JP2013115845A - ロータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】永久磁石埋め込み型のロータコアを形成している鋼板積層体の鋼板素片同士の隙間に十分に樹脂材料を浸透させることができる方法を提供する。
【解決手段】 鋼板積層体からなるロータコア２にその軸心方向に延びるスロット部３を複数個形成するとともに、各スロット部３に溶融樹脂材料５とともに磁石４を挿入して位置決め固定する方法である。各スロット部３に溶融樹脂材料５とともに磁石４を挿入した状態で、ロータコア２の中心のシャフト穴２ａを空隙部として利用して、そのシャフト穴２ａからスロット部３に向けて真空ポンプ１１で負圧吸引力を作用させる。これにより、ロータコア２を形成している鋼板積層体の各層間にスロット部３内の溶融樹脂材料５の一部を浸透させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、電動機におけるロータの製造方法に関し、特にロータに永久磁石を内蔵した永久磁石埋め込み型同期モータ等におけるロータの製造方法に関する。

この種のロータの構造として、例えば特許文献１に記載されているように、電磁鋼板等の鋼板積層体からなるロータコアにその軸心方向に貫通するスロット部をロータコアの円周方向に沿って所定のピッチで複数個形成し、それらのスロット部に個々に永久磁石を挿入して、樹脂材料あるいは接着剤にて位置決め固定したものが知られている。

そして、かかる構造のロータの一層の剛性の向上を目的として、特許文献１には、接着剤が収容された液槽にロータコアを浸漬させることにより、ロータコアを形成している鋼板積層体の各層間に接着剤を積極的に含浸させて、それぞれの鋼板素片同士を互いに接着固定する技術が開示されている。

特開２００２−１９１１４３号公報

しかしながら、ロータコアそのもの機能からしてそのロータコアを形成している鋼板積層体の鋼板素片同士の間の隙間が小さいために、特許文献１に記載されているように、ロータコアを単に接着剤が収容された液槽に浸漬させただけでは、鋼板積層体の鋼板素片同士の隙間に十分に接着剤を浸透させることは困難であり、接着によるロータコアの剛性の向上にも自ずと限界がある。また、特許文献１には、上記のような接着工法として真空含浸の採用の可能性も示唆されているが、具体的な手法が何ら開示されておらず、なおも改善の余地を残している。

本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、いわゆる永久磁石埋め込み型のロータの構造において、そのロータコアを形成している鋼板積層体の鋼板素片同士の隙間に十分に接着剤を浸透させることができるようにした製造方法を提供するものである。

本発明は、鋼板積層体からなるロータコアにその軸心方向に延びるスロット部を円周方向に沿って複数個形成するとともに、それぞれのスロット部に溶融樹脂材料とともに磁石を挿入して、各磁石を樹脂材料にて位置決め固定してあるロータを製造するにあたり、それぞれのスロット部に溶融樹脂材料とともに磁石を挿入した状態で、ロータコアのうち各スロット部よりもロータコアの径方向で中心寄りの空隙部からスロット部に向けて負圧吸引力を作用させて、ロータコアを形成している鋼板積層体の各層間にスロット部内の溶融樹脂材料の一部を浸透させるようにしたものである。

本発明によれば、ロータコアのうち各スロット部よりもロータコアの径方向で中心寄りの部位では、ロータコアを形成している鋼板積層体の各層間であるところの各鋼板素片同士の隙間に確実に溶融樹脂材料を浸透させることができるため、鋼板素片同士の接合強度の向上によってロータコアの剛性が一段と向上するほか、ロータの回転に伴う音および振動を低減する上でも有利となる。

また、溶融樹脂材料による磁石の固定と各鋼板素片同士の隙間への溶融樹脂材料の浸透とを実質的に同時に行うことができるため、製造工数の削減と製造設備の簡素化を図ることも可能となる。

本発明方法によって製造されるロータの一例を示す説明図。 図１の要部の拡大図。 図１のＡ−Ａ線に沿う断面説明図。 本発明方法の第１の実施の形態として図１に示したロータの製造手順を示す説明図。 本発明方法の第２の実施の形態として図１に示したロータの別の製造手順を示す説明図。 本発明方法の第３の実施の形態として図１に示したロータのさらに別の製造手順を示す説明図。 図１〜３に示したロータの変形例を示す要部拡大図。

図１〜４は本発明を実施するためのより具体的な第１の形態を示し、特に図１は例えば永久磁石埋め込み型同期モータのロータ（回転子）の構造を示し、また図２は図１の要部の平面図を、図３は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図をそれぞれ示している。

図１に示すように、ロータ１は、鋼板素片としての薄板状の電磁鋼板、より具体的には珪素鋼板等を鋼板素片としてこれを多段に積層した積層体からなる円筒状のロータコア（鉄心）２を主要素として構成されていて、そのロータコア２の円周方向の等分位置に磁石収納のための穴部として偏平矩形状の複数（本実施の形態では６個）のスロット部３を形成してある。それぞれのスロット部３はロータコア２をその軸心方向に貫通してロータコア２の両端面に開口していて、各スロット部３には当該スロット部３の形状よりも一回り小さな板状またはバー状の永久磁石４を挿入してある。そして、図２，３に示すように、各永久磁石４はスロット部３との隙間に溶融状態の熱硬化性の樹脂材料５を介装した上でこれを硬化させることにより、その樹脂材料５にていわゆる樹脂モールドのかたちで位置決め固定してある。樹脂材料５はスロット部３と永久磁石４との間の四周に介装され、同時に図３に示すようにスロット部３の高さよりも永久磁石４の高さの方がわずかに小さく設定されていることから、永久磁石４の上面も樹脂材料５にて被覆されている。

なお、永久磁石４の高さはロータコア２の高さと同等であっても良い。また、ロータコア２の中心には貫通穴であるシャフト穴２ａが貫通形成されていて、このシャフト穴２ａには図示外のシャフト（回転軸）が挿入固定されるほか、ロータコア２の両端面に円板状のエンドプレート（端板）を積層配置することもある。さらに、熱硬化性の樹脂材料５に代えて熱硬化性の接着剤を用いることもある。上記シャフト穴２ａは、図１〜３から明らかなように、永久磁石４が挿入されることになるそれぞれのスロット部３よりもロータコア２の径方向で軸心寄りに位置していて、後述するロータ１の製造段階でスロット部３に対して負圧吸引力を作用させるための空隙部として機能することになる。なお、本実施形態においてはロータコア２の回転軸に沿う方向を軸心方向、ロータ１として機能する際の回転方向を円周方向、ロータコア２の半径方向を径方向と言う。

図４は図１〜３に示したロータ１の製造手順の一例を示している。同図（Ａ）に示すように、鋼板積層体からなるロータコア２は鋼板素片同士がいわゆる「ダボかしめ」等の公知の手法により機械的に結合されて不離一体のものとして予め組み立てられているので、このロータコア２とは別に当該ロータコア２よりも一回り大きな円板状の上下一対の型板６，７を用意する。そして、一方の型板６の上にロータコア２の一方の端面を着座させるとともに、ロータコア２の他方の端面に他方の型板７を載置し、型板７に所定の荷重Ｆを負荷させることにより、双方の型板６，７をもって鋼板積層体からなるロータコア２を軸心方向に加圧拘束して圧締保持する。なお、上側となる型板７には、ロータコア２側のシャフト穴２ａおよびスロット部３に相当する位置にそれらのほぼ同等の大きさの逃げ穴８，９を形成してあるものとする。

この場合において、鋼板積層体からなるロータコア２はその鋼板素片同士が「ダボかしめ」等の公知の手法により機械的に結合されてはいても、鋼板素片同士の全面が完全密着しているものではないので、上記のように双方の型板６，７をもって鋼板積層体からなるロータコア２を軸心方向に加圧拘束して圧締保持した場合には、鋼板素片同士が互いに密着するようにロータコア２全体が軸心方向に所定量だけ圧縮変形することになる。

こうして、双方の型板６，７をもって鋼板積層体からなるロータコア２を軸心方向に圧締保持したならば、その圧締保持状態を保ちながら、同図（Ｂ）に示すように、ロータコア２のそれぞれのスロット部３に対して、予め溶融状態で未硬化の樹脂材料５を塗布してある永久磁石４を型板７側の逃げ穴９を通して挿入する。なお、スロット部３に対して永久磁石４を単独で挿入した上で、トランスファ成形法あるいは射出成形法の原理でスロット部３と永久磁石４とのなす隙間に樹脂材料を充填するようにしても良い。

続いて、型板７に形成されている逃げ穴８，９のうちロータコア２側のシャフト穴２ａに対応する逃げ穴８のみを蓋体１０にて閉蓋して、シャフト穴２ａの内部空間を密閉するとともに、そのシャフト穴２ａの内部空間に対して減圧手段である真空ポンプ１１を接続する。

そして、予め永久磁石４に塗布してある溶融状態の樹脂材料５が硬化する前に真空ポンプ１１を起動して、シャフト穴２ａの内部空間を減圧する。このシャフト穴２ａの内部空間の減圧に伴い、ロータコア２を形成している鋼板積層体の各層間であるところの鋼板素片同士の隙間を通して、永久磁石４が溶融樹脂材料５とともに挿入されている各スロット部３に負圧吸引力が作用することになる。この負圧吸引力のために、スロット部３側の溶融樹脂材料５の一部がロータコア２を形成している鋼板積層体の各層間であるところの鋼板素片同士の隙間にロータコア２の中心（径方向内側）に向かって滲出または浸透して、各鋼板素片同士の隙間を埋めることになる。なお、各スロット部３からロータコア２の中心側（径方向内側）への溶融樹脂材料５の浸透進行度合いは、真空ポンプ１１による減圧度のほか、シャフト穴２ａでの減圧状態の持続時間を調整することで管理できる。

この後、図４の（Ｂ）ような双方の型板６，７によるロータコア２の圧締保持状態およびシャフト穴２ａの内部空間の減圧状態を所定時間維持したならば、同図（Ｃ）に示すように、真空ポンプ１１による減圧を終了するとともに、双方の型板６，７を荷重負荷Ｆから解放して、その双方の型板６，７によるロータコア２の圧締保持状態を終了する。この圧締保持状態の終了をもって、ロータコア２は当初の圧縮変形分だけ軸心方向に自己復元することになるものの、ロータコア２を形成している鋼板積層体の各層間であるところの鋼板素片同士の隙間に溶融樹脂材料５が浸透したままの状態が維持される。そして、樹脂材料５の硬化を待つことで各スロット部３内の永久磁石４がいわゆる樹脂モールドのかたちで位置決め固定されることになるとともに、ロータコア２を形成している鋼板積層体の鋼板素片同士が樹脂材料５にて接着接合されることになる。

このように本実施の形態によれば、ロータコア２のうち各スロット部３よりも中心寄りの部位では、ロータコア２を形成している鋼板積層体の各層間であるところの各鋼板素片同士の隙間に確実に溶融樹脂材料５を浸透させることができるため、鋼板素片同士の接合強度が向上し、それに伴ってロータコア２自体の剛性が一段と向上することになる。このロータコア２自体の剛性の向上は、ロータ１の回転に伴う音および振動を低減する上でも有利となる。

さらに、溶融樹脂材料５による永久磁石４の固定と各鋼板素片同士の隙間への溶融樹脂材料５の浸透とが実質的に同時並行的に行われるため、製造工数の削減と製造設備の簡素化を図る上でも有利となる。

図５は本発明に係るロータの製造方法の第２の実施の形態を示す図で、図４に示した第１の実施の形態と共通する部分には同一符号を付してある。この第２の実施の形態では、図４のような真空ポンプ１１を使用しない点で第１の実施の形態のものと大きく相違している。

図５の（Ａ），（Ｂ）に示すように、所定の荷重負荷Ｆのもとに双方の型板６，７をもって鋼板積層体からなるロータコア２を軸心方向に圧締保持した場合には、鋼板積層体を形成している鋼板素片同士が互いに密着するように、ロータコア２全体が軸心方向に所定量だけ圧縮変形することは先に述べたとおりである。他方、図５の（Ｃ）は所定の荷重負荷Ｆから型板７を解放して、双方の型板６，７によるロータコア２の圧締保持状態を解除した状態（図４の（Ｃ）と実質的に同じ状態）を示しているので、この場合にはロータコア２は図５のαだけ軸心方向に復元（復元量α＝圧縮変形量）することになる。

そこで、この第２の実施の形態では、図５の（Ａ）に示すように、所定の荷重負荷Ｆのもとに双方の型板６，７をもって鋼板積層体からなるロータコア２を軸心方向に圧締保持したならば、同図（Ｂ）に示すように、ロータコア２のそれぞれのスロット部３に対して、予め溶融状態で未硬化の樹脂材料５を塗布してある永久磁石４を型板７側の逃げ穴９を通して挿入する。さらに、上側の型板７に形成されていてシャフト穴２ａに対応している逃げ穴８を蓋体１０にて閉蓋して、シャフト穴２ａの内部空間を密閉空間とする。

その上で、同図（Ｃ）に示すように、所定の荷重負荷Ｆから型板７を解放して、双方の型板６，７によるロータコア２の圧締保持状態を解除し、実質的に先のロータコア２の軸心方向での圧縮変形量αだけロータコア２を自己復元させる。これは、ロータコア２の軸心方向での自己復元に伴いシャフト穴２ａの容積が拡大化されたことにほかならず、結果としてシャフト穴２ａの内部空間が減圧される。

このシャフト穴２ａの内部空間を減圧に伴い、ロータコア２を形成している鋼板積層体の各層間であるところの鋼板素片同士の隙間を通して、永久磁石４が溶融樹脂材料５とともに挿入されている各スロット部３に負圧吸引力が作用することになる。この負圧吸引力のために、スロット部３側の溶融樹脂材料５の一部がロータコア２を形成している鋼板積層体の各層間であるところの鋼板素片同士の隙間にロータコア２の中心に向かって（径方向内側に向かって）滲出または浸透して、各鋼板素片同士の隙間を埋めることになる。

そして、図５の（Ｃ）の状態のままで、樹脂材料５の硬化を待つことで各スロット部３内の永久磁石４がいわゆる樹脂モールドのかたちで位置決め固定されることになるとともに、ロータコア２を形成している鋼板積層体の鋼板素片同士が樹脂材料５にて接着接合されることになる。

この第２の実施の形態においても、先の第１の実施の形態のものと同様の効果が得られるほか、図４のような真空ポンプ１１を必要としないために、設備の一層の簡素化が図れるようになる。

図６は本発明に係るロータの製造方法の第３の実施の形態を示す図で、図５に示した第２の実施の形態と共通する部分には同一符号を付してある。この第３の実施の形態では、弾性体１２を併用している点で先の第２の実施の形態のものと相違している。

図６の（Ａ）に示すように、双方の型板６，７をもって鋼板積層体からなるロータコア２を軸心方向に圧締保持するに際して、ロータコア２の端面と上側の型板７との間に例えばウレタン等のゴム系の弾性体１２を介装させ、弾性体１２をロータコア２とともに圧縮変形させるものとする。この弾性体１２はロータコア２とほぼ同径の円筒状のものとし、上側の型板７に形成された逃げ穴８，９と同等位置に逃げ穴１３，１４を形成してある。この場合において、ロータコア２そのものの軸心方向での圧縮変形量は図５のαと同等のものである。

そして、同図（Ｂ）に示すように、ロータコア２のそれぞれのスロット部３に対して、予め溶融状態で未硬化の樹脂材料５を塗布してある永久磁石４を型板７側の逃げ穴９および弾性体１２側の逃げ穴１４を通して挿入する。さらに、上側の型板７に形成されていてシャフト穴２ａに対応している逃げ穴８を蓋体１０にて閉蓋して、シャフト穴２ａの内部空間を密閉空間とする。この場合において、弾性体１２の逃げ穴１４はロータコア２のシャフト穴２ａの内部空間と連通していて、そのシャフト穴２ａの内部空間の一部を形成している。

その上で、同図（Ｃ）に示すように、所定の荷重負荷Ｆから型板７を解放して、双方の型板６，７によるロータコア２および弾性体１２の圧締保持状態を解除し、実質的に先のロータコア２の軸心方向での圧縮変形量αだけロータコア２を自己復元させる。同時に弾性体１２についても自由長まで自己復元させる。これは、ロータコア２の軸心方向での自己復元に伴い弾性体１２側の逃げ穴１３の容積を含むシャフト穴２ａの容積が拡大化されたことにほかならず、結果としてシャフト穴２ａの内部空間が減圧される。なお、図６のβは、ロータコア２自体の復元量（圧縮変形量）αに弾性体１２の復元量を加えた総復元量である。

このシャフト穴２ａの内部空間の減圧に伴い、ロータコア２を形成している鋼板積層体の各層間であるところの鋼板素片同士の隙間を通して、永久磁石４が溶融樹脂材料５とともに挿入されている各スロット部３に負圧吸引力が作用することになる。この負圧吸引力のために、スロット部３側の溶融樹脂材料５の一部がロータコア２を形成している鋼板積層体の各層間であるところの鋼板素片同士の隙間にロータコア２の中心に向かって（径方向内側に向かって）滲出または浸透して、各鋼板素片同士の隙間を埋めることになる。

その結果として、図６の（Ｃ）の状態のままで、樹脂材料５の硬化を待つことで各スロット部３内の永久磁石４がいわゆる樹脂モールドのかたちで位置決め固定されることになるとともに、ロータコア２を形成している鋼板積層体の鋼板素片同士が樹脂材料５にて接着接合されることになる。

この第３の実施の形態においても、先の第２の実施の形態のものと同様の効果が得られるほか、弾性体１２に形成された逃げ穴１３の空間が実質的にシャフト穴２ａの一部として機能することにより、そのシャフト穴２ａの内部空間の減圧度の度合いを先の第２の実施の形態よりも大きく確保することが可能となる。その結果として、ロータコア２を形成している鋼板積層体の鋼板素片同士の隙間においてロータコア２の中心に向かう溶融樹脂材料５の浸透が一段と確実に行われるようになり、鋼板素片同士の接合強度の向上と、それに伴うロータコア２自体の剛性の向上が一段と顕著となる。

ここで、上記第１〜第３の実施の形態では、いずれも永久磁石４が挿入されることになるそれぞれのスロット部３よりもロータコア２の軸心寄り（径方向内側）に位置しているシャフト穴２ａ、すなわちロータコア２の中心位置に形成されているシャフト穴２ａを、スロット部３に対して負圧吸引力を作用させるための空隙部として利用しているが、この空隙部は必ずしもシャフト穴２ａだけに限定されるものではない。

例えば、図７は図２と同等部位を示していて、同図に示すように、ロータコア２のうち永久磁石４が挿入されることになる各スロット部３とシャフト穴２ａとの間の中間位置に、ロータコア２自体の重量調整のために貫通穴１５が形成されることがある。さらに、別の形態として、この貫通穴１５にボルトを挿通して、ロータコア２をボルト・ナット締結にて軸心方向に圧締することも行われる。このような形態のロータコア２では、先のシャフト穴２ａに代えて、あるいはシャフト穴２ａとともに各貫通穴１５をスロット部３に対して負圧吸引力を作用させるための空隙部として利用することが可能である。

１…ロータ
２…ロータコア
２ａ…貫通穴としてのシャフト穴（空隙部）
３…スロット部
４…永久磁石
５…樹脂材料（溶融樹脂材料）
６…型板
７…型板
１０…蓋体
１１…真空ポンプ（減圧手段）
１２…弾性体

Claims (6)

1. 鋼板積層体からなるロータコアにその軸心方向に延びるスロット部を円周方向に沿って複数個形成するとともに、それぞれのスロット部に溶融樹脂材料とともに磁石を挿入して、各磁石を樹脂材料にて位置決め固定してある電動機におけるロータの製造方法であって、
   それぞれのスロット部に溶融樹脂材料とともに磁石を挿入した状態で、ロータコアのうち各スロット部よりもロータコアの径方向で中心寄りの空隙部からスロット部に向けて負圧吸引力を作用させて、ロータコアを形成している鋼板積層体の各層間にスロット部内の溶融樹脂材料の一部を浸透させることを特徴とするロータの製造方法。
2. 上記ロータコアのうち各スロット部よりもロータコアの径方向で中心寄りの位置に空隙部としてロータコアの軸心方向に延びる貫通穴が形成されていて、
   その貫通穴の内部空間を減圧することでスロット部に向けて負圧吸引力を作用させることを特徴とする請求項１に記載のロータの製造方法。
3. それぞれのスロット部に溶融樹脂材料とともに磁石を挿入したロータコアを軸心方向の両端面側から型板にて加圧拘束することで貫通穴を密閉し、
   その状態で貫通穴の内部空間を減圧手段にて減圧することを特徴とする請求項２に記載のロータの製造方法。
4. それぞれのスロット部に溶融樹脂材料とともに磁石を挿入したロータコアを軸心方向の両端面側から型板にて圧締することで軸心方向に圧縮変形させるとともに、貫通穴を密閉し、
   次いで上記型板による圧締力から解放することでロータコアを自己復元させて、貫通穴の内部空間を減圧することを特徴とする請求項２に記載のロータの製造方法。
5. 上記ロータコアの軸心方向のいずれか一方の端面と型板との間に、貫通穴に連通する穴部を有する弾性体を介装し、
   ロータコアを軸心方向の両端面側から型板にて圧締する際にロータコアとともに弾性体を軸心方向に圧縮変形させるとともに、貫通穴を密閉し、
   次いで上記型板による圧締力から解放することでロータコアとともに弾性体を自己復元させて、貫通穴の内部空間を減圧することを特徴とする請求項４に記載のロータの製造方法。
6. 上記貫通穴はロータコアの中心に形成されたシャフト穴であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のロータの製造方法。

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