JP5708745B2 - 内包磁石型モータ用ロータの製造装置およびその製造方法 - Google Patents
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- Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
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Description
(1)本発明の内包磁石型モータ用ロータの製造装置は、回転中心の周囲に複数均等に配設されたスロットを有するロータコアを収容する収容部と、該収容部の周囲に複数均等に配設され該スロットへ印加する配向磁場を誘導する配向ヨークと、該配向ヨークの周囲に配設され該配向磁場の起磁源である配向磁場源とを備え、異方性磁石粒子とバインダ樹脂からなる異方性ボンド磁石が該ロータコアのスロット内に充填成形されることにより該配向ヨークの配置に対応した磁極が形成され得る内包磁石型モータ用ロータの製造装置であって、前記収容部は、前記ロータコアの外周面を囲繞し前記充填成形の際に該外周面に当接し得る一体的に連続した内周面を有すると共に磁気抵抗の小さい透磁部と該透磁部よりも磁気抵抗の大きい蔽磁部とが周方向に交互に均等に配設された筒状金型からなり、前記配向ヨークは、前記筒状金型の透磁部から拡径方向へ延在していることを特徴とする。なお、本明細書では適宜、内包磁石型モータ用ロータを単に「ロータ」といい、内包磁石型モータ用ロータの製造装置を単に「ロータ製造装置」という。
本発明は、上述した製造装置としてのみならず、その製造装置を用いた内包磁石型モータ用ロータの好適な製造方法としても把握できる。すなわち本発明は、上述した製造装置を用いた内包磁石型モータ用ロータの製造方法であって、前記筒状金型の収容部内に前記ロータコアを緩挿して収容する収容工程と、該収容部に収容された該ロータコアのスロット内に前記配向磁場を印加しつつ前記異方性磁石粒子と前記バインダ樹脂の混合物を加圧充填して、前記筒状金型の透磁部の近傍で該筒状金型の内周面と該ロータコアの外周面を少なくとも一時的に密接させる充填工程と、該充填工程後のロータコアを該収容部から取り出す取出工程と、を備えることを特徴とする内包磁石型モータ用ロータの製造方法としても把握できる。
(1)本明細書でいうモータには、特に断らない限り、電動機の他に発電機(ジェネレータ)も含まれる。また、本明細書でいう内包磁石型モータには、固定子に設けたコイル(電機子巻線)へ供給する交流電流の周波数に同期して回転数が変化する本来的な同期機の他、ホール素子、ロータリエンコーダ、レゾルバ等の検出手段により検出されたロータの位置に基づいて固定子側に回転磁界を生じさせるブラシレス直流(DC)モータ等も含まれる。ちなみに、ブラシレスDCモータは、インバータに供給する直流電圧を変化させて回転数を変化させ得るので、通常の直流モータと同様に制御性に優れる。
(1)本発明に係る筒状金型は、ロータコアの外周面を囲繞する一体的に連続した内周面を有する。この筒状金型は、その内周側の形状がロータコアの外周面に沿った形状をしていれば足り、具体的な形状までは問わない。例えば、内周側の形状は、円筒形状の他、星型形状または花びら型形状等の異形状でもよい。
配向ヨークは、筒状金型の外周囲に複数均等に配設され、筒状金型の透磁部を通じてロータコアのスロットへ配向磁場を誘導する。前述したように配向ヨークは、筒状金型と一体でも別体でもよく、その具体的な形状も問わない。配向磁場源として永久磁石を用いる場合、装置全体としてのコンパクト化を図りつつ所定以上の磁石体積を確保するため、例えば、配向ヨークは放射状に延在して周方向の幅が外周側(大径側)ほど小さくなる先細り放射状とすると好ましい。また配向ヨークをこのような形状とすることにより、配向磁場を内側(ロータコア)へ誘導し易くなる。
ロータコアは、軟磁性材からなり、通常、両面を絶縁被覆した電磁鋼板の積層体や絶縁被覆された金属粒子を加圧成形した圧粉磁心等からなる。軟磁性材は、その材質を問わないが、例えば、純鉄、ケイ素鋼、合金鋼等の鉄系材であると好ましい。
ロータコアのスロットに充填成形される異方性ボンド磁石は、異方性磁石粒子とバインダ樹脂からなる。異方性磁石粉末は、その種類を問わないが、高性能な希土類異方性磁石粉末が好ましく、例えば、Nd−Fe−B系磁石粉末、Sm−Fe−N系磁石粉末、Sm−Co系磁石粉末等であると好ましい。また、異方性磁石粉末は、一種のみならず複数種からなってもよい。ちなみに複数種の磁石粉末は、成分組成が異なるものに限らず、粒径分布が異なるものでもよい。例えば、Nd−Fe−B系磁石粉末の粗粉と微粉を組み合わせたものでも、Nd−Fe−B系磁石粉末の粗粉とSm−Fe−N系磁石粉末の微粉を組み合わせたものでもよい。このような異方性磁石粉末を用いることにより、ボンド磁石内の磁石粉末の充填率を向上させることができ、高磁束密度を発揮するボンド磁石ひいてはコンパクトで高性能なロータが得られる。さらに、各種の等方性磁石粉末を異方性磁石粉末中に混在させたり、希土類磁石粉末とフェライト磁石粉末等を混在させてもよい。
本発明の内包磁石型モータは、その用途を問わないが、例えば、電気自動車、ハイブリッド車若しくは鉄道車両等に用いられる車両駆動用モータ、エアコン、冷蔵庫若しくは洗濯機等に用いられる家電製品用モータなどに好適である。
本発明のロータ製造装置に係る第一実施例である配向金型1の平面図を図1Aに、図1A中に示したX部の部分拡大図を図1Bに示した。配向金型1は、内包磁石型モータ(IPM)に用いられる円筒状の6極ロータを製造するために用いられる。具体的にいうと、ロータコアR1の中央に設けたシャフト穴hの周囲に均等なピッチで配設されたスロットs1〜s6に、希土類異方性ボンド磁石を磁場中で射出成形するために用いられる。
本発明のロータ製造装置に係る第二実施例である配向金型2の平面図を図3Aに、図3A中に示したY部の部分拡大図を図3Bに示した。なお、既述した同様な部材または部分には同符号を付したため、その詳細な説明は省略する。この点は他の実施例についても同様である。
花びら形状等をした異形状(非円筒状)のロータコアR2に対して磁場中成形をする場合は、配向金型1に替えて図4に示すような配向金型3を用いたり、配向金型2に替えて図5に示すような配向金型4を用いたりしてもよい。それらの内周側形状および外周側形状はロータコアR2の外形状に沿った形状となっている。この点を除けば、本実施例は第一実施例または第二実施例と同様であるため、配向金型3または配向金型4に係る各部の詳細な説明は省略する。
上述した配向金型2を用いてIPM用ロータを製造する具体例について説明する。先ず、波状スリーブ21の収容部20内へロータコアR1を配置する(収容工程)。ロータコアR1は積層珪素鋼板製とした。このロータコアR1の射出充填前の外周形状を部分的に拡大した様子を図6Aに示した。図6Aからわかるように、射出充填前のロータコアR1は、スロットs1、s2等の外周端部を架橋する突極となる外周部t12等が、スロットs1、s2等に対向する磁極となる外周部p1、p2等よりも僅かに外周側へ膨張した形状となっている。なお、本実施例では、収容部20の内径(金型内径)はφ60mm、充填工程前のロータコアR1の外周部p1、p2等の外径(ロータ外径)はφ59.85mmとした。金型内径およびロータ外径の測定位置は図7に示した(以下同様)。
10 収容部
11a〜16a 配向ヨーク部(透磁部)
11b〜16b 架橋部(蔽磁部)
R1 ロータコア
s1〜s6 スロット
m11〜m22 永久磁石
Claims (6)
- 回転中心の周囲に複数均等に配設されたスロットを有するロータコアを収容する収容部と、
該収容部の周囲に複数均等に配設され該スロットへ印加する配向磁場を誘導する配向ヨークと、
該配向ヨークの周囲に配設され該配向磁場の起磁源である配向磁場源とを備え、
異方性磁石粒子とバインダ樹脂からなる異方性ボンド磁石が該ロータコアのスロット内に充填成形されることにより該配向ヨークの配置に対応した磁極が形成され得る内包磁石型モータ用ロータの製造装置であって、
前記収容部は、前記ロータコアの外周面を囲繞し前記充填成形の際に該外周面に当接し得る一体的に連続した内周面を有すると共に磁気抵抗の小さい透磁部と該透磁部よりも磁気抵抗の大きい蔽磁部とが周方向に交互に均等に配設された筒状金型からなり、
前記配向ヨークは、前記筒状金型の透磁部から拡径方向へ延在していることを特徴とする内包磁石型モータ用ロータの製造装置。 - 前記筒状金型と前記配向ヨークは前記透磁部で一体化している請求項1に記載の内包磁石型モータ用ロータの製造装置。
- 前記筒状金型は、前記透磁部が厚肉部で前記蔽磁部が薄肉部となる外周面を有する軟磁性材からなる波状スリーブである請求項1に記載の内包磁石型モータ用ロータの製造装置。
- 前記配向磁場源は、前記配向ヨークの対向側面に同極を対面させて配置された永久磁石からなる請求項1〜3のいずれかに記載の内包磁石型モータ用ロータの製造装置。
- 前記異方性ボンド磁石は、前記スロットへ射出成形、トランスファ成形または圧縮成形されてなる請求項1〜4のいずれかに記載の内包磁石型モータ用ロータの製造装置。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の製造装置を用いた内包磁石型モータ用ロータの製造方法であって、
前記筒状金型の収容部内に前記ロータコアを緩挿して収容する収容工程と、
該収容部に収容された該ロータコアのスロット内に前記配向磁場を印加しつつ前記異方性磁石粒子と前記バインダ樹脂の混合物を加圧充填して、前記筒状金型の透磁部の近傍で該筒状金型の内周面と該ロータコアの外周面を少なくとも一時的に密接させる充填工程と、
該充填工程後のロータコアを該収容部から取り出す取出工程と、
を備えることを特徴とする内包磁石型モータ用ロータの製造方法。
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