(57)【要約】【課題】磁石挿入孔に挿入した樹脂付永久磁石体の樹脂に対し、誘電加熱のための交番磁界を可及的に均一に作用させることができる回転電機用ロータの磁石固定方法を提供する。【解決手段】ロータは、鋼板製のロータコア２０と、磁石挿入孔１４に配置される永久磁石４０及び樹脂部４３と、を備える。ロータの磁石固定方法は、樹脂付永久磁石体４２を形成する一体化工程と、樹脂付永久磁石体４２を磁石挿入孔１４に配置する配置工程と、樹脂部４３に交番電界を作用させる誘電加熱工程と、樹脂部４３を加圧して磁石挿入孔１４の内壁面に樹脂部４３を密着させる加圧工程と、を備える。誘電加熱工程では、ロータコア２０の一端側と他端側とに絶縁部を介して一方の極性の電極５１Ａ，５１Ｂを配置するとともに、ロータコア２０を他方の極性の電極とする。一方の極性の電極とロータコア２０とに交番電圧を付与する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層された複数の鋼板によって構成されるとともに、複数の前記鋼板に跨る磁石挿入孔を有するロータコアと、
前記磁石挿入孔に配置される永久磁石と、
前記永久磁石と前記磁石挿入孔の内壁面との間に位置する樹脂部と、を備えた回転電機用ロータの磁石固定方法であって、
前記永久磁石の周囲を前記樹脂部が包むように前記永久磁石と前記樹脂部を一体化して、樹脂付永久磁石体を形成する一体化工程と、
前記樹脂付永久磁石体を前記磁石挿入孔に配置する配置工程と、
前記配置工程の後に前記樹脂付永久磁石体の前記樹脂部に交番電界を作用させて、前記樹脂部を加熱する誘電加熱工程と、
前記誘電加熱工程の後に前記樹脂部を加圧して、前記磁石挿入孔の内壁面に前記樹脂部を密着させる加圧工程と、を備え、
前記誘電加熱工程では、前記ロータコアの前記鋼板の積層方向の一端側と他端側とに絶縁部を介して一方の極性の電極を配置するとともに、前記ロータコアを他方の極性の電極とし、前記一方の極性の電極と前記ロータコアとに交番電圧を付与することを特徴とする回転電機用ロータの磁石固定方法。
【請求項２】
前記絶縁部は、前記磁石挿入孔の開口に対向する領域と、前記ロータコアの前記積層方向の端面の前記磁石挿入孔の周縁部に対向する領域と、に配置されることを特徴とする請求項１に記載の回転電機用ロータの磁石固定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層された鋼板からなるロータコアに永久磁石を固定する回転電機用ロータの磁石固定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車両等に用いられる回転電機では、ケース内部にロータが回転自在に支持されている。ロータのロータコアは、積層された電磁鋼板からなり、ロータコアの円周方向に沿って形成された複数のスロット（磁石挿入孔）に永久磁石が固定されている。
【０００３】
回転電機用ロータの磁石固定方法の一つとして、永久磁石をロータコアのスロットに挿入した後に、スロットに臨んで設けられた樹脂注入孔から溶融した樹脂を注入し、その樹脂を固化させて永久磁石を固定するいわゆる樹脂注入法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、他の回転電機用ロータの磁石固定方法としては、予め永久磁石を樹脂にてコーティングしておき、樹脂コーティングした永久磁石をロータのスロット（磁石挿入孔）に圧入固定するいわゆる圧入法も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
しかし、上記樹脂注入法の場合、ロータコアに樹脂注入孔を形成する必要があるため、ロータの製造後に樹脂注入孔が非磁性部として残る。このため、ロータを回転電機に用いたときに、残存している樹脂注入孔が磁束の流れを阻害することが懸念される。
【０００６】
また、上記圧入法の場合、樹脂コーティングした永久磁石をスロットに圧入する際に樹脂がスロットの縁によって削られ、削られた樹脂が異物となる虞がある。
さらに、上記圧入法では、積層された電磁鋼板の各スロットに樹脂コーティングした永久磁石が圧入されるため、一部の電磁鋼板のスロットの内壁面とコーティング樹脂との間に隙間ができる可能性がある。そして、一部の電磁鋼板のスロットの内壁面とコーティング樹脂との間に隙間ができると、ロータの実使用時における永久磁石の冷却性能が悪化する。一方、他の電磁鋼板のスロットの内壁面には、ロータの回転時に永久磁石の遠心力による応力が集中し易い。このため、応力集中によって一部のスロットの内壁面が削れることが懸念される。
【０００７】
現在、これらに対処し得る回転電機用ロータの磁石固定方法として、永久磁石の周囲に樹脂を一体に付設した樹脂付永久磁石体を予め形成しておき、その樹脂付永久磁石体をロータコアの磁石挿入孔に挿入した後に、樹脂付永久磁石体の樹脂を誘電加熱によって軟化させ、その樹脂を磁石挿入孔の内壁面に密着させることを検討している。この磁石固定方法によれば、樹脂付永久磁石体の外形をロータコア側の磁石挿入孔よりも小さく形成しておくことにより、樹脂付永久磁石体の組付けに伴う異物の発生を無くすことができる。また、樹脂付永久磁石体を磁石挿入孔に挿入した後に樹脂を軟化させることにより、樹脂を各電磁鋼板の磁石挿入孔の内壁面に密着させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２１９９９２号公報
【特許文献２】特開２００５−９４８４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記の磁石固定方法において、磁石挿入孔に挿入した樹脂付永久磁石体の樹脂を誘電加熱によって溶融する際には、交番電界を発生するための一対の電極がロータコアの外側に配置される。しかし、ロータコアは導電性の電磁鋼板によって構成されているため、電極で発生した交番電界の一部はロータコアに逃げ易い。このため、ロータコアの磁石挿入孔に配置された樹脂付永久磁石体の樹脂に対し、交番電界を均一に作用させることは難しい。そして、スロット内の樹脂付永久磁石体の樹脂に作用する交番電界が不均一になると、短時間で樹脂を安定して軟化させることが難しくなり、ロータの製造に長時間を要することになる。
【００１０】
そこで本発明は、磁石挿入孔に挿入した樹脂付永久磁石体の樹脂に対し、誘電加熱のための交番磁界を可及的に均一に作用させることができる回転電機用ロータの磁石固定方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る回転電機用ロータの磁石固定方法は、上記課題を解決するために、以下の構成を採用した。
即ち、本発明に係る回転電機用ロータの磁石固定方法は、積層された複数の鋼板（例えば、実施形態の電磁鋼板１１）によって構成されるとともに、複数の前記鋼板に跨る磁石挿入孔（例えば、実施形態の磁石挿入孔１４）を有するロータコア（例えば、実施形態のロータコア２０）と、前記磁石挿入孔に配置される永久磁石（例えば、実施形態の永久磁石）と、前記永久磁石と前記磁石挿入孔の内壁面との間に位置する樹脂部（例えば、実施形態の樹脂部４３）と、を備えた回転電機用ロータの磁石固定方法であって、前記永久磁石の周囲を前記樹脂部が包むように前記永久磁石と前記樹脂部を一体化して、樹脂付永久磁石体（例えば、実施形態の樹脂付永久磁石体４２）を形成する一体化工程と、前記樹脂付永久磁石体を前記磁石挿入孔に配置する配置工程と、前記配置工程の後に前記樹脂付永久磁石体の前記樹脂部に交番電界を作用させて、前記樹脂部を加熱する誘電加熱工程と、前記誘電加熱工程の後に前記樹脂部を加圧して、前記磁石挿入孔の内壁面に前記樹脂部を密着させる加圧工程と、を備え、前記誘電加熱工程では、前記ロータコアの前記鋼板の積層方向の一端側と他端側とに絶縁部（例えば、実施形態の絶縁部材５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ）を介して一方の極性の電極（例えば、実施形態の５１Ａ，５１Ｂ）を配置するとともに、前記ロータコアを他方の極性の電極とし、前記一方の極性の電極と前記ロータコアとに交番電圧を付与することを特徴とする。
【００１２】
上記の磁石固定方法では、誘電加熱工程において、ロータコアの鋼板の積層方向の一端側と他端側に配置された一方の極性の電極と、ロータコアとに交番電圧を付与すると、交番電界がロータコアの磁石挿入孔の内壁面と、一方の極性の電極との間で作用する。このとき、ロータコアと一方の極性の電極との間には絶縁部が介装されているため、ロータコアの積層方向の端面から一方の極性の電極の方向に交番電界が逃げにくくなる。したがって、この磁石固定方法を採用した場合には、樹脂部の全域を均一に交番電界が通過し易くなり、樹脂部を均一に軟化させることが可能になる。
【００１３】
前記絶縁部は、前記磁石挿入孔の開口に対向する領域と、前記ロータコアの前記積層方向の端面の前記磁石挿入孔の周縁部に対向する領域と、に配置されるようにしても良い。
この場合、ロータコアの積層方向の端面と一方の極性の電極との間で交番電界が逃げるのを効率良く抑制することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、誘電加熱工程において、ロータコアの鋼板の積層方向の一端側と他端側とに絶縁部を介して一方の極性の電極を配置するとともに、ロータコアを他方の極性の電極とし、一方の極性の電極とロータコアとに交番電圧を付与する。このため、誘電加熱のための交番電界の多くが、ロータコアの磁石挿入孔の内周側の樹脂部の全域を通過し易くなる。したがって、本発明によれば、樹脂付永久磁石体の樹脂に対し、誘電加熱のための交番磁界を可及的に均一に作用させ、ロータの製造時間の短縮化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態の回転電機用ロータを示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態の樹脂付永久磁石体を磁石露出部側から見た斜視図（ａ）と、同じ樹脂付永久磁石体を磁石露出部と反対側から見た斜視図（ｂ）を併せて記載した図である。
【図３】本発明の一実施形態の回転電機用ロータの一部の拡大斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態の回転電機用ロータの磁石固定方法を示すフロー図である。
【図５】本発明の一実施形態の回転電機用ロータの磁石固定に用いる誘電加熱装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態の回転電機用ロータ１０（以下、「ロータ１０」と呼ぶ。）を示す斜視図である。
ロータ１０は、ロータコア２０と、複数の永久磁石４０と、永久磁石４０をロータコア２０に固定する樹脂部４３と、を備えている。
【００１７】
ロータコア２０は、略円板状の複数枚の電磁鋼板１１（鋼板）が積層された鋼板積層体１２によって構成されている。電磁鋼板１１は、中央部に軸挿通孔１１ａが形成されるとともに、外周縁部に複数の磁石挿入孔１４が形成されている。磁石挿入孔１４は、３つの磁石挿入孔１４が組となって１つの磁極部４１を構成している。ロータコア２０の各磁石挿入孔１４には、永久磁石４０が樹脂に埋め込まれた樹脂付永久磁石体４２が配設されている。各永久磁石４０は、樹脂付永久磁石体４２の樹脂を介して対応する磁石挿入孔１４に固定されている。
【００１８】
１つの磁極部４１を構成する３つの磁石挿入孔１４は、中央部に位置する磁石挿入孔１４に対し、両側に位置する２つの磁石挿入孔１４がＶ字形状に外径側に開くように配置されている。磁石挿入孔１４は、ロータコア２０の軸方向の外側に開口し、それぞれ独立したものとなっている。
【００１９】
１つの磁極部４１を構成する３つ磁石挿入孔１４には、磁化方向が同じ永久磁石４０が配置されている。周方向で隣り合う磁極部４１には、この永久磁石４０と磁化方向が異なる永久磁石４０が配置されている。これにより、ロータ１０は、周方向で磁極部の磁極が交互に反転している。
【００２０】
図２は、樹脂付永久磁石体４２の斜視図である。図２の（ａ），（ｂ）は、同じ樹脂付永久磁石体４２をそれぞれ異なる方向から見た斜視図である。
樹脂付永久磁石体４２は、ロータコア２０とは別に熱可塑性樹脂によってインサート成形により棒状に形成されている。樹脂付永久磁石体４２は、永久磁石４０の周囲を樹脂部４３が包むように永久磁石４０と樹脂部４３とが一体化されている。
【００２１】
樹脂付永久磁石体４２は、一方向に長い直方体形状の永久磁石４０が樹脂部４３によって覆われ、外形が磁石挿入孔１４と略同形状とされている。より詳しくは、樹脂付永久磁石体４２は磁石挿入孔１４の内壁面の形状よりも一回り小さく成形されている。このため、樹脂付永久磁石体４２は磁石挿入孔１４にスムーズに挿入することができる。
【００２２】
樹脂付永久磁石体４２の長手方向（ロータコア２０の軸方向に沿う方向）の端部には、樹脂部４３によって余肉部４２ａが形成されている。永久磁石４０の長手方向の長さは、ロータコア２０の軸長とほぼ同長さに設定されている。したがって、樹脂付永久磁石体４２の長手方向の長さは、余肉部４２ａの分だけロータコア２０（磁石挿入孔１４）よりも長くなっている。
【００２３】
図３は、製造途中のロータ１０の一部を拡大して示した斜視図である。なお、図３では、磁極部４１の３つの磁石挿入孔１４のうちの中央の磁石挿入孔１４にのみ樹脂付永久磁石体４２が挿入された状態が描かれている。
図３に示すように、磁石挿入孔１４に樹脂付永久磁石体４２を挿入すると、磁石挿入孔１４の上部に余肉部４２ａが突出することになる。余肉部４２ａは樹脂付永久磁石体４２の軸方向一方側の軸方向端面にのみ設けられても良く、軸方向両端面に設けられても良い。
【００２４】
樹脂付永久磁石体４２は、永久磁石４０の周囲を樹脂部４３が包むようにして、永久磁石４０と樹脂部４３とを一体化する一体化工程で形成される。この一体化工程では、図２（ａ）に示すように、永久磁石４０の周囲の一部に、樹脂部４３から永久磁石４０が露出する磁石露出部４０ａが配置されるように、樹脂付永久磁石体４２が形成される。磁石露出部４０ａは、樹脂付永久磁石体４２を磁石挿入孔１４に配置するときに、磁石挿入孔１４の内壁面に当接させることにより、永久磁石４０を磁石挿入孔１４内に位置決めすることができる。
【００２５】
次に、本実施形態のロータ１０における永久磁石４０の固定方法について説明する。図４は、磁石固定のフローの一例を示す図である。
本実施形態では、磁石固定に際して、一体化工程Ｓ１００、配置工程Ｓ１１０、誘電加熱工程Ｓ１２０、加圧工程Ｓ１３０、冷却工程Ｓ１４０が順次実行される。
【００２６】
一体化工程Ｓ１００では、上述のようにインサート成形により永久磁石４０と樹脂部４３とを一体化し、棒状の樹脂付永久磁石体４２を形成する。
【００２７】
配置工程Ｓ１１０では、ロータコア２０の各磁石挿入孔１４に対して、ロータコア２０の軸方向の一端側から樹脂付永久磁石体４２を挿入する。このとき、樹脂付永久磁石体４２は、対応する磁石挿入孔１４の内壁面よりも外径が小さく形成されているため、磁石挿入孔１４に容易に挿入することができる。
【００２８】
誘電加熱工程Ｓ１２０では、図５に示す誘電加熱装置１００により、ロータコア２０の磁石挿入孔１４に配置した各樹脂付永久磁石体４２の樹脂部４３を誘電加熱する。樹脂部４３は、誘電加熱装置１００によって加熱されることによって軟化し、後の加圧工程Ｓ１３０での変形が容易になる。
【００２９】
加圧工程Ｓ１３０では、図示しないプレス装置によって各樹脂付永久磁石体４２の樹脂部４３を加圧する。このとき、樹脂付永久磁石体４２には、軸方向の端部の余肉部４２ａに加圧力が付与される。これにより、前工程で軟化した余肉部４２ａの樹脂が対応する磁石挿入孔１４内に押し込まれ、その結果、磁石挿入孔１４内の樹脂が磁石挿入孔１４の内壁面に密着する。ここで、ロータコア２０は、複数の電磁鋼板１１が積層されて構成されているため、各電磁鋼板１１に形成されている磁石挿入孔１４には微小な位置ずれが存在する。加圧工程Ｓ１３０では、軟化した樹脂部４３の樹脂が磁石挿入孔１４の内壁面に押し付けられるため、電磁鋼板１１の位置ずれに起因する磁石挿入孔１４内の段差が樹脂部４３の樹脂によって埋められる。
【００３０】
冷却工程Ｓ１４０では、ロータコア２０と樹脂付永久磁石体４２を冷却し、樹脂付永久磁石体４２の樹脂を固化させる。この結果、各永久磁石４０がロータコア２０に固定される。なお、冷却工程Ｓ１４０は、自然冷却による冷却であっても良い。
【００３１】
つづいて、図５に基づいて、誘電加熱工程Ｓ１２０で用いる誘電加熱装置１００について説明する。図５は、誘電加熱装置１００の模式的な縦断面を示す図である。
誘電加熱装置１００は、図示しない固定治具にロータコア２０が固定され、ロータコア２０の軸方向（電磁鋼板１１の積層方向）の一端側と他端側に、それぞれ高純度アルミナ等の絶縁部材５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ（絶縁部）を介して電極５１Ａ，５１Ｂが配置されている。本実施形態では、ロータコア２０の磁石挿入孔１４の一端側の開口と他端側の開口に対峙するように、磁石挿入孔１４の内径よりも外径の小さい電極５１Ａ，５１Ｂが配置されている。
なお、ロータコア２０の磁石挿入孔１４には、予め対応する樹脂付永久磁石体４２が挿入されている。
【００３２】
本実施形態の誘電加熱装置１００では、電極５１Ａ，５１Ｂとロータコア２０とが高周波電圧（交番電圧）の発信器５２に接続されている。本実施形態では、図中上下の電極５１Ａ，５１Ｂが一方の極性の電極とされ、ロータコア２０が他方の極性の電極とされている。図中上下の電極５１Ａ，５１Ｂとロータコア２０には、発信器５２から高周波電圧（交番電圧）が印加される。これにより、図５中の矢印で示すように、ロータコア２０の磁石挿入孔１４の内壁面と、図中上下の電極５１Ａ，５１Ｂとの間に、樹脂部４３を通過する交番電界が発生する。この結果、誘電体である樹脂部４３の樹脂が誘電加熱によって加熱されて軟化する。
【００３３】
図中上方側の電極５１Ａは、絶縁部材５０Ａによって下面と側面とを囲繞されている。絶縁部材５０Ａは、ロータコア２０の上方において、磁石挿入孔１４の開口に対向するように配置されている。また、上方側の別の絶縁部材５０Ｂは、絶縁部材５０Ａが上方から挿入される挿入孔５３を有する環状形状に形成されている。絶縁部材５０Ｂは、ロータコア２０の上面の磁石挿入孔１４の外周縁部に対向して配置されている。したがって、中央の絶縁部材５０Ａは、磁石挿入孔１４の開口に対向する領域に配置され、外側の絶縁部材５０Ｂは、ロータコア２０の磁石挿入孔１４の外周縁部に対向する領域に配置されている。
【００３４】
また、図中下方側の電極５１Ｂは、絶縁部材５０Ｃによって上面と側面とを囲繞されている。絶縁部材５０Ｃは、ロータコア２０の下方において、磁石挿入孔１４の開口に対向する領域と、ロータコア２０の磁石挿入孔１４の外周縁部に対向する領域とを覆うように延在している。
【００３５】
実際に、誘電加熱装置１００を用いて磁石挿入孔１４内の樹脂部４３を加熱する場合には、図５に示すように、磁石挿入孔１４に樹脂付永久磁石体４２を配置したロータコア２０を固定治具にセットし、上下の電極５１Ａ，５１Ｂとロータコア２０とに発信器５２から高周波電圧（交番電圧）を付与する。
【００３６】
これにより、ロータコア２０の磁石挿入孔１４の内壁面と、上下の電極５１Ａ，５１Ｂとの間に交番磁界が発生する。このとき、ロータコア２０の軸方向の端面と上下の各電極５１Ａ，５１Ｂとの間には、絶縁部材５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃが介装されているため、ロータコア２０の軸方向の端面（上下の端面）と上下の電極５１Ａ，５１Ｂとの間で交番電界が直接逃げにくい。このため、磁石挿入孔１４の内壁面と上下の電極５１Ａ，５１Ｂの間で発生する交番磁界は、樹脂付永久磁石体４２の樹脂部４３の長手方向の全域を均一に通過し易くなる。したがって、誘電加熱装置１００によって誘導加熱が行われると、樹脂付永久磁石体４２の樹脂部４３が長手方向で均一に軟化される。
【００３７】
以上のように、本実施形態のロータ１０の磁石固定方法では、誘電加熱工程において、ロータコア２０の軸方向の一端側と他端側とに絶縁部材５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃを介して一方の極性の電極５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃを配置し、ロータコア２０を他方の極性の電極とし、一方の極性の電極５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃとロータコア２０とに交番電圧を付与するようにしている。このため、誘電加熱のための交番電界の多くが、磁石挿入孔１４の内周側の樹脂部４３の長手方向の全域を均一に通過し易くなる。
したがって、本実施形態のロータ１０の磁石固定方法を採用した場合には、磁石挿入孔１４内の樹脂部４３に交番磁界を可及的に均一に作用させ、樹脂部４３の全域を早期に均一に軟化させることができる。この結果、ロータ１０の製造時間の短縮化を図ることができる。
【００３８】
さらに、本実施形態のロータ１０の磁石固定方法では、絶縁部材５０Ａ，５０Ｂと絶縁部材５０Ｃが用いられ、これらがロータコア２０の磁石挿入孔１４の開口に対向する領域と、ロータコア２０の軸方向の端面の磁石挿入孔１４の外周縁部に対向する領域を覆うように配置される。このため、ロータコア２０の軸方向の端面と電極５１Ａ，５１Ｂとの間で交番電界が逃げるのを効率良く抑制することができる。
【００３９】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１０…ロータ（回転電機用ロータ）
１１…電磁鋼板（鋼板）
１４…磁石挿入孔
２０…ロータコア
４０…永久磁石
４２…樹脂付永久磁石体
４３…樹脂部
５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ…絶縁部材（絶縁部）
５１Ａ，５１Ｂ…電極
【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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