JP2009044795A - Permanent magnet embedded motor and method of manufacturing rotor for permanent magnet embedded motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、OA機器およびデジタル機器等の電気機器に使用される永久磁石埋込型モータ及び永久磁石埋込型モータ用の回転子の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a permanent magnet embedded motor used in electrical equipment such as OA equipment and digital equipment, and a method of manufacturing a rotor for a permanent magnet embedded motor.
従来、事務機器および家庭用電気機器等に使用される永久磁石形電動機においては、特開2000−37053号公報(特許文献1)及び特開2002−142392号公報(特許文献2)に開示されているような永久磁石を挿入した回転子鉄心構造がとられている。 Conventionally, permanent magnet type electric motors used for office equipment and household electric appliances are disclosed in JP 2000-37053 A (Patent Document 1) and JP 2002-142392 A (Patent Document 2). A rotor core structure with permanent magnets inserted is used.
代表的な高性能の永久磁石は希土類の磁石材料を焼結して製造した焼結磁石である。希土類焼結磁石では、焼結するために希土類磁石材を高温に熱する必要があり、設備費用を含め、生産コストが高くなる。また、磁石材を高温に熱する焼結工程により、焼結工程前の形状・寸法に対し焼結工程後の形状・寸法が変化してしまう。従って焼結工程の後の成形工程で、寸法精度を得るために大幅な切削を含む成形作業が必要となり、生産性悪化および高コスト化の要因となっている。 A typical high-performance permanent magnet is a sintered magnet manufactured by sintering a rare earth magnet material. In the rare earth sintered magnet, it is necessary to heat the rare earth magnet material to a high temperature in order to sinter, and the production cost including the equipment cost becomes high. Moreover, the shape and dimension after a sintering process will change with respect to the shape and dimension before a sintering process by the sintering process which heats a magnet material to high temperature. Therefore, in the molding process after the sintering process, a molding operation including a large amount of cutting is required to obtain dimensional accuracy, which is a factor of deterioration in productivity and cost increase.
そこで、近年、磁性粉末を樹脂で固めたボンド磁石が焼結磁石ほど高出力を必要としないOA機器やデジタル機器等のモータに組み込まれ始めている。このボンド磁石は、特開平11−238640号公報(特許文献3)、特開平11−067514号公報(特許文献4)及び特開平10−208919号公報(特許文献5)に開示されているように、熱硬化性エポキシ樹脂と磁性粉末とを混合し、この混合物を成型して製造する、磁性粉末をエポキシ樹脂で接着した磁石である。したがって、コアに挿入する形状に成形することが可能なため、上記焼結磁石より生産性が良く、また焼結する工程が不要なため低コスト化が出来る。なお、特許文献3乃至5には、さらにボンド磁石において磁気特性の改善等に関する技術が開示されている。
Therefore, in recent years, bond magnets obtained by solidifying magnetic powder with resin have begun to be incorporated in motors such as OA equipment and digital equipment that do not require as high output as sintered magnets. This bonded magnet is disclosed in JP-A-11-238640 (Patent Document 3), JP-A-11-067514 (Patent Document 4) and JP-A-10-208919 (Patent Document 5). A magnet obtained by mixing a thermosetting epoxy resin and magnetic powder and molding the mixture, and bonding the magnetic powder with an epoxy resin. Therefore, since it can be formed into a shape to be inserted into the core, the productivity is higher than that of the sintered magnet, and the cost can be reduced because a sintering step is unnecessary.
しかしながら、上記特許文献3乃至5に記載されたエポキシ樹脂を結着剤として使用したボンド磁石では、磁性粉末に対するエポキシ樹脂材の割合が多くなり、磁石に占める磁性粉末の割合が低下するため、磁気特性が悪く、特性の良好な磁石埋込型モータを作製できない。また、結着剤がエポキシ樹脂では、上記特許文献1及び2に記載された焼結磁石と比べ耐熱性が劣り、150℃以上の環境で使用することが出来ない。
However, in the bonded magnet using the epoxy resin described in
本発明の目的は、上記課題に鑑みて、従来のボンド磁石よりさらに生産性の向上および低コスト化を図れるとともに、ボンド磁石より磁気特性が優れ、かつ耐熱性も向上し150℃以上の環境でも使用可能な回転子を備えた永久磁石埋込型モータ及び永久磁石埋込型モータ用の回転子の製造方法を提供することにある。 In view of the above problems, the object of the present invention is to improve productivity and reduce costs further than conventional bonded magnets, and have superior magnetic properties and improved heat resistance even in an environment of 150 ° C. or higher. It is an object of the present invention to provide a permanent magnet embedded motor having a usable rotor and a method of manufacturing a rotor for a permanent magnet embedded motor.
また、本発明の他の目的は、前記永久磁石埋込型モータを備えたOA機器およびデジタル機器等の電気機器を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide electrical equipment such as OA equipment and digital equipment provided with the permanent magnet embedded motor.
上記の課題を解決するために、本発明の第1の特徴とする点は、磁性粉体を回転子鉄心の磁石形成孔に充填した後圧縮成形して磁石を形成することで回転子鉄心を構成することにある。 In order to solve the above-mentioned problem, the first feature of the present invention is that the rotor core is formed by filling the magnetic powder into the magnet forming hole of the rotor core and then forming the magnet by compression molding. There is to configure.
また、本発明の第2の特徴とする点は、回転子鉄心の磁石形成孔内に圧縮成形して形成された磁性粉末圧縮成形体の空隙に無機材料の前駆体溶液を含浸させた後熱処理することによって無機材料の結着剤とすることで耐熱性を確保することにある。 In addition, the second feature of the present invention is that the voids of the magnetic powder compression molded body formed by compression molding in the magnet forming hole of the rotor core are impregnated with a precursor solution of an inorganic material, followed by heat treatment. This is to secure heat resistance by using a binder of an inorganic material.
また、本発明の第3の特徴とする点は、回転子鉄心の磁石形成孔内において磁性粉末を圧縮成形すること、および結着剤が少量で良いことから磁性粉末を高密度に充填することで特性の良好な永久磁石の作製が可能であることにある。 The third feature of the present invention is that the magnetic powder is compression-molded in the magnet formation hole of the rotor core, and the magnetic powder is filled with high density because a small amount of binder is required. Thus, it is possible to produce a permanent magnet with good characteristics.
即ち、本発明は、複数の巻線を備えたステータと、複数の永久磁石の各々が複数の磁石形成孔の各々に形成された回転子鉄心を有し、前記ステータの内側に回転軸により回転可能に配置された回転子とを備えた永久磁石埋込型モータであって、前記永久磁石の各々が磁性粉末と結合材からなり、かつ前記各磁性粉末が前記回転子鉄心の各磁石形成孔の壁面に接触していることを特徴とする。 That is, the present invention has a stator having a plurality of windings and a rotor core in which each of a plurality of permanent magnets is formed in each of a plurality of magnet forming holes, and is rotated by a rotating shaft inside the stator. A permanent magnet embedded motor including a rotor arranged in a possible manner, wherein each of the permanent magnets is made of a magnetic powder and a binder, and each magnetic powder is a magnet forming hole of the rotor core. It is in contact with the wall surface.
また、本発明は、前記永久磁石の各々が前記各磁性粉末を圧縮成形することにより各磁石形成孔に形成されることを特徴とする。また、本発明は、前記回転子の回転軸と垂直な方向における前記永久磁石の各々の断面形状が実質的に長方形状または円弧形状であることを特徴とする。また、本発明は、前記結合材が無機材料であることを特徴とする。また、本発明は、前記磁性粉末は、希土類であることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that each of the permanent magnets is formed in each magnet forming hole by compression-molding each magnetic powder. The present invention is also characterized in that the cross-sectional shape of each of the permanent magnets in a direction perpendicular to the rotation axis of the rotor is substantially rectangular or arcuate. Further, the present invention is characterized in that the binder is an inorganic material. In the invention, it is preferable that the magnetic powder is a rare earth.
また、本発明は、回転子鉄心に形成された複数の磁石形成孔の各々に磁性粉末を充填する充填工程と、該充填工程によって前記磁石形成孔の各々に充填された磁性粉末を圧縮成形して磁性粉末体として前記磁石形成孔の各々に形成する圧縮成形工程と、該圧縮成形工程で圧縮成形された各磁性粉末体に結着剤の前躯体溶液を含浸させる含浸工程と、該含浸工程で前記結着剤の前躯体溶液が含浸された各磁性粉末体を熱処理して結着した磁石を前記磁石形成孔の各々に固定する熱処理工程と、該熱処理工程で前記磁石形成孔の各々に固定された磁石を磁化する磁化工程とを有することを特徴とする永久磁石埋込型モータ用の回転子の製造方法である。 The present invention also includes a filling step of filling each of the plurality of magnet forming holes formed in the rotor core with magnetic powder, and compression molding the magnetic powder filled in each of the magnet forming holes by the filling step. A compression molding step of forming each of the magnet forming holes as a magnetic powder body, an impregnation step of impregnating each magnetic powder body compression molded in the compression molding step with a precursor solution of a binder, and the impregnation step A heat treatment step of fixing each of the magnetic powder bodies impregnated with the precursor solution of the binder by heat treatment and fixing the magnet to each of the magnet formation holes, and each of the magnet formation holes in the heat treatment step. And a magnetizing step for magnetizing a fixed magnet. A method of manufacturing a rotor for a permanent magnet embedded motor.
また、本発明は、回転子鉄心に形成された複数の磁石形成孔の各々に磁性粉末を充填する充填工程と、該充填工程によって前記磁石形成孔の各々に充填された磁性粉末に結着剤の前躯体溶液を添加する添加工程と、該添加工程により前記結着剤の前躯体溶液が添加され、前記磁石形成孔の各々に充填された磁性粉末を圧縮成形して磁性粉末体として前記磁石形成孔の各々に形成する圧縮成形工程と、該圧縮成形工程で圧縮成形された各磁性粉末体を熱処理して結着した磁石を前記磁石形成孔の各々に固定する熱処理工程と、該熱処理工程で前記磁石形成孔の各々に固定された磁石を磁化する磁化工程とを有することを特徴とする永久磁石埋込型モータ用の回転子の製造方法である。 Further, the present invention provides a filling step of filling each of the plurality of magnet forming holes formed in the rotor core with magnetic powder, and a binder to the magnetic powder filled in each of the magnet forming holes by the filling step. An addition step of adding the precursor solution, and a precursor solution of the binder is added by the addition step, and the magnetic powder filled in each of the magnet forming holes is compression-molded to form the magnet as a magnetic powder body A compression molding step for forming each of the formation holes, a heat treatment step for fixing each magnet powder body compression-molded in the compression molding step by heat treatment, and fixing the magnets to each of the magnet formation holes, and the heat treatment step. And a magnetizing step of magnetizing a magnet fixed to each of the magnet forming holes. A method of manufacturing a rotor for an embedded permanent magnet motor.
また、本発明は、更に、複数の磁石形成孔が形成された円板状の電磁鋼板を積層して前記回転子鉄心を準備する準備工程を有することを特徴とする。また、本発明は、前記充填工程において充填する磁性粉末は、板状粉末であることを特徴とする。 The present invention further includes a preparation step of preparing the rotor core by laminating disc-shaped electromagnetic steel plates in which a plurality of magnet forming holes are formed. In the present invention, the magnetic powder to be filled in the filling step is a plate-like powder.
本発明によれば、生産性の向上および低コスト化を図るとともに、耐熱性も向上した特性の良好な永久磁石を使用した永久磁石埋込型モータを実現することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while improving productivity and cost reduction, the permanent magnet embedded type motor using the permanent magnet with the favorable characteristic which also improved heat resistance is realizable.
また、本発明によれば、永久磁石埋込型モータを備えたOA機器やデジタル機器等の電気機器を実現することができる。 Further, according to the present invention, it is possible to realize an electrical device such as an OA device or a digital device provided with a permanent magnet embedded motor.
本発明に係る永久磁石埋込型モータ及びその製造方法並びにそれを備えたOA機器やデジタル機器等の電気機器の実施の形態について図面を用いて説明する。 Embodiments of an embedded permanent magnet motor according to the present invention, a method for manufacturing the same, and electrical equipment such as OA equipment and digital equipment provided with the motor will be described with reference to the drawings.
本発明に係る永久磁石埋込型モータの製造方法の特徴とする永久磁石埋込型モータを構成する回転子鉄心の製造方法の実施の形態について図1乃至図5を用いて説明する。 An embodiment of a method for manufacturing a rotor core constituting an embedded permanent magnet motor, which is a feature of the method for manufacturing an embedded permanent magnet motor according to the present invention, will be described with reference to FIGS.
図1は、本発明に係る永久磁石埋込型モータを構成する回転子鉄心への永久磁石(磁性粉末圧縮成形体)の製造方法の第1の実施の形態を示す図である。図2は、本発明に係る永久磁石埋込型モータを構成する回転子鉄心への永久磁石(磁性粉末圧縮成形体)の製造方法の第2の実施の形態を示す図である。図3は、本発明に係る回転子鉄心の第1の実施例を示す上面図である。図4は、本発明に係る回転子鉄心の第2の実施例を示す上面図である。図5は、本発明に係る回転子鉄心に形成された各磁石形成孔に磁性粉末圧縮成形体を形成するプロセスの一実施例を示す図3A−A矢視及び図4B−B矢視断面図である。 FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a method for manufacturing a permanent magnet (magnetic powder compression molding) on a rotor core constituting a permanent magnet embedded motor according to the present invention. FIG. 2 is a diagram showing a second embodiment of a method for producing a permanent magnet (magnetic powder compression molded body) on a rotor core constituting the embedded permanent magnet motor according to the present invention. FIG. 3 is a top view showing a first embodiment of a rotor core according to the present invention. FIG. 4 is a top view showing a second embodiment of the rotor core according to the present invention. FIG. 5 is a cross-sectional view taken along arrows 3A-A and 4B-B showing one embodiment of a process for forming a magnetic powder compression molded body in each magnet-forming hole formed in the rotor core according to the present invention. It is.
まず、磁石形成孔4が形成された円板状の電磁鋼板(例えばケイ素鋼板)を積層して形成された回転子鉄心1を準備する。次に、図5に示すように、回転子鉄心1の軸穴3の軸方向が略垂直方向になる状態で、準備された回転子鉄心1をプレス装置20を構成する下ガイド部8と上ガイド部7との間にセットする。次に、例えば上パンチ5を上昇させた状態で上ガイド7に形成されたパンチ穴9を通して回転子鉄心1の各磁石形成孔4の部分に磁性粉末を充填する(S11)。その後、各磁石形成孔4の部分に充填された磁性粉末を上パンチ5及び下パンチ6からなるプレス装置20により圧縮成形する(S12)。この圧縮成形工程S12において磁性粉末圧縮成形体10の密度は、粉末充填密度の2.5から3倍となる、すなわち高さは1/2.5から1/3となる。したがって圧縮成形を一度で行うには、各磁石形成孔4の上部に必要量の粉末を供給するための少なくとも上ガイド部7を設けて加圧することが必要である。なお、下パンチ6をある程度上昇させておいて磁性粉末を上ガイド7に形成された各パンチ穴9を通して各磁石形成孔4に充填する場合には、該充填された磁性粉末を圧縮成形するとき、下パンチ6は必ずしも上昇させる必要はない。
First, the
続いて、この圧縮成形磁性粉末体10の部分にこの材料と濡れ性が優れた結着剤の前駆体溶液を真空中で十分に含浸する(S13)。その後熱処理を行うことで磁性粉末を結着した磁石2が回転子鉄心1の各磁石形成孔4の壁面に磁性粉末が接触(接着)した状態で各磁石形成孔4に形成されて(埋め込まれて)固定されることになる(S14)。なお、上記のように製造した圧縮成形体の磁性粉末の充填密度であるが、ボンド磁石では成形時に流動性が必要なことから樹脂材料が25vol%以上必要となることから磁性粉末の充填密度は最大で75vol%程度であるのに対し、本発明では磁性粉末のみを圧縮成形することから、磁性粉末の充填密度は圧縮成形時の圧力にも依存するが最大で90%程度まで可能となるが、焼結磁石の磁石粉体の充填密度が約100%であることに比較し劣っている。しかしながら、上ガイド7のパンチ穴(充填開口)9を通して磁石形成孔4に隙間無く充填することが可能となること、および磁性粉末成形部10の体積を増やすことで焼結磁石と同程度の磁気特性を得ることが可能である。また、本発明では、回転子鉄心1の磁石形成孔4のその部分で直接成形することが可能となるため、焼結磁石では切削加工が必要となるような曲線を有する形状にも磁石を容易に成形することが可能となる。
Subsequently, the compression molded
また、本発明によれば、結着剤の前駆体溶液を圧縮成形後の磁性粉末成形体10に含浸させることで、磁性粉末の結着と同時に磁石形成孔4の壁面に磁性粉末圧縮成形体10の接着も同時に行えるので、作業性が向上する。なお、結着剤の前駆体溶液は図2に示すように、粉末充填後に滴下(添加)してから圧縮成形しても良い。即ち、図2に示す第2の実施の形態は、図1に示すように加圧成形(S12)後、結着剤前躯体溶液の含浸(S13)を行う第1の実施の形態に対して、結着剤前躯体溶液を添加(滴下)(S13’)後、加圧成形(S12)を行うことにある。
In addition, according to the present invention, the magnetic powder compact 10 after compression molding is impregnated with the precursor solution of the binder, so that the magnetic powder compact is formed on the wall of the
続いて、結着された磁性粉末圧縮成形体を永久磁石とするには磁化する工程が必要である。この磁化する工程(S15)は、結着された磁性粉末圧縮成形体10が組み込まれた回転子鉄心に対し磁化を行うことで、磁性粉末圧縮成形体10は永久磁石となる。
Subsequently, a magnetizing step is required to make the bound magnetic powder compression molded body a permanent magnet. In the magnetizing step (S15), the magnetic powder compression molded
また、本発明において、高圧で圧縮成形するのに適した磁性材料粉末の形状としては板状が適している。すなわち、圧縮成形時の加圧力としては大きいほど成形体の密度は上昇するが、そのとき磁性粉末の形状としては、立方体もしくは球状に近い形状であればあるほど粒子の流動性が良好になり、加圧方向と直角方向にも同程度の圧力がかかる。一方、板状粒子では加圧方向と垂直の方向に板状面が揃った場合、加圧方向と直角方向への粒子の移動が制限されるので加圧方向と直角の方向での応力は小さくなる。すなわち、板状であればあるほど回転子鉄心が変形しない範囲での成形圧力を増大できるのでより充填密度を高くすることが可能となる。圧縮力に対する磁性粉末充填率の概略は、5ton/cm2で約75vol%、10ton/cm2で約80vol%、20ton/cm2以上で85〜90vol%程度となる。具体的には圧縮成形時の加圧力としては回転子鉄心が変形しない程度の最大圧力とすれば良く、一般的な回転子構成材料であるケイ素鋼板の場合、板状の磁性粉末材料を用いた場合、圧縮成形圧力としては5〜15ton/cm2が適するが、圧縮成形時に回転子鉄心全体を金型(図示せず)に入れて回転子鉄心の外径及び内径の変形を抑制できる場合には加圧力を20ton/cm2程度としても良い。これらの高圧成形時では、加圧により磁性粉末は回転子鉄心1の磁石形成孔部4の壁面にめり込んだ状態となり、圧縮成形体10は磁石形成孔部4の壁面に固定される。
In the present invention, a plate shape is suitable as the shape of the magnetic material powder suitable for compression molding at high pressure. That is, the greater the pressure applied during compression molding, the higher the density of the molded body, but the shape of the magnetic powder at that time, the better the fluidity of the particles, the closer to a cube or spherical shape, The same pressure is applied in the direction perpendicular to the pressurizing direction. On the other hand, in the case of plate-like particles, when the plate-like surfaces are aligned in a direction perpendicular to the pressurizing direction, the movement of the particles in the direction perpendicular to the pressurizing direction is limited, so the stress in the direction perpendicular to the pressurizing direction is small. Become. That is, as the plate shape is increased, the molding pressure within a range where the rotor core is not deformed can be increased, so that the packing density can be further increased. Summary of the magnetic powder filling rate for the compressive force of about 75 vol% at 5 ton / cm 2, about 80 vol% in 10ton / cm 2, the 85~90Vol% approximately in 20ton / cm 2 or more. Specifically, the pressing force at the time of compression molding may be a maximum pressure that does not deform the rotor core. In the case of a silicon steel plate that is a general rotor constituent material, a plate-like magnetic powder material was used. In this case, 5 to 15 ton / cm 2 is suitable as the compression molding pressure, but when the entire rotor core is placed in a mold (not shown) at the time of compression molding, deformation of the outer diameter and inner diameter of the rotor core can be suppressed. The pressure may be about 20 ton / cm 2 . At the time of these high-pressure moldings, the magnetic powder is sunk into the wall surface of the
以下、本発明に適した磁性粉末および前駆体溶液について述べる。上記圧縮成形に適した磁性粉末として、例えば、本発明の形態では非酸化物磁粉を用い、特に希土類磁石、例えばNdFeB等の母合金を急冷することにより製造された板状の形状を為しており、高さ方向であるZ軸方向の値に対しX軸やY軸方向の大きさが数倍以上である、厚みが30ミクロン程度の薄い形状をしている。圧縮で粉体が割れるなどで細かくなり、小さい形状の粉体が混ざることはやむを得ないが、例えば粉体のX軸またはY軸方向の大きな粉体を使用する方が残留特性が良くなる。 The magnetic powder and precursor solution suitable for the present invention will be described below. As a magnetic powder suitable for the compression molding, for example, in the form of the present invention, a non-oxide magnetic powder is used, and in particular, a plate-like shape manufactured by quenching a mother alloy such as a rare earth magnet, for example, NdFeB, is formed. In addition, the X-axis and Y-axis directions are several times larger than the value in the Z-axis direction, which is the height direction, and the thickness is about 30 microns. Although it is unavoidable that the powder becomes fine due to cracking by compression and the powder having a small shape is mixed, for example, using a large powder in the X-axis or Y-axis direction of the powder improves the residual characteristics.
また、前駆体溶液としては、比較的低温で硬化するものであれば、非酸化物の磁粉を用いる場合であっても、磁粉の酸化を抑制し、磁気特性の高い磁石を得ることができる。結着剤の前駆体溶液としては、例えば、SiO2の前駆体であるアルコキシシロキサン,アルコキシシランを有しており、化学式1や化学式2に示すような末端基及び側鎖にアルコキシ基を有する化合物を有している。
In addition, as long as the precursor solution can be cured at a relatively low temperature, even when non-oxide magnetic powder is used, it is possible to suppress the oxidation of the magnetic powder and obtain a magnet having high magnetic properties. As the precursor solution of the binder, for example, a compound having an alkoxysiloxane or alkoxysilane which is a precursor of SiO 2 and having an alkoxy group in the terminal group and side chain as shown in
結着剤の溶液中のSiO2の前駆体であるアルコキシシロキサン、アルコキシシラン、その加水分解生成物、及びその脱水縮合物総量の含有量は体積分率として5vol%以上かつ96vol%以下が好ましい。アルコキシシロキサン、アルコキシシラン、その加水分解生成物、及びその脱水縮合物総量の含有量が5vol%未満になると、磁石中の結着剤の含有率が低いため、硬化後の結着剤の材料としての強度がやや小さくなる。一方、アルコキシシロキサン、アルコキシシラン、その加水分解生成物、及びその脱水縮合物総量の含有量が96vol%以上になると、SiO2の前駆体であるアルコキシシロキサン、アルコキシシランの高分子量化の反応が速いため、結着剤溶液の増粘速度も速くなる。これは結着剤溶液の適正粘度の制御がより困難であることを意味しており、この結着剤溶液を含浸法に用いることが先に説明した材料に比べ難しくなる。 The total content of alkoxysiloxane, alkoxysilane, its hydrolysis product, and its dehydration condensate, which is a precursor of SiO 2 in the binder solution, is preferably 5 vol% or more and 96 vol% or less. When the total content of alkoxysiloxane, alkoxysilane, its hydrolysis product, and its dehydration condensate is less than 5 vol%, the binder content in the magnet is low. The strength of is slightly reduced. On the other hand, alkoxysiloxane, alkoxysilane, hydrolysis product thereof, and when the content of dehydrated condensates total is more than 96 vol%, alkoxysiloxane that is a precursor of SiO 2, the fast reaction of the molecular weight of the alkoxysilane Therefore, the thickening speed of the binder solution is also increased. This means that it is more difficult to control the proper viscosity of the binder solution, and it becomes more difficult to use this binder solution for the impregnation method than the materials described above.
結着剤溶液中のSiO2の前駆体であるアルコキシシロキサン又はアルコキシシランと水とは、以下の化学式3、化学式4に示した加水分解反応が生じる。ここで化学反応式は加水分解が部分的に生じた時の反応式である。
The alkoxysiloxane or alkoxysilane and water is a precursor of SiO 2 of the binder solution, the following
ここで、絶縁層形成処理液中の水の添加量として、上記化学式3、化学式4に示した加水分解反応における反応当量の1/10〜1が好ましい。水の添加量が上記化学式3、化学式4に示した加水分解反応における反応当量の1/10以下では、有機ケイ素化合物のシラノール基の濃度が低いため、シラノール基を含む有機ケイ素化合物と磁粉表面との相互作用が低く、また、脱水縮合反応が生じにくいため生成物中にアルコキシ基が多量に残存したSiO2が生成するため、SiO2中に欠陥部が多数発生し、SiO2の強度が低くなる。一方、水の添加量が上記化学式3、化学式4に示した加水分解反応における反応当量の1より大きくなると、シラノール基を含む有機ケイ素化合物は脱水縮合が発生し易くなり、結着剤溶液が増粘するため、磁粉と磁粉の隙間に結着剤溶液は浸透できなくなり含浸法に用いる結着剤溶液としては適正な状態から遠ざかる特性である。結着剤溶液中の溶媒には通常アルコールを用いる。それは結着剤溶液に用いる溶媒にはアルコキシシロキサン中のアルコキシ基は解離反応が速く、溶媒のアルコールと置換し平衡状態にあるからである。そのため溶媒のアルコールには沸点が水より低く粘度の低いメタノール、エタノール、n−プロパノール、iso−プロパノールが好ましい。しかし、化学的には溶液の安定性が若干低下するものの、結着剤の溶液の粘度が数時間で増加してしまうことが無く、かつ、沸点が水より低い溶媒であれば本発明の結着剤として用いることが可能で、アセトン等のケトン類などの水溶性溶媒であれば適用できる。
Here, the addition amount of water in the insulating layer forming treatment liquid is preferably 1/10 to 1 of the reaction equivalent in the hydrolysis reaction shown in
次に、バインダーとして、SiO系以外の酸化物ガラス質を用いる構成について検討する。上述のように、本発明の製造工程を踏むためには、含浸溶液としての前駆体には様々な要件が課せられる。低粘度であること、浸透性が高いこと、安定性が高いこと、比較的低温で硬化すること、等である。これらの要件を満たすものとして、SiO系のバインダーが最良であることを確認しているが、本製造工程に適した要件を満たせば、他の酸化物ガラス質をバインダーとして用いた場合であっても、ある程度の効果は期待できる。 Next, a configuration using an oxide glass material other than SiO-based as a binder will be examined. As described above, various requirements are imposed on the precursor as the impregnation solution in order to perform the manufacturing process of the present invention. It has a low viscosity, high permeability, high stability, and curing at a relatively low temperature. It has been confirmed that the SiO-based binder is the best for satisfying these requirements, but other oxide glassy materials can be used as binders if the requirements suitable for this production process are satisfied. However, a certain degree of effect can be expected.
以上説明したように、本発明に係る実施の形態によれば、複数の永久磁石2が埋め込まれた回転子鉄心1を作成し、該作成された回転子鉄心1の軸穴3に回転軸(図示せず)を圧入して回転子を製造し、該製造された回転子を複数の巻線を備えたステータ(図示せず)の内側に回転可能に設置することによって本発明に係る永久磁石埋込型モータが完成することになる。
As described above, according to the embodiment of the present invention, a
さらに、本発明に係る実施の形態によれば、完成した永久磁石埋込型モータを備えたOA機器やデジタル機器等の電気機器を実現することが可能となる。 Furthermore, according to the embodiment of the present invention, it is possible to realize an electrical device such as an OA device or a digital device provided with a completed permanent magnet embedded motor.
次に、本発明に係る永久磁石埋込型モータを製造して評価した結果について説明する。 Next, the results of manufacturing and evaluating the embedded permanent magnet motor according to the present invention will be described.
[第1の実施例]
第1の実施例では回転子磁石部での磁性粉末圧縮成形及びモータの特性評価を行った。希土類磁石用磁粉には、組成を調整した母合金を急冷することにより作製したNdFeB系の薄帯を粉砕した磁性粉を用いた。NdFeB系母合金は鉄、Fe−B合金(フェロボロン)にNdを混合して真空あるいは不活性ガス中または還元ガス雰囲気中で溶解し組成を均一化されている。必要に応じて切断した母合金を単ロールや双ロール法などのロールを用いた手法で、回転するロールの表面に溶解させた母合金をアルゴンガスなどの不活性ガスあるいは還元ガス雰囲気で噴射急冷し薄帯とした後、不活性ガス中あるいは還元性ガス雰囲気中で熱処理する。熱処理温度は200℃以上700℃以下でありこの熱処理によりNd2Fe14Bの微結晶が成長する。薄帯は10μm以上50μm以下の厚さである。本実施例では、高残留磁束密度(残留磁束密度が0.7T以上1.4T以下、保磁力が10kOe以上30kOe以下)のNdFeB系磁粉を用意した。
[First embodiment]
In the first embodiment, magnetic powder compression molding at the rotor magnet portion and motor characteristic evaluation were performed. As the magnetic powder for rare earth magnets, magnetic powder obtained by pulverizing NdFeB-based ribbons prepared by quenching a mother alloy having a adjusted composition was used. The NdFeB-based master alloy is made uniform by mixing Nd with iron or an Fe-B alloy (ferroboron) and dissolving it in a vacuum, an inert gas or a reducing gas atmosphere. If necessary, the master alloy cut by a single roll or twin roll method is used, and the master alloy dissolved on the surface of the rotating roll is injected and quenched in an inert or reducing gas atmosphere such as argon gas. After forming the ribbon, heat treatment is performed in an inert gas or a reducing gas atmosphere. The heat treatment temperature is 200 ° C. or higher and 700 ° C. or lower, and Nd 2 Fe 14 B crystallites grow by this heat treatment. The ribbon is 10 μm or more and 50 μm or less in thickness. In this example, NdFeB-based magnetic powder having a high residual magnetic flux density (residual magnetic flux density of 0.7 T to 1.4 T and coercive force of 10 kOe to 30 kOe) was prepared.
はじめに、磁石形成孔4が形成された回転子鉄心1を準備する。図3は回転子鉄心の上面図を示し、回転子鉄心1は円板状の電磁鋼板(例えばケイ素鋼板)を積層して構成される。続いて、図5に示すように、この回転子鉄心1の回転中心軸方向が垂直となる方向に、回転子鉄心1をプレス装置20にセットする。この時、磁石形成孔4の部分に粉末充填ガイド部7、8が密着するようにセットした後、上ガイド部7のパンチ穴(供給開口)9を用いて所定量の磁性粉末を磁石形成孔4の部分に充填する(S11)。続いて、図1に示すように、充填された磁性粉末を、下パンチ6に対して上パンチ5を押圧するプレス装置20を用いて圧力20ton/cm2で圧縮成形することによって回転子鉄心1の磁石形成孔部4に圧縮成形体10を形成する(S12)。そして、プレス装置20から、圧縮成形で磁性粉末成形体10が回転子磁石部分に密着した回転子鉄心1を取り外し、圧縮成形された磁性粉末部にSiO2となる前駆体溶液を滴下して真空中で十分に含浸し(S13)、該含浸した後、真空雰囲気にて溶媒を蒸発させるとともに170℃30分の熱処理を行うことにより、SiO2で結着された磁性粉末圧縮成形体10として磁石形成孔部4の壁面に磁性粉末が接触(接着)した状態で各磁石形成孔4に埋め込まれて固定されることになる(S14)。その後、30kOe以上のパルス磁界を印加することで各磁石形成孔4に埋め込まれて固定された磁性粉末の磁化を行って永久磁石2を形成した(S15)。また、本第1の実施例では、磁性粉末部に含浸させる前躯体溶液として、CH3O−(Si(CH3O)2−O)m−CH3(mは3〜5、平均は4)を5ml、水0.96ml、脱水メチルアルコール95ml、ジラウリン酸ジブチル錫0.05mlを混合し、2昼夜25℃の温度で放置した前駆体溶液を用いた。
First, the
このようにして作製したものの磁性粉末充填密度は85vol%以上が得られ、ボンド磁石の75vol%と比較して約15%向上したとともに、環境温度150℃での使用が可能であった。 The magnetic powder filling density thus obtained was 85 vol% or more, which was about 15% higher than 75 vol% of the bonded magnet, and could be used at an environmental temperature of 150 ° C.
[第2の実施例]
第1の実施例では図1に示すようにSiO2となる前駆体溶液を磁性粉末の圧縮成形後に滴下したが、第2の実施例では図2に示すように所定量の磁性粉末を充填した後に前駆体溶液を滴下(添加)し(S13’)、プレス機20にて圧縮成形した(S12)。続いて、プレス装置20より回転子鉄心1を取り外し、真空雰囲気にて溶媒を蒸発させるとともに170℃30分の熱処理を行うことでSiO2で結着された磁性粉末圧縮体10とする。その後、第1の実施例と同様に各磁石形成孔4に埋め込まれて固定された磁性粉末の磁化を行って永久磁石2を形成した(S15)。
[Second Embodiment]
In the first embodiment, as shown in FIG. 1, the precursor solution to be SiO 2 was dropped after compression molding of the magnetic powder, but in the second embodiment, a predetermined amount of magnetic powder was filled as shown in FIG. Thereafter, the precursor solution was dropped (added) (S13 ′) and compression-molded by the press machine 20 (S12). Subsequently, the
このように第2の実施例で作製したものの磁性粉末充填密度は第1の実施例と同じく85vol%以上が得られ、ボンド磁石の75vol%と比較して約15%向上したとともに、環境温度150℃での使用が可能であった。 As described above, the magnetic powder packing density of the second embodiment was 85 vol% or more as in the first embodiment, which was about 15% higher than that of the bonded magnet, and an environmental temperature of 150%. It was possible to use at ℃.
[第3の実施例]
第1及び第2の実施例では、図3に示すように磁石形成孔4の形状を矩形としたものであるが、本第3の実施例では図4に示すように磁石形成孔4の形状を円弧状とした回転子鉄心1を第1の実施例と同様の方法にて回転子鉄心1に磁性粉末圧縮成形体10を形成し、各磁石形成孔4に埋め込まれて固定された磁性粉末の磁化を行って永久磁石2を形成し、本発明に係る永久磁石埋込型モータ用回転子鉄心を作成した。
[Third embodiment]
In the first and second embodiments, the shape of the
このように第3の実施例で作製したものの磁性粉末充填密度は第1の実施例と同じく85vol%以上が得られ、ボンド磁石の75vol%と比較して約15%向上したとともに、環境温度150℃での使用が可能であった。 Thus, the magnetic powder packing density of the product manufactured in the third example was 85 vol% or more as in the first example, which was improved by about 15% compared to 75 vol% of the bonded magnet, and the ambient temperature was 150 It was possible to use at ℃.
以上説明された第1乃至第3の実施例によって作成された複数の永久磁石2が埋め込まれた回転子鉄心1の軸穴3に回転軸(図示せず)を圧入して回転子を製造し、該製造された回転子を複数の巻線を備えたステータ(図示せず)の内側に回転可能に設置することによって本発明に係る永久磁石埋込型モータが出来上がることになる。
A rotor is manufactured by press-fitting a rotation shaft (not shown) into the
本発明によれば、生産性の向上および低コスト化を図るとともに、耐熱性も向上した特性の良好な永久磁石を使用した磁石埋込型モータを提供することができるとともに、これを用いたOA機器やデジタル機器を提供することが出来る。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while improving productivity and cost reduction, while providing the permanent magnet motor using the permanent magnet of the characteristic with the improved heat resistance, OA using this can be provided. Equipment and digital equipment can be provided.
1…回転子鉄心、2…永久磁石、3…軸穴、4…磁石形成孔、5…上パンチ、6…下パンチ、7…充填ガイド部(上ガイド部)、8…充填ガイド部(下ガイド部)、9…パンチ穴(充填開口)、10…磁性粉末圧縮成形体、20…プレス装置。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記永久磁石の各々が磁性粉末と結合材からなり、かつ前記各磁性粉末が前記回転子鉄心の各磁石形成孔の壁面に接触していることを特徴とする永久磁石埋込型モータ。 A stator provided with a plurality of windings and a rotor core in which each of a plurality of permanent magnets is formed in each of a plurality of magnet formation holes, and a rotation arranged rotatably around a rotating shaft inside the stator A permanent magnet embedded motor with a child,
Each of the permanent magnets is made of a magnetic powder and a binder, and each magnetic powder is in contact with the wall surface of each magnet forming hole of the rotor core.
該充填工程によって前記磁石形成孔の各々に充填された磁性粉末を圧縮成形して磁性粉末体として前記磁石形成孔の各々に形成する圧縮成形工程と、
該圧縮成形工程で圧縮成形された各磁性粉末体に結着剤の前躯体溶液を含浸させる含浸工程と、
該含浸工程で前記結着剤の前躯体溶液が含浸された各磁性粉末体を熱処理して結着した磁石を前記磁石形成孔の各々に固定する熱処理工程と、
該熱処理工程で前記磁石形成孔の各々に固定された磁石を磁化する磁化工程とを有することを特徴とする永久磁石埋込型モータ用の回転子の製造方法。 A filling step of filling each of a plurality of magnet forming holes formed in the rotor core with magnetic powder;
A compression molding step of compression-molding the magnetic powder filled in each of the magnet-forming holes by the filling step to form each of the magnet-forming holes as a magnetic powder body;
An impregnation step of impregnating each magnetic powder body compression molded in the compression molding step with a precursor solution of a binder;
A heat treatment step of fixing each of the magnetic powder bodies impregnated with the precursor solution of the binder in the impregnation step by heat treatment and fixing the magnet to each of the magnet formation holes;
And a magnetizing step of magnetizing a magnet fixed to each of the magnet forming holes in the heat treatment step. A method of manufacturing a rotor for an embedded permanent magnet motor, comprising:
該充填工程によって前記磁石形成孔の各々に充填された磁性粉末に結着剤の前躯体溶液を添加する添加工程と、
該添加工程により前記結着剤の前躯体溶液が添加され、前記磁石形成孔の各々に充填された磁性粉末を圧縮成形して磁性粉末体として前記磁石形成孔の各々に形成する圧縮成形工程と、
該圧縮成形工程で圧縮成形された各磁性粉末体を熱処理して結着した磁石を前記磁石形成孔の各々に固定する熱処理工程と、
該熱処理工程で前記磁石形成孔の各々に固定された磁石を磁化する磁化工程とを有することを特徴とする永久磁石埋込型モータ用の回転子の製造方法。 A filling step of filling each of a plurality of magnet forming holes formed in the rotor core with magnetic powder;
An addition step of adding a precursor solution of a binder to the magnetic powder filled in each of the magnet forming holes by the filling step;
A compression molding step in which the precursor solution of the binder is added in the addition step, and the magnetic powder filled in each of the magnet formation holes is compression molded to form a magnetic powder body in each of the magnet formation holes; ,
A heat treatment step of fixing the magnets bonded by heat treatment of the magnetic powder bodies compression-molded in the compression-molding step to each of the magnet formation holes;
And a magnetizing step of magnetizing a magnet fixed to each of the magnet forming holes in the heat treatment step. A method of manufacturing a rotor for an embedded permanent magnet motor, comprising:
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