JP5998733B2 - 回転電機用ロータの樹脂充填装置 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機用ロータの積層鉄心における磁石挿入穴と磁石との間に形成される隙間へ樹脂を充填する樹脂充填装置に関する。

回転電機用ロータの製造においては、複数の電磁鋼板を積層して積層鉄心を形成するときには、各電磁鋼板に形成された貫通穴が連通されて、磁石を挿入する磁石挿入穴が形成される。そして、この磁石挿入穴に磁石を挿入し、これらの間に形成される隙間に樹脂を充填し固化させることによって、積層鉄心に磁石を固定している。

例えば、特許文献１の磁石埋込型回転子においては、板状磁性部材を積層して形成された積層鉄心に、永久磁石をそれぞれ挿入する複数の穴部と、穴部と連通する複数の注入用穴部と、積層鉄心の両端面において穴部と注入用穴部との間をそれぞれ連通する連通溝部とを形成している。そして、樹脂部材を、注入用穴部及び連通溝部を介して、永久磁石が配置された複数の穴部へ注入している。また、この注入を行う際には、上型の各注入穴部の位置を積層鉄心の各注入用穴部の位置と一致させるとともに、上型の表面に形成された各突起部の位置を積層鉄心の各穴部の位置と一致させる。そして、各突起部によって永久磁石の軸方向位置を位置決めして、各注入穴部から注入する樹脂を、各注入用穴部及び連通溝部を経由して、永久磁石が挿入された穴部へと充填している。

特開２００２−３４１８７号公報

しかしながら、上記特許文献１においては、永久磁石が挿入された穴部には、注入穴部及び連通溝部を経由して樹脂が充填されるため、各穴部にできるだけ均等に樹脂を充填することは困難である。また、下型に対する積層鉄心の位置決めは、下型に形成された有底穴部内に積層鉄心を嵌挿することによって行っている。そのため、積層鉄心を位置決めするための下型の形状が複雑である。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、樹脂注入型に対する積層鉄心の径方向の位置決めを容易に行うことができ、磁石挿入穴と磁石との間の隙間へできるだけ均等に樹脂を充填することができる樹脂充填装置を提供しようとして得られたものである。

本発明の一態様は、回転電機用ロータの積層鉄心の周方向に並んで設けられた複数の磁石挿入穴に磁石がそれぞれ配置されたときに、該磁石挿入穴と該磁石との間に形成される隙間へ、樹脂を充填する樹脂充填装置であって、
上記磁石挿入穴は、上記積層鉄心の一端面から他端面まで同一断面形状で形成された貫通穴であり、
上記積層鉄心の一端面に当接する当接表面に、上記隙間へ上記樹脂を注入するための注入口が開口された樹脂注入型と、
上記積層鉄心の他端面に当接して、該積層鉄心を上記樹脂注入型との間に挟み込んで加圧する対向型と、を備え、
上記注入口の開口部の全周には、上記樹脂注入型の上記当接表面から突出する突出部が形成されており、
該突出部は、上記磁石挿入穴における、上記回転電機用ロータの回転中心から見て内周側に位置する内周端、又は外周側に位置する外周端に配置され、上記突出部の先端に位置する、上記注入口の開口部は、上記磁石挿入穴内に配置されることを特徴とする回転電機用ロータの樹脂充填装置にある（請求項１）。

上記回転電機用ロータの樹脂充填装置においては、樹脂注入型は、突出部が形成された注入口を有している。この突出部は、注入口の開口部の周囲において、樹脂注入型の当接表面から突出して形成されている。そして、隙間への樹脂の充填を行う際には、磁石挿入穴内に突出部が配置されることにより、注入口から隙間へ確実に樹脂を注入することができる。

また、突出部は、磁石挿入穴の内周端又は外周端に配置される。ここで、内周端とは、磁石挿入穴におけるロータの回転中心から見て内周側に位置する端のことをいい、外周端とは、磁石挿入穴におけるロータの回転中心から見て外周側に位置する端のことをいう。そして、積層鉄心の一端面に樹脂注入型の当接表面が当接する際には、各突出部が各磁石挿入穴へ案内されることにより、樹脂注入型に対する積層鉄心の径方向の位置決めを行うことができる。また、突出部によって、注入口の位置を磁石挿入穴の内周端又は外周端に案内することができる。そして、注入口から磁石挿入穴の内周端又は外周端と磁石との間に形成される隙間に向けて樹脂を注入し、磁石挿入穴と磁石との全周に樹脂を効果的に充填することができる。
それ故、上記樹脂充填装置によれば、樹脂注入型に対する積層鉄心の径方向の位置決めを容易に行うことができ、磁石挿入穴と磁石との間の隙間へできるだけ均等に樹脂を充填することができる。

実施例にかかる、積層鉄心に樹脂を充填した後の樹脂充填装置を示す断面説明図。 実施例にかかる、ゲートパレットを搬送する状態の樹脂充填装置を示す断面説明図。 実施例にかかる、対向型が下降する状態の樹脂充填装置を示す断面説明図。 実施例にかかる、各磁石挿入穴に磁石が挿入された積層鉄心と、樹脂注入型の各注入口及び突出部との配置関係を示す平面説明図。 実施例にかかる、各磁石挿入穴と樹脂注入型の各注入口及び突出部との配置関係を拡大して示す平面説明図。 実施例にかかる、図５において、各磁石挿入穴と各磁石との間の隙間に樹脂を充填した状態を拡大して示す平面説明図。 実施例にかかる、樹脂充填装置の要部を、２つの注入口が並ぶ方向から見た状態で拡大して示す断面説明図。 実施例にかかる、樹脂充填装置の要部を、図７と直交する方向から見た状態で拡大して示す断面説明図。 実施例にかかる、図５において、各注入口及び突出部が、各磁石挿入穴の外周端に配置される場合を示す平面説明図。

上述した回転電機用ロータの樹脂充填装置における好ましい実施の形態につき説明する。
上記回転電機用ロータの樹脂充填装置において、上記回転電機は、電動機、発電機、モータジェネレータのいずれとすることもできる。また、上記回転電機用のロータは、アウターロータ又はインナーロータのいずれとすることもできる。

また、上記注入口及び上記突出部は、上記各磁石挿入穴の内周端又は外周端に対してそれぞれ複数箇所に配置されていてもよい（請求項２）。
この場合には、樹脂注入型に対する積層鉄心の径方向及び周方向の位置決めを容易に行うことができる。そして、各磁石挿入穴に対して、より適切な位置に注入口及び突出部を
配置し、磁石挿入穴と磁石との間の隙間へより均等に樹脂を充填することができる。

また、上記樹脂注入型の上記当接表面には、上記積層鉄心の外周をガイドして、該樹脂注入型に対する該積層鉄心の位置決めを行うガイド部が突出して設けられていてもよい（請求項３）。
この場合には、ガイド部によって、樹脂注入型に対する積層鉄心の径方向位置の粗い位置決めを行い、突出部によって、樹脂注入型に対する積層鉄心のより細かい位置決めを行うことができる。

また、上記突出部は、先端に向かうに連れて縮径するテーパ形状に形成されていてもよい（請求項４）。
この場合には、突出部の外周によって、樹脂注入型に対する積層鉄心の位置決めをより高い精度で行うことができる。

以下に、回転電機用ロータの樹脂充填装置の実施例につき、図面を参照して説明する。
本例の回転電機用ロータの樹脂充填装置１は、図１、図４に示すごとく、回転電機用ロータの積層鉄心４の周方向に並んで設けられた複数の磁石挿入穴４１に永久磁石５がそれぞれ配置されたときに磁石挿入穴４１と永久磁石５との間に形成される隙間４２へ樹脂６を充填するものである。
樹脂充填装置１は、積層鉄心４の一端面４０１に当接する当接表面２０１に、隙間４２へ樹脂６を注入するための注入口２１が開口された樹脂注入型２と、積層鉄心４の他端面４０２に当接して、積層鉄心４を樹脂注入型２との間に挟み込んで加圧する対向型３とを備えている。図５〜図８に示すごとく、注入口２１の開口部２１１の周囲には、樹脂注入型２の当接表面２０１から突出する突出部２２が形成されている。樹脂注入型２において、突出部２２は、磁石挿入穴４１の内周端４１１に配置される位置に形成されている。ここで、内周端４１１とは、磁石挿入穴４１における、ロータの回転中心から見て内周側に位置する端のことをいう。

以下に、本例の回転電機用ロータの樹脂充填装置１につき、図１〜図９を参照して詳説する。
図１に示すごとく、樹脂充填装置１において使用する樹脂６は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂であって、硬化前の加熱状態にあるものである。熱硬化性樹脂は、加熱、溶融した状態で隙間４２に充填された後に硬化して、永久磁石５を積層鉄心４に固着させる。
本例のロータは、ステータの内周側に配置して使用されるインナーロータである。積層鉄心４は、磁石挿入穴４１となる貫通穴が形成された電磁鋼板４３を積層して形成される。磁石挿入穴４１は、積層鉄心４において貫通穴として形成される。

図４に示すごとく、磁石挿入穴４１は、永久磁石５が配置された部位に、ステータと合わせて磁路を形成するよう、２つずつがペアになって放射状に形成されている。磁石挿入穴４１に、直方体形状に形成された永久磁石５を挿入配置したときには、磁石挿入穴４１と永久磁石５との間の隙間４２は、径方向の両側の部位に比べて、周方向の両側の部位が大きく形成されている。

図１に示すごとく、樹脂注入型２は、注入口２１及び注入口２１に繋がる流入凹部２３が形成されたゲートプレート２０と、ゲートプレート２０に重なる型本体部２４と、樹脂６を加圧して吐出するように往復移動するプランジャ２５と、プランジャ２５の往復移動をガイドする円筒部２６とを有している。円筒部２６は型本体部２４内に埋設されており、プランジャ２５は円筒部２６内を往復移動する。型本体部２４内には、樹脂６を加熱するためのヒーターが埋設されている。

図５、図７に示すごとく、流入凹部２３は、円筒部２６内に形成された樹脂通路２６１と対向する位置に形成されており、プランジャ２５によって樹脂通路２６１を通過する樹脂６は、流入凹部２３から注入口２１へと流れる。注入口２１は、突出部２２側である先端側に向かうに連れて縮径するテーパ形状に形成されている。また、注入口２１の先端部は、先端側に向かうに連れてさらに急勾配で縮径して形成されており、開口部２１１の口径が小さく形成されている。
積層鉄心４における隙間４２に樹脂６を充填した後には、この隙間４２内の樹脂６は、注入口２１の縮径した先端部と繋がっているだけである。そのため、注入口２１の先端部において樹脂６を分断するようにして、積層鉄心４をゲートプレート２０から容易に取り外すことができる。

図２に示すごとく、ゲートプレート２０は、積層鉄心４を載置して運搬するためのパレットとして使用することができる。そして、ゲートプレート２０は、樹脂６を充填する前の積層鉄心４が載置されたものが樹脂充填装置１に搬入され、樹脂６を充填した後の積層鉄心４が載置されたものが樹脂充填装置１から搬出される。
ゲートプレート２０を型本体部２４から分割して形成したことにより、種々のサイズの積層鉄心４に対応したゲートプレート２０を用いることにより、樹脂充填装置１において種々のサイズの積層鉄心４に対応することができる。また、場合によっては、プランジャ２５及び円筒部２６の位置を変更することにより、種々のサイズの積層鉄心４に対応することができる。

図２に示すごとく、ゲートプレート２０の裏面（下面）には、積層鉄心４が載置されたゲートプレート２０を適宜場所の載置面に載置する際に、ゲートプレート２０を載置面から浮かせておくためのスペーサ２８を複数箇所に設けることができる。
このスペーサ２８により、樹脂６の充填を行った後に積層鉄心４の内周穴４４（図４参照）にロータの回転軸を温間嵌めする際に、積層鉄心４及びゲートプレート２０から熱が逃げにくくすることができる。そのため、この温間嵌めを行う際の加熱量を低減でき、ロータの生産効率を高めることができる。
また、スペーサ２８とゲートプレート２０との間には、断熱板を挟持しておくことができる。この場合には、積層鉄心４及びゲートプレート２０からより一層熱が逃げにくくすることができる。

また、スペーサ２８を設けることにより、積層鉄心４への樹脂６の充填を行った後にゲートプレート２０の裏面にカル（樹脂６によって形成されたバリ（突起））が形成された場合でも、このカルが適宜場所の載置面に接触しないようにすることができる。そのため、カルが、積層鉄心４を搬送する際の障害にならないようにすることができる。

図１、図２に示すごとく、樹脂注入型２は、積層鉄心４に対する下方に配置され、対向型３は積層鉄心４に対する上方に配置される。対向型３が上方に退避した状態で、下方に配置された樹脂注入型２の型本体部２４の上面との間で、積層鉄心４が載置されたゲートプレート２０の搬入出が行われる。本例においては、積層鉄心４の一端面４０１は下側面であり、積層鉄心４の他端面４０２は上側面である。
対向型３は、積層鉄心４及びゲートプレート２０が配置される樹脂注入型２に対して昇降するよう構成されており、積層鉄心４を加圧する所定の加圧力を発生させるよう構成されている。

図１に示すごとく、対向型３には、積層鉄心４を加圧する際に、多数の電磁鋼板４３を積層して形成された積層鉄心４に生じる面の傾きを吸収するためのフローティング機構３２が設けられている。フローティング機構３２は、対向型３の型本体部３１に対してフローティング型部３３を移動可能にして構成されている。型本体部３１とフローティング型部３３との間にはスプリング３４が配置されている。
そして、図３に示すごとく、対向型３を下降させるときには、スプリング３４の反発力を受けたフローティング型部３３が先に積層鉄心４の他端面４０２に当接し、スプリング３４の反発力によって積層鉄心４における各電磁鋼板４３の傾斜状態が、樹脂注入型２及び対向型３に対して平行になるように矯正することができる。その後、対向型３の型本体部３１によって積層鉄心４を押さえ込んで、樹脂注入型２との間に積層鉄心４を加圧することができる。

図５、図６示すごとく、本例の注入口２１及び突出部２２は、各磁石挿入穴４１に対してそれぞれ２箇所ずつ形成されており、各磁石挿入穴４１における内周端４１１における２箇所に配置される。そして、突出部２２によって磁石挿入穴４１をガイドすることにより、樹脂注入型２に対する積層鉄心４の平面方向（径方向及び周方向）の位置決めを容易に行うことができる。同各図において、径方向を矢印Ｒで示し、周方向を矢印Ｃで示す。

図９に示すごとく、ゲートプレート２０において、注入口２１及び突出部２２は、各磁石挿入穴４１における外周端４１２における２箇所に配置される位置に形成することもできる。ここで、外周端４１２とは、磁石挿入穴４１におけるロータの回転中心から見て外周側に位置する端のことをいう。この場合にも、注入口２１及び突出部２２が内周端４１１における２箇所に配置される場合と同様の作用効果を奏することができる。
注入口２１及び突出部２２を、隙間４２の幅が狭い内周端４１１又は外周端４１２に設けることにより、隙間４２の全体へ効果的に樹脂６を充填することができる。

図７、図８に示すごとく、本例の突出部２２は、先端に向かうに連れて縮径するテーパ形状に形成されている。突出部２２の先端は平坦になっており、この平坦な先端面に、注入口２１の開口部２１１が形成されている。なお、突出部２２の側面の形状は、積層鉄心４の磁石挿入穴４１の側壁面に対向する部分だけテーパ形状にし、他の部分はストレート形状にすることもできる。

図１、図２に示すごとく、樹脂注入型２の当接表面２０１には、積層鉄心４の外周をガイドして、樹脂注入型２に対する積層鉄心４の位置決めを行うガイド部２７が突出して設けられている。ガイド部２７は、リング形状の積層鉄心４における外周の複数箇所に設けられている。本例のガイド部２７は、周方向に等間隔な４箇所に設けられている。

次に、本例の樹脂充填装置１を用いた回転電機用ロータの製造方法について説明する。
本例の回転電機用ロータの製造方法においては、所望形状に形成した電磁鋼板４３を複数積層して積層鉄心４を形成する積層工程と、積層鉄心４に設けられた磁石挿入穴４１に永久磁石５を挿入し、積層鉄心４を加熱して、隙間４２内に樹脂６を充填する樹脂充填工程と、樹脂充填工程における積層鉄心４の加熱による余熱を利用し、積層鉄心４の内周穴４４にロータの回転軸を温間嵌めする回転軸組付け工程とを行う。積層工程、樹脂充填工程及び回転軸組付け工程の間には、搬送レールが配設されており、積層鉄心４が載置されたゲートプレート２０は、搬送レール上を移動可能である。

積層工程においては、帯状鋼板から連続的に電磁鋼板４３を打ち抜き、この電磁鋼板４３を複数積層してかしめ固定することにより、積層鉄心４を形成する。この積層鉄心４においては、電磁鋼板４３において打ち抜かれた貫通穴同士が合わさって、磁石挿入穴４１が形成される。
積層鉄心４は、ゲートプレート２０上に載置する。このとき、ガイド部２７によってゲートプレート２０に対する積層鉄心４の径方向の粗い位置が決定され、突出部２２が磁石挿入穴４１に配置されることによって、ゲートプレート２０に対する積層鉄心４の径方向及び周方向の位置決めがなされる。

樹脂充填工程においては、積層鉄心４が載置されたゲートプレート２０が樹脂注入型の型本体部２４まで搬送され、ゲートプレート２０が型本体部２４に配置される。そして、対向型３が下降して、対向型３と樹脂注入型２との間に積層鉄心４を挟み込み、積層鉄心４が複数の電磁鋼板４３が積層された方向に加圧される。また、樹脂注入型２の型本体部２４に埋設されたヒーターによって、円筒部２６の樹脂通路２６１内の樹脂６が加熱され、この加熱されて溶融した樹脂６が、プランジャ２５によって流入凹部２３及び注入口２１を経由して、磁石挿入穴４１と永久磁石５との間の隙間４２に注入される。そして、樹脂６が隙間４２の全体に充填されて熱硬化する。
回転軸組付け工程においては、積層鉄心４を加熱し、積層鉄心４の内周穴４４を拡径させ、この拡径させた内周穴４４へロータの回転軸を挿入する。そして、積層鉄心４が冷却させるときに積層鉄心４が回転軸にかしめられ、温間嵌めが行われる。

次に、本例の回転電機用ロータの樹脂充填装置１の作用効果につき説明する。
樹脂注入型２は、各磁石挿入穴４１に対応して、突出部２２が形成された注入口２１を有している。この突出部２２は、注入口２１の開口部２１１の周囲において、樹脂注入型２を構成するゲートプレート２０の当接表面２０１から突出して形成されている。そして、磁石挿入穴４１と永久磁石５との間の隙間４２への樹脂６の充填を行う際には、磁石挿入穴４１内に突出部２２が配置されることにより、注入口２１から隙間４２へ確実に樹脂６を注入することができる。

また、突出部２２は、各磁石挿入穴４１の内周端４１１における２箇所に配置される。そして、積層鉄心４の一端面（下端面）４０１にゲートプレート２０の当接表面２０１が当接する際には、各突出部２２が各磁石挿入穴４１へ案内されることにより、樹脂注入型２（ゲートプレート２０）に対する積層鉄心４の径方向及び周方向の位置決めを行うことができる。また、各突出部２２によって、各注入口２１の位置を各磁石挿入穴４１の内周端４１１に案内することができる。そして、各注入口２１から各磁石挿入穴４１の内周端４１１と永久磁石５との間に形成される隙間４２に向けて樹脂６を注入し、磁石挿入穴４１と永久磁石５との全周に樹脂６を効果的に充填することができる。

それ故、本例の樹脂充填装置１によれば、樹脂注入型２に対する積層鉄心４の径方向及び周方向の位置決めを容易に行うことができ、各磁石挿入穴４１と各永久磁石５との間の隙間４２へできるだけ均等に樹脂６を充填することができる。

１ 樹脂充填装置
２ 樹脂注入型
２０ ゲートプレート
２０１ 当接表面
２１ 注入口
２２ 突出部
２７ ガイド部
３ 対向型
４ 積層鉄心
４０１ 一端面
４０２ 他端面
４１ 磁石挿入穴
４１１ 内周端
４１２ 外周端
４２ 隙間
５ 永久磁石
６ 樹脂

Claims (4)

1. 回転電機用ロータの積層鉄心の周方向に並んで設けられた複数の磁石挿入穴に磁石がそれぞれ配置されたときに、該磁石挿入穴と該磁石との間に形成される隙間へ、樹脂を充填する樹脂充填装置であって、
   上記磁石挿入穴は、上記積層鉄心の一端面から他端面まで同一断面形状で形成された貫通穴であり、
   上記積層鉄心の一端面に当接する当接表面に、上記隙間へ上記樹脂を注入するための注入口が開口された樹脂注入型と、
   上記積層鉄心の他端面に当接して、該積層鉄心を上記樹脂注入型との間に挟み込んで加圧する対向型と、を備え、
   上記注入口の開口部の全周には、上記樹脂注入型の上記当接表面から突出する突出部が形成されており、
   該突出部は、上記磁石挿入穴における、上記回転電機用ロータの回転中心から見て内周側に位置する内周端、又は外周側に位置する外周端に配置され、上記突出部の先端に位置する、上記注入口の開口部は、上記磁石挿入穴内に配置されることを特徴とする回転電機用ロータの樹脂充填装置。
2. 請求項１に記載の回転電機用ロータの樹脂充填装置において、上記注入口及び上記突出部は、上記各磁石挿入穴の内周端又は外周端に対してそれぞれ複数箇所に配置されることを特徴とする回転電機用ロータの樹脂充填装置。
3. 請求項１又は２に記載の回転電機用ロータの樹脂充填装置において、上記樹脂注入型の上記当接表面には、上記積層鉄心の外周をガイドして、該樹脂注入型に対する該積層鉄心の位置決めを行うガイド部が突出して設けられていることを特徴とする回転電機用ロータの樹脂充填装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転電機用ロータの樹脂充填装置において、上記突出部は、先端に向かうに連れて縮径するテーパ形状に形成されていることを特徴とする回転電機用ロータの樹脂充填装置。

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