JP2013123316A - ロータコアおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータコアを形成している鋼板積層体の鋼板同士の間に確実に接着剤あるいは樹脂材料を浸透させることができるように考慮されたロータコアを提供する。
【解決手段】磁石挿入穴３ａが形成された多数の鋼板２を積層して鋼板積層体とするとともに、各鋼板２の磁石挿入穴３ａ，３ａ同士の積層・重合をもって鋼板積層方向に延在するスロット部３を形成し、このスロット部３に永久磁石４を挿入して樹脂材料５にて固定してあるロータコアの構造である。鋼板２に形成された磁石挿入穴３ａの開口縁に予め薄肉部６を形成し、鋼板積体の状態で鋼板２，２同士の間に薄肉部６に相当する開口縁ギャップ７を具備させてある。
【選択図】図４

Description

本発明は、電動機におけるロータコアとその製造方法に関し、特にロータコアに永久磁石を埋め込むことで内蔵したいわゆる永久磁石埋め込み型同期モータ等におけるロータコアとその製造方法に関する。

この種のロータコアの構造として、例えば特許文献１に記載されているように、電磁鋼板等の鋼板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て、樹脂材料あるいは接着剤にて位置決め固定したものが知られている。

そして、かかる構造のロータコアの一層の剛性の向上を目的として、特許文献１には、接着剤が収容された液槽にロータコアを浸漬させることにより、ロータコアを形成している鋼板積層体の各層間に接着剤を積極的に含浸させて、それぞれの鋼板同士を互いに接着固定する技術が開示されている。

特開２００２−１９１１４３号公報

しかしながら、ロータコアそのもの機能からしてそのロータコアを形成している鋼板積層体の鋼板同士の間の隙間が小さいために、特許文献１に記載されているように、ロータコアを単に接着剤が収容された液槽に浸漬させただけでは、鋼板積層体の鋼板同士の隙間に十分に接着剤を浸透させることは困難であり、接着によるロータコアの剛性の向上にも自ずと限界がある。

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、いわゆる永久磁石埋め込み型のロータコアを形成している鋼板積層体の鋼板同士の隙間に確実に接着剤あるいは樹脂材料を浸透させることができるように考慮されたロータコアとその製造方法を提供するものである。

本発明は、磁石挿入穴が形成された多数の鋼板を積層して鋼板積層体とするにあたって、各鋼板に形成された磁石挿入穴の開口縁に薄肉部を形成し、上記鋼板積層体の状態で各鋼板同士の間に上記薄肉部に相当する開口縁ギャップを具備させた構造としたものである。

本発明によれば、各鋼板の磁石挿入穴同士の積層・重合をもって鋼板積層方向に延在するスロット部が形成されて、このスロット部に磁石を挿入して固定することになるが、各鋼板同士の間に上記薄肉部に相当する開口縁ギャップを具備しているため、スロット部と磁石との間に接着剤または樹脂材料を注入すれば、同時に各鋼板同士の間の開口縁ギャップにも確実に注入または含浸されることになり、ロータコアの剛性が向上する。

本発明に係るロータコアの第１の形態を示す斜視図。 図１の要部拡大平面図。 図１のＡ−Ａ線に沿う拡大断面図。 図３のＢ部拡大図で、（Ａ）は永久磁石が挿入されたスロット部に樹脂材料が注入または充填された状態を示す断面図、同図（Ｂ）はスロット部に永久磁石が挿入される前の状態を示す断面図。 図４に示した薄肉部をコイニングにて成形する際の工法例を示す要部断面図。 （Ａ），（Ｂ）共に図４に示した薄肉部をコイニングにて成形する際の別の工法例を示す要部断面図。 （Ａ），（Ｂ）共に図３に示したスロット部に樹脂材料を注入または充填する際の手順を示す要部断面図。 本発明に係るロータコアの第２の形態を示す図で、図４の（Ｂ）と同等部位の断面図。 本発明に係るロータコアの第３の形態を示す図で、図４の（Ｂ）と同等部位の断面図。

図１〜７は本発明に係るロータコアの構造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め込み型同期モータのロータ（回転子）におけるロータコア（鉄心）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１のＡ−Ａ線に沿う拡大断面図をそれぞれ示している。

図１に示すように、ロータコア１は、鋼板素片としての薄板状の電磁鋼板、より具体的には例えば厚さが０．３ｍｍ程度の珪素鋼板等の鋼板２を素片としてこれを多段に積層した円筒状の鋼板積層体をもって構成してある。このロータコア１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４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１における鋼板積層方向に延在して実質的にロータコア１をその軸心方向に貫通しつつロータコア１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。なお、永久磁石４が挿入されるスロット部３は４個以上であっても良い。

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との隙間に溶融状態の熱硬化性の樹脂材料５を介装した上でこれを硬化させることにより、その樹脂材料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。樹脂材料５はスロット部３と永久磁石４との間の四周に介装され、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の上面も樹脂材料５にて被覆されている。

ここで、鋼板積層体であるロータコア１を形成しているそれぞれの鋼板２には当該鋼板２単独の状態で長方形の複数の磁石挿入穴３ａが予め打ち抜き形成されていて、所定枚数の鋼板２を積層して各々の鋼板２，２同士を「ダボかしめ」等の公知の手法により機械的に結合することで鋼板積層体であるロータコア１として組み立てられ、同時に各鋼板２の磁石挿入穴３ａ，３ａ同士の積層・重合をもって鋼板積層方向に延在するスロット部３が形成されることになる。

なお、永久磁石４の高さはロータコア１の高さ（軸心方向長さ）と同等であっても良い。また、ロータコア１の中心には貫通穴であるシャフト穴２ａが貫通形成されていて、このシャフト穴２ａには図示外のシャフト（回転軸）が挿入固定されるほか、ロータコア１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、熱硬化性の樹脂材料５に代えて熱硬化性の接着剤を用いることもある。

図４は図３のＢ部の拡大図を示し、同図（Ａ）はスロット部３に永久磁石４を挿入した上で樹脂材料５を注入または充填した後の状態を、同図（Ｂ）は永久磁石４が挿入される前の状態をそれぞれ示している。

図４の（Ａ）および（Ｂ）に示すように、それぞれの鋼板２に形成された長方形の磁石挿入穴３ａの周縁部には、その片面（表面）側の全周にわたって他の部位よりも相対的な板厚が小さい薄肉部６が、板厚が徐変する傾斜面６ａとともに後述するコイニング等の手法により形成されている。この薄肉部６は磁石挿入穴３ａよりも一回り大きく例えば当該磁石挿入穴３ａと相似形のものとして形成されている。そして、先に述べたように各鋼板３の磁石挿入穴３ａ，３ａ同士の積層・重合をもって鋼板積層方向に延在するスロット部３が形成されることになるので、各鋼板２，２同士の間には所定の空間として上記薄肉部６に相当する開口縁ギャップ７が形成されて、この開口縁ギャップ７はスロット部３に連通または連続したものとなる。

また、先に述べたように、スロット部３に永久磁石４を挿入した上で、そのスロット部３と永久磁石４との間の隙間に例えば熱硬化性の樹脂材料５を注入または充填することで永久磁石４が固定されることになるが、同時に上記開口縁ギャップ７にも熱硬化性の樹脂材料５が注入または充填されて、当該開口縁ギャップ７も樹脂材料５が充満することになる。

なお、図４では鋼板２の板厚とともに薄肉部６の板厚を誇張して描いてある。また、上記薄肉部６に相当する開口縁ギャップ７は、各鋼板２に形成された磁石挿入穴３ａの全周に形成されている必要はなく、例えば磁石挿入穴３ａを鋼板２の外周端面に近い外周側とシャフト挿入穴２ａに近い内周側とに二分した場合に、例えば上記外周側または内周側のみに形成しても良い。

ここで、各鋼板２における磁石挿入穴３ａの周縁部に薄肉部６を形成するにあたっては、例えば図５に示すように、ピアス穴加工をもって複数の磁石挿入穴３ａを打ち抜き形成した鋼板２をダイ８とパッド９とで加圧拘束し、磁石挿入穴３ａの周縁部をコイニングパンチ１０にて印圧してコイニングを施し、各磁石挿入穴３ａの周縁部に板厚が漸次変化する徐変部としての傾斜面６ａを含む薄肉部６を形成するものとする。なお、この場合にはコイニングを施す前の磁石挿入穴３ａに対してコイニングを施した後の磁石挿入穴３ａは若干縮径することが考えられる。このため、コイニングによる磁石挿入穴３ａの縮径を考慮して、ピアス穴加工時には若干大き目の磁石挿入穴３ａを形成しておくことが臨ましい。

あるいは、例えば図６の（Ａ）に示すように、複数の磁石挿入穴３ａが加工されていない鋼板２をダイ１１とパッド１２とで加圧拘束し、磁石挿入穴３ａとなるべき部位の周縁部をコイニングパンチ１３にて印圧してコイニングを施し、各磁石挿入穴３ａとなるべき部位の周縁部に板厚が漸次変化する傾斜面６ａを含む薄肉部６を先行して形成する。この場合、コイニングパンチ１３の加圧面に予め半円状の逃げ凹部１３ａを形成しておき、コイニングに伴って発生する余剰材料が余肉部Ｑとして成長するのを上記逃げ凹部１３ａで受容するものとする。

この後、同図（Ｂ）に示すように、上記薄肉部６が先行して形成された鋼板２をピアス穴加工用のダイ１４とパッド１５とで加圧拘束した上で、ダイ１４とピラスポンチ１６とのせん断作用をもって傾斜面６ａを含む薄肉部６の内側部分を打ち抜いて、図５と同様の磁石挿入穴３ａを形成するものとする。

図６の工法によれば、図５の工法に比べて磁石挿入穴３ａの形状精度が高く、且つ安定化する利点がある。

また、永久磁石４を固定するべくスロット部３に樹脂材料５を注入または充填するには、図７の（Ａ）に示すように、各スロット部３に永久磁石４を挿入したロータコア１を鋼板積層方向に圧締するように上下一対の型板１７，１８にて加圧拘束して圧締保持する。この場合において、鋼板積層体からなるロータコア１は素片となる個々の鋼板２，２同士が「ダボかしめ」等の公知の手法により機械的に結合されてはいても、鋼板２，２同士の全面が完全密着しているものではないので、上記のように双方の型板１７，１８をもって鋼板積層体からなるロータコア１を軸心方向に加圧拘束して圧締保持した場合には、鋼板２，２同士が互いに密着するようにロータコア１全体が軸心方向に所定量だけ圧縮変形することになる。

こうして、双方の型板１７，１８をもって鋼板積層体からなるロータコア１を軸心方向に圧締保持したならば、その圧締保持状態を保ちながら、同図（Ｂ）に示すように、いわゆるトランスファ成形法の原理にて、上側の型板１７に形成されたチャンバー部１９に熱硬化性の樹脂材料のペレットＰを挿入した上で、そのチャンバー部１９に対するプランジャ２０の圧入をもってペレットＰを軟化溶融させて、スロット部３に対して、より具体的にはスロット部３と予め挿入してある永久磁石４との間の隙間にゲート部２１を介して溶融状態の樹脂材料５を注入または充填して硬化を待つことになる。

なお、樹脂材料５の注入または充填に先立ち、双方の型板１７，１８およびロータコア１は予備加熱が施されているものとする。また、図７の（Ａ），（Ｂ）では、ロータコア１を作図上一体のものとして描いてあるが、図３に示したように、ロータコア１は多数の鋼板２，２‥を素片とする鋼板積層体をもって構成してあることは言うまでもない。

上記樹脂材料５の注入または充填の際には、図４の（Ａ），（Ｂ）に示したように、スロット部３を形成している各鋼板２の磁石挿入穴３ａの周縁部には薄肉部６が形成されているとともに、各鋼板２，２同士の間には上記薄肉部６に相当する開口縁ギャップ７が所定の空間として確保されていて、しかもその開口縁ギャップ７は永久磁石４が挿入されたスロット部３と連通しているので、スロット部３に注入または充填された樹脂材料５は同時に各鋼板２，２同士の間の開口縁ギャップ７にも注入または充填されて充満することになる。

したがって、本実施の形態によれば、ロータコア１のうち各スロット部３の近傍では、鋼板積層体たるロータコア１を形成している鋼板２，２同士の各層間であるところの開口縁ギャップ７に確実に樹脂材料５を注入または充填して浸透させることができるため、鋼板２，２同士の接合強度が向上し、それに伴ってロータコア１全体の剛性が一段と向上することになる。このロータコア１の剛性の向上は、ロータの回転に伴う音および振動を低減する上でも有利となる。

ここで、スロット部３および開口縁ギャップ７に樹脂材料５を注入または充填する方法としては、先に例示したいわゆるトランスファ成形法の原理以外に、溶融状態の樹脂材料が収容された液槽にスロット部３に予め永久磁石４を挿入した状態のロータコア１を浸漬させる方式としても良い。

図８，９は本発明に係るロータコアの第２，第３の形態を示し、いずれも図４の（Ｂ）と同等部位を示しているので、先の第１の形態と共通する部分には同一符号を付してある。

図８に示す第２の形態では、図４の（Ｂ）と比較すると明らかなように、各鋼板２の磁石挿入穴３ａの周縁部に形成される薄肉部６を図４の（Ｂ）とは板厚方向で反対側の裏面側に形成したものである。また、図９に示す第３の形態では、図４の（Ｂ）と比較すると明らかなように、各鋼板２の磁石挿入穴３ａの周縁部に形成される薄肉部６を鋼板２の表裏両面（板厚方向両面）に形成したものである。なお、図８，９のいずれの場合にも鋼板積層状態における薄肉部６が図４と同様に開口縁ギャップ７となる。

これらの第２，第３の形態においても、先の第１の形態のものと同様に効果が得られることは言うまでもなく、特に図９の第３の形態では、開口縁ギャップ７が表裏両面の薄肉部６をもって形成されることになるので、その開口縁ギャップ７の容積、ひいてはその開口縁ギャップ７での樹脂材料５の保有量を大きく確保できる利点がある。

１…ロータコア
２…鋼板
３…スロット部
３ａ…樹脂挿入穴
４…永久磁石
５…樹脂材料
６…薄肉部
７…開口縁ギャップ

Claims (7)

1. 磁石挿入穴が形成された多数の鋼板を積層して鋼板積層体とするとともに、各鋼板の磁石挿入穴同士の積層・重合をもって鋼板積層方向に延在するスロット部を形成し、このスロット部に磁石を挿入して固定してあるロータコアの構造であって、
   各鋼板に形成された磁石挿入穴の開口縁に、該開口縁以外の部位よりも板厚が薄い部位を形成し、
   上記鋼板積体の状態で各鋼板同士の間に上記薄肉部に相当する開口縁ギャップを具備させたことを特徴とするロータコア。
2. 上記薄肉部は、各鋼板の板厚方向片面側または両面側の開口縁に形成してあることを特徴とする請求項１に記載のロータコア。
3. 各鋼板に形成された磁石挿入穴の開口縁の全周に薄肉部を形成してあることを特徴とする請求項２に記載のロータコア。
4. 上記スロット部と磁石との間の隙間とともに上記開口縁ギャップに接着剤または樹脂材料を注入して磁石を固定してあることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のロータコア。
5. 磁石挿入穴が形成された多数の鋼板を積層して鋼板積層体とするとともに、各鋼板の磁石挿入穴同士の積層・重合をもって鋼板積層方向に延在するスロット部を形成し、このスロット部に磁石を挿入して固定してあるロータコアの製造方法であって、
   各鋼板に形成された磁石挿入穴の開口縁に、該開口縁以外の部位よりも板厚が薄い薄肉部を予め形成し、
   上記鋼板積体の状態で各鋼板同士の間に上記薄肉部に相当する開口縁ギャップを具備させ、
   この状態で上記スロット部と磁石との間の隙間とともに上記開口縁ギャップに接着剤または樹脂材料を注入して磁石を固定することを特徴とするロータコアの製造方法。
6. 上記薄肉部は、各鋼板の板厚方向片面側または両面側の開口縁に形成してあることを特徴とする請求項５に記載のロータコア。
7. 各鋼板に形成された磁石挿入穴の開口縁の全周に薄肉部を形成することを特徴とする請求項６に記載のロータコアの製造方法。

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