JP5133122B2 - ロータ製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、モータ及び発電機等の回転電機に用いられるロータの製造方法であって、該ロータのヨークに形成された収納孔に磁石を収納した後に、該収納孔に樹脂を注入して前記磁石を固定するロータ製造方法に関する。

従来より、ヨークに形成された収納孔に磁石を組み込んだ磁石埋込型ロータが知られている。このロータを用いたインナロータ型の回転電機においては、インナロータの外周にステータが配置されるので、前記磁石と前記ステータとの間の距離をできる限り小さくして磁力を有効に利用するために、該磁石は、前記収納孔の前記外周側に寄せて固定されることが望ましい。

通常、前記ロータにおいては、樹脂又は接着剤を前記収納孔に充填することにより前記収納孔内に前記磁石が固定される。特許文献１には、上型及び下型によってロータコア（ヨーク）を保持し、前記上型に設けられたシリンダから前記収納孔に溶融樹脂を加圧注入して、前記収納孔内の前記磁石を前記ロータコアの内径側から外径側に押圧することにより樹脂モールドを行う技術が開示されている。

特開２００７−２１５３０１号公報

前述した回転電機に用いられるロータでは、一般に、収納孔内に樹脂を注入するための空間（隙間）は比較的に小さいので、該樹脂の注入量は少なくて済む。そのため、特許文献１の技術のように、前記樹脂を加圧注入しながら前記磁石を前記収納孔内の一方側に寄せて樹脂モールドを行う方法では、前記樹脂の注入量を制御することが困難である。また、前記樹脂の注入量を予め設定しても、前記磁石やヨークの寸法ばらつきによって、ヨーク毎に前記樹脂が不足したり、あるいは、外部に前記樹脂が漏出する場合もある。

本発明は、上記課題を考慮してなされたものであり、精度よく樹脂の注入量を制御することが可能なロータ製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係るロータ製造方法は、薄板を積層して構成されるヨークに形成された収納孔に磁石を収納する第１工程と、前記磁石が収納された前記収納孔に第１圧力のエアを注入して該収納孔内の容量（以下、第１測定容量という。）を測定する第２工程と、前記磁石が収納された前記収納孔に第２圧力のエアを注入して前記収納孔内の容量（以下、第２測定容量という。）を測定する第３工程と、測定した前記第１測定容量及び前記第２測定容量に基づいて前記磁石が収納された前記収納孔内の空間の容量を算出する第４工程と、該第４工程にて算出した前記容量に応じた量の樹脂を前記収納孔に注入して該収納孔に前記樹脂を充填する第５工程と、前記収納孔に前記樹脂が充填された状態で前記ヨークを加熱して該樹脂を硬化させる第６工程とを有することを特徴としている。

これらの工程によれば、圧力の異なるエアを前記収納孔に注入して、前記磁石が収納された前記収納孔内の前記各測定容量（体積）を測定し、これらの測定容量に基づいて前記収納孔内の空間の真の容量（体積）を算出する。これにより、寸法公差及び加工誤差等の個体差によってヨーク毎に収納孔内の容量にばらつきがあっても、該ヨーク毎に前記真の容量に応じた樹脂の注入量を正確に求めることで、該樹脂の注入量を精度よく制御することが可能となる。また、前記各測定容量の測定に前記エアを使用しているので、前記測定による前記ロータの製造及び周囲環境に対する影響を極力小さくすることができる。

従って、前記第４工程にて算出した前記容量に応じた量の樹脂を前記収納孔に注入し、該収納孔に前記樹脂が充填された状態で前記ヨークを加熱すれば、前記真の容量に応じた量の樹脂が前記収納孔に充填されているので、前記樹脂の注入量が不足したり、あるいは、前記樹脂が前記ヨークから漏れ出すことを確実に防止することができる。この結果、外観品質に優れたロータを製造することが可能となる。

ここで、前記第４工程では、前記第１測定容量と前記第２測定容量との差に基づいて、前記収納孔から前記積層された薄板の隙間を介して前記ヨークの外部に漏れ出るエアの漏出量を算出し、算出した前記漏出量に基づいて、前記磁石が収納された前記収納孔内の空間の容量を算出することが好ましい。

これにより、積層した薄板（鋼板）の隙間から漏出するエアに起因した前記各測定容量の測定誤差を排除することができる。

本発明によれば、圧力の異なるエアを収納孔に注入して、磁石が収納された前記収納孔内の各測定容量（体積）を測定し、これらの測定容量に基づいて前記収納孔内の空間の真の容量（体積）を算出する。これにより、寸法公差及び加工誤差等の個体差によってヨーク毎に収納孔内の容量にばらつきがあっても、該ヨーク毎に前記真の容量に応じた樹脂の注入量を正確に求めることで、該樹脂の注入量を精度よく制御することが可能となる。また、前記各測定容量の測定に前記エアを使用しているので、前記測定による前記ロータの製造及び周囲環境に対する影響を極力小さくすることができる。

従って、第４工程にて算出した容量に応じた量の樹脂を収納孔に注入し、該収納孔に前記樹脂が充填された状態で前記ヨークを加熱すれば、真の容量に応じた量の樹脂が前記収納孔に充填されているので、前記樹脂の注入量が不足したり、あるいは、前記樹脂が前記ヨークから漏れ出すことを確実に防止することができる。この結果、外観品質に優れたロータを製造することが可能となる。

本発明に係るロータ製造方法について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して以下詳細に説明する。

先ず、この実施形態に係るロータ製造方法を説明する前に、該ロータ製造方法により製造されるロータ１０について、図１〜図３を参照しながら説明する。

ロータ１０は、モータ及び発電機等の回転電機に用いられるインナロータであって、円筒状のロータコア（リング状のヨーク）１２と、該ロータコア１２の内径側に設けられた有底筒状のボス部（回転軸）１４と、該ボス部１４の底部１６の中心部に形成された孔１８とを備える。該底部１６には、孔１８からボス部１４の径方向に離間して６つの筒状のカラー２０が装着されている。各カラー２０にボルトがそれぞれ挿通することにより図示しないシャフトがボス部１４に固定される。なお、図１〜図３に示すように、ロータコア１２及びボス部１４は略同軸に配置されているので、ロータコア１２の軸方向とボス部１４の軸方向とは略一致する。

ロータコア１２は、その軸方向（図１及び図３の上下方向）に薄板鋼板２８を積層して構成され、積層された薄板鋼板２８は、リング状の上抑え板（端面板）３４及び下抑え板（端面板）３６で狭持された状態でボス部１４の外周側に装着される。すなわち、ロータコア１２は、ボス部１４の下端部側の突出部３２と、ボス部１４の上端部側の突出部２６との間のボス部１４の外周側に装着され、ロータコア１２を構成する前記積層された薄板鋼板２８及び上抑え板３４は、ボス部１４の外周面に対して、しめ代を有し、突出部３２側に配置された下抑え板３６の上方で該ボス部１４の外周側に圧入保持される。なお、上抑え板３４及び下抑え板３６は、積層された薄板鋼板２８を上下方向から略覆うようにロータ１０にそれぞれ配設されている。また、上抑え板３４及び下抑え板３６は、例えば、ステンレス鋼板により構成される。

ロータコア１２の外周側には、所定角度間隔で、凹部４４が前記軸方向に沿って形成され、ロータコア１２における２つの凹部４４間には、２つの収納孔３８が前記軸方向に沿って形成されている。収納孔３８は、図２の平面視で、長方形状に形成されている。

そして、各収納孔３８内には、磁石４０がそれぞれ収納され、各収納孔３８及び磁石４０により形成される空間にはシリコーン樹脂等の樹脂４２が充填されている。

なお、このロータ１０を回転電機に適用する場合には、その外周にステータが配置されるので、磁石４０と前記ステータとの間の距離をできる限り小さくして磁力を有効に利用するために、該磁石４０は、収納孔３８の前記外周側に寄せて固定されている。この場合、収納孔３８の内径方向には、平面視で、円弧状の凹部５０が形成され、一方で、上抑え板３４には、収納孔３８の円弧状の凹部５０に対向して２４個の注入孔４８が形成されているので、注入孔４８を介して凹部５０に樹脂４２を加圧注入（圧送充填）することにより、収納孔３８内において、磁石４０は、ロータコア１２の外周側に寄せられるように固定される。また、上抑え板３４には、ロータコア１２の凹部４４に対応して１２個の凹部４６がさらに形成されている。

以上のように構成されるロータ１０の製造方法（ロータ製造方法）について、図４〜図８を参照しながら説明する。

図４は、ロータ１０の製造方法の工程を示すフローチャートである。

先ず、ステップＳ１において、ロータコア１２を形成する。ロータコア１２の形成方法は、例えば、板部材（例えば、珪素鋼板）からプレス加工により中空状の薄板を切り取り、切り取った薄板を一枚ずつかしめながら積層して、ロータコア１２を形成する。また、前記プレス加工においては、収納孔３８及び凹部４４、５０となる箇所の加工も併せて行うことが望ましいことは勿論である。

次に、ステップＳ２において、ボス部１４の突出部３２上に下抑え板３６を配置した後に、下抑え板３６の上方で薄板鋼板２８をボス部１４の外周側に圧入し、薄板鋼板２８を該ボス部１４に保持する。その後、収納孔３８内に磁石４０を収納した状態で上抑え板３４をボス部１４の外周側に圧入して、該薄板鋼板２８をボス部１４に保持する。

次に、ステップＳ３において、上抑え板３４、収納孔３８、磁石４０及び下抑え板３６により形成される収納孔３８内の空間の容積（容量）を算出する。

図５は、ステップＳ３の処理についての詳細なフローチャートであり、図６及び図７は、ステップＳ３の処理を実行する容積算出機構１００の概略構成図を示している。

容積算出機構１００は、ロータ１０を製造するロータ製造装置６０の一部であり、エアボリュームテスタとしてのエアリークテスタ（容積算出手段）６２、容積マスタ６４、容積測定ノズル６６及び受け部材７４から構成される。この場合、ロータ１０は、受台７０上に載置され、１つのカラー２０には、受台７０から上方に突出するピン７２が挿通している。従って、ロータ１０は、受台７０上で位置決め固定されている。なお、受台７０は、図示しない昇降回転手段の駆動作用下に、上下方向に昇降自在で且つ受台７０に連結された回転軸６８を中心として回転可能である。

容積測定ノズル６６は、筒状のノズル本体７６と、該ノズル本体７６の先端側に装着されたパッキン８０と、該ノズル本体７６の基端側に配設された押圧部材８２と、該押圧部材８２とノズル本体７６の径方向に形成された突出部８６との間に装着されたバネ部材８４と、該ノズル本体７６の先端側に配設された押圧部材８８と、各押圧部材８２、８８間に取り付けられた２つのねじ９０とを有する。

次に、図５のフローチャートを参照しながら、容積算出機構１００による収納孔３８内の空間の容積（容量）の算出処理について説明する。

先ず、ステップＳ３１において、容積測定ノズル６６を上抑え板３４上面に押し付け、一方で、受け部材７４を下抑え板３６の底面に押し付ける。この場合、エアリークテスタ６２に接続されたノズル本体７６のエア通過孔７８と、１つの注入孔４８とが略同軸となるように、上抑え板３４に対して容積測定ノズル６６の位置合わせを行って、ノズル本体７６の先端部及び押圧部材８８の先端部と上抑え板３４の上面とを接触させた状態で、図示しない駆動機構により押圧部材８２を下方に押圧すると共に、受け部材７４を下抑え板３６の底面側に押し付ける。

この場合、２つのねじ９０の先端側は、押圧部材８８にねじ止めされているので、ねじ９０に沿って押圧部材８２が下方に移動すると、バネ部材８４を介してノズル本体７６が押圧されるので、該ノズル本体７６の先端部と上抑え板３４の上面との間は、パッキン８０の存在によって外部へのエア漏れが確実に阻止されることになる。

その際、押圧部材８８及び受け部材７４によるロータコア１２への押圧力は、後述するステップＳ４での樹脂４２の注入時における樹脂注入ノズルの押圧力と略等しくする。これにより、ステップＳ３において、樹脂４２の注入時（ステップＳ４）における積層体（薄板鋼板２８）の隙間の状況を正確に実現することができる。

次に、ステップＳ３２において、エアリークテスタ６２からエア通過孔７８及び注入孔４８を介して収納孔３８に比較的低圧（第１圧力Ｐ１）のエアを注入し、ステップＳ３３において、第１圧力Ｐ１のエアの注入時における収納孔３８内の空間の第１容量（１次体積、第１測定容量）Ｖ１を測定する。この場合、エアリークテスタ６２は、第１圧力Ｐ１のエアを収納孔３８及び容積マスタ６４にそれぞれ注入し、図示しない差圧センサを用いて、収納孔３８に注入されたエアと、容積マスタ６４に注入されたエアとの圧力差を検出し、検出した圧力差（収納孔３８内の圧力変化）に基づいて第１容量Ｖ１を求める。

次に、ステップＳ３４において、エアリークテスタ６２からエア通過孔７８及び注入孔４８を介して収納孔３８に比較的高圧（第２圧力Ｐ２、Ｐ２＞Ｐ１）のエアを注入し、ステップＳ３５において、第２圧力Ｐ２のエアの注入時における収納孔３８内の空間の第２容量（２次体積、第２測定容量）Ｖ２を測定する。この場合においても、エアリークテスタ６２は、第２圧力Ｐ２のエアを収納孔３８及び容積マスタ６４にそれぞれ注入し、前記差圧センサを用いて、収納孔３８に注入されたエアと、容積マスタ６４に注入されたエアとの圧力差を検出し、検出した圧力差に基づいて第２容量Ｖ２を求める。

そして、ステップＳ３６において、エアリークテスタ６２は、求めた第１容量Ｖ１及び第２容量Ｖ２に基づいて、磁石４０が収納された収納孔３８内の空間の真の容積（容量）Ｖ０を算出する。図８は、前記真の容積Ｖ０の算出方法について模式的に示すグラフである。

前述したように、ロータコア１２は、薄板鋼板２８を積層して構成されているので、各薄板鋼板２８間の隙間によって、第１圧力Ｐ１及び第２圧力Ｐ２のエアを収納孔３８に注入しても、収納孔３８から前記隙間を介してロータコア１２外に前記エアが漏出してしまう。

ここで、第２圧力Ｐ２を第１圧力Ｐ１の２倍の圧力とした場合（Ｐ２＝２Ｐ１）に、第２容量Ｖ２から第１容量Ｖ１を減算した値（Ｖ２−Ｖ１）は、第１圧力Ｐ１による容量測定でのエアの漏出量となる。また、前記漏出量の２倍の値は、第２圧力Ｐ２による測定でのエアの漏出量となる。従って、第１圧力Ｐ１のエアを収納孔３８に注入した場合には、Ｖ１−（Ｖ２−Ｖ１）＝２Ｖ１−Ｖ２＝Ｖ０が真の容量Ｖ０として算出される。

これらのステップＳ３の処理（真の容積Ｖ０の算出処理）が完了すると、容積算出機構１００は、収納孔３８に対するエア抜きを行った後に、押圧部材８２及び受け部材７４に対する押圧状態を解除する。これにより、容積測定ノズル６６及び受け部材７４は、ロータコア１２から離間可能となる。

なお、上抑え板３４には、２４個の注入孔４８が形成されているので、容積算出機構１００は、各注入孔４８に対してステップＳ３の処理を実行する。この場合、前記昇降回転手段の駆動作用下に、回転軸６８を中心として受台７０を回転させることで、各注入孔４８に対して上記のステップＳ３の処理が可能となる。

次に、ステップＳ４において、真の容積Ｖ０に応じた量（Ｖ０と同量）の樹脂４２を図示しない樹脂注入ノズルから注入孔４８を介して収納孔３８に注入する。前述したように、上抑え板３４には２４個の注入孔４８が形成されているので、各収納孔３８に対してそれぞれ求めた、真の容積Ｖ０に応じた量の樹脂４２を、該各収納孔３８にそれぞれ注入する。この場合、前記樹脂注入ノズル及び受け部材７４により、ロータコア１２に押圧力を付与した状態で樹脂４２を注入すれば、前述した容量測定における積層体（薄板鋼板２８）での隙間の状態と同様の状態を実現することができる。

次に、ステップＳ５において、各収納孔３８に樹脂４２が充填された状態でロータコア１２を加熱して、該樹脂４２を硬化させることによりロータ１０が製造される。この場合、加熱方法としては、ロータ１０の外周に図示しない高周波加熱手段（高周波コイル）を配置し、該高周波加熱手段によりロータ１０を加熱することにより樹脂４２を硬化させる。

以上説明したように、本実施形態に係るロータ製造方法によれば、圧力の異なるエアを収納孔３８に注入して、磁石４０が収納された収納孔３８内の各容量（体積）Ｖ１、Ｖ２を測定し、測定したこれらの容量に基づいて収納孔３８内の空間の真の容積Ｖ０を算出する。これにより、寸法公差及び加工誤差等の個体差によってロータコア１２（ロータ１０）毎に収納孔３８内の容量にばらつきがあっても、該ロータコア１２毎に真の容積Ｖ０に応じた樹脂４２の注入量を正確に求めることで、該樹脂４２の注入量を精度よく制御することが可能となる。また、各容量Ｖ１、Ｖ２の測定に前記エアを使用しているので、前記測定によるロータ１０の製造及び周囲環境に対する影響を極力小さくすることができる。

従って、算出した容積Ｖ０に応じた量の樹脂４２を収納孔３８に注入し、該収納孔３８に樹脂４２が充填された状態でロータコア１２を加熱して該樹脂４２を硬化させる場合には、真の容積Ｖ０に応じた量の樹脂４２が収納孔３８に充填されているので、樹脂４２の注入量が不足したり、あるいは、樹脂４２がロータコア１２から漏れ出すことを確実に防止することができると共に、外観品質に優れたロータ１０を製造することが可能となる。

この場合、第１容量Ｖ１と第２容量Ｖ２との差に基づいて、収納孔３８から薄板鋼板２８の隙間を介してロータコア１２の外部に漏れ出るエアの漏出量（Ｖ２−Ｖ１）を算出し、算出した漏出量（Ｖ２−Ｖ１）に基づいて、磁石４０が収納された収納孔３８内の空間の真の容積Ｖ０を算出するので、薄板鋼板２８の隙間から漏出するエアに起因した各容量Ｖ１、Ｖ２の測定誤差を排除することができる。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは勿論である。

本実施形態に係るロータ製造方法により製造されたロータの斜視図である。 図１のロータの平面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 本実施形態に係るロータ製造方法を示すフローチャートである。 図４のステップＳ３の詳細な工程を示すフローチャートである。 容積算出機構の概略構成図である。 図２のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面での容積算出機構の概略構成図である。 真の容積の算出方法を模式的に示すグラフである。

符号の説明

１０…ロータ １２…ロータコア
１４…ボス部 ２８…薄板鋼板
３２…突出部 ３４…上抑え板
３６…下抑え板 ３８…収納孔
４０…磁石 ４２…樹脂
５０…凹部 ４８…注入孔
６０…ロータ製造装置 ６２…エアリークテスタ
６４…容積マスタ ６６…容積測定ノズル
７２…ピン ７４…受け部材
７６…ノズル本体 ８０…パッキン
８２、８８…押圧部材 ８４…バネ部材
９０…ねじ １００…容積算出機構

Claims (2)

1. 薄板を積層して構成されるヨークに形成された収納孔に磁石を収納する第１工程と、
   前記磁石が収納された前記収納孔に第１圧力のエアを注入して、該収納孔内の容量（以下、第１測定容量という。）を測定する第２工程と、
   前記磁石が収納された前記収納孔に第２圧力のエアを注入して、前記収納孔内の容量（以下、第２測定容量という。）を測定する第３工程と、
   測定した前記第１測定容量及び前記第２測定容量に基づいて、前記磁石が収納された前記収納孔内の空間の容量を算出する第４工程と、
   前記第４工程にて算出した前記容量に応じた量の樹脂を前記収納孔に注入して、該収納孔に前記樹脂を充填する第５工程と、
   前記収納孔に前記樹脂が充填された状態で前記ヨークを加熱して、該樹脂を硬化させる第６工程と、
   を有する
   ことを特徴とするロータ製造方法。
2. 請求項１記載のロータ製造方法において、
   前記第４工程では、
   前記第１測定容量と前記第２測定容量との差に基づいて、前記収納孔から前記積層された薄板の隙間を介して前記ヨークの外部に漏れ出るエアの漏出量を算出し、
   算出した前記漏出量に基づいて、前記磁石が収納された前記収納孔内の空間の容量を算出する
   ことを特徴とするロータ製造方法。

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