JP2020127293A - ロータコアの製造装置及びロータコアの製造方法、並びにロータ構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】磁束漏洩が少ないロータコアの製造装置、製造方法、ロータ構造を提供すること。【解決手段】磁石挿入孔２ｃに磁石３を挿入した積層鉄心２を嵌合させて保持する嵌合凹部７ａを有する第１金型７と、第１金型７とともに積層鉄心２を型締めして封止する第２金型８と、第２金型８に設けられ、成形機を用いて磁石挿入孔２ｃに樹脂材４を注入する樹脂注入部９と、第１金型７と第２金型８を型締めした状態で、磁石挿入孔２ｃに所定の挿入量で挿入されるとともに磁石３の端部３ａが当接して磁石３を位置決め保持する突起部１５とを備える。【選択図】図５
Description
本発明は、ロータコアの製造装置及びロータコアの製造方法、並びにロータ構造に関する。
例えば、自動車や電化製品のモータなどの電動回転機のロータ（ロータ構造）は、複数のロータコアを、ロータコアの中心孔（シャフト孔）にシャフトを挿通しつつ軸線方向に一体に組み合わせて構成されている。また、ロータコアとしては、ＩＰＭ型ロータコア（埋込磁石型ロータコア）やＳＰＭ型ロータコア（表面磁石型ロータコア）が多用されている。
ＩＰＭ型ロータコア１は、例えば、図２に示すように、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）を積層した積層鉄心２と、積層鉄心２の軸線Ｏ１方向一端部２ａから他端部２ｂまで貫通形成された磁石挿入孔２ｃに挿入して収容される永久磁石３と、磁石挿入孔２ｃに注入して永久磁石３を埋設固定する樹脂材４とを備えて構成されている。
ＳＰＭ型ロータコア５は、例えば、図３に示すように、積層鉄心２と、積層鉄心２の外周面側に周方向に等間隔で配設される永久磁石３と、永久磁石３とともに積層鉄心２を囲繞して被覆する円筒状の外装部材６と、外装部材６と積層鉄心２の間に注入して永久磁石３を埋設固定する樹脂材４とを備えて構成されている。
積層鉄心２には、その軸線Ｏ１上の一端部２ａから他端部２ｂに貫通形成され、シャフトを嵌め込むための中心孔（シャフト孔）２ｄが設けられている。
一方、ロータコア１、５の製造装置としては、例えば、図９に示すように、永久磁石３を磁石挿入孔２ｃに挿入して取り付けた積層鉄心２（又は永久磁石３と外装部材６を取り付けた積層鉄心５）を軸線Ｏ１方向に嵌合させて保持する嵌合凹部７ａを有する第１金型７と、第１金型７に係合し、第１金型７とともに金型キャビティ内に積層鉄心２を型締め／封止する第２金型８と、第２金型８（又は第１金型７）に設けられ、金型キャビティ内の積層鉄心２の磁石挿入孔２ｃ（又は外装部材６と積層鉄心２の間）に樹脂材４を注入するための樹脂注入部９とを備えて構成されている（例えば、特許文献１参照）。第１金型７には、嵌合凹部７ａに積層鉄心２を嵌合させる際に、積層鉄心２の中心孔（シャフト孔）２ｄに嵌め込んで位置決め保持するための芯棒１０が一体に具備されている。
ロータコア１、５を製造する際には、図９、図１０に示すように、第１金型７と第２金型８を型締めして積層鉄心２を封止した後、図１１に示すように、射出成形機を用い、樹脂注入部９から磁石挿入孔２ｃ（又は外装部材６と積層鉄心２の間）に樹脂材４を注入する。図１２に示すように、適宜タイミングで金型７、８を型開きし、ロータコア１（５）を脱型して取り外す。これにより、永久磁石３を樹脂材４によって埋設固定したロータコア１（５）が製造される。
しかしながら、従来のロータコア１、５の製造装置及びロータコア１、５の製造方法においては、図１１、図１２に示すように、射出成形機を用い、樹脂注入部９から磁石挿入孔２ｃ（又は外装部材６と積層鉄心２の間）に樹脂材４を注入することにより、磁石挿入孔２ｃ（又は外装部材６と積層鉄心２の間）に配された永久磁石３が第１金型７の内面側に押し付けられ、積層鉄心２（ロータコア）の一端部２ａ側に永久磁石３の端部３ａが露出するケースがあった。
そして、図１３に示すように、このように製造された複数のロータコア１（５）をシャフト１１に取り付けてロータ１２を製造する際に、軸線Ｏ１方向に隣り合う一対のロータコア１の磁石３の端部３ａ同士が突き当たって接触し、あるいは隣接し、この部分で磁束漏洩が発生するという問題があった。特に、図１３に示すように、隣り合う一対のロータコア１の一方を反転させ、段スキューして磁石３の端部３ａ同士が接触する箇所では多くの磁束漏洩が発生するという不都合があった。
本開示のロータコアの製造装置の一態様は、磁石挿入孔に磁石を挿入した積層鉄心、又は外周側に磁石と外装部材を取り付けた積層鉄心を嵌合させて保持する嵌合凹部を有する第１金型と、前記第１金型に係合し、前記第１金型とともに前記積層鉄心を型締めして封止する第２金型と、前記第１金型又は前記第２金型に設けられ、成形機を用いて前記磁石挿入孔、又は前記外装部材と前記積層鉄心の間に樹脂材を注入する樹脂注入部と、前記第１金型と前記第２金型を型締めした状態で、前記磁石挿入孔、又は前記外装部材と前記積層鉄心の間に所定の挿入量で挿入されるとともに前記磁石の端部が当接して前記磁石を位置決め保持する突起部とを備える。
本開示のロータコアの製造方法の一態様は、磁石挿入孔に磁石を挿入した積層鉄心の軸線方向一端部から他端部に貫通する磁石挿入孔、又は外周側に磁石と外装部材を取り付けた積層鉄心と前記外装部材の間に、突起部を所定の挿入量で挿入しつつ、第１金型の嵌合凹部に前記積層鉄心を前記一端部側から嵌合して配設する第１金型取付工程と、第２金型を前記第１金型に係合させ、前記第１金型とともに前記積層鉄心を型締めして封止する第２金型取付工程と、前記第１金型又は第２金型に設けられた樹脂注入部を通じて前記磁石挿入孔、又は前記外装部材と前記積層鉄心の間に樹脂材を注入する樹脂注入工程とを備える。
本開示のロータ構造の一態様は、上記の一態様のロータコアの製造装置、又はロータコアの製造方法を用いて製造された複数の前記ロータコアを、前記ロータコアの中心孔にシャフトを挿通しつつ軸線方向に一体に組み合わせてなるロータの構造であって、前記軸線方向に隣り合う少なくとも一部の一対のロータコアは、一方のロータコアを反転させて段スキューされている。
上記の一態様においては、磁石挿入孔、又は外周側に磁石と外装部材を取り付けた積層鉄心と外装部材の間に、突起部を所定の挿入量で挿入した状態で、樹脂材を注入するため、突起部の挿入量に応じた量で、積層鉄心（ロータコア）の端部から軸線方向内側に磁石の端部を配することができる。
これにより、複数のロータコアをシャフトに取り付けた際に、また、隣り合うロータコアの一方を反転させて段スキューされた際に、隣り合うロータコアの磁石の端部を離して配設することが可能になる。
よって、従来のように軸線方向に隣り合う一対のロータコアの磁石の端部同士が突き当たって接触し、あるいは隣接し、この部分で磁束漏洩が発生するという不都合を解消することが可能になる。すなわち、高性能のロータ（ロータ構造）を実現することが可能になる。
以下、図１から図８を参照し、一実施形態に係るロータコアの製造装置及びロータコアの製造方法、並びにロータ構造について説明する。
本実施形態のロータ構造（ロータ）Ａは、例えば、図１に示すように、自動車や電化製品のモータなどの電動回転機のロータであり、本実施形態の複数のロータコア１（５）を、その軸線Ｏ１中心に貫通形成された中心孔（シャフト孔）２ｄにシャフト１１を挿通して一体に取り付けるとともに同軸上で組み合わせて構成されている。
ここで、本実施形態では、ロータコア１がＩＰＭ型ロータコア（埋込磁石型のロータコア）であるものとして説明を行う。
本実施形態のロータコア１は、例えば、図１、図２に示すように、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）を積層してなる積層鉄心（コア）２と、積層鉄心２の軸線Ｏ１方向一端部２ａから他端部２ｂに貫通形成された複数の磁石挿入孔２ｃにそれぞれ挿入して配設される永久磁石（磁石）３と、磁石挿入孔２ｃに注入して永久磁石３を積層鉄心２に固定しつつ埋設する樹脂材４とを備えて構成されている。
上記構成からなる本実施形態のロータコア１を製造するための装置（ロータコアの製造装置）Ｂは、図４、図５に示すように、磁石挿入孔２ｃに永久磁石３を挿入した積層鉄心２を嵌合させて保持する嵌合凹部７ａ、及び積層鉄心２の軸線Ｏ１方向に貫通形成された中心孔２ｄに嵌合する円柱状の芯棒１０を有する第１金型７と、第１金型７に係合し、第１金型７とともに積層鉄心２を型締めして封止する第２金型８と、第２金型８に設けられ、射出成形機を用いて磁石挿入孔２ｃに樹脂材４を注入する樹脂注入部９と、軸線Ｏ１中心に芯棒１０を挿通する貫通孔１３を有し、第１金型７と第２金型８を型締めした状態で、第１金型７の内面と積層鉄心２の第１金型７側の軸線Ｏ１方向一端部（端部）２ａとの間に介設される製造用治具１４とを備えている。
また、製造用治具１４は、特に限定を必要としないが、例えば、ステンレス製、アルミニウム製などであり、第１金型７と第２金型８を型締めした状態で、磁石挿入孔２ｃに所定の挿入量で挿入されるとともに永久磁石３の端部３ａが当接して永久磁石３を位置決め保持するための突起部１５を備えて形成されている。
第２金型８に設けられる樹脂注入部９は、射出成形機から樹脂材４が送られ、第１金型７と第２金型８で型締めした積層鉄心２の磁石挿入孔２ｃに樹脂材４を給送して注入するための樹脂流路を備えて構成されている。
次に、上記構成からなる本実施形態のロータコア１の製造装置Ｂを用いてロータコア１を製造する方法（樹脂材４を注入して永久磁石３を積層鉄心２に一体に埋設固定する方法）について説明する。
本実施形態のロータコアの製造方法においては、図４、図５に示すように、第１金型７の嵌合凹部７ａに、第１金型７の芯棒１０を製造用治具１４の貫通孔１３から積層鉄心２の中心孔２ｄに挿通しつつ積層鉄心２（及び製造用治具１４）を嵌合して配設する（第１金型取付工程）。
このとき、例えば、第１金型７の嵌合凹部７ａ内に製造用治具１４を予め設置しておく。これにより、第１金型７の嵌合凹部７ａに積層鉄心２を嵌合して配設するとともに、第１金型７の内面と積層鉄心２の一端部２ａとの間に製造用治具１４が介設される。
また、第１金型７の嵌合凹部７ａに積層鉄心２を嵌合して配設するとともに、製造用治具１４に設けられた突起部１５が、積層鉄心２の磁石挿入孔２ｃに一端部２ａ側から所定の挿入量で挿入される。
次に、図５に示すように、第２金型８を第１金型７に係合させ、第１金型７とともに積層鉄心２を型締めして封止する（第２金型取付工程）。
そして、第２金型８に設けられた樹脂注入部９を通じ、射出成形機で磁石挿入孔２ｃに樹脂材４を注入し（樹脂注入工程）する。
このとき、図５、図６に示すように、磁石挿入孔２ｃの他端部２ｂ側から樹脂材４が注入されるとともに、磁石挿入孔２ｃの内部の永久磁石３が突起部１５に押し付けられ、永久磁石３の端部３ａが突起部１５に突き当たって位置決め保持される。
次に、図７に示すように、適宜タイミングで金型７、８を型開きし、ロータコア１を脱型する。これにより、突起部１５も磁石挿入孔２ｃの内部から引き抜かれ、積層鉄心２の一端部２ａから永久磁石３が所定の量で軸線Ｏ１方向に離間し、樹脂材４によって埋設固定されたロータコア１が製造される。なお、製造用治具１４は、他のロータコア１の製造に転用される。
ここで、図７（図１）に示すように、突起部１５の突出量と永久磁石３の軸線Ｏ１方向に沿う長さを合わせた寸法を、磁石挿入孔２ｃの軸線Ｏ１方向に沿う長さ寸法よりも小さくすると、突起部１５によって積層鉄心２の一端部２ａから永久磁石３の一端部が離間するとともに、永久磁石３の他端部３ｂを積層鉄心２の他端部２ｂから離間した形でロータコア１を形成することが可能になる。
また、図８に示すように、突起部１５を製造用治具１４ではなく、第１金型７の内面に設けてもよい。この場合には、製造用治具１４を用いず、積層鉄心２を一端部２ａ側から嵌合凹部７ａに嵌合させるとともに、第１金型７の突起部１５を積層鉄心２の磁石挿入孔２ｃに所定の挿入量で挿入するように構成すればよい。この場合においても、上記と同様に、永久磁石３の端部を積層鉄心２の一端部２ａから軸線Ｏ１方向に所定の量で離間させることができる。
さらに、突起部１５は、軸線Ｏ１方向にスライド移動可能に設けるなどし、その突出量ひいては磁石挿入孔２ｃへの挿入量を調節可能に設けられていてもよい。この場合には、永久磁石３と積層鉄心２の端部２ａからの離間量を自在に調節することが可能になる。さらに、この場合には、例えば、磁力が大きく、形状を小さくした永久磁石３と、この永久磁石３よりも磁力が小さく、形状が大きな永久磁石３とを併用するような場合（磁力が異なる永久磁石３を用いて効果的にトルクアップを図るような場合）に、突起部１５の突出量を調節することで、それぞれの永久磁石３の大きさに合わせ、好適且つ容易にその配置を調節することができる。
そして、図１に示すように、上記のように製造した複数のロータコア１をシャフト１１に取り付けてロータ（ロータ構造）Ａを構成した場合には、各ロータコア１の端部から永久磁石３の端部３ａ（３ｂ）が軸線Ｏ１方向内側に離間して配されているため、従来のように軸線Ｏ１方向に隣り合う一対のロータコア１の磁石３の端部３ａ同士が突き当たって接触し、あるいは隣接し、この部分で磁束漏洩が発生するという不都合を解消することが可能になる。すなわち、高性能のロータＡを実現することが可能になる。
また、隣り合う一対のロータコア１の磁石３の端部３ａ（３ｂ）同士が突き当たって永久磁石３に割れなどの損傷が生じることも防止できる。
以上、ロータコアの製造装置及びロータコアの製造方法、並びにロータ構造の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態では、ロータコアがＩＰＭ型ロータコア（埋込磁石型のロータコア）であるものとして説明を行ったが、ＳＰＭ型ロータコア（表面磁石型ロータコア）であっても構わない。
具体的に、ＳＰＭ型ロータコア５は、例えば、図３に示すように、積層鉄心２と、積層鉄心２の外周面側に周方向に等間隔で配設される永久磁石３と、永久磁石３とともに積層鉄心２を囲繞して被覆する円筒状の外装部材６と、外装部材６と積層鉄心２の間に注入して永久磁石３を埋設固定する樹脂材４とを備えて構成されている。
このＳＰＭ型ロータコア５を製造する際には、外装部材６と積層鉄心２の間に突起部１５を挿入するようにし、この突起部１５で外装部材６と積層鉄心２の間の永久磁石３を位置決めしつつ、成形機を用い、樹脂注入部９から外装部材６と積層鉄心２の間に注入して永久磁石３を埋設固定する。これにより、本実施形態と同様の作用効果を得ることが可能である。
１ ＩＰＭ型ロータコア（ロータコア）
２ 積層鉄心
２ａ 一端部
２ｂ 他端部
２ｃ 磁石挿入孔
２ｄ 中心孔（シャフト孔）
３ 永久磁石（磁石）
３ａ 一端部（端部）
３ｂ 他端部（端部）
４ 樹脂材
５ ＳＰＭ型ロータコア（ロータコア）
６ 外装部材
７ 第１金型
７ａ 嵌合凹部
８ 第２金型
９ 樹脂注入部
１０ 芯棒
１１ シャフト
１３ 貫通孔
１４ 製造用治具
１５ 突起部
Ａ ロータ（ロータ構造）
Ｂ ロータコアの製造装置
Ｏ１ 軸線
２ 積層鉄心
２ａ 一端部
２ｂ 他端部
２ｃ 磁石挿入孔
２ｄ 中心孔（シャフト孔）
３ 永久磁石（磁石）
３ａ 一端部（端部）
３ｂ 他端部（端部）
４ 樹脂材
５ ＳＰＭ型ロータコア（ロータコア）
６ 外装部材
７ 第１金型
７ａ 嵌合凹部
８ 第２金型
９ 樹脂注入部
１０ 芯棒
１１ シャフト
１３ 貫通孔
１４ 製造用治具
１５ 突起部
Ａ ロータ（ロータ構造）
Ｂ ロータコアの製造装置
Ｏ１ 軸線
Claims (7)
- 磁石挿入孔に磁石を挿入した積層鉄心、又は外周側に磁石と外装部材を取り付けた積層鉄心を嵌合させて保持する嵌合凹部を有する第１金型と、
前記第１金型に係合し、前記第１金型とともに前記積層鉄心を型締めして封止する第２金型と、
前記第１金型又は前記第２金型に設けられ、成形機を用いて前記磁石挿入孔、又は前記外装部材と前記積層鉄心の間に樹脂材を注入する樹脂注入部と、
前記第１金型と前記第２金型を型締めした状態で、前記磁石挿入孔、又は前記外装部材と前記積層鉄心の間に所定の挿入量で挿入されるとともに前記磁石の端部が当接して前記磁石を位置決め保持する突起部とを備える、ロータコアの製造装置。 - 前記突起部が、型締めした状態で前記第１金型と前記第２金型のいずれか一方の金型の内面と前記積層鉄心の軸線方向の端部との間に介設される製造用治具、又は前記金型に設けられている、請求項１に記載のロータコアの製造装置。
- 前記突起部が、前記磁石挿入孔、又は前記外装部材と前記積層鉄心の間への挿入量を調節可能に設けられている、請求項１または請求項２に記載のロータコアの製造装置。
- 磁石挿入孔に磁石を挿入した積層鉄心の軸線方向一端部から他端部に貫通する磁石挿入孔、又は外周側に磁石と外装部材を取り付けた積層鉄心と前記外装部材の間に、突起部を所定の挿入量で挿入しつつ、第１金型の嵌合凹部に前記積層鉄心を前記一端部側から嵌合して配設する第１金型取付工程と、
第２金型を前記第１金型に係合させ、前記第１金型とともに前記積層鉄心を型締めして封止する第２金型取付工程と、
前記第１金型又は第２金型に設けられた樹脂注入部を通じて前記磁石挿入孔、又は前記外装部材と前記積層鉄心の間に樹脂材を注入する樹脂注入工程とを備える、ロータコアの製造方法。 - 前記第１金型の嵌合凹部に前記積層鉄心を嵌合するとともに、前記第１金型の内面と前記積層鉄心の前記一端部との間に、前記突起部を備えた製造用治具を介設し、前記突起部を前記磁石挿入孔、又は前記外装部材と前記積層鉄心の間に所定の挿入量で挿入する、請求項４に記載のロータコアの製造方法。
- 前記第１の金型に前記突起部が設けられ、
前記第１金型の嵌合凹部に前記積層鉄心を嵌合するとともに、前記突起部を前記磁石挿入孔、又は前記外装部材と前記積層鉄心の間に所定の挿入量で挿入する、請求項４に記載のロータコアの製造方法。 - 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のロータコアの製造装置、又は請求項４から請求項６のいずれか一項に記載のロータコアの製造方法を用いて製造された複数の前記ロータコアを、前記ロータコアの中心孔にシャフトを挿通しつつ軸線方向に一体に組み合わせてなるロータの構造であって、
前記軸線方向に隣り合う少なくとも一部の一対のロータコアは、一方のロータコアを反転させて段スキューされている、ロータ構造。
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