JP2010093899A - 回転電機のロータ製造方法及びロータ - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機の永久磁石埋設型ロータにおいて、永久磁石を磁石収容孔内に固定する樹脂剤と永久磁石との接着力を向上する。
【解決手段】
ガス混合・制御部２２により、ガスタンク２１から供給されるアルゴンガスと酸素とを混合してアルゴンガスを主体とした処理ガスを生成し、高周波電源２４から高周波電圧が印加された反応器２４により、前記処理ガスを反応させて生成した高密度のプラズマジェット２６を大気圧雰囲気下で先端のノズルから噴出させて、装着部２５に装着された対向する永久磁石７の端面７ａに照射し、該端面７ａをプラズマ処理する。
【選択図】図４

Description

本発明は、回転電機のロータコアに形成された磁石収容孔内に、樹脂剤を介して永久磁石を接着固定する技術の改善に関する。

電気自動車やハイブリッド車両などに用いられる回転電機で、ロータコアに磁石収容孔を形成し、該磁石収容孔に挿入した永久磁石とロータコアとの間に樹脂剤を充填し、該樹脂剤を介して永久磁石をロータコアに接着固定した永久磁石埋設型ロータがある。

かかる永久磁石埋設型ロータでは、永久磁石の磁石収容孔開口側の端面に、樹脂剤が薄膜状に残り、この薄膜状に残った樹脂剤がロータの回転遠心力、振動等によって剥離するおそれがある。その場合、例えば、オイルで潤滑する回転電機の場合は、剥離した樹脂剤がオイル内に異物となって混入して潤滑部に悪影響を及ぼすこと等が問題となる。

この対策として、従来、永久磁石のメーカーが、鋳造成型した永久磁石の端面を切削加工し、該切削面によって樹脂剤との接着力を向上させることにより、樹脂剤の剥離防止を図っている。

なお、特許文献１には、永久磁石の表面をプラズマ処理した後、防錆剤を被膜する技術が開示されている。
特開平２−２４８０１２号

しかしながら、上記従来の方法では、樹脂剤との接着力向上のため永久磁石の端面を切削加工（切り落とし）していたので、加工代分が無駄になり、永久磁石製造の歩留まりが低下する。

また、永久磁石を製造するメーカーで永久磁石を切削加工してから、ロータ組立までの間に、前記切削面が腐食し、樹脂剤との接着力の低下ないし製品毎のバラツキを生じていた。

特許文献１のように切削面に防錆剤をコーティング（アクアコーティング）して腐食を防止しつつ樹脂剤との接着力を向上することも可能であるが、コストが高くつき、永久磁石製造の歩留まり低下も解消されない。

本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、ロータコアに磁石収容孔への樹脂剤の充填を介して接着固定される永久磁石の歩留まりを確保しつつ、永久磁石特にその端面と樹脂剤との接着力（密着力）を高めて樹脂剤の剥離を防止することを目的とする。

このため、本発明は、回転電機のロータコアに開口して形成された磁石収容孔内に永久磁石を配置し、該永久磁石を樹脂モールドにより樹脂剤を介してロータコアに接着固定する永久磁石埋設型ロータにあって、樹脂モールド前に、永久磁石の樹脂剤との接着面をプラズマ処理する構成とした。

かかる構成とすれば、永久磁石を切削加工することなく永久磁石の歩留まりを確保できる一方、樹脂モールド前に永久磁石の接着面をプラズマ処理することにより、永久磁石と樹脂剤との接着力を高めて樹脂剤の剥離を防止できる。

本発明の実施の形態を、図を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るロータを備えた回転電機の概略構成を示す。

本実施形態の回転電機は、ハイブリッド車において電動機と発電機とを兼ねるモータジェネレータであり、ロータ１とステータ２とで構成され、Ｔ／Ａ（トランスアクスル）のケース３内に収納される。

ロータ１は、図示しないエンジン(内燃機関)のクランクシャフトに連動して回転するオイルポンプのポンプシャフト４の外周に、ポンプシャフト４と相対回転自由に軸受されたロータシャフト５と、電磁鋼板を積層して形成されロータシャフト５の外周に固定されたロータコア６と、ロータコア６の外周面近傍に形成された複数の磁石収容孔６ａにそれぞれ埋設された永久磁石７と、ロータコア６の両端を挟んで固定される非磁性体材料のエンドプレート８と、を備えて構成される。磁石収容孔６ａ内には、樹脂モールドにより、永久磁石７が樹脂剤の固化された樹脂部９を介して永久磁石７がロータコア６に接着固定される。

永久磁石７は、本実施形態では、各磁石収容孔６ａの軸方向に２個並べて配設しているが、１個で形成されていてもよい。

ロータ１の外周に近接して配設されるステータ２は、ケース３に固定され、電磁鋼板を積層して形成されたステータコア１０と、ステータコア１０に形成された複数のスロットに巻回された３相のステータコイル１１からなり、ステータコイル１１のステータコア１０から外側に突出した部分がコイルエンド１１ａを形成している。

従って、ステータコイル１１に供給する電流による磁界でロータ１を回転させて、ロータシャフト５を出力軸とすることで、電動機として動作し、また、ロータシャフト５を入力軸として、ロータ１の回転によりステータコイル１１に電流を発生させることで、発電機として動作する。

図２は、ロータ１の軸方向と直角方向の断面を示し、磁石収容孔６ａは、ロータコア６の周方向に複数形成される。本実施形態では、リラクタンストルクを有効活用するため、隣接して１つの磁極を構成する１対の永久磁石７が、ロータの回転軸に向かって凸となるＶ字形状を形成するように配置している。ただし、１つの磁極を１個の永久磁石で構成するものであってもよいことは、勿論である。

また、Ｖ字をなして隣接する１対の磁石収容孔６ａのロータコア６径方向内側で近接する部分６ｂと、径方向外側の離れた部分６ｃが、それぞれ収容する永久磁石７の外側に拡張されている。

このように、磁石収容孔６ａを拡張するのは、隣接する１対の部分６ｂ、６ｂ相互間のロータコア６部分、及び、外側の部分６ｃとロータコア６周端との間のロータコア６部分を、それぞれ薄肉のブリッジ部に形成して、磁束漏れ抑制により磁気損失を低減するなどのためであるが、同時に、磁石収容孔６ａ内における樹脂部９とロータコア６との接着面積が増大して、永久磁石７の接着力が強化される。ただし、磁石収容孔が、上記のような拡張部を有さず、永久磁石の周囲を均等な隙間で包囲するように形成されたものであってもよいことは勿論である。

かかる構成の回転電機において、永久磁石７のロータコア６への組み付けが、以下のように行われる。

前記永久磁石７は、図３に示すように、ロータコア６の磁石収容孔６ａに収容した際に、ロータコア６の磁石収容孔６ａ開口端縁から若干（所定長）奥まった位置に配設される軸長に形成されている。ここで、永久磁石のメーカーは、上記寸法の永久磁石を鋳造成型によって製造し、切削加工や防錆剤のコーティング処理等の表面処理を行うことなく、鋳放し状態のまま、ロータの組立工場に搬送する。なお、鋳放し状態で、永久磁石７の良好な平面度、直角度を得られることが確認されている。

ロータの組立工場では、上記永久磁石７をロータコア６の磁石収容孔６ａへ樹脂剤の充填を介して接着固定する前に、永久磁石７の磁石収容孔６ａ開口側の端面を、プラズマ処理する。

プラズマ処理は、例えば、図４に示す大気圧（常圧）プラズマ処理装置を用いて行う。

本装置は、ガスタンク２１、ガス混合・制御部２２、高周波電源２３、反応器２４、被処理体（本実施形態では永久磁石７）の装着部２５等から構成される。

永久磁石７は、軸方向の端面を反応器２４先端に指向させて装着部２５に装着される。

ガス混合・制御部２２は、ガスタンク２１から供給されるアルゴンガスと酸素を混合してアルゴンガスを主体とした処理ガスを生成し、反応器２４に供給する。

反応器２４には、高周波電源２４から高周波電圧が印加され、処理ガスを反応させて生成した高密度のプラズマジェット２６を、大気圧雰囲気下で反応器２４先端のノズルから噴出させて、対向する永久磁石７の端面７ａに照射し、該端面７ａをプラズマ処理する。

プラズマ処理は、上記大気圧（常圧）プラズマ処理に限らず、減圧（真空）プラズマ処理により行うこともできる。これは、真空に排気した処理室に、アルゴンガス等の処理ガスを導入し、処理室内に設けた平行平板電極に高周波電圧を印加してプラズマを発生させ、処理を行うものである。

なお、本実施形態では、１個の磁石収容孔６ａに１対の永久磁石７を収容するため、各永久磁石７の磁石収容孔６ａ開口側に臨む片側だけをプラズマ処理するが、１個の磁石収容孔に１本の永久磁石を収容する場合には、各永久磁石の両端をプラズマ処理することは勿論である。

上記のようにプラズマ処理を行った後、装着部２５から外した永久磁石７を、樹脂モールドにより、磁石収容孔６ａ内に樹脂部９を介してロータコア６に接着固定する。

樹脂モールドは、例えば、本願出願人により先に出願された特開２００７−１５９２２３号に開示された方法により、図５に示すように行う。

ロータコア（積層電磁鋼板）６の両端を挟持する１対のエンドプレート８の中、片側のエンドプレート８の磁石収容孔６ａに面する部分に固形樹脂、好ましくは充填する樹脂剤９’と同一の樹脂剤で形成されたスペーサ３１を載せ、該エンドプレート８の鉛直上側にロータコア６を配置して、これらエンドプレート８およびロータコア６を、治具３２に設置する。

この状態で、各磁石収容孔６ａに、１対の永久磁石７を、それぞれ前記プラズマ処理された端面が磁石収容孔６ａの開口端側となるように挿入する。

この際、永久磁石７は、スペーサ３１上に載置され、エンドプレート８と永久磁石７との間に隙間が形成される。

次に、治具３２上に、射出型３３と押し型３４とを備えるインジェクション装置３５を配置する。射出型３３のゲート３３ａ内から高温液状の樹脂剤９’を注入し、その上に押し型３４を載せ、図中の矢印方向に押し込む。樹脂剤９’は、ゲート３３ａと連通した磁石収容孔６ａ内に注入され、永久磁石７とロータコア６との隙間が埋められ、樹脂剤９’が固化して永久磁石７の周りに樹脂部９が形成される。

樹脂部９の形成後、ロータコア６およびエンドプレート８を治具３２から取り外し、これらを反対側のエンドプレート８と共に、ロータシャフト５に固定する。

樹脂剤９’としては、エポキシ、不飽和ポリエステル、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンスル等を用いることができる。

このようにすれば、永久磁石７の磁石収容孔６ａの開口端側の端面７ａ（樹脂剤との接着面）は、プラズマ処理によって、表面の異物が除去され、親水性の高い化合物が生成されて濡れ性が高められること等により、樹脂剤に対し、バラツキなく高い接着力（密着力）を確保できる。また、前記スペーサ３１も樹脂で形成され、特に、充填する樹脂剤９'と同一の樹脂で形成すれば、樹脂剤９'とは十分強力に接着する。

この結果、永久磁石７端面からの樹脂剤（樹脂部９）の剥離を防止でき、剥離した樹脂片のオイルへの混入による潤滑部への悪影響等を回避できる。

また、プラズマ処理は、上記のように、処理された表面の異物を除去し、親水性の高い化合物を生成することによって接着力を高めるという原理であるため、樹脂剤との接着力向上効果は、処理前の永久磁石表面の状態に関わり無く得られる。したがって、上記のようにプラズマ処理を、切削加工を行うことなく鋳放しのまま行うことができるため、永久磁石製造の歩留まりが向上し、ひいてはロータの製造コストを低減できる。

また、高価な防錆剤を用いたコーティング処理を施すことなく、固定用の樹脂剤を永久磁石７の表面に直接、高い接着力で接着することができ、この面でもロータの製造コストを低減できる。

さらに、プラズマ処理された表面は、時間経過と共に樹脂剤との接着性が低下する特性を有するが、上述したように、プラズマ処理は鋳放し状態の永久磁石に対して行えるので、ロータの組立前の樹脂モールド直前に行うことができ、永久磁石をプラズマ処理した後、速やかに樹脂モールドを行うことができ、永久磁石と樹脂剤との高い接着性を確保できる。

この場合、必ずしも、個々の永久磁石をプラズマ処理した直後に樹脂モールドを行わなくても、例えば、ある程度まとまった量の永久磁石に対してプラズマ処理を行ってから、樹脂モールドするようにしてもよい。ただし、プラズマ処理後の接着力低下の特性は、予め知ることができるので、良好な接着力を維持可能な間に樹脂モールドに移行させればよい。

なお、永久磁石７の軸周りの周面は、樹脂剤の接着面積が大きく、かつ、永久磁石７とロータコア６とに挟まれて強固に接着しているので、樹脂剤の剥離を生じることはない。

ただし、磁石収容孔と永久磁石との軸周りの隙間が極小さめに形成され、樹脂剤が十分に隙間に回りこみにくいような場合には、永久磁石の樹脂剤との接着面全体に、プラズマ処理を行って、接着面全体の接着力を強化するのがよい。

一方、永久磁石７の端面７ａとロータコア６の磁石収容孔６ａ開口端縁との距離、つまり、この間に充填される樹脂部９の厚さは、永久磁石７端面をプラズマ処理して接着力を高めている結果、十分薄くすることができる。したがって、樹脂部の厚さを確保するために永久磁石の端面より軸方向外側に、性能向上につながらないロータコア部分（積層電磁鋼板）を余分に増設することによる回転電機の大型化を抑制できる。なお、永久磁石７の端面７ａ全体が樹脂部７ａで被覆されることにより、防錆効果も向上する。

さらに、永久磁石の端面と、磁石収容孔の開口端とを略同一位置に形成し、上記のようなスペーサを用いることなく、樹脂剤の充填を行った際に、樹脂剤が永久磁石端面に回りこんで、薄膜状に接着したような場合でも、樹脂剤、プラズマ処理方法の選択等によってプラズマ処理した永久磁石端面との接着力が強力で、薄膜状樹脂剤の剥離を確実に防止できることを実験等で確認できれば、この方式の採用によって回転電機をより小型化できる。

また、上記実施形態では、磁石収容孔がロータコアの軸方向に延びるものを示したが、これに限らず、磁石収容孔が、永久磁石とステータとの配置、形状で定まる界磁方向と直交する方向に形成してあれば本発明を適用できる。例えば、アキシャル形回転電機において軸方向の界磁方向と直交する径方向に磁石収容孔を配設したものに適用できる。

本発明の一実施形態に係るロータを備えた回転電機の概略構成を示す縦断面図。 上記ロータの詳細を示す図１と軸直角方向の縦断面図。 上記ロータの永久磁石の軸方向端部周辺を示す横断面図。 上記永久磁石端面をプラズマ処理するシステム概要を示す図。 上記ロータのロータコアと永久磁石との隙間に樹脂剤を充填する装置の概要を示す図。

符号の説明

６…ロータコア、６ａ…磁石収容孔、７…永久磁石、７ａ…永久磁石の軸方向端面、９…樹脂部、９’…樹脂剤、２１…ガスタンク、２２…ガス混合・制御部、２３…高周波電源、２４…反応器、２５…装着部、２６…プラズマジェット、３１…スペーサ、３２…治具、３３…射出型、３４…押し型、３５…インジェクション装置

Claims (7)

1. ロータコアに開口して形成された磁石収容孔内に永久磁石を配置し、該永久磁石を樹脂モールドにより樹脂剤を介してロータコアに接着固定する回転電機のロータ製造方法であって、
   前記樹脂モールド前に、前記永久磁石の前記樹脂剤との接着面をプラズマ処理する回転電機のロータ製造方法。
2. 前記永久磁石の少なくとも前記磁石収容孔開口端側の端面をプラズマ処理する請求項１に記載の回転電機のロータ製造方法。
3. 前記永久磁石の前記磁石収容孔開口端側の端面をプラズマ処理後、該プラズマ処理された永久磁石の端面を前記ロータコアの磁石収容孔開口端縁より奥まった位置に配設し、
   前記磁石収容孔開口端縁と永久磁石の端面との間を埋めるように樹脂モールドをする請求項２に記載の回転電機のロータ製造方法。
4. 前記プラズマ処理された永久磁石の樹脂剤との接着性を維持可能な間に、前記樹脂モールドを行う請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の回転電機のロータ製造方法。
5. 回転電機のロータであって、
   開口端を有する磁石収容孔を備えたロータコアと、
   前記磁石収容孔内に、樹脂モールドにより樹脂剤を介して前記ロータコアに固定される永久磁石と、を含んで構成され、
   前記永久磁石は、前記樹脂剤との接着面が前記樹脂モールド前にプラズマ処理された面で構成される回転電機のロータ。
6. 前記永久磁石は、少なくとも前記磁石収容孔開口端側の端面がプラズマ処理された面で構成される請求項５に記載の回転電機のロータ。
7. 前記永久磁石は、プラズマ処理された前記磁石収容孔開口端側の端面が前記ロータコアの磁石収容孔開口端縁より奥まった位置に配設され、前記ロータコアの磁石収容孔の開口端縁と永久磁石の端面との間を埋めるように樹脂モールドがされてなる請求項５または請求項６に記載の回転電機のロータ。

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