JP6082687B2

JP6082687B2 - ロータの製造方法及び端面板

Info

Publication number: JP6082687B2
Application number: JP2013241300A
Authority: JP
Inventors: 北村　謙二; 謙二北村; 尚規山本; 一史二宮; 愼平手島
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2013-11-21
Filing date: 2013-11-21
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2033-11-21
Also published as: JP2015104167A

Description

本発明は、永久磁石を内蔵するロータの製造方法及び同製造に供する端面板に関する。

電動機は、モータケースに回転自在に支持されるロータ（回転子）と、このロータを囲うようにしてケースに固定されるステータ（固定子）とを備え、電磁力作用でロータが回転する装置である。電磁力を発生させるために、ロータとステータにコイル又は永久磁石を配置する。ブラシ（整流子）を省くことができることから、ロータに永久磁石を配置したものの用途が拡大している。

コイルであればヨークに巻付けることで固定することができる。一方、永久磁石はヨークに接着剤としての樹脂で固定される（例えば、特許文献１参照。）。
すなわち、特許文献１では、ヨークに設けられている磁石挿入穴へ永久磁石を挿入し、ヨークの端面に端面板を取付け、この端面板に設けてある樹脂注入孔を介して樹脂（熱硬化性樹脂、以下同じ）を磁石挿入穴へ注入する。次に、加熱して樹脂を硬化させることにより、ヨークに永久磁石を固定する。

ただし、樹脂が熱膨張して樹脂注入孔から漏れ出すことがある。そこで、漏れ対策が各種提案されてきた（例えば、特許文献２参照。）。
特許文献２では、樹脂注入後に樹脂注入孔の入口を封止ピンで塞ぐことで、漏れを防止する。

しかし、封止ピンを移動させるピン移動機構が必要になり、ロータ製造に係る設備のコストが嵩む。ロータの製造コストを低減することが求められる中、設備コストを抑制することが望まれる。

特開２００９−７７５４７公報特開２０１２−２２８０３２公報

本発明は、封止ピン及びピン移動機構を用いることなく、樹脂の漏れを防止することができるロータの製造方法及び端面板を提供することを課題とする。

本発明者らは、樹脂の漏れ対策を検討する中で、樹脂注入後に磁石挿入穴の特に底に空気が溜まっていることを発見した。そこで、樹脂と空気の膨張率を調べることにした。
エポキシ樹脂の熱膨張係数は約４×１０^-5 ［／℃］である。
一方、空気は他の気体と同様に熱膨張率が（１／（ｔ＋２７３））であり、ｔを仮に７０［℃］（平均値）とすれば、２．９×１０^-3＝２９０×１０^-5 ［／℃］となる。すなわち、樹脂より空気は７０倍程度膨張する。

この調べから、樹脂の膨張よりも空気の膨張が樹脂漏れの主因であると推定した。この推定に基づき、製造工程に、樹脂挿入穴に残留している空気を抜く又は減少させる工程を加えた。結果、樹脂漏れを防止することができた。

以上の知見から、次に列記する発明が提供される。
請求項１に係る発明は、ヨークに永久磁石を固定してなるロータの製造方法であって、
前記永久磁石を挿入する磁石挿入穴及びこの磁石挿入穴に平行に延び前記磁石挿入穴に連通する余剰穴が設けられている前記ヨークと、前記ヨークの端面に当てられる板であって樹脂入口が設けられている端面板と、前記樹脂入口に樹脂を注入する樹脂注入機構と、空気を抜く排気ノズルと、を準備する準備工程と、
前記磁石挿入穴へ前記永久磁石を挿入する磁石挿入工程と、
前記ヨークの上端面に前記端面板を取付ける端面板取付工程と、
この端面板取付工程と同時又は後に、前記余剰穴へ前記排気ノズルを挿入する排気ノズル挿入工程と、
前記樹脂注入機構により前記樹脂入口を介して前記磁石挿入穴及び前記余剰穴へ樹脂を注入する樹脂注入工程と、
前記樹脂を硬化する樹脂硬化工程とからなることを特徴とする。

請求項２に係る発明では、排気ノズルは、端面板に一体的に取付けられており、排気ノズル挿入工程は端面板取付工程と同時に実施されることを特徴とする。

請求項３に係る発明では、排気ノズルは、筒であることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、永久磁石を挿入する磁石挿入穴及びこの磁石挿入穴に平行に延び前記磁石挿入穴に連通する余剰穴が設けられているヨークの上端面に載せられる端面板であって、
前記余剰穴へ差し込む排気ノズルを一体的に備えていることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、排気ノズルを挿入することにより、磁石挿入穴及び余剰穴の底に溜まっている空気を抜くことができる。詳しくは、注入された樹脂は排気ノズルの外周面に沿って下降するため、底に溜まった空気を押し出す。

仮に、排気ノズル無しで端面板に排気穴のみを設けると、注入された樹脂の一部は直接排気穴に向かい、排気穴から溢れることが予想される。
本発明のように、排気ノズルを設けると、樹脂が下向き流れとなると共に排気ノズル内面で摩擦抵抗が発生するため、空気は盛んに排出されるものの粘性のある樹脂が排気ノズル内を通って溢れ出る心配はない。

また、排気穴のみの場合、排気を促すために穴径を大きくする必要がある。しかし、穴径を大きくすると減磁率が大きくなりモータ特性が低下する。この点、排気ノズルであれば、空気の排出が盛んになるため、ノズル径を小さくすることができ、モータ特性を維持することができる。

すなわち、本発明により、封止ピン及びピン移動機構を用いることなく、樹脂の漏れを防止することができるロータの製造方法が提供される。

請求項２に係る発明では、排気ノズルが端面板に一体的に取付けられているため、排気ノズル挿入工程と端面板取付工程とを同時に実施することができ、工程数の削減が図れ、生産性の向上を図ることができる。
加えて、排気ノズルが端面板に一体的に取付けられているため、ヨークに対する排気ノズルの位置決め及びセットが容易になり、生産性の向上が図れる。

請求項３に係る発明では、排気ノズルは、筒である。筒であるため、磁石挿入穴及び余剰穴の底に溜まっている確実に空気を抜くことができる。
加えて、筒は、板に比較して曲げ剛性や撓み剛性が大きい。排気ノズル挿入工程で排気ノズルをヨークに誤って当てたとしても、排気ノズルが破損する心配はない。

請求項４に係る発明では、排気ノズルが端面板に一体的に取付けられているため、ヨークに対する排気ノズルの位置決め及びセットが容易になり、生産性の向上が図れる。

本発明に係るロータの正面図である。永久磁石の斜視図である。ヨークの正面図である。図３の４部拡大図である。端面板の正面図である。図５の６−６線断面図である。樹脂注入機構の断面図である。ヨークセット工程から端面板取付工程までを説明する図である。図８（ｂ）の９線断面図兼排気ノズル挿入工程を説明する図である。樹脂注入工程を説明する図である。樹脂硬化工程を説明する図である。排気ノズルの変更例を説明する図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

図１に示すように、ロータ１０は、中央にモータ軸挿入穴１１を有するディスク部１２と、このディスク部１２を囲うリング状の端面板３０とを備えると共にこの端面板３０の図面奥に複数本（この例では４８本）の永久磁石１４を備えている。

図２に示すように、永久磁石１４は、角柱状の棒磁石である。
図３に示すように、ヨーク１５は、永久磁石１４を挿入するスロット２０を複数（この例では２４個）設けられている。ヨーク１５は、打ち抜き形成された薄い電磁鋼板を多数枚積層したものである。

図４に示すように、スロット２０は磁石挿入穴２４と余剰穴２５とからなる。この例では、端部の余剰穴２５は、磁石挿入穴２４と一体に形成したが、余剰穴２５と磁石挿入穴２４とがどこかで連通していれば、磁石挿入穴２４から離れた位置に余剰穴２５を設けることは差し支えない。すなわち、余剰穴２５は、磁石挿入穴２４と一体に形成する他、別体に形成することもできる。

このような余剰穴２５に、想像線で示す排気ノズル３２が差し込まれる。
また、磁石挿入穴２４の回転中心側の縁で且つ永久磁石１４の幅中央に、半円形状の樹脂導入溝２８が切欠き形成されている。

図５に示すように、端面板３０には、図４で説明した１個のスロット２０に対応して、４個の樹脂入口３１と、２個の排気ノズル３２が設けられている。
図６に示すように、端面板３０に、４個の樹脂入口３１が形成されると共に、端面板３０から２本の排気ノズル３２が下へ延びている。

図７に示すように、樹脂注入機構３５は、射出機３６と分配ブロック３７とからなる。分配ブロック３７には、１路−２路−４路の要領で１つの流路を４つに分流する流路３８が設けられており、この流路３８の出口が樹脂入口３１に合致する。なお、排気ノズル３２は分配ブロック３７で塞がれない。

次に、ロータ１０の製造方法を説明する。
先ず、図４に示すように永久磁石１４を挿入する磁石挿入穴２４及びこの磁石挿入穴２４に平行に延び、すなわち図面奥に延び磁石挿入穴２４と一体又は別に設けられる余剰穴２５とが設けられているヨーク１５と、このヨーク１５を支えるヨーク台（図８、符号４１）と、図５に示すようにヨーク１５の端面に当てられる板であって樹脂入口３１が設けられている端面板３０と、図７に示すように樹脂入口３１に樹脂を注入する樹脂注入機構３５と、図６に示すように空気を抜く排気ノズル３２と、樹脂を硬化させるためにヨークを加熱するヒータ（図１１、符号４５）とを準備する（準備工程）。

図８（ａ）に示すように、ヨーク台４１に下部端面板４２を載せ、この下部端面板４２に磁石挿入穴２４が縦向きになるようにしてヨーク１５を載せる（ヨークセット工程）。そして、磁石挿入穴２４へ永久磁石１４を挿入する（磁石挿入工程）。
図８（ｂ）に示すように、ヨーク１５の上端面に端面板３０を取付ける（端面板取付工程）。

図９に示すように、この例では端面板取付工程と同時に、余剰穴２５、２５の各々へ排気ノズル３２、３２が挿入される（排気ノズル挿入工程）。なお、排気ノズル３２が端面板３０と別体である場合は、端面板取付工程の次に、余剰穴２５、２５へ排気ノズル３２、３２を挿入すればよい。

図１０（ａ）に示すように、樹脂注入機構３５により樹脂入口３１を介して磁石挿入穴２４へ樹脂を注入する（樹脂注入工程）。樹脂は、矢印（１）のように樹脂導入溝２８を通って永久磁石１４に沿って流れると共に矢印（２）のように永久磁石１４の上面を通り、排気ノズル３２と永久磁石１４の間を下へ流れる。余剰穴２５の底に樹脂４３が注入され、この樹脂４３により空気が押され、空気は矢印（３）のように排気ノズル３２を通って排出される。

このときに、樹脂４３は、排気ノズル３２の外周面に沿って下へ流れるために、樹脂４３が排気ノズル３２内へ回り込む心配はない。よって、樹脂４３が余剰穴２５に溜まるに連れて空気が効果的に排出される。

結果、図１０（ｂ）に示すように、磁石挿入穴２４及び余剰穴２５が樹脂４３で満たされる。排気ノズル３２内を樹脂４３が上昇するが、排気ノズル３２の内面との間で摩擦抵抗が生じるため、樹脂４３が排気ノズル３２から上へ噴き出す心配はない。排気ノズル３２を上から覗いて樹脂４３が確認できれば、樹脂４３が十分に充填されていることになる。樹脂注入が終わったら、樹脂注入機構３５を外す。

仮に、排気ノズル３２が無い状態で端面板３０に排気穴のみを設けると、注入された樹脂４３の一部は直接排気穴に向かい、排気穴から溢れることが予想される。
一方、排気ノズル３２を設けると、樹脂２４が下向き流れとなると共に排気ノズル３２内面で摩擦抵抗が発生するため、空気は盛んに排出されるものの粘性のある樹脂４３が排気ノズル３２内を通って溢れ出る心配はない。

また、排気穴のみの場合、排気を促すために穴径を大きくすると減磁率が大きくなりモータ特性が低下する。この点、排気ノズル３２であれば、空気の排出が盛んになるため、ノズル径を小さくすることができ、モータ特性を維持することができる。

なお、余剰穴２５への排気ノズル３２の挿入長さは、特に限定されないが、長すぎると樹脂４３で塞がれて空気の排出が不十分になる虞があり、余剰穴２５の長さ（この例では端面板３０、４２間距離に相当。）の５０％に留めることが望まれる。また、短すぎると矢印（２）の下向き流れが不十分になる虞があり、余剰穴２５の長さの２０％以上とすることが推奨される。

次に、図１１に示すように、ヒータ４５によりヨーク１５を加熱することで樹脂（熱硬化性樹脂）４３を硬化させる（樹脂硬化工程）。
以上により、図１に示すロータ１０が得られる。

以上の説明において、排気ノズル３２は筒状のパイプであった。パイプであれば、曲げ剛性や撓み剛性が大きいため、排気ノズル３２が破損しにくくなる。金属パイプであれば、曲げを矯正することが可能である。しかし、自動機を用いることで排気ノズル３２がヨーク１５に当たる心配が無い場合には、次に述べる構造にすることができる。

図１２に示すように、排気ノズル３２は半割筒体であって、余剰穴２５の壁に当てることで閉断面を形成する。排気ノズル３２はＶ断面、Ｕ断面の分割筒体であってもよい。
半割筒体、Ｖ断面、Ｕ断面が分割筒体であれば、より小径の穴へ挿入することができる。

本発明は、ヨークに永久磁石を固定してなるロータの製造方法に好適である。

１０…ロータ、１４…永久磁石、１５…ヨーク、２０…スロット、２４…磁石挿入穴、２５…余剰穴、３０…端面板、３１…樹脂入口、３２…排気ノズル、３５…樹脂注入機構、４１…ヨーク台、４３…樹脂、４５…ヒータ。

Claims

ヨークに永久磁石を固定してなるロータの製造方法であって、
前記永久磁石を挿入する磁石挿入穴及びこの磁石挿入穴に平行に延び前記磁石挿入穴に連通する余剰穴が設けられている前記ヨークと、前記ヨークの端面に当てられる板であって樹脂入口が設けられている端面板と、前記樹脂入口に樹脂を注入する樹脂注入機構と、空気を抜く排気ノズルと、を準備する準備工程と、
前記磁石挿入穴へ前記永久磁石を挿入する磁石挿入工程と、
前記ヨークの上端面に前記端面板を取付ける端面板取付工程と、
この端面板取付工程と同時又は後に、前記余剰穴へ前記排気ノズルを挿入する排気ノズル挿入工程と、
前記樹脂注入機構により前記樹脂入口を介して前記磁石挿入穴及び前記余剰穴へ樹脂を注入する樹脂注入工程と、
前記樹脂を硬化する樹脂硬化工程とからなることを特徴とするロータの製造方法。
前記排気ノズルは、前記端面板に一体的に取付けられており、前記排気ノズル挿入工程は前記端面板取付工程と同時に実施されることを特徴とする請求項１記載のロータの製造方法。
前記排気ノズルは、筒であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のロータの製造方法。
永久磁石を挿入する磁石挿入穴及びこの磁石挿入穴に平行に延び前記磁石挿入穴に連通する余剰穴が設けられているヨークの上端面に載せられる端面板であって、
前記余剰穴へ差し込む排気ノズルを一体的に備えていることを特徴とする端面板。