JP4848643B2 - 磁石固定方法およびロータ - Google Patents

Description

本発明は、磁石固定方法およびロータに関し、特に、接着剤を用いて磁石をロータに固定する磁石固定方法および該磁石を備えたロータに関する。

磁石が挿入されたロータが従来から知られている。

たとえば、特開２０００−３１６２４３号公報においては、磁石収納部に接着剤を供給した状態でロータを回転させ、その状態で接着剤を固化させる磁石固定方法が開示されている。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ばらつきが低減され、ロータ回転時におけるアンバランスが低減される。
特開２０００−３１６２４３号公報

しかしながら、上記のような磁石固定方法においては、ロータの軸方向において、接着剤が偏って分布する場合がある。

本発明は、上記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、ロータの軸方向に沿って接着剤をより広い領域に分布させる磁石固定方法および該磁石を備えたロータを提供することにある。

本発明に係る磁石固定方法は、コア体に磁石を固定する磁石固定方法であって、コア体の一方の軸方向端部を覆い、かつ、一方の軸方向端部からエアを逃がすことができる隙間を形成するように板を設ける工程と、コア体の軸方向に設けられた孔部に接着剤を供給する工程と、孔部に磁石を挿入する工程と、コア体の他方の軸方向端部に他の板を設け、接着剤が供給され、かつ、磁石が挿入された状態でコア体を軸方向に反転させる工程と、コア体を軸方向に反転させた後に接着剤を硬化させる工程とを備え、コア体を軸方向に反転させた後、孔部内の空隙がコア体の一方の軸方向端部にまで移動してから接着剤の硬化工程を行なう。

上記磁石固定方法によれば、コア体を軸方向に反転させることで、コア体の軸方向に沿って接着剤をより広い領域に分布させることができる。結果として、コア体に磁石を強固に固定することができる。
また、コア体を軸方向に反転させた後、孔部内の空隙がコア体の軸方向端部にまで移動してから接着剤の硬化工程を行なうことにより、コア体の軸方向端部からエアを逃がすことができるので、硬化工程時に空隙が膨張しても、コア体への影響を抑制しながらエアを逃がすことができる。

上記磁石固定方法において、好ましくは、コア体を軸方向に反転させた後、コア体の方向を維持した状態で接着剤の硬化工程を行なう。

これにより、孔部内の空隙を所定の位置に移動させてから該接着剤を硬化させることができる。したがって、硬化工程時に空隙が膨張しても、コア体への影響を抑制しながらエアを逃がすことができる。

上記磁石固定方法において、１つの例として、コア体は、板状部材が該コア体の軸方向に積層された構造を有する。

積層構造においては、各板状部材間から接着剤が漏れ出しやすい。上記磁石固定方法を用いることにより、この漏れ出しを抑制することができる。

本発明に係るロータは、軸方向に孔部が形成されたロータコアと、孔部に挿入された磁石と、ロータコアの双方の軸方向端部を覆うように設けられ、一方の軸方向端部においてエアを逃がすことができる隙間を形成するように設けられた板と、磁石と孔部の壁面との間に設けられる接着層とを備え、磁石の側面と孔部の内周面との隙間は相対的に幅が広い第１部分と相対的に幅が狭い第２部分とを有し、第１部分において、空隙はロータコアの一方の軸方向端部に集められ、第２部分において、接着層はロータコアの他方の軸方向端部から少なくとも軸方向の中央部近傍にまで達している。

隙間の第１部分における空隙がロータコアの軸方向端部に集められていることで、該空隙が膨張しても、ロータコアの軸方向端部からエアを逃がすことができる。したがって、硬化工程時にロータコアの積層鋼板の間から接着層が漏れ出すことが抑制される。また、接着層の硬化後においても、空隙の膨張によりロータコアに過大な応力が生じることを抑制することができる。さらに、隙間の第２部分において接着層がロータコアの軸方向の中央部近傍にまで達していることで、磁石がロータコアに強固に固定される。

本発明に係る磁石固定方法によれば、磁石の側面とロータに形成された孔部の内周面との隙間において、ロータの軸方向に沿って接着剤を比較的広い領域に分布させることができる。また、本発明に係るロータによれば、性能が安定した回転電機を得ることができる。

以下に、本発明に基づくロータおよび磁石固定方法の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。

図１は、本発明の１つの実施の形態に係るロータを含む駆動ユニットの構造の一例を概略的に示す図である。図１に示される例では、駆動ユニット１は、ハイブリッド車両に搭載される駆動ユニットであり、モータジェネレータ１００と、ハウジング２００と、減速機構３００と、ディファレンシャル機構４００とドライブシャフト受け部５００とを含んで構成される。

モータジェネレータ１００は、電動機または発電機としての機能を有する回転電機であり、軸受１２０を介してハウジング２００に回転可能に取付けられた回転シャフト１１０と、回転シャフト１１０に取付けられたロータ１３０と、ステータ１４０とを有する。

ロータ１３０は、ロータコア１３１と、ロータコア１３１に埋設された磁石１３２とを有する。ロータコア１３１は、鉄または鉄合金などの板状の磁性体を積層することにより構成される。永久磁石１３２は、たとえば、ロータコア１３１の外周近傍にほぼ等間隔を隔てて配置される。

ステータ１４０は、リング状のステータコア１４１と、ステータコア１４１に巻回されるコイル１４２と、コイル１４２に接続されるバスバー１４３とを有する。バスバー１４３は、ハウジング２００に設けられた端子台２１０を介して給電ケーブル２２０と接続される。これにより、外部電源２３０とコイル１４２とが電気的に接続される。

ステータコア１４１は、鉄または鉄合金などの板状の磁性体を積層することにより構成される。ステータコア１４１の内周面上には複数のティース部（図示せず）および該ティース部間に形成される凹部としてのスロット部（図示せず）が形成されている。スロット部は、ステータコア１４１の内周側に開口するように設けられる。

３つの巻線相であるＵ相、Ｖ相およびＷ相を含むコイル１４２は、スロット部に嵌り合うようにティース部に巻き付けられる。コイル１４２のＵ相、Ｖ相およびＷ相は、互いに円周上でずれるように巻き付けられる。バスバー１４３は、それぞれコイル１４２のＵ相、Ｖ相およびＷ相に対応するＵ相、Ｖ相およびＷ相を含む。

給電ケーブル２２０は、Ｕ相ケーブルと、Ｖ相ケーブルと、Ｗ相ケーブルとからなる三相ケーブルである。バスバー１４３のＵ相、Ｖ相およびＷ相がそれぞれ給電ケーブル２２０におけるＵ相ケーブル、Ｖ相ケーブルおよびＷ相ケーブルに接続される。

モータジェネレータ１００から出力された動力は、減速機構３００からディファレンシャル機構４００を介してドライブシャフト受け部５００に伝達される。ドライブシャフト受け部５００に伝達された駆動力は、ドライブシャフト（図示せず）を介して車輪（図示せず）に回転力として伝達されて、車両を走行させる。

一方、ハイブリッド車両の回生制動時には、車輪は車体の慣性力により回転させられる。車輪からの回転力によりドライブシャフト受け部５００、ディファレンシャル機構４００および減速機構３００を介してモータジェネレータ１００が駆動される。このとき、モータジェネレータ１００が発電機として作動する。モータジェネレータ１００により発電された電力は、インバータを介してバッテリに蓄えられる。

図２は、図１における矢印IIの方向からみたロータ１３０の縦断面図である。図２を参照して、ロータコア１３１には該コアの軸方向に延びる孔部１３３が設けられ、該孔部１３３内に磁石１３２が挿入される。磁石１３２の側面と孔部１３３の内周面の隙間には接着剤１３４が設けられ、接着剤１３４によって磁石１３２がロータコア１３１に固定されている。また、ロータコア１３１の双方の軸方向端面を覆うようにＳＵＳプレート１３５およびエンドプレート１３６が設けられる。エンドプレート１３６は、たとえばアルミニウムなどから構成される。

図３は、図２における矢印IIIの方向からみたロータ１３０の平面図である。図３を参照して、ロータコア１３１に形成された孔部１３３の内周面と磁石１３２の側面との間には、隙間１３３０が形成される。隙間１３３０は、第１と第２部分１３３０Ａ，１３３０Ｂを有する。第１部分１３３０Ａは、磁石１３２の幅方向端面と孔部１３３の内周面との間に形成される隙間であり、その幅は比較的広い（たとえば５ｍｍ程度）。一方、第２部分１３３０Ｂは、磁石１３２の主表面と孔部１３３の内周面との間に形成される隙間であり、その幅は比較的狭い（たとえば５０μｍ程度）。

次に、図１〜図３に示されるロータ１３０の製造プロセスについて、図４〜図１０を用いて説明する。なお、図４〜図１０において、矢印Ｇは重力方向を示す。

図４を参照して、ロータコア１３１の下側にＳＵＳプレート１３５およびエンドプレート１３６が取付けられる。ロータコア１３１に形成された孔部１３３内に接着剤１３４を注ぎ込む。そして、磁石１３２が矢印ＤＲ１の方向に挿入される。

図５を参照して、図４に示されるステップの後、磁石１３２の側面と孔部１３３の内周面との間には、隙間１３３０が形成される。磁石１３２の挿入直後においては、図５に示すように、接着剤１３４の大部分は、隙間１３３０における幅広部分である第１部分１３３０Ａに集められる。

図６を参照して、図５に示されるステップの後、ロータコア１３１の上側にもＳＵＳプレート１３５およびエンドプレート１３６が取付けられる。この時点においても、接着剤１３４の大部分は、相対的に隙間の幅が広い第１部分１３３０Ａに分布している。

図７を参照して、図６に示されるステップの後、ロータコア１３１を軸方向に反転させて、正姿勢から逆姿勢にする。これにより、隙間１３３０において、接着剤１３４が上側に、エアが下側に位置することになる。

図８を参照して、図７に示されるステップの後、第１部分１３３０Ａにおいて、下側に溜まったエアが上昇し、接着剤１３４の領域内に空隙１３４Ａ（気泡）が形成される。空隙１３４Ａは、矢印ＤＲ２の方向（上方向）に向かって進行する。また、第２部分１３３０Ｂにおいては、接着剤１３４の領域が矢印ＤＲ１の方向（下方向）に向かって徐々に拡大する。

図９を参照して、図８に示されるステップの後、一定時間が経過することにより、第１部分１３３０Ａにおいては、空隙１３４Ａがロータコア１３１の上端部にまで移動し、第２部分１３３０Ｂにおいては、接着剤１３４の領域がより下側にまで拡大される。すなわち、ロータコア１３１を上下反転させたことで、ロータコア１３１の軸方向に沿って接着剤１３４をより広い範囲に分布させることができる。

図１０を参照して、図９に示されるステップの後、ロータコア１３１を再度軸方向に反転させて、逆姿勢から正姿勢に戻す。これにより、第１部分１３３０Ａにおいて、空隙１３４Ａが矢印ＤＲ２の方向（上方向）に上昇する。また、第２部分１３３０Ｂにおいては、接着剤１３４が矢印ＤＲ２の方向（下方向）に向かって下降するが、その下降速度は空隙１３４Ａの上昇速度に比べると小さい。すなわち、ロータコア１３１の再度の反転による第２部分１３３０Ｂにおける接着剤領域の広さへの影響は比較的小さい。

図１１は、接着剤の温度と粘度との関係の一例を示した図である。図１１に示す例では、接着剤の粘度ηは、該接着剤の温度がＴ１に達するまでは温度の上昇とともに低減され、それ以上の温度領域では温度上昇とともに増大する。接着剤をさらに加熱すると、最終的に該接着剤は硬化する。

上述した図４〜図１０のステップにおいては、接着剤の流動性を高めるため、ロータコア１３１はプリヒート炉内に設置され、接着剤の温度が概ねＴ１になるように管理されている。図１０に示されるステップの後、ロータコア１３１を硬化炉に投入して加熱し、接着剤１３４の温度を接着剤硬化温度まで上昇させて該接着剤を硬化させる（硬化工程）。

ここで、図１０に示されるように、空隙１３４Ａがロータコア１３１の上端部にまで移動していない状態で接着剤の硬化工程が施されると、温度上昇に伴なって空隙１３４Ａが膨張し、ロータコア１３１を構成する磁性鋼板の隙間から接着剤１３４が矢印ＤＲ３の方向に漏れ出して回転電機の性能に影響を与える場合がある。

これに対し、本実施の形態においては、図１０に示されるステップの後、空隙１３４Ａがロータコア１３１の上端部にまで移動した後に接着剤の硬化工程が施される。これにより、温度上昇に伴なうエアの膨張が生じたとしても、該エアは磁性鋼板とＳＵＳプレート１３５との隙間から排出されるので、磁性鋼板の隙間から接着剤が漏れ出すことが抑制される。結果として、回転電機の性能が向上する。

ここで、空隙（気泡）の上昇速度は、重力、浮力および抵抗力から決定される。気泡の抵抗係数は、一般に広く知られた式（たとえば、Ｈａｄａｍａｒｄ−Ｒｙｂｃｚｙｎｓｋｉの式など）を用いて近似的に求めることができる。気泡の上昇速度およびその移動距離から、該気泡がロータコア１３１の上端部に移動するまでの時間が求められる。

以上について要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係る磁石固定方法は、コア体としてのロータコア１３１に磁石１３２を固定する磁石固定方法であって、ロータコア１３１の軸方向に設けられた孔部１３３に接着剤１３４を供給する工程と、孔部１３３に磁石１３２を挿入する工程（以上、図４）と、接着剤１３４が供給され、かつ、磁石１３２が挿入された状態でロータコア１３１を軸方向に反転させる工程（図７，図１０）と、ロータコア１３１を軸方向に反転させた後に接着剤１３４を硬化させる工程とを備える。

これにより、ロータコア１３１の軸方向において、接着剤１３４をより広い範囲に分布させることができる。なお、本実施の形態においては、ロータコア１３１を正姿勢から逆姿勢に反転させた後、再度正姿勢に戻してから接着剤の硬化工程を行なう例について説明したが、ロータコアを正姿勢から逆姿勢に反転させた後、逆姿勢のまま接着剤の硬化工程が行なわれてもよい。

また、本実施の形態においては、「コア体」の一例として、磁性鋼板（板状部材）が軸方向に積層された構造を有するロータコア１３１について説明したが、磁石を埋設する任意のコア体に同様の思想を適用することは、当然に予定される。

また、本実施の形態においては、ロータコア１３１を軸方向に反転（たとえば図９から図１０）させた後、ロータコア１３１の方向を維持した状態（たとえば図１０に示す状態）で接着剤１３４の硬化工程を行なう。より具体的には、ロータコア１３１を軸方向に反転（たとえば図９から図１０）させた後、空隙１３４Ａがロータコア１３１の上端部にまで移動してから接着剤１３４の硬化工程を行なう。

このように、ロータコア１３１を軸方向に反転させてからその姿勢を維持することにより、空隙１３４Ａを所定の位置に移動させてから接着剤１３４を硬化させることができる。ロータコア１３１の上端部に空隙１３４Ａを移動させることにより、該上端部からエアを逃がしやすくすることができる。したがって、硬化工程時の空隙の膨張により、磁性鋼板の間から接着剤が漏れ出すことが抑制される。

また、本実施の形態に係るロータ１３０は、軸方向に孔部１３３が形成されたロータコア１３１と、孔部１３３に挿入された磁石１３２と、磁石１３２と孔部１３３の壁面との間に設けられる接着剤１３４（接着層）とを備え、磁石１３２の側面と孔部１３３の内周面との隙間１３３０は相対的に幅が広い第１部分１３３０Ａと相対的に幅が狭い第２部分１３３０Ｂとを有し、第１部分１３３０Ａにおいて、空隙はロータコア１３１の上端部（一方の軸方向端部）に集められ、第２部分１３３０Ｂにおいて、接着層１３４はロータコア１３１の下端部（他方の軸方向端部）から少なくとも軸方向の中央部近傍にまで達している。

ここで、「軸方向の中央部近傍」は、軸方向中心からの距離が、軸長の１０パーセント以下程度である領域を意味する。したがって、たとえば、ロータコア下端部からの距離がロータコア軸長の４０パーセント程度である領域も、「ロータコアの軸方向の中央部近傍」に含まれる。

隙間１３３０の第１部分１３３０Ａにおける空隙１３４がロータコア１３１の軸方向端部に集められていることで、硬化時の温度上昇により空隙１３４が膨張した場合にも、ロータコア１３１の軸方向端部からエアを逃がすことができる。したがって、ロータコア１３１を構成する磁性鋼板の間から接着剤１３４が漏れ出すことを抑制することができる。また、接着剤１３４の硬化後も、温度上昇等に伴なう空隙の膨張によりロータコア１３１に過大な応力が生じることを抑制することができる。さらに、隙間１３３０の第２部分１３３０Ｂにおいて接着剤１３４がロータコア１３１の軸方向の中央部分にまで達していることで、磁石１３２がロータコア１３１に強固に固定される。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

本発明の１つの実施の形態に係るロータを含む駆動ユニットの構造の一例を概略的に示す図である。 図１における矢印IIの方向からみたロータの縦断面図である。 図２における矢印IIIの方向からみたロータの平面図である。 本発明の１つの実施の形態に係る磁石固定方法の第１ステップを示す図である。 本発明の１つの実施の形態に係る磁石固定方法の第２ステップを示す図である。 本発明の１つの実施の形態に係る磁石固定方法の第３ステップを示す図である。 本発明の１つの実施の形態に係る磁石固定方法の第４ステップを示す図である。 本発明の１つの実施の形態に係る磁石固定方法の第５ステップを示す図である。 本発明の１つの実施の形態に係る磁石固定方法の第６ステップを示す図である。 本発明の１つの実施の形態に係る磁石固定方法の第７ステップを示す図である。 接着剤の温度と粘度との関係の一例を示した図である。

符号の説明

１ 駆動ユニット、１００ モータジェネレータ、１１０ 回転シャフト、１２０ 軸受、１３０ ロータ、１３１ ロータコア、１３２ 磁石、１３３ 孔部、１３４ 接着剤、１３４Ａ 空隙、１３５ ＳＵＳプレート、１３６ エンドプレート、１４０ ステータ、１４１ ステータコア、１４２ コイル、１４３ バスバー、２００ ハウジング、２１０ 端子台、２２０ 給電ケーブル、２３０ 外部電極、３００ 減速機構、４００ ディファレンシャル機構、５００ ドライブシャフト受け部、１３３０ 隙間、１３３０Ａ 第１部分、１３３０Ｂ 第２部分。

Claims (4)

1. コア体に磁石を固定する磁石固定方法であって、
   前記コア体の一方の軸方向端部を覆い、かつ、前記一方の軸方向端部からエアを逃がすことができる隙間を形成するように板を設ける工程と、
   前記コア体の軸方向に設けられた孔部に接着剤を供給する工程と、
   前記孔部に磁石を挿入する工程と、
   前記コア体の他方の軸方向端部に他の板を設け、前記接着剤が供給され、かつ、前記磁石が挿入された状態で前記コア体を軸方向に反転させる工程と、
   前記コア体を軸方向に反転させた後に前記接着剤を硬化させる工程とを備え、
   前記コア体を軸方向に反転させた後、前記孔部内の空隙が前記コア体の前記一方の軸方向端部にまで移動してから前記接着剤の硬化工程を行なう、磁石固定方法。
2. 前記コア体を軸方向に反転させた後、前記コア体の方向を維持した状態で前記接着剤の硬化工程を行なう、請求項１に記載の磁石固定方法。
3. 前記コア体は、板状部材が該コア体の軸方向に積層された構造を有する、請求項１または請求項２に記載の磁石固定方法。
4. 軸方向に孔部が形成されたロータコアと、
   前記孔部に挿入された磁石と、
   前記ロータコアの双方の軸方向端部を覆うように設けられ、一方の軸方向端部においてエアを逃がすことができる隙間を形成するように設けられた板と、
   前記磁石と前記孔部の壁面との間に設けられる接着層とを備え、
   前記磁石の側面と前記孔部の内周面との隙間は相対的に幅が広い第１部分と相対的に幅が狭い第２部分とを有し、
   前記第１部分において、空隙は前記ロータコアの前記一方の軸方向端部に集められ、
   前記第２部分において、前記接着層は前記ロータコアの他方の軸方向端部から少なくとも軸方向の中央部近傍にまで達している、ロータ。

Images