JP2016220390A - 磁石埋込型ロータ及び磁石埋込型ロータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】磁石の腐食を抑制することができる。【解決手段】ロータ１０は、貫通孔１３を有するロータコア１１と、貫通孔１３に挿入された磁石２０と、貫通孔１３の内部に充填された絶縁材料からなる固定材３０と、を備えている。磁石２０における挿入方向Ａの前端面２３には、絶縁材料からなる前側突部２５が形成されており、磁石２０の表面全体が絶縁材料からなる前側突部２５、後側突部２６、第１連結突部２７、第２連結突部２８及び固定材３０によって覆われることとなり、磁石２０の表面が外部に露出しない。【選択図】図２

Description

本発明は、磁石埋込型ロータ及びその製造方法に関する。

従来、例えばハイブリッド自動車などには、磁石埋込型ロータ（以下、ロータと略称する。）を備えた電動機が搭載されている。こうした電動機のロータは、貫通孔を有するロータコアと、同貫通孔に挿入された永久磁石（以下、単に磁石と称する。）と、同貫通孔の内部に充填された絶縁材料からなる固定材とを備えている。

こうしたロータの製造方法としては以下の方法がある（例えば特許文献１参照）。すなわち、図９に示すように、下型２４１に載置されたロータコア２１１の貫通孔２１３に磁石２２０が挿入される。そして、下型２４１及び上型２４３によって貫通孔２１３の開口２１４，２１５が閉じられ、且つ磁石２２０の下端面が下型２４１の突起部２４２によって支持された状態で、貫通孔２１３に連通するノズル２４４を通じて固定材としての溶融樹脂が貫通孔２１３の内部に充填される。こうした方法によれば、図１０に示すように、磁石２２０は、貫通孔２１３の内部において浮いた状態で固定材２３０によって固定される。

また、特許文献２に記載のロータの製造方法においては、ロータコアを構成する複数枚のコア板のうちロータコアの軸線方向の一端面に位置するコア板に、磁石の一端面を支持する支持部が形成される。これにより、磁石の一端面がロータコアの一端面よりも内側に位置した状態で固定材によって固定される。

特開２００２−３４１８７号公報 特開２００８−１０９７７７号公報

ところで、図１０に示すロータ２１０の場合、磁石２２０の表面のうち突起部２４２によって支持されていた部分には、固定材２３０が形成されず、固定材２３０には孔２３１が形成されることとなる。そのため、磁石２２０の表面が外部に露出することとなり、磁石２２０の表面に熱水などが触れることで磁石２２０に腐食が生じるおそれがある。

また、特許文献２に記載のロータの場合、ロータコアを構成する複数枚のコア板のうち上記支持部を有するコア板の形状は他のコア板の形状と異なることとなる。そのため、ロータの磁束が上記支持部によって阻害されやすくなり、電動機の性能低下の一因となる。また、複数種類の形状のコア板が必要になるため、電磁鋼板から複数種類の形状のコア板をプレスにより打ち抜く工程が複雑になるといった問題も生じる。

本発明の目的は、磁石の腐食を抑制することのできる磁石埋込型ロータを提供することにある。また、磁石の腐食を抑制することができるロータを容易に製造することのできる磁石埋込型ロータの製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するための磁石埋込型ロータは、貫通孔を有するロータコアと、前記貫通孔に挿入された磁石と、前記貫通孔の内部に充填された絶縁材料からなる固定材と、を備え、前記磁石における挿入方向の一端面には、絶縁材料からなる突部が形成されている。

同構成によれば、突部を有する磁石の一端面がロータコアの一端面よりも内側に位置するとともに、磁石の表面全体がいずれも絶縁材料からなる突部及び固定材によって覆われることとなる。このため、磁石の表面が外部に露出しない。したがって、磁石の表面が水などに触れることを回避することができ、磁石の腐食を抑制することができる。

また、上記目的を達成するための磁石埋込型ロータの製造方法は、磁石の一端面に絶縁材料からなる突部を形成する第１工程と、ロータコアを貫通する貫通孔に前記磁石を挿入する第２工程と、前記貫通孔の一方の開口を型により閉塞するとともに同型に前記突部を突き当てた状態で前記貫通孔の他方の開口から前記貫通孔の内部に前記磁石を固定するための絶縁材料からなる固定材を充填する第３工程と、を備える。

同方法によれば、まず、磁石の一端面に突部が形成される。続いて、ロータコアを貫通する貫通孔に磁石が挿入される。続いて、貫通孔の一方の開口を型により閉じるとともに同型に上記突部を突き当てた状態で貫通孔の他方の開口から固定材が充填される。このため、突部を有する磁石の一端面がロータコアの一端面よりも内側に位置するとともに、磁石の表面全体がいずれも絶縁材料からなる突部及び固定材によって覆われることとなり、磁石の表面が外部に露出しない。したがって、磁石の表面が水などに触れることを回避することができ、磁石の腐食を抑制することができる。よって、磁石の腐食を抑制することができるロータを容易に製造することができる。

本発明によれば、磁石の腐食を抑制することができる。また、磁石の腐食を抑制することができるロータを容易に製造することができる。

磁石埋込型ロータの一実施形態について、ロータの斜視図。 図１の２−２線に沿った断面図。 図２の３−３線に沿った断面図。 同実施形態における突部が一体形成された磁石の斜視図。 同実施形態における突部が一体形成された磁石について、（ａ）は第２側面の正面図、（ｂ）は第１側面の正面図、（ｃ）は前端面の正面図。 （ａ）は、同実施形態の突部成形型の断面図、（ｂ）は、（ａ）の６ｂ−６ｂ線に沿った断面図。 （ａ）〜（ｃ）は同実施形態におけるロータの製造工程を示す断面図。 変形例におけるロータについて磁石を中心とした断面図。 従来のロータの製造工程を示す断面図。 従来のロータについて磁石を中心とした断面図。

以下、図１〜図７を参照して、磁石埋込型ロータ及び磁石埋込型ロータの製造方法を電動機のロータ１０として具体化した一実施形態について説明する。
図１〜図３に示すように、ロータ１０は、円筒状をなすロータコア１１を備えている。ロータコア１１には、軸線方向に沿って同ロータコア１１を貫通する複数の貫通孔１３が形成されている。複数の貫通孔１３は周方向に互いに間隔をおいて形成されている。ロータコア１１は、中心孔を有する円板状のコア板１２を複数枚積層することにより形成されている。また、各コア板１２は電磁鋼板をプレスにより打ち抜くことにより形成されている。

図２及び図３に示すように、貫通孔１３には、平板状の永久磁石（以下、単に磁石２０と称する。）が挿入されている。
すなわち、図４及び図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、磁石２０は、一対の第１側面２１及び同第１側面２１よりも幅の広い第２側面２２を有している。

磁石２０の挿入方向Ａの前端面２３には、絶縁材料からなり、前端面２３の長手方向Ｂの全体にわたって延びる前側突部２５が形成されている。磁石２０の後端面２４には、絶縁材料からなり、後端面２４の長手方向Ｂの全体にわたって延びる後側突部２６が形成されている。磁石２０の一対の第１側面２１には、絶縁材料からなり、挿入方向Ａに沿って延びるとともに前側突部２５の両端と後側突部２６の両端とをそれぞれ連結する一対の第１連結突部２７が形成されている。したがって、これら突部２５，２６，２７は全体として環状をなしている。

これら突部２５，２６，２７の幅は前端面２３、後端面２４、及び第１側面２１の幅よりもそれぞれ小さくされている。また、これら突部２５，２６，２７は前端面２３、後端面２４、及び第１側面２１の幅方向の中央にそれぞれ位置している。

また、磁石２０の一対の第２側面２２には、絶縁材料からなり、磁石２０における挿入方向Ａに直交する断面の長手方向Ｂの全体にわたって延びる複数の第２連結突部２８が形成されている。各第２側面２２には、第２連結突部２８が挿入方向Ａに互いに間隔をおいて２つ形成されている。各第２連結突部２８の長手方向Ｂの両端は第１連結突部２７に連結されている。したがって、これら連結突部２７，２８は全体として環状をなしている。各第２連結突部２８は挿入方向Ａにおける中央位置に近づくほど、突出量が大きくされており、貫通孔１３の内壁に向けて先細状をなしている。

本実施形態では、これら突部２５〜２８が液晶ポリマーによって形成されている。また、これら突部２５〜２８の突出量は例えば１００μｍ〜２００μｍである。
図１〜図３に示すように、貫通孔１３の内部には、絶縁材料からなる固定材３０が充填されている。固定材３０は上記突部２５〜２８と同一の液晶ポリマーによって形成されている。

図２に示すように、前側突部２５の先端は、挿入方向Ａにおいて固定材３０の下端面と同じ位置にある。後側突部２６は、固定材３０の上端面よりも下方に位置しており、固定材３０に埋没している。また、図２及び図３に示すように、各第２連結突部２８の先端は、貫通孔１３の内壁に当接している。

次に、図６を参照して、磁石２０に突部２５〜２８を一体形成する突部成形型５０の構成及び同突部成形型５０を用いて磁石２０の表面に突部２５〜２８を形成する手順について説明する。

図６（ａ），（ｂ）に示すように、突部成形型５０は下型５１及び上型５３を備えている。下型５１の上面及び上型５３の下面には、磁石２０を収容する収容凹部５２，５４がそれぞれ形成されている。収容凹部５２，５４の内側面には、前側突部２５、後側突部２６、及び第１連結突部２７を成形するためのキャビティ５５が全周にわたってそれぞれ凹設されている。また、収容凹部５２，５４の底面には、第２連結突部２８を成形するためのキャビティ５６，５７がそれぞれ凹設されている。これらキャビティ５５，５６，５７は図示しない部分で互いに連通している。また、下型５１及び上型５３には、キャビティ５５と図示しない樹脂供給通路とを連通するランナ５８が形成されている。

こうした突部成形型５０を用いて突部２５〜２８を成形する際には、まず、下型５１の収容凹部５２の内部に磁石２０が載置され、続いて下型５１と上型５３とが型閉じされる。これにより、収容凹部５２，５４の内部に磁石２０が収容される。そして、図示しない樹脂供給通路から溶融状態の液晶ポリマーがランナ５８を通じてキャビティ５５，５６，５７に供給される。このようにして、磁石２０の表面に突部２５〜２８が形成される（第１工程）。

次に、図７を参照して、固定材成形型４０を用いて固定材３０を充填する手順について説明する。
図７（ａ）に示すように、まず、下型４１にロータコア１１が載置される。これにより、貫通孔１３の下側の開口１４が下型４１によって閉じられる。続いて、突部２５〜２８が一体化された磁石２０が、貫通孔１３の上側の開口１５を通じて、前側突部２５を下方に向けて挿入される（第２工程）。そして、下型４１の上面に前側突部２５が突き当てられる。

続いて、図７（ｂ），（ｃ）に示すように、上型４３によって貫通孔１３の上側の開口１５が閉じられる。そして、貫通孔１３の上側の開口１５に連通するノズル４４を通じて溶融状態の液晶ポリマーが貫通孔１３の内部に充填される（第３工程）。このとき、図７（ｃ）に示すように、各第１連結突部２７と貫通孔１３の内壁との間には間隙が存在するため、同間隙を通じて、貫通孔１３の内壁と磁石２０との間に形成される空間全体に固定材３０が充填される。

次に、本実施形態の作用について説明する。
前側突部２５を有する磁石２０の前端面２３がロータコア１１の一端面よりも内側に位置するとともに、磁石２０の表面全体がいずれも絶縁材料からなる前側突部２５及び固定材３０によって覆われることとなるため、磁石２０の表面が外部に露出しない。したがって、磁石２０の表面が水などに触れることを回避することができ、磁石２０の腐食を抑制することができる。

以上説明した本実施形態に係る磁石埋込型ロータ及び磁石埋込型ロータの製造方法によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）磁石２０における挿入方向Ａの前端面２３には、絶縁材料からなり、ロータコア１１の一端面に位置する前側突部２５が形成されている。

こうした構成によれば、磁石２０の表面が水などに触れることを回避することができ、磁石２０の腐食を抑制することができる。
また、特許文献２に記載のロータとは異なり、コア板１２には磁石２０を支持する部位が形成されていないため、ロータ１０の磁束が阻害されることもない。

（２）前側突部２５は、磁石２０における前端面２３の長手方向Ｂの全体にわたって延びている。
こうした構成によれば、貫通孔１３内において磁石２０が傾くことが前側突部２５によって適切に抑制される。したがって、挿入方向Ａにおける磁石２０の位置決めを確実に行なうことができる。

（３）磁石２０の挿入方向Ａにおける後端面２４には、同後端面２４の長手方向Ｂの全体にわたって延びる後側突部２６が形成されている。磁石２０の一対の第１側面２１には、前側突部２５の両端と後側突部２６の両端とをそれぞれ連結する一対の第１連結突部２７が形成されている。

こうした構成によれば、前側突部２５、後側突部２６、及び一対の第１連結突部２７が全体として環状をなしているため、各突部２５〜２７の剛性が高められるとともに、磁石２０から各突部２５〜２７が剥がれにくくなる。したがって、磁石２０に対して前側突部２５を安定して固定することができる。

また、上記構成によれば、貫通孔１３の内壁に磁石２０の第１側面２１が直接接触することが適切に阻止されることから、磁石２０が貫通孔１３の内壁に接触することによる渦電流の発生を適切に阻止することができ、渦電流損による電動機の性能低下を抑制することができる。

（４）磁石２０の各第２側面２２には、絶縁材料からなる第２連結突部２８が形成されている。
こうした構成によれば、貫通孔１３の内壁に磁石２０の第２側面２２が直接接触することが適切に阻止される。したがって、磁石２０が貫通孔１３の内壁に接触することによる渦電流の発生を適切に阻止することができ、渦電流損による電動機の性能低下を抑制することができる。

（５）第２連結突部２８は貫通孔１３の内壁に当接している。
こうした構成によれば、第２連結突部２８が貫通孔１３の内壁に当接することによって、挿入方向Ａに直交する方向における磁石２０の位置決めを緻密に行なうことができる。このため、各貫通孔１３の内部における所定の位置に各磁石２０を固定することができる。したがって、ロータ１０の動的アンバランスを低減することができる。

（６）第２連結突部２８は、磁石２０における挿入方向Ａに直交する断面の長手方向Ｂの全体にわたって延びている。
こうした構成によれば、貫通孔１３内において磁石２０が傾くことを第２連結突部２８によって適切に抑制することができる。したがって、貫通孔１３の内壁に磁石２０の第２側面２２が直接接触することを一層適切に抑制することができる。

また、上記構成によれば、第２連結突部２８の両端が各第１連結突部２７に連結されており、これら連結突部２７，２８は全体として環状をなしている。このため、これら連結突部２７，２８の剛性が高められるとともに、磁石２０から第２連結突部２８が剥がれにくくなる。

（７）第２連結突部２８は挿入方向Ａにおいて互いに間隔をおいて複数形成されている。このため、各第２連結突部２８の挿入方向Ａにおける長さを短くしながらも、挿入方向Ａに直交する方向における磁石２０の位置決めを適切に行なうことができる。

（８）第２連結突部２８は貫通孔１３の内壁に向けて先細状をなしている。
こうした構成によれば、第２連結突部２８と貫通孔１３の内壁との接触面積が小さくなるため、貫通孔１３に磁石２０を挿入する際の摺動抵抗を小さくすることができる。したがって、貫通孔１３に対して磁石２０を容易に挿入することができる。

（９）ロータ１０の製造方法は、磁石２０の前端面２３に絶縁材料からなる前側突部２５を形成する第１工程、及びロータコア１１を貫通する貫通孔１３に磁石２０を挿入する第２工程を備えている。また、ロータ１０の製造方法は、貫通孔１３の一方の開口１４を下型４１により閉塞するとともに下型４１に前側突部２５を突き当てた状態で貫通孔１３の他方の開口１５から貫通孔１３の内部に磁石２０を固定するための絶縁材料からなる固定材３０を充填する第３工程を備えている。

こうした方法によれば、磁石２０の腐食を抑制することのできるロータ１０を容易に製造することができる。
＜変形例＞
なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。

・磁石２０に形成される突部２５〜２８や、固定材３０を例えばエポキシ樹脂などの液晶ポリマー以外の絶縁樹脂によって形成することもできる。
・磁石２０に形成される突部２５〜２８と固定材３０とを互いに異なる材料によって形成することもできる。

・第２連結突部２８を断面円弧状にすることもできる。また、第２連結突部２８は先細形状をなすものに限定されず、例えば断面矩形状をなすものであってもよい。
・図８に示すように、同図の右側の第２側面２２に形成される第２連結突部１２８の数を１つにすることもできる。この場合、同図の左側の第２側面２２に形成された２つの第２連結突部１２８の間に位置するように第２連結突部１２８を設けることが好ましい。

・第２連結突部２８、すなわち第２突部を長手方向Ｂにおいて部分的に形成することもできる。この場合、第２突部は第１連結突部２７に連結されていなくともよい。
・第２連結突部２８の少なくとも１つが貫通孔１３の内壁に当接していないものであってもよい。

・第２連結突部２８を省略することもできる。
・例えば磁石２０の前端面２３の幅全体（短手方向全体）にわたって前側突部２５を形成することもできる。

・後側突部２６を省略したり、あるいは第１連結突部２７を省略したりしてもよい。
・前側突部２５を長手方向Ｂにおいて部分的に形成することもできる。
・ロータ１０を発電機のロータとして具体化することもできる。

１０…ロータ、１１…ロータコア、１２…コア板、１３…貫通孔、１４，１５…開口、２０…磁石、２１…第１側面、２２…第２側面、２３…前端面（一端面）、２４…後端面（他端面）、２５…前側突部（第１突部）、２６…後側突部、２７…第１連結突部、２８，１２８…第２連結突部（第２突部）、３０…固定材、４０…固定材成形型、４１…下型、４３…上型、４４…ノズル、５０…突部成形型、５１…下型、５２…収容凹部、５３…上型、５４…収容凹部、５５，５６，５７…キャビティ、５８…樹脂供給通路。

Claims (9)

1. 貫通孔を有するロータコアと、
   前記貫通孔に挿入された磁石と、
   前記貫通孔の内部に充填された絶縁材料からなる固定材と、を備え、
   前記磁石における挿入方向の一端面には、絶縁材料からなる突部が形成されている、
   磁石埋込型ロータ。
2. 前記磁石は平板状をなしており、
   前記突部は、前記磁石における前記一端面の長手方向の全体にわたって延びている、
   請求項１に記載の磁石埋込型ロータ。
3. 前記突部を前側突部とするとき、
   前記磁石における前記一端面とは反対側の他端面には、同他端面の長手方向の全体にわたって延びる後側突部が形成され、
   前記磁石の一対の側面には、前記前側突部の両端と前記後側突部の両端とをそれぞれ連結する一対の連結突部が形成されている、
   請求項２に記載の磁石埋込型ロータ。
4. 前記突部を第１突部とするとき、
   前記磁石の側面には、絶縁材料からなる第２突部が形成されている、
   請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の磁石埋込型ロータ。
5. 前記第２突部は前記貫通孔の内壁に当接している、
   請求項４に記載の磁石埋込型ロータ。
6. 前記磁石は平板状をなしており、
   前記第２突部は、前記磁石における挿入方向に直交する断面の長手方向の全体にわたって延びている、
   請求項４または請求項５に記載の磁石埋込型ロータ。
7. 前記第２突部は前記挿入方向において互いに間隔をおいて複数形成されている、
   請求項４〜請求項６のいずれか一項に記載の磁石埋込型ロータ。
8. 前記第２突部は前記貫通孔の内壁に向けて先細状をなしている、
   請求項４〜請求項７のいずれか一項に記載の磁石埋込型ロータ。
9. 磁石の一端面に絶縁材料からなる突部を形成する第１工程と、
   ロータコアを貫通する貫通孔に前記磁石を挿入する第２工程と、
   前記貫通孔の一方の開口を型により閉塞するとともに同型に前記突部を突き当てた状態で前記貫通孔の他方の開口から前記貫通孔の内部に前記磁石を固定するための絶縁材料からなる固定材を充填する第３工程と、を備える、
   磁石埋込型ロータの製造方法。