特許 6802905 回転電機の回転子の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6802905

(24)【登録日】2020年12月1日

(45)【発行日】2020年12月23日

(54)【発明の名称】回転電機の回転子の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H02K 15/12 20060101AFI20201214BHJP

   H02K 15/02 20060101ALI20201214BHJP

   H02K 15/03 20060101ALI20201214BHJP

【ＦＩ】

   H02K15/12 E

   H02K15/02 K

   H02K15/03 Z

【請求項の数】5

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2019-508658(P2019-508658)

(86)(22)【出願日】2018年1月31日

(86)【国際出願番号】JP2018003183

(87)【国際公開番号】WO2018179806

(87)【国際公開日】20181004

【審査請求日】2019年6月26日

(31)【優先権主張番号】特願2017-64166(P2017-64166)

(32)【優先日】2017年3月29日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】509186579

【氏名又は名称】日立オートモティブシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001678

【氏名又は名称】特許業務法人藤央特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ズライカ モハマドバシール

(72)【発明者】

【氏名】山崎 慎司

(72)【発明者】

【氏名】渡 伸次郎

(72)【発明者】

【氏名】福田 知紘

【審査官】 三島木 英宏

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−０９３００６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０５５６８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０１７２８１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ １５／１２

Ｈ０２Ｋ １５／０２

Ｈ０２Ｋ １５／０３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

磁石と、当該磁石を収納する収納空間を形成する回転子鉄心と、を備え、前記収納空間は前記磁石を挟んだ一方側の第１空隙と他方側の第２空隙とを有し、前記回転子鉄心は前記収納空間に繋がる開口部及び前記第１空隙と前記第２空隙を周方向において連通する連通部を形成する回転電機の回転子の製造方法であって、
非粘着性樹脂被膜を有する第１治具と第２治具により前記開口部の少なくとも一部を覆う第１工程と、
前記第１空隙から接着剤を注入し、前記収納空間に接着剤を入れて、前記連通部を介して前記第２空隙から空気を抜く第２工程と、
前記接着剤を前記非粘着性樹脂被膜と接触した状態で硬化させて前記回転電機のエンドリングと対向する平面を形成する第３工程と、
前記第１治具と第２治具を前記接着剤から離間させる第４工程と、を備える回転電機の回転子の製造方法。

【請求項2】

請求項１に記載の回転電機の回転子の製造方法であって、
前記連通部は、毛細管現象によって前記第１空隙から前記第２空隙へ前記接着剤を流入させるように細く形成されている回転電機の回転子の製造方法。

【請求項3】

請求項１または２に記載された回転電機の回転子の製造方法であって、
前記第１治具及び前記第２治具は、前記非粘着性樹脂被膜の代わりに、前記第１治具と第１回転子鉄心との間、及び前記第２治具前記と第２回転子鉄心との間に、非粘着性樹脂シートをそれぞれ配置する回転電機の回転子の製造方法。

【請求項4】

請求項１から３のいずれかに記載された回転電機の回転子の製造方法であって、
前記回転子鉄心は、回転軸方向に沿って並べられかつ周方向にスキューされる第１回転子鉄心と第２回転子鉄心を含んで構成され、
前記第１回転子鉄心は、前記磁石を構成する第１磁石を収納する第１収納空間を形成し、
前記第２回転子鉄心は、前記磁石を構成する第２磁石を収納するとともに前記第１収納空間と連通する第２収納空間を形成し、
前記第２工程は、前記第１収納空間と前記第２収納空間の連通する部分を介して前記接着剤を入れる回転電機の回転子の製造方法。

【請求項5】

請求項１から４のいずれかに記載された回転電機の回転子の製造方法であって、
前記第１工程は、前記第１治具と前記第２治具により第１回転子鉄心及び第２回転子鉄心を前記回転軸方向に加圧する回転電機の回転子の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は回転電機の回転子の製造方法に係る。

【背景技術】

【0002】

回転電機の回転子の製造方法として、回転子積層鉄心と磁石を固定するのに樹脂部材充填と滴下注入工法がある。樹脂部材充填工法では例えば特許文献１には、回転子積層鉄心に形成された磁石収納空間に永久磁石を挿入した後、射出成形用金型内にセットする。その後、磁石収納空間に液状の樹脂材料を加圧注入して、金型内に樹脂材料を硬化させる。

【0003】

滴下注入工法では、回転子積層鉄心に形成された磁石挿入空間に液体接着剤を注入後、永久磁石を磁石収納空間に挿入する。その後、接着剤を硬化させるため、回転子を加熱する。回転子がスキュー構造を設ける場合、１段目回転子積層鉄心に充填作業と永久磁石挿入作業が完了したら２段目回転子積層鉄心に積重ね、充填作業と永久磁石挿入を繰返し実施する。

【0004】

前記した樹脂部材充填工法では、樹脂部剤を磁石収納空間に高射出圧で注入する必要があるため、磁石収納空間第１と第２の間に設けたブリッジ形状が変形されないような設計制約が生じる。さらに、樹脂部材を回転子積層鉄心に充填するため、充填金型を高い型締め荷重が必要となり、設備が大型化かつ高価になる。

【0005】

一方、前記した滴下注入工法では、液体接着剤が回転子積層鉄心の磁石収納空間から流出しないようにエンドプレート部品で封止する必要がある。更に、液体接着剤が鉄心積層間から漏れるため、液体接着剤の塗布量管理が困難となり、回転子鉄心の内外径寸法不良が発生する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００８−５４３７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の課題は、液体接着剤の塗布量を管理しやすく、信頼性の高い回転電機の回転子の製造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係る回転電機の回転子の製造方法は、磁石と、当該磁石を収納する収納空間を形成する回転子鉄心４００と、を備え、前記収納空間は前記磁石を挟んだ一方側の第１空隙４５０ａと他方側の第２空隙４５０ｂとを有し、前記回転子鉄心は前記収納空間に繋がる開口部４３０及び前記第１空隙と前記第２空隙を周方向において連通する連通部４４０を形成する回転電機の回転子の製造方法であって、非粘着性樹脂被膜を有する第１治具と第２治具により前記開口部の少なくとも一部を覆う第１工程と、前記第１空隙から接着剤を注入し、前記収納空間に接着剤を入れて、前記連通部を介して前記第２空隙から空気を抜く第２工程と、前記接着剤を前記非粘着性樹脂被膜と接触した状態で硬化させて前記回転電機のエンドリングと対向する平面を形成する第３工程と、前記第１治具と第２治具を前記接着剤から離間させる第４工程と、を備える。合、ブレーキ予圧の駆動信号を生成し、出力する。

【発明の効果】

【0009】

本発明により、回転電機の回転子の製造方法において、液体接着剤の塗布量を管理しやすく、信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】回転電機１００の回転軸方向に沿って切断された部分断面図である。

【図2】図１の断面ＡＡの矢印方向から見た回転電機１００の断面図である。

【図3】回転子３００の展開斜視図である。

【図4(a)】回転電機１００の回転子３００の製造方法に係る第１工程を示す斜視図である。

【図4(b)】回転電機１００の回転子３００の製造方法に係る第２工程を示す断面図である。

【図4(c)】回転電機１００の回転子３００の製造方法に係る第３工程を示す断面図である。

【図4(d)】回転電機１００の回転子３００の製造方法に係る第４工程を示す断面図である。

【図5】回転子３００に接着剤７００が硬化された後の第１回転子鉄心４１０ａの平面３２０ａと第２回転子鉄心４１０ｂの平面３２０ｂの部分拡大図である。

【図6】エンドリング３１０ａ及びエンドリング３１０ｂを接続された回転子３００の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。

【0012】

図１は、回転電機１００の回転軸方向に沿って切断された部分断面図である。

【0013】

回転電機１００は、電気エネルギーを回転エネルギーに変換する。本実施形態の回転電機は、特に自動車用に用いられ大きな回転エネルギーを出力するために、回転電機１００の径方向が大きく形成される。そのため、後述する回転子３００に設けられる磁石５００に掛かる遠心力が大きくなる。本実施形態では、磁石５００の固定手段について説明する。

【0014】

固定子２００は、導体に流れる電流によって磁界を生じさせる。回転軸３３０は、回転子３００の中央部に接続される。回転子３００は、固定子２００から生じる磁界に基づいて回転され、回転軸３３０に回転エネルギーを伝達する。回転子３００は、径方向において、空隙を介して固定子２００と対向する。

【0015】

ハブ３４０は、回転軸３３０に固定され、回転子３００を回転軸３３０に接続するための部材である。

【0016】

エンドリング３１０ａは、ハブ３４０と回転子３００を締結させる。エンドリング３１０ａは、軸方向において回転子３００の一方側と対向する位置に配置される。エンドリング３１０ｂは、ハブ３４０と回転子３００の平面を確保させるために用いられる。エンドリング３１０ｂは、軸方向において回転子３００の他方側と対向する位置に配置される
図２は、図１の断面ＡＡの矢印方向から見た回転電機１００の断面図である。

【0017】

コイル２２０は、流れた交流電流から回転磁界を発生させて、固定子鉄心２１０に磁路を形成させる。コイル２２０は、固定子鉄心２１０に巻きつけられて固定されている。コイル２２０と固定子鉄心２１０の間には絶縁するために樹脂性ボビン２４０が用いられる。固定子鉄心２１０は、円形状に並べて金属製ハウジング２３０の内径側に焼嵌めされ、この金属製ハウジング２３０に固定される。

【0018】

回転子鉄心４００は、磁路を形成すると共に、磁石５００を収納する磁石収納空間４２０を形成する。また磁石収納空間４２０は、永久磁石５００を境に一方側が第１空隙４５０ａと、他方側が第２空隙４５０ｂとに分けられる。

【0019】

回転子鉄心４００は、径方向において、空隙を介して固定子鉄心２１０と対向する。固定子鉄心２１０と回転子鉄心４００は、積層珪素鋼板を用いて、透磁率を向上しつつ低鉄損回転電機を実現できる。

【0020】

接着剤７００は、磁石５００を磁石挿入空間４２０に固定するための部材である。接着剤７００は、第１空隙４５０ａと第２空隙４５０ｂに充填され、磁石挿入空間４２０内に介在され、磁石５００を覆う。接着剤７００は、例えば液体樹脂である。

【0021】

図３は、回転子３００の展開斜視図である。

【0022】

回転子３００は、回転軸方向に沿って並べられかつ周方向にスキューされる第１回転子鉄心４１０ａと第２回転子鉄心４１０ｂを含んで構成される。

【0023】

第１回転子鉄心４１０ａは、磁石５００を収納する第１収納空間４２１ａを形成する。第２回転子鉄心４１０ｂは、磁石５００を収納するとともに第１収納空間４２１ａと連通する第２収納空間４２１ｂを形成する。

【0024】

第１回転子鉄心４１０ａは回転子鉄心４００の最上段に配置され、第２回転子鉄心４１０ｂは回転子鉄心４００の最下段に配置され、第１回転子鉄心４１０ａと第２回転子鉄心４１０ｂの間には、複数の回転子鉄心がスキューされた状態で配置される。

【0025】

図４（ａ）は、回転電機１００の回転子３００の製造方法に係る第１工程を示す斜視図である。

【0026】

平面３２０ａは、第１回転子鉄心４１０ａの表面であり、後述するエンドリング３１０ａと対向する。エンドリング３１０ａの面と回転軸３３０（図１参照）を締結するために平面３２０ａとは、平行であることが求められる。

【0027】

平面３２０ｂは、第２回転子鉄心４１０ｂの表面であり、後述するエンドリング３１０ｂと対向する。エンドリング３１０ｂの面と回転軸３３０（図１参照）を締結するために平面３２０ｂとは、平行であることが求められる。

【0028】

第１治具６００ａと第２治具６００ｂは、加圧用シャフト６２０に介して、加圧用ナット６３０を適切な締め付けトルクにより第１回転子鉄心４１０ａと第２回転子鉄心４１０ｂを加圧する。加圧用シャフト６２０は、回転子３００の内径側に周方向に６つ設ける。

【0029】

第１治具６００ａは、平面３２０ａと対向させ、第２治具６００ｂは平面３２０ｂと対向させる。

【0030】

第１治具６００ａは、回転子３００にある第１空隙４５０ａと第２空隙４５０ｂと同じ数の接着剤注入孔６４０を設ける。第１治具６００ａの剛性を向上するためにフランジ形状を設ける。第１治具６００ａ、第２治具６００ｂ、加圧用シャフト６２０と加圧用ナット６３０は、剛性を高めるために、全て金属製部品である。

【0031】

治具ハブ６５０は、第１収納空間４２１ａと第２収納空間４２１ｂを連通するように各段の回転子鉄心４００を周方向に拘束させる。治具ハブ６５０は、回転子鉄心４００の内径に配置される。

【0032】

治具ハブ６５０は、第２治具６００ｂに固定し、第２回転子鉄心４１０ｂを挿入する。治具ハブ６５０で周方向に拘束された第２回転子鉄心４１０ｂの磁石収納空間４２０に磁石５００を挿入する。その後、第２回転子鉄心４１０ｂと第１回転子鉄心４１０ａの間にある全ての回転子鉄心４００と磁石５００の挿入作業を繰り返し実施する。

【0033】

第１回転子鉄心４１０ａが治具ハブ６５０に組立てかつ磁石５００が挿入されると、第１治具６００ａと第２治具６００ｂは、加圧用シャフト６２０に介して、加圧用ナット６３０を適切な締め付けトルクにより第１回転子鉄心４１０ａと第２回転子鉄心４１０ｂを加圧する。

【0034】

図４（ｂ）は、回転電機１００の回転子３００の製造方法に係る第２工程を示す断面図である。

【0035】

そして第１回転子鉄心４１０ａ及び第２回転子鉄心４１０ｂを加圧しながら、第１治具６００ａを介して接着剤７００を第１空隙４５０ａから滴下する。

【0036】

開口部４３０は、回転軸方向に隣り合う回転子鉄心の磁石収納空間４２０を繋ぐ部分である。

【0037】

非粘着性樹脂被膜６１０は、第１治具６００ａであって平面３２０ａと対向する面と、第２治具６００ｂであって平面３２０ｂに対向する面に形成される。

【0038】

接着剤７００は第１治具６００ａに形成された接着剤注入孔６４０を介して第１空隙４５０ａに滴下され、空気８００が第２空隙４５０ｂから流出する。

【0039】

回転子鉄心４００に上段から下段まで連通している磁石収納空間４２０が第１回転子鉄心４１０ａと第２回転子鉄心４１０ｂに分けられ、接着剤７００を第１収納空間４２１ａから注入し、非粘着性樹脂被膜６１０を有する第２治具６００ｂを介して、第２収納空間４２１ｂに流入する。第１収納空間４２１ａに連続的に注入された接着剤７００の圧力を第２収納空間４２１ｂの大気圧より高くし、第２収納空間４２１ｂにある空気を外気に押し出しながら、接着剤７００を徐々に充填する。液体の接着剤７００を磁石収納空間に注入する際、接着剤７００の流入性を悪化させる気泡の発生を抑制できる。

【0040】

図４（ｃ）は、回転電機１００の回転子３００の製造方法に係る第３工程を示す断面図である。

【0041】

滴下された接着剤７００は、第１空隙４５０ａの第１回転子鉄心４１０ａから第２回転子鉄心４１０ｂまで充填する。

【0042】

連通部４４０は、第１空隙４５０ａと第２空隙４５０ｂとを周方向において繋ぐ空間である。この連通部４４０は、毛細管現象が生じるほど細く形成される。第１回転子鉄心４１０ａから第２回転子鉄心４１０ｂまで充填された接着剤７００は、毛細管現象によって第１空隙４５０ａから第２空隙４５０ｂに流入する。

【0043】

なお第１治具６００ａと第２治具６００ｂを加圧しながら接着剤７００を滴下から硬化作業を実施することで、回転子３００の内径と外径に接着剤７００漏れを防止しつつ、回転子鉄心４００の積層間に接着剤７００を流入せず、不要な積厚寸法の増加も防止できる。

【0044】

そして非粘着性樹脂被膜６１０が平面３２０ａと平面３２０ｂが接触した状態で、接着剤７００が硬化される。

【0045】

また、接着剤７００を第１空隙４５０ａのみ滴下することで、第１回転子鉄心４１０ａから第２回転子鉄心４１０ｂまでに連通している開口部４３０を全て満杯になるまで接着剤７００を充填され、そして接着剤７００の液面が第２空隙４５０ｂまで到達し、接着剤７００の充填を目視確認が可能となる。

【0046】

図４（ｄ）は、回転電機１００の回転子３００の製造方法に係る第４工程を示す断面図である。

【0047】

接着剤７００を硬化した後、第１治具６００ａと第２治具６００ｂを平面３２０ａと平面３２０ｂから離間させる。

【0048】

第１治具６００ａに形成された非粘着性樹脂被膜６１０が第１治具６００ａから平面３２０ａを離間させると、非粘着性の物質が接着材露出面３２０ｃに一部転写され、接着材露出面３２０ｃに残留する。この非粘着性の物質は、第１治具６００ａの非粘着性被膜６１０を形成するものである。接着材露出面３２０ｄも同様である。

【0049】

回転子組立治具の上型（本実施形態では第１治具６００ａ）と下型（本実施形態では第２治具６００ｂ）に非粘着性樹脂をコーティングすることで、回転子３００と治具が液体の接着剤７００によって固定された後でも治具と回転子鉄心２１０の分離が可能となる。

【0050】

更にスキューされた回転子鉄心２１０にある磁石収納空間４２０が回転子鉄心２１０の上面から端面に繋がり、磁石５００を回転子鉄心２１０全段に挿入し、液体の接着剤７１０を注入することが出来る。回転子積層鉄心と磁石を固定する際に補助部品が不要となり、磁石とロータコアに冷却可能な表面が向上され、ロータの性能向上に繋がる。

【0051】

本実施形態において、接着剤７００を硬化した後、第１治具６００ａと第２治具６００ｂを平面３２０ａと平面３２０ｂから離間させるために非粘着性樹脂被膜６１０を形成する。非粘着性樹脂被膜６１０は接着材露出面３２０ｃに転写し薄くなるため、作業後に非粘着性樹脂被膜６１０を再形成する必要がある。しかし、非粘着性樹脂被膜６１０の平面度を保つために第１治具６００ａと第２治具６００ｂを洗浄し、非粘着性樹脂被膜６１０を形成する。さらに非粘着性樹脂被膜６１０の凹凸を防止するために、成形中の平面を数値化するがあるため、治具の管理が高価になる。

【0052】

そこで、本実施形態の非粘着性樹脂皮膜６１０は、フッ素を塗布して構成されるが、非粘着性樹脂シートが配置してもよい。第１治具６００ａと平面３２０ａの間に使い捨ての非粘着性シートを配置することで、非粘着性樹脂皮膜６１０と同様に平面３２０ａと平面３２０ｂを離間させるさらに、使い捨て非粘着性シートの平面度を購入時のみで管理する必要があるため、治具の管理も簡易化できる。

【0053】

図５は、回転子３００に接着剤７００が硬化された後の第１回転子鉄心４１０ａの平面３２０ａと第２回転子鉄心４１０ｂの平面３２０ｂの部分拡大図である。

【0054】

第１空隙４５０ａに接着剤７００が満タンに充填され、第１空隙４５０ａに収納された磁石５００表面が接着剤７００に覆われている。

【0055】

第２空隙４５０ｂに充填された接着剤７００の液面が、平面３２０ａより低い。つまり、第２空隙４５０ｂに充填された接着剤７００の液面は第１空隙４５０ａに充填された接着剤７００の液面よりも低い。これにより、接着剤が接着剤注入穴６４０に硬化することなく、第１治具６００ａの洗浄を省け、管理性を向上される。また、これにより、磁石と空気の接触面積が増加することで、磁石の冷却性が改善され、モータの性能も向上される。

【0056】

また、これにより、平面３２０ａの上面から接着剤７００の液面を確認できる。

【0057】

平面３２０ｂ側は、第１空隙４５０ａと第２空隙４５０ｂ共に接着剤７００が満タンに充填され、第１空隙４５０ａと第２空隙４５０ｂに収納された磁石５００表面に接着剤７００に覆われている。

【0058】

図６は、エンドリング３１０ａ及びエンドリング３１０ｂを接続された回転子３００の断面図である。

【0059】

回転子３００は、エンドリング３１０ａを平面３２０ａ及び平面３２０ｃと対向させ、エンドリング３１０ｂを平面３２０ｂ及び平面３２０ｄに対向させる。

【0060】

平面３２０ａ、平面３２０ｂ、平面３２０ｃと平面３２０ｄに必要な平行度は上記の第１治具６００ａと第２治具６００ｂに形成され、ハブ３４０とエンドリング３１０の締結強度を確保できる。

【符号の説明】

【0061】

１００…回転電機、２００…固定子、２１０…固定子鉄心、２２０…コイル、２３０…金属製ハウジング、２４０…ボビン、３００…回転子、３１０ａ…エンドリング、３１０ｂ…エンドリング、３２０ａ…平面、３２０ｂ…平面、３２０ｃ…接着材露出面、３２０ｄ…接着材露出面、３３０…回転軸、３４０…ハブ、４００…回転子鉄心、４１０ａ…第１回転子鉄心、４１０ｂ…第２回転子鉄心、４２０…磁石収納空間、４２１ａ…第１収納空間、４２１ｂ…第２収納空間、４３０…開口部、４４０…連通部、４５０ａ…第１空隙、４５０ｂ…第２空隙、５００…磁石、６００ａ…第１治具、６００ｂ…第２治具、６１０…非粘着性樹脂被膜、６２０…加圧用シャフト、６３０…加圧用ナット、６４０…接着剤注入孔、６５０…治具ハブ、７００…接着剤、８００…空気

【図1】

【図2】

【図3】

【図4(a)】

【図4(b)】

【図4(c)】

【図4(d)】

【図5】

【図6】