JP2018074626A - ロータユニットおよびロータユニットの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コアに形成された挿入孔に磁石材料を充填することによる異物の発生を抑制できるようにしたロータユニットおよびその製造方法を提供する。【解決手段】ロータユニットのコア２０は、隣接する一対の薄板状部材３０の一方のバリ面３２と他方のダレ面３４とが接触するようにして積層されたものである。コア２０の第１挿入孔２２には、磁粉と樹脂との混合物である磁石材料４０ａが充填され、この磁石材料４０ａに磁場が印加されることによって、コア２０内に永久磁石が形成される。磁石材料４０ａは、各薄板状部材３０において、第１挿入孔２２のうちのダレ面３４側から充填される。【選択図】図５

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、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、または単一でロータを構成するロータユニットおよびその製造方法に関する。

たとえば特許文献１には、電磁鋼板を打ち抜き加工して形成した複数のコア部材（薄板状部材）を、打ち抜きの向きが揃うようにして積層したコアを備えたロータが記載されている。このロータが備える永久磁石は、コアに形成された挿入孔に磁石材料が射出成形されて形成されたものである。ここで、射出成形は、打ち抜き加工によって各電磁鋼板に生じたバリを有する面（バリ面）側から磁石材料を充填することによって行う。これにより、永久磁石によるパーミアンスを高くすることができると記載されている（段落「００４６」）。

特開２０１６−１２３１４３号公報

ところで、上記のようにバリ面側から磁石材料を充填する場合、射出成形によってバリが変形し、この部分がコア本体から分離するため、射出成形工程において異物が生じるおそれがある。

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、コアに形成された挿入孔に磁石材料を充填することによる異物の発生を抑制できるようにしたロータユニットおよびそ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．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、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、または単一でロータを構成する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前記永久磁石が充填されている挿入孔が形成されており、前記永久磁石は、磁粉と樹脂との混合物を磁石材料とし、前記薄板状部材の前記軸方向に直交する一対の面は、一方が前記挿入孔を区画する部分にバリを有するバリ面であり、他方が前記挿入孔を区画する部分にダレを有するダレ面であり、前記積層された前記薄板状部材のそれぞれは、前記バリ面が、前記軸方向における前記コアの一方の端面（２０ｂ）側に位置しており、前記軸方向における前記コアの他方の端面側において、前記永久磁石にゲート痕が形成されている。

上記構成では、コアの軸方向における他方の端部側において、永久磁石にゲート痕が形成されている。これは、他方の端部側から挿入孔に磁石材料が充填されたことを意味する。すなわち、挿入孔に充填される磁石材料は、各薄板状部材において、まずダレ面側から充填されることを意味する。これにより、磁石材料を充填するときにバリが変形することを抑制することができることから、バリ面側から充填される場合と比較して、異物が生じることを抑制することができる。

２．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、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、または単一でロータを構成する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する挿入孔が形成されており、前記薄板状部材の前記軸方向に直交する一対の面は、一方が前記挿入孔を区画する部分にバリを有するバリ面であり、他方が前記挿入孔を区画する部分にダレを有するダレ面であり、前記軸方向における前記コアの一方の端面（２０ｂ）側に前記バリ面が位置するように積層された前記薄板状部材に対し、前記軸方向における前記コアの他方の端面側から前記挿入孔に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を有する。

上記充填工程によれば、挿入孔に充填される磁石材料は、各薄板状部材において、まずダレ面側から充填される。これにより、磁石材料を充填するときにバリが変形することを抑制することができることから、バリ面側から充填される場合と比較して、異物が生じることを抑制することができる。

３．上記２記載のロータユニットの製造方法において、前記充填工程において、前記磁石材料を射出成形によって充填する。
４．上記３記載のロータユニットの製造方法において、前記挿入孔に充填された前記磁石材料に磁場を印加する着磁工程を有し、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。

充填工程において磁石材料がバリ面側から充填される場合、磁石材料の流動が乱れやすい。磁石材料の流動が乱れた状態において充填工程の期間と着磁工程の期間とを重複させる場合、流動が乱れていない場合と比較して、着磁工程を経て生成された永久磁石の着磁率や配向率が低下しやすい。この点、上記方法では、充填工程において磁石材料がダレ面側から充填されるため、着磁率や配向率の低下を抑制することができる。

ロータユニットの一実施形態にかかる斜視図。 同実施形態にかかる薄板状部材の平面図。 図２の３−３断面図。 同実施形態にかかる充填工程を示す断面図。 上記充填工程の一部拡大断面図。

以下、ロータユニットおよびその製造方法にかかる一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１に示すロータユニット１０は、単一で、埋込磁石同期機（ＩＰＭＳＭ）のロータを構成する。詳しくは、ロータユニット１０には、その径方向Ｄｒ外側からステータが対向するようにして配置され、これにより、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。ロータユニット１０は、円筒状をなしている。

ロータユニット１０は、コア２０と永久磁石４０とを備えている。コア２０は、珪素鋼板等の電磁鋼板を複数積層して形成されている。コア２０は、その軸方向Ｄａに貫通する第１挿入孔２２および第２挿入孔２４を、１０個ずつ備えている。第１挿入孔２２には、永久磁石４０の第１部分４２が充填されており、第２挿入孔２４には、永久磁石４０の第２部分４４が充填されている。

第１部分４２および第２部分４４は、径方向Ｄｒに延びており、径方向Ｄｒの内側の結合部ＣＯＮにおいて結合されている。なお、径方向Ｄｒは、軸方向Ｄａに直交するコア２０の断面を含む平面上における点毎に定義され、径方向Ｄｒを定義する点から図１に示すロータユニット１０の回転中心軸線Ｏへとおろした垂線に平行な方向のことである。このため、径方向Ｄｒは、径方向Ｄｒを定義する点に応じて変化するものであるが、図１には、特に、回転中心軸線Ｏに対して図中左側にずれた点における径方向Ｄｒを例示している。

互いに結合している一対の第１部分４２および第２部分４４の、軸方向Ｄａに直交する断面の形状は、略Ｕ字状の形状である。互いに結合された一対の第１部分４２および第２部分４４の組は、コア２０の周方向Ｄｃにおいて均等に配置されている。なお、コア２０の周方向Ｄｃとは、軸方向Ｄａに直交する平面において、回転中心軸線Ｏから周方向Ｄｃを定義する点までの距離を半径とする円における、上記定義する点での接線方向のこととする。このため、周方向Ｄｃは、周方向Ｄｃを定義する位置に応じて変化するものであるが、図１においては、特に、コア２０のうちの図中下側の位置における周方向Ｄｃを模式的に例示している。ちなみに、周方向Ｄｃと径方向Ｄｒとを同一の点で定義する場合、両者は直交する。また、軸方向Ｄａは、回転中心軸線Ｏに平行な方向である。

図２に、コア２０を構成する薄板状部材３０の平面構成を示す。図２に示すように、薄板状部材３０には、図１に示した永久磁石４０が充填される第１挿入孔２２および第２挿入孔２４が形成されている。

図３に、図２の３−３断面を示す。
薄板状部材３０の第１挿入孔２２は打ち抜き加工により形成されたものであるため、図３に示すように、薄板状部材３０の第１挿入孔２２の部分には、バリ面３２側に突出するバリ３６を有する。また、薄板状部材３０の第１挿入孔２２の部分には、バリ面３２の裏面であるダレ面３４側のうち第１挿入孔２２付近が窪んだダレ３８を有する。これは、薄板状部材３０のうちダレ面３４側からパンチを押し当てることによって形成されたものである。なお、各薄板状部材３０のバリ面３２側には、第２挿入孔２４付近においてもバリ３６を有し、ダレ面３４側には、第２挿入孔２４付近においてもダレ３８を有する。

ここで、本実施形態にかかるコア２０は、隣接する一対の薄板状部材３０のうちの一方のダレ面３４と他方のバリ面３２とが対向するようにして積層形成されている。こうしたコア２０に、永久磁石４０の材料である磁石材料を充填することにより、ロータユニット１０を製造する。

図４に、本実施形態にかかる磁石材料の充填工程を示す。なお、図４に示す磁石材料４０ａは、永久磁石４０の材料となるものであり、樹脂と磁粉との混合物である。
図４に示すように、コア２０は、金型６０内に配置される。ここで、コア２０の径方向Ｄｒ外側には、コア２０内の磁石材料４０ａに磁場を印加するための着磁装置６２が配置されている。なお、本実施形態において、着磁装置６２は、永久磁石を備えたものを想定している。また、軸方向Ｄａにおけるコア２０の一対の端面のうちの一方である第１端面２０ａ側には、磁石材料４０ａを第１挿入孔２２および第２挿入孔２４に充填するためのゲート６４が設置されている。ここで、本実施形態では、第１端面２０ａを、同第１端面２０ａを構成する薄板状部材３０のダレ面３４とする。これにより、コア２０を構成する各薄板状部材３０は、ダレ面３４が第１端面２０ａ側となり、バリ面３２が第１端面２０ａの裏面である第２端面２０ｂ側となる。

ここで、本実施形態の作用を記載する。
上記コア２０が金型６０内に配置されると、磁石材料４０ａが射出成形によって第１挿入孔２２および第２挿入孔２４内に充填される。これにより、磁石材料４０ａは、コア２０の第１端面２０ａ側から第１端面２０ａの裏面である第２端面２０ｂ側へと徐々に充填されていく。

図５に、充填工程における第１挿入孔２２付近の拡大断面を示す。
図５に示すように、第１挿入孔２２に充填される磁石材料４０ａは、各薄板状部材３０における第１挿入孔２２に、ダレ面３４側から充填される。

磁石材料４０ａがコア２０の第２端面２０ｂ側まで充填されると、充填工程が終了する。本実施形態では、磁石材料４０ａの充填工程において磁石材料４０ａに磁場が印加されるため、磁石材料４０ａに磁場を印加する着磁工程は充填工程と重複する。そして充填工程の終了後、コア２０が金型６０から取り出されることにより、着磁工程も終了する。

なお、図４に示した金型６０からコア２０を取り出す際、ゲート６４に残存している磁石材料４０ａと、第１挿入孔２２および第２挿入孔２４に充填された磁石材料４０ａとが分断される。このため、図１に示すように、ロータユニット１０のうちコア２０の第１端面２０ａ側において、永久磁石４０には、この分断の痕跡であるゲート痕４０ｂが形成される。なお、本実施形態では、図１において、ロータユニット１０の磁極を構成する永久磁石４０のうちの隣接する一対の永久磁石４０の一方の第１部分４２と他方の第２部分４４とで１つのゲート６４に対応するゲート痕４０ｂが形成される。これは、隣接する永久磁石４０の一方の第１部分４２と他方の第２部分４４とで共通のゲート６４を割り振ったために生じる現象である。

このように、本実施形態では、磁石材料４０ａをダレ面３４側から充填することにより、バリ面３２側から充填する場合と比較すると、磁石材料４０ａがバリ３６に加える力によってバリ３６が変形することが抑制され、ひいては射出工程において異物が生じることが抑制される。また、ダレ面３４側から充填する場合には、バリ面３２側から充填する場合と比較して、隣接する薄板状部材３０間に磁石材料４０ａが入り込みにくく、ロータユニット１０内の永久磁石４０の量のばらつきが抑制される。このため、本実施形態によれば、ロータユニット１０が搭載されたモータのトルク定数のばらつきが生じ難い。

以上説明した本実施形態によれば、さらに以下に記載する効果が得られる。
（１）充填工程の期間と着磁工程の期間とを重複させた。ここで、充填工程において磁石材料４０ａがバリ面３２側から充填される場合、ダレ面３４側から充填される場合と比較すると、バリ３６が変形しやすいことから、バリ３６の変形に起因して磁石材料４０ａの流動が乱れやすい。磁石材料４０ａの流動が乱れた状態において充填工程の期間と着磁工程の期間とを重複させる場合、流動が乱れていない場合と比較して、着磁工程を経て生成された永久磁石４０の着磁率や配向率が低下しやすい。したがって、本実施形態では、ダレ面３４側から磁石材料４０ａを充填することのメリットが特に大きい。

ちなみに、配向率は、磁化容易方向が永久磁石４０に要求される磁気モーメントに平行な方向に揃っている度合いのこととする。着磁率は、磁気モーメント（着磁方向）が一つの方向に揃っている度合いのこととする。

＜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。
「永久磁石について」
軸方向Ｄａに直交する断面形状がＵ字状であることは必須ではない。たとえばＶ字形状であってもよい。またたとえば、第１部分４２および第２部分４４を結合させず、軸方向Ｄａに直交する断面形状が、Ｕ字状を図１に示した結合部ＣＯＮにおいて２等分割した形状としてもよい。またたとえば、軸方向Ｄａに直交する断面形状が、径方向Ｄｒに延びる長方形形状であってもよい。

「挿入孔について」
上記実施形態では、第１挿入孔２２および第２挿入孔２４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に直交する平面および軸方向Ｄａの双方に交差する方向に延ばしてコア２０を貫通させてもよい。

「着磁工程について」
上記実施形態では、磁石材料４０ａを第１挿入孔２２および第２挿入孔２４に充填する充填工程の期間と、磁石材料４０ａを着磁する着磁工程の期間とを重複させたが、これに限らない。たとえば、充填工程の完了後に、コア２０に着磁装置６２を対向配置して着磁工程に入ってもよい。またたとえば電磁石を備えて着磁装置６２を構成し、充填工程の完了後に、電磁石を通電して着磁工程に入ってもよい。

上記実施形態では、着磁工程においてコア２０の径方向から磁場を印加したが、これに限らない。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１０の径方向のみならず、軸方向からも磁場を印加してもよい。この場合、ロータユニット１０を軸方向Ｄａに複数連結させてロータを構成することが特に有効である。ちなみに、ロータユニット１０を軸方向Ｄａに複数連結させてロータを構成する場合、必ずしも、軸方向Ｄａにおける一方の端面側に、ゲート痕４０ｂが形成されるとは限らない。すなわち、たとえば２個のロータユニット１０を軸方向Ｄａに連結させてロータを構成する場合において、図１に示す第１端面２０ａ同士を接触させるのであれば、ロータの軸方向Ｄａにおける一対の端面のいずれにもゲート痕４０ｂは形成されていないこととなる。しかし、この場合、ロータを一対のロータユニット１０に分離してみれば、それぞれの第１端面２０ａ側には、ゲート痕４０ｂが形成されている。

「ゲート痕４０ｂについて」
たとえば、金型６０からロータユニット１０を取り出す際に生じたゲート痕４０ｂを、その後に削除する工程を有してもよい。この場合、ＩＰＭＳＭに搭載されたロータユニット１０には、ゲート痕４０ｂが残らないこととなる。

「充填工程について」
射出成形に限らない。たとえば、圧縮成形であってもよい。これは、たとえば次のようにして行うことができる。すなわちまず、図１における第１挿入孔２２および第２挿入孔２４と同一形状の孔が形成された成形用ガイドをコア２０の第１端面２０ａに接触させて配置し、成形用ガイドの孔および第１挿入孔２２および第２挿入孔２４に、磁石材料を充填する。次に、成形用ガイドの孔内の磁石材料が第１挿入孔２２および第２挿入孔２４に充填されるように圧力を印加する。このように圧縮成形をする場合であっても、バリ３６に大きな力が加わることなどに起因して、異物が生じるおそれがあるため、ダレ３８側から磁石材料を充填することが有効である。

上記実施形態では、隣接する永久磁石４０の一方の第１部分４２と他方の第２部分４４とで共通のゲート６４を割り振ったが、これに限らず、隣接する永久磁石４０の一方の第１部分４２と他方の第２部分４４とで各別のゲート６４から磁石材料４０ａを充填してもよい。

「そのほか」
薄板状部材としては、電磁鋼板に限らず、板状の磁性体であればよい。
また、コアの形状としては、円筒形状に限らず、たとえば磁極の中央部が磁極の端部と比較して回転中心軸線Ｏとコアの外周との距離が長くなる形状であってもよい。

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。
回転電機としては、ロータとステータとが径方向Ｄｒにおいて互いに対向するものに限らず、軸方向Ｄａにおいて互いに対向するアキシャルギャップ型回転電機であってもよい。

ロータユニット内蔵の回転電機としては、ＥＰＳ内蔵のものに限らない。たとえば、可変ギア比ステアリングシステム内蔵のものや、電動ポンプシステム内蔵のもの、車両において４輪駆動と２輪駆動とを切り替える装置に内蔵のものなどであってもよい。

１０…ロータユニット、２０…コア、２０ａ…第１端面、２０ｂ…第２端面、２２…第１挿入孔、２４…第２挿入孔、３０…薄板状部材、３２…バリ面、３４…ダレ面、３６…バリ、３８…ダレ、４０…永久磁石、４０ａ…磁石材料、４０ｂ…ゲート痕、４２…第１部分、４４…第２部分、６０…金型、６２…着磁装置、６４…ゲート。

Claims (4)

1. 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、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、または単一でロータを構成する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前記永久磁石が充填されている挿入孔が形成されており、
   前記永久磁石は、磁粉と樹脂との混合物を磁石材料とし、
   前記薄板状部材の前記軸方向に直交する一対の面は、一方が前記挿入孔を区画する部分にバリを有するバリ面であり、他方が前記挿入孔を区画する部分にダレを有するダレ面であり、
   前記積層された前記薄板状部材のそれぞれは、前記バリ面が、前記軸方向における前記コアの一方の端面側に位置しており、
   前記軸方向における前記コアの他方の端面側において、前記永久磁石にゲート痕が形成されているロータユニット。
2. 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、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、または単一でロータを構成する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する挿入孔が形成されており、
   前記薄板状部材の前記軸方向に直交する一対の面は、一方が前記挿入孔を区画する部分にバリを有するバリ面であり、他方が前記挿入孔を区画する部分にダレを有するダレ面であり、
   前記軸方向における前記コアの一方の端面側に前記バリ面が位置するように積層された前記薄板状部材に対し、前記軸方向における前記コアの他方の端面側から前記挿入孔に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を有するロータユニットの製造方法。
3. 前記充填工程において、前記磁石材料を射出成形によって充填する請求項２記載のロータユニットの製造方法。
4. 前記挿入孔に充填された前記磁石材料に磁場を印加する着磁工程を有し、
   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３記載のロータユニットの製造方法。

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