JP2022026283A - 電気モータのロータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】磁石を貫通孔に挿入する際に、シートへのダメージを軽減することができる電気モータのロータの製造方法を提供する。【解決手段】ロータコア２ｃと、磁石６と、シート８と、を備えている電気モータのロータ製造方法。ロータコアは、軸線方向に沿って延びている貫通孔２ｈを有している。磁石は、貫通孔に挿入されている。シートは、貫通孔の内面２ｉと磁石との間に配置されている。シートを貫通孔に通すシート挿入工程と、シートを軸線方向の両側から引っ張ってシートに張力を加えるとともにシートを内面に押し当てつつ、貫通孔に磁石を挿入する磁石挿入工程と、を備えている。シートに張力を与えることでシートがロータコアの軸線方向に延ばされ、シートの表面が滑らかになる。磁石は円滑にシートの表面を滑り、貫通孔に挿通される。【選択図】図７

Description

本明細書が開示する技術は、電気モータのロータの製造方法に関する。特に、軸線方向に沿って延びている貫通孔を有するロータコアと、貫通孔に挿入されている磁石とを備えているロータの製造方法に関する。

特許文献１には、ロータコア（特許文献１では、回転子鉄心と称している）の貫通孔（特許文献１では、磁石挿入孔と称している）に磁石を挿入する電気モータのロータの製造方法が開示されている。磁石と貫通孔の内面との間には紐あるいはバンドが配置される。特許文献１の製造方法では、紐あるいはバンドを磁石で貫通孔に押し込む。

特開２０１４－２２２９６４号公報

磁石を貫通孔に固定する場合、紐あるいはバンドに代えて、シートを用いることがある。ロータコアの貫通孔にシートを磁石で押し込むと、シートが破れるおそれがある。本明細書は、磁石を貫通孔に挿入する際に、シートへのダメージを軽減することができる製造方法を提供する。

本明細書は、ロータコアと、磁石と、シートと、を備えている電気モータのロータ製造方法を開示する。ロータコアは、軸線方向に沿って延びている貫通孔を有している。磁石は、貫通孔に挿入されている。シートは、貫通孔の内面と磁石との間に配置されている。本明細書が開示する製造方法は、シートを前記貫通孔に通すシート挿入工程と、シートを軸線方向の両側から引っ張ってシートに張力を加えるとともにシートを内面に押し当てつつ、貫通孔に磁石を挿入する磁石挿入工程と、を備えている。

上述した製造方法では、磁石を挿入するのに先立ってシートを貫通孔に通す。シートに張力を与え貫通孔の内面に押し当てつつ磁石を挿通する。張力を与えることでシートがロータコアの軸線方向に延ばされ、シートの表面が滑らかになる。磁石は円滑にシートの表面を滑り、貫通孔に挿通される。本明細書が開示するロータの製造方法は、磁石を挿入する際に、シートへのダメージを軽減する。貫通孔の内面と磁石との間隙が狭くても、磁石を挿入する際にシートは破れ難い。本明細書が開示するロータの製造方法は、貫通孔の内面と磁石との間隙が狭いロータに適している。

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例の製造方法で製造されたロータの斜視図を示す。 ロータコアの平面図を示す。 図２の破線ＩＩＩに囲まれた範囲の拡大図を示す。 シート挿入工程における断面図を示す。 磁石挿入工程でシートを両側から引っ張っている状態の断面図を示す。 磁石挿入工程でシートが内面に押し当てられている状態の断面図を示す。 磁石挿入工程で磁石が貫通孔に挿入されている状態の断面図を示す。 固定工程の断面図を示す。 切断工程の断面図を示す。 別の実施例における磁石挿入工程の断面図を示す。

図面を参照して、実施例の電気モータのロータの製造方法（以下、単に製造方法と称することがある）について説明する。図１を参照して、実施例の製造方法で製造されるロータ２について説明する。図中に示されるＺ軸は、ロータ２の軸線１００に平行な軸である。ＸＹ平面は、Ｚ軸に直交する平面である。本明細書では、Ｚ軸に平行な方向を、単に「軸線方向」と呼ぶことがある。また、ＸＹ平面に平行でＸＹ平面と軸線１００との交点を通過する直線の方向を、単に「径方向」と呼ぶことがある。

ロータ２は、電気モータ（図示省略）を構成する。図示は省略したが、ロータ２の径方向外側には、ステータが配置される。ステータのコイルに電流が流れると、ロータ２とステータの間に磁力が発生し、ロータ２が軸線１００を中心に回転する。ロータ２は、ラジアルギャップ型の電気モータを構成する。

図１に示されるように、ロータ２は、ロータコア２ｃと、シャフト４と、磁石６を備えている。ロータコア２ｃは、複数の鋼板が軸線方向に沿って積層されて形成されている。ロータコア２ｃを構成するそれぞれの鋼板は、互いに絶縁されている。絶縁された複数の鋼板を積層してロータコア２ｃを形成することで、ロータコア２ｃに過電流が発生するのを抑制することができる。また、これにより、ロータ２に発生する鉄損を低減することができる。

ロータコア２ｃは、複数の貫通孔２ｈを備えている。ロータコア２ｃを構成する複数の鋼板のそれぞれに予め孔が設けてあり、積層されている鋼板の孔が重なって貫通孔２ｈが形成される。複数の貫通孔２ｈのそれぞれには、磁石６が挿入されている。シャフト４は、軸線方向に延びる円筒形状を有している。シャフト４は、ロータコア２ｃの中心部を軸線方向に貫通している。

図２に示されるように、ロータコア２ｃは、１６個の貫通孔２ｈを備えている。貫通孔２ｈは、ロータコア２ｃを軸線方向に貫通している。１６個の貫通孔２ｈは、８個のペアに分けられ配置されている。貫通孔２ｈのペアは、ロータ２（図１参照）の１極に対応する。すなわち、ロータコア２ｃは、計８極に対応する貫通孔２ｈを備えている。貫通孔２ｈのペアのそれぞれは、互いに対称となるように配置されている。それぞれの貫通孔２ｈのペアは、ロータコア２ｃの中心を向くように、ロータコア２ｃの外周に沿って配置されている。なお、ロータ２の極数に応じて、ロータコア２ｃが備える貫通孔２ｈの個数は調整される。

ロータコア２ｃの中央部には、シャフト孔４ｈが形成されている。シャフト孔４ｈは、ロータコア２ｃを軸線方向に貫通している。シャフト孔４ｈの内周面には、２個の突起４ｐが形成されている。一方の突起４ｐは、他方の突起４ｐと対向する位置に配置されている。それぞれの突起４ｐの両側には、溝が形成されている。シャフト４（図１参照）は、シャフト孔４ｈの突起４ｐおよび溝と系合することで、ロータコア２ｃに固定される。

図３を参照して、貫通孔２ｈの詳細形状について説明する。図３は、図２の破線ＩＩＩに囲まれた範囲の拡大図であり、１個の貫通孔２ｈの周辺を拡大した図である。なお、他の貫通孔２ｈについても、形状は同じである。貫通孔２ｈは、略長方形の形状を有している。貫通孔２ｈの長手方向の一方の端（図３において上側の端）では、徐々にその幅が狭くなっている。貫通孔２ｈの他方の端（図３において下側の端）には、ロータコア２ｃの中心（すなわち、軸線１００）に向かって延びる平面が設けられている。貫通孔２ｈは、略長方形の形状に複数の形状が組み合わさった形状である。貫通孔２ｈは、貫通孔２ｈの短手方向において互いに対向する内面２ｉを備えている。一方の内面２ｉは、他方の内面２ｉと略平行に延びている。すなわち、一方の内面２ｉと他方の内面２ｉとの距離は、一定である。

図３に示されるように、ロータコア２ｃの貫通孔２ｈには、軸線１００方向（すなわち、図３の紙面手前奥方向）に矩形の磁石６が挿入されている。先に述べたように、ロータコア２ｃは、複数の鋼板を積層して形成されている。鋼板を積層したロータコア２ｃに磁石６が挿入されることで、ロータコア２ｃに磁束が発生する。ロータコア２ｃに強い磁束を発生させるためには、ロータコア２ｃの内面２ｉ（貫通孔２ｈの内面２ｉ）と、磁石６との間の距離ｄを小さくする必要がある。ロータコア２ｃの内面２ｉと磁石６との間のそれぞれには、シート８が配置されている。シート８は、加熱により膨張する熱可塑性の樹脂で構成されている。詳細は図９を参照して説明するが、シート８が膨張して、磁石６を反対側の内面２ｉに押し付けることで、磁石６が貫通孔２ｈに固定される。また、樹脂で構成されているシート８は、磁石６とロータコア２ｃの内面２ｉとの間の導通を防止する絶縁材としても機能する。図３に示されるように、磁石６の短手方向の両側と、ロータコア２ｃの内面２ｉとの間には、シート８が配置されている。磁石６と内面２ｉとは直接接触していない。磁石６と内面２ｉとが直接に接触し、それらの間で導通すると、ロータ２（図１参照）に鉄損が生じる。ロータ２は、磁石６と内面２ｉとの間に絶縁材料で構成されているシート８を配置することで、鉄損を低減する。

また、磁石６の長手方向の端と、貫通孔２ｈの長手方向の端との間には、空間Ｓ１，Ｓ２が設けられている。空間Ｓ１，Ｓ２は、軸線方向にロータコア２ｃを貫通している。電気モータ（図示省略）に組み込まれたロータ２（図１参照）が回転すると、磁石６は発熱する。空間Ｓ１，Ｓ２は、磁石６の長手方向の端を解放する。ロータ２の回転時、空間Ｓ１，Ｓ２内に磁石６を冷却するオイルを循環させることで、発熱した磁石６の長手方向の端を直接冷却することができる。

以下、実施例の製造方法のシート挿入工程、磁石挿入工程、固定工程、切断工程について説明する。図４を参照して、シート挿入工程について説明する。図４は、図３のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面を示している。図４に示されるように、実施例の製造方法では、２枚のシート８が貫通孔２ｈに挿入され、貫通孔２ｈ内に配置される。実施例の製造方法では２枚のシート８のそれぞれは同様に扱われるため、本明細書では、主に１枚のシート８について説明する。また、以下では、図中の座標Ｚ軸方向正側を「上」と表現し、その反対側を「下」と表現することがある。

シート挿入工程では、まず、シート８の軸線方向の上端を第１クランプ１０で把持した状態で、貫通孔２ｈの上方にシート８が配置される。その後、第１クランプ１０は、図４の矢印ａ１の方向（すなわち、下方）に移動する。これにより、シート８がロータコア２ｃの貫通孔２ｈに挿入される。第１クランプ１０は、シート８の下端がロータコア２ｃの貫通孔２ｈを通過するまで、矢印ａ１の方向に移動する。

シート挿入工程でシート８を貫通孔２ｈに通した後、磁石挿入工程が開始される。図５に示されるように、磁石挿入工程では、まず、第２クランプ１２によって、貫通孔２ｈを通過したシート８の下端を把持する。その後、第１クランプ１０は、上方にシート８を荷重ｆ１で引っ張る。同様に第２クランプ１２は、下方にシート８を荷重ｆ１で引っ張る。すなわち、シート８は、軸線方向の両側から引っ張られる。なお、荷重ｆ１は、シート８を破断させない程度の大きさである。図示は省略したが、第１クランプ１０には、シート８に加わる張力を計測する荷重センサが設けられている。第１クランプ１０は、荷重センサによって、荷重ｆ１を管理する。その結果、シート８には、上下方向（すなわち、軸線方向）の張力が加えられる。シート８に上下方向の張力を加えることで、シート８は上下方向に延ばされる。これにより、シート８の表面のシワが延ばされる。シート８の表面は滑らかとなる。

図６に示されるように、磁石挿入工程では、次に、シート８に上下方向の張力を加えた状態で、一対の第１クランプ１０は、ＸＹ平面上にて、互いに離れる方向（矢印ａ２の方向）に移動する。一対の第２クランプ１２も、ＸＹ平面上にて互いに離れる方向に移動する。その結果、シート８は、貫通孔２ｈの内面２ｉに押し当てられる。第１クランプ１０と第２クランプ１２とがシート８を矢印ａ２の方向に引っ張って内面２ｉに押し当てると、シート８の内面２ｉと当接する部位には上下方向の張力が加えられる。シート８の表面８ｉが滑らかな状態で、シート８は内面２ｉに押し当てられる。

図７に示されるように、磁石挿入工程では、シート８に上下方向の張力が加えられ、シート８が貫通孔２ｈの内面２ｉに押し当てられた状態で、貫通孔２ｈに磁石６が上方から矢印ａ３の方向に挿入される。このため、磁石６の挿入時に、磁石６の下端がシート８の表面８ｉに引っ掛かりにくい。すなわち、磁石６の挿入時に、シート８が破れにくい。また、磁石挿入工程では、シート８が内面２ｉに押し当てられているため、２枚のシート８の表面８ｉの間の距離が広くなる。さらに、シート８の厚みは、上下方向の張力によって弾性変形することで、通常時よりも薄くなっている。その結果、さらに２枚のシート８の表面８ｉの間の距離が広くなる。これにより、磁石６の挿入時に、シート８の表面８ｉと磁石６の下端とが擦れにくい。すなわち、磁石６の挿入時に、シート８が破れにくい。また、仮にシート８が破れた場合、シート８の張力は急激に低下する。磁石挿入工程では、第１クランプ１０と第２クランプ１２とでシート８に加える張力の変化を、上述した荷重センサによって計測することで、シート８が破れたことを検知することができる。

シート８が磁石６の挿入時に破れにくいため、本明細書が開示する製造方法では、磁石６の側面を、貫通孔２ｈの内面２ｉにより近づけることができる。別言すれば、磁石６の幅方向（すなわち、Ｘ軸方向）の長さを長くすることができる。その結果、磁石６の側面と内面２ｉとの距離ｄを短くすることができる。すなわち、本明細書が開示する製造方法によれば、磁石６が挿入されたロータコア２ｃ（図１参照）により強い磁束を発生させることができる。

磁石挿入工程では、磁石６の下面が受け治具１６の上面と当接するまで磁石６が貫通孔２ｈに挿入される。その後、第１クランプ１０および第２クランプ１２は、シート８から離間する。これにより、シート８へ加えられていた上下方向の張力が開放される。その結果、シート８の弾性変形がなくなり、シート８は、元の形状に戻る。シート８の弾性変形がなくなると、シート８の厚みが厚くなる。そのため、図８に示されるように、シート８は、磁石６と内面２ｉとの間で保持される。

第１クランプ１０および第２クランプ１２がシート８から離間すると、固定工程が開始される。図８に示されるように、固定工程では、磁石６を受け治具１６で支えた状態で、ロータコア２ｃと、磁石６と、シート８とを加熱する。先に述べたように、シート８は、膨張性材料で作られている。シート８は、加熱により膨張する。その結果、シート８の厚みが増加し、磁石６を反対側の内面２ｉに押し当てる。これにより、磁石６が貫通孔２ｈ内に固定される。このように、シート８を膨張性材料によって構成し、固定工程で膨張させて磁石６を固定することで、溶融した樹脂を磁石６と内面２ｉとの間に充填する工程に比して、簡易に磁石６を固定することができる。

シート８が膨張し、磁石６が貫通孔２ｈ内に固定された後、受け治具１６を取り外す。その後、切断工程が開始される。切断工程では、図９に示されるように、シート８の両端が、ロータコア２ｃの上面および下面に揃えて切断される。最後にロータコア２ｃにシャフト４（図１参照）が挿通され、ロータ２が完成する。

図１０を参照して、別の実施例の製造方法について説明する。別の実施例の製造方法では、図４を参照して説明したシート挿入工程の前に、ロータコア２ｃの上面と下面に、それぞれ、２個のガイド１４が配置される。すなわち、ロータコア２ｃの両端に、それぞれ、２個のガイド１４が配置される。ガイド１４のそれぞれは、同じ形状を有しているため、以下では、ロータコア２ｃの上面の、図１０の紙面左側に配置されているガイド１４について説明する。なお、図１０では貫通孔２ｈの内面２ｉの全ての端にガイド１４が配置されているが、選択された内面２ｉの端に対して、少なくとも１個のガイド１４が配置されてもよい。

ガイド１４の表面にはガイド面１４ｓが形成されている。ガイド面１４ｓの貫通孔２ｈの中心線Ｃｌ側の端部は、ロータコア２ｃの貫通孔２ｈの内面２ｉと図１０の紙面左右方向で揃っている。すなわち、ガイド面１４ｓは、内面２ｉと面一となっている。ガイド面１４ｓは、内面２ｉの上側の端部を上方から覆っている。貫通孔２ｈの内面２ｉの上下方向の両端には、上下方向に延びるバリが付いていることがある。図６を参照して説明したように、磁石挿入工程では、第１クランプ１０と第２クランプ１２によって、シート８は、内面２ｉに押し当てられる。このため、内面２ｉの上下方向の両端にバリがあると、シート８がバリに押し付けられる。その結果、シート８が破れるおそれがある。図１０に示されるように、別の実施例の製造方法では、ガイド１４が内面２ｉの上下方向の両端を覆っている。このため、磁石挿入工程で、バリとシート８が接触しにくい。その結果、磁石挿入工程でシート８が破れにくい。

さらに、ガイド面１４ｓは、ロータコア２ｃの上面から離れるにつれて貫通孔２ｈの中心線Ｃｌから徐々に離れるように湾曲している。すなわち、ガイド面１４ｓには、鋭角なエッヂが形成されていない。ガイド面１４ｓを湾曲させることで、磁石挿入工程で、シート８がガイド１４のエッヂに押し当てられない。その結果、磁石挿入工程でシート８が破れにくい。

以上、実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。上述した実施例の変形例を以下に列挙する。

上述した製造方法では、２枚のシート８を用いて磁石６を貫通孔２ｈに固定していたが、第１変形例では、これに代えて、１枚のシート８を用いて磁石６を貫通孔２ｈに固定してもよい。

上述した製造方法に用いられるシート８は、膨張性材料によって作られていたが、第２変形例では、これに代えて、加熱によって貫通孔２ｈの内面２ｉと磁石６とを接着するシートを用いてもよい。

上述した製造方法では、磁石挿入工程で、第１クランプ１０と第２クランプ１２とを移動させることで、シート８を内面２ｉに押し当てる。第３変形例では、これに代えて、例えば、シート８と内面２ｉとの間の空間を真空状態にすることで、シート８を内面２ｉに押し当ててもよい。

さらに、第４変形例では、シート８を帯電させ、生じた静電気によってシート８を内面２ｉに押し当ててもよい。

上述した製造法では、切断工程で、シート８の両端を切断しているが、第５変形例では、シート８の両端を切断しなくてもよい。

上述した製造方法では、複数の鋼板を積層したロータコア２ｃを用いてロータ２を製造した。第６変形例では、これに代えて、一体で形成されたロータコアを用いてもよい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２ ：ロータ
２ｃ ：ロータコア
２ｈ ：貫通孔
２ｉ ：内面
４ ：シャフト
４ｈ ：シャフト孔
４ｐ ：突起
６ ：磁石
８ ：シート
８ｉ ：表面
１０ ：第１クランプ
１２ ：第２クランプ
１４ ：ガイド
１４ｓ ：ガイド面
１６ ：受け治具
１００ ：軸線

Claims (6)

1. 軸線方向に沿って延びている貫通孔を有しているロータコアと、
   前記貫通孔に挿入されている磁石と、
   前記貫通孔の内面と前記磁石との間に配置されているシートと、
   を備えている電気モータのロータの製造方法であって、
   前記シートを前記貫通孔に通すシート挿入工程と、
   前記シートを前記軸線方向の両側から引っ張って前記シートに張力を加えるとともに前記シートを前記内面に押し当てつつ、前記貫通孔に前記磁石を挿入する磁石挿入工程と、
   を備えている、電気モータのロータの製造方法。
2. 前記シートを前記貫通孔に通す際に前記ロータコアの端にガイドが配置されており、
   前記ガイドは、前記内面と面一となるガイド面を有しており、
   前記シートは、前記貫通孔に前記磁石を挿入する際に、前記内面と前記ガイド面とに押し当てられる、請求項１に記載の製造方法。
3. 前記ガイド面は、前記ロータコアから離れるにつれて前記貫通孔の中心線から徐々に離れるように湾曲している、請求項２に記載の製造方法。
4. 前記シートは膨張性材料で作られており、
   前記製造方法は、前記磁石挿入工程の後に、前記シートを膨張させて前記磁石を固定する固定工程を備えている、請求項１から３のいずれか１項に記載の製造方法。
5. 前記製造方法は、前記磁石挿入工程の後に、前記シートの両端を切断する切断工程を備えている、請求項１から４のいずれか１項に記載の製造方法。
6. 前記ロータコアは、複数の鋼板が積層されて作られている、請求項１から５のいずれか１項に記載の製造方法。

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