JP7393347B2 - ロータの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機のロータ及びその製造方法に関する。

特許第６３８３７４５号公報には、積層された複数の鋼板によって構成されるとともに、円周方向に沿って形成された複数の磁石挿入孔を有するロータコアと、磁石挿入孔に配置される永久磁石と、永久磁石と磁石挿入孔の内壁面との間に位置する樹脂部と、を備えた回転電機のロータの製造方法が記載されている。この製造方法は、永久磁石の周囲を樹脂部が包むように永久磁石と樹脂部とを一体化し、磁石挿入孔よりも僅かに小さい形状の樹脂付永久磁石体を形成する一体化工程と、樹脂付永久磁石体を磁石挿入孔に配置する配置工程と、配置工程の後に樹脂付永久磁石体と磁石挿入孔の内壁面とを密着させる密着工程と、を備えている。また、上記の密着工程の前に、樹脂付永久磁石体を加熱する加熱工程を備えてもよいとされている。

上記の一体化工程では、永久磁石の少なくとも一方側の軸方向端面を覆う余肉部を有する樹脂付永久磁石体を形成し、上記の密着工程では、上記の余肉部を軸方向に押圧することで樹脂付永久磁石体と磁石挿入孔の内壁面とを密着させる。これにより、鋼板が積層される際に各鋼板間に生じた段差による空間にも、樹脂を充填するようにしている。

特開２０１５－８９１６９号公報には、永久磁石に樹脂材料からなる皮膜層が設けられたコーティング磁石をロータコアに形成された挿入孔に挿入することにより、永久磁石がロータコアに埋め込まれる態様で固定されるロータの製造方法が記載されている。この製造方法では、永久磁石として、挿入孔の内周面に接触することなく該挿入孔に挿入可能な形状のものを用いるとともに、コーティング磁石として、挿入孔に圧入可能な形状のものを用い、ロータコアを樹脂材料が溶融する溶融温度以上に加熱した状態で、コーティング磁石を挿入孔に挿入（軽圧入）する。これにより、挿入孔の内周面の微小な凹凸に樹脂を密着させるようにしている。

特許第６３８３７４５号公報に記載された製造方法では、密着工程において樹脂部の余肉部を押圧する際に、余肉部の樹脂がロータコアの軸方向端面の面方向に広がることで、磁石挿入孔への樹脂充填が不十分になる虞がある。また、ロータコアの軸方向端面に樹脂部の余肉部を押圧するため、樹脂部自体の変形量が大きくなる。このため、加熱工程において樹脂部を軟化させたとしても、樹脂部の変形抵抗が大きいことから、各鋼板間に生じた段差による空間に樹脂が十分に充填されない虞がある。以上のことから、磁石挿入孔の内壁面と永久磁石との間に樹脂の充填が不十分な箇所が存在することになると、ロータ回転時に永久磁石に作用する遠心力が、磁石挿入孔の内壁面のうち樹脂が充填されている箇所に集中し、その箇所が早期に破損する虞がある。

特開２０１５－８９１６９号公報に記載された製造方法では、加熱したロータコアの挿入孔にコーティング磁石を軽圧入する際に、コーティング磁石の樹脂部がロータコアの輻射熱で軟化することにより、最悪の場合、挿入孔入口のエッジ部との接触によって樹脂の一部が削り取られてしまう虞がある。その場合、挿入孔の内壁面と永久磁石との間に樹脂の充填が不十分な箇所が存在することになると、ロータ回転時に永久磁石に作用する遠心力が、挿入孔の内壁面のうち樹脂が充填されている箇所に集中し、その箇所が早期に破損する虞がある。

本発明は上記事実を考慮し、ロータ回転時に永久磁石に作用する遠心力が磁石挿入孔の内壁面の一部に集中することによるロータコアの早期破損を防止することができるロータの製造方法及びロータを得ることを目的とする。

本発明の第１の態様のロータの製造方法は、積層鋼板によって構成されるロータコアが軸方向に延びる磁石挿入孔を有し、前記磁石挿入孔内に配置される永久磁石と前記磁石挿入孔の内壁面との間に樹脂が介在されるロータの製造方法であって、前記永久磁石と前記樹脂とを一体化し、前記磁石挿入孔内に圧入可能な樹脂付永久磁石を製造する第１工程と、前記樹脂付永久磁石を前記磁石挿入孔内に圧入する第２工程と、前記第２工程後の前記ロータコアを前記樹脂が軟化する温度以上に加熱する第３工程と、前記第３工程後の前記ロータコアを冷却する第４工程と、を有している。

第１の態様のロータの製造方法では、積層鋼板によって構成されるロータコアが軸方向に延びる磁石挿入孔を有し、当該磁石挿入孔内に配置される永久磁石と磁石挿入孔の内壁面との間に樹脂が介在されるロータが製造される。この製造方法によれば、第１工程では、永久磁石と樹脂とが一体化され、ロータコアの磁石挿入孔内に圧入可能な樹脂付永久磁石が製造される。次いで第２工程では、上記の樹脂付永久磁石が、ロータコアの磁石挿入孔内に圧入される。次いで第３工程では、第２工程後のロータコアが、上記の樹脂が軟化する温度以上に加熱される。これにより、軟化した樹脂が磁石挿入孔の内壁面に対してロータ径方向に押し当てられて変形し、内壁面の凹凸に密着する。次いで第４工程では、第３工程で加熱されたロータコアが冷却され、上記の密着状態が維持されたままで、磁石挿入孔が常温時の大きさに戻される。

この製造方法では、ロータコアが加熱される前に、ロータコアの磁石挿入孔内に樹脂付永久磁石が圧入されるので、当該圧入時に、樹脂挿入孔入口のエッジ部と接触する側の樹脂の一部が削り取られることを抑制できる。しかも、従来のように樹脂部をロータコアの軸方向に押圧して磁石挿入孔内に充填するのではなく、軟化した樹脂が磁石挿入孔の内壁面に対してロータ径方向に押し当てられて変形するので、樹脂の変形抵抗が小さい。これらのことから、磁石挿入孔の内壁面の凹凸に樹脂を良好に密着させる（充填する）ことができる。その結果、ロータ回転時に永久磁石に作用する遠心力が、磁石挿入孔の内壁面に均一に加わるようになるので、上記の遠心力が磁石挿入孔の内壁面の一部に集中することによるロータコアの早期破損を防止することができる。

本発明の第２の態様のロータの製造方法は、積層鋼板によって構成されるロータコアが軸方向に延びる磁石挿入孔を有し、前記磁石挿入孔内に配置される永久磁石と前記磁石挿入孔の内壁面との間に樹脂が介在されるロータの製造方法であって、前記永久磁石と前記樹脂とを一体化し、前記磁石挿入孔よりロータ径方向に大きい樹脂付永久磁石を製造する第１工程と、前記樹脂付永久磁石を非接触で挿入可能な大きさに前記磁石挿入孔が拡大する温度以上で且つ前記樹脂が軟化する温度以上に前記ロータコアを加熱する第２工程と、前記第２工程による加熱状態の前記ロータコアの前記磁石挿入孔内に前記樹脂付永久磁石を挿入する第３工程と、前記第３工程後の前記ロータコアを冷却する第４工程と、を有している。

第２の態様のロータの製造方法では、積層鋼板によって構成されるロータコアが軸方向に延びる磁石挿入孔を有し、当該磁石挿入孔内に配置される永久磁石と磁石挿入孔の内壁面との間に樹脂が介在されるロータが製造される。この製造方法によれば、第１工程では、永久磁石と樹脂とが一体化され、ロータコアの磁石挿入孔よりロータ径方向に大きい樹脂付永久磁石が製造される。次いで第２工程では、樹脂付永久磁石を非接触で挿入可能な大きさに磁石挿入孔が拡大する温度以上で且つ前記樹脂が軟化する温度以上にロータコアが加熱される。次いで第３工程では、第２工程による加熱状態のロータコアの磁石挿入孔内に樹脂付永久磁石が挿入される。これにより、樹脂付永久磁石の樹脂が、ロータコアの輻射熱によって軟化する。次いで第４工程では、第３工程後のロータコアが冷却される。これにより、上記の加熱により拡大していた磁石挿入孔が縮小することで、軟化した樹脂が磁石挿入孔の内壁面に対してロータの径方向に押し当てられて変形し、内壁面の凹凸に密着する。そして、この密着状態が維持されたままで、磁石挿入孔が常温時の大きさに戻される。

この製造方法では、上記の加熱により拡大した磁石挿入孔内に樹脂付永久磁石が挿入されるので、樹脂挿入孔入口のエッジ部との接触によって樹脂の一部が削り取られることを防止できる。しかも、従来のように樹脂部をロータコアの軸方向に押圧して磁石挿入孔内に充填するのではなく、軟化した樹脂が磁石挿入孔の内壁面に対してロータ径方向に押し当てられて変形するので、樹脂の変形抵抗が小さい。これらのことから、磁石挿入孔の内壁面の凹凸に樹脂を良好に密着させる（充填する）ことができる。その結果、ロータ回転時に永久磁石に作用する遠心力が、磁石挿入孔の内壁面に均一に加わるようになるので、上記の遠心力が磁石挿入孔の内壁面の一部に集中することによるロータコアの早期破損を防止することができる。

本発明の第３の態様のロータの製造方法は、第１又は第２の態様のロータの製造方法において、前記第１工程では、前記永久磁石におけるロータ外径側の面とロータ内径側の面のうちロータ外径側の面のみに前記樹脂を付着させる。

第３の態様のロータの製造方法では、第１工程において、永久磁石におけるロータ外径側の面とロータ内径側の面のうちロータ外径側の面のみに樹脂が付着され、樹脂付永久磁石が製造される。この樹脂付永久磁石がロータコアの磁石挿入孔内に配置されると、永久磁石のロータ内径側には樹脂が存在せず、永久磁石のロータ外径側には樹脂が存在する構成となる。永久磁石のロータ外径側では、ロータ回転時に磁石挿入孔の内壁面に加わる永久磁石の遠心力が高くなるが、上記の樹脂が磁石挿入孔の内壁面の凹凸に良好に密着することで、上記の遠心力が磁石挿入孔の内壁面に均一に加わるようになる。しかも、永久磁石のロータ内径側にも樹脂が存在する構成と比較して、樹脂の量を少なくすることができるので、ロータの軽量化や製造コストの低減に寄与する。

本発明の第４の態様のロータの製造方法は、第１～第３の態様の何れか１つの態様のロータの製造方法において、前記第１工程では、前記磁石挿入孔におけるロータ周方向の両端部との間に隙間が形成される大きさに前記樹脂付永久磁石を製造する。

第４の態様のロータの製造方法では、第１工程において製造される樹脂付永久磁石は、磁石挿入孔内に配置させた状態で磁石挿入孔におけるロータ周方向の両端部との間に隙間が形成される大きさとされる。このため、例えば第２工程において、樹脂付永久磁石の端部をクランプの先端部で把持して磁石挿入孔に圧入又は挿入する場合に、クランプの先端部を上記の隙間に挿入することが可能となるので、樹脂付永久磁石の端部を把持するクランプの構成を簡素化できる。

本発明の第５の態様のロータの製造方法は、第１～第４の態様の何れか１つの態様のロータの製造方法において、前記第１工程では、複数の前記永久磁石と前記樹脂とを一体化する。

第５の態様のロータの製造方法では、第１工程において、複数の永久磁石と樹脂とが一体化されて樹脂付永久磁石が製造される。この樹脂付永久磁石がロータコアの磁石挿入孔内に配置されるロータでは、磁石挿入孔内に複数の永久磁石が配置されるため、渦電流の発生を抑制することができる。しかも、上記のように複数の永久磁石と樹脂とが一体化されるので、複数の永久磁石を別々に磁石挿入孔内に配置させる場合と比較して、工数を削減することができる。

本発明の第６の態様のロータの製造方法は、第１～第５の態様の何れか１つの態様のロータの製造方法において、前記第１工程では、前記永久磁石と前記樹脂とを一体化する前に、前記永久磁石又は樹脂でコーティングした前記永久磁石に対して表面を荒らす処理を施す。

第６の態様のロータの製造方法では、第１工程において、永久磁石と樹脂とを一体化する前に、永久磁石又は樹脂でコーティングした永久磁石に対して表面を荒らす処理を施す。これにより、永久磁石と樹脂とを一体化する際に、両者の密着性を向上させることができる。

本発明の第７の態様のロータは、積層鋼板によって構成され、軸方向に延びる磁石挿入孔を有するロータコアと、前記磁石挿入孔内に配置された永久磁石と、前記永久磁石と一体化され、前記永久磁石と前記磁石挿入孔の内壁面との間に介在された樹脂と、を備え、前記樹脂が前記内壁面に対してロータ径方向に押し当てられて変形したことにより前記内壁面の凹凸に密着している。

第７の態様のロータでは、積層鋼板によって構成されたロータコアが軸方向に延びる磁石挿入孔を有しており、当該磁石挿入孔内に配置された永久磁石と磁石挿入孔の内壁面との間に樹脂が介在されている。この樹脂は、磁石挿入孔の内壁面に対してロータ径方向に押し当てられて変形したものであり、磁石挿入孔の内壁面の凹凸に良好に密着している。これにより、ロータ回転時に永久磁石に作用する遠心力が、磁石挿入孔の内壁面に均一に加わるようになるので、上記の遠心力が磁石挿入孔の内壁面の一部に集中することによるロータコアの早期破損を防止することができる。

本発明の第８の態様のロータは、第７の態様のロータにおいて、前記ロータコアにおける前記磁石挿入孔の周辺部の残留応力が１０ＭＰａ以下に設定されている。

第８の態様のロータでは、ロータコアの磁石挿入孔内に配置された永久磁石と磁石挿入孔の内壁面との間に介在された樹脂は、磁石挿入孔の内壁面に対してロータ径方向に押し当てられて変形したものであるため、従来のように樹脂部がロータコアの軸方向に押圧されて磁石挿入孔内に充填された構成と比較して、樹脂の変形量が小さい。これにより、ロータコアにおける磁石挿入孔の周辺部の残留応力が１０ＭＰａ以下に設定されているので、経時変化による上記周辺部の変形を抑制することができ、当該変形に伴うロータコアの早期破損を防止することができる。

以上説明したように、本発明に係るロータの製造方法及びロータでは、ロータ回転時に永久磁石に作用する遠心力が磁石挿入孔の内壁面の一部に集中することによるロータコアの早期破損を防止することができる。

本発明の実施形態に係るロータを示す平面図である。 図１のＦ２－Ｆ２線に沿った切断面を示す断面図である。 樹脂付永久磁石を示す正面図である。 樹脂付永久磁石を示す側面図である。 樹脂付永久磁石を示す平面図である。 第１の製造方法において樹脂付永久磁石が磁石挿入孔内に圧入される前の状態を示す平面図である。 樹脂付永久磁石が磁石挿入孔内に圧入された状態を示す平面図である。 樹脂付永久磁石が磁石挿入孔内に圧入されたロータコアが、樹脂付永久磁石の樹脂が軟化する温度以上に加熱された状態を示す平面図である。 第２の製造方法において樹脂付永久磁石が磁石挿入孔内に圧入される前の状態を示す平面図である。 樹脂付永久磁石を非接触で挿入可能な大きさに磁石挿入孔が拡大する温度以上で且つ樹脂付永久磁石の樹脂が軟化する温度以上にロータコアが加熱され、当該ロータコアの磁石挿入孔内に樹脂付永久磁石が挿入された状態を示す平面図である。 樹脂付永久磁石が磁石挿入孔内に挿入されたロータコアが冷却された状態を示す平面図である。 樹脂付永久磁石の第１変形例を示す正面図である。 同第１変形例を示す側面図である。 同第１変形例を示す平面図である。 樹脂付永久磁石の第２変形例を示す正面図である。 同第２変形例を示す側面図である。 同第２変形例を示す平面図である。 樹脂付永久磁石の第３変形例を示す正面図である。 同第３変形例を示す側面図である。 同第３変形例を示す平面図である。 樹脂付永久磁石の第４変形例を示す正面図である。 同第４変形例を示す側面図である。 同第４変形例を示す平面図である。 第１工程の変形例においてブラスト加工が施される前の永久磁石を示す斜視図である。 第１工程の変形例においてブラスト加工が施された永久磁石を示す斜視図である。 第１工程の変形例において製造された樹脂付永久磁石を示す斜視図である。 第１工程の変形例において樹脂でコーティングされ且つブラスト加工が施された永久磁石を示す斜視図である。

以下、図１～図９Ｃを用いて、本発明の実施形態に係るロータの製造方法及びロータ１０について説明する。本発明の実施形態に係るロータ１０は、本発明の実施形態に係るロータの製造方法によって製造されたものである。先ず、ロータ１０の構成について説明する。

本実施形態に係るロータ１０は、インナロータ型の回転電機の回転子であり、図１及び図２に示されるように、上記の回転電機の回転軸１２に同軸的かつ一体的に固定されるロータコア１４と、ロータコア１４内に埋め込まれた樹脂付永久磁石２２とによって構成されている。ロータコア１４は、複数枚の電磁鋼板１６が積層された積層鋼板によって構成されており、円柱状に形成されている。ロータコア１４の中央部には、ロータコア１４を軸方向に貫通した嵌合孔１８が形成されている。この嵌合孔１８に回転軸１２が圧入され、ロータコア１４が回転軸１２に固定される構成になっている。

また、ロータコア１４の外周部には、ロータコア１４を軸方向に貫通した複数（ここでは４つ）の磁石挿入孔２０が形成されている。これらの磁石挿入孔２０は、ロータコア１４の周方向に等間隔で並んでおり、ロータ周方向（詳細にはロータ軸方向から見てロータ径方向と直交する方向）を長手とする略長方形状をなしている。上記のように、ロータコア１４は複数の電磁鋼板１６の積層体であるため、積層時のズレ等によって各磁石挿入孔２０の内壁面には微小な凹凸（段差）が発生している（図２参照）。これらの磁石挿入孔２０内には、それぞれ樹脂付永久磁石２２が配置されている。

図１～図３Ｃに示されるように、樹脂付永久磁石２２は、磁石挿入孔２０内に配置された永久磁石２４と、永久磁石２４と一体化され、永久磁石２４と磁石挿入孔２０の内壁面との間に介在された熱可塑性の樹脂（樹脂部）２６とによって構成されており、ロータ軸方向を長手とし、ロータ径方向を板厚方向とする長方形板状に形成されている。永久磁石２４は、焼結磁石等からなるセグメント磁石であり、ロータ軸方向を長手とし、ロータ径方向を板厚方向とする長方形板状に形成されている。この永久磁石２４は、ロータ軸方向から見た断面形状が、磁石挿入孔２０の長手方向を長手とする長方形状とされている。この永久磁石２４は、ロータ軸方向から見て磁石挿入孔２０よりも一回り小さく形成されており、磁石挿入孔２０内に非接触で挿入可能とされている。

また、上記の樹脂２６は、例えばインサート成形によって永久磁石２４と一体化されたものであり、永久磁石２４の周囲を包むように永久磁石２４に付着されている。但し、本実施形態では、永久磁石２４の一部が露出するように樹脂２６が形成されている。具体的には、図３Ａ～図３Ｃに示されるように、永久磁石２４における短手方向両端面２４Ａとロータ外径側の面２４Ｂとには樹脂２６が付着されており、永久磁石２４における長手方向両端面２４Ｃとロータ内径側の面２４Ｄとには樹脂２６が付着されていない構成になっている。なお、永久磁石２４と樹脂２６とが接着等の手段で一体化される構成にしてもよい。

上記構成の樹脂付永久磁石２２は、常温の状態において、磁石挿入孔２０内に圧入可能な大きさに製造される。具体的には、磁石挿入孔２０内に配置される前の樹脂付永久磁石２２の厚さ寸法Ｔ（図４Ａ参照）は、ロータ軸方向視での磁石挿入孔２０の短手方向の寸法ｔよりも若干大きく設定される。また、樹脂付永久磁石２２は、磁石挿入孔２０内に配置された状態で、磁石挿入孔２０におけるロータ周方向の両端部（ロータ軸方向視での長手方向両端部）との間にそれぞれ隙間２８が形成される大きさに形成される。つまり、図４Ａに示されるように、樹脂付永久磁石２２の幅寸法ｗ（ロータ軸方向視での長手寸法）は、磁石挿入孔２０の幅寸法Ｗよりも小さく設定される。

この樹脂付永久磁石２２では、樹脂２６のうち永久磁石２４のロータ外径側に位置する部位が、磁石挿入孔２０の内壁面のうちロータ外径側に位置する部位に密着している（図２参照）。具体的には、上記の樹脂２６が加熱されて軟化した状態で磁石挿入孔２０の内壁面に対してロータ径方向に押し当てられて変形したことにより、磁石挿入孔２０の内壁面の凹凸に樹脂２６が密着している。この「密着」について補足すると、本実施形態では、樹脂２６と磁石挿入孔２０の内壁面との接触率が例えば７０％以上とされている。

また、上記構成のロータ１０では、ロータコア１４における磁石挿入孔２０の周辺部（孔縁部）の残留応力が比較的小さく（本実施形態では１０ＭＰａ以下）に設定されている。これは、上記のように、樹脂２６が磁石挿入孔２０の内壁面に対してロータ径方向に押し当てられて磁石挿入孔２０の内壁面の凹凸に密着される場合、樹脂２６がロータコア１４の軸方向に押圧されて磁石挿入孔２０の内壁面の凹凸に密着される場合と比較して、樹脂２６の変形抵抗が小さいことによるものである。

なお、本実施形態では、樹脂付永久磁石２２の樹脂２６が熱可塑性とされているが、これに限らず、樹脂付永久磁石の樹脂は、熱硬化性であってもよい。熱硬化性の樹脂は、熱硬化後（例えば永久磁石２４とのインサート成形後）であっても、ガラス転移点温度より高温に加熱すれば軟化するため、当該軟化により磁石挿入孔２０の内壁面の凹凸に密着させることができる。また、上記の加熱後に温度を下げれば、上記の密着状態を維持したままで、熱硬化性樹脂を硬化させることもできる。

次に、上記構成のロータ１０の製造方法について説明する。本実施形態では、ロータ１０の製造方法として、第１及び第２の製造方法がある。第１及び第２の製造方法では、第１工程～第４工程を経てロータ１０が製造されるが、少なくとも第２工程よりも前に、電磁鋼板１６を積層してロータコア１４を製造する工程が設けられる。先ず、図４Ａ～図４Ｃを用いて第１の製造方法について説明し、その後に第２の製造方法について説明する。

（第１の製造方法）
第１の製造方法の第１工程では、永久磁石２４と樹脂２６とをインサート成形によって一体化し、ロータコア１４の磁石挿入孔２０内に圧入可能な樹脂付永久磁石２２を製造する（図４Ａ参照）。なお、本実施形態では、この第１工程において、永久磁石２４におけるロータ外径側の面２４Ｂとロータ内径側の面２４Ｄのうち、ロータ外径側の面２４Ｂのみに樹脂２６を付着させる。また、この第１工程では、磁石挿入孔２０におけるロータ周方向の両端部との間に隙間２８が形成される大きさに樹脂付永久磁石２２を製造する。

次いで第２工程では、例えばロータコア１４を図示しないパレット上に配置した状態で、樹脂付永久磁石２２をロータコア１４の磁石挿入孔２０内に圧入する（図４Ｂ参照）。この圧入は、例えば樹脂付永久磁石２２を先端部で把持可能なクランプを備えた供給ユニット（図示省略）によって行う。また、この圧入は、ロータコア１４及び樹脂付永久磁石２２の温度が常温の状態で行う。この圧入により、磁石挿入孔２０が拡大する。

次いで第３工程では、第２工程後のロータコア１４を樹脂２６が軟化する温度以上に加熱する（図４Ｃ参照）。この加熱は、例えば上記のパレットに設けられたヒータ等の加熱装置によって行う。この加熱により、樹脂２６が軟化すると、上記の圧入によって拡大した磁石挿入孔２０が縮小する。この縮小の際には、軟化した樹脂２６が磁石挿入孔２０の内壁面に対してロータ径方向に押し当てられて変形し、磁石挿入孔２０の内壁面（外径側）の凹凸に密着する。なお、この加熱は、樹脂２６が溶融して流動しない程度の温度に調整する必要がある。

次いで第４工程では、例えば上記のパレットに設けられた流路に冷却水を流すことにより、第３工程後のロータコア１４を温度制御しながら徐々に冷却する。これにより、上記の密着状態が維持されたままで、磁石挿入孔２０が常温時の大きさに戻される。これにより、ロータ１０が完成する。なお、第４工程での冷却は、上記のような水冷に限らず、ファン等を用いた空冷でもよい。また、一定時間の自然冷却後に強制冷却を行うようにしてもよい。

（第２の製造方法）
第２の製造方法の第１工程では、第１の製造方法の第１工程と同様に、永久磁石２４と樹脂２６とをインサート成形によって一体化し、常温時にロータコア１４の磁石挿入孔２０よりロータ径方向に大きい樹脂付永久磁石２２を製造する（図５Ａ参照）。

次いで第２工程では、例えばロータコア１４を図示しないパレット上に配置し、当該パレットに設けられたヒータ等の加熱装置によってロータコア１４を加熱する。この場合、樹脂付永久磁石２２を非接触で挿入可能な大きさに磁石挿入孔２０が拡大する温度以上で且つ樹脂２６が軟化する温度以上にロータコア１４を加熱する。この加熱は、樹脂２６が溶融して流動しない程度の温度に調整する必要がある。

次いで第３工程では、第２工程による加熱状態のロータコア１４の磁石挿入孔２０内に樹脂付永久磁石２２を挿入する（図５Ｂ参照）。この挿入は、例えば樹脂付永久磁石２２を先端部で把持可能なクランプを備えた供給ユニット（図示省略）によって行う。また、この挿入は、上記の加熱により拡大した磁石挿入孔２０の内壁面に、樹脂付永久磁石２２が接触しないように行う。磁石挿入孔２０内に樹脂付永久磁石２２が挿入されると、ロータコア１４の輻射熱によって樹脂２６が軟化する。

次いで第４工程では、例えば上記のパレットに設けられた流路に冷却水を流すことにより、第３工程後のロータコア１４を温度制御しながら徐々に冷却する。これにより、上記のように拡大した磁石挿入孔２０が縮小し始める。この縮小の際には、軟化した樹脂２６が磁石挿入孔２０の内壁面に対してロータ径方向に押し当てられて変形し、磁石挿入孔２０の内壁面の凹凸に密着する。そして、この密着状態が維持されたままで、磁石挿入孔２０が常温時の大きさに戻される（図５Ｃ参照）。これにより、ロータ１０が完成する。なお、第４工程での冷却は、上記のような水冷に限らず、ファン等を用いた空冷でもよい。また、一定時間の自然冷却後に強制冷却を行うようにしてもよい。

次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。

本実施形態では、ロータ１０の製造方法として、第１及び第２の製造方法がある。第１の製造方法によれば、第１工程では、永久磁石２４と樹脂２６とが一体化され、ロータコア１４の磁石挿入孔２０内に圧入可能な樹脂付永久磁石２２が製造される。次いで第２工程では、樹脂付永久磁石２２が、ロータコア１４の磁石挿入孔２０内に圧入される。次いで第３工程では、第２工程後のロータコア１４が、上記の樹脂２６が軟化する温度以上に加熱される。これにより、軟化した樹脂２６が磁石挿入孔２０の内壁面に対してロータ径方向に押し当てられて変形し、磁石挿入孔２０の内壁面の凹凸に密着する。次いで第４工程では、第３工程で加熱されたロータコア１４が冷却され、上記の密着状態が維持されたままで、磁石挿入孔２０が常温時の大きさに戻される。

この第１の製造方法では、ロータコア１４が加熱される前に、ロータコア１４の磁石挿入孔２０内に樹脂付永久磁石２２が圧入されるので、当該圧入時に、磁石挿入孔２０の入口のエッジ部と接触する側の樹脂２６の一部が削り取られることを抑制できる。しかも、従来のように樹脂部をロータコアの軸方向に押圧して磁石挿入孔内に充填するのではなく、軟化した樹脂２６が磁石挿入孔２０の内壁面に対してロータ径方向に押し当てられて変形するので、樹脂２６の変形抵抗が小さい。これらのことから、磁石挿入孔２０の内壁面の凹凸に樹脂２６を良好に密着させる（充填する）ことができる。その結果、ロータ１０の回転時に永久磁石２４に作用する遠心力が、磁石挿入孔２０の内壁面に均一に加わるようになるので、上記の遠心力が磁石挿入孔２０の内壁面の一部に集中することによるロータコア１４の早期破損を防止することができる。

また、第２の製造方法によれば、第１工程では、永久磁石２４と樹脂２６とが一体化され、ロータコア１４の磁石挿入孔２０よりロータ径方向に大きい樹脂付永久磁石２２が製造される。次いで第２工程では、樹脂付永久磁石２２を非接触で挿入可能な大きさに磁石挿入孔２０が拡大する温度以上で且つ樹脂２６が軟化する温度以上にロータコア１４が加熱される。次いで第３工程では、第２工程による加熱状態のロータコア１４の磁石挿入孔２０内に樹脂付永久磁石２２が挿入される。これにより、樹脂付永久磁石２２の樹脂２６が、ロータコア１４の輻射熱によって軟化する。次いで第４工程では、第３工程後のロータコア１４が冷却される。これにより、上記の加熱により拡大していた磁石挿入孔２０が縮小することで、軟化した樹脂２６が磁石挿入孔２０の内壁面に対してロータの径方向に押し当てられて変形し、磁石挿入孔２０の内壁面の凹凸に密着する。そして、この密着状態が維持されたままで、磁石挿入孔２０が常温時の大きさに戻される。

この第２の製造方法では、上記の加熱により拡大した磁石挿入孔２０内に樹脂付永久磁石２２が挿入されるので、磁石挿入孔２０の入口のエッジ部との接触によって樹脂２６の一部が削り取られることを防止できる。しかも、従来のように樹脂部をロータコアの軸方向に押圧して磁石挿入孔内に充填するのではなく、軟化した樹脂２６が磁石挿入孔２０の内壁面に対してロータ径方向に押し当てられ変形するので、樹脂２６の変形抵抗が小さい。これらのことから、磁石挿入孔２０の内壁面の凹凸に樹脂２６を良好に密着させる（充填する）ことができる。その結果、ロータ１０の回転時に永久磁石２４に作用する遠心力が、磁石挿入孔２０の内壁面に均一に加わるようになるので、上記の遠心力が磁石挿入孔２０の内壁面の一部に集中することによるロータコア１４の早期破損を防止することができる。

また、上記の第１及び第２の製造方法では、第１工程において、永久磁石２４におけるロータ外径側の面２４Ｂとロータ内径側の面２４Ｄのうち、ロータ外径側の面２４Ｂのみに樹脂２６が付着され、樹脂付永久磁石２２が製造される。この樹脂付永久磁石２２がロータコア１４の磁石挿入孔２０内に配置されると、永久磁石２４のロータ内径側には樹脂２６が存在せず、永久磁石２４のロータ外径側には樹脂２６が存在する構成となる。永久磁石２４のロータ外径側では、ロータ１０の回転時に磁石挿入孔２０の内壁面に加わる永久磁石２４の遠心力が高くなるが、上記の樹脂２６が磁石挿入孔２０の内壁面の凹凸に良好に密着することで、上記の遠心力が磁石挿入孔２０の内壁面に均一に加わるようになる。しかも、永久磁石２４のロータ内径側にも樹脂２６が存在する構成と比較して、樹脂２６の量を少なくすることができるので、ロータ１０の軽量化や製造コストの低減に寄与する。

さらに、上記の第１工程において製造される樹脂付永久磁石２２は、磁石挿入孔２０内に配置された状態で磁石挿入孔２０におけるロータ周方向の両端部との間に隙間２８が形成される大きさとされる。このため、第２工程において、樹脂付永久磁石２２の端部をクランプの先端部で把持して磁石挿入孔２０に圧入又は挿入する場合に、クランプの先端部を上記の隙間２８に挿入することが可能となる。これにより、樹脂付永久磁石２２の端部を把持するクランプの構成を簡素化できる。

また、本実施形態に係るロータ１０では、永久磁石２４と磁石挿入孔２０の内壁面との間に介在された樹脂２６は、磁石挿入孔２０の内壁面に対してロータ径方向に押し当てられて変形したものであるため、従来のように樹脂部がロータコアの軸方向に押圧されて磁石挿入孔内に充填された構成と比較して、樹脂２６の変形量が小さい。これにより、ロータコア１４における磁石挿入孔２０の周辺部の残留応力が１０ＭＰａ以下に設定されているので、経時変化による上記周辺部の変形を抑制することができ、当該変形に伴うロータコア１４の早期破損を防止することができる。

（樹脂付永久磁石の各種変形例）
次に、図６Ａ～図９Ｃを用いて、上記実施形態に係る樹脂付永久磁石２２の各種変形例について説明する。図６Ａ～図９Ｃに示される変形例は、前述した第１工程で製造されるものである。なお、図６Ａ～図９Ｃでは、上記実施形態に係る樹脂付永久磁石２２と同様の構成については、上記実施形態と同符号を付与している。

（第１変形例）
図６Ａ～図６Ｃに示される第１変形例のように、永久磁石２４におけるロータ外径側の面２４Ｂとロータ内径側の面２４Ｄとの両方に樹脂２６が付着された構成にしてもよい。また、図示は省略するが、永久磁石２４の長手方向両端部にも樹脂２６が付着された構成（永久磁石２４が樹脂２６内に完全に埋め込まれた構成）にしてもよい。

（第２変形例）
図７Ａ～図７Ｃに示される第２変形例では、樹脂付永久磁石２２の幅方向に分割された複数（ここでは２つ）の永久磁石２４１、２４２と樹脂２６とが一体化されており、樹脂２６に設けられた絶縁部２６Ａによって永久磁石２４１、２４２が絶縁されている。この樹脂付永久磁石２２がロータコア１４の磁石挿入孔２０内に配置されるロータ１０では、磁石挿入孔２０内に複数の永久磁石２４１、２４２が配置されるため、渦電流の発生を抑制することができる。しかも、上記のように複数の永久磁石２４１、２４２と樹脂２６とが一体化されるので、複数の永久磁石２４１、２４２を別々に磁石挿入孔２０内に配置させる場合と比較して、工数を削減することができる。

（第３変形例）
図８Ａ～図８Ｃに示される第３変形例では、樹脂付永久磁石２２の長手方向に分割された複数（ここでは３つ）の永久磁石２４１、２４２、２４３と樹脂２６とが一体化されており、樹脂２６に設けられた絶縁部２６Ａ、２６Ｂによって永久磁石２４１、２４２、２４３が絶縁されている。この第３変形例においても、第２変形例と同様の効果が得られる。

（第４変形例）
図９Ａ～図９Ｃに示される第４変形例では、樹脂２６において磁石挿入孔２０の内壁面に密着される部位に、樹脂付永久磁石２２の長手方向に延びる１又は複数（ここでは２つ）の溝３０が形成されている。この第４変形例では、軟化した樹脂２６が磁石挿入孔２０の内壁面に押し当てられる際に両者の間に介在する空気を、上記の溝３０を通して両者の間から排出することができるので、上記の空気の介在によって樹脂２６と磁石挿入孔２０の内壁面との密着性が低下することを防止又は抑制できる。

（第１工程の変形例）
図１０Ａ～図１０Ｃに示される変形例では、第１工程において、永久磁石２４と樹脂２６との密着性を向上させるための表面処理加工が追加される。具体的には、図１０Ａに示される永久磁石２４に対して図１０Ｂに示されるように表面を荒らす処理（例えば、ブラスト加工、研磨加工、レーザ処理、ケミカル処理など）を施し、その後に図１０Ｃに示されるように永久磁石２４の任意の面に樹脂２６を成形する。なお、図１０Ｂに示されるように永久磁石２４に対して直接表面を荒らす処理を施す構成に限らず、図１１に示されるように樹脂２５でコーティングした永久磁石２４に対して表面を荒らす処理を施す構成にしてもよい。

上記のような表面処理加工を追加することにより、永久磁石２４と樹脂２６との線膨張差による分離が防止され、ロータ回転時の信頼性が向上する。また、樹脂付永久磁石２２を磁石挿入孔２０に圧入又は挿入する際の取り扱いが容易になる。さらに、永久磁石２４の任意の面に樹脂２６を成形することが可能となる。

なお、上記実施形態では、ロータ１０がインナロータとされた構成にしたが、これに限らず、本発明に係るロータはアウタロータであってもよい。

その他、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施できる。また、本発明の権利範囲が上記実施形態に限定されないことは勿論である。

また、２０１９年１月１１日に出願された日本国特許出願２０１９－００３６２０号の開示は、その全体が参照により本明細書に取り込まれる。本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個別に記載された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

Claims (7)

1. 積層鋼板によって構成されるロータコアが軸方向に延びる磁石挿入孔を有し、前記磁石挿入孔内に配置される永久磁石と前記磁石挿入孔の内壁面との間に樹脂が介在されるロータの製造方法であって、
   前記永久磁石と前記樹脂とを一体化し、前記磁石挿入孔内に圧入可能な樹脂付永久磁石を製造する第１工程と、
   前記樹脂付永久磁石及び前記ロータコアが常温の状態で前記樹脂付永久磁石を前記磁石挿入孔内に圧入し、当該圧入により前記磁石挿入孔を拡大する第２工程と、
   前記第２工程後の前記ロータコアを前記樹脂が軟化する温度以上に加熱し、前記圧入によって拡大した前記磁石挿入孔が縮小する第３工程と、
   前記第３工程後の前記ロータコアを冷却する第４工程と、
   を有するロータの製造方法。
2. 積層鋼板によって構成されるロータコアが軸方向に延びる磁石挿入孔を有し、前記磁石挿入孔内に配置される永久磁石と前記磁石挿入孔の内壁面との間に樹脂が介在されるロータの製造方法であって、
   常温時の前記磁石挿入孔よりもロータ径方向に小さい前記永久磁石と前記樹脂とを一体化し、前記磁石挿入孔よりロータ径方向に大きい樹脂付永久磁石を製造する第１工程と、
   前記樹脂付永久磁石を非接触で挿入可能な大きさに前記磁石挿入孔が拡大する温度以上で且つ前記樹脂が軟化する温度以上に前記ロータコアを加熱する第２工程と、
   前記第２工程による加熱状態の前記ロータコアの前記磁石挿入孔内に前記樹脂付永久磁石を挿入する第３工程と、
   前記第３工程後の前記ロータコアを冷却することにより、軟化した前記樹脂が前記磁石挿入孔の内壁面に対してロータ径方向に押し当てられて変形する第４工程と、
   を有するロータの製造方法。
3. 前記第１工程では、前記永久磁石におけるロータ外径側の面とロータ内径側の面のうちロータ外径側の面のみに前記樹脂を付着させる請求項１又は請求項２に記載のロータの製造方法。
4. 前記第１工程では、前記磁石挿入孔におけるロータ周方向の両端部との間に隙間が形成される大きさに前記樹脂付永久磁石を製造する請求項１～請求項３の何れか１項に記載のロータの製造方法。
5. 前記第１工程では、複数の前記永久磁石と前記樹脂とを一体化する請求項１～請求項４の何れか１項に記載のロータの製造方法。
6. 前記第１工程では、前記永久磁石と前記樹脂とを一体化する前に、前記永久磁石又は樹脂でコーティングした前記永久磁石に対して表面を荒らす処理を施す請求項１～請求項５の何れか１項に記載のロータの製造方法。
7. 前記樹脂は、熱硬化性樹脂であり、
   前記第３工程では、前記熱硬化性樹脂がガラス転移点温度より高温となるように加熱する請求項１に記載のロータの製造方法。