JP7448027B2 - モーターロータ及びモーターロータの製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、モーターロータ及びモーターロータの製造方法に関する。

従来のモーターロータとして、特許文献１又は２に記載されるように、過給機などの回転機械に適用されるモーターロータが知られている。例えば、特許文献１に記載の永久磁石式回転子は、平滑層と磁石挿入用開口部の内壁との間に収容された焼結磁石からなる永久磁石片を有する。この構造によれば、永久磁石片の遠心力による荷重をロータ鉄心に均一に作用させることができる。

特開２００７－６０８６０号公報 特開２００２－３５９９５５号公報

過給機のような回転機械に適用されるモーターロータは、回転バランスの観点から回転軸の回転軸線をモーターロータの回転軸線に一致させることが求められる。しかしながら、例えばロータを構成する磁石の外形寸法は、精度よく仕上げることが難しい。その結果、回転軸の回転軸線に対してモーターロータの回転軸線を十分に一致させにくくなるので、モーターロータの回転バランスを向上させることが難しい。

本開示は、上記課題の解決のためになされたものであり、回転バランスを向上させることができるモーターロータ及びモーターロータの製造方法を説明する。

本開示の一側面に係るモーターロータは、回転軸と、回転軸の外周面に配置されたインナースリーブと、インナースリーブの外周面に配置された磁石構造体と、を備える。磁石構造体は、インナースリーブの外周面を覆うように配置された複数の磁石片と、インナースリーブと複数の磁石片との間及び複数の磁石片の間に充填された樹脂部材と、を含む。複数の磁石片は、互いに形状が異なっている。

本開示のモーターロータ及びモーターロータの製造方法は、回転バランスを向上させることができる。

図１は、モーターロータを含んで構成される過給機の断面図である。 図２は、図１に示したモーターロータを抽出して示す断面図である。 図３は、インナースリーブ及び磁石片の構成の一例を示す図である。 図４は、図２におけるＩＶ－ＩＶ線断面図である。 図５は、磁石片の一例を示す斜視図である。 図６は、モーターロータの製造方法を示すフローチャートである。 図７は、磁石等配置ステップの一例を示す断面図である。 図８は、第１の樹脂部形成ステップの一例を示す断面図である。 図９は、亀裂形成ステップの一例を示す断面図である。 図１０は、第２の樹脂部形成ステップの一例を示す断面図である。 図１１は、保護層配置ステップの一例を示す断面図である。 図１２は、第３の樹脂部形成ステップの一例を示す断面図である。 図１３は、第４の樹脂部形成ステップの一例を示す断面図である。 図１４は、モーターロータの比較例を示す断面図である。 図１５は、本開示のモーターロータを示す断面図である。

本開示の一側面に係るモーターロータは、回転軸と、回転軸の外周面に配置されたインナースリーブと、インナースリーブの外周面に配置された磁石構造体と、を備える。磁石構造体は、インナースリーブの外周面を覆うように配置された複数の磁石片と、インナースリーブと複数の磁石片との間及び複数の磁石片の間に充填された樹脂部材と、を含む。複数の磁石片のうち、少なくとも一個の磁石片の形状は、そのほかの磁石片の形状と異なる。

このモーターロータは、磁石構造体が複数の磁石片を含んでいる。複数の磁石片は樹脂部材によって互いに接合されている。そして、樹脂部材は、インナースリーブと磁石構造体との間にも充填されている。これらのような構成を得るためには、まず、インナースリーブと、略円筒形の磁石とを金型に配置する。続いて、磁石が破断する圧力よりも大きな圧力を未硬化の樹脂に与える。磁石が破断する圧力よりも大きな圧力を未硬化の樹脂に与えることにより、磁石に亀裂が生じるので、複数の磁石片を形成することができる。複数の磁石片は、それぞれが金型の内周面に倣うように移動させることが可能である。金型の内周面に対して磁石片を押し付けることができる。金型の内周面は、回転軸線に対して高精度に位置合わせがなされている。金型の内周面に対して磁石片を押し付けることによって、磁石片により構成される磁石構造体の軸線は、金型が有する位置合わせの精度と同様の精度をもって、回転軸線に合わせることができる。したがって、モーターロータの回転バランスを向上させることができる。

一側面のモーターロータは、複数の磁石片の間において、樹脂部材が接している磁石片の面の表面粗さは、インナースリーブと複数の磁石片との間において、樹脂部材が接している磁石片の面の表面粗さよりも大きくてもよい。このような構成によっても、モーターロータの回転バランスを向上させることができる。

一側面のモーターロータにおいて、インナースリーブの外周面には、周方向成分を含む方向に延在する溝が形成されていてもよい。この場合、インナースリーブと磁石片との間に形成された隙間に樹脂が充填される。この際、周方向成分を含む方向に樹脂の流動を溝によって案内することができる。この結果、樹脂が隙間に対して周方向に均等に行き渡り易くなる。樹脂が隙間に対して周方向に均等に行き渡り易くなることにより、複数の磁石片の周方向に対してより均一に圧力を加えることができる。この結果、複数の磁石片をより均一に金型の内周面に押し付けることができる。したがって、モーターロータの回転バランスを向上させることができる。

一側面のモーターロータにおいて、インナースリーブの軸方向における第１端部には、軸方向における磁石構造体の内周面に対向する部位よりも直径が小さくなるように形成された小径部が形成されていてもよい。この場合、インナースリーブの軸方向における第１端部に充填される樹脂のための入口を広くすることができる。充填される樹脂のための入口が広くなると、樹脂はインナースリーブと磁石片との間に形成された隙間に対して周方向に均等に行き渡り易くなる。この結果、複数の磁石片の周方向に対してより均一に圧力を加えることができる。複数の磁石片により均一に圧力を加えることができるので、複数の磁石片をより均一に金型の内周面に押し付けることができる。したがって、回転バランスを向上させることができる。

本開示の別の側面に係るモーターロータの製造方法は、インナースリーブと、円筒形の磁石と、を金型に配置するステップと、インナースリーブと磁石との間に未硬化の樹脂を充填するステップと、を有する。樹脂を充填するステップでは、磁石が破断する圧力よりも大きな圧力を樹脂に与える。

このモーターロータの製造方法では、まず、インナースリーブと、略円筒形の磁石とを金型に配置する。続いて、磁石が破断する圧力よりも大きな圧力を樹脂に与える。磁石が破断する圧力よりも大きな圧力を樹脂に与えることにより、磁石に亀裂が生じる。磁石の亀裂は、略円筒形の磁石から複数の磁石片を形成すると共に、それら複数の磁石片を金型に押し付けることを可能にする。金型の内周面は、回転軸線に対して高精度に位置合わせがなされている。金型の内周面が回転軸線に対して高精度に位置合わせがなされているので、金型の内周面に対して押し付けられた複数の磁石片は、金型が有する位置合わせの精度と同様の精度をもった磁石構造体を構成することができる。したがって、モーターロータの回転バランスを向上させることができる。

別の側面であるモーターロータの製造方法において、金型に配置するステップでは、金型の内径よりも小さい外径を有する磁石を配置することにより、金型の内周面と磁石の外周面との間に隙間を形成してもよい。樹脂を充填するステップでは、樹脂が充填される圧力によって磁石を破断させた後、継続して樹脂に圧力を与え続けてもよい。この場合、金型の内周面と磁石の外周面との間に隙間が形成される。この隙間は、磁石の動きしろとなる。この結果、回転軸線に対して高精度に位置合わせされた金型の内周面の形状に倣わせるように、磁石を配置することができる。また、樹脂の充填によって磁石を破断させた後、継続して樹脂に圧力を与え続けることができる。この結果、磁石を金型の内周面により確実に押し付けることができる。したがって、回転バランスを向上させることができる。

以下、図面を参照しながら、本開示のモーターロータ及びモーターロータの製造方法の実施形態について詳細に説明する。各図では、同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本開示のモーターロータ２５を含む過給機１の断面図である。過給機１は、モーターロータ２５を備えた車両用過給機である。以下の説明で、「軸方向」と言うときは、後述する回転軸１４の軸方向を意味する。「径方向」と言うときは、回転軸１４の径方向を意味する。「周方向」と言うときは、回転軸１４の周方向を意味する。

過給機１は、車両等の内燃機関に適用される。過給機１は、外気の吸入及び圧縮に用いられる。図１に示すように、過給機１は、過給機１の第１端部に設けられたタービン２と、過給機１の第２端部に設けられたコンプレッサ３と、を含む。過給機１は、回転軸線Ｈを有する回転軸１４を備えている。回転軸１４は、タービン２及びコンプレッサ３に挿通されている。回転軸１４は、軸受ハウジング１３に収容されている。軸受ハウジング１３は、タービン２及びコンプレッサ３の間に設けられている。軸受ハウジング１３の内周面には、軸受１５が配置されている。回転軸１４は、軸受１５を介して軸受ハウジング１３に回転可能に支持されている。

タービン２は、内燃機関から排出された排気ガスを利用することにより、回転軸１４を回転させる。タービン２は、タービンハウジング４と、タービン翼車６と、を含む。タービン翼車６は、タービンハウジング４に収容されている。タービンハウジング４には、排気ガス流入口と、排気ガス流出口１０とが設けられている。排気ガス流出口１０は、タービン２の第１端部に向かって開口する。タービン翼車６は、回転軸１４の第１端部に設けられている。タービン翼車６の周囲には、周方向に延びているスクロール流路１６が設けられている。タービン２は、内燃機関の排気ガスを排気ガス流入口からタービンハウジング４内に流入させる。この結果、タービン２は、排気ガスによってタービン翼車６及び回転軸１４を回転させる。タービン２は、排気ガス流出口１０からタービンハウジング４の外部に排気ガスを流出させる。

コンプレッサ３は、外気を圧縮する。コンプレッサ３は、圧縮した空気を内燃機関に供給する。コンプレッサ３は、コンプレッサハウジング５と、コンプレッサ翼車７と、を含む。コンプレッサ翼車７は、コンプレッサハウジング５に収容されている。コンプレッサハウジング５には、吐出口と、吸入口９とが設けられている。吸入口９は、コンプレッサ３の第２端部に向かって開口する。コンプレッサ翼車７は、回転軸１４の第２端部に設けられている。コンプレッサ翼車７の周囲には、周方向に延びているスクロール流路１７が設けられている。コンプレッサ３は、タービン２の駆動によってコンプレッサ翼車７を回転させる。コンプレッサ３は、吸入口９から外部の空気をコンプレッサハウジング５内に吸入させる。コンプレッサ３は、当該空気をスクロール流路１７内に流入させる。コンプレッサ３によって圧縮された空気は、吐出口から吐出される。吐出された空気は、前述の内燃機関に供給される。

過給機１は、電動機２１を有している。電動機２１は、例えば過給機１が搭載された車両の加速時等、内燃機関の排気ガスに起因して生じるトルクが要求されるトルクに対して不足する場合に、回転軸１４に対してトルクを付与する。電動機２１は、例えばブラシレス直流電動機を用いることができる。電動機２１は、モーターロータ２５と、複数のコイル及び複数の鉄心を含むモーターステータ２７と、を有している。

モーターロータ２５は、コンプレッサハウジング５の内部に収容されている。モーターロータ２５は、軸方向に沿って、軸受１５とコンプレッサ翼車７との間に配置されている。モーターロータ２５は、回転軸１４に固定されている。モーターロータ２５は、回転軸１４と共に回転可能である。モーターステータ２７は、コンプレッサハウジング５の内部に収容されている。モーターステータ２７は、軸方向に沿って、モーターロータ２５と略同一の位置に配置されている。モーターステータ２７は、モーターロータ２５を包囲する。モーターステータ２７は、コンプレッサハウジング５に配置されている。モーターステータ２７の内周面は、モーターロータ２５の外周面と離間している。モーターロータ２５の構成については、後述する。

図２は、図１に示したモーターロータ２５を抽出して示す断面図である。図２に示すように、モーターロータ２５は、インナースリーブ３１と、磁石構造体３２と、を備える組立体である。モーターロータ２５は、略円柱形を呈する。モーターロータ２５の回転軸線は、回転軸１４の回転軸線Ｈと重複している。

インナースリーブ３１は、回転軸１４の外周面１４ａに配置された略円筒形の部材である。インナースリーブ３１の内周面３１ｂは、回転軸１４の外周面１４ａに接している。インナースリーブ３１は、大径部３３と、基体部３４と、小径部３５（図３参照）と、によって構成されている。大径部３３は、軸方向における中央部に設けられている。基体部３４は、軸方向における両端側を構成する。小径部３５は、大径部３３と基体部３４との間に形成されている。

磁石構造体３２は、インナースリーブ３１の外周面３１ａに接している。軸方向に沿う磁石構造体３２の長さは、インナースリーブ３１の大径部３３の長さよりも長くなっている。磁石構造体３２は、インナースリーブ３１の大径部３３を包囲するように配置されている。図２に示すように、磁石構造体３２は、磁石部３６と、保護層３８と、エンドリング３９ａと、エンドリング３９ｂと、を含んでいる。

磁石部３６は、略円筒形を呈する。磁石部３６は、複数の磁石片６０と、第２の樹脂部５２とによって構成されている。磁石部３６は、インナースリーブ３１の大径部３３を包囲するように配置されている。磁石部３６の内周面３６ｂと大径部３３の外周面３３ａとの間には、第１の樹脂部５１が形成されている。磁石部３６には、亀裂群Ｃが形成されている。亀裂群Ｃには、第２の樹脂部５２が形成されている。亀裂群Ｃについては、後述する。第１の樹脂部５１及び第２の樹脂部５２は、樹脂部材を構成する。

保護層３８は、略円筒形を呈する金属製の部材である。保護層３８は、磁石部３６を包囲するように配置されている。保護層３８は、「アーマーリング」と呼ばれる場合もある。保護層３８は、過給機１の駆動に際し、磁石部３６の飛散を防止することを目的として配置される。保護層３８の内周面３８ｂと磁石部３６の外周面３６ａとの間には、第３の樹脂部５３が形成されている。軸方向に沿う保護層３８の長さは、磁石部３６の長さと略等しくなっている。

エンドリング３９ａ及びエンドリング３９ｂは、略円環状の部材である。エンドリング３９ａ及びエンドリング３９ｂは、磁石部３６及び保護層３８の軸方向に沿った位置ずれを抑制する。エンドリング３９ａは、軸方向に沿った磁石構造体３２の一方の端部を構成する。エンドリング３９ｂは、軸方向に沿った磁石構造体３２の他方の端部を構成する。エンドリング３９ａと磁石部３６との間には、第４の樹脂部５４ａが形成されている。エンドリング３９ａと保護層３８との間にも、第４の樹脂部５４ａが形成されている。エンドリング３９ｂと磁石部３６との間には、第４の樹脂部５４ｂが形成されている。エンドリング３９ｂと保護層３８との間にも、第４の樹脂部５４ｂが形成されている。エンドリング３９ａ及びエンドリング３９ｂは、インナースリーブ３１の基体部３４の外周面３４ａに接するように配置されている。エンドリング３９ａ及びエンドリング３９ｂは、軸方向に沿ってインナースリーブ３１の大径部３３を挟むように配置されている。エンドリング３９ａの外径及びエンドリング３９ｂの外径は、保護層３８の外径と略等しくなっている。

インナースリーブ３１の材料としては、例えばＳＣＭ４３５Ｈ等の鋼材を採用してよい。磁石部３６の材料としては、例えば、ネオジム磁石（Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ）、サマリウムコバルト磁石などを採用してよい。保護層３８の材料としては、金属材料（例えばＴｉ－６Ａｌ－４Ｖ等の非磁性体金属）又は樹脂材料を採用してよい。エンドリング３９ａ及びエンドリング３９ｂの材料としては、例えばＳＵＳ等の非磁性体金属、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂などを採用してよい。

第１の樹脂部５１、第２の樹脂部５２、第３の樹脂部５３及び第４の樹脂部５４ａ，５４ｂの材料としては、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂等を採用してよい。更に具体的には、第１の樹脂部５１、第２の樹脂部５２、第３の樹脂部５３及び第４の樹脂部５４ａ，５４ｂの材料としては、熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂又はエポキシ樹脂を採用してよい。第１の樹脂部５１、第２の樹脂部５２、第３の樹脂部５３及び第４の樹脂部５４ａ，５４ｂの材料としては、熱可塑性樹脂であるＬＣＰ（液晶ポリマー）を採用してよい。なお、本発明者らの試験によれば、ＬＣＰは、フェノール樹脂に比べて射出成形時の流動性が高い。ＬＣＰは、フェノール樹脂に比べて比較的入手が容易である。したがって、ＬＣＰは、第１の樹脂部５１、第２の樹脂部５２、第３の樹脂部５３及び第４の樹脂部５４ａ，５４ｂの材料として好ましい。フェノール樹脂は、ＬＣＰに比べて耐熱性、剛性、及び耐環境性に優れる。したがって、フェノール樹脂は、第１の樹脂部５１、第２の樹脂部５２、第３の樹脂部５３及び第４の樹脂部５４ａ，５４ｂの材料として好ましい。エポキシ樹脂は、素材自体に密着性があるので第１の樹脂部５１、第２の樹脂部５２、第３の樹脂部５３及び第４の樹脂部５４ａ，５４ｂの材料として好ましい。

図３は、インナースリーブ３１及び磁石片６０の構成の一例を示す図である。図３では、モーターロータ２５のうち、インナースリーブ３１及び磁石片６０だけが図示されており、他の構成は省略されている。

図３に示すように、大径部３３の外周面３３ａには、周方向成分を含む方向に延在する溝４１が形成されている。溝４１は、周方向溝４１ａと、複数のローレット溝４１ｂと、によって構成されている。周方向溝４１ａは、周方向に延びている。周方向溝４１ａは、軸方向に沿って等間隔に形成されている。複数のローレット溝４１ｂは、軸方向に沿って螺旋状に延びている。複数のローレット溝４１ｂは、互いに交差するように２方向に延びている。複数のローレット溝４１ｂが互いに交差するように２方向に延びていることにより、複数のローレット溝４１ｂは、綾目の模様を呈している。

インナースリーブ３１の第１端部では、大径部３３と基体部３４との間には、小径部３５が形成されている。小径部３５の外径は、インナースリーブ３１の第１端部に向かうにつれて小さくなっている。小径部３５は、テーパ状を呈している。

図４は、図２におけるＩＶ－ＩＶ線断面図である。上述したように、磁石部３６には、亀裂群Ｃが形成されている。図４に示すように、軸方向から見て、亀裂群Ｃは、第１の亀裂Ｃ１と、第２の亀裂Ｃ２と、第３の亀裂Ｃ３と、第４の亀裂Ｃ４と、を含む。第２の亀裂Ｃ２は、第１の亀裂Ｃ１と対向する位置に形成されている。第３の亀裂Ｃ３は、周方向に沿って第１の亀裂Ｃ１及び第２の亀裂Ｃ２の間に形成されている。第４の亀裂Ｃ４は、第３の亀裂Ｃ３と対向する位置に形成されている。例えば、第１の亀裂Ｃ１は、磁石部３６の内周面３６ｂから磁石部３６の外周面３６ａに達するように形成されている。第２の亀裂Ｃ２、第３の亀裂Ｃ３及び第４の亀裂Ｃ４も、磁石部３６の内周面３６ｂから磁石部３６の外周面３６ａに達するように形成されている。

亀裂群Ｃは、後述するモーターロータ２５の製造方法により、永久磁石７０（図７参照）の脆性破壊（Brittle fracture）によって形成される。永久磁石７０が脆性破壊されることにより、磁石片６０の破断面６０ｓの表面粗さは、磁石片６０の内周面６０ｂの表面粗さよりも大きくなっている。破断面６０ｓは、磁石片６０の一部分である。破断面６０ｓには、複数の磁石片６０の間に充填された第２の樹脂部５２が接している。内周面６０ｂは、磁石片６０の別の部分である。内周面６０ｂには、インナースリーブ３１（図２参照）と磁石片６０との間に充填された第１の樹脂部５１が接している。ここで言う「表面粗さ」には、例えば、JIS B 0601等に記載された算術平均粗さ、最大高さ及び十点平均粗さ等の定義を用いてよい。

図５は、磁石片６０の一例を示す斜視図である。図５に示すように、亀裂群Ｃは、第５の亀裂Ｃ５と、第６の亀裂Ｃ６と、をさらに含む。第５の亀裂Ｃ５は、第１の亀裂Ｃ１及び第３の亀裂Ｃ３の間に位置している。第５の亀裂Ｃ５は、周方向に延びている。第５の亀裂Ｃ５は、第６の亀裂Ｃ６よりも第１端部に近い位置に形成されている。このような亀裂群Ｃが形成されることにより、複数の磁石片６０が形成されている。複数の磁石片６０は、第２の樹脂部５２（図２参照）によって互いに接合されている。この結果、複数の磁石片６０は、略円筒形である磁石部３６を構成している。

続いて、以上のようなモーターロータ２５を製造する方法を説明する。図６は、本開示のモーターロータ２５の製造方法を示すフローチャートである。図６に示すように、モーターロータ２５の製造方法は、磁石等配置ステップＳ０１と、第１の樹脂部形成ステップＳ０２と、亀裂形成ステップＳ０３と、第２の樹脂部形成ステップＳ０４と、保護層配置ステップＳ０５と、第３の樹脂部形成ステップＳ０６と、第４の樹脂部形成ステップＳ０７と、を有している。

図７は、磁石等配置ステップＳ０１の一例を示す断面図である。図７に示すように、磁石等配置ステップＳ０１（金型に配置するステップ）では、インナースリーブ３１と、略円筒形の永久磁石７０と、を金型５５に配置する。金型５５内には、インナースリーブ３１の大径部３３を包囲するように永久磁石７０を配置する。永久磁石７０の内周面７０ｂは、大径部３３の外周面３３ａと離間させる。永久磁石７０の外周面７０ａは、金型５５の内周面５５ｂから離間させる。永久磁石７０の第１端部の端面は、金型５５の第１端部の端面と面一になっている。金型５５の内径よりも小さい外径を有する永久磁石７０を配置する。金型５５の内径よりも小さい外径を有する永久磁石７０を配置することにより、金型５５の内周面５５ｂと永久磁石７０の外周面７０ａとの間に隙間Ｇが形成される。隙間Ｇは、例えば永久磁石７０の加工に際して実現できる寸法公差(Dimensional tolerance)よりも大きく形成される。換言すると、隙間Ｇは、永久磁石７０が含む基準寸法に対するずれを吸収する。隙間Ｇは、永久磁石７０の外形を理想的な外形にできる程度の余裕であるともいえる。

図８は、第１の樹脂部形成ステップＳ０２の一例を示す断面図である。図８に示すように第１の樹脂部形成ステップＳ０２（樹脂を充填するステップ）では、金型５５の第１端部に蓋５６を配置する。インナースリーブ３１と永久磁石７０との間に未硬化の樹脂５０ａを充填する。金型５５の蓋５６には、注入口５６ａが設けられている。注入口５６ａは、蓋５６の第１端部と蓋５６の第２端部とを連通する。第１の樹脂部形成ステップＳ０２では、注入口５６ａから未硬化の樹脂５０ａを充填する。注入口５６ａから未硬化の樹脂５０ａを充填することにより、インナースリーブ３１の外周面３１ａと永久磁石７０の内周面７０ｂとの間に未硬化の樹脂５０ａを充填できる。未硬化の樹脂５０ａを充填することにより、第１の樹脂部５１が射出成形される。第１の樹脂部形成ステップＳ０２では、永久磁石７０が破断する圧力よりも小さな圧力を未硬化の樹脂５０ａに与えてもよい。

図９は、亀裂形成ステップＳ０３の一例を示す断面図である。亀裂形成ステップＳ０３では、永久磁石７０が破断する圧力よりも大きな圧力を未硬化の樹脂５０ａに与える。永久磁石７０が破断する圧力よりも大きな圧力を未硬化の樹脂５０ａに与えることにより、亀裂群Ｃが形成される。亀裂群Ｃを形成することにより、複数の磁石片６０が形成される。なお、未硬化の樹脂５０ａに圧力を与えることによって永久磁石７０を破断させている。したがって、亀裂群Ｃを構成する複数の亀裂は、直線的に形成されなくてもよい。亀裂群Ｃには、複数の亀裂が合流する分岐点が含まれてもよい。換言すると、亀裂群Ｃには、奇数又は偶数の亀裂が合流する分岐点が含まれてもよい。

図１０は、第２の樹脂部形成ステップＳ０４の一例を示す断面図である。図１０に示すように、第２の樹脂部形成ステップＳ０４では、未硬化の樹脂５０ａが充填される圧力によって複数の磁石片６０を形成した後に、継続して未硬化の樹脂５０ａに圧力を与え続ける。このときの圧力は、第１の樹脂部形成ステップＳ０２と同じであってもよい。つまり、複数の磁石片６０を形成した後に与え続ける圧力は、亀裂形成ステップＳ０３の圧力から小さくしてもよい。また、複数の磁石片６０を形成した後に与え続ける圧力は、亀裂形成ステップＳ０３と同じであってもよい。つまり、複数の磁石片６０を形成した後に与え続ける圧力は、亀裂形成ステップＳ０３の圧力から変更しなくてもよい。未硬化の樹脂５０ａが充填される圧力によって複数の磁石片６０を形成した後に、継続して未硬化の樹脂５０ａに圧力を与え続けることにより、磁石片６０の間に形成された亀裂群Ｃに未硬化の樹脂５０ａが充填される。この結果、第２の樹脂部５２を形成することができる。また、未硬化の樹脂５０ａに継続して圧力を付与する。この結果、隙間Ｇが形成されている部分に位置する磁石片６０は、径方向に移動する。磁石片６０を径方向に移動させることにより、磁石片６０を金型５５の内周面５５ｂに押し付ける。したがって、複数の磁石片６０は、金型５５の内周面５５ｂの形状に倣うように配置される。

以上のステップを経る間に、未硬化の樹脂５０ａは、金型５５が有する熱によって次第に硬化していく。未硬化の樹脂５０ａが硬化したものが、第１の樹脂部５１である。第１の樹脂部５１が形成された後、蓋５６を取り外す。そして、金型５５からインナースリーブ３１と磁石部３６とを含む中間製造物を取り外す。

図１１は、保護層配置ステップＳ０５の一例を示す断面図である。図１１に示すように、保護層配置ステップＳ０５では、インナースリーブ３１と、磁石部３６と、保護層３８とを金型５８の内部に配置する。磁石部３６は、第１の樹脂部５１によってインナースリーブ３１と接合されている。金型５８の内径は、保護層３８の外径と略等しい。すなわち、金型５８の内径は、金型５５の内径よりも大きい。保護層３８は、磁石部３６を包囲するように配置する。保護層３８の内周面３８ｂは、磁石部３６の外周面３６ａと離間させる。

図１２は、第３の樹脂部形成ステップＳ０６の一例を示す断面図である。図１２に示すように、第３の樹脂部形成ステップＳ０６では、金型５８の第１端部に蓋５９を配置する。その後、磁石部３６と保護層３８との間に未硬化の樹脂５０ｂを充填する。蓋５９には、注入口５９ａが設けられている。注入口５９ａは、蓋５９の第１端部と蓋５９の第２端部とを連通する。注入口５９ａから未硬化の樹脂５０ｂを充填する。注入口５９ａから未硬化の樹脂５０ｂを充填することにより、磁石部３６の外周面３６ａと保護層３８の内周面３８ｂとの間に第３の樹脂部５３を形成することができる。

図１３は、第４の樹脂部形成ステップＳ０７の一例を示す断面図である。図１３に示すように、第４の樹脂部形成ステップＳ０７では、まず、インナースリーブ３１、磁石部３６、保護層３８、第１の樹脂部５１、第２の樹脂部５２、及び第３の樹脂部５３を金型５８から取り外す。その後、インナースリーブ３１に回転軸１４を挿通する。続いて、第１の樹脂部５１の第１端部及び第３の樹脂部５３の第１端部を研磨する。第１の樹脂部５１の第１端部及び第３の樹脂部５３の第１端部を研磨することにより、磁石部３６の第１端部の端面及び保護層３８の第１端部の端面とを一致させる。その後、一端面７１ａを形成する。磁石部３６の第２端部の端面と面一になるように、第１の樹脂部５１の第２端部を研磨する。保護層３８の第２端部の端面と面一になるように、第３の樹脂部５３の第２端部を研磨する。その後、他端面７１ｂを形成する。続いて、一端面７１ａに未硬化の樹脂を塗布する。他端面７１ｂにも未硬化の樹脂を塗布する。次に、インナースリーブ３１にエンドリング３９ａ及びエンドリング３９ｂをそれぞれ圧入する。その後、未硬化の樹脂に対してエンドリング３９ａ及びエンドリング３９ｂを押し付ける。その結果、第４の樹脂部５４ａ，５４ｂを形成することができる。このような工程を経て、図２に示すモーターロータ２５が得られる。

モーターロータ２５の磁石構造体３２は、複数の磁石片６０を含んでいる。複数の磁石片６０は、第２の樹脂部５２によって互いに接合されている。そして、第１の樹脂部５１は、インナースリーブ３１と磁石構造体３２との間にも充填されている。このような構成を得るためには、まず、インナースリーブ３１と、略円筒形の永久磁石７０とを金型５５に配置する。続いて、永久磁石７０が破断する圧力よりも大きな圧力を未硬化の樹脂５０ａに与える。永久磁石７０が破断する圧力よりも大きな圧力を未硬化の樹脂５０ａに与えることにより、永久磁石７０に亀裂群Ｃが生じるので、複数の磁石片６０を形成することができる。複数の磁石片６０は、金型５５に押し付けることが可能である。その結果、モーターロータ２５が得られる。金型５５の内周面５５ｂは、回転軸線Ｈに対して高精度に位置合わせがなされている。したがって、この金型５５の内周面５５ｂに対して磁石片６０を押し付けることにより磁石構造体３２も、金型５５が有する位置合わせの精度と同様の精度をもって構成することができる。したがって、モーターロータ２５の回転バランスを向上させることができる。

複数の磁石片６０の間に充填された第２の樹脂部５２が接している磁石片６０の破断面６０ｓの表面粗さは、インナースリーブ３１と複数の磁石片６０との間に充填された第１の樹脂部５１が接している磁石片６０の内周面６０ｂの表面粗さよりも大きい。このような構成によっても、モーターロータ２５の回転バランスを向上させることができる。

インナースリーブ３１の外周面３１ａには、周方向成分を含む方向に延在する溝４１が形成されているインナースリーブ３１と永久磁石７０との間に形成された隙間には、未硬化の樹脂５０ａが充填される。この際、周方向成分を含む方向に未硬化の樹脂５０ａの流動を溝４１によって案内することができる。この結果、未硬化の樹脂５０ａが隙間に対して周方向に均等に行き渡り易くなる。未硬化の樹脂５０ａが隙間に対して周方向に均等に行き渡り易くなることにより、複数の磁石片６０の周方向に対してより均一に圧力を加えることができる。この結果、複数の磁石片６０をより均一に金型５５の内周面５５ｂに押し付けることができる。したがって、モーターロータ２５の回転バランスを向上させることができる。

インナースリーブ３１の軸方向における第１端部には、大径部３３よりも直径が小さくなるように形成された小径部３５が形成されている。この場合、インナースリーブ３１の軸方向における第１端部に充填される未硬化の樹脂５０ａのための入口を広くすることができる。充填される未硬化の樹脂５０ａのための入口が広がることにより、未硬化の樹脂５０ａはインナースリーブ３１と永久磁石７０との間に形成された隙間に対して周方向に均等に行き渡り易くなる。この結果、複数の磁石片６０の周方向に対してより均一に圧力を加えることができる。複数の磁石片６０の周方向に対してより均一に圧力を加えることができるので、複数の磁石片６０をより均一に金型５５の内周面５５ｂに押し付けることができる。したがって、モーターロータ２５の回転バランスを向上させることができる。

モーターロータ２５の製造方法では、まず、インナースリーブ３１と、略円筒形の永久磁石７０とを金型５５に配置する。続いて、永久磁石７０が破断する圧力よりも大きな圧力を未硬化の樹脂５０ａに与える。永久磁石７０が破断する圧力よりも大きな圧力を未硬化の樹脂５０ａに与えることにより、永久磁石７０に亀裂群Ｃを生じさせる。この後、複数の磁石片６０を形成すると共に、それら複数の磁石片６０を金型５５に押し付ける。金型５５の内周面５５ｂは、回転軸線Ｈに対して高精度に位置合わせがなされている。したがって、金型５５の内周面５５ｂに対して磁石片６０を押し付けることにより、金型５５が有する位置合わせの精度と同様の精度をもった磁石構造体３２を構成することができる。したがって、モーターロータ２５の回転バランスを向上させることができる。

磁石等配置ステップＳ０１では、金型５５の内径よりも小さい外径を有する永久磁石７０を配置することにより、金型５５の内周面５５ｂと永久磁石７０の外周面７０ａとの間に隙間を形成する。第１の樹脂部形成ステップＳ０２では、未硬化の樹脂５０ａが充填される圧力によって永久磁石７０を破断させた後、継続して未硬化の樹脂５０ａに圧力を与え続ける。金型５５の内周面５５ｂと永久磁石７０の外周面７０ａとの間に隙間Ｇが形成される。隙間Ｇは、永久磁石７０の動きしろとなる。この結果、回転軸線Ｈに対して高精度に位置合わせされた金型５５の内周面５５ｂの形状に倣わせるように、永久磁石７０を配置することができる。未硬化の樹脂５０ａの充填によって永久磁石７０を破断させた後、継続して未硬化の樹脂５０ａに圧力を与え続けることができる。この結果、永久磁石７０を金型５５の内周面５５ｂにより確実に押し付けることができる。したがって、モーターロータ２５の回転バランスを向上させることができる。

上述したような略円筒形の永久磁石を加工する際、過給機１のような回転機械に要求される水準まで、内径及び外径の加工精度を高めることが求められる。この場合、金型５５の内周面５５ｂは、回転軸線Ｈに対して高精度に位置合わせされている。これに対し、永久磁石７０の外周面７０ａ及び永久磁石７０の内周面７０ｂは、回転軸線Ｈに対してさらに精度よく位置合わせを行うことが必要であった。このような永久磁石７０を用いた場合には、磁石部３６の軸線を回転軸線Ｈと一致させることが難しい。したがって、モーターロータ２５の回転バランスが悪くなってしまう原因となっていた。

図１４は、比較例であるモーターロータ２５０を示す。図１４は、モーターロータ２５０を軸方向から見た断面図である。図１４の例では、モーターロータ２５０のインナースリーブ３１、保護層３８、第１の樹脂部５１、及び第３の樹脂部５３のそれぞれの内径及び外径は、回転軸線Ｈに対して高精度に位置合わせされている。永久磁石７００の内周面７００ｂは、回転軸線Ｈに対して高精度に位置合わせがなされている。しかし、永久磁石７００の外周面７００ａは、回転軸線Ｈに対して高精度に位置合わせがなされていない。換言すると、永久磁石７００の外周面７００ａは、回転軸線Ｈに対して高精度に位置合わせされた場合の理想的な円に対してずれている。モーターロータ２５０の永久磁石７００には、モーターロータ２５と異なり、亀裂群Ｃが形成されていない。

図１４に示すように、金型５５の内周面５５ｂの中心Ｙは、回転軸線Ｈと一致している。これに対し、永久磁石７００の外周面７００ａにおける軸線Ｘ１は、回転軸線Ｈと一致していない。したがって、軸線Ｘ１は、径方向に沿って、回転軸線Ｈから離れる方向にずれている。このようなモーターロータ２５０では、回転軸線Ｈに対して、インナースリーブ３１、保護層３８、第１の樹脂部５１、及び第３の樹脂部５３のそれぞれの内径及び外径を高精度に加工したとしても、モーターロータ２５０の回転バランスを向上させることが困難である。

図１５は、モーターロータ２５を示す断面図である。このモーターロータ２５は、複数の磁石片６０を含む。しかし、これらの磁石片６０はもともと永久磁石７００と同様に外周面が設計寸法に対するずれを有している円筒状の磁石であった。

図１５の例では、上述したように、インナースリーブ３１と永久磁石７０との間に未硬化の樹脂５０ａを充填する際に、永久磁石７０が破断する圧力よりも大きな圧力を未硬化の樹脂５０ａに与える。永久磁石７０が破断する圧力よりも大きな圧力を未硬化の樹脂５０ａに与えることにより、モーターロータ２５を形成している。このようにモーターロータ２５を形成することにより、永久磁石７０を脆性破壊する。この結果、永久磁石７０に亀裂群Ｃを形成すると共に、磁石部３６を構成する複数の磁石片６０を金型５５の内周面５５ｂに押し付けることができる。金型５５の内周面５５ｂは、回転軸線Ｈに対して高精度に位置合わせがなされている。したがって、複数の磁石片６０の軸線Ｘ２は、回転軸線Ｈと一致させるか、少なくとも軸線Ｘ１と比較して回転軸線Ｈに近づけることができる。つまり、分割されたそれぞれの磁石片６０は、径方向に沿って隙間Ｇだけ移動することができる。この移動によって、理想的な外形形状に対するずれが解消される。したがって、このようなモーターロータ２５によれば、回転バランスを向上させることができる。

従来のモーターロータの製造方法では、インナースリーブと磁石部との間に未硬化の樹脂を充填する。したがって、第１の樹脂部を射出成形する際には、脆性材料である永久磁石に亀裂が生じることを抑制するため、未硬化の樹脂に与える圧力を制限しつつ射出成形を行う手法が一般的であった。これに対し、モーターロータ２５の製造方法では、永久磁石７０が破断する圧力よりも大きな圧力を未硬化の樹脂５０ａに与える。永久磁石７０が破断する圧力よりも大きな圧力を未硬化の樹脂５０ａに与えることにより、金型５５の内周面５５ｂに対して磁石片６０を押し付けることができる。金型５５の内周面５５ｂに対して磁石片６０を押し付けることができるので、このような磁石片６０を形成しない図１４に示すモーターロータ２５０の例と比べ、磁石部３６の軸線Ｘ２を回転軸線Ｈに近づけることができる。したがって、モーターロータ２５の回転バランスを向上させることができる。

以上、本開示のモーターロータ及びモーターロータの製造方法について説明してきたが、本開示のモーターロータ及びモーターロータの製造方法は、必ずしも上述した実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、亀裂群Ｃは、軸方向に延びている４つの亀裂（第１の亀裂Ｃ１、第２の亀裂Ｃ２、第３の亀裂Ｃ３、及び第４の亀裂Ｃ４）と、周方向に延びている２つの亀裂（第５の亀裂Ｃ５及び第６の亀裂Ｃ６）とによって構成されているが、亀裂群Ｃは、発明の効果を奏する限り、様々な態様のものであってもよい。

上記実施形態では、小径部３５の直径は、インナースリーブ３１の第１端部に向かうにつれて小さくなっている。また、小径部３５は、テーパ状を呈している。しかし、例えば小径部３５は、インナースリーブ３１の大径部３３との間に段差が形成されるような円柱形状を呈していてもよい。

上記実施形態では、エンドリング３９ａ及びエンドリング３９ｂは、インナースリーブ３１の基体部３４の外周面３４ａに配置されている。しかし、エンドリング３９ａ及びエンドリング３９ｂは、基体部３４の外周面３４ａと離間するように配置されていてもよい。また、上記実施形態では、エンドリング３９ａ及びエンドリング３９ｂの外径は、保護層３８の外径と略等しい。しかし、エンドリング３９ａの外径は、例えばエンドリング３９ｂの外形と略等しくなくてもよい。一端面７１ａに形成された第４の樹脂部５４ａがエンドリング３９ａと同様の機能を有する場合には、エンドリング３９ａは設けなくてもよい。また、他端面７１ｂに形成された第４の樹脂部５４ｂがエンドリング３９ｂと同様の機能を有する場合には、エンドリング３９ｂは設けなくてもよい。

上記実施形態では、大径部３３の外周面３３ａに設けられた溝４１は、周方向に延びている周方向溝４１ａと、軸方向に沿って螺旋状に延びている複数のローレット溝４１ｂと、によって構成されている。しかし、例えば溝４１は、周方向溝４１ａのみによって構成されていてもよい。例えば溝４１は、ローレット溝４１ｂのみによって構成されていてもよい。溝４１は、周方向溝４１ａ及びローレット溝４１ｂによって構成されていなくてもよい。上記実施形態では、複数のローレット溝４１ｂは、互いに交差するように２方向に延びている。複数のローレット溝４１ｂが互いに交差するように２方向に延びていることにより、複数のローレット溝４１ｂは、綾目の模様を呈している。しかしながら、例えば複数のローレット溝４１ｂは、１方向のみに延びていてもよい。

上記実施形態では、第１の樹脂部形成ステップＳ０２では、永久磁石７０が破断する圧力よりも小さな圧力を未硬化の樹脂５０ａに与える。その後、亀裂形成ステップＳ０３では、永久磁石７０が破断する圧力よりも大きな圧力を未硬化の樹脂５０ａに与える。しかし、例えば第１の樹脂部形成ステップＳ０２の時点で、永久磁石７０が破断する圧力よりも大きな圧力を未硬化の樹脂５０ａに与えてもよい。

脆性破壊によれば、永久磁石７０は、不規則に割れる。例えば、第１の亀裂Ｃ１は、巨視的にみれば直線状に形成されることもあり得るし、不規則に蛇行することもあり得る。また、第１の亀裂Ｃ１とそのほかの亀裂との関係も、多様である。その結果、亀裂群Ｃによって個片化された複数の磁石片６０は、少なくとも一個の磁石片６０の形状が、そのほかの磁石片６０の形状と異なる。この表現には、いくつかの態様があり得る。

まず、第１の態様として、すべての磁石片６０について互いに形状が同じとみなせるものがない場合がある。換言すると、複数の磁石片６０のうち、ひとつとして同じ形状のものが存在しない場合である。このような態様は、例えば「複数の磁石片６０は、互いに形状が異なる」ともいえる。

一方、亀裂は不規則に形成されるから、亀裂の状態又は磁石片６０の形状の評価の仕方によっては、形状が同じであるとみなせるいくつかの磁石片６０が存在する場合もある。つまり、第２の態様として、複数の磁石片６０のうち、形状が異なっているものもあるが、形状が同じであるとみなせるいくつかの磁石片６０も存在するという場合がある。

つまり、磁石部３６を構成する複数の磁石片６０は、すべての磁石片６０の形状が互いに異なっていてもよいし、いくつかの磁石片６０は形状が同じであってもよい。換言すると、本開示の磁石部３６を構成する複数の磁石片６０の態様は、すべての磁石片６０がすべて同じ形状である場合を除くすべての態様を含む。

１４ 回転軸
１４ａ，３１ａ，７０ａ 外周面
２５ モーターロータ
３１ インナースリーブ
３２ 磁石構造体
３３ 大径部
３５ 小径部
４１ 溝
５０ａ，５０ｂ 未硬化の樹脂
５１ 第１の樹脂部
５２ 第２の樹脂部
５５ 金型
５５ｂ 内周面
６０ 磁石片
６０ｂ 内周面
６０ｓ 破断面
７０ 永久磁石
Ｇ 隙間

Claims (6)

1. 回転軸と、
   前記回転軸の外周面に配置されたインナースリーブと、
   前記インナースリーブの外周面に配置された磁石構造体と、を備え、
   前記磁石構造体は、前記インナースリーブの外周面を覆うように配置された複数の磁石片と、前記インナースリーブと前記複数の磁石片との間及び前記複数の磁石片の間に充填された樹脂部材と、を含み、
   前記複数の磁石片のうち、少なくとも一個の前記磁石片の形状は、そのほかの前記磁石片の形状と異なり、
   前記樹脂部材は、前記インナースリーブと前記複数の磁石片との間に充填された第１の樹脂部と、前記複数の磁石片の間に充填された第２の樹脂部と、を含み、
   前記第１の樹脂部は、前記第２の樹脂部と一体となっている、
   モーターロータ。
2. 前記複数の磁石片の間において、前記樹脂部材が接している前記磁石片の面の表面粗さは、前記インナースリーブと前記複数の磁石片との間において、前記樹脂部材が接している前記磁石片の面の表面粗さよりも大きい請求項１記載のモーターロータ。
3. 前記インナースリーブの前記外周面には、周方向成分を含む方向に延在する溝が形成されている請求項１又は２記載のモーターロータ。
4. 前記インナースリーブの軸方向における第１端部には、前記軸方向における前記磁石構造体の内周面に対向する部位よりも小径になるように形成された小径部が形成されている請求項１～３のいずれか一項記載のモーターロータ。
5. インナースリーブと、円筒形の磁石と、を金型に配置するステップと、
   前記インナースリーブと前記磁石との間に未硬化の樹脂を充填するステップと、を有し、
   前記樹脂を充填するステップでは、前記磁石が破断する圧力よりも大きな圧力を前記樹脂に与えるモーターロータの製造方法。
6. 前記金型に配置するステップでは、前記金型の内径よりも小さい外径を有する前記磁石を配置することにより、前記金型の内周面と前記磁石の外周面との間に隙間を形成し、
   前記樹脂を充填するステップでは、前記樹脂が充填される圧力によって前記磁石を破断させた後、継続して前記樹脂に前記圧力を与え続ける請求項５記載のモーターロータの製造方法。

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