとともに硬化させて永久磁石１３２を孔２１３１に固定する工程とを備える。

接着剤シート１３３を使用した永久磁石１３２の固定方法を検討した場合に、挿入性を考慮する場合には、隙間が小さくても接着剤シート１３３を挿入できるようにするために、接着剤シート１３３の厚みは薄い方がよい。これに対し、接着性を考慮した場合には、隙間を確実に埋めるために接着剤シートは厚い方がよいという矛盾が生じる。この点を改善するために、本発明では、常温では挿入性を確保するべくクリアランスよりも薄い接着剤シート１３３を用いる（図３参照）。加熱により接着剤シート１３３を硬化させるとともに膨張させ、クリアランスを埋めることができる発泡接着剤シートを接着剤シート１３３として用いる。これにより、公差のばらつきを吸収し、挿入性と接着性との両立を図ることができる。

図５は分割磁石を用いた永久磁石の斜視図である。図５を参照して、この発明の実施の形態において、分割磁石１１３２が複数集合して構成される永久磁石１３２を用いてもよい。分割磁石１１３２は接着剤シート１３３で予め一体化される。分割磁石１１３２を複数個用いることで、永久磁石に発生する渦電流を低減することができる。さらに、熱硬化性かつ膨張可能な接着剤シート１３３で分割磁石１１３２を一体化して永久磁石１３２を形成することで孔に挿入しやすくなる。

図６は孔に挿入される永久磁石の斜視図である。図６を参照して、電磁鋼板からなるロータコア１３１の孔２１３１に永久磁石１３２が挿入される。永久磁石１３２は複数の分割磁石１１３２からなり、各々が接着剤シート１３３で巻かれて一体化されている。接着剤シート１３３はエポキシ系の接着剤と発泡成分とを含んでいる。孔２１３１に永久磁石１３２および接着剤シート１３３が挿入された後、加熱されて接着剤シート１３３が膨張および硬化する。これにより永久磁石１３２が孔２１３１内で位置決めされる。

このように構成された分割磁石を用いたロータでは、膨張する接着剤シート１３３を使用してこの接着剤シート１３３により分割磁石１１３２を一体化するとともに、上述の図１から４で示したように、永久磁石１３２を孔２１３１内に固定することができる。その結果、永久磁石１３２と孔２１３１との隙間のばらつきが生じても、このばらつきを接着剤シート１３３が埋めることができるため、固着時のばらつきを軽減することができる。さらに、それぞれの分割磁石１１３２が若干移動するため、確実に孔２１３１内で永久磁石１３２が位置決めされる。確実に永久磁石１３２と孔２１３１壁面との隙間に接着剤が入り込むことが補償できるため、部分的な応力集中を起こすことがない。

以上、この発明の実施の形態について説明したが、ここで示した実施の形態はさまざまに変形することが可能である。まず、接着剤シート１３３を構成する材料としては、実施の形態ではエポキシ系の接着剤を示したが、これに限られるものではなく、適度な接着力があり、かつ熱硬化性があればよい。また、図３では、永久磁石１３２の両面に接着剤シート１３３を設ける工程を示したが、片面にのみ接着剤シート１３３を設けてもよい。また、図２で示す永久磁石１３２の少なくとも一面に接着剤シートを貼り付ければよく、また、すべての面に接着剤シートを貼り付けてもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、たとえば車両に搭載される回転電機のロータの分野で用いることができる。

この発明の実施の形態に従ったロータを含む駆動ユニットの構造の一例を概略的に示す図である。 ロータの構成を示す斜視図である。 この発明の実施の形態に従ったロータの製造方法を説明するための断面図である。 この発明の実施の形態に従ったロータの製造方法を説明するための断面図である。 分割磁石を用いた永久磁石の斜視図である。 孔に挿入される永久磁石の斜視図である。

符号の説明

１ 駆動ユニット、１００ モータジェネレータ、１１０ 回転シャフト、１２０ 軸受、１３０ ロータ、１３１ ロータコア、１３２ 永久磁石、１３３ 接着剤シート、１１３１ 電磁鋼板、２１３１ 孔、２１３１ａ 凹部、２１３１ｂ 凸部。

Claims (3)

1. 積層鋼板により構成され、外周縁内側でかつ外周縁近傍に複数のスリット孔が設けられたロータコアの前記スリット孔に永久磁石を挿入する工程と、
   前記スリット孔と前記永久磁石との間に接着シートを介在させ、温度を上昇させることで前記接着シートを膨張させるとともに硬化させて前記永久磁石を前記スリット孔に固定する工程とを備えた、ロータの製造方法。
2. 積層鋼板により構成され、複数の孔を有し、孔の表面に凹凸が形成されたロータコアと、
   前記孔に挿入される永久磁石と、
   前記孔と前記永久磁石との間に介在して、前記孔の表面の凹凸と前記永久磁石とに密着し、前記孔の凹凸を充填する接着シートとを備え、
   前記接着シートは、接着剤と発泡成分とを含む、ロータ。
3. 前記永久磁石が分割磁石であって、
   前記接着シートが前記分割磁石を接着する、請求項２に記載のロータ。

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