JP6805712B2

JP6805712B2 - ロータの製造方法

Info

Publication number: JP6805712B2
Application number: JP2016204639A
Authority: JP
Inventors: 充洋井出
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-10-18
Filing date: 2016-10-18
Publication date: 2020-12-23
Anticipated expiration: 2036-10-18
Also published as: JP2018068012A

Description

本明細書が開示する技術は、モータのロータの製造方法に関する。

従来から、ロータコアの内部に磁石と充填剤とが挿入されたモータが知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１のロータコアは、磁石が配置される挿入穴を有している。挿入穴は、ロータコアの両端部で閉じられている。ロータコアは、軸線方向の中央で二分割されている。特許文献１のモータのロータの製造方法では、磁石の両側から二分割されたロータコアを嵌め込み、ロータコアを連結する。ロータコアの両端には、挿入穴に通じる小穴が設けられており、その小穴から樹脂を充填し、挿入穴内で磁石を固定する。

特開２０１５−２２６３６８号公報

特許文献１に記載されたロータの製造方法では、分割されたロータコアに磁石を挿入してから分割されたロータコアを連結する。分割されたロータコアの挿入穴が連結箇所でずれていると、磁気抵抗のばらつき、トルクのばらつき、騒音の悪化などの問題が生じるおそれがある。磁石を入れた状態でロータコアを連結する場合、分割されたロータコアの挿入穴を正確に位置合わせして連結するのにコストが嵩む。完成しているロータコアに磁石を挿入する製造方法が望ましい。ただし、ロータコアに、磁石を挿通する貫通孔を設ける場合、これまでは、磁石の飛び出し防止のために、磁石を挿入したロータコアの両端に、飛び出し防止のカバープレート（エンドプレート）を取り付ける必要があった。カバープレートを要することなく、ロータコアを製造した後に磁石を挿入してロータを完成させることができれば低コストでロータを製造することができる。

本明細書が開示するロータの製造方法では、ロータは、複数の鋼板が積層されたロータコアであって、積層方向に沿って貫通するように形成された挿入穴を有するロータコアと、挿入穴に挿入される磁石と、挿入穴に充填される樹脂製の充填剤と、を備える。複数の鋼板の夫々に設けられている挿入穴は、積層方向に沿って磁石の長さよりも大きい範囲で磁石の断面サイズよりも大きい。ロータコアの積層方向の両端の鋼板には、挿入穴の縁から延びる突出部が設けられている。両端の突出部の少なくとも一方は磁石の通過を妨げない範囲で設けられている。ロータの製造方法は、積層工程と挿入工程と充填工程を備える。積層工程では、突出部を有する鋼板を含むすべての鋼板を積層してロータコアを製造する。挿入工程では、ロータコアの挿入穴に磁石を挿入する。充填工程では、積層方向からみて両端の鋼板の突出部と磁石の少なくとも一部が重なるように磁石を配置しつつ充填剤を挿入穴に充填する。この形態のロータの製造方法によれば、先にロータコアを完成させた後に磁石を挿入することができる。しかも、エンドプレートを要することなく、磁石の飛び出しも防止できる。

本明細書が開示する技術の詳細およびさらなる改良は発明を実施するための形態の欄において詳細に説明する。

本実施例の製造方法によって製造されたロータの概略平面図である。図１における断面Ａ１の断面図である。図２における断面Ｂ１の拡大断面図である。図２における断面Ｂ２の拡大断面図である。ロータの製造方法のフローチャートである。複数の鋼板が積層されて形成されたロータコアの断面図である。挿入穴に磁石が挿入された状態のロータコアの断面図である。挿入穴に充填剤が充填される状態のロータコアの断面図である。挿入穴に充填剤が充填される状態での断面Ｂ１（図２）の拡大断面図である。

図１は、本実施例の製造方法によって製造されたロータ１０の概略平面図である。図２は、図１における断面Ａ１の断面図である。図２には、図１に示すロータ１０の中心を通り、ロータ１０の軸線方向に平行な断面が示されている。図１および図２以降の図では、ＸＹＺ軸を定義している。各図で示されるＸＹＺ軸は、互いに相関関係にある。Ｚ軸は、ロータ１０の軸に平行な軸である。Ｙ軸は、Ｚ軸に直交し、断面Ａ１に平行な軸である。Ｘ軸は、Ｙ軸およびＺ軸に直交する軸である。なお、以降では、Ｚ軸に平行な方向を、単に「軸線方向」とも呼び、ＸＹ平面に平行な直線の方向を、単に「径方向」とも呼ぶ。

ロータ１０は、モータを構成する部品の一つである。図２に示すように、ロータ１０は、シャフト２０と、ロータコア３０と、複数の磁石５０と、充填剤６０と、を備える。シャフト２０は、回転体であるロータ１０の軸である。図１および図２に示すように、シャフト２０は、略円柱状の形状を有する。シャフト２０の一部では、断面が正円の円柱から一部が径方向に突出している。また、図１に示すように、シャフト２０には、断面が正円の円柱から径方向の内側に凹んだキー溝２１が形成されている。

図１および図２に示すように、ロータコア３０は、シャフト２０が挿入される位置決め穴３８を中心に形成された円柱状の形状を有する。図２に示すように、ロータコア３０は、複数の鋼板７０が軸線方向に沿って積層されて形成されている。図１に示すように、ロータコア３０は、位置決め穴３８の外周部分に、シャフト２０のキー溝２１と係合するキー部３９を有する。キー溝２１とキー部３９とが係合することで、ロータコア３０にシャフト２０が固定される。

図１および図２に示すように、ロータコア３０の外径付近には、軸線方向である鋼板７０の積層方向に沿って貫通した１６個の挿入穴４０が形成されている。１６個の挿入穴４０のそれぞれには、磁石５０が挿入されている。具体的には、ロータコア３０には、１極につき２つの挿入穴４０が形成されており、計８極に対応する１６個の挿入穴４０が形成されている。充填剤６０は、熱硬化性の樹脂である。１６個の挿入穴４０のそれぞれに挿入された磁石５０は、挿入穴４０に充填された充填剤６０によって固定されている。図２に示すように、すべての磁石５０は、当該磁石５０が挿入された挿入穴４０において、径方向の外側に固定されている。なお、図１が概略平面図のため、便宜上、図１では、挿入穴４０の平面図を長方形として示しているが、厳密には挿入穴４０のＸＹ平面における形状は、略長方形の形状に複数の形状が組み合わさった形状である。

図２に示すように、ロータコア３０は、軸線方向に沿って、中央部分に位置する中央部鋼板３１と、Ｚ軸の負方向に位置する第１端部鋼板３２と、Ｚ軸の正方向に位置する第２端部鋼板３３と、を有する。挿入穴４０は、中央部鋼板３１に形成された中央部穴４１と、第１端部鋼板３２に形成された第１端部穴４２と、第２端部鋼板３３に形成された第２端部穴４３と、に分割される。図２に示すように、中央部穴４１の断面積と、第１端部穴４２の断面積と、第２端部穴４３の断面積とは異なる。中央部穴４１、第１端部穴４２、第２端部穴４３の順に、断面積が大きくなるように形成されている。具体的には、第１端部穴４２の断面積は、中央部穴４１の断面積と比較して、第１突出部７２が径方向の内側に突出することにより小さく形成されている。また、第２端部穴４３の断面積は、中央部穴４１の断面積と比較して、第２突出部７３が第２端部穴４３の全集にわたって第２端部穴４３の断面積を小さくする径方向に突出することにより、小さく形成されている。

図３は、図２における断面Ｂ１の拡大断面図である。図４は、図２における断面Ｂ２の拡大断面図である。図２および図３に示すように、中央部穴４１における径方向外側に磁石５０が固定される。図２および図４に示すように、第１端部穴４２の断面積は、磁石５０の断面積よりも大きい。なお、図４では、第１突出部７２の有無の相違を明確に示すために、磁石５０が接する中央部穴４１の径方向外側の面を直線Ｌ１として示している。図２に示すように、第２端部穴４３の断面積は、磁石５０の断面積よりも小さい。磁石５０の断面積よりも大きい断面積を有する中央部鋼板３１の積層方向の長さは、磁石５０の積層方向の長さよりも大きいため、磁石５０は、軸線方向において、第１突出部７２と第２突出部７３との間に配置されることができる。

図５は、ロータ１０の製造方法のフローチャートである。上記で説明したロータ１０を製造するために、初めに、ロータコア３０の基となる複数の鋼板７０が積層される（ステップＳ１１）。図６は、複数の鋼板７０が積層されて形成されたロータコア３０の断面図である。図６に示すように、積層される鋼板７０は、中央部鋼板３１と第１端部鋼板３２と第２端部鋼板３３とのいずれかを構成するかで形状が異なる。

次に、ロータコア３０の挿入穴４０のそれぞれに磁石５０が軸線方向に沿って中央部穴４１に挿入される挿入工程が行われる（図５のステップＳ１３）。図７は、挿入穴４０に磁石５０が挿入された状態のロータコア３０の断面図である。図７に示すように、第１突出部７２は、挿入穴４０に挿入される磁石５０の断面積よりも小さいため、挿入穴４０への磁石５０の挿入を妨げない。挿入穴４０に磁石５０が挿入された時点では、磁石５０の径方向における位置決めは、行われていない。

次に、ロータコア３０の挿入穴４０のそれぞれに充填剤６０を充填する充填工程が行われる（図５のステップＳ１５）。図８は、挿入穴４０に充填剤６０が充填される状態のロータコア３０の断面図である。図９は、挿入穴４０に充填剤６０が充填される状態での断面Ｂ１（図２）の拡大断面図である。図８に示すように、充填工程では、積層方向において、磁石５０が第１突出部７２と第２突出部７３との間に配置されるように、磁石５０が径方向の外側に押し付けられるように、矢印で示す流れ６０Ｆの向きに充填剤６０が充填される。換言すると、充填工程では、積層方向から見たときに、両端の鋼板７０に形成された第１突出部７２および第２突出部７３と、磁石５０の少なくとも一部と、が重なる配置となるように充填剤６０が挿入穴４０に充填される。充填工程が行われると、ロータコア３０が完成する。

次に、完成したロータコア３０にシャフト２０を挿入して固定する（図５のステップＳ１７）。図１に示すように、ロータコア３０のキー部３９に、シャフト２０のキー部３９が係合して、ロータコア３０にシャフト２０が固定され、ロータ１０が完成する。

以上説明したように、本実施例の製造方法によって製造されるロータ１０のロータコア３０は、鋼板７０の積層方向に沿って貫通するように形成された挿入穴４０を備える。挿入穴４０には、磁石５０が挿入され、樹脂製の充填剤６０が充填される。磁石５０の断面積よりも大きい断面積を有する中央部鋼板３１の積層方向の長さは、磁石５０の積層方向の長さよりも大きい。第１端部鋼板３２は、第１端部穴４２の断面積を小さくする第１突出部７２を有し、第２端部鋼板３３は、第２端部穴４３の断面積を小さくする第２突出部７３を有する。第１突出部７２は、挿入穴４０に挿入される磁石５０の挿入を妨げない範囲で形成されている。ロータ１０の製造方法は、ロータコア３０の挿入穴４０に磁石５０が挿入される挿入工程を有する。また、この製造方法は、積層方向から見て両端の鋼板７０に形成された第１突出部７２および第２突出部７３と、磁石５０の少なくとも一部と、が重なる配置となるように充填剤６０が挿入穴４０に充填される充填工程を有する。そのため、本実施例のロータ１０の製造方法では、既に完成したロータコア３０に形成された挿入穴４０に磁石５０を挿入できるため、分割されたロータコア３０を結合する場合の製造方法と比較して、挿入穴４０のずれが生じない。これにより、ロータ１０における磁気抵抗のばらつき、トルクのばらつき、騒音の悪化の問題を抑制できる。また、本実施例の製造方法によって製造されたロータ１０は、磁石５０の飛び出しを防止するために両端の鋼板７０の外側に装着されるカバープレート等がなくても、磁石５０の飛び出しを防止できるため、低コストでロータ１０を製造できる。また、本実施例のロータ１０では、磁石５０は、挿入穴４０における径方向の外側に固定されているため、ロータ１０が回転する場合に、遠心力によって径方向の外側への力を受けるため、さらに、挿入穴４０の外部へと飛び出しづらい。

上記実施例では、複数の鋼板７０によって形成される第１端部穴４２と第２端部穴４３とを異なる形状の一例について説明したが、第１端部穴４２および第２端部穴４３の形状については、種々変形可能である。例えば、第１端部穴４２と第２端部穴４３とは、同じ形状であり、第２端部穴４３から磁石５０を挿入可能であってもよい。また、第１端部穴４２を形成する鋼板７０の積層数と、第２端部穴４３を形成する鋼板７０の積層数とが異なり、第１端部穴４２の積層方向の長さと第２端部穴４３の積層方向の長さとが異なっていてもよい。第１端部穴４２および第２端部穴４３は、中央部穴４１の断面積を小さくする第１突出部７２および第２突出部７３を有していて、かつ、中央部穴４１の積層方向の長さが磁石５０の積層方向の長さよりも大きい範囲で、第１端部穴４２および第２端部穴４３を形成する鋼板７０の形状は変更可能である。

上記実施例では、ロータコア３０に形成される挿入穴４０および挿入穴４０に挿入される磁石５０の一例について説明したが、ロータコア３０に形成される挿入穴４０の数や磁石５０の極については、種々変形可能である。ロータコア３０に形成される挿入穴４０の数は、１５個以下であってもよいし、１７以上であってもよい。また、挿入穴４０に挿入される磁石５０は、計８極でなくてもよい。

上記実施例では、ロータコア３０とシャフト２０との固定方法の一例について説明したが、ロータコア３０とシャフト２０との固定方法については、周知技術を適用可能である。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０…ロータ
２０…シャフト
２１…キー溝
３０…ロータコア
３１…中央部鋼板
３２…第１端部鋼板
３３…第２端部鋼板
３８…位置決め穴
３９…キー部
４０…挿入穴
４１…中央部穴
４２…第１端部穴
４３…第２端部穴
５０…磁石
６０…充填剤
６０Ｆ…充填剤の流れ
７０…鋼板
７２…第１突出部
７３…第２突出部
Ｌ１…直線

Claims

複数の鋼板が積層されたロータコアであって、積層方向に沿って貫通するように形成された挿入穴を有するロータコアと、前記挿入穴に挿入される磁石と、前記挿入穴に充填される樹脂製の充填剤と、を備えるロータの製造方法であって、
複数の前記鋼板の夫々に設けられている前記挿入穴は、前記積層方向に沿って前記磁石の長さよりも大きい範囲で前記磁石の断面サイズよりも大きく、前記ロータコアの前記積層方向の両端の鋼板には、前記挿入穴の縁から延びる突出部が設けられており、両端の前記突出部の少なくとも一方は前記磁石の通過を妨げない範囲で設けられており、
前記製造方法は、
前記突出部を有する前記鋼板を含むすべての前記鋼板を積層して前記ロータコアを製造する積層工程と、
前記ロータコアの前記挿入穴に前記磁石を挿入する挿入工程と、
前記積層方向からみて両端の前記鋼板の前記突出部と前記磁石の少なくとも一部が重なるように前記磁石を配置しつつ前記充填剤を前記挿入穴に充填する充填工程と、を備えるロータの製造方法。
前記充填工程では、前記充填剤が、前記積層方向からみて両端の前記鋼板の前記突出部と前記磁石の少なくとも一部が重なるように前記磁石を前記挿入穴の側面に押し付ける、請求項１に記載の製造方法。
前記充填工程では、前記磁石を挿入した側から前記挿入穴に前記樹脂を挿入する、請求項１または２に記載の製造方法。