JP6626794B2 - 回転電機の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機の製造方法に関する。

従来から永久磁石式回転電機が知られている（下記特許文献１を参照）。永久磁石式回転電機は、固定子と、該固定子に空隙を介して対向配置された回転子とを有している。固定子は、固定子鉄心と、該固定子鉄心に装着された固定子巻線とを備えている。固定子鉄心は、環状のヨーク鉄心と、該ヨーク鉄心から径方向に突出した複数のティース鉄心から構成される。

回転子は、回転子鉄心と、該回転子鉄心の内部に埋め込まれた複数の永久磁石とを備えている。回転子鉄心の内部であって、１磁極分の永久磁石の周方向両側には、１対の非磁性部が形成されている。この１対の非磁性部の固定子側にある固定子鉄心には、１対の非磁性部の形成によって１対の磁路部が形成されている。

回転子の中心軸に対するティース鉄心の周方向ピッチをτｓ（度）とし、１対の磁路部の最小径方向幅部分管の周方向幅が回転子の中心軸に対してなす開き角度をθ（度）としたときに、θ≒（ｎ＋Ｙ）×τｓ（ｎは０以上の整数）である。固定子巻線の巻線方法が分布巻きであるときは、Ｙを０．５とする。固定子巻線の巻線方法が集中巻きであるときは、Ｙ＝０．９〜１．２とする（同文献、請求項１等を参照）。

この永久磁石式回転電機によれば、永久磁石の周方向両側に非磁性部を形成したときに、誘導起電圧のピーク電圧を抑えることができるので、車両駆動に好適な永久磁石式回転電機を提供できる。

特開２００６−１８７１８９号公報

前述のような回転電機が駆動されて回転子が高速で回転すると、回転子鉄心に埋め込まれた永久磁石と回転子鉄心との間に遠心力によって大きな応力が作用する。このような応力を緩和するためには、永久磁石と固定子鉄心との間に充填される接着剤によって永久磁石の外表面のより広い範囲を覆うことが求められる。

本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、回転子鉄心に埋め込まれる永久磁石の外表面のより広い範囲を接着剤によって覆うことができ、回転子鉄心の高速回転時に永久磁石に作用する応力を緩和することができる回転電機の製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明は、複数の段部を有する回転子鉄心を備えた回転電機の製造方法であって、前記段部の磁石挿入孔に永久磁石を挿入する挿入工程と、下段の前記段部に上段の前記段部を周方向にずらして積層させる積層工程と、上段の前記段部の磁石挿入孔に接着剤を注入して下段の前記段部の前記磁石挿入孔に配置された下段の前記永久磁石の少なくとも上端部の周囲に該接着剤を配置する注入工程と、上段の前記段部の前記磁石挿入孔に上段の永久磁石を押し込んで前記接着剤を下段の前記永久磁石の外表面および上段の前記永久磁石の外表面に行き渡らせる充填工程と、を有することを特徴とする。

本発明の回転電機の製造方法によれば、回転子鉄心に埋め込まれる永久磁石の外表面のより広い範囲を接着剤によって覆うことができ、回転子鉄心の高速回転時に永久磁石に作用する応力を緩和することができる。さらに、挿入工程および積層工程の後に、注入工程および充填工程を行うことで、固化前の接着剤が回転子鉄心に接触する時間を短縮して回転子鉄心に対する接着剤の浸透を抑制することができる。

回転電機の一例を示す分解斜視図。 回転電機の固定子と回転子の一例を示す平面図。 本発明の一実施形態に係る回転電機の製造方法のフロー図。 図３に示す挿入工程の説明図。 図３に示す積層工程の説明図。 図３に示す注入工程の説明図。 図３に示す充填工程の説明図。 図３に示す積層完了判定後の２回目の積層工程の説明図。 図３に示す積層完了判定後の２回目の注入工程の説明図。 図３に示す積層完了判定後の２回目の充填工程の説明図。 図３に示す硬化工程および遠心充填工程の説明図。 回転電機を搭載する車両の概略構成図。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る回転電機の製造方法を説明する。

以下では、まず、本発明の製造方法によって製造される回転電機の一例について説明し、次に、本発明の一実施形態に係る回転電機の製造方法について詳細に説明する。

（回転電機）
図１は、本発明に係る製造方法によって製造される回転電機１００の一例を示す分解斜視図である。図２は、図１に示す回転電機１００に使用される回転子２０と固定子３０の一例を示す平面図である。

回転電機１００は、たとえば、シャフト１０と、該シャフト１０に固定された回転子２０と、該回転子２０の周囲に配置された固定子３０とを備えている。回転電機１００は、たとえば、ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両に搭載され、電力が供給されてシャフト１０を回転させるモータとしての機能と、シャフト１０の回転によって発電する発電機としての機能との双方を有し、車両の走行状態によって各機能を切り換えて使用することができる。

シャフト１０は、円筒状の回転子２０の中心を回転子２０の軸線Ｌ方向に貫通する棒状の部材であり、回転子２０に固定され、回転子２０の軸線Ｌを中心に回転子２０と一体に回転する。回転子２０は、磁性体からなる円筒状の回転子鉄心２１と、回転子鉄心２１の軸線Ｌ方向の両端部に固定された非磁性体からなるエンドリング２２とを有している。

回転子鉄心２１は、たとえば、複数の電磁鋼鈑を軸線方向に積層することによって構成されている。回転子鉄心２１を構成する電磁鋼鈑としては、たとえば厚さが０．０５ｍｍから１ｍｍ程度の電磁鋼鈑を打ち抜き加工またはエッチング加工によって所定の形状に加工したものを用いることができる。

回転子鉄心２１は、周方向に等角度間隔に配置され軸線Ｌ方向に延びる複数の磁石挿入孔２３と、この磁石挿入孔２３に挿入された複数の永久磁石２４とを備えている。磁石挿入孔２３は、永久磁石２４に対応する形状を有し、回転子鉄心２１の周方向において、磁石挿入孔２３の幅は永久磁石２４の幅よりも大きくされ、磁石挿入孔２３の両端部に磁気的空隙が形成されている。

磁石挿入孔２３と永久磁石２４との間には、磁石挿入孔２３に永久磁石２４を固定するための接着剤が充填されている。接着剤は、永久磁石２４の外表面を覆い、回転子鉄心２１の回転時の遠心力によって永久磁石２４と回転子鉄心２１との間に作用する応力を緩和する。

永久磁石２４は、図示の例において、回転子２０の軸線Ｌ方向において回転子鉄心２１の一端から他端まで延びる細長い形状を有し、軸線Ｌ方向に垂直な断面の形状が概ね長方形である板状の形状を有している。なお、永久磁石２４の形状は、特に限定されず、たとえば軸線Ｌ方向に垂直な断面の形状が扇形や円弧状であってもよい。永久磁石２４としては、たとえばネオジム系、サマリウム系の焼結磁石やフェライト磁石、ネオジム系のボンド磁石などを用いることができる。

永久磁石２４は、回転子２０の界磁極を形成する。永久磁石２４は、図２に示す例において、１つの永久磁石２４によって１つの磁極が形成されているが、図１に示す例のように、各磁極を構成する永久磁石２４は複数でもよい。１つの磁極を構成する永久磁石２４を複数にすることで、各磁極の磁束密度を増加させ、磁石トルクを増大させることができる。

永久磁石２４の磁化方向は回転子２０の径方向を向き、界磁極ごとに磁化方向の向きが反転している。すなわち、永久磁石２４は、回転子鉄心２１の径方向に沿う磁化方向の向きを交互に反転させて回転子鉄心２１の周方向に等角度間隔に配置されている。これにより、回転子鉄心２１の周方向に隣接する２つの永久磁石２４の回転子鉄心２１の径方向外側の面は、一方がＳ極で他方がＮ極となっている。図２に示す例において、回転子２０は、１２個の永久磁石２４を備え、回転子鉄心２１に１２極の磁極が形成されている。

回転子鉄心２１は、図２に示す例において、磁極を形成する永久磁石２４の間に補助磁極が形成されている。ここで、回転子２０の磁極の軸を、磁極がつくる磁束の方向で永久磁石の中心軸をｄ軸とし、このｄ軸と電気的および磁気的に直交する永久磁石２４の間の軸をｑ軸に設定する。補助磁極は、コイル４０が発生するｑ軸の磁束の磁気抵抗が小さくなるように作用する。この補助磁極により、ｑ軸の磁束の磁気抵抗がｄ軸の磁束の磁気抵抗に比べて非常に小さくなるため、大きなリラクタンストルクを発生させることができる。

回転子鉄心２１は、たとえば、永久磁石２４の位置が周方向に段階的にずらされた段スキューの構成を有している。すなわち、回転子鉄心２１は、軸線Ｌ方向において多段に構成され、各段の永久磁石２４の位置が所定のスキュー角で周方向に段階的にずらされている。回転子鉄心２１のスキュー角は、たとえばコギングトルクを低減するために最適化される。

固定子３０は、主に、円筒状の固定子鉄心３１と、該固定子鉄心３１に設けられた複数のスロット３２と、該スロット３２に配置された複数のコイル４０と、スロット３２内でコイル４０の周囲に配置されたインシュレータと、を備えている。

固定子鉄心３１は、たとえば、厚さが０.０５ｍｍから１ｍｍ程度の電磁鋼板を打ち抜き加工またはエッチング加工によって、概ね円環状の所定の形状に加工し、この所定の形状に加工された電磁鋼板を積層することによって構成されている。固定子鉄心３１は、中空円筒状の形状を有し、周方向に等角度間隔で設けられた複数のスロット３２を有している。固定子鉄心３１は、たとえば周方向に７２箇所のスロット３２を有することができる。

スロット３２は、固定子鉄心３１の内周面から固定子鉄心３１の径方向に沿う放射状の溝状に設けられ、固定子鉄心３１を軸線Ｌ方向に貫通し、軸線Ｌ方向に沿って内周面に固定子鉄心３１の一方の端面３１ａから他方の端面３１ｂまで連続する開口部３３を有している。

固定子鉄心３１は、スロット３２の間に設けられた複数のティース３４と、固定子鉄心３１の外周部である環状のコアバック３５とを有している。複数のティース３４とコアバック３５は一体に設けられ、複数のティース３４は、コアバック３５から固定子鉄心３１の径方向に沿って固定子鉄心３１の中心Ｃに向けて延びている。複数のティース３４の固定子鉄心３１の径方向内側、すなわち円筒状の固定子鉄心３１の内側には、図１に示す回転子２０が固定子鉄心３１との間に微小な隙間を有して回転自在に支持されている。

コイル４０は、たとえば、矩形の断面形状を有する平角線であり、外表面に絶縁被膜を有し、各々のスロット３２内で固定子鉄心３１の径方向に沿って一列に配置されている。図示の例において、コイル４０は、長方形の断面形状を有し、断面の長辺が固定子鉄心３１の径方向に概ね平行にスロット３２内に配置されている。本実施形態の回転電機１００の固定子３０では、たとえば３相のコイル４０が８極７２スロット３２の分布巻きとされ、各相のコイル４０はスター結線で接続されている。

（回転電機の製造方法）
次に、本発明の一実施形態に係る回転電機の製造方法について詳細に説明する。図３は、本発明の一実施形態に係る回転電機の製造方法Ｓ１００に含まれる各工程を示すフロー図である。

本実施形態の回転電機の製造方法Ｓ１００は、主に、挿入工程Ｓ１と、積層工程Ｓ２と、注入工程Ｓ３と、充填工程Ｓ４とを有している。また、本実施形態の回転電機の製造方法Ｓ１００は、たとえば、挿入完了判定Ｓ５、積層完了判定Ｓ６、遠心充填工程Ｓ７、硬化工程Ｓ８、調整工程Ｓ９、および着磁工程Ｓ１０等を有することができる。以下、本実施形態の回転電機の製造方法Ｓ１００の各工程について、図４Ａから図４Ｈを参照しながら詳細に説明する。

（挿入工程）
図４Ａは、図３に示す挿入工程Ｓ１の説明図であり、図１および図２に示す回転子鉄心２１の磁石挿入孔２３の近傍の模式的な断面図である。挿入工程Ｓ１は、複数の段部２１ａ，２１ｂ，２１ｃ（図４Ｈ参照）によって構成される回転子鉄心２１のひとつの段部２１ａの磁石挿入孔２３に永久磁石２４を挿入する工程である。

挿入工程Ｓ１では、まず、回転子鉄心２１の軸線Ｌ方向の一端にエンドリング２２を固定して、磁石挿入孔２３の一端をエンドリング２２によって閉塞する。次に、たとえば自動挿入機を用い、永久磁石２４を把持して磁石挿入孔２３に挿入する。これにより、図４Ａに示すように、永久磁石２４は、一端がエンドリング２２によって閉鎖された段部２１ａの磁石挿入孔２３内に配置される。この状態で、永久磁石２４の外周面と磁石挿入孔２３の内周面との間には、間隙が形成されている。

挿入工程Ｓ１は、複数の磁石挿入孔２３に対して順次行うことができる。しかし、生産性向上の観点からは、挿入工程Ｓ１において、複数の永久磁石２４を複数の磁石挿入孔２３に一括して挿入することが好ましい。永久磁石２４の一括挿入は、たとえば複数の永久磁石２４を把持して磁石挿入孔２３に一括挿入する自動挿入機を用いて行うことができる。挿入工程Ｓ１の終了後は、図３に示すように、積層工程Ｓ２が実施される。

（積層工程）
図４Ｂは、図３に示す積層工程Ｓ２の説明図である。積層工程Ｓ２は、回転子鉄心２１が軸線Ｌ方向において多段に構成される段スキューの構成を有する場合に、下段の段部２１ａに上段の段部２１ｂを、回転子鉄心２１の周方向に所定のスキュー角ずらして積層させる工程である。積層工程Ｓ２によって積層された上段の段部２１ｂの磁石挿入孔２３の下部の開口は、永久磁石２４が配置された下段の段部２１ａの磁石挿入孔２３の上部の開口に連通している。積層工程Ｓ２の終了後は、図３に示すように、注入工程Ｓ３が実施される。

（注入工程）
図４Ｃは、図３に示す注入工程Ｓ３の説明図である。注入工程Ｓ３は、上段の段部２１ｂの磁石挿入孔２３に接着剤２５を注入して、下段の段部２１ａの磁石挿入孔２３に配置された下段の永久磁石２４の少なくとも上端部の周囲に接着剤２５を配置する工程である。

注入工程Ｓ３では、たとえばディスペンサによって、積層工程Ｓ２によって積層された上段の段部２１ｂの磁石挿入孔２３の上部の開口から、上段の段部２１ｂの磁石挿入孔２３の底部に接着剤２５を注入する。接着剤２５としては、たとえばエポキシ系の接着剤を用いることができる。また、接着剤２５の漏れを防止するために、粉体樹脂を混ぜ合わせた接着剤２５を使用してもよい。

接着剤２５の粘度は、回転子鉄心２１を構成する電磁鋼鈑への浸透を抑制する観点から、たとえば０．５Ｐａ・ｓ以上かつ８０Ｐａ・ｓ以下の範囲で、できるだけ高粘度のものを用いることができる。また、接着剤２５の粘度は、永久磁石２４としてフェライト磁石を用いる場合には、たとえば１５Ｐａ・ｓ以上かつ４０Ｐａ・ｓ以下、永久磁石２４としてネオジム磁石を用いる場合には、２０Ｐａ・ｓ以上かつ４５Ｐａ・ｓ以下であることが好ましい。すなわち、接着剤２５の粘度は、１５Ｐａ・ｓ以上かつ４５Ｐａ・ｓ以下の範囲が好適である。

注入工程Ｓ３において、接着剤２５の注入量は、たとえば以下の観点から決定することができる。１つには、後述する充填工程Ｓ４後に、接着剤２５が磁石挿入孔２３から溢れ出ることを防止することができる注入量という観点である。他には、後述する充填工程Ｓ４後に、下段の段部２１ａに配置された永久磁石２４の外表面と、上段の段部２１ｂに配置された永久磁石２４の外表面が、可能な限り広い範囲で覆われる注入量という観点である。

接着剤２５の溢れを防止する観点からは、少なくとも上段の段部２１ｂに配置される永久磁石２４の押し込み方向における後端面２４ｂが接着剤２５から露出する量（図４Ｄを参照）に調整されることが好ましい。永久磁石２４の外表面のより広い範囲を覆う観点からは、接着剤２５の注入量は、たとえば次のように決定することができる。下段の段部２１ａの磁石挿入孔２３の容積から永久磁石２４の体積を引いた体積に、上段の段部２１ｂの磁石挿入孔２３の下端から永久磁石２４の上端までの容積から永久磁石２４の体積を引いた体積を加えた体積を、接着剤２５の注入量とすることができる。

なお、永久磁石２４および磁石挿入孔２３は、製造上の公差を有している。そのため、接着剤２５の注入量は、公差の範囲で最小寸法の磁石挿入孔２３に、公差の範囲で最大寸法の永久磁石２４が挿入された場合を基準に調整されることが好ましい。これにより、接着剤２５が磁石挿入孔２３から溢れ出ることをより確実に防止することができ、接着剤２５の使用量を最適化することができる。

注入工程Ｓ３は、複数の磁石挿入孔２３に対して順次行うことができる。しかし、生産性向上および接着剤２５の浸透防止の観点からは、注入工程Ｓ３において、複数の磁石挿入孔２３に一括して接着剤２５を注入することが好ましい。接着剤２５の一括注入は、たとえば複数のノズルを備えたディスペンサによって行うことができる。注入工程Ｓ３の終了後は、図３に示すように、充填工程Ｓ４が実施される。

（充填工程）
図４Ｄは、図３に示す充填工程Ｓ４の説明図である。充填工程Ｓ４は、上段の段部２１ｂの磁石挿入孔２３に上段の永久磁石２４を押し込んで、接着剤２５を下段の永久磁石２４の外表面および上段の永久磁石２４の外表面に行き渡らせる工程である。充填工程Ｓ４では、まず、上段の段部２１ｂの磁石挿入孔２３に上段の永久磁石２４が、たとえば自動挿入機によって挿入される。これにより、上段の永久磁石２４は、下部が接着剤２５に接触した状態で上段の段部２１ｂの磁石挿入孔２３内に配置される。

しかし、回転子鉄心２１を構成する積層された電磁鋼鈑間への接着剤２５の浸透を抑制可能な比較的高い粘度の接着剤２５が使用される。そのため、上段の段部２１ｂの磁石挿入孔２３に上段の永久磁石２４を挿入しただけでは、永久磁石２４の周囲に接着剤２５が十分に行き渡っていない。また、上段の永久磁石２４の下端と下段の永久磁石２４の上端との間には、比較的粘度の高い接着剤２５が存在し、比較的大きな間隔が形成されている。

そのため、充填工程Ｓ４では、図４Ｄに示すように、上段の永久磁石２４を上段の段部２１ｂの磁石挿入孔２３に押し込んで、接着剤２５を上段の永久磁石２４の外表面と下段の永久磁石２４の外表面とに行き渡らせる。充填工程Ｓ４は、たとえば永久磁石２４を押し込む力と距離を制御可能なシャフトＳを用いて行うことができる。

充填工程Ｓ４では、接着剤２５が注入された上段の段部２１ｂの磁石挿入孔２３に上段の永久磁石２４を圧入することで、上段の永久磁石２４の下端と下段の永久磁石２４の上端との間で接着剤２５が加圧される。これにより、上段および下段の段部２１ａ，２１ｂ磁石挿入孔２３の側壁と、上段および下段の永久磁石２４の側面との間の隙間に、接着剤２５が充填され、上段および下段の永久磁石２４の外表面のより広い範囲を接着剤２５によって覆うことができる。

より具体的には、上段の永久磁石２４の押し込み方向における前端面２４ａから押し込み方向における後端面２４ｂの近傍まで、接着剤２５が上段の永久磁石２４の外表面に行き渡る。そして、上段の永久磁石２４の外表面のうち後端面２４ｂとその近傍の微小な領域を除く概ね全周が接着剤２５によって覆われて、磁石挿入孔２３に固定される。また、下段の永久磁石２４の上端から下端まで、接着剤２５が永久磁石２４の外表面に行き渡る。そして、下段の永久磁石２４の外表面のうち下端面とその近傍の微小な領域を除く概ね全周が接着剤２５によって覆われて、磁石挿入孔２３に固定される。これにより、接着剤２５の無駄をなくして、接着剤２５の使用量を最小限に留めることができる。

また、充填工程Ｓ４において、永久磁石２４を押し込む力を制御することで、永久磁石２４の損傷を防止することができ、永久磁石２４を適切な位置まで押し込むことができる。また、充填工程Ｓ４において、永久磁石２４を押し込む距離を制御することで、永久磁石２４の損傷を防止することができ、永久磁石２４を適切な位置まで押し込むことができる。

充填工程Ｓ４は、複数の磁石挿入孔２３に順次行うことができる。しかし、生産性向上および接着剤２５の浸透防止の観点からは、充填工程Ｓ４において、複数の永久磁石２４を複数の磁石挿入孔２３に一括して押し込むことが好ましい。永久磁石２４の一括押込みは、たとえば複数の永久磁石２４を複数のシャフトＳによって磁石挿入孔２３に一括して圧入する自動圧入機を用いて行うことができる。

なお、挿入工程Ｓ１、積層工程Ｓ２、注入工程Ｓ３、および充填工程Ｓ４は、図１に示す例のように、磁石挿入孔２３に複数の永久磁石２４が挿入される場合にも、図２に示す例のように、磁石挿入孔２３に１つの永久磁石２４が挿入される場合にも、同様に実施することができる。充填工程Ｓ４の終了後は、たとえば、図３に示すように挿入完了判定Ｓ５を実施することができる。

（挿入完了判定）
挿入完了判定Ｓ５では、すべての磁石挿入孔２３に永久磁石２４が挿入されたか否かの判定を行う。たとえば、注入工程Ｓ３および充填工程Ｓ４を、個々の磁石挿入孔２３に対して順次行う場合には、磁石挿入孔２３の数と等しい回数の注入工程Ｓ３および充填工程Ｓ４が実施されたか否かを判定する。

判定の結果、各工程の実施回数が規定の回数に達していない場合（ＮＯ）には、図３に示すように、再度、注入工程Ｓ３および充填工程Ｓ４を実施する。一方、判定の結果、各工程の実施回数が規定の回数に達している場合（ＹＥＳ）には、積層完了判定Ｓ６を実施する。なお、すべての磁石挿入孔２３に対して一括して注入工程Ｓ３および充填工程Ｓ４を実施する場合には、挿入完了判定Ｓ５を省略することができる。

（積層完了判定）
積層完了判定Ｓ６では、回転子鉄心２１を構成する複数の段部２１ａ，２１ｂ，２１ｃ（図４Ｈを参照）の積層が完了したか否かの判定を行う。すなわち、回転子鉄心２１が軸線Ｌ方向において多段に構成される段スキューの構成を有する場合に、回転子鉄心２１を構成する段部２１ａ，２１ｂ，２１ｃを積層させる積層工程Ｓ２が完了したか否かを判定する。

判定の結果、積層工程Ｓ２が未完了であれば（ＮＯ）、図３に示すように積層工程Ｓ２を実施する。また、判定の結果、積層工程Ｓ２が完了していれば（ＹＥＳ）、図３に示すように硬化工程Ｓ８と遠心充填工程Ｓ７、を実施する。なお、回転子鉄心２１が多段の構成を有しない場合には、積層完了判定Ｓ６および積層工程Ｓ２を省略することができる。

（２回目の積層工程）
図４Ｅは、図３に示す積層完了判定Ｓ６の後の２回目の積層工程Ｓ２の説明図である。２回目の積層工程Ｓ２では、１回目の積層工程Ｓ２と同様に、下段の段部２１ｂに上段の段部２１ｃを、回転子鉄心２１の周方向に所定のスキュー角ずらして積層させる。積層工程Ｓ２によって積層された上段の段部２１ｃの磁石挿入孔２３の下部の開口は、永久磁石２４が配置された下段の段部２１ｂの磁石挿入孔２３の上部の開口に連通している。２回目の積層工程Ｓ２の終了後は、図３に示すように、２回目の注入工程Ｓ３が実施される。

（２回目の注入工程）
図４Ｆは、図３に示す積層完了判定Ｓ６の後の２回目の注入工程Ｓ３の説明図である。２回目の注入工程Ｓ３では、回転子鉄心２１の下段の段部２１ｂに積層された上段の段部２１ｃの磁石挿入孔２３に接着剤２５を注入し、下段の段部２１ｂの磁石挿入孔２３に配置された下段の永久磁石２４の上端部の周囲に接着剤２５を配置する。これにより、下段の段部２１ｂの磁石挿入孔２３の上部と上段の段部２１ｃの磁石挿入孔２３の底部とに接着剤２５が配置される。

（２回目の充填工程）
図４Ｇは、図３に示す積層完了判定Ｓ６の後の２回目の充填工程の説明図である。２回目の充填工程Ｓ４では、１回目の充填工程Ｓ４と同様に、上段の段部２１ｂの接着剤２５が注入された磁石挿入孔２３に永久磁石２４を挿入する。この段階では、１回目の充填工程Ｓ４と同様に、下段の段部２１ｂの磁石挿入孔２３に配置された永久磁石２４の周囲、および、上段の段部２１ｃの磁石挿入孔２３に配置された永久磁石２４の周囲に接着剤２５が十分に行き渡っていない。また、上段の永久磁石２４の下端と下段の永久磁石２４の上端との間には、比較的粘度の高い接着剤２５が存在し、比較的大きな間隔が形成されている。

次に、１回目の充填工程Ｓ４と同様に、永久磁石２４を上段の段部２１ｃの磁石挿入孔２３に押し込んで、接着剤２５を上段と下段の永久磁石２４の外表面に行き渡らせる。２回目の充填工程Ｓ４の完了後は、図３に示すように、再度、挿入完了判定Ｓ５および積層完了判定Ｓ６を行い、所定の段数の段部２１ｃを積層させ（図４Ｈを参照）、各段部２１ｃに注入工程Ｓ３および充填工程Ｓ４を実施する。

このように、本実施形態の回転電機の製造方法Ｓ１００では、積層工程Ｓ２と注入工程Ｓ３と充填工程Ｓ４とを繰り返すことができる。これにより、所望の段数の段部２１ａ，２１ｂ，２１ｃを有する回転子鉄心２１を製作することができる。なお、最上段の段部２１ｃに対する接着剤２５の注入量は、他の段部２１ａ，２１ｂに対する接着剤２５の注入量よりも多くしてもよい。これにより、最上段の永久磁石２４の外表面のより広い範囲を覆うことができるだけでなく、後述する遠心充填工程Ｓ７によって、最下段の永久磁石２４においても外表面のより広い範囲を覆うことが可能になる。

所定の回数の積層工程Ｓ２が実施されて所定の段数の段部２１ａ，２１ｂ，２１ｃが積層され、各々の段部２１ａ，２１ｂ，２１ｃに注入工程Ｓ３および充填工程Ｓ４が実施され、積層完了判定Ｓ６において所定の段数の段部２１ａ，２１ｂ，２１ｃが積層されたことが判定されると（ＹＥＳ）、図３に示すように、遠心充填工程Ｓ７および硬化工程Ｓ８が実施される。

（遠心充填工程および硬化工程）
図４Ｈは、図３に示す硬化工程Ｓ８および遠心充填工程Ｓ７の説明図である。充填工程Ｓ４の完了後、硬化工程Ｓ８および遠心充填工程Ｓ７の前に、複数の段部２１ａ，２１ｂ，２１ｃによって構成された回転子鉄心２１にエンドリング２２が接合され、最上段の段部２１ｃの磁石挿入孔２３の開口が閉鎖される。

遠心充填工程Ｓ７は、充填工程Ｓ４の終了後に、回転子鉄心２１を軸周りに回転させて接着剤２５を永久磁石２４と回転子鉄心２１との間に行き渡らせる工程である。硬化工程Ｓ８は、たとえば熱硬化性樹脂からなる接着剤２５を加熱したり、紫外線硬化性樹脂からなる接着剤２５に紫外線を照射したりして、接着剤２５を硬化させる工程である。

なお、硬化工程Ｓ８は、遠心充填工程Ｓ７の終了後に行ってもよいが、図３に示すように、遠心充填工程Ｓ７と硬化工程Ｓ８とを並行して行うことができる。これにより、接着剤２５を永久磁石２４と回転子鉄心２１との間に行き渡らせながら硬化させることができ、アンバランス量を最小化することができる。また、２つの工程を並行して行うことで、生産性を向上させることができる。遠心充填工程Ｓ７および硬化工程Ｓ８の終了後は、図３に示すように、調整工程Ｓ９を実施する。

（調整工程）
調整工程Ｓ９は、硬化工程Ｓ８が終了した回転子２０のバランス調整を行う工程である。具体的には、たとえば不図示のバランスウェイトを調整することで、回転子２０のバランス調整を行うことができる。調整工程Ｓ９の終了後は、図３に示すように着磁工程Ｓ１０を実施する。

（着磁工程）
着磁工程Ｓ１０は、永久磁石２４の着磁を行う工程である。着磁工程Ｓ１０は、適宜の着磁装置によって行うことができる。なお、予め着磁した永久磁石２４を用いる場合には、図３に示す着磁工程Ｓ１０を省略することができる。また、本実施形態の回転電機の製造方法Ｓ１００は、図３に示す各工程以外の工程については、公知の回転電機の製造方法と同様の工程を採用することができる。

以上説明したように、本実施形態の回転電機の製造方法Ｓ１００は、挿入工程Ｓ１と、積層工程Ｓ２と、注入工程Ｓ３と、充填工程Ｓ４とを有している。そのため、挿入工程Ｓ１で、回転子鉄心２１の最下段の段部２１ａの磁石挿入孔２３に永久磁石２４を配置し、積層工程Ｓ２で下段の段部２１ａの磁石挿入孔２３の上部に上段の段部２１ｂの磁石挿入孔２３が配置される。

そして、注入工程Ｓ３で、上段の段部２１ｂの磁石挿入孔２３の上方の開口から接着剤を注入し、下段の段部２１ａの磁石挿入孔２３に挿入された永久磁石２４の上端部の周囲に接着剤２５を配置することができる。これにより、下段の段部２１ａの磁石挿入孔２３の上方の開口に、回転子鉄心２１の電磁鋼鈑間への浸透を抑制可能な比較的粘度の高い接着剤を注入した場合でも、上段の段部２１ｂの磁石挿入孔２３によって接着剤２５の溢れを防止できる。

さらに、充填工程Ｓ４で、永久磁石２４を上段の段部２１ｂの磁石挿入孔２３に押し込んで、接着剤２５を下段の段部２１ａの永久磁石２４の外表面と、上段の段部２１ｂの永久磁石２４の外表面とに行き渡らせることができる。

したがって、本実施形態の回転電機の製造方法Ｓ１００によれば、回転子鉄心２１に埋め込まれる永久磁石２４の外表面のより広い範囲を接着剤２５によって覆うことができ、回転子鉄心２１の高速回転時に永久磁石２４に作用する応力を緩和することができる。そのため、たとえば、ハイブリッド自動車や電気自動車等の車両に搭載される回転電機１００の高速回転化および高出力化を可能にすることができる。

さらに、本実施形態の回転電機の製造方法Ｓ１００によれば、挿入工程Ｓ１および積層工程Ｓ２の後に、注入工程Ｓ３および充填工程Ｓ４を行うことで、固化前の接着剤２５が回転子鉄心２１に接触する時間を短縮することができる。これにより、回転子鉄心２１を構成する電磁鋼鈑間への接着剤２５の浸透を抑制することができる。

また、予め永久磁石２４が挿入された下段の段部２１ａ（２１ｂ）の磁石挿入孔２３に、上段の段部２１ｂ（２１ｃ）の磁石挿入孔２３を介して接着剤２５を注入することで、接着剤２５が溢れるのを防止することができる。したがって、上述のように比較的粘度の高い接着剤２５を使用することができ、回転子鉄心２１を構成する電磁鋼鈑間への接着剤２５の浸透をより効果的に抑制することができる。

図５は、前述の実施形態に係る回転電機の製造方法Ｓ１００によって製造された回転電機１００を搭載する四輪駆動を前提としたハイブリッド自動車のパワートレインの概略構成図である。

ハイブリッド自動車は、前輪側の主動力として、エンジンＥＮＧと回転電機１００を有する。前輪側の動力源である回転電機１００は、エンジンＥＮＧと変速機ＴＲの間に配置されている。エンジンＥＮＧと回転電機１００の動力は、変速機ＴＲにより変速され、前輪側駆動輪ＦＷに動力を伝えられる。

後輪側の駆動力源である回転電機１００は、前輪側の動力源である回転電機１００と同様のものを用いることもできるし、他の一般的な構成の回転電機を用いることもできる。また、後輪の駆動においては、後輪側に配置された回転電機１００と後輪側駆動輪ＲＷが機械的に接続され、回転電機１００の動力が後輪側駆動輪ＲＷに伝達される。

回転電機１００は、エンジンＥＮＧの始動を行い、また、車両の走行状態に応じて、駆動力の発生と、車両減速時のエネルギーを電気エネルギーとして回収する発電力の発生を切り換える。回転電機１００の駆動および発電動作は、車両の運転状況に合わせ、トルクおよび回転数が最適になるように電力変換装置ＩＮＶにより制御される。

回転電機１００の駆動に必要な電力は、電力変換装置ＩＮＶを介してバッテリＢＡＴから供給される。また、回転電機１００が発電動作を行うときは、電力変換装置ＩＮＶを介してバッテリＢＡＴに電気エネルギーが充電される。

前述の本実施形態の回転電機の製造方法Ｓ１００によれば、このような車両に搭載される回転電機１００において、渦電流を低減し、モータ効率を向上させ、高速回転化を可能にすることができる。なお、回転電機１００は、四輪駆動式以外のハイブリッド方式の車両においても勿論適用可能である。

以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこ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しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

たとえば、前述の実施形態に係る回転電機の製造方法においては、製造される回転機の固定子のコイルが波巻きの分布巻きである例について説明した。しかし、本発明に係る回転電機の製造方法は、回転子の製造方法に特徴を有するため、固定子の構成は特に限定されない。すなわち、固定子のコイルは、重ね巻方式や集中巻き方式でもよい。また、製造される回転電機が内転型である例について説明したが、外転型の回転電機を製造する場合にも、本発明に係る回転電機の製造方法を適用することができる。

また、前述の実施形態に係る回転電機の製造方法によって製造される回転電機の適用例として、電気自動車やハイブリット電気自動車を例に挙げて説明した。しかし、前述の実施形態に係る回転電機の製造方法によって製造される回転電機は、オルタネータ、スタータジェネレータ（モータジェネレータ含む）、電動コンプレッサ用、電動ポンプ用等の自動車用補機モータは当然の事として、エレベータ用等の産業用、エアコン圧縮機等の家電用モータへの適用も可能である。

２１…回転子鉄心、２１ａ…段部、２１ｂ…段部、２１ｃ…段部、２２…エンドリング、２３…磁石挿入孔、２４…永久磁石、２４ｂ…後端面、２５…接着剤、２５ａ…接着剤層、１００…回転電機、Ｓ１…挿入工程、Ｓ２…積層工程、Ｓ３…注入工程、Ｓ４…充填工程、Ｓ７…遠心充填工程、Ｓ８…硬化工程、Ｓ１００…回転電機の製造方法

Claims (9)

1. 複数の鋼板を積層し、複数の段部を有する磁石挿入孔を形成した回転子鉄心の該磁石挿入孔に、複数の永久磁石が前記複数の段部ごとに挿入された回転電機の製造方法であって、
   前記複数の永久磁石の挿入方向の高さは、前記複数の段部の挿入方向の高さに対して、小さく設定されており、
   前記複数の段部のうちの下段の段部に下段用の永久磁石を挿入する挿入工程と、
   前記下段の段部の上に、上段の段部を周方向にずらして前記複数の鋼板を積層させる積層工程と、
   前記上段の段部に接着剤を注入して前記下段の段部に配置された前記下段用の永久磁石の少なくとも上端部の周囲に該接着剤を配置する注入工程と、
   前記上段の段部に上段用の永久磁石を押し込んで前記上段用の永久磁石の挿入方向の先端面を前記下段の段部と前記上段の段部との間の段差面に当接させ、前記接着剤を前記下段用の永久磁石の外表面および該上段用の永久磁石の外表面に行き渡らせる充填工程と、を有することを特徴とする回転電機の製造方法。
2. 前記積層工程と前記注入工程と前記充填工程とを繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の製造方法。
3. 前記充填工程において、前記上段用の永久磁石を押し込む力を制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機の製造方法。
4. 前記挿入工程において、前記複数の段部を有する複数の前記磁石挿入孔に一括して前記下段用の永久磁石を挿入し、
   前記注入工程において、前記複数の段部を有する複数の前記磁石挿入孔に一括して前記接着剤を注入し、
   前記充填工程において、複数の前記上段用の永久磁石を前記複数の段部を有する複数の前記磁石挿入孔に一括して押し込むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の回転電機の製造方法。
5. 前記注入工程において、前記接着剤の注入量は、前記充填工程の後に少なくとも前記上段用の永久磁石の押し込み方向における後端面が前記接着剤から露出する量に調整されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の回転電機の製造方法。
6. 前記注入工程において、最上段の前記段部に対する前記接着剤の注入量は、他の前記段部に対する前記接着剤の注入量よりも多いことを特徴とする請求項５に記載の回転電機の製造方法。
7. 前記充填工程の終了後に、前記回転子鉄心を軸周りに回転させて前記接着剤を前記複数の段部を有する複数の永久磁石と前記回転子鉄心との間に行き渡らせる遠心充填工程を有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の回転電機の製造方法。
8. 前記接着剤を硬化させる硬化工程を有することを特徴とする請求項７に記載の回転電機の製造方法。
9. 前記遠心充填工程と前記硬化工程とを並行して行うことを特徴とする請求項８に記載の回転電機の製造方法。

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