JP2011172347A - ロータまたは回転電機の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 スロットの内壁と永久磁石との隙間に高い充填性で接着剤を充填するのが容易ではないという課題があった。
【解決手段】 一方の端面に開口を有するスロットを複数備えるとともに、このスロット内に磁石を備えたロータの製造方法において、ロータの端面上に土手部を形成する工程と、ロータのスロットに接着剤を注入する工程と、接着剤を注入する工程の後に、スロット内に磁石を挿入することにより、接着剤を端面の開口より溢れさせて土手部にまで至らせる工程とを含むロータの製造方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ロータのコア体に埋設される磁石を保持するため、スロットの内壁と永久磁石との隙間に充填剤が注入されるＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータ等の回転電機、およびそれに用いられるロータの製造方法に関するものである。

ロータコアに永久磁石を埋設する場合、例えば特開２００８−２２５８７号公報では、ロータコアのスロットに永久磁石を挿入しておき、スロットの内壁と永久磁石との隙間に充填剤（接着剤）を充填して、永久磁石を保持する方法が提案されている。しかしながら、樹脂は流動性が悪いため、ロータコアと永久磁石との隙間に充填されにくい。

特開２００８−２２５８７号公報

スロットの内壁と永久磁石との隙間に高い充填性で接着剤を充填するのが容易ではないという課題があった。

一方の端面に開口を有するスロットを複数備えるとともに、このスロット内に磁石を備えたロータの製造方法において、ロータの端面上に土手部を形成する工程と、ロータのスロットに接着剤を注入する工程と、接着剤を注入する工程の後に、スロット内に磁石を挿入することにより、接着剤を端面の開口より溢れさせて土手部にまで至らせる工程と、
を含むロータの製造方法。

この発明にかかる一実施形態は、スロットの内壁と永久磁石との隙間に充填される接着剤の充填性を高めることが可能である。

実施の形態１に用いる接着剤塗布装置の概略図である。 実施の形態１にかかる接着組立後のロータコアを模式的に表した側面図である。 実施の形態１にかかる接着組立後のロータコアを模式的に表した断面図である。 固定治具により固定されたロータコアの上面図である。 固定治具により固定されたロータコアの断面図である。 実施の形態１に用いる接着剤塗布機構を詳細に示したものである。 ロータコアとともに固定された溢れ抑制治具の上面拡大図である。 ロータコア及び溢れ抑制治具の模式的断面図である。 ロータコア及び溢れ抑制治具の模式的断面図である。 ロータコア及び溢れ抑制治具の模式的断面図である。 ロータコア及び溢れ抑制治具の模式的断面図である。 ロータコア及び溢れ抑制治具の模式的断面図である。 ロータコア及び溢れ抑制治具の模式的断面図である。 ロータコア及び溢れ抑制治具の模式的断面図である。 ロータコア及び溢れ抑制治具の模式的断面図である。 押さえ治具と溢れ抑制治具との関係を模式的に示す斜視図である。 押さえ治具と溢れ抑制治具との関係を模式的に示す上面図である。

実施の形態１
本発明の実施形態１について図面を参照して説明する。図１は、この実施の形態に用いる接着剤塗布装置の概略図である。ロータコア１は固定治具２により固定され、搬送ステージ３に設置される。固定治具２とロータコア１との間には、後述する溢れ抑制治具３２が挟まれている。

搬送ステージ３はＸ軸４、Ｙ軸５、θ軸６より構成される。接着剤塗布機構７はロータコア１の上空側に設置され、主剤８と硬化剤９とを個別に塗布でき、塗布位置はアクチュエータ１０により変更することができる。

次にロータコア１について説明する。図２は接着組立後のロータコア１を模式的に表した側面図であり、図３はその断面図である。ロータコア１は中心軸１１の軸方向に積層された電磁鋼板１２から構成され、複数のスロット１３と２つのガイド穴３４が形成されている。スロット１３とガイド穴３４は、中心軸１１からその半径方向に距離を隔てた位置に形成される。スロット１３とガイド穴３４は、中心軸１１の軸方向に延び、ロータコア１を貫通している。永久磁石１４はスロット１３に充填剤（接着剤）３１により保持されている。なお、スロット１３の形状は、図３中に示す形状に限られず、永久磁石１４の形状に応じて、適宜変更される。

次に固定治具２を用いたロータコア１の固定方法について説明する。図４は、固定治具により固定されたロータコア１の上面図、図５は図４におけるＡ−Ａ’断面図である。まずロータコア１は塗布する接着剤がもれないように、底面はフッ素樹脂などの剥離性が高い樹脂板１６で塞がれ、かつ塗布した接着剤が電磁鋼板１２間の隙間に染み込まないようにロータコア１の上面を固定治具２により、力を加え、保持されている。固定治具２は、カラー１８とバネ１９から構成され、ネジを締め込むことにより、ロータコア１を押さえる構成となっている。

次に土手の形成方法について説明する。ロータコア１と固定治具２の間に、溢れ抑制治具３２を挟むことにより、スロット１３の上部に土手を形成する。溢れ抑制治具３２は、フッ素樹脂もしくは金属にフッ素樹脂コーティングを施したものであり、ロータコア１のスロット１３と同位置に土手部３２ａで囲われて形成された空間３２ｂを備える。また、溢れ抑制治具３２はロータコア１のガイド穴３４と同じ位置に図示しないガイド穴を備える。ロータコア１と溢れ抑制治具３２の位置合わせ方法は、ガイド穴を利用してピンにより位置合わせする。

即ち、ロータコア１に設けられたスロット１３は、ロータコアの一方の端面１ａに開口１３ａを備える。溢れ抑制治具３２はこの開口１３ａの周囲に沿ってこの開口１３ａを囲うように設けられた土手部３２ａを上記ロータコアの端面１aに形成する。この溢れ抑制治具３２は固定治具２によって、ロータコア１の端面１ａに力を加え保持されている。

尚、この実施の形態では、ロータコア１のスロット１３と同位置に土手部３２ａで囲われて形成された空間３２ｂを備える場合について説明した。 しかし、この発明はこれに限定されること無く、土手部３２ａで囲われる領域が、開口部１３ａよりも狭い場合、広い場合、又は、ずれている場合が含まれる。

図６は、この実施の形態に用いる接着剤塗布機構７を詳細に示したものである。接着剤を溜めておくシリンジ２０とニードルバルブ２１から構成される。シリンジ２０にはディスペンサー２２が、ニードルバルブ２１にはバルブコントローラ２３がそれぞれ接続されており、ディスペンサー２２より送り込まれるエア圧により、接着剤をニードルバルブ２１へ送り込む。ニードルバルブ２１はニードル２４とバネ２５から構成されており、バルブコントローラ２３から送り込まれるエアの圧力により、ニードル２４を上昇させることで、流路が開かれ、ニードルバルブ２１の先端に設置されたノズル２６より接着剤を吐出することができる。吐出完了はエアを排気することでニードル２４がバネ２５により押し戻されることで行われる。吐出量の制御は、ディスペンサー２２のエア圧ならびにエアを送り込む時間、バルブコントローラ２３のエアを送り込む時間を設定することにより行うことができる。

次に、この実施の形態にかかる接着剤の仕様について説明する。接着剤は２液常温硬化型で、低粘度のもので、主剤８と硬化剤９に粘度差をつけた接着剤を使用する。なお、主剤８の粘度を高く、硬化剤９の粘度を低く設定するが、主剤８を低く、硬化剤９を高く設定してもよい。

次にこの実施の形態にかかる接着剤塗布方法について説明する。図７はロータコア１とともに固定された溢れ抑制治具３２の上面拡大図である。図８〜図１１は、図７におけるＢ−Ｂ’断面図である。
まず、主剤８をスロット１３の底面に広がるように、２箇所に分けて塗布する（図８）。次に硬化剤９を主剤８の上に重ねるようにスロット１３の底面に塗布する（図９）。接着剤塗布完了後、永久磁石１４をスロット１３へ挿入する。永久磁石１４により、スロット１３の底面に塗布された主剤８と硬化剤９は、スロット１３と永久磁石１４との隙間に混ざり合いながら押し広げられる。（図１０及び図１１）。このとき、永久磁石１４はスロット底面に到達しておく必要があるため、エアシリンダ２８とプッシャピン２９により、永久磁石１４の上端面を押さえる動作を行う（図１１）。永久磁石１４がスロット１３の底面までくると、押し広げられた混合接着剤３１は毛細管現象によりスロット１３と永久磁石１４との狭小隙間にも入り込んでいく。この時、スロット１３と永久磁石１４との広い隙間を押し上げられた混合接着剤３１は、スロット１３の上面の開口１３ａから溢れ、土手部３２ａによって囲われる空間３２ｂに至るが、溢れ抑制治具３２で作られた土手部３２ａによって、スロット１３の上面にとどめられる（図１１）。使用している接着剤は、常温硬化型であるため、主剤８と硬化剤９が接触した後、硬化が開始する。

永久磁石１４には、通常、酸化防止のために、表面にアルミコーティングが施されている。接着剤の付き回りをよくするために、アセトン拭き、もしくは短波長ＵＶ照射によって、アルミコーティング表面の洗浄・脱脂を行い、濡れ性を向上させてもよい。
一つのスロットでの接着剤３１塗布ならびに永久磁石１４の挿入が完了すると、搬送ステージ３上に設置されているθ軸６により、所定の角度を回転させて組立位置を隣のスロット１３に移動させる。同じ動作をスロット１３の数だけ行い、すべてのスロット１３に接着剤３１ならびに磁石１４を挿入させて磁石接着が完了する。尚、複数のスロット１３について、同時に接着剤３１の挿入ならびに磁石１４の挿入を行っても良い。

磁石１４の接着が完了したロータコア１は、スロット１３の上部に混合接着剤３１の塊が残る事となる。その塊は、後工程のロータ組立の際に組立精度等に影響を与えるため、ある高さ以内に抑えなくてはいけない。そのため、ロータコア１は、磁石接着完了後、はみ出した接着剤３１の塊を少なくとも一部除去して、ロータコア組立が完了となる。

さらに、組み立てられたロータは、図示しないステータに回転可能に組み込まれる。
このようにして製造されたロータは、磁石挿入部の上面にとどまった接着剤３１の自重により磁石１４とスロット１３との間の接着剤３１を押し広げ、高い充填性を得ることができる。また、硬化収縮が発生しても、磁石挿入部上面に接着剤３１がとどまっているので、スロット１３内に引き込まれ、高い充填性を確保できる。さらに、このようなロータを組み込むことにより製造されたモータは、接着剤の充填性が高いため、ＮＶ（ｎｏｉｓｅ ａｎｄ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ））性能の低減を防止することができる。

尚、この実施の形態では、モータの製造について説明した。しかし、この発明はこれに限定されることは無く、モータ、発電機等を含み、回転電機に応用が可能である。

実施の形態２
ロータコア１のスロット１３の上部に土手部３２ａを設け、開口部１３ａから溢れさせることにより、土手部３２ａに形勢された空間３２ｂに至った接着剤３１の上に、押さえ治具３３ａを重しのように置いても良い（図１２、図１３）。押さえ治具３３ａはフッ素樹脂もしくは金属にフッ素樹脂コーティングを施すなどをして、接着剤３１との剥離性を良くしたものとする。押さえ治具３３ａを置く事によって、混合接着剤３１の自重と押さえ治具３３ａに押された圧力によってスロット１３と永久磁石１４との隙間に混合接着剤３１が押し広げられ、高い充填性が得られる。
尚、この実施の形態の説明においては、実施の形態１と同様または対応する部分についての説明は省略した。

実施の形態３
押さえ治具は、土手部３２ａの内壁に対してクリアランス３３ｆ（隙間３３ｆ）を持たせても良い。クリアランス３３ｆの大きさは、ロータコア１を形成する電磁鋼板１２の積層隙間や、ロータコア１と溢れ抑制治具３２との組立隙間よりも大きい（図１４）。土手部３２ａの内壁に対してクリアランス３３ｆを有した押さえ治具３３ｂは図１６のように一体型で、固定治具２と組み合わせる事により、図１７のように、土手部３２ａの内壁とのクリアランス３３ｆを確保する。永久磁石１４の上面に載せた押さえ治具３３ｂは硬化の間、そのまま保持する。溢れた混合接着剤３１は、押さえ治具３３ｂが保持されていることにより、土手部３２ａの内壁と押さえ治具３３ｂとのクリアランス３３ｆに上がって侵入し、図１５のように硬化して薄肉柱状接着剤３６になる。
この実施の形態では、接着剤３１を押さえることにより、溢れる接着剤３１の形状を制御し、硬化後のはみ出した接着剤３１の除去を容易にするという効果も得られる。
尚、この実施の形態の説明においては、上述の実施の形態と同様または対応する部分についての説明は省略した。

この発明は、回転電機製造方法に利用可能である。

１ ロータコア、１ａ 端面、２ 固定治具、３ 搬送ステージ、４ Ｘ軸、５ Ｙ軸、６ θ軸、７ 接着剤塗布機構、８ 主剤、９ 硬化剤、１０ アクチュエータ、１１ 中心軸、１２ 電磁鋼板、１３ スロット、１３ａ 開口、１４ 永久磁石、２０ シリンジ、２１ ニードルバルブ、２２ ディスペンサー、２３ バルブコントローラ、２４ ニードル、２５ バネ、２６ ノズル、２８ エアシリンダ、２９ プッシャピン、３１ 充填剤（接着剤）、３２ 溢れ抑制治具、３２ａ 土手部、３２ｂ 空間、３３ａ 押さえ治具、３３ｂ 押さえ治具、３３ｆ クリアランス（隙間）、３４ ガイド穴、３６ 薄肉柱状接着剤

Claims (6)

1. 一方の端面に開口を有するスロットを複数備えるとともに、このスロット内に磁石を備えたロータの製造方法において、
   前記ロータの前記端面上に土手部を形成する工程と、
   前記ロータの前記スロットに接着剤を注入する工程と、
   前記接着剤を注入する工程の後に、前記スロット内に磁石を挿入することにより、前記接着剤を前記端面の開口より溢れさせて前記土手部にまで至らせる工程と、
   を含む事を特徴とするロータの製造方法。
2. 前記土手部を形成する工程は、前記端面の開口の周囲に沿って前記開口を囲うように設けられた土手部を備えた治具を用いて行われることを特徴とする請求項１に記載のロータの製造方法。
3. 前記端面の開口より溢れさせることにより、前記土手部に囲われることにより形成された空間に至った接着剤の上に、重しとなる押さえ治具をおく工程を備えたことを特徴とする請求項２に記載のロータの製造方法。
4. 前記開口から溢れた接着剤が侵入するための隙間を前記土手部と前記磁石を押さえる押さえ治具との間に形成するように、前記土手部に囲われることにより形成された空間に前記押さえ治具を置くことを特徴とする請求項２に記載のロータの製造方法。
5. 前記ロータの前記スロットに接着剤を注入する工程は、２液常温硬化型の接着剤を使用することを特徴とする請求項１に記載のロータの製造方法。
6. 一方の端面に開口を有するスロットを複数備えるとともに、このスロット内に磁石を備えたロータを含む回転器械の製造方法において、
   前記ロータの前記端面上に土手部を形成する工程と、
   前記ロータの前記スロットに接着剤を注入する工程と、
   前記接着剤を注入する工程の後に、前記スロット内に磁石を挿入することにより、前記接着剤を前記端面の開口より溢れさせて前記土手部にまで至らせる工程と、
   前記工程により得られたロータを回転可能にステータに組み込む工程と、
   を備えた事を特徴とする回転電機の製造方法。

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