JP2017118797A - 埋込磁石型ロータユニット、および埋込磁石型ロータユニットの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】遠心力に対する強度を高めることができるようにした埋込磁石型ロータユニット、および埋込磁石型ロータユニットの製造方法を提供する。【解決手段】コアは、第1薄板状部材32および第2薄板状部材34の積層体である。単一の磁極(N極)を構成する永久磁石40が充填されている一対の挿入孔である第1挿入孔36と第2挿入孔38とは、径方向Dr内側に行くほど互いに近接するように形成されているが、第1薄板状部材32においては、第1挿入孔36と第2挿入孔38とが、分離部35によって分離されている。一方、第2薄板状部材34においては、単一の磁極(N極)を構成する永久磁石40が充填されている一対の挿入孔である第1挿入孔36と第2挿入孔38とは、径方向Drの内側において、連通孔37によって連通されている。【選択図】図2
Description
本発明は、磁性体からなる薄板状部材が積層されたコアと、該コアに埋め込まれた永久磁石と、を備え、単一または複数個が前記コアの軸方向において連結されてロータを構成する埋込磁石型ロータユニット、および埋込磁石型ロータユニットの製造方法に関する。
たとえば特許文献1には、コアに、U字状の永久磁石が4個埋め込まれた埋込磁石ロータが記載されている。
ところで、上記コアのうち永久磁石に対して径方向外側に位置する部分は、コアのうち永久磁石よりも径方向内側の部分に、永久磁石の径方向外側の端部に対向する部分(ブリッジ部)によって結合しているに過ぎない。このため、ブリッジ部が遠心力に対して強度が低い部分となり、ロータが高速で回転することにより、ブリッジ部が径方向外側に変位することが懸念される。
本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、遠心力に対する強度を高めることができるようにした埋込磁石型ロータユニット、および埋込磁石型ロータユニットの製造方法を提供することにある。
以下、上記課題を解決するための手段およびその作用効果について記載する。
1.埋込磁石型ロータユニットにおいて、磁性体からなる薄板状部材が積層されたコアと、該コアに埋め込まれた永久磁石と、を備え、単一または複数個が前記コアの軸方向において連結されてロータを構成する埋込磁石型ロータユニットにおいて、前記コアには、前記軸方向に直交する平面に交差する方向において当該コアを貫通して且つ、特定の磁極を構成する永久磁石が充填されている第1挿入孔および前記特定の磁極を構成する永久磁石が充填されている第2挿入孔が形成されており、前記薄板状部材は、前記第1挿入孔および前記第2挿入孔を分離する分離部を備えている第1薄板状部材と、前記第1挿入孔および前記第2挿入孔を連通させる連通孔が形成されている第2薄板状部材とを備え、前記永久磁石は、磁粉と樹脂との混合物を含んで構成されており、前記連通孔には、前記永久磁石が充填されており、前記永久磁石のうち前記第1薄板状部材の前記第1挿入孔に充填されている部分と前記第2薄板状部材の前記第1挿入孔に充填されている部分とが結合されており、前記永久磁石のうち前記第1薄板状部材の前記第2挿入孔に充填されている部分と前記第2薄板状部材の前記第2挿入孔に充填されている部分とが結合されている。
1.埋込磁石型ロータユニットにおいて、磁性体からなる薄板状部材が積層されたコアと、該コアに埋め込まれた永久磁石と、を備え、単一または複数個が前記コアの軸方向において連結されてロータを構成する埋込磁石型ロータユニットにおいて、前記コアには、前記軸方向に直交する平面に交差する方向において当該コアを貫通して且つ、特定の磁極を構成する永久磁石が充填されている第1挿入孔および前記特定の磁極を構成する永久磁石が充填されている第2挿入孔が形成されており、前記薄板状部材は、前記第1挿入孔および前記第2挿入孔を分離する分離部を備えている第1薄板状部材と、前記第1挿入孔および前記第2挿入孔を連通させる連通孔が形成されている第2薄板状部材とを備え、前記永久磁石は、磁粉と樹脂との混合物を含んで構成されており、前記連通孔には、前記永久磁石が充填されており、前記永久磁石のうち前記第1薄板状部材の前記第1挿入孔に充填されている部分と前記第2薄板状部材の前記第1挿入孔に充填されている部分とが結合されており、前記永久磁石のうち前記第1薄板状部材の前記第2挿入孔に充填されている部分と前記第2薄板状部材の前記第2挿入孔に充填されている部分とが結合されている。
上記構成では、第2薄板状部材が連通孔を備えているため、第2薄板状部材のうち永久磁石よりも径方向外側の部分が、第1薄板状部材のうち永久磁石よりも径方向外側の部分よりも遠心力に対する強度が弱くなっている。一方、上記構成では、永久磁石のうち第1薄板状部材の第1挿入孔に充填されている部分と第2薄板状部材の第1挿入孔に充填されている部分とが結合されており、また、永久磁石のうち第1薄板状部材の第2挿入孔に充填されている部分と第2薄板状部材の第2挿入孔に充填されている部分とが結合されている。このため、第2薄板状部材の第1挿入孔および第2挿入孔に充填された永久磁石に加わる遠心力は、第1薄板状部材の第1挿入孔および第2挿入孔に充填された永久磁石に伝達し、これは、第1薄板状部材のうち永久磁石よりも径方向外側の部分によって受け止められる。したがって、遠心力に対する強度を高めることができる。
また、永久磁石は、磁粉と樹脂との混合物である。このため、薄板状部材を積層した後に、磁粉と樹脂との混合物を第1挿入孔および第2挿入孔に充填することによって、永久磁石を埋め込むことができる。これは、遠心力に対する強度を高める上で第1薄板状部材と第2薄板状部材との割合や配置を調整することとはほとんど無関係に実現可能なことである。
2.上記1記載の埋込磁石型ロータユニットにおいて、前記特定の磁極を構成する永久磁石は、前記コアの周方向における一方の端部が前記第1挿入孔に充填され、前記周方向における他方の端部が前記第2挿入孔に充填され、前記第1挿入孔に充填されている部分と前記第2挿入孔に充填されている部分とは、いずれも、前記周方向における当該磁極の中央部に行くにつれて前記一方の端部および前記他方の端部を結ぶ線よりも径方向内側に延びており、前記第2薄板状部材には、前記特定の磁極を構成する永久磁石が充填されている前記連通孔が、前記周方向における磁極の中央部に形成されており、前記連通孔に充填された永久磁石には、前記第1薄板状部材の前記分離部が隣接して配置されている。
上記構成では、第1薄板状部材の第1挿入孔および第2挿入孔に充填されている永久磁石と、第2薄板状部材の連通孔に充填されている永久磁石との双方にとって、分離部が短絡磁路となる。このため、連通孔がなく、コアを構成する薄板状部材の全てが分離部を備える場合と比較すると、分離部がより磁気飽和しやすいことから、第1薄板状部材の第1挿入孔および第2挿入孔に充填されている永久磁石の磁束のうちステータの巻線と鎖交する磁束を増加させることができる。
3.上記1または2記載の埋込磁石型ロータユニットにおいて、前記第1挿入孔のうち前記コアの周方向における磁極の中央部側には、前記平面に交差する方向において前記コアを貫通する第1貫通孔が接続されており、前記第2挿入孔のうち前記コアの周方向における磁極の中央部側には、前記平面に交差する方向において前記コアを貫通する第2貫通孔が接続されており、前記第1貫通孔および前記第2貫通孔内は、非磁性の物質にて満たされている。
上記構成では、第1貫通孔および第2貫通孔に非磁性の物質が満たされている。このため、永久磁石のN極から分離部を通ってその永久磁石のS極に入る短絡磁路のうち第1貫通孔および第2貫通孔を通過する短絡磁路は、第1貫通孔および第2貫通孔を満たす物質の透磁率が薄板状部材の透磁率よりも低いために、磁気抵抗が高くなる。一方、永久磁石のN極から分離部を通ってその永久磁石のS極に入る短絡磁路のうち第1貫通孔および第2貫通孔を迂回する短絡磁路は、磁路長が長くなるために、磁気抵抗が高くなる。このため、分離部を介した短絡磁路を通過する磁束量を低減することができる。
4.上記埋込磁石型ロータユニットの製造方法において、磁性体からなる薄板状部材が積層されたコアと、該コアに埋め込まれた永久磁石と、を備え、単一または複数個が前記コアの軸方向において連結されてロータを構成する埋込磁石型ロータユニットを製造する方法において、前記コアには、前記軸方向に直交する平面に交差する方向において当該コアを貫通して且つ、特定の磁極を構成する永久磁石が充填されている第1挿入孔および前記特定の磁極を構成する永久磁石が充填されている第2挿入孔が形成されており、前記薄板状部材は、前記第1挿入孔および前記第2挿入孔を分離する分離部を備えている第1薄板状部材と、前記第1挿入孔および前記第2挿入孔を連通させる連通孔が形成されている第2薄板状部材とを備え、前記軸方向に、前記第1薄板状部材および前記第2薄板状部材を積層する積層工程と、前記第1挿入孔および前記第2挿入孔の少なくとも一方から磁粉と樹脂との混合物である磁石材料を充填する充填工程と、前記磁石材料を着磁する着磁工程とを有することを特徴とする。
上記方法により製造されたロータユニットは、第2薄板状部材が連通孔を備え、連通孔にも永久磁石が充填されているため、第2薄板状部材のうち永久磁石よりも径方向外側の部分が、第1薄板状部材のうち永久磁石よりも径方向外側の部分よりも遠心力に対する強度が弱くなっている。一方、上記方法によれば、永久磁石のうち第1薄板状部材の第1挿入孔に充填されている部分と第2薄板状部材の第1挿入孔に充填されている部分とが結合され、また、永久磁石のうち第1薄板状部材の第2挿入孔に充填されている部分と第2薄板状部材の第2挿入孔に充填されている部分とが結合される。このため、第2薄板状部材の第1挿入孔および第2挿入孔に充填された永久磁石に加わる遠心力は、第1薄板状部材の第1挿入孔および第2挿入孔に充填された永久磁石に伝達し、これは、第1薄板状部材のうち永久磁石よりも径方向外側の部分によって受け止められる。したがって、遠心力に対する強度を高めることができる。
ここで、永久磁石は、磁粉と樹脂との混合物であり、積層工程の後に、磁粉と樹脂との混合物を第1挿入孔および第2挿入孔に充填する充填工程によって、永久磁石を埋め込むことができる。これは、遠心力に対する強度を高める上で第1薄板状部材と第2薄板状部材との割合や配置を調整することとはほとんど無関係に実現可能なことである。
5.上記4記載の埋込磁石型ロータユニットの製造方法において、前記充填工程は、流動性が付与された前記磁石材料を前記第1挿入孔および前記第2挿入孔に充填することにより磁石材料を射出成形する工程である。
上記構成では、充填工程において、磁石材料に流動性を付与することができることから、連通孔に磁石材料を容易に充填することができる。
6.上記4または5記載の埋込磁石型ロータユニットの製造方法において、前記充填工程の期間と前記着磁工程の期間とが重複している。
6.上記4または5記載の埋込磁石型ロータユニットの製造方法において、前記充填工程の期間と前記着磁工程の期間とが重複している。
上記方法によれば、充填工程の期間と着磁工程の期間とが重複している。このため、充填工程の完了後に着磁工程に移行する場合と比較すると、磁粉が動きやすい期間に着磁工程に入ることから、配向率や着磁率を高めることができる。
<第1の実施形態>
以下、埋込磁石型ロータユニット、および埋込磁石型ロータユニットの製造方法にかかる第1の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
以下、埋込磁石型ロータユニット、および埋込磁石型ロータユニットの製造方法にかかる第1の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図1に示すロータ10は、埋込磁石同期機(IPMSM)を構成する。このIPMSMは、電動パワーステアリング装置(EPS)に内蔵されるものである。ロータ10は、円筒状をなしている。本実施形態にかかるロータ10は、3個の埋込磁石型ロータユニット(ロータユニット20)を軸方向に連結することで構成されている。
ロータユニット20は、コア30と永久磁石40とを備えている。コア30は、ロータユニット20の軸方向Daに貫通する第1挿入孔36および第2挿入孔38を、5個ずつ備えている。隣接する第1挿入孔36および第2挿入孔38は、軸方向Daに直交する断面形状が略U字状の形状を2分した形状であり、隣接する第1挿入孔36および第2挿入孔38の断面形状を合わせると、略U字状となっている。第1挿入孔36および第2挿入孔38には、永久磁石40が充填されている。ここで、隣接する第1挿入孔36および第2挿入孔38のそれぞれに充填されている永久磁石40は、単一の磁極を構成する。詳しくは、U字状となる第1挿入孔36および第2挿入孔のそれぞれに充填されている永久磁石40は、コア30の周方向Dc内側の面が単一のN極を構成している。そして、それら第1挿入孔36に充填された永久磁石40の周方向Dcにおける外側の面と、第2挿入孔38に充填されている永久磁石40の周方向Dcにおける外側の面とは、互いに異なる磁極の一部となっている。図1には、磁極MP1がN極であり、磁極MP2がN極であることを記載した。
第1挿入孔36に充填されている永久磁石40と第2挿入孔38に充填されている永久磁石40とは、コア30の中心軸Oから径方向Drに沿って延びる図中二点鎖線にて示す直線に関して互いに対称な形状とされている。そして、第1挿入孔36に充填された永久磁石40と第2挿入孔38に充填された永久磁石40とは、径方向Dr内側に進むにつれて互いに近接する円弧状に湾曲した板状に形成されている。これにより、第1挿入孔36に充填された永久磁石40と第2挿入孔38に充填された永久磁石40とは、径方向Dr内側が凸となる略円弧状に形成されている。なお、径方向Drとは、中心軸Oから放射状に延びる全ての方向であるが、図1には、そのうちの互いに反転する一対の方向を例示して記載している。永久磁石40は、磁粉と樹脂との混合物(ボンド磁石)を磁石材料とし、これを着磁することで生成されたものである。
図2(a)に、コア30を構成する第1薄板状部材32におけるロータユニット20の断面図を示し、図2(b)に、コア30を構成する第2薄板状部材34におけるロータユニット20の断面図を示す。コア30は、第1薄板状部材32および第2薄板状部材34の積層体である。なお、第1薄板状部材32および第2薄板状部材34は、いずれも珪素鋼板等の電磁鋼板である。
図2(a)に示すように、単一の磁極(N極)を構成する永久磁石40が充填されている一対の挿入孔である第1挿入孔36と第2挿入孔38とは、径方向Dr内側に行くほど互いに近接するように形成されているが、第1薄板状部材32においては、第1挿入孔36と第2挿入孔38とが、分離部35によって分離されている。なお、図2(a)に示すように、第1挿入孔36に充填されている永久磁石40および第2挿入孔38に充填されている永久磁石40は、径方向Drの外側に行くほど、永久磁石40の厚さが厚くなっている。ここで、永久磁石40の厚さは、内周および外周において中心軸Oからの距離Lが等しい部分の距離MLのこととする。
図2(b)に示すように、第2薄板状部材34においては、単一の磁極(N極)を構成する永久磁石40が充填されている一対の挿入孔である第1挿入孔36および第2挿入孔38は、径方向Drの内側において、連通孔37によって連通されている。そして、連通孔37には、永久磁石40が充填されている。なお、図2(b)に示す断面において、1つの磁極を構成する永久磁石40は、周方向Dcにおける磁極の中央部である連通孔37に充填された部分に近づくにつれて、第1挿入孔36に充填された端部である一方の端部T1と第2挿入孔38に充填された端部である他方の端部T2とを結ぶ直線L1よりも径方向Dr内側に延びている。
ここで、本実施形態にかかる製造工程を示す。
図3(a)は、コア30を構成するために、第1薄板状部材32および第2薄板状部材34を積層する積層工程を示す。なお、図3(a)においては、第1薄板状部材32の分離部35が記載されていないが、これによって、第2薄板状部材34のみが連続して積層されている軸方向Daの長さを規定するものではなく、図3(a)は、積層工程を模式的に示しているに過ぎない。
図3(a)は、コア30を構成するために、第1薄板状部材32および第2薄板状部材34を積層する積層工程を示す。なお、図3(a)においては、第1薄板状部材32の分離部35が記載されていないが、これによって、第2薄板状部材34のみが連続して積層されている軸方向Daの長さを規定するものではなく、図3(a)は、積層工程を模式的に示しているに過ぎない。
図3(b)は、第1挿入孔36および第2挿入孔のそれぞれに磁石材料40aを充填する充填工程、および磁石材料を着磁する着磁工程を示す。図3(b)に示すように、本実施形態では、コア30の径方向Dr外側に着磁装置50を対向して配置した状態で磁石材料40aを充填するため、充填工程において磁石材料40aが着磁される。このため、充填工程と着磁工程とは、重複している。なお、本実施形態では、径方向Drの外側の端部から磁石材料40aを充填することを想定しているため、図3(b)においては、径方向Dr内側には未だ磁石材料40aが充填されていない状態を記載している。
ここで、着磁装置50は、ロータユニット20の周方向Dcに交互に配置された永久磁石52および着磁ヨーク54をそれぞれ10個ずつ備えており、それらが図示しない非磁性部材により円環状に一体的に組み付けられている。永久磁石52は、コア30の第1挿入孔36および第2挿入孔38に充填される磁石材料40aに対してコア30の径方向Dr外側に位置するように配置されている。各永久磁石52は、周方向Dcの両側部が異なる磁極になっている。また各永久磁石52は、周方向Dcに隣り合うもの同士が同じ磁極で対向するように配置されている。そして各永久磁石52の同じ磁極同士で対向した部分に挟み込まれるようにして着磁ヨーク54が配置されている。
上記充填工程において、磁石材料40aは高温とされて流動性が付与され、しかも高圧にて第1挿入孔36および第2挿入孔38に充填される。これにより、磁石材料40aは、射出成形されることとなる。充填工程においては、磁石材料40aが連通孔37にも充填される。
ここで、本実施形態の作用を説明する。
第2薄板状部材34に連通孔37が形成されているため、第2薄板状部材34において、永久磁石40よりも径方向Drの外側の部分が、第1薄板状部材32のうち永久磁石40よりも径方向Dr外側の部分よりも遠心力に対する強度が弱くなっている。しかし、上記充填工程において、磁石材料40aは、第1挿入孔36、第2挿入孔38および連通孔37に連続的に充填される。このため、第1薄板状部材32の第1挿入孔36に充填された永久磁石40と第2薄板状部材34の第1挿入孔36に充填された永久磁石40とが結合され、第1薄板状部材32の第2挿入孔38に充填された永久磁石40と第2薄板状部材34の第2挿入孔38に充填された永久磁石40とも結合される。このため、第2薄板状部材34の第1挿入孔36および第2挿入孔38に充填された永久磁石40に加わる遠心力は、第1薄板状部材32の第1挿入孔36および第2挿入孔38に充填された永久磁石40に伝達し、これは、第1薄板状部材32のうち永久磁石40よりも径方向Dr外側の部分によって受け止められる。したがって、第1薄板状部材32を備えることなく、第2薄板状部材34のみからコア30を構成する場合と比較すると、遠心力に対する強度を高めることができる。
第2薄板状部材34に連通孔37が形成されているため、第2薄板状部材34において、永久磁石40よりも径方向Drの外側の部分が、第1薄板状部材32のうち永久磁石40よりも径方向Dr外側の部分よりも遠心力に対する強度が弱くなっている。しかし、上記充填工程において、磁石材料40aは、第1挿入孔36、第2挿入孔38および連通孔37に連続的に充填される。このため、第1薄板状部材32の第1挿入孔36に充填された永久磁石40と第2薄板状部材34の第1挿入孔36に充填された永久磁石40とが結合され、第1薄板状部材32の第2挿入孔38に充填された永久磁石40と第2薄板状部材34の第2挿入孔38に充填された永久磁石40とも結合される。このため、第2薄板状部材34の第1挿入孔36および第2挿入孔38に充填された永久磁石40に加わる遠心力は、第1薄板状部材32の第1挿入孔36および第2挿入孔38に充填された永久磁石40に伝達し、これは、第1薄板状部材32のうち永久磁石40よりも径方向Dr外側の部分によって受け止められる。したがって、第1薄板状部材32を備えることなく、第2薄板状部材34のみからコア30を構成する場合と比較すると、遠心力に対する強度を高めることができる。
以上説明した本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
(1)第1薄板状部材32および第2薄板状部材34によってコア30を構成し、永久磁石40を射出成形によって形成した。このため、遠心力に対する強度を高める上で第1薄板状部材32と第2薄板状部材34との割合や配置を調整することとはほとんど無関係に永久磁石40を、第1挿入孔36、第2挿入孔38および連通孔37に充填可能である。したがって、永久磁石40の充填工数が増加することを抑制しつつも遠心力に対する強度を高めることができる。
(1)第1薄板状部材32および第2薄板状部材34によってコア30を構成し、永久磁石40を射出成形によって形成した。このため、遠心力に対する強度を高める上で第1薄板状部材32と第2薄板状部材34との割合や配置を調整することとはほとんど無関係に永久磁石40を、第1挿入孔36、第2挿入孔38および連通孔37に充填可能である。したがって、永久磁石40の充填工数が増加することを抑制しつつも遠心力に対する強度を高めることができる。
(2)磁極の中央部に連通孔37を形成して、これに永久磁石40を充填した。連通孔37に充填された永久磁石40と、第1薄板状部材32の第1挿入孔36および第2挿入孔38に充填された永久磁石40との双方にとって、分離部35が図2(a)に示す短絡磁路Lmfを形成する。このため、連通孔37がなく、第1薄板状部材32のみからコア30を構成する場合と比較すると、分離部35がより磁気飽和しやすい。
すなわち、図4に図2(a)の4−4断面を示すように、第2薄板状部材34の連通孔37に充填された永久磁石40の磁束が、第2薄板状部材34を挟む第1薄板状部材32の分離部35を通る。このため、図5(a)に示すように、第1薄板状部材32のみによってコア30を構成する場合と比較すると、分離部35の磁気飽和が促進される。そして、分離部35の磁束量は、磁気飽和するとそれ以上はあまり増えないため、第1薄板状部材32の第1挿入孔36および第2挿入孔38に充填されている永久磁石40の磁束のうち短絡磁路Lmfを通過する量が低減される。なお、図5(b)に示すように、第2薄板状部材34を設けつつも、連通孔37に永久磁石40を充填することなく、これを空隙とする場合であっても、第1薄板状部材32のみからコア30を構成する場合と比較すると、分離部35の磁束量は低減される。これは、空隙の透磁率よりも電磁鋼板の透磁率の方が高いために、第2薄板状部材34の第1挿入孔36および第2挿入孔38に充填されている永久磁石40の磁束の短絡磁路として、空隙を通過する磁路よりも、空隙を迂回して分離部35を通過する磁路の方が磁気抵抗が低いためである。すなわち、この場合、第2薄板状部材34の第1挿入孔36および第2挿入孔38に充填されている永久磁石40の磁束が分離部35を通過するため、第1薄板状部材32のみからコア30を構成する場合と比較すると、分離部35が磁気飽和しやすい。しかし、連通孔37に永久磁石40を充填する場合の方が連通孔37を空隙とする場合と比較して、分離部35がより磁気飽和しやすい。
(3)第1挿入孔36、第2挿入孔38および連通孔37への磁石材料40aの充填工程の期間と、磁石材料40aの着磁工程の期間とを重複させた。これにより、充填工程の完了後に着磁工程に移行する場合と比較すると、磁粉が動きやすい期間に着磁工程に入ることから、配向率や着磁率を高めることができる。
<第2の実施形態>
以下、第2の実施形態について、第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。なお、以下では、第1の実施形態に対応する部材については、便宜上、同一の符号を付している。
以下、第2の実施形態について、第1の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。なお、以下では、第1の実施形態に対応する部材については、便宜上、同一の符号を付している。
図6(a)に、本実施形態にかかる第1薄板状部材32におけるロータユニット20の断面を示し、図6(b)に、本実施形態にかかる第2薄板状部材34におけるロータユニット20の断面を示す。
図6(a)に示すように、本実施形態では、永久磁石40が充填されている第1挿入孔36は、周方向Dcにおける1つの磁極の中央部側において、永久磁石40が充填されていない第1貫通孔60に接続されている。また、永久磁石40が充填されている第2挿入孔38は、周方向Dcにおける1つの磁極の中央部側において、永久磁石40が充填されていない第2貫通孔62に接続されている。第1貫通孔60および第2貫通孔62は、永久磁石40よりも径方向Dr内側まで延びている。特に、本実施形態では、第1貫通孔60および第2貫通孔62間の距離aよりも径方向Drにおける第1貫通孔60および第2貫通孔62の長さLnの方が長くなるように形成されている。なお、ここでは、「Ln>10・a」であることが望ましく、「Ln>15・a」であることがより望ましい。
図6(b)に示すように、第1貫通孔60および第2貫通孔62は、第1薄板状部材32のみならず、第2薄板状部材34にも形成されている。このため、コア30は、軸方向Daにおいて、第1貫通孔60および第2貫通孔62が貫通しており、第1貫通孔60および第2貫通孔62は、空気で満たされていることとなる。
図7に、本実施形態にかかる製造工程のうち、特に積層工程と充填工程との間に位置する工程を示す。図7に示すように、第1貫通孔60および第2貫通孔62に非磁性体の治具70が挿入された後、充填工程に移行する。なお、充填工程および着磁工程が完了すると、治具70は、第1貫通孔60および第2貫通孔62から抜き取られる。
以上説明した本実施形態によれば、第1の実施形態の効果に加えて、更に以下の効果が得られる。
(4)コア30に、第1貫通孔60および第2貫通孔62を形成した。これにより、第1貫通孔60および第2貫通孔62は、非磁性の物質である空気にて満たされている。このため、永久磁石40のN極から分離部35を通ってその永久磁石40のS極に入る短絡磁路のうち第1貫通孔60および第2貫通孔62を通過する短絡磁路は、第1貫通孔60および第2貫通孔62を満たす空気の透磁率が電磁鋼板の透磁率よりも低いために、磁気抵抗が高くなる。一方、永久磁石40のN極から分離部35を通ってその永久磁石40のS極に入る短絡磁路のうち第1貫通孔60および第2貫通孔62を迂回する短絡磁路は、磁路長が長くなるために、磁気抵抗が高くなる。このため、分離部35を介した短絡磁路を通過する磁束量を低減することができる。
(4)コア30に、第1貫通孔60および第2貫通孔62を形成した。これにより、第1貫通孔60および第2貫通孔62は、非磁性の物質である空気にて満たされている。このため、永久磁石40のN極から分離部35を通ってその永久磁石40のS極に入る短絡磁路のうち第1貫通孔60および第2貫通孔62を通過する短絡磁路は、第1貫通孔60および第2貫通孔62を満たす空気の透磁率が電磁鋼板の透磁率よりも低いために、磁気抵抗が高くなる。一方、永久磁石40のN極から分離部35を通ってその永久磁石40のS極に入る短絡磁路のうち第1貫通孔60および第2貫通孔62を迂回する短絡磁路は、磁路長が長くなるために、磁気抵抗が高くなる。このため、分離部35を介した短絡磁路を通過する磁束量を低減することができる。
<第3の実施形態>
以下、第3の実施形態について、第2の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。なお、以下では、第1の実施形態に対応する部材については、便宜上、同一の符号を付している。
以下、第3の実施形態について、第2の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。なお、以下では、第1の実施形態に対応する部材については、便宜上、同一の符号を付している。
図8に、図7に対応する工程を示す。図8に示すように、本実施形態では、第1挿入孔36および第2挿入孔38を10個ずつ備えている。これら第1挿入孔36および第2挿入孔38は、いずれも径方向Dr外側から径方向Dr内側まで直線状に延びており、隣接する一対の第1挿入孔36および第2挿入孔38の断面形状を合わせると、略V字状となっている。
本実施形態では、隣接する一対の磁極(たとえば磁極MP1,MP2)の一方の磁極MP1の第1挿入孔36と他方の磁極MP2の第2挿入孔38とに対して、図中破線にて示すように、磁石材料40aを射出する1つのゲートを割り当てる。この場合、図8に例示したように、ゲートの位置がずれると、隣接する一対の磁極の一方の第1挿入孔36と他方の磁極の第2挿入孔38とのうちの一方と比較して他方に磁石材料40aが充填されやすくなる。具体的には、ゲートG1においては、第1挿入孔36と比較して第2挿入孔38に磁石材料40aが充填されにくくなる。しかし、この第2挿入孔38と同一の磁極MP2に対応する第1挿入孔36においては、ゲートG2の配置から、磁石材料40aが充填されやすくなる。そして、本実施形態では、第2薄板状部材34に連通孔37が形成されているため、ゲートG2から第1挿入孔36に充填された磁石材料40aが連通孔37を介してゲートG1による磁石材料40aの充填対象となる第2挿入孔38に充填される。このため、磁石材料40aを均一に充填しやすい。
<その他の実施形態>
なお、上記実施形態の各事項の少なくとも1つを、以下のように変更してもよい。以下において、「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項と上記実施形態における事項との対応関係を符号等によって例示した部分があるが、これには、例示した対応関係に上記事項を限定する意図はない。
なお、上記実施形態の各事項の少なくとも1つを、以下のように変更してもよい。以下において、「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項と上記実施形態における事項との対応関係を符号等によって例示した部分があるが、これには、例示した対応関係に上記事項を限定する意図はない。
・「薄板状部材について」
電磁鋼板に限らない。たとえば、FCD(球状黒鉛鋳鉄)や軟鉄等であってもよい。
・「第1挿入孔、第2挿入孔について」
上記実施形態では、第1挿入孔36および第2挿入孔38を、軸方向Daに延びるように形成したが、これに限らない。たとえば、軸方向Daに直交する平面(たとえば図1のコア30の表面)および軸方向Daの双方に交差する方向に延ばしてコア30を貫通させてもよい。
電磁鋼板に限らない。たとえば、FCD(球状黒鉛鋳鉄)や軟鉄等であってもよい。
・「第1挿入孔、第2挿入孔について」
上記実施形態では、第1挿入孔36および第2挿入孔38を、軸方向Daに延びるように形成したが、これに限らない。たとえば、軸方向Daに直交する平面(たとえば図1のコア30の表面)および軸方向Daの双方に交差する方向に延ばしてコア30を貫通させてもよい。
・「第1薄板状部材および第2薄板状部材について」
上記実施形態では、第1挿入孔36および特定の磁極を構成する永久磁石が充填されている第2挿入孔38を分離する分離部を備える薄板状部材は、一対の第1挿入孔36および第2挿入孔38の数だけ分離部を備え、連通孔が形成された薄板状部材も一対の第1挿入孔36および第2挿入孔38の数だけ連通孔が形成されている構成とした。しかしこれに限らず、たとえば、特定の磁極を変更すると、第1薄板状部材であるか第2薄板状部材であるかが変更されるものであってもよい。
上記実施形態では、第1挿入孔36および特定の磁極を構成する永久磁石が充填されている第2挿入孔38を分離する分離部を備える薄板状部材は、一対の第1挿入孔36および第2挿入孔38の数だけ分離部を備え、連通孔が形成された薄板状部材も一対の第1挿入孔36および第2挿入孔38の数だけ連通孔が形成されている構成とした。しかしこれに限らず、たとえば、特定の磁極を変更すると、第1薄板状部材であるか第2薄板状部材であるかが変更されるものであってもよい。
図9に、こうした薄板状部材にて構成されたロータユニット20の断面図を示す。図9(a)〜(e)は、軸方向Daにおける互いに異なる位置に配置された薄板状部材におけるロータユニット20の断面図である。図9において、磁極MP1〜MP10を記載している。
図9(a)に示す断面においては、磁極MP1にのみ分離部35が設けられている。一方、図9(b)に示す断面においては、磁極MP3にのみ分離部35が設けられている。すなわち、特定の磁極を磁極MP1とする場合、図9(a)に示す断面の薄板状部材は、第1薄板状部材であり、図9(b)に示す薄板状部材は、第2薄板状部材であるが、特定の磁極を磁極MP3とする場合、図9(a)に示す断面の薄板状部材は、第2薄板状部材であり、図9(b)に示す薄板状部材は、第1薄板状部材である。同様、図9(c)に示す断面においては、磁極MP5にのみ分離部35が設けられており、図9(d)に示す断面においては、磁極MP7にのみ分離部35が設けられており、図9(e)に示す断面においては、磁極MP9にのみ分離部35が設けられている。そして、磁極MP5,MP7,MP9のいずれかを特定の磁極とする場合、図9(a)および図9(b)に示す断面を構成する薄板状部材は、いずれも第2薄板状部材となる。
なお、図9には、各薄板状部材において、分離部35がいずれか1つの磁極のみに設けられる例を示したが、これに限らない。たとえば、分離部35がいずれか2つの磁極のみに設けられるものや、3つの磁極のみに設けられるもの、さらには、4つの磁極のみに設けられるものであってもよい。
・「第1薄板状部材および第2薄板状部材の積層手法について」
図4においては、第2薄板状部材34を3枚積層したものを、3枚以上の第1薄板状部材32の積層体によって挟む構造を記載しているが、これは、説明の便宜によるものであって、実際の積層枚数を限定するものではない。実際には、たとえば、1または所定の複数枚の第1薄板状部材32の積層体と1または規定の複数枚の第2薄板状部材34とを交互に積層すればよい。もっとも、これは必須ではなく、第1薄板状部材32が連続する部分の積層枚数や、第2薄板状部材34が連続する部分の積層枚数が軸方向Daの位置によって変動するようにしてもよい。
図4においては、第2薄板状部材34を3枚積層したものを、3枚以上の第1薄板状部材32の積層体によって挟む構造を記載しているが、これは、説明の便宜によるものであって、実際の積層枚数を限定するものではない。実際には、たとえば、1または所定の複数枚の第1薄板状部材32の積層体と1または規定の複数枚の第2薄板状部材34とを交互に積層すればよい。もっとも、これは必須ではなく、第1薄板状部材32が連続する部分の積層枚数や、第2薄板状部材34が連続する部分の積層枚数が軸方向Daの位置によって変動するようにしてもよい。
・「充填工程および着磁工程について」
上記実施形態では、充填工程がなされる期間と着磁工程がなされる期間とが重複するようにしたが、これに限らない。たとえば、第1挿入孔36および第2挿入孔38に磁石材料40aを充填した後に、コア30に図3(b)に示す着磁装置50を対向して配置することにより着磁工程に移行してもよい。
上記実施形態では、充填工程がなされる期間と着磁工程がなされる期間とが重複するようにしたが、これに限らない。たとえば、第1挿入孔36および第2挿入孔38に磁石材料40aを充填した後に、コア30に図3(b)に示す着磁装置50を対向して配置することにより着磁工程に移行してもよい。
・「永久磁石の成形手法について」
射出成形に限らない。たとえば、圧縮成型であってもよい。これは、第1挿入孔36および第2挿入孔38と同一形状の孔が形成された成型用ガイドをコア30に接触させて配置し、成型用ガイドの孔および第1挿入孔36および第2挿入孔38に、磁石材料を充填した後、成形用ガイドの孔内の磁石材料が第1挿入孔36および第2挿入孔38に充填されるように圧力を印加することによって実現できる。ここで、磁石材料は、磁粉が樹脂でコーティングされたものとする。この場合、圧縮成形によって圧力を加えることにより、連通孔37に磁石材料が充填される。
射出成形に限らない。たとえば、圧縮成型であってもよい。これは、第1挿入孔36および第2挿入孔38と同一形状の孔が形成された成型用ガイドをコア30に接触させて配置し、成型用ガイドの孔および第1挿入孔36および第2挿入孔38に、磁石材料を充填した後、成形用ガイドの孔内の磁石材料が第1挿入孔36および第2挿入孔38に充填されるように圧力を印加することによって実現できる。ここで、磁石材料は、磁粉が樹脂でコーティングされたものとする。この場合、圧縮成形によって圧力を加えることにより、連通孔37に磁石材料が充填される。
・「第1貫通孔および第2貫通孔について」
上記第2の実施形態では、第1貫通孔60および第2貫通孔62に何も充填せず、空気が満たされる構成としたが、これに限らない。たとえば、樹脂を充填してもよく、またたとえば、アルミニウム等の非磁性の金属を充填してもよい。これは、たとえば図7に示した工程において、治具70に代えて樹脂等を第1貫通孔60および第2貫通孔62に充填しておくことにより実現することができる。
上記第2の実施形態では、第1貫通孔60および第2貫通孔62に何も充填せず、空気が満たされる構成としたが、これに限らない。たとえば、樹脂を充填してもよく、またたとえば、アルミニウム等の非磁性の金属を充填してもよい。これは、たとえば図7に示した工程において、治具70に代えて樹脂等を第1貫通孔60および第2貫通孔62に充填しておくことにより実現することができる。
・「そのほか」
図7においては、第1貫通孔60および第2貫通孔62に治具70を挿入したが、これに限らず、たとえば、コア30の位置決めを行うためのエジェクタピンを挿入してもよい。
図7においては、第1貫通孔60および第2貫通孔62に治具70を挿入したが、これに限らず、たとえば、コア30の位置決めを行うためのエジェクタピンを挿入してもよい。
上記実施形態では、ロータユニット20を3個備えることによって、ロータ10を構成したが、これに限らず、2個または4個以上であってもよく、また単一のロータユニット20によってロータ10が構成されてもよい。なお、ロータ10を構成するロータユニット20の数を複数とすることは、たとえば特開2014−121116号公報に記載されているように、ロータユニット20の径方向のみならず、軸方向からも磁場を印加する場合に特に有効である。
永久磁石としては、厚さが径方向Dr内側に行くほど薄くなるものに限らない。また、周方向Dcにおける磁極の中央部に行くにつれて第1挿入孔36に充填されている一方の端部および第2挿入孔38に充填されている他方の端部を結ぶ線よりも径方向内側に延びるものに限らない。たとえば、第1挿入孔36に充填されている一方の端部および第2挿入孔38に充填されている他方の端部を結ぶ線に沿って延びる形状の永久磁石であってもよい。
磁極の数としては、上記実施形態において例示したものに限らない。
IPMSMとしては、EPS内蔵のものに限らない。たとえば、可変ギアステアリングシステム内蔵のものであってもよい。もっとも、操舵輪を転舵するためのアクチュエータに内蔵されるものにも限らない。
IPMSMとしては、EPS内蔵のものに限らない。たとえば、可変ギアステアリングシステム内蔵のものであってもよい。もっとも、操舵輪を転舵するためのアクチュエータに内蔵されるものにも限らない。
10…ロータ、20…ロータユニット、30…コア、32…第1薄板状部材、34…第2薄板状部材、35…分離部、36…第1挿入孔、37…連通孔、38…第2挿入孔、40…永久磁石、40a…磁石材料、50…着磁装置、52…永久磁石、54…着磁ヨーク、60…第1貫通孔、62…第2貫通孔、70…治具。
Claims (6)
- 磁性体からなる薄板状部材が積層されたコアと、該コアに埋め込まれた永久磁石と、を備え、単一または複数個が前記コアの軸方向において連結されてロータを構成する埋込磁石型ロータユニットにおいて、
前記コアには、前記軸方向に直交する平面に交差する方向において当該コアを貫通して且つ、特定の磁極を構成する永久磁石が充填されている第1挿入孔および前記特定の磁極を構成する永久磁石が充填されている第2挿入孔が形成されており、
前記薄板状部材は、前記第1挿入孔および前記第2挿入孔を分離する分離部を備えている第1薄板状部材と、前記第1挿入孔および前記第2挿入孔を連通させる連通孔が形成されている第2薄板状部材とを備え、
前記永久磁石は、磁粉と樹脂との混合物を含んで構成されており、
前記連通孔には、前記永久磁石が充填されており、
前記永久磁石のうち前記第1薄板状部材の前記第1挿入孔に充填されている部分と前記第2薄板状部材の前記第1挿入孔に充填されている部分とが結合されており、前記永久磁石のうち前記第1薄板状部材の前記第2挿入孔に充填されている部分と前記第2薄板状部材の前記第2挿入孔に充填されている部分とが結合されていることを特徴とする埋込磁石型ロータユニット。 - 前記特定の磁極を構成する永久磁石は、前記コアの周方向における一方の端部が前記第1挿入孔に充填され、前記周方向における他方の端部が前記第2挿入孔に充填され、前記第1挿入孔に充填されている部分と前記第2挿入孔に充填されている部分とは、いずれも、前記周方向における当該磁極の中央部に行くにつれて前記一方の端部および前記他方の端部を結ぶ線よりも径方向内側に延びており、
前記第2薄板状部材には、前記特定の磁極を構成する永久磁石が充填されている前記連通孔が、前記周方向における磁極の中央部に形成されており、
前記連通孔に充填された永久磁石には、前記第1薄板状部材の前記分離部が隣接して配置されている請求項1記載の埋込磁石型ロータユニット。 - 前記第1挿入孔のうち前記コアの周方向における磁極の中央部側には、前記平面に交差する方向において前記コアを貫通する第1貫通孔が接続されており、
前記第2挿入孔のうち前記コアの周方向における磁極の中央部側には、前記平面に交差する方向において前記コアを貫通する第2貫通孔が接続されており、
前記第1貫通孔および前記第2貫通孔内は、非磁性の物質にて満たされている請求項1または2記載の埋込磁石型ロータユニット。 - 磁性体からなる薄板状部材が積層されたコアと、該コアに埋め込まれた永久磁石と、を備え、単一または複数個が前記コアの軸方向において連結されてロータを構成する埋込磁石型ロータユニットを製造する方法において、
前記コアには、前記軸方向に直交する平面に交差する方向において当該コアを貫通して且つ、特定の磁極を構成する永久磁石が充填されている第1挿入孔および前記特定の磁極を構成する永久磁石が充填されている第2挿入孔が形成されており、
前記薄板状部材は、前記第1挿入孔および前記第2挿入孔を分離する分離部を備えている第1薄板状部材と、前記第1挿入孔および前記第2挿入孔を連通させる連通孔が形成されている第2薄板状部材とを備え、
前記軸方向に、前記第1薄板状部材および前記第2薄板状部材を積層する積層工程と、
前記第1挿入孔および前記第2挿入孔の少なくとも一方から磁粉と樹脂との混合物である磁石材料を充填する充填工程と、
前記磁石材料を着磁する着磁工程とを有することを特徴とする埋込磁石型ロータユニットの製造方法。 - 前記充填工程は、流動性が付与された前記磁石材料を前記第1挿入孔および前記第2挿入孔に充填することにより磁石材料を射出成形する工程である請求項4記載の埋込磁石型ロータユニットの製造方法。
- 前記充填工程の期間と前記着磁工程の期間とが重複している請求項4または5記載の埋込磁石型ロータユニットの製造方法。
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JP2015255200A JP2017118797A (ja) | 2015-12-25 | 2015-12-25 | 埋込磁石型ロータユニット、および埋込磁石型ロータユニットの製造方法 |
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Cited By (1)
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CN115662730A (zh) * | 2022-11-11 | 2023-01-31 | 广东光速动力设备制造有限公司 | 环内单峰多极充磁方法及轮毂电机转子 |
-
2015
- 2015-12-25 JP JP2015255200A patent/JP2017118797A/ja active Pending
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