JP2015097458A - 永久磁石埋め込み型ロータ、その製造方法、及び樹脂封止装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造工程を簡略化でき、信頼性の高い永久磁石埋め込み型ロータ、その製造方法、及び樹脂封止装置を提供する。【解決手段】永久磁石埋め込み型のロータ１０の製造方法であって、ノズル５６を、封止用鋼板２１の孔部２３から挿入し、永久磁石４０の一端側の端面４０ａと鋼板積層体１２の一端側の端面１２ａである段部２８に当接させ、永久磁石４０の軸方向位置を規制しつつ、磁石挿入孔１４と永久磁石４０との隙間に樹脂６０を充填する。【選択図】図４

Description

本発明は、ロータコアに形成された永久磁石挿入孔に永久磁石を挿通し、樹脂で固着した永久磁石埋め込み型ロータ、その製造方法、及び樹脂封止装置に関する。

従来より、ロータコアに形成された永久磁石挿入孔に永久磁石を挿通し、樹脂で固着した永久磁石埋め込み型ロータが知られている。この永久磁石を樹脂で固着する具体的方法としては、鋼板１１１を積層したロータコア１１２の磁石挿入孔１１３に永久磁石１１４を挿通し（図６（ａ））、上型１１５と下型１１６を有する樹脂封止装置にダミープレート１１７、１１８を介してセットする。そして、下型１１６の所定位置に設けられたゲート１１９を介して、磁石挿入孔１１３の内壁に形成された樹脂溝１２０へ液状の樹脂１２１を注入し（図６（ｂ））、この樹脂１２１を硬化させている（図６（ｃ））。そして、樹脂１２１を硬化させた後、離型し、ダミープレート１１７、１１８を外すことで永久磁石１１４が固着されたロータコア１１２が形成される（図６（ｄ））。

しかしながら、図６（ｄ）の拡大図で示すように、樹脂溝１２０には、ロータコア１１２の表面に、ダミープレート１１８内に残存した樹脂１２２が残るという問題があり、残存した樹脂１２２を除去する必要があった。ただし、残存した樹脂１２２を完全に取り除くことは難しく、残存した樹脂１２２がモータの運転中にエアギャップに噛み込む虞があった。また、残った樹脂を除去する工程はないほうがよい。

これに対し特許文献１では、図７に示すように、ロータコア２１０の樹脂封止部２１１に、ロータコア２１０に接する金型２１２に形成された樹脂溜め部２１３から樹脂２１４を充填するに際し、樹脂溜め部２１３はロータコア２１０に当接する金型２１２の端部まで延在し、金型２１２が接する側のロータコア２１０の鉄心片２１５に、樹脂封止部２１１に連通する切欠きガイド部２１６を形成し、切欠きガイド部２１６を介して樹脂溜め部２１３から樹脂封止部２１１に樹脂２１４を充填している（図７（ａ））。そして、プランジャ２２１の下方に残存する樹脂（カル）２２９を、半径方向外側に押し出すように力を加えることにより、凹み部分を起点として容易に折れ、ロータコア２１０の表面への樹脂２１４の突出を防止できることが記載されている（図７（ｂ））。

特開２００７‐３２５３６８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、樹脂充填後にプランジャ２２１の下方に残存する樹脂２２９を、半径方向外側に押し出すように力を加えて樹脂２２９を取り除く処理が依然として必要であった。

また、永久磁石２１８が切欠きガイド部２１６が形成された鉄心片２１５に跨って配置されているので、ロータに遠心力が作用した場合に、切欠きガイド部２１６が形成された鉄心片２１５の強度を確保する必要があった。さらに、永久磁石２１８として、一体型の永久磁石の代わりに分割型の永久磁石を用いた場合、樹脂充填時に永久磁石が整列しない虞がある。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、製造工程を簡略化でき、信頼性の高い永久磁石埋め込み型ロータ、その製造方法、及び樹脂封止装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、
軸方向に開口する磁石挿入孔（例えば、後述の実施形態における磁石挿入孔１４）を有する鋼板（例えば、後述の実施形態における電磁鋼板１１）を積層して鋼板積層体（例えば、後述の実施形態における鋼板積層体１２）を形成し、該鋼板積層体の一端側の端面（例えば、後述の実施形態における端面１２ａ）に軸方向に開口する孔部（例えば、後述の実施形態における孔部２３）を有する封止用鋼板（例えば、後述の実施形態における封止用鋼板２１）を積層してロータコア（例えば、後述の実施形態におけるロータコア片３１）を形成する第１工程と、
前記磁石挿入孔に永久磁石（例えば、後述の実施形態における永久磁石４０）を挿通する第２工程と、
前記磁石挿入孔と前記永久磁石との隙間に樹脂（例えば、後述の実施形態における樹脂６０）を充填し前記永久磁石を固着する第３工程と、を備える永久磁石埋め込み型ロータ（例えば、後述の実施形態におけるロータ１０）の製造方法であって、
前記第３工程では、樹脂充填ノズル（例えば、後述の実施形態におけるノズル５６）を、前記封止用鋼板の孔部から挿入し、前記永久磁石の一端側の端面（例えば、後述の実施形態における端面４０ａ）と前記鋼板積層体の一端側の端面（例えば、後述の実施形態における段部２８）に当接させ、前記永久磁石の軸方向位置を規制しつつ、前記磁石挿入孔と前記永久磁石との隙間に前記樹脂を充填することを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１の構成に加えて、
前記磁石挿入孔に前記永久磁石を固着した前記ロータコアを軸方向に積み重ねて１つのロータコア（例えば、後述の実施形態におけるロータコア３０）を形成する第４工程と、を有し、
前記第４工程では、前記積層するロータコアを周方向に回転させながら積み重ねることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、
軸方向に開口する磁石挿入孔（例えば、後述の実施形態における磁石挿入孔１４）を有する鋼板（例えば、後述の実施形態における電磁鋼板１１）が積層された鋼板積層体（例えば、後述の実施形態における鋼板積層体１２）と、該鋼板積層体の一端側の端面（例えば、後述の実施形態における端面１２ａ）に設けられ、軸方向に開口する孔部（例えば、後述の実施形態における孔部２３）を有する封止用鋼板（例えば、後述の実施形態における封止用鋼板２１）と、からなるロータコア（例えば、後述の実施形態におけるロータコア片３１）と、
前記磁石挿入孔に挿入され、樹脂により固着された永久磁石（例えば、後述の実施形態における永久磁石４０）と、を有するロータ（例えば、後述の実施形態におけるロータ１０）であって、
前記鋼板は、前記磁石挿入孔の内壁（例えば、後述の実施形態における外径側内壁面１４ａ）に樹脂溝（例えば、後述の実施形態における樹脂溝１６）が設けられ、
前記封止用鋼板の孔部は、前記磁石挿入孔と同形状の磁石挿入孔投影部（例えば、後述の実施形態における磁石挿入孔投影部２５）と前記樹脂溝よりも大きく開口した樹脂注入部（例えば、後述の実施形態における樹脂注入部２７）と、を有し、
前記永久磁石の前記一端側の端面（例えば、後述の実施形態における端面４０ａ）は、前記鋼板積層体の一端側の端面（例えば、後述の実施形態における端面１２ａ）と一致しており、
前記樹脂注入部には、前記封止用鋼板の一端側の端面（例えば、後述の実施形態における端面２１ａ）よりも窪んだ凹部（例えば、後述の実施形態における凹部２９）が形成されていることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項３の構成に加えて、
前記永久磁石は、軸方向に分割されていることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１又は２に記載の永久磁石埋め込み型ロータの製造方法に使用される樹脂封止装置であって、
前記樹脂充填ノズル（例えば、後述の実施形態におけるノズル５６）は、前記封止用鋼板の孔部を封止する封止プレート（例えば、後述の実施形態における上封止プレート５１）に一体的に突設されていることを特徴とする。

請求項６に係る発明は、請求項１又は２に記載の永久磁石埋め込み型ロータの製造方法に使用される樹脂封止装置であって、
前記樹脂充填ノズルは、前記封止用鋼板の孔部を封止する封止プレート（例えば、後述の実施形態における上封止プレート５１）に摺動可能に挿通し、注入口と反対側の端部にフランジ（例えば、後述の実施形態におけるフランジ５８）を有し、
該フランジと該封止プレートとの間に付勢部材（例えば、後述の実施形態における付勢部材５９）が設けられていることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、磁石挿入孔と永久磁石との隙間に樹脂を充填し永久磁石を固着する第３工程において、樹脂充填ノズルを、封止用鋼板の孔部から挿入し、永久磁石の一端側の端面と鋼板積層体の一端側の端面に当接させ、永久磁石の軸方向位置を規制しつつ、磁石挿入孔と永久磁石との隙間に樹脂を充填するので、残存樹脂がロータコアから突出することがなく、残存樹脂を除去する工程を省略し、製造方法を簡略化することができる。
また、樹脂充填ノズルを、永久磁石の一端側の端面と鋼板積層体の一端側の端面に当接させた状態で樹脂を注入することで樹脂充填時における永久磁石の位置決めを行うことができる。さらに、永久磁石は鋼板積層体から突出しないので、遠心力の影響を考慮せずに封止用鋼板を設計することができる。

請求項２の発明によれば、ロータコアを回転させながら積層する、いわゆる転積により、積層するロータコアの歪み、磁気特性を均一化することができる。この場合、残存樹脂がロータコアから突出することがないので、積層するロータコア間に隙間が発生するのを防止できる。

請求項３の発明によれば、樹脂注入部には、前記封止用鋼板の一端側の端面よりも窪んだ凹部が形成され、残存樹脂がロータコアから突出することがないので、残存樹脂を除去する工程を省略し、製造方法を簡略化することができる。また、永久磁石の一端側の端面と鋼板積層体の一端側の端面が一致し、永久磁石が鋼板積層体から突出しないので、遠心力の影響を考慮せずに封止用鋼板を設計することができる。

請求項４の発明によれば、永久磁石が分割磁石であっても、永久磁石間のずれが抑制される。

請求項５の発明によれば、永久磁石の位置決めと封止用鋼板の孔部の封止を容易に行うことができる。

請求項６の発明によれば、付勢部材により樹脂充填ノズルの寸法公差を吸収することができ、確実に封止用鋼板の孔部の封止と樹脂充填ノズルで永久磁石の位置規制を行うことができる。

ロータコアの部分拡大斜視図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 （ａ）は、電磁鋼板の部分拡大図であり、（ｂ）は、封止用鋼板の部分拡大図である。 樹脂の充填方法を説明する説明図である。 樹脂封止装置の変形例に係るノズルの概略図である。 従来の樹脂の充填方法を説明する説明図である。 特許文献１に記載の樹脂の充填方法を説明する説明図である。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に基づいて説明する。
図１は、ロータコアの部分拡大斜視図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図であり、図３（ａ）は、電磁鋼板の部分拡大図であり、図３（ｂ）は、封止用鋼板の部分拡大図である。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

本実施形態のロータ１０は、ロータコア３０と、ロータコア３０に埋め込まれた永久磁石４０と、から構成される、いわゆる永久磁石埋め込み型ロータである。ロータコア３０は、１つのロータコア片３１から構成されるものでもよく、複数のロータコア片３１が積み重ねられたものでもよい。以下の説明では、４つのロータコア片３１から１つのロータコア３０が構成されるものとして説明する。

図１及び図２に示すように、ロータコア片３１は、複数枚の電磁鋼板１１が積層された鋼板積層体１２と、この鋼板積層体１２の一端側の端面１２ａに積層された複数枚の封止用鋼板２１と、から構成される。

鋼板積層体１２を構成する電磁鋼板１１は、図３に示すように、その中央部に不図示の軸挿通孔を有するとともに、その外周部に磁極部４２を構成する３つの磁石挿入孔１４が円周方向に等間隔で複数形成された略円環形状を有する。

１つの磁極部４２を構成する３つの磁石挿入孔１４は、中央部に位置する磁石挿入孔１４に対し、両側に位置する２つの磁石挿入孔１４がＶ字形状に外径側に開くように配置される。磁石挿入孔１４は、軸方向に開口し、それぞれ独立したものとなっている。

磁石挿入孔１４には、外径側内壁面１４ａの中央部に外径側に窪むように樹脂溝１６が形成されている。磁石挿入孔１４には、永久磁石４０が配置され、樹脂溝１６は、樹脂充填時に樹脂６０の通り道となる。

封止用鋼板２１は、図３（ｂ）に示すように、電磁鋼板１１と略等しい外観形状を有し、軸方向に開口する孔部２３が設けられている。孔部２３は、電磁鋼板１１に形成された磁石挿入孔１４と同形状の磁石挿入孔投影部２５と樹脂溝１６よりも大きく開口した樹脂注入部２７とからなり、それぞれ電磁鋼板１１の磁石挿入孔１４と樹脂溝１６と対応する位置に形成されている。磁石挿入孔投影部２５には、永久磁石４０が配置されず樹脂６０が充填される。樹脂注入部２７には、樹脂充填時に後述する樹脂封止装置のノズル５６が配置される。

ロータコア片３１は、電磁鋼板１１が積層された鋼板積層体１２の一端側の端面１２ａに複数枚の封止用鋼板２１を積層することで、軸方向において一端側に磁石挿入孔投影部２５が開口し、他端側に磁石挿入孔１４が開口し、同形状の磁石挿入孔投影部２５と磁石挿入孔１４とが内部で連通している。また、ロータコア片３１には、軸方向において一端側に樹脂注入部２７が開口し、他端側に樹脂溝１６が開口し、樹脂注入部２７と樹脂溝１６とが内部で連通している。樹脂注入部２７が樹脂溝１６よりも大きな開口を有することで、樹脂注入部２７と樹脂溝１６との連通部には、鋼板積層体１２の最上層に位置する封止用鋼板２１の、樹脂溝１６を囲う領域の一部が、樹脂注入部２７内に露出し段部２８を呈している。

なお、封止用鋼板２１は、電磁鋼板１１と同様に磁性材料からなることが好ましく、同一素材から構成されることが好ましい。また、封止用鋼板２１は、電磁鋼板１１と略同等の板厚を有することが好ましい。言い換えると、封止用鋼板２１は、電磁鋼板１１の樹脂溝１６を大きくくり抜くことで樹脂注入部２７を形成したものとすることができる。また、鋼板積層体１２の積層枚数は、特に限定されものではなく適宜選択され得るが、鋼板積層体１２の一端側の端面１２ａが、磁石挿入孔１４に挿通された永久磁石４０の一端側の端面４０ａと一致するように設定される。封止用鋼板２１は、一枚でも複数枚を積層したものでもよいが、後述する樹脂封止装置のノズル５６の突出長さと一致するようになっている。

ロータコア片３１の磁石挿入孔１４は、それぞれ挿入される永久磁石４０よりも僅かに大きく形成されており、１つの磁極部４２を構成する３つ磁石挿入孔１４には、磁化方向が同じ永久磁石４０が配置される。周方向で隣り合う磁極部４２には、この永久磁石４０と磁化方向が異なる永久磁石４０が配置されることで、周方向で交互に磁極が反転するようになっている。なお、永久磁石４０は、一体型の永久磁石でもよく、本実施例のように軸方向に分割された分割型の永久磁石であってもよい。

このように、ロータ１０は、鋼板積層体１２の一端側の端面に複数枚の封止用鋼板２１を積層することでロータコア片３１が形成され（第１工程）、ロータコア片３１の磁石挿入孔１４に永久磁石４０が挿通される（第２工程）。続いて、ロータコア片３１の磁石挿入孔１４に永久磁石４０を固着する工程（第３工程）について説明する。

永久磁石４０が挿通されたロータコア片３１は、樹脂封止装置にセットされる。具体的には、図４（ａ）に示すように、各磁石挿入孔１４に永久磁石４０が挿通されたロータコア片３１が、上下封止プレート５１，５２を介して樹脂封止装置の上型５４と下型５５の間に配置される。このとき、封止用鋼板２１と接する、鋼板積層体１２の一端側の端面１２ａが、磁石挿入孔１４に挿通された永久磁石４０の一端側の端面４０ａに一致している。

続いて、樹脂封止装置の上型５４と一体的に移動可能に形成された上封止プレート５１を封止用鋼板２１の一端側の端面２１ａに当接させるとともに、上封止プレート５１に一体的に突設されたノズル５６を各樹脂注入部２７にセットし、ノズル５６の先端面５７を、永久磁石４０の一端側の端面４０ａと、樹脂注入部２７内に露出する段部２８に押し当てる。

これにより、封止用鋼板２１の樹脂注入部２７及び磁石挿入孔投影部２５が上封止プレート５１によって封止され、鋼板積層体１２の一端側の端面１２ａである段部２８に対し永久磁石４０がノズル５６で位置決めされる。この状態で、図４（ｂ）に示すように、樹脂封止装置のノズル５６から樹脂６０を注入することで、樹脂溝１６から磁石挿入孔１４と永久磁石４０との隙間に樹脂６０が充填される。これにより、磁石挿入孔１４と永久磁石４０との隙間と、磁石挿入孔投影部２５と、ノズル５６が挿入された部分以外の樹脂注入部２７に樹脂６０が充填され、ロータコア片３１に永久磁石４０が固着される。

樹脂６０を充填後、樹脂封止装置の上下型５４，５５及び上下封止プレート５１，５２を離し、永久磁石４０が埋め込まれたロータコア片３１をクリーニングすることで永久磁石４０が埋め込まれたロータコア片３１が製造される。ロータコア片３１の樹脂注入部２７には、最上層の封止用鋼板２１と略面一に樹脂６０が充填されており、樹脂封止装置のノズル５６が挿入されていた位置に、封止用鋼板２１の一端側の端面２１ａよりも窪んだ凹部２９が形成される。

このように、ノズル５６を、封止用鋼板２１の樹脂注入部２７から挿入し、永久磁石４０の一端側の端面４０ａと鋼板積層体１２の一端側の端面１２ａである段部２８に当接させ、永久磁石４０の軸方向位置を規制しつつ、磁石挿入孔１４と永久磁石４０との隙間に樹脂６０を充填するので、残存樹脂がロータコア片３１から突出することがなく、残存樹脂を除去する工程を省略し、製造方法を簡略化することができる。また、ノズル５６を、永久磁石４０の一端側の端面４０ａと鋼板積層体１２の一端側の端面１２ａである段部２８に当接させた状態で樹脂６０を注入することで樹脂充填時における永久磁石４０の位置決めを行うことができる。さらに、永久磁石４０は鋼板積層体１２から突出しないので、遠心力の影響を考慮せずに封止用鋼板２１を設計することができる。

また、得られたロータコア片３１を軸方向に積み重ねることで１つのロータコア３０が製造される（第４工程）。この際、ロータコア片３１を周方向に回転させながら積層、いわゆる転積により、積層するロータコア片３１の歪み、磁気特性を均一化することができる。この場合でも、残存樹脂がロータコア片３１から突出することがないので、積層するロータコア片３１間に隙間が発生するのを防止できる。

図５は、樹脂封止装置の変形例に係るノズル５６の概略図である。
本変形例に係る樹脂封止装置は、上型５４と一体的に移動可能に形成された上封止プレート５１とノズル５６が別体に形成され、ノズル５６が上封止プレート５１に摺動可能に挿通している。また、ノズル５６は注入口と反対側の端部にフランジ５８を有し、フランジ５８と上封止プレート５１との間にバネや油圧プストン等の付勢部材５９が設けられている。

この樹脂封止装置によれば、樹脂封止装置の上型５４と一体的に移動可能に形成された上封止プレート５１を封止用鋼板２１の一端側の端面２１ａに当接させるとともに、ノズル５６の先端面５７を、永久磁石４０の一端側の端面４０ａと、鋼板積層体１２の一端側の端面１２ａである段部２８に押し当て際に、付勢部材５９によりノズル５６の寸法公差を吸収することができ、確実にノズル５６で永久磁石４０の位置規制を行うことができる。

尚、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
例えば、樹脂溝１６は、磁石挿入孔１４の内壁に形成されている限り、外径側内壁面１４ａに設けられている必要はなく、内径側内壁面に設けてもよい。
また、樹脂封止装置の上型５４と上封止プレート５１は一体的に移動可能である必要はなく、別々に移動させてもよい。
また、複数のロータコア片３１から１つのロータコア３０が構成される場合、全てのロータコア片３１に封止用鋼板２１が設けられている必要はなく、例えば、最上部に位置するロータコア片３１に封止用鋼板２１が設けられていなくてもよい。

１０ ロータ
１１ 電磁鋼板
１２ 鋼板積層体
１２ａ 端面（鋼板積層体の一端側の端面）
１４ 磁石挿入孔
１４ａ 外径側内壁面（磁石挿入孔の内壁）
２１ 封止用鋼板
２１ａ 端面（鋼板積層体の一端側の端面）
２３ 孔部
２５ 磁石挿入孔投影部
２７ 樹脂注入部
２８ 段部
２９ 凹部
３０ ロータコア
３１ ロータコア片（ロータコア）
４０ 永久磁石
４０ａ 端面（永久磁石の一端側の端面）
５６ ノズル（樹脂充填ノズル）
５１ 上封止プレート（封止プレート）
５８ フランジ
５９ 付勢部材
６０ 樹脂

Claims (6)

1. 軸方向に開口する磁石挿入孔を有する鋼板を積層して鋼板積層体を形成し、該鋼板積層体の一端側の端面に軸方向に開口する孔部を有する封止用鋼板を積層してロータコアを形成する第１工程と、
   前記磁石挿入孔に永久磁石を挿通する第２工程と、
   前記磁石挿入孔と前記永久磁石との隙間に樹脂を充填し前記永久磁石を固着する第３工程と、を備える永久磁石埋め込み型ロータの製造方法であって、
   前記第３工程では、樹脂充填ノズルを、前記封止用鋼板の孔部から挿入し、前記永久磁石の一端側の端面と前記鋼板積層体の一端側の端面に当接させ、前記永久磁石の軸方向位置を規制しつつ、前記磁石挿入孔と前記永久磁石との隙間に前記樹脂を充填することを特徴とする永久磁石埋め込み型ロータの製造方法。
2. 前記磁石挿入孔に前記永久磁石を固着した前記ロータコアを軸方向に積み重ねて１つのロータコアを形成する第４工程と、を有し、
   前記第４工程では、前記積層するロータコアを周方向に回転させながら積み重ねることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石埋め込み型ロータの製造方法。
3. 軸方向に開口する磁石挿入孔を有する鋼板が積層された鋼板積層体と、該鋼板積層体の一端側の端面に設けられ、軸方向に開口する孔部を有する封止用鋼板と、からなるロータコアと、
   前記磁石挿入孔に挿入され、樹脂により固着された永久磁石と、を有するロータであって、
   前記鋼板は、前記磁石挿入孔の内壁に樹脂溝が設けられ、
   前記封止用鋼板の孔部は、前記磁石挿入孔と同形状の磁石挿入孔投影部と前記樹脂溝よりも大きく開口した樹脂注入部と、を有し、
   前記永久磁石の前記一端側の端面は、前記鋼板積層体の一端側の端面と一致しており、
   前記樹脂注入部には、前記封止用鋼板の一端側の端面よりも窪んだ凹部が形成されていることを特徴とするロータ。
4. 前記永久磁石は、軸方向に分割されていることを特徴とする請求項３に記載のロータ。
5. 請求項１又は２に記載の永久磁石埋め込み型ロータの製造方法に使用される樹脂封止装置であって、
   前記樹脂充填ノズルは、前記封止用鋼板の孔部を封止する封止プレートに一体的に突設されていることを特徴とする樹脂封止装置。
6. 請求項１又は２に記載の永久磁石埋め込み型ロータの製造方法に使用される樹脂封止装置であって、
   前記樹脂充填ノズルは、前記封止用鋼板の孔部を封止する封止プレートに摺動可能に挿通し、注入口と反対側の端部にフランジを有し、
   該フランジと該封止プレートとの間に付勢部材が設けられていることを特徴とする樹脂封止装置。

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