JP2021114823A - ロータコアの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ステンレスプレートとロータコアとの接着性を改善する。【解決手段】実施形態に係るロータコアの製造方法は、円環状のロータコア１０の円周方向に複数個配置された複数の磁石挿入孔１１にそれぞれ磁石１２を挿入し、磁石挿入孔１１に接着剤１３を供給し、ロータコア１０を両側から、それぞれ下部ステンレスプレート１７、上部ステンレスプレート１８を介して、下部エンドプレート１６、上部エンドプレート１９によって挟んだ状態で回転させ、磁石挿入孔１１の軸方向端部の半径方向外側に設けられたポケット１４内に接着剤１３を流し込み、硬化させる。【選択図】図１

Description

本発明は、ロータコアの製造方法に関する。

ハイブリットカー等の駆動用モータとして、ロータコアの内部に永久磁石が埋め込まれたＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータが知られている。ＩＰＭモータのロータは、貫通孔が形成された電磁鋼鈑を積層することで磁石挿入孔を有するロータコアを形成した後、磁石挿入孔に磁石を挿入し、挿入した磁石を磁石挿入孔内で固定することで製造される。

ロータコアへの磁石固定方法には、例えば、特許文献１に記載された技術がある。特許文献１では、積層された電磁鋼板を上部エンドプレートと下部エンドプレートとで挟んだ状態で、電磁鋼板の円周方向に複数個形成された磁石収納部にそれぞれ磁石を配置する。上部エンドプレートのそれぞれの磁石収納部に対応する位置には、接着剤を収納するポケットが形成されている。ポケット内に接着剤を供給し、ロータを加熱することで、接着剤を磁石収納部と磁石との間に浸透させる。

次に、ロータを回転させ、磁石をそれぞれの磁石収納部の半径方向外側の側壁に当接した状態に保持し、ロータが回転している状態でその接着剤を硬化させる。これにより、ロータに固定された各々の磁石の半径方向における位置のバラツキが小さくなり、ロータの回転時におけるアンバランスを小さくすることができる。

特開２０００−３１６２４３号公報

特許文献１では、電磁鋼板の両端にエンドプレートが配置されており、エンドプレートのポケット内に接着剤が残留して硬化するため、エンドプレートも電磁鋼板に接着される。エンドプレートには、通常アルミニウム合金が用いられる。電磁鋼板の熱膨張率とエンドプレートの熱膨張率は大きく異なるため、電磁鋼板が疲労破壊を起こす恐れがある。これを解決するために、電磁鋼板とエンドプレートとの間に、電磁鋼板の熱膨張率に近いステンレスプレートを挟む技術が知られている。

この場合、電磁鋼板の磁石挿入孔に磁石を挿入し、磁石挿入孔とその両端のステンレスプレートで囲まれた残りの空間を接着剤で満たし、ステンレスプレートも含めて接着する必要がある。しかしながら、接着剤の加熱硬化時の収縮により、電磁鋼板の上側に配置したステンレスプレートには接着剤が届かず、ステンレスプレートとロータコアとの接着が不十分になるという問題がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ステンレスプレートとロータコアとの接着性を改善することが可能なロータコアの製造方法を提供することである。

本発明の一態様に係るロータコアの製造方法は、円環状のロータコアの円周方向に複数個配置された複数の磁石挿入孔にそれぞれ磁石を挿入し、前記磁石挿入孔に接着剤を供給し、前記ロータコアを両側から、それぞれステンレスプレートを介してエンドプレートによって挟んだ状態で回転させ、前記磁石挿入孔の軸方向端部の半径方向外側に設けられたポケット内に前記接着剤を流し込み、硬化させる。

本発明によれば、ステンレスプレートとロータコアとの接着性を改善することができる。

実施の形態に係るロータコアの製造工程を説明する図である。 実施の形態に係るロータコアの製造工程を説明する図である。 比較例のロータコアの製造工程を説明する図である。 比較例のロータコアの製造工程を説明する図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。各図における同等の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。なお、本明細書においては、「磁石」は、金属体をロータコアに挿入した後に着磁するものとするが、永久磁石であってもよい。以下の説明においては、着磁前の金属体であっても「磁石」と呼ぶことがある。

実施の形態は、ロータコアの磁石挿入孔に磁石を挿入して接着剤により固定する工程を含む、ロータコアの製造方法に関する。実施の形態に係るロータコアの製造方法は、円環状のロータコアの円周方向に複数個配置された複数の磁石挿入孔にそれぞれ磁石を挿入し、前記磁石挿入孔に接着剤を供給し、前記ロータコアを両側から、それぞれステンレスプレートを介してエンドプレートによって挟んだ状態で回転させ、前記磁石挿入孔の軸方向端部の半径方向外側に設けられたポケット内に前記接着剤を流し込み、硬化させる。このように、ポケット内に接着剤を流し込んで硬化させることにより、ステンレスプレートとロータコアとの接着性を改善することが可能となる。以下、具体的な内容について説明する。

図１、２は、実施の形態に係るロータコアの製造方法を説明するための製造工程断面図である。図面では、ロータコア１０を、シャフト１５の中心軸と磁石挿入孔１１の中心軸を通る面で切断した断面を示している。ロータは、ロータコア１０の磁石挿入孔１１内に磁石１２を挿入して、接着剤で固定することで得られる。このようにして得られるロータは、主にＩＰＭモータに用いられる。

まず、図１を参照して、ロータの構造について説明する。ロータは、ロータコア１０、磁石１２、シャフト１５、下部エンドプレート１６、下部ステンレスプレート１７、上部ステンレスプレート１８、上部エンドプレート１９を含む。シャフト１５の外周部には、円環状の複数の電磁鋼板を積層して形成されたロータコア１０が設けられている。シャフト１５は、ロータコア１０を半径方向内側から支える支持部１５ａと軸方向下側から支える受部１５ｂとを有する。

一つの電磁鋼鈑は、円周方向に連結部が設けられていない一体構造のものであってもよく、円弧状のロータコア片を円環状に連結したものでもあってもよい。複数の電磁鋼板には、それぞれ貫通孔が形成されている。これらの電磁鋼鈑を、貫通孔が連通するように積層することで、磁石挿入孔１１が形成される。

なお、図面では、磁石１２を挿入する一つの磁石挿入孔１１のみが示されているが、ロータコア１０に設定される磁石挿入孔１１の個数は、これに限定されるものでない。磁石挿入孔１１は、例えば、その中心軸がシャフト１５の中心軸と平行であり、ロータコア１０の円周方向に等間隔に８個形成され得る。磁石挿入孔１１や磁石１２の形状や配置は、用途に応じて種々変更可能である。

シャフト１５の受部１５ｂとロータコア１０の下端部との間には、円環状の、下部エンドプレート１６、下部ステンレスプレート１７がこの順序で設けられている。ロータコア１０と下部ステンレスプレート１７とを重ねて配置することで、下部ステンレスプレート１７により磁石挿入孔１１の軸方向下側が塞がれる。

磁石１２は、角柱形の金属体を磁石挿入孔１１に挿入し、接着剤１３で固定した後に着磁したものである。接着剤１３としては、例えば、熱硬化性エポキシ樹脂が使用される。ここでは、磁石１２は、上述した８個の磁石挿入孔１１内にそれぞれ挿入される。

ロータコア１０の上には、円環状の、上部ステンレスプレート１８、上部エンドプレート１９がこの順序で設けられている。ロータコア１０と上部ステンレスプレート１８とを重ねて配置することで、上部ステンレスプレート１８により磁石挿入孔１１の軸方向上側が塞がれる。

下部エンドプレート１６、上部エンドプレート１９及び下部ステンレスプレート１７、上部ステンレスプレート１８としては、磁石１２の磁束が漏れて損失を生じないように非磁性体が用いられる。下部エンドプレート１６、上部エンドプレート１９は、例えばアルミニウム合金からなる。

ロータコア１０は、下部ステンレスプレート１７と上部ステンレスプレート１８との間に挟まれ、下部ステンレスプレート１７、上部ステンレスプレート１８に接着されている。下部ステンレスプレート１７、上部ステンレスプレート１８の線膨張係数は、下部エンドプレート１６及び上部エンドプレート１９のアルミニウム合金の線膨張係数よりもロータコア１０の電磁鋼板の線膨張係数が近い。

すなわち、ステンレスプレートの熱膨張率は、エンドプレートの熱膨張率よりも電磁鋼板の熱膨張率に近いため、電磁鋼板に働く応力は小さくなる。これにより、ステンレスプレートとロータコアの加熱接着時における、エンドプレートと電磁鋼板の線膨張係数の差に起因する電磁鋼板の疲労破壊が防止される。

また、ロータコア１０の軸方向上端部の半径方向外側には、ポケット１４が設けられている。ロータコア１０を上下の両側からステンレスプレートを介してエンドプレートによって挟んだ状態で回転させることで、図２のように、ポケット１４内に接着剤１３が流入する。

次に、図１、２を参照して、実施の形態に係るロータコアの製造方法について説明する。まず、シャフト１５の受部１５ｂに下部エンドプレート１６が固定される。そして、下部エンドプレート１６の上に、下部ステンレスプレート１７が重ねて配置される。

さらに下部ステンレスプレート１７の上に、電磁鋼板を積層したロータコア１０が配置される。電磁鋼板が積層された結果、ロータコア１０に磁石１２を挿入するための磁石挿入孔１１が形成される。また、このとき、ロータコア１０の軸方向上端部の半径方向外側にポケット１４が形成される。磁石挿入孔１１の下部は、下部ステンレスプレート１７により塞がれた状態となる。

続いて、磁石挿入孔１１内に接着剤１３を注入した後に、磁石１２を磁石挿入孔１１内に挿入する。これにより、接着剤１３の液面が上昇し、磁石挿入孔１１全体に行きわたる。また、接着剤１３はポケット１４内にも流れ込み、ポケット１４は接着剤１３で満たされる。

そして、ロータコア１０上に重ねて、上部ステンレスプレート１８が配置される。磁石挿入孔１１の上部は、上部ステンレスプレート１８により塞がれた状態となる。そして、上部ステンレスプレート１８上に上部エンドプレート１９が載置される。

次に、積層された電磁鋼板は、下部エンドプレート１６と上部エンドプレート１９との間で治具２０により軸方向から加圧され、拘束される。例えば、下部エンドプレート１６が下部プレート２１上に載置され、上部エンドプレート１９の上から上部プレート２２により積層方向に押圧力が加えられる。例えば、円柱状のロッド２３に形成された雄ネジと、下部プレート２１の貫通孔に形成された雌ネジが螺合されており、ロッド２３の回転に伴う直線移動により、上部プレート２２を下部プレート２１側に移動させることができる。

これにより、下部エンドプレート１６と電磁鋼板、上部エンドプレート１９の相互間の隙間が除去される。そして、ロータコア１０の両側を、それぞれ下部ステンレスプレート１７、上部ステンレスプレート１８を介して、下部エンドプレート１６、上部エンドプレート１９によって挟んだ状態で、図１中の一点鎖線で示すシャフト１５の中心軸を中心として回転させる。これにより、図２に示すように、磁石挿入孔１１内の接着剤１３が遠心力でポケット１４内に流れ込む。なお、ポケット１４内に接着剤１３を流し込む際、接着剤１３の粘度を低下させるために加熱してもよい。

そして、ロータが回転している状態で、ロータを加熱し、接着剤１３の硬化温度まで上昇させ、接着剤１３を硬化させる。例えば、加熱炉内にロータを収納して、加熱炉内の雰囲気温度を上昇させて加熱することができる。ポケット１４に満たされた接着剤１３が硬化することにより、上部ステンレスプレート１８とロータコア１０との接着性を改善することが可能となる。その後、ロータの回転を停止し、ロータを加熱炉から取出して冷却する。冷却後、後工程で磁石１２を着磁することができる。

ここで、比較例の問題点について説明する。図３、４は、比較例のロータコアの製造工程を説明する図である。図３、４に示すように、比較例では、ロータコア１０にポケット１４が設けられていない。上述した接着剤１３を注入する工程では、通常、磁石挿入孔１１全体を接着剤１３で満たすように注入される。しかしながら、加熱硬化時の接着剤１３の体積収縮により、図３に示すように、上部ステンレスプレート１８とロータコア１０及び磁石１２との間に空間ができ、上部ステンレスプレート１８とロータコア１０との接着性が低下してしまう。

そこで、発明者らは、ロータのシャフト１５の中心軸を中心として回転させた状態で接着剤１３を硬化させることを考えた。これにより、図４に示すように、磁石１２に満たされた接着剤１３に遠心力が働き、接着剤１３が磁石挿入孔１１の半径方向外側の面側に移動させることができる。そうすると、加熱硬化により接着剤１３の体積収縮が発生しても、半径方向外側で上部ステンレスプレート１８と接着剤１３とが接触する部分が残留する。しかし、上部ステンレスプレート１８と接着剤１３との接触面積が小さく、接着強度が不足するという問題がある。

これに対し、実施の形態では、磁石挿入孔１１内に接着剤１３が流入するポケット１４が設けられている。ポケット１４に流入した接着剤１３の分、上部ステンレスプレート１８とロータコア１０との接着面積を拡大することができ、工程を追加することなく、上部ステンレスプレート１８とロータコア１０との接着をより確実に、強固にすることが可能となる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。ロータコア１０の材質は電磁鋼板に限定されない。例えば、電磁軟鉄等の軟磁性体を用いることもできる。また、ロータコア１０は、表面を絶縁被膜で覆った磁性体の粉末を圧縮して円筒状に固めた圧粉磁心であってもよい。実施の形態の製造方法により得られるロータを用いたＩＰＭモータは、ハイブリッドカーや電気自動車、発電機等に用いられ得る。

さらに、実施の形態では、ステンレスを電磁鋼板とエンドプレートとの間に挟むプレートの材質として例示したが、これに限定されない。このようなプレートとしては、非磁性体であってロータコアを構成する電磁鋼板と線膨張係数が近い材質のものであれば、他の材質のものであってもよい。

１０ ロータコア
１１ 磁石挿入孔
１２ 磁石
１３ 接着剤
１４ ポケット
１５ シャフト
１６ 下部エンドプレート
１７ 下部ステンレスプレート
１８ 上部ステンレスプレート
１９ 上部エンドプレート
２０ 治具
２１ 下部プレート
２２ 上部プレート
２３ ロッド

Claims (1)

1. 円環状のロータコアの円周方向に複数個配置された複数の磁石挿入孔にそれぞれ磁石を挿入し、
   前記磁石挿入孔に接着剤を供給し、
   前記ロータコアを両側から、それぞれステンレスプレートを介してエンドプレートによって挟んだ状態で回転させ、
   前記磁石挿入孔の軸方向端部の半径方向外側に設けられたポケット内に前記接着剤を流し込み、硬化させる、
   ロータコアの製造方法。

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