JP2015228757A

JP2015228757A - Ｉｐｍモータ

Info

Publication number: JP2015228757A
Application number: JP2014113826A
Authority: JP
Inventors: 上山　幸嗣; Yukitsugu Kamiyama; 幸嗣上山; 茂内海; Shigeru Uchiumi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-06-02
Filing date: 2014-06-02
Publication date: 2015-12-17

Abstract

【課題】ヒートサイクル環境下において磁石用スロット内で永久磁石を堅固に接着固定することができる信頼性の高いＩＰＭモータを提供する。【解決手段】本発明のＩＰＭモータは、ロータ鉄心１に設けられた磁石用スロット２内に永久磁石３が埋設された構造を有する。そして、ロータ鉄心１の周方向における永久磁石３の側面のうちの一方の側面のみが、１２０℃以上の温度での剪断強度が１０ＭＰａ以上及び０℃以下の温度での剥離強度が０．５ｋＮ／ｍ以上の接着部４を介してロータ鉄心１と接着固定されている。【選択図】図１

Description

本発明は、ロボット、自動車、鉄道などの分野において高精度の制御が必要とされるＩＰＭモータに関する。

Ｒ−Ｆｅ−Ｂ系永久磁石（Ｒ：希土類元素）などの永久磁石を、鉄心ロータに設けられた磁石用スロット内に埋設した構造をもつＩＰＭモータ（Interior Permanent Magnet Motor）が知られている。電気自動車（Electric Vehicle）の昨今の実用化に加えて、ロボット、鉄道などの近年の研究開発の進展に伴い、それらを制御するＩＰＭモータにも高精度化が要求されている。

ＩＰＭモータは、永久磁石に交流磁界がかかると渦電流が発生し、鉄心ロータの電気抵抗による発熱が原因で渦電流損と呼ばれるエネルギーの損失が生じる。このとき、鉄心ロータに設けられた磁石用スロット内の永久磁石の温度が高くなることが多い。場合によっては永久磁石の温度が１４０℃以上に達することもあり、ＩＰＭモータの特性を維持するためにはヒートサイクル環境下に耐え得るように放熱設計などの工夫を行う必要がある。

他方、ＩＰＭモータには、磁石用スロットと永久磁石との間のクリアランス（隙間）があるが、ＩＰＭモータの用途によってはクリアランスを埋めずに使用されることがある。この場合、永久磁石は使用中に磁石用スロット内で動くが、ＩＰＭモータを高度に制御する必要がある場合、このような永久磁石の動きはＩＰＭモータの特性に影響を与える。そのため、ＩＰＭモータの特性に対する影響を低減して信頼性を高めるためには永久磁石の動きを防止する必要がある。

そこで、磁石用スロット内で永久磁石を固定する方法として、磁石用スロットと永久磁石との間のクリアランスに各種樹脂を導入する方法が提案されている。
例えば、特許文献１は、エポキシ系又はシリコーン系樹脂を含む接着剤を用いて磁石用スロット内で永久磁石を固定する方法を提案している。
また、特許文献２は、シリコーン系樹脂を含む接着剤を用いて磁石用スロット内で永久磁石を固定する方法を提案している。
さらに、特許文献３は、モールド樹脂を用いて磁石用スロット内で永久磁石を固定する方法を提案している。

特開２００２−１０５４６号公報特開２００４−１９４４７２号公報特開２０１３−１６５６２５号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、磁石用スロットと永久磁石との間のクリアランスの全体に接着部を形成しているため、高温条件下において異種の材料である鉄心ロータ及び永久磁石の熱膨張係数の差に起因して接着部にかかる熱応力が大きくなり、接着部が破壊されることがある。その上、接着部の熱疲労によって磁石用スロット内で永久磁石を固定する能力も低下してしまう。
また、特許文献２の方法では、シリコーン系樹脂を含む接着剤が柔軟な接着部を形成するため、磁石用スロット内で永久磁石を堅固に固定することができない。そのため、ＩＰＭモータにおいて急激なトルクの増減が生じる場合、永久磁石に微小な動きが生じ、ＩＰＭモータの特性が低下することがある。

さらに、特許文献３の方法では、磁石用スロット内で永久磁石を固定するモールド樹脂の能力が低い。実際、モールド樹脂による磁石用スロット内での永久磁石の固定は、モールド樹脂との摩擦力に起因していることが多く、磁石用スロット内で永久磁石を堅固に固定することができない。
他方、ＩＰＭモータの特性を向上させるためには、磁石用スロットと永久磁石との間のクリアランスを小さくすればよいと考えられる。しかしながら、クリアランスを小さくすると、接着部の熱応力が増大して接着部の破壊に繋がり易い。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、ヒートサイクル環境下において磁石用スロット内で永久磁石を堅固に接着固定することができる信頼性の高いＩＰＭモータを提供することを目的とする。

本発明者らは、上記のような問題を解決すべく鋭意研究した結果、ロータ鉄心の周方向における永久磁石の側面のうちの一方の側面のみを、特定の接着部を介してロータ鉄心と接着固定することにより、熱応力に起因した接着部の破壊及び熱疲労を低減し得ることを見出し、本発明に至った。
すなわち、本発明は、ロータ鉄心に設けられた磁石用スロット内に永久磁石が埋設されたＩＰＭモータであって、前記ロータ鉄心の周方向における前記永久磁石の側面のうちの一方の側面のみが、１２０℃以上の温度での剪断強度が１０ＭＰａ以上及び０℃以下の温度での剥離強度が０．５ｋＮ／ｍ以上の接着部を介して前記ロータ鉄心と接着固定されていることを特徴とするＩＰＭモータである。

本発明によれば、ヒートサイクル環境下において磁石用スロット内で永久磁石を堅固に接着固定することができる信頼性の高いＩＰＭモータを提供することができる。

実施の形態１のＩＰＭモータのロータ（４極型）の横断面図である。図１のＩＰＭモータのロータの横断面図の部分拡大図である。補強接着部を更に有する実施の形態１のＩＰＭモータのロータの横断面図である。実施の形態１のＩＰＭモータのロータ（８極型）の横断面図である。

実施の形態１．
以下、本発明のＩＰＭモータの好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
図１は、本実施の形態のＩＰＭモータのロータの横断面図である。図２は、図１のＩＰＭモータのロータの横断面図の部分拡大図である。
図１に示すように、本実施の形態のＩＰＭモータのロータは、ロータ鉄心１と、ロータ鉄心１に設けられた磁石用スロット２に埋設された永久磁石３とを有する。また、ロータ鉄心１の中央部には、駆動シャフト（図示していない）を挿通固定するための駆動シャフトスロット６が設けられている。磁石用スロット２は、ロータ鉄心１の周方向に沿って複数個設けられている。なお、図１では、磁石用スロット２の数を４個とし、磁石用スロット２に４個の永久磁石３が埋設された４極のロータの場合を例示しているが、ロータの極数は特に限定されない。

永久磁石３は、ロータ鉄心１の周方向における側面のうちの一方の側面において、接着部４を介してロータ鉄心１と接着固定されている。ここで、本明細書において「ロータ鉄心１の周方向における側面」とは、ロータ鉄心１の半径方向と垂直に接する部分を有する側面（すなわち、ロータ鉄心１の半径方向における側面）以外の側面のことを意味する。具体的には、「ロータ鉄心１の周方向における側面」とは、図２における側面ａ，ｂのことを意味する。したがって、例えば、図２に示すように、ロータ鉄心１の周方向における永久磁石３の一方の側面ａのみが、接着部４を介してロータ鉄心１と接着固定されている。また、ロータ鉄心１の周方向における永久磁石３の他方の側面ｂはロータ鉄心１と接しておらず、永久磁石３の他方の側面ｂとロータ鉄心１との間には隙間５が形成されている。

接着部４の形状は、特に限定されず、様々な形状とすることができる。ただし、接着部４は、一般に、鉄心ロータ１及び永久磁石３に比べて熱膨張係数が大きいため、接着部４の領域が多くなると、永久磁石３の温度が高くなった場合に鉄心ロータ１と永久磁石３との間の固着を維持できなくなる場合がある。そのため、接着部４の断面積（横断面積）は０．２５ｍｍ^２以上５００ｍｍ^２以下であることが好ましい。接着部４の断面積が０．２５ｍｍ^２未満であると、接着部４の領域が少なくなり、永久磁石３を鉄心ロータ１に堅固に接着固定することができない場合がある。一方、接着部４の断面積が５００ｍｍ^２を超えると、接着部４にかかる熱応力が大きくなり、鉄心ロータ１と永久磁石３との間の固着を維持できなくなる場合がある。また、コスト及び鉄心ロータ１と永久磁石３との間の安定的な固着を考慮すると、接着部４の断面積の上限は２００ｍｍ^２であることがより好ましい。

永久磁石３と接着部４との接触面積は、永久磁石３の大きさに応じて適宜設定すればよく、特に限定されないが、一般に５０ｍｍ^２以上であれば永久磁石３と接着部４との間の接着強度が十分に得られる。また、永久磁石３と接着部４との接触面積の上限は、特に限定されないが、大きなＩＰＭモータであっても、通常の永久磁石３の形状を考慮すると一般に１５００ｍｍ^２である。

永久磁石３の他方の側面ｂとロータ鉄心１との間の隙間５の形状は、特に限定されず、様々な形状とすることができる。例えば、永久磁石３の他方の側面ｂとロータ鉄心１との間の隙間５の形状は、接着部４の形状（すなわち、永久磁石３の一方の側面ａとロータ鉄心１との間の隙間の形状）と同じにしてもよい。

また、図１では、ロータ鉄心１の半径方向における永久磁石３の側面ｃ，ｄは、ロータ鉄心１と接しているが、ロータ鉄心１と永久磁石３の側面ｃ，ｄとの間には隙間があってもよい。一般に、ロータ鉄心１と永久磁石３の側面ｃ，ｄとの間の隙間が小さいほど、ＩＰＭモータのモータ特性が向上するので、ロータ鉄心１と永久磁石３の側面ｃ，ｄとの間の隙間は、０．０２ｍｍ〜０．５ｍｍであることが好ましい。隙間が０．０２ｍｍ未満であると、永久磁石３の製造上のバラつきに対応できず、磁気用スロット２に永久磁石３を挿入することができない場合がある。一方、隙間が０．５ｍｍよりも大きいと、ＩＰＭモータのモータ特性が低下する場合がある。

ＩＰＭモータにおいて、永久磁石３の側面ａ，ｂは、永久磁石３の磁界方向である側面ｃ，ｄに比べて、ロータ鉄心１と永久磁石３との間の熱膨張係数の差が小さくなる傾向にある。そのため、永久磁石３の側面ａを、接着部４を介してロータ鉄心１と接着固定することにより、高温環境下にさらされた場合であっても、接着部４にかかる熱応力を低減し、接着部４を介した永久磁石３の側面とロータ鉄心１との間の接着固定を維持することができる。

接着部４は、永久磁石３をロータ鉄心１と堅固に接着固定することができれば、永久磁石３の側面ａの一部と接触していても構わないが、永久磁石３をロータ鉄心１と安定且つ堅固に接着固定する観点から、永久磁石３の側面ａの全体と接触していることが好ましい。
また、接着部４は、永久磁石３の側面ａとロータ鉄心１との間だけでなく、永久磁石３の側面ｃ，ｄとロータ鉄心１との間の隙間の一部に形成されていてもよい。ただし、永久磁石３の側面ｃ，ｄの全体を、接着部４を介してロータ鉄心１と接着固定すると、接着部４にかかる熱応力が増大し、接着部４が破壊され易くなる。

永久磁石３の側面ｂとロータ鉄心１との間は、接着部４によって永久磁石３をロータ鉄心１と堅固に接着固定することができれば、隙間５のままの状態としておいてよい。しかしながら、永久磁石３をロータ鉄心１と、より安定且つ堅固に接着固定する観点から、図３に示すように、隙間５に補強接着部７を形成してもよい。補強接着部７は、永久磁石３の側面ｂの一部と接触していても構わないが、永久磁石３をロータ鉄心１と、より安定且つ堅固に接着固定する観点から、永久磁石３の側面ｂの全体と接触していることが好ましい。

磁石用スロット２及び永久磁石３の形状は、上記のような構成を得ることができる形状であれば特に限定されない。例えば、図１〜３に示すように、横断面が台形状の磁石用スロット２に横断面が長方形状の永久磁石３を埋設すればよい。また、図４に示すように、横断面がアーチ状の磁石用スロット２に横断面がアーチ状の永久磁石３を埋設してもよい。

以下、本実施の形態のＩＰＭモータに用いられる材料について説明する。
ロータ鉄心１としては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。ロータ鉄心１は、電磁鋼板を積層してなる鋼板積層体の他、鉄、鉄−シリコン系合金、鉄−窒素系合金、鉄−ニッケル系合金、鉄−炭素系合金、鉄−ホウ素系合金、鉄−コバルト系合金、鉄−リン系合金、鉄−ニッケル−コバルト系合金、及び鉄−アルミニウム−シリコン系合金などの軟磁性金属粉末、又は軟磁性金属酸化物粉末がシリコーン樹脂などの樹脂バインダーで被覆された磁性粉末などからなる圧粉磁心、高密度圧粉磁心などから成形することによって得ることができる。成形方法としては、特に限定されず、材料を削り出す方法、所望の形状に成形した電磁鋼板を積層する方法などを用いることができる。その中でも、耐熱性などの観点から、ケイ素鋼板を積層してなる鋼板積層体を成形して得られるロータ鉄心１が好ましく、特に、渦電流損を防止する観点から、表面に絶縁膜を形成したケイ素鋼板を積層してなる鋼板積層体を成形して得られるロータ鉄心１がより好ましい。ケイ素鋼板の厚さは、特に限定されないが、一般に０．２ｍｍ〜１ｍｍである。例えば、ケイ素鋼板を用いる場合、積層した際に磁石用スロット２が形成されるように予め打ち抜いた後、ケイ素鋼板を積層して機械的にかしめることにより、磁石用スロット２を有するロータ鉄心１を形成することができる。

永久磁石３としては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。永久磁石３の例としては、希土類磁石、フェライト磁石、アルニコ磁石などが挙げられる。その中でも高出力が得られる希土類磁石が好ましい。希土類磁石の例としては、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系、Ｓｍ−Ｃｏ系、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系などが挙げられる。その中でも、磁石としての性能に優れるＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の焼結磁石が好ましい。また、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の焼結磁石は、結晶と結晶との界面（結晶粒界）に沿ってディスプロシウム（Ｄｙ）、テルビウム（Ｔｂ）などを拡散させる拡散法により、結晶粒界部分のＮｄだけをＤｙ、Ｔｂで置換して結晶粒界の保磁力を強化してもよい。

永久磁石３は、各種の磁石の中から１種類を選択して用いることができ、ＩＰＭモータの所望のモータ特性を得るために、複数の磁石を組み合わせて用いてもよい。
また、磁石用スロット２に埋設される永久磁石３は、所定の形状に予め成形した単一の永久磁石３を用いればよいが、渦電流などを防止する観点から、複数個に分割した永久磁石３を用いたり、複数個に分割した永久磁石３を接合して一体化したものを用いたりしてもよい。また、永久磁石３にスリットを入れたものを用いてもよい。

永久磁石３は、接着部４又は任意の補強接着部７との接着性を向上させる観点から、表面処理によって被膜を形成することが好ましい。永久磁石３の表面処理によって形成される被膜は、接着部４の熱応力によって強度が大きく低下しないものであれば特に限定されない。被膜の耐熱温度は、本発明の効果を安定して得る観点から、１２０℃以上であることが好ましい。
被膜の例としては、永久磁石３の表面を酸化処理することによって形成される酸化被膜；アルキルシリケートを含む塗料、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂などの有機系高分子を主体する塗料、亜鉛フレークとアルミフレークとを含む塗料などを塗装した塗装被膜；リン酸亜鉛、フッ化ジルコニウム系、クロム系などを施した化成処理被膜；電気Ｎｉめっき、無電解Ｎｉめっき、亜鉛めっき、クロムめっき、銅めっきなどを施しためっき被膜；純アルミニウム、アルミニウム合金などを蒸着によって形成した蒸着被膜などが挙げられる。これらの被膜は、単独又は２種以上を組み合わせて用いることができる。また、塗料の塗装方法としては、特に限定されず、電着塗装又は粉体塗装のいずれを用いてもよい。上記の各種被膜の中でも、耐食性及び製造容易性の観点から、アルミニウム蒸着膜、塗装被膜であることが好ましい。

永久磁石３の側面ａとロータ鉄心１との間を接着する接着部４は、１２０℃以上の温度での剪断強度が１０ＭＰａ以上及び０℃以下の温度での剥離強度が０．５ｋＮ／ｍ以上である。接着部４は所定の接着剤を用いて形成することができる。このような範囲の剪断強度及び剥離強度を有する接着部４であれば、ヒートサイクル環境下における接着性及び柔軟性（特に、高温時の接着強度及び低温時の耐剥離性）が良好であるため、温度条件に関わらず、永久磁石３の側面ａとロータ鉄心１との間を堅固に接着固定することができる。

ここで、本明細書において「剪断強度」とは、ＪＩＳＫ６８５０に規定される方法に準じて測定される引張剪断強度のことを意味する。具体的には、２枚の２５ｍｍ×１００ｍｍ×１．６ｍｍの鋼板（ＳＰＣＣ）の間に所定の接着剤を２５ｍｍ×１２．５ｍｍ×０．１ｍｍで塗布して硬化させ、引張試験機を用いて引張速度１０ｍｍ／分の条件下で測定される引張剪断強度である。
また、本明細書において「剥離強度」とは、ＪＩＳＫ６８５４−４に規定される方法に準じて測定される剥離強度のことを意味する。具体的には、ＪＩＳＫ６８５４−４に規定される浮動ローラ法に準じ、２５ｍｍ×２１０ｍｍ×０．５ｍｍの鋼板（ＳＰＣＣ）と２５ｍｍ×２００ｍｍ×２ｍｍ幅の鋼板（ＳＰＣＣ）との間に所定の接着剤を２５ｍｍ×１５０ｍｍ×０．１ｍｍで塗布して硬化させ、剥離試験機を用いて引張速度１００ｍｍ／分の条件下で測定される剥離強度である。

１２０℃以上の温度での接着部４の剪断強度が１０ＭＰａ未満であると、接着部４の強度が不足し、永久磁石３の側面ａとロータ鉄心１とを堅固に接着固定することができない。１２０℃以上の温度での接着部４の剪断強度は、接着性及び実用性の観点から、好ましくは１０．５ＭＰａ以上４０ＭＰａ以下である。
また、０℃以下の温度での接着部４の剥離強度が０．５ｋＮ／ｍ未満であると、接着部４の柔軟性が不足し、高温時に接着部４が剥がれ易く、また低温時に接着部４に亀裂が生じる。０℃以下の温度での接着部４の剥離強度は、接着性及び実用性の観点から、好ましくは１．０ｋＮ／ｍ以上１５ｋＮ／ｍ以下である。

接着部４の形成に用いられる接着剤としては、上記の剪断強度及び剥離強度を有する硬化物を与えるものであれば特に限定されない。
接着部４の形成に用いられる接着剤は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂などの樹脂を接着性高分子として一般に含む。これらの樹脂は、単独又は２種以上を組み合わせて用いることができる。その中でも、接着部４の形成に用いられる接着剤は、剪断強度及び剥離強度の観点から、エポキシ樹脂及びアクリル樹脂の少なくとも１種を含むことが好ましい。また、これらの樹脂と共に、ニトリルブタジエンゴム、シリコーン樹脂などを配合することによって所定の物性を満たすような組成の接着剤としてもよい。

また、接着部４の形成に用いられる接着剤の硬化形態は、特に限定されず、熱硬化性、熱可塑性、紫外線硬化性、可視光硬化性、常温硬化性、湿気硬化性などの公知のあらゆる硬化形態であることができる。使用する硬化形態に応じて、各種硬化剤などを接着剤に配合することができる。例えば、エポキシ樹脂を含む接着剤（以下、「エポキシ系接着剤」という。）を用いる場合、アミン系硬化剤を配合することによって硬化させることができる。また、アクリル樹脂を含む接着剤「以下、「アクリル系接着剤」という。）を用いる場合、紫外線などを照射してラジカル重合させることによって硬化させることができる。

接着部４の形成に用いられる接着剤の常温（２３℃）での粘度は、特に限定されないが、接着剤の充填性の観点から、３，０００〜５００，０００ｍＰａ・ｓであることが好ましい。ここで、本明細書における「粘度」とは、Ｂ型粘度計における回転数２０ｒｐｍでの粘度のことを意味する。

また、接着部４の形成に用いられる接着剤は一般に市販されているため、市販品を用いてもよい。接着部４の形成に用いられる市販品としては、ナガセケムテックス株式会社製のＸＮＲ３６２８、住友スリーエム株式会社製のＥＷ２０４０などのエポキシ系接着剤；セメダイン株式会社製のメタルロック（登録商標）、電気化学工業株式会社製のハードロック（登録商標）などのアクリル系接着剤が挙げられる。

永久磁石３の側面ｂとロータ鉄心１との間を接着する補強接着部７は、接着部４に対する影響が少ないものであれば特に限定されない。具体的には、補強接着部７は、１５０℃で１００時間エージングした際に、周波数１Ｈｚでの引張モードの動的粘弾性スペクトルにおける２３℃での貯蔵弾性率が１ＭＰａ以上１５０ＭＰａ以下であることが好ましい。補強接着部７は所定の接着剤を用いて形成することができる。このような範囲の貯蔵弾性率を有する補強接着部７であれば、ある程度の柔軟性を有するため、接着部４に熱応力がかかった際に熱応力を緩和させることができる。そのため、接着部４に対する影響を抑えつつ、永久磁石３をロータ鉄心１と、より安定且つ堅固に接着固定することが可能になる。

補強接着部７の貯蔵弾性率が１ＭＰａ未満であると、永久磁石３とロータ鉄心１との接着を補強する効果が得られないことがある。一方、補強接着部７の貯蔵弾性率が１５０ＭＰａを超えると、接着部４に対する影響が大きくなり、接着部４による永久磁石３とロータ鉄心１との間の固着力が低下することがある。

補強接着部７の形成に用いられる接着剤としては、上記の貯蔵弾性率を有する硬化物を与えるものであれば特に限定されない。
補強接着部７の形成に用いられる接着剤は、シラン変性エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などの樹脂を接着性高分子として一般に含む。
また、補強接着部７の形成に用いられる接着剤の硬化形態は、特に限定されず、熱硬化性、熱可塑性、紫外線硬化性、可視光硬化性、常温硬化性、湿気硬化性などの公知のあらゆる硬化形態であることができる。使用する硬化形態に応じて、各種硬化剤などを接着剤に配合することができる。例えば、シラン変性エポキシ樹脂又はシリコーン樹脂を含む接着剤は、付加反応、縮合反応などによって硬化させることができる。

補強接着部７の形成に用いられる接着剤の常温（２３℃）での粘度は、特に限定されないが、接着剤の充填性の観点から、３，０００〜５００，０００ｍＰａ・ｓであることが好ましい。

また、補強接着部７の形成に用いられる接着剤は一般に市販されているため、市販品を用いてもよい。補強接着部７の形成に用いられる市販品の接着剤の例としては、セメダイン株式会社製のスーパーＸ（登録商標）、モメンティブ社製のＴＳＥ３９２などが挙げられる。

本実施の形態のＩＰＭモータは、ロータ鉄心１に設けられた磁石用スロット２に永久磁石３を挿入し、永久磁石３の一方の側面ａとロータ鉄心１との間の隙間に接着部４用の接着剤を充填して硬化することによって製造することができる。或いは、永久磁石３の一方の側面ａ側に接着部４用の接着剤を予め充填させた後、磁石用スロット２に永久磁石３を挿入して接着部４用の接着剤を硬化させてもよい。また、永久磁石３の一方の側面ａ側に接着部４用の接着剤を塗布した後、磁石用スロット２に永久磁石３を挿入して接着部４用の接着剤を硬化させてもよい。
接着部４用の接着剤の充填方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法を用いることができる。例えば、永久磁石３の一方の側面ａとロータ鉄心１との間の隙間に挿入することが可能な針先を有する充填用ノズルを用いて、接着部４用の接着剤を当該隙間に充填して所定の硬化方法によって硬化させればよい。この場合、エア圧、プランジャーポンプなどを利用して接着部４用の接着剤を当該隙間に均一に充填させてもよい。
なお、補強接着部７を形成する場合、補強接着部７の形成方法は、接着部４の形成方法と同様にして行うことができる。

上記のようにして製造される本実施の形態のＩＰＭモータは、各種環境下において使用することができる。例えば、工場で使用されるＩＰＭモータは、−１０℃程度の環境下に曝されることがあるが、本実施の形態のＩＰＭモータは、低温環境下でも磁石用スロット２内で永久磁石３を堅固に接着固定することができるため、安定して使用することができる。また、ＩＰＭモータの使用温度領域は、部材（例えば、ロータ鉄心１、永久磁石３）の温度上昇、渦電流などに起因して１００℃〜２００℃になるのが通常であるが、本実施の形態のＩＰＭモータは、高温環境下でも磁石用スロット２内で永久磁石３を堅固に接着固定することができるため、使用することができる。特に、本実施の形態のＩＰＭモータは、１２０℃〜１８０℃の使用温度で使用することが好ましい。

以下、実施例及び比較例により本発明の詳細を説明するが、これらによって本発明が限定されるものではない。

（実施例１）
表面に絶縁膜が形成されたケイ素鋼板（０．５ｍｍ）を積層して機械的にかしめることにより、磁石用スロットを有するロータ鉄心（直径１１０ｍｍ、高さ７８ｍｍ）を作製した。磁石用スロットとしては、図１に示すような、横断面が台形状（上辺４４．２ｍｍ、下辺４６．５ｍｍ、高さ５．８ｍｍ）のスロット（高さ７８ｍｍ）を４つ設けた。
次に、接着部用の接着剤として、Ｂ型粘度計における温度２３℃、回転数２０ｒｐｍでの粘度が６０，０００ｍＰａ・ｓである一液型変性エポキシ樹脂接着剤（以下「接着剤Ａ−１」という。）を準備した。この接着剤Ａ−１は、１５５℃における剪断強度が１１ＭＰａ、及び−１０℃における剥離強度が２．５ｋＮ／ｍの硬化物を与えることを予め確認した。なお、剪断強度は、２枚の２５ｍｍ×１００ｍｍ×１．６ｍｍの鋼板（ＳＰＣＣ）の間に接着剤Ａ−１を２５ｍｍ×１２．５ｍｍ×０．１ｍｍで塗布し、１５０℃で１２０分間加熱して硬化させた後、引張試験機を用いて温度１５５℃、引張速度１０ｍｍ／分の条件下で測定した。また、剥離強度は、浮動ローラ法に準じ、２５ｍｍ×２１０ｍｍ×０．５ｍｍの鋼板（ＳＰＣＣ）と２５ｍｍ×２００ｍｍ×２ｍｍの鋼板（ＳＰＣＣ）との間に接着剤Ａ−１を２５ｍｍ×１５０ｍｍ×０．１ｍｍで塗布し、１５０℃で１２０分間加熱して硬化させた後、剥離試験機を用いて温度−１０℃、引張速度１００ｍｍ／分の条件下で測定した。

次に、フッ素樹脂製のテープを巻いた鉄板の上にロータ鉄心を縦に配置して固定した後、直方体状（４４ｍｍ×７８ｍｍ×５．７ｍｍ）のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の焼結磁石（５％不可逆減磁率１７０℃）を磁石用スロットに挿入した。Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の焼結磁石は、表面をアルミニウム蒸着した後、ジルコニウムリン酸で化成処理したものを用いた。
次に、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の焼結磁石の一方の側面とロータ鉄心との間（図２における永久磁石３の一方の側面ａとロータ鉄心１との間；以下「隙間Ａ」という。）に、充填用ノズルを用いて接着剤Ａ−１を導入した。その後、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の焼結磁石の他方の側面とロータ鉄心との間（図２における永久磁石３の他方の側面ｂとロータ鉄心１との間；以下「隙間Ｂ」という。）に、ゴムを巻いた細い鉄棒を挿入し、ゴムの反発力によって隙間Ａ中に接着剤Ａ−１を均一に広げた。その後、余分な接着剤Ａ−１を拭き取った。
次に、ロータ鉄心を加熱型のオーブンに配置した後、１５０℃で１２０分間加熱して接着剤Ａ−１を硬化させて接着部を形成することにより、ＩＰＭモータを完成させた。

（実施例２）
補強接着部用の接着剤として、Ｂ型粘度計における温度２３℃、回転数２０ｒｐｍでの粘度が４０，０００ｍＰａ・ｓ（混合及び塗布時の粘度）である二液型シラン変性エポキシ樹脂接着剤（以下「接着剤Ｂ−１」という。）を準備した。この接着剤Ｂ−１は、１５０℃で１００時間エージングした際に、周波数１Ｈｚでの引張モードでの動的粘弾性スペクトルにおける２３℃での貯蔵弾性率が１５ＭＰａの硬化物を与えることを予め確認した。
次に、実施例１と同様の材料及び方法を用いて隙間Ａに接着部を形成した。次に、隙間Ｂに、充填用ノズルを用いて接着剤Ｂ−１を導入した後、室温で３０分間放置して硬化させて補強接着部を形成することにより、ＩＰＭモータを完成させた。

（実施例３）
接着部用の接着剤として、接着剤Ａ−１の代わりに、Ｂ型粘度計における温度２３℃、回転数２０ｒｐｍでの粘度が１６，０００ｍＰａ・ｓである二液型変性アクリル樹脂接着剤（以下「接着剤Ａ−２」という。）を用い、室温で１時間保持した後、１３０℃で２時間加熱することによって接着剤Ａ−２を硬化させたこと以外は実施例１と同様にして隙間Ａに接着部を形成した。この接着剤Ａ−２は、１３０℃における剪断強度が１０．２ＭＰａ、及び−１０℃における剥離強度が３．０ｋＮ／ｍの硬化物を与えることを予め確認した。なお、剪断強度は、２枚の２５ｍｍ×１００ｍｍ×１．６ｍｍの鋼板（ＳＰＣＣ）の間に接着剤Ａ−２を２５ｍｍ×１２．５ｍｍ×０．１ｍｍで塗布し、室温で１時間保持した後、１３０℃で２時間加熱して硬化させた後、引張試験機を用いて温度１３０℃、引張速度１０ｍｍ／分の条件下で測定した。また、剥離強度は、浮動ローラ法に準じ、２５ｍｍ×２１０ｍｍ×０．５ｍｍの鋼板（ＳＰＣＣ）と２５ｍｍ×２００ｍｍ×２ｍｍの鋼板（ＳＰＣＣ）との間に接着剤Ａ−２を２５ｍｍ×１５０ｍｍ×０．１ｍｍで塗布し、室温で１時間保持した後、１３０℃で２時間加熱して硬化させた後、剥離試験機を用いて温度−１０℃、引張速度１００ｍｍ／分の条件下で測定した。

次に、補強接着部用の接着剤として、Ｂ型粘度計における温度２３℃、回転数２０ｒｐｍでの粘度が２００，０００ｍＰａ・ｓである一液型縮合型シリコーン樹脂接着剤（以下「接着剤Ｂ−２」という。）を準備した。この接着剤Ｂ−２は、１５０℃で１００時間エージングした際に、周波数１Ｈｚでの引張モードでの動的粘弾性スペクトルにおける２３℃での貯蔵弾性率が２０ＭＰａの硬化物を与えることを予め確認した。
次に、隙間Ｂに、充填用ノズルを用いて補強接着部用の接着剤を導入した後、室温で２４時間放置して硬化させて補強接着部を形成することにより、ＩＰＭモータを完成させた。

（実施例４）
表面に絶縁膜が形成されたケイ素鋼板（０．３５ｍｍ）を積層して機械的にかしめることにより、磁石用スロットを有するロータ鉄心（直径１５０ｍｍ、高さ１２６ｍｍ）を作製した。磁石用スロットとしては、図４に示すような、横断面がアーチ状（内径長５９．９ｍｍ、外径長６０．１ｍｍ、幅４．２ｍｍ）のスロット（高さ１２６ｍｍ）を８つ設けた。
次に、実施例２と同じ接着部用の接着剤及び補強接着部用の接着剤を準備した。
次に、フッ素樹脂製のテープを巻いた鉄板の上にロータ鉄心を縦に配置して固定した後、横断面がアーチ状（内径長６０ｍｍ、外径長６４ｍｍ、幅４ｍｍ）のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の焼結磁石（高さ６３ｍｍ、５％不可逆減磁率１７０℃）を２段重ねて磁石用スロットに挿入した。Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の焼結磁石は、表面をエポキシ樹脂で塗装したものを用いた。

次に、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の焼結磁石の一方の側面とロータ鉄心との間（図４の接着部４に相当する隙間；以下「隙間Ａ」という。）に、充填用ノズルを用いて接着剤Ａ−１を導入した。その後、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の焼結磁石の他方の側面とロータ鉄心との間（図４の隙間５；以下「隙間Ｂ」という。）に、ゴムを巻いた細い鉄棒を挿入し、ゴムの反発力によって、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系の焼結磁石の一方の側面とロータ鉄心との間に接着剤Ａ−１を均一に広げた。その後、余分な接着剤Ａ−１を拭き取った。
次に、ロータ鉄心を加熱型のオーブンに配置した後、１５０℃で１２０分間加熱して接着剤Ａ−１を硬化させて接着部を形成した。
次に、隙間Ｂに、充填用ノズルを用いて接着剤Ｂ−１を導入した後、室温で３０分間放置して硬化させて補強接着部を形成することにより、ＩＰＭモータを完成させた。

（比較例１）
実施例１と同じロータ鉄心、永久磁石及び接着剤を用い、ロータ鉄心と永久磁石との間の隙間全体にわたって接着剤Ａ−１を塗布して接着部を形成したこと以外は、実施例１と同じ条件下でＩＰＭモータを完成させた。なお、この比較例では、ロータ鉄心と永久磁石との間の隙間全体にわたって接着剤Ａ−１を塗布するために、永久磁石に接着剤Ａ−１を予め塗布した後、ロータ鉄心の磁石用スロットに挿入して硬化させた。

（比較例２）
接着部用の接着剤として、一液型変性エポキシ樹脂接着剤の代わりに、Ｂ型粘度計における温度２３℃、回転数２０ｒｐｍでの粘度が１３０，０００ｍＰａ・ｓである一液型変性エポキシ樹脂接着剤（以下「接着剤Ａ−３」という。）を用い、１５０℃で２時間加熱することによって接着剤Ａ−３を硬化させたこと以外は実施例１と同様にして接着部を形成してＩＰＭモータを完成させた。この接着剤Ａ−３は、１５５℃における剪断強度が１４．２ＭＰａ、及び−１０℃における剥離強度が０．４ｋＮ／ｍの硬化物を与えることを予め確認した。なお、剪断強度は、２枚の２５ｍｍ×１００ｍｍ×１．６ｍｍの鋼板（ＳＰＣＣ）の間に接着剤Ａ−３を２５ｍｍ×１２．５ｍｍ×０．１ｍｍで塗布し、１５０℃で２時間加熱して硬化させた後、引張試験機を用いて温度１５５℃、引張速度１０ｍｍ／分の条件下で測定した。また、剥離強度は、浮動ローラ法に準じ、２５ｍｍ×２１０ｍｍ×０．５ｍｍの鋼板（ＳＰＣＣ）と２５ｍｍ×２００ｍｍ×２ｍｍの鋼板（ＳＰＣＣ）との間に接着剤Ａ−３を２５ｍｍ×１５０ｍｍ×０．１ｍｍで塗布し、１５０℃で２時間加熱して硬化させた後、剥離試験機を用いて温度−１０℃、引張速度１００ｍｍ／分の条件下で測定した。

（比較例３）
補強接着部用の接着剤として、実施例３において接着部用の接着剤として用いた接着剤Ａ−２を準備した。この接着剤Ａ−２は、１５０℃で１００時間エージングした際に、周波数１Ｈｚでの引張モードでの動的粘弾性スペクトルにおける２３℃での貯蔵弾性率が２．５ＧＰａの硬化物を与えることを予め確認した。
次に、実施例１と同様の材料及び方法を用いて隙間Ａに接着部を形成した。次に、隙間Ｂに、充填用ノズルを用いて接着剤Ａ−２を導入した後、室温で１時間保持した後、１５０℃で２時間加熱して硬化させて補強接着部を形成することにより、ＩＰＭモータを完成させた。

（比較例４）
接着部用の接着剤として、接着剤Ａ−１の代わりに、Ｂ型粘度計における温度２３℃、回転数２０ｒｐｍでの粘度が５８，０００ｍＰａ・ｓである一液型付加型シリコーン樹脂接着剤（以下「接着剤Ａ−４」という。）を用い、１５０℃で２時間加熱することによって接着剤Ａ−４を硬化させたこと以外は実施例１と同様にして接着部を形成してＩＰＭモータを完成させた。この接着剤Ａ−４は、１３０℃における剪断強度が２．６ＭＰａ、及び−１０℃における剥離強度が２．３ｋＮ／ｍの硬化物を与えることを予め確認した。なお、剪断強度は、２枚の２５ｍｍ×１００ｍｍ×１．６ｍｍの鋼板（ＳＰＣＣ）の間に接着剤Ａ−４を２５ｍｍ×１２．５ｍｍ×０．１ｍｍで塗布し、１５０℃で２時間加熱して硬化させた後、引張試験機を用いて温度１５０℃、引張速度１０ｍｍ／分の条件下で測定した。また、剥離強度は、浮動ローラ法に準じ、２５ｍｍ×２１０ｍｍ×０．５ｍｍの鋼板（ＳＰＣＣ）と２５ｍｍ×２００ｍｍ×２ｍｍの鋼板（ＳＰＣＣ）との間に接着剤Ａ−４を２５ｍｍ×１５０ｍｍ×０．１ｍｍで塗布し、１５０℃で２時間加熱して硬化させた後、剥離試験機を用いて温度−１０℃、引張速度１００ｍｍ／分の条件下で測定した。

上記の実施例及び比較例で作製したＩＰＭモータについて、１５０℃〜−１０℃の温度間でヒートサイクル試験を６００回繰り返し行った。そして、ヒートサイクル試験後のＩＰＭモータについて下記の評価を行った。
（１）ヒートサイクル試験後のＩＰＭモータの接着部にカラーチェック液（染色浸透深傷剤）を浸透させ、乾燥した後に、永久磁石を剥ぎ取り、永久磁石と接着部との界面においてカラーチェック液が浸透していない部分の面積の割合（以下、「非浸透部分の面積割合」と略す。）を算出した。なお、この試験は、１つの実施例又は比較例につき、１５個のサンプルで評価を行った。
（２）ヒートサイクル試験後のＩＰＭモータを、温度１５０℃、周波数１０Ｈｚの条件下で、５０〜５００Ｎの正弦波の応力波形、及び１００〜１０００Ｎの正弦波の応力波形をそれぞれ１０万回負荷する疲労試験を行い、接着部からの永久磁石の脱落の有無を評価した。なお、この試験は、１つの実施例又は比較例につき、１０個のサンプルで評価を行った。また、この評価結果は、１０個のサンプルの中で永久磁石が脱落したサンプルの個数で表す。
上記の各評価の結果を表１に示す。

表１に示されているように、実施例１〜４で作製したＩＰＭモータは、非浸透部分の面積割合が高く、且つ疲労試験の結果も良好であった。
これに対して比較例１〜４で作製したＩＰＭモータは、非浸透部分の面積割合又は疲労試験の結果のいずれかが十分でなかった。特に、比較例１では、モータ鉄心と永久磁石との間の隙間全体に接着部を形成したため、接着部にかかる熱応力が大きくなり、鉄心ロータと永久磁石との間の固着を維持できなくなったと考えられる。比較例２では、０℃以下の温度での接着部の剥離強度が低すぎたために、低温時に接着部の柔軟性が得られず、鉄心ロータと永久磁石との間の固着を維持できなくなったと考えられる。比較例３では、補強接着部の貯蔵弾性率が高すぎたために、接着部に対する影響が大きくなり、接着部による永久磁石とロータ鉄心との間の固着力が低下してしまったと考えられる。比較例４では、１２０℃以上の温度での接着部の剪断強度が低すぎたために、接着部の強度が不足し、永久磁石を堅固に接着固定することができなかったと考えられる。

以上の結果からわかるように、本発明によれば、ヒートサイクル環境下において磁石用スロット内で永久磁石を堅固に接着固定することができる信頼性の高いＩＰＭモータを提供することができる。

１ロータ鉄心、２磁石用スロット、３永久磁石、４接着部、５隙間、６駆動シャフトスロット、７補強接着部。

Claims

ロータ鉄心に設けられた磁石用スロット内に永久磁石が埋設されたＩＰＭモータであって、
前記ロータ鉄心の周方向における前記永久磁石の側面のうちの一方の側面のみが、１２０℃以上の温度での剪断強度が１０ＭＰａ以上及び０℃以下の温度での剥離強度が０．５ｋＮ／ｍ以上の接着部を介して前記ロータ鉄心と接着固定されていることを特徴とするＩＰＭモータ。
前記ロータ鉄心の周方向における前記永久磁石の側面のうちの他方の側面が、周波数１Ｈｚでの引張モードの動的粘弾性スペクトルにおける２３℃での貯蔵弾性率が１ＭＰａ以上１５０ＭＰａ以下の補強接着部を介して前記ロータ鉄心と接着固定されていることを特徴とする請求項１に記載のＩＰＭモータ。
前記接着部の断面積が、０．２５ｍｍ^２以上５００ｍｍ^２以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のＩＰＭモータ。
前記永久磁石がＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系焼結磁石であり、且つ前記ロータ鉄心が、ケイ素鋼板を積層することによって形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のＩＰＭモータ。
前記接着部が、エポキシ樹脂及びアクリル樹脂の少なくとも１種を含む接着剤を用いて形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のＩＰＭモータ。
前記補強接着部が、シラン変性エポキシ樹脂及びシリコーン樹脂を含む接着剤を用いて形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のＩＰＭモータ。