JP3535256B2

JP3535256B2 - 回転機用ロータおよびその製造方法

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Publication number: JP3535256B2
Application number: JP08659495A
Authority: JP
Inventors: 光矢細江; 健一郎塩川; 勝敏野崎; 貴之佐藤; 真佐人喜多; 直正木村
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1995-04-12
Filing date: 1995-04-12
Publication date: 2004-06-07
Anticipated expiration: 2019-06-07
Also published as: JPH08289494A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は回転機用ロータおよびそ
の製造方法に関する。この回転機にはモータおよびジェ
ネレータが含まれる。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種ロータとしては、永久磁石
を鋼製ロータ本体に合成樹脂接着剤を用いて接合したも
のが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、合成樹
脂接着剤による接合では、回転機の運転に伴いそのロー
タの温度が上昇し、例えばロータ温度が１００℃になる
と、永久磁石の接合強度が著しく低下する、といった問
題がある。

【０００４】本発明は前記に鑑み、ロータ温度が比較的
高温まで上昇しても、永久磁石の接合強度を損うことが
なく、またロータ温度の上昇、降下による永久磁石の割
れを回避し得る回転機用ロータおよびその製造方法を提
供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数の鋼板を
積層して構成された円筒形ロータ本体と、前記ロータ本
体の外周面にろう材層を介して接合された複数の永久磁
石とよりなり、それら永久磁石は前記ロータ本体の外周
面母線方向に延びると共に相隣る両永久磁石間には間隔
が存する回転機用ロータであって、前記ロータ本体の少
なくとも軸線方向両端部側において、複数の鋼板の各永
久磁石接合部が、その両側に存するスリットの存在下
で、ロータ本体外方側へ折曲がることにより、前記軸線
方向において相隣る両永久磁石接合部間に間隙が存する
ことを特徴とする。

【０００６】本発明は、複数の鋼板を積層して構成され
た円筒形ロータ本体と、前記ロータ本体の外周面にろう
材層を介して接合された複数の永久磁石とよりなり、そ
れら永久磁石は前記ロータ本体の外周面母線方向に延び
ると共に相隣る両永久磁石間には間隔が存する回転機用
ロータを製造するに当り、前記鋼板として、各永久磁石
接合部の両側に、外周面から内方に向って延びるスリッ
トを備えたものを積層して構成されたロータ本体を用意
し、そのロータ本体における各永久磁石接合部にろう材
を介して各永久磁石を重ね合せ、次いで加熱下で各永久
磁石を前記ロータ本体にろう材層を介して接合すること
を特徴とする。

【０００７】

【作用】ロータにおいて、そのロータ本体に各永久磁石
がろう材層を介して接合されているので、回転機の運転
に伴いロータ温度が、合成樹脂接着剤の接合強度を低下
させる、例えば１００℃に上昇しても、各永久磁石の接
合強度が損われることはない。

【０００８】一方、ロータ温度の上昇、降下に伴い、ロ
ータ本体の軸線方向両端部外周側に熱応力が集中する。
前記構成によれば、これら両端部外周側においては複数
の鋼板の相隣る両永久磁石接合部間に間隙が存するの
で、それら永久磁石接合部の膨脹、収縮は前記間隙によ
り吸収され、これにより前記両端部外周側における熱応
力が緩和されるので、各永久磁石に割れを生じることは
ない。

【０００９】ロータの製造過程において、加熱下ではロ
ータ本体および各永久磁石が膨脹し、例えば各鋼板の厚
さが加熱前よりも厚くなり、また各永久磁石の長さが加
熱前よりも長くなる。冷却時には、熱膨脹率の大きいロ
ータ本体においては各鋼板が収縮すると共に各永久磁石
と接合されるので、ロータ本体の軸線方向２等分位置よ
りも一端側に位置する各永久磁石接合部と、他端側に位
置する各永久磁石接合部とが、スリットの存在下で、互
に離れる方向、つまりロータ本体外方側へ折曲がる。そ
の結果、前記軸線方向において相隣る両永久磁石接合部
間には間隙が生じるので、ロータ本体における永久磁石
接合部側は、加熱前の長さよりも長い状態に拘束され
る。

【００１０】これにより、ロータ本体における永久磁石
接合部側の長さが加熱前の長さに略復元する場合に比べ
てその永久磁石接合部に発生する熱応力が緩和されるの
で、永久磁石が脆くても、それに割れが生じることはな
い。

【００１１】

【実施例】図１〜３において、回転機としてのモータ用
ロータ１は、複数の円形鋼板２を積層して構成された円
筒形ロータ本体３と、そのロータ本体３の外周面にろう
材層４を介して接合された複数の永久磁石５とよりな
る。各鋼板２の接合には、図示しないかしめ手段（また
はボルト、ナットによる緊締手段）が用いられる。各永
久磁石５は、ロータ本体３の外周面母線方向に延びると
共に相隣る両永久磁石５間には間隔が存する。

【００１２】ロータ本体３は、ロータ軸６を圧入される
スプライン孔７を備えたボス部８と、そのボス部８外周
面から放射状に延びる複数のアーム部９と、各アーム部
９に連設されたリム部１０とからなる。リム部１０に、
その外周面母線方向に延びる複数の接合溝１１が形成さ
れ、各接合溝１１において、各永久磁石５がロータ本体
３に接合されている。各鋼板２のリム部形成領域ａにお
いて、接合溝１１を形成する切欠き状凹部１２を備えた
各永久磁石接合部ｂの両側には、その領域ａの外周面か
ら半径方向中間部まで延びるスリットｃが形成されてい
る。この場合、相隣る両永久磁石接合部ｂ間に１つのス
リットｃが存在し、各鋼板２の各スリットｃはロータ本
体３の外周面母線方向において合致している。

【００１３】図２，３に明示するように、ロータ本体３
の少なくとも軸線ｄ方向両端部側において、複数の鋼板
２の各永久磁石接合部ｂは、その両側に存するスリット
ｃの存在下で、ロータ本体３外方側へ折曲がることによ
り、前記軸線ｄ方向において相隣る両永久磁石接合部ｂ
間に間隙ｅが存する。

【００１４】ロータ１において、そのロータ本体３に永
久磁石５がろう材層４を介して接合されているので、モ
ータの運転に伴いロータ温度が、合成樹脂接着剤の接合
強度を低下させる、例えば１００℃に上昇しても、各永
久磁石５の接合強度が損われることはない。

【００１５】一方、ロータ温度の上昇、降下に伴い、ロ
ータ本体３の軸線ｄ方向両端部外周側に熱応力が集中す
る。前記構成によれば、これら両端部外周側においては
複数の鋼板２の相隣る両永久磁石接合部ｂ間に間隙ｅが
存するので、それら永久磁石接合部ｂの膨脹、収縮は前
記間隙ｅにより吸収され、これにより前記両端部外周側
における熱応力が緩和されるので、各永久磁石５に割れ
を生じることはない。なお、ロータ本体３の軸線方向２
等分位置よりも一端側に位置する各永久磁石接合部ｂ
と、他端側に位置する各永久磁石接合部ｂとが、スリッ
トｃの存在下で、互に離れる方向、つまりロータ本体３
外方側へ折曲がることにより全部の相隣る両永久磁石接
合部ｂ間に間隙ｅが生じていてもよい。

【００１６】さらに、各鋼板２の各スリットｃは、ボス
部８のスプライン孔７にロータ軸６を圧入する際に広が
り傾向となってその圧入に伴う応力を緩和する効果を発
揮する。

【００１７】永久磁石５としては、ＮｄＦｅＢ系永久磁
石、ＳｍＣｏ系永久磁石等の希土類元素を含む永久磁石
が用いられる。

【００１８】ろう材としては、前記のような希土類元素
を含む永久磁石５の磁気特性に影響を与えない温度Ｔ、
つまりＴ≦６５０℃で接合力を発揮するものでなければ
ならない。また、この接合力は、加熱下において、ろう
材が固相状態である場合にはその拡散性により発現し、
一方、ろう材が液相状態または固液共存状態である場合
にはその濡れ性により発現することが必要である。

【００１９】このような観点から、ろう材としては、希
土類元素系合金より構成された高活性なものが用いられ
る。この希土類元素系合金においては、非晶質相の体積
分率Ｖｆが５０％≦Ｖｆ≦１００％であることが望まし
い。その理由は次の通りである。即ち、非晶質相は、酸
化の起点となるような粒界層が存在しないので耐酸化性
が著しく高く、また酸化物の混在も僅少であり、その上
偏析がなく組成が均一である、といった特性を有するの
で、ろう材層４の強度向上を図る上で有効であるからで
ある。

【００２０】この場合、希土類元素にはＹ、Ｌａ、Ｃ
ｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈ
ｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、ＹｂおよびＬｕから選択される少なく
とも一種が該当し、それらは単体、または混合物である
Ｍｍ（ミッシュメタル）、Ｄｉ（ジジミウム）の形態で
用いられる。また合金元素ＡＥは希土類元素と共晶反応
を行うもので、その合金元素ＡＥには、Ｃｕ、Ａｌ、Ｇ
ａ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｐ
ｄ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｂｉ、ＧｅおよびＩｎから選択
される少なくとも一種が該当する。合金元素ＡＥの含有
量は５原子％≦ＡＥ≦５０原子％に設定される。二種以
上の合金元素ＡＥを含有する場合には、それらの合計含
有量が５原子％≦ＡＥ≦５０原子％となる。ただし、合
金元素ＡＥの含有量がＡＥ＞５０原子％では希土類元素
系合金の活性が損われ、一方、ＡＥ＜５原子％では、固
液共存状態において液相を確保することが難しくなる。

【００２１】希土類元素系合金における共晶合金を例示
すれば表１の通りである。

【００２２】

【表１】

【００２３】また希土類元素系合金における亜、過共晶
合金としては以下のものを挙げることができる。各化学
式において、数値の単位は原子％である（これは以下同
じ）。（ａ）Ｎｄ₆₀Ｃｕ₄₀合金、Ｎｄ₇₅Ｃｕ₂₅合金、Ｎｄ₈₀
Ｃｕ₂₀合金、Ｎｄ₅₀Ｃｕ ₅₀合金……液相発生温度５２０
℃（図４参照）（ｂ）Ｓｍ₇₅Ｃｕ₂₅合金、Ｓｍ₆₅Ｃｕ₃₅合金……液相
発生温度５９７℃ （ｃ）Ｎｄ₉₀Ａｌ₁₀合金（液相発生温度６３４℃）、
Ｎｄ₈₀Ｃｏ₂₀合金（液相発生温度５９９℃）、Ｌａ₈₅Ｇ
ａ₁₅合金（液相発生温度５５０℃）さらに三元系合金としては、Ｎｄ₆₅Ｆｅ₅Ｃｕ₃₀合金
（液相発生温度５０１℃）およびＮｄ₇₀Ｃｕ₂₅Ａｌ₅合
金（液相発生温度４７４℃）を挙げることができる。

【００２４】前記ロータ１の製造に当っては、先ず、図
５に示すように鋼板２として、切欠き状凹部１２を持つ
各永久磁石接合部ｂの両側に、外周面から内方に向って
延びる、図示例では半径方向中間部まで延びるスリット
ｃを備えたものを、複数積層して構成されたロータ本体
３を用意する。

【００２５】次いで図６に示すように、ロータ本体３に
おいて、各切欠き状凹部１２による各接合溝１１に箔状
ろう材１３を介し各永久磁石５を重ね合せて、ロータ本
体３に耐熱性バンド１４を巻着して、そのバンド１４に
より各永久磁石５およびろう材１３をロータ本体３に固
定する。

【００２６】その後、重ね合せ物を真空加熱炉内に設置
して加熱下でろう材１３を、例えば液相状態にして、各
永久磁石５をロータ本体３に接合する。

【００２７】図７は前記加熱接合のメカニズムを示す。
図７（ａ）の加熱前においては、ロータ本体３と永久磁
石５の長さＬ₁は等しい。図７（ｂ）の加熱中において
はロータ本体３および各永久磁石５が膨脹し、例えば各
鋼板２の厚さｔ₂が加熱前のそれｔ₁よりも厚くなり
（ｔ₂＞ｔ₁）、また各永久磁石５の長さＬ₂が加熱前
のそれＬ₁よりも長くなる（Ｌ₂＞Ｌ₁）。図７（ｃ）
の冷却後においては、冷却時に熱膨脹率の大きいロータ
本体３の各鋼板２が収縮すると共に各永久磁石５と接合
されるので、ロータ本体３の軸線ｄ方向２等分位置ｆよ
りも一端側に位置する各永久磁石接合部ｂと、他端側に
位置する各永久磁石接合部ｂとが、スリットｃの存在下
で、相隣る両スリットｃの終端間を結ぶ仮想線を折れ目
ｇとして互に離れる方向、つまりロータ本体３外方側へ
折曲がる。その結果、軸線ｄ方向において相隣る両永久
磁石接合部ｂ間には間隙ｅが生じるので、ロータ本体３
における永久磁石接合部ｂ側は、加熱前の長さＬ₁より
も長い状態に拘束され、Ｌ₃＞Ｌ₁となる。これによ
り、図７（ｃ）に鎖線で示すようにロータ本体３におけ
る永久磁石接合部ｂ側の長さが加熱前の長さＬ₁に略復
元する場合に比べてその永久磁石接合部ｂに発生する熱
応力が緩和されるので、永久磁石５が脆くても、それに
割れが生じることはない。

【００２８】前記接合過程における加熱時間ｈは、それ
が長過ぎる場合にはロータ本体３および永久磁石５の特
性に影響を与えるので、ｈ≦１０時間であることが望ま
しく、生産性向上の観点からはｈ≦１時間である。

【００２９】以下、具体例について説明する。

【００３０】ロータ本体３として、図５に示すように切
欠き状凹部１２の数が１２個、スリットｃの数が１２
個、各スリットｃの寸法が幅０．３mm、長さが１０mmで
あり、また厚さが０．４mmの複数の円形冷間圧延鋼板２
を積層して構成されたものを用意した。ロータ本体３に
おいて、その外径は１３６mm、長さは１００mm、接合溝
１１の数は１２本、各接合溝１１の寸法は幅２０mm、深
さ１mm、長さ１００mmである。

【００３１】またろう材１３として、Ｎｄ₇₀Ｃｕ₂₅Ａｌ
₅合金よりなり、且つ非晶質相の体積分率ＶｆがＶｆ＝
１００％であり、縦１００mm、横２０mm、厚さ０．１mm
の箔状ろう材を用意した。

【００３２】さらに永久磁石５として、縦１００mm、横
２０mm、厚さ６mmのＮｄＦｅＢ系永久磁石（住友特殊金
属社製、商品名ＮＥＯＭＡＸ−２８ＵＨ、キュリー点３
１０℃）を選定した。

【００３３】図６に示すように、ロータ本体３の各接合
溝１１に、２枚重ねの箔状ろう材（厚さ０．２mm）１３
および永久磁石５を、箔状ろう材１３、永久磁石５の順
に嵌合してそれらを重ね合せ、次いでロータ本体３に耐
熱性バンド１４を巻着して、そのバンド１４により各永
久磁石５およびろう材１３をロータ本体３に固定した。
その後、重ね合せ物を真空加熱炉内に設置して、加熱温
度Ｔ＝５３０℃、加熱時間ｈ＝３０分間の加熱工程、そ
れに次ぐ炉冷よりなる接合処理を行って、図１〜３に示
すように各永久磁石５をろう材層４を介しロータ本体３
に接合したロータ１を得た。

【００３４】このロータ１においては、相隣る両永久磁
石接合部ｂ間の全てに間隙ｅが存在しており、その間隙
ｅにおける両永久磁石接合部ｂの外周縁ｍ間の平均長さ
は０．０４mmであった。また各永久磁石５に割れの発生
はなかった。

【００３５】さらに、ロータ１の耐熱性を調べるため、
ロータ１を加熱炉に設置して１５０℃で、１時間加熱
し、次いで室温下にて冷却したところ、各永久磁石５に
割れの発生はなかった。

【００３６】なお、前記接合処理後において、各永久磁
石５に着磁処理が施される。

【００３７】図８はロータ１の他例を示す。そのロータ
本体３は、ボス部８と、そのボス部８外周面から放射状
に延びる複数のアーム部９と、各アーム部９に連設され
たリム部１０とからなる。相隣る両スリットｃは、鋼板
２のリム部形成領域ａとアーム部形成領域ｈとの連設部
ｋを挟むように、そのリム部形成領域ａにおいて、その
外周面から内周面まで延びている。この場合、各鋼板２
の各永久磁石接合部ｂは幅狭の各連設部ｋにおいて折れ
目ｇより折曲がるので、図５のものに比べて折曲り易
く、したがって間隙ｅの形成が容易に行われる。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、前記のように構成する
ことによって、回転機の運転に伴いロータ温度が上昇し
ても各永久磁石の接合強度を損うことがなく、またロー
タ温度の上昇、降下による永久磁石の割れ、といった不
具合を回避し得る回転機用ロータを提供することができ
る。

【００３９】また本発明によれば、複数の永久磁石に割
れを発生させることなく、ロータ本体と各永久磁石とを
加熱接合することが可能な、回転機用ロータの製造方法
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ロータの一例を示す正面図である。

【図２】要部を拡大した図１の２−２矢視図である。

【図３】図２の３−３線要部断面図である。

【図４】Ｎｄ−Ｃｕ系状態図の要部を示す。

【図５】ロータ本体の部分拡大端面図である。

【図６】ロータ本体に対する永久磁石およびろう材の重
ね合せ方を示す説明図である。

【図７】加熱接合メカニズムを示す説明図である。

【図８】ロータの他例を示す端面図で、図２に対応す
る。

【符号の説明】

１ロータ２鋼板３ロータ本体４ろう材層５永久磁石８ボス部９アーム部１０リム部１３ろう材ａリム部形成領域ｂ永久磁石接合部ｃスリットｄ軸線ｅ間隙ｈアーム部形成領域ｋ連設部

フロントページの続き (72)発明者佐藤貴之埼玉県和光市中央１丁目４番１号株式会社本田技術研究所内 (72)発明者喜多真佐人埼玉県和光市中央１丁目４番１号株式会社本田技術研究所内 (72)発明者木村直正埼玉県和光市中央１丁目４番１号株式会社本田技術研究所内 (56)参考文献特開平２−131339（ＪＰ，Ａ) 特開平２−7841（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02K 1/27 H02K 1/18 H02K 15/03

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の鋼板（２）を積層して構成された
円筒形ロータ本体（３）と、前記ロータ本体（３）の外
周面にろう材層（４）を介して接合された複数の永久磁
石（５）とよりなり、それら永久磁石（５）は前記ロー
タ本体（３）の外周面母線方向に延びると共に相隣る両
永久磁石（５）間には間隔が存する回転機用ロータであ
って、前記ロータ本体（３）の少なくとも軸線（ｄ）方
向両端部側において、複数の鋼板（２）の各永久磁石接
合部（ｂ）が、その両側に存するスリット（ｃ）の存在
下で、ロータ本体（３）外方側へ折曲がることにより、
前記軸線（ｄ）方向において相隣る両永久磁石接合部
（ｂ）間に間隙（ｅ）が存することを特徴とする回転機
用ロータ。
【請求項２】前記ロータ本体（３）は、ボス部（８）
と、そのボス部（８）外周面から放射状に延びる複数の
アーム部（９）と、各アーム部（９）に連設されたリム
部（１０）とからなり、各スリット（ｃ）は、前記鋼板
（２）のリム部形成領域（ａ）において、その外周面か
ら半径方向中間部まで延びている、請求項１記載の回転
機用ロータ。
【請求項３】前記ロータ本体（３）は、ボス部（８）
と、そのボス部（８）外周面から放射状に延びる複数の
アーム部（９）と、各アーム部（９）に連設されたリム
部（１０）とからなり、相隣る両スリット（ｃ）は、前
記鋼板（２）のリム部形成領域（ａ）とアーム部形成領
域（ｈ）との連設部（ｋ）を挟むように、そのリム部形
成領域（ａ）において、その外周面から内周面まで延び
ている、請求項１記載の回転機用ロータ。
【請求項４】前記ろう材（１３）は希土類元素系合金
よりなる、請求項１，２または３記載の回転機用ロー
タ。
【請求項５】前記希土類元素系合金において、その合
金元素ＡＥはＣｕ、Ａｌ、Ｇａ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ａｇ、Ｎ
ｉ、Ａｕ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｂ
ｉ、ＧｅおよびＩｎから選択される少なくとも一種であ
って、その合金元素ＡＥの含有量が５原子％≦ＡＥ≦５
０原子％である、請求項４記載の回転機用ロータ。
【請求項６】前記永久磁石（５）は希土類元素を含む
永久磁石である、請求項１，２，３，４または５記載の
回転機用ロータ。
【請求項７】複数の鋼板（３）を積層して構成された
円筒形ロータ本体（３）と、前記ロータ本体（３）の外
周面にろう材層（４）を介して接合された複数の永久磁
石（５）とよりなり、それら永久磁石（５）は前記ロー
タ本体（３）の外周面母線方向に延びると共に相隣る両
永久磁石（５）間には間隔が存する回転機用ロータを製
造するに当り、前記鋼板（２）として、各永久磁石接合
部（ｂ）の両側に、外周面から内方に向って延びるスリ
ット（ｃ）を備えたものを積層して構成されたロータ本
体（３）を用意し、そのロータ本体（３）における各永
久磁石接合部（ｂ）にろう材（１３）を介して各永久磁
石（５）を重ね合せ、次いで加熱下で各永久磁石（５）
を前記ロータ本体（３）にろう材層（４）を介して接合
することを特徴とする回転機用ロータの製造方法。
【請求項８】前記ろう材（１３）は希土類元素系合金
よりなる、請求項７記載の回転機用ロータの製造方法。
【請求項９】前記希土類元素系合金において、その合
金元素ＡＥはＣｕ、Ａｌ、Ｇａ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ａｇ、Ｎ
ｉ、Ａｕ、Ｍｎ、Ｚｎ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｂ
ｉ、ＧｅおよびＩｎから選択される少なくとも一種であ
って、その合金元素ＡＥの含有量が５原子％≦ＡＥ≦５
０原子％である、請求項８記載の回転機用ロータの製造
方法。
【請求項１０】前記永久磁石（５）は希土類元素を含
む永久磁石である、請求項７，８または９記載の回転機
用ロータの製造方法。