JP2022033401A - 回転電機のロータ、回転電機、回転電機のロータ製造方法、および回転電機の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本願は、セグメント磁石がシャフトのシャフト胴部あるいはロータコアに径方向の位置精度良く固定された回転電機のロータを提供するものである。【解決手段】シャフト胴部(3c)を有する回転可能なシャフト(3)と、シャフト(3)のシャフト胴部(3c)の外周部に磁極毎に分割されて配置された複数のセグメント磁石(2)と、シャフト(3)のシャフト胴部(3c)とセグメント磁石(2)とシャフト(3)を固定するモールド樹脂(4)とを備える回転電機のロータであって、セグメント磁石(2)の内周面がシャフト(3)のシャフト胴部(3c)の外周面に対向配置された状態でモールド樹脂(4)がシャフト(3)のシャフト胴部(3c)とセグメント磁石(2)間との間に充填され、セグメント磁石(2)の外周面の一部あるいは全部が露出されているものである。【選択図】図２

Description

本願は、回転電機のロータ、回転電機、回転電機のロータ製造方法、および回転電機の製造方法に関するものである。

従来から、回転電機のロータは、回転可能なシャフトとシャフトに固定された磁石を備えたもの、あるいは、回転可能なシャフトとシャフトを挿入したロータコア、および、ロータコアに固定された磁石を備えたものである。

磁石としては、円筒状のリング磁石、あるいは、磁極毎に分割されたセグメント磁石などを用いている。リング磁石、セグメント磁石は、接着剤あるいは樹脂などにより直接シャフトあるいはロータコアに固定している。あるいは、ロータコアに形成された磁石用の孔に投入した後に接着剤あるいは樹脂などで固定するものなどが多く適用されている。

セグメント磁石を樹脂により固定する場合は、シャフトを挿入した樹脂注型用の金型に段付きピンを配置し、段付きピンの間にセグメント磁石を配置した状態でモールド樹脂を注型し、モールド樹脂を硬化させることで回転電機のロータを得ている（例えば、特許文献１）。

特開昭６１－２６２０５７号公報

上述した従来の特許文献１に記載の回転電機のロータは、セグメント磁石の外径面がモールド樹脂で覆われているため、ロータの外周面とステータの内周面との磁気ギャップが大きくなり、モータ出力が低下するという問題点があった。

また、成型金型において、隣り合うセグメント磁石の間、つまり極間の隙間に段付きピンを設置するため、配設するセグメント磁石が多い、あるいは、外径が小さいシャフトを用いる必要がある。このため、極間が狭小な場合は、設置可能な段付きピンの外径が、例えばφ数ｍｍ未満となり、セグメント磁石を成型金型に配設する際の荷重あるいは注型時の圧力により段付きピンがたわむ、または、折損するため、安定的に寸法精度の良好な回転電機のロータを得ることができないという問題点があった。また、セグメント磁石が軸方向に長い場合も、段付きピンが長くなり、たわみあるいは折損が発生し易くなるという問題点があった。

セグメント磁石の寸法バラツキを考慮して、成型金型と段付きピンの間の隙間をセグメント磁石の最大外径寸法と成型金型との隙間以下とするため、最大外径寸法未満のセグメント磁石を挿入する場合は、成型時に段付きピンとのガタツキが発生する。このガタツキにより、モールド樹脂を成型後、セグメント磁石の径方向の位置にバラツキが生じ、固定されたそれぞれのセグメント磁石の外周面とステータの内周面との磁気ギャップにバラツキを生じるため、コギングトルクが増大するという問題点があった。

本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、その目的は、セグメント磁石がシャフトのシャフト胴部あるいはロータコアに径方向の位置精度良く固定された回転電機のロータ、回転電機、回転電機のロータ製造方法、および回転電機の製造方法を提供するものである。

本願に開示される回転電機のロータは、シャフト胴部を有する回転可能なシャフトと、前記シャフトの前記シャフト胴部の外周部に磁極毎に分割されて配置された複数のセグメント磁石と、前記シャフトの前記シャフト胴部と前記セグメント磁石と前記シャフトを固定するモールド樹脂とを備える回転電機のロータであって、前記セグメント磁石の内周面が前記シャフトの前記シャフト胴部の外周面に対向配置され、前記モールド樹脂が前記シャフトの前記シャフト胴部と前記セグメント磁石間との間に充填され、前記セグメント磁石の外周面の一部あるいは全部が露出されているものである。

また、本願に開示される回転電機のロータは、シャフト胴部を有する回転可能なシャフトと、前記シャフトの前記シャフト胴部に装着され、中空穴を有するコアシートを複数積層してなるロータコアと、前記ロータコアの外周部に磁極毎に分割されて配置された複数のセグメント磁石と、前記ロータコアと前記セグメント磁石とを固定するモールド樹脂とを備える回転電機のロータであって、前記セグメント磁石の内周面が前記ロータコアの外周面に対向配置され、前記モールド樹脂が前記ロータコアと前記セグメント磁石間との間に充填され、前記セグメント磁石の外周面の一部あるいは全部が露出されているものである。

また、本願に開示される回転電機のロータ製造方法は、ロータ外径面と同じ寸法の円筒状の溝を有するモールド成型金型の下型にシャフトを配設するシャフト投入工程と、前記下型の前記溝の下部に放射状に形成された複数の第１突起部の間にセグメント磁石を複数配設する磁石投入工程、複数の第２突起部を有する前記モールド成型金型の上型を前記下型に取り付けて、前記シャフトのシャフト胴部の軸方向端部側に設けた段差部にモールド樹脂を注型する注型工程と、前記モールド樹脂の硬化後、完成したロータを前記モールド成型金型から取り出すロータ取り出し工程とからなるものである。

また、本願に開示される回転電機のロータ製造方法は、ロータ外径面と同じ寸法の円筒状の溝を有するモールド成型金型の下型にロータコアを配設するロータコア投入工程と、前記下型の前記溝の下部に放射状に形成された複数の第１突起部の間にセグメント磁石を複数配設する磁石投入工程、複数の第２突起部を有する前記モールド成型金型の上型を前記下型に取り付けて、前記ロータコアの軸方向端部側に設けた段差部にモールド樹脂を注型する注型工程と、前記モールド樹脂の硬化後、完成したロータコア構成体を前記モールド成型金型から取り出すロータコア構成体取り出し工程と、前記ロータコア構成体の前記ロータコアの中空穴にシャフトのシャフト胴部を組み付けてロータを得るシャフト組み付け工程とからなるものである。

本願に開示される回転電機のロータによれば、セグメント磁石の内周面がシャフトのシャフト胴部の外周面に対向配置された状態あるいはセグメント磁石の内周面がロータコアの外周面に対向配置され、モールド樹脂がシャフトのシャフト胴部あるいはロータコアとセグメント磁石間との間に充填され、セグメント磁石の外周面の一部あるいは全部が露出されているので、セグメント磁石をシャフトのシャフト胴部あるいはロータコアに径方向の位置精度良く固定された回転電機のロータを得ることができる。

実施の形態１に係わる回転電機を示す断面図である。 実施の形態１に係わる回転電機のロータを示す斜視図である。 実施の形態１に係わる回転電機のロータを示す平面図である。 実施の形態１に係わる回転電機のロータを示す図３のＡ－Ａ線における断面図である。 実施の形態１に係わる回転電機のロータの他の実施例を示す斜視図である。 実施の形態１に係わる回転電機のロータの他の実施例を示す平面図である。 実施の形態１に係わる回転電機のロータの他の実施例を示す図６のＢ部拡大図である。 実施の形態１に係わる回転電機のロータにおけるセグメント磁石の他の実施例を示し、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は平面図である。 実施の形態１に係わる回転電機のロータにおけるセグメント磁石の他の実施例を示し、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は平面図である。 実施の形態１に係わる回転電機のロータ製造方法を示す斜視図である。 実施の形態１に係わる回転電機のロータ製造方法を示す斜視図である。 実施の形態１に係わる回転電機のロ－タ製造方法を示す斜視図である。 実施の形態１に係わる回転電機のロータ製造方法を要部断面で示す斜視図である。 実施の形態１に係わる回転電機のロータ製造方法を示す斜視図である。 実施の形態１に係わる回転電機のロータ製造方法を示す断面図である。 実施の形態１に係わる回転電機のロータ製造方法を示す図１５のＣ部拡大図である。 実施の形態１に係わる回転電機のロータの他の実施例を示す斜視図である。 実施の形態１に係わる回転電機のロータの他の実施例を示す平面図である。 実施の形態１に係わる回転電機のロータの他の実施例を示す図１８のＤ部拡大図である。 実施の形態１に係わる回転電機のロータの他の実施例を示す斜視図である。 実施の形態１に係わる回転電機のロータの他の実施例を示す平面図である。 実施の形態１に係わる回転電機のロータの他の実施例を示す図２１のＥ部拡大図である。 実施の形態１に係わる回転電機のロータの他の実施例を示す斜視図である。 実施の形態１に係わる回転電機のロータの他の実施例を示す平面図である。 実施の形態２に係わる回転電機のロータを示す斜視図である。 実施の形態２に係わる回転電機のロータを示す平面図である。 実施の形態２に係わる回転電機のロータを示す図２６のＦ－Ｆ線における断面図である。

実施の形態１．
以下、実施の形態１を図１～図４に基づいて説明するが、各図において、同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。

図１は実施の形態１に係わる回転電機を示す断面図である。図２は実施の形態１に係わる回転電機のロータを示す斜視図である。図３は実施の形態１に係わる回転電機のロータを示す平面図である。図４は実施の形態１に係わる回転電機のロータを示す図３のＡ－Ａ線における断面図である。

図１に示すように、回転電機１００は、回転子であるロータ１と、ロータ１に空隙を介して径方向に対向する固定子であるステータ２０と、ロータ１の回転軸方向両端部に位置するシャフト３の軸部３ａ，３ｂに内輪がそれぞれ固定され、ロータ１を回転可能に支承する第１軸受３０および第２軸受４０と、ステータ２０の軸方向両端に配置され第１軸受３０および第２軸受４０の外輪をそれぞれ固定する第１ブラケット５０および第２ブラケット６０と、ロータ１の軸方向一端に連結され軸方向一端にある例えば第１ブラケット５０に固定されたロータ１の回転角度を検出する回転検出器７０とを有する。シャフト３のシャフト胴部３ｃの外周部にはセグメント磁石２が複数隣接して配置されている。

図２に示すように、ロータ１は、軸部３ａ，３ｂとシャフト胴部３ｃとを有する回転電機の回転軸となる円筒形状のシャフト３と、シャフト３のシャフト胴部３ｃの外周部に磁極毎に分割されて配置された例えば８個のセグメント磁石２と、８個のセグメント磁石２をシャフト３のシャフト胴部３ｃに固定するモールド樹脂４とから構成されている。セグメント磁石２の数量については、図２および図３に示すように８個となっているが、２個、４個あるいは１０個など偶数の数量であってもよい（図示せず）。この数量については、回転電機の出力あるいはコギングトルクなどの回転時のガタツキ抑制などの要求仕様によって適宜適正な数量を選択する。また、図２に示すように、セグメント磁石２間の一方側端部にモールド未充填部７ａが設けられ、セグメント磁石２間の他方側端部にモールド未充填部７ｂが設けられている。

ロータ１は、図４に示すように、セグメント磁石２の径方向の内周側が接触する磁石固定部５を構成している。磁石固定部５の外径寸法は、シャフト３のシャフト胴部３ｃの磁石固定部５以外の部位の外形寸法よりも大きくなっており、磁石固定部５の軸方向の両端面で例えば面取り部からなる段差部６（以下、面取り部６と称す）が形成されている。図４に示すように、この実施の形態１においては、面取り部６としてＣ面取り部とした場合を示しているが、これに限定されるものではなく、Ｒ面取り形状、あるいは、矩形状など、どのような形状であっても良く、シャフト３を旋盤加工で製作する点を考慮し、加工し易い形状であることが望ましい。

セグメント磁石２は、図３に示すように、シャフト３の軸方向から見た場合の形状が瓦型（ロータ１において、セグメント磁石２の径方向の外周側、および、内周側の両方が曲面となっている形状）となっている場合を示しているが、図８（ａ），（ｂ）に示すように、かまぼこ型（図２～４と同様に、セグメント磁石２をシャフト３のシャフト胴部３ｃに固定する場合、径方向の外周側が曲面となり、内周側が平面となっている形状）、あるいは、図９（ａ），（ｂ）に示すように、平面型（図２～４と同様に、セグメント磁石２をシャフト３のシャフト胴部３ｃに固定する場合、径方向の外周側、および、内周側の両方が平面となっている形状）のどちらでも良い。

セグメント磁石２の内周面がシャフト３のシャフト胴部３ｃの外周面に対向配置された状態でモールド樹脂４がシャフト３のシャフト胴部３ｃとセグメント磁石２との間に充填されてセグメント磁石２が固定され、セグメント磁石をシャフトのシャフト胴部に径方向の位置精度良く固定することができる。そして、セグメント磁石２の外周面の一部あるいは全部が露出しているので、セグメント磁石２の外周面とステータ２０の内周面との磁気ギャップの距離を短縮でき、出力トルクが大きい回転電機のロータを得ることができる。また、セグメント磁石２の外周面とステータ２０の内周面との磁気ギャップが均一になり、コギングトルクが小さい回転電機のロータを得ることができる。

セグメント磁石２の径方向の外周側の曲面について、図３に示すように、モールド樹脂４を含むロータ１の外径寸法と同じ曲率であり、セグメント磁石２の外周側の面全体にモールド樹脂４が充填されておらず、露出してロータ１の外周面を構成しているが、図５～７に示すように、モールド樹脂４を含むロータ１の外形寸法よりも小さな曲率であり、セグメント磁石２の外周側の面の一部がモールド樹脂４で充填されていても良い。なお、図５は実施の形態１に係わる回転電機のロータの他の実施例を示す斜視図である。図６は実施の形態１に係わる回転電機のロータの他の実施例を示す平面図である。図７は実施の形態１に係わる回転電機のロータの他の実施例を示す図６のＢ部拡大図である。

同様に、セグメント磁石２の径方向の内周側の曲面の曲率がシャフト３のシャフト胴部３ｃの磁石固定部５の径方向の外周側の曲面の曲率と異なっていても良い。セグメント磁石２の内周面の曲率の方が大きい場合は、セグメント磁石２の周方向の両端に進むほど磁石固定部５の外周面との隙間が拡大する。セグメント磁石２の内周面の曲率の方が小さい場合は、セグメント磁石２の周方向の中央に進むほど磁石固定部５の外周面との隙間が拡大する。モールド樹脂４については、これらの隙間にも充填されており、セグメント磁石２を固定している。

また、図１７～１９に示すように、セグメント磁石２の径方向の幅が極間に充填されているモールド樹脂４の径方向の幅よりも小さくても良い。その場合、セグメント磁石２の径方向の外周側の曲面と極間のモールド樹脂４の径方向の外周側の曲面でロータ１の外周面を構成し、セグメント磁石２の径方向の内周側とシャフト３のシャフト胴部３ｃの磁石固定部５の径方向の外周側の曲面との間に隙間Ｇが形成されてモールド樹脂４が隙間に充填されている。このようなセグメント磁石２とシャフト３のシャフト胴部３ｃの位置関係となる理由の詳細については、後述するこの実施の形態１に係わる回転電機のロータ製造方法で説明するが、セグメント磁石２を固定するためにモールド樹脂４を注型する際の成型圧力がセグメント磁石２の径方向の内周側から外周側に押し出す方向にかかるため隙間が形成される。なお、図１７は実施の形態１に係わる回転電機のロータの他の実施例を示す斜視図である。図１８は実施の形態１に係わる回転電機のロータの他の実施例を示す平面図である。図１９は実施の形態１に係わる回転電機のロータの他の実施例を示す図１８のＤ部拡大図である。

隙間Ｇの径方向の幅については、セグメント磁石２の径方向の幅の５％以内であることが望ましい。５％以内の理由として、積極的にセグメント磁石２の径方向の幅を縮小して隙間を形成するためではなく、セグメント磁石２の径方向の寸法公差を考慮したためである。５％以上の隙間を形成することも可能であるが、モールド樹脂４を注型する際に、成型金型内でのセグメント磁石２の径方向のガタツキが多く、位置精度良くセグメント磁石２を固定できないと考慮したものである。

また、図２０～２２に示すように、セグメント磁石２の外周側の周方向の幅が、セグメント磁石２の内周側の周方向の幅よりも小さくても良い。その場合、隣り合うセグメント磁石２の隙間、つまり、極間のモールド樹脂４がセグメント磁石２に対して楔形状となり、ロータ１に回転による遠心力でセグメント磁石２が飛散することを防止できる。なお、図２０は実施の形態１に係わる回転電機のロータの他の実施例を示す斜視図である。図２１は実施の形態１に係わる回転電機のロータの他の実施例を示す平面図である。図２２は実施の形態１に係わる回転電機のロータの他の実施例を示す図２１のＥ部拡大図である。

モールド樹脂４は、図２～４に示すように、隣り合うセグメント磁石２の間、つまり、極間の８か所、および、セグメント磁石２の軸方向の両端部とシャフト３のシャフト胴部３ｃの間の両方に充填されているが、これまで記載してきた通り、セグメント磁石２の形状によっては、セグメント磁石２の径方向の内周側、および、外周側のどちらか一方、あるいは、両方にも充填される場合も考えられる。

これに対して、図２に示すように、シャフト３のシャフト胴部３ｃの磁石固定部５の軸方向の両端部の隣り合うセグメント磁石２の間にモールド樹脂４が充填されていないモールド未充填部７ａ，７ｂが存在する。モールド未充填部７ａ，７ｂの軸方向の寸法は、セグメント磁石２の軸方向の寸法の半分未満である。その理由として、後述するこの実施の形態１に係わる回転電機のロータ製造方法において、注型金型に設けたセグメント磁石２をシャフト３のシャフト胴部３ｃの周方向に対して位置精度良く配設する突起部により、モールド樹脂４が充填されないためである。

モールド樹脂４として使用する材料として、例えば、エポキシ樹脂あるいはポリエステル樹脂（ＢＭＣ：Ｂｕｌｋ Ｍｏｌｄｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）のような熱硬化性、あるいは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）あるいはポリ塩化ビニルのような熱可塑性のどちらでもよい。回転電機に要求される耐熱温度あるいは耐圧性能などにより適宜適正なモールド樹脂を選択する。

次に、この実施の形態１に係わる回転電機のロータ製造方法について、図１０～１６を用いて説明する。図１０～１６に示すように、回転電機のロータ１の製造方法は以下の４つの工程からなる。

図１０は、シャフト３をモールド成型金型８に投入するシャフト投入工程を示す図である。

モールド成型金型８は、下型９と上型１０により構成される。下型９には、ロータ１の外周面（つまり、セグメント磁石２がモールド樹脂４で固定され、ステータ２０の内周面と磁気ギャップを形成する円筒面）と同じ寸法の内周面を有する円筒状の溝１１が形成されている。溝１１の円形の底面の中心部にシャフト３の磁石固定部５以外の部位（例えば、シャフト３の軸部３ｂなど）が貫通でき、かつ、溝１１よりも小径の穴１１ａが設けられている。溝１１の底面の内周面側には扇形の第１突起部１２が形成されている。第１突起部１２は、溝１１の底面から溝１１の入り口方向、つまり、シャフト３の軸方向に伸びており、シャフト３の磁石固定部５の軸方向の長さの半分未満となっている。磁石固定部５の軸方向の長さの半分未満とすることで、シャフト３のシャフト胴部３ｃに固定されたセグメント磁石２の極間にモールド樹脂４が全く存在しないことにならない。

同様に、モールド成型金型８の上型１０にも、シャフト３の磁石固定部５以外の部位（例えば、シャフト３の軸部３ａあるいはエンコーダなどの回転検出器７０の取付部など）が貫通でき、かつ、溝１１よりも小径の穴１０ａが設けられている。また、上型１０の下型９との接触面側に、下型９の第１突起部１２と同様、かつ、同数の第２突起部１３が溝１１の底面側に向かって形成されている。この実施の形態１において、上型１０の第２突起部１３の軸方向の長さは下型９の第１突起部１２と同じでもよいが、長さが異なっていても良い。上型１０の穴１０ａと第２突起部１３は、モールド樹脂４を注型するため、下型９と組み合わせる際に軸方向で同じ位置に形成されている。

この実施の形態１において、第１突起部１２は、溝１１の底面の内周面側において周方向に等間隔で合計８ヶ所形成されているが、シャフト３のシャフト胴部３ｃに固定するセグメント磁石２が合計８個であるためであり、固定するセグメント磁石２の数量が２個の場合は合計２ヶ所、４個の場合は合計４ヶ所、１０個の場合は合計１０ヶ所とセグメント磁石２の数量と同じ数量であればよい。なお、第２突起部１３も同様である。

第１突起部１２を形状精度良く形成し、かつ、隣り合う第１突起部１２を溝１１の底面の内周面側において周方向に位置精度良く形成すること、および第２突起部１３を形状精度良く形成し、かつ、隣り合う第２突起部１３を周方向に位置精度良く形成することで、合計８個のセグメント磁石２をシャフト３のシャフト胴部３ｃに精度良く固定することができるため、ロータ１に発生するコギングトルクの増大を抑制できる。

また、図２あるいは図３に示すように、セグメント磁石２の極間が小さい場合でも、第１突起部１２は、特許文献１に記載する段付きピンのようなモールド成型金型と異なる部品ではなく、直接下型９あるいは上型１０に形成され、かつ、シャフト３のシャフト胴部３ｃの軸方向の長さの全域においてではなく、一部分のみであることから、たわみあるいは折損が発生しにくいため、より安定、かつ、精度良くセグメント磁石２を固定することができる。前述した内容は後述する上型１０でも同様の効果を得ることができる。

図１０に示すように、下型９の溝１１にシャフト３の軸部３ｂを投入していき、シャフト３の軸部３ｂを下型９の溝１１の穴１１ａに貫通させ、シャフト３のシャフト胴部３ｃを下型９の溝１１内に合致させる。

次に、図１１は、セグメント磁石２をモールド成型金型８の下型９に投入する磁石投入工程を示す図である。

セグメント磁石２を、下型９の溝１１の内周面とシャフト３のシャフト胴部３ｃの外周面の間にできた隙間から軸方向に、溝１１の底面で周方向に等間隔で形成されている８ヶ所の第１突起部１２の間へ、セグメント磁石２の瓦型の下面が溝１１の底面に接触するまで挿入する。このような作業を合計８回繰り返し、全８個のセグメント磁石２を下型９に投入する。

セグメント磁石２を下型９に全数投入後、上型１０を下型９に組み付ける。上型１０の穴１０ａをシャフト３の軸部３ａに通し、上型１０に形成された合計８ヶ所の第２突起部１３の周方向の間に合計８個のセグメント磁石２の瓦型の上面が上型１０に接触するまで挿入した後、下型９と上型１０を互いに固定する。

図１２、図１３は、合計８個のセグメント磁石２とシャフト３が投入されたモールド成型金型８にモールド樹脂４を注型する注型工程を示す図である。図１５は図１３の拡大図、図１６は図１５のＣ部の拡大図である。

モールド成型金型８の上型１０には注型口１４が形成されている。注型口１４は、シャフト３のシャフト胴部３ｃに形成された面取り部６の回転軸側に形成されている。このような場所に形成されることで、モールド樹脂４を注型した際に、シャフト３の回転軸側から下型９の溝１１の内周面側に流れる。流れたモールド樹脂４が面取り部６に流れ込むことで、下型９に配設されたセグメント磁石２を、セグメント磁石２の径方向の内周面側から外周面側方向に押し出すと共に、注型圧力あるいは注型後の保圧により、面取り部６において、より注型面積が大きい外周側、つまり、セグメント磁石２の径方向の内周側にモールド樹脂４の圧力が印加され、セグメント磁石２が下型９の溝１１の内周面に接触して、径方向の外周面側にモールド樹脂４が無い状態で保持される。前述の状態が保持されたままでモールド樹脂４が硬化するまで加圧状態を保持する。

図１５および図１６に示すように、上型１０の注型口１４に射出ノズル１５を装着し、射出ノズル１５からモールド樹脂４を供給し、矢印Ｍにて示すように注型口１４からシャフト３のシャフト胴部３ｃの面取り部６を経てシャフト３のシャフト胴部３ｃとセグメント磁石２間との間にモールド樹脂４を充填させる。

注型口１４について、この実施の形態１において、モールド成型金型８の上型１０に設けたが、下型９、あるいは、上型１０と下型９の両方であっても良い。また、上型１０に１ヶ所、または、下型９に１ヶ所ではなく、例えば、上型に３ヶ所、６ヶ所、下型９に２ヶ所、４ヶ所など、注型口１４の数量に特段の制限は無い。また、注型口１４の形状もこの実施の形態１のような円筒形状ではなく、例えば、矩形状、三角形状など任意の形状でよい。これら、注型口１４の数量あるいは形状は、面取り部６にモールド樹脂４が流れ込み、セグメント磁石２を径方向の内周面側から外周面側に押し出す、あるいは、圧力を印加すれば任意でよい。

セグメント磁石２が径方向の内周面側から外周面側に移動して、下型９の溝１１の内周面に接触することで径方向の外周面側にはモールド樹脂４が無く、固定されたセグメント磁石２がロータ１において外径基準で固定されるため、ステータ２０の内周面との隙間の距離、つまり、磁気ギャップのバラツキが無く、ロータ１により発生するコギングトルクの増大を抑制できる。また、セグメント磁石２の径方向の寸法バラツキが発生しても、図１７～１９に示すように、シャフト３のシャフト胴部３ｃの外周面とセグメント磁石２の径方向の内周面との間にモールド樹脂４が充填されることで、セグメント磁石２が径方向の内周面側から外周面側に移動するため、磁気ギャップのバラツキが発生しない。

図１４は、モールド成型金型８の下型９と上型１０を開き、モールド樹脂４の硬化が完了したロータ１を取り出すロータ取り出し工程を示す図である。ロータ１をモールド成型金型８から取り出すことで、この実施の形態１に係わる回転電機のロータ製造が完了する。

この実施の形態１においては、固定されたセグメント磁石２の径方向の外周面側にモールド樹脂４が無いため、モールド樹脂４がステータ内周面との接触を防止するために磁気ギャップを追加で拡大する必要がなく、このようなロータ１を用いることで、出力の大きな回転電機が得られる。

ところで、図２～４では、シャフト３のシャフト胴部３ｃに面取り部６が形成されているが、図２３および図２４に示すように、樹脂溝１６が形成されていても良い。なお、図２３は実施の形態１に係わる回転電機のロータの他の実施例を示す斜視図である。図２４は実施の形態１に係わる回転電機のロータの他の実施例を示す平面図である。

樹脂溝１６は、シャフト３のシャフト胴部３ｃの軸方向と平行方向、かつ、全域に渡って形成されており、固定されているセグメント磁石２の径方向の内周面側と接する、あるいは、セグメント磁石２の径方向の幅の５％以内の隙間（モールド樹脂４が充填されている）を形成した状態で近接すると共に、樹脂溝１６の周方向の幅がセグメント磁石２の周方向の幅よりも小さく形成され、シャフト３のシャフト胴部３ｃに固定された数量と同じ数量で成形されており、セグメント磁石２が１個について、樹脂溝１６も１個とペアを構成している。

樹脂溝１６の形状は、図２４に示すように、矩形状でも良いが、例えば、台形形状あるいは三角形状などのように底部に行くほど幅が狭くても良い。

また、図２３に示すように、シャフト３のシャフト胴部３ｃの軸方向の全域ではなく、部分的（断続的）に樹脂溝１６が形成されていても良い（図示せず）。

また、面取り部６の代わりに樹脂溝１６を用いたとしても、回転電機のロータ製造方法に大きな変化はなく、注型工程で、モールド樹脂４が樹脂溝１６に入り込んで、セグメント磁石２を径方向の内周面側から外周面側に押し出す、かつ、成型圧力あるいは注型後の保圧によって樹脂溝１６においてセグメント磁石２の外周面側に圧力が印加されることで、外径基準でセグメント磁石２が固定された回転電機のロータが得られる。

実施の形態２．
この実施の形態２に係わる回転電機のロータを図２５～２７に基づいて説明する。図２５は実施の形態２に係わる回転電機のロータを示す斜視図である。図２６は実施の形態２に係わる回転電機のロータを示す平面図である。図２７は実施の形態２に係わる回転電機のロータを示す図２６のＦ－Ｆ線における断面図である。

図２５に示すように、ロータ１は、軸部３ａ，３ｂとシャフト胴部３ｃとを有する回転電機の回転軸となる円筒形状のシャフト３と、中空穴８０ａがあるロータコア８０と、ロータコア８０の外周部に磁極毎に分割されて配置された例えば８個のセグメント磁石２と、８個のセグメント磁石２をロータコア８０の外周部に固定するモールド樹脂４とから構成されている。セグメント磁石２の数量については、図２および図３に示すように８個となっているが、２個、４個あるいは１０個など偶数の数量であってもよい（図示せず）。この数量については、回転電機の出力あるいはコギングトルクなどの回転時のガタツキ抑制などの要求仕様によって適宜適正な数量を選択する。なお、シャフト３のシャフト胴部３ｃにロータコア８０が装着される。また、図２５に示すように、セグメント磁石２間の一方側端部にモールド未充填部７ａが設けられ、セグメント磁石２間の他方側端部にモールド未充填部７ｂが設けられている。

上述した実施の形態１と異なる点として、セグメント磁石２がロータコア８０にモールド樹脂４により固定されており、ロータコア８０に形成された中空穴８０ａにシャフト３のシャフト胴部３ｃが圧入、あるいは、焼き嵌めされている点が挙げられる。また、ロータコア８０は中空穴８０ａが設けられた薄板のコアシートを２枚以上積層されており、例えば、抜きかしめ、接着、溶接などによりコアシート同士が積層方向に固定されている。積層方向の長さはセグメント磁石２の軸方向の長さと同じ、あるいは、５％程度の寸法誤差で含む範囲で同じ長さである。

また、ロータコア８０は大径コアシート８１と小径コアシート８２とから構成されており、積層方向の両端部に小径コアシート８２が積層されている。小径コアシート８２の外径寸法は、大径コアシート８１に対して小径となっており、図２７に示すように、小径コアシート８２がロータコア８０の積層方向の両端面にそれぞれ例えば２枚ずつ積層されて段差部８３を形成している。この段差部８３にモールド樹脂４が充填されている。

次に、この実施の形態２に係わる回転電機のロータ製造方法について、上述した実施の形態１に示す回転電機のロータ１の製造方法と基本的には同様であるが、シャフト投入工程ではなく、ロ－タコア投入工程である点、また、ロータ取り出し工程ではなく、ロータコアＡＳＳＡＹ（構成体）８４取り出し工程である点が相違するものである。

この実施の形態２に係わる回転電機のロータ製造方法について図１０～１６を参照して簡単に説明すると次のような５つの工程となる。一つ目の工程はロータコア投入工程であり、ロータ外径面と同じ寸法の円筒状の溝１１を有するモールド成型金型８の下型９にロータコア８０を配設する。

二つ目は磁石投入工程であり、セグメント磁石２を、下型９の溝１１の内周面とロータコア８０の外周面の間にできた隙間から軸方向に、溝１１の底面で周方向に等間隔で形成されている８ヶ所の第１突起部１２の間へ、セグメント磁石２の瓦型の下面が溝１１の底面に接触するまで挿入する。このような作業を合計８回繰り返し、全８個のセグメント磁石２を下型９に投入する。

セグメント磁石２を下型９に全数投入後、上型１０を下型９に組み付ける。上型１０に形成された合計８ヶ所の第２突起部１３の周方向の間に合計８個のセグメント磁石２の瓦型の上面が上型１０に接触するまで挿入した後、下型９と上型１０を互いに固定する。

三つ目は合計８個のセグメント磁石２とロータコア８０が投入されたモールド成型金型８にモールド樹脂４を注型する注型工程であり、

注型口１４は、ロータコア８０に形成された段差部８３の回転軸側に形成されている。このような場所に形成されることで、モールド樹脂４を注型した際に、ロータコア８０の回転軸側から下型９の溝１１の内周面側に流れる。流れたモールド樹脂４が段差部８３に流れ込むことで、下型９に配設されたセグメント磁石２を、セグメント磁石２の径方向の内周面側から外周面側方向に押し出すと共に、注型圧力あるいは注型後の保圧により、段差部８３において、より注型面積が大きい外周側、つまり、セグメント磁石２の径方向の内周側にモールド樹脂４の圧力が印加され、セグメント磁石２が下型９の溝１１の内周面に接触して、径方向の外周面側にモールド樹脂４が無い状態で保持される。前述の状態が保持されたままでモールド樹脂４が硬化するまで加圧状態を保持する。

四つ目はモールド樹脂４の硬化後、完成したロータコアＡＳＳＡＹ（構成体）８４をモールド成型金型８から取り出すロータコアＡＳＳＡＹ（構成体）取り出し工程であり、ロータコアＡＳＳＡＹ（構成体）をモールド成型金型８から取り出す。そして、五つ目はシャフト組み付け工程であり、取り出したロータコアＡＳＳＡＹ（構成体）８４のロータコア８０の中空穴８０ａにシャフト３のシャフト胴部３ｃを圧入、あるいは、焼き嵌めにより組み付けることにより、この実施の形態２の回転電機のロータ製造が完了する。

この実施の形態２の回転電機のロータ製造方法において得られる効果等は上述した実施の形態１と同様である。

この実施の形態２においても、上述した実施の形態１と同様に、固定されたセグメント磁石２の径方向の外周面側にモールド樹脂４が無いため、モールド樹脂４がステータ内周面との接触を防止するために磁気ギャップを追加で拡大する必要がなく、ロータ１を用いることで、出力の大きな回転電機が得られる。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

本願は、セグメント磁石がシャフトのシャフト胴部あるいはロータコアに径方向の位置精度良く固定された回転電機のロータの実現に好適である。

１ ロータ、２ セグメント磁石、３ シャフト、３ｃ シャフト胴部、４ モールド樹脂、６ 面取り部、８ モールド成型金型、９ 下型、１０ 上型、１１ 溝、１２ 第１突起部、１３ 第２突起部、１４ 注型口、１６ 樹脂溝、８０ ロータコア、８０ａ 中空穴、８１ 大径コアシート、８２ 小径コアシート、８３ 段差部、８４ ロータコアＡＳＳＡＹ（構成体）、１００ 回転電機、Ｇ 隙間

Claims (14)

1. シャフト胴部を有する回転可能なシャフトと、前記シャフトの前記シャフト胴部の外周部に磁極毎に分割されて配置された複数のセグメント磁石と、前記シャフトの前記シャフト胴部と前記セグメント磁石と前記シャフトを固定するモールド樹脂とを備える回転電機のロータであって、前記セグメント磁石の内周面が前記シャフトの前記シャフト胴部の外周面に対向配置され、前記モールド樹脂が前記シャフトの前記シャフト胴部と前記セグメント磁石間との間に充填され、前記セグメント磁石の外周面の一部あるいは全部が露出されていることを特徴とする回転電機のロータ。
2. 前記シャフトの前記シャフト胴部の軸方向端部側に段差部が設けられ、前記段差部には前記モールド樹脂が充填されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機のロータ。
3. 前記段差部は面取り部であることを特徴とする請求項２に記載の回転電機のロータ。
4. 前記面取り部はＣ面取り部であることを特徴とする請求項３に記載の回転電機のロータ。
5. 前記セグメント磁石の内周面と前記シャフトの前記シャフト胴部の外周面との間に形成される隙間に前記モールド樹脂が充填されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機のロータ。
6. 前記セグメント磁石が配置された前記シャフトの前記シャフト胴部の位置に、前記セグメント磁石の周方向の幅よりも小さい幅の樹脂溝が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機のロータ。
7. 前記セグメント磁石は、外周面および内周面が円筒形状、外周面が円筒形状で内周面が平面形状、あるいは、外周面および内周面が平面形状のいずれかであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の回転電機のロータ。
8. 前記セグメント磁石間の軸方向端部側にモールド未充填部を設けたことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の回転電機のロータ。
9. シャフト胴部を有する回転可能なシャフトと、前記シャフトの前記シャフト胴部に装着され、中空穴を有するコアシートを複数積層してなるロータコアと、前記ロータコアの外周部に磁極毎に分割されて配置された複数のセグメント磁石と、前記ロータコアと前記セグメント磁石とを固定するモールド樹脂とを備える回転電機のロータであって、前記セグメント磁石の内周面が前記ロータコアの外周面に対向配置され、前記モールド樹脂が前記ロータコアと前記セグメント磁石間との間に充填され、前記セグメント磁石の外周面の一部あるいは全部が露出されていることを特徴とする回転電機のロータ。
10. 前記ロータコアは、大径コアシートと小径コアシートで構成され、前記小径コアシートは前記ロータコアの軸方向端部側に配置され、前記小径コアシートの外周側に段差部が設けられていることを特徴とする請求項９に記載の回転電機のロータ。
11. 請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の回転電機のロータと、回転可能に支持されたロータに対向配置されたステータとを備えたことを特徴とする回転電機。
12. ロータ外径面と同じ寸法の円筒状の溝を有するモールド成型金型の下型にシャフトを配設するシャフト投入工程と、前記下型の前記溝の下部に放射状に形成された複数の第１突起部の間にセグメント磁石を複数配設する磁石投入工程、複数の第２突起部を有する前記モールド成型金型の上型を前記下型に取り付けて、前記シャフトのシャフト胴部の軸方向端部側に設けた段差部にモールド樹脂を注型する注型工程と、前記モールド樹脂の硬化後、完成したロータを前記モールド成型金型から取り出すロータ取り出し工程とからなることを特徴とする回転電機のロータ製造方法。
13. ロータ外径面と同じ寸法の円筒状の溝を有するモールド成型金型の下型にロータコアを配設するロータコア投入工程と、前記下型の前記溝の下部に放射状に形成された複数の第１突起部の間にセグメント磁石を複数配設する磁石投入工程、複数の第２突起部を有する前記モールド成型金型の上型を前記下型に取り付けて、前記ロータコアの軸方向端部側に設けた段差部にモールド樹脂を注型する注型工程と、前記モールド樹脂の硬化後、完成したロータコア構成体を前記モールド成型金型から取り出すロータコア構成体取り出し工程と、前記ロータコア構成体の前記ロータコアの中空穴にシャフトのシャフト胴部を組み付けてロータを得るシャフト組み付け工程とからなることを特徴とする回転電機のロータ製造方法。
14. 請求項１２または請求項１３に記載の回転電機のロータ製造方法によって製造されたロータを用いて、回転電機を製造することを特徴とする回転電機の製造方法。

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