(57)【要約】  ロータ組立体の製造方法であって、本方法は、磁性粉及びバインダーから成る未硬化状態の磁石を準備する段階と、磁石がその上に固定される軸を準備する段階と、未硬化磁石が軸上に配置されている中間ロータ組立体を組み立てる段階と、を含む。本方法は、次に、ロータ組立体を加熱して、磁石を硬化させると共にバインダーの所定量が磁石から浸出して磁石と軸との間の接着剤結合を形成するのを可能にする段階を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ組立体の製造方法であって、
磁性粉及びバインダーを含む未硬化状態の磁石を準備する段階と、
前記磁石が固定される軸を準備する段階と、
未硬化の前記磁石が前記軸上に配置されている中間ロータ組立体を組み立てる段階と、
前記中間ロータ組立体を加熱して、前記磁石を硬化させると共に前記バインダーの所定量が前記磁石から浸出させて前記磁石と前記軸との間に接着剤結合を形成する加熱段階と、
を含む、ロータ組立体の製造方法。
【請求項２】
前記軸はセラミックである、請求項１に記載のロータ組立体の製造方法。
【請求項３】
前記軸の表面はテクスチャ付きである、請求項１又は２に記載のロータ組立体の製造方法。
【請求項４】
前記軸の表面には１又は２以上の溝が設けられている、請求項１〜３のいずれかに記載のロータ組立体の製造方法。
【請求項５】
未硬化の前記磁石の周りに硬化前に保護部材が配置され、前記加熱段階の間に、前記バインダーの所定量が、前記磁石から浸出して前記磁石と前記保護部材との間の接着剤結合を形成する、請求項１〜４のいずれかに記載のロータ組立体の製造方法。
【請求項６】
前記保護部材は中空保護スリーブである、請求項５に記載のロータ組立体の製造方法。
【請求項７】
前記保護スリーブは、炭素繊維複合材で形成されている、請求項６に記載のロータ組立体の製造方法。
【請求項８】
前記保護部材は、繊維及び結合マトリックスを含むプレ含浸材料で形成されている、請求項５に記載のロータ組立体の製造方法。
【請求項９】
前記プレ含浸材料はプレプレグテープである、請求項８に記載のロータ組立体の製造方法。
【請求項１０】
前記中間ロータ組立体を加熱する加熱段階の間に、前記結合マトリックスの所定量が前記プレ含浸材料から浸出して前記保護部材と前記磁石との間に形成される結合をさらに強化する、請求項８又は９に記載のロータ組立体の製造方法。
【請求項１１】
端部キャップが、前記軸上で前記磁石の両側に設けられる、請求項１〜１０のいずれかに記載のロータ組立体の製造方法。
【請求項１２】
前記中間ロータ組立体を加熱する加熱段階の間に、前記バインダーの所定量が前記磁石から浸出して、前記磁石と前記端部キャップとの間に接着剤結合を形成する、請求項１１に記載のロータ組立体の製造方法。
【請求項１３】
軸と磁石とを備えるロータ組立体であって、
前記磁石は、前記磁石の硬化の間に前記磁石から浸出したバインダーのみによって前記軸に結合されている、ロータ組立体。
【請求項１４】
前記磁石を取り囲む保護部材をさらに備え、この保護スリーブは、前記磁石の硬化の間に前記磁石から浸出した前記バインダーにより前記磁石に結合されている、請求項１３に記載のロータ組立体。
【請求項１５】
前記保護スリーブは、プレ含浸材料で形成されると共に、硬化の間に前記プレ含浸材料から浸出した結合マトリックスによって前記磁石にさらに結合されている、請求項１４に記載のロータ組立体。
【請求項１６】
前記軸はセラミックである、請求項１３〜１５のいずれかに記載のロータ組立体。
【請求項１７】
前記軸の表面はテクスチャ付きである、請求項１３〜１６のいずれかに記載のロータ組立体。
【請求項１８】
前記軸の表面には１又は２以上の溝が設けられている、請求項１３〜１７のいずれかに記載のロータ組立体。
【請求項１９】
端部キャップが、前記軸上で前記磁石の両側に設けられ、前記端部キャップは、前記磁石の硬化の間に前記磁石から浸出したバインダーによって前記磁石に結合されている、請求項１３〜１８のいずれかに記載のロータ組立体。
【請求項２０】
前記端部キャップは、前記ロータ組立体のためのバランシングリングとしても機能する、請求項１９に記載のロータ組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械での使用に適したロータ組立体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電気機械のロータは、軸に固定されたロータコアを備える。ロータコアは、その中を通って軸が収容されるボアを有する磁石を備えることができる。多くの磁石は比較的脆弱であり、過度の引張応力を受けると破壊される可能性がある。そのため、磁石は軸に対して圧入するのではなく、一般的に軸に対して接着される。
【０００３】
磁石は、軸に接着剤の液滴を塗布した後に軸を磁石のボアに挿入することによって、軸に接着される。挿入時、軸は、接着剤の良好な分散配置を実現するために、磁石に対して回転させることができる。それにもかかわらず、磁石の長さが長くなると、ボアの全長に沿って接着剤の連続的な分散配置を実現することが困難になる。これは、結果として、磁石と軸との間の弱い接合につながる。
【０００４】
代替的に、磁石は、軸を磁石のボアに挿入した後に軸と磁石との間の隙間に接着剤を注入することによって、軸に接着することができる。しかしながら、一般に、空気ポケットを閉じ込めることなくボア全長にわたって接着剤を分散配置することは困難である。これは、間隙が比較的に小さい場合に特に当てはまる。最終結果は磁石と軸との間の弱い接合となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、上記の問題を軽減することができる改善された電気モータが必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、ロータ組立体の製造方法を提供し、本方法は、磁性粉及びバインダーから成る未硬化状態の磁石を準備する段階と、磁石がその上に固定される軸を準備する段階と、未硬化磁石が軸上に配置されている中間ロータ組立体を組み立てる段階と、を含む。本方法は、次に、中間ロータ組立体を加熱して、磁石を硬化させると共にバインダーの所定量を磁石から浸出させて磁石と軸との間の接着剤結合を形成する段階を含む。
【０００７】
結果として、ロータ組立体は、磁石を硬化させた後に磁石を軸に固定するために接着剤を施すための別の段階を必要とすることなく製造することができる。これによって、迅速かつより効率的な製造プロセスが可能になる。加えて、硬化の間にバインダーが磁石から均一に浸出するので、磁石の全長を軸に均一に固定するために一様に分散配置されたバインダーが利用される。さらに、別途の接着剤は不要なので、ロータ組立体製品を安価に作ることができる。その後このロータ組立体を使用するあらゆるモータも安価になるであろう。
【０００８】
軸はセラミックとすることができ、軸の表面はテクスチャ付きとすることができる。さらに、軸の表面には１又は２以上の溝を設けることができる。その結果、硬化の間に磁石から浸出するバインダーは、軸との強固な結合を形成することができ、高速回転できる改善されたロータ組立体を得ることができる。
【０００９】
保護部材は、硬化前に未硬化磁石の周りに配置することができる、その後、加熱段階の間に、バインダーの所定量が磁石から浸出して、磁石と保護部材との間の接着剤結合を形成することができる。その結果、磁石が保護されて一層高速で回転することができ、保護部材を磁石に固定するための追加の接着剤は不要であり、迅速かつより効率的な製造プロセス並びに安価なモータ製品が可能になる。
【００１０】
保護部材は中空保護スリーブとすることができ、保護スリーブは炭素繊維複合材から形成することができる。もしくは、保護部材は、繊維及び結合マトリックスから成るプレ含浸材料から形成すること、及びがプレプレグテープとすることができる。
【００１１】
保護部材が繊維及び結合マトリックスから成るプレ含浸材料から形成できる場合、中間ロータ組立体の加熱段階の間に、結合マトリックスの所定量がプレ含浸材料から浸出して、保護部材と磁石との間に形成された結合をさらに強固にすることができる。磁石から浸出するのに必要なバインダーが低減することにもなる。
【００１２】
端部キャップは、磁石の両側で軸上に設けることができ、中間ロータ組立体の加熱段階の間に、バインダーの所定量が磁石から浸出して、磁石と端部キャップとの間の接着剤結合を形成することができる。磁石から浸出するバインダーを利用することで、別途の接着剤は不要であり、ロータ組立体製品を安価に作ることができる。加えて、端部キャップは、磁石が硬化して軸に固定されるのと同じ段階で接着することができるので、製造プロセスがより効率的になる。
【００１３】
本発明は、軸及び磁石を備えるロータ組立体をさらに提供し、磁石は、磁石の硬化の間に磁石から浸出するバインダーのみによって軸に対して接着される。バインダーは、硬化の間に磁石から均一に浸出するので、磁石の全長が均一に分散配置されたバインダーを用いて軸に対して均等に固定されるので、磁石と軸との間の強固な接着がもたらされる。さらに、磁石を軸に固定するために追加の接着剤は不要であり、ロータ組立体を安価に作ることができる。
【００１４】
保護部材は磁石を取り囲むことができ、保護スリーブは、磁石の硬化の間に磁石から浸出したバインダーによって磁石に接着することができる。
【００１５】
保護スリーブは、プレ含浸材料から形成することができ、硬化の間にプレ含浸材料から浸出した結合マトリックスによって磁石にさらに接着することができる。
【００１６】
軸はセラミックとすることができる。加えて、軸の表面はテクスチャ付きとすることができる。その結果、磁石と軸との間の良好な強固な接着を得ることができ、ロータ組立体は、高速で良好に作動することができる。
【００１７】
軸の表面に１又は２以上の溝を設けることができる。同様に、これは磁石と軸との間の接着強度を改善するのを助ける。
【００１８】
磁石の両側で軸上に端部キャップを設けることができ、端部キャップは、磁石の硬化の間に磁石から浸出するバインダーによって磁石に接着することができる。端部キャップは、磁石を強固にするのを助け、さらに硬化プロセスの間に余分なバインダーが磁石から失われるのを阻止するのに有用な障壁をもたらす。
【００１９】
また、端部キャップは、ロータ組立体用のバランシングリング（ｂａｌａｎｃｉｎｇ  ｒｉｎｇ）として機能することができる。組み立てられたロータ組立体をバランス調整するために端部キャップの一部から材料を除去することができる。このように付加的なバランシングリングは不要なのでロータ組立体はさらに安価に作ることができる。
【００２０】
本発明をさらに容易に理解できるように、図面を参照して本発明の実施形態を例示的に以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】ロータ組立体の分解組立図である。
【図２】ロータ組立体の断面図である。
【図３】ロータ組立体の組み立て方法の概要を説明するフローチャートである。
【図４ａ−４ｃ】ロータ組立体の組み立て方法のステップを示す。
【図５ａ−５ｂ】図５ａ，図５ｂは図４ｂ，図４ｃの一部の拡大図である。
【図６ａ−６ｄ】軸との接着接合を改善するための特徴部を有する軸を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１はロータ組立体１を示し、図２はロータ組立体１の概略的な断面図を示す。ロータ組立体は、軸又はシャフト２、及び、磁石３を備える。軸２はセラミックであるが、この軸としては、鋼などの金属といった他の材料を用いることができる。磁石３は永久磁石である。磁石は、磁性粉及びバインダーから形成される。バインダーはエポキシ樹脂である。一般的なこの種の永久磁石は磁性粉及びバインダーを一緒に押し固め、その後この磁石を加熱又は焼成してバインダーを硬化させることによって形成される。
【００２３】
ロータ組立体は、さらに端部キャップ４及び５を備え、これらはロータ組立体の回転軸Ｒに沿って磁石の両側に配置される。また、図１は、保護スリーブ６の形態の保護部材を示す。保護スリーブ６は、炭素繊維複合材で形成された中空円筒体である。代替的な保護部材を使用することができ、例えば、保護部材は、プレプレグテープなどの磁石に巻き付けられたプレ含浸材とすることができる。プレプレグテープは、接着マトリックスが予め含浸された繊維でできている材料である。磁石３自体が構造的に安定している場合、保護部材は不要とすることができる。
【００２４】
磁石が硬化した状態で磁石を軸に固定することが一般的であり、硬化された磁石を軸に接着するために接着剤が使用される。しかしながら、図１及び図２のロータ組立体１は、追加の接着剤を必要としない。代わりに、ロータ組立体１の磁石３は、磁石を結合又は固着するのに用いられるバインダーによって軸２に固定される。磁石の硬化の間に、少量のエポキシ樹脂が自然に磁石本体から浸出する。この少量の浸出バインダーは、磁石本体から流出して軸２と磁石３との間の隙間を満たし、２つの部品の間の接着剤結合を形成する。
【００２５】
図３は、ロータ組立体を組み立てる方法のステップの概要を説明するフローチャートであり、図４ａ、図４ｂ、及び図４ｃは、図３の方法に説明されたステップの異なる段階での各部品を示す。上記の磁石３などの永久磁石は、エポキシ樹脂などのバインダーを用いて磁性粉を結合することによる通常の方法で準備される。磁性粉及びバインダーは、磁石本体の形状を形作るように加圧される。しかしながら、磁性粉及びバインダーはまだ硬化していない。代わりに、磁石は未硬化のままである。このような未硬化磁石は、「グリーン状態（ｇｒｅｅｎ−ｓｔａｔｅ）」と呼ばれる場合もある。未硬化磁石はボアを備える。
【００２６】
中間ロータ組立体は、未硬化磁石３を軸２上の所望の位置に配置することで組み立てられる。これは、軸２を磁石３のボアを通して所望の位置が得られるまで図４の矢印Ａで示されるように摺動させることで行われる。本例では、未硬化磁石は、軸上に配置される前に、磁石の形状を形作るよう事前に加圧されている。しかしながら、代替手段として、未硬化磁石の磁性粉及びバインダーは、所望の位置において軸の周りで加圧することができる。
【００２７】
図４ｂに示すように、磁石３が軸２上で正しい位置になると、中間ロータ組立体は加熱される。熱が磁石３を硬化させ、磁性粉は硬化バインダーの内部に固定される。硬化の間に、一部の自然的なバインダーの浸出が生じる。磁石３の本体から浸出したバインダーは、磁石３と軸２との間の空間を満たしその間の接着剤結合を形成する。従って、磁石３を軸２に固定するのに追加の接着剤を必要としない。図４ｃは、軸２に固定された硬化磁石３を示す。
【００２８】
図４ｂ及び図４ｃの拡大部分Ｃ及びＤを示す図５ａ及び図５ｂには、バインダーの浸出が詳細に示されている。磁石３の硬化前には未硬化磁石３と軸２との間に空間１０が存在し得る。未硬化の磁石３を正しい位置で軸上に配置できるように、磁石３に形成されたボアの直径は、軸２よりも僅かに大きい。磁性粉が軸上に押し固められる代替案では、このような顕著な間隙は存在しないであろう。
【００２９】
上述のように、中間ロータ組立体の加熱時に一部のバインダーが磁石３から浸出する。図５ｃに示すように、浸出したバインダー１２は、磁石３と軸２との間の間隙を満たして２つの間の接着剤結合を形成する。
【００３０】
ロータ組立体上に端部キャップが必要とされる場合、本方法は、単に端部キャップを未硬化磁石３の周りで正しい位置に配置する追加ステップを含む。端部キャップは、軸２と締まりばめを成すことができる。磁石３の硬化の間に、バインダーは、磁石３から浸出して磁石３と端部キャップとの間の間隙を満たし、これらの間の接着剤結合を形成する。各端部キャップと軸２との間の締まりばめを有する代替案は、硬化の間に十分なバインダーが磁石本体から浸出して軸２に沿って流れることができ、各端部キャップと軸２との間の接着剤結合を付与することができることを保証する。しかしながら、一般に少量のバインダーのみが磁石３から浸出するので、未硬化磁石内に追加のバインダー材料を含有する必要があるであろう。
【００３１】
ロータ組立体が保護スリーブなどの保護部材を必要とする場合には同様のプロセスが実行される。磁石３からのバインダーは、磁石３の硬化の間に流出することになり、保護スリーブと磁石３との間の接着剤結合を形成する。保護部材としてプレ含浸材が使用される場合、材料を予め含浸するのに用いられる結合マトリックスも浸出して、磁石と保護部材との間の結合を強化するのを助けることができる。
【００３２】
軸２と磁石３との間に形成される結合は強固であるが、軸に特徴部を設けることで一層強固な結合を得ることができ、この特徴部によって、接着剤は軸表面により良く付着することができる。図６ａ、図６ｂ、図６ｃ、及び図６ｄの全ては、そのような特徴部を有する軸の実施例を示す。図６ａにおいて、軸２０は、磁石が固定されることになる軸外周の一部の周りに形成された複数の環状溝を有する。図６ｂにおいて、軸２２は、磁石が固定されることになる軸２２の長さに沿って直線的に配置された複数の傾斜窪みを有する。図６ｃにおいて、軸２４の表面に図６ｂに示すのと同様の傾斜窪み２５が形成される。しかしながら、直線的に配置される代わりに、これらは磁石が固定されることになる軸２４の長さに沿って、らせんパターンで形成される。
【００３３】
図６ｄの軸２６は、テクスチャ付けされた表面を有する。テクスチャ付き表面は、軸全長に沿って一層強固な結合をもたらすので特に好都合とすることができる。加えて、図６ａ、図６ｂ、及び図６ｃに示すような窪み及び溝は、軸自体の強度への有害な影響をもたらす可能性がある。しかし、軸表面をテクスチャ付きとすることで、軸の構造的完全性が高いレベルで維持されかつ接着剤結合の強度も改善される。
【００３４】
特定の実施形態が上述されているが、特許請求の範囲に定義される本発明の範疇から逸脱することなく種々の変形を行い得ることを理解されたい。
【符号の説明】
【００３５】
１  ロータ組立体
２  軸
３  磁石
４  端部キャップ
５  端部キャップ
６  保護スリーブ
Ｒ  回転軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図６ｄ】
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【国際調査報告】
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2020524475.tif 000016