JP6162656B2 - 回転子積層鉄心及びその製造方法 - Google Patents
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Description
通常、回転子積層鉄心には、その円周方向に重量のアンバランスが発生しており、その影響で、モータトルクにばらつきが生じる等のモータ性能の低下を招いている。そこで、アンバランスが大きい位相に対し、回転子積層鉄心の軸方向端部に設ける端面板をザグリ加工して、重量バランスを修正している。
しかし、ザグリ加工による修正量には限界があり、また、端面板を使用しない回転子積層鉄心ではこの方法を適用できない。
上記した1)〜3)の各主要工程にはそれぞれ、以下に示すアンバランスの発生要因が存在する。
2)の工程:永久磁石の重量にはばらつきがあるため、各磁石挿入孔に挿入される永久磁石の重量の差によって、重量バランスが偏る。
3)の工程:磁石挿入孔は永久磁石よりも大きいため、挿入した永久磁石は、磁石挿入孔内で片寄りしたり傾いて倒れたりして、永久磁石の位置や姿勢が定まっていない。この状態で磁石挿入孔に樹脂を注入すると、樹脂の流れは永久磁石の位置や姿勢の影響を受けて不安定になり、永久磁石が固定される位置や姿勢もばらつき、重量バランスが偏る。
また、IPMモータ(埋込構造永久磁石同期電動機)において、永久磁石を樹脂で固定する方法では、上記したように、永久磁石の固定位置や姿勢がばらつくという問題もある。このため、永久磁石の配置状況により、修正したアンバランスが、前記した3)の工程で再度悪化する可能性もある。
更に、3)の工程では、図7に示すように、積層鉄心本体86を搬送治具87に載置して樹脂を注入するのだが、位置決めのために、搬送治具87に設けられたポスト88を軸孔85に挿入する。その際、積層鉄心本体86が搬送治具87(ポスト88)に倣うことで、積層鉄心本体86の形状が矯正されるため、重量のアンバランスが変化する。このため、ポスト88を軸孔85に挿入する前に、測定したアンバランスに基づいて修正を行ったとしても、その効果が十分に出ない可能性もある。なお、図7中の符号89は下型、符号90は上型、符号91は樹脂溜めポット、符号92はカルプレート、符号93は樹脂注入孔を、それぞれ示している。
前記磁石挿入孔に対応する位置に設けられ、前記磁石挿入孔の樹脂の充填量を調整する凹部又は凸部が設けられたカルプレートによって、前記積層鉄心本体の円周方向の積層厚みの偏差から推定される前記積層鉄心本体の円周方向のアンバランス重量が打ち消されている。
前記積層鉄心本体の円周方向の積層厚みの偏差から推定される前記積層鉄心本体の円周方向のアンバランス重量を打ち消すため、
重量が軽い領域内にある前記磁石挿入孔に対して、前記永久磁石を半径方向外側に配置し、及び/又は、重量が重い領域内にある前記磁石挿入孔に対して、前記永久磁石を半径方向内側に配置をした。
前記積層鉄心本体の円周方向の積層厚みの偏差を測定し、該測定値から前記積層鉄心本体の円周方向のアンバランス重量を推定する積厚偏差測定工程と、
推定された前記アンバランス重量を打ち消すように、前記磁石挿入孔に樹脂を注入するに際し、前記磁石挿入孔に対応する位置に凹部又は凸部を有するカルプレートを使用した前記各磁石挿入孔への樹脂の充填、を行うバランス調整工程とを有する。
前記積層鉄心本体の円周方向の積層厚みの偏差を測定し、該測定値から前記積層鉄心本体の円周方向のアンバランス重量を推定する積厚偏差測定工程と、
推定された前記アンバランス重量を打ち消すように、重量が軽い領域内にある前記磁石挿入孔に対して、前記永久磁石を半径方向外側に配置し、及び/又は、重量が重い領域内にある前記磁石挿入孔に対して、前記永久磁石を半径方向内側に配置を行うバランス調整工程とを有する。
従って、積層厚みの偏差に基づいて推定したアンバランス重量を用い、各磁石挿入孔への永久磁石の挿入や、各磁石挿入孔への樹脂の充填を行うことで、効率的かつ経済的に良好なモータ特性を得ることが可能な回転子積層鉄心を製造して提供できる。
図1に示すように、本発明の一実施の形態に係る回転子積層鉄心(ロータ)10は、複数の鉄心片11を積層して構成された積層鉄心本体12を有し、この積層鉄心本体12の軸心を中心として円周方向(周方向)に形成された複数の磁石挿入孔13に永久磁石14が挿入されて樹脂15で封止(固定)されたものであり、良好なモータ特性を得ることができるものである。なお、樹脂15には、熱硬化性樹脂(例えば、エポキシ樹脂)を使用できるが、熱可塑性樹脂でもよい。
以下、詳しく説明する。
この積層方向に隣り合う鉄心片11同士は、例えば、かしめや溶接を用いて結合しているが、回転子積層鉄心10の積層方向に形成された結合部(例えば、貫通孔)に、樹脂を充填して結合することもでき、また、これらの2以上を組み合わせて結合することもできる。ここで、結合に樹脂を使用する場合、結合部での層間短絡がなくなり、回転子積層鉄心の磁気的特性を向上できる。なお、磁石挿入孔を結合部とし、永久磁石の固定だけでなく、積層された鉄心片同士の結合のために、樹脂を充填することもできる。
ここで、軸孔16には、内側に突出する図示しないキー(凸条)が設けられ、積層鉄心本体12に形成された磁石挿入孔13の位置(即ち、角度)を特定できるようになっている。
なお、各磁石挿入孔の形状は、これに限定されるものでなく、用途に応じて種々変更可能である。例えば、各磁石挿入孔を、平面視して長方形としてもよく、また、径方向両側に位置する内側面の一方又は双方、円周方向両側に位置する内側面の一方又は双方、更には、円周方向両側と径方向両側に位置する各内側面の一方又は双方を、曲面状(円弧状)とすることもできる。
更に、磁石挿入孔の個数も、用途に応じて種々変更可能である。
このため、回転子積層鉄心10は、積厚偏差から推定される積層鉄心本体12の円周方向のアンバランス重量を打ち消すための、(A)各磁石挿入孔13への永久磁石14の挿入、及び/又は、(B)各磁石挿入孔13への樹脂15の充填、が行われている。ここで、アンバランス重量とは、積層鉄心本体12の円周方向の重量の差であり、このアンバランス重量を打ち消すとは、上記した重量の差をなくす(「0」が好ましいが、例えば、回転子積層鉄心10の円周方向の重量の差が±5%の範囲内であればよい)ことを意味する。
また、アンバランス重量は、例えば、上記した積層厚みの測定値(これによって積厚偏差が求められる)と、これを用いた分割部分(位相部分)の体積、及び、鉄心片の密度により、推定できる。
この方法としては、例えば、以下の2つの方法があり、いずれか一方又は双方を適用できる。
(a)重量の異なる永久磁石を各磁石挿入孔に選択的に挿入
(b)各磁石挿入孔内での永久磁石の配置位置を調整
なお、永久磁石は、予め重量を測定し、その重量(予め設定した重量範囲)毎に管理して、必要な重量の永久磁石を選択的に使用することができる。この永久磁石には、予め重量を異ならせるために加工したものを使用することも、また、結果的に重量が異なるものを使用することもできる。
この場合、例えば、得られたアンバランス重量に基づいて、重量の軽い(又は重い)順に各磁石挿入孔に番号付けを行い、上記した永久磁石の中から重量の重い(又は軽い)順に、永久磁石を各磁石挿入孔に割り当てる。
これにより、例えば、永久磁石の在庫や保管をなくすことができる。
このように、永久磁石14の配置位置の調整で、アンバランス重量を修正できるため、修正作業が容易である。
これにより、磁石挿入孔13内に樹脂(溶融状態の樹脂)15を注入するに際しても、永久磁石14の固定位置や姿勢のばらつきを抑制、更には防止できる。
この方法としては、例えば、各磁石挿入孔13への樹脂15の充填量(注入量)を調整する方法がある。即ち、アンバランスがある積層鉄心本体12において、重量が軽い領域内にある磁石挿入孔13に注入する樹脂量を多くし、及び/又は、重量が重い領域内にある磁石挿入孔13に注入する樹脂量を少なくする。
これにより、磁石挿入孔13へ充填された樹脂15の重量によって、アンバランス重量を修正できるため、新たな工程を増やす必要がない。
なお、樹脂15の充填量の調整は、例えば、以下の方法で実施できる。
このカルプレート26には、磁石挿入孔に対応する位置(円周方向)に、2種類の凹部(穴)27、28が、又は、2種類の凸部(突起)29、30が、それぞれ設けられている。また、カルプレート26には、樹脂注入孔31(図7の樹脂注入孔93と同様)も設けられており、この樹脂注入孔31の両側位置にそれぞれ、上記した凹部27と凹部28が、又は、上記した凸部29と凸部30が、配置されている。この樹脂注入孔31の両側位置とは、磁石挿入孔に挿入した永久磁石の幅方向(円周方向)両側に形成される隙間位置であり、磁石挿入孔内の永久磁石と凸部29、30とが干渉しない位置であるが、凹部27、28については、両側位置でなくてもよい(特に限定されるものではない)。
使用にあっては、1セットの凹部27、28と1セットの突起29、30がそれぞれ、平面視して各磁石挿入孔13と重なる位置に配置されるように、カルプレート26を積層鉄心本体の上面に配置した後、各樹脂注入孔31を介して各磁石挿入孔への樹脂の注入を行う。
また、カルプレートとしては、上記したように、凹部と凸部の双方を設けた場合について説明したが、凹部のみ又は凸部のみを設けてもよい。ここで、凹部のみを設ける場合はその深さを、また、凸部のみを設ける場合はその高さを、それぞれ調整する。
更に、凹部及び凸部のいずれか一方又は双方が設けられた複数種類のカルプレートを予め準備しておくことも可能である。
まず、厚みが、例えば、0.15〜0.5mm程度の電磁鋼板からなる条材から、複数の鉄心片11を打ち抜く。
そして、予め設定した枚数積層することで、積層鉄心本体12を製造する。
ここで、複数の鉄心片11の積層方法には、前記した、かしめ、溶接、及び樹脂のいずれか1を使用することも、また、いずれか2以上を併用することもできる(以上、積層工程)。
そして、前記したように、計測機器を用いて、積層鉄心本体12の円周方向の積厚偏差を測定し、この測定値から積層鉄心本体12の円周方向のアンバランス重量を算出(推定)する。
なお、積厚偏差の測定は、計測機器により自動的に行い、測定データが自動的にコンピュータへ送信されることが好ましいが、例えば、作業者が行いコンピュータへ入力することも可能である。また、アンバランス重量は、上記した測定値を用いて、コンピュータにより、予め設定したプログラムに従って算出する。
ただし、積層鉄心本体の形状の矯正量が小さい場合は、積層鉄心本体を搬送治具に載置する前に、前記した方法で、積層鉄心本体の円周方向の積厚偏差を測定し、この測定値から積層鉄心本体の円周方向のアンバランス重量を算出(推定)することもできる(以上、積厚偏差測定工程)。
ここで、磁石挿入孔13への永久磁石14の挿入と樹脂15の注入は、推定されたアンバランス重量を打ち消すように、(A)各磁石挿入孔13への永久磁石14の挿入、及び/又は、(B)各磁石挿入孔13への樹脂15の充填、を行う。
また、(B)が行われることを条件として、図3(A)、(B)、図4に示すように、前記した各磁石挿入孔13への樹脂15の充填量を調整する(以上、バランス調整工程)。
これにより、効率的かつ経済的に良好なモータ特性を得ることが可能な回転子積層鉄心10を製造できる。
なお、使用にあっては、永久磁石14を着磁し、回転子積層鉄心10の軸孔16に軸(シャフト)を挿通する。
前記実施の形態においては、磁石挿入孔を、平面視して、積層鉄心本体の半径方向に直交する方向に形成した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、半径方向に交差する方向(例えば、平面視して「ハ」字状)に形成することもできる。
また、前記実施の形態においては、1つの磁石挿入孔に1つの永久磁石を挿入した場合について説明したが、1つの磁石挿入孔に複数の永久磁石を挿入することもできる。
Claims (7)
- 複数の鉄心片を積層して構成された積層鉄心本体を有し、該積層鉄心本体の軸心を中心として円周方向に形成された複数の磁石挿入孔に永久磁石が挿入されて樹脂封止された回転子積層鉄心において、
前記磁石挿入孔に対応する位置に設けられ、前記磁石挿入孔の樹脂の充填量を調整する凹部又は凸部が設けられたカルプレートによって、前記積層鉄心本体の円周方向の積層厚みの偏差から推定される前記積層鉄心本体の円周方向のアンバランス重量が打ち消されていることを特徴とする回転子積層鉄心。 - 複数の鉄心片を積層して構成された積層鉄心本体を有し、該積層鉄心本体の軸心を中心として円周方向に形成された複数の磁石挿入孔に永久磁石が挿入されて樹脂封止された回転子積層鉄心において、
前記積層鉄心本体の円周方向の積層厚みの偏差から推定される前記積層鉄心本体の円周方向のアンバランス重量を打ち消すため、
重量が軽い領域内にある前記磁石挿入孔に対して、前記永久磁石を半径方向外側に配置し、及び/又は、重量が重い領域内にある前記磁石挿入孔に対して、前記永久磁石を半径方向内側に配置をしたことを特徴とする回転子積層鉄心。 - 請求項1記載の回転子積層鉄心において、前記各磁石挿入孔への樹脂の充填量を調整したことを特徴とする回転子積層鉄心。
- 複数の鉄心片を積層して積層鉄心本体を構成し、該積層鉄心本体の軸心を中心として円周方向に形成された複数の磁石挿入孔に永久磁石を挿入して樹脂を注入した後、該磁石挿入孔に充填された樹脂を硬化させる回転子積層鉄心の製造方法において、
前記積層鉄心本体の円周方向の積層厚みの偏差を測定し、該測定値から前記積層鉄心本体の円周方向のアンバランス重量を推定する積厚偏差測定工程と、
推定された前記アンバランス重量を打ち消すように、前記磁石挿入孔に樹脂を注入するに際し、前記磁石挿入孔に対応する位置に凹部又は凸部を有するカルプレートを使用した前記各磁石挿入孔への樹脂の充填、を行うバランス調整工程とを有することを特徴とする回転子積層鉄心の製造方法。 - 複数の鉄心片を積層して積層鉄心本体を構成し、該積層鉄心本体の軸心を中心として円周方向に形成された複数の磁石挿入孔に永久磁石を挿入して樹脂を注入した後、該磁石挿入孔に充填された樹脂を硬化させる回転子積層鉄心の製造方法において、
前記積層鉄心本体の円周方向の積層厚みの偏差を測定し、該測定値から前記積層鉄心本体の円周方向のアンバランス重量を推定する積厚偏差測定工程と、
推定された前記アンバランス重量を打ち消すように、重量が軽い領域内にある前記磁石挿入孔に対して、前記永久磁石を半径方向外側に配置し、及び/又は、重量が重い領域内にある前記磁石挿入孔に対して、前記永久磁石を半径方向内側に配置を行うバランス調整工程とを有することを特徴とする回転子積層鉄心の製造方法。 - 請求項4記載の回転子積層鉄心の製造方法において、前記各磁石挿入孔への樹脂の充填量を調整することを特徴とする回転子積層鉄心の製造方法。
- 請求項4〜6のいずれか1項に記載の回転子積層鉄心の製造方法において、前記積厚偏差測定工程における前記積層厚みの偏差の測定は、前記積層鉄心本体を搬送治具に載置した後に行い、前記積層鉄心本体を前記搬送治具に載置した状態で、前記磁石挿入孔に前記永久磁石を挿入し、更に、樹脂を注入して硬化させることを特徴とする回転子積層鉄心の製造方法。
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