JP2020178511A - 回転電機ロータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機ロータの製造方法において、ロータコアの磁石挿入穴に磁石と樹脂部材とが配置された状態において、磁石を固定するための樹脂の加熱を短時間で行うことである。【解決手段】回転電機ロータの製造方法は、ロータコアを構成する磁性体に対し防錆特性を有する溶液をモールド樹脂材に含ませて含溶液モールド樹脂材を形成し（Ｓ１２）、含溶液モールド樹脂材、及び、磁石を、ロータコアの磁石挿入穴に配置する（Ｓ１４）。ロータコアの磁性体部分、及び、磁石挿入穴内の磁石をマイクロ波遮蔽材で覆う（Ｓ１６）。そして、含溶液モールド樹脂材の部分のみにマイクロ波を照射して含溶液モールド樹脂材に含まれる溶液を加熱して気化させ、モールド樹脂材を膨張させて多孔質モールド材を形成する（Ｓ２０）。形成した多孔質モールド材によって磁石を磁石挿入穴に固定する。【選択図】図２

Description

本開示は、回転電機ロータの製造方法に係り、特に、磁石の冷却のために多孔質モールド樹脂材を用いてロータコアの磁石挿入穴に磁石を固定する回転電機ロータの製造方法に関する。

埋込磁石型のロータと、ステータ巻線を有するステータとを含む回転電機では、動作通電するとステータ巻線が発熱し、その影響でロータの埋込磁石の温度が上昇する。磁石の温度が上昇すると、減磁や消磁が生じ得、その分を見込んで高価な磁石を余分に用いることになり、コストが上昇する。これらを抑制するためには、磁石の冷却が必要になる。ロータの埋込磁石は、ロータコアに設けられた磁石挿入穴に磁石を挿入し、次に樹脂を充填し硬化させて磁石をロータコアに固定する。

特許文献１には、ロータコアの磁石挿入穴に対する磁石の樹脂封止方法として、ロータコアを上から加熱する上型と、ロータコアを下から加熱する下型とを用いることが開示されている。ここでは、熱硬化性樹脂の原料であるタブレットを入れる複数のポットとポットの下部から熱硬化性樹脂を磁石挿入穴に導く流路を上型に設けている。熱硬化樹脂の原料の硬化は、上型及び下型の加熱手段で熱硬化樹脂の原料を１７０℃で約３分間、加熱し続けることで行われる。

特許文献２には、回転電機のロータコアの磁石挿入穴に磁石を固定するための多孔質固定層が開示されている。多孔質固定層は、強度部材のフィラーとなる多孔質部材と、溶融した結合材とが混合されたモールド樹脂で、磁石挿入穴と磁石との隙間に射出され、結合材はその後の加熱または薬剤によって除去されて冷却油が流れることができる多孔質形状が形成される。磁石挿入穴の一端は、冷却油が供給されるロータコア内部の通路に接続され、他端は別の排出通路に接続される。

本開示に関連する技術として、特許文献３には、マイクロ波加熱を用いた車両用のクッション材の成形法が開示されている。ここでは、水分と金属粉とカーボン粉を含み、熱可塑性の樹脂のシェルで包み込んだマイクロバルーンを金型内に注入し、その金型全体をマイクロ波加熱すると、マイクロバルーン内の液体が加熱気化膨張し、マイクロバルーンが６０〜８０倍程度に膨張する。

特開２００６−２０４０６８号公報 特開２０１９−００９８６６号公報 特開平４−１４６９４１号公報

磁石埋込型のロータでは、ロータコアの磁石挿入穴に樹脂部材を充填し、樹脂部材を加熱して磁石を磁石挿入穴に固定するので、磁石の冷却としては、加熱後の樹脂部材を介することになる。充填された樹脂部材を加熱する方法として、磁石挿入穴に磁石と共に樹脂部材が充填されたロータコアを加熱炉に入れて雰囲気加熱することが考えられる。雰囲気加熱は、炉の熱源から熱伝導率の低い空気を介する加熱となり、さらに、ロータコアの熱伝導率が樹脂部材の熱伝導率よりも高く、ロータコアの熱容量が樹脂部材の熱容量よりも大きい。これらのことからロータコアを雰囲気加熱する方法では、樹脂部材を所定の温度に加熱するには長時間を要する。樹脂部材を所定の温度に加熱するためにロータコアを高温で長時間加熱すると、磁石や、磁性体も加熱され、磁石の減磁、ロータコアの渦電流損失抑制のために設けられる絶縁膜の劣化が生じ得る。吸水性を有する樹脂部材の場合は、マイクロ波加熱を用いることが考えられるが、マイクロ波の照射を受けると、磁石及び磁性体も短時間で加熱されるので、そのままではマイクロ波の照射による加熱方法が適用できない。そこで、ロータコアの磁石挿入穴に磁石と樹脂部材とが配置された状態において、磁石を固定するための樹脂の加熱を短時間で行うことが可能な回転電機ロータの製造方法が要望される。

本開示に係る回転電機ロータの製造方法は、ロータコアを構成する磁性体に対し所定の防錆特性を有する溶液をモールド樹脂材に含ませて含溶液モールド樹脂材を形成し、含溶液モールド樹脂材、及び、磁石を、ロータコアの磁石挿入穴に配置し、ロータコアの磁性体部分、及び、磁石挿入穴内の磁石をマイクロ波遮蔽材で覆い、含溶液モールド樹脂材の部分のみにマイクロ波を照射して含溶液モールド樹脂材に含まれる上記溶液を加熱して気化させ、モールド樹脂材を膨張させて多孔質モールド材を形成し、多孔質モールド材によって磁石を前記磁石挿入穴に固定する。

上記構成によれば、含溶液モールド樹脂材に含まれる溶液を加熱して気化させ、モールド樹脂材を膨張させて形成された多孔質モールド樹脂材によって磁石を磁石挿入穴に固定する。マイクロ波による溶液の加熱気化はごく短時間で生じる。この場合、含溶液モールド樹脂材の部分のみにマイクロ波を照射するので、磁石とロータコアの磁性体部分の温度上昇が抑制される。また、含溶液モールド樹脂材に含まれる上記溶液はロータコアの磁性体に対し所定の防錆特性を有するので、含溶液モールド樹脂材に含まれる溶液によって磁性体が錆びることがない。

上記構成の回転電機ロータの製造方法によれば、ロータコアの磁石挿入穴に磁石と樹脂部材とが配置された状態において、磁石を固定するための樹脂の加熱を短時間で行うことができる。

実施の形態の回転電機ロータの製造方法に従って製造された回転電機ロータの例を示す断面図である。 実施の形態の回転電機ロータの製造方法の手順を示すフローチャートである。 図２の手順において、含溶液モールド樹脂材の形成に用いる溶液として水溶液を用いる場合、水溶液のｐＨと、鉄の腐食速度との関係を示す図である。 図２の手順のＳ１４において、磁石挿入穴に磁石と共に含溶液モールド樹脂材が配置されたロータコアの上面図である。 図４のＶ部の拡大図である。 図２の手順のＳ１６におけるマイクロ波遮蔽材を図５の上面図と重ねて示す遮蔽材配置図である。 図６に対応し、磁石と含溶液モールド樹脂材が磁石挿入穴に配置され、上面がマイクロ波遮蔽材で覆われ、治具の上に配置された加熱前ロータコアブロックの断面図である。 図２の手順のＳ１８において、加熱前ロータコアブロックをマイクロ波発生装置内にセットした図である。 図２の手順のＳ２２において、多孔質モールド材を含むロータコアを示す断面図である。 比較例として、磁石挿入穴に磁石と樹脂部材が配置されたロータコアを加熱炉に入れて雰囲気加熱する場合に、熱源からロータコアに向かう熱の流れを示す図である。 図１０の後に、加熱されたロータコアから樹脂部材に向かう熱の流れを示す図である。

以下に図面を用いて本実施の形態につき詳細に説明する。以下に述べる形状、材質、磁石挿入穴の個数、磁極数等は、説明のための例示であって、回転電機ロータの製造方法の仕様等により、適宜変更が可能である。また、以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、車両に搭載される回転電機に用いられる回転電機ロータ１０の断面図である。以下では、特に断らない限り、回転電機ロータ１０を、ロータ１０と呼ぶ。ロータ１０が用いられる回転電機は、車両が力行するときは電動機として機能し、車両が制動時にあるときは発電機として機能するモータ・ジェネレータで、三相同期型回転電機である。回転電機は、ロータ１０と、ロータ１０の外径と所定の隙間を隔てて配置される円環状のステータとを含む。図１ではステータの図示を省略する。回転電機が動作すると渦電流の発生によりロータ１０の温度が上昇する。回転電機の動作時における温度上昇を抑制するために、ロータ１０には冷媒路４０が設けられる。

ロータ１０は、回転電機の出力軸となるロータシャフト１２、円環状のロータコア１４、ロータ１０の磁極を形成する磁石１６、磁石１６をロータコア１４に固定する多孔質モールド材１８を含む。ロータ１０は、さらに、ロータコア１４をロータシャフト１２に固定するいくつかの固定要素を含む。

図１に、軸方向、径方向を示す。軸方向は、ロータシャフト１２が延伸する長手方向で、軸方向の両側を区別する場合は、冷媒路４０の供給口側を一方側、反対側を他方側と呼ぶ。径方向は、ロータシャフト１２の軸中心線側から外周側に向かう方向を外径側とし、外径側からロータシャフト１２の軸中心線側に向かう方向を内径側と呼ぶ。

ロータシャフト１２の鍔部２０は、ロータコア１４をロータシャフト１２に固定する際に、ロータコア１４を軸方向の一方側に突き当てて位置決めするために用いられる突き当て部である。ロータシャフト１２の一方側の端部には冷媒路４０の冷媒供給口４２が設けられ、軸部の内部に、冷媒６０をロータコア１４側に供給するためのシャフト軸方向流路４４及びシャフト径方向流路４６が設けられる。

シャフト軸方向流路４４は、ロータシャフト１２の内部に設けられ、冷媒供給口４２から軸方向に他方側に延伸して配置される流路である。シャフト径方向流路４６は、シャフト軸方向流路４４から径方向に延び、ロータシャフト１２の外周面で終わる流路である。シャフト径方向流路４６は、磁石１６を冷却するために、ロータコア１４に設けられ磁石１６が挿入される磁石挿入穴２２のそれぞれに冷媒６０を供給する流路である。磁石挿入穴２２がＮ個ある場合には、シャフト径方向流路４６は、シャフト軸方向流路４４から外径側に向かって放射状にＮ本が設けられる。

ロータコア１４は磁性体で構成される。磁性体としては、３種類の所定形状の磁性体を軸方向に沿って積層した積層体が用いられる。３種類の所定形状の磁性体は、それぞれを磁性体粉末の成形体で構成することもできるが、以下では、所定形状の磁性体薄板２４を軸方向に沿って所定枚数を積層した積層体を用いる場合を説明する。ロータコア１４は、互いに打抜形状の異なる３種類の磁性体薄板２４を軸方向に沿って所定の積層枚数を所定の積層順序で積層して形成される。

３種類の磁性体薄板２４の１つ目は、ロータシャフト１２を通す中心穴２６、及び、磁石１６が挿入される磁石挿入穴２２を含んで、磁性体の薄板シートを打ち抜き加工等で所定の形状に成形された円環状形状を有する磁性体薄板２４ａである。磁性体薄板２４ａにおいては、中心穴２６と磁石挿入穴２２とは分離されて打ち抜かれる。

２つ目は、中心穴２６と磁石挿入穴２２との間が、ロータシャフト１２側からの冷媒６０を受け取って磁石挿入穴２２に流すためのコア入口側流路４８で接続された状態で打ち抜かれている磁性体薄板２４ｂである。コア入口側流路４８は、磁石挿入穴２２の内径側から径方向に延びて中心穴２６で終わる流路である。

３つ目は、磁石挿入穴２２から冷媒６０を外部に排出するためのコア出口側流路５０が設けられた磁性体薄板２４ｃである。コア出口側流路５０は、磁石挿入穴２２の外径側から磁性体薄板２４ｃの外周面で終わる流路である。コア出口側流路５０が接続された磁石挿入穴２２は、中心穴２６と分離している。

３種類の磁性体薄板２４の合計の積層枚数は、ロータ１０の仕様に応じたロータコア１４の軸方向に沿った必要高さに基づいて定められる。３種類の磁性体薄板２４のそれぞれの積層枚数と積層順序は、ロータシャフト１２側から受け取った冷媒６０を複数の磁石挿入穴２２を経由してロータコア１４の外周側の冷媒排出口５２から排出する連続した流路を形成するように定められる。図１の例では、軸方向に沿って一方側から他方側に向かって、磁性体薄板２４ａが１枚、磁性体薄板２４ｂが３枚、磁性体薄板２４ａが１６枚、磁性体薄板２４ｃが３枚、磁性体薄板２４ａが２枚の順で積層される。積層枚数の合計は２５枚である。上記の積層枚数、積層順序は、説明のための例示であって、ロータ１０の仕様に応じて適宜変更が可能である。

かかる磁性体の薄板シートとしては、電磁鋼板のシートを用いることができる。所定枚数の磁性体薄板２４は、中心穴２６や、磁石挿入穴２２等の位置決めを行いながら、順次カシメ積層されて、積層体のロータコア１４が形成される。

ロータコア１４を磁性体薄板２４の積層体とするのは、ロータコア１４に生じ得る渦電流損失を抑制するためで、磁性体薄板２４の形状に成形される前の磁性体の薄板シートの両面には、絶縁コート等の絶縁処理が施される。これによって、積層された各磁性体薄板２４の間が電気的に絶縁されて、外部変動磁界により発生し得る渦電流は小さなループに分割され、渦電流損失を抑制することができる。

磁石１６は、ロータ１０の磁極を形成する永久磁石で、矩形断面で細長い形状を有する。磁石１６の材質としては、ネオジムと鉄とホウ素を主成分とするネオジム磁石、サマリウムとコバルトを主成分とするサマリウムコバルト磁石等の希土類磁石が用いられる。これ以外にフェライト磁石、アルニコ磁石等を用いてもよい。

ロータ１０の磁極は、周方向に沿って複数設定されるので、磁石１６が挿入される磁石挿入穴２２は、ロータコア１４の外周側に周方向に沿って複数個設けられる。図１の断面図では、２つの磁石挿入穴２２が示される。磁石挿入穴２２は、ロータコア１４の軸方向に延びる貫通穴である。磁石挿入穴２２の軸方向に垂直な穴断面形状は、磁石１６の軸方向に垂直な断面形状よりも広めに設定され、ロータコア１４における磁石挿入穴２２の軸方向に沿った長さは、磁石１６の軸方向に沿った長さよりも長めに設定される。

多孔質モールド材１８は、磁石挿入穴２２に磁石１６が挿入された場合に生じる隙間を埋め、磁石１６を磁石挿入穴２２に固定する部材である。従来技術では、磁石挿入穴２２に磁石１６が挿入された場合に生じる隙間には、例えばエポキシ樹脂等が充填されて硬化され、密な構造となっている。多孔質モールド材１８は、「多孔質」の名称が示すように、密な構造ではなく、多孔質部分に冷媒６０を流すことができる。多孔質モールド材１８の多孔質部分に冷媒６０が流れることで、磁石挿入穴２２の内部に冷媒６０が流れる多孔質モールド材流路５４が形成される。多孔質モールド材１８の形成方法の詳細については後述する。

次に、ロータコア１４をロータシャフト１２に固定するための固定要素について述べる。固定要素は、ロータシャフト１２の他方側に設けられるおねじ部３０、一方側のエンドプレート３２、他方側のエンドプレート３４、ワッシャ３６及びナット３８を含む。

一方側のエンドプレート３２及び他方側のエンドプレート３４は、ロータコア１４の一方側の端面と他方側の端面にそれぞれ配置される環状板材である。一方側のエンドプレート３２及び他方側のエンドプレート３４によって、ロータコア１４の軸方向の両端部を挟み込むことができ、ロータコア１４の積層体としての一体性が維持される。また、ロータ１０を用いて回転電機が組立てられた場合に、ロータ１０が回転することで生じる遠心力によって磁石１６が磁石挿入穴２２から飛び出すことを防止する。

ロータコア１４をロータシャフト１２に固定する手順は次の通りである。ロータコア１４の一方側にエンドプレート３２、他方側にエンドプレート３４を配置した状態で、これらの内径穴にロータシャフト１２を挿入する。挿入は、ロータシャフト１２の他方側から行う。そして、ロータコア１４をロータシャフト１２の軸方向に沿って一方側に寄せ、一方側のエンドプレート３２を鍔部２０に突き当てる。その状態で、ロータシャフト１２の他方側からワッシャ３６を挿入し、他方側のエンドプレート３４に宛がう。次にロータシャフト１２の一方側の外径に刻まれたおねじ部３０にナット３８のめねじ部を噛み合わせ、鍔部２０とワッシャ３６との間にロータコア１４を挟み込んで軸方向に沿って締め付ける。ロータコア１４をロータシャフト１２に固定する方法としてねじ締結を用いるのは、説明のための例示であって、他の固定方法を用いてもよい。例えば、キー溝とキーの組み合わせを用いてロータコア１４をロータシャフト１２に固定してもよい。

ロータ１０における磁石１６の冷却のための冷媒６０は、冷媒路４０の冷媒供給口４２に供給され、ロータシャフト１２とロータコア１４にまたがって流れ、ロータコア１４の冷媒排出口５２から外部に排出される。具体的には、冷媒６０は、冷媒供給口４２からシャフト軸方向流路４４に供給され、シャフト軸方向流路４４からシャフト径方向流路４６及びコア入口側流路４８を介してそれぞれの磁石挿入穴２２に流れ込む。磁石挿入穴２２では、多孔質モールド材流路５４を通って磁石１６を冷却しながらコア出口側流路５０に向かって流れる。コア出口側流路５０を流れた冷媒６０は、冷媒排出口５２から外部に排出される。排出された冷媒６０は、適当な循環装置を用いて、熱交換器で冷却された後、再び冷媒供給口４２に戻される。

上記構成の回転電機ロータ１０の製造方法について、特に、ロータコア１４の磁石挿入穴２２に磁石１６を固定する多孔質モールド材１８の形成に関する工程を中心にして、図２以下を用いて詳細に説明する。

図２は、回転電機ロータ１０の製造方法の手順を示すフローチャートである。ロータ１０の構成部品であるロータシャフト１２、磁石１６、エンドプレート３２，３４、ワッシャ３６、及び、ナット３８は、それぞれロータ１０の仕様に応じて準備される。併せて、ロータコア１４の形成が行われる（Ｓ１０）。ロータコア１４の形成工程は、３種類の磁性体薄板２４ａ，２４ｂ，２４ｃを所定の積層順序と所定の枚数でカシメ積層して１つの積層体とする工程である。

これらの工程と並行して、含溶液モールド樹脂材８０の形成（Ｓ１２）が行われる。含溶液モールド樹脂材８０は、モールド樹脂材７０に、ロータコア１４を構成する磁性体に対し所定の防錆特性を有する溶液７２を含ませたものである。「溶液」とは、一般的に２つ以上の物質から構成される液体状態の混合物であるが、溶液７２は、マイクロ波の照射を受けて発熱し、且つ、ロータコア１４を構成する磁性体に対し所定の防錆特性を有する溶液を指す。モールド樹脂材７０としては、内部に含まれる溶液７２が加熱され気化する場合に、容易に膨張可能な材質の樹脂材が用いられる。

樹脂は、大別して熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂に分かれる。これらは、いずれも液体の状態から冷やして固体化して生成することは同じであるが、その後再び高温下に置いた場合の反応が異なる。熱可塑性樹脂はガラス転移点、または融点まで加熱すると柔らかくなり、再び冷やすと固くなり、温度によって液体と固体の状態の間を行き来することができる。これに対し、熱硬化性樹脂は加熱硬化を一度受けると架橋結合の分子構造が形成されて、再び加熱しても液体になることはない。この分子構造のために熱硬化性樹脂は機械的強度と耐熱性に優れているが、硬いため、熱可塑性樹脂と比べると耐衝撃性に劣る。熱可塑性樹脂は、結晶性樹脂と非晶性樹脂に大別され、結晶性樹脂は硬く高剛性と高硬度に富むが、非晶性樹脂は、柔軟性と強靭性に富む。モールド樹脂材７０の材質としては、熱可塑性樹脂で非晶性樹脂が好ましい。非晶性樹脂の機械的強度を増すためにガラス繊維を添加してもよい。例えば、ガラス繊維３０％を添加したポリエーテルイミド（ＰＥＩ／ＧＦ）が用いられる。これは説明のための例示であって、モールド樹脂材７０として、これ以外の熱可塑性樹脂を用いてもよい。

含溶液モールド樹脂材８０は、次工程で磁石１６と共にロータコア１４の磁石挿入穴２２に配置されるので、モールド樹脂材７０に含ませる溶液７２は、ロータコア１４を構成する磁性体に対し所定の防錆特性を有する必要がある。所定の防錆特性を有する溶液７２の例の１つは、水に酸または塩化物を添加して、ロータコア１４に含まれる鉄の腐食速度が小さいｐＨの範囲とした水溶液である。図３は、水溶液のｐＨと、鉄に対する腐食速度との関係を示す図である。ｐＨは、水素イオン指数と呼ばれ、その数値によって、酸性、中性、アルカリ性が示される。図４の横軸はｐＨで、縦軸は、腐食速度（ｍｍ／ｓ）である。水溶液のｐＨは、水道水にＨＣｌを添加して酸性を作成し、ＮａＯＨを添加してアルカリ性を作成した。二本の特性線の内、実線は、温度が２２℃の下における腐食速度を示し、破線は温度が４０℃の下での腐食速度を示す。実験によると、図３に示すように、ｐＨが約４以下で水素発生が開始し、腐食速度が急増し、錆が急速に発生する。図３の結果から、ｐＨが６から１０の範囲の水溶液を用いれば、腐食速度が安定して小さい値に留まることが分かる。したがって、モールド樹脂材７０に含ませる溶液７２として、ｐＨが６から１０の範囲を有する水溶液を用いることができる。この場合の溶液７２である水溶液の所定の防錆特性は、ｐＨが６から１０の範囲の水素イオン指数特性である。

溶液７２は、鉄に対する腐食速度が小さい特性を有すればよいので、ｐＨを調整した水溶液の他に、プレス加工に用いる水溶性の加工油、あるいは自動変速機油（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｆｌｕｉｄ：ＡＴＦ）を用いてもよい。なお、モールド樹脂材７０によっては、有機溶媒に弱い材質のものがあるので、ロータコア１４を構成する磁性体に対し所定の防錆特性を有する溶液７２については、有機溶媒、有機溶質について留意することが必要である。

モールド樹脂材７０に溶液７２を含ませて含溶液モールド樹脂材８０を形成する方法としては、モールド樹脂材７０の素材段階で溶液７２を含ませてペレット状にして、これを用いて成形する。あるいは、成形したモールド樹脂材７０を溶液７２に漬けて吸収させる方法を用いることができる。樹脂は、材質によるがそれぞれ溶液７２に対する吸収率を有するので、浸漬することで含溶液モールド樹脂材８０が形成される。例えば、シート状に成形したモールド樹脂材７０は、表面積が大きいので、溶液７２の吸収に適する。

図２に戻り、Ｓ１０のロータコア１４の形成とＳ１２の含溶液モールド樹脂材８０の形成が終わると、ロータコア１４の磁石挿入穴２２に、磁石１６と含溶液モールド樹脂材８０を配置する（Ｓ１４）。

図４は、ロータ１０において、磁石挿入穴２２に磁石１６と含溶液モールド樹脂材８０とが配置されたロータコア１４の上面図である。ロータ１０は、磁極数＝８で、各磁極は、磁極中心線に対し対称形に所定の傾斜角度をなして略Ｖ字系に配置される２つの磁石１６で形成される。図４に、１つの磁極範囲をＰで示す。図２のＳ１６以降の手順においては、１つの磁極における２つの磁石挿入穴２２の内の１つについて説明する。

図５は、図４のＶ部の拡大図である。含溶液モールド樹脂材８０は、磁石１６の外周を巡るように適当に成形された形状を有する。例えば、シート状の含溶液モールド樹脂材８０を用いて、磁石１６の外周を包むようにして、含溶液モールド樹脂材８０が配置される。図５はロータコア１４の上面図であるので、軸方向において最も一方側に配置される磁性体薄板２４ａの一部が示され、これより他方側の磁性体薄板２４ｂのコア入口側流路４８、及び、磁性体薄板２４ｃのコア出口側流路５０は、破線で示す。図５には、ロータコア１４を軸方向に貫通する１つの磁石挿入穴２２の全体と、それに隣接する磁石挿入穴２２の一部とが示される。

ここまでの工程と並行して、マイクロ波遮蔽材９０が準備される。以後の工程において、磁石１６と含溶液モールド樹脂材８０が磁石挿入穴２２に配置されたロータコア１４を加熱する方法として、マイクロ波照射法を用いるが、磁石１６も、ロータコア１４を構成する磁性体もマイクロ波の照射を受けると短時間で高温となる。これを避けるために、磁石１６とロータコア１４の磁性体部分とを、マイクロ波の遮蔽に適した特性を有する電磁遮蔽材であるマイクロ波遮蔽材９０で覆う必要がある。そこで、ロータコア１４の磁石挿入穴２２の形状と、磁石１６の形状とが定まった段階以降において、磁石１６とロータコア１４の磁性体部分を覆う形状に成形されたマイクロ波遮蔽材９０が準備される。

マイクロ波遮蔽材９０が準備されると、磁石１６と含溶液モールド樹脂材８０が磁石挿入穴２２に配置されたロータコア１４の上面にマイクロ波遮蔽材９０が配置される（Ｓ１６）。図６は、所定の形状に成形されたマイクロ波遮蔽材９０を図５の上面図と重ねて示す遮蔽材配置図である。図６において、マイクロ波遮蔽材９０で覆われている磁石１６の輪郭線と、ロータコア１４における磁石挿入穴２２の輪郭線とを破線で示す。マイクロ波遮蔽材９０に設けられる開口領域９２は、平面図において、磁石挿入穴２２の輪郭線よりも内側の輪郭線と、磁石１６の輪郭線よりも外側の輪郭線とで囲まれた領域で、図５を参照すると、開口領域９２は、含溶液モールド樹脂材８０が配置される領域である。

マイクロ波照射による加熱を行うために、磁石１６と含溶液モールド樹脂材８０が磁石挿入穴２２に配置され、上面がマイクロ波遮蔽材９０で覆われたロータコア１４は、図７に示すように、治具９４の上に配置される。この状態でマイクロ波照射による加熱が行われるので、図７の状態のブロックを、加熱前ロータコアブロック９６と呼ぶ。

図７に示す加熱前ロータコアブロック９６が準備されると、次に、マイクロ波発生装置１００内に加熱前ロータコアブロック９６をセットする（Ｓ１８）。マイクロ波発生装置１００は、マイクロ波が外部に漏洩しない材質または構造で構成された装置筐体１０２と、マグネトロンを有する発振器１０４を含む。図８に、マイクロ波発生装置１００の装置筐体１０２の内部に配置された加熱前ロータコアブロック９６を示す。マイクロ波発生装置１００が作動すると、発振器１０４からマイクロ波Ｍが放射される。図８において、発振器１０４から放射されたマイクロ波Ｍの放射方向を二点鎖線で示す。マイクロ波遮蔽材９０が配置された箇所では、放射されたマイクロ波Ｍは進行が妨げられて、それより先には進まない。したがって、磁石１６、ロータコア１４の磁性体はマイクロ波Ｍの照射を受けない。マイクロ波遮蔽材９０に設けられた開口領域９２ではマイクロ波Ｍの進行が妨げられないので、開口領域９２に配置される含溶液モールド樹脂材８０にマイクロ波Ｍが照射される。

含溶液モールド樹脂材８０は、マイクロ波Ｍの照射を受けると、含有している溶液７２が加熱されて高温になる。これによってモールド樹脂材７０が加熱され軟化する。加熱された溶液は気化して気体となり、その体積膨張によって軟化したモールド樹脂材７０は膨張し、磁石挿入穴２２を埋め尽くし、膨張力によって磁石１６はロータコア１４に対し固定される。溶液７２が気化した気体はモールド樹脂材７０から外気側に抜けるので、気体の抜けた後の空間がモールド樹脂材７０に残り、多孔質モールド材１８が形成される（Ｓ２０）。図１で述べた冷媒６０は、多孔質モールド材１８を介して流れることができる。

このようにして、含溶液モールド樹脂材８０から多孔質モールド材１８が形成され、冷媒６０が通る空間を有する多孔質モールド材１８によって磁石１６が固定されたロータコア９８が形成される（Ｓ２２）。マイクロ波Ｍの照射によって溶液７２が加熱され気化するのは極めて短時間で、一例を挙げると、多孔質モールド材１８を含むロータコア９８の形成時間は数秒である。図９に、多孔質モールド材１８を含むロータコア９８の断面図を示す。

多孔質モールド材１８を含むロータコア９８は、ロータ製造の次工程へ移され（Ｓ２４）、ロータシャフト１２等が取り付けられて、ロータ１０が形成される（Ｓ２６）。

図１０と図１１は、比較例として、磁石挿入穴２２に磁石１６と含溶液モールド樹脂材８０が配置されたロータコア１４を治具９４の上に配置して、加熱前ロータコアブロック９５とする。そして、加熱前ロータコアブロック９５を加熱炉１１０の装置筐体１１２内に入れて雰囲気加熱する場合の加熱炉１１０の熱源１１４からの熱の流れを示す図である。

雰囲気加熱の場合は、加熱炉１１０の装置筐体１１２内の空気を介しての加熱になるが、空気の熱伝導率は、０．０２４１｛Ｗ／（ｍ・Ｋ）｝と極めて小さく、熱が空気を伝わるのに時間を要する。また、磁性体薄板２４の積層体であるロータコア１４の熱伝導率は、磁石１６の熱伝導率及び含溶液モールド樹脂材８０の熱伝導率に比べ、かなり大きい。したがって、図１０に示すように、加熱炉１１０の熱源１１４からの熱の流れ１１６は優先的にロータコア１４に向かい、ロータコア１４が優先的に加熱される。その場合、磁性体薄板２４の積層体であるロータコア１４の熱容量はかなり大きいので、ロータコア１４を加熱するには多くの熱エネルギを要する。

ロータコア１４が時間をかけて十分な温度に加熱されると、含溶液モールド樹脂材８０との温度差が大きくなり、図１１に示すように、ロータコア１４から含溶液モールド樹脂材８０に向かう熱の流れ１１８が生じる。ロータコア１４から含溶液モールド樹脂材８０に向かう熱の流れ１１８によって、含溶液モールド樹脂材８０が加熱される。

このように、加熱炉１１０を用いた雰囲気加熱では、含溶液モールド樹脂材８０が加熱されて、所定の多孔質モールド材１８を形成するまでにかなりの時間を要し、生産性が低い。また、含溶液モールド樹脂材８０を所定の温度に加熱するためにロータコア１４を高温で長時間加熱すると、ロータコア１４の磁石挿入穴２２に配置された磁石１６の減磁や、ロータコア１４の絶縁膜の劣化が生じ得る。

これに対し、図２で述べた回転電機ロータ１０の製造方法によれば、マイクロ波発生装置１００を用いて含溶液モールド樹脂材８０に含まれる溶液７２を加熱して気化させ、モールド樹脂材７０を多孔質化しながら膨張させて多孔質モールド材１８を形成する。そして、形成された多孔質モールド材１８によって磁石１６を磁石挿入穴２２に固定する。マイクロ波による溶液の加熱気化はごく短時間で生じる。この場合、含溶液モールド樹脂材８０の部分のみにマイクロ波を照射するので、磁石１６とロータコア１４の磁性体部分の温度上昇が抑制される。また、含溶液モールド樹脂材８０に含まれる溶液７２はロータコア１４の磁性体に対し防錆特性を有するので、含溶液モールド樹脂材８０に含まれる溶液７２によってロータコア１４の磁性体が錆びることがない。したがって、ロータコア１４の磁石挿入穴２２に磁石１６と含溶液モールド樹脂材８０とが配置された状態において、ロータコア１４を経由して含溶液モールド樹脂材８０を加熱する場合に比べ、短時間で含溶液モールド樹脂材８０を所定の温度に加熱可能となる。

１０ （回転電機）ロータ、１２ ロータシャフト、１４ ロータコア、１６ 磁石、１８ 多孔質モールド材、２０ 鍔部、２２ 磁石挿入穴、２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ 磁性体薄板、２６ 中心穴、３０ おねじ部、３２，３４ エンドプレート、３６ ワッシャ、３８ ナット、４０ 冷媒路、４２ 冷媒供給口、４４ シャフト軸方向流路、４６ シャフト径方向流路、４８ コア入口側流路、５０ コア出口側流路、５２ 冷媒排出口、５４ 多孔質モールド材流路、６０ 冷媒、７０ モールド樹脂材、７２ 溶液、８０ 含溶液モールド樹脂材、９０ マイクロ波遮蔽材、９２ 開口領域、９４ 治具、９５，９６ 加熱前ロータコアブロック、９８ 多孔質モールド材を含むロータコア、１００ マイクロ波発生装置、１０２，１１２ 装置筐体、１０４ 発振器、１１０ 加熱炉、１１４ 熱源、１１６，１１８ 熱の流れ。

Claims (1)

1. ロータコアを構成する磁性体に対し所定の防錆特性を有する溶液をモールド樹脂材に含ませて含溶液モールド樹脂材を形成し、
   前記含溶液モールド樹脂材、及び、磁石を、前記ロータコアの磁石挿入穴に配置し、
   前記ロータコアの磁性体部分、及び、前記磁石挿入穴内の前記磁石をマイクロ波遮蔽材で覆い、
   前記含溶液モールド樹脂材の部分のみにマイクロ波を照射して前記含溶液モールド樹脂材に含まれる前記溶液を加熱して気化させ、前記モールド樹脂材を膨張させて多孔質モールド材を形成し、
   前記多孔質モールド材によって前記磁石を前記磁石挿入穴に固定する、回転電機ロータの製造方法。

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