JP2011091913A - 永久磁石埋設型回転子、永久磁石埋設型回転子の製造装置及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】永久磁石を固定するための樹脂の量を減らした永久磁石埋設型回転子を提供する。
【解決手段】永久磁石１７は、軸孔１６１の方向にロータコア１６に貫設された収容孔２０に収容されている。収容孔２０の両端には空隙２０１が設けられている。収容孔２０に永久磁石１７が収容された状態では、永久磁石１７の両端側に空隙２０１が残される。空隙２０１の形状は、出力トルクに影響を与える磁気特性を考慮して設定されている。永久磁石１７を収容した収容孔２０内には樹脂１９が注入されて硬化されている。空隙２０１内の硬化した樹脂１９には肉盗り部４０が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、永久磁石を収容するロータコアの収容孔内で硬化された樹脂が収容孔内で永久磁石を固定している永久磁石埋設型回転子及びその製造方法に関する。

ロータコアの収容孔内に挿入された永久磁石を樹脂で固定した永久磁石埋設型回転子は、例えば特許文献１に開示されている。樹脂は、永久磁石を挿入した収容孔内に溶融された状態で圧力を加えて充填される。充填された樹脂が硬化すると、永久磁石が収容孔で固定される。

特開２００８−４２９６７号公報

永久磁石を収容する収容孔の断面形状（回転子の回転軸線と垂直な平面上での形状）は、磁気特性等を考慮して適正な形状に設定されており、適正に設定された収容孔の断面形状と永久磁石の外周の断面形状との間には部分的に大きな隙間が生じることが一般的である。このような隙間の存在は、充填される樹脂の量を増やすことになる。

本発明は、永久磁石を固定するための樹脂の量を減らした永久磁石埋設型回転子を提供することを目的とする。

請求項１乃至請求項５の発明は、ロータコアの内部に永久磁石が埋設されており、前記永久磁石を収容する収容孔内で硬化された樹脂が前記収容孔内で前記永久磁石を固定している永久磁石埋設型回転子を対象とし、請求項１の発明では、前記樹脂には肉盗り部が設けられており、前記肉盗り部は、前記樹脂の硬化前に前記収容孔内に挿入された肉盗り部形成体を前記樹脂の硬化後に取り除いた後の形跡である。

好適な例では、前記肉盗り部は、有底孔形状である。
好適な例では、前記肉盗り部は、前記ロータコアの一端から他端へと前記樹脂を貫通する孔である。

好適な例では、前記肉盗り部は、テーパ周面を有する。
請求項５の発明は、ロータコアの内部に永久磁石が埋設されており、前記永久磁石を収容する収容孔内で硬化された樹脂が前記収容孔内で前記永久磁石を固定している永久磁石埋設型回転子の製造装置を対象とし、前記収容孔内に挿入される肉盗り部形成体と、前記収容孔を貫通した状態で前記収容孔内に挿入された前記肉盗り部形成体を前記収容孔の一端側から他端側に向けて付勢する付勢手段と、前記付勢手段によって付勢された前記肉盗り部形成体を前記他端側で受け止める受け止め体とを備える。

請求項６の発明は、ロータコアの内部に永久磁石が埋設されており、前記永久磁石を収容する収容孔内で硬化された樹脂が前記収容孔内で前記永久磁石を固定している永久磁石埋設型回転子の製造方法を対象とし、前記収容孔内に前記永久磁石を挿入する工程と、前記収容孔内に肉盗り部形成体を挿入する工程と、前記収容孔内に前記永久磁石及び前記肉盗り部形成体を挿入した後に前記収容孔内に前記樹脂を注入する工程と、前記樹脂の硬化後に前記肉盗り部形成体を取り除く工程とを備える。

樹脂の硬化後に前記肉盗り部形成体を取り除く工程の後には肉盗り部が残り、収容孔内の樹脂量が減らされる。

本発明は、永久磁石を固定するための樹脂の量を減らすことができるという優れた効果を奏する。

第１の実施形態を示す回転子の断面図。 樹脂圧入装置の側断面図。 樹脂圧入装置の分解斜視図。 （ａ）は、樹脂圧入装置の一部省略平面図。（ｂ）は、回転子の一部破断側断面図。 樹脂圧入装置の部分拡大側断面図。 （ａ）は、分離装置の平面図。（ｂ）は、図６（ａ）のＡ−Ａ線断面図。 第２の実施形態の回転子を示す部分拡大側断面図。 第３の実施形態の回転子を示す一部破断側断面図。 第４の実施形態を示し、（ａ）は、肉盗り部形成体を示す部分拡大平断面図。（ｂ）は、肉盗り部を示す部分拡大平断面図。 第５の実施形態を示す部分拡大側断面図。

以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。
図１に示すように、永久磁石埋設型回転電機Ｍを構成する回転子１５は、ロータコア１６と、ロータコア１６内に埋設された複数の永久磁石１７とからなる。ロータコア１６は、磁性体（電磁鋼板）製の複数枚のコア板１８を積層して構成されている。ロータコア１６の中心部には軸孔１６１が貫設されている。軸孔１６１には出力軸（図示略）が通されて固定される。永久磁石１７は、軸孔１６１の方向にロータコア１６に貫設された収容孔２０に収容されている。永久磁石１７を収容した収容孔２０内には樹脂１９が注入（圧入）されて硬化されている。本実施形態では、樹脂１９は、熱硬化性樹脂（例えばエポキシ樹脂）である。

樹脂１９の注入前において収容孔２０の内周面と永久磁石１７の外周面との間は隙間が形成されるが、とりわけ収容孔２０の両端と永久磁石１７の両端との間には広い空隙２０１が設けられている。空隙２０１を含む収容孔２０の形状は、出力トルクに影響を与える磁気特性、回転子１５の要求重量等を考慮して設定されている。

空隙２０１内の硬化した樹脂１９には肉盗り部４０が形成されている。肉盗り部４０は、有底孔形状であって、深くなるほど小径となるテーパ周面４０１を有する。
図２及び図３は、収容孔２０に樹脂１９を圧入するための樹脂圧入装置２２を示す。

樹脂圧入装置２２は、下型２３と、下型２３に立設された複数本のガイドロッド２４に昇降可能に案内される上型２５とを備えている。上型２５は、２枚の型板２５１，２５２と、下側の型板２５２の下面に止着された型板２５３とから構成されている。上型２５の中央部には複数のポット２６が貫設されている。複数のポット２６は、環状に配列されている。

型板２４３の下面には環状体２７が複数のポット２６の下端を取り巻くようにネジ止めされており、環状体２７の内周にはリングプレート２７１がネジ止めされている。
上型２５の上方には昇降板２８が昇降可能に設けられており、昇降板２８の下面には複数のプランジャ２８１が止着されている。複数のプランジャ２８１は、複数のポット２６に１対１の関係で昇降可能に挿入される。

図３に示すように、下型２３の上面に載置される載置台２９の上面には円柱形状の内側支持部３０及び円筒形状の外側支持部３１が同心位置に固定されている。内側支持部３０の外周面には一対の位置決め溝３０１が形成されており、内側支持部３０の上面には複数の位置決め突起３０２が形成されている。

ロータコア１６は、内側支持部３０の外周面と外側支持部３１の内周面との間に配置される。この配置状態では、ロータコア１６の内周に形成された一対の位置決め突起２１が一対の位置決め溝３０１に嵌合される。位置決め突起２１と位置決め溝３０１との嵌合は、内側支持部３０に対するロータコア１６の位置を決める。内側支持部３０の外周面と外側支持部３１の内周面との間に配置されたロータコア１６の上端面には受圧体３２が載置される。永久磁石１７は、ロータコア１６の上端面に受圧体３２を載置する前に、収容孔２０に挿入される。受圧体３２の下面には嵌合部３２１が一体形成されており、嵌合部３２１は、環状のロータコア１６の内周に嵌合される。受圧体３２の上面には複数の受圧凹部３２２が形成されている。ポット２６と同数の受圧凹部３２２は、環状に配列されている。

図４（ａ）に示すように、受圧体３２の外周面には複数の接続通路３３１が複数の受圧凹部３２２に１対１の関係で接続するように形成されている。接続通路３３１は、リングプレート２７１によって被覆されている。リングプレート２７１の内周面には複数の接続通路３３２が複数の接続通路３３１に１対１の関係で接続するように形成されている。

図３に示すように、嵌合部３２１の下面には複数の位置決め溝３２３が形成されている。ロータコア１６の上端面に受圧体３２が載置された状態では、複数の位置決め溝３２３が位置決め突起３０２に嵌合される。位置決め溝３２３と位置決め突起３０２との嵌合は、ロータコア１６に対する受圧体３２の位置を決める。

載置台２９が図２に示す下型２３上の所定位置に配置された状態では、複数の受圧凹部３２２と複数のポット２６とが上下方向において１対１の関係で対向する。
図２、図４（ｂ）及び図５に示すように、載置台２９の上面には複数のピン３４が立設されている。肉盗り部形成体としてのピン３４の個数は、空隙２０１の数と同数であり、内側支持部３０と外側支持部３１との間にロータコア１６が入れられた状態では、複数のピン３４は、複数の空隙２０１に１対１の関係で挿入される。ピン３４の断面形状（ピン３４の長さ方向と垂直な仮想平面上での形状）は、円形であり、載置台２９の上面からのピン３４の高さは、収容孔２０の貫通長さよりも僅かに低くしてある（コアいた８の１〜数枚分程度低い）。ピン３４は、基端側から先端側に向かうにつれて縮径となるテーパ形状に形成されており、ピン３４の先端部は、球面形状に形成されている。

次に、収容孔２０への樹脂１９の注入（圧入）について説明する。
載置台２９が下型２３の外の位置に設置された状態で、図４（ａ）に示すように、ロータコア１６の位置決め突起２１が内側支持部３０の位置決め溝３０１に嵌合されるように内側支持部３０と外側支持部３１との間にロータコア１６が入れられる。この状態では、ピン３４が空隙２０１内に配置される（収容孔２０内に肉盗り部形成体であるピン３４を挿入する工程）。内側支持部３０と外側支持部３１との間にロータコア１６が入れられた後、収容孔２０に永久磁石１７が挿入される（収容孔２０内に永久磁石１７を挿入する工程）。永久磁石１７の挿入後、受圧体３２の位置決め溝３２３に内側支持部３０の位置決め突起３０２が嵌合された状態で受圧体３２がロータコア１６の上端に載置される。

その後、載置台２９が下型２３上の所定位置に配置され、上型２５が下型２３に向けて下降される。上型２５の下降は、その下面が受圧体３２の上面に接合する樹脂圧入位置まで行われる。上型２５の下面が受圧体３２の上面に接合すると、環状体２７のリングプレート２７１の内周面が受圧体３２の外周面に接合される。これらの接合により、複数のポット２６の下端部が複数の受圧凹部３２２に１対１の関係で接続し、複数のポット２６と複数の収容孔２０とが受圧凹部３２２及び接続通路３３１，３３２を介して１対１の関係で接続される。

図５に示すように、上型２５の下降後、各ポット２６内に固形の樹脂１９Ａが挿入される。その後、昇降板２８が下降されてプランジャ２８１がポット２６内に押し入れられると共に、固形の樹脂１９Ａが図示しない溶融装置によって溶融される。これにより、溶融した樹脂１９が接続通路３３を経由して収容孔２０内に充填される（収容孔２０内に樹脂１９を注入する工程）。樹脂１９が硬化すると、収容孔２０内の永久磁石１７が収容孔２０内で固定される。

樹脂１９が硬化した後、上型２５が上昇されて載置台２９が上型２５と下型２３との間から取り出される。上型２５と下型２３との間から取り出された載置台２９は、図６（ａ），（ｂ）に示す分離装置３５の基台３６上に載置される。

分離装置３５は、基台３６上に立設された複数の位置決めピン３７と、基台３６上に立設された複数の第１突き上げピン３８と、基台３６上に立設された第２突き上げピン３９とを備えている。複数の位置決めピン３７は、載置台２９の外周面に係合して基台３６上での載置台２９の位置を決める。複数の第１突き上げピン３８は、載置台２９に形成された第１貫通孔２９１を貫通して載置台２９上のロータコア１６の下端面に当接可能である。第２突き上げピン３９は、載置台２９に形成された第２貫通孔２９２及び内側支持部３０に形成された貫通孔３０３を貫通して受圧体３２の下端面に当接可能である。

載置台２９が基台３６上に載置されると、第１突き上げピン３８が第１貫通孔２９１を貫通してロータコア１６を押し上げ、第２突き上げピン３９が第２貫通孔２９２及び貫通孔３０３を貫通して受圧体３２を押し上げる。これにより、ロータコア１６が載置台２９から上方へ分離され、受圧体３２がロータコア１６から上方へ分離される。受圧体３２がロータコア１６から分離されると、硬化した樹脂１９が接続通路３３１と接続通路３３２との間にて分断される。

ロータコア１６が載置台２９から分離されると、ピン３４が収容孔２０内の硬化した樹脂１９から分離される（肉盗り部形成体であるピン３４を取り除く工程）。これにより、収容孔２０内の硬化した樹脂１９には肉盗り部４０が形成される。肉盗り部４０は、収容孔２０内に挿入された肉盗り部形成体としてのピン３４を樹脂１９の硬化後に取り除いた後の形跡であって、有底孔形状である。

第１の実施形態では以下の効果が得られる。
（１）永久磁石１７を固定するために硬化された樹脂１９に肉盗り部４０を設けた構成は、永久磁石１７を固定するための樹脂１９の量の低減をもたらす。

（２）ロータコア１６の樹脂量が少なくなるため、ロータコア１６が軽量化される。ロータコア１６の回転、停止、加速、減速における応答性が向上し、このモータを車両の駆動用として用いた場合、都合がよい。又、ロータコア１６が軽量化できるため、モータ全体の軽量化を達成できる。従って、特に、このモータを車両のインホイールモータとして用いた場合、バネ下荷重を小さくできるため、車両の乗り心地及び操縦性を向上できる。

（３）有底孔形状の肉盗り部４０は、ロータコア１６を貫通する収容孔２０の一端にのみ開口しており、収容孔２０の両端に開口する場合に比べて、ロータコア１６の回転時の風切り音が低減する。

（４）肉盗り部４０は、深くなるほど小径となるテーパ形状である。つまり、ピン３４は、基端側から先端側に向かうにつれて縮径となるテーパ形状であり、このような形状のピン３４の採用は、樹脂１９の硬化後のピン３４の除去を容易にする。

（５）磁路短絡防止用の空隙２０１の断面形状（ロータコア１６の回転軸線に対して垂直な平面上での形状）は、ピン３４を挿入し易い形状である。つまり、空隙２０１は、肉盗り部４０を形成する場所として好適である。

（６）ピン３４の先端部が球面形状に形成されているため、樹脂離れの際の抵抗が低減する。
次に、図７の第２の実施形態を説明する。第１の実施形態と同じ構成部には同じ符合を用い、その詳細説明は省略する。

第２の実施形態では、ピン３４がリングプレート２７１に止着されている。上型２５を上昇させれば収容孔２０内からピン３４を抜くことができ、ピン３４を抜いた後には下方に開口する肉盗り部４０が空隙２０１内の樹脂１９中に形成される。

第２の実施形態においても第１の実施形態と同様の効果が得られる。
次に、図８の第３の実施形態を説明する。第１の実施形態と同じ構成部には同じ符合を用い、その詳細説明は省略する。

第３の実施形態では、図示はしないが、ピン３４が載置台２９の上面及びリングプレート２７１に上下に対向するように止着されている。従って、一対の肉盗り部４０Ａ，４０Ｂが空隙２０１内の樹脂１９に設けられている。上下の肉盗り部４０Ａ，４０Ｂの先端は、離されており、これらの先端の間隔を調整することによって、収容孔２０内の樹脂１９の強度を調整することができる。

第３の実施形態においても第１の実施形態と同様の効果が得られる。
次に、図９（ａ），（ｂ）の第４の実施形態を説明する。第１の実施形態と同じ構成部には同じ符合を用い、その詳細説明は省略する。

第４の実施形態では、図９（ａ）に示すように、載置台２９（図５参照）に立設された一対の肉盗り部形成体４１間に永久磁石１７を嵌め合わせるように空隙２０１内に永久磁石１７を挿入しておき、この後に樹脂１９を注入するようにしてもよい。図９（ｂ）に示すように、樹脂１９の硬化後に収容孔２０から肉盗り部形成体４１を取り出せば、永久磁石１７の両端を露出させた肉盗り部４０Ｃが形成される。

次に、図１０の第５の実施形態を説明する。第１の実施形態と同じ構成部には同じ符合を用い、その詳細説明は省略する。
第５の実施形態では、リングプレート２７１には複数のガイドリング４２が貫通して止着されており、載置台２９にはガイドリング４２と対応してリング形状の受け止め体４３が貫通して止着されている。上型２５を構成する型板２５３には孔２５４が貫設されており、孔２５４内及びガイドリング４２内にはピン４４がスライド可能に収容されている。肉盗り部形成体としてのピン４４は、孔２５４内に収容される頭部４４１と、ガイドリング４２に嵌合されてガイドリング４２内をスライドするストレート部４４２と、ストレート部４４２に連なるテーパ部４４３と、テーパ部４４３に連なる短い小径部４４４と、小径部４４４に連なる先鋭部４４５とから構成されている。

頭部４４１と型板２５２との間には圧縮ばね４５が介在されている。上型２５が下降されていない状態では、頭部４４１が圧縮ばね４５のばね力によってガイドリング４２の上端に押接されている。圧縮ばね４５は、収容孔２０の一端側から他端側に向けてピン４４を付勢する付勢手段である。圧縮ばね４５によって付勢されたピン４４は、前記他端側に設けられた受け止め体４３によって受け止められる。

上型２５は、載置台２９を下型２３上に配置した後に下降される。上型２５が樹脂圧入位置まで下降されると、先鋭部４４５がリング形状の受け止め体４３のリング内に入り込んでゆく。そして、小径部４４４がリング形状の受け止め体４３に嵌合し、テーパ部４４３と小径部４４４との段差４４６が受け止め体４３の上端に当接する。段差４４６が受け止め体４３の上端に当接した状態では、段差４４６と受け止め体４３の上端との間に隙間は生じない。

小径部４４４が受け止め体４３に嵌合した状態では、収容孔２０内におけるピン４４の位置が規制される。段差４４６が受け止め体４３の上端に当接した状態では、頭部４４１が圧縮ばね４５のばね力に抗してガイドリング４２の上端から押し上げられる。

その後、樹脂１９が収容孔２０内に圧入され、樹脂１９が硬化すると、上型２５が上昇される。上型２５の上昇に伴い、ガイドリング４２の上端がピン４４の頭部４４１に当接してピン４４が押し上げられ、ピン４４が収容孔２０内から上方へ離脱する。これにより、収容孔２０内の樹脂１９には肉盗り部４６が貫通形状に形成される。肉盗り部４６は、ストレート部４４２に対応する一定径のストレート周面４６１と、テーパ部４４３に対応するテーパ周面４６２とを備える。

第５の実施形態においても第１の実施形態と同様の効果が得られる。
ところで、ロータコア１６は、コア板１８を積層して構成されるが、ロータコア１６の積層方向の寸法（高さ）にばらつきが生じることがある。そのため、第１の実施形態のように先端がフリーの肉盗り形成体を立設して肉盗り孔を形成する場合には、肉盗り形成体の先端がリングプレート２７１に干渉してピン形状の肉盗り形成体が曲がったり、破損したりするおそれがある。

第５の実施形態では、ピン４４が空隙２０１内を貫通して受け止め体４３に支持されるため、ピン４４が曲がったり、破損したりするおそれはない。
本発明では以下のような実施形態も可能である。

・ピン形状の肉盗り部形成体の先端部を球面以外の凸面形状にしてもよい。
・第５の実施形態において、ピン４４の頭部４４１及び圧縮ばね４５を下型２３側に配置し、ピン４４の先端部を上型２５側に配置するようにしてもよい。

・前記した第１、第２、第５の実施形態では肉盗り形成体として断面円形のピン形状のものを用いたが、断面円形以外の断面形状（例えば、断面角形状、断面楕円形状等）の肉盗り形成体を用いてもよい。

・熱硬化性樹脂の代わりに、熱可塑性樹脂を用いてもよい。
・前記各実施形態では、肉盗り部４６を永久磁石１７の両端と収容孔２０の両端との間の２箇所に設けたが、それ以外の位置、例えば永久磁石１７の側面と対応する位置に設けてもよく、あるいは肉盗り部４６を１箇所または３箇所以上に設けてもよい。

１５…回転子。１６…ロータコア。１７…永久磁石。１９，１９Ａ…樹脂。２０…収容孔。２０１…空隙。３４，４４…肉盗り部形成体としてのピン。４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４６…肉盗り部。４０１，４６２…テーパ周面。４１…肉盗り部形成体。４３…受け止め体。４５…付勢手段としての圧縮ばね。Ｍ…永久磁石埋設型回転電機。

Claims (6)

1. ロータコアの内部に永久磁石が埋設されており、前記永久磁石を収容する収容孔内で硬化された樹脂が前記収容孔内で前記永久磁石を固定している永久磁石埋設型回転子において、
   前記樹脂には肉盗り部が設けられており、前記肉盗り部は、前記樹脂の硬化前に前記収容孔内に挿入された肉盗り部形成体を前記樹脂の硬化後に取り除いた後の形跡である永久磁石埋設型回転子。
2. 前記肉盗り部は、有底孔形状である請求項１に記載の永久磁石埋設型回転子。
3. 前記肉盗り部は、前記ロータコアの一端から他端へと前記樹脂を貫通する孔である請求項１に記載の永久磁石埋設型回転子。
4. 前記肉盗り部は、テーパ周面を有する請求項２及び請求項３のいずれか１項に記載の永久磁石埋設型回転子。
5. ロータコアの内部に永久磁石が埋設されており、前記永久磁石を収容する収容孔内で硬化された樹脂が前記収容孔内で前記永久磁石を固定している永久磁石埋設型回転子の製造装置において、
   前記収容孔内に挿入される肉盗り部形成体と、
   前記収容孔を貫通した状態で前記収容孔内に挿入された前記肉盗り部形成体を前記収容孔の一端側から他端側に向けて付勢する付勢手段と、
   前記付勢手段によって付勢された前記肉盗り部形成体を前記他端側で受け止める受け止め体とを備える永久磁石埋設型回転子の製造装置。
6. ロータコアの内部に永久磁石が埋設されており、前記永久磁石を収容する収容孔内で硬化された樹脂が前記収容孔内で前記永久磁石を固定している永久磁石埋設型回転子の製造方法において、
   前記収容孔内に前記永久磁石を挿入する工程と、
   前記収容孔内に肉盗り部形成体を挿入する工程と、
   前記収容孔内に前記永久磁石及び前記肉盗り部形成体を挿入した後に前記収容孔内に前記樹脂を注入する工程と、
   前記樹脂の硬化後に前記肉盗り部形成体を取り除く工程とを備える永久磁石埋設型回転子の製造方法。

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