JP2001025191A - 電動機のロータ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 永久磁石及びロータコア間の磁気抵抗を低減
すると同時に、均一な磁界を形成することができる電動
機のロータ及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 ロータコア４１の磁石挿入穴４３の内面
と永久磁石４２の表面との半径方向の隙間に、磁性材料
を含んだ圧接部材４４を、永久磁石４２を磁石挿入穴４
３の内面に向けて圧接するように挿入した。圧接部材４
４は、磁性材料から作られた中空パイプ４５と、この中
空パイプ４５の中に充填され、磁性材料からなる粉末を
含む樹脂４６とから構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動機のロータに
関し、特に、永久磁石をロータコア内部に配置した埋込
み磁石型モータのロータに関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、いろいろな分野でモータ（電動
機）が使用されている。例えば、同期モータは、ステー
タコイルを有するステータ（固定子）と、その内側に配
設され、回転自在に軸支されたロータ（回転子）とを備
えている。

【０００３】ステータは、一般に薄いけい素鋼板で作ら
れたステータコア単体を複数枚積層して形成されるステ
ータコア（固定子鉄心）を有している。このステータコ
アは、円周方向内側に複数のティースを有しており、該
ティース間にスロットが形成されている。ステータコイ
ルは、該スロットに挿入されるようにしてティースに巻
回される。

【０００４】また、ロータとしては、一般に薄いけい素
鋼板で作られたロータコア単体を複数枚積層して形成さ
れるロータコア（回転子鉄心）を有しており、最近で
は、永久磁石をこのロータコア内部に配置したものが知
られている。

【０００５】モータを使用する場合、ステータコイルに
電流を流すと、該電流により誘起された回転磁界によっ
て、ステータとロータとの間に相互作用が働き、この相
互作用によってロータが回転する。

【０００６】このような埋込み磁石型同期モータにおい
ては、永久磁石をロータコア内部に配置するために、予
めロータコアに永久磁石を挿入するための磁石挿入穴を
形成しておく必要がある。この場合、磁石挿入穴及び永
久磁石にはそれぞれ製造上の寸法公差が存在するので、
これらを考慮した上で永久磁石の円滑な挿入を確保する
ために、磁石挿入穴と永久磁石との間には、所定の隙間
が設けられている。したがって、ロータコアの磁石挿入
穴に永久磁石を挿入した際、両者の隙間に接着剤を充填
することにより永久磁石を固定している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記した従
来のロータを備えたモータにあっては、ロータコアの磁
石挿入穴と永久磁石との間に充填される接着剤は透磁率
が低く、永久磁石及びロータコア間の磁気抵抗が大きく
なるという問題があった。このため、永久磁石からの漏
れ磁束が増え、モータのトルク及び効率の低下をきたし
ていた。

【０００８】これに対し、ロータコアの磁石挿入穴と永
久磁石との間に磁性粉末が混入された接着剤を充填する
ようにした技術が知られている（例えば、特開平８−１
２６２３３号公報参照）。このようにすれば、接着剤の
透磁率が高くなり、磁気抵抗の低減を図ることができ
る。

【０００９】しかしながら、埋込み磁石型同期モータの
ロータにあっては、ロータコアの磁石挿入穴と永久磁石
との間に接着剤を充填すると、両者間の隙間に接着剤が
自由に入り込むことになるので、円周方向の複数箇所に
設けられた磁石挿入穴内における永久磁石の位置が、各
箇所でばらついてしまうというきわめて重要な別の問題
があった。このため、均一な磁界が保てなくなり、効率
の悪化やトルクの変動をきたす虞れがあった。

【００１０】かかる問題は、たとえ磁性粉末が混入され
た接着剤を使用したとしても解決できるものではない。
つまり、磁石挿入穴の内面と永久磁石の表面との隙間の
絶対的な磁気抵抗は小さくすることができるものの、該
隙間が円周方向の複数箇所においてばらついてしまうと
いう問題については、上記公報に記載された技術では全
く考慮されていない。

【００１１】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて
なされたものであり、本発明の目的は、永久磁石及びロ
ータコア間の磁気抵抗を低減すると同時に、均一な磁界
を形成することができる電動機のロータ及びその製造方
法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、下記す
る手段により達成される。

【００１３】（１） 円周方向における複数箇所に磁石
挿入穴が形成されたロータコアと、前記磁石挿入穴に挿
入される永久磁石と、前記磁石挿入穴の内面と前記永久
磁石の表面との隙間に挿入され、前記永久磁石を前記磁
石挿入穴の内面に向けて圧接させるための、磁性材料を
含んだ圧接部材と、を備えたことを特徴とする電動機の
ロータ。

【００１４】（２） 前記圧接部材は、磁性材料から作
られた中空パイプと、前記中空パイプの中に充填され、
磁性材料からなる粉末を含む樹脂と、を有することを特
徴とする上記（１）に記載の電動機のロータ。

【００１５】（３） 前記圧接部材は、前記磁石挿入穴
の内面と前記永久磁石の表面との半径方向の隙間に挿入
されることを特徴とする上記（２）に記載の電動機のロ
ータ。

【００１６】（４） 前記圧接部材は、１つの磁石挿入
穴について複数設けられることを特徴とする上記（２）
に記載の電動機のロータ。

【００１７】（５） 円周方向における複数箇所に、挿
入される永久磁石より大きい半径方向寸法を有する磁石
挿入穴が形成されたロータコアを作る工程と、前記磁石
挿入穴に永久磁石を挿入する工程と、前記磁石挿入穴の
内面と前記永久磁石の表面との半径方向の隙間に、磁性
材料から作られた中空パイプを挿入する工程と、前記中
空パイプの中に、磁性材料からなる粉末を含む樹脂を注
入して加圧する工程と、前記樹脂の硬化後、前記ロータ
コアの軸方向寸法に略一致するように前記中空パイプを
切断する工程と、を有することを特徴とする電動機のロ
ータの製造方法。

【００１８】（６） 前記中空パイプの外形形状を、前
記磁石挿入穴の内面と前記永久磁石の表面との半径方向
の隙間に略一致した形状に予め成形するようにしたこと
を特徴とする上記（５）に記載の電動機のロータの製造
方法。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、請求項毎に次のような
効果を奏する。

【００２０】請求項１に記載の発明によれば、ロータコ
アの磁石挿入穴の内面と永久磁石の表面との隙間に、磁
性材料を含んだ圧接部材を、永久磁石を磁石挿入穴の内
面に向けて圧接するように挿入したので、永久磁石を磁
石挿入穴の内面に密着した位置で固着することができ
る。したがって、ロータにおける永久磁石の位置が磁極
毎にばらつくことがなくなる。これにより、円周方向の
各磁極位置で均一な磁界を形成することができ、モータ
効率の向上及びトルク変動の防止を図ることができる。
しかも、圧接部材は磁性材料を含んでいるので、単なる
接着剤で永久磁石を固着するのに比べて、永久磁石及び
ロータコア間の磁気抵抗が小さくなり、漏れ磁束が低減
されてモータのトルクが向上する。

【００２１】請求項２に記載の発明によれば、上記請求
項１に記載の効果に加え、中空パイプを液圧成形するこ
とによって、永久磁石を磁石挿入穴の内面に、樹脂を介
在させることなく直接、容易かつ確実に圧接させること
ができる。

【００２２】請求項３に記載の発明によれば、上記請求
項２に記載の効果に加え、磁石挿入穴と永久磁石との半
径方向の隙間に圧接部材を挿入するようにしたので、ｄ
軸方向の磁気抵抗の低減を図ることができ、永久磁石の
厚み方向に伸びる有効な磁束の漏れを防止することがで
きる。

【００２３】請求項４に記載の発明によれば、上記請求
項２に記載の効果に加え、中空パイプの製造が容易とな
り、また、磁石挿入穴と永久磁石との隙間を中空パイプ
の液圧成形により埋めることも容易となる。

【００２４】請求項５に記載の発明によれば、永久磁石
及びロータコア間の磁気抵抗を低減すると同時に、均一
な磁界を形成することができる電動機のロータを効率良
く製造することができる。

【００２５】請求項６に記載の発明によれば、上記請求
項５に記載の効果に加え、中空パイプの液圧成形を容易
かつ迅速に行うことが可能となる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００２７】図１は、本発明の一実施形態に係るロータ
を用いたモータの概略構成を示す半断面図、図２は、図
１に示すロータを軸方向からみた断面図、図３は、図２
に示す要部拡大図である。

【００２８】図１に示すモータ（電動機）は、埋込み磁
石型の同期モータである。この種のモータは、構造が比
較的簡単で、効率が高く、小型、高回転化が可能なた
め、例えば電気自動車や省エネルギーを必要とするエア
コン等の製品に対して使用するのに適している。

【００２９】このモータは、筐体としてのフレーム１を
有している。フレーム１は、例えばアルミニウム合金等
により形成されており、円筒部２とカバー３，３とから
なる。フレーム１の円筒部２の内周面には、ステータ２
０が取り付けられている。また、フレーム１には、軸受
４，４を介して、ロータ４０が回転自在に取り付けられ
ている。ここで、ステータ２０とロータ４０との間に
は、半径方向に所定のエアギャップが設けられている。

【００３０】ステータ２０は、フレーム１内部に挿入さ
れ焼嵌めにより固定されるステータコア２１と、このス
テータコア２１に巻装されるステータコイル３１とを有
している。

【００３１】ステータコア２１は、表面に絶縁層が形成
された厚さ例えば約０．５ｍｍのけい素鋼板等の高透磁
率材料の板から作られた略円環状のステータコア単体
を、複数枚積層して形成されている。このような薄い板
を積層することで、渦電流による損失を低減している。

【００３２】ステータコア２１の内周面側には、図示省
略するが、複数のティースからなるティース群が形成さ
れている。ステータコイル３１は、ティース間に位置す
るスロットの中に挿入されるようにして、所定の巻き方
にてティースに巻回される。なお、図１中の符号３２
は、コイルエンドを示す。

【００３３】図２に示すように、ロータ４０は、円周方
向における８箇所に矩形状の磁石挿入穴４３が形成され
たロータコア４１と、これらの磁石挿入穴４３に挿入さ
れた永久磁石４２とを有している。つまり、ここに図示
するモータは８極モータである。永久磁石４２は、その
厚み方向（半径方向）に磁化されており、ステータ２０
に向かう側がＮ極のものとＳ極のものとが対で使用さ
れ、円周方向で交互に配置されている。

【００３４】ロータコア４１は、厚さ例えば約０．５ｍ
ｍのけい素鋼板から作られた中央孔を有する円板である
ロータコア単体を、複数枚積層して形成される。そし
て、ロータコア４１の中心には、モータシャフト５が圧
入されている。なお、図示省略するが、円板状のエンド
プレートがロータ４０の軸方向両端に配置される。

【００３５】本実施形態では特に、図２及び図３に示す
ように、ロータコア４１の磁石挿入穴４３を、その半径
方向の幅寸法が永久磁石４２のそれよりも積極的に大き
くなるように、開設してある。そして、この磁石挿入穴
４３の内面と永久磁石４２の表面との半径方向の隙間
に、磁性材料を含んだ圧接部材４４が、永久磁石４２を
磁石挿入穴４３の内面に向けて圧接するように、緊密に
挿入されている。

【００３６】この圧接部材４４は、磁性材料から作られ
た中空パイプ４５と、この中空パイプ４５の中に充填さ
れ、磁性材料からなる粉末を含む樹脂４６とから構成さ
れている。中空パイプ４５としては、内部液圧による変
形性を有する例えば鉄鋼材料の管を使用することができ
る。また、樹脂４６としては、例えばエポキシ系樹脂に
鉄粉を混入したものを使用することができる。

【００３７】次に、ロータ４０の製造方法について説明
する。

【００３８】図４は、永久磁石をロータコア内部に固定
する手順を示す工程フロー図、図５は、図４に対応し
て、永久磁石がロータコア内部に固定される様子を示す
図である。

【００３９】まず、厚さ例えば約０．５ｍｍのけい素鋼
板を例えば打ち抜き加工して、中央孔を有する円板であ
るロータコア単体を作る。このとき、円周方向における
複数箇所に、挿入される永久磁石４２より大きい半径方
向寸法を有する磁石挿入穴４３を形成しておく。なお、
磁石挿入穴４３の位置及び形状は、打ち抜き加工等によ
り精度良く形成することが可能である。そして、これら
のロータコア単体を複数枚積層してロータコア４１を形
成する。

【００４０】次いで、ロータコア４１の磁石挿入穴４３
の中に、外側に寄せるようにして永久磁石４２を軸方向
から挿入する（図４のＳ１、図５（Ａ）参照）。磁石挿
入穴４３の半径方向の幅寸法を積極的に大きく開設して
あるので、この状態で、永久磁石４２の内側に半径方向
の所定の隙間が形成される。

【００４１】そして、この磁石挿入穴４３の内面と永久
磁石４２の内側の表面との隙間に、中空パイプ４５を挿
入する（図４のＳ２、図５（Ｂ）参照）。この中空パイ
プ４５の変形前の外形形状は、図示のように、磁石挿入
穴４３の内面と永久磁石４２の表面との半径方向の隙間
に略一致した形状に予め成形するようにしている。この
ようにすれば、後述する中空パイプ４５の液圧成形を容
易かつ迅速に行うことが可能となる。その後、中空パイ
プ４５の中に、磁性粉末入りの液状の樹脂４６を注入す
る（図４のＳ３参照）。

【００４２】こうして中空パイプ４５の中に樹脂４６が
注入された後、樹脂４６を加圧すると、その液圧により
中空パイプ４５は押し広げられるように変形する（図４
のＳ４、図５（Ｃ）参照）。膨出変形させられた中空パ
イプ４５は、略矩形状の３面が磁石挿入穴４３の内面
に、残り１面が永久磁石４２の内側の表面に密着する。
これにより、永久磁石４２は、外側に押圧され、磁石挿
入穴４３の外径側の内面に圧接させられて、位置決めさ
れる（図５（Ｄ）参照）。

【００４３】そして、樹脂４６を所定の温度に加熱し硬
化させた後、ロータコア４１の軸方向寸法に略一致する
ように中空パイプ４５を、樹脂４６と共に切断する（図
４のＳ５参照）。

【００４４】このようにして、中空パイプ４５を液圧成
形することにより、永久磁石４２を磁石挿入穴４３の外
径側の内面に、樹脂４６を介在させることなく直接、容
易かつ確実に圧接させることができ、また効率良く所望
の効果を奏するロータ４０の製造を行うことができる。

【００４５】上記のように構成されたロータ４０を用い
たモータにおいては、ステータコイル３１に交流電流を
流すことにより、回転磁界が誘起される。このとき、ス
テータコイル３１は、ロータ４０に向かって鎖交するよ
うに磁束を発生させる。ステータコイル３１の所定部分
は、例えばＮ極として働くことにより、ロータ４０のＮ
極の永久磁石４２と反発、Ｓ極の永久磁石４２と吸引す
ることによってマグネットトルクが発生すると共に、ロ
ータコア４１を吸引することによってリラクタンストル
クが発生する。このようにして、ステータ２０とロータ
４０との間に相互作用が働いてロータ４０が回転され、
この相互作用によりモータのトルクが発生する。

【００４６】本実施形態では、ロータコア４１の磁石挿
入穴４３の内面と永久磁石４２の表面との半径方向の隙
間に、磁性材料を含んだ圧接部材４４を、永久磁石４２
を磁石挿入穴４３の内面に向けて圧接するように挿入し
たので、永久磁石４２を磁石挿入穴４３の外径側の内面
に密着した位置で固着することができる。したがって、
ロータ４０における永久磁石４２の位置が磁極毎にばら
つくことがなくなる。これにより、円周方向の各磁極位
置で均一な磁界を形成することができ、モータ効率の向
上及びトルク変動の防止を図ることができる。

【００４７】また、圧接部材４４は磁性材料を含んでい
るので、単なる接着剤で永久磁石４２を固着するのに比
べて、永久磁石及びロータコア間の磁気抵抗が小さくな
り、漏れ磁束が低減されてモータのトルクが向上する。

【００４８】さらに、磁石挿入穴４３と永久磁石４２と
の半径方向の隙間に圧接部材４４を挿入するようにした
ので、ｄ軸方向の磁気抵抗の低減を図ることができ、永
久磁石４２の厚み方向に伸びる有効な磁束の漏れを防止
することができる。ここでｄ軸とは、一般に、磁石中心
とロータコア中心を結んだ軸線をいう。

【００４９】図６および図７は、本発明の他の実施形態
に係るロータの要部拡大図であって、磁石挿入穴の内面
と永久磁石の内側の表面との隙間に、中空パイプを挿入
した状態を示す図である。

【００５０】図示のように、圧接部材の構成をなす中空
パイプは、その変形前の外形形状が、上記の図５（Ｂ）
に示すような形状に限定されるものではなく、例えば図
６に示すような惰円形状の中空パイプ４５ａとすること
も可能である。また、１つの磁石挿入穴に挿入する中空
パイプは１本に限られず複数としてもよく、例えば図７
に示すような一対の中空パイプ４５ｂ，４５ｂを１つの
磁石挿入穴に挿入する構成とすることも可能である。こ
のようにすれば、中空パイプの製造が容易となり、ま
た、磁石挿入穴４３と永久磁石４２との隙間を中空パイ
プの液圧成形により埋めることも容易となる。

【００５１】なお、以上説明した実施形態は、本発明を
限定するために記載されたものではなく、本発明の技術
的思想内において当業者により種々変更が可能である。

【００５２】例えば、上記実施形態では、圧接部材を永
久磁石４２の内側の隙間に挿入するようにしたが、永久
磁石４２の外側の隙間に挿入することもできる。

【００５３】また、上記実施形態では、圧接部材を中空
パイプ４５とこの中に充填される磁性粉末を含む樹脂と
から構成したが、本発明はこれに限定されるものではな
く、例えば、ロータコア４１の磁石挿入穴４３の内面と
永久磁石４２の表面との半径方向の隙間に、磁性材料か
らなる板ばねを、永久磁石４２を磁石挿入穴４３の内面
に向けて圧接するように挿入することにより、永久磁石
４２を磁石挿入穴４３の外径側の内面に密着した位置で
保ちつつ、残りの隙間に磁性材料からなる粉末を含む樹
脂を注入することによって、圧接部材を構成することも
可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態に係るロータを用いたモ
ータの概略構成を示す半断面図である。

【図２】 図１に示すロータを軸方向からみた断面図で
ある。

【図３】 図２に示す要部拡大図である。

【図４】 永久磁石をロータコア内部に固定する手順を
示す工程フロー図である。

【図５】 図４に対応して、永久磁石がロータコア内部
に固定される様子を示す図である。

【図６】 本発明の他の実施形態に係るロータの要部拡
大図であって、磁石挿入穴の内面と永久磁石の内側の表
面との隙間に、中空パイプを挿入した状態を示す図であ
る。

【図７】 本発明のさらに他の実施形態に係るロータの
要部拡大図であって、磁石挿入穴の内面と永久磁石の内
側の表面との隙間に、中空パイプを挿入した状態を示す
図である。

【符号の説明】

１…フレーム、 ５…モータシャフト、 ２０…ステータ、 ２１…ステータコア、 ３１…ステータコイル、 ４０…ロータ、 ４１…ロータコア、 ４２…永久磁石、 ４３…磁石挿入穴、 ４４…圧接部材、 ４５…中空パイプ、 ４６…樹脂。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉村 由佳 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 5H622 CA02 CA05 CA14 CB02 CB05 CB06 PP03 PP10 PP16 PP20 QA06

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円周方向における複数箇所に磁石挿入穴
   が形成されたロータコアと、 前記磁石挿入穴に挿入される永久磁石と、 前記磁石挿入穴の内面と前記永久磁石の表面との隙間に
   挿入され、前記永久磁石を前記磁石挿入穴の内面に向け
   て圧接させるための、磁性材料を含んだ圧接部材と、 を備えたことを特徴とする電動機のロータ。
2. 【請求項２】 前記圧接部材は、磁性材料から作られた
   中空パイプと、前記中空パイプの中に充填され、磁性材
   料からなる粉末を含む樹脂と、を有することを特徴とす
   る請求項１記載の電動機のロータ。
3. 【請求項３】 前記圧接部材は、前記磁石挿入穴の内面
   と前記永久磁石の表面との半径方向の隙間に挿入される
   ことを特徴とする請求項２記載の電動機のロータ。
4. 【請求項４】 前記圧接部材は、１つの磁石挿入穴につ
   いて複数設けられることを特徴とする請求項２記載の電
   動機のロータ。
5. 【請求項５】 円周方向における複数箇所に、挿入され
   る永久磁石より大きい半径方向寸法を有する磁石挿入穴
   が形成されたロータコアを作る工程と、 前記磁石挿入穴に永久磁石を挿入する工程と、 前記磁石挿入穴の内面と前記永久磁石の表面との半径方
   向の隙間に、磁性材料から作られた中空パイプを挿入す
   る工程と、 前記中空パイプの中に、磁性材料からなる粉末を含む樹
   脂を注入して加圧する工程と、 前記樹脂の硬化後、前記ロータコアの軸方向寸法に略一
   致するように前記中空パイプを切断する工程と、 を有することを特徴とする電動機のロータの製造方法。
6. 【請求項６】 前記中空パイプの外形形状を、前記磁石
   挿入穴の内面と前記永久磁石の表面との半径方向の隙間
   に略一致した形状に予め成形するようにしたことを特徴
   とする請求項５記載の電動機のロータの製造方法。