WO2024127833A1 - 回転電機用ロータの製造方法 - Google Patents
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- H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
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- H02K15/02—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
- H02K15/03—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies having permanent magnets
Definitions
- This disclosure relates to a method for manufacturing rotors for rotating electrical machines.
- a known technique for manufacturing rotors for rotating electrical machines involves inserting a solid resin material into a magnet hole, then inserting a preheated permanent magnet into the magnet hole to melt at least a portion of the resin material, and then further heating the core to harden the resin material.
- the present disclosure aims to insert a permanent magnet into a desired position within a magnet hole and fix it in place with a resin material.
- a method for producing a rotor core having an axial magnet hole and a permanent magnet insertable into the magnet hole includes the steps of: a resin injection step of injecting a resin material having a different melting temperature and hardening temperature in a molten state into the magnet hole; a magnet insertion step of inserting the permanent magnet into the magnet hole in such a manner that the molten resin material reaches around the permanent magnet after the resin injection step; and a resin hardening step of hardening the resin material extending around the permanent magnets inserted in the magnet insertion step.
- the present disclosure allows a permanent magnet to be inserted into a desired position within a magnet hole and secured in place with a resin material.
- FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic cross-sectional structure of a motor according to an embodiment
- 2 is a cross-sectional view of a rotor (a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the axial direction).
- FIG. FIG. 3 is an enlarged view of a portion relating to one magnetic pole shown in FIG. 2 .
- FIG. 4 is a schematic cross-sectional view taken along line AA in FIG. 4 is a flowchart illustrating a schematic flow of a method for manufacturing a motor according to the present embodiment.
- FIG. FIG. 11 is an explanatory diagram of a nozzle positioning step.
- FIG. FIG. FIG. 11 is an explanatory diagram of a preferred example of a magnet insertion step, and is a cross-sectional view showing a schematic state before the start of the step.
- FIG. 11 is a schematic cross-sectional view for explaining a resin curing step.
- FIG. 1 is a cross-sectional view that shows a schematic cross-sectional structure of a motor 1 according to one embodiment.
- FIG. 2 is a cross-sectional view of a rotor 30 (a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the axial direction). Note that in FIG. 2 and other figures, for ease of viewing, reference symbols may be given to only some of the parts that have the same attributes when there are multiple parts.
- the rotating shaft 12 of the motor 1 is shown.
- the axial direction refers to the direction in which the rotating shaft (center of rotation) 12 of the motor 1 extends
- the axial outer side refers to the side away from the axial center of the rotor core 32
- the axial inner side refers to the side toward the axial center of the rotor core 32.
- the radial direction refers to the radial direction centered on the rotating shaft 12
- the radial outer side refers to the side away from the rotating shaft 12
- the radial inner side refers to the side toward the rotating shaft 12.
- the circumferential direction corresponds to the direction of rotation around the rotating shaft 12.
- Motor 1 may be a motor for driving a vehicle, such as that used in a hybrid vehicle or an electric vehicle. However, motor 1 may also be used for any other purpose.
- the motor 1 is an inner rotor type, and the stator 21 is arranged to surround the radial outside of the rotor 30.
- the radial outside of the stator 21 is fixed to the motor housing 10.
- the stator 21 has a stator core 211 made of, for example, a circular ring-shaped laminated steel plate of a magnetic material, and a plurality of slots (not shown) are formed on the radial inside of the stator core 211, around which the coils 22 are wound.
- the rotor 30 is positioned radially inside the stator 21.
- the rotor 30 comprises a rotor core 32, a rotor shaft 34, end plates 35A and 35B, and a permanent magnet 62.
- the rotor core 32 is fixed to the radially outer surface of the rotor shaft 34 and rotates integrally with the rotor shaft 34.
- the rotor core 32 has an axial hole 320 (see FIG. 2), into which the rotor shaft 34 is fitted.
- the rotor core 32 may be fixed to the rotor shaft 34 by shrink fitting, press fitting, or the like.
- the rotor core 32 may be connected to the rotor shaft 34 by a key connection or a spline connection.
- the rotor shaft 34 is rotatably supported in the motor housing 10 via bearings 14a, 14b.
- the rotor shaft 34 defines the rotating shaft 12 of the motor 1.
- the rotor core 32 is formed, for example, from laminated steel plates of a circular magnetic material. Permanent magnets 62 (see FIG. 2) are embedded inside the rotor core 32. That is, the rotor core 32 has magnet holes 322 (see FIG. 2) that penetrate in the axial direction, and the permanent magnets 62 are inserted and fixed into the magnet holes 322.
- the rotor core 32 may be formed from a green compact in which magnetic powder is compressed and solidified.
- the rotor core 32 has a rotationally symmetric shape centered on the rotating shaft 12 when viewed in the axial direction.
- the rotor core 32 has a shape in which each set of permanent magnets 62 overlaps every 45 degrees of rotation about the rotating shaft 12.
- the multiple permanent magnets 62 may be made of neodymium or the like.
- the multiple permanent magnets 62 are arranged in pairs when viewed in the axial direction. In this case, a common magnetic pole is formed between the pair of permanent magnets 62.
- the multiple permanent magnets 62 are arranged in a manner in which S poles and N poles appear alternately in the circumferential direction. In this embodiment, the number of magnetic poles is eight, but the number of magnetic poles is arbitrary.
- the permanent magnets 62 have the same linear shape when viewed in the axial direction, but they may have different shapes.
- At least one of the permanent magnets 62 may have an arc shape when viewed in the axial direction.
- another pair of permanent magnets may be arranged at a different radial position from the pair of permanent magnets 62.
- the fixing structure and the like related to the permanent magnets 62 described below can be similarly applied to other permanent magnets.
- FIG. 1 shows motor 1 having a specific structure
- the structure of motor 1 is not limited to such a specific structure.
- rotor shaft 34 is hollow, but it may be solid.
- FIG. 3 is a plan view showing a schematic of the fixing structure of the permanent magnets 62 in the rotor core 32 according to this embodiment, and is an enlarged view of a portion relating to one magnetic pole shown in FIG. 2.
- the configuration relating to one magnetic pole is basically symmetrical with respect to the d-axis (written as "d-axis" in English in FIGS. 2 and 3).
- the d-axis corresponds to the direction of the magnetic field generated by the permanent magnets 62 arranged in the rotor 30.
- FIG. 4 is a schematic cross-sectional view taken along line A-A in FIG. 3.
- the Z direction is defined along with its two sides, the Z1 side and the Z2 side.
- the Z direction is parallel to the axial direction of the motor 1.
- the Z direction corresponds to the up-down direction, but this may be different from the up-down direction when the motor 1 is mounted on the vehicle.
- the Z1 side and the Z2 side represent a relative positional relationship, with the Z1 side corresponding to the upper side.
- the permanent magnets 62 are fixed in the magnet holes 322 of the rotor core 32 by a resin material layer 72.
- the resin material layer 72 may be formed, for example, from a thermosetting resin or from a thermoplastic resin. A method for forming the resin material layer 72 will be described in detail later.
- the resin material layer 72 is bonded, for example, to both the permanent magnet 62 and the rotor core 32 with an anchor effect.
- the anchor effect on the permanent magnet 62 side may be achieved by roughening the insulating layer (not shown) provided as a surface coating for the permanent magnet 62.
- the anchor effect on the rotor core 32 side may be achieved by forming the rotor core 32 from laminated steel plates.
- the resin material layer 72 may be joined to the permanent magnet 62 in such a manner that both axial end faces 621, 622 of the permanent magnet 62 are exposed.
- the resin material layer 72 may be joined only to the side surface of the permanent magnet 62 in a direction intersecting the axial direction.
- the material related to the resin material layer 72 may be attached to the end face 622 of both axial end faces 621, 622 of the permanent magnet 62.
- the resin material layer 72 may extend between the permanent magnet 62 and the peripheral wall surface of the magnet hole 322 in such a manner that the resin material layer 72 fills the space between the permanent magnet 62 and the peripheral wall surface of the magnet hole 322 without any gaps.
- the resin material layer 72 is bonded to the permanent magnet 62 in such a manner that it surrounds the permanent magnet 62 over its entire circumference when viewed in the axial direction. That is, the resin material layer 72 is bonded to all four faces of the permanent magnet 62.
- the resin material layer 72 is bonded to the peripheral wall surface of the magnet hole 322 over its entire circumference when viewed in the axial direction. That is, the resin material layer 72 is bonded to the magnet hole 322 over its entire circumference. This allows the permanent magnet 62 to be fixed more firmly to the rotor core 32 than when the resin material layer is bonded only to a part of the entire circumference of the permanent magnet 62.
- the axial direction refers to the direction in which the central axis I0 of the rotor core 32 (workpiece W) corresponding to the rotating shaft 12 of the motor 1 extends
- the radial direction refers to the radial direction centered on the central axis I0 of the rotor core 32. Therefore, the radially outer side refers to the side away from the central axis I0 of the rotor core 32, and the radially inner side refers to the side toward the central axis I0 of the rotor core 32.
- the circumferential direction corresponds to the direction of rotation around the central axis I0 of the rotor core 32.
- FIG. 5 is a flow chart showing the outline of the flow of the manufacturing method of the motor 1 according to this embodiment.
- FIGS. 6 to 10 are explanatory diagrams of specific steps in the manufacturing method shown in FIG. 5.
- FIG. 6 is an explanatory diagram of the work supporting step
- FIG. 7 is an explanatory diagram of the nozzle positioning step
- FIG. 8 is an explanatory diagram of the resin injection step
- FIG. 9 is an explanatory diagram of the magnet insertion step, each of which is a cross-sectional view showing a schematic state after the steps. Note that FIG. 8 shows a schematic state after the resin injection step for one magnet hole 322.
- FIG. 10 is an explanatory diagram of a preferred example of the magnet insertion step, and is a cross-sectional view showing a schematic state before the start of the step.
- FIG. 11 is a schematic cross-sectional view for explaining the resin hardening step.
- This manufacturing method first prepares the permanent magnets 62 and includes a steel plate lamination process (step S1) in which multiple steel plates 3250 are laminated as a preparation process for preparing the workpiece W of the rotor core 32.
- the workpiece W of the rotor core 32 may be a unit of the laminated block.
- the manufacturing method includes a workpiece supporting step (step S2) of placing the workpiece W on the support jig 120, as shown in FIG. 6.
- the support jig 120 is one element of the manufacturing apparatus 100, and may support the workpiece W while transporting the workpiece W between each process.
- the support jig 120 may be in the form of a movable conveyor or the like, or may be in the form of a transport tray that is transported by being placed on a conveyor or the like.
- the support jig 120 may also be configured to be grasped by a transport robot.
- the manufacturing method includes a preheating process (step S3) (an example of a heat application process) of preheating the workpiece W.
- the preheating process may be achieved by an induction heating device, a heating furnace, or the like.
- the induction heating device may be disposed radially inside and/or radially outside the rotor core 32 of the workpiece W.
- the preheating process (step S3) may be achieved by using a heating device 160 (see Figures 10 and 11) described below.
- the manufacturing method includes a nozzle positioning step (step S4) in which the nozzle 131 of the resin placement device 130 is positioned within the magnet hole 322 of the workpiece W on the support jig 120.
- the nozzle 131 of the resin placement device 130 may be positioned so that it can be inserted into and removed from the magnet hole 322 by vertical movement.
- the manufacturing method includes a resin injection process (step S5) in which the resin material 90 for forming the above-mentioned resin material layer 72 is placed in the magnet hole 322 in a molten state.
- the resin material 90 may be molten in a resin injector (not shown) and introduced to the nozzle 131.
- the nozzle 131 may eject the molten resin material 90 from the outlet 1310 with the outlet 1310 inserted into the magnet hole 322.
- the amount of heat dissipation can be reduced (and therefore the molten state can be easily maintained), and the occurrence of resin material 90 that does not enter the magnet hole 322 due to scattering or the like can be prevented.
- the resin material 90 is a thermosetting resin material with a relatively low viscosity, and is injected in a pre-hardened state (a flowable molten state). Therefore, the resin material 90 injected into the magnet hole 322 flows (falls) downward due to its own weight, and accumulates with the surface of the support jig 120 as the bottom surface.
- the resin material 90 preferably has a melt viscosity of 500 Pa ⁇ s or more, and more preferably has a melt viscosity of 700 Pa ⁇ s or more, at 90° C. and a shear rate of 1/s.
- a resin material 90 may include a crystalline radically polymerizable composition as described in JP 2021-161164 A, the disclosure of which is incorporated herein by reference.
- the resin material 90 has a characteristic that the melting temperature and the curing temperature are different.
- the resin material 90 described in JP 2021-101605 A the disclosure of which is incorporated herein by reference, may be used.
- the melting temperature (melting start temperature) is, for example, 60° C.
- the curing temperature (curing start temperature) is, for example, 120° C.
- the resin temperature heated by the resin injection machine may be a temperature (for example, 80° C.) higher than the melting temperature (for example, 60° C.) and lower than the curing temperature. This allows the resin material 90 to be placed (injected) into the magnet hole 322 in a pre-curing state (flowable molten state) without starting to cure the resin material 90.
- the manufacturing method includes a magnet insertion process (step S6) in which a permanent magnet 62 is placed in the magnet hole 322 of the workpiece W on the support jig 120, as shown diagrammatically in FIG. 9.
- the permanent magnet 62 may be inserted to a position where the lower end face 622 abuts against the surface of the support jig 120 without any gaps (i.e., a position where they make surface contact).
- the magnet insertion process (step S6) is performed while maintaining the resin material 90 in the magnet hole 322 of the workpiece W in a molten state. Therefore, when the permanent magnet 62 is inserted into the molten resin material 90 that accumulates in the lower part of the magnet hole 322 of the workpiece W (the lower part with the surface of the support jig 120 on the lower side), the molten resin material 90 is pushed aside and rises by an amount corresponding to the volume of the permanent magnet 62.
- the molten resin material 90 reaches the periphery of the permanent magnet 62 (it is pushed up by the permanent magnet 62 and reaches the periphery of the permanent magnet 62), and extends over the same extension range as the extension range of the resin material layer 72 as described above with reference to FIG. 3.
- the resin material 90 has a relatively low melt viscosity as described above, so that it can easily and tightly extend around the permanent magnet 62 during the magnet insertion process. That is, the resin material 90 in the magnet hole 322 can easily wrap around the permanent magnet 62 while being pushed aside by the permanent magnet 62. This can increase the fixing strength of the resin material layer 72 formed by the resin material 90 (fixing strength related to the permanent magnet 62).
- the resin material 90 preferably has a property that the curing reaction does not substantially proceed when in a molten state below the curing temperature.
- the curing reaction does not substantially proceed may include, for example, a state in which the content of the curing reaction material is 10% or less.
- the resin material 90 can maintain a relatively low melt viscosity as described above. Therefore, even in the magnet insertion process (step S6) performed after the resin injection process (step S5), the resin material 90 can maintain a relatively low melt viscosity as described above. This allows the resin material 90 to easily extend around the permanent magnet 62 without gaps during the magnet insertion process (step S6).
- the amount V2 (ml) of resin material 90 injected into one magnet hole 322 may be less than the difference between the volume V0 (cm 3 ) of that one magnet hole 322 and the volume V1 (cm 3 ) of the permanent magnet 62 inserted into that one magnet hole 322 by a margin ⁇ (ml).
- V2 V0 - V1 - ⁇ . This reduces the possibility that the molten resin material 90 pushed aside by the permanent magnet 62 will overflow from the magnet hole 322 during the magnet insertion process (step S6).
- the allowance ⁇ is preferably adapted so that the resin material 90 does not reach the upper end surface 621 of the permanent magnet 62 during the magnet insertion process (step S6). This is because if a layer of resin material 90 is formed on the upper end surface 621 of the permanent magnet 62, a thermal stress problem will occur. That is, due to the difference in linear expansion coefficient between the permanent magnet 62 and the resin material 90 layer, thermal stress will be a problem due to the difference in axial expansion and contraction that occurs between the two when the temperature changes. Therefore, by adapting the allowance ⁇ , it is possible to reduce the thermal stress problem due to the difference in axial expansion and contraction between the resin material layer 72 and the permanent magnet 62.
- the magnet insertion process (step S6) is performed while maintaining the resin material 90 in the magnet hole 322 of the workpiece W in a molten state.
- heat may be applied to the resin material 90 in the magnet hole 322 of the workpiece W by the heating device 160 so that the molten state of the resin material 90 can be appropriately maintained.
- the temperature of the resin material 90 may be heated to a hardening temperature or higher in a manner that does not impair the ease of inserting the permanent magnet 62 during the magnet insertion process (step S6). That is, the resin hardening process (step S7) described later may be started in a manner that overlaps with the magnet insertion process (step S6).
- the temperature of the resin material 90 may be managed so that the temperature of the resin material 90 does not reach or exceed the hardening temperature (for example, so that it is maintained at a temperature significantly lower than the hardening temperature) until the magnet insertion process (step S6) is completed.
- the heating device 160 which is one element of the manufacturing apparatus 100, is disposed radially inside and outside the rotor core 32 of the workpiece W.
- the heating device 160 can heat the resin material 90 via the rotor core 32, so that the resin material 90 can be maintained in a molten state.
- the heating device 160 may be, for example, an induction heating device.
- Such a heating device 160 may also function in the resin injection process (step S5). That is, in the resin injection process (step S5), heat may be applied by the heating device 160 to the resin material 90 that is poured into the magnet hole 322. In this case, too, the heating device 160 can heat the resin material 90 via the rotor core 32, so that the molten state of the resin material 90 can be effectively maintained.
- a preheating process may be separately performed to preheat the permanent magnet 62 to be inserted.
- a magnet preheating process to preheat the permanent magnet 62 may be separately performed before the magnet insertion process (step S6).
- heat can be applied directly to the resin material 90 by the permanent magnet 62 itself.
- the magnet preheating process may preferably include heating the permanent magnet 62 to a temperature equal to or higher than the curing temperature of the resin material 90.
- the resin material 90 rises to above the curing start temperature due to the heat of the permanent magnet 62 from the part that touches the permanent magnet 62.
- the part of the resin material 90 that touches the permanent magnet 62 reaches above the curing start temperature and begins thermal curing.
- the magnet insertion process is completed before the time it takes for the resin material 90 to cure (completely gel) (gel time or gelation time). Therefore, it is possible to achieve both ease of insertion of the permanent magnet 62 (ease of insertion work so that the permanent magnet 62 can be positioned at the desired position in the magnet hole 322) and positional stability of the positioned permanent magnet 62.
- the positional stability of the permanent magnet 62 is achieved by making it difficult for the permanent magnet 62 to move due to an increase in the viscosity of the resin material 90 around the permanent magnet 62.
- the resin material 90 is a thermoplastic resin material
- the rotor core 32 and the like are heated (or preheated by the preheating process described above) to maintain the resin material 90 in a molten state during the magnet insertion process (step S6).
- the temperature of the resin material 90 may be set relatively high during injection in the resin injection process (step S5). Even if the resin material 90 is a thermoplastic resin material, by appropriately setting the temperature of the resin material 90 during the magnet insertion process (step S6), it is possible to achieve both ease of insertion of the permanent magnet 62 (ease of positioning the permanent magnet 62 at the desired position within the magnet hole 322) and positional stability of the positioned permanent magnet 62.
- the resin material 90 has a relatively low melt viscosity as described above, so that the resin material 90 is more likely to leak out from between the steel plates 3250 than when the resin material 90 has a relatively high melt viscosity.
- the resin material 90 is not pressurized in the magnet hole 322, so that the possibility of the resin material 90 leaking out from between the steel plates 3250 can be reduced. That is, the magnet insertion process (step S6) is performed with the inside of the magnet hole 322 of the workpiece W open to atmospheric pressure. This significantly reduces the possibility of the resin material 90 leaking out from between the steel plates 3250 in the magnet insertion process (step S6).
- the resin material 90 starts to harden when it comes into contact with the rotor core 32, so that the possibility of the resin material 90 leaking out from between the steel plates 3250 can be reduced.
- a pressed state in which the rotor core 32 is pressed in the axial direction may be formed during the magnet insertion process (step S6).
- the magnet insertion process (step S6) may be performed together with a pressing process in which the rotor core 32 is pressed in the axial direction.
- the manufacturing apparatus 100 has a pressing tool 170 that applies an axial force to the rotor core 32.
- the pressing tool 170 presses the workpiece W on the support tool 120 from above (see pressing force F80) and applies an axial force to the rotor core 32 (see axial force F82).
- the pressing tool 170 may have a hole 172 that opens the upper part of the magnet hole 322. In this case, the permanent magnet 62 can be inserted while maintaining the pressing state of the pressing tool 170 against the rotor core 32.
- Such a pressing tool 170 may also function in the resin injection process (step S5). That is, in the resin injection process (step S5), the resin material 90 may be placed in the magnet hole 322 under pressure from the pressing tool 170. In this case, it is possible to reduce the possibility that the resin material 90, which has a relatively low melt viscosity, will leak out from between the steel plates 3250 from the resin injection process (step S5) stage. In this case, the resin injection process (step S5) may be realized by utilizing the hole 172 of the pressing tool 170.
- the manufacturing method includes a resin curing process (step S7) in which the resin material 90 injected into the magnet hole 322 is cured.
- the resin curing process (step S7) includes heating the molten resin material 90 to a temperature equal to or higher than the curing temperature. Note that, if the resin material 90 is a thermoplastic resin material, the resin curing process (step S7) includes cooling the molten resin material 90 to a temperature equal to or lower than the curing temperature.
- the resin curing process (step S7) may overlap with the magnet insertion process (step S6) in such a manner that the magnet insertion process (step S6) is completed before the resin curing process (step S7) is completed. That is, the resin curing process (step S7) may be performed in parallel with the magnet insertion process (step S6).
- the temperature of the resin material 90 may be raised to a temperature equal to or higher than the curing temperature in the resin injection process (step S5). That is, part of the resin curing process (step S7) may be realized in the resin injection process (step S5).
- thermosetting resin suitable as the resin material 90 when the thermosetting resin suitable as the resin material 90 is heated above the curing temperature, it gels and then undergoes a state change called complete curing.
- Gelling refers to a state in which the viscosity of the resin rises sharply due to the crosslinking reaction, in other words, a transition to a semi-solid state.
- Complete curing refers to a state in which the molecular chains after the crosslinking reaction are densified and stabilized. Note that. Generally, the gelation time is greater than the complete curing time.
- the completion of the resin curing process (step S7) corresponds to the completion of gelation of the entire resin material 90 injected into the magnet hole 322.
- step S7 when the resin curing process (step S7) is performed in parallel with the magnet insertion process (step S6), it is sufficient that the magnet insertion process (step S6) is completed by the time gelation is completed. In this case, the time required from the start of the magnet insertion process (step S6) to the completion of the resin curing process (step S7) can be shortened.
- the resin curing process (step S7) may be realized by only these heat sources. In other words, the resin curing process (step S7) does not require the application of new heat energy (further heating).
- the magnet preheating process (step S6A) is performed, as described above, the heat from the permanent magnets 62 initiates the curing reaction of the resin material 90. Therefore, even if the workpiece (the rotor core 32 with the permanent magnets 62 inserted therein) is moved for further heating, the permanent magnets 62 can be prevented from shifting in position due to the movement.
- the heating device 160 which is one element of the manufacturing apparatus 100, is disposed radially inside and outside the rotor core 32 of the workpiece W, and can heat and harden the resin material 90 via the rotor core 32.
- the heating device 160 is, for example, an induction heating device, but may also be realized by a heating furnace.
- the resin curing process (step S7) is preferably performed while applying an axial force F92 to the rotor core 32 of the workpiece W, as shown in FIG. 11.
- the manufacturing apparatus 100 has a pressing tool 170 that applies an axial force to the rotor core 32, as shown in FIG. 11, and the pressing tool 170 applies an axial force to the rotor core 32 by pressing the workpiece W on the support jig 120 from above (see pressing force F90) (see axial force F92).
- the magnitude of the axial force F92 is preferably set based on the magnitude of the axial force that the rotor core 32 receives when assembling the rotor 30 using the rotor core 32 in the later step S9.
- the axial force that the rotor core 32 receives when assembling the rotor 30 may correspond to, for example, the axial force (see force F10 in FIG. 1) generated by being clamped by the end plates 35A and 35B.
- the magnitude of the axial force F92 may correspond to the design value or measured value of the magnitude of the axial force F10. Note that the design value does not necessarily have to be the value written on the design drawing, but is a concept that includes suitable values and target values obtained in the design through analysis, etc.
- the magnitude of the axial force F92 generated in the workpiece W may be set based on the magnitude of the axial force F10 (hereinafter also referred to simply as "axial force F10 in the mounted state") that the rotor core 32 receives when assembling the rotor 30.
- this manufacturing method includes a magnetization process (step S8) in which the permanent magnet 62 is magnetized.
- the permanent magnet 62 when performing the magnet preheating process (step S6A), the permanent magnet 62 will be heated before the magnetization process (step S8), but this heating will not cause any substantial inconvenience (effect on the magnetization characteristics or the magnetic characteristics after magnetization).
- the magnetization process (step S8) may be performed at an earlier stage (for example, before the magnet insertion process or the magnet preheating process).
- this manufacturing method includes a step (step S9) of assembling the rotor 30 with the rotor core 32 after step S7.
- the rotor core 32 is fixed (e.g., pressed in) to the rotor shaft 34, and end plates 35A, 35B are attached.
- the rotor 30 assembled in this manner is then attached to a case (not shown) together with the stator 21, etc., to assemble the motor 1.
- the permanent magnet 62 is inserted into the magnet hole 322 with the molten resin material 90 extending into the magnet hole 322. Therefore, during the magnet insertion process (step S6), the molten resin material 90 in the magnet hole 322 does not provide significant resistance to the insertion of the permanent magnet 62. This allows the permanent magnet 62 to be positioned at the desired position in the magnet hole 322. This effect is more pronounced when the resin material 90 has a relatively low melt viscosity. In this way, according to this manufacturing method, the permanent magnet 62 can be inserted into the desired position in the magnet hole 322 and fixed in place by the resin material 90.
- a common heating device 160 and pressing tool 170 can be used in the magnet insertion process (step S6), or in the resin injection process (step S5) and magnet insertion process (step S6), and the resin hardening process (step S7). This allows for efficient manufacturing of the motor 1.
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Abstract
軸方向の磁石孔を有するロータコアと、磁石孔に挿入可能な永久磁石とを準備する工程と、磁石孔に、溶融温度と硬化温度とが異なる樹脂材料を、溶融状態で注入する樹脂注入工程と、樹脂注入工程の後に、溶融状態の樹脂材料が永久磁石まわりに至る態様で、磁石孔に永久磁石を挿入する磁石挿入工程と、磁石挿入工程の後に、樹脂材料を硬化させる樹脂硬化工程とを含む、回転電機用ロータの製造方法が開示される。
Description
本開示は、回転電機用ロータの製造方法に関する。
回転電機用ロータの製造方法に関して、固形状態の樹脂材料を磁石孔に挿入した後に、予熱された永久磁石を磁石孔に挿入することにより、樹脂材料の少なくとも一部を溶融させ、更にコアを加熱することにより樹脂材料を硬化させる技術が知られている。
しかしながら、上記のような従来技術では、永久磁石の挿入の際に磁石孔内の樹脂材料全体を溶融状態に維持することが難しく、永久磁石を磁石孔内の所望の位置へと挿入することが難しい。
そこで、１つの側面では、本開示は、永久磁石を磁石孔内の所望の位置へと挿入して樹脂材料により固定することを目的とする。
１つの側面では、軸方向の磁石孔を有するロータコアと、前記磁石孔に挿入可能な永久磁石とを準備する工程と、
前記磁石孔に、溶融温度と硬化温度とが異なる樹脂材料を、溶融状態で注入する樹脂注入工程と、
前記樹脂注入工程の後に、前記溶融状態の前記樹脂材料が前記永久磁石まわりに至る態様で、前記磁石孔に前記永久磁石を挿入する磁石挿入工程と、
前記磁石挿入工程により挿入された前記永久磁石まわりに延在する前記樹脂材料を硬化させる樹脂硬化工程とを含む、回転電機用ロータの製造方法が提供される。
前記磁石孔に、溶融温度と硬化温度とが異なる樹脂材料を、溶融状態で注入する樹脂注入工程と、
前記樹脂注入工程の後に、前記溶融状態の前記樹脂材料が前記永久磁石まわりに至る態様で、前記磁石孔に前記永久磁石を挿入する磁石挿入工程と、
前記磁石挿入工程により挿入された前記永久磁石まわりに延在する前記樹脂材料を硬化させる樹脂硬化工程とを含む、回転電機用ロータの製造方法が提供される。
１つの側面では、本開示によれば、永久磁石を磁石孔内の所望の位置へと挿入して樹脂材料により固定することが可能となる。
以下、添付図面を参照しながら各実施例について詳細に説明する。なお、図面の寸法比率はあくまでも一例であり、これに限定されるものではなく、また、図面内の形状等は、説明の都合上、部分的に誇張している場合がある。
図１は、一実施例によるモータ１の断面構造を概略的に示す断面図である。図２は、ロータ３０の断面図（軸方向に垂直な平面による断面図）である。なお、図２等では、見易さのために、複数存在する同一属性の部位には、一部のみしか参照符号が付されていない場合がある。
図１には、モータ１の回転軸１２が図示されている。以下の説明において、軸方向とは、モータ１の回転軸（回転中心）１２が延在する方向を指し、軸方向外側とは、ロータコア３２の軸方向中心から離れる側を指し、軸方向内側とは、ロータコア３２の軸方向中心に向かう側を指す。また、径方向とは、回転軸１２を中心とした径方向を指し、径方向外側とは、回転軸１２から離れる側を指し、径方向内側とは、回転軸１２に向かう側を指す。また、周方向とは、回転軸１２まわりの回転方向に対応する。
モータ１は、例えばハイブリッド車両や電気自動車で使用される車両駆動用のモータであってよい。ただし、モータ１は、他の任意の用途に使用されるものであってもよい。
モータ１は、インナロータタイプであり、ステータ２１がロータ３０の径方向外側を囲繞するように設けられる。ステータ２１は、径方向外側がモータハウジング１０に固定される。ステータ２１は、例えば円環状の磁性体の積層鋼板からなるステータコア２１１を備え、ステータコア２１１の径方向内側には、コイル２２が巻回される複数のスロット（図示せず）が形成される。
ロータ３０は、ステータ２１の径方向内側に配置される。
ロータ３０は、ロータコア３２と、ロータシャフト３４と、エンドプレート３５Ａ、３５Ｂと、永久磁石６２とを備える。
ロータコア３２は、ロータシャフト３４の径方向外側の表面に固定され、ロータシャフト３４と一体となって回転する。ロータコア３２は、軸孔３２０（図２参照）を有し、軸孔３２０にロータシャフト３４が嵌合される。ロータコア３２は、ロータシャフト３４に焼き嵌め、圧入、又はその類により固定されてよい。例えば、ロータコア３２は、ロータシャフト３４にキー結合やスプライン結合により結合されてもよい。ロータシャフト３４は、モータハウジング１０にベアリング１４ａ、１４ｂを介して回転可能に支持される。なお、ロータシャフト３４は、モータ１の回転軸１２を画成する。
ロータコア３２は、例えば円環状の磁性体の積層鋼板により形成される。ロータコア３２の内部には、永久磁石６２（図２参照）が埋め込まれる。すなわち、ロータコア３２は、軸方向に貫通する磁石孔３２２（図２参照）を有し、磁石孔３２２内に永久磁石６２が挿入され固定される。なお、変形例では、ロータコア３２は、磁性粉末が圧縮して固められた圧粉体により形成されてもよい。
ロータコア３２は、図２に示すように、軸方向に視て、回転軸１２を中心とした回転対称の形態を有する。図２に示す例では、ロータコア３２は、回転軸１２を中心として４５度回転するごとに、各組の永久磁石６２が重なる形態である。
複数の永久磁石６２は、ネオジウム等により形成されてよい。本実施例では、一例として、図２に示すように、複数の永久磁石６２は、軸方向に視て、永久磁石６２がそれぞれ対をなして配置されている。この場合、対の永久磁石６２の間に、共通の磁極が形成される。なお、複数の永久磁石６２は、周方向でＳ極とＮ極とが交互に現れる態様で配置される。なお、本実施例では、磁極数が８つであるが、磁極数は任意である。また、本実施例では、永久磁石６２は、軸方向に視て直線状の同一形態であるが、異なる形態であってもよい。また、永久磁石６２の少なくともいずれか一方が、軸方向に視て円弧状の形態であってもよい。また、対の永久磁石６２とは異なる径方向の位置に他の対の永久磁石が配置されてもよい。この場合、以下で説明する永久磁石６２に係る固定構造等は、他の永久磁石にも同様に適用可能である。
なお、図１には、特定の構造を有するモータ１が示されるが、モータ１の構造は、かかる特定の構造に限定されない。例えば、図１では、ロータシャフト３４は、中空であるが、中実であってもよい。
次に、図３以降を参照して、ロータコア３２における永久磁石６２の固定構造を詳細に説明する。以下では、ある一の磁極に係る構成について説明するが、他の磁極に係る構成についても同様であってよい。
図３は、本実施例によるロータコア３２における永久磁石６２の固定構造を概略的に示す平面図であり、図２に示した一の磁極に係る部分の拡大図である。一の磁極に係る構成は、基本的に、ｄ軸（図２及び図３では「ｄ－ａｘｉｓ」と英語表記）に関して対称である。なお、ｄ軸とは、ロータ３０に配置される永久磁石６２が発生する磁界の方向に対応する。図４は、図３のラインＡ－Ａに沿った概略的な断面図である。
図４には、Ｚ方向とともにその両側であるＺ１側及びＺ２側が定義されている。Ｚ方向は、モータ１の軸方向に平行な方向である。以下では、Ｚ方向は、説明上、上下方向に対応するが、モータ１の車両実装状態での上下方向とは異なってよい。Ｚ１側及びＺ２側は、相対的な位置関係を表し、Ｚ１側が上側に対応する。
本実施例では、図３及び図４に示すように、永久磁石６２は、ロータコア３２の磁石孔３２２内で樹脂材料層７２により固定される。
樹脂材料層７２は、例えば、熱硬化性樹脂により形成されてよいし、熱可塑性樹脂により形成されてもよい。樹脂材料層７２の形成方法は、後に詳説する。樹脂材料層７２は、例えば、永久磁石６２とロータコア３２の双方にアンカー効果を伴い接合する。この場合、永久磁石６２側でのアンカー効果は、永久磁石６２の表面被覆として設けられる絶縁層（図示せず）が粗面化処理されることで実現されてもよい。ロータコア３２側でのアンカー効果は、ロータコア３２が積層鋼板により形成されることで実現されてもよい。
樹脂材料層７２は、図４に示すように、永久磁石６２の軸方向の両端面６２１、６２２を露出させる態様で、永久磁石６２に接合してよい。すなわち、樹脂材料層７２は、永久磁石６２の表面のうちの、軸方向に交差する方向の側面だけに接合してよい。ただし、永久磁石６２の軸方向の両端面６２１、６２２のうちの、端面６２２には、樹脂材料層７２に係る材料が付着されてもよい。
本実施例では、樹脂材料層７２は、永久磁石６２まわりと磁石孔３２２の周壁面との間の空間を隙間なく埋める態様で、永久磁石６２まわりと磁石孔３２２の周壁面との間に延在してよい。この際、樹脂材料層７２は、軸方向に視て、永久磁石６２を全周にわたって囲繞する態様で、永久磁石６２に接合する。すなわち、樹脂材料層７２は、永久磁石６２の４面のいずれにも接合する。また、樹脂材料層７２は、軸方向に視て、永久磁石６２の全周にわたって磁石孔３２２の周壁面に接合する。すなわち、樹脂材料層７２は、磁石孔３２２の周壁面の全周にわたって、磁石孔３２２に接合する。これにより、永久磁石６２を全周のうちの一部にだけ樹脂材料層が接合する場合に比べて、永久磁石６２をロータコア３２に対して強固に固定できる。
次に、図５以降を参照して、本実施例によるモータ１の製造方法について説明する。
以下の説明において、上述したとおり、軸方向とは、モータ１の回転軸１２に対応するロータコア３２（ワークＷ）の中心軸Ｉ０が延在する方向を指し、径方向とは、ロータコア３２の中心軸Ｉ０を中心とした径方向を指す。従って、径方向外側とは、ロータコア３２の中心軸Ｉ０から離れる側を指し、径方向内側とは、ロータコア３２の中心軸Ｉ０に向かう側を指す。また、周方向とは、ロータコア３２の中心軸Ｉ０まわりの回転方向に対応する。
図５は、本実施例によるモータ１の製造方法の流れを概略的に示すフローチャートである。図６から図１０までは、図５に示す製造方法における特定の工程の説明図である。図６は、ワーク支持工程の説明図であり、図７は、ノズル位置付け工程の説明図であり、図８は、樹脂注入工程の説明図であり、図９は、磁石挿入工程の説明図であり、それぞれ、同工程後の状態を模式的に示す断面図である。なお、図８は、一の磁石孔３２２に対する樹脂注入工程後の状態を模式的に示す。図１０は、磁石挿入工程の好ましい例の説明図であり、同工程の開始前の状態を模式的に示す断面図である。図１１は、樹脂硬化工程を説明するための模式的な断面図である。
本製造方法は、まず、永久磁石６２を準備するとともに、ロータコア３２のワークＷを準備する準備工程として、複数の鋼板３２５０を積層する鋼板積層工程（ステップＳ１）を含む。なお、複数の積層ブロックを転積して形成されるロータコア３２の場合、ロータコア３２のワークＷは、積層ブロックの単位であってもよい。
ついで、本製造方法は、図６に模式的に示すように、支持治具１２０上にワークＷを載置するワーク支持工程（ステップＳ２）を含む。支持治具１２０は、製造装置１００の一要素であり、ワークＷを支持しつつ、各工程間でのワークＷの搬送を担ってもよい。この場合、支持治具１２０は、それ自体が可動のコンベア等の形態であってもよいし、コンベア等に載置されることで搬送される搬送トレイの形態であってよい。また、支持治具１２０は、搬送用ロボットにより把持されるように構成されてもよい。
ついで、本製造方法は、ワークＷを予熱する予熱工程（ステップＳ３）（熱付与工程の一例）を含む。予熱工程は、誘導加熱装置や加熱炉等により実現されてもよい。なお、誘導加熱装置の場合、誘導加熱装置は、ワークＷのロータコア３２の径方向内側及び／又は径方向外側に配置されてもよい。予熱工程（ステップＳ３）は、後述する加熱装置１６０（図１０及び図１１参照）を利用して実現されてもよい。
ついで、本製造方法は、図７に模式的に示すように、支持治具１２０上のワークＷの磁石孔３２２内に対して、樹脂配置装置１３０のノズル１３１を位置付けるノズル位置付け工程（ステップＳ４）を含む。樹脂配置装置１３０のノズル１３１は、上下動により磁石孔３２２に対して挿抜可能となるように位置付けられてよい。
ついで、本製造方法は、図８に模式的に示すように、上述した樹脂材料層７２を形成するための樹脂材料９０を、溶融状態で、磁石孔３２２内に配置する樹脂注入工程（ステップＳ５）を含む。なお、樹脂材料９０は、樹脂注入機（図示せず）内で溶融状態とされてノズル１３１に導かれてよい。樹脂注入工程では、ノズル１３１は、吐出口１３１０が磁石孔３２２内に挿入された状態で、吐出口１３１０から溶融状態の樹脂材料９０を吐出してよい。この場合、磁石孔３２２外の吐出口１３１０から樹脂材料９０を吐出する（滴下させる）場合に比べて、放熱量を低減できるとともに（それ故に溶融状態を保ちやすくことができるとともに）、飛散等に起因して磁石孔３２２内に入らない樹脂材料９０の発生を防止できる。
本実施例では、樹脂材料９０は、比較的低い粘度を有する熱硬化性樹脂材料であり、硬化前の状態（流動可能な溶融状態）で注入される。従って、磁石孔３２２内に注入された樹脂材料９０は、自重により下方へと流動（落下）し、支持治具１２０の表面を底面として溜まる。
本実施例において、樹脂材料９０は、好ましくは、９０℃及びせん断速度１／ｓにおいて、５００Ｐａ・ｓ以上の溶融粘度を有し、より好ましくは、７００Ｐａ・ｓ以上の溶融粘度を有する。このような樹脂材料９０は、ここでの参照によりその開示内容が本願明細書に組み込まれる特開２０２１－１６１１６４号に記載されるような結晶性ラジカル重合性組成物を含んでよい。
また、本実施例では、樹脂材料９０は、溶融温度と硬化温度とが異なる特性を有する。例えば、ここでの参照によりその開示内容が本願明細書に組み込まれる特開２０２１－１０１６０５号に記載される樹脂材料９０が利用されてもよい。この場合、溶融温度（溶融開始温度）が例えば６０℃であり、硬化温度（硬化開始温度）が例えば１２０℃である。なお、この場合、樹脂注入工程では、樹脂注入機（図示せず）で昇温されている樹脂温度は、溶融温度（例えば６０度）よりも高くかつ硬化温度よりも低い温度（例えば８０度）であってよい。これにより、樹脂材料９０の硬化が開始されることなく、硬化前の状態（流動可能な溶融状態）で磁石孔３２２内に樹脂材料９０を配置（注入）できる。
ついで、本製造方法は、図９に模式的に示すように、支持治具１２０上のワークＷの磁石孔３２２に永久磁石６２を配置する磁石挿入工程（ステップＳ６）を含む。永久磁石６２は、下側の端面６２２が支持治具１２０の表面に隙間なく当接する位置（すなわち面接触する位置）まで、挿入されてよい。
ここで、本実施例では、磁石挿入工程（ステップＳ６）は、ワークＷの磁石孔３２２内の樹脂材料９０の溶融状態を維持しつつ実行される。従って、ワークＷの磁石孔３２２内の下部（支持治具１２０の表面上を下面とした下部）に溜まる溶融状態の樹脂材料９０に対して、永久磁石６２が挿入されると、溶融状態の樹脂材料９０が、永久磁石６２の体積に対応する分だけ押しのけられて上昇する。この際、溶融状態の樹脂材料９０は、永久磁石６２まわりに至り（永久磁石６２に押されてせり上がることで永久磁石６２まわりに至り）、図３を参照して上述したような樹脂材料層７２の延在範囲と同じ延在範囲に延在することになる。
本実施例では、樹脂材料９０は、上述したように比較的低い溶融粘度を有するので、磁石挿入工程の際に永久磁石６２まわりに容易にかつ隙間なく延在できる。すなわち、磁石孔３２２内の樹脂材料９０は、永久磁石６２により押しのけられつつ、永久磁石６２まわりに容易にまわりこむことができる。これにより、樹脂材料９０により形成される樹脂材料層７２による固定強度（永久磁石６２に係る固定強度）を高めることができる。
本実施例において、樹脂材料９０は、好ましくは、硬化温度未満の溶融状態において硬化反応が実質的に進まない特性を有する。硬化反応が実質的に進まないとは、例えば、硬化反応材の含有量が１０％以下である状態を含んでよい。この場合、溶融状態が比較的長く維持される場合でも、樹脂材料９０は、上述したように比較的低い溶融粘度を維持できる。従って、樹脂注入工程（ステップＳ５）よりも後に実行される磁石挿入工程（ステップＳ６）においても、樹脂材料９０は、上述したように比較的低い溶融粘度を維持できる。これにより、磁石挿入工程（ステップＳ６）の際に樹脂材料９０を永久磁石６２まわりに容易にかつ隙間なく延在させることができる。
本実施例では、一の磁石孔３２２に注入される樹脂材料９０の量Ｖ２（ｍｌ）は、当該一の磁石孔３２２の容積Ｖ０（ｃｍ３）と、当該一の磁石孔３２２に挿入される永久磁石６２の容積Ｖ１（ｃｍ３）との差分値よりも余裕分α（ｍｌ）だけ少なくてよい。すなわち、Ｖ２＝Ｖ０－Ｖ１－αであってよい。これにより、磁石挿入工程（ステップＳ６）の際に、永久磁石６２に押しのけられた溶融状態の樹脂材料９０が、磁石孔３２２から溢れ出る可能性を低減できる。
また、余裕分αは、好ましくは、磁石挿入工程（ステップＳ６）の際に、永久磁石６２の上側の端面６２１上に樹脂材料９０が至らないように適合される。永久磁石６２の上側の端面６２１上に樹脂材料９０層が形成されると、熱応力の問題が生じるためである。すなわち、永久磁石６２と樹脂材料９０層との間の線膨張係数の相違に起因して、両者の間で温度変化の際に生じる軸方向の伸縮の差に起因した熱応力が問題となるためである。従って、余裕分αを適合することで、樹脂材料層７２と永久磁石６２と間の軸方向の伸縮の差に起因した熱応力の問題を低減できる。
ところで、本実施例では、上述したように、磁石挿入工程（ステップＳ６）は、ワークＷの磁石孔３２２内の樹脂材料９０を溶融状態に維持しつつ実行される。磁石挿入工程（ステップＳ６）においては、かかる樹脂材料９０の溶融状態を適切に維持できるように、ワークＷの磁石孔３２２内の樹脂材料９０に対して、加熱装置１６０により熱が付与されてもよい。この場合、磁石挿入工程（ステップＳ６）の際の永久磁石６２の挿入容易性が損なわれない態様で、樹脂材料９０の温度が硬化温度以上に加熱されてもよい。すなわち、後述する樹脂硬化工程（ステップＳ７）が、磁石挿入工程（ステップＳ６）にオーバーラップする態様で開始されてもよい。あるいは、磁石挿入工程（ステップＳ６）が完了するまでは、樹脂材料９０の温度が硬化温度以上にならないように（例えば、硬化温度よりも有意に低い温度で維持されるように）、樹脂材料９０の温度が管理されてもよい。
図１０に示す例では、製造装置１００の一要素である加熱装置１６０は、ワークＷのロータコア３２の径方向内側及び径方向外側に配置されている。この場合、加熱装置１６０は、ロータコア３２を介して樹脂材料９０を加熱できるので、樹脂材料９０の溶融状態を維持できる。なお、加熱装置１６０は、例えば誘導加熱装置であってよい。
このような加熱装置１６０は、樹脂注入工程（ステップＳ５）においても機能してもよい。すなわち、樹脂注入工程（ステップＳ５）において、磁石孔３２２に入れられる樹脂材料９０に対して加熱装置１６０により熱が付与されてもよい。この場合も、加熱装置１６０は、ロータコア３２を介して樹脂材料９０を加熱できるので、樹脂材料９０の溶融状態を効果的に維持できる。
また、加熱装置１６０による加熱に代えて又は加えて、挿入される永久磁石６２を予熱する予熱工程（熱付与工程、予熱工程の一例）が別途実行されてもよい。例えば、磁石挿入工程（ステップＳ６）の前に、永久磁石６２を予熱する磁石予熱工程（ステップＳ６Ａ）が別途実行されてもよい。この場合、永久磁石６２自身により樹脂材料９０に直接的に熱を付与できる。この場合、磁石予熱工程（ステップＳ６Ａ）は、好ましくは、樹脂材料９０の硬化温度以上に永久磁石６２を加熱することを含んでよい。
ここで、磁石予熱工程（ステップＳ６Ａ）を実行する場合、樹脂材料９０は、永久磁石６２の熱により永久磁石６２に触れた部分から硬化開始温度以上に上昇する。つまり、樹脂材料９０のうちの永久磁石６２に触れた部分は、硬化開始温度以上となり熱硬化が開始する。この場合、磁石挿入工程は、樹脂材料９０が硬化（完全ゲル化）する時間（ゲルタイム又はゲル化時間）よりも早く完了される。従って、永久磁石６２の挿入容易性（永久磁石６２を磁石孔３２２内の所望の位置に位置付けできるような挿入作業の容易性）と、位置付けた永久磁石６２の位置安定性が両立できる。なお、永久磁石６２の位置安定性は、永久磁石６２まわりの樹脂材料９０の粘度増加により永久磁石６２が動き難くなることで得られる。
なお、樹脂材料９０が熱可塑性樹脂材料である場合も、ロータコア３２等を加熱（又は上述した予熱工程による予熱）することで、磁石挿入工程（ステップＳ６）の際に樹脂材料９０の溶融状態が維持される。また、樹脂材料９０が熱可塑性樹脂材料である場合、樹脂注入工程（ステップＳ５）において注入時の樹脂材料９０の温度を比較的高く設定してもよい。樹脂材料９０が熱可塑性樹脂材料である場合も、磁石挿入工程（ステップＳ６）の際の樹脂材料９０の温度を適切に設定することで、永久磁石６２の挿入容易性（永久磁石６２を磁石孔３２２内の所望の位置に位置付けることができる容易性）と、位置付けた永久磁石６２の位置安定性が両立できる。
ところで、本実施例では、樹脂材料９０は、上述したように比較的低い溶融粘度を有するので、比較的高い溶融粘度を有する場合よりも、鋼板３２５０間から樹脂材料９０が漏れやすい。この点、本実施例では、樹脂材料９０を磁石孔３２２内で加圧することがないため、鋼板３２５０間から樹脂材料９０が漏れ出る可能性を低減できる。すなわち、ワークＷの磁石孔３２２内が大気圧に解放された状態で、磁石挿入工程（ステップＳ６）が実行される。これにより、磁石挿入工程（ステップＳ６）において、鋼板３２５０間から樹脂材料９０が漏れ出る可能性を大幅に低減できる。また、加熱装置１６０によりロータコア３２が樹脂材料９０の硬化温度以上に加熱されている場合は、ロータコア３２に樹脂材料９０が触れることで樹脂材料９０の硬化が開始されるので、鋼板３２５０間から樹脂材料９０が漏れ出る可能性を低減できる。
あるいは、本実施例においては、樹脂材料９０が比較的低い溶融粘度を有することを考慮して、磁石挿入工程（ステップＳ６）の際に、ロータコア３２を軸方向に押圧した押圧状態を形成してもよい。すなわち、磁石挿入工程（ステップＳ６）は、ロータコア３２を軸方向に押圧する押圧工程とともに実現されてもよい。
図１０に示す例では、製造装置１００は、ロータコア３２に軸力を付与する押圧治具１７０を有する。この場合、押圧治具１７０は、支持治具１２０上のワークＷに対して上から押圧し（押圧力Ｆ８０参照）、ロータコア３２に軸力を付与する（軸力Ｆ８２参照）。これにより、樹脂材料９０が比較的低い溶融粘度を有する場合でも、鋼板３２５０間から樹脂材料９０が漏れ出る可能性を大幅に低減できる。なお、押圧治具１７０は、磁石孔３２２の上部を開口させる孔１７２を有してよい。この場合、押圧治具１７０によるロータコア３２に対する押圧状態を維持しつつ、永久磁石６２の挿入が可能となる。
このような押圧治具１７０は、樹脂注入工程（ステップＳ５）においても機能してもよい。すなわち、樹脂注入工程（ステップＳ５）において、押圧治具１７０による押圧下で、磁石孔３２２に樹脂材料９０が配置されてもよい。この場合、樹脂注入工程（ステップＳ５）の段階から、比較的低い溶融粘度を有する樹脂材料９０が鋼板３２５０間から漏れ出る可能性を低減できる。なお、この場合、押圧治具１７０の孔１７２を利用して樹脂注入工程（ステップＳ５）が実現されてよい。
ついで、本製造方法は、磁石孔３２２に注入された樹脂材料９０を硬化させる樹脂硬化工程（ステップＳ７）を含む。樹脂硬化工程（ステップＳ７）は、溶融状態の樹脂材料９０を、硬化温度以上の温度まで昇温することを含む。なお、樹脂材料９０が熱可塑性樹脂材料である場合、樹脂硬化工程（ステップＳ７）は、溶融状態の樹脂材料９０を、硬化温度以下の温度まで冷却することを含む。
樹脂硬化工程（ステップＳ７）は、上述したように、磁石挿入工程（ステップＳ６）が樹脂硬化工程（ステップＳ７）の完了前に完了する態様で、磁石挿入工程（ステップＳ６）に対してオーバーラップしてもよい。すなわち、樹脂硬化工程（ステップＳ７）は、磁石挿入工程（ステップＳ６）と並列して実行されてもよい。また、同様の観点から、樹脂注入工程（ステップＳ５）において、樹脂材料９０の温度が硬化温度以上の温度まで昇温されてもよい。すなわち、樹脂硬化工程（ステップＳ７）の一部が、樹脂注入工程（ステップＳ５）において実現されてもよい。
ここで、樹脂材料９０として好適な熱硬化性樹脂は、硬化温度以上に加熱すると、ゲル化し、その後、完全硬化という状態変化を起こす。ゲル化とは、樹脂の架橋反応により粘度が急上昇する状態、換言すると半固体の状態への遷移を表す。完全硬化は、架橋反応後の分子鎖が高密度化して安定化した状態を表す。なお。一般的には、ゲル化時間＞完全硬化時間である。熱硬化性樹脂を用いる場合、樹脂硬化工程（ステップＳ７）の完了時とは、磁石孔３２２に注入された樹脂材料９０全体のゲル化が完了した時に対応する。従って、樹脂硬化工程（ステップＳ７）が磁石挿入工程（ステップＳ６）と並列して実行される場合、ゲル化完了時までに磁石挿入工程（ステップＳ６）が完了すればよい。この場合、磁石挿入工程（ステップＳ６）の開始時点から樹脂硬化工程（ステップＳ７）の完了時点までの所要時間を短縮できる。
また、上述した予熱工程（ステップＳ３）や磁石予熱工程（ステップＳ６Ａ）等を実行する場合、樹脂硬化工程（ステップＳ７）は、これらの熱のみで実現されてもよい。すなわち、樹脂硬化工程（ステップＳ７）として新たな熱エネルギの付与（更なる加熱）が実行されなくてもよい。特に磁石予熱工程（ステップＳ６Ａ）を行う場合、上述したように、永久磁石６２からの熱で樹脂材料９０の硬化反応が開始するために、例えば更なる加熱のためにワーク（永久磁石６２が挿入されたロータコア３２）を移動する場合でも、当該移動に起因した永久磁石６２の位置ずれを防止できる。
図１１に示す例では、製造装置１００の一要素である加熱装置１６０は、ワークＷのロータコア３２の径方向内側及び径方向外側に配置され、ロータコア３２を介して樹脂材料９０を加熱硬化することができる。なお、加熱装置１６０は、例えば誘導加熱装置であるが、加熱炉により実現されてもよい。
樹脂硬化工程（ステップＳ７）は、好ましくは、図１１に示すように、ワークＷのロータコア３２に軸力Ｆ９２を付与しつつ実行される。この場合、製造装置１００は、図１１に示すように、ロータコア３２に軸力を付与する押圧治具１７０を有し、押圧治具１７０は、支持治具１２０上のワークＷに対して上から押圧することで（押圧力Ｆ９０参照）、ロータコア３２に軸力を付与できる（軸力Ｆ９２参照）。この場合、軸力Ｆ９２の大きさは、好ましくは、後のステップＳ９でロータコア３２を用いてロータ３０を組み立てる際にロータコア３２が受ける軸力の大きさに基づいて設定される。ロータ３０を組み立てる際にロータコア３２が受ける軸力は、例えばエンドプレート３５Ａ、３５Ｂにより挟持されることで生じる軸力（図１の力Ｆ１０参照）に対応してよい。この場合、軸力Ｆ９２の大きさは、軸力Ｆ１０の大きさの設計値又は測定値に対応してよい。なお、設計値とは、必ずしも設計図に記載の値である必要はなく、解析等を介して設計上得られる適合値や目標値を含む概念である。
このようにして、本製造方法では、ワークＷに発生させる軸力Ｆ９２の大きさは、ロータ３０を組み立てる際にロータコア３２が受ける軸力Ｆ１０（以下、単に「実装状態での軸力Ｆ１０」とも称する）の大きさに基づいて設定されてよい。
ついで、本製造方法は、永久磁石６２の着磁を行う着磁工程（ステップＳ８）を含む。なお、磁石予熱工程（ステップＳ６Ａ）を実行する場合等、着磁工程（ステップＳ８）の前に永久磁石６２を加熱することになるが、当該加熱による不都合（着磁特性や着磁後の磁気特性に影響）は実質的にない。なお、着磁工程（ステップＳ８）は、より前の段階（例えば、磁石挿入工程や磁石予熱工程よりも前の段階）で実行されてもよい。
ついで、本製造方法は、ステップＳ７を終えたロータコア３２を、ロータ３０を組み立てる工程（ステップＳ９）を含む。例えば、ロータコア３２がロータシャフト３４に固定（例えば圧入等）され、エンドプレート３５Ａ、３５Ｂが取り付けられる。これにより、実装状態での軸力Ｆ１０（図１参照）がロータコア３２に付与される。なお、このようにして組み立てられたロータ３０は、ステータ２１等とともにケース（図示せず）に組み付けられ、モータ１が組み立てられる。
本製造方法によれば、上述したように、溶融状態の樹脂材料９０が磁石孔３２２内に延在する状態で、永久磁石６２を磁石孔３２２内に挿入する。従って、磁石挿入工程（ステップＳ６）の際に、磁石孔３２２内の溶融状態の樹脂材料９０が永久磁石６２の挿入に対して大きな抵抗とならない。これにより、永久磁石６２を磁石孔３２２内の所望の位置に位置付けることができる。このような効果は、樹脂材料９０が比較的低い溶融粘度を有する場合に、より顕著となる。このようにして、本製造方法によれば、永久磁石６２を磁石孔３２２内の所望の位置へと挿入して樹脂材料９０により固定できる。
また、本製造方法によれば、磁石挿入工程（ステップＳ６）、又は、樹脂注入工程（ステップＳ５）及び磁石挿入工程（ステップＳ６）と、樹脂硬化工程（ステップＳ７）とで、共通の加熱装置１６０や押圧治具１７０を利用できる。これにより、モータ１の効率的な製造が可能である。
以上、各実施例について詳述したが、特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。また、前述した実施例の構成要素を全部又は複数を組み合わせることも可能である。
１・・・モータ（回転電機）、３０・・・ロータ（回転電機用ロータ）、３２・・・ロータコア、３２２・・・磁石孔、６２・・・永久磁石
Claims (7)
- 軸方向の磁石孔を有するロータコアと、前記磁石孔に挿入可能な永久磁石とを準備する工程と、
前記磁石孔に、溶融温度と硬化温度とが異なる樹脂材料を、溶融状態で注入する樹脂注入工程と、
前記樹脂注入工程の後に、前記溶融状態の前記樹脂材料が前記永久磁石まわりに至る態様で、前記磁石孔に前記永久磁石を挿入する磁石挿入工程と、
前記磁石挿入工程により挿入された前記永久磁石まわりに延在する前記樹脂材料を硬化させる樹脂硬化工程とを含む、回転電機用ロータの製造方法。 - 前記樹脂材料は、熱硬化性を有し、
前記磁石挿入工程と前記樹脂硬化工程は、前記磁石挿入工程が前記樹脂硬化工程の完了前に完了する態様で、オーバーラップする、請求項１に記載の回転電機用ロータの製造方法。 - 前記樹脂注入工程から前記磁石挿入工程が完了するまでの少なくとも一部の期間、前記溶融状態の前記樹脂材料に熱を与える熱付与工程を含む、請求項２に記載の回転電機用ロータの製造方法。
- 前記磁石挿入工程の前に前記樹脂材料の硬化温度以上に前記永久磁石を加熱する予熱工程を更に含み、
前記熱付与工程は、前記予熱工程で加熱した前記永久磁石を介して、前記磁石挿入工程の際に前記樹脂材料に熱を与えることを含む、請求項３に記載の回転電機用ロータの製造方法。 - 前記樹脂硬化工程の完了後に、前記永久磁石の着磁を行う着磁工程を含む、請求項１から４のうちのいずれか１項に記載の回転電機用ロータの製造方法。
- 前記樹脂材料は、９０℃、せん断速度１／ｓにおいて、５００Ｐａ・ｓ以上の溶融粘度を有する、請求項１に記載の回転電機用ロータの製造方法。
- 前記ロータコアを軸方向に押圧した押圧状態を形成する押圧工程を更に含み、
前記磁石挿入工程は、前記押圧状態で実行される、請求項１に記載の回転電機用ロータの製造方法。
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| JP2016134967A (ja) * | 2015-01-16 | 2016-07-25 | アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 | 樹脂充填方法及び樹脂充填装置 |
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-
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-
2023
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