JP5972249B2

JP5972249B2 - 磁石埋込型回転子

Info

Publication number: JP5972249B2
Application number: JP2013244903A
Authority: JP
Inventors: 澤井　章能; 章能澤井; 道雄小川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-11-27
Filing date: 2013-11-27
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2033-11-27
Also published as: CN104682593A; JP2015104273A; CN104682593B

Description

本発明は、工作機械等に用いられる電動機の磁石埋込型回転子に関する。

電動機の磁石埋込型回転子は、回転子鉄心のスロットに磁石を埋込んでいる。磁石は、通常、液状接着剤によりスロット内に接着されて固定される。この液状接着剤による接着方法では、液状接着剤を塗布した磁石を回転子鉄心のスロットに挿入するか、又は、スロット開口部に液状接着剤を塗布し、液状接着剤が盛られたスロット開口部から磁石を挿入して、磁石表面に液状接着剤を塗り付ける。その後、回転子鉄心を常温放置するか、又は、乾燥炉に投入して、液状接着剤を硬化させ、回転子鉄心と磁石とを接着、固定する。

しかしながら、上述の接着方法では、回転子鉄心のスロットの径方向の幅及び周方向の幅が、板状の磁石の厚さ及び周方向の幅より僅かに大きいだけなので、スロットへの磁石挿入時に液状接着剤がこそぎ取られ、塗布された液状接着剤の大半がスロット内部に入らず廃棄される、という材料ロスの問題がある。また、こそぎ取られたり溢れたりした液状接着剤は、硬化前に拭き取らなければならず、作業性が悪いという問題もある。

さらに、液状接着剤がこそぎ取られるときに、筋状のボイドが発生して接着面積が減少し、接着強度が低下するという品質上の問題がある。加えて、接着剤が液状であるため、スロット外周側と内周側の接着剤厚さが均一にならず、スロット内における磁石の固定位置がばらつき、電動機の特性にばらつきが生じるという問題もある。

上述の液状接着剤の問題点を解決する方法として、液状接着剤の替わりに膨張型接着シートを用いる技術が開示されている（例えば、特許文献１〜３参照）。

特開２００７−１７４８７２号公報特開２００１−１６９４８５号公報特開２０１２−２４４８３８号公報

しかしながら、上記特許文献１〜３に記載された従来の技術によれば、膨張型接着シートを用いるので、液状接着剤と比較して接着強度が不十分である、という問題がある。また、膨張型接着シートは、弾性率が小さいため、液状接着剤と比較して疲労強度が小さい、という問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、磁石をスロットに挿入するときに接着剤がこそぎ取られることがなく、磁石の接着強度及び疲労強度が大きい磁石埋込型回転子を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、円形の珪素鋼板を多数積層して円柱状に形成され、外縁部に複数のスロットが周方向に等間隔に配置された回転子鉄心と、厚さ及び幅が前記スロットの径方向の幅及び周方向の幅より小さく形成され、前記スロットに埋込まれた磁石と、を備える磁石埋込型回転子において、一方の面に膨張型接着シートを貼付し他方の面に前記膨張型接着シートより接着強度が大きい非膨張型接着シートを貼付した前記磁石を、前記スロットに埋込み、両接着シートを加熱硬化させて前記スロット内に固定したことを特徴とする。

この発明によれば、磁石をスロットに挿入するときに接着剤がこそぎ取られることがなく、磁石の接着強度及び疲労強度が大きい磁石埋込型回転子が得られる、という効果を奏する。

図１は、本発明に係る磁石埋込型回転子の実施の形態を示す部分横断面図である。図２は、接着シートを貼付した磁石を示す斜視図である。図３は、接着シートを貼付した磁石をスロットに挿入した状態の回転子を示す部分横断面図である。

以下に、本発明にかかる磁石埋込型回転子の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明に係る磁石埋込型回転子の実施の形態を示す部分横断面図であり、図２は、接着シートを貼付した磁石を示す斜視図であり、図３は、接着シートを貼付した磁石をスロットに挿入した状態の回転子を示す部分横断面図である。

図１〜図３に示すように、実施の形態１の磁石埋込型回転子９１は、円柱状に形成された回転子鉄心１０と、一方の面に膨張型接着シート３０が貼付され、他方の面に非膨張型シート４０が貼付された状態で回転子鉄心１０のスロット１２に埋込まれた板状の磁石２０と、を備えている。回転子鉄心１０の図示しない中心孔には、回転軸が挿通、固定されている。

回転子鉄心１０は、円形の珪素鋼板１１を多数積層して円柱状に形成されている。珪素鋼板１１は、帯状の冷間圧延鋼板を金型で打抜き加工して製造される。珪素鋼板１１の厚さは、０．３５ｍｍや、０．５ｍｍのものが用いられる。

スロット１２は、回転子鉄心１０の外縁部に、同心円状に、周方向に等間隔に、複数配置されている。磁石２０の厚さ及び周方向の幅は、スロット１２の径方向の幅及び周方向の幅より０．２ｍｍ程度小さく形成されている。スロット１２は、珪素鋼板１１を金型で打抜き加工するときに、同時に打抜き加工される。

実施の形態１の磁石２０は板状であるが、磁石２０は、瓦型（外周側が凸曲面、内周側が凹曲面；弓形）であっても、蒲鉾形（外周側が凸曲面、内周側が平面）であってもよい。また、磁石２０の表面は、金属めっきや樹脂塗装などの被膜があってもよいし、これらの皮膜が無くてもよい。

磁石２０は、周方向に交互にＮ極とＳ極とに磁化されて、電動機の磁石埋込型回転子９１として機能するようになる。磁石埋込型回転子９１の磁極数は、８極や１０極があるが、本発明においては、磁極数は限定されない。

次に、膨張型接着シート３０と非膨張型接着シート４０を併用したスロット１２内への磁石２０の固定方法を説明する。膨張型接着シート３０及び非膨張型接着シート４０は、双方ともに、エポキシ系樹脂を主成分とする両面接着性を有する接着シートであり、厚さは、０．０５ｍｍ程度である。非膨張型接着シート４０の接着強度及び疲労強度は、膨張型接着シート３０の接着強度及び疲労強度よりも大きい。

膨張型接着シート３０の特徴は、後述する加熱工程で発泡し、開放系（膨張型接着シート３０単体、又は、被着体が膨張型接着シート３０の片面にのみ存在する系）において、厚さ方向に３倍から４倍の厚さに膨張することである。膨張型接着シート３０は、シート内に熱刺激で発泡するカプセルを含有しており、例えば、加熱温度１５０℃への昇温過程１００℃〜１４０℃で急激に発泡現象が発生して膨張する。その後、発泡温度以上への更なる昇温過程及び高温保持時間中に、シート内の樹脂成分の溶融現象と被着体へのぬれ現象が発生し、硬化反応により発泡状態を維持したまま硬化する。

非膨張型接着シート４０は、加熱工程で上述のような発泡現象は発生せず、シート内の樹脂成分の溶融現象と被着体への押圧によるぬれ現象が発生し硬化に至る。すなわち、非膨張型接着シート４０の厚さは維持される。

次に、磁石埋込型回転子９１の製造方法を説明する。まず、図２に示すように、膨張型接着シート３０及び非膨張型接着シート４０を、磁石２０に貼付する。貼付作業は、常温から５０℃程度の温度下で、ラミネート又はプレスにより行うことができる。常温から５０℃程度の温度下では、膨張型接着シート３０及び非膨張型接着シート４０の硬化反応はほとんど発生しない。また、膨張型接着シート３０の発泡現象も発生しない。

次に、図３に示すように、膨張型接着シート３０及び非膨張型接着シート４０を貼付した磁石２０をスロット１２に挿入する。スロット１２の径方向の幅及び周方向の幅は、磁石２０の厚さ及び周方向の幅より０．２ｍｍ程度大きく形成されているので、膨張型接着シート３０及び非膨張型接着シート４０双方の厚さを、夫々０．０５mmとすると、スロット１２の内壁と膨張型接着シート３０との間のクリアランス、及び、スロット１２の内壁と非膨張型接着シート４０間のクリアランスは、夫々、平均０．０５ｍｍ存在することになる。図３に示すように、膨張型接着シート３０を回転子鉄心１０の中心側に、非膨張型背着シート４０を外周側に配置するのが好ましいが、全極統一すれば、前記と逆に配置してもよい。

次に、磁石埋込型回転子９１を、乾燥炉内へ投入（誘導加熱方式でもよい）し、磁石埋込型回転子９１全体の加熱を行う。加熱により膨張型接着シート３０が発泡して膨張し、スロット１２の内壁と膨張型接着シート３０及び非膨張型接着シート４０との間のクリアランスが無くなり、スロット１２の内壁と膨張型接着シート３０及び非膨張型接着シート４０とが密着する。

スロット１２の内壁と膨張型接着シート３０及び非膨張型接着シート４０とが密着しても、膨張型接着シート３０は、さらに膨張しようとするが、スロット１２に拘束され、膨張型接着シート３０及び非膨張型接着シート４０双方への押圧力が発生する。

その後の更なる昇温過程及び高温保持過程において、膨張型接着シート３０及び非膨張型接着シート４０内の樹脂成分の溶融現象と、磁石２０及びスロット１２の内壁への樹脂成分のぬれ現象とが発生し、膨張型接着シート３０及び非膨張型接着シート４０の硬化反応により磁石２０がスロット１２内に接着、固定される。

以上の製造工程を経て、図１に示す磁石埋込型回転子９１が得られる。非膨張型接着シート４０の厚さは変化せず、膨張型接着シート３０のみが元々存在したスロット１２の内壁と膨張型接着シート３０及び非膨張型接着シート４０夫々との間のクリアランスをなくすように膨張するため、膨張型接着シート３０及び非膨張型接着シート４０の硬化後において、外側に配置された非膨張型接着シート４０の厚さは、中心側に配置された膨張型接着シート３０の厚さの１／２以下となる。

膨張型接着シート３０を中心側に、非膨張型接着シート４０を外側にすれば、スロット１２内における磁石２０の固定位置のばらつきを抑え、磁石２０を外側に寄せることにより、磁石埋込型回転子９１を備える電動機の特性向上を図ることができる。

実施の形態１の磁石埋込型回転子９１では、非膨張型接着シート４０の面積を、膨張型接着シート３０の面積（磁石２０の面積と同等）の１／２以下としている。そのため、膨張型接着シート３０の膨張により発生する非膨張型接着シート４０へのプレス応力（単位面積当りの押圧力）が増加し、非膨張型接着シート４０に接着される磁石２０とスロット１２の内壁間の接着強度を増大させることができる。

実施の形態１の磁石埋込型回転子９１では、非膨張型接着シート４０の溶融温度を、膨張型接着シート３０の発泡（膨張）開始温度以上で、且つ、硬化温度以下としている。膨張型接着シート３０の発泡（膨張）により発現するプレス応力は、スロット１２の内壁と膨張型接着シート３０及び非膨張型接着シート４０と間のクリアランスが無くなったときから発生、増大し、膨張型接着シート３０の硬化反応が進行するにしたがって減少に転じる。

膨張型接着シート３０の発泡温度を温度Ａ、硬化反応温度を温度Ｂとすると、非膨張型接着シート４０の接着性能を最大限に引き出すためには、非膨張型接着シート４０に含まれる樹脂成分の溶融温度が、温度Ａと温度Ｂの間にある方が望ましい。なぜならば、一般的に、非膨張型接着シートと被着体を接着するためには、プレス応力が必要で、非膨張型接着シートに含まれる樹脂成分の溶融及び硬化反応の過程で常時加圧されていることが望ましいからである。

例えば、非膨張型接着シート４０の溶融温度が１３０℃、膨張型接着シート３０の発泡温度（温度Ａ）が１２０℃、硬化反応温度（温度Ｂ）が１５０℃であれば、前記の条件を満足する。上述のような溶融温度特性を有する非膨張型接着シート４０を選定すれば、非膨張型接着シート４０の接着性能を最大限に引き出すことができる。

実施の形態１の磁石埋込型回転子９１は、膨張型接着シート３０より接着強度及び疲労強度が大きい非膨張型接着シート４０を、膨張型接着シート３０と併用することにより、磁石２０の接着強度及び疲労強度を増大させることができる。

実施の形態２．
実施の形態２の磁石埋込型回転子９２は、実施の形態１で用いた非膨張型接着シート４０の替わりに半硬化型液状接着剤（以後、Ｂステージ接着剤と呼ぶ）５０を用いている。Ｂステージ接着剤５０以外は、実施の形態１の磁石埋込型回転子９１と変わるところはない。Ｂステージ接着剤５０は、膨張型接着シート３０より接着強度及び疲労強度が大きい。

以下、Ｂステージ接着剤５０の形成方法を説明する。磁石２０の一方の面に、液状接着剤を印刷法又は刷毛塗りで均一の厚さに塗布し、４０℃〜１００℃で適正な時間加熱することにより、硬化反応が反応率４０％〜５０％まで進行し、常温で固体、１００℃以上で再溶融するＢステージ接着剤５０の膜が形成される。磁石２０の他方の面への膨張型接着シート３０の貼付は、Ｂステージ接着剤５０の膜の形成前であっても、形成後であってもよい。Ｂステージ接着剤５０を用いた実施の形態２の磁石埋込型回転子９２は、実施の形態１の磁石埋込型回転子９１と同様の効果を奏する。

１０回転子鉄心、１１珪素鋼板、１２スロット、２０磁石、３０膨張型接着シート、４０非膨張型接着シート、５０半硬化型液状接着剤（Ｂステージ接着剤）、９１，９２磁石埋込型回転子。

Claims

円形の珪素鋼板を多数積層して円柱状に形成され、外縁部に複数のスロットが周方向に等間隔に配置された回転子鉄心と、
厚さ及び幅が前記スロットの径方向の幅及び周方向の幅より小さく形成され、前記スロットに埋込まれた磁石と、
を備える磁石埋込型回転子において、
前記磁石は、前記磁石の一方の面に貼付されて加熱硬化する膨張型接着シートと、前記磁石の他方の面に貼付されて加熱硬化すると共に前記膨張型接着シートより接着強度が大きい非膨張型接着シートとにより、前記スロット内に固定されたことを特徴とする磁石埋込型回転子。
前記非膨張型接着シートは前記回転子鉄心の外周側に配置され前記膨張型接着シートは前記回転子鉄心の中心側に配置され、前記加熱硬化後の前記非膨張型接着シートの厚さは、前記膨張型接着シートの厚さの１／２以下であることを特徴とする請求項１に記載の磁石埋込型回転子。
前記非膨張型接着シートの面積は、前記膨張型接着シートの面積の１／２以下であることを特徴とする請求項１に記載の磁石埋込型回転子。
前記非膨張型接着シートの溶融温度は、前記膨張型接着シートの発泡開始温度以上であり、且つ、前記膨張型接着シートの硬化温度以下であることを特徴とする請求項１に記載の磁石埋込型回転子。
円形の珪素鋼板を多数積層して円柱状に形成され、外縁部に複数のスロットが周方向に等間隔に配置された回転子鉄心と、
厚さ及び幅が前記スロットの径方向の幅及び周方向の幅より小さく形成され、前記スロットに埋込まれた磁石と、
を備える磁石埋込型回転子において、
前記磁石は、前記磁石の一方の面に貼付されて加熱硬化する膨張型接着シートと、前記磁石の他方の面に付着して加熱硬化すると共に前記膨張型接着シートより接着強度が大きい半硬化型液状接着剤とにより、前記スロット内に固定されたことを特徴とする磁石埋込型回転子。