JP2014222964A - 回転子鉄心の製造方法及び回転子鉄心 - Google Patents

Abstract

【課題】回転子鉄心の磁石挿入孔に対して永久磁石の位置を確実に制御できる回転子鉄心の製造方法及び回転子鉄心を提供する。【解決手段】回転子鉄心１３の磁石挿入孔１２に永久磁石１１を挿入した後、磁石挿入孔１２に樹脂を充填して永久磁石１１を磁石挿入孔１２に固定する回転子鉄心の製造方法において、複数のバンド状又は紐状の挿間部材１５、１６を磁石挿入孔１２に跨がらせて配置する第１工程と、隙間を有して配置される挿間部材１５、１６が磁石挿入孔１２を跨いでいる状態で、永久磁石１１を磁石挿入孔１２に挿入し、挿間部材１５、１６を介して永久磁石１１を磁石挿入孔１２に装着する第２工程と、磁石挿入孔１２に樹脂を充填して磁石挿入孔１２に永久磁石１１を固定する第３工程とを有する。【選択図】図１

Description

回転子鉄心に設けられた磁石挿入孔内での永久磁石の取付け位置を制御する方法、及び取付け位置が制御された回転子鉄心に関する。

ロータの内部に磁石を埋め込んだＩＰＭモータの製造においては、回転子積層鉄心(以下、回転子鉄心という)に設けられた複数の磁石挿入孔に永久磁石を挿入し、磁石挿入孔と永久磁石の隙間に熱硬化性樹脂等の樹脂を充填することで、永久磁石を回転子鉄心に固定している。

ところが、図７に示すように、永久磁石７０は樹脂７１の注入前にはまだ固定されていないので、磁石挿入孔７２内での位置や姿勢は安定していない。その状態で溶融して流体となった樹脂７１を注入すると、磁石挿入孔７２内での樹脂７１の流れは永久磁石７０の位置や姿勢の影響で乱れ、永久磁石７０も溶融した樹脂７１内で浮動し、樹脂硬化後に永久磁石７０が固定される位置や姿勢にはばらつきが生じ、樹脂７１の未充填が発生するおそれもある。なお、図７において、７３は下型、７４は上型、７５はダミー板、７６は樹脂溜めポット、７６ａはプランジャ、７７は回転子鉄心を示す。

また、回転子鉄心７７に設けられた複数の磁石挿入孔７２において、固定された永久磁石７０の位置や姿勢にばらつきがあったり、樹脂７１の未充填が発生していたりすると、回転子鉄心７７に磁気的及び重量上のアンバランスをもたらすことになる。その結果、モータトルクが安定せずにモータ性能が低下したり、モータの破壊に繋がったりするおそれがある。
そこで、磁石の固定位置を制御する方法として、特許文献１（図８参照）には溶融した樹脂７１を磁石挿入孔７２の内径側、又は外径側から加圧注入することが提示されている。これにより、永久磁石７０を磁石挿入孔７２の外径側、又は内径側に押圧して固定し、永久磁石７０の固定位置のばらつきを低減している。

また、特許文献２には、例えば金型（下型７３、上型７４）に設けられた電磁石８０、８１で永久磁石７０の位置を固定してから樹脂７１を注入するという方法が提示されている。電磁石８０、８１からの磁力の付加形態により、永久磁石７０の固定位置を制御することが可能となる（図９参照）。
そして、特許文献３には、磁石挿入孔と永久磁石との間に充填部材（接着剤、シート状部材）を充填して永久磁石を保持することが開示されている。

特許第４８５０５２８号公報 特開２０１３−９４５２号公報 特開２００７−１５９３６１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、溶融樹脂の流れをある程度は制御できるが、実際には溶融樹脂の挙動は複雑であり、永久磁石を所望の位置に固定することができない場合がある。特に、１つの磁石挿入孔に複数の永久磁石を挿入するような回転子鉄心の場合には、溶融樹脂や永久磁石の挙動が更に複雑になり、永久磁石を所望の位置に固定することは困難である。

また、特許文献２に記載の方法では、電磁石等を設けることで装置の大型化、複雑化を招いてしまうという問題がある。
更に、渦電流の発生を抑制したいという理由から、永久磁石と回転子鉄心が接触しないように固定するというニーズが高まっているのだが、いずれの方法においても、永久磁石を積層鉄心に接触させずに磁石挿入孔に固定することに対応できないという問題がある。
そして、特許文献３記載の技術においては、永久磁石の周囲を充填部材で覆ってしまうので、永久磁石を磁石挿入孔内に保持固定するための樹脂が永久磁石に接する割合が減って、永久磁石の保持力が小さくなるという問題がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、回転子鉄心の磁石挿入孔に対して永久磁石の位置を確実に制御できる回転子鉄心の製造方法及び回転子鉄心を提供することを目的とする。

前記目的に沿う第１の発明に係る回転子鉄心の製造方法は、回転子鉄心の磁石挿入孔に永久磁石を挿入した後、前記磁石挿入孔に樹脂を充填して該永久磁石を固定する回転子鉄心の製造方法において、
複数のバンド状又は紐状の挿間部材を前記磁石挿入孔に巻き込みながら前記永久磁石を前記磁石挿入孔に挿入し、前記挿間部材を介して前記永久磁石を前記磁石挿入孔に装着する。なお、挿間部材の長さは、少なくとも前記磁石挿入孔の深さ以上の長さを有するのが好ましい。

第２の発明に係る回転子鉄心の製造方法は、第１の発明に係る回転子鉄心の製造方法において、隙間を有して配置される前記挿間部材を直接又は離間して前記磁石挿入孔に跨がらせて配置している。

第３の発明に係る回転子鉄心の製造方法は、第１、第２の発明に係る回転子鉄心の製造方法において、前記樹脂は樹脂送出型に設けられている樹脂溜めポットからランナーを介して供給され、しかも、前記ランナーは複数あって、前記挿間部材によって仕切られる空間に各々供給されている。

第４の発明に係る回転子鉄心の製造方法は、第１〜第３の発明に係る回転子鉄心の製造方法において、前記挿間部材は直方体状の前記永久磁石の幅方向及び／又は長手方向を跨ぐように配置されている。

第５の発明に係る回転子鉄心の製造方法は、第１〜第４の発明に係る回転子鉄心の製造方法において、一つの前記磁石挿入孔に複数の前記永久磁石が直列に配置されている。
そして、第１〜第５の発明に係る回転子鉄心の製造方法において、前記挿間部材は絶縁体からなるのが好ましい。

第６の発明に係る回転子鉄心は、複数の磁石挿入孔と、該各磁石挿入孔に樹脂を充填して固定される永久磁石とを有する回転子鉄心において、
前記永久磁石は複数のバンド状又は紐状の挿間部材を介して前記磁石挿入孔に固定されている。
ここで、前記挿間部材は絶縁体からなるのが好ましい。

本発明の回転子鉄心の製造方法及び回転子鉄心は、磁石挿入孔と永久磁石との間に挿間部材が挟み込まれることによって、樹脂を注入する前に、永久磁石の固定位置を一定にすることができる。また、挿間部材はバンド状又は紐状であるので、挿間部材の間に隙間が形成され、樹脂の注入を阻害することがない。これらのことから、安定した樹脂の注入が可能となることで、永久磁石の固定を所望の位置に制御できると共に、樹脂の未充填も抑制できる。

樹脂が樹脂送出型に設けられている樹脂溜めポットからランナーを介して供給され、しかも、ランナーは複数あって、挿間部材によって仕切られる空間に各々供給される場合は、確実に磁石挿入孔内の必要位置に樹脂を充填することができる。
複数の永久磁石を一つの磁石挿入孔に直列に挿入する場合であっても、個々の永久磁石が挿間部材で保持されるので、安定した永久磁石の固定が可能となる。
更に、挿間部材を合成樹脂又は紙等の絶縁体とすることで、渦電流の発生を抑制し損失を低減できる。また、永久磁石と回転子鉄心が電気的に接触しないので、永久磁石を絶縁処理する必要が無くなる。

（Ａ）は本発明の一実施の形態に係る回転子鉄心の製造方法を説明する部分平面図、（Ｂ）は同部分側断面図である。 （Ａ）は同回転子鉄心の製造方法を説明する部分平面図、（Ｂ）は同部分側断面図である。 （Ａ）は同回転子鉄心の製造方法を説明する部分平面図、（Ｂ）は同部分側断面図である。 （Ａ）は同回転子鉄心の製造方法を説明する部分平面図、（Ｂ）はＡ−Ａ’断面図、（Ｃ）はＢ−Ｂ’断面図である。 本発明の他の実施の形態に係る回転子鉄心の製造方法を説明する部分平面図である。 本発明の更に他の実施の形態に係る回転子鉄心の製造方法を説明する部分側断面図である。 従来例に係る回転子鉄心の製造方法を説明する部分側断面図である。 従来例に係る回転子鉄心の製造方法を説明する部分側断面図である。 従来例に係る回転子鉄心の製造方法を説明する部分側断面図である。

続いて、添付した図面を参照しながら、本発明を具体化した実施の形態（回転子鉄心の製造方法及び回転子鉄心）について説明する。図１〜図４に示すように、本発明の一実施の形態に係る回転子鉄心の製造方法は、中央に軸孔１０を、半径方向外側領域に、それぞれ永久磁石１１を入れる磁石挿入孔１２が複数設けられた回転子鉄心１３の製造方法に係り、特に、永久磁石１１を磁石挿入孔１２に配置する方法に関するものである。

図１（Ａ）、（Ｂ）、図２（Ａ）、（Ｂ）、図３（Ａ）、（Ｂ）、図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）には、磁石挿入孔１２に永久磁石１１を挿入し磁石挿入孔１２に樹脂を充填して永久磁石１１を磁石挿入孔１２に固定する各工程が順を追って記載されている。まず、図１（Ａ）、（Ｂ）においては、紐状（又はバンド状）の挿間部材１５、１６を磁石挿入孔１２に跨がらせて配置する。この挿間部材１５、１６の材質は２００〜２５０℃の状態においてもその形状を保持できるものが好ましく、最適にはセラミック繊維（例えば、アルミナ、ガラス繊維）による紐を使用するのがよいが、耐熱性を有する合成樹脂繊維、紙等であってもよい。また、挿入の作業性等を考慮する場合、挿間部材は容易に変形可能であるのが好ましい。

挿間部材１５、１６（以下の実施の形態においても同じ）の直径又は厚みは、磁石挿入孔１２の幅をｗ１、永久磁石１１の幅をｗ２とした場合、（ｗ１−ｗ２）の０．４〜１倍程度とするのが好ましいが、熱膨張率、弾性率等の物性値が、挿間部材１５、１６を構成する材料によって異なるので、この範囲に限定されるものではない。なお、永久磁石１１から回転子鉄心１３への導体通路が形成されると渦電流損がより多く発生するので、挿間部材１５、１６は絶縁体を使用するのが好ましい。挿間部材１５、１６の長さは、磁石挿入孔１２の深さの１〜１．８倍程度が好ましいが、本発明はこの長さには限定されない。

なお、図１（Ａ）、（Ｂ）において、１８は樹脂送出型（例えば、上型）２０に配置される樹脂溜めポットを、２１は樹脂溜めポット１８からのランナーを、２２はランナーが形成されたダミープレートを示す。ダミープレート２２は回転子鉄心１３に付着した樹脂の除去を容易にするためのもので、例えば、特開２００８−５４３７６号公報等に記載されている。ランナー２１はダミープレート２２に形成する場合と、樹脂送出型２０に形成する場合とがある。
なお、ランナーを設けず、樹脂溜めポットから注入口を介して磁石挿入孔に直接樹脂を流す場合もある。

この実施の形態においては、挿間部材１５、１６は２本であって磁石挿入孔１２の平面視して長手方向両側に十分な隙間を設けて配置されている（跨がらせる）。その場合、平面視して長方形の磁石挿入孔１２の長辺の０．５〜０．９倍の間隔を設けて左右対称に配置するのが好ましいが、３以上の挿間部材を隙間を設けて配置することもできる（以上、第１工程）。なお、個々の挿間部材１５、１６は磁石挿入孔１２に、直接（即ち、当接して）又は離間して（即ち、隙間を有して）設けられる。

次に、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、挿間部材１５、１６を磁石挿入孔１２上に跨がらせた状態で、挿間部材１５、１６を巻き込みながら、直方体形状の永久磁石１１を磁石挿入孔１２内に入れ込む。この動作はマジックハンド等でするのが好ましいが、人が行ってもよい。これによって、図２（Ｂ）に示すように、永久磁石１１が徐々に磁石挿入孔１２内に嵌入する。

図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、永久磁石１１を磁石挿入孔１２の所望の深さまで押し込むと、挿間部材１５、１６を介して永久磁石１１が磁石挿入孔１２内に保持される（以上、第２工程）。このとき、挿間部材１５、１６は永久磁石１１と磁石挿入孔１２との間に隙間を形成するように配置されている。

永久磁石１１の長さは、磁石挿入孔１２の深さより短く、更に永久磁石１１は上下方向に直列に複数に分割されている場合もある。
ここで、挿間部材１５、１６の長さＬ１は、磁石挿入孔１２の深さの１〜１．８倍となっており、（Ｌ１−ｗ２）／２の長さで、永久磁石１１を磁石挿入孔１２に支持していることになるので、磁石挿入孔１２の上側位置は挿間部材１５、１６によって仕切られることはない。

そして、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、ランナー２１を通じて注入される樹脂は、永久磁石１１と磁石挿入孔１２との間に充填される（以上、第３工程）。
但し、樹脂の温度、回転子鉄心１３の温度によっては流動性が異なるので、樹脂溜めポット１８からのランナー２１を図３（Ａ）に二点鎖線Ｅ、Ｆ、Ｊ、Ｋで示すように複数設け、挿間部材１５、１６によって仕切られる個々の空間の上までランナー２１を配置し、各空間に直接樹脂を注入するようにすることができ、また樹脂溜めポット１８の位置を変更することもできる。以上の処理によって、永久磁石１１は磁石挿入孔１２に挿間部材１５、１６をスペーサとして保持され、かつこの状態で樹脂封止される。

また、図５に示すように、永久磁石１１の幅方向の位置決めをする挿間部材１５、１６の他に、永久磁石１１の長手方向の位置決めをする挿間部材２５を設けることもできる。この場合、各挿間部材１５、１６、２５の上端位置は、磁石挿入孔１２の深さの中間より少し上位置（例えば深さの０．５〜０．７倍）にあるが、挿間部材１５、１６、２５で区画された部分への樹脂注入をより確実とするためのに、図５に二点鎖線で示すように、更に多数のランナーを設けて、樹脂を案内することができ、また、樹脂溜めポット１８の位置を変更することもできる。

本発明は前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲でその構成を変更することもできる。
例えば、この実施の形態においては、樹脂送出型を上型とし対向型を下型としたが、樹脂搬出型を下型、対向型を上型とすることもできる。
そして、この実施の形態においては、一つの樹脂溜めポットから一つの磁石挿入孔に樹脂を充填させるようにしているが、一つの樹脂溜めポットから複数の磁石挿入孔に樹脂を充填する場合も本発明は適用される。また、樹脂溜めポットは樹脂溜めポットの半径方向内側だけでなく、半径方向外側に配置することもできる。
樹脂は注入前は液体で注入後は固体となり、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂のいずれも使用できる。

また、図６に示すように、挿間部材２７を磁石挿入孔１２の深さの２倍より十分大きくし、挿間部材２７の両端部２８、２９を回転子鉄心１３の表面に露出させることもできる。この場合、永久磁石１１の挿入が完了した後、余剰の挿間部材２７を切断除去するのが好ましい。

１０：軸孔、１１：永久磁石、１２：磁石挿入孔、１３：回転子鉄心、１５、１６：挿間部材、１８：樹脂溜めポット、２０：樹脂送出型、２１：ランナー、２２：ダミープレート、２５：挿間部材、２７：挿間部材、２８、２９：端部

Claims (8)

1. 回転子鉄心の磁石挿入孔に永久磁石を挿入した後、前記磁石挿入孔に樹脂を充填して該永久磁石を固定する回転子鉄心の製造方法において、
   複数のバンド状又は紐状の挿間部材を前記磁石挿入孔に巻き込みながら前記永久磁石を前記磁石挿入孔に挿入し、前記挿間部材を介して前記永久磁石を前記磁石挿入孔に装着することを特徴とする回転子鉄心の製造方法。
2. 請求項１記載の回転子鉄心の製造方法において、隙間を有して配置される前記挿間部材を直接又は離間して前記磁石挿入孔に跨がらせて配置することを特徴とする回転子鉄心の製造方法。
3. 請求項１又は２記載の回転子鉄心の製造方法において、前記樹脂は樹脂送出型に設けられている樹脂溜めポットからランナーを介して供給され、しかも、前記ランナーは複数あって、前記挿間部材によって仕切られる空間に各々供給されていることを特徴とする回転子鉄心の製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転子鉄心の製造方法において、前記挿間部材は直方体状の前記永久磁石の幅方向及び／又は長手方向を跨ぐように配置されていることを特徴とする回転子鉄心の製造方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転子鉄心の製造方法において、一つの前記磁石挿入孔に複数の前記永久磁石が直列に配置されていることを特徴とする回転子鉄心の製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転子鉄心の製造方法において、前記挿間部材は絶縁体からなることを特徴とする回転子鉄心の製造方法。
7. 複数の磁石挿入孔と、該各磁石挿入孔に樹脂を充填して固定される永久磁石とを有する回転子鉄心において、
   前記永久磁石は複数のバンド状又は紐状の挿間部材を介して前記磁石挿入孔に固定されていることを特徴とする回転子鉄心。
8. 請求項７記載の回転子鉄心において、前記挿間部材は絶縁体からなることを特徴とする回転子鉄心。

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