JP2024006168A - ロータの製造方法およびロータ - Google Patents

Abstract

【課題】簡略化された工程で、かつモータの性能に影響を及ぼすことなくロータのアンバランスを低減または解消する。【解決手段】軸心を中心として円周方向に配列された挿入孔と、挿入孔内に配置される磁石および樹脂とを含むロータの製造方法は、挿入孔のうち第１群の挿入孔に磁石および樹脂を配置し、ロータを第１の回転数で回転させてロータのアンバランス位置を特定する第１工程と、第１工程で磁石が配置されていない挿入孔のうち、アンバランス位置から相対的に遠い第２群の挿入孔に磁石および樹脂を配置し、ロータを第２の回転数で回転させる第２工程と、第１工程で磁石が配置されていない挿入孔のうち、アンバランス位置に相対的に近い第３群の挿入孔に磁石および樹脂を配置し、ロータを第２の回転数よりも少ない第３の回転数で回転させる第３工程とを含む。【選択図】図７

Description

本開示は、ロータの製造方法およびロータに関する。

ステータおよびロータを備えたモータに用いられるロータは、積層鉄心本体の円周方向に形成された複数の磁石挿入孔に永久磁石を挿入して樹脂封止することによって形成される。このようなロータの製造工程において、積層鉄心本体の円周方向の積層厚みの偏差によって生じるアンバランス重量を打ち消すための技術が特許文献１に記載されている。特許文献１に記載された技術では、積層鉄心本体の円周方向の積層厚みの偏差を測定してアンバランス重量を推定する工程と、アンバランス重量を打ち消すように各磁石挿入孔への永久磁石の挿入や樹脂の充填を行う工程とが実施される。具体的には、重量の異なる永久磁石を磁石挿入孔に選択的に挿入するか、各磁石挿入孔内で永久磁石の配置位置を調整するか、または各磁石挿入孔への樹脂の充填量を調整する。

特開２０１６－１９３８１号公報

しかしながら、上記の特許文献１のような技術では、計測されたアンバランス重量に基づいて永久磁石の重量、配置位置、または樹脂の充填量を決定する必要があり、工程が煩雑である。また、永久磁石の重量を変更した場合には、モータの性能に影響が出る可能性もある。

本開示は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本開示の目的とするところは、簡略化された工程で、かつモータの性能に影響を及ぼすことなくロータのアンバランスを低減または解消することが可能なロータの製造方法およびロータを提供することにある。

上記課題を解決するために、本開示のある観点によれば、ステータおよびロータを備えたモータに用いられるロータの製造方法であって、上記ロータは、軸心を中心として円周方向に配列された挿入孔と、上記挿入孔内に配置される磁石および樹脂とを含み、上記挿入孔のうち第１群の挿入孔に上記磁石および上記樹脂を配置し、上記ロータを第１の回転数で回転させて上記ロータのアンバランス位置を特定する第１工程と、上記第１工程で上記磁石が配置されていない上記挿入孔のうち、上記アンバランス位置から相対的に遠い第２群の挿入孔に上記磁石および上記樹脂を配置し、上記ロータを第２の回転数で回転させる第２工程と、上記第１工程で上記磁石が配置されていない上記挿入孔のうち、上記アンバランス位置に相対的に近い第３群の挿入孔に上記磁石および上記樹脂を配置し、上記ロータを上記第２の回転数よりも少ない第３の回転数で回転させる第３工程とを含む、ロータの製造方法が提供される。

また、上記課題を解決するために、本開示の別の観点によれば、ステータおよびロータを備えたモータに用いられるロータであって、上記ロータは、軸心を中心として円周方向に配列された挿入孔と、上記挿入孔内に配置される磁石および樹脂とを含み、上記磁石および上記樹脂は、上記挿入孔のうち第１群の挿入孔に上記磁石および上記樹脂を配置し、上記ロータを第１の回転数で回転させて上記ロータのアンバランス位置を特定する第１工程と、上記第１工程で上記磁石が配置されていない上記挿入孔のうち、上記アンバランス位置から相対的に遠い第２群の挿入孔に上記磁石および上記樹脂を配置し、上記ロータを第２の回転数で回転させる第２工程と、上記第１工程で上記磁石が配置されていない上記挿入孔のうち、上記アンバランス位置に相対的に近い第３群の挿入孔に上記磁石および上記樹脂を配置し、上記ロータを上記第２の回転数よりも少ない第３の回転数で回転させる第３工程とによって配置される、ロータが提供される。

以上説明したように本開示によれば、簡略化された工程で、かつモータの性能に影響を及ぼすことなくロータのアンバランスを低減または解消することができる。

本開示の一実施形態に係るモータを示す断面図である。 図１のII－II線に沿った矢視図である。 本開示の一実施形態に係るロータの製造方法の第１工程を示す図である。 本開示の一実施形態に係るロータの製造方法の第２工程を示す図である。 本開示の一実施形態に係るロータの製造方法の第３工程を示す図である。 挿入孔に配置された磁石および樹脂に作用する力について説明するための図である。 図３から図５を参照して説明したロータの製造方法の工程を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は本開示の一実施形態に係るモータを示す断面図であり、図２は図１のII－II線に沿った矢視図である。図示されるように、モータ１は、ステータ２およびロータ３を有する。ロータ３はシャフト４に取り付けられて回転する部分であり、ステータ２はロータ３の周りに固定された部分である。なお、ステータ２およびシャフト４、ならびにロータ３の以下で説明する以外の部分については公知の構成を利用可能であるため、詳細な説明は省略する。

ロータ３は、積層鉄心で形成される本体３１と、本体３１に形成される複数の挿入孔３２と、挿入孔３２内に配置される磁石３３および樹脂３４とを含む。挿入孔３２は、ロータ３の軸心３Ａを中心として円周方向に配列され、本体３１を軸方向に貫通する。磁石３３は、例えば挿入孔３２に対応する長さを有する棒状の永久磁石である。挿入孔３２の断面形状は限定されないが、例えば長方形であり、図示されるように磁石３３の断面形状よりも大きい。磁石３３の断面形状も限定されないが、例えば長方形である。挿入孔３２の壁面と磁石３３との間の隙間には、樹脂３４が充填される。樹脂３４は、例えばエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂、または熱可塑性樹脂である。以下では、複数の挿入孔３２に磁石３３および樹脂３４を配置する工程について、さらに説明する。

図３は、本開示の一実施形態に係るロータの製造方法の第１工程を示す図である。第１工程は、ロータ３がシャフト４に取り付けられて回転可能になった後に実行される。第１工程では、挿入孔３２のうち第１群の挿入孔３２Ａに磁石３３および樹脂３４を配置し、ロータ３を第１の回転数ｎ_１で回転させてアンバランス位置Ｐ_Ｕを特定する。第１群の挿入孔３２Ａは、複数の挿入孔３２のうちの一部であり、挿入孔３２が配列されている円周方向について等間隔で設定される。つまり、第１群の挿入孔３２Ａに属する挿入孔３２から円周方向に１または複数の挿入孔３２をスキップして、第１群の挿入孔３２Ａに属する次の挿入孔３２が存在する。アンバランス位置Ｐ_Ｕは、ロータ３にアンバランスが生じている、すなわち回転時の質量主軸が軸心３Ａに一致していない場合の質量主軸の位置である。例えば、ロータ３の回転位相とロータ３の周面の振動波形とを測定することによってアンバランス位置Ｐ_Ｕが特定される。

なお、本実施形態では、第１の工程においてアンバランス位置Ｐ_Ｕがロータ３の軸心３Ａに対してどの方向にあるかが特定できればよく、軸心３Ａからアンバランス位置Ｐ_Ｕまでの距離ｄは必ずしも測定されなくてもよい。

図４は、本開示の一実施形態に係るロータの製造方法の第２工程を示す図である。第２工程は、第１工程の後に実行される。第２工程では、第１工程で磁石３３が配置されていない挿入孔３２のうち、第１工程で特定されたアンバランス位置Ｐ_Ｕから相対的に遠い第２群の挿入孔３２Ｂに磁石３３および樹脂３４を配置し、ロータ３を第２の回転数ｎ_２で回転させる。第２の工程における第２の回転数ｎ_２は、例えば後述する例のように第１の工程における第１の回転数ｎ_１以下としてもよいが、特に限定されない。

図５は、本開示の一実施形態に係るロータの製造方法の第３工程を示す図である。第３工程は、第２工程の後に実行される。第３工程では、第１工程で磁石３３が配置されていない挿入孔３２のうち、第１工程で特定されたアンバランス位置Ｐ_Ｕに相対的に近い第３群の挿入孔３２Ｃに磁石３３および樹脂３４を配置し、ロータ３を第３の回転数ｎ_３で回転させる。第３の工程における第３の回転数ｎ_３は、第２工程における第２の回転数ｎ_２よりも少ない。

図６は、挿入孔に配置された磁石および樹脂に作用する力について説明するための図である。挿入孔３２に磁石３３を配置した状態で、ロータ３を回転数ｎで回転させると、磁石３３には角速度ω＝２πｎによる遠心力Ｆ＝ｍｒω^２が作用する。ここで、ｍは磁石３３の質量であり、ｒは磁石３３の回転半径、すなわち図示された断面におけるロータ３の軸心３Ａから磁石３３の重心までの距離である。磁石３３は、遠心力Ｆによって軸心３Ａを中心とする径方向の外側に押し付けられる。このとき、遠心力Ｆは挿入孔３２内に充填された樹脂３４を、挿入孔３２の径方向外側の壁面３２１と磁石３３との間から押し出すように作用する。このような遠心力Ｆに対して、樹脂３４同士を壁面３２１に沿う方向で引き付け合う粘性力τが抵抗することによって、壁面３２１と磁石３３との間には厚さｔの樹脂３４が残る。

ここで、粘性力τは樹脂３４の粘度が一定であれば変化しないのに対して、遠心力Ｆは上記の式から明らかなように回転数ｎに応じて変化する。それゆえ、回転数ｎを適切に設定することによって遠心力Ｆの大きさを調節し、挿入孔３２の壁面３２１と磁石３３との間の樹脂３４の厚さｔを制御することができる。具体的には、回転数ｎを少なくすれば、遠心力Ｆが小さくなり、厚さｔが大きくなる。挿入孔３２内に配置される磁石３３の位置は、厚さｔが大きいほど壁面３２１から遠ざかり、軸心３Ａに近づくため、回転数ｎをより少なくすれば磁石３３が軸心３Ａにより近い位置に配置される。逆の場合も同様であり、回転数ｎをより多くすれば磁石３３が軸心３Ａからより遠い位置に配置される。

従って、図４および図５に示すように、第２の回転数ｎ_２が相対的に大きい第２工程では、第２群の挿入孔３２Ｂにおいて磁石３３の外側の樹脂３４が相対的に小さい厚さｔ_２になり、磁石３３が軸心３Ａからより遠い位置に配置される。一方、第３の回転数ｎ_３が相対的に小さい第３工程では、第３群の挿入孔３２Ｃにおいて磁石３３の外側の樹脂３４が相対的に大きい厚さｔ_３になり、磁石３３が軸心３Ａにより近い位置に配置される。これによって、ロータ３の回転時の質量主軸は、アンバランス位置Ｐ_Ｕから軸心３Ａに近づく向きに移動する。このようにして、本実施形態では、第１の工程で第１群の挿入孔３２Ａに磁石３３および樹脂３４を配置した時点で生じていたロータ３のアンバランスを、第２工程および第３工程で低減または解消することができる。

図７は、図３から図５を参照して説明したロータの製造方法の工程を示すフローチャートである。まず、第１工程（ステップＳ１０）として第１群の挿入孔３２Ａに磁石３３および樹脂３４を配置し、ロータ３を第１の回転数ｎ_１で回転させ、ロータ３にアンバランスが生じている場合にはアンバランス位置Ｐ_Ｕを特定する。次の第２工程（ステップＳ２０）では、アンバランス位置Ｐ_Ｕに基づいて決定された第２群の挿入孔３２Ｂに磁石３３および樹脂３４を配置し、ロータ３を第２の回転数ｎ_２で回転させる。さらに、第３工程（ステップＳ３０）では、第３群の挿入孔３２Ｃに磁石３３および樹脂３４を配置し、ロータ３を第２工程の第２の回転数ｎ_２よりも少ない第３の回転数ｎ_３で回転させる。なお、例えば第１工程と第２工程との間、および第２工程と第３工程との間に他の工程が実施されてもよく、また第１工程の前、および第３工程の後に他の工程が実施されてもよい。また、後述するように、第３工程と同様に前の工程よりも少ない回転数でロータ３を回転させる第４工程以降の工程が実施されてもよい。

以上で説明したような本開示の一実施形態では、第２の回転数ｎ_２でロータ３を回転させる第２工程の後に、第２の回転数ｎ_２よりも少ない第３の回転数ｎ_３でロータ３を回転させる第３工程が実施される。第２工程ではアンバランス位置Ｐ_Ｕから相対的に遠い第２群の挿入孔３２Ｂにおいて磁石３３が軸心３Ａからより遠い位置に配置され、第３工程ではアンバランス位置Ｐ_Ｕに相対的に近い第３群の挿入孔３２Ｃにおいて磁石３３が軸心３Ａに対してより近い位置に配置される。これによって、ロータ３の回転時の質量主軸をアンバランス位置Ｐ_Ｕから軸心３Ａに近づく向きに移動させ、第１の工程の時点で生じていたロータ３のアンバランスを低減または解消することができる。

本実施形態では、例えば後述する例のようにアンバランス位置Ｐ_Ｕまでの距離ｄに応じて第２の回転数ｎ_２及び第３の回転数ｎ_３を決定するとしても、アンバランス重量に基づいて個々の磁石の重量や配置位置、樹脂の充填量などを決定する場合に比べれば工程は簡略化される。第２の回転数ｎ_２及び第３の回転数ｎ_３は固定値に設定することも可能であるため、その場合はさらに工程が簡略化される。また、本実施形態では磁石３３の重量を変更しなくてもよいため、ロータのアンバランスの低減または解消の工程がモータの性能に影響を及ぼすこともない。

以下、上記で説明した一実施形態の変形例について説明する。

上記の第２工程および第３工程において、ロータ３の回転時の質量主軸がアンバランス位置Ｐ_Ｕから軸心３Ａに近づく向きに移動するときの移動量は、第２工程における第２の回転数ｎ_２と第３工程における第３の回転数ｎ_３との差に応じて変化する。従って、第１工程でアンバランス位置Ｐ_Ｕを特定するときに軸心３Ａからアンバランス位置Ｐ_Ｕまでの距離ｄを測定し、第２工程および第３工程における質量主軸の移動量が距離ｄに一致または近接するように、第２の回転数ｎ_２及び第３の回転数ｎ_３の少なくともいずれかを決定してもよい。より具体的には、例えば、第２の回転数ｎ_２を固定値として距離ｄに応じて第３の回転数ｎ_３を決定してもよいし、第３の回転数ｎ_３を固定値として距離ｄに応じて第２の回転数ｎ_２を決定してもよいし、適切な回転数の差が生じるように第２の回転数ｎ_２及び第３の回転数ｎ_３の両方を距離ｄに応じて変化させてもよい。

このように距離ｄに応じて第２の回転数ｎ_２及び第３の回転数ｎ_３を設定することによってロータ３のアンバランスを最小化することができるが、距離ｄを測定せず第２の回転数ｎ_２及び第３の回転数ｎ_３を固定値に設定しても十分なアンバランスの低減または解消の効果が得られる。例えば、特に静粛性が求められる車両の駆動用モータのようにアンバランスの許容度が小さい場合は距離ｄに応じて第２の回転数ｎ_２及び第３の回転数ｎ_３を設定してもよい。また、家庭用電気製品のモータなどのようにアンバランスの許容度が比較的大きい場合は距離ｄを測定せず第２の回転数ｎ_２及び第３の回転数ｎ_３を固定値に設定してもよい。

また、上記の第１工程から第３工程における第１の回転数ｎ_１～第３の回転数ｎ_３の少なくともいずれかを、磁石３３の質量ｍまたは樹脂３４の粘度の少なくともいずれかに応じて決定してもよい。上述のように、ロータ３を回転させたときに挿入孔３２内の磁石３３に作用する遠心力Ｆ＝ｍｒω^２は、回転による角速度ω＝２πｎに加えて磁石３３の質量ｍによっても変化する。また、遠心力Ｆに抵抗する樹脂３４の粘性力τは、樹脂３４の粘度によって変化する。従って、磁石３３の質量ｍまたは樹脂３４の粘性の少なくともいずれかに応じて第１の回転数ｎ_１～第３の回転数ｎ_３を決定することによって、アンバランスの低減または解消の効果を最適化することができる。なお、例えば磁石３３の質量ｍおよび樹脂３４の粘度がほぼ一定である場合や、上述のようにアンバランスの許容度が比較的大きい場合は、第１の回転数ｎ_１～第３の回転数ｎ_３を固定値に設定しても十分なアンバランスの低減または解消の効果が得られる。

上記の第１工程および第２工程における第１の回転数ｎ_１及び第２の回転数ｎ_２の大小関係は特に限定されないが、第２の回転数ｎ_２を第１の回転数ｎ_１以下としてもよい。例えば、第１工程で第１群の挿入孔３２Ａに充填された樹脂３４が硬化する前に第２工程を実施する場合、第２の回転数ｎ_２が第１の回転数ｎ_１以下であれば、既に第１群の挿入孔３２Ａに配置されている磁石３３に第２工程で作用する遠心力Ｆは第１の工程で作用する遠心力Ｆよりも大きくならず、従って壁面３２１と磁石３３との間の樹脂３４の厚さｔが薄くなって磁石３３の位置が変化することがない。このような構成は、例えば硬化速度が遅い熱硬化性樹脂の場合に有効である。樹脂３４の硬化を待たずに次の工程が実施できることによって、工程の時間短縮が可能になる。第２工程と第３工程との間も同様であり、第３工程は第２工程で充填された樹脂３４の硬化を待たずに実施することができる。なお、第１の工程で第１群の挿入孔３２Ａに充填された樹脂３４が硬化してから第２工程を実施してもよく、その場合は例えば第２の回転数ｎ_２が第１の回転数ｎ_１よりも大きくてもよい。

上記の実施形態では第１工程から第３工程までが実施されたが、他の実施形態では第４工程以降の工程が実施されてもよい。この場合、第４工程における回転数は、第３工程における第３の回転数ｎ_３よりも少ない。第４工程で磁石３３が配置される挿入孔３２は、第１工程から第３工程で磁石３３が配置されていない挿入孔３２から選択される。例えば、第２工程で磁石３３が配置される第２群の挿入孔３２Ｂがアンバランス位置Ｐ_Ｕから最も遠く、第３工程で磁石３３が配置される第３群の挿入孔３２Ｃがアンバランス位置Ｐ_Ｕに対して中間的な位置にあり、第４工程で磁石３３が配置される第４群の挿入孔がアンバランス位置に最も近くてもよい。第５工程以降を実施する場合も同様である。

以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示はかかる例に限定されない。本開示の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

１ ：モータ
２ ：ステータ
３ ：ロータ
３Ａ ：軸心
３１ ：本体
３２ ：挿入孔
３２Ａ ：第１群の挿入孔
３２Ｂ ：第２群の挿入孔
３２Ｃ ：第３群の挿入孔
３３ ：磁石
３２１ ：壁面
４ ：シャフト

Claims (6)

1. ステータおよびロータを備えたモータに用いられるロータの製造方法であって、
   前記ロータは、軸心を中心として円周方向に配列された挿入孔と、前記挿入孔内に配置される磁石および樹脂とを含み、
   前記挿入孔のうち第１群の挿入孔に前記磁石および前記樹脂を配置し、前記ロータを第１の回転数で回転させて前記ロータのアンバランス位置を特定する第１工程と、
   前記第１工程で前記磁石が配置されていない前記挿入孔のうち、前記アンバランス位置から相対的に遠い第２群の挿入孔に前記磁石および前記樹脂を配置し、前記ロータを第２の回転数で回転させる第２工程と、
   前記第１工程で前記磁石が配置されていない前記挿入孔のうち、前記アンバランス位置に相対的に近い第３群の挿入孔に前記磁石および前記樹脂を配置し、前記ロータを前記第２の回転数よりも少ない第３の回転数で回転させる第３工程と
   を含む、ロータの製造方法。
2. 前記第１群の挿入孔は、前記円周方向について等間隔で設定される、請求項１に記載のロータの製造方法。
3. 前記第２の回転数は、前記第１の回転数以下である、請求項１に記載のロータの製造方法。
4. 前記第１工程は、前記軸心から前記アンバランス位置までの距離を測定する工程をさらに含み、
   前記第２の回転数または前記第３の回転数の少なくともいずれかは、前記距離に応じて決定される、請求項１に記載のロータの製造方法。
5. 前記第１の回転数、前記第２の回転数および前記第３の回転数のうち少なくともいずれかは、前記磁石の質量または前記樹脂の粘度の少なくともいずれかに応じて決定される、請求項１に記載のロータの製造方法。
6. ステータおよびロータを備えたモータに用いられるロータであって、
   前記ロータは、軸心を中心として円周方向に配列された挿入孔と、前記挿入孔内に配置される磁石および樹脂とを含み、
   前記磁石および前記樹脂は、
   前記挿入孔のうち第１群の挿入孔に前記磁石および前記樹脂を配置し、前記ロータを第１の回転数で回転させて前記ロータのアンバランス位置を特定する第１工程と、
   前記第１工程で前記磁石が配置されていない前記挿入孔のうち、前記アンバランス位置から相対的に遠い第２群の挿入孔に前記磁石および前記樹脂を配置し、前記ロータを第２の回転数で回転させる第２工程と、
   前記第１工程で前記磁石が配置されていない前記挿入孔のうち、前記アンバランス位置に相対的に近い第３群の挿入孔に前記磁石および前記樹脂を配置し、前記ロータを前記第２の回転数よりも少ない第３の回転数で回転させる第３工程と
   によって配置される、ロータ。
   

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