JP2022107996A - ロータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】磁石に対する絶縁シートの位置ずれを抑制しつつ、ロータを効率よく製造し得る技術を開示する。【解決手段】ロータの製造方法は、第１溶着部において互いに溶着されたそれぞれ長尺な二枚の絶縁シートの間に、磁石を配置する工程と、二枚の絶縁シートの間に配置された磁石の先端部分を、二枚の絶縁シートの第１溶着部に押し付けながら、磁石を二枚の絶縁シートとともにロータコアの磁石孔に挿入する工程と、磁石孔に挿入された磁石の後端部分側において、二枚の絶縁シートを互いに溶着して第２溶着部を形成する工程と、磁石孔の両端部分において二枚の絶縁シートをそれぞれ切断し、磁石孔に挿入された磁石から第１溶着部および第２溶着部を切り離す工程と、を備えている。第１溶着部および第２溶着部を切り離す工程の実施後に、第２溶着部を第１溶着部として利用して、工程の全てが再度実施される。【選択図】図５

Description

本明細書が開示する技術は、ロータの製造方法に関する。

特許文献１には、モータの回転子であるロータの製造方法が開示されている。この製造方法では、枚葉に切断された絶縁シートの中間部分に、磁石の先端部分を押し当てながら、磁石を絶縁シートとともにロータコアの磁石孔に挿入している。

特開２０１７－２２８１３号公報

特許文献１の手法では、ロータコアの磁石孔に挿入される磁石に対して、絶縁シートを予め枚葉に切断しておく必要がある。枚葉に切断された絶縁シートは、切断前の長尺な絶縁シートと比較して、そのハンドリングが比較的に面倒である。また、枚葉に切断された絶縁シートは、例えば、絶縁シートと磁石とを組み合わせるときや、磁石を絶縁シートとともに磁石孔に挿入するときに、磁石に対して位置ずれを起こしやすい。このような位置ずれを抑制するためには、磁石や絶縁シートを慎重にハンドリングする必要があり、ロータの製造に要する時間が長くなってしまう。本明細書では、磁石に対する絶縁シートの位置ずれを抑制しつつ、ロータを効率よく製造し得る技術を開示する。

本明細書が開示する製造方法は、ロータの製造方法である。この製造方法は、第１溶着部において互いに溶着されたそれぞれ長尺な二枚の絶縁シートの間に、磁石を配置する工程と、二枚の絶縁シートの間に配置された磁石の先端部分を、二枚の絶縁シートの第１溶着部に押し付けながら、磁石を二枚の絶縁シートとともにロータコアの磁石孔に挿入する工程と、磁石孔に挿入された磁石の後端部分側において、二枚の絶縁シートを互いに溶着して第２溶着部を形成する工程と、磁石孔の両端部分において二枚の絶縁シートをそれぞれ切断し、磁石孔に挿入された磁石から第１溶着部および第２溶着部を切り離す工程と、を備えている。第１溶着部および第２溶着部を切り離す工程の実施後に、第２溶着部を第１溶着部として利用して、工程の全てが再度実施される。

上記の構成によると、磁石孔に対する磁石の挿入が完了するまで、二枚の絶縁シートをそれぞれ長尺の状態に維持することができる。長尺の絶縁シートは、そのハンドリングが容易であることから、二枚の絶縁シートの間に磁石を配置する工程や、磁石を二枚の絶縁シートとともにロータコアの磁石孔に挿入する工程においても、その位置を規制し易い。従って、これらの工程を短時間で（即ち、高速で）行う場合でも、磁石に対する絶縁シートの位置ずれを抑制することができ、製造品質の高いロータを効率よく製造することができる。

実施例の製造方法を用いて製造されたロータの断面図である。 図１のII－II線における断面図である。 実施例の第１溶着工程の概略図である。 実施例の配置工程の概略図である。 実施例の第２溶着工程の概略図である。 実施例の切り離し工程の概略図である。

（実施例）
本実施例では、図１から図６を参照して、ロータ１０の製造方法を説明する。ロータ１０は、例えば、自動車に搭載されるモータ（図示省略）に組み込まれて使用される。ロータ１０は、電力がモータに供給されると、図１に示す中心軸ＡＸを中心にして回転する。図１に示すように、ロータ１０は、シャフト２０と、ロータコア３０と、複数（本実施例では、１６個）の磁石４０と、絶縁体６０と、を備えている。なお、図１では、図面を理解し易くするために、シャフト２０とロータコア３０の断面ハッチが図示省略されている。シャフト２０は、金属材料（例えば、アルミ）からなる。シャフト２０は、中心軸ＡＸの方向に延びる円柱形状を有する。シャフト２０の外周面には、２個の固定溝２２が形成されている。２個の固定溝２２は、シャフト２０の外周面から半径方向の内側に凹んでいる。２個の固定溝２２は、中心軸ＡＸの周りに、互いに１８０度の間隔を有して配置されている。

ロータコア３０は、中心軸ＡＸの方向に延びる円筒形状を有する。ロータコア３０は、中心軸ＡＸの方向に延びる位置決め穴３１を有する。位置決め穴３１の内面には、２個の突部３２が形成されている。２個の突部３２は、中心軸ＡＸの周りに、互いに１８０度の間隔を有して配置されている。突部３２は、位置決め穴３１の内面からロータコア３０の半径方向の内側に向かって延びている。シャフト２０がロータコア３０に挿入されている状態では、突部３２は、固定溝２２に係合する。これにより、シャフト２０がロータコア３０に対して固定される。

また、図２に示すように、ロータコア３０は、複数の鋼板３４が中心軸ＡＸの方向に積層している積層体である。なお、図２では、図面を理解し易くするために、シャフト２０と複数の鋼板３４の断面ハッチが図示省略されている。図１に示すように、ロータコア３０は、複数（本実施例では、１６個）の磁石孔３６を有する。磁石孔３６は、中心軸ＡＸの周りに略等間隔に配置されている。図２に示すように、磁石孔３６は、中心軸ＡＸに沿う方向に、ロータコア３０を貫通している。

磁石４０は、磁石孔３６に配置されている。本実施例では、磁石４０は、中心軸ＡＸが延びる方向に長手方向を有する。磁石４０は、永久磁石であり、例えば、アルコニ磁石、フェライト磁石、サマリウム磁石、ネオジム磁石である。

絶縁体６０は、磁石孔３６の隙間（即ち、磁石孔３６の内面３６ａと磁石４０との間の空間）に充填されている。絶縁体６０は、磁石４０を覆っている。絶縁体６０は、磁石４０がロータコア３０と接触して、磁石４０に電流が流れることを抑制する。絶縁体６０は、ガラス繊維と樹脂材料とからなる複合材料である。樹脂材料は、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリエステル、またはナイロンからなる。

次に、ロータ１０の製造方法を説明する。本実施例では、ロータ１０を製造するにあたり、長尺の絶縁シート６２が用いられる。絶縁シート６２は、絶縁体６０を形成するための出発材料である。絶縁シート６２は、ガラス繊維と樹脂繊維からなる不織布を用いて作製される。まず、複数枚の不織布が重ね合わされた後に加熱加圧されると、樹脂繊維の温度が樹脂繊維を構成する樹脂材料のガラス転移温度を超え、樹脂繊維が軟化する。軟化した樹脂繊維は、ガラス繊維を取り囲み、ガラス繊維が圧縮される。その後に、ガラス繊維と軟化した樹脂繊維とが加圧された状態のまま冷却されると、樹脂繊維が固化して、ガラス繊維が残留応力を蓄えた状態の絶縁シート６２が作製される。

上述したロータ１０の製造方法は、第１溶着工程と、配置工程と、挿入工程と、第２溶着工程と、加熱工程と、切り離し工程と、固定工程と、を備えている。第１溶着工程と、配置工程と、挿入工程と、第２溶着工程と、加熱工程と、切り離し工程と、固定工程は、この順番で実施される。

第１溶着工程は、用意した長尺の絶縁シート６２を、縦長の二枚の絶縁シート６２に切断し、それらの二枚の絶縁シート６２を互いに溶着する。第１溶着工程では、まず、用意した長尺の絶縁シート６２が、ドラムから引き出された後に、図示省略のカッタにより、絶縁シート６２の幅方向に関して半分に切断される。これにより、一枚の絶縁シート６２が、二枚の絶縁シート６２に分けられる。これらの二枚の絶縁シート６２の幅は、ドラムに巻回されていたときの絶縁シート６２の幅の半分である。次に、図３に示すように、二枚の絶縁シート６２のそれぞれは、フィーダ８０を用いて、ロータコア３０に向かって送り出される。切断された二枚の絶縁シート６２は長尺なシートであるため、二枚の絶縁シート６２のハンドリングが容易となる。次に、二枚の絶縁シート６２の先端部分が、溶着装置９０により挟み込まれる。溶着装置９０は、二枚の絶縁シート６２を挟んだ状態で、二枚の絶縁シート６２に熱を伝えることができる。次に、溶着装置９０が発熱し、溶着装置９０の熱が二枚の絶縁シート６２の先端部分に伝わると、二枚の絶縁シート６２の先端部分が互いに溶着し、二枚の絶縁シート６２の先端部分に、第１溶着部６４が形成される。

配置工程は、磁石４０を二枚の絶縁シート６２の間に配置する。図４に示すように、配置工程では、まず、磁石４０がアーム装置１００により保持される。次に、アーム装置１００が二枚の絶縁シート６２の間に移動することにより、磁石４０が二枚の絶縁シート６２の間に配置される。このとき、磁石４０は、その先端部分が第１溶着部６４に対向するように保持される。

挿入工程は、磁石４０を二枚の絶縁シート６２とともにロータコア３０の磁石孔３６に挿入する。挿入工程では、まず、アーム装置１００が磁石４０を保持した状態で、第１溶着部６４の近傍まで移動すると、磁石４０は、第１溶着部６４に向かって移動し、磁石４０の先端部分が第１溶着部６４に当接する。次に、アーム装置１００がさらに移動すると、磁石４０は、その先端部分を第１溶着部６４に押し付けながら、磁石孔３６に向かって移動する。次に、アーム装置１００がさらに移動すると、磁石４０は、磁石孔３６に挿入される。磁石４０の先端部分が第１溶着部６４に押し付けられており、かつ、各々の絶縁シート６２がフィーダ８０によって支持されているため、二枚の絶縁シート６２は、磁石４０に対して位置ずれすることなく、第１溶着部６４側から磁石孔３６に挿入される。アーム装置１００が所定距離だけ移動すると、アーム装置１００の移動が停止する。その後、アーム装置１００が磁石４０を離して後退する。挿入工程が実施された後では、磁石４０の全体と二枚の絶縁シート６２は、磁石孔３６に挿入されている。また、二枚の絶縁シート６２と磁石孔３６の内面３６ａとの間には、僅かな隙間が形成されている。第１溶着部６４は、磁石孔３６を通過して、磁石孔３６よりも前側に配置される。

第２溶着工程は、二枚の絶縁シート６２を再度溶着する。図５に示すように、第２溶着工程では、まず、二枚の絶縁シート６２は、磁石孔３６に挿入された磁石４０の後端部分側であって、かつ磁石孔３６の外側において、溶着装置９０により挟み込まれる。次に、溶着装置９０が発熱し、溶着装置９０の熱が二枚の絶縁シート６２に伝わると、二枚の絶縁シート６２が互いに溶着し、第２溶着部６６が形成される。第２溶着部６６は、磁石孔３６よりも後側に形成される。

加熱工程は、絶縁シート６２を加熱して膨張させる。加熱工程では、無加圧の状態で磁石４０を通電加熱することにより、二枚の絶縁シート６２とともに磁石４０が加熱される。絶縁シート６２の温度が上昇し、絶縁シート６２に含まれる樹脂繊維の温度が樹脂繊維を構成する樹脂材料のガラス転移温度を超えると、樹脂繊維が軟化する。絶縁シート６２に含まれるガラス繊維には、残留応力が蓄えられていたため、ガラス繊維は、樹脂繊維の軟化に伴い膨張する。これにより、絶縁シート６２は膨張する。絶縁シート６２と磁石孔３６の内面３６ａとの隙間が消失し、絶縁シート６２は、磁石孔３６の内面３６ａに密着する。また、絶縁シート６２は、磁石４０の表面にも密着する。次に、磁石４０への通電加熱が停止し、樹脂材料の温度がガラス転移温度以下となると、樹脂繊維が固化して絶縁シート６２が固化する。これにより、磁石４０は、絶縁シート６２を介して、ロータコア３０に強固に固定される。なお、加熱工程は、ロータコア３０に対して全ての磁石４０が挿入された後に、まとめて実施されてもよい。

切り離し工程は、絶縁シート６２を切断する。図６に示すように、切り離し工程では、絶縁シート６２は、磁石孔３６の両端部分（即ち、上端部分と下端部分）において、図示省略のカッタにより切断される。これにより、第１溶着部６４と第２溶着部６６が、磁石孔３６に挿入された磁石４０から切り離される。第２溶着部６６が磁石４０から切り離されると、第２溶着部６６は、フィーダ８０から供給される長尺の二枚の絶縁シート６２の先端部分に配置されることとなる。また、第１溶着部６４と第２溶着部６６が切り離されると、切断された絶縁シート６２が磁石４０とともに磁石孔３６に配置される。この切断されて磁石孔３６に配置された絶縁シート６２が、絶縁体６０を構成する。

固定工程では、シャフト２０が切り離し工程で作製されたロータコア３０の位置決め穴３１に挿入される。突部３２が固定溝２２に係合することにより、ロータコア３０に対して固定される。これにより、ロータ１０が製造される。

上述したように、切り離し工程が実施されると、第２溶着部６６が二枚の絶縁シート６２の先端部分に配置されることとなる。ロータ１０を再度製造する際に、この第２溶着部６６は、第１溶着部６４として利用される。これにより、ロータ１０を再度製造する際に、第１溶着工程が不要となる。即ち、固定工程が実施された後、第１溶着工程が実施されることなく、配置工程と、挿入工程と、第２溶着工程と、加熱工程と、切り離し工程と、固定工程とがこの順番で再度実施されると、ロータ１０を再度製造することができる。これにより、ロータ１０が効率よく製造される。

（効果）
本実施例のロータ１０の製造方法は、第１溶着部６４において互いに溶着されたそれぞれ長尺な二枚の絶縁シート６２の間に、磁石４０を配置する工程と、二枚の絶縁シート６２の間に配置された磁石４０の先端部分を、二枚の絶縁シート６２の第１溶着部６４に押し付けながら、磁石４０を二枚の絶縁シート６２とともにロータコア３０の磁石孔３６に挿入する工程と、磁石孔３６に挿入された磁石４０の後端部分側において、二枚の絶縁シート６２を互いに溶着して第２溶着部６６を形成する工程と、磁石孔３６の両端部分において二枚の絶縁シート６２をそれぞれ切断し、磁石孔３６に挿入された磁石４０から第１溶着部６４および第２溶着部６６を切り離す工程と、を備えている。第１溶着部６４および第２溶着部６６を切り離す工程の実施後に、第２溶着部６６を第１溶着部６４として利用して、工程の全てが再度実施される。

上記の構成によると、磁石孔３６に対する磁石４０の挿入が完了するまで、二枚の絶縁シート６２をそれぞれ長尺の状態に維持することができる。長尺の絶縁シート６２は、そのハンドリングが容易であることから、二枚の絶縁シート６２の間に磁石４０を配置する工程や、磁石４０を二枚の絶縁シート６２とともにロータコア３０の磁石孔３６に挿入する工程においても、その位置を規制し易い。従って、これらの工程を短時間で（即ち、高速で）行う場合でも、磁石４０に対する絶縁シート６２の位置ずれを抑制することができ、製造品質の高いロータ１０を効率よく製造することができる。

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。

上記の実施例では、絶縁シート６２は、複数枚の不織布を重ね合わせて加熱加圧されることにより作製されるシートであるが、これに限られない。例えば、絶縁シート６２は、複数枚の不織布を重ね合わせて、加圧することなく加熱されることにより作製されるシートであってもよい。この絶縁シート６２は、再び加熱されても膨張しない。この絶縁シート６２が使用される場合、ロータ１０の製造方法は、加熱工程に代えて、充填工程を備えていてもよい。充填工程は、切り離し工程が実施された後であって、固定工程が実施される前に実施される。

充填工程では、溶融した樹脂材料が磁石孔３６に充填される。これにより、溶融した樹脂材料は、絶縁シート６２（即ち、絶縁体６０）とロータコア３０の磁石孔３６の内面３６ａとの隙間に充填される。溶融した樹脂材料が固化すると、磁石４０は、ロータコア３０に対して固定される。

上記の実施例の第１溶着工程と第２溶着工程では、溶着装置９０が二枚の絶縁シート６２を挟み込むことにより、二枚の絶縁シート６２が溶着されるが、二枚の絶縁シート６２を溶着する方法は、これに限られない。例えば、二枚の絶縁シート６２にレーザー光を照射することにより、二枚の絶縁シート６２が互いに溶着されてもよい。

上記の実施例の第１溶着工程では、図示省略のカッタを用いて、一枚の絶縁シート６２が二枚の絶縁シート６２に切断され、切断された二枚の絶縁シート６２が溶着されているが、変形例では、絶縁シート６２が巻回された二個のドラムのそれぞれから絶縁シート６２が引き出され、引き出された二枚の絶縁シート６２が互いに溶着されてもよい。

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。

１０ ：ロータ
２０ ：シャフト
２２ ：固定溝
３０ ：ロータコア
３１ ：位置決め穴
３２ ：突部
３４ ：鋼板
３６ ：磁石孔
３６ａ ：内面
４０ ：磁石
６０ ：絶縁材料
６２ ：絶縁シート
６４ ：第１溶着部
６６ ：第２溶着部
８０ ：フィーダ
９０ ：溶着装置
１００ ：アーム装置

Claims (1)

1. ロータの製造方法であって、
   第１溶着部において互いに溶着されたそれぞれ長尺な二枚の絶縁シートの間に、磁石を配置する工程と、
   前記二枚の絶縁シートの間に配置された前記磁石の先端部分を、前記二枚の絶縁シートの前記第１溶着部に押し付けながら、前記磁石を前記二枚の絶縁シートとともにロータコアの磁石孔に挿入する工程と、
   前記磁石孔に挿入された前記磁石の後端部分側において、前記二枚の絶縁シートを互いに溶着して第２溶着部を形成する工程と、
   前記磁石孔の両端部分において前記二枚の絶縁シートをそれぞれ切断し、前記磁石孔に挿入された前記磁石から前記第１溶着部および前記第２溶着部を切り離す工程と、
   を備えており、
   前記第１溶着部および前記第２溶着部を切り離す前記工程の実施後に、前記第２溶着部を前記第１溶着部として利用して、前記工程の全てが再度実施される、製造方法。
   

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