JP6696564B2 - ロータの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数枚の電磁鋼板を軸方向に積層して構成されたロータコアを備えたロータの製造方法に関する。

このようなロータの製造方法として、例えば、特開２００２−３６９４２４号公報（特許文献１）に記載されたものが知られている。以下、この背景技術の欄の説明では、〔〕内に特許文献１における符号や部材名称を引用して説明する。特許文献１のロータの製造方法では、軸方向における鉄心〔５〕の全域に亘って連続的に、複数枚の電磁鋼板〔６〕を溶接して溶接部〔２３〕を形成して、複数枚の電磁鋼板〔６〕を接合していた。

ところで、電磁鋼板〔６〕に反りが生じている場合があり、反りが生じている電磁鋼板〔６〕を軸方向に積層すると、積層した電磁鋼板〔６〕同士の間に隙間が生じる（鉄の占有率が低下する）。そこで、複数枚の電磁鋼板〔６〕を溶接するときは、鉄心〔５〕を軸方向に加圧した状態で溶接して鉄心〔５〕における鉄の占有率を高めている。

特開２００２−３６９４２４号公報

しかし、上述の如く、複数枚の電磁鋼板を軸方向に加圧した状態で溶接した場合、鉄心〔５〕に対する加圧を解除したときに、鉄心〔５〕に残留する応力により、複数枚の電磁鋼板〔６〕を接合していた溶接部〔２３〕が割れる場合があった。

そこで、複数枚の電磁鋼板を接合する溶接部に割れが生じることを抑制できるロータの製造方法の実現が望まれる。

上記に鑑みた、ロータの製造方法の特徴構成は、複数枚の電磁鋼板を軸方向に積層して構成され、前記軸方向に延びる磁石挿入孔を備えたロータコアを準備するコア準備工程と、前記磁石挿入孔に永久磁石を挿入する磁石挿入工程と、前記磁石挿入工程の後、前記ロータコアを前記軸方向に加圧した状態で、前記磁石挿入孔の内面と前記永久磁石の外面との間に設けられた樹脂を硬化させる樹脂硬化工程と、前記樹脂硬化工程の後、前記軸方向に沿って前記複数枚の電磁鋼板を溶接する溶接工程と、を有する点にある。

これらの特徴構成によれば、樹脂硬化工程を行った後に溶接工程を行う。このように先に行う樹脂硬化工程において、磁石挿入孔の内面と永久磁石の外面との間の樹脂を硬化させることで、複数枚の電磁鋼板を一体化させることができる。
また、このように磁石挿入孔の内面と永久磁石の外面との間の樹脂を硬化させるときに、複数枚の電磁鋼板を軸方向に加圧した状態で行うことで、上述の如く複数枚の電磁鋼板が一体化されたロータコアにおける鉄の占有率を高めロータコアの高密度化を図ることができる。

そして、樹脂硬化工程の後に溶接工程を行うことで、複数枚の電磁鋼板に対する溶接が完了した時点で、複数枚の電磁鋼板は、複数枚の電磁鋼板に対する溶接に加えて、磁石挿入孔の内面と永久磁石の外面とを樹脂により固定していることになる。そのため、複数枚の電磁鋼板が溶接のみで接合している場合に比べて、軸方向の残留応力に対する剛性が高く、複数枚の電磁鋼板を接合する溶融凝固部に割れが生じることを抑制できる。

ロータの軸方向断面図 ロータコアの軸方向断面図 ロータの軸方向視の平面図 固着材充填装置の縦断側面図 固着材充填装置の縦断側面図 ロータの製造工程を示す図 溶接工程の後に樹脂硬化工程を行った場合を示すロータコアの軸方向断面図 溶接工程の前に樹脂硬化工程を行った場合を示すロータコアの軸方向断面図 第二実施形態に係るロータの製造工程を示す図 第二実施形態に係るロータの軸方向視の要部拡大平面図 第二実施形態に係るロータの要部拡大断面図 押圧装置の縦断側面図 エンドプレートを備えたロータを示す軸方向断面図

１．第一の実施形態
以下、第一の実施形態に係るロータの製造方法ついて図面に基づいて説明する。ここでは、ロータ１として、インナーロータ型の回転電機に備えられるロータ１（回転電機用のロータ１）を例として説明する。

以下では、ロータ１、ロータ１を製造するときに使用する固着材充填装置１１、ロータ１の製造方法について順に説明する。以下の説明では、特に断らない限り、「軸方向Ｌ」、「径方向Ｒ」、「周方向Ｃ」は、ロータ１の軸心Ｘを基準とする。また、ロータ１の径方向Ｒの一方側を径第一方向Ｒ１側、径方向Ｒの他方側を径第二方向Ｒ２側とする。図１に示すように、インナーロータ型の回転電機のロータ１を例示する本実施形態では、「径第一方向Ｒ１」は、径方向Ｒの内側（軸心Ｘ側）へ向かう方向を表し、「径第二方向Ｒ２」は、径方向Ｒの外側（不図示のステータ側）へ向かう方向を表す。即ち、「径第一方向Ｒ１側」は「径方向内側」であり、「径第二方向Ｒ２側」は、「径方向外側」である。また、各部材についての寸法、配置方向、配置位置等に関しては、誤差（製造上許容され得る程度の誤差）による差異を有する状態も含む。

１−１．ロータ
図１から図３に示すように、ロータ１は、ロータコア２、永久磁石４、ハブ５（支持部材）を備えている。本実施形態では、軸方向Ｌにおけるロータコア２の両端部に、いわゆるエンドプレートと称されるような固定部材は設けられていない。
ロータコア２は、複数枚の電磁鋼板３を軸方向Ｌに積層して構成されている。複数枚の電磁鋼板３の夫々は、円環板状に形成されている。複数枚の電磁鋼板３の夫々には、周方向Ｃの複数箇所に、軸方向Ｌに貫通する矩形状の挿入孔３ａが形成されている。この挿入孔３ａは、磁石挿入孔７になるものであり、ロータコア２の周方向Ｃに沿って均等間隔で複数（本例では１６個）設けられる。また、複数枚の電磁鋼板３の夫々における、複数の挿入孔３ａより径第一方向Ｒ１側である電磁鋼板３の径方向中心部には、軸方向Ｌに貫通する円形状の中心孔３ｂが形成されている。

複数枚の電磁鋼板３は、複数の挿入孔３ａ及び１つの中心孔３ｂの位置が軸方向Ｌに見て互いに一致するように積層されている。このように複数枚の電磁鋼板３が積層されることで、複数枚の電磁鋼板３の挿入孔３ａは、軸方向Ｌに連続してロータコア２を軸方向Ｌに貫通する磁石挿入孔７を形成している。また、複数枚の電磁鋼板３の中心の中心孔３ｂは、軸方向Ｌに連続してロータコア２を軸方向Ｌに貫通する貫通孔８を形成している。このように、ロータコア２は、ロータコア２の径第二方向Ｒ２側の部分においてロータコア２を軸方向Ｌに貫通する複数の磁石挿入孔７と、ロータコア２の径方向中央部においてロータコア２を軸方向Ｌに貫通する１つの貫通孔８と、を備えている。

磁石挿入孔７に挿入されている永久磁石４の軸方向Ｌの長さは、ロータコア２の磁石挿入孔７の軸方向Ｌの長さと同じ長さ又は短い長さとなっている。ちなみに、磁石挿入孔７に挿入されている永久磁石４の長さは、例えば、磁石挿入孔７に軸方向Ｌに沿って１つの永久磁石４を挿入している場合は、その１つの永久磁石４の軸方向Ｌの長さであり、磁石挿入孔７に軸方向Ｌに沿って複数の永久磁石４を並べて挿入している場合は、その複数の永久磁石４の軸方向Ｌの長さの合計である。本実施形態では、磁石挿入孔７の軸方向Ｌの長さより僅かに短い長さの永久磁石４を１つ磁石挿入孔７に挿入している。

そして、永久磁石４は、ロータコア２の磁石挿入孔７に挿入された状態で、永久磁石４の外面と磁石挿入孔７の内面とが固着材６を用いて固着されている。本実施形態では、磁石挿入孔７の内面と永久磁石４の外面との間に、固着材充填装置１１（図４及び図５参照）を使用して固着材６としての樹脂材９を充填し、この樹脂材９により磁石挿入孔７の内面と永久磁石４の外面とを固着させている。本実施形態では、この樹脂材９が「樹脂」に相当する。尚、樹脂材９としては、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂の双方を用いることができる。そして、熱可塑性樹脂としては、例えば、芳香族ポリエステル等の液晶ポリマーを用いることができる。また、熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂やフェノール樹脂等を用いることができる。本実施形態では、樹脂材９として、液晶ポリマー等の熱可塑性樹脂を用いる。なお、樹脂材９として熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂のいずれを用いた場合であっても、当該樹脂材９が硬化することによって永久磁石４の外面と磁石挿入孔７の内面とが固着される。

１−２．固着材充填装置
次に、固着材充填装置１１について説明する。
図４及び図５に示すように、固着材充填装置１１は、ロータコア２の軸方向Ｌが上下方向に沿う姿勢となるようにロータコア２を支持する下型１２と、この下型１２より上方に設置されている上型１３と、上下方向において下型１２と上型１３との間に設置されているゲートプレート１４と、溶融した樹脂材９を供給する固着材供給部１５と、を備えている。

下型１２は、基部１２ａと環状部１２ｂと棒状部１２ｃとを備えている。基部１２ａは、その上面によりロータコア２を下方から支持する支持面を形成している。環状部１２ｂは、基部１２ａの支持面に支持されたロータコア２の径第二方向Ｒ２に位置している。棒状部１２ｃは、退避高さ（図４に示す高さ）とこの退避高さより高い規制高さ（図５に示す高さ）とに昇降可能に構成されている。退避高さは、棒状部１２ｃの上端が基部１２ａの支持面と同じとなる高さであり、規制高さは、基部１２ａの支持面に支持されたロータコア２の貫通孔８に挿入される高さである。基部１２ａの支持面に支持されたロータコア２は、環状部１２ｂと規制高さの棒状部１２ｃとにより水平方向への移動が規制される。

上型１３は、図外の駆動部により、第１案内体１６に沿って上下方向に移動することで、基準高さ（図４に示す高さ）と、この基準高さより低い高さ（図５に示す高さ）と、に移動自在に構成されている。ゲートプレート１４は、第２案内体１７を介して上型１３に支持されており、第２案内体１７に沿って上下方向に移動することで上型１３に対して相対的に上下方向に移動自在に構成されている。固着材供給部１５は、上型１３と一体的に上下方向に移動するように上型１３に支持されている。

上型１３には、溶融された樹脂材９が通流する第１流路１３ａが備えられている。この第１流路１３ａは、固着材供給部１５の吐出部１５ａに接続されている。また、ゲートプレート１４には、溶融された樹脂材９が通流する第２流路１４ａが備えられている。この第２流路１４ａは、上型１３の下面がゲートプレート１４の上面に接触している状態において、第１流路１３ａに接続される。

固着材充填装置１１は、上型１３が基準高さにある基準状態（図４に示す状態）から上型１３を下降させることで、まず、ゲートプレート１４の下面が、下型１２に支持されているロータコア２の上面に接触する状態となる。固着材充填装置１１がこの状態に変化するのに伴って、第２流路１４ａと磁石挿入孔７とが接続される。
そして、更に、上型１３を下降させることで、ロータコア２に接触するゲートプレート１４の高さは維持されたままで上型１３が下降して、固着材充填装置１１は、上型１３の下面がゲートプレート１４の上面に接触する接触状態（図５に示す状態）となる。

固着材充填装置１１は、上述の接触状態において、上型１３を更に下降させるように駆動部を駆動して、ロータコア２に対して軸方向Ｌに加える圧力を高める。そして、固着材充填装置１１は、ロータコア２に対して軸方向Ｌに加える圧力が第１圧力になった際に、駆動部を停止させて、ロータコア２に対して軸方向Ｌに第１圧力を加えた状態を維持する。本実施形態では、ロータコア２を構成する複数枚の電磁鋼板３の隙間がなくなり、それ以上加圧してもロータコア２の軸方向Ｌの長さが短くならない限界の圧力付近に、第１圧力を設定している。

固着材供給部１５は、上述の如くロータコア２に対して軸方向Ｌに第１圧力で加圧している状態で、加熱部１５ｂの加熱により溶融した樹脂材９を吐出部１５ａから吐出する。
吐出された樹脂材９は、第１流路１３ａと第２流路１４ａとを流動して、ロータコア２の磁石挿入孔７に充填される。これにより、磁石挿入孔７の内面と永久磁石４の外面との間に樹脂材９が充填される。そして、ロータコア２の磁石挿入孔７に供給した樹脂材９が硬化するまで、ロータコア２に対して軸方向Ｌに第１圧力を加えた状態を維持し、磁石挿入孔７の樹脂材９が硬化した後、上型１３を基準高さまで上昇させる。

１−３．ロータの製造方法
次に、ロータ１の製造方法について説明する。
図６に示すように、ロータ１の製造方法は、コア準備工程Ｓ１と、磁石挿入工程Ｓ２と、樹脂硬化工程Ｓ３と、溶接工程Ｓ４と、支持部材固定工程Ｓ５と、を有する。本実施形態では、これらの各工程は、記載の順に行われる。すなわち、磁石挿入工程Ｓ２は、コア準備工程Ｓ１の後に行われる。樹脂硬化工程Ｓ３は、磁石挿入工程Ｓ２より後に行われる。溶接工程Ｓ４は、樹脂硬化工程Ｓ３より後に行われる。支持部材固定工程Ｓ５は、溶接工程Ｓ４より後に行われる。

〔コア準備工程〕
コア準備工程Ｓ１は、複数枚の電磁鋼板３を軸方向Ｌに積層して構成され、軸方向Ｌに延びる磁石挿入孔７を備えたロータコア２を準備する工程である。このコア準備工程Ｓ１で準備されるロータコア２は、複数枚の電磁鋼板３を軸方向Ｌに積層して、軸方向Ｌに延びる磁石挿入孔７を備えたロータコア２であり、複数枚の電磁鋼板３を積層した状態であるが、複数枚の電磁鋼板３は互いに接合されておらず、また、磁石挿入孔７に永久磁石４は挿入されていない。なお、このコア準備工程Ｓ１の前に、コア製造工程が実施されてもよい。コア製造工程では、所定の厚さのコア板（鋼板）を打ち抜いて、円環板状であって予め定められた位置に複数の挿入孔３ａ及び１つの中心孔３ｂを有する形状の電磁鋼板３を複数枚の製造し、当該複数枚の電磁鋼板３を軸方向Ｌに積層してロータコア２を製造する。

〔磁石挿入工程〕
磁石挿入工程Ｓ２は、コア準備工程Ｓ１より後に行われる工程であり、磁石挿入孔７に永久磁石４を挿入する工程である。この磁石挿入工程Ｓ２では、ロータコア２における複数の磁石挿入孔７の夫々に永久磁石４が挿入される。

〔樹脂硬化工程〕
樹脂硬化工程Ｓ３は、磁石挿入工程Ｓ２の後、ロータコア２を軸方向Ｌに加圧した状態で、磁石挿入孔７の内面と永久磁石４の外面との間に設けられた樹脂材９を硬化させる工程である。本実施形態では、この樹脂硬化工程Ｓ３により、磁石挿入孔７の内面と永久磁石４の外面とを樹脂材９で固着させる。すなわち、樹脂硬化工程Ｓ３は、ロータコア２を軸方向Ｌに加圧した状態で、磁石挿入孔７の内面と永久磁石４の外面とを固着させる磁石固着工程と言い換えることもできる。本実施形態では、固着材充填装置１１を使用して、磁石挿入孔７の内面と永久磁石４の外面との間に樹脂材９を充填し、この樹脂材９により磁石挿入孔７の内面と永久磁石４の外面とを固着させる。

具体的には、図４及び図５に示すように、固着材充填装置１１を用い、ロータコア２を軸方向Ｌに第１圧力で加圧する。このようにロータコア２を軸方向Ｌに加圧するのは、ロータコア２を軸方向Ｌに圧縮することによって複数枚の電磁鋼板３に隙間がない状態又は非常に少ない状態とし、最終的なロータ１として完成した状態でのロータコア２における鉄の占有率を高めてロータコア２の高密度化を図るためである。そして、このように、ロータコア２を軸方向Ｌに加圧した状態で、溶融した樹脂材９をロータコア２の磁石挿入孔７に充填し、充填された樹脂材９を固化（硬化）させることにより磁石挿入孔７の内面と永久磁石４の外面とを樹脂材９により固着させる。樹脂材９による磁石挿入孔７の内面と永久磁石４の外面との固着が完了するまで、ロータコア２を軸方向Ｌに第１圧力で加圧した状態を維持する。樹脂材９による固着が完了した後は、軸方向Ｌの加圧力を減少させ、或いは無くしてもよい。上記のとおり、本実施形態では、樹脂材９として液晶ポリマー等の熱可塑性樹脂を用いて、磁石挿入孔７の内面と永久磁石４の外面とを固着させる。この場合、充填された樹脂材９は冷却されることにより固化（硬化）する。なお、樹脂材９としてフェノール樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いてもよい。この場合、充填された樹脂材９は加熱されることにより固化（硬化）する。つまり、樹脂硬化工程Ｓ３を行うにあたり、熱可塑性樹脂を使用する固着材充填装置１１に代えて、熱硬化性樹脂を使用する充填装置を用いてもよい。

〔溶接工程〕
溶接工程Ｓ４は、樹脂硬化工程Ｓ３の後、軸方向Ｌに沿って複数枚の電磁鋼板３を溶接する工程である。本実施形態では、溶接工程Ｓ４は、樹脂硬化工程Ｓ３より後に行われる工程であり、軸方向Ｌにおけるロータコア２の全域にわたって連続的に、複数枚の電磁鋼板３を溶接する工程である。但し、複数枚の電磁鋼板３の溶接は、必ずしも、軸方向Ｌにおけるロータコア２の全域にわたって連続的に行われる必要はない。溶接工程Ｓ４では、軸方向Ｌにおけるロータコア２の一部の領域にわたって複数枚の電磁鋼板３を溶接してもよい。また、例えば、パルス溶接等により、軸方向Ｌに沿って断続的に溶接してもよい。
図２及び図３に示すように、ロータコア２の内周面に、複数枚の電磁鋼板３を互いに溶接するための溶接対象箇所としての溶接部１０が形成されている。溶接工程Ｓ４では、例えば、ロータコア２に対して軸方向Ｌに第２圧力で加圧した状態で、溶接部１０に電子ビームやレーザービーム等のエネルギービームＢを照射して電磁鋼板３を溶融させ、その後凝固させることで、軸方向Ｌにおいて、隣接する複数枚の電磁鋼板３同士を溶接する。本例では、溶接工程Ｓ４は、レーザービームを用いたレーザ溶接により行う。これにより、溶接対象箇所を局所的に加熱することが可能となる。溶接工程Ｓ４では、貫通孔８の内周面に対して溶接を行う。第１溶融凝固部Ｗ１は、軸方向Ｌに沿って照射されるエネルギービームＢによって、複数枚の電磁鋼板３が溶接し凝固した部分を示している。尚、溶接部１０の溶接は、エネルギービームＢによる溶接以外でもよく、例えば、ＴＩＧ溶接やアーク溶接等による溶接でもよい。

溶接工程Ｓ４においてロータコア２に対して軸方向Ｌに加圧する圧力である第２圧力は、樹脂硬化工程Ｓ３においてロータコア２に対して軸方向Ｌに加える圧力である第１圧力より小さな圧力である。このように第２圧力を第１圧力より小さくできるのは、磁石挿入孔７の内面と永久磁石４の外面とが樹脂材９により固着されているためである。すなわち、樹脂硬化工程Ｓ３において軸方向Ｌに第１圧力で圧縮されて複数枚の電磁鋼板３の隙間がなくなったロータコア２は、当該第１圧力がなくなった後、残留応力により軸方向Ｌに伸びようとする。しかし、磁石挿入孔７の内面と永久磁石４の外面とが樹脂材９により固着されているため、このような軸方向Ｌに伸びようとする残留応力を永久磁石４及び樹脂材９により支持することができ、複数枚の電磁鋼板３を隙間がない状態又は非常に少ない状態に維持できる。従って、溶接工程Ｓ４においては、複数枚の電磁鋼板３の隙間をなくすためにロータコア２を軸方向Ｌに圧縮する必要がない。そのため、ロータコア２に対して軸方向Ｌに加圧する圧力を、樹脂硬化工程Ｓ３においてロータコア２に対して軸方向Ｌに加える第１圧力より小さくできる。すなわち、溶接工程Ｓ４においては、ロータコア２に対して軸方向Ｌに加圧しない（第２圧力を０にする）、又は、溶接による熱で電磁鋼板３が変形して他の電磁鋼板３から浮き上がることを防止できる程度の圧力、例えば、第１圧力の１／１０程度の圧力とすることができる。

〔支持部材固定工程〕
支持部材固定工程Ｓ５は、溶接工程Ｓ４より後に行われる工程であり、貫通孔８にハブ５を挿入し、当該ハブ５とロータコア２の軸方向Ｌの両端部との接合部１８のみを溶接する工程である。図１及び図３に示すように、軸方向Ｌの両端部において、ハブ５とロータコア２とが当接する円周状の接合部１８にエネルギービームＢを照射して、ハブ５とロータコア２とが溶接される。ハブ５とロータコア２とが当接する接合部１８には、第２溶融凝固部Ｗ２が形成される。

１−４．比較例
比較例として、溶接工程Ｓ４の前に樹脂硬化工程Ｓ３を行わない場合について検討する。この場合でも、ロータコア２の高密度化を図るため、ロータコア２を軸方向Ｌに加圧することは行われ、そのような加圧は、ロータコア２の軸方向Ｌの長さが決定される溶接工程において行われることになる。すなわち、ロータコア２を軸方向Ｌに第１圧力で加圧した状態で、溶接工程Ｓ４が行われる。しかし、溶接工程Ｓ４が完了した時点では、磁石挿入孔７の内面とその磁石挿入孔７に挿入された永久磁石４の外面とは固着されていない。
そのため、複数枚の電磁鋼板３は、第１溶融凝固部Ｗ１で互いに固着されているだけであり、溶接工程Ｓ４の終了後、ロータコア２に対する軸方向Ｌの加圧を解除すると、図７に模式的に示すように、ロータコア２の残留応力により複数枚の電磁鋼板３は軸方向Ｌに互いに離れようとする。このようなロータコア２の残留応力により、第１溶融凝固部Ｗ１に引っ張り荷重や曲げ荷重が作用し、第１溶融凝固部Ｗ１に割れが生じ易い。

これに対して、溶接工程Ｓ４の前に、ロータコア２を軸方向Ｌに加圧した状態で磁石挿入孔７の内面と永久磁石４の外面とを固着させる樹脂硬化工程Ｓ３を行った場合、溶接工程Ｓ４が完了した時点では、磁石挿入孔７の内面と永久磁石４の外面とが固着されているとともに、複数枚の電磁鋼板３は、第１溶融凝固部Ｗ１で互いに固着されている。そのため、溶接工程Ｓ４においてロータコア２に対する加圧を解除しても、ロータコア２の残留応力を、磁石挿入孔７の内面と永久磁石４の外面の固着部と、第１溶融凝固部Ｗ１との双方で支えることができる。従って、図８に模式的に示すように、複数枚の電磁鋼板３が軸方向Ｌに互いに離れようとすることを規制でき、第１溶融凝固部Ｗ１に割れが生じる可能性を低減できる。

２．第二の実施形態
次に、第二の実施形態に係るロータの製造方法について説明する。第二の実施形態では、樹脂材９（樹脂）は、加熱により膨張して硬化するように構成されている。そして、図９に示すように、樹脂硬化工程Ｓ３に加熱工程を含む点が、第一の実施形態と異なる。樹脂硬化工程Ｓ３において、樹脂材９を膨張及び硬化させるための加熱工程を行い、この加熱工程によって生じた余熱が残留している期間内に、溶接工程Ｓ４を行う。なお、以下において特に説明しない点については、第一の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

本実施形態では、樹脂材９が加熱により膨張して硬化するように、樹脂材９として、膨張材を含んだ熱硬化性樹脂を用いる。ここでは、一例として、膨張材に発泡材を用いる。また、基材としての熱硬化性樹脂にエポキシ系樹脂を用いる。このような樹脂材９として、例えば、エポキシ系樹脂を含む基材の中に加熱膨張するカプセルが配合されたものを使用すると好適である。このようなカプセルとして、例えば、加熱によって気化する液体等が封入された熱可塑性樹脂のカプセルを用いることができる。以下では、このような樹脂を、発泡樹脂２５として説明する。この発泡樹脂２５は、加熱されることにより発泡して膨張し、その後硬化する。

図１０に示すように、発泡樹脂２５は、磁石挿入孔７の内面と永久磁石４の外面との間に設けられている。発泡樹脂２５は、加熱されることにより膨張及び硬化して、磁石挿入孔７の内面と永久磁石４の外面とを固着させる。ここで、発泡樹脂２５は、永久磁石４におけるステータ（不図示）に対向する面とは反対側の面と、磁石挿入孔７の内面と、の間に設けられていると好適である。これにより、発泡樹脂２５の膨張に伴い永久磁石４を磁石挿入孔７内におけるステータ側（ここではロータコア２の外周面側）に押し付けることができる。その結果、ステータに作用する永久磁石４の磁界を強めることができる。また、発泡樹脂２５は、加熱が行われていない永久磁石４の挿入段階においては厚みが小さいため、永久磁石４の外面と磁石挿入孔７の内面との間に、ある程度の隙間を持たせることができる。これにより、磁石挿入孔７への永久磁石４の挿入中に、永久磁石４に塗布された樹脂材９（発泡樹脂２５）が磁石挿入孔７の内面に接触して剥がれることなどを抑制できる。なお、図１０には、発泡樹脂２５の膨張前における永久磁石４の位置が二点鎖線により示され、発泡樹脂２５の膨張後における永久磁石４の位置が実線により示されている。

第二実施形態では、インナーロータ型の回転電機に備えられるロータ１を例示しているため、発泡樹脂２５は、永久磁石４における径第一方向Ｒ１（径方向内側）の面と、磁石挿入孔７の内周面における径第一方向Ｒ１（径方向内側）の面と、の間に設けられている（図１０参照）。

また、第二実施形態では、発泡樹脂２５は、永久磁石４（磁石挿入孔７）における軸方向Ｌの全域にわたって設けられている（図１１参照）。これにより、発泡樹脂２５の膨張による径第二方向Ｒ２に向けた永久磁石４の押圧を、軸方向Ｌの全域にわたって均一に行うことができる。

第二実施形態では、磁石挿入工程Ｓ２は、永久磁石４に発泡樹脂２５が塗布された状態で行う。つまり、磁石挿入工程Ｓ２の前に、永久磁石４に発泡樹脂２５を塗布する。発泡樹脂２５の塗布は、永久磁石４の面に沿って発泡樹脂２５の厚みが均一になるように行われると好適である。発泡樹脂２５が塗布された後は、発泡樹脂２５が発泡しない程度の温度である非発泡温度で加熱することにより、当該発泡樹脂２５を乾燥させる（一次硬化）。そして、発泡樹脂２５の一次硬化が完了した後は、永久磁石４に発泡樹脂２５が塗布された状態で、磁石挿入工程Ｓ２を行う。なお、永久磁石４に塗布された発泡樹脂２５の厚みを均一化させる工程は、発泡樹脂２５の一次硬化の前に行ってもよいし、後に行ってもよい。

磁石挿入工程Ｓ２の後は、樹脂硬化工程Ｓ３を行う。樹脂硬化工程Ｓ３では、まず、発泡樹脂２５の発泡材が発泡する発泡温度で加熱することにより発泡樹脂２５（樹脂材９）を膨張させる。その後、発泡樹脂２５（樹脂材９）を更に硬化温度で加熱することにより硬化させる（本硬化）。これにより、発泡樹脂２５は、膨張及び硬化して、永久磁石４をステータ側に押圧すると共に、磁石挿入孔７の内面と永久磁石４の外面とを固着させる。

発泡樹脂２５の加熱は、磁石挿入孔７に永久磁石４（及び発泡樹脂２５）が挿入された状態のロータコア２の全体を加熱することにより行われる。本実施形態では、炉にてロータコア２の全体を加熱することにより、発泡樹脂２５の加熱を行う。このように、第二実施形態では、樹脂硬化工程Ｓ３がロータコア２の加熱工程を含む。

そして、樹脂硬化工程Ｓ３の後に、溶接工程Ｓ４を行う。一般的に、溶接対象箇所（ここでは第１溶融凝固部Ｗ１）における溶接前の温度と溶接中の温度（融点）との差が大きくなるに従って、溶接後の熱収縮量が大きくなり、溶接対象箇所の割れが生じやすくなる傾向がある。ここで、溶接部分の溶接中の温度は、材料（ここでは電磁鋼板３）の融点により定まるため、溶接前の材料の温度が低くなるに従って溶接対象箇所の割れ（溶接割れ）が生じやすくなる。特に、レーザ溶接等により溶接対象箇所を局所的に加熱する際には、溶接対象箇所とその周辺部分との温度勾配も大きくなるため、このような溶接割れの問題も顕著となる。

そこで、第二実施形態では、溶接工程Ｓ４は、樹脂硬化工程Ｓ３での加熱によってロータコア２の温度が雰囲気温度よりも高くなっている状態で行う。言い換えると、溶接工程Ｓ４は、樹脂硬化工程Ｓ３での加熱（加熱工程）の余熱が残留している状態で行う。これにより、ロータコア２の全体の温度が高い状態で溶接対象箇所を溶接することができる。従って、ロータコア２を加熱せずに溶接工程Ｓ４を行う場合に比べて、溶接前後での溶接対象箇所の温度差を小さくすることができるため、溶接対象箇所（溶融凝固部Ｗ１）の割れが生じる可能性を低くすることができる。

３．その他の実施形態
次に、その他の実施形態について説明する。

（１）上記の実施形態では、磁石挿入孔７に永久磁石４を挿入した後に磁石挿入孔７に固着材６としての樹脂材９を充填する例を説明した。しかし、樹脂材９を充填することに代えて、固着材６として接着剤２３を用いてもよい。この場合、例えば、磁石挿入孔７に挿入される前の永久磁石４の表面に接着剤２３を塗布した後、永久磁石４を磁石挿入孔７に挿入する。なお、永久磁石４が挿入される前の磁石挿入孔７の内面に接着剤２３を塗布した後、永久磁石４を磁石挿入孔７に挿入してもよい。

より具体的には、磁石挿入工程Ｓ２において、磁石挿入孔７に永久磁石４を挿入する前に、永久磁石４又は磁石挿入孔７に接着剤２３を塗布する。そして、図１２に示すように、樹脂硬化工程Ｓ３において、押圧装置１９の上板２０と下板２１とでロータコア２を軸方向Ｌに加圧し、この上板２０と下板２１とでロータコア２を軸方向Ｌに加圧した状態を接着剤２３が凝固するまで維持して、磁石挿入孔７の内面と永久磁石４の外面とを固着させる。押圧装置１９の上板２０及び下板２１には、上板２０と下板２１とでロータコア２を軸方向Ｌに加圧したときに磁石挿入孔７から溢れた接着剤２３を逃がす溝２２が形成されている。なお、接着剤２３としては、例えば、エポキシ樹脂系接着剤を用いることができる。或いは、接着剤２３として、エポキシ樹脂系接着剤に膨張カプセルを配合した発泡接着剤を用いることもできる。

（２）上記の実施形態では、軸方向Ｌにおけるロータコア２の両端部に固定部材を設けない例を説明した。しかし、図１３に示すように、軸方向Ｌにおけるロータコア２の両端部に固定部材としてのエンドプレート２４を設けてもよい。このように、ロータコア２の両端部にエンドプレート２４を設けた場合は、複数枚の電磁鋼板３と２枚のエンドプレート２４とにハブ５を挿入し、ハブ５とエンドプレート２４とが当接する円周状の部分にエネルギービームＢを照射して、ハブ５とエンドプレート２４とを溶接する。ハブ５とエンドプレート２４とが当接する部分には、第３溶融凝固部Ｗ３が形成される。

（３）上記の実施形態では、第２圧力が、第１圧力より小さい圧力である場合の例について説明した。しかし、第２圧力を、第１圧力と同じ、又は、第１圧力より大きい圧力とすることも除外されない。また、第２圧力をゼロとすることも妨げない。

（４）上記形態では、溶接工程Ｓ４において、ロータコア２の内周面に対する溶接を行う例を示したが、溶接工程Ｓ４において、ロータコア２の外周面に対する溶接を行ってもよい。

（５）上記形態では、ロータコア２とハブ５とを溶接により固定する例を説明したが、ロータコア２とハブ５との接合はこれに限定されない。すなわち、ロータコア２の内周面とハブ５の外周面とを、溶接に代えて、或いは溶接に加えて、焼嵌めやキー溝などの他の方法によって固定されていてもよい。

（６）なお、上述した各実施形態で開示された構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示された構成と組み合わせて適用することも可能である。その他の構成に関しても、本明細書において開示された実施形態は全ての点で単なる例示に過ぎない。従って、本開示の趣旨を逸脱しない範囲内で、適宜、種々の改変を行うことが可能である。

４．上記実施形態の概要
以下、上記において説明したロータ（１）の製造方法の概要について説明する。
上述したロータ（１）の製造方法は、複数枚の電磁鋼板（３）を軸方向（Ｌ）に積層して構成され、前記軸方向（Ｌ）に延びる磁石挿入孔（７）を備えたロータコア（２）を準備するコア準備工程（Ｓ１）と、前記磁石挿入孔（７）に永久磁石（４）を挿入する磁石挿入工程（Ｓ２）と、前記磁石挿入工程（Ｓ２）の後、前記ロータコア（２）を前記軸方向（Ｌ）に加圧した状態で、前記磁石挿入孔（７）の内面と前記永久磁石（４）の外面との間に設けられた樹脂（９）を硬化させる樹脂硬化工程（Ｓ３）と、前記樹脂硬化工程（Ｓ３）の後、前記軸方向（Ｌ）に沿って前記複数枚の電磁鋼板（３）を溶接する溶接工程（Ｓ４）と、を有する。

この方法によれば、樹脂硬化工程（Ｓ３）を行った後に溶接工程（Ｓ４）を行う。このように先に行う樹脂硬化工程（Ｓ３）において、磁石挿入孔（７）の内面と永久磁石（４）の外面との間の樹脂（９）を硬化させることで、複数枚の電磁鋼板（３）を一体化させることができる。
また、このように磁石挿入孔（７）の内面と永久磁石（４）の外面との間の樹脂（９）を硬化させるときに、複数枚の電磁鋼板（２）を軸方向（Ｌ）に加圧した状態で行うことで、上述の如く複数枚の電磁鋼板（３）が一体化されたロータコア（２）における鉄の占有率を高めロータコア（２）の高密度化を図ることができる。
そして、樹脂硬化工程（Ｓ３）の後に溶接工程（Ｓ４）を行うことで、複数枚の電磁鋼板（３）に対する溶接が完了した時点で、複数枚の電磁鋼板（３）は、複数枚の電磁鋼板（３）に対する溶接に加えて、磁石挿入孔（７）の内面と永久磁石（４）の外面とを、樹脂（９）により固定していることになる。そのため、複数枚の電磁鋼板（３）が溶接のみで接合している場合に比べて、軸方向（Ｌ）の残留応力に対する剛性が高く、複数枚の電磁鋼板（３）を接合する溶融凝固部（Ｗ１）に割れが生じることを抑制できる。

ここで、前記樹脂硬化工程（Ｓ３）において前記ロータコア（２）に対して前記軸方向（Ｌ）に加える圧力を第１圧力として、前記溶接工程（Ｓ４）は、前記ロータコア（２）を、前記第１圧力より小さい第２圧力で前記軸方向（Ｌ）に加圧した状態で行うと好適である。

上記の方法によれば、樹脂硬化工程（Ｓ３）において、ロータコア（２）を第１圧力で加圧した状態で磁石挿入孔（７）の内面と永久磁石（４）の外面との間の樹脂（９）を硬化させることで、ロータコア（２）の鉄の占有率を高めた状態で複数枚の電磁鋼板（３）を一体化させることができる。そして、ロータコア（２）に作用する軸方向（Ｌ）に伸びようとする残留応力を、硬化した樹脂（９）により支持することができる。従って、樹脂硬化工程（Ｓ３）が完了した後に軸方向（Ｌ）の加圧力を低下させたとしても、複数枚の電磁鋼板３が軸方向Ｌに互いに離れようとすることを制限できる。よって、溶接工程（Ｓ４）を行う場合の第２圧力は、例えば、溶接中に複数枚の電磁鋼板（３）が部分的に軸方向Ｌに浮き上がることを規制する程度の圧力等、第１圧力より小さい圧力で十分である。そして、溶接工程（Ｓ４）における軸方向（Ｌ）の加圧力を小さくできることにより、溶接工程（Ｓ４）をより簡易に行うことができる。

ここで、前記ロータコア（２）は、当該ロータコア（２）の径方向（Ｒ）中央部を前記軸方向（Ｌ）に貫通する貫通孔（８）を更に備え、前記溶接工程（Ｓ４）では、前記貫通孔（８）の内周面に対する溶接を行うと好適である。

この方法によれば、ロータ（１）がインナーロータの場合、溶接による溶融凝固部（Ｗ１）がステータ側とは反対側に設けられることになるため、溶融凝固部（Ｗ１）の影響によるロータの磁気特性の低下を抑制できる。一方、貫通孔（８）の内周面に対する溶接を行い、ロータコア（２）の外周面に溶接を行わない構成において、上述した比較例のように溶接工程（Ｓ４）の前に樹脂硬化工程（Ｓ３）を行わない場合には、ロータコア（２）の外周面側において複数枚の電磁鋼板３が軸方向Ｌに互いに離れようとすることにより、径方向内側の溶接部に作用する応力が大きくなり、溶融凝固部（Ｗ１）の割れが生じ易い。しかし、上記実施形態の構成によれば、このような応力を磁石挿入孔（７）の内面と永久磁石（４）の外面との間に設けられた樹脂（９）により支持できるため、溶融凝固部（Ｗ１）に割れが生じる可能性を低減できる。

ここで、前記ロータコア（２）は、当該ロータコア（２）の径方向（Ｒ）中央部を軸方向（Ｌ）に貫通する貫通孔（８）を更に備え、前記溶接工程（Ｓ４）の後、前記貫通孔（８）に支持部材（５）を挿入し、当該支持部材（５）と前記ロータコア（２）の前記軸方向（Ｌ）の両端部との接合部のみを溶接する支持部材固定工程（Ｓ５）を更に有すると好適である。

この方法によれば、支持部材（５）とロータコア（２）の軸方向（Ｌ）の両端部との接合部を溶接することで、支持部材（５）とロータコア（２）とを接合できる。そして、樹脂硬化工程（Ｓ３）が完了した時点で、鉄の占有率を高めた状態で複数枚の電磁鋼板（３）が一体化されているため、支持部材固定工程（Ｓ５）において、ロータコア（２）を軸方向（Ｌ）に加圧しながら溶接する必要がない。従って、そのような加圧しながらの溶接が必要な場合に比べて支持部材固定工程（Ｓ５）を簡略化することができる。

ここで、前記樹脂硬化工程（Ｓ３）が前記樹脂（９）の硬化のための前記ロータコア（２）の加熱工程を含み、前記溶接工程（Ｓ４）は、前記樹脂硬化工程（Ｓ３）での加熱によって前記ロータコア（２）の温度が雰囲気温度よりも高くなっている状態で行うと好適である。

この方法によれば、溶接工程（Ｓ４）の開始時のロータコア（２）の温度を雰囲気温度よりも高くしておくことができる。その結果、従って、溶接前後での溶接対象箇所の温度差を小さくすることができるため、溶接対象箇所の割れが生じる可能性を低くすることができる。

ここで、前記樹脂硬化工程により、前記磁石挿入孔（７）の内面と前記永久磁石（４）の外面とを前記樹脂（９）で固着させると好適である。

この方法によれば、複数枚の電磁鋼板（３）を、より確実に一体化させることができる。これにより、複数枚の電磁鋼板（３）について、軸方向（Ｌ）の残留応力に対する剛性を更に高めることができ、その結果、溶接対象箇所（Ｗ１）に割れが生じることを更に抑制できる。

ここで、前記樹脂（９）は、加熱により膨張して硬化するように構成され、前記磁石挿入工程（Ｓ２）は、前記永久磁石（４）に前記樹脂（９）が塗布された状態で行うと好適である。

この方法によれば、加熱により硬化した樹脂（９）により、複数枚の電磁鋼板（３）を一体化させることができる。また、樹脂（９）が加熱により膨張する特性を利用して、例えば磁石挿入孔（７）のいずれか一方の内面に永久磁石（４）を押し付けるように樹脂（９）を膨張させるなど、磁石挿入孔（７）の内部における永久磁石（４）の位置決めを適切に行うことが容易となる。また、磁石挿入工程（Ｓ２）では、樹脂（９）は膨張前であるため、磁石挿入孔（７）に永久磁石（４）を挿入する場合に、永久磁石（４）の外面と磁石挿入孔（７）の内面との間に、ある程度の隙間を持たせることができる。これにより、磁石挿入孔（７）への永久磁石（４）の挿入中に、永久磁石（４）に塗布された樹脂（９）が磁石挿入孔（７）の内面に接触して剥がれることも抑制することができる。

ここで、前記溶接工程（Ｓ４）は、レーザ溶接により行うと好適である。

この方法によれば、局所的な加熱が可能となり、溶接対象箇所を確実に加熱することができる。

本開示に係る方法は、ロータを製造するために利用できる。

１：ロータ
２：ロータコア
３：電磁鋼板
４：永久磁石
５：ハブ（支持部材）
７：磁石挿入孔
８：貫通孔
９：樹脂材（樹脂）
Ｌ：軸方向
Ｒ：径方向
Ｓ１：コア準備工程
Ｓ２：磁石挿入工程
Ｓ３：樹脂硬化工程
Ｓ４：溶接工程
Ｓ５：支持部材固定工程

Claims (11)

1. 複数枚の電磁鋼板を軸方向に積層して構成され、前記軸方向に延びる磁石挿入孔を備えたロータコアを準備するコア準備工程と、
   前記磁石挿入孔に永久磁石を挿入する磁石挿入工程と、
   前記磁石挿入工程の後、前記ロータコアを前記軸方向に加圧した状態で、前記磁石挿入孔の内面と前記永久磁石の外面との間に設けられた樹脂を硬化させることで、前記複数枚の電磁鋼板の全てを一体化させる樹脂硬化工程と、
   前記樹脂硬化工程の後、前記樹脂硬化工程にて硬化された前記樹脂により前記複数枚の電磁鋼板が一体化された前記ロータコアの前記軸方向における全域にわたって連続的に、前記複数枚の電磁鋼板を溶接する溶接工程と、を有するロータの製造方法。
2. 複数枚の電磁鋼板を軸方向に積層して構成され、前記軸方向に延びる磁石挿入孔を備えたロータコアを準備するコア準備工程と、
   前記磁石挿入孔に永久磁石を挿入する磁石挿入工程と、
   前記磁石挿入工程の後、前記ロータコアを前記軸方向に加圧した状態で、前記磁石挿入孔の内面と前記永久磁石の外面との間に設けられた樹脂を硬化させることで、前記複数枚の電磁鋼板の全てを一体化させる樹脂硬化工程と、
   前記樹脂硬化工程の後、前記樹脂硬化工程にて硬化された前記樹脂により前記複数枚の電磁鋼板が一体化された前記ロータコアの前記軸方向における一部の領域にわたって複数枚の前記電磁鋼板を溶接する溶接工程と、を有するロータの製造方法。
3. 複数枚の電磁鋼板を軸方向に積層して構成され、前記軸方向に延びる磁石挿入孔を備えたロータコアを準備するコア準備工程と、
   前記磁石挿入孔に永久磁石を挿入する磁石挿入工程と、
   前記磁石挿入工程の後、前記ロータコアを前記軸方向に加圧した状態で、前記磁石挿入孔の内面と前記永久磁石の外面との間に設けられた樹脂を硬化させることで、複数枚の前記電磁鋼板を一体化させる樹脂硬化工程と、
   前記樹脂硬化工程の後、前記樹脂硬化工程にて硬化された前記樹脂により一体化された複数枚の前記電磁鋼板の前記軸方向の領域内において複数枚の前記電磁鋼板を溶接する溶接工程と、を有するロータの製造方法。
4. 前記樹脂硬化工程において前記ロータコアに対して前記軸方向に加える圧力を第１圧力として、
   前記溶接工程は、前記ロータコアを、前記第１圧力より小さい第２圧力で前記軸方向に加圧した状態で行う請求項１から３のいずれか１項に記載のロータの製造方法。
5. 前記ロータコアは、当該ロータコアの径方向中央部を前記軸方向に貫通する貫通孔を更に備え、
   前記溶接工程では、前記貫通孔の内周面に対する溶接を行う請求項１から４のいずれか１項に記載のロータの製造方法。
6. 前記ロータコアは、当該ロータコアの径方向中央部を軸方向に貫通する貫通孔を更に備え、
   前記溶接工程の後、前記貫通孔に支持部材を挿入し、当該支持部材と前記ロータコアの前記軸方向の両端部との接合部のみを溶接する支持部材固定工程を更に有する請求項１から５のいずれか１項に記載のロータの製造方法。
7. 前記樹脂硬化工程が前記ロータコアの加熱工程を含み、
   前記溶接工程は、前記加熱工程での加熱によって前記ロータコアの温度が雰囲気温度よりも高くなっている状態で行う請求項１から６のいずれか一項に記載のロータの製造方法。
8. 前記加熱工程は、前記樹脂の硬化のための工程である請求項７記載のロータの製造方法。
9. 前記樹脂硬化工程により、前記磁石挿入孔の内面と前記永久磁石の外面とを前記樹脂で固着させる請求項１から８のいずれか一項に記載のロータの製造方法。
10. 前記樹脂は、加熱により膨張して硬化するように構成され、
    前記磁石挿入工程は、前記永久磁石に前記樹脂が塗布された状態で行う請求項１から９のいずれか一項に記載のロータの製造方法。
11. 前記溶接工程は、レーザ溶接により行う請求項１から１０のいずれか一項に記載のロータの製造方法。

Images