JP2013102654A - Rotor and manufacturing method for the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動機におけるロータとその製造方法に関し、特にロータに永久磁石を内蔵した永久磁石埋込型同期モータ等におけるロータの構造と製造方法に関する。 The present invention relates to a rotor in an electric motor and a manufacturing method thereof, and more particularly to a structure and a manufacturing method of a rotor in a permanent magnet embedded synchronous motor having a permanent magnet built into the rotor.
この種のロータの構造として、例えば特許文献1,2に記載されているように、電磁鋼板等の積層体からなるロータコアにその軸心方向に貫通するスロット部をロータコアの円周方向に沿って所定のピッチで複数個形成し、それらのスロット部に個々に永久磁石を挿入した上で、スロット部と永久磁石の隙間を埋めるべく、永久磁石が挿入されているスロット部の一端部から樹脂材料を充填して硬化させることにより、いわゆる樹脂モールドのかたちで各永久磁石を位置決め固定するようにしたものが知られている。
As a structure of this type of rotor, for example, as described in
特許文献1,2に代表されるような従来のロータの構造においては、後述する図7を借りて説明するならば、ロータの機能よりしてロータコア2の径方向外方寄りの位置に永久磁石4が挿入されることになるスロット部3が形成されていて、多くの場合に永久磁石4とスロット部3とのなす隙間に樹脂5が充填されることで永久磁石4が固定されている。そして、樹脂材料5の充填は射出成形あるいはトランスファ成形の形態で行われることになり、ロータコア2の周縁部のうち特にスロット部3よりも径方向外方寄りの位置に桟状に残される幅狭部22については樹脂充填圧による残留応力の発生が不可避とされる。その上、上記幅狭部22についてはモータの回転子として機能する際に遠心力による応力集中が発生しやすく、当該幅狭部22での膨出変形Qや耐久性の低下が危惧される。
In the structure of a conventional rotor represented by
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、ロータコアのうちスロット部よりも径方向外方寄りの位置に残される幅狭部での残留応力を軽減して、当該幅狭部での変形防止とともにその耐久性の向上を図ったロータとその製造方法を提供するものである。 The present invention has been made paying attention to such a problem, and reduces the residual stress in the narrow portion left in the radially outer side of the slot portion of the rotor core, thereby reducing the narrow portion. And a method of manufacturing the rotor, which prevents the deformation of the rotor and improves its durability.
本発明は、スロット部と磁石とのなす隙間にフィラーを含んだ樹脂材料を充填して各磁石を位置決め固定してあるロータの構造を前提として、上記スロット部のうちロータの径方向外方に位置する外周側壁面と磁石側の同等部位とのなす隙間を長辺側のクリアランス部とし、上記スロット部のうちロータの円周方向両端に位置する円周方向壁面と磁石側の同等部位とのなす隙間を短辺側のクリアランス部とする。 The present invention presupposes a rotor structure in which a resin material containing a filler is filled in a gap formed between a slot portion and a magnet and each magnet is positioned and fixed. A gap formed between the outer peripheral side wall surface and the equivalent part on the magnet side is used as a clearance part on the long side, and the circumferential wall surface located at both ends in the circumferential direction of the rotor in the slot part and the equivalent part on the magnet side The gap formed is the short side clearance.
その上で、上記長辺側のクリアランス部のうち短辺側のクリアランス部に近い部分に、短辺側のクリアランス部よりも長辺側のクリアランス部の方が幅寸法が小さくなるように段状部をもってその幅寸法を変化させる狭窄部を形成してある。さらに、上記狭窄部を含む長辺側のクリアランス部の幅寸法を樹脂材料に含まれるフィラーの粒径よりも小さく設定するとともに、短辺側のクリアランス部の幅寸法を上記フィラーの粒径よりも大きく設定してある。そして、上記短辺側のクリアランス部のほか長辺側のクリアランス部のうち狭窄部よりも短辺側のクリアランス部寄りの部分のみを樹脂充填部として、それ以外の部分を樹脂非充填部としてある。 In addition, a step shape is formed so that the width dimension of the clearance portion on the long side is smaller than the clearance portion on the short side in the portion close to the clearance portion on the short side of the clearance portion on the long side. The constriction part which changes the width dimension with the part is formed. Further, the width dimension of the clearance part on the long side including the narrowed part is set smaller than the particle diameter of the filler contained in the resin material, and the width dimension of the clearance part on the short side is set smaller than the particle diameter of the filler. Largely set. In addition to the clearance part on the short side, only the part closer to the clearance part on the short side than the constriction part in the clearance part on the long side is used as the resin filling part, and the other part is used as the resin non-filling part. .
本発明によれば、磁石が挿入されるスロット部のうちロータコアの径方向外方に位置する長辺側のクリアランス部については、ロータコアの円周方向両端に位置する短辺側のクリアランス部に近い部分のみに樹脂材料が充填されて、それ以外の部分には樹脂材料が充填されないことになる。そのため、スロット部よりもさらにロータコアの径方向外方に残されるロータコアの幅狭部の樹脂充填圧による残留応力の発生を抑制し、ロータコアの回転時における幅狭部での変形を未然に防止して、ロータの耐久性の向上が図れるようになる。 According to the present invention, the long side clearance portion positioned radially outward of the rotor core in the slot portion into which the magnet is inserted is close to the short side clearance portion positioned at both circumferential ends of the rotor core. Only the portion is filled with the resin material, and the other portions are not filled with the resin material. Therefore, the occurrence of residual stress due to the resin filling pressure of the narrow part of the rotor core that remains further in the radial direction of the rotor core than the slot part is suppressed, and deformation at the narrow part during rotation of the rotor core is prevented in advance. Thus, the durability of the rotor can be improved.
図1〜6は本発明を実施するためのより具体的な第1の形態を示し、特に図1は例えば永久磁石埋込型同期モータのロータ(回転子)の構造を示し、また図2は図1の要部の平面図を、図3は図2のA−A線に沿う断面図をそれぞれ示している。 1 to 6 show a more specific first embodiment for carrying out the present invention. In particular, FIG. 1 shows a structure of a rotor (rotor) of an embedded permanent magnet synchronous motor, for example, and FIG. 1 is a plan view of the main part of FIG. 1, and FIG. 3 is a sectional view taken along the line AA of FIG.
図1に示すように、ロータ1は、薄板状の電磁鋼板、より具体的には珪素鋼板等の積層体からなる円筒状のロータコア2を主要素として構成されていて、そのロータコア2の円周方向の等分位置に磁石収納のための穴部として偏平矩形状の複数(本実施の形態では6個)のスロット部3を形成してある。それぞれのスロット部3はロータコア2をその軸心方向に貫通してロータコア2の両端面に開口していて、各スロット部3には当該スロット部3の形状よりも一回り小さな板状またはバー状の永久磁石4を挿入してある。
As shown in FIG. 1, the
そして、図2,3に示すように、各永久磁石4はスロット部3と永久磁石4との隙間に注入または充填される熱硬化性の樹脂材料の樹脂充填部5にていわゆる樹脂モールドのかたちで位置決め固定してある。樹脂充填部5は、スロット部3と永久磁石4との間に確保される四周のクリアランス部のうち後述するように特定に部位のみに介装され、同時に図3に示すようにスロット部3の高さよりも永久磁石4の高さの方がわずかに小さく設定されていることから、永久磁石4の上面も樹脂充填部5の一部にて被覆される。樹脂充填部5となる熱硬化性の樹脂材料としては、マトリックス樹脂材料と熱膨張係数がほぼ等しい充填材としてシリカ等のフィラーが含まれているものが使用される。
As shown in FIGS. 2 and 3, each
なお、永久磁石4の高さはロータコア2の高さと同等であっても良い。また、ロータコア2の中心の軸穴2aには図示外の回転軸が挿入固定されるほか、ロータコア2の両端面に円板状のエンドプレート(端板)を積層配置することもある。さらに、樹脂充填部5となる熱硬化性の樹脂材料に代えて熱硬化性の接着剤を用いることもある。
The height of the
図4は図2に示したスロット部3の拡大図を示していて、スロット部3に挿入される永久磁石4は、そのスロット部3のうちロータコア2の径方向内方に位置する内周側壁面3aに密着するように配置され、結果としてスロット部3のうちロータコア2の径方向外方に位置する外周側壁面3bと永久磁石4側の同等部位(外周側壁面3bと対向する、永久磁石4のロータコア2の径方向外側面)とのなす隙間が長辺側のクリアランス部C1として確保されている。同時に、スロット部3のうちロータコア2の円周方向両端に位置する円周方向壁面3cと永久磁石4側の同等部位(円周方向壁面3cと対向する、永久磁石4のロータコア2の円周方向端面)とのなす隙間がそれぞれに短辺側のクリアランス部C2として確保されている。
FIG. 4 is an enlarged view of the
そして、スロット部3のうちロータコア2の円周方向両端に位置する短辺側のクリアランス部C2についてはその空間にフルに樹脂材料が充填されて樹脂充填部5とされているものの、スロット部3のうちロータコア2の径方向外方に位置する長辺側のクリアランス部C1については、短辺側のクリアランス部C2に近い一部の限定された部分のみに樹脂材料が充填されて短辺側のクリアランス部C2たる樹脂充填部5に連続する樹脂充填部5aとされているにすぎず、長辺側のクリアランス部C1の残りの領域では樹脂材料が充填されることなく樹脂非充填部Rとされ、長辺側のクリアランス部C1の円周方向中央部がそのまま所定の空間として残されている。
Of the
ここで、図4に示すように、長辺側のクリアランス部C1のうち短辺側のクリアランス部C2に近い部分では、ロータコア2自体に形成された段状部6をもって狭窄部7が形成されていて、長辺側のクリアランス部C1のうち短辺側のクリアランス部C2に近い部分では当該短辺側のクリアランス部C2とともにその幅寸法がW1であるのに対して、円周方向両側の狭窄部7を始終端部とする長辺側のクリアランス部C1の円周方向中央部ではその幅寸法W2が狭窄部7の幅寸法と同じW2となっていて、両者はW1>W2の関係となっている。これらの幅寸法W1およびW2の大きさは樹脂充填部5,5aを形成している樹脂材料に充填材として含まれるフィラーの粒径を考慮して決定され、フィラーの粒径をdとするならば、W1>d>W2の関係を満たすように設定してある。なお、図1〜4においては、発明の理解を容易にするために長辺側のクリアランス部C1および短辺側のクリアランス部C2等の幅寸法を誇張して描いてある。
Here, as shown in FIG. 4, a narrow portion 7 is formed by a
このようなロータ1の製造方法には、概略的には、図5に示すように、(1)磁石挿入、(2)予備加熱、(3)型締め、(4)樹脂タブレット挿入、(5)注型(樹脂材料の注入または充填)、(6)キュア(硬化)、(7)型開き・製品取り出し、の各工程が含まれていて、これらの工程を経ることで図1〜3に示したようなロータ1が製造されることになる。
As shown in FIG. 5, the manufacturing method of the
「磁石挿入」とは、永久磁石4そのもの、または永久磁石4となるべき未着磁の磁石材料をロータコア2の各スロット部3に挿入する作業である。したがって、後者の場合には永久磁石4としての着磁は後工程にて行われる。
“Magnet insertion” is an operation of inserting the
「予備加熱」とは、各スロット部3に永久磁石4が挿入されたロータコア2を例えば170℃程度まで加熱するものである。
“Preheating” is to heat the
「型締め」とは、永久磁石4が挿入された状態で予備加熱されたロータコア2を、その両端面側から所定の金型にて加圧拘束する作業である。なお、ロータコア2が予備加熱されているのに併せて、そのロータコア2を加圧拘束するための金型は例えば180℃程度に加熱されている。
“Clamping” is an operation in which the
「樹脂タブレット挿入」とは、金型の一部に形成されたポット部に熱硬化性の樹脂材料のタブレットを挿入する作業である。 “Resin tablet insertion” is an operation of inserting a thermosetting resin material tablet into a pot portion formed in a part of a mold.
「注型(樹脂注入)」とは、金型のポット部に挿入した樹脂材料のタブレットを軟化・溶融させて、各スロット部3に注入または充填する作業である。
“Casting (resin pouring)” is an operation of softening and melting a resin material tablet inserted into a pot portion of a mold, and pouring or filling each
「キュア(硬化)」とは、各スロット部3に注入または充填された樹脂材料を所定の保圧下で硬化させ、もって予め各スロット部3に挿入されている永久磁石4を樹脂モールドのかたちで位置決め固定する作業である。
“Cure (curing)” means that the resin material injected or filled in each
「型開き・製品取り出し」とは、その名のとおり金型による加圧拘束状態からロータコア2を解放して、各スロット部3に永久磁石4が位置決め固定されたロータコア2を取り出す作業である。
“Mold opening / product removal” is an operation of releasing the
ここで、上記のような一連の製造工程は実質的にトランスファ成形法と同等の手法と理解することができ、その詳細を図6に示す。 Here, the series of manufacturing steps as described above can be understood as a technique substantially equivalent to the transfer molding method, and details thereof are shown in FIG.
図6に示すように、型板としての下型8と同じく上型9との組み合わせからなる金型10を用意し、各スロット部3に予め永久磁石4が挿入されているロータコア2の一方の端面を接触面として、下型9の上に載せて位置決めする。さらに、上型8を下降させてその上型8をロータコア2の他方の端面に密着させ、下型9と上型8とをもって所定の圧力でロータコア2を軸心方向に加圧拘束する。この場合において、上型8には後述するポット部11に連通するゲート部12を形成してあり、上記のような型締め状態では、ゲート部12は永久磁石4が予め挿入されている各スロット部3のうち図4に示すように短辺側のクリアランス部C2に臨んで連通することになる。ここまでが図5の「磁石挿入」、「予備加熱」、「型締め」の各工程に相当する。
As shown in FIG. 6, a
図6のようなロータコア2の加圧拘束状態において、上型8側のポット部11およびそれに圧入されることになるプランジャ13は短辺側のクリアランス部C2,C2毎に独立していて、上型8側のポット部11に熱硬化性の樹脂材料のペレットを挿入した上で、ポット部11にプランジャ13を圧入する。各プランジャ13はそれぞれに独立した油圧シリンダその他の図示外のアクチュエータにて駆動される。この場合において、ロータコア2が予め170℃程度に予備加熱されていて、しかも下型9と上型8との組み合わせからなる金型10が180℃程度に加熱されていることは先に説明したとおりである。
In the pressure restrained state of the
したがって、ポット部11に挿入された熱硬化性の樹脂材料のペレットは直ちに軟化溶融(可塑化)して溶融状態の樹脂材料と化し、そのままプランジャ13の押し込み圧力にてゲート部12から各スロット部3の短辺側のクリアランス部C2に注入または充填される。すなわち、図4,6に示すように、ゲート部12から流入する樹脂材料は最初にスロット部3のうち短辺側のクリアランス部C2にフルに充填されるとともに、長辺側のクリアランス部C1の一部にも充填され、さらに永久磁石4の上面側にもこれを被覆するように注入または充填される。
Accordingly, the pellets of the thermosetting resin material inserted into the
この場合において、先に述べたように、樹脂材料には予め充填材としてフィラーを含ませてあり、さらに長辺側のクリアランス部C1の幅寸法W2と短辺側のクリアランス部C2の幅寸法W1および上記フィラーの粒径dとの関係として、W1>d>W2の関係を満たすように設定してあることから、先に述べたように短辺側のクリアランス部C2に開口しているゲート部12から流入する樹脂材料は最初にその短辺側のクリアランス部C2にフルに充満し、次いで長辺側のクリアランス部C1にも流入することになる。その際に、樹脂材料に含まれるフィラーが狭窄部で目詰まりを起こし、長辺側のクリアランス部C1の円周方向中央部への樹脂材料の流入を阻害するかたちとなるので、長辺側のクリアランス部C1では短辺側のクリアランス部C2に近い部分のみに樹脂充填部5aとして充填されるにとどまり、長辺側のクリアランス部C1の円周方向中央部では樹脂材料が充填されることなく、長辺側のクリアランス部C1の残りの空間がそのまま樹脂非充填部Rとして残されるかたちとなる。
In this case, as described above, the resin material contains filler as a filler in advance, and further, the width dimension W2 of the clearance part C1 on the long side and the width dimension W1 of the clearance part C2 on the short side. Since the relationship between the filler particle size d and the filler particle size d is set so as to satisfy the relationship W1> d> W2, as described above, the gate portion opened in the short-side clearance portion C2 The resin material flowing in from 12 is first fully filled in the short side clearance portion C2, and then flows into the long side clearance portion C1. At that time, the filler contained in the resin material is clogged at the narrowed portion, and the flow of the resin material into the circumferential central portion of the clearance portion C1 on the long side is hindered. In the clearance portion C1, only the portion close to the clearance portion C2 on the short side is filled as the
そして、この状態で所定のキュア時間をもって樹脂材料が硬化して樹脂充填部5,5aと化するのを待てば、永久磁石4がスロット部3内の所定位置にいわゆる樹脂モールドのかたちで堅固に位置決め固定されることになる。ここまでが図5の「樹脂タブレット挿入」、「注型(樹脂注入)」、「キュア(硬化)」の各工程に相当する。
In this state, if the resin material is cured with a predetermined curing time and becomes the
所定のキュア時間の経過をもって樹脂材料が硬化して樹脂充填部5,5aと化したならば、下型9と上型8とを型開きするとともに、プランジャ13を抜き上げた上で、ロータコア2を取り出でば、図1に示したようなロータコア2が製造されることになる。なお、永久磁石4に代えて未着磁の磁石を用いた場合には、後工程にて公知の方法により磁石に着磁処理を施して永久磁石化することになる。この工程が図4の「型開き・製品取り出し」の工程に相当する。
If the resin material is cured and the
このように本実施の形態によれば、図4に示すように、長辺側のクリアランス部C1のうち円周方向中央部が樹脂材料の充填されない樹脂非充填部Rとして残されることで、ロータコア2のうちスロット部3よりもさらに径方向外方に桟状に残される幅狭部22への樹脂圧の影響が抑制されて、その幅狭部22での残留応力を軽減できることになる。そのため、図7に示したように、短辺側のクリアランス部C2および長辺側のクリアランス部C1にフルに樹脂材料を充填した場合と比べて、幅狭部22での残留応力の発生による膨出変形Qを防止して、ロータコア2の耐久性の向上に寄与できることになる。
As described above, according to the present embodiment, as shown in FIG. 4, the circumferential center portion of the long-side clearance portion C1 is left as the resin non-filling portion R that is not filled with the resin material. 2, the influence of the resin pressure on the
図8は本発明を実施するための第2の形態を示し、第1の形態である図4のものと共通する部分には同一符号を付してある。 FIG. 8 shows a second embodiment for carrying out the present invention, and the same reference numerals are given to the portions common to those in FIG. 4 which is the first embodiment.
図4に示した第1の形態では、ロータコア2自体に形成した段状部6をもって狭窄部7を形成しているのに対して、図8に示した第2の形態では、永久磁石4側に形成した段状部16をもって狭窄部7を形成したものである。この第2の形態においても先の第1の形態のものと同様の効果が得られることになる。
In the first embodiment shown in FIG. 4, the narrowed portion 7 is formed by the stepped
1…ロータ
2…ロータコア
3…スロット部
3a…内周側壁面
3b…外周側壁面
3c…円周方向壁面
4…永久磁石
5…樹脂充填部
5a…樹脂充填部
6…段状部
7…狭窄部
22…幅狭部
C1…長辺側のクリアランス部
C2…短辺側のクリアランス部
R…樹脂非充填部
W1…幅寸法
W2…幅寸法
DESCRIPTION OF
Claims (4)
上記スロット部のうちロータの径方向外方に位置する外周側壁面と磁石側の同等部位とのなす隙間を長辺側のクリアランス部とするとともに、上記スロット部のうちロータの円周方向両端に位置する円周方向壁面と磁石側の同等部位とのなす隙間を短辺側のクリアランス部とし、
上記長辺側のクリアランス部のうち短辺側のクリアランス部に近い部分に、短辺側のクリアランス部よりも長辺側のクリアランス部の方が幅寸法が小さくなるように段状部をもってその幅寸法を変化させる狭窄部を形成し、
上記狭窄部を含む長辺側のクリアランス部の幅寸法を樹脂材料に含まれるフィラーの粒径よりも小さく設定するとともに、短辺側のクリアランス部の幅寸法を上記フィラーの粒径よりも大きく設定し、
上記短辺側のクリアランス部のほか長辺側のクリアランス部のうち狭窄部よりも短辺側のクリアランス部寄りの部分のみを樹脂充填部としてそれ以外の部分を樹脂非充填部としてあることを特徴とするロータ。 Resin containing a plurality of slot portions extending in the axial direction of the rotor core along the circumferential direction of the rotor core, inserting a magnet into each slot portion, and containing a filler in a gap between the slot portion and the magnet A structure of a rotor in an electric motor in which materials are filled and each magnet is positioned and fixed,
A gap formed between the outer peripheral side wall surface located radially outward of the rotor in the slot portion and an equivalent portion on the magnet side is used as a clearance portion on the long side, and at the both circumferential ends of the rotor in the slot portion. The clearance between the circumferential wall surface located and the equivalent part on the magnet side is the short side clearance part,
A width of the stepped portion of the long-side clearance portion close to the short-side clearance portion so that the width of the long-side clearance portion is smaller than that of the short-side clearance portion. Forming a constriction that changes dimensions,
The width dimension of the clearance part on the long side including the narrowed part is set smaller than the particle diameter of the filler contained in the resin material, and the width dimension of the clearance part on the short side is set larger than the particle diameter of the filler. And
In addition to the clearance part on the short side, in addition to the clearance part on the long side, only the part closer to the clearance part on the short side than the constriction part is used as the resin filling part, and the other part is used as the resin non-filling part. Rotor.
上記スロット部のうちロータの径方向外方に位置する外周側壁面と磁石側の同等部位とのなす隙間を長辺側のクリアランス部とするとともに、上記スロット部のうちロータの円周方向両端に位置する円周方向壁面と磁石側の同等部位とのなす隙間を短辺側のクリアランス部とし、
上記長辺側のクリアランス部のうち短辺側のクリアランス部に近い部分に、短辺側のクリアランス部よりも長辺側のクリアランス部の方が幅寸法が小さくなるように段状部をもってその幅寸法を変化させる狭窄部を形成しておき、
上記狭窄部を含む長辺側のクリアランス部の幅寸法を樹脂材料に含まれるフィラーの粒径よりも小さく設定するとともに、短辺側のクリアランス部の幅寸法を上記フィラーの粒径よりも大きく設定しておき、
上記短辺側のクリアランス部を樹脂材料の充填開始部として当該短辺側のクリアランス部から長辺側のクリアランス部に向かってフィラーを含んだ樹脂材料を充填して、
上記短辺側のクリアランス部のほか長辺側のクリアランス部のうち狭窄部よりも短辺側のクリアランス部寄りの部分のみを樹脂充填部としてそれ以外の部分を樹脂非充填部として成形することを特徴とするロータの製造方法。 Resin containing a plurality of slot portions extending in the axial direction of the rotor core along the circumferential direction of the rotor core, inserting a magnet into each slot portion, and containing a filler in a gap between the slot portion and the magnet A method of manufacturing a rotor in an electric motor in which materials are filled and each magnet is positioned and fixed,
A gap formed between the outer peripheral side wall surface located radially outward of the rotor in the slot portion and an equivalent portion on the magnet side is used as a clearance portion on the long side, and at the both circumferential ends of the rotor in the slot portion. The clearance between the circumferential wall surface located and the equivalent part on the magnet side is the short side clearance part,
A width of the stepped portion of the long-side clearance portion close to the short-side clearance portion so that the width of the long-side clearance portion is smaller than that of the short-side clearance portion. Form a constriction that changes the dimensions,
The width dimension of the clearance part on the long side including the narrowed part is set smaller than the particle diameter of the filler contained in the resin material, and the width dimension of the clearance part on the short side is set larger than the particle diameter of the filler. Aside,
Filling the resin material containing the filler from the short side clearance part toward the long side clearance part as the short side clearance part as the resin material filling start part,
In addition to the clearance portion on the short side, in addition to the clearance portion on the long side, only the portion closer to the clearance portion on the short side than the constriction portion is molded as a resin-filled portion, and the other portions are molded as resin-unfilled portions. A manufacturing method of a rotor characterized by the above.
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