JP2021083221A - Ｉｐｍロータ製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スロットと当該スロット内の永久磁石との間に、ロータコアの外周面における磁束低下を招く隙間が生じていないＩＰＭロータを製造可能とする。【解決手段】ＩＰＭロータ製造方法は、第１主面における磁束密度が第２主面における磁束密度よりも高くなるように未着磁の磁石素材を着磁する一次着磁工程と、前記磁石素材をロータコアのスロットに差し入れ、前記第１主面を前記スロットの内壁面に磁力によって吸着させる挿入工程と、前記スロット内の前記磁石素材を着磁する二次着磁工程と、を有する。前記挿入工程では、前記ロータコアの外周面側に位置する前記スロットの外側内壁面に前記第１主面を吸着させる。前記二次着磁工程では、前記一次着磁工程において前記磁石素材に与える磁界よりも強い磁界を前記磁石素材に与える。【選択図】図５

Description

本発明は、モータを構成するロータの製造方法に関し、特に磁石埋込型のモータを構成するロータの製造方法に関する。

ロータ及びステータを主要な構成要素とするモータが多くの電動機や発電機に用いられている。従来のモータの１つとして、磁石埋込型のモータが知られている。磁石埋込型のモータは、ロータコアとロータコアに埋め込まれた磁石とを備える磁石埋込型のロータを有する。上記のような磁石埋込型のモータは「ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）モータ」と呼ばれ、磁石埋込型のロータは「ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）ロータ」と呼ばれることがある。

ＩＰＭロータの従来の製造方法の１つでは、磁石素材をロータコアに形成されているスロットに挿入した後、ロータコアの外部から磁石素材に強磁界を与えて磁石素材を着磁する（特許文献１）。ＩＰＭロータの従来の製造方法の他の１つでは、着磁されている磁石素材（永久磁石）をロータコアに形成されているスロットに挿入する。つまり、従来のＩＰＭロータ製造方法は、未着磁の磁石素材をロータコア内で着磁する「後着磁方式」と、着磁済の磁石素材（永久磁石）をロータコア内に配置する「前着磁方式」と、に大別することができる。

図１０に、前着磁方式のＩＰＭロータ製造方法によって製造されたＩＰＭロータ１００の一例を示す。ＩＰＭロータ１００の主要な構成要素であるロータコア１０１は全体として略円柱状に形成されており、図１０にはロータコア１０１の一方の端面が示されている。ロータコア１０１には、軸方向に延びる複数のスロット１０２が設けられており、それらスロット１０２はロータコア１０１の周方向に沿って所定ピッチで並んでいる。永久磁石１０３は、スロット１０２に挿入可能な平板形状を有し、一方の主面はＮ極に着磁され、他方の主面はＳ極に着磁されている。従来のＩＰＭロータ製造方法では、永久磁石１０３をそれぞれのスロット１０２に挿入してロータコア１０１の内部に配置する。

特開２０１８−９８８４２号公報

図１０に示されるように、永久磁石１０３をスロット１０２に挿入し易くすべく、スロット１０２は永久磁石１０３よりも若干大きく形成されている。例えば、スロット１０２の幅は永久磁石１０３の厚みよりも若干大きい。言い換えれば、スロット１０２の外側内壁面１０２ａと内側内壁面１０２ｂとの対向間隔は、永久磁石１０３の厚みよりも若干大きい。この結果、隣接するスロット１０２のそれぞれに、互いの同極同士が向き合うように２つの永久磁石１０３を挿入すると、それら永久磁石１０３同士が反発し合い、各スロット１０２内に隙間が生じる。例えば、図１０に拡大して示されている２つのスロット１０２には、互いのＮ極同士が向き合うように２つの永久磁石１０３が挿入されている。この場合、紙面右側のスロット１０２に挿入された永久磁石１０３は、当該スロット１０２の内側内壁面１０２ｂに押し付けられ、紙面左側のスロット１０２に挿入された永久磁石１０３は、当該スロット１０２の内側内壁面１０２ｂに押し付けられる。この結果、それぞれのスロット１０２の外側内壁面１０２ａと永久磁石１０３との間に隙間１０４が生じる。同様の原理により、図１０に拡大して示されている２つのスロット１０２以外の各スロット１０２においても、当該スロット１０２の外側内壁面１０２ａと当該スロット１０２に挿入された永久磁石１０３との間に隙間１０４が生じる。このようにして、全て又は多数のスロット１０２において、スロット１０２の外側内壁面１０２ａと当該スロット１０２に挿入された永久磁石１０３との間に隙間１０４が生じ、ロータコア１０１の外周面における磁束が低下してしまう。

ここでは、前着磁方式を例にとって従来のＩＰＭロータ製造方法の課題について説明した。しかし、後着磁方式のＩＰＭロータ製造方法においても、何らかの手段によって磁石素材をスロット内で固定した上で着磁を行わない限り上記と同様の問題が発生し得る。

本発明の目的は、スロットと当該スロット内の永久磁石との間に、ロータコアの外周面における磁束低下を招く隙間が生じていないＩＰＭロータを製造可能とすることである。

本発明のＩＰＭロータ製造方法は、第１主面における磁束密度が前記第１主面の反対側の第２主面における磁束密度よりも高くなるように、未着磁の磁石素材を着磁する一次着磁工程と、前記磁石素材をロータコアのスロットに差し入れ、前記第１主面を前記スロットの内壁面に磁力によって吸着させる挿入工程と、前記スロット内の前記磁石素材を着磁する二次着磁工程と、を有する。前記挿入工程では、前記スロットの対向する２つの内壁面のうち、前記ロータコアの外周面側に位置する外側内壁面に前記磁石素材の前記第１主面を吸着させる。前記二次着磁工程では、前記一次着磁工程において前記磁石素材に与える磁界よりも強い磁界を前記磁石素材に与える。

本発明の一態様では、前記一次着磁工程では、前記磁石素材の前記第１主面の側のみを着磁する。

本発明の他の一態様では、ＩＰＭロータ製造方法は、前記磁石素材が差し入れられている前記スロット内に充填材を注入する固定工程をさらに有する。前記固定工程は、前記挿入工程の後であって、前記二次着磁工程の前に実施される。

本発明の他の一態様では、前記固定工程では、前記充填材として接着剤を用いる。

本発明によれば、スロットと当該スロット内の永久磁石との間に、ロータコアの外周面における磁束低下を招く隙間が生じていないＩＰＭロータを製造することができる。

本発明のＩＰＭロータ製造方法によって製造されたロータを含むＩＰＭモータの斜視図である。 図１に示されるＩＰＭモータの構造を示す平面図である。 図１に示されるＩＰＭモータに含まれるロータコアの平面図である。 図１に示されるＩＰＭモータを構成するロータの平面図である。 本発明のＩＰＭロータ製造方法に含まれる工程を示す説明図である。 一次着磁工程で用いられる着磁装置の一例を示す模式図である。 挿入工程を示す説明図である。 固定工程を示す説明図である。 （ａ），（ｂ）は、仮着磁の異なる態様を示す説明図である。 従来のＩＰＭロータ製造方法によって製造されたロータの平面図である。

以下、本発明のＩＰＭロータ製造方法の実施形態の一例について図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態に係るＩＰＭロータ製造方法によって製造されるＩＰＭロータは、図１に示されるＩＰＭモータ１Ａを構成するものである。そこで、図１に示されるＩＰＭモータ１Ａについて概説した後に、本実施形態に係るＩＰＭロータ製造方法について詳細に説明する。

図１に示されるＩＰＭモータ１Ａは、概ね円筒形のモータハウジング２を有する。モータハウジング２の下端からはケーブル３が引き出されおり、ケーブル３の先端には不図示のコントローラ等に接続されるコネクタ３ａが設けられている。また、モータハウジング２の外周面には不図示の電源線が接続される動力線接続部４が設けられている。さらに、モータハウジング２の上面からは出力軸２１の端部が突出している。

図２に示されるように、モータハウジング２の内部には、ステータ１０と、本実施形態に係るＩＰＭロータ製造方法によって製造されたＩＰＭロータ２０と、が収容されている。以下の説明では、ＩＰＭロータ２０を「ロータ２０」と略称する場合がある。

ステータ１０は、環状に並べられ、かつ、一体化された複数の分割ステータコア１１の集合体である。それぞれの分割ステータコア１１には、インシュレータ１３を介して銅線１４が巻回されている。つまり、ステータ１０には、環状に並ぶ複数のコイルが設けられている。

ロータ２０は、ステータ１０の内側に配置され、かつ、回転自在に支持されている。具体的には、ステータ１０はモータハウジング２に固定されている一方、ロータ２０の中心に固定されている出力軸２１は、軸受を介してモータハウジング２に固定されている。そして、ステータ１０とロータ２０との間には所定のエアギャップが設けられている。この結果、ロータ２０は、モータハウジング２及びステータ１０に対して回転自在となっている。

図２に示されるように、ロータ２０は、ロータコア３０と、ロータコア３０の内側に配置された複数の永久磁石４０と、を有する。図３に示されるように、ロータコア３０は、磁性鋼板の積層体であって、出力軸２１が挿通される貫通孔３１と、永久磁石４０（図２）が配置される複数のスロット３２と、を備えている。本実施形態におけるロータコア３０には１６個のスロット３２が設けられており、それら１６個のスロット３２は、貫通孔３１の周囲に当該貫通孔３１を取り囲むように配置されている。

それぞれのスロット３２は、ロータコア３０の外周面側に位置する外側内壁面３２ａ及び当該外側内壁面３２ａと対向する内側内壁面３２ｂの少なくとも２つの内壁面を含んでいる。本実施形態におけるロータコア３０では、当該ロータコア３０の周方向において隣接し、かつ、互いの外側内壁面３２ａが向き合っている２つのスロット３２によって１つのスロット対が構成されている。つまり、本実施形態にロータコア３０には、８つのスロット対３２Ａ〜３２Ｈが設けられている。

図４に示されるように、各スロット対３２Ａ〜３２Ｈを構成している２つのスロット３２に挿入された永久磁石４０によって、それら２つのスロット３２の間のロータコア３０の一部がそれぞれ励磁されている。各スロット対３２Ａ〜３２Ｈには、ロータコア３０の周方向に沿ってＮ極に励磁される部分とＳ極に励磁される部分とが交互に並ぶように、永久磁石４０が配置されている。つまり、８つのスロット対３２Ａ〜３２Ｈに挿入された１６個の永久磁石４０によって、ロータコア３０に図４に示される磁極パターン（周方向に沿ってＮ極とＳ極とが交互に現れる磁極パターン）が形成されている。

それぞれの永久磁石４０は、スロット３２に挿入可能な平板形状を有し、一方の主面側はＮ極に着磁され、他方の主面側はＳ極に着磁されている。そして、スロット対３２Ａを構成している２つのスロット３２には、それらスロット３２の外側内壁面３２ａ（図３）にＮ極が対向する向きで永久磁石４０が配置されている。言い換えれば、スロット対３２Ａを構成している２つのスロット３２においては、それらスロット３２の外側内壁面３２ａ（図３）と永久磁石４０のＮ極に着磁された側の主面とが対向している。一方、スロット対３２Ａの隣のスロット対３２Ｂを構成している２つのスロット３２には、それらスロット３２の外側内壁面３２ａ（図３）にＳ極が対向する向きで永久磁石４０が配置されている。言い換えれば、スロット対３２Ｂを構成している２つのスロット３２においては、それらスロット３２の外側内壁面３２ａ（図３）と永久磁石４０のＳ極に着磁された側の主面とが対向している。さらに、スロット対３２Ｂの隣のスロット対３２Ｃを構成している２つのスロット３２には、それらスロット３２の外側内壁面３２ａ（図３）にＮ極が対向する向きで永久磁石４０が配置されている。言い換えれば、スロット対３２Ｃを構成している２つのスロット３２においては、それらスロット３２の外側内壁面３２ａ（図３）と永久磁石４０のＮ極に着磁された側の主面とが対向している。

次に、図２等に示されているロータ２０の製造方法について説明する。本実施形態に係るロータ製造方法には、図５に示される一次着磁工程（Step１），挿入工程（Step２），固定工程（Step３）及び二次着磁工程（Step４）が含まれる。

図５に示されている一次着磁工程（Step１）では、着磁装置を用いて未着磁の磁石素材を着磁する。一次着磁工程（Step１）は、例えば図６に示される着磁装置５０を用いて実施することができる。図６に示される着磁装置５０は、それぞれに着磁コイル５１が設けられた２つの着磁ヨーク５２を備えている。一次着磁工程（Step１）では、着磁ヨーク５２を磁石素材４１の第１主面４１ａに近接させて磁石素材４１に比較的弱い磁界を与える。このとき、磁界の強度をコントールして、第１主面４１ａにおける磁束密度が第１主面４１ａの反対側の第２主面４１ｂにおける磁束密度よりも高くなるように磁石素材４１を着磁する。好ましくは、磁石素材４１の第１主面４１ａの側のみを着磁する。言い換えれば、磁石素材４１の第１主面４１ａのみを着磁し、第２主面４１ｂは着磁しない。より好ましくは、磁石素材の第１主面４１ａ上の複数個所のみを着磁する。以下の説明では、一次着磁工程（Step１）における着磁を「仮着磁」と呼ぶ場合がある。

次に、図５に示される挿入工程（Step２）について説明する。挿入工程（Step２）では、図７に示されるように、仮着磁された磁石素材４１をロータコア３０の各スロット３２に差し入れる。このとき、仮着磁されている磁石素材４１の第１主面４１ａを各スロット３２の外側内壁面３２ａの側に向けて磁石素材４１をスロット３２に差し入れ、磁石素材４１の第１主面４１ａをスロット３２の外側内壁面３２ａに磁力によって吸着させる。

次に、図５に示されている固定工程（Step３）について説明する。固定工程（Step３）では、図８に示されるように、磁石素材４１が差し入れられた各スロット３２内に充填材６０を注入する。このとき、スロット３２内の磁石素材４１の第１主面４１ａは、仮着磁によって発生した磁力によってスロット３２の外側内壁面３２ａに吸着している。つまり、磁石素材４１の第１主面４１ａとスロット３２の外側内壁面３２ａとは密着している一方、磁石素材４１の第２主面４１ｂとスロット３２の内側内壁面３２ｂとの間には隙間６１が生じている。よって、スロット３２内に注入された充填材６０は、専ら磁石素材４１の第２主面４１ｂとスロット３２の内側内壁面３２ｂとの間の隙間６１に充填され、当該隙間６１を埋める。この結果、磁石素材４１は、第１主面４１ａがスロット３２の外側内壁面３２ａに密着した状態でスロット３２内に固定される。本実施形態では、充填材６０として接着剤を用いたので、磁石素材４１をスロット３２においてより確実に固定することができる。尚、一次着磁工程（Step１）と挿入工程（Step2）との間に、一次着磁工程（Step１）によって仮着磁された磁石素材４１の表面（少なくとも第１主面４１ａ）に接着剤を塗布する工程を設けることによって固定工程（Step3）を省略することもできる。

スロット３２に注入した充填材６０を加熱等によって硬化させた後、図５に示される二次着磁工程（Step４）を実施する。二次着磁工程（Step４）では、ロータコア３０に図４に示されている磁極パターンが形成されるように、それぞれのスロット３２内の磁石素材４１を着磁する。二次着磁工程（Step４）を実施する際、スロット３２内の磁石素材４１は、第１主面４１ａがスロット３２の外側内壁面３２ａに密着した状態で固定されている（図８）。よって、二次着磁工程（Step４）の前後を通じて、磁石素材４１とスロット３２の外側内壁面３２ａとの間に隙間が生じることはない。そして、二次着磁工程（Step４）による着磁によって磁石素材４１が永久磁石４０（図４）になる。以下の説明では、二次着磁工程（Step４）における着磁を「本着磁」と呼ぶ場合がある。

以上のように、本実施形態に係るロータ製造方法によれば、スロット３２と当該スロット３２内の永久磁石４０との間に、ロータコア３０の外周面における磁束低下を招く隙間が生じていないロータ２０が製造される。

尚、本着磁では、仮着磁よりも強い磁界を磁石素材４１に与える。言い換えれば、仮着磁では、本着磁よりも弱い磁界を磁石素材４１に与える。仮着磁よりも強い磁界が与えられる本着磁により、仮着磁によって磁石素材４１に生じた磁極は消滅し、磁石素材４１の第１主面４１ａ側はＮ極に着磁され、第２主面４１ｂ側はＳ極に着磁される。また、二次着磁工程（Step４）は、従来の後着磁方式のＩＰＭロータ製造方法で用いられている着磁装置等を用いて実施することができる。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、仮着磁によって磁石素材４１に生じさせる磁極の態様は図６に示される態様に限られない。図９（ａ），（ｂ）に、仮着磁によって磁石素材４１に生じさせる磁極態様の異なる例を示す。図９（ａ）に示される態様では、磁石素材４１の第１主面４１ａの半分がＮ極とされ、残りの半分がＳ極とされている。図９（ｂ）に示される態様では、磁石素材４１の第１主面４１ａにＮ極とＳ極とが３つずつ形成され、かつ、それらＮ極とＳ極とが磁石素材４１の長手方向に沿って交互に配置されている。

また、上記実施形態におけるロータ２０（ロータコア３０）には１６個のスロットが設けられていたが、本発明のＩＰＭロータ製造方法によって製造されるロータに設けられるスロットの数やロータに埋め込まれる永久磁石の数に特に制限はない。

１Ａ ＩＰＭモータ
２ モータハウジング
３ ケーブル
３ａ コネクタ
４ コネクタ接続部
１０ ステータ
１１ 分割ステータコア
１３ インシュレータ
１４ 銅線
２０，１００ ＩＰＭロータ（ロータ）
２１ 出力軸
３０，１０１ ロータコア
３１ 貫通孔
３２，１０２ スロット
３２Ａ〜３２Ｈ スロット対
３２ａ，１０２ａ 外側内壁面
３２ｂ，１０２ｂ 内側内壁面
４０，１０３ 永久磁石
４１ 磁石素材
４１ａ 第１主面
４１ｂ 第２主面
５０ 着磁装置
５１ 着磁コイル
５２ 着磁ヨーク
６０ 充填材
６１，１０４ 隙間

Claims (4)

1. 第１主面における磁束密度が前記第１主面の反対側の第２主面における磁束密度よりも高くなるように、未着磁の磁石素材を着磁する一次着磁工程と、
   前記磁石素材をロータコアのスロットに差し入れ、前記第１主面を前記スロットの内壁面に磁力によって吸着させる挿入工程と、
   前記スロット内の前記磁石素材を着磁する二次着磁工程と、を有し、
   前記挿入工程では、前記スロットの対向する２つの内壁面のうち、前記ロータコアの外周面側に位置する外側内壁面に前記磁石素材の前記第１主面を吸着させ、
   前記二次着磁工程では、前記一次着磁工程において前記磁石素材に与える磁界よりも強い磁界を前記磁石素材に与える、
   ＩＰＭロータ製造方法。
2. 前記一次着磁工程では、前記磁石素材の前記第１主面の側のみを着磁する、
   請求項１に記載のＩＰＭロータ製造方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載のＩＰＭロータ製造方法において、
   前記磁石素材が差し入れられている前記スロット内に充填材を注入する固定工程をさらに有し、
   前記固定工程は、前記挿入工程の後であって、前記二次着磁工程の前に実施される、
   ＩＰＭロータ製造方法。
4. 前記固定工程では、前記充填材として接着剤を用いる、
   請求項３に記載のＩＰＭロータ製造方法。

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