JP6079751B2 - ロータ製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、積層鋼板の積層により形成されたロータコアの磁石挿入孔内に、磁石が装填されてなるロータの製造方法に関するものである。

従来、このような分野の技術として、特開２０１３−９４５２号公報がある。この公報に記載されたロータ製造方法は、ロータコアのスロット部内に磁石素材を挿入した後、ロータコアに電磁石で磁力を与えて、磁石素材をスロット部の内側壁面に引き寄せる。その後、スロット部の外側壁面と磁石素材との間に形成された空間内に樹脂材料を充填する。このようにすることで、磁石素材をスロット部の内側壁面側に引き寄せた状態で、スロット部の外側壁面と磁石素材との間に積極的に空間を作り出し、この空間への樹脂充填を行い易くしている。

特開２０１３−９４５２号公報

近年のロータにおいて、ロータコアのスロット部（磁石挿入孔）内に設けられた凸部で磁石素材を保持するような構成のものが発案され、この凸部に磁石を当接させることによって、ロータコア内の渦電流の発生を抑制している。（特願２０１３−２５８７１１参照）。このような構成のロータコアに関して、スロット部内に磁石素材を挿入させる場合、前述した特許文献１の発明を適用させることも可能である。
しかしながら、特許文献１の発明では、電磁石をロータコアの軸心寄りに配置させ、ロータコアの内側部分に多くの磁力が加わるようにしているが、ロータコア内での磁力のコントロールが上手くいかずに、スロット部内で磁石素材の位置がバラ付いてしまう虞がある。その結果、ロータコアのスロット部（磁石挿入孔）内に凸部が設けられているロータコア（特願２０１３−２５８７１１参照）にあっては、凸部に磁石素材が確実に当接しない虞があり、これによって、渦電流の低減を目的にした凸部の本来の機能が発揮できない場合がある。さらには、スロット部内で磁石素材が内側に寄ったり外側に寄ったりして、スロット部内で磁石素材の位置が不均一になってバラ付くと、ロータの回転がアンバランスになり易いといった問題もある。

本発明は、ロータコアの磁石挿入孔内に設けられた凸部に磁石素材を確実に当接させて、確実に渦電流を低減させるようにしたロータ製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、回転軸線方向に延在する磁石挿入孔が設けられると共に、積層鋼板が回転軸線の延在方向に積層されたロータコアと、前記磁石挿入孔の一部を形成する内側壁面から突出する凸部と、前記磁石挿入孔内に配置された棒状の磁石素材と、有し、前記磁石挿入孔内に樹脂が充填され前記磁石素材がモールドされているロータであって、
前記磁石挿入孔内に前記磁石素材を挿入した後、前記ロータコアで前記磁石挿入孔を境界にした内側部分に磁力を与えて、前記磁石素材を前記凸部に引き寄せるにあたって、
前記ロータコアで前記磁石挿入孔を境界にした外側部分に、非磁性体部を当接させた状態で前記磁石素材の引き寄せを行う。

このロータ製造方法においては、ロータコアで磁石挿入孔を境界にした内側部分に磁力を与えることで、磁石素材を凸部に当接させることができるが、全ての磁石素材を凸部に確実に当接させるために、ロータコアで磁石挿入孔を境界にした外側部分に、非磁性体部を当接させている。このような構成を採用すると、磁力がロータコアの外側にまで回り込むことがないので、磁石挿入孔の外側壁面と磁石素材とが磁力によって当接してしまうことを確実に回避させることができる。その結果、磁石挿入孔内に凸部が設けられているロータコアにあっては、凸部に磁石素材が確実に当接させることができ、渦電流の低減を目的にした凸部の本来の機能を発揮させることができる。さらに、磁石挿入孔内で磁石素材を確実に内側に寄せることができ、磁石素材の均一な配列によって、ロータの回転バランスが良くなるといった効果を奏する。

また、前記ロータコアの前記内側部分に磁性体部を当接させた状態で、前記磁石素材の引き寄せを行う。
このような方法を採用すると、磁性体部をヨークとして利用することができ、ロータコアで磁石挿入孔を境界にした内側部分に磁力を集中させることができ、より確実に凸部に磁石素材を当接させることができる。

また、前記磁石素材を前記凸部に引き寄せた状態で、前記内側壁面に対向して配置された外側壁面と前記磁石素材との間の隙間に前記樹脂を加圧充填させる。
このような方法を採用すると、磁石挿入孔の外側壁面には凸部が無いので、磁石挿入孔と磁石素材との間の隙間に樹脂を充填し易く、その結果、確実で均一な樹脂充填を行うことができる。そして、樹脂充填による充填圧は、磁石素材が凸部に当たる方向に確実に加えることができる。樹脂の確実な充填により、ロータの回転によって発生する磁石の遠心力を樹脂で確実に受けることができ、磁石の破損を防止することができる。

本発明は、回転軸線方向に延在する磁石挿入孔が設けられると共に、積層鋼板が回転軸線の延在方向に積層されたロータコアと、前記磁石挿入孔の一部を形成する外側壁面から突出する凸部と、前記磁石挿入孔内に配置された棒状の磁石素材と、有し、前記磁石挿入孔内に樹脂が充填され前記磁石素材がモールドされているロータであって、
前記磁石挿入孔内に前記磁石素材を挿入した後、前記ロータコアで前記磁石挿入孔を境界にした外側部分に磁力を与えて、前記磁石素材を前記凸部に引き寄せるにあたって、
前記ロータコアで前記磁石挿入孔を境界にした内側部分に、非磁性体部を当接させた状態で前記磁石素材の引き寄せを行う。

このロータ製造方法においては、ロータコアで磁石挿入孔を境界にした外側部分に磁力を与えることで、磁石素材を凸部に当接させることができるが、全ての磁石素材を凸部に確実に当接させるために、ロータコアで磁石挿入孔を境界にした内側部分に、非磁性体部を当接させている。このような構成を採用すると、磁力がロータコアの内側にまで回り込むことがないので、磁石挿入孔の内側壁面と磁石素材とが磁力によって当接してしまうことを確実に回避させることができる。その結果、磁石挿入孔内に凸部が設けられているロータコアにあっては、凸部に磁石素材が確実に当接させることができ、渦電流の低減を目的にした凸部の本来の機能を発揮させることができる。さらに、磁石挿入孔内で磁石素材を確実に外側に寄せることができ、磁石素材の均一な配列によって、ロータの回転バランスが良くなるといった効果を奏する。

本発明によれば、ロータコアの磁石挿入孔内に設けられた凸部に磁石素材を確実に当接させて、確実に渦電流を低減させることができる。

本発明に係るロータ製造方法が適用されたロータの一実施形態を示す平面図である。 （ａ）はロータコアの要部拡大平面図、（ｂ）はロータの要部拡大平面図である。 ロータの縦断面図である。 ロータ製造装置を示す断面図である。 ロータの製造工程を示す断面図である。 ロータの製造工程を示す断面図である。 ロータの製造工程を示す断面図である。 ロータ製造装置の他の実施形態を示す断面図である。 ロータ製造装置の更に他の実施形態を示す断面図である。 磁性体部と非磁性体部との境界部分を二点鎖線で示すロータの平面図である。 ロータコアの他の例を示す要部拡大平面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係るロータ製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１及び図２に示されるロータ１は、ハイブリッド車両を駆動するモータやジェネレータとして利用される。なお、ハイブリット車両以外にも、電気自動車や燃料電池車にも利用される。

ロータ１は、絶縁被膜付き鋼板を円盤状に打ち抜いて成形された薄い積層鋼板２を回転軸線Ｌの延在方向に積層したロータコア３（図３参照）と、ロータコア３に形成された磁石挿入孔４内に配置された磁石５と、で構成されている。ロータコア３の中央には、回転シャフト７を挿入するための開口部８が形成されている。この開口部８の周縁から回転軸線Ｌに向かって突出するようにキー８ａが形成され、このキー８ａは、回転シャフト７に形成されたキー溝７ａに嵌め込まれる。一対のキー８ａは、１８０度の位相角をもって２個配置されている。なお、絶縁被膜付き鋼板を打ち抜き加工することにより、切断面では、絶縁被膜の剥がれが起こり、鋼材が露出する。

また、ロータ１は、周方向においてＳ極とＮ極が交互に出現し、各極において、４個の磁石５ａ〜５ｄが磁石挿入孔４内に配置されている。各極毎に設けられている磁石挿入孔４は、外側から内側に向かって傾けられたスリット状の第１の磁石挿入孔１０と第２の磁石挿入孔２０とで、回転軸線Ｌ側に頂部Ｒを有する逆ハの字状に形成されている。各磁石挿入孔１０，２０は、プレスの打ち抜き加工により形成されている。

そして、第１の磁石挿入孔１０には、断面矩形の棒形状を有する第１及び第２の磁石５ａ，５ｂが配置され、第２の磁石挿入孔２０には断面矩形の棒形状を有する第３及び第４の磁石５ｃ，５ｄが配置されている。磁石相互間の渦電流の発生を低減させるために分割された第１の磁石５ａと第２の磁石５ｂは、接触状態でモールド成形され、一体化された状態で第１の磁石挿入孔１０内に装填されている。同様に、磁石相互間の渦電流の発生を低減させるために分割された第３の磁石５ｃと第４の磁石５ｄも同様にして第２の磁石挿入孔２０内に装填されている。第１〜第４の磁石５ａ〜５ｄは、同極に着磁されており、逆Ｖ字状の磁石挿入孔４内の磁石５は同極をなしている。

図２に示されるように、ロータコア３の第１の磁石挿入孔１０は、外側に位置する第１の磁石挿入半部Ｓ１と、内側に位置する第２の磁石挿入半部Ｓ２とからなる。そして、第１の磁石挿入半部Ｓ１には第１の磁石５ａが配置され、第２の磁石挿入半部Ｓ２には第２の磁石５ｂが配置されている。同様に、第２の磁石挿入孔２０は、内側に位置する第３の磁石挿入半部Ｓ３と、外側に位置する第４の磁石挿入半部Ｓ４とからなる。そして、第３の磁石挿入半部Ｓ３には第３の磁石５ｃが配置され、第４の磁石挿入半部Ｓ４には第４の磁石５ｄが配置されている。

図２及び図３に示されるように、ロータコア３には、回転軸線Ｌ方向に延在する第１の磁石挿入孔１０の内側壁面１０ａから突出する凸部３０が形成されている。各凸部３０は、回転軸線Ｌの延在方向で重ならないようにして、ロータコア３の周方向において階段状になるように配列されている。第２の磁石挿入孔２０から突出する凸部４０についても、内側壁面２０ａから突出し、周方向において、凸部４０は凸部３０と重ならないように配置されている。凸部３０，４０のこのような配列によって、ロータコア３内で回転軸線Ｌ方向に起こる渦電流損の低減を図っている。

次に、ロータ製造装置５０について説明する。

図４に示されるように、ロータ製造装置５０は、ロータコア３の円形の下端面３ａを支持する下型５１と、ロータコア３の円形の上端面３ｂに当接して昇降可能な上型５２と、を備えている。下型５１は、その中央に立設されて、ロータコア３の開口部８内に挿入される支柱部５１ａと、ロータコア３の下端面３ａを支持するベース部５１ｂとで構成されている。そして、ベース部５１ｂには、ロータコア３の下端面３ａで磁石挿入孔４を境界にして、内側部分にドーナツ板状の磁性体部Ａが配置され、外側部分にドーナツ板状の非磁性体部Ｂが配置されている。

この磁性体部Ａは、支柱部５１ａと一体に形成されると共に、ロータコア３で磁石挿入孔４を境界にした内側部分Ｐ１の下端面３ｃに当接する。磁性体からなる支柱部５１ａには、上下にドーナツ状の電磁石５３，５４が埋設されている。この電磁石５３，５４によって、ロータコア３を磁化させている。

また、非磁性体部Ｂは、ロータコア３で磁石挿入孔４を境界にした外側部分Ｐ２の下端面３ｄに当接する。その結果、電磁石５３から発生する磁力線は、非磁性体部Ｂに達することなく、ロータコア３の内側部分Ｐ１と磁性体部Ａとを通る磁路を形成する。

上型５２は、ロータコア３の上端面３ｂに当接するベース部５２ａと、ベース部５２ａの上面に固定されて非磁性体からなる上板部５２ｂと、で構成されている。そして、ベース部５２ａには、ロータコア３の上端面３ｂで磁石挿入孔４を境界にして、内側部分にドーナツ板状の磁性体部Ａが配置され、外側部分にドーナツ板状の非磁性体部Ｂが配置されている。

この磁性体部Ａは、ロータコア３で磁石挿入孔４を境界にした内側部分Ｐ１の上端面３ｅに当接する。また、非磁性体部Ｂは、ロータコア３で磁石挿入孔４を境界にした外側部分Ｐ２の上端面３ｆに当接する。その結果、電磁石５４から発生する磁力線は、非磁性体部Ｂに達することなく、ロータコア３の内側部分Ｐ１と磁性体部Ａとを通る磁路を形成する。なお、磁性体部Ａと非磁性体部Ｂとの境界Ｅ１は、図１の二点鎖線で示されるように星形である。

ベース部５２ａには、磁石挿入孔４に連通する樹脂注入孔５５が設けられ、この樹脂注入孔５５は、磁石挿入孔４の内側壁面４ａに対向して配置された外側壁面４ｂと磁石素材５Ａとの間の隙間Ｄに樹脂Ｇを加圧充填させる位置に形成されている。なお、この隙間Ｄは、磁石挿入孔４の内側壁面４ａに形成された凸部３０，４０に磁石素材５Ａが磁力により引き寄せられた状態で確実に出現する。

上板部５２ｂには、樹脂注入孔５５に連通する樹脂溜め部５６ａが設けられたシリンダ５６が固定されている。この樹脂溜め部５６ａ内で流動化した樹脂Ｇは、プランジャ５９により樹脂注入孔５５を介して磁石挿入孔４内に圧送される。

前述したロータ製造装置５０によってロータ１を製造する方法について以下で説明する。

図５（ａ）に示されるように、先ず、ロータコア３の開口部８内に下型５１の支柱部５１ａが挿入されるようにして、下型５１にロータコア３をセットする。このとき、下型５１の磁性体部Ａは、ロータコア３の内側部分Ｐ１に当接し、非磁性体部Ｂは、ロータコア３の外側部分Ｐ２に当接する。

その後、図５（ｂ）に示されるように、ロータコア３の回転軸線Ｌが水平になるように下型５１を立て、ロータコア３の磁石挿入孔４を水平状態にする。このとき、ロータコア３の最下部に位置する磁石挿入孔４では、内側壁面４ａに形成された凸部３０，４０が上方に位置し、磁石挿入孔４の内側壁面４ａに対向して配置された平坦な外側壁面４ｂが下方に位置するような状態になっている。

この最下部の磁石挿入孔４は、凹凸のない平坦な外側壁面４ｂが下方に位置しているので、挿入時に重力の影響を受ける磁石素材５Ａを、外側壁面４ｂに沿ってスムーズに磁石挿入孔４内に挿入することができる。従って、回転軸線Ｌを中心に下型５１を回転させながら、ロータコア３の最下部に出現する磁石挿入孔４内に磁石素材５Ａを順次装填させて行く。このようにして、全ての磁石挿入孔４内に磁石素材５Ａを装填させる。

その後、図５（ｃ）に示されるように、回転軸線Ｌが鉛直方向に延在するように下型５１を元の状態に戻す。この状態で、ロータコア３の周囲に加熱装置５７を配置させて、加熱装置５７のコイルによって、ロータコア３を所定温度（例えば１８０度付近）に高周波加熱する。なお、加熱装置５７としては、加熱炉であってもよい。

その後、図６（ａ）に示されるように、加熱した状態のロータコア３の上端面３ｂに上型５２を当接させる。このとき、このとき、上型５２の磁性体部Ａは、ロータコア３の内側部分Ｐ１に当接し、非磁性体部Ｂは、ロータコア３の外側部分Ｐ２に当接する。そして、上型５２と下型５１を所定の圧力をもって型閉めする。型閉め後、電磁石５３，５４に通電して、電磁石５３，５４から発生する磁力線は、非磁性体部Ｂに達することなく、ロータコア３の内側部分Ｐ１と磁性体部Ａとを通る磁路を形成して、ロータコア３の凸部３０，４０の先端に磁石素材５Ａが引き寄せられる（図４参照）。

この場合、磁性体部Ａをヨークとして利用することができ、ロータコア３で磁石挿入孔４を境界にした内側部分Ｐ１に磁力を集中させることができる。その結果、ロータコア３内に磁石素材５Ａを単に装填しただけでは、磁石挿入孔４内でバラバラの位置を呈する磁石素材５Ａを、確実に凸部３０，４０に当接させることができる。

その後、樹脂溜め部５６ａ内に熱硬化性の樹脂ペレット５８を装填し、図６（ｂ）に示されるように、樹脂溜め部５６ａで樹脂ペレット５８を昇温軟化させ、さらに加熱されたプランジャ５９で樹脂ペレット５８を溶かしながら、加熱装置５７で加熱されたロータコア３の磁石挿入孔４の外側壁面４ｂと磁石素材５Ａとの間の隙間Ｄに、プランジャ５９の押圧力で樹脂Ｇを充填させる。そして、図６（ｃ）に示されるように、磁石挿入孔４内が樹脂Ｇで満たされ、プランジャ５９の圧力を保持して、樹脂Ｇを硬化させる。

このような方法を採用すると、磁石挿入孔４の外側壁面４ｂには凸部３０，４０が無いので、磁石挿入孔４と磁石素材５Ａとの間の隙間Ｄに樹脂Ｇを充填し易く、その結果、確実で均一な樹脂充填を行うことができる。そして、樹脂充填による充填圧は、磁石素材５Ａが凸部３０，４０に押し付けられる方向に確実に加えられ、磁石素材５Ａと凸部３０，４０との当接をより確実なものにできる。確実な樹脂充填により、ロータ１の回転によって発生する磁石５の遠心力を、樹脂Ｅで確実に受けることができ、磁石５の破損を防止することができる。

樹脂硬化後、電磁石５３，５４の通電を切る。その後、図７（ａ）に示されるように、上型５２を外し、図７（ｂ）に示されるように、下型５１を外す。その後、ロータコア３から飛び出した余分な樹脂Ｇのバリ取りやゲートの除去を行って、ロータコア３は冷却される。

そして、ロータ１を完成させるために、図７に示されたロータコア３に回転シャフト７及びレゾルバを組付けて、磁石素材５Ａを着磁させる。

このロータ製造方法においては、ロータコア３で磁石挿入孔４を境界にした内側部分Ｐ１に磁力を与えることで、磁石素材５Ａを凸部３０，４０に当接させることができるが、全ての磁石素材５Ａを凸部３０，４０に確実に当接させるために、ロータコア３で磁石挿入孔４を境界にした外側部分Ｐ２に、非磁性体部Ｂを当接させている。このような構成を採用すると、磁力がロータコア３の外側にまで回り込むことがないので、磁石挿入孔４の外側壁面４ｂと磁石素材５Ａとが磁力によって当接することを確実に回避させることができる。その結果、磁石挿入孔４内に凸部３０，４０が設けられているロータコア３にあっては、凸部３０，４０に磁石素材５Ａを確実に当接させることができ、渦電流の低減を目的にした凸部３０，４０の本来の機能を発揮させることができる。さらに、磁石挿入孔４内で磁石素材５Ａを確実に内側に寄せることができ、磁石素材５Ａの均一な配列によって、ロータ１の回転バランスが良くなるといった効果を奏する。

本発明は、前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、下記のような種々の変形が可能である。

図８に示されるように、ロータ製造装置６０のドーナツ板状の電磁石６１，６２は、上下おいて支柱部５１ａと磁性体部Ａとに渡って設けられてもよい。

図９に示されるように、ロータ製造装置６３のドーナツ板状の電磁石６４，６５は、上下おいてベース部５２，５１ｂの磁性体部Ａ内に設けられてもよい。

図１０に示されるように、磁性体部Ａと非磁性体部Ｂとの境界Ｅ２は、二点鎖線で示されるように円形であってもよい。

他の変形例のロータとして、図１１に示されるように、磁石挿入孔４の一部を形成する外側壁面４ｂに凸部３０，４０が形成される場合がある。この場合、磁石挿入孔４内に磁石素材５Ａを挿入した後、ロータコア３で磁石挿入孔４を境界にした外側部分Ｐ２に電磁石により磁力を与えて、磁石素材５Ａを凸部３０，４０に引き寄せる。この場合、ロータコア３で磁石挿入孔４を境界にした内側部分Ｐ１に、非磁性体部（不図示）を当接させ、外側部分Ｐ２に磁性体部（不図示）を当接させた状態で磁石素材５Ａの引き寄せが行われる。

このロータ製造方法においては、ロータコア３で磁石挿入孔４を境界にした外側部分Ｐ２に磁力を与えることで、磁石素材５Ａを凸部３０，４０に当接させることができるが、全ての磁石素材５Ａを凸部３０，４０に確実に当接させるために、ロータコア３で磁石挿入孔４を境界にした内側部分Ｐ１に、非磁性体部（不図示）を当接させている。このような構成を採用すると、磁力がロータコア３の内側にまで回り込むことがないので、磁石挿入孔４の内側壁面４ａと磁石素材５Ａとが磁力によって当接することを確実に回避させることができる。その結果、磁石挿入孔４内に凸部３０，４０が設けられているロータコア３にあっては、凸部３０，４０に磁石素材５Ａを確実に当接させることができ、渦電流の低減を目的にした凸部３０，４０の本来の機能を発揮させることができる。さらに、磁石挿入孔４内で磁石素材５Ａを確実に外側に寄せることができ、磁石素材５Ａの均一な配列によって、ロータ１の回転バランスが良くなるといった効果を奏する。

Ａ…磁性体部 Ｂ…非磁性体部 Ｄ…隙間 Ｅ１…境界 Ｅ２…境界 Ｇ…樹脂 Ｌ…回転軸線 Ｐ１…内側部分 Ｐ２…外側部分 １…ロータ ２…積層鋼板 ３…ロータコア ４…磁石挿入孔 ４ａ…内側壁面 ４ｂ…外側壁面 ５…磁石 ５Ａ…磁石素材 ３０，４０…凸部 ５０…ロータ製造装置 ５１…下型 ５１ａ…支柱部 ５２…上型 ５３，５４…電磁石 ５７…加熱装置 ６０…ロータ製造装置 ６１，６２…電磁石 ６３…ロータ製造装置 ６４，６５…電磁石

Claims (4)

1. 回転軸線方向に延在する磁石挿入孔が設けられると共に、積層鋼板が回転軸線の延在方向に積層されたロータコアと、前記磁石挿入孔の一部を形成する内側壁面から突出する凸部と、前記磁石挿入孔内に配置された棒状の磁石素材と、有し、前記磁石挿入孔内に樹脂が充填され前記磁石素材がモールドされているロータであって、
   前記磁石挿入孔内に前記磁石素材を挿入した後、前記ロータコアで前記磁石挿入孔を境界にした内側部分に磁力を与えて、前記磁石素材を前記凸部に引き寄せるにあたって、
   前記ロータコアで前記磁石挿入孔を境界にした外側部分に、非磁性体部を当接させた状態で前記磁石素材の引き寄せを行う、
   ロータ製造方法。
2. 前記ロータコアの前記内側部分に磁性体部を当接させた状態で、前記磁石素材の引き寄せを行う、
   請求項１に記載のロータ製造方法。
3. 前記磁石素材を前記凸部に引き寄せた状態で、前記内側壁面に対向して配置された外側壁面と前記磁石素材との間の隙間に前記樹脂を加圧充填させる、
   請求項１又は２に記載のロータ製造方法。
4. 回転軸線方向に延在する磁石挿入孔が設けられると共に、積層鋼板が回転軸線の延在方向に積層されたロータコアと、前記磁石挿入孔の一部を形成する外側壁面から突出する凸部と、前記磁石挿入孔内に配置された棒状の磁石素材と、有し、前記磁石挿入孔内に樹脂が充填され前記磁石素材がモールドされているロータであって、
   前記磁石挿入孔内に前記磁石素材を挿入した後、前記ロータコアで前記磁石挿入孔を境界にした外側部分に磁力を与えて、前記磁石素材を前記凸部に引き寄せるにあたって、
   前記ロータコアで前記磁石挿入孔を境界にした内側部分に、非磁性体部を当接させた状態で前記磁石素材の引き寄せを行う、
   ロータ製造方法。

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