JP4715280B2

JP4715280B2 - 永久磁石埋め込み型モータ、ポンプ装置、及び永久磁石埋め込み型モータの製造方法

Info

Publication number: JP4715280B2
Application number: JP2005115639A
Authority: JP
Inventors: 昌吾岩瀬; 幹久石黒; 充寺山; 匡樋口
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2005-04-13
Filing date: 2005-04-13
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2025-04-13
Also published as: CN1848614A; CN1848614B; JP2006296125A

Description

本発明は、永久磁石埋め込み型モータ、ポンプ装置、及び永久磁石埋め込み型モータの製造方法に関するものである。

従来、界磁源としての永久磁石が回転子側に設けられた回転界磁型モータには、その永久磁石が回転子内に埋設された永久磁石埋め込み型モータがある。そして、こうした永久磁石埋め込み型モータにおける永久磁石の固定構造としては、回転子に形成された磁石挿入孔内に固定用バネを設け、その弾性力にて永久磁石を固定する（例えば、特許文献１参照）、或いは永久磁石に接着剤（シリコーン系樹脂を主成分としたもの等）を塗布し磁石挿入孔内に接着する（例えば、特許文献２参照）等の方法が知られている。
特開２０００−１７５３８８号公報特開２００４−１９４４７２号公報

しかしながら、上記従来例の方法では、部品点数の増加及びその構造の複雑化により組付け工程が煩雑となる、或いは接着剤の塗布、（永久磁石の）挿入・位置決め、及び硬化といった多数の工程を要する等、何れの場合においても、永久磁石の組付け工程が低コスト化の妨げとなっており、この点において、なお改善の余地を残すものとなっていた。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は組付け容易、且つ効果的に低コスト化を図ることのできる永久磁石埋め込み型モータ、ポンプ装置、及び永久磁石埋め込み型モータの製造方法を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、複数の永久磁石が埋設されてなる回転子を備えた永久磁石埋め込み型モータであって、前記回転子は、前記永久磁石及び該永久磁石の磁束経路が形成されるヨークを挿入体として一体に樹脂成形されてなり、前記回転子にはその軸心を貫通し回転軸が挿通される貫通孔が形成され、前記樹脂成形されてなる回転子において、前記永久磁石は、前記ヨークの前記回転軸の軸方向両側に貫通するように形成された磁石挿入孔に挿入され、該ヨークにおける磁石挿入孔の径方向内側部と離間して配置されるとともに該ヨークにおける磁石挿入孔の径方向外側部に当接しており、前記磁石挿入孔には、前記回転軸の軸方向一端側の開口部から前記永久磁石の前記軸方向一端側の端部まで樹脂が充填され、前記回転子には、前記永久磁石が挿入される前記磁石挿入孔と前記貫通孔との間に該磁石挿入孔に対して樹脂を充填するための孔は形成されておらず、該磁石挿入孔の開口部から該磁石挿入孔に対して樹脂が充填されていること、を要旨とする。

上記構成によれば、部品点数の増加及び構造の複雑化による組付け工程の煩雑化、或いは接着剤の塗布、（永久磁石の）挿入・位置決め、及び硬化といった工数の増加を招くことなく、容易且つ確実に永久磁石をヨークに固定することができる。その結果、永久磁石の組付け工程を簡略化して効果的に低コスト化を図ることができるようになる。

請求項２に記載の発明は、複数のフィン部が形成されるとともに前記回転子と同軸配置されたインペラを有し、該インペラは前記回転子と一体に樹脂成形されてなること、を要旨とする。

上記構成によれば、ポンプ装置への組付け工数及び部品点数を削減することができ、これにより効果的に低コスト化を図ることができるようになる。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の永久磁石埋め込み型モータを備えたポンプ装置であること、を要旨とする。

上記構成によれば、組付け容易、且つ効果的に低コスト化を図ることの可能なポンプ装置を提供することができる。
請求項４に記載の発明は、複数の永久磁石が埋設されてなる回転子を備え、前記回転子は、前記永久磁石及び該永久磁石の磁束経路が形成されるヨークを挿入体として一体に樹脂成形されてなり、前記回転子にはその軸心を貫通し回転軸が挿通される貫通孔が形成され、前記樹脂成形されてなる回転子において、前記永久磁石は、前記ヨークの前記回転軸の軸方向両側に貫通するように形成された磁石挿入孔に挿入され、該ヨークにおける磁石挿入孔の径方向内側部と離間して配置されるとともに該ヨークにおける磁石挿入孔の径方向外側部に当接しており、前記磁石挿入孔には、前記回転軸の軸方向一端側の開口部から前記永久磁石の前記軸方向一端側の端部まで樹脂が充填され、前記回転子には、前記永久磁石が挿入される前記磁石挿入孔と前記貫通孔との間に該磁石挿入孔に対して樹脂を充填するための孔は形成されておらず、該磁石挿入孔の開口部から該磁石挿入孔に対して樹脂が充填される永久磁石埋め込み型モータの製造方法であって、前記ヨークに形成された前記磁石挿入孔に前記永久磁石を挿入し、成形用金型に形成された位置決めピンにより前記永久磁石を位置決めした状態で、該永久磁石及び前記ヨークを挿入体として前記回転子を一体に樹脂成形すること、を要旨とする。
上記構成によれば、部品点数の増加及び構造の複雑化による組付け工程の煩雑化、或いは接着剤の塗布、（永久磁石の）挿入・位置決め、及び硬化といった工数の増加を招くことなく、容易且つ確実に永久磁石をヨークに固定することができる。その結果、永久磁石の組付け工程を簡略化して効果的に低コスト化を図ることができるようになる。
請求項５に記載の発明は、前記位置決めピンは、成形樹脂の射出方向と対向する位置にある成形用金型の底部から反射出方向に向かって立設され、成形樹脂の射出圧によって前記磁石挿入孔における永久磁石が前記ヨークにおける磁石挿入孔の径方向内側部と離間するとともに該ヨークにおける磁石挿入孔の径方向外側部に当接するように、磁石挿入孔に挿入された永久磁石の前記軸方向他端側の端面に位置決めピンを接触させること、を要旨とする。

本発明によれば、組付け容易、且つ効果的に低コスト化を図ることが可能な永久磁石埋め込み型モータ、ポンプ装置、及び永久磁石埋め込み型モータの製造方法を提供することができる。

以下、本発明をポンプ装置（ウォーターポンプ）用の永久磁石埋め込み型モータに具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示すように、本実施形態のモータ１は、複数の永久磁石２が埋設された回転子３を有する永久磁石埋め込み（IPM:Interior Parmanent Magnet）型モータである。回転子３の外側には、三相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）のモータコイル（図示略）を備えた固定子４が設けられており、各モータコイルへの通電によって回転子３の周囲には回転磁界が形成される。そして、回転子３は、その永久磁石２の界磁磁束と上記回転磁界との関係により回転するようになっている。

図２に示すように、回転子３は、永久磁石２の磁束経路が形成されるヨーク５を有しており、同ヨーク５には各永久磁石２が挿入される磁石挿入孔６が形成されている。尚、本実施形態では、ヨーク５は、磁性鋼鈑を積層することにより形成されている。また、回転子３は４個の永久磁石２を有しており、ヨーク５には、これら各永久磁石２に対応する４つの磁石挿入孔６がその周方向に沿って等間隔（９０°間隔）に形成されている。そして、本実施形態では、回転子３は、これら各永久磁石２及びヨーク５を挿入体としたインサート成形（射出成形）により一体に樹脂成形されている。尚、本実施形態では、成形樹脂にはＰＰＳ（Poly Phenylene Sulfide）が採用されている。

詳述すると、図３に示すように、ヨーク５は、その各磁石挿入孔６に永久磁石２が挿入された状態で成形用金型７内に配置される。本実施形態では、成形用金型７には、同成形用金型７内にヨーク５及び永久磁石２が配置された状態において、各磁石挿入孔６に挿入されて各永久磁石２に接する複数の位置決めピン８が設けられている（図４参照）。尚、本実施形態では、各位置決めピン８は、成形樹脂の射出方向と対向する位置にある成形用金型７の底部７ａから反射出方向（ヨーク５の軸線方向、図３中右方向）に向かって立設されている。そして、各永久磁石２は、これらの各位置決めピン８により位置決めされた状態でヨーク５とともに一体に樹脂成形され、これにより回転子３が形成されるようになっている。

また、図２に示すように、モータ１は、複数のフィン部１１が形成されたインペラ１２を有するウォーターポンプ用モータであり、本実施形態では、インペラ１２は、回転子３とともに一体に樹脂成形されている。詳述すると、インペラ１２は、円盤状に形成されており（図５参照）、各フィン部１１はインペラ１２の片側の面（回転子３と反対側の面）に螺旋状に形成・配設されている。そして、インペラ１２は、回転子３と同軸となるように柱状の接続部１３を介して同回転子３と接続されている。

本実施形態では、回転子３、接続部１３及びインペラ１２には、その軸心を貫通する貫通孔１４が形成されており、これら各部材は、ポンプ装置（ウォーターポンプ）１５において、その貫通孔１４内に挿通された回転軸１６により回転可能に軸支される。そして、ポンプ室１７内に配置されたインペラ１２が回転子３とともに一体回転することにより、流入口１８から同ポンプ室１７内に流入する流体を吐出口１９からその外部へと圧送するようになっている。

以上、本実施形態によれば、以下のような特徴を得ることができる。
（１）回転子３は、各永久磁石２及びヨーク５を挿入体としたインサート成形（射出成形）により一体に樹脂成形されてなる。このような構成とすれば、部品点数の増加及び構造の複雑化による組付け工程の煩雑化、或いは接着剤の塗布、（永久磁石の）挿入・位置決め、及び硬化といった工数の増加を招くことなく、容易且つ確実に永久磁石２をヨーク５に固定することができる。その結果、永久磁石２の組付け工程を簡略化して効果的に低コスト化を図ることができるようになる。

（２）ヨーク５は、その各磁石挿入孔６に永久磁石２が挿入された状態で成形用金型７内に配置される。そして、各永久磁石２は、成形用金型７により位置決めされた状態でヨーク５とともに一体に樹脂成形される。このような構成とすれば、各永久磁石２の固定位置の精度を向上させることができ、その結果、各永久磁石２の固定位置のアンバランスによるトルクリップルの発生等を防止して円滑な回転子３の回転を実現することができるようになる。

（３）成形用金型７は、同成形用金型７内にヨーク５及び永久磁石２が配置された状態において、各磁石挿入孔６に挿入されて各永久磁石２に接する複数の位置決めピン８を備える。そして、各位置決めピン８は、成形樹脂の射出方向と対向する位置にある成形用金型７の底部７ａから反射出方向に向かって立設される。このような構成とすれば、各永久磁石２が成形樹脂の射出圧により各位置決めピン８に押し付けられることで、磁石挿入孔６内における該各永久磁石２の配置位置が安定する。従って、その配置精度を一層向上させることができるようになる。

（４）モータ１は、複数のフィン部１１が形成されたインペラ１２を有し、該インペラ１２は、回転子３とともに一体に樹脂成形される。このような構成とすれば、ポンプ装置への組付け工数及び部品点数を削減することができ、これにより効果的に低コスト化を図ることができるようになる。

なお、本実施形態は以下のように変更してもよい。
・本実施形態では、ヨーク５は、磁性鋼鈑を積層することにより形成されることしたが、磁性粉体により形成される（圧縮・焼結等）こととしてもよい。

・本実施形態では、回転子３は４個の永久磁石２を有することとしたが、その数は４個に限るものではなく、またその形状も限定されない。
・本実施形態では、本発明をポンプ装置（ウォーターポンプ）用のモータ１に限定したが、これに限らずその他の用途に用いられるモータに適用してもよい。また、必ずしも回転子３をインペラ１２とともに一体成形する必要はなく、回転子３のみを樹脂成形する構成としてもよい。

・本実施形態では、回転子３、接続部１３及びインペラ１２には、その軸心を貫通する貫通孔１４が形成されることとしたが、こうした貫通孔１４は形成しなくともよい。
・本実施形態では、特に言及しなかったが、各位置決めピン８は、成形樹脂の射出圧によって磁石挿入孔６における各永久磁石２の片寄りが均等となるように構成してもよい。即ち、図６に示すように、磁石挿入孔６における各永久磁石２の片寄りを積極的に作り出し、その片寄りを均一化することで、各永久磁石２の固定位置のアンバランスによるトルクリップルの発生等を防止して円滑な回転子３の回転を実現することができるようになる。尚、こうした構成は、同図に示すように、各位置決めピン８の各永久磁石２に対する接触中心Ｐ０を該各永久磁石２の接触面中心（接触面の中心）Ｐ１からずらす（各位置決めピン８の接触面が湾曲形状である場合）、或いは各永久磁石２に対する各位置決めピン８の接触面を周方向に対して所定角度をなす方向に傾斜させる等により、容易に具現化することができる。

次に、本実施形態から把握することができる技術的思想を記載する。
ヨークに形成された複数の磁石挿入孔に永久磁石をそれぞれ挿入し、成形用金型に形成された位置決めピンにより前記各永久磁石を位置決めした状態で、該各永久磁石及び前記ヨークを挿入体として永久磁石埋め込み型モータの回転子を一体に樹脂成形する回転子の製造方法。

モータの概略構成を模式的に示す断面図。モータ及びポンプ装置の概略構成を模式的に示す断面図。ヨーク及び永久磁石が配置された成形用金型の断面図。成形用金型の部分断面図。インペラの平面図。別例の成形用金型及びその成形方法を示す説明図。

符号の説明

１…モータ、２…永久磁石、３…回転子、５…ヨーク、６…磁石挿入孔、７…成形用金型、８…位置決めピン、１１…フィン部、１２…インペラ、１５…ポンプ装置、Ｐ０…接触中心、Ｐ１…接触面中心。

Claims

複数の永久磁石が埋設されてなる回転子を備えた永久磁石埋め込み型モータであって、
前記回転子は、前記永久磁石及び該永久磁石の磁束経路が形成されるヨークを挿入体として一体に樹脂成形されてなり、
前記回転子にはその軸心を貫通し回転軸が挿通される貫通孔が形成され、
前記樹脂成形されてなる回転子において、前記永久磁石は、前記ヨークの前記回転軸の軸方向両側に貫通するように形成された磁石挿入孔に挿入され、該ヨークにおける磁石挿入孔の径方向内側部と離間して配置されるとともに該ヨークにおける磁石挿入孔の径方向外側部に当接しており、
前記磁石挿入孔には、前記回転軸の軸方向一端側の開口部から前記永久磁石の前記軸方向一端側の端部まで樹脂が充填され、
前記回転子には、前記永久磁石が挿入される前記磁石挿入孔と前記貫通孔との間に該磁石挿入孔に対して樹脂を充填するための孔は形成されておらず、該磁石挿入孔の開口部から該磁石挿入孔に対して樹脂が充填されていること、を特徴とする永久磁石埋め込み型モータ。
請求項１に記載の永久磁石埋め込み型モータにおいて、
複数のフィン部が形成されるとともに前記回転子と同軸配置されたインペラを有し、該インペラは前記回転子と一体に樹脂成形されてなること、
を特徴とする永久磁石埋め込み型モータ。
請求項１又は請求項２に記載の永久磁石埋め込み型モータを備えたポンプ装置。
複数の永久磁石が埋設されてなる回転子を備え、
前記回転子は、前記永久磁石及び該永久磁石の磁束経路が形成されるヨークを挿入体として一体に樹脂成形されてなり、
前記回転子にはその軸心を貫通し回転軸が挿通される貫通孔が形成され、
前記樹脂成形されてなる回転子において、前記永久磁石は、前記ヨークの前記回転軸の軸方向両側に貫通するように形成された磁石挿入孔に挿入され、該ヨークにおける磁石挿入孔の径方向内側部と離間して配置されるとともに該ヨークにおける磁石挿入孔の径方向外側部に当接しており、
前記磁石挿入孔には、前記回転軸の軸方向一端側の開口部から前記永久磁石の前記軸方向一端側の端部まで樹脂が充填され、
前記回転子には、前記永久磁石が挿入される前記磁石挿入孔と前記貫通孔との間に該磁石挿入孔に対して樹脂を充填するための孔は形成されておらず、該磁石挿入孔の開口部から該磁石挿入孔に対して樹脂が充填される永久磁石埋め込み型モータの製造方法であって、
前記ヨークに形成された前記磁石挿入孔に前記永久磁石を挿入し、成形用金型に形成された位置決めピンにより前記永久磁石を位置決めした状態で、該永久磁石及び前記ヨークを挿入体として前記回転子を一体に樹脂成形する永久磁石埋め込み型モータの製造方法。
請求項４に記載の永久磁石埋め込み型モータの製造方法において、
前記位置決めピンは、成形樹脂の射出方向と対向する位置にある成形用金型の底部から反射出方向に向かって立設され、成形樹脂の射出圧によって前記磁石挿入孔における永久磁石が前記ヨークにおける磁石挿入孔の径方向内側部と離間するとともに該ヨークにおける磁石挿入孔の径方向外側部に当接するように、磁石挿入孔に挿入された永久磁石の前記軸方向他端側の端面に位置決めピンを接触させる永久磁石埋め込み型モータの製造方法。