(57)【要約】【課題】回転電機ロータの製造方法において、ロータコアの磁石挿入穴に磁石と複合材とが配置された状態において、複合材を所定の温度に短時間で加熱可能にすることである。【解決手段】回転電機ロータの製造方法は、強度部材のフィラーとなる非磁性の多孔質部材と溶融した結合材が混合され加圧によって一体化された複合材を磁石に付着させて複合材付磁石を形成する（Ｓ１４）。そして、複合材付磁石をロータコアの磁石挿入穴に挿入し（Ｓ１６）、ロータコアを経由せずに複合材を直接加熱する加熱手段を配置する（Ｓ１８）。そして、加熱手段によって複合材を直接加熱し、複合材の多孔質部材に含まれる結合材を軟化させて多孔質部材の加圧による残留応力の解放により、複合材を膨張させて多孔質モールド材を形成し（Ｓ２２）、多孔質モールド材によって磁石を磁石挿入穴に固定する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
強度部材のフィラーとなる非磁性の多孔質部材に溶融した結合材が混合され加圧により一体化された複合材を磁石に付着させて複合材付磁石を形成し、
前記複合材付磁石をロータコアの磁石挿入穴に挿入し、
前記ロータコアを経由せずに前記複合材を直接加熱する加熱手段を配置し、
前記加熱手段によって前記複合材を直接加熱し、前記複合材の前記多孔質部材に含まれる前記結合材を軟化させて、前記多孔質部材の前記加圧による残留応力の解放により前記複合材を膨張させて多孔質モールド材を形成し、前記多孔質モールド材によって前記磁石を前記磁石挿入穴に固定する、回転電機ロータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、回転電機ロータの製造方法に係り、特に、磁石の冷却のために多孔質モールド材を用いてロータコアの磁石挿入穴に磁石を固定する回転電機ロータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
埋込磁石型のロータと、ステータ巻線を有するステータとを含む回転電機では、動作通電するとステータ巻線が発熱し、また、ステータコア及びロータコアにおいて生じる鉄損による発熱によってロータの埋込磁石の温度が上昇する。磁石の温度が上昇すると、減磁や消磁が生じ得るので、磁石の冷却が必要になる。ロータの埋込磁石は、ロータコアに設けられた磁石挿入穴に磁石を挿入し、次に樹脂を充填し硬化させて磁石をロータコアに固定する。
【０００３】
特許文献１には、回転電機のロータコアの磁石挿入穴に磁石を固定するための多孔質固定層が開示されている。多孔質固定層は、強度部材のフィラーとなる多孔質部材と、溶融した結合材とが混合されたモールド樹脂で、磁石挿入穴と磁石との隙間に射出され、結合材はその後の加熱または薬剤によって除去されて冷却油が流れることができる多孔質形状が形成される。磁石挿入穴の一端は、冷却油が供給されるロータコア内部の通路に接続され、他端は別の排出通路に接続される。
【０００４】
本開示に関連する技術として、特許文献２には、ロータコアの磁石挿入穴に対する磁石の樹脂封止方法として、ロータコアを上から加熱する上型と、ロータコアを下から加熱する下型とを用いることが開示されている。ここでは、熱硬化性樹脂の原料であるタブレットを入れる複数のポットとポットの下部から熱硬化性樹脂を磁石挿入穴に導く流路を上型に設けている。熱硬化性樹脂の原料の硬化は、上型及び下型の加熱手段で熱硬化性樹脂の原料を１７０℃で約３分間、加熱し続けることで行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１９−００９８６６号公報
【特許文献２】特開２００６−２０４０６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
磁石埋込型のロータでは、磁石挿入穴に磁石を固定するためにエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が用いられる。この場合の磁石の冷却方法としては、ロータコアに冷媒を流し、エポキシ樹脂を介して磁石を冷却することが考えられるが、エポキシ樹脂の熱伝導率は、０．２１｛Ｗ／（ｍ・Ｋ）｝でロータコアの熱伝導率８３．５｛Ｗ／（ｍ・Ｋ）｝に比べ格段に小さい。エポキシ樹脂を用いずに、多孔質固定層で磁石を磁石挿入穴に固定すれば、多孔質固定層の穴に冷媒を流すことができるので、磁石の冷却には好適である。
【０００７】
多孔質固定層で磁石を磁石挿入穴に固定するには、強度部材のフィラーとなる多孔質部材と溶融した結合材とが混合された複合材を、ロータコアにおいて磁石が挿入された磁石挿入穴に配置し、その状態で加熱して複合材を膨張させる必要がある。磁石挿入穴に磁石と複合材が配置されたロータコアを加熱炉に入れて雰囲気加熱することが考えられる。雰囲気加熱は、炉の熱源から熱伝導率の低い空気を介する加熱となり、ロータコアの熱伝導率が複合材の熱伝導率よりも高く、ロータコアの熱容量が複合材の熱容量よりも大きい。これらのこと等からロータコアを雰囲気加熱する方法では、複合材を所定の温度に加熱するために長時間を要する。複合材を所定の温度に加熱するためにロータコアを高温で長時間加熱すると、ロータコアの磁石挿入穴に配置された磁石の特性や、ロータコアの素材である磁性体の特性に劣化が生じ得る。そこで、ロータコアの磁石挿入穴に磁石と複合材とが配置された状態において、複合材を所定の温度に短時間で加熱可能な回転電機ロータの製造方法が要望される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示に係る回転電機ロータの製造方法は、強度部材のフィラーとなる非磁性の多孔質部材に溶融した結合材が混合され加圧により一体化された複合材を磁石に付着させて複合材付磁石を形成し、複合材付磁石をロータコアの磁石挿入穴に挿入し、ロータコアを経由せずに複合材を直接加熱する加熱手段を配置し、加熱手段によって複合材を直接加熱し、複合材の多孔質部材に含まれる結合材を軟化させて、多孔質部材の加圧による残留応力の解放により複合材を膨張させて多孔質モールド材を形成し、多孔質モールド材によって磁石を磁石挿入穴に固定する。
【０００９】
上記構成によれば、複合材はロータコアを経由せずに複合材に配置された加熱手段によって直接加熱される。したがって、ロータコアの磁石挿入穴に磁石と複合材とが配置された状態において、ロータコアを経由して複合材を加熱する場合に比べ、短時間で複合材を所定の温度に加熱可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
上記構成の回転電機ロータの製造方法によれば、ロータコアの磁石挿入穴に磁石と複合材とが配置された状態において、複合材を所定の温度に短時間で加熱できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態の回転電機ロータの製造方法に従って製造された回転電機ロータの例を示す断面図である。
【図２】図１のＡ部の多孔質モールド材について、構造モデル図の一例である。
【図３】実施の形態の回転電機ロータの製造方法の手順を示すフローチャートである。
【図４】図３の手順における複合材の形成工程に用いられる複合材素材を示す図である。
【図５】図４の複合材素材を加圧形成してシート状にした複合材を示す図である。
【図６】図３の手順における複合材付磁石の形成の最初として、図５のシート状の複合材に磁石を置いた状態を示す図である。
【図７】図６に引き続いて、磁石の外形に沿ってシート状の複合材で磁石を包む状態を示す図である。
【図８】図７に引き続いて、磁石の全ての外周面にシート状の複合材を付着させて形成した複合材付磁石を示す図である。
【図９】図８とは別の複合材付磁石の例で、磁石の長手方向の両端面を除く外周面にシート状複合材を付着させて形成した複合材付磁石を示す図である。
【図１０】図８、図９とは別の複合材付磁石の例で、磁石の最も広い面積を有する２つの側面にシート状複合材を付着させて形成した複合材付磁石を示す図である。
【図１１】図３の手順において、磁石挿入穴に複合材付磁石が配置されたロータコアの上面図である。
【図１２】図１１のＢ部の拡大図である。
【図１３】図１２のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
【図１４】図３の手順において、複合材を直接加熱する加熱手段としてのニクロム線ヒータを複合材中に挿入する位置を示す図で、図１４（ａ）は図１１と同じ図で、（ｂ）は、図１２を用いてニクロム線ヒータの配置を示す図である。
【図１５】図１４のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
【図１６】図１５に引き続き、ニクロム線ヒータに電源を接続した状態を示す図である。
【図１７】図３の手順において、加熱しながら加熱手段を除去する例として、電源からニクロム線ヒータに通電して複合材を加熱しながら、ニクロム線ヒータを複合材から引き上げて除去する状態を示す図である。
【図１８】他の実施形態として、磁石挿入穴において複合材付磁石を配置した場合に生じる隙間空間にニクロム線ヒータを配置して複合材を直接加熱する例を示す図である。
【図１９】他の実施形態として、複合材に接触させた熱源を加熱手段として用いる例を示す図である。
【図２０】他の実施形態として、複合材が導電体である場合に、複合材に通電して複合材の内部抵抗によるジュール熱で複合材を直接加熱する例を示す図である。
【図２１】他の実施形態として、磁石が導電体である場合に、磁石に通電して磁石の内部抵抗のジュール熱で複合材を直接加熱する例を示す図である。
【図２２】他の実施例として、複合材を直接加熱する加熱手段として、冷媒と同じ流体を予め加熱した加熱媒体を磁石挿入穴と複合材との隙間に流し込んで、複合材を直接加熱する例を示す図である。
【図２３】図２２において、加熱媒体による直接加熱によって膨張しつつある複合材を示す図である。
【図２４】比較例として、磁石挿入穴に磁石と複合材が配置されたロータコアを加熱炉に入れて雰囲気加熱する場合に、熱源からロータコアに向かう熱の流れを示す図である。
【図２５】図２４の後に、加熱されたロータコアから複合材に向かう熱の流れを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に図面を用いて本実施の形態につき詳細に説明する。以下に述べる形状、材質、磁石挿入穴の個数、磁極数等は、説明のための例示であって、回転電機ロータの製造方法の仕様等により、適宜変更が可能である。また、以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１３】
図１は、車両に搭載される回転電機に用いられる回転電機ロータ１０の断面図である。以下では、特に断らない限り、回転電機ロータ１０を、ロータ１０と呼ぶ。ロータ１０が用いられる回転電機は、車両が力行するときは電動機として機能し、車両が制動時にあるときは発電機として機能するモータ・ジェネレータで、三相同期型回転電機である。回転電機は、ロータ１０と、ロータ１０の外径と所定の隙間を隔てて配置される円環状のステータとを含む。図１ではステータの図示を省略するが、ステータには巻線コイルが巻回され、回転電機が動作すると巻線コイルが発熱し、そのすぐ内径側に配置されるロータ１０の温度が上昇する。回転電機の動作時における温度上昇を抑制するために、ロータ１０には冷媒路４０が設けられる。
【００１４】
ロータ１０は、回転電機の出力軸となるロータシャフト１２、円環状のロータコア１４、ロータ１０の磁極を形成する磁石１６、磁石１６をロータコア１４に固定する多孔質モールド材１８を含む。ロータ１０は、さらに、ロータコア１４をロータシャフト１２に固定するいくつかの固定要素を含む。
【００１５】
図１に、軸方向、径方向を示す。軸方向は、ロータシャフト１２が延伸する長手方向で、軸方向の両側を区別する場合は、冷媒路４０の供給口側を一方側、反対側を他方側と呼ぶ。径方向は、ロータシャフト１２の軸中心線側から外周側に向かう方向を外径側とし、外径側からロータシャフト１２の軸中心線側に向かう方向を内径側と呼ぶ。
【００１６】
ロータシャフト１２の鍔部２０は、ロータコア１４をロータシャフト１２に固定する際に、ロータコア１４を軸方向の一方側に突き当てて位置決めするために用いられる突き当て部である。ロータシャフト１２の一方側の端部には冷媒路４０の冷媒供給口４２が設けられ、軸部の内部に、冷媒６０をロータコア１４側に供給するためのシャフト軸方向流路４４及びシャフト径方向流路４６が設けられる。
【００１７】
シャフト軸方向流路４４は、ロータシャフト１２の内部に設けられ、冷媒供給口４２から軸方向に他方側に延伸して配置される流路である。シャフト径方向流路４６は、シャフト軸方向流路４４から径方向に延び、ロータシャフト１２の外周面で終わる流路である。シャフト径方向流路４６は、磁石１６を冷却するために、ロータコア１４に設けられ磁石１６が挿入される磁石挿入穴２２のそれぞれに冷媒６０を供給する流路である。磁石挿入穴２２がＮ個ある場合には、シャフト径方向流路４６は、シャフト軸方向流路４４から外径側に向かって放射状にＮ本が設けられる。
【００１８】
ロータコア１４は、所定形状の磁性体薄板２４を軸方向に沿って所定枚数を積層した積層体である。ロータコア１４は、互いに打抜形状の異なる３種類の磁性体薄板２４を軸方向に沿って所定の積層枚数を所定の積層順序で積層して形成される。
【００１９】
３種類の磁性体薄板２４の１つ目は、ロータシャフト１２を通す中心穴２６、及び、磁石１６が挿入される磁石挿入穴２２を含んで、磁性体の薄板シートを打ち抜き加工等で所定の形状に形成された円環状形状を有する磁性体薄板２４ａである。磁性体薄板２４ａにおいては、中心穴２６と磁石挿入穴２２とは分離されて打ち抜かれる。
【００２０】
２つ目は、中心穴２６と磁石挿入穴２２との間が、ロータシャフト１２側からの冷媒６０を受け取って磁石挿入穴２２に流すためのコア入口側流路４８で接続された状態で打ち抜かれている磁性体薄板２４ｂである。コア入口側流路４８は、磁石挿入穴２２の内径側から径方向に延びて中心穴２６で終わる流路である。
【００２１】
３つ目は、磁石挿入穴２２から冷媒６０を外部に排出するためのコア出口側流路５０が設けられた磁性体薄板２４ｃである。コア出口側流路５０は、磁石挿入穴２２の外径側から磁性体薄板２４ｃの外周面で終わる流路である。コア出口側流路５０が接続された磁石挿入穴２２は、中心穴２６と分離している。
【００２２】
３種類の磁性体薄板２４の合計の積層枚数は、ロータ１０の仕様に応じたロータコア１４の軸方向に沿った必要高さに基づいて定められる。３種類の磁性体薄板２４のそれぞれの積層枚数と積層順序は、ロータシャフト１２側から受け取った冷媒６０を複数の磁石挿入穴２２を経由してロータコア１４の外周側の冷媒排出口５２から排出する連続した流路を形成するように定められる。図１の例では、軸方向に沿って一方側から他方側に向かって、磁性体薄板２４ａが１枚、磁性体薄板２４ｂが３枚、磁性体薄板２４ａが１６枚、磁性体薄板２４ｃが３枚、磁性体薄板２４ａが２枚の順で積層される。積層枚数の合計は２５枚である。上記の積層枚数、積層順序は、説明のための例示であって、ロータ１０の仕様に応じて適宜変更が可能である。
【００２３】
かかる磁性体の薄板シートとしては、電磁鋼板や、アモルファス箔帯のシートを用いることができる。所定枚数の磁性体薄板２４は、中心穴２６や、磁石挿入穴２２等の位置決めを行いながら、順次カシメ積層されて、積層体のロータコア１４が形成される。
【００２４】
ロータコア１４を磁性体薄板２４の積層体とするのは、ロータコア１４に生じ得る渦電流を抑制するためで、磁性体薄板２４の形状に形成される前の磁性体の薄板シートの両面には、絶縁コート等の絶縁処理が施される。これによって、積層された各磁性体薄板２４の間が電気的に絶縁されて、外部変動磁界により発生し得る渦電流は小さなループに分割され、渦電流損失を抑制することができる。
【００２５】
磁石１６は、ロータ１０の磁極を形成する永久磁石で、矩形断面で細長い形状を有する。磁石１６の材質としては、ネオジムと鉄とホウ素を主成分とするネオジム磁石、サマリウムとコバルトを主成分とするサマリウムコバルト磁石等の希土類磁石が用いられる。これ以外にフェライト磁石、アルニコ磁石等を用いてもよい。
【００２６】
ロータ１０の磁極は、周方向に沿って複数設定されるので、磁石１６が挿入される磁石挿入穴２２は、ロータコア１４の外周側に周方向に沿って複数個設けられる。図１の断面図では、２つの磁石挿入穴２２が示される。磁石挿入穴２２は、ロータコア１４の軸方向に延びる貫通穴である。磁石挿入穴２２の軸方向に垂直な穴断面形状は、磁石１６の軸方向に垂直な断面形状よりも広めに設定され、ロータコア１４における磁石挿入穴２２の軸方向に沿った長さは、磁石１６の軸方向に沿った長さよりも長めに設定される。
【００２７】
多孔質モールド材１８は、磁石挿入穴２２に磁石１６が挿入された場合に生じる隙間に配置され、磁石１６を磁石挿入穴２２に固定する部材である。従来技術では、磁石挿入穴２２に磁石１６が挿入された場合に生じる隙間には、例えばエポキシ樹脂等が充填されて硬化され、密な構造となっている。多孔質モールド材１８は、「多孔質」の名称が示すように、密な構造ではなく、多孔質部分に冷媒６０を流すことができる。多孔質の構造は、多孔質モールド材１８の素材や素材に応じた熱処理方法等によって様々な形態を設計することが可能である。図２は、図１のＡ部の多孔質モールド材１８について、構造モデル図の例を示す図で、トラス構造で多孔質の骨格構造が形成され、骨格構造の間の空間２８は、冷媒６０が流れることが可能な流路空間となる。多孔質モールド材１８における骨格構造の間の空間２８によって、磁石挿入穴２２の内部に冷媒６０が流れる多孔質モールド材流路５４が形成される。
【００２８】
次に、ロータコア１４をロータシャフト１２に固定するための固定要素について述べる。固定要素は、ロータシャフト１２の他方側に設けられるおねじ部３０、一方側のエンドプレート３２、他方側のエンドプレート３４、ワッシャ３６及びナット３８を含む。
【００２９】
一方側のエンドプレート３２及び他方側のエンドプレート３４は、ロータコア１４の一方側の端面と他方側の端面にそれぞれ配置される環状板材である。一方側のエンドプレート３２及び他方側のエンドプレート３４によって、ロータコア１４の軸方向の両端部を挟み込むことができ、ロータコア１４の積層体としての一体性が維持される。また、ロータ１０を用いて回転電機が組立てられた場合に、ロータ１０が回転することで生じる遠心力によって磁石１６が磁石挿入穴２２から飛び出すことを防止する。
【００３０】
ロータコア１４をロータシャフト１２に固定する手順は次の通りである。ロータコア１４の一方側にエンドプレート３２、他方側にエンドプレート３４を配置した状態で、これらの内径穴にロータシャフト１２を挿入する。挿入は、ロータシャフト１２の他方側から行う。そして、ロータコア１４をロータシャフト１２の軸方向に沿って一方側に寄せ、一方側のエンドプレート３２を鍔部２０に突き当てる。その状態で、ロータシャフト１２の他方側からワッシャ３６を挿入し、他方側のエンドプレート３４に宛がう。次にロータシャフト１２の一方側の外径に刻まれたおねじ部３０にナット３８のめねじ部を噛み合わせ、鍔部２０とワッシャ３６との間にロータコア１４を挟み込んで軸方向に沿って締め付ける。ロータコア１４をロータシャフト１２に固定する方法としてねじ締結を用いるのは、説明のための例示であって、他の固定方法を用いてもよい。例えば、キー溝とキーの組み合わせを用いてロータコア１４をロータシャフト１２に固定してもよい。
【００３１】
ロータ１０における磁石１６の冷却のための冷媒６０は、冷媒路４０の冷媒供給口４２に供給され、ロータシャフト１２とロータコア１４にまたがって流れ、ロータコア１４の冷媒排出口５２から外部に排出される。具体的には、冷媒６０は、冷媒供給口４２からシャフト軸方向流路４４に供給され、シャフト軸方向流路４４からシャフト径方向流路４６及びコア入口側流路４８を介してそれぞれの磁石挿入穴２２に流れ込む。磁石挿入穴２２では、多孔質モールド材流路５４を通って磁石１６を冷却しながらコア出口側流路５０に向かって流れる。コア出口側流路５０を流れた冷媒６０は、冷媒排出口５２から外部に排出される。排出された冷媒６０は、適当な循環装置を用いて、熱交換器で冷却された後、再び冷媒供給口４２に戻される。
【００３２】
上記構成の回転電機ロータ１０の製造方法について、特に、ロータコア１４の磁石挿入穴２２に磁石１６を固定する多孔質モールド材１８の形成に関する工程を中心にして、図３以下を用いて詳細に説明する。
【００３３】
図３は、回転電機ロータ１０の製造方法の手順を示すフローチャートである。ロータ１０の構成部品であるロータシャフト１２、磁石１６、エンドプレート３２，３４、ワッシャ３６、及び、ナット３８は、それぞれロータ１０の仕様に応じて準備される。併せて、ロータコア１４の形成が行われる（Ｓ１０）。ロータコア１４の形成工程は、３種類の磁性体薄板２４ａ，２４ｂ，２４ｃを所定の積層順序と所定の枚数でカシメ積層して１つの積層体とする工程である。
【００３４】
これらの工程と並行して、複合材素材６４が準備される。複合材素材６４は、多孔質モールド材１８の原素材に相当し、強度部材のフィラーとなる非磁性の多孔質部材６６、及び、溶融した結合材６８が混合した素材である。図４に、複合材素材６４の斜視図と、構造拡大図を示す。多孔質部材６６は、繊維部材で、結合材６８は、多孔質部材６６よりもガラス転移温度Ｔｇまたは融点が低い部材である。
【００３５】
多孔質部材６６の材質は、耐熱性を有する材質の中から、多孔質モールド材１８の仕様に応じて選択される。絶縁性を有する材質として、酸化物系のガラス（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ジルコニア、チタン酸バリウム（ＢａＯ３Ｔｉ）、ステアタイト（ＭｇＯＳｉＯ２）等を用いることができる。また水酸化物系のハイドロキシアパタイト、炭化物系の炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化物系の窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、ハロゲン化合物系の蛍石を用いることができる。導電性を有する材質として、金属材料を用いることができる。金属材料を多孔質モールド材１８に含ませることで、磁性体薄板２４と磁石１６とが電気的に導通するために渦損が発生するが、一方で、磁性体薄板２４の熱伝導率はセラミックの熱伝導率の数十倍から数百倍高いので、放熱性がよい。また、導電性を有するので直接的に通電してジュール熱を発生させて加熱することが可能である。したがって、多孔質モールド材１８の仕様が、放熱性や、直接通電による加熱性を優先する場合には、多孔質部材６６の材質として金属材料を用いることができる。
【００３６】
結合材６８の材質としては、多孔質モールド材１８の形成の際の加熱によって除去が容易である樹脂材料を用いることができる。樹脂材料としては、ポリエチレン（Ｔｇ＝−１２５℃）、ポリプロピレン（Ｔｇ＝０℃）、ポリ塩化ビニル（Ｔｇ＝８７℃）、ポリスチレン（Ｔｇ＝１００℃）、ＡＢＳ（Ｔｇ＝８０〜１２５℃）、ポリメタクリル酸メチル（Ｔｇ＝９０℃）が挙げられる。また、ポリアミド６（Ｔｇ＝５０℃）、ポリアミド６６（Ｔｇ＝５０℃）、ポリアセタール（Ｔｇ＝−５０℃）、ポリカーボネート（Ｔｇ＝１５０℃）、ポリフェニリンスルフィド（Ｔｇ＝１２６℃）、ポリウレタン（Ｔｇ＝−２０℃）を用いることができる。さらに、ポリエーテルサルホン（Ｔｇ＝２３０℃）、ポリフェニリンオキシド（Ｔｇ＝１０４〜１２０℃）、ポリアミドイミド（Ｔｇ＝２７５℃）、ポリエーテルイミド（Ｔｇ＝２１７℃）、ポリ乳酸（Ｔｇ＝５７℃）を用いてもよい。また、ポリテトラフルオロエチレン（Ｔｇ＝１２６℃）、ＥＶＡ（Ｔｇ＝−４２℃）、ポリアクリルニトリル（Ｔｇ＝１０４℃）を用いてもよい。樹脂材料以外の材質としては、ガラス転移温度Ｔｇ、融点、沸点が低い黄リン、ヨウ素を用いることができる。また、セラミック材料も適用可能である。
【００３７】
準備された複合材素材６４は塊体であるので、磁石１６に付着させるのに適したシート状の複合材７０に形成する（Ｓ１２）。シート状に形成する方法は、適当な大きさの複合材素材６４を適当な金型を用いて加圧する方法を用いる。図５に、シート状に形成した複合材７０の斜視図と、構造拡大図を示す。結合材６８の流動性を高めるために、適当な加熱処理を行うことが好ましい。
【００３８】
次に、複合材７０を磁石１６に付着させて、複合材付磁石を形成する（Ｓ１４）。図６〜図８に、複合材付磁石形成の手順の一例を示す。図６は、シート状の複合材７０の上に磁石１６を配置した状態を示す図である。複合材７０の厚さはｔ０、磁石１６の長手方向の長さはＬＭ、幅はＷＭ、厚さはｔＭである。図７は、磁石１６を包むように複合材７０を折り曲げた状態を示す図である。図８は、図７の状態から磁石１６の六つの外周面のすべてを覆うように複合材７０を切断形成し、複合材７０を磁石１６に付着させて形成した複合材付磁石８０を示す斜視図である。複合材付磁石８０の外形寸法は、磁石１６の外形寸法に比べ、長さＬ８０、幅Ｗ８０、厚さｔ８０のいずれも、（２×ｔ０）だけ大きい。
【００３９】
付着方法としては、適当な接着材を磁石１６の各面と複合材７０との間に塗布して行う。あるいは、磁石１６の六面をすべて複合材７０で包み、複合材７０にのみ接着材を用いて封止した包装体として、磁石１６を複合材７０に密着させて付着させてもよい。結合材６８に樹脂材料を用いる場合は、封止方法として、接着材を用いずに、複合材７０の重ね部を熱圧着する方法を用いてもよい。
【００４０】
上記では、複合材付磁石８０として、磁石１６の六つの外周面をすべて複合材７０で覆って付着させたが、複合材７０は、磁石１６の六つの外周面の全てを必ずしも覆わなくてよい。
【００４１】
図９は、図８とは別の複合材付磁石８２を示す斜視図で、磁石１６は、長手方向の両端面が複合材７０で覆われていない。複合材付磁石８２の外形寸法は、磁石１６の外形寸法に比べ、幅Ｗ８２及び厚さｔ８２は（２×ｔ０）だけ大きいが、長さＬ８２は、磁石１６の長さＬＭと同じである。
【００４２】
図１０は、図８、図９とは別の複合材付磁石８４を示す斜視図で、複合材７０は、磁石１６において最も広い面積を有する２つの側面にのみ付着している。複合材付磁石８４の外形寸法は、磁石１６の外形寸法に比べ、厚さｔ８４は（２×ｔ０）だけ大きいが、長さＬ８４及び幅Ｗ８４は、磁石１６の長さＬＭ及び幅ＷＭと同じである。
【００４３】
ロータ１０におけるロータコア１４の高さ寸法、磁石挿入穴２２の形状及び寸法に応じて、複合材付磁石８０，８２，８４の中で適したものを選択することができる。図１の例では複合材付磁石８０を示したが、以下では、複合材付磁石８２を用いる場合について説明する。
【００４４】
図３に戻り、複合材付磁石形成の次は、磁石挿入穴２２に複合材付磁石８２を挿入する（Ｓ１６）。図１１から図１３を用いて、磁石挿入穴２２に複合材付磁石８２が配置されたロータコア１４を示す。
【００４５】
図１１は、ロータ１０において、磁石挿入穴２２に複合材付磁石８２が配置されたロータコア１４の上面図である。ロータ１０は、磁極数＝８で、各磁極は、磁極中心線に対し対称形に所定の傾斜角度をなして略Ｖ字系に配置される２つの磁石１６で形成される。図１１に、１つの磁極範囲をＰで示す。図３のＳ１６以降の手順においては、１つの磁極における２つの磁石挿入穴２２の内の１つについて説明する。
【００４６】
図１２は、図１１のＢ部の拡大図である。図１２はロータコア１４の上面図であるので、軸方向において最も一方側に配置される磁性体薄板２４ａの一部が示され、これより他方側の磁性体薄板２４ｂのコア入口側流路４８、及び、磁性体薄板２４ｃのコア出口側流路５０は、破線で示す。図１２には、ロータコア１４を軸方向に貫通する１つの磁石挿入穴２２の全体と、それに隣接する磁石挿入穴２２の一部とが示される。磁石挿入穴２２には、複合材付磁石８２の挿入に対する位置決め形状が設けられている。
【００４７】
図１３は、図１２のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。ここでは、適当な治具８６の上に、ロータコア１４と、ロータコア１４の磁石挿入穴２２に挿入された複合材付磁石８２が示される。
【００４８】
図３に戻り、磁石挿入穴２２に複合材付磁石８２が挿入されると、次に、複合材７０を直接加熱する加熱手段が配置される（Ｓ１８）。複合材７０を直接加熱するとは、従来技術のようにロータコア１４を経由して複合材７０を加熱するのではなく、ロータコア１４を経由せずに複合材７０を直接加熱することを意味する。
【００４９】
図１４、図１５は、複合材７０を直接加熱する加熱手段として、ニクロム線ヒータ９０を複合材７０に挿入する例を示す図である。図１４は、ニクロム線ヒータ９０の配置を示す図で、図１４（ａ）は図１１に対応する図で、図１４（ｂ）は、図１２に対応する図で、（ａ）のＢ部の拡大図である。ニクロム線ヒータ９０は、複合材７０がＣ−Ｃ線と交わる位置において、複合材７０に挿入される。図１５は、図１３に対応する図で、複合材７０の長手方向の全長に渡ってニクロム線ヒータ９０が配置される様子を示す図である。
【００５０】
図１６は、ニクロム線ヒータ９０に電源９２を接続した状態を示す図である。電源９２をオンすることでニクロム線ヒータ９０に通電が行われ、ニクロム線ヒータ９０が発熱し熱源となって、複合材７０を直接加熱する。
【００５１】
複合材７０が加熱されると、多孔質部材６６に含まれるガラス転移温度Ｔｇの低い結合材６８が軟化し、多孔質材料６６における残留応力が解放されることで、多孔質部材６６の骨格構造に空間２８が生じ、複合材７０の全体が膨張する。多孔質材料６６における残留応力は、加圧によってシート状の複合材７０を形成する際などにおいて生じたものである。そして、ニクロム線ヒータ９０が挿入された部分についても複合材７０を膨張させるために、複合材７０を加熱しながら、熱源である発熱したニクロム線ヒータ９０を除去する（Ｓ２０）。図１７に、膨張しつつある複合材７２と、複合材７２から除去されたニクロム線ヒータ９０の状態を示す。
【００５２】
残熱により、さらに複合材７２は膨張し、磁石挿入穴２２を埋め尽くし、膨張力によって磁石１６はロータコア１４に対し固定される。このようにして、複合材７０から多孔質モールド材１８が形成され、冷媒６０が通る空間２８を有する多孔質モールド材１８によって磁石１６が固定されたロータコア１４となる（Ｓ２２）。多孔質モールド材付のロータコア１４は、ロータ製造の次工程へ移され（Ｓ２４）、ロータシャフト１２が取り付けられて、ロータ１０が形成される（Ｓ２６）。
【００５３】
上記では、複合材７０を直接加熱する加熱手段として、複合材７０に挿入されたニクロム線ヒータ９０と電源９２を述べた。これ以外の加熱手段であっても、ロータコア１４を経由せずに複合材７０を直接加熱するものであればよい。
【００５４】
図１８は、図１５に対応する図であるが、加熱手段として、磁石挿入穴２２において複合材付磁石８２を配置した場合に生じる隙間空間に配置したニクロム線ヒータ９４の例を示す図である。図１４（ｂ）に、ニクロム線ヒータ９４の配置位置の例を示す。ニクロム線ヒータ９４は、ロータコア１４よりも複合材７０に近接した位置に配置されるので、ロータコア１４を介して加熱する場合に比べ、短時間で複合材７０を加熱することが可能である。
【００５５】
図１９は、複合材付磁石８２において、複合材７０の軸方向一方側に熱源９６を接触させて、熱源９６によって複合材７０を加熱する例を示す図である。複合材７０の軸方向他方側に熱源９７を接触させて複合材７０を加熱してもよく、複合材７０の軸方向両端からそれぞれ熱源９６，９７で複合材７０を加熱してもよい。熱源９６，９７は、複合材７０に接触して加熱するので、ロータコア１４を介して加熱する場合に比べ、短時間で複合材７０を加熱することが可能である。
【００５６】
複合材７０の多孔質部材６６の材質に金属材料を用いる場合には、複合材７０に通電し、複合材７０が通電により発生するジュール熱によって複合材７０自体を加熱できる。多孔質部材６６の材質に金属材料を用いる場合として、金属製のフィラーの多孔質部材６６を用いることができ、絶縁性フィラーに金属性フィラーを混合した多孔質部材６６を用いてもよい。図２０は、複合材付磁石８２の複合材７０に対して、電源９８を接続して複合材７０に通電する例を示す図である。電源９８による通電によって複合材７０が発熱するので、ロータコア１４を介して加熱する場合に比べ、短時間で複合材７０を加熱することが可能である。
【００５７】
磁石１６が導電性を有する材料で構成される場合は、磁石１６に通電し、磁石１６が通電により発生するジュール熱によって複合材７０を加熱できる。例えば、ネオジム磁石は導電性を有するので、磁石１６がネオジム磁石である場合には、図２１に示すように、複合材付磁石８２の磁石１６に電源１００を接続し、磁石１６に通電して発生するジュール熱で複合材７０を加熱できる。電源１００による通電によって磁石１６が発熱して複合材７０を加熱するので、ロータコア１４を介して加熱する場合に比べ、短時間で複合材７０を加熱することが可能である。
【００５８】
複合材７０を直接加熱する手段として、加熱媒体を用いることが出来る。図２２は、図１３に対応する図において、加熱媒体１１０を適当な注入容器１１２に入れて、注入容器１１２を適当に傾ける等の操作によって、磁石挿入穴２２と複合材７０との隙間に加熱媒体１１０を流し込んで複合材７０を直接加熱する例を示す図である。加熱媒体１１０の流し込み方としては、治具８６の上に載せた状態のロータコア１４の上方側における磁石挿入穴２２の開口端から注入し、下方側の開口端から排出する。加熱媒体１１０としては、冷媒６０と同じ媒体で、複合材７０の全体が膨張する温度に加熱したものを用いることが好ましい。そこで、図２２においては、図１と同じ複合材付磁石８０の形状を示す。これは説明のための例示であって、複合材付磁石８２または複合材付磁石８４の形状を用いてもよい。
【００５９】
図２３は、図２２において加熱媒体１１０の直接加熱によって膨張しつつある複合材７２を示す図である。図２２、図２３に示すように、図３のＳ１６における「複合材を直接加熱する加熱手段を配置」とは、治具８６の上に載せた状態のロータコア１４の上方側における磁石挿入穴２２の開口端から加熱媒体１１０を流し込むことに相当する。Ｓ１８における「加熱しながら熱源除去」とは、ロータコア１４の下方側の開口端から加熱媒体１１０を排出することに相当する。
【００６０】
流体媒体である加熱媒体１１０を用いることで、複合材７０が膨張する際に異物等の脱落物があっても、複合材７０が膨張して形成される隙間２８（図２参照）を加熱媒体１１０が流れる際に脱落した物を流し去ることが出来る。すなわち、加熱媒体１１０によって、膨張する複合材７０は洗浄される。加熱媒体１１０と冷媒６０とが異なる流体媒体であると、場合によっては、膨張した複合材７０に含まれる加熱媒体１１０の洗浄を行うことが好ましいが、加熱媒体１１０として冷媒６０と同じ媒体を用いれば、加熱媒体１１０に対する特別な洗浄は不要となる。すなわち、図１で示すように、冷媒６０は、膨張した複合材７２である多孔質モールド材１８を流れるので、複合材７０に残留する冷えた加熱媒体１１０である媒体６０を特別に洗浄する必要がない。車両に搭載される回転電機ロータ１０に用いられる媒体６０としては、オートマチック・トランスミッション・フルード（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｏｎ  Ｆｌｕｉｄ：ＡＴＦ）を用いることができる。この場合、加熱媒体１１０として、加熱したＡＴＦを用いることが好ましい。加熱媒体１１０として、ＡＴＦの加熱温度は、多孔質モールド材１８の素材を構成する結合材６８のガラス転移温度Ｔｇに応じて設定されるが、一例を挙げると、約２００℃である。これは説明のための例示であって、結合材６８の特性等に応じて適宜変更される。
【００６１】
図２４と図２５は、比較例として、磁石挿入穴２２に複合材付磁石８２が配置されたロータコア１４を加熱炉１０２に入れて雰囲気加熱する場合の加熱炉１０２の熱源１０４からの熱の流れを示す図である。
【００６２】
雰囲気加熱の場合は、加熱炉１０２内の空気を介しての加熱になるが、空気の熱伝導率は、０．０２４１｛Ｗ／（ｍ・Ｋ）｝と極めて小さく、熱が空気を伝わるのに時間を要する。また、磁性体薄板２４の積層体であるロータコア１４の熱伝導率は、フィラーや樹脂等を含む複合材７０と磁石１６で構成される複合材付磁石８２の熱伝導率に比べ、かなり大きい。したがって、図２４に示すように、加熱炉１０２の熱源１０４からの熱の流れ１０６は優先的にロータコア１４に向かい、ロータコア１４が優先的に加熱される。その場合、磁性体薄板２４の積層体であるロータコア１４の熱容量はかなり大きいので、ロータコア１４を加熱するには多くの熱エネルギを要する。
【００６３】
ロータコア１４が時間をかけて十分な温度に加熱されると、複合材付磁石８２との温度差が大きくなり、図２５に示すように、ロータコア１４から複合材付磁石８２に向かう熱の流れ１０８が生じる。ロータコア１４から複合材付磁石８２に向かう熱の流れ１０８によって、複合材７０が加熱される。
【００６４】
このように、加熱炉１０２を用いた雰囲気加熱では、複合材７０が加熱されて、所定の多孔質モールド材１８を形成するまでにかなりの時間を要し、生産性が低い。また、複合材７０を所定の温度に加熱するためにロータコア１４を高温で長時間加熱すると、ロータコア１４の磁石挿入穴２２に配置された磁石１６の特性や、ロータコア１４の素材である磁性体の特性に劣化が生じ得る。これに対し、図３で述べた回転電機ロータの製造方法によれば、複合材７０はロータコア１４を経由せずに、適当な加熱手段によって直接加熱される。したがって、ロータコア１４の磁石挿入穴２２に磁石１６と複合材７０とが配置された状態において、ロータコア１４を経由して複合材７０を加熱する場合に比べ、短時間で複合材７０を所定の温度に加熱可能となる。
【符号の説明】
【００６５】
１０  （回転電機）ロータ、１２  ロータシャフト、１４  ロータコア、１６  磁石、１８  多孔質モールド材、２０  鍔部、２２  磁石挿入穴、２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ  磁性体薄板、２６  中心穴、２８  空間、３０  おねじ部、３２，３４  エンドプレート、３６  ワッシャ、３８  ナット、４０  冷媒路、４２  冷媒供給口、４４  シャフト軸方向流路、４６  シャフト径方向流路、４８  コア入口側流路、５０  コア出口側流路、５２  冷媒排出口、５４  多孔質モールド材流路、６０  冷媒、６４  複合材素材、６６  多孔質部材、６８  結合材、７０，７２  複合材、８０，８２，８４  複合材付磁石、８６  治具、９０，９４  ニクロム線ヒータ、９２，９８，１００  電源、９６，９７，１０４  熱源、１０２  加熱炉、１０６，１０８  熱の流れ、１１０  加熱媒体、１１２  注入容器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2020141552.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
2020141552.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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