JP2006345600A - 磁石固定方法およびロータならびに回転電機 - Google Patents
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Abstract
【課題】 不要な充填材がコア体の軸方向端面上に残存することを抑制可能な磁石固定方法、該方法を用いて作製されたロータ、該ロータを含む回転電機を提供する。
【解決手段】 磁石固定方法は、ロータコア41に形成された穴部41Bに永久磁石42を挿入する工程と、穴部41B上から、該穴部41Bの側面と永久磁石42の側面との隙間43に樹脂44を注入する工程と、穴部41B外に突出した樹脂44を除去する工程とを備える。永久磁石42は、隙間43が相対的に幅が広い第1部分43Aと相対的に幅が狭い第2部分43Bとを含むように穴部41Bに挿入される。そして、樹脂44は、第1部分43Aと離間し、かつ、第2部分43Bに面するように形成された注入部440から隙間43に注入される。
【選択図】 図5
【解決手段】 磁石固定方法は、ロータコア41に形成された穴部41Bに永久磁石42を挿入する工程と、穴部41B上から、該穴部41Bの側面と永久磁石42の側面との隙間43に樹脂44を注入する工程と、穴部41B外に突出した樹脂44を除去する工程とを備える。永久磁石42は、隙間43が相対的に幅が広い第1部分43Aと相対的に幅が狭い第2部分43Bとを含むように穴部41Bに挿入される。そして、樹脂44は、第1部分43Aと離間し、かつ、第2部分43Bに面するように形成された注入部440から隙間43に注入される。
【選択図】 図5
Description
本発明は、磁石固定方法およびロータならびに回転電機に関し、特に、コア体に埋設される磁石の固定方法と、該方法を用いて製造されたロータと、該ロータを備えた回転電機とに関する。
回転子に埋設される磁石の固定方法が従来から知られている。
たとえば、特開2000−316243号公報(特許文献1)においては、円周方向に並ぶように形成された複数の磁石収納部に磁石素材を収納し、その磁石収納部に接着剤を供給した状態で回転子を回転させ、回転状態でその接着剤を固化させる磁石固定方法が開示されている。この方法によれば、各々の磁石素材の半径方向における位置のばらつきが小さくなり、回転子の回転時におけるアンバランスが小さくなるとされている。
特開2000−316243号公報
たとえば、特開2000−316243号公報(特許文献1)においては、円周方向に並ぶように形成された複数の磁石収納部に磁石素材を収納し、その磁石収納部に接着剤を供給した状態で回転子を回転させ、回転状態でその接着剤を固化させる磁石固定方法が開示されている。この方法によれば、各々の磁石素材の半径方向における位置のばらつきが小さくなり、回転子の回転時におけるアンバランスが小さくなるとされている。
充填剤注入による磁石固定方法においては、ロータコアと磁石との隙間に充填材を注入し、注入された充填材を固化させた後、ロータコアの軸方向端面上に残存した不要な充填材が除去される。ここで、不要な充填材が完全に除去されず、ロータコアの軸方向端面上に充填材の突起が残る場合がある。この結果、ロータコアの軸方向端面上に設けられるエンドプレートの密着度が低下して、ロータコアの強度が低下するなどの問題が生じる。
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、不要な充填材がコア体の軸方向端面上に残存することを抑制可能な磁石固定方法、該方法を用いて作製されたロータ、該ロータを含む回転電機を提供することにある。
本発明に係る磁石固定方法は、コア体に形成された穴部に磁石を挿入する工程と、穴部上から、該穴部の側面と磁石の側面との隙間に充填材を注入する工程と、穴部外に突出した充填材を除去する工程とを備える。磁石は、隙間が相対的に幅が広い第1部分と相対的に幅が狭い第2部分とを含むように穴部に挿入され、充填材は、第1部分と離間し、かつ、第2部分に面する位置から隙間に注入される。
上記方法によれば、穴部外に突出した充填材を除去する際に、コア体の端面に充填材が残存することを抑制することができる。
上記磁石固定方法は、好ましくは、固化した充填材と磁石との剥離を促進する離型部を磁石の表面に設ける工程をさらに備える。そして、離型部と対向する位置から穴部内に向けて充填材が注入される。
これにより、充填材が磁石から剥がれやすくなる。結果として、コア体の端面に充填材が残存することを抑制する効果を高めることができる。
上記磁石固定方法において、好ましくは、充填材は、第2部分が延びる方向に並ぶ複数の注入箇所から穴部内に注入される。
これにより、各々の注入箇所を比較的小さく形成することができるので、穴部外に突出する充填材の大きさを小さくすることができる。結果として、コア体の端面に充填材が残存することを抑制する効果を高めることができる。
本発明に係るロータは、回転シャフトに固設され、穴部を有するロータコアと、穴部に挿入される磁石と、穴部の側面と磁石の側面との隙間に注入された充填部とを備える。隙間は相対的に幅が広い第1部分と相対的に幅が狭い第2部分とを有し、第1部分と離間し、かつ、第2部分に面する位置から充填部が注入されている。
上記構成によれば、ロータコアの端面に充填材が残存することを抑制することができる。
上記ロータにおいて、好ましくは、充填部の注入箇所に対向する磁石の表面に、充填部と磁石との剥離を促進する離型部が設けられる。
これにより、充填材が磁石から剥がれやすくなる。結果として、ロータコアの端面に充填材が残存することを抑制する効果を高めることができる。
上記ロータにおいて、好ましくは、充填部の注入箇所は、第2部分が延びる方向に並ぶように複数形成される。
これにより、各々の注入箇所を比較的小さく形成することができるので、穴部外に突出する充填材の大きさを小さくすることができる。結果として、ロータコアの端面に充填材が残存することを抑制する効果を高めることができる。
本発明に係る回転電機は、上述したロータを備えている。
本発明によれば、不要な充填材がコア体の軸方向端面上に残存することを抑制することができる。
以下に、本発明に基づく磁石固定方法およびロータならびに回転電機の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。
図1は、本発明の1つの実施の形態に係るロータを有する回転電機の一例を示した断面図である。図1を参照して、回転電機100は、制御装置10と、三相ケーブル20と、シャフト30と、ロータ40と、ステータ50とを備える。
ロータ40は、ロータコア41と、永久磁石42とを含む。ステータ50は、ステータコイル51と、ステータコア52とを含む。
制御装置10は、回転電機100が出力すべきトルク指令値TRを回転電機100の外部に設けられたECU(Electrical Control Unit)から受け、その受けたトルク指令値TRによって指定されたトルクを出力するためのモータ制御電流MCTLIを生成し、その生成したモータ制御電流MCTLIを三相ケーブル20を介してステータ50のステータコイル51へ供給する。
三相ケーブル20は、制御装置10とステータコイル51とを接続する。そして、三相ケーブル20は、U相ケーブル21と、V相ケーブル22と、W相ケーブル23とからなる。シャフト30は、回転軸方向DR1からロータ40のロータコア41に挿入され、ロータコア41と連結される。ロータコア41は、複数の電磁鋼板を回転軸方向DR1に積層した構造からなる。永久磁石42は、回転軸方向DR1からロータコア41に挿入される。
ステータ50のステータコア52は、複数の電磁鋼板を回転軸方向DR1に積層した構造からなる。ステータコイル51は、ステータコア52に巻回される。そして、ステータコイル51は、U相コイル、V相コイルおよびW相コイルからなり、これらの3つのコイルの端子が三相ケーブル20に接続される。
図2は、図1に示す矢印A方向から見たステータ50の平面図である。図2を参照して、ステータコア52は、中空円筒形状からなり、周方向に配列された48個のティース1を内周面に有する。コイル510〜517は、U相コイルを構成し、コイル520〜527は、V相コイルを構成し、コイル530〜537は、W相コイルを構成する。コイル510〜517,520〜527,530〜537の各々は、略円弧形状から成る。コイル510〜517は、最外周に配置される。コイル520〜527は、コイル510〜517の内側であって、それぞれ、コイル510〜517に対して円周方向に一定距離だけずれた位置に配置される。コイル530〜537は、コイル520〜527の内側であって、それぞれ、コイル520〜527に対して円周方向に一定距離だけずれた位置に配置される。
コイル510〜517,520〜527,530〜537の各々は、対応する複数のティースの各々に直列に巻回される。たとえば、コイル510は、ティース1〜5に対応する。そして、コイル510は、ティース1〜5の全体に外周から所定回数巻回されて形成される。
コイル511〜517,520〜527,530〜537についても、それぞれ対応するティースに巻回され、コイル510と同じようにして形成される。
コイル510〜513は、直列に接続され、一方端が端子U1であり、他方端が中性点UN1である。コイル514〜517は、直列に接続され、一方端が端子U2であり、他方端が中性点UN2である。
コイル520〜523は、直列に接続され、一方端が端子V1であり、他方端が中性点VN1である。コイル524〜527は、直列に接続され、一方端が端子V2であり、他方端が中性点VN2である。
コイル530〜533は、直列に接続され、一方端が端子W1であり、他方端が中性点WN1である。コイル534〜537は、直列に接続され、一方端が端子W2であり、他方端が中性点WN2である。
中性点UN1,UN2,VN1,VN2,WN1,WN2は、1点に共通接続され、端子U1,U2は、三相ケーブル20のU相ケーブル21に接続され、端子V1,V2は、V相ケーブル22に接続され、端子W1,W2は、W相ケーブル23に接続される。
図3は、図1に示す矢印A方向から見たロータ40およびステータ50の平面図である。図3を参照して、ロータ40は、ステータ50の内周側に配置される。そして、永久磁石42は、周方向DR2に沿って8個配置される。永久磁石42A,42C,42E,42Gは、ロータコア41の外周側がN極になるように配置され、永久磁石42B,42D,42F,42Hは、ロータコア41の外周側がS極になるように配置される。このように、8個の永久磁石42は、ロータ40の径方向DR3に着磁され、磁石の極性が隣接する磁石間で反転するように周方向DR2に配置される。そして、図2に示すコイル510〜517,520〜527,530〜537は、8個の永久磁石42(42A〜42H)に対向して配置される。
ステータコア52は、48個のティースを含むが、この48個は、ロータ40に含まれる永久磁石42(42A〜42H)の個数の6倍(整数倍)になるように決定される。
図4は、図1に示すロータ40の斜視図である。図4を参照して、ロータ40のロータコア41は、略円筒形状からなり、円筒面41Aを有する。そして、永久磁石42は、回転軸方向DR1からロータコア41に埋め込まれる。したがって、ロータ40は、IPM(Interior Permanent Magnet)からなる。
次にロータコア41に永久磁石42を固定する「磁石固定方法」について説明する。
図5は、本実施の形態に係る磁石固定方法を用いてロータコアに磁石を固定する状態を説明する図である。図5を参照して、ロータコア41には、穴部41Bが形成される。永久磁石42は、穴部41B内に挿入される。穴部41Bの側面と永久磁石42の側面との間には、隙間43が形成される。隙間43は、相対的に幅の広い第1部分43Aと、相対的に幅の狭い第2部分43Bとを有する。第1部分43Aは永久磁石42の幅方向端面に面するように形成され、第2部分43Bは永久磁石42の主表面(着磁面)に面するように形成される。隙間43には、「充填材」としての樹脂44が充填される。樹脂44は、注入部440から注入される。注入部440は、隙間43の第2部分43Bに面する位置に形成されている。
図5は、本実施の形態に係る磁石固定方法を用いてロータコアに磁石を固定する状態を説明する図である。図5を参照して、ロータコア41には、穴部41Bが形成される。永久磁石42は、穴部41B内に挿入される。穴部41Bの側面と永久磁石42の側面との間には、隙間43が形成される。隙間43は、相対的に幅の広い第1部分43Aと、相対的に幅の狭い第2部分43Bとを有する。第1部分43Aは永久磁石42の幅方向端面に面するように形成され、第2部分43Bは永久磁石42の主表面(着磁面)に面するように形成される。隙間43には、「充填材」としての樹脂44が充填される。樹脂44は、注入部440から注入される。注入部440は、隙間43の第2部分43Bに面する位置に形成されている。
図6〜図10は、本実施の形態に係る磁石固定方法における各ステップを示す図である。なお、図6〜図9は、図5におけるα−α断面に相当する断面を示す。また、図6〜図9において、隙間43の第2部分43Bの図示は省略されている。そして、図10は、図9に示す状態を矢印A方向から見た図である。
図6,図7を参照して、永久磁石42は、その軸方向端面42Iがロータコア41の穴部41B内に収まるように穴部41Bに挿入される。ロータコア41の軸方向端面と、永久磁石42の軸方向端面42Iとの間には段差が形成される。樹脂インジェクションは、インジェクション装置60を用いて行なわれる。インジェクション装置60は、射出型61と、押し型62とを含んで構成される。射出型61内に樹脂44が供給され、その上から押し型62がセットされる。そして、押し型62は、矢印B(図6)方向に押し込まれる。これにより、樹脂44は、ゲート61Aを介してロータコア41の穴部41B内に注入される。
図8を参照して、樹脂44が固化した後、インジェクション装置60が取り外される。この状態で、樹脂44は、穴部41Bの側面と永久磁石42の側面との隙間43に充填されている。そして、図8に示すように、樹脂44は、ロータコア41の軸方向端面上にカル(cull)44Aと、永久磁石42の軸方向端面42I上に薄膜部44Bとを有する。
図9,図10を参照して、カル44Aを叩くことにより、穴部41B外に突出した樹脂44が除去される。ここで、カル44Aは、主として薄膜部44Bと連結されている。ここで、薄膜部44Bは比較的割れやすい傾向にあり、穴部41B外に突出したカル44Aを叩くことで、図10に示すように、カル44A周辺の薄膜部44Bが永久磁石42の軸方向端面42Iから剥がれ、カル44Aとともに除去される。この結果、ロータコア41の軸方向端面上に樹脂44の突起が残存することを抑制することができる。そして、エンドプレートによって電磁鋼板の全面を押さえることができ、ロータコア41の強度を向上させることができる。
なお、永久磁石42の軸方向端面42I上には、永久磁石42と樹脂44との剥離を促進する離型剤45が予め塗布されている。離型剤45としては、たとえば、シリコン樹脂、フッ素樹脂などを用いることが考えられる。なお、片面粘着テープを永久磁石42の軸方向端面42I上に貼付け、その上から樹脂44を注入してもよい。片面粘着テープは、その粘着面が永久磁石42の軸方向端面42I側に位置するように設けられる。これにより、永久磁石42には付着しやすく、樹脂44には付着しにくい層が形成される。このようにした場合にも、永久磁石42の軸方向端面42I上に離型剤45を塗布する場合と同様の効果を期待できる。
図12は、参考例に係る磁石固定方法を用いてロータコアに磁石を固定する状態を説明する図である。また、図13,図14は、本参考例に係る磁石固定方法における各ステップを示す図である。なお、図13,図14は、図12におけるβ−β断面に相当する断面を示す。また、図13,図14において、ロータコア141と永久磁石142との隙間143の第2部分143Bの図示は省略されている。
図12を参照して、ロータコア141には、穴部141Bが形成される。永久磁石142は、穴部141B内に挿入される。穴部141Bの側面と永久磁石142の側面との間には、隙間143が形成される。隙間143は、相対的に幅の広い第1部分143Aと、相対的に幅の狭い第2部分143Bとを有する。第1部分143Aは永久磁石142の幅方向端面に面するように形成され、第2部分143Bは永久磁石42の主表面(着磁面)に面するように形成される。穴部141Bの側面と永久磁石142の側面との隙間143には、「充填材」としての樹脂144が充填される。樹脂144は、インジェクション装置(図12においては図示せず)を用いて充填される。そして、図13に示すように、樹脂144は、ロータコア141の軸方向端面上にカル144Aと、永久磁石142の軸方向端面142I上に薄膜部144Bとを有する。これらの点に関しては、上述のロータコア41と同様である。
ロータコア141においては、樹脂144の注入部1440が、永久磁石142の幅方向端部近傍に形成されている。すなわち、本参考例においては、注入部1440は、隙間143の第1部分143Aに面する位置に形成されている。
上記のように、永久磁石142の幅方向端部近傍に注入部1440を設けることで、ロータコア141の周方向において隣接する2箇所の穴部141Bに同時に樹脂144を注入することが可能になる。しかしながら、隙間143の第1部分143Aに面する位置に注入部1440を形成することで、カル144Aは、第1部分143A内に充填された樹脂144と連結される。ここで、第1部分143Aは比較的幅の広い部分であるため、該第1部分143A内に充填された樹脂144は比較的割れにくい傾向にある。したがって、上記のようにカル144Aと第1部分143A内に充填された樹脂144とが連結されることで、穴部141B外に突出した樹脂144(カル144A)を除去する際に、樹脂144が永久磁石142の軸方向端面142Iから剥がれにくくなる。そして、図14に示すように、カル144Aを除去した後も、ロータコア141の軸方向端面上に樹脂144の突起Tが残存することになる。突起Tが残存することにより、エンドプレートによって電磁鋼板の全面を押さえることができず、ロータコア141の強度が低下することが懸念される。
これに対し、本実施の形態に係る磁石固定方法においては、樹脂44の注入部440が隙間43の第1部分43Aと離間し、かつ、第2部分43Bに面する位置に設けられている。このようにすることで、上述したように、穴部41B外に突出した樹脂44(カル44A)を除去する際に、ロータコア41の軸方向端面上に樹脂44の突起が残存することを抑制することができる。
図11は、本実施の形態に係る磁石固定方法の変形例を用いてロータコアに磁石を固定する状態を説明する図である。図11を参照して、本変形例に係る磁石固定方法においては、樹脂44は、隙間43の第2部分43Bが延びる方向に並ぶ複数の注入部440から穴部41B内に注入される。
このようにすることで、若干のコストアップとなるものの、各々の注入部440を比較的小さく形成することができる。したがって、穴部41B外に突出するカル44Aの大きさを小さくすることができる。結果として、ロータコア41の軸方向端面上に樹脂44の突起が残存することを抑制する効果を高めることができる。
上述した内容について要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係る磁石固定方法は、「コア体」としてのロータコア41に形成された穴部41Bに永久磁石42を挿入する工程と、穴部41B上から、該穴部41Bの側面と永久磁石42の側面との隙間43に「充填材」としての樹脂44を注入する工程(図5〜図8)と、穴部41B外に突出した樹脂44のカル44Aを除去する工程(図9,図10)とを備える。永久磁石42は、隙間43が相対的に幅が広い第1部分43Aと相対的に幅が狭い第2部分43Bとを含むように穴部41Bに挿入される。そして、樹脂44は、第1部分43Aと離間し、かつ、第2部分43Bに面する位置から隙間43に注入される。
本実施の形態に係る磁石固定方法は、永久磁石42の表面に離型剤45を塗布する工程をさらに備える。これにより、固化した樹脂44と永久磁石42との剥離を促進する「離型部」が構成される。離型剤45は、永久磁石42における、樹脂の注入部440が設けられる側の軸方向端面42I上に塗布される。すなわち、本実施の形態においては、「離型部」と対向する位置から穴部41B内に向けて樹脂44が注入される。これにより、カル44Aを除去する際に、樹脂44が永久磁石42の軸方向端面42Iから剥がれやすくなる。
換言すると、本実施の形態に係るロータ40は、「回転シャフト」であるシャフト30に固設され、穴部41Bを有するロータコア41と、穴部41Bに挿入される永久磁石42と、穴部41Bの側面と永久磁石42の側面との隙間43に注入された「充填部」としての樹脂44とを備える。隙間43は相対的に幅が広い第1部分43Aと相対的に幅が狭い第2部分43Bとを有し、第1部分43Aと離間し、かつ、第2部分43Bに面する位置から樹脂44が注入されている。
本実施の形態においては、「コア体」の一例として、電磁鋼板(板状部材)が軸方向に積層された構造を有するロータコア41について説明したが、磁石を埋設する任意のコア体に同様の思想を適用することは、当然に予定される。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
1〜5 ティース、10 制御装置、20 三相ケーブル、21 U相ケーブル、22 V相ケーブル、23 W相ケーブル、30 シャフト、40 ロータ、41,141 ロータコア、41A 円筒面、41B,141B 穴部、42,42A〜42H,142 永久磁石、42I,142I 軸方向端面、43,143 隙間、43A,143A 第1部分、43B,143B 第2部分、44,144 樹脂、44A,144A カル、44B,144B 薄膜部、45 離型剤、50 ステータ、51 ステータコイル、52 ステータコア、60 インジェクション樹脂、61 射出型、61A ゲート、62 押し型、100 回転電機、440,1440 注入部、510〜517,520〜527,530〜537 コイル、U1,U2,V1,V2,W1,W2 端子、UN1,UN2,VN1,VN2,WN1,WN2 中性点。
Claims (7)
- コア体に形成された穴部に磁石を挿入する工程と、
前記穴部上から、該穴部の側面と前記磁石の側面との隙間に充填材を注入する工程と、
前記穴部外に突出した充填材を除去する工程とを備え、
前記磁石は、前記隙間が相対的に幅が広い第1部分と相対的に幅が狭い第2部分とを含むように前記穴部に挿入され、
前記充填材は、前記第1部分と離間し、かつ、前記第2部分に面する位置から前記隙間に注入される、磁石固定方法。 - 固化した前記充填材と前記磁石との剥離を促進する離型部を前記磁石の表面に設ける工程をさらに備え、
前記離型部と対向する位置から前記穴部内に向けて前記充填材が注入される、請求項1に記載の磁石固定方法。 - 前記充填材は、前記第2部分が延びる方向に並ぶ複数の注入箇所から前記穴部内に注入される、請求項1または請求項2に記載の磁石固定方法。
- 回転シャフトに固設され、穴部を有するロータコアと、
前記穴部に挿入される磁石と、
前記穴部の側面と前記磁石の側面との隙間に注入された充填部とを備え、
前記隙間は相対的に幅が広い第1部分と相対的に幅が狭い第2部分とを有し、
前記第1部分と離間し、かつ、前記第2部分に面する位置から前記充填部が注入された、ロータ。 - 前記充填部の注入箇所に対向する前記磁石の表面に、前記充填部と前記磁石との剥離を促進する離型部が設けられた、請求項4に記載のロータ。
- 前記充填部の注入箇所は、前記第2部分が延びる方向に並ぶように複数形成された、請求項4または請求項5に記載のロータ。
- 請求項4から請求項6のいずれかに記載のロータを備えた、回転電機。
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