特許 7524821 ロータの製造方法

(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】

(24)【登録日】2024-07-22

(45)【発行日】2024-07-30

(54)【発明の名称】ロータの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/276 20220101AFI20240723BHJP

   H02K 15/02 20060101ALI20240723BHJP

【ＦＩ】

H02K1/276

H02K15/02 K

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021069555

(22)【出願日】2021-04-16

(65)【公開番号】P2022164213

(43)【公開日】2022-10-27

【審査請求日】2023-09-12

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】武島 健太

(72)【発明者】

【氏名】山本 啓史

【審査官】島倉 理

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１９２２２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－０８３２８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平９－２８５０７９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ １／２７６

Ｈ０２Ｋ １５／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロータの製造方法であって、
複数の金属板が積層された積層体によって構成されたロータコアに磁石と熱可塑性樹脂を配置する工程であって、前記ロータコアに前記積層体の積層方向に沿って伸びる孔または溝によって構成された磁石固定部が設けられており、前記磁石と前記熱可塑性樹脂を前記磁石固定部内に配置する工程と、
前記ロータコアの中心軸が鉛直方向に対して交差している状態で、前記ロータコアを前記中心軸周りに回転させながら加熱する工程と、
前記中心軸が鉛直方向に対して交差している状態で、前記ロータコアを前記中心軸周りに回転させながら冷却することによって、前記磁石を前記熱可塑性樹脂を介して前記ロータコアに固定する工程と、
を有する製造方法。

【請求項2】

前記ロータコアを加熱する前記工程では、前記ロータコアの温度を、前記熱可塑性樹脂の軟化温度よりも高い温度に制御する、請求項１に記載の製造方法。

【請求項3】

前記ロータコアを加熱する前記工程では、前記ロータコアの温度を、前記熱可塑性樹脂の前記軟化温度に対して５０℃高い温度よりも低い温度に制御する、請求項２に記載の製造方法。

【請求項4】

前記磁石固定部の内面に、複数の前記金属板の境界に沿って伸びる凹部が設けられている、請求項１～３のいずれか一項に記載の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書に開示の技術は、ロータの製造方法に関する。

【0002】

特許文献１に開示のロータの製造方法では、ロータコアに磁石を固定する工程を有する。ロータコアは、複数の金属板が積層された積層体を有している。積層体に、積層方向に沿って伸びる孔によって構成された磁石固定部が設けられている。この製造方法では、磁石固定部内に、磁石と接着剤シートを配置する。次に、ロータコアを加熱することによって、接着剤シートを硬化させる。これによって、磁石固定部内に磁石を固定する。なお、特許文献１では、磁石固定部が積層体に設けられた孔によって構成されていたが、磁石固定部が積層体に設けられた溝によって構成されたロータも存在する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００６－３１１７８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ロータの高速回転を実現するために、磁石のロータコアに対する固定強度の向上が望まれている。したがって、本明細書では、磁石をロータコアに高い強度で固定する技術を提案する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本明細書が開示するロータの製造方法は、複数の金属板が積層された積層体によって構成されたロータコアに磁石と熱可塑性樹脂を配置する工程を有する。前記ロータコアに前記積層体の積層方向に沿って伸びる孔または溝によって構成された磁石固定部が設けられている。この工程では、前記磁石と前記熱可塑性樹脂を前記磁石固定部内に配置する。この製造方法は、前記ロータコアの中心軸が鉛直方向に対して交差している状態で、前記ロータコアを前記中心軸周りに回転させながら加熱する工程と、前記中心軸が鉛直方向に対して交差している状態で、前記ロータコアを前記中心軸周りに回転させながら冷却することによって、前記磁石を前記熱可塑性樹脂を介して前記ロータコアに固定する工程を有する。

【0006】

この製造方法では、磁石固定部内に磁石と熱可塑性樹脂を配置した後に、ロータコアを加熱する工程を実施する。ロータコアが加熱されることで、熱可塑性樹脂が軟化する。したがって、ロータコアを加熱する工程では、軟化した熱可塑性樹脂が磁石固定部内で流動する。ロータコアを加熱する工程が、ロータコアの中心軸が鉛直方向に対して交差している状態でロータコアを中心軸周りに回転させながら実施されるので、ロータコアを加熱する工程中に熱可塑性樹脂に加わる重力の方向が変化する。したがって、磁石とロータコアの間の領域で、熱可塑性樹脂が複雑に流動する。これによって、熱可塑性樹脂の磁石及びロータコアに対する密着性を向上させることができる。その後、ロータコアの中心軸が鉛直方向に対して交差している状態でロータコアを中心軸周りに回転させながら冷却する工程が実施される。このため、熱可塑性樹脂が、磁石とロータコアに高い密着性で密着している状態で硬化する。したがって、磁石をロータコアに高い強度で固定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】ロータ１０の斜視図。

【図2】中心軸ＡＸを含む平面におけるロータ１０の断面図。

【図3】中心軸ＡＸに直交する平面におけるロータ１０の断面図。

【図4】中心軸ＡＸに直交する平面における貫通孔７０及び溝７２の拡大断面図。

【図5】磁石４０とロータコア３０の境界部の拡大断面図。

【図6】加熱工程及び冷却工程におけるロータコア３０を示す斜視図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

本明細書が開示する一例の製造方法では、前記ロータコアを加熱する前記工程では、前記ロータコアの温度を、前記熱可塑性樹脂の軟化温度よりも高い温度に制御してもよい。

【0009】

なお、本明細書において、軟化温度は、熱可塑性樹脂が軟化して変形可能となる温度を意味する。軟化温度は、ガラス転移点であってもよい。

【0010】

本明細書が開示する一例の製造方法では、前記ロータコアを加熱する前記工程では、前記ロータコアの温度を、前記熱可塑性樹脂の前記軟化温度に対して５０℃高い温度よりも低い温度に制御してもよい。

【0011】

この構成によれば、熱可塑性樹脂の粘度が極端に低下することを抑制できる。したがって、熱可塑性樹脂が磁石固定部から漏れ出すことを抑制できる。

【0012】

本明細書が開示する一例の製造方法では、前記磁石固定部の内面に、複数の前記金属板の境界に沿って伸びる凹部が設けられていてもよい。

【0013】

この構成によれば、凹部内に熱可塑性樹脂が入り込むので、アンカー効果によって磁石をロータコアにより高い強度で固定できる。

【0014】

図１に示すロータ１０は、例えば、電気自動車またはハイブリッド自動車等の自動車に搭載されるモータ（図示省略）に組み込まれて使用される。電力がモータに供給されると、ロータ１０は回転する。ロータ１０は、円筒形状のロータコア３０を有している。図１の中心軸ＡＸは、ロータコア３０の中心軸を示している。ロータコア３０の中心軸ＡＸは、ロータ１０の回転軸と一致している。すなわち、ロータ１０は、中心軸ＡＸを中心として回転する。図１に示すように、ロータ１０は、シャフト２０と、第１エンドプレート５０と、第２エンドプレート５２を備えている。

【0015】

シャフト２０は、金属材料（例えば、炭素鋼、特殊鋼、非磁性体のアルミまたはステンレス）からなる。シャフト２０は、円筒形状を有する。図１、２に示すように、シャフト２０の外周面から、フランジ２４が突出している。シャフト２０の外周面には、レゾルバ２６が取り付けられている。レゾルバ２６は、フランジ２４に隣接する位置に配置されている。レゾルバ２６は、ロータ１０の回転角度を検出する。

【0016】

図１、２に示すように、ロータコア３０は、複数の電磁鋼板３４が積層された積層体である。図３に示すように、各電磁鋼板３４は、円環形状を有する。円環形状を有する複数の電磁鋼板３４が積層されることで、円筒形状のロータコア３０が構成されている。図１、２に示すように、ロータコア３０は、その軸方向の両側に端面３０ａ、３０ｂを有している。

【0017】

第１エンドプレート５０は、金属材料（例えば、非磁性体のアルミまたはステンレス）からなる。図１、２に示すように、第１エンドプレート５０は、円環形状を有している。第１エンドプレート５０は、ロータコア３０の端面３０ａを覆っている。第１エンドプレート５０は、ロータコア３０と同心状に配置されている。第１エンドプレート５０は、ロータコア３０の端面３０ａに溶接により固定されている。

【0018】

第２エンドプレート５２は、金属材料（例えば、非磁性体のアルミまたはステンレス）からなる。第２エンドプレート５２は、ロータコア３０の端面３０ｂに溶接されて固定されている。第２エンドプレート５２は、円環形状を有している。第２エンドプレート５２は、ロータコア３０の端面３０ｂを覆っている。第２エンドプレート５２は、ロータコア３０と同心状に配置されている。

【0019】

図１～３に示すように、第１エンドプレート５０、ロータコア３０、及び、第２エンドプレート５２の中心孔３２に、シャフト２０が挿通されている。シャフト２０の中心軸は、ロータコア３０の中心軸ＡＸと一致している。第１エンドプレート５０は、フランジ２４に当接している。フランジ２４の反対側に、ワッシャ２７とナット２８が配置されている。ワッシャ２７は、第２エンドプレート５２に当接している。第１エンドプレート５０とロータコア３０と第２エンドプレート５２は、フランジ２４とナット２８との間に挟まれている。これにより、第１エンドプレート５０とロータコア３０と第２エンドプレート５２は、シャフト２０に固定されている。

【0020】

図３に示すように、シャフト２０のうちのロータコア３０内に挿入されている部分の外周面には、２つの固定溝２２が設けられている。２つの固定溝２２は、シャフト２０の長手方向に沿って伸びている。ロータコア３０の中心孔３２の内面に、２つの凸部３２ａが形成されている。凸部３２ａが固定溝２２に係合するように、シャフト２０がロータコア３０の中心孔３２に挿入されている。これにより、シャフト２０がロータコア３０に対して相対的に回転することが抑制される。

【0021】

図２、３に示すように、ロータコア３０に、複数の貫通孔７０が設けられている。各貫通孔７０は、ロータコア３０の中心軸ＡＸと平行な方向に沿って伸びている。すなわち、各貫通孔７０は、電磁鋼板３４の積層方向に沿って伸びている。各貫通孔７０は、各電磁鋼板３４に設けられた貫通孔が互いに繋がることによって構成されている。図２に示すように、各貫通孔７０は、ロータコア３０を貫通している。すなわち、各貫通孔７０は、端面３０ａから端面３０ｂまで伸びている。貫通孔７０の両端は、第１エンドプレート５０と第２エンドプレート５２によって塞がれている。図３に示すように、中心軸ＡＸに垂直な断面において、各貫通孔７０は扁平な断面形状を有している。図４に示すように、以下では、各貫通孔７０の内面のうちの幅が広い２つの表面（互いに対向する表面）を、内面７０ａ、７０ｂという。

【0022】

図１、３に示すように、ロータコア３０の外周面に、複数の溝７２が設けられている。各溝７２は、ロータコア３０の中心軸ＡＸと平行な方向に沿って伸びている。すなわち、各溝７２は、電磁鋼板３４の積層方向に沿って伸びている。各溝７２は、各電磁鋼板３４に設けられた切り欠き部が互いに繋がることによって構成されている。図１に示すように、各溝７２は、端面３０ａから端面３０ｂまで伸びている。各溝７２の両端は、第１エンドプレート５０と第２エンドプレート５２によって覆われている。図４に示すように、以下では、各溝７２の内面のうちの互いに対向する２つの表面を、内面７２ａ、７２ｂという。

【0023】

図２～４に示すように、各貫通孔７０内及び各溝７２内に、磁石４０と樹脂シート４８が配置されている。

【0024】

磁石４０は、永久磁石である。磁石４０として、例えば、ネオジム磁石、アルニコ磁石、フェライト磁石、サマリウムコバルト磁石、プラセオジム磁石、サマリウム窒素鉄磁石、白金磁石、またはセリウムコバルト磁石を用いることができる。図２に示すように、各磁石４０は、ロータコア３０の中心軸ＡＸと平行な方向に長い形状を有している。また、図３、４に示すように、各磁石４０は、中心軸ＡＸに垂直な断面において扁平な断面形状を有している。図４に示すように、各磁石４０は、幅広面４０ａ、４０ｂを有している。幅広面４０ａは、幅広面４０ｂの反対側に位置している。貫通孔７０内では、磁石４０の幅広面４０ａが貫通孔７０の内面７０ａに対向しており、磁石４０の幅広面４０ｂが貫通孔７０の内面７０ｂに対向している。溝７２内では、磁石４０の幅広面４０ａが溝７２の内面７２ａに対向しており、磁石４０の幅広面４０ｂが溝７２の内面７２ｂに対向している。

【0025】

樹脂シート４８は、熱可塑性樹脂を含む材料によって構成されている。樹脂シート４８の熱可塑性樹脂として、ガラス転移温度（Ｔｇ）が高い材料を用いることができる。また、樹脂シート４８の熱可塑性樹脂として、絶縁性、耐水性、耐油性、耐クリープ性、耐熱衝撃性に優れる材料を用いることができる。また、樹脂シート４８の熱可塑性樹脂は、結晶性であっても、非結晶性であってもよい。例えば、樹脂シート４８の熱可塑性樹脂として、ポリエーテルイミド（Ｔｇ＝２１７℃）、ポリエーテルサルホン（Ｔｇ＝２３０℃）、ポリサルホン（Ｔｇ＝１９０℃）等を用いることができる。図４に示すように、貫通孔７０内では、樹脂シート４８は、磁石４０の幅広面４０ａと貫通孔７０の内面７０ａの間、及び、磁石４０の幅広面４０ｂと貫通孔７０の内面７０ｂの間に配置されている。樹脂シート４８は、磁石４０を内面７０ａ、７０ｂに接着している。溝７２内では、樹脂シート４８は、磁石４０の幅広面４０ａと溝７２の内面７２ａの間、及び、磁石４０の幅広面４０ｂと溝７２の内面７２ｂの間に配置されている。樹脂シート４８は、磁石４０を内面７２ａ、７２ｂに接着している。このように、磁石４０は、樹脂シート４８によって、貫通孔７０内、及び、溝７２内に固定されている。

【0026】

図５は、磁石４０とロータコア３０との接着領域の拡大図を示している。なお、図５におけるロータコア３０の表面３０ｃは、貫通孔７０の内面７０ａ、７０ｂ及び溝７２の内面７２ａ、７２ｂを表している。図５に示すように、ロータコア３０の表面３０ｃには、積層された電磁鋼板３４の境界に沿って伸びる凹部３０ｄが設けられている。各電磁鋼板３４はプレスせん断加工によって形成されているので、各電磁鋼板３４の端面に微小な傾斜部が形成されている。したがって、複数の電磁鋼板３４の積層体であるロータコア３０の表面３０ｃには、電磁鋼板３４の境界に沿って伸びる凹部３０ｄが存在する。樹脂シート４８を構成する熱可塑性樹脂は、各凹部３０ｄ内に隙間なく充填されている。

【0027】

次に、ロータ１０の製造方法について説明する。最初に、複数の電磁鋼板３４を積層するとともに積層した電磁鋼板３４を互いに固定することによって、ロータコア３０を形成する。次に、ロータコア３０の各貫通孔７０内及び各溝７２内に、磁石４０と樹脂シート４８を挿入する。使用前の樹脂シート４８は、熱可塑性樹脂を主材料とするシート状の部材であり、加熱によって膨張する性質を有する。樹脂シート４８として、圧縮した状態のガラス繊維（いわゆる、フィラー）を熱可塑性樹脂で封止した樹脂シートを用いることができる。この種の樹脂シートを加熱すると、熱可塑性樹脂が軟化したときに圧縮状態のガラス繊維の応力が解放され、ガラス繊維が膨張する。このため、樹脂シートが膨張する。また、樹脂シート４８として、熱可塑性樹脂中に発泡剤（例えば、発泡カプセル）が分散された部材を用いることもできる。この種の樹脂シートを加熱すると、熱可塑性樹脂が軟化するとともに発泡剤が気化する。その結果、樹脂シートが発泡して膨張する。ここでは、図４に示すように、樹脂シート４８が磁石４０の幅広面４０ａと貫通孔７０の内面７０ａの間、及び、磁石４０の幅広面４０ｂと貫通孔７０の内面７０ｂの間に配置されるように、磁石４０と樹脂シート４８を貫通孔７０内に挿入する。また、図４に示すように、樹脂シート４８が磁石４０の幅広面４０ａと溝７２の内面７２ａの間、及び、磁石４０の幅広面４０ｂと溝７２の内面７２ｂの間に配置されるように、磁石４０と樹脂シート４８を溝７２内に挿入する。

【0028】

次に、図６に示すように、磁石４０及び樹脂シート４８が設置された状態のロータコア３０を、シャフト２０ｘに固定する。なお、シャフト２０ｘは、図１に示すシャフト２０（すなわち、ロータ１０の部品であるシャフト）であってもよいし、製造工程で使用される治具に設けられたシャフトであってもよい。次に、図６に示すように、シャフト２０ｘを鉛直方向に対して交差させた状態で、シャフト２０ｘを回転させる。なお、図６において、矢印ＵＰは鉛直上方向を示している。このようにシャフト２０ｘを回転させると、ロータコア３０の中心軸ＡＸが鉛直方向に対して交差した状態で、中心軸ＡＸ周りにロータコア３０が回転する。本実施形態では、ロータコア３０の中心軸ＡＸが水平に配置された状態で、中心軸ＡＸ周りにロータコア３０を回転させる。ここでは、１～５ｒｐｍ程度の比較的低い速度でロータコア３０を回転させる。この回転速度では、各樹脂シート４８に加わる遠心力は、重力よりも小さい。以下に説明する加熱工程及び冷却工程が終了するまで、中心軸ＡＸが鉛直方向に対して交差した状態で中心軸ＡＸ周りにロータコア３０が回転している状態を維持する。

【0029】

次に、ロータコア３０を加熱する加熱工程を実施する。加熱工程では、図６に示すようにロータコア３０を回転させながら、ロータコア３０とともに樹脂シート４８を加熱する。すると、樹脂シート４８中の熱可塑性樹脂が軟化するとともに、樹脂シート４８が膨張する。すなわち、樹脂シート４８の厚みが増加する。したがって、樹脂シート４８中の熱可塑性樹脂が、磁石４０とロータコア３０に向かって加圧される。加熱工程では、ロータコア３０及び樹脂シート４８を、樹脂シート４８に含まれる熱可塑性樹脂の軟化温度よりも高い温度に所定時間保持する。ロータコア３０が鉛直方向に対して交差した中心軸ＡＸ周りに回転しているので、加熱工程中に軟化した熱可塑性樹脂に加わる重力の方向が変化する。例えば、中心軸ＡＸに対して上側の位置Ａ１に存在する樹脂シート４８には、中心軸ＡＸ側に向かって重力が作用する。また、中心軸ＡＸに対して下側の位置Ａ３に存在する樹脂シート４８には、ロータコア３０の外周側に向かって重力が作用する。また、中心軸ＡＸに対して水平方向の位置Ａ２に存在する樹脂シート４８には、周方向（回転方向）に向かって重力が作用する。また、中心軸ＡＸに対して水平方向の位置Ａ４に存在する樹脂シート４８には、周方向（回転と逆方向）に向かって重力が作用する。このように、熱可塑性樹脂に加わる重力の方向が変化するので、磁石４０とロータコア３０の間の領域で熱可塑性樹脂が複雑に流動する。このため、熱可塑性樹脂を、磁石４０の表面及びロータコア３０の表面になじませることができる。これによって、熱可塑性樹脂の磁石４０及びロータコア３０に対する密着性を向上させることができる。特に、軟化した熱可塑性樹脂に加わる重力の方向が変化することで、図５に示すように熱可塑性樹脂をロータコア３０の表面３０ｃの各凹部３０ｄ内に行き渡らせることができる。したがって、熱可塑性樹脂を各凹部３０ｄの内面に密着させることができる。

【0030】

なお、加熱工程では、ロータコア３０及び樹脂シート４８を、熱可塑性樹脂の軟化温度に対して５０℃高い温度よりも低い温度に保持することができる。このように加熱温度を制御することで、熱可塑性樹脂の粘度が過度に低下することを防止できる。これによって、ロータコア３０から軟化した熱可塑性樹脂が垂れ落ちることを防止できる。

【0031】

次に、ロータコア３０を冷却する冷却工程を実施する。冷却工程では、図６に示すようにロータコア３０を回転させながら、ロータコア３０とともに樹脂シート４８を常温まで冷却する。すると、熱可塑性樹脂が凝固する。このため、樹脂シート４８によって磁石４０がロータコア３０に接着される。ロータコア３０を回転させながら冷却工程を実施するので、熱可塑性樹脂が磁石４０とロータコア３０に密着している状態で凝固する。したがって、熱可塑性樹脂によって磁石４０をロータコア３０に強固に接着することができる。また、図５に示すように、熱可塑性樹脂は、ロータコア３０の表面の凹部３０ｄ内に充填された状態で凝固する。このため、アンカー効果によって熱可塑性樹脂がロータコア３０に対してより強固に接着される。

【0032】

次に、図１に示すように、冷却工程後のロータコア３０を、第１エンドプレート５０と第２エンドプレート５２とともにシャフト２０に取り付ける。これによって、図１に示すロータ１０が完成する。

【0033】

以上に説明したように、本実施形態の製造方法によれば、樹脂シート４８の熱可塑性樹脂によって、磁石４０をロータコア３０に強固に接続することができる。したがって、高速回転に耐えるロータ１０を製造することができる。

【0034】

なお、上述した実施形態では、樹脂シート４８によって磁石４０をロータコア３０に接着したが、熱可塑性樹脂を有する接着部材が他の構成を有していてもよい。

【0035】

以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの１つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。

【符号の説明】

【0036】

１０ ：ロータ
２０ ：シャフト
３０ ：ロータコア
３４ ：電磁鋼板
４０ ：磁石
４８ ：樹脂シート
５０ ：第１エンドプレート
５２ ：第２エンドプレート
７０ ：貫通孔
７２ ：溝

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】