JP2010259231A - Permanent magnet for magnetic field pole, manufacturing method thereof, permanent-magnet type rotating electric machine equipped with permanent magnet for magnetic field pole - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、界磁極用永久磁石材料を複数の磁石片に分割し、この複数の磁石片同士を絶縁性部材により結合することで一体化した界磁極用永久磁石及びその製造方法並びに界磁極用永久磁石を備える永久磁石型回転電機に関する。 The present invention relates to a field pole permanent magnet integrated by dividing a field pole permanent magnet material into a plurality of magnet pieces and joining the plurality of magnet pieces together with an insulating member, a method for manufacturing the same, and a field pole use The present invention relates to a permanent magnet type rotating electrical machine including a permanent magnet.
従来、永久磁石型電動機に用いる界磁極用永久磁石は、鉄心外周部の周方向に沿って間隔をあけた複数箇所の取付孔にそれぞれ挿入埋設して使用している。このような界磁極用永久磁石は、発熱抑制を図るために鉄心の軸方向または周方向に分割した複数の磁石片で構成し、その際各磁石片相互間を絶縁した状態で絶縁層により被膜している(下記特許文献1参照)。
2. Description of the Related Art Conventionally, field pole permanent magnets used in permanent magnet type electric motors are inserted and embedded in a plurality of mounting holes spaced apart along the circumferential direction of the outer periphery of the iron core. Such permanent magnets for field poles are composed of a plurality of magnet pieces divided in the axial direction or the circumferential direction of the iron core in order to suppress heat generation, and in this case, the magnet pieces are coated with an insulating layer while being insulated from each other. (See
ところで、界磁極用永久磁石材料を複数に分割する手法として、回転刃物を用いて切断する方法が一般的に知られている。 By the way, as a method of dividing the field pole permanent magnet material into a plurality of methods, a method of cutting using a rotary blade is generally known.
ところが、切断により分割する場合には、切断粉を発生させて一部を除去することになり、切断面同士としては切断前に結合していたものではない。したがってこの切断面同士を突き合わせたときに、分割した磁石片相互が傾いた状態となりやすい。このため、切断後の磁石片を一体化して界磁極用永久磁石として使用する際には、磁石側面が同一平面となるよう仕上げ加工が必要となってコスト高となる。 However, when dividing | segmenting by cutting | disconnection, it will generate | occur | produce cutting powder and will remove a part, and it has not combined before cutting | disconnection as cut surfaces. Therefore, when the cut surfaces are brought into contact with each other, the divided magnet pieces tend to be inclined. For this reason, when the cut magnet pieces are integrated and used as a permanent magnet for a field pole, finishing work is required so that the side surfaces of the magnets become the same plane, resulting in high costs.
そこで、本発明は、複数に分割した磁石片を一体化した後の界磁極用永久磁石に対する仕上げ加工を不要としてコスト低下を図ることを目的としている。 Therefore, an object of the present invention is to reduce the cost by eliminating the need for finishing the field pole permanent magnet after integrating the magnet pieces divided into a plurality of pieces.
本発明は、界磁極用永久磁石材料を破断により複数の磁石片に分割し、この複数の磁石片同士を絶縁性部材により結合して界磁極用永久磁石とすることを特徴とする。 The present invention is characterized in that the field pole permanent magnet material is divided into a plurality of magnet pieces by breakage, and the plurality of magnet pieces are coupled together by an insulating member to form a field pole permanent magnet.
本発明によれば、界磁極用永久磁石材料を単に破断することで複数の磁石片に分割しているので、分割した後の破断面同士としては、破断前に結合していたものにほぼ相当する。したがって、この破断面同士を結合することで、元の界磁極用永久磁石材料とほぼ同等の形状とすることができ、結合後の磁石側面が同一平面となりやすい。このため、複数に分割した磁石片を一体化した後の界磁極用永久磁石に対する仕上げ加工を不要としてコスト低下を図ることができる。 According to the present invention, the field pole permanent magnet material is simply broken to divide it into a plurality of magnet pieces, so that the fracture surfaces after the division are substantially equivalent to those that were joined before breaking. To do. Therefore, by joining these fractured surfaces, it is possible to make the shape substantially the same as that of the original permanent magnetic material for field poles, and the side surfaces of the magnets after joining are likely to be the same plane. For this reason, it is not necessary to finish the permanent magnet for the field pole after integrating the magnet pieces divided into a plurality of parts, thereby reducing the cost.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1の実施形態]
永久磁石型回転電機として例えば電気自動車の走行用駆動源として用いる永久磁石型同期モータ(以下、単にモータとする)において、図1に示すように、ロータコアである鉄心1に、本実施形態による界磁極用永久磁石3を設けている。
[First Embodiment]
In a permanent magnet type synchronous motor (hereinafter simply referred to as a motor) used as a driving source for driving an electric vehicle, for example, as a permanent magnet type rotating electric machine, as shown in FIG. A
鉄心1は、薄板状の電磁鋼板などの積層体として構成してあり、その中心に図示しないロータシャフトを挿入固定するシャフト挿入孔1aを備えるとともに、外周側近傍の円周方向等間隔に設けてある複数(ここでは4つ)の磁石挿入孔1bに、前記した界磁極用永久磁石3を挿入配置している。
The
そして、上記した鉄心1にロータシャフト及び界磁極用永久磁石3を取り付けて構成したロータを、図示しないモータハウジングに対してベアリングを介して回転可能として、該ロータの外周側に、図示しないコイルを備えるステータを上記ハウジングに固定した状態で配置して、モータを構成する。
A rotor configured by attaching the rotor shaft and the field pole
ここで本実施形態の界磁極用永久磁石3は、図2(a)に示す長方形の板状の界磁極用永久磁石材料5を、その長手方向に沿って複数(ここでは4つ)に分割して図2(b)に示すような磁石片7とし、さらにこの分割した複数の磁石片7同士を、図2(c)に示すように絶縁性部材9(図3参照)により結合することで一体化している。
Here, the field pole
絶縁性部材9は、図3に示すように、接着剤10と、この接着剤10に混合する絶縁介在物であってスペーサの機能を有する非導電性の粒子(例えばガラスビーズやセラミックス粒子など)11とを有している。接着剤10としては、例えばエポキシ樹脂やシリコーン樹脂であり、この接着剤に粒子11を配合し攪拌してから使用する。したがって、粒子11は、接着剤10全体に分散してほぼ均等に混合した状態となり、この際粒子11の配合割合は2重量%とする。
As shown in FIG. 3, the insulating member 9 is an adhesive 10 and non-conductive particles (for example, glass beads and ceramic particles) that are insulating inclusions mixed with the
なお、界磁極用永久磁石材料5を複数の磁石片7で構成することで、渦電流を小さく分割して損失を低減し、界磁極用永久磁石3の発熱を抑えることができ、モータとして高出力化に寄与することができる。
By configuring the field pole
ここで、本実施形態における界磁極用永久磁石3は、界磁極用永久磁石材料5を複数の磁石片7に分割する方法として、回転刃物を用いて切断するのではなく、単に破断により分割している。その分割方法を図4に示す。
Here, the field pole
前記図2(a)に示すように、界磁極用永久磁石材料5は、その長手方向に沿って等間隔に3箇所の溝5aを形成してあり、この溝5aは上記長手方向と直交する短辺側と平行に延設してある。図4に示すように、溝5aは、V字形状としてその開き角度θを90度以下とするとともに、深さAを界磁極用永久磁石材料5の板厚Bの1/1000以上としている。なお、この深さAは、上記値を満足する最も小さい値、すなわち板厚Bの1/1000とすることが望ましい。
As shown in FIG. 2A, the field pole
溝5aを形成する方法としては、機械的な加工やレーザ加工あるいはワイヤカット放電加工がある。
As a method of forming the
このような界磁極用永久磁石材料5を、下部治具13及び上部治具15からなる磁石固定治具17によって挟持固定することで保持する。磁石固定治具17により挟持固定する方法としては、ボルト締結や油圧による押し込みがある。その際、下部治具13の破断する側の端面13aをV字形状の溝5aの底部先端に対応させる一方。上部治具15の同端面15aは溝5aから若干離反させた位置とする。
Such a permanent
また、界磁極用永久磁石材料5の磁石固定治具17により保持した部位から図4中で右側に突出した部分は、その後破断して得られる1つの磁石片7のみが存在するものとし、該1つの磁石片7に対して上方から可動側治具19を下方に向けて押し込むことで、界磁極用永久磁石材料5を、前記溝5aを境にして破断して分割する。可動側治具19の動力としては、サーボプレスや機械プレスあるいは油圧プレスがある。
Further, the portion protruding to the right side in FIG. 4 from the portion held by the
上記可動側治具19の界磁極用永久磁石材料5に対する押し込み位置Cは、上記1つの磁石片7より図4中で右側に位置する前回破断した溝5aの中心からD(=1.5mm)以上磁石固定治具17側とする。この際、今回破断する溝5aの中心からの上記押し込み位置Cまでの距離Eは、上記D=1.5mm以上を満足する値の中で最も大きい値が望ましい。
The pressing position C of the
なお、上記図4の例では、既に少なくとも1回破断した後の状態を示しているが、図2(a)の状態から最初の1つの磁石片7を得るために破断する際には、界磁極用永久磁石材料5の長手方向端部から磁石固定治具17側に1.5mm以上離れた位置を上記押し込み位置Cとする。
The example of FIG. 4 shows a state after having been broken at least once. However, when breaking to obtain the
上記図4のように、磁石固定治具17により保持した部位から突出した部分の界磁極用永久磁石材料5を、可動側治具19により矢印Fで示すように下方に押し込むことで、この押し込まれた部分の界磁極用永久磁石材料5は、溝5aを起点として破断されて磁石片7として分割される。
As shown in FIG. 4, the portion of the field pole
すなわち、本実施形態では、溝5aを境にして界磁極用永久磁石材料5の一方側を保持した状態で他方側を、前記保持した位置を支点として押圧することで、前記溝5aに対応する部位を破断により分割し、この分割するときの前記他方側に対する押圧位置である押し込み位置Cを、前記支点と反対側の端部から前記支点側に1.5mm以上離れた位置としている。
That is, in the present embodiment, by pressing the other side with the held position as a fulcrum while holding one side of the field pole
このような分割作業を、図2(a)の界磁極用永久磁石材料5に対して順次3回実施することで、図2(b)に示す4つの磁石片7を得ることができる。そして、この4つに分割した磁石片7を、絶縁性部材9を用いて接着により互いに結合固定することで、図2(a)に示す元の界磁極用永久磁石材料5とほぼ同形状となる図2(c)に示す界磁極用永久磁石3を作製する。
By carrying out such a dividing operation three times sequentially on the field pole
そして、この作製した界磁極用永久磁石3は、前記図1に示すように、鉄心1の磁石挿入孔1bに挿入して固定する。
The produced field pole
ここで、上記のようにして破断した後の各磁石片7の端部における分割面である破断面7aは、適度な粗さを備える一方、絶縁性部材9については、前述したように非導電性の粒子11を混合している。そして、本実施形態では、図5に示すように、粒子11の粒径(直径)φが、破断面7aの粗さ(十点平均粗さ:RZ)の1/2以下で、かつ、破断面7aの粗さ曲線Gにおける凹凸の1周期Hの最小値の1/3以下としている。なお、図5中で二点鎖線の粗さ曲線Gは、結合相手側の磁石片7のものである。
Here, the
図6は、より具体的な粗さ曲線Gaを示している。この粗さ曲線Gaは、その長さ方向(図6中で左右方向)に基準長さLだけ抜き取った部位を示しており、その粗さ曲線Gaにおける凹凸の1周期Hに対応する間隔Smiを、Sm1,Sm2,…,Smnとして示している。つまり、これら各間隔Smiを、Sm1,Sm2,…,Smnのうちで最も小さい値が、前記した粗さ曲線Gの凹凸の1周期Hの最小値となる。 FIG. 6 shows a more specific roughness curve Ga. This roughness curve Ga shows a portion extracted by a reference length L in the length direction (left and right direction in FIG. 6), and an interval Smi corresponding to one cycle H of the irregularities in the roughness curve Ga is shown. , Sm1, Sm2,..., Smn. That is, the smallest value among these intervals Smi among Sm1, Sm2,..., Smn is the minimum value of one period H of the unevenness of the roughness curve G described above.
このように、本実施形態では、界磁極用永久磁石材料5を単に破断することで複数の磁石片7に分割している。破断により分割することで、例えば回転刃物を用いて切断により分割する場合のように、切断部分を切断粉として除去することがなく、磁石片7相互間の分割面である破断面7a同士が、破断前に結合していたものにほぼ相当するものとなる。
As described above, in this embodiment, the field pole
このため、この破断面7a同士を互いに突き合わせることで、ほぼ元の界磁極用永久磁石材料5と同様の形状に戻すことが可能であり、結合後の磁石側面をほぼ同一平面とすることができる。この結果、複数に分割した磁石片を一体化した後の界磁極用永久磁石に対する仕上げ加工を不要としてコスト低下を図ることができる。また、破断面7aの凹凸部が磁石片7相互の位置決め作用を発揮して、結合作業が容易となる。
For this reason, it is possible to return to the shape almost the same as the original
したがって、この分割した磁石片7同士を、例えば一方の破断面7aに絶縁性部材9を塗布した後、破断面7a同士を突き合わせることで、複数の磁石片7を互いに結合して一体化した高品質な界磁極用永久磁石3とすることができる。
Therefore, for example, after applying the insulating member 9 to one of the fracture surfaces 7a, the divided
このため、複数に分割した磁石片7を一体化した後の界磁極用永久磁石3に対する寸法調整のための仕上げ加工が不要になるとともに、材料の歩留まりも向上してコスト低下を図ることができる。また、界磁極用永久磁石材料5を分割する際には単に破断するだけなので、特に硬度の高い界磁極用永久磁石材料5を切断により分割する場合に比較して、分割作業を容易にでき、作業コストも低減する。
For this reason, the finishing process for adjusting the dimensions of the field pole
また、上記仕上げ加工が不要となることから、界磁極用永久磁石3を鉄心1の磁石挿入孔1bに挿入する際の寸法公差を小さくとることができ、高品質なモータを製造することができる。
Further, since the finishing process is not necessary, the dimensional tolerance when the field pole
また、互いに隣接する磁石片7同士は絶縁性部材9により絶縁しているので、これら各磁石片7相互間での接触抵抗が増大することになって、各磁石片7相互間での渦電流の分割をより確実に行え、複数の磁石片7に分割することによる発熱抑制効果をより高めることができる。
Further, since the
さらに、複数の磁石片7を分割して得る代わりに、圧粉成形で得る場合には、成形個数が磁石片分必要となり、コスト高となる。
Furthermore, instead of obtaining a plurality of
また、本実施形態では、界磁極用永久磁石材料5は、複数の磁石片6に分割する位置に溝5aを備えており、この溝5aの深さAは、界磁極用永久磁石材料5の厚さの1/1000以上としている。これにより、破断する際の界磁極用永久磁石材料5に対する可動側治具19の押し込み力が少なくて済んで作業効率が向上するとともに、押し込み力過大による破損も抑制することができる。
In the present embodiment, the field pole
すなわち、溝5aの深さが、界磁極用永久磁石材料5の厚さの1/1000未満の場合には、破断する際の押し込み力が過大となって作業効率の悪化を招くとともに、他の部位が破損する恐れがある。また、深さAを、界磁極用永久磁石材料5の厚さの1/1000以上とした値のうち最も小さい値、すなわち板厚Bの1/1000とすることで、分割後に突き合わせる破断面7aの面積がより大きくなり、この結果破断面7aの凹凸による磁石片7相互間の位置決め精度も高まって、高品質な界磁極用永久磁石3を得ることができる。
That is, when the depth of the
さらに、上記溝5aの形状を、V字形状としてその開き角度を90度以下とすることで、溝5aを起点とする分割作業をより容易に実施することができる。
Furthermore, the division | segmentation operation | work which makes the groove |
また、本実施形態では、絶縁性部材9を接着剤10と非導電性の粒子11とを混合して構成し、この際粒子11の直径は、複数の磁石片7の破断による分割面である破断面7aの粗さ(RZ)の1/2以下で、かつ、破断面7aの粗さ曲線Gにおける凹凸の1周期Hの最小値の1/3以下としている。
Further, in this embodiment, the insulating member 9 is configured by mixing the adhesive 10 and the
これにより、複数の磁石片7相互を、破断面7a同士を突き合わせて結合するときに、粒子11が破断面7aの凹凸の凹部内に入り込んだ状態を確保し、互いに隣接する磁石片7同士が横ずれしにくくなるので、磁石片7相互の位置合わせ性が向上する。
This ensures that when the plurality of
また、本実施形態では、溝5aを境にして界磁極用永久磁石材料5の一方側を保持した状態で他方側を、前記保持した位置を支点として押圧することで、溝5aに対応する部位を破断により分割し、この分割するときの前記他方側に対する押し込み位置Cを、前記支点と反対側の端部から前記支点側に1.5mm以上離れた位置としている。
Further, in the present embodiment, a portion corresponding to the
これにより、磁石片7における破断面7a側の端部の欠けによる損傷を極力抑えることができる。その際、上記図4における押し込み位置Cの溝5aからの距離Eを、前記D=1.5mm以上を満足する値の中で最も大きい値とすることで、可動側治具19による破断荷重である押し込み荷重を極力小さく抑えることができ、より効率よく破断作業を行うことができる。
Thereby, the damage by the chip | tip of the edge part by the side of the torn
[第2の実施形態]
図7に示す第2の実施形態は、前記第1の実施形態のようにして複数に分割した磁石片7相互を結合するために使用する絶縁性部材9Aを第1の実施形態と異ならせている。本実施形態の絶縁性部材9Aは、第1の実施形態と同様の接着剤10に混合する粒子11を、磁石片7における長方形状の破断面7aの四隅に配置している。この際、破断面7aの全体に接着剤10を塗布した後、粒子11を四隅に配置する。
[Second Embodiment]
The second embodiment shown in FIG. 7 differs from the first embodiment in the insulating
すなわち、本実施形態では、非導電性の粒子11を、複数の磁石片7相互間の一部位に配置していることになる。
In other words, in the present embodiment, the
具体的には、非導電性の粒子11を接着剤10上に配置する前に、接着剤10を一方の破断面7aに塗布し、分割した磁石片7同士を接着剤10を間に挟んだ状態で押し付けることで接着剤10の厚さを狙い厚さにした後、一方の磁石片7を接着剤10から一旦引き離す。その後、図7のように接着剤10の四隅に粒子11を配置してから、上記引き離した一方の磁石片7を再度接着剤10に押し付けて磁石片7相互を結合する。
Specifically, before disposing the
これにより、粒子11を四隅に確実に配置してスペーサの機能を維持できるとともに、第1の実施形態に比較して、高価なガラスビーズで構成する粒子11の使用量を削減してコスト低下を達成することができる。また、第1の実施形態に対し、破断面7aの面積を同等とした場合に、接着剤10の量が増大するので磁石片7相互の結合をより強固なものとすることができる。
As a result, the function of the spacer can be maintained by reliably arranging the
また、本実施形態によれば、粒子11を少なくとも3個分散して配置し、このうち1個は、他の2個同士を結ぶ直線上からずれた位置に配置することで、3個の粒子11が3角形の3つの頂点位置となるようにすれば、スペーサの機能を維持することが可能である。
In addition, according to the present embodiment, at least three
なお、磁石片7相互を結合固定する際に安定させるためには、図7に示すように破断面7aの四隅に粒子11を配置することが望ましい。
In order to stabilize the
そして、前記第1の実施形態または第2の実施形態により製造した界磁極用永久磁石3を、図1に示すように鉄心1に取り付けてロータを構成し、該ロータをモータなどの回転電機に使用することで、回転電機の高性能化を達成することができる。
Then, the field pole
1 鉄心
3 界磁極用永久磁石
5 界磁極用永久磁石材料
5a 界磁極用永久磁石材料の溝
7 磁石片
7a 磁石片の破断面(分割面)
9,9A 絶縁性部材
10 接着剤
11 非導電性の粒子
G Ga 破断面の粗さ曲線
H 粗さ曲線の凹凸の1周期
DESCRIPTION OF
9,
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