JP5103000B2 - ロータコアのマグネットモールド方法およびその治具 - Google Patents

Description

本発明はマグネット材をロータコアにモールドする際に発生するロータコアの変形を防止するロータコアのマグネットモールド方法およびその治具に関する。

プレスによって打ち抜き形成した鉄心片を積層したロータコアの周囲に形成された複数のマグネット孔にマグネット材を挿入し、このマグネット材をモールド樹脂にて固定する方法が知られている。
例えば、特許文献１に記載されているように、金型内にセットしたロータコアに対して外部から溶融した樹脂をマグネット孔とマグネット材との隙間に効率よく注入させるため、溶融した樹脂に一定の圧力を加えながら樹脂を隙間に注入している。
更に、具体的には、図５（Ａ）に示すように、ロータコア５０を上型５１および下型５２内に挟んだ状態で、上型５１に設けられている樹脂溜部５３に溜まっている樹脂５４をプランジャ５５を用いて押し出して、図５（Ｂ）に示すマグネット孔５６に注入することが行われている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００２−３４１８７号公報（図６） 特許３７８６９４６号公報

しかしながら、マグネット孔５６とマグネット材５７との隙間に注入された樹脂５４は隙間内で様々な方向に圧力を伝播させるために、図５（Ｃ）に点線で示すように、ロータコア５０の変形５８が発生している。この変形はマグネット孔５６の位置がロータコア５０の外周端部に近いこともあり、ロータコア５０の外周側に発生することが多い。特にマグネット孔５６とロータコア５０外周端部との間の肉薄部分は剛性が低いために変形が顕著であり、ロータコア５０に変形があると外側のステータとの間の隙間が均一でなくなり、更には運転中にステータにロータが接触する等の問題が発生する。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、マグネット孔にマグネット材を樹脂封止する際に、ロータコアの変形が極めて低いロータコアのマグネットモールド方法およびその治具を提供することを目的とする。

前記目的に沿う第１の発明に係るロータコアのマグネットモールド方法は、鉄心片を積層して形成され、中央には軸孔を備えたロータコアの周囲に形成された複数のマグネット孔にマグネット材をそれぞれ挿入した後、上型および下型の間に挟んだ状態で、モールド樹脂を前記マグネット孔に注入して前記マグネット材を固定するロータコアのマグネットモールド方法において、
前記ロータコアをリング部材中に入れて外側から拘束した状態で前記モールド樹脂を圧入し、前記ロータコアの軸孔にポール部材を入れて半径方向内側からも拘束しており、
しかも、前記ポール部材は、前記ロータコアより熱膨張係数の大きい材料で構成されている。

これによって、ロータコアの外形を保持した状態でモールドされ、モールド中にマグネット孔に圧力がかかっても、ロータコアが外側に膨張することはない。モールド樹脂が硬化すると外側への圧力はなくなるので、リング部材を除去してもロータコアの半径方向外側への変形はない。
なお、ここで、マグネット材は一般的に無着磁の状態でマグネット孔に挿入される。

また、第１の発明方法は、前記ロータコアの軸孔にポール部材を入れて半径方向内側からも拘束している。
これによって半径方向内側への変形も防止される。

そして、前記ポール部材は、前記ロータコアより熱膨張係数の大きい材料で構成されている。これによって、モールド時（即ち、加熱時）に膨張しロータコアの軸孔に正確に合致するか、または、ロータコアを僅かに内側から加圧してモールド時の変形を防止する。

第２の発明に係るロータコアのマグネットモールド方法は、第１の発明方法において、前記ポール部材の外径はモールド時に前記ロータコアの軸孔径と同一径となるように形成されている。ここで、同一径はその誤差がロータコアの軸孔径を基準として、ポール部材の外径が０μｍ〜＋１０μｍ程度の誤差を含んで両者が同一径であることをいう。

第３の発明に係るロータコアのマグネットモールド方法は、第１、第２の発明方法において、前記リング部材は前記ロータコアより熱膨張係数の小さい材料で構成されている。これによってモールド時にロータコアに保持力または圧縮力がかかる。

第４の発明に係るロータコアのマグネットモールド方法は、第３の発明方法において、前記リング部材の内径はモールド時に前記ロータコアの外径と同一径となるように形成されている。ここで、同一径とはロータコアの外径を基準にしてリング部材の内径が−１０μｍ〜０μｍの範囲であることをいう。

第５の発明に係るロータコアのマグネットモールド方法は、第１、第２の発明方法において、前記リング部材は外側リング材と、該外側リング材に密着固定され円周方向に隙間を有して複数に分割された内側リング材とを有している。

第６の発明に係るロータコアのマグネットモールド方法は、第５の発明方法において、前記外側リング材は、前記ロータコアより熱膨張係数の小さい材料または同等の材料で形成され、前記内側リング材は前記ロータコアより熱膨張係数の大きい材料または同等の材料で形成されている。

第７の発明に係るロータコアのマグネットモールド治具は、鉄心片を積層して形成され、中央には軸孔を備えたロータコアの周囲に形成された複数のマグネット孔にマグネット材をそれぞれ挿入した後、上型および下型の間に挟んだ状態で、モールド樹脂を前記マグネット孔に注入して前記マグネット材を固定するロータコアのマグネットモールド治具であって、
モールド時にその内径が前記ロータコアの外径と同一であって、しかも該ロータコアより熱膨張係数の小さい材料からなるリング部材と、その外径がモールド時に前記軸孔の直径と同一かまたは僅少の範囲で大きく、常温時には前記軸孔の直径より小さくて、前記ロータコアより熱膨張係数が大きい材料からなるポール部材とを有する。

第８の発明に係るロータコアのマグネットモールド治具は、鉄心片を積層して形成され、中央には軸孔を備えたロータコアの周囲に形成された複数のマグネット孔にマグネット材をそれぞれ挿入した後、上型および下型の間に挟んだ状態で、モールド樹脂を前記マグネット孔に注入して前記マグネット材を固定するロータコアのマグネットモールド治具であって、
（１）前記ロータコアより熱膨張係数の大きい材料で構成され、モールド時にの前記ロータコアの軸孔径と同一径となるようにその外径が形成されて前記軸孔に挿通されるポール部材と、
（２）前記ロータコアを囲繞し、前記ロータコアより熱膨張係数の小さい材料または同等の材料で形成された外側リング材と、該外側リングの内側にあって、前記ロータコアより熱膨張係数の大きい材料または同等の材料で形成され、モールド時には前記ロータコアの外径と同一径となるようにその内径が形成されている内側リング材を備えたリング部材とを有し、しかも、前記内側リング材は円周方向に一定の隙間を持って複数に分割されている。

請求項１〜６記載のロータコアのマグネットモールド方法においては、ロータコアをリング部材中に入れて外側から拘束した状態でモールド樹脂を圧入するので、樹脂封入時の圧力によるロータコアの外側への変形を防止できる。
このロータコアのマグネットモールド方法においては、更にロータコアの軸孔にポール部材を入れて半径方向内側から拘束しているので、ロータコアを半径方向内外から拘束してその変形を防止できる。

また、ポール部材は、ロータコアより熱膨張係数の大きい材料で構成されているので、モールド時にロータコアの軸孔に合致して軸孔拘束を行うことができる。
更に、請求項２記載のロータコアのマグネットモールド方法において、ポール部材はモールド時にロータコアの軸孔径と同一径となるように形成されているので、モールド時より低い温度でポール部材の挿入および取り出しが容易となり、作業性が増す。

請求項３記載のロータコアのマグネットモールド方法においては、リング部材はロータコアより熱膨張係数の小さい材料で構成されているので、モールド時にリング部材が緩むことなく、ロータコアの外側変形を防止できる。
そして、請求項４記載のロータコアのマグネットモールド方法は、リング部材はモールド時にロータコアの外径と同一径となるように形成されているので、モールド時より低い温度（例えば、常温またはそれよりやや高い温度）でのリング部材のロータコアへの装着またはロータコアからの脱着が容易となる。

請求項５記載のロータコアのマグネットモールド方法においては、リング部材は外側リング材と、外側リング材に密着固定され円周方向に隙間を有して複数に分割された内側リング材とを有しているので、内側リング材の各分割片が円周方向に自由に伸びることができ、これによって、熱膨張によって、外側リング材を基準にして内側リング材が内側に伸びて、ロータコアの保持を行う。

請求項６記載のロータコアのマグネットモールド方法においては、外側リング材は、ロータコアより熱膨張係数の小さい材料または同等の材料で形成され、内側リング材はロータコアより熱膨張係数の大きい材料または同等の材料で形成されているので、温度上昇によって、内側リング部材は確実に半径方向内側に伸びてロータコアを拘束する。

請求項７記載のロータコアのマグネットモールド治具は、モールド時にその内径がロータコアの外径と同一であって、しかもロータコアより熱膨張係数の小さい材料からなるリング部材と、その外径がモールド時に軸孔の直径と同一かまたは僅少の範囲で大きく、常温時には軸孔の直径より小さくて、ロータコアより熱膨張係数が大きい材料からなるポール部材とを有するので、リング部材とポール部材が協同してロータコアを拘束し、モールド時のロータコアの変形を防止する。

請求項８記載のロータコアのマグネットモールド治具は、（１）ロータコアより熱膨張係数の大きい材料で構成され、モールド時にロータコアの軸孔径と同一径となるようにその外径が形成されて軸孔に挿通されるポール部材と、（２）ロータコアを囲繞し、ロータコアより熱膨張係数の小さい材料または同等の材料で形成された外側リング材と、外側リングの内側にあって、ロータコアより熱膨張係数の大きい材料または同等の材料で形成され、モールド時にはロータコアの外径と同一径となるようにその内径が形成されている内側リング材を備えたリング部材とを有し、しかも、内側リング材は円周方向に一定の隙間を持って複数に分割されているので、モールド時のロータコアを半径方向内側と半径方向外側から保持でき、ロータコアの内側および外側の変形を防止できる。
そして、内側リング材は円周方向に一定の隙間を持って複数に分割されているので、モールド時に外側リング材を基準にして内側リング材が膨張し、より積極的にロータコアを拘束してその変形を防止できる。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態に係るロータコアのマグネットモールド方法およびその治具について説明する。
ここに、図１は本発明の第１の実施の形態に係るロータコアのマグネットモールド方法の説明図、図２は同方法に使用する治具を構成するポール部材とリング部材の平面図、図３は同断面図、図４は本発明の第２の実施の形態に係るロータコアのマグネットモールド方法の説明図である。

本発明の第１の実施の形態に係るロータコアのマグネットモールド方法は、図１に示すように、打ち抜き形成した鉄心片１０をかしめ積層して形成され、中央に軸孔１１を、周囲に複数のマグネット孔１２を有したロータコア１３に、未磁化のマグネット材１４を入れて、樹脂封止する場合に、ロータコア１３の変形を防止することを目的とするものである。この方法に使用する治具は、ロータコア１３の軸孔１１に挿入しロータコア１３を半径方向内側から拘束するポール部材１５と、ロータコア１３をその中に入れてロータコア１３を外側から拘束するリング部材１６と、これらを載置するベース部材１６ａとを有している。

ポール部材１５は、ロータコア１３より熱膨張係数の大きい材料（例えば、真鍮、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス鋼）で構成され、常温ではロータコア１３の軸孔１１の内径よりその直径（外径）が小さくなっているが、モールド時の温度条件下（１７０〜２００℃）では、ロータコア１３の軸孔１１の直径と同一径となるようにその直径が決められている。なお、モータコアの熱膨張係数は１１×１０^-6／Ｋ、真鍮は２０．５×１０^-6／Ｋ、アルミニウムは２３×１０^-6／Ｋ、ステンレス（ＳＵＳ３０４）は１７×１０^-6／Ｋである。
また、図２、図３に示すように、この実施の形態においては、軸孔１１には対となる線状突起１７、１８が設けられているので、ポール部材１５にはこの線状突起１７、１８が遊嵌する溝１９、２０が設けられているとともに、全長はロータコア１３の高さより高く、更には取り出し用のボルトを螺合させる雌ねじ穴２１、２２が上面に設けられている。

一方、リング部材１６は二重リング構造となっており、ロータコア１３より熱膨張係数の小さい材料（例えば、アンバー、インバー）または同等の材料で形成された厚みが１０〜２０ｍｍの範囲にある外側リング材２３と、外側リング材２３の内側にあって、ロータコア１３より熱膨張係数の大きい材料（例えば、真鍮、アルミニウム、銅、ステンレス）または同等の材料（例えば、炭素鋼）で形成されて、例えば、０．１〜０．３ｍｍの隙間２４を有して円周方向に複数（この実施の形態では８）に分割された分割片２５（厚みは１０〜２０ｍｍの範囲にある）からなる内側リング材２６とを有している。それぞれの分割片２５には上に雌ねじ孔２７、下に丸孔２８が設けられて、外側リング材２３の上部をボルト２９で止め、下部は外側リング材２３にねじ込まれる止めねじ３０が設けられて、内側の丸孔２８に隙間を有して嵌入している。
ベース部材１６ａは炭素鋼またはステンレス材からなって、ポール部材１５はベース部材１６ａに固定されて、外側リング材２３は半径方向に微小の範囲で伸縮可能に例えば長孔等を介して取付けられている。

組み立てた状態のリング部材１６において、内部にロータコア１３を入れてモールド時の温度に両者を昇温した場合、内側リング材２６の内径が、ロータコア１３の外径と同一径となるように、外側リング材２３および内側リング材２６を構成する各分割片２５の厚みが決定されている。従って、常温またはこの常温より少し温度が高い状態では、ロータコア１３とリング部材１６との間に僅少の隙間があるので、リング部材１６へのロータコア１３の挿入およびリング部材１６からロータコア１３の取り出しが容易に成しえるようになっている。

この状態で、ロータコア１３を下型および上型の間に挟んでモールド樹脂を圧入する場合、ロータコア１３の軸孔１１はポール部材１５で、ロータコア１３の外側はリング部材１６で強固に支持されているので、モールド樹脂の圧入によるロータコア１３の変形は生じないことになる。なお、前記実施の形態において、外側リング材２３を鉄（炭素鋼）によって形成し、内側リング材２６を構成する各分割片２５を熱膨張係数の大きい材料で構成しても、ロータコア１３は強固な支持を得られる。
この実施の形態においては、モールド時にリング部材１６の内径とロータコア１３の外径が同一になるように、外側リング材２３の内径を決定しているが、リング部材１６がロータコア１３を外側から押圧するように外側リング材２３の内径（即ち、内側リング材２６の内径、厚み）を決めることもできる。

続いて、図４に示す本発明の第２の実施の形態に係るロータコアのマグネットモールド方法について説明する。
図４に示すように、この実施の形態においては、ベース部材３２の中央にポール部材３３が、その周囲にリング部材３４が配置されている。
ポール部材３３は、ロータコア１３より熱膨張係数の大きい材料（例えば、真鍮、アルミニウム、ステンレス、銅等）で構成され、リング部材３４はロータコア１３より熱膨張係数の小さい材料（例えば、アンバー（鉄ニッケル合金）、インバー）を使用する。

ポール部材３３はモールド時の温度条件下（１７０℃〜２００℃）において、その外径がロータコア１３の軸孔１１の内径と同一か＋１０μｍ程度の範囲で大きくなるようにする。この場合、仮に直径５２ｍｍのポール部材３３を真鍮で構成すると、常温３０℃から１７０℃までの、寸法変化Δｄａは、５２ｍｍ×２０．５×１０^-6×１４０であるので、約１５０μｍとなる。一方、ロータコア１３の軸孔１１の内径の寸法変化Δｄｂは、５２ｍｍ×１１×１０^-6×１４０であるので、８０μｍとなり、真鍮製のポール部材３３の方が温度変化が大きく、温度が低い場合にはポール部材３３が軸孔１１に遊嵌することになる。

次に、リング部材３４は厚みが１０〜２０ｍｍとなって、仮にロータコア１３の直径が１３０ｍｍ（常温、３０℃）とすると、その内径はモールド時で、ロータコア１３の外径と０〜−１０μｍの範囲で同一径となっている。ロータコア１３は３０℃から１７０°に上昇すると、直径が１３０ｍｍ×１１×１０^-6×１４０であるので、約２００μｍ拡径し、リング部材３４の内径は１３０ｍｍ×（１〜２）×１０^-6×１４０であるので、１８〜３６μｍ程度しか拡径しない。従って、モールド時の温度でリング部材３４とロータコア１３の寸法を合わせると常温ではロータコア１３はリング部材３４に充分な隙間を有して遊嵌することになる。

従って、以上の寸法となったポール部材３３とリング部材３４がベース部材３２上に固定配置されている。なお、ベース部材３２をアンバー等の熱膨張係数の小さい材料で構成すれば、リング部材３４はベース部材３２に固着されていてもよいが、ベース部材が鉄等のように熱膨張係数の比較的大きい材料で構成する場合には、リング部材３４が僅少の範囲で半径方向に移動できるように、ベース部材３２に取付ける必要がある。

ロータコア１３をリング部材３４中に入れ、かつポール部材３３を軸孔１１に装着しておいた状態で加熱し、樹脂封止を行うと樹脂の封止圧力によって、ロータコア１３が変形しない。モールド樹脂が硬化すると、樹脂圧は生じないので、ロータコア１３はそのままの状態を保持でき、温度降下によって縮径してリング部材３４から容易に抜くことができる。

前記実施の形態においては、具体的に形状や寸法を特定して説明したが、本発明の要旨を変更しない範囲で、その形状および寸法は変更することができる。

本発明の第１の実施の形態に係るロータコアのマグネットモールド方法の説明図である。 同方法に使用する治具を構成するポール部材とリング部材の平面図である。 同断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係るロータコアのマグネットモールド方法の説明図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は従来例に係るロータコアのマグネットモールド方法の説明図である。

１０：鉄心片、１１：軸孔、１２：マグネット孔、１３：ロータコア、１４：マグネット材、１５：ポール部材、１６：リング部材、１６ａ：ベース部材、１７、１８：線状突起、１９、２０：溝、２１、２２：雌ねじ穴、２３：外側リング材、２４：隙間、２５：分割片、２６：内側リング材、２７：雌ねじ孔、２８：丸孔、２９：ボルト、３０：止めねじ、３２：ベース部材、３３：ポール部材、３４：リング部材

Claims (8)

1. 鉄心片を積層して形成され、中央には軸孔を備えたロータコアの周囲に形成された複数のマグネット孔にマグネット材をそれぞれ挿入した後、上型および下型の間に挟んだ状態で、モールド樹脂を前記マグネット孔に注入して前記マグネット材を固定するロータコアのマグネットモールド方法において、
   前記ロータコアをリング部材中に入れて外側から拘束した状態で前記モールド樹脂を圧入し、前記ロータコアの軸孔にポール部材を入れて半径方向内側からも拘束しており、
   しかも、前記ポール部材は、前記ロータコアより熱膨張係数の大きい材料で構成されていることを特徴とするロータコアのマグネットモールド方法。
2. 請求項１記載のロータコアのマグネットモールド方法において、前記ポール部材の外径はモールド時に前記ロータコアの軸孔径と同一径となるように形成されていることを特徴とするロータコアのマグネットモールド方法。
3. 請求項１または２記載のロータコアのマグネットモールド方法において、前記リング部材は前記ロータコアより熱膨張係数の小さい材料で構成されていることを特徴とするロータコアのマグネットモールド方法。
4. 請求項３記載のロータコアのマグネットモールド方法において、前記リング部材の内径はモールド時に前記ロータコアの外径と同一径となるように形成されていることを特徴とするロータコアのマグネットモールド方法。
5. 請求項１または２記載のロータコアのマグネットモールド方法において、前記リング部材は外側リング材と、該外側リング材に密着固定され円周方向に隙間を有して複数に分割された内側リング材とを有していることを特徴とするロータコアのマグネットモールド方法。
6. 請求項５記載のロータコアのマグネットモールド方法において、前記外側リング材は、前記ロータコアより熱膨張係数の小さい材料または同等の材料で形成され、前記内側リング材は前記ロータコアより熱膨張係数の大きい材料または同等の材料で形成されていることを特徴とするロータコアのマグネットモールド方法。
7. 鉄心片を積層して形成され、中央には軸孔を備えたロータコアの周囲に形成された複数のマグネット孔にマグネット材をそれぞれ挿入した後、上型および下型の間に挟んだ状態で、モールド樹脂を前記マグネット孔に注入して前記マグネット材を固定するロータコアのマグネットモールド治具であって、
   モールド時にその内径が前記ロータコアの外径と同一であって、しかも該ロータコアより熱膨張係数の小さい材料からなるリング部材と、その外径がモールド時に前記軸孔の直径と同一かまたは僅少の範囲で大きく、常温時には前記軸孔の直径より小さくて、前記ロータコアより熱膨張係数が大きい材料からなるポール部材とを有することを特徴とするロータコアのマグネットモールド治具。
8. 鉄心片を積層して形成され、中央には軸孔を備えたロータコアの周囲に形成された複数のマグネット孔にマグネット材をそれぞれ挿入した後、上型および下型の間に挟んだ状態で、モールド樹脂を前記マグネット孔に注入して前記マグネット材を固定するロータコアのマグネットモールド治具であって、
   （１）前記ロータコアより熱膨張係数の大きい材料で構成され、モールド時に前記ロータコアの軸孔径と同一径となるようにその外径が形成されて前記軸孔に挿通されるポール部材と、
   （２）前記ロータコアを囲繞し、前記ロータコアより熱膨張係数の小さい材料または同等の材料で形成された外側リング材と、該外側リングの内側にあって、前記ロータコアより熱膨張係数の大きい材料または同等の材料で形成され、モールド時には前記ロータコアの外径と同一径となるようにその内径が形成されている内側リング材を備えたリング部材とを有し、しかも、前記内側リング材は円周方向に一定の隙間を持って複数に分割されていることを特徴とするロータコアのマグネットモールド治具。

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