JP7335193B2 - ロータコアおよびロータコアの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ロータコアおよびロータコアの製造方法に関する。

従来、永久磁石が樹脂材により固定されているロータコアおよびロータコアの製造方法が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、複数の穴部が設けられているロータコアが開示されている。ロータコアの複数の穴部の各々には、磁石が挿入されている。穴部には、熱硬化性の固定部材が設けられている。固定部材は、穴部に配置された磁石を固定するために用いられている。また、固定部材は、エポキシ樹脂を含む熱硬化性樹脂である。また、穴部に固定部材が充填された状態でロータコアが加熱されることにより、固定部材が硬化される。

特許第５９７１１７６号

しかしながら、上記特許文献１には明記されていないが、固定部材は、硬化する際に、ロータコアに固着した状態で一定量だけ収縮する。このため、固定部材は、収縮する際にロータコアから引張り応力を受ける。また、上記特許文献１には明記されていないが、上記硬化工程の後には、ロータコアを冷却する冷却工程が行われる。この冷却工程では、ロータコアおよび固定部材の各々は冷却されることにより収縮する。ここで、一般的に、エポキシ樹脂を含む熱硬化性樹脂は、ロータコアを構成する電磁鋼板よりも線膨張係数が大きいので、冷却工程において、固定部材はロータコアよりも大きく収縮する。この場合、固定部材は、ロータコアから引張り応力を受ける。すなわち、固定部材の硬化工程および冷却工程の各々において、固定部材は、ロータコアから引張り応力を受ける。このため、固定部材には、固定部材の硬化工程および冷却工程の各々において加えられた引張り応力が残留応力として残るという不都合がある。この場合、ロータの回転時等に、残留応力に起因して固定部材が破損するという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、樹脂材が破損するのを防止することが可能なロータコアおよびロータコアの製造方法を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面におけるロータコアは、複数の電磁鋼板が積層されることにより構成され、電磁鋼板の積層方向に延びるように設けられた磁石収容部を含む積層コアと、積層コアの磁石収容部に配置される永久磁石と、磁石収容部内において、積層コアと永久磁石との間に充填されるとともに永久磁石を磁石収容部内に固定し、電磁鋼板の線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する熱硬化性の樹脂材と、を備える。

この発明の第１の局面によるロータコアでは、上記のように、電磁鋼板の線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する熱硬化性の樹脂材が備えられている。ここで、熱硬化性の樹脂材を硬化させる際には、磁石収容部に溶融された樹脂材が注入された状態で樹脂材が加熱される。この際、樹脂材が積層コアに固着された状態で収縮するので、樹脂材は、積層コアから引張り応力を受ける。また、樹脂材が硬化した後に積層コアおよび樹脂材が冷却される際に、樹脂材および積層コアの各々が収縮する。この際、樹脂材の線膨張係数が電磁鋼板の線膨張係数以下であるので、電磁鋼板の積層方向において、樹脂材の収縮する大きさは電磁鋼板（積層コア）の収縮する大きさ以下となる。この場合、樹脂材は、積層コアから受ける引張り応力が増加することはないので、ロータコアの製造工程後の樹脂材の残留応力を、硬化工程において発生した引張り応力以下にすることができる。その結果、樹脂材の線膨張係数が電磁鋼板の線膨張係数よりも大きく、樹脂材の冷却工程において樹脂材に作用する引張り応力が増加する場合に比べて、ロータコアの製造工程後の樹脂材の残留応力を小さくすることができる。その結果、ロータの運転時等に、樹脂材が破損するのを防止することができる。

また、樹脂材の熱膨張係数が電磁鋼板の線膨張係数以下であるので、ロータの運転時において樹脂材の温度が変化する場合にも、樹脂材の膨張量（収縮量）を電磁鋼板の膨張量（収縮量）以下にすることができる。その結果、ロータの運転時に樹脂材に加えられる応力が大きくなるのを防止することができるので、ロータの運転時に樹脂材が破損するのをより確実に防止することができる。

この発明の第２の局面におけるロータコアの製造方法は、複数の電磁鋼板が積層されることにより構成され、電磁鋼板の積層方向に延びるように設けられた磁石収容部を含む積層コアを有するロータコアの製造方法であって、積層コアの磁石収容部に、永久磁石を配置する配置工程と、配置工程の後に、電磁鋼板の線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する溶融された樹脂材を、磁石収容部内において、積層コアと永久磁石との間に充填する充填工程と、充填工程の後に、樹脂材を加熱することにより硬化させる硬化工程と、硬化工程の後に、積層コアを冷却するとともに樹脂材を冷却する冷却工程と、を備える。

この発明の第２の局面によるロータコアの製造方法では、上記のように、電磁鋼板の線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する溶融された樹脂材を磁石収容部に充填する充填工程が備えられている。ここで、硬化工程においては、樹脂材が積層コアに固着された状態で収縮するので、樹脂材は、積層コアから引張り応力を受ける。また、冷却工程においては、樹脂材および積層コアの各々が冷却されることにより収縮する。この際、樹脂材の線膨張係数が電磁鋼板の線膨張係数以下であるので、電磁鋼板の積層方向において、樹脂材の収縮する大きさは電磁鋼板（積層コア）の収縮する大きさ以下となる。この場合、樹脂材は、積層コアから応力を受けることがないか、または、積層コアから圧縮応力を受けるので、ロータコアの製造工程後の樹脂材の残留応力を、樹脂材の硬化工程において発生した引張り応力以下にすることができる。その結果、樹脂材の線膨張係数が電磁鋼板の線膨張係数よりも大きく、樹脂材の冷却工程において樹脂材に作用する引張り応力が増加する場合に比べて、ロータコアの製造工程後の樹脂材の残留応力を小さくすることができる。その結果、ロータの運転時等に、樹脂材が破損するのを防止することが可能なロータコアの製造方法を提供することができる。

本発明によれば、樹脂材が破損するのを防止することができる。

一実施形態によるロータ（回転電機）の構成を示す平面図である。 一実施形態によるロータコアの断面図である。 一実施形態によるロータコアの製造方法を示したフロー図である。 一実施形態によるロータコアの製造時における樹脂材および積層コアの応力状態を示した図である。 一実施形態によるロータコアの製造時における、樹脂材、積層コア、永久磁石、および樹脂モールド（比較例）の軸方向寸法の変化を示した図である。 一実施形態によるロータコアの製造時における、樹脂材および樹脂モールド（比較例）の各々の積層コアに対する軸方向寸法差の変化を示した図である。 一実施形態によるロータコアの製造時における、樹脂材および樹脂モールド（比較例）の各々の永久磁石に対する軸方向寸法差の変化を示した図である。 一実施形態によるロータコアの使用時における、樹脂材、積層コア、永久磁石、および樹脂モールド（比較例）の軸方向寸法の変化を示した図である。 一実施形態によるロータコアの使用時における、樹脂材および樹脂モールド（比較例）の各々の積層コアに対する軸方向寸法差の変化を示した図である。 一実施形態によるロータコアの使用時における、樹脂材および樹脂モールド（比較例）の各々の永久磁石に対する軸方向寸法差の変化を示した図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

［本実施形態］
図１～図１０を参照して、本実施形態によるロータコア４およびロータコア４の製造方法について説明する。

本願明細書では、「軸方向」とは、ロータ１（ロータコア４）の回転軸線Ｃ１に沿った方向を意味し、図中のＺ方向を意味する。また、「積層方向」とは、ロータコア４の電磁鋼板４ａ（図２参照）が積層する方向を意味し、図中のＺ方向を意味する。また、「径方向」とは、ロータ１（ロータコア４）の径方向（Ｒ１方向またはＲ２方向）を意味し、「周方向」は、ロータ１（ロータコア４）の周方向（Ｅ１方向またはＥ２方向）を意味する。

図１に示すように、回転電機１００は、ロータ１とステータ２とを備える。また、ロータ１およびステータ２は、それぞれ、円環状に形成されている。そして、ロータ１は、ステータ２の径方向内側に対向して配置されている。すなわち、本実施形態では、回転電機１００は、インナーロータ型の回転電機として構成されている。また、ロータ１の径方向内側には、シャフト３が配置されている。シャフト３は、ギア等の回転力伝達部材を介して、エンジンや車軸に接続されている。たとえば、回転電機１００は、モータ、ジェネレータ、または、モータ兼ジェネレータとして構成されており、車両に搭載されるように構成されている。なお、図１では、簡略化のため、後述する樹脂材６の図示を省略している。

また、ロータコア４は、周囲が閉塞した複数の孔部４ｂを有する複数の電磁鋼板４ａ（図２参照）が積層されるとともに、孔部４ｂが軸方向に重なって形成され、電磁鋼板４ａの積層方向に延びる磁石収容部１０を有する積層コア４ｄを備える。つまり、磁石収容部１０は、周囲を積層コア４ｄに囲まれており、積層コア４ｄの軸方向に延びる空間である。また、ロータコア４は、積層コア４ｄの磁石収容部１０に配置される永久磁石５を備える。磁石収容部１０は、積層コア４ｄに複数（本実施形態では３２個）設けられている。すなわち、回転電機１００は、埋込永久磁石型モータ（ＩＰＭモータ：Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ Ｍｏｔｏｒ）として構成されている。また、磁石収容部１０は、積層コア４ｄ（ロータコア４）のうちの径方向外側の部分に配置されている。なお、互いに隣接する２つの磁石収容部１０は、Ｖ字状に配置されている。なお、磁石収容部１０の配置および個数は、これに限られない。

また、ステータ２は、ステータコア２ａと、ステータコア２ａに配置されたコイル２ｂとを含む。ステータコア２ａは、たとえば、複数の電磁鋼板（珪素鋼板）が軸方向に積層されており、磁束を通過可能に構成されている。コイル２ｂは、外部の電源部に接続されており、電力（たとえば、３相交流の電力）が供給されるように構成されている。そして、コイル２ｂは、電力が供給されることにより、磁界を発生させるように構成されている。また、ロータ１およびシャフト３は、コイル２ｂに電力が供給されない場合でも、エンジン等の駆動または車軸の回転に伴って、ステータ２に対して回転するように構成されている。なお、図１では、コイル２ｂの一部のみを図示しているが、コイル２ｂは、ステータコア２ａの全周に亘って配置されている。

永久磁石５は、積層コア４ｄ（ロータコア４）の軸方向に直交する断面が長方形形状を有している。また、永久磁石５の表面は絶縁被膜で覆われており、絶縁被膜には微細な凹凸が形成されている。また、永久磁石５の軸方向に沿う長さは、磁石収容部１０の軸方向長さ以下である。たとえば、永久磁石５は、磁化方向（着磁方向）が永久磁石５の軸方向に直交する断面の短手方向となるように構成されている。なお、永久磁石５は、たとえばネオジウム磁石である。

また、ロータコア４は、磁石収容部１０に充填されている熱硬化性の樹脂材６（図２参照）を備える。樹脂材６は、磁石収容部１０に配置されている永久磁石５を磁石収容部１０内に固定するように設けられている。具体的には、磁石収容部１０を形成する積層コア４ｄの孔部４ｂと永久磁石５との間の空間に樹脂材６が充填されて、永久磁石５を積層コア４ｄに対し固定する。樹脂材６は、第１温度Ｔ１（たとえば８０℃）以上に加熱されることにより溶融する。また、樹脂材６は、第１温度Ｔ１よりも高い第２温度Ｔ２（たとえば１１０℃）以上に加熱されることにより硬化する。詳細には、樹脂材６は、第１温度Ｔ１よりも低い常温において固形（フレーク状、ペレット状、または、粉状など）であり、常温から加熱されて、樹脂材６の温度が第１温度Ｔ１以上になると溶融する。そして、樹脂材６は、第１温度Ｔ１以上でかつ第２温度Ｔ２未満の状態では、溶融状態を維持する（硬化しない）ように構成されている。そして、樹脂材６は、溶融状態において第２温度Ｔ２以上に加熱されることにより、硬化するように構成されている。なお、図１では、簡略化のため、樹脂材６の図示を省略している。

たとえば、樹脂材６として、特開２０１８－１４５２８０号公報に記載されているような合成樹脂材を用いることが可能である。また、合成樹脂材に無機充填材（フィラー）を添加することで、線膨張係数を低下させることができる。無機充填材を含まない合成樹脂材の線膨張係数は数十μｍ／℃であり、無機充填材単体の線膨張係数は十数μｍ／℃である。成樹脂材に無機充填材を添加することにより、複合則に従って、線膨張係数が低下する。なお、複合則は技術的一般用語であるので、ここでは詳述しない。すなわち、本発明に用いる樹脂材６は、無機充填材を含んでいる。樹脂材６は、無機充填材の重量比率を大きくすることにより線膨張係数を低下させている。無機充填材の重量比率は、樹脂材６の全量に対して５０～９５重量％の範囲内である。特に、樹脂材６は線膨張係数を低下させるために、非晶質シリカ（線膨張係数：０．５μｍ／℃）の重量比率が最も大きくなっている。なお、樹脂材６の構成としては上記に限られるものではなく、熱硬化性の樹脂材であればその他の構成を有する樹脂材でもよい。

ここで、本実施形態では、樹脂材６は、電磁鋼板４ａ（積層コア４ｄ）の線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する。具体的には、電磁鋼板４ａの線膨張係数は、約１３μｍ／℃である。また、樹脂材６の線膨張係数は、約１１μｍ／℃である。さらに、車両の駆動装置に用いる回転電機のロータコアとして、電磁鋼板４ａの線膨張係数は、１１．５μｍ／℃以上、１３μｍ／℃以下の範囲を取ることができ、樹脂材６の線膨張係数は、９μｍ／℃以上、１１．５μｍ／℃以下の範囲を取ることができる。ところで、樹脂材６の線膨張係数を９μｍ／℃よりも小さくすると、樹脂材６における無機充填材の重量比率がさらに大きくなるので、後述するロータコア４の製造工程の充填工程において、樹脂材６の流動性が低下する。つまり、ロータコア４の生産性が低下することになる。従って、樹脂材６の線膨張係数は、９μｍ／℃以上が好ましい。

また、本実施形態では、樹脂材６の線膨張係数は、電磁鋼板４ａの線膨張係数よりも小さく、かつ、永久磁石５の線膨張係数よりも大きい。具体的には、永久磁石５の線膨張係数は、磁化前（ロータコア４の製造時）では約２μｍ／℃であり、磁化後（ロータコア４の使用時（ロータ１の運転時））では約－２．３μｍ／℃である。なお、磁化された状態とは、永久磁石５内の磁力の向きが整理された状態を意味する。磁化の方向は、前述した通り、永久磁石５の軸方向に直交する断面の短手方向である。一般的な技術常識として、ネオジウム磁石の線膨張係数は、磁化方向と磁化方向に垂直な方向とで異なる数値を取ることが知られている。ここで言う、永久磁石５の線膨張係数は、磁化方向に垂直な方向、つまり軸方向の線膨張係数である。また、永久磁石５の線膨張係数は、磁化前（ロータコア４の製造時）であっても負の値（例えば－１．５μｍ／℃）を取り得る。よって、車両の駆動装置に用いる回転電機のロータコアとして、永久磁石５の線膨張係数は、磁化前後を問わず－１．５μｍ／℃以下、－２．３μｍ／℃以上の範囲を取ることができる。

すなわち、樹脂材６の線膨張係数は、電磁鋼板４ａの線膨張係数と、永久磁石５の線膨張係数との中央値よりも、電磁鋼板４ａの線膨張係数に近い値である。なお、樹脂材６の線膨張係数は、電磁鋼板４ａの線膨張係数と上記中央値との中央値よりも、電磁鋼板４ａの線膨張係数に近い値である。

また、本実施形態では、樹脂材６は、第２温度Ｔ２よりも高いガラス転移温度Ｔ３を有している。たとえば、ガラス転移温度Ｔ３は、約２１０℃である。すなわち、ガラス転移温度Ｔ３は、ロータ１の運転時およびロータコア４の製造時において樹脂材６が加熱される上限温度（１８０℃）よりも高い温度である。

（ロータコアの製造方法、樹脂材と積層コアとの間に発生する応力）
次に、図３～図７を参照して、本実施形態のロータコア４の製造方法について説明する。

まず、図３に示すように、ステップＳ１において、積層コア４ｄの磁石収容部１０に永久磁石５を配置（図２参照）する工程が行われる。

次に、ステップＳ２において、積層コア４ｄの磁石収容部１０内において、積層コア４ｄと永久磁石５との間に、電磁鋼板４ａの線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する溶融された樹脂材６を充填する充填工程が行われる。具体的には、樹脂材６は、第１温度Ｔ１以上第２温度Ｔ２未満で加熱され、溶融状態（流動体）となって磁石収容部１０と永久磁石５との間の空間を埋めるように充填される。また、樹脂材６は永久磁石５の軸方向に沿った側面が樹脂材６に囲まれるように注入されるとより好適である。なお、樹脂材６が注入される時点では、積層コア４ｄは、所定の温度（たとえば１４０℃）で予備加熱されている。

充填工程においては、図４に示すように、樹脂材６は、流動体であるとともに積層コア４ｄと固着されていないので、積層コア４ｄの熱膨張（図５参照）に対して追従する。したがって、充填工程では、樹脂材６および積層コア４ｄの熱膨張による、樹脂材６と積層コア４ｄとの間における軸方向の寸法差（樹脂材６の寸法－積層コア４ｄの寸法）がゼロになるので応力も作用しない。ここで、今後特に断りが無い場合、積層コア４ｄの軸方向の寸法は、磁石収容部１０の軸方向寸法に置き換えても良い。また、今後特に断りが無い場合、樹脂材６の軸方向寸法とは、磁石収容部１０に注入完了後の樹脂材６の軸方向寸法を意味する。なお、ここで言う応力とは、樹脂材６と積層コア４ｄとが固着している状態において、樹脂材６と積層コア４ｄとの間における軸方向の寸法差によって生じる応力であり、樹脂材６に対して積層コア４ｄの軸方向に作用する引張り応力または圧縮応力を意味する。

次に、図３に示すように、ステップＳ３において、樹脂材６を加熱することにより硬化させるとともに樹脂材６を積層コア４ｄに固着させる硬化工程が行われる。具体的には、図５に示すように、樹脂材６および積層コア４ｄを、第２温度Ｔ２よりもさらに高い温度（たとえば約１８０℃）まで加熱する。樹脂材６は、主に、積層コア４ｄの磁石収容部１０の内壁面からの伝熱により温度が上昇するため、樹脂材６は磁石収容部１０の内壁面と接触している部位から硬化して積層コア４ｄに固着する。そして、約１８０℃で一定時間加熱状態を維持することにより、樹脂材６の硬化と樹脂材６の積層コア４ｄへの固着が完了する。固着の状況を具体的に説明すると、磁石収容部１０を形成している積層された電磁鋼板４ａの孔部４ｂ同士の境界部分には図示しない凹部が形成されており、凹部に入り込んだ樹脂材６は硬化すると楔形状となる。その結果、樹脂材６は積層コア４ｄの磁石収容部１０に食い込むように固着する。温度が約１８０℃に維持されている間は、積層コア４ｄにおいては、温度変化がないため膨張および収縮は起こらない。一方、樹脂材６は、硬化することによって、軸方向に一定量だけ収縮する。この場合、図６に示すように、積層コア４ｄと樹脂材６との間において、軸方向における寸法差（樹脂材６の寸法－積層コア４ｄの寸法）が減少する。

すなわち、硬化工程では、樹脂材６が積層コア４ｄへ固着しながら硬化するとともに収縮することによって、樹脂材６と積層コア４ｄとの寸法差に起因する引張り応力が樹脂材６に作用する。したがって、硬化工程において、樹脂材６には、樹脂材６の収縮量と相関のある引張り応力が作用する。

なお、硬化工程では、積層コア４ｄには、積層コア４ｄに固着された状態で収縮する樹脂材６により圧縮応力が作用する。したがって、硬化工程では、樹脂材６の収縮量と相関のある圧縮応力が積層コア４ｄに作用する。

次に、図３に示すように、ステップＳ４では、積層コア４ｄを冷却するとともに樹脂材６を冷却する冷却工程が行われる。具体的には、この工程では、積層コア４ｄおよび樹脂材６を、高温状態（約１８０℃）から室温（約２５℃）まで冷却する。

図５に示すように、冷却工程における冷却により、樹脂材６および積層コア４ｄの各々は軸方向に収縮する。ここで、樹脂材６の線膨張係数が電磁鋼板４ａの線膨張係数よりも小さいので、積層コア４ｄの方が樹脂材６よりも大きく収縮する。この場合、図６に示すように、冷却工程において、積層コア４ｄと樹脂材６との間において、軸方向における寸法差（樹脂材６の寸法－積層コア４ｄの寸法）が増加する。すなわち、上記寸法差は、冷却工程において負側から０に近づく。

すなわち、冷却工程では、積層コア４ｄおよび樹脂材６の温度が低下する際に、積層コア４ｄが樹脂材６よりも大きく収縮することによって、樹脂材６に固着されている積層コア４ｄに起因して、樹脂材６に作用している引張り応力が緩和する。なお、樹脂材６の線膨張係数が電磁鋼板４ａの線膨張係数よりも小さく、各々の線膨張係数の差が大きい場合は、冷却工程中において、樹脂材６に作用する引張り応力が緩和された後、圧縮応力状態へ遷移することもあり得る。これは、図４の冷却工程（Ｓ４）における、樹脂材６の応力線および積層コア４ｄの応力線の傾きが大きくなることを意味している。したがって、冷却工程において、樹脂材６には、樹脂材６の収縮量および積層コア４ｄの収縮量の差と相関のある応力が作用する。

上記のように、硬化工程においては樹脂材６および積層コア４ｄの寸法差が減少し、冷却工程においては樹脂材６および積層コア４ｄの寸法差が増加する。これにより、図４に示すように、硬化工程において樹脂材６に蓄積された引張り応力が、冷却工程において緩和される。

なお、冷却工程では、樹脂材６および積層コア４ｄの寸法差が増加することにより、硬化工程において積層コア４ｄに作用する圧縮応力が、緩和される。

ここで、線膨張係数が電磁鋼板４ａよりも大きい樹脂（以下、樹脂モールドとする：図５および図６の破線参照）（比較例）を用いた場合について説明する。

図５に示すように、樹脂モールドは、樹脂材６よりも加熱硬化時の熱収縮率が大きいので、硬化工程において樹脂材６よりも大きく収縮する。したがって、硬化工程においては、樹脂モールドは、樹脂材６に作用する引張り応力よりも大きい引張り応力（図４参照）が作用する。また、積層コア４ｄには、樹脂材６の場合と比べて、より大きい圧縮応力（図４参照）が作用する。

また、冷却工程においては、樹脂モールドは、線膨張係数が電磁鋼板４ａよりも大きいので、積層コア４ｄよりも大きく収縮する。この場合、積層コア４ｄとの間の軸方向における寸法差（樹脂モールドの寸法－積層コア４ｄの寸法）は、冷却工程において減少（図６の破線参照）する。すなわち、上記寸法差は、冷却工程において負側に大きくなる。したがって、樹脂モールドには、冷却工程において、上記寸法差に起因する引張り応力が作用する。なお、冷却工程では、積層コア４ｄには、上記寸法差に起因する圧縮応力が作用する。

したがって、図４に示すように、樹脂モールドを用いた場合（比較例）には、硬化工程および冷却工程の両方において、樹脂モールドには引張り応力が作用するとともに、積層コア４ｄには圧縮応力が作用する。このため、樹脂モールドおよび積層コア４ｄの各々において、硬化工程および冷却工程の間で応力が緩和されない。したがって、樹脂材６を用いる場合、比較例の場合と比べて、ロータコア４の製造工程後の樹脂材６および積層コア４ｄの各々における残留応力が小さくなる。

なお、図６に示すように、硬化工程から冷却工程までの間に、樹脂材６の軸方向寸法差（樹脂材６の寸法－積層コア４ｄの寸法）が値Ａだけ減少（負側に増加）しているとすると、硬化工程から冷却工程までの間に樹脂モールド（比較例）の軸方向寸法差（樹脂モールドの寸法－積層コア４ｄの寸法）は、値Ａよりも大きい値Ｂだけ減少（負側に増加）する。これは、硬化工程および冷却工程の各々において、樹脂材６の方が樹脂モールドよりも収縮量が小さいことに起因している。

（ロータコア製造時における、樹脂材と磁石との間に発生する応力）
次に、永久磁石５と樹脂材６との寸法について説明する。硬化工程において、樹脂材６は硬化するとともに永久磁石５へ固着する。具体的には、永久磁石５の表面を覆う絶縁被膜に形成された凹部に入り込んだ樹脂材６が硬化することにより樹脂材６は永久磁石５へ固着する。図７に示すように、樹脂材６は、硬化工程において収縮することと、永久磁石５に樹脂材６が固着していることとに起因して引張り応力が作用する。また、樹脂材６は、冷却工程において、永久磁石５よりも大きく収縮することによって、引張り応力が増加する。この場合、硬化工程から冷却工程までに、樹脂材６の軸方向寸法差（樹脂材６の寸法－永久磁石５の寸法）が値Ｃだけ減少する。

また、樹脂モールド（比較例）の場合も同様に、樹脂モールドは、硬化工程において収縮することと、永久磁石５に樹脂モールドが固着していることとに起因して引張り応力が作用するとともに、冷却工程において永久磁石５よりも大きく収縮することによって引張り応力が増加する。ここで、樹脂モールドは、硬化工程および冷却工程の各々において樹脂材６よりも大きく収縮するので、硬化工程から冷却工程までの間に、樹脂モールドの軸方向寸法差（樹脂モールドの寸法－永久磁石５の寸法）が、値Ｃよりも大きい値Ｄだけ減少（負側に増加）する。したがって、比較例と比較して、樹脂材６を用いた場合の方が、樹脂材６に作用する引張り応力を減少させることが可能である。

（ロータコアの使用時における、樹脂材と積層コアとの間に作用する応力）
次に、図８～図１０を参照して、ロータコア４の使用時（ロータコア４を車両に搭載されたモータに組み込んで使用する場合）における状態について説明する。

図８に示すように、積層コア４ｄ、樹脂材６、および樹脂モールド（比較例）の各々は、温度上昇とともに膨張し、温度低下とともに収縮する。また、永久磁石５は、温度上昇とともに収縮し、温度低下とともに膨張する。なお、図８における常温時（２５℃）の軸方向寸法は、図５における冷却工程後の軸方向寸法を表している。

図９に示すように、樹脂材６の線膨張係数は電磁鋼板４ａの線膨張係数よりも小さいので、温度上昇に伴う樹脂材６の膨張量は積層コア４ｄの膨張量よりも小さい。すなわち、積層コア４ｄとの間の軸方向における寸法差（樹脂材６の寸法－積層コア４ｄの寸法）は、温度上昇に伴って減少する。言い換えると、上記寸法差は、温度上昇に伴って負側に大きくなる。これにより、常温時における樹脂材６の残留応力がゼロまたは引張り応力である場合、温度上昇に伴って、樹脂材６に引張り応力が発生、または、残留していた引張り応力が増加する。なお、常温時における樹脂材６の残留応力が圧縮応力である場合、温度上昇に伴って、樹脂材６に作用している圧縮応力が緩和し、さらには、樹脂材６に作用する応力が引張り応力へ遷移し得る。

また、樹脂材６の線膨張係数は電磁鋼板４ａの線膨張係数よりも小さいので、温度低下に伴う樹脂材６の収縮量は積層コア４ｄの収縮量よりも小さい。すなわち、積層コア４ｄとの間の軸方向における寸法差（樹脂材６の寸法－積層コア４ｄの寸法）は、温度低下に伴って増加する。言い換えると、上記寸法差は、温度低下に伴って負側から０に近づく。これにより、高温時（例えば１８０℃程度）において樹脂材６に作用している応力が引張り応力であった場合、温度低下に伴って、樹脂材６に作用している引張り応力は緩和する。また、温度低下に伴う樹脂材６に作用する引張り応力の緩和が進行すると、樹脂材６に作用する応力はゼロを通過し、圧縮応力へ遷移し得る。

また、樹脂モールド（比較例）の線膨張係数は電磁鋼板４ａの線膨張係数よりも大きいので、温度上昇に伴う、樹脂モールドの膨張量は積層コア４ｄの膨張量よりも大きい。すなわち、積層コア４ｄとの間の軸方向寸法差（樹脂モールドの寸法－積層コア４ｄの寸法）は、温度上昇に伴って増加する。一方、温度低下時においては、樹脂モールドの軸方向寸法差は減少する。

なお、全ての温度領域に渡って、樹脂材６の軸方向寸法差（樹脂材６の寸法－積層コア４ｄの寸法）は、樹脂モールドの軸方向寸法差（樹脂モールドの寸法－積層コア４ｄの寸法）よりも大きい。すなわち、全ての温度領域に渡って、樹脂材６の軸方向寸法差は、樹脂モールドの軸方向寸法差よりも０に近い。なお、樹脂材６の軸方向寸法差と、樹脂モールドの軸方向寸法差との差分は、温度が低下するほど大きくなる。

（ロータコアの使用時における、樹脂材と磁石との間に作用する応力）
また、図１０に示すように、樹脂材６の線膨張係数は永久磁石５の線膨張係数よりも大きいので、温度上昇に伴う、樹脂材６の膨張量は永久磁石５の膨張量よりも大きい。すなわち、永久磁石５との間の軸方向における寸法差（樹脂材６の寸法－永久磁石５の寸法）は、温度上昇に伴って増加する。これにより、常温時における樹脂材６が永久磁石５から受ける残留応力が引張り応力である場合、温度上昇に伴って、樹脂材６が永久磁石５から受ける引張り応力は緩和する。また、さらなる温度上昇により、樹脂材６が永久磁石５から受ける引張り応力はゼロを通過し圧縮応力へ遷移し得る。

また、温度低下に伴う、樹脂材６の収縮量は永久磁石５の収縮量よりも大きい。すなわち、永久磁石５との間の軸方向における寸法差（樹脂材６の寸法－永久磁石５の寸法）は、温度低下に伴って減少する。これにより、温度低下に伴って、樹脂材６は、永久磁石５から受ける引張り応力が増加する。

また、樹脂モールド（比較例）の線膨張係数は、樹脂材６と同様に、永久磁石５の線膨張係数よりも大きい。したがって、樹脂モールドも、温度上昇に伴って永久磁石５から受ける引張り応力が緩和し、温度低下に伴って永久磁石５から受ける引張り応力が増加する。

なお、全ての温度領域に渡って、樹脂材６の軸方向寸法差（樹脂材６の寸法－永久磁石５の寸法）は、樹脂モールド（比較例）の軸方向寸法差（樹脂モールドの寸法－永久磁石５の寸法）よりも大きい。また、樹脂材６の線膨張係数は樹脂モールドの線膨張係数よりも小さいので、樹脂材６の軸方向寸法差と樹脂モールドの軸方向寸法差との差分は、温度が低下するほど大きくなる。

［本実施形態の効果］
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態では、上記のように、ロータコア（４）は、磁石収容部（１０）内において、積層コア（４ｄ）と永久磁石（５）との間に充填されるとともに永久磁石（５）を磁石収容部（１０）内に固定し、電磁鋼板（４ａ）の線膨張係数以下の線膨張係数を有する熱硬化性の樹脂材（６）を備える。ここで、熱硬化性の樹脂材（６）を硬化させる際には、磁石収容部（１０）に溶融された樹脂材（６）が注入された状態で樹脂材（６）が加熱される。この際、樹脂材（６）が積層コア（４ｄ）に固着された状態で収縮するので、樹脂材（６）は、積層コア（４ｄ）から引張り応力を受ける。また、樹脂材（６）が硬化した後に積層コア（４ｄ）および樹脂材（６）が冷却される際に、樹脂材（６）および積層コア（４ｄ）の各々が収縮する。この際、樹脂材（６）の線膨張係数が電磁鋼板（４ａ）の線膨張係数以下であるので、電磁鋼板（４ａ）の積層方向において、樹脂材（６）の収縮する大きさは電磁鋼板（４ａ）（積層コア（４ｄ））の収縮する大きさ以下となる。この場合、樹脂材（６）は、積層コア（４ｄ）から受ける引張り応力が増加することはないので、ロータコア（４）の製造工程後の樹脂材（６）の残留応力を、樹脂材（６）の硬化工程において発生した引張り応力以下にすることができる。その結果、樹脂材（６）の線膨張係数が電磁鋼板（４ａ）の線膨張係数よりも大きく、樹脂材（６）の冷却工程において樹脂材（６）に作用する引張り応力が増加する場合に比べて、ロータコア（４）の製造工程後の樹脂材（６）の残留応力を小さくすることができる。その結果、ロータ（１）の運転時等に、樹脂材（６）が破損するのを防止することができる。

また、樹脂材（６）の熱膨張係数が電磁鋼板（４ａ）の線膨張係数以下であるので、ロータ（１）の運転時において樹脂材（６）の温度が変化する場合にも、樹脂材（６）の膨張量（収縮量）を電磁鋼板（４ａ）の膨張量（収縮量）以下にすることができる。その結果、ロータ（１）の運転時に樹脂材（６）に作用する応力が大きくなるのを防止することができるので、ロータ（１）の運転時に樹脂材（６）が破損するのをより確実に防止することができる。

また、本実施形態では、上記のように、樹脂材（６）の線膨張係数は、電磁鋼板（４ａ）の線膨張係数よりも小さい。このように構成すれば、冷却工程において、樹脂材（６）の収縮する大きさは電磁鋼板（４ａ）（積層コア（４ｄ））の収縮する大きさよりも小さくなる。これにより、樹脂材（６）は、冷却工程において積層コア（４ｄ）から受ける引張り応力が緩和される。その結果、ロータコア（４）の製造工程後の樹脂材（６）の残留応力をより小さくすることができる。これにより、ロータ（１）の運転時等に、樹脂材（６）が破損するのをより一層確実に防止することができる。

また、本実施形態では、上記のように、電磁鋼板（４ａ）の線膨張係数は、１１．５μｍ／℃以上、１３μｍ／℃以下の範囲であるとともに、樹脂材（６）の線膨張係数は、９μｍ／℃以上、１１．５μｍ／℃以下の範囲である。このように構成すれば、樹脂材（６）の線膨張係数を、電磁鋼板（４ａ）の線膨張係数よりも容易に小さくすることができる。

また、本実施形態では、上記のように、樹脂材（６）の線膨張係数は、電磁鋼板（４ａ）の線膨張係数以下で、かつ、永久磁石（５）の線膨張係数よりも大きい。このように構成すれば、樹脂材（６）の線膨張係数が電磁鋼板（４ａ）の線膨張係数よりも大きい場合に比べて、樹脂材（６）の線膨張係数を永久磁石（５）の線膨張係数に近い値にすることができる。その結果、樹脂材（６）と永久磁石（５）との熱膨張差を小さくすることができるので、樹脂材（６）が永久磁石（５）の熱膨張により破損するのをより確実に防止することができる。

また、本実施形態では、上記のように、永久磁石（５）の線膨張係数は、－１．５μｍ／℃以下、－２．３μｍ／℃以上の範囲である。このように構成すれば、樹脂材（６）の線膨張係数を、永久磁石（５）の線膨張係数よりも容易に大きくすることができる。

また、本実施形態では、上記のように、樹脂材（６）の線膨張係数は、電磁鋼板（４ａ）の線膨張係数と、永久磁石（５）の線膨張係数との中央値よりも、電磁鋼板（４ａ）の線膨張係数に近い値である。ここで、樹脂材（６）の機械的強度は、線膨張係数が大きいほど高い。したがって、樹脂材（６）の線膨張係数が上記中央値よりも電磁鋼板（４ａ）の線膨張係数に近い値であることによって、樹脂材（６）が永久磁石（５）の熱膨張により破損するのを防止しながら、樹脂材（６）の機械的強度を確保することができる。

また、本実施形態では、上記のように、磁石収容部（１０）は、電磁鋼板（４ａ）に設けられた孔部（４ｂ）が軸方向に重なって形成され、周囲が閉塞された空間である。このように構成すれば、電磁鋼板（４ａ）が積層されて構成される積層コア（４ｄ）において、樹脂材（６）を充填する空間を孔部（４ｂ）により容易に形成することができる。

また、本実施形態では、上記のように、樹脂材（６）は、第１温度（Ｔ１）以上に加熱されることにより溶融するとともに、溶融状態において第１温度（Ｔ１）よりも高い第２温度（Ｔ２）以上に加熱されることにより硬化するように構成されている。このように構成すれば、樹脂材（６）の溶融が開始される第１温度（Ｔ１）を、樹脂材（６）の硬化が開始される第２温度（Ｔ２）よりも低くすることができるので、樹脂材（６）が磁石収容部（１０）に注入される前に樹脂材（６）が硬化してしまうことを防止することができる。

また、本実施形態では、上記のように、樹脂材（６）は、第２温度（Ｔ２）よりも高いガラス転移温度（Ｔ３）を有している。ここで、熱硬化性の樹脂材（６）は、ガラス転移温度（Ｔ３）以上の範囲において線膨張係数が比較的大きいことが知られている。したがって、ガラス転移温度（Ｔ３）よりも低い第２温度（Ｔ２）において樹脂材（６）を硬化させることによって、樹脂材（６）の線膨張係数を比較的低くすることができる。その結果、樹脂材（６）の線膨張係数が、電磁鋼板（４ａ）の線膨張係数よりも大きくなるのを防止することができる。

また、本実施形態では、上記のように、ロータコア（４）の製造方法は、永久磁石（５）の配置工程の後に、電磁鋼板（４ａ）の線膨張係数以下の線膨張係数を有する溶融された樹脂材（６）を、磁石収容部（１０）内において、積層コア（４ｄ）と永久磁石（５）との間に充填する充填工程と、充填工程の後に、樹脂材（６）を加熱することにより硬化させる硬化工程と、硬化工程の後に、積層コア（４ｄ）を冷却するとともに樹脂材（６）を冷却する冷却工程と、を備える。ここで、硬化工程においては、樹脂材（６）が積層コア（４ｄ）に固着された状態で収縮するので、樹脂材（６）は、積層コア（４ｄ）から引張り応力を受ける。また、冷却工程においては、樹脂材（６）および積層コア（４ｄ）の各々が冷却されることにより収縮する。この際、樹脂材（６）の線膨張係数が電磁鋼板（４ａ）の線膨張係数以下であるので、電磁鋼板（４ａ）の積層方向において、樹脂材（６）の収縮する大きさは電磁鋼板（４ａ）（積層コア（４ｄ））の収縮する大きさ以下となる。この場合、樹脂材（６）は、積層コア（４ｄ）から受ける引張り応力が増加することはないので、ロータコア（４）の製造工程後の樹脂材（６）の残留応力を、樹脂材（６）の硬化工程において発生した引張り応力以下にすることができる。その結果、樹脂材（６）の線膨張係数が電磁鋼板（４ａ）の線膨張係数よりも大きく、樹脂材（６）の冷却工程において樹脂材（６）に作用する引張り応力が増加する場合に比べて、ロータコア（４）の製造工程後の樹脂材（６）の残留応力を小さくすることができる。その結果、ロータ（１）の運転時等に、樹脂材（６）が破損するのを防止することが可能なロータコア（４）の製造方法を提供することができる。

また、本実施形態では、上記のように、上記充填工程は、電磁鋼板（４ａ）の線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する溶融された樹脂材（６）を磁石収容部（１０）に注入する工程である。このように構成すれば、冷却工程において、樹脂材（６）の収縮する大きさは電磁鋼板（４ａ）（積層コア（４ｄ））の収縮する大きさよりも小さくなる。これにより、樹脂材（６）は、冷却工程において積層コア（４ｄ）から受ける引張り応力が緩和される。その結果、ロータコア（４）の製造工程後の樹脂材（６）の残留応力をより小さくすることができる。これにより、ロータ（１）の運転時等に、樹脂材（６）が破損するのをより一層確実に防止することが可能なロータコア（４）の製造方法を提供することができる。

また、本実施形態では、上記のように、上記硬化工程は、樹脂材（６）が硬化する際に収縮することによって、樹脂材（６）に固着されている積層コア（４ｄ）からの引張り応力が樹脂材（６）に作用しながら樹脂材（６）を硬化させる工程である。また、上記冷却工程は、積層コア（４ｄ）が樹脂材（６）よりも大きく収縮することによって、上記硬化工程において樹脂材（６）に作用した引張り応力が緩和されながら積層コア（４ｄ）および樹脂材（６）を冷却する工程である。このように構成すれば、硬化工程と冷却工程とにおいて、冷却工程において積層コア（４ｄ）が樹脂材（６）よりも小さく収縮することによって樹脂材（６）に作用する引張り応力が増加する場合に比べて、ロータコア（４）の製造工程後の樹脂材（６）の残留応力を容易に小さくすることができる。

［変形例］
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、樹脂材６の線膨張係数が、電磁鋼板４ａの線膨張係数よりも小さい例を示したが、本発明はこれに限られない。樹脂材６の線膨張係数が、電磁鋼板４ａの線膨張係数と等しくてもよい。

また、上記実施形態では、樹脂材６の線膨張係数が、電磁鋼板４ａの線膨張係数と、永久磁石５の線膨張係数との中央値よりも、電磁鋼板４ａの線膨張係数に近い値である例を示したが、本発明はこれに限られない。樹脂材６の線膨張係数が、上記中央値よりも永久磁石５の線膨張係数に近い値であってもよい。

また、上記実施形態では、樹脂材６の硬化が開始される第２温度Ｔ２が、樹脂材６のガラス転移温度Ｔ３よりも小さい例を示したが、本発明はこれに限られない。第２温度Ｔ２が、ガラス転移温度Ｔ３以上であってもよい。

また、上記実施形態において示した温度等はあくまでも一例であり、任意に改変し得る。また、上記実施形態において示した樹脂材６、積層コア４ｄおよび永久磁石５等の特性はあくまでも一例であり、任意に改変し得る。

４ ロータコア
４ａ 電磁鋼板
４ｂ 孔部
４ｄ 積層コア
５ 永久磁石
６ 樹脂材
１０ 磁石収容部
Ｔ１ 第１温度
Ｔ２ 第２温度
Ｔ３ ガラス転移温度

Claims (10)

1. 複数の電磁鋼板が積層されることにより構成され、前記電磁鋼板の積層方向に延びるように設けられ磁石収容部を含む積層コアと、
   前記積層コアの前記磁石収容部に配置される永久磁石と、
   前記磁石収容部内において、前記積層コアと前記永久磁石との間に充填されるとともに前記永久磁石を前記磁石収容部内に固定し、前記電磁鋼板の線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する熱硬化性の樹脂材と、を備える、ロータコア。
2. 前記電磁鋼板の線膨張係数は、１１．５μｍ／℃以上、１３μｍ／℃以下の範囲であるとともに、前記樹脂材の線膨張係数は、９μｍ／℃以上、１１．５μｍ／℃以下の範囲である、請求項１に記載のロータコア。
3. 前記樹脂材の線膨張係数は、前記電磁鋼板の線膨張係数以下で、かつ、前記永久磁石の線膨張係数よりも大きい、請求項１または２に記載のロータコア。
4. 前記永久磁石の線膨張係数は、－１．５μｍ／℃以下、－２．３μｍ／℃以上の範囲である、請求項３に記載のロータコア。
5. 前記樹脂材の線膨張係数は、前記電磁鋼板の線膨張係数と、前記永久磁石の線膨張係数との中央値よりも、前記電磁鋼板の線膨張係数に近い値である、請求項３または４に記載のロータコア。
6. 前記磁石収容部は、前記電磁鋼板に設けられた孔部が軸方向に重なって形成され、周囲が閉塞された空間である、請求項１～５のいずれか１項に記載のロータコア。
7. 前記樹脂材は、第１温度以上に加熱されることにより溶融するとともに、溶融状態において前記第１温度よりも高い第２温度以上に加熱されることにより硬化するように構成されている、請求項１～６のいずれか１項に記載のロータコア。
8. 前記樹脂材は、前記第２温度よりも高いガラス転移温度を有している、請求項７に記載のロータコア。
9. 複数の電磁鋼板が積層されることにより構成され、前記電磁鋼板の積層方向に延びるように設けられた磁石収容部を含む積層コアを有するロータコアの製造方法であって、
   前記積層コアの前記磁石収容部に、永久磁石を配置する配置工程と、
   前記配置工程の後に、前記電磁鋼板の線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する溶融された樹脂材を、前記磁石収容部内において、前記積層コアと前記永久磁石との間に充填する充填工程と、
   前記充填工程の後に、前記樹脂材を加熱することにより硬化させる硬化工程と、
   前記硬化工程の後に、前記積層コアを冷却するとともに前記樹脂材を冷却する冷却工程と、を備える、ロータコアの製造方法。
10. 前記硬化工程は、前記樹脂材が硬化する際に収縮することによって、前記樹脂材に固着されている前記積層コアからの引張り応力が前記樹脂材に作用しながら前記樹脂材を硬化させる工程であり、
    前記冷却工程は、前記積層コアが前記樹脂材よりも大きく収縮することによって、前記硬化工程において前記樹脂材に作用した前記引張り応力が緩和されながら前記積層コアおよび前記樹脂材を冷却する工程である、請求項９に記載のロータコアの製造方法。

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