JP2017131060A - 電動機のロータ、および電動機のロータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来、ロータコアと保護管との間の隙間に射出成形機のゲートを位置決めする作業が困難であり、該隙間に射出される樹脂の射出圧によって、保護管が局所的に変形してしまう場合があった。
【解決手段】ロータ１０は、ロータコア１４、複数の磁石１６、保護管１８と、およびロータコア１４と保護管１８との間の隙間に充填された充填物２０とを備える。ロータコア１４は、その外周面２６から径方向外側に突出し、該ロータコア１４の軸方向一方の第１端面から軸方向他方の第２端面に向かって軸方向に延在する複数の突条部２２と、少なくとも１つの突条部２２の径方向外側の端面から径方向内側へ凹む切り欠き２４とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動機のロータ、および電動機のロータの製造方法に関する。

ロータコアと、該ロータコアの径方向外側に配置される複数の磁石と、該複数の磁石を取り囲む筒状の保護管と、ロータコアと保護管との間の隙間に充填された樹脂とを備えるロータが知られている（例えば、特許文献１）。

特開２０１３−１６９１０３号公報

上述のようなロータを製造する場合、一般的には、ロータコアと保護管との間の隙間に樹脂を射出する。このような隙間は狭隘であり、該隙間に射出成形機のゲートを位置決めする作業が困難となっていた。また、該隙間に射出される樹脂の射出圧によって、保護管が局所的に変形してしまう場合があった。

本発明の一態様において、電動機のロータは、ロータコアと、ロータコアの径方向外側に配置される複数の磁石と、複数の磁石を取り囲む筒状の保護管と、ロータコアと保護管との間の隙間に充填された充填物とを備える。

ロータコアは、該ロータコアの外周面から径方向外側に突出し、該ロータコアの軸方向一方の第１端面から、ロータコアの軸方向他方の第２端面に向かって軸方向に延在する複数の突条部と、少なくとも１つの突条部の径方向外側の端面から径方向内側へ凹む切り欠きとを有する。

複数の突条部は、ロータコアの周方向に並ぶように配置される。複数の磁石の各々は、周方向に互いに隣り合う２つの突条部の間に配置される。切り欠きは、第１端面から第２端面に向かって軸方向に延びている。充填物は、樹脂であってもよい。切り欠きは、第１端面から第２端面まで延びてもよい。
本発明の他の態様において、電動機のロータを製造する方法は、ロータコアであって、該ロータコアの外周面から径方向内側へ凹む切り欠きを有し、該切り欠きは、ロータコアの軸方向一方の第１端面から、ロータコアの軸方向他方の第２端面に向かって軸方向へ延びる、ロータコアを作製することを備える。

また、この方法は、ロータコアの径方向外側に複数の磁石を、ロータコアの周方向に互いに隣り合う２つの磁石の間に切り欠きが位置するように、配置することと、複数の磁石を取り囲むように筒状の保護管を配置することと、切り欠きに充填物を射出して、ロータコアと保護管との間に形成された隙間に充填物を充填することとを備える。

一実施形態に係るロータの側方断面図である。 図１に示すロータを図１中のＩＩ−ＩＩで切断した断面図である。 図２中の領域ＩＩＩの拡大図である。 一実施形態に係る、ロータの製造方法のフローチャートである。 図４中のステップＳ３によって作製される組立体の図である。 図４中のステップＳ４の終了時の状態を示す図である。 図４中のステップＳ５の終了時の状態を示す図である。 図７に示す状態における、切り欠きとゲートとの周方向の位置関係を表す図である。 図４中のステップＳ６の終了時の状態を示す図である。 他の実施形態に係るロータの図である。 さらに他の実施形態に係るロータの図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。まず、図１〜図３を参照して、一実施形態に係るロータ１０について説明する。なお、以下の説明において、軸方向とは、ロータの回転軸線Ｏに沿う方向を示し、径方向とは、軸線Ｏを中心とする円の半径方向を示し、周方向とは、該円の円周方向を示す。また、便宜上、図中の矢印Ａに示す方向を軸方向前方とする。

ロータ１０は、電動機のステータ（図示せず）の径方向内側に回転可能に配置され、該ステータとともに電動機を構成する。ロータ１０は、回転シャフト１２、ロータコア１４、複数の磁石１６、保護管１８、および充填物２０を備える。回転シャフト１２は、軸方向に延びる円柱部材である。

ロータコア１４は、回転シャフト１２の径方向外側に固定された筒状部材である。ロータコア１４は、軸方向に積層された複数の電磁鋼板から構成され、軸線Ｏを中心とするように配置されている。ロータコア１４の中心部には、貫通孔１４ａが形成されており、該貫通孔１４ａに、回転シャフト１２が挿通されている。

ロータコア１４は、複数の突条部２２、および複数の切り欠き２４を有する。突条部２２の各々は、ロータコア１４の外周面２６から径方向外側へ突出し、ロータコア１４の軸方向後方の第１端面２８から軸方向前方の第２端面３０まで、軸方向に延在している。本実施形態においては、計８個の突条部２２が、周方向に略等間隔で並ぶように設けられている。

図３に示すように、突条部２２の各々は、互いに対向する一対の側面４０および４２と、径方向外側の端面３２とを有する。側面４０および４２は、略平面であって、外周面２６から径方向外側へ向かって立ち上がり、軸方向へ延在している。端面３２は、側面４０と側面４２との間で延在し、且つ軸方向へ延びている。

切り欠き２４の各々は、突条部２２の径方向外側の端面３２から径方向内方へ凹むように、ロータコア１４に形成されている。図３に示すように、切り欠き２４の各々は、互いに対面する一対の側面３４および３６と、側面３４と側面３６との間で延在する底面３８とによって、画定されている。

側面３４および３６は、略平面であって、周方向に予め定められた距離だけ離隔して配置され、互いに略平行となるように軸方向へ延在している。底面３８は、略平面であって、外周面２６よりも径方向内方に位置し、軸方向に延在している。

外周面２６と、側面３４、３６、４０および４２と、底面３８と、端面３２とによって、ロータコア１４の外周面４４が形成されている。

磁石１６の各々は、軸方向へ延びる細長い磁性部材（たとえば、ネオジムまたはフェライト）であって、周方向に互いに隣り合う２つの突条部２２の間に配置され、ロータコア１４の外周面２６の上に固定されている。本実施形態においては、計８個の磁石１６が、周方向に略等間隔で配置されている。

保護管１８は、複数の磁石１６を径方向外側から取り囲む筒状部材である。保護管１８は、ステンレス等の非磁性材料から作製され、軸線Ｏを中心とするように配置されている。

充填物２０は、ロータコア１４と保護管１８との間の隙間に充填されている。より具体的には、充填物２０は、磁石１６の各々と保護管１８との間、突条部２２の各々と保護管１８との間、および切り欠き２４の内部に、それぞれ充填されている。一例として、充填物２０は、樹脂である。

次に、図４〜図８を参照して、ロータ１０の製造方法について説明する。ステップＳ１において、製造者は、ロータコア１４を作製する。具体的には、製造者は、プレス加工によって複数の電磁鋼板を打ち抜き、これら電磁鋼板を軸方向に積層させて、図１および図２に示すロータコア１４を作製する。

ステップＳ２において、製造者は、ステップＳ１にて作製したロータコア１４の径方向外側に、複数の磁石１６を配置する。具体的には、製造者は、磁石１６の各々を、周方向に互いに隣り合う２つの突条部２２の間、すなわち、ロータコア１４の外周面２６の上に、配置する。

本実施形態においては、ロータコア１４に設けられた突条部２２によって、磁石１６の周方向へのずれが規制されるので、製造者は、接着剤等を用いて磁石１６をロータコア１４の外周面２６の上に接着させることなく、磁石１６を外周面２６の上に容易に位置決めすることができる。

ステップＳ３において、製造者は、複数の磁石１６を取り囲むように、保護管１８’を配置する。具体的には、製造者は、保護管１８’（図５）を準備する。この保護管１８’は、図１および図２に示す保護管１８よりも小さい直径と、保護管１８と同じ軸方向寸法とを有する筒状部材である。

次いで、製造者は、ロータコア１４の外周面２６に固定された磁石１６を径方向外側から取り囲むように、保護管１８’を嵌着する。この状態を、図５に示す。このステップＳ３によって、ロータコア１４、磁石１６、および保護管１８’からなる組立体５０が作製される。この組立体５０においては、保護管１８’の内周面は、磁石１６の外面と当接している。

ステップＳ４において、製造者は、ステップＳ３にて作製した組立体５０を、射出成形機１００の第１の金型１０２に設置する。以下、図６を参照して、一実施形態に係る射出成形機１００について説明する。

射出成形機１００は、第１の金型１０２、第２の金型１０４、充填物供給ユニット１０６、スプール１０７、およびホットランナ１０８を備える。第１の金型１０２には、円形状のキャビティー１１０が形成されている。

第２の金型１０４は、第１の金型１０２に対して接近および離反する方向へ可動に設置されている。第２の金型１０４は、第１の金型１０２に面する加圧面１０４ａを有する。充填物供給ユニット１０６は、加熱されて液状化した充填物を、スプール１０７内に供給する。スプール１０７に供給された充填物は、スプール１０７内を流動し、ホットランナ１０８に流入する。

ホットランナ１０８は、ヒータ（図示せず）を含み、スプール１０７から流入した充填物を、液状化した状態のまま送給する。ホットランナ１０８の出口端には、複数のゲート１１２が設けられている。

ゲート１１２の各々は、第１の金型１０４の加圧面１０４ａの上で外部に開口している。ホットランナ１０８内に流入した充填物は、ホットランナ１０８内を流動して、ゲート１１２から外部へ射出される。

ゲート１１２は、周方向に略等間隔で配列されている。これらゲート１１２の周方向位置は、ロータコア１４に形成された切り欠き２４の周方向位置にそれぞれ対応している。

例えば、ホットランナ１０８には、計８個のゲート１１２が設けられ、これらゲート１１２の周方向位置が、計８個の切り欠き２４の周方向位置に、それぞれ対応している。

このステップＳ４において、製造者は、ステップＳ３にて作製した組立体５０を、第１の金型１０２のキャビティー１１０内に、該キャビティー１１０と同心となるように、設置する。この状態を図６に示す。図６に示す状態においては、ロータコア１４の軸方向前方の端面３０は、キャビティー１１０を画定する底面１１４に当接する。

ステップＳ５において、射出成形機１００は、第２の金型１０４を第１の金型１０２へ向かって移動させ、第１の金型１０２のキャビティー１１０を、第２の金型１０４の加圧面１０４ａで閉鎖（いわゆる、型締め）する。

この状態を図７に示す。図７に示す状態においては、ロータコア１４の軸方向後方の端面２８は、加圧面１０４ａに面接触する。また、保護管１８’は、キャビティー１１０を画定する側面１１６から径方向内側に離隔している。

また、ゲート１１２の各々は、ロータコア１４に形成された切り欠き２４の各々に面するように、配置される。図８に、図７に示す状態における、切り欠き２４とゲート１１２との周方向の位置関係を概略的に示す。

図８に示すように、ステップＳ５の終了時において、ゲート１１２は、切り欠き２４に面して開口するように、該切り欠き２４に対して位置決めされる。本実施形態においては、ゲート１１２は、突条部２２の径方向外側の端面３２よりも、底面３８に近い位置に、配置される。

ステップＳ６において、射出成形機１００は、切り欠き２４に充填物（例えば、樹脂）を射出する。具体的には、射出成形機１００は、充填物供給ユニット１０６を駆動して、ホットランナ１０８内に充填物を供給し、ゲート１１２から切り欠き２４内に充填物を射出する。

切り欠き２４内に射出された充填物は、該切り欠き２４内を流動して、保護管１８’とロータコア１４との間の隙間に入り込む。射出された充填物の圧力によって、保護管１８’は、径方向外側へ膨張し、キャビティー１１０の側面１１６に当接する。その結果、上述の保護管１８が形成される。

また、ゲート１１２から射出された充填物は、磁石１６の各々と保護管１８との間、突条部２２の各々と保護管１８との間、および切り欠き部２４の内部に、それぞれ充填される。その結果、上述の充填物２０が形成される。

この状態を、図９に示す。このステップＳ６によって、ロータコア１４、磁石１６、保護管１８、および充填物２０からなる組立体５２が作製される。

ステップ７において、製造者は、回転シャフト１２を固定する。具体的には、製造者は、回転シャフト１２を準備し、該回転シャフト１２を、ステップＳ６にて作製した組立体５２のロータコア１４の貫通孔１４ａに嵌め入れて固定する。

例えば、回転シャフト１２は、ロータコア１４の貫通孔１４ａに、焼き嵌めによって固定される。このステップＳ６によって、図１に示す回転子１０が製造される。

上述したように、本実施形態においては、ロータコア１４に切り欠き２４を形成し、ステップＳ６にて該切り欠き２４内に充填物を射出している。この構成によれば、ステップＳ６において保護管１８’を均等に膨張させることができる。

この作用効果について、以下に説明する。ここで、比較のために、切り欠き２４が形成されていない場合について考える。この場合、ステップＳ６において、ゲート１１２は、突条部２２の径方向外側の端面３２と、保護管１８’の内周面との間の隙間に配置されることになる。

この場合、ゲート１１２は、図８に示す配置と比べて、保護管１８’により近い位置に配置されることになる。このようにゲート１１２を保護管１８’に近い位置に配置させて充填物を射出すると、充填物の射出圧によって、保護管１８’が、ゲート１１２に近い領域においてより大きく変形してしまい、これにより、保護管１８が’不均等に変形してしまう虞がある。

これに対して、本実施形態においては、切り欠き２４を設けることによって、図８に示すように、ゲート１１２を、保護管１８’から径方向内側により離れた位置に、配置させることができる。

これにより、ステップＳ６にてゲート１１２から充填物を射出したときに、ゲート１１２に近い領域において保護管１８’に掛かる射出圧を低減させ、以って、射出圧に起因して保護管１８’が不均等に変形してしまうのを防止することができる。

さらには、切り欠き２４が形成されていない場合、ステップＳ６においてゲート１１２を、突条部２２の径方向外側の端面３２と保護管１８’との間の極狭い隙間に位置決めする必要がある。

これに対して、本実施形態によれば、比較的大きな径方向寸法を有する切り欠き２４に対してゲート１１２を容易に位置決めできるので、作業効率の向上にも繋がる。

また、本実施形態においては、切り欠き２４は、その底面３８がロータコア１４の外周面２６よりも径方向内側に位置するように、形成されている。この構成によれば、ステップＳ６にてゲート１１２を保護管１８’からより離れた位置に配置させることができるので、保護管１８’が不均等に変形してしまうのを、より効果的に防止することができる。

なお、切り欠き２４には、種々の変形例が考えられ得る。一例として、切り欠き２４を画定する側面３４および３６は、ロータコア１４の軸方向後方の端面２８から軸方向前方に向かうにつれて互いに接近するように軸線Ｏに対して傾斜するテーパ面によって、構成されてもよい。

または、切り欠き２４を画定する底面３８は、ロータコア１４の軸方向後方の端面２８から軸方向前方に向かうにつれて径方向外側へ向かうように傾斜するテーパ面によって、構成されてもよい。

これら変形例においては、切り欠き２４の断面積が、ロータコア１４の軸方向後方の端面２８から軸方向前方に向かうにつれて徐々に小さくなる。このような場合においても、ステップＳ６において、充填物の射出圧を、ロータコア１４の軸方向後方の端面２８に近い位置において低減できるので、保護管１８’の不均等な変形を防止できる。

また、切り欠き２４は、ロータコア１４の軸方向後方の端面２８から軸方向前方へ延びて、軸方向前方の端面３０よりも軸方向後方の位置で終端するように、形成されてもよい。また、切り欠き２４の底面３８は、軸方向から見て、径方向内側へ向かって凹む円弧面であってもよい。

また、本発明に係るロータの製造方法は、突起部２２が形成されていないロータの製造に適用することもできる。このようなロータの一例を、図１０に示す。

なお、図１０に示すロータ６０において、上述のロータコア１０と同様の要素には同じ符号を付している。ロータ６０は、回転シャフト１２、ロータコア６２、複数の磁石１６、保護管１８、および充填物６４を備える。

ロータコア６２は、円筒状の外周面６６と、該外周面６６から径方向内側へ凹む複数の切り欠き６８とを有する。切り欠き６８の各々は、ロータコア６２の周方向に互いに隣り合う２つの磁石１６の間に、配置されている。

次に、図４を参照して、図１０に示すロータ６０の製造方法について説明する。ステップＳ１において、製造者は、図１０に示すロータコア６２を作製する。

ステップＳ２において、製造者は、複数の磁石１６を、ロータコア６２の径方向外側に周方向に略等間隔で整列するように、配置する。例えば、製造者は、複数の磁石１６を、ロータコア６２の外周面６６に、接着剤等を用いて固定する。

ステップＳ３において、製造者は、複数の磁石１６を取り囲むように、保護管１８’を配置する。これにより、ロータコア６２、磁石１６、および保護管１８’からなる組立体が作製される。

ステップＳ４において、製造者は、ステップＳ３にて作製した組立体を、上述の射出成形機１００の第１の金型１０２に形成されたキャビティー１１０内に、該キャビティー１１０と同心となるように、設置する。

ステップＳ５において、射出成形機１００は、第２の金型１０４を第１の金型１０２へ向かって移動させ、第１の金型１０２のキャビティー１１０を、第２の金型１０４の加圧面１０４ａで閉鎖（いわゆる、型締め）する。このとき、ゲート１１２の各々は、ロータコア６２に形成された切り欠き６８の各々に面するように、配置される。

ステップＳ６において、射出成形機１００は、切り欠き６８に充填物（例えば、樹脂）を射出する。これにより、保護管１８’は、射出された充填物の圧力によって、径方向外側へ膨張し、図１０に示す保護管１８および充填物６４が形成される。このステップＳ６によって、ロータコア６２、磁石１６、保護管１８、および充填物６４からなる組立体が作製される。

ステップ７において、製造者は、回転シャフト１２を固定する。具体的には、製造者は、回転シャフト１２を、ステップＳ６にて作製した組立体のロータコア６２の貫通孔７０に嵌め入れて固定する。このステップＳ６によって、図１０に示す回転子６０が製造される。

本実施形態においては、上述の実施形態と同様に、切り欠き６８を設けることによって、ゲート１１２を、保護管１８’から径方向内側に離間して配置させることが可能となる。

これにより、ステップＳ６にてゲート１１２から充填物を射出したときに、ゲート１１２に近い領域において保護管１８’に掛かる射出圧を低減させ、以って、保護管１８’が不均等に変形してしまうのを防止することができる。

なお、切り欠き２４、６８の個数は、１個であってもよいし、または、Ｎ個（Ｎは、２以上、且つ磁石１６の個数より少ない整数）であってもよい。

また、ゲート１１２の個数は、１個であってもよいし、またはＭ個（Ｍは、２以上、且つ切り欠き２４、６８の個数より少ない整数）であってもよい。この場合においても、ステップＳ５において、１つのゲート１１２は、１つの切り欠き２４、６８に面するように、配置される。

また、ステップＳ６において、保護管１８’を膨張させることなく、ロータコア１４と保護管１８’との間の隙間に充填物を充填してもよい。この場合、図１１に示すようなロータ７０が作製される。

ロータ７０は、組立体５０と、該組立体５０のロータコア１４と保護管１８’との間の隙間に充填された充填物７２と、該組立体５０のロータコア１４の貫通孔１４ａに挿通された回転シャフト１２とを備える。ロータ７０においては、磁石１６の外面と保護管１８’と内周面とが面接触している。

また、上述のステップＳ２およびＳ３の代わりに、製造者は、まず、ロータコア１４を取り囲むように保護管１８’を配置させ、次いで、複数の磁石１６の各々を、ロータコア１４の外周面２６と保護管１８’との間に圧入することによって、組立体５０を作製してもよい。

また、ステップＳ３において、図１に示す保護管１８を準備し、該保護管１８を、ロータコア１４の外周面２６に固定された磁石１６を径方向外側から取り囲むように配置してもよい。

この場合、磁石１６の外面と保護管１８の内周面との間には隙間が形成されることになる。次いで、ステップＳ６において、保護管１８を膨張させることなく、ロータコア１４と保護管１８との間の隙間に充填物２０を充填し、図１に示すロータ１０を作製してもよい。

以上、発明の実施形態を通じて本発明を説明したが、上述の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、本発明の実施形態の中で説明されている特徴を組み合わせた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得るが、これら特徴の組み合わせの全てが、発明の解決手段に必須であるとは限らない。さらに、上述の実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることも当業者に明らかである。

また、特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、工程、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」、「次いで」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０，６０，７０ ロータ
１２ 回転シャフト
１４，６２ ロータコア
１６ 磁石
１８ 保護管
２０，６４ 充填物
２２ 突条部
２４，６８ 切り欠き

Claims (4)

1. 電動機のロータであって、
   ロータコアと、
   前記ロータコアの径方向外側に配置される複数の磁石と、
   前記複数の磁石を取り囲む筒状の保護管と、
   前記ロータコアと前記保護管との間の隙間に充填された充填物と、を備え、
   前記ロータコアは、
   該ロータコアの外周面から径方向外側に突出し、該ロータコアの軸方向一方の第１端面から、前記ロータコアの軸方向他方の第２端面に向かって軸方向に延在する複数の突条部と、
   少なくとも１つの前記突条部の径方向外側の端面から径方向内側へ凹む切り欠きと、を有し、
   前記複数の突条部は、前記ロータコアの周方向に並ぶように配置され、
   前記複数の磁石の各々は、前記周方向に互いに隣り合う２つの前記突条部の間に配置され、
   前記切り欠きは、前記第１端面から前記第２端面に向かって軸方向に延びている、ロータ。
2. 前記充填物は、樹脂である、請求項１に記載のロータ。
3. 前記切り欠きは、前記第１端面から前記第２端面まで延びている、請求項１または２に記載のロータ。
4. 電動機のロータを製造する方法であって、
   ロータコアであって、該ロータコアの外周面から径方向内側へ凹む切り欠きを有し、該切り欠きは、前記ロータコアの軸方向一方の第１端面から、前記ロータコアの軸方向他方の第２端面に向かって軸方向へ延びる、ロータコアを作製することと、
   前記ロータコアの径方向外側に複数の磁石を、前記ロータコアの周方向に互いに隣り合う２つの前記磁石の間に前記切り欠きが位置するように、配置することと、
   前記複数の磁石を取り囲むように筒状の保護管を配置することと、
   前記切り欠きに充填物を射出して、前記ロータコアと前記保護管との間に形成された隙間に前記充填物を充填することと、を備える、方法。

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